KR102140611B1 - 에어로젤 장갑 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내층은 에어로젤 블랑켓을 구비하여 이루어지고 외층은 가열 가압 중 적어도 하나의 수단으로 성형되어 내층을 감싸도록 이루어진 합성수지층을 구비하여 이루어지는 입체성형부를 가지는 에어로젤 장갑과 이 장갑의 제조방법이 개시된다.
본 발명에 따르면 단열성이 요구되는 에어로젤 장갑을 효과적으로 제작할 수 있고, 입체성형부는 특히 손가락 끝단과 같이 장갑의 적어도 일부에 설치되어 외부 환경에 가장 많이 노출되어 취약해지기 쉬운 손가락 끝단을 효율적으로 보호하거나, 뜨거운 물건이나 차가운 물건을 잡을 때 효율적으로 사용할 수 있다.

Description

에어로젤 장갑 및 그 제조방법{aerogel gloves and method of making the same}

본 발명은 에어로젤 장갑 및 에어로젤 장갑의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존에 에어로젤 성형의 난점을 해소할 수 있는 구성을 가지는 에어로젤 장갑 및 이런 에어로젤 장갑을 쉽게 형성할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.

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 극히 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(100)에 보호 필름(200)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.

또한, 경우에 따라 결합재 성분이 에어로젤 입자의 빈 공간에 침투하여 에어로젤 입자의 다공성으로 인한 단열 효과를 훼손할 수도 있고, 결합재가 적고 에어로젤이 많으면 에어로젤의 단열성으로 인하여 외부에서 열과 압력을 가하여 내부의 결합재에 열을 전달하는 것이 어려워 공정 진행에 문제가 될 수 있다.

대한민국 등록특허 제10-1237013호

본 발명은 에어로젤을 이용한 단열재를 형성하되 실질적으로 기존 성형 공정과 비슷한 정도의 간단한 성형 공정을 통해 에어로젤 단열제 성형을 가능하도록 하는 구성을 가지는 에어로젤 단열제 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 단열성이 요구되는 기능성 장갑 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 본 발명은 특히, 기능성 장갑에서 외부 환경에 가장 많이 노출되어 취약해지기 쉬운 손가락 끝단을 보호하기 위한 수단을 가지는 기능성 장갑 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에어로젤 장갑은, 내층은 에어로젤 블랑켓을 구비하여 이루어지고 외층은 가열 가압 중 적어도 하나의 수단으로 성형된 합성수지층을 구비하여 이루어지는 입체성형부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 에어로젤 장갑에서 입체성형부는 손의 적어도 일부의 상부를 덮는 상부 부재와 하부를 덮는 하부 부재를 결합시켜 이루어질 수 있다. 이때, 상부 부재와 하부 부재가 결합되도록 접하는 주변 부분에는 프랜지가 형성될 수 있다.

본 발명에서 에어로젤 장갑의 입체성형부는 손가락 끝에만 형성되는 골무 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명에서 에어로젤 장갑의 입체성형부는 적어도 하나의 손가락의 관절 위치에 구부리기 용이하도록 다른 부분에 비해 쉽게 절곡될 수 있는 절곡부가 형성될 수 있고, 이를 위해 절곡부는 성형 단계에서 해당 부분을 얇게 눌러 형성하거나, 플렉시블 파이프 등의 단면에서 쉽게 볼 수 있는 위 아래로 한번 이상 굴곡진 굴곡부를 성형하여 형성될 수 있다.

본 발명에서 에어로젤 장갑을 이루는 입체성형부의 외층을 이루는 합성수지층은 열경화성 합성수지, 광경화성 합성수지, 열가소성 합성수지로 이루어질 수 있다.

본 발명의 에어로젤 장갑에서 입체성형부는 외부로 드러날 수도 있고, 다양한 재질의 장갑 외장층 혹은 외피층으로 감싸져 내장되는 형태를 가질 수도 있다.

본 발명에서 에어로젤 장갑 제조방법은 에어로젤 블랑켓으로 평판형 내층을 형성하는 단계, 내층의 양면을 감싸는(혹은 내층과 겹치는) 합성수지층 외층을 위치시키는 단계, 내층과 외층을 가열 가압 성형하여 입체성형부 혹은 입체성형부 형성을 위한 부재를 제작하는 단계를 구비하여 이루어질 수 있다.

본 발명에서 외층은 내층 표면에 부분적으로 침투하여 내층의 에어로젤 블랑켓과 결합된 상태를 이루며 프레스 가열 가압 성형가공을 통해 3차원적(입체적)으로 성형된 합성수지층일 수 있다.

본 발명의 에어로젤 장갑을 형성하기 위한 제조방법에서 내층 표면에 합성수지 외층을 위치시키는 단계에서의 합성수지 외층은 성형단계를 통해 얻어지는 에어로젤 장갑의 합성수지 외층의 전구체로 이루어진 것일 수 있고, 성형 단계에서는 이 전구체를 가열하여 화학적 큐어링을 통해 안정화된 되는 물질로서 합성수지 외층을 얻을 수 있다. 가령, 합성수지 외층은 폴리아믹산 용액을 건조, 가열로 큐어링하여 얻어지는 폴리이미드일 수 있다.

본 발명에서 합성수지층은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 계열의 열가소성 합성수지로 만들어질 수 있다.

본 발명의 입체성형부는 전체를 일체로 성형하여 형성하는 것일 수 있고, 혹은 내층과 외층을 구비한 상부와 하부를 각각 입체 성형을 통해 형성하고 이들을 주변부에서 접착이나 융착을 통해 결합시킨 것일 수 있다. 혹은, 상부와 하부를 이룰 평판형 부재를 먼저 형성하고, 상부와 하부 사이로 개재되는 중간틀을 포함한 성형틀에서 가열 가압 성형하여 상부와 하부가 경화되면서 서로 결합되도록 하여 입체성형부를 형성할 수도 있다.

상부와 하부를 별도로 형성하고 이들의 주변부를 결합시켜 장갑용 입체성형부를 형성하는 경우, 주변부에서는 에어로젤 분진이 발생하는 것을 억제하기 위해 가압 성형을 하되 주변부 가령 프랜지부를 더 강하게 가압하여 이 부분에서 에어로젤 블랑켓의 에어로젤과 섬유 원단 부분이나 표면층 합성수지가 일체로 굳어지는 형태를 이루게 할 수 있다.

본 발명에서 내부층 표면에 합성수지 외층을 위치시키는 단계는 내부층 표면에 용매에 의한 액화된 합성수지 외층을 도포하고 용매를 건조시키거나, 용융에 의해 액화된 합성수지 외층을 도포하고 냉각시키는 작업에 의해 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면 단열성이 요구되는 기능성 장갑에서 효과적으로 에어로젤 단열층을 형성할 수 있고, 이를 사용하여 단열효과를 높일 수 있다.

본 발명에 따르면, 기능성 장갑에서 필요에 따라, 손을 비교적 자유롭게 움직이면서 특히 외부 환경에 가장 많이 노출되어 취약해지기 쉬운 손가락 끝단과 같은 일정 부분을 효율적으로 보호할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면 손가락 끝단과 같은 특정 부위를 에어로젤 단열재로 형성하여 뜨거운 물건이나 차가운 물건을 잡을 때 사용하는 기능성 장갑을 효율적으로 형성하고 고가 재료를 효율적으로 사용하여 전체적으로 저렴하게 제공할 수 있다.

도1 및 도2는 종래의 에어로젤 단열층의 양 면이 직접 보호 필름으로 커버되거나, 점착 코팅층으로 일단 덮인 다음 보호 필름으로 커버되는 구성을 나타내는 단면도들이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따라 에어로젤 단열층(내층) 표면에 합성수지층(외층)이 설치된 에어로젤 장갑 골무를 나타내는 사시도,
도4 및 도5는 도3의 에어로젤 장갑 골무를 나타내는 측단면도 및 정단면도,
도6은 본 발명의 한 실시예에 따른 에어로젤 장갑 골무 형성 과정의 중요 단계들을 나타내는 공정단면도들,
도7은 도6의 공정에 의해 이루어지는 하부골무의 예를 나타내는 사시도,
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어로젤 장갑 골무 형성 과정의 일관적 연속공정을 나타내는 공정단면도이다.
도9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에어로젤 장갑 골무 형성 과정을 나타내는 공정 단면도,
도10은 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 에어로젤 장갑 형성을 설명하기 위한 사시도,
도11은 본 발명의 또 다른 한 실시예에 따른 에어로젤 장갑 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

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

도3은 본 발명의 일 실시예에 따라 에어로젤 단열층(내층) 표면에 합성수지층(외층)이 설치된 에어로젤 장갑 골무를 나타내는 사시도이며, 도4 및 도5는 도3의 에어로젤 장갑 골무를 나타내는 측단면도 및 정단면도이다.

도시된 바와 같이 본 실시예의 에어로젤 장갑 골무(100)는, 손가락 끝 부분에 있는 한 마디 정도의 상부를 덮는 상부골무(110)와 그 하부를 덮는 하부골무(120)를 결합시켜 손가락 끝부분이 삽입될 수 있도록 이루어진다.

이때, 상부골무와 하부골무가 잘 결합되도록 주변 부분에는 프랜지(112, 122)가 형성되어 상부골무와 하부골무가 접하면서 결합되는 부분의 면적을 늘리고 있다. 프랜지(112, 122) 부분에서 상부골무(110)와 하부골무(120)는 접착제나 융착 등의 수단을 통해 결합될 수 있다.

여기서 상부골무(110)와 하부골무(120) 각각은 서로 별개로 제작되며, 형태는 다를 수 있지만 같은 방식으로 제작된다. 상부골무(110)와 하부골무(120) 각각에서 내층은 에어로젤 블랑켓을 구비하여 이루어지고 외층은 가열 가압 중 적어도 하나의 수단으로 입체적으로 성형된 합성수지층을 구비하여 이루어진다.

합성수지층은 열경화성 합성수지, 광경화성 합성수지, 가소성 합성수지 등으로 다양하게 이루어질 수 있다. 가령, 폴리아믹산 용액을 건조, 가열하여 이미드화시킨 폴리이미드와 같은 열경화성 합성수지로 이루어질 수도 있고, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 계열의 열가소성 합성수지로 이루어질 수도 있다.

히터를 내장한 프레스기에서 가열 가압 성형을 통해 상부골무나 하부골무를 형성할 때 이들의 주변 프랜지 부분을 형성하기 위해 주변부는 다른 부분에 비해 더 강하게 압착하여 내층의 에어로젤 블랑켓과 외층의 합성수지층이 혼재 상태로 굳어져 내층의 에어로젤 가루가 외층 밖으로 새어나오지 않도록 할 수 있고, 상부골무와 하부골무의 프랜지 부분을 접착제를 통해 서로 결합시켜 전체 골무를 형성할 수도 있다.

접착제를 사용하는 대신, 열가소성 합성수지로 이들 골무의 합성수지층을 형성한 경우, 일단 상부 골무와 하부골무를 1차적 가열가압 성형을 통해 형성한 상태에서 별도의 열프레스 틀에 이들의 프랜지 부분을 겹치게 놓고 오목한 부분은 서로 대향하게 놓은 상태에서 열프레스로 2차 가열 가압하여 프랜지 부분의 합성수지층이 부분적으로 용융되어 융착되면서 전체 골무의 형태를 이룰 수도 있다.

골무가 일단 제작된 상태에서, 골무를 장갑의 손가락 끝단에 결합하는 공정은 접착제를 통한 접착이나, 바느질이나 기타 결합부재를 이용하는 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.

이러한 프랜지부는, 골무를 장갑 내의 손가락 끝단 위치에 결합시킬 때 접착이나 바느질과 같은 가공을 통해 장갑의 내피나 외피에 골무를 고정시키기 위한 가공 공간 혹은 가공 영역으로 역할을 할 수 있다.

편의상, 장갑피를 뒤집어 손가락 끝단에 골무를 부착시키고, 다시 장갑피 전체를 다시 뒤집어 골무가 장갑 외측으로 보이지 않고 내장되도록 할 수 있고, 단순히 장갑 외피의 외측에 골무가 밖으로 보이도록 설치하는 것도 가능하다.

드라이아이스나 뜨거운 물체를 손가락 끝단을 이용하여 잡아 옮기거나 가공할 수 있도록 형성된 기능성 장갑에 이런 골무를 설치하여 장갑을 제작하는 경우, 합성수지층을 가진 외층에 다시 냉기나 열에 강하고 기계적으로 훼손을 방지할 수 있는 질긴 재질의 합성수지 필름으로 이루어진 표피층을 겹지하여 장갑 외표면에 골무를 결합시킴으로써 본 발명의 장갑을 제작하는 것도 가능하다.

물론, 본 발명의 장갑에서 골무는 손가락 끝단에 설치되지만 모든 손가락 끝단에 설치되지 않을 수도 있고, 손가락뿐 아니라 손등이나 손바닥에도 에어로젤 블랑켓 내층과 합성수지 외층을 가진 입체성형부가 더 구비되어 사용될 수 있을 것이다. 단, 이런 경우에도 장갑 전체를 에어로젤 단열재로 덮는 경우 착용감이 떨어질 수 있고, 기능성 장갑의 경우, 작업을 할 때 관절부의 구부림이 어려워 작업효율이 떨어질 수 있음으로 고려하여 손가락 끝단의 골무 위치 외의 단열재 설치 위치를 정하도록 한다.

도6은 본 발명의 한 실시예에 따른 에어로젤 장갑 골무 형성 과정의 중요 단계들을 나타내는 공정단면도들이며, 도7은 도6의 공정에 의해 이루어지는 하부골무의 예를 나타내는 사시도이다.

이런 하부골무 형성을 위해 먼저 에어로젤 블랑켓으로 이루어진 내층(210)이 준비되고, 그 표면이 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 계열의 합성수지층인 외층(220)으로 도포된다. 이런 상태의 평판형 소재(200)는 열선 히터(330, 340)를 내장한 하부 프레스(310) 및 상부 프레스(330) 사이 공간에서 하부 프레스 홈 위에 놓이고, 상부 프레스가 하부 프레스쪽으로 접근하여 평판형 소재(200)를 가열, 가압하게 된다.

평판형 소재는 프레스에 의해 변형되어 대부분이 하부 프레스 홈 내의 위치로 들어가 도시된 단면도(d)에서 보이는 것과 같이 거의 반원 혹은 반원주에 가깝게 된다. 단, 반원주의 양단은 홈 내에 들어오지 않고 상부 프레스와 하부 프레스 사이에서 압착되어 주변부인 프랜지(230) 부분을 형성하게 된다. 이 프랜지 부분은 합성수지층만으로 이루어질 수도 있지만 대개는 내층을 이루는 에어로젤 블랑켓 부분도 압착되어 합성수지층과 혼재되는 양상을 가질 수 있다.

이런 과정의 결과로서, 도7과 같은 에어로젤 장갑 골무 가운데 하부골무(200')를 얻을 수 있다.

도8은 본 발명의 에어로젤 장갑 골무의 형성 방법의 일 실시예로서 연속적인 일관 공정을 나타내는 공정 개념도이다.

여기서는 롤 형태로 외층(620)의 합성수지층과 내층(610)의 에어로젤 블랑켓이 공급되며, 이 내층(610) 상, 하면에 외층(합성수지층: 620)이 겹쳐져 롤러(510)로 밀착되어 합지(600)를 이루고, 성형 프레스(521, 523, 525)로 투입되어 골무 성형 작업을 실시하게 된다. 합성수지층으로는 가소성을 띄는 폴레올레핀계 후막 필름이 사용될 수 있다. 이런 필름은 이 실시예에서는 명확히 개시되지 않지만 내열성, 내마모성을 가져 쉽게 훼손되지 않는 표피층(미도시)과 합지된 상태로 사용될 수도 있다.

이 실시예에서는 일관 작업을 위해 에어로젤 블랑켓 원단을 따라 공정이 진행됨을 알 수 있다.

먼저, 초기단계부터 상부골무(650)와 하부골무(660)를 형성하기 위한 작업이 서로 나란히 이루어진다. 상부골무(650)를 형성하기 위한 내층(610) 및 이 내층 상하의 외층(620: 합성수지층)이 롤 형태로 일 측에서 제공되어 중간의 롤러(510)에서 약하게 가압되면서 겹지된 상태가 된다. 하부골무(660)에 대해서도 상부골무(650)의 설명을 그대로 적용할 수 있다. 이때 에어로젤 블랑켓은 원하는 두께를 이루기 위해 여러 층이 겹치도록 복수의 원단 롤에서 함께 제공될 수 있다.

겹지 상태에서 에어로젤 블랑켓 및 합성수지층은 가열가압이 가능한 성형 프레스로 투입되는데, 위쪽의 겹지는 상부골무용 프레스(521, 523)에, 아래쪽 겹지는 하부골무용 프레스(525)에 투입된다. 겹지가 일정 구간이 투입되면 성형 프레스의 상부 프레스가 하부 프레스쪽으로 이동하고 가압하여 겹지 상태에 다수의 상부골무(650) 형태와 하부골무(660) 형태가 만들어진다.

상부 프레스는 다시 하부 프레스로부터 이격되고 겹지는 다시 진행되다. 겹지가 스탭바이스탭(step by step)으로 진행되면서 이런 작업이 반복되면 상부골무가 다수 성형된 겹지와 하부골무가 다수 성형된 겹지는 다음 단계에서 상부골무와 하부골무가 서로 마주보는 형태로 융착 프레스(530)로 투입된다.

융착 프레스(530)에서는 서로 마주보는 상부골무와 하부골무의 주변부에 있는 프랜지 부분을 가열, 가압하여 융착이 이루어짐으로써 상부골무와 하부골무가 일체화되어 에어로젤 장갑 골무를 형성하게 된다. 이때 골무는 겹지에 형성된 상태로 겹지에서 개별적으로 분리되지 않은 상태이며, 분리를 위해 다음 단계의 절단 프레스(541, 542)로 이동된다.

절단 프레스(541, 542)는 골무의 프랜지 부분 외측 경계를 따라 형성된 절단날(543: 커터)를 구비하여, 상부 프레스(541)와 하부 프레스(542)가 접금하여 겹지를 가압하면 절단날(543)은 개개의 골무를 겹지에서 분리시키게 된다. 분리된 골무(680)는 장갑을 만드는 공정으로 전달되며, 겹지에서 골무가 분리된 잔여부(670)는 별도의 롤러들으로 감아 폐기하거나, 재활용 공정으로 이송될 수 있다.

절단 부분(위치)은 이미 앞선 상부골무 및 하부골무 가열 가압 성형 단계에서 프랜지 부분과 같이, 다른 부분에 비해 더 가압되어 외층과 내층의 혼재, 압착이 이루어져 이 부분을 통해 에어로젤 블랑켓의 에어로젤 입자가 떨어져나오기 어렵기 때문에 에어로젤 분진의 문제는 방지될 수 있다.

이런 제조방법으로 골무를 생산하는 경우, 에어로젤 블랑켓의 진행방향에 따라 모든 공정 단계가 일관적, 연속적으로 이루어질 수 있으므로 생산 효율을 높일 수 있고, 대량 생산에 유리하게 된다.

도9는 본 발명에서 내층(410) 외측에 합성수지층 외층을 위치시킬 때 외층을 별도의 표피층(430) 위에 폴리아믹산 용액으로 된 전구체층(420)을 위치시키고, 내층과 외층을 가진 평판형 부재(400)를 성형 프레스(310, 320')에서 가열 가압 성형할 때 열에 의해 폴리아믹산이 폴리이미드로 화학적으로 큐어링되어 입체성형부를 이루는 상부골무 혹은 하부골무를 얻는 방법의 실시예를 개시한다.

이 실시예에서도 먼저 에어로젤 블랑켓 내층(410)이 준비된다. 골무의 내층(410)은 적당한 두께를 만들기 위해 에어로젤 블랑켓을 복수 겹으로 겹쳐 평평한 판체를 형성할 수도 있다.

내층(410)의 상, 하 양면에는 표피층(430)에 폴리아믹산 용액을 도포하는 방식으로 점성의 전구체층(420)을 형성하여 만든 일차적 외층을 전구체층이 내층에 닿도록 결합시킨다. 이런 일차적 외층은 충분한 강도 및 형태 안정성을 갖지 못한 것일 수 있고, 골무에 적합한 일정한 형태와 기계적 강도의 외층을 얻기 위해 내층과 외층으로 이루어진 평판형 부재(400)를 성형 프레스(310, 320')의 하부 프레스(310) 표면의 홈이 형성된 정위치에 놓고, 상부 프레스(320')를 하부 프레스(310)에 접근시켜 가압 성형이 이루어지도록 한다.

이때, 프레스에는 열선 히터(330, 340)가 내장되어 가압 성형이 이루어지는 과정에서 아울러 가열 성형도 이루어진다. 기존의 외층을 이루는 폴리아믹산 용액은 건조, 가열에 의한 화학적 큐어링 혹은 이미드화를 통해 안정된 형태의 열경화성 수지인 폴리이미드 외층을 이루게 된다.

이렇게 내층과 외층을 구비한 상부골무와 하부골무를 각각 만들고 난 뒤, 이들을 주변부에서 접착이나 융착을 통해 결합시키거나, 상부골무와 하부골무를 서로 홈이 마주보도록 한 상태에서 접착 등을 통해 결합시켜 골무를 형성하게 된다.

이런 경우에도 상부골무와 하부골무를 별도로 형성하면서 이들의 주변부를 프랜지형으로 만들 때 주변부에서는 에어로젤 분진이 발생하는 것을 억제하기 위해 가압 성형을 하되 주변부 외측이나 골무 중앙부에 비해 더 강하게 가압하여 이 부분에서 에어로젤 블랑켓의 에어로젤과 섬유 원단 부분이나 표면층(외층) 합성수지가 일체로 굳어지는 형태를 이루게 할 수 있다.

이상의 과정에서 사용되는 폴리아믹산 용액이나 에어로젤 블랑켓을 이루는 섬유 원단 등에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보면, 여기서 명확히 도시되지 않지만 폴리아믹산 용액은 일부가 에어로젤 블랑켓으로 이루어지는 내층 표면에 일부가 침투되어 내층과 외층 사이의 결합력이 잘 유지될 수 있는 형태를 이룰 수 있다. 단, 합성수지층이 너무 깊숙히 내층으로 침투되면 에어로젤 자체의 단열 성능을 떨어뜨릴 수 있으므로 적당한 깊이 및 침투 양상을 보이도록 한다.

폴리이미드 전구체로는 이미 언급하듯이 폴리아믹산(polyamic acid)을 이용할 수 있다. 폴리아믹산 용액의 경우, 적정 점도 하에서 일부가 에어로젤 파이프 단열재의 내층으로 침투가 가능하지만, 이런 침투를 증진시키기 위해 내층 표면에 폴리아믹산 용액을 적당한 점도로 도포한 후 만들어진 평판형 판재를 롤로 일부 가압하는 과정을 실시할 수 있다. 이렇게 적정한 침투가 이루어지면 내층과 외층 사이의 결합력이 증가하여 층분리나 그로 인한 문제 발생을 줄일 수 있고, 내층으로부터 외층 밖으로 에어로젤 입자가 떨어져나가는 문제가 예방될 수 있다.

한편, 에어로젤 블랑켓의 원단 섬유는 프레스를 통한 가열 가압에 적합한 신축성을 가지는 재질인 것이 바람직하다. 편직물, 제직물, 스펀지, 다공성 폴리머 등 재질의 경우, 다수의 기공을 포함하고 있어, 폴리아믹산 용액의 일부가 에어로젤 블랑켓의 원단 섬유 내부로도 침투할 수 있다. 물론, 에어로젤 블랑켓의 원단 섬유로 부직포 등의 형태도 가능하다.

폴리이미드 합성수지층 외면에 별도의 표피층이 추가로 배치되는 경우도 상정할 수 있는데, 표피층은 섬유, 합성수지 필름, 지류 등 다양한 재질로 이루어질 수 있으며, 여기서는 장갑 제작에 적당한 기계적 강성과 내구성, 내열성을 가진 재질을 선정할 수 있다.

폴리아믹산 용액은 디안하이드라이드 성분과 디아민 성분을 용매에 용해하여 약 30~70℃ 정도에서 반응시켜 제조할 수 있다. 디안하이드라이드 성분은 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드(FDA), 4-(2,5-디옥소테트라하이드로푸란-3-일)-1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-1,2-디카르복실릭 안하이드라이드(TDA) 등의 방향족 디안하이드라이드를 제시할 수 있다. 디아민 성분은 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)-페닐]프로판(6HMDA), 3,3’-비스(트리프루오로메틸)-4,4′-디아미노비페닐(3,3′-TFDB) 등의 방향족 디아민을 제시할 수 있다. 용매는 m-크로졸, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸 설폭사이드, 아세톤, 디에틸아세테이트 등의 공지된 유기 용매나 물이 이용될 수 있다.

폴리아믹산 용액에는 실리콘 고무 수지나 첨가제가 추가로 포함될 수 있다. 이 경우, 실리콘 고무 수지 등이 포함된 연질의 폴리이미드 코팅막이 제조될 수 있다. 실리콘 고무 수지 함량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 폴리아믹산 용액 100중량부에 대하여 1~50중량부로 포함될 수 있다.

폴리아믹산 용액의 점도는 용매의 함량에 따라 조절될 수 있으며, 폴리아믹산 용액의 점도를 5,000~200,000cps로 조절할 경우, 폴리아믹산 용액의 일부가 에어로젤 블랑켓 내층으로 침투할 수 있게 된다. 폴리아믹산 용액의 점도가 5,000cps 미만으로 너무 낮으면 폴리아믹산 용액의 대부분이 에어로젤 블랑켓 내층으로 침투하여 단열 성능이 크게 저하될 수 있고, 폴리아믹산 용액의 점도가 200,000cps를 초과하여 너무 높을 경우, 폴리아믹산 용액이 내층으로 거의 침투되지 않아, 폴리이미드 합성수지층과 내층 사이의 결합력이 떨어진다.

가열을 통한 이미드화 단계에서는 열을 가하여 폴리아믹산 용액을 이미드화하여 폴리이미드 코팅막을 형성하는데, 이 단계는 100~400℃의 온도에서 수행될 수 있다. 가열 온도가 100℃ 미만일 경우, 이미드화 반응이 제대로 이루어지지 않고, 400℃ 이상 가열하면 별다른 이미드화 효과 증가 없이 열에너지 낭비 등을 초래할 수 있다.

도10은 본 발명을 통해 장갑 전체에 걸쳐 에어로젤 단열층이 분포하도록 입체성형부 상부와 하부를 형성한 예를 나타내는 사시도이다.

이상의 실시예에서는 손가락 끝부분을 위주로 보호하기 위한 골무형의 입체성형부를 위주로 설명하였지만 입체성형부는 이런 형태에 한정되지 않고 장갑 전체에 걸쳐 설치될 수 있으며, 이런 경우에도 골무형 입체성형부 제작에서 이루어진 설명 내용이 대부분 적용될 수 있다.

이런 경우, 손의 형태 전체에 걸쳐 입체성형부의 상부 부재와 하부 부재를 가열 가압 성형을 통해 형성하고, 이들을 오목부가 서로 마주보도록 하고 주변부를 접착시키거나 융착시켜 입체성형부를 제작하고, 그 위에 가죽이나 내열성 복합소재 기타 여러 소재를 이용하여 만든 장갑의 외피층을 결합시켜 기능성 장갑을 제조하게 된다.

물론, 여기서도 상부 부재와 하부 부재의 주변부에 합성수지층만 혹은 에어로젤 블랑켓의 일부까지 가열 압착시켜 프랜지를 형성하고, 이를 이용하여 상부 부재와 하부 부재를 일체화시킨 전체 입체성형부를 제작할 수 있다.

한편, 입체성형부를 이루는 상부 부재 및 하부 부재는 적어도 하나의 손가락의 관절 위치에 구부리기 용이하도록 다른 부분에 비해 쉽게 절곡될 수 있는 절곡부를 성형을 통해 형성함으로써 기능성 장갑을 착용한 상태에서도 손가락을 쉽게 움직여 필요한 동작을 잘 할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 절곡부는 성형 단계에서 해당 부분을 얇게 눌러 형성하거나, 플렉시블 파이프 등의 단면에서 쉽게 볼 수 있는 위 아래로 한번 이상 굴곡진 굴곡부를 성형하여 형성될 수 있다.

도11은 성형틀로서 상부틀(상부 프레스)와 하부틀(하부 프레스) 외에 중간 틀(중간 프레스)를 더 사용하여 입체성형부를 만드는 실시예를 나타내는 개념적 설명도이다.

여기서는, 전체 입체성형부를 형성하기 위한 상부 부재와 하부 부재를 이룰 평판형 부재를 먼저 형성하고, 상부 부재와 하부 부재 사이로 개재되는 중간틀을 포함한 성형틀에서 가열 가압 성형하여 상부와 하부가 경화되면서 서로 결합되도록 하여 입체성형부를 형성할 수도 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.

100: 골무 110, 650: 상부골무
120,200',660: 하부골무 112, 122: 프랜지
210, 410, 610: 내층 220, 620: 외층
310, 320, 320', 521, 523, 525: 프레스(성형 프레스)
330, 340: 열선 히터 200, 400: 평판형 부재
420: 전구체층 430: 표피층
530: 융착 프레스 541, 542: 절단 프레스
543: 절단날

Claims (10)

1. 내층은 에어로젤 블랑켓을 구비하여 이루어지고 상기 내층을 커버하는 외층은 가열 가압 중 적어도 하나의 수단으로 성형된 합성수지층을 구비하여 손의 적어도 일부가 삽입될 수 있도록 이루어지는 입체성형부를 가지는 것을 특징으로 하는 에어로젤 장갑.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 입체성형부는 상부 부재와 하부 부재가 결합되어 이루어지며, 서로 접하는 상기 상부 부재와 상기 하부 부재의 주변 부분에는 결합을 용이하도록 하는 프랜지가 형성된 것을 특징으로 하는 에어로젤 장갑.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 프랜지의 적어도 일부는 상기 상부 부재와 상기 하부 부재의 다른 부분들에 비해 더 높은 압력으로 가압되어 상기 내층을 이루는 에어로젤 블랑켓에서 이탈되는 에어로젤 입자가 상기 외층 밖으로 나오지 못하도록 이루어지는 것임을 특징으로 하는 에어로젤 장갑.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 합성수지층은 열경화성 합성수지, 광경화성 합성수지, 열가소성 합성수지 가운데 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로젤 장갑.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 입체성형부는 손가락 끝부분이 삽입될 수 있도록 이루어지는 골무를 적어도 하나 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로젤 장갑.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 입체성형부는 적어도 하나의 손가락의 관절 위치에 구부리기 용이하도록 다른 부분에 비해 쉽게 절곡될 수 있는 절곡부가 성형을 통해 형성된 것을 특징으로 하는 에어로젤 장갑.
7. 제 1 항의 에어로젤 장갑을 만드는 방법으로서,
   에어로젤 블랑켓으로 평판형의 상기 내층을 형성하는 단계,
   상기 내층과 겹치도록 상기 외층을 위치시키는 단계,
   상기 내층과 상기 외층을 겹친 상태로 가열 가압 성형하여 상기 내층의 에어로젤 입자가 상기 외층 밖으로 나오지 못하도록 마감된 상태의 상기 입체성형부 혹은 상기 입체성형부 형성을 위한 부재를 제작하는 단계를 구비하여 이루어지는 에어로젤 장갑 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 내층과 겹치도록 상기 외층을 위치시키는 단계에서 상기 외층은 폴리아믹산 용액을 상기 내층의 양면에 도포하고,
   상기 가열 가압 성형을 통해 얻어지 상기 입체성형부에서 폴리아믹산은 가열에 의해 이미드화하하여 폴리이미드 상태로 존재하도록 하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 장갑 제조방법.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 입체성형부는 상부 부재와 하부 부재를 결합시켜 이루어지며,
   상기 상부 부재와 상기 하부 부재 각각은, 상기 내층과 상기 외층을 원단롤 형태로 공급하되 성형 프레스 전단에서 합지된 상태로 투입되도록 하여 합지 상에 성형되며,
   성형된 상기 상부 부재와 상기 하부 부재는 서로 겹쳐진 상태로 융착 프레스에 투입되어 주변부가 서로 융착되어 합지 상의 입체성형부 형태를 이루게 하고,
   융착 프레스에서 나온 합지 상의 상기 입체성형부 형태는 절단 프레스(커터)로 투입되어 상기 주변부에서 절단됨으로써 상기 입체성형부를 이루게 되는 것을 특징으로 하는 에어로젤 장갑 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 입체성형부는 손가락 끝부분이 삽입될 수 있도록 이루어지는 골무를 적어도 하나 구비하고,
    상기 골무는 상기 상부 부재로서 상부 골무와 상기 하부 부재로서 하부 골무가 결합되어 이루어지며,
    상기 외층은 폴리올레핀계의 열가소성 합성수지로 이루어지며,
    상기 성형 프레스에서 가열 가압 성형을 할 때 상기 외층은 상기 내층 표면에 부분적으로 침투하여 상기 내층의 에어로젤 블랑켓과 결합된 상태를 이루며, 상기 주변부에서는 상기 상부 골무와 상기 하부 골무의 다른 부분에 비해 더 강한 압력으로 밀착시켜 상기 외층과 상기 내층이 혼재되어 굳는 상태가 되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로젤 장갑 제조방법.

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