KR101880906B1 - 디스크 롤 및 그 기본 재료 - Google Patents
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Abstract
45μm 이상의 쇼트가 5중량%이하인, 알루미나 40중량%이상 60중량%이하와 실리카 40중량%이상 60중량%이하를 포함한 알루미나 실리케이트 섬유 20~38중량%와 기부시 점토 10~30중량%와, 벤트나이트 2~20중량%와 마이카 20~40중량%를 포함한 디스크 롤 용 기본 재료.
Description
본 발명은 판유리의 제조에 적합한 디스크 롤 및 그 기본 재료에 관한 것이다.
판유리는 유리 용융물을 장치에 연속적으로 공급하여 그 장치에서 띠 모양으로 흐르게 하여 흐르는 동안에 냉각 경화시킴으로써 제조한다. 디스크 롤은 한 쌍의 인장롤로써 기능하며 띠 모양의 유리 용융물을 협지(挾持)하여 강제적으로 아래쪽으로 밀어내기 위해서 사용된다.
디스크 롤은 일반적으로 밀 보드(판형상 성형체, 기본재료)를 링 모양으로 펀칭한 디스크재를 여러장 회전축이 되는 샤프트에 끼워 넣어 롤모양의 적층물로 하고, 양끝에 배치한 플랜지를 통해서 전체를 가압하여 고정한 것이다. 디스크재의 외주 면이 유리 용융물의 수송 면으로써 기능한다.
디스크 롤은 띠 모양의 유리 용융물을 반송하는 것이므로, 내열성, 유연성, 경도와 함께 유리 표면을 손상하지 않도록 요구되어 내열성 무기 섬유, 마이카, 점토를 함유시킨 디스크 롤 등이 알려져 있다(특허 문헌 1~3).
디스크 롤은 일반적으로 물 여과성의 좋고 나쁨에 따라 원료의 수성 슬러리를 흡인 탈수 성형법 또는 종이 뜨는 법(抄造法)으로 제조한다. 종이 뜨는 법에서는 보다 큰 시트를 제조할 수 있기 때문에 효율이 좋으나 물의 여과성이 좋아야 한다.
그러나 원료가 되는 내열성이 높은 알루미나를 70중량%이상 포함한 무기 섬유는 고가였다. 또한 효율적으로 제조하기 위해서는, 종이 뜨는 법으로 제조할 수 있으며, 수성 슬러리에서 여수(濾水, 물을 걸러냄) 할 때의 여수 시간이 짧은 것이 요구되고 있었다.
본 발명의 목적은 값 비싼 섬유를 사용하지 않고 효율적으로 제조할 수 있는 디스크 롤 및 그 기본 재료를 제공하는 일이다.
본 발명에 의하면, 이하의 무기 섬유 등이 제공된다.
1. 약 45μm 이상의 쇼트가 약 5중량%이하의, 알루미나 약 40중량%이상 약 60중량%이하와 실리카 약 40중량%이상 약 60중량%이하를 포함한 알루미나 실리케이트 섬유 약 20중량%~약 38중량%와
기부시 점토(목적 점토) 약 10중량%~약 30중량%와
벤트나이트 약 2중량%~약 20중량%와
마이카 약 20중량%~약 40중량%를 포함하는 디스크 롤 용 기본 자재.
2. 추가로 펄프와 전분을 포함한 1에 기재된 디스크 롤 용 기본 자재.
3. 알루미나 약 40중량%이상 약 60중량%이하와 실리카 약 40중량%이상 약 60중량%이하를 포함한 조 섬유를 분쇄하여 약 45μm 이상의 쇼트가 약 5중량%이하의 알루미나 실리케이트 섬유를 제조하고
물과 상기 알루미나 실리케이트 섬유와 기부시 점토와, 벤트나이트와 마이카를 혼합하여 수성 슬러리를 제조하고
수성 슬러리를 형틀에 넣어 여수함으로써, 시트를 제조하는 디스크 롤 용 기본 재료의 제조 방법.
4. 1 또는 2에 기재된 기본 재료를 포함한 디스크 롤.
5. 유리 용융물을 4에 기재된 디스크 롤을 사용해서 반송(搬送, 옮기어 보냄)하고 유리 용융물을 냉각하는 유리의 제조 방법.
본 발명에 의하면 비싼 섬유를 사용하지 않고 효율적으로 제조할 수 있는 디스크 롤 및 그 기본 재료를 제공할 수 있다.
도 1은 디스크 롤을 사용한 유리 제조 방법의 일예를 나타내는 도이다.
이 발명의 디스크 롤 용 기본 재료는 세라믹 섬유(알루미나 실리케이트 섬유), 기부시 점토, 벤트나이트 및 마이카를 포함한다.
세라믹 섬유는 20~38중량%, 바람직하게는 25~38중량%, 보다 바람직하게는 25~35중량%포함한다. 세라믹 섬유가 20중량%미만에서는 내열성이 낮아지고 세라믹 섬유가 38중량%이상에서는 공극의 양이 증가하므로 내마모성이 악화될 가능성이 있다.
본 발명에 사용하는 세라믹 섬유는, 알루미나 40중량%이상 60중량%이하, 바람직하게는 45중량%이상 55중량%이하 포함한다. 또한, 세라믹 섬유는 실리카 40중량%이상 60중량%이하, 바람직하게는 45중량%이상 55중량%이하 포함한다. 섬유는 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용해도 된다.
세라믹 섬유의 평균 섬유 지름은 보통 2~5μm 정도이다.
원료인 세라믹 섬유는 통상 미 섬유화물(쇼트)을 포함하고 있으며 건식 또는 습식의 방법으로 분쇄(또는 입자를 떨어트림)함으로써 쇼트를 줄일 수 있다.
본 발명에 사용하는 세라믹 섬유는 45μm 이상의 쇼트(미 섬유화물)을 5중량%이하, 바람직하게는 2중량%이하 밖에 포함하지 않는다. 쇼트가 많은 섬유를 사용해서 제조한 디스크 롤은 유리 표면을 손상시킬 우려가 있다. 쇼트의 크기는 통상 45~5000μm 정도이다.
기본 재료는 기부시 점토를, 10~30중량%, 바람직하게는 15~25중량%포함한다. 기부시 점토를 이 범위로 포함하면 표면 윤활성(평활성)이 양호해진다.
벤트나이트는 2~20중량%, 바람직하게는 2~15중량%, 보다 바람직하게는 3~15중량% 더욱 바람직하게는 5~15중량%포함한다. 벤트나이트를 포함하지 않으면 정착·응집이 불충분하여 여수성이 나빠진다. 반대로 벤트나이트가 너무 많으면 슬러리 성이 높아져서 여수성이 나빠진다.
마이카는 디스크재의 샤프트의 열 팽창에 대한 추종성을 높이기 위해서 첨가한다. 디스크재를 끼워넣는 샤프트가 금속제이므로 고온에 노출되면 이 샤프트가 열 팽창하여 축 방향을 따라 신장한다. 이 때 디스크재는 금속에 비해서 열 팽창 계수가 낮기 때문에 샤프트의 신장에 추종하지 못해서 디스크재 끼리가 박리된다. 한편, 마이카는 아주 얇은 층 구조를 이루고 있으며, 가열되면 결정 변태를 일으키지만, 그 때 층 방향으로 팽창하는 경향이 있으며, 이 층 방향으로의 팽창에 의해서 디스크재의 샤프트의 열 팽창에 대한 추종성이 높아진다.
마이카로서 백 마이카(마스코바이트;K2Al4(Si3Al)2O20(OH)4), 흑 마이카, 금 마이카(프로고바이트;K2Mg6(SiAl)2O20(OH)4), 파라고나이트, 레피드나이트, 불소 합성 마이카 등이 사용 가능하지만, 상기 추종성을 고려하면 백 마이카가 바람직하다.
기본 재료는, 마이카는 20~40중량%, 바람직하게는 25~35중량%포함한다. 마이카가 20중량%미만에서는 샤프트의 열팽창에 대한 추종성이 낮아지고, 40중량%이상에서는 슬러리 중에 고르게 분산시키는 것이 어려워지고, 디스크 기본 재료의 물성의 불균형이 커지는 것이 우려된다.
본 발명의 기본 재료는 본 발명의 효과를 잃지 않는 범위에서 상기 성분 외에 응집 보조제, 유기 바인더를 포함할 수 있다.
유기 바인더로써, 유기 섬유(펄프), 전분이 바람직하다. 유기 섬유(펄프)를 포함하면 압축 특성이 발현하고 그 양은 예를 들면 2~10중량%또는 6~10중량%로 할 수 있다. 또한 전분을 포함하면 디스크재의 강도가 발현하고 그 양은 예를 들면 1~10중량%또는 1~4중량%로 할 수 있다.
본 발명의 기본 재료는 무기 성분으로서, 세라믹 섬유, 기부시 점토, 벤트나이트, 마이카를 합쳐서 90중량%이상, 95중량%이상, 98중량%이상, 100중량%로 할 수 있다.
본 발명의 기본 재료는 상기 성분을 상기 범위로 포함함으로써 무기 섬유의 양이 적어도, 내열성과 강도가 균형 있게 유지된 디스크 롤을 얻을 수 있다.
기본 재료는 무기 섬유, 카올리나이트 및 마이카를 포함한 수성 슬러리를 판 모양으로 성형 건조해서 제조할 수 있다. 이 때, 종이 뜨는 법을 사용하는 것이 효율적이고 바람직하다. 즉, 무기 섬유, 카올리나이트 및 마이카, 필요에 따라 응집 보조제, 유기 섬유, 유기 바인더 등을 소정량 포함한 수성 슬러리를 조제하고 이 수성 슬러리를 종이 뜨는 기계(抄造機)로 판형상으로 성형하여 건조함으로써 기본 재료를 얻을 수 있다. 또한, 기본 재료의 두께는 적절히 설정할 수 있고, 2~10mm가 일반적이다.
다음으로 디스크 롤의 제조 방법에 관해서 설명한다. 일반적으로 기본 재료에서 링 모양의 디스크재를 펀칭하여, 이 디스크재를 여러장, 금속제(예를 들면 철제)의 샤프트에 끼워넣어 롤형상의 적층물로 하여, 양끝에 배치한 플랜지를 통해서 양쪽 끝에서 전체를 가압하여 디스크재에 약간의 압축을 가한 상태에서 너트 등으로 고정한다. 필요에 따라 소성한다. 그리고, 소정의 롤 지름이 되도록 디스크재의 외주면을 연삭함으로써 디스크 롤을 얻을 수 있다.
디스크 롤의 구조에는 샤프트 전체를 디스크재로 덮여 있는 사양의 것, 유리가 접촉하는 부분만을 샤프트가 디스크 자재가 덮여 있는 사양의 것, 단일 축을 가진 사양의 것 등이 있다.
예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 디스크 롤 (10)을 사용하여 유리 용융물 (100)을 협지하여 반송하고 유리 용융물 (100)을 냉각 경화시켜서 유리를 제조할 수 있다.
[실시 예1]
[조(粗)세라믹 섬유의 분쇄]
알루미나 40~60중량%, 실리카 60~40중량% 포함한 조 세라믹 섬유(니치아스 주식 회사제 "파인 플렉스 벌크 파이버")를 분쇄하여 45μm 이상의 쇼트가 2중량%이하의 세라믹 섬유를 얻었다.
쇼트의 함유율은 다음의 순서로 측정하였다.
(i)임의의 부분에서 100g이상의 시료를 쇼트가 시료에서 탈락하지 않도록 잘라낸다.
(ii)잘라낸 시료를 105~110℃에서 1시간 건조 처리한 후, 칭량하여 W0로 한다.
(iii)시료를 실린더에 넣고 21MPa로 가압 분쇄하여, 실린더 내를 스파체라를 사용한 시료를 풀어서 다시 가압 분쇄한다.
(iv)분쇄한 시료를 JIS-Z-8801의 예비 치수 45μm의 체로 옮겨 흐르는 물로 섬유 및 미세한 쇼트를 씻어버린다.
(v)체에 남은 쇼트를 체와 함께 건조기를 사용해서 1시간 건조시킨다.
(vi)건조기에서 꺼낸 체를 실온까지 냉각한 후, 체의 뒷면에 부착되어 있는 미세입자를 10초 정도 체의 측면을 손으로 두드려서 제거한다.
(vii)체의 면상에 남은 쇼트를 적당한 용기에 옮긴다. 이 때, 쇼트가 체에 남지 않도록 체 브러시로 충분히 털어 버리고 분리된 쇼트를 칭량하여 W1으로 한다.
(viii)쇼트의 함유율은 다음 식에 의해서 구하고 소수점 이하 1자릿수로 반올림한다. 쇼트 함유율%=W1/W0×100
[디스크 롤 기본 재료의 제조]
상기에서 분쇄한 세라믹 섬유 30중량%, 백 마이카 32중량%, 기부시 점토 20중량%, 벤트나이트 10중량%, 펄프 6중량% 및 전분 2중량%인 수성 슬러리를 조제하여 종이 뜨는 법에 의해서 건조 후의 치수가 200mm×200mm×6mm의 디스크 롤 용 기본 재료(밀 보드)를 종이 뜨기 하였다.
얻은 세라믹 섬유 함유 디스크 롤 용 기본 재료에 대해서 밀도를 측정한 후, 아래 (1)~(7)의 평가를 하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(1) 원판의 굽힘 시험(굽힘 강도 및 굽힘 탄성률)
세라믹 섬유 함유 디스크 롤 용 기본 재료를 900℃로 유지한 가열로에 3시간 유지한 후, 실온까지 자연 냉각하였. 냉각 후의 기본 재료에서 폭 30mm, 길이 150mm, 두께 6mm의 시험편을 잘라내어, 시마즈 제작소 제품 "오토 그래프 AG-100kND"를 사용하여 JIS K7171에 준하여 굽힘 강도 및 굽힘 탄성률을 평가하였다.
(2) 충전 시의 굽힘 시험(굽힘 강도 및 굽힘 탄성률)
세라믹 섬유 함유 디스크 롤 용 기본 재료에서 폭 30mm, 길이 150mm의 디스크재를 잘라내어 이 디스크재를 스테인레스 판으로 협지하여, 두께 10mm, 밀도가 1.25g/cm3이 되도록 압축하고 압축한 상태에서 900℃로 유지한 가열로에 10시간 유지한 후, 실온까지 자연 냉각하였다. 냉각 후 압축력을 개방한 것을 측정, 샘플로 하여, 시마즈 제작소 제품 "오토 그래프 AG-100kND"를 사용하여 JIS K7171에 준하여 굽힘 강도 및 굽힘 탄성률을 평가하였다.
(3) 열 전도율
세라믹 섬유 함유 디스크 롤 용 기본 재료에서 폭 50mm, 길이 100mm의 디스크재를 잘라내어 이 디스크재를 SUS판으로 협지하여, 두께 10mm, 밀도가 1.25g/cm3이 될 때까지 압축하고, 압축한 상태에서 900℃로 유지한 가열로에 10시간 유지한 후, 실온까지 자연 냉각하였다. 냉각 후 압축력을 개방한 것을 측정 샘플로 하고, 샘플 표면을 JIS R2618의 비정상 열선 법에 따라 신속 열전도율 계 QTM-500(교토 전자 공업 주식 회사제)에 의해서, 실온에서의 열전도율을 측정하였다.
(4) 열 팽창 계수
세라믹 섬유 함유 디스크 롤 용 기본 재료에서 외경 60mm 내경 20mm의 디스크재를 펀칭하여, 스테인리스제 샤프트에 길이 100mm, 밀도 1.25g/cm3이 되도록 롤 빌드하여, 900℃로 유지한 가열로에 10시간 유지한 후, 실온까지 자연 냉각하였다. 냉각 후의 샘플을 5×5×20mm로 잘라내어 샘플로 하였다. 리가쿠 전기 공업 주식 회사 제품 열 기계 분석 장치 "TMA8310"를 사용하여 공기 중에서 5℃/min의 속도로 실온에서 900℃까지 승온하여 열 팽창 계수를 측정하였다.
(5) 압축 가열 복원율
세라믹 섬유 함유 디스크 롤 용 기본 재료에서 폭 30mm, 길이 50mm의 디스크재를 잘라내어 스테인레스 판으로 협지하여, 두께 20mm, 밀도 1.35g/cm3이 되도록 압축해서 고정한 것을 샘플로 하였다.
얻은 샘플을 600℃에서 5시간 가열시킨 후, 실온 25℃까지 냉각하여 디스크재에 가해지는 압축력을 개방했을 때의 복원한 길이를 원래의 길이로 나누어 복원율을 구하였다. 또한, 얻은 디스크 롤을 900℃에서 10시간 가열시켜서 상기와 마찬가지로 복원율을 측정하였다.
(6) 마모 시험
세라믹 섬유 함유 디스크 롤 용 기본 재료에서 외경 80mm 내경 30mm의 디스크재를 펀칭하여, 지름 30mm의 스테인리스제 샤프트에 길이 100mm, 충전 밀도가 1.25g/cm3이 되도록 롤 빌드하여, 디스크 롤을 제작하였다.
이 디스크 롤의 롤 면에 2mm 간격으로 폭 2mm의 홈의 가공을 5개 만든 직경 30mm의 스테인리스제의 축을 접촉시킨 상태에서 900℃에서 5시간 회전시킨 후, 실온 25℃까지 냉각하여 디스크 롤의 롤 표면에 생긴 홈의 깊이를 측정하였다.
(7) 하중 변형량
세라믹 섬유 함유 디스크 롤 용 기본 재료에서 외경 60mm 내경 20mm의 디스크재를 펀칭하여, 지름 20m의 스테인리스제 샤프트에 길이 100mm, 충전 밀도가 1.25g/cm3이 되도록 롤 빌드하여, 디스크 롤을 제작하였다.
이 디스크 롤을 샤프트의 양끝을 가대로 지지하고 디스크재로 이루어진 롤 면에 압축자에 의해서 10kgf/cm의 하중을 1mm/분으로 가하고, 그 때의 하중 변형량(실온)을 측정하였다.
또한 상기 디스크 롤을 900℃의 가열로에 10시간 유지하고 가열로에서 꺼낸 후, 실온까지 냉각된 것에 대해서도 상기와 마찬가지로 하중 변형량(900℃ 10시간)을 측정하였다.
표 1에서 실시예의 디스크 롤은 고가의 섬유를 사용하지 않고, 내열성, 강도, 내마모성, 유연성을 가진 것을 알 수 있다. 또한, 쇼트가 적기 때문에 유리면을 손상하는 일도 적다.
실시예 2~4, 비교예 1,2
벤트나이트의 영향을 알아보기 위해서 표 2에 나타내는 조성으로 한 것 외에는 실시 예 1과 마찬가지로 디스크 롤 용 기재와 디스크 롤을 제조하여 평가하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 벤트나이트량 30%에 대해서는 원판 제작이 어렵기 때문에 롤 물성은 측정하지 않았다.
(1)여수성
TAPPI식 손으로 종이를 뜨는 기계에 의한 여수 시간으로 평가하였다.
○:100초 미만, △:100~200초, X:200초 이상
(2)시트 외관
○:양호, △:고르지 못한 부분이 있음 x:균열 있음
(3)가열 수축률
디스크 롤 용 기본 재료를 폭 30mm, 길이 150mm로 잘라내어, 900℃에서 3시간 가열한 후 그 선 방향 및 두께 방향의 길이를 측정하여 다음 식에 따라 가열 수축률을 평가하였다.
(가열 전의 측정치-가열 후의 측정치)/가열 전의 측정치×100
본 발명의 디스크 롤은 판유리, 특히 액정용 유리나 플라스마 디스플레이용 유리 제조에 사용할 수 있다.
상기 본 발명의 실시 형태 및/또는 실시 예를 몇가지 상세하게 설명했지만 당업자는 본 발명의 신균 교시 및 효과로부터 실질적으로 떨어지지 않고 이들 예시인 실시 형태 및/또는 실시 예에 많은 변경이 용이하다. 따라서 이들 많은 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
이 명세서에 기재된 문헌의 내용을 모두 여기에 원용한다.
Claims (6)
- 45μm 이상의 쇼트가 2중량%이하의, 알루미나 45중량%이상 55중량%이하와 실리카 45중량%이상 55중량%이하를 포함하는 알루미나 실리케이트 섬유 20~35중량%와
기부시 점토 10~30중량%와
벤트나이트 5~15중량%와
마이카 20~40중량%를 포함한 디스크 롤 용 기본 재료.
- 제1항에 있어서, 추가로 펄프와 전분을 포함한 디스크 롤 용 기본 재료.
- 알루미나 45중량%이상 55중량%이하와 실리카 45중량%이상 55중량%이하를 포함한 조 섬유를 분쇄하여 45μm 이상의 쇼트가 2중량%이하의 알루미나 실리케이트 섬유를 제조하고,
물과, 상기 알루미나 실리케이트 섬유와, 기부시 점토와, 벤트나이트와, 마이카를 혼합하여 수성 슬러리를 제조하고,
수성 슬러리를 틀에 부어 여수함으로써, 시트를 제조하는 제1항의 디스크 롤 용 기본 재료의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 기재된 기본 재료로부터 펀칭한 링 형상의 디스크 재를 포함한 디스크 롤.
- 제1항 또는 제2항에 기재된 기본 재료로부터 복수의 링 형상의 디스크 재를 펀칭하고,
상기 복수의 디스크 재를 샤프트에 끼워넣어 롤 형상의 적층물로 하고,
상기 롤 형상의 적층물을 양쪽 끝에서 가압하여 고정하는 디스크 롤의 제조 방법.
- 유리 용융물을 제4항에 기재된 디스크 롤을 사용해서 반송하고 유리 용융물을 냉각하는 유리의 제조 방법.
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