KR102620560B1 - 내화패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 내화패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내화성, 단열성이 우수하며, 자동차용 터널, 철도용 터널 등 각종 터널에 적용이 용이한 내화패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 내화패널에 관한 것으로, 규산칼슘계 수화물로 이루어진 매트릭스와 섬유를 혼합한 후 소성시켜 소성물을 제조하는 소성물 제조단계; 소성물에 충전재를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 슬러리를 가압 탈수시켜 성형물을 형성하는 성형물 형성단계; 성형물을 오토크레이브에서 양생, 경화시켜 경화물을 형성하는 경화물 형성단계; 및 경화물을 재단하는 재단단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 내화패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 내화패널에 관한 것으로, 특히 내화성, 단열성이 우수하며, 자동차용 터널, 철도용 터널 등 각종 터널에 적용이 용이한 내화패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 내화패널에 관한 것이다.
터널은 산이나 강, 바다 밑을 굴착하여 만들어낸 도로나 철도의 통로를 의미하며, 이러한 터널을 시공하는 경우 터널의 내부를 보강하기 위하여 터널의 내부에 콘크리트를 타설하거나 패널을 설치한다.
또한, 터널은 외부가 노출된 다른 토목 구조물과는 달리, 폐쇄된 공간인 터널 내부에서 화재가 발생하는 경우, 터널의 붕괴 및 대형 인명 피해로 이어질 가능성이 매우 높기 때문에 내화 패널 등 내화재의 설치가 의무화 되었다.
한국등록특허 제10-1255183호(2013.04.10 등록)는 흡수심지가 구비된 방화패널 및 이의 설치 구조에 관하여 기재되어 있으며, 개시된 기술에 따르면, 건축물 또는 구조물의 벽, 기둥, 바닥 또는 천정 등에 설치되는 방화패널에 있어서, 판형태로 이루어지고 내화성을 갖는 패널몸체; 및 패널몸체의 일측면에 노출된 형태로 결합되고, 수분을 흡수할 수 있도록 형성되는 흡수심지를 포함하고, 패널몸체의 일측면에는 흡수심지가 삽입되는 삽입골이 형성되고, 흡수심지는 삽입골에 삽입되어, 패널몸체에서 더 돌출되지 않고 동일평면을 형성하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한국등록특허 제10-2007410호(2019.07.30 등록)는 콘크리트 터널용 내화 조성물 및 이를 이용한 내화층 형성방법에 관하여 기재되어 있다. 개시된 기술에 따르면, 석고 및 시멘트를 포함하는 수화 반응재 30~60 중량%; 고로 슬래그, 플라이애쉬, 퓸드 실리카(Fumed silica) 및 메타카올린(Metakaolin) 중 하나 이상을 포함하는 포졸란재 15~50 중량%; 스티로폼 분말, 셀룰로오스 에테르(Cellulose ether) 및 셀룰로오스를 1:1~1.5:10~25 중량비로 포함하는 폭렬방지제 0.1~5 중량%; 제1 바인더, 수분감소제 및 계면활성제를 포함하는 혼화제 2~10 중량%; 및 골재 10~40 중량%;를 포함하되, 폭렬방지제 및 혼화제는 1:1.5~1:5의 중량비로 포함되며, 제1 바인더는 비닐아세테이트-에틸렌 공중합체, 스티렌-(메타)아크릴레이트 공중합체 및 비닐아세테이트-비닐버사테이트(Vinyl acetate-vinyl versatate) 공중합체 중 하나 이상을 포함하며, KS F 2476 규격에 의해 측정된 휨강도가 5~7MPa이고, KS F 2609 규격에 의해 측정된 물흡수계수가 0.045~0.070kg/m2h0.5인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 종래의 흡수심지가 구비된 방화패널 및 이의 설치 구조는, 직선형으로 일정 길이를 갖는 사각판 형상으로 제작이 되기 때문에 둥근 단면 형상으로 형성되는 터널에 시공하는 경우, 방화패널 간 연결 부분에 각이 형성되어 시공성 저하, 구조 안전성 저하, 공간 활용도 저하 등의 문제점이 있었다.
또한, 상술한 바와 같이 종래의 콘크리트 터널용 내화 조성물 및 이를 이용한 내화층 형성방법은, 내화재료를 혼합한 후 뿜칠기계를 사용하여 콘트리트 기재의 적어도 일면에 일정두께로 뿜칠하여야 하므로 작업이 번거롭고 불편할 뿐만 아니라 비효율적이고, 작업시간이 많이 소요되는 단점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내화성, 단열성이 우수하며, 자동차용 터널, 철도용 터널 등 각종 터널에 적용이 용이한 내화패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 내화패널을 제공한다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 특징에 따르면, 규산칼슘계 수화물로 이루어진 매트릭스와 섬유를 혼합한 후 소성시켜 소성물을 제조하는 소성물 제조단계; 상기 소성물에 충전재를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 상기 슬러리를 가압 탈수시켜 성형물을 형성하는 성형물 형성단계; 상기 성형물을 오토크레이브에서 양생, 경화시켜 경화물을 형성하는 경화물 형성단계; 및 상기 경화물을 재단하는 재단단계를 포함하는 내화패널 제조방법을 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 충전재는, 수산화나트륨, 마이카, 탈크, 월라스토나이트 중 적어도 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 소성물 제조단계는, 규산칼슘계 수화물로 이루어진 매트릭스 70 ~ 90중량%, 섬유 10 ~ 30중량%를 혼합한 후 소성시켜 소성물을 제조하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 경화물 형성단계는, 상기 성형물을 오토크레이브에서 190 ~ 200℃의 온도에서 5 ~ 15시간 동안 양생, 경화시켜 경화물을 형성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 성형물 형성단계는, 상기 소성물에 충전재를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 상기 슬러리를 가압 탈수시켜 탈수체를 형성하는 탈수체 형성과정; 및 기 설정된 곡률을 가지는 성형틀에 상기 탈수체를 투입하여 곡률을 가지는 성형물을 형성하는 성형물 형성과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 성형물 형성과정은, 기 설정된 곡률을 가지는 성형틀에 보강판을 투입한 후에 상기 탈수체를 투입하여 성형물을 형성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 보강판은, 유리섬유, 탄소섬유, 케블라섬유 중 적어도 어느 하나를 포함하는 섬유강화플라스틱으로 제작된 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 보강판은, 상기 성형물과 동일한 곡률을 가지는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 재단단계는, 상기 경화물을 기 설정된 크기로 재단한 후, 상기 경화물의 일측에 돌기를 형성하고 상기 경화물의 다른 일측에 홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 한 특징에 따르면, 상술한 내화패널 제조방법에 의해 제조된 내화패널을 제공한다.
본 발명에 의하면, 둥근 단면 형상으로 형성되는 자동차용 터널, 철도용 터널 등 각종 터널에 밀착시켜 들뜸이 없이 견고하게 시공할 수 있으며, 내화성과 단열성이 우수함은 물론, 시공성, 구조 안전성 및 공간 활용도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내화패널 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 도 1에 있는 성형물 형성단계를 설명하는 순서도이다.
도 2는 도 1에 있는 성형물 형성단계를 설명하는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 내화패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 내화패널에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내화패널 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 내화패널 제조방법은, 소성물 제조단계(S100), 성형물 형성단계(S200), 경화물 형성단계(S300), 재단단계(S400)를 포함한다.
소성물 제조단계(S100)는, 규산칼슘계 수화물로 이루어진 매트릭스와 섬유를 혼합한 후 소성시켜 소성물을 제조한다.
여기서, 규산칼슘계 수화물로 이루어진 매트릭스는, 토버모라이트(tobermorite) 등을 포함하는 매트릭스일 수 있다.
토버모라이트(tobermorite)는 칼슘규산염 중에 판상광물로 생성되는 규산칼슘수화물로, 건축자재인 경량 기포콘크리트(ALC: autoclaved lightweight concrete)나, 경량벽돌의 주요한 바인더 또는 결합제로 사용되고 있다.
섬유는, 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 중 적어도 하나 또는 그 이상으로 이루어진 것일 수 있다.
유리섬유(Glass Fiber)는, 유리를 섬유처럼 가늘게 뽑은 물질로, 파이버글라스(Fiberglass)라고도 불리며, 단열성이 뛰어나고 녹슬지 않는데다 가공이 쉬워 건물 단열재 등 석면의 대용품으로 쓰인다.
탄소섬유(Carbon Fiber)는, 수많은 탄소 원자가 결정 구조를 이루어 길게 늘어선 분자 사슬로 이루어진 섬유로, 인장강도와 강성도가 높으며, 고온과 화학물질에 대한 내성이 우수하고, 열팽창이 적다.
아라미드섬유(Aramid Fiber)는, 총알도 뚫지 못하는 강도, 500℃의 불 속에서도 타거나 녹지 않는 내열성 그리고 아무리 힘을 가해도 늘어나지 않는 뛰어난 인장강도를 가진 섬유이다.
일 실시 예에서, 소성물 제조단계(S100)는, 규산칼슘계 수화물로 이루어진 매트릭스 70 ~ 90중량%, 섬유 10 ~ 30중량%를 혼합한 후 소성시켜 소성물을 제조할 수 있다.
일 실시 예에서, 소성물 제조단계(S100)는, 규산칼슘계 수화물로 이루어진 매트릭스와 섬유를 소성로에서 900 ~ 1200℃의 온도에서 소성시켜 소성물을 제조할 수 있다.
성형물 형성단계(S200)는, 소성물 제조단계(S100)에서 제조한 소성물에 충전재를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 형성한 슬러리를 가압 탈수시켜 성형물을 형성한다.
여기서, 충전재는, 수산화나트륨, 마이카, 탈크, 월라스토나이트 중 적어도 하나 또는 그 이상을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 수산화나트륨, 마이카, 탈크, 월라스토나이트는 분말 형태로 이루어진 것이 사용될 수 있다.
수산화나트륨(NaOH)은, 수산화 이온과 나트륨 이온이 결합한 물질로, 가성소다라고도 하며, 물에 녹아 강염기성 수용액을 만든다.
마이카(Mica)는, 규소를 기본 골격으로 하는 층상결합체로 칼륨이 연결하고 있으며, 주 성분은 규소와 알루미늄, 칼륨, 산소, 수소며 그 외에 마그네슘, 철, 나트륨, 리튬, 칼슘 등이 소량 혼입돼 있다.
탈크(Talc)는, 활석이라고도 불리며, 마그네슘을 포함한 규산염 광물이다.
월라스토나이트(Wollastonite)는, 칼슘을 대체하는 소량의 철, 마그네슘 및 망간을 함유할 수 있는 칼슘 이노실리케이트 광물이며, 불순한 석회암이나 백운석이 고온과 고압에 노출될 때 형성된다.
일 실시 예에서, 성형물 형성단계(S200)는, 소성물 제조단계(S100)에서 제조한 소성물에 충전재를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 형성한 슬러리를 가압 탈수시켜 기 설정된 곡률을 가지는 성형물을 형성할 수 있다.
경화물 형성단계(S300)는, 성형물 형성단계(S200)에서 형성한 성형물을 오토크레이브에서 양생, 경화시켜 경화물을 형성한다.
여기서, 오토크레이브(Autoclave)는, 고온고압을 요구하는 산업에 사용하거나 혹은 멸균을 위하여 사용하는 압력솥과 흡사한 장치를 의미한다.
일 실시 예에서, 경화물 형성단계(S300)는, 성형물 형성단계(S200)에서 형성한 성형물을 오토크레이브에서 190 ~ 200℃의 온도에서 5 ~ 15시간 동안 양생, 경화시켜 경화물을 형성할 수 있다.
재단단계(S400)는, 경화물 형성단계(S300)에서 형성한 경화물을 재단하여 내화패널을 제조한다.
일 실시 예에서, 재단단계(S400)는, 경화물 형성단계(S300)에서 형성한 경화물을 기 설정된 크기(예를 들어, 가로 900 ~ 1200mm, 세로 1800 ~ 3000mm, 두께 10 ~50mm)로 재단한 후, 경화물의 일측에 돌기를 형성하고 경화물의 다른 일측에 홈을 형성할 수 있다. 이때, 재단기 등의 기계를 이용하여 경화물의 일측과 다른 일측에 각각 돌기와 홈을 가공하여 내화패널을 제조할 수 있다.
이에 따라, 복수개의 내화패널 연결 시, 하나의 내화패널에 형성된 돌기를 다른 하나의 내화패널에 형성된 홈을 삽입하여 시공이 간편하고 시공시간을 절약할 수 있으며, 미관상으로도 깔끔하게 연결되는 효과가 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 내화패널 제조방법에 의하면, 둥근 단면 형상으로 형성되는 자동차용 터널, 철도용 터널 등 각종 터널에 밀착시켜 들뜸이 없이 견고하게 시공할 수 있으며, 내화성과 단열성이 우수함은 물론, 시공성, 구조 안전성 및 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 성형물 형성단계를 설명하는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 성형물 형성단계(S200)는, 탈수체 형성과정(S210), 성형물 형성과정(S220)을 포함한다.
탈수체 형성과정(S210)은, 소성물 제조단계(S100)에서 제조한 소성물에 충전재를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 형성한 슬러리를 가압 탈수시켜 탈수체를 형성한다.
일 실시 예에서, 탈수체 형성과정(S210)은, 소성물 제조단계(S100)에서 제조한 소성물의 중량에 대하여 5 ~ 10중량%의 충전재를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 형성한 슬러리를 가압 탈수시켜 탈수체를 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 탈수체 형성과정(S210)은, 소성물 제조단계(S100)에서 제조한 소성물에 충전재를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 형성한 슬러리를 가압탈수장치를 이용하여 2 ~ 10MPa 압력 및 80 ~ 110℃의 온도에서 가압 탈수시켜 탈수체를 형성할 수 있다.
성형물 형성과정(S220)은, 기 설정된 곡률을 가지는 성형틀에 탈수체 형성과정(S210)에서 형성한 탈수체를 투입하여 곡률을 가지는 성형물을 형성한다. 즉, 터널의 내부 곡률에 대응되는 아치형상을 가지는 성형물을 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 성형물 형성과정(S220)은, 기 설정된 곡률을 가지는 성형틀에 보강판을 투입한 후에 탈수체 형성과정(S210)에서 형성한 탈수체를 투입하여, 곡률을 가지면서 보강판이 부착된 성형물을 형성할 수 있다.
여기서, 보강판은, 유리섬유, 탄소섬유, 케블라섬유 중 적어도 어느 하나를 포함하는 섬유강화플라스틱으로 제작된 것일 수 있으며, 또한, 보강판은, 성형물과 동일한 곡률을 가지는 것일 수 있다.
이에 따라, 강도를 보강하고 성형물을 보호할 수 있으며, 외부로부터 가해지는 부식이나 화기 등에 내부식력 및 내화력을 강화시킬 수 있으며, 경량화할 수 있는 등의 효과가 있다.
이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
S100 : 소성물 제조단계
S200 : 성형물 형성단계
S210 : 탈수체 형성과정
S220 : 성형물 형성과정
S300 : 경화물 형성단계
S400 : 재단단계
S200 : 성형물 형성단계
S210 : 탈수체 형성과정
S220 : 성형물 형성과정
S300 : 경화물 형성단계
S400 : 재단단계
Claims (5)
- 규산칼슘계 수화물로 이루어진 매트릭스와 섬유를 혼합한 후 소성시켜 소성물을 제조하는 소성물 제조단계;
상기 소성물에 충전재를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 상기 슬러리를 가압 탈수시켜 성형물을 형성하는 성형물 형성단계;
상기 성형물을 오토크레이브에서 양생, 경화시켜 경화물을 형성하는 경화물 형성단계; 및
상기 경화물을 재단하는 재단단계를 포함하며,
상기 소성물 제조단계는,
규산칼슘계 수화물로 이루어진 매트릭스 70 ~ 90중량%, 섬유 10 ~ 30중량%를 혼합한 후 소성시켜 소성물을 제조하며,
상기 성형물 형성단계는,
상기 소성물에 충전재를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 상기 슬러리를 가압 탈수시켜 탈수체를 형성하는 탈수체 형성과정; 및
기 설정된 곡률을 가지는 성형틀에 상기 탈수체를 투입하여 곡률을 가지는 성형물을 형성하는 성형물 형성과정을 포함하며,
상기 성형물 형성과정은,
기 설정된 곡률을 가지는 성형틀에 보강판을 투입한 후에 상기 탈수체를 투입하여 성형물을 형성하며,
상기 보강판은,
유리섬유, 탄소섬유, 케블라섬유 중 적어도 어느 하나를 포함하는 섬유강화플라스틱으로 제작된 것을 특징으로 하는 내화패널 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 충전재는,
수산화나트륨, 마이카, 탈크, 월라스토나이트 중 적어도 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 내화패널 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 경화물 형성단계는,
상기 성형물을 오토크레이브에서 190 ~ 200℃의 온도에서 5 ~ 15시간 동안 양생, 경화시켜 경화물을 형성하는 것을 특징으로 하는 내화패널 제조방법.
- 제1항, 제2항, 제4항 중 어느 한 항의 내화패널 제조방법에 의해 제조된 내화패널.
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- 2023-05-17 KR KR1020230063533A patent/KR102620560B1/ko active IP Right Grant
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