KR101229313B1 - 에어로젤 충진 소재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어로젤의 고기능을 보다 편리하고 다양하게 이용하는 방법 중 하나로 기존 에는 물질의 표면,기타 물질에 도포 코팅하여 사용해 오거나 모듈에 가두어 사용 해 왔다.본발명은 또한 본 발명인이 2009년 출원한 발명으로 상변화물질을 액상이 투과되지 않는 박막 소재를 양면에 배치하고 사이에 상 변화물질을 얇게 도포하여 한쪽 또는 양쪽 면을 미세하게 구분이 되도록 설계된 전기를 이용한 열기기판 또는 전자기파 성형판의 전기적 반응으로 소재가 합사 되어 각각의 미세한 공간에 상 변환물질이 충 진 되도록 하여 만들어진 상 변화물질 충 진 소재필름을 출원한 바 있다. 또한 본 발명이전에 에어로젤 다중구획 충진소재를 출원한바 있다.본 발명은 에어로젤 충진 소재를 대량 생산 할수 있도록 구현된 발명으로 매쉬소재 포함 다중구획 에어로젤 충진부를 형성 하도록 한 기술은 다양한 크기의 구획을 갖는 다중 구획의 에어로젤 충진부로 구성된 소재는 재단시 에어로젤이 날리지 않게 할 수 있으며 더 작쎌로 얇게,일정한 두께를 유지하고,일정 크기의 평면을 유지하며,소재의 사용이 자유로이 구사 할 수 있는 기술로 소재의 역활에 따라 요구되는 단열,방음용등 의류,침구,인테리어.건축,가구,자동차,항공,선박 등의 내 외장재로 다양하게 사용 할 수 있다.
또한 고비용의 에어로젤 응용의 한계점을 폭넓은 시장의 다양화로 저렴하게 공급하도록 개선 할수 있어 시장 진입이 용이한 기술로 사용 할 수 있으며 에너지 저감 자재로서의 사회적 기여가 기대 되는 기술이다.

Description

에어로젤 충진 소재{Filling material Aerogel}

실리카 에어로젤(aerogel)은 기본적으로 규소화합물(SiO2)로 이루어진 대표적인 초다공성 나노 구조의 소재로서 단열 방음 충격 완충재의 용도로 적용이 가능한 신소재로 국내,국외에서 제조시간 단축 및 저렴한 출발 물질로의 기술 개발로 양산이 되고 있는 실정이다.그러나 2차 응용소재로의 개발이 용이하지 않아 시장 활용성이 소재가 갖는 고기능에 비하여 많이 보급되고 있지 않은 관계로 비용도 고가로 유지되고 있는 실정이다.

본 발명 출원인은 에어로젤을 무기,유기물과 혼합 하거나 부직포에 흡착하여 쓰는 기술과 달리 본 출원인은 에어로젤 응용 소재로 열,전자기파,고온고압 기기를 이용한 다중구획 에어로젤 충진 소재를 출원한바 있다.본 출원은 구현 하고자 하는 양측 마감 소재 사이에 매쉬 그물망 형태의 소재를 합사 하기전 구획사이에 에어로젤을 충진하고 합사,용접한 형태로 롤원단 또는 판재로 에어로젤 다중 구획 충진 소재를 대량 구현 하는 방법으로 에어로젤을 가둘수 있는 응용 소재로 일반 섬유원단,가죽,레자,유기무기 화학소재 필름,금속.고온방열 소재 판재등을 활용하여 다양한 크기나 모양의 매쉬 다중 구획(8)에 에어로젤 충진부를 형성하는 소재기술로, 기술을 구현하는 방법으로는 다중구획을 나누어주는 형상의 매쉬 형상 소재(7)양면에 접합부가 구비 되거나 매쉬 형상 소재(7)가 열,고압 또는 전자기파에 반응 하는 매쉬 그물망 형상의 소재로 다중구획 에어로젤 소재를 구성하는 외부소재(1)(2)번 사이에 배치가 되고 일정한 높이와 폭을 가지는 매쉬라인이 형성된 구획안에 에어로젤을 충진 하는 기술이다.이는 에어로젤을 가압 할 때 매쉬 구획 라인에 의해 에어로젤이 한쪽으로 쏠리는 현상을 막아 줄수 있는 기술이다.매쉬 형상의 매쉬라인은 에어로젤을 가두어두는 충진부 역활도 하지만 특정부에서 넓게 되도록 의도된 매쉬라인은 임가공시 절단부로 사용이 용이하도록 설계가 되어 에어로젤 입자가 시공 또는 사용 함에 있어 알맞은 폭이나 길이로 재단 하더라도 에어로젤이 새어 나오지 않도록 하는 장점이 있어 시공이나 사용에 용이 하도록 하였다. 매쉬형 다중구획 에어로젤(aerogel)충진 소재는 본 발명의 구현으로 대량생산 할 수 있는 기술로 에어로젤을 감싸는 외부소재와 에어로젤 충진부의 두께,기타 혼합물과의 구성 비율에 따라 사용하고자 하는 다양한 기능으로 건축재.의류,신발,포장재,산업용,항공우주,군사용 소재등으로 사용되는 원단과 형상의 변형이 용이한 패널,성형된 패드등 기존 사용에 기술적 제약으로 폭넓은 시장을 갖지 못한 에어로젤의 시장성에 기여하여 단열소재,방음재,충격 흡수재 등 관련 시장적용에 많은 변화가 예상되며 친환경 에너지 저감 소재로서 기여 할 수 있다.

본 출원인이 상변화물질 미세구획 충진 시트와 흡착 충진시트를 개발하는 과정의 기술을 접목한 것이고 관련 기술의 연구 및 특허출원을 기초로 한다.

출원 특허:상변화물질 미세충진,시트 또는 박막원단

출원 번호:10-2009-0046344

출원 특허: 상 변화물질 흡착 충진 시트

출원 번호: 10-2010-0008890

출원 특허: 다중구획 에어로젤 충진소재

출원 번호: 10-2010-0051936

본 고안을 통해 만들어지는 매쉬 삽입형 에어로젤 다중 구획 충진 소재는 기존에는 다양한 각각의 팩에 충진하거나,유기및 무기소재와 혼합한 도료 및 점착재로 또는 부직포에 흡착하여 외부를 감싼 소재로 사용 하였으나 본 발명에서는 에어로젤의 원료 형태 또는 에어로젤을 기타 혼합재와 혼합한 젤타입의 액상형태로 혼합하여 소재의 쓰임에 맞고, 에어로젤 충진부가 스며나옴이 없이 가두어주는 다양한 기능을 갖는 외부 소재에 다양한 크기와 모양으로 설계된 매쉬의 삽입 봉합한 구획 구획안에 가두어지며 구획의 크기가 작게는 의류용 원단으로 크게는 산업,건축재로 사용 할 수 있는 다양한 매쉬 크기의 에어로젤 충진부 까지 구현 해야 한다.

이때 에어로젤 충진기의 기능은 에어로젤이 소재의 기능에 맞게 공정상 에서 충진부가 형성된 구획에 일정한 양의 에어로젤이 고르게 분포되도록 하여야 하는 것 이 매우 중요하다.

공정상 에서 다중 구획안에 고르게 분포되어 있는 에어로젤을 윗 소제와 합사하여 다양한 크기와 모양의 가압틀(14)로 고압,고열,전자기파와 연동되는 가압틀을 통하여 에어로젤 충진부 양면소재(1)(2)와 충진구획부(3)를 열융착,봉합 하도록 하는 기술이 필요하다.

또한 일측또는 양측의 가압부를 구성하는 가압틀(14)은 에어로젤의 단열 기능에 맞는 고온에 대응하는 고온,방열 소재를 용융, 봉합 하는 기능을 필요로 하며,판재로 구성되는 매쉬형 다중구획 에어로젤 충진 소재 또한 그러하다.

또한 에어로젤충진 구획을 구성하는 매쉬 소재와 에어로젤을 가두는 양측면 겉소재는 소재가 사용하는 용도가 극한 상황에도 대응 할 수 있는 극 저온소재에서 초고온 소재까지를 포함하는 소재로 구성된다.

에어로젤 매쉬 원단을 사용하지 않은 상태로 롤원단을 공정을 구현할 경우에는 가압 기기판이 다중구획을 나누는 가로형 금현판과 세로형 금형판을 별도로 복수또는 단수로 배치하여 가압해야 한다.

본 발명의 구현을 위하여 필요한 기술은 다음과 같다. 에어로젤은 초경량 초소수성으로 인한 기능상 장점도 많으나 오히려 이로 인해 일반 기타 재료와 혼합이 잘 되지 않는 단점이 있으며 특히 용기 밖에서는 쉽게 흩날리거나 표면 가공이 용이하지 않는 단점 또한 있다.본 발명의 에어로젤 충진부(4)(8)(15)를 형성 하기 위하여 일정한 양의 에어로젤을 공정상에서 고르게 분포하여 충진하는 기술이 필요하다.이를 위해를 구성하는 아래소재(10)와 구획을 구분해주는 매쉬형 소재(9)를 미리 합사 용접 하거나 합쳐지게 공정을 진행함에 있어 윗소재를 합사 하기전에 에어로젤 충진기(12)를 통하여 에어로젤(11)이 고르게 분포 충진되도록 일정한 주입 압력을 조절 가지는 기능을 가져야 한다.이때 윗소재는 충진주입구 바로 뒷면에 밀착되게 바로 덥어주는 부분(16)의 장치가 필요 하다.이는 에어로젤의 소재 특성상 공기중에 흩날림을 방지 하기위한 중요한 기술이다.매쉬형 다중구획 에어로젤 충진소재를 완성하기 위한 가압부는 고온,고압 부기능을 가져야 한다.이는 에어로젤의 기능이 단열등 극한 온도에 대응 하는 소재로 본소재를 구성하는 양면소재(1)(2)와 매쉬(3)을 용접,합사 할 수 있는 전자기파,고열,고압기능을 갖춘 롤또는 평판으로 압형부를 갖는다.

매쉬 소재를 사용 하지 않는 자동 공정 구현 방법으로는 밑소재에 에어로젤을 고르게 구입((12)하고 윗소재를 도포기기(16)으로 도포하여 별도의 구획을 나누는 금형기기 가압틀을 이용하여 열고온,고압,전자기파 등을 이용하여 성형된 구획되로 에어로젤 다중구획 부를 형성 하게되며 이때 가압틀은 가로형,세로형등 다수 구비 될수 있다.

본발명 인의 선행 출원인 에어로젤 다중 구획 충진 원단 기술의 원리를 응용한 매쉬형 다중구획 에어로젤 충진 소재는 소재의 대량 생산을 구현하게 하는 기술로 에어로젤을 포함 하는 소재에 있어 원하는 크기의 다중 충진부,일정한 두께,소재의 일정한 평면을 유지하며,소재를 자유로이 구사 할 수 있는 기술로 실 생활에 다양하게 적용하는 의류,침구,인테리어.건축,가구,자동차,항공,선박 내 외장재로 사용 할수 있다.

본 발명의 구현으로 대량생산이 용이 하게 되는 장점이 있다.

기존 응용기술의 애로로 사장접근이 용이하지 못한점이 다양한 기술에 접목 할수 있는 기술로 인하여 보다 저렴하게 사용 할수 있도록 하는 기술이다.

소재응용의 다양화로 예를들어 방한 제품으로 응용할 경우 극한지역에 고립이 되더라도 동사하는 경우를 방지하는 기술로 사용 될수 있다.또한 에어로젤 응용 기술의 한계점을 상당부분 개선 할수 있어 시장 진입이 용이한 기술로 사용 할 수 있다.

도1은 본 발명에 따라 다수의 구획으로 충진된 에어로젤 소재의 단면도.
도2는 매쉬형 다중구획 에어로젤 충진 소재원단의 구성도.
도3은 본 발명에 따라 매쉬형 다중구획 에어로젤 충진 소재의 제조 공정을 나타낸 도면.

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도1은 본 발명에 따라 다수의 구획으로 충진된 에어로젤 소재의 단면도이고, 도2는 매쉬형 다중구획 에어로젤 충진소재 원단의 구성도이고, 도3은 본 발명에 따라 매쉬형 다중구획 에어로젤 충진 소재의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도1 내지 도3을 참조하여, 본 발명에 따른 매쉬형 다중구획 에어로젤 충진 소재와 그 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
매쉬형 다중구획의 에어로젤 충진부를 갖는 소재(1)(2)(5)(6)(10)(13)는 에어로젤이 스며나오지 않도록 구현하였으며, 인체에 사용하는 소재로부터 고온 고압 고열에 대응하는 특수소재 등 다양하다.
본 발명에 따른 매쉬형 다중구획 에어로젤 충진 소재는 도3에 도시된 바와 같이, 롤(이하, '제1롤' 이라 한다)에 감겨 제공되며, 원단의 바닥부분을 형성하는 밑소재(10)와, 매쉬형 소재로서 다른 롤(이하, '제2롤'이라 한다)에 감겨 제공되며, 다중의 메쉬 구획으로 이루어지는 매쉬부(9)와, 또 다른 롤(이하, '제3롤'이라 한다)에 감겨 제공되며, 상기 충진부를 덮어 원단의 윗부분을 형성하는 윗소재(13)로 이루어진다.
공정상 준비된 상기 밑소재(10)와 윗소재(13)는 미리 하나의 소재로 합사되어 한롤의 형태로 구현될 수도 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 매쉬 소재가 갖는 소재의 특성상, 별도의 접합부없이도 양면의 바깥소재(1, 5, 13)(2, 6, 10)와 합사될 수 있으며, 별도의 접합부가 구비된 매쉬부(3, 7, 9)를 사용하기도 한다. 이때 사용되는 접착, 용접소재는 고온, 고열 등 극한의 환경에도 견딜 수 있는 특수한 소재로 구성된다.

준비된 소재들(예: 밑 소재(10), 매쉬부(9), 윗 소재(13))이 원단일 경우, 각각 롤에 감겨진 형태로 준비되며, 박막판재로 준비될 때도 그러할 수 있으며, 각각의 성형판재로 준비되어 지기도 한다.

도3에 도시된 바와 같이, 공정상 준비된 밑소재(10)와 매쉬부(9)는 에어로젤 주입기(12)를 지나게 된다. 상기 에어로젤 주입기(12)는 에어로젤의 특성상 소재를 담은 용기 형태로서, 교환이 가능하도록 구성되고, 에어로젤 주입기(12)의 뒷부분은 윗소재(12)를 매쉬 위에 붙여주는 지지부(16)와 붙어있도록 하여, 주입된 에어로젤이 공기 중에 흩어지거나 충진부가 비어지는 일이 없도록 한다. 상기 윗소재(13)를 에어로젤 충진부에 합사되도록 유도하는 지지부(16)는 라운드 후 평면을 유지함으로써, 상기 합사한 소재가 가압부(14)를 지날 때까지 에어로젤이 충진부에서 흩어 날리지 않도록 유도하는 매우 중요한 역할을 한다.

본 발명은 에어로젤 충진소재를 완성시키는 고온, 고열, 고압의 기능을 수행하도록 하여, 에어로젤 충진 원단에서 에어로젤을 가두는 소재들(예: 윗소재(10), 밑소재(13) 등)과 에어로젤을 여러 구획으로 나누어 주는 매쉬부(9)는 고압 고열에 견딜수 있는 소재를 채용하고, 공정상 배치되는 가압부(14)에 의한 고압, 고열 융합용접이 될 수 있어야 한다.

본 발명에 따라 구현된 에어로젤 충진 원단은 매쉬부(9)를 구비함에 따라 접힘, 휨 등의 다양한 성형에도 에어로젤의 쏠림이 없으며, 매쉬선(or 매쉬라인)은 용도에따라 절개가 되어도 충진된 에어로젤이 흩어져 나오지 않는 기능을 갖도록 설계되며, 설계된 부분의 매쉬라인은 그 넓이가 다양하게 조정이 된다.

또한, 충진되는 에어로젤이 분말 타입이 아닌 고형타입일 경우에도 밑소재(10)를 준비한 후, 상기 밑소재(10)와 매쉬부(9)위에 도포하고, 일측 또는 양측의 가압부(14)로 가압 용접한다. 매쉬부(9)를 가지지 않고 다중구획 성형틀을 이용하여 에어로젤을 충진할 경우, 기 출원한 본 출원인의 다중구획 에어로젤 충진공법에 기재한 방법과는 달리, 1차 성형틀로 열, 전자기파 성형하기 전에 밑소재(10)에 에어로젤 고형소재를 배치하고 윗소재(13)를 덮는다. 그리고, 1차 단일 구획 성형판으로 봉합한 후, 2차 다중구획 성형기판으로 열, 전자기파, 고압성형 기기를 이용하여 완성한다.

매쉬가 없는 다중구획 자동화 공정의 경우, 밑소재(10)에 에어로젤 충진기(12)가 에어로젤을 고르게 도포한 후 상기 지지부(16)를 이용하여 상기 윗소재(13)로 덮는다. 그리고, 별도의 구획라인을 가지는 성형이 구비된 가압부(14)에 의해, 열, 고온, 고압, 전자기파로 봉합하며 이때 상기 가압부(14)는 가로와 세로라인을 구분하는 복수의 성형 기기틀을 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 매쉬형 소재를 포함한 다수구획 에어로젤 충진소재는 대량 생산을 할 수 있는 롤 타입 충진공법으로 생산되며, 외부 충격에 의해 본 발명의 소재를 구성하는 특정 구획부가 파열되어도 충진된 내용물 전체가 스며나오는 것을 방지할 수 있다. 본 발명은 소재의 용도에 따라서 매쉬라인을 다양한 모양과 넓이로 설계하여 상기 파열된 절개부로 스며나오는 에어로젤을 최소화하며 다양한 생활용 방한제품, 단열제품으로 사용될 수 있으며 극한의 작업에 쓰이는 산업 용도로도 자유로이 사용될 수 있다.

에어로젤(Aerogel)

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8. 밑소재와 다중구획의 매쉬형 소재를 합사하는 공정과;
   상기 합사된 소재표면의 각 매쉬구획에, 에어로젤 주입부가 에어로젤을 고르게 도포하여 충진부를 형성시키는 공정과;
   상기 충진부의 에어로젤이 흩날리지 않도록 상기 에어로젤 주입부 일측의 바깥 끝부분에 지지부를 장착하여 윗소재가 상기 충진부를 밀착하여 덮어주도록 하는 공정과;
   상기 윗소재와 각 매쉬구획에 에어로젤을 도포한 충진부와 상기 밑소재를 합사 및 용융 용접하는 가압부를 구비하여 고열, 고압의 프레스와 전자기파로 하나의 소재로 용접하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 매쉬형 소재를 포함한 다중구획 에어로젤 충진소재 제조방법.
   
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11. 원단의 바닥부분을 형성하는 밑소재(10)를 감아 제공하는 제1롤과;
    다중의 메쉬 구획으로 이루어지는 매쉬형 소재인 매쉬부(9)를 감아 제공하는 제2롤과;
    상기 밑소재와 매쉬부가 합사되면, 매쉬부의 각 매쉬구획에 에어로젤을 고르게 도포하여 충진부를 형성시키는 에어로젤 주입부(12)와;
    상기 충진부를 덮어 원단의 윗부분을 형성하는 윗소재(13)를 감아 제공하는 제3롤과;
    상기 충진부의 에어로젤이 흩날리지 않도록 상기 에어로젤 주입부 일측의 바깥 끝부분에 위치하여, 상기 윗소재를 상기 충진부에 밀착하여 덮어주는 지지부(16)와;
    상기 윗소재와 각 매쉬구획에 에어로젤을 도포한 충진부와 상기 밑소재를 합사 및 용융하여 하나의 소재로 용접하는 가압부(14)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 매쉬형 소재를 포함한 다중구획 에어로젤 충진소재 제조장치.

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