KR101072287B1 - 실리카 에어로젤에 부직포 상태의 섬유가 보강된 유연성이 우수한 단열재의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 단열재 - Google Patents
실리카 에어로젤에 부직포 상태의 섬유가 보강된 유연성이 우수한 단열재의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 단열재 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 화학섬유, 탄소섬유와 유리섬유 중 적어도 어느 하나로 이루어진 섬유 펠트를 분쇄하여 부직포 상태의 얇은 섬유막인 부직포막을 제작하는 제1공정과; 상기 제작된 얇은 부직포막에 비용제형 유기 접착제를 도포하는 제2공정과; 상기 비용제형 유기 접착제가 도포된 부직포막에 실리카 에어로젤(silica aerogel) 분말을 흡착시켜 단열재 층을 제작하는 제3공정을 포함하는 단열재의 제조방법과, 이 제조방법에 의하여 제조된 단열재를 제공한다.
Description
본 발명은 단열재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리카 에어로젤(silica aerogel)에 부직포 상태의 섬유가 보강된 유연성이 우수한 단열재의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 단열재에 관한 것이다.
종래, 일정한 온도가 유지되도록 하려는 부분의 바깥쪽을 피복하여 외부로의 열손실이나 열의 유입을 적게 하기 위한 목적으로 단열재가 사용되고 있으며, 다양한 종류의 단열재가 개발되어 사용되고 있다.
최근에는 단열 효과가 매우 우수한 단열재로서, 실리카 에어로젤(silica aerogel)을 사용한 단열재가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 순수 실리카 에어로 젤만을 사용한 단열재는 단열효과는 매우 뛰어나지만 딱딱하게 경화된 구성으로 인하여 평평한 구조물이나 직선 구조물에 대한 단열재로는 적합하지만, 유연성이 없기 때문에 평평하지 않고 굴곡진 구조물이나 구조물의 곡선부분에 사용하기에는 적 합하지 않고, 충격에 취약하여 쉽게 파괴되는 문제점이 있다.
따라서 우수한 단열효과를 유지하면서 평평한 구조물이나 직선 구조물뿐만 아니라 평평하지 않고 굴곡진 구조물이나 구조물의 곡선부분에도 사용하기에 적합한 변형성이 우수한 내충격성의 단열재 개발이 요망되고 있다.
이에, 본 발명은 상기한 종래 기술의 요망사항에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 실리카 에어로젤에 부직포 상태의 섬유를 보강함으로써 우수한 단열효과를 유지하면서 우수한 유연성을 갖도록 구성된 단열재의 제조 방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
본 발명은 실리카 에어로젤에 부직포 상태의 섬유를 보강함으로써 섬유와 에어로젤의 장점이 서로 보완되어 우수한 단열효과를 유지하면서 우수한 유연성을 갖도록 구성된 단열재를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 단열재의 제조방법은, 화학섬유, 탄소섬유와 유리섬유 중 적어도 어느 하나로 이루어진 섬유 펠트를 분쇄하여 부직포 상태의 얇은 섬유막인 부직포막을 제작하는 제1공정과; 상기 제작된 얇은 부직포막에 비용제형 유기 접착제를 도포하는 제2공정과; 상기 비용제형 유기 접착제가 도포된 부직포막에 실리카 에어로젤(silica aerogel) 분말을 흡착시켜 단열재 층을 제작하는 제3공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 위해 본 발명에 따른 단열재의 제조방법은, 상기 단열재 층을 적층하여 적층 단열재를 제작하는 제4공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1공정에서 1~10mm 정도 두께의 섬유 펠트를 분쇄하여 0.1~2㎜의 두께의 부직포막을 제작하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 비용제형 유기 접착제는 에폭시 계열의 유기 접착제, 실리콘 계열의 유기 접착제, 페놀수지 계열의 유기 접착제 및 PTFE 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 실리카 에어로젤 분말은 0.05mm~0.5mm의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3공정은, 비용제형 유기 접착제가 도포된 부직포막에 실리카 에어로젤 분말을 균일하게 도포하는 제1단계와; 정전 도장 방법을 사용함으로써 비용제형 유기 접착제의 융점 임계온도에서 실리카 에어로젤의 단위 입자가 부직포막을 구성하는 섬유의 외피에 고정, 착상되도록 하는 제2단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2공정에서 도포하는 접착제의 양은 부직포막이 100wt%일 때 2wt%~30wt%의 양을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제4공정에서의 적층은 끝부분이 W 형상을 갖는 바늘을 이용하여 박음질하여 단열재 층 자체의 섬유로 상하부 각 단열재 층을 부분적으로 적층 결합하는 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 단열재는, 상기한 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 실리카 에어로젤에 부직포 상태의 섬유를 보강함으로써 우수한 단열효과를 유지하면서 우수한 유연성을 갖게 된다. 이 에 따라, 본 발명은 우수한 단열효과를 유지하면서 평평한 구조물이나 직선 구조물뿐만 아니라 평평하지 않고 굴곡진 구조물이나 구조물의 곡선부분에도 사용할 수 있는 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 정전 도장 방법과 융착을 이용해 실리카 에어로젤을 섬유에 코팅, 균일한 두께로 착상시킴으로써 단열재 층 사이의 독립된 기공을 극소화시킬 수 있는 장점이 있기 때문에 기존에 상용화 되어 있는 여타의 단열재에 비해 단열특성을 현저하게 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리카 에어로젤에 부직포 상태의 섬유가 보강된 유연성이 우수한 단열재의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 단열재에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리카 에어로젤에 부직포 상태의 섬유가 보강된 유연성이 우수한 단열재의 제조방법에 대한 제조 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 화학섬유, 탄소섬유 또는 유리섬유 등을 이용하여 솜과 같은 부직포(non-woven) 상태의 얇은 섬유막(이하, "부직포막"이라 함)(10)을 제작한다. 여기서, 기존의 상용화되어 있는 화학섬유, 탄소섬유 또는 유리섬유 등과 같이 두께가 대략 1~10mm 정도 두께의 섬유 펠트를 커팅기(부직포 제조장치)를 이용하여 목적하는 두께로 분쇄하여 부직포 상태의 섬유막(부직포막)을 제작한다. 이때 제조하고자 하는 부직포의 두께는 커팅기에 장입되는 섬유의 량과 이동속도 등 공정조건 에 따라 대략 0.1~2㎜의 두께로 부직포막을 제작할 수 있다.
그후, 상기 제작된 얇은 부직포막(10)에 비용제형 유기 접착제(20)를 도포하여 부직포막을 구성하는 섬유에 비용제형 유기 접착제(binder)가 도포된 부직포막(40)을 제작한다.
여기서, 상기 비용제형 유기 접착제로는 에폭시 계열, 실리콘 계열, 페놀수지 계열, PTFE 등을 사용할 수 있다. 에폭시 계열의 접착제는 상온에서 직접 도포하여 사용하며, 경화제와 1:1로 희석하여 한다. 실리콘 계열의 접착제 또한 상온에서 적당량 도포하여 사용하며, 완전 경화되기까지 약 24시간의 시간이 필요하다. 페놀수지 계열의 접착제는 170~200℃ 범위에서 20분간 가열하여 도포하며, PTFE는 320℃~400℃ 범위에서 20분간 가열 후 도포한다. 이때 도포하는 각각의 접착제의 양은 부직포막(10)과의 무게비(wt%)로 결정되며, 부직포막이 100wt%일 때 접착제는 2wt%~30wt%의 양을 사용하는 것이 바람직하다.
이어, 비용제형 유기 접착제가 도포된 부직포막(40)에 크기가 0.05mm~0.5mm 정도인 실리카 에어로젤(silica aerogel) 분말을 흡착시켜, 유기 접착제를 매개로 실리카 에어로젤이 부직포막에 흡착되어 구성된 단열재 층(50)을 제작한다.
여기서, 비용제형 유기 접착제가 도포된 부직포막(40)에 실리카 에어로젤 분말을 균일하게 도포하고 나서, 정전 도장 방법을 사용함으로써 비용제형 유기 접착제의 융점 임계온도에서 실리카 에어로젤의 단위 입자가 부직포막(40)을 구성하는 섬유의 외피에 고정, 착상되도록 한다. 도 2에는 부직포막을 구성하는 섬유(15)에 실리카 에어로젤(35)이 유기 접착제(25)를 매개로 흡착된 상태가 확대해서 도시되 어 있다.
그후, 상기와 같이 제작된 단열재 층(50)을 적층하여 적층 단열재(60)를 제작한다.
여기서, 각각의 얇은 형태로 제작된 단열재 층(50)은 각각의 섬유가 부직포 형태로 짜여 있으며, 그 각각의 섬유에 실리카 에어로젤이 착상되어 있는 형태이다. 이렇게 제조된 각각의 단열재 층들은 미싱과 같은 원리의 장치를 이용하여 박음질로 적층 결합한다. 이때, 도 3에 도시한 바와 같이 복수의 단열재 층(52,54,56,58; 60)을 적층 고정하기 위해서는 실 등과 같은 새로운 재료를 사용하는 것이 아니고, 도 4에 도시한 바와 같이 끝부분이 W 형상을 하는 바늘(통상적으로 "펀칭 핀"이라고도 함)을 이용하여 박음질(펀칭)하여 단열재 층 자체의 섬유로 각 단열재 층을 적층 결합한다. 이와 같이 펀칭 핀으로 복수의 단열재 층(52,54,56,58)을 위에서 박음질 하게 되면, 펀칭 핀을 구성하는 W 형상의 끝부분에 의하여 단열재 층등의 위쪽에서부터 단열재를 구성하는 섬유가 펀칭 핀의 끝부분에 의하여 도 3의 도면부호 65로 표시한 것과 같이 아래쪽으로 밀려 내려가게 됨에 따라 마치 박음질한 것과 같이 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 단열재에 의하면, 실리카 에어로젤에 부직포 상태의 섬유를 보강함으로써 우수한 단열효과를 유지하면서 우수한 유연성을 갖게 된다. 이에 따라, 본 발명은 우수한 단열효과를 유지하면서 평평한 구조물이나 직선 구조물뿐만 아니라 평평하지 않고 굴곡진 구조물이나 구조물의 곡선부분에도 사용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 단열재에 의하면, 정전 도장 방법과 융착을 이용해 실리카 에어로젤을 섬유에 코팅, 균일한 두께로 착상시킴으로써 단열재 층 사이의 독립된 기공을 극소화시킬 수 있는 장점이 있기 때문에 기존에 상용화 되어 있는 여타의 단열재에 비해 단열특성을 현저하게 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리카 에어로젤에 부직포 상태의 섬유가 보강된 유연성이 우수한 단열재의 제조방법에 대한 제조 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 부직포막을 구성하는 섬유에 실리카 에어로젤이 유기 접착제를 매개로 흡착된 상태를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 단열재 층의 적층 구조에 대한 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 단열재 층의 적층에 사용되는 바늘의 끝부분을 도시한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 부직포막 20 : 비용제형 유기 접착제
30 : 실리카 에어로젤 분말 50 : 단열재 층
60 : 적층 단열재
Claims (9)
- 화학섬유, 탄소섬유와 유리섬유 중 적어도 어느 하나로 이루어진 섬유 펠트를 분쇄하여 부직포 상태의 얇은 섬유막인 부직포막을 제작하는 제1공정과;상기 제작된 얇은 부직포막에 비용제형 유기 접착제를 도포하는 제2공정과;상기 비용제형 유기 접착제가 도포된 부직포막에 실리카 에어로젤(silica aerogel) 분말을 흡착시켜 단열재 층을 제작하는 제3공정을 포함하고,상기 제3공정은, 비용제형 유기 접착제가 도포된 부직포막에 실리카 에어로젤 분말을 균일하게 도포하는 제1단계; 및 정전 도장 방법을 사용함으로써 비용제형 유기 접착제의 융점 임계온도에서 실리카 에어로젤의 단위 입자가 부직포막을 구성하는 섬유의 외피에 고정 및 착상되도록 하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 단열재 층을 적층하여 적층 단열재를 제작하는 제4공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1공정에서 1~10mm 정도 두께의 섬유 펠트를 분쇄하여 0.1~2㎜의 두께의 부직포막을 제작하는 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 비용제형 유기 접착제는 에폭시 계열의 유기 접착제, 실리콘 계열의 유기 접착제, 페놀수지 계열의 유기 접착제 및 PTFE 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 실리카 에어로젤 분말은 0.05mm~0.5mm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 제2공정에서 도포하는 접착제의 양은 부직포막이 100wt%일 때 2wt%~30wt%의 양을 사용하는 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 제4공정에서의 적층은 끝부분이 W 형상을 갖는 바늘을 이용하여 박음질 하여 단열재 층 자체의 섬유로 상하부 각 단열재 층을 부분적으로 적층 결합하는 것을 특징으로 하는 단열재의 제조방법.
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