KR100559034B1 - 모래 및 합성수지 기와 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모래 및 합성수지 기와에 관한 것으로서, 모래 57~70 중량부, 합성수지 30~43 중량부로 구성된 모래와 합성수지 기와 및 0.1~0.3mm의 모래를 선별하는 모래 선별단계와, 합성수지를 용융하는 합성수지 용융단계와, 62~66 중량부의 모래와 동시에 34~38 중량부의 합성수지를 혼합조에 공급하여 모래가 합성수지 내에 형성되는 조성물 혼합단계와, 혼합된 조성물을 금형에 충진시키는 조성물 충진단계와, 합성수지의 체적감소를 보상하기 위해 조성물에 압력을 가하는 조성물 가압단계와, 용융된 합성수지를 응고시켜 용융된 합성수지를 가소화하면서 성형품 완성단계와, 성형품을 금형으로부터 분리하는 성형품 분리단계로 된 모래 및 합성수지 기와의 제조방법에 관한 것으로서, 휨 파과하중이 양호하여 한번 시공하면 금속기와 또는 시멘트기와 처럼 몇 년동안 보수할 필요가 없어 반연구적으로 사용이 가능하며, 균열이 발생하지 아니하여 폭우가 쏟아져도 누수가 발생할 우려가 없으며, 합성수지의 성분을 사용하였으로 별도의 단열재의 필요가 없고, 기와 자체가 수분을 흡수하지 아니하므로 혹한에서의 동파 및 결로가 발생하지 않는 효과가 있다.

모래, 합성수지, 기와, 가압, 혼합, 금형

Description

모래 및 합성수지 기와{Tile of Sand and Plastics}

도 1은 본 발명의 모래 및 합성수지 기와의 사시도

도 2는 본 발명의 모래 및 합성수지 기와의 제조방법의 공정도

본 발명은 모래 및 합성수지 기와에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모래와 합성수지가 상호 혼합되어 형성되는 기와와 그 제조방법에 관한 것이다.

건축물의 지붕재로 사용되고 있는 기와의 종류는 형태와 용도에 따라 암기와, 수기와, 착고, 망와, 암막새, 수막새, 용마루, 추녀, 처마기와, 평기와, 마루장 등으로 분류되고, 소재에 따라 점토로 제조되는 점토기와, 시멘트와 모래를 섞어서 제조되는 시멘트기와, 알루미늄, 아연합금 도금된 갈바륨 강판으로 제조되는 금속기와 등으로 분류된다.

주로 한옥, 궁궐 및 절에 사용되는 점토기와는 기와의 표면 처리에 따라 탄소를 처리한 그을림기와, 유약을 처리한 유약기와, 외지물을 처리한 오지기와, 도장 및 안료를 처리한 무유기와 등으로 분류된다.

점토기와는 점토를 반죽하여 이를 형틀에서 성형하여 건조시킨 후 일정온 도로 소성하기 위하여 소성로에 수납시키게 된다.

이 때 점토기와를 소성로의 받침틀 위에 눕히거나 또는 받침구를 점토기와에 개별적으로 꽂은 다음 받침틀 위에 수직으로 세워서 수납시킨 후 소성하게 되므로 전자의 경우에는 한정된 공간에 많은 량의 점토기와를 수납할 수가 없어 소성시에 연료비가 많이 소요되어 원가상승의 요인이 되면서 양산에 장애가 발생되고, 후자의 경우에는 소성로에 세워서 수납하기 위하여 받침구를 일일이 끼우므로 소성로에 많은 양의 점토기와를 수납할 수 있게 되므로 소성에 소요되는 연료비는 절감할 수 있으나 받침구를 점토기와에 끼우고 뽑는데 수작업으로 수행하게 되므로 노동력의 소모가 많은 폐단이 있었다.

또한, 제조가 완료되어 이를 적층시켜서 포장상품화 할 때 점토기와 간에 결합고정수단이 없어 상하층의 기와간에는 마찰로 인한 손상 또는 파손이 발생되는 결점과 또 점토기와를 시공할 때 지붕의 바닥에 횡방향으로 지지대를 고정하고 동 지지대 위에 점토기와를 얹어 못 등으로 점토기와를 지지대에 고정시킬 때 걸림부위가 없어 점토기와의 위치가 이동되면 시공이 정밀하지 못한 결점도 수반하게 되는 결점이 있었다.

시멘트기와는 소정 양의 시멘트에 물과 모래를 적정한 비율로 혼합하여 제조되는데 비교적 장기간이 경과에 따라 기와에 크랙이 발생하여 수명이 비교적 짧고 백화현상이 발생하여 미관이 손상될 뿐만 아니라 백화현상이 발생된 부분에는 빗물의 이동이 쉬운 구조 및 조직으로 전환되기 때문에 지속적 기와가 쉽게 노화되어 수명이 짧은 결점이 있었다.

금속기와는 금속판을 전통적인 기와형상으로 성형한 것으로, 무게가 가볍고 내후성과 내구성이 뛰어나나 기와를 지붕에 설치하기 위해서는 암기와 및 수기와를 조립하게 되는데 조립을 위하여 타이트프레임에 별도의 브라켓트를 설치하여야 하며, 브라켓트를 매개로 타이트프레임에 암기와를 고정하거나 수기와를 고정함에 있어 대량의 스크류고정작업 또는 리벳팅작업이 수반됨으로써, 구성부품수가 많아 설치비용이 높고 조립이 복잡한 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 그 목적은 모래 62~66 중량부, 합성수지 34~38 중량부로 구성되어 강도가 보강되면서 대량생산이 용이하고 수명이 향상된 모래 및 합성수지로 된 기와 및 제조방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 기와에 있어서; 모래 57~70 중량부, 합성수지 30~43 중량부로 구성된 것을 특징으로 하는 모래 및 합성수지 기와에 관한 것이다.

보다 상세하게는 상기 모래가 62~66 중량부, 상기 합성수지가 34~38 중량부인 것을 특징으로 하는 모래 및 합성수지 기와에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 기와의 제조방법에 있어서; 0.3mm의 체를 통과하고 0.1mm의 체를 통과하지 않는 모래를 선별하는 모래 선별단계와, 상기 모래 선별단계 후 합성수지를 용융하는 합성수지 용융단계와, 상기 합성수지 용융단계 후 62~66 중량 부의 모래와 동시에 34~38 중량부의 합성수지를 혼합조에 공급하여 이들을 혼합하면서 상기 합성수지가 겔 상태로 되면서 모래가 합성수지 내에 형성되는 조성물 혼합단계와, 상기 조성물 혼합단계 후 혼합된 조성물을 금형에 충진시키는 조성물 충진단계와, 상기 조성물 충진단계 후 합성수지가 냉각하는 동안에 수축으로 인한 체적감소를 보상하기 위해 조성물에 압력을 가하는 조성물 가압단계와, 상기 조성물 가압단계 후 상기 금형을 냉각시키면서 용융된 합성수지를 응고시켜 용융된 합성수지를 가소화하면서 성형품 완성단계와, 상기 성형품 완성단계 후 성형품을 금형으로부터 분리하는 성형품 분리단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 모래 및 합성수지 기와의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 모래 및 합성수지 기와의 사시도 및 도 2는 본 발명의 모래 및 합성수지 기와의 제조방법의 공정도이다.

본 발명에 따른 모래 및 합성수지 기와는 57~70 중량부의 모래와, 30~43 중량부의 합성수지로 구성된다.

상기와 같이 제한하는 이유는 모래가 57 중량부보다 이하의 경우에는 모래량이 적어 모래 및 합성수지 기와의 무게가 가벼워 지붕에 시공시 모래 및 합성수지 기와가 강풍에 의한 날림현상이 발생할 우려가 있고, 70 중량부 이상일 경우에는 모래 및 합성수지 기와의 장당 무게가 과대하여 지붕에 과부하를 부여함으로서 써가래 및 대들보 등이 필요 이상으로 크게하여야 되고 또한 작업성이 나빠지는 문제점이 발생하기 때문이다.

한편, 합성수지가 30 중량부 이하일 경우에는 모래의 결합력이 저하되어 모래 및 합성수지 기와의 휨파괴 하중이 저하되는 결점이 있고, 43 중량부 이상일 경우에는 휨파괴 하중이 급격히 감소하는 현상이 발생하고 기와의 무게가 가벼워지는 결점이 있기 때문이다.

또 다른 본 발명에 따른 모래 및 합성수지 기와는 62~66 중량부의 모래와, 34~38 중량부의 합성수지로 구성된다.

상기와 같이 모래 및 합성수지를 제한하는 이유는 모래 및 합성수지 기와의 장당 무게가 적당하고 강풍에 의한 날림현상도 발생하지 않고 휨파괴하중이 적당한 바람직한 기와이기 때문이다.

본 발명에 따른 모래 및 합성수지 기와의 제조과정에 대하여 설명하면, 바람직하게 모래 선별단계(도 2의 단계 10)는 적정 입도의 모래를 선별하고 선별된 모래에 포함된 불순물을 제거하여 모래를 세척하고 건조시키는 단계이다.

본 발명에 사용되는 모래는 입자가 비교적 균일한 모래를 필요로 하게 되므로 강이나 바다에서 채취한 모래는 모래보다 큰돌 등이 많이 섞여 있으므로 진동망체을 이용한 모래선별기 등을 사용하여 입자가 비교적 균일한 모래를 선별한다. 채취된 모래는 모래선별기의 콘베이어벨트 등을 사용하여 선별부로 이송되어 0.3mm의 진동망체를 통과시켜 통과되지 못한 모래는 별도로 회수하고 통과된 모래는 다시 0.1mm의 진동망체를 통과시킨다. 여기에서 통과된 모래는 별도로 회수하고 통과되지 못한 모래 즉, 0.1~0.3mm 입도의 모래를 본 발명에 사용한다.

모래 입도의 크기를 한정하는 이유는 입도가 0.1mm 이하일 경우에는 채취된 모래의 사용량이 적어 모래의 이용율이 적을 뿐만 아니라 본 발명의 제작원가가 비싸게 되며, 입도가 0.3mm 이상일 경우에는 본 발명 기와의 표면이 거칠게 되어 상품성에 문제가 있기 때문이다.

상기 단계에서 모래에 포함된 분순물을 제거하고 모래를 세척하여 건조시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 채취된 모래는 불순물이 다량 포함될 수 있으면 특히 바다에서 채취된 모래는 염분이 다량 함유되어 있으므로 이를 제거하기 위해서 모래를 세척하고 건조시커 세척시 함유된 수분을 제거하여 일정한도의 수분을 포함하도록 한다.

세척방법의 일실시예로서는 수도물 또는 지하수를 스프레이 등으로 살수하는 방법 등이 있을 수 있으며, 건조는 세척된 모래를 열풍건조실로 통과시키는 열풍건 또는 야적에 쌓아 바람 및 태양광선에 의해 건조시키는 자연건조의 방법을 사용할 수도 있다.

상기 모래 선별단계 후 합성수지를 용융하는 합성수지 용융단계(도 2의 단계 20)를 수행하게 되는데 이 단계는 사출성형기 등의 합성수지 용융기를 사용하게 되는데 합성수지 용융기의 캐비티 온도 즉, 합성수지가 용융되는 공간부의 온도가 200~350℃ 를 유지하도록 하여야 한다. 이는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴카보네이트(PC), 폴리염화비닐(PVC) 등의 용융 등의 성형조건에 적합하기 때문이다.

상기 합성수지 용융단계에서 유체색의 수지원료를 사용하면 모래 및 합성수지 기와의 완성품이 유체색으로 되므로 다양한 색상의 모래 및 합성수지 기와를 만 들 수 있다.

상기 합성수지 용융단계 후 조성물 혼합단계(도 2의 단계 30)를 수행하게 되는데 이 단계는 상기 조성물 혼합단계는 상기 모래 선별단계에서 선별된 모래와 상기 합성수지 용융단계에서 용융된 합성수지를 동시에 혼합조에 공급한다. 모래의 분사는 샌드블라스트(Sandblasting) 등에서 사용하는 에어젯트 원리를 사용하는 것으로서 분사노즐의 몸체는 모래분사구와 모래흡입구가 일자형의 일체로 되어 있고 모래분사구와 모래흡입구의 사이에 공기흡입구가 분기된 Y 형상으로 구성되어 있다.

분사노즐의 모래흡입구에는 타단이 개방되고 내부 공간이 형성된 관상의 모래흡입관이 구성되고, 분사노즐의 공기흡입구는 타단이 송풍기와 결합되고 내부 공간이 형성된 관상의 공기흡입관이 구성된다. 분사노즐의 모래분사구를 혼합조에 적치하고 모래흡입관의 일측을 모래 속에 적치하여 송풍기를 가동하면 공기흡입관으로 송풍기에서 발생한 강한 압력의 공기가 주입되고 주입된 공기는 분사노즐의 모래분사구로 통하여 분사되고 이때 모래가 모래흡입관을 통해 빨려 들어가면서 공기와 같이 분사가 되어 혼합조에 공급되는 것이다.

캐비티 내의 용융된 합성수지는 피스톤 또는 스크루 등의 가압장치로 노즐을 통하여 혼합조로 유동시키는 것이다.

상기 선별된 모래와 융융된 합성수지는 혼합조로 공급되면서 혼입되어 상호 혼합되나 모래의 비중과 융융 합성수지의 비중 차이로 인하여 혼합의 불균일성을 해소하기 위하여 상기 합성수지가 겔 상태로 되면서 모래가 합성수지 내에 균일하 게 형성되도록 모래와 융융된 합성수지를 혼합되는 것이다.

한편, 혼합조의 내부온도를 일정하게 유지하기 위해서는 물 또는 기름 등의 액체를 사용한 가열기로서 혼합조를 가열한다. 액체가열기는 가열중 혼합조의 온도가 일정온도 이상으로 상승하더라도 열을 혼합조로 부터 흡수할 수도 있고 균일한 열을 가할 수 있어 평균적인 가열과 냉각을 할 수 있기 때문이다.

혼합되는 조성물은 모래 57~70 중량부, 합성수지 30~43 중량부로 구성된다. 상기와 같이 제한하는 이유는 모래가 57 중량부보다 이하의 경우에는 모래량이 적어 모래 및 합성수지 기와의 무게가 가벼워 지붕에 시공시 모래 및 합성수지 기와가 강풍에 의한 날림현상이 발생할 우려가 있고, 70 중량부 이상일 경우에는 모래 및 합성수지 기와의 장당 무게가 과대하여 지붕에 과부하를 부여함으로서 써가래 및 대들보 등이 필요 이상으로 크게하여야 되고 또한 작업성이 나빠지는 문제점이 발생하기 때문이다.

한편, 합성수지가 30 중량부 이하일 경우에는 모래의 결합력이 저하되어 모래 및 합성수지 기와의 휨파괴 하중이 저하되는 결점이 있고, 43 중량부 이상일 경우에는 휨파괴 하중이 급격히 감소하는 현상이 발생하고 기와의 무게가 가벼워지는 결점이 있기 때문이다.

모래 및 합성수지 기와의 장당 무게가 적당하고 강풍에 의한 날림현상도 발생하지 않고 휨파괴하중이 적당한 62~66 중량부의 모래와 34~38 중량부의 합성수지가 혼합된 모래 및 합성수지 기와가 바람직하다.

상기 조성물 혼합단계 후 조성물 충진단계(도 2의 단계 40)를 수행하게 되는 데 이 단계는 혼합된 조성물을 금형에 충진시키는 것으로서 혼합된 모래와 융융된 합성수지가 상기 혼합조로 부터 유동되어 금형의 충진실 채워지는 단계로서 피스톤 또는 스크루 등의 가압장치가 전진하여 혼합조내의 냉각·고화되고 혼합된 모래와 융융된 합성수지는 스프루, 런너, 게이트로 유동되어 충진실로 충만하게 되는 것이다. 다시 말하면, 원뿔 형상의 혼합조의 노즐로 부터 혼합된 모래 및 용융된 합성수지가 혼합조의 노즐과 접촉하고 있는 원뿔형상의 폭이 작으면서 2~4°정도 테이퍼를 하고 있는 스프루를 거쳐 원형 등의 길이가 짧은 홈 또는 통로의 런너를 유동하여 혼합된 모래 및 용융된 합성수지가 충진실 입구로 부터 신속히 반대편까지 유동할 수 있는 곳 등에 설치된 원형 등으로 된 게이트를 통과하여 충진실로 유동되는 것이다.

상기 조성물 충진단계 후 조성물 가압단계(도 2의 단계 50)를 수행하게 되는데 이 단계는 용융된 합성수지가 냉각하는 동안에 수축으로 인한 체적감소를 보상하기 위해 조성물에 압력을 가하는 단계로서, 상기 충진실에 혼합된 모래 및 용융된 합성수지가 채워진 후에 피스톤 또는 스크류 등의 가압장치가 더욱 전진하여 압력이 가해지는 단계로서 용융된 합성수지는 용융상태에서 고체상태로 변화할 때 발생하는 약 25%의 수축 즉, 냉각하는 동안에 수축으로 인한 체적감소를 보상하게 되는 것이다.

상기 조성물 가압단계 후 성형품 완성단계(도 2의 단계 60)를 수행하게 되는데 이 단계는 상기 금형을 냉각시키면서 용융된 합성수지를 응고시켜 가소화하면서 합성수지 내에 모래를 정착시켜 성형품 완성하는 단계이다. 한편, 이 단계는 상기 금형을 냉각시키면서 용융된 합성수지를 응고시키는 단계로서, 상기 성형기나 금형에 뚫은 냉각 구멍 또는 냉각 홈으로 냉각수를 관통시켜 금형에서 용융수지의 고열을 제거하고, 용융수지에 탄성한계 이상의 응력하에서 일어나는 변형으로 응력을 제거하여도 원형으로 되돌아가지 않는 성질인 가소성을 부여되는 것이다.

상기 성형품 완성단계 후 성형품 분리단계(도 2의 단계 70)를 수행하게 되는데, 이 단계는 성형품을 금형으로부터 분리하는 단계로서 상기 가동금형 및 고정금형이 분리되면서 이젝트로 완성된 성형품을 금형으로부터 분리하는 단계로서 금형 속에 설치되고 이젝터 플레이트에 고정되어 금형이 열릴 때 이젝터 플레이트와 같이 전진하는 이젝터 핀으로 성형품을 충진실로부터 분리되는 것이다.

< 실시예 1>

일반시중에서 판매되는 점토기와의 한식형 암기와와 동일 중량으로 본 발명의 모래 및 합성수지 기와의 한식형 암기와를 제작하여 한국산업규격 KSF 3510의 규격에 의한 휨 파괴하중의 비교실험을 하여 보았다. 시험방법은 시험체를 기와의 나비 방향으로 수평하게 시험받침대에 놓고 기와의 표면을 위로 하여 받침대에 밀착시켜 놓은 후 기와의 받침대 중앙부에 지지봉을 놓고 약 49.0N/S의 하중속도로 균일하게 재하하였다.

일반시중에서 판매되는 점토기와의 한식형 암기와와 동일 중량으로 본 발명의 모래 및 합성수지 기와의 한식형 암기와를 제작하여 한국산업규격 KSF 3510의 규격에 의한 내 동해성 시험의 비교실험을 하여 보았다. 시험방법은 시험체를 20±5℃ 맑은 물속에 24시간 담근 후 꺼내어 -20±3℃3 의 냉동조에 넣어 8시간 경 과후 다시 20±5℃ 맑은 물속에 6시간 담근 다음 젖은 헝겊으로 물기를 제거하고 시험체의 균열 및 동결 융해의 관찰을 하였다.

시험 측정장비는 일반적으로 공지된 재료시험기 및 냉동조를 사용하였기 때문에 그에 대한 기술을 생략한다.

본 발명의 모래 및 합성수지 기와의 시험결과는 [표1]과 같다.

[표1]

모래 (중량부)	휨 파괴하중(kgf)	균열	동결 용해
47	341	없음	없음
50	358	없음	없음
53	368	없음	없음
56	379	없음	없음
59	396	없음	없음
62	404	없음	없음
65	398	없음	없음
68	382	없음	없음
71	376	없음	없음
74	358	없음	없음
77	350	없음	없음

* 모래의 중량부를 제외한 것이 합성수지의 중량부로서 모래 52 중량부는 합성수지 48 중량부를 혼합한 모래 및 합성수지의 기와임

결과적으로 본 발명의 모래 및 합성수지 기와는 모래가 62중량부 일 때 휨 파괴하중이 최대가 되었어나 모래의 중량부가 그 이상 증가하거나 감소하면 휨 파괴하중이 서서히 감소하는 것을 나타났다. 이는 합성수지가 모래를 적당한 간격으로 결합하였기 때문이라고 판단된다.

본 발명은 전반적으로 휨파괴하중이 한국산업규격 KSF 3510의 점토기와의 휨 파괴하중인 286kgf 보다 우수하였다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 모래 및 합성수지 기와는 휨 파과하중이 양호하여 한번 시공하면 금속기와 또는 시멘트기와 처럼 몇 년동안 보수할 필요가 없어 반연구적으로 사용이 가능하며, 균열이 발생하지 아니하여 폭우가 쏟아져도 누수가 발생할 우려가 없으며, 합성수지의 성분을 사용하였으로 별도의 단열재의 필요가 없고, 기와 자체가 수분을 흡수하지 아니하므로 혹한에서의 동파 및 결로가 발생하지 않는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 기와에 있어서,

   0.1~0.3mm 입도의 모래 62~66 중량부, 합성수지 34~38 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모래 및 합성수지 기와.
2. 삭제
3. 기와의 제조방법에 있어서,

   0.3mm의 체를 통과하고 0.1mm의 체를 통과하지 않는 모래를 선별하는 모래 선별단계;

   선별된 모래에 포함된 불순물을 제거하고 세척하여 건조시키는 모래 세척단계;

   합성수지를 200~350℃의 온도로 용융하는 합성수지 용융단계;

   62~66 중량부의 모래 및 34~38 중량부의 합성수지를 혼합하면서 합성수지가 겔 상태로 되면서 모래가 합성수지 내에 균일하게 형성되는 조성물 혼합단계;

   혼합된 조성물을 금형에 충진시키는 조성물 충진단계;

   합성수지가 냉각되는 동안에 수축으로 인한 체적감소를 보상하기 위해 조성물에 압력을 가하는 조성물 가압단계;

   금형을 냉각시키면서 용융된 합성수지를 응고시켜 가소화하면서 합성수지 내에 모래를 정착시키는 성형품 완성단계;

   완성된 성형품을 금형으로부터 분리하는 성형품 분리단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모래 및 합성수지 기와의 제조방법.

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