KR101226233B1 - 직물 유리 섬유를 이용한 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단판적층재에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 직물 유리 섬유를 이용한 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법은 슬라이스된 나무의 단판들을 적층하여 단판적층재를 제조하는 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법에 있어서, 기후분류상 한대기후(寒帶氣候)에 속하는 지역의 활엽수림을 1 내지 3 mm 두께로 단판을 제조하는 단판제조단계와, 건조된 각 단판 표면에 수용성 페놀수지를 도포하는 수용성 페놀수지 도포단계와, 제조된 단판을 건조실에서 90 내지 105℃ 온도에서 0.5 내지 1시간 건조시키는 건조 단계와, 직물 유리 섬유를 수용성 페놀수지가 도포된 단판에 추가하는 단계와, 원하는 제품의 크기 및 두께에 따라 수분제거가 이루어진 도포된 단판을 결무늬가 교차배열 되도록 적층하는 단판적층단계와, 상기 적층된 단판을 핫프레스를 이용하여 성형시키는 단판적층재 제조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

직물 유리 섬유를 이용한 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법{MAKING METHOD OF STACKING VENEER SHEETS WITH PLATE TYPE AND GRASS FIBER FOR HIGH VOLTAGE TRANSFORMER}

본 발명은 고전압 변압기에 사용되는 단판적층재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절연제 용도로 고전압 변압기의 받침목 등에 사용되는 것으로 직물 유리 섬유를 포함하여 보다 견고하고 튼튼한 단판적층재를 제조할 수 있는 직물 유리 섬유를 이용한 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 발전소에서 생성된 전기를 각 변압기를 통하여 송전시 전력의 손실을 줄이기 위하여 고전압 특히 고전압인 22,000V, 154,000V, 345,000V 등의 전압으로 송전하게 된다.

따라서 이러한 고전압을 유지하는 변압기의 주위부품들은 절연제로 이루어지며, 이를 위해 절연등급A종으로 내열온도가 105℃인 페놀수지판을 사용하거나 목재단판을 페놀수지에 함침하여 사용하였으나, 많은 문제점 발생으로 인하여 이러한 사용은 거의 없어지고, 대신에 목재를 얇게 슬라이스시켜 형성된 단판을 여러겹 적층하여 이루어진 단판적층재가 절연제로 사용되고 있다.

그리고, 이하 본원발명에서 설명의 편의상 사용되는 고전압이라는 용어는 22,000V 이상 1,000,000V이하의 전압을 의미하는 것으로 정의하도록 한다.

현재는 변압기의 코일권선을 지지하는 받침목과, 상,하부누름목, 전선지지바아와 이들을 결합하는 절연너트와 절연볼트 등의 부품들은 목재 단판을 적층하여 이루어진 적층재의 사용이 대세를 이루고 있다.

그러나, 고전압변압기용 부품들 중 코일권선의 받침목과 상하부 누름목 등과 같은 판상형으로 이루어진 단판적층재 부품들은 지지목으로서의 기능을 수행하므로 휨방지 기능과 충분한 하중에도 변형없이 견디어 내는 균일성을 유지하여야 한다.

유성페놀수지의 문제점을 해결하고자, 대한민국특허등록 제10-0866455호에 따르면 폴리우레탄수지를 바인더로 이용하여 단판에 도포후 핫프레스를 이용하여 제작하는 단판적층재 제조방법이 안출되었으나, 폴리우레탄수지의 경우에는 폐자재 처리시 환경오염을 야기시키는 문제점이 있다.

본 출원인에 의해서 제안된 대한민국 특허청에 출원된 출원번호 제10-2009-0047303호 등은 수성페놀수지를 이용하여 단판적층재를 제작하는 방법을 제안한 바 있다.

그러나, 종래의 이러한 단판적층재의 제작 방법은 충분한 기계적 강도와 전기적 강도를 갖춘 단판적층재를 제작할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명에 따른 직물 유리 섬유를 이용한 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법은 충분한 기계적 강도와 전기적 강도를 갖춘 단판적층재를 제작할 수 있는 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 직물 유리 섬유를 이용한 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법은 슬라이스된 나무의 단판들을 적층하여 단판적층재를 제조하는 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법에 있어서, 기후분류상 한대기후(寒帶氣候)에 속하는 지역의 활엽수림을 1 내지 3 mm 두께로 단판을 제조하는 단판제조단계와, 건조된 각 단판 표면에 레졸형태의 페놀수지 70 내지 75중량%와 페놀단량체 1 내지 5중량% 그리고 물 20 내지 25중량% 정도가 혼합된 수용성 페놀수지를 도포하는 수용성 페놀수지 도포단계와, 직물 유리 섬유를 수용성 페놀수지가 도포된 단판에 추가하는 단계와, 제조된 단판을 건조실에서 90 내지 105℃ 온도에서 0.5 내지 1시간 건조시키는 건조 단계와, 원하는 제품의 크기 및 두께에 따라 수분제거가 이루어진 도포된 단판을 결무늬가 교차배열 되도록 적층하는 단판적층단계와, 상기 적층된 단판을 핫프레스를 이용하여 성형시키는 단판적층재 제조단계;를 포함하되, 상기 직물 유리섬유는 별도의 열처리를 통해서 직물 직조 과정에서 도포된 집속제를 분해시키는 과정을 거치고, 반 경화 과정을 거친 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 직물 유리 섬유를 이용한 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법은 직물 유리 섬유를 단판에 도포하고, 이를 적층하여 단판적층재를 성형하는 방식을 체택하여 충분한 인장강도, 굽힘강도, 굽힘 탄성율, 접착성의 접착상태에 따른 전단 강도 등 우수한 기계적 강도를 가지는 제품을 얻을 수 있고, 전기파괴강도 및 파괴 전압과 관련된 전기적 강도를 보장하는 단판적층재를 제작할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 직물 유리 섬유를 이용한 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법을 도시하는 블럭도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 직물 유리 섬유를 이용한 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법을 도시하는 블럭도이다.

본 발명에 따른 직물 유리 섬유를 이용한 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법은 1)단판제조, 2) 수용성 페놀 수지 도포, 3) 직물 유리 섬유 추가, 4) 건조, 5)적층 및 성형 단계를 거치게 된다.

먼저, 1) 단판 제조 단계는,

기후분류상 한대기후(寒帶氣候)에 속하는 지역의 활엽수림을 1 내지 3 mm 두께로 단판을 제조하는 단계이다.

판상형 단판적층재를 제작하기 위한 단판으로써는 단풍나무, 자작나무, 너도밤나무 등의 한대 지방의 활엽수림이 사용되는 것이 적합하며, 이는 기후상으로 한대 지방 활엽수림의 식생특성에 기인한다.

즉, 이러한 나무들은 자라면서 목질 내부의 수관부가 비교적 좁게 형성되어 조직이 치밀한 구조로 이루어져 단판적층재의 재료로 사용시 인장강도가 좋아지는 잇점이 있다.

또한, 동일한 기후 조건의 식생나무일지라도 소나무 잣나무등과 같은 침엽수림은 피하는 것이 바람직하다. 이러한 침엽수림은 목질 내부 자체에 진이 많이 함유되어 단판적층재 제조를 위한 단판 가공시 많은 어려움이 따르기 때문이다.

상기와 같은 재료들을 먼저 얇은 단판으로 제작하여야 하며, 이때 먼저 나무의 둘레를 따라 단판으로 만들어 결무늬가 나타나도록 하여야 하며, 그 두께는 1.0 내지 3 mm 정도가 되도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 2) 수용성 페놀 수지 도포 단계는,

건조된 각 단판 표면에 수용성 페놀수지를 도포하는 단계이며, 수용성 페놀 수지는 점도가 높은 반면 겔 타임(gel time) 감소로 인한 전기사용량이 감소하고 생산 원가가 절감되는 효과가 있다.

그리고, 이러한 수용성 페놀수지는 화재의 위험성으로부터 해방되어 한결 작업자의 작업이 용이해지는 잇점이 있으며, 유성수지에서 발생되는 악취 등으로부터 작업자의 환경을 개선시킬 수 있다.

좀 더 구제적으로 설명하면, 본발명에서 사용되는 수용성페놀수지는 레졸형태의 페놀수지 70 내지 75중량%와 페놀단량체 1 내지 5중량% 그리고 물 20 내지 25중량% 정도가 혼합된 페놀수지이다.

본 발명에서 소량의 페놀단량체가 사용되는데, 이는 전혀 없는 경우 또는 5중량%이상 함유되는 경우보다 1 내지 5중량%정도의 소량 함유되는 경우 최적의 성능을 나타냄을 알 수 있었다. 또한, 첨가되는 물 역시 20 내지 25중량% 정도가 가장 적합한 성능을 나타내기에 충분한 양임을 알 수 있었다.

3) 직물 유리 섬유 추가 단계는,

유리 섬유는 일반적으로 전기절연성이 우수하고, 신율 3~4%, 탄성 회복율이 100%에 이르는 등 치수 안정성이 좋고 인장강도가 높다는 장점이 있다. 또한 유리 섬유는 내열온도 3003~550도씨 연화온도가 50도씨에 이르는 등 내열성, 내화성이 우수하고, 인체에 무해하여 석면(Asbestos)의 대체용으로 사용된다.

이러한 유리 섬유를 직물로 직조하는 과정에서 집속제가 도포되는 데 이를 열에 의해서 연소, 분해시켜야 한다. 따라서, 추가되는 유리 섬유는 열처리를 통해서 직물 직조 과정에서 도포된 집속제를 분해시키는 과정을 거치게 한다.

그리고, 페놀, FRP용 수지 등에 함침 및 도포 가공하고 건조 과정을 거쳐서 반 경화 상태인 prepreg 상태에서 단판에 도포되도록 한다.

또한, 열처리된 직물에 적용되는 수지와 친화성을 갖도록 표면처리제를 처리하는 공정을 거치는 것이 바람직하다.

4) 건조 단계는,

제조된 단판을 건조실에서 건조실에서 90 내지 105℃ 온도에서 0.5 내지 1시간 건조시키는 단계이다.

이러한 건조실은 밀폐된 건조실을 이용하거나, 컨베이어 벨트를 통해서 이동되는 단판의 상하부에서 열풍기를 이용하여 상하부에서 건조시키는 설비를 이용할 수 있다.

단판을 건조시키는 이유는 접착제로 필요로 하는 성분은 페놀수지이고, 상술한 바와 같이 수분은 불순물에 해당한다. 따라서 도포작업상 필요로 하는 수용성페놀수지에 함유된 수분을 충분히 제거하여야 한다.

마지막으로, 5)적층 및 성형 단계는,

각 단판들이 결무늬에 따라 교차배열되도록 적층한다. 즉, 본 공정에서 제조하고자 하는 단판적층재는 판상형 단판적층재 이므로 인장강도 보다는 휨방지, 부러짐 등의 성능이 좋아야 하며, 또한 압축강도, 충격강도 및 굴곡강도가 좋아야 하므로, 이를 위해서는 결무늬가 교차배열되도록 각 단판들을 적층하게 된다.

마지막으로, 상기와 같이 각 단판들을 결무늬들이 교차배열되도록 적층한 다음, 핫프레스로 고온, 고압을 이용하야 단판적층재를 제작하게 된다.

통상적으로 각 단판들이 견고하게 적층되기 위해서는 표면에 도포된 페놀수지가 축합반응을 일으켜 가교 경화되면서 단판들을 접착시키게 되는데, 가압함으로써 각 단판들은 보다 치밀하고 견고하게 접착됨은 물론 단순한 목재의 두께보다 보다 단단한 물성을 나타내게 된다.

이상과 같이 본 발명은 직물 유리 섬유를 이용한 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법을 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

Claims (3)

1. 슬라이스된 나무의 단판들을 적층하여 단판적층재를 제조하는 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법에 있어서,
   기후분류상 한대기후(寒帶氣候)에 속하는 지역의 활엽수림을 1 내지 3 mm 두께로 단판을 제조하는 단판제조단계와;
   건조된 각 단판 표면에 레졸형태의 페놀수지 70 내지 75중량%와 페놀단량체 1 내지 5중량% 그리고 물 20 내지 25중량% 정도가 혼합된 수용성 페놀수지를 도포하는 수용성 페놀수지 도포단계와;
   직물 유리 섬유를 수용성 페놀수지가 도포된 단판에 추가하는 단계와;
   제조된 단판을 건조실에서 90 내지 105℃ 온도에서 0.5 내지 1시간 건조시키는 건조 단계와;
   원하는 제품의 크기 및 두께에 따라 수분제거가 이루어진 도포된 단판을 결무늬가 교차배열 되도록 적층하는 단판적층단계와;
   상기 적층된 단판을 핫프레스를 이용하여 성형시키는 단판적층재 제조단계;를 포함하되,
   상기 직물 유리섬유는 별도의 열처리를 통해서 직물 직조 과정에서 도포된 집속제를 분해시키는 과정을 거치고, 반 경화 과정을 거친 것을 특징으로 하는 직물 유리 섬유를 이용한 고전압 변압기용 판상형 단판적층재의 제조방법.
   
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