KR200374253Y1 - 경량 세라믹 샌드위치 패널 - Google Patents

경량 세라믹 샌드위치 패널 Download PDF

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KR200374253Y1
KR200374253Y1 KR20-2004-0031164U KR20040031164U KR200374253Y1 KR 200374253 Y1 KR200374253 Y1 KR 200374253Y1 KR 20040031164 U KR20040031164 U KR 20040031164U KR 200374253 Y1 KR200374253 Y1 KR 200374253Y1
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신상호
김정훈
강승문
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Abstract

본 고안은 경량 세라믹 샌드위치 패널에 관한 것으로, 단열성 확보를 위해 단열재로 발포 폴리우레탄, EPS, 유리섬유 등을 사용한 종래의 샌드위치패널에 비하여, 본 고안에서는 발포경량 세라믹이라는 발포 무기소재를 단열재로 사용하여 내화, 내수, 불연, 강성 측면에서 높은 성능을 기대할 수 있다.

Description

경량 세라믹 샌드위치 패널{Light weight ceramic sandwitch panel}
본 고안은 공장건축물, 창고건축물, 가설건축물, 비주거용 건축물, 칸막이 벽체, 외벽 등 건축용 내외장재로 사용되는 샌드위치 패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발포경량 세라믹이라는 발포 무기소재를 단열재로 사용하여 내화, 내수,불연, 강성 측면에서 높은 성능을 갖는 샌드위치 패널에 관한 것이다.
종래의 샌드위치 패널은 내부 단열재의 종류에 따라 EPS(Expandable Poly Styrene) 패널, 발포 폴리우레탄 패널, PIR(Polyisocyanurate) 패널, 유리섬유(Glass Wool) 패널로 나눌 수가 있다.
이중 EPS 패널과 발포 폴리우레탄 패널은 내화성능 확보가 불가능하여 내화성능이 요구되는 부위에는 적용할 수 없고, 더구나 불연성능 역시 확보되지 않아 적용가능한 부위가 극히 미약하고 실내측에서 관찰되는 부위에도 적용할 수 없다는 사용용도의 제약을 가지고 있다.
상기 PIR 패널은 난연3급의 불연성능을 지니고 있으나 내화성능 확보가 불가능하며, 따라서 난연 2급 이상의 불연성능 또는 내화성능이 요구되는 부위에는 사용이 불가능하며, 또한 고가라는 약점을 지니고 있다.
상기 유리섬유 패널은 내화성능 확보가 가능하여 적용가능 부위가 다양한 반면에, 수분에 취약해서 물에 노출될 경우 치명적인 피해를 입어 샌드위치 패널의 기능을 상실하기 쉽고, 재단 및 설치 작업시 유리섬유 분진으로 인해 작업자들이 시공을 기피하는 단점이 있다.
대한민국 특허공개 제1992-17801호 및 등록특허 제135,439호에는 발포수지로 이루어진 단열재를 중간 삽입재로 하고 폴리머 콘크리트를 외벽제로 하는 샌드위치 패널이 개시되어 있고, 대한민국 특허공개 제2001-3718호에는 석판재를 이용하여 안쪽 내부에 공동부가 형성된 다층 또는 단층블럭을 만들고 상기 공동부에 콘크리트 폐기물 등의 충진물을 충진시키거나 타설한 후 활석공정을 통하여 제작한 조립식 간막이용 박판 스톤 샌드위치 패널과 보차도용 경계석이 개시되어 있으며, 대한민국 등록실용신안 제344,475호에는 내부가 빈 육면체 형상의 샌드위치 패널 스킨의 내부 공간에 경량기포 콘크리트를 주입식으로 충전한 샌드위치 패널이 개시되어 있다. 그러나 상기 종래의 샌드위치 패널들은 콘크리트나 석재를 사용하여 중량이 무겁고 가공성이 떨어지는 단점이 있다.
이와 같이 종래의 샌드위치 패널은 흡수율이 높아 습도가 높은 계절에 세균이 번식할 위험성이 있고, 대형건축물에 설치함에 있어 중량과다와 못 지지력 등의 강도가 약하며, 밀집된 도시에서 차음 및 화재시 난연성 등의 많은 문제점을 안고 있다.
샌드위치 패널이 그 제품 적용에 제약을 받지 않기 위해서는 불연성능, 내화성능을 지녀야 하고, 또한 이용자가 느끼는 제품 만족도를 위해서는 차음성능, 휨강도, 충격강도, 못지지력, 내수성능, 내구성능 등을 제공하여야 한다.
본 고안은 이러한 기존 샌드위치 패널의 문제점들을 개선하여 모든 요구성능을 만족함으로써 모든 부위에 적용이 가능한 샌드위치 패널을 제공하기 위한 것으로,
따라서 본 고안의 목적은 내부 단열재로서 불연성능과 내화성능을 충족하는 무기질계의 발포경량 세라믹을 사용하고 상기 발포경량 세라믹의 상하 양면에 강판을 부착하여 제품을 구성함으로써, 불연성능, 내화성능, 내수성능, 차음성능, 휨강도, 충격강도, 못지지력, 내구성능, 경량성, 단열성능 등이 고루 확보된 경량 샌드위치 패널을 제공하는 것이다.
도 1은 본 고안에 따른 경량 세라믹 샌드위치 패널의 사시도,
도 2는 본 고안에 따른 경량 세라믹 샌드위치 패널의 단면도,
도 3은 본 고안에 따른 경량 세라믹 샌드위치 패널의 조인트 부위 결합 단면도,
도 4는 본 고안에 따른 경량 세라믹 샌드위치 패널의 설치 개념도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 샌드위치 패널 11: 발포경량 세라믹
12: 상부 강판 13: 하부 강판
14: 요홈부 15: 돌출부
20: 상부 런너 21: 하부 런너
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 단열재 및 심재의 역할을 하는 판상의 발포경량 세라믹과, 상기 발포경량 세라믹의 상하 양면에 접착되는 강판으로 이루어진 샌드위치 패널을 제공한다.
본 고안에서 사용되는 발포경량 세라믹은 SiO260 내지 65 중량%, Al2O315 내지 20 중량%, Fe2O31 내지 5 중량%, CaO 2 내지 4 중량%, MgO 1 내지 3 중량%, K2O 0.5 내지 1.5 중량% 및 Na2O 2 내지 5 중량%를 함유하는 발포성 점토광물 90 내지 98 중량%, 융제로서 폐유리 1 내지 5 중량%, 발포제로서 탄화규소 0.5 내지 5 중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 고안에서 사용되는 발포경량 세라믹은 밀도 0.3 내지 0.7 g/㎤, 꺾임강도 8 내지 50 ㎏f/㎠, 열전도율 0.10 내지 0.13 W/mㆍK(20℃)의 물성과 난연 1급(KS F 2271)의 난연성을 갖음으로써, 경량성은 물론 우수한 단열성능, 불연성능, 내화성능, 방음성능, 내수성능 등을 제공한다.
본 고안의 샌드위치 패널은 바람직하게는 그 일 측면에 돌출부가 형성되고, 마주하는 다른 일 측면에는 요홈부가 형성되어, 별도의 조립부재없이 패널간의 끼움작업에 의해 조립가능하다.
본 고안에서 상기 강판과 발포경량 세라믹을 접착하는데 사용되는 접착제는 에폭시계, 우레탄계, EVA(Ethylene Vinyl Acetate)계 중에서 선택되는 1종 이상이다.
본 고안에서 단열재 및 심재로서 사용되는 발포경량 세라믹은 발포성 점토광물 90 내지 98 중량%, 융제로서 폐유리 1 내지 5 중량%, 발포제로서 탄화규소 0.5 내지 5 중량%를 혼합하는 단계; 혼합된 조성물을 패널 형태로 가압 성형하는 단계; 및 제조된 성형체를 1,100 내지 1,200℃에서 소성 및 발포하는 단계를 포함하는 제조공정에 의해 제조된 것이다.
상기 발포경량 세라믹은 발포성 점토광물 및 폐유리에 의해 생성되는 유리상 안에 탄화규소 및 산화철이 산소와 반응하여 발생되는 가스를 내부에 가둠으로써 생성되는 폐기공 조직을 포함한다.
상기 발포경량 세라믹은 매우 가벼우면서 불에 타지 않은 세라믹의 특성으로 본 고안에 따른 샌드위치 패널의 단열재 및 심재로서 매우 적합하며, 적은 원재료로 발포함으로써 원재료비와 에너지 비용이 절감되어 경제성이 우수할 뿐만 아니라 천연재료의 사용으로 친환경적이다.
상기 발포경량 세라믹은 발포특성의 점토광물을 이용한 것을 특징으로 하는데, 이를 제조함에 있어서 발포성 점토광물의 발포 정도를 효과적이고 경제적으로 제어하는 것이 관건이다.
상기 발포성 점토광물의 발포 정도를 제어하기 위한 요건은 크게 세가지로 분류되는데, 첫째 발포특성을 가진 점토광물과 탄화규소 및 융제(폐유리)와의 최적 조성범위 개발, 그리고 최적의 발포 소성조건을 위한 소성시간 및 유지시간 범위의 규명, 마지막으로 발포경량 세라믹의 생산공정기술의 확립을 들 수 있겠다.
본 고안에서 발포경량 세라믹의 제조원리 및 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
발포성 점토광물과 폐유리 그리고 탄화규소를 혼합한 후 성형하여 소성하면, 유리질과 결정질이 생성되고 아래 화학식 1과 같이 고온에서 탄화규소의 산화반응 및 화학식 2와 같이 Fe2O3의 환원반응으로부터 기체가 발생되어 폐기공(閉氣孔) 조직이 생성된다.
SiC ＋ 2O2= SiO2＋ CO2↑
Fe2O3= 2FeO ＋ 1/2O2↑
상기 발포경량 세라믹의 제조방법은 구체적으로,
발포성 점토광물 90 내지 98 중량%, 융제(폐유리) 1 내지 5 중량%, 탄화규소 0.5 내지 5 중량%를 각각 중량 조성비로 혼합하는 단계 (A)와;
단계 (A)에서 혼합된 분말을 건조시킨 후 몰드(mold)에 넣고 일축가압성형을 실시하여 패널 형태로 성형체를 제조하는 단계 (B)와;
상기 성형체를 몰드에서 탈형하는 단계 (C)와;
상기 성형체를 터널킬른(tunnel kiln) 또는 셔틀킬른(shuttle kiln)을 이용하여 1,100 내지 1,200℃에서 소성 및 발포하고 그 후 자연냉각하는 단계 (D)와;
소성체 표면을 연마하는 가공단계 (E)를 포함한다.
상기 세라믹 조성물은 발포성 점토광물 90 내지 98 중량%, 융제(폐유리) 1 내지 5 중량%, 발포제로서 탄화규소 0.5 내지 5 중량%로 이루어져 있다. 이때 상기 발포성 점토광물은 SiO260 내지 65 중량%, Al2O315 내지 20 중량%, Fe2O31 내지 5 중량%, CaO 2 내지 4 중량%, MgO 1 내지 3 중량%, K2O 0.5 내지 1.5 중량% 및 Na2O 2 내지 5 중량%를 함유한다.
상기 조성물 중에서 무기광물을 구성하는 발포성 점토광물, 융제(폐유리), 탄화규소가 상기와 같은 범위에 있을 때, 본 고안의 목적에 적합한 발포경량 세라믹을 제조할 수 있게 되는데, 그 구체적인 이유는 다음과 같다.
상기 발포성 점토광물의 함량이 증가할수록 초경량 세라믹패널의 발포특성은 저하되고 강도는 반대로 증가하며, 점토광물의 함량이 감소할수록 발포특성은 향상되고 강도는 반대로 감소하므로, 발포성 점토광물의 함량은 조성물 중에서 90 내지 98 중량%인 것이 적합하다.
상기 융제(폐유리)는 초경량 세라믹패널의 조성과 성질에 영향을 준다. 융제(폐유리)는 소성시 낮은 온도에서 유리상을 형성시키며, 발생되는 가스(CO2)를 세라믹패널 내부에 가두어 폐기공 조직을 생성시킨다. 하지만 과량 첨가시에는 오히려 밀도를 저하시키므로, 그 함량은 1 내지 5 중량%인 것이 바람직하다.
상기 탄화규소는 융제(폐유리)가 생성시킨 유리상 안에서 가스를 생성시킴으로써 폐기공을 생성시킨다. 탄화규소를 과량 첨가하면 다량의 가스 생성으로 인해 밀도는 낮아지지만, 폐기공이 개폐되면서 가스가 밖으로 분출되어 초경량 세라믹패널의 강도가 저하되므로, 그 함량은 0.5 내지 5 중량%인 것이 바람직하다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안에 따른 경량 세라믹 샌드위치 패널의 사시도이고, 도 2는 단면도로서, 본 고안의 발포경량 세라믹 샌드위치 패널(10)은 내화성능, 불연성능, 내수성능, 경량성, 단열성능, 방음성능 등을 지닌 무기질계의 발포경량 세라믹(11)을 단열재 및 심재로 사용하고 상기 발포경량 세라믹(11)의 상하 양면에 상하부 강판(12, 13) 2매를 각각 접착제로 접착하여 일체화한 것이다.
이때 사용가능한 강판(12, 13)은 아연도금강판, 폴리에스터 도장강판, 실리콘 폴리에스터 도장강판, 불소도장강판, 알루미늄 시트(불소도장 가능), SUS(steel use stainless) 시트(Dull Finish, Hair Line, Mirror 등 각종 표면처리 가능) 등이다.
도 3은 본 고안에 따른 경량 세라믹 샌드위치 패널의 조인트 부위 결합 단면도로서, 마감재로 사용되는 강판(12, 13)의 측면은 마감재 역할과 동시에 조립을 위한 조인트 부재의 기능을 수행할 수 있는 형상으로 절곡되어 있다. 즉, 본 고안의 샌드위치 패널(10)의 일 측면에는 돌출부(15)가 형성되고, 마주하는 다른 일 측면에는 요홈부(14)가 형성되어, 별도의 조립부재없이 패널(10)간의 끼움작업 만으로도 조립이 가능하게 된다.
도 4는 본 고안에 따른 경량 세라믹 샌드위치 패널의 설치 개념도로서, 본 고안의 샌드위치 패널(10)을 상하부 런너(20, 21)에 장착한 것이다. 이는 샌드위치 패널의 일반적인 설치방법으로써, 이때 상하부 런너(20, 21)의 기능은 패널(10)의지지 및 고정, 기밀성 및 차음성 확보이다. 상하부 런너(20, 21)로 패널(10)이 시공될 정확한 위치를 확보한 후, 패널(10)을 런너(20, 21)에 슬라이딩시켜 시공하므로 시공이 용이하다.
이하, 본 고안의 발포경량 샌드위치 패널을 제조하는 방법의 일예를 설명하며, 본 고안의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 이해될 것이다. 단 본 고안은 아래의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
SiO265 중량%, Al2O315 중량%, Fe2O32 중량%, CaO 4 중량%, MgO 3 중량%, K2O 1.5 중량%, Na2O 2.5 중량% 및 기타 유기물 7%를 함유하는 발포성 점토광물 95.5 내지 96.5 중량%, 융제(폐유리) 3 중량%, 탄화규소 0.5 내지 1.5 중량%로 이루어진 무기광물 100 중량부를 12시간 혼합한 후, 직경 36 ㎜ 몰드에 넣고 100 ㎏f/㎠의 압력에서 일축가압성형을 실시하였다. 얻어진 성형체를 전기로에서 1,140 내지 1,200℃의 온도로 산화 소성하여 발포경량 세라믹을 제조하였다.
상기 발포경량 세라믹의 물성은 탄화규소의 함량과 소성온도에 따라 차이가 발생하였으며, 구체적으로 소성온도(표 1)와 탄화규소의 함량(표 2)에 따라 선팽창률은 13.8 내지 40.2%, 밀도 0.3 내지 0.7 g/㎤, 꺾임강도 8 내지 50 ㎏f/㎠의 물성을 나타냈다. 또한, 흡수율은 극히 낮으면서 원적외선 방출량(40℃)은 기기분석(FT-IR) 결과 방사율 0.90 내지 0.93, 방사에너지는 3.718×102(W/㎡), 열전도율은 KS L 9016-'95에 의해 시험한 결과 0.10 내지 0.13 W/mㆍK(20℃), 난연성은 KS F2271-'98에 의해 시험한 결과 난연 1급의 특성을 나타냈다.
소성온도 1,140℃ 소성온도 1,170℃ 소성온도 1,200℃
선팽창률(%) 23.9 31.0 27.7
밀도(g/㎤) 0.70 0.50 0.30
꺾임강도(㎏f/㎠) 40 19 8
탄화규소 0.5% 탄화규소 1.0% 탄화규소 1.5%
선팽창률(%) 13.8 30.9 40.2
밀도(g/㎤) 0.60 0.50 0.30
꺾임강도(㎏f/㎠) 50 19 10
제조된 발포경량 세라믹(11)을 단열재 및 심재로 사용하고 그 상하 양면에 강판(12, 13) 2매를 각각 접착제로 접착하여 일체화한 후, 패널간의 조립을 위해 양측면에 돌출부(15)와 요홈부(14)를 형성하여 도 1과 같은 구조를 갖는 본 고안에 따른 샌드위치 패널(10)을 제조하였다.
상기한 바와 같이, 본 고안의 샌드위치 패널은 강판과 무기질계 단열재의 사용으로 불연성능과 내화성능을 확보하여 사용자의 안전성을 제공하기 때문에 모든 부위에 사용가능하며, 단열재로 사용되는 발포경량 세라믹이 클로즈드 셀(closed cell)로 이루어져 있어 흡수율이 0%이기 때문에 내수성을 지니며, 차음성능, 경량성, 단열성능도 우수하다. 또한 경량 세라믹이 강판과 일체화되면서 높은 강성을 발현함으로써 우수한 휨강도, 내충격성, 내구성능, 못지지력을 제공하여 사용자의 만족도를 높여준다는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 단열재 및 심재의 역할을 하는 판상의 발포경량 세라믹과, 상기 발포경량 세라믹의 상하 양면에 접착되는 강판으로 이루어진 샌드위치 패널.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발포경량 세라믹은 SiO260 내지 65 중량%, Al2O315 내지 20 중량%, Fe2O31 내지 5 중량%, CaO 2 내지 4 중량%, MgO 1 내지 3 중량%, K2O 0.5 내지 1.5 중량% 및 Na2O 2 내지 5 중량%를 함유하는 발포성 점토광물 90 내지 98 중량%, 융제로서 폐유리 1 내지 5 중량%, 발포제로서 탄화규소 0.5 내지 5 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  3. 제2항에 있어서, 상기 발포경량 세라믹은 밀도 0.3 내지 0.7 g/㎤, 꺾임강도 8 내지 50 ㎏f/㎠, 열전도율 0.10 내지 0.13 W/mㆍK(20℃)의 물성과 난연 1급(KS F 2271)의 난연성을 갖는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패널의 일 측면에는 돌출부가 형성되고, 마주하는 다른 일 측면에는 요홈부가 형성되어, 별도의 조립부재없이 패널간의 끼움작업에 의해 조립가능한 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강판과 발포경량 세라믹을 접착하는데 사용되는 접착제는 에폭시계, 우레탄계, EVA(Ethylene Vinyl Acetate)계 중에서 선택되는 1종 이상임을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
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