KR102144676B1 - Metal-polymer multi film for vacuum insulation panel and manufacturing method thereof, vacuum insulation panel using the metal-polymer multi film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름 및 그 제조방법, 이를 이용한 진공단열패널에 관한 것으로, 그 목적은 폴리머와 금속박막으로 이루어진 단위금속폴리머복합필름의 금속박막의 영역 중 진공단열패널의 측면부에 위치하는 영역을 레이저로 후가공하여 절연부를 형성시킨 금속폴리머복합필름 및 그 제조방법과 절연부가 형성된 진공단열패널용 단위금속폴리머복합필름 복수개를 융착, 접합 또는 접착하여 형성한 외피재로 측방향을 통한 열교현상을 방지할 수 있는 고성능의 진공단열패널을 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 폴리머와 금속박막으로 이루어진 진공단열패널용 금속폴리머복합필름에 있어서, 금속박막 영역 중 일부 영역에 초단 펄스레이저를 스크라이빙 방식으로 가공된 하나 이상의 절연부가 형성된 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름과 그 제조방법, 이를 이용한 진공단열패널을 발명의 특징으로 한다.The present invention relates to a metal polymer composite film for a vacuum insulating panel and a method for manufacturing the same, and to a vacuum insulating panel using the same, the object of which is a side portion of the vacuum insulating panel among the regions of the metal thin film of the unit metal polymer composite film composed of a polymer and a metal thin film A metal polymer composite film in which an insulating part is formed by post-processing the area located in the area with a laser, its manufacturing method and a plurality of unit metal polymer composite films for a vacuum insulation panel with an insulating part are fused, bonded, or bonded to form a lateral direction. It is to provide a high-performance vacuum insulation panel that can prevent thermal bridges through.
The configuration of the present invention is a metal polymer composite film for a vacuum insulation panel consisting of a polymer and a metal thin film, in which at least one insulation portion processed by a scribing method with an ultra-short pulse laser is formed in some of the metal thin film regions. A polymer composite film, a manufacturing method thereof, and a vacuum insulation panel using the same are a feature of the invention.
Description
본 발명은 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름 및 그 제조방법, 이를 이용한 진공단열패널에 관한 것으로, 자세하게는 진공단열패널의 외피재를 구성하는 금속폴리머복합필름의 금속박막을 레이저로 후가공하여 절연부를 형성시킴으로써 진공단열패널의 측면부를 통한 열전도를 차단시켜 단열성능을 극대화시킨 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a metal polymer composite film for a vacuum insulation panel and a manufacturing method thereof, and to a vacuum insulation panel using the same, and in detail, an insulation part by post-processing a metal thin film of a metal polymer composite film constituting the shell material of the vacuum insulation panel with a laser. It relates to a technology that maximizes thermal insulation performance by blocking heat conduction through the side of the vacuum insulation panel by forming it.
기술의 발전으로 생활환경이 크게 개선됨에 따라 전세계 에너지 소비량은 급증하고 이에 따라 온실효과로 지구생태계를 위협하는 과도한 에너지사용 억제와 더불어 에너지 손실을 막기 위해서 에너지 소비량의 1/3 정도를 차지하는 주거 및 상업 또는 우주 부문에서의 에너지 절약을 위해서는 성능이 우수한 단열소재의 개발이 활발히 이루어지고 있다.As the living environment is greatly improved by the development of technology, energy consumption around the world increases rapidly, and accordingly, residential and commercial accounting for about 1/3 of energy consumption in order to prevent energy loss as well as suppress excessive energy use that threatens the global ecosystem through the greenhouse effect. Or, in order to save energy in the space sector, development of insulating materials with excellent performance is being actively carried out.
다양한 단열재 중에서 고성능 단열재로 진공단열패널(Vacuum Insulation Panel, 이하 'VIP'라 칭함)이 있는데 생산 단가가 고가이긴 하지만 최근 많은 주목을 받고 도약단계에 있다.Among the various insulation materials, there is a vacuum insulation panel (hereinafter referred to as'VIP') as a high-performance insulation material. Although the production cost is high, it has recently received a lot of attention and is in the leap stage.
진공단열패널(VIP)은 코어물질을 외피로 밀봉하여 고진공 제품으로 초기 열전도도를 5-10 mW/m·K로 낮출 수 있는 자재로, 단열성능을 극대화시키기 위해 단열재 내부를 1 mbar 이하로 진공처리 한 제품으로 일반단열재에 비해 내부가 진공상태이므로 대류열전달을 무시할 수 있어서 단열효과가 높다. Vacuum Insulation Panel (VIP) is a high-vacuum product by sealing the core material with an outer shell.It is a material that can lower the initial thermal conductivity to 5-10 mW/m·K. To maximize insulation performance, vacuum the inside of the insulation material to 1 mbar or less. As a processed product, the inside is in a vacuum state compared to general insulation materials, so convective heat transfer can be neglected, and thus the insulation effect is high.
일반적으로 진공단열패널(VIP)은 주로 알루미늄 계열의 다층접착필름을 외피재(envelope)로 사용하고 유리섬유, 다공성 소재와 같은 단열소재를 심재로 사용하며, 내부의 진공상태를 안정적으로 유지하기 위해 잔류기체 및 수분을 흡착시키기 위한 흡착제인 게터(Getter)로 구성된다. In general, vacuum insulation panels (VIP) mainly use aluminum-based multilayer adhesive films as envelopes, and insulation materials such as glass fibers and porous materials as core materials, and to keep the internal vacuum stable. It is composed of a getter, an adsorbent for adsorbing residual gas and moisture.
구체적으로 외피재는 금속(알루미늄) 박막과 그 후단에 위치한 여러종류의 폴리머 후막으로 구성된 금속폴리머복합필름이 다층으로 접착되어 외피재를 구성한다.Specifically, a metal polymer composite film composed of a metal (aluminum) thin film and several types of polymer thick films positioned at the rear end of the shell material is adhered in multiple layers to form the shell material.
한편, 단열시스템에서의 총열전달은 일반적으로 고체의 열전도, 기체의 열전도, 대류에 의한 열전달, 복사열전달 등의 합으로 나타낼 수 있으므로, 내부가 고진공으로 유지되는 진공단열패널에서는 대류에 의한 열전달을 무시할 수 있으므로 주된 열전달은 고체를 통한 열전도, 기체를 통한 열전도, 보이드를 통한 복사열전달에 크게 좌우된다. On the other hand, the total heat transfer in the insulation system can be generally expressed as the sum of the heat conduction of solids, heat conduction of gas, heat transfer by convection, and radiant heat transfer. Therefore, heat transfer by convection is negligible in a vacuum insulation panel that is maintained in high vacuum. Therefore, the main heat transfer depends largely on heat conduction through solids, heat conduction through gas, and radiant heat transfer through voids.
하지만 종래 진공단열패널은 일반단열재에 비해 내부가 진공상태이므로 대류열전달을 무시할 수 있어서 단열효과가 높다는 장점에도 불구하고, 내부 심재를 감싸는 외피재의 금속층을 따라서 열교(thermal bridge) 현상이 일어난다는 문제점이 있다.However, the conventional vacuum insulation panel has a problem that a thermal bridge occurs along the metal layer of the shell material surrounding the inner core, despite the advantage of high insulation effect because the convective heat transfer is negligible because the inside is in a vacuum state compared to the general insulation material. have.
즉, 종래의 진공단열패널의 열전도계수는 패널중앙에서 측정한 수치(ASTM C1484-10: Standard specification for vacuum insulation panels)이고, 실제로 내부 진공도를 유지하기 위해 다층의 금속-폴리머 복합필름으로 이루어진 외피재를 사용함으로써 진공단열패널의 측면부에서 폴리머보다 열전도계수가 500 ~ 1000배 정도 큰 연속적인 금속박막으로 인하여 열교현상이 발생하고 이로 인하여 측면부에서의 열손실이 상당히 크다는 구조적인 단점이 있다. In other words, the thermal conductivity coefficient of the conventional vacuum insulation panel is a value measured at the center of the panel (ASTM C1484-10: Standard specification for vacuum insulation panels), and a shell material made of a multi-layer metal-polymer composite film in order to actually maintain the internal vacuum level. There is a structural disadvantage in that heat bridge phenomenon occurs due to a continuous metal thin film having a thermal conductivity of about 500 to 1000 times larger than that of a polymer at the side of the vacuum insulation panel, and thus heat loss at the side is considerably large.
또한 종래 일부 특허에서는 금속의 높은 열전달 특성을 억제하기 위하여 가스투과성이나 투습성이 우수한 에틸렌 비닐알코올(EVOH), PA, PE 등 폴리머만의 채택을 제안하고 있으나 가스배리어(gas barrier)로서 조직이 치밀하여 수년 이상의 장기간 진공유지를 위한 기밀성을 확보유지하는 데는 금속박막과 비교할 바가 되지 못한다. In addition, some conventional patents have proposed the adoption of only polymers such as ethylene vinyl alcohol (EVOH), PA, PE, etc., which have excellent gas permeability and moisture permeability, in order to suppress the high heat transfer characteristics of metals, but the structure is dense as a gas barrier. It is incomparable to a thin metal film to secure and maintain airtightness for long-term vacuum maintenance over several years.
따라서 진공단열패널 측면부에서의 열교(thermal bridge)현상을 차단하기 위한 방안이 요구되고 있으나 현재까지 뚜렷한 해결책을 찾지 못하고 있는 실정이다.Therefore, there is a demand for a method to block the thermal bridge phenomenon at the side of the vacuum insulation panel, but a clear solution has not been found until now.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 폴리머와 금속박막으로 이루어진 단위 금속폴리머복합필름의 금속박막의 영역 중 진공단열패널의 측면부에 위치하는 영역을 레이저로 후가공하여 절연부를 형성시킨 금속폴리머 복합필름 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is a metal polymer in which an insulating part is formed by post-processing a region located on the side of a vacuum insulation panel among the regions of the metal thin film of a unit metal polymer composite film consisting of a polymer and a metal thin film. It is to provide a composite film and its manufacturing method.
본 발명의 다른 목적은 절연부가 형성된 진공단열패널용 단위금속폴리머복합필름 복수개를 융착 접합 또는 접착하여 형성한 외피재로서 측방향을 통한 열교현상을 방지할 수 있는 고성능의 진공단열패널을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a high-performance vacuum insulation panel capable of preventing heat bridges through the lateral direction as a skin material formed by fusion bonding or bonding a plurality of unit metal polymer composite films for a vacuum insulation panel with an insulation part formed thereon. .
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 폴리머와 금속박막으로 이루어진 진공단열패널용 금속폴리머복합필름에 있어서,The present invention to achieve the object as described above and to perform the task for removing the conventional defects in the metal polymer composite film for a vacuum insulation panel consisting of a polymer and a metal thin film,
금속박막 영역 중 일부 영역에 초단 펄스레이저를 스크라이빙 방식으로 가공된 하나 이상의 절연부가 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름을 제공함으로써 달성된다. It is achieved by providing a metal polymer composite film for a vacuum insulation panel, characterized in that at least one insulating portion processed by a scribing method of an ultra-short pulse laser is formed in some of the metal thin film regions.
바람직한 실시예로, 상기 절연부는 진공단열패널의 측면영역에 해당하는 영역에 형성될 수 있다. In a preferred embodiment, the insulating part may be formed in a region corresponding to a side region of the vacuum insulation panel.
바람직한 실시예로, 상기 절연부는 초단 펄스레이저를 절연부의 폭 0.1㎛ ~ 3 mm, 파장대역 300 ~ 1300 nm, 펄스폭 10 펨토초 ~ 500 마이크로초의 조건으로 조사하여 형성할 수 있다.In a preferred embodiment, the insulating portion may be formed by irradiating an ultra-short pulse laser under the conditions of a width of 0.1 μm to 3 mm, a wavelength band of 300 to 1300 nm, and a pulse width of 10 femtoseconds to 500 microseconds.
바람직한 실시예로, 상기 금속박막은 알루미늄 또는 조직이 치밀한 금속 재질로 이루어지고, 초단 펄스레이저로 절연부를 형성시 일부 금속박막을 남겨놓은 후, 산소분위기하에서 레이저 가공에 의해 산화알루미늄 또는 금속산화물로 개질될 수 있다.In a preferred embodiment, the metal thin film is made of aluminum or a metal material having a dense structure, and after forming the insulating part with an ultra-short pulse laser, some metal thin film is left, and then modified into aluminum oxide or metal oxide by laser processing in an oxygen atmosphere. Can be.
바람직한 실시예로, 상기 절연부는 직선 가공 형태, 곡선 파형 형태 또는 직선 절곡 파형 형태 또는 비정형모양 형태 중 어느 하나 이상의 형태로 토튜오시티(tortuousity, 열전달경로 길이/전체온도구배방향 길이의 비)를 증가시키도록 길게 성형될 수 있다.In a preferred embodiment, the insulating part increases tortuousity (ratio of heat transfer path length/total temperature gradient direction) in any one or more of a straight processing form, a curved wave form, a straight bent wave form, or an atypical form. It can be molded to make it long.
본 발명은 다른 실시 양태로, 폴리머와 금속박막으로 이루어진 진공단열패널용 단위 금속폴리머복합필름의 제조방법에 있어서,In another embodiment of the present invention, in a method of manufacturing a unit metal polymer composite film for a vacuum insulation panel consisting of a polymer and a metal thin film,
폴리머와 금속박막으로 이루어진 단위금속폴리머복합필름의 금속박막 영역 중 일부 영역에 초단 펄스레이저를 스크라이빙 방식으로 조사하여 하나 이상의 절연부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름의 제조방법을 제공함으로써 달성된다. Forming at least one insulating portion by irradiating a portion of the metal thin film region of the unit metal polymer composite film composed of a polymer and a metal thin film with an ultra-short pulse laser in a scribing method; metal for a vacuum insulation panel comprising: It is achieved by providing a method for producing a polymer composite film.
바람직한 실시예로, 상기 절연부를 형성하는 단계는 초단 펄스레이저를 진공단열패널의 측면영역에 해당하는 영역에만 조사하는 단계일 수 있다.In a preferred embodiment, the step of forming the insulating part may be a step of irradiating only an area corresponding to a side area of the vacuum insulation panel with an ultrashort pulse laser.
바람직한 실시예로, 상기 절연부를 형성하는 단계는 초단 펄스레이저를 절연부의 폭 0.1 ㎛ ~ 3 mm, 파장대역 300 ~ 1300 nm, 펄스폭 10 펨토초 ~ 500 마이크로초의 조건으로 조사하여 형성하는 단계일 수 있다.In a preferred embodiment, the step of forming the insulating part may be a step of forming an ultra-short pulsed laser by irradiating the insulating part with a width of 0.1 µm to 3 mm, a wavelength band of 300 to 1300 nm, and a pulse width of 10 femtoseconds to 500 microseconds. .
바람직한 실시예로, 상기 절연부를 형성하는 단계에서 일부 금속박막을 남겨 놓은 후, 알루미늄 또는 조직이 치밀한 금속재질의 금속박막에 산소분위기하에서 레이저 가공에 의해 산화알루미늄 또는 금속산화물로 개질하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In a preferred embodiment, after leaving some metal thin film in the step of forming the insulating part, reforming the metal thin film of aluminum or metal with a dense structure into aluminum oxide or metal oxide by laser processing in an oxygen atmosphere; further Can include.
바람직한 실시예로, 상기 절연부는 직선 가공 형태, 곡선 파형 형태 또는 직선 절곡 파형 형태 또는 비정형모양 형태 중 어느 하나 이상의 형태로 토튜오시티(tortuousity, 열전달경로 길이/전체온도구배방향 길이의 비)를 증가시키도록 길게 성형될 수 있다.In a preferred embodiment, the insulating part increases tortuousity (ratio of heat transfer path length/total temperature gradient direction) in any one or more of a straight processing form, a curved wave form, a straight bent wave form, or an atypical form. It can be molded to make it long.
본 발명은 다른 실시양태로, 단열용 심재, 외피재를 포함하는 진공단열패널에 있어서,In another embodiment of the present invention, in the vacuum insulation panel comprising a core material for insulation and a shell material,
상기 절연부가 형성된 단위금속폴리머복합필름을 접착부를 형성하여 복수개층으로 일체화한 외피재를 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 금속폴리머 복합필름을 이용한 진공단열패널을 제공함으로써 달성된다.It is achieved by providing a vacuum insulation panel using a metal polymer composite film, characterized in that the unit metal polymer composite film having the insulating portion formed thereon is manufactured using an outer covering material integrated into a plurality of layers by forming an adhesive portion.
바람직한 실시예로, 상기 외피재를 구성하는 단위금속폴리머복합필름은 금속박막에 형성된 절연부가 이웃하는 단위금속폴리머복합필름의 금속박막에 형성된 절연부와 엇갈린 형태로 배열될 수 있다.In a preferred embodiment, the unit metal polymer composite film constituting the shell material may be arranged in a form in which the insulating portion formed on the metal thin film is crossed with the insulating portion formed on the metal thin film of the neighboring unit metal polymer composite film.
바람직한 실시예로, 상기 단위금속폴리머복합필름에 형성된 절연부는 이웃하는 단위금속폴리머복합필름의 절연부와 교차되지 않도록 초단 펄스레이저로 가공시 해당 교차지점에서는 미소한 시간동안 비활성하여 절연부를 형성하지 않도록 가공할 수 있다.In a preferred embodiment, the insulating portion formed on the unit metal polymer composite film is not intersected with the insulating portion of the neighboring unit metal polymer composite film. Can be processed.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 단위금속폴리머복합필름은 폴리머와 금속박막으로 이루어진 단위 금속폴리머복합필름의 금속박막의 영역 중 진공단열패널의 측면부에 위치하는 영역을 초단 펄스레이저(ultra-short pulse laser)를 조사하여 폴리머를 훼손하지 않으면서도 금속박막에 절연부를 형성시킬 수 있다는 장점을 가진다.In the unit metal polymer composite film according to the present invention having the above characteristics, an ultra-short pulse laser (ultra-short pulse laser) is used in the area of the metal thin film of the unit metal polymer composite film composed of a polymer and a metal thin film. pulse laser) has the advantage of being able to form an insulating part on the metal thin film without damaging the polymer.
또한 절연부가 형성된 단위금속폴리머복합필름을 복수개 융착 접합 또는 접착한 외피재로 심재를 감싸면서 진공단열패널의 측면에 위치하게 제조함으로써 폴리머보다 열전도계수가 500-1000배 정도 큰 연속적인 금속박막이 절연부에 의해 열교현상을 차단해 진공단열패널의 단열성능이 획기적으로 증대될 수 있다는 장점을 가진다.In addition, a continuous metal thin film with a thermal conductivity of 500-1000 times greater than that of a polymer is insulated by manufacturing the unit metal polymer composite film with an insulating part formed on the side of the vacuum insulation panel while wrapping the core material with a plurality of fusion-bonded or bonded shells. It has the advantage that the insulation performance of the vacuum insulation panel can be remarkably increased by blocking the heat bridge phenomenon by the part.
이러한 장점을 가진 진공단열패널은 에너지 손실 최소화를 통한 에너지 절약기술 발전에 기여할 수 있어서 에너지 효율등급 강화 정책에 부합하는 고성능 단열재 개발로 에너지 사용량 절감 및 온실가스 절감 효과를 가진다.The vacuum insulation panel with these advantages can contribute to the development of energy saving technology by minimizing energy loss, so it has the effect of reducing energy consumption and greenhouse gas by developing a high-performance insulation material that meets the policy to strengthen the energy efficiency class.
또한 진공단열패널은 우수한 단열효과로 냉난방에너지를 절감하여 고층빌딩, 패시브하우스 및 제로에너지 하우스 건물에너지 효율화에 기여할 수 있다는 효과가 있다.In addition, the vacuum insulation panel has the effect of contributing to building energy efficiency in high-rise buildings, passive houses and zero-energy houses by reducing heating and cooling energy with excellent insulation effect.
또한 진공단열패널을 외부형상을 분할한 원관 형상으로 제작하여 심해유전의 채굴 원유 수송관 외부에 적용하여 열전달을 억제함으로써 원유의 점도 변화를 최소화 할 수 있을 뿐만아니라 수송배관의 단면적(용적)을 최소화할 수 있어서 해수 조류의 유동저항을 현저히 줄임으로써 플랜트 플랫폼(platform)의 항력 저감 및 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, the vacuum insulation panel is manufactured in the shape of a circular tube divided into the outer shape and applied to the outside of the mining crude oil transport pipe of deep-sea oil fields to suppress heat transfer, thereby minimizing the change in viscosity of crude oil and minimizing the cross-sectional area (volume) of the transport pipe. Therefore, it is possible to significantly reduce the flow resistance of seawater currents, thereby reducing drag and maintenance costs of the plant platform.
또한 진공단열패널을 냉장고 등 가전제품에 적용시 약 17% 상향된 에너지효율 1등급 조건에 부합하여 전력사용량 절감을 기대할 수 있다는 효과가 있다.In addition, when the vacuum insulation panel is applied to home appliances such as refrigerators, the energy efficiency level 1 condition, which has been increased by about 17%, can be expected to reduce power consumption.
또한 진공단열패널은 단열성능 향상을 통한 두께 슬림화로 공간 효율화 및 단열재 적용 분야 확대시 용적률을 향상시킬 수 있는 두께의 단열재 개발을 통해 많은 용적률이 필요한 분야와 틈새단열이 필요한 분야에 적용이 가능해 연계산업 발전에 기여할 수 있다는 효과를 가진다.In addition, vacuum insulation panels can be applied to areas requiring a large floor area ratio and areas requiring gap insulation through the development of thick insulation materials that can improve space efficiency and floor area ratio when expanding the field of insulation application by reducing the thickness through improved insulation performance. It has the effect of contributing to development.
이처럼 본 발명은 다양한 장점과 효과를 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.As such, the present invention is a useful invention having various advantages and effects and is an invention that is highly expected to be used in the industry.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라 절연부가 형성된 단위금속폴리머복합필름을 보인 예시도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 절연부 가공형태 예시도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 비활성 레이저 가공에 의해 형성된 절연부를 가진 단위금속폴리머복합필름과 이를 일반 단위금속폴리머복합필름과 접합한 상태를 보인 예시도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 단위금속폴리머복합필름의 금속박막에 레이저 가공한 모습을 보인 사진이고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 절연부가 형성된 단위금속폴리머복합필름으로 이루어진 외피재의 측면영역 단면을 보인 예시도이고,
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 진공단열패널을 보인 예시이다.1 is an exemplary view showing a unit metal polymer composite film in which an insulating part is formed according to an embodiment of the present invention,
2 is an exemplary view of an insulating part processing form according to an embodiment of the present invention,
3 is an exemplary view showing a unit metal polymer composite film having an insulating portion formed by inert laser processing according to an embodiment of the present invention and a state in which it is bonded to a general unit metal polymer composite film,
4 is a photograph showing a state of laser processing on a metal thin film of a unit metal polymer composite film according to an embodiment of the present invention,
5 is an exemplary view showing a cross-section of a side area of a shell material made of a unit metal polymer composite film with an insulating portion formed according to an embodiment of the present invention,
6 is an example showing a vacuum insulation panel according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, the configuration and operation of the embodiments of the present invention will be described in detail in conjunction with the accompanying drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
이하 본 발명의 설명에서 '절연부'라 함은 폴리머와 금속박막이 일체화된 단위금속폴리머복합필름에서 금속박막을 단기 펄스레이저를 이용한 가공을 통해 레이저 조사된 부위의 금속박막을 제거한 부위를 말한다.Hereinafter, in the description of the present invention, the term'insulation portion' refers to a portion of the unit metal polymer composite film in which the polymer and the metal thin film are integrated, and the metal thin film is removed from the laser-irradiated portion by processing the metal thin film using a short-term pulse laser.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라 절연부가 형성된 단위금속폴리머복합필름을 보인 예시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 절연부 가공형태 예시도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 비활성 레이저 가공에 의해 형성된 절연부를 가진 단위금속폴리머복합필름과 이를 일반 단위금속폴리머복합필름과 접합한 상태를 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 단위금속폴리머복합필름의 금속박막에 레이저 가공한 모습을 보인 사진이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 절연부가 형성된 단위금속폴리머복합필름으로 이루어진 외피재의 측면영역 단면을 보인 예시도이다.1 is an exemplary view showing a unit metal polymer composite film in which an insulating part is formed according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exemplary view of an insulating part processing mode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is An exemplary view showing a unit metal polymer composite film having an insulating portion formed by inert laser processing according to an embodiment and a state of bonding the same to a general unit metal polymer composite film, and FIG. 4 is a unit metal according to an embodiment of the present invention. It is a photograph showing a state of laser processing on a metal thin film of a polymer composite film, and FIG. 5 is an exemplary view showing a cross-section of a side area of a shell material made of a unit metal polymer composite film in which an insulating part is formed according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이 단위금속폴리머복합필름(110)은 진공단열패널(VIP, 1)의 외피재(10)를 구성하는 단위 필름으로 단열성능을 제공하는 폴리머(111)와, 이 폴리머의 기밀내구성을 현저히 강화하는 금속박막(112)이 일체화된 구성을 가지되, 금속박막 영역 중 일부 영역에 열교현상을 차단하는 절연부(113)가 형성된 구성을 가진다.As shown, the unit metal
상기 절연부가 형성된 영역은 심재 및 게터를 외피재가 감싸 제조된 진공단열패널(VIP)을 기준으로 각 측면에 해당하는 영역이다. The area in which the insulating part is formed is an area corresponding to each side of the vacuum insulation panel (VIP) manufactured by wrapping the core material and the getter with the outer cover material.
따라서 금속폴리머복합필름을 일정크기의 고정된 낱장 금속폴리머복합필름을 사용할때는 한 장당 1개소 이상의 영역에 형성되도록 가공한다. Therefore, when using a fixed sheet metal polymer composite film of a certain size, the metal polymer composite film is processed to be formed in at least one area per sheet.
즉, 진공단열패널(VIP)을 형성할 때 사용되는 외피재의 개수를 1장을 사용하거나 2장을 사용할 때에 따라 상기 절연부 영역의 가공은 1장당 적어도 1측면 이상에 해당하는 영역에 절연부를 형성할수도 있고, 1장당 4측면에 해당하는 영역에 절연부를 형성할 수 있다.That is, depending on the number of outer coverings used when forming a vacuum insulation panel (VIP) using one or two, the processing of the insulating area is made in an area corresponding to at least one side or more per sheet. Also, it is possible to form an insulating part in the area corresponding to four sides per sheet.
마찬가지로 롤투롤공법에 사용되는 롤 형태 금속폴리머복합필름에 적용시에도 절연부가 형성되는 영역은 적어도 1측면 이상의 영역에 형성되도록 가공한다. Similarly, when applied to the roll-type metal polymer composite film used in the roll-to-roll method, the area where the insulating part is formed is processed to be formed in at least one side area.
상기 폴리머와 금속박막간을 일체화시키는 방법은 폴리우레탄, ethyl acetate, methyl ethyl ketone을 포함한 다양한 수지 접착제 중 선택된 어느 하나로 접착하여 일체화 하거나 열융착방법으로 일체화하거나 금속박막에 폴리머를 도포하여 일체화하거나 반도체공정장비를 이용하여 폴리머 필름에 금속박막을 증착하여 일체화 하는 등 다양한 방법으로 일체화 시키면 된다.The method of integrating the polymer and the metal thin film can be integrated by bonding with one of a variety of resin adhesives including polyurethane, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, or integrated by heat fusion, or by applying a polymer to the metal thin film. It can be integrated in a variety of ways, such as depositing a thin metal film on the polymer film and integrating.
폴리머로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 에틸렌 비닐알코올(EVOH), 폴리에틸렌(HDPE), 폴리 아미드(PA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌나프탈렌(PEN) 등과 같은 다양한 종류의 폴리머 소재를 사용할 수 있다.As the polymer, various kinds of polymer materials such as polyethylene terephthalate (PET), ethylene vinyl alcohol (EVOH), polyethylene (HDPE), polyamide (PA), polypropylene (PP), polyethylene naphthalene (PEN), etc. can be used. .
금속박막으로는 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 등과 같은 치밀한 금속 재질의 금속박막을 사용할 수 있는데, 본 발명의 한 실시예에서는 주로 알루미늄 박막 위주로 설명한다.As the metal thin film, a metal thin film made of a dense metal material such as aluminum (Al) or copper (Cu), magnesium (Mg), zinc (Zn), etc. may be used. In one embodiment of the present invention, mainly an aluminum thin film will be described.
한편, 진공단열패널(VIP)을 구성하는 복수층의 단위금속폴리머복합필름으로 이루어진 외피재가 감싸는 심재로는 유리섬유(glass fiber), 고반사율 필름이 이격재료 격리된 MLI(multilayer insulation, 다층단열재), 단열용 다양한 고분자 합성물, 고분자 합성 발포물과 같은 다양한 단열소재를 사용할 수 있다.On the other hand, as the core material wrapped by the shell material consisting of a plurality of layers of unit metal polymer composite films constituting the vacuum insulation panel (VIP), glass fiber, and MLI (multilayer insulation) in which the high reflectivity film is separated from the spacer material. , Various insulating materials such as various polymer composites and polymer composite foams for heat insulation can be used.
또한 내부발생가스 흡착용 게터로는 ZrMnVFe, TiFe, TiMn, Ti, ZrMn, Zr, CaO, 수분흡착용 Zeolite(water vapor) 등을 사용할 수 있다. In addition, ZrMnVFe, TiFe, TiMn, Ti, ZrMn, Zr, CaO, and Zeolite (water vapor) for moisture adsorption may be used as a getter for adsorbing internal gas.
구체적으로, 상기 절연부는 금속폴리머복합필름에 초정밀 가공방법인 초단펄스레이저(ultra-short pulse laser)를 스크라이빙(Scribing) 방식으로 조사하여 폴리머를 손상하지 않은 상태로 금속박막만 제거하도록 미세하게 형성시킨다. Specifically, the insulating part is finely applied to remove only the metal thin film without damaging the polymer by irradiating the metal polymer composite film with an ultra-short pulse laser, which is an ultra-precision processing method, by a scribing method. To form.
초단 펄스레이저(ultra-short pulse laser)를 사용하는 이유는 일반적인 레이저 가공을 하게 되면 가공시 발생된 열 때문에 폴리머가 녹기 때문이다.The reason for using an ultra-short pulse laser is that when a general laser processing is performed, the polymer melts due to heat generated during processing.
즉, 초단 펄스레이저(ultra-short pulse laser)를 스크라이빙(scribing) 가공 기술을 사용하게 되면 폴리머를 손상하지 않은 상태로 필요로 하는 형태로 금속박막만을 제거하면서 다양한 형상의 절연부를 형성할 수 있다. 또한 이와 같은 가공방법은 롤투롤 공정에도 도입하여 작업 생산성을 현저히 높일 수 있다.That is, if the ultra-short pulse laser is used for scribing processing technology, it is possible to form insulating parts of various shapes while removing only the metal thin film in the form required without damaging the polymer. have. In addition, such a processing method can be introduced into a roll-to-roll process to significantly increase work productivity.
초단 펄스레이저(ultra-short pulse laser)의 가공 조건은 다음과 같다.The processing conditions of ultra-short pulse laser are as follows.
초단 펄스레이저를 활용한 금속박막의 가공 원리는 펨토초(fs)에서 피코초 (ps)급의 초단 펄스(ultrashort pulse)를 이용하는 비열적(nonthermal) 특성과 수십 나노초(ns)까지의 펄스를 이용하는 열적가공(thermal) 특성으로 구분할 수 있다. 예를 들면, 100 펨토초급의 펄스레이저가 조사된 금속의 표면 부근에서는, 격자를 이루고 있는 원자에 비하여 비열이 매우 작고 따라서 열적반응이 매우 빠른 자유 전자(free electron)만 국소 가열로 여기된다. The processing principle of a metal thin film using an ultra-short pulse laser is nonthermal characteristics using ultrashort pulses in the order of femtoseconds (fs) to picoseconds (ps), and thermal characteristics using pulses up to tens of nanoseconds (ns). It can be classified by thermal characteristics. For example, in the vicinity of the surface of a metal irradiated with a pulsed laser of 100 femtoseconds, only free electrons having a very small specific heat compared to atoms forming a lattice and thus having a very rapid thermal reaction are excited by local heating.
그리고 레이저 펄스 지속시간이 매우 짧으므로 가열된 자유 전자는 원자 격자 진동(lattice vibration)에 의하여 운동에너지를 뺏기지 않은 채, 매우 빠르게 원자 격자내부 깊숙이 확산될 수 있다. In addition, since the laser pulse duration is very short, the heated free electrons can be diffused very quickly and deeply into the atomic lattice without losing kinetic energy due to the atomic lattice vibration.
레이저 펄스조사 후 수 피코초(ps) 이상이 지나면 전자-포논 커플링(electron-phonon coupling)에 의하여 전자에너지가 격자 진동에 의한 포논에너지로 전달되며, 점차 국소 열평형(local thermal equilibrium, LTE)이 이루어진다.After a few picoseconds (ps) after laser pulse irradiation, electron energy is transferred to phonon energy by lattice vibration by electron-phonon coupling, and gradually local thermal equilibrium (LTE). This is done.
따라서, 박막 정밀가공에서 펄스폭이 좁은 fs 레이저의 경우 증발점보다 낮은 경우에도 박막에서 고에너지 자유전자 충돌(electron avalanche)에 의해 원자/분자가 떨어져 나가서 가공될 수 있고, 100ps급 레이저의 경우 박막은 열팽창계수 차에 의한 열응력(laser induced thermal stress)이 초래되어 가공되는 것이며, 100ns급 이상 레이저의 경우 열에너지에 의해 박막이 녹아서 가공되는 것을 주요 메커니즘들로 생각할 수 있다. Therefore, in the case of a thin fs laser with a narrow pulse width in thin film precision processing, even if it is lower than the evaporation point, atoms/molecules can be separated from the thin film by high-energy free electron collision (electron avalanche). Silver is processed by causing a laser induced thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient, and in the case of a laser of 100ns or higher, the thin film is melted by thermal energy and processed as the main mechanisms.
초단 펄스레이저 가공의 가장 큰 장점은 레이저가 조사된 부분만 선택적으로 가공하고, 다른 부분에서의 열적 영향(heat-affected zone, HAZ)을 최소화할 수 있다는 데 있다. 이때 가공 대상의 물리적 특성과 가공오차 등을 고려하여 레이저의 파장, 펄스폭, 강도 등을 선정하여야 할 것이다. The biggest advantage of ultra-short pulse laser processing is that it can selectively process only the part irradiated with the laser and minimize the heat-affected zone (HAZ) in other parts. At this time, the wavelength, pulse width, and intensity of the laser should be selected in consideration of the physical characteristics and processing errors of the object to be processed.
금속박막 가공을 위한 초단 펄스레이저의 대표적인 에너지 조사 조건으로는 절연부의 폭은 0.1 ㎛ ~ 3 mm, 레이저의 파장대역은 300 ~ 1300 nm, 초단 펄스레이저의 펄스폭 10 펨토초 이상 ~ 500 마이크로초 이하인 레이저의 펄스폭 및 강도를 조절하여 사용한다. Typical energy irradiation conditions for ultra-short pulse lasers for metal thin film processing include a laser with an insulation width of 0.1 µm to 3 mm, a laser wavelength range of 300 to 1300 nm, and a pulse width of 10 femtoseconds or more to 500 microseconds or less for ultra-short pulse lasers. It is used by adjusting the pulse width and intensity of
펄스레이저를 사용하여 정밀가공하는 경우 비정상열전도 방정식에 의해 지배되고, 가공재료인 박막의 열물성 및 두께에 따라 열침투깊이는 
다만 초단 펄스레이저를 이용하여 절연부 형성시 일부 금속박막을 남겨놓은 상태에서 해당 금속박막을 다시 산소분위기하에서 초단 펄스레이저를 이용하여 금속산화물로 개질하는 경우에는 스캔수를 1 ~ 최대 1000배까지 증가시키면서 최적조건을 찾는 것이 바람직하다. 이때 산소분위기는 동축노즐을 이용하여 쉽게 구현할 수 있다.However, if the metal thin film is reformed into metal oxide using an ultra-short pulse laser in an oxygen atmosphere while some metal thin film is left when the insulation is formed using an ultra-short pulse laser, the number of scans is increased from 1 to 1000 times. It is desirable to find the optimum condition while making it. At this time, the oxygen atmosphere can be easily implemented using a coaxial nozzle.
여기서 이와 같은 레이저 조사(laser irradiation) 구간 수치를 한정한 이유는 금속 박막의 경우 레이저광원에 의한 광흡수 깊이(optical penetration depth, absorption depth)가 수십 nm 수준의 크기이므로 레이저광의 가공 영역은 광흡수 깊이와 열침투 깊이의 합으로 추정할 수 있고, 실제상황의 환경조건을 고려한 예비율(예를 들면 30% ~ 300% 정도)을 고려하여 조정 설정한다. 예를 들어 0.3배 보다 적으면 금속박막이 충분히 에칭되지 못해서 동일 지점에 여러차례 펄스 레이저를 조사하여야 해서 작업속도가 느려지고, 3.0 배보다 크면 하부 폴리머가 손상되거나 변형되어 지지층 기반이 무너지고 크랙이나 변형으로 인하여 진공이 깨질 수 있다. 초정밀가공을 하기 위해서는 펄스폭이 짧을수록 좋지만, 이는 장비비용의 급격한 증가를 초래하고 많은 작업시간을 소요하게 하며, 지나치게 느리면 열영향 영역이 증가하여 폴리머 매트릭스가 손상될 가능성이 커진다. Here, the reason for limiting the value of the laser irradiation section is that in the case of a metal thin film, the optical penetration depth (absorption depth) by the laser light source is about several tens of nm. It can be estimated as the sum of the heat penetration depth, and it is adjusted and set in consideration of the reserve rate (for example, about 30% ~ 300%) considering the environmental conditions of the actual situation. For example, if it is less than 0.3 times, the metal thin film cannot be sufficiently etched and the pulse laser has to be irradiated several times at the same point, which slows the working speed.If it is greater than 3.0 times, the lower polymer is damaged or deformed, causing the support layer base to collapse and crack or deformation. This can cause the vacuum to break. For ultra-precision processing, shorter pulse widths are better, but this leads to a rapid increase in equipment cost and takes a lot of work time. If it is too slow, the heat affected area increases and the possibility of damaging the polymer matrix increases.
초단 펄스레이저(ultra-short pulse laser)로 절연부 가공시 해당 영역에 1개 이상 형성한다. 본 발명이 이러한 절연부 개수에 한정되는 것은 아니지만 일정간격으로 복수개로 형성하는 것이 단열효과를 극대화 하는데 바람직하다.When processing the insulating part with an ultra-short pulse laser, at least one is formed in the corresponding area. Although the present invention is not limited to the number of insulation parts, it is preferable to form a plurality of insulation parts at regular intervals to maximize the insulation effect.
이때 절연부의 형상은 직선 가공 형태 뿐만 아니라 곡선 파형 형태 또는 직선 절곡 파형 형태 또는 비정형모양 형태로 성형할 수 있다. 즉, 토튜오시티(tortuousity, 열전달경로 길이/전체온도구배방향 길이의 비)를 증가시키도록 길게 형성하는 것이 보다 단열성능이 좋다. 이와 같은 형상으로는 반복된 원형 파형 모양이나 삼각 파형 모양뿐만 아니라 자유로운 곡선등의 비정형 모양일 수 있다.In this case, the shape of the insulating part may be formed not only in a linear processing form, but also in a curved waveform shape, a straight bending waveform shape, or an irregular shape. That is, the heat insulation performance is better to be formed longer to increase the tortuousity (ratio of the length of the heat transfer path/length in the total temperature gradient direction). Such a shape may be an irregular shape such as a free curve as well as a repeated circular or triangular shape.
즉, 한 실시예에 따라 도시한 도 1에서는 단일금속폴리머복합필름에 형성된 절연부의 형상이 편의상 직선으로 도시하였으나 토튜오시티를 증가시키기 위하여 펄스레이저를 이용하여 도 2와 같이 사선 또는 여러 형상을 비롯한 임의의 부정형 형상으로 금속박막을 제거할 수 있다. That is, in FIG. 1 shown according to an embodiment, the shape of the insulating part formed on the single metal polymer composite film is shown as a straight line for convenience. However, in order to increase the tortuity, a pulse laser is used, such as a diagonal line or various shapes as shown in FIG. The metal thin film can be removed in any irregular shape.
다만 이와 같은 부정형 형상으로 절연부를 패터닝하는 경우에는 공기의 물질전달경로가 짧아서 높은 기밀성의 유지가 어렵기 때문에 이웃하여 적층되는 다른 단일금속폴리머복합필름과는 금속박막제거부(절연부)가 외피재 두께방향으로 일렬로 정렬되지 않도록 하기 위해서 절연부 폭의 2 ~ 200 배 정도의 금속박막을 제거하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 외피재를 구성하는 단위금속폴리머복합필름은 금속박막에 형성된 절연부가 이웃하는 단위금속폴리머복합필름의 금속박막에 형성된 절연부와 엇갈려서 공기의 물질전달경로를 가능한 한 길게 함으로써 높은 기밀성을 유지하도록 일부 금속박막을 제거하지 않을 수 있다. However, in the case of patterning the insulating part in such an irregular shape, the metal thin film removal part (insulation part) is used as the outer shell material from other single metal polymer composite films stacked adjacent to each other because the material transfer path of air is short and it is difficult to maintain high airtightness. In order not to be aligned in a line in the thickness direction, it is preferable not to remove the metal thin film about 2 to 200 times the width of the insulating part. In other words, the unit metal polymer composite film constituting the shell material is designed to maintain high airtightness by making the material transfer path of air as long as possible by staggering the insulating part formed on the metal thin film with the insulating part formed on the metal thin film of the neighboring unit metal polymer composite film. Some metal thin films may not be removed.
본 발명에서 사용하는 외피(envelope)의 금속박막 두께가 스퍼터링(sputtering), 금속증착(metal evaporation) 등 반도체 공정에 의한 증착의 경우 수 nm ~ 수 um 정도이고, 일반공정의 경우 수백 nm ~ 수십 um 의 두께를 갖는다. The thickness of the metal thin film of the envelope used in the present invention is about several nm to several um in the case of deposition by semiconductor processes such as sputtering and metal evaporation, and hundreds of nm to several tens of um in the case of a general process. Has a thickness of.
본 발명의 폴리머의 두께는 0.5 um ~ 900 um 의 두께를 갖는다. The thickness of the polymer of the present invention has a thickness of 0.5 um to 900 um.
이와 같이 구성된 본 발명은 단위금속폴리머복합필름의 연속적 연결을 정밀레이저 가공기술을 통하여 연속성을 차단함으로써 열교현상에 의한 열전달을 획기적으로 줄여서 단열성능이 향상되게 된다.In the present invention configured as described above, the continuous connection of the unit metal polymer composite film is cut off through precision laser processing technology, thereby dramatically reducing heat transfer due to thermal bridges, thereby improving thermal insulation performance.
한편, 초단 펄스레이저를 이용하여 절연부를 형성시, 일부 금속박막을 남겨놓은 상태에서 해당 단위금속폴리머복합필름의 금속박막에 산소분위기하에서 레이저 가공을 통해 높은 열전도계수를 갖는 금속박막의 알루미늄(Al) 또는 금속박막을 절연재인 산화알루미늄(AlxOy) 또는 금속산화물(CuO, MgO, ZnO 등)로 재질을 변환하도록 후가공 단계를 가질 수 있다. 이때 산소분위기는 동축노즐을 이용하여 쉽게 구현할 수 있다.On the other hand, when forming the insulating part using an ultra-short pulse laser, aluminum (Al) of a metal thin film having a high thermal conductivity through laser processing in an oxygen atmosphere on the metal thin film of the unit metal polymer composite film while some metal thin film is left behind. Alternatively, a post-processing step may be performed to convert the metal thin film into aluminum oxide (AlxOy) as an insulating material or metal oxide (CuO, MgO, ZnO, etc.). At this time, the oxygen atmosphere can be easily implemented using a coaxial nozzle.
이러한 가공을 통하면 고전도성 단위금속폴리머복합필름을 고성능 고기밀 단열소재로 개질하여 더욱더 고성능의 단열재를 제공할 수 있다.Through such processing, the highly conductive unit metal polymer composite film can be modified into a high-performance, high-tight insulation material, thereby providing a more high-performance insulation material.
상기와 같은 후가공에 의해 절연부가 형성된 단위금속폴리머복합필름은 2개 이상 또는 복수개의 층을 접착부(114)로 일체화시켜 외피재를 형성한다. 접착방법은 폴리우레탄, ethyl acetate, methyl ethyl ketone을 포함한 다양한 수지 접착제 중 선택된 어느 하나로 접착하여 일체화 하거나 열융착방법으로 일체화하면 된다.In the unit metal polymer composite film in which the insulating portion is formed by the above-described post-processing, two or more or a plurality of layers are integrated with the
이때 복수개의 층으로 구성된 단위금속폴리머복합필름은 금속박막에 형성된 절연부가 이웃하는 단위금속폴리머복합필름의 금속박막에 형성된 절연부와 나란하게 이웃하지 않게 엇갈린 형태로 배열되도록 접착한다. At this time, the unit metal polymer composite film composed of a plurality of layers is adhered so that the insulating portion formed on the metal thin film is arranged in a staggered manner so as not to be adjacent to the insulating portion formed on the metal thin film of the neighboring unit metal polymer composite film.
또한 각 단위금속폴리머복합필름의 금속박막에 형성된 절연부 형태가 서로 엇갈리게 형성되거나 위치하지 않을 경우 서로간을 접합시 임의의 한 지점 이상에서 이웃하는 단위금속폴리머복합필름의 금속박막에 형성된 절연부가 폴리머를 사이에 두고 교차될 수 있는데, 이 경우 폴리머를 통한 기체가 통과하여 진공 상태가 저하되어 기밀성의 유지가 어렵게 될 수 있어서 이를 방지하도록 초단 펄스레이저에 의한 조사를 해당 교차 지점에서 미소한 시간동한 비활성화한다.(도 3참조)In addition, if the shape of the insulating part formed on the metal thin film of each unit metal polymer composite film is formed to be alternately or not positioned, the insulating part formed on the metal thin film of the unit metal polymer composite film adjacent to each other at one or more points when bonding to each other is polymer In this case, it may be difficult to maintain airtightness due to a decrease in the vacuum state due to the passing of the gas through the polymer. To prevent this, irradiation with an ultra-short pulse laser is performed at the intersection for a minute period of time. Disable it (see Fig. 3).
즉, 단위금속폴리머복합필름의 절연부분이 외피재 두께방향으로 서로 바라볼 때 서로 교차할 경우 공기의 물질전달경로가 짧아서 높은 기밀성의 유지가 어렵기 때문에 단위금속폴리머복합필름의 중첩시 절연부분이 필름두께 방향으로 일치하지 않도록 국소적으로 금속박막이 제거되지 않고 유지되는 것이 필요하고 이는 펄스 레이저를 미소한 시간동안 비활성화함으로써 간단히 구성할 수 있다. 이를 위해 중첩된 이웃하는 단위금속폴리머복합필름 중 적어도 일부 금속박막에는 미소한 시간동안 펄스 레이저를 비활성화하여 절연부를 형성하지 않도록 한다.In other words, if the insulating parts of the unit metal polymer composite film cross each other when looking at each other in the thickness direction of the shell material, the material transfer path of air is short and it is difficult to maintain high airtightness. It is necessary that the metal thin film is not removed locally so that it does not coincide in the film thickness direction, and this can be simply configured by inactivating the pulsed laser for a small amount of time. To this end, the pulsed laser is deactivated for a very small time in at least some of the metal thin films of the overlapping neighboring unit metal polymer composite films so as not to form an insulating part.
이를 위해서는 제조된 단위금속폴리머복합필름의 위치를 조정하거나 처음부터 2가지 타입 이상으로 제조하여 접착시킴으로써 엇갈린 구조로 구성할 수 있다. To this end, the position of the manufactured unit metal polymer composite film may be adjusted, or two or more types may be prepared and bonded from the beginning to form a staggered structure.
이와 같이 구성하는 이유는 만약 동일한 위치에 위치하도록 절연부가 배치되면 폴리머가 연속되어 기밀 내구성이 저하될 수 있기 때문이다. The reason for this configuration is that if the insulating part is disposed so as to be located at the same position, the polymer may be continuous and the hermetic durability may be reduced.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 진공단열패널을 보인 예시도이다.6 is an exemplary view showing a vacuum insulation panel according to an embodiment of the present invention.
상술한 바에 따라 외피재가 완성되면 이를 이용하여 심재 또는 심재와 게터를 감싼 후, 진공챔버에서 내부에 있는 공기를 제거하고 진공형성시 남아 있는 외피재의 남아있는 개봉부분을 열융착 방법 또는 접착제로 밀봉하여 진공단열패널을 완성한다. 이때 진공단열패널의 내부에 진공을 형성하여 제조하는 방법은 공지의 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.When the shell material is completed as described above, use it to wrap the core material or the core material and the getter, and then remove the air inside the vacuum chamber, and seal the remaining unopened portion of the shell material remaining during vacuum formation with a heat-sealing method or an adhesive. Complete the vacuum insulation panel. At this time, a method of manufacturing by forming a vacuum inside the vacuum insulation panel is a known technique, so a detailed description thereof will be omitted.
상기 외피재가 완성되면 이를 이용하여 심재 또는 심재와 게터를 감싸는 방법은 1개씩 제조할 수도 있고, 롤투롤방법으로 연속 생산할 수 있다.When the skin material is completed, the method of wrapping the core material or the core material and the getter using the same may be manufactured one by one, or continuously produced by a roll-to-roll method.
초단 펄스레이저(ultra-short pulse laser)를 이용한 레이저 스크라이빙(scribing) 가공 또는 정밀 부분가공 기술을 롤투롤 공정에 도입하면 단열기능뿐만 아니라 작업 생산성을 현저히 높일 수 있다. 즉, 초단 펄스레이저(ultra-short pulse laser) 가공은 비진공 및 상온공정에 적용할 수 있다.Introducing laser scribing processing or precision partial processing technology using an ultra-short pulse laser in the roll-to-roll process can significantly increase work productivity as well as thermal insulation. That is, ultra-short pulse laser processing can be applied to non-vacuum and room temperature processes.
상기와 같이 제조된 금속폴리머복합필름을 이용한 진공단열패널(VIP)의 판재의 전면부 또는 측면부의 열전도 계수(k)는 0.1 ~ 10 mW/m·K를 만족하게 된다.The thermal conductivity coefficient (k) of the front or side portion of the plate of the vacuum insulating panel (VIP) using the metal polymer composite film prepared as described above satisfies 0.1 to 10 mW/m·K.
한편, 상기한 실시예는 주로 직육면체 판재형상의 진공단열패널을 예로 들어 설명했지만 단열하고자 하는 대상이 배관과 같은 형태의 원통관일 경우, 심재를 두 조각 이상의 원호 배관으로 형성하여 가공하고, 여기에 외피재를 감싸 제조한 형태로 진공단열 두 조각 이상의 원호를 형성 접착하여 배관을 단열하도록 구성할 수 있음은 물론이다.On the other hand, the above-described embodiment has been described mainly by taking a vacuum insulation panel in the shape of a rectangular parallelepiped plate as an example, but when the object to be insulated is a cylindrical tube in the same shape as a pipe, the core material is formed into two or more pieces of circular pipes and processed. It goes without saying that it can be configured to insulate the pipe by forming an arc of two or more pieces of vacuum insulation in a form manufactured by wrapping the shell material.
또한, 마찬가지로 단열 대상 형상에 따라 다양한 형상을 진공단열 소재를 제조할 수 있음은 물론이다.In addition, it goes without saying that it is possible to manufacture a vacuum insulating material in various shapes according to the shape to be insulated.
상기한 방법으로 제조된 진공단열패널은 빌딩 건물의 에너지 사용효율 등급 및 용적률, 층고 개선, 항온항습차 또는 냉동탑차의 용적률 및 연비 개선 등에 적용 가능성이 매우 높다. The vacuum insulation panel manufactured by the above method has a very high possibility of application to the improvement of energy use efficiency grade and floor area ratio, floor height of buildings, and improvement of floor area ratio and fuel efficiency of a constant temperature and humidity vehicle or a refrigeration tower vehicle.
또한 냉장고의 문과 벽 두께를 줄여 상당한 내부공간을 추가 확보가 가능하고, 대형 특급냉장고의 경우 진공단열재의 컴팩트한 단열 특성으로 기존 폴리우레탄 대비 에너지 효율 향상 약 30% 및 용적률 20% 이상 증대 효과가 있다. In addition, it is possible to secure additional interior space by reducing the thickness of the door and wall of the refrigerator, and in the case of large special refrigerators, the compact insulation characteristics of the vacuum insulation material improve energy efficiency by about 30% and increase the floor area ratio by more than 20% compared to the existing polyurethane. .
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. The present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and any person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims can implement various modifications Of course, such changes will fall within the scope of the claims description.
(1) : 진공단열패널 (10) : 외피재
(20) : 심재 (110) : 단위금속폴리머복합필름
(111) : 폴리머 (112) : 금속박막
(113) : 절연부 (114) : 접착부(1): vacuum insulation panel (10): shell material
(20): Core material (110): Unit metal polymer composite film
(111): polymer (112): metal thin film
(113): insulation portion (114): adhesive portion
Claims (13)
금속박막 영역 중 일부 영역에 초단 펄스레이저를 스크라이빙 또는 정밀 부분가공 방식으로 가공된 하나 이상의 절연부가 형성되되,
상기 절연부는 진공단열패널의 측면영역에 해당하는 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름.
In the unit composite film for a vacuum insulation panel consisting of a polymer and a metal thin film,
One or more insulating parts processed by scribing an ultra-short pulse laser or precision partial processing are formed in some of the metal thin film regions,
The metal polymer composite film for a vacuum insulation panel, wherein the insulation part is formed in a region corresponding to a side area of the vacuum insulation panel.
상기 절연부는 초단 펄스레이저를 절연부의 폭 0.1 ㎛ ~ 3 mm, 파장대역 300 ~ 1300 nm, 펄스폭 10 펨토초 ~ 500 마이크로초의 조건으로 조사하여 형성한 것을 특징으로 하는 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름.
The method according to claim 1,
The insulating part is formed by irradiating an ultra-short pulse laser with a width of 0.1 µm to 3 mm of the insulating part, a wavelength band of 300 to 1300 nm, and a pulse width of 10 femtoseconds to 500 microseconds.
상기 금속박막은 알루미늄 또는 조직이 치밀한 금속 재질로 이루어지고, 초단 펄스레이저로 절연부를 형성시 일부 금속박막을 남겨놓은 후, 산소분위기하에서 레이저 가공에 의해 산화알루미늄 또는 금속산화물로 개질된 것을 특징으로 하는 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름.
The method according to claim 1,
The metal thin film is made of aluminum or a metal material having a dense structure, and after leaving a part of the metal thin film when forming the insulating part with an ultra-short pulse laser, it is modified with aluminum oxide or metal oxide by laser processing in an oxygen atmosphere. Metal polymer composite film for vacuum insulation panels.
상기 절연부는 직선 가공 형태, 곡선 파형 형태 또는 직선 절곡 파형 형태 또는 비정형모양 형태 중 어느 하나 이상의 형태로 토튜오시티(tortuousity, 열전달경로 길이/전체온도구배방향 길이의 비)를 증가시키도록 길게 성형된 것을 특징으로 하는 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름.
The method according to claim 1,
The insulating part is formed to be elongated to increase tortuousity (ratio of the length of the heat transfer path/length in the total temperature gradient direction) in any one or more of a straight processing form, a curved wave form, a straight bent wave form, or an atypical form. Metal polymer composite film for a vacuum insulation panel, characterized in that.
폴리머와 금속박막으로 이루어진 단위 복합필름의 금속박막 영역 중 일부 영역에 초단 펄스레이저를 스크라이빙 방식으로 조사하여 하나 이상의 절연부를 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 절연부를 형성하는 단계는 초단 펄스레이저를 진공단열패널의 측면영역에 해당하는 영역에만 조사하는 단계인 것을 특징으로 하는 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름의 제조방법.
In the manufacturing method of the unit composite film for a vacuum insulation panel consisting of a polymer and a metal thin film,
Including; forming one or more insulating portions by irradiating an ultra-short pulse laser in a portion of the metal thin film region of the unit composite film composed of a polymer and a metal thin film by a scribing method;
The step of forming the insulating portion is a method of manufacturing a metal polymer composite film for a vacuum insulating panel, characterized in that the step of irradiating the ultra-short pulse laser only to the area corresponding to the side area of the vacuum insulating panel.
상기 절연부를 형성하는 단계는 초단 펄스레이저를 절연부의 폭 0.1 ㎛ ~ 3 mm, 파장대역 300 ~ 1300 nm, 펄스폭 10 펨토초 ~ 500 마이크로초의 조건으로 조사하여 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름의 제조방법.
The method of claim 6,
The forming of the insulating part is a step of forming an ultra-short pulse laser by irradiating the insulating part with a width of 0.1 µm to 3 mm, a wavelength band of 300 to 1300 nm, and a pulse width of 10 femtoseconds to 500 microseconds. Method for producing a metal polymer composite film for use.
상기 절연부를 형성하는 단계에서 일부 금속박막을 남겨 놓은 후, 알루미늄 또는 조직이 치밀한 금속재질의 금속박막에 산소분위기하에서 레이저 가공에 의해 산화알루미늄 또는 금속산화물로 개질하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름의 제조방법.
The method of claim 6,
After leaving a part of the metal thin film in the step of forming the insulating part, modifying the metal thin film of aluminum or a metal material having a dense structure with aluminum oxide or metal oxide by laser processing in an oxygen atmosphere; characterized in that it further comprises Method for producing a metal polymer composite film for a vacuum insulation panel.
상기 절연부는 직선 가공 형태, 곡선 파형 형태 또는 직선 절곡 파형 형태 또는 비정형모양 형태 중 어느 하나 이상의 형태로 토튜오시티(tortuousity, 열전달경로 길이/전체온도구배방향 길이의 비)를 증가시키도록 길게 성형된 것을 특징으로 하는 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름의 제조방법.
The method of claim 6,
The insulating part is formed to be elongated to increase tortuousity (ratio of the length of the heat transfer path/length in the total temperature gradient direction) in any one or more of a straight processing form, a curved wave form, a straight bent wave form, or an atypical form. Method for producing a metal polymer composite film for a vacuum insulation panel, characterized in that.
상기 청구항 1, 청구항 3, 청구항 4, 청구항 5 중 어느 한항에 따른 절연부가 형성된 단위금속폴리머복합필름을 접착부를 형성하여 복수개층으로 일체화한 외피재를 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 금속폴리머 복합필름을 이용한 진공단열패널.
In the vacuum insulation panel comprising a core material for insulation and a shell material,
A metal polymer composite film, characterized in that it is manufactured using an outer covering material in which a unit metal polymer composite film having an insulating portion formed according to any one of claims 1, 3, 4, and 5 is integrated into a plurality of layers by forming an adhesive portion. Vacuum insulation panel using.
상기 외피재를 구성하는 단위금속폴리머복합필름은 금속박막에 형성된 절연부가 이웃하는 단위금속폴리머복합필름의 금속박막에 형성된 절연부와 엇갈린 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 금속폴리머 복합필름을 이용한 진공단열패널.
The method of claim 11,
The unit metal polymer composite film constituting the shell material is vacuum insulation using a metal polymer composite film, characterized in that the insulating part formed on the metal thin film is arranged in a form intersecting with the insulating part formed on the metal thin film of the neighboring unit metal polymer composite film. panel.
상기 단위금속폴리머복합필름에 형성된 절연부는 이웃하는 단위금속폴리머복합필름의 절연부와 교차되지 않도록 초단 펄스레이저로 가공시 해당 교차지점에서는 미소한 시간동안 비활성하여 절연부를 형성하지 않도록 가공한 것을 특징으로 하는 금속폴리머 복합필름을 이용한 진공단열패널.
The method of claim 11,
The insulating portion formed on the unit metal polymer composite film is processed with an ultra-short pulse laser so as not to cross the insulating portion of the neighboring unit metal polymer composite film, and is inactive for a minute at the intersection point so as not to form an insulating portion. Vacuum insulation panel using a metal polymer composite film.
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