KR100476363B1 - 2차 가스배리어 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 치수 안정성 및 내후성이 뛰어나며 극저온에서도 접착 강도를 유지하는 LNG 저장 탱크에 사용되는 유연성을 가지는 2차 가스배리어에 관한 것으로, 가스에 대한 기밀성이 있는 알루미늄 호일의 양쪽면에 각각 차례로 에폭시/폴리아미드 접착필름과, 강도를 높이기 위한 보강 섬유 직물이 부착되어 일체로 성형된 것이며, 에폭시/폴리아미드 접착필름의 원료인 바니쉬를 제조하는 단계와 상기 바니쉬를 이용하여 접착필름을 제조하는 단계와 상기 제조된 접착필름을 이용하여 알루미늄 호일의 양쪽면에 보강 섬유 직물을 고온ㆍ고압하에서 압착시키는 단계로 제조되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 액화천연가스(LNG) 및 기타 가스 저장탱크 등에 사용되어 가스의 누출을 방지하는 2차 가스 배리어(barrier)에 관한 것이다.
LNG 등의 가스는 가스 저장 탱크의 외부로 유출되면 폭발의 위험이 있으며, 특히 LNG의 액화온도는 -163℃ 이하이다.
종래의 LNG 저장탱크로는 -163℃ 이하의 악조건에서 보다 안정적으로 가스의 누출을 방지하기 위하여 1차 가스배리어, 단열재 및 2차 가스배리어로 구성된다. 2차 배리어는 1차 배리어의 손상시 2차로 가스누출을 방지할 수 있는 특성을 지녀야 하기 때문에 LNG 저장탱크에 중요한 소재 중 하나이다.
LNG 운반선에 사용되어 오던 Mark Ⅲ 및 CS1 Type의 LNG 저장 탱크의 경우, 기존에 사용되어 오던 2차 배리어로는 알루미늄 호일 양쪽 면으로 합성고무와 유리섬유 직물이 압착되어 구성된 2차 가스배리어가 사용되고 있다.
2차 배리어를 구성하는 원료로 사용된 유리섬유 직물은 2차 배리어의 강도를 높여주며, 알루미늄 호일의 사용은 가스누출에 대한 기밀성을 목적으로 하고 있다. 또한 합성 고무는 유리섬유 직물과 알루미늄 호일을 접착해 주는 역할을 한다.
그러나 기존 제품의 경우 접착역할을 해주는 합성 고무는 오랜 사용으로 인한 노화가 진행될 경우 물성의 변화에 의한 접착력의 저하를 초래할 수 있으며, 재단시 커팅 부위의 주름이 생기는 문제가 있어, LNG 저장 탱크의 판넬 제조시 2차 배리어와 단열재의 접착부위에서의 주름에 의한 치수문제가 발생한다.
2차 가스 배리어는 하부 판넬의 유리섬유 강화 우레탄 폼 단열재와 접착되고 다시 상부 판넬의 유리섬유 강화 폴리우레탄 폼 단열재 부위와 접착되어 LNG 저장탱크의 판넬에 사용된다.
상기한 종래의 LNG 저장탱크용 2차 가스 배리어의 경우, 알루미늄 호일 양쪽 면으로 합성고무와 유리섬유가 압착된 형태로 구성되어 있어, 매우 유연한 성질을 갖고 있다. 그러나 기존 2차 가스 배리어의 구성물질 중 합성고무를 사용하는 경우 오랜 기간 사용될 경우 노화로 인한 물성저하로 접착강도가 떨어질 우려가 있으며, 커팅시 커팅 주위의 주름이 생기는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기존에 사용되어 오던 제품의 특징인 유연성을 유지하면서도 기존 합성고무의 내후성 문제를 개선할 수 있으며, 커팅에 의한 주름이 발생하지 않는 치수 안정성을 갖는 새로운 종류의 에폭시/폴리아미드 접착 필름을 도입하여 유연성을 갖는 2차 가스 배리어를 제공하는데 그 목적이 있다.
에폭시/폴리아미드 접착 필름의 경우, 열경화성의 에폭시 수지의 사용으로 치수 안정성 및 내후성을 향상시켰으며, 특히 에폭시 수지와 경화가 가능한 기능성 폴리아미드 수지의 사용으로 유연성 및 극저온에서의 접착력을 부여하였다.
에폭시 수지와 에폭시 수지와 경화가 가능한 기능성 폴리아미드 수지를 혼합하여 제조된 에폭시/폴리아미드 접착필름은 기존의 일반 에폭시계 접착필름과는 다른 유연성을 가지며 극저온에서도 접착력을 유지할 수 있는 새로운 재질의 접착필름이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 분명해질 것이다.
상기한 본 발명의 목적은 알루미늄 호일(10)의 양쪽면에 차례로 에폭시/폴리아미드 접착필름(20)(21)과 보강 섬유 직물(30)(31)이 부착되어 일체로 성형된 가스배리어에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 목적은 에폭시/폴리아미드 접착필름의 원료인 바니쉬를 제조하는 단계와, 상기 바니쉬를 이용하여 접착필름을 제조하는 단계와, 상기 제조된 접착필름을 이용하여 알루미늄 호일의 양쪽면에 보강 섬유 직물을 고온ㆍ고압하에서 압착시키는 단계를 포함하는 가스배리어의 제조방법에 의해 달성된다.
이하 본 발명에 따른 2차 가스배리어의 바람직한 실시례를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시례에 따른 2차 가스배리어(1)는 알루미늄 호일(10)의 양쪽면에 차례로 에폭시/폴리아미드 접착필름(20)(21)과 보강 섬유 직물(30)(31)이 부착되어 일체로 성형된 층상구조를 갖고 있다.
이때, 알루미늄 호일(10)은 알루미늄의 조성이 99.2%이상이며, 두께는 60 ~ 80㎛이다. 알루미늄 호일은 가스 투과에 대한 기밀성을 높일 목적으로 사용된 것이다. 알루미늄의 조성이 99.2% 이상이라는 것은 알루미늄 호일의 순도를 나타낸 것이며, 나머지 조성물은 규소, 철, 구리, 마그네슘 등이다. 그리고, 본 실시례에서는 알루미늄 호일의 두께가 60 ~ 80㎛인 것을 사용하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 범위의 두께를 갖는 것을 사용할 수 있음은 물론이다.
에폭시/폴리아미드 접착필름(20)(21)은 상온 및 -163℃의 극저온에서도 접착력을 갖는, 단위중량이 40 ~ 100g/㎡이고, 두께가 0.4 ~ 1mm를 갖는다. 이때, 에폭시/폴리아미드 접착필름은 에폭시와 폴리아미드가 10 : 90 ~ 50 : 50의 조성비를 갖는다. 상기 조성비는 상온 및 극저온에서도 80N/2.5cm 이상의 충분한 접착력을 발휘할 수 있도록 하기 위함이다. 따라서 상기와 같은 조성비에 의해 제조된 에폭시/폴리아미드 접착필름은 유연성을 가지면서도 상온 및 극저온에서도 충분한 접착력을 나타내게 된다.
그리고 보강 섬유 직물(30)(31)로는 보강용 유리섬유와 같은 무기섬유 직물과 아라미드계 섬유, 카본섬유와 같은 유기섬유 직물을 사용한다.
이하에서는 본 발명에 따른 2차 가스배리어의 제조방법을 도 2, 3을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 2차 가스배리어는 에폭시/폴리아미드 접착필름의 원료인 바니쉬를 제조하는 단계와, 상기 바니쉬를 이용하여 접착필름을 제조하는 단계와, 상기 제조된 접착필름을 이용하여 알루미늄 호일의 양쪽면에 보강 섬유 직물을 압착하는 단계로 제조된다.
바니쉬를 제조하는 단계를 보다 상세히 설명하면, 먼저 에폭시 수지 100phr, 아민계 경화제 5~15phr를 유기 용제에 교반하며 용해시켜 에폭시 바니쉬를 제조한다. 그리고, 에폭시와 경화가 가능한 기능성 폴리아미드 수지 100phr를 알콜류의 용제 400phr에 일정시간 동안 교반하여 용해시켜 폴리아미드 바니쉬를 제조한다. 이후, 에폭시 수지와 에폭시 수지와 경화가 가능한 기능성 폴리아미드 수지의 비율을 중량비로 10 : 90 ~ 50 : 50이 되도록, 이미 제조된 에폭시 바니쉬와 폴리아미드 바니쉬를 혼합하여 에폭시/폴리아미드 바니쉬를 제조한다.
그리고 접착필름을 제조하는 단계는 상기와 같이 제조된 에폭시/폴리아미드 바니쉬(24)를 사용하여 도 3에 도시된 바와 같이, 용제 타입의 정밀 코팅이 가능한 T-Die 코팅기(52)를 이용하여 PET 이형 필름(26) 위에 코팅하고, 필름의 경화가 진행되지 않고 용제가 완전히 건조되는 조건으로, 60 ~ 150℃의 건조로(54)를 통과하는 연속공정으로 두께 0.4 ~ 1mm, 단위중량 40 ~ 100g/㎡를 갖는 에폭시/폴리아미드 접착필름(20)을 제조한다.
압착하는 단계는 알루미늄 호일(10), 접착필름(20)(21) 및 보강 섬유 직물(30)(31)을 공지의 로토큐어(ROTOCURE) 성형기(40)를 통하여 압력 3 ~ 15kgf/㎠, 온도 150 ~ 180℃ 조건의 연속 공정으로 압착한다. 이러한 온도와 압력 조건보다 낮은 온도, 압력하에서 압착하게 되면 접착력이 떨어지며, 높은 온도, 압력하에서 압착하게 되면 접착필름의 흐름이 많아져 표면에 얼룩이 생기거나 열에 의해 표면에 얼룩이 생길 수 있다.
이상과 같이 구성되고 제조되는 가스배리어의 물성을 다음의 표1에 요약한다.
< 표 1 >
| 테스트 항목 | 실험조건 | 물성값 | |
| 인장강도(N/m) | 25℃ | 경사 | 125,000 |
| 위사 | 123,000 | ||
| -163℃ | 경사 | 242,000 | |
| 위사 | 255,000 | ||
| Peel 강도(N/2.5cm) | 20℃ | 120 | |
| -163℃ | 83 | ||
| 열팽창계수(mm/mm℃ | -163~25℃ | 10x10-6 | |
위 표에 나타낸 바와 같이 본 발명의 일실시례에 의하여 제작된 가스배리어의 기본 물성값은 상온에서와 LNG의 보관온도인 -163℃의 극저온에서도 안정적인 물성을 보여주고 있다.
도 4는 상기 2차 가스배리어가 LNG 저장탱크용 판넬에 설치된 상태를 보여주고 있다. 상기 2차 가스배리어(1)는 유리섬유 강화 우레탄 폼 단열재(60)(61) 사이에서 폴리우레탄 접착제나 에폭시 접착제로 접착된 상태로 구성되어 있으며, 1차 배리어(64)에 이은 2차 배리어의 역할을 수행하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 알루미늄 호일의 양쪽면에 상온에서 뿐만 아니라 -163℃의 극저온에서 까지 접착 성능이 우수한 접착필름과 보강 섬유 직물을 이용하여 제작된 2차 가스배리어로 내후성이 뛰어나며, 판넬 작업시 치수 변화없이 사용이 가능하며, LNG 등의 가스 저장탱크의 1차 배리어의 손상시 2차로 가스의 누출을 막아주는 2차 배리어의 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 -163℃라는 LNG 극저온의 액화온도에서도 배리어의 성능을 발휘할 수 있는 장점을 가지고 있어 LNG 저장탱크 뿐만 아니라 기타 여러 타입의 압축 액화 가스 저장탱크 등에 2차 배리어로 광범위하게 적용될 수 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 어떠한 수정이나 변형도 포함할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 2차 가스배리어의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 2차 가스배리어의 제조공정을 설명하기 위한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 2차 가스배리어의 제조에 사용되는 접착 필름의 제조공정을 설명하기 위한 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 2차 가스배리어의 사용례를 도시한 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
1 : 2차 가스배리어 10 : 알루미늄 호일
20, 21 : 에폭시/폴리아미드 접착필름 24 : 에폭시/폴리아미드 바니쉬
26 : 이형필름 30, 31 : 보강 섬유 직물
40 : 로토큐어 성형기 52 : T-Die 코팅기
54 : 건조로 60, 61 : 유리섬유 강화 우레탄(RPU) 폼
64 : 1차 배리어
Claims (7)
- 알루미늄 호일의 양쪽면에 차례로 에폭시/폴리아미드 접착필름과 보강 섬유직물이 부착되어 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 가스 저장탱크용 2차 가스배리어.
- 제 1 항에 있어서,상기 보강 섬유 직물은 유리 섬유 직물, 카본 섬유 직물 또는 아라미드 섬유직물로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스 저장탱크용 2차 가스배리어.
- 제 1 항에 있어서,상기 에폭시/폴리아미드 접착필름은 에폭시 수지와 상기 에폭시 수지와 경화가 가능한 기능성 폴리아미드 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 저장탱크용 2차 가스배리어.
- 제 3 항에 있어서,에폭시/폴리아미드 접착필름은 에폭시 수지 100phr, 아민계 경화제 5~15phr를 유기 용제에 교반하여 용해시켜 에폭시 바니쉬를 제조하고, 에폭시 수지와 경화가 가능한 기능성 폴리아미드 수지 100phr를 1차 알콜류의 용제 400phr에 일정시간 동안 교반하여 용해시켜 폴리아미드 바니쉬를 제조하여, 에폭시 수지와 상기 에폭시 수지와 경화가 가능한 기능성 폴리아미드 수지가 10 : 90 ~ 50 : 50의 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 저장탱크용 2차 가스배리어.
- 에폭시/폴리아미드 접착필름의 원료인 바니쉬를 제조하는 단계;상기 바니쉬를 이용하여 접착필름을 제조하는 단계; 및상기 제조된 접착필름을 이용하여 알루미늄 호일의 양쪽면에 보강 섬유 직물을 고온ㆍ고압하에서 압착시키는 단계를 포함하는 가스 저장탱크용 가스배리어의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 바니쉬를 제조하는 단계는,에폭시 수지 100phr, 아민계 경화제 5~15phr를 유기 용제에 교반하며 용해시켜 에폭시 바니쉬를 제조하는 단계;에폭시와 경화가 가능한 기능성 폴리아미드 수지 100phr를 알콜류의 용제 400phr에 일정시간 동안 교반하여 용해시켜 폴리아미드 바니쉬를 제조하는 단계; 및에폭시와 폴리아미드 바니쉬의 비율을 중량비로 10 : 90 ~ 50 : 50이 되도록 이미 제조된 에폭시 바니쉬와 폴리아미드 바니쉬를 혼합하여 에폭시/폴리아미드 바니쉬를 제조하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 저장탱크용 가스배리어의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 에폭시/폴리아미드 접착필름을 제조하는 단계는,상기 제 6 항에 따라 제조된 에폭시/폴리아미드 바니쉬를 T-코팅기를 이용하여 이형 필름위에 코팅하고, 60 ~ 150℃의 건조로를 통과하는 연속공정으로 두께 0.4 ~ 1mm, 단위중량 4 0~ 100g/㎡인 에폭시/폴리아미드 접착필름을 제조하는 것을 특징으로 하는 가스 저장탱크용 가스배리어의 제조방법.
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