KR101307327B1 - 부식 방지 덕트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불소, 및 불소 화합물에 강한 내식성을 가지고, 강도가 높은 부식 방지 덕트를 제공한다.
본 발명에 따른 부식 방지 덕트는, 덕트에 있어서, 강도를 보강하기 위한 강화층; 상기 강화층의 내면에 적층되고, 내식성을 가지는 내식층; 및 상기 내식층의 내면에 적층되고, 카본 섬유를 포함하는 강화 내식층을 포함하고, 상기 강화 내식층은 불소에 내식성을 가질 수 있다.

Description

부식 방지 덕트{ANTI-CORROSION DUCT}

본 발명은, 부식 방지 덕트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업 현장 등에서 발생하는 가스를 이송하기 위한 부식 방지 덕트에 관한 것이다.

FRP(유리 섬유 강화 플라스틱: Fiber glass Reinforced Plastic)는 기존 플라스틱의 단점인 낮은 내충격성과 낮은 인장강도를 보완할 수 있는 것으로서, 일반적으로 유리섬유, 탄소섬유, 케블라 등의 방향족 나일론섬유와 불포화 폴리에스테르, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지를 결합하여 제조된다. FRP는 통상적으로 비중이 철에 비해 월등히 가벼운 반면, 중량에 대한 강도비가 크기 때문에 수송이나 설치, 부착 공사가 용이하고 대형기기, 탱크, 파이프, 환경오염방지시설, 화학 장치, 기타 산업 설비 제작에 있어서 여타 재료에 비해 우수한 특성을 가진다. 또한, 열가소성수지와 같이 고온에서도 연화하거나 변형되지 않은 반면 저온에서도 부서지거나 크랙(Crack)이 생기지 않고, 내식성이 우수하며, 열전도율이 철보다 훨씬 작아 단열성이 양호하므로 보온, 및 보냉에 유리하여 열손실이 적은 장점이 있다.

일반적으로 FRP의 성형방법에는 ① Spray up 성형법 ② Resin Injection 성형법 ③ 필라멘트 와인딩(Filament Winding) 성형법 ④ Cold press 성형법 ⑤ SMC 성형법 ⑥RTM 성형법 ⑦ 인발(Pultrusion) 성형법 ⑧ 열 프레스 성형법 등이 알려져 있다.

FRP를 이용한 제품 중에서 덕트는 공기의 유로를 형성하기 위해 사용되는 것으로 공간활용성 및 효율성을 위해 사각형 또는 원형의 단면을 가지는데, 단면의 형상에 따라 적절한 성형법을 사용하여 제조될 수 있으며, 일례로 원형 덕트는 상기 성형 방법 중에서 필라멘트 와인딩 성형법을 통하여 제작될 수 있다.

일본 공개특허 제2003-329235호(2003.11.19)는 FRP로 이루어지는 배기 덕트에 관한 것으로서, FRP 덕트는 내식성이 강한 재질의 특성상 반도체 제조공장, 화학공장, 도금공장, 석유정제공장, 소각로 후단설비, 제약공장 등의 산업 시설에서 발생하는 유해가스 및 화학물질을 처리하는 데 널리 이용된다.

상기 산업 시설 중 일례로 반도체 제조공장에는 반도체 제조를 위한 각종 장비가 설치되어 있고, 반도체 제조장비로부터 발생하는 가스 및 악취 등이 덕트를 통하여 실외로 배출될 수 있다. 반도체 재료, 소자, 제품 및 메모리의 제조 과정에서 발생하는 다양한 가스 배출물은 광범위한 화학 물질을 포함하는데, 이들 가스는 덕트를 통하여 후 공정으로 이동하거나, 정화 시설로 보내진다.

상기 공정에서 FRP 덕트는 화학물질에 대한 내식성이 강하므로 각종 가스의 관로로서 널리 사용된다. 하지만, 일부 공정에서 발생하는 가스 중에는 불소 또는 불소 화합물 등이 포함될 수 있는데, FRP는 이에 대하여 취약한 특성을 가진다. 즉, 불소 계열 물질이 포함되는 가스는 반응성과 전기음성도가 크고, FRP에 포함되는 유리 섬유의 Si와 반응하므로 FRP 덕트를 부식시켜 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

본 발명은 불소, 및 불소 화합물에 강한 내식성을 가질 수 있는 부식 방지 덕트를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 동일한 두께를 가지면서도 강도가 높은 부식 방지 덕트를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 부식 방지 덕트는, 덕트에 있어서, 강도를 보강하기 위한 강화층; 상기 강화층의 내면에 적층되고, 내식성을 가지는 내식층; 및 상기 내식층의 내면에 적층되고, 카본 섬유를 포함하는 강화 내식층을 포함하고, 상기 강화 내식층은 불소에 내식성을 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 강화층의 외면에 적층되고, 고 내식성을 위한 표면 내식층을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 표면 내식층의 외면에 적층되고, 상기 표면 내식층을 보호하기 위한 표면층을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 강화 내식층은, 카본 섬유를 펠트 조직으로 만든 시트 형태를 가지는 카본 매트와 레진이 함침될 수 있다.

바람직하게는, 상기 강화 내식층은, 0.6㎜ 내지 1.2㎜ 두께로 1 플라이 적층될 수 있다.

바람직하게는, 상기 강화층은, 절단 유리섬유 매트, 및 로빙 직물이 교대로 적층되어 이루어지고, 상기 로빙 직물은 직조된 무알칼리 유리섬유 직물일 수 있다.

바람직하게는, 상기 내식층은, 0.6㎜ 내지 1.2㎜의 두께를 가지는 절단 유리섬유 매트가 1플라이 적층되고, 유리섬유 20중량％ 내지 30중량％, 및 레진 70중량％ 내지 80중량％를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 표면층은, 젤코팅되고, 상기 표면 내식층은, 0.6㎜ 내지 1.2㎜의 두께를 가지는 표면 매트가 1플라이 적층되며, 상기 표면 매트는 유리섬유 5중량％ 내지 15중량％, 및 레진 85중량％ 내지 95중량％를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 강화 내식층은, 상기 덕트의 길이 방향으로부터 0˚ 내지 30˚로 적층될 수 있다.

바람직하게는, 상기 강화 내식층은, 상기 덕트의 길이 방향으로부터 10˚ 내지 20˚로 적층될 수 있다.

바람직하게는, 상기 강화 내식층은, 가교결합을 형성하고, 상온에서 30분 내지 120분 경화될 수 있다.

바람직하게는, 상기 내식층은, 적층 후 상온에서 30분 내지 120분 경화될 수 있다.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하거나, 다음의 효과만을 포함하는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위가 이에 제한되는 것으로 이해되어서는 아니된다.

본 발명에 따른 부식 방지 덕트에 따르면, 불소, 및 불소 화합물에 강한 내식성을 가지므로 이들 화합물이 사용되는 반도체 공장 등에서 사용될 수 있고, 부식으로 인한 안전 사고의 위험이 없으며, 교체 비용 등을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 동일한 두께를 가지면서도 강도가 높아 내구성이 뛰어나고, 제품 수명이 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 부식 방지 덕트의 사시도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 부식 방지 덕트의 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 부식 방지 덕트의 제조 공정 흐름도, 및
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부식 방지 덕트의 카본 섬유 시트의 적층 방향에 따른 강성의 변화를 나타내는 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 부식 방지 덕트의 사시도, 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 부식 방지 덕트의 단면도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 부식 방지 덕트는 표면층(100), 표면 내식층(200), 강화층(300), 내식층(400), 및 강화 내식층(500)을 포함한다.

표면층(100)은 내부층을 보호하기 위한 것으로, 두께는 3T(0.3㎜) 내지 0.7T일 수 있으나, 바람직하게는 0.5T일 수 있으며, 100중량％의 레진(Resin)으로 젤코팅(Gel Coating)된다.

표면 내식층(200)은 고 내식성을 위한 것으로, 유리섬유 약 10중량％, 및 레진 약 90중량％를 포함하며, 0.6T 내지 1.2T의 두께를 가지는 표면 매트(Surface Mat)가 1플라이(PLY) 적층되는데, 바람직하게는 0.9T일 수 있다.

강화층(300)은 보강층으로서, 절단 유리섬유 매트(Chopped Strands Mat), 및 로빙 직물(Roving Cloth)이 교대로 적층되며, 요구되는 강도 등의 스펙에 따라 필요한 두께로 적층될 수 있다. 절단 유리 섬유 매트는, 방사시킨 유리섬유 장섬유를 접속제로 연속으로 접속하여 가닥으로 만들고, 이것을 적절한 길이로 절단하여 방향 없이 일정한 두께로 겹치며, 결합제를 사용함으로써 매트 형태로 제조될 수 있다. 또한, 로빙 직물은 무알칼리 유리섬유로서, 적절한 섬유 직경을 가지는 단섬유를 접속제로 접속하거나, 로빙을 사용하여 직조함으로써 제조될 수 있는 유리섬유 직물이다.

내식층(400)은 고 내식성을 위한 것으로, 0.6T 내지 1.2T의 두께를 가지는 절단 유리섬유 매트가 1플라이 적층되는데, 바람직하게는 0.9T일 수 있으며, 유리섬유 약 20 내지 30중량％, 및 레진 약 70 내지 80중량％를 포함한다.

강화 내식층(500)은 불소 계열 물질에 대한 강한 내식성을 위한 것으로, 카본 섬유(Carbon Fiber)를 펠트(Felt) 조직으로 만든 시트(Sheet) 형태를 가지는 카본 매트(Mat)와 레진이 함침되어, 0.6T 내지 1.2T의 두께로 1 플라이 적층될 수 있는데, 바람직하게는 0.9T일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 부식 방지 덕트의 제조 방법은 다음과 같다.

첫째, 몰드 제작 공정

가. 덕트 사양에 따라 합판 또는 FRP PLATE를 요구 사이즈로 재단한다.

나. 재단된 플레이트를 둥글게 말고, 이음 부분을 접합한다.

다. 접합된 이음 부분을 메우기 위하여 퍼티 처리하고 샌딩(Sanding) 처리한다.

라. 탈형을 용이하게 하고 표면 거칠기(Rz)가 30㎛ 내지 70㎛가 되도록 이음 부분을 컴파운드 브러싱 처리한다.

둘째, 덕트 제작 공정

가. 왁스 도포 공정 : 준비된 몰드 표면에 이형용 왁스를 균일하게 도포한다.

나. 이형 공정 : 왁스가 완전 건조된 후, 탈형 작업이 용이하도록 이형제, 및 필름 처리한다.

다. 강화 내식층 적층 공정 : 카본 매트(Carbom mat) 및 레진(Resin)을 함침하여 자체 발열로 인한 가교결합 형성하고, 1회 1 플라이 (0.6T 내지 1.2T) 적층하여 상온(약 25℃)에서 경화시킨다(30분 내지 120분).

라. 내식층 적층 공정 : 유리 섬유 및 수지를 사용하여 내식층(400)을 적층하여 상온(약 25℃)에서 경화시킨다(30분 내지 120분).

마. 강화층 적층 공정 : 강화층(300)을 적층하여 경화시키는데, 본 발명의 일실시예에 따르면, 1회 5T(5 내지 6 플라이) 이하일 수 있다.

바. 표면 내식층 적층 공정 : 표면 매트를 1 플라이 적층하여, 표면 내식층(200)을 형성한다.

사. 탈형 공정 : 완전 경화가 이루어지면 몰드에서 탈형 한다.

아. 보강 공정 : 보강재가 필요한 경우에 보강재를 접착하고, 마지막 적층을 한다.

자. 마무리 공정 : 제품의 끝처리(사상)를 한다.

차. 코팅 공정 : 젤 코팅(Gel Coating) 작업을 하여 제품을 완성한다.

이때, 제작 공정에서, 강화 내식층(500)은 카본 섬유 시트가 적층되는 각도에 따라서 강도가 달라지는데, 이를 측정하기 위하여 시편을 제작하였다.

시편은 외곽지름 38㎜, 길이 450㎜, 및 두께 0.9㎜의 원통 형상을 가지고, 시편의 길이 방향 축을 0˚로 기준으로 하여, 카본 섬유 시트를 0˚, 15˚, 45˚, 및 90˚로 제작하였다. 제작된 시편을 가지고 굽힘 실험하여 굽힘 강성을 측정하였다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부식 방지 덕트의 카본 섬유 시트의 적층 방향에 따른 강성의 변화를 나타내는 그래프이다. 덕트의 길이 방향 0˚를 기준으로 할 때, 카본 섬유 시트의 적층 각도 0˚ 내지 30˚에서 굽힘 강성이 19Gpa 내지 30Gpa로 나타났으며, 카본 섬유 시트의 적층 각도 10˚ 내지 20˚에서 굽힘 강성이 27Gpa 내지 30Gpa로 나타났다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 덕트의 길이 방향이 0˚를 기준으로 할 때, 바람직하게는 카본 섬유 시트의 적층 각도가 0˚ 내지 30˚일 수 있고, 더욱 바람직하게는 10˚ 내지 20˚일 수 있다.

종래 기술에 따른 FRP 덕트에 따르면, 산업 시설의 일부 공정에서 불소 또는 불소 화합물 등이 포함되는 가스를 처리하는 경우에 이에 대하여 취약한 특성을 가진다. 즉, 불소 계열 물질이 포함되는 가스는 반응성과 전기음성도가 크고, FRP에 포함되는 유리 섬유의 Si와 반응하므로 FRP 덕트를 부식시키는 문제점이 있다.

하지만, 본 발명에 따른 부식 방지 덕트는, 불소, 및 불소 화합물에 강한 내식성을 가지므로 이들 화합물이 사용되는 반도체 공장 등에서 사용될 수 있고, 부식으로 인한 안전 사고의 위험이 없으며, 교체 비용 등을 절감할 수 있다.

더하여, 동일한 두께를 가지면서도 강도가 높아 내구성이 뛰어나고, 제품 수명이 길다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

100: 표면층 200: 표면 내식층
300: 강화층 400: 내식층
500: 강화 내식층

Claims (12)

1. 덕트에 있어서,
   강도를 보강하기 위한 강화층;
   상기 강화층의 내면에 적층되고, 내식성을 가지는 내식층;
   상기 내식층의 내면에 적층되고, 카본 섬유를 포함하는 강화 내식층; 및
   상기 강화층의 외면에 적층되고, 고 내식성을 위한 표면 내식층
   을 포함하고,
   상기 강화 내식층은 불소에 내식성을 가지는 것을 특징으로 하는 부식 방지 덕트.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 표면 내식층의 외면에 적층되고, 상기 표면 내식층을 보호하기 위한 표면층
   을 더 포함하는 부식 방지 덕트.
   
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 강화 내식층은, 카본 섬유를 펠트 조직으로 만든 시트 형태를 가지는 카본 매트와 레진이 함침되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 덕트.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 강화 내식층은, 0.6㎜ 내지 1.2㎜ 두께로 1 플라이 적층되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 덕트.
   
6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 강화층은, 절단 유리섬유 매트, 및 로빙 직물이 교대로 적층되어 이루어지고, 상기 로빙 직물은 직조된 무알칼리 유리섬유 직물인 것을 특징으로 하는 부식 방지 덕트.
   
7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 내식층은, 0.6㎜ 내지 1.2㎜의 두께를 가지는 절단 유리섬유 매트가 1플라이 적층되고, 유리섬유 20중량％ 내지 30중량％, 및 레진 70중량％ 내지 80중량％를 포함하는 것을 특징으로 하는 부식 방지 덕트.
   
8. 제3항에 있어서,
   상기 표면층은, 젤코팅되고,
   상기 표면 내식층은, 0.6㎜ 내지 1.2㎜의 두께를 가지는 표면 매트가 1플라이 적층되며, 상기 표면 매트는 유리섬유 5중량％ 내지 15중량％, 및 레진 85중량％ 내지 95중량％를 포함하는 것을 특징으로 하는 부식 방지 덕트.
   
9. 제4항에 있어서,
   상기 강화 내식층은, 상기 덕트의 길이 방향으로부터 0˚ 내지 30˚로 적층되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 덕트.
   
10. 제4항에 있어서,
    상기 강화 내식층은, 상기 덕트의 길이 방향으로부터 10˚ 내지 20˚로 적층되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 덕트.
    
11. 삭제
12. 삭제

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