KR101018241B1 - 3중 피복 복합도장강관 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된 3중 피복 복합도장강관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강관의 외면을 분말 상태의 에폭시, 개질 폴리에틸렌 접착제 및 폴리에틸렌을 순차적으로 열용착할 수 있도록 함과 아울러 강관의 내면에 액체 상태의 폴리우레탄 수지 도료를 도장할 수 있도록 한 3중 피복 복합도장강관 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된 3중 피복 복합도장강관에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 강관에서 녹이나 이물질을 제거하는 강관 표면의 전처리 단계; 강관의 잠열에 의해 피복재료가 용착될 수 있도록 강관 가열단계; 피복 재료가 강관의 내면에 비산되어 들어감을 방지하고 강관을 거치 및 회전시킬 수 있도록 하는 강관 양끝단 외면의 보호캡 장착단계; 상기 강관 외면의 제1층 분말 에폭시 피복, 제2층 개질 폴리에틸렌 분말 접착제 피복, 제3층 표층용 폴리에틸렌 피복으로 이루어지는 3층 피복 단계; 상기 강관 양끝단 외면의 보호캡 분리단계; 상기 강관 외부 표면에 용착되어 있는 피복부분을 냉각하기 위한 강관 냉각단계; 상기 강관 양끝 외면 폴리에틸렌 피복 부분을 제거하고 피복 제거된 부위와 경계를 이루는 미피복부에는 방청용 도료를 도장하는 강관 양끝단 외면 피복 마무리 단계; 상기 강관 내의 양끝 표면에 도막이 형성되지 않도록 하는 강관의 양끝단 내면의 폴리에틸렌 판재 장착단계; 상기 강관 내면의 폴리우레탄 도장단계; 상기 강관의 양끝단 내면의 폴리에틸렌 판재 분리단계; 상기 강관 양끝 내면 미도장부에 방청용 도료를 도장하는 강관 양끝 내면 미도장부 마무리 도장단계;로 이루어진 3중 피복 복합도장강관 제조방법과 그 제조방법에 의하여 제조된 3중 피복 복합도장강관을 특징으로 한다.

Description

3중 피복 복합도장강관 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된 3중 피복 복합도장강관 {Coating method for triple layer-complex coated steel pipe and Coated steel pipe made by such method}

본 발명은 강관의 외면을 분말 상태의 에폭시, 개질 폴리에틸렌 접착제 및 폴리에틸렌을 순차적으로 열용착할 수 있도록 함과 아울러 강관의 내면에 액체 상태의 폴리우레탄 수지 도료를 도장할 수 있도록 한 3중 피복 복합도장강관 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된 3중 피복 복합도장강관에 관한 것이다.

강관의 부식을 방지하기 위한 도장 수단으로 종전에는 콜타르 에나멜이나 아스팔트와 같은 역청질 방식 도료를 사용하는 방법을 오랫동안 이용하여 왔으나 취급 및 제품 생산 과정에서 발생하는 여러 가지 유해물질로 인해 사용이 급감하면서 대체 도장 수단으로서 강관의 외면을 폴리에틸렌 수지로 피복하는 방법이 실용화되었다.

그러나 폴리에틸렌은 피도장면을 비교적 고온(방법에 따라 150~250℃ 전후)으로 가열하거나 폴리에틸렌 소재 자체를 그에 버금가는 온도로 높여서 강관의 외면에 피복한 다음 곧바로 물을 이용하여 냉각하는 전용의 장치와 기술이 이용되고 있는데, 이때 사용되는 물의 증발로 인해 주변의 습도와 피도장면 자체의 수분이 도장 작업이나 품질에 심각한 영향을 줄 정도의 높은 상태에 놓이게 되므로, 강관의 내면은 액상 에폭시나 폴리우레와 같이 대기중의 수분이나 강관 표면 중의 수분에 비교적 민감하지 않은 도료를 이용하여 도장하고 있는 실정인바, 본 발명은 상기한 바와 같이 외면에 폴리에틸렌을 피복한 직후, 용출에 대해 매우 안전하고 방식 성능과 내구성이 매우 우수하지만 수분에 매우 민감하여 내면에 도장하기가 용이하지 않은 폴리우레탄을 이용하여 3중 피복복합도장강관을 제조하는 방법과 제품에 대한 것이다.

즉, 종래의 기술로서 강관의 외면을 분말용착식 3중 폴리에틸렌 피복하는 방법 및 장치와 관련된 특허 제10-0610056호 및 특허 제10-0824690호, 특허 제10-0725731호, 특허 제10-0746366호, 특허 제 10-0731770호 등이 개시되어 있다.

상기 특허 제10-0610056호에서는 3중 피복의 첫 단계로 분말 에폭시를 강관의 하단에서 압축공기를 이용한 분사노즐을 통해 뿌려주고, 이어서 분말이 채워진 통속에서 제2층 및 제 3층 피복을 할 수 있도록 되어 있고, 상기 또 다른 특허들에서는 3중 피복의 첫 단계로 분말 에폭시를 강관 상단에서 뿌려주거나 강관을 크레인에 매달은 채 분말이 채워진 통속에서 회전시키는 등의 장치와 방법인데 가열된 강관의 상부에서 분말을 도포할 때 상승 기류의 영향으로 도포가 원활히 되지 않거나 강관 표면에 고르게 도포가 되지 않는 등의 문제가 있었다.

이는 강관의 외면을 분말 용착식 3중 폴리에틸렌 피복할 경우에는 강관은 250℃ 전후의 고온으로 가열하여 분말 도료를 열용착 시킨 후 다시 물을 사용하여 급히 냉각시키는 과정이 필요한데, 가열된 강관을 물로 급히 냉각시킬 때 수증기가 다량 발생하여 아직 도장을 하지 않은 강관 내면에 부착되면 강관 내면 도장이 어려워지고, 특히 폴리우레탄 도료는 종래에 사용하던 에폭시 도료에 비해 수분에 훨씬 민감하므로 더욱 도장이 어려워지게 된다.

또한, 폴리우레탄 도료는 도료분사 장치를 통해 분사한 직후부터 매우 빠르게 경화반응을 통해 건조가 진행되므로 강관 내면에 고압 분사된 도료가 일부 무화(霧化)된 상태로 남아서 건조가 진행된 도막 위에 부착되어 미소한 돌기부를 형성하므로 도막의 표면이 매끈하게 되는 것을 방해하여, 결과적으로 제품의 전체적인 미관을 저해하여 상품 가치를 떨어뜨릴 뿐 아니라 강관을 시공한 후 사용시 수돗물과 같은 유체가 장기간에 걸쳐 통과할 때 돌기부가 떨어져 수돗물에 혼입되는 등의 문제가 발생할 수도 있다.

또한, 강관의 양끝 부분에 도장이 되어 있으면 강관을 현지에서 용접 접합시 도막이 타버리므로 이것을 방지하기 위해서는 관의 양 끝단으로부터 일정한 거리(보통 150~250mm)만큼은 도막을 제거하여야 하는데 특히 폴리우레탄과 같은 초속경화형 도료는 그 제거가 쉽지 않은 단점이 있다.

한편 강관 내면에 대한 종래의 기술내용으로는 특허 제10-0859321호 및 특허 제10-0770767호가 개시되어 강관의 내면을 이액형 폴리우레탄 도료 또는 이와 유사한 이액형 폴리우레아 도료를 사용하여 도장할 수 있도록 하고 있으나 강관의 외면을 적어도 250℃ 이상 고온으로 가열한 상태에서 강관 외면을 분말 용착식으로 피복하고 이어서 강관의 내면을 상온에서 폴리우레탄 도장할 수 없는 단점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 강관 표면의 전처리 단계; 강관 가열단계; 강관 양끝단 외면의 보호캡 장착단계; 강관 외면의 제1층 분말 에폭시 피복, 제2층 개질 폴리에틸렌 분말 접착제 피복, 제3층 표층용 폴리에틸렌 피복으로 이루어지는 3층 피복 단계; 강관 양끝단 외면의 보호캡 분리단계; 강관 냉각단계; 상기 강관 양끝단 외면 피복 마무리 단계; 강관의 양끝단 내면의 폴리에틸렌 판재 장착단계; 강관 내면의 폴리우레탄 도장단계; 강관의 양끝단 내면의 폴리에틸렌 판재 분리단계; 강관 양끝 내면 미도장부 마무리 도장단계;에 의해 강관의 외면을 분말 상태의 에폭시, 개질 폴리에틸렌 접착제 및 폴리에틸렌을 순차적으로 열용착할 수 있고 강관의 내면을 액체 상태의 폴리우레탄 수지 도료를 도장할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 강관 외면의 제1층을 형성하는 분말 에폭시 피복시에 미세 입자로 된 에폭시가 외부로 비산되지 않도록 에폭시 피복공간부 상측에 설치되는 개폐형 커버부재와, 상기 피복공간부의 작업과정을 확인할 수 있도록 커버부재에 구비한 투명창과, 상기 투명창에 부착되는 에폭시를 제거할 수 있도록 하는 투명피막층을 구비하여서 된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 강관 내면의 폴리우레탄 수지 도료를 도장하기 위한 도장장치내에 도료의 분사과정에서 무화된 도료를 포집하여 별도 분리 처리할 수 있도록 한 포집처리수단을 구비하여 폴리우레탄 수지 도료의 건조된 도막 부위에 분사과정에서 무화된 도료가 부착되지 않도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 강관에서 녹이나 이물질을 제거하는 강관 표면의 전처리 단계; 강관의 잠열에 의해 피복재료가 용착될 수 있도록 강관 가열단계; 피복 재료가 강관의 내면에 비산되어 들어감을 방지하고 강관을 거치 및 회전시킬 수 있도록 하는 강관 양끝단 외면의 보호캡 장착단계; 상기 강관 외면의 제1층 분말 에폭시 피복, 제2층 개질 폴리에틸렌 분말 접착제 피복, 제3층 표층용 폴리에틸렌 피복으로 이루어지는 3층 피복 단계; 상기 강관 양끝단 외면의 보호캡 분리단계; 상기 강관 외부 표면에 용착되어 있는 피복부분을 냉각하기 위한 강관 냉각단계; 상기 강관 양끝 외면 폴리에틸렌 피복 부분을 제거하고 피복 제거된 부위와 경계를 이루는 미피복부에는 방청용 도료를 도장하는 강관 양끝단 외면 피복 마무리 단계; 상기 강관 내의 양끝 표면에 도막이 형성되지 않도록 하는 강관의 양끝단 내면의 폴리에틸렌 판재 장착단계; 상기 강관 내면의 폴리우레탄 도장단계; 상기 강관의 양끝단 내면의 폴리에틸렌 판재 분리단계; 상기 강관 양끝 내면 미도장부에 방청용 도료를 도장하는 강관 양끝 내면 미도장부 마무리 도장단계;로 이루어진 3중 피복 복합도장강관 제조방법과 그 제조방법에 의하여 제조된 3중 피복 복합도장강관을 특징으로 한다.

본 발명은 강관의 외면을 분말 상태의 에폭시, 개질 폴리에틸렌 접착제 및 폴리에틸렌을 순차적으로 열용착하는 수단으로 피복이 이루어지고, 이어서 강관의 내면은 액체 상태의 폴리에틸렌 수지 도료를 도장하는 일련의 방법으로 부식성이나 내마모성이 높은 복합도장강관을 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 복합도장강관의 제조방법을 순차적으로 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 강관 외면의 1층 피복단계에 해당하는 구성을 사시도로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 강관 외면의 1층 피복단계에 해당하는 구성을 전면도로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 강관 외면의 1층 피복단계에서의 피복과정을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 강관 외면의 1층 피복단계에서의 커버판의 개방 상태를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 강관 외면의 보호캡 결합상태를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 강관 외면의 2,3층 피복단계에 해당하는 구성을 전면도로 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 강관의 양끝단 내면의 판재 장착단계에 해당하는 구성을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 강관 내면의 도장단계에 해당하는 구성을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 강관 내면의 도장단계에서의 비산 입자 흡입용 진공 노즐을 나타낸 확대 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 복합도장강관을 제조하는 전체적인 순서는 다음과 같은 과정으로 이루어진다.

강관 표면의 전처리 단계(S1)와; 강관 가열단계(S2)와; 강관 양끝단 외면의 보호캡 장착단계(S3)와; 강관 외면의 상기 강관 외면의 제1층 분말 에폭시 피복, 제2층 개질 폴리에틸렌 분말 접착제 피복, 제3층 표층용 폴리에틸렌 피복으로 이루어지는 3층 피복 단계(S4)와; 강관 양끝단 외면의 보호캡 분리단계(S5)와; 강관 냉각단계(S6)와; 상기 강관 양끝단 외면 피복 마무리 단계(S7)와; 강관의 양끝단 내면의 폴리에틸렌 판재 장착단계(S8)와; 강관 내면의 폴리우레탄 도장단계(S9)와; 강관의 양끝단 내면의 폴리에틸렌 판재 분리단계(S10)와; 강관 양끝 내면 미도장부 마무리 도장단계(S11)와; 마킹단계;으로 이루어져 있다.

상기 강관 표면의 전처리(前處理) 단계(S1)는;

강관의 내면과 외면을 쇼트(SHOT)나 그리트(GRIT)와 같은 연마재를 고속으로 투사(投射)하여 녹이나 이물질을 제거하고 표면의 조도를 40~100㎛ 정도가 되도록 가공하는 단계로서, 보통은 블라스트(BLAST) 작업이라고 불리워진다.

상기 블라스트 작업을 할 때는 강관 표면에 수분이 없어야 하므로 강관 표면의 온도가 이슬점보다 3℃ 이상 되어야 하며, 만일 표면의 온도가 이슬점보다 3℃ 이상 되지 않을 경우에는 가열 토치를 사용하여 강관의 온도를 그 이상의 온도가 유지되도록 예열 작업이 필요하다.

상기 강관 가열단계(S2)는;

전처리가 된 강관을 가열로 내부에 집어넣고 강관 표면의 온도가 약 250℃ 정도가 되도록 가스버너나 전기열 발생 장치 등을 이용하여 가열하는 단계로서 강관을 가열하는 목적은 이후 작업 과정인 외면 폴리에틸렌 3층 피복에 있어서 3층 피복을 구성하는 피복재료(작업 순서대로 분말 에폭시, 접착층용 개질 폴리에틸렌, 표층용 폴리에틸렌)들이 강관의 잠열에 의해 용착될 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 강관 양끝단 외면의 보호캡 장착단계(S3)는;

도 2 및 도 6에서와 같이 소정의 온도로 가열된 강관(10)의 양끝단에 보호캡(20)을 씌우는 형태로 장착을 하게 되는 것으로, 보호캡(20)을 씌우는 목적은 강관 외면을 피복할 때 피복 재료가 강관의 내면에 비산되어 들어감을 방지하고, 이후 작업 과정에서 피복 장치의 상부에 위치한 천정크레인과 터닝바(TURNING BAR)를 이용하여 고온으로 가열된 강관을 들어 올려 피복공간부(110)에 거치 및 강관을 회전시키기 위한 동력 전달에 필요한 동력전달장치(22)가 보호캡(20)에 부착되어야 하기 때문이다.

상기 보호캡(20)의 구조는 강관 끝부분의 외주면 일정 거리(약 150mm 전후)가 캡 내측으로 삽입되도록 하고, 보호캡(20)과 강관(10)이 서로 겹쳐지는 부위의 보호캡 외주면에 4~6개 정도 일정 간격으로 설치된 볼트를 조임으로써 보호캡(20)이 회전할 때 강관이 함께 회전할 수 있도록 함이 바람직하다.

그리고 보호캡(20)의 체결은 보호캡의 원주 방향에 장착된 보호캡 체결 볼트를 동력 공구나 인력에 의해서 조이는 작업으로 간단히 실시할 수 있으며, 볼트 체결 이후 헤시언 클로스(hessian cloths) 같은 난연재를 사용하여 보호캡과 강관 사이의 틈새로 피복 재료들이 들어가지 못하도록 보호캡과 강관 체결 부위를 감싸주어야 한다.

상기 강관 외면의 3층 피복 단계(S4)는;

<제1층 분말 에폭시 피복 공정>

강관 양끝단에 보호캡이 장착된 다음 천정 크레인에 연결된 터닝바에 설치된 체인(24)을 보호캡(20)이 장착된 동력전달장치(22)에 연결한 후, 천정크레인을 이용하여 강관을 분말 에폭시 피복 장치의 중앙으로 이동시킨다.

즉, 강관의 제1층 에폭시 피복장치(100)는 도 2 내지 도 6에서와 같이 피복공간부(110)의 저면은 호퍼 형상으로 경사면(112)이 구비되고 하부 중앙에 형성되는 분말회수부(140)와, 상기 경사면(112) 일측에 설치되어 피복공간부(110) 공간부에 거치된 상태로 회전되는 강관(10)에 에폭시 분말의 분사가 이루어지도록 한 피복분사노즐(120)과, 상기 피복공간부(110)의 상측을 개폐할 수 있도록 한 커버부재(130)와, 상기 커버부재(130)에 구비되어 피복공간부(110)를 확인할 수 있도록 한 투명창(134)과, 상기 투명창(134)의 내측에 도포되어 투명창(134)에 부착되는 에폭시를 제거할 수 있도록 하는 투명피막층(136)과, 상기 커버부재(130)의 측부에 강관을 거치시키고 회전시키기 위한 구동 체인(24)이 천정크레인과 연결되도록 통로 형태의 강관가이드부(114)가 구비되어 있다.

상기 분말회수부(140)는 피복분사노즐(120)을 통해 분사되고 낙하되는 에폭시 분말의 회수가 이루어지되 이송콘베어(142)가 설치되어 이송콘베어(142) 일측의 분말회수통에서 분리 처리할 수 있도록 한다.

상기 피복분사노즐(120)은 강관의 외주 하부면에 분사가 이루어지도록 설치되되 강관의 크기에 따라 피복분사노즐(120)이 전후진되어 위치 조절이 가능하도록 설치됨이 바람직하다.

상기 커버부재(130)는 피복공간부(110)의 고정후레임(116) 상측 양단에 설치된 연결축부(138)에 2개의 커버판(132)이 각각 회동 가능하게 연결되고 피복공간부(110)의 상부 중앙으로 2개의 커버판(132)이 중첩되어 커버판(132)이 닫힌 상태에서 강관의 피복작업이 이루어지고 커버판(132)을 개방하여 강관을 피복공간부(110)에 거치시키거나 외부로 반출할 수 있도록 하는 개폐가 이루어지도록 하되 연결축부(138)의 일측은 기어박스와 연결되어 모터로 이루어진 구동수단(139)으로 커버판(132)을 개폐할 수 있도록 하고 2개의 커버판(132)은 중첩부분에서 양측으로 하향 경사지게 설치한다.

상기 투명창(134)은 커버판(132)의 중간부분에 형성되어 피복공간부(110)에서 강관을 에폭시 분사하여 피복하는 작업과정을 확인할 수 있도록 하고, 이러한 투명창(134)에 투명피막층(136)을 형성하되 투명피막층(136)은 실리콘 오일을 발라두는 것이 바람직하며 이러한 실리콘 오일은 가열된 강관에서 발생하는 높은 온도에서도 안정적으로 얇은 투명 피막을 형성하여 투명창(134)의 기능을 유지시켜주며 어느 정도 시간이 지난 후 투명창에 에폭시가 달라붙었을 때는 부드러운 헝겊을 이용하여 투명창에 붙은 에폭시를 용이하게 제거할 수 있도록 하는 역할을 한다.

이렇게 투명창(134)이 구비된 커버부재(130)와 강관 아래쪽을 향해 분말 에폭시를 분사할 수 있는 구조로 된 피복장치(100)에서, 250℃로 가열되고 양끝단에 보호캡(20)을 장착한 강관을 피복공간부(110)에 거치된 상태로 위치되도록 한 다음 강관을 회전시키면서 강관의 전체 길이에 걸쳐 고르게 분사되도록 한 피복분사노즐(120)을 통해 분말 에폭시를 강관 외면에 분사하여 열용착 시킨다.

상기 제1층 분말 에폭시 피복은 뒤따라 피복하는 제2층 및 제3층 피복의 접착력을 보완하기 위한 목적으로 사용되는 것으로서, 분사에 사용되는 분말 에폭시의 평균입도는 30~80㎛ , 밀도는 1.2~1.6 g/㎤ 정도에서 강관 가열 온도와 노즐을 통한 분사 작업의 여건을 감안할 때 접착력을 가장 양호하게 발휘할 수 있으므로 가장 적당하며, 한편 작업 도중에는 입자가 미소하여 가열된 강관 주변의 (열에 의한)대류 현상으로 인해 주변으로 비산되기 쉬우므로 피복분사노즐(120)에서 분사할 때의 압력과 분사 거리가 중요하므로, 피복분사노즐(120)의 최종 분출구와 강관 사이의 거리는 30~50cm 정도로 유지하고 도료 분사에 이용되는 압축공기의 압력은 5~8 kg/㎠ 정도로 유지시켜야 하는데, 그 거리가 너무 가깝거나 멀면 그리고 압력이 너무 높거나 낮으면 접착 효율이 떨어지기 때문이다.

또한, 분말 에폭시를 분사하기 이전에는 분말 에폭시 피복장치의 커버부재(130)를 열었다가 강관의 피복이 개시하기 직전에 커버부재(130)를 닫고 작업 도중에는 커버부재(130)에 설치된 투명창(134)을 통해서 작업 광경을 관찰하고, 분말 에폭시가 적당량 피복되면 커버부재를 다시 열고 강관을 꺼내어 다음 단계로 이동하게 된다.

그리고 분말 에폭시의 도포량은 분말 에폭시층의 도포 두께를 기준으로 관리하는데 보통은 건조 도막 두께가 80~150㎛ 정도 되도록 하는 것이 접착력 유지 및 경제적인 면에서 가장 바람직한 것으로 알려져 있으며, 실제 도포 작업 중에는 도막 두께의 측정이 곤란하기 때문에 도막 두께에 따른 피복의 외관 상태를 보고 적당량의 도막 두께로 피복되고 있는지의 여부를 판단하므로 피복 작업 중에 강관 외면을 관찰하는 것은 매우 중요하며, 도막 두께별로 미리 제작된 육안 대조 표본을 비치하고 투명창을 통해 관찰한 강관 외부 표면 상태와 비교하여 적정 피복 여부를 판단할 수 있도록 한다.

한편 가열단계를 거쳐 강관이 고온 상태이므로 그 영향을 받아 커버부재(130)의 투명창(134)에 분말 에폭시가 달라붙게 되고 이렇게 달라붙은 에폭시를 간헐적으로 제거해야 하는데 열에 의해 용착된 에폭시는 쉽게 제거되지 않으므로 용착된 에폭시를 용이하게 제거하기 위하여 투명창(134)에는 사전에 실리콘 오일을 발라두는 것이 바람직하며 투명창에 바른 실리콘 오일은 가열된 강관에서 발생하는 높은 온도에서도 안정적으로 얇은 투명 피막을 형성하여 투명창의 기능을 유지시켜주며 어느 정도 시간이 지난 후 투명창에 에폭시가 달라붙었을 때는 부드러운 헝겊을 이용하여 투명창에 붙은 에폭시를 용이하게 제거할 수 있도록 하는 역할을 한다.

<제2층 개질 폴리에틸렌 분말 접착제 피복 공정>

제1층 분말 에폭시 피복이 완료되면 커버부재를 열고 천정 크레인을 가동하여 다음 작업 단계인 제2층 개질 폴리에틸렌 분말 접착제 피복 장치(이하 '제2층 피복장치'라 함)로 강관을 이송한다.

즉, 강관의 제2층 피복장치 및 하기의 제3층 피복장치는 도 7에서와 같이 분말 접착제 또는 표층용 폴리에틸렌 분말이 담겨지는 저장통(200)에 형태로 구비되어 있고, 저장통(200) 바닥면에 설치된 다공판(210)을 통해 압축 공기를 상부로 분출할 때 저장통(200)에 담긴 분말 접착제 분말 또는 표층용 폴리에틸렌 분말이 유동하게 되고, 이렇게 유동 중인 분말 속에 강관을 넣고 회전시키면 강관의 잠열에 의해 분말이 용착되게 한 구성으로 되어 있다.

강관의 제2층 피복시에는 분말 접착제가 담겨진 저장통(200) 바닥면에 설치된 다공판(210)을 통해 압축 공기를 상부로 분출할 때 저장통(200)속에 담긴 분말 접착제가 유동하게 되고, 유동 중인 분말 접착제 속에 제1층 피복이 완료된 강관을 넣고 회전시키면 강관의 잠열에 의해 분말 접착제가 용착하는 원리를 이용한 것이다.

여기에 사용되는 재료인 개질 폴리에틸렌 분말 접착제는 제1층 분말 에폭시 피복층과 제3층 표층 폴리에틸렌 피복층과의 접착력 유지를 위하여 사용되는 것으로서, 밀도가 0.925 g/㎤ 이상이고 연화점이 90~ 110℃ 정도인 접착성을 강화한 저밀도 폴리에틸렌이 바람직하다.

그리고 제2층 피복의 두께는 140~200㎛ 정도로 하는 것이 접착력 유지와 재료비 측면에서 바람직한 것으로 알려져 있으며, 두께의 관리는 사전에 제작해 둔 대조 시편을 사용하여 관찰하거나 주기적으로 실제 제품 제작 후 피복을 벗겨내서 두께를 측정함이 바람직하다.

<제3층 표층용 폴리에틸렌 피복 공정>

상기 제2층 피복이 완료되면 강관을 다음 작업 단계인 제3층 폴리에틸렌 분말 피복 장치(이하 '제3층 피복장치'라 함)로 천정크레인을 이용하여 이송한다.

제3층 피복장치는 제2층 피복장치'와 유사한 구조이며, 다만 장치로 사용되는 통 속에 표층용 폴리에틸렌 분말이 도 7과 같은 저장통(200)에 담겨진다.

상기 제3층 피복에 사용되는 재료는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 분말로서 밀도가 0.925 g/㎤ 이상, 연화점이 90~110℃ 정도의 것을 사용한다.

즉, 제2층 피복까지 완료된 강관을 제3층 피복장치의 저장통(200) 내부에 넣고 회전시키면서 제3층용 피복재료가 강관의 잠열에 의해 용착되도록 한다.

제3층 피복의 두께는 강관 완제품 피복의 성능을 결정하는 중요한 요소이므로 강관 사용 환경에 따라 두께를 달리하는데 보통 2~3.5mm 정도이다.

그리고 제3층 폴리에틸렌 피복의 두께는 제3층 피복 작업을 개시할 때의 강관의 온도와 밀접한 관계를 갖는데 온도가 높을수록 짧은 시간에 소정의 피복 두께를 얻을 수 있으며 온도가 낮으면 상대적으로 많은 시간을 필요로 하므로 피복 작업 개시할 때의 온도별로 제3층 피복장치내에서 강관의 피복 작업 유지 시간과의 상관관계를 반복 실험을 통해 도출하여 실 제품 생산 과정에 적용함이 바람직하다.

상기 강관 양끝단 외면의 보호캡 분리단계(S5)는;

상기 제3층 피복이 완료되면 강관의 양끝단에 장착된 보호캡(20)을 분리하되 보호캡(20)과 강관 틈새를 막기 위해 씌웠던 헤시언 클로스를 제거한 후, 보호캡(20)에서 체결 볼트를 풀어서 보호캡(20)을 강관의 양끝단으로부터 분리시킨다.

상기 강관 냉각 단계(S6)는;

상기 보호캡(20)을 분리한 직후의 강관은 보통 150℃ 전후의 온도를 유지한 상태이며, 강관 외부 표면에 용착되어 있는 피복재들 중 제2층 개질 폴리에틸렌 접착재 및 제3층 표층용 폴리에틸렌은 열가소성 소재들이므로 강관의 높은 온도로 인해 매우 유연한 상태에 있으므로 약간의 외부와의 접촉만으로도 쉽게 손상될 수 있으므로 그 피복재들을 가급적 빠른 시간에 냉각시켜야 한다.

냉각 방법으로는 일반적으로 수냉식이 이용되는데, 강관 양끝단은 보호캡을 씌웠던 곳이 피복재들이 피복되지 않은 상태이므로 그 부분이 강관 회전 장치의 구동 롤러 위에 놓이도록 하고 강관을 서서히 회전시키면서 강관 내면에 냉각수를 통과시키는 방법이 이용되며, 기타 방법으로는 냉각수가 담긴 대형 수조에 강관을 직접 담가서 냉각시키는 방법을 이용할 수도 있다.

냉각 과정에서 냉각수의 증발로 인해 높은 습기를 유지하고 있는 주변 분위기와 강관 표면에 잔존할 수 있는 수분의 영향을 받지 않도록 하기 위해 냉각수를 일정 시간 통과한 직후 또는 수조에 담갔다 빼낸 직후의 강관의 표면 온도는 100℃±10℃를 유지하는 것이 바람직하며, 곧 이어 수분이 제거된 압축공기를 강관 내부 표면에 불어서 2차 냉각 작업을 수행하고 또한 폴리우레탄 도장할 강관 내면이 수분의 영향으로부터 보호되도록 한다. 압축공기에 의한 2차 냉각을 통해 강관 표면의 온도가 60℃±10℃ 정도가 되면 강관 외면에서 양끝 일정한 거리만큼 폴리에틸렌 피복을 제거하는 양끝단 외면 피복 마무리 단계(S7) 작업을 진행한다.

상기 강관 양끝단 외면 피복 마무리 단계(S7)는;

강관은 시공 현장에서 용접에 의한 접합을 하는 것이 일반적인 방법인데 용접시 발생하는 고온의 열에 의해서 강관 끝 부분의 피복재들이 녹거나 소손되는 것을 방지하기 위해서 강관의 양끝은 일정한 거리(강관의 크기에 따라 다르며, 보통 강관 끝으로부터 100~250mm 가량임) 만큼 강관의 내면과 외면은 피복이나 도장을 하지 않아야 한다.

강관 외면 피복의 제거는 강관을 서서히 (보통 원주 속도 기준으로 0.2~0.5 m/s 가 바람직함) 회전시키고 강관 끝으로부터 지정된 거리까지 피복을 벗겨낼 수 있도록 고안된 칼이나 그 밖의 유사한 공구를 사용하면 용이하게 할 수 있는데, 앞의 냉각 과정에서 폴리에틸렌 피복 소재의 연화점 보다 약간 낮은 온도(60℃±10℃)로 유지되고 있는 상태에서는 피복이 매우 유연한 상태에 있으므로 피복의 제거가 매우 용이한데 그 장치나 방법은 그러한 작업이나 유사한 작업 경험자들에 의해 용이하게 실시될 수 있는 것에 해당한다.

강관 양끝 외면 폴리에틸렌 피복 제거가 완료되고 난 후 피복 제거된 부위와 경계를 이루는 미피복부에는 제품의 출하 이후 시공 이전까지 녹이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 건조 속도가 30분 이내인 속건형 아연말계통 프라이머나 기타 일시 방청용 도료를 도장한다.

상기 강관의 양끝단 내면의 폴리에틸렌 판재 장착단계(S8)는;

강관의 외면 피복 후 관 양끝 피복 마무리를 한 다음 이어서 강관의 내면을 도장하기 위한 준비가 필요한데, 외면 피복과 마찬가지로 강관 내면 양끝 일정 거리만큼 도장을 용이하게 제거하기 위한 조치로서 도 8과 같이 폴리에틸렌 판재(30)를 장착하게 된다.

상기 외면 양끝의 폴리에틸렌 피복 제거에서는 열가소성 폴리에틸렌 소재의 연화점 부근의 온도에서 폴리에틸렌이 유연한 상태로 있을 때 칼날과 같은 도구를 사용하여 용이하게 제거되는 특성을 이용하는 반면에 강관 내면의 방식 도장에 사용되는 폴리우레탄 도장 소재는 열경화성 도료이므로 외면 폴리에틸렌 피복 제거와 같은 방법을 이용할 수가 없고, 실온에서 강관 내의 표면에 분사 이후 빠른 시간내에 도막이 경화하면서 강관 내의 표면과 단단하게 접착되는 폴리우레탄의 특징을 이용하여야 한다.

즉, 폴리우레탄은 실온에서 강관 내의 표면에 일단 뿌려지고 나면 강관과 매우 강한 접착력을 유지하는 한편, 열을 가하면 오히려 경화 반응을 빨리 일으켜 더욱 빠른 속도로 경화되면서 접착력이 더욱 증가되므로 도료를 분사할 때 도료와 강관 내의 표면과의 직접적인 접착을 차단하는 방법을 이용하려는 것이다.

도장을 제거할 강관 내의 양끝 표면에 미리 진흙 용액이나 화이트 워시 또는 실리콘 오일과 같은 이형재를 도포한 후 폴리우레탄 도장을 한 다음 경화된 도막을 제거하는 방법이 있지만 그러한 방법들은 소모성 재료이므로 원가 부담이 되거나, 이형재 도포 후 건조 상태가 되기까지 시간이 소요되므로 생산성 저하의 원인이 되거나, 미도장부에 대한 폴리우레탄 도막을 제거한 다음에도 강관 표면의 미세한 요철부위에 잔존하여 향후 현장 접합부 시공 이후 미도장부를 도장하였을 때 도막의 접착력을 저해하는 등의 문제가 있으므로 일회성 이형재를 이용하는 방법보다는 반복적으로 사용할 수 있는 방법이 합리적인 방법에 해당한다.

즉, 본 발명에 언급한 폴리에틸렌 판재는 폴리우레탄을 도장하려는 강관 내면에 용이하게 설치하고 제거할 수 있도록 하기 위하여 구비한 것으로서, 도장하려는 강관의 내측 안지름에 맞춰서 사전 제작한 폴리에틸렌 판재(30)를 강관(10) 내면에 설치한다. 이때 폴리에틸렌 판재가 이후 단계에서 강관을 빠른 속도로 회전시킬 때 정 위치에서 이탈하는 것을 방지할 수 있도록 시중에서 용이하게 구할 수 있는 양면 접착테이프를 적당한 크기(사방 5cm 정도)로 절단한 것을 강관 내측 원주면을 따라서 2~4곳으로 분할하여 강관 표면과 폴리에틸렌 판재 사이에 붙여주는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 언급한 폴리에틸렌 판재는 다른 방법에 비해 강관 내면에 설치하기가 매우 간편하여 앞의 피복 마무리 단계(S7)에 이어서 판재 장착 단계(S8)를 신속하게 완료할 수 있도록 함으로서 강관의 온도가 이슬점 이하로 떨어지지 않은 상태에서 후속 단계인 내면 폴리우레탄 도장단계(S9)를 수행할 수 있도록 하는데 중요한 역할을 한다. 즉, 강관이 냉각 단계(S6)를 거친 이후 주변의 영향으로 인해 이슬점 이하의 온도로 떨어지면 표면에 수분이 응집되어 폴리우레탄 도장을 할 수 없게 되므로 이미 외면에 피복이 완료된 강관을 재 가열하여야 하는 등의 문제가 발생할 수 있는데, 본 발명의 판재 장착 단계(S8)는 다른 어떤 방법보다 빠른 시간에 작업이 수행될 수 있도록 함으로서 강관이 잠열에 의해 대기 온도 이상 또한 이슬점보다 높은 온도를 유지한 상태에서 후속 단계 작업을 수행할 수 있도록 한다.

상기 강관 내면의 폴리우레탄 도장단계(S9)는;

도 9에서와 같이 도장할 준비가 된 강관을 내면 폴리우레탄 도장 설비의 강관 회전 롤러 위에 올려놓은 다음 폴리에틸렌 분사 장치가 장착된 내면 도장용 도장장치(300)의 도장건(310) 부분을 강관 내면을 관통하여 반대쪽 관 끝까지 이동시킨 후 강관(10)을 서서히 회전시켜서 소정의 회전 속도(강관의 직경에 따라 조절하며 보통 원주 속도 기준으로 1~3 m/s 정도 범위임)에 도달하면 도장분사노즐(320)을 통하여 폴리우레탄 도료의 분사를 개시한다.

폴리우레탄 도료의 분사 압력은 2,000~2,500psi 정도가 적당하며, 도장분사노즐(320)의 팁과 강관 표면 사이의 거리는 300~500mm 정도가 적합함이 바람직하다,

강관 내면 폴리우레탄 도막의 두께(건조도막두께 : DFT-Dry Film Thickness)는 경제성과 품질 성능 등을 감안하여 규정한 국가나 단체의 규격에 따르거나 제품 주문자의 요구에 의거하여 작업을 하는데 예를 들어 미국수도협회의 경우 최대치에 대한 제한 없이 최소치만 0.5mm 로 규정하고 있으며 보통은 0.5mm ~ 1.0mm 정도로 생산하는 것이 대부분이다.

폴리우레탄은 강관 내면에 도장할 때 한쪽 끝으로부터 다른 쪽 끝단까지 1회만 관통하며 분사하여도 상기한 도막 두께(0.5 ~ 1.0mm)로 생산할 수 있으며(single pass, single layer), 미세한 미도장 부분이라도 발생하는 것을 예방하기 위해 얇은 두께로 1회 관통 도장 직후 추가로 1~2회를 더 관통 도장하는 방법(multi-pass, single layer)을 적용할 수 있음은 물론이다.

도료의 분사가 이루어지면 동시에 내면 도장장치의 도장건(310)을 후진시키는데, 후진 속도는 강관 직경과 길이에 따라 사전에 설정한 바에 따라 조절하며 보통은 1.5~3 m/min 정도가 적당하며, 강관 1 개의 길이는 보통 6m, 9m 또는 12m 이므로 대차 후진 속도에 따라 강관 내면 1회 도장(single pass)할 때의 소요 시간이 정해지므로 생산자의 의도에 따라 중복 도장(multi-pass) 여부를 결정하면 대차 후진 속도를 정하여 작업을 시행한다.

이때 강관 내면 도장용 도장장치(300)의 도장건(310)에 의해 도장을 시작함과 아울러 폴리우레탄 비산 입자 흡입용 진공흡입노즐(330)을 작동시킨다.

그리고 강관 전체 길이에 대한 도장이 완료되면 폴리우레탄 분사를 중지시키고 폴리우레탄 도막이 원심력을 유지하면서 건조가 이뤄지도록 강관의 회전을 10초~30초 정도 지속하고 폴리우레탄 비산 입자 흡입용 진공흡입노즐(330)도 작동 상태를 유지하도록 한다.

강관의 회전이 중단되면 동시에 폴리우레탄 비산 입자 흡입용 진공흡입노즐(330)도 작동이 중단되도록 한다.

도장이 이루어지면 강관을 내면 도장 설비로부터 다음 단계의 강관 받침대 위로 천정 크레인이나 유압 작동 장치를 이용하여 가급적 신속히 이송하여야 하는데 그 이유는 강관 내면에 도장된 폴리우레탄이 경화 반응을 과도하게 진행하기 이전에 후속 단계에서 도막 속에 묻혀 있는 폴리에틸렌 판재를 용이하게 제거하기 위함이다.

또, 흡입장치의 입구나 내부 배관에는 흡입된 폴리우레탄이 누적되어 흡입 효율을 떨어뜨릴 수 있으나 간헐적으로 배관을 분해하여 청소할 수 있도록 설치할 수 있고, 또한 폴리우레탄 비산 입자 포집 및 처리 장치는 보통의 환경위생처리시설을 적용하는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기 강관의 양끝단 내면의 폴리에틸렌 판재 분리단계(S10)는;

강관의 양끝단에 설치된 폴리에틸렌 판재 폭만큼 도막을 자를 수 있도록 제작된 공구를 이용하여 폴리에틸렌 판재 위에 도장된 폴리우레탄 도막을 절단하되 폴리우레탄 도막은 강관 제조 공장의 생산성과 품질 관리 등을 고려하여 상온에서 5~20분 정도 시간이 경과하면 고화건조(dry-hard) 상태가 되도록 제조된 것을 사용하므로 도막의 고화건조 이전에 도막을 절단하여야 한다.

그리고 폴리에틸렌 판재 위의 폴리우레탄 도막은 서로 접착되지 않은 상태이므로 절단된 폴리우레탄 도막은 특별한 도구가 없이도 쉽게 제거할 수 있다.

강관 양끝단으로부터 절단된 폴리우레탄 도막을 제거 후 폴리에틸렌 판재(30)를 강관 내면으로부터 분리시킨 후 다시 사용할 수 있도록 판재에 잔류하는 폴리우레탄이 있으면 그것을 제거함이 바람직하다.

상기 강관 양끝 내면 미도장부 마무리 도장단계(S11)는;

강관 양끝 내면 미도장부는 외면과 달리 이미 앞의 과정에서 폴리에틸렌 판재를 이용하여 미도장부가 형성되어 있으므로 처리가 용이한 것으로서, 미도장부와 경계를 이루는 폴리우레탄 도막 끝 부위를 점검하여 매끄럽지 않은 곳이 있으면 그라인더를 이용하여 사상 작업을 하고, 형성된 미도장부위에는 적재 및 현장 시공 시까지 일시 방청 효과를 유지할 수 있도록 아연말계통의 프라이머 도료나 기타 방청도료를 도장한다.

상기 마킹 단계는;

상기와 같은 단계를 거쳐 제작이 완료된 제품은 검사 규격에 따라 품질 검사를 시행하여 합격된 제품은 소정의 마킹(표시)를 하고, 불합격된 제품은 보수 후 재검사하며, 완제품은 피복이 손상되지 않도록 제품 적재장으로 이송하여 적재한다.

이렇게 본 발명은 강관의 외면을 분말 상태의 에폭시, 개질 폴리에틸렌 접착제 및 폴리에틸렌을 순차적으로 열용착하는 수단으로 피복이 이루어지고, 이어서 강관의 내면은 액체 상태의 폴리에틸렌 수지 도료를 도장하는 일련의 방법으로 부식성이나 내마모성이 높은 복합도장강관을 제조할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상범위내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

10 : 강관 20 : 보호캡
30 : 판재 22 : 동력전달장치
24 : 체인 100 : 피복장치
110 : 피복공간부 112 : 경사면
114 : 가이드부 116 : 고정후레임
120 : 피복분사노즐 130 : 커버부재
132 : 커버판 134 : 투명창
136 : 투명피막층 138 : 연결축부
139 : 구동수단 140 : 분말회수부
142 : 이송콘베어 200 : 저장통
210 : 다공판 300 : 도장장치
310 : 도장건 320 : 도장분사노즐
330 : 진공흡입노즐

Claims (7)

1. 강관에서 녹이나 이물질을 제거하는 강관 표면의 전처리 단계(S1)와;
   강관의 잠열에 의해 피복재료가 용착될 수 있도록 강관 가열단계(S2)와;
   피복 재료가 강관의 내면에 비산되어 들어감을 방지하고 강관을 거치 및 회전시킬 수 있도록 하는 강관 양끝단 외면의 보호캡 장착단계(S3)와;
   상기 강관 외면의 제1층 분말 에폭시 피복, 제2층 개질 폴리에틸렌 분말 접착제 피복, 제3층 표층용 폴리에틸렌 피복으로 이루어지는 3층 피복 단계(S4)와;
   상기 강관 양끝단 외면의 보호캡 분리단계(S5)와;
   상기 강관 외부 표면에 용착되어 있는 피복부분을 냉각하기 위한 강관 냉각단계(S6)와;
   상기 강관 양끝 외면 폴리에틸렌 피복 부분을 제거하고 피복 제거된 부위와 경계를 이루는 미피복부에는 방청용 도료를 도장하는 강관 양끝단 외면 피복 마무리 단계(S7)와;
   상기 강관 내의 양끝 표면에 도막이 형성되지 않도록 하는 강관의 양끝단 내면의 폴리에틸렌 판재 장착단계(S8)와;
   상기 강관 내면의 폴리우레탄 도장단계(S9)와;
   상기 강관의 양끝단 내면의 폴리에틸렌 판재 분리단계(S10)와;
   상기 강관 양끝 내면 미도장부에 방청용 도료를 도장하는 강관 양끝 내면 미도장부 마무리 도장단계(S11);로 이루어진 것을 특징으로 하는 3중 피복 복합도장강관 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   강관 외면의 3층 피복 단계(S4)에서는;
   투명창이 구비된 커버부재와 강관 아래쪽을 향해 분사할 수 있도록 되어 있는 분사노즐이 구비된 피복장치에서 피복분사노즐을 통해 분말 에폭시를 강관 외면에 분사하여 열용착 시키는 제1층 분말 에폭시 피복 공정과,
   상기 제1층 피복공정을 거친 강관을 분말 접착제가 담겨진 저장통에 넣고 저장통 바닥면에 설치된 다공판을 통해 압축 공기를 상부로 분출하여 유동 되게 한 분말 접착제 속에 강관을 회전시켜 강관의 잠열에 의해 분말 접착제를 용착시키는 제2층 개질 폴리에틸렌 분말 접착제 피복 공정과,
   상기 2층 피복공정을 거친 강관을 폴리에틸렌 분말이 담겨진 저장통에 넣고 저장통 바닥면에 설치된 다공판을 통해 압축 공기를 상부로 분출하여 유동 되게 한 폴리에틸렌 분말 속에 강관을 회전시켜 강관의 잠열에 의해 폴리에틸렌 분말을 용착시키는 제3층 표층용 폴리에틸렌 피복 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3중 피복 복합도장강관 제조방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 투명창은,
   투명창에 부착되는 에폭시를 제거할 수 있도록 하는 투명피막층을 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 중 피복 복합도장강관 제조방법.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 분말 에폭시의 평균입도는 30~80㎛ , 밀도는 1.2~1.6 g/㎤ 에서 분사되어 열용착이 이루어짐을 특징으로 하는 피복 복합도장강관 제조방법.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 분사 노즐의 최종 분출구와 강관 사이의 거리는 30~50cm로 유지하고 압축공기의 압력은 5~8 kg/㎠로 유지하여 도료가 분사됨을 특징으로 하는 피복 복합도장강관 제조방법.
   
6. 제 1항에 있어서,
   강관 내면의 폴리우레탄 도장단계(S9)에서는;
   강관 내면의 폴리우레탄 수지 도료의 분사과정에서 무화된 도료를 포집하여 폴리우레탄 수지 도료의 건조된 도막 부위에 분사과정에서 무화된 도료가 부착되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 3중 피복 복합도장강관 제조방법.
   
7. 제 1항의 제조방법으로 강관 외면은 제1층 분말 에폭시 피복과, 제2층 폴리에틸렌 분말 접착제 피복과, 제3층 표층용 폴리에틸렌 피복이 이루어지고, 강관의 내면은 폴리우레탄 도장이 이루어진 것을 특징으로 하는 3중 피복 복합도장강관.
   
   
   
   

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