KR102261067B1 - 플라즈마 처리 장치를 이용한 고내구성 피복 강관의 제조방법 및 이에 의해 제조된 고내구성 피복 강관 - Google Patents

플라즈마 처리 장치를 이용한 고내구성 피복 강관의 제조방법 및 이에 의해 제조된 고내구성 피복 강관 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화염 플라즈마를 이용해 표면을 전처리하여 내구성이 향상된 피복 강관을 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법은, (a) 강관용 플라즈마 처리 장치를 이용해 화염 플라즈마를 생성하고, 생성한 화염 플라즈마를 이용해 10 내지 100 m/분의 처리 속도로 강관의 내면을 화염 플라즈마로 표면 처리하는 단계; 및 (b) 표면 처리한 강관의 내면에 에폭시 코팅제를 코팅하여 내면 코팅층이 형성된 피복 강관을 제조하는 단계;를 포함하며, 이송부 및 플라즈마 처리부를 포함하는 강관용 플라즈마 처리 장치를 이용해 단시간에 강관의 표면을 화염 플라즈마로 전처리하여 강관 표면을 세정하고, 강관의 표면 에너지를 활성화시켜 에폭시 코팅제의 접착력이 향상되어 내면 코팅층이 쉽게 박리되지 않는 고내구성 피복 강관을 제조할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치를 이용한 고내구성 피복 강관의 제조방법 및 이에 의해 제조된 고내구성 피복 강관{Method for manufacturing coated steel pipe with improved durability using plasma treatment and coated steel pipe with improved durability manufactured thereby}
본 발명은 대면적 강관의 표면을 단시간에 전처리할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 접착성, 표면 평활성 등의 특성이 향상되어 스케일 또는 오염물의 침착이 방지되어 장시간 동안 부식이 발생되지 않는 고내구성 피복 강관을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 배관은 파이프, 관 또는 튜브 등의 형상을 갖는 구조물로서 기체, 액체, 분체, 입체물질 등을 수송하기 위한 용도로 사용되며, 철관, 강관, 스테인리스관, 구리관, 황동관, 납관 등과 같은 금속관, 철근콘크리트관, 석면시멘트관, 세라믹관, 콘크리트관 등과 같은 무기재료관, 경질염화비닐관, 폴리에틸렌관 등의 합성수지관 등이 활용되고 있다.
배관은 수송 유체의 화학적 성질, 유량, 유속, 압력 등 사용 분야의 특수성에 따라 배관의 재료, 직경, 두께 등이 결정되며, 내구성, 수송 유체와의 반응성, 유통성 등을 고려하여 설치되고 있으며, 특히, 금속 소재로 제조한 강관은 고분자 수지를 이용해 제조한 플라스틱 배관에 비해 내구성이 우수하여 폭넓은 용도로 사용되고 있다.
하지만, 강관은 장기간 사용 시 표면, 특히 내면이 쉽게 부식되어 수명이 짧아지게 되고, 지하에 매설되는 강관의 경우 한번 매설되면 교체가 매우 번거로우며, 부식에 따라 배관으로 흐르는 유체의 오염이 발생하는 2차적인 문제가 있어 강관의 내면에 에폭시 수지 도료 등을 도포하여 코팅하거나, 외면에 폴리에틸렌 필름을 피복한 피복 강관을 도입하여 사용하고 있으며, 최근에는 강관의 내구성을 향상시키기 위해 에폭시 수지 도료에 제올라이트 등의 세라믹을 도입하여 코팅층의 물성을 향상시키거나, 에폭시 수지 도료 대신 폴리에틸렌 수지 등의 이종 고분자 수지 도료를 코팅하여 활용하고 있다.
한편, 화염 플라즈마(flame plasma)는, 열 융합 방식에 의해 LPG 또는 LNG 등과 같은 열원 가스를 대기압 하에서 완전 연소시켜 일정한 크기의 플라즈마 구역을 형성하여 피착물의 표면 에너지를 향상시키고, 이로 인해, 이종 소재간 접착력을 향상시킬 수 있어 널리 활용되고 있다.
하지만, 기존에는 플라즈마를 이용해 강관을 표면 처리하여 내구성을 향상시키는 방법에 대한 연구는 미흡하여 이를 보완할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.
한국등록특허 제10-1737408호 (공고일 : 2017.05.19) 한국등록특허 제10-1184344호 (공고일 : 2012.09.20) 한국등록특허 제10-1772004호 (공고일 : 2017.09.05) 한국등록특허 제10-1921894호 (공고일 : 2018.11.26)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 강관용 플라즈마 처리 장치를 이용해 강관의 표면을 단시간에 전처리하여 강관 표면을 세정하고, 표면을 활성화시켜 내구성이 우수한 피복 강관을 제조할 수 있는 방법에 관한 기술내용을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 스케일 침착을 장시간 방지할 수 있어 강관 부식을 효과적으로 예방할 수 있는 피복 강관의 제조방법에 관한 기술내용을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명은, 내면에 코팅층을 형성시켜 피복 강관을 제조하는 방법에 있어서, (a) 강관용 플라즈마 처리 장치를 이용해 화염 플라즈마를 생성하고, 생성한 화염 플라즈마를 이용해 5 내지 25 m/분의 처리 속도로 강관의 내면을 화염 플라즈마로 표면 처리하는 단계; 및 (b) 표면 처리한 강관의 내면에 에폭시 코팅제를 코팅하여 내면 코팅층이 형성된 피복 강관을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 강관용 플라즈마 처리 장치는, 강관 내부에 삽입되고, 상기 강관의 내부를 길이방향을 따라 양방향으로 이동하는 이송축 및 상기 이송축의 일측에 연결되는 지지부재를 포함하는 이송부; 및 상기 지지부재에 1개 이상 설치되고, 플라즈마 버너를 포함하여 상기 강관의 표면을 화염 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리부를 포함하되, 상기 플라즈마 처리부는, 열원가스를 공급하는 열원가스 공급 수단, 공기를 공급하는 공기 공급 수단, 상기 열원가스 공급 수단 및 공기 공급 수단과 연결되어 공급되는 열원가스 및 공기를 연소시켜 화염 플라즈마를 생성하는 플라즈마 버너 및 상기 열원가스 공급 수단 및 공기 공급 수단의 동작을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 피복 강관의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 상기 이송부는, 상기 강관의 하부에 길이방향으로 배치되고, 별도로 동력을 전달받아 상기 강관을 회전시키면서 양방향으로 이송하는 1개 이상의 회전구동롤러; 및 상기 이송축을 지지하는 고정 수단;을 포함하여, 상기 이송축이 상기 강관의 내부를 길이방향을 따라 양방향으로 이동하는 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 상기 이송부는, 직경이 서로 다른 2개 이상의 봉상 이송대가 직경 순으로 포개지게 결합된 구조를 갖는 다단 신축형 이송대를 포함하는 이송축; 상기 다단 신축형 이송대의 길이가 신장되거나 단축되는 구조를 형성하도록 구동시키는 구동수단; 및 상기 이송축을 지지하는 고정 수단;을 포함하여, 상기 이송축이 상기 강관의 내부를 길이방향을 따라 양방향으로 이동하는 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 상기 지지부재는, 직경이 서로 다른 2개 이상의 봉상 지지대가 직경 순으로 포개지게 결합된 구조를 갖는 다단 신축형 지지대; 및 상기 다단 신축형 지지대의 길이가 신장되거나 단축되는 구조를 형성하도록 구동시키는 구동수단을 포함하여, 상기 지지부재가 1종 이상의 직경을 갖는 강관의 곡률에 맞게 길이를 조절하는 구조를 형성할 수 있다.
또한, 상기 단계(b)에서는, 하도 코팅층 및 상도 코팅층을 포함하는 2중층 구조의 내면 코팅층을 형성하고, 상기 2중층 구조의 내면 코팅층은, (i) 전처리한 강관의 내면에 제1 에폭시 코팅제를 50 내지 500 ㎛의 두께로 코팅하여 하도 코팅층을 형성시키는 단계; 및 (ii) 상기 하도 코팅층이 형성된 강관의 내면에 제2 에폭시 코팅제를 150 내지 1,000 ㎛의 두께로 코팅하여 상도 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함하는 방법으로 형성시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 상기 단계(b)에서는, 표면 처리한 강관의 내면에 에폭시 코팅제를 코팅한 다음, 화염 플라즈마를 이용해 상기 내면 코팅층이 형성된 강관의 내면을 10 내지 30 m/분의 처리 속도로 표면 처리하는 후가공 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기에 기재된 피복 강관의 제조방법으로 제조한 내면 코팅층을 포함하는 피복 강관을 제공한다.
본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법은 강관용 플라즈마 처리 장치를 이용해 단시간에 강관의 표면을 화염 플라즈마로 전처리하여 강관 표면을 세정하고, 강관의 표면 에너지를 활성화시켜 에폭시 코팅제의 접착력이 향상되어 내면 코팅층이 쉽게 박리되지 않는 고내구성 피복 강관을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법은 강관의 표면을 화염 플라즈마로 전처리하여 강관 표면을 세정하고, 강관의 표면 에너지를 활성화시켜 에폭시 코팅제의 접착력이 향상되어 내면 코팅층이 쉽게 박리되지 않는 고내구성 피복 강관을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법은 강관의 내면에 하도 코팅층 및 상도 코팅층을 순차적으로 코팅하여 표면 조도가 낮은 내면 코팅층을 형성시킬 수 있어 스케일 침착 및 오염을 장시간 방지할 수 있고 강관 부식을 효과적으로 예방할 수 있다.
또한, 본 발명은 화염 플라즈마 처리를 통해 표면 평활성을 향상시켜 스케일 침착을 효과적으로 방지할 수 있고, 접착력이 향상되어 쉽게 분리되지 않는 고내구성 내면 코팅층이 형성된 피복 강관을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법으로 제조한 피복 강관을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법에 활용될 수 있는 강관용 플라즈마 처리 장치의 제1 예시를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법에 활용될 수 있는 강관용 플라즈마 처리 장치의 제2 예시를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법에 활용될 수 있는 강관용 플라즈마 처리 장치의 제3 예시를 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 강관용 플라즈마 처리 장치의 이송부에 고정된 플라즈마 처리부를 이용해 강관 내면을 표면 처리하는 상태를 나타낸 정면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 플라즈마 처리부를 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법에 활용될 수 있는 강관용 플라즈마 처리 장치의 제4 예시를 나타낸 개념도이다.
도 9는 강관용 플라즈마 처리 장치의 제4 예시를 이용해 강관 내면 및 외면을 각각 표면 처리하는 상태를 나타낸 정면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법은, (a) 강관용 플라즈마 처리 장치를 이용해 화염 플라즈마를 생성하고, 생성한 화염 플라즈마를 이용해 강관의 내면을 화염 플라즈마로 표면 처리하는 단계; 및 (b) 표면 처리한 강관의 내면에 에폭시 코팅제를 코팅하여 내면 코팅층이 형성된 피복 강관을 제조하는 단계;를 포함하여 내면 및 외면에 각각 코팅층을 형성시켜 피복 강관을 제조할 수 있다.
피복 강관의 제조방법에 대해 상세히 살펴보면, 상기 단계 (a)에서는, 강관의 내면을 표면 처리하는 단계로서, 화염 플라즈마를 이용해 강관의 내면을 표면 처리하여 강관 표면에 잔류하는 오염물질을 제거하고, 강관의 표면 에너지를 높여 내면 코팅층의 강관 표면에 대한 접착력, 즉, 부착력을 향상시킬 수 있다.
이를 위해, 본 단계에서는, 플라즈마 버너가 이송되는 속도, 즉, 처리 속도를 조절할 수 있고, 5 내지 25 m/분의 처리 속도로 강관의 내면을 화염 플라즈마로 전처리할 수 있으며, 처리 속도가 5 m/분 미만일 경우 처리 시간이 길어 제조원가가 증가하는 문제가 있고, 25 m/분을 초과할 경우 처리 시간이 짧아 세정이 불충분하게 진행될 우려가 있고, 강관의 표면 에너지를 크게 증가시킬 수 없어 에폭시 코팅제의 접착력을 향상시키기 힘들어 화염 플라즈마 처리로 인한 효과가 미미한 문제가 있다.
화염 플라즈마 기술에 대해 상세히 살펴보면, 화염 플라즈마(flame plasma) 는 열 융합 방식에 의해 미분탄, LPG, LNG 또는 이들의 혼합물 등과 같은 탄화수소계 연료를 대기압 하에서 완전 연소시켜 일정한 크기의 플라즈마 구역을 형성되며, 형성된 화염 플라즈마에 강관 표면을 노출시켜 강관 표면의 오염물을 제거하고, 강관의 표면 에너지를 높여 에폭시 수지 코팅층과 강관 표면의 접합력을 증가시킬 수 있다. 강관용 플라즈마 처리 장치는 화염 플라즈마를 생성하는 통상적인 다양한 화염 플라즈마 생성 장치를 이용해 화염 플라즈마 처리할 수 있다.
화염 플라즈마는 강관 표면을 단시간에 균일하게 처리할 수 있고, 고효율로 표면 잔해의 연마 및 제거가 가능하며, 처리속도가 매우 빠르고, 특별한 장치가 불필요해 경제적이며 사용이 간편할 뿐만 아니라, 우수한 표면 세정 성능, 윤활방지 성능을 나타내고, 표면 에너지를 높여 에폭시 코팅제의 접착력을 향상시킬 수 있어 고내구성 피복 강관을 제조할 수 있다.
또한, 내면 코팅층의 상면에 화염 플라즈마를 처리하는 경우 내면 코팅층의 표면 평활성을 더욱 향상시킬 수 있어 스케일 침착 및 오염을 장시간 방지할 수 있어 강관 부식을 효과적으로 예방할 수 있는 고내구성 피복 강관을 제조할 수 있다.
상기와 같은 화염 플라즈마 표면 처리는 강관용 플라즈마 처리 장치를 이용해 수행할 수 있으며, 장치의 구성은 하기에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
본 단계에서 화염 플라즈마를 이용해 표면 처리하기 위한 강관은 쇼트 블라스팅 또는 샌드 블라스팅 등과 같은 표면 처리 방법을 통해 표면을 연마처리하여 표면에 10 내지 100 ㎛의 일정한 표면 조도를 갖도록 연마처리한 강관을 사용할 수 있다.
또한, 상기 강관은 연마 처리전 탈지, 세척, 산세척, 화성피막처리 등으로 표면 처리한 다음 연마처리한 강관을 사용할 수도 있으며, 이에 제한받는 것은 아니다.
상기한 바와 같은 전처리 강관은 코팅제가 강하게 접착될 수 있어 내구성이 우수한 피복 강관을 제조할 수 있도록 하며, 강관의 내면뿐만 아니라 외면 또한 동일한 처리 방법으로 처리할 수 있다.
한편, 상기 단계(b)에서는, 전처리한 강관의 내면에 에폭시 코팅제를 코팅하여 내면 코팅층이 형성된 피복 강관을 제조하는 단계이다.
본 단계에서는 스프레이 코팅, 분체 도장 등과 같이 강관 내면을 코팅하기 위해 활용되는 통상적인 다양한 방법을 이용해 에폭시 코팅제를 코팅하여 내면 코팅층을 형성시킬 수 있고, 내면 코팅층은 두께가 200 내지 1,500 ㎛가 되도록 코팅할 수 있다.
내면 코팅층의 두께가 200 ㎛ 미만일 경우 은폐력이 불충분하고, 1,500 ㎛를 초과하는 경우 추가적인 물성 향상을 기대하기 힘들며, 도장시 코팅층이 밀리는 현상이 발생되어 표면 평활성이 낮은 내면 코팅층이 형성되는 문제가 있다.
또한, 에폭시 코팅제는 부착성, 기계적 특성, 내화학성 등이 우수한 통상적인 다양한 에폭시 코팅제를 이용할 수 있고, 에폭시 코팅제를 강관 내면에 코팅한 다음 경화시켜 내면 코팅층을 형성시킬 수 있다.
일례로, 에폭시 코팅제는 다음과 같은 제1 에폭시 코팅제 또는 제2 에폭시 코팅제를 단독으로 코팅하여 단층 타입의 내면 코팅층을 형성시키거나, 제1 에폭시 코팅제 및 제2 에폭시 코팅제를 순차적으로 코팅하여 2중층 구조를 갖는 적층 타입의 내면 코팅층을 형성시킬 수도 있다.
에폭시 코팅제의 구성에 대해 상세히 살펴보면, 제1 에폭시 코팅제는 제1 주제 및 경화제를 포함하는 혼합물을 사용할 수 있다.
구체적으로, 제1 주제는 4,4'-(1-메틸에틸리덴)비스페놀 및 (클로로메틸)옥시란의 중합체(4,4'-(1-methylethylidene)bisphenol polymer with (chloromethyl)oxirane), 석영(quartz, SiO2), 캐슈너트 외피유 및 에피클로로히드린의 중합체(Cashew, nutshell liq., polymer with epichlorohydrin, OHS53097), 트리메톡시-[3-(옥시란일메톡시)프로필]실란(Silane, trimethoxy[3-(oxiranylmethoxy)propyl]-), 이산화티탄(TiO2), 포름알데히드, (클로로메틸)옥시란 및 페놀의 중합체(formaldehyde polymer with (chloromethyl)oxirane and phenol)과 방청안료를 포함하는 혼합물을 사용할 수 있다.
제1 주제의 구성성분에 관해 상세히 살펴보면, 4,4'-(1-메틸에틸리덴)비스페놀 및 (클로로메틸)옥시란의 중합체는 에폭시 수지의 일종으로 경화되어 내면 코팅층 도막을 형성하는 역할을 하며, 제1 주제 100 중량부 대비 20 내지 50 중량부의 비율로 혼합될 수 있다.
4,4'-(1-메틸에틸리덴)비스페놀 및 (클로로메틸)옥시란의 중합체의 함량이 20 중량부 미만일 경우 도막의 기계적 물성과 내화학성 등의 특성이 저하되는 문제가 있고, 50 중량부를 초과할 경우 점도가 증가하여 작업성이 저하될 우려가 있다.
석영은 실리카 또는 이산화규소를 주요 성분으로 함유하며, 내면 코팅층의 내열성, 내구성, 내마모성, 칙소성, 강도 등을 향상시킬 수 있는 충전제로서의 역할을 하며, 제1 주제의 점도 및 작업성을 조절할 수 있으며, 10 내지 40 중량부의 비율로 혼합될 수 있다.
석영의 함량이 10 중량부 미만일 경우 물성 향상을 기대하기 어렵고, 40 중량부를 초과할 경우 하도 코팅층 도막의 내구성이 저하될 우려가 있다.
캐슈너트 외피유 및 에피클로로히드린의 중합체는 불포화 탄화수소인 페놀 유도체를 포함하는 캐슈너트 외피유, 즉 카다놀에 에피클로로히드린을 반응시켜 제조한 것으로 페놀기의 산소가 하나의 에폭시 작용기를 갖는 탄화수소 화합물과 결합되어 다중 작용기를 갖게 되며, 사슬 내 이중 결합을 1개 이상 포함하여 가교를 위한 작용기를 부여해 가교성을 향상시키고, 우수한 기계적 물성, 유연성, 내가수분해성, 내열성, 내굴곡성을 갖는 하도 코팅층을 형성시킬 수 있다.
캐슈너트 외피유 및 에피클로로히드린의 중합체는 5 내지 30 중량부의 비율로 혼합될 수 있으며, 5 중량부 미만의 비율로 포함될 경우 가교성이 떨어지고 물성 향상을 기대하기 어려우며, 30 중량부를 초과할 경우 기계적 물성이 저하될 우려가 있다.
트리메톡시-[3-(옥시란일메톡시)프로필]실란은 실란 함유 화합물로서 제1 에폭시 코팅제의 강관 내면에 대한 접착력을 향상시키고, 도막의 내수성 및 장기 내구성을 향상시키는 역할을 하며, 1 내지 20 중량부의 비율로 혼합될 수 있다.
트리메톡시-[3-(옥시란일메톡시)프로필]실란의 함량이 1 중량부 미만일 경우 하도 코팅층의 접착력 향상을 기대하기 어렵고, 20 중량부를 초과할 경우 추가적인 물성 향상을 기대하기 어렵다.
이산화티탄은 백색 분말로 제1 주제의 내화학성 및 자외선에 대한 저항성을 향상시키고, 백색 안료로서 백색 도막을 형성시키는 역할을 하며, 제1 주제 100 중량부 대비 1 내지 20 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 이산화티탄은 루타일 타입, 아나타제 타입 또는 이들의 혼합물을 포함하는 이산화티탄 분말을 도입할 수 있으며, 바람직하게는, 루타일 이산화티탄을 활용할 수 있다.
이산화티탄의 함량이 1 중량부 미만일 경우 색상 부여가 어렵고, 20 중량부를 초과할 경우 제1 에폭시 코팅제의 탄성과 부착성이 저하될 우려가 있다.
포름알데히드, (클로로메틸)옥시란 및 페놀의 중합체는 개환 중합이 가능한 옥시란 환 및 페놀기를 포함하는 에폭사이드계 유기화합물로서, 에폭시 그룹을 함유하여 제1 주제 및 경화제와의 반응성을 촉진시키고 도막의 접착력을 강화시키며, 수증기와 산소의 투과율을 낮추어 내부식성을 부여하는 역할을 하여 장기 내구성이 우수한 도막을 형성시킬 수 있다.
포름알데히드, (클로로메틸)옥시란 및 페놀의 중합체는 1 내지 20 중량부의 비율로 혼합될 수 있으며, 1 중량부 미만 함유될 경우 반응성과 접착력이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 20 중량부를 초과할 경우 추가적인 물성 향상을 기대하기 어렵다.
방청안료는 하도 코팅층 도막에 방청 성능을 부여하여 강관의 내부식성을 향상시키는 역할을 하며, 인산아연, 산화아연, 인산화칼슘, 운모형 산화철, 알루미늄, 망간, 아연, 몰리브덴 불소 등의 인산염 용액, 헥사 암모늄 헵타 몰리브데이트 하이드레이트의 인산 수용액, 소다의 인산염 수용액 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기와 같은 방청안료는 1 내지 20 중량부의 비율로 포함될 수 있으며, 방청안료의 함량이 1 중량부 미만일 경우 충분한 방청 성능을 기대하기 어렵고, 20 중량부를 초과할 경우 하도 코팅층 도막의 내구성이 저하될 우려가 있다.
또한, 제1 주제는 도막의 물성을 향상시키기 위해서, 첨가제를 추가로 포함하도록 구성할 수 있으며, 첨가제는, 접착성, 분산성, 내수성, 소포성, 내후성, 자외선 저항성, 내구성, 방청성, 가소성, 작업성 등을 조절하기 위해 첨가하며, 계면활성제, 산화방지제, 침전방지제, 감수제, 지연제, 난연제, 소포제, 결합제, 가소제, 안료 또는 이들의 혼합물을 도입할 수 있다.
첨가제는 제1 주제의 물성에 악영향을 미치지 않는 범위로 첨가될 수 있고, 1 내지 10 중량부의 비율로 포함될 수 있다.
한편, 제1 에폭시 코팅제에 포함되는 경화제는, 캐슈너트 외피유, 에틸렌디아민 및 포름알데히드의 중합체, 벤질 알코올(Benzyl alcohol), 석영, 3-아미노메틸-3,5,5-트라이메틸사이클로헥실아민(3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylamine; isophorone diamine), 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane) 및 에틸렌디아민을 포함하는 혼합물을 사용할 수 있다.
구체적으로, 캐슈너트 외피유, 에틸렌디아민 및 포름알데히드의 중합체는 카르다놀(cardanol) 유도체인 캐슈너트 외피유, 폴리아민인 에틸렌디아민과 알데히드기를 포함하는 포름알데히드를 포함하는 중합체로 만니히 염기성 경화제(Mannich base curing agent)로서 통상적인 경화제에 비해 저온에서 경화를 촉진시킬 수 있는 저온 속경화성을 나타내어 경화를 위해 필요한 에너지 소모를 절감할 수 있다.
캐슈너트 외피유, 에틸렌디아민 및 포름알데히드의 중합체는 40 내지 70 중량부의 비율로 포함될 수 있으며, 이의 함량이 40 중량부 미만일 경우 경화시간이 증가하는 문제가 있고, 70 중량부를 초과하는 경우 도막의 외관 및 기계적 물성이 저하될 우려가 있다.
벤질 알코올은 비반응성 희석제로서 에폭시 코팅제의 유동성을 높이고 점도 및 작업성을 조절하는 역할을 하며, 경화제의 저장 안정성을 조절할 수 있다.
벤질 알코올은 5 내지 30 중량부의 비율로 포함될 수 있으며, 이의 함량이 5 중량부 미만일 경우 점도가 높아 작업성이 저하될 우려가 있고, 30 중량부를 초과할 경우 에폭시 코팅제의 점도가 저하되어 충분한 두께의 도막을 형성시키기 어렵고, 저장 안정성이 저하될 우려가 있다.
석영은 실리카 또는 이산화규소를 주요 성분으로 함유하며, 내면 코팅층의 내열성, 내구성, 내마모성, 칙소성, 강도 등을 향상시킬 수 있는 충전제로서의 역할을 하며, 에폭시 코팅제 및 경화제의 점도 및 작업성을 조절할 수 있으며, 5 내지 30 중량부의 비율로 혼합될 수 있다.
3-아미노메틸-3,5,5-트라이메틸사이클로헥실아민은 변성 지환족 아민으로 에폭시 코팅제의 경화를 촉진시키는 역할을 하며, 도막의 기계적 물성과 내화학성을 향상시킬 수 있다.
3-아미노메틸-3,5,5-트라이메틸사이클로헥실아민은 1 내지 20 중량부의 비율로 혼합될 수 있으며, 이의 함량이 1 중량부 미만일 경우 경화속도를 촉진시키기 힘들고, 20 중량부를 초과할 경우 도막의 강도는 증가하지만 도막의 표면 조도가 증가하여 평활성이 저하될 우려가 있다.
3-아미노프로필트리에톡시실란은 가수 분해성 트리 알킬 그룹을 갖는 3관능성 실란 커플링제로 주제의 경화를 촉진시키고, 베리어성과 내식성이 우수한 도막을 형성시키는 역할을 하며, 또한, 제1 에폭시 코팅제 및 제2 에폭시 코팅제가 형성하는 코팅층간의 밀착력을 향상시켜 접합력이 우수한 내면 코팅층을 형성시킬 수 있다.
3-아미노프로필트리에톡시실란은 1 내지 20 중량부의 비율로 포함될 수 있으며, 이의 함량이 1 중량부 미만일 경우 물성향상을 기대하기 어렵고, 20 중량부를 초과할 경우 도막의 평활성이 저하될 우려가 있다.
에틸렌디아민은 지방족 아민류로 반응성 아민기를 포함하여 주제의 경화를 촉진시킬 수 있는 비방향족 경화제이며, 1 내지 10 중량부의 비율로 혼합될 수 있다.
상기와 같은 제1 주제 및 경화제를 포함하는 제1 에폭시 코팅제는 강관의 내면에 부착성이 우수하고, 방청성을 가지고 있어 장시간 동안 강관의 부식을 방지할 수 있는 내면 코팅층을 형성할 수 있다.
또한, 제2 에폭시 코팅제는 제2 주제 및 경화제를 포함하는 혼합물을 사용할 수 있다.
구체적으로, 제2 주제는, 4,4'-(1-메틸에틸리덴)비스페놀 및 (클로로메틸)옥시란의 중합체, 석영, 캐슈너트 외피유 및 에피클로로히드린의 중합체, 트리메톡시-[3-(옥시란일메톡시)프로필]실란, 이산화티탄, 포름알데히드, (클로로메틸)옥시란 및 페놀의 중합체와 실리콘계 첨가제를 포함하는 혼합물을 사용할 수 있다.
구체적으로, 제2 주제에 포함되는 실리콘계 첨가제는 도막의 표면 장력을 저하시키고, 오염물의 부착을 방지하며, 도막의 내블로킹성, 내스크레치성을 향상시킬 수도 있다.
또한, 실리콘계 첨가제는 실록산 결합 성분이 함유되어 하도 코팅층과 부착성이 우수하며, 제2 에폭시 코팅제의 슬립성을 향상시켜 불규칙한 하도 코팅층 표면에도 쉽게 충진되어 표면 조도가 낮아 평활성이 우수한 상도 코팅층을 형성시킬 수 있다.
상기 실리콘계 첨가제는 폴리에테르 실록산 공중합체, 유기 변성 폴리실록산, 폴리에테르 변성 디메틸폴리실록산 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 제2 주제에 1 내지 10 중량부의 비율로 포함될 수 있다.
실리콘 첨가제의 함량이 1 중량부 미만일 경우 충분한 물성 향상을 기대하기 어렵고, 10 중량부를 초과할 경우 도막의 작업성을 저하시킬 수 있고 내마모성, 발수성, 내스크레치성 등의 물성을 저하시킬 우려가 있다.
바람직하게는, 실리콘 첨가제는 폴리에테르 변성 디메틸폴리실록산일 수 있으며, 폴리에테르 변성 디메틸폴리실록산은 구조내에 메틸기가 많이 함유 되어 있고, 상기 메틸기가 도막의 표면장력을 낮추어 슬립성을 더욱 향상시킬 수 있다.
폴리에테르 변성 디메틸폴리실록산은 BYK社의 BYK-333(상품명), BYK-306(상품명), BYK-341(상품명), BYK-344(상품명), BYK-377(상품명), BYK-322(상품명), BYK-340(상품명) 등을 대표적인 예로 들 수 있다.
또한, 상기 제2 주제는 첨가제를 추가로 포함하도록 구성할 수 있으며, 첨가제는, 접착성, 분산성, 내수성, 소포성, 내후성, 자외선 저항성, 내구성, 방청성, 가소성, 작업성 등을 조절하기 위해 첨가하며, 계면활성제, 산화방지제, 침전방지제, 감수제, 지연제, 난연제, 소포제, 결합제, 가소제, 안료 또는 이들의 혼합물을 도입할 수 있다.
첨가제는 제2 주제의 물성에 악영향을 미치지 않는 범위로 첨가될 수 있고, 1 내지 10 중량부의 비율로 포함될 수 있다.
또한, 경화제는 전술한 제1 에폭시 코팅제에 함유된 경화제와 동일한 것을 사용할 수 있다.
상기와 같은 제2 주제 및 경화제를 포함하는 제2 에폭시 코팅제는 표면 조도가 낮아 표면 평활성이 우수한 내면 코팅층을 형성시킬 수 있으며, 상도 코팅층은 슬립성을 가지고 있어 오염물이 쉽게 침착되지 않아 장시간 동안 강관의 부식을 방지할 수 있는 내면 코팅층을 형성할 수 있다.
또한, 본 단계에서는, 내면 코팅층의 표면 평활성을 향상시키기 위해서, 전처리한 강관의 내면에 상기 에폭시 코팅제를 코팅한 다음, 화염 플라즈마를 이용해 강관의 내면을 10 내지 30 m/분의 처리 속도로 표면 처리하는 마감 처리 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
상기와 같이 에폭시 코팅제를 코팅한 코팅층을 화염 플라즈마로 마감 처리하면, 내면 코팅층 상에 형성된 돌출부, 함몰부 등이 제거되어 내면 코팅층의 표면 조도를 낮추고 표면 평활성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이를 위해, 플라즈마 표면 처리 단계는 화염 플라즈마를 이용해 내면 코팅층이 형성된 강관의 내면을 10 내지 30 m/분의 처리 속도로 수행할 수 있으며, 상기 처리 시간이 10 m/분 미만일 경우 화염 플라즈마에 의해 내면 코팅층이 탄화되어 물성이 저하될 우려가 있고, 30 m/분을 초과할 경우 처리 속도가 빨라 표면 평활성 개선 효과를 기대하기 힘들다는 문제가 있으며, 바람직하게는, 12 내지 24 m/분의 속도로 플라즈마 표면 처리할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 본 단계에서는, 우수한 슬립성을 나타내어 균일한 두께를 가질 수 있게 하고, 표면 평활성이 우수해 장시간 동안 스케일 침착이 방지되어 물 때 등이 쉽게 끼지 않아 부식을 효과적으로 방지할 수 있는 내면 코팅층을 형성시킬 수 있도록 2중층 구조를 갖는 적층 타입의 내면 코팅층을 형성시킬 수 있다.
상기 내면 코팅층은 하도 코팅층 및 상도 코팅층을 포함하는 2중층 구조를 가지며, 상기 2중층 구조의 내면 코팅층은, (i) 전처리한 강관의 내면에 제1 에폭시 코팅제를 50 내지 500 ㎛의 두께로 코팅하여 하도 코팅층을 형성시키는 단계; 및 (ii) 상기 하도 코팅층이 형성된 강관의 내면에 제2 에폭시 코팅제를 150 내지 1,000 ㎛의 두께로 코팅하여 상도 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함하는 방법으로 형성시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 (i)에서는, 전처리한 강관의 내면에 제1 에폭시 코팅제를 강관의 내면에 코팅하여 50 내지 500 ㎛ 두께의 하도 코팅층을 형성시킬 수 있으며, 스프레이 코팅 등과 같은 통상적인 다양한 코팅 방법으로 코팅할 수 있다.
하도 코팅층의 두께가 50 ㎛ 미만일 경우 강관 내면에 충분한 방청 성능을 부여하기 힘들다는 문제가 있고, 500 ㎛를 초과할 경우 추가적인 물성 향상을 기대하기 어렵고, 제1 에폭시 코팅제 코팅시 불균일한 두께의 도막이 형성될 우려가 있다.
또한, 제1 에폭시 코팅제는 점도가 20,000 내지 100,000 cps인 것을 사용할 수 있으며, 제1 에폭시 코팅제의 점도가 20,000 cps 미만일 경우 경화 시간이 길어지고, 코팅시 도막이 흘러내려 불균일한 두께의 도막이 형성될 우려가 있고, 100,000 cps를 초과할 경우 점도가 높아 강관 내면에 충분히 접착되기 어렵고, 하도 코팅층 도막에 균열이 발생되거나 작업성이 저하될 우려가 있다.
특히, 제1 에폭시 코팅제는 제1 주제 및 경화제를 각각 5:1 내지 1:1의 부피비로 포함하는 혼합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 제1 주제 및 경화제를 3:1 내지 3:2의 비율로 포함하는 혼합물을 사용할 수 있으며, 이에 의해, 방청성, 내굴곡성, 접착성, 내화학성 등의 물성이 우수한 하도 코팅층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 단계(ii)는, 하도 코팅층이 형성된 강관의 내면에 제2 에폭시 코팅제를 코팅하여 상도 코팅층을 형성시키는 단계로서, 스프레이 코팅 등과 같은 통상적인 다양한 코팅 방법으로 코팅할 수 있다.
상도 코팅층의 두께가 150 ㎛ 미만일 경우 충분한 은폐력을 부여하기 힘들고, 1000 ㎛를 초과할 경우 코팅시 상도 코팅층이 하도 코팅층과 충분히 접착되기 어렵고, 코팅층의 유동성이 증가하여 코팅층이 흘러내리는 밀림 현상이 발생하여 균일한 두께를 갖는 상도 코팅층을 형성시키기 힘든 문제가 있다.
특히, 상기 제2 에폭시 코팅제는 제2 주제 및 경화제를 각각 2:1 내지 1:1의 부피비로 포함하는 혼합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 제2 주제 및 경화제를 3:2 내지 1:1의 비율로 포함하는 혼합물을 사용할 수 있고, 이에 의해, 내구성, 접착성, 내화학성, 표면 평활성 등의 물성이 우수할 뿐만 아니라, 하도 코팅층과 접착력이 우수한 상도 코팅층을 형성할 수 있다.
본 단계에서 사용하는 제2 에폭시 코팅제는 3,000 내지 50,000 cps인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 제2 에폭시 코팅제의 점도가 3,000 cps 미만일 경우 경화 시간이 길어지고, 코팅시 도막이 밀려 불균일한 두께의 도막이 형성될 우려가 있고, 50,000 cps를 초과할 경우 점도가 높아 강관 내면에 충분히 접착되기 어렵고, 상도 코팅층 도막에 균열이 발생되거나 작업성이 저하될 우려가 있다.
이에 따라, 본 단계에서는, 방청 성능이 우수하고 점도가 높은 제1 에폭시 코팅제와 슬립성이 우수하고 점도가 낮은 제2 에폭시 코팅제의 이종 에폭시 코팅제를 활용하여 하도 코팅층 및 상도 코팅층의 2중층 구조의 내면 코팅층을 형성하도록 하며, 이와 같이 2중층 구조의 내면 코팅층을 형성시킬 경우 내면 코팅층은 강관 표면에 대해 우수한 부착력을 나타낼 수 있고, 점도가 서로 상이한 이종 점도의 에폭시 코팅제를 사용함에 따라 표면 평활성이 향상되어 표면 조도가 낮은 내면 코팅층을 형성시킬 수 있어 스케일 침착을 장시간 방지할 수 있어 부식이 장시간 동안 발생되지 않는 피복 강관을 제조할 수 있다.
특히, 제1 에폭시 코팅제 및 제2 에폭시 코팅제는 무용제형으로 인체에 유해한 유기용제의 포함함량이 낮은 비오염성 코팅제로서 친환경성을 달성할 수 있으며, 표면 평활성이 우수해 장시간 동안 스케일 침착이 방지되어 물 때 등이 쉽게 끼지 않아 부식을 효과적으로 방지할 수 있는 내면 코팅층을 형성시킬 수 있어 피복 강관의 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 상기 단계(ii)에서는, 상기 제2 에폭시 코팅제를 코팅한 다음, 화염 플라즈마를 이용해 강관의 내면을 10 내지 30 m/분의 처리 속도로 표면 처리하는 마감 처리 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
상기와 같이 하도 코팅층 및 상도 코팅층을 포함하는 2중층 구조의 내면 코팅층을 화염 플라즈마로 마감 처리하면, 상도 코팅층 상에 형성된 돌출부, 함몰부 등이 제거되어 상도 코팅층의 표면 조도를 낮추고 표면 평활성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이를 위해, 플라즈마 표면 처리 단계는 화염 플라즈마를 이용해 내면 코팅층이 형성된 강관의 내면을 10 내지 30 m/분의 처리 속도로 수행할 수 있으며, 상기 처리 시간이 10 m/분 미만일 경우 화염 플라즈마에 의해 내면 코팅층이 탄화되어 물성이 저하될 우려가 있고, 30 m/분을 초과할 경우 처리 속도가 빨라 표면 평활성 개선 효과를 기대하기 힘들다는 문제가 있으며, 바람직하게는, 12 내지 24 m/분의 속도로 플라즈마 표면 처리할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기에 기재된 피복 강관의 제조방법으로 제조한 내면 코팅층을 포함하는 피복 강관을 제공한다.
도 2는 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법으로 제조한 피복 강관(1, 1′)을 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하여 본 발명에 따른 피복 강관(1, 1′)의 제조방법으로 제조하는 피복 강관(1, 1′)의 구조를 상세히 살펴보면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 피복 강관(1)은 내면 및 외면에 각각 코팅층이 형성된 구조를 가지며, 강관(steel pipe)의 외면에 형성된 에폭시 코팅층(outer epoxy coating layer), 상기 에폭시 코팅층의 상면에 형성된 접착제층(adhesive layer) 및 상기 접착제층의 상면에 형성된 폴리에틸렌 필름층(PE flim layer)을 포함하는 3층 구조의 외부 코팅층을 포함할 수 있고, 강관의 내면에는 2중층 구조의 내면 에폭시 코팅층(inner epoxy coating layer)이 형성된 구조를 갖는 PE 피복 강관(1)일 수 있다(도 2(a) 참조).
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 피복 강관(1′)은 강관(steel pipe)의 외면에 형성된 접착제층(adhesive layer), 상기 접착제층의 상면에 형성된 폴리에틸렌 수지 코팅층(PE layer) 및 상기 폴리에틸렌 수지 코팅층의 상면에 형성된 폴리에틸렌 필름층(PE flim layer)을 포함하는 3층 구조의 외부 코팅층을 포함할 수 있고, 강관의 내면에는 2중층 구조의 내면 에폭시 코팅층(inner epoxy coating layer)이 형성된 구조를 갖는 PE 피복 강관(1′)일 수 있다(도 2(b) 참조).
상기와 같은 구조를 갖는 피복 강관(1, 1′)은 양측이 개방된 구조를 가지고, 내부에 유체가 흐르도록 관통 형성된 중공을 포함하는 구조를 갖는 강관(steel pipe)을 이용해 제조할 수 있으며, 강관(steel pipe)은 탄소강 강관, 스테인리스강 강관, 아연도금 강관, 주철관 등과 같이 부식성을 나타내는 통상적인 다양한 금속을 이용해 제조한 금속관일 수 있고, 바람직하게는, 탄소강 강관일 수 있고, 송수관, 배수관, 송유관, 전선관, 가스이송관 등의 용도로 활용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법에서는, 다음과 같은 강관용 플라즈마 처리 장치(10)를 이용해 단시간에 대면적 강관을 균일하게 표면 처리할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법에 활용될 수 있는 강관용 플라즈마 처리 장치(10)의 제1 예시를 나타낸 개념도이고, 도 4는, 강관용 플라즈마 처리 장치(10′)의 제2 예시를 나타낸 개념도이며, 도 5는, 강관용 플라즈마 처리 장치(10″)의 제3 예시를 나타낸 개념도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 강관용 플라즈마 처리 장치(10, 10′, 10″)는 이송부(100, 100′) 및 플라즈마 처리부(300)를 포함하는 구조를 가지며, 이송부(100, 100′)는 강관(P)의 내면에 삽입되고, 강관(P)의 내면을 길이방향을 따라 이동하는 구조를 형성할 수 있고, 플라즈마 처리부(300)가 장착되어 지지되는 구조를 형성하여 강관(P)의 내면을 화염 플라즈마로 표면 처리할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리부(300)는, 상기 이송부(100, 100′)에 장착되고 화염 플라즈마를 생성하여 강관의 내면을 표면 처리할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 강관용 플라즈마 처리 장치(10)는, 이송부(100) 및 플라즈마 처리부(300)를 포함하고, 이송부(100)는 이송축(110), 고정 수단(120) 및 지지부재(150)를 포함하며, 이송축(110)은 강관(P)의 내면에 삽입되고, 상기 강관(P)의 내면을 길이방향을 따라 이동하는 구조를 형성할 수 있고, 플라즈마 처리부(300)는 장착되어 지지되는 구조를 형성하여 강관(P)의 내면을 화염 플라즈마로 표면 처리할 수 있다.
이송부(100)을 구성하는 이송축(110)은 강관(P)의 내부 수용공간에 삽입되어 후술할 플라즈마 처리부(300)가 강관(P) 내면에 위치하도록 지지할 수 있으며, 봉상의 구조물을 포함할 수 있다.
고정 수단(120)은 이송축(110)이 강관의 내면에 삽입될 수 있도록 이송축(110)의 일단을 고정하는 역할을 하며, 미리 설정된 위치에 설치될 수 있다.
지지부재(150)는, 이송축(110)의 일측에 설치되고, 플라즈마 처리부(300)가 고정되며, 플라즈마 처리부(300)를 이송축(110)에 고정하여 지지하는 역할을 한다.
이송부(100)는, 강관(P)의 하부에 길이방향으로 배치되고, 별도로 동력을 전달받아 강관(P)의 하부에서 강관(P)을 회전시키면서 양방향으로 이송하는 1개 이상의 회전구동롤러(R), 이송축(110) 및 이송축을 지지하는 고정 수단(120)을 포함하는 구조를 가져 이송축(110)이 강관(P) 내부에 길이방향을 따라 이동하는 구조를 형성할 수 있다. 또한, 이와 같은 구조를 갖는 이송부(110)은 이탈방지 가이드(미도시)가 구비되어 강관을 측부 또는 하부에서 지지하는 구조를 형성할 수 있으며, 이탈방지 가이드는 회전구동롤러(R)에 의해 회전 이동하는 과정 중에 강관(P)이 회전구동롤러(R)에서 이탈되는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 강관용 플라즈마 처리 장치(10′)에서, 이송부(100′)는 구동모터나 유압실린더 등의 구동수단에 의해 길이가 신장되거나 단축되는 구조를 형성하는 이송축(110′)이 구비되며, 이송축(110′)은 2개 이상의 다단 신축형 이송대(111′)가 연결된 구조를 갖는다.
구체적으로, 다단 신축형 이송대(111′)는 직경이 서로 다른 다수의 이송대가 직경 순으로 포개지게 결합된 구조로 이루어져 고정 수단(120)에 결합될 수 있고, 이로 인해, 이송축(110′)이 강관 내부 및 외부로 인출입 가능한 구조를 형성할 수 있다. 또한, 다단 신축형 이송대(111′)는 끝단에 360° 회전이 가능한 회전 부재(113′)가 결합되고, 후술할 지지부재(150)가 결합되어 지지부재(150)에 결합된 플라즈마 처리부(300)는 강관 내부 표면을 360°에 걸쳐 표면 처리할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 강관용 플라즈마 처리 장치(10″)에서, 이송부(100″)는 구동모터나 유압실린더 등의 구동수단에 의해 길이가 신장되거나 단축되는 구조를 형성하는 다단 신축형 이송대(111′)를 포함하는 이송축(110″)이 구비되어 강관의 내면을 양방향으로 이동하는 구조를 형성할 수 있다. 또한, 이송부(100″)는 강관(P)의 하부에 길이방향으로 배치되고, 별도로 동력을 전달받아 강관(P)의 하부에서 강관(P)을 회전시키면서 양방향으로 이송하는 1개 이상의 회전구동롤러(R′)를 포함할 수 있으며, 이에 의해, 다단 신축형 이송대(111″)가 강관(P) 내부에 길이방향을 따라 이동하는 구조를 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 강관용 플라즈마 처리 장치(10, 10′, 10″)는 이송축(110)이 강관(P) 내부에 길이방향을 따라 이동하는 구조를 형성하기 위해서 강관(P)을 회전 이동시키거나, 이송축(110′) 자체가 강관 내부로 인입 및 인출되는 형태로 이송부(100, 100′)을 상이하게 구현할 수 있으며, 이송축(110)이 고정된 타입의 제1 예시의 경우 강관(P)이 회전하면서 이송이 가능한 구조를 형성하고, 제2 예시의 경우 강관(P)이 고정된 상태에서 강관 내부를 이송축(110′)이 회전하면서 이동하는 구조를 형성하며, 제3 예시의 경우 이송대가 강관의 내면을 길이 방향으로 이동하는 구조를 형성하고, 구동롤러(R′)가 구동하여 강관을 회전 이동시키는 구조를 형성하여 강관 내부 표면을 360°에 걸쳐 표면 처리하는 구조를 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 강관용 플라즈마 처리 장치(10, 10′)의 이송부(100, 100′)에 고정된 플라즈마 처리부(300)를 이용해 강관(P) 내면을 표면 처리하는 상태를 나타낸 정면도이다.
도 6을 참조하면, 이송부(100, 100′)는 이송축(110, 110′)과 연결되는 지지부재(150)를 포함하며, 지지부재(150)의 일단에 강관용 플라즈마 처리부(300)는 고정되는 구조를 형성하게 되며, 지지부재(150)에 고정된 강관용 플라즈마 처리부(300)은 강관의 내면을 향하는 방향으로 설치되어 강관 내면에 화염 플라즈마를 토출할 수 있다.
또한, 지지부재(150)는 유압 방식 등을 이용해 신축이 가능한 구조를 형성하여 인입 또는 인출을 통해 길이 조절이 가능한 구조를 형성하며, 이로 인해, 직경이 상이한 강관에 도입하는 경우에도 강관의 곡률에 맞게 지지부재(150)의 길이를 조절하여 플라즈마 표면 처리를 수행할 수 있다.
구체적으로, 지지부재(150)는 다단 신축형 지지대(151)와 다단 신축형 지지대(151)의 신축을 위한 구동력을 발생시키는 구동모터나 유압실린더 등의 구동수단을 포함하며, 다단 신축형 지지대(151)는 직경이 서로 다른 봉상의 지지대가 2개 이상 직경 순으로 포개지게 결합된 구조로 이루어져 이송축(110)에 결합될 수 있다.
지지부재(150)는 이송부(110)에 장착되는 강관용 플라즈마 처리부(300)의 개수에 따라 1개 이상 구비될 수 있고, 강관 내부 표면을 360°에 걸쳐 표면 처리하는 속도를 높여 처리 시간을 단축하기 위해서, 2 내지 6개가 구비될 수 있다.
그리고, 이송부(100)는 상기 지지부재(150)의 일측에 결합되는 흡입 수단(미도시)을 추가로 포함하도록 구성할 수 있으며, 흡입 수단을 통해 플라즈마 처리부로 강관 내면을 표면 처리한 다음, 강관 내부에 잔류하는 오염물, 잔류물 등을 흡입하여 회수 또는 폐기하도록 구성할 수도 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 이송부(100, 100′, 110″)는 이송축(110, 110′, 110″)의 일측에 고정 설치된 1개 이상의 플라즈마 처리부(300)는 강관(P)의 내부로 인입 및 인출되는 구조를 형성할 수 있어, 강관(P) 내부를 화염 플라즈마로 표면 처리할 수 있도록 하며, 이로 인해, 수작업에 의한 표면 처리를 배제함으로 인해 작업성의 편리함을 제공함과 동시에 생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한다.
한편, 도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 플라즈마 처리부(300)를 나타낸 개념도이다.
도 7을 참조하면, 플라즈마 처리부(300)는 상기 이송부(100, 100′, 110″)의 지지부재(150)에 설치되고, 1개 이상의 플라즈마 버너(330)가 구비되어 강관의 표면에 화염 플라즈마를 분사해 표면 처리할 수 있도록 한다.
이를 위해, 플라즈마 처리부(300)는 열원가스 공급 수단(310), 공기 공급 수단(320), 플라즈마 버너(330) 및 제어수단(340)을 포함하는 구조를 갖는다.
구체적으로, 열원가스 공급 수단(310)은 열원가스를 플라즈마 버너에 공급하여 화염 플라즈마를 발생시키도록 하며, 열원가스는 LNG, LPG, 미분탄 등과 같은 탄화수소계 연료를 포함할 수 있고, 탄화수소계 연료를 저장하는 열원가스 저장탱크가 구비되고, 열원가스 저장탱크 및 플라즈마 버너(330)와 연결되는 가스 공급배관(SP1)이 구비되어 플라즈마 버너(330)로 열원가스를 공급할 수 있다. 열원가스 공급 수단(310)은 후술할 제어수단(340)에 의해 제어되고, 가스 공급배관(SP1)의 일측에 구비되는 제1 제어벨브(V1)가 구비되어 열원가스의 공급량을 조절할 수 있고 가스 유량 측정기(F1)가 구비되어 열원가스의 유량을 측정할 수 있다.
공기 공급 수단(320)은 열원가스의 연소를 위해 플라즈마 버너(330)에 공기를 공급하며, 플라즈마 버너(330)와 연결되는 공기 공급배관(SP2)이 구비되어 플라즈마 버너(330)로 공기를 공급할 수 있다. 공기 공급 수단(320)은 압축 공기를 공급할 수 있고, 후술할 제어수단(340)에 의해 제어되고, 공기 공급배관(SP2)의 일측에 구비되는 제2 제어벨브(V2)가 구비되어 열원가스의 공급량을 조절할 수 있고 공기 유량 측정기(F2)가 구비되어 공급되는 공기의 유량을 측정할 수 있다.
플라즈마 버너(330)는 열원가스를 연소시켜 화염 플라즈마를 분출해 강관 표면을 세정하고, 표면에너지를 증가시켜 활성화시킬 수 있으며, 플라즈마 버너(330)는 1개 이상 구비되어 대면적 강관을 표면처리할 수 있다.
이를 위해, 플라즈마 버너(330)는 하우징(331), 전극(333) 및 노즐(335)을 포함하는 구조를 갖는다.
하우징(331)은 전기적으로 접지되며, 내부에 수용공간이 형성되어 열원가스 및 공기가 유입되는 통로를 제공할 수 있고, 일면에 1개 이상의 배출공이 관통 형성된 배출구(335)가 형성되어 열원가스 및 공기를 토출시킬 수 있으며, 배출구(335)의 일측에 전극(333)이 설치되어 플라즈마 방전을 통해 화염 플라즈마를 생성하여 토출할 수 있다.
이를 위해, 하우징(331)은 내부 수용공간에 가스 공급배관(SP1) 및 공기 공급배관(SP2)과 각각 연결되는 유입유로(inflow, I)가 각각 형성되어 열원가스 및 공기를 각각 공급받아 배출구(335)로 토출할 수 있다.
전극(333)은 플라즈마 버너의 하우징(331) 일측에 설치되고, 별도로 구비되는 전원공급수단과 연결되며 전압이 인가되어 열원가스 및 공기에 플라즈마 방전을 발생시켜 화염 플라즈마를 생성할 수 있다.
제어수단(340)은 전극(333)의 동작을 제어하여 화염 플라즈마를 생성할 수 있고, 공기 공급 수단(320) 및 가스 공급수단(310)의 동작을 제어할 수 있어 화염 플라즈마의 공급을 조절할 수 있으며, 조절 밸브(V1, V2)의 동작을 제어하여 열원가스 및 공기의 공급량을 조절할 수도 있다.
또한, 입력 모듈이 장착되어 사용자가 입력하는 정보에 따라 열원가스 및 공기의 공급량을 조절할 수 있고, 화염 플라즈마의 강도를 조절할 수도 있으며, 플라즈마 버너의 이송 속도를 조절해 처리 속도를 조절할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 강관용 화염 플라즈마 처리장치(300)는 단시간에 대면적 강관 표면을 균일하게 처리할 수 있고, 고효율로 표면 잔해의 연마 및 제거가 가능하며, 처리속도가 매우 빠르고, 특별한 장치가 불필요해 경제적이며 사용이 간편하며, 우수한 표면 세정 성능, 윤활방지 성능을 나타내고, 표면 에너지를 높여 에폭시 코팅제의 접착력을 향상시킬 수 있어 고내구성 피복 강관을 제조할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법에 활용될 수 있는 강관용 플라즈마 처리 장치의 제4 예시를 나타낸 개념도이고, 도 9는 강관용 플라즈마 처리 장치의 제4 예시를 이용해 강관 내면 및 외면을 각각 표면 처리하는 상태를 나타낸 정면도이다.
본 발명에 따른 플라즈마 표면 처리 장치의 이송부(100)는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 고정 수단(120)에 일단이 결합되는 연결대(171)와 연결대(171)의 타단에 결합되는 반원형 연결구(173)가 구비된 연결 수단(170)을 추가로 포함할 수 있으며, 반원형 연결구(173)에 한 개 이상의 플라즈마 처리부(300)는 결합되어 강관(P)의 외부 표면을 플라즈마 처리하는 구조를 형성할 수 있도록 하며, 이에 제한받는 것은 아니다.
따라서, 상기와 같이 연결 수단(170)이 구비된 화염 플라즈마 표면 처리 장치(10)는 강관 내부 및 외부 표면을 모두 화염 플라즈마 처리할 수 있어 단시간에 내구성이 우수한 강관(P)을 제조할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법은 강관용 플라즈마 처리 장치를 이용해 단시간에 강관의 표면을 화염 플라즈마로 전처리하여 강관 표면을 세정하고, 강관의 표면 에너지를 활성화시켜 에폭시 코팅제의 접착력이 향상되어 내면 코팅층이 쉽게 박리되지 않는 고내구성 피복 강관을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법은 강관의 표면을 화염 플라즈마로 전처리하여 강관 표면을 세정하고, 강관의 표면 에너지를 활성화시켜 에폭시 코팅제의 접착력이 향상되어 내면 코팅층이 쉽게 박리되지 않는 고내구성 피복 강관을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법은 강관의 내면에 하도 코팅층 및 상도 코팅층을 순차적으로 코팅하여 표면 조도가 낮은 내면 코팅층을 형성시킬 수 있어 스케일 침착 및 오염을 장시간 방지할 수 있고 강관 부식을 효과적으로 예방할 수 있다.
또한, 본 발명은 화염 플라즈마 처리를 통해 표면 평활성을 향상시켜 스케일 침착을 효과적으로 방지할 수 있고, 접착력이 향상되어 쉽게 분리되지 않는 고내구성 내면 코팅층이 형성된 피복 강관을 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 피복 강관의 제조방법으로 제조한 피복 강관을 상수도 관로로 설치를 위해 활용할 경우 스케일 침착 및 오염을 장시간 동안 방지할 수 있어 관경 축소나 조도계수의 증가로 인한 통수능력 저하를 장시간 방지할 수 있고, 출수불량 또는 녹물 등의 오염수 발생을 저감시켜 양질의 상수원수를 공급할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하도록 한다.
제시된 실시예는 본 발명의 구체적인 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
<실시예 1>
강관의 표면을 쇼트 블라스팅 처리하여 30 내지 35 ㎛의 표면거칠기를 갖는 강관을 제조하였다.
제조한 강관을 화염 플라즈마 처리하여 전처리 강관을 제조하였고, 전처리 강관의 내면에 제1 에폭시 코팅제를 400 ㎛의 두께로 코팅하고, 경화시켜 내면 코팅층을 형성시켰으며, 화염 플라즈마 처리는 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 처리속도로 수행하였다.
제1 에폭시 코팅제는 제1 주제 및 경화제를 각각 2:1의 부피비로 포함하고, 점도가 50,000 cps인 혼합물을 사용하였다.
제1 주제는, 4,4'-(1-메틸에틸리덴)비스페놀 및 (클로로메틸)옥시란의 중합체 20 내지 50 중량부, 석영 10 내지 40 중량부, 캐슈너트 외피유 및 에피클로로히드린의 중합체 5 내지 30 중량부, 트리메톡시-[3-(옥시란일메톡시)프로필]실란 1 내지 20 중량부, 이산화티탄(TiO2) 1 내지 20 중량부, 포름알데히드, (클로로메틸)옥시란 및 페놀의 중합체 1 내지 20 중량부 및 방청안료 1 내지 20 중량부를 포함하는 혼합물을 사용하였다.
경화제는, 캐슈너트 외피유, 에틸렌디아민 및 포름알데히드의 중합체 40 내지 70 중량부, 벤질 알코올 5 내지 30 중량부, 석영 5 내지 30 중량부, 3-아미노메틸-3,5,5-트라이메틸사이클로헥실아민 1 내지 20 중량부, 3-아미노프로필트리에톡시실란 1 내지 20 중량부 및 에틸렌디아민 1 내지 10 중량부를 포함하는 혼합물을 사용하였다.
화염 플라즈마를 이용한 강관의 표면 처리는 도 3에 나타낸 바와 같은 구조의 강관용 플라즈마 처리 장치를 이용하였고, 화염 플라즈마 버너와 강관 내면의 거리가 80 내지 100 mm가 되도록 조절한 상태에서 수행하였고, 화염 플라즈마는 LNG를 열원 가스로 사용하는 AETP사 화염 플라즈마 버너 제품을 활용하여 수행하였다.
Figure 112020074641840-pat00001
<실시예 2>
실시예 1과 동일한 방법으로 전처리한 강관의 내면에 제2 에폭시 코팅제를 400 ㎛의 두께로 코팅하고, 경화시켜 내면 코팅층을 형성시켰으며, 화염 플라즈마 처리는 하기 표 2와 같은 처리속도로 수행하였다.
또한, 제2 에폭시 코팅제는 제2 주제 및 경화제를 각각 5.3:4.7의 부피비로 포함하고, 점도가 20,000 cps인 혼합물을 사용하였다.
제2 주제는, 4,4'-(1-메틸에틸리덴)비스페놀 및 (클로로메틸)옥시란의 중합체 20 내지 50 중량부, 석영 10 내지 40 중량부, 캐슈너트 외피유 및 에피클로로히드린의 중합체 5 내지 30 중량부, 트리메톡시-[3-(옥시란일메톡시)프로필]실란 1 내지 20 중량부, 이산화티탄 1 내지 20 중량부, 포름알데히드, (클로로메틸)옥시란 및 페놀의 중합체 1 내지 20 중량부 및 실리콘계 첨가제 1 내지 10 중량부를 포함하는 혼합물을 사용하였다.
경화제는, 캐슈너트 외피유, 에틸렌디아민 및 포름알데히드의 중합체 40 내지 70 중량부, 벤질 알코올 5 내지 30 중량부, 석영 5 내지 30 중량부, 3-아미노메틸-3,5,5-트라이메틸사이클로헥실아민 1 내지 20 중량부, 3-아미노프로필트리에톡시실란 1 내지 20 중량부 및 에틸렌디아민 1 내지 10 중량부를 포함하는 혼합물을 사용하였다.
Figure 112020074641840-pat00002
<실시예 3>
하기 표 3에 나타낸 바와 같은 처리 속도로 화염 플라즈마 처리하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 전처리한 강관의 내면에 제1 에폭시 코팅제를 200 ㎛의 두께로 코팅하여 하도 코팅층을 형성시킨 다음, 하도 코팅층의 상면에 실시예 2와 동일한 제2 에폭시 코팅제를 200 ㎛의 두께로 코팅하고 경화시켜 상도 코팅층을 형성시켜, 하도 코팅층 및 상도 코팅층을 포함하는 2중층 구조의 내면 코팅층을 형성시켰다.
Figure 112020074641840-pat00003
<실시예 4>
실시예 3과 동일한 방법으로 하도 코팅층 및 상도 코팅층을 각각 형성시킨 다음, 상도 코팅층이 형성된 강관의 내면에 하기 표 4와 같은 처리 속도로 화염 플라즈마 처리하고, 경화시켜 내면 코팅층이 형성된 강관을 제조하였다.
Figure 112020074641840-pat00004
<실시예 5>
강관의 내면에 제1 에폭시 코팅제를 코팅한 다음 제1 에폭시 코팅제가 코팅된 강관의 내면을 하기 표 5에 나타낸 바와 같은 처리 속도로 화염 플라즈마 처리를 추가로 수행하는 것을 제외하고는 실시예 4-3과 동일한 방법으로 하도 코팅층 및 상도 코팅층을 포함하는 내면 코팅층이 형성된 강관을 제조하였다.
Figure 112020074641840-pat00005
<비교예 1>
화염 플라즈마로 표면 처리하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 내면 코팅층이 형성된 강관을 제조하였다.
<비교예 2>
화염 플라즈마로 표면 처리하지 않는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 내면 코팅층이 형성된 강관을 제조하였다.
<실험예 1> 표면 평활성 평가
실시예 및 비교예에 따른 방법으로 제조한 강관 시편의 내면 코팅층에 대한 표면 조도(단위 : ㎛)을 측정하였으며, 그 결과를 하기의 표 6에 나타내었다.
Figure 112020074641840-pat00006
표 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 1-1 내지 1-5의 경우 비교예 1에 비해 표면조도가 낮아졌고, 실시예 2-1 내지 2-5의 경우에도 비교예 2에 비해 표면조도가 낮아졌다는 사실을 확인할 수 있었으며, 이와 같은 결과를 통해, 화염 플라즈마에 의한 표면 처리에 의해 접착력이 향상되어 표면 평활성이 일부 향상될 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다.
특히, 실시예 3과 같이 화염 플라즈마 처리 후 2중 코팅하는 경우 표면 평활성이 더욱 향상된다는 사실을 확인할 수 있었으며, 2중 코팅후 마감 처리에 의해 표면 평활성이 더욱 향상된다는 사실을 확인할 수 있었다.
아울러, 하도 코팅층 코팅후 플라즈마 처리하는 경우에도 하도 코팅층과 상도 코팅층의 접착력 향상에 의해 표면 평활성이 향상될 수 있다는 사실 또한 확인할 수 있었다.
또한, 플라즈마 표면 처리 시간이 짧거나 길 경우 물성 개선 효과가 미미해 최적 화염 플라즈마 처리 조건을 확인할 수 있었다.
또한, 상기와 같은 화염 플라즈마 표면 처리는 처리 속도에 영향을 받으며, 처리 속도가 너무 높을 경우 화염 플라즈마 처리에 의한 표면 활성화를 충분히 달성하기 힘들어 물성 향상이 어렵고, 처리 속도가 너무 낮을 경우 화염 플라즈마로 인한 열 때문에 내면 코팅층에 탄화가 발생되는 등의 원인으로 인해 표면 거칠기가 오히려 증가할 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다.
상기와 같은 결과를 통해 하도 코팅층 및 상도 코팅층의 2층 구조를 형성시킬 경우 표면 평활성을 향상시킬 수 있으며, 화염 플라즈마 처리를 통해서도 표면 평활성을 향상시킬 수 있다는 사실을 확인할 수 있었고, 이에 따라, 이물질 침착으로 인한 오염 및 악취 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 피복 강관을 제조할 수 있을 것으로 판단되었다.
<실험예 2> 도막의 물성 평가
실시예 및 비교예에 따른 방법으로 제조한 피복 강관 시편의 물성을 평가하였으며, 그 결과를 하기의 표 7에 나타내었다. 물성 평가는 KS D 8502 : 2010에 의한 시험방법에 따라 수행하였으며, 표면 평활성이 우수한 제품에 대한 외관, 굽힘시험, 충격시험(직접, 간접), 접착성, 저온고속반복시험, 염수분무시험, 내습성 등의 물성을 평가하였다.
Figure 112020074641840-pat00007
표 7에 나타낸 바와 같이, 화염 플라즈마 처리에 의해 내면 코팅층 도막의 물성이 향상되어 실시예에 따른 방법으로 제조한 피복강관은 내구성이 우수할 것으로 판단되었다.
반면에, 비교예 1 및 2의 방법으로 제조한 강관 시편의 경우 단시간에 두꺼운 두께의 코팅층을 화염 플라즈마로 표면 처리하지 않은 강관의 표면에 코팅하여, 비교예 1의 경우 코팅층에 균열이 발생된 것으로 확인되었고, 실시예 2의 경우에는 크레이터링 등이 발생하여 표면에 요철이 형성돼 외관 품질이 다소 떨어지는 코팅층이 형성된다는 사실을 확인할 수 있었다.
<실험예 3> 용출시험
실시예 및 비교예에 따른 방법으로 제조한 피복 강관 시편의 내면 코팅층에서 발생되는 유해성분의 검출 여부를 평가하였으며, 그 결과를 하기의 표 8에 나타내었다.
용출시험은 수도용 자재 및 제품의 위생안전기준 공정시험(환경부고시 제2009-59호) 및 수질공정시험기준(2010)에 근거한 방법으로 평가하였고, 탁도, Cd, Se, Cr, CN, 질산성 질소 및 아질산성 질소, F, 사염화탄소, 1,2-디클로로에탄, 1,1-디클로로에틸렌, 1,1,2-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 벤젠, Zn, Fe, Cu, 페놀, 벤젠, 디클로로메탄(DCM), Hg, 잔류염소량, As, Pd, 자일렌, 톨루엔 등의 항목을 평가하였다.
Figure 112020074641840-pat00008
표 8에 나타낸 바와 같이, 실시예에 따른 방법으로 제조한 피복강관은 유해성분의 용출이 적어 상수도용도로 활용이 가능할 것으로 판단되었다.
따라서 본 발명의 제조방법으로 제조한 피복 강관은 접착성, 내구성 및 외관이 이상이 없었을 뿐만 아니라, 페놀류 등 유해성분의 검출이 최소화될 수 있었으며, 화염 플라즈마로 도막을 표면 처리하는 경우에도 환경호르몬의 용출 위험이 없어 안정성이 높다는 사실을 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10 : 강관용 플라즈마 처리 장치
100 : 이송부
110 : 이송축
120 : 고정 수단
150 : 지지부재
300 : 플라즈마 처리부
310 : 열원가스 공급 수단
320 : 공기 공급 수단
330 : 플라즈마 버너
340 : 제어수단

Claims (7)

  1. 내면에 코팅층을 형성시켜 피복 강관을 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 강관용 플라즈마 처리 장치를 이용해 화염 플라즈마를 생성하고, 생성한 화염 플라즈마를 이용해 5 내지 25 m/분의 처리 속도로 강관의 내면을 화염 플라즈마로 표면 처리하는 단계; 및
    (b) 표면 처리한 강관의 내면에 에폭시 코팅제를 코팅하여 내면 코팅층이 형성된 피복 강관을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 강관용 플라즈마 처리 장치는,
    강관 내부에 삽입되고, 상기 강관의 내부를 길이방향을 따라 양방향으로 이동하는 이송축 및 상기 이송축의 일측에 연결되는 지지부재를 포함하는 이송부; 및
    상기 지지부재에 1개 이상 설치되고, 플라즈마 버너를 포함하여 상기 강관의 표면을 화염 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리부를 포함하되,
    상기 플라즈마 처리부는,
    열원가스를 공급하는 열원가스 공급 수단,
    공기를 공급하는 공기 공급 수단,
    상기 열원가스 공급 수단 및 공기 공급 수단과 연결되어 공급되는 열원가스 및 공기를 연소시켜 화염 플라즈마를 생성하는 플라즈마 버너 및
    상기 열원가스 공급 수단 및 공기 공급 수단의 동작을 제어하는 제어수단을 포함하고,
    상기 지지부재는,
    직경이 서로 다른 2개 이상의 봉상 지지대가 직경 순으로 포개지게 결합된 구조를 갖는 다단 신축형 지지대 및 상기 다단 신축형 지지대의 길이가 신장되거나 단축되는 구조를 형성하도록 구동시키는 구동수단을 포함하여, 상기 지지부재가 1종 이상의 직경을 갖는 강관의 곡률에 맞게 길이를 조절하는 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 피복 강관의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 강관의 하부에 길이방향으로 배치되고, 별도로 동력을 전달받아 상기 강관을 회전시키면서 양방향으로 이송하는 1개 이상의 회전구동롤러; 및
    상기 이송축을 지지하는 고정 수단;을 포함하여,
    상기 이송축이 상기 강관의 내부를 길이방향을 따라 양방향으로 이동하는 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 피복 강관의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이송부는,
    직경이 서로 다른 2개 이상의 봉상 이송대가 직경 순으로 포개지게 결합된 구조를 갖는 다단 신축형 이송대를 포함하는 이송축;
    상기 다단 신축형 이송대의 길이가 신장되거나 단축되는 구조를 형성하도록 구동시키는 구동수단; 및
    상기 이송축을 지지하는 고정 수단;을 포함하여,
    상기 이송축이 상기 강관의 내부를 길이방향을 따라 양방향으로 이동하는 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 피복 강관의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계(b)에서는,
    하도 코팅층 및 상도 코팅층을 포함하는 2중층 구조의 내면 코팅층을 형성하고,
    상기 2중층 구조의 내면 코팅층은,
    (i) 전처리한 강관의 내면에 제1 에폭시 코팅제를 50 내지 500 ㎛의 두께로 코팅하여 하도 코팅층을 형성시키는 단계; 및
    (ii) 상기 하도 코팅층이 형성된 강관의 내면에 제2 에폭시 코팅제를 150 내지 1,000 ㎛의 두께로 코팅하여 상도 코팅층을 형성시키는 단계;를 포함하는 방법으로 형성시킨 것을 특징으로 하는 피복 강관의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계(b)에서는,
    표면 처리한 강관의 내면에 에폭시 코팅제를 코팅한 다음, 화염 플라즈마를 이용해 상기 내면 코팅층이 형성된 강관의 내면을 10 내지 30 m/분의 처리 속도로 표면 처리하는 후가공 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 피복 강관의 제조방법.
  7. 삭제
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102627003B1 (ko) * 2023-08-17 2024-01-22 세인스틸 주식회사 수지피복층과 접착층 코팅조성물을 이용한 플라즈마전처리된 폴리에틸렌 피복 스테인리스 강관 및 그의 제조방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060093940A (ko) * 2005-02-23 2006-08-28 주식회사 젠트로 원통소재 표면 처리용 플라즈마 장치 및 플라즈마 처리를통한 피복 강관의 제조방법
KR101184344B1 (ko) 2012-06-20 2012-09-20 웅진산업 주식회사 기능성 에폭시 코팅 강관
KR20140023925A (ko) * 2011-03-10 2014-02-27 메소코트, 인코포레이티드 피복 금속 제품을 형성하기 위한 방법 및 장치
KR101737408B1 (ko) 2016-10-17 2017-05-19 주식회사 우리스틸 내, 외경 접착력 향상과 조도 향상을 위한 폴리프로필렌 코팅층을 갖는 강관
KR101772004B1 (ko) 2017-04-25 2017-09-05 주식회사 코팅코리아 수도용 폴리에틸렌 강관 제조방법
KR101921894B1 (ko) 2018-10-01 2018-11-26 삼성스틸 주식회사 에폭시와 제올라이트를 내면에 코팅한 코팅 강관
KR101937179B1 (ko) * 2018-08-01 2019-01-11 주식회사 우리스틸 다층 코팅 강관 및 이의 제조방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060093940A (ko) * 2005-02-23 2006-08-28 주식회사 젠트로 원통소재 표면 처리용 플라즈마 장치 및 플라즈마 처리를통한 피복 강관의 제조방법
KR20140023925A (ko) * 2011-03-10 2014-02-27 메소코트, 인코포레이티드 피복 금속 제품을 형성하기 위한 방법 및 장치
KR101184344B1 (ko) 2012-06-20 2012-09-20 웅진산업 주식회사 기능성 에폭시 코팅 강관
KR101737408B1 (ko) 2016-10-17 2017-05-19 주식회사 우리스틸 내, 외경 접착력 향상과 조도 향상을 위한 폴리프로필렌 코팅층을 갖는 강관
KR101772004B1 (ko) 2017-04-25 2017-09-05 주식회사 코팅코리아 수도용 폴리에틸렌 강관 제조방법
KR101937179B1 (ko) * 2018-08-01 2019-01-11 주식회사 우리스틸 다층 코팅 강관 및 이의 제조방법
KR101921894B1 (ko) 2018-10-01 2018-11-26 삼성스틸 주식회사 에폭시와 제올라이트를 내면에 코팅한 코팅 강관

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102627003B1 (ko) * 2023-08-17 2024-01-22 세인스틸 주식회사 수지피복층과 접착층 코팅조성물을 이용한 플라즈마전처리된 폴리에틸렌 피복 스테인리스 강관 및 그의 제조방법

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