KR20110015326A - 진공단열재의 코어 제조방법, 진공단열재의 코어 및 이를 구비한 진공단열재 - Google Patents

진공단열재의 코어 제조방법, 진공단열재의 코어 및 이를 구비한 진공단열재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공단열재의 코어 제조방법, 진공단열재의 코어 및 이를 구비한 진공단열재에 관한 것으로서, 진공단열재의 외피 내부에 위치하는 코어로서, 상기 코어는 합성수지재 섬유를 열융착하여 서로 접합시킨 것을 특징으로 하는 진공단열재의 코어가 제공된다.
진공 단열재, 코어, 폴리에틸렌

Description

진공단열재의 코어 제조방법, 진공단열재의 코어 및 이를 구비한 진공단열재{MANUFACTURING METHOD OF CORE FOR A VACUUM INSULATION PANNEL, A CORE FOR A VACUUM INSULATION PANEL AND VACUUM INSULATION PANEL USING THE SAME}
본 발명은 진공단열재의 코어 제조방법, 진공단열재의 코어 및 이를 구비한 진공단열재에 관한 것으로서, 진공단열재의 내부에 포함되는 코어 및 그를 구비한 진공단열재에 관한 것이다.
진공단열재는 내부 공간을 감압하여 진공으로 함으로써, 진공의 낮은 열전도도 특성을 이용하는 단열재의 일 종이다. 이러한 진공단열재는 통상 소정의 두께를 가지는 패널(PANEL)의 형태로 사용되며, 이를 진공단열패널(Vacuum Insulation Pannel)이라 칭한다.
이러한 진공단열패널은, 내부에 소정의 공간을 형성하는 외피(envelope)(재)와, 상기 외피의 내부에 수용되어 상기 외피가 소정의 형태를 유지하도록 지지하는 심재 또는 코어(core)를 구비하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 외피의 내부에는 상기 외피 내부로 유입되는 침투 가스 또는 상기 코어재로부터 발생되는 누출가스를 흡수하기 위한 게터(getter)(제)가 구비될 수 있다.
상기 외피(필름제)는 진공단열재의 내부 진공도를 일정한 수준으로 유지하기 위한 것으로서 다층의 폴리머(polymer)와 알루미늄을 라미네이팅한 필름 등으로 구성될 수 있다.
상기 코어는 소위 글래스 파이버(glass fiber)라고 하는 유리섬유, 글래스 울(Glass wool) 또는 실리카코어 등을 전처리 공정을 거쳐서 소정 정도의 경도 및 원하는 크기를 갖도록 한 것을 사용하게 된다.
상기 게터는 상기 외피의 내부에 잔존하거나 새로 유입되는 가스 및/또는 수분을 흡수하기 위한 흡기, 흡습제의 일종이다.
상기 유리섬유 또는 글래스 울을 사용한 코어는 상술한 바와 같이 전처리 공정을 거쳐야만 진공단열패널의 코어로서 사용될 수 있는데, 이는 상기 유리섬유 및 글래스 울의 경우 일종의 섬유와 같은 형태를 갖게 되므로, 그대로 사용할 경우 외력에 의해 손쉽게 변형되거나 섬유들 사이에서 서로 밀림이 발생하는 등의 문제가 있어 외형을 유지할 수 없기 때문이다. 따라서, 유리섬유나 글래스 울을 사용하는 경우에는 니들링(needling) 등의 압축 공정을 거쳐야 할 뿐만 아니라 재질 사이의 밀림을 방지하기 위해 유기 또는 무기 바인더를 사용하게 된다.
이러한 유기 또는 무기 바인더는 상기 진공단열패널의 성능을 불안정하게 하는 원인이 된다. 즉, 진공단열패널로서 사용시에 상기 유기 또는 무기 바인더로부터 소정 성분의 가스가 외부로 누출되게 되고 이러한 가스는 진공단열패널 내부의 진공도를 떨어뜨리는 원인이 되므로 단열성능을 저하시키게 되는 것이다. 이를 위해서는, 고가의 게터를 사용하여야 하므로 제조 단가를 높이는 원인이 된다.
아울러, 유리섬유 또는 글래스 울의 경우, 폐기시에 재사용 및 소각처리가 어렵고 진공단열재 제조시에 분진이 많이 날리는 등의 문제가 있다. 아울러, 소재 자체의 중량이 많이 나가는 문제도 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 사용시에 코어재로부터 발생되는 누출 가스의 양을 최소화할 수 있는 진공단열패널을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 진공단열재의 외피 내부에 위치하는 코어로서, 상기 코어는 합성수지재 섬유를 열융착하여 서로 접합시킨 것을 특징으로 하는 진공단열재의 코어가 제공된다.
본 발명의 상기 측면에서는, 진공단열재용 코어를 기존의 유리섬유나 글래스 울이 아닌 합성수지제 섬유로 제조하는 것으로서, 이들을 융점 정도의 온도로 가열하여 섬유들이 서로 열융착되도록 한 것이다. 이를 통해서 별도의 바인더를 사용하지 않아도 코어로서의 형태를 유지할 수 있도록 하며, 그 결과 유기 또는 무기 바인더로부터 누출되는 가스로 인한 단열성능 저하를 방지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 합성수지제 섬유는 단섬유일 수 있다.
또한, 상기 합성수지제 섬유 중 적어도 일부에는 상기 합성수지제 섬유보다 낮은 융점을 갖는 피복재를 도포하여 서로 열융착하도록 할 수 있다. 이 경우, 열융착시의 가열 온도는 합성수지제 섬유의 융점보다는 낮고 피복재의 융점보다는 높게 하여, 섬유의 형태는 그대로 유지하면서도 외측의 피복재만이 용융되어 서로 열융착된다.
여기서, 상기 합성수지제 섬유는 폴리에틸렌 수지(PET)일 수 있으며, 상기 피복재도 상기 피복재는 폴리에틸렌 수지(PET)일 수 있다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이 피복재는 합성수지제 섬유에 비해서는 낮은 융점을 가져야 한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 외피; 상기 외피에 의해 봉입되는 코어; 및
상기 코어에 위치하는 게터;를 포함하는 진공단열재로서, 상기 코어는 상술한 코어 중 어느 하나인 진공단열재가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 폴리에틸렌 수지(PET)제 섬유를 소정 형태의 프레임 내부에 장입하는 단계; 및 상기 장입된 폴리에틸렌 수지를 융점 이상의 온도로 가열하여 융착시키는 단계;를 포함하는 진공단열재의 코어 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 폴리에틸렌 수지제 섬유 및 외부면에 그보다 낮은 융점을 갖는 피복재가 도포된 폴리에틸렌 수지제 섬유를 혼합하는 단계; 혼합된 폴리에틸렌 수지제 섬유를 소정 형태의 프레임 내부에 장입하는 단계; 및 상기 장입된 폴리에틸렌 수지제 섬유 혼합체를 상기 피복재의 융점보다 높고 상기 폴리에틸렌 수지제 섬유의 융점보다 낮은 온도로 가열하여 융착시키는 단계;를 포함하는 진공단열재의 코어 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 폴리에틸렌 수지제 섬유는 단섬유일 수 있다.
또한, 융착된 코어를 니들링(needling)하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 별도의 유기 또는 무기 바인더를 사용하지 않고서도 코어의 형태를 유지할 수 있으므로 바인더로부터의 누출 가스로 인한 단열 성능 저하를 방지할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 진공단열재의 단면도이고, 도 2는 도 1중 일부를 확대하여 도시한 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 진공단열재(100)는, 가스 배리어성을 가지고 내부에 소정의 감압 공간을 형성하는 외피(110)와, 상기 외피 내부에 배치되어 상기 외피를 지지하는 코어(150); 및 상기 외피의 내부에 구비되는 게터(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 감압 공간은 내부의 압력이 대기압보다 낮아지게 감압된 공간을 의미한다.
상기 외피(110)는 내부에 소정의 감압 공간을 형성할 수 있게 내 투기(透汽)성 또는 가스 배리어(gas barrier)성을 구비하게 구성된다. 아울러, 상기 외피의 일측에는 상기 코어(150)의 수용후 형성되는 접합부(112)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 외피는 제조 과정에서 봉투와 같이 일측이 개방된 형태로 제공되며, 완성된 코어를 상기 개방된 측면을 통해 밀어넣어 봉입한 후 개방된 측면을 밀봉하게 된다. 이렇게 밀봉된 측면이 상기 접합부(112)에 해당된다.
한편, 상기 외피는 서로 적층된 복수의 필름층을 구비한다. 도 2에 이러한 필름층이 도시되어 있는 바, 상기 코어와 접하는 최하층은 열 차단층(120)으로서 형성되고, 그 상부에 순서대로 알루미늄 포일(122), 보호층(124) 및 알루미늄박 필 름(126)이 적층된다.
상기 외피(110)의 내부에는 상기 외피의 내부에 잔존하는 가스 성분 또는 상기 외피의 외부에서 내부로 유입되는 가스 성분을 흡수하는 게터(200)가 구비된다. 통상적으로는, 외부로부터 침투하는 침투 가스 및 내부의 코어 등으로부터 발생되는 누출 가스 등의 다양한 종류의 가스를 흡수하기 위해서 다양한 성분을 포함하는 게터가 사용되지만, 상기 실시예에서는 코어로부터 누출되는 가스가 없거나 매우 극소량이기 때문에 수분이 단열 성능에 영향을 미치는 주요한 인자가 된다. 따라서, 상기 게터는 수분을 주로 흡수하기 위해 CaO 또는 제올라이트(zeolite)를 포함하는 것으로 충분하다. 여기서, 상기 게터(200)는 도시된 바와 같이 소정의 블럭(block) 또는 직육면체 형상을 가고 있으나, 경우에 따라서는 상기 외피의 내면 또는 코어의 표면에 코팅하는 방법으로 구비되게 구성될 수도 있다.
한편, 상기 외피(110)의 내부에는 상기 외피(110)가 소정의 감압 공간을 형성 및 유지할 수 있게 상기 외피를 지지하는 코어(150)가 구비된다. 상기 실시예에서 상기 코어(150)는 폴리에틸렌 수지 단섬유들을 서로 열융착한 형태를 갖게 된다. 구체적으로, 상기 코어(150)를 구성하는 폴리에틸렌 수지 단섬유들은 두 가지의 종류로 구성되어 있으며, 하나는 폴리에틸렌 수지 단섬유 그 자체이고, 다른 하나는 도 3에 도시된 바와 같이 이러한 폴리에틸렌 수지 단섬유의 외부면을 피복재(156)로 도포한 폴리에틸렌 수지 피복 단섬유이다. 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해서, 폴리에틸렌 수지 단섬유를 '원사(152)'로, 피복된 단섬유를 '피복사(154)'로 지칭한다.
여기서, 피복사(154)의 피복재 역시 폴리에틸렌 수지로 이루어지는 것이지만, 원사(152)를 구성하는 폴리에틸렌 수지보다 낮은 융점을 갖는 것이다. 대략적으로, 상기 원사는 약 150℃의 융점을, 상기 피복재는 약 110℃의 융점을 갖는다. 이러한 원사와 피복사는 일정 비율, 예를 들면 1:1의 비율로 서로 혼합된 후 가열되어 서로 융착된다. 이때 가열온도는 상기 피복재의 융점인 110℃ 이상이되 상기 원사의 융점인 150℃ 보다는 낮은 온도로 가열한다.
이러한 가열로 인해서, 상기 원사(152)는 원래의 형태를 유지하게 되지만, 피복사(154)는 용융되어 이웃한 원사 또는 피복사와 접합되게 되고, 냉각을 통해서 서로 접착된 상태가 유지된다. 따라서, 별도의 바인더를 사용할 필요없이 상기 코어(150)는 폴리에틸렌 수지만으로 이루어지게 된다.
이러한 폴리에틸렌 수지는 식품 용기로서도 사용될 정도로 인체에 무해한 원료이므로 제조 과정에서 작업자가 직접 손으로 만져도 인체에 해를 끼치지 않는다. 또한, 진공단열재 제조 작업시에 분진이 날리지도 않는다. 또한, 종래의 유리섬유 또는 글래스 울과 같은 소재에 비해서 무게가 60% 수준에 불과하기 때문에 취급이 용이하다. 아울러, 줄어든 중량만큼 WEEE(Waste Electrical and Electoonic Equipment) 법규에 따른 부담금을 절감할 수 있는 잇점도 제공한다. 또한, 재질 자체의 가격이 유리섬유보다 저렴하므로 진공단열재의 가격도 낮출 수 있게 된다.
한편, 도시된 실시예에서는 원사와 피복사를 혼합하여 서로 융착한 형태에 대해서 설명하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 원사만으로 융착하는 예도 고려할 수 있다. 즉, 150℃ 정도의 융점을 갖는 원사 단섬유들을 150℃ 내외 의 온도로 가열하면 원사의 표면부터 용융되므로, 원사가 완전히 녹지 않을 정도의 시간 동안 가열한 후 냉각하면 원사끼리의 융착이 이루어질 수 있다.
이제, 상기 실시예의 제조 과정에 대해서 설명한다.
우선, 상기 원사와 피복사를 소정 비율, 예를 들어 1 : 1의 비율로 혼합한 후 (S1 단계), 이를 코어의 형태에 맞는 공간을 갖는 프레임 또는 금형의 내부에 장입한다(S2 단계).
그 후, 상기 혼합체를 110℃ 이상 150℃ 이하의 온도로 가열하면, 피복사가 용융되면서 이웃한 원사 또는 피복사와 접합된다(S3 단계). 피복사가 어느 정도 용융되면, 가열을 중지하고 냉각한 후(S4 단계), 니들링 공정 등을 통해서 원하는 정도의 밀도를 갖도록 압착하여 코어를 완성한 후(S5 단계), 이를 외피의 내부에 삽입한다(S6 단계).
여기서, 상기 외피는 상기 코어와 밀착되어야 하므로, 코어를 투입하는 과정에서 상기 코어 표면에서 돌출될 수 있는 원사 또는 피복사가 외피의 내측면과 마찰되게 된다. 종래의 유리 섬유 또는 글래스 울의 경우, 재질 자체의 경도가 높아서 이러한 마찰과정에서 외피의 내측면에 손상을 줄 수 있어 불량이 발생되는 비율이 높았다. 따라서, 이러한 불량이 생기지 않도록 외피 내부에 코어를 넣는 과정은 수작업을 통해서 세심하게 수행하여야 하므로 생산성을 떨어뜨리는 원인으로서 작용하였다. 아울러, 완성된 이후에도 진공단열재의 표면에 외력이 가해지는 경우 돌출된 섬유의 단부가 외피에 손상을 입힐 수 있었다.
그러나, 폴리에틸렌 수지의 경우 경도가 상기 유리 섬유의 1/30에 불과하므로 마찰이 있더라도 휘어지므로 외피의 내부면에는 손상이 가해지지 않게 된다.
이렇게 외피 내부에 코어를 삽입한 후, 외피를 진공 분위기에서 밀봉하면(S7 단계) 진공단열재의 제조가 완료된다. 여기서, 상기 니들링 공정(S5 단계)은 원사와 피복사가 압축된 상태에서 열융착 과정을 수행하는 것에 의해 생략될 수도 있다.
또한, 혼합체가 아닌 원사만을 사용하는 경우에는 상술한 혼합 과정(S1 단계)은 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 진공단열재의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1 중 일부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 사용된 피복사의 구조를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 진공단열재의 제조 과정을 도시한 흐름도이다.

Claims (12)

  1. 진공단열재의 외피 내부에 위치하는 코어로서,
    상기 코어는 합성수지재 섬유를 열융착하여 서로 접합시킨 것을 특징으로 하는 진공단열재의 코어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합성수지제 섬유는 단섬유인 것을 특징으로 하는 진공단열재의 코어.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 합성수지제 섬유 중 적어도 일부에는 상기 합성수지제 섬유보다 낮은 융점을 갖는 피복재가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 진공단열재의 코어.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 합성수지제 섬유는 폴리에틸렌 수지(PET)인 것을 특징으로 하는 진공단열재의 코어.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 피복재는 폴리에틸렌 수지(PET)인 것을 특징으로 하는 진공단열재의 코어.
  6. 외피;
    상기 외피에 의해 봉입되는 코어; 및
    상기 코어에 위치하는 게터;를 포함하는 진공단열재로서,
    상기 코어는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 것임을 특징으로 하는 진공단열재.
  7. 폴리에틸렌 수지(PET)제 섬유를 소정 형태의 프레임 내부에 장입하는 단계; 및
    상기 장입된 폴리에틸렌 수지를 융점 이상의 온도로 가열하여 융착시키는 단계;를 포함하는 진공단열재의 코어 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 수지제 섬유는 단섬유인 것을 특징으로 하는 진공단열재의 코어 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    융착된 코어를 니들링(needling)하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재의 코어 제조방법.
  10. 폴리에틸렌 수지제 섬유 및 외부면에 그보다 낮은 융점을 갖는 피복재가 도포된 폴리에틸렌 수지제 섬유를 혼합하는 단계;
    혼합된 폴리에틸렌 수지제 섬유를 소정 형태의 프레임 내부에 장입하는 단계; 및
    상기 장입된 폴리에틸렌 수지제 섬유 혼합체를 상기 피복재의 융점보다 높고 상기 폴리에틸렌 수지제 섬유의 융점보다 낮은 온도로 가열하여 융착시키는 단계;를 포함하는 진공단열재의 코어 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 수지제 섬유는 단섬유인 것을 특징으로 하는 진공단열재의 코어 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    융착된 코어를 니들링(needling)하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재의 코어 제조방법.
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