KR100943228B1 - 불연성 단열패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불연성 단열패널에 관한 것으로, 구체적으로 발포 폴리우레탄소재의 단열층과 탄소섬유를 기반으로 하는 불연층 및 금속소재의 표면층으로 이루어져 화재에 대한 안전성을 높인 샌드위치 패널에 관한 것이다. 본 발명에 따른 불연성 단열패널은 단열성 및 보온성이 우수한 폴리우레탄수지와 제올라이트로 이루어진 단열층과 단열층의 양편을 감싸주며 탄소섬유와 실리카섬유 및 저융점 폴리에틸렌수지로 이루어진 불연층 및 패널의 양 외면에 위치하고 금속으로 이루어진 표면층의 5중 구조로 구성된다.
본 발명에 따른 불연성 단열패널은 단열성, 보온성, 흡음성이 우수할 뿐 아니라 불연성을 나타내어 화재발생시에도 안전한 장점이 있으며, 비용이 저렴하고 무게가 가벼우며 시공이 간편한 장점이 있다.
패널, 불연성 패널, 단열성 패널, 샌드위치 패널, 폴리우레탄, 발포 폴리우레탄, 탄소섬유, 실리카섬유, 제올라이트.
Description
본 발명은 불연성 단열패널에 관한 것으로, 구체적으로 발포우레탄소재의 단열층과 탄소섬유를 기반으로 하는 불연층 및 금속소재의 표면층으로 이루어져 화재에 대한 안전성을 높인 샌드위치 패널에 관한 것이다.
샌드위치 패널은 강도가 높은 금속판재 사이에 저밀도 심재를 넣은 적층식 패널을 의미하며, 단열성, 보온성, 흡음성이 우수하고 시공이 간편하며 비용이 저렴한 장점으로 인하여 임시건물은 물론 공장, 창고, 축사 등에 널리 사용되고 있다. 샌드위치 패널의 내부 소재로는 주로 스티로폼이라 불리우는 발포 폴리스티렌이나 우레탄폼이라 불리우는 발포 폴리우레탄이 사용되고 있다.
이 중 발포 폴리우레탄 소재는 단열성이 특히 우수하여 냉동창고에 널리 사용되고 있으며, 폴리우레탄은 소재의 특성상 불이 쉽게 붙는다고 할 수는 없으나 일단 불이 붙으면 순식간에 다량의 유독가스가 발생하는 단점이 있다. 특히 암모니아나 일산화탄소의 경우 독성이 강해 흡입과 동시에 뇌와 호흡기의 손상을 일으키므로, 용접과정 등에서 화재가 발생할 경우 인명손실을 동반한 대형참사로 이어질 위험성이 높은 문제가 있다.
한편, 발포 폴리스티렌 소재 또한 단열성은 우수하나 발포 폴리우레탄과 마찬가지로 화재에 취약한 단점이 있으며, 화재에 안전한 불연성물질을 내부 소재로 사용할 수도 있으나, 이 경우 비용면에서 경쟁력이 떨어지는 문제가 있다.
따라서, 화재에 대한 안전성을 나타내면서도 비용이나 시공성을 동시에 만족시킬 수 있는 새로운 패널의 개발을 필요로 한다.
본 발명에서는 단열성과 시공성이 우수하면서도 비용이 저렴하고 화재에 대한 안전성까지 확보할 수 있는 샌드위치 패널을 제공하고자 한다.
본 발명에서는 발포 폴리우레탄소재의 단열층을 중심으로 하여, 그 양편을 감싸는 탄소섬유소재의 불연층 및 양 표면에 위치한 금속소재의 표면층으로 이루어지는 5층 구조로 이루어진 샌드위치 패널을 제공한다.
본 발명의 불연성 패널의 중심을 이루는 단열층은 천연제올라이트를 포함하는 발포 폴리우레탄 소재로 이루어진다.
발포 폴리우레탄은 단열성, 보온성, 흡음성이 우수하고 비용이 저렴하며 시공이 간편한 장점으로 인하여 패널의 단열층으로 널리 사용되는 소재이다. 발포 폴리우레탄은 폴리우레탄의 원료인 폴리올과 이소시아네이트와 더불어 발포제를 첨가하여 경화시킴으로써 제조할 수 있으며, 발포제 외에도 통상적인 폴리우레탄 제조시 첨가되는 첨가물로서 가교제, 촉매, 정포제 등을 함께 혼합하여 경화시킨다.
본 발명의 불연성 단열패널에 있어서 단열층에는 제올라이트가 함유되어 있는데, 제올라이트는 알루미늄을 함유하는 규산염광물로 함수량이 높은 다공성 물질이다. 제올라이트는 흡착제로 널리 사용되고 있으며, 본 발명에서는 단열층에 난연 성을 부여하기 위한 목적으로 첨가한다.
또한, 본 발명 불연성 단열패널을 구성하는 불연층은 실리카섬유와 저융점 폴리에틸렌을 포함하는 탄소섬유소재로 이루어진다. 본 발명에 있어서 불연층은 패널의 불연성에 있어서 가장 중요한 역할을 하는 층으로, 상대적으로 화재에 취약한 단열층을 감싸 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 한다.
탄소섬유는 통상적으로 아크릴섬유를 공기 중에서 산화시킨 후 고온으로 소성하는 과정을 거쳐 제조하고 있으며, 이러한 과정을 통하여 불연성 특성을 지니게 된다. 탄소섬유는 불연성 특성 외에도 가벼운 장점이 있으므로, 패널의 소재로 사용시 경량화에 기여할 수 있다.
불연층을 구성하는 실리카섬유는 이산화규소 성분으로 이루어진 섬유로, 불연층의 구성성분으로 적합한 내열성을 지님은 물론 추가로 내약품성 및 전기절연성까지 우수한 특징이 있다.
불연층을 구성하는 또 다른 성분인 저융점 폴리에틸렌은 일종의 접착제 역할을 하는 성분으로, 불연층을 구성하는 탄소섬유와 실리카섬유를 고정시켜 하나의 층을 형성할 수 있도록 한다. 본 발명에서 사용하는 탄소섬유나 실리카섬유는 직물의 형태가 아닌 부직포의 형태로서, 두께가 두꺼워질 경우 형태의 유지가 어려우므로 통상적으로는 니들펀칭과 같은 방법으로 층을 형성시킨다. 반면 본 발명에서는 탄소섬유와 실리카섬유 혼합층을 얇은 다수의 층으로 적층하되, 각 층 사이에 저융점 폴리에틸렌 층이 삽입되도록 순차적으로 적층한 후, 가열, 가압의 과정을 거쳐 다수의 층을 두터운 한 덩어리로 접착시킴으로써 불연층을 형성시킨다.
한편, 본 발명 불연성 패널의 표면에 위치하는 표면층은 금속판 소재로 이루어진다. 표면층은 평판의 형태로 제조하거나 필요에 따라 굴곡이나 무늬를 포함하는 형태로 제조할 수도 있고, 금속의 소재로는 강도, 내구성, 가공성, 경제성, 안전성 등을 만족시킬 수 있는 소재라면 단일소재에서 합금소재에 이르기까지 자유자재로 사용할 수 있다. 물론, 필요에 따라 노출되는 외면에는 도포제를 도포함으로써 심미성이나 내구성을 높일 수도 있다.
본 발명에 따른 불연성 단열패널은 단열성 및 보온성이 우수한 폴리우레탄수지의 단열층과 탄소섬유 및 실리카섬유로 이루어진 불연층 및 금속으로 이루어진 표면층의 5중 구조로서, 단열성, 보온성, 흡음성이 우수할 뿐 아니라 불연성을 나타내어 화재발생시에도 안전한 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 불연성 단열패널은 비용이 저렴하고 무게가 가벼우며 시공이 간편한 장점이 있다.
본 발명에 따른 불연성 단열패널은 제올라이트를 포함하는 발포 폴리우레탄소재의 단열층(10)과, 실리카섬유와 저융점 폴리에틸렌을 포함하는 탄소섬유소재의 불연층(20) 및 금속소재의 표면층(30)으로 이루어지며, 중심부인 단열층(10)의 양 편을 불연층(21, 22)이 감싸고, 각각의 불연층 표면을 표면층(31, 32)이 감싸는 5개의 층 구조로 이루어진 샌드위치 패널의 형태를 취하고 있다.
본 발명의 불연성 단열패널에서 단열층은 제올라이트를 포함하는 발포 폴리우레탄소재로서, 이소시아네이트, 폴리올, 가교제, 촉매, 발포제, 정포제 등으로 구성되는 폴리우레탄수지 20~60중량%와 제올라이트 40~80중량%로 이루어진다.
우선 본 발명에서 폴리우레탄수지를 구성하는 폴리올로는 폴리에테르폴리올을 사용하며, 구체적으로는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부틸렌옥사이드 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용한다.
또한, 폴리우레탄수지를 구성하는 이소시아네이트로는 TDI(톨루엔 디이소시아네이트), MDI(메틸렌 디페닐 디이소시아네이트)를 들 수 있으며, 중합체성 MDI, 즉 PMDI를 사용할 수도 있다. 이소시아네이트와 폴리올은 서로 반응하여 우레탄 결합을 이루는 반응체로서, 본 발명에서는 반응기의 당량비를 기준으로 폴리올과 이소시아네이트를 1:(1.1~1.3)의 비율로 혼합하여 폴리우레탄을 제조한다.
폴리우레탄수지는 주성분에 해당되는 폴리올과 이소시아네이트 외에도 가교제, 촉매, 발포제, 정포제 등의 첨가물을 포함한다. 이중 가교제는 망상구조를 유도하여 경도를 높이기 위한 성분으로 저분자량의 트리올 이상의 다가알콜이 사용되고, 촉매는 반응을 촉진시키기 위한 물질로서 3급 아민이나 주석화합물이 사용되며, 발포제는 기포를 형성하여 발포를 유도하는 물질로, 물, 이산화탄소 등의 성분이 사용되고, 정포제는 기포의 상태를 안정화하여 균일한 발포를 유도하기 위한 것 으로 계면활성제성분이 사용된다. 상기 첨가제들은 폴리우레탄수지의 제조시 통상적으로 사용되는 보조성분들로서, 본 발명에서도 이들을 통상적인 범위 내에서 혼합하여 폴리우레탄수지를 구성시킨다.
한편, 본 발명의 불연성 단열패널에 있어서 단열층은 제올라이트를 포함하고 있다. 제올라이트는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물로 이루어진 광물로서, 본 발명에서는 분말 또는 입상 형태로 혼합하여 사용한다. 제올라이트는 폴리우레탄수지와 혼합되어 화재발생으로 인하여 온도가 높아지면 함유하고 있는 수분을 수증기화 하여 발포상태의 단열층 기공 틈으로 배출함으로써 단열층의 온도를 낮추어 줌으로써 고열로 인한 단열층의 손상을 최소화하는 역할을 한다.
본 발명의 단열층을 구성하는 폴리우레탄수지는 편의를 위하여 폴리올과 촉매, 가교제, 발포제, 정포제 등의 첨가물이 혼합된 레진 프리믹스와 이소시아네이트 성분을 각각 분리하여 보관하며, 단열층을 제조시에는 단열층을 구성하는 또 다른 재료인 분말 또는 입상 형태의 제올라이트와 함께 혼합한 후 반응을 진행시킨다. 이때, 혼합된 재료를 금형에 주입하여 경화시킴으로써 평판 형태의 단열층을 수득한다.
본 발명에서 불연층은 탄소섬유 100중량부에 대하여 실리카섬유 80~120중량부, 저융점폴리에틸렌 20~30중량부로 이루어진다.
탄소섬유와 실리카섬유는 타지 않는 불연성 소재로, 화재에 노출시 유독가스를 방출할 위험을 지닌 단열층을 감싸 외부와 차단해줌으로써 화재에 대한 안전성을 높이는 역할을 한다. 한편, 탄소섬유와 실리카섬유는 통상적으로 직물제작에 부적합한 단섬유의 형태이므로, 적절한 두께를 주기 위해서는 섬유들을 결합시키는 과정이 필요하다. 본 발명의 불연성 단열패널을 구성하는 불연층은 부직포의 형태로서, 탄소섬유와 실리카섬유들을 저융점 폴리에틸렌을 이용하여 결합시킴으로써 두터운 층을 형성시킨다. 이때, 저융점 폴리에틸렌은 일종의 접착제의 역할을 하는 것으로 탄소섬유와 실리카섬유를 혼합한 혼합섬유를 이용하여 얇은 층을 형성시킨 후, 필름형태의 얇은 저융점 폴리에틸렌을 덮고, 다시 그 위에 혼합섬유를 이용하여 얇은 층을 형성시키는 과정을 수차례 반복하여 필요로 하는 불연층의 두께에 해당하는 두께가 될 때까지 적층한 후, 가열 및 가압의 과정을 거침으로서 각 층들을 결합시킨다. 이 과정에서 저융점 폴리에틸렌 필름은 혼합섬유층에 녹아들면서 별개의 층의 형태를 유지하지 못하게 되며, 결과적으로는 두터운 하나의 혼합섬유층의 형태를 지니게 된다. 본 발명에서 불연층은 기공이 없이 밀도와 경도가 높은 지지층의 역할을 하는 것이 아니라 단열층의 외부환경 노출을 차단하는 역할을 하는 층으로서 밀도가 낮아 매우 가볍고 푹신한 질감의 부직포 형태를 지닌다.
표면층은 패널의 외부 표면을 형성하는 층으로 강도와 내구성이 우수한 금속판을 사용한다. 표면층은 평판의 형태로 제조하거나 필요에 따라 굴곡이나 무늬를 포함하는 형태로 제조할 수도 있고, 금속의 소재로는 강도, 내구성, 가공성, 경제 성, 안전성 등을 만족시킬 수 있는 소재라면 단일소재에서 합금소재에 이르기까지 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 필요에 따라 노출되는 외면에는 도포제를 도포함으로써 심미성이나 내구성을 높일 수도 있다.
본 발명의 불연성 단열패널은 중심층인 단열층(10)과 단열층을 감싸는 불연층(20) 및 양 불연층을 감싸는 표면층(30)의 5중 구조로 이루어지며, 표면층(32), 불연층(22), 단열층(10), 불연층(21), 표면층(31)을 순차적으로 적층한 후, 가압 및 펀칭작업을 통하여 각 층을 결합시키는 방법으로 제조한다. 본 발명에 있어서, 상기 제시된 혼합비율이 절대적인 것은 아니나, 이를 크게 벗어날 경우 강도나 내구성, 또는 난연성이 떨어져 품질저하를 야기할 수 있으므로 제시된 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
[실시예]
폴리에틸렌옥사이드 디올과 촉매, 가교제, 발포제, 정포제가 포함된 레진 프리믹스와 MDI(메틸렌 디페닐 디이소시아네이트)를 혼합한 폴리우레탄수지와 제올라이트 분말을 2:3의 중량비로 혼합한 후 금형에 넣고 압착하여 단열층을 제조하였다.
탄소섬유와 실리카섬유를 1:1의 중량비로 혼합한 혼합섬유와 저융점 폴리에틸렌필름을 10:1의 중량비로 준비한 후, 혼합섬유층과 저융점 폴리에틸렌필름을 순차적으로 50회 반복하여 적층한 후 약 160℃의 가압로울러로 압착, 결합시켜 불연 층을 제조하였다.
강판을 표면층으로 준비하여 표면층, 불연층, 단열층, 불연층, 표면층의 순서로 적층한 후 가압펀칭하여 5중 구조의 불연성 단열패널을 제조하였다.
도 1은 본 발명에 따른 불연성 단열패널의 구조를 나타낸 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 불연성 단열패널의 다양한 실시형태를 보여주는 예로서, 도 2a는 표면층을 평판의 형태로 제조한 예에 해당되고, 도 2b는 표면층에 굴곡을 준 형태로 제조한 예에 해당된다.
[도면의 부호에 대한 설명]
10 단열층
20, 21, 22 불연층
30, 31, 32 표면층
Claims (5)
- 제올라이트를 포함하는 발포 폴리우레탄수지소재의 단열층과,실리카섬유와 저융점 폴리에틸렌을 포함하는 탄소섬유소재의 불연층,금속소재의 표면층으로 이루어지며,중심부인 단열층의 양편에 불연층이 위치하고, 양 불연층의 외면에 표면층이 위치하는 5층 구조로 이루어진 샌드위치 패널의 형태인 것을 특징으로 하는 불연성 단열패널.
- 제1항에 있어서,상기 단열층은 이소시아네이트, 폴리올, 가교제, 촉매, 발포제, 정포제를 포함하는 폴리우레탄수지 20~60중량%와 제올라이트 40~80중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 불연성 단열패널.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 불연층은 탄소섬유 100중량부에 대하여 실리카섬유 80~120중량부, 저융점폴리에틸렌 20~30중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 불연성 단열패널.
- 제3항에 있어서,상기 불연층은 탄소섬유와 실리카섬유를 혼합한 혼합섬유층과 필름형태의 저융점 폴리에틸렌층을 순차적으로 반복하여 적층한 후, 가열 및 가압의 과정을 통하여 폴리에틸렌층을 용융시킴으로써 각 층을 결합시킨 부직포의 형태인 것을 특징으로 하는 불연성 단열패널.
- 제4항에 있어서,상기 단열층의 폴리우레탄수지는 폴리에틸렌옥사이드디올과 MDI(메틸렌 디페닐 디이소시아네이트)를 1:(1.1~1.3)의 당량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 단열패널.
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