KR102615235B1 - 석고계 판재 제조 장치 - Google Patents

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세이고 이시바시
마사루 요시다
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요시노 셋고 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 석고 슬러리를 조제하는 믹서와, 발포 장치와, 상기 발포 장치에서 제작된 거품을 상기 믹서로 반송하는 펌프를 포함하고, 상기 펌프가 용적형 펌프인 석고계 판재 제조장치를 제공한다.

Description

석고계 판재 제조 장치
본 발명은 석고계 판재 제조 장치에 관한 것이다.
방화성(防火性)//내화성(耐火性), 차음성(遮音性), 단열성, 시공성, 경제성 등이 우수하다는 점에서, 강화 석고 보드, 보통 경질 석고 보드, 유리 섬유 부직포 함유 석고판, 유리 매트 석고 보드 등의 석고계 판재가 종래부터 널리 사용되고 있다.
석고계 판재는, 석고 슬러리를 성형하고 석고 슬러리 성형체를 경화시킴으로써 제조할 수 있다. 한편, 석고 슬러리를 성형하여 성형체를 형성할 때에, 성형체의 표면 또는 표면 근방에, 필요에 따라 보드용 원지, 유리 섬유 부직포 등을 배치할 수 있다.
그리고, 석고 슬러리는 소석고와, 물, 필요에 따라서는 접착제와 그 밖의 각종 첨가제까지를 믹서 등에 의해 혼합 교반하고, 경우에 따라서는 거품을 소정 비중이 되도록 첨가하여 조제할 수 있다. 이를 위해, 석고계 판재를 제조할 때에 사용하는 석고계 판재 제조장치는, 석고 슬러리의 원료를 혼합하는 믹서(혼합 교반기), 거품을 발생시키는 발포(發泡) 장치 등을 가지고 있다.
근래에는, 석고 슬러리에 거품을 첨가하여 당해 거품에서 유래하는 공극을 함유하는 경량의 석고계 판재가 널리 제조되고 있다. 이렇게 석고 슬러리에 첨가한 거품에서 유래하는 공극을 함유하는 석고계 판재를 제조하는 경우, 석고 슬러리 내에 거품이 균일하게 분산되지 않고 거품이 응집, 치우치거나 하면, 석고계 판재의 표면이 국소적으로 부풀어 오르거나 결함 등이 발생할 우려가 있다.
그리하여, 석고 슬러리 내에 거품을 균일하게 분산시킬 수 있는 믹서에 대해 종래부터 각종의 검토가 이루어져 왔다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 외주에 원환벽을 구비한 편평하고도 원형인 케이스와, 당해 케이스 내에 배치되며 소정의 회전 방향으로 회전하는 회전반과, 케이스 내에서 혼련된 석고 슬러리를 케이스 밖으로 배출하기 위해 원환벽에 개구된 슬러리 배출구와, 한쪽 개구단이 슬러리 배출구에 접속되고 다른쪽 개구단이 실질적으로 수직 원통 형상인 슬러리 급송관에 연결된 중공 연결부와, 석고 슬러리에 거품을 공급하는 거품 공급구를 포함하고, 거품 공급구는, 슬러리 배출구로 유입되기 직전의 석고 슬러리에 거품을 공급하도록 슬러리 배출구에 있어 회전 방향 상류측의 원환벽에 구비되며, 또한 중공 연결부로 유입된 석고 슬러리에 거품을 공급하도록 당해 중공 연결부에 구비된 것을 특징으로 하는 혼합 교반기가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 석고 슬러리를 혼련하는 혼련 영역과, 당해 석고 슬러리를 혼련 영역으로부터 송출하는 슬러리 송출부와, 혼련 영역 및/또는 슬러리 송출부의 석고 슬러리에 거품 또는 거품제를 압력 하에 공급하는 거품 또는 거품제 공급구를 포함하고, 거품을 혼입시킨 석고 슬러리를 석고 보드 또는 석고판의 성형 라인으로 공급하도록 구성된 석고 슬러리 혼합 교반기에 있어서, 공급구는 토출 영역을 분할하는 구분재를 포함하고, 당해 구분재는 토출 영역을, 거품 또는 거품제를 동시에 석고 슬러리로 공급하는 복수 개의 개구부로 분할하는 것인, 석고 슬러리 혼합 교반기가 개시되어 있다.
전술한 특허문헌 1,2에 개시된 혼합 교반기와, 거품을 공급하는 발포 장치(기포 장치)는, 예를 들어, 배관에 의해 직접 접속되어 있으며, 발포 장치에서의 거품 발생량을 제어함으로써 석고 슬러리로의 거품 첨가량을 제어하는 방법이 채용되고 있었다.
국제특허공개공보 제2004/103663호 국제특허공개공보 제2015/093209호
그러나, 발포 장치에서의 거품 발생량을 제어함으로써 석고 슬러리로의 거품 첨가량을 제어하는 경우, 예를 들어, 믹서 내 석고 슬러리 잔량의 미세한 변화 등에 수반되는 압력 변동의 영향에 의해, 석고 슬러리로의 거품 첨가량에 극히 미세한 변화가 발생하는 경우가 있다.
전술한 믹서 내 압력 변동 등에 따라 석고 슬러리로의 거품 첨가량이 변화하는 것은 극히 미세한 것이기는 하나, 근래에는 석고계 판재의 비중을 보다 높은 정밀도로 제어할 것이 요구되게 되었다. 그리고, 석고계 판재의 비중은 주로 석고 슬러리에 첨가하는 거품의 양에 의해 변동하는 것이므로, 믹서 내 압력 변동 등에 영향받지 않고서, 석고 슬러리에 대한 거품의 첨가량을 정밀하게 제어할 수 있는 석고계 판재 제조장치가 요구되고 있다.
상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 본 발명의 일 측면에서는, 석고 슬러리에 대한 거품의 첨가량을 정밀하게 제어할 수 있는 석고계 판재 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에서는, 석고 슬러리를 조제하는 믹서와, 발포 장치와, 상기 발포 장치에서 제작된 거품을 상기 믹서로 반송하는 펌프를 포함하고, 상기 펌프가 용적형 펌프인 석고계 판재 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 석고 슬러리에 대한 거품의 첨가량을 정밀하게 제어할 수 있는 석고계 판재 제조장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명 실시형태에서의 석고계 판재 제조장치의 개략 설명도이다.
도 2는 본 발명 실시형태에서의 믹서의 사시도이다.
도 3은 본 발명 실시형태에서의 믹서의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명 실시형태에서의 믹서의 종단면도이다.
도 5a는 본 발명 실시형태에서 펌프의 종류에 따른 석고계 판재 내 거품 유래 공극의 형상 차이에 대한 설명도이다.
도 5b는 본 발명 실시형태에서 펌프의 종류에 따른 석고계 판재 내 거품 유래 공극의 형상 차이에 대한 설명도이다.
도 5c는 본 발명 실시형태에서 펌프의 종류에 따른 석고계 판재 내 거품 유래 공극의 형상 차이에 대한 설명도이다.
도 6은 본 발명 실시형태에서의 성형 수단의 설명도이다.
도 7a는 실시예 1에서 석고 보드의 보드 중량의 빈도 분포이다.
도 7b는 실시예 1에서 석고 보드의 두께의 빈도 분포이다.
도 8a는 비교예 1에서 석고 보드의 보드 중량의 빈도 분포이다.
도 8b는 비교예 1에서 석고 보드의 두께의 빈도 분포이다.
이하에서 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명하는데, 본 발명은 하기 실시형태로 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않으면서 하기 실시형태에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.
본 실시형태의 석고계 판재 제조장치의 일 구성예에 대해 설명한다.
본 실시형태의 석고계 판재 제조장치는 석고 슬러리를 조제하는 믹서와, 발포 장치와, 발포 장치에서 제작된 거품을 믹서로 반송하는 펌프를 포함하고, 펌프는 용적형 펌프로 할 수 있다.
도 1을 이용하여 본 실시형태의 석고계 판재 제조장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명 실시형태의 석고계 판재 제조장치(10)의 개략도를 나타내고 있다. 본 실시형태의 석고계 판재 제조장치(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 석고 슬러리를 조제하는 믹서(11), 발포 장치(12), 발포 장치(12)에서 제작된 거품을 믹서(11)로 반송하여 도입시키는 펌프(13)를 포함할 수 있다.
발포 장치(12)와 펌프(13)의 사이, 펌프(13)와 믹서(11)의 사이는, 예를 들어, 도 1에 나타내는 바와 같이, 각각 배관(141), 배관(142)에 의해 접속할 수 있어서, 발포 장치(12), 펌프(13), 믹서(11)는 배관(141,142)에 의해 직렬로 접속할 수 있다. 그리하여, 발포 장치(12)에서 발생된 거품은 배관(141)을 통해 펌프(13)로 공급될 수 있고, 나아가 펌프(13)로부터 배관(142)을 통해 믹서(11)로 공급될 수 있다. 즉, 펌프(13)는 거품의 반송 경로에 있어 발포 장치(12)와 믹서(11)의 사이에 설치될 수 있다.
한편, 배관(141,142)으로는 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 금속제나 수지제의 관 형상체, 구체적으로는, 예를 들어, 금속제 또는 수지제의 파이프, 호스 등을 사용할 수 있다.
이하에서 각 부재에 대해 설명한다.
우선, 믹서(11)의 구성예에 대해 설명한다.
믹서(11)로는 특별히 한정되지는 않으며, 원료를 혼련하여 석고 슬러리를 조제할 수 있는 믹서라면 각종의 믹서를 사용할 수 있다.
믹서(11)는 원료 공급부와 혼련 영역과 슬러리 송출부를 가질 수 있다.
그리하여, 믹서(11)는 원료 공급부로서 예를 들어 혼련 영역 내에 분말체 성분을 공급하는 분말체 공급구(미도시), 혼련 영역 내에 액체 성분을 공급하는 액체 공급구(미도시) 등을 가질 수 있다. 분말체 공급구는, 예를 들어, 분말체 성분을 공급하는 분말체 공급관(111A)에 접속시켜 둘 수 있다. 또한, 액체 공급구는, 액체 성분을 공급하는 액체 공급관(111B)에 접속시켜 둘 수 있다. 한편, 분말체 공급관(111A), 액체 공급관(111B)의 일부 또는 전부는 원료 공급부의 일부를 구성할 수도 있다.
그리고, 이들 공급관으로부터 공급된 분말체 성분과 액체 성분을 혼련 영역에서 교반, 혼합함으로써 석고 슬러리를 조제할 수 있다.
도 2~도 4를 이용하여 믹서(11)의 구체적인 구성예에 대해 설명한다.
도 2는 믹서(11)의 전체 구조를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A`선에서의 횡단면도로서 믹서(11)의 내부 구조를 나타내고 있다. 도 4는 도 2의 B-B`선에서의 종단면도로서 믹서(11)의 내부 구조를 나타내고 있다. 한편, 공통되는 부재에는 같은 번호를 붙이고 있다. 또한, 도 4에서는 분말체 공급관(111A)의 기재를 생략하고 있다.
믹서(11)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 편평한 원통 형상의 케이스(21)를 가질 수 있으며, 케이스(21)는 수평 원판 형상의 상판(211)과, 수평 원판 형상의 하판(212)과, 상판(211)과 하판(212) 사이의 외주 부분에 배치된 외주벽(213)을 가질 수 있다.
상판(211)과 하판(212)은 높이 방향으로 소정 간격을 두고 있으며, 믹서(11)의 케이스(21) 내로 공급된 분말체 성분(P)과 액체 성분(L)을 혼련할 수 있도록, 혼련 영역(21a:도3,도4를 참조)을 믹서(11) 내에 형성하고 있다.
상판(211)의 중심부에는 원형 개구부(2111)가 형성되며, 상판(211)에 수직인 회전축(22)의 확대 하단부(221)가 당해 원형 개구부(2111)를 관통하도록 구성될 수 있다.
회전축(22)은 회전 구동 장치(미도시), 예를 들어, 전동 모터 등에 연결시켜 둘 수 있으며, 예를 들어, 도면에서 γ로 나타낸 시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 한편, 필요에 따라서는 회전 구동 장치(미도시)와 회전축(22)의 사이에 변속 장치 등을 설치하여 둘 수도 있다.
그리고, 믹서(11) 안에서 혼련할 분말체 성분(P)을 혼련 영역(21a) 내로 공급하는 분말체 공급관(111A)을 상판(211)에 접속시켜 둘 수 있다. 또한, 믹서(11) 안에서 혼련할 액체 성분(L)을 혼련 영역(21a) 내로 공급하는 액체 공급관(111B)도 상판(211)에 접속시켜 둘 수 있다.
한편, 믹서(11) 안, 예를 들어, 혼련 영역(21a) 내의 내압이 과도하게 상승하는 것을 방지하기 위해, 내압 조정 수단(미도시) 등을 케이스(21)의 어느 한 부분, 예를 들어, 상판(211)에 설치하여 둘 수도 있다.
또한, 분말체 성분(P), 액체 성분(L)에 대해서는 특별히 한정되지는 않으며, 제조할 석고계 판재에 따라 임의로 선택할 수 있다. 분말체 성분(P)으로는, 예를 들어, 소석고, 접착성 향상제, 무기 섬유 및 경량 골재, 내화재, 응결 조정제, 응결 촉진제, 감수제(減水劑), 거품 직경 조정제, 발수제 등의 각종 첨가제를 함유할 수 있다. 또한, 액체 성분(L)으로는, 예를 들어, 물, 액체의 응결 조정제, 응결 촉진제, 감수제, 거품 직경 조정제, 발수제 등의 각종 첨가제를 포함할 수 있다. 여기에서는, 분말체 공급관(111A)과 액체 공급관(111B)을 각각 한 개씩 배치한 예를 나타내고 있으나, 이러한 형태에 한정되지는 않고, 필요에 따라 각각 복수 개 설치할 수도 있다.
도3, 도4를 이용하여 믹서(11)의 케이스(21) 내 구조에 대해 설명한다. 케이스(21) 안에는 회전 원판(23)이 회전 가능하게 배치되어 있다. 그리고, 회전 원판(23)의 중심부가 회전축(22)의 확대 하단부(221)의 하단면에 고정되어 있다. 그리하여, 회전 원판(23)은 회전축(22)과 함께, 예를 들어 γ방향으로 회전할 수 있다.
회전 원판(23)은 그 외주 영역에 다수 개의 치형부(齒型部,231)를 가질 수 있고, 치형부(231) 상에는 복수 개의 하위 핀(232)을 회전 원판(23) 상면에 수직으로 고정할 수 있다. 또한, 회전 원판(23)의 치형부(231)보다 내부 영역에서도, 회전 원판(23)의 상면에 수직이 되도록 복수 개의 하위 핀(233)을 고정하여 둘 수 있다.
그리고, 도 4에 나타내는 바와 같이, 상판(211)에는 복수 개의 상위 핀(2112)을 고정시켜 둘 수 있는데 혼련 영역(21a) 내로 늘어뜨려져 있다. 그리고, 하위 핀(233)과 상위 핀(2112)은 회전 원판(23)의 반경 방향으로 교대로 배치되어 있으며, 회전 원판(23)이 회전함으로써 양자가 상대 이동하여 케이스(21) 안으로 도입된 석고 슬러리 원료를 혼합, 교반할 수 있다.
석고 슬러리를 조제할 때에는, 믹서(11)의 회전 구동 장치(미도시)를 작동시켜 회전축(22)과 확대 하단부(221)에 의해 동력이 회전 원판(23)으로 전달되어, 회전 원판(23)이 γ방향으로 회전할 수 있다. 이 때, 분말체 공급관(111A)과 액체 공급관(111B)으로부터 석고 슬러리의 원료인 분말체 성분(P)과 액체 성분(L)을 혼련 영역(21a) 내로 동시에 공급할 수 있다. 혼련 영역(21a) 내로 공급된 석고 슬러리 원료인 분말체 성분(P)과 액체 성분(L)은 혼합 교반되면서, 원심력의 작용에 의해 그리고 치형부(231)에 의해 바깥쪽 및 회전 방향 전방으로 가압되어, 회전 원판(23) 상에서 바깥쪽으로 이동하여 외주 영역에서 둘레 방향으로 유동(流動)한다.
여기에서, 도 3에서 나타내는 바와 같이, 믹서(11)의 혼련 영역(21a) 내에서 분말체 성분(P)과 액체 성분(L)을 혼련하여 조제한 석고 슬러리를 믹서(11)의 외부로 배출하는 분취구(24a,24b), 슬러리 송출부(25)를 케이스(21)의 외주벽(213)에 설치하여 둘 수 있다. 한편, 분취구(24a,24b), 슬러리 송출부(25)를 하판(212)에 설치하여 둘 수도 있다.
분취구(24a,24b)에는, 예를 들어 도3, 도4에 나타낸 바와 같이, 분취관(241a,241b)이 각각 접속되며, 당해 분취관(241a,241b)을 통해, 조제된 석고 슬러리를, 예를 들어 성형기 등으로 공급할 수 있다. 한편, 여기에서는, 분취구(24a,24b)에서 배출한 석고 슬러리에 거품을 첨가하지 않는 경우의 예를 나타내고 있으나, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 종래에 알려져 있는 바와 같이, 분취구(24a,24b)에서도 석고 슬러리에 거품을 첨가하여, 조제된 석고 슬러리에 거품을 첨가하도록 구성할 수도 있다. 한편, 분취구(24a,24b)에서 석고 슬러리에 거품을 첨가하는 경우에는, 예를 들어, 발포 장치(12)로부터 분취구(24a,24b)로 거품을 직접 공급, 첨가할 수도 있다.
슬러리 송출부(25)는, 외주벽(213)에 설치한 슬러리 송출구(251)와, 당해 슬러리 송출구에 접속된 중공 연결부(252)와, 수직 슈트(253)를 포함할 수 있다.
또한, 슬러리 송출부(25)에는, 펌프(13)에 의해 반송된 거품을 석고 슬러리로 공급하는 거품 공급구(143)를 설치(개구)하여 둘 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 슬러리 송출부(25) 중, 중공 연결부(252)에 거품 공급구(143)를 설치(개구)하여 둘 수 있다. 그리고, 앞서 설명한 펌프(13)에 접속된 배관(142)은 거품 공급구(143)에서 슬러리 송출부(25)에 접속되어 있어서, 당해 거품 공급구(143)를 통해 슬러리 송출부(25), 예를 들어, 중공 연결부(252)에 접속될 수 있다.
이러한 구성을 가짐으로써, 혼련 영역(21a)에서 조제되어 슬러리 송출구(251)를 통해 중공 연결부(252)로 유입된 직후의 석고 슬러리에 거품(M)을 첨가할 수 있다. 거품이 첨가된 석고 슬러리는 하류측의 수직 슈트(253) 쪽으로 진행하여, 수직 슈트(253) 안을 내주벽면을 따라 회전 운동함으로써, 거품을 석고 슬러리 내에 균일하게 분산시킬 수 있다.
한편, 슬러리 송출부(25)에서 거품을 첨가하는 경우, 중공 연결부(252)에 거품 공급구(143)를 설치하고 당해 거품 공급구(143)에 배관(142)을 접속하는 형태에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 중공 연결부(252)보다 하류측에 거품 공급구를 설치하고 당해 거품 공급구에 배관(142)을 접속시킬 수도 있다.
또한, 펌프(13)와 믹서(11)를 접속시키는 배관(142) 및 거품 공급구(143)는, 믹서(11)가 슬러리 송출부(25)에 접속되는 형태에 한정되지는 않고, 예를 들어, 도 3에 점선으로 나타낸 바와 같이 외주벽(213)에 접속된 배관(142`) 및 거품 공급구(143`)로 할 수도 있다. 이와 같은 거품 공급 방법에 의하면, 혼련 영역(21a)으로부터 슬러리 송출구(251)를 통해 배출되기 직전의 석고 슬러리에 거품이 첨가됨으로써, 중공 연결부(252)에 배관(142)을 접속시킨 경우와 마찬가지로 거품을 첨가한 석고 슬러리를 조제할 수 있다.
전술한 바와 같이 슬러리 송출부(25), 혼련 영역(21a) 등에서 거품을 첨가, 분산시킨 석고 슬러리는, 수직 슈트(253)로 흘러 내리게 하여 성형기 등으로 공급할 수 있다. 한편, 도2, 도4에서는, 수직 슈트(253)에 대해 짧은 원통 형상의 곧은관을 사용한 형태를 나타내고 있으나, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 일부를 도2, 도4에 나타낸 바와 같이 원통 형상으로 하고, 성형기로 공급하는 석고 슬러리의 반송 방향 하류측에서는 호스 모양의 임의 형상으로 할 수 있다. 이 경우, 수직 슈트(253)의 하류측에서는, 믹서(11) 및 성형 수단(16)의 레이아웃에 따라서는 굴곡부, 만곡부 등을 포함할 수도 있다. 또한, 중공 연결부(252)에 수직 슈트(253) 대신에 호스 형상 슈트를 접속시킬 수 있다. 즉, 수직 슈트(253)를 설치하지 않고, 중공 연결부(252)에 직접 호스 형상 슈트를 접속시킬 수 있다. 이 경우, 수직 슈트(253)의 경우와 마찬가지로, 당해 호스 형상 슈트 내에서 거품을 석고 슬러리 중에 균일하게 분산시킬 수 있다. 또한, 호스 형상 슈트는 믹서(11) 및 성형 수단(16)의 레이아웃에 따라서는 굴곡부, 만곡부 등을 포함할 수도 있다.
여기까지 믹서(11)의 구성예에 대해 설명하였으나, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 원료인 분말체 성분(P)과 액체 성분(L)을 혼련시켜 석고 슬러리를 조제할 수 있으며 당해 석고 슬러리에 거품을 첨가할 수 있는 믹서라면, 각종 형태의 것을 사용할 수 있다.
이어서, 발포 장치(12)에 대해 설명한다.
발포 장치(12)에서는, 예를 들어, 기포제를 사용하여 거품을 제작(생성)할 수 있다. 그리하여, 도 1에 나타낸 바와 같이, 발포 장치(12)에 대해 기포제를 공급하는 기포제 공급관(121A), 공기를 공급하는 공기 공급관(121B) 등을 접속시켜 둘 수 있다. 한편, 필요에 따라서는 물을 공급하는 공급관(미도시) 등을 설치하여 둘 수도 있다.
발포 장치(12)에서 기포제로부터 거품을 제작하는 방법은 특별히 한정되지는 않으며, 예를 들어, 기포제에 공기를 불어 넣는 프리포밍(pre-foaming) 방식을 사용할 수 있다.
프리포밍 방식에 의해 거품을 제작하는 경우, 발포 장치(12)는 주로 기포제 원액을 수납하는 기포제 수납 탱크를 가질 수 있다. 한편, 기포제 수납 탱크에는 전술한 기포제 공급관(121A)을 접속시켜 둘 수 있다.
또한, 발포 장치(12)는 일정량의 기포제 원액을 기포제 수납 탱크로부터 끌어 올리기 위한 펌프, 기포제 수납 탱크로부터 끌어 올려진 기포제 원액 안에 압축 공기를 불어 넣고, 얻어진 기포제 원액과 공기의 혼합물을 교반하여 기포제 원액으로부터 거품을 제작하는 발포부 등을 포함할 수 있다. 한편, 발포부에는 전술한 공기 공급관(121B)을 접속시켜 둘 수 있다.
기포제로부터 거품을 제작하는 방법으로서는, 전술한 바와 같이 기포제 원액에 압축 공기를 불어 넣고, 얻어진 기포제 원액과 공기의 혼합물을 교반하는 형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 기포제의 원액을 소정의 희석율이 되도록 미리 물로 희석하여 기포제 희석 용액으로 한 후, 당해 기포제 희석 용액에 압축 공기를 불어 넣고, 얻어진 기포제 희석 용액과 공기의 혼합물을 교반함으로써 거품을 제작할 수도 있다.
이 경우, 발포 장치(12)는, 물을 저장하는 물 탱크와, 물 탱크로부터 일정량의 물을 끌어 올리는 펌프를 더 포함할 수 있다. 또한, 발포 장치(12)는, 기포제를 소정의 희석율이 되도록 물로 희석하여 기포제 원액의 희석 수용액으로 하기 위한 희석 탱크와, 일정량의 기포제 희석 용액을 끌어 올리기 위한 펌프도 더 포함할 수 있다.
발포 장치(12)의 발포부에서, 기포제 원액 또는 기포제 희석 용액과 공기와의 혼합물을 교반하는 방법은 특별히 한정되지는 않으며, 예를 들어, 고속 교반에 의해 발생한 전단력을 가하여 교반함으로써 거품을 제작할 수 있다. 또한, 기포제 원액 또는 기포제 희석 용액과 공기와의 혼합물을 미세한 입자 형상의 비즈 내로 통과시킴으로써 교반할 수도 있다.
한편, 기포제, 물 및 공기에 관한 정량 정밀도를 향상시켜 일정량의 거품을 얻기 위해서는, 각 물질을 수송하는 배관의 도중에 공지의 유량계를 설치하고, 유량계에서의 검출값에 기초하여 각 물질의 유량을 자동적으로 제어할 수도 있다.
발포 장치(12)에서 사용하는 기포제는 특별히 한정되지는 않으며, 종래부터 석고계 판재의 제조에 사용되어 왔던 아니온성, 카티온성, 비이온성 및 양 이온성의 계면 활성제를 사용할 수 있다. 기포제는, 바람직하게는, 아니온성 계면 활성제이며, 특히 바람직하게는, 알킬, 알킬아릴, 알킬에테르, 알킬아릴에테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르(폴리에틸렌옥사이드알킬에테르), 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌알킬에테르(폴리에틸렌옥사이드폴리프로필렌옥사이드알킬에테르) 등의 황산염을 들 수 있다.
발포 장치(12)에서 제작하는 거품의 양은 특별히 한정되지는 않으나, 발포 장치(12)가 단위 시간당 제작하는 거품의 양은, 펌프(13)가 믹서(11)로 단위 시간당 반송하는 거품의 양 이상인 것이 바람직하다. 이것은, 발포 장치(12)가 단위 시간당 제작하는 거품의 양이 펌프(13)가 믹서(11)로 단위 시간당 반송하는 거품의 양보다 적으면, 발포 장치(12)의 발포부 내로 공급된 발포 전 기포제 등이 펌프(13)에 의해 반송될 우려가 있기 때문이다.
발포 장치(12)에서 제작된 거품은 펌프(13)를 통해 믹서(11)로 직접 반송될 수도 있으나, 발포 장치(12)와 펌프(13)의 사이에 서비스 탱크(버퍼, 미도시)를 설치하고, 당해 서비스 탱크 내에 담아 둘 수도 있다. 한편, 서비스 탱크를 설치하는 장소는 특별히 한정되지는 않으며, 예를 들어 발포 장치(12)의 안에 설치할 수 있다.
발포 장치(12)에서 제작된 거품을 펌프(13)를 통해 믹서(11)로 직접 반송하는 경우로서, 발포 장치(12)가 단위 시간당 제작하는 거품의 양보다 펌프(13)에 의해 단위 시간당 반송하는 거품의 양이 적은 경우에는, 배관(141) 등에 거품을 담아 둘 수도 있다.
다만, 이와 같이 배관(141), 서비스 탱크 내에 거품을 담아두는 경우, 이들 부재 내의 내압이 과도하게 상승하지 않도록 소정 압력 이상이 된 경우에 거품을 배출하는 수단, 예를 들어, 배압 밸브(122)를 설치하여 두는 것이 바람직하다. 한편, 도 1에서는 발포 장치(12)에 배압 밸브(122)를 접속시킨 예를 나타내고 있으나, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니며, 거품을 배출하는 수단은 예를 들어 배관(141), 서비스 탱크 등에 접속시킬 수도 있다.
또한, 전술한 거품을 배출하는 수단 대신에, 또는 거품을 배출하는 수단에 더하여, 배관(141), 서비스 탱크 등에, 압력계(미도시)와, 발포 장치(12)를 제어하는 제어 수단(15)을 설치하여 둘 수도 있다. 이 경우, 압력계로 검출되는 압력이 일정 압력 이상으로 되었을 때에, 압력계가 검출하는 압력이 저하될 때까지, 제어 수단(15)에 의해 발포 장치(12)에 의한 거품 제작을 정지하는 등의 제어를 할 수 있다.
이어서, 펌프(13)에 대해 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 종래의 석고계 판재 제조장치에서는, 발포 장치와 믹서가 배관으로 직접 접속되어 있는 구성을 가지므로, 믹서 내에서의 미세한 압력 변동에 의해 거품의 첨가량에도 변동이 생긴다는 문제가 있었다. 그리하여, 본 발명의 발명자들이 검토한 결과, 발포 장치(12)와 믹서(11)의 사이에 발포 장치(12)나 믹서(11)와는 별도로 펌프(13)를 배치함으로써, 믹서 내 미세한 압력 변동의 영향을 억제하고, 석고 슬러리로 거품이 첨가되는 양을 정밀하게 제어할 수 있음을 발견하였다.
이것은 발포 장치(12)에서 제작한 거품을 펌프(13)에 의해 믹서(11)로 공급함으로써 믹서(11) 내에서의 미세한 압력 변동에 대항할 수 있기 때문이라고 생각된다. 다만, 펌프의 종류에 따라서는, 그 구조상 거품에 대해 압력이 과도하게 작용하여 거품이 변형된 상태에서 석고 슬러리에 첨가되거나 거품이 꺼지는 현상 등이 발생할 우려가 있다.
그래서, 사용 펌프에 대해 검토를 더 진행한 결과, 펌프의 종류에 따라, 거품을 첨가한 석고 슬러리를 경화시켜 석고 경화체로 했을 때에 당해 석고 경화체 중에 포함되는 거품 유래 공극의 형상이 다르다는 점이 확인되었다.
이에, 사용 펌프의 종류에 따른, 거품을 첨가한 석고 슬러리를 경화시킨 석고계 판재 중에 포함되는 거품 유래 공극의 형상의 차이에 대해 도 5a~도 5c를 이용하여 설명한다.
도 5a는, 발포 장치(12)와 믹서(11)의 사이에 펌프(13)로서 용적형 펌프 중에서도 회전 펌프인 나사 펌프를 배치한 석고계 판재 제조 장치(10)에 의해 조제한, 거품을 첨가한 석고 슬러리를 경화시킨 석고계 판재의 단면을 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 확대하여 나타낸 도면이다.
또한, 도 5b는, 펌프(13)로서 용적형 펌프 중에서도 왕복 펌프인 다이아프램 펌프를 사용한 점 이외에는, 도 5a의 석고계 판재의 경우와 마찬가지로 하여 제작된 석고계 판재의 단면을 마찬가지로 하여 확대하여 나타낸 도면이다.
한편, 용적형 펌프는 일정 공간 용적에 있는 슬러리 등의 액상물을 왕복 운동, 회전 운동 등에 의해 용적 변화시켜서 액상물에 에너지를 가하여 반송하는 펌프이다. 그리고, 회전 펌프는 이러한 용적형 펌프 중에서도 회전하는 부품의 회전 운동에 의해 액상물을 흡인·토출하는 펌프이며, 왕복 펌프는 이러한 용적형 펌프 중에서도 부품의 왕복 운동에 의해 액상물을 흡인·토출하는 펌프이다.
도 5c는, 펌프(13)로서 임펠러를 케이싱 내에서 회전시켜 액체에 에너지를 가하는, 원심력을 이용한 원심식 펌프인 소용돌이 펌프를 사용한 점 이외에는, 도 5a의 석고계 판재의 경우와 마찬가지로 하여 제작된 석고계 판재의 단면을 마찬가지로 하여 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5a, 도 5b에 나타낸 용적형 펌프를 펌프(13)로서 사용하여 제작된 석고계 판재에서의 거품 유래 공극(51,52)은 대략 구 형상을 가지며, 그 크기도 거의 균일하게 되어 있음을 확인할 수 있다. 이에 대해, 도 5c에 나타낸, 펌프(13)로서 원심식 펌프인 소용돌이 펌프를 사용하여 제작한 석고계 판재에서의 거품 유래 공극(53)은, 부정형(不定形)으로 되어 있으며 도 5a, 도 5b에 나타낸 석고계 판재에 비해 크기에 불균일이 발생하는 것도 확인할 수 있다. 한편, 어떤 경우이든 펌프의 운전 조건을 변경하여 석고계 판재를 제작하고 마찬가지로 분석하였으나 같은 경향이 나타났다.
도 5c에 나타낸 석고계 판재를 제조할 때에는, 전술한 바와 같이 소용돌이 펌프를 사용하여 석고 슬러리에 거품을 첨가하며, 사용한 소용돌이 펌프에 의해 발포 장치로 제작된 거품에 외력이 강하게 작용하여 거품이 변형된 상태에서 석고 슬러리 중에 첨가되어 있다고 생각된다. 그리고, 전술한 바와 같이 변형된 상태의 거품이 석고 슬러리에 첨가되면 거품 끼리가 응집하기 쉬워지므로 석고 슬러리 내 거품의 크기에 불균일이 발생하게 된다.
그리하여, 펌프(13)로서 용적형 펌프가 아닌 소용돌이 펌프를 사용한 경우, 도 5c에 나타낸 바와 같이, 거품 유래 공극(53)의 형상이 부정형이며 또한 크기에 불균일이 발생하는 것이라고 생각된다.
한편, 도 5c에서는 석고계 판재에 대한 미시적 분석 결과를 나타내었는데, 도 5c에 나타낸 석고계 판재를 제조할 때와 같이 석고 슬러리 중의 거품이 응집하여 큰 거품이 발생하면, 얻어지는 석고계 판재에서는 거품에서 유래하는 거대한 공극이 발생하여 석고가 일부 깨져 있는 것처럼 보일 우려가 있다. 또한, 석고 슬러리 중에 생긴 큰 거품에 의해, 석고계 판재의 표면에 배치된 보드용 원지 등의 표면 피복재가 부풀어 오를 우려가 있다.
이에 대해, 도 5a, 도 5b에 나타낸 석고계 판재를 제작할 때에 사용한 용적형 펌프는, 운전 조건에 관계 없이, 발포 장치에서부터 믹서까지 거품에 지나치게 힘이 작용하지 않고서 반송할 수 있다. 그러므로, 도 5a, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 대략 구 형상이며 크기도 거의 균일한 거품 유래 공극(51,52)을 갖는 석고계 판재로 할 수 있다.
그리고, 용적형 펌프 중에서도 회전 펌프는 로터, 치차 등의 회전 운동에 의해 흡인·토출하여 작용하는 펌프이며, 거품에 지나치게 힘이 작용하지 않고서 석고 슬러리에 거품을 첨가할 수 있는 효과가 크다. 그리하여, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 펌프(13)로서 회전 펌프를 사용한 경우, 석고 슬러리 안에서 거품이 변형하거나 거품 끼리가 응집하는 것을 크게 억제할 수 있다. 또한, 거품이 꺼지는 것도 억제할 수 있다.
따라서, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 얻어지는 석고계 판재 중의 거품 유래 공극은, 특히 그 형상이 대략 구 형상이 되며, 거품 유래 공극의 크기도 대략 균일하게 할 수 있다. 또한, 얻어지는 석고계 판재에 있어서, 석고심 내에 거대한 공극이 발생하거나 표면 피복재가 부풀어 오르는 것도 억제할 수 있다.
이상의 검토 결과로부터, 펌프(13)로는, 바람직하게는, 발포장치(12)에서 제작된 거품에 지나치게 힘이 작용하지 않고서 반송할 수 있는 용적형 펌프를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 다이아프램 펌프, 피스톤 펌프 등의 왕복 펌프와, 기어 펌프, 베인 펌프, 나사 펌프 등의 회전 펌프를 사용할 수 있다.
그리고, 펌프(13)로는, 특히 회전 펌프가 바람직하며, 보다 바람직하게는, 나사 펌프를 사용할 수 있다. 나사 펌프는 나사형 회전자를 이용하여 대상물을 반송하는 형식의 펌프이며, 스크류 펌프라고도 한다.
나사 펌프에서는, 나사형 회전자가 스테이터 안을 회전함으로써, 양자의 간극에 캐비티라고 하는 독립된 일련의 밀폐 공간이 형성된다. 그리고, 회전자가 스테이터 내에서 회전함으로써 강한 흡인력을 발생시키면서 캐비티가 토출 쪽으로 이동하여, 거품에 과도한 힘이 가해지지 않고서 반송할 수 있다.
이러한 나사 펌프에 의하면, 무맥동, 정량 수송을 실현할 수 있으므로, 석고 슬러리로 거품이 첨가되는 양을 특히 정밀하게 제어할 수 있어서, 전술한 바와 같이 펌프(13)로서 보다 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 나사 펌프 중에서도, 특히 바람직하게는, 일축 나사 펌프를 사용할 수 있다. 일축 나사 펌프로는, 예를 들어, 일축 편심 나사 펌프(모노 펌프)가 알려져 있으며 바람직하게 사용할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 석고계 판재 제조장치에 있어, 펌프(13)는 발포 장치(12)와 믹서(11)의 사이에 배치할 수 있다. 이 때, 발포 장치(12)와 펌프(13) 사이의 거리 및 펌프(13)와 믹서(11) 사이의 거리는 특별히 한정되지는 않으나, 믹서(11) 내의 압력 변동이 거품 공급에 미치는 영향을 억제한다는 관점에서, 펌프(13)는 믹서(11)에 최대한 가까운 위치에 배치하는 것이 바람직하다.
그러므로, 펌프(13)와 믹서(11)를 접속하는 배관(142)의 길이(L2)는 발포 장치(12)와 펌프(13)를 접속하는 배관(141)의 길이(L1)보다 짧은 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이 펌프(13)를 믹서(11) 근방에 배치하는 것이 바람직하기 때문이다.
앞서 설명한 바와 같이, 종래에는 발포 장치와 믹서는 배관으로 직접 접속되어 있었다. 그러므로, 발포 장치 쪽의 압력이 믹서 쪽보다 높지 않으면, 거품을 믹서 쪽으로 공급할 수 없었다. 또한, 발포 장치로 거품을 발포시킴에 있어 압력은 제작되는 거품의 양 및 형상에 큰 영향을 미치므로, 발포 장치 쪽의 압력을 극단적으로 높일 수는 없었다. 또한, 믹서의 압력 변동을 받음으로써, 발포 장치가 제작하는 거품의 양 및 형상에 영향을 미칠 우려가 있었다.
이에 대해, 본 실시형태의 석고계 판재 제조장치(10)에서는, 펌프(13)의 송출 기능에 의해, 발포 장치(12)와 믹서(11) 간 압력에 관계 없이 발포 장치(12)로부터 믹서(11)로 거품을 정량적으로 공급할 수 있다. 구체적으로는, 펌프(13)의 거품 흡입구(131, 도1 참조)에서의 압력과 펌프(13)의 거품 토출구(132)에서의 압력 중 어느 쪽이 높더라도, 믹서(11)에 설치된 거품 공급구(143)로부터 거품을 정량적으로 공급할 수 있다. 또한, 믹서 쪽으로부터의 압력 변동에 대해서도 거품의 공급량은 영향을 받지 않는다.
그러므로, 본 실시형태의 석고계 판재 제조장치(10)에서는, 펌프(13)의 거품 흡입구(131)에서의 압력과 거품 토출구(132)에서의 압력이 특별히 한정되지는 않는다.
한편, 여기에서 말하는 펌프(13)의 거품 흡입구(131)란 펌프(13)가 발포 장치(12)로부터 반송된 거품을 흡입하는 개구부이며, 발포 장치(12)와 펌프(13)를 접속시키는 배관(141)은 거품 흡입구(131)에서 펌프(13)에 접속되어 있다. 또한, 여기에서 말하는 펌프(13)의 거품 토출구(132)란 펌프(13)가 발포 장치(12)로부터 반송된 거품을 토출하는 개구부이며, 펌프(13)와 거품 공급구(143)를 접속시키는 배관(142)은 거품 토출구(132)에서 펌프(13)에 접속되어 있다.
여기까지 본 실시형태 석고계 판재 제조장치(10)에 포함되는 부재에 대해 설명하였으나, 본 실시형태의 석고계 판재 제조장치는 전술한 발포 장치(12), 펌프(13), 믹서(11) 이외에도, 필요에 따라 각종 부재를 포함할 수 있다.
본 실시형태의 석고계 판재 제조장치(10)는, 예를 들어 도 1에 나타낸 바와 같이, 성형 수단(16)을 포함할 수도 있다. 도 6을 이용하여 성형 수단(16)의 구성예에 대해 설명한다. 한편, 여기까지 도면을 이용하여 설명한 부재에 공통되는 부재에는 같은 번호를 부여하고 있다.
성형 수단(16)은 믹서(11)에서 조제된 석고 슬러리를 원하는 형상, 크기로 성형, 가공하여 석고계 부재로 할 수 있다.
도면상 우측에서 좌측으로, 표면재인 표면 커버 원지(61, 보드용 원지)가 생산 라인을 따라 반송된다.
믹서(11)는 반송 라인에 관련되는 소정의 위치, 예를 들어, 반송 라인의 상방 또는 옆쪽에 배치할 수 있다. 믹서(11)에 대해서는 앞서 설명하였으므로, 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 믹서(11)에서 얻어진 석고 슬러리(63)를 믹서의 분취구(24a,24b)로부터 배출하여 분취관(241a,241b)을 통해 롤 코터(64)의 반송 방향 상류측에서 표면 커버 원지(61, 보드용 원지) 및 이면 커버 원지(62, 보드용 원지) 상에 공급할 수 있다.
표면 커버 원지(61) 및 이면 커버 원지(62) 상에 공급된 석고 슬러리(63)는 각각 롤 코터(64)의 늘려누름부에 도달하여 늘려누름부에서 늘려 눌러진다. 한편, 롤 코터(64)는 도포 롤(641), 받침 롤(642) 및 찌꺼기 제거 롤(643)을 포함할 수 있다. 그리고, 커버 원지가 도포 롤(641)과 받침 롤(642)의 사이를 통과할 때에, 표면 커버 원지(61) 및 이면 커버 원지(62) 상으로 석고 슬러리(63)를 눌러 누를 수 있다.
이와 같이 하여 석고 슬러리(63)의 박층과 가장자리부 영역이 표면 커버 원지(61) 상에 형성된다. 또한, 마찬가지로 석고 슬러리(63)의 박층이 이면 커버 원지(62) 상에 형성된다. 한편, 도 6에서는 롤 코터(64)를 이용하여 석고 슬러리(63)를 표면 커버 원지(61) 및 이면 커버 원지(62)에 도포하는 예를 나타내고 있으나, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 롤 코터(64)를 이용하여 석고 슬러리(63)를 표면 커버 원지(61) 또는 이면 커버 원지(62) 중 어느 한 쪽에만 도포할 수도 있다. 또한, 석고 슬러리(63)를 표면 커버 원지(61)의 측단부에만 배치할 수도 있다.
표면 커버 원지(61)는 그대로 반송되고, 이면 커버 원지(62)는 방향전환 롤러(65)에 의해 표면 커버 원지(61)의 반송 라인 방향으로 전환된다. 그리고, 표면 커버 원지(61) 및 이면 커버 원지(62)는 성형기(66)에 도달한다.
한편, 믹서(11)로부터 슬러리 송출부(25)를 통해, 거품이 첨가된 석고 슬러리(67)가 성형기(66) 앞으로 공급된다. 믹서(11)로부터 공급되며 성형기(66) 앞에 체류한, 거품을 함유하는 석고 슬러리(67)인 석고 슬러리 체류물(161)은, 성형기(66)에 의해 표면 커버 원지(61) 및 이면 커버 원지(62) 상에 형성된 박층 사이의 층이 되도록 성형되어 성형체를 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 것처럼 하여, 석고 슬러리 성형체인, 표면 커버 원지(61), 석고 슬러리, 이면 커버 원지(62)로 이루어지는 3층 구조의 연속적 적층체가 형성된다.
여기에서는, 슬러리 송출부(25)로부터 공급되는 석고 슬러리(67)에만 거품을 첨가한 형태를 예로 들어 설명하였으나, 종래부터 알려져 있는 바와 같이, 분취구(24a) 및/또는 분취구(24b)에서도 거품을 석고 슬러리에 첨가하여 거품을 함유하는 석고 슬러리로 할 수도 있다.
한편, 분취구(24a,24b)에서 거품을 석고 슬러리에 첨가하는 경우에는, 예를 들어, 거품을 발포 장치(12)에서 분취구(24a,24b)로 직접 공급, 첨가할 수도 있다.
성형기(66)에서 원하는 형상으로 성형한 후에는, 석고 슬러리 중의 소석고(반수 석고)가, 수화 반응에 의해 이수 석고의 침상 결정이 생겨서 응결, 응고되어 경화됨으로써, 석고계 판재로 된다.
한편, 여기에서는 석고 보드를 제조하는 성형 수단을 예로 들어 설명하였으나, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.
석고계 판재로는, 예를 들어, 석고 보드, 유리 매트 석고 보드, 유리 섬유 부직포 함유 석고판, 슬래그 석고판 등을 들 수 있다. 그리고, 성형 수단에서는, 제조할 석고계 판재에 맞추어 표면재인 보드용 원지를 유리 섬유 부직포(유리 티슈), 유리 매트 등으로 변경하고, 이를 표면에 또는 표면 근처에 매몰시키도록 배치하거나 또는 표면재를 사용하지 않고 성형할 수 있다.
그런데, 믹서(11)로부터의 석고 슬러리(67) 공급량이 변동하면, 석고 슬러리 체류물(161)의 체적이 변동하는 경우가 있다. 그리고, 본 발명 발명자들의 검토에 의하면, 성형기(66)에서 원하는 두께로 성형된 후 반송되고 있는 성형체의 두께는, 석고 슬러리 체류물(161)의 체적 변화에 따라 미세하기는 하나 변동하는 경우가 있다. 성형체의 두께가 변동함으로써, 얻어지는 석고계 판재의 두께도 변동할 우려가 있으므로, 보다 정확하게 두께가 제어된 석고계 판재를 제조한다는 관점에서, 석고 슬러리 체류물(161)의 체적은 대략 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.
그러므로, 본 실시형태의 석고계 판재 제조장치는, 예를 들어 도 1에 나타낸 것과 같이, 믹서(11)로 조제한 석고 슬러리를 성형하는 성형기에 더하여, 성형기 앞에 체류하는 석고 슬러리의 체적 변화를 검출하는 센서(17)를 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 센서(17)에서의 검출 결과인, 성형기(66) 앞에 체류하는 석고 슬러리의 체적 변화에 기초하여, 발포 장치(12)로부터 믹서(11)로 거품이 공급되는 양을 제어하는 제어 수단(15)을 가지는 것이 바람직하다.
석고 슬러리 체류물(161)의 체적을 제어하는 방법으로서, 예를 들어, 믹서(11)로 공급하는 분말체 성분(P)과 액체 성분(L)의 공급량을 제어하는 방법과, 믹서(11)로의 거품 공급량을 제어하는 방법을 생각할 수 있다.
전자의 경우, 믹서(11)로 공급하는 원료 공급량의 제어를 개시한 다음, 성형기(66) 앞의 석고 슬러리 체류물(161)에 공급되는 석고 슬러리의 체적이 변화할 때까지 믹서(11) 내에서의 원료 체류 시간에 따른 시간이 필요하게 된다. 이에 대해, 후자의 경우, 앞서 설명한 바와 같이 믹서(11)의 출구인 슬러리 송출부 근방에서 거품을 첨가하므로, 제어를 개시한 다음 성형기 앞의 석고 슬러리 체류물에 공급하는 석고 슬러리의 체적이 변화할 때까지의 시간을 짧게 할 수 있다.
그러므로, 전술한 바와 같이, 성형기 앞에 체류하는 석고 슬러리 체적의 변화를 검출하는 센서(17)에서의 검출 결과에 따라, 제어 수단(15)에 의해 발포 장치(12)에서 믹서(11)로의 거품 공급량을 제어하도록 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 발포 장치(12)로부터 믹서(11)로의 거품 공급량은, 예를 들어, 펌프(13)의 운전 조건, 발포 장치(12)의 운전 조건 등에 의해 제어할 수 있다.
제어 수단(15)은, 전술한 바와 같이, 센서(17)로부터의 검출 결과에 기초하여, 펌프(13) 등의 운전 조건을 제어하도록 구성되어 있으면 되며, 그 구체적인 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 1에 점선으로 나타낸 바와 같이, 제어 수단(15)은, 석고계 판재를 제조하고 있을 때에, 전술한 발포 장치(12), 펌프(13) 이외의 석고계 판재 제조장치(10)를 구성하는 각 부재, 즉, 믹서(11), 전술한 성형 수단(16), 센서(17) 등도 제어하도록 구성할 수도 있다.
또한, 제어 수단(15)은, 예를 들어, 석고계 판재 제조장치(10)에 포함되는 각 부재마다 설치하고, 각 부재에 설치된 제어 수단 간에 통신 등을 행할 수 있도록 구성하여 둘 수도 있다.
센서(17)의 구성에 대해서도 특별히 한정되지는 않는다. 성형기(66) 앞 석고 슬러리 체류물(161)의 체적 변화를 검출할 수 있는 센서이면 되므로, 예를 들어, 센서(17)와 석고 슬러리 체류물(161) 표면 사이의 거리 변화를 검출할 수 있는 비접촉식 센서, 석고 슬러리 체류물의 체류량을 측정할 수 있는 접촉식 및/또는 비접촉식 센서 등을 사용할 수 있다.
본 실시형태의 석고계 판재 제조장치는 여기까지 설명한 부재 이외에도 필요에 따라 각종 부재, 수단을 포함할 수 있다.
예를 들어, 성형 수단(16)에 더하여, 성형 수단(16)보다 하류 측에 예를 들어 성형기(66)에서 성형된 성형체를 초벌 절단하는 초발 절단 커터, 성형기(66)에서 성형된 성형체에 대해 잉여 수분을 건조시키는 건조 수단, 제조된 석고계 판재를 재단하는 재단 수단, 제조된 석고계 판재를 반송하는 반송 수단 등을 배치하여 둘 수도 있다.
또한, 도 1에서는 믹서(11)를 1대 설치한 예를 나타내었으나, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 복수 대의 믹서(11)를 설치할 수도 있다.
복수 대의 믹서를 설치하는 경우로서, 예를 들어, 도 6에 나타낸 성형 수단에 대해 설명한 바와 같이, 거품을 첨가하지 않는 석고 슬러리(63)와 거품을 첨가하는 석고 슬러리(67)를 제조하는 경우, 석고 슬러리(63)와 석고 슬러리(67)를 별도의 믹서로 만들 수도 있다.
석고계 판재 제조장치(10)가 복수 대의 믹서(11)를 가지는 경우, 복수 대의 믹서 중 석고 슬러리에 거품을 첨가하는 믹서에 대해서는, 이제까지 설명한 바와 같이, 발포 장치(12) 및 펌프(13)를 접속시키도록 구성하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 본 실시형태의 석고계 판재 제조장치에 의하면, 발포 장치와 믹서의 사이에 펌프를 구비하므로, 믹서 내 내압 변화에 관계 없이 석고 슬러리에 대한 거품 첨가량을 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 석고계 판재 제조장치에 의하면, 전술한 바와 같이, 석고 슬러리에 대한 거품 첨가량을 정밀하게 제어할 수 있으므로, 예를 들어, 비중이 0.4 이상 0.7 이하인 거품 유래 공극을 다수 포함하는 석고계 판재의 제조에 필요에 따라 적절히 사용할 수 있다.
[실시예]
이하에서 구체적인 실시예를 들어 설명하나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
도 1에 나타낸 석고계 판재 제조장치(10)를 이용하여, JIS A 6901(2014)에서 규정되는 판 두께 12.5mm, 폭 909mm, 길이 1820mm의 석고 보드를 100개 제조하고 당해 석고 보드의 두께 및 무게 불균일에 대해 평가하였다.
여기에서, 본 실시예의 석고 보드 제작 방법에 대해 도1~도4, 도6을 이용하여 설명한다.
우선, 석고 보드에 공급하는 석고 슬러리의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 석고계 판재 제조장치(10)에 포함되는 발포 장치(12)와 펌프(13)와 믹서(11)를 이용하여 석고 슬러리를 조제하고, 조제된 석고 슬러리를 성형 수단(16)에 의해 성형하여 석고 보드를 제조하였다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 발포 장치(12)와 펌프(13), 펌프(13)와 믹서(11)는 각각 배관(141,142)에 의해 접속되며, 펌프(13)는 거품의 반송 경로에서 발포 장치(12)와 믹서(11)의 사이에 구비되어 있다. 그리고, 발포 장치(12)에서 제작한 거품을 펌프(13)에 의해 믹서(11)로 반송하였다. 한편, 배관(141)의 길이(L1)와 배관(142)의 길이(L2)는 L2 < L1이 되도록 구성하였다.
발포 장치(12)는, 도 1에 나타낸 기포제 공급관(121A)과 공기 공급관(121B)과 물 공급관(미도시)이 접속되어 있다. 발포 장치 내에는 기포제 수납 탱크, 물 탱크, 희석 탱크, 발포부가 배치되어 있으며, 기포제 수납 탱크에는 기포제 공급관(121A)이, 물 탱크에는 물 공급관이 각각 접속되어 있다.
그리고, 기포제 수납 탱크로 공급된 기포제 및 물 탱크로 공급된 물을 각각 펌프로 끌어 올려 희석 탱크에 공급하고, 희석 탱크 안에서 기포제 희석 용액으로 하였다. 이어서, 기포제 희석 용액을 희석 탱크 안에서부터 펌프로 발포부에 공급하고, 발포부에 접속된 공기 공급관(121B)으로부터 공기를 공급함으로써, 기포제 희석 용액과 공기의 혼합물을 형성하고 당해 혼합물에 전단력을 가하여 거품을 제작하였다.
한편, 주성분으로서 알킬에테르 황산염을 포함하는 기포제를 사용하였다.
펌프(13)로는, 용적형 펌프 중 회전 펌프의 일종인 일축 편심 나사 펌프를 사용하였다. 또한, 석고 보드를 제조하는 동안 펌프(13)의 거품 흡입구(131)에서의 압력이 펌프(13)의 거품 토출구(132)에서의 압력보다 높도록, 발포 장치(12) 및 펌프(13)의 운전 조건을 제어하였다. 한편, 펌프(13)의 거품 흡입구(131)에서의 압력과 펌프(13)의 거품 토출부(132)에서의 압력의 차이는 특별히 한정되지는 않으나, 만약을 위해 0.01MPa이상 0.20MPa이하인 경우에 석고 보드를 정상적으로 제조할 수 있음을 미리 확인하여 두었다. 그리고, 본 실시예에서는, 펌프(13)의 거품 흡입구(131)에서의 압력과 펌프(13)의 거품 토출구(132)에서의 압력의 차이를 0.05Mpa로 설정하여 운전 조건을 제어하였다.
믹서(11)는 도2~도4에 나타낸 구조를 가지고 있으며, 원료 공급부와 혼련 영역과 슬러리 송출부를 포함한다.
원료 공급부는 분말체 성분을 공급하는 분말체 공급구(미도시)와 액체 성분을 공급하는 액체 공급구(미도시)를 포함하며, 분말체 공급구는 분말체 공급관(111A)에, 액체 공급구는 액체 공급관(111B)에 각각 접속되어 있다.
그리고, 원료 공급부로부터 공급된 분말체 성분과 액체 성분을 혼련 영역(21a) 내에서 교반, 혼합함으로써 석고 슬러리를 조제하였다. 혼련 영역(21a) 내의 구성에 대해서는 앞서 설명하였으므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
그리고, 믹서(11)의 케이스(21)의 외주벽(213)에 설치된 분취구(24a,24b) 및 슬러리 송출부(25)로부터, 조제된 석고 슬러리를 배출하여 성형 수단(16)으로 공급하였다.
한편, 슬러리 송출부(25)는, 외주벽(213)에 구비된 슬러리 송출구(251)와, 당해 슬러리 송출구에 접속된 중공 연결부(252)와, 수직 슈트(253)를 구비하고 있다.
그리고, 슬러리 송출부(25)의 중공 연결부(252)에 거품 공급구(143)를 설치(개구)하고, 펌프(13)의 거품 토출구(132)에 접속된 배관(142)이 거품 공급구(143)에 접속되어 있고, 중공 연결부(252)에서 펌프(13)로부터의 거품을 석고 슬러리에 첨가하였다.
한편, 슬러리 송출부(25)에서는 석고심의 비중이 0.65가 되도록 거품을 첨가하였다.
또한, 석고 슬러리의 원료가 되는 분말체 성분으로는, 소석고, 응결 조정제, 감수제, 접착성 향상제를 사용하고 있으며, 소석고 100질량부에 대해 응결 조정제 1질량부, 감수제 0.3질량부, 접착성 향상제 0.5질량부가 되도록 배합하였다.
석고 슬러리의 원료가 되는 액체 성분으로는, 물을 사용하고 있으며, 분말체 성분 중의 소석고 100질량부에 대해 물 70질량부가 되도록 공급하였다.
이상과 같이 하여 발포 장치(12), 펌프(13), 믹서(11)에 의해 연속적으로 석고 슬러리를 조제하고, 석고 슬러리를 성형 수단(16)으로 공급하였다. 한편, 슬러리 송출부(25)로부터는 거품을 첨가한 석고 슬러리를, 분취구(24a,24b)로부터는 거품이 첨가되지 않은 석고 슬러리를 공급하고 있다.
이어서, 도 6을 이용하여, 성형 수단(16)으로 석고 슬러리를 성형하고 석고 보드를 제작하는 방법에 대해 설명한다.
도 6의 우측에서 좌측으로, 표면 커버 원지(61, 보드용 원지)를 생산 라인을 따라 연속적으로 반송한다. 한편, 본 실시예에서는, 표면 커버 원지(61) 및 후술하는 이면 커버 원지(62) 모두 200g/m2 의 보드용 원지를 사용하였다.
그리고, 전술한 바와 같이, 믹서(11)에서 얻어진 석고 슬러리에 대해, 분취구(24a,24b)로부터 분취관(241a,241b)을 통해 롤 코터(64)의 반송 방향 상류측에서 표면 커버 원지(61) 및 이면 커버 원지(62) 상에 공급하였다.
표면 커버 원지(61)와 이면 커버 원지(62) 상의, 거품을 첨가하지 않은 석고 슬러리(63)는 각각, 롤 코터(64)의 늘려누름부에 도달하여 늘려누름부에서 늘려 눌러진다. 석고 슬러리(63)의 박층과 가장자리부 영역이 표면 커버 원지(61) 상에 형성된다. 또한, 마찬가지로 석고 슬러리(63)의 박층이 이면 커버 원지(62) 상에 형성된다.
표면 커버 원지(61)는 그대로 반송되고, 이면 커버 원지(62)는 방향전환 롤러(65)에 의해 표면 커버 원지(61)의 반송 라인 방향으로 전환된다.
그리고, 표면 커버 원지(61) 및 이면 커버 원지(62)는 성형기(66)에 도달한다. 여기에서, 각 보드용 원지, 즉, 표면 커버 원지(61) 및 이면 커버 원지(62) 상에 형성된 박층의 사이로, 거품을 첨가한 석고 슬러리(67)가 슬러리 송출부(25)를 통해 공급된다.
그리고, 성형기(66)를 통과함으로써, 표면 커버 원지(61)와 이면 커버 원지(62)의 사이에 석고 슬러리(63) 및 석고 슬러리(67)에 의해 형성된 층이 배치된 연속적 적층체가 형성된다. 이 때, 석고 보드의 두께가 12.5㎜로 되도록 성형하였다.
한편, 성형기(66) 앞에 체류하는 석고 슬러리인 석고 슬러리 체류물(161)의 체적 변화를 검출하는 센서(17)를 설치하여 두었다. 그리고, 센서(17)에서의 검출 결과에 기초하여, 석고 보드의 제조 중에 석고 슬러리 체류물(161)의 체적이 일정하게 유지되도록, 펌프(13)에서 믹서(11)로 공급되는 거품의 공급량을 제어 수단(15)에 의해 제어하였다. 구체적으로는, 석고 슬러리 체류물(161)의 체적이 감소한 경우에는 펌프(13)로부터 믹서(11)로의 거품 공급량을 증가시키고, 석고 슬러리 체류물(161)의 체적이 증가한 경우에는 펌프(13)로부터 믹서(11)로의 거품 공급량을 감소시켰다.
그리고, 센서(17)로는, 석고 슬러리 체류물(161) 표면과 센서(17) 사이의 거리 변화를 검출할 수 있는 비접촉식 센서를 사용하였다.
얻어진 성형체는, 반송하는 과정에서 경화시켰다. 그리하여, 경화됨과 동시에 초벌 절단 커터(미도시)에 도달한다. 초벌 절단 커터는 연속적 적층체를 소정 길이의 판상체로 절단하여, 원지로 피복된 석고를 주체(主體)로 하는 심재로 이루어지는 판상체, 즉, 석고 보드의 반제품이 형성된다.
초벌 절단된 적층체는 건조기(미도시)를 통과하며 강제 건조되어 잉여 수분이 제거되었다(건조 공정). 그 후, 소정 길이의 제품으로 재단하여 석고 보드를 제조하였다.
얻어진 석고 보드 100개에 대해, 두께 및 1개당 보드 중량을 측정하고 불균일성을 평가하였다. 결과를 도 7a, 도 7b에 나타낸다.
도 7a는 석고 보드의 보드 중량에 대한 빈도 및 누적(%)을 나타내고 있다. 도 7b는 석고 보드의 두께에 대한 빈도 및 누적(%)을 나타내고 있다.
[비교예 1]
펌프(13)를 구비하지 않은 점 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 100개의 석고 보드를 제조하였다.
한편, 비교예 1에서는, 펌프(13)를 구비하지 않았으므로, 발포 장치(12)와 믹서(11)를 배관에 의해 직접 접속하였다. 그리고, 발포 장치(12)에서 믹서(11)로 공급하는 거품의 양은, 발포 장치로 공급되는 기포제 등 원료의 공급량에 의해 제어하였다.
얻어진 석고 보드 100개에 대해, 두께 및 1개당 보드 중량을 측정하고 불균일성을 평가하였다. 결과를 도 8a, 도 8b에 나타낸다.
도 8a는 석고 보드의 보드 중량에 대한 빈도 및 누적(%)을 나타내고 있다. 도 8b는 석고 보드의 두께에 대한 빈도 및 누적(%)을 나타내고 있다.
도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b에 나타낸 결과에 의하면, 실시예 1이 비교예 1보다 보드 중량의 불균일성, 즉, 분포의 폭이 작음을 확인할 수 있다. 또한, 보드의 두께에 있어서도 마찬가지의 경향이 확인되었다. 이것은, 실시예 1에서는 발포 장치(12)와 믹서(11)의 사이에 펌프(13)를 배치하여 석고 슬러리로의 거품 첨가량을 정밀하게 제어할 수 있으므로 석고 보드의 비중을 대략 일정하게 유지할 수 있었던 것이라고 생각된다.
또한, 실시예 1에서 얻어진 석고 보드의 단면을 레이저 현미경으로 평가하였더니, 석고 슬러리에 첨가한 거품 유래 공극은 대략 구 형상을 가지며 그 크기도 거의 균일하게 되어 있음이 확인되었다. 이것은, 펌프로서 용적형 펌프 중에서도 회전 펌프의 일종인 일축 편심 나사 펌프를 사용하여 펌프에 의해 거품을 반송할 때에 거품에 과도한 힘이 작용하지 않아 거품이 변형되는 것이 억제되었기 때문이라고 생각된다.
이상에서 석고계 판재 제조장치를 실시형태 등으로 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태 등에 한정되지 않는다. 청구범위에 기재된 본 발명 요지의 범위 내에서 다양한 변형, 변경이 가능하다.
본 출원은 2016년 2월 10일에 일본국 특허청에 출원된 특원2016-023897호에 기초하는 우선권을 주장하는 것으로서, 특원2016-023897호의 전체 내용을 본 국제출원에 원용한다.
10 석고계 판재 제조장치
11 믹서
12 발포 장치
13 펌프
15 제어 수단
17 센서
66 성형기

Claims (7)

  1. 석고 슬러리를 조제하는 믹서와,
    발포 장치와,
    상기 발포 장치에서 제작된 거품을 상기 믹서로 반송하는 펌프를 포함하고,
    상기 펌프가 용적형 펌프이고,
    상기 펌프와 상기 믹서를 접속하는 배관의 길이가, 상기 발포 장치와 상기 펌프를 접속하는 배관의 길이보다 짧은, 석고계 판재 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펌프가 상기 거품의 반송 경로에 있어 상기 발포 장치와 상기 믹서의 사이에 설치되어 있는 석고계 판재 제조장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 믹서는 원료 공급부와 혼련 영역과 슬러리 송출부를 포함하고,
    상기 슬러리 송출부에는 상기 펌프에 의해 반송된 거품을 석고 슬러리로 공급하는 거품 공급구가 설치되어 있는 석고계 판재 제조장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 펌프가 회전 펌프인 석고계 판재 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 펌프가 나사 펌프인 석고계 판재 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 나사 펌프가 일축 나사 펌프인 석고계 판재 제조장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 믹서에서 조제된 상기 석고 슬러리를 성형하는 성형기와,
    상기 성형기 앞에 체류하는 석고 슬러리의 체적 변화를 검출하는 센서와,
    상기 센서에서의 검출 결과에 기초하여, 상기 발포 장치로부터 상기 믹서로의 거품 공급량을 제어하는 제어 수단을 더 포함하는 석고계 판재 제조장치.
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