KR101975803B1 - 발포 알루미늄을 활용한 공기 밀폐 수상 부유체 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄 혼합 분말 압분체로 성형된 알루미늄 혼합 분말 압출 판재를 금형 캐비티에 채워 열처리로에서 발포 열처리함으로써 성형한 후, 폴리프로필렌 용융액에 침지시킨 발포 알루미늄 패널들을 접착하거나 용접하여 내부 공간이 공기 밀폐되도록 제작되고 발포 알루미늄 패널 내부에 밀봉된 강재 파이프가 포함되고 상기 발포 알루미늄 패널들 중 일부는 내부에 장착볼트의 플렌지부가 삽입되고 상기 장착볼트의 장착볼트 본체부에는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 코팅된 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄을 활용한 공기 밀폐 수상 부유체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 가두리 양식장, 수상가옥, 수상 태양광 발전시설, 수상 풍력 발전시설, 부교, 수상 휴게실, 기타의 수상구조물 등에 결합시켜 해당 수상구조물을 물 위에 안정적으로 떠있게 하는 수상부유체에 관한 것이다.
이러한 수상부유체는 스티로품 소재를 이용하거나 플라스틱 재료를 중공 성형한 구조가 널리 채택되어 왔으나 사용재료가 외부 충격에 쉽게 부스러지고, 표면이 거칠어서 각종 패류 등의 이물질이 쉽게 부착될 수 있고, 해수에 쉽게 파손되어 해양 오염을 유발시킬 수 있다.
본 발명은 이러한 문제점들이 발생되지 않도록 스티로폼 소재 또는 플라스틱 재료를 사용하지 않으면서 경량금속인 알루미늄을 발포하여 성형된 발포 알루미늄 패널로 제작된 수상부유체에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 수상부유체를 형성하기 위하여 사용되는 발포 알루미늄 패널은 알루미늄을 발포하여 성형하고, 성형된 발포 알루미늄 패널의 외부 표면을 용융 폴리프로필렌 용액에 침지 시켜 폴리프로필렌이 알루미늄 패널의 알루미늄 발포로 형성된 공극에 침투되어 발포 알루미늄 패널의 표면에 코팅되도록 함으로써 제작되는 수상부유체의 내식성, 내구성 및 부력을 향상시키도록 하는 것이다.
일반적으로 수상구조물을 물 위에 안정적으로 떠있게 하는 수상부유체는 스티로폼 소재로 제작되며, 수상부유체의 내구성을 확보하고 사용수명을 연장시키기 위해 스티로폼 소재에 폴리에틸렌 수지를 코팅시키거나 대한민국 특허등록 제888397호와 같이 스티로폼 표면을 폴리우레아 수지로 도포하는 방법이 사용되어 왔다.
그러나 스티로품 소재로 제작되는 수상부유체는 표면을 코팅하거나 도포하더라도 장기적으로 해수의 침투를 막을 수 없고, 태양광과 해수에 의해 쉽게 부식되고 훼손되어 그 조각 파편들이 해양 오염을 발생시키는 원인이 되고 있다.
대한민국 특허공개 10-2014-0136827호는 외부충격에 대한 응력 향상과 더불어 직사광선 및 온도변화에 따른 성질 변형이 억제될 수 있도록 한 발포 금속을 활용한 해상부유체를 제안하고 있다.
발포 금속을 접합하여 제작함으로써 각종 수상 시설 또는 선박 접안시의 충돌 등과 같은 외부 충격에 견딜 수 있는 응력 향상을 가져올 수 있고 수상부유체를 수상구조물에 결속시키는 결속부재 설치가 용이하고 코팅층 형성을 통해 직사광선 조사 및 해수 침투로 인해 부식되는 것을 막을 수 있으나, 발포 금속 위에 도포된 코팅층이 해수에 의해 벗겨지거나 탈락되어 수상부유체의 사용수명이 단축되는 문제점이 있다.
본 발명은 발포 알루미늄을 활용하여 제작되는 수상부유체의 알루미늄 패널의 표면을 폴리프로필렌 용탕에 침지시켜 폴리프로필렌을 침투 도포시킴으로써 폴리프로필렌 침투 도포층의 내구성, 내식성을 향상시키고 수상부유체의 부력을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수상부유체 내부에 보강용 발포 알루미늄 패널을 격자 형태로 지지하는 구조로 형성시켜 수상부유체의 강성을 증가시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 내부가 밀폐된 강재 파이프가 발포 알루미늄 패널 내부에 포함됨으로써 수상 부유체의 강성, 내구성 및 부력을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않았으나 아래 수단들 또는 실시예상의 구체적인 구성에 따른 다른 목적들은 그 기재로부터 이 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 알루미늄 혼합 분말 압분체로 성형된 알루미늄 혼합 분말 압출 판재를 금형 캐비티에 채워 열처리로에서 발포 열처리하여 성형한 후, 폴리프로필렌 용융액에 침지시킨 발포 알루미늄 패널들을 접착하거나 용접하여 내부 공간이 공기 밀폐되도록 제작된 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄을 활용한 공기 밀폐 수상 부유체이다.
본 발명 발포 알루미늄 패널은 내부에 밀봉된 강재 파이프를 포함시켜 수상부유체의 강도와 부력을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 발포 알루미늄 패널들 중 일부는 내부에 장착볼트의 플렌지부가 삽입되고 상기 장착볼트의 본체부가 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 코팅되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 수상부유체 내부에 보강용 발포 알루미늄 패널이 격자 형태로 설치되게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 3~8%의 마그네슘이 포함된 알루미늄 합금 분말과 TiH2 분말을 98:2의 비율로 혼합하여 알루미늄 혼합 분말 압출 판재를 두께 5~20mm, 폭 50~200mm로 성형하는 공정, 금형 캐비티 내에 상기 알루미늄 혼합 분말 압출 판재를 채운 후 1,000℃에서 1~2시간 발포 열처리하는 발포 알루미늄 패널 성형공정, 성형된 발포 알루미늄 패널을 비중 0.92, 용해온도 160℃ 인 폴리프로필렌 용용액에 5~10분간 침지시켜 폴리프로필렌을 발포된 알루미늄의 공극에 침투시키고 발포 알루미늄 패널 표면에 도포시키는 폴리프로필렌 용융액 침지공정 및 발포 알루미늄 패널들을 접착하거나 용접하는 공정이 포함된 발포 알루미늄을 활용한 공기 밀폐 수상 부유체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 발포 알루미늄, 강재 파이프 및 폴리프로필렌 사용으로 인해 수상부유체의 내식성, 내구성, 내충격성을 향상시킬 수 있으며 수상부유체의 부력도 향 상시킬 수 있다.
본 발명은 사용 수명이 다하더라도 수거하여 재활용이 가능하여 수상 부유체에 의한 해상오염을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시로 인해 요트 계류장 같은 해양스포츠 활성화 효과, 댐, 저수지, 바다와 같은 유효수면의 활용 증대 효과, 가두리양식장, 수상가옥, 태양광 발전시설, 해양 풍력 발전시설을 이용할 때 발생하는 환경 파괴 방지효과 및 국토의 효율적인 활용효과를 높일 수 있다.
또한, 수상부유체 내부에 공기 밀폐 격자 공간을 형성시킴으로써 부력, 충격강도, 압축강도를 더욱 증가시킬 수 있으며 발포된 다공질 알루미늄 판재를 폴리프로필렌 용융액에 침투 코팅처리하여 내침수성, 내식성, 충격 인성 및 부력이 상승되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 수상부유체와 수상구조물을 결합시킬 때 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 코팅 볼트와 너트를 결합시켜 내구성과 내식성이 증가되어 사용수명을 증가시키는 효과가 있다.
도 1은 수상부유체를 설치하는 수상구조물의 일반적인 사례중의 하나이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수상부유체의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수상부유체의 발포 알루미늄 패널 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 발포 알루미늄 패널을 형성하기 위해 금형 캐비티를 채운 재료들의 적층 상태도이다,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 수상부유체 내부에 보강용 발포 알루미늄 패널을 설치한 상태도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 발포 알루미늄 패널 성형 금형에 삽입되는 구조물 장착 볼트 형상이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수상부유체의 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수상부유체의 사시도이다.
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도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 수상부유체 내부에 보강용 발포 알루미늄 패널을 설치한 상태도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 발포 알루미늄 패널 성형 금형에 삽입되는 구조물 장착 볼트 형상이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수상부유체의 제조 공정도이다.
본 명세서에 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위하여 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의하여야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
수상구조물을 물 위에 뜨게 하는 수상부유체는 일반적으로 도 1에 도시된 사례와 같은 방법 또는 다른 방법으로 수상구조물에 고정되어 설치된다.
본 발명의 수상부유체(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 발포 알루미늄 판재들을 접착제로 접합시켜 내부 공간을 밀폐되도록 하는 구조로 제작되고, 240cm x 120cm x 60cm의 직육면체로 개발되었으나 크기 및 형상은 용도 및 용처에 따라 적의 변경될 수 있다.
본 발명의 수상부유체(10)를 형성하는 금속패널은 경금속을 발포시켜 내부에 공극이 형성되는 판재를 이용하는데 알루미늄 재질의 판재를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 금형 캐비티에 알루미늄 혼합 분말 압분체를 이용하여 성형된 알루미늄 혼합 분말 압출 판재를 채운 후 열처리로에서 발포 열처리함으로써 내부에 공극들이 형성된 발포 알루미늄 패널(100)을 제작한다.
본 발명의 발포 알루미늄 패널(100)은 도 7에 도시된 바와 같이 알루미늄 분말 압출 판재 성형공정, 발포 알루미늄 패널 성형공정 및 폴리프로필렌 용융액 침지 공정의 작업순서로 진행되어 제작된다.
발포 알루미늄 패널(100) 성형공정은 금형 내 최하단부에 알루미늄 혼합 분말 압출 판재를 배치하는 단계, 금형 내 강재 파이프(130)를 배열하는 단계, 금형 내 알루미늄 혼합 분말 압출판재를 적층하는 단계 및 금형 내 장착볼트(200)를 삽입하는 단계가 포함될 수 있다.
금형 캐비티를 알루미늄 혼합 분말 압출 판재 또는 알루미늄 혼합 분말 압출 판재와 강재 파이프(130) 또는 알루미늄 혼합 분말 압출 판재, 강재 파이프(130) 및 장착볼트(200)로 채운 후 발포 열처리함으로써 발포 알루미늄 패널(100)의 형상이 형성된다.
발포 알루미늄 패널(100) 제작을 위해 우선 알루미늄 혼합 분말 압출 판재를 성형하는데 3~8%의 마그네슘이 포함된 알루미늄 합금 분말과 TiH2 분말을 98:2의 비율로 혼합한 후 분말 압분체를 두께 5~20mm, 폭 50~200mm의 알루미늄 혼합 분말 압출 판재를 성형 제작한다.
다음 단계의 발포 알루미늄 패널(100) 성형공정에서는 금형 내에 혼합 분말 압출 판재들을 적층한 후 금형을 밀봉하여 열처리로에서 1,000℃로 1~2시간 가열하여 발포 열처리함으로써 발포 알루미늄 패널(100)의 판재 형상이 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이 금형 캐비티 바닥에 두께 5mm 알루미늄 혼합 분말 압출 판재를 배치하고 그 위에 내경 10~20mm, 외경 12~24mm, 파이프 살 두께 1~2mm, 길이 1,000~2,200mm의 규격을 가지며 중공부가 밀봉된 강재 파이프(130)들을 배열한다.
배열된 강재 파이프(130)들 위에는 10~20mm 두께의 알루미늄 혼합 분말 압출 판재들을 적층함으로써 금형 캐비티를 완전히 채운다.
강재 파이프(130)들은 5mm 두께의 최하단부 알루미늄 혼합 분말 압출 판재 위에 놓이게 되지만 다음 단계에 진행되는 발포 열처리 과정에서 최하단부 알루미늄 혼합 분말 압출 판재 내에서 침하되며, 금형 캐비티 바닥에 1~2mm 높이의 강철 재질 재치대를 설치하여 성형된 발포 알루미늄 패널(100)에 강재 파이프(130)가 하부 표면으로부터 1~2mm 깊이의 위치에서 일체화되도록 한다.
본 발명의 강재 파이프(130)는 0.2~0.4% 탄소강재가 사용될 수 있으며 스테인레스 스틸 강관을 사용하는 것이 바람직하다.
강재 파이프(130)의 중공부 공기밀폐를 위하여 강재 파이프(130)의 양단을 강재 판재로 용접하거나 세라믹 접착제로 접착하는 것이 바람직하다.
이때 금형 캐비티 최상부에 장착볼트(200)의 장착볼트 본체부(220) 하부 일부와 장착볼트 플렌지부(210)를 삽입시킬 수 있다.
이러한 과정은 제작된 수상부유체(10)를 수상구조물에 용이하게 장착시킬 수 있도록 장착볼트(200)를 알루미늄 패널(100)에 일체화시켜 고정 설치하기 위한 것이다.
발포 알루미늄 패널(100)에 고정된 장착볼트(200)는 발포 알루미늄 패널(100)이 성형된 후 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 코팅시켜 장착볼트(200)의 내식성을 향상시키고 수상부유체(10)의 부력을 증가시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
금형 내에 강재파이프(130)가 배치되고 알루미늄 혼합 분말 압출 판재들이 적층되어 금형 캐비티를 채운 상태로 발포 열처리 공정이 진행되면 알루미늄 혼합 분말 압출 판재들이 공극을 형성하면서 팽창되고 서로 결합하여 금형 캐비티와 동일한 발포 알루미늄 패널(100)의 형상이 형성된다.
이때 강재 파이프(130)는 최하부의 알루미늄 혼합 분말 압출 판재의 알루미늄으로 감싸게 되어 알루미늄 소재와 완전 일체화를 이룬다.
발포 알루미늄 패널(100)은 강재파이프(130) 삽입으로 인해 충격강도, 내구성을 증가시킬 수 있고 발포 알루미늄 패널(100)의 부력을 증가시킬 수 있다.
발포 열처리 공정에 의해 성형된 발포 알루미늄 패널(100)은 비중이 0.92 이고 용해온도가 160℃인 폴리프로필렌을 용융시킨 폴리프로필렌 용융액에 5~10분 동안 침지시킴으로써 발포 알루미늄 패널(100)의 외부에 1mm 두께의 폴리프로필렌이 도포되고, 또한 폴리프로필렌이 발포 알루미늄 패널(100)의 표면에 인접된 공극에 표면으로부터 1mm 깊이까지 침투되고 공극에 침투된 폴리프로필렌과 도포된 폴리프로필렌이 일체화된 상태로 응고된다.
폴리프로필렌이 침투 도포된 발포 알루미늄 패널(100)은 물의 흡수가 방지되고 충격강도가 증가되며 충격 시에 파편이 발생되지 아니하며 염수에 대한 내식성이 향상되어 내구성이 향상된다.
침투 도포된 폴리프로필렌층은 발포 알루미늄 패널(100)의 발포 알루미늄층과 견고하게 결합되어 있어서 염수에 의해 부착된 폴리프로필렌의 접착층이 훼손되거나 폴리프로필렌 도포층이 부분적으로 탈락되어 사용 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 폴리프로필렌은 비중이 1 이하여서 침투 도포된 폴리프로필렌 층에 의하여 수상부유체(10)의 부력을 증가시킬 수 있다.
발포 알루미늄 패널(100)은 두께 10~200mm, 폭 600~1,200mm, 길이 1,200~2,400mm의 판재로 제작되는 것이 바람직하다.
도 2에 도시된 바와 같이 발포 알루미늄 패널(100)을 접착제로 접착하여 수상부유체(10)를 제작할 수 있다.
제작된 수상부유체(10) 내부공간의 밀봉성이 안정적으로 유지될 수 있도록 하고 장기간 경과시에도 접착기능이 저하되지 않도록 하는 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
수상부유체(10)는 도 5에 도시된 바와 같이 보강용 발포 알루미늄 패널(101)을 이용하여 수상부유체(10)의 내부공간에 격자형태의 지지구조를 형성함으로써 수상부유체(10)의 강도와 내구성을 향상되도록 하는 것이 바람직하다.
보강용 발포 알루미늄 패널(101)은 발포 알루미늄 패널(100)의 제작방법과 동일한 방식으로 제작될 수 있으나, 보강용 발포 알루미늄 패널(101) 내부에 배치되는 강재 파이프(130)는 패널 중심부에 위치시키는 것이 바람직하고, 보강용 발포 알루미늄 패널(101) 외부는 폴리프로필렌으로 도포되지 아니하여도 무방하다.
상기 내용을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 상기 상세한 설명에서 기술된 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 수상부유체
100 : 발포 알루미늄 패널
101 : 보강용 발포 알루미늄 패널
130 : 강재 파이프
200 : 장착볼트
210 : 장착볼트 플랜지부
220 : 장착볼트 본체부
100 : 발포 알루미늄 패널
101 : 보강용 발포 알루미늄 패널
130 : 강재 파이프
200 : 장착볼트
210 : 장착볼트 플랜지부
220 : 장착볼트 본체부
Claims (7)
- 3~8%의 마그네슘이 포함된 알루미늄 합금 분말과 TiH2 분말을 98:2의 비율로 혼합하여 알루미늄 혼합 분말 압출 판재를 두께 5~20mm, 폭 50~200mm로 성형하는 공정, 금형 캐비티 내에 상기 알루미늄 혼합 분말 압출 판재를 채운 후 1,000℃에서 1~2시간 발포 열처리하는 발포 알루미늄 패널 성형공정, 성형된 발포 알루미늄 패널을 비중 0.92, 용해온도 160℃ 인 폴리프로필렌 용융액에 5~10분간 침지시켜 폴리프로필렌을 발포된 알루미늄의 공극에 침투시키고 발포 알루미늄 패널 표면에 도포시키는 폴리프로필렌 용융액 침지공정 및 발포 알루미늄 패널들을 접착하거나 용접하는 공정을 포함하는 발포 알루미늄을 활용한 공기 밀폐 수상 부유체의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 발포 알루미늄 패널 성형공정에 밀봉된 강재 파이프(130)를 금형 캐비티 하부에 배열하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 발포 알루미늄을 활용한 공기 밀폐 수상 부유체의 제조 방법. - 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법으로 제조된 발포 알루미늄을 활용한 공기 밀폐 수상 부유체.
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