KR20050111665A - 내화재료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정 비율의 목초성 섬유, 내화성 과립 및 무기 시멘트 재료로 만들어지며, 여기서 내화성 과립을 무기 시멘트 재료와 균질하게 혼합하여 그것이 목초성 섬유 사이로 침투하게 하여 목초성 섬유의 표면을 피복하게 하며, 다공성 내화성 과립의 내화성 특성은 무기 시멘트 재료 및 목초성 섬유의 내화성 능력을 효과적으로 강화시키고, 그래서 혼합물은 전통적인 격벽재료보다 더높은 연소온도를 견딜 수 있으며, 목초성 섬유는 균질하게 혼합되어 격벽재료의 강인성을 효과적으로 향상시켜, 격벽재료가 장기간 고온 연소에도 견딜 수 있고 조각이나 분말로 쉽게 균열하지 않도록 해준다.

Description

내화재료 {Refractory Material}

발명은 내화재료, 더욱 특별하게는 섬유, 과립 및 무기 시멘트를 소정의 비율로 포함하는 내화재료에 관한 것이다.

최근, 인구가 계속 증가하면서, 세계의 여러 나라의 도시와 마을에 있는 거주 빌딩의 찬사어린 디자인에 무관하게, 그 빌딩들은 위쪽 방향으로 수직으로 개발되어 가는 경향이 있고 사무소와 가정용으로 더욱 많은 공간을 창출할 것을 기대하고 있다. 따라서, 마천루 (skyscraps)과 고층빌딩들은 도시와 마을의 전체 지역을 뒤덮게 되어, 조망과 생택학적 환경을 변화시켰을 뿐만 아니라 우리의 생활 습관도 변화시켰다.

대도시에서 성장한 사람들은 고층빌딩에서 살거나 일할 뿐만 아니라, 그들의 여가시간도 그 빌딩 내에서 즐기면서 보낸다. 따라서, 빌딩의 안전성은 시간이 흐를수록 주목받는 이슈가 되었으며, 방진 및 방화의 이슈들은 가장 중요한 것들이 되었다. 전통적으로, 빌딩을 건축할 때, 벽돌, 철근 또는 시멘트를 건축자재로 보통 사용하며, 또한 철골을 주요 구조물로서 사용할 수도 있다. 주요 구조물을 완성한 후에, 벽돌 또는 소석고(Plaster of Paris cast)를 사용하여 각 층을 분할(칸막이)한다. 이러한 격벽(partition) 재료 중에서, 벽돌은 강체 구조를 특징으로 하는데 더 무거워서 빌딩의 전체에 걸쳐 하중을 증가시키며, 반면 소석고는 비록 그 구조는 약하지만 더 가볍고, 그래서 그 빌딩에 특히 화재사고가 있으면 큰 충격 또는 진동을 견딜 수 없다. 이러한 전통적인 격벽 재료들은 장시간의 연소에 견디는 것이 불가능하며, 고온에서 계속된 연소는 그 재료의 분자 구조를 열화시키고, 조각 또는 분말로 균열시키고, 원래 의도된 지지체 및 격벽용 용도를 상실한다. 화재가 시작된 다음에는, 그것은 통제되지 않고 돌이킬 수 없게 되거나, 심지어 재산과 인명에 심각한 손해를 야기한다. 놀랍지도 않게, 이런 유사한 광경을 텔레비전 뉴스에서 매우 자주 볼 수 있다.

비록 화재의 원인에 수많은 연구가 있어왔지만, 빌딩의 연소는 계속되고 있다. 전통적인 격벽재료의 사용에 대한 가장 중요하고 핵심적인 이유는 화재원을 효과적으로 차단하는 것이 불가능하다는 것인데, 이것은 계속적인 연소와 화재의 전파로 이끌고 소화를 더욱 어렵게 만든다. 따라서, 현재의 건축재료 산업 및 연구자들을 위한 하나의 중요한 주제는 내화성이고 열절연성 특징을 갖는 강하고 가벼운 격벽 재료를 만드는 방법을 찾아내는 것이며, 그래서 그 격벽 재료는 고온에서도 계속 연소하지 않거나 그 재료에 대한 열화 또는 분말화 및 균열현상을 야기하지 않는다.

벽돌과 소석고과 같은 전통적인 격벽재료의 단점의 관점에서, 본 발명의 발명자들은 상술한 단점들을 해결하기 위하여 관련 산업에 참여하여 축적된 다년간의 경험을 근거로 광범위한 연구를 수행하여 본 발명에 따른 내화재료를 발명하였다. 내화재료의 구조체는 특정 길이의 목초성 섬유 (예. wood wool 또는 야자껍질 섬유, 등등)을 포함하며, 무기 시멘트 재료 (예. 시멘트 등) 및 다공성 내화성 과립 (예. 고온 소결된 실리케이트 무기 분말 등)과 특정 중량%로 개별적으로 혼합되어 있으며, 그리고 무기 시멘트 재료, 내화성 과립, 및 목초성 섬유가 균질하게 혼합되어 무기 시멘트 재료 및 내화성 과립이 목초성 섬유 사이로 균질하게 침투하여 목초성 섬유의 표면을 덮을 때까지 적절한 양의 물을 첨가한다. 이러한 혼합물을 주형 내로 쏟아 부은 다음, 본 발명의 내화재료를 고압 성형 및 건조 공정으로써 제조한다.

본 발명의 첫 번째 목적은 내화성 과립을 무기 시멘트 재료와 균질하게 혼합하고 내화성 과립이 목초성 섬유 사이로 침투하게 하여 목초성 섬유의 표면을 피복함으로써 제조된 내화재료를 제공하는 것으로, 다공성 내화성 과립의 내화성 및 열절연성 성질은 무기 시멘트 재료 및 목초성 섬유의 내화성 및 열절연성 능력을 효과적으로 강화시키고 전통적인 격벽재료보다 더높은 연소온도를 견딜 수 있도록 해준다.

본 발명의 두 번째 목적은 목초성 섬유를 혼합 공정에서 균질하게 교락(interlace)시켜 격벽재료의 강인성(tenacity)을 향상시키는 것으로, 격벽재료는 장시간의 고온 연소를 견딜 수 있으며 조각 또는 분말로 용이하게 균열되지 않도록 된다.

본 발명의 또다른 목적은, 경량화 특징 및 거칠고 조악한 다공성 표면을 가지는, 목초성 섬유 및 다공성 내화성 과립을 함유한다. 그러한 재료는 무기 시멘트 재료와 균질하게 혼합되어 그 재료의 분자들 사이에 더욱 강한 연결과 가볍고 강인성 있는 내화재료를 산출할 수 있다.

본 발명의 또다른 특징과 이점들은 하기에 상세히 설명된 바람직한 구현예에서 명백해질 것이며, 하기와 같은 첨부 도면을 참조로 한다:

도 1은 본 발명의 내화재료의 제조 흐름을 묘사하는 도표이다.

도 2는 국가 표준 규격 CNS12514 및 CNS6532에 따른 본 발명의 내화재료에 대한 실내 연소시험의 온도상승그래프의 도표이다.

도 3은 국가 표준 규격 CNS12514 및 CNS6532에 따른 본 발명의 내화재료의 외측면에 대한 실내 연소시험의 온도상승그래프의 도표이다.

본 발명은 특정 길이의 목초성 섬유를 포함하고 무기 시멘트 재료 및 다공성 내화성 과립과 소정의 비율(중량%)로 개별적으로 혼합된 내화재료를 개시한다. 무기 시멘트 재료, 내화성 과립, 및 목초성 섬유가 균질하게 혼합될 때까지 소정 비율 (중량%)의 물이 첨가된다. 무기 시멘트 재료 및 내화성 과립은 목초성 섬유 사이로 균질하게 계속해서 침투하여 목초성 섬유의 표면을 피복한다. 그런 다음, 혼합물을 주형 내로 쏟아 부어 본 발명의 내화재료를 고압 성형 및 건조 공정으로써 제조한다. 본 발명의 내화재료에서, 목초성 섬유(plant fiber)는 천연 식물성 섬유 (botanic fiber)에서 유래하며, 목재 울, 코코넛껍질, 밀집 또는 야자와 같은 긴 줄 섬유를 갖는 목초성 섬유일 수 있으며, 그래서 이들 목초성 섬유는 혼합 공정 동안에 균질하게 혼합되고 서로서로와 교락될 수 있다. 내화성 과립은 천연 미네랄에서 유래하며; 다공성 과립은 분쇄공정 및 1000 ℃이상에서의 고온 연소 및 소결공정 후에 성형되며, 대표적인 예는 시판되는 적충토(infusorial earth), 실리카 또는 백탄과 같은 재료들이다. 이들 재료의 주요 성분들은 이산화규소이기 때문에, 고온 연소 및 소결 후에, 이러한 재료들은 탁월한 내화특성을 갖게 될 것이다. 무기 시멘트 재료는 포틀랜드 시멘트, 규산염 무기물 (또한 물유리로 알려져 있음), 또는 상기 물질들의 조합일 수 있다. 무기 시멘트 재료를 사용하는 주요 목적은 목초성 섬유와 내화성 과립의 균질 혼합물을 산출하는 것에 있다. 고온 성형 및 건조공정 후에, 무기 시멘트 재료는 목초성 섬유 및 내화성 과립과 함께 고화된다. 본 발명에 의해 사용되는 재료들은 천연산이고 용이하게 수득가능한 목초성 섬유 및 미네랄에서 유래하기 때문에, 그렇게 제조된 내화재료는 제조비용을 증가시키지 않고 환경보호 요건을 충족시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 준하는 내화재료의 제조 흐름에 대해서는 도 1을 참조한다. 사용되는 목초성 섬유는 목재 울 섬유이며, 이러한 섬유를 길이 약 0.7~6 ㎜, 두께 0.1~0.6 ㎜이며, 실질적으로 스트립으로 존재한다. 방부 처리후에, 제조된 목재 울은 길이 3 ㎝ 이상, 바람직하게는 5~17 ㎝일 것이다. 사용되는 내화성 과립은 시판되고 있는 보통의 실리카이며, 체질된 과립의 직경은 4㎛~6㎜이다. 사용되는 무기 시멘트 재료는 시판되는 포틀랜드 시멘트이며, 이들 재료들을 하기 비율 (%)로 균질하게 혼합한다.

(1) 목초성 섬유: 15%~30%;

(2) 내화성 과립: 10%~35%;

(3) 무기 시멘트 재료: 45%~70%;

상술한 혼합물에서, 40~60중량%의 물을 혼합물에 첨가한다. 무기 시멘트 재료, 내화성 과립 및 목초성 섬유는 균질하게 혼합되어야 하며, 무기 시멘트 재료 및 내화성 과립은 목초성 섬유 사이로 침투해야 하며 식물성 섬유의 표면을 피복하여야 한다. 마지막으로, 상술한 혼합물을 소정의 형상 및 형태를 갖는 주형 내에 쏟아붓는다. 고압 성형 및 건조 공정 후에 본 발명의 내화재료를 제조될 수 있다.

도 1에서, 본 발명의 바람직한 구현예는, 생산 및 제조에 요구되는 시간을 단축시키기 위하여 적절한 비율(중량%)의 고화제를 첨가함으로써 무기 시멘트 재료의 고압 성형 및 건조 공정에서 목초성 섬유 및 내화성 과립의 고화를 촉진하고자 의도한다.

도 2를 참조한다. 내화재료의 제조가 완결되면, 구조물 내의 내화성 과립을 무기 시멘트 재료와 균질하게 혼합시키는데, 이것은 목초성 섬유들 사이에 침투하여 목초성 섬유의 표면을 피복한다. 상술한 바처럼, 다공성 내화성 과립 자체는 탁월한 내화특성을 가지고 있기 때문에, 무기 시멘트 재료 및 목초성 섬유의 내화성 및 열절연성 능력을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 이렇게 하여 그것들은 전통적인 격벽재료 보다도 더높은 연소 및 소결온도를 견딜 수 있게 된다. 더나가서, 상술한 생산 공정에서, 목초성 섬유는 혼합 공정에서 그의 긴 줄모양 섬유로 인하여 서로서로가 교락되고 격벽재료에서 균질하게 혼합되어 격벽재료의 강인성을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 장시간의 고온 연소에서도, 이러한 격벽재료는 조각이나 분말로 쉽게 균열하지 않을 것이다.

게다가, 목초성 섬유 및 다공성 내화성 과립은 무게가 가볍고 그들의 표면은 다공성이고, 거칠고, 조악하며, 따라서 이들은 무기 시멘트 재료와 균질하게 혼합될 수 있다. 고압 성형 및 건조 공정 후에, 그렇게 제조된 내화재료는 가볍지만 강인한 특성을 소유한다.

본 발명에 의해 제조된 내화재료에 있어서, 예를들면, 길이 20 ㎝, 폭 20㎝ 및 두께 5㎝의 내화벽돌은 무게가 단지 0.9 ㎏에 불과하고 물함량은 약 1.8%이다. 이러한 내화벽돌을 밀폐 연소실의 측벽에 끼워넣고, 그 벽돌의 한쪽 면을 연소실의 내부에 면하게 하고 다른 쪽을 연소실의 외측에 면하게 한다. 그 벽돌의 안쪽에 대한 내화특성 테스트를 국가표준규격 CNS12514 및 CNS6532에 준하여 수행한다. 연소실은 디젤을 연료로 사용하며 15분 동안 연소 후의 온도는 725 ℃에 도달한다. 연소실의 온도 상승 그래프는 도 3에 보여 진다. 3시간 동안 연소 후에, 본 발명의 내화벽돌은 조각 및 분말로 균열되지 않았으며 또는 통과(passing-through) 현상을 갖지 않는다. 벽돌의 외측(즉, 뒷면)에서 검출된 최대 온도는 불과 85 이고 그 온도 상승 그래프는 도 3에 보여 진다. 불과 두께 5 ㎝의 내화벽돌에 대해서도, 내화성 및 열절연성 효과는 탁월하며, 이러한 벽돌은 탁월한 내화재료로서 간주되고, 이것은 전통적인 격벽재료와 비교할 수 없다. 더군다나, 이러한 내화벽돌은 3시간 연소공정 도중에 어떠한 독성기체도 산출하지 않았으며, 국가표준규격 CNS1010에 준하여 테스트된 그의 압축강도는 151.75 ㎏/㎡ 정도로 높은 수치를 보여준다. 그 벽돌은 연소 후에도 탁월한 압축강도를 여전히 유지하고 있음을 보여준다.

본 발명에 따르면, 전통적인 격벽재료보다 더높은 연소온도를 견딜 수 있는 내화재료가 제공되며, 내화재료 내의 목초성 섬유는 균질하게 혼합되어 격벽재료의 강인성을 효과적으로 향상시켜, 격벽재료가 장기간 고온 연소에도 견딜 수 있고 조각이나 분말로 쉽게 균열하지 않도록 해준다.

도 1은 본 발명의 내화재료의 제조 흐름을 묘사하는 도표이다.

도 2는 국가 표준 규격 CNS12514 및 CNS6532에 따른 본 발명의 내화재료에 대한 실내 연소시험의 온도상승그래프의 도표이다.

도 3은 국가 표준 규격 CNS12514 및 CNS6532에 따른 본 발명의 내화재료의 외측면에 대한 실내 연소시험의 온도상승그래프의 도표이다.

Claims (6)

1. 하기를 소정의 중량%로 포함하는 내화재료:

   길이 3 ㎝ 이상의 스트립을 갖는 줄모양의 목초성 섬유;

   분쇄 및 소결에 의해 형성된 다공성 내화성 과립; 및

   무기 시멘트 재료,

   전술한 복합물을 물과 혼합하여 주형 내로 쏟아 붓고 고압 성형 및 건조 공정에 의해 내화재료로서 만들어짐, 여기서 무기 시멘트 재료, 내화성 과립 및 목초성 섬유는 내화재료 내부에 균질하게 분포하며, 무기 시멘트 재료와 내화성 과립은 목초성 섬유 사이로 침투하여 목초성 섬유의 표면을 피복하며, 그리고 전술한 목초성 섬유는 혼합 공정에서 서로서로와 교락하여 커플링될 수 있음.
2. 제 1 항에 있어서, 전술한 목초성 섬유는 내화재료의 15~30 중량%인, 내화재료.
3. 제 1 항에 있어서, 전술한 내화성 과립은 내화재료의 10~35 중량%인, 내화재료.
4. 제 3 항에 있어서, 전술한 내화성 과립은 이산화규소로 주로 구성된 미네랄이고, 분쇄 및 소결된 다공성 내화성 과립을 형성하는 것인, 내화재료
5. 제 4 항에 있어서, 전술한 내화성 과립은 4 ㎛ 내지 6 ㎜의 범위의 직경을 가지는 것인, 내화재료.
6. 제 1 항에 있어서, 전술한 무기 시멘트 재료는 내화재료의 45~70 중량%인, 내화재료.