KR102499466B1 - 엘라스토머 기반의 표출재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표출재의 열변형을 위한 목표온도보다 낮은 온도에서 혼합과 가교결합의 공정이 이루어진 엘라스토머 기반의 표출재 및 그 제조방법을 개시한다.
Description
본 발명은 도체의 열을 받으면 화재징후를 표출하는 엘라스토머 기반의 표출재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 특허문헌 1과 같이 볼트와 너트 등 도체접속 어셈블리를 이용하여 도체 간의 접속을 제공하였고, 도체접속 어셈블리에 형성된 홀(hole)에 열가소성 플라스틱을 충진시켜 도체의 과열 상태를 감시하였다. 또한 종래에는 열가소성 플라스틱이 열분해 또는 연소될 때 발생하는 가스를 감지하여 화재징후의 수준을 판별할 수 있다.
그러나 종래에는 최고허용온도와 열가소성 물질이 연소되는 온도 사이에 화재징후가스를 표출할 수 있는 기술이 미비한 실정이므로, 화재징후를 조기에 감지하기 어려운 문제점이 있다.
특허문헌 2는 표출재가 절연체의 최고허용온도 및 절연체의 융점 사이의 온도로 열을 받으면 가스를 발생한다고 하였으나, 어떠한 재료들을 조합하여 표출재를 제조할 수 있는지 구체적인 실시예가 없다.
또한 특허문헌 2는 표출재를 링 또는 띠의 형태로 제작할 수 있다고 하였으나, 전술한 바와 마찬가지로 어떠한 재료들의 특성을 조합하여 탄성의 링을 제조할 수 있는지 또는 제조과정에서 화재징후 가스의 손실을 최소화하는 구체적인 실시예가 없다.
참고로 특허문헌 1에 기재된 열가소성 플라스틱은 탄성력이 없기 때문에 특허문헌 2에 기재된 도체접속 어셈블리와 같은 볼트나 너트의 홈에 표출링의 형태로 끼우기 어려울 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 표출재의 열변형을 위한 목표온도보다 낮은 온도에서 혼합과 가교결합의 공정이 이루어진 표출재를 제조하고자 한다.
상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명의 실시예에 따른 혼합수단, 성형수단 및 가교결합수단을 포함하는 제조장치를 이용하여 화재징후를 표출하는 엘라스토머 기반의 표출재 제조방법은, 상기 혼합수단이 기본재료와 가스방출재를 혼합시켜 조성물을 준비하는 단계; 상기 성형수단이 조성물을 설정된 형상의 표출재로 성형시키는 단계 및 상기 가교결합수단이 성형된 표출재를 가교결합시켜 목표온도의 내열성과 탄성력을 갖는 표출재로 제조하는 단계를 포함하여, 상기 목표온도보다 낮은 온도에서 혼합과 가교결합의 공정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기본재료는 열가소성 엘라스토머이고, 상기 혼합수단은 기본재료의 융점보다 높고 목표온도보다 낮은 온도에서 기본재료를 용융시킨 후 가스방출재를 첨가하여 조성물을 준비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기본재료는 열경화성 엘라스토머이고, 상기 성형수단과 가교결합수단은 일체형으로 제작되어 성형과 가교결합 공정이 함께 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기본재료는 EPDM 또는 EVA로 이루어진 열가소성 엘라스토머인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기본재료는 PDMS로 이루어진 열경화성 엘라스토머인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엘라스토머 기반의 표출재는 엘라스토머 기반의 표출재 제조방법을 이용하여 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 표출재의 열변형을 위한 목표온도보다 낮은 온도에서 혼합과 가교결합의 공정이 이루어진 표출재를 제조함으로써, 제조과정에서 가스방출재의 가스손실을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엘라스토머 기반의 표출재를 제조하기 위한 제조장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엘라스토머 기반의 표출재 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 온도와 센서에 따른 재료 조건을 도시한 예이다.
도 4는 온도와 기본재료의 탄성력 조건을 도시한 예이다.
도 5는 제조방법과 제조장치의 특징을 함께 도시한 예이다.
도 6은 2개의 칼날이 박혀있는 몰드를 이용한 펀칭 기반의 성형수단을 도시한 예이다.
도 7은 2개의 칼날을 각각 제작하여 표출링을 제작하는 방법을 도시한 예이다.
도 8은 제조방법과 제조장치의 특징을 함께 도시한 다른 예이다.
도 9는 종래의 전기절연재와 본 발명의 표출링의 비교 및 종래의 고무링과 본 발명의 표출링을 비교한 예이다.
도 10은 종래의 표출링과 본 발명의 표출링을 비교한 예이다.
도 11은 PDMS 경화를 위한 몰드를 도시한 예이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엘라스토머 기반의 표출재 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 온도와 센서에 따른 재료 조건을 도시한 예이다.
도 4는 온도와 기본재료의 탄성력 조건을 도시한 예이다.
도 5는 제조방법과 제조장치의 특징을 함께 도시한 예이다.
도 6은 2개의 칼날이 박혀있는 몰드를 이용한 펀칭 기반의 성형수단을 도시한 예이다.
도 7은 2개의 칼날을 각각 제작하여 표출링을 제작하는 방법을 도시한 예이다.
도 8은 제조방법과 제조장치의 특징을 함께 도시한 다른 예이다.
도 9는 종래의 전기절연재와 본 발명의 표출링의 비교 및 종래의 고무링과 본 발명의 표출링을 비교한 예이다.
도 10은 종래의 표출링과 본 발명의 표출링을 비교한 예이다.
도 11은 PDMS 경화를 위한 몰드를 도시한 예이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엘라스토머 기반의 표출재를 제조하기 위한 제조장치를 도시한 블록도로서, 제조장치(100)는 혼합수단(110), 성형수단(120) 및 가교결합수단(130)을 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엘라스토머 기반의 표출재 제조방법을 도시한 흐름도로서, 혼합수단(110)은 기본재료와 가스방출재를 혼합시켜 조성물을 준비하고, 성형수단(120)은 조성물을 설정된 형상의 표출재로 성형하며, 가교결합수단(130)은 성형된 표출재를 가교결합시켜 목표온도의 내열성과 탄성력을 갖는 표출재로 제조한다. 제조장치(100)는 목표온도보다 낮은 온도에서 혼합과 가교결합의 공정이 이루어지도록 한다.
도 3은 온도와 센서에 따른 재료 조건을 도시한 예로서, 기본재료와 가스방출재는 화재징후를 조기에 표출하는 표출재에 포함되는 재료이고, 화재징후를 조기에 표출하기 위하여 재료의 선정 조건은 매우 중요하다.
제1 온도 조건은 전기설비의 최고허용 온도와 전기절연재의 열변형 온도 사이에서 기본재료의 열변형이 발생되어야 한다.
제2 온도 조건은 기본재료의 열변형일 발생할 때 가스방출재의 가스 방출이 이루어져야 한다. 가스센서는 가스방출재에서 방출된 가스를 감지할 수 있다. 가스센서는 가스방출재에서 발생하는 가스이외에도 기본재료의 열변형 이후 열분해가 될 때 발생하는 가스를 감지할 수 있고, 전기절연재의 열분해가 될 때 발생하는 가스를 감지할 수 있다.
보통 잘못된 사실은 고분자의 열변형이 일어날 때 고분자 자체에서 가스는 발생하지 않고, 고분자에 첨가된 물질에 의해 가스가 발생할 수 있다. 표출재의 열변형이 일어나는 온도가 목표온도가 될 것이고, 바람직하게는 150℃ 내외가 될 것이다.
가스방출재는 끓는점이나 분해시작온도가 목표온도의 부근이거나 낮은 물질일 수 있고, 대표적으로 다이카복실산류(Dicarboxylic acid) 또는 뷰틸 아세테이트류(Butyl acetate)이다.
다이카복실산은 두개의 카복실산 작용기로 교체된 유기화합물이다. 흔히 다이카복실산의 분자식에서 HOOC-R-COOH로 쓰인다. R이 있는 곳에는 보통 알케인, 알켄, 알카인 그룹이 오게 된다. 다이카복실산은 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PETE)같은 혼성중합체를 만들기 위해 쓰이기도 한다.
보편적으로 다이카복실산은 모노카복실산과 똑같은 행동과 반응을 보인다. 두 번째 카복실기의 이온화는 첫 번째 카복실기보다 쉽사리 일어나지 않는다. 이는 한 개의 음이온을 수소이온과 분리하는 것이 2가 음이온을 수소이온과 분리하는 것이 더 많은 에너지를 필요로 하기 때문이다. 한 개의 카복실기가 알데히드 그룹으로 치환되었을 때 결과로 나오는 구조는 알데히드산이라고 불린다. 말론산(Malonic acid)은 다이카복실산의 일종으로 약 130℃에서 분해가 되고, 열분해시 이산화탄소와 아세트산으로 분해된다. 예를 들어 본 발명은 기본재료인 에틸렌초산비닐이 녹을 때, 가스방출재인 말론산에 의해 가스가 발생한다.
뷰틸 아세테이트는 유기용매의 가스를 감지하기 위한 것으로서, 끓는점이 약 126℃이므로, 목표온도에서 기본재료의 열변형이 발생할 때 가스 방출이 일어날 수 있는 것이다. 가스방출재는 기본재료의 열변형을 유도하는 기능을 포함할 수 있다.
도 4는 온도와 기본재료의 탄성력 조건을 도시한 예로서, 우선 본 발명의 이해를 돕기 위해 고분자 등 유기재료의 특성을 설명하기로 한다.
고분자(polymer)는 열가소성 플라스틱(thermoplastic), 열경화성 플라스틱(thermosetting plastic) 및 엘라스토머(elastomer)를 포함한다.
열가소성 플라스틱의 경우 열을 가했을 때, 반복적으로 녹일 수 있어 재활용이 가능하지만, 열경화성 플라스틱은 한번 구조가 형성이 되면 다시 열을 가해도 녹지 않아 재활용이 불가능하다.
열가소성 플라스틱은 열을 가했을 때 유연한 용융상태로 변하는 고분자를 말한다. 용융상태에서 온도를 낮출 경우 가역적으로 경화하여 고체 상태가 된다. 이러한 특성으로 인해 재활용이 가능하다.
열가소성 플라스틱은 열을 가하여 성형한 뒤에도 다시 열을 가하면 형태를 변형시킬 수 있는 수지로 압출성형·사출성형에 의해 능률적으로 가공할 수 있다는 장점이 있는 반면, 내열성·내용제성은 열경화성수지에 비해 약한 편이다. 종류에는 결정성과 비결정성이 있는데 전자에는 폴리에틸렌·나일론·폴리아세탈수지 등이 포함되고 유백색이다. 후자에는 염화비닐수지·폴리스티렌·ABS수지·아크릴수지 등의 투명한 것이 많다. 전체 합성수지 생산량의 80% 정도를 차지한다.
열경화성 플라스틱은 초기에 액체로 존재하지면 열을 가했을 때 고체화 반응을 일으켜 매우 가교된 매트릭스를 형성하면서 딱딱해지는 고분자를 말한다. 대부분의 가교 고분자가 이에 해당되며, 재활용이 불가능하다. 접착제, 페인트. 코팅제. 고무에 이용된다.
열경화성 플라스틱은 열을 가하여 경화(硬化) 성형하면 다시 열을 가해도 형태가 변하지 않는 수지로 일반적으로 내열성, 내용제성, 내약품성, 기계적 성질, 전기절연성이 좋으며, 충전제를 넣어 강인한 성형물을 만들 수가 있으며 고강도 섬유와 조합하여 섬유강화플라스틱을 제조하는 데에도 사용된다. 열경화성수지는 축중합형(縮重合形)과 첨가중합형으로 나뉘는데 축중합형에는 페놀수지·요소수지·멜라민수지, 첨가중합형에는 에폭시수지·폴리에스테르수지 등이 있다.
엘라스토머는 유리전이온도(Glass transition temperature, Tg)가 상온보다 낮은 비정질 상태의 재료이기 때문에 상온에서 고무상(狀) 탄성을 나타내는 사슬 모양의 고분자물질이나 그 원료가 되는 고분자물질을 가리킨다. 고무와 엘라스토머(Elastomer)는 일반적으로 같은 의미이지만, 생고무(원료고무)와 엘라스토머(탄력고무)로 구별하는 것이 이해하기 쉽다. 일반적으로 고무는 원료상태에서는 점토형태로 되어있어 그 자체가 탄력이 있다고는 말하기 어렵지만, 경화시키면 탄력을 갖게 되며 이 탄력을 가진 상태를 엘라스토머라고 한다. 상온에서 고체의 생고무를 당기면 늘어나고 다시 놓아도 대부분 원래대로 돌아오지 않는 것(소성변형)과는 반대로, 고무를 경화시켜 분자와 분자 사이를 다리를 놓듯이 연결하면(가교) 원래의 형태대로 돌아간다(탄성변형). 이것이 우리가 일상적으로 접하고 있는 엘라스토머라고 할 수 있다.
일반적으로 엘라스토머는 천연 고무와 합성 고무로 분류하는 방식도 있지만, 합성 고무 전체를 기준으로 보자면 크게 합성 고무는 열가소성과 열경화성으로 나눌 수 있다. 일반적으로 엘라스토머는 가교가 필요하기 때문에 대부분 열경화성이지만 열가소성 엘라스토머일 수도 있다.
링 형상의 표출재는 도체접속 어셈블리의 설정된 홈에 억지로 끼워지기 위해서는 기본재료의 탄성력이 있어야 하고, 전술한 온도 조건도 동시에 만족해야 하므로, 기본재료는 열가소성 엘라스토머일 수 있다.
열가소성 엘라스토머도 종류는 매우 다양하지만, 목표온도에서 열변형을 발생하기 위해서는 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체) 또는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)이 적합할 수 있다.
EVA는 Ethylene과 Vinyl Acetate (VA)의 공중합체이다. VA함량에 따라 밀도가 증가하고 유연성이 증가하며, 탄성력과 열접착 온도, 내구성, 투과력 등이 달라지는 특징이 있다. LDPE에 비해 투명성과 접착력이 크고 탄성과 저온열봉합성도 우수하다. 부드러우면서도 강하며, 폴리우레탄과 같은 다른 극성 폴리머보다 저렴하기 때문에 가격경쟁력까지 갖추고 있다.
EVA는 위의 그림처럼 LDPE(Low Density Polyethylene)에 VA(Vinyl Acetate)가 랜덤하게 섞여서 고분자 주사슬을 형성하고 있다. 따라서 기본적으로는 LDPE의 성질을 띠면서 VA의 함량에 따라 성질이 좌우된다. 예를 들어 VA의 함량이 증가될 때, 강도(Stiffness), 결정화도, 녹는점, 화학적 내구성은 감소하며, 충격강도(Impact Strength), 투명도, 마찰계수는 증가한다.
EVA는 고압 반응기에서 Ethylene과 Vinyl Acetate가 Free-radical 첨가 중합을 통해서 연속 공정(Continuous process)으로 생산된다. 이것은 Initiator가 깨져 Free Radical을 형성하고, 과량으로 투입된 이중결합 단량체(Vinyl Monomer) 들과 연속적으로 반응하는 Chain-Growth 중합법이다.
압축된 형태의 스펀지와 비슷한 EVA 쿠션은 탄성력이 매우 우수하여 스포츠용품에 많이 사용되고 있다. 특히 운동화 밑창, 깔창의 발포 시트는 모두 EVA이다. 또한, 부드럽고 내구성이 강하므로 일상에서는 놀이방의 깔개, 어린이 장난감, 주방용 매트, 방음재 등으로 사용되고 있다. 가볍고 유연하면서도 단열, 보온성이 좋아 각종 스포츠, 레저용 안전장비에 사용된다. 또한, 농업용으로는 비닐하우스 제작에 사용되는데, 기존 비닐보다 먼지가 덜 달라붙어 농업용 필름으로 적합하다. EVA는 투명하고 접착력이 좋아 각종 문구류와 종이 코팅에 사용된다. 기존 코팅 재질보다 친환경적이며 고속 가공성을 가지고 있어 새로운 코팅 재료로 주목을 받고 있다. EVA는 투명성이 좋아 태양빛을 잘 투과시키며, 내구성이 좋아 오랜 기간 사용할 수 있다. EVA sheets는 태양전지를 이루는 각 층을 접착하는 역할을 하며 태양전지 셀을 보호한다.
EPDM은 합성 고무의 일종으로 다양한 산업분야에서 사용된다. EPDM고무는 에틸렌-프로필렌-다이엔 3가지의 구성요소들을 공중합시킨 공중합체이다. 다이엔이란 두 개의 이중결합이 존재해 가교반응을 일으킬 수 있는 분자를 뜻한다.
EPDM을 만드는 다이엔들은 주로 ethylidene norbornene (ENB), dicyclopentadiene (DCPD), vinyl norbornene (VNB) 들을 주로 사용하며 4~8%정도 비율로 들어간다.
다른 고무들과 같이, EPDM은 항상 카본블랙이나 칼슘카보네이트, 가소제를 함께 컴파운딩하여 사용되며, 현실에서 사용되는 EPDM의 탄성은 오직 가교가 되어있을 때만 나타난다.
EPDM은 유리전이온도가 다른 고무들과 비교하여 낮아, 저온에서 사용이 가능하고, 가격이 저렴하여 자주 교체를 해야하는 부품에 사용하기에 용이하다. 또한, EPDM 고무는 열, 오존, 증기, 날씨에 대해서 강한 특성을 지니고 있어 지붕 코팅, 공업용 가스켓, 밀폐나 패킹용의 오링 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
도 5는 제조방법과 제조장치의 특징을 함께 도시한 예로서, 혼합수단(110)은 melt mixer를 포함할 수 있다. 혼합수단(110)은 기본재료의 융점보다 높고 목표온도보다 낮은 온도에서 기본재료을 용융시킨 후 가스방출재를 첨가하여 조성물을 준비할 수 있다.
예를 들어 EPDM의 녹는점은 약 80~90℃이고, EVA의 녹는점은 70℃이므로, 혼합수단(110)은 열가소성 엘라스토머의 녹는점보다 높고 목표온도보다 낮은 온도가 바람직하다.
참고로 EPDM이나 EVA는 목표온도보다 낮은 녹는점을 갖지만, 후술되는 가교 과정에 의해 내열성이 증가되므로, 최종 완제품인 표출재는 목표온도에서 열변형이 가능한 것이다.
성형수단(120)은 핫 프레스(hot press)를 더 포함할 수 있다. 성형수단(120)은 조성물을 설정된 규격의 몰드에 넣고 압축시켜 시트의 형상으로 제조할 수 있다. 이때 시트 형상으로 제조할 때도 가공 온도는 기본재료의 융점보다 높고 목표온도보다 낮은 온도이다.
성형수단(120)은 기본재료의 융점 이상으로 가열된 upper와 lower사이에 제조할 설정된 규격의 몰드에 호떡모양의 파트를 넣고 압축하여 시트 형태로 제조할 수 있다.
가교결합수단(130)은 전자빔 가속기를 포함할 수 있다. 가교결합수단(130)은 목표온도보다 낮은 온도로 시트를 가교결합시켜 목표온도의 내열성과 탄성력을 갖는 표출재를 제조할 수 있다.
가교(Crosslinking) 결합은 사슬모양의 고분자 사이를 화학결합을 통해 연결시키는 화학반응이다. 일반적으로 고분자 중합체의 성질을 개량할 목적으로 이용되고 있으며, 가교도(가교결합의 수)가 높을수록 고분자 재료의 열가소성 특성은 감소하는 반면 기계적 강도와 내열특성이 증가하는 특징이 있다. 이로 인해 기본재료는 가교결합 이전에 융점이 낮지만, 가교 결합을 통하여 목표온도에서 열변형이 가능한 것이다.
일반적인 EPDM은 대부분 황을 이용하는 가황공정을 통해서 가교를 하지만, 과산화물을 이용해 내열성이 뛰어난 고무를 만들거나 높은 에너지의 방사선을 조사해서 가교를 시키는 방법이 있다. 하지만 황을 이용하거나 과산화물을 이용하는 가교방법의 경우 표출재 재료의 방출온도와 비슷하거나 높은 온도에서 이루어져야 하기 때문에 저온에서도 가교가 가능한 방사선 조사를 통한 가교 방법이 적합하다.
즉 표출재 재료의 방출온도와 비슷하거나 높은 온도에서 가교가 이루어지면 제조과정에서 화재징후를 표출하는 가스의 손실이 발생할 수 있다. 또한 황 성분은 도체를 부식시키는 성질이 있으므로, 표출재의 가황 공정에 부적합할 수 있다.
방사선을 이용한 가교는 높은 에너지의 전자빔을 재료에 조사하게 되면 높은 반응성을 가지는 라디칼(Radical)이 형성이 되고, 이 라디칼이 사슬을 계속 공격하여 반응이 동시다발적으로 일어나게 된다. 저온에서도 조사 가능하고 소요되는 시간이 짧다는 장점이 있지만, 기기 설비비용이 높고 모든 고분자재료에서 가교반응이 일어나는 것은 아니라 재료의 제한이 있다.
본 발명은 표출재의 열변형을 위한 목표온도보다 낮은 온도에서 혼합과 가교결합의 공정이 이루어져 가스방출재의 가스손실을 최소화할 수 있다. 표출재는 목표온도에서 가스방출재의 가스방출이 가능하다.
조성물은 가교제 또는 상용화제를 더 포함할 수 있다. 가교제는 전자빔 가교시 효율을 높이기 위한 물질로서 대표적으로 TMPTMA이다. 상용화제는 기본재료와 가스방출재가 잘 섞이도록 하는 물질로서, 대표적으로 EPDM-g-MAH이다.
조성물은 규조토를 더 포함할 수 있다. 가스방출재는 복수의 재료일 수 있고, 규조토는 복수의 가스방출재가 기본재료에 잘 흡수되도록 돕기 위한 물질로서, 대표적으로 Radiolite F20이다. 추가된 가스방출재는 이소보닐 아크릴레이트(Isobonyl acrylate) 또는 탄산수소나트륨이다.
도 6은 2개의 칼날이 박혀있는 몰드를 이용한 펀칭 기반의 성형수단을 도시한 예로서, 성형수단(130)은 2개의 칼날이 박혀있는 몰드를 이용한 펀칭수단을 포함할 수 있고, 시트 형상의 표출재를 몰드에 프레스하여 한번에 링 형상의 표출링을 제조할 수 있다.
도 7은 2개의 칼날을 각각 제작하여 표출링을 제작하는 방법을 도시한 예로서, 2개의 칼날을 각각 제작된 성형수단(130)을 이용하여 두 번 스텝의 공정이 이루어질 수 있다.
도 8은 제조방법과 제조장치의 특징을 함께 도시한 다른 예로서, 성형수단(120)은 용융된 조성물을 호퍼에 삽입하고, 와이어 또는 오링 형상의 표출재로 사출성형시킬 수 있다.
가교결합수단(130)은 와이어를 이송시키면서 와이어 기반의 표출재를 가교결합시킬 수 있고, 성형수단(120)은 가교결합된 표출재를 설정된 길이로 절단시키고, 절단면을 접합시켜 표출재를 오링의 형태로 성형시킬 수 있다. 가교결합수단(130)은 오링 형상의 표출재를 가교결합을 시킬 수 있다.
도 9는 종래의 전기절연재와 본 발명의 표출링의 비교 및 종래의 고무링과 본 발명의 표출링을 비교한 예로서, 종래에는 전기화재를 예방하기 위하여 난연성이 있는 전기 절연재를 개발하는 것이고, 본 발명은 전기 절연재보다 조기에 화재징후를 나타낼 수 있는 표출링인 점에서 차이점이 있다.
종래의 고무링은 패킹이나 밀봉의 용도로 사용되지만, 본 발명의 표출링은 화재징후(외형변화, 냄새 및 가스)를 표출하는 용도로 사용되는 점에서 차이점이 있다.
도 10은 종래의 표출링과 본 발명의 표출링을 비교한 예로서, 본 출원인은 과거에 열경화성 플라스틱 기반의 표출링을 제작한 바가 있고, 도 10에 도시된 바와 같이 기존 문제점을 개선한 열가소성 엘라스토머 기반의 표출링을 제작하였다.
본 발명은 전기산업 분야의 화재징후 감시뿐만 아니라 특정 용도의 감시에 적용할 수 있다. 더욱 상세하게는 본 발명은 목표온도가 약 150℃ 부근인 표출재이였지만, 약 100℃ 미만의 표출재 또는 약 200℃ 이상의 표출재도 필요할 수 있다.
본 발명은 약 100℃ 미만의 표출재를 제조하기 위해서 아세테이트류에서 낮은 끓는 점을 가지는 Methyl acetate(57.1℃), Ethyl acetate(77.1℃)과 같은 유기용매를 사용하여 제작할 수 있다.
본 발명은 약 200℃ 이상의 표출재를 제조하기 위해서 PDMS인 기본재료를 사용하거나, 높은 끓는점을 가지는 Hexyl acetate, Heptyl acetate, n-Decyl acetate등과 같은 유기용매를 사용하여 제작할 수 있다.
PDMS란 Polydimethylsiloxane, 또는 dimethylpolysiloxane라고 불리는 유기규소 화합물로서 가장 간단한 형태이면서도 가장 널리 사용되는 규소계 고분자이다. PDMS는 우리가 흔히 이야기하는 '실리콘(Silicone)'이 바로 이 물질을 지칭한다. PDMS는 투명하면서도 독성이 낮고 불연성이기 때문에 일상생활뿐만 아니라 산업적으로도 널리 사용되는 중요한 물질이다.
PDMS는 Sylgard 184처럼 주제(Base resin)와 경화제(Curing agent) 이루어져 있다. 주제의 경우 아래의 그림처럼 불포화된 이중결합을 가지는 base oligomer들이 들어있고, 경화제에는 가지형태를 가져 가교를 이루게 해주는 crosslinking oligomer와 백금 촉매가 같이 들어있어 주제와 경화제를 섞어주면 base oligomer의 이중결합이 풀리며 가교결합이 형성된다.
PDMS 가교의 경우 온도에 따라 경화시간이 달라진다. PDMS는 온도가 높을수록 경화시간이 빨라져서 상업적으로 유용하지만 표출재의 특성상 표출재의 표출온도보다 낮은 온도에서 제작하는 것이 유리하기 때문에, 가교결합수단(130)은 상온 또는 목표온도보다 낮은 상태에서 경화가 이루어질 수 있다.
도 11은 PDMS 경화를 위한 몰드를 도시한 예로서, 가교결합수단(130)을 경화를 위한 몰드를 포함할 수 있다. 기본재료는 열경화성 엘라스토머이면 PDMS으로 이루어질 수 있다. 가스방출재는 PDMS의 목표온도를 고려하여 헥실 아테이트류, 헵틸 아세테이트류 또는 n-데실 아세테이트류일 수 있다. PDMS 기반의 표출재도 성형수단(130)에 의해 표출링의 형태로 성형될 수 있다.
PDMS를 기반으로 표출재를 제조한다면 성형수단(120)과 가교결합수단(130)은 일체형으로 제작되어 성형과 가교결합 공정이 함께 이루어질 수 있다. 예를 들어 제조장치(100)는 몰드의 일면을 오링의 외주면 형상의 홈으로 제작되고, 타면을 오링의 내주면에 대응하는 돌출부로 제작된다.
본 발명은 PDMS가 액체 상태이기 때문에 가스방출재와의 혼합되기 쉽고, 몰드에 부어져서 경화되는 동시에 오링 형상의 표출재로 제작됨으로써, 제조공정 시간이나 복잡도를 감소시킬 수 있다.
100: 제조장치 110: 혼합수단
120: 성형수단 130: 가교결합수단
120: 성형수단 130: 가교결합수단
Claims (6)
- 혼합수단(110), 성형수단(120) 및 가교결합수단(130)을 포함하는 제조장치(100)를 이용하여 화재징후를 표출하는 엘라스토머 기반의 표출재 제조방법에 있어서,
상기 혼합수단이 기본재료와 가스방출재를 혼합시켜 조성물을 준비하는 단계;
상기 성형수단이 조성물을 설정된 형상의 표출재로 성형하는 단계 및
상기 가교결합수단이 성형된 표출재를 가교결합시켜 목표온도의 내열성과 탄성력을 갖는 표출재로 제조하는 단계를 포함하여,
목표온도보다 낮은 온도에서 혼합과 가교결합의 공정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 엘라스토머 기반의 표출재 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 기본재료는 열가소성 엘라스토머이고,
상기 혼합수단은 기본재료의 융점보다 높고 목표온도보다 낮은 온도에서 기본재료를 용융시킨 후 가스방출재를 첨가하여 조성물을 준비하는 것을 특징으로 하는 엘라스토머 기반의 표출재 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 기본재료는 열경화성 엘라스토머이고,
상기 성형수단과 가교결합수단은 일체형으로 제작되어 성형과 가교결합 공정이 함께 이루어지는 것을 특징으로 하는 엘라스토머 기반의 표출재 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 기본재료는 EPDM 또는 EVA로 이루어진 열가소성 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 기반의 표출재 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 기본재료는 PDMS로 이루어진 열경화성 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 기반의 표출재 제조방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 엘라스토머 기반의 표출재.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220148011A KR102499466B1 (ko) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | 엘라스토머 기반의 표출재 및 그 제조방법 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008053233A (ja) * | 2006-08-22 | 2008-03-06 | Tyco Electronics Uk Ltd | 電線用の絶縁物及び絶縁電線の製造方法 |
| KR101610792B1 (ko) | 2015-12-30 | 2016-04-08 | 이승철 | 금속함 내 전기화재 사전 감지 장치 및 방법 |
| KR102375495B1 (ko) | 2021-10-13 | 2022-03-16 | 더블유에스테크 주식회사 | 화재징후 표출용 도체접속 어셈블리 |
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2022
- 2022-11-08 KR KR1020220148011A patent/KR102499466B1/ko active IP Right Grant
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