KR20040028443A - 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 니들 펀칭된 얇은 장섬유의 무기 섬유매트에 무기바인더를 도포한 상태에서 원하는 내경의 직경을 갖는 로울러에 권취하여 다수겹의 무기 섬유매트를 일정한 두께로 성형하여 단열용 파이프를 제조하는 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명은 니들 펀칭된 얇은 장섬유의 무기섬유매트를 원하는 직경의 로울러에 권취하여 다수겹의 무기 섬유매트를 일정한 두께로 성형하여 단열용 파이프를 제조하는 과정에서 무기바인더에 의한 무기섬유매트간의 결합력을 증진과 더불어 물리적 결합을 부여하여 고온에서 사용시에도 무기섬유매트간의 층분리가 일어나지 않도록 한 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법과, 상기 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법을 보다 용이하게 달성할 수 있는 단열용 무기섬유 파이프의 제조장치를 제공한다.

Description

단열용 무기섬유 파이프의 제조방법 및 장치{Processing method and device of inorganic fiber pipe for heat insulating}

본 발명은 니들 펀칭된 얇은 장섬유의 무기 섬유매트에 무기바인더를 도포한 상태에서 원하는 내경의 직경을 갖는 로울러에 권취하여 다수겹의 무기 섬유매트를 일정한 두께로 성형하여 단열용 파이프를 제조하는 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법 및 장치에 관한 것이다.

발전소 등의 산업용 보일러에 사용되는 배관파이프와 같이 고온의 열을 활용하는 파이프에 있어서 단열은 매우 중요한 역할을 하며, 특히 발전소에서 배관을 통해 외부로 방출되는 열을 감소시키는 것은 바로 전력의 생산원가 감소와 직결된다. 그에 따라 고온의 배관용 파이프에서 방산되는 열을 감소시키기 위하여 다양한 재질의 단열재가 사용되고 있다.

상기 고온의 배관용 파이프에 사용되는 단열재는 통상적으로 칼슘실리케이트, 퍼라이트, 암면, 세라믹 등에서 선택되는 무기재료의 파우더 또는 단섬유와 유기바인더를 혼합한 후 이를 열가압 성형하여 파이프 형태로 제조된 것을 사용하고 있다.

그러나, 상기와 같은 방법에 의해 제조된 단열용 파이프는 규격별로 별도의 금형을 사용하여야 하므로 제조경비가 상승되고, 단섬유를 사용함에 의해 조직의 결속력이 약해 견고하지 못할 뿐만 아니라 파이프가 저밀도로 제작될 수밖에 없어 단열성이 저하되고, 사용과정에서 유기 바인더가 고온에 의해 열화되어 조직과 구조가 파괴되는 단점을 가지고 있다.

그에 따라 대한민국 특허 제274314호에서는 얇게 성형 된 장섬유의 무기재 섬유를 니들 펀칭기로 펀칭하여 무기섬유매트를 제조한 다음, 상기 무기섬유매트의 일면에 유기바인더를 도포한 후 제조하고자하는 단열파이프의 내경에 따라 적정한 직경을 갖는 로울러에 권취하되, 별도의 가압로울러를 통해 다수겹의 무기섬유매트를 일정한 두께로 성형하고, 상기 성형물을 고온에서 건조하여 단열용 파이프를 제조하는 방법에 관한 기술을 개시하고 있다.

상기한 기술의 단열용 파이프의 제조방법은 제조경비가 크게 절감되고 또한 고밀도의 파이프 제조가 가능함에 따라 단열효과가 우수하고, 특히 시공시 일측을 절개한 후 관체에 끼워주기만 하면 되므로 시공이 간편한 등의 여러 가지 이점을 가지고 있다.

그러나, 상기 대한민국 특허 제274314호에서 개시하고 있는 단열용 파이프의 제조방법은 다수겹의 무기 섬유매트간의 결합을 유기바인더에 의존하고 있는데, 상기 단열용 파이프를 발전소 등의 산업용 보일러에 사용되는 배관파이프와 같이 고온의 열을 활용하는 파이프에 적용할 경우 열에 의해 바인더가 열화되어 그 성능을 상실하게 되어 무기 섬유매트간의 결합이 파괴되어 층간 분리가 일어나게 되고, 그에 따라 단열성이 떨어져 제품을 자주 교체해 주어야 하는 문제점을 가지고 있다.

이에 본 발명자는 상기한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 니들 펀칭하여 제조된 무기섬유매트를 로울러에 권취하는 과정에서 다수겹의 무기섬유매트간의 결합을 무기바인더에 의한 화학적 결합뿐만 아니라 물리적인 결합을 추가로 부여함으로서 제조된 단열용 파이프의 사용시 고온에서도 무기 섬유매트간의 결합이 파괴되지 않도록 하여 단열용 무기섬유 파이프의 수명을 연장시킬 수 있는 방법을 연구한 끝에 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 니들 펀칭된 얇은 장섬유의 무기섬유매트를 원하는 직경의 로울러에 권취하여 다수겹의 무기 섬유매트를 일정한 두께로 성형하여 단열용 파이프를 제조하는 과정에서 무기바인더에 의한 무기섬유매트간의 결합력을 증진과 더불어 물리적 결합을 부여하여 고온에서 사용시에도 무기섬유매트간의 층분리가 일어나지 않도록 한 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법을 보다 용이하게 달성할 수 있는 단열용 무기섬유 파이프의 제조장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조되는 단열용 무기섬유 파이프를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단열용 무기섬유 파이프의 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 니들링에 의한 무기섬유매트층간의 결합 작용관계를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 단열용 파이프에 절개선을 형성한 일예를 나타낸 도면.

도 4는 도 3에 도시된 단열용 파이프를 배관용 파이프에 설치한 상태를 나타낸 도면.

도 5는 단열용 파이프에 절개선을 내경과 수직방향으로 형성한 상태에서 배관용 파이프에 설치한 일예를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 공급로울러 20 : 코팅부

30 : 권취로울러 40 : 가압로울러

50 : 니들로울러 51 : 니들

60 : 무기섬유 파이프 61,62 : 절개선

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 니들펀칭된 장섬유의 무기섬유매트의 일면에 무기바인더를 도포한 상태에서 이형제가 도포된 권취로울러에 권취하면서 가변 가압로울러로 권취된 무기섬유매트를 가압성형한 다음, 상기 성형물을 권취로울러에서 분리하여 고온에서 건조하는 단 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법에 있어서, 상기 권취로울러에 무기섬유매트를 권취하여 성형하는 과정에서 가변 가압로울러로 가압함과 동시에 다수개의 니들이 장착된 가변 니들로울러를 통해 연속적으로 무기섬유매트를 니들링하여 무기섬유매트 층간에 결합을 부여하면서 성형하는 것을 특징으로 하는 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 무기섬유 파이프의 제조방법을 보다 효과적으로 달성하기 위하여 니들펀칭된 장섬유의 무기섬유매트가 권취된 공급로울러와; 상기 공급로울러로부터 이송되는 무기섬유매트의 일면에 무기바인더를 도포하는 코팅부와; 상기 무기바인더가 코팅된 무기섬유매트를 권취하는 권취로울러와; 상기 권취로울러에 권취되는 무기섬유매트의 두께에 따라 가변적으로 밀착되어 가압하는 가압로울러; 및 상기 권취로울러에 권취되는 무기섬유매트의 두께에 따라 가변적으로 무기섬유매트를 니들링하는 다수개의 니들이 장착된 가변 니들로울러를 구비함을 특징으로 하는 단열용 무기섬유 파이프의 제조장치를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 파이프의 길이방향으로 적어도 하나의 절개선이 형성되되, 상기 절개선이 파이프 내경의 법선방향으로 형성됨을 특징으로 하는 무기섬유 파이프를 제공한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예 에 따른 단열용 무기섬유 파이프의 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 무기섬유매트(M)가 권취된 공급로울러(10)와; 무기섬유매트(M)의 일면에 바인더를 도포하는 코팅부(20)와; 바인더가 코팅된 매트를 권취하는 권취로울러(30)와; 권취로울러(30)에 권취되는 매트를 가압하여 무기섬유매트(M)의 층간결합을 부여하는 가압로울러(40); 및 상기 권취로울러(30)에 권취되는 매트를 니들링하여 무기섬유매트(M) 층간에 물리적 결합을 유도하는 니들로울러(50)를 포함한다.

도 2는 니들링에 의한 무기섬유매트 층간의 결합 작용관계를 나타낸 도면으로서, 상기 도 1에 도시한 장치와 함께 단열용 무기섬유 파이프를 제조하는 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

공급로울러(10)는 니들펀칭된 장섬유의 무기섬유매트(M)가 권취되어 있으며, 권취된 무기섬유매트(M)를 하기 코팅부(20)로 이송하게된다. 이때, 무기섬유매트(M)는 통상의 방법에 따라 장섬유의 무기섬유를 니들펀칭기로 펀칭하여 제조된 것을 사용한다. 무기섬유로는 유리섬유 매트를 포함하여 중섬유 이상의 무기섬유를 집속한 것으로 실리카, 알루미나, 카본, 아라미드 등을 사용할 수 있다.

코팅부(20)는 상기 공급로울러(10)로부터 이송된 매트의 일면에 바인더를 도포하게 되는데, 상기 바인더로는 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 무기바인더를 사용하여 조합 또는 중합한 방법으로 무기섬유매트의 일면에 바인더를 도포하였다.

바인더의 도포는 분사노즐을 이용하여 전면에 일정량이 도포되도록 매트의 표면을 충분히 도포할 수 있도록 한 노즐을 사용하며 작업 후 분리가 되도록 하여작업시 누적된 오물을 제거가능하도록 한다.

바인더가 코팅된 무기섬유매트(M)는 통상의 이형제로 처리된 권취로울러(30)에 권취하게 된다. 이형제의 처리는 권취로울러(30)에 권취되어 성형된 무기섬유 파이프를 용이하게 권취로울러(30)로부터 분리시키기 위함이다. 상기 권취로울러(30)의 직경은 제조하고자 하는 단열용 무기섬유 파이프의 내경에 맞게 선택하여 사용한다.

이때, 권취로울러(30)에 권취되는 매트를 가압로울러(40)를 통해 가압하여 무기섬유매트(M) 층간에 바인더에 의한 결합을 유도하게 된다. 따라서 가압로울러(40)는 권취되는 무기섬유매트(M)의 두께에 따라 가변적으로 위치가 변화되면서 밀착되도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 권취로울러(30)에 무기섬유매트(M)가 권취되면서 두께가 점차 증가하게 되면 그 두께에 따라 가압로울러(40)가 점차 권취로울러(30)로부터 이격되면서 무기섬유매트(M)를 가압할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기한 가압로울러(40)의 가압에 의해 무기섬유매트(M)층간의 화학적 결합을 부여함과 동시에 물리적 결합을 유도하기 위하여 권취로울러(30)에 권취되는 매트(M)의 두께에 따라 가변적으로 무기섬유매트(M)를 니들링하는 다수개의 니들(51)이 장착된 가변 니들로울러(50)가 장착된다.

니들로울러(50)는 권취로울러(30)에 권취되는 무기섬유매트(M)를 연속적으로 니들링함으로서 도 2에 나타낸 바와 같이 무기섬유매트(M)에 존재하는 장섬유의 무기섬유가 상호 교차되어 조직의 결속력이 증대시켜 무기섬유매트(M)층간에 물리적결합을 유도하게 된다.

따라서 본 발명에서는 권취로울러(30)에 권취되는 무기섬유매트(M)를 가변 가압로울러(40)로 가압함과 동시에 다수개의 니들(51)이 장착된 가변 니들로울러(50)를 통해 연속적으로 무기섬유매트(M)를 니들링함으로서 무기섬유매트(M) 층간에 화학적 결합과 물리적 결합을 부여함으로서 고온에서 사용시 무기섬유매트(M) 층간의 분리가 일어나지 않도록 함에 가장 큰 특징이 있다.

이때, 상기 니들로울러(50)는 권취로울러(30)에 무기섬유매트(M)가 1회 권취된 직후 밀착되어 매트 표면을 니들링하되, 권취되는 무기섬유매트(M)의 두께에 따라 가변적으로 니들로울러(50)로부터 이격되도록 하는 것이 좋다. 상기 니들로울러(50)를 가변형으로 형성하는 것은 당해분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 실시할 수 있다.

상기 가변 니들로울러(50)에 장착된 각각의 니들(51)은 무기섬유매트(M) 두께의 1.3 내지 1.8배의 길이를 갖도록 하는 것이 바람직한데, 이것은 무기섬유매트(M) 층간의 물리적 결합을 용이하게 하기 위함이다. 특히, 니들(51)의 길이가 무기섬유매트(M) 두께의 1.3배 미만일 경우 니들(51)이 하부 무기섬유매트층에 침투되지 못하여 물리적 결합이 부여되지 못하게 되고 그에 따라 제조된 파이프를 고온에서 사용시 층분리가 발생하는 단점이 있으며, 니들(51)의 길이가 무기섬유매트(M) 두께의 1.8배를 초과할 경우 니들(51)에 무리한 전단력이 가해져 니들(51)이 부러질 염려가 있다. 이때, 니들(51)은 그 길이가 3 내지 8mm 정도의 것을 사용하는 것이 가장 좋다. 그 이상으로 니들(51)의 길이가 늘어날 경우니들(51)이 부러질 염려가 있다.

상기와 같이 권취로울러(30)에 무기섬유매트(M)를 권취하여 성형하는 과정에서 가변 가압로울러(40)로 가압함과 동시에 다수개의 니들(51)이 장착된 가변 니들로울러(50)를 통해 연속적으로 무기섬유매트(M)를 니들링하여 무기섬유매트(M) 층간에 결합을 부여하면서 성형한 다음, 상기 성형물을 권취로울러(30)로부터 분리하여 고온에서 건조하면 단열용 파이프를 제조할 수 있게 된다. 본 발명에서는 성형물을 약 200~250℃의 열이 발생되는 열처리실에서 약 2시간~4시간 숙성 열처리시켜 단열용 파이프를 제조하였다.

이렇게 제조된 본 발명에 따라 제조된 단열용 무기섬유 파이프는 무기섬유매트(M) 층간에 무기바인더에 의한 화학적 결합과 니들링에 의한 물리적 결합이 부여됨에 따라 고온에서 사용시에도 무기섬유매트(M)간의 층분리가 일어나지 않게 된다. 따라서 단열용 무기섬유 파이프를 제조하는 과정에서 최소한의 무기바인더를 사용하여도 충분한 결합력을 확보할 수 있으며, 고온에서 사용시 무기바인더의 열화에도 물리적 결합력이 남아 있으므로 층분리가 일어나지 않게 된다.

본 발명에 따르면 상기 제조된 무기섬유 파이프의 길이방향으로 적어도 하나의 절개선을 형성하되, 상기 절개선이 파이프 내경의 법선방향으로 형성되도록 한 무기섬유 파이프를 제공한다.

도 3은 본 발명에 따른 단열용 파이프에 절개선을 형성한 일예를 나타낸 도면으로서, 무기섬유 파이프(60)에 형성된 절개선(61)이 파이프 내경의 법선방향으로 두 개 형성되되, 각각의 절개선(61)은 서로 평행하게 반대방향에 형성된 것을보여준다.

도 4는 도 3에 도시된 단열용 파이프를 배관용 파이프에 설치한 상태를 나타낸 도면으로서, 이를 도 5에서 도시한 바와 같이 통상의 방법으로 단열용 파이프에 절개선(62)을 내경과 수직방향으로 형성한 경우의 단열용 파이프를 배관파이프(70)에 설치한 상태와 비교하여 보면, 통상의 방법으로 절개선(62)을 내경과 수직방향으로 형성한 경우 도 5에서 보는 바와 같이 배관파이프(70)의 직경이 증가되면 무기섬유 파이프(60)의 절개선(62) 사이의 틈새가 넓어져 단열성이 저하되게 되나, 본 발명에서와 같이 내경의 법선방향으로 절개선(61)을 형성한 경우 도 4에서 보는 바와 같이 절개선(61)의 윗면이 아래면을 누르게 되어 접합되는 부분의 틈새가 최소화되어 외부로 방출되는 열을 최소화시킬 수 있게 된다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 무기섬유매트를 원하는 직경의 로울러에 권취하여 단열용 파이프를 제조하는 과정에서 바인더에 의한 무기섬유매트간의 결합력을 증진과 더불어 니들링에 의한 물리적 결합을 부여하여 고온에서 사용시에도 무기섬유매트간의 층분리가 일어나지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 무기섬유 파이프의 설치시 연결부위의 틈새를 차단하여 열의 손실을 최소화하여 단열효과가 뛰어나 에너지의 효율적인 사용과 종래 사용된 단열재의 폐기에 소요된 많은 비용을 절감시켜 환경오염을 줄이고 설비의 효율성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

상기에서 본 발명은 첨부된 도면을 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에불과하며, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (6)

1. 니들펀칭된 장섬유의 무기섬유매트의 일면에 바인더를 도포한 상태에서 이형제가 도포된 권취로울러에 권취하면서 가변 가압로울러로 권취된 무기섬유매트를 가압성형한 다음, 상기 성형물을 권취로울러에서 분리하여 고온에서 건조하는 단 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법에 있어서,

   상기 권취로울러에 무기섬유매트를 권취하여 성형하는 과정에서 가변 가압로울러로 가압함과 동시에 다수개의 니들이 장착된 가변 니들로울러를 통해 연속적으로 무기섬유매트를 니들링하여 무기섬유매트 층간에 결합을 부여하면서 성형하는 것을 특징으로 하는 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 가변 니들로울러에 장착된 각각의 니들은 무기섬유매트 두께의 1.3 내지 1.8배의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 가변 니들로울러는 권취로울러에 무기섬유매트가 1회 권취된 직후 밀착되어 무기섬유매트 표면을 니들링하되, 권취되는 무기섬유매트의 두께에 따라 가변적으로 니들로울러로부터 이격되도록 하는 것을 특징으로 하는 단열용 무기섬유 파이프의 제조방법.
4. 니들펀칭된 장섬유의 무기섬유매트가 권취된 공급로울러와;

   상기 공급로울러로부터 이송되는 무기섬유매트의 일면에 무기바인더를 도포하는 코팅부와;

   상기 유기바인더가 코팅된 무기섬유매트를 권취하는 권취로울러와;

   상기 권취로울러에 권취되는 무기섬유매트의 두께에 따라 가변적으로 밀착되어 가압하는 가압로울러; 및

   상기 권취로울러에 권취되는 무기섬유매트의 두께에 따라 가변적으로 무기섬유매트를 니들링하는 다수개의 니들이 장착된 가변 니들로울러를 구비함을 특징으로 하는 단열용 무기섬유 파이프의 제조장치.
5. 청구항 1의 제조방법에 의해 제조된 파이프의 길이방향으로 적어도 하나의 절개선이 형성되되, 상기 절개선이 파이프 내경의 법선방향으로 형성됨을 특징으로 하는 무기섬유 파이프.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 절개선이 두 개 형성되되, 각각의 절개선이 서로 평행한 반대방향에 형성됨을 특징으로 하는 무기섬유 파이프.