KR102395156B1 - 난연성능이 우수한 frp 선박 및 그 건조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 난연성능이 우수한 FRP선박 및 그 건조방법은 몰드제작단계(S100), 몰드전처리단계(S200), FRP 적층단계(S300), 보강작업단계(S400), FRP 탈형단계(S500) 및 가공조립단계(S600)를 포함하며, 상기 FRP 적층단계(S300)는, 몰드 상에 FRP 선박용 겔코트를 도포하는 단계(S310); 유리섬유를 적층하는 단계(S320); 적층된 유리섬유층에 난연성 합성수지를 함침하는 단계(S330); 및 굳히는 단계(S340);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

난연성능이 우수한 FRP 선박 및 그 건조방법{FRP vessel having flame-retardant and method of the same}
본 발명은 난연성능이 우수한 FRP 선박 및 그 건조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박 또는 선박의 몸체부분을 난연성 FRP를 이용하여 적층 성형 또는 진공 성형을 통해 제조하는 것을 특징으로 하는 난연성능이 우수한 FRP 선박 및 그 건조방법에 관한 것이다.
소형 선박은 주로 목재를 사용하여 건조된 목선이 주류를 이루어 왔으며, 중·대형 선박은 강재를 사용한 철선이 주류를 이루고 있다.
레져용 요트, 낚시 보트, 쾌속선, 수상스키 등에 이용되는 모터보트 및 연안용 어선 등의 중·소형 선박들은 반영구적으로 사용이 가능할 정도로 뛰어난 내구성을 기본 요구사항으로 하고 있으며, 그외에도 내식성, 위생성, 경량성, 성형성 등을 더 요구하고 있는 상황이다.
종래 중소형 FRP(Fiberglass reinforced plastics) 선박은, 축소된 설계로 1:1로 설계된 목형몰드를 제작하기 위한 전단계인 현도공정, 선체 및 하우스를 성형하기 위하여 금형틀과 같이 목형틀을 제작하는 단계인 목형 몰드공정, 선박의 표면을 보호하고 외관의 미감을 주기 위하여 선박색상을 선택하여 몰드에 먼저 도포하는 도장공정, 도장을 끝낸 몰드 표면에 FRP선박의 주 재료인 화이버글라스(fiberglass), 위빙 클로스(woven cloth) 및 수지(resin)를 사용하여 기준에 적합한 두께와 강도 따라 FRP를 적층하는 적층공정, 적층된 선체 외형의 내부에 구조적 지지를 위하여 프레임 또는 섀시 등으로 보강골조를 짜는 골조공정 및 선체의 상하부 갑판을 형성하고 거주설비, 엔진탑재, 전기시설, 항해장비, 편의시설등을 설치하여 제품을 완성하는 내장공정 등으로 이루어지는 일련의 공정을 통하여 건조되어 왔다.
종래기술인 특허문헌 0001에는, 여러 다양한 형태의 섀시(sash)를 사용하여 골조를 구성하는 골조축조공정; 축조된 골조의 각 셰시들이 형성하는 빈공간에 몰드 대용의 성형판을 부착하여 선체 선형의 틀을 형성하고, 성형판 표면에 이형제를 도포하는 공정; 상기에서 형성된 선체 외형의 외측 표면에 FRP를 적층하는 제1적층공정; 1차 적층된 FRP가 경화된 후에 부착했던 성형판을 제거하는 공정; 1차 적층된 FRP의 내면에 다시 FRP를 적층하는 제2적층공정; 1차 적층된 FRP의 외면에 추가로 FRP를 적층하는 제3적층공정; 및 상기한 바와 같이 형성된 선체의 바닥에 하부 보강섀시를 결합하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 FRP선박의 선체 건조방법에 관한 기재가 있다.
특허문헌 0002에는, 설계된 선체의 여러 구획의 단면에 대응하는 격판을 재단하고, 상기 재단된 다수의 격판을 정반에 미리 표시하여둔 설계된 선체의 각 구획에 대응하는 위치에 수직으로 세운 후 프레임으로 고정하는 격벽 프레임 형성 단계와; 상기 형성된 격벽 프레임의 상부에 외판을 덮어 결합하고, 그 표면을 매끄럽게 가공하여 적층된 물질의 이형을 위한 이형제를 도포하는 하여 플러그 몰드를 형성하는 단계와; 상기 플러그 몰드의 외표면에 경화발열에 의한 열변형 방지를 위하여 섬유강화플라스틱수지를 적어도 1회 이상 적층하여 프리헐보디를 형성하고, 턴오버시켜 상기 프리헐보디로부터 플러그 몰드를 분리하는 플러그 몰드 탈형 단계와; 상기 프리헐보디의 내표면에 적층되어질 섬유강화플라스틱수지의 이형방지를 위한 샌딩가공을 시행한 후 우레탄 폼을 사용한 섬유강화플라스틱수지 프레임을 적층하고, 상기 탈형된 플러그 몰드의 격판을 분리 추출하여 미리 설계된 선체의 격판 위치에 취부하여 선체를 형성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 몰드리스 해양 레저 선박 건조 방법에 관한 기재가 있다.
특허문헌 0003에는 액상 규산염 35~45중량부, 나노실리카 10~15 중량부, Li계 첨가제 0.2~20중량부, 실란화합물 0.2~2.0중량부에 더해 액상 실리콘 0.2~3.0중량부, 공업용수 0.2~3.0중량부, 유기계 공중합체 30~54.2중량부로 이루어진 유/무기 바인더와, 무기필러 50~60중량부, 강도 보강제 13~20중량부, 중공형 경량 첨가제 10~20중량부, 유기계 섬유 2~10중량부, 무기계 섬유 15~20중량부로 이루어진 유/무기 재료를 혼합하고 균질화하여 유/무기 혼합재료를 마련하는 배합공정; 다공성의 메시 형태로 형성되고 유리섬유, 탄소섬유, 현무암 섬유 중 어느 한 종의 무기섬유를 소재로 하여 직조된 한 쌍의 외측 그리드와, 상기 외측 그리드 사이에 배치되는 내측 그리드를 금형 내부에 인입하여 적재하는 그리드 적재공정; 상기 배합공정을 통해 혼합된 유/무기 혼합재료를 상기 외측 그리드와 내측 그리드가 적재된 금형에 주입한 후 가열 가압 및 경화하여 패널을 성형하되, 가열 가압은 1단계 100~150℃, 2단계 180~200℃, 3단계 220~250℃의 온도범위에서 순차적으로 이루어지도록 한 성형공정; 상기 성형공정에서 성형된 패널을 금형에서 분리하여 건조시키는 건조공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널의 제조방법에 관한 기재가 있다.
이와 같이, 종래의 FRP선은 원소재인 합성수지의 사용에 따라 화재에 취약하며 이에 대한 보완이 필요하다. 이에 따라 정부 지자체에서 관련법령을 제정하여 해결책을 모색하였으나 실질적인 해소가 되지 않았고 현재까지 FRP선이 화재에 쉽게 노출되는 등 어려움이 잔존한 실정이다.
한국공개특허 제10-2002-0088112호 (발명의 명칭 : 몰드 없이 건조되는 ＦＲＰ선박의 선체 건조방법 및 ＦＲＰ선박의 선체, 공개일 : 2002.11.27) 한국등록특허 제10-1312183호 (발명의 명칭 : 몰드리스 해양 레저 선박 건조방법, 등록일 : 2013.09.17) 한국등록특허 제10-1836323호 (발명의 명칭 : 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널 및 이의 제조방법, 등록일 : 2018.03.02)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 FRP선에서 사용되는 합성수지를 대신하여 난연성능이 우수한 수지를 사용한 FRP 선박의 건조방법을 제공함에 있다.
또한 본 발명은 상기 FRP 선박의 건조방법으로 제조된 FRP 선박을 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법은 몰드제작단계(S100), 몰드전처리단계(S200), FRP 적층단계(S300), 보강작업단계(S400), FRP 탈형단계(S500) 및 가공조립단계(S600)를 포함하는 것으로서, 상기 FRP 적층단계(S300)는, 몰드 상에 FRP 선박용 겔코트를 도포하는 단계(S310); 유리섬유를 적층하는 단계(S320); 적층된 유리섬유층에 난연성 합성수지를 함침하는 단계(S330); 및 굳히는 단계(S340);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어, 상기 난연성 합성수지는 인계 난연제, 브롬계 난연제 및 합성수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어, 상기 합성수지는 폴리에스테르 수지 및 비닐에스테르 수지 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어, 상기 FRP 적층단계(S300) 시, 적층공법은 수적층 및 진공적층 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 상술한 FRP 선박의 건조방법으로 제조된 FRP 선박을 포함한다.
상술한 본 발명에 따른 FRP 선박의 건조방법은, 난연성능이 우수한 FRP 선박을 제공할 수 있고, 수적층 또는 진공적층 방식을 채용함에 따라 품질이 우수한 대량 생산 가능한 FRP 선박을 제공하는 장점을 가진다.
또한 본 발명은 인장강도, 굴힘강도 및 내연성이 우수하여 난연성 선박용 재료로서 요구되는 물성이 적합하다는 장점을 가진다.
또한 본 발명은 FRP와 우레아가 교대로 적층된 상태의 중간 FRP층을 가짐으로써, FRP는 강도가 강하지만 탄성이 부족하지만, 이를 우레아와 교대로 적층하여, 하부 FRP와 상부 FRP 사이에 적층시킬 경우, 이러한 문제를 방지할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법을 도시한 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어서 몰드 상에 FRP를 적층한 상태를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어서 FRP를 탈형한 상태를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어서 FRP 적층단계(S300)를 도시한 공정순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어서 FRP 제품(300)을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어서 중간 FRP층(350)이 형성된 FRP 제품(300)을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어서 FRP 보강제품(400) 도시한 도면이다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 일 양태는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법을 도시한 공정순서도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어서 몰드 상에 FRP를 적층한 상태를 예시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어서 FRP를 탈형한 상태를 예시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법은 몰드제작단계(S100), 몰드전처리단계(S200), FRP 적층단계(S300), 보강작업단계(S400), FRP 탈형단계(S500) 및 가공조립단계(S600)를 포함한다.
상기 몰드제작단계(S100)는 몰드(100)를 제작하는 단계이다.
상세하게, 상기 몰드제작단계(S100)는 선박 제품의 설계도안에 따라 몰드(100)를 제작하되, 만들고자 하는 선박 제품의 각종 설계 형상에 대응되는 몰드(100)를 제작하는 단계이다. 이때 몰드(100)는 목형 재질의 목형(110)을 제작한 후 목형(110) 상에 수지로 된 수지몰드(120)를 제작하는 것이 가능하나, 목형(110)은 수지몰드(120)를 제작하기 위한 하나의 전단계이므로 생략하고 바로 수지몰드(120)를 제작하는 것도 가능하다. 또한, 상기 제품은 선박의 몸체가 되는 선체, 선체를 구성하는 선수, 선미, 갑판 등이 될 수 있다.
다음으로, 상기 몰드전처리단계(S200)는 상기 몰드제작단계(S100)에서 제작된 몰드(100) 표면을 이형처리하여 이형층(200)을 형성하는 단계이다.
상세하게, 상기 몰드전처리단계(S200)는 FRP를 성형하기 적합한 상태를 위해 화학적으로 전처리하는 과정일 수 있다.
상세하게, 상기 몰드전처리단계(S200)는 몰드(100)에서 FRP가 우수한 품질로 제작되기 위해 왁스작업 등을 함으로써 몰드(100)와 FRP 제품(300)간의 미세한 이형층(200)을 형성시켜 준다. 이를 통해 몰드(100)로부터 FRP 제품(300)은 우수한 표면품질을 가진 상태로 떨어져 나올 수 있게 된다.
다음으로, 상기 FRP 적층단계(S300)는 상기 몰드전처리단계(S200)에서 전처리된 몰드(100) 상에 유리섬유 및 합성수지를 이용하여 FRP를 적층시켜 FRP 제품(300)을 얻는 단계이다.
상세하게, 상기 FRP 적층단계(S300)는 몰드(100) 상에 적층공법을 적용하여 글라스 촙드 스트랜드 매트(Glass Chopped Strand Mat), 우븐 로빙(Woven Roving) 등의 유리섬유와, 폴리에스테르 계열, 비닐에스테르 계열 등의 합성수지를 함침시켜 적층함으로써 FRP 제품(300)의 형상으로 성형하는 것일 수 있다.
상기 FRP 적층단계(S300) 시, 적층공법은 수적층, 진공적층 등의 특정 방법에 의해 구분되어 포함하나, 공통적으로 유리섬유와 합성수지를 사용하고 상호간 함침하여 화학반응을 유도하는 것이 그 주된 원리이므로, 수적층, 진공적층 외의 다른 적층공법이 포함될 수 있다.
상세하게, 상기 적층공법 중 수적층은 적층공법 중 가장 보편적으로 사용되는 공법으로서, 유리섬유와 합성수지를 함침시키는 과정에서 사람의 손과 손을 이용한 도구를 통해 제작하는 공법을 의미한다. 주요 도구로는 울롤러, 철롤러 등이 있으나 유리섬유와 합성수지를 함침시킬 수 있으며 적절한 압력을 가해 기포를 제거하는 등의 과정을 수행할 수 있다면 어떠한 도구를 사용하더라도 무방하다.
여기서 유리섬유는 사전에 필요한 형상과 크기로 재단하여 사용하고 몰드 또는 적층하고자 하는 곳에 접촉한 이후 합성수지를 함침시켜 성형한다. 유리섬유를 몰드 또는 적층하고자 하는 곳에 접촉하여 합성수지와 함침시키지 않더라도 미리 어떠한 방법으로든 유리섬유와 합성수지를 함침시킨 이후 적층하고자 하는 곳에 적층시키더라도 무방하다.
합성수지는 울롤러에 묻혀 유리섬유를 함침시키기도 하지만, 직접 적층하고자 하는 곳에 부어서 사용해도 무방하다. 유리섬유를 한번에 한 층 적층을 하는 것부터 한번에 여러 층 적층하여 합성수지를 함침시켜도 무관하나 작업의 편리성을 위해 보편적으로 2~3장을 한번에 적층하여 함침시킨다.
유리섬유와 합성수지를 함침시킨 적층부분은 과도하게 합성수지가 고여있는 것을 방지하고자 철롤러 등을 통해 불필요한 부분을 밀어내 제거하며 동시에 철롤러를 이용하여 함침된 두 소재 사이에 갇힌 기포를 빼내어 품질을 향상시키는 작업을 수행할 수 있다. 이후 열 경화 또는 열 가소의 과정을 거쳐 적층판 성형을 완료한다.
다음으로, 상기 적층공법 중 진공적층은 진공압을 사용하는 공법을 의미한다.
진공적층은 진공펌프를 비롯하여 진공압을 생성하고 이를 이용할 수 있는 장비들을 사용한다. 진공압의 사용 방법에 따라 세부 공법의 이름을 다르게 부르지만 진공압을 사용한다는 공통점이 있다. 몰드 또는 적층하고자 하는 면에 겔코트를 도포한 이후 작업하고자 하는 적층시방에 따라 모든 유리섬유를 한번에 적층한 이후 합성수지에 함침시켜 성형을 진행한다.
이때, 합성수지를 한번에 함침시키는 과정에서 진공압을 이용하여 모든 유리섬유에 합성수지가 고루 함침 될 수 있도록 한다. 다만, 일부 진공적층에서는 그 외의 방법을 이용하여 유리섬유에 합성수지를 미리 함침시킨 이후 불필요한 합성수지를 제거하는데에 진공압을 사용하기도 한다.
진공적층은 부수적인 보조 기구들을 사용해야하지만 기능적으로 유사한 경우 특정되지 않은 자재를 사용하더라도 무방하다. 함침되지 않은 채 여러 겹 적층된 유리섬유에 합성수지를 골고루 흐를 수 있도록 유도하는 플로우매쉬, 유리섬유 위를 지나며 원하는 방향에서 합성수지를 주입할 수 있도록 하는 진공채널, 곳곳에 위치하여 합성수지를 주입 또는 회수할 수 있는 주입구와 밸브, 주입된 수지로부터 보조기구들을 제거하기 용이하도록 탈형역할을 하는 필플라이 또는 이형필름, 최외측에서 외부와 몰드내 작업부를 분리하여 진공이 누출되지 않도록 보호하는 진공필름과 몰드 사이를 완전 접착하고 기공이 발생하지 않도록 보조하는 접착제, 그 외 작업자가 필요하다고 판단하는 보조 도구 및 기구들을 사용하여 진공성형에 사용한다.
상기 보조 기구들을 이용하여 몰드로부터 진공성형 시공을 준비하고 합성수지를 주입 또는 회수 하는 행동을 통해 진공성형을 수행한다. 합성수지를 주입 및 회수하는 등의 방법차이에 따라 진공성형의 세부 공법에 차이가 발생하나, 전체적인 준비과정과 진공압을 사용한다는 것에 공통점이 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어서 FRP 적층단계(S300)를 도시한 공정순서도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어서 FRP 제품(300)을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 FRP 적층단계(S300)는 상기 몰드전처리단계(S200)에서 전처리된 몰드(100) 상에 FRP 선박용 겔코트를 도포하는 겔코트 도포단계(S310), 유리섬유를 적층하는 유리섬유 적층단계(S320), 적층된 유리섬유층에 난연성 합성수지를 함침하는 난연성 합성수지 함침단계(S330) 및 상기 난연성 합성수지를 굳히는 경화단계(S340);를 포함할 수 있다.
상기 겔코트 도포단계(S310)는 몰드(100) 상에 FRP 선박용 겔코트를 도포하여 겔코트층(310)을 형성하는 단계이다. 이때 상기 FRP 선박용 겔코트는 도장 및 표면 경도를 위해 사용된다.
상세하게, 상기 FRP 선박용 겔코트는 다염기산과 다가알콜을 에스테르화해서 얻어지는 불포화알키드를 비닐모노머 단량체에 용해하여 제조한 열경화성수지인 불포화 폴리에스테르수지에 에어로졸, 안료 등의 첨가제를 투입하고 롤링(Rolling)하여 제조된 접착성 겔코트수지일 수 있다.
상기 유리섬유 적층단계(S320)는 겔코트층(310) 상에 글라스 촙드 스트랜드 매트(Glass Chopped Strand Mat) 및 우븐 로빙(Woven Roving)을 순서대로 적층하여 유리섬유층(320)을 형성하는 단계이다.
상기 난연성 합성수지 함침단계(S330)는 상기 유리섬유층(320) 내부에 난연성 합성수지를 함침하는 단계이다.
상세하게, 상기 난연성 합성수지 함침단계(S330)는 상기 겔코트층(310) 상에 상기 유리섬유층(320) 내부에 상기 난연성 합성수지가 함침된 FRP층(330)을 형성하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어, 상기 난연성 합성수지는 인계 난연제, 브롬계 난연제 및 합성수지를 포함할 수 있다.
상세하게, 상기 인계 난연제는 상기 인계 난연제 중 인의 함량은 5 내지 30 중량% 일 수 있고, 바람직하게는 10 내지 15 중량% 일 수 있다.
상기 브롬계 난연제는 상기 브롬계 난연제 중 브롬의 함량은 5 내지 30 중량% 일 수 있고, 바람직하게는 10 내지 15 중량% 일 수 있다.
본 발명에서 한정한 브롬 원소 및 인 원소 함량 범위 내에서, 브롬 함유 난연제와 인 함유 난연제는 서로 배합되어, 합성수지 조성물의 난연 성능을 상승시켜 수지 조성물이 비교적 좋은 난연성능을 갖도록 확보할 뿐만 아니라, 브롬 원소 함량을 비교적 낮은 범위로 제어하여, 고온에 인한 유해물질의 생성을 감소시키고, 또한, 상기 함량 범위내에서, 난연 수지 조성물로 제조된 FRP 제품(300)의 내열성, 내수성, 비교적 높은 열분해 온도 등을 구현할 수 있는 장점을 가진다.
종래 브롬 함유 난연제는 수지 조성물에 사용될 때, 브롬 원소 함량이 30% 이상일 경우에만 FRP의 난연 성능을 확보하여 비교적 좋은 난연 효과를 구비할 수 있다. 본 발명은 브롬 함유 난연제 및 인 함유 난연제를 함께 첨가 및 조성하여 복합 난연제를 합성수지 조성물에 사용함으로써, 브롬 함유 난연제와 인 함유 난연제의 난연 효과가 서로 촉진될 수 있도록 하여 난연 효과를 상승시키고, 동시에 브롬 함유 난연제의 사용량을 줄여 원가를 절약하였고, 또한 FRP 제품(300)이 양호한 내열성, 내수성, 비교적 높은 열분해 온도 등을 가지도록 확보할 수 있다.
바람직하게는, 상기 인계 난연제는 DOPO 에테르화 비스페놀A, DOPO 변성 에폭시 수지, 트리스(2,6-디메틸페닐)포스핀, 테트라키스-(2,6-크실릴)레조르시놀 비스포스페이트, 테트라페닐 레조르시놀 디포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 비스페놀A 비스(디페닐 포스페이트), 포스파젠 난연제, 10-(2,5-디히드록시페닐)-9,10-디히드로-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드, 10-(2,5-디히드록시나프틸)-9,10-디히드로-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드 및 9,10-디히드로-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 브롬계 난연제는 브롬화 노볼락 수지, 브롬화 노볼락 에폭시 수지, 브롬화 비스페놀A, 브롬화 비스페놀A 유도체, 브롬화 비스페놀 A형 에폭시 수지, 테트라브로모 비스페놀 S, 테트라브로모 비스페놀 알릴 에테르, 트리브로모 페놀 및 펜타브로모페놀 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 합성수지는 폴리에스테르 수지 및 비닐에스테르 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 글리콜 또는 에틸렌 글리콜과 같은 폴리올;과 프탈산 또는 말레산과 같은 이염 기산; 사이의 반응에 의해 형성될 수 있다. 이러한 불포화 수지는 경화제 또는 촉매라고 하는 다른 화학 물질과 결합될 수 있다. 이러한 경화제 또는 촉매는 분자 구조를 변경하고 결과 화합물이 경화되어 공정에서 열을 발생시키게 된다. 경화제로서 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드(MEKP)를 사용할 수 있으나, 본 발명에서 반드시 이를 경화제의 예로서 한정하는 것은 아니다.
또한 상기 비닐에스테르 수지는 에폭시수지와 불포화 모노 카르복실산 사이의 반응(에스테르화 반응이라고 함)에 의해 생성될 수 있다. 이들은 분자 사슬의 골격에 있는 에폭시 분자로 강화된 폴리 에스테르 수지의 베이스로 구성될 수 있다. 비닐 에스테르는 경화를 위해 과산화물(예를 들면, MEKP)을 사용할 수 있다.
상기 비닐에스테르 수지는 상기 폴리에스테르 수지보다 내구성 및 내충격성이 우수하나, 비용적인 면에서 고가이므로 선박 부위에 따라 상기 비닐에스테르 수지 또는 상기 폴리에스테르 수지를 단독으로 사용하거나, 이들을 적정 비율로 혼합해 사용할 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 난연성 합성수지는 폴리에스테르 수지 50 내지 80 중량%, 삼산화 안티몬 2 내지 5 중량%, 인계 난연제 1 내지 5 중량%, 수산화 알루미늄 10 내지 30 중량%, 및 브롬계 난연제 5 내지 20 중량%를 포함할 수 있다.
상기 경화단계(S340)는 상기 난연성 합성수지 함침단계(S330)에서 함침된 난연성 합성수지를 굳히는 단계일 수 있다.
이때, 상기 경화단계(S340)는 상기 유리섬유 적층단계(S320) 및 상기 난연성 합성수지 함침단계(S330)에서 적층 및 함침되어 형성된 제1 FRP층(330)과 제n FRP층(340)(여기서 n은 2 이상의 정수임)을 한번에 열경화 또는 열가소 과정을 거쳐 FRP 제품(300)을 제조할 수도 있고, 제1 FRP층(330)을 먼저 경화하고 순서대로 제n FRP층(340)을 경화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어서 중간 FRP층(350)이 형성된 FRP 제품(300)을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 유리섬유 적층단계(S320)는 제1 FRP층(330) 상에 제n FRP층(341)이 경화된 후, 이소시아네이트 프리폴리머(Isocyanate Prepolymer)와 아민(Amine)을 혼합하여 이들이 경화되기 전에 도포한 후, 경화시켜 순수 폴리우레아층(342)을 형성할 수 있다. 이를 반복하여 FRP와 우레아가 교대로 적층된 상태의 중간 FRP층(350)을 제조함으로써, FRP는 강도가 강하지만 탄성이 부족하지만, 이를 우레아와 교대로 적층하여, 하부 FRP와 상부 FRP 사이에 적층시킬 경우, 이러한 문제를 해결할 수 있는 것이다.
다음으로, 상기 보강작업단계(S400)는 상기 FRP 적층단계(S300)에서 제조된 FRP 제품(300)을 보강하는 단계이다.
상세하게, 상기 보강작업단계(S400)는 보강시공, 격벽작업 등 제조된 FRP 선박의 구조강도를 향상시키는 과정을 포함하며, FRP 제품(300)을 적층성형하고 난 이후 보완하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 보강작업단계(S400)는 우레탄 폼 등을 이용하여 뼈대의 형태를 갖도록 하는 시공, 격벽자체를 제작하는 시공 등 모든 보강작업 등을 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법에 있어서 FRP 보강제품(400) 도시한 도면이다.
도 7을 참조하여 상기 보강작업단계(S400)의 일 예를 설명하면, 상기 보강작업단계(S400)는 상기 FRP 적층단계(S300)에서 제조된 FRP 제품(300) 상부 또는 내부에 심재(420)가 박히게 하여 FRP 보강제품(400)을 얻는 단계일 수 있다. 여기서, 심재는 우레탄폼이거나, 강성을 가진 철재 등을 포함할 수 있다.
상세하게, 상기 보강작업단계(S400)는 보강시트(410) 및 상기 보강시트(410) 저면에 종횡으로 배열된 심재(420)를 상기 FRP 제품(300) 상에 배치하고 프레스(450)로 가압함으로써 상기 FRP 제품(300)이 상기 심재(420)에 박히도록 하여 상기 FRP 보강제품(400)을 얻을 수 있다.
다음으로, 상기 FRP 탈형단계(S500)는 상기 보강작업단계(S400)에서 보강작업된 FRP 보강제품(400)을 몰드(100)로부터 분리하는 단계이다.
상세하게, 상기 FRP 탈형단계(S500)는 상술한 몰드전처리단계(S200)의 이형처리에 의해 상호 이격이 발생하여 몰드(100)와 FRP 제품(300) 또는 FRP 보강제품(400)이 분리된다(도 3 참조).
상기 FRP 탈형단계(S500) 시, FRP 보강제품(400)을 분리하기 위해서는 나무쐐기 또는 별도의 치구 등을 이용하지만 그 외의 방법으로 FRP 보강제품(400)과 몰드(100)를 분리해도 무방하다.
마지막으로, 상기 가공조립단계(S600)는 상기 FRP 탈형단계(S500)에서 분리된 FRP 보강제품(400)을 마감처리하고 조립하는 단계이다.
상세하게, 상기 가공조립단계(S600)는 상기 FRP 탈형단계(S500)에서 분리된 FRP 보강제품(400)의 외관은 비록 미려하나, FRP 보강제품(400)의 적층부분의 끝단 등 마감이 필요한 부분에 대하여 절단 가공 및 면처리 가공을 진행할 수 있다.
또한 상기 가공조립단계(S600) 시, 선박으로의 기능을 위한 각종 배관 및 전선을 포함하여 삽입될 다양한 기자재들을 위한 타공부, 안치부 등을 시공할 수 있다.
선박은 크게 선체, 데크, 하우스 등 제작자와 사용자의 협의에 따라 구분지어 제작하므로 각각 나뉘어 제작된 큰 부분요소들을 조립하여야 한다. 조립하는 방법으로는 접착제 또는 FRP 시공 등의 접착법, 볼트 또는 피스 등의 체결법 등이 있으나 그 외 각 부분요소들을 미려하게 조립할 수 있는 공법이 시공되어도 무방하다.
본 발명은 선박을 건조하는 과정에서 난연성 수지를 사용함으로써 발현되는 난연성능이 주안점이기 때문에 선박의 선체를 제작하는 과정까지만을 기술하며, 선체공사 이외의 기관, 전기, 의장 등의 공사내용에 대해서는 이 분야에 잘 알려진 기술이므로 생략하고자 한다.
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
1. 굽힘강도
KS M 3006에 따라 FRP 제품(300)의 인장강도를 측정하였고, 하기 범주에 따라 인장강도를 평가하여 표 2에 수록하였다.
- 131 내지 140 MPa : "X"로 표기함
- 141 내지 150 MPa : "△"로 표기함
- 151 내지 160 MPa : "○"로 표기함
- 171 내지 180 MPa : "◎"로 표기함
2. 난연성, 불연성 시험
FRP 제품(300)을 건축물 내부 마감재료 난연성능기준(국토해양부 고시 제 2009-866호)에 준해, 난연2급 및 난연3급 시험을 수행하였으며, 난연2급(또는 3급) 시험은 온도 23±2℃, 상대습도 50±5% 환경의 콘칼로리미터 시험실에서 총열방출률, 열방출률이 200kW/m2 초과한 시간(초) 및 심재의 전부 융용, 관통하는 균열 및 구멍 등의 변화를 측정하는 방식으로 수행되었다.
난연1급 시험은 온도 25±1℃, 상대습도 17±1%의 환경에서 최고온도와 최종평형온도와의 온도차(℃)와 질량 감소율(%)을 통해 불연성을 측정하고, 마우스의 평균행동정지시간을 통해 가스 유해성을 측정하는 방식으로 수행하여, 하기 범주에 따라 난연성, 불연성 결과를 표 2에 수록하였다.
2.1 총열방출률
FRP 제품(300)의 총열방출률이
- 10 MJ/m2 초과인 경우 : "X"로 표기함
- 8 MJ/m2 초과 10 MJ/m2 이하인 경우 : "△"로 표기함
- 4 MJ/m2 초과 8 MJ/m2 이하인 경우 : "○"로 표기함
- 4 MJ/m2 이하인 경우 : "◎"로 표기함
2.2 열방출률 초과시간
FRP 제품(300)의 열방출률이 200kW/m2 초과한 시간(초)이
- 15 초 초과인 경우 : "X"로 표기함
- 10 초 초과 15초 이하인 경우 : "△"로 표기함
- 1 초 초과 10 초 이하인 경우 : "○"로 표기함
- 1 초 이하인 경우 : "◎"로 표기함
2.3 평균행동정지시간 (가스유해성)
FRP 제품(300)의 평균행동정지시간이
- 7분 이하인 경우 : "X"로 표기함
- 7 분 초과 9분 미만인 경우 : "△"로 표기함
- 9 분 이상 15 분 미만인 경우 : "○"로 표기함
- 15 분 이상인 경우 : "◎"로 표기함
2.4 심재용융/균열
FRP 제품(300)의 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융(심재의 전부용융, 소멸) 등을 확인하여,
- 심재의 균열, 구멍 및 용융이 있는 경우 : "X"로 표기함
- 심재의 용융이 모두 있는 경우 : "△"로 표기함
- 심재의 균열, 구멍 및 용융이 있는 경우 : "○"로 표기함
[실시예 1 내지 4]
폴리에스테르 수지 50 내지 80 중량%, 삼산화 안티몬 2 내지 5 중량%, 인계 난연제 1 내지 5 중량%, 수산화 알루미늄 10 내지 30 중량%, 및 브롬계 난연제 5 내지 20 중량%를 포함하는 난연성 합성수지를 난연성 합성수지의 전체 중량대비 10 중량%의 용제를 투입하여 분산시켜 액상의 난연성 합성수지를 제조하였다.
촙드 스트랜드 매트 및 우븐 로빙으로 구성된 유리섬유에 상기 액상의 난연성 합성수지 함침하여 도포하였다. 함침된 유리 섬유를 100℃ 이하의 온도에서 건조하였다. 이후 건조된 유리 섬유를 120 내지 200℃에서 15 내지 200 kgf/cm2 의 압력으로 성형하였다. 성형품을 4 내지 20 kgf/cm2 의 압력을 가한 상태로 40℃ 이하에서 냉각함으로써 FRP 제품(300)을 얻었다.
상기 난연성 합성수지의 조성은 하기 표 1에 수록하였고, 제조된 FRP 제품(300) 성능 시험 결과는 하기 표 2에 수록하였다.
폴리에스테르 수지 삼산화안티몬 인계난연제 수산화알루미늄 브롬계난연제
실시예 1 50 5 5 20 20
실시예 2 60 5 5 15 15
실시예 3 70 2 3 15 10
실시예 4 80 2 3 10 5
비교예 1 85 2 3 7 3
비교예 2 40 5 5 20 30
총열방출률 열방출률초과시간 평균행동정지시간 심재용융/균열 굽힘강도
실시예 1 ◎ ◎ ◎ ○ ◎
실시예 2 ◎ ◎ ◎ ○ ◎
실시예 3 ◎ ◎ ○ ○ ○
실시예 4 ◎ ◎ ○ ○ ○
비교예 1 X X X X △
비교예 2 ◎ ○ ○ ○ ○
상기 표 2에 수록된 시험결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 난연성 합성수지를 이용하여 제조된 FRP 제품(300)의 난연성능은 적합(○)이거나, 매우 적합(◎)인 것으로 확인되었다.
그러나, 상기 난연성 합성수지가 브롬계 난연제를 포함하지 않거나, 소량으로 브롬계 난연제(비교예 1)를 포함하는 경우, 총열방출률, 열방출률초과시간, 평균행동정지시간, 온도차, 질량감소율에 해당하는 난연(불연) 성능이 급격히 저하되는 것을 알 수 있다.
한편, 상기 난연성 합성수지가 브롬계 난연제를 포함하더라도 과량으로 30 중량%를 포함하는 경우(비교예 2), 난연(불연) 성능은 상기 실시예 1 내지 4와 동등하거나 그보다 미흡한 것을 확인할 수 있었다. 이는 상대적으로 인계 난연제 보다 브롬계 난연제의 비용이 큰 점을 고려하면, 경제적, 생산적인 측면 등에서 본 발명의 목적에 부합하지 못한다.
이에 따라, 상기 실시예 및 비교예를 참조하면, 본 발명에 따른 상기 난연성 합성수지는 인계 난연제 및 브롬계 난연제를 포함하되, 브롬계 난연제의 함량이 5 내지 20 중량%인 경우 난연성 및 불연성 특성이 향상되는 것을 알 수 있고, 또한 폴리에스테르 수지 50 내지 80 중량%, 삼산화 안티몬 2 내지 5 중량% 및 수산화 알루미늄 10 내지 30 중량%를 포함하는 경우 인장강도 특성 또한 향상되는 것을 알 수 있으므로, 상술한 본 발명의 목적 및 효과에 부합되는 것을 알 수 있었다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
S100 : 몰드제작단계
S200 : 몰드전처리단계
S300 : FRP 적층단계
S310 : 겔코트 도포단계 S320 : 유리섬유 적층단계
S330 : 난연성 합성수지 함침단계 S340 : 경화단계
S400 : 보강작업단계
S500 : FRP 탈형단계
S600 : 가공조립단계
100 : 몰드
110 : 목형 120 : 수지몰드
200 : 이형층
300 : FRP 제품
310 : 겔코트층 320 : 유리섬유층
330 : FRP층, 제1 FRP층 340, 341 : 제n FRP층
342 : 순수 폴리우레아층 350 : 중간 FRP층
400 : FRP 보강제품 410 : 보강시트
420 : 심재

Claims (5)

  1. 몰드제작단계(S100), 몰드전처리단계(S200), FRP 적층단계(S300), 보강작업단계(S400), FRP 탈형단계(S500) 및 가공조립단계(S600)를 포함하는 FRP 선박의 건조방법에 있어서,
    상기 FRP 적층단계(S300)는,
    몰드 상에 FRP 선박용 겔코트를 도포하는 단계(S310);
    유리섬유를 적층하는 단계(S320);
    적층된 유리섬유층에 난연성 합성수지를 함침하는 단계(S330); 및
    굳히는 단계(S340);
    상기 난연성 합성수지는 인계 난연제, 브롬계 난연제 및 합성수지를 포함하고, 상기 인계 난연제는 상기 인계 난연제 중 인의 함량은 5 내지 30 중량%이고,
    상기 브롬계 난연제는 상기 브롬계 난연제 중 브롬의 함량은 5 내지 30 중량%이며,
    상기 난연성 합성수지는 폴리에스테르 수지 50 내지 80 중량%, 삼산화 안티몬 2 내지 5 중량%, 인계 난연제 1 내지 5 중량%, 수산화 알루미늄 10 내지 30 중량%, 및 브롬계 난연제 5 내지 20 중량%를 포함하는 것을 <0051-0122> 특징으로 하는 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 FRP 적층단계(S300) 시, 적층공법은 수적층 및 진공적층 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성을 갖는 FRP 선박의 건조방법.
  5. 제 1항 또는 제 4항 중 어느 한 항의 FRP 선박의 건조방법으로 제조된 FRP 선박.
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