KR102119878B1 - Manufacturing method of marine antifouling and low friction film utilizing fine protuberance and riblet structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름과 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2종의 생체모방기술을 응용하되, 첫째 연꽃잎효과(Lotus Effect)를 응용한 초(超)미세돌기를 필름에 성형하여 방오 기능을 갖게 하여 선박의 수선 하부 선체에 해양생물체가 부착되는 것을 방지하고, 둘째 상어 비늘의 리블렛(Riblet) 구조와 유사한 형태의 리블렛형(形) 미세돌기를 초미세돌기가 성형된 필름에 동시에 성형하여 선박 항해시 물과의 마찰저항을 저감시켜 연료를 절감시킬 수 있는 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an antifouling and low friction film for ships using an ultrafine protrusion and a riblet structure and a method for manufacturing the same, more specifically, applying two types of biomimetic techniques, but first applying the Lotus Effect. The applied ultra-fine protrusions are molded on the film to have anti-fouling function, preventing marine organisms from attaching to the lower hull of the ship, and second, a riblet type similar to the shark scale's riblet structure (形) Anti-fouling and low-friction film for ships with ultra-fine protrusions and riblet structure that can reduce fuel by reducing frictional resistance with water when sailing a ship by simultaneously forming micro-protrusions on a film formed with ultra-fine protrusions. It relates to a manufacturing method.
일반적으로 선박은 대부분 선체의 하부가 물이 잠긴 상태에서 운항하거나 정박된 상태를 유지하며, 해양 구조물은 일부가 물에 잠긴 상태로 설치된다.In general, most of the ships are operated in a state where the lower part of the hull is submerged in water or moored, and some of the offshore structures are installed in a state submerged in water.
그리고 바다에는 각종 해양생물체가 살고 있으며, 시간이 경과함에 따라 선박 또는 해양 구조물에 각종 해양생물체가 부착되어 서식하게 된다.In addition, various marine organisms live in the sea, and as time elapses, various marine organisms are attached to a ship or marine structure and inhabit.
현재는 선박의 수선(waterline) 아래 선체에 해양생물체인 따개비를 포함한 어패류와 해조류의 부착으로 선박 항해시 물과의 마찰저항 증가로 인한 연료 손실방지와 선체 보호를 위해 자기마모형(S.P.C : Selfpolishing Copolymer type) 방오도료를 도장하고 있다.Currently, self-polishing Copolymer (SPC) is used to prevent fuel loss and protect the hull by increasing frictional resistance with water when sailing the ship by attaching fish and seaweed, including barnacles, marine organisms, to the hull below the ship's waterline. type) Anti-fouling paint is applied.
그러나 이와 같은 자기마모형 방오도료는 마모로 인해서 박리되는 유해 화학물질이 해양 환경에 유해하기 때문에 친환경적인 방오가 필요한 실정이다. However, such self-wearing antifouling paints require environmentally friendly antifouling because harmful chemicals that are peeled off due to wear are harmful to the marine environment.
그리고 저마찰형 방오도료를 선박의 선체에 도장하는 방법도 이용되고 있으나, 이는 도장 표면이 저마찰로 윤활하여 부착물이 미끄러져 이탈되는 방법으로써 정박 중인 선체 표면에 부착된 해양생물체는 선박이 항해할 때 저속도에서는 이탈되지 않고 일정 속도 이상으로 항해해야만 선체에서 미끄러져 이탈되므로 선박의 저속도 항해시에 연료 손실이 발생하며, 미세와류 발생에 의한 유체역학적인 마찰저항 저감은 없고, 저마찰에 의한 방오 기능만 있다.In addition, a method of painting a low friction antifouling paint on a ship's hull is also used, but this is a method in which the coating surface is lubricated with low friction so that the attachment slips off and the marine organisms attached to the surface of the hull being anchored can be sailed by the ship. At this time, it does not deviate from the low speed, but when it sails at a certain speed or higher, it slips off the hull, resulting in fuel loss when sailing at a low speed of the ship. There are only.
본 발명은 생체모방기술인 연꽃잎효과(Lotus Effect)를 응용한 초(超)미세돌기로 물리적인 방오와 동시에 상어 비늘의 리블렛 구조를 응용한 리블렛형 미세돌기로 미세와류를 발생시켜서 유체역학적으로 마찰저항을 저감시켜 연료를 절감하고, 유연성이 있는 열가소성 합성수지, 열가소성탄성체 또는 고무를 소재로 하는 필름의 표면에 윤활성을 부여하기 위하여 자기윤활성물질과 방오를 위한 보조적 수단으로써 항균물질을 첨가하여 제조된 필름의 표면에 리블렛형 미세돌기를 균일한 배열로 성형하며, 리블렛형 미세돌기가 없는 여백 공간에는 ㎛ 단위 크기인 해양생물체 유충의 부착을 방지하기 위해서 리블렛형 미세돌기보다 크기가 작은 복수의 초미세돌기를 균일하게 성형하고, 필름의 뒷면에는 접착제를 도포하여 선박의 수선 아래 선체에 접착할 수 있는 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름과 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention is an ultra-fine protrusion to which the lotus effect, which is a biomimetic technology, is applied to the physical antifouling, and at the same time, it is a hydrodynamically generated micro-vortex with a riblet-type micro-protrusion applied with the riblet structure of a shark scale. Manufactured by adding antibacterial materials as a self-lubricating material and an auxiliary means for antifouling in order to reduce frictional resistance to save fuel and to provide lubricity to the surface of a film made of flexible thermoplastic synthetic resin, thermoplastic elastomer or rubber. To form the riblet-type micro-protrusions in a uniform arrangement on the surface of the film, and to prevent the adhesion of marine organism larvae, which are the size of µm, in the blank space without the riblet-type microprotrusions, a plurality of ultra-fine particles smaller than the riblet-type microprotrusion The purpose of this is to provide an antifouling and low friction film for ships and a method of manufacturing the same, with the application of ultra-fine protrusions and a riblet structure capable of uniformly forming protrusions and applying adhesive to the back of the film to adhere to the hull below the ship's waterline. There is this.
즉 본 발명은 연꽃잎효과를 응용하여 필름의 표면에 해양생물체의 유충보다 크기가 작은 초미세돌기를 성형하여 유충이 착상할 수 있는 공간을 제공하지 않음으로써 물리적인 방법으로 친환경적인 방오와 상어 비늘의 리블렛 구조를 응용하여 리블렛형 미세돌기를 필름의 표면에 성형하여 유체역학적으로도 미세와류 발생에 의한 마찰저항을 저감시켜 선박의 연료를 절감할 수 있는 초미세돌기 및 리블렛 구조를 동시에 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름과 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.That is, the present invention is applied to the lotus leaf effect to form an ultra-fine protrusion having a smaller size than the larvae of marine organisms on the surface of the film, thereby providing space for the larvae to implant, thereby providing eco-friendly antifouling and shark scales in a physical way. By applying the riblet structure of, it forms a riblet-type micro-protrusion on the surface of the film and simultaneously applies ultra-fine protrusions and riblet structures that can reduce fuel consumption by reducing frictional resistance due to the occurrence of micro-vortices. The purpose is to provide an antifouling and low friction film for a ship and its manufacturing method.
또한 본 발명은 필름에 초미세돌기와 리블렛형 미세돌기를 동일한 금형에서 동시에 성형함으로써 방오 기능을 갖게 하여 선박의 수선 하부에 해양생물체가 부착되는 것을 방지하고, 선박 항해시 물과의 마찰저항을 저감시켜 연료를 절감시킬 수 있는 2가지 기능을 동시에 구현할 수 있으며, 필름을 선체에 부착하여 친환경 방오와 유체역학적인 마찰저항을 저감시킬 수 있는 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, the present invention has an anti-fouling function by simultaneously forming ultra-fine protrusions and riblet-type fine protrusions on a film in the same mold, preventing marine organisms from adhering to the bottom of the ship's waterline, and reducing frictional resistance with water when sailing the ship. Anti-fouling and low-friction film for ships using ultra-fine protrusions and riblet structures that can reduce the fuel at the same time and implement ultra-fine projections and riblet structures that can attach films to the hull to reduce eco-friendly anti-fouling and hydrodynamic friction resistance. Its purpose is to provide a method of manufacturing.
그리고 무동력선으로써 선속이 느린 바지(barge)선박이나 정지 상태의 해양 구조물에는 초미세돌기만 성형된 필름을 부착하여 방오기능을 향상시킬 수 있는 초미세돌기를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.And as a non-powered ship, manufacturing of anti-fouling and low-friction films for ships using ultra-fine protrusions that can improve anti-fouling function by attaching a film formed only with ultra-fine protrusions to a barge ship or stationary marine structure with a slow ship speed. The purpose is to provide a method.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름은 자기윤활성물질 및 항균물질이 첨가되어 선박의 수선 아래 선체에 접착되는 필름(100);In order to achieve the above object, the antifouling and low friction film for ships to which the ultrafine protrusions and riblet structures of the present invention are applied include a
상기 필름(100)에 표면에 복수개의 직립형 리블렛용(用) 미세돌기(200)가 돌출되며, 상기 직립형 리블렛용 미세돌기(200)의 상단부를 후공정인 연화공정에서 도 1과 같이 상어 비늘과 같은 방향으로 휘어지게 하여 리블렛형(形) 구조로 변형하며, 유연성 및 탄성을 가진 소재의 특성으로 물과의 마찰에 의해 진동이 발생하여 선체 표면의 불안정 상태와 자기세정으로 방오 효율을 높이고, 돌기 사이의 틈새에서 발생되는 미세와류는 유체역학적으로 마찰저항을 저감시키는 리블렛형 미세돌기(300);On the surface of the
상기 필름(100) 표면에 해양생물체의 유충이 착상할 수 없도록 방오용으로 초미세돌기((400, 500)가 일정한 크기와 균일한 배열로 리블렛형 미세돌기(300)에 비해 크기가 작게 돌출되는 초미세돌기(400, 500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.To prevent the larvae of marine organisms from implanting on the surface of the
그리고 본 발명의 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름 제조방법은 선박의 선체에 해양생물체가 부착되는 것을 방지하고, 유체역학적으로 미세와류를 발생시켜 항해시 마찰저항을 저감하여 연료를 절감하기 위하여 유연성이 있는 열가소성수지, 열가소성탄성체 또는 고무를 소재로 자기윤활성물질 및 항균물질을 첨가한 필름(100)의 표면에 마찰저항 저감용으로 직립형인 리블렛용(用) 미세돌기(200)와 동시에 리블렛용 미세돌기(200)끼리의 간격이 넓은 공간에는 해양생물체의 유충이 착상할 수 없도록 방오용으로 리블렛용 미세돌기(200)에 비해 크기가 작은 초미세돌기(400, 500)를 롤형 금형(700)의 외주면에 리블렛용 미세돌기(200)를 성형하기 위한 리블렛용 미세돌기 성형용 홈(701)이 일정한 간격으로 구비되며, 상기 리블렛용 미세돌기 성형용 홈(701)과 리블렛용 미세돌기 성형용 홈(701) 사이에 초미세돌기(400, 500)를 성형하기 위한 초미세돌기 성형용 홈(702)이 구비된 롤형 금형(700)에 의해서 일정한 크기와 균일한 배열로 기계적으로 성형하며, 상기 직립형 리블렛용 미세돌기(200)는 성형의 후공정인 연화공정에서 돌기의 상단부를 상어 비늘과 같은 방향으로 굴곡하여 돌기의 상단부가 휘어진 리블렛형 미세돌기(300) 구조로 변형시킴으로써 초미세돌기(400, 500)에 의한 물리적 방오 기능과 리블렛형 미세돌기(300)에 의한 마찰저항 저감 기능을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다. And the method of manufacturing the antifouling and low friction film for ships using the ultrafine protrusions and riblet structure of the present invention prevents marine organisms from attaching to the ship's hull, and generates hydrodynamic micro-vortices to reduce frictional resistance during navigation. In order to reduce fuel, a flexible plastic resin, a thermoplastic elastic body, or a rubber, a self-lubricating material and an antimicrobial material are added to the surface of the
그리고 본발명은 무동력선으로 선속이 빠르지 않은 바지선(barge)과 정지된 해양구조물에는 방오용으로 초미세돌기(400, 500)만 성형하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized by forming only a very fine protrusion (400, 500) for antifouling on a barge and a stationary offshore structure, where the ship speed is not fast as a non-powered ship.
또한 상기 방오용 초미세돌기(400, 500)는 독립된 기둥형 초미세돌기(400) 또는 가로 세로 격자 형상으로 연결된 막대형 초미세돌기(500) 중 선택된 어느 하나로 돌기의 높이, 기둥의 굵기 또는 막대의 두께는 5~40㎛이며, 초미세돌기와 초미세돌기 사이의 간격은 해양생물 유충의 착상을 방지하기 위해 0.5~20㎛인 것을 특징으로 한다.In addition, the
그리고 상기 마찰저항 저감용으로 직립형인 리블렛용 미세돌기(200)는 기둥형상으로 굵기는 900㎛ 이하, 높이는 2.0mm 이하로 초미세돌기(400, 500)보다 높이가 높도록 성형 후, 연화공정에서 리블렛용 미세돌기의 상단부를 상어 비늘과 같은 방향으로 휘어지게 하여 리블렛형 미세돌기(300) 구조로 변형하며, 높이가 1000㎛ 이하로 휘어진 돌기는 유연성 및 탄성을 가진 소재의 특성으로 물과의 마찰에 의해 진동이 발생하여 선체 표면의 불안정 상태와 자기세정으로 방오 효율을 높이고, 리블렛형 미세돌기(300)와 돌기(300) 사이의 틈새에서 발생되는 미세와류는 유체역학적으로 마찰저항을 저감할 수 있는 구조인 것을 특징으로 한다.In addition, for reducing the frictional resistance, the upright micro-projection 200 for a riblet is shaped like a pillar with a thickness of 900 µm or less and a height of 2.0 mm or less with a height higher than that of the ultra-fine
한편 본 발명의 연화공정은 직립형 리블렛용 미세돌기(200)를 리블렛형 구조로 변형하기 위해서 직립 상태의 돌기 상단부를 휘어지게 하는 공정으로 용융점 이하 연화온도 범위 내에서 도 6과 같이 돌기를 가열하여 연화한 후, 도 7과 같이 일정한 높이로 설정된 판 또는 롤형의 이형성이 있는 냉각된 가이더(guider) 금형(710)을 통과시켜서 굴곡과 동시에 냉각하여 일정한 높이로 돌기의 상단부가 휘어져 리블렛형 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the softening process of the present invention is a process of bending the upper end of the protrusion in an upright state in order to transform the
그리고 상기 초미세돌기(400, 500) 및 리블렛형 미세돌기(300)가 성형되는 필름(100)의 소재는 유연성이 있는 열가소성수지, 탄성이 있는 열가소성 탄성체, 열에 의해 연화가 가능한 천연고무 또는 합성고무 중에서 선택되는 어느 하나의 소재이며, 상기 자기윤활성물질은 필름(100)의 표면을 윤활하게 하여 방오 효율을 높이고, 선박의 선속을 높이기 위하여 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2), 흑연(Graphite), 육방정계질화붕소(h-BN) 또는 탈크(Talc)의 고체 윤활제 미분말 중 하나의 종을 첨가제로 첨가하며, 상기 항균물질은 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn) 또는 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn) 화합물의 미분말 또는 제올라이트(Zeolite)에 항균제를 포함하고, 발수 기능을 위해 소수성화하며, 상기 항균제 중 1종 또는 2종 이상을 첨가하는 것을 특징으로 한다.In addition, the material of the
또한 상기 리블렛형 미세돌기(300)의 배열은 격자형(grid pattern) 또는 이웃하는 돌기와 간격을 일정하게 하기 위하여 벌집형(honey comb pattern) 구조로 배치한 것을 특징으로 한다.In addition, the arrangement of the riblet-type
그리고 본 발명의 필름(100)은 선체에 복수개가 상하좌우 방향으로 연결 배치되어 접착제로 접착되되, 각 필름(100)의 연결부위에는 접착면적 증대로 인한 접착력 강화와 수밀성을 높이기 위해 밀착되는 필름의 경계면을 계단식 구조로 하여 계단의 하단부는 서로 밀착되며 경계면 사이의 상부 공간인 필름연결홈부(800)에는 필름(100)의 1/2 두께의 연결용 필름(900)을 접착하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
본 발명에 따른 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름과 그 제조방법은 연꽃잎효과를 응용하여 필름의 표면에 해양생물체의 유충보다 크기가 작은 초미세돌기를 성형하여 유충이 착상할 수 있는 공간을 제공하지 않음으로써 물리적인 방법으로 친환경 방오함과 동시에 방오 효율에 비례하는 만큼의 마찰저항 감소로 인해 연료 손실을 방지할 수 있으며, 상어 비늘의 리블렛 구조를 응용한 리블렛형 미세돌기를 필름의 표면에 성형하여 유체역학적으로도 마찰저항을 저감시켜 선박의 연료를 더욱 절감할 수 있는 효과가 있다.The antifouling and low friction film for ships using the ultrafine protrusions and riblet structure according to the present invention and its manufacturing method apply the lotus leaf effect to form the ultrafine protrusions smaller in size than the larvae of marine organisms on the surface of the film to form larvae. By not providing this implantable space, it is possible to prevent fuel loss due to frictional resistance that is proportional to the antifouling efficiency at the same time as eco-friendly antifouling in a physical way and to prevent the loss of fuel. It is effective to reduce the fuel of the ship by reducing the frictional resistance by hydrodynamically forming the rat-like micro-protrusions on the surface of the film.
그리고 본 발명은 필름에 초미세돌기와 리블렛형 미세돌기를 동일한 금형에서 동시에 성형함으로써 방오 기능을 갖게 하여 선박의 수선 하부에 해양생물체가 부착되는 것을 방지하고, 선박 항해시 물과의 마찰저항을 저감시켜 연료를 절감시킬 수 있는 2가지 기능을 동시에 구현할 수 있으며, 필름을 선체에 부착하여 친환경 방오와 유체역학적으로 마찰저항을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an antifouling function by simultaneously forming ultra-fine protrusions and riblet-type fine protrusions on the film in the same mold, thereby preventing marine organisms from attaching to the bottom of the ship's waterline, and reducing frictional resistance with water when sailing the ship. Two functions that can reduce fuel can be implemented at the same time, and the film can be attached to the hull to reduce the frictional resistance with eco-friendly antifouling and hydrodynamics.
또한 본 발명은 높은 인장강도와 내마모성이 우수한 친환경 소재로써, 열가소성 탄성체인 열가소성우레탄에 자기윤활성물질과 방오의 보조적 수단으로 향균물질을 첨가하고, 금형에 의한 기계적 성형으로 필름 표면에 선박의 방오용 초미세돌기와 선박의 유체역학적으로 마찰저항을 줄이는 리블렛형 미세돌기를 동시에 성형하여 친환경 방오기능과 동시에 마찰저항의 저감 기능으로 선속을 향상시켜 연료를 절감할 수 있으며, 방오도장 공법 대비 친환경적인 작업 공정으로써 내구성이 향상되어 경제적으로 유용한 효과가 있다.In addition, the present invention is an eco-friendly material excellent in high tensile strength and abrasion resistance, and a self-lubricating material is added to thermoplastic urethane, which is a thermoplastic elastic material, and an antibacterial material is added as a secondary means of antifouling. By forming micro-protrusions and riblet-type micro-protrusions that reduce the frictional resistance of the ship dynamically, it is possible to save fuel by improving ship speed with eco-friendly antifouling function and at the same time reducing friction resistance, and as an environmentally friendly work process compared to antifouling coating method. The durability is improved, which is an economically useful effect.
그리고 본 발명은 필름과 초미세돌기 및 리블렛형 미세돌기의 소재가 열가소성 탄성체 합성수지 또는 탄성을 가진 고무로써 선박 항해시 초미세돌기와 리블렛형 미세돌기의 진동 효과가 커서 자기세정 효과가 높고, 선체에 가해지는 난류와 조파의 충격으로 인한 진동을 감쇄할 수 있는 효과가 있다,In addition, the present invention is a film and the material of ultra-fine protrusions and riblet-type fine protrusions are thermoplastic elastic synthetic resins or rubbers having elasticity, so the vibration effect between the ultra-fine protrusions and the riblet-type fine protrusions is high, so the self-cleaning effect is high and applied to the hull. It has the effect of attenuating the vibration caused by the turbulence and the impact of the wave,
도 1은 상어 비늘의 리블렛 구조를 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름의 제조방법을 나타낸 공정도.
도 3은 본 발명에 따른 필름의 표면에 가열된 에어를 분사하여 표면을 연화시키는 공정을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 필름의 표면에 롤형 금형을 이용하여 직립형 리블렛용 미세돌기와 초미세돌기를 동시에 성형하는 상태를 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 필름의 표면에 직립형 리블렛용 미세돌기와 초미세돌기가 성형된 상태를 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 필름의 표면에 성형된 리블렛용 미세돌기 부분을 가열하여 용융점 이하로 연화시키는 상태를 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 필름을 롤형 가이더 금형 또는 판형 금형으로 통과시켜 리블렛용 미세돌기의 상단을 굴곡 및 냉각시키는 상태를 나타낸 예시도.
도 8은 본 발명에 따른 필름의 표면에 상단부가 휘어진 리블렛형 미세돌기와 독립된 기둥형 초미세돌기가 완성된 상태를 나타낸 예시도.
도 9는 본 발명에 따른 필름의 표면에 상단부가 휘어진 리블렛형 미세돌기와 격자형상으로 연결된 막대형 초미세돌기를 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명에 따른 필름의 표면에 리블렛형 미세돌기에 의해 미세와류가 발생되는 상태를 나타낸 예시도.
도 11은 본 발명에 따른 필름의 표면에 상단부가 휘어진 리블렛형 미세돌기가 격자형으로 배치된 상태를 나타낸 예시도.
도 12는 본 발명에 따른 필름의 표면에 독립된 기둥형 초미세돌기 사이에 리블렛형 미세돌기가 벌집형으로 배치된 상태를 나타낸 예시도.
도 13은 본 발명에 따른 필름의 표면에 격자형상으로 연결된 막대형 초미세돌기 사이에 리블렛형 미세돌기가 벌집형으로 배치된 상태를 나타낸 예시도.
도 14는 본 발명에 따른 필름의 연결상태를 나타낸 예시도.1 is an exemplary view showing a riblet structure of a shark scale.
Figure 2 is a process diagram showing the manufacturing method of the antifouling and low friction film for ships using the ultra-fine protrusions and riblet structure according to the present invention.
Figure 3 is an exemplary view showing a process for softening the surface by spraying heated air on the surface of the film according to the present invention.
Figure 4 is an exemplary view showing a state of simultaneously forming a fine projection for the upright riblet and ultra-fine projections using a roll-shaped mold on the surface of the film according to the present invention.
Figure 5 is an exemplary view showing a state in which the microscopic projections and ultra-fine projections for upright riblets are formed on the surface of the film according to the present invention.
Figure 6 is an exemplary view showing a state of softening below the melting point by heating the micro-protrusion portion for the riblets molded on the surface of the film according to the present invention.
7 is an exemplary view showing a state in which the film according to the present invention is passed through a roll-type guider mold or a plate-shaped mold to bend and cool the upper end of the fine protrusions for riblets.
Figure 8 is an exemplary view showing a completed state of the pillar-shaped ultra-fine protrusions independent of the riblet-type microscopic projections with the upper end curved on the surface of the film according to the present invention.
9 is an exemplary view showing a riblet-type micro-projection curved at the upper end of the film according to the present invention and a rod-shaped ultra-fine projection connected in a lattice shape.
Figure 10 is an exemplary view showing a state in which micro-vortex is generated by the riblet-type micro-protrusions on the surface of the film according to the present invention.
11 is an exemplary view showing a state in which a riblet-type micro-projection with an upper end curved on a surface of a film according to the present invention is arranged in a grid.
Figure 12 is an exemplary view showing a state in which the riblet-type fine protrusions are arranged in a honeycomb shape between the columnar ultrafine protrusions independent of the surface of the film according to the present invention.
Figure 13 is an exemplary view showing a state in which the riblet-type fine protrusions are arranged in a honeycomb shape between the rod-shaped ultra-fine protrusions connected in a lattice form to the surface of the film according to the present invention.
14 is an exemplary view showing a connection state of a film according to the present invention.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.If described in detail with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention.
본 발명에 따른 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름은 자기윤활성물질 및 항균물질을 첨가하여 선박의 수선 아래 선체에 접착되는 필름(100)이 구비되며, 상기 필름(100)의 표면에 직립형 리블렛용 미세돌기(200)가 돌출되며, 상기 직립형 리블렛용 미세돌기(200)의 상단부를 도 1에 도시된 바와 같이 상어 비늘과 같은 방향으로 휘어지게 하여 리블렛형 구조로 변형하며, 유연성 및 탄성을 가진 소재의 특성으로 물과의 마찰에 의해 진동이 발생하여 선체 표면의 불안정 상태와 자기세정으로 방오 효율을 높이고, 도 10에 도시된 바와 같이 돌기 사이의 틈새에서 발생되는 미세와류는 유체역학적으로 마찰저항을 저감시키는 리블렛형 미세돌기(300)가 구비되고, 상기 리블렛형 미세돌기(300)끼리의 간격이 넓은 공간에는 해양생물체의 유충이 착상할 수 있기 때문에 방오용으로 리블렛형 미세돌기(300)에 비해서 크기가 작고 균일하게 배열되어 돌출되는 초미세돌기(400, 500)가 구비된다.The antifouling and low friction film for ships using the ultrafine protrusions and riblet structure according to the present invention is provided with a
그리고 본 발명에 따른 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름의 제조방법은 도 2에 도시된 바와 같이 자기윤활성물질 및 항균물질이 첨가된 필름(100) 소재를 준비하는 단계(S100), 필름(100) 소재를 평면필름으로 성형하는 단계(S200), 상기 평면필름(100)의 표면을 도 3과 같이 가열 에어분사기(600)를 이용하여 용융점 이하로 가열하여 연화시키는 단계(S300), 도 4와 같이 시트 제조기(sheet making M/C, 롤금형 700)을 이용하여 표면이 연화된 평면필름(100)의 상부에 초미세돌기(400, 500)와 직립형 리블렛용 미세돌기(200)를 성형하는 단계(S400), 성형된 직립형 리블렛용(用) 미세돌기(200) 상단 부분을 용융점 이하로 가열하여 연화시키는 단계(S500), 초미세돌기(400, 500)와 직립형 리블렛용 미세돌기(200) 부분이 연화된 필름(100)을 롤형 가이더 금형(710) 또는 판형 금형으로 통과시켜 리블렛용 미세돌기(200)의 상단을 굴곡시키면서 동시에 냉각시키는 단계(S600), 필름의 표면에 초미세돌기(400, 500) 및 리블렛형(形) 미세돌기(300)를 완성하는 단계(S700)를 포함한다.And the manufacturing method of the antifouling and low friction film for ships using the ultrafine protrusions and riblet structure according to the present invention is a step of preparing a
또한 상기와 같이 일정한 크기와 균일한 배열로 성형되는 초미세돌기(400, 500)와 리블렛형 미세돌기(300)를 도장공법으로 구현하는 것은 기술적으로 불가능하기 때문에 본 발명과 같이 초미세돌기(400, 500)와 리블렛형 미세돌기(300)를 금형에 의해서 정밀하게 성형시킨 필름(100)으로 제조하여 선체에 접착하는 방법으로만 가능하다.In addition, since it is technically impossible to implement the
본 발명은 해양생물체가 부착되는 것을 방지하고, 유체역학적으로 미세와류를 발생시켜, 항해시 마찰저항을 저감하여 연료를 절감하기 위하여 유연성이 있는 열가소성수지, 열가소성탄성체 또는 고무를 소재로 자기윤활성물질 및 항균물질을 첨가한 필름(100)의 표면에 도 4에 도시된 바와 같이 롤형 금형 표면에 독립된 기둥형 초미세돌기 성형용 홈(702) 및 직립형 리블렛용 미세돌기 성형용 홈(701)이 가공된 롤형 금형(700)을 이용하여 마찰저항 저감용으로 직립형인 리블렛용 미세돌기(200)와, 동시에 리블렛용 미세돌기(200)끼리의 간격이 넓은 공간에는 해양생물체의 유충이 착상할 수 없도록 방오용으로 리블렛용 미세돌기(200)에 비해 크기가 작은 초미세돌기(400, 500)를 성형하기 위해서 롤형 금형(700)의 외주면에 리블렛용 미세돌기(200)를 성형하기 위한 리블렛용 미세돌기 성형용 홈(701)이 일정한 간격으로 구비되며, 상기 리블렛용 미세돌기 성형용 홈(701)과 리블렛용 미세돌기 성형용 홈(701) 사이에 초미세돌기(400, 500)를 성형하기 위한 초미세돌기 성형용 홈(702)이 구비된 롤형 금형(700)에 의해서 일정한 크기와 균일한 배열로 기계적으로 성형하며, 상기 직립형 리블렛용 미세돌기(200)는 도 6, 7, 8에 도시된 바와 같이 성형의 후공정인 연화공정에서 직립형 리블렛용 미세돌기(200)의 상단부를 가열, 연화하고, 롤형 가이더 금형(710)을 이용하여 상어 비늘과 같은 방향으로 굴곡하여 돌기의 상단부가 휘어진 리블렛형 구조로 변형시킴으로써 도 8에 도시된 독립된 기둥형 초미세돌기(400) 또는 도 9에 도시된 격자형상으로 연결된 막대형 초미세돌기(500)에 의한 물리적 방오 기능과 리블렛형 미세돌기(300)에 의한 마찰저항 저감 기능을 동시에 수행하게 된다.The present invention is a self-lubricating material made of a flexible thermoplastic resin, thermoplastic elastomer or rubber as a material to prevent marine organisms from adhering, and to generate fuel microdynamically to reduce frictional resistance during sailing to reduce fuel. As shown in FIG. 4, the surface of the
즉 본 발명의 필름(100)에 성형되는 돌기는 초미세돌기(400, 500)와 돌기의 상단 부분이 휘어진 리블렛형 미세돌기(300)의 2종류로써 각각의 크기가 일정하고 조도와 돌기의 배열이 균일하며, 동일한 금형에서 성형되어 방오와 마찰저항 저감의 효율을 동시에 높일 수 있다.That is, the projections molded on the
그리고 상기 방오용 초미세돌기(400, 500)는 도 8과 도9에 도시된 바와 같이 독립된 기둥형 초미세돌기(400) 또는 가로 세로 격자 형상으로 연결된 막대형 초미세돌기(500) 중 선택된 어느 하나로 돌기의 높이 및 기둥의 굵기 또는 막대의 두께는 5~40㎛이며, 초미세돌기와 초미세돌기 사이의 간격은 해양생물체 유충의 착상을 방지하기 위해 0.5~20㎛로 실시하는 것이 바람직하며, 상기 초미세돌기(400, 500)는 돌기의 크기가 마이크로미터(㎛) 단위로써 작은 표면적과 돌기끼리의 간격인 틈새가 해양생물체의 유충 크기보다 작아 유충의 착상에 필요한 공간을 제공하지 않게 되어 유충의 착상을 방지하여 물리적으로 방오를 할 수 있다.In addition, the
한편 도 10에 도시된 바와 같이 리블렛형 미세돌기(300) 끼리의 간격인 틈새에서 발생하는 미세와류인 작은 소용돌이는 선체 외벽의 난류와의 사이에서 방파제와 같은 역할을 함으로써 유체역학적으로 마찰저항을 줄여서 상어와 같이 선박의 속도를 높이기 때문에 리블렛형으로 상단 부분이 휘어진 리블렛형 미세돌기(300)와 이웃하는 리블렛형 미세돌기(300)의 사이에는 일정한 간격이 유지되어야 한다.On the other hand, as shown in FIG. 10, small vortices, which are micro-vortices generated in the gaps between the riblet-type micro-protrusions 300, act as a breakwater between the turbulence of the outer wall of the hull, thereby reducing frictional resistance hydrodynamically. Since the speed of the ship is increased like a shark, a certain gap should be maintained between the riblet-
따라서 마찰저항 저감용으로 직립형인 리블렛용 미세돌기(200)는 기둥형상으로 굵기는 900㎛ 이하, 높이는 2.0mm 이하로써 초미세돌기보다 높이가 높으며, 성형 후 연화공정에서 리블렛용 미세돌기(200)의 상단부를 상어 비늘과 같은 방향으로 휘어지게 하여 리블렛형 미세돌기(300)의 구조로 변형하고, 높이가 1000㎛ 이하로 휘어진 리블렛형 미세돌기(300)는 유연성 및 탄성을 가진 소재의 특성으로 물과의 마찰에 의해 진동이 발생하여 선체 표면의 불안정 상태와 자기세정으로 방오 효율을 높인다.Therefore, for reducing frictional resistance, the
그리고 초미세돌기(400, 500)와 돌기(400, 500) 사이에서도 발생되는 초미세와류는 소용돌이 효과가 작지만, 리블렛형 미세돌기(300)와 돌기(300) 사이의 일정한 틈새에서 발생되는 미세와류는 소용돌이 효과가 커서 유체역학적으로 마찰저항 저감 효과를 높일 수 있는 구조로 실시하는 것이 바람직하다.In addition, the ultra-fine vortices generated between the
즉 상기와 같이 이격되어 독립된 리블렛형 미세돌기(300)는 틈새에서 미세와류가 발생함과 동시에 물과의 마찰로 진동함으로써 선체 표면은 해양생물체의 유충이 착상하기에는 불안정한 상태가 되고, 진동에 의한 자기세정 효과로 방오 효율을 높일 수 있다.That is, the independent riblet-
한편 본 출원인은 대한민국 특허등록 제2022443호(명칭:선박 및 해양 구조물용 저마찰 방오 라이닝의 제조방법)를 발명한 바 있다.On the other hand, the applicant has invented the Republic of Korea Patent Registration No. 2024243 (name: manufacturing method of low friction antifouling lining for ships and offshore structures).
그러나 상기와 같은 저마찰 방오 라이닝의 미세돌기는 필름의 표면에서 직립형으로 돌출되어 물과의 마찰에 의해서 상단이 휘어지는데, 오히려 마찰저항이 증가되며, 돌기와 돌기 사이의 간격이 넓어 방오 효율이 낮은 문제점이 있었다.However, the microprotrusion of the low friction antifouling lining as described above protrudes upright from the surface of the film to bend the top by friction with water, but rather increases the frictional resistance, and has a wide gap between the protrusions and protrusions, resulting in low antifouling efficiency. There was.
예를 들어 크기가 작은 초미세돌기만 존재할 경우, 방오 기능은 우수하지만 리블렛 구조에 의한 마찰저항의 저감 효율은 거의 없고, 리블렛형 미세돌기만 존재할 경우에는 미세와류 발생으로 마찰저항 저감 기능은 우수하지만 초미세돌기에 비해서 크기가 큰 리블렛형 미세돌기끼리의 간격이 넓기 때문에 방오 효율은 낮아진다.For example, when only small fine protrusions are present, the antifouling function is excellent, but the efficiency of reducing the frictional resistance due to the riblet structure is little, and when only the riblet type fine protrusions are present, the frictional resistance reduction function is excellent due to the generation of fine vortex. However, since the spacing between the large-sized riblet-type fine protrusions is larger than that of the ultra-fine protrusions, the antifouling efficiency is lowered.
따라서 본 발명에 따른 두 종류의 돌기인 초미세돌기(400, 500)와 리블렛형 미세돌기(300)를 공존시키기 위해서는 동일한 금형에서 성형해야 하며, 리블렛형 미세돌기(300) 끼리의 여백 공간에는 리블렛형 미세돌기(300)에 비해 상대적으로 크기가 작은 초미세돌기(400, 500)를 균일하게 배열하여 성형함으로써 방오와 마찰저항 저감 기능을 동시에 수행할 수 있다.Therefore, in order to coexist the two types of protrusions according to the present invention, the
구체적으로 설명하면, 초미세돌기(400, 500) 보다 리블렛형 미세돌기(300)의 굵기가 굵고 높이가 높으며, 리블렛형 미세돌기(300)의 상단 부분이 휘어진 하부 공간과 독립된 리블렛형 미세돌기(300)끼리의 일정한 간격이 필요함으로 틈새가 넓어서 유충이 착상할 수 있는 공간을 제공하기 때문에 이와 같은 공간에 크기가 작은 초미세돌기(400, 500)를 균일하게 성형시킴으로써 필름(100)의 전체 표면에서 방오기능 사각 부분이 발생되는 것을 방지할 수 있다. Specifically, the thickness of the riblet-type
그리고 리블렛형 미세돌기(300)의 상단부분이 휘어지지 않고 직립상태로 존재할 경우, 돌기의 굵기와 높이가 초미세돌기(400, 500)보다 커서 선박 항해시 물과의 마찰에 의한 마찰저항이 증가되는 요인이 되기 때문에 반드시 도 7, 8, 9에 도시된 바와 같이 상어 비늘과 같은 방향으로 굴곡되어야만 도 1과 같이 상어 비늘의 리블렛 구조로써 마찰저항을 줄이면서 미세와류를 발생시키기에도 효과적이다.In addition, when the upper portion of the riblet-type
한편 본발명의 리블렛형 미세돌기(300), 초미세돌기(400, 500)가 성형되는 필름(100)의 소재는 고인장강도와 내마모성이 있는 소재로써 유연성이 있는 나일론(Nylon), 폴리에스터(Polyester)와 같은 열가소성 수지, 그리고 TPU(Thermo Plastic Urethane)와 같은 탄성이 있는 열가소성탄성체(Thermo Plastic Elastomer), 열에 의해 변형이 가능한 천연 또는 합성 고무 중에서 선택되는 1종의 재료로 성형하는 것이 바람직하다.On the other hand, the material of the
본 발명의 연화공정은 평면필름에 돌기를 성형하기 위한 도 3에 도시된 연화공정 및 직립형인 리블렛용 미세돌기(200)를 리블렛형 구조로 변형하기 위해서 직립 상태의 돌기 상단부를 휘어지게 하는 공정으로 도 6과 도7에 도시된 바와 같이 용융점 이하 연화온도 범위 내에서 리블렛용 미세돌기(200)를 가열하여 연화한 후, 일정한 높이로 설정된 판 또는 롤형의 이형성이 있는 냉각된 가이더(guider) 금형(710)을 통과시켜서 굴곡과 동시에 냉각하여 일정한 높이로 돌기의 상단부가 휘어져 리블렛형 미세돌기(300)의 구조를 갖는다.The softening process of the present invention is a softening process shown in FIG. 3 for forming a projection on a flat film, and a process of bending the upper end of the protrusion in an upright state in order to transform the
그리고 초미세돌기(400, 500) 및 리블렛형 미세돌기(300)가 성형되는 필름(100)의 표면을 윤활하게 하여 방오 효율을 높이고, 선박의 선속을 높이기 위하여 저마찰용으로 자기윤활성 물질인 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2), 흑연(Graphite), 육방정계질화붕소(h-BN) 또는 탈크(Talc)의 고체 윤활제 미분말 중 하나의 종을 첨가제로 첨가하는 것이 바람직하다.And ultra-fine protrusions (400, 500) and riblet-type fine protrusions (300) lubricate the surfaces of the film (100) to be molded to increase antifouling efficiency and to increase the ship's ship's speed. It is preferred to add as a additive one of molybdenum (MoS2), tungsten disulfide (WS2), graphite (Graphite), hexagonal boron nitride (h-BN) or talc (Talc) solid lubricant fine powder.
그리고 항균물질은 해양생물체의 방오를 위해 물리적으로 방오하는 초미세돌기(400, 500)와 리블렛형 미세돌기(300) 외에 보조적 수단으로써, 항균제인 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn) 또는 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn) 화합물의 미분말 또는 제올라이트(Zeolite)에 항균제를 포함하고, 발수 기능을 위해 소수성화하며, 상기 항균제 중 1종 또는 2종 이상을 첨가하는 것이 바람직하다.In addition, the antimicrobial substance is an auxiliary means in addition to the
본 발명에 따른 초미세돌기(400, 500) 및 리블렛형 미세돌기(300)가 성형되는 필름(100)의 소재가 고인장강도와 내마모성이 우수하기 때문에 첨가되는 자기윤활성물질과 향균물질의 박리나 용출로 인한 해양환경 오염의 우려가 적으며, 상대적으로 방오도료는 표면 경도가 낮아서 박리에 의한 해양 환경 오염의 우려가 크다.The material of the
그리고 소재가 열가소성탄성체의 일종인 TPU(열가소성우레탄) 또는 고무와 같은 탄성체인 경우는 선박 항해시 돌기부분이 물과의 마찰로 인해서 진동을 크게하여 자기세정 효과가 높고, 선체에 가해지는 난류와 조파에 의한 충격을 탄성체 소재가 감쇄하는 효과가 있다.And if the material is an elastic material such as TPU (thermoplastic urethane) or rubber, which is a kind of thermoplastic elastic body, the protruding part increases the vibration due to friction with water and has a high self-cleaning effect, and turbulence and tampering applied to the hull Elastomeric material attenuates the impact caused by the effect.
본 발명에 따른 필름(100)의 기계적 성형은 카렌다 성형기(Sheet making M/C 즉 calendar M/C, 롤형 금형 700), 진공성형, 가열압축성형의 방법 중에서 선택되는 어느 하나의 방식으로 이루어지고, 상기 금형은 레이저, 부식법(Etching) 및 방전가공 방식으로 제조한다.Mechanical molding of the
그리고 상기 초미세돌기(400, 500)와 리블렛용 미세돌기(200)는 동일한 금형에서 동시에 성형하며 직립상태로 성형되어지는 리블렛용 미세돌기(200)는 후공정에서 굴곡하여 돌기의 상단 부분이 휘어지는 리블렛형 미세돌기(300)로 변형한다.In addition, the
상기 후공정은 전술한 바와 같이 연화공정으로써 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 직립상태의 리블렛용 미세돌기(200)를 용융점 이하 연화온도 범위로 가열한 후, 이형성이 있고, 냉각상태로써 일정한 높이로 설정된 판재 또는 롤형 가이더(guider) 금형(710)을 통과시켜서 굴곡과 동시에 냉각함으로써 돌기의 상단부가 휘어지는 리블렛형 미세돌기(300)로 변형시키는 공정이며, 이때 리블렛용 미세돌기(200)는 초미세돌기(400, 500)의 높이보다 높아서 선택적으로 휘어지게 할 수 있다.The post-process is a softening process as described above, as shown in FIGS. 6 and 7, after heating the
평면필름(100)에 돌기를 성형하기 위한 연화공정과 상기와 같이 직립상태의 돌기를 굴곡하기 위한 연화공정의 가열방법은 비접촉식으로 가열공기의 분사, 복사열을 이용한 가열 및 접촉식으로 열전도를 위한 롤형의 가열장치를 통과시켜서 가열하며 그 중 한가지 가열방법을 선택하여 실시하는 것이 바람직하다.The heating method of the softening process for forming the projections on the
본 발명의 초미세돌기(400, 500)는 서로 이격되어 독립된 기둥형(400) 또는 격자형으로 연속되는 돌기로써 막대형(Bar type, 500)으로 하되, 돌기의 높이 및 기둥의 굵기 또는 막대의 두께는 5~40㎛이며, 초미세돌기와 초미세돌기 사이의 간격은 0.5~20㎛로 해양생물의 유충이 착상할 수 있는 공간을 최소화해서 필름(100)의 전체 표면에서 일정한 크기와 균일한 배열로 성형을 하며, 기둥형 또는 막대형 중 한가지를 선택한다.The
또한, 리블렛용 미세돌기(200)는 기둥형상으로써, 크기는 선체 위치별 물의 저항에 따라서 차이가 있고, 기둥의 굵기는 900㎛ 이하, 높이는 2.0mm 이하이며, 후공정인 연화공정에서 돌기 상단부가 휘어져 높이가 1000㎛ 이하인 리블렛형 미세돌기(300)로 변형하는 것이 바람직하다.In addition, the
그리고 초미세돌기(400, 500)가 균일하게 배열된 필름(100)의 전체 표면에 리블렛형 미세돌기(300)가 성형되며, 그 배열은 도 8, 9 또는 도 12, 13에 도시된 바와 같이 격자형(grid pattern) 또는 이웃하는 돌기와 간격을 일정하게 하기 위하여 벌집형(honey comb pattern) 구조로 배치하며, 그 중 한가지를 선택하여 실시하는 것이 바람직하다.Then, the
한편 본 발명의 필름(100)은 도 14에 도시된 바와 같이 선체에 복수개가 상하좌우 방향으로 연결 배치되어 접착제로 접착되되, 각 필름(100)의 연결부위에는 접착면적 증대로 인한 접착력 강화와 수밀성을 높이기 위해 밀착되는 필름(100)의 경계면을 계단식 구조로 하여 계단의 하단부는 서로 밀착되며, 경계면 사이의 상부 공간에는 필름연결홈부(800)를 구비하여 필름(100)의 1/2 두께의 연결용필름(900)을 상기 필름연결홈부(800)에 접착함으로써 접착력과 수밀성을 높일 수 있도록 실시할 수 있다.On the other hand, the
이와 같은 본 발명의 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름 및 그 제조방법은 연꽃잎효과를 응용하여 필름의 표면에 해양생물체의 유충보다 크기가 작은 초미세돌기를 성형하여 유충이 착상할 수 있는 공간을 제공하지 않음으로써 물리적인 방법으로 친환경 방오함과 동시에 방오 효율에 비례하는 만큼의 마찰저항 감소로 인해 연료 손실을 방지할 수 있으며, 상어 비늘의 리블렛 구조를 응용하여 리블렛형 미세돌기를 필름의 표면에 성형하여 유체역학적으로도 마찰저항을 저감시켜 선박의 연료를 절감할 수 있으며, 필름에 초미세돌기와 리블렛형 미세돌기를 동일한 금형에서 동시에 성형함으로써 방오 기능을 갖게 하여 선박의 수선 하부에 해양생물체가 부착되는 것을 방지하고, 선박 항해시 물과의 마찰저항을 저감시켜 연료를 절감시킬 수 있는 2가지 기능을 동시에 구현할 수 있으며, 필름을 선체에 부착하여 친환경 방오와 유체역학적인 마찰저항을 저감시킬 수 있는 것이다.The antifouling and low friction film for ships using the ultrafine protrusions and riblet structure of the present invention and its manufacturing method apply the lotus leaf effect to form an ultrafine protrusion having a smaller size than the larvae of marine organisms on the surface of the film. By not providing a space for the larvae to implant, it is possible to prevent fuel loss due to frictional resistance that is proportional to the antifouling efficiency at the same time as eco-friendly antifouling in a physical way, and by applying the shark scale riblet structure. By forming the riblet-type micro-protrusions on the surface of the film, the frictional resistance can also be reduced hydrodynamically to save fuel for the ship. It prevents marine organisms from attaching to the bottom of the ship's waterline and can reduce the frictional resistance with water when sailing the ship, and can simultaneously implement two functions that can save fuel. It is possible to reduce the mechanical frictional resistance.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.In the foregoing, although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, the present invention is not limited to the described embodiments, and it is common knowledge in the field of this technology that various modifications and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is obvious to those who have it. Therefore, such modifications or variations should not be individually understood from the technical spirit or viewpoint of the present invention, and the modified embodiments should belong to the claims of the present invention.
100 : 필름
200 : 리블렛용 미세돌기
300 : 리블렛형 미세돌기
400 : 독립된 기둥형 초미세돌기
500 : 격자형상으로 연결된 막대형 초미세돌기
600 : 가열 에어분사기
700 : 롤형 금형
701 : 리블렛용 미세돌기 성형용 홈
702 : 기둥형 초미세돌기 성형용 홈
710 : 롤형 가이더 금형
800 : 필름연결홈부
900 : 연결용필름100: film
200: fine projection for riblets
300: riblet-type fine protrusions
400: independent columnar ultrafine projection
500: rod-shaped ultra-fine protrusions connected in a grid shape
600: heated air sprayer
700: roll mold
701: Groove for micro-protrusion molding for riblets
702: Pillar type ultra-fine protrusion forming groove
710: Roll-type guider mold
800: film connecting groove
900: Connection film
Claims (11)
상기 필름(100)의 표면에 직립형 리블렛용 미세돌기(200)가 돌출되며, 상기 직립형 리블렛용 미세돌기(200)의 상단부를 후공정인 연화공정에서 상어 비늘과 같은 방향으로 휘어지게 하여 리블렛형 구조로 변형하며, 유연성 및 탄성을 가진 소재의 특성으로 물과의 마찰에 의해 진동이 발생하여 선체 표면의 불안정 상태와 자기세정으로 방오 효율을 높이고, 돌기 사이의 틈새에서 발생되는 미세와류는 유체역학적으로 마찰저항을 저감시키는 리블렛형 미세돌기(300);
상기 필름(100) 표면의 리블렛형 미세돌기(300)끼리의 간격이 넓은 공간에는 해양생물체의 유충이 착상할 수 없도록 방오용으로 일정한 크기와 균일한 배열로 리블렛형 미세돌기(300)에 비해 크기가 작게 돌출되는 초미세돌기(400, 500)를 포함하며,
상기 필름(100)은 선체에 복수개가 상하좌우 방향으로 연결 배치되어 접착제로 접착되되, 각 필름(100)의 연결부위에는 접착면적 증대로 인한 접착력 강화와 수밀성을 높이기 위해 밀착되는 필름의 경계면을 계단식 구조로 하여 계단의 하단부는 서로 밀착되며 경계면 사이의 상부 공간인 필름연결홈부(800)에는 필름(100)의 1/2 두께의 연결용필름(900)을 접착하는 것을 특징으로 하는 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름.
A film 100 to which a self-lubricating material and an antibacterial material are added and adhered to the hull under the ship's waterline;
A fine protrusion 200 for an upright riblet protrudes on the surface of the film 100, and the upper end of the fine protrusion 200 for an upright riblet is bent in the same direction as a shark scale in a softening process, which is a post-process, to form a riblet-type structure. As it is a material with flexibility and elasticity, vibration occurs due to friction with water, thereby increasing the antifouling efficiency due to the unstable condition and self-cleaning of the hull surface, and micro-vortex generated in the gap between the protrusions is hydrodynamically A riblet-type fine protrusion 300 that reduces frictional resistance;
The space between the riblet-type micro-protrusions 300 on the surface of the film 100 is larger than that of the riblet-type micro-protrusions 300 in a uniform size and uniform arrangement for antifouling so that the larvae of marine organisms cannot be implanted in a space with a large space between them. It includes ultra-fine projections (400, 500) protruding small,
The film 100 is disposed on the hull by connecting a plurality of up and down, left and right directions with adhesive, and the connecting portion of each film 100 is stepped on the interface of the film that is in close contact to enhance adhesion and increase water tightness due to an increase in the adhesive area. Ultra-fine protrusions characterized by adhering a connection film 900 of 1/2 thickness of the film 100 to the film connecting groove portion 800, which is the upper space between the boundary surfaces, in close contact with each other with a structure. Antifouling and low friction film for ships using the riblet structure.
To prevent marine organisms from adhering to the ship's hull, and generate hydrodynamic micro-vortices to reduce frictional resistance during sailing to reduce fuel, flexible thermoplastic resins, thermoplastic elastomers, or rubbers are used as self-lubricating materials and In order to reduce frictional resistance on the surface of the film 100 to which an antibacterial substance is added, larvae of marine organisms may be implanted in a space with a large gap between the fine protrusions 200 for riblets and the fine protrusions 200 for riblets at the same time. Micro-protrusions for riblets for forming micro-protrusions for riblets 200 on the outer circumferential surface of the roll-shaped mold 700 in order to form ultra-fine projections 400 and 500 having a smaller size than anti-reflection micro-protrusions 200 Forming grooves 701 are provided at regular intervals, and for forming ultra-fine protrusions 400 and 500 between the rib-forming micro-protrusion molding groove 701 and the riblet micro-protrusion molding groove 701 The micro-protrusion forming groove 702 is mechanically molded in a uniform size and uniform arrangement by the roll-shaped mold 700 provided, and the upright riblet micro-protrusion 200 is formed of a protrusion in a softening process, which is a post process of molding. By bending the upper end in the same direction as the shark scale, the upper end of the projection is deformed into a curved rib-shaped micro-protrusion 300 structure, resulting in physical antifouling function by the ultra-fine projections 400 and 500 and friction by the riblet-type micro-protrusion 300 Anti-fouling for ships using ultra-fine protrusions and riblet structures characterized in that only the ultra-fine protrusions (400, 500) are molded for anti-fouling on the barge and stationary offshore structures, which simultaneously perform the function of reducing resistance. And a method of manufacturing a low friction film.
독립된 기둥형 초미세돌기(400) 또는 가로 세로 격자 형상으로 연결된 막대형 초미세돌기(500) 중 선택된 어느 하나로 돌기의 높이, 기둥의 굵기 또는 막대의 두께는 5~40㎛이며, 초미세돌기와 초미세돌기 사이의 간격은 해양생물 유충의 착상을 방지하기 위해 0.5~20㎛인 것을 특징으로 하는 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름의 제조방법.
The method according to claim 3, wherein the ultra-fine protrusions (400, 500) for antifouling
The height of the protrusion, the thickness of the pillar, or the thickness of the rod is 5 to 40㎛, and the ultrafine protrusion and the second are selected from the independent columnar ultrafine protrusions 400 or the rod-like ultrafine protrusions 500 connected in a horizontal and vertical grid shape. The gap between the fine protrusions is 0.5 to 20㎛ to prevent the formation of marine larvae. The method for manufacturing a ship's antifouling and low friction film using an ultrafine protrusion and a riblet structure.
기둥형상으로 굵기는 900㎛ 이하, 높이는 2.0mm 이하로 초미세돌기보다 높이가 높도록 성형 후, 연화공정에서 리블렛용 미세돌기(200)의 상단부를 상어 비늘과 같은 방향으로 휘어지게 하여 리블렛형 미세돌기(300) 구조로 변형하며, 높이가 1000㎛ 이하로 휘어진 돌기는 유연성 및 탄성을 가진 소재의 특성으로 물과의 마찰에 의해 진동이 발생하여 선체 표면의 불안정 상태와 자기세정으로 방오 효율을 높이고, 리블렛형 미세돌기(300)와 돌기(300) 사이의 틈새에서 발생되는 미세와류는 유체역학적으로 마찰저항을 저감할 수 있는 구조인 것을 특징으로 하는 초미세돌기 및 리블렛 구조를 응용한 선박용 방오 겸 저마찰 필름의 제조방법.
The method according to claim 3, The fine projections for upright riblets for reducing the frictional resistance 200
The columnar shape is 900 µm or less, and the height is 2.0 mm or less, and is molded to have a higher height than the ultra-fine protrusions. In the softening process, the upper part of the fine protrusions 200 for the riblets is bent in the same direction as the shark scales, thereby forming the riblet-type fineness. The protrusion 300 is transformed into a structure, and the protrusion curved to a height of 1000 µm or less is a property of a material having flexibility and elasticity, and vibration occurs due to friction with water, thereby increasing the antifouling efficiency through unstable conditions and self-cleaning of the hull surface. , The micro-vortex generated in the gap between the riblet-type micro-projection 300 and the projection 300 is a structure capable of reducing frictional resistance hydrodynamically, the ship's antifouling for ships using the ultra-fine projection and the riblet structure. And a method of manufacturing a low friction film.
The method according to claim 3, The softening process is a process of bending the upper end of the protrusion in an upright state in order to deform the microscopic projection 200 for the riblet-shaped upright type into a riblet-shaped structure, and after heating the protrusion within the softening temperature range below the melting point to soften it. , Ultra-fine protrusions characterized by having a riblet-type structure by passing the cooled guider mold (710) having a plate or roll-shaped release property set at a constant height and simultaneously bending and cooling, thereby bending the upper end of the protrusion to a constant height. And a method for manufacturing a ship's antifouling and low friction film using a riblet structure.
The method according to claim 3, The ultra-fine projections (400, 500) and the material of the film 100 is formed of the riblet-type micro-projection (300) is a flexible thermoplastic resin, elastic thermoplastic elastomer, natural softenable by heat A method for manufacturing an antifouling and low friction film for ships using an ultrafine protrusion and a riblet structure, characterized in that it is any one material selected from rubber or synthetic rubber.
The method according to claim 3, The self-lubricating material to lubricate the surface of the film 100 to increase the antifouling efficiency, and to increase the ship's ship speed molybdenum disulfide (MoS2), tungsten disulfide (WS2), graphite (Graphite), hexagonal system A method for manufacturing an antifouling and low friction film for ships using an ultrafine protrusion and a riblet structure, characterized in that one of the fine particles of a solid lubricant of boron nitride (h-BN) or talc is added as an additive.
The method according to claim 3, The antibacterial material is silver (Ag), copper (Cu), zinc (Zn) or silver (Ag), copper (Cu), zinc (Zn) compound of fine powder or zeolite (Zeolite) contains an antibacterial agent And, it is hydrophobic for the water repellent function, and a method for manufacturing an antifouling and low friction film for ships using an ultrafine protrusion and a riblet structure, characterized in that one or two or more of the antibacterial agents are added.
The method according to claim 5, The arrangement of the riblet-type micro-protrusions (300) Ultra-fine projections, characterized in that arranged in a honeycomb (honey comb pattern) structure in order to make the spacing of the grid pattern or neighboring projections constant And a method for manufacturing a ship's antifouling and low friction film using a riblet structure.
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