KR19990047224A

KR19990047224A - 도전성 흑연 시멘트판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR19990047224A
Application number: KR1019970065544A
Authority: KR
Inventors: 민정현; 김준수; 박승진; 유헌형; 장문석; 주대원
Original assignee: 김희근; 벽산건설 주식회사; 최수현; 한국에너지기술연구소
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 1999-07-05
Also published as: CN1226526A; KR100241481B1

Abstract

도전성 흑연 시멘트 조성물, 이로부터 제조된 도전성 흑연 시멘트판 및 그의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 도전성 흑연 시멘트판은 수경성 시멘트와 일정 비율의 흑연, 규석분, 펄프 및(또는) 석면 등으로 이루어진 도전성 흑연 시멘트 조성물을 과량의 알칼리수에 균일하게 혼합하여 저농도의 슬러리 상태가 되도록 한 다음, 이를 일정 크기 및 두께를 갖는 박막 형태의 흑연 시멘트층으로 성형하고, 이 박막 흑연 시멘트층을 여러 겹 적층하여 초조 성형한 다음, 약 100∼200 kgf/cm²의 고압으로 가압 압축 성형한 후 양생하여 제조한다. 본 발명의 도전성 흑연 시멘트판은 건축용 마감판, 정전기 방지용 대전판 및 히팅 패널 등 매우 다양한 범위에 이용될 수 있다.

Description

도전성 흑연 시멘트판 및 그 제조 방법

본 발명은 도전성 흑연 시멘트 조성물, 이로부터 제조된 도전성 흑연 시멘트판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 수경성 시멘트와 일정 비율의 흑연, 규석분, 펄프 및(또는) 석면 등으로 이루어진 도전성 흑연 시멘트 조성물과, 이 조성물을 과량의 알칼리수에 균일하게 혼합하여 저농도의 슬러리 상태가 되도록 한 다음, 이를 일정 크기 및 두께를 갖는 박막 형태의 흑연 시멘트층으로 성형하고, 이 박막 흑연 시멘트층을 여러 겹으로 적층하여 초조 성형한 다음, 고압으로 압축 성형한 후 양생하여 제조하는 도전성 흑연 시멘트판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 도전성 흑연 시멘트판은 건축용 마감판, 클린룸 등의 정전기 방지용 대전판 및 히팅 패널 등 매우 다양한 범위에 이용될 수 있다.

종래의 시멘트 판재로는 석면 시멘트판, 규칼 보드 등이 알려져 있으며, 이들은 주로 건축용 내외장재로 사용되어 왔다. 최근, 당 업계에서는 이러한 시멘트 판재의 품질 개선을 위하여 단열 성능, 내구성, 압축 강도, 휨 강도, 표면의 미려함 등에 주안점을 두고 예의 연구를 거듭해 온 결과, 단열 성능이 우수한 석고보드류, 비중을 조절한 규칼보드 등 다양한 내·외장재용 시멘트 판재가 개발되었다. 그러나, 이들 건축용 판재들은 모두 저항이 수백 MΩ에 이르는 부도체들이다.

한편, 부도체인 콘크리트 조성물에 도전성 재료를 첨가하여 전기 저항을 낮춤으로써 도전성 콘크리트를 제조하고자 하는 시도가 있었다. 그 대표적인 것으로 일본 특허 공개 (소)57-71703호 (1982. 11. 4)에서는 콘크리트 조성물에 도전성을 부여하기 위하여 탄소 섬유를 사용하였고, 일본 특허 공개 (소)61-178451호에서는 도전성 재생 셀룰로오즈 섬유를 혼합시킨 도전성 콘크리트를 개시하고 있다. 또한, 일본 특허 공개 (소)63-215542호에는 도전성 섬유 외에 보강용 섬유, 골재, 합성 수지 또는 고무를 혼합시킨 도전성 섬유 보강 콘크리트가 개시되어 있다. 일본 특허 공개 (소)64-10538호에는 흑연 또는 카본 블랙과 같은 도전성 분말에 꼬불꼬불한 탄소 섬유를 병용 혼합하여 얻은 도전성 콘크리트가 개시되어 있고, 일본 특허 공개 (소)64-72947호에는 탄소 섬유 및 알칼리 금속의 탄산염 또는 탄산수소염을 함유시킨 도전성 콘크리트가 개시되어 있으며, 일본 특허 공개 (평)3-174342호에는 카본 위스커를 도전성 재료로서 혼합시킨 도전성 무기 경화체가 개시되어 있다. 또한, 국내에서는 특허 공고 제91-5451호(1991. 7. 29)에 시멘트와 탄소 섬유를 혼합하여 이루어진 접지 저항 저감제가 개시되어 있으며, 특허 공고 제96-4375호(1996. 4. 2)에서는 시멘트 몰탈에 도전성 섬유인 직경 4∼10 ㎛, 길이 0.5∼30 mm의 탄소 섬유와 석고 등을 혼합하여 도전성 몰탈을 조성함으로써 전기의 도전성을 향상시키고, 아울러 강도를 향상시켜서 고압 전선탑, 피뢰 설비 등의 접지극을 매설하는데 이용하는 도전성 콘크리트 조성물이 개시되어 있다. 국내 특허 공개 제96-7495호 (1996. 3. 22)에서는 중량비로 0.1∼0.15의 흑연을 함유한 시멘트 바인더에 탄소 섬유 0.005∼0.45, 압출조제 0.005∼0.02 및 수분 0.3∼0.4를 첨가하여 압출 성형함으로써 제조되는, 난방용 패널로 사용할 수 있는 탄소 섬유 보강 도전성 압출 시멘트 복합재를 개시하고 있다. 또한, 국내 특허 공개 제96-37598호 (1996. 11. 19)에서는 도전성 재료로서 탄소 섬유 대신에 흑연을 사용한 도전성 몰탈 및 콘크리트 조성물을 개시하고 있으나, 이는 시멘트 100 중량부에 대하여 100∼400 중량부의 다량의 흑연을 사용하며, 시멘트와의 혼화성을 유지하기 위해 나프탈렌계, 멜라민계 및 리그닌계 등의 유동화제를 첨가제로 사용하고 있다.

전기적 저항을 이용한 발열체의 또 다른 유형으로는 도전성을 갖는 면상 발열체 (面狀發熱體)가 있다. 면상 발열체는 내열성 섬유에 도전성 재료를 코팅하여 제조하거나 금속선과 섬유를 교직하여 만드는 방법 등이 공개되어 있다. 예를 들면, 국내 특허 공고 제89-58호 "면상 발열체의 제조 방법"에서는 불포화 에스테르수지 등의 열경화성 수지와 산화알루미늄, 산화마그네슘 등의 증점제로 된 수지 조성물에 3∼10 mm 정도의 도전성 섬유를 혼합 분산시킨 혼합물을 상기 수지 조성물을 함침시킬 수 있는 쉬트상물에 적층하여 가압 상태로 열경화시켜 쉬트상의 면상 발열체를 제조하였고, 국내 특허 공고 제96-16064호 "전기 저항성 무기물 면상 발열체 조성물"에서는 도전성 재료로 산화알루미늄 분말과 탄소 분말을 규산 나트륨 용액에 균일하게 혼합한 도전성액을 절연처리된 물체의 표면에 도포하여 면상 발열체를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 종래의 도전성 콘크리트는 주로 접지 저항 저감제 또는 전파 흡수체 등으로 이용되어 왔으며, 도전성 재료로서는 주로 탄소 섬유를 사용하였다. 그러나, 탄소 섬유는 고가일 뿐만 아니라, 시멘트와의 혼화성이 불량하여 균일한 콘크리트 조성물을 얻기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 콘크리트 조성물에 흑연을 도전성 재료로 사용한 경우에 있어서는 콘크리트 조성물의 전기적 특성값인 비저항을 낮추기 위하여 시멘트에 비하여 고가인 흑연을 다량으로 사용하거나 또는 흑연 외에 탄소 섬유를 병용하고 있다.

또한, 면상 발열체의 경우는 도전성 콘크리트에 비하면 균일한 비저항을 갖게 할 수 있으나, 그 원료가 고가이며, 또한 그 형태가 수지상에 도전성액을 코팅하거나 또는 섬유상에 침상시킨 것이기 때문에, 전극의 폭이 클 경우 면상 형태의 필름이 절곡되면 그 부분에서 코팅된 탄소막 또는 도전액이 벗겨져 국부 발열하는 등의 문제점이 발생된다. 또한, 필름 형태의 제품으로 건축에 사용할 때에는 그 자체만으로는 제품의 강도를 유지할 수 없어 강도 유지를 위한 별도의 마감처리를 하여야 하는 등의 불편 및 이에 따른 비용의 증가 등이 단점으로 지적되고 있다.

한편, 흑연을 사용한 도전성 시멘트 몰탈 또는 콘크리트는 그 원료의 조성비 이외에 제조 방법, 양생 방법 등에 따라서 동일 제품 내에서도 도전성을 부여하는 흑연의 분포도가 달라지기 때문에, 전기적 특성값인 비저항(Ωcm)값이 크게 달라진다. 즉, 상기의 종래 기술로는 동일한 조성비의 원료로 제조한 제품이라 할지라도 제조 방법, 양생 방법에 따라 비저항값이 매우 큰 편차를 나타내므로, 균일한 전기적 특성을 갖는 제품을 생산할 수 없다는 문제를 안고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래의 도전성 흑연 시멘트 조성물에 비해 흑연의 함량을 대폭 줄인 도전성 흑연 시멘트 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 흑연 함량이 대폭 감소된 도전성 흑연 시멘트 조성물로부터 도전성 흑연 시멘트판의 전기적 특성값인 비저항이 소정의 범위 내에서 균질하고 재현성 있게 유지되고, 아울러 판상의 형태로서 우수한 강도와 가공성을 가지는 도전성 흑연 시멘트판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 건축용 마감판, 클린룸 등의 정전기 방지용 대전판 및 히팅 패널 등 매우 다양한 범위에 이용될 수 있는 도전성 흑연 시멘트판을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 수경성 시멘트와, 일정 비율의 흑연, 규석분, 펄프 및(또는) 석면을 포함하는 도전성 흑연 시멘트 조성물을 과량의 알칼리수 중에서 슬러리 형태로 제조하고, 이 슬러리를 박막 형태의 흑연 시멘트층으로 성형하고, 이 박막 흑연 시멘트층을 복수층 적층하여 고압으로 압축 성형한 후 양생하면, 기존의 도전성 흑연 시멘트판에 비해서 적은 흑연 함량으로도 소정의 비저항을 얻음과 동시에 비저항의 균질성과 재현성을 확보한 도전성 흑연시멘트판을 제조할 수 있음을 발견하고, 이에 기초하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 본 발명의 도전성 흑연 시멘트 조성물은 수경성 시멘트 100 중량부에 대하여 흑연 20 ∼ 45 중량부, 규석분 5 ∼ 20 중량부, 펄프 0 ∼ 10 중량부 및 석면 0 ∼ 10 중량부 (여기서, 펄프와 석면의 조성의 합은 5 ∼ 15 중량부이다)를 포함한다.

종래의 도전성 흑연 시멘트 조성물은 소정의 비저항값을 얻기 위하여 다량의 흑연을 사용하여야 하고, 또한 동일 조성일 때도 동일한 전기 저항을 얻을 수 있는 재현성 및 비저항의 균질성을 얻기 어려웠다. 그러나, 본 발명은 흑연의 사용량을 현저하게 감소시켰음에도 불구하고, 소정의 비저항값을 얻을 수 있고, 또한 제품의 균질성과 재현성을 향상시킴과 동시에 우수한 가공성을 갖도록 한 것이다.

본 발명에 사용되는 수경성 시멘트는 단미 시멘트와 혼합 시멘트를 말하는 것으로, 단미 시멘트로는 수경성 석회, 로오만 시멘트, 천연 시멘트, 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트 등이 있으며, 혼합 시멘트로는 고로 시멘트, 실리카 시멘트, 플라이 애쉬 시멘트, 메이슨리 시멘트, 팽창성 시멘트, 착색 시멘트 등이 있다. 상기 수경성 시멘트는 본 발명의 조성물을 성형하여 수득한 도전성 흑연 시멘트판에 강도와 내구성을 부여하는 결합재의 역할을 하고 있다.

본 발명의 조성물은 시멘트 100중량부에 대해 흑연을 20 - 45 중량부, 바람직하기로는 약 25 내지 40 중량부 함유하는데, 이 흑연은 상기 본 발명의 조성물로부터 최종적으로 제조되는 흑연 시멘트판에 도전성을 부여하는 역할을 한다. 본 발명의 조성물에 사용되는 흑연은 수경성 시멘트와 균일하게 혼합될 뿐만 아니라, 최종 흑연 시멘트판이 소정의 비저항값을 갖는 범위로 조정하여 수경성 시멘트에 첨가되어야만 한다. 본 발명의 조성물은, 후술하는 본 발명의 흑연 시멘트판 제조 방법에 따라, 먼저 상기 본 발명의 조성물을 과량의 알칼리수에서 균일하게 혼합하여 슬러리 상태로 만든 후, 이 슬러리를 박막 형태의 흑연 시멘트층으로 성형한 다음, 이 박막 흑연 시멘트층을 복수층 적층하여 흑연 시멘트 적층체로 초조 성형하고, 이어서 이 적층체를 고압으로 압축 성형한 후 양생하여 도전성 흑연 시멘트판을 형성하므로, 기존의 성형 방법에 비하여 값비싼 흑연을 소량 사용하더라도 양호한 도전성을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 상기 조성물에 있어서, 흑연의 배합비가 20 중량부 미만인 경우에는, 성형후의 흑연 시멘트판의 강도는 증가하나 도전성이 저하되고, 45 중량부를 초과할 경우에는 도전성은 증가하나 히팅 패널 등의 통상의 도전성 제품의 경우 그와 같이 높은 전도도가 요구되지 아니하고, 단지 생산 원가만 상승시킬 뿐이며, 도전성 흑연 시멘트판 제품 제조용으로는 적합하지 않게 된다.

본 발명의 조성물에는 흑연으로는 토상 흑연, 인상 흑연 또는 인조 흑연이 사용될 수 있다. 본 발명에 사용되는 흑연은 약 250 ∼ 325 메시 크기의 입도를 갖는 미세하게 분쇄된 분말인 것이 바람직하다. 흑연의 입도가 크면, 수경성 시멘트에 불균일하게 첨가되므로, 성형하여 얻은 흑연 시멘트판 내의 위치에 따라 흑연의 분포도가 불균일하고 비저항값이 다르게 나타난다는 단점이 있다. 한편, 본 발명의 도전성 흑연 시멘트 조성물에 사용되는 흑연은 입도가 작을수록 비표면적이 커져 최종적으로 제조하고자 하는 흑연 시멘트판의 비저항을 낮추고 아울러 비저항의 균질성을 확보하는 데 유리하지만, 너무 작으면 후술하는 바와 같이 본 발명에 따라 저 농도의 슬러리 상태의 흑연 시멘트 조성물을 장망이나 환망에 도포하여 얇은 흑연 시멘트층을 형성하는 과정에서 물과 함께 소실되어 오히려 도전성 흑연 시멘트판의 비저항을 증가시킬 우려가 있으므로, 약 250 ∼ 325 메시 크기를 갖는 것이 바람직하다.

규석분은 본 발명의 도전성 흑연 시멘트판을 판상의 형태로 성형할 때 성형성 및 휨 강도, 압축 강도 등의 확보를 위하여 첨가되는 성분으로, 시멘트 100 중량부에 대하여 약 5∼20 중량부, 바람직하기로는 약 10 내지 15 중량부의 양으로 사용된다. 본 발명의 조성물에서 규석분의 함량이 시멘트 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만이거나 20 중량부를 초과하면, 도전성 흑연 시멘트판을 판상의 형태로 성형할 때 요구되는 성형성 및 휨 강도, 압축 강도 등의 확보가 어렵다.

본 발명의 도전성 흑연 시멘트 조성물에서 석면과 펄프는 각 원료 성분들간의 부착력을 증대시킨다. 즉, 석면이나 펄프는 슬러리 상태에서 (+)의 전하를 띠는 반면에 시멘트와 흑연 입자는 (-)의 전하를 띠기 때문에 각 원료간의 친화성이 좋아져 시멘트, 흑연 입자와 석면 또는 펄프의 가느다란 섬유질과의 부착을 좋게 한다. 석면과 펄프는 각각 시멘트 100 중량부에 대하여 약 0∼10 중량부씩 첨가될 수 있지만, 두 성분의 조성이 동시에 0일 수 없고, 적어도 두 성분을 합쳐서 시멘트 100 중량부에 대하여 약 5 내지 15 중량부, 바람직하기로는 약 10 중량부의 양으로 첨가되어야 한다.

본 발명의 도전성 흑연 시멘트 조성물에서는 석면을 전혀 사용하지 않을 수 있다. 그러나, 석면이 전혀 함유되지 않으면, 최종적으로 제조되는 본 발명의 도전성 흑연 시멘트판의 길이 변화율이 커지므로, 망상 또는 침상으로 된 길이 약 10 내지 25 mm의 유리 섬유 등의 무기 섬유 또는 폴리프로필렌 섬유 등의 유기 섬유를 시멘트 100 중량부에 대하여 0.5 내지 1.0 중량부의 양으로 첨가하는 것이 좋다.

이하, 상기 본 발명의 도전성 흑연시멘트 조성물로부터 도전성 흑연시멘트판을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 도전성 흑연 시멘트판의 제조 방법은,

상기 도전성 흑연 시멘트 조성물을 고액비로 약 10 ∼ 15 배량의 알칼리수에 넣고 교반하여 슬러리를 얻는 단계,

상기 슬러리를 박막 형태의 흑연 시멘트층으로 성형하는 단계,

상기 박막 흑연 시멘트층을 복수층 적층하여 흑연 시멘트 적층체를 얻는 초조 성형 단계,

상기 흑연 시멘트 적층체를 고압으로 압축 성형하여 흑연 시멘트판을 얻는 단계,

상기 흑연 시멘트판을 양생하는 단계를 포함한다.

본 발명의 흑연 시멘트판 제조 방법에 따르면, 먼저 상기 본 발명의 도전성 흑연 시멘트 조성물을 과량의 알칼리수에 넣어 약 20분간 충분히 교반함으로써 저농도의 슬러리 상태로 만든다. 이 때, 알칼리수는 pH 10.5∼11.5의 것이 사용되고, 그 양은 투입되는 조성물의 총량에 대하여 고액비로 약 10∼15 배량이다. 이렇게 과량의 알칼리수를 사용함으로써 본 발명의 조성물은 충분히 균일하게 혼합되어 약 6.5∼10%의 아주 저농도의 슬러리 상태가 된다. 이러한 슬러리 상태에서는 흑연과 시멘트가 섬유상으로 된 펄프 또는 석면의 표면에 달라 붙기 좋게 한다.

이어서, 상기 슬러리 상태의 혼합물을 박막 형태의 흑연 시멘트층으로 성형한다. 성형 방법은 한지의 제조 방법과 유사한 장망식 또는 환망식 방법이 이용된다. 즉, 상기 슬러리를 장망 또는 환망에 일정량 얇게 도포한 후 탈수시키면 박막 형태의 흑연 시멘트층이 형성된다. 이 박막 흑연 시멘트층을 여러 겹으로 적층하여 흑연 시멘트 적층체를 얻는다 (초조 성형 단계). 1차 초조 성형된 흑연 시멘트 적층체를 고압으로, 예를 들면 약 100∼200 kgf/cm²의 압력으로, 바람직하기로는 초압을 약 100 kgf/cm²으로 하여 10분 상승, 5분 유지, 5분 강하의 순서로 가압하고, 이어서 2차로 약 200 kgf/cm²의 압력을 15분 상승, 10분 유지 후 강하시키는 방법으로 압축 성형한 후 양생함으로써 본 발명의 도전성 흑연 시멘트판을 얻게 된다. 양생은 약 5∼15 kgf/cm²의 포화 수증기압, 바람직하기로는 약 10 kgf/cm²의 포화 수증기압 하에서 오토클레이브함으로써 수행된다.

이와 같이 하여 제조된 본 발명의 도전성 흑연 시멘트판은 일정한 범위의 도전성(비저항 Ωcm)을 갖는 흑연 시멘트판을 제조하여 전자파를 흡수하는 건축용 마감판, 또는 클린 룸 등의 실내 정전기 방지용 대전판, 또는 판의 양단에 전극을 설치하고 그 표면에 절연을 위한 에폭시 코팅 또는 멜라민계 수지 코팅 등을 하여 바닥, 벽, 천정 등의 히팅패널로 이용할 수 있는 등 매우 다양한 범위에 이용될 수 있다

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 구체적으로 설명한다.

하기 실시예 및 비교예에서 제조한 각 공시체에 대한 전기 저항 및 비저항, 휨강도, 길이 변화율, 부피 비중, 함수율 및 흡수율은 하기 시험 방법에 따라 측정하였다.

<전기 저항 측정>

하기 실시예 및 비교예로부터 제조된 시편을 10 cm x 2 cm x 0.5 cm (가로 x 세로 x 높이)가 되도록 절단 후 연마하였다. 2 cm x 0.5 cm 면을 갖는 양단에 은 페이스트를 골고루 도포한 후 드라이어로 건조시켜서 실시예 및 비교예에서 제조한 각각의 흑연 시멘트판에 대하여 공시체를 5개씩 제작하였다. 공시체의 전기 저항은 밀리오옴메타 (Hewllet packard Model 4338B)를 이용하여 측정하였다. 이와 같이 측정된 전기 저항값으로부터 하기 수학식 (1)에 따라 각 공시체의 비저항값을 환산한다.

공시체의 비저항(Ωcm) = 공시체의 저항(Ω) x 공시체의 전극 면적(cm²)/공시체의 길이(cm)

<휨강도 측정>

휨 강도의 측정은 KS F 2263에 의거하여 측정하였으며, 측정에 이용된 기기는 휨강도 측정기 JI-106 (최대하중 500 kgf)이다. 휨강도는 파괴 하중을 측정하여 다음 수학식 2로부터 휨강도를 계산하였다.

<길이 변화율 측정>

KS L 5123의 6.7에 의거하여 흡수에 의한 길이 변화율 시험을 행하였으며, 시험에 사용된 길이 변화율 시험기로는 MARUI사의 컴퍼레이터를 이용하였고, 다음 수학식 3으로부터 길이 변화율을 구하였다. KS 규격에 따르면, 본 발명의 흑연 시멘트판과 유사한 석면 시멘트판의 경우 흡수에 의한 길이 변화율이 0.15 % 이하이어야 한다고 규정되어 있다.

l₁: 충분히 함수된 상태에서의 길이

l₂: 상온에서의 길이

<부피 비중 시험>

KS L 5123의 6.3에 의거하여 측정하였으며, 다음 수학식 4로부터 부피 비중을 계산하였다.

부피 비중 시험은 시험편을 상온의 물 속에 담그고, 24시간 경과한 후, 시험편을 가는 실 등으로 물 속에 매달았을 때의 무게를 물 속의 무게(W₁)로 한다. 다음에 이것을 물에서 꺼내어 재빨리 각 면을 닦고, 즉시 달았을 때의 무게를 흡수시 무게(W₂)로 한다. 이 시험편을 105±1℃로 조정한 교반기가 달린 공기 건조기(dry oven)에 넣어 24시간 건조시킨 후, 습도를 조절한 데시케이터에 넣어 상온으로 될 때까지 식힌 다음, 칭량한 무게를 건조시의 무게(W₀)로 한다. 무게는 전자저울 FA-2000을 사용하여 0.01g 단위까지 측정하였다. 공기 건조기는 JERO TECH사의 FOG-2 모델을 사용하였다.

<함수율 및 흡수율 시험>

함수율 및 흡수율의 시험 방법은 KS L 5115의 6.4에 의거하여 다음 수학식 5에 따라 계산하였으며, 이용된 측정기로는 무게 측정을 위한 저율은 0.01 g까지 측정이 가능한 모델 FA-2000의 전자저울을 사용하였으며, 공기 건조기는 JERO TECH사의 FOG-2 모델을 사용하였다. KS 규격에 따르면, 본 발명의 흑연 시멘트판과 유사한 석면 시멘트판의 경우 흡수율 및 함수율이 각각 28 % 이하 및 12 % 이하이어야 한다고 규정되어 있다.

함수율 및 흡수율은 다음 수학식 5 및 수학식 6에 따라 구한다.

시험편을 채취할 때의 무게를 시험시의 무게(W₁)로 하였다. 이 시험편을 15∼25℃의 깨끗한 물 속에 담가 24시간 경과한 후에 꺼내 빨리 각 면을 잘 닦고, 즉시 칭량했을 때의 무게를 흡수시의 무게(W₂)로 하였다. 다음에, 이 시험편을 105±1℃로 조정한 공기 건조기 (dry oven)에 넣어 24시간 건조시킨 후, 습도를 조절한 데시케이터에 넣오 상온으로 될 때까지 식힌 다음 칭량한 무게를 건조시의 무계(W₀)로 한다. 무게는 각각 0.01 g까지 측정하였다.

<실시예 1>

보통의 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 입도가 325 메시 이하인 토상흑연 45 중량부, 여기에 판상의 형태로 성형할 때 성형 및 휨강도, 압축강도 등의 확보를 위하여 규석분 15 중량부, 석면 5 중량부 및 펄프 5 중량부를 pH 11의 알칼리수에 투입하고 교반기로 20분간 교반하면서 균일하게 혼합하여 약 10 %의 저농도 슬러리 상태로 된 시료를 얻었다. 이 때, 알칼리수의 양은 투입된 총 원료량의 10배량으로 하였다. 이와 같이 하여 제조한 슬러리 상태의 시료를 한지의 제조 과정과 유사한 장망식 방법으로 가로 x 세로가 10 x 15 cm이고, 400 메시의 망체에 100 g씩 얇게 도포한 다음, 알칼리수를 걸러내어 약 1 mm 두께의 박막 형태의 흑연 시멘트층을 얻었다. 이 과정을 반복하여 15개의 박막 흑연 시멘트층을 만든 다음, 이들을 적층하고, 1차로 진공 펌프로 수분을 충분히 제거하여 초조 성형된 흑연 시멘트 적층체를 얻었다. 초조 흑연 시멘트 적층체를 100 톤의 가압 프레스에서 압축 성형하였다. 압축 성형은 초압을 약 100 kgf/cm²(약 15 톤 가압)으로 약 10분 상승, 약 5분 유지, 약 5분 강하의 순서로 가압하였으며, 2차로 약 200 kgf/cm²(약 30 톤 가압)의 압력을 약 15분 상승, 약 10분 유지후 강하의 방법으로 가압하여 흑연 시멘트판을 성형하였다. 이와 같은 방법으로 성형된 흑연 시멘트판을 약 10기압의 포화중기압 상태에서 약 24시간 동안 오토클레이브한 후 건조하였다. 이와 같은 과정을 5회 반복하여 5개의 공시체를 얻고, 각 공시체에 대하여 상기 전기 저항 시험 방법에 따라 전기 저항을 측정하고, 그 전기 저항값으로부터 상기 수학식 (1)에 따라 환산된 비저항값을 하기 표 1에 나타내었다.

<실시예 2>

실시예 1에서 흑연의 조성을 시멘트 100 중량부에 대하여 35 중량부로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 5개의 공시체를 얻고, 각 공시체에 대하여 상기 전기 저항 시험 방법에 따라 전기 저항을 측정하고, 그 전기 저항값으로부터 상기 수학식 (1)에 따라 비저항값을 환산하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 판재로서 중요한 물성치인 휨강도(kgf/cm²), 함수율(%), 흡수율(%), 부피 비중(g/cm³), 흡수시 길이 변화율을 상기의 시험 방법에 따라 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

<실시예 3>

실시예 2에서 압축 성형 조건을 초압을 약 100kgf/cm²(약 15톤 가압)으로 약 10분 상승, 약 5분 유지 후 강하의 방법으로 1회 가압하여 흑연 시멘트판을 성형한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 5개의 공시체를 얻고, 각 공시체에 대하여 상기 전기 저항 시험 방법에 따라 전기 저항을 측정하고 그 전기 저항값으로부터 상기 수학식 (1)에 따라 비저항값을 환산하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 판재로서 중요한 물성치인 휨강도(kgf/cm²), 함수율(%), 부피 비중(g/cm³), 흡수시 길이 변화율을 상기 시험 방법에 의해 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

<비교예 1>

보통 포틀랜드 시멘트 100 % 중량부에 대하여 입도가 325 메시 이하인 토상흑연 35 중량부, 여기에 판상의 형태로 성형할 때 성형성 및 휨강도, 압축강도 등의 확보를 위하여 규석분 15 중량부, 석면 5 중량부 및 펄프 5 중량부를 pH 11의 알칼리수에 투입하고, 교반기로 20분간 균일하게 혼합하여 약 10 %의 저농도 슬러리 상태로 된 시료를 얻었다. 이 때, 알칼리수의 양은 투입된 총 원료량의 10배량으로 하였다. 이렇게 충분히 균일하게 혼합되어 10 %의 저농도 슬러리 상태가 된 시료를 가로 x 세로가 10 x 15 cm이고 400 메시의 망체에 1500 g을 골고루 펼쳐 넣은 다음, 진공 펌프로 알칼리수를 충분히 제거하여 초조 흑연 시멘트판을 성형하였다. 초조 흑연 시멘트판을 100 톤의 가압프레스에서 압축 성형하였다. 압축 성형은 초압을 약 100 kgf/cm²(약 15 톤 가압)으로 약 10분 상승, 약 5분 유지, 약 5분 강하의 순서로 가압하였으며 2차로 약 200 kgf/cm²(약 30 톤 가압)의 압력을 약 15분 상승, 약 10분 유지후 강하의 방법으로 가압하여 흑연시멘트판을 성형하였다. 이와 같은 방법으로 성형된 흑연시멘트판을 약 10기압의 포화증기압 상태에서 약 24시간 동안 오토클레이브한 후 건조하였다. 이와 같은 과정을 5회 반복하여 5개의 공시체를 얻고, 각 공시체에 대하여 상기 전기저항 시험 방법에 따라 전기 저항을 측정하고, 그 전기 저항값으로부터 상기 수학식 (1)에 따라 비저항값을 환산하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

실시예 번호	비저항 (Ωcm)
실시예 1 (흑연 45중량부)	4.48	4.48	4.52	4.53	4.55
실시예 2 (흑연 35중량부)	10.9	11.0	11.1	11.1	11.1
실시예 3 (흑연 35중량부 가압 100kgf/cm²)	36.5	36.8	37.2	37.5	37.9
비교예 1 (흑연 35중량부)	41.4	47.8	59.3	88.3	106.7

상기 표 1로부터, 본 발명에 따르면, 흑연 함량이 동일한 경우에도 (실시예 2 및 3과 비교예 1) 비저항값이 현저히 낮을 뿐만 아니라, 비저항값의 편차가 적은 (비저항값의 균질성) 도전성 흑연 시멘트판을 재현성 있게 얻을 수 있음을 알 수 있다.

구 분	실시예 2	실시예 3
구 분	1회	2회	3회	4회	1회	2회	3회	평균
휨강도(kgf/cm²)	횡	265.8	254.4	276.0	265.4	195.4	196.5	179.8	190.6
휨강도(kgf/cm²)	종	22.09	244.8	234.4	233.4	184.7	175.6	171.8	177.4
길이변화율 (%)	횡	0.033	0.034	0.036	0.034	0.066	0.072	0.061	0.066
길이변화율 (%)	종	0.024	0.043	0.036	0.034	0.077	0.074	0.069	0.073
부피비중 (g/cm³)	1.811	1.816	1.813	1.813	1.344	1.250	1.242	1.278
함수율 (%)	4.8	5.0	4.8	4.87	6.4	6.1	5.4	5.3
흡수율 (%)	13.6	13.7	13.7	13.7	24.7	30.2	33.2	29.3

상기 표 2로부터, 본 발명에 따른 흑연 흑연 시멘트판은 흡수에 따른 길이 변화율, 함수율 및 흡수율에 있어서 모두 KS 규격에서 크게 벗어남이 없이 만족시키고 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 첫째 시멘트, 규석분, 펄프 및(또는) 석면 등의 원료를 이 원료에 대하여 고액비로 약 10∼15배에 달하는 양의 알칼리성 혼합수와 충분히 혼합되어 저농도의 슬러리 상태가 되기 때문에, 가능한 한 적은 양의 물을 사용한 종래의 방법보다 균질한 혼합이 가능하다.

둘째로는 석면 및(또는) 펄프의 첨가로 인하여 저 농도의 슬러리 상태에서 각 재료간의 친화성이 향상되고, 그 결과 시멘트 및 흑연 입자와 석면 또는 펄프의 가느다란 섬유질과의 부착을 좋게 한다.

셋째로는 균질하게 혼합된 저농도 슬러리 상태의 혼합된 원료를 한번에 소정의 두께를 가진 판 형태로 성형하지 않고 장망 또는 환망을 이용하여 박막 형태로 흑연 시멘트층을 만든 후 이 박막 형태의 흑연시멘트층을 여러 겹으로 적층하여 초조 성형하여 흑연 시멘트 적층체를 성형함으로써 도전성 재료인 흑연이 각각의 흑연 시멘트 박층에 평면 형태로 배열되어 흑연의 균일한 분포를 얻을 수 있어 비저항을 낮추어 주고 또한 균질성을 향상시킬 수 있다.

넷째로 초조 성형한 흑연 시멘트 적층체를 약 100 내지 200 kgf/cm²이상의 고압으로 가압 압축 성형함으로써 박막 흑연 시멘트층간의 간격 및 입자간의 간격을 충분히 줄여주어 비저항을 줄여주는 역할을 한다. 따라서, 동일한 비저항을 얻기 위하여 흑연의 사용량을 크게 줄여줄 수 있는 효과가 있다.

다섯째로는 흑연 시멘트 적층체를 가압 성형하여 제조한 흑연 시멘트판을 10 kgf/cm²의 포화 수증기압 하에 약 24시간 동안 오토클레이브하여 양생함으로써 양생 방법의 표준화를 통해 비저항의 재현성을 유지할 수 있도록 하였다.

따라서, 본 발명에서는 전도성 물질인 흑연의 사용량을 크게 줄여주면서 비저항의 재현성 및 균질성을 확보하는 흑연시멘트판의 제조가 가능하다.

Claims

시멘트 100 중량부에 대하여 흑연 20 ∼ 45 중량부, 규석분 5 ∼ 20 중량부, 펄프 0 ∼ 10 중량부 및 석면 0 ∼ 10 중량부 (여기서, 펄프와 석면의 조성의 합은 5 ∼ 15 중량부이다.)를 포함하는 도전성 흑연 시멘트 조성물.
제 1항에 있어서, 석면 대신에, 무기 섬유 또는 유기 섬유를 시멘트 100 중량부에 대하여 0.5 내지 1.0 중량부의 양으로 함유하는 도전성 흑연 시멘트 조성물.
제 1항 또는 제 2항에 따른 도전성 흑연 시멘트 조성물을 고액비로 약 10 ∼ 15 배량의 알칼리수에 넣고 교반하여 슬러리를 얻는 단계,

상기 슬러리를 박막 형태의 흑연 시멘트층으로 성형하는 단계,

상기 박막 흑연 시멘트층을 복수층 적층하여 흑연 시멘트 적층체를 얻는 초조 성형 단계,

상기 흑연 시멘트 적층체를 고압으로 압축 성형하여 흑연 시멘트판을 얻는 단계,

상기 흑연 시멘트판을 양생하는 단계

를 포함하는 도전성 흑연 시멘트판의 제조 방법.
제 3항에 있어서, 상기 압축 성형 단계가 100∼200 kgf/cm²의 압력 하에 압축하여 수행되는 방법.
제 3항에 있어서, 상기 양생 단계가 5∼15 kgf/cm²의 포화 수증기압 하에서 오토클레이브하여 수행되는 방법.
제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된, 두께 3∼12 mm의 도전성 흑연 시멘트판.
제 6항에 있어서, 상기 도전성 흑연 시멘트판이 도전성 시멘트판 양단에 전극을 설치하고 절연 코팅하여 제조한, 양단의 저항이 50 ∼ 300 Ω인 발열용으로 사용되는 도전성 흑연 시멘트판.
제 6항에 있어서, 상기 도전성 흑연 시멘트판이 전자파를 흡수하는 건축용 마감판으로 사용되는 도전성 흑연 시멘트판.
제 6항에 있어서, 상기 도전성 흑연 시멘트판이 실내 정전기 방지용 대전판으로 사용되는 도전성 흑연 시멘트판.