KR200221322Y1 - 고분자 수지 열용사 코팅 금속관 - Google Patents

Abstract

본 고안은 금속관의 내부면, 외부면 또는 내·외부면에 분말상의 고분자 수지가 열과 함께 연속적으로 분사되어 소정 두께의 고분자 수지 코팅막이 형성된 고분자 수지 열용사 코팅 금속관에 관한 것이다. 본 고안에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관은 별도의 가열 설비를 필요로 하지 않아 현장의 배관 접합부에도 쉽게 적용될 수 있는 열용사 코팅 기술에 의해 금속관의 표면이 코팅되어 있기 때문에 현장의 배관 접합부에도 금속관의 표면에 형성된 코팅막과 동일한 물성을 가지는 고분자 수지 코팅막을 형성할 수 있게끔 하여 배관 접합부도 금속관과 동일한 수준 이상의 방식성을 가질 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

고분자 수지 열용사 코팅 금속관{High-polymer resin thermal spray coating metal pipe}

본 고안은 금속관에 관한 것으로서, 특히 금속관의 내부면, 외부면 또는 내·외부면에 내식성 소재인 분말상 고분자 수지가 열용사 코팅되어있는 고분자 수지 열용사 코팅 금속관에 관한 것이다.

일반적으로 가스관, 상·하수도관, 오·폐수관, 지하 매설관, 해수 배관 등으로 이용되고 있는 파이프는 그 재질에 따라 금속관과 비금속관으로 나누어진다. 그 중, 금속관은 주변 환경에 따라 부식이 쉽게 발생하기 때문에 부식을 억제시키기 위하여 내식성이 우수한 소재(스테인레스 강관, 크롬, 니켈, 몰리브덴 등을 함유한 합금강들)로 제조되거나, 표면에 부식성 물질에 안전한 코팅막이 형성되어야만 했다. 여기서, 내식성이 우수한 소재를 사용하여 금속관을 제조하는 경우에는 소재비가 고가여서 비경제적인 경우가 많으므로 대부분의 산업 현장에서는 표면에 고분자 수지 코팅막이 형성된 금속관이 주로 사용되고 있다.

종래 기술의 고분자 수지 코팅 금속관으로는 액체 도료를 이용한 액체 도장 금속관과, 고상의 고분자 수지가 금속관의 표면에 용융 코팅된 고상 수지 용융 코팅 금속관이 있다. 여기서, 액체 도장 금속관에 적용된 액체 도장 기술은 적용상 복잡한 제한이 없다는 장점이 있으나 방식 성능상의 문제로 인해 고기능의 방식 성능이 요구되는 금속관의 경우에는 적용이 제한되고 있으며, 휘발성 유기 용제가 사용되기 때문에 환경 오염을 유발시키는 문제점이 있었다. 따라서, 종래에는 유기 용제가 사용되지 않아 대기 환경적 장점을 가지고 있고 내식성 또한 우수한 고상 수지 용융 코팅 기술을 금속관에 주로 적용하게 되었다.

종래 기술의 고상 수지 용융 코팅 금속관에 적용된 고상 수지 용융 코팅 기술에는 피도물인 금속관을 가열하여 고상의 고분자 수지를 용융시키는 방식과, 고상의 고분자 수지를 가열 용융시키는 방식이 있다. 그 중, 전자의 방식이 적용되어 제조된 코팅 금속관에는 가열로에서 가열된 피도물 금속관에 분말 수지를 융착시켜 제조한 분말 수지 융착 금속관이 있고, 후자의 방식이 적용되어 제조된 코팅 금속관에는 가열 용융된 고분자 수지를 O형 또는 T형 금형을 이용해 피도물 금속관에 코팅하여 제조한 용융 수지 코팅 금속관이 있다.

그러나, 종래 기술의 분말 수지 융착 금속관은 분말 융착된 수지가 냉각되면서 잔류하는 응력과 내부에 잔존하는 기포로 인하여 고분자 수지 코팅막에 기포가 많이 발생하기 때문에 우수한 내식성을 갖기 위해서는 금속관의 크기별로 코팅막을 두껍게 형성해야 하는(금속관의 공칭 직경이 250㎜ 미만이라도 2㎜ 이상의 두께로 코팅막을 형성해야 하고, 공칭 직경이 250㎜ 이상인 경우에는 3㎜ 이상의 두께로 코팅막을 형성해야 함) 문제점이 있었고, 종래 기술의 용융 수지 코팅 금속관은 적용된 코팅 기술의 특성상 금속관의 내부면이 코팅될 수 없고 분말 수지 융착 금속관보다 초기 설비 비용이 많이 들어 완성 제품의 가격이 비싼 문제점이 있었다.

또한, 종래 기술의 분말 수지 융착 금속관과 용융 수지 코팅 금속관은 모두 코팅막의 형성을 위해 별도의 공장 가열 설비를 필요로 하기 때문에 현장의 배관 접합부(2개 금속관을 용접한 부위)에는 다른 소재와 기술을 이용하여(예컨대, 접착성 테이프를 이용하여) 코팅할 수밖에 없었는데, 이와 같이 배관 접합부가 공장에서 코팅 처리된 부분과 다른 소재 및 기술로 코팅 처리되면 양자간의 코팅 물성 차이로 인하여 배관 접합부에서 부식이 쉽게 발생하는 문제점이 있었다.

이에 본 고안은 종래 기술의 금속관 표면에 형성된 코팅막보다 우수한 물성을 가지는 고분자 수지 코팅막을 금속관의 내·외부면에 모두 형성시킬 수 있고 별도의 공장 가열 설비를 필요로 하지 않아 현장의 배관 접합부에도 쉽게 적용될 수 있는 고분자 수지 열용사 기술에 의해 표면이 코팅된 고분자 수지 열용사 코팅 금속관을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관은 금속관의 내부면, 외부면 또는 내·외부면에 분말상의 고분자 수지가 열과 함께 연속적으로 분사되어 소정 두께의 고분자 수지 코팅막이 형성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관의 단면도,

도 2는 본 고안의 고분자 수지 열용사 코팅 금속관 2개에 대한 배관 접합부의 코팅 단면도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 고분자 수지 열용사 코팅 금속관 12: 금속관

14: 외부 고분자 수지 코팅막 16: 내부 고분자 수지 코팅막

이하, 본 고안에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 고안에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관은 원통형의 금속관 내부면, 외부면 또는 내·외부면에 분말상의 고분자 수지가 열(불꽃, flame)과 함께 연속적으로 분사되어 이루어진 소정 두께의 고분자 수지 코팅막이 형성되어 있다. 상기 고분자 수지 코팅막은 열용사 코팅 기술의 특성상 금속관의 표면과 화학적으로 결합함으로써 금속관의 부식을 반영구적으로 방지하게 된다. 아울러, 상기 고분자 수지 코팅막은 다층 구조로 이루어질 수도 있다.

본 고안의 금속관에 적용된 열용사 코팅 기술은 열용사 건(thermal spray gun)을 이용해 분말상의 고분자 수지를 고온의 열과 함께 피도물 금속관의 표면에 분사하여 금속관의 표면에 고분자 수지 코팅막을 형성시키는 기술로서, 분말상 고분자 수지가 금속관의 표면에 분사되면서 용융되어 금속관의 표면과 화학적으로 결합함으로써 금속관과의 접착력이 우수하면서도 고분자 수지의 특성으로 인해 내식성이 우수한 코팅막을 형성시킬 수 있는 코팅 기술이다. 또한, 열용사 코팅 기술은 종래의 액체 도장 기술과 달리 휘발성 유기 용제를 사용하지 않기 때문에 환경 오염을 유발시키지 않으며, 별도의 공장 가열 설비 없이 열용사 건만 있으면 쉽게 코팅을 할 수 있기 때문에 현장의 배관 접합부에도 쉽게 적용될 수 있다.

도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관의 단면도로서, 고분자 열용사 코팅 금속관(10)은 원통형의 금속관(12)과, 금속관(12)의 외부면에 소정 두께로 형성된 외부 고분자 수지 코팅막(14)과, 금속관(12)의 내부면에 소정 두께로 형성된 내부 고분자 수지 코팅막(16)으로 구성되어 있다. 여기서, 외부 고분자 수지 코팅막(14)과 내부 고분자 수지 코팅막(16)은 금속관(12)의 내·외부면에 열과 함께 분사된 분말상의 고분자 수지가 용융되면서 금속관(12)의 내·외부면과 화학적으로 결합함으로써 형성된 금속관과의 접착력 및 내식성이 우수한 코팅막들이다. 이 때, 분말상의 고분자 수지로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 염화비닐수지, 폴리비닐알코올, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트 및 폴리에테르 중 하나가 20∼300[㎛] 크기로 분쇄된 것이 사용될 수도 있고, 상기 분말상의 고분자 수지에 알루미나, 아연, 알루미늄, 산화철 및 탄소가 적어도 하나 이상 분말상 또는 파쇄된 섬유상으로 혼합되어 사용될 수도 있다. 상기 외부 고분자 수지 코팅막(14)과 내부 고분자 수지 코팅막(16)은 다층 구조로 이루어질 수도 있다.

다음에서는 본 고안에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다.

＜실시예 1>

공칭 직경이 900㎜ 이고 길이가 12m 인 강관을 준비하고, 접착성이 있는 20∼300[㎛] 크기의 분말상 폴리에틸렌 수지를 약 4㎏/㎠ 압력으로 분말을 유동시키는 열용사 건의 유동 분체통에 투입한 다음 약 4㎏/㎠의 공기압으로 열과 함께 강관의 표면에 분사하여 본 고안의 실시예 1에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관을 제조하였다.

이 때, 강관은 분당 10회 회전하였고, 프로판 가스를 열원으로 이용하는 12개의 열용사 건들은 강관의 내·외부에서 분당 10㎝씩 강관의 길이 방향으로 이동하면서 강관의 외부면과 내부면에 수직으로 분말상의 폴리에틸렌 수지를 열과 함께 연속적으로 분사하여 강관의 내·외부면을 열용사 코팅하였다. 10분 경과 후 강관의 내·외부면에는 각각 평균 800㎛ 두께의 고분자 수지 코팅막이 형성되었다.

상기와 같은 과정을 거쳐 강관의 표면에 형성된 고분자 수지 코팅막의 물성을 시험해 보았더니 다음 표 1과 같은 결과가 나타났다.

물성	코팅 두께	접착력(90°Peel)	필름 인장 강도	핀홀 시험(12,000볼트)
물성값	700∼900[㎛]	필름 인장 강도 이상	80∼120[㎏/㎠]	핀홀 없음

상기 물성 시험 결과 강관과 고분자 수지 코팅막 사이의 접착이 떨어지기 전에 고분자 수지 코팅막이 먼저 파단됨으로써 강관과 고분자 수지 코팅막 사이의 접착력은 고분자 수지 코팅막(필름)의 인장 강도 이상으로 크다는 것을 알 수 있었고, 12,000 볼트 핀홀 시험에서도 고분자 수지 코팅막에 핀홀이 발생하지 않았다는 것을 알 수 있었다. 결과적으로, 본 고안의 실시예 1에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관은 우수한 내식성을 가진다고 볼 수 있다.

＜실시예 2>

공칭 직경이 50mm 이고 길이가 6m 인 동관을 준비하고, 접착성이 있는 20∼300[㎛] 크기의 분말상 폴리에틸렌 수지를 열용사 건의 유동 분체통에 투입한 다음 약 4㎏/㎠의 공기압으로 열과 함께 동관의 표면에 분사하여 본 고안의 실시예 2에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관을 제조하였다.

이 때, 유동 분체통은 500㎜Aq 압력의 블로어(blower)로 유동시켰다. 또한, 프로판 가스를 열원으로 이용하고 불꽃 가운데로 분말상의 폴리에틸렌 수지가 유입되는 열용사 건을 이용해 분당 30회씩 회전하면서 길이 방향으로 진행하는 동관의 표면에 분말상의 폴리에틸렌 수지를 4㎏/㎠ 압력의 압축 공기로 열과 함께 일정하게 분사시켜 동관의 표면을 분당 1m씩 열용사 코팅시켰다. 그 결과 동관의 내·외부면에는 600㎛ 두께의 고분자 수지 코팅막이 각각 형성되었다.

상기와 같은 과정을 거쳐 동관의 표면에 형성된 고분자 수지 코팅막의 물성을 시험해 보았더니 다음 표 2와 같은 결과가 나타났다.

물성	코팅 두께	접착력(90°Peel)	필름 인장 강도	핀홀 시험(10,000볼트)
물성값	500∼700[㎛]	필름 인장 강도 이상	80∼120[㎏/㎠]	핀홀 없음

상기 물성 시험 결과 동관과 고분자 수지 코팅막 사이의 접착이 떨어지기 전에 고분자 수지 코팅막이 먼저 파단됨으로써 동관과 고분자 수지 코팅막 사이의 접착력은 고분자 수지 코팅막(필름)의 인장 강도 이상으로 크다는 것을 알 수 있었고, 10,000 볼트 핀홀 시험에서도 고분자 수지 코팅막에 핀홀이 발생하지 않았다는 것을 알 수 있었다. 결과적으로, 본 고안의 실시예 2에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관은 우수한 내식성을 가진다고 볼 수 있다.

＜실시예 3>

도 2에 도시된 바와 같이 본 고안의 실시예 1에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관 2개(20, 30)를 맞대기 용접한 다음 금속관들의 내·외부면에 형성된 고분자 수지 코팅막들과 동일한 소재(분말상 폴리에틸렌 수지) 및 기술로 용접 부위(배관 접합부)의 내·외부면에 각각 800㎛ 두께의 고분자 수지 코팅막을 형성시켰다.

상기와 같은 과정을 거쳐 배관 접합부의 내·외부면에 형성된 고분자 수지 코팅막의 물성을 시험해 보았더니 다음 표 3과 같은 결과가 나타났다.

물성	코팅 두께	접착력(90°Peel)	필름 인장 강도	핀홀 시험(12,000볼트)
물성값	700∼900[㎛]	필름 인장 강도 이상	80∼120[㎏/㎠]	핀홀 없음

상기 물성 시험 결과 배관 접합부와 고분자 수지 코팅막 사이의 접착이 떨어지기 전에 고분자 수지 코팅막이 먼저 파단됨으로써 배관 접합부와 고분자 수지 코팅막 사이의 접착력은 고분자 수지 코팅막(필름)의 인장 강도 이상으로 크다는 것을 알 수 있었고, 12,000 볼트 핀홀 시험에서도 고분자 수지 코팅막에 핀홀이 발생하지 않았다는 것을 알 수 있었다. 결과적으로, 본 고안의 실시예 1에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관은 현장에서도 쉽게 적용될 수 있는 코팅 기술(열용사 코팅 기술)로 코팅되어 있기 때문에 현장의 배관 접합부에도 금속관의 표면에 형성된 코팅막과 동일한 물성을 가지는 고분자 열용사 코팅막을 형성시킬 수 있어 종래의 배관 접합부에서 쉽게 발생하던 부식 현상이 미연에 방지된다.

＜실시예 4>

공칭 직경이 900mm 이고 길이가 12m 인 강관을 준비하고, 접착성이 있는 20∼300[㎛] 크기의 분말상 폴리에틸렌 수지를 약 4㎏/㎠ 의 압력으로 분말을 유동시키는 열용사 건의 유동 분체통에 투입한 다음 약 4㎏/㎠의 공기압으로 열과 함께 강관의 표면에 분사하여 본 고안의 실시예 4에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관을 제조하였다.

이 때, 강관은 분당 10회 회전시켰고, 프로판 가스를 열원으로 이용하는 12개의 열용사 건들은 강관의 내·외부에서 분당 10㎝씩 강관의 길이 방향으로 이동하면서 강관의 외부면과 내부면에 수직으로 분말상의 폴리에틸렌 수지를 열과 함께 분사하여 강관의 내·외부면을 동시에 열용사 코팅하였다. 여기서, 고분자 수지 코팅막은 2중막으로 형성하되, 강관의 표면에 접착되는 첫 번째 코팅막은 분말상 폴리에틸렌 수지를 열용사 코팅하여 500㎛ 두께로 형성하고, 첫 번째 코팅막에 접착되는 두 번째 코팅막은 분말상의 폴리에틸렌 수지와 내마모성을 증가시키기 위한 1∼5[㎛] 크기의 알루미나 분말을 폴리에틸렌 수지 중량에 대해 중량비로 5% 함께 열용사 코팅하여 300㎛ 두께로 형성함으로써 강관의 내·외부면에 각각 800㎛ 두께의 2중 고분자 수지 코팅막을 형성하였다.

상기와 같은 과정을 거쳐 강관의 내·외부면에 형성된 2중 고분자 수지 코팅막의 물성을 시험해 본 결과 본 고안의 실시예 4에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관은 접착력의 경우 본 고안의 실시예 1에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관과 거의 동일하였으나, 표면 경도는 경도(Hardness Shore D) 40 수준(본 고안의 실시예 1)에서 경도 60 수준(본 고안의 실시예 4)으로 향상되었다.

상기에서 설명된 본 고안의 고분자 수지 열용사 코팅 금속관은 고분자 수지 코팅막이 1회에 0.1∼0.3[㎜]씩 다수 회에 걸쳐 코팅되기 때문에 내부 잔존 기포가 없고 잔류 응력이 크게 나타나지 않아 고분자 수지 코팅막의 두께가 0.5㎜ 정도만 되어도 1㎜ 이상 두께의 코팅막이 형성된 종래의 분말 수지 융착 금속관의 핀홀 시험 물성을 만족할 수 있다.

아울러, 본 고안의 고분자 수지 열용사 코팅 금속관은 내부면과 외부면에 서로 다른 물성을 가지는 고분자 수지 코팅막이 형성될 수도 있다.

상기에서 본 고안은 실시예들로 한정되어 설명되었지만 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 여러 가지 변화와 변경이 가능함은 물론이다.

또한, 본 고안에서는 금속관만을 한정하고 있으나 본 고안의 금속관 표면에 열용사 방식으로 형성된 고분자 수지 코팅막은 배관시 금속관과 함께 사용되는 배관 피팅(fitting)류와, 금속관과 피팅류의 접합부에도 적용될 수 있다.

이와 같이 본 고안에 의한 고분자 수지 열용사 코팅 금속관은 별도의 가열 설비를 필요로 하지 않아 현장의 배관 접합부에도 쉽게 적용될 수 있는 열용사 코팅 기술에 의해 금속관의 표면이 코팅되어 있기 때문에 현장의 배관 접합부에도 금속관의 표면에 형성된 코팅막과 동일한 물성을 가지는 고분자 수지 코팅막을 형성할 수 있게끔 하여 배관 접합부도 금속관과 동일한 수준 이상의 방식성을 가질 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 금속관에 있어서,

   상기 금속관의 내부면, 외부면 또는 내·외부면에 분말상의 고분자 수지가 열과 함께 연속적으로 분사되어 소정 두께의 고분자 수지 코팅막이 형성된 것을 특징으로 하는 고분자 수지 열용사 코팅 금속관.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고분자 수지 코팅막은 다층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 고분자 수지 열용사 코팅 금속관.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 분말상의 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 염화비닐수지, 폴리비닐알코올, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트 및 폴리에테르 중 하나가 20∼300㎛ 크기로 분쇄된 것임을 특징으로 하는 고분자 수지 열용사 코팅 금속관.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 분말상의 고분자 수지에 알루미나, 아연, 알루미늄, 산화철 및 탄소가 적어도 하나 이상 분말상 또는 파쇄된 섬유상으로 혼합되어 상기 고분자 수지 코팅막이 형성된 것을 특징으로 하는 고분자 수지 열용사 코팅 금속관.