KR100707301B1 - 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법에 관한 것으로, 단열재의 성형공정을 연속공정화하는 동시에 성형공정에서 재료 전체에 걸쳐 충분한 성형압력이 균일하게 가해지도록 하고, 성형된 중간가공물의 건조공정에서 재료의 내외부가 고르게, 또한 신속하게 가열 건조되도록 하여 규격이 큰 단열재 생산이 용이하면서도 생산성 및 품질 향상이 가능한 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 가열 팽창된 입자상의 진주석이나 질석, 또는 그 혼합물로 이루어진 주재료를 무기물 결합제와 혼합하는 재료혼합공정; 상기 혼합공정에서 혼합된 재료를 다단 설치된 복수의 성형롤러를 통해 단계적으로 두께가 얇아지도록 순차적으로 가압 성형하여 판재 형태로 연속 성형하는 가압성형공정; 및 상기 가압성형공정에서 성형된 중간가공물을 건조키는 건조공정을 포함하는 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법이 제공된다.
진주석, 질석, 단열재, 성형롤러, 마이크로파
Description
도 1은 본 발명에 따른 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법의 일실시예를 도시한 공정흐름도.
도 2는 본 발명의 단열재 제조 방법에서 가압성형공정을 도시한 공정상태도.
도 3은 본 발명의 단열재 제조 방법에서 건조공정에 사용되는 건조장치의 구조를 예시한 종방향 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 건조장치의 횡방향 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 중간가공물 1' : 재료
11 : 성형롤러 20 : 컨베이어
100 : 본체 105 : 건조실
110 : 벨트컨베이어 120 : 마그네트론
본 발명은 진주석이나 질석 또는 그 혼합물로 이루어진 석재를 이용하여 단열재를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가열팽창 처리된 입자상의 석재를 무기물 결합제(Bindwe)와 혼합하여 제품 형태로 가공하되 다단 성형롤러를 통한 가압처리공정 및 마이크로파를 이용한 건조공정을 통하여 제품의 물성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 단열재는 건물이나 시설물의 벽체 내부에 매입되거나 벽체 표면에 부착되어 그 양측 간의 열전달을 차단 내지는 경감시키는 것으로, 가장 흔하게 사용되는 것으로는 유리섬유나 발포합성수지 재질의 단열재가 있으나, 유리섬유의 경우 단열성 및 내화성은 우수하나 제조공정 및 설치작업 중에 다량의 유리 분진이 발생하여 그 유해성이 문제가 되고 있고, 발포합성수지의 경우 가볍고 가격이 저렴하기는 하나 내화성이 매우 취약하며, 양자 모두 그 형태 및 구조적 특성으로 인해 외장용으로는 사용하기 어려웠다.
상기와 같은 단점이 없는 단열재로서 석재나 점토와 같이 자연 채취되는 무기 광물질을 이용한 단열재가 사용되고 있으나, 통상적인 광물질 단열재는 생산원가가 높을 뿐 아니라 부피 대비 중량이 무거운 단점이 있었다.
이에 따라 근래에 각광받는 단열재 재료로서 진주석이나 질석이 있다. 진주 석 및 질석은 고온으로 가열되면 대략 20배 정도까지 팽창되는 성질을 갖으므로, 이러한 성질을 이용하여 팽창 처리된 진주석이나 질석 입자, 또는 그 혼합물을 주재료로 하고 이를 무기물 결합제와 혼합하여 소정 형태로 성형한 후 건조시켜 가벼우면서도 단열성 및 내화성이 우수하고, 유해성이 없는 단열재를 만들 수 있다.
그런데, 이와 같은 진주석이나 질석을 이용하여 단열재를 제조할 때, 종래에는 정해진 형태의 형틀에 재료를 투입한 후 일면을 눌러 넓게 펴는 방식으로 성형했기 때문에, 성형 가능한 제품의 크기가 제한되어 사이즈가 큰 제품은 생산하기가 곤란하였고, 제품의 성형이 연속공정으로 이루어지지 못하여 그 생산성이 매우 떨어지며, 가해지는 압력이 재료 전체에 충분히 균일하게 가해지지 못하여 성형된 제품의 형태 및 강도가 떨어지고 고르지 못한 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 특히 제품의 크기가 커질수록 심하게 되어 기존에는 대략 가로 또는 세로 길이가 500㎜를 초과하는 제품은 생산하기가 어려웠다.
또한, 성형된 중간가공물을 건조시킬 때, 종래에는 자연건조시키거나 열풍공급방식 또는 오븐가열방식으로 건조시켰으나, 자연건조방식의 경우 건조에 많은 시간과 넓은 장소가 필요하여 그 효용성이 매우 떨어지며, 열풍공급방식나 오븐가열방식 건조의 경우 자연건조방식 보다는 건조속도가 빠르게 이루어지기는 하나, 중간가공물의 외부에 열을 가하는 방식이기 때문에, 특히 중간가공물이 단열재인 이유로, 중간가공물 내부까지 열이 전달되는데 많은 시간이 소요되어 그 생산성 및 에너지이용효율이 좋지 못하고, 중간가공물의 내외부에 가해지는 열량 차이로 인해 건조 중에 형태 및 구조적 변형이 발생하여 제품 품질이 불량하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 단열재의 성형공정을 연속공정화하는 동시에 성형공정에서 재료 전체에 걸쳐 충분한 성형압력이 균일하게 가해지도록 하여 규격이 큰 단열재 생산이 용이하면서도 생산성 및 품질 향상이 가능한 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 성형된 중간가공물의 건조공정에서 재료의 내외부가 고르게, 또한 신속하게 가열 건조되도록 하여 제품 생산성 및 품질을 더욱 향상시킬 수 있는 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 가열 팽창된 입자상의 진주석이나 질석, 또는 그 혼합물로 이루어진 주재료를 무기물 결합제와 혼합하는 재료혼합공정; 상기 혼합공정에서 혼합된 재료를 다단 설치된 복수의 성형롤러를 통해 단계적으로 두께가 얇아지도록 순차적으로 가압 성형하여 판재 형태로 연속 성형하는 가압성형공정; 및 상기 가압성형공정에서 성형된 중간가공물을 건조키는 건조공정을 포함하는 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 단열재 제조 방법에서, 상기 건조공정은 중간가공물에 마이크로파를 조사하여 내부발열을 통해 수분 제거가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 건조공정에 사용되는 건조장치는 터널 형태의 건조실 내부에 상기 중간가공물을 이송시키는 이송수단 및 이 이송수단을 따라 소정 간격으로 마이크로파를 발진시키는 마그네트론이 설치된 구조로 이루어지되, 상기 마그네트론을 서로 다른 극방향을 갖도록 건조실의 횡방향 면에 대하여 마름모 꼴로 배치한 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
경우에 따라, 상기 가압성형공정에서 성형된 중간가공물을 상기 건조공정의 전단계 또는 후단계에서 제품 규격에 따라 절단하는 재단공정이 필요할 수도 있다.
또한, 본 발명의 단열재 제조공정에서, 상기 재료 혼합공정에서 사용되는 무기물 결합제는 80 내지 90중량%의 규산염, 5 내지 15중량%의 물, 1.5 내지 4.5중량%의 젤라틴, 및 0.5 내지 1.5중량%의 글리세린을 포함하며, 미량의 금속이온이 첨가된 것으로 선택될 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기한 본 발명의 단열재 제조공정에는 상기 재단공정에서 소정 크기로 재단된 단열재에 금속판재를 접합하는 샌드위치패널 제조공정이 더 포함될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법을 예시한 공정흐름도로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 진주석 또는 질석으로 이루어진 주재료를 결합제(Bimder)와 혼합하는 재료혼합공정(P1), 혼합된 재료를 연속적으로 가압하여 판형으로 성형하는 가압성형공정(P2), 성형된 중간가공물을 건조시키는 건조공정(P3), 건조된 중간가공물을 제품 규격에 따라 잘라내는 재단공정(P4) 등을 통해 건축물이나 각종 산업시설물의 내장용 및 외장용 단열재를 제조하는 것이다.
상기 재료혼합공정(P1)은 단열성을 갖도록 이전 공정에서 가열팽창처리된 진 주석이나 질석 입자, 또는 그 혼합물을 결합제(Bimder)와 혼합하여 재료에 성형성을 부여하는 것으로, 상기 결합제는 무기물 결합제로서, 예를 들면 규산염, 젤라틴, 글리세린 및 물의 혼합물로 이루어질 수 있다. 이러한 결합제의 혼합비는 주재료인 진주석 또는 질석의 수분함유상태와 입도, 단열재의 사용용도 등의 조건에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 대략 규산염이 80 내지 90중량%, 물이 5 내지 15중량%, 젤라틴이 3중량% 내외(1.5 내지 4.5중량%), 글리세린이 1중량% 내외(0.5 내지 1.5중량%) 정도가 바람직하며, 여기에 미량의 금속이온이 첨가될 수 있다.
상기 가압성형공정(P2)은 재료혼합공정에서 혼합된 재료를 이송간에 가압하여 사용 용도에 따라 적정 두께의 판재 형태로 가공하는 것으로, 도 2의 (a) 또는 (b)에 도시된 바와 같이 다단으로 복수의 성형롤러(11)가 설치된 구조의 롤러성형장치에 의해 단계적으로 얇아지도록 재료(1')를 가압하면서 원하는 두께의 제품으로 성형할 수 있다.
도 2의 (a)는 수평 이동되는 컨베이어(20)과 이 컨베이어(20)의 상부에 단계적으로 간격이 가까워지도록 수평방향을 따라 배열 설치된 복수의 성형롤러(11) 사이로 재료(1')가 이송되면서 판형으로 성형되는 구조를 예시한 것이고, 도 2의 (b)는 소정 간격 이격된 한 쌍의 성형롤러(11) 사이를 재료가 통과하면서 판형으로 성형된 후 컨베이어(20) 상에 놓여져 이송되는 것을 예시한 것으로, 이러한 경우에도 쌍을 이루는 성형롤러(11) 간의 간격이 하측으로 갈수록 가까워지도록 다단 설치되어 단계적 성형이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 혼합된 재료를 성형롤러(11)를 통해 이송 간에 가압하여 연속적 으로 가공하므로, 제품 생산성이 향상되고 제품의 두께도 균일하게 되며, 상기와 같이 다단 설치된 성형롤러(11)를 통해 반복적으로 재료(1')를 가압하고 단계적으로 성형하므로, 혼합된 재료(1')의 혼화도 및 결합도가 균일하게 향상되고 제품 형태가 정확하게 성형될 수 있다. 특히, 제품 사이즈가 큰 경우에도 연속 성형을 통해 정확하고 균일한 성형이 이루어질 수 있다.
상기 건조공정(P3)은 가압성형공정(P2)에서 성형된 중간가공물을 이송 간에 건조시키는 것으로, 이를 위한 건조장치의 예가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다.
도시된 건조장치는 마이크로파에 의한 내부발열을 통해 중간가공물(1)을 건조시키는 것으로, 양측에 입구(101) 및 출구(103)가 형성된 터널 형태의 건조실(105)이 구비된 본체(100)와, 이 본체(100)의 하부를 따라 설치된 벨트컨베이어(110)와, 상기 본체(100)의 건조실(105) 내벽면을 따라 소정 간격으로 설치된 다수의 마그네트론(120)과, 각 마그네트론(120)으로 공급되는 전력을 제어하는 제어부(미도시)를 구비한 구조로 이루어진다.
상기 건조실(105)은 중간가공물(1)이 통과되면서 건조되는 처리공간을 형성하는 것으로, 그 내벽면이 각각 서로 다른 방향을 향하되 적어도 일측이 수평방향에 대해 기울어진 방향을 향하는 형태로 형성된다. 본 실시예에서는 수평방향에 대하여 기울어진 4방향으로 내벽면이 형성되도록 마름모꼴 단면 형태로 형성되어 각 방향의 내벽면이 대칭적으로 설치되면서도 그 지향 방향이 서로 다르게 된 것을 예시하였다.
상기 마그네트론(120)은 건조실(105)의 각 방향을 향하는 내벽면 별로 다수 개가 소정 간격으로 대략 중간가공물(1)을 지향하도록 설치되되, 각 방향의 내벽면에 설치된 마그네트론(120) 간의 극방향이 일치하지 않도록 서로 어긋난 방향으로, 또는 극방향이 다른 경로를 이루도록 이격된 위치에 설치된다.
이때, 전술한 바와 같이 건조실(105)의 내벽면이 마름모꼴로 형성되어 각 방향을 향하는 내벽면에 설치된 마그네트론(120)의 극방향이 서로 다르게 되도록 설치되므로, 각 방향의 내벽면에 마그네트론(120)을 설치해도 상호 간의 마이크로파 충돌 및 역진으로 인한 마그네트론(120)의 파손이 발생하지 않게 된다. 이에 따라, 건조실(105) 의 일측 내벽면, 예를 들어 천장면 뿐 아니라, 내벽면 전체에 걸쳐 보다 다수의 마그네트론(120)을 설치할 수 있게 되므로, 건조실(105)의 단위 길이당 설치 가능한 마그네트론(120)의 수량이, 동일한 장치길이에 대한 마그네트론(120)의 총 출력값이 종래에 비해 현저하게 증가된다. 따라서, 중간가공물(1)의 처리속도 및 처리용량을 현격하게 향상시킬 수 있으므로, 단열재 건조공정에 있어 생산성을 향상시키고 장치비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 보다 많은 위치에 마그네트론(120)이 설치되어 다양한 위치 및 방향으로 마이크로파를 조사하게 되므로, 중간가공물의 크기가 큰 경우에도 고르게 건조가 이루어질 수 있어 보다 단시간에 균일한 가공품질로 공정처리가 가능하게 된다.
한편, 전술한 실시예에서는 상기 건조실(105)의 형태가 마름모꼴 단면 형태를 갖는 것을 예시하였으나, 이것으로 한정되는 것이 아니며, 각 방향의 내벽면에 설치된 마그네트론(120)이 정면으로 대향되지 않도록 적어도 일측 내벽면이 다른 내벽면에 대해 예각 또는 둔각을 이루도록 경사진 다양한 형태로 이루어질 수 있 다. 예를 들어 전술한 마름모꼴 형태 뿐 아니라, 삼각형, 오각형 등의 다각형 단면 형태로 형성될 수도 있고, 원이나 타원 등의 단면 형태를 이루도록 내벽면이 곡면으로 형성될 수도 있다.
상기 재단공정(P4)은 건조가 완료되어 소정 면적의 단열재 판 형태로 가공된 제품을 규격에 따라 컷팅하는 한편 마감처리 하는 것으로, 상기 성형공정에서 투입되는 재료(1')의 양 및 형태를 조절하여 대략적인 크기와 형태를 맞출 수 있으므로, 제품의 종류에 따라서는 생략될 수도 있다. 또한, 정밀한 형태가 요구되지 않는 경우에는 가공이 보다 용이하도록 성형된 중간가공물(1)을 건조시키기 전에 재단공정이 수행되도록 할 수도 있다.
상기 건조공정(P3)을 통해 건조가 완료된 제품, 또는 재단공정(P4)을 통해 마감처리된 제품은 그 자체로 건축용, 산업용 단열재로서 사용될 수도 있고, 양면에 금속판을 부착하는 샌드위치패널제조공정(P5)을 거쳐 샌드위치패널 제품으로 사용될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 재료를 이송시키면서 성형롤러로 가압성형하여 단열재의 성형공정을 연속공정화하는 동시에 재료 전체에 걸쳐 충분한 성형압력이 균일하게 가해지도록 함으로써, 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조에 있어 생산성을 향상시키고 제품 품질을 균일하게 향상시킬 수 있으며, 특히 사이즈가 큰 단열재를 용이하게 성형할 수 있게 된다. 이러한 효과는 다단 설치된 성형롤러를 통해 재료를 단계적으로 반복 가압하여 성형함으로써 더욱 증진될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 마이크로파에 의한 내부발열을 통해 성형된 중간가공물의 내외부가 고르고 신속하게 건조되도록 함으로써, 더욱이, 건조공정을 위한 마그네트론의 배치를 상호 간의 발진파가 충돌되지 않으면서도 보다 다양한 위치에 보다 많은 수량을 설치할 수 있도록 함으로써, 장치라인의 단위길이당 건조처리 속도 및 용량을 증가시킬 수 있어 단열재 제조공정의 생산성 및 비용효율을 더욱 높일 수 있는 효과가 있다. 이러한 효과는 제품 사이즈가 커질수록 더욱 유용하게 된다.
Claims (6)
- 가열 팽창된 입자상의 진주석이나 질석, 또는 그 혼합물로 이루어진 주재료를 무기물 결합제와 혼합하는 재료혼합공정;상기 혼합공정에서 혼합된 재료를 다단 설치된 복수의 성형롤러를 통해 단계적으로 두께가 얇아지도록 순차적으로 가압 성형하여 판재 형태로 연속 성형하는 가압성형공정; 및상기 가압성형공정에서 성형된 중간가공물을 건조키는 건조공정을 포함하는 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 건조공정은 중간가공물에 마이크로파를 조사하여 내부발열을 통해 수분 제거가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 건조공정에 사용되는 건조장치는 터널 형태의 건조실 내부에 상기 중간가공물을 이송시키는 이송수단 및 이 이송수단을 따라 소정 간격으로 마이크로파를 발진시키는 마그네트론이 설치된 구조로 이루어지되, 상기 마그네트론을 서로 다른 극방향을 갖도록 건조실의 횡방향 면에 대하여 마름모 꼴로 배치한 것을 특징으로 하는 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 가압성형공정에서 성형된 중간가공물을 상기 건조공정의 전단계 또는 후단계에서 제품 규격에 따라 절단하는 재단공정을 더 포함하는 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 무기물 결합제는 80 내지 90중량%의 규산염, 5 내지 15중량%의 물, 1.5 내지 4.5중량%의 젤라틴, 및 0.5 내지 1.5중량%의 글리세린을 포함하는 것을 특징으로 하는 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법.
- 제4항에 있어서,상기 재단공정에서 소정 크기로 재단된 단열재에 금속판재를 접합하는 샌드위치패널 제조공정을 더 포함하는 진주석 또는 질석을 이용한 단열재 제조 방법.
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