KR102074938B1 - 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재 및 그 판재의 제조 방법 - Google Patents

세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재 및 그 판재의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재는, 평균 굵기가 2㎛ 내지 4㎛이며 길이가 10㎜ 내지 50㎜인 세라믹 섬유 원사가 바인더 물질에 의해 결합 된 세라믹 매트; 및 상기 세라믹 매트의 표면에 중공 세라믹 입자가 포함된 도료가 도포된 도료층;을 포함하는 판재로서, 상기 세라믹 매트의 두께는 1mm 내지 5mm 이며, 상기 세라믹 매트는 두루마리 형태로 포장될 수 있도록 유연성을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재 및 그 판재의 제조 방법{Refractory panel combined with ceramic paint and ceramic mat and manufacturing method thereof}
본 발명은 내화 판재에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 100℃ 내지 500℃ 범위에서 우수한 내화성 및 단열성을 발휘하는 내화 판재 및 그 판재의 제조 방법에 관한 것이다.
내화 단열 벽돌은 내화 재료의 내부에 기공을 다수 함유시켜 단열 성능을 높힌 제품이다. 고온 환경으로 유지되는 가열 설비, 열처리 설비, 건조 설비 및 그 주변에는 내화 단열 벽돌이 설치되어야 한다. 한편, 저온으로 유지되는 냉장 및 냉동 설비 등에도 단열을 위한 단열 벽돌이 설치되는 경우가 빈번하다.
내화 단열 벽돌의 원료는 성분에 따라 규석 벽돌, 점토질 벽돌, 알루미나 벽돌, 마그네시아 벽돌 등이 있다. 이와 같은 기능을 수행하는 내화 단열 벽돌의 일 예가 대한민국 등록특허 제1503657호에 개시되어 있다.
그런데 종래의 내화 벽돌은 사용온도가 800℃ 이상에서 양호한 성능을 발휘한다. 이에 따라 금형에 의한 성형에 의해 제조되는 두꺼운 벽돌 형태의 제품이 될 수 밖에 없다. 이와 같은 벽돌 형태의 제품의 시공된 설비의 노후화에 따라 내화 및 단열 성능이 저하되는 경우 재시공에는 많은 비용이 필요한 문제점이 있다. 한편, 시공된 설비에 따라 내화 단열 벽돌의 철거가 불가능한 경우도 빈번하다. 철거가 불가능한 내화 단열 벽돌의 표면에 벽돌 형태의 단열재를 부착하기도 어려운 문제점이 있다. 한편, 실제 산업 환경에서 800℃ 이상의 고온 단열재가 필요하지 않는 고온 환경도 다수 존재한다. 한편, 일반 건축용 단열재의 내열 온도는 150℃를 넘지 못한다. 일반 단열재의 표면에 종래의 세라믹 도료를 도포하여 150℃ 이상의 온도 환경에 대응하고자 할 경우, 별도의 내열 전처리 또는 후처리 시공이 필수적으로 병행되어야 한다. 이에 따라 시공 공정 증가, 인건비 상승, 도막 두께 증가, 두꺼워진 도막의 균열 발생 가능성 증가가 발생하여 단열 시공부위의 내구성이 떨어지는 문제점이 있다. 한편, 도료의 도포만으로 100℃ 내지 500℃ 정도의 고온 환경에 대응하고자 할 경우 건축법에서 규정하는 기본적인 두께를 충족할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 도료만으로는 혁명적인 물성의 향상이 이루어지지 않는 한 100℃ 내지 500℃ 정도의 고온 환경에 대응할 만한 낮은 열전도율 성능이 구현되지 않는다. 이에 따라 현실적으로 100℃ 내지 500℃ 정도의 고온 환경에 필요한 내화 단열 제품이 없는 문제점이 있다. 특히 최근 들어 교토 의정서나 파리환경협약에 따른 에너지 절감 문제가 전 세계적인 관심사가 되고 있다. 이에 따라 100℃ 내지 500℃ 정도의 고온 환경에 필요한 내화 단열 제품의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 기존에 시공된 노후화된 내화 벽돌을 해체하지 않고 단열 성능을 유지 보수할 수 있도록 구조가 개선된 내화 판재 및 그 판재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재는, 평균 굵기가 2㎛ 내지 4㎛이며 길이가 10㎜ 내지 50㎜인 세라믹 섬유 원사가 바인더 물질에 의해 결합 된 세라믹 매트; 및
상기 세라믹 매트의 표면에 중공 세라믹 입자가 포함된 도료가 도포된 도료층;을 포함하는 판재로서,
상기 세라믹 매트의 두께는 1mm 내지 5mm 이며,
상기 세라믹 매트는 두루마리 형태로 포장될 수 있도록 유연성을 가지는 점에 특징이 있다.
상기 세라믹 섬유 원사는 산화알루미늄을 포함한 것이 바람직하다.
상기 세라믹 매트는 페이스트 상태의 물질이 시차를 두고 다수회 적층되어 목표 두께에 도달하도록 형성된 것이 바람직하다.
상기 중공 세라믹 입자의 평균 비중은 0.1 내지 0.13인 것이 바람직하다.
상기 바인더 물질은 물유리(water glass) 7wt% 내지 10wt%를 포함한 것이 바람직하다.
상기 도료층의 두께는 0.4mm 내지 0.6mm이며, 상기 도료층 중 0.2mm는 상기 세라믹 매트에 함침 되도록 도포된 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재의 제조 방법은,
평균 굵기가 2㎛ 내지 4㎛이며 길이가 10㎜ 내지 50㎜인 세라믹 섬유 원사가 바인더 물질에 의해 결합된 세라믹 매트; 및
상기 세라믹 매트의 표면에 중공 세라믹 입자가 포함된 도료가 도포된 도료층;을 포함하는 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재의 제조 방법으로서,
상기 세라믹 섬유 원사와 바인더 물질을 혼합하여 페이스트(paste) 상태로 가공하는 혼합단계;
상기 혼합단계 후에 수행되며, 페이스트 상태의 혼합물을 시간 간격을 두고 다수회 적층하는 적층 단계;
상기 적층 단계 후에 수행되며 적층된 세라믹 매트를 건조하는 제1건조 단계;
상기 제1건조 단계 후에 수행되며 액상의 세라믹 도료를 도료 분사 노즐에 의해 상기 세라믹 매트 표면에 분사하는 도료 분사 단계;
상기 도료 분사 단계 후에 수행되며, 상기 세라믹 매트에 분사된 도료층을 유연성이 있는 평활화 날(blade)로 평활도를 조절하는 평활도 조절 단계; 및
상기 평활도 조절 단계 후에 수행되며 온풍을 상기 도료층에 분사하여 건조시키는 제2건조 단계를 포함한 점에 특징이 있다.
상기 도료 분사 단계에서, 상기 도료 분사 노즐에서 분사되는 도료의 분사량은 1200cc/㎡ 내지 1400cc/㎡ 이며,
상기 도료 분사 노즐은 상기 도료층으로부터 300mm 내지 500mm 이격된 위치에 배치된 것이 바람직하다.
상기 평활도 조절 단계에서, 상기 평활화 날은 고무, 우레탄 수지, 실리콘 수지 중 어느 하나의 소재로 구성되며,
상기 평활화 날은 상기 노즐로부터 수평 거리로 50cm 내지 100cm 이격된 위치에 배치된 것이 바람직하다.
상기 제2건조 단계에서 상기 도료층에 온풍을 분사하는 공기 분사 노즐은, 상기 도료층으로부터 수직 거리로 300mm 내지 500mm 이격 된 위치에 배치되며, 상기 공기 분사 노즐에서 토출되는 공기의 온도는 45℃ 내지 60℃를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 도료 분사 단계에서 상기 세라믹 매트의 이동 속도는 15m/min이며, 상기 도료 분사 노즐의 도료 분사 압력은 1.4bar 내지 2bar인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재 및 그 판재의 제조 방법은, 세라믹 섬유 원사와 바인더 물질에 의해 형성된 세라믹 매트와 상기 세라믹 매트의 표면에 도포된 세라믹 도료에 의해 얇은 두께에도 불구하고 우수한 단열성을 보여주며, 두루마리 형태로 포장할 수 있을 정도로 유연성이 있으므로 노후된 내화 벽돌 표면에 절단하여 부착할 수 있으며, 복잡한 구조에도 쉽게 설치할 수 있을 뿐 아니라, 종래 설비에 거의 영향을 주지 않고 보수 유지할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 내화 판재의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 내화 판재를 두루마리 형태로 제조한 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 내화 판재의 제조 방법을 보여주는 공정도이다.
도 4는 도 3에 도시된 도료 분사 단계를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 평활도 조절 단계를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 제2건조 단계를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 내화 판재의 열전도율 측정한 실험 결과이다.
도 8은 본 발명에 따른 내화 판재의 내세척성을 측정한 실험 결과이다.
도 9는 본 발명에 따른 내화 판재를 구성하는 도료층의 흡수율을 측정한 실험결과이다.
도 10은 본 발명에 따른 내화 판재의 열방출율을 측정한 실험 결과이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 내화 판재의 단면 구조를 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 내화 판재를 두루마리 형태로 제조한 상태를 보여주는 도면이다. 도 3은 본 발명에 따른 내화 판재의 제조 방법을 보여주는 공정도이다. 도 4는 도 3에 도시된 도료 분사 단계를 보여주는 도면이다. 도 5는 도 3에 도시된 평활도 조절 단계를 보여주는 도면이다. 도 6은 도 3에 도시된 제2건조 단계를 보여주는 도면이다. 도 7은 본 발명에 따른 내화 판재의 열전도율 측정한 실험 결과이다. 도 8은 본 발명에 따른 내화 판재의 내세척성을 측정한 실험 결과이다. 도 9는 본 발명에 따른 내화 판재를 구성하는 도료층의 흡수율을 측정한 실험결과이다. 도 10은 본 발명에 따른 내화 판재의 열방출율을 측정한 실험 결과이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재(10, 이하 "내화 판재"라 함)는, 세라믹 매트(20)와, 도료층(30)을 포함한다.
상기 세라믹 매트(20)는 미세한 세라믹 섬유 원사(22)가 바인더 물질(24)에 의해 결합 된 조직을 가지는 판상(plate shape)의 구조물이다. 상기 세라믹 매트(20)는 두루마리 형태로 포장될 수 있도록 유연성(flexibility)을 가지는 것을 특징으로 한다. 상기 세라믹 매트(20)를 구성하는 상기 세라믹 섬유 원사(22)는 평균 굵기가 2㎛ 내지 4㎛이다 상기 세라믹 섬유 원사(22)는 길이가 10㎜ 내지 50㎜이다. 더 구체적으로 상기 세라믹 섬유 원사(22)가 바인더 물질(24)에 의해 결합 된 비정질(amorphous) 조직을 형성한다. 상기 세라믹 매트(20)는 부직포 형태로 무질서하게 배열된 세라믹 섬유 원사(22)가 바인더 물질(24)에 의해 서로 결합 된 미세 조직구조를 형성한다. 상기 세라믹 섬유 원사(22)는 산화알루미늄(aluminum oxide, Al2O3)을 포함한 화합물이다. 상기 세라믹 섬유 원사(22)의 굵기가 2㎛ 미터 미만인 경우에는 상기 세라믹 매트(20)가 지나치게 유연해지는 문제점이 있다. 상기 세라믹 섬유 원사(22)의 굵기가 4㎛를 초과하는 경우에는 세라믹 섬유 원사(22)가 바인더 물질(24)에 의해 견고하게 결합 되지 못하므로, 세라믹 매트(20)의 미세조직이 치밀하지 않게 형성되어, 상기 세라믹 매트(20)의 유연성이 떨어져서, 두루마리 형태로 가공하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 상기 세라믹 섬유 원사(22)의 길이가 10mm 미만인 경우에는 상기 세라믹 매트(20)의 강도가 충분하지 못한 문제점이 있다. 상기 세라믹 섬유 원사(22)의 길이가 50mm를 초과하는 경우에는 상기 세라믹 매트(20)의 유연성이 떨어져서 두루마리 형태로 가공하기 어려운 문제점이 있다.
상기 바인더 물질(24)은 물유리(water glass) 7wt% 내지 10wt%를 포함한 것이 바람직하다. 상기 바인더 물질(24)은 내열성을 가지며 상기 세라믹 섬유 원사(22) 간 공간을 충진하며 세라믹 섬유 원사(22) 간 결합을 견고하게 유지시키는 작용을 한다.
상기 세라믹 매트(20)의 두께는 1mm 내지 5mm 이다. 상기 세라믹 매트(20)의 두께가 1mm 미만인 경우에는 단열재로서의 성능을 충분히 발휘하지 못한다. 상기 세라믹 매트(20)의 두께가 5mm를 초과하는 경우에는 단열성능은 충분하게 발휘되지만, 제조 비용이 너무 비싸지는 문제점과 두루마리 형태로 가공하는 것이 어려운 문제점이 있다. 상기 세라믹 매트(20)는 세라믹 섬유 원사(22)와 바인더 물질(24)이 서로 혼합된 페이스트(paste) 상태의 물질을 노즐을 통해 분사하여 박막을 형성한 후 수초 단위의 시간 건조하고 다시 분사하여 박막을 형성하는 과정을 반복함으로써 목표 두께에 도달하도록 구성된 다수의 박막 적층 구조물이다. 즉, 상기 세라믹 매트(20)는 페이스트 상태의 물질이 시차를 두고 다수 회 적층 되어 형성된 것이다. 상기 세라믹 매트(20)의 폭은 600mm 정도로 제조될 수 있다. 상기 세라믹 매트(20)의 길이는 생산설비의 규모에 따라 다양하게 가변 될 수 있다. 이와 같이 제조된 세라믹 매트(20)는 표면 경도가 높지 않아서 외부의 물리적 힘에 의해 손상될 수 있으므로 후술하는 도료층(30)으로 표면의 경도를 보강할 필요가 있다.
상기 도료층(30)은 상기 세라믹 매트(20)의 표면에 도포된다. 상기 도료층(30)은 중공 세라믹 입자가 포함된다. 상기 도료층(30)의 화학 성분은 상기 세라믹 매트(20)와 유사하게 구성될 수 있다. 다만, 상기 도료층(30)에 포함된 세라믹 입자는 섬유상 구조가 아니라 중공(closed hollow 또는 bead) 형태의 세라믹 입자이다. 상기 중공 세라믹 입자의 평균 비중은 0.1 내지 0.13인 것이 바람직하다. 상기 중공 세라믹 입자 구조는 비중을 가볍게 하여 상기 도료층(30)의 무게를 줄여주는 역할을 수행한다. 상기 도료층(30)에 포함된 산화 알루미늄 중공 입자의 직경은 10㎛ 내지 50㎛ 정도인 것이 바람직하다.
상기 도료층(30)의 두께는 0.4mm 내지 0.6mm이다. 상기 도료층(30) 중 0.2mm는 상기 세라믹 매트(20)에 함침 되도록 도포된다. 상기 도료층(30)의 1/3 내지 1/2이 상기 세라믹 매트(20)에 함침 된 구조는 상기 도료층(30)이 상기 세라믹 매트(20)와 견고한 접착을 유지함으로써 내구성을 향상시키는 효과를 구현시킨다. 상기 도료층(30)은 치밀한 조직을 형성함으로써 수분의 흡수율이 0%가 되어 수분 침투로 인한 열전도성 성능의 저하, 중량 상승, 부패, 열화, 곰팡이류의 번식 등을 방지하는 효과를 제공한다. 또한, 상기 도료층(30) 중 상기 세라믹 매트(20)에 함침 된 부분은 열을 원적외선으로 변환하여 열원 방향으로 다시 방출하는 작용을 하므로 단열 효과를 증대시킨다. 상기 도료층(30)의 두께가 0.2mm 미만인 경우에는 대부분의 도료가 상기 세라믹 매트(20)에 함침 되므로 실질적으로 단독적인 도료층(30)을 형성하지 못하는 문제점이 있다. 상기 도료층(30)의 두께가 0.6mm를 초과하는 경우에는 두루마리 형태로 포장되는 과정에서 상기 세라믹 매트(20) 보다 유연성이 떨어지는 도료층(30)이 파손되는 문제점이 있다. 상기 도료층(30)의 색상은 다양하게 구현할 수 있으므로 다양한 색상의 내화 판재(10)를 제조할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성요소를 포함한 내화 판재의 제조 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 내화 판재의 제조 방법은, 혼합 단계(S10)와, 적층 단계(S20)와, 제1건조 단계(S30)와, 도료 분사 단계(S40)와, 평활도 조절 단계(S50)와, 제2건조 단계(S60)를 포함한다.
상기 혼합 단계(S10)에서는 상기 세라믹 섬유 원사(22)와 상기 바인더 물질(24)을 혼합하여 페이스(paste) 상태로 가공한다. 상기 세라믹 섬유 원사(22)는 응집력이 없으나 상기 바인더 물질(24)이 액상의 유리(water glass)를 포함하여 상기 세라믹 섬유 원사(22)를 서로 결합하도록 한다.
상기 적층 단계(S20)는 상기 혼합 단계(S10) 후에 수행된다. 상기 적층 단계(S20)에서, 페이스트 상태의 혼합물을 시간 간격을 두고 다수 회 적층 한다. 상기 적층 단계(S20)에서는 세라믹 섬유 원사와 바인더 물질이 페이스트(paste) 상태로 혼합된 상태에서 분사 노즐에 의해 일정한 압력으로 컨베이어 벨트(100)에 의해 이송되는 기판에 일정한 시차를 두고 수회 내지 수십 회 반복적으로 분사됨으로써 적층 결합 된다. 상기 적층 단계(S20)에서 적층 되는 페이스트 박막은 무방향성 조직을 가지며 각각의 박막이 견고하게 결합 된 구조를 형성한다.
상기 제1건조 단계(S30)는 상기 적층 단계(S20) 후에 수행된다. 상기 제1건조 단계(S30)에서 적층 된 세라믹 매트(20)에 온풍을 일정 시간 분사하여 건조 시킨다. 상기 제1건조 단계(S30)를 거친 상기 세라믹 매트(20)는 1mm 내지 5mm 두께의 판재가 된다. 상기 세라믹 매트(20)는 세라믹 섬유 원사에 의해 강도가 유지되고 바인더 물질에 의해 유연성이 확보된다. 이에 따라 상기 세라믹 매트(20)는 두루마리 형태로 포장될 수 있다.
상기 도료 분사 단계(S40)는 상기 제1건조 단계(S30) 후에 수행된다. 상기 도료 분사 단계(S40)는 액상의 세라믹 도료를 도료 분사 노즐(200)에 의해 상기 세라믹 매트(20) 표면에 분사한다. 상기 도료 분사 단계(S40)에서, 상기 도료 분사 노즐(200)에서 분사되는 도료의 단위 면적당 분사량은 1200cc/㎡ 내지 1400cc/㎡ 인 것이 바람직하다. 상기 도료의 분사량은 상기 세라믹 매트(20)가 컨베이어 벨트(100)를 타고 이동하는 속도에 따라 일정 범위에서 변동될 수 있다. 상기 도료 분사 노즐(200)에서 분사되는 도료의 양은 상기 도료층(30)의 두께가 0.4mm 내지 0.6mm가 되도록 조절된다. 상기 도료 분사 노즐(200)은 상기 도료층(30)으로부터 수직거리로 300mm 내지 500mm 이격된 위치에 배치된다. 상기 도료 분사 노즐(200)이 상기 도료층(30)으로부터 300mm 이내로 이격된 위치에 배치된 경우 분사되는 도료의 두께가 균일하지 않게 형성되는 문제점이 있다. 상기 도료 분사 노즐(200)이 상기 도료층(30)으로부터 500mm를 초과하도록 이격된 위치에 배치된 경우 소실되는 도료의 양이 증가할 뿐만 아니라 도료층(30)이 불완전하게 형성되는 문제점이 있다. 상기 도료 분사 단계(S40)에서 상기 세라믹 매트(20)의 이동 속도는 15m/min 정도인 것이 바람직하다. 상기 도료 분사 단계(S40)에서 상기 도료 분사 노즐(200)에서 분사되는 도료 분사 압력은 1.4bar 내지 2bar인 것이 바람직하다. 상기 도료 분사 압력이 1.4bar 보다 낮은 경우에는 중심부의 도료층(30)의 두께가 주변부의 도료층(30) 보다 두껍게 형성되는 문제점이 있다. 상기 도료 분사 압력이 2bar 보다 높은 경우에는 도료층(30)을 형성하지 못하고 소실되는 도료가 많아져서 효율성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 상기 도료 분사 압력이 2bar 보다 높은 경우에는 중심부의 도료층(30)의 밀도가 주변부 보다 커지는 문제점이 있다.
상기 평활도 조절 단계(S50)는 상기 도료 분사 단계(S40) 후에 수행된다. 상기 평활도 조절 단계(S50)에서는 상기 도료층(30)을 유연성이 있는 평활화 날(220)로 평활도를 조절한다. 상기 평활도 조절 단계(S50)에서는 상기 도료층(30)을 상기 평활화 날(220)로 세라믹 매트(20)에 가압함으로써 상기 도료층(30)의 일부가 상기 세라믹 매트(20)로 함침 되도록 한다. 상기 평활도 조절 단계(S50)에서 상기 도료층(30) 중 0.2mm 정도가 상기 세라믹 매트(20) 내부로 함침 된다. 상기 평활도 조절 단계(S50)에서 상기 도료층(30)의 두께가 더 균일하게 조절된다. 상기 평활도 조절 단계(S50)에서, 상기 평활화 날은 고무, 우레탄 수지, 실리콘 수지 중 어느 하나의 소재로 구성된다. 상기 평활화 날은 상기 도료 분사 노즐(200)로부터 수평 거리로 50cm 내지 100cm 이격된 위치에 배치된 것이 바람직하다. 상기 평활화 날(220)이 상기 도료 분사 노즐(200)로부터 수평 거리로 50cm 미만인 위치에 배치된 경우 상기 도료 분사 노즐(200)로부터 분사되는 도료가 상기 평활화 날(220)에 직접적으로 분사될 수 있는 문제점이 있다. 상기 평활화 날(220)이 상기 도료 분사 노즐(200)로부터 수평 거리로 100cm를 초과한 위치에 배치된 경우 상기 도료 분사 노즐(200)로부터 분사되는 도료가 일부 응고되어 상기 평활화 날(220)의 기능이 원활하게 수행되지 않는 문제점이 있다. 상기 평활도 조절 단계(S50)에서 상기 평활화 날(220)에 의해 상기 세라믹 매트(20)의 양 옆으로 흐르는 잉여 도료는 수거 장치(미도시)를 통해 회수하여 재사용될 수 있다.
상기 제2건조 단계(S60)는 상기 평활도 조절 단계(S50) 후에 수행된다. 상기 제2건조 단계(S60)에서는 온풍을 상기 도료층(30)에 분사하여 건조 시킨다. 상기 제2건조 단계(S60)에서 상기 도료층(30)에 온풍을 분사하는 공기 분사 노즐(230)은 상기 평활화 날(220)로부터 수평 거리로 5m 및 6m 이격 된 위치에 각각 배치된다.
상기 제2건조 단계(S60)에서 상기 도료층(30)에 온풍을 분사하는 공기 분사 노즐(230)은 상기 도료층(30)으로부터 수직 거리로 300mm 내지 500mm 이격 된 위치에 배치된다. 상기 공기 분사 노즐(230)이 상기 도료층(30)으로부터 수직 거리로 300mm 미만인 위치에 배치된 경우 상기 도료층(30)에 분사되는 온풍이 도료층(30)의 중앙부만을 집중으로 건조 시켜 상기 도료층(30)에 균열이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 상기 공기 분사 노즐(230)이 상기 도료층(30)으로부터 수직 거리로 500mm 를 초과한 위치에 배치된 경우 상기 도료층(30)에 분사되는 온풍이 도료층(30)에 도달하기 전에 온도가 낮아져 건조 효율이 나빠지는 문제점이 있다.
상기 공기 분사 노즐(230)에서 토출 되는 공기의 온도는 45℃ 내지 60℃를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 공기 분사 노즐(230)에서 토출 되는 공기의 토출 압력은 1 bar 내지 2 bar 정도로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 공기 분사 노즐(230)에서 토출되는 공기의 속도는 10m/s 내지 15m/s인 것이 바람직하다. 상기 제2건조 단계(S60)에서 건조되는 도료층(30)이 한 쌍의 공기 분사 노즐(230)을 통과한 후, 온풍 건조를 중단하고 별도의 건조 공간으로 제품을 이동시켜서 실내 온도를 20℃ 내지 30℃로 유지하며 30분 내지 1시간 정도 자연 건조 시킨다. 이후 제품은 내경이 500mm 정도의 크기가 되도록 두루마리(roll) 형태로 제품을 포장한다.
이와 같이 제조된 내화 판재(10)는 -5℃ 내지 500℃의 환경에 노출되는 공간의 벽체에 부착 가능하다. 상기 내화 판재(10)는 고온 범위가 100℃ 내지 500℃ 범위에서 노출되는 환경에 따라 두께를 1mm 내지 5mm로 결정하여 시공될 수 있다. 상기 내화 판재(10)를 시공하는 방법은 먼저, 시공되는 부위의 기름기, 흙, 모래, 기타 오염물질과 녹 등을 약품이나 그라인더, 철 브러시 등으로 제거한다. 그리고 별도의 프라이머를 도포하지 않고 전용 세라믹 접착제나 시공 부위 재질에 적합한 접착제를 사용하고 1회의 공정으로 부착을 완료할 수 있다. 상기 전용 세라믹 접착제는 산화알루미늄 41wt%, 이산화규소 52wt%, 물유리(water glass) 7wt%를 포함할 수 있다. 상기 전용 세라믹 접착제의 비중은 비중 2.0~2.1 정도이다. 상기 전용 세라믹 접착제는 내열성능 1,000℃ 수준까지 견딜 수 있다. 상기 세라믹 접착제를 사용할 경우 세라믹 접착제는 50~60g/m2로 피접착면과 내화 판재에 골고루 펼쳐 바른 후 3분 이내에 시공하고자 하는 부위에 부착한다. 부착 후에 고무, 실리콘, 우레탄 재질의 주걱이나 롤러를 이용해 내화 판재가 피접착면에 단단히 밀착되도록 가압한다.
한편, 본 발명에 따른 내화 판재(10)를 표면 온도가 영하인 부위에 부착하고자 할 때는, 세라믹 매트(20)에 도포한 도료층(30)이 완전히 건조된 상태에서 시공하여야 한다. 이는 수성인 세라믹 도료층(30)의 수분이 도막에 남아 있을 경우 동결에 의한 균열 우려가 있기 때문이다. 생산 설비가 설치된 장소의 습도는 45~65%, 온도는 15~30℃가 적당하다. 본 발명에 따른 내화 판재(10)는 피부착 부위의 굴곡, 요철 모양에 비교적 구애받지 않고 자유롭게 재단하여 부착할 수 있다.
이하에서는 도 7 내지 도 10에 도시된 본 발명에 따른 내화 판재의 각종 시험 결과를 통해 본 발명에 따른 내화 판재의 물리적 특성과 화학적 특성을 살펴 보기로 한다.
도 7에 도시된 시험 결과는 본 발명에 따른 내화 판재(10)의 우수한 열전도율을 보여준다. 도 7에 도시된 시험결과는 공지된 표준 규격인 "YB/T 4130-2005"에 의한 시험 결과로서 대략 두께 5mm의 본 발명에 따른 내화 판재(10)의 온도에 따른 열전도율(W/m·K)을 보여준다. 시험 결과는 0.05~0.09W/m·K 수준의 우수한 성능을 보여주고 있다. 일반적으로 구리의 열전도율이 400W/m·K 이며, 콘크리트의 열전도율이 1.7W/m·K이며, 공기의 열전도율이 0.025W/m·K 정도인 점을 고려하면 본 발명에 따른 내화 판재(10)의 열전도율은 두께에 비하여 매우 우수한 성능을 보여준다. 일반 건축용 단열재가 100℃ 이상의 온도에서 200mm 이상의 두께가 필요한 정도의 열전도율을 본 발명에 따른 내화 판재(10)는 5mm 이하의 두께로 구현할 수 있다는 점을 고려하면, 본원 발명의 우수한 효과를 쉽게 이해할 수 있다.
도 8에 도시된 시험 결과는 본 발명에 따른 내화 판재(10)의 우수한 내세척성을 보여준다. 내세척성 시험은 KS M 6010 : 2009 표준 규격에 의해 한국건설생활환경시험연구원에서 시험한 결과로서 내세척성 1000회 이상을 만족시킨다.
도 9는 본 발명에 따른 내화 판재를 구성하는 도료층의 흡수율을 측정한 실험결과이다. 도 9에 도시된 시험 결과는 JIS A 6909 : 2003 규격에 의해 시험 결과로서 흡수율은 0㎖을 보여주고 있는 바 기준 규격인 20㎖ 이하를 완전하게 만족하고 있다.
도 10은 본 발명에 따른 내화 판재의 열방출율을 측정한 실험 결과이다. 도 10에 도시된 시험 결과는 KS F ISO 5660-1 : 2008 규격에 의한 것으로서 기준 값은 8MJ/m2 이하의 값을 만족한다.
이와 같이 본 발명에 따른 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재 및 그 판재의 제조 방법은, 세라믹 섬유 원사와 바인더 물질에 의해 형성된 세라믹 매트와 상기 세라믹 매트의 표면에 도포된 세라믹 도료에 의해 얇은 두께에도 불구하고 우수한 단열성을 보여주며, 두루마리 형태로 포장할 수 있을 정도로 유연성이 있으므로 노후된 내화 벽돌 표면에 절단하여 부착할 수 있으며, 복잡한 구조에도 쉽게 설치할 수 있을 뿐 아니라, 종래 설비에 거의 영향을 주지 않고 보수 유지할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 내화 판재를 적용함으로써 적용 면의 표면 온도를 25%~35% 정도 낮출 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 내화 판재는 표면온도 150~500℃ 수준의 열방출에 의한 에너지 손실이 다량 발생하는 고강도 열처리 시설에 유용하게 사용할 수 있다. 예를 들어 자동차 생산 라인의 도장 열처리 설비, 고강도, 고경도 합금 제조를 위한 열처리 시설의 오븐, 버너, 식품 제조 시설의 열손실이 발생하는 가열장비, 열 또는 냉기 이동 방지하는 냉장고, 철 또는 비철금속류의 제조 설비 등에 적용 가능하다.
본 발명에 따른 내화 판재는 경주용 자동차의 배기관과 드라이버 사이 격벽에 부착되어 경기 중 드라이버 신체에 전달되는 열을 획기적으로 낮춤으로써 드라이버의 집중력 저하, 맥박상승 등 신체 컨디션 저하를 방지할 수 있으며, 기타 차량의 고열발생 부위에 적용될 수 있다.
이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.
10 : 내화 판재
20 : 세라믹 매트
22 : 세라믹 섬유 원사
24 : 바인더 물질
30 : 도료층
100 : 컨베이어 벨트
200 : 도료 분사 노즐
220 : 평활화 날
230 : 공기 분사 노즐
S10 : 혼합 단계
S20 : 적층 단계
S30 : 제1건조 단계
S40 : 도료 분사 단계
S50 : 평활도 조절 단계
S60 : 제2건조 단계

Claims (11)

  1. 평균 굵기가 2㎛ 내지 4㎛이며, 길이가 10㎜ 내지 50㎜인 세라믹 섬유 원사가 바인더 물질에 의해 결합 된 세라믹 매트; 및
    상기 세라믹 매트의 표면에 중공 세라믹 입자가 포함된 도료가 도포된 도료층;을 포함하는 판재로서,
    상기 세라믹 매트의 두께는 1mm 내지 5mm 이며,
    상기 세라믹 매트는 두루마리 형태로 포장될 수 있도록 유연성을 가지며,
    상기 세라믹 매트는 페이스트 상태의 물질이 시차를 두고 다수회 적층되어 목표 두께에 도달하도록 형성되며,
    상기 중공 세라믹 입자의 평균 비중은 0.1 내지 0.13이며,
    상기 바인더 물질은 물유리(water glass) 7wt% 내지 10wt%를 포함하며,
    상기 도료층의 두께는 0.4mm 내지 0.6mm이며, 상기 도료층 중 0.2mm는 상기 세라믹 매트에 함침 되도록 도포된 것을 특징으로 하는 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 섬유 원사는 산화알루미늄을 포함한 것을 특징으로 하는 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 평균 굵기가 2㎛ 내지 4㎛이며 길이가 10㎜ 내지 50㎜인 세라믹 섬유 원사가 바인더 물질에 의해 결합된 세라믹 매트; 및
    상기 세라믹 매트의 표면에 중공 세라믹 입자가 포함된 도료가 도포된 도료층;을 포함하는 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재의 제조 방법으로서,
    상기 세라믹 섬유 원사와 바인더 물질을 혼합하여 페이스트(paste) 상태로 가공하는 혼합단계;
    상기 혼합단계 후에 수행되며, 페이스트 상태의 혼합물을 시간 간격을 두고 다수회 적층하는 적층 단계;
    상기 적층 단계 후에 수행되며 적층된 세라믹 매트를 건조하는 제1건조 단계;
    상기 제1건조 단계 후에 수행되며 액상의 세라믹 도료를 도료 분사 노즐에 의해 상기 세라믹 매트 표면에 분사하는 도료 분사 단계;
    상기 도료 분사 단계 후에 수행되며, 상기 세라믹 매트에 분사된 도료층을 유연성이 있는 평활화 날(blade)로 평활도를 조절하는 평활도 조절 단계; 및
    상기 평활도 조절 단계 후에 수행되며 온풍을 상기 도료층에 분사하여 건조시키는 제2건조 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도료 분사 단계에서, 상기 도료 분사 노즐에서 분사되는 도료의 분사량은 1200cc/㎡ 내지 1400cc/㎡ 이며,
    상기 도료 분사 노즐은 상기 도료층으로부터 300mm 내지 500mm 이격된 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 평활도 조절 단계에서, 상기 평활화 날은 고무, 우레탄 수지, 실리콘 수지 중 어느 하나의 소재로 구성되며,
    상기 평활화 날은 상기 노즐로부터 수평 거리로 50cm 내지 100cm 이격된 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2건조 단계에서 상기 도료층에 온풍을 분사하는 공기 분사 노즐은, 상기 도료층으로부터 수직 거리로 300mm 내지 500mm 이격 된 위치에 배치되며, 상기 공기 분사 노즐에서 토출되는 공기의 온도는 45℃ 내지 60℃를 유지하는 것을 특징으로 하는 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 도료 분사 단계에서 상기 세라믹 매트의 이동 속도는 15m/min이며, 상기 도료 분사 노즐의 도료 분사 압력은 1.4bar 내지 2bar인 것을 특징으로 하는 세라믹 도료와 세라믹 매트가 결합 된 내화 판재의 제조 방법.
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