KR102359022B1 - 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드 및 그 제조방법 - Google Patents

절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 충전재, 결합재 및 광물섬유가 함유된 보강재로 이루어지며, 충전재, 결합재 및 광물섬유가 함유된 보강재를 배합하는 원료배합단계, 상기 원료배합단계를 통해 배합된 배합물을 500 내지 1500rpm의 속도로 2 내지 5분 동안 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 130 내지 200℃의 온도와 150 내지 200kgf/cm2의 압력으로 성형하는 성형단계, 상기 성형단계를 통해 제조된 성형물을 80 내지 150℃의 온도로 2 내지 5시간 동안 열처리하는 열처리단계 및 상기 열처리단계를 통해 열처리된 성형물을 연마하는 연마단계를 통해 제조된다.
상기의 성분 및 제조방법을 통해 제조되는 비석면 보드는 보강재로 광물섬유가 함유되어 원료의 쏠림현상 억제로 인해 기계적 물성이 향상될 뿐만 아니라, 충전재로 에어로겔 또는 글라스 버블이 함유되어 절연성 및 단열성이 우수하다.

Description

절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드 및 그 제조방법{NON-ASBESTOS BOARD WITH EXCELLENT INSULATION AND HEAT INSULATION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보강재로 광물섬유(Mineral Fiber)가 함유되어 원료의 쏠림현상 억제로 인해 기계적 물성이 향상될 뿐만 아니라, 충전재로 에어로겔(Aerogel) 또는 글라스 버블(Glass bubble)이 함유되어 절연성 및 단열성이 우수한 비석면 보드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
단열재는 전도에 의한 열 이동으로 유발된 열 손실을 방지하거나 에너지 손실을 최소화하는데 사용된다. 일반적으로 단열재는 대기 또는 증기압 하에서 경화되는 충전재, 규산칼슘을 함유하는 결합재 및 보강섬유재로 제조된다. 상기 제조에 있어 결합재의 성분인 규산칼슘 또는 수화된 석회는 공지된 규산칼슘 수화물 구조를 형성하도록 실리카 및 물과 반응해야 한다. 응고 결합재의 구조는 반응 상태 하에서 실제로 반응할 수 있는 수화된 석회 및 규소의 상대적 비율에 따라 달라지게 된다. 이 때, 생성물의 특성은 부가되는 보강 섬유재료에 따라 달라지며, 이러한 목적에 유용하게 사용된 것이 석면이다. 따라서, 석면을 이용하여 제조된 단열판은 높은 내열성 및 경량으로 당업계에서 각광받아왔다.
그러나 석면은 주로 사문석이라는 자연석에서 얻어지는 것으로 서릿발 모양으로 끝이 날카롭고 섬유상으로 결정성장을 하여, 이와 같은 석면 분진을 흡입하게 되면 폐암 또는 중피종양의 원인이 되는 것으로 보고된 바 있다.
이러한 석면의 유해성으로 인해 국내외에서 석면의 사용이 크게 규제되었으며, 석면을 대체하는 원료를 사용한 단열재 제품의 개발이 이루어지고 있는데, 대한민국 특허등록 제10-1303378호에는 분말형 열경화성 수지를 이용하여 제조된 팽창 퍼라이트 성형체를 진공단열재의 코어재로 사용하므로써 높은 비표면적과 독립된 셀을 가진 기계적 강도가 높은 코어재를 형성하여 물리적 충격이나 경시변화에 따른 물성 감소를 억제함과 동시에 우수한 열전도율을 가진 팽창 퍼라이트 성형체, 이를 이용한 진공 단열재 및 이의 제조방법에 관한 내용이 개시되어 있으며, 대한민국 특허공개 제10-2017-0103386호에는 황산바륨, 마이카, 규회석, 퍼라이트, 규석, 규사로 이루어진 군에서 선택된 충진재, 페놀계 수지로 구성된 결합재, 유기섬유, 무기섬유 및 이의 조합에서 선택된 결합재를 이용하여 제조된 비석면 절연 및 단열판이 개시되어 있다.
그러나, 상기에 나열된 기술들은 충전재로 퍼라이트를 사용하는데, 퍼라이트는 입도가 균일하지 않고, 구조가 정형화되어 있지 않기 때문에, 퍼라이트를 사용한 단열재는 전면에 걸쳐 일정한 열전도율을 나타내지 못하며, 열프레스를 이용한 성형과정에서 가해지는 높은 압력에 의해 퍼라이트 내에 기공층이 붕괴되어 단열효과가 저하되는 문제점이 있었다.
대한민국 특허등록 제10-1303378호(2013.08.28) 대한민국 특허공개 제10-2017-0103386호(2017.09.13)
본 발명의 목적은 보강재로 광물섬유가 함유되어 원료의 쏠림현상 억제로 인해 기계적 물성이 향상될 뿐만 아니라, 충전재로 에어로겔 또는 글라스 버블이 함유되어 절연성 및 단열성이 우수한 비석면 보드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 충전재, 결합재 및 광물섬유가 함유된 보강재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드를 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드는 충전재 100 중량부, 결합재 12 내지 25 중량부 및 광물섬유가 함유된 보강재 4 내지 15 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 광물섬유가 함유된 보강재는 광물섬유 100 중량부에 아라미드 섬유 및 탄소섬유로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 5 내지 90 중량부 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 광물섬유는 유리면 및 광재면으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 광물섬유가 함유된 보강재에는 유리섬유 및 세라믹으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이 더 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 충전재는 황산바륨, 에어로겔, 규회석 및 운모로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 충전재는 황산바륨 100 중량부, 에어로겔 15 내지 20 중량부, 규회석 50 내지 65 중량부 및 운모 40 내지 50 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 충전재에는 규석 및 규사로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이 더 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 충전재는 황산바륨, 글라스 버블, 규회석 및 운모로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 충전재는 황산바륨 100 중량부, 글라스 버블 15 내지 20 중량부, 규회석 50 내지 65 중량부 및 운모 40 내지 50 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 충전재에는 규석 및 규사로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이 더 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 결합재는 페놀계 수지 및 페놀변성 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 충전재, 결합재 및 광물섬유가 함유된 보강재를 배합하는 원료배합단계, 상기 원료배합단계를 통해 배합된 배합물을 500 내지 1500rpm의 속도로 2 내지 5분 동안 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 130 내지 200℃의 온도와 150 내지 200kgf/cm2의 압력으로 성형하는 성형단계, 상기 성형단계를 통해 제조된 성형물을 80 내지 150℃의 온도로 2 내지 5시간 동안 열처리하는 열처리단계 및 상기 열처리단계를 통해 열처리된 성형물을 연마하는 연마단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드의 제조방법을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 절연성 및 단열성이 우수한 비석면 보드 및 그 제조방법은 광물섬유가 함유된 보강재가 사용되어 원료의 쏠림현상 억제로 인해 기계적 물성이 향상될 뿐만 아니라, 충전재로 에어로겔 또는 글라스 버블이 함유되어 절연성 및 단열성이 우수한 비석면 보드를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1 내지 2는 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드의 성분을 분석한 시험성적서이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드는 충전재, 결합재 및 광물섬유가 함유된 보강재로 이루어지며, 충전재 100 중량부, 결합재 12 내지 25 중량부 및 광물섬유가 함유된 보강재 4 내지 15 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 충전재는 본 발명에 따른 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드를 구성하는 주요 성분으로, 비석면 보드의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 하는데, 황산바륨, 에어로겔, 규회석 및 운모로 이루어지며, 황산바륨 100 중량부, 에어로겔 15 내지 20 중량부, 규회석 50 내지 65 중량부 및 운모 40 내지 50 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 충전재는 황산바륨, 글라스 버블, 규회석 및 운모로 이루어질 수도 있으며, 이 경우에는 황산바륨 100 중량부, 글라스 버블 15 내지 20 중량부, 규회석 50 내지 65 중량부 및 운모 40 내지 50 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 황산바륨은 비중이 높고 분말상이라 상기 에어로겔 또는 글라스 버블의 가벼운 비중을 보완하며, 상기 규회석의 침상구조와 상기 운모의 판상구조에서 발생하는 지나치게 많은 기공을 보완하는 역할을 한다.
상기 에어로겔이나 글라스 버블 15 내지 20 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드에 단열 및 절연효과를 부여하는 역할을 하는데, 에어로겔이나 글라스 버블은 보드의 제조과정 중 열프레스를 이용한 성형단계에서 가해지는 높은 압력에 의해 기공이 파괴되지 않고 유지되어 단열 및 절연효과가 유지될 수 있다.
상기 에어로겔이나 글라스 버블의 함량이 15 중량부 미만이면 비석면 보드의 절연성 및 단열성능이 저하되며, 상기 에어로겔이나 글라스 버블의 함량이 20 중량부를 초과하게 되면 비석면 보드에 기공이 지나치게 증가하여 기계적 강도가 저하된다.
상기 규회석은 50 내지 65 중량부가 함유되며, 고유의 침상구조로 인해 비석면 보드의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 하는데, 규회석의 함량이 50 중량부 미만이면 비석면 보드 내에 침상구조 부족으로 인해 규회석과 다른 원료간의 결합력 저하가 발생하여 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 규회석의 함량이 65 중량부를 초과하게 되면 경도가 지나치게 증가하여 비석면 보드의 제조공정 효율성과 가공성이 저하된다.
상기 운모는 40 내지 50 중량부가 함유되며, 입도가 비교적 크고 판상구조를 나타내기 때문에 비석면 보드에 우수한 단열성능을 부여하는 역할을 하는데, 운모의 함량이 40 중량부 미만이면 단열성능이 저하되며, 운모의 함량이 50 중량부를 초과하게 되면 박리현상이 발생하여 비석면 보드의 기계적 강도가 저하된다.
또한, 상기 충전재에는 규석 및 규사로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이 더 함유될 수도 있는데, 상기와 같은 규석 및 규사 성분이 더 함유되면 비석면 보드의 기계적 강도가 더욱 향상될 수 있으며, 이때, 상기 규석, 규사 및 규석과 규사의 혼합물은 상기 황산바륨 100 중량부 대비 20 내지 40 중량부가 바람직하다.
상기 결합재는 12 내지 25 중량부가 함유되며, 페놀계 수지 및 페놀변성 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 본 발명에 따른 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드를 구성하는 충전재 및 광물섬유가 함유된 보강재를 결속시키는 역할을 한다.
상기 결합재의 함량이 12 중량부 미만이면 열성형이 불완전하게 진행되어 결합력이 약해지는 문제점이 있으며 제조 공정 중 금형에서 분리가 어려운 단점이 있다. 또한, 상기 결합재의 함량이 25 중량부를 초과하게 되면 제품의 강도가 지나치게 증가하여 가공이 어렵고 미열에서도 빠르게 탄화가 진행되어 비석면 보드의 상품성이 저하되고 비석면 보드를 제조하는 과정에서 금형으로부터 분리가 어려워진다.
상기 광물섬유가 함유된 보강재는 4 내지 15 중량부가 함유되며, 광물섬유 100 중량부에 아라미드 섬유 및 탄소섬유로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어진 유기섬유 5 내지 90 중량부 혼합하여 이루어지는데, 석면 성분이 함유되지 않으면서도 보강재로 유기섬유만을 사용하는 경우에 발생하는 정전기 현상과 원료의 쏠림현상을 억제하여 절연성능을 나타내며 기계적 강도가 고르게 발현되는 비석면 보드를 제공하는 역할을 한다.
이때, 상기 광물섬유는 유리면(Glass Wool) 및 광재면(Mineral Wool)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 아라미드 섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유와 탄소섬유의 혼합물의 함량이 5 중량부 미만인 경우에는 비석면 보드의 기계적 강도가 저하되며, 상기 아라미드 섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유와 탄소섬유의 혼합물의 함량이 90 중량부를 초과하는 경우에는 절연효과가 저하되어 정전기가 발생하며 섬유간 엉킴현상으로 인해 가공성이 저하되며 제조비용을 지나치게 증가시키게 된다.
또한, 상기 광물섬유가 함유된 보강재에는 유리섬유 및 세라믹으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이 더 함유될 수도 있는데, 유리섬유, 세라믹 성분 및 유리섬유와 세라믹의 혼합물이 더 함유되면 비석면 보드의 기계적 강도를 더욱 향상시킬 수 있으며, 유리섬유, 세라믹 성분 및 유리섬유와 세라믹의 혼합물의 함량은 상기 광물섬유가 함유된 보강재에 함유된 광물섬유 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부가 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드의 제조방법은 충전재, 결합재 및 광물섬유가 함유된 보강재를 배합하는 원료배합단계, 상기 원료배합단계를 통해 배합된 배합물을 500 내지 1500rpm의 속도로 2 내지 5분 동안 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 130 내지 200℃의 온도와 150 내지 200kgf/cm2의 압력으로 성형하는 성형단계, 상기 성형단계를 통해 제조된 성형물을 80 내지 150℃의 온도로 2 내지 5시간 동안 열처리하는 열처리단계 및 상기 열처리단계를 통해 열처리된 성형물을 연마하는 연마단계로 이루어진다.
상기 원료배합단계는 충전재, 결합재 및 광물섬유가 함유된 보강재를 배합하는 단계로, 충전재 100 중량부, 결합재 12 내지 25 중량부 및 광물섬유가 함유된 보강재 4 내지 15 중량부를 배합하여 이루어지는데, 상기 원료배합단계는 건식 배합법, 부분 건식 배합법 및 습식 배합법을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 건식 배합법을 사용하는 것이 바람직하다.
건식배합법의 경우 물을 사용하지 않아 온도가 낮은 겨울철에도 동결의 문제 없이 작업이 용이하고, 혼합기의 청소가 용이한 장점이 있다.
이때, 상기 충전재, 결합재 및 광물섬유가 함유된 보강재의 함량, 구체적인 성분 및 역할은 상기 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드에 기재된 내용과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 원료혼합단계는 상기 원료배합단계를 통해 배합된 배합물을 혼합하는 단계로, 상기 원료배합단계를 통해 배합된 배합물을 교반장치가 구비된 혼합기에 투입하고 500 내지 1500rpm의 속도로 2 내지 5분 동안 교반하는 과정으로 이루어진다.
상기 원료혼합단계에서 교반속도가 500rpm미만이거나 교반시간이 2분 미만인 경우에는 충전재, 결합재 및 광물섬유가 함유된 보강재가 고르게 혼합되지 못해 균일한 물성을 나타내는 비석면 보드를 제조할 수 없고, 상기 교반속도가 1500rpm을 초과하거나 교반시간이 5분을 초과하게 되면 원료에 함유된 섬유 성분의 길이가 지니치게 짧아져 결합력 저하로 인해 보드의 기계적 강도가 저하될 수 있다.
상기 성형단계는 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 압축성형하는 단계로, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 계랑한 후에 압축 열성형기에 투입하고 130 내지 200℃의 온도와 150 내지 200kgf/cm2의 압력으로 성형하는 단계다.
상기 성형단계에서 성형온도가 130℃ 미만이면 결합재 성분의 유동성이 낮아져 성형공정의 효율성이 저하되며, 상기 성형단계에서 성형온도가 200℃를 초과하게 되면 결합재 성분의 탄화가 진행될 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 열처리단계는 상기 성형단계를 통해 제조된 성형물을 열처리하는 단계로, 상기 성형단계를 통해 제조된 성형물을 건조기에 투입하고 80 내지 150℃의 온도로 2 내지 5시간 동안 열처리하는 과정으로 이루어지는데, 상기의 온도와 시간 동안 열처리된 성형물은 종래의 습식 성형 제품에 비하여 수분함량이 낮고 수분흡수가 거의 없어 절연 파괴 강도와 같은 전기적 성질을 향상되며, 기계적 강도가 향상될 뿐만 아니라, 뒤틀림이 방지되어 우수한 치수안정성을 나타낸다.
상기 연마단계는 상기 열처리단계를 통해 열처리된 성형물을 연마하는 단계로, 상기 열처리단계를 통해 열처리된 성형물의 표면을 연마하여 외관품질을 개선하고 용도에 맞도록 가공하는 단계다.
이하에서는, 본 발명에 따른 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<실시예 1>
충전재(글라스 버블 8.1 중량%, 황산바륨 45.9 중량%, 규회석 24 중량% 및, 운모 22 중량%) 78kg, 결합재(페놀계 분말 수지) 15.3kg 및 보강재{광물섬유(유리면) 6kg 및 아라미드 섬유 0.7kg} 6.7kg을 배합하여 배합물을 제조한 후에, 상기 배합물을 교반장치가 구비된 혼합기에 투입하고 1400rpm의 속도로 3분 동안 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물 51kg을 압축 열성형기에 투입하고 140℃의 온도와 175kgf/cm2의 압력에서 20분 동안 열압축하여 성형물을 제조하고, 제조된 성형물을 건조기에 투입하고 105℃의 온도에서 4시간 동안 열처리한 후에 표면을 연마하여 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 충전재(에어로겔 8.1 중량%, 황산바륨 45.9 중량%, 규회석 24 중량% 및 운모 22 중량%) 78kg, 결합재(페놀계 분말 수지) 15kg 및 보강재{광물섬유(유리면) 6kg 및 아라미드 섬유 1kg} 7kg을 배합하여 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 충전재(에어로겔 7.6 중량%, 황산바륨 43.9 중량%, 규회석 27.5 중량% 및 운모 21 중량%) 75kg, 결합재(페놀계 분말 수지) 17kg 및 보강재{광물섬유(광재면) 7kg 및 탄소섬유 1kg} 8kg을 배합하여 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드를 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 충전재(퍼라이트 8.7 중량%, 황산바륨 43.5 중량%, 규회석 21.7 중량% 및 운모 26.1 중량%) 77kg, 결합재(페놀계 분말 수지) 17.5kg 및 보강재(유리섬유 5kg 및 아라미드 섬유 0.5kg) 5.5kg을 배합하여 비석면 보드를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1을 통해 제조된 비석면 보드의 굴곡강도, 충격강도, 압축강도, 열전도율, 절연파괴강도, 체적저항율 및 표면저항율을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
{단, 굴곡강도는 제조된 비석면 보드를 가로 20mm×세로 140mm×두께 10mm로 절단하여 시험편을 준비하고, 100mm 떨어진 두 지점 위에 수평으로 얹어 양 지점 중앙에 서서히 하중을 걸어 절단될 때의 하중을 측정하는 방법을 이용하였으며, 이때, 굴곡강도는 하기 수학식 1에 의하여 산출되었다. 정상상태의 시험은 실온에서 진행하며, 가열 후의 굴곡강도는 시험편을 300℃의 노(爐) 안에서 3시간 동안 가열한 후 상온으로 냉각한 상태에서 시험하였다.
수학식 1
Figure 112020014365522-pat00001
(상기에서, P: 힘{kgf(N)}, L: 지점 사이의 거리(100mm), b: 시험편의 폭(10∼20 mm) 및 h: 시험편의 두께(mm)이다.)
또한, 충격강도는 제조된 비석면 보드를 가로 10mm×세로 90mm×두께 10mm로 절단하여 시험편을 준비한 다음, 샤르피 충격 시험기(용량 약 30 kgfㆍcm){Nㆍcm}를 이용하여 지점사이의 거리를 60mm로 하고, 준비된 시험편을 양 지점에 얹고 그 중앙부를 망치로 1회 충격하여 절단되는 최소의 kgfㆍcm{Nㆍcm}를 절입부에서의 원 단면적(cm2)으로 나누어 내 충격치로 결정하였다.
또한, 압축강도는 제조된 비석면 보드를 가로 12.5mm×세로 12.5mm×두께 25mm 로 절단하여 시험편을 준비한 다음, 시험편의 폭, 두께, 또는 직경을 측정하고 단면적의 평균값을 계산한다. 압축판의 사이에 시험편을 평행하게 넣고, 5mm/min의 속도로 압축판을 하강하여 압력을 가한 후 수학식 2에 따라 압축강도를 산출하였다.
수학식 2
Figure 112020014365522-pat00002
(여기에서, Ec: 압축강도(Mpa), σ1: 0.0005의 ε1 변형으로 측정한 응력, σ2: 0.0025의ε2 변형으로 측정한 응력이다.)
또한, 열전도율은 제조된 비석면 보드를 가로 300mm×세로 300mm×두께 20mm로 절단하여 시험편을 준비한 다음, 시험편 양표면의 유효측정 영역 내에 1개소 이상의 온도측정 접점을 설치하고, 시험편 주위를 항온조를 이용하여 충분히 단열한 후, 시험편의 양면에 10℃ 이상의 온도차를 부여한다. 시험편 표면온도가 똑같은 방향에 변화가 없게 된후부터 시험편 온도차에 대하여 30분당 1% 이상 변화하지 않는 정상상태에 도달하면 측정을 종료하고, 수학식 3에 따라 열전도율을 산출하였다.
수학식 3
Figure 112020014365522-pat00003
(여기에서, ι: 시험체의 두께(m), Rc: 시험체의 열저항(m2·h·℃/kcal)(m
2·K/W), θ1: 시험체 고온면의 온도(℃), θ2: 시험체 저온면의 온도(℃), q: 단위 면적당 열류량(kcal/m2·h)(W/m2), K1,K2: 열류계의 감도계수(kcal/m2·h)(W/m2·V), e1e2: 열류계의 출력(V))
또한, 절연파괴강도는 제조된 비석면 보드를 가로 50mm×세로 50mm×두께 5mm로 절단하여 시험편을 준비한 다음, 시험 온도 23℃ 및 상대 습도 50% 하에서, 섬락을 방지하기 위해 절연유가 든 기름중탕 속에서 상·하 동일한 지름인 250mm의 실린더형 전극 사이의 중앙에 시험편을 놓고 단시간 시험방법으로 AC 60Hz의 상용주파 전압을 0에서부터 3000V/s의 속도로 상승시켜 시편이 파괴되었을 때의 파괴전압을 측정하는 방법을 이용하였다.
또한, 체적저항율은 제조된 비석면 보드를 지름이 100mm이고 두께가 3mm인 원판형으로 절단한 후에 20℃의 온도와 상대습도 65% 하에서 절연저항 측정기를 이용하여 체적저항율을 측정하는 방법을 이용하였다.
또한, 표면저항율은 제조된 비석면 보드를 지름이 100mm이고 두께가 3mm인 원판형으로 절단한 후에 20℃의 온도와 상대습도 65% 하에서 절연저항 측정기를 이용하여 표면저항율을 측정하는 방법을 이용하였다.}
<표 1>
Figure 112020014365522-pat00004
상기 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드는 굴곡강도, 충격강도, 압축강도와 같은 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라, 절연성 및 단열성이 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드의 성분을 한국화학융합시험연구원에 의뢰하여 분석하였으며, 그 결과인 시험성적서를 아래 도 1 내지 2에 나타내었다.
아래 도 1 내지 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보도는 석면을 함유하고 있지 않은 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 절연성 및 단열성이 우수한 비석면 보드 및 그 제조방법은 보강재로 광물섬유가 함유되어 원료의 쏠림현상 억제로 인해 기계적 물성이 향상될 뿐만 아니라, 충전재로 에어로겔 또는 글라스 버블이 함유되어 절연성 및 단열성이 우수한 비석면 보드를 제공한다.

Claims (13)

  1. 충전재 100 중량부, 결합재 12 내지 25 중량부 및 광물섬유가 함유된 보강재 4 내지 15 중량부로 이루어지며,
    상기 충전재는 황산바륨 100 중량부, 에어로겔 15 내지 20 중량부, 규회석 50 내지 65 중량부 및 운모 40 내지 50 중량부로 이루어지고,
    상기 광물섬유가 함유된 보강재는 광재면 100 중량부에 탄소섬유 5 내지 90 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 광물섬유가 함유된 보강재에는 유리섬유 및 세라믹으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이 더 함유되는 것을 특징으로 하는 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전재에는 규석 및 규사로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이 더 함유되는 것을 특징으로 하는 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 결합재는 페놀계 수지 및 페놀변성 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드.
  13. 충전재, 결합재 및 광물섬유가 함유된 보강재를 배합하는 원료배합단계;
    상기 원료배합단계를 통해 배합된 배합물을 500 내지 1500rpm의 속도로 2 내지 5분 동안 혼합하는 원료혼합단계;
    상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 130 내지 200℃의 온도와 150 내지 200kgf/cm2의 압력으로 성형하는 성형단계;
    상기 성형단계를 통해 제조된 성형물을 80 내지 150℃의 온도로 2 내지 5시간 동안 열처리하는 열처리단계; 및
    상기 열처리단계를 통해 열처리된 성형물을 연마하는 연마단계;로 이루어지며,
    상기 원료배합단계는 충전재 100 중량부, 결합재 12 내지 25 중량부 및 광물섬유가 함유된 보강재 4 내지 15 중량부를 배합하여 이루어지고,
    상기 충전재는 황산바륨 100 중량부, 에어로겔 15 내지 20 중량부, 규회석 50 내지 65 중량부 및 운모 40 내지 50 중량부로 이루어지며,
    상기 광물섬유가 함유된 보강재는 광재면 100 중량부에 탄소섬유 5 내지 90 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 절연성과 단열성이 우수한 비석면 보드의 제조방법.
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