KR20100098905A - Superinsulation blanket manufacturing method using the powder to the silica aerogel - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of a blanket using silica aerogel powder is provided to easily and rapidly obtain the blanket including an aerogel by spraying the aerogel during a fiber manufacturing process. CONSTITUTION: A manufacturing method of a blanket using silica aerogel powder comprises the following steps: melting a fiber material in the high temperature(S10); high-pressure spraying the melted fiber material to form a fiber(S20); spraying the aerogel powder to the spun fiber for adhering(S30); and obtaining the reeled fiber adhered with an aerogel(S40). The aerogel powder is silica with the size of 1~100 micrometers.

Description

실리카 에이로겔 분말을 이용한 블랑켓 제조방법{superinsulation blanket manufacturing method using the powder to the silica aerogel}Blanket manufacturing method using silica aerogel powder {superinsulation blanket manufacturing method using the powder to the silica aerogel}

본 발명은 실리카 에이로겔 분말을 이용한 블랑켓 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 섬유 제조공정상에 에어로겔을 분사시켜 섬유 냉각과 함께 섬유재와 에어로겔이 고착될 수 있게 함으로써 연속 공정에 의해 쉽고 빠르게 에어로겔이 포함된 블랑켓을 제조할 수 있게 하는 실리카 에이로겔 분말을 이용한 블랑켓 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a blanket manufacturing method using silica aerogel powder, and more particularly, by spraying aerogel on the fiber manufacturing process to allow the fiber material and aerogel to be fixed together with the cooling of the fiber easily and quickly by a continuous process The present invention relates to a blanket production method using silica aerogel powder to make a blanket containing an airgel.

에어로젤(aerogel)은 그들의 구조, 즉, 낮은 밀도, 개방 셀 구조, 큰 표면적 및 서브 나노미터 스케일의 기공 사이즈에 기초한 한 종류의 물질을 설명한다.Aerogels describe one type of material based on their structure, low density, open cell structure, large surface area, and pore size on a sub-nanometer scale.

일반적으로 임계 초과 및 임계 이하의 유체 추출 기술은 상기 물질의 부서지기 쉬운 셀로부터 유체를 추출하는데 사용된다. 많은 다른 에어로졸 합성물이 알려져 있고, 무기물 또는 유기물일 것이다. 일반적으로 무기물 에어로젤은 금속 알콕시드를 기초로 하고, 실리카, 카바이드 및 알루미나와 같은 물질들을 포함한다. 유기물 에어로젤은 우레탄 에어로젤, 레조르시놀 포름알데히드 에어로젤 및 폴리이미드 에어로젤을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 낮은 밀도의 에어로젤 재 료(0.01g/cc 내지 0.3g/cc)는 100°F 및 대기압에서 10mW/mK 내지 15mW/mK 및 그 이하의 열전도율을 갖는 가장 단단한 발포체 보다 더 좋은, 최상의 견고한 열 절연체로서 널리 알려져 있다. 에어로젤은 주로 전도(낮은 밀도, 고체 나노구조를 통해 전달하는 열을 위한 굽은 통로), 대류(매우 작은 기공 크기가 대류를 최소화) 및 방사(IR 흡수 또는 확산된 도펀트가 에어로젤 메트릭스를 통해 손쉽게 분산)를 최소화하여 열 절연체로서 작용한다. 방식에 따라, 그들은 550℃ 및 그 이상의 극저온에서 잘 작용할 수 있다. 또한, 에어로젤 재료는 매우 유용하게 하는 많은 다른 흥미로운 음향, 광학, 기계 및 화학 특성을 표시한다. 낮은 밀도의 절연 재료는 중요 절연체가 매우 큰 압축력을 겪는 적용에서 많은 열 절연 문제를 해결하기 위해 발전해 왔다.In general, above- and below-critical fluid extraction techniques are used to extract fluid from fragile cells of the material. Many other aerosol compounds are known and will be inorganic or organic. In general, inorganic airgels are based on metal alkoxides and include materials such as silica, carbides and alumina. Organic airgels include, but are not limited to, urethane airgels, resorcinol formaldehyde airgels, and polyimide airgels. Low density airgel materials (0.01 g / cc to 0.3 g / cc) are the best rigid thermal insulators, better than the hardest foams with thermal conductivity of 10 mW / mK to 15 mW / mK and below at 100 ° F and atmospheric pressure. It is widely known. Airgels are primarily conductive (low density, curved passageways for heat passing through solid nanostructures), convection (very small pore size minimizes convection), and radiation (IR absorbed or diffused dopants readily disperse through airgel matrix) It acts as a thermal insulator by minimizing it. Depending on the manner, they can work well at cryogenic temperatures of 550 ° C. and above. Aerogel materials also exhibit many other interesting acoustic, optical, mechanical and chemical properties that make them very useful. Low density insulating materials have evolved to address many thermal insulation problems in applications where critical insulators experience very high compressive forces.

예를 들어, 중합체 재료는 일반적으로 매우 딱딱하고 압축 저항 물질인 신택틱 폼(syntactic foams)을 생성하기 위해 공동 유리 마이크로스피어(microspheres)와 혼합되어 왔다. 신택틱 물질은 수중 오일, 가스 파이프라인 및 지지 장비를 위한 절연체로서 잘 알려져 있다. 신택틱 물질은 유연한 에어로젤 합성물(섬유에 의해 강화된 에어로젤 메트릭스)에 비해 비교적 구부러지지 않고 열전도율이 높다. 에어로젤은 유연한 젤 전구체로부터 형성될 수 있다. 유연한 섬유 강화 에어로젤을For example, polymeric materials have generally been mixed with hollow glass microspheres to produce syntactic foams that are very hard and compressive resistant materials. Syntactic materials are well known as insulators for underwater oil, gas pipelines and support equipment. Syntax materials are relatively unbending and have high thermal conductivity compared to flexible airgel compounds (fiber-reinforced airgel matrices). Aerogels can be formed from flexible gel precursors. Flexible Fiber Reinforced Airgel

포함하는 다양한 유연층들은 하나 이상의 축을 따라 기계적으로 압축될 때 모재를 제공하고, 어떠한 축에서도 압축력에 강한 바디를 제공하기 위해 쉽게 결합되고 형성될 수 있다. 이 방법으로 압축된 에어로젤 바디는 신택틱 폼보다 더 좋은 열절연값을 나타낸다. 이 물질들을 빨리 제조하는 방법은 외부 절연체로 수중 오일 및 가 스 파이프라인에서 이 물질의 대규모 사용이 용이할 것이다.The various flexible layers comprising can be easily combined and formed to provide a base material when mechanically compressed along one or more axes, and to provide a body resistant to compression on any axis. Airgel bodies compressed in this way exhibit better thermal insulation than syntactic foam. A quick way to make these materials would be to facilitate the large-scale use of these materials in oil and gas pipelines underwater with external insulators.

겔 시트 및/또는 졸-겔의 화학적 성질을 거쳐 형성된 섬유 강화 합성 겔 시트 제조를 위한 종래의 방법은 항상 배치 캐스팅(batch casting)을 포함하는 특허 및 과학 문헌에 기술된다. 배치 캐스팅은 여기서 겔화를 유도하기 위해 졸의 전체 용적에 걸쳐서 동시에 촉매 작용이 미치는 것으로 정의된다. 겔 형성 기술은 겔화가 일어나는 지점에서 희석된 금속 산화물 졸의 pH 및/또는 온도의 조절을 포함하는 예(알. 케이. 일러의 1954년 실리카 및 규산염의 콜로이드 화학의 제 6 장; 알. 케이. 일러의 1979년 실리카의 화학의 제 5 장, 씨. 제이. 브링커 및 쥐. 더블유. 셰러의 1990년 졸-겔 과학의 제 2 및 제 3 장)로 당업계의 당업자들에게 잘 알려져 있다.Conventional methods for producing fiber reinforced synthetic gel sheets formed via the chemical properties of gel sheets and / or sol-gels are always described in patent and scientific literature, including batch casting. Batch casting is defined here as the simultaneous catalysis over the entire volume of the sol to induce gelation. Gel forming techniques include controlling pH and / or temperature of the dilute metal oxide sol at the point where gelation occurs (see Chapter 6 of Colloidal Chemistry of Silica and Silicate, 1954 by Al. Chapter 5 of Cheil's 1979 silica chemistry, C. J. Brinker and Rat W. Scherer's 1990 sol-gel science chapters 2 and 3) are well known to those skilled in the art.

그러나 이러한 에어로켈은 그 구조 조성이 복잡하고 고비용에 의한 초임계 건조공정을 이용하고 있어 원가 상승의 원인이되는 문제점이 있다.However, the air locale has a problem that causes a cost increase because its structural composition is complicated and uses a supercritical drying process due to high cost.

특히 블랑켓 등과 같은 섬유재에 에어로켈을 포함시킬 경우 높은 생산단가와 복잡한 공정에 의해 실용화에 많은 제약이 발생하는 문제점이 있다.In particular, when the air locale is included in the fiber material such as a blanket, there is a problem that a lot of restrictions occur in practical use due to a high production cost and a complicated process.

또한 섬유재에 고착된 에어로켈이 이탈되어 그 기능이 약화되는 단점이 있다.In addition, there is a disadvantage that the air locale fixed to the fiber material is separated and its function is weakened.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 섬유 제조공정상에 에어로겔을 분사시켜 섬유 냉각과 함께 섬유재와 에어로겔이 고착될 수 있게 함으로써 연속 공정에 의해 쉽고 빠르게 에어로겔이 포함된 블랑켓을 제조할 수 있게 하는 실리카 에이로겔 분말을 이용한 블랑켓 제조방법을 제고함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by injecting aerogel on the fiber manufacturing process of the present invention by allowing the fiber material and the airgel to be fixed together with the cooling of the fiber, the airgel is easily and quickly included in a continuous process It is to improve the blanket manufacturing method using silica aerogel powder to enable the production of a blanket.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.The present invention has the following structure in order to achieve the above object.

본 발명의 실리카 에이로겔 분말을 이용한 블랑켓 제조방법은, 1) 섬유 소재를 고온 용융시키기는 단계; 2) 용융된 섬유 소재를 노즐을 이용해 고압분사시켜 섬유를 생성하는 단계; 3) 방사된 섬유에 에어로겔 분말을 분사시켜 고착시키는 단계; 및 4) 에어로겔이 고착된 섬유를 롤 형태로 수득하는 단계;를 포함하여 이루어진다.Blanket manufacturing method using a silica aerogel powder of the present invention, 1) melting the fiber material at high temperature; 2) high-pressure spraying the molten fiber material using a nozzle to produce a fiber; 3) spraying the airgel powder onto the spun fibers to fix them; And 4) obtaining the airgel-fixed fibers in roll form.

또한 상기 3)단계에서는 상기 에어로겔 분말을 1~100㎛ 사이의 실리카인 것이며, 상기 3)단계는 방사된 섬유를 챔버를 통과시키며 이루어지게 한다.In addition, in the step 3), the airgel powder is silica between 1 and 100 µm, and the step 3) allows the spun fiber to pass through the chamber.

그리고 상기 3)단계에서는 에어로겔 분말을 에어와 혼합 분사되게 하며, 상기 3)단계에서는 상기 에어로겔 분말을 챔버를 통과하는 섬유의 전체 체적에 대해 1~90% 이내의 체적을 갖게 고착되게 한다.In step 3), the airgel powder is mixed with the air and sprayed, and in step 3), the airgel powder is fixed to have a volume within 1 to 90% of the total volume of the fiber passing through the chamber.

본 발명에 따르면, 섬유 제조공정상에 에어로겔을 분사시켜 섬유 냉각과 함께 섬유재와 에어로겔이 고착될 수 있게 함으로써 연속 공정에 의해 쉽고 빠르게 에어로겔이 포함된 블랑켓을 제조할 수 있게 하는 효과가 있다.According to the present invention, by spraying the airgel on the fiber manufacturing process to allow the fiber material and the airgel to be fixed together with the cooling of the fiber has an effect that can be easily and quickly produced a blanket containing the airgel by a continuous process.

본 발명에 따르면, 실리카 에이로겔 분말을 이용한 블랑켓 제조방법은, 1) 섬유 소재를 고온 용융시키기는 단계; 2) 용융된 섬유 소재를 노즐을 이용해 고압분사시켜 섬유를 생성하는 단계; 3) 방사된 섬유에 에어로겔 분말을 분사시켜 고착시키는 단계; 및 4) 에어로겔이 고착된 섬유를 롤 형태로 수득하는 단계;를 포함하여 이루어진다.According to the present invention, a blanket production method using silica aerogel powder, 1) hot melting the fiber material; 2) high-pressure spraying the molten fiber material using a nozzle to produce a fiber; 3) spraying the airgel powder onto the spun fibers to fix them; And 4) obtaining the airgel-fixed fibers in roll form.

또한 상기 3)단계에서는 상기 에어로겔 분말을 1~100㎛ 사이의 실리카인 것이며, 상기 3)단계는 방사된 섬유를 챔버를 통과시키며 이루어지게 한다.In addition, in the step 3), the airgel powder is silica between 1 and 100 µm, and the step 3) allows the spun fiber to pass through the chamber.

그리고 상기 3)단계에서는 에어로겔 분말을 에어와 혼합 분사되게 하며, 상기 3)단계에서는 상기 에어로겔 분말을 챔버를 통과하는 섬유의 전체 체적에 대해 1~90% 이내의 체적을 갖게 고착되게 한다.In step 3), the airgel powder is mixed with the air and sprayed, and in step 3), the airgel powder is fixed to have a volume within 1 to 90% of the total volume of the fiber passing through the chamber.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명은 1) 섬유 소재를 고온 용융시키는 단계(S10)와 2) 용융된 섬유 소재를 노즐을 이용해 고압 분사시켜 섬유를 생성하는 단계(S20)와, 3) 방사된 섬유에 에어로겔 분말을 분사시켜 고착시키는 단계(S30) 및 4) 에어로겔 분말이 고착된 섬유를 롤 형태로 수득하는 단계(S40)로 이루어진다.Referring to Figure 1, the present invention 1) the step of melting the fiber material at high temperature (S10) and 2) the step of high pressure spraying the molten fiber material using a nozzle (S20) and 3) the spun fiber And spraying the airgel powder to (S30) and 4) obtaining the fiber to which the airgel powder is fixed in a roll form (S40).

상기 1)단계(S10) 및 2)단계S20)는 유기 또는 무기 소재로 형성된 소스를 원료(P)를 이용하여 도 2에 도시된 바와 같이 사출기(10)에 수용시켜 사출기 내부에서 고온 용융되게 한 후 내부에 설치된 스크류를 이용해 노즐(11) 이용해 섬유(P')를 방사하는 단계로서 통상 섬유를 방사할 때 사용되는 종래의 일반적 기술이다.Steps 1) and 2) S20 are performed by receiving a source formed of an organic or inorganic material in the injection molding machine 10 using a raw material P, as shown in FIG. After the step of spinning the fibers (P ') using the nozzle 11 by using a screw installed therein is a conventional general technique used when spinning the fibers.

상기 3)단계(S30)는 방사된 섬유에 에어로겔 분말을 고착시키는 단계로서, 방사된 섬유를 사출기(10) 일측에 구비된 챔버(20) 측으로 이동시켜 상기 챔버(20)와 연결된 에어로겔 분말 및 에어 분사부(미도시) 측으로부터 챔버 내부로 에어로겔 분말과 에어가 혼합된 상태로 분사되게 하여 챔버 내부에 유입된 섬유 표면 및 섬유 내부로 에어로겔 분말(A)이 고착될 수 있게 하는 단계이다. 이때 상기 챔버에는 도면상에 기재하고 있지는 않지만 고온 상태의 섬유를 냉각시킬 수 있는 냉각수단이 구비되어 있어 에어로겔 분말이 섬유에 고착됨과 동시에 섬유를 냉각시킬 수 있게 하고 있다. 또한 상기 에어로겔 분말은 챔버 내에 유입된 섬유의 전체 체적에 대해 1~90% 사이의 체적을 차지할 수 있게 분사된다.The step (S30) is a step of fixing the airgel powder to the spun fiber, the airgel powder and air connected to the chamber 20 by moving the spun fiber to the chamber 20 side provided on one side of the injection machine 10 It is a step of allowing the airgel powder (A) to be fixed to the fiber surface and the fiber flow introduced into the chamber by spraying the airgel powder and air mixed into the chamber from the injection unit (not shown) side. At this time, although not shown in the drawings, the chamber is provided with cooling means for cooling the fiber in a high temperature state, so that the airgel powder is fixed to the fiber and at the same time cools the fiber. In addition, the airgel powder is sprayed to occupy a volume of 1 to 90% with respect to the total volume of fibers introduced into the chamber.

상기 4)단계(S40)는 상기 3)단계를 거치며 에어로겔 분말이 고착된 상태의 섬유를 챔버 외부로 이동시켜 롤러(30)에 롤링(B)시켜 보관하는 단계로서 상기 챔버와 롤러 사이에 가이드를 구비시켜 챔버에서 롤러로 이동시 섬유가 손상되는 것을 방지할 수 있게 하고 있다. 또한 상기 가이드 상에 별도의 냉각수단을 설치하여 챔버 외부로 이동된 에어로겔 분말이 고착된 상태의 섬유를 2차적으로 냉각시킬 수도 있다.In step 4), step S40 is performed to move the fiber in which the airgel powder is fixed to the outside of the chamber and to roll (B) the roller 30 to store the guide between the chamber and the roller. It is provided to prevent the fiber from being damaged when moving from the chamber to the roller. In addition, a separate cooling means may be installed on the guide to secondarily cool the fiber in which the airgel powder moved to the outside of the chamber is fixed.

예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 섬유 소재를 이용해 섬유를 제조하는 중간 에 에어로겔 분말을 섬유에 고착시킬 수 있게 함으로써 에어로겔 블랑켓의 제조 공정을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 고온 상태의 섬유에 에어로겔 분말을 분사시켜 섬유 외부와 내부에 모두 실리카 에어로겔이 고착될 수 있어 에어로겔이 섬유에서 이탈되는 것을 최소화할 수 있게 된다.For example, as shown in FIG. 3, the aerogel powder can be fixed to the fiber in the middle of manufacturing the fiber using the fiber material, thereby simplifying the manufacturing process of the aerogel blanket as well as applying the airgel powder to the fiber at a high temperature. By spraying the silica airgel can be fixed both inside and outside the fiber, it is possible to minimize the release of the airgel from the fiber.

본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.The present invention is not limited by the embodiments described above, and various changes and modifications can be made by those skilled in the art, which are included in the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims.

도 1은 본 발명의 실리카 에이로겔 분말을 이용한 초단열 블랑켓 제조방법을 나타내는 블록도.1 is a block diagram showing a method for producing an ultra-insulated blanket using silica aerogel powder of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 실리카 에이로겔 분말을 이용한 초단열 블랑켓 제조방법의 동작을 나타내는 예시도.Figure 2 is an exemplary view showing the operation of the ultra-insulation blanket manufacturing method using the silica aerogel powder shown in FIG.

도 3은 본 발명의 실리카 에이로겔 분말을 이용한 초단열 블랑켓 제조방법의 공정 흐름을 나타내는 개략도.Figure 3 is a schematic diagram showing the process flow of the ultra-insulated blanket manufacturing method using silica aerogel powder of the present invention.

Claims (5)

1) 섬유 소재를 고온 용융시키기는 단계;1) hot melting the fiber material; 2) 용융된 섬유 소재를 노즐을 이용해 고압분사시켜 섬유를 생성하는 단계;2) high-pressure spraying the molten fiber material using a nozzle to produce a fiber; 3) 방사된 섬유에 에어로겔 분말을 분사시켜 고착시키는 단계; 및3) spraying the airgel powder onto the spun fibers to fix them; And 4) 에어로겔이 고착된 섬유를 롤 형태로 수득하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리카 에이로겔 분말을 이용한 블랑켓 제조방법.4) a method for producing a blanket using silica aerogel powder, characterized in that it comprises a step of obtaining in the form of a roll of air-fixed fibers. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 3)단계에서는 상기 에어로겔 분말을 1~100㎛ 사이의 실리카인 것을 특징으로 하는 실리카 에이로겔 분말을 이용한 블랑켓 제조방법.In the step 3), the airgel powder is a blanket manufacturing method using silica aerogel powder, characterized in that the silica between 1 ~ 100㎛. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 3)단계는 방사된 섬유를 챔버를 통과시키며 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 실리카 에이로겔 분말을 이용한 블랑켓 제조방법.Step 3) is a blanket manufacturing method using a silica aerogel powder, characterized in that the spinning fiber is made to pass through the chamber. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 3)단계에서는 에어로겔 분말을 에어와 혼합 분사되게 하는 것을 특징으로 하는 실리카 에이로겔 분말을 이용한 블랑켓 제조방법.In the step 3) of the blanket manufacturing method using silica aerogel powder, characterized in that the airgel powder is mixed and sprayed with air. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 3)단계에서는 상기 에어로겔 분말을 챔버를 통과하는 섬유의 전체 체적에 대해 1~90% 이내의 체적을 갖게 고착되게 하는 것을 특징으로 하는 실리카 에이로겔 분말을 이용한 블랑켓 제조방법.In the step 3) is a blanket manufacturing method using silica aerogel powder, characterized in that the airgel powder is fixed to have a volume within 1 ~ 90% of the total volume of the fiber passing through the chamber.
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