KR101596920B1 - 추가 발포를 이용한 단열재 충전방법 - Google Patents

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이헌구
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Abstract

본 발명은 추가발포를 이용한 단열재 충전방법 및 이 방법에 의해 제조되는 단열재가 충전된 건축용 프레임에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 단열재 충전방법은 프레임의 내부에 단열재를 충전하는 방법에 있어서, 단열재를 충전할 프레임의 중공부보다 크기가 작은 발포성형물로 이루어진 단열재를 준비하는 단열재 준비단계; 상기 단열재의 표면에 수분을 부가하는 수분 부가단계; 상기 수분이 부가된 단열재를 프레임의 중공부에 삽입하는 단열재 삽입단계; 및 상기 단열재가 삽입된 프레임을 가열하여, 프레임 내부에서 상기 발포성형물로 이루어진 단열재의 추가적인 발포를 수행하여 단열재를 팽창시키는 추가 발포 팽창단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 추가발포를 이용한 단열재 충전방법이 제공된다.

Description

추가 발포를 이용한 단열재 충전방법 및 단열재가 충전된 건축용 프레임{Method for filling up heat insulating material using additional expansion, and construction frame filled with heat insulating material}
본 발명은 단열재 충전방법 및 이 방법에 의해 제조되는 단열재가 충전된 건축용 프레임에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 추가 발포를 이용하여 프레임과 단열재 사이에 틈새가 발생하지 않게 발포성형물로 이루어진 단열재를 프레임의 내부에 용이하게 충전하는 방법과 단열재가 충전된 건축용 프레임에 관한 것이다.
창호는 건물 내부를 외부와 차단시키기 위해 건물의 벽체에 형성된 창이나 출입구 등의 개구부에 설치되는 각종 창이나 문을 의미하여, 창호 프레임에 유리 등의 차단판이 끼워진 구조를 가진다.
그리고, 창에 설치되는 개폐구조를 갖는 창호는 길이방향으로 복수의 레일이 구비되는 창틀 프레임과, 이들 레일에 설치되어 개폐되는 창짝을 포함하여 이루어진다.
한편, 이들 창호에 사용되는 창호 프레임은 현재 주로 합성수지재나 금속재로 이루어진 것들이 많이 사용되고 있는데, 합성수지재는 단열 성능이 우수하고 대량 생산도 용이하지만, 소재 자체의 신축성이 크고, 강도가 약하며, 내화성이 부족할 뿐만 아니라, 화재시 유독가스가 배출되는 단점이 있다.
금속재질의 창호는 강도와 내구성 및 내화성이 우수한 이점이 있으나, 열전도율이 높아, 창호의 프레임을 통한 열손실이 크고, 실내와 실외의 온도 차이에 의하여 창호의 프레임에 결로 현상이 발생하는 단점이 있다.
이러한 금속재 창호 프레임을 비롯한 건축용 프레임의 단열성이나 방음성 등의 개선을 위하여, 건축용 프레임 내부의 빈 공간에 발포물 등의 충전재를 채워 넣어 단열성이나 흡음성 등을 향상시키기 위한 방법들이 개발되어 있다.
이와 같이 충전재를 채워 넣는 가장 기본적인 방법은 창호 프레임의 빈 공간의 크기에 맞게 단열성이 우수한 EPS 등의 발포성형물을 끼워 넣는 것인데, 빈 공간의 크기에 꼭 맞게 발포성형물을 성형하거나 재단하는 것은 용이하지 않다. 그리고 작업자가 프레임의 체적을 잘못 측정하거나 재단을 잘못하여 발포성형물이 너무 클 경우에는 프레임 내측으로 삽입이 어렵거나 삽입과정 중 표면마찰에 의해 발포성형물의 표면이 손상되는 등 문제점이 발생한다. 또한 발포성형물이 너무 작거나 또는 적당한 크기일 경우라도 삽입을 위해서는 발포성형물과 프레임 사이에는 틈새가 형성되므로, 이 틈새 공간으로 인해 단열성능과 방음성능이 떨어지고 결로 등이 발생하는 문제가 있다.
건축물의 프레임의 내부에 충전재를 채우는 다른 방법으로서, 건축물의 프레임 내부에 우레탄이나 발포성 폴리스티렌 비드 등의 발포성 물질을 채운 후에 발포를 진행할 수도 있다. 이 경우, 작업자의 시공력에 따라 발포성 물질을 과다하게 충전했을 경우에는 프레임에 볼록부가 형성되므로, 프레임을 뜯어내어 재시공하는 등 역시 많은 비용을 낭비하게 되며, 충전이 부족할 경우에는 프레임의 체적을 충분히 메우지 못해 틈새가 발생하므로, 마감 후 균열이나 결로 등이 생기고, 이로 인해 문틀 프레임 내부가 녹스는 현상이 발생하는 등의 문제점이 있다.
충전재를 채워 넣은 또 다른 방법으로는, 유동성이 있는 입자상의 단열재를 단순히 채워넣은 방법이 있다. 예컨대 한국 공개특허 10-2013-0097029호 공보에는, 창호용 프레임의 중공부에 발포단열재 주입구와 기포배출구를 형성하고, 분사노즐을 이용하여 이들 구멍에 결합된 삽입부재를 통해 발포단열재를 충전한 후, 구멍들을 폐쇄하는 과정을 거쳐, 성형이 이루어지지 않은 발포입자 상태의 발포단열재를 창호용 프레임의 중공부에 충전하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 방법에 의할 경우에도, 발포입자나 액체와 같은 유동성 물질의 충전과정이 번거로울 뿐만 아니라, 발포입자를 사용할 경우에는 입자들 사이의 공간에 빈틈이 생기기 때문에 충분한 단열효과를 얻을 수 없는 단점이 있다.
이렇게 창호용 프레임과 같이 길고 내부에 좁은 중공부가 형성된 형태의 프레임의 내부에 단열재와 같은 충전재를 빈틈없이 채워 넣는 것은 현재까지 번거롭고 어려운 작업으로 남아있다.
한국등록실용신안 20-0394869(2005.08.30.등록일) 한국공개실용신안 1989-0010831(1989.07.11.공개일)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 프레임과 단열재 사이에 공간이 생기지 않으면서도 용이하게 프레임의 중공부에 단열재를 충전하는 방법과 이 방법에 의해 제조되는 단열재가 충전된 건축용 프레임을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은,
프레임의 내부에 단열재를 충전하는 방법에 있어서,
단열재를 충전할 프레임의 중공부보다 크기가 작고 프레임의 중공부에 대응하는 형상의 발포성형물로 이루어진 단열재를 준비하는 단열재 준비단계;
상기 발포성형물로 이루어진 단열재의 표면에 물을 포함하는 수성계 접착제를 도포하여 수분을 부가하는 수분 부가단계:
상기 수분이 부가된 발포성형물로 이루어진 단열재를 프레임의 중공부에 삽입하는 단열재 삽입단계; 및
상기 발포성형물로 이루어진 단열재가 삽입된 프레임을 가열하여, 프레임 내부에서 상기 수분 부가단계에서 부가된 수분의 증발에 의해 발생한 수증기에 의해 상기 발포성형물로 이루어진 단열재의 추가적인 발포를 수행하여 단열재를 팽창시키는 추가 발포 팽창단계를 포함하여 구성되며,
상기 단열재 준비단계에서는,
발포성 수지를 스팀가열발포하여 얻어진 블록상의 발포성형물을 프레임의 중공부에 맞추어 프레임 중공부보다 작은 크기로 재단하여, 프레임의 중공부에 충전할 발포성형물로 이루어진 단열재를 얻는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기한 바와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 외부 프레임의 중공부보다 체적이 작은 발포성형물로 이루어진 단열재를 사용하고, 단열재의 표면에 도포된 수분을 포함한 수성계 접착제가 윤활제로 작용하기 때문에, 프레임에 삽입시 발생하는 마찰력이 작아 프레임 내에 삽입하는 과정을 비롯한 재료의 취급과 단계별 공정이 용이하여 뛰어난 작업성을 가진다.
또한, 삽입이 이루어진 이후에는 추가적인 발포를 통하여 프레임의 중공부를 완전히 채우도록 단열재가 팽창하기 때문에, 프레임과 단열재 사이에 틈새가 없어 높은 단열 및 방음의 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단열재가 충전된 건축용 프레임에 있어서, 내부에 충전된 단열재의 추가 발포 전후의 상태를 각각 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1에서 A, B부분을 확대하여 보여주는 요부 확대 구성도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 추가 발포를 이용한 단열재 충전방법의 전체 과정을 도시한 순서도이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단열재가 충전된 건축용 프레임에 있어서, 내부에 충전된 단열재의 추가 발포 전후의 상태를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 각 부분을 확대하여 보여주는 요부 확대 구성도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 추가 발포를 이용한 단열재 충전방법의 전체 과정을 도시한 순서도로서, 이하, 이들 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.
본 발명은, 도 1에 도시된 것과 같이 프레임(F)의 내부에 단열재를 충전하는 방법 및 이러한 방법에 의해 제조되는 단열재가 충전된 건축용 프레임에 관한 것이다.
본 발명에 있어서의 프레임(F)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도면에서 보는 것과 같이, 길이가 길고 중공부가 협소한 형태의 창호용 알루미늄 프로파일과 같은 금속재질의 프레임의 내부에 단열재(10, 10a)를 충전할 경우에 특히 유용성을 갖는다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 크게, 단열재를 충전할 프레임의 중공부보다 크기가 작은 발포성형물로 이루어진 단열재를 준비하는 단열재 준비단계; 상기 단열재의 표면에 수분을 부가하는 수분 부가단계; 상기 수분이 부가된 단열재를 프레임의 중공부에 삽입하는 단열재 삽입단계; 및 상기 단열재가 삽입된 프레임을 가열하여, 프레임 내부에서 상기 발포성형물로 이루어진 단열재의 추가적인 발포를 수행하여 단열재를 팽창시키는 추가 발포 팽창단계;를 포함하여 구성된다.
상술하면, 먼저 단열재 준비단계에 있어서는, 발포성 수지를 사용하여 충전할 프레임(F)의 형상에 맞추어 중공부에 용이하게 삽입이 가능하도록 발포성형물로 이루어진 단열재(10)를 준비하게 된다.
이때, 상기 발포성형물은 처음부터 발포성 수지를 성형틀에 넣고 발포하여 프레임의 형상에 대응하는 형상으로 제조할 수도 있지만, 바람직하게는 발포성 수지를 성형틀에 넣고 스팀가열 발포하여 블록상의 발포성형물을 얻고(발포성형물 형성단계), 상기 블록상의 발포성형물을 프레임의 중공부에 맞추어 프레임 중공부보다 약간 작은 크기로 재단하여 프레임의 중공부에 충전할 발포성형물로 이루어진 단열재를 얻는다(재단단계).
상기 성형틀에 넣어 발포하는 발포성 수지는, 발포폴리스티렌(EPS)계 수지를 비롯하여 발포폴리프로필렌계, 발포폴리에틸렌계와 같은 공지의 입자형태의 발포성 수지와 발포폴리우레탄을 포함한 공지의 발포성 수지를 포함하는데 발포성형물 상태에서 다소간의 추가적인 발포성을 유지하는 것이 요구된다. 이러한 발포성 수지를 이용하여 발포성형물을 형성하는 방법은 널리 공지된 방법에 의해 이루어질 수 있다.
예컨대, 발포성 수지를 사용할 경우에는 발포성 비드 형태의 발포성 수지 입자를 직접 성형틀에 넣고 발포할 수도 있으며, 바람직하게는 발포성 수지 입자를 발포하여 추가적인 발포성을 보유한 예비발포입자를 얻고(예비발포단계), 상기 예비발포입자를 숙성, 건조한 후에 성형틀 내에 주입하고 발포성형하여 프레임의 중공부의 형상에 맞게 또는 블록상의 발포성형물을 얻는 방법이 사용될 수 있다(발포성형단계).
한편, 상기 예비발포된 수지입자의 표면에 기능성 첨가물과 바인더 성분을 포함하는 기능성 코팅제로 코팅하여 기능성 스킨층을 형성한 후에, 발포성형함으로써, 기능성을 향상시킨 단열재를 얻을 수 있다.
상기 기능성 첨가물로 예컨대 무기 난연제와 같은 난연성 첨가물을 첨가할 수도 있고, 발포질석을 첨가하여 단열성을 향상시킬 수도 있다.
발포성형시에는 성형틀 내에 고온, 고압의 스팀을 주입하여 가열함으로써, 발포된 입자들의 표면이 서로 융착되어 하나의 덩어리 형태의 발포성형물을 얻게 된다.
이때, 블록상의 발포성형물을 얻은 경우에는, 프레임의 중공부에 맞게 재단하여 프레임의 내부에 충전할 발포성형물로 이루어진 단열재(10)를 얻는다.
도 1a 및 도 2a를 참조하면, 발포성형물로 이루어진 단열재(10)는 프레임(F)의 내벽과 단열재(10) 사이에 틈새가 여유있게 형성되도록 중공부의 체적보다 여유있게 작게 형성하여야, 이후의 프레임(F) 내에 단열재(10)의 삽입단계에서의 작업시 상기 발포성형물(10)과 프레임(F) 사이의 표면 마찰이 작아 삽입이 용이하게 한다.
프레임(F)의 중공부의 형상에 맞게 단열재(10)가 준비되면, 상기 단열재(10)의 표면에 수분을 부가한다(수분 부가단계).
수분은 추후의 추가 발포 팽창단계에서 가열에 의해 증발되어 발포성형물이 추가로 발포를 진행함에 있어서 수증기를 공급하는 역할을 할 뿐만 아니라, 발포성형물에 열을 고르게 전달하며, 가열시 금속재로 이루어진 프레임의 과열에 의해 삽입된 발포성형물로 된 단열재(10)가 열에 의해 수축되거나 변형되는 것을 방지하는 작용을 한다.
바람직하게는 상기 수분을 단순히 정제수와 같은 물의 형태로 부가하지 않고, 수분을 함유하는 접착제, 즉 수용성 접착제 또는 물을 분산매로 하는 에멀젼 형태의 접착제와 같은 수성계 접착제(12)를 코팅하거나 스프레이하여 도포한다.
상기 수성계 접착제(12)로는 알킬아크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 하이드록시알킬아크릴레이트 등의 아크릴계 접착제, EVA 접착제, 폴리비닐아세테이트계 접착제, 폴리비닐알코올계 접착제, 규산염계 무기접착제 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지는 않는다.
이와 같이 수성계 접착제(12)를 사용하면, 접착제가 윤활작용을 하여 단열재(10)를 프레임(F)의 내부 중공부로 용이하게 삽입할 수 있을 뿐만 아니라, 마찰에 의해 단열재(10)의 표면이 손상되는 현상을 방지할 수 있으며, 수성계 접착제(12)의 점성에 의해 삽입한 단열재(10)가 프레임(F)의 외부로 빠져나오는 현상도 방지할 수 있다.
한편, 상기 수성계 접착제(12) 내에는 각종 기능성을 향상시키는 기능성 첨가제를 더 부가할 수 있으며, 이러한 기능성 첨가물로는 예컨대 무기 난연제와 같은 난연성 첨가물을 첨가할 수도 있고, 발포질석을 첨가하여 단열성을 향상시킬 수도 있다.
상기 수분(수성계 접착제)이 부가된 단열재(10)는 상술한 것과 같이 프레임(F)의 중공부에 삽입된다(단열재 삽입단계).
상기 발포성형물로 이루어진 단열재(10)는 상술한 것과 같이 프레임(F)의 중공부보다 작게 만들어지기 때문에, 도 2a에서 보는 것과 같이 단열재(10)와 프레임(F)의 내벽 사이에는 틈새가 있으며, 이 틈새에는 수성계 접착제(12)와 같이 부가된 수분이 존재한다.
단열재(10)가 삽입된 상태에서 프레임(F)은 온열챔버와 같은 가열수단 내부에 투입되어 가열된다. 가열에 의해 프레임(F)의 온도가 상승하고 단열재(10)의 표면에 도포된 수성계 접착제(12)의 수분이 증발하면서 수증기가 발생하게 된다. 이 수증기와 열이 가해지면, 발포성형물로 이루어진 단열재(10)의 내부에 잔존하던 발포제에 의해 발포성형물의 추가적인 발포가 이루어지면서 단열재(10)는 팽창하게 된다.
이때, 상기 단열재(10)는 프레임(F)의 내부에 삽입된 상태이기 때문에 발포 팽창의 정도는 프레임(F)에 의해 한정되어, 도 1b 및 도 2b에서 보는 것과 같이, 추가 발포된 단열재(10a)는 발포 팽창함으로써 프레임(F)의 내벽과의 틈새를 메우고, 프레임(F)의 내벽에 밀착하게 된다(추가 발포 팽창단계).
또한, 추가 발포에 의해 수분이 증발되면서, 도 2b에서 보는 것과 같이 단열재 표면에 도포된 접착제(12)는 고화되어 접착층(12')을 형성함으로써, 프레임(F)의 내벽에 추가 발포된 단열재(10a)를 접착하여 고정한다.
이와 같이, 추가 발포된 단열재(10a)는 프레임의 내벽에 밀착 고정되면, 단열재와 프레임 사이의 기밀성이 떨어져 프레임(F)의 외측에 결로나 균열 등이 형성되는 문제점이 발생하는 것을 방지하여, 높은 단열 및 방음의 효과를 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 단열재가 충전된 건축용 프레임은, 상술한 것과 같은 건축용 프레임의 내부에 발포성형물로 이루어진 단열재의 충전후에 이루어지는 추가발포에 의해 형성된다.
즉, 도 1b 및 도 2b에서 보는 것과 같이, 내부에 중공부가 형성된 금속재질의 건축용 프레임(10)과, 상기 건축용 프레임의 중공부에 충전된 단열재(10a)를 포함하여 구성되며, 상기 단열재(10)는, 상기 건축용 프레임(F)의 내부에서 발포성형물 상태에서 추가로 발포되어 건축물 프레임의 중공부에 맞게 팽창되어, 건축용 프레임의 내벽에 밀착됨으로써, 높은 단열성과 흡음성을 확보할 수 있다.
그리고, 상기 건축용 프레임(F)의 내벽과 발포성형물 단열재(10a) 사이에는 수성계 접착제의 고화에 의한 접착층(12')이 형성되어 밀착성을 높이게 된다.
상기 건축용 프레임(F)은 다양한 용도로 사용될 수 있지만, 대표적으로는 알루미늄의 압출성형 등에 의해 형성되는 내부에 중공부가 형성된 금속재 프로파일의 내부에 단열재를 충전하여, 창호용 프레임으로 사용할 수 있다.
10 : 단열재
10a : 추가 발포된 단열재
12 : 수성계 접착제
12': 접착층
F : 프레임

Claims (7)

  1. 프레임의 내부에 단열재를 충전하는 방법에 있어서,
    단열재를 충전할 프레임의 중공부보다 크기가 작고 프레임의 중공부에 대응하는 형상의 발포성형물로 이루어진 단열재를 준비하는 단열재 준비단계,
    상기 발포성형물로 이루어진 단열재의 표면에 물을 포함하는 수성계 접착제를 도포하여 수분을 부가하는 수분 부가단계,
    상기 수분이 부가된 발포성형물로 이루어진 단열재를 프레임의 중공부에 삽입하는 단열재 삽입단계, 및
    상기 발포성형물로 이루어진 단열재가 삽입된 프레임을 가열하여, 프레임 내부에서 상기 수분 부가단계에서 부가된 수분의 증발에 의해 발생한 수증기에 의해 상기 발포성형물로 이루어진 단열재의 추가적인 발포를 수행하여 단열재를 팽창시키는 추가 발포 팽창단계를 포함하여 구성되며,
    상기 단열재 준비단계에서는,
    발포성 수지를 스팀가열발포하여 얻어진 블록상의 발포성형물을 프레임의 중공부에 맞추어 프레임 중공부보다 작은 크기로 재단하여, 프레임의 중공부에 충전할 발포성형물로 이루어진 단열재를 얻는 것을 특징으로 하는 추가 발포를 이용한 단열재 충전방법.
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