KR102111498B1 - 에어로젤 원단의 재단부가 테이프로 감싸져 형성되는 에어로젤 부재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

에어로젤 원단을 재단하여 형성된 재단부에 재단부 단면을 포함하여 상, 하 양면 적어도 일정 폭을 커버하는 테이프가 설치되어 재단부 단면에서 에어로젤 입자가 떨어져 나오는 것을 방지하도록 이루어진 에어로젤 부재 및 그 제조방법이 개시된다. 테이프로는 재단부 단면, 상, 하 양면을 향하는 쪽 면인 내면에 접착층이나 점착층을 형성한 접착테이프를 사용할 수 있고, 테이프가 재단부를 커버하도록 고정하기 위해 재봉을 사용할 수도 있다.
본 발명에 따르면 높은 단열성을 가진 에어로젤 원단을 재단할 때 에어로젤이 내장된 셀이 절단되어 내부의 에어로젤이 이탈하고 주변 환경을 오염시키는 것을 방지할 수 있고, 재단과 테이핑 작업, 필요한 경우 재봉 작업이 동일한 장소에서 연속적, 일관적으로 이루어지는 경우, 에어로젤의 이탈과 분산에 의한 주변 환경 오염을 효과적으로 막고 에어로젤의 손실에 따른 단열성 저하도 줄일 수 있다.

Description

에어로젤 원단의 재단부가 테이프로 감싸져 형성되는 에어로젤 부재 및 그 제조방법{aerogel element having section lapped by tape and method of making the same}

본 발명은 에어로젤 원단을 재단하여 얻는 에어로젤 부재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원단을 필요한 형태로 재단하여 얻을 때 에어로젤 입자 이탈 현상을 억제할 수 있는 에어로젤 부재 및 그 제조방법에 대한 것이다.

단열재를 형성하기 위해 단열재를 이루는 매우 많은 물질과 소재 구조 및 제조방법이 연구되고 개발되고 있다. 단열재 가운데 가공성을 높이고, 무게와 부피를 줄여 다양한 용도 확대 적용될 수 있는 고효율 단열재를 초단열재라 하여 최근 많은 연구, 개발이 이루어지고 있다. 이런 초단열재는 다른 재질의 소재와 함께 가공되어 융복합 소재를 이루어 적합한 기능을 부여할 수 있는 상품을 형성하게 된다.

고효율 단열재의 하나로서 에어로젤이 있다. 에어로젤(aerogel)은 90% 이상의 기공율과 1-50nm의 기공크기를 가지는 초다공성 실리카 소재로서 특히 단열성능이 기존의 재료보다 몇 배 우수하여, 차세대 단열소재로서 주목 받는 재료이다.

그러나, 이러한 우수한 소재 특성을 가지고 있음에도 불구하고, 제조공정이 복잡하고, 제조단가가 높다. 가령, 에어로젤은 원료물질을 솔-젤(sol-Gel) 반응시켜 다량의 용매가 포함된 나노구조의 젤을 만든 후, 초임계 건조와 같은 방법으로 거의 수축 없이 용매를 제거하여 원래 젤의 나노구조가 그대로 유지된 상태로 제조된다. 따라서, 기존에 에어로젤 단열재는 제한된 용도에만 사용되고 있다.

또한, 기계적인 강도가 매우 취약하여 깨어지기 쉬운 단점이 있다. 따라서, 최근에는 이러한 에어로젤 자체의 단점들을 보완하고 여러 가지 형태로 가공이 가능하게 하는 에어로젤 블랑켓 복합화 기술이 제안되고 있다.

에어로젤 블랑켓(aerogel blanket)은 에어로젤 소재를 복합화하여 매트리스나 시트 형태로 만든 것으로서, 에어로젤 블랑켓은 자체의 유연성 때문에 굽히거나 접거나 또는 자를 수 있는 특징을 지니고 있어, 산업용 플랜트의 배관 보온, 발전소 스팀파이프, LNG 이송 파이프, 심해저 파이프 등의 단열목적으로 많이 사용되고 있으며 이외에도 의류, 운동화류, 교통 및 차량 등의 다양한 산업에 응용될 수 있다.

그러나 에어로젤 블랑켓에서도 담지된 에어로젤 분말이 모재로부터 쉽게 이탈할 수밖에 없으므로 에어로젤 단열재를 포함한 의류 등의 제품 제조 공정시 이탈된 에어로젤 입자에 기인하는 분진이 다량 발생하는 문제점이 있다.

에어로젤 입자의 이탈을 방지하기 위해, 몇 가지 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 1에는 에어로젤 입자가 포함된 에어로젤 단열재 모재에 보호 필름을 라미네이팅하는 방법이 개시된다. 특허문헌 1에서는 에어로젤 단열재 모재에 보호 필름을 라미네이팅하기 위해 2가지 방법을 제시하고 있는데, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

첫 번째 방법은 도 1에 도시된 예와 같이 에어로젤 입자가 포함된 단열층(10)에 보호 필름(20)이 직접 라미네이팅되는 방법이다. 두 번째 방법은 도 2에 도시된 예와 같이 에어로젤 입자가 포함된 단열층(10)에 점착 코팅층(30)이 배치되고, 점착 코팅층(30) 상에 보호 필름(20)이 라미네이팅되는 방법이다.

그러나, 첫 번째 방법 및 두 번째 방법으로 보호 필름이 배치된 에어로젤 단열재의 경우, 제품 제조시, 사용시 및 세탁시 에어로젤 단열재의 구겨짐 등이 반복되면서 점착 코팅층 또는 보호 필름이, 에어로젤 입자가 포함된 단열재로부터 쉽게 이탈될 수 있다. 이 경우, 보호 필름 배치 효과가 상쇄됨으로써, 에어로젤 입자가 단열재로부터 이탈하게 되고, 그에 따라 단열 효과가 크게 감소될 수 있다.

한편, 에어로젤은 재질 자체의 특성으로 인하여 순수한 형태로 통상의 합성수지 성형에서 많이 사용되는 가열, 가압 성형을 할 수 없다. 세라믹 재료의 성형을 위해 세라믹 입자에 가열 가압에 적합한 결합재를 섞어 성형하는 방법도 생각할 수 있지만, 에어로젤 성형에서 이런 결합재를 섞어 성형하는 방식을 도입할 경우, 완성된 성형품은 에어로젤 입자 사이의 결합재 부분을 통한 전열로 인하여 에어로젤에 의한 단열의 효과는 매우 많이 감소할 수 있다.

대한민국 특허공개 10-2018-0044518에는 도3 및 도4의 평면도와 단면도로 나타내어지는 단열재 원단이 개시된다. 여기서 단열재 원단은 일정 폭으로 길게 형성되며, 단열재 원단 내에 원형 단위체(라미네이팅 단위체: 210))가 길이방향 및 폭방향으로 다수 배열되어 행렬을 이루고 있다. 이들 원형 단위체는 단열층 단위체(110) 각각을 라미네이팅 시트가 상하로 감싸 이루어진 것이며 원형 단위체를 이루는 라미네이팅 시트의 주변부는 단열층 단위체(210)를 이루는 에어로젤 분말 등이 빠져나오는 것을 방지하도록 서로 점착되거나 융착되어 씰링부(213)를 이

루고 있다. 원형 단위체를 상하로 덮고 있는 외피용 천(300)이나 시트에는 단열재 원단 내에서 원형 단위체(210)가 마음대로 움직이지 못하고 일정한 배열 및 분포밀도를 유지하도록 재봉선(330)이 형성되어 있다.

그러나, 이런 기술들을 통해 원단에서 에어로젤 입자의 탈락으로 인한 분진 및 작업환경의 열화를 방지하여도 원단으로 제품을 만들기 위해 원단을 재단하게 되면 재단선이 셀을 절단하고 지나는 경우 해당 셀에 싸인 에어로젤 분말이나 에어로젤 블랑켓의 에어로젤 입자가 여전히 주변으로 흘러나와 주변 작업 환경을 열화시키는 문제가 발생한다는 문제가 있었다.

대한민국 특허출원 10-2016-0125610 대한민국 특허출원 10-2016-0103564 대한민국 특허출원 10-2010-0022562 대한민국 특허출원 10-2012-0105663 대한민국 특허출원 10-2010-0058382 대한민국 특허출원 10-2010-0018301

본 발명은 상술한 에어로젤 단열재 사용상의 문제점을 해결 혹은 경감시키기 위한 것으로, 재단된 에어로젤 부재에서 에어로젤 입자의 탈락에 의한 먼지 발생을 억제할 수 있는 구성 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한 측면은 재단과 테이핑 작업이 동일한 장소에서 연속적, 일관적으로 이루어지도록 하여 재단부에서의 에어로젤의 이탈과 분산에 의한 주변 환경 오염을 효과적으로 막고 에어로젤의 손실에 따른 단열성 저하도 줄일 수 있는 재단된 에어로젤 부재 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에어로젤 부재는 재단부에 재단 단면을 포함하여 상하 양면 적어도 일정 겹침 폭을 커버하는 테이프가 설치된 것을 특징으로 한다.

이때 테이프는 테이프 내면이 재단부의 단면 및 상하면을 향하면서 접힌 상태를 이루게 된다.

본 발명에서 테이프는 재단 단면으로부터 접힌 끝단까지 일정 폭의 여유부를 형성하면서 재단부를 감싸도록 이루어질 수 있다.

본 발명에서 테이프 설치를 위해 접착테이프를 사용하는 방법 혹은 바느질 방법이 사용될 수 있다.

본 발명에서 테이프가 상면, 하면과 일정 폭 겹치는 부분에는 에어로젤 부재를 관통하는 바느질 처리가 이루어질 수 있고, 이런 경우 특히 바느질 구멍이 있는 자리에는 바느질 구멍으로 새어나올 수 있는 에어로젤 부재를 막기 위한 별도의 실링 처리가 이루어질 수 있으며, 실링 처리는 액상 합성수지를 떨어뜨려 굳히는 방법, 접착테이프를 덧대는 방법 등이 있다.

본 발명에서 접착테이프는 합성수지 필름에 점착층 혹은 접착층을 형성하여 이루어질 수 있다.

본 발명에서 재단부 테이핑은 재단과 연속하여 이루어질 수 있고, 재단장비에 테이핑을 실시하는 테이핑 장치를 포함시켜 테이핑이 자동적으로 이루어지도록 할 수 있다.

본 발명에서 테이핑 위로 바느질이 더 이루어지는 경우, 장비에 바느질 구멍에 대한 실링 처리를 위한 장치도 함께 설치하여, 원단의 재단, 재단부에 대해 테이핑 장치에서 재단부 테이핑이 실시되고, 이어서 재단부는 바느질 장치를 거치고 바느질 구멍을 막는 실링 처리를 거쳐 재단 부재가 완성될 수 있다.

본 발명의 에어로젤 부재 제조방법은 에어로젤 부재를 제조함에 있어서, 에어로젤 원단을 절단하는 재단 영역, 재단부를 테이프로 감싸 고정하는 테이핑 영역, 테이프가 에어로젤 원단의 재단부를 감싸는 상태로 바느질을 실시하여 이들을 결합시키는 재봉부가 함께 차례로 설치되어 에어로젤 원단의 재단과 테이프의 공급, 재단부와 테이프를 밀착시키는 테이핑 작업, 재봉사(실)로 이들을 영구적으로 고정시키는 재봉 작업(바느질 작업)이 공간적으로 시간적으로 밀접한 상태로 일관하여 인시츄(in situ) 방식으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면 높은 단열성을 가진 에어로젤 원단을 재단할 때 에어로젤이 내장된 셀이 절단되어 내부의 에어로젤이 이탈하고 주변 환경을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면 재단단부로부터 연장 돌출 형성되는 여유부를 두는 경우, 이후 재단된 상태의 부재들을 결합시켜 상품을 만드는 단계에서 여유부를 이용하여 바느질이나 접착 등의 가공을 보다 쉽게 할 수 있다.

본 발명에서 재단과 테이핑 작업이 동일한 장소에서 연속적, 일관적으로 이루어지는 경우, 에어로젤의 이탈과 분산에 의한 주변 환경 오염을 효과적으로 막고 에어로젤의 손실에 따른 단열성 저하도 줄일 수 있다.

도1 및 도2는 종래의 에어로젤 원단 구성을 나타내는 단면도들,
도3은 종래의 다른 에어로젤 원단 구성을 나타내는 평면도,
도4는 도3의 AA선에 따른 절단면을 통해 에어로젤 원단 구성을 나타내는 단면도,
도5는 에어로젤 원단의 재단부에 대한 접착 테이프에 의한 테이핑 처리가 이루어진 상태의 에어로젤 부재의 일 실시예에 대한 재단부 단면 구성을 나타내는 단면도,
도6은 에어로젤 원단의 재단부가 단순 테이프에 의해 감싸지고 밀착되는 테이핑 처리가 이루어진 상태에서 재봉(바느질)을 통해 테이프와 재단부가 영구적으로 고정된 다른 실시예에 대한 재단부 단면 구성을 나타내는 단면도,
도7은 도5와 같이 접착 테이프에 의한 테이핑 처리가 이루어지나 재단 단면과 테이프 접힘 부분 사이에 일정 폭의 여유부가 형성되도록 하는 실시예에 대한 재단부 단면 구성을 나타내는 단면도,
도8은 본 발명의 에어로젤 부재 제조방법의 한 국면을 나타내는 사시도,
도9는 도8의 AA'선에 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이다.

이하 도면을 참조하면서 구체적 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도5는 에어로젤이 포함된 단열층(10)의, 가령 에어로젤 블랑켓의 양면을 보호 필름(20)으로 덮는 가장 간단한 형태의 에어로젤 원단(100)을 재단한 상태에서 드러나는 재단부를 에어로젤 미세 입자가 투과할 수 없는 테이프(400)로 커버하는 테이핑 작업이 이루어져 만들어지는 에어로젤 부재의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.

이런 실시예에서는 단열재인 에어로젤 원단(100)을 재단하여 생긴 재단부의 단면(50) 및 단면으로부터 일정 폭의 재단부 상면(60) 및 하면(70)을 에어로젤 불투과성 테이프(400)가 감싸고 있다.

상면(60) 및 하면(70)과 재단부의 단면(50)에 접한 테이프(400)의 기재(410) 내면에는 점착층 혹은 접착층(420)이 형성되어 있다. 따라서, 별도의 바느질 없이도 테이프(400)는 재단부에 부착, 결합되어 재단부 단면(50)에서 에어로젤 입자가 이탈하여 주변 환경으로 나와 흩어지고 환경을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.

도6은 도5와 다른 형태의 실시예를 나타낸다. 여기서는 테이프(500)가 재단부 상면 및 하면과 겹친 부분에서 바느질이 이루어진다. 바느질을 통해 테이프(500)와 재단부가 밀착되면 재단부 단면에서 나온 에어로젤 입자가 재단부 상, 하면과 테이프 사이로 빠져나오지 못하게 되고 결국 에어로젤 입자가 외부로 나와 주변 환경을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.

이때 테이프(500)는 접착테이프가 아니고 단순히 에어로젤 불투과성 원단으로 이루어진 테이프일 수 있고, 접착테이프가 될 수도 있다. 접착테이프인 경우 재단부 상, 하면과 테이프 사이는 바느질에 의한 밀착과 접착에 의해 이중으로 에어로젤 입자가 밖으로 나오는 것을 방지할 수 있다.

한편, 여기서 바늘이 테이프 및 재단부를 관통한 바느질 부분 위에는 실(510: 재봉사)과 테이프(500) 및 보호 필름(20) 사이의 틈으로 에어로젤 입자가 빠져나오는 것을 방지하기 위해 실링재(520)가 설치된다.

이 실링재(520)는 띠 형태로 재봉선 위를 지나는 접착테이프로 이루어질 수 있고, 열이나 용매에 녹아 액상을 띄는 합성수지가 냉각, 경화되거나 용매가 휘발된 상태에서 얻어진 고체 상태의 막으로 이루어질 수 있다.

도7은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

여기서 재단부를 감싸는 테이프(400)는 재단 단면으로부터 접힌 끝단까지 일정 폭의 여유부(430)를 형성하도록 이루어진다.

여기서 테이프는 기재(410) 내면이 점착층 혹은 접착층(420)을 가진 접착테이프이며, 여유부(430)에서는 서로 겹치는 테이프의 내면이 접착층에 의해 서로 밀착되어 에어로젤 입자가 여유부로 들어오는 것을 막고 있다.

감싸는 테이프가 접착테이프가 아닌 경우도 생각할 수 있지만 이런 경우, 여유부를 이루는 서로 겹치는 테이프 부분 사이 공간에 에어로젤 입자가 들어갈 수 있고, 이 부분에 손상이 생길 경우, 에어로젤 입자가 외부로 빠져나오기 쉽다. 이를 방지하기 위해 재단부 단면 근처에서 겹친 테이프가 밀착되도록 별도의 바느질을 할 수 있는데, 이는 바느질 부담을 늘릴 수 있다.

도7의 실시예와 같이 여유부(430)를 형성하여 본 발명의 에어로젤 부재를 형성하면 복수 조각의 에어로젤 부재의 주변부를 바느질이나 융착, 접착 등의 수단으로 결합하여 에어로젤 원단의 단열 물품을 만들 때 이 여유부(430)를 에어로젤 부재끼리의 결합을 위한 가공 영역으로, 가령 바느질 자리로 사용하는 등의 이점이 있다. 따라서 테이프의 기재(410)는 바느질 시에도 쉽게 바느질 구멍 주변에서 늘어나거나 찢어지지 않는 견고한 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

도8은 본 발명의 도5의 실시예와 같은 에어로젤 부재가 만들어지는 방식의 한 국면을 나타내는 사시도이며, 도9는 도8의 AA'선을 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이다.

한편으로는 재단이 이루어져 재단 단면이 노출된 상태로 에어로젤 원단(100)이 공급되고, 다른 한편으로는 테이프(400)가 공급되면서 이들 두 물체의 흐름이 접합지그(600)에서 만나 결합된다.

접합지그(600)는 높이는 작고 직경이 큰 원통체(610)의 상, 하 양단에 동심적으로 원판(620)이 결합된 형태를 나타내며 원통체(610)의 측면에는 테이프(400)와 마찰을 크게 하여 테이프(400)를 원활히 이동시키기기 위한 주름(640)이 형성되어 있다.

한편에서 공급되는 테이프(400)는 접합지그(600)로 들어오면서 상, 하 원판(620) 사이에 끼워져 접힌 상태가 되면서 한편에서 공급되는 에어로젤 원단의 재단부를 감싸는 형태가 된다. 상, 하 원판(620)은 접힌 테이프(400) 내면이 재단부 상, 하면과 밀착되도록 압력을 준다.

그리고, 원통체(610) 측면에 의해 재단부 단면과 밀착하게 압력을 받는다. 원통체(610)는 에어로젤 원단(100)의 진행 방향에 맞게 회전축(630)을 중심으로 회전하면서 측면의 주름(640)과 테이프(400) 외면 사이의 마찰에 의해 테이프를 역시 원단의 진행방향과 같이 움직이도록 하는 역할도 할 수 있다.

이런 형태는 재봉틀에서 원단의 재단부를 감싸는 바이어스 재봉이 이루어지는 것과 비슷하게 볼 수 있고, 이때 도8의 접합지그(600)는 바이어스 재봉에 사용되는 바이어스 테이프를 공급하는 노루발과 비슷한 역할을 하는 것으로 볼 수 있다.

도8에는 도시되지 않지만 재단부가 진행하는 후단(공정 순서상 다음에 오는 위치)에는 테이프(400)가 에어로젤 원단(100)의 재단부를 감싸는 상태 혹은 겹쳐지고 밀착된 상태로 바느질을 실시하여 이들을 결합시키는 재봉부가 더 구비될 수 있다. 그리고, 도시되지 않은 전단(공정 순서상 앞에 있는 위치)에는 에어로젤 원단(100)을 커터로 재단하는 재단 영역이 존재할 수 있다.

이런 경우, 에어로젤 원단(100)의 재단과 테이프(400)의 공급, 재단부와 테이프를 밀착시키는 테이핑 작업, 실(재봉사)로 이들을 영구적으로 고정시키는 재봉 작업(바느질 작업)이 공간적으로 시간적으로 거의 분리되지 않은 밀접한 상태로 일관하여 인시츄(in situ) 방식으로 이루어질 수 있고, 이런 경우, 재단에 따라 재단부 단면에서 에어로젤 입자가 주변으로 빠져나오는 현상은 매우 미미하게 될 수 있다.

이상에서는 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다.

따라서, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10: 단열층 20: 보호필름
50: 단면(재단부 단면) 60: 상면
70: 하면 400, 500: 테이프
410: 기재 420: 접착층
430: 여유부 510: 실
520: 실링재 600: 접합지그
610: 원통체 620: 원판
630: 회전축 640: 주름

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 에어로젤 원단을 재단하여 발생한 재단부에 재단부 단면을 포함하여 상, 하 양면 적어도 일정 폭을 커버하는 테이프가 설치되어 재단부 단면에서 에어로젤 입자가 떨어져 나오는 것을 방지하도록 이루어진 에어로젤 부재로서,
   상기 테이프로 상기 재단부 단면, 상기 상, 하 양면을 향하는 쪽 면인 내면에 접착층이나 점착층을 형성한 접착테이프를 사용하거나, 상기 테이프를 상기 재단부를 커버하도록 고정하기 위해 재봉 혹은 바느질을 사용하고,
   상기 테이프는 상기 재단부 단면으로부터 접힌 끝단까지 상기 테이프가 서로 겹쳐지는 구간을 이루는 일정 폭의 여유부를 형성하면서 상기 재단부를 감싸도록 이루어진 것을 특징으로 하는 에어로젤 부재.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 테이프를 상기 재단부를 커버하도록 고정하기 위해 재봉 혹은 바느질을 사용하되,
   상기 테이프가 상기 상, 하면과 일정 폭 겹치는 부분에서 에어로젤 원단을 관통하는 바느질 구멍이 있는 자리에는 상기 바느질 구멍으로 새어나올 수 있는 에어로젤 부재를 막기 위한 별도의 실링 처리가 이루어지고,
   상기 실링 처리는 액상 합성수지를 떨어뜨려 굳히는 방법으로 이루어지거나, 별도의 접착테이프를 덧대는 방법으로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어로젤 부재.
5. 에어로젤 원단을 재단하여 에어로젤 부재를 제조하는 제조방법에 있어서,
   에어로젤 원단을 절단하는 재단 영역, 상기 에어로젤 원단의 재단부를 테이프로 감싸 고정하는 테이핑 영역, 상기 테이프가 상기 에어로젤 원단의 재단부를 감싸는 상태로 바느질을 실시하여 이들을 결합시키는 재봉 영역이 함께 차례로 설치되어 상기 에어로젤 원단의 재단과 상기 테이프의 공급, 상기 재단부와 상기 테이프를 밀착시키는 테이핑 작업, 재봉사(실)로 상기 재단부와 상기 테이프를 영구적으로 고정시키는 재봉 작업(바느질 작업)이 공간적으로 시간적으로 밀접한 상태로 일관하여 인시츄(in situ) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로젤 부재 제조방법.

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