KR101049318B1

KR101049318B1 - 절연성 적층 강화목의 제조방법 및 그 용도

Info

Publication number: KR101049318B1
Application number: KR1020110006232A
Authority: KR
Inventors: 장성구; 소병춘
Original assignee: 소병춘; 장성구
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2011-07-13

Abstract

본 발명은 절연성 적층 강화목의 제조방법 및 그로부터 제조된 강화목의 용도에 관한 것으로, 목재를 두께 1 ~ 6mm의 박판으로 절삭 가공하는 제1단계; 상기 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하는 제2단계; 상기 건조된 박판 목재의 경도를 증대시키기 위해 고형분 50% 이상을 함유하고, pH 7 ~8.5, 점도 40 ~ 70cP/20℃인 요소수지 또는 고형분 50% 이상을 함유하고, pH 7 ~8.5, 점도 40 ~ 70cP/20℃인 요소멜라민 공중합수지로 된 접착제를 진공함침하거나 침지 또는 도포한 다음, 액상의 접착제를 건조하는 제3단계; 상기 박판 목재를 설정된 두께로 적층하여 12 ~ 24시간 동안 핫프레스로 가압하되, 최초에는60 ~ 100℃ 온도와 50 ~ 100㎏f/㎠의 압력으로 압착하고, 점차적으로 온도와 압력을 상승시켜 120 ~ 150℃의 온도와 300 ~ 340㎏f/㎠의 압력으로 압착하여 단판 적층체를 형성하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있고, 상기 접착제로 사용되는 요소수지 또는 요소멜라민 공중합수지는 고형분 50% 이상을 함유하고, 점도 40 ~ 70cP/20℃인 것을 특징으로 하며, 상기 접착제는 총중량을 기준으로 하여 절연파괴강도와 접착성을 높이기 위한 충진제로서 운모분말을 1 ~ 10 중량%, 내열성을 높이기 위한 난연제로서 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 삼산화안티몬, 염화파라핀, 브롬계 난연제 중에서 선택되는 어느 1종 이상을 0.5 ~ 5 중량%의 범위로 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고 본 발명의 절연성 적층 강화목의 제조방법으로 제조된 제품은 전기 절연체, 컨베이어 벨트용 지지체, 중량물 운반용 가이드, 건축용 자재 및 LNG 및 LPG 운반용 선박의 파이프 또는 탱크와 같은 저온 가스운반설비 지지대 등과 같은 다양한 용도로 사용된다.
본 발명의 절연성 적층 강화목의 제조방법은, 프레스보드를 끓는 물에 용해한 PVA수지를 도포하여 적층하는 종래의 공정에 비하여 제조공정이 대폭 단순화되고 접착성이 대폭 증대되므로 제조경비가 절감되고 제품의 수명과 내구성이 매우 증대되며, 박판 목재에 함침된 접착제가 건조된 상태로 적층되므로 제품의 두께를 조절하기 쉽고 박판 목재의 적층이 용이하게 됨으로써 작업성이 양호하고 자원의 절약을 통해 원가를 경감할 수 있으며, 아울러 두께와 관계없이 접착이 가능하고 적층 후에도 두께를 자유롭게 조절하여 다양한 종류의 적층 강화목을 생산할 수 있으며, 고압 프레스에 의한 가압 시에도 박판 목재의 균열이 거의 발생되지 않는 관계로 제품 성능과 생산성이 탁월하다.
또한, 본 발명의 절연성 적층 강화목의 제조방법으로 제조된 전기 절연체는, 박판 목재를 요소수지 또는 요소멜라민 공중합수지를 함침하고 건조한 후, 일정한 온도와 압력으로 가압함으로써 목재의 특성인 다공성에 의해 전류가 흐를 때의 진동과 소음을 흡수하면서 절연효과가 탁월할 뿐만 아니라 절연유에 대한 내유성, 내압성 및 체적고유저항 등의 전기적 성질이 우수한 성능을 발휘하므로 초고압 변압기의 각종 구성부품과 지지부품으로 적용이 가능한 장점이 있으며, 본 발명의 제조방법으로 제조된 절연성 적층 강화목은, 박판 목재의 기공 사이에 요소수지 또는 요소멜라민 공중합수지가 함침되어 있어 일반 목재에 비해 비중이 높을 뿐만 아니라 압축강도와 탄성계수, 내마모성이 높고, 열전도율과 선팽창계수, 마찰계수가 낮으며, 고온 및 저온 안정성, 방수성, 정전방지, 내구성 등의 물리적, 화학적 성질이 우수하기 때문에, 변압기용 부재와 같은 전기 절연체의 용도 외에 컨베이어 벨트용 지지체, 중량물 운반용 가이드, 건축용 자재, LNG 및 LPG 운반용 선박의 파이프 또는 탱크와 같은 저온 가스운반설비 지지대 등 다양한 용도에 적용이 가능하게 되는 장점이 있다.

Description

절연성 적층 강화목의 제조방법 및 그 용도{MANUFACTURING PROCESS OF AN INSULATING WOOD BY LAMINATED STRENGTHENING AND THE USE OF AN ARTICLE MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 절연성 적층 강화목의 제조방법 및 그로부터 제조된 강화목의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 목재를 두께 1 ~ 6mm의 박판으로 절삭 가공하고, 상기 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하며, 상기 건조된 박판 목재의 경도를 증대시키기 위해 요소수지 또는 요소멜라민 공중합수지로 된 접착제를 진공함침하거나 침지 또는 도포한 다음, 액상의 접착제를 건조하고, 상기 박판 목재를 설정된 두께로 적층하여 12 ~ 24시간 동안 핫프레스로 가압하되, 최초에는 60 ~ 100℃ 온도와 50 ~ 100㎏f/㎠의 압력으로 압착하고, 점차적으로 온도와 압력을 상승시켜 120 ~ 150℃의 온도와 300 ~ 340㎏f/㎠의 압력으로 압착하여 단판 적층체를 형성하는 단계를 포함하여 절연성 적층 강화목을 제조함으로써, 변압기 등의 부재용 전기 절연체, 컨베이어 벨트용 지지체, 중량물 운반용 가이드, 건축용 자재, LNG 및 LPG 운반용 선박의 파이프 또는 탱크 지지대 등의 다양한 용도에 적용이 가능한 적층 강화목의 제조방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 전기소재업계에서 통칭되는 ‘프레스보드(Press Board)’는 펄프를 원료로 하는 절연체의 원료 판재이다.

KS 규격에서 그 사양이 규정되어 있는 프레스보드는 펄프를 원료로 하여 판지로서 제조되고, 프레스보드는 원재료가 국가별로 편향적으로 분포됨에 따라 고가의 것으로서 일반적으로는 초고압 변압기 등 고가의 장치에 한정되어 적용되는 경향이 있다.

상기와 같은 프레스보드를 이용한 절연체로서의 적층체 제조는 프레스보드에 절연성을 갖는 열경화성 수지를 함침시킴에 의해 내전도성 및 내전압성을 가지게 되는데, 이러한 함침된 프레스보드는 제조하는 국가에 따라 그 두께가 상이하여 대부분 최종 사용처에서 판지를 적층하여 목적에 맞게 재가공하여 사용되고 있는 실정이다.

종래로부터의 재가공의 방법은 적용되는 변압기의 코어의 크기나 적용전압 등에 따라서 두께를 조절하기 위하여 적층하여 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate, PVA)수지를 끓는 물에 용해한 후에 냉각하여 절단하고, 프레스보드를 함침한 것을 다시 만들어 콜드프레스로 상호 부재판을 24 시간 냉압으로 가압 제조하고 있다.

이러한 프레스보드를 사용하는 적층체의 문제점을 개선하기 위하여, 종래 에는 변압기의 각종 구성부품과 지지부품으로서의 단판 적층 절연체는 페놀수지판을 절연등급 A종으로 내열온도가 105℃의 부재로서 사용하거나 또는 목재 단판을 페놀수지에 함침하여 건조시킨 이후, 다시 적층하여 핫프레스(Hot-press)에서 140 ~ 150℃로 가열하고 320kgf/cm²으로 가압한 후, 냉각하여 페놀 함침된 단판을 제조하여 특고압 절연체에 사용하였으나, 이는 페놀함침의 단판 적층체 제조 시에 페놀수지는 경화에 따른 물의 생성이라는 축합반응이 유발되므로 물이 피착물의 접착력을 방해하여 접착층 부분에 대한 계면균열이 발생하여 접착이 불량하게 되므로 사용 중 하자 보수가 빈번하여 현실적으로 생산이 어려운 실정이다.

상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 본 발명자가 개발한 대한민국 등록특허공보 제10-0866455호(등록일자 2008. 10. 27)에는 자작나무나 단풍나무 또는 남양재를 두께 1.0 ~ 3mm로 로타리커터(Rotary Cutter)나 슬라이서(Slicer)에 의해 박판으로 절삭가공한 소재를 사용하여 페놀수지를 진공함침하고 건조시킴으로써 경도를 증대시킴과 동시에, 폴리우레탄을 바인더로 단판에 도포하고 설정 두께로 135℃ 에서 320kgf/cm²의 핫프레스로 가압하여 단판 적층체를 제조하는 것을 특징으로 하는 단판 적층체의 제조방법이 공지되어 있으며, 도 1에서는 그로부터 제조된 단판 적층체가 적용된 변압기 내부의 예시적인 단면도가 도시되어 있고, 상기 변압기(T)는 상부받침목(UD), 하부받침목(DD), 전선지지바아(B), 절연유(O), 코일권선(C)과 같은 다수의 부재로 이루어져 있고, 상부받침목(UD), 하부받침목(DD), 전선지지바아(B), 펀칭판넬(P) 등의 용도로 절연성 적층체가 사용될 수 있다.

그러나 상기 선행기술은 절연성을 가지면서 목재의 다공성으로 인한 코일권선의 진동, 소음을 저감할 수 있고 절연유에 대해 내유성이며 내열성을 갖는 절연체를 제조할 수 있게 되나, 상기 적층체는 내열성, 내용제성, 내화학성이 뛰어나지만 페놀수지와 우레탄수지를 공정에 따라 달리 사용하므로 작업성이 불량하고, 페놀수지가 함침된 단판에 우레탄수지를 도포한 후에는 바로 적층하여 제품을 제조하여야 하는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0026797호(공개일자 2010. 03. 06)에 개시하고 있는 절연성 적층체의 제조방법은 폴리우레탄 수지를 개재한 복수 매의 적층체를 가열하면서 10 - 15 분간 가압 후, 냉각하는 공정을 포함하고 있으나, 이는 단순히 가열에 의해 접착제를 경화시키는데 주안점을 두고 있는 발명에 해당되고, 일본 공개특허공보 제2001-202839호(공개일자 2001. 07. 27)의 절연판의 적층 개선방법은 접착시의 접착압력을 균일하게 하고 접착 도포량을 증가시키기 위한 것으로, 적층한 프레스보드의 접착 불량을 방지하고 접착층 경계부근의 강도를 높이기 위해 정지유도전기에 사용되는 복수의 프레스보드 사이에 접착제를 부착한 시트를 삽입하고 그 사이에 탄성체를 개재하여 프레스 치구에 의해 가압함으로써 프레스보드를 적층 접착하는 절연판의 적층 개선방법을 개시하고 있으므로, 상기 선행기술들은 그 제조방법은 간단하지만 액체 요소수지나 액체 요소멜라민 공중합수지를 다공성의 목재에 함침하여 다층으로 적층 접합시키는 본 발명의 기술사상과 전혀 다를 뿐만 아니라, 그로부터 제조된 절연체는 본 발명에 의해 제조된 절연성 적층 강화목에 비해 비중이 떨어지고 내한성 및 내열성이 부족하며, 전자파와 정전기 방지효과, 화학적 안정성 및 물리적 강도가 우수한 제품을 제조할 수 없다는 문제점이 있다.

한편, 요소수지(尿素樹脂, Urea Resin)는 우레아수지 또는 요소포르말린수지라고도 하며, 요소와 알데히드류(주로 포름알데히드)의 축합반응으로 생기는 열경화성(熱硬化性) 수지로서 아미노기(-NH₂)를 가지므로 멜라민수지와 함께 아미노플라스틱이라 총칭된다.

상기 요소수지는 값이 싸고 비교적 양호한 상태 접착성능으로 인하여 합판, PB, MDF 등의 제조 시에 대량으로 사용되고 있으며, 최근에는 내수, 내구성능의 향상과 포름알데히드 방출량의 최소화라는 큰 문제에 직면함에 따라 멜라민과 복합화한 요소멜라민 공중합수지가 많이 사용되고 있다.

특히, 업계에서는 원가절감과 생산성 향상을 위해 충분한 접착성능을 유지하면서 열압시간을 단축시킬 수 있는 속경화기술에 관한 요구가 증대되고 있고, 목재용 수지 접착제의 경화시간 단축에 관한 연구로는 구조용 합판의 제조에 주로 사용되고 있는 페놀수지 접착제에 대해서는 다수의 연구보고가 있으나, 요소수지나 요소멜라민 공중합수지 접착제에 관한 보고는 거의 없는 실정이다.

다만 요소수지 접착제의 개질에 관한 연구 결과에 의하면, 요소수지 경화물에 존재하는 산촉매를 완전히 중화 제거하면 내수성이 비약적으로 향상되며, 트리에틸렌테트라요소나 헥사메틸렌디요소 등과 같이 유연성이 우수한 분자구조의 화합물로 3차원 망상구조의 생성을 촉진하면 겔화속도의 촉진과 더불어 내수성이 크게 향상된다고 한다.

또한, 멜라민을 첨가하면 멜라민의 염기성에 의해 경화수지의 산성도를 저하시켜 수지의 가수분해를 억제시키기 때문에 내수성이 향상되는 것으로 알려져 있다.

일반적으로, 멜라민수지는 가격이 월등하게 비싸기 때문에 요소수지의 내수성을 높이기 위해 멜라민수지와 중합된 요소멜라민 공중합수지를 사용하여 원료비를 절감함과 동시에 내수성을 높이기도 하며, 기존의 요소수지를 이용한 일반 합판의 제조방법은 냉압을 1차 실시하고 프레스 온도 40℃에서 2차 가압을 실시하는 방법에 의해 저온에서 10 ~ 15㎏f/㎠의 저압에 의한 합판을 제조하는 방법이 많이 사용되고 있고, 또한 대한민국 등록특허공보 제10-0163575호(등록일자 1998. 09. 08)에는 제지슬러지에 난연제와 경화제가 첨가된 고형분이 50∼60 중량%인 액상의 요소수지를 스프레이 분사하면서 혼합하고, 상기 혼합물을 예비 가압 프레스를 사용하여 판상으로 예비 가압한 후, 경화온도 150∼210℃, 압력 0∼50㎏f/㎠로 고압 열프레스를 사용하여 가열 가압하여 성형하는 공정을 포함하는 건축 자재용 난연보드의 제조방법이 공지되어 있으나, 상기 선행기술들은 모두 일반 건축용 합판을 제조하는 방법으로서 고온과 고압의 설비가 필요한 본 발명과는 그 기술사상이 전혀 다르다는 점을 밝혀두고자 한다.

또한, 요소수지 및 요소멜라민 공중합수지는 전기적 성질에서 양호한 내아크성을 갖기 때문에 배선기구나 조명기구 등 각종 전기부품에 사용되며, 또한 소켓이나 스위치류 배선기구의 멀티탭 등에 사용되고 있어 각종 전기 절연재료에 응용되고 있다.

그러나 이러한 제품들은 요소수지 분말을 성형기로 가공하고 있고, 액체 요소수지나 액체 요소멜라민 공중합수지는 종이에 함침하여 PCB기판을 제조하여 각종 전자기기에 사용되고 있을 뿐이므로, 본 발명에서는 요소수지의 전기적 특성을 이용하여 목재에 요소수지를 함침하여 목재의 비중을 증대시킨 단판 적층체의 형태로 제조함으로써, 목재의 특성인 다공성에 의해 변압기 등의 전열체로 사용할 경우 전류가 흐를 때의 진동과 소음 흡수 및 절연효과는 물론, 절연유에 대해 내유성이고 내열성을 갖는 절연체를 제조할 수 있게 되며, 나아가 다양한 용도의 부품 소재로 사용함에 따라 전자파와 정전기 방지효과, 화학적 안정성 및 물리적 강도와 더불어 내구성이 우수한 적층 강화목을 제조할 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 완성한 것이다.

본 발명의 목적은, 요소수지 또는 요소멜라민 공중합수지를 함침한 박판 목재를 건조한 후, 그 적층된 박판 목재를 일정한 온도와 압력으로 단계적인 가압을 함으로써, 변압기 등의 부재로 사용할 경우 목재의 특성인 다공성에 의해 전류가 흐를 때의 진동과 소음을 흡수하면서 전기 절연효과가 탁월하며, 또한 절연유에 대한 내유성, 내압성 및 체적고유저항 등의 전기적 성질이 우수한 절연성 적층 강화목의 제조방법 및 그 용도를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 본 발명의 제조방법으로 제조된 절연성 적층 강화목은 박판 목재의 기공 사이에 요소수지 또는 요소멜라민 공중합수지가 함침되어 있어 일반 목재에 비해 비중이 월등히 높을 뿐만 아니라 압축강도와 탄성계수, 내마모성이 높고, 열전도율과 선팽창계수, 마찰계수가 낮으며, 고온 및 저온 안정성, 방수성, 정전방지, 내구성 등의 물리적, 화학적 성질이 우수하기 때문에, 전기 절연체는 물론 컨베이어 벨트용 지지체, 중량물 운반용 가이드, 건축용 자재, LNG 및 LPG 운반용 선박의 파이프 또는 탱크와 같은 저온 가스운반설비 지지대 등의 다양한 용도에 적용이 가능하게 되는 절연성 적층 강화목의 제조방법 및 그로부터 제조된 강화목의 용도를 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 절연성 적층 강화목의 제조방법은, 목재를 두께 1 ~ 6mm의 박판으로 절삭 가공하는 제1단계; 상기 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하는 제2단계; 상기 건조된 박판 목재의 경도를 증대시키기 위해 고형분 50% 이상을 함유하고, pH 7 ~8.5, 점도 40 ~ 70cP/20℃인 요소수지 또는 고형분 50% 이상을 함유하고, pH 7 ~8.5, 점도 40 ~ 70cP/20℃인 요소멜라민 공중합수지로 된 접착제를 진공함침하거나 침지 또는 도포한 다음, 액상의 접착제를 건조하는 제3단계; 상기 박판 목재를 설정된 두께로 적층하여 12 ~ 24시간 동안 핫프레스로 가압하되, 최초에는 60 ~ 100℃ 온도와 50 ~ 100㎏f/㎠의 압력으로 압착하고, 점차적으로 온도와 압력을 상승시켜 120 ~ 150℃의 온도와 300 ~ 340㎏f/㎠의 압력으로 압착하여 단판 적층체를 형성하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 접착제로 사용되는 요소수지 또는 요소멜라민 공중합수지는 고형분 50% 이상을 함유하고, 점도 40 ~ 70cP/20℃인 것을 특징으로 하며, 상기 접착제는 총중량을 기준으로 하여 절연파괴강도와 접착성을 높이기 위한 충진제로서 운모분말을 1 ~ 10 중량%, 내열성을 높이기 위한 난연제로서 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 삼산화안티몬, 염화파라핀, 브롬계 난연제 중에서 선택되는 어느 1종 이상을 0.5 ~ 5 중량%의 범위로 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 절연성 적층 강화목의 제조방법으로 제조된 제품은 전기 절연체, 컨베이어 벨트용 지지체, 중량물 운반용 가이드, 건축용 자재 및 LNG 및 LPG 운반용 선박의 파이프 또는 탱크와 같은 저온 가스운반설비 지지대 등 다양한 용도로 사용됨을 특징으로 한다.

본 발명의 절연성 적층 강화목의 제조방법은, 프레스보드를 끓는 물에 용해한 PVA수지를 도포하여 적층하는 종래의 공정에 비하여 제조공정이 대폭 단순화되고 접착성이 대폭 증대되므로 제조경비가 절감되고 제품의 수명과 내구성이 매우 증대된다.

본 발명의 절연성 적층 강화목의 제조방법은, 박판 목재에 함침된 접착제가 건조된 상태로 적층되므로 제품의 두께를 조절하기 쉽고 박판 목재의 적층이 용이하게 됨으로써 작업성이 양호하고 자원의 절약을 통해 원가를 경감할 수 있으며, 아울러 두께와 관계없이 접착이 가능하고 적층 후에도 두께를 자유롭게 조절하여 다양한 종류의 적층 강화목을 생산할 수 있으며, 고압 프레스에 의한 가압 시에도 박판 목재의 균열이 거의 발생되지 않는 관계로 제품 성능과 생산성이 탁월하다.

또한, 본 발명의 절연성 적층 강화목의 제조방법으로 제조된 전기 절연체는, 박판 목재를 요소수지 또는 요소멜라민 공중합수지를 함침하고 건조한 후, 일정한 온도와 압력으로 가압함으로써 목재의 특성인 다공성에 의해 전류가 흐를 때의 진동과 소음을 흡수하면서 절연효과가 탁월할 뿐만 아니라 절연유에 대한 내유성, 내압성 및 체적고유저항 등의 전기적 성질이 우수한 성능을 발휘하므로 초고압 변압기의 각종 구성부품과 지지부품으로 적용이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 제조방법으로 제조된 절연성 적층 강화목은, 박판 목재의 기공 사이에 요소수지 또는 요소멜라민 공중합수지가 함침되어 있어 일반 목재에 비해 비중이 높을 뿐만 아니라 압축강도와 탄성계수, 내마모성이 높고, 열전도율과 선팽창계수, 마찰계수가 낮으며, 고온 및 저온 안정성, 방수성, 정전방지, 내구성 등의 물리적, 화학적 성질이 우수하기 때문에, 변압기용 부재와 같은 전기 절연체의 용도 외에 컨베이어 벨트용 지지체, 중량물 운반용 가이드, 건축용 자재, LNG 및 LPG 운반용 선박의 파이프 또는 탱크와 같은 저온 가스운반설비 지지대 등 다양한 용도에 적용이 가능하게 되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 절연성 적층 강화목의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제조방법으로 제조된 절연성 적층 강화목을 나타내는 시료의 실물사진이다.

본 발명의 절연성 적층 강화목의 제조방법은, 목재를 두께 1 ~ 6mm의 박판으로 절삭 가공하는 제1단계; 상기 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하는 제2단계; 상기 건조된 박판 목재의 경도를 증대시키기 위해 고형분 50% 이상을 함유하고, pH 7 ~8.5, 점도 40 ~ 70cP/20℃인 요소수지 또는 고형분 50% 이상을 함유하고, pH 7 ~8.5, 점도 40 ~ 70cP/20℃인 요소멜라민 공중합수지로 된 접착제를 진공함침하거나 침지 또는 도포한 다음, 액상의 접착제를 건조하는 제3단계; 상기 박판 목재를 설정된 두께로 적층하여 12 ~ 24시간 동안 핫프레스로 가압하되, 최초에는 60 ~ 100℃ 온도와 50 ~ 100㎏f/㎠의 압력으로 압착하고, 점차적으로 온도와 압력을 상승시켜 120 ~ 150℃의 온도와 300 ~ 340㎏f/㎠의 압력으로 압착하여 단판 적층체를 형성하는 제4단계를 차례로 포함하여 제조된다.

이하에서는 본 발명에 의한 절연성 적층 강화목의 제조방법에 대하여 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 절연성 적층 강화목의 제조방법은 기본적으로 제1단계 내지 제4단계 공정을 포함하여 이루어진다.

먼저 제1단계 공정(10)은, 목재를 두께 1 ~ 6mm의 박판으로 절삭 가공하는 것으로, 상기 목재 원목은 미리 80 ~ 100℃에서 약 48시간 훈증 처리하여 건조하는 것이 로타리 커터(Rotary cutter)나 슬라이서(Slicer)를 이용한 목재의 박판 절삭가공 시 박판 목재의 크랙발생과 표면 거칠어짐을 방지하기 위해 바람직하고, 또한 박판 목재에 접착제를 진공함침하거나 침지 또는 도포할 경우 목재의 기공 사이로 수지 접착제의 침투가 용이하게 되며, 상기 목재는 그 수종에 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 통상적으로 자작나무, 단풍나무, 남양재, 너도밤나무, 참나무 등 전건비중이 약 0.3 ~ 0.8 정도(공극률 약 70 ~ 30% 정도)인 것이 박판 목재의 공극 사이로 접착제의 함침이 용이하여 제품의 수축률, 강도 등의 요구되는 각종 물성이 향상되는 것으로 연구되었다.

참고로, 목재의 전건비중은 오동나무 0.2, 물푸레나무 0.9, 발사(Balsa) 0.10, 사할린젓나무(Saghalin fir) 0.38, 너도밤나무(Beech) 0.51, 물참나무(Japanese oak), 0.68, 유창목(癒瘡木, Lignumvitae) 1.23, 소나무(육송, 건재) 0.58, 적송(건재) 0.59, 미송(건재) 0.42 정도인 것으로 알려져 있다.

제2단계 공정(20)은, 상기 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하는 것으로, 이는 박판 목재를 일정한 넓이의 크기로 절단하고 박판 목재 각각의 조각에 대한 평탄작업을 한 후, 약 200℃의 열을 가하면서 롤프레스에 의해 가압하여 박판 목재의 내부 수분과 비휘발성 물질을 제거함으로써, 목재의 절연성을 증대시키고 제품의 제조 시나 사용 중에 균열을 방지하게 되며, 또한 박판 목재의 내부 기공사이의 접착제 침투가 용이하게 되고, 아울러 박판 목재 표면의 접착제 도포가 고르게 이루어지는 것이다. 상기 박판 목재는 조각의 상태에 따라 옹이를 제거하고 그 홈을 메울 수도 있으며, 소경목의 박판 목재를 적당한 치수로 연결 부착하여 한 조각으로 하는 등의 작업 등을 임의적으로 실시하여 목재 자원을 절약할 수도 있다.

제3단계 공정(30)은, 상기 건조된 박판 목재의 경도를 증대시키기 위하여 요소수지 또는 요소멜라민 공중합수지로 된 접착제를 진공함침하거나 침지 또는 도포한 다음, 액상의 접착제를 건조하는 것인데, 이는 접착제를 박판 목재에 도포하기 위해 접착제를 연속적으로 스프레이하거나 침지시키게 되며, 경도를 보다 증대시키거나 박판 목재의 기공율이 다소 낮은 경우에는 진공함침에 의해 박판 목재의 기공 사이로 접착제의 침입을 강제할 수도 있다. 이에 의해 접착제가 함침 도포된 박판 목재는 액상의 접착제 수지가 자연 건조되어 표면이 반경화 상태가 되기 때문에, 박판 목재 사이에 다른 종류의 접착제를 추가적으로 도포하는 공정을 생략할 수 있으며, 상기 박판 목재를 용도에 따라 필요한 만큼 다층으로 적층시킴으로써 두께를 자유롭게 조절할 수 있는 단판 적층체를 형성하게 된다.

본 발명에서 접착제로 사용되는 요소수지 또는 요소멜라민 공중합수지는 고형분 50% 이상을 함유하고, 점도 40 ~ 70cP/20℃인 것이 작업성은 물론, 제조된 제품의 물리적 강도 등의 면에서 가장 바람직한 것으로 조사되었으며, 상기 수지는 pH(수소이온농도)가 약 7 ~ 8.5 정도인 중성 내지 약알칼리성으로 되는 소재가 내유성과 화학적 안정성 측면에서 더욱 바람직하다. 상기 접착제는 총중량을 기준으로 하여, 절연파괴강도와 접착성을 높이기 위한 충진제로서 운모분말을 1 ~ 10 중량%, 내열성을 높이기 위한 난연제로서 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 삼산화안티몬, 염화파라핀, 브롬계 난연제 중에서 선택되는 어느 1종 이상을 0.5 ~ 5 중량%의 범위로 포함할 수도 있다.

참고로, 운모광물의 화학조성은 1차 이-팔면체 층인가 또는 삼-팔면체 층인가에 의해 결정되며, 그 다음은 층간(層間) 이온의 종류 및 팔면체 이온의 종류에 의해 결정된다. 그러므로 일반 화학식은 X₂Y₄-6Z₈O₂₀으로 표시될 수 있으며[여기서 X는 층간 양이온(OH, F)₄(칼슘, 나트륨, 칼륨)이고, Y는 팔면체 양이온(알루미늄, 철(Ⅲ), 리튬, 마그네슘, 철(Ⅱ))이며, Z는 사면체 양이온(규소, 알루미늄)이다],

상기 운모분말은 비중이 2.75 ~ 3.2이고, 축전기 같은 전기제품과 기기에서 열 또는 전기 절연재로 사용되는 양호한 절연체로서, 본 발명에 있어 접착제 총중량을 기준으로 약 1 ~ 10% 이내로 첨가하면 박판 목재의 공극 사이로 함침되는 수지 접착제의 양은 다소 줄어들지만, 고비중의 운모분말이 함유되어 있는 접착제의 충진성 향상으로 인하여 최종적으로 제조된 단판 적층체의 비중이 증가될 뿐만 아니라 박판 목재의 층간 접착성능이 강화되어 충격강도, 내구성, 내아크성 등의 물리적 성질이 더욱 우수하게 되는 가장 바람직한 함량인 것으로 조사되었고, 만일 운모분말의 함량을 접착제 총중량을 기준으로 1% 미만으로 첨가하면 그로 인한 효과가 미미하며, 10%를 초과하면 박판 목재의 공극 사이로 수지 접착제의 함침이 다소 어려운 것으로 조사되었다. 그리고 상기 난연제는 목재와 접착제 수지의 내열성을 보강하기 위한 것으로, 전기 전도성이 없고 요소수지와 상용성이 있는 성분이면 그 구체적인 종류에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.

제4단계 공정(40)은, 상기 박판 목재를 설정된 두께로 적층하여 12 ~ 24시간 동안 핫프레스로 가압하되, 최초에는 60 ~ 100℃ 온도와 50 ~ 100㎏f/㎠의 압력으로 압착하고, 점차적으로 온도와 압력을 상승시켜 120 ~ 150℃의 온도와 300 ~ 340㎏f/㎠의 압력으로 압착하여 단판 적층체를 형성하는 것으로, 접착제가 함침 도포된 박판 목재는 서로 나무결이 교차되게 적층시키거나 나란히 적층시키게 되는데, 본 발명에 있어 그 적층방법은 제품의 용도에 따라 선택적으로 사용하게 되며, 예를 들면, 상부층과 하부층의 나무결을 교차되게 적층시키면 단판 적층체의 굴곡강도와 파단성이 강화되고, 나란하게 적층시키면 층간의 밀착도가 증가되어 접착력이 강화된다.

본 발명에 의한 핫프레스를 사용한 가압은 상기 범위 내에서 2 ~ 4시간 마다 단계적으로 온도와 압력을 상승시키면서 12 ~ 24시간 동안 핫프레스로 가압시킴으로써, 목질의 조직세포 및 합침된 접착제 간의 간격을 효율적으로 줄여 매우 치밀한 목질을 형성하게 되며, 또한 이러한 가압조건에 의해 최종적으로 제조된 적층 강화목은 그 비중이 0.9 ~ 1.3 정도로 높아지게 되고(EC61061-2 시험방법), 절연파괴전압이 20.3 ~ 27.2kV, 절연파괴강도가 10.10 ~ 13.40kV/㎜(IEC60243-1 시험방법)로 되며, 아울러 압축강도와 탄성계수, 내마모성이 높아지고, 열전도율과 선팽창계수, 마찰계수가 낮아지며, 고온 및 저온 안정성, 방수성, 내구성 등의 성질이 우수하게 된다.

그리고 본 발명에 의해 제조되는 단판 적층체는 현재 약 12 ~ 120㎜의 두께로 생산될 수 있으나, 이는 소비자의 요구사항에 의한 조건일 뿐, 본 발명에 설정된 범위 내에서 박판 목재의 적층 두께에 따라 핫프레스의 온도와 압력, 가압시간을 조절함으로써 약 300㎜ 이상의 두께까지 제조할 수 있기 때문에, 예를 들면, 컨베이어 벨트용 지지체, 중량물 운반용 가이드, 각종 건축 및 토목용 구조물, 저온 가스운반설비 지지대 등과 같은 다양한 용도로 사용될 수도 있다.

참고로, 요소수지를 사용한 일반적인 2급 합판류는 내수성이 거의 없고, 그 접착방법은 온도 및 프레스의 압력이 실내온도에서 10 ~ 15㎏f/㎠ 상태로 8 ~ 24시간 또는 90 ~ 110℃에서 10 ~ 15㎏f/㎠ 압력으로 가압하는 것이 통상적인 방법이며, 이때 합판의 비중은 0.3 이하로서 절연파괴강도는 5kV/㎜ 정도에 불과하다.

상기 제1단계 내지 제4단계 공정으로 제조된 단판 적층체는 접착제 수지 경화 및 잔여 수분 증발을 위해 누름판을 설치하거나 대기 중에서 양생시킨 다음, 제품의 종류에 따라 임의적으로 절단, 연마, 포장하는 공정을 실시할 수 있음은 당업자에게 자명한 것이므로 이에 관한 구체적인 설명은 생략한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 수많은 실험을 거쳐 완성되었으나, 이하에서는 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

<실시예 1>

자작나무를 1.2㎜ 두께로 절삭가공한 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하고, pH 7 ~ 8.5, 점도 40 ~ 50cP의 요소수지를 함침하고 건조함으로써 경도를 증대시킨 후, 상기 박판 목재를 120㎜ 두께로 적층한 다음, 80℃의 핫프레스에 넣고 점차적으로 온도를 90, 100, 110, 120, 130℃로 상승시키면서 압력을 80, 100, 200, 250, 300, 320㎏f/㎠로 상승시키되, 처음에는 가온 및 가압을 2 ~ 3시간으로 하고, 다음부터는 단계별로 각각 3 ~ 4시간으로 하여 목재 내부 조직 간의 간격을 줄이는 방법으로 18시간 동안 압착하여 단판 적층체를 제조하였다.

<비교예 1>

상기 실시예 1에서와 같은 1.2㎜ 두께의 자작나무 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하고, pH 7 ~ 8.5, 점도 40 ~ 50cP의 요소수지를 함침하고 건조시킨 후, 상기 박판 목재를 120㎜ 두께로 적층한 다음, 80℃의 핫프레스에 넣고 80㎏f/㎠의 압력으로 3시간 동안 압착하여 단판 적층체를 제조하였다.

<비교예 2>

상기 실시예 1에서와 같은 1.2㎜ 두께의 자작나무 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하고, pH 7 ~ 8.5, 점도 40 ~ 50cP의 요소수지를 함침하고 건조시킨 후, 상기 박판 목재를 120㎜ 두께로 적층한 다음, 90℃의 핫프레스에 넣고 100㎏f/㎠의 압력으로 3시간 동안 압착하여 단판 적층체를 제조하였다.

<비교예 3>

상기 실시예 1에서와 같은 1.2㎜ 두께의 자작나무 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하고, pH 7 ~ 8.5, 점도 40 ~ 50cP의 요소수지를 함침하고 건조시킨 후, 상기 박판 목재를 120㎜ 두께로 적층한 다음, 100℃의 핫프레스에 넣고 200㎏f/㎠의 압력으로 3시간 동안 압착하여 단판 적층체를 제조하였다.

<비교예 4>

상기 실시예 1에서와 같은 1.2㎜ 두께의 자작나무 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하고, pH 7 ~ 8.5, 점도 40 ~ 50cP의 요소수지를 함침하고 건조시킨 후, 상기 박판 목재를 120㎜ 두께로 적층한 다음, 110℃의 핫프레스에 넣고 250㎏f/㎠의 압력으로 3시간 동안 압착하여 단판 적층체를 제조하였다.

<비교예 5>

상기 실시예 1에서와 같은 1.2㎜ 두께의 자작나무 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하고, pH 7 ~ 8.5, 점도 40 ~ 50cP의 요소수지를 함침하고 건조시킨 후, 상기 박판 목재를 120㎜ 두께로 적층한 다음, 120℃의 핫프레스에 넣고 300㎏f/㎠의 압력으로 3시간 동안 압착하여 단판 적층체를 제조하였다.

<비교예 6>

상기 실시예 1에서와 같은 1.2㎜ 두께의 자작나무 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하고, pH 7 ~ 8.5, 점도 40 ~ 50cP의 요소수지를 함침하고 건조시킨 후, 상기 박판 목재를 120㎜ 두께로 적층한 다음, 130℃의 핫프레스에 넣고 320㎏f/㎠의 압력으로 3시간 동안 압착하여 단판 적층체를 제조하였다.

<실험예 1>

실시예 1 및 비교예 1 ~ 6에서 각각 제조된 단판 적층체를 절연파괴강도, 비중, 내유성 시험기준에 준하여 5회 반복측정하고 그 평균값을 아래 표 1에 나타내었다.

구분	프레스 온도 (℃)	가압시간 (시간)	프레스 압력 (㎏f/㎠)	절연파괴강도 (kV/㎜)	비중	내유성
실시예 1	80 ~ 130	18	120 ~ 320	12.55	1.12~1.3	접착부분 이상없음
비교예 1	80	3	80	6	0.3	접착부분 크랙발생
비교예 2	90	3	100	6.5	0.5	접착부분 크랙발생
비교예 3	100	3	200	6.8	0.6	접착부분 크랙발생
비교예 4	110	3	250	7.1	0.6	접착부분 크랙발생
비교예 5	120	3	300	7.3	0.75	접착부분 크랙발생
비교예 6	130	3	320	7.5	0.85	접착부분 크랙발생

※ 단판 적층체의 두께 : 120㎜

※ 내유성 시험 : 120℃의 절연유에서 72시간

상기 표 1에서와 같이, 본 발명의 절연성 적층 강화목의 제조방법으로 제조된 단판 적층체로 시험한 실시예 1은 비교예 1 내지 비교예 6에 비해, 박판 목재의 기공 사이에 요소수지 또는 요소멜라민 공중합수지가 함침되어 있는 다층 박판 목재를 핫프레스의 온도와 압력을 단계적으로 상승시켜 가압함으로써 단판으로 적층되어 접합된 층간에 박판 목재의 균열이 전혀 발생되지 않아 작업성과 품질이 우수하고, 절연파괴강도와 비중이 일반 합판에 비해 약 2배 정도 증대되는 관계로, 목재의 특성인 다공성을 이용하여 전류가 흐를 때의 진동과 소음을 흡수하면서 절연효과가 탁월할 뿐만 아니라 절연유에 대한 내유성, 내압성 및 체적고유저항 등의 전기적 성질이 우수한 성능을 발휘하므로 초고압 변압기의 각종 구성부품과 지지부품으로 안전하게 적용이 가능하다.

따라서 상기와 같이 제조된 절연성 적층 강화목은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능한데, 이는 비중이 0.9 ~ 1.3으로서 금속이나 세라믹 소재에 비해 경량이며, 압축강도 및 탄성계수, 내마모성, 내화학 저항성, 내유성이 높고, 열전도율과 선팽창계수, 마찰계수가 낮으며, 정전기 방지성능이 우수하기 때문에, 초고압 변압기 등에 사용되는 전기 절연체의 용도 이외에도 건축용 내외장재, 각종 전자제품 조립 시에 컨베이어 벨트용 지지체 등의 용도에도 적합하고, 또한 중량물을 지지할 수 있어 냉장고 등의 조립라인의 컨베이어 소재로 사용될 수 있다.

나아가, 본 발명에 의해 제조된 절연성 적층 강화목은 내열성 및 내한성이 우수하여 약 -200 ~ +90℃의 온도범위에서 별다른 물성의 변화 없이 사용이 가능하므로, LNG 및 LPG 운반용 선박의 파이프 또는 탱크 지지대로 사용할 경우, 운반 중 진동이나 충격을 흡수하고 정전기가 발생되지 않아 매우 안전하며, 그밖에도 일반 목재에 비해 높은 비중과 내마모성으로 인하여 압연공장에서 철판을 안전하게 가이드하거나 지지하는 등 다양한 용도와 형태로 사용되어 질 수 있다.

10 : 제1단계 공정 20 : 제2단계 공정
30 : 제3단계 공정 40 : 제4단계 공정

Claims

목재를 두께 1 ~ 6mm의 박판으로 절삭 가공하는 제1단계;
상기 박판 목재를 함수율 12% 이하로 건조하는 제2단계;
상기 건조된 박판 목재의 경도를 증대시키기 위해 고형분 50% 이상을 함유하고, pH 7 ~8.5, 점도 40 ~ 70cP/20℃인 요소수지 또는 고형분 50% 이상을 함유하고, pH 7 ~8.5, 점도 40 ~ 70cP/20℃인 요소멜라민 공중합수지로 된 접착제를 진공함침하거나 침지 또는 도포한 다음, 건조하는 제3단계;
상기 박판 목재를 설정된 두께로 적층하여 12 ~ 24시간 동안 핫프레스로 가압하되, 최초에는 60 ~ 100℃ 온도와 50 ~ 100㎏f/㎠의 압력으로 압착하고, 점차적으로 온도와 압력을 상승시켜 120 ~ 150℃의 온도와 300 ~ 340㎏f/㎠의 압력으로 압착하여 단판 적층체를 형성하는 제4단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 절연성 적층 강화목의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 접착제는 접착제의 총중량을 기준으로 하여, 절연파괴강도와 접착성을 높이기 위한 충진제로서 운모분말을 1 ~ 10 중량%, 내열성을 높이기 위한 난연제로서 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 삼산화안티몬, 염화파라핀, 브롬계 난연제 중에서 선택되는 어느 1종 이상을 0.5 ~ 5 중량%의 범위로 포함하는 것을 특징으로 하는 절연성 적층 강화목의 제조방법.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 기재된 절연성 적층 강화목의 제조방법으로 제조된 전기 절연체.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 기재된 절연성 적층 강화목의 제조방법으로 제조된 컨베이어 벨트용 지지체.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 기재된 절연성 적층 강화목의 제조방법으로 제조된 중량물 운반용 가이드.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 기재된 절연성 적층 강화목의 제조방법으로 제조된 건축 및 토목용 자재.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 기재된 절연성 적층 강화목의 제조방법으로 제조된 저온 가스운반설비 지지대.