KR101738823B1

KR101738823B1 - 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널

Info

Publication number: KR101738823B1
Application number: KR1020160130775A
Authority: KR
Inventors: 조성열; 안영관
Original assignee: 조성열; 안영관
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2017-05-22
Also published as: WO2017150834A1

Abstract

본 발명은 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 관한 것으로, 구체적으로는 경량이며 충격 흡수성, 내열성 및 내구성이 우수한 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 관한 것이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널은, 인장강도가 410 내지 490 MPa인 고내식강판으로 형성된 한 쌍의 외부판; 및 상기 한 쌍의 외부판 사이에 배치되는 발포 알루미늄판;을 포함하여 이루어지고, 상기 한 쌍의 외부판과 발포 알루미늄판 사이에는 세라믹과 접착제가 혼합된 세라믹 접착층이 개재되는 것을 특징으로 한다.

Description

발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널{EXPLOSION PROOF PANEL COMPRISING FOAMED ALUMINUM PLATE}

본 발명은 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 관한 것으로, 구체적으로는 경량이며 충격 흡수성, 내열성 및 내구성이 우수한 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 관한 것이다.

포탄 등 폭발에 의한 피해는 폭발시 발생하는 폭발 압력에 의한 충격파, 화염, 폭발 소음, 폭발 내용물이나 폭발물 케이스 또는 주변장치의 파손으로 인한 파편 등에 의한 피해가 있을 수 있으며, 이 중 폭발시 발생하는 충격파의 피해가 가장 큰 것으로 알려져 있다.

상기 충격파에 의해 사람이 부상을 당하거나 사망에 이르게 된다.

유사 시 테러 및 무기에 의한 직접 공격에 대비하기 위해 구축되는 방폭 시설물은 폭발 시에 발생되는 폭발 압력을 효과적으로 흡수하도록 하는 매우 중요한 시설물이다.

그리고, 방폭 시설물은 대부분 구축 여건이 열악한 지역에서 필요로 하고 있으며, 일반적으로 천정 슬래브와 벽, 그리고, 바닥기초로 이루어져 대피할 수 있는 실내 공간을 가지는 건축구조물 형태로 구축이 된다.

이러한, 방폭시설물은 폭파 규모와 타격이 예상되는 무기 체계에 대응하기 위해 천정 슬래브와 벽이 단순히 두꺼운 콘크리트 벽체로 구축되고 있다.

그러나, 콘크리트 벽체의 경우 소정 두께 이상일 경우에만 방폭의 효과가 있어 방폭시설물 구축이 용이하지 않으며 파편에 의해 심하게 훼손될 수 있다는 단점이 있었다.

또한, 저장소에는 사용자가 저장소 내부로 출입할 수 있도록 개폐되는 문이 존재하게 되는데, 이 부분까지 두꺼운 콘크리트를 이용하여 제작하게 되면 지나치게 무거워서 사용이 크게 불편하다는 단점이 있었다.

또한, 차량의 경우 방폭를 위해 무거운 소재를 차체에 덧붙이는 것 또한 현실성이 매우 떨어진다는 단점이 있었다.

이에 따라, 폭발물 저장소나, 문 또는 차량 등에서 폭발 압력과 화염 및 파편에 대하여 큰 내력을 가지면서도 경량이며 시공성이 우수한 방폭 패널이 요구되어 왔다.

KR 10-0266857 B1(2000.06.28)

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 충격 흡수능과 기계적 강도 및 내열성이 우수하여 소정의 방폭 효과를 나타내면서도 매우 가벼워 취급과 시공이 용이한 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널은, 인장강도가 410 내지 490 MPa인 고내식강판으로 형성된 한 쌍의 외부판; 및 상기 한 쌍의 외부판 사이에 배치되는 발포 알루미늄판;을 포함하여 이루어지고, 상기 한 쌍의 외부판과 발포 알루미늄판 사이에는 세라믹과 접착제가 혼합된 세라믹 접착층이 개재되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널은, 인장강도가 410 내지 490 MPa인 고내식강판 또는 인장강도가 700 내지 760 MPa인 고강도강판으로 형성된 중앙 내력판; 상기 중앙 내력판의 양면에 각각 배치되는 한 쌍의 발포 알루미늄판; 및 상기 한 쌍의 발포 알루미늄판의 양면 중 상기 중앙 내력판이 배치된 면과 반대쪽 면에 각각 배치되는 인장강도가 410 내지 490 MPa인 한 쌍의 고내식강판 또는 인장강도가 700 내지 760 MPa인 한 쌍의 고강도강판으로 형성된 외부판을 포함하여 이루어지고, 상기 중앙 내력판과 외부판은 동일한 고내식강판 또는 고강도강판으로 이루어지며, 상기 중앙 내력판과 한 쌍의 발포 알루미늄판 사이와, 상기 한 쌍의 발포 알루미늄판과 상기 외부판 사이에는 세라믹과 접착제가 혼합된 세라믹 접착층이 개재되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 제3실시예에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널은, 섬유강화 플라스틱판으로 이루어진 중앙 내력판; 상기 중앙 내력판의 양면에 각각 배치되는 한 쌍의 발포 알루미늄판; 및 상기 한 쌍의 발포 알루미늄판의 양면 중 상기 중앙 내력판이 배치된 면과 반대쪽 면에 각각 배치되는 인장강도가 700 내지 760 MPa인 한 쌍의 고강도강판으로 형성된 외부판을 포함하여 이루어지고, 상기 중앙 내력판과 한 쌍의 발포 알루미늄판 사이와, 상기 한 쌍의 발포 알루미늄판과 상기 외부판 사이에는 세라믹과 접착제가 혼합된 세라믹 접착층이 개재되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 접착제는 유기 접착제로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 세라믹 접착층은 70 내지 90 중량퍼센트의 세라믹 입자와 10 내지 30 중량퍼센트의 접착제가 혼합된 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 세라믹 입자의 입도는 0.2 내지 3 ㎜ 인 것이 바람직하다.

게다가, 상기 발포 알루미늄판의 밀도는 0.2 내지 0.4 g/㎤ 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 외부판의 두께는 2.2 내지 2.4 ㎜ 의 동일한 두께로 이루어지고, 상기 외부판과 발포 알루미늄판의 두께는 1 : 19 내지 20의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.

아울러, 고내식강판으로 형성된 상기 중앙 내력판과 고내식강판으로 형성된 외부판의 두께는 2.2 내지 2.4 ㎜ 의 동일한 두께로 이루어지고, 상기 중앙 내력판, 상기 외부판 및 발포 알루미늄판의 두께는 1 : 1 : 9 내지 10의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.

게다가, 고강도강판으로 형성된 상기 중앙 내력판과 고강도강판으로 형성된 외부판의 두께는 1.7 내지 1.9 ㎜ 의 동일한 두께로 이루어지고, 상기 중앙 내력판, 상기 외부판 및 발포 알루미늄판의 두께는 1 : 1 : 12 내지 13의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중앙 내력판과 외부판의 두께는 1.7 내지 1.9 ㎜ 의 동일한 두께로 이루어지고, 상기 중앙 내력판, 상기 외부판 및 발포 알루미늄판의 두께는 1 : 1 : 12 내지 13의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 중앙 내력판은, 아라미드 섬유강화 플라스틱(aramid fiber reinforced plastic)으로 형성된 것이 바람직하다.

전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 발포 알루미늄판에 의한 에너지 흡수 능력에 의해 폭발에 의한 충격파에 충분히 견디는 동시에, 내열성과 경도가 높은 세라믹 입자를 접착제에 포함시켜서 폭발시 고온 및 고압에 의해 손상되거나 접착제의 접착력이 떨어지는 것을 방지하고, 외부판의 이탈을 방지할 수 있으므로 파편에 의한 관통을 확실히 방지할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 세라믹 접착층이 발포 알루미늄판과 중앙 내력판 또는 외부판 사이에서 치밀하게 충전되므로 단열효과가 우수하게 되고, 이를 통해 화염의 전파를 효과적으로 차단할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에 따르면, 세라믹 타일 대신 세라믹 입자를 포함하는 세라믹 접착층을 개재함으로써, 세라믹 특유의 취성이 발현되는 것을 방지할 수 있고 접착제만으로 구성했을 경우보다 접착부의 강도를 크게 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1의 (a)는 건물 외부에서 폭발물이 폭발하는 상태를 나타낸 도면이고, (b)는 건물 외벽에 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널이 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 발포 알루미늄판을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 채용되는 발포 알루미늄판의 밀도에 따른 하중-변위 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 채용되는 발포 알루미늄판의 밀도에 따른 압력-변위 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 제1실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에서 발포 알루미늄판의 밀도에 따른 폭파 해석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 제2실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에서 발포 알루미늄판의 밀도에 따른 폭파 해석 결과를 도 5의 제1실시예와 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 제3실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에서 발포 알루미늄판의 밀도에 따른 폭파 해석 결과를 도 7의 제2실시예와 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널을 ASTM 성능 시험 규격에 따라 시험을 하기 위한 시험장치를 나타낸 사진이다.
도 12는 도 11의 성능 시험에 사용된 시험체들을 분류하여 배치한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 대해서 공인된 기관으로부터 발급받은 성능 인증서이다.

이하, 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 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 해석해야만 한다. 또한, 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 1의 (a)는 건물 외부에서 폭발물이 폭발하는 상태를 나타낸 도면이고, (b)는 건물 외벽에 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널이 설치된 상태를 나타낸 도면이다.

도 1의 (a)에 도시된 바와 같은 건물의 외부에서 폭탄테러 또는 폭발물 사고 등에 의해 폭발물이 폭발하는 경우 피해를 최소화하기 위해서, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 건물의 외벽에 서포트 프레임(2)을 설치하고, 서포트 프레임(2)에 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널(1)을 결합시킬 수 있다.

이때, 방폭 패널(1)은 폭발물에 의한 폭압과 파편충돌을 충분히 흡수할 수 있도록 이루어지고, 소성변형된 부분만 교체할 수 있도록 조립식으로 이루어진다.

도 2는 발포 알루미늄판을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 채용되는 발포 알루미늄판의 밀도에 따른 하중-변위 관계를 나타낸 그래프이다.

발포 알루미늄은 알루미늄 괴를 용해한 후, 증점제와 발포제를 첨가하여 스폰지 형상으로 발포시켜 제조한 초경량 금속이다.

이와 같은 발포 알루미늄의 제조 공정은, 알루미늄 괴를 고온의 열을 낼 수 있는 용해로에서 알루미늄의 용융점인 약 660℃ 이상으로 가열하여 용해시키는 용융공정과, 상기 알루미늄 용탕에 칼슘을 주재료로 하는 증점제를 투입 및 교반시켜서 점도를 높임으로써 발포제의 확산이 균일하게 하도록 조건을 조성하는 증점제 교반공정과, 상기 증점제가 혼입된 용탕에 발포 첨가제를 적정량 넣고 교반하여 용탕 전체 용적에 대해 발포제를 균일한 분포로 확산시키는 발포제 교반공정과, 발포제가 확산된 용탕을 주형에 담고 주형을 고온의 발포실에 넣어 용탕을 발포시키는 히팅 발포공정과, 발포된 용탕을 냉각시켜서 발포 알루미늄을 완성하는 냉각공정을 포함한다.

이러한 공정에 의해 제조된 발포 알루미늄은 아래 표 1과 같이 우수한 물리적·화학적 특성을 가지기 때문에 방음벽, 건축마감재, 수송차량, 충격흡수재, 음향시설 및 산업플랜트 등 그 특성에 따라 매우 다양한 분야에서 사용되고 있다.

[표 1] 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 채용되는 발포 알루미늄판의 물리적·화학적 특성을 나타낸 표이다.

본 발명에서는 발포 알루미늄을 도 2에 도시된 바와 같이 판 형태로 제조하여 후술할 외부판 또는 중앙 내력판 등과 샌드위치 형태를 이루도록 한다.

도 3은 판 형태로 이루어진 발포 알루미늄판의 밀도에 따른 하중-변위 관계를 나타낸 그래프이다.

도 3에서 알 수 있듯이, 발포 알루미늄판의 밀도가 낮을수록 강도가 낮아 소성변형 성질이 커지므로 폭압 에너지 흡수성능이 커지고, 발포 알루미늄판의 밀도가 높을수록 강도가 커지기는 하지만 폭압 에너지 흡수능력은 작아지게 된다.

이에 따라, 발포 알루미늄판의 밀도가 0.34 g/㎤ 인 경우에 강도와 폭압 에너지 흡수성능이 가장 우수함을 알 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 채용되는 발포 알루미늄판의 밀도에 따른 압력-변위 관계를 나타낸 그래프이다.

동일한 사이즈의 발포 알루미늄을 포함하는 방폭 패널에 정적 압력을 가하는 시험을 수행한 결과, 발포 알루미늄의 밀도가 0.34 g/㎤ 인 경우가 0.17 g/㎤ 인 경우보다 정적 압력에 적합한 저항능력을 보이고 있음을 알 수 있다.

도 3과 도 4에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 채용되는 발포 알루미늄판의 밀도는 0.2 내지 0.4 g/㎤ 인 것이 바람직하고, 0.3 g/㎤ 인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 실시예들에서는 후술할 고내식강판과 고강도강판으로 포스코의 WP(world premium) 강재를 채용하는데, 고내식강판으로는 PosMAC(Posco Magnesium Alloy Coated-product)를, 고강도강판으로는 PosH690을 채용한다.

또한, 방폭 패널의 에너지 흡수력을 극대화하고 서포트 프레임의 강성을 향상시키기 위해서 방폭 패널이 결합되는 서포트 프레임에는 HSA800을 채용하는 것이 바람직하다.

[표 2] 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 채용되는 고성능강에 대한 물리적인 특성을 나타낸 표이다.

표 2에서의 고성능강은 일반강재에 비해 강도범위에 대한 품질기준이 정립되어 있기 때문에 방폭 및 내충돌 성능의 향상을 기대할 수 있다.

여기서, 연신율은 퍼센트(%) 단위이다.

[표 3] 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 채용되는 고성능강 중에서 PosMAC(Posco Magnesium Alloy Coated-product)의 내부식성을 시험한 결과를 나타낸 표이다.

표 3에 보여지는 것과 같이 PosMAC은 일반 도금강판에 비해 5배 이상의 내식성을 보유하고 있기 때문에 방폭 성능에 대한 내구성의 향상을 기대할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 제1실시예를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에서 발포 알루미늄판의 밀도에 따른 폭파 해석 결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널은, 인장강도가 410 내지 490 MPa인 고내식강판으로 형성된 한 쌍의 외부판(13); 및 한 쌍의 외부판(13) 사이에 배치되는 발포 알루미늄판(11);을 포함하여 이루어진다.

이때, 한 쌍의 외부판(13)과 발포 알루미늄판(11) 사이에는 세라믹과 접착제가 혼합된 세라믹 접착층(미도시)이 개재된다.

이때, 접착제는 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 또는 에폭시계 접착제 등 유기 접착제를 사용함으로써 내열성을 유지할 수 있다.

또한, 세라믹 접착층은 70 내지 90 중량퍼센트의 세라믹 입자와 10 내지 30 중량퍼센트의 접착제가 혼합된 구성으로 이루어진다.

이러한 조성에 의해 접착제는 세라믹의 형상을 유지하는 정도의 역할을 수행하고, 주로 세라믹에 의해 관통력에 대한 저항력을 유지하도록 한다.

특히, 세라믹 입자의 입도(평균직경 또는 상당직경)는 0.2 내지 3 mm로 구성하여 저항력을 극대화하는 것이 좋다.

입도가 0.2mm보다 작으면 분말상으로서 지나치게 접착제와의 접촉면적이 넓어지므로 관통 저항성이 떨어지는 단점이 있고, 3mm를 초과하면 접착제에 의한 접착력이 저하함으로써 열과 폭발 압력에 의해 쉽게 분리되는 단점이 있게 된다.

이와 같은 세라믹 접착층에 의해 내열성이 한층 우수하게 되고 파편 등에 의한 관통에 대하여 저항력이 커지게 된다.

한편, 세라믹으로는 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산화지르코늄 등이 채택될 수 있으며, 그 외의 공지된 세라믹이 사용될 수 있다.

또한, 세라믹 타일을 접착제로 접착하는 방식을 택할 수도 있겠으나 폭발시 열충격에 의해 크랙이 발생하기 쉽기 때문에 세라믹 입자를 접착제와 혼합하는 방식이 적절하다.

본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 제1실시예에서, 외부판(13)의 두께는 2.2 내지 2.4 ㎜ 의 동일한 두께로 이루어지고, 외부판(13)과 발포 알루미늄판(11)의 두께는 1 : 19 내지 20의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.

이는 본 출원인이 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같은 성능 시험을 수차례 반복함으로써 얻어진 결과이다.

한편, 도 6의 그래프에서 알 수 있듯이, 발포 알루미늄의 밀도에 따른 영향을 비교분석한 결과, 발포 알루미늄의 밀도가 폭압 에너지(impulse)에 대한 패널의 저항력에 대해 민감하게 나타난다. 즉, 밀도가 클수록 폭압 하중(에너지)에 저항력이 크지만 중량이 커지므로 시공성 및 운반성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 밀도가 낮으면 경량화가 가능하지만 폭압 에너지가 상대적으로 낮은 200 psi-msec에서 급격하게 방폭 성능이 저하되는 문제점이 있다.

이에 따라, 발포 알루미늄의 밀도가 0.34 g/㎤ 인 경우가 본 발명에 따른 방폭 패널에 가장 적합하다고 판단된다.

도 7은 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 제2실시예를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7의 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에서 발포 알루미늄판의 밀도에 따른 폭파 해석 결과를 도 5의 제1실시예와 비교하여 나타낸 그래프이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널은, 인장강도가 410 내지 490 MPa인 고내식강판 또는 인장강도가 700 내지 760 MPa인 고강도강판으로 형성된 중앙 내력판(21); 중앙 내력판(21)의 양면에 각각 배치되는 한 쌍의 발포 알루미늄판(23); 및 한 쌍의 발포 알루미늄판(23)의 양면 중 상기 중앙 내력판(21)이 배치된 면과 반대쪽 면에 각각 배치되는 인장강도가 410 내지 490 MPa인 한 쌍의 고내식강판 또는 인장강도가 700 내지 760 MPa인 한 쌍의 고강도강판으로 형성된 외부판(25)을 포함하여 이루어진다.

이때, 중앙 내력판(21)과 한 쌍의 발포 알루미늄판(23) 사이와, 한 쌍의 발포 알루미늄판(23)과 외부판(25) 사이에는 세라믹과 접착제가 혼합된 세라믹 접착층(미도시)이 개재된다.

세라믹 접착층은 전술한 제1실시예와 동일하므로 여기에서의 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 제2실시예에서, 고내식강판으로 형성된 중앙 내력판(21)과 고내식강판으로 형성된 외부판(25)의 두께는 2.2 내지 2.4 ㎜ 의 동일한 두께로 이루어지고, 중앙 내력판(21), 외부판(25) 및 발포 알루미늄판(23)의 두께는 1 : 1 : 9 내지 10의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.

다른 구성으로, 고강도강판으로 형성된 중앙 내력판(21)과 고강도강판으로 형성된 외부판(25)의 두께는 1.7 내지 1.9 ㎜ 의 동일한 두께로 이루어지고, 중앙 내력판(21), 외부판(25) 및 발포 알루미늄판(23)의 두께는 1 : 1 : 12 내지 13의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 발포 알루미늄의 밀도에 따른 영향을 본 발명의 제1실시예에서와 같이 중앙 내력판이 없는 경우와 제2실시예에서와 같이 중앙 내력판이 있는 경우에 대해서 비교해보면, 도 8의 그래프에서 알 수 있듯이 제2실시예에서와 같이 중앙 내력판이 있는 경우 저항력이 향상된다.

하지만, 폭압 에너지에 대한 성능면에서 보면 중앙 내력판의 존재 여부는 발포 알루미늄의 밀도 보다는 민감한 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 제3실시예를 나타낸 도면이고, 도 10은 도 9의 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에서 발포 알루미늄판의 밀도에 따른 폭파 해석 결과를 도 7의 제2실시예와 비교하여 나타낸 그래프이다.

본 발명의 제3실시예에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널은, 섬유강화 플라스틱판으로 이루어진 중앙 내력판(31); 중앙 내력판(31)의 양면에 각각 배치되는 한 쌍의 발포 알루미늄판(33); 및 한 쌍의 발포 알루미늄판(33)의 양면 중 상기 중앙 내력판(31)이 배치된 면과 반대쪽 면에 각각 배치되는 인장강도가 700 내지 760 MPa인 한 쌍의 고강도강판으로 형성된 외부판(35)을 포함하여 이루어진다.

이때, 중앙 내력판(31)과 한 쌍의 발포 알루미늄판(33) 사이와, 상기 한 쌍의 발포 알루미늄판(33)과 외부판(35) 사이에는 세라믹과 접착제가 혼합된 세라믹 접착층(미도시)이 개재된다.

본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 제3실시예에서, 중앙 내력판(31)과 외부판(35)의 두께는 1.7 내지 1.9 ㎜ 의 동일한 두께로 이루어지고, 중앙 내력판(31), 외부판(35) 및 발포 알루미늄판(33)의 두께는 1 : 1 : 12 내지 13의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 중앙 내력판(31)은, 아라미드 섬유강화 플라스틱(aramid fiber reinforced plastic)으로 형성될 수 있다.

예를 들면, 중앙 내력판(31)은 미국의 듀폰(Dupont)이 개발하여 1971년 시제품으로 출시한 인조섬유인 케블라(Kevlar)를 판상으로 형성하여 마련할 수 있다.

이러한 케블라는 아마이드기(基)를 제외한 모든 주사슬에 페닐기(基)가 파라(para) 형태로 결합된 방향족 폴리아마이드 섬유이고, 황산용액에서 액정방사한 고강력섬유로서 강도, 탄성, 진동흡수력 등이 뛰어나 진동흡수장치나 보강재·방탄재 등으로 사용된다.

또한, 케블라는 인장강도가 높아 쉽게 끊어지지 않고, 열에 의한 수축률도 적으며, 벤젠 등에 의해 쉽게 녹지 않는 내화학성 물질로서, 전기절연성과 내화성 등의 성질이 있다. 게다가, 강철과 같은 굵기의 섬유로 만들었을 때 강철보다 5배나 강도가 높다.

아울러, 케블라는 철보다 가벼운 데다가 타이어 고무와 결합이 잘되기 때문에 케블라 출시 초기에 주로 자동차 타이어 제조업체에 타이어 코드용으로 제품을 공급했다.

이러한 케블라는 벨트(belt), 방화복, 콘크리트 건조물 보강재 등으로 폭넓게 사용되고 있다. 특히, 방탄성능이 우수해 방탄복이나 방탄모 등에 많이 사용된다.

이와 같은 케블라가 중앙 내력판으로서 중앙에 배치되어 있는 경우 폭발시에 발생하는 충격파나 파편에 의해 파열되거나 천공되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도 10의 그래프에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제2실시예에서와 같이 고내식강판 또는 고강도강판으로 이루어진 중앙 내력판을 가지는 방폭 패널과 본 발명의 제3실시예에서와 같이 아라미드 섬유강화 플라스틱으로 이루어진 중앙 내력판을 가지는 방폭 패널을 비교해보면 제2실시예에서 보다 저항력이 향상되었지만, 그 차이는 미미하다.

도 11은 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널을 ASTM 성능 시험 규격에 따라 시험을 하기 위한 시험장치를 나타낸 사진이고, 도 12는 도 11의 성능 시험에 사용된 시험체들을 분류하여 배치한 도면이다.

본 출원인은 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 다양한 실시예들의 성능을 시험하기 위해서, 도 11에 도시된 바와 같은 시험장치를 가지고 ASTM F 2927-12 (Standard Test Method for Door Systems Subject to Airblast Loadings) 및 ASTM F 1642-04 (Standard Test Method for Glazing and Glazing Systems Subject to Airblast Loading)에 근거하여 시험을 수행하였다.

본 시험에서 재하 하중은 최대 폭압 범위 21.9 ~ 22.5 psi로 하였고, 충격량 범위는 277 ~ 323 psi-msec로 하였다.

구체적으로, 본 시험은 도 11에 도시된 Shock Tube 테스터기를 이용하여 서포트 프레임에 도 12에 도시된 바와 같이 배치된 방폭 패널에 충격을 가하는 방법으로 수행되었다.

[표 4] 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 실시예들의 성능 규준을 나타낸 표이다.

표 4는 United Facilities Criteria(UFC) 4-020-01, DoD Security Engineering Facilities Planning Manual 및 PDC-TR 06-08, Single Degree of Freedom Structural Response Limits for Antiterrorism Design에 따른 성능규준이다.

[표 5] 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 성능 시험에 사용된 시험체들을 분류하여 나타낸 표이다.(도 12 참고)

표 5에서 1A는 본 발명의 제1실시예를, 2A 및 3A는 본 발명의 제2실시예를, 4A는 본 발명의 제3실시예를 나타내고 있다.

[표 6] 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널의 성능 시험 결과를 통해 표 4의 성능 규준에 의거하여 평가된 레벨을 나타낸 표이다.

표 6에서 알 수 있듯이, 중앙 내력판이 없는 본 발명의 제1실시예의 경우 보다 중앙 내력판이 있는 제2실시예 및 제3실시예의 경우에 방폭패널의 성능이 우수하다.

도 13은 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 대해서 공인된 기관으로부터 발급받은 성능 인증서이다.

본 출원인은 본 발명에 따른 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널에 대해서 미국의 방폭 전문 엔지니어링사인 Karagozian & Case로부터 2016년 6월 8일 성능 인증서를 발급받은 바 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

11, 23, 33 : 발포 알루미늄판
13, 25, 35 : 외부판
21, 31 : 중앙 내력판

Claims

삭제
인장강도가 410 내지 490 MPa인 고내식강판 또는 인장강도가 700 내지 760 MPa인 고강도강판으로 형성된 중앙 내력판;
상기 중앙 내력판의 양면에 각각 배치되는 한 쌍의 발포 알루미늄판; 및
상기 한 쌍의 발포 알루미늄판의 양면 중 상기 중앙 내력판이 배치된 면과 반대쪽 면에 각각 배치되는 인장강도가 410 내지 490 MPa인 한 쌍의 고내식강판 또는 인장강도가 700 내지 760 MPa인 한 쌍의 고강도강판으로 형성된 외부판을 포함하여 이루어지고,
상기 중앙 내력판과 외부판은 동일한 고내식강판 또는 고강도강판으로 이루어지며,
상기 중앙 내력판과 한 쌍의 발포 알루미늄판 사이와, 상기 한 쌍의 발포 알루미늄판과 상기 외부판 사이에는 세라믹과 접착제가 혼합된 세라믹 접착층이 개재되는 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널.
섬유강화 플라스틱판으로 이루어진 중앙 내력판;
상기 중앙 내력판의 양면에 각각 배치되는 한 쌍의 발포 알루미늄판; 및
상기 한 쌍의 발포 알루미늄판의 양면 중 상기 중앙 내력판이 배치된 면과 반대쪽 면에 각각 배치되는 인장강도가 700 내지 760 MPa인 한 쌍의 고강도강판으로 형성된 외부판을 포함하여 이루어지고,
상기 중앙 내력판과 한 쌍의 발포 알루미늄판 사이와, 상기 한 쌍의 발포 알루미늄판과 상기 외부판 사이에는 세라믹과 접착제가 혼합된 세라믹 접착층이 개재되는 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 접착제는 유기 접착제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 세라믹 접착층은 70 내지 90 중량 퍼센트의 세라믹 입자와 10 내지 30 중량 퍼센트의 접착제가 혼합된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널.
청구항 5에 있어서,
상기 세라믹 입자의 입도는 0.2 내지 3 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 발포 알루미늄판의 밀도는 0.2 내지 0.4 g/㎤ 인 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널.
삭제
청구항 2에 있어서,
고내식강판으로 형성된 상기 중앙 내력판과 고내식강판으로 형성된 외부판의 두께는 2.2 내지 2.4 ㎜ 의 동일한 두께로 이루어지고,
상기 중앙 내력판, 상기 외부판 및 발포 알루미늄판의 두께는 1 : 1 : 9 내지 10의 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널.
청구항 2에 있어서,
고강도강판으로 형성된 상기 중앙 내력판과 고강도강판으로 형성된 외부판의 두께는 1.7 내지 1.9 ㎜ 의 동일한 두께로 이루어지고,
상기 중앙 내력판, 상기 외부판 및 발포 알루미늄판의 두께는 1 : 1 : 12 내지 13의 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널.
청구항 3에 있어서,
상기 중앙 내력판과 외부판의 두께는 1.7 내지 1.9 ㎜ 의 동일한 두께로 이루어지고,
상기 중앙 내력판, 상기 외부판 및 발포 알루미늄판의 두께는 1 : 1 : 12 내지 13의 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널.
청구항 11에 있어서,
상기 중앙 내력판은, 아라미드 섬유강화 플라스틱(aramid fiber reinforced plastic)으로 형성된 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄판을 포함하는 방폭 패널.