KR101037349B1

KR101037349B1 - 내마모성 피막조성물 및 상기 조성물을 이용하는 파이프 내면의 내마모층 형성방법 및 상기 내마모층을 구비한 파이프

Info

Publication number: KR101037349B1
Application number: KR1020080121466A
Authority: KR
Inventors: 이종원; 이상우; 정규상; 원삼용; 문진성
Original assignee: 주식회사 동명길광
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2011-05-26
Also published as: KR20090071378A

Abstract

본 발명은 금속, 플라스틱, 섬유보강 합성수지로 제조된 파이프 내면의 내마모성을 향상시키는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상기 파이프 내면의 내마모성을 반복적으로 증대시켜 주는 다층구조로 된 내마모층을 형성하는 내마모성 피막조성물, 상기 조성물을 이용하는 파이프 내면의 내마모층 형성방법 및 상기 내마모층을 구비한 파이프를 제공한다.

Description

내마모성 피막조성물 및 상기 조성물을 이용하는 파이프 내면의 내마모층 형성방법 및 상기 내마모층을 구비한 파이프{Wear Resistant Coating Composition, Method for Producing Wear Resistant layer using the composition, and Pipe with the Renewable Wear Resistant in inner surface}

화학, 건설, 금속, 요로, 플랜트산업분야에서는 수송용, 열교환용 파이프를 포함한 설비의 내열, 내부식, 내화학성, 내마모성 등의 특성이 종전보다 월등히 높은 수준으로 요구되고 있다.

각종 파이프는 그 내부를 지나는 이송물, 즉 유체나 분말 또는 덩어리진 고체 또는 유체와 고체의 혼합물이 파이프의 내벽과 마찰하여 파이프의 내벽을 마모시키게 되기 때문에 파이프 자체를 내열, 내부식, 내화학, 내마모성이 우수한 소재 를 사용하여 제조하더라도 시간이 경과함에 따라 필연적으로는 이송물과 직접 접촉하는 파이프 내면의 마모가 진행되고, 결국에는 파이프를 주기적으로 교체할 수밖에 없을 뿐만 아니라, 예를 들어 세라믹재료와 같은 내마모성이 우수한 소재일 수록 낮은 인성, 신율, 취성 등의 재료자체의 단점과 어려운 가공성, 접합성, 부분교체의 설비상의 문제점도 지니고 있다.

이러한 문제점을 보완하고자 금속2중관, 금속-세라믹복합관이 활발히 연구되어 왔고 일부 상용화되고 있다. 금속2중관은 원심주조법을 이용하여 제조한다. 원심주조법은 스테인레스강을 용융상태로 회전중인 금속튜브에 부으면 원심력에 의해서 금속튜브 내부에 도포되고 밀착, 접착하게 된다. 하지만 이러한 원심주조법에 의한 공정은 용융장비와 초기시설비가 높아 비효율적이며 공정이 복잡하며 또한 용융금속을 원심장치로 이동시키기 위해 높은 전력소비 및 추가비용이 요구되는 등의 생산 공정상에 많은 문제점을 지니고 있다.

또한, 금속-세라믹복합관은 현재 주로 절연체 용사방법으로 제조되고 있다. 회전하고 있는 파이프 내부에 세라믹 슬러리를 노즐을 통해 용사(spraying)하면서 건조 혹은 소결시키는 방식이다. 하지만 이 공정의 경우, 내부 후막 세라믹층의 생성이 어렵고, 제조공정 시간이 느릴 뿐 아니라 코팅 후 접합부의 균열, 탈리현상이 쉽게 발생하는 단점을 지니고 있다. 통상 고체를 함유하는 액체 또는 입자, 분말이 있는 공기를 수송하는데 사용되는 파이프는 그 내벽면이 고속으로 움직이는 고체와 계속 접촉 또는 충돌하기 때문에 마모되기 쉽다.

또한 파이프 내면을 내마모성 피막으로 도포하는 기술적 구성이 알려져 있 다. 그런데 종래 기술에 따라 파이프 내면의 마모를 상당히 지연시킬 수 있도록 파이프 내면을 내마모성 피막으로 도포하기 위해서는 내마모재의 분포가 그 피막의 전체 두께에 걸쳐 거의 균질하게 하는데 어려움이 있을 뿐만 아니라, 다층의 내마모성 피막을 파이프 내면에 도포하기 위해서는 여러 번의 복잡한 공정을 거쳐야 하는 문제점이 존재한다.

본 출원인은 상술한 문제점을 해결하기 위해 연구 노력한 결과 미분탄연소 방식으로 얻어진 비중이 다른 석탄회를 포함하는 피막조성물을 이용하면 파이프 내면에 손쉽게 다층구조의 내마모층을 형성할 수 있음을 알고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 비중이 다른 석탄회를 이용하여 다층구조의 피막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 재생이 가능한 내마모성 피막조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 미분탄연소방식으로 얻어지는 폐기물인 석탄회를 사용함으로써 생산비용을 절감하고, 버려지는 폐기물을 재활용하여 환경을 보호할 수 있는 친환경적인 구성의 내마모성 피막조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다층의 구조를 가진 내마모층을 1회의 공정으로 형성함으로써 제조공정이 간편하고 제조원가가 절감되는 파이프내면의 내마모층형성방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 용도에 따라 파이프 내면에 형성되는 내마모층의 두께를 서로 상이하게 형성할 수 있는 파이프내면의 내마모층형성방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다층구조일 뿐만 아니라 재생이 가능한 내마모층을 구비한 재생성 내마모층이 구비된 파이프를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 형성된 내마모층의 마모정도를 확인하여 다시 내마모 층을 재형성할 수 있는 재생성 내마모층이 구비된 파이프를 제공하는 것이다

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수지 30 내지 77중량%, 비중이 1보다 큰 석탄회 20 내지 62중량%, 및 비중이 1보다 작은 석탄회 1 내지 8중량%를 포함하는 내마모성 피막조성물을 제공한다.

상기 석탄회는 미분탄연소방식으로 얻어진 것으로 비중이 1보다 큰 석탄회는 1.2 내지 1.4인 소량의 탄소분말과 비중이 1.9 내지 2.3인 다량의 다공성구형입자를 포함하는 플라이애쉬이고, 비중이 1보다 작은 석탄회는 비중이 0.35 내지 0.8인 세노스피어(cenosphere)인 것을 특징으로 한다.

상기 비중이 1.2 내지 1.4인 탄소분말을 0.5 내지 17.5중량% 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

촙(chop)형상의 유리섬유 0.5 내지 17.5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 수지는 폴리에스테르수지, 에폭시수지, 페놀 수지 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 내마모성 피막조성물을 준비하는 단계; 상기 준비된 내마모성 피막조성물을 파이프내면에 투입하는 단계; 및 상기 파이프를 고속으로 회전시켜 상기 투입된 내마모성 피막조성물에 원심력을 가하여 내마모층을 형성하는 단계를 포함하는 파이프 내면의 내마모층 형성방법을 제공한다.

상기 파이프는 상기 내마모성 피막조성물에 가해지는 원심력이 중력가속도의 8 내지 22배가 되도록 회전되는 것을 특징으로 한다.

상기 내마모층을 형성하는 단계는 편마모가 요구되는 파이프를 제조하고자 하는 경우 편심회전되는 것을 특징으로 한다.

상기 편심각도는 120°인 것을 특징으로 한다.

상기 파이프는 그 내면이 마모된 잔여 내마모층을 갖는 재생용 파이프인 것을 특징으로 한다.

상기 재생용 파이프에 내마모성 조성물을 투입하기 전에 그 내면의 마모된 잔여 내마모층을 제거하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 파이프 내면의 잔여 내마모층을 제거하는 단계는 분사식 노즐로 모래 또는 규산질 입자를 파이프 내면에 분무하여 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 내마모성 피막조성물은 수지 30 내지 77중량%, 플라이애쉬 20 내지 62중량%, 및 세노스피어(cenosphere) 1 내지 15중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 제13항의 내마모층 형성방법에 의해 형성된 내마모층을 구비한 파이프로서, 상기 내마모층은 비중이 다른 석탄회를 포함하는 층들이 다수개 형성된 다층구조인 것을 특징으로 하는 재생성 내마모층을 구비한 파이프를 제공한다.

상기 내마모층의 다층구조는 상기 파이프의 중심에 접하여 형성되는 경도가 높고 비중이 0.35 내지 0.8인 석탄회를 포함하는 1차내마모층과, 상기 파이프의 내면에 접하여 형성되는 경도가 높고 비중이 1.9 내지 2.3인 석탄회를 포함하는 2차 내마모층과, 상기 1차내마모층과 2차내마모층 사이에 형성되는 경도가 낮고 비중이 1.2 내지 1.4인 석탄회를 포함하는 중간층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 내마모층의 다층구조는 상기 1차내마모층, 중간층 및 2차내마모층으로 구성된 구조가 반복되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 중간층의 전기저항 값을 측정하여 상기 내마모층의 마모진행도를 확인하고, 상기 내마모층의 재생여부를 결정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

본 발명의 내마모성 피막조성물은 비중이 다른 석탄회를 이용하여 다층구조의 피막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 재생이 가능한다.

본 발명의 내마모성 피막조성물은 미분탄연소방식으로 얻어지는 폐기물인 석탄회를 사용함으로써 생산비용을 절감하고, 버려지는 폐기물을 재활용하여 환경을 보호할 수 있는 친환경적이다.

본 발명의 파이프내면의 내마모층형성방법은 다층의 구조를 가진 내마모층을 1회의 공정으로 형성함으로써 제조공정이 간편하고 제조원가가 절감된다.

본 발명의 파이프내면의 내마모층형성방법은 용도에 따라 파이프 내면에 형성되는 내마모층의 두께를 서로 상이하게 형성할 수 있어 각각의 파이프 용도에 따라 운용유지비를 절감할 수 있다.

본 발명의 재생성 내마모층이 구비된 파이프는 다층구조일 뿐만 아니라 재생이 가능한 내마모층을 가질 뿐만 아니라 형성된 내마모층의 마모정도를 확인하여 다시 내마모층을 재형성할 수 있어 그 사용수명을 반복적으로 연장할 수 있다.

이하에서는 실시예 및 도면을 참조로 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 내마모성 피막조성물은 석탄을 사용하는 화력발전소 등에서 발생하는 다양한 석탄회 중에서 비중이 서로 다른 두 종류 이상의 석탄회를 일정비율로 섞고 수지와 혼합한 것인데, 석탄을 사용하는 국내의 화력발전소에서는 연료로 사용하는 석탄의 80% 정도를 74㎛ 이하가 되도록 미세하게 분쇄한 후 공기와 함께 연소로 내에 분사하여 연소시키는 미분탄 연소방식을 채택하고 있다.

연소가 끝난 석탄회의 75∼80% 이상이 다공성 구형입자인 플라이애쉬(Fly Ash)의 형태로 배출되어 집진기에서 포집된다. 다공성 구형입자인 플라이애쉬의 진비중은 1.9∼2.3이며 크기는 1.0∼150㎛(평균입경 : 20∼30㎛) 정도로 상당히 미세하다. 또한 정제되지 않은 상태의 플라이애쉬의 성분 중에는 소량의 미연탄소(즉 탄소분말)가 포함되는 것이 일반적이며 플라이애쉬와 미연탄소 비중은 각각 1.9 내지 2.3과 1.2 내지 1.4로 상당히 차이가 난다.

전체 석탄회의 약 10% 정도는 입자가 상대적으로 커서 보일러의 하부로 낙하하며 이를 바텀애쉬(Bottom Ash)라 부른다. 바텀애쉬를 분말상으로 재가공하면 그 물리적 특성이 플라이애쉬의 물리적 특성과 거의 동일하게 된다. 따라서, 본 발명의 내마모성 피막조성물에 플라이애쉬 대신 바텀애쉬를 분말상으로 가공한 것을 사용해도 된다.

공기예열기 하부에 위치한 Hopper 등에 모이는 신더회(Cinder Ash)의 크기는 0.3∼1.0mm 정도이며 전체 석탄회의 약 5%을 차지한다. 세노스피어(Cenosphere)는 플라이애쉬 중에서 그 내부가 이산화탄소나 질소로 채워져 있으며 회사지(Return Pond) 등의 수면에 부유하는 비교적 밝은 색의 가볍고 미세한 구형의 물체이다. 크기가 20∼30㎛인 세노스피어의 비중은 0.35∼0.8이며 플라이애쉬 전중량의 약 1~2% 정도를 차지한다.

석탄회는 그 종류와 크기에 관계없이 주성분이 거의 동일하며 모오스 경도가 각각 5.5와 9인 이산화규소와 산화알루미늄이 거의 대부분이다. 앞에서 언급한 다양한 석탄회 중에서 플라이애쉬의 성분을 아래의 표1에 수록하였다.

표1로부터 석탄회의 주성분은 산화규소와 산화알루미늄이므로 경제적인 내마모성 첨가제로 활용될 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 석탄회 중에서 비중1을 기준으로 비중이 1보다 작은 석탄회 특히 0.35∼0.8로서 제일 가벼운 세노스피어와 비중이 1보다 큰 석탄회 즉 1.2 내지 1.4인 소량의 탄소분말과 비중이 1.9 내지 2.3인 다량의 다공성구형입자를 포함하는 플라이애쉬 또는 분말상으로 가공한 바닥회와 수지를 일정비율 즉 수지 30 내지 77중량%, 비중이 1보다 큰 석탄회 20 내지 62중량%, 및 비중이 1보다 작은 석탄회 1 내지 8중량%를 섞어서 용기에 담아 충분한 시간이 경과하도록 하면 도1과 같이 비중에 따라 다수의 층이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이 때 여기서 사용되는 수지는 폴리에스테르수지, 에폭시수지, 페놀 수지 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명의 내마모성 피막조성물에서 원래 상기 탄소분말은 플라이애쉬에 포함되어 있어 일정비율이 자동으로 포함되지만 전기저항값의 조절 등을 위해 필요시 비중이 1.2 내지 1.4인 탄소분말을 0.5 내지 17.5중량% 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 내마모성 피막조성물은 그 강도를 보강하기 위해 촙(chop)형상의 유리섬유 0.5 내지 17.5중량%를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 내마모성피막조성물은 사용하는 수지의 점도가 낮을수록, 수지의 경화속도가 느릴수록, 조성물을 구성하는 구성성분들의 비중차가 클수록 다수의 층이 형성하는데 유리하다.

도2에 도시된 바와 같이 내마모층을 형성하고자 하는 파이프(110)에 상술된 조성의 내마모성 피막조성물(200)을 넣고 일정 속도 이상의 각속도로 파이프(110)를 회전시켜 혼합물에 원심력을 가하면 다수의 층을 갖는 내마모층(120)을 보다 효과적으로 형성할 수 있다.

즉 본 발명의 파이프 내면의 내마모층 형성방법은 내마모성 피막조성물을 상기와 같은 조성으로 준비하고, 상기 준비된 내마모성 피막조성물(200)을 도2와 같이 파이프내면에 투입한 후, 상기 파이프(110)를 고속으로 회전시켜 상기 투입된 내마모성 피막조성물에 원심력을 가하여 내마모층을 형성하면 되는 것이다.

한편, 파이프를 고속으로 회전시키는 장치 및 원리는 공지된 것이므로 상세한 설명을 생략하겠지만, 본 발명의 내마모층 형성방법을 적용할 때 상기 내마모성 피막조성물에 가해지는 원심력은 다수의 실험을 통해 최적치가 결정되었는데 피막조성물의 조성비에 따라 중력가속도의 8 내지 22배가 적절한 것으로 판단되었고, 15배 정도가 가장 적절한 것으로 판단되었다.

즉 예를 들어 원심력을 중력가속도의 15배 정도로 하면, 회전체의 상부에서는 중력가속도의 14배에 해당하는 하중이 내마모성 피막조성물에 가해지고 회전체의 하부에서는 중력가속도의 16배에 해당하는 하중이 내마모성 피막조성물에 가해지기 때문이다.

이러한 원리로 중력가속도의 8배보다 작으면 적절한 원심도포가 이루어질 만큼의 원심력이 가해지지 않고, 중력가속도의 22배보다 크면 너무 과도한 힘이 가해지기 때문에 원심도포에 적절하지 않은 것으로 확인되었다.

이와 같이 내마모성 피막조성물에 가해지는 원심력이 결정되면 하기와 같이 파이프의 적절한 회전각속도를 결정하는 공식을 통해 회전속도를 쉽게 결정할 수 있다.

(1)

여기서,

= 회전체의 질량, 여기서는 내마모성 피막조성물의 질량,

= 회전중심으로부터 내마모성 피막조성물 질량중심까지의 거리

=

초당 회전수 =

= 하중배수

= 중력가속도

식(1)의 양변을 질량(m)으로 나누면

(2)

n = 15 및 g = 9.8을 식(2)에 대입하면

따라서, 파이프 지름이 0.3m 인 경우, 반지름 r = 0.15m 이므로 이때의 각속도는

이고, 파이프 지름이 0.5m 인 경우, 반지름 r = 0.25m 이므로 이때의 각속도는

가 된다.

파이프(110)로 구속된 내마모성 피막조성물(200)에 가해진 원심력에 의해 파이프가 파이프 지름에 따른 일정 회전각속도로 회전하게 되면 상기 내마모성 피막조성물(200)의 원심도포가 일어나는데, 비중이 1.9∼2.3로 무겁고 경도가 높은 플라이애쉬의 대부분은 파이프(110) 내면의 바깥쪽에 집중되며, 비중이 1.2 내지 1.4, 바람직하게는 1.3 정도이며 경도가 낮은 소량의 미연탄소가 여분의 수지와 함께 그 안쪽에 집중되고, 수지보다 비중이 가볍고 경도가 높은 세노스피어는 파이프 내면의 안쪽에 집중된다.

이 때, 원심도포시간 즉 파이프의 회전시간은 투입되는 내마모성 피막조성물에 포함된 수지의 종류에 따라 달라지는데, 폴리에스테르 수지가 포함된 경우에는 상온에서 30 내지 40분이 바람직하고, 에폭시수지 및 페놀수지인 경우에는 30분 내지 2시간이 바람직하다.

이와 같이 본 발명의 내마모층 형성방법에 따르면, 파이프 내면에 경도가 높고 무거운 플라이애쉬로 된 2차 내마모층과 경도가 낮은 소량의 미연탄소 층, 그리고 경도가 높고 가벼운 세노스피어로 된 1차 내마모층을 동시에 형성할 수 있다.

한편, 파이프(110)로 투입되는 내마모성 피막조성물(200)의 함량은 파이프(110)내부에 형성하고자 하는 내마모층의 형성두께에 따라 당업자라면 누구나 적의 선택할 수 있을 것이다.

또한, 도2의 공정에서 상기 내마모층을 형성할 때 도3과 같이 편심회전시켜 형성할 수도 있다. 이와 같이 파이프가 편심 회전되면 즉, 내마모성 피막조성물(200)의 원심도포시 도 3에 도시된 바와 같이 파이프(110)를 일정량 편심시켜 회전시키면 파이프(110) 원주면을 따라 원하는 방향의 내마모층을 원하는 만큼 점진적으로 두껍게 할 수 있게 된다. 이 때 상기 편심각도는 일반적으로는 형성된 내마모층에 의해 파이프를 흐르는 유체의 흐름량에 무리가 가지 않는 범위이기만 하면 제한되지 않으나 주로 120°가 될 것이다.

도3과 같이 파이프가 편심회전되어 특정부분의 내마모층의 두께가 두껍게 형성되는 것이 바람직한 것은, 만약 파이프 내면에 형성된 내마모층의 두께가 동일하면 화력발전소 등에서 플라이애쉬와 바텀애쉬를 이송하는 파이프인 경우 파이프 내면의 편마모 현상을 최소화하기 위해 주기적으로 파이프를 일정각도씩 돌려주어야 하지만, 편마모되는 부분을 도3과 같은 방법을 이용하여 더 두껍게 형성하면 사용기간이 경과함에 따라 파이프를 일정각도씩 회전시켜줄 필요가 없게 되기 때문이다. 따라서 본 발명과 같이 편심회전을 통해 형성된 내마모층을 가진 파이프를 적용하게 되면 화력발전소 등에서 석탄회 이송 파이프 내면의 편마모 형상을 최소화하기 위해 주기적으로 파이프를 일정각도씩 돌려주는데 소요되는 노력을 대폭 경감할 수 있다.

또한 본 발명의 내마모층 형성방법은 최초로 내마모층을 형성하는 신규 파이프뿐만 아니라 이미 내마모층이 형성된 후 사용되어 파이프 내부를 흐르는 유체에 의해 마모가 어느 정도 진행된 파이프 내면에도 적용할 수 있는데, 내마모층을 마모되기 전의 원래 두께 또는 원하는 새 두께로 되돌릴 수 있으므로 해당 파이프를 반영구적으로 반복해서 사용할 수 있다. 이 때 상기 파이프 내면의 내마모층의 재생은 전체적으로 뿐만 아니라 부분적으로도 가능 하다.

이와 같이 본 발명의 내마모층 형성방법을 그 내면이 마모된 잔여 내마모층을 구비한 재생용 파이프에 적용하는 경우, 상기 재생용 파이프에 내마모성 조성물을 투입하기 전에 그 내면의 마모된 잔여 내마모층을 제거하는 단계를 더 수행하는 것이 바람직한데 내마모성 피막조성물의 접착면적으로 높이기 위함이다. 다만 꼭 제거하지 않아도 크게 문제가 되는 것은 아니다.

이 때 상기 파이프 내면의 잔여 내마모층을 제거하는 단계는 분사식 노즐로 모래 또는 규산질 입자를 파이프 내면에 분무하여 수행되는데, 상기 방법을 통해 잔여 내마모층을 매우 손쉽고 간편하게 제거할 수 있다.

따라서 본 발명의 내마모층 형성방법은 특히 소재 자체의 재활용이 거의 불가능한 섬유보강 합성수지 파이프 (FRP Pipe)의 수명연장에 특히 효과적이다.

도 3은 도 2의 공정을 편심 회전하여 수행하는 상태 및 편심회전에 의해 형성된 재생성 내마모층이 구비된 파이프의 단면도이고, 도 4는 도2의 방법에 의해 형성된 재생성 내마모층이 구비된 파이프 단면도이며, 도 5는 도4의 방법이 반복적으로 수행되어 형성된 재생성 내마모층이 구비된 파이프 단면도이다.

도3 내지 도5를 참조하면, 본 발명의 재생성 내마모층을 구비한 파이프(100)가 그 내면에 비중이 다른 석탄회를 포함하는 층들이 다수개 형성된 다층구조의 내마모층(120)을 갖는 것을 알 수 있다.

상기 내마모층(120)의 다층구조는 1차내마모층(121), 중간층(122) 및 2차내마모층(123)으로 이루어지고, 경우에 따라서는 도6과 같이 상기 구조 즉 1차내마모층(121), 중간층(122) 및 2차내마모층(123)으로 구성된 구조가 반복되어 즉 내부중심측으로 상기 구조가 적층되어 형성될 수도 있음을 알 수 있다.

여기서, 1차내마모층(121)은 상기 파이프(110)의 중심에 접하여 형성되는 경도가 높고 비중이 0.35 내지 0.8인 석탄회를 포함하는 층이고, 중간층(122)은 상기 1차내마모층(121)과 2차내마모층(123) 사이에 형성되는 경도가 낮고 비중이 1.2 내지 1.4인 석탄회를 포함하는 층이며, 2차내마모층(123)은 상기 파이프(110)의 내면에 접하여 형성되는 경도가 높고 비중이 1.9 내지 2.3인 석탄회를 포함하는 층이다. 여기서, 상기 석탄회는 미분탄연소방식으로 얻어진 것으로 비중이 1.2 내지 1.4인 석탄회는 미연탄소이고, 비중이 1.9 내지 2.3인 석탄회는 정제된 플라이애쉬이며, 비중이 0.35 내지 0.8인 석탄회는 세노스피어(cenosphere)인 것이 바람직하다.

특히 상기 중간층(122)은 파이프(110) 내면에 형성된 두 개의 석탄회 내마모층(121, 123) 사이에는 상대적으로 경도가 낮고 두께가 얇은 미연탄소 층으로 형성되는데, 본 발명의 재생 내마모층이 구비된 파이프(100)의 사용이 개시되면, 파이프 내면의 내마모층(120) 중에서 비중이 가볍고 경도가 높은 세노스피어로 구성된 1차 내마모층(121)에서 마모가 서서히 진행되기 시작한다. 일정시간이 지나 마모가 미연탄소로 구성된 중간층 (122)에 도달하면 마모의 진행속도는 상대적으로 빨라지고, 경도가 낮은 중간층이 전부 마모되고 나면 다시 경도가 높은 플라이애쉬를 포함하는 2차 내마모층(123)에서 마모가 서서히 진행된다.

상기 내마모층을 형성하는 내마모성 피막조성물에 포함되는 플라이애쉬와 세노스피어의 조성비에 따라서 파이프(110) 내면의 1차 내마모층(121)과 2차 내마모층(123)의 두께를 사전에 임의로 조절할 수 있다. 두 개의 내마모층 사이에 위치하는 중간층(122)인 미연탄소 층도 그 두께가 2차 내마모층(123)에 대해 일정비율로 자동형성되지만 필요시 탄소분말을 내마모성 피막조성물에 추가하여 원하는 두께로 형성할 수 있다. 상기 중간층(122)은 세노스피어를 포함하는 밝은 색의 1차 내마모층(121)에 비해 상당히 짙은 색을 띠고 있으므로 파이프 내면의 마모가 이 중간층(122)에 도달하면 파이프 내면의 마모 진행정도를 쉽게 육안으로 식별할 수 있다. 파이프 내면의 마모상황을 육안으로 식별하는 것이 불가능한 사용 환경인 경우에는 미연탄소로 구성된 중간층(122)이 다른 층에 비해 전기저항이 낮으므로 중간층의 전기저항을 측정하여 마모의 진행정도를 확인할 수도 있으며, 이와 같이 상기 중간층(122)의 전기저항 값을 측정하여 상기 내마모층(120)의 마모진행도를 확인하고, 상기 내마모층(120)의 재생여부를 용이하게 결정할 수 있다.

실시예1

폴리에스테르 수지 60중량%, 미정제 플라이애쉬 35중량%, 및 세노스피어 5중량%를 포함하는 내마모성 피막조성물1을 제조하였다.

실시예2

에폭시 수지 60중량%, 미정제 플라이애쉬 30중량%, 및 세노스피어 5중량%, 탄소분말 5중량%을 포함하는 내마모성 피막조성물2를 제조하였다.

실시예3

실시예1에서 얻어진 내마모성 피막조성물1 215kg을 내경이 17.5cm이고 길이가 5.5m인 파이프에 투입한 후 회전각속도 230rpm으로 상온에서 30분 동안 회전시켜 2.5cm의 내마모층이 형성된 재생성 내마모층이 구비된 파이프1을 얻었다.

실시예4

실시예2에서 얻어진 내마모성 피막조성물2 27.5kg을 내경이 17.8cm이고 길이가 1.0m인 파이프에 투입한 후 회전각속도 230rpm으로 상온에서 60분 동안 회전시켜 1.4cm의 내마모층이 형성된 재생성 내마모층이 구비된 파이프2를 얻었다.

실험예

실시예3 및 실시예4에서 얻어진 파이프 1 및 2와 종래기술의 복잡한 공정을 통해 다층의 내마모성이 형성된 파이프(Renewable Ash Coated Pipe 또는 RAC-PIPE)의 내마모성을 ASTM D4060으로 실험하여 그 결과를 표2에 나타내었다.

No.	마모량 (mg)
파이프1	28
파이프2	21
RAC-PIPE	35.5

표2로부터 본 발명에 따라 제조된 내마모성 파이프의 내마모성이 종래의 복잡한 기술적 구성을 통해 얻어진 RAC-PIPE의 내마모성보다 우수한 것을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서만 설명하였지만, 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이므로 상술한 특정의 실시예에 한정되는 것은 아니라. 오히려 첨부된 청구범위에서 청구하는 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 내마모성 피막조성물을 용기에 담았을 때 비중에 따라 다수의 층이 형성되는 것을 보여주는 단면도.

도 2는 도 1의 내마모성 피막조성물을 이용하는 본 발명의 일실시예에 의한 내마모층 형성방법에 따라 파이프내면의 내마모층형성방법을 수행하는 공정의 모식도.

도 3은 도 2의 공정을 편심 회전하여 수행하는 상태 및 편심회전에 의해 형성된 재생성 내마모층이 구비된 파이프의 단면도

도 4는 도 2의 방법에 의해 형성된 재생성 내마모층이 구비된 파이프 단면도

도 5는 도 4의 방법이 반복적으로 수행되어 형성된 재생성 내마모층이 구비된 파이프 단면도

<도면의 주요부분의 설명>

100: 내마모층이 구비된 파이프 110 : 파이프

120: 내마모층 121 : 2차 내마모층

122: 중간층 123 : 1차 내마모층

200 : 내마모성 조성물

Claims

폴리에스테르수지, 에폭시수지, 페놀 수지 중 어느 하나인 수지 30 내지 77중량%, 비중이 1보다 큰 석탄회 20 내지 62중량%, 및 비중이 1보다 작은 석탄회 1 내지 8중량%를 포함하는 내마모성 피막조성물.
제1항에 있어서,

상기 석탄회는 미분탄연소방식으로 얻어진 것으로 비중이 1보다 큰 석탄회는 비중이 1.2 내지 1.4인 탄소분말과 비중이 1.9 내지 2.3인 플라이애쉬이고, 비중이 1보다 작은 석탄회는 비중이 0.35 내지 0.8인 세노스피어(cenosphere)인 것을 특징으로 하는 내마모성 피막조성물.
제2항에 있어서,

상기 비중이 1.2 내지 1.4인 탄소분말을 0.5 내지 17.5중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성 피막조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

촙(chop)형상의 유리섬유 0.5 내지 17.5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성 피막조성물.
폴리에스테르수지, 에폭시수지, 페놀 수지 중 어느 하나인 수지 30 내지 77중량%, 플라이애쉬 20 내지 62중량%, 및 세노스피어(cenosphere) 1 내지 15중량%를 포함하는 내마모성 피막조성물을 준비하는 단계;

상기 준비된 내마모성 피막조성물을 파이프내면에 투입하는 단계; 및

상기 파이프를 고속으로 회전시켜 상기 투입된 내마모성 피막조성물에 원심력을 가하여 내마모층을 형성하는 단계를 포함하는 파이프 내면의 내마모층 형성방법.
제5항에 있어서,

상기 파이프는 상기 내마모성 피막조성물에 가해지는 원심력이 중력가속도의 8 내지 22배가 되도록 회전되는 것을 특징으로 하는 파이프내면의 내마모층 형성방법.
제5항에 있어서, 상기 내마모층을 형성하는 단계는 편심회전되는 것을 특징으로 하는 파이프내면의 내마모층 형성방법.
제7항에 있어서,

편심회전되는 편심각도는 120°인 것을 특징으로 하는 파이프내면의 내마모층 형성방법.
제5항에 있어서, 상기 파이프는 그 내면이 마모된 잔여 내마모층을 구비한 재생용 파이프인 것을 특징으로 하는 파이프내면의 내마모층 형성방법.
제9항에 있어서,

상기 재생용 파이프에 내마모성 조성물을 투입하기 전에 그 내면의 마모된 잔여 내마모층을 제거하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 파이프내면의 내마모층 형성방법.
제10항에 있어서,

상기 파이프 내면의 잔여 내마모층을 제거하는 단계는 분사식 노즐로 모래 또는 규산질 입자를 파이프 내면에 분무하여 수행되는 것을 특징으로 하는 파이프내면의 내마모층 형성방법.
제5항 내지 제11항 중 어느 한 항의 내마모층 형성방법에 의해 형성된 내마모층을 구비한 파이프로서, 상기 내마모층은 비중이 1보다 큰 석탄회와 비중이 1보다 작은 석탄회를 포함하는 층들이 형성된 다층구조인 것을 특징으로 하는 재생성 내마모층을 구비한 파이프.
제12항에 있어서,

상기 내마모층의 다층구조는 상기 파이프의 중심에 접하여 형성되는 비중이 0.35 내지 0.8인 석탄회를 포함하는 1차내마모층과, 상기 파이프의 내면에 접하여 형성되는 비중이 1.9 내지 2.3인 석탄회를 포함하는 2차내마모층과, 상기 1차내마모층과 2차내마모층 사이에 형성되고 상기 1차내마모층 및 2차 내마모층에 포함되는 석탄회들보다 경도가 낮고 비중이 1.2 내지 1.4인 석탄회를 포함하는 중간층을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생성 내마모층을 구비한 파이프.
제13항에 있어서,

상기 내마모층의 다층구조는 상기 1차내마모층, 중간층 및 2차내마모층으로 구성된 구조가 내부중심측으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 재생성 내마모층을 구비한 파이프.
제13항에 있어서, 상기 중간층의 전기저항 값을 측정하여 상기 내마모층의 마모진행도를 확인하고, 상기 내마모층의 재생여부를 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 재생성 내마모층을 구비한 파이프.