KR101084725B1 - 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프 및 그 제조 방법 - Google Patents

에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR101084725B1
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정화영
김대인
박종철
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주식회사 투에이취켐
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    • F24F1/06—Separate outdoor units, e.g. outdoor unit to be linked to a separate room comprising a compressor and a heat exchanger
    • F24F1/26—Refrigerant piping
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

본 발명은 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어컨 실내기 및 실외기의 고압/저압 냉매관으로 사용되는 동파이프를 대체하기 위한 다층 구조 복합 파이프에 있어서, 종래의 동파이프 보다 관 두께가 얇은 동 등의 금속으로 구성되는 내관 금속층, 상기 내관 금속층을 수지층으로 피복하는 외관 수지층 및 상기 내관 금속층과 외관 수지층을 접착하는 접착층을 포함하는 3층 구조를 가지고, 특히, 상기 접착층은 비극성 폴리올레핀 수지에 접착 관능기를 도입한 그라프토머와 접착성 수지 조성물을 포함하는 변성 폴리올레핀 접착 수지로 이루어지며, 이러한 접착층은 내관 금속층 및 외관 수지층과의 고강도 화학적 공유 결합을 이루어 일체화됨을 특징으로 한다.
종래 에어컨 배관용 파이프로 주로 사용되는 동파이프는 가격이 고가이므로 이를 대체하기 위한 수단으로 마그네슘-알루미늄 재질 파이프와, 금속 파이프의 내외면 양측에 합성 수지를 피복한 기존의 복합 파이프가 사용되었으나, 상기 마그네슘-알루미늄 재질 파이프의 경우에는 일정 압력을 견디지 못하는 단점을 가지고 있고, 상기 금속 파이프의 내외면 양측에 합성 수지를 피복한 기존 복합 파이프의 경우에는 금속 파이프의 용접 부위로 인해 냉매 가스가 누출될 위험과 내면에 피복된 합성 수지층으로 인해 냉매 가스가 투습되는 문제, 조인트 부위 결속이 원활하지 못한 문제 및 제조 공정이 복잡한 문제를 가지고 있었다.
본 발명의 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프는 이러한 종래 기술 상의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 우선 내부에 제1층을 종래 에어컨 배관용 동파이프 관 두께의 절반 정도인 0.4 내지 1.0 mm의 두께를 가지는 얇은 내관 금속층을 두고, 이러한 내관 금속층의 외부에 대면하는 제2층으로서 변성 폴리올레핀 접착 수지를 압출하여 접착층을 형성하며, 이러한 접착층과 대면하는 제3층으로서 외관 수지층을 피복하여 전체 3층 구조를 가지는 다층 구조 복합 파이프를 제공한다. 이러한 다층 구조 복합 파이프를 사용함으로써 금속관의 두께를 줄일 수 있어 파이프를 보다 저가로 제조할 수 있을 뿐 아니라 피복된 외관 수지층이 내관 금속층을 보호함으로써 외부 충격에 의한 냉매 가스 누출을 방지할 수 있으며, 단순한 제조 공정으로 생산이 가능하다는 효과를 누릴 수 있다.

Description

에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프 및 그 제조 방법 {Multi-layered composite pipe for air conditioner pipe and method for manufacturing thereof}
본 발명은 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 에어컨 실내기 및 실외기의 고압/저압 냉매관으로 사용되는 종래의 동(銅)파이프를 대체하기 위한 에어컨 배관용 복합 파이프에 있어서, 종래의 동파이프 보다 관 두께가 얇은 동 등의 금속으로 구성되는 내관 금속층, 상기 내관 금속층을 수지층으로 피복하는 외관 수지층 및 상기 내관 금속층과 외관 수지층을 접착하는 접착층을 포함하는 3층 구조를 가진다.
특히, 상기 접착층은 비극성 폴리올레핀 수지에 접착 관능기를 도입한 그라프토머 (graftomer)와 접착성 수지 조성물을 포함하는 변성 폴리올레핀 접착 수지로 이루어지며, 이러한 접착층은 내관 금속층 및 외관 수지층과의 고강도 화학적 공유 결합을 이루어 본 발명의 복합 파이프를 일체화시킴을 특징으로 한다.
일반적으로, 공조기 (에어컨), 급탕기, 냉동기 등에 사용되는 배관 부재에는 동 재질의 파이프가 주로 사용되고 있는데, 이는 동파이프가 가지는 내압력성, 내구성 및 굽힘 특성 등이 우수하기 때문이다. 그러나, 이러한 동파이프는 열전도율이 높아 열손실이 많고 고가의 소재라는 단점을 안고 있다.
이와 같은 이유로 에어컨을 이전하여 재설치할 경우 고가의 동파이프 배관을 신규로 교체해야 하는 비용 부담 때문에 기존에 사용하던 배관을 재사용하는 위험을 초래하기도 한다.
또한, 동파이프의 경우 그 무게로 인하여 다루기가 용이하지 않고, 최근 동, 은, 철 등의 각종 원자재 가격 상승을 감안하여 볼 때, 상기한 원자재를 수입 사용하고 있는 국내 실정상 자원 낭비가 심각하다 할 수 있다.
상기의 이유로 고가의 동파이프를 대체하기 위하여 Al-Mg계 합금 재질의 적용이 제안된 바 있으나, 이러한 재질에 대하여는 일정 압력을 견디지 못하는 문제가 제기된 바 있고, 가격 절감 효과 역시 10 내지 20% 밖에 미치지 못하는 문제가 있다.
한편, 에어컨 배관으로서, 고가의 동파이프를 대체하고, 상기의 Al-Mg계 합금 재질의 파이프의 안전성 문제를 해결하고자, 국내 등록 특허 제10-0893221호에서는 금속 파이프 내외면에 합성 수지를 피복한 복합 파이프를 제안한 바 있다.
이러한 복합 파이프는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 수지층 압출기(20)를 통해 압출된 수지가 내구경 금형(22)을 거쳐 일정 두께의 관 형상의 내관인 제1 수지층(1)으로 압출되고, 내관인 제1 수지층(1)의 외면에는 제1 결합층 압출기(23)에 의하여 제1 결합층(2)이 도포된다.
또한, 제1 결합층(2)의 외면에는 알루미늄 금속판막(24)이 씌워지고, 상기 금속판막은 환상으로 합류되어 금속 파이프 형상으로 성형됨으로써 알루미늄 금속층(3)이 형성되며, 다시 제2 결합층 압출기(26)에 의하여 상기 알루미늄 금속층(3) 외면에 제2 결합층(4)이 도포되고, 그 외면에 제2 수지층 압출기(27)와 외구경 금형(25)에 의하여 외관을 이루는 제2 수지층(5)이 피복되는 공정을 거쳐, 내부로부터 제1 수지층(1), 제1 결합층(2), 알루미늄 금속층(3), 제2 결합층(4) 및 제2 수지층(5)의 5층 구조의 복합 파이프(10)의 형태로 제조된다.
그러나, 이러한 종래의 복합 파이프 제조 공정 중 알루미늄 금속판막(24)을 환상으로 합류시켜 금속 파이프 형상의 알루미늄 금속층(3)을 성형하는 과정에서 이음매부(6)가 완전하지 못하여 이곳을 통하여 냉매 가스가 누출될 위험이 있고, 이음매부(6)를 용접 수단으로 용접하더라도 에어컨 배관 설치 후 밴딩 부분이 약해지는 문제가 있다.
또한, 에어컨에는 압축기, 응축기, 계량 장치, 증발기, 배관 및 부속물 사이에 많은 연결부가 존재하게 되는데, 종래 동파이프의 경우 조인트 부위 결속시 관을 넓혀서 연결하는 확관 수단을 이용하게 되고, 상기 종래의 복합 파이프(10)의 경우에는 내관이 합성수지층인 제1 수지층(1)으로 이루어지기 때문에 결속 부위 문제를 안고 있으며, 더군다나 할로겐 화합물로 이루어진 냉매 가스는 이러한 내면의 합성수지층(1)에 투습되는 결함이 있고, 또한, 5층 구조로 이루어져 제조 공정이 복잡한 문제점이 있다.
한편, 종래의 접착 수지는 철, 알루미늄 등에 대하여는 양호한 접착성을 보이는 반면, 동 재질에 대하여는 열악한 접착성을 보이는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 고가의 에어컨 배관용 동파이프를 대체하기 위하여, 종래의 동파이프 보다 관 두께가 얇은, 구체적으로는 종래의 동파이프의 관 두께의 절반 정도의 관 두께를 가지는 동 등의 금속으로 구성되는 내관 금속층, 상기 내관 금속층을 수지층으로 피복하는 외관 수지층 및 상기 내관 금속층과 외관 수지층을 접착하는 접착층을 포함하는 3층 구조를 가지는 다층 구조 복합 파이프를 달성하고자 한다.
이러한 본 발명의 다층 구조 복합 파이프에 의하여, 에어컨용 냉매 가스와 직접 접촉되는 내관은 그 성능이 검증된 동 등의 금속 재질의 파이프로서 용접 등에 의한 이음매부가 없는 금속 재질의 관으로 구성하여 유체의 흐름 및 안전성을 확보하고, 외관을 이루는 외관은 수지층으로 구성하여 복합 파이프의 중량을 감소시키고, 복합 파이프의 열손실을 감소시키며, 이러한 내관의 금속 면과 외관의 수지 면과 각각 화학적 공유 결합을 이루어 일체화된 복합 파이프를 형성하는 접착층을 상기 내관 및 외관 사이에 둠으로써 온도 변화에 따른 수축, 팽창시 층간 분리 현상이 없으며, 압력에 대한 내압성, 파괴 강도가 기준치를 만족하는 기존의 동파이프 대체용 다층 구조 복합 파이프를 달성하고자 한다.
이러한 본 발명은, 특히, 동 등의 금속 재질에 대한 우수한 접착성을 보이는 접착 수지에 의하여 달성될 수 있는 바, 이러한 개질된 접착 수지를 이용한 다층 구조 복합 파이프의 달성을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다층 구조 복합 파이프에 의하면, 고가의 동 사용량을 절반이상 줄일 수 있어 획기적인 가격 절감 효과를 달성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기한 본 발명의 다층 구조 복합 파이프를 제조함에 있어서, 일정 두께를 갖는 동관을 인발(drawing)하여 종래의 동 파이프에 비하여 그 관 두께가 절반 정도로 얇아진 내관 금속층 외면에 압출 방식을 이용하여 접착층을 형성하고, 이어서 수지층을 피복하여 외관 수지층을 형성하며, 마지막으로 사이징(sizing) 공정을 거쳐 복합 파이프의 길이 방향으로 내경 및 외경이 균일하도록 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조 복합 파이프 제조 방법을 달성하는데 목적이 있다.
이러한 본 발명의 제조 방법에 의하면, 3층 구조를 가지는 복합 파이프를 제조하기 때문에 종래의 5층 구조의 복합 파이프의 제조 방법에 비해 단순한 공정으로 생산이 가능하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명이 해결하고자 하는 과제는
에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프로서,
상기 복합 파이프는 내부로부터 내관 금속층, 접착층 및 외관 수지층으로 이루어지고,
상기 내관 금속층은 두께가 0.4 내지 1.0 mm인 것인, 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프에 의하여 달성된다.
바람직하게는, 상기 내관 금속층은 Cu, Al, Mg, Ti, Fe 및 이의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 금속으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 접착층은 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 에틸렌비닐아세테이트수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 수지에 말레산 무수물을 그라프팅시킨 그라프토머 12 내지 42 중량%, 접착성 수지 조성물 53 내지 85 중량%, 산화 방지제 0.1 내지 3 중량% 및 열 안정제 0.1 내지 3 중량%를 포함하는 접착 수지로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 접착 수지는 녹는점이 110 내지 180 ℃이고, 용융 흐름 지수가 3 내지 40 g/10분(190℃/230℃, 2.16kg 조건)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 접착성 수지 조성물은 폴리스티렌계 수지; 폴리올레핀계 고무와; 저밀도폴리에틸렌, 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리프로필렌, 부타디엔러버 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 외관 수지층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 및 이들 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 포함하는 외관 수지층 조성물로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는
내부로부터 내관 금속층, 접착층 및 외관 수지층으로 이루어지는 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법으로서,
1) 금속을 관 두께가 0.4 내지 1.0 mm인 내관 금속층으로 제조하는 단계;
2) 상기 내관 금속층 상에 접착 수지를 압출하여 접착층을 형성하는 단계; 및
3) 상기 접착층 상에 외관 수지층 조성물을 압출하여 외관 수지층을 형성하는 단계
를 포함하는 것인, 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법에 의하여 달성된다.
바람직하게는, 상기 금속은 Cu, Al, Mg, Ti, Fe 및 이의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것일 수 있다.
바람직하게는,
상기 1) 단계는 상기 내관 금속층을 표면 온도가 130 내지 220 ℃가 되도록 예열하는 것을 더 포함하고,
상기 2) 단계는 예열된 내관 금속층 상에 접착 수지를 압출하여 열용융 도포되도록 하여 접착층을 형성하는 단계일 수 있다.
바람직하게는, 상기 3) 단계 이후 다음의 단계를 포함할 수 있다:
4) 사이징 장치를 이용하여 복합 파이프의 길이 방향으로 내경 및 외경이 균일하도록 조절한 후 냉각 장치에서 냉각시키는 단계.
바람직하게는, 상기 접착 수지는 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 에틸렌비닐아세테이트수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 수지에 말레산 무수물을 그라프팅시킨 그라프토머 12 내지 42 중량%, 접착성 수지 조성물 53 내지 85 중량%, 산화 방지제 0.1 내지 3 중량% 및 열 안정제 0.1 내지 3 중량%를 포함하고, 녹는점이 110 내지 180 ℃이며, 용융 흐름 지수가 3 내지 40 g/10분(190℃/230℃, 2.16kg 조건)인 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 접착성 수지 조성물은 폴리스티렌계 수지; 폴리올레핀계 고무; 및 저밀도폴리에틸렌, 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리프로필렌, 부타디엔러버 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 외관 수지층 조성물은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 및 이들 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있다.
이러한 본 발명에 따르면, 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프에 있어서, 종래의 동파이프에 비하여 동 등의 금속관의 관 두께를 절반 정도로 줄임으로써 동 등의 금속의 사용량을 50% 이상 획기적으로 절감하여 저가의 배관 자재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 복합 파이프를 이루는 내관 금속층, 접착층 및 외관 수지층의 각 층이 화학적 공유 결합에 의해 일체화됨으로써 고내구성, 고내압 특성을 나타내고, 내관 금속층을 동 등의 금속 재질의 관으로 선정함으로써 종래 동파이프 대체용 5층 구조 복합 파이프에서 발생할 수 있는 조인트 부위 결속 문제, 냉매 가스 투습 문제, 이음매부 결합 문제 등을 일거에 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 복합 파이프에 있어서, 그 구성층인 내관 금속층, 접착층 및 외관 수지층 각각의 물질 강도의 합보다 결합으로 일체화된 본 발명의 복합 파이프의 강도가 훨씬 높은 장점이 있으며, 외부로부터의 매우 강한 힘에 의하여 복합 파이프가 파괴되더라도 복합 파이프를 이루는 각 층간의 결합이 분리되지 않는 강한 결합을 보여준다.
또한, 본 발명에 따른 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법은, 종래의 5층 구조의 복합 파이프 제조에 있어서 4개의 압출 장치를 사용하는 기술과 대비하여 제조 공정이 단순하여 생산 원가가 절감되는 효과가 있다.
도 1은 동파이프 대체용 기존의 복합 파이프 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 동파이프 대체용 기존의 복합 파이프 제조 방법을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다층 구조 복합 파이프 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법을 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 그라프토머를 포함하는 접착 수지의 제조 공정도이다.
도 6은 본 발명에 따른 다층 구조 복합 파이프의 일예를 보이는 사진이다.
본 발명은 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프 및 그 제조 방법에 관한 것이므로, 우선 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프에 관하여 설명하고, 그런 후에 그 제조 방법에 관하여 설명한다.
도 3에 있어서, 본 발명의 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프(110)는
내부로부터 내관 금속층(101), 접착층(102) 및 외관 수지층(103)으로 이루어지고,
상기 내관 금속층(101)은 두께가 0.4 내지 1.0 mm인 것이다.
이러한 본 발명의 다층 구조 복합 파이프를 구성하는 내관 금속층, 접착층 및 외관 수지층을 이하에서 상세히 설명한다.
[내관 금속층]
본 발명의 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 최내부에 위치하는 것으로, 에어컨용 냉매 가스가 직접적으로 접촉되는 부분으로 높은 내압이 가해지기 때문에 내압력성, 내구성, 냉매 가스 흐름성, 굽힘 특성 등이 우수한 금속 재질의 파이프를 사용한다.
이러한 금속으로는 Cu, Al, Mg, Ti, Fe 및 이의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 금속을 사용할 수 있고, 바람직하게는 Cu, Ti 이며, 더욱 바람직하게는 Cu, 즉, 동을 사용할 수 있다.
이러한 내관 금속층은 종래의 에어컨 배관용 동파이프 관 두께인 0.7 내지 2.0 mm의 절반 정도인 0.4 내지 1.0 mm의 두께로 제조되거나 인발된 얇은 금속의 관으로 이루어진다. 내관 금속층의 두께가 0.4 mm 미만인 경우에는 금속층의 두께가 얇아 내압성 및 내구성에 대한 문제가 있고, 1.0 mm를 초과하는 경우에는 금속 사용량 저감 효과가 크지 않다.
또한, 본 발명에서 사용되는 내관 금속층에는 이음매부가 없고, 제조 또는 인발된 내관 금속층의 두께가 균일하면서도 그 내외면에 거친 주름이 없는 관인 것이 바람직하다.
[접착층]
본 발명의 다층 구조 복합 파이프에 있어서 내관 금속층과 외관 수지층 사이에 위치하는 것으로, 상기 접착층은 내관 금속층 표면에 존재하고 있는 라디칼기와 공유 결합을 유도하면서, 외관 수지층과 일체화를 이루어 고강도 결합을 이루는 층이다.
상기 접착층은 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 에틸렌비닐아세테이트수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 수지에 말레산 무수물을 그라프팅시킨 그라프토머 12 내지 42 중량%, 접착성 수지 조성물 53 내지 85 중량%, 산화 방지제 0.1 내지 3 중량% 및 열 안정제 0.1 내지 3 중량%를 포함하는 접착 수지로 이루어진 것이다.
상기 접착 수지는 녹는점이 110 내지 180 ℃이고, 용융 흐름 지수가 3 내지 40 g/10분(190℃/230℃, 2.16kg 조건)일 수 있다.
상기 접착성 수지 조성물은 본 접착성 수지 조성물을 포함하는 접착 수지의 금속과의 접착력, 특히 동과의 접착력을 증대시킬 수 있도록,
폴리스티렌계 수지; 폴리올레핀계 고무와; 저밀도폴리에틸렌(LDPE, low density polyethylene), 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE, linear low density polyethylene), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, high density polyethylene), 에틸렌비닐아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 부타디엔러버(BR, butadien rubber) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리스티렌계 수지로는 범용 폴리스티렌(GPPS), 고충격 폴리스티렌(HIPS) 또는 폴리스티렌 공중합물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 폴리스티렌 공중합물의 비한정적인 예로는 스티렌-부타디엔 공중합물(SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합물(ABS), 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합물(SBS), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합물(SEBS), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합물(SEBS) 등이 있다.
상기 폴리올레핀계 고무로는 에틸렌 옥텐 코폴리머, 에틸렌 부텐 코폴리머, 에틸렌 프로필렌 코폴리머, 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무, 에틸렌 프로필렌 모노머 고무 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기한 접착성 수지 조성물은 접착성 수지 조성물의 충 중량을 기준으로 상기 폴리스티렌계 수지 5 내지 40 중량%, 폴리올레핀계 고무 3 내지 33 중량% 및 저밀도폴리에틸렌 등 40 내지 80 중량%를 함유할 수 있고, 바람직하게는 폴리스티렌계 수지 7 내지 35 중량%, 폴리올레핀계 고무 5 내지 30 중량% 및 저밀도폴리에틸렌 등 46 내지 75 중량%를 함유할 수 있으며, 상기한 함량 범위 중 특히 전자의 벗어난 범위로 혼합하여 사용하는 경우에는 금속, 특히 동과의 접착력이 크게 증대되지 않는 문제가 있다.
상기 산화 방지제로는 페놀계 산화 방지제(2,2-ethylidenebis(4,6-di-tert-butylphenol) 등), 인계 산화 방지제(2-ethylhexyldiphenyl phosphite 등)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 열 안정제로는 유기주석계, 카르복실산 금속염계, 납계, 에폭시계, 유기아인산염계 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명에 따른 그라프토머를 포함하는 접착 수지의 제조 공정도로서, 접착 수지의 자세한 제조 방법은 다음과 같다.
(a) 비극성 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트 수지 또는 이들의 혼합물에 극성기를 도입하여 상기 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트 또는 이들의 혼합물을 개질시킨 그라프토머를 준비하는 단계(121);
(b) 상기 그라프토머에 접착성 수지 조성물과 기타 첨가제를 압출 혼합하여 조성물을 2차 컴파운딩 하는 단계(122); 및
(c) 상기 컴파운드된 접착수지를 70℃, 24시간 및 20℃, 48시간 조건에서 건조 및 숙성하는 단계(123).
상기 (a) 단계를 구체적으로 살펴 보면, 극성의 그라프토머를 제조하기 위하여 비극성 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 어느 하나의 수지를 선택하여 과산화물(peroxide)을 첨가하여 에틸렌 결합을 끊어 라디칼(radical)을 생성하고, 여기에 극성기 도입을 위한 그라프팅제(grafting agent)로 말레산 무수물을 에틸렌 결합에 도입시켜 극성의 성질을 갖는 그라프토머(graftomer)를 제조하게 된다.
2축 압출기의 가공 온도 180 내지 230 ℃의 조건 하에서 과산화물에 의해 극성 성분들과의 그라프팅이 가능한 모노머 라디칼을 생성하게 되며, 이때 첨가된 말레산 무수물의 극성기와 결합하여 그라프토머가 제조되는 것이다.
이러한 (a) 단계를 보다 구체적으로 설명하면, 다음의 a1) 단계 및 a2) 단계를 포함한다:
a1) 비극성 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트 또는 이들의 혼합물에 과산화물을 첨가하여 결합을 끊고 라디칼을 형성하는 단계; 및
a2) 말레산 무수물(MAH, maleic ahhydride)을 상기 끊어진 결합에 도입시키는 단계.
또한, 상기 (b) 단계에 있어서, 2축 압출기의 가공 온도 180 내지 230 ℃의 조건에서 2차 컴파운딩을 한다.
본 발명의 다층 구조 복합 파이프에 있어서, 접착층은 0.02 내지 0.5 mm의 두께인 것이 바람직하고, 접착층의 두께가 0.02 mm 미만인 경우에는 접착층이 너무 얇아 고강도 접착력을 발현하기 어려우며, 0.5 mm를 초과하는 경우에는 접착 수지의 사용량이 많아 최종 제조된 복합 파이프의 외경이 균일하지 못할 뿐 아니라 경제적이지 못하다.
[외관 수지층]
본 발명의 다층 구조 복합 파이프의 최외부에 위치하는 것으로, 상기한 접착층과 대면하여 결합이 이루어지고, 내관 금속층을 보호하는 층이며, 외관이 수려하고 내구성이 우수해야 하므로 착색 안료 및 자외선 안정제 등을 외관 수지층 조성물에 포함시킬 수 있다.
상기 외관 수지층 조성물은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것으로 이루어질 수 있고, 이러한 외관 수지층 조성물은 아래에서 설명하는 착색 안료, 자외선 안정제 등의 첨가제를 추가로 함유할 수 있다.
외관 수지층을 착색하기 위하여, 화학적으로 반응성이 없고 내열성이 우수한 이산화티타늄, 카본블랙, 프탈로사이아닌 등의 착색 안료를 외관 수지층 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 7 중량%의 양으로 외관 수지층 조성물 중에 첨가할 수 있으며, 이들 착색 안료는 분말 형태로서 1 내지 20 μm 크기의 분말 형태가 바람직하다.
또한, 자외선 안정제로는 벤조 화합물 중 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물을 혼합 사용할 수 있다.
이러한 외관 수지층은 0.5 내지 5.0 mm의 두께로 이루어지는 것이 바람직하고, 외관 수지층의 두께가 0.5 mm 미만인 경우에는 외관 수지층이 너무 얇아 긁힘, 찍힘 등에 의하여 내부의 내관 금속층이 노출되거나 압력 특성이 저하될 우려가 있고, 5.0 mm를 초과하는 경우에는 파이프 밴딩 특성에 지장을 줄 수 있다.
도 4에 있어서, 본 발명의 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법에 관하여 설명하면 다음과 같다.
내부로부터 내관 금속층, 접착층 및 외관 수지층으로 이루어지는 본 발명의 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법은 다음의 단계를 포함한다:
1) 금속을 관 두께가 0.4 내지 1.0 mm인 내관 금속층으로 제조하는 단계;
2) 상기 내관 금속층 상에 접착 수지를 압출하여 접착층을 형성하는 단계; 및
3) 상기 접착층 상에 외관 수지층 조성물을 압출하여 외관 수지층을 형성하는 단계.
상기 1) 내관 금속층을 제조하는 단계를 자세히 설명하면,
금속을 관 두께가 0.4 내지 1.0 mm인 내관 금속층으로 제조하는 단계로서,
종래 에어컨 배관용 동파이프의 관 두께인 0.7 내지 2.0 mm의 절반 정도 수준인 0.4 내지 1.0 mm 두께로 얇은 동관 등의 금속관을 제조하거나, 또는 종래 에어컨 배관용으로 관 두께 0.7 내지 2.0 mm로 제조된 두꺼운 금속관을 인발 수단을 이용하여 인발하여 두께를 절반 정도 수준인 0.4 내지 1.0 mm로 줄인 얇은 동관 등의 금속관인 내관 금속층(101)을 내관 금속층 송출 장치(111)를 통하여 투입하고, 히팅 장치(112)를 이용하여 내관 금속층(101) 표면의 온도가 130 내지 220 ℃가 되도록 내관 금속층(101)을 예열한다.
이러한 내관 금속층(101)을 이루는 금속으로는 Cu, Al, Mg, Ti, Fe 및 이의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 금속을 사용할 수 있고, 바람직하게는 Cu, Ti 이며, 더욱 바람직하게는 Cu, 즉, 동을 사용할 수 있다.
이러한 내관 금속층(101)은 종래의 에어컨 배관용 동파이프 관 두께인 0.7 내지 2.0 mm의 절반 정도인 0.4 내지 1.0 mm의 두께로 제조하거나 인발하는 것이 바람직하며, 내관 금속층(101)의 두께가 0.4 mm 미만인 경우에는 금속층의 두께가 얇아 내압성 및 내구성에 대한 문제가 있고, 1.0 mm를 초과하는 경우에는 금속 사용량 저감 효과가 크지 않다.
또한, 본 발명에서 사용되는 내관 금속층에는 이음매부가 없고, 제조 또는 인발된 내관 금속층의 두께가 균일하면서도 그 내외면에 거친 주름이 없는 관이도록 제조한다.
상기 2) 접착층을 형성하는 단계를 자세히 설명하면,
상기 내관 금속층(101)의 외면에 접착 수지를 압출하여 접착층(102)을 형성하는 단계로서,
접착층 압출 장치(114)로 접착 수지를 압출하고 치수 성형 장치(113)를 이용하여 상기 예열된 내관 금속층(101)의 외면에 접착 수지가 고루 열용융 도포되도록 하여 접착층(102)을 형성한다. 이때 압출 온도는 150 내지 240 ℃이 바람직하고, 접착층(102)의 두께는 0.02 내지 0.5 mm가 바람직하다. 접착층(102)의 두께가 0.02 mm 미만이면 접착층이 너무 얇아 고강도 접착력을 발현하기 어렵고, 0.5 mm를 초과하는 경우, 접착 수지의 사용량이 많아서 최종 제조된 본 발명의 다층 구조 복합 파이프의 외경이 균일하지 못할 뿐만 아니라 경제적이지 못하다.
상기 접착 수지는 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 에틸렌비닐아세테이트수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 수지에 말레산 무수물을 그라프팅시킨 그라프토머 12 내지 42 중량%, 접착성 수지 조성물 53 내지 85 중량%, 산화 방지제 0.1 내지 3 중량% 및 열 안정제 0.1 내지 3 중량%를 포함한다.
이러한 접착 수지는 녹는점이 110 내지 180 ℃이고, 용융 흐름 지수가 3 내지 40 g/10분(190℃/230℃, 2.16kg 조건)일 수 있다.
상기 접착성 수지 조성물은 본 접착성 수지 조성물을 포함하는 접착 수지의 금속과의 접착력, 특히 동과의 접착력을 증대시킬 수 있도록,
폴리스티렌계 수지; 폴리올레핀계 고무와; 저밀도폴리에틸렌(LDPE, low density polyethylene), 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE, linear low density polyethylene), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, high density polyethylene), 에틸렌비닐아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 부타디엔러버(BR, butadien rubber) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리스티렌계 수지로는 범용 폴리스티렌(GPPS), 고충격 폴리스티렌(HIPS) 또는 폴리스티렌 공중합물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 폴리스티렌 공중합물의 비한정적인 예로는 스티렌-부타디엔 공중합물(SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합물(ABS), 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합물(SBS), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합물(SEBS), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합물(SEBS) 등이 있다.
상기 폴리올레핀계 고무로는 에틸렌 옥텐 코폴리머, 에틸렌 부텐 코폴리머, 에틸렌 프로필렌 코폴리머, 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무, 에틸렌 프로필렌 모노머 고무 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기한 접착성 수지 조성물은 접착성 수지 조성물의 충 중량을 기준으로 상기 폴리스티렌계 수지 5 내지 40 중량%, 폴리올레핀계 고무 3 내지 33 중량% 및 저밀도폴리에틸렌 등 40 내지 80 중량%를 함유할 수 있고, 바람직하게는 폴리스티렌계 수지 7 내지 35 중량%, 폴리올레핀계 고무 5 내지 30 중량% 및 저밀도폴리에틸렌 등 46 내지 75 중량%를 함유할 수 있으며, 상기한 함량 범위 중 특히 전자의 벗어난 범위로 혼합하여 사용하는 경우에는 금속, 특히 동과의 접착력이 크게 증대되지 않는 문제가 있다.
상기 산화 방지제로는 페놀계 산화 방지제(2,2-ethylidenebis(4,6-di-tert-butylphenol) 등), 인계 산화 방지제(2-ethylhexyldiphenyl phosphite 등)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 열 안정제로는 유기주석계, 카르복실산 금속염계, 납계, 에폭시계, 유기아인산염계 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 그라프토머를 포함하는 접착 수지의 제조 공정은 앞에서 도 5를 참조하여 설명한 바와 동일하다.
상기 3) 외관 수지층(103)을 형성하는 단계를 자세히 설명하면,
상기 접착층(102) 상에 외관 수지층 조성물을 압출하여 외관 수지층(103)을 형성하는 단계로서,
상기 2) 단계에서 형성된 접착층(102)은 압출에 의해 가열된 상태로 이송되고 이에 외관 수지층 압출 장치(115)를 이용하여 외관 수지층 조성물을 압출시키고 열용융시키며 치수 성형 장치(113)를 이용하여 일정 두께의 고른 피복층을 형성하여 외관 수지층(103)을 얻는다.
이때, 압출 온도는 150 내지 240 ℃가 바람직하고, 외관 수지층(103)의 두께는 0.5 내지 5.0 mm가 바람직하다. 외관 수지층(103)의 두께가 0.5 mm 미만으로 너무 얇을 경우에는 긁힘, 찍힘 등에 의해 내관 금속층이 노출되거나 압력 특성이 저하될 우려가 있으며, 5.0 mm를 초과하는 경우에는 파이프 밴딩 특성에 지장을 줄 수 있다.
상기 외관 수지층 조성물에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것으로 이루어질 수 있고, 이러한 외관 수지층 조성물은 아래에서 설명하는 착색 안료, 자외선 안정제 등의 첨가제를 추가로 함유할 수 있다.
외관 수지층을 착색하기 위하여, 화학적으로 반응성이 없고 내열성이 우수한 이산화티타늄, 카본블랙, 프탈로사이아닌 등의 착색 안료를 외관 수지층 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 7 중량%의 양으로 외관 수지층 조성물 중에 첨가할 수 있으며, 이들 착색 안료는 분말 형태로서 1 내지 20 μm 크기의 분말 형태가 바람직하다.
또한, 자외선 안정제로는 벤조 화합물 중 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물을 혼합 사용할 수 있다.
본 발명의 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법에 있어서는, 상기한 3) 단계 이후 다음의 단계를 포함할 수 있다:
4) 사이징 장치를 이용하여 복합 파이프의 길이 방향으로 내경 및 외경이 균일하도록 조절한 후 냉각 장치에서 냉각시키는 단계.
상기 4) 단계를 자세히 설명하면,
상기 1) 내지 3) 단계를 거쳐 제조된 3층 구조의 복합 파이프를 사이징 장치(116)를 이용하여 진공 압력 조건에서 복합 파이프의 길이 방향으로 내경 및 외경을 균일하게 조절한 다음, 냉각 장치(117)에서 수온을 12 내지 16로 유지한 상태로 냉각시킨 후, 권취 장치(118)를 이용하여 권취하여 본 발명의 다층 구조 복합 파이프(110)를 얻을 수 있다.
이때, 상기 진공 압력은 30 내지 80 mbar가 바람직하며, 진공 압력이 30 mbar 미만일 경우 진원도가 발생할 수 있으며, 80 mbar를 초과하는 과압일 경우 미세한 압력 변화에도 외경 변화가 급격하게 발생될 수 있다.
이하에서는 상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프 및 그 제조 방법의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예
[사용 기재]
1. 내관 금속층
에어컨 배관용으로 사용되는 통상적인 순동계 인탈산동(C 1220) 재질의 동관을 인발(drawing)하여 동관의 두께를 통상적인 두께의 절반 정도 수준으로 줄인 얇은 동관을 사용하였고, 그 치수는 표 1과 같다.
본 발명의 실시예에 사용한 내관 금속층
내경(mm) 외경(mm) 두께(mm)
5.64 6.05 0.4
8.72 9.12 0.4
11.80 12.30 0.5
14.88 15.38 0.5
2. 접착층
본 발명에 따른 그라프토머를 포함하는 폴리에틸렌계 접착 수지, 폴리프로필렌계 접착 수지를 사용하였다. 이에 대하여는 이하에서 상세히 설명한다.
3. 외관 수지층
고밀도폴리에틸렌(HDPE, high density polyethylene)수지 (엘지화학, LUCENE SP980) 또는 폴리프로필렌(PP, polypropylene)수지 (엘지화학, SEETEC H5300) 96 중량%에 착색 안료 이산화티탄(titanium dioxide) 3 중량%와 자외선 안정제 2,4-디-tert-부틸페닐-4-하이드록시-3,5-디-tert-부틸벤조에이트(2,4-Di-tert-butylphenyl-4-hydroxy-3,5-di-tert-butyl benzoate) 1 중량%를 첨가하여 사용하였다.
[평가 방법]
1. 접착 박리 강도
폭 25 mm 〉길이 150mm의 사각 동(Cu) 시편, 동일 크기의 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 사각 시편 사이에 접착 수지를 위치시키고, 170℃×80kg/cm2×1min 조건으로 가열 가압하여 열용융 접착하였다. 가열 가압 접착된 시험편의 한쪽 끝단부의 20mm를 임의로 박리시켜 지그로 잡고 박리 속도 50mm/min 조건으로 만능 재료 시험기에 의해 접착 박리 강도를 측정하였다.
2. 용융 흐름 지수
용융 흐름 지수는 ASTM D 1238에 의거하여 190 ℃, 2.16kg 조건에서 측정한 용융 흐름 지수이다. 단, 폴리프로필렌의 용융 흐름 지수는 230 ℃, 2.16kg 조건에서 측정한 용융 흐름 지수이다.
3. 파괴 강도
UL484의 에어컨용 고압 냉매 가스를 사용하는 부품에 대한 압력 강도 측정법에 의거하여 파괴 강도를 측정하였다.
4. 열전도율
열전도율은 KS L 9016에 의거하여 복합 파이프의 열전도율을 측정하였다.
먼저, 종래 에어컨 배관용 동파이프의 규격 및 압력 기준은 표 2와 같다.
내경(mm) 외경(mm) 두께(mm) R-22냉매1 )에 대한 파괴압력 기준(kgf/㎠) R-410a냉매2 )에 대한 파괴압력 기준(kgf/㎠)
비교예 1 5.65 6.35 0.7 > 142 > 225
비교예 2 8.72 9.52 0.8
비교예 3 11.80 12.70 0.9
비교예 4 14.88 15.88 1.0
UL484의 에어컨용 고압 냉매 가스를 사용하는 부품에 대한 압력 강도 적용
1) R-22냉매 : HCFCs(hydrochlorofluorocarbon, 수소염화불화탄소 계열)
MARPOL 73/78 협약의 Annex Reg. 12(2)에 따라 HCFCs 계열의 냉매(R-22)는 2020년까지만 사용 허용된 상태이며 향후 R-410a 등과 같은 HFCs 계열 냉매를 사용해야 함.
2) R-410a냉매 : HFCs(hydrofluorocarbon, 수소화불화탄소 계열)
<비교예 5>
폴리에틸렌(PE)계 접착 수지로서, 저밀도폴리에틸렌(LDPE, low density polyethylene)에 말레산 무수물(MAH, maleic anhydride)을 그라프팅시킨 그라프토머 25 중량%, 접착성 수지 조성물로 저밀도폴리에틸렌 20 중량%, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE, liner low density polyethylene) 20 중량%, 에틸렌비닐아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate) 30 중량%, 부타디엔러버(BR, butadiene rubber) 잔량 및 산화 방지제 2,2-ethylidenebis(4,6-di-tert-butylphenol) 1,000ppm, 열 안정제 diphenyl isodecyl phosphite 1,000ppm 으로 구성하여 2축 압출기(75mm, L/D=24/1)를 이용하여 가공 온도 190 내지 220 ℃의 조건에서 압출 반응시켜 폴리에틸렌계 접착 수지를 제조하였다. 상기 그라프토머는 저밀도폴리에틸렌 97g에 말레산 무수물 3g을 그라프팅 반응시켜 얻은 것이다.
<실시예 1>
폴리에틸렌(PE)계 접착 수지로서, 저밀도폴리에틸렌(LDPE, low density polyethylene)에 말레산 무수물(MAH, maleic anhydride)을 그라프팅시킨 그라프토머 25 중량%, 접착성 수지 조성물로 폴리스티렌 5 중량%, 스틸렌에틸렌부타디엔스틸렌(SEBS, styrene ethylene butadiene styrene) 10 중량%, 폴리올레핀고무 10 중량%, 저밀도폴리에틸렌 15 중량%, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE, liner low density polyethylene) 10 중량%, 에틸렌비닐아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate) 20 중량%, 부타디엔러버(BR, butadiene rubber) 잔량 및 산화 방지제 2,2-에틸리덴비스(4,6-디-tert-부틸페놀)(2,2-ethylidenebis(4,6-di-tert-butylphenol)) 1,000ppm, 열 안정제 디페닐 이소데실 포스파이트(diphenyl isodecyl phosphite) 1,000ppm으로 구성하여 2축 압출기(75mm, L/D=24/1)를 이용하여 가공 온도 190 내지 220 ℃의 조건에서 압출 반응시켜 폴리에틸렌계 접착 수지를 제조하였다. 상기 그라프토머는 저밀도폴리에틸렌 97g에 말레산 무수물 3g을 그라프팅 반응시켜 얻은 것이다.
<실시예 2>
폴리프로필렌(PP)계 접착 수지로서, 폴리프로필렌(PP, polypropylene)에 말레산 무수물(MAH, maleic anhydride)을 그라프팅시킨 그라프토머 20 중량%, 접착성 수지 조성물로 폴리스티렌 5 중량%, 스틸렌에틸렌부타디엔스틸렌(SEBS, styrene ethylene butadiene styrene) 10 중량%, 폴리올레핀고무 10 중량%, 고밀도폴리에틸렌(HDPE, high density polyethylene) 15 중량%, 폴리프로필렌 20 중량%, 에틸렌비닐아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate) 15 중량%, 부타디엔러버(BR, butadiene rubber) 잔량 및 산화 방지제 2,2-에틸리덴비스(4,6-디-tert-부틸페놀)(2,2-ethylidenebis(4,6-di-tert-butylphenol)) 1,000ppm, 열 안정제 디페닐 이소데실 포스파이트(diphenyl isodecyl phosphite) 1,000ppm으로 구성하여 2축 압출기(75mm, L/D=24/1)를 이용하여 가공 온도 200 내지 230 ℃의 조건에서 압출 반응시켜 폴리프로필렌계 접착 수지를 제조하였다. 상기 그라프토머는 폴리프로필렌 97g에 말레산 무수물 3g을 그라프팅 반응시켜 얻은 것이다.
상기 실시예 1과 실시예 2와 비교예 5와 같은 조성으로 제조된 접착 수지의 물성은 표 3과 같다.
용융흐름지수(g/10min) 비중(g/㎤) 인장강도
(kg/㎠)		 접착박리강도
(kgf/25mm)
실시예 1 2 내지 10 (190℃, 2.16kg) 0.935 내지 0.943 170 내지 190 > 15
실시예 2 2 내지 10 (230℃, 2.16kg) 0.942 내지 0.952 160 내지 180 > 15
비교예 5 2 내지 10 (190℃, 2.16kg) 0.935 내지 0.943 150 내지 170 < 8
<실시예 3>
내관 금속층으로 두께 0.4mm, 내외경이 각각 5.65mm/6.05mm인 동관을 예열하여 금속층 표면의 온도가 150 내지 200 ℃가 되게 한 다음, 접착층 압출 장치를 이용하여 압출 온도 150 내지 240 ℃의 조건에서 접착층의 두께가 0.1mm가 되게 접착수지를 도포하고, 이어서 외관 수지층 압출 장치를 이용하여 150 내지 240 ℃의 조건에서 고밀도폴리에틸렌수지를 포함하는 외관 수지층 조성물을 두께 0.8mm로 피복하여 복합 파이프 시험편을 제조하였다. 이때 상기 접착층은 실시예 1에서 제조한 PE계 접착 수지를 사용하였고, 상기 외관 수지 조성물은 고밀도폴리에틸렌수지 96 중량%, 착색안료로서 이산화티탄(titanium dioxide) 3 중량% 및 자외선 안정제로서 2,4-디-tert-부틸페닐-4-하이드록시-3,5-디-tert-부틸벤조에이트(2,4-Di-tert-butylphenyl-4-hydroxy-3,5-di-tert-butyl benzoate) 1 중량%를 포함하는 것이다.
<실시예 4>
내관 금속층으로 두께 0.4mm, 내외경이 각각 8.72mm/9.12mm인 동관을 사용하고, 실시예 3과 동일한 접착 수지 및 외관 수지층 조성물을 사용하여 복합 파이프 시험편을 제조하였다.
<실시예 5>
내관 금속층으로 두께 0.5mm, 내외경이 각각 11.8mm/12.3mm인 동관을 사용하고, 실시예 3과 동일한 접착 수지 및 외관 수지층 조성물을 사용하여 복합 파이프 시험편을 제조하였다.
<실시예 6>
내관 금속층으로 두께 0.5mm, 내외경이 각각 14.88mm/15.38mm인 동관을 사용하고, 실시예 3과 동일한 접착 수지 및 외관 수지층 조성물을 사용하여 복합 파이프 시험편을 제조하였다.
<실시예 7>
내관 금속층으로 두께 0.4mm, 내외경이 각각 5.65mm/6.05mm인 동관을 예열하여 금속층 표면의 온도가 150 내지 200 ℃가 되게 한 다음, 접착층 압출 장치를 이용하여 압출 온도 150 내지 240 ℃의 조건에서 접착층의 두께가 0.1mm가 되게 접착수지를 도포하고, 이어서 외관 수지층 압출 장치를 이용하여 150 내지 240 ℃의 조건에서 폴리프로필렌수지를 포함하는 외관 수지층 조성물을 두께 0.8mm로 피복하여 복합 파이프 시험편을 제조하였다. 이때 상기 접착층은 실시예 2에서 제조한 PP계 접착수지를 사용하였으며, 상기 외관 수지층 조성물은 폴리프로필렌수지 96 중량%, 착색안료로서 이산화티탄(titanium dioxide) 3 중량% 및 자외선 안정제로서 2,4-디-tert-부틸페닐-4-하이드록시-3,5-디-tert-부틸벤조에이트(2,4-Di-tert-butylphenyl-4-hydroxy-3,5-di-tert-butyl benzoate) 1 중량%를 포함한다.
<실시예 8>
내관 금속층으로 두께 0.4mm, 내외경이 각각 8.72mm/9.12mm인 동관을 사용하고, 실시예 7과 동일한 접착 수지 및 외관 수지층 조성물을 사용하여 복합 파이프 시험편을 제조하였다.
<실시예 9>
내관 금속층으로 두께 0.5mm, 내외경이 각각 11.8mm/12.3mm인 동관을 사용하고, 실시예 7과 동일한 접착 수지 및 외관 수지층 조성물을 사용하여 복합 파이프 시험편을 제조하였다.
<실시예 10>
내관 금속층으로 두께 0.5mm, 내외경이 각각 14.88mm/15.38mm인 동관을 사용하고, 실시예 7과 동일한 접착 수지 및 외관 수지층 조성물을 사용하여 복합 파이프 시험편을 제조하였다.
실시예 3 내지 10과 같은 내용으로 제조된 복합 파이프 시험편의 물성은 표 4와 같다.
실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 비교예 1
내관
금속층		 두께(mm) 0.4 0.4 0.5 0.5 0.4 0.4 0.5 0.5 0.7
내경(mm) 5.65 8.72 11.8 14.88 5.65 8.72 11.8 14.88 5.65
외경(mm) 6.05 9.12 12.3 15.38 6.05 9.12 12.3 15.38 6.35
접착층 PE계 접착
수지1 )(mm)		 0.1 0.1 0.15 0.15 - - - - -
PP계 접착
수지2 )(mm)		 - - - - 0.1 0.1 0.15 0.15 -
외관
수지층		 HDPE3 )(mm) 0.8 0.8 1.0 1.0 -
PP4 )(mm) 0.8 0.8 1.0 1.0 -
안료5 )(중량%) 3 3 3 3 3 3 3 3 -
자외선
안정제6 )(중량%)		 1 1 1 1 1 1 1 1 -
파괴강도(kgf/㎠) 330 236 198 158 346 250 211 167 > 142,
> 225
열전도율
(kcal/m.hr.℃)		 14 9 8 6 13 9 7 5 340
PE계 접착수지 1) : 실시예 1에 따른 PE계 접착수지,
PP계 접착수지 2) : 실시예 2에 따른 PP계 접착수지,
HDPE 3) : MI = 0.2 내지 8.0, density = 0.920 내지 0.940,
PP 4) : MI = 0.2 내지 8.0, density = 0.924 내지 0.946,
안료 5) : TiO2, particle size= < 10μm,
자외선 안정제 6) : 2,4-Di-tert-butylphenyl-4-hydroxy-3,5-di-tert-butyl benzoate.
실시예 3 내지 10은 본 발명의 PE계 접착 수지 및 PP계 접착 수지를 사용하여 다층 구조 복합 파이프를 제조한 것으로서, 어느 것이나 파괴 강도 규격 142kgf/㎠를 상회하는 결과를 나타내었다.
또한, 실시예 3 및 4와, 실시예 7 및 8의 경우 R-410a 냉매에 대한 규격 225kgf/㎠를 만족하는 결과를 얻어냈다.
열전도율 측정 결과는 비교예 1의 종래 동파이프가 순수 동으로만 이루어진 재질로서 340kcal/m.hr.℃인데 비해, 본 발명의 다층 구조 복합 파이프는 외관 수지층이 열전달을 차단하여 5 내지 14kcal/m.hr.℃ 정도를 나타내었으며, 이는 종래 동파이프에 비해 열손실을 막아 전기료 절감 효과가 있다.
1 : 제1 수지층 2 : 제1 결합층
3 : 알루미늄 금속층 4 : 제2 결합층
5 : 제2 수지층 6 : 이음매부
10 : 5층 구조 복합 파이프 20 : 제1 수지층 압출기
21 : 호퍼 22 : 내구경 금형
23 : 제1 결합층 압출기 24 : 알루미늄 금속판막
25 : 외구경 금형 26 : 제2 결합층 압출기
27 : 제2 수지층 압출기 28 : 냉각 장치
29 : 권취 장치 101 : 내관 금속층
102 : 접착층 103 : 외관 수지층
110 : 본 발명의 다층 구조 복합 파이프
111 : 내관 금속층 송출 장치 112 : 히팅 장치
113 : 치수 성형 장치 114 : 접착층 압출 장치
115 : 외관 수지층 압출 장치 116 : 사이징 장치
117 : 냉각 장치 118 : 권취 장치

Claims (13)

  1. 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프로서,
    상기 복합 파이프는 내부로부터 내관 금속층, 접착층 및 외관 수지층으로 이루어지고,
    상기 내관 금속층은 두께가 0.4 내지 1.0 mm이며,
    상기 접착층은 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 에틸렌비닐아세테이트수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 수지에 말레산 무수물을 그라프팅시킨 그라프토머 12 내지 42 중량%, 접착성 수지 조성물 53 내지 85 중량%, 산화 방지제 0.1 내지 3 중량% 및 열 안정제 0.1 내지 3 중량%를 포함하는 접착 수지로 이루어진 것인, 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내관 금속층은 Cu, Al, Mg, Ti, Fe 및 이의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 금속으로 이루어지는 것인, 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 접착 수지는 녹는점이 110 내지 180 ℃이고, 용융 흐름 지수가 3 내지 40 g/10분(190℃/230℃, 2.16kg 조건)인 것인, 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프.
  5. 제1항에 있어서, 상기 접착성 수지 조성물은 폴리스티렌계 수지; 폴리올레핀계 고무와; 저밀도폴리에틸렌, 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리프로필렌, 부타디엔러버 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 포함하는 것인 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프.
  6. 제1항에 있어서, 상기 외관 수지층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 및 이들 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 포함하는 외관 수지층 조성물로 이루어지는 것인 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프.
  7. 내부로부터 내관 금속층, 접착층 및 외관 수지층으로 이루어지는 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법으로서,
    1) 금속을 관 두께가 0.4 내지 1.0 mm인 내관 금속층으로 제조하는 단계;
    2) 상기 내관 금속층 상에 접착 수지를 압출하여 접착층을 형성하는 단계; 및
    3) 상기 접착층 상에 외관 수지층 조성물을 압출하여 외관 수지층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 접착 수지는 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 에틸렌비닐아세테이트수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 수지에 말레산 무수물을 그라프팅시킨 그라프토머 12 내지 42 중량%, 접착성 수지 조성물 53 내지 85 중량%, 산화 방지제 0.1 내지 3 중량% 및 열 안정제 0.1 내지 3 중량%를 포함하고, 녹는점이 110 내지 180 ℃이며, 용융 흐름 지수가 3 내지 40 g/10분(190℃/230℃, 2.16kg 조건)인 것인, 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 금속은 Cu, Al, Mg, Ti, Fe 및 이의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인, 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 1) 단계는 상기 내관 금속층을 표면 온도가 130 내지 220 ℃가 되도록 예열하는 것을 더 포함하고,
    상기 2) 단계는 예열된 내관 금속층 상에 접착 수지를 압출하여 열용융 도포되도록 하여 접착층을 형성하는 단계인
    것인, 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 3) 단계 이후 다음의 단계를 포함하는 것인, 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법:
    4) 사이징 장치를 이용하여 복합 파이프의 길이 방향으로 내경 및 외경이 균일하도록 조절한 후 냉각 장치에서 냉각시키는 단계.
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서, 상기 접착성 수지 조성물은 폴리스티렌계 수지; 폴리올레핀계 고무; 및 저밀도폴리에틸렌, 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리프로필렌, 부타디엔러버 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 외관 수지층 조성물은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 및 이들 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 에어컨 배관용 다층 구조 복합 파이프의 제조 방법.
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