KR102489422B1 - 파형 강관 및 이의 제조 장치 - Google Patents

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김흥대
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조계성
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주식회사 픽슨
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Abstract

본 발명은, 산과 골이 반복되는 파형의 굴곡이 나선형으로 형성된 파형 강관 및 이의 제조 장치에 관한 것으로, 상기 파형 강관은, 강판의 양면에 아연도금층이 형성된 아연도금 강판; 및 상기 아연도금 강판의 양면에 부착된 복합 필름;을 포함하는 코팅 강판을 성형하여 제조되며, 상기 복합 필름은, 상기 아연도금층의 상부에 부착되는 제1 필름층; 상기 제1 필름층의 상부에 위치하는 제2 필름층; 및 상기 제2 필름층의 상부에 위치하는 그물망 구조를 갖는 메쉬 필름층;을 포함하며, 상기 메쉬 필름층의 일부는, 상기 복합 필름의 가열 압착 과정을 거치면서 제2 필름층의 내부로 매립되도록 형성되어, 파형 강관의 내부식성, 내마모성 및 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

파형 강관 및 이의 제조 장치{Corrugated steel pipe and manufacturing apparatu of the same}
본 발명은 파형 강관 및 이의 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 표면에 나선형의 굴곡부가 형성되어 구조적으로 안정하고, 복합 필름이 코팅되어 내부식성 및 내마모성이 향상된 파형 강관 및 이의 제조 장치에 관한 것이다.
강관은 오수 및 폐수의 배수, 농업용수, 염해지역, 해양공사, 건축분야 등에서 중공 거푸집이나 건축 슈트로서 널리 사용되고 있는 것으로, 기존 콘크리트관과 달리 시공 시 인력난과 비용 및 환경 훼손 등의 문제가 없는 장점이 있다. 특히, 최근에는 높은 외압강도와 구조적 안전성, 내구성, 경제성 및 시공성이 우수한 파형 강관이 각광받고 있다.
파형 강관은 산과 골이 형성되어 길이 방향으로 나선 형태로 연속되게 감겨진 형태를 가지며, 일반적으로 파형 강관의 내부식성 향상을 위해 내주연과 외주연에 아연 코팅층이 형성되며, 최근에는 추가적인 내부식성 확보를 위해 아연 코팅층 위에 PE 필름과 같은 고분자 필름층을 코팅한 파형 강관이 사용되기도 한다.
종래의 고분자 필름층은 아연 코팅층과의 접착력 확보를 위한 접착 필름층과 강도 확보를 위한 고강도 필름층을 포함하는 이중 필름으로 구성된다.
그러나, 이러한 구성을 갖는 종래의 고분자 필름층은 고분자 필름층 자체가 외부 충격에 약하고 인장력이 떨어지는 문제점이 있어, 파형 강관을 생산, 운반, 시공하는 과정에서 고분자 필름층의 표면이 쉽게 훼손되므로, 결과적으로 파형 강관의 수명이 단축되는 문제점이 있다.
예를 들자면, 시공 시 크레인이나 포크레인과 같은 중장비로 파형 강관을 이송하여 설치 장소에 매설하는 도중에 중장비에 의해 파형 강관 외주면을 스크래치(찍힘, 긁힘)하게 됨에 따라 약한 물성을 갖는 고분자 필름층으로부터 그 하부의 아연 도금 강판까지 손상되는 일이 빈번하게 발생되고 있다.
또한, 파형 강관을 시공한 후에는, 파형 강관의 내주면 내부에 오폐수 뿐만 아니라 돌, 자갈 등도 이송되는데 이러한 돌, 자갈에 의해 약한 물성을 갖는 고강도 PE 필름 및 접착성 PE 필름으로부터 그 하부의 아연 도금 강판까지 손상되는 일이 빈번하게 발생되고 있다.
이에, 고분자 필름층의 강도 및 파형 강관의 강도를 향상시키기 위해 접착 필름층과 고강도 필름층 사이를 부직포와 같은 중간보강재로 보강한 고분자 필름층이 개발되었으나, 부직포와 접착 필름층, 고강도 필름층 사이의 접착력이 떨어져 부직포를 중심으로 박리되는 문제가 발생한다.
또한, 파형 강관의 외주면과 내주면에 코팅된 고분자 필름층의 고강도 필름층이 외부 충격이나 파형 강관을 흐르는 유체에 섞여있는 돌, 자갈과 같은 이물질에 의한 충격에 대해 완충 작용을 충분히 할 수 없어서 파형 강관의 수명이 단축되고, 생산성 측면에 있어서는 새로운 설비를 증설해야 하므로 제조 비용이 상당히 상승하고 양산성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 강관에 코팅되는 고분자 필름층의 강도를 확보하고, 외부 충격에 대한 충분한 완충 작용이 가능하며, 고분자 필름층의 박리를 방지할 수 있고, 생산성이 우수한 새로운 고분자 필름층에 대한 개발이 요구되고 있다.
등록특허 제10-1824002호(2018.01.25 등록)
본 발명에서는 파형 강관의 표면에 전체 면에서의 품질이 균일하고 접착력이 우수한 복합 필름이 부착되어, 파형 강관의 내부식성 및 내마모성을 향상되고, 파형 강관을 성형할 때 복합 필름의 손상, 박리, 파형 강관의 손상과 같은 불량을 최소화할 수 있는 파형 강관 및 이의 제조 장치를 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태로 산과 골이 반복되는 파형의 굴곡이 나선형으로 형성된 파형 강관을 들 수 있는데, 상기 파형 강관은, 강판의 양면에 아연도금층이 형성된 아연도금 강판; 및 상기 아연도금 강판의 양면에 부착된 복합 필름;을 포함하는 코팅 강판을 성형하여 제조되고, 상기 복합 필름은, 상기 아연도금층의 상부에 부착되는 제1 필름층; 상기 제1 필름층의 상부에 위치하는 제2 필름층; 및 상기 제2 필름층의 상부에 위치하는 그물망 구조를 갖는 메쉬 필름층;을 포함하며, 상기 메쉬 필름층의 일부는, 상기 복합 필름의 가열 압착 과정을 거치면서 제2 필름층의 내부로 매립되는 것을 특징으로 한다.
상기 파형 강관들 사이에는 락심(Lockseam) 이음매가 형성되어, 복수의 파형 강관들이 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 필름층은 PE 고분자와 무수말레산을 포함하는 제1 고분자 혼합물로 제조되고, 상기 제2 필름층은 PE 고분자를 포함하는 제2 고분자 혼합물로 제조되며, 상기 메쉬 필름층은 합성수지 원사로 제직되는 것이 바람직하다.
상기 합성수지 원사는 HDPE와 무기 충전제를 포함할 수 있으며, 상기 합성수지 원사의 비중이 제2 고분자 혼합물의 비중보다 큰 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 형태로 파형 강관의 제조 장치를 들 수 있으며, 롤 형태로 말려진 코팅 강판을 권출하여 수평으로 공급하는 언코일러; 상기 언코일러에서 공급된 코팅 강판을 파형으로 성형하는 파형 성형부; 및 파형이 형성된 코팅 강판을 일정한 비틀림 각도로 나선 절곡하여 관형으로 성형하는 조관부;를 포함하고, 상기 파형 성형부는, 상하 2열로 배치된 복수개의 롤러; 상기 롤러에 설치되되, 코팅 강판의 이동 방향에 따라 개수가 증가하도록 설치된 복수개의 성형링; 및 상기 코팅 강판의 진입부에 배치된 롤러에 구비된 우레탄롤;을 포함할 수 있다.
상기 코팅 강판은, 강판의 양면에 아연도금층이 형성된 아연도금 강판과 상기 아연도금 강판의 양면에 부착된 복합 필름을 포함할 수 있다.
상기 복합 필름은, 아연도금층의 상부에 부착되는 제1 필름층; 상기 제1 필름층의 상부에 위치하는 제2 필름층; 및 상기 제2 필름층의 상부에 위치하는 그물망 구조를 갖는 메쉬 필름층;을 포함하며, 상기 메쉬 필름층의 일부는, 상기 복합 필름의 가열 압착 과정을 거치면서 제2 필름층의 내부로 매립되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 파형 강관은 표면에 나선형의 굴곡부가 형성되어 구조적으로 안정하다.
또한, 본 발명의 파형 강관은 표면에 전체 면에서의 품질이 균일하고 접착력이 우수한 복합 필름이 부착되어, 파형 강관의 전체 영역에서 균일한 내부식성, 내마모성 향상 효과를 얻을 수 있으며, 복합 필름이 쉽게 박리되지 않아 파형 강관의 수명이 연장될 수 있다.
또한, 본 발명의 파형 강관을 제조하는 제조 장치는, 강판을 파형으로 성형하는 과정에서의 미끄러짐을 방지하는 수단을 구비함으로써, 파형으로 성형하거나, 파형 강판을 관 형태로 성형할 때 발생하는 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파형 강관을 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 상기 파형 강관의 제조 장치를 간략히 도시한 모식도이다.
도 3은 상기 파형 성형부(200)를 간략히 도시한 도면이다.
도 4는 우레탄롤이 적용된 파형성형부의 사진이다.
도 5는 도 4의 파형성형부를 이용하여 제조된 파형 강관의 일부를 촬영한 사진이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파형 강관을 간략히 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파형 강관(1)은 산과 골이 반복되는 파형의 굴곡이 나선형으로 형성되어, 좌굴하중에 강하고 충격 흡수가 용이한 특징이 있다.
상기 파형 강관(1)은 강판(21)의 양면에 아연도금층(22)이 형성된 아연도금 강판(20); 및 상기 아연도금 강판(20)의 양면에 부착된 복합 필름(10);을 포함하는 코팅 강판(2)을 성형하여 제조된다.
구체적으로, 상기 코팅 강판(2)에 파형의 굴곡을 형성한 뒤, 이를 일정한 비틀림 각도로 나선 절곡하여 관형으로 성형함으로써 파형 강관(1)으로 제조될 수 있다. 이때, 관형으로 성형할 때 코팅 강판(2)의 양 측단에는 락심(Lockseam) 이음매(30)가 형성되어, 일체형의 관형으로 성형될 수 있다.
상기 코팅 강판(2)은 복합 필름(10)이 아연도금 강판(20)을 보호 및 보강함으로써 향상된 내부식성 및 내구성을 갖는 특징이 있다. 특히, 전체적으로 균일한 물성을 갖는 복합 필름(10)이 아연도금 강판(20)에 균일하게 부착되어, 코팅 강판(2) 전체 영역에서 일정하고 균일한 물성을 갖는 특징이 있으며, 복합 필름(10)의 아연도금 강판(20)에 대한 접착력이 매우 우수하여, 파형으로 성형할 때 가해지는 외력에 의해 복합 필름(10)이 쉽게 박리되지 않는 장점이 있다.
상기 아연도금 강판(20)은, 강판(21) 및 상기 강판(21)의 양면에 형성된 아연도금층(22)을 포함한다. 아연도금 강판(20)은 철 재질의 강판(21)의 표면에 아연도금을 하여 내부식성 및 수명을 향상시킨 것으로, 스테인리스 강에 비해 경제성이 우수하여 건축, 건설 분야를 포함한 다양한 분야에서 널리 사용되는 소재이다.
그러나, 적용 분야에 따라 아연도금층(22) 자체에 손상이 생기는 경우에 강판(21)의 부식이 뒤따라오게 되므로, 본 발명에서는 아연도금층(22)이 형성된 아연도금 강판(20)을 보호하기 위해 복합 필름(10)을 부착하여 아연도금층(22)의 손상을 방지하고, 코팅 강판(2)의 수명을 향상시켰다.
상기 복합 필름(10)은 아연도금 강판(20)의 일측 표면에 부착될 수 있으며, 양면에 부착되는 것도 가능하다.
상기 복합 필름(10)은 아연도금층(22)의 상부에 부착되는 제1 필름층(11); 상기 제1 필름층(11)의 상부에 위치하는 제2 필름층(12); 및 상기 제2 필름층(12)의 상부에 위치하는 그물망 구조를 갖는 메쉬 필름층(13);을 포함한다.
이때, 상기 메쉬 필름층(13)의 일부는, 상기 복합 필름(10)의 가열 압착 과정을 거치면서 제2 필름층(13)의 내부로 매립되어 견고하게 고정되며 일체형의 복합 필름(10)으로 형성될 수 있다.
상기 복합 필름(10)을 구성하는 각 레이어 중 제1 필름층(11)은 복합 필름(10)을 아연도금 강판(20)에 부착시키기 위해 형성되고, 제2 필름층(12)은 복합 필름(10)의 일정 강도를 확보하면서 동시에 아연도금 강판(20)의 표면 전체를 덮도록 형성되어 아연도금 강판(20)의 표면을 보호 및 보강하는 기능을 수행하며, 메쉬 필름층(13)은 그물망 형태로 형성되어 복합 필름(10) 자체의 강도를 높이기 위해 형성된다.
상기 제1 필름층(11)과 제2 필름층(12)은 PE(폴리에틸렌) 고분자를 포함하고, 더욱 바람직하게는 LLDPE(Linear low density polyethylene) 고분자를 포함함으로써, 제1 필름층(11)과 제2 필름층(12)의 서로에 대한 접착력, 아연도금 강판(20)에 대한 접착력 및 메쉬 필름층(13)에 대한 접착력이 매우 우수하므로, 복합 필름(10)이 아연도금 강판(20)로부터 박리되거나, 복합 필름(10) 자체의 층간 박리가 방지될 수 있다. 따라서, 보다 효과적이며 장기적인 아연도금 강판(20)의 보호, 보강 효과가 지속될 수 있다.
상기 제1 필름층(11)은 복합 필름(10)과 아연도금 강판(20) 사이의 접착력을 제공하기 위해 형성된다.
상기 제1 필름층(11)은 0.01~0.1mm의 두께로 형성될 수 있으며, 0.01mm 미만으로 형성되는 경우에는 충분한 접착 강도 확보가 어렵고, 0.1mm를 초과하는 경우에도 오히려 접착 강도가 저하되는 문제가 있으므로, 상술한 두께 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1 필름층(11)은 PE와 무수말레산이 혼합된 제1 고분자 혼합물로 형성될 수 있으며, 상기 제1 고분자 혼합물을 얇은 필름 형태로 성형하여 얻어질 수 있다.
상기 제1 고분자 혼합물은 PE 고분자, 무수말레산 및 기능 향상을 위한 마스터배치를 포함한다. 구체적으로, PE 고분자 50~85 wt%, 무수말레산 12~45 wt% 및 마스터배치 2~5 wt%를 포함한다.
상기 PE 고분자는 제1 고분자 혼합물의 기본적인 물성, 예를 들어 접착력, 강도, 내화학성 등의 특성을 발현한다. 특히, PE 고분자의 경우에는, 저온에서도 높은 충격 강도를 나타내고, 내마모성, 내화학성, 내부식성이 우수하며 수분 흡수성이 낮아 물이 포함된 유체를 수송하는 파이프라인에 적용되었을 때 물에 의한 관의 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이러한 PE 고분자로 바람직하게는 LLDPE(Linear low density polyethylene)가 사용될 수 있는데, LLDPE는 HDPE(high density polyethylene)에 비해 접착성이 현저히 우수하고 유연한 특성을 갖기 때문에 매끄럽지 않거나 굴곡진 아연도금 강판(20)의 표면에도 강력하게 접착되며, 복합 필름(10)이 코팅된 아연도금 강판(20)의 형태를 성형하는 과정에서 복합 필름(10)의 손상을 방지할 수 있는 장점이 있기 때문이다.
상기 제1 고분자 혼합물에 포함되는 PE 고분자는 50~85 wt%로 포함될 수 있는데, 50 wt% 미만으로 포함되는 경우에는 제1 필름층(11)의 기본적인 강도나 유연성, 접착력 성능 발현이 이루어지지 않고, 성형성이 부족하여 제1 필름층(11)이 필름 형상으로 잘 성형되지 않는 문제가 있다. 반면, 85 wt%를 초과하는 경우에는 상대적으로 무수말레산이나 마스터배치의 함량이 감소되기 때문에 제1 필름층(11)의 접착력이나 강도가 저하되는 문제가 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 무수말레산은 제1 필름층(11)의 이종 재질에 대한 접착력을 향상시키기 위해 첨가되는 성분이다. 일반적으로 접착성 고분자는 동종 재질에 대한 접착력은 매우 우수하나, 이종 재질에 대한 접착력이 상대적으로 약한 특성이 있다. 이에, 본 발명에서는, 제1 필름층(11)과 이종 재질인 아연도금 강판(20)에 대한 접착력을 높이기 위해 무수말레산을 사용한다.
상기 무수말레산은 제1 고분자 혼합물에 12~45 wt%로 포함될 수 있는데, 무수말레산의 함량이 12 wt% 미만인 경우에는 접착력 향상 효과가 미미하고, 45 wt%를 초과하는 경우에는 상대적으로 PE 고분자나 마스터배치의 함량이 적어지기 때문에 제1 필름층(11)의 강도나 접착성이 불량해질 수 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 마스터배치는 제1 고분자 혼합물의 강도를 향상시키고, 색을 부여하기 위해 첨가되는 성분으로, 제1 고분자 혼합물 내에 2~5 wt%로 포함될 수 있으며, 이러한 중량 범위로 포함될 때 제1 필름층(11)의 접착성을 저하시키지 않으면서도 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 마스터배치는 PE 고분자 63~79 wt%, 카본블랙 20~36 wt% 및 아세트산 0.1~1.2 wt%를 포함할 수 있으며, 이때 사용되는 PE 고분자는 제1 고분자 혼합물에 포함되는 PE 고분자와 동일한 것이 더욱 바람직한데, 이는 상기 PE 고분자는 마스터배치와 제1 고분자 혼합물이 보다 더 균일하게 혼합되도록 첨가되는 것이기 때문이다.
카본블랙은 제1 필름층(11)에 색을 부여하고 강도를 높이기 위해 첨가되는 성분으로, 20~36 wt%로 첨가될 수 있으며, 20 wt% 미만으로 포함되는 경우에는 제1 필름층(11) 내 카본블랙의 함량이 부족하여 색상 발현 및 강도 향상 효과가 미미하고, 36 wt%를 초과하는 경우에는 마스터배치 내 카본블랙의 함량이 높아 제1 고분자 혼합물 내에서의 균일한 혼합이 어려울 수 있고, 제1 필름층(11)의 유연성이 저하될 수 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 아세트산은 카본블랙과 PE 고분자의 혼합성을 높이기 위해 첨가되는 성분으로, 0.1~1.2 wt%로 포함될 수 있으며, 상기 함량 미만으로 포함되는 경우에는 혼합성 향상 효과가 미미하고, 상기 함량을 초과하도록 포함되는 경우에는 제1 필름층(11) 표면에서의 마찰력이 적어지며 제1 필름층(11)이 밀리는 현상이 발생하고, 이에 따라 접착력이 저하되는 문제가 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 제2 필름층(12)은 제1 필름층(11)에 의해 아연도금 강판(20)의 표면을 덮도록 형성되어, 아연도금 강판(20)에 내수성, 내화학성, 내부식성, 내마모성을 높여 아연도금 강판(20) 표면을 보호함으로써 아연도금 강판(20)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 제2 필름층(12)은 0.1~0.5mm의 두께로 형성될 수 있으며, 0.1mm 미만으로 형성되는 경우에는 제2 필름층(12)의 강도가 낮아, 복합 필름(10)이 쉽게 손상되는 문제가 있고, 0.5mm를 초과하는 경우에는 제2 필름층(12)의 두께가 과도하게 두꺼워져 다른 층과 쉽게 박리되는 문제가 발생하고, 동일한 이유로 인해 복합 필름(10)이 아연도금 강판(20)로부터 쉽게 박리될 수 있으므로 상술한 두께 범위로 상술한 두께 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제2 필름층(12)은 PE 고분자를 포함하는 제2 고분자 혼합물로 형성될 수 있으며, 제2 고분자 혼합물을 필름 형태로 얇게 성형하여 제조될 수 있다.
상기 제2 고분자 혼합물은 PE 고분자 95~99 wt% 및 마스터배치 1~5 wt%를 포함할 수 있다.
이때 제2 필름층(12)에 포함되는 PE 고분자는 LLDPE(Linear low density polyethylene)일 수 있다. LLDPE는 앞서 설명한 바와 같이 접착성, 굴곡성이 우수한 특징이 있으며, 제1 필름층(12)에 적용된 PE 고분자와 동종 재질이기 때문에 제1 필름층(11)과 제2 필름층(12) 사이에 더욱 강력한 접착력이 형성될 수 있다.
특히, 제2 필름층(12)에 포함되는 PE 고분자로 LLDPE가 사용되는 것이 더욱 바람직한데, LLDPE의 경우 제1 필름층(11)을 구성하는 PE 고분자와의 구조가 유사하여 더욱 강력한 접착력을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 제2 필름층(12) 내부로 메쉬 필름층(13)이 보다 균일한 형태로 매립되어 강력하게 결합될 수 있기 때문이다.
구체적으로, LLDPE는 HDPE보다 용융지수가 3~4배 이상 높기 때문에, 성형성이 매우 우수하여 복합 필름(10) 제조를 위해 제2 필름층(12) 상에 메쉬 필름층(13)을 가열 압착하는 경우, 메쉬 필름층(13)이 보다 균일하게 제2 필름층(12)의 내부로 매립될 수 있다.
또한, LLDPE는 HDPE보다 비중이 작기 때문에, 메쉬 필름층(130)과의 비중 차가 커지므로, 가열 압착 과정에서 메쉬 필름층(13)의 일부가 제2 필름층(12) 내부로 매립된 이후 메쉬 필름층(13)이 제2 필름층(12)의 상부로 뜨지 않고, 균일한 깊이로 매립된 상태 그대로 유지되므로, 메쉬 필름층(130)과 제2 필름층(12)의 결합력이 강해지고, 메쉬 필름층(130)이 부분적으로 박리되는 문제가 방지될 수 있으며, 복합 필름(10)의 전체 면적에서의 강도가 일정하고 균일하게 형성될 수 있다.
상기 제2 필름층(12)을 형성하는 제2 고분자 혼합물 내에 PE 고분자는 95~99 wt%로 포함될 수 있는데, PE 고분자의 함량이 95 wt% 미만인 경우에는 제2 필름층(12)의 기본적인 물성인 접착력, 강도, 굴곡성 등의 특성이 저하될 수 있고, 99 wt%를 초과하는 경우에는 마스터배치에 의한 색 발현 및 강도 향상 효과가 미미한 문제가 있다.
상기 제2 고분자 혼합물에 포함되는 마스터배치는 제1 고분자 혼합물에 포함되는 것과 동일한 것으로, 색 부여 및 강도 향상을 위해 첨가된다.
제2 고분자 혼합물에 포함되는 마스터배치는 1~5 wt%로 포함될 수 있으며, 1 wt% 미만으로 포함되는 경우에는 색 부여 및 강도 향상 효과가 미미하고, 5 wt%를 초과하여 포함되는 경우에는 제2 필름층(12)의 기본적인 물리적 특성이 저하될 수 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 제2 고분자 혼합물의 용융 지수는 1.0 g/10min 이상인 것이 바람직한데, 이와 같이 용융 지수가 높게 형성되어야 가열 압착 과정에서 메쉬 필름층(13)이 제2 필름층(12) 내부로 균일하고 쉽게 압착될 수 있기 때문이다.
상기 메쉬 필름층(13)은 합성수지 원사를 제직하여 얻어지는 그물망 구조의 필름으로, HDPE를 주요 성분으로 하여 제조되므로, 복합 필름(10)의 유연성을 유지하면서도 높은 강도를 형성시킬 수 있어, 복합 필름(10)이 적용된 아연도금 강판(20)의 내마모성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 메쉬 필름층(13)의 일부가 제2 필름층(12)의 내부로 매립되도록 형성되므로, 매립된 영역에서는 메쉬 필름층(13)의 공극으로 제2 필름층(12)을 구성하는 제2 고분자 혼합물이 침투되어 두 필름층(12, 13) 사이의 강력한 접착력이 형성되고, 제2 필름층(12)의 내부로 매립되지 않고 외부로 노출된 메쉬 필름층(13)은 돌, 자갈과 같은 이물질에 의한 충격에 대해 완충 작용을 하면서, 이러한 이물질이 제2 필름층(12)에 직접 접촉하여 제2 필름층(12)이 손상되는 것을 방지하므로, 복합 필름(10)의 내구성을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
메쉬 필름층(13)이 제2 필름층(12)의 내부로 완전히 매립되는 경우에는, 제2 필름층(12)이 이물질과 직접 접촉하여 이물질에 의한 충격이 제2 필름층(12)에 직접 가해지므로, 제2 필름층(12)의 마모가 빈번하게 일어나며, 복합 필름(10)의 손상을 야기하고 나아가 수명을 저하시키는 결과를 초래할 수 있다.
이를 방지하기 위해 메쉬 필름층(13)의 일부만이 제2 필름층(12)의 내부로 매립되도록 두 필름층(12, 13)을 결합시키는 것이 바람직하다.
상기 메쉬 필름층(13)은 0.1~1.0mm의 두께로 형성될 수 있으며, 0.1mm 미만으로 형성되는 경우에는 메쉬 필름층(13)을 제2 필름층(12) 내부로 일부만 매립시키는 공정의 난이도가 과도하게 증가하여 생산성이 떨어지며, 메쉬 필름층(13)에 의한 충분한 강도 확보가 곤란할 수 있다. 반면, 메쉬 필름층(13)의 두께가 1.0mm를 초과하는 경우에는, 메쉬 필름층(13)의 유연성이 떨어져 아연도금 강판(20)의 형태에 걸맞는 유연한 휨이 곤란하므로 코팅 공정에서 문제가 발생할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 메쉬 필름층(13)은 합성수지 원사를 제직하여 얻어지는 그물망 형태의 필름이다.
상기 메쉬 필름층(13)을 형성하는 합성수지 원사의 단면 지름은 0.15~0.22mm일 수 있고, 0.15mm 미만인 경우에는 메쉬 필름층(13)을 소정 두께로 형성하기 곤란하고, 메쉬 필름층(13)의 강도가 저하될 수 있으며, 0.22mm를 초과하는 경우에는 메쉬 필름층(13)이 과도하게 두꺼워지는 문제가 발생한다.
상기 메쉬 필름층(13)의 공극률은 50~78%일 수 있으며, 50% 미만인 경우에는 메쉬 필름층(13)의 유연성이 떨어져 성형이 곤란할 수 있으며, 아연도금 강판(20)에 코팅되더라도 메쉬 필름층(13)과 다른 필름층(11, 12) 사이의 유연성 차이가 극심하여 메쉬 필름층(13)이 박리되는 문제가 발생할 수 있다.
반면, 78%을 초과하는 경우에는 메쉬 필름층(13)에 의한 충분한 강도 확보가 곤란할 수 있다.
또한, 메쉬 필름층(13)에 형성된 공극의 크기는 0.5~1.2mm일 수 있으며, 0.5mm 미만인 경우에는 메쉬 필름층(13)과 제2 필름층(12)을 일체화하는 가열 압착 과정에서 메쉬 필름층(13)의 공극으로 제2 필름층(12)을 형성하는 제2 고분자 혼합물이 침투되기 어려워, 두 필름층(12, 13) 사이의 균일한 결합력 형성이 곤란하고, 1.2mm를 초과하는 경우에는 메쉬 필름층(13)에 의한 강도 보강 효과가 미미하므로, 상술한 공극 크기 범위를 갖는 메쉬 필름층(13)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 메쉬 필름층(13)은 인치(inch)당 위사의 수가 19~22개이고, 인치당 경사의 수가 23~26개일 수 있다. 또한, 인치당 위사의 수가 경사의 수보다 많은 것이 바람직하다.
또한, 상기 메쉬 필름층(13)의 인치당 위사의 수와 경사의 수가 상기 범위 미만인 경우에는 메쉬 필름층(13)으로 인한 충분한 강도가 확보되지 않고, 상기 범위를 초과하는 경우는 메쉬 필름층(13)의 유연성이 과도하게 저하된다.
뿐만 아니라, 메쉬 필름층(13)의 공극률 및 공극 크기가 과도하게 작아져, 제2 필름층(12) 내부로 매립하기 어려워진다. 구체적으로, 압착을 통해 제2 필름층(12)으로 매립하는 과정에서 메쉬 필름층(13)의 공극으로 용융 상태의 제2 필름층(12)이 안정적으로 유입되지 않아, 제2 필름층(12)이 밀리는 현상이 발생하며, 결과적으로 제2 필름층(12)의 두께가 불균일하게 형성되어 복합 필름(10)의 강도 및 물리, 화학적 특성을 저해시키는 원인이 된다.
상기 메쉬 필름층(13)을 형성하는 합성수지 원사는 HDPE 98.5~99.9 wt% 및 무기 충전제 0.1~1.5 wt%를 포함할 수 있다.
메쉬 필름층(13)은 복합 필름(10)의 강도를 높이고, 내마모성을 향상시키기 위한 것으로, 경도 및 강도가 높은 HDPE 재질로 형성되는 것이 바람직하며, HDPE를 원사로 한 그물망 형태로 형성되므로, 경도가 높더라도 제1 필름층(11)이나 제2 필름층(12)과 같이 공극이 없는 필름 형태로 형성되는 경우와 달리 유연한 성질을 가질 수 있다.
상기 무기 충전제는 합성수지 원사의 강도 및 비중을 증가시키기 위해 첨가된다. 무기 충전제가 첨가됨으로써 메쉬 필름층(13)의 내마모성이 강해지므로 반복적인 외부 충격이 가해지더라도 쉽게 손상되지 않을 수 있다.
또한, 무기 충전제가 첨가되어 메쉬 필름층(13)의 비중이 증가함으로써, 메쉬 필름층(13)과 제2 필름층(12)을 결합시키는 가열 압착 과정에서 압력에 의해 메쉬 필름층(13)의 일부가 제2 필름층(12)의 내부로 매립되고, 가해지던 압력이 제거되더라도 비중 차이에 의해 메쉬 필름층(13)의 일부가 제2 필름층(13)의 내부로 매립된 형태가 유지될 수 있다.
이러한 특성 부여를 위해 무기 충전제는 합성수지 원사에 0.1~1.5 wt%로 포함되는 것이 바람직하며, 0.1 wt% 미만으로 포함되는 경우에는 상술한 효과가 얻어지지 않고, 1.5 wt%를 초과하여 포함되는 경우에는 메쉬 필름층(13)의 비중이 과도하게 커져 가열 압착 과정에서, 가해지던 압력이 제거되면 메쉬 필름층(13)이 계속해서 제2 필름층(12) 내부로 매립되어 일부 영역에서는 메쉬 필름층(13)이 제2 필름층(12) 내부에 완전히 매립되어 가장 상부층에 제2 필름층(12)이 배치되는 문제가 발생하므로, 상술한 중량 범위를 만족하도록 첨가되는 것이 바람직하다.
이러한 무기 충전제로는 화강암, 석회암, 현무암 또는 폐석재와 같은 석재를 일정 크기로 분쇄하여 얻어진 석분이 사용될 수 있다.
바람직하게는 평균 입자 크기가 10~90㎛인 석분이 사용될 수 있다. 석분의 평균 입자 크기가 10㎛ 미만인 경우에는 무기 충전제와 HDPE를 혼합하는 과정에서 무기 충전제들이 서로 응집되어 균일하게 혼합되지 못하는 문제가 발생하고, 90㎛를 초과하는 경우에는 석분의 입자 크기가 과도하게 크기 때문에 합성수지 원사의 외부로 돌출되고 나아가서는 석분이 탈리되어 원사의 내구성을 떨어뜨리기 때문에 상술한 평균 입자 크기를 갖는 석분을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 메쉬 필름층(13)을 구성하는 합성수지 원사의 비중은 제2 필름층(12)을 구성하는 제2 고분자 혼합물의 비중보다 큰 것이 바람직하다.
더욱 구체적으로는, 합성수지 원사의 비중이 제2 필름층(12)을 구성하는 제2 고분자 혼합물의 비중보다 0.02 이상 큰 것이 바람직하다. 이들의 비중차가 0.02 미만인 경우에는 가열 압착 과정에서 메쉬 필름층(13)이 제2 필름층(12) 내부로 쉽게 매립되지 않으며, 매립되더라도 이후 일부 영역에서 메쉬 필름층(13)이 제2 필름층(12)의 상부로 다시 부상하여 전체 영역에서 균일한 두께를 형성하지 않아 전체적인 강도가 일정하게 형성되지 않고, 이와 같이 재부상이 일어난 영역에서 제2 필름층(12)과 메쉬 필름층(13) 사이의 결합력이 저하되기 때문이다.
이와 같은 복합 필름(10)은 아연도금 강판(20)의 표면 일면 또는 양면에 코팅되어, 아연도금 강판(20)의 내수성, 내화학성, 내마모성 및 내구성을 향상시킴으로써 아연도금 강판(20)를 보호 및 보강할 수 있다.
상술한 코팅 강판(2)은 강판(21)의 양면을 아연도금하는 아연도금 단계; 아연도금 강판(20)을 가열하는 가열 단계; 가열된 아연도금 강판(20)의 일면 또는 양면에 복합 필름(10)을 부착하는 필름 부착 단계; 및 복합 필름(10)이 부착된 아연도금 강판(20)을 냉각하는 냉각 단계;를 거쳐 제조될 수 있다.
상기 아연도금 단계는, 강판(21)의 양면에 아연도금을 하는 단계로, 본 발명과 동일한 기술 분야에 있어서 사용될 수 있는 다양한 아연도금 방식이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 전기도금 방식, 용융도금 방식, 세라다이징(확산침투) 방식 및 용사 등의 방법을 통해 아연도금될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 가열 단계는 아연도금 강판(20)을 가열하는 단계로, 아연도금 강판(20)의 일면 혹은 양면을 가열할 수 있다. 이 단계에서 아연도금 강판(20) 표면의 온도가 높아지므로 이어지는 단계에서 복합 필름(10)이 아연도금 강판(20)의 표면에 보다 쉽게 융착될 수 있다.
상기 가열 단계에서 아연도금 강판(20)은 고주파 방식을 이용하여 가열될 수 있으며, 고주파 가열 기술은 통상적으로 사용되는 기술이 적용될 수 있다.
상기 필름 부착 단계는 표면이 가열된 아연도금 강판(20)의 일면 또는 양면에 복합 필름(10)을 부착하는 단계로, 복합 필름(10)과 가열된 아연도금 강판(20)을 연속적으로 공급하며 함께 압착함으로써 수행될 수 있으며, 복합 필름(10)에 이형필름(미도시)이 합지되어 있는 경우에는 이형필름(미도시)을 먼저 제거한 뒤 본 단계가 수행될 수 있다.
이 단계에서 공급되는 복합 필름(10)은 복합 필름 제조 단계를 통해 제조될 수 있으며, 이 단계를 통해 제조된 복합 필름(10)은 본 발명의 일 실시예에서 설명한 복합 필름(10)과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
상기 복합 필름 제조 단계는, 미경화 상태의 제1 필름층(11)과 제2 필름층(12)이 합지된 적층체를 제조하는 단계; 상기 제2 필름층(12) 상에 메쉬 필름층(13)을 공급하고 압착하여 복합 필름(10)을 제조하는 단계; 및 상기 복합 필름(10)을 냉각하는 단계;를 포함한다.
상기 미경화 상태의 제1 필름층(11)과 제2 필름층(12)이 합지된 적층체를 제조하는 단계는 제1 필름층(11)의 원료인 제1 고분자 혼합물을 150~235℃로 가열하고 압출하여 필름 형상으로 성형된 제1 필름층(11) 제조 단계; 제2 필름층(11)의 원료인 제2 고분자 혼합물을 150~235℃로 가열하고 압출하여 필름 형상으로 성형된 제2 필름층(12) 제조 단계; 및 제1 필름층(11)과 제2 필름층(12)을 합지하는 단계;를 포함한다.
이때, 제1 필름층(11)과 제2 필름층(12)은 상하로 나란히 배치되도록 필름 형상으로 제조된 후 합지될 수 있다. 합지 단계에서는 제1 필름층(11)과 제2 필름층(12)이 미경화된 상태로 합지될 수 있도록 220~240℃의 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하다. 합지 단계에서 압착 압력에 따라 적층체의 두께가 조절될 수 있다.
이때, 일 예로, 상기 합지 단계에서 제2 필름층(12)의 상부면이 요철 형상을 갖도록 성형하여 엠보싱(embossing) 구조의 필름을 제조할 수도 있다. 이와 같이 제2 필름층(12)의 상부면이 엠보싱 구조를 갖는 경우, 외부 충격 완화, 접착력 보장(박리 방지), 필름 손상 방지, 내인장력, 내구성, 내마모성, 내부식성, 강성 개선 등의 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이 엠보싱 구조 형성을 위해 제2 필름층(12)의 상부면에 열, 압력, 자외선 또는 전자선을 가하거나 수지, 약품 처리를 통해 요철 형상을 갖게 할 수 있다.
한편, 합지 단계를 거쳐 합지된 적층체는 메쉬 필름층(13)과 결합되어 복합 필름(10)을 형성한다.
구체적으로, 합지 단계를 거쳐 형성된 적층체의 제2 필름층(12) 상에 메쉬 필름층(13)을 공급하고, 가압 롤러와 같은 가압 장치를 이용하여 압착함으로써 메쉬 필름층(13)의 일부가 제2 필름층(12) 내부로 매립된 복합 필름(10)이 제조될 수 있다.
상기 적층체는 합지 단계에서 가해진 열에 의해 아직 고온으로 유지되며, 미경화된 상태이기 때문에 가압을 통해 제2 필름층(12) 내부로 메쉬 필름층(13)의 일부가 매립되어, 제1 필름층(11), 제2 필름층(12) 및 메쉬 필름층(13)이 일체화된 복합 필름(10)이 제조될 수 있다.
이때, 상기 적층체와 메쉬 필름층(13)을 합지하는 단계에서 열은 적층체로부터 제공되며, 적층체의 온도가 계속 유지되는 경우에는 메쉬 필름층(13)을 합지한 후에 복합 필름(10)의 형태가 손상될 수 있으므로, 이 단계에서 가압 장치를 냉각하여 동작 온도를 45~80℃로 유지하는 것이 바람직하다.
이와 같이 낮은 온도를 유지하는 경우, 복합 필름(10)의 매립과 복합 필름(10)의 냉각 및 제1 필름층(11)과 제2 필름층(12)의 경화가 같이 진행되므로, 메쉬 필름층(13)의 일부가 제2 필름층(12) 내부로 매립되어 일체화 되고, 메쉬 필름층(13)이 계속해서 완전히 매립되거나 제2 필름층(12)의 상부로 부상하지 않고, 일부만 매립된 형태가 유지될 수 있다.
이후, 복합 필름(10)의 평탄도를 조정하는 단계, 필름의 텐션을 조정하는 단계가 필요에 따라 추가로 더 수행될 수 있다. 이때, 제2 필름층(12)이 엠보싱을 갖도록 형성되는 경우에는 이러한 단계들이 생략되어도 좋다.
다음으로, 상기 복합 필름(10)을 냉각하는 단계가 수행되는데, 이때 냉각 방식으로는 공지의 다양한 방식이 적용될 수 있으며, 바람직하게는 자연 냉각 방식, 공랭 방식 또는 복합 필름(10)을 이송하는 이송 장치를 공랭 또는 수냉식으로 냉각하는 방식이 적용될 수 있다.
이와 같은 냉각 단계가 수행되기 직전이나, 직후 혹은 냉각과 동시에 제1 필름층(11)의 하면에 이형필름(미도시)을 합지하는 단계가 추가로 더 수행될 수 있다.
마지막으로 이형필름(미도시)이 합지된 복합 필름(10)을 롤 형태로 권취하는 권취 단계가 수행될 수 있다.
계속해서, 필름 부착 단계를 통해 얻어진 아연도금 강판(20)과 복합 필름(10)의 적층체, 즉 코팅 강판은 냉각 단계를 통해 냉각될 수 있다.
냉각은 자연 냉각 방식, 공랭 방식, 수냉 방식 등 다양한 냉각 방식이 적용될 수 있으며, 이 중 둘 이상의 냉각 방식이 함께 적용될 수 있다.
예를 들어, 1차적으로 공랭 방식을 통해 코팅 강판을 냉각하고, 이를 2차적으로 물이 담긴 수조에 침지시켜 냉각하는 복합 냉각 방식이 적용될 수 있다. 이와 같이 수냉 방식이 적용되는 경우에는 코팅 강판 표면의 물기를 제거하는 공정이 냉각 단계 후에 수행될 수 있으며, 물기 제거를 위한 방식으로 예를 들어 코팅 강판에 공기를 분사하는 방식이 적용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후, 필요에 따라 불량이 발생한 부위나 복합 필름(10)이 부착되지 않은 영역을 제거하거나 코팅 강판을 일정한 크기로 절단하기 위한 재단 단계가 선택적으로 수행될 수 있고, 코팅 강판의 이송, 보관을 편리하게 하기 위해 롤 형태로 감는 권취 단계가 이어서 수행될 수 있다.
이러한 단계를 거쳐 제조된 코팅 강판(2)은 내구성, 내마모성, 내화학성이 우수하고, 복합 필름(10) 자체의 강도 및 아연도금 강판(20)에 대한 접착력이 우수하여, 코팅 강판(2)을 파형으로 성형할 때 가해지는 외력에 의해 복합 필름(10)이 쉽게 박리되거나 손상되지 않으므로 파형 성형이 용이한 장점이 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는 상기 파형 강관(1)을 제조하는 파형 강관의 제조 장치에 관한 것으로, 본 실시예에 따라 앞서 설명한 파형 강관(1)이 제조될 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
도 2는 상기 파형 강관의 제조 장치를 간략히 도시한 모식도이다.
본 실시예에 따른 파형 강관의 제조 장치는 롤 형태로 말려진 코팅 강판(2)을 권출하여 수평으로 공급하는 언코일러(100); 상기 언코일러(100)에서 공급된 코팅 강판(2)을 파형으로 성형하는 파형 성형부(200); 및 파형이 형성된 코팅 강판을 일정한 비틀림 각도로 나선 절곡하여 관형으로 성형하는 조관부(300);를 포함한다.
상기 언코일러(100)와 파형 성형부(200) 사이에는 코팅 강판(2)을 절단하거나 용접해서 연결하기 위한 진입부(400)가 구비될 수 있고, 조관부(300) 후단에는 조관부(300)를 거쳐 제조된 파형 강관(1)을 소정 길이로 절단하기 위한 재단부(500)가 구비될 수 있다.
상기 파형 성형부(200)는 상하 2열로 배치된 복수개의 롤러(210); 상기 롤러(210)에 설치되되, 코팅 강판(2)의 이동 방향에 따라 개수가 증가하도록 설치된 복수개의 성형링(220); 및 상기 코팅 강판(2)의 진입부에 배치된 롤러(210)에 구비된 우레탄롤(230);을 포함한다.
도 3은 상기 파형 성형부(200)를 간략히 도시한 도면이다.
상기 파형 성형부(200)에서는 상기 코팅 강판(2)이 각각 복수개의 롤러(210)를 포함하는 상부열과 하부열 사이로 진입하여 두 열의 롤러(210) 사이를 통과하며 성형링(220)에 의해 가압되어 코팅 강판(2)에 성형링(220)의 형상에 대응되는 파형이 형성된다.
상기 성형링(220)은 코팅 강판(2)이 진입되는 방향에서 배출되는 방향으로 개수가 증가하도록 설치된다. 일 예로, 첫 번째 롤러에는 두 개, 두 번째 롤러에는 네 개, 세 번째 롤러에는 여섯 개, 네 번째 롤러에는 여덟 개가 설치될 수 있다. 다른 예로, 도 3에 도시된 바와 같이 첫 번째와 두 번째 롤러에는 두 개, 세 번째와 네 번째 롤러에는 네 개, 다섯 번째와 여섯 번째 롤러에는 여덟 개가 설치될 수 있다.
그러나, 이와 같이 개수가 증가하도록 성형링(220)이 설치된 롤러(210)를 통과하면, 코팅 강판(2)이 진입부 쪽의 롤러(210)를 통과할 때 접촉 면적이 적고, 파형 성형부(200)의 전단과 후단에서의 접촉 면적 차이로 인해 복합 필름(10)이 아연도금 강판(20)에서 밀려나는 슬립(slip) 현상이 발생하여, 코팅 불량, 내구성 불량, 락심 이음매(30) 영역 박리 등의 불량이 발생하는 문제가 있다.
본 발명에서는, 이를 방지하기 위해 코팅 강판(2)의 진입부에 배치된 롤러(210)에 우레탄롤(230)을 구비하였으며, 이에 따라 진입부에 배치된 롤러(210)에서 코팅 강판(2)의 접촉 면적이 증대되어 상술한 불량 발생을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명의 구체적인 작용과 효과를 설명하고자 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로서 제시된 것으로, 실시예에 따라 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
먼저, HDPE 고분자 99.4 wt%와 무기 충전제인 평균 입자 크기 20~50㎛인 석회석 분말 0.6 wt%를 혼합하여 지름 0.19mm인 합성수지 원사를 제조하고, 인치당 위사 21개, 경사 24개의 밀도로 제직하여 평균 공극 크기 0.8~1.0mm이고, 공극률 70%, 두께 0.5mm인 메쉬 필름층을 제조하였다.
다음으로, LLDPE 고분자 67 wt%, 무수말레산 29 wt% 및 마스터배치 4 wt%를 혼합하여 제1 고분자 혼합물을 제조하고, LLDPE 고분자 97 wt% 및 마스터배치 3 wt%를 혼합하여 제2 고분자 혼합물을 제조하였다. 이때, 제1 고분자 혼합물과 제2 고분자 혼합물에 사용되는 마스터배치는 동일한 것을 사용하였으며, LLDPE 고분자 74 wt%, 카본블랙 25 wt% 및 아세트산 1 wt%를 포함하는 펠렛형의 마스터배치를 사용하였다.
다음으로, 제1 고분자 혼합물과 제2 고분자 혼합물을 각각 필름 형태로 성형하여 제1 필름층과 제2 필름층을 제조하고, 제1 필름층과 제2 필름층을 압착하여 결합시킨 뒤, 두 필름층이 미경화된 상태에서 제2 필름층 상에 상기 메쉬 필름층을 공급하고 롤러를 이용하여 압착시켜 메쉬 필름층의 일부가 제2 필름층 내부로 매립되어 일체화된 실시예 1의 복합 필름을 제조하였다.
[실험예 1]
실시예 1의 복합 필름(10)을 파형 강관에 피복한 뒤, 접착성, 투과저항성, 내충격성을 측정하고, 핀홀 시험과 외관을 관찰한 뒤 그 결과를 표 1에 기재하였다. 각 테스트는 ASTM A742에 의거하여 측정하였으며, 온도는 오차 1℃ 범위 내에서 유지하여 테스트를 수행하였다.
시험 항목 실시예 1
접착성 -18℃ 이상없음
25℃ 이상없음
50℃ 이상없음
투과저항성 10% NaCl 수용액, 23℃, 48h 이상없음
30% H2SO4 수용액, 23℃, 48h 이상없음
10% NaOH 수용액, 23℃, 48h 이상없음
내충격성 4.0J 이상없음
핀홀시험 67.5V 이상없음
외관 이상없음
표 1의 실험 결과를 보면, 실시예 1의 복합 필름(10)은 저온, 상온 및 고온 접착성이 모두 우수하고, 투과저항성과 내충격성이 우수하고, 핀홀 발생이 없으며 외관도 양호한 것으로 확인되었다.
[실험예 2]
제2 고분자 혼합물에 포함되는 LLDPE 고분자를 HDPE 고분자로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 필름(10)을 제조하여, 비교예 1의 복합 필름(10)을 제조하였다.
이후, 실시예 1의 복합 필름(10)과 비교예 1의 복합 필름(10)의 강도 및 두께를 측정하여 그 결과를 표 2에 기재하였다.
강도는 ASTM D638에 의거한 인장강도(항복점) 측정법을 이용하여 측정하였고, 두께는 무작위 25곳의 두께를 측정하여 최대 두께, 최소 두께 및 두께 표준편차를 확인하였다.
　 실시예 1 비교예 1
인장강도(kgf/cm2) 238 242
최소두께(mm) 0.747 0.820
최대두께(mm) 0.764 0.693
두께평균(mm) 0.758 0.766
두께 표준편차 0.006 0.028
상기 표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1과 실시예 2의 인장강도 차이는 크지 않은 것으로 나타나, 제2 필름층(12)에 사용되는 고분자의 종류는 강도에 크게 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다.두께 측정 결과를 참조하면, 실시예 1의 경우 두께가 전체 영역에서 균일하게 형성되었으나, 비교예 1의 경우에는 실시예 1과 비교하여 영역별 두께 차이가 크게 나는 것으로 확인되었다.
이는 HDPE의 용융지수가 높아 성형성이 떨어지고, 밀도가 높아 메쉬 필름층(13)이 전체적으로 균일하게 매립되지 못하였기 때문에 나타난 문제로 판단된다.
따라서, 복합 필름(10)의 균일한 품질을 확보하기 위해 제2 고분자 혼합물에 사용되는 PE 고분자로 LLDPE를 사용하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
[실험예 3]
제조예와 동일한 방법을 이용하여 복합 필름(10)을 제조하되, 메쉬 필름층(13) 제조시 첨가되는 무기 충전제의 함량을 하기 표 3에 기재된 바와 같이 변경시켜 제조하였다.
이때, 제2 필름층(12)의 제2 고분자 혼합물의 비중(A)을 측정하고, 메쉬 필름층(13)을 구성하는 합성필름 원사의 비중(B)을 측정하여 두 비중값의 차이(B-A)를 계산하고 그 결과를 표 3에 기재하였다.
이후, 각 복합 필름(10)의 두께 및 인장강도를 실험예 2와 동일한 방법으로 측정하고, 신율을 ASTM D638의 방법으로 측정한 뒤, 그 결과를 표 3에 기재하였다.
또한, 각 복합 필름(10)을 동일한 규격의 파형 강관에 피복한 뒤, 53±2℃의 온도 조건에서 97일간 가속 노화 실험을 수행하고, 인장강도 및 신율을 측정하여, 그 결과를 표 3에 함께 기재하였다.
시험편
No.　		 무기충전제
함량(wt%)		 비중값
차이(B-A)		 두께(mm) 인장강도(kgf/cm2) 신율(%)
평균 표준편차 노화 전 노화 후 노화 전 노화 후
# 1 - 0.014 0.816 0.039 219 135 500이상 500이상
# 2 0.05 0.017 0.802 0.034 223 159 500이상 500이상
# 3 0.12 0.022 0.753 0.007 235 211 500이상 500이상
# 4 0.30 0.028 0.756 0.008 233 213 500이상 500이상
# 5 0.60 0.033 0.758 0.006 238 216 500이상 500이상
# 6 1.00 0.043 0.755 0.007 228 217 500이상 500이상
# 7 1.42 0.048 0.756 0.007 230 215 500이상 500이상
# 8 1.55 0.060 0.739 0.016 244 221 476 384
상기 표 3의 결과를 참조하면, 시험편 3 내지 시험편 7의 경우, 두께 평균이 일정하고, 표준편차가 적게 나타나며, 노화 전, 후 인장강도와 신율이 모두 우수한 것으로 나타났다.시험편 1과 시험편 2의 경우에는 영역별 두께의 편차가 크고, 노화 후 인장강도가 저하되었는데, 이러한 결과는, 메쉬 필름층(13)에 포함된 무기 충전재의 함량에 의해 메쉬 필름층(13)과 제2 필름층(12) 사이의 비중값 차이에 의해 나타난 결과로 판단된다. 구체적으로, 시험편 1과 시험편 2의 경우에는 두 필름층 사이의 비중값 차이가 너무 적어서 메쉬 필름층(13) 하부면이 제2 필름층(12) 내부로 균일하게 매립되지 않았기 때문에 발생한 문제로 여겨진다.
본 실험 결과로부터 이러한 문제를 방지하기 위해 제2 필름층(12)을 구성하는 제2 고분자 혼합물과 메쉬 필름층(13)을 구성하는 합성수지 원사 사이의 비중 차이가 0.2 이상인 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
반면, 시험편 8의 경우에는 두께 표준편차는 양호한 것으로 나타났으나, 일부 영역에서 메쉬 필름층(13)이 제2 필름층(12) 내부로 완전히 매립된 것으로 관찰되었다. 이 경우, 최상층에 제2 필름층(12)이 위치하므로 복합 필름(10)의 내마모성이 저하될 수 있다.
또한, 시험편 8의 경우에는 다른 시험편들에 비해 신율이 상당히 저하되는 것으로 나타났는데, 이는 무기 충전제의 함량이 과도하게 높아서 발생한 문제로 판단된다.
따라서, 본 실험 결과로부터 메쉬 필름층(13)의 일부가 제2 필름층(12) 내부로 매립되도록 형성하기 위해 메쉬 필름층(13)을 구성하는 합성수지 원사에 포함되는 무기 충전제의 함량이 0.1~1.5 wt%인 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
또한, 더욱 바람직하게는 제2 필름층(12)을 구성하는 제2 고분자 혼합물과 메쉬 필름층(13)을 구성하는 합성수지 원사 사이의 비중 차이가 0.2 이상인 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
[실험예 4]
제1 고분자 혼합물 제조시 첨가되는 무수말레산의 함량을 하기 표 4와 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 필름층(11)을 제조하였다. 이때, 무수말레산의 가감되는 양은 PE 고분자의 함량을 가감하여 총 생성량이 동일하게 조절하였다.
이후, 각 시험편에 대하여 접착 강도 테스트를 ASTM D903의 방법으로 수행하고, 그 결과를 표 4에 기재하였다.
시험편 No. 무수 말레산 함량(wt%) 접착 강도(kgf/cm2)
# 9 - 3.96
# 10 10.0 4.04
# 11 13.6 5.54
# 12 29.0 5.83
# 13 33.5 6.02
# 14 44.4 5.92
# 15 46.1 4.39
표 4의 결과를 참조하면, 제1 고분자 조성물 내에 무수 말레산이 첨가되는 경우, 접착 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 시험편 11 내지 시험편 14의 경우 접착 강도가 더욱 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었는데, 시험편 10의 경우에는 무수 말레산의 함량이 적어서 접착 강도의 현저한 상승이 나타나지 않았고, 시험편 15의 경우에는 무수 말레산의 함량이 과도하여 제1 필름층(11)의 기본적인 접착 성능이 저하된 것으로 판단된다.따라서, 본 실험 결과로부터 제1 고분자 조성물 내에 무수 말레산이 12~45 wt%로 포함되는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
[실험예 5]
아연 도금 강판을 준비하고, 어떠한 코팅도 되지 않은 아연 도금 강판을 시험편 16으로 준비하고, 아연층 상부에 실시예 1의 복합 필름(10)을 코팅하여 시험편 17을 준비하였으며, 비교예 2의 복합 필름이 코팅된 시험편 18과 비교예 3의 복합 필름이 코팅된 시험편 19를 준비하였다.
이때, 비교예 2의 복합 필름으로는 실시예 1의 복합 필름(10)과 동일하게 제조되되, 제1 고분자 혼합물에 무수말레산이 포함되지 않고, 제2 고분자 혼합물의 PE 고분자로 HDPE 고분자가 사용되며, 메쉬 필름층에 무기 충전제가 포함되지 않은 복합 필름을 사용하였다.
또한, 비교예 3의 복합 필름으로는, 메쉬 필름층이 포함되지 않은 것을 제외하고는 비교예 2의 복합 필름과 동일한 복합 필름을 사용하였다.
이후, 시험편 16 내지 시험편 19를 각각 5개씩 준비하고, 각 시험편을 대상으로 ASTM D4060의 방법을 따라 마모 시험을 실시한 뒤, 각 시험편별 마모 특성의 평균을 표 5에 기재하였다.
내마모성은 연마 휠의 회전수(cycle)를 통해 평가하였다. 표 5의 마모 시험 결과에는 코팅층이 완전히 손상되거나 혹은 이에 준하는 경우의 회전수를 기재하였고, 특정 횟수 이상 회전하였음에도 눈에 띄는 손상이 발생하지 않는 경우 "00회 이상"과 같이 표시하였다.
시험편 No. 최초 코팅층
평균 두께(㎛)		 테스트 후
평균 코팅 두께(㎛)		 마모 시험 결과
(cycle)
# 16 32 4 8,000
# 17 601 408 100,000 이상
# 18 592 296 80,000 이상
# 19 336 24 40,000
표 5의 실험 결과를 참조하면, 어떠한 고분자 코팅층도 형성되지 않은 시험편 16의 경우에는 강판이 쉽게 손상되는 것으로 나타났다.또한, 시험편 17 내지 시험편 19의 실험 결과를 참조하면 메쉬 필름층이 포함되는 경우에 마모 성능이 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었고, 특히 본 발명의 일 실시예에 따라 메쉬 필름층에 무기 충전제가 포함되면서, 제2 고분자 혼합물의 PE 고분자로 LLDPE가 사용되며, 제1 고분자 혼합물에 무수말레산이 포함되는 경우에는 마모 성능이 더욱 개선되는 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 6]
양면에 아연도금층이 형성된 아연도금 강판을 준비하고, 상기 아연도금 강판의 양면에 실시예 1의 복합 필름을 부착하여 코팅 강판을 제조하였다.
이후, 상기 코팅 강판을 원자재로 하여, 도 2에 도시된 파형 강관 제조 장치를 통해 파형 강관을 제조하였으며, 우레탄롤이 적용된 파형성형부를 촬영하여 도 4에 나타내고, 우레탄롤이 적용된 파형성형부와 적용되지 않은 파형성형부 각각을 이용하여 파형 강관을 제조한 뒤 촬영하여 도 5에 도시하였다.
도 5를 참조하면, 우레탄롤이 적용되지 않은 경우에는 슬립 현상에 의한 박리 문제가 발생하였고, 우레탄롤이 적용된 경우에는 이러한 문제가 발생하지 않고 우수한 품질의 파형 강관이 제조된 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
1: 파형 강관 2: 코팅 강판
10: 복합 필름 11: 제1 필름층
12: 제2 필름층 13: 메쉬 필름층
20: 아연도금 강판 21: 강판
22: 아연도금층 100: 언코일러
200: 파형성형부 210: 롤러
220: 성형링 230: 우레탄롤
300: 조관부 400: 진입부
500: 재단부

Claims (8)

  1. 산과 골이 반복되는 파형의 굴곡이 나선형으로 형성된 파형 강관에 있어서,
    상기 파형 강관은,
    강판의 양면에 아연도금층이 형성된 아연도금 강판; 및
    상기 아연도금 강판의 양면에 부착된 복합 필름;을 포함하는 코팅 강판을 성형하여 제조되고,
    상기 복합 필름은,
    상기 아연도금층의 상부에 부착되는 제1 필름층;
    상기 제1 필름층의 상부에 위치하는 제2 필름층; 및
    상기 제2 필름층의 상부에 위치하는 그물망 구조를 갖는 메쉬 필름층;을 포함하며,
    상기 제1 필름층은 PE 고분자 50~85wt%와 무수말레산 12~45wt%를 포함하는 제1 고분자 혼합물로 제조되고,
    상기 제2 필름층은 PE 고분자를 포함하는 제2 고분자 혼합물로 제조되며,
    상기 메쉬 필름층은 합성수지 원사로 제직되되, 상기 합성수지 원사는 HDPE와 무기 충전제를 포함하고,
    상기 메쉬 필름층의 일부는, 상기 복합 필름의 가열 압착 과정을 거치면서 제2 필름층의 내부로 매립되는 것을 특징으로 하는, 파형 강관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파형 강관에 락심(Lockseam) 이음매가 형성되는 것을 특징으로 하는, 파형 강관.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 합성수지 원사의 비중이 제2 고분자 혼합물의 비중보다 큰 것을 특징으로 하는, 파형 강관.
  6. 롤 형태로 말려진 코팅 강판을 권출하여 수평으로 공급하는 언코일러;
    상기 언코일러에서 공급된 코팅 강판을 파형으로 성형하는 파형 성형부; 및
    파형이 형성된 코팅 강판을 일정한 비틀림 각도로 나선 절곡하여 관형으로 성형하는 조관부;를 포함하며,
    상기 파형 성형부는,
    상하 2열로 배치된 복수개의 롤러;
    상기 롤러에 설치되되, 코팅 강판의 이동 방향에 따라 개수가 증가하도록 설치된 복수개의 성형링; 및
    상기 코팅 강판의 진입부에 배치된 롤러에 구비된 우레탄롤;을 포함하고,
    상기 코팅 강판은, 강판의 양면에 아연도금층이 형성된 아연도금 강판과 상기 아연도금 강판의 양면에 부착된 복합 필름을 포함하되,
    상기 복합 필름은, 아연도금층의 상부에 부착되는 제1 필름층; 상기 제1 필름층의 상부에 위치하는 제2 필름층; 및 상기 제2 필름층의 상부에 위치하는 그물망 구조를 갖는 메쉬 필름층;을 포함하며,
    상기 제1 필름층은 PE 고분자 50~85wt%와 무수말레산 12~45wt%를 포함하는 제1 고분자 혼합물로 제조되고,
    상기 제2 필름층은 PE 고분자를 포함하는 제2 고분자 혼합물로 제조되며,
    상기 메쉬 필름층은 합성수지 원사로 제직되되, 상기 합성수지 원사는 HDPE와 무기 충전제를 포함하고,
    상기 메쉬 필름층의 일부는, 상기 복합 필름의 가열 압착 과정을 거치면서 제2 필름층의 내부로 매립되는 것을 특징으로 하는, 파형 강관의 제조 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
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