KR20000072536A

KR20000072536A - 공동주택 바닥충격음 완충재로 사용할 연질 스티로폴 판의제조 공법

Info

Publication number: KR20000072536A
Application number: KR1020000053274A
Authority: KR
Inventors: 정갑철
Original assignee: 정갑철
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2000-12-05

Abstract

본 발명은 공동주택의 상하층간에 많이 발생하는 바닥충격음을 저감시키기 위해 공동주택 온돌구조의 슬래브 상부면에 사용할 연질 스티로폴 판의 제조 공법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 일반 스티로폴의 제조 과정에서 최종 제품으로 생산되는 스티로폴 블럭에 압축과정을 추가함으로서 블럭 전체의 내부 조직을 수평방향으로 파괴하여 상부로부터의 충격을 흡수하는 연질의 스티로폴을 제조하는데 있다. 즉, 밀도가 (0.012∼0.016)kg/m³내외의 일반 스티로폴 블럭을 상하방향으로 구동하는 프레스 기계에 넣고 원래 블럭 높이의 (20∼50)%까지 힘을 가한 후 (5∼30)분간 유지한 후 프레스 기계의 힘을 제거하고 기계에서 스티로폴 블럭을 꺼낸다. 상기 블럭을 (2∼5)일간의 시간 동안 야외에서 힘을 가하지 않은 자연상태로 있게 하여 프레스 기계로 압력을 가하기 전 블럭 높이의 (80∼92)%까지 스티로폴 블럭의 높이가 회복 될 수 있도록 하면, 이 블럭의 상태가 연질의 스티로폴 블록이 되는 것이다.

수평방향으로 조직이 파괴된 연질 스티로폴 블럭을 (15∼50)mm의 일정한 두께로 절단시 각각의 절단된 판은 연질의 스티로폴 판이 되어 휨 성분에 대하여 쉽게 구부러지고 수직방향의 충격력을 흡수하는 기능을 가지게 됨으로서 공동주택에서 문제가 되는 상하층간의 충격음을 흡수하는 바닥충격음 완충재로 사용 할 수 있게 된다.

Description

공동주택 바닥충격음 완충재로 사용할 연질 스티로폴 판의 제조 공법{Manufacturing Method of Soft EPS Boards using Floor Impact Sound Insulation Materials in Apartment Houses}

본 발명은 공동주택에서 상하층간의 바닥충격음을 차단하는 단열완충재로 사용할 연질 스티로폴 판의 제조 공법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 공동주택의 온돌 바닥 구조에서 상부 층에서 전달되는 바닥충격음을 저감시킬 목적으로 슬래브 상부면에 사용할 연질의 스티로폴 판을 제조하는 공법에 관한 것이다.

공동주택에서 단열재로 사용하고 있는 보통의 스티로폴은 단열성능은 우수하지만 운반과 설치 과정에서 쉽게 파손되고, 스티로폴 판의 표면에 과도한 국부하중이 가하여지면 부분적으로 함몰되어 영구변형이 되는 문제가 있다. 또한 기존의 스티로폴은 매우 딱딱하여 공동주택에서 슬래브 바닥 위에 단열재로 사용하여 온돌 바닥 구조를 이루었을 때 상부층의 바닥충격음을 아래층으로 쉽게 전파시키는 단점을 가지고 있다.

공동주택에서 온돌바닥 구조의 단열재로 사용하는 스티로폴은 KS M 3808의 보온판 2호로서 밀도가 25kg/m³이상인 제품이다. 보온판 2호를 바닥충격음에 대한 평가 지표인 동탄성계수를 구하기 위해 JIS A 6321 (뜬바닥용 암면 완충재)에 따른 단위면적당 동탄성계수 및 손실계수 측정방법에 따라 시험하면 (45∼50)x10⁶N/m³을 가진다.

완충재가 가지는 동탄성 계수와 완충재 상부에 놓여지는 무게를 알면 해당 시스템에 고유진동수를 구할 수 있다.

여기서,는 고유진동수(Hz)이고,는 동탄성계수(N/m³)이며, m은 질량(kg)이다.

공동주택의 온돌바닥 구조는 약 40mm 두께의 마감 모르타르가 눌려지므로 이를 단위 면적당 중량으로 환산하면 100kgf/m²을 가지게 되고 상기의 중량과 동탄성 계수로 일반의 스티로폴을 사용한 온돌층에 대한 고유진동수를 구하면 125Hz 대역이 됨을 알 수 있다.

공동주택의 온돌 구조에서는 상부층에서 아이들이 뛰어다닐 때 "쿵쿵"거리는 충격음이 발생되며 이 충격음은 (125∼250)Hz 대역에서 큰 가진력을 가지고 있다. 온돌 바닥 위를 아이들이 뛰어다니면서 발생하게하는 가진력의 주파수와 스티로폴 2호를 사용한 온돌층의 고유진동수가 125Hz이므로 서로 일치되어 공진이 발생하게 되며 아래층에서는 훨씬 큰 소리를 듣게 된다.

바닥충격음을 저감시키기 위해서는 동탄성계수가 낮은 연질의 완충재가 필요하게 된다. 발포고무나 발포 비닐과 같은 일부의 완충재는 스티로폴보다 동탄성 계수가 낮으므로 바닥충격음을 저감시킬 수 있는 효과가 있으나, 스티로폴만큼 구하기 쉬우면서 제품의 가격이 낮은 제품도 없다. 따라서 스티로폴 판이 가지는 범용성과 가격적인 경쟁력 및 높은 단열 성능을 가지면서 동탄성계수값을 낮게 하여 바닥충격음을 효과적으로 차단할 수 있는 연질의 스티로폴 판을 만드는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다.

따라서, 본 발명은 기존의 스티로폴에 연질의 특성을 부여하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 일반적인 스티로폴의 제조 과정에 압축 과정과 회복과정을 추가하여 연질의 스티로폴 블럭을 제조한 후 상기 블럭을 절단하여 연질 스티로폴 판을 제조하는 공법을 제공하는데 있다.

도 1 본 발명에 따른 연질 스티로폴의 제조 공법

도 2 연질 스티로폴 블럭을 만드는 압축 제조 공정의 또다른 설명

도 3 (a) 기존의 스티로폴 판의 단면 조직의 형상

도 3 (b) 본 발명에 따른 연질 스티로폴 판의 단면 조직의 형상

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1. 스티로폴 블럭을 형틀에서 분리하는 냉각 과정

2. 스티로폴 블럭의 압축 과정

3. 압축된 스티로폴 블럭을 자연 상태에서 있게 하여 높이를 회복하고

연질 스티로폴 블록이 되는 회복 과정

4. 연질 스티로폴 블럭을 절단하여 연질 스티로폴 판으로 만드는 과정

11. 프레스 기계의 하부 지지판 12. 프레스 기계의 상부 누름판

13. 스티로폴 블럭 14. 일반적인 스티로폴 단면의 조직

15. 연질 스티로폴 단면의 조직

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일반적인 스티로폴 제조의 최종 단계에서 스티로폴 블럭을 프레스 기계로 압축시키는 과정과 자연상태에서 스티로폴 블록이 눌려진 높이의 일부를 회복하는 과정을 갖는 것을 특징으로 한다.

스티로폴 제조과정 중 생산되는 스티로폴 블럭의 일반적인 두께는 600mm이다. 상기 두께의 스티로폴 중 밀도가 (0.012∼0.016)kg/m³에 해당하는 스티로폴 블럭을 상하 방향으로 움직이는 프레스 기계에 넣고 블럭의 높이가 (120∼300)mm의 두께가 되도록 압축시킨다. 즉, 원래 블럭두께의 (20∼50)%가 되도록 상하방향으로 압축시킨다. 압축된 상태에서 (5∼30)분의 시간 동안 힘을 가한 후 압축 프레스의 힘을 제거하고 프레스에서 블럭을 꺼낸다. 상기의 스티로폴을 야외에서 적재하여 힘을 가하지 않은 자연 상태에서 (2∼5)일의 시간동안 있도록 한다. 야외 적재를 통해 일정 시간이 경과된 스티로폴 블럭은 높이가 (480∼552)mm의 높이까지 회복되며 (초기 높이의 (80∼92)%), 블럭 전체에 걸쳐 수평 방향으로 조직이 파괴된 연질 스티로폴 블럭이 된다.

압축과정과 복원과정을 거친 연질 스티로폴 블럭을 열선 절단기를 이용하여 (15∼50)mm의 두께로 절단하면 연질 스티로폴 판이 형성되게 된다.

연질 스티로폴 판이 가지는 물성치는 다음과 같다. 두께는 (15∼50)mm이며, 밀도는 (13∼20)kg/m³이며, 열전도는 (0.03±0.003)kcal/mh℃이다. 두께 20mm의 연질 스티로폴 판을 기존의 공동주택에서 많이 사용하는 동일 두께의 스티로폴 2호 보온판과 특성을 비교하면 다음의 표와 같다.

	기존의 스티로폴 2호 보온판	본 고안의 연질 스티로폴판
동탄성계수 (N/m³)	45∼50	15∼20
항복점	판 두께의 2% 미만	판 두께의 30% 이상에서도 항복점 없음
굽힘 강도 (N/cm²)/ 파단 깊이(mm)	30/ 10미만	30/ 30이상

공동주택의 바닥충격음을 차단하는 효과를 높이기 위해서는 완충재료의 동탄성계수가 낮은 것이 좋다. 따라서 본 고안의 연질 스티로폴의 동탄성계수는 기존에 스티로폴의 동일한 두께 스티로폴의 동탄성계수와 비교시 1/3 이하이므로 공동주택의 온돌구조에 사용했을 때 고유진동수를 63Hz 대역으로 낮출 수 있으므로 소음 차단에 유리하다. 즉, 사람의 귀가 125Hz 대역보다 63Hz 대역에 대하여 덜 민감하게 듣게 됨으로서 충격음의 소음을 낮추는 효과가 있게 된다. 또 어린이가 뛰어 다닐 때 충격음의 에너지가 (125∼250)Hz임에 비하여 연질 스티로폴을 사용한 바닥구조의 고유진동수가 63Hz가 됨으로서 공진을 피할 수 있어 소음을 줄일 수 있게 된다.

또한 항복점의 값을 비교하면 기존 스티로폴 판의 경우 국부적인 하중에 대해 약간만 눌려도 영구 변형이 되어서 함몰되는 반면에 본 발명의 연질 스티로폴 판의 경우에는 항복점이 없으므로 국부적인 하중으로 눌리는 경우에도 시간이 지나면 원래의 높이로 회복되는 장점을 가진다. 이 특성은 공동주택 내에서 피아노나 책장과 같이 무거운 중량물이 놓여져 눌린곳도 중량물을 제거하면 원래의 높이로 회복된다는 의미이다.

KS M 3808(발포 폴리스티렌 보온재)에 따라 굽힘 강도 실험을 실시하는 경우, 굽힘 강도의 값은 동일하지만 파단되는 깊이가 3배 이상 커진다. 기존의 스티로폴 판은 10mm 깊이 이내에서 파단되는 반면에 본 고안품인 연질 스티로폴 판은 30mm 이상으로 눌려야 파단이 된다. 즉, 기존의 스티로폴 판보다 3배 이상 휘어야 파단이 된다는 의미이므로 쉽게 부러지지 않는다는 것을 뜻한다.

이하, 첨부된 도 1과 2 및 3을 통해 본 발명의 제조 공법에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 연질 스티로폴의 제조 과정을 설명한 것으로 (1)은 스티로폴 블럭을 형틀에서 분리하는 냉각 과정, (2)는 연질 스티로폴 블럭을 만드는 압축 과정, (3)은 연질 스티로폴 블럭을 자연 상태에서 적재하여 높이를 회복하는 과정, (4)는 연질 스티로폴 블록을 절단하여 연질 스티로폴 판으로 만드는 제조 과정을 각각 설명한다.

상기 과정 중의 "압축" 과정(2)과 "회복"과정(3)을 제외하면 일반 스티로폴의 제조 과정과 대부분 동일하다. 즉, 예비발포된 EPS 비드를 금속틀에 넣어 가열 성형한 후 냉각과정(1)을 거쳐 스티로폴 블럭을 성형하고 난 이후 상기 블럭을 프레스 기계를 이용하여 압축하는 과정(2)과 자연상태에서 압축된 블록이 높이의 일부를 회복하는 과정(3)을 추가하여 블럭 전체의 수평 방향의 조직을 파괴함으로서 연질 스티로폴 블럭이 만들어진다.

이때 프레스 기계에서 눌려진 블럭의 높이는 압축되기 전의 스티로폴 높이의 (20∼50)%가 되도록 하며, (5∼30)분간 압축된 상태로 유지시킨 이후에 프레스 기계의 힘을 제거시킨 후 프레스 기계에서 꺼내어 야외에서 (2∼5)일간의 시간동안 있도록 하여 블럭의 높이가 부분적으로 회복(3)되는 시간을 갖는다. 야외에서 적재하여 회복과정이 완료된 스티로폴은 (480∼552)mm의 높이가 되고 이 블럭이 연질 스티로폴 블럭이다. 높이의 회복이 완료된 상태의 연질 스티로폴 블럭을 필요 높이로 절단(4)하면 연질 스티로폴 판이 만들어진다.

도 2는 연질 스티로폴 블럭을 만드는 압축 제조 공정의 또 다른 설명으로서, 도면에서 (11)은 프레스 기계의 하부 지지판, (12)는 프레스 기계의 상부 누름판, (13)은 압축된 스티로폴 블럭을 각각 나타낸다.

본 발명의 압축된 스티로폴 블럭의 압축 제조 공정 과정을 살펴보면 프레스 기계의 하부 지지판(11)의 상부에 놓여진 스티로폴 블럭(13)을 프레스 기계의 상부 누름판(12)으로 상하 방향으로 압축하는 것을 나타낸다. 이때, 압축을 하여 (5∼30)분간 누름 상태를 유지하는 동안 스티로폴 블럭(13)은 블럭의 전체가 수평방향으로 조직이 파괴되어 이 블럭을 일정 높이로 수평 절단시 각각의 스티로폴 판은 수직방향 힘에 대한 저항성이 줄어들어 연질 스티로폴이 되게 된다.

도 3은 압축되기 전후의 스티로폴 판의 단면이 가진 조직 구조에 대한 것으로 (a)는 압축되기 이전의 단면 조직도 이고, (b)는 압축된 이후의 단면 조직도이다. 여기서 (14)는 파열되기 이전의 스티로폴 조직 상태이며, (15)는 수평방향으로 파열된 상태의 조직이다.

도 3의 (a)에서 압축되기 전의 일반적인 스티로폴 단면의 조직(14) 상태는 원형에 가까운 조직 형태를 가지고 각각의 조직이 폐쇄된 상태(closed cell)하에서 연결되어 있다. 따라서 폐쇄된 조직의 수직막이 휨 하중에 대하여 저항을 함으로서 휨의 초기 단계에서 파손되며, 동일한 폐쇄 조직의 수직막이 상하 방향의 힘에도 저항을 함으로서 잘 눌려지지 않음으로서 판 자체가 단단해진다.

(b)는 압축된 이후의 연질 스티로폴이 가지는 단면의 조직상태(15)는 수평방향으로 조직이 파괴되어 각각의 조직이 연결(open cell)되어 있다. 따라서 수평방향으로 조직의 수직막이 파괴된 조직 구조는 판을 구부리는 힘에 잘 반응하게 되고, 상하방향의 힘이 가해졌을 경우에는 쉽게 눌려지게 된다. 따라서, 공동주택의 상부층에서 아이들이 뛰어다닐 때 발생하는 충격력에 대한 완충 성능을 가지게 되어 아래층으로 전달하는 충격음을 줄여주는 효과를 가지게 된다.

상기와 같이 이루어진 본 발명은 스티로폴 블럭을 상하방향의 압축과정을 거치면서 수평방향으로 조직을 파괴함으로서 쉽게 구부러지고 상하방향의 힘에 대하여 충격력을 흡수하는 기능을 가진다. 따라서, 공동주택의 상부층에서 아이들이 뛰어다닐 때 발생하는 충격력에 대한 완충 성능을 가지게 됨으로서 아래층으로 전달하는 충격음을 줄여주는 효과를 가지게 된다.

Claims

일반적인 스티로폴 제조의 최종제품으로 생산된 스티로폴 블럭 중에서 밀도가 (12∼16)kg/m³인 스티로폴 블럭을 상하로 움직이는 프레스 기계를 이용하여 원래 블럭 높이의 (20∼50)%가 되도록 압축시키고 (5∼30)분 동안 가압한 후 프레스 기계에서 스티로폴 블럭을 꺼내어 야외에서 (2∼5)일의 시간동안 힘을 받지 않은 상태로 있게하여 프레스 기계로 가압하기 전의 원래 블럭 높이의 (80∼92)%까지 회복되도록 한 후 이를 열선 절단기를 이용하여 (15∼50)mm의 두께로 절단하여 공동주택 바닥충격음 완충재로 사용할 연질 스티로폴 판의 제조 공법.
제 1 항에 있어서 프레스로 압축된 스티로폴 블럭의 전체 단면 조직이 수평방향으로 파열되어 있어 이를 일정 두께의 판으로 절단시 각각의 판 모두 수평 방향의 조직이 파괴되어 있어서 쉽게 구부러지고 상하방향의 충격력을 흡수할 수 있어 공동주택 바닥충격음 완충재로 사용할 연질 스티로폴 판의 제조 공법.
제 1 항에 있어서 연질 스티로폴 판의 두께는 (15∼50)mm이며, 밀도는 (14∼20)kg/m³이며, 열전도는 (0.03±0.003)kcal/mh℃이며, 두께 20mm를 기준했을 때 동탄성계수는 (15∼20) x 10⁶N/m³이며, 판두께의 30% 이상 눌림에도 항복점이 없으며, 굽힘강도는 30N/cm²이상이나 파단깊이가 30mm 이상인 특성을 갖는 공동주택 바닥충격음 완충재로 사용할 연질 스티로폴 판의 제조 공법.