KR101237539B1 - 선박용 방풍벽의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된 선박용 방풍벽 - Google Patents

Abstract

금속 메쉬를 중심으로 양쪽에 난연성 수지와 에폭시 수지로 구성된 난연성 프리프레그와 스테인리스 형판을 포함하는 프리프레그 적층체를 형성하는 단계; 상기 프리프레그 적층체를 진공포장하여 실링(sealing)하는 단계; 상기 실링된 적층체를 오토클레이브에 투입하여 성형하는 단계; 및 상기 성형된 적층체를 탈형하고 원하는 형상으로 절단하는 단계를 포함하는 선박용 방풍벽의 제조방법을 개시한다. 본 발명에 의하면, 에폭시 수지와 난연성 수지로 구성되는 프리프레그 적층체를 사용하여 선박용 방풍벽을 제조함으로써 다양한 제품의 성형이 가능하고 치수 안정성이 높으며, 경화시 낮은 수축율과 우수한 내구성을 가지며, 충격 저항성과 접착력, 전기 절연성이 매우 우수하다.

Description

선박용 방풍벽의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된 선박용 방풍벽{Method of preparing wind wall for ship and the wind wall prepared by the method}

본 발명은 선박용 방풍벽의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 선박용 방풍벽에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 경량이면서 내구성 및 난연성이 우수한 재료를 이용한 선박용 방풍벽의 제조방법 및 선박용 방풍벽에 관한 것이다.

선박이 항행(航行)하는 경우 선박은 물ㆍ파도에 의한 저항에 추가하여, 공기ㆍ바람에 의한 저항 (공기 저항ㆍ공력 저항)을 받게 된다. 공기 저항은 선박의 흘수선 위에 노출되어 있는 부분이 자연 현상에 의한 바람에 추가하여 항행에 의해 발생되는 상대적인 바람까지 두 가지 바람을 받는 것에 의해 발생한다.

이러한 공기와 바람의 저항으로 인한 선박 적재품과 구조물의 안전한 항행을 확보하기 위하여 주로 방풍벽(wind wall)을 사용하고 있으며, 현재까지도 선박용 방풍벽은 대부분 강판 소재로 제조하고 있다. 강판 소재는 가공이 용이하고 내구성을 가질 수 있다는 점에서 장점이 있지만, 경량소재가 아닌 점에서 전체 선박 총중량의 상당한 증가를 가져온다. 유가상승 등으로 인한 조선기자재 및 장비의 경량화가 매우 요구되고 있는 산업계의 현실에서 방풍재료의 역할을 하면서 중량을 대폭 감소시킬 수 있는 대체재를 절실히 필요로 하고 있다.

일반적으로 금속 재료를 대체하는 FRP, 칼라강판, 멜라민 하드보드와 같은 복합재 판넬이 내장재료의 용도로 사용되고 있으며, 이 중에서도 특히 FRP 복합재는 강도와 가공성이 우수하고 가벼워서 철도차량 등의 내장판으로 널리 사용되고 있다.

그러나 FRP는 레진류를 다량 포함하고 있기 때문에, 화재시 다량의 연기와 유독성 가스가 발생하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 극복하고자 폴리에스테르 섬유판재가 개발되었고, 이의 난연 효과를 높이기 위해 인이나 브롬 등 할로겐 화합물을 난연재로 사용하는 방법이 개발되었다. 그러나 할로겐 화합물이 연소될 때 유독성 가스가 배출되므로 여전히 환경오염의 문제점은 해결되지 않았다.

그러므로 선박용 방풍벽으로 사용하기 위하여 경량화를 실현하면서도 구조적으로 안정성을 확보하고 난연성이 우수한 재료의 개발이 시급한 실정이라고 할 수 있겠다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 에폭시 수지 및 난연성 수지를 이용한 프리프레그와 금속 메쉬를 접합하는 방식을 이용하여 경량이면서도 안정성 및 난연성이 우수한 선박용 방풍벽을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

금속 메쉬를 중심으로 양쪽에 난연성 수지와 에폭시 수지로 구성된 난연성 프리프레그와 스테인리스 형판을 포함하는 프리프레그 적층체를 형성하는 단계;

상기 프리프레그 적층체를 진공포장하여 실링하는 단계;

상기 실링된 적층체를 오토클레이브에 투입하여 성형하는 단계; 및

상기 성형된 적층체를 탈형하고 원하는 형상으로 절단하는 단계를 포함하는 선박용 방풍벽의 제조방법을 제공한다.

상기 프리프레그 적층체는 스테인리스 형판에 난연성 수지와 에폭시 수지로 구성된 난연성 프리프레그를 부착하고, 금속 메쉬를 밀착한 다음 상기 난연성 프리프레그를 부착하고, 상기 스테인리스 형판을 밀착시켜 형성될 수 있다.

상기 난연성 프리프레그는 에폭시 수지 30 내지 50중량%, 용매 30 내지 50중량%, 무기계 난연재 5 내지 30중량%를 포함할 수 있다.

상기 프리프레그 적층체를 진공포장하여 실링하는 단계는 적층체 표면에 진공필름을 부착한 다음 모서리 부분에는 실란트 테이프를 부착하고 진공커넥터(vacuum connector)를 삽입할 수 있다.

상기 오토클레이브에 투입하여 진공펌프에 연결하고 100 ~ 120℃의 온도와 4.5 ~ 5.0 kg/cm²의 압력으로 성형하는 것이 바람직하다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

금속 메쉬를 중심으로 양쪽에 난연성 수지와 에폭시 수지로 구성된 난연성 프리프레그와 스테인리스 형판을 포함하는 프리프레그 적층체를 형성하고, 상기 프리프레그 적층체를 진공포장하여 실링하고, 상기 적층체를 오토클레이브에 투입하여 성형한 다음 탈형하고 원하는 형상으로 절단하여 얻어지는 선박용 방풍벽을 제공한다.

상기 방풍벽에서 금속 메쉬와 난연성 프리프레그의 두께 비율이 1 : 3 ~ 5인 것이 바람직하다.

상기 금속 메쉬는 스테인리스 재질인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 에폭시 수지와 난연성 수지로 구성되는 프리프레그 적층체를 사용하여 선박용 방풍벽을 제공함으로써 다양한 제품의 성형이 가능하고 치수 안정성이 높으며, 경화시 낮은 수축율과 우수한 내구성을 가지며, 충격 저항성과 접착력, 전기 절연성이 매우 우수하다.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 방풍벽의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리프레그 적층체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 적층된 프리프레그 적층체의 적층 형상을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따라 형성된 방풍벽의 형상을 간단하게 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 실링과 진공백 성형의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따라 진공백 성형공정을 수행하기 위한 오토클레이브(Autoclave) 내부 형상을 나타낸 것이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 선박용 방풍벽의 3D 모델링을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 선박용 방풍벽의 사진을 도시한다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.

본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.

본 발명은 금속 메쉬를 중심으로 양쪽에 난연성 수지와 에폭시 수지로 구성된 난연성 프리프레그와 스테인리스 형판을 포함하는 프리프레그 적층체를 형성하는 단계; 상기 프리프레그 적층체를 진공포장하여 실링하는 단계; 상기 실링된 적층체를 오토클레이브에 투입하여 성형하는 단계; 및 상기 성형된 적층체를 탈형하고 원하는 형상으로 절단하는 단계를 포함하는 선박용 방풍벽의 제조방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 방풍벽의 제조방법을 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 선박용 방풍벽은 프리프레그 적층체를 형성하고, 이를 실링하는 단계를 거쳐 이를 오토클레이브에 투입하여 진공백 성형을 하고 이를 탈형하고 절단하여 완성한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성 프리프레그 적층체의 제조방법을 나타낸 순서도이다. 도 2를 참조하면, 콜게이션 타입의 스테인리스 형판을 준비하고, 스테인리스 형판 표면 왁스작업을 한다. 이어서 상기 스테인리스 형판에 프리프레그를 부착한다. 이때 프리프레그는 한 장으로도 가능하나 방풍기능의 개선을 위하여 두 장 이상 복수로도 적층할 수 있다. 프리프레그 상에 스테인리스 금속 메쉬를 밀착한 다음 다시 프리프레그를 적층하고, 이때에도 두 장 이상 복수로 적층이 가능하다. 스테인리스 형판 표면의 왁스 작업을 수행한 다음 스테인리스 형판을 밀착하여 난연성 프리프레그 적층체를 완성한다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 적층된 프리프레그 적층체의 적층 형상을 도시한 것이다. 도 3a는 프리프레그가 금속 메쉬를 중심으로 양쪽으로 한 장씩 적층되나, 도 3b는 프리프레그가 금속 메쉬를 중심으로 양쪽으로 두 장씩 적층되는 것을 확인할 수 있다.

프리프레그의 두께는 복수의 장이 적층될수록 두께가 두꺼워질 수 있다. 금속 메쉬와 프리프레그의 두께 비율은 1 : 3 ~ 7인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 금속 메쉬와 프리프레그의 두께 비율이 1: 4 ~ 6이고, 가장 바람직하게는 1:5의 비율로 제작하는 것이다.

금속 메쉬는 형성되는 방풍벽 구조에서 안정성을 부여하는 역할을 하게 되며, 일반적인 금속이면 어느 것이나 적용될 수 있고, 조선해양부분으로서 내식성이 강한 스테인리스 재질인 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명에 따라 형성된 방풍벽의 형상을 간단하게 도시한 것이다. 도 4와 같이, 진공백 성형이 완료된 방풍벽을 금형에 투입하여 원하는 굴곡의 형상으로 가공할 수 있다. 일정한 굴곡이 생성됨으로써 외부 공기와의 접촉면적을 넓게 확보하고 구조물의 안정감을 부여할 수 있다. 금속 메쉬(3)가 가운데 배치되고 양쪽으로 프리프레그(2,2')가 배치되고, 가장 바깥쪽으로 스테인리스 형판(1,1')이 배치되는 것은 동일하다.

본 발명에 따라 프리프레그 적층체를 형성하기 위해서는 에폭시수지와 난연성 수지 등으로 구성된 난연성 프리프레그, 금속 메쉬, 스테인리스 형판 등을 준비하고, 이를 적층한다. 여기서 난연성 프리프레그에 대해 설명한다.

프리프레그(prepreg)는 영문 'Preimpregnation'의 약어로서 복합재료의 제작을 용이하기 위하여 거치는 중간단계의 제품을 의미한다. 수지와 경화제가 어느 정도 반응이 진행되어 점도가 급상승하여 용매에 의하여 용해되지 않고 열에 의해 용융되어 흐름을 형성하는 단계의 제품을 말한다. 본 발명에서 난연성 프리프레그는 에폭시수지와 난연성 수지 등을 이용하여 제조할 수 있고, 구체적인 공정은 다음과 같다.

에폭시 수지는 할로겐 원소가 없는 KDP-550MC65, KDP-555MC80를 사용할 수 있고, 에폭시 수지의 성분으로서 고온에 견디도록 하는 성분인 o-Cresol Novolac형 에폭시 수지인 YDCN-500 시리즈, 특히 YDCN-500-90PA75를 사용할 수 있으며, BPA-Novolac형 에폭시 수지, 특히 KBPN-120을 사용할 수도 있다. 또한, 고무변성의 특징을 나타내는 에폭시 수지인 KR 시리즈, 이 중에서도 특히 KR-450, R-1309을 사용하는 것도 가능하며, CTBN(Carboxyl Terminal Butadien Acrylnitrile), NBR, 또는 Acrylic을 사용할 수도 있다.

에폭시 수지(에폭시+경화제)의 함량은 난연성 수지조성물 전체 중량(에폭시 수지+에폭시 수지액 제조에 사용되는 용매+무기계 난연재+무기계 난연재 및 탄소나노튜브가 분산되는 용매)대비 30 내지 50중량%인 것이 바람직하다. 그 함량이 30 중량% 미만일 때는 점도가 낮아서 함침 후 경화시킬 때 수지가 흘러내리는 경향이 있고, 50 중량%를 초과할 경우에는 점도가 너무 높아서 무기섬유에 함침할 때 응집이 일어나기 때문에 바람직하지 못하다.

에폭시 수지액 제조에 사용되는 용매는 아세톤, 다이메틸포름아마이드, 메틸에틸케톤, 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 어느 하나 또는 2가지 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

또한, 에폭시 수지액 제조에 사용되는 용매의 함량은 30 내지 50 중량%인 것이 바람직하다. 상기 용매의 함량이 30 중량% 미만일 때에는 점도가 높아서 무기섬유에 함침 시 응집이 일어나므로 바람직하지 못하고, 용매의 함량이 50 중량%를 초과할 때에는 점도가 너무 낮아서 함침 후 경화시킬 때 수지가 흘러내리는 경향이 있어서 바람직하지 못하다.

무기계 난연재의 함량은 난연성 수지조성물 전체 중량 대비 5 내지 30 중량%인 것이 바람직하다. 난연재의 함량이 5 중량% 미만일 때에는 난연성 효과가 미비하고, 30 중량%를 초과할 때에는 입자의 응집이 일어나서 난연 효과가 크지 않으므로 바람직하지 못하다.

또한 탄소나노튜브를 전처리하여 첨가할 수 있으며, 무기계 난연재와 전처리된 탄소나노튜브가 분산되는 용매는 아세톤, 다이메틸포름아마이드, 메틸에틸케톤 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

본 발명에서 프리프레그는 탄소나노튜브를 정제하는 전처리 단계; 에폭시, 경화제 및 용매로 조성된 에폭시 수지액에 탄소나노튜브 및 무기계 난연재를 분산시키는 분산 단계; 탄소나노튜브 및 난연재가 분산된 난연성 수지조성물에 무기섬유를 함침하고 건조시키는 무기섬유 함침, 건조 단계; 및 건조된 무기섬유를 압축, 경화하는 압축, 경화 단계를 거쳐 제조될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 실링과 진공백 성형의 제조공정을 나타낸 순서도이다. 도 5를 참조하면, 프리프레그 적층체 표면에 진공필름을 부착한 다음 모서리 부분에는 실란트 테이프를 부착하고 진공커넥터(vacuum connector)를 삽입한다. 실란트 테이프의 이형제를 제거한 다음 진공 필름을 부착하고, 이어서 에어밀봉을 통하여 진공상태로 만든다. 적정한 진공압으로 측정이 되면, 오토클레이브(Autoclave)에 진공밀폐된 포장제품을 삽입한다. 진공펌프에 연결하고 열과 압력의 조건을 설정하고 성형을 수행한다. 성형이 완성되고 나면 제품을 탈형하고 표면을 정리한 다음 필요한 크기로 절단하여 제품을 완성한다.

도 6은 본 발명에 따라 진공백 성형공정을 수행하기 위한 오토클레이브(Autoclave) 내부 형상을 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, 가열기(11)와 압축기(12)가 구비된 쳄버(13) 내부에는 다이(14) 상부에 미리 제조된 프리프레그 적층체(15)가 배치되고 상기 프리프레그 적층체(15)에 삽입된 진공커넥터(미도시)는 외부의 진공펌프(16)와 연결이 된다. 상기 오토클레이브에서의 반응조건은 100 ~ 120℃의 온도와 4.5 ~ 5.0 kg/cm²의 압력으로 성형하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 일 형태에 따르면, 금속 메쉬를 중심으로 양쪽에 난연성 수지와 에폭시 수지로 구성된 난연성 프리프레그와 스테인리스 형판을 포함하는 프리프레그 적층체를 형성하고, 상기 프리프레그 적층체를 진공포장하여 실링하고, 상기 적층체를 오토클레이브에 투입하여 성형한 다음 탈형하고 원하는 형상으로 절단하여 얻어지는 선박용 방풍벽을 제공한다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 선박용 방풍벽의 3D 모델링을 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 선박용 방풍벽의 사진을 도시한 것이다. 도 7a 및 도 7b과 같이, 본 발명에 따라 제조되는 방풍벽의 선상 구조물의 크기나 용도에 따라 다양한 형태로 제작이 가능하다.

본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

1,1'...스테인리스 형판 2,2'...프리프레그
3,3'...금속 메쉬
11...가열기 12...압축기
13...쳄버 14...다이
15...프리프레그 적층체 16...진공펌프

Claims (9)

1. 금속 메쉬를 중심으로 양쪽에 난연성 수지와 에폭시 수지로 구성된 난연성 프리프레그와 스테인리스 형판을 포함하는 프리프레그 적층체를 형성하는 단계;
   상기 프리프레그 적층체를 진공포장하여 실링(sealing)하는 단계;
   상기 실링된 적층체를 오토클레이브에 투입하여 성형하는 단계; 및
   상기 성형된 적층체를 탈형하고 원하는 형상으로 절단하는 단계를 포함하고,
   상기 프리프레그 적층체는 스테인리스 형판에 난연성 수지와 에폭시 수지로 구성된 난연성 프리프레그를 부착하고, 금속 메쉬를 밀착한 다음 상기 난연성 프리프레그를 부착하고, 상기 스테인리스 형판을 밀착시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 방풍벽의 제조방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 난연성 프리프레그는 에폭시 수지 30 내지 50중량%, 용매 30 내지 50중량%, 및 무기계 난연재 5 내지 30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 방풍벽의 제조방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 프리프레그 적층체를 진공포장하여 실링하는 단계는 적층체 표면에 진공필름을 부착한 다음 모서리 부분에는 실란트 테이프를 부착하고 진공커넥터(vacuum connector)를 삽입하는 것을 특징으로 하는 선박용 방풍벽의 제조방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 오토클레이브에 투입하여 진공펌프에 연결하고 100 ~ 120℃의 온도와 4.5 ~ 5.0 kg/cm²의 압력으로 성형하는 것을 특징으로 하는 선박용 방풍벽의 제조방법.
   
6. 금속 메쉬를 중심으로 양쪽에 난연성 수지와 에폭시 수지로 구성된 난연성 프리프레그와 스테인리스 형판을 포함하는 프리프레그 적층체를 형성하고, 상기 프리프레그 적층체를 진공포장하여 실링하고, 상기 적층체를 오토클레이브에 투입하여 성형한 다음 탈형하고 원하는 형상으로 절단하여 얻어지고,
   상기 금속메쉬와 난연성 프리프레그의 두께 비율이 1 : 3 ~ 5인 것을 특징으로 하는 선박용 방풍벽.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 난연성 프리프레그는 에폭시 수지 30 내지 50중량%, 용매 30 내지 50중량%, 및 무기계 난연재 5 내지 30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 방풍벽.
   
8. 삭제
9. 제6항에 있어서,
   상기 금속 메쉬는 스테인리스 재질인 것을 특징으로 하는 선박용 방풍벽.

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