KR102283251B1 - 열교환기용 파이프의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (a) 금속 파이프 원재의 표면에 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 순차적으로 적층시키는 단계; 및 (b) 상기 금속 파이프 원재에 적층시킨 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 250 내지 500 ℃의 온도로 가열하여 상기 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 수축시켜 외면에 제1 코팅 기재층 및 제2 코팅 기재층이 형성된 열교환기용 파이프를 제조하는 단계;를 포함하는 열교환기용 파이프의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 열교환기용 파이프의 제조방법은, 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 각각 금속 파이프 원재의 표면에 적층한 다음, 고온으로 가열 수축시켜 단일층 코팅 기재를 적층할 경우 발생되는 용융에 의한 홀 발생 등의 문제점을 방지하여 표면에 내산성, 내부식성 등의 특성이 우수한 코팅층을 형성시킬 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 열교환기용 파이프의 제조방법은, 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 각각 금속 파이프 원재의 표면에 적층한 다음, 고온으로 가열 수축시켜 단일층 코팅 기재를 적층할 경우 발생되는 용융에 의한 홀 발생 등의 문제점을 방지하여 표면에 내산성, 내부식성 등의 특성이 우수한 코팅층을 형성시킬 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 열교환기에 도입되는 파이프를 제조하는 방법에 관한 것으로, 표면 보호 및 기능성 향상을 위해 열수축 튜브를 이용해 표면에 비접착성 코팅층이 형성된 열교환기용 파이프를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 각종 산업에서 사용되는 금속 파이프, 스테인레스 성형체, 압연 판재 등의 금속 제품은 양면에 에폭시, 테프론 등의 코팅제를 표면에 코팅하거나, 아연 등을 용사 코팅하여 제품의 산화와 마모를 방지하고, 기능성을 향상시키고 있다.
특히, 테프론(Teflon®)은 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 테드라 플루오르에틸렌-페르플루오르 알킬비닐에테르 공중합체(perfluoroalkoxy, PFA), 플루오르화 에틸렌 프로필렌 공중합체(fluorinated ethylene co-polymer propylene, FEP), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ethylene tetrafluoroethylene co-polymer, ETFE), 클로로트리플루오르에틸렌(chlorotrifluoroethylene, CTFE), 플루오르화 폴리비닐(polyvinyl fluoride, PVF) 등의 형태를 기본으로 하는 물질로서 불소 탄화물계 수지의 관용어이다.
테프론 코팅은 거의 대부분의 물질이 표면에 쉽게 접착되지 않도록 하는 비점착성, 수분이나 오일 성분이 쉽게 점착되지 않도록 하는 비유성, 260 ℃ 이상의 온도에서도 쉽게 분해가 되지 않는 내열성, 저온에서도 물리적 특성이 변하지 않는 저온 내구성, 주변의 화학적 환경에도 거의 영향을 받지 않는 내화학성 등의 특성을 가지고 있으며, 이로 인해, 각종 가열조리 용기, 금형을 비롯한 기계류, 전자부품 등에 널리 적용되고 있다.
기존에는 액상 타입 코팅제를 스프레이 분사(spray) 또는 적하(drop)하거나, 분체 도장 식으로 분말 타입 코팅제를 표면에 분사한 다음 분말 코팅제를 용융시켜 금속 소재의 표면을 테프론 코팅하고 있다.
일례로, 문헌 1의 한국등록특허 제10-1160509호에는, 표면처리, 이물질 제거 및 열처리한 반도체 제조설비용 배관에 불소 수지 분말을 스프레이 건으로 분사하여 2회 반복 코팅하는 반도체 제조설비용 배관의 내부면 불소수지 코팅방법에 관한 내용이 개시된 바 있다.
또 다른 예로 문헌 2의 한국등록특허 제10-2017-0132006호에는, 스테인레스 또는 압연강판의 금속소재의 표면의 상부 면에 테프론 또는 탄성체 용액을 적하하여 금속 판재를 코팅하는 금속소재의 연속 양면 코팅방법에 관한 내용이 개시된 바 있다.
하지만, 문헌 1과 문헌 2에 개시된 바와 같이, 테프론 코팅액을 스프레이 분사하거나, 용액을 적하하여 코팅하는 경우 충분한 두께의 코팅막을 형성시키기 위해서는 수회 반복 코팅하는 공정이 필요하여 공정시간이 크게 증가하고, 가열 온도를 적합하게 조절하기 힘든 문제가 있고, 분말 타입 코팅제를 표면에 분사하여 코팅하는 방법은 불균일한 코팅층이 쉽게 형성되는 단점이 있어 이를 보완할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 단시간에 내산성, 내부식성 등의 특성이 우수하고, 균일한 코팅층을 형성시킬 수 있는 열교환기용 파이프의 제조방법에 관한 기술 내용을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 열교환기용 파이프의 제조방법은 금속 파이프 원재에 보호 기재를 추가로 형성시켜 내마모성 등과 같은 기계적 물성과 코팅층의 균일성이 더욱 향상시킬 수 있는 열교환기용 파이프의 제조방법에 관한 기술 내용을 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, (a) 금속 파이프 원재의 표면에 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 순차적으로 적층시키는 단계; 및 (b) 상기 금속 파이프 원재에 적층시킨 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 250 내지 500 ℃의 온도로 가열하여 상기 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 수축시켜 외면에 제1 코팅층 및 제2 코팅층이 형성된 열교환기용 파이프를 제조하는 단계;를 포함하되, 상기 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재는, 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 테드라 플루오르에틸렌-페르플루오르 알킬비닐에테르 공중합체(perfluoroalkoxy, PFA), 플루오르화 에틸렌 프로필렌 공중합체(fluorinated ethylene co-polymer propylene, FEP), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ethylene tetrafluoroethylene co-polymer, ETFE), 클로로트리플루오르에틸렌(chlorotrifluoroethylene, CTFE), 플루오르화 폴리비닐(polyvinyl fluoride, PVF)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자 수지를 각각 포함하고, 양측이 개방되고 내부에 중공이 형성된 튜브형 구조이거나, 필름형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기용 파이프의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 금속 파이프 원재는, 금속 파이프 원재의 표면에 표면조도를 부여하는 표면 처리 단계; 및 표면 처리한 상기 금속 파이프 원재의 표면을 세척하는 세척 단계;를 포함하는 방법으로 전처리한 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 제1 코팅 기재는 두께가 10 내지 50 ㎛이고, 상기 제2 코팅 기재는 두께가 30 내지 300 ㎛인 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 단계 (a)에서는, 상기 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재 사이에 메쉬 구조의 보강 기재를 추가로 적층할 수 있다.
또한, 상기 단계 (b)에서는, 금속 파이프 원재에 적층시킨 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 100 내지 200 ℃의 온도로 가열하여 예열처리한 다음, 250 내지 500 ℃의 온도로 가열하여 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 수축시켜, 제1 코팅 기재층 및 제2 코팅 기재층을 각각 형성시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기에 기재된 방법으로 제조하여, 표면에 제1 코팅 기재층 및 제2 코팅 기재층이 순차적으로 적층 형성된 열교환기용 파이프를 제공한다.
본 발명에 따른 열교환기용 파이프의 제조방법에서는, 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 각각 금속 파이프 원재의 표면에 적층한 다음, 고온으로 가열 수축시켜 단일층 코팅 기재를 적층할 경우 발생되는 용융에 의한 홀 발생 등의 문제점을 방지하여 표면에 내산성, 내부식성 등의 특성이 우수한 코팅층을 형성시킬 수 있도록 한다.
또한, 보호 기재를 추가로 포함하여 코팅층의 균일성과 내마모성 등과 같은 기계적 물성이 더욱 향상된 열교환기용 파이프를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기용 파이프의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기용 파이프의 제조방법으로 제조한 열교환기용 파이프를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 열교환기용 파이프의 제조방법을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기용 파이프의 제조방법으로 제조한 열교환기용 파이프를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 열교환기용 파이프의 제조방법을 나타낸 개념도이다.
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 열교환기용 파이프(100)의 제조방법을 나타낸 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열교환기용 파이프(100)의 제조방법으로 제조한 열교환기용 파이프(100)를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 열교환기용 파이프의 제조방법을 나타낸 개념도이다
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 열교환기용 파이프(100)의 제조방법은, (a) 금속 파이프 원재(110)의 표면에 제1 코팅 기재(121)및 제2 코팅 기재(131)를 순차적으로 적층시키는 단계; 및 (b) 상기 금속 파이프 원재(110)에 적층시킨 제1 코팅 기재(121및 제2 코팅 기재(131)를 250 내지 500 ℃의 온도로 가열하여 상기 제1 코팅 기재(121)및 제2 코팅 기재(131)를 수축시켜 외면에 제1 코팅 기재층(120) 및 제2 코팅 기재층(130)이 형성된 열교환기용 파이프(100)를 제조하는 단계;를 포함하며, 본 발명에 따른 열교환기용 파이프(100)의 제조방법으로 제조한 파이프(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 금속 파이프 원재(110), 제1 코팅 기재층 및 제2 코팅 기재층을 포함하는 구조를 갖는다.
본 발명에서는 금속 파이프 원재(110)의 표면에 코팅 기재로 코팅 기재(120, 130)층을 각각 형성시켜 열교환기용 파이프(100)를 제조하여, 코팅 기재층(120, 130)은 열교환기용 파이프(100)의 표면을 보호하여 내산성, 내마모성 등의 특성을 향상시킬 수 있다.
열교환기용 파이프(100)를 제조하기 위해서 사용되는 금속 파이프 원재(110)는 금속 소재를 이용해 제조하여 단면이 원형, 사각형, 삼각형, 다각형 등과 같은 통상적인 다양한 형태의 관체 형상의 구조물을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 금속 파이프 원재(110)는 단면이 원형인 관체 형상의 구조물을 사용할 수 있으며, 일반 파이프, 특정 부분에 직경이 넓거나 좁아지는 구조를 갖는 주름형 파이프 등을 사용할 수도 있다.
특히, 열교환기용 파이프(100)는 강관, 주철관, 동관(Cu), 연관(Al), 구리 합금 관, 스테인레스 스틸 합금(SUS) 관 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 고효율의 열교환이 가능한 구리(Cu) 또는 구리 합금 소재로 제조한 것을 사용할 수 있다.
또한, 금속 파이프 원재(110)는, 제1 코팅 기재(121)가 금속 파이프 원재(110)의 표면에 강하게 접착되는 구조를 형성하도록 표면을 전처리한 것을 사용할 수도 있다.
일례로, 금속 파이프 원재(110)는, 샌드 블라스팅 공정을 통해 표면을 전처리할 수 있으며, 전처리 공정은 금속 파이프 원재(110)의 표면에 표면조도를 부여하는 단계; 및 표면 처리한 상기 금속 파이프 원재(110)의 표면을 세척하는 단계;를 포함할 수 있다.
구체적으로, 금속 파이프 원재(110)의 표면에 표면 조도를 부여하는 단계는 금속 파이프 원재(110)의 표면에 고압에어와 함께 0.1 내지 5 mm의 모래를 1 내지 20 kg/cm2의 압력으로 분사하여 표면에 1 내지 10 ㎛의 크기를 갖는 스크레치를 형성하는 샌드 블라스팅 공정을 통해 수행할 수 있다.
샌드 블라스팅 공정을 통해 표면조도를 부여한 금속 파이프 원재(110)는 에어 분사 또는 에탄올 분사 등의 공정을 통해 표면을 세척하여 표면에 이물질을 완전히 제거한 상태의 금속 파이프 원재(110)를 사용할 수 있다.
또 다른 예로, 금속 파이프 원재(110)는 자외선 및 오존을 조사하거나 플라즈마 처리하는 건식 방법으로 전처리할 수 있으며, 또는, 헥사메틸디실라잔 및 플루오르인산 등과 같은 산성 용액을 포함하는 혼합액에 침지시키는 습식 방법으로 전처리한 것을 사용할 수도 있다.
상기 단계 (a)에서는, 금속 파이프 원재(110)의 표면에 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)를 순차적으로 적층시키는 단계로서, 제1 코팅 기재(121)가 금속 파이프 원재(110)의 표면, 즉, 외주면을 감싸 수용하도록 제1 코팅 기재(121)를 배열하고 제1 코팅 기재(121)의 상면에 제2 코팅 기재(131)를 배열하여, 표면에 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)가 순차적으로 적층된 구조의 금속 파이프 원재(110)를 제조할 수 있다.
기존에는 금속 파이프 원재(110)의 표면에 프라이머를 처리하고, 테프론 수지를 분사하여 320 내지 400 ℃의 온도로 30 내지 40분 동안 베이킹 처리하여 금속 파이프 원재(110)의 표면에 코팅층을 형성시키거나, 또는, 금속 파이프 원재(110)의 표면에 단일 코팅 기재를 적층한 다음 수축시키는 방법을 사용하였다.
하지만, 금속 파이프 원재(110)의 표면에 테프론 수지를 분사하는 방법은 두꺼운 두께의 테프론 코팅층을 형성시키기 위해 수회 반복 분사 및 베이킹하는 공정이 필요하여 제조 공정시간이 크게 증가하는 문제가 있다.
또한, 금속 파이프 원재(110)의 표면에 단일 코팅 기재를 적층하는 경우, 저온에서 장기간 가열하여 코팅 기재를 수축시켜 금속 파이프 원재(110)의 표면에 코팅층을 형성시켜야 하나 이와 같은 방법을 이용할 경우 코팅층 형성을 위해 장시간이 소모되는 단점이 있고, 이를 해결하기 위해 고온에서 가열하여 코팅 기재를 수축시키는 경우 단시간에 코팅 기재가 수축됨에 따라 코팅층에 홀(hole) 또는 크랙이 형성되거나 불균일한 코팅층이 형성되는 문제가 발생하게 되며, 고열 환경에서 장시간 사용시 접착 계면이 쉽게 분리되거나, 균일한 성상을 유지하기 힘들다는 단점이 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 문제를 방지할 수 있도록 금속 파이프 원재(110)의 표면에 제1 코팅 기재(121)와 제2 코팅 기재(131)를 순차적으로 적층한 다음 고온으로 금속 파이프 원재(110)를 가열하여 단시간에 제1 코팅 기재층(120) 및 제2 코팅 기재층(130)을 형성시키도록 할 수 있으며, 이를 통해, 표면에 균일한 두께의 코팅층(120, 130)이 형성된 열교환용 파이프(100)를 제조할 수 있다.
이를 위해, 상기 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 양측이 개방되고 내부에 중공이 형성된 튜브형 구조의 코팅 기재를 사용하여 튜브형 코팅 기재에 형성된 중공에 금속 파이프 원재(110)를 삽입하는 방식(도 3(a))으로 적층하거나, 또는, 필름형 구조를 갖는 것을 코팅 기재를 사용하여 금속 파이프 원재(110)′의 외주면을 필름형 구조의 코팅 기재(121′, 131′)가 감싸도록 하는 방식(도 3(b))으로 적층할 수도 있다. 바람직하게는, 튜브형 구조의 코팅 기재를 사용하도록 하여 금속 파이프 원재(110)의 표면에 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)의 적층 시간을 단축하여 열교환기용 파이프(100)의 제조시간을 줄일 수 있도록 하는 것이 좋고, 제1 코팅 기재(121)는 금속 파이프 원재(110) 보다 직경이 커 금속 파이프 원재를 내부 중공을 통해 감싸 수용하는 구조를 형성할 수 있고, 제2 코팅 기재(131)는 제1 코팅 기재(121)보다 직경이 큰 중공형 튜브를 사용하도록 하여 제1 코팅 기재(121)의 외주면을 내부 중공을 통해 감싸 수용하는 구조를 형성할 수 있도록 하여 단시간에 금속 파이프 원재(110)의 표면에 코팅층을 형성시킬 수 있도록 한다.
상기와 같이 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)를 금속 파이프 원재(110)의 표면에 2중으로 적층할 경우, 표면에 균일한 내산성, 내부식성 코팅층이 형성된 열교환기용 파이프(100)를 제조할 수 있으며, 단일층 코팅 기재를 적층할 경우 발생되는 용융에 의한 홀 발생 등을 방지하여 균일한 코팅층을 형성시킬 수 있도록 한다.
제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)는 각각 접착력이 우수하여 쉽게 박리되지 않는 특성을 나타내며, 표면에 부식이 유발되지 않도록 하여 열교환기용 파이프(100)를 반영구적으로 사용할 수 있도록 하며, 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)는 불소 수지를 포함하는 고분자 소재를 성형해 제조한 것을 사용할 수 있다.
구체적으로, 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)는 각각 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 테드라 플루오르에틸렌-페르플루오르 알킬비닐에테르 공중합체(perfluoroalkoxy, PFA), 플루오르화 에틸렌 프로필렌 공중합체(fluorinated ethylene co-polymer propylene, FEP), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ethylene tetrafluoroethylene co-polymer, ETFE), 클로로트리플루오르에틸렌(chlorotrifluoroethylene, CTFE), 퍼플루오르폴리에테르(perfluoropolyether, PFPA), 플루오르화 폴리비닐(polyvinyl fluoride, PVF) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 고분자 수지를 사용할 수 있으며, 이와 같은 불소계 고분자 수지가 도입된 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)는 후술할 단계에서 열교환기용 파이프(100)의 표면에 밀착 결합되어 파이프의 내산성, 내마모성 등의 특성을 향상시킬 수 있고, 금속 파이프 원재(110)의 표면에 비부착성 코팅층을 형성시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 코팅 기재(121)는 불소 수지 100 중량부, 유기 용제 10 내지 40 중량부, 무기 필러 10 내지 30 중량부, 점착부여제 10 내지 30 중량부 및 첨가제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 혼합물을 성형하여 제조한 중공형 튜브 또는 필름을 사용할 수 있다.
유기 용제는 아세톤(acetone), 디메틸포름아미드(dimethylformaide, DMF), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrolidone, NMP) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 불소 수지 100 중량부 대비 10 내지 40 중량부의 비율로 혼합될 수 있으며, 바람직하게는, N-메틸-2-피롤리돈 30 중량부를 사용할 수 있다.
무기 필러는 탄산칼슘, 탈크, 실리카, 마이카, 클레이, 플라이 애쉬, 벤토나이트, 일라이트 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 불소 수지 100 중량부 대비 10 내지 30 중량부의 비율로 혼합될 수 있으며, 무기 필러가 10 중량부 미만 포함될 경우 코팅층의 강도가 저하되고, 30 중량부를 초과할 경우 코팅층의 수축률과 점착강도 등이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 바람직하게는, 20 중량부의 비율로 혼합될 수 있다.
점착부여제는 제1 코팅 기재(121)에 접착성을 향상시켜 금속 파이프 원재(110)의 표면에 강하게 접착되도록 하는 역할을 하며, 석유수지, 폴리부텐, 로진(송진), 로진에스테르 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 불소 수지 100 중량부 대비 10 내지 30 중량부의 비율로 혼합될 수 있으며, 10 중량부 미만 혼합될 경우 접착성이 저하되고 30 중량부를 초과할 경우 기계적 물성이 저하될 우려가 있고, 바람직하게는, 20 중량부의 비율로 혼합할 수 있다.
첨가제는 내열안정제, 활제 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 불소 수지 100 중량부 대비 0.1 내지 5 중량부를 혼합할 수 있고, 활제 및 내열 안정제를 각각 1:1의 중량비로 포함하는 혼합물 3 중량부를 혼합할 수 있다.
또한, 제2 코팅 기재(131)는 불소 수지 100 중량부, 유기 용제 10 내지 40 중량부, 무기 필러 10 내지 30 중량부 및 첨가제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 혼합물을 성형하여 제조한 중공형 튜브 또는 필름을 사용할 수 있다.
제2 코팅 기재(131)는 이황화몰리브덴(MoS2), 그래파이트(graphite), 흑연, 황산바륨(BaSO4), 아연(Zn), 산화알루미늄(Al2O3), 질화붕소(BN), 철인계 화합물, 이산화 규소(SiO2), 방향족 에폴리에스테르 또는 이들의 혼합물을 첨가물로 포함할 수 있으며, 이와 같은 첨가물은 제2 코팅 기재(131)의 마찰 및 마모에 대한 저항성을 향상시키고, 윤활성을 향상시켜 제2 코팅 기재(131)의 손상을 방지하는 역할을 하며, 불소 수지 100 중량부 대비 0.1 내지 5 중량부의 비율로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 코팅 기재(131)는 평균 입경이 0.1 내지 2 ㎛인 이황화몰리브덴 및 평균 입경이 0.1 내지 2 ㎛인 그래파이트를 각각 1:1의 중량비로 포함하는 혼합물 3 중량부를 포함할 수 있다.
상기와 같은 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)는 수축성이 우수해 금속 파이프 원재(110)의 표면에 손쉽게 비부착성 코팅층을 형성시킬 수 있어 유체의 누설을 효과적으로 방지하는 구조를 형성시킴은 물론, 열교환기용 파이프(100)의 내구성, 부착성능, 수밀성, 내산성, 내마모성 등의 특성을 크게 향상시킬 수 있도록 한다.
특히, 상기 제1 코팅 기재(121)는 두께가 10 내지 50 ㎛이고, 상기 제2 코팅 기재(131)는 두께가 30 내지 300 ㎛인 것을 사용할 수 있으며, 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)를 250 내지 500 ℃의 온도로 1 내지 20분 동안 가열하여 금속 파이프 원재(110)의 표면에 제1 코팅층과 제2 코팅층 포함 총두께가 30 내지 300 ㎛인 비부착성 코팅층을 형성시킬 수 있다.
제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)의 두께가 각각 10 ㎛, 30 ㎛ 미만인 경우 두께가 얇아 고온 가열에 의해 균일한 코팅층을 형성시키기 힘든 문제가 발생할 수 있고, 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)의 두께가 각각 50 ㎛, 300 ㎛를 초과할 경우 코팅 기재가 단시간에 충분히 수축되기 힘든 문제가 발생할 수 있다.
상기와 같이 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)를 이중으로 적층하게 되면, 두께가 얇은 제1 코팅 기재(121)의 외면을 제2 코팅 기재(131)가 보호하여 고온으로 가열시 가해지는 열충격을 제2 코팅 기재(131)가 보호하도록 하여 균일한 품질의 코팅층을 표면에 형성시킬 수 있도록 한다.
또한, 본 단계에서는 상기 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)의 사이에 보강 기재를 추가로 적층하여 코팅층의 물성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 코팅 효율을 높일 수 있다.
구체적으로, 보강 기재는 현무암 섬유, 탄소 섬유로 제조한 보강 직물을 도입할 수 있으며, 보강 직물은 경사(warp)로 신축성이 없는 내열성 현무암 섬유를 도입하고, 위사(weft)로 고신축성 탄소 섬유를 도입한 것을 사용할 수 있다. 상기와 같은 보강 직물은 보강 직물의 경사 방향이 금속 파이프 원재(110)의 길이방향과 나란하게 적층시키도록 하여 고온으로 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)를 수축시킬 때, 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)의 사이에서 위사로 배열된 탄소 섬유는 신축성이 우수해 금속 파이프 원재(110)의 표면에 강하게 수축되도록 하고, 경사로 배열된 현무암 섬유는 고내열성을 나타내도록 하고, 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)를 강하게 지지하는 구조를 형성하여 단시간에 금속 파이프 원재(110)의 표면에 균일한 코팅층을 형성시킬 수 있도록 한다.
바람직하게는, 상기 보강 직물은 10 내지 20 데니어의 현무암 섬유 및 탄소 섬유를 사용하고, 경사와 위사를 주자직으로 평직한 직물 원단을 사용할 수 있으며, 이와 같은 구조를 갖는 직물 원단은 위사로 배치된 탄소 섬유가 우수한 신축성을 나타내어 고온으로 가열시 위사가 고수축율로 수축되며, 경사는 저수축율로 수축되어 고온 가열시에도 안정적으로 금속 파이프 원재(110)의 표면에 균일한 코팅층을 형성시킬 수 있도록 한다. 이때, 상기 보강 직물은 두께가 5 내지 30 ㎛인 보강 직물을 도입하여 사용할 수 있다.
한편, 상기 단계 (b)는, 외면에 제1 코팅 기재층(120) 및 제2 코팅 기재층(130)이 형성된 열교환기용 파이프(100)를 제조하는 단계로서, 금속 파이프 원재(110)에 적층시킨 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)를 250 내지 500 ℃의 온도로 1 내지 20분 동안 가열하여 상기 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)를 수축시켜 외면에 제1 코팅 기재층(120) 및 제2 코팅 기재층(130)이 형성된 열교환기용 파이프(100)를 형성시킬 수 있다.
또한, 본 단계에서는, 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)가 균일하게 수축될 수 있도록 금속 파이프 원재(110)에 적층시킨 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)를 100 내지 200 ℃의 온도로 가열하여 예열처리한 다음, 250 내지 500 ℃의 온도로 가열하여 수축시키는 방법으로 금속 파이프 원재(110)의 표면에 균일한 두께의 코팅층을 형성시켜 열교환기용 파이프(100)를 제조할 수 있다.
그리고, 본 단계는 가압 수단이 구비된 가열 챔버, 고압 고열의 기체를 금속 파이프 원재에 분사하는 노즐이 구비된 가열 반응조에서 수행할 수 있으며, 금속 파이프 원재를 가열할 수 있는 구조의 통상적인 다양한 장치에서 수행할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 열교환기용 파이프(100)의 제조방법에서는, 제1 코팅 기재(121) 및 제2 코팅 기재(131)를 각각 금속 파이프 원재(110)의 표면에 적층한 다음, 고온으로 가열 수축시켜 단일층 코팅 기재를 적층할 경우 발생되는 용융에 의한 홀 발생 등의 문제점을 방지하여 표면에 내산성, 내부식성 등의 특성이 우수한 코팅층을 형성시킬 수 있도록 한다.
또한, 보호 기재를 추가로 형성시키도록 하여 균일한 코팅층을 형성시킬 수 있고, 열교환기용 파이프(100)의 내마모성 등과 같은 기계적 물성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 상기에 기재된 바와 같은 방법으로 제조한 열교환기용 파이프(100)를 제공하며, 상기 열교환기용 파이프(100)는 각종 유체를 효과적으로 이송시킬 수 있는 이송 통로를 제공하며, 내산성, 내부식성, 기밀성, 내마모성 등의 특성이 우수하여 각종 유체를 이송하는 열교환기 산업에 도입되어 장시간 안정적으로 활용될 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>
내경이 12.7 mm이고, 두께가 2 mm인 구리 합금 파이프 원재를 준비하고, 코팅 기재로 내경이 16 mm이고, 두께가 30 ㎛인 중공형 제1 테프론 튜브 및 내경이 17mm이고, 두께가 50 ㎛인 중공형 제2 테프론 튜브를 각각 준비하였다.
구리 합금 파이프 원재에 제1 테프론 튜브 및 제2 테프론 튜브를 삽입하여 적층 시켰으며, 가열 챔버에 코팅 기재가 적층된 금속 파이프 원재를 투입하고, 420 내지 450 ℃의 온도로 2 내지 5분 동안 가열하여 각각의 코팅 기재를 수축시켜 표면에 비부착형 테프론 코팅층이 형성된 열교환기용 파이프를 제조하였다.
중공형 제1 테프론 튜브는 플루오르화 에틸렌 프로필렌 공중합체(fluorinated ethylene co-polymer propylene, FEP) 100 중량부, N-메틸-2-피롤리돈 30 중량부, 탈크 20 중량부, 로진에스테르 20 중량부 및 활제 및 내열 안정제를 각각 1:1의 중량비로 포함하는 혼합물 3 중량부를 포함하는 불소 수지 혼합물을 성형하여 제조한 중공형 튜브를 사용하였고, 제2 테프론 튜브는 FEP 100 중량부, N-메틸-2-피롤리돈 30 중량부, 탈크 20 중량부, 0.1 내지 2 ㎛인 이황화몰리브덴 및 평균 입경이 0.1 내지 2 ㎛인 그래파이트를 각각 1:1의 중량비로 포함하는 혼합물 3 중량부를 포함하는 불소 수지 혼합물을 성형하여 제조한 중공형 튜브를 사용하였다.
<실시예 2>
제1 테프론 튜브 및 제2 테프론 튜브 사이에 두께가 20 ㎛인 보강 직물을 도입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열교환기용 파이프를 제조하였다. 보강 직물은 현무암 섬유를 경사로, 탄소 섬유를 위사로 하여 주자직으로 평직한 직물 원단을 사용하였다.
<비교예 1>
두께가 80 ㎛이고, 내경이 16 mm인 중공형 제3 테프론 튜브를 구리 합금 파이프 원재에 적층하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열교환기용 파이프를 제조하였다.
<실험예>
(1) 코팅층 밀착성 평가
코팅층의 밀착성 평가는 시편 표면에 상하좌우로 폭 1 mm의 Cross-cut을 하여 100개의 사각 눈금 메쉬를 형성시키고, 시판되는 셀로판 접착 테이프를 이용하여 강하게 접착시킨 다음, 평판에 대하여 수직방향으로 뜯어낸 다음, 박리되는 코팅층 조각의 개수를 측정하는 방법으로 평가하였다. 평가는 박리된 코팅층 조각의 개수가 10개 이상인 경우 불량(X), 10 미만인 경우 양호(△), 5개 미만인 경우 우수(○), 1개 미만인 경우 최우수(◎)로 평가하였으며, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
(2) 코팅층 균일성 평가
코팅층의 균일성 평가는 코팅층에 형성된 홀(hole) 또는 크랙(crack)의 발생여부 및 크기를 측정하는 방법으로 평가하였으며, 시편에 형성된 코팅층을 전자현미경으로 관찰하여 확인하였다. 균일성 평가는 코팅층에 형성된 홀의 직경 또는 크랙의 폭이 10 ㎛ 이상인 경우 불량(X), 10 ㎛ 미만인 경우 양호(△), 5 ㎛ 미만인 경우 우수(○), 1 ㎛ 미만인 경우 최우수(◎)로 판정하였으며, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에 따른 방법으로 제조한 열교환기용 파이프는 표면에 평균 두께가 각각 31 ㎛, 44 ㎛ 및 21 ㎛의 코팅층이 형성되어 있음을 확인할 수 있었으며, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 방법으로 제조한 열교환기용 파이프의 경우 밀착성과 균일성이 우수한 코팅층을 형성시킬 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 2의 경우 형성된 코팅층의 밀착성과 균일성이 매우 우수한 것으로 확인된 반면에, 비교예 1의 경우 20 ㎛ 이상의 직경을 갖는 홀이 다수 발견되었고, 박리된 코팅층 조각의 수가 10개 이상으로 나타나 코팅의 균일성과 밀착성이 떨어진다는 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.
100 : 열교환기용 파이프 110 : 금속 파이프 원재
120 : 제1 코팅 기재층 121 : 제1 코팅 기재
130 : 제2 코팅 기재층 131 : 제2 코팅 기재
120 : 제1 코팅 기재층 121 : 제1 코팅 기재
130 : 제2 코팅 기재층 131 : 제2 코팅 기재
Claims (6)
- (a) 금속 파이프 원재의 표면에 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 순차적으로 적층시키는 단계; 및
(b) 상기 금속 파이프 원재에 적층시킨 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 250 내지 500 ℃의 온도로 가열하여 상기 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 수축시켜 외면에 제1 코팅 기재층 및 제2 코팅 기재층이 형성된 열교환기용 파이프를 제조하는 단계;를 포함하되,
상기 제1 코팅 기재는,
플루오르화 에틸렌 프로필렌 공중합체(fluorinated ethylene co-polymer propylene, FEP) 100 중량부, N-메틸-2-피롤리돈 30 중량부, 탈크 20 중량부, 로진에스테르 20 중량부, 활제 및 내열 안정제를 각각 1:1의 중량비로 포함하는 첨가제 3 중량부를 포함하는 불소 수지 혼합물을 이용해 제조하여 두께가 10 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하고,
상기 제2 코팅 기재는,
플루오르화 에틸렌 프로필렌 공중합체 100 중량부, N-메틸-2-피롤리돈 30 중량부, 탈크 20 중량부, 로진에스테르 20 중량부, 평균 입경이 0.1 내지 2 ㎛인 이황화몰리브덴 및 평균 입경이 0.1 내지 2 ㎛인 그래파이트를 각각 1:1의 중량비로 포함하는 첨가제 3 중량부를 포함하는 불소 수지 혼합물을 이용해 제조하여 두께가 두께가 30 내지 300 ㎛인 것을 특징으로 하고,
상기 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재는 각각 양측이 개방되고 내부에 중공이 형성된 튜브형 구조 또는 필름형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기용 파이프의 제조방법. - 제1항에 있어서
상기 금속 파이프 원재는,
금속 파이프 원재의 표면에 표면조도를 부여하는 표면 처리 단계; 및
표면 처리한 상기 금속 파이프 원재의 표면을 세척하는 세척 단계;를 포함하는 방법으로 전처리한 것을 특징으로 하는 열교환기용 파이프의 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 단계 (a)에서는, 상기 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재 사이에 메쉬 구조의 보강 기재를 추가로 적층하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 파이프의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 (b)에서는, 금속 파이프 원재에 적층시킨 제1 코팅 기재 및 제2 코팅 기재를 100 내지 200 ℃의 온도로 가열하여 예열처리한 다음, 250 내지 500 ℃의 온도로 가열하여 수축시키는 것을 특징으로 하는 열교환기용 파이프의 제조방법. - 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조하여, 표면에 제1 코팅 기재층 및 제2 코팅 기재층이 순차적으로 적층 형성되고,
상기 제1 코팅 기재는,
플루오르화 에틸렌 프로필렌 공중합체(fluorinated ethylene co-polymer propylene, FEP) 100 중량부, N-메틸-2-피롤리돈 30 중량부, 탈크 20 중량부, 로진에스테르 20 중량부, 활제 및 내열 안정제를 각각 1:1의 중량비로 포함하는 첨가제 3 중량부를 포함하는 불소 수지 혼합물을 이용해 제조한 것을 특징으로 하고,
상기 제2 코팅 기재는,
플루오르화 에틸렌 프로필렌 공중합체 100 중량부, N-메틸-2-피롤리돈 30 중량부, 탈크 20 중량부, 로진에스테르 20 중량부, 평균 입경이 0.1 내지 2 ㎛인 이황화몰리브덴 및 평균 입경이 0.1 내지 2 ㎛인 그래파이트를 각각 1:1의 중량비로 포함하는 첨가제 3 중량부를 포함하는 불소 수지 혼합물을 이용해 제조한 것을 특징으로 하는 열교환기용 파이프.
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