KR100792127B1 - Ondol Floor Board using Porous Carbon Materials and Manufacturing Method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다공질 탄소재료를 이용한 온돌마루판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 열을 차단하는 단열재; 상기 단열재의 상단에 적층되어 인가되는 전력으로 열을 발생하는 다공질 탄소재료; 상기 다공질 탄소재료에서 발생하는 열을 전달하는 필름, 및 상기 필름 위에 적층되어 열을 보온 및 발산하는 보온재를 포함하여 이루어진 온돌마루판으로, 발열과 동시에 원적외선의 방사 및 전자파 차폐효과 등을 갖는 것이다.The present invention relates to an ondol floorboard using a porous carbon material and a method for manufacturing the same; A porous carbon material that generates heat with power applied by being stacked on top of the heat insulating material; An ondol floorboard comprising a film for transferring heat generated from the porous carbon material, and a heat insulating material laminated on the film to insulate and dissipate heat, and has heat radiation and electromagnetic shielding effects at the same time as heat generation.
다공질 탄소재료, 온돌, 마루판, 면상발열체, 우드세라믹Porous carbon material, Ondol, Floorboard, Planar heating element, Wood ceramic
Description
도 1은 본 발명에 따른 일실시예로서 다공질 탄소재료를 이용한 온돌마루판의 분리사시도,1 is an exploded perspective view of an ondol floor using a porous carbon material as an embodiment according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 다공질 탄소재료를 이용한 온돌마루판의 제조과정을 나타낸 도면,2 is a view showing a manufacturing process of an ondol floor using a porous carbon material according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 다공질 탄소재료의 배열상태를 나타낸 도면,3 is a view showing the arrangement of the porous carbon material according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 다공질 탄소재료의 다른 배열상태를 나타낸 도면,4 is a view showing another arrangement of the porous carbon material according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 다공질 탄소재료의 또 다른 배열상태를 나타낸 도면,5 is a view showing another arrangement of the porous carbon material according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 다공질 탄소재료를 이용한 온돌마루판의 다른 실시예를 나타낸 도면,6 is a view showing another embodiment of an ondol floor using a porous carbon material according to the present invention;
도 7은 본 발명의 다공질 탄소재료 사이에 전선을 연결하는 방법을 나타낸 도면,7 is a view showing a method of connecting electric wires between the porous carbon material of the present invention,
도 8은 본 발명의 다공질 탄소재료에 전선을 연결하는 방법을 나타낸 도면.8 is a view showing a method for connecting an electric wire to the porous carbon material of the present invention.
♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣♣ Explanation of symbols for main part of drawing ♣
10, 40: 단열재 12, 42: 다공질 탄소재료10, 40: heat
14, 43: 전선 16, 45: 보조 단열재14, 43:
18, 44: 필름 20, 46: 보온재18, 44:
본 발명은 다공질 탄소재료를 이용한 온돌마루판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 목재, 목질, 목재섬유, 왕겨 또는 톱밥 등에 열경화성수지로 함침 및 경화시킨 후에 소성시켜 제조한 다공질 탄소재료를 온돌마루판으로 제조하는 방법과 그 온돌마루판에 관한 것이다.The present invention relates to an ondol floorboard using a porous carbon material and a method for manufacturing the same. More specifically, the porous carbon material prepared by impregnating and curing the thermosetting resin with wood, wood, wood fiber, rice hull or sawdust, etc. It relates to a method for producing a floorboard and its ondol floorboard.
종래에 세라믹(Ceramic)은 점토나 광물을 주원료로 하여 제조된 자기나 도기를 말하는 것으로, 넓은 의미에서 이온결합 및 공유결합을 갖는 무기질 재료를 가리키는 것이다. 무기질 재료에 속하는 탄소재료도 세라믹에 포함된다고 할 수 있다. 따라서, 목재, 목질, 목재섬유 또는 톱밥 등을 주원료로 하여 평판형태의 보드를 제조한 후에 열경화성수지를 주입하여 함침한 다음, 고온에서 소성하여 만든 다공질 탄소재료로서의 세라믹을 일명 '우드세라믹(Woodceramics)'이라 한다. 이러한 우드세라믹은 가볍고 단단하며, 내부식성 및 내구성이 강하고, 전자파 차폐 및 원적외선 방사효과 등이 있고, 목재의 독특한 다공질 구조를 유지하고 있어 전기·전자제품의 원료나 마찰재료 또는 건축재료 등으로 광범위하고 다양한 분야에 응용이 가능한 물질이다.In the related art, ceramic refers to porcelain or ceramics manufactured using clay or mineral as a main raw material, and refers to an inorganic material having ionic and covalent bonds in a broad sense. Carbon materials belonging to the inorganic material can also be said to be included in the ceramic. Therefore, after manufacturing a board in the form of a flat plate made of wood, wood, wood fiber or sawdust as a main raw material, it is impregnated with a thermosetting resin and impregnated, and then a ceramic as a porous carbon material made by firing at high temperature is known as' Woodceramics 'Is called. These wood ceramics are light and hard, have strong corrosion resistance and durability, electromagnetic shielding and far-infrared radiation effects, and maintain a unique porous structure of wood, making them widely used as raw materials, friction materials or building materials for electrical and electronic products. It is a material that can be applied to various fields.
이와 같은 다공질 탄소재료인 우드세라믹은 일본특개평4-164806호(우드세라믹의 제조방법)와, 국내공개특허공보 제2002-75323호(점토-목재요소-페놀수지로 만 든 복합재료의 탄화에 의한 점토-목재 세라믹 다공질 탄소재료 제조방법)를 통하여 공개된 바 있다.Wood ceramics, such porous carbon materials, are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-164806 (Method for Producing Wood Ceramics) and Korean Patent Publication No. 2002-75323 (Carburizing of Composite Materials Made of Clay-Wood Element-Phenol Resin). Clay-wood ceramic porous carbon material manufacturing method) has been published.
더욱이 종래에 온돌은 예로부터 구들장의 형태로 전해져 왔고, 이러한 온돌은 흙이나 황토바닥 위에 석재를 깔고, 다시 자갈이나 황토 등을 채워 말린 후에 장판지 등을 발라 완성하였다. 이렇게 구성된 온돌은 나무나 짚단 등을 태워 발생된 열을 통풍시켜 석재를 데움으로 석재의 온열로서 온돌기능을 하도록 하였다.Moreover, conventionally, ondol has been handed down in the form of a guddle field, and such ondol is laid with stone on soil or ocher ground, and filled with gravel or ocher, and dried, and then finished with jangpanji. The ondol constructed in this way was to burn the wood or straw, and ventilate the heat generated to heat the stone so that it functions as an ondol of the stone.
그리고 근래에 와서 구들장과 같은 온돌을 대신하여 콘크리트 바닥에 온수관을 배관한 후에 다시 콘크리트 등을 채워 말린 후에 장판지 또는 마루판 등을 깔아 완성하였다. 따라서 온수관을 통하여 온수를 공급하기 위하여 보일러가 설치되어야 하고, 보일러는 화석연료나 나무 등을 태우도록 되어 있다.In recent years, the hot water pipes were piped to the concrete floor instead of the ondol, such as a saddleyard, and then filled with concrete and dried, and then floorboards or floorboards were completed. Therefore, a boiler must be installed to supply hot water through the hot water pipe, and the boiler is to burn fossil fuel or wood.
그러나 종래의 구들장이나 온수관을 이용한 온돌시스템은 석재 또는 온수관의 배치, 그리고 별도의 석재 가열이나 온수 공급을 위하여 별도의 가열장치를 설치하여야 하는 등의 설치의 복잡성과 설치비용 및 유지비용의 상승 등의 문제가 있었다.However, in the conventional ondol system using a saddleyard or hot water pipe, the complexity of the installation, the installation cost, and the maintenance cost are increased, such as the arrangement of the stone or hot water pipe, and the installation of a separate heating device for heating or supplying the hot water separately. There was a problem.
본 발명에서는 상기와 같은 종래의 온돌시스템의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 다공질 탄소재료(우드세라믹)의 수지함침율과 소성온도 등에 의한 전기적 성질과 표면온도 변화 등을 이용하여 온돌마루판을 제조할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이 목적이다.In the present invention to solve the problems of the conventional ondol system as described above, it is possible to manufacture the ondol floorboard by using the electrical properties and surface temperature changes by the resin impregnation rate and the firing temperature of the porous carbon material (wood ceramic), etc. The purpose is to provide a way.
또한, 본 발명은 다공질 탄소재료를 이용하여 고정형 온돌마루판에 적용하거 나 이동이 가능한 온돌마루판에 적용할 수 있도록 한 것이다.In addition, the present invention is to be applied to a fixed ondol floorboard or a movable ondol floorboard using a porous carbon material.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 열을 차단하는 단열재; 상기 단열재의 상단에 적층되어 인가되는 전력으로 열을 발생하는 다공질 탄소재료; 상기 다공질 탄소재료에서 발생하는 열을 전달하는 필름, 및 상기 필름 위에 적층되어 열을 보온 및 발산하는 보온재를 포함하여 이루어진 온돌마루판을 제공한 것이 특징이다.The present invention for achieving the above object, the heat shield to block heat; A porous carbon material that generates heat with power applied by being stacked on top of the heat insulating material; It is characterized in that the ondol floorboard comprising a film for transferring heat generated from the porous carbon material, and a heat insulating material laminated on the film to insulate and dissipate heat.
또한, 본 발명은, (a) 단열재를 준비하고 설치하는 단계; (b) 상기 설치된 단열재 위에 다공성 탄소재료를 배치하는 단계; (c) 상기 다공성 탄소재료를 전선으로 연결하는 단계; (d) 상기 다공성 탄소재료 사이에 보조 단열재를 채우는 단계; (e) 상기 다공성 탄소재료 및 보조 단열재 위에 필름을 적층하는 단계; (f) 상기 필름 위에 보온재를 적층하는 단계를 포함하여 이루어진 다공질 탄소재료를 이용한 온돌마루판 제조방법을 제공한 것이 특징이다.In addition, the present invention, (a) preparing and installing the heat insulating material; (b) disposing a porous carbon material on the installed insulation; (c) connecting the porous carbon material with an electric wire; (d) filling auxiliary insulation between the porous carbon materials; (e) laminating a film on the porous carbon material and the auxiliary insulation; (f) is characterized by providing a method for producing ondol floorboards using a porous carbon material comprising the step of laminating the insulating material on the film.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예로서 다공질 탄소재료를 이용한 온돌마루판의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an ondol floor using a porous carbon material as an embodiment according to the present invention.
먼저, 본 발명은 면상발열체로서 다공질 탄소재료를 제조하기 위하여, 목재나 목질 또는 목재섬유나 톱밥 등을 이용한다. 바람직하게는 목재나 목질 또는 목재섬유 등도 톱밥의 형태로 제조하는 것이 좋다. 더욱이 소나무, 낙엽송 또는 잣 나무 등의 간벌재를 이용하여 톱밥을 제조하고, 제조된 톱밥에 분말의 열경화성수지를 혼합한 다음에 열압기를 이용하여 열압한 후에 열경화성수지를 함침 및 경화시킨 다음, 고온에서 소성하여 다공질 탄소재료를 구한다. 다공질 탄소재료는 가볍고 단단하며, 내부식성, 원적외선 방사 및 열적 특성을 갖는 목재의 구조를 지니고 있다.First, the present invention uses wood, wood, wood fiber, sawdust or the like to produce a porous carbon material as a planar heating element. Preferably, wood, wood or wood fibers, etc. may be prepared in the form of sawdust. Furthermore, sawdust is produced using thin timber such as pine, larch or pine wood, and the thermosetting resin of powder is mixed with the prepared sawdust, and then hot pressed using a thermocompressor. Then, the thermosetting resin is impregnated and cured. By firing, a porous carbon material is obtained. Porous carbon material is light and hard, and has a structure of wood with corrosion resistance, far infrared radiation and thermal properties.
일반적인 다공질 탄소재료, 즉 우드세라믹은 제조방법에 따라 다양한 성질을 나타내므로 용도에 적합한 제조방법이 중요하다. 본 발명에서는 다공질 탄소재료를 면상발열체로서 원적외선 방사체로 이용한 것으로, 다공질 탄소재료의 제조시에 수치함침율과 소성온도에 따라 전기적 특성 및 표면온도의 변화가 다양하므로 이를 적절히 실험 및 분석함으로서 효과적인 온돌마루판을 제조할 수 있을 것이다.Since a general porous carbon material, ie, wood ceramic, exhibits various properties depending on the manufacturing method, a manufacturing method suitable for the purpose is important. In the present invention, the porous carbon material is used as a far-infrared radiator as the planar heating element, and the electrical properties and the surface temperature vary according to the numerical impregnation rate and the firing temperature at the time of manufacturing the porous carbon material. May be prepared.
본 발명의 다공질 탄소재료를 이용한 온돌마루판의 구조를 도 1을 참조하여 살펴보면, 단열재(10)는 콘크리트나 섬유패널 또는 합성수지 등을 이용한다. 즉 단열재(10)는 열을 차단하기 위한 것으로, 석분이나 자갈 또는 모래 등을 혼합한 콘크리트를 일정 면적, 예를 들어, 방이나 거실 등에 난방을 위한 온돌을 설치할 면적에 콘크리트를 타설하는 것이다. 또한 단열재(10)로서 합성수지나 섬유패널 등을 이용하는 경우에는 일정 면적, 예를 들어, 이동이 가능한 면적이나 휴대가 가능한 면적만큼 준비하여 설치하는 것이 바람직하다. 합성수지는 단열이 가능한 재질을 사용하는 것이 좋고, 섬유패널은 강화섬유 또는 석고보드 등이 내재된 열 차폐성 보드의 형태가 좋다.Looking at the structure of the ondol floorboard using the porous carbon material of the present invention with reference to Figure 1, the
다공질 탄소재료(12)는 목재, 목질, 목질섬유 또는 톱밥 등에 일정 비율의 분말의 열경화성수지에 혼합하여 보드의 형태로 제조한 다음에 액상의 열경화성수지를 주입하여 함침한 다음, 고온에서 소성하여 제조한 것이다. 더욱이 다공질 탄소재료(12)는 용도에 따라 원형이나 다각형 또는 설치할 면적 전부를 덮을 수 있는 형태로 제조할 수 있다. 열경화성수지는 요소수지 또는 페놀수지를 사용하는 것이 좋다. 그리고 다공질 탄소재료(12)에 전력을 인가하는 전선(14)을 연결하고, 전선(14)은 다공질 탄소재료(12)의 배열이나 배치에 따라 직렬 또는 병렬로 연결한다. 소성된 다공질 탄소재료(12)는 도체이므로 인가된 전력이 외부로 누설되거나 단락되는 것을 방지하기 위하여 다공질 탄소재료(12)의 표면에는 절연을 위하여 코팅처리를 하는 것이 바람직하다. 더욱이 다공질 탄소재료(12)에 코팅처리를 하는 다른 목적으로는 열경화성수지가 함침되어 소성되므로 열경화성수지로부터 유해물질이 외부로 배출되는 것을 방지하기 위한 것이다. 코팅처리는 절연재 또는 합성수지 등을 이용할 수 있다.The
필름(18)은 다공질 탄소재료(12)로부터 발생된 열을 전달하기 위한 것으로, 필름(18)은 합성수지, 즉 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 성분을 포함하는 것이 좋다. 필름(18)은 가볍고 두께가 1∼10mm 이내인 것을 적용한다. 더욱이 필름(18)은 다공질 탄소재료(12)에서 발열된 열을 견딜 수 있는 것이 좋다.The
보온재(20)는 상기 필름(18)의 상단에 적층되는 것으로, 필름(18)으로부터 전해진 열을 보온 및 발산하는 것이다. 보온재(20)로는 마루판이나 장판지 등을 적용하는 것이 바람직하다.The
이와 같이 본 발명의 구성요소 중에서 발열이 이루어지는 하부소재로 이용된 다공질 탄소재료를 이용하여 온돌마루판을 제조하는 과정을 도 2a∼도 2f를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.As described above, a process of manufacturing the ondol floorboard using the porous carbon material used as the lower material generating heat among the components of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2A to 2F.
도 2a는 기초되는 바닥에 단열재(10)를 설치한다. 단열재(10)는 실내의 방바닥이나 거실 등에 콘크리트를 시공하거나 또는 타일이나 섬유 패널 등, 단열이 가능한 재료를 소정 두께 및 넓이로 시공한다.2a installs a
도 2b는 단열재(10)의 설치가 완료되면, 그 위에 면상발열체인 다공질 탄소재료(12)를 배열하여 설치한다. 배열은 소정 크기를 갖는 원형 또는 다각형, 바람직하게는 직육면체를 복수로 배열한다. 즉 도 3의 평면도에서, 다공질 탄소재료(12)를 가로 및 세로방향으로 일정 간격을 두고 배열하거나, 도 4의 평면도에서, 장방형으로 가로 또는 세로로 길게 하나 이상을 배열할 수도 있다. 그리고, 도 5의 단면도에서, 단열재(10) 위에 하나의 다공질 탄소재료(12)를 적층하여 설치할 수도 있다.2B, when the installation of the
도 2c는 면상발열체인 다공질 탄소재료(10)의 설치가 이루어지면, 배열된 다공질 탄소재료(10) 사이에 전선(14)을 연결한다. 전선(14)은 외부로부터 인가된 전압 및 전류를 공급하는 것으로, 도체 성분의 다공질 탄소재료(10)를 통해서 전압 및 전류가 도통상태가 된다. 전선(14)을 연결하는 방식은 도 7a에서, 다공질 탄소재료(10)를 직렬로 연결하는 방식과, 도 7b에서, 다공질 탄소재료(10)를 병렬로 연결하는 방식을 선택적으로 적용할 수 있다. 그리고 전선을 다공질 탄소재료(10)에 연결하는 방식은 도 8a에서, 다공질 탄소재료(10)의 측면에 나사(50)로 결합하여 연결하는 방식과, 도 8b에서 다공질 탄소재료(10)의 측면에 납땜(52)으로 연결하는 방식을 선택적으로 적용할 수 있다. 도 8b와 같이 납땜(52)으로 전선(14)을 연결하는 경우에는 다공질 탄소재료(10)에 직접 땜납이 붙지 않으므로, 다공질 탄소재료(10)의 납땜할 위치에 폴리머형 동도전 페이스트(paste)를 코팅한 후에 전선(14)을 연결한다. 한편, 다공질 탄소재료(10)의 표면에는 절연을 위한 코팅처리가 되어 있으므로, 전선(14)이 연결되는 부위에도 절연이 이루어지도록 절연처리를 하는 것이 바람직하다.2C shows the connection of the
도 2d는 다공질 탄소재료(10)의 배열 및 전선(14)이 연결된 후에 다공질 탄소재료(10) 사이에 단열재(16)를 채워 넣음으로서 다공질 탄소재료(10)의 위치를 고정시키고, 다공질 탄소재료(10) 사이의 간격을 일정하게 유지시킨다.FIG. 2D shows that the position of the
도 2e는 다공질 탄소재료(10) 위에 소정 두께를 갖는 필름(18)을 얹어 고정시킨다. 필름(18)은 합성수지제로, 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 등이 적용된다. 필름(18)은 다공질 탄소재료(10)에서 발생된 열이 골고루 전달될 수 있도록 하는 것이다.2E is a
도 2f는 상기 필름(18)의 상층에 보온재(20)를 적층한다. 보온재(20)는 목질이나 종이류 등의 마루판이나 장판지 등으로 다공질 탄소재료(10)로부터 발생된 열이 필름(18)을 통하여 전달된 후에 실제로 외부로 방출되는 부분이다.FIG. 2F is a lamination of the
이와 같이 도 2a∼도 2f의 제조과정을 거쳐 다공질 탄소재료를 이용한 온돌마루판의 제작이 이루어진다. 본 발명에서는 방이나 마루 또는 거실 등에 온돌이나 온수관과 같이 발열체를 시공하여 설치하는 것이지만, 이에 한정되지 않고, 이동 및 휴대가 가능하게 제조할 수 있다.Thus, through the manufacturing process of Figures 2a to 2f is produced on the flooring floor using a porous carbon material. In the present invention, the heating element is installed and installed in a room, a floor, a living room, or the like, such as an ondol or a hot water pipe.
즉 도 6에서, 온돌마루판의 다른 실시예는 소정의 수용 공간부를 갖는 일정 크기의 단열재(40) 내에 면상발열체인 다공질 탄소재료(42)를 올려놓고 전선(43)을 연결하며, 다공질 탄소재료(42) 사이에 보조 단열재(45)를 채운 다음에 필름(44)을 얹고, 다시 장판지나 마루판 등의 보온재(46)를 적층하여 제작할 수 있다. 이와 같이 이동 및 휴대할 수 있는 형태의 온돌마루판은 공간적으로 시공이 불가능하거나 위치적으로 온돌마루판을 설치할 수 없는 곳에 적용할 수 있다. 즉 이동 및 휴대를 가능하게 하는 경우에는 베란다나 부엌 또는 창고나 화장실 등에 설치한 후에 전원을 인가하여 발열 및 보온할 수 있도록 할 수 있고, 더욱이 실외에서 발열 및 보온용으로 적용할 수도 있다.That is, in Figure 6, another embodiment of the ondol floorboard is a
또한, 본 발명에 적용된 다공질 탄소재료를 침대, 특히 돌 침대 등과 같이 석재로 이루어진 재질 사이에 삽입하여 발열 및 보온시킬 수도 있다. 그리고 본 발명의 온돌마루판은 바닥에 한정하지 않고 발열 및 보온이 필요한 벽이나 천장 또는 건축자재로서도 다양한 적용범위를 갖는다.In addition, the porous carbon material applied to the present invention may be inserted between a material made of stone, such as a bed, especially a stone bed, to heat and warm. In addition, the ondol floorboard of the present invention is not limited to the floor and has various application ranges as a wall, a ceiling, or a building material that requires heat and insulation.
한편, 본 발명의 다공질 탄소재료를 이용한 온돌마루판은 다공질 탄소재료의 물리적 특성에 의하여 외부로부터 전원이 인가되면 발열뿐만 아니라, 인체에 유용한 원적외선 에너지가 방사된다. 이러한 예로서, 본 발명의 다공질 탄소재료의 물리적 특성을 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, the ondol floorboard using the porous carbon material of the present invention emits not only heat but also far-infrared energy useful to the human body when power is applied from the outside due to the physical characteristics of the porous carbon material. As such an example, the physical properties of the porous carbon material of the present invention are as follows.
먼저, 목질, 특히 소나무, 낙엽송 또는 잣나무 등의 간벌재를 재료로 하여 톱밥제조용 둥근톱을 이용하여 톱밥을 제조한다. 제조된 톱밥의 균일한 입자의 크기를 위하여 채를 이용하여 1mm 크기이하의 톱밥을 선별하고, 선별된 톱밥은 함수 율이 6wt%이하가 되도록 조절한다.First, sawdust is produced using a sawdust for the production of sawdust, using wood, particularly pine wood, larch or pine wood as a material. For the uniform particle size of the manufactured sawdust, the sawdust of 1mm or less is selected using a whisk, and the selected sawdust is adjusted to have a moisture content of 6wt% or less.
함수율이 일정 비율이하로 조절된 톱밥은 보드로 제조를 위하여 접착제로서 분말의 열경화성수지를 혼합한다. 이때, 분말로 사용된 열경화성수지는 페놀수지로서, 혼합율은 10wt%이고, 융점이 80∼90℃이며, 수지고형분은 99%인 것이 바람직하다.Sawdust whose moisture content is controlled below a certain ratio is mixed with a thermosetting resin of powder as an adhesive for manufacturing into a board. At this time, the thermosetting resin used as the powder is a phenol resin, the mixing ratio is 10wt%, the melting point is 80 ~ 90 ℃, the resin solid content is preferably 99%.
상기 열경화성수지로서 분말의 페놀수지가 혼합된 톱밥을 열압기로 열압하여 평판형태의 보드로 제조하는데, 열압기로 열압하는 온도는 190℃이고, 가압압력은 40→20→10kgf/cm(3단 가압)이며, 열압시간은 6→5→4분(3단 열압시간)으로서, 밀도가 0.6g/cm의 보드를 제조한다. 상기 접착제로서 분말의 페놀수지와 혼합된 톱밥은 열압기의 열판 위에 있는 정방형 몰드에 넣고 상부면을 일정하게 조절한 후에 열압 및 성형하여 일정크기, 예를 들면, 26cm×26cm×1.4cm의 보드를 평판형태로 제조한다. 열압기는 약 30톤의 가압조건에서 다양한 가압조건 및 열압시간에 따라 보드를 제조할 수 있다. 제조된 보드는 원하는 크기, 예를 들면, 12cm×12cm×1.4cm의 크기로 재단하여 사용할 수 있다.As the thermosetting resin, a sawdust mixed with powdered phenolic resin is hot pressed with a hot press to produce a flat board. The hot press is carried out at a temperature of 190 ° C., and the pressurization pressure is 40 → 20 → 10kgf / cm (three stages). Pressurization), and the thermal pressure time is 6 → 5 → 4 minutes (three stage hot pressing time), and a board having a density of 0.6 g / cm is produced. The sawdust mixed with the phenol resin of the powder as the adhesive is put in a square mold on the hot plate of the thermocompressor, and the upper surface is constantly adjusted, followed by thermocompression and molding to form a board having a predetermined size, for example, 26 cm × 26 cm × 1.4 cm. Manufactured in the form of a plate. The thermocompressor can manufacture boards under various pressurization conditions and hot press times at pressurization conditions of about 30 tons. The manufactured board can be cut to a desired size, for example, 12 cm x 12 cm x 1.4 cm.
다음으로, 상기 평판형태로 제조된 보드를 액상의 열경화성수지를 수용하는 감압기에 넣고 함침한다. 이때, 감압기 내의 압력은 1기압에서 열경화성수지 혼합율이 40∼80wt%로 조절하여 함침하고, 열경화성수지는 고형분 51∼53wt%, 비중 1.06, 점도 45∼65cps, 겔화시간 80∼95sec로 조절한다. 그리고, 상기 함침된 보드를 건조기에 넣고 약 60℃에서 10시간동안 건조한 후에, 100℃와 135℃에서 각각 8시간씩 경화시킨다.Next, the board manufactured in the form of a flat plate is impregnated into a pressure reducing unit accommodating a liquid thermosetting resin. At this time, the pressure in the pressure reducer is impregnated by adjusting the thermosetting resin mixing rate to 40 to 80 wt% at 1 atm, and the thermosetting resin is adjusted to 51 to 53 wt% solids, specific gravity 1.06,
한편, 상기 경화된 보드를 진공소결로에서 소성하는 공정을 거치는데, 열경화성수지의 함침율 40∼80wt%, 소성온도 600∼1,500℃, 승온온도 2∼6℃/min 및 최고온도 유지시간 1∼5시간의 조건으로 소성하여 다공질 탄소재료를 제조하게 된다(S17).Meanwhile, the hardened board is fired in a vacuum sintering furnace, and the impregnation rate of the thermosetting resin is 40 to 80 wt%, the firing temperature is 600 to 1,500 ° C, the elevated temperature is 2 to 6 ° C / min, and the maximum temperature holding time is 1 to. Firing under a condition of 5 hours produces a porous carbon material (S17).
이와 같이 본 발명에서 제조된 다공질 탄소재료의 물성적 특성을 수지함침율에 따른 성질, 소성온도에 따른 성질, 승온온도에 따른 성질 및 유지시간에 따른 성질로 구분하여 설명한다.Thus, the physical properties of the porous carbon material prepared in the present invention will be described by dividing the properties according to the resin impregnation rate, the properties according to the firing temperature, the properties according to the elevated temperature and the properties according to the holding time.
먼저, 수지함침율에 따른 성질로서, 소성온도 800℃, 승온온도 4℃/min, 유지시간 2시간의 소성조건에 따라 물리적인 성질은 표 1과 같다.First, as properties in accordance with the resin impregnation rate, the physical properties are shown in Table 1 according to the firing conditions of the firing temperature 800 ℃, heating temperature 4 ℃ / min, holding time 2 hours.
상기 표 1에서 열전도성은 표면온도 80℃로 설정된 실리콘 러버 히터 위에 다공질 탄소재료(우드세라믹)를 올려놓고 시료표면에 온도계를 부착하고 기준온도까지 소요된 시간을 측정하여 단위시간당 열전도거리(mm/sec)를 비교한 것이다.In Table 1, the thermal conductivity is a porous carbon material (wood ceramic) placed on a silicon rubber heater set at a surface temperature of 80 ° C., a thermometer is attached to the sample surface, and the time taken to the reference temperature is measured. ) Is a comparison.
표 1에서 수지함침율에 따른 물리적 성질은, ① 수지함침율이 증가할수록 탄화과정에서 많은 양의 열경화성수지가 유리질 탄소로 변환되었기 때문에 밀도가 증가한다. ② 수지함침율이 증가할수록 중량 및 두께 감소율은 감소한다. ③ 수지함침율이 증가할수록 휨강도는 증가한다. ④ 수지함침율이 증가할수록 열전도성은 우수하다는 것을 알 수 있다.In Table 1, the physical properties of the resin impregnation rate are as follows: ① As the resin impregnation rate increases, the density increases because a large amount of thermosetting resin is converted into glassy carbon during carbonization. ② As the resin impregnation rate increases, the weight and thickness decrease rate decreases. ③ As the resin impregnation rate increases, the flexural strength increases. ④ The higher the resin impregnation rate, the better the thermal conductivity.
다음의 표 2는 수지함침율에 따른 전기적인 성질로서, 전기선을 연결한 후에 약 30분 후에 측정한 결과값이다.Table 2 below shows the electrical properties according to the resin impregnation rate, which is measured after about 30 minutes after connecting the electric wires.
상기 표 2에서 수지함침율에 따른 전기적 성질은, ① 수지함침율이 높을수록 저항은 감소하고 소비전력은 증가한다. ② 수지함침율이 높을수록 표면온도는 증가함을 알 수 있다.In Table 2, the electrical properties according to the resin impregnation rate, ① The higher the resin impregnation rate, the resistance decreases and the power consumption increases. ② The higher the resin impregnation rate, the higher the surface temperature.
표 3은 수지함침율에 따른 성질로서 원적외선 방사특성으로서, 측정온도는 50℃, 5∼20㎛에서 측정하였다.Table 3 shows the characteristics of far-infrared radiation as a property according to resin impregnation rate, and the measurement temperature was measured at 50 ° C. and 5 to 20 μm.
상기 표 3에서 수지함침율에 따른 원적외선 방사특성은, ① 수지함침율별로 일정한 경향은 없었다. ② 수지함침율이 50%일 때에 방사율과 방사에너지가 가장 높았음을 알 수 있다.In Table 3, the far-infrared radiation characteristics according to the resin impregnation rate did not tend to be constant for each resin impregnation rate. ② When the resin impregnation rate is 50%, the emissivity and radiation energy are the highest.
다음으로, 소성온도에 따른 성질로서, 수지함침율 70%, 승온온도 2℃/min, 유지시간 2시간의 소성조건에 따라 물리적인 성질은 표 4와 같다.Next, as the properties according to the firing temperature, the physical properties are shown in Table 4 according to the firing conditions of the resin impregnation rate 70%, elevated temperature 2 ℃ / min, holding time 2 hours.
표 4에서 소성온도에 따른 물리적 성질은, ① 소성온도가 높을수록 밀도는 증가하다가 1,200℃ 이후에는 감소한다. ② 소성온도가 높을수록 중량 및 치수감소율은 증가한다. ③ 소성온도가 높을수록 열전도성은 증가한다는 것을 알 수 있었다.In Table 4, the physical properties according to the firing temperature are as follows: ① As the firing temperature increases, the density increases and then decreases after 1,200 ° C. ② The higher the firing temperature, the higher the weight and dimensional reduction rate. ③ The higher the firing temperature, the higher the thermal conductivity.
다음의 표 5는 소성온도에 따른 성질로서 원적외선 방사특성 및 저항에 관하여 측정한 결과값이다.Table 5 below shows the results of the measurement of the far-infrared radiation characteristics and resistance as a property of firing temperature.
상기 표 5에서 소성온도에 따른 원적외선 방사특성 및 저항은, ① 소성온도가 높을수록 방사율과 방사에너지는 감소한다. ② 소성온도가 600℃일 때에 방사율이 92.9%, 방사에너지 4.31×10W2/㎡·㎛로 가장 높았음을 알 수 있었다.In Table 5, the far-infrared radiation characteristics and resistance according to the firing temperature, ① emissivity and radiation energy decreases as the firing temperature is higher. ② When the firing temperature was 600 ℃, the emissivity was 92.9% and the highest radiation energy was 4.31 × 10W 2 / ㎡ · ㎛.
다음으로, 승온온도에 따른 성질로서, 소성온도 650℃, 수지함침율 70%, 유지시간 2시간의 소성조건에 따라 물리적인 성질은 표 6과 같다.Next, as properties in accordance with the elevated temperature, physical properties are shown in Table 6 according to the firing conditions of the firing temperature 650 ℃, resin impregnation rate 70%, holding time 2 hours.
표 6에서 승온온도에 따른 물리적 성질은, ① 승온온도가 높을수록 밀도는 약간 감소한다. ② 휨강도는 일정한 경향이 없음을 알 수 있었다.In Table 6, the physical properties according to the elevated temperature are as follows: ① As the elevated temperature increases, the density decreases slightly. ② It was found that the flexural strength did not have a constant tendency.
그리고, 유지시간에 따른 성질로서, 소성온도 650℃, 수지함침율 70%, 승온온도 4℃/min의 소성조건에 따라 물리적인 성질은 표 7과 같다.In addition, as the properties according to the holding time, the physical properties are shown in Table 7 according to the firing conditions of the firing temperature of 650 ℃, resin impregnation rate 70%, elevated temperature 4 ℃ / min.
표 7에서 유지시간에 따른 물리적 성질은, ① 밀도는 유지시간 2시간일 때에 가장 컸다. ② 열전도성은 일정한 경향이 없음을 확인할 수 있었다.In Table 7, the physical properties according to the holding time were: ① The density was the greatest when the holding time was 2 hours. ② It was found that the thermal conductivity did not have a constant tendency.
이와 같이 다공질 탄소재료의 제조시에 특성변화는 소성조건에서 일정 온도까지 승온한 후에 유지시간을 거쳐 냉각하는 조건에서는 별다른 차이가 없었고, 다만 수지함침율(40∼80%)과 소성온도(600∼1,500℃)에 따라 차이가 나타남을 알 수 있었다.As described above, the characteristics change in the production of the porous carbon material was not significantly different in the conditions of cooling after the holding time after raising the temperature from the firing condition to the predetermined temperature, except that the resin impregnation rate (40 to 80%) and the firing temperature (600 to 1,500 ℃) was found to show a difference.
본 발명의 다공질 탄소재료로서 목질, 바람직하게는 톱밥을 이용하였고, 톱밥에 열경화성수지로서 분말의 페놀수지(Phenol-formaldehyde resin)를 첨가하였으며, 열압기에서 평판형태의 톱밥보드를 제조한 후에 열경화성수지로서 액상의 페놀 수지를 주입하여 수지함침율을 각각 40%, 50%, 60%, 70%, 80%로 각각 함침하고, 건조기에서 건조시킨 다음에 다양한 제조조건으로 소성하여 다공질 탄소재료로서 톱밥을 이용한 우드세라믹을 제조하였다. 이러한 톱밥으로 제조된 우드세라믹의 성질은 제조방법과 원재료의 특성에 따라 다양하게 제조될 수 있고, 특히 소성온도 및 수지함침율은 다공질 탄소재료의 성질을 결정하는 가장 중요한 인자임을 알 수 있다. 즉 수지함침율이 증가할수록 밀도, 휨강도 및 열전도성은 증가하였고, 전기저항은 감소하였으며, 소비전력은 증가하였고, 우드세라믹의 표면온도는 증가하였다.Wood, preferably sawdust, was used as the porous carbon material of the present invention, and powdered phenolic resin (Phenol-formaldehyde resin) was added to the sawdust as a thermosetting resin. As a porous carbonaceous material, sawdust as a porous carbon material was injected by impregnating the resin impregnation rate into 40%, 50%, 60%, 70%, and 80% by injecting a liquid phenol resin. Used wood ceramics were prepared. The properties of the wood ceramics made of such sawdust can be produced in various ways according to the manufacturing method and the characteristics of the raw materials, in particular, it can be seen that the firing temperature and the resin impregnation rate are the most important factors for determining the properties of the porous carbon material. In other words, as resin impregnation rate increased, density, flexural strength and thermal conductivity increased, electrical resistance decreased, power consumption increased, and surface temperature of wood ceramics increased.
또한, 수지함침율이 50%일 때에 원적외선 방사율은 92.6%이고, 방사에너지는 430W/㎡으로 가장 높았다. 그리고 소성온도가 높을수록 밀도는 증가하다가 1,200℃ 이후에는 감소하였으며, 소성온도가 1,000℃ 이후에는 저항이 거의 없어 도체에 가까운 재료가 되었고, 소성온도가 증가함에 따라 원적외선 방사율과 방사에너지는 감소하였다. 소성온도가 600℃일 때에 원적외선 방사율은 92.9%이고, 방사에너지는 431W/㎡로 매우 우수함을 알 수 있다.In addition, when the resin impregnation rate was 50%, the far-infrared emissivity was 92.6%, and the radiation energy was the highest at 430 W / m 2. As the firing temperature increased, the density increased and then decreased after 1,200 ℃. After the firing temperature of 1,000 ℃, there was almost no resistance and became a material close to the conductor. As the firing temperature increased, the far-infrared emissivity and radiation energy decreased. When the firing temperature is 600 ℃ it can be seen that the far-infrared emissivity is 92.9%, the radiation energy is very excellent at 431W / ㎡.
상술한 바와 같이 본 발명의 다공질 탄소재료를 이용한 온돌마루판은 단열재 위에 다공질 탄소재료를 배열하고, 전선을 연결한 후에 필름과 온열재 및 보온재 등을 적층하여 이루어진 구조로, 방이나 거실 또는 마루 등에 용이하게 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 이동 및 휴대용으로 제조가 가능한 것으로, 설치가 간편하고 전기를 이용하므로 유지비용이 저렴하며, 다공질 탄소재료의 발열과 동시에 원적외선 을 방사 및 전자파를 차폐하는 기능을 갖는 것인바, 인체에 유용한 효과를 구현한 것으로, 상술한 실시예에만 한정되지 않고, 당업자가 용이하게 변경 또는 치환할 수 있을 것이다.As described above, the ondol floorboard using the porous carbon material of the present invention has a structure in which the porous carbon material is arranged on the heat insulating material, and the film and the warming material and the heat insulating material are laminated after connecting the wires, and are easily used in a room, a living room or a floor. Not only can be easily applied, but also can be manufactured by mobile and portable, it is easy to install and uses electricity, and the maintenance cost is low, and it has the function of radiating far infrared rays and shielding electromagnetic waves at the same time as heating of porous carbon material. Invar, which is useful for the human body, is not limited to the above-described embodiments and may be easily changed or replaced by those skilled in the art.
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