KR102400896B1 - 우레탄 판넬 제조방법 - Google Patents

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Abstract

우레탄 패널의 측면에 사용되는 부림을 연속적으로 공급하여 제조되는 판낼의 강도를 향상시킴과 동시에 연속공정으로 판넬을 생산할 수 있는 우레탄 판넬 제조방법을 개시한다.
본 발명은 코일에서 연속적으로 공급되는 강판을 가압하여 굴곡형상을 만드는 하판 형성단계; 상기 하판의 상부 일측에 요형 부림을 연속적으로 공급하고 상부 타측에 철형 부림을 연속적으로 공급하는 단계; 상기 하판의 부림사이에 일정간격으로 간격유지구를 부착하는 단계; 코일에서 연속적으로 공급되는 강판을 가압하여 굴곡형상을 만드는 상판 형성단계; 상기 부림 및 상기 간격유지구의 상부에 상기 상판을 접착하는 단계; 상기 상판과 하판 사이의 공간에 우레탄을 주입하여 우레탄 폼층을 형성하는 단계; 및 상기 판넬을 일정간격으로 절단하는 단계를 포함하는 우레탄 판넬 생산방법을 제공한다.

Description

우레탄 판넬 제조방법{Manufacturing method for urethane panel}
본 발명은 우레탄 판넬 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우레탄 패널의 측면에 사용되는 부림을 연속적으로 공급하여 제조되는 판낼의 강도를 향상시킴과 동시에 연속공정으로 판넬을 생산할 수 있는 우레탄 판넬 제조방법에 관한 것이다.
오늘날 우리가 지구 환경을 보호하는 것은 현재를 살아가는 우리 모두의 삶과 직접적인 관련이 있으며, 미래에 살아갈 후손들을 위해 우리가 지켜내야 할 사명이다. 이 중에서도 전 세계적인 기후변화 및 화석 에너지자원의 고갈이라는 문제는 우리가 지구 환경보호를 위해 가장 시급히 해결해야 할 당면 과제이다. 기후변화를 일으키는 지구온난화의 원인인 온실가스 중 가장 큰 비중을 차지하는 이산화탄소(CO2)는 에너지를 얻기 위해 석유, 석탄, 천연가스 등의 화석연료를 태울 때 가장 많이 발생하기 때문에 결국 온실가스를 줄이는 것은 결국 화석 에너지 자원을 절약하는 것은 같은 맥락의 일이 될 것이며, 화석 에너지를 절감하고 또한 온실가스를 줄이기 위한 노력이 곧 지구환경을 보호하는 가장 효과적인 일이다.
여기서 현재 소비되는 모든 에너지 자원의 약 40%를 차지하고 있는 건물의 냉난방 에너지를 절감하는 것은 위에서 언급한 일과 직결되는 일로써, 이를 위해서는 건축물의 에너지를 외부로 빼앗기지 않도록 건축물의 내부 및 외부에 단열을 잘하는 것이 아주 중요하며 이를 위해 고효율 단열재의 사용이 요구되고 있다.
일반적으로 건물의 외장 구조는 구조벽체, 외장재가 연속으로 배치된 형태를 취한다. 이때 단열재는 종래에는 구조벽체와 일체화되어 구조벽체 내부에 설치되거나, 내부공간 구조벽체의 내부측 면에 설치되는 것이 일반적이다.
건축용 단열재는 합판, 유리섬유를 사용한 파이버 보드(Fiber Board), 발포 폴리스티렌을 사용한 EPS(expanded polystyrene) 판넬, 폴리우레탄 발포체(polyurethane foam)를 사용한 우레탄 판넬 등이 사용된다. 이러한 단열재 중에서, 우레탄 발포체는 타소재와 비교하여 뛰어난 단열 효과와 함께 자체의 경량성, 완충성, 자기접착성 등의 성질이 우수하여 각광을 받고 있다.
우레판 발포체를 적용한 대표적인 단열재로서 우레탄 판넬을 들 수 있다. 우레탄 판넬의 일반적인 제조 공정은 아연도금강판이나 철판인 상하부 표면판재를 이송롤러로 각각 연속적으로 안내하면서 포밍기로 외곽을 굴곡지게 형성시키고 나서, 하부 표면판재상에 일정량의 우레탄수지액을 분사기로 분사시킨 다음, 상하부 표면판재를 더블벨트내로 진입시켜 가열기로 우레탄수지액을 가열하면 우레탄수지액은 120℃~ 140℃의 온도로 발열반응을 하게 되고 이에 따라 부피가 팽창하면서 상하부 표면판재내에서 발포되어 충진된다. 이와 같이, 우레탄이 발포된 판넬은 소정의 간격으로 절단된 후 적재장에 차곡차곡 쌓여 적재된 상태에서 자연 냉각되는 숙성공정을 통해 제조가 완료된다.
이렇게 제조되는 우레탄 판넬(경질 폴리우레탄 폼 단열재, KS M 3809)은 건축물의 단열에 실제로 사용할 수 있는 현존하는 모든 자재 중에서 가장 열전도율이 낮아(K= 0.023~0.024 w/mk, KS 기준) 가장 작은 두께로 효과적으로 건물의 단열을 할 수 있는 고효율의 단열재이다. 실제로 최근에는 공동주택이나 업무시설에서 내벽 또는 외벽 단열재로 많이 사용되는 추세이다. 특히 이러한 단열성을 강화함과 동시에 시공의 편의성을 의하여 우레탄 판넬의 양측면에 부림을 삽입하는 경우가 많아지고 있다. 이러한 부림은 요형 부림과 철형 부림을 양측면에 삽입하는 것으로 상기 각 우레탄 판넬이 끼움결합될 수 있으며, 이에 따라 시공이 간편하고 단열성이 향상된다는 장점을 가지고 있다.
하지만 이러한 부림의 경우 부림의 삽입공정을 연속적으로 수행하기 어려워 대부분의 부림을 포함하는 우레탄 판넬은 개별적인 조립공정에 의하여 생산되고 있다는 단점을 가지고 있다. 따라서 이러한 부림의 삽입공정을 최적화하는 것으로 부림을 포함하는 우레탄 판넬의 연속 제조가 가능한 새로운 제조방법이 필요한 실정이다.
(0001) 대한민국 등록특허 제10-0970372호 (0002) 대한민국 등록특허 제10-0939000호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연속적으로 부림을 삽입하여 제조될 수 있는 우레탄 판넬의 생산방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 부림의 삽입부를 밀폐하는 것으로 우레탄 분진등이 외부로 유출되지 않는 우레탄 판넬 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 우레탄 분진이 유출되지 않아 클린룸 등에 사용할 수 있는 우레탄 판넬 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 코일에서 연속적으로 공급되는 강판을 가압하여 굴곡형상을 만드는 하판 형성단계; 상기 하판의 상부 일측에 요형 부림을 연속적으로 공급하고 상부 타측에 철형 부림을 연속적으로 공급하는 단계; 상기 하판의 부림사이에 일정간격으로 간격유지구를 부착하는 단계; 코일에서 연속적으로 공급되는 강판을 가압하여 굴곡형상을 만드는 상판 형성단계; 상기 부림 및 상기 간격유지구의 상부에 상기 상판을 접착하는 단계; 상기 상판과 하판 사이의 공간에 우레탄을 주입하여 우레탄 폼층을 형성하는 단계; 및 상기 판넬을 일정간격으로 절단하는 단계를 포함하는 우레탄 판넬 생산방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 요형 부림은, 일측에 형성되는 요형 함입부; 상기 요형 함입부의 중앙과 부림의 후단을 연결하는 연결부; 상기 요형 함입부의 양방향으로 연장되어 상기 상판 및 상기 하판에 지지되는 지지부; 및 상기 지지부의 양측단에서 타측방향으로 연장되어 설치되는 밀폐부를 포함하며, 상기 철형 부림은, 일측이 합입되어 형성되는 철형 돌출부; 상기 철형 돌출부의 중앙과 부림의 후단을 연결하는 연결부; 상기 철형 돌출부의 양방향으로 연장되어 상기 상판 및 상기 하판에 지지되는 지지부; 및 상기 지지부의 양측단에서 타측방향으로 연장되어 설치되는 밀폐부를 포함하되, 상기 요형 함입부와 상기 철형 돌출부는 끼움 결합이 가능하도록 제작되며, 상기 밀폐부는 상기 우레탄 폼의 발포시 상기 상판 및 상기 하판 방향으로 확장되어 상기 상판 및 하판이 형성하는 공간을 밀폐할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 요형 부림 및 상기 철형 부림은 상기 상판 및 하판의 양측단에서 1~10cm가 이격되어 설치되며, 상기 상판의 접착단계 이후 상기 우레탄 폼 주입단계 이전, 상기 상판 및 하판의 양측단이 상기 요형 부림 및 상기 철형 부림 지지부의 일측을 감싸도록 절곡하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하판의 형성단계 및 상기 상판의 형성단계 이후 상기 하판의 상부 및 상기 상판의 하부에 세라믹 섬유층을 부착하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 우레탄 폼층은, 실리카 에어로겔10~20중량부; 폴리올80~90중량부; 이소시아네이트100~200중량부; 및 촉매 0.1~5중량부를 포함하며, 상기 우레탄은, 소듐실리케이트용액과 이온교환수지를 혼합하여 실리카 졸을 형성하는 단계; 상기 실리카 졸을 불활성 기체 분위기 하에서 폴리올과 혼합하여 폴리올-실리카졸 복합수지를 제조하는 단계; 상기 폴리올-실리카졸 복합수지에 촉매 및 열발포제를 혼합하는 단계; 상기 촉매 및 열발포제와 혼합된 폴리올-실리카졸 복합수지를 이소시아네이트와 혼합하고 기계적 교반하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되며, 상기 우레탄은 상기 상판 및 하판사이의 공감에 주입 및 발포되어 폴리우레탄-실리카 에어로겔 복합체를 포함하는 우레탄 폼층을 형성하며, 상기 열발포제는 탄산카르보늄, 탄산수소나트륨, 아초산암모늄, 수소화불소나트륨, 아지드 화합물, 염화불소알칸, 아조계 화합물, 히드라지드계 화합물, 세미카바지드계 화합물 및 N-니트로소계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상이 다공성 입자에 흡착된 발포제이며, 상기 열발포제는 발포개시온도가 70~90℃이고, 열분해에 의한 분해 가스량이 50~100ml/g이며, 상기 다공성입자는 황토, 활성탄 또는 제올라이트이며, 상기 세라믹 섬유층은, 상기 우레탄에 의하여 형성된 우레탄 폼층의 양측면에 형성되며, 암면, 유리섬유, 탄화규소 섬유, 알루미나 섬유 또는 실리케이트 섬유로 제작되는 단열 섬유층; 및 상기 단열섬유층과 상기 상판 및 하판의 사이에 형성되며, 탄소섬유 또는 금속섬유로 제작되는 전도성 섬유층을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 우레탄은 상기 하판의 길이방향으로 배열된 2~10개의 주입관을 통하여 연속적으로 주입되며, 상기 주입관을 이용한 주입시 상기 우레탄의 중합반응열로 인하여 상기 열발포제가 분해되어 우레탄 폼을 형성하며, 상기 주입관은, 일측에서 상기 우레탄이 공급되는 관형 본체; 상기 관형 본체의 측면에 위치하는 2~20개의 주입구; 및 상기 관형 본체에 상기 우레탄을 공급하는 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 양측면의 부림은 연속적으로 삽입하여 제조됨에 따라 하나씩 수작업으로 제조되는 기존의 판넬과는 달리 연속공정에 의하여 생산될 수 있으며, 이에 따라 생산성이 크게 향상된 우레탄 판넬 제조방법을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 부림의 삽입부를 밀폐하도록 제작되어 외부로 분진의 유출이 최소화될 수 있으며, 이에 따라 클린룸 등 고청결환경의 조성시 사용될 수 있는 우레탄 판넬 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 우레탄 판넬의 단면을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 우레탄 판넬 양측의 부림을 각각 확대한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 부림의 결합모습을 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 1은 본 발명의 우레탄 판넬의 단면을 나타낸 것이다.
본 발명은 코일에서 연속적으로 공급되는 강판을 가압하여 굴곡형상을 만드는 하판 형성단계; 상기 하판의 상부 일측에 요형 부림을 연속적으로 공급하고 상부 타측에 철형 부림을 연속적으로 공급하는 단계; 상기 하판의 부림사이에 일정간격으로 간격유지구를 부착하는 단계; 코일에서 연속적으로 공급되는 강판을 가압하여 굴곡형상을 만드는 상판 형성단계; 상기 부림 및 상기 간격유지구의 상부에 상기 상판을 접착하는 단계; 상기 상판과 하판 사이의 공간에 우레탄을 주입하여 우레탄 폼층을 형성하는 단계; 및 상기 판넬을 일정간격으로 절단하는 단계를 포함하는 우레탄 판넬 생산방법에 관한 것이다.
일반적인 우레탄 판넬은 샌드위치 판넬이라고 하며, 금속판의 사이에 우레탄이 일정한 두께로 충진되어 있다. 이러한 우레탄 판넬은 충진된 우레탄이 높은 단열효과를 가지고 있으므로 단열성이 우수하며, 외부를 금속으로 마감하고 있어 내구성 또한 우수하여 조립식 건축등에 많이 사용되고 있다. 하지만 상기 우레탄의 경우 화재시 빠른 속도로 연소됨과 더불어 유독가스를 다량으로 발생시키는 특성을 가지고 있으므로 상기 우레탄 판넬이 난연성과 내화성을 가지도록 하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 코일은 일정두께의 강판이 원형으로 권취되어 있는 것을 의미하는 것으로 일반적인 강판의 경우 전단되기 이전에는 상기와 같은 코일의 형태로 판매되고 있다. 본 발명의 경우 연속공정에 의하여 상기 우레탄 판넬을 제조하고 있으므로 상기 코일에서 연속적으로 공급되는 강판을 사용하여 제조하는 것이 바람직하다.
상기 강판은 금속으로 제작되는 얇은 판재를 의미하는 것으로 철, 알루미늄, 티타늄, 구리, 아연, 주석 또는 그 합금을 포함할 수 있다. 일반적으로 우레탄 판넬에 사용되는 강판은 철 또는 알루미늄을 포함하는 합금으로 제조되며, 내식성을 강화하기 위하여 아연, 주석, 크롬등으로 도금될 수도 있다.
다만 상기와 같은 코일의 경우 강판이 일방향으로 곡선을 이루어 권취되고 있으므로, 그 상태로 공급하게 되면, 강판의 탄성에 의하여 곡선을 가지고 되므로 이를 일정하게 가공하여 평면으로 제작한 다음, 공급하는 것이 바람직하다.
이를 위하여 상기 코일은 강판 공급부에 의하여 평면이 되도록 가공되어 공급되는 것이 바람직하며, 상기 강판공급부는 상기 코일이 권취되어 있는 권취부; 상기 강판 권취부에서 공급되는 강판을 상기 권취된 방향과 반대로 가압하는 강판 가압부; 및 상기 강판 가압부에 의한 강판의 변형량을 조절하는 강판 가압부 콘트롤 유닛을 포함할 수 있다.
상기 권취부는 상기 강판이 권취되어 코일이 위치하는 부분을 의미하는 것으로 상기 강판을 감겨있는 코일의 내부를 회전축이 관통하고 있으며 상기 회전축의 회전으로 인하여 상기 강판이 풀려 공급될 수 있다.
상기 강판 가압부는 상기 강판의 일측면을 가압하여 강판을 평면으로 가공하는 부분으로 상기 권취된 강판이 풀려질 때 외주면 방향에서 내측방향으로 가압하는 형태로 설치될 수 있다. 상기 강판의 경우 상기와 같이 원형으로 권취되어 공급(코일)되고 있으며, 이를 풀어 가공을 수행하게 된다. 하지만 상기 강판의 경우 원통형으로 권취되기 때문에 풀어서 공급하는 경우에도 중심방향으로 다시 말리려는 경향을 갖고 있어 평면으로 가공하기 위해서는 이를 반대방향으로 가압하여 풀어주는 것이 바람직하다.
본 발명의 경우 상기 강판의 외면에서 권취된 중심방향으로 상기 강판 가압부를 통하여 가압하는 것으로 상기 강판을 평면으로 공급하는 것이 가능하다. 이때 상기 강판 가압부는 원통형의 롤러가 상기 강판에 밀착되어 가압하도록 설치되며, 상기 롤러의 양측에 가압수단을 설치하는 것으로 상기 강판의 가압량을 조절할 수 있다. 특히 상기 강판의 경우 권취된 상태를 기준으로 할 때 외측부분과 내측부분의 곡률반경이 상이하므로, 상기 상기 권취된 강판의 공급량에 따라 상기 가압부의 압력을 선형으로 증가시켜 일정하게 평면으로 공급될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 가압부 콘트롤 유닛은 상기 강판 가압부의 압력을 조절하기 위하여 설치되는 것으로 공급되는 강판의 종류, 두께, 공급속도 및 온도에 따라 강판의 가압량을 조절하는 부분이다. 상기 강판의 경우 위에서 살펴본 바와 같이 코일로 말아져 공급되고 있으며, 각 우레탄 판넬에 필요한 다양한 종류와 두께의 강판이 사용될 수 있다. 따라서 각 강판의 종류와 두께에 따른 가압량을 조정하는 것으로 본 발명의 우레탄 판넬에 필요한 강판을 연속적으로 공급할 수 있다. 아울러 이러한 가압량은 강판의 공급속도 및 강판의 온도에 따라서 조절될 수 있으며, 이는 상기 강판을 더욱 평탄하게 가압할 수 있다는 것을 의미한다.
이를 위하여 상기 강판 가압부 콘트롤 유닛은, 사용자가 상기 강판의 종류, 두께, 공급속도 및 온도를 입력할 수 있는 입력부; 상기 입력부에서 입력되는 데이터를 바탕으로 상기 강판 가압부의 압력을 조절하는 압력조절수단; 상기 입력부에서 입력되는 데이터 및 상기 가압부의 압력을 실시간으로 표시하는 표시수단; 상기 권취되어 공급되는 강판의 평활도는 실시간으로 측정하는 강판 측정수단; 및 상기 입력부에서 입력되는 데이터 및 상기 측정수단에 의하여 측정되는 평활도를 바탕으로 상기 강판 가압부에 가해질 압력을 실시간으로 계산하여 상기 압력조절수단에 신호를 발신하고 상기 데이터, 평활도 및 가압부의 압력을 상기 표시수단으로 전송하는 연산부를 포함할 수 있다.
상기 입력부는 사용자가 강판의 종류, 두께, 공급속도 및 온도와 같은 기초 데이터를 입력하는 부분으로 상기 입력된 데이터를 바탕으로 상기 강판의 초기 가얍량을 조절할 수 있다. 또한 상기 기초 데이터 이외에도 상기 강판의 가압량을 직접적으로 입력하여 제어하는 것도 가능하며, 후술할 연산부에서 연산되어 상기 표시수단에 표시되는 가압량을 바탕으로 사용자가 적절한 증감을 결정하는 것도 가능하다. 즉 상기 입력수단의 경우 사용자가 강판의 종류, 두께, 공급속도 및 온도와 같은 기초 데이터의 입력뿐만 아니라 사용자가 원하는 가압량을 입력하도록 하는 것으로 사용자의 선택에 따라 가압량을 조절하는 것이 가능하다.
상기 압력조절수단은 상기 입력되는 데이터를 바탕으로 가압부의 압력을 조절하는 부분으로 위에서 살펴본 바와 같이 강판 가압부의 양측을 지지하여 가압량을 조절할 수 있는 가압수단에 가해지는 압력을 조절할 수 있다. 이러한 압력조절수단은 상기 가압 수단에 유압 또는 공압과 같이 직접적인 유체의 압력을 전달하는 수단일 수도 있으며, 단준히 전력을 공급하여 상기 가압수단에 설치된 모터를 회전시키는 스위치일 수도 있다. 이를 상세히 살펴보면, 상기 가압수단이 유압 또는 공압 실린더인 경우 상기 압력조절수단에서 공급되는 유압 또는 공압으로 인하여 상기 가압수단이 상기 강판 가압부와 강판사이의 압력을 조절할 수 있으며, 상기 가압수단으로 전산볼트 또는 기어가 연결된 축이 사용되는 경우 상기 압력조절수단에서 공급되는 전력으로 인하여 상기 전산볼트 또는 축에 연결된 모터를 작동시켜 상기 강판가압부와 상기 강판사이의 압력을 조절할 수 있다.
상기 표시수단은 상기 입력부에서 입력되는 데이터 및 상기 가압부의 압력을 실시간으로 표시하는 부분으로 사용자에게 각종 정보를 시현하여 원활한 작동의 조절을 돕는 부분이다. 위에서 살펴본 바와 같이 사용자에 의하여 강판의 각종 데이터가 입력되며 이에 따라 상기 강판 가압부에 의한 압력이 조절될 수 있다. 따라서 이러한 각종데이터를 상기 표시수단에 표시하는 것으로 사용자의 오입력에 따른 오작동을 방지할 수 있으며, 정확히 입력되는 경우에도 오동작이 발생하는 경우에 용이하게 대처할 수 있다. 상기 표시수단은 상기 입력되는 데이터를 표시하는 원형 또는 직선형의 바(bar)를 이용할 수도 있지만 바람직하게는 평면 표시장치를 이용하여 상기 데이터 및 작동상황을 그래픽화하여 시현하는 것이 바람직하다. 아울러 상기 표시수단의 경우 표면에 가압식 또는 정전식 터치패널을 구비하는 것으로 상기 입력수단을 포함하는 형태로 제작될 수도 있다.
상기 강판 측정 수단은 상기 가압되어 평탄화된 강판의 평활도를 측정하는 부분으로 상기 강판 가압부의 후단에 설치되어 실시간으로 강판의 평활도를 측정할 수 있다. 상기 강판이 평탄화되면 상기 강판의 높이가 일정하게 공급될 수 있지만 상기 강판 가압부에 가해지는 압력이 높거나 낮은 경우 강판이 원하는 만큼 평탄화되지 않을 수 있다. 따라서 상기 강판 측정수단을 통하여 상기 강판의 평활도를 측정하는 것으로 강판의 원하는 평탄도를 가지는지 확인할 수 있다. 특히 상기 강판의 경우 강판의 종류, 두께, 공급속도 및 온도에 따른 압력을 정확히 입력하더라도 강판의 특성 및 생산방법등의 차이에 따라 균일하게 않게 평탄화될 수 있다. 따라서 상기 강판측정수단에서 측정되는 데이터를 후술할 연산부에 전송하여 상기 강판 가압부에 가해지는 압력을 실시간으로 조절하는 것으로 상기 강판의 평활도를 증가시킬 수 있다. 이때 상기 강판 측정수단은 상기 공급되는 강판의 높낮이를 측정할 수 있는 측정수단이라면 제한없이 사용할 수 있으며, 전파를 이용한 측정수단 또는 레이저를 이용한 측정수단이 사용될 수 있다. 아울러 단순히 공급되는 강판의 양측에 기둥을 설치한 다음, 높이별로 레이저 발신부와 수광부를 설치하여 강판의 높이가 변경되는 경우 강판에 의한 레이저 가려짐을 측정하는 것으로 상기 강판의 높이변화를 측정하는 것도 가능하다.
상기 연산부는 상기 사용자에 의하여 입력된 데이터 및 상기 측정수단에 의하여 측정된 데이터를 바탕으로 상기 강판 가압부에 가해지는 압력을 계산하여 전송하는 부분으로, 정해진 알고리즘에 따라 상기 데이터들을 바탕으로 가압량을 조절하는 부분이다. 특히 본 발명의 경우 위에서 살펴본 바와 같이 상기 강판의 공급량에 따라 강판의 곡률반경에 차이가 발생하므로 상기 강판 가압부의 압력을 선형으로 증가시키는 신호를 발생시킬 수 있으며, 상기 측정수단에 의하여 상기 강판의 평활도가 달라지는 경우 이에 따른 가압량 조절을 수행하는 것으로 상기 강판이 평탄하게 공급될 수 있도록 할 수 있다. 아울러 상기와 같은 데이터와 조절량, 강판 가압부에 가해지는 압력은 상기 표시수단에 전송되어 사용자에게 시현되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 평탄화과정을 거쳐 공급되는 강판은 표면이 가압되어 일정한 형상을 이루도록 가공될 수 있다. 상기 우레탄 판넬의 경우 표면의 강도를 형성시키기 위하여 표면을 형성하는 강판이 요철의 형상을 가지도록 제작될 수 있다. 특히 세로방향으로 형성된 긴 골과 산은 전후면에서 가해지는 충격을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 길이 방향으로 가해지는 하중에 대한 저항력을 높일 수 있다. 따라서 상기 평탄화되어 공급되는 강판은 일정한 형상을 이루도록 가공될 수 있으며, 이러한 가공은 롤러 또는 프레스를 이용하여 수행될 수 있다.
상기 하판(100)이 형성된 이후 상기 하판의 양측면에 요형 부림(200)과 철형 부림(300)을 공급하여 접착할 수 있다.
본 발명에서 용어”부림”은 상기 우레탄 판넬의 양측면을 마감하는 부분을 의미하는 것으로 양측면의 간격을 유지함과 동시에 내부의 우레탄을 외부와 공간적으로 분리하는 역할을 할 수 있다. 기존의 우레탄 판넬의 경우 이 부림이 존재하지 않거나 단순히 고분자 수지 또는 철판으로만 제작되고 있지만, 본 발명의 경우 양측의 부림이 각각 요(凹)형상과 철(凸)형상을 이루고 있어 각 우레탄 판넬이 끼움결합될 수 있으므로, 별다른 중간재 없이도 조립을 할 수 있다.
이대 상기 부림은 상기 하판(100)의 양측에 연속적으로 공급되기 위하여 사출 또는 압출방식으로 제작될 수 있다. 이 사출 또는 압출방식의 경우 원료만 공급되면 직선의 형상을 지속적으로 공급할 수 있으므로 상기 하판의 상부에 부림을 연속적으로 형성할 수 있으며, 이때 사용되는 사출 또는 압출기는 기존에 사용되는 사출 또는 압출기를 그대로 사용할 수 있다.
아울러 상기 부림의 경우 상기 우레탄 판넬의 양측면을 커버할 수 있는 재질이라면 제한없이 사용할 수 있지만, 바람직하게는 고분자 수지를 이용한 사출물로 제작되거나 철 또는 알루미늄을 이용한 압출물 형태로 제작될 수 있다.
상기 요형 부림(200)은, 일측에 형성되는 요형 함입부; 상기 요형 함입부의 중앙과 부림의 후단을 연결하는 연결부; 상기 요형 함입부의 양방향으로 연장되어 상기 상판 및 상기 하판에 지지되는 지지부; 및 상기 지지부의 양측단에서 타측방향으로 연장되어 설치되는 밀폐부를 포함할 수 있다(도 2 참조).
상기 요형 함입부(210)는 후술할 철형 돌출부(310)와 끼움 결합되는 부분으로, 단면의 형상이 사각형, 원형 또는 타원형으로 제조되는 함입부를 포함하고 있는 부분이다. 이 함입부는 상기 우레탄 판넬의 일단보다 함입되는 형태로 제작될 수 있으며, 상기 철형 돌출부(310)와 결합시 상기 우레탄 판넬의 하판(100) 및 상판(200)은 인접한 상판 및 하판과 접촉하도록 제작될 수 있다(도 3 참조). 이때 상기 요형 함입부(210)는 상기 요형 부림(200)의 외측면에 형성되는 부분이므로 상기 함입부 역시 연결되는 형태로 제작될 수 있으며, 상기 함입부는 상기 우레탄 판넬의 길이 방향으로 형성될 수 있다.
상기 연결부(220)는 상기 함입부(210)의 후방에 설치되어 상기 함입부(210)를 지지하는 부분으로, 상기 부림의 후단과 연결되어 상기 함입부의 변형을 방지할 수 있다. 이를 상세히 살펴보면 상기 함입부(210)는 후술할 철형 돌출부(310)가 삽입되어 결합될 수 있다. 하지만 이때 상기 함입부(210)에 뒤틀림이 발생하거나 형상이 변형되는 경우 상기 돌출부(310)의 삽입이 어려워 결합이 불완전하게 이루어질 수 있다. 따라서 상기 연결부(220)를 이용하여 상기 함입부(210)를 상기 부림의 후단과 연결하는 것으로 함입부(210)의 변형을 방지하여 상기 철형 돌출부(310)의 삽입과 결합을 더욱 용이하게 할 수 있다.
상기 지지부(230)는 상기 함입부(210)의 양측에 연결되어 상기 상판 및 하판에 의하여 외부로 이탈하지 않도록 지지되는 부분으로, 본 발명의 상판 및 하판의 경우 후술하는 바와 같이 상기 부림을 감싸도록 절곡(도 3 참조)될 수 있으므로 이 절곡부에 지지되어 상기 부림의 위치를 유지하는 부분이다. 이러한 지지부는 상기 부림에 가해지는 하중을 견디기 위하여 내부에 추가적인 보강수단이 형성될 수도 있으며, 또한 상기 요형 함입부에 비하여 두껍게 제작되어 변형을 방지할 수도 있다.
상기 밀폐부(240)는 상기 지지부(230)의 양측단에서 타측방향으로 연장되어 설치되는 부분으로 상기 상판(500) 및 하판(100)의 내부에 삽입되어 상기 상판 및 하판의 사이에 위피하는 우레탄 폼을 누출을 막는 역할을 수행할 수 있다. 이를 상시헤 살펴보면 상기 부림의 절단면을 기준으로 할 때 상기 밀폐부(240)는 상기 지지부(230)의 타단에 연결되어 상기 상판 및 하판의 중심부방향으로 돌출되는 형상으로 제작될 수 있다. 아울러 상기 밀폐부(240)는 양측 지지부(230)의 말단 즉 상판과 접촉하는 부분과 하판과 접촉하는 부분에 각각 설치되므로, 상기 밀폐부의 단면은 상기 부림의 후단과 함께 타측방이 개방된 “ㄷ”자 형상을 가질 수 있다. 이때 후술하는 바와 같이 개방된 방향에서 우레탄이 주입되어 우레탄 층을 형성하는 경우 상기 밀폐부의 확장하는 형태로 압력을 가하게 되며, 이에 따라 상기 밀폐부는 상기 상판 및 하판에 압착되어 상기 우레탄 폼층을 밀폐하게 된다. 또한 상기 밀폐부는 상기와 같은 압착을 통하여 상기 부림이 외부로 이탈하거나, 외력에 의하여 내부로 밀려 들어가는 것을 방지하는 역할을 추가적으로 수행할 수도 있다.
상기 철형 부림(300)은 상기 요형 부림(200)과 동일한 제료 및 생상방법으로 생산될 수 있으며, 다만 상기 요형 함입부를 대신하여 철형 돌출부가 형성되어 있다. 즉 상기 철형 돌출부의 경우 상기 요형 함입부와 끼움 결합되어 상기 우레탄 판넬을 고정하거나 와부와 공간적으로 분리하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 철형 부림의 연결부(320), 지지부(330) 및 밀폐부(340)는 상기 요형 부림과 동일한 형상을 가지며, 이에 대한 상기 요형 부림에 나타난 바와 동일하다(도 2 참조).
상기 하판(100)의 양측에 상기 부림이 설치된 이후 상기 하판의 부림사이에 일정간격으로 간격유지구를 부착할 수 있다. 상기 간격유지구는 상기 하판과 후술할 상판사이의 간격을 유지하기 위하여 설치되는 것으로 원통형 사각 기둥형 또는 “I”자 형으로 제작되어 상기 상판과 하판에 상하면에 접착될 수 있다. 상기 간격 유지구는 상기 하중에 의한 상기 상판 및 하판의 협착을 막을 뿐만 아니다, 상기 우레탄의 팽창으로 인한 부풀음을 방지하여 상기 우레탄 패널의 두께를 일정하게 유지시키는 역할을 할 수 있다. 이때 상기 간격유지구는 30~100cm의 간격으로 설치될 수 있다. 상기 간격유지구가 30cm 미만의 간격으로 설치되는 경우 작업비용이 상승함과 동시에 우레탄의 주입시 우레탄이 주입되지 않은 동공이 발생할 가능성이 있으며, 100cm을 초과하는 간격으로 설치되는 경우 상기 간격유지구의 효과를 기대하기 어렵다.
상기와 같이 간격유지구의 설치가 완료된 이후 상기 부림 및 상기 간격유지구의 상부에 상기 상판(500)을 접착할 수 있다. 상기 상판 역시 상기 하판과 동일한 공정으로 생산될 수 있으며, 이에 따라 코일에서 공급되는 강판을 가압하여 굴골진 형상을 만들어 상기 부림 및 상기 간격유지구의 상부 공급되고 접착될 수 있다.
상기 요형 부림(200) 및 상기 철형 부림(300)은 상기 상판(500) 및 하판(100)의 양측단에서 1~10cm가 이격되어 설치되며, 상기 상판의 접착단계 이후 상기 우레탄 폼 주입단계 이전, 상기 상판 및 하판의 양측단이 상기 요형 부림 및 상기 철형 부림 지지부의 일측을 감싸도록 절곡하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
위에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 부림의 경우 양측에 지지부를 가지고 있으며, 이 지지부를 상기 상판 및 하판이 감싸도록 설치될 수 있다. 따라서 상기 부림은 상기 상판 및 하판의 양측단에서 1~10cm가 이격되어 설치되는 것으로 이 이격된 부분을 이용하여 상기 부림을 감싸도록 상판 및 하판이 절곡 가공될 수 있다. 이때 상기 이격되는 거리가 1cm미만인 경우 절곡되는 길이가 짧아져 상기 부림을 감싸는 것이 불가능할 수 있으며, 10cm을 초과하는 경우 상기 우레탄 판넬을 제작하는 것에 많은 강판이 필요하므로 비경제적이다.
상기와 같이 상판의 접착 및 상판 및 하판의 측면 절곡이 완료된 이후 우레탄을 주입하여 발포시킬 수 있다. 이때 상기 우레탄은 상기 강판의 길이 방향으로 설치된 2~10주입관을 통하여 주입될 수 있으며, 주입과 동시에 발포되어 우레탄 폼층(400)을 형성할 수 있다.
본 발명의 우레탄 폼층(400)은 내화성 및 단열성을 높이면서도 무게를 가볍게 하기 위하여 실리카 에어로겔을 포함할 수 있다. 실리카 에어로겔은 높은 기공도를 가짐에 따라 단열재로 사용될 수 있으며 낮은 밀도를 가지고 있으며 특히 경량 단열재로 사용될 수 있다. 하지만 기존에 사용되는 실리카 에어로겔의 경우 매우 약한 강도를 가지고 있어 단독으로 사용되지는 못하고 있으며, 섬유재 또는 고분자 바인더를 혼합하여 사용하고 있다. 다만 상기 섬유재 또는 고분자 바인더의 경우 낮은 단열성능을 가지고 있음에 따라 단열재로의 특성이 감소할 수 있다.
본 발명의 경우 단열재로 사용되는 우레탄의 제조시 실리카 졸을 이용하여 실리카 에어로겔 유사체를 형성하는 것으로 높은 단열성을 가질 수 있을 뿐만 아니라 압축강도가 크게 향상된 우레탄 폼층의 형성이 가능하다.
이를 위하여 상기 우레탄 폼층은, 실리카 에어로겔10~20중량부; 폴리올80~90중량부; 이소시아네이트100~200중량부; 및 촉매 0.1~5중량부를 포함하며, 상기 우레탄은, 소듐실리케이트용액과 이온교환수지를 혼합하여 실리카 졸을 형성하는 단계; 상기 실리카 졸을 불활성 기체 분위기 하에서 폴리올과 혼합하여 폴리올-실리카졸 복합수지를 제조하는 단계; 상기 폴리올-실리카졸 복합수지에 촉매 및 열발포제를 혼합하는 단계; 상기 촉매 및 열발포제와 혼합된 폴리올-실리카졸 복합수지를 이소시아네이트와 혼합하고 기계적 교반하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명에 있어서, 실란 전구체인 소듐실리케이트 용액(sodium silicate solution)을 출발물질로 하여 물로 희석시킨 후 희석용액을 이온교환수지와의 교반을 통해 불순물인 Na를 제거하면서 생성되는 실라놀이 탈수축합반응에 의해 실리카에어로겔 유사체를 형성하고, 이를 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올과의 반응을 통해 개질된 실리카 에어로겔 유사체를 포함하는 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올을 제조하여 촉매(아민계 촉매, 삼량화 촉매), 계면활성제 그리고 발포제와 혼합한 혼합물[A액]과 이소시아네이트(방향족 이소시아네이트 혹은 지방족이소시아네이트)[B액]를 반응시켜 단열성능 및 압축강도가 향상된 실리카 에어로겔 유사체를 포함하는 우레탄 폼층을 형성할 수 있다.
상기 소듐실리케이트는 흔히 규산나트륨, 규산소다 또는 물유리로 불리는 물질로서, Na2O·nSiO2(n＝2∼4)를 기본 조성으로 하여 적정량의 물과 혼합되어 있는 액상의 물질이다. 이러한 소듐실리케이트의 경우 나트륨이온으로 인하여 강한 염기성을 가지고 있으며, 이를 중화하는 경우 겔형을 형성할 수 있으므로 이를 응용하여 다공성의 흡습제인 실리카겔이나 실리카 에어로겔의 제작에 사용할 수 있다. 하지만 본 발명에서는 물과 혼합한 다음, 이온교환 수지를 이용하여 나트륨 이온을 제거하는 것으로 실나놀을 형성하며, 실나놀은 탈수 축합반응을 통하여 실리카 졸로 전환될 수 있다. 이러한 실리카 졸을 실리카 에어로겔 유사체로 활용하여 폴리올에 혼합하여 사용한다.
상기 소듐실리케이트는 용매에 희석되어 사용될 수 있으며, 이때 상기 용매는 상기 소듐실리케이트를 희석할 수 있는 용매라면 제한없이 사용할 수 있지만, 이후 공정에서 분리의 편의성 및 화학적 안정성을 고려하여 물, 바람직하게는 증류수를 사용할 수 있다. 상기 물은 상기 소듐실리케이트의 중량대비 1:2~1:4의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 1:2비율 미만으로 물을 혼합하여 사용하는 경우 소듐실리케이트의 점성이 높아 이온교환 수지와의 혼합 시 나트륨이온의 제거가 용이하지 않으며, 1:4를 초과하는 비율로 혼합하는 경우 물의 비율이 높아짐에 따라 수득되는 실리카 에어로겔 유사체의 비율이 줄어들어 분리에 많은 비용 및 시간을 필요로 할 수 있다.
상기 이온교환 수지는 상기 소듐실리케이트의 나트륨을 제거하기 위하여 사용되는 것으로 술폰산, 카르복시산 또는 아민으로 개질된폴리스티렌, 폴리아크릴레이트 또는 스티렌-디비닐벤젠코폴리머와 같은 이온교환 수지가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로는, 술폰산으로개질된DOWEX, Duolite, Amberite, Amberlyst, Amberjet 또는 카르복시산으로 개질된 DOWEX, Amberite 또는 양이온 및 음이온 모두를 이온 교환할 수 있는 DOWEX, 강한 산성 양이온 교환수지(시그마 알드리치IR120) 등이 사용될 수 있다. Na이온제거에 사용된 이온교환수지는, 이온교환수지 부피와 같은 부피의 1M HCl를 이용하여 약 3회 정도 처리함으로써 재활성화시킬 수 있다.
상기 실리카 졸을 형성하는 단계를 상세히 살펴보면 소듐실리케이트 용액 30중량부에 증류수 60~120중량부를 혼합하여 희석한 다음, 이온교환 수지 30~90중량부를 혼합하여 교반하면 실리카 졸이 분리된다. 이때 상기 용액은 pH가 3~4가 될 때 반응을 중지시켜 실리카 졸이 용이하게 분리될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 용액의 pH가 3미만인 경우 실리카 졸이 생성되지 않으며, 4를 초과하는 경우 실리카 겔이 형성되므로 pH가 3~4의 범위에 있을 때 이온교환 수지를 제거하는 것이 바람직하다.
기존의 실리카 에어로겔을 포함하는 폴리우레탄 복합 발포체의 경우 실리콘 에어로겔을 제조하기 위하여 용매치환, 표면개질, 건조공정을 거치게 됨에 따라, 제작비용이 대폭 상승한다는 단점을 가지고 있다. 또한 이러한 공정에서 금속 알콕사이드를 촉매로 사용하는데 이는 제작단가의 상승으로 직결될 수 있다.
아울러 이렇게 제조된 실리카 에어로겔을 폴리올에 혼합하는 경우에도 실리카 에어로겔의 응집이 발생하거나 폴리올과의 혼합성이 떨어져 결과적으로는 압축강도가 떨어지거나 열전도도가 국부적으로 높아지는 결과는 가져올 수 있다. 하지만 본 발명에서는 실리카 에어로겔 유사체인 실리카 졸 표면을 폴리올로 개질하여 사용하고 있으므로, 응집이 최소화됨과 동시에 생성되는 우레탄 폼층의 내부에 실리카 에어로겔 유사체가 균일하게 분산되어 높은 압축강도 및 낮은 열전도도를 가질 수 있다.
상기와 같이 실리카 졸이 형성된 이후 실리카 졸 즉 실리카 에어로겔 유사체를 불활성기체 분위기 하에서 폴리올과 혼합하여 폴리올-실리카 에어로겔 유사체 복합 수지를 제조할 수 있다.
본 발명에서 바인더로 사용되는 우레탄은 경질우레탄 폼을 사용할 수 있으며, 낮은 열전도율이 필요하므로 독립기포(closed cell)을 가지고, 높은 강도 및 찌그러지지 않는 특성이 필요하므로, 사용하는 폴리올은 분기 및 가교밀도가 높은 구조가 유리하다. 따라서 폴리올의 분자량은 200~800 정도로 낮고, 수산기값(hydroxy number)이 200 내지 400mgKOH/g인 것이 바람직하다.
이때 사용되는 폴리올은 폴리에테르계, 폴리에스테르계 폴리올 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 상기 폴리에테르계 폴리올은 수크로스, 소르비톨, 글리콜, 글리세롤 등과 같은 다가 알코올이나 폴리아민과 같은 이가 이상의 활성수소를 가지고 있는 화합물인 출발물질에 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드 등의 공중합체 폴리올로부터 선택될 수 있다. 또한 폴리에스테르계 폴리올은 다염기산(polybasic acid) 및 글리콜, 글리세롤 등의 히드록시기를 가지는 다가 알코올(polyalcohol)을 용매로 합성된 것으로서, 상기 다가 알코올은 에틸렌글리콜, 1-4부탄디올, 1,6-헥산디올, 폴리에틸렌글리콜, 다이에틸렌글리콜 등으로부터 선택되며, 상기 다염기산은 테레프탈산, 아디프산, 말레산, 숙신산 등 방향족 염기산, 지방족 이염기산 등에서 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서 용어 “분위기”는 반응기 또는 반응공간의 내부를 일정기체로 치환한 것을 의미하며 예를 들어 불활성기체 분위기는 반응기 내부의 공기 전체를 불활성 기체로 치환한 것을 의미한다.
상기 폴리올-실리카 에어로겔유사체 복합수지를 제조하는 단계는 불활성기체 분위기 하에서 수행될 수 있다. 실리카 에어로겔 유사체와 폴리올을 혼합할 때, 산소와 접촉하는 경우 실리카 에어로겔 유사체가 산화에 의하여 pH가 높아짐에 따라 실리카 겔이 석출될 수 있으며, 폴리올역시 산화에 의하여 열화될 수 있다. 또한 본 발명의 폴리올-실리카졸 복합수지를 제조하는 단계는 혼합의 효율성을 높이기 위하여 150~180℃의 온도에서 수행되므로, 높은 온도에 의하여 이러한 산화반응이 더욱 가속될 수 있다. 따라서 상기 폴리올-실리카졸 복합수지를 제조하는 단계는 불활성기체 분위기 하에서 수행하여 산화를 방지하는 것이 바람직하다. 이때 사용되는 불활성 기체는 상기 실리카 에어로겔유사체 및 폴리올과 반응하지 않는 기체라면 제한없이 사용할 수 있지만, 산업적으로 많이 사용되는 질소(N2), 헬륨(He), 네온(Ne) 또는 아르곤(Ar)을 사용하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 질소를 사용할 수 있다.
상기 폴리올-실리카 에어로겔유사체 복합수지에 촉매 및 열발포제를 혼합하는 단계는 상기 폴리올-실리카 에어로겔유사체 복합수지를 제조하는 단계에서 제조된 폴리올-실리카 에어로겔유사체 복합 수지에 촉매 및 열발포제를 첨가하여 복합수지 전구체를 생성하는 단계이다.
상기 촉매는 상기 폴리올과 이후 첨가된 이소시아네이트의 반응을 촉진하여 폴리우레탄을 형성하는 촉매로 폴리우레탄 제조시 일반적으로 사용되는 촉매라면 제한없이 사용가능하다. 하지만 반응성의 증대 및 물성향상을 위하여 바람직하게는 아민계 촉매와 삼량화 촉매를 혼합하여 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 N,N-디메틸사이클로헥실아민(N,N-dimethylcyclohexylamine), N,N,N',N'-펜타메틸디에틸렌트리아민(N,N,N',N'-pentamethyldiethylenetriamine), 트리에틸렌디아민(triethylenediamine), 디-N-부틸틴디라우릴레이트, 아세트산 칼륨, 아세트산 리튬, 아세트산 마그네슘, 유기주석 화합물, 유기티타늄 화합물 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
상기 열발포제는 상기 우레탄에 포함되어 상기 우레탄이 상기 주입관을 통하여 공급될 때 발포용 가스를 공급하는 역할을 할 수 있다. 후술하겠지만 상기 우레탄의 경우 주입시 중합되어 우레탄 폼을 형성하기 위하여 70~90℃로 가열될 수 있다. 기존의 발포제의 경우 이 과정에서 별도의 가스를 공급하여 발포시키고 있지만 본 발명의 경우 열발포제를 포함하는 것으로 상기와 같은 발열과정에서 자연스럽게 발포용 가스의 형성이 가능하다. 즉 상기 우레탄의 경우 상기 주입관을 이용하여 상기 상판과 하판사이의 공간에 주입될 때 가열되어 주입되는 것으로 상기 우레탄 수지로의 중합이 일어남과 동시에 상기 열발포제가 분해되어 발포될 수 있으며, 이에 따라 상기 상판과 하판 사이의 공간 내에서 우레탄 폼을 형성할 수 있다. 아울러 상기 발포제의 경우 주입과 동시에 발포되면 주입관을 막거나 내부에 공동을 형성할 수 있으므로 일정시간 지연되어 열분해되도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위하여 상기 열발포제는 탄산카르보늄, 탄산수소나트륨, 아초산암모늄, 수소화불소나트륨, 아지드 화합물, 염화불소알칸, 아조계 화합물, 히드라지드계 화합물, 세미카바지드계 화합물 및 N-니트로소계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상이 다공성 입자에 흡착된 발포제일 수 있다. 상기 다공성입자의 경우 상기 열발포제를 흡착하여 열분해를 늦출 수 있는 버퍼로서 작용하는 것으로 다공성을 가지는 황토, 활성탄 또는 제올라이트를 사용할 수 있다. 특히 상기 황토, 활성탄 또는 제올라이트의 경우 상기 우레탄에 포함되는 필러로서 사용될 수 있으므로 이를 사용하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 열발포제는 발포개시온도가 70~90℃인 것이 바람직하다. 상기 우레탄의 경우 50~60℃로 가열하여 공급되며, 우레탄 수지의 중합반응에 의한 발열로 70~90℃가열되는 발열반응을 수행한다. 따라서 상기 열발포제의 발포개시온도는 70~90℃인 것이 바람직하다. 이때 상기 열발포제의 발포개시온도가 70℃미만인 경우 주입이전 또는 주입과 동시에 발포되어 원활한 우레탄 폼층의 형성이 어려울 수 있으며, 90℃를 초과하는 경우에는 상기와 같은 중합반응시 발포가 수행되지 않을 수 있다.
상기 열발포제는 열분해에 의한 분해 가스량이 50~100ml/g인 것이 바람직하다. 상기 가스량이 50ml/g 미만인 경우 충분한 발포가 수행되지 않을 수 있으며, 100ml/g을 초과하는 경우 과도한 발포로 인하여 공동이 발생하여 내열성, 단열성이 떨어질 수 있다.
상기 하판의 형성단계 및 상기 상판의 형성단계 이후 상기 하판의 상부 및 상기 상판의 하부에 세라믹 섬유층을 부착하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 세라믹 섬유층은 상기 우레탄 폼층의 상부 및 하부에 형성되며, 상기 우레탄 폼층이 고온에서 발화되는 것을 막기 위한 층으로, 외부에서 공급되는 열을 단열하여 상기 우레탄 폼층이 발화온도 이상으로 가열되는 것을 막는 층이다.
이때 상기 세라믹 섬유층은 암면, 유리섬유, 탄화규소 섬유, 알루미나 섬유 또는 실리케이트 섬유로 제작되는 단열 섬유층; 및 상기 단열 섬유층의 상부에 형성되며, 탄소섬유 또는 금속섬유로 제작되는 전도성 섬유층을 포함할 수 있다.
상기 단열 섬유층은 기존의 우레탄 판넬과 동일하게 상기 우레탄에 전달되는 열을 차단하며, 화염이 직접 상기 우레탄 폼층에 도달하지 않도록 하는 층이다. 이를 위하여 상기 단열 섬유층은 단열성 및 내화성을 동시에 가지는 세라믹 섬유로 구성될 수 있다,
상시 단열 섬유층에 사용되는 세라믹 섬유는 암면, 유리섬유, 탄화규소 섬유, 알루미나 섬유 또는 실리케이트 섬유와 같은 내화성 섬유를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 섬유는 부직포 또는 종이형상으로 제작되는 것으로 상기 우레탄의 연소를 막을 수 있다.
상기 전도성 섬유층은 상기 우레탄 폼층에 전달되는 열을 상기 내화판넬의 전체에 전달하여 외부로 발산하도록 제작되는 층으로, 상기 강판으로 제작되는 상판 또는 하판과 상기 단열 섬유층 사이에 형성되어 상판 또는 하판을 통하여 입사되는 열을 다른 지점으로 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 일반적으로 화재 또는 내화시험에서는 상기 우레탄 판넬의 일부에만 집중적으로 열이 가해지게 되므로 이를 상기 판넬의 전체로 확산시켜 열을 외부로 배출하는 경우 상기 우레탄 판넬의 내화성을 개선하는 것이 가능하다. 즉 상기 판넬의 일정지점에서 도입되는 열은 상기 전도성층을 따라 상기 우레탄 판넬의 전체로 분산되며, 이는 복사를 통하여 상기 우레탄 판넬의 전체로 방출될 수 있다. 또한 이때 이동하는 열은 상기 단열 섬유층으로 인하여 상기 우레탄 폼층에는 최소량만 도달하며, 이에 따라 상기 우레탄이 발화점까지 가열되는 것을 최대한 늦출 수 있다.
상기 전도성 섬유층은 열전도성이 높은 탄소섬유 또는 금속섬유로 제작될 수 있으며, 상기 탄소섬유 또는 금속섬유를 다른 종류의 섬유와 혼방하여 사용하는 것도 무방하다.
상기 주입관은, 일측에서 상기 우레탄이 공급되는 관형 본체; 상기 관형 본체의 측면에 위치하는 2~20개의 주입구; 및 상기 관형 본체에 상기 우레탄을 공급하는 공급부를 포함할 수 있다.
상기 주입관은 상기 우레탄을 상기 상판과 하판 사이의 공간에 연속적으로 주입하기 위하여 사용되는 것으로 관형의 본체 측면에 2~20개의 주입구가 형성되어 상기 주입구를 통하여 우레탄을 공급할 수 있다. 이때 상기 주입관은 2~10개가 일정한 간격으로 배열되어 상기 상판과 하판 사이의 공간이 우레탄을 균일하게 공급할 수 있으며, 이때 공급되는 우레탄은 중합시 발생하는 열에 의하여 열발포제가 가스를 공급하여 발포될 수 있음은 위에서 살펴본 바와 같다.
상기와 같이 제조된 우레탄 판넬은 일정한 간격으로 절단될 수 있다. 기존의 우레탄 판넬의 경우 절단된 강판에 우레탄을 주입하여 제조되고 있었지만, 이 경우 우레탄 판넬을 한장씩 제작해야 하므로 제작 시간이 많이 필요하다는 단점을 가지고 있다. 하지만 본 발명의 경우 상기 우레탄 판넬을 연속적으로 제작하며 이를 일정한 길이로 절단하여 제작하고 있으므로, 기존의 방법에 비하여 빠른 속도로 제작할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
아울러 상기와 같이 절단된 우레탄 판넬의 경우 절단면에 우레탄 폼층이 노출된 상태이므로 이부분에 마감재를 설치하거나 고분자 수지를 도포하여 수분과 이물질의 침투를 막고 절단면을 보호하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
실시예 1
소듐 실리케이트 용액(sodium silicate solution)에 D.I water(증류수)를 첨가한 후 교반하여 소듐 실리케이트 희석액을 제조하였다. 제조한 희석액을 이온교환수지(시그마 알드리치, IR120)와 혼합하여 교반하였으며, 희석액의 pH가 3~4가 되었을 때 교반을 멈추고 생성된 실리카 졸(실리카 에어로겔 유사체)을 분리하였다.
상기 제조된 실리카 에어로겔 유사체에 무수프탈산 기반의 작용기가 2이고 수산가가 240(mgKOH/g)인 폴리에스테르 폴리올(폴리올 A)을 혼합한 다음, 질소분위기 하에서 가열(165℃) 및 교반(회전식 교반기, 500RPM)하여 폴리올-실리카 에어로겔 유사체 복합 수지를 제조하였다.
상기 폴리올-실리카 에어로겔 유사체 복합 수지에 아민계촉매로서 N,N-디메틸사이클로헥실아민(N,N-dimethylcyclohexylamine), N,N,N',N'-펜타메틸디에틸렌트리아민(N,N,N',N'-pentamethyldiethylenetriamine), CH3COOK, 실리콘 첨가제(silicone surfactant, Goldschmidt사의 B8462), 물을 혼합하여 폴리우레탄-실리카 에어로겔 유사체 복합 수지 전구체를 제조하였다.
제올라이트에 탄산수소나트륨을 함침하여 발포개시온도가 85℃인 열발포제를 제조하였다.
상기 폴리우레탄-실리카 에어로겔 유사체 복합 수지 전구체에 상기 열발포제 및 방향족 이소시아네이트(PMDI, BASF사의 M20R)을 혼합하여 폴리우레탄-에어로겔 복합체를 제조하였다.
두께 0.5mm의 아연도금 강판을 연속적으로 공급하며, 양측에 도 ()에 나타난 부림을 압출과 동시에 설치하였다. 상기 부림의 설치가 완료된 이후 간격유지구를 50cm 간격으로 설치하고 두께 0.5mm의 아연도금 강판을 상부에 공급하여 상판을 형성하였다.
상기 상판과 하판 사이의 공간에 상기 폴리우레탄-에어로겔 복합체를 주입하였으며, 주입과 동시에 열발포되어 우레탄 폼층을 형성하였다.
상기와 같이 제조된 판넬을 3m단위로 절단하여 우레탄 판넬을 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1의 내화판넬의 제조시 폴리우레탄 에어로겔 복합체 대신 기존에 사용되는 폴리우레탄을 주입한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 3
상기 실시예 1의 내화판넬 제조시 탄소섬유층 및 실리케이트 단열섬유층을 사용하지 않을 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 4
상기 실시예 1의 제조시 연속식이 아닌 기존의 방법과 같이 절단된 강판과 절단된 부림을 이용하여 제작한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실시예 5
기존에 시판되는 동일한 규격의 우레판 판넬을 사용하였다.
실험예 1
ISO-9075 Fire Test 방법을 이용하여 화염발생 및 전파실험을 수행하였다.
상기 실시예 1~5의 방법으로 제조된 판넬을 배치한 다음, 화염을 가하였으며, 화염 발생시간 및 화염전파정도를 측정하여 하기의 표 1에 나타내었다.
또한 각 판넬의 시간당 생산속도를 비교하여 표1에 표시하였다.
화염발생시간(분) 화염전파 시험후 변형 시간당 생산량
실시예 1 73분 아니오 아니오 28
실시예 2 38분 아니오 아니오 27
실시예 3 31분 아니오 아니오 28
실시예 4 71분 아니오 아니오 8
실시예 5 13분 예 예 10
표 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 실시예 1의 경우 1시간 이상 화염을 발생시키지 않았으며, 내화단열격벽으로 인하여 발생한 화염이 내부에서 전파되지 않는 것으로 나타났다. 또한 내화단열격벽이 보강재의 역할을 수행하고 있으므로, 시험후에도 변형이 발생되지 않아 구조재로서의 역할을 수행할 수 있었다.
하지만 일반적인 우레탄을 사용한 실시예 2, 탄소섬유층 및 실리케이트 단열섬유층을 사용하지 않은 실시예 3의 경우 화염발생시간이 크게 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 또한 기존의 우레탄 판넬을 사용할 실시예 5의 경우 가장 화염 발생시간이 짧고 화염이 판넬의 전체로 전파되었으며, 시험이후 변형도 가장 심한 것으로 나타났다.
시간당 생산속도를 비교했을 때 실시예 1의 경우 약 28장의 판넬을 제조할 수 있었지만 기존의 방법으로 제조하는 실시예 4의 경우 8장을 생산하는 것에만 그치고 잇었다. 기존의 판넬역시 약 10장을 제조할 수 있어 본 발명의 실시예의 경우 그 생선성애 대폭 향상되는 것으로 나타났다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
100 : 하판
200 : 요형 부림
210 : 요형 함입부
220 : 연결부
230 : 지지부
240 : 밀폐부
300 : 철형 부림
310 : 철형 삽입부
320 : 연결부
330 : 지지부
340 : 밀폐부
400 : 우레탄 폼층
500 : 상판

Claims (5)

  1. 코일에서 연속적으로 공급되는 강판을 가압하여 굴곡형상을 만드는 하판 형성단계;
    상기 하판의 상부 일측에 요형 부림을 연속적으로 공급하고 상부 타측에 철형 부림을 연속적으로 공급하는 단계
    상기 하판의 부림사이에 일정간격으로 간격유지구를 부착하는 단계;
    코일에서 연속적으로 공급되는 강판을 가압하여 굴곡형상을 만드는 상판 형성단계;
    상기 부림 및 상기 간격유지구의 상부에 상기 상판을 접착하는 단계;
    상기 상판과 하판 사이의 공간에 우레탄을 주입하여 우레탄 폼층을 형성하는 단계; 및
    상기 판넬을 일정간격으로 절단하는 단계;
    를 포함하는 우레탄 판넬 생산방법에 있어서,
    상기 요형 부림은,
    일측에 형성되는 요형 함입부;
    상기 요형 함입부의 중앙과 부림의 후단을 연결하는 연결부;
    상기 요형 함입부의 양방향으로 연장되어 상기 상판 및 상기 하판에 지지되는 지지부; 및
    상기 지지부의 양측단에서 타측방향으로 연장되어 설치되는 밀폐부;
    를 포함하며;
    상기 철형 부림은,
    일측이 합입되어 형성되는 철형 돌출부;
    상기 철형 돌출부의 중앙과 부림의 후단을 연결하는 연결부;
    상기 철형 돌출부의 양방향으로 연장되어 상기 상판 및 상기 하판에 지지되는 지지부; 및
    상기 지지부의 양측단에서 타측방향으로 연장되어 설치되는 밀폐부;
    를 포함하되;
    상기 요형 함입부와 상기 철형 돌출부는 끼움 결합이 가능하도록 제작되며,
    상기 밀폐부는 상기 우레탄 폼의 발포시 상기 상판 및 상기 하판 방향으로 확장되어 상기 상판 및 하판이 형성하는 공간을 밀폐하며,
    상기 요형 부림 및 상기 철형 부림은 상기 상판 및 하판의 양측단에서 1~10cm가 이격되어 설치되며,
    상기 상판의 접착단계 이후 상기 우레탄 폼 주입단계 이전,
    상기 상판 및 하판의 양측단이 상기 요형 부림 및 상기 철형 부림 지지부의 일측을 감싸도록 절곡하는 단계;
    를 추가로 포함하며,
    상기 하판의 형성단계 및 상기 상판의 형성단계 이후 상기 하판의 상부 및 상기 상판의 하부에 세라믹 섬유층을 부착하는 단계를 추가로 포함하며,
    상기 우레탄 폼층은,
    실리카 에어로겔10~20중량부;
    폴리올80~90중량부;
    이소시아네이트100~200중량부; 및
    촉매 0.1~5중량부;
    를 포함하며,
    상기 우레탄은,
    소듐실리케이트용액과 이온교환수지를 혼합하여 실리카 졸을 형성하는 단계;
    상기 실리카 졸을 불활성 기체 분위기 하에서 폴리올과 혼합하여 폴리올-실리카졸 복합수지를 제조하는 단계;
    상기 폴리올-실리카졸 복합수지에 촉매 및 열발포제를 혼합하는 단계;
    상기 촉매 및 열발포제와 혼합된 폴리올-실리카졸 복합수지를 이소시아네이트와 혼합하고 기계적 교반하는 단계;
    를 포함하는 방법으로 제조되며,
    상기 우레탄은 상기 상판 및 하판사이의 공감에 주입 및 발포되어 폴리우레탄-실리카 에어로겔 복합체를 포함하는 우레탄 폼층을 형성하며,
    상기 열발포제는 탄산카르보늄, 탄산수소나트륨, 아초산암모늄, 수소화불소나트륨, 아지드 화합물, 염화불소알칸, 아조계 화합물, 히드라지드계 화합물, 세미카바지드계 화합물 및 N-니트로소계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상이 다공성 입자에 흡착된 발포제이며,
    상기 열발포제는 발포개시온도가 70~90℃이고, 열분해에 의한 분해 가스량이 50~100ml/g이며,
    상기 다공성입자는 황토, 활성탄 또는 제올라이트이며,
    상기 세라믹 섬유층은,
    상기 우레탄에 의하여 형성된 우레탄 폼층의 양측면에 형성되며, 암면, 유리섬유, 탄화규소 섬유, 알루미나 섬유 또는 실리케이트 섬유로 제작되는 단열 섬유층; 및
    상기 단열섬유층과 상기 상판 및 하판의 사이에 형성되며, 탄소섬유 또는 금속섬유로 제작되는 전도성 섬유층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 우레탄 판넬 생산방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제4항에 있어서,
    상기 우레탄은 상기 하판의 길이방향으로 배열된 2~10개의 주입관을 통하여 연속적으로 주입되며,
    상기 주입관을 이용한 주입시 상기 우레탄의 중합반응열로 인하여 상기 열발포제가 분해되어 우레탄 폼을 형성하며,
    상기 주입관은,
    일측에서 상기 우레탄이 공급되는 관형 본체;
    상기 관형 본체의 측면에 위치하는 2~20개의 주입구; 및
    상기 관형 본체에 상기 우레탄을 공급하는 공급부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 우레탄 판넬 생산방법.
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