KR102413151B1 - 전해조 개스킷과 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

전해조 게스킷의 제조방법이 제공된다. 일 실시예에 있어서, 판상인 테프론 시트를 금형과 지그(jig)를 이용하여 제품 형상에 맞게 성형하고 표면을 에칭한 후 접착제를 도포하는 것; 상기 성형된 테프론 시트와 미가류 재단 고무를 제품 형태의 예비 성형 지그에 넣은 후 100~120℃의 온도 상태에서 가압하여 일체 성형하는 예비 성형하는 것; 및 상기 예비 성형된 테프론 시트와 고무의 성형물을 금형 내에서 다시 완전한 결합상태가 되도록 상기 테프론 시트를 고무쪽으로 가압하는 것;을 포함하고, 상기 예비 성형하는 것은, 100~120℃의 온도 상태에서 상기 테프론 시트의 길이방향으로 상기 테프론 시트에 복수의 테프론 시트 홈을 형성하는 것을 포함한다.

Description

전해조 개스킷과 그 제조 방법{A GASKET FOR ELECTROLYZER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 전기분해를 위해 프레임과 전극판을 구비하는 전해조에서 기밀작용을 시켜주기 위해 사용되는 전해조 개스킷(gasket)에 관한 것이다.

일반적으로 전해조는 본체를 형성하는 프레임과 전극을 통과하는 전극판을 구비하고 있으며 그 프레임과 전극판의 사이에는 개스킷이 개재되어 기밀상태를 유지하게 된다.

전해조에 사용되는 개스킷은 보통 그 재질이 EPR 고무나 불소 고무 등 고무(rubber)로 이루어지거나 또는 테프론(teflon)으로 이루어진다.

EPR 고무로 이루어진 개스킷의 경우 주로 EPDM이나 EPM이 사용되며, 테프론으로 이루어진 개스킷의 경우 PTFE가 주로 사용되나 경우에 따라 FEP, PVDF, PFA가 사용되기도 한다. 고무 또는 테프론 재질의 개스킷은 전해조의 형태에 따라 특정한 형태로 성형 제조되어 사용된다.

그런데, 이러한 종래의 개스킷은 그 재질이 고무와 테프론 중 어느 하나의 재질로만 단독적으로 이루어져 있기 때문에 몇 가지 문제점이 발생될 수 있다.

먼저, 재질로서 고무가 단독적으로 사용된 개스킷의 경우에는 기밀성 면에서 우수하나 전해조 내의 반응물의 화학작용 등으로 인하여 고무 본래의 성질을 잃고 그 수명을 다 할 뿐만 아니라 고무 표면에서 미세 입자가 분리 침전물을 형성하여 전극판 및 유체 경로 등을 막아 효율을 저하시키거나 생산 라인을 정지시키는 등의 문제를 유발할 수 있다.

그리고, 재질로서 테프론이 단독적으로 사용된 개스킷의 경우에는 내구성면에서 우수하나 압축과 신장이 반복적으로 이루어질 경우 변형이 발생하는 테프론 소재의 특성상 기밀작용의 한계점을 가지고 있다.

또한, 종래에 고무 재질과 테프론을 함께 사용하되, 전기 반응이 일어나는 반응면을 테프론으로 감싸는 기술이 개발되었으나, 하드 재질의 테프론과 소프트 재질의 고무를 함께 사용하는 경우 작업성이 매우 열악하거나, 제조된 후에도 서로 다른 열 수축 이력에 따른 형태 변형이 발생하는 문제가 있었다.

또한, 종래에 개발된 고무 재질과 테프론을 함께 사용하되, 전기 반응이 일어나는 반응면을 테프론으로 감싸는 기술에 의할 경우, 인접하는 개스킷 간 기밀성 및 밀착성이 열악해지는 문제가 있었다.

또한, 종래에 개발된 고무 재질과 테프론을 함께 사용하되, 전기 반응이 일어나는 반응면을 테프론으로 감싸는 기술에 의할 경우, 사용기간 중 지속적인 압착을 받음에 따라 물리적인 형태 변형이 수반되어 사용기간이 충분히 길지 못한 문제가 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 인접하는 개스킷 간 기밀성 및 밀착성을 향상시키기 위해 예비성형 공정을 제어하는 전해조 개스킷과 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 지속적인 압착력에 의한 형태 변형이 방지되어 사용수명을 충분히 연장시킬 수 있도록 예비성형 공정에서 메쉬를 추가하는 전해조 개스킷과 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, Teflon 및 고무의 결합력을 향상시켜 형태 변형을 방지하고, EPDM 또는 EPM 고무 조성물에 첨가제를 포함시켜, Cl2 gass에 대한 내화학성 증대시키고, 사전 접착 처리를 수행한 특수 내부 보강포 삽입하여 EPDM 또는 EPM 고무의 탄성을 유지하면서 지지력을 향상시키는 전해조 개스킷과 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고무 재질의 개스킷이 가지고 있는 기밀성 면에서의 우수함과 테프론 재질의 개스킷이 가지고 있는 내구성면에서의 우수함을 효과적으로 이용할 수 있는 전해조 개스킷과 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 판상인 테프론 시트를 금형과 지그(jig)를 이용하여 제품 형상에 맞게 성형하고 표면을 에칭한 후 접착제를 도포하는 것; 상기 성형된 테프론 시트와 미가류 재단 고무를 제품 형태의 예비 성형 지그에 넣은 후 100~120℃의 온도 상태에서 가압하여 일체 성형하는 예비 성형하는 것; 및 상기 예비 성형된 테프론 시트와 고무의 성형물을 금형 내에서 다시 완전한 결합상태가 되도록 상기 테프론 시트를 고무쪽으로 가압하는 것;을 포함하고, 상기 테프론 시트를 성형하는 것은, 말단부가 마주보는 내측으로 볼록하게 돌출되는 돌출부를 형성하는 것을 포함하는, 전해조 개스킷의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 인접하는 개스킷 간 기밀성 및 밀착성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지속적인 압착력에 의한 형태 변형이 방지되어 사용수명을 충분히 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고무 소재와 테프론 소재의 장점을 살려 기밀성과 내구성을 향상시킬 수 있고 고무의 화학반응에 따른 파티클(particle) 형성을 차단하여 설비의 운전 중 효율저하 및 전극판 막힘에 따른 설비 운전 정지 등을 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 고무의 탄성과 테프론의 내화학성을 결합시킴으로써, 화학물질에 장시간 노출되어 사용하더라도 고무제품에 변형 및 변성이 일어나지 않으며, 테프론의 이형성때문에 생기는 고무와의 접착강도가 약해지는 단점을 크게 개선함으로써 상당한 외력이 가해지거나 가열과 냉각이 반복되는 가혹한 작업조건 하에서도 테프론시트와 고무가 쉽게 박리되지 않아 기대한 성능 및 수명을 충분히 발휘될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 테프론 시트 부착형 전해조 개스킷의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 3과 도 4는 제조 공정을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3은 성형된 테프론 시트의 사시도이고, 도 4는 예비 성형 지그에서 열가압이 이루어지는 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 각 실시예에 따른 테프론 시트의 말단부를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 테프론 시트 부착형 전해조 개스킷의 단면도를 나타낸 것이고, 도 10은 예비 성형 지그에서 열가압이 이루어지는 상태를 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명된다. 그러나 본 발명이 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 내용을 더 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

본 명세서에서 일 요소가 다른 요소 '위' 또는 '아래'에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 '위' 또는 '아래'에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 본 명세서에서, '상부' 또는 '하부' 라는 용어는 관찰자의 시점에서 설정된 상대적인 개념으로, 관찰자의 시점이 달라지면, '상부' 가 '하부'를 의미할 수도 있고, '하부'가 '상부'를 의미할 수도 있다.

복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 판상인 테프론 시트를 금형과 지그(jig)를 이용하여 제품 형상에 맞게 성형하고 표면을 에칭한 후 접착제를 도포하는 것; 상기 성형된 테프론 시트와 미가류 재단 고무를 제품 형태의 예비 성형 지그에 넣은 후 100~120℃의 온도 상태에서 가압하여 일체 성형하는 예비 성형하는 것; 및 상기 예비 성형된 테프론 시트와 고무의 성형물을 금형 내에서 다시 완전한 결합상태가 되도록 상기 테프론 시트를 고무쪽으로 가압하는 것;을 포함하고, 상기 예비 성형하는 것은, 100~120℃의 온도 상태에서 상기 테프론 시트의 길이방향으로 상기 테프론 시트에 복수의 테프론 시트 홈을 형성하는 것을 포함하는, 전해조 개스킷의 제조 방법을 제공한다.

일 예로, 상기 예비 성형하는 것은, 100~120℃의 온도 상태에서 상기 테프론 시트의 길이방향으로 상기 미가류 재단 고무에 복수의 미가류 재단 고무 홈을 형성하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 테프론 시트를 성형하는 것은, 상기 테프론 시트의 길이방향으로 테프론 시트 단차를 형성하는 것을 포함하되, 상기 테프론 시트 단차는 상기 테프론 시트에서 상기 테프론 시트 홈의 반대 방향에 형성되도록 할 수 있다.

이때, 상기 테프론 시트 단차는, 상기 테프론 시트의 표면에서 상기 테프론 시트의 두께 방향으로 연장되되, 첫 번째 상기 테프론 시트 홈이 형성된 위치 전까지 연장될 수 있다.

한편, 상기 예비 성형하는 것은, 상기 미가류 재단 고무 내부에 메쉬부를 마련하여, 상기 미가류 재단 고무에 포함되는 고무 조성물과 상기 메쉬부가 일체로 가류되도록 할 수 있다.

이때, 상기 메쉬부는 눈금이 0.5 내지 2mm 일 수 있다.

본 발명은 또한, 전해조의 프레임과 전극판 사이에 개재되어 기밀시키는 전해조 개스킷으로서, 상기 전해조 개스킷은 고무 재질의 개스킷 몸체와 상기 개스킷 몸체의 용액과 접촉되는 부분에 테프론 시트가 부착되되, 상기 테프론 시트는, 상기 테프론 시트의 길이방향으로 복수의 테프론 시트 홈이 마련된, 전해조 개스킷을 제공한다.

이때, 상기 개스킷 몸체에 상기 테프론 시트의 길이방향으로 복수의 개스킷 몸체 홈이 마련될 수 있다.

또한, 상기 테프론 시트에서, 상기 테프론 시트 홈의 반대 방향에 테프론 시트 단차가 마련되며, 상기 테프론 시트 단차는, 상기 테프론 시트의 표면에서 상기 테프론 시트의 두께 방향으로 연장되되, 첫 번째 상기 테프론 시트 홈이 형성된 위치 전까지 연장될 수 있다.

또한, 상기 개스킷 몸체에는, 미가류 재단 고무에 포함되는 고무 조성물과 일체로 가류된 메쉬부가 포함될 수 있다.

본 발명은 또한, 판상인 테프론 시트를 금형과 지그(jig)를 이용하여 제품 형상에 맞게 성형하고 표면을 에칭한 후 접착제를 도포하는 것; 상기 성형된 테프론 시트와 미가류 재단 고무를 제품 형태의 예비 성형 지그에 넣은 후 100~120℃의 온도 상태에서 가압하여 일체 성형하는 예비 성형하는 것; 및 상기 예비 성형된 테프론 시트와 고무의 성형물을 금형 내에서 다시 완전한 결합상태가 되도록 상기 테프론 시트를 고무쪽으로 가압하는 것;을 포함하고, 상기 테프론 시트를 성형하는 것은, 말단부가 마주보는 내측으로 볼록하게 돌출되는 돌출부를 형성하는 것을 포함하는, 전해조 개스킷의 제조 방법을 제공한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 테프론 시트 부착형 전해조 개스킷의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 테프론 시트 부착형 전해조 개스킷의 일 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 테프론 시트 부착형 전해조 개스킷(10)은 용액이 통과하는 개구부(14)가 형성되어 있는 고무 재질의 개스킷 몸체(11)와 그 개스킷 몸체(11)의 개구부(14)에 노출되는 내측면에 테프론 시트(12)가 덮혀져 있는 형태의 구조이다. 이때, 전해조 개스킷(10)은 각각 개구부(14)가 형성된 복수의 개스킷 몸체(11)가 마련될 수 있다.

테프론 시트(12)는 "ㄷ"자 형태로서 양 말단부에 마주보는 방향으로 볼록하게 돌출되어 형성된 돌출부(13)를 갖도록 되어 있다. 돌출부(13)와 "ㄷ"자 형태의 테프론 시트(12)가 개스킷 몸체(11)와의 결합에 의해 상호간에 결합력이 향상된다. 개구부(14)를 둘러싸도록 결합된 테프론 시트(12)는 전해조 내의 용액과 접촉되는 부분으로 그 특성상 용액과의 화학반응이 잘 일어나지 않게 된다. 그리고, 개스킷 몸체(11)는 용액과 접촉이 일어나지 않는 부분으로 고무의 특성상 우수한 기밀작용을 갖는다.

도 3과 도 4는 제조 공정을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3는 성형된 테프론 시트의 사시도이고, 도 4는 예비 성형 지그에서 열가압이 이루어지는 상태를 나타낸 단면도이며, 도 5 내지 도 8은 본 발명의 각 실시예에 따른 테프론 시트의 말단부를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 테프론 시트 부착형 전해조 개스킷의 제조 방법은 크게 테프론 시트 성형 단계와 예비 성형 단계 및 최종 성형 단계의 세 단계로 구분될 수 있다.

먼저, 판상인 테프론 시트를 성형하여 전해조 개스킷의 제품 형상에 적합하도록 적절한 형태를 만들어주는 테프론 시트 성형 단계를 진행한다.

예를 들어, 판상인 테프론 시트를 금형과 지그를 이용하여 전해조 개스킷의 용액과 접촉되는 부분이 되는 것과 개스킷 몸체와의 결합력 강화를 고려하여 도 3와 같이 말단부가 마주보는 내측으로 볼록하게 돌출된 돌출부(13)를 갖도록 하여 "ㄷ"자 형태로 테프론 시트(12)를 만들어주고, 접착력을 갖도록 하기 위하여 표면을 암모니아 등의 에칭액으로 에칭한 후 프라이머(primer) 및 접착제를 도포하며, 제품의 길이에 맞도록 재단하고 밀봉한다. 성형된 테프론 시트(12)가 에칭된 후 공기중에서 반응이 일어나지 않도록 프라이머 및 접착제의 도포는 외형적인 성형이 완료된 후 곧바로 실시하는 것이 바람직하다. 여기서, 도포된 프라이머 및 접착제는 수지 필름 등으로 밀봉되어 결합력이 감소되지 않도록 함과 동시에 공기중에서의 반응이 일어나는 것을 방지하는 보호막의 역할을 하게 된다.

예를 들어, 테프론 시트(12)는 예비성형 과정에서 고무 조성물과 이탈되거나 배치 형태가 변형되는 것을 방지하고, 최종 성형 이후 사용 중에 개스킷 몸체(11)에서 테프론 시트(12)가 이탈되는 것을 방지하기 위한 말단의 형태를 가질 수 있다.

일 예로, 도 5를 참조하면, 테프론 시트(22)는 말단부에 반원 형태의 돌출부(23)가 마련될 수 있고, 한 쌍의 돌출부(23)는 서로 마주보는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.

일 예로, 도 6을 참조하면, 테프론 시트(32)는 말단부에 반원 형태의 돌출부(23)가 마련되되, 한 쌍의 돌출부(23)는 서로 마주보는 방향으로 볼록한 형태를 가지며, 각 돌출부(23)에는 돌출부(23) 보다 체적이 작은 소돌출부(23a)가 마련될 수 있다.

일 예로, 도 7을 참조하면, 테프론 시트(42)는 말단부에 복수 개의 원이 결합된 형태, 예를 들어, 클로버(clover) 형태를 갖는 돌출부(33)가 마련될 수 있고, 한 쌍의 돌출부(33)는 서로 마주보는 방향으로 볼록한 형태를 포함할 수 있다.

일 예로, 도 8을 참조하면, 테프론 시트(52)는 말단부에 복수 개의 원이 결합된 형태, 예를 들어, 클로버(clover) 형태를 갖는 돌출부(33)가 마련될 수 있고, 한 쌍의 돌출부(33)는 서로 마주보는 방향으로 볼록한 형태를 포함할 수 있으며, 각 돌출부(33)에는 돌출부(33) 보다 체적이 작은 소돌출부(33a)가 마련될 수 있다.

다음에 도 4에 도시된 바와 같이 성형된 테프론 시트(12)와 미가류 재단 고무(20)를 제품 형태의 홈이 형성된 예비 성형 지그(30)에 넣은 후 가압하여 일체화시키는 예비 성형 단계를 진행한다. 테프론 시트(12)를 예비 성형 지그(30)의 바닥면에 일체화시킨 후 미가류 재단 고무(20)를 예비 성형 지그(30) 내에 넣은 후 100~120℃의 온도에서 예열하여 가압한다. 이를 가압 일체 성형 방식이라고도 한다. 이때, 예비 성형 지그(30)는 제품의 각 주요 부위별로 분리한 후 본 제품의 두께보다 0.3~0.5㎜ 정도 크게 하되 테프론 시트의 면이 바닥면이 되도록 한다.

종래에는 예열온도를 80℃ 이하에서 수행하였는데, 성형 후 전해조 개스킷(10)을 구성하는 복수의 개스킷 몸체(11) 간의 기밀성 및 밀착성이 열악해지는 문제들이 발생하였고, 그 결과 전해조 개스킷(10)의 형태가 변형되면서 테프론 시트(12)가 이탈되는 문제가 발생하였다. 본 발명의 출원인은, 관련된 다양한 실험을 수행한 결과, 후술하는 메쉬부를 포함하는 고무 조성과 테프론 시트(12)를 상기 수치 범위의 온도에서 예열하여 가압하는 경우, 전해조 개스킷(10)을 구성하는 복수의 개스킷 몸체(11) 간의 기밀성 및 밀착성이 크게 향상되어 전해조 개스킷(10) 사용 중에도 테프론 시트(12)가 견고하게 부착될 수 있음을 알게 되었다.

예를 들어, 이 배합고무(20)는, EPDM 및 EPM 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고무 조성물로부터 제조될 수 있다. 일 예로, EPDM 및 EPM 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고무 조성물에는 첨가제로 Cl2 고무 주쇄의 탄소 결합을 파괴하는 것을 방지하는 스캐빈저(scavenger)가 포함될 수 있고, 예를 들어, 상기 고무 조성물 100 중량부 당 20 내지 30 중량부, 일 예로, 24 내지 27 중량부가 포함될 수 있다. 상기 첨가제에는 추가적으로 산화 방지제 및 노화방지제가 포함될 수 있고, 상기 산화 방지제 및 노화방지제를 추가로 포함하는 첨가제는 고무 조성물 100 중량부 당 20 내지 30 중량부가 포함될 수 있다. 상기 조성범위의 첨가제를 사용하는 경우, 염소(Cl2)가스에 대한 내화학성을 증대시켜 작업성을 크게 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 미가류 재단 고무(20)는, SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 40~60% 및 NR(Natural Rubber) 60~40%를 포함하는 고무 조성물로부터 제조될 수 있다. 이에 따라, 개스킷 몸체(11) 상에 이물질 등이 흡착되는 것을 방지할 수 있고, 개스킷 몸체(11)와 성형된 테프론 시트(12)와의 밀착성이 향상될 수 있으며, 최종성형이 완료된 후 테프론 시트(12)가 개스킷 몸체(11)로부터 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

예를 들어, 미가류 재단 고무(20)는 NR 50~75 중량부 및 BR 25~50 중량부를 포함하는 고무 조성물로부터 제조될 수 있다. 이에 따라, 지속적으로 가해지는 압착력 하에서도 개스킷 몸체(11)가 변형되는 것을 방지하여 전해조 개스킷(10)의 사용 수명을 증대시킬 수 있다. 일 예로, 상기 BR은 Ultra High-cis Polybutadiene Rubber를 포함하여, 개스킷 몸체(11)의 점탄성 특성 (viscoelasticity)이 제어됨으로써, 큰 압착력이 가해지는 경우에도 개스킷 몸체(11)가 변형되는 것을 방지할 수 있다.

종래에는 전해조 개스킷(10)을 장기간, 예를 들어, 2년 이상 사용하는 경우, 지속적인 압착력이 가해짐에 따라, 화학 반응을 통한 화학적인 변형뿐만 아니라 물리적인 변형이 발생하였다. 이에 따라, 테프론 시트(12)가 개스킷 몸체(10)로부터 이탈되는 문제가 발생하였다. 본 발명의 출원인은, 관련된 다양한 실험을 수행한 결과, 개스킷 몸체(10)에 메쉬부를 형성하는 경우 물리적 변형에 대한 저항성을 갖게 되는 것을 알게 되었다.

예를 들어, 상기 메쉬부는, 눈금이 0.5~2mm 일 수 있고, 철망 및 직물망 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 직물망으로는 아라미드섬유 소재가 포함될 수 있다.

예를 들어, 상기 메쉬부는 상기 고무 조성물과 일체로 가류되어 개스킷 몸체(11) 안에서 견고하게 고정될 수 있다. 일 예로, 상기 메쉬부에는 상온 반응이 가능한 접착제로 상기 고무 조성물과 접착 처리를 한 후, 상기 고무조성물과 일체로 가류함으로써, 개스킷 몸체(11) 안에서 상기 메쉬부가 견고하게 고정되도록 할 수 있다.

이후, 예비 성형된 테프론 시트와 고무의 성형물의 결합 상태를 증가시켜 강력한 결합력을 유지할 수 있도록 성형 금형으로 최종 성형 단계를 진행한다. 성형 금형은 개스킷의 개구부에 삽입되어 있다가 성형 금형의 개시 시점에 맞추어 외측으로 팽창되도록 하여 테프론 시트가 개스킷 몸체 쪽으로 약 2~3㎜ 테프론 시트 쪽으로 밀리면서 테프론 시트를 가압하여 예비 성형시 압착된 테프론 시트와 고무 사이의 결합력 및 형상을 보다 안정되게 해준다. 이때, 성형 금형을 테프론 시트의 중앙부에서부터 가장자리 쪽으로 압착하는 방식의 것을 사용하면 보다 안정적인 결합력을 갖게 할 수 있다. 이에 의해 테프론 시트와 개스킷 몸체 사이에서의 박리(剝離)현상 등이 방지된다.

이와 같은 실시예로 소개한 본 발명에 의한 전해조의 개스킷과 그 제조 방법은 고무의 기밀성과 고유 특성을 유지하면서 사용중인 용액에 의한 개스킷의 손상을 방지할 수 있도록 테프론이 부착되어 고무와 테프론의 2가지 소재의 장점을 효과적으로 이용할 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 테프론 시트 부착형 전해조 개스킷의 단면도를 나타낸 것이고, 도 10은 예비 성형 지그에서 열가압이 이루어지는 상태를 나타낸 단면도이다. 이때, 도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 테프론 시트 부착형 전해조 개스킷에서 도 1의 A-A' 방향으로 취한 절단면도를 나타낸 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예를 도 9 및 도 10을 들어 설명한다. 도 1 내지 도 8을 들어 설명한 바와 중복되는 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 테프론 시트 부착형 전해조 개스킷(100)의 제조 방법은 크게 테프론 시트(120) 성형 단계와 예비 성형 단계 및 최종 성형 단계의 세 단계로 구분될 수 있다는 점은 전술한 바와 같다.

먼저, 판상인 테프론 시트(120)를 성형하여 전해조 개스킷(100)의 제품 형상에 적합하도록 적절한 형태를 만들어주는 테프론 시트(120) 성형 단계를 진행한다.

예를 들어, 판상인 테프론 시트(120)의 사용량을 최소화하면서 후술하는 미가류 재단 고무(200)와의 접촉 면적을 확보하기 위해, 테프론 시트 단차(122)를 형성한다. 테프론 시트 단차(122)는, 후술하는 테프론 시트 홈(121)의 반대 방향에 형성된다. 테프론 시트 단차(122)는, 테프론 시트 표면(120a)에서 테프론 시트(120)의 두께 방향(y)으로 연장되되, 테프론 시트 상면(120b)에서 첫 번째 테프론 시트 홈(121)이 형성된 위치 전까지 연장될 수 있다.

이후, 테프론 시트(120)는 접착력을 갖도록 하기 위하여 표면을 암모니아 등의 에칭액으로 에칭한 후 프라이머(primer) 및 접착제를 도포하며, 제품의 길이에 맞도록 재단하고 밀봉한다. 성형된 테프론 시트(120)가 에칭된 후 공기중에서 반응이 일어나지 않도록 프라이머 및 접착제의 도포는 외형적인 성형이 완료된 후 곧바로 실시하는 것이 바람직하다. 여기서, 도포된 프라이머 및 접착제는 수지 필름 등으로 밀봉되어 결합력이 감소되지 않도록 함과 동시에 공기중에서의 반응이 일어나는 것을 방지하는 보호막의 역할을 하게 된다.

다음에 도 10에 도시된 바와 같이 성형된 테프론 시트(120)와 미가류 재단 고무(200)를 제품 형태의 홈이 형성된 예비 성형 지그(300)에 넣은 후 가압하여 일체화시키는 예비 성형 단계를 진행한다. 테프론 시트(120)를 예비 성형 지그(300)의 바닥면에 일체화시킨 후 미가류 재단 고무(200)를 예비 성형 지그(300) 내에 넣은 후 100~120℃의 온도에서 예열하여 가압한다. 이때, 예비 성형 지그(300)는 제품의 각 주요 부위별로 분리한 후 본 제품의 두께보다 0.3~0.5㎜ 정도 크게 하되 테프론 시트(120)의 면이 바닥면이 되도록 한다.

이때, 예비 성형 지그(300)에 형성된 몰드(310)를 마련하여 테프론 시트 상면(120b)에 길이 방향(x)으로 홈을 형성할 수 있다. 이에 따라, 전해조 개스킷(100) 간의 기밀성 및 밀착성이 향상될 수 있다.

100~120℃의 온도에서 예열함에 따라, 성형 후 전해조 개스킷(100)을 구성하는 복수의 개스킷 몸체(110) 간의 기밀성 및 밀착성을 향상시킬 수 있음은 전술한 바와 같다.

미가류 재단 고무(200)의 조성은 전술한 바와 같다.

예비 성형 단계에서, 테프론 시트(120)의 길이방향(x)으로 미가류 재단 고무(200)에 복수의 미가류 재단 고무 홈(210)을 형성할 수 있고, 그 형태는 테프론 시트 홈(121)과 동일할 수 있다. 이에 따라, 전해조 개스킷(100) 간의 기밀성 및 밀착성이 향상될 수 있다.

개스킷 몸체(110)에 메쉬부(미도시)를 형성하여 물리적 변형에 대한 저항성을 가질 수 있음과 상기 메쉬부에 대한 설명은 전술한 바와 같다.

이후, 예비 성형된 테프론 시트와 고무의 성형물의 결합 상태를 증가시켜 강력한 결합력을 유지할 수 있도록 성형 금형으로 최종 성형 단계를 진행하는 것은 전술한 바와 같다.

한편, 전술한 예비 성형 단계 및 최종 성형 단계에서, 테프론 시트(12, 22, 32, 42, 52, 120)를 개스킷 몸체(11, 110)에 형성하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.

테프론을 다른 물질의 표면에 피복하는 방법은 테프론을 도료화하여 철, 스테인레스, 유리, 고무, 플라스틱 등 기존재료에 스프레이 및 분말정전도장 등의 방법을 사용하는 코팅방법과 테프론을 얇은 시트로 제작하여 그 시트를 피착물에 씌우는 방법인 라이닝방법이 있다.

테프론 자체는 탄력성이 없기 때문에 고무제품이 갖고 있는 탄성을 이용하고자 할 때에는 피착물인 고무제품의 전체를 코팅 또는 라이닝하는 것보다 화학물질과 접촉하는 부위만을 선별하여 라이닝 등을 하는 것이 보다 효율적일 수 있다.

한편, 테프론 코팅방법의 경우에는 피착물의 일부분 만을 스프레이 또는 정전분말도장하는 것이 기술적으로 쉽지 않을 뿐만 아니라, 테프론코팅 작업중 가열·소성과정은 고온(약 430℃하에서 이루어지는데 이러한 온도에서는 고무표면이 탄화되는 문제점이 발생할 수 있다.

테프론피복 고무제품의 제조방법에서는 상기 테프론코팅방법 보다 얇은 테프론시트를 피복하는 라이닝방법을 채택하고 종래기술의 단점인 고무와 테프론시트 사이의 접착력이 약하다는 점을 보완하기 위하여 가황고무접착제를 사용할 수 있다.

고무제품을 커버하게 되는 테프론시트의 두께는 임의적으로 설정할 수 있으나, 개스킷의 경우 고무의 탄성을 이용하는 문제 등을 고려하여 0.30~0.60mm 정도로 할 수 있다.

상술한 테프론시트를 얻기 위하여 일정 두께와 크기로 재단된 테프론시트의 한쪽 면을 강력한 산화제로 에칭처리하고 그 곳에 고무가황접착제를 도포한 뒤, ㄷ자 모양과 같은 일정한 단면형상을 갖고 일정한 온도로 가열·유지되는 틀에 넣어 통과 시킨뒤 냉각하는 과정을 거칠 수 있다.

이후, 상기 테프론시트의 개구부에 압연단계 이후에 일정 두께 및 길이로 절단한 고무시트를 상기 예비성형단계를 거친 테프론시트에 끼워 넣고, 테프론테이프를 사용하여 고무제품의 한쪽 끝부터 나선형태로 일정한 간격으로 감아서 양자를 임시로 결합시켜 놓을 수 있다.

이와 같이 테이핑을 하는 이유는, 테프론 자체가 내열성이 우수한 재료이지만 얇게 시트화된 테프론이 시트가 일정한 열원과 접촉하였을 때 발생하는 시트의 뒤틀림이나 말림현상을 방지하여 후술하는 성형(가황반응)단계에서 상기 변형으로 인한 불량품이 생기는 것을 미연에 방지하기 위함이다.

한편, 테이핑에 사용하는 테프론테이프는 통상 배관작업시 기밀재로 사용하는 PTFE(Poly Tetra Fuloro Ethylene) 재질의 것을 사용할 수 있다.

또한, 테이핑을 마친 고무제품을 프레스에 장착된 제품성형용 금형에 올려놓고 일정압력과 온도으로 일정 시간이 경과하도록 함으로써 고무와 배합된 가황제의 작용으로 고무내에서 가황반응(황다리결합반응)이 일어나도록 하고, 동시에 테프론시트와 고무와의 사이에 도포된 가황접착제에도 가황반응이 일어나서 양 재료가 일정한 접착력으로 서로 부착되도록 할 수 있다.

이상과 같은 과정을 거쳐 제조된 테프론피복 고무제품에서 테프론과 고무 사이의 접착력은 단순히 테프론시트의 한쪽 면에 에칭을 한 상태로 하여 성형하는 종래의 기술에 의할 때보다 약 2~5배 정도로 접착력이 증가할 수 있다.

성형이 끝나면 금형으로부터 고무제품을 빼내어 고무덧살 등을 떼어내는 마무리 작업을 하는 것으로 테프론피복 고무제품의 제작이 종결된다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.

예를 들어, 도면은 이해를 돕기 위해 각각의 구성요소를 주체로 하여 모식적으로 나타낸 것으로, 도시된 각 구성요소의 두께, 길이, 개수 등은 도면 작성의 진행상, 실제와 다를 수 있다. 또한, 상기의 실시형태에서 나타낸 각 구성요소의 재질이나 형상, 치수 등은 한 예로서, 특별히 한정되지 않고, 본 발명의 효과에서 실질적으로 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.

10, 100: 전해조 개스킷
11, 110: 개스킷 몸체
111: 개스킷 몸체 홈
12, 22, 32, 42, 52, 120: 테프론 시트(teflon sheet)
120a: 테프론 시트 표면
120b: 테프론 시트 상면
121: 테프론 시트 홈
122: 테프론 시트 단차
13, 23, 33: 돌출부
23a, 33a: 소돌출부
14, 140: 개구부
20, 200: 미가류 재단 고무
210: 미가류 재단 고무 홈
30: 예비 성형 지그
310: 몰드
X: 길이방향
Y: 두께방향

Claims (10)

1. 판상인 테프론 시트를 금형과 지그(jig)를 이용하여 제품 형상에 맞게 성형하고 표면을 에칭한 후 접착제를 도포하는 것;
   상기 성형된 테프론 시트와 미가류 재단 고무를 제품 형태의 예비 성형 지그에 넣은 후 100~120℃의 온도 상태에서 가압하여 일체 성형하는 예비 성형하는 것; 및
   상기 예비 성형된 테프론 시트와 고무의 성형물을 금형 내에서 다시 완전한 결합상태가 되도록 상기 테프론 시트를 고무쪽으로 가압하는 것;
   을 포함하고,
   상기 예비 성형하는 것은, 100~120℃의 온도 상태에서 상기 테프론 시트의 길이방향으로, 상기 테프론 시트에 복수의 테프론 시트 홈을 형성하는 것과, 상기 미가류 재단 고무에 복수의 미가류 재단 고무 홈을 형성하는 것을 포함하며,
   상기 미가류 재단 고무 홈은 테프론 시트로 덮이지 않은 미가류 재단 고무에 마련되는 것을 특징으로 하는, 전해조 개스킷의 제조 방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 테프론 시트를 성형하는 것은, 상기 테프론 시트의 길이방향으로 테프론 시트 단차를 형성하는 것을 포함하되,
   상기 테프론 시트 단차는 상기 테프론 시트에서 상기 테프론 시트 홈의 반대 방향에 형성되도록 하는, 전해조 개스킷의 제조 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 테프론 시트 단차는, 상기 테프론 시트의 표면에서 상기 테프론 시트의 두께 방향으로 연장되되, 첫 번째 상기 테프론 시트 홈이 형성된 위치 전까지 연장되는, 전해조 개스킷의 제조 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 예비 성형하는 것은, 상기 미가류 재단 고무 내부에 메쉬부를 마련하여, 상기 미가류 재단 고무에 포함되는 고무 조성물과 상기 메쉬부가 일체로 가류되도록 하는, 전해조 개스킷의 제조 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 메쉬부는 눈금이 0.5 내지 2mm 인, 전해조 개스킷의 제조 방법.
   
7. 전해조의 프레임과 전극판 사이에 개재되어 기밀시키는 전해조 개스킷으로서,
   상기 전해조 개스킷은 고무 재질의 개스킷 몸체와 상기 개스킷 몸체의 용액과 접촉되는 부분에 테프론 시트가 부착되되,
   상기 테프론 시트는, 상기 테프론 시트의 길이방향으로 복수의 테프론 시트 홈이 마련되고,
   상기 개스킷 몸체에 상기 테프론 시트의 길이방향으로 복수의 개스킷 몸체 홈이 마련되며,
   상기 개스킷 몸체 홈은 테프론 시트로 덮이지 않은 개스킷 몸체에 마련되는 것을 특징으로 하는, 전해조 개스킷.
   
8. 삭제
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 테프론 시트에서, 상기 테프론 시트 홈의 반대 방향에 테프론 시트 단차가 마련되며,
   상기 테프론 시트 단차는, 상기 테프론 시트의 표면에서 상기 테프론 시트의 두께 방향으로 연장되되, 첫 번째 상기 테프론 시트 홈이 형성된 위치 전까지 연장되는, 전해조 개스킷.
   
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 개스킷 몸체에는, 미가류 재단 고무에 포함되는 고무 조성물과 일체로 가류된 메쉬부가 포함된, 전해조 개스킷.
    
    

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