KR101480295B1

KR101480295B1 - 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법

Info

Publication number: KR101480295B1
Application number: KR20130043227A
Authority: KR
Inventors: 윤종현; 백범규; 이상윤; 강태윤
Original assignee: 주식회사 경동원
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2015-01-08
Also published as: KR20140125266A; WO2014171796A1

Abstract

본 발명은 외피재를 단열성 물질을 혼합하여 성형체의 원재료를 제조하는 1단계; 하부 외피재가 공급되는 2단계; 하부 외피재 위로 원재료를 공급하는 3단계; 상부 외피재가 공급되는 4단계; 원재료를 포함하는 상부 외피재와 하부 외피재를 씰링하는 5단계; 압축 및 성형하는 6단계로 제조함으로써 연속식 생산에 의해 경제적이면서도 제품의 훼손을 방지하고, 낮은 밀도와 바인더 사용을 제거함으로써 물성이 우수한 외피재를 갖는 단열재 연속식 제조 방법에 관한 것이다.

Description

외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법{Continuous process for preparing insulator having outer layer}

본 발명은 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 연속식 생산에 의해 경제적이면서도 제품의 훼손을 방지하고, 낮은 밀도로 제조가 가능하고 바인더 사용을 제거함으로써 물성이 우수한 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조방법에 관한 것이다.

단열재로 사용되는 무기소재는 대부분 내부에 셀을 갖는 구조로 비표면적을 갖는다. 이것을 압축 성형하여 내부에 많은 비표면적을 부여함으로써 단열성능이 좋은 단열재를 제조한다.

단열재를 제조할 때 합성 실리카와 같이 나노 사이즈면서 많은 비표면적을 갖는 경우는, 내부에 많은 비표면적을 갖게 하기 위해 바인더(결합재)를 사용하지 않거나, 사용하더라도 아주 소량을 사용하기 때문에 성형성을 갖게 하기 위해 높은 밀도로 제조한다. 또한 제조된 성형체를 공정 중 이송하거나 절단 등 후가공에 있어서 훼손될 가능성이 있어, 이러한 제조 방법은 재료비 상승과 고밀도 압축에 따른 제조비용 상승으로 큰 부담이 된다.

팽창 퍼라이트나 질석(蛭石, Vermiculite)의 경우는 바인더와 혼합하여 압축 성형하여 제조한다. 이 경우 바인더의 사용에 의해 원하는 강도로 제조 가능하다. 그러나, 바인더에 의해 내부 비표면적이 축소되고, 바인더에 의한 전도 증가로 열효율이 떨어지는 단점이 있다.

또한, 상기 방법 들은 단속적인 배치(batch) 형태의 압축 성형으로 제조하기 때문에 설비 투자비 증가와 제조 비용의 증가를 가지고 있다.

미국특허 제3,962,014호[명칭:“Thermal insulating materials”] 에 의하면, 단열성 패널을 만드는 방법에 있어서, 미세 다공성 단열 소재의 입자를 다공질 시트 소재로 구성된 봉투(bag)에 넣어 압축 성형하는 방법에 대해 제시하여, 성형성 향상 및 성형 후 훼손되는 것을 방지하고 있으나 이는 개별로 된 봉투형태에 넣어 제조하는 배치(batch)식 형태로 공정이 복잡하다.

미국특허 제6,863,949호[명칭:“FOIL-ENVELOPED EVACUATED THERMAL INSULATION ELEMENTS”]에 의하면, 가스가 통하지 않는 진공상태의 안정화된 다공성의 심재를 외피재로 둘러싼 개별의 단열재 제조 공정으로 성형된 개별의 심재가 연속으로 공급되고 외피재로 포장하는 공정을 제시하고 있으나, 이는 심재가 개별적으로 성형하여 공급되고, 심재가 외피재로 포장되기 전까지 공정에서 훼손되는 문제가 있다.

한국특허공보 제10-2009-0117701호[명칭:“진공다열재 내부심재의 연속 제조공정”]에 의하면, 진공단열재 심재를 연속으로 제조할 수 있는 연속 제조 공정에 관한 것으로, 실리카 분체 및 분말을 성형시 벨트 프레스 및 재단기를 이용하여 연속적으로 시재를 제조할 수 있음을 제시하고 있으나, 연속된 벨트 콘베이어에서 실리카 소재 등의 분체를 압축하게 되면 압축 후 이송 중 심재에 크랙의 발생이나, 실리카 소재는 유동성이 좋아 압축시 작은 틈(컨베어 좌우 등)으로 분출 또는 흘러 내려 불균일하여 적정 밀도로 제조하기 어렵고, 분진 발생이 심한 문제가 있다.

본 발명은 바인더를 사용하지 않고 낮은 밀도에서도 성형성을 갖고, 공정 중 훼손을 방지하며 제조 공정을 연속적으로 실시함에 따라 재료비 감소와 공정 비용을 감소시킬 수 있는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 한 구현예에 따른 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법은,

단열성 물질을 혼합하여 성형체의 원재료(이하, "합재"라 칭함)를 제조하는 1단계;

하부 외피재를 공급하는 2단계;

상기 2단계의 하부 외피재 상부로 1단계에서 제조한 합재를 공급하는 3단계;

상기 3단계의 합재 위로 상부 외피재를 공급하는 4단계;

상기 4단계로부터 합재를 포함하는 상부 외피재와 하부 외피재를 씰링(sealing)하는 5단계; 및 상기 5단계로부터 상부 외피재와 하부 외피재가 씰링된 합재를 압축 및 성형하는 6단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 단열성 물질을 혼합하여 제조되는 합재는, 팽창 퍼라이트를 이용하여 형상이 불규칙한 유리파편 모양의 퍼라이트 입자를 고르게 분산시켜 합성 실리카 사이에서 구조적 골조(framework)를 갖도록 만듦으로써, 낮은 밀도에서 강도를 보강할 수 있다.

본 발명의 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법에 따르면, 낮은 밀도에서도 성형강도가 우수하고, 바인더를 사용하지 않음으로써 열효율이 좋고, 외피재에 의해 제조시 또는 사용시 단열재 훼손을 방지할 수 있다. 또한 연속식 생산방법에 의해 제조비용 저감의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 구현예에 따른 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 단계를 나타낸 도면이다.
도 2는 단열재 내부의 전자현미경 사진으로서, (A)는 단열재의 절단면을 전자현미경으로 촬영한 사진이고, (B)는 (A)의 일부분을 확대한 사진이며, (C)는 단순 혼합 성형시 절단면 중 실리카가 뭉친 부위를 전자현미경으로 촬영한 사진이고, (D)는 단순 혼합 성형시 절단면 중 퍼라이트가 뭉친 부위를 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 하부 외피재를 접어 상부 외피재를 대신하는 형태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 하부 외피재에 단열재 형상과 같은 홈을 나타낸 도면이다.
도 5는 압축롤러를 이용한 압축흐름을 나타내는 도면이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법은, 도 1에 예시한 바와 같이, 단열성 물질을 혼합하여 합재를 제조하는 1단계; 하부 외피재를 공급하는 2단계; 상기 하부 외피재 상부로 상기 합재를 공급하는 3단계; 상부 외피재를 공급하는 4단계; 합재를 포함하는 상부 외피재와 하부 외피재를 씰링(sealing)하는 5단계; 및 상부 외피재와 하부 외피재가 씰링된 합재를 압축 및 성형하는 6단계로 이루어진다.

본 발명의 한 구현예에 의하면, 단열성 물질을 혼합하여 합재를 제조하는 1단계에서, 단열성 물질로는 단열성능을 갖는 무기질 소재가 바람직하며, 이에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 예를 들면, 합성실리카, 팽창퍼라이트 및 팽창 질석을 말하며, 합재는 상기 무기질 소재 중에서 적어도 1종 이상을 선택하여 제조할 수 있다.

상기에서, 합성실리카는 실리카 함량 순도 90% 이상이며, 단열성이 우수한 무기물로 그 입자가 수 나노미터에서 수십 마이크로의 흄드 실리카나 침강 실리카, 콜로이드 실리카, 다공성 실리카, 에어로겔, 화이트 카본 등을 통칭하며, 공정 중 처리방법에 따라 친수성과 소수성을 부여할 수 있는 성상을 갖고 있다.

팽창 퍼라이트는 진주암, 송지암, 흑요석, 경석 등의 천연 광물을 고온의 화염에서 표면을 유리질화하고, 내부에 수분(결정수)을 증기화하여 팽창되는 것을 통칭한다. 팽창된 퍼라이트 입자의 형태는 팽창 전 입자의 크기와 분포 및 건조에 따른 결정수의 양에 따라 특징적으로 이루어지며, 제조된 팽창 퍼라이트는 그 입자 내부의 무수한 셀로 구성되어 있어 넓은 비표면적을 가지고 있고, 비중이 낮아 단열 소재로서 적합한 조건을 갖추고 있다.

팽창 질석은 운모와 같은 결정구조를 갖는 단사정계에 속하는 광물로 고온의 화염에 팽창된 것을 말하며, 팽창시 내부에 무수한 셀을 갖게 되어 단열 소재로 적합하게 사용된다.

본 발명에서 합재는 상기 단열성 물질중 선택된 하나 이상을 의미한다. 한 종 이상을 사용할 경우에, 무중력 믹서, 리본 믹서 등의 교반 믹서로 건식 혼합하여 사용한다. 또한 단열성을 향상시키기 위해 불투명화제를, 강도를 보강하기 위해 섬유를 추가할 수 있다. 불투명화제로는 이에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 예를 들면 탄화규소, 그라파이트, 지르코니아, 지르콘, 알루미나 또는 산화티탄 등을 들 수 있다. 섬유로는 이에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 예를 들면 유리섬유, 미네랄울 및 지르코늄 등과 같은 무기섬유와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론 등과 같은 유기섬유를 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면 부가적으로, 합재를 제조하는 1단계에서 불규칙한 유리파편 모양의 팽창 퍼라이트 입자를 고르게 분산시켜 합성 실리카 사이에서 구조적 골조(framework)를 갖도록 만듦으로써, 낮은 밀도에서 강도를 보강할 수 있다. 이것은 서로 다른 입자끼리의 단순히 혼합하는 것이 아니다. 단순히 혼합하는 경우 뭉침이나 층분리 등의 문제가 발생하기 때문에 본 발명에서는 고속 믹서상에서 팽창 퍼라이트를 적절한 크기로 파쇄하면서 합성 실리카 사이에 분산시켜, 합성 실리카 사이에서 구조적 골조 역할을 하도록 만드는 것이다.

좀더 자세히 설명하면, 합성 실리카는 대기 중 수분 흡습성이 높거나 입자간 정전기적 인력으로 인해 수십 마이크로 사이즈의 응집된 형태로 있지만, 외부의 강한 힘이나 압력에 의해 입자들이 순간적으로 분리가 가능하다. 고속 믹서의 높은 rpm과 힘에 의해서 순간적으로 합성 실리카를 본래의 사이즈로 분리, 이를 분산 시키고, 팽창 퍼라이트 입자 표면에 그 미세한 입자들이 부착되도록 코팅하여 합성 실리카와 팽창 퍼라이트의 입자 상분리를 해소시켜 1 ~ 300㎛ 크기로 유리 파편화된 팽창 퍼라이트와 합성 실리카의 구조체를 형성시킬 수 있다.

도 2는 합재 내부의 전자현미경 사진이다. 이 중 (A)는 합성 실리카에 팽창 퍼라이트의 구조적 골조를 형성한 합재의 전자현미경 사진이며, (B)는 (A)의 일부분 확대한 사진으로서, 팽창 퍼라이트 조각이 구조적 골조를 형성하고 있음을 알 수 있다. 이에 따라 합성 실리카 입자가 퍼라이트 입자 표면에 고루 분산되어 상의 경계가 모호한 형태로 단열성능은 유지하면서도 우수한 성형강도를 갖는 단열재를 만들 수 있다.

일반적으로 단순 혼합하면 합성 실리카와 팽창 퍼라이트는 서로 응집된 상태로 상분리가 발생한다. 이를 합재로 제조하여 단면을 확인해 보면 합성 실리카는 (C)에서와 같이, 팽창 퍼라이트는 파편화 되어 (D)에서와 같이 서로 응집되어 분포하게 된다. 이 때, 합성 실리카 응집군은 결합 강도가 약해 쉽게 파손되고, 퍼라이트 응집군은 대류와 전도 현상이 발생하여 열전도율이 높아진다. 팽창 퍼라이트의 구조적 골조를 형성한 성형체는 유동성이 있는 합성 실리카 입자들로만 구성된 성형체보다 성형강도가 우수하다.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면 도 1에 나타낸 바와 같이, 2단계는 하부 외피재를 공급하는 단계이다.

본 발명에서 사용되는 하부 외피재는 이에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 예를 들면 유기질 섬유로 구성된 직포(Cloth), 유기질 섬유로 구성된 부직포(Nonwoven), 무기질 섬유로 구성된 직포(Cloth), 무기질 섬유로 구성된 부직포(Nonwoven) 중 적어도 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 완전 밀폐한 필름형태를 사용하지 않고 직포나 부직포를 사용하는 이유는 6단계 압축성형할 때 합재 내부의 공기를 제거하고, 성형성을 좋게 하기 위함이다. 하부 외피재는 약 0.1mm 이상 ~ 5mm 이하의 두께로 사용하는 것이 바람직하고, 만일, 0.1mm 보다 얇으면 외피재 역할을 하기 어렵고, 5mm를 초과하면 외피재에 의해 열효율이 저하되는 문제가 발생하게 되므로 상기 범위로 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 구현예에 의하면, 하부 외피재를 공급하는 2단계에서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 하부 외피재의 진행방향(화살표 방향)의 수직인 폭의 한쪽 면을 접거나, 또는 양쪽 면을 접어 상부 외피재를 공급하는 4단계를 대신할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 구현예로서, 도 4에 나타낸 바와 같이 하부 외피재를 미리 단열재 형상과 같이 홈을 제작하거나 성형할 수 있다. 이는 제작하고자 하는 단열재의 두께가 높거나, 형상이 불규칙한 형상일 때 더욱 유리할 수 있다.

본 발명의 한 구현예에 따른 3단계는 도 1에 나타낸 바와 같이, 하부 외피재의 상부면으로 합재를 공급하는 단계로, 하부 외피재가 연속적으로 진행되고 그 위에 합재를 일정량 공급하는 단계이다. 여기서 합재의 일정량이란, 최종 만들고자 하는 단열재의 두께와 밀도를 만족하는 양이다. 이때 하부 외피재로 공급전에 합재의 1차 압축을 추가할 수 있다. 1차 압축하는 이유는 합재의 부피가 너무 많아 하부 외피재와 상부 외피재의 간격에 공급하기 어려울 때, 부피를 축소해서 사용하기 위함이다. 연속식으로 공급하면서 압축하기 위해 도 5와 같이 압축롤러(30)를 통과 시켜 사용 가능하다. 롤러의 간격을 조정하여, 압축하고자 하는 양을 조절할 수 있다.

본 발명의 한 구현예에 따른 4단계는 도 1에 나타낸 바와 같이, 상부 외피재가 공급되는 단계이다. 하부 외피재의 상부에 합재를 갖고, 그 위로 공급되어 합재를 감싸는 형태가 되도록 한다. 이때 상부 외피재는 따로 공급하거나, 2단계에서 하부 외피재가 한쪽 또는 양쪽으로 접은 면이 상부 외피재가 되도록 할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 상부 외피재는 이에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 예를 들면 유기질 섬유로 구성된 직포(Cloth), 유기질 섬유로 구성된 부직포(Nonwoven), 무기질 섬유로 구성된 직포(Cloth), 무기질 섬유로 구성된 부직포(Nonwoven) 중 적어도 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 완전 밀폐한 필름형태를 사용하지 않고 직포나 부직포를 사용하는 이유는 6단계 압축성형할 때 합재 내부의 공기를 제거하고, 성형성을 좋게 하기 위함이다. 상부 외피재는 약 0.1mm 이상 ~ 5mm 이하의 두께로 사용하는 것이 바람직하고, 만일, 0.1mm 보다 얇으면 외피재 역할을 하기 어렵고, 5mm를 초과하면 외피재에 의해 열효율이 저하되는 문제가 발생하게 되므로 상기 범위로 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 한 구현예에 따르면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 5단계는 합재를 갖는 하부 외피재와 상부 외피재를 씰링하는 단계이다. 씰링 방법은 이에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 예를 들면 미싱을 통한 바느질 형태의 박음이나 오바로크(Overlock), 고주파나 열에 의한 융착 등이 사용가능하다.

본 발명의 한 구현예에 따르면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 6단계는 씰링되어 공급되는 내부 심재인 합재를 압축성형하여 단열재를 제조하는 단계로, 이에 한정하고자 하는 것은 아니지만 압축성형기로는 벨트프레스, 롤프레스, 판형프레스 중 선택적으로 사용가능하다. 합재는 외피재가 씰링되어 외부로 새거나 손실되는 것이 방지되며, 외피재를 통해 내부 가스가 빠지기 때문에 압축이 용이하다. 6단계를 실시하기 전에 균일한 높이가 되도록 평탄화 공정을 추가로 실시할 수 있다. 평탄화 하는 이유는 압축 성형시 한쪽으로 쏠리는 현상을 방지하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 구현예에 의하면, 6단계 이후에 상부 외피재와 하부 외피재를 관통하는 누비(Quilting) 공정을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 의하면, 6단계 이후에 건조공정을 추가할 수 있다. 이는 원재료 또는 성형 가공 중 표면에 흡수된 수분을 제거하기 위한 것이며, 온도는 약 50℃ 내지 약 200 ℃가 바람직하며, 이에 한정하고자 하는 것은 아니지만 예를 들면 열풍건조, 원적외선 건조, 마이크로웨이브 건조 등을 다양하게 적용 가능하다.

본 발명의 또 다른 구현예에 의하면, 소수 및 발수성(이하 소수성으로 표현)을 부여하는 단계를 추가할 수 있다. 단열재는 수분의 흡수나 흡습이 발생되면, 열전도율이 급격히 나빠져 단열성능이 떨어진다. 그 이유는 물의 열전도율이 대략 0.6W/mK로 높고, 내부 수분에 의해 대류현상 등이 증가하기 때문이다. 소수성 부여는 이에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 외피재만 부여하는 방법, 내부 심재인 합재에만 부여하는 방법, 외피재와 내부 합재 둘다 부여하는 방법이 있다.

외피재에 소수성을 부여하는 경우는 외피재 공급하는 전단계에 실시할 수 있다. 하부 외피재나, 상부 외피재를 발수제에 디핑(dipping)하고 건조기, 예를 들면 약 50℃ 내지 약 200℃를 통과시켜 소수성을 부여할 수 있다. 이렇게 소수성을 갖는 외피재를 2단계와 4단계로 공급하면 된다.

내부 심재인 합재에 소수성을 부여하는 방법은, 합재에 사용하는 입자에 소수 처리를 하여 사용하는 것이 바람직하다. 입자에 소수처리를 할 때 입자 전부를 소수 처리하거나 소수 처리된 입자와 친수성(소수처리 되지 않은)입자를 일정 비율로 혼합하여 사용도 가능하다. 이때 발수제는 이에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 예를 들면 실리콘계, 불소계, 실란계 중에서 선택된 한 종류를 사용할 수 있다.

< 실시예 1> 본 발명의 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조.

1단계; 흄드실리카 50kg 중량부에, 섬유 5kg 중량부, 불투명화제 7.5kg 중량부를 무중력 믹서에서 5분간 충분히 혼합하여 합재를 제조한다.

2단계; 폭이 1.2m인 PP부직포를(20g/㎡) 2m/sec의 속도로 하부 외피재로 공급한다.

3단계; 공급되는 하부 외피재 위로 합재를 공급하는데, 공급되는 넓이(폭)이 1m로 해서 1.2kg/m의 속도로 공급한다.

4단계; 폭이 1.2m인 PP부직포를(20g/㎡) 2m/sec의 속도로 상부 외피재로 공급한다.

5단계; 상부 외피재와 하부 외피재를 180 ℃온도로 씰링한다.

6단계; 연속된 압축롤러를 통해 최종 높이가 10mm가 되도록 합축하고, 씰링부에 붙어 있는 여분의 외피재를 제거하고 밀도 120kg/㎥인 외피재를 갖는 단열재를 제조한다.

< 실시예 2>본 발명의 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조.

1단계; 흄드실리카 30kg 중량부에, 팽창퍼라이트 20kg 중량부를 혼합하여 블레이드가 장착되어 있는 믹서에서 2000rpm으로 60초간 혼합 분산 시킨후, 섬유 5kg중량부, 불투명화제 7.5kg 중량부를 무중력 믹서에서 5분간 충분히 혼합하여 합재를 제조한다.

5단계; 상부 외피재와 하부 외피재를 180 ℃온도로 씰링한다.

< 실시예 3>본 발명의 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조.

2단계; 폭이 1.2m인 유리섬유 직포를(225g/㎡) 2m/sec의 속도로 하부 외피재로 공급한다.

4단계; 폭이 1.2m인 유리섬유 직포를(225g/㎡) 2m/sec의 속도로 상부 외피재로 공급한다.

5단계; 상부 외피재와 하부 외피재를 유리섬유로 박음질하여 씰링한다.

6단계; 연속된 압축롤러를 통해 최종 높이가 10mm가 되도록 합축하고, 씰링부에 붙어 있는 여분의 외피재를 제거하고 밀도 165kg/㎥(합재 120kg/㎥ + 외피재 45kg/㎥)인 외피재를 갖는 단열재를 제조한다.

< 실시예 4> 본 발명의 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조.

외피재를 2단계, 4단계에 공급하기 전에 실리콘계 발수제 5%가 포함된 수용액에 연속적으로 공급하여 디핑(dipping)하고 150℃온도에서 연속적으로 건조하는 라인을 추가하여 아래 단계를 진행

< 실시예 5>본 발명의 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조.

1단계; 팽창퍼라이트 49kg 중량부에, 섬유 1kg 중량부를 무중력 믹서에서 5분간 충분히 혼합하여 합재를 제조한다.

3단계; 공급되는 하부 외피재 위로 합재를 공급하는데, 공급되는 넓이(폭)이 1m로 해서 1.16kg/m의 속도로 공급한다.

6단계; 연속된 압축롤러를 통해 최종 높이가 10mm가 되도록 합축하고, 씰링부에 붙어 있는 여분의 외피재를 제거하고 밀도 161kg/㎥(합재 116kg/㎥ + 외피재 45kg/㎥)인 외피재를 갖는 단열재를 제조한다.

< 비교예 1>외피재가 없는 일반적인 단열재 제조

흄드실리카 50kg 중량부에, 섬유 5kg 중량부, 불투명화제 7.5kg 중량부를 무중력 믹서에서 5분간 충분히 혼합하여 합재를 제조한다. 제조한 합재를 1.25kg을 1m*1m*1m 크기의 압축식 금형에 넣고 두께가 10mm가 되도록 압축하여 밀도 120kg/㎥인 단열재를 제조한다.

< 비교예 2>외피재가 없는 일반적인 단열재 제조

흄드실리카 50kg 중량부에, 섬유 5kg 중량부, 불투명화제 7.5kg 중량부를 무중력 믹서에서 5분간 충분히 혼합하여 합재를 제조한다. 제조한 합재를 2kg을 1m*1m*1m 크기의 압축식 금형에 넣고 두께가 10mm가 되도록 압축하여 밀도 200kg/㎥인 단열재를 제조한다.

< 비교예 3>외피재가 없는 일반적인 단열재 제조

팽창퍼라이트 75.38kg 중량부에, 섬유 1kg 중량부, 규산소다 50kg 중량부를 무중력 믹서에서 5분간 충분히 혼합하여 합재를 제조한다. 제조한 합재를 1.54kg을 1m*1m*1m 크기의 압축식 금형에 넣고 두께가 10mm가 되도록 압축하여 150℃ 온도에서 24시간 건조하여 밀도 154kg/㎥(팽창퍼라이트 116kg/㎥+기타 38kg/㎥)인 단열재를 제조한다.

< 실험예 1> 단열재 물성 비교

상기 실시예와 비교예를 ASTM C 165에 의거해 압축강도를 비교하였으며, 사용 핸들링 등을 육안으로 관찰하였다. 또한 발수성능 및 열전도율은 KS F 4714를 통해 비교하여 아래 표 1에 나타내었다.(발수성능은 동일조건에서 발수 여부인 실시예 3과 4만 비교)

제조방법에 따른 단열재 물성 비교

구 분	밀도 (kg/㎥)	압축강도 (Kpa)	열전도율 (W/mK)	발수성능	육안 관찰
실시예 1	120	104	0.022	-	외피에 의해 핸들링 가능
실시예 2	120	148	0.021	-	구조적 골조로 비교예 2와 유사함.
실시예 3	165 (120+45)*	130	0.023	수분흡수 많음 측정불가	외피에 의해 핸들링 가능
실시예 4	165 (120+45)*	132	0.022	99.6%	외피에 의해 핸들링 가능
실시예 5	161 (116+45)*	88	0.042	-	외피에 의해 핸들링 가능
비교예 1	120	측정 불가	측정 불가	-	성형후 핸들링 안되고 부서짐
비교예 2	200	151	0.022	-	핸들링 가능
비교예 3	154 (116+38)*	688	0.055	-	핸들링 가능

* (120+45)는 합재 120 kg/㎥와 외피재 45 kg/㎥ 표현임

* (116+45)는 팽창퍼라이트 116 kg/㎥와 외피재 45 kg/㎥ 표현임

* (116+38)는 팽창퍼라이트 116 kg/㎥와 기타 38 kg/㎥ 표현임

실시예 1과 실시예 2와 비교예 1 및 비교예 2를 보면 흄드실리카의 경우 밀도가 낮은 비교예 1은 성형후 핸들링이 안되어 부서지고, 물성측정도 안된 반면, 실시예 1과 실시예 2는 외피재에 의해 핸들링이 가능하고, 그에 따른 물성 측정도 되었다. 특히 실시예 2는 팽창 퍼라이트의 구조적 골조 형성에 의해 낮은 밀도임에도 불구하고, 밀도가 높은 비교예 2와 큰 차이가 없음을 보인다.

실시예 3과 실시예 4는 외피재에 발수 처리 여부에 따른 발수 성능을 비교한 것으로 외피재에 발수처리만으로 도 큰 발수 효과가 나타남을 알 수 있다.

실시예 5와 비교예 3은 팽창퍼라이트를 이용한 단열재를 비교한 것이다. 일반적으로 팽창퍼라이트 단열재는 비교예 3과 같이 규산소다를 접착제로 하여 압축 성형한다. 그러나 접착제 사용에 따라 열전도율이 나빠진 반면, 실시예 5는 비교예 3과 동일한 팽창퍼라이트의 사용과 유사한 압축을 했으나 접착제를 사용하지 않아서, 열전도율이 낮은 성능을 나타내었다. 특히 외피재에 의해 핸들링까지 가능하여 경제적이면서 열물성이 우수한 단열재를 제조 가능함을 보여준다.

상기 본 발명의 설명은 이들의 범위를 제한하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 원칙을 벗어나지 않는 범위에서 변형 가능함을 알 수 있다.

30 : 압축롤러

Claims

단열성 물질을 혼합하여 성형체의 원재료를 제조하는 1단계;
하부 외피재를 연속적으로 공급하는 2단계;
상기 2단계의 연속적으로 공급되는 하부 외피재 위로 1단계에서 제조한 원재료를 연속적으로 공급하는 3단계;
상기 3단계의 원재료 위로 상부 외피재를 연속적으로 공급하는 4단계;
상기 4단계로부터 연속적으로 원재료를 포함하는 상부 외피재와 하부 외피재를 연속 씰링(sealing)하는 5단계; 및
상기 5단계로부터 상부 외피재와 하부 외피재가 연속 씰링된 원재료를 연속 압축 및 성형하는 6단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 단열성 물질은 합성실리카, 팽창퍼라이트 및 팽창 질석 중에서 적어도 1종 이상을 선택하여서 되는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 단열성 물질은 단열성 향상을 위해 불투명화제를, 강도를 보강하기 위해 섬유를 각각 추가로 혼합하는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 불투명화제는 탄화규소, 그라파이트, 지르코니아, 지르콘, 알루미나 및 산화티탄 중에서 적어도 하나를 선택하며, 상기 섬유로는 유리섬유, 미네랄울 또는 지르코늄과 같은 무기섬유와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 나일론과 같은 유기섬유 중에서 적어도 하나를 선택하여서 되는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 성형체의 원재료는 팽창 퍼라이트를 파편화 하고 팽창 퍼라이트 파편에 미립의 합성실리카를 분산시켜 합성실리카에 팽창 퍼라이트 구조체를 만드는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 외피재는 유기질 섬유로 구성된 직포, 유기질 섬유로 구성된 부직포, 무기질 섬유로 구성된 직포 및 무기질 섬유로 구성된 부직포 중에서 적어도 하나를 선택하여서 된 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 하부 외피재가 공급되는 2단계에 있어서, 하부 외피재가 공급되는 방향의 수직인 폭 방면으로 접어서, 접힌 한쪽 또는 양쪽 면이 4단계의 상부 외피재를 대신할 수 있는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 하부 외피재가 공급되는 2단계에 있어서, 하부 외피재는 단열재 형상의 홈을 추가할 수 있는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 성형체의 원재료는 압축롤러를 통해서 압축시켜 부피를 줄여서 공급하는 공정을 추가 할 수 있는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 하부 외피재와 상부 외피재는 2단계, 4단계 각각 공급전의 외피재 표면에 발수처리하는 공정을 추가 할 수 있는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 발수처리는 발수제를 사용하여 수행하며, 상기 발수제는 실리콘계, 불소계 및 실란계 중에서 적어도 하나를 선택하여서 되는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 5단계에서 씰링하는 방법은 미싱을 통한 바느질 형태의 박음이나 오바로크, 고주파나 열에 의한 융착을 실시하는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 씰링하는 5단계와 압축 및 성형하는 6단계 사이에 일정 높이로 평탄화하는 공정을 추가할 수 있는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 압축 및 성형하는 6단계 이후 상부 외피재와 하부 외피재를 관통하는 누비공정을 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법
제1항에 있어서, 상기 압축 및 성형하는 6단계 이후 건조공정을 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 외피재를 갖는 단열재의 연속식 제조 방법.