KR20110128543A - 팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 발포 구간 예측방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발포유리 제조에 있어 수직 및 수평형 팽창계수 측정 장비를 이용하여 발포 생성 온도 구간을 예측하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 팽창계수 측정장비를 이용하여 승온속도, 유지시간 및 냉각속도의 변화에 따른 수축 및 팽창 거동을 보여 주는 곡선을 얻는 단계; 상기 수축 및 팽창 거동 곡선을 이용하여 승온속도 조절에 따른 수축 및 팽창거동의 변화를 관찰하여 발포유리의 최적의 승온속도를 얻는 단계; 상기 수축 및 팽창 거동 곡선을 이용하여 유지시간변화에 따른 수축 및 팽창거동의 변화를 관찰하여 정확한 유지시간을 예측하는 단계; 및 상기 수축 및 팽창 거동 곡선을 이용하여 냉각속도조절에 따른 발포유리의 수축거동을 관찰하여 정확한 냉각속도를 예측하는 단계를 포함하는 유리의 발포구간 예측방법이 제공된다.
팽창계수 측정장비를 통한 분석으로 다양한 변수를 가지는 유리 발포구간의 정확한 예측이 가능하므로, 공정제어 및 생산 공정 최적화에 도움이 되며, 이에 따라 정확한 발포 온도 설정 및 최적의 밀도를 가지는 발포유리 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
팽창계수 측정장비를 통한 분석으로 다양한 변수를 가지는 유리 발포구간의 정확한 예측이 가능하므로, 공정제어 및 생산 공정 최적화에 도움이 되며, 이에 따라 정확한 발포 온도 설정 및 최적의 밀도를 가지는 발포유리 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 발포 구간 예측방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 팽창계수 측정장비를 이용하여 유리의 발포공정에 있어서의 발포온도와 승온속도 그리고 유지시간 간의 유기적인 관계를 관찰함으로써 정확한 유리의 발포 구역을 알아내는 기술에 관한 것이다.
발포유리는 경량이면서 불꽃차단, 단열, 내열, 흡음 등에 탁월한 성능을 발휘하여 산업상 방수, 내열성, 내구성이 요구되는 경우에 반드시 사용되며, 특히 구조물이나 건축물에 있어서 훌륭한 보온단열재 및 흡음재로 쓰인다.
발포유리의 제조에 대한 원리는 1930년대 후반에 이미 제안되었으며, 특별한 조성의 유리에 탄소재와 같은 환원제와 산화물, 황산염 또는 다른 형태의 산화성분들을 함유하는 기포 형성제를 함께 혼합하여 이를 분쇄한 후, 이 분쇄된 혼합물을 일정한 용기 또는 틀에 넣어 연화 또는 용융 전까지 소성시킨다.
이 열처리 과정에서 탄소와 황산화물(또는 산화제 또는 유리의 산화물) 사이에 산화-환원반응이 일어나고 그 결과 용융된 유리는 SO2, CO2, N2, H2S 또는 다른 가스를 함유하게 되며 이것이 저밀도 및 열전도 및 복사에 저항이 되는 구조를 형성하게 하는 물질을 만들며 유리가스를 형성한다.
그 결과 가장 최상의 결과를 얻을 경우 유리의 구조는 물 또는 수증기, 또는 다른 액체 및 기체 등이 스며들지 않는 밀폐기공을 갖게 되는 발포유리가 제조된다.
이와 같은 제조원리에 따라 발포유리 블록의 제조 공정에 대해서는 많은 연구결과 및 관련 특허가 제안된 바 있으나, 발포유리 생성구간에 대한 연구는 미미하였다.
종래 발포유리 생성구간에 대한 정확한 예측을 위한 실험은 고온현미경 등을 이용한 실시간적인 이미지를 통하여 거시적인 단계에서 진행되고 있는 것이 현실이었다.
이는 유리의 정확한 발포구간을 예측할 수가 없으며 단위 또한 밀리미터(mm)단위로 밖에 측정을 할 수가 없어 기존에 발표된 문헌에서는 수축 및 팽창에 의한 발포 구간의 곡선이 완만하게 나타난다.
한편, 시료에 일정한 하중을 가한 상태에서 온도 및 시간 함수에 따른 길이 변화(ΔL)를 측정하는 열분석 기법을 Dilatometry라 하며, 하중을 가하는 정도에 따라 TMA법과 Dilatometry 법으로 구분할 수 있다.
TMA는 일정한 하중을 가한 상태에서 온도 및 함수에 따른 길이 변화를 측정하는 것이고, Dilatometry는 하중을 거의 Zero화 한 상태에서 온도 및 함수에 따른 길이 변화를 측정하는 방법을 말한다.
그러나 ASTM 규격과 실제 측정에서는 TMA에서 수십 cN의 힘을 가하면서 측정하는 것이 일반적이고, Dilatometry 법 또한 수십 cN의 하중을 가하기 때문에 두 가지 측정방법의 구분은 큰 의미가 없다.
일반적으로 팽창계수 측정장비(Dilatometer)는 길이변화를 측정하기 위해 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)라는 변위 측정 센서를 사용하며 온도를 조절하기 위한 가열로와 시료 고정을 위한 홀더부로 구성되며, 수직형 및 수평형으로 구분된다. 팽창계수 측정 장비는 길이변화를 측정하는 장비이므로 측정 데이터를 이용해 선팽창계수, 유리전이온도, 연화점 등 다양한 물성 변화를 알 수 있다.
본 발명자들은 팽창계수 측정 장비를 이용하는 경우에는 미크론 단위까지 제어가 가능하여 정확한 발포구간 예측이 가능하며, 온도, 승온속도, 유지시간 및 냉각속도 등의 여러 측정 변수에 따른 유리의 정확한 발포구간을 예측할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
그러므로 본 발명은 팽창계수 측정장비를 이용하여 유리의 발포공정에 있어서 팽창 및 수축거동을 관찰함으로써 정확한 유리의 발포 구간을 예측하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면 수평형 또는 수직형 팽창계수 측정장비를 이용하여 측정한 유리의 수축 및 팽창 거동 곡선을 이용하는 유리의 발포구간 예측방법이 제공된다.
구체적으로는 팽창계수 측정장비를 이용하여 승온속도, 유지시간 및 냉각속도의 변화에 따른 수축 및 팽창 거동을 보여 주는 곡선을 얻는 단계; 상기 수축 및 팽창 거동 곡선을 이용하여 승온속도 조절에 따른 수축 및 팽창거동의 변화를 관찰하여 발포유리의 최적의 승온속도를 얻는 단계; 상기 수축 및 팽창 거동 곡선을 이용하여 유지시간변화에 따른 수축 및 팽창거동의 변화를 관찰하여 정확한 유지시간을 예측하는 단계; 및 상기 수축 및 팽창 거동 곡선을 이용하여 냉각속도조절에 따른 발포유리의 수축거동을 관찰하여 정확한 냉각속도를 예측하는 단계를 포함하는 유리의 발포구간 예측방법이 제공된다.
본 발명에서는 팽창계수 측정장비를 통한 분석으로 다양한 변수를 가지는 유리 발포구간의 정확한 예측이 가능하므로, 공정제어 및 생산 공정 최적화에 도움이 되며, 이에 따라 정확한 발포 온도 설정 및 최적의 밀도를 가지는 발포유리 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 유리의 발포구간 예측방법에 사용되는 일 실시예에 따른 수평 및 수직형 팽창계수 측정 장비의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 수직 및 수평형 팽창계수 측정 장비를 이용하여 얻은 수축 팽창거동 곡선을 나타내는 것으로서, 승온속도, 유지시간, 냉각속도의 변화에 따른 발포구간의 예측방법을 나타내는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 발포 구간 예측의 예시적인 수축 및 팽창 거동을 보여 주는 곡선이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 발포 구간 예측에 따른 온도구간의 미세구조 이미지를 보여주는 것으로, 도 3에서 보여준 발포시점 온도를 경계 및 그 전후의 재료 발포형상의 미세구조 이미지를 관찰한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창계수 측정 장비를 이용하여 측정한 승온속도에 따른 수축 및 팽창 거동을 보여주는 곡선이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 발포 구간 예측에 따른 승온속도 변화에 따른 미세구조 이미지를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 수직 및 수평형 팽창계수 측정 장비를 이용하여 얻은 수축 팽창거동 곡선을 나타내는 것으로서, 승온속도, 유지시간, 냉각속도의 변화에 따른 발포구간의 예측방법을 나타내는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 발포 구간 예측의 예시적인 수축 및 팽창 거동을 보여 주는 곡선이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 발포 구간 예측에 따른 온도구간의 미세구조 이미지를 보여주는 것으로, 도 3에서 보여준 발포시점 온도를 경계 및 그 전후의 재료 발포형상의 미세구조 이미지를 관찰한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창계수 측정 장비를 이용하여 측정한 승온속도에 따른 수축 및 팽창 거동을 보여주는 곡선이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 발포 구간 예측에 따른 승온속도 변화에 따른 미세구조 이미지를 나타낸다.
본 발명은 팽창계수 측정장비를 이용하여 여러 조건하에서의 유리의 발포거동을 관찰함으로써 정확한 유리의 발포 구간을 예측하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 통상적으로 사용되어 지는 거시적 관점의 고온현미경을 이용하지 않고 수직 및 수평형 팽창계수 측정 장비를 이용하여 거시적, 미시적 관점 모두를 만족시키는 유리의 발포 생성구간과 거동에 대한 예측의 한 방법을 얻고자 하는 것이다.
본 발명은 수직 및 수평형 팽창계수 측정 장비를 통하여 나오는 수축 및 팽창에 대한 곡선을 이용하여 유리의 열적거동을 관찰하는 기술적 특징을 가지므로 발포유리의 제조에 있어서 더 정확한 발포온도구간 설정을 가능하게 한다.
또한 수평형 팽창계수 측정 장비를 이용한 미는 힘 1cN～50cN 조건과 수직 팽창계수 측정 장비를 이용한 수직 하중 0cN～200cN 조건에서의 측정을 통하여 상호 보완적인 측정이 가능하므로 최적의 발포유리의 형성온도조건을 설정할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 수직 및 수평형 팽창계수 측정 장비로서 독일 네취사의 DIL 402C, TMA 402 장비를 이용하여 유리의 수축과 팽창에 대하여 관찰함으로써 발포유리의 생성거동을 예측할 수 있다. 수직 및 수평형 팽창계수 측정 장비를 이용하면 발포유리용 분말의 수축과 팽창거동에 의한 발포유리로의 전환과정을 실시간으로 파악할 수 있다. 또한, 승온 속도의 조절, 일정온도 구간에서의 유지시간 및 냉각속도 조절에 따른 발포생성거동을 거시적, 미시적 관점에서 관찰 및 분석할 수 있다.
수직 및 수평형 팽창계수 측정 장비를 이용하여 하기의 조건에서 유리의 발포 거동을 관찰하였다. 상온 ~ 800℃까지의 온도조건에서, 승온속도는 분당 1℃ ~ 20℃로, 온도 유지시간은 0 ~ 12시간으로, 냉각속도는 1℃ ~ 20℃로 변경하면서 유리 수축 및 팽창에 의한 발포 거동을 관찰하였다.
이하에서는 유리의 발포구간 예측방법에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 및 수평형 팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 수축 및 팽창 거동의 예를 보여 주는 곡선이다. 도 2에 나타나는 바와 같이 온도변화에 따라 팽창계수 측정장비를 통하여 얻은 곡선이 수축 및 팽창 거동 변화를 나타낸다.
구간 1을 시작으로 승온속도의 변화와 온도 증가에 따라 유리의 수축이 발포시점까지 선형적으로 일어난다. 발포시점을 기점으로 하여 유지시간 및 온도 증가에 의하여 구간 2와 같은 양상으로 유리의 발포가 발생하게 되며, 이 또한 구간 1과 같이 선형적으로 발포 거동을 나타낸다.
구간 2에서의 발포조건의 변화 및 제어를 통하여 발포유리 온도와 유지시간을 제어할 수 있으며, 이러한 제어를 통하여 최적의 물성을 가지는 발포유리의 제조가 가능하게 된다.
구간 3은 냉각속도의 변화와 온도의 감소에 따른 곡선 변화를 나타내며, 냉각 온도의 감소에 따른 발포유리의 수축 및 냉각 중에 발생하는 균열의 발생 등을 실시간적으로 관찰할 수가 있다. 이와 같은 수축 및 팽창거동 곡선을 이용하여 각각의 조건에서의 유리의 바람직한 발포구간이 설정된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 승온속도 5℃/min에서의 유리의 수축 및 팽창 거동을 보여주는 곡선이다. 상기 수축 및 팽창거동 곡선에서의 발포시점 및 그 전후에서의 발포유리의 미세구조는 도 4의 미세구조를 통하여 확인이 가능하다.
도 5는 승온속도가 분당 1℃ ~ 20℃로 변화할 때의 수축 및 팽창 거동을 나타낸다. 승온속도가 증가함에 따라 수축 팽창 거동곡선에 의한 유리 발포 온도 시점이 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 도 6의 미세구조를 통하여 승온속도 증가에 따라 기공 크기가 증대하는 것을 관찰할 수가 있다.
이러한 결과로부터 발포유리 제조에 있어서 발포거동곡선을 이용하여 발포조건을 제어 설정함으로써 최적의 물성을 가지는 발포유리를 제조할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 유리의 수축 및 팽창 거동곡선은 하기의 식을 통하여 계산된다. 도 2, 3 및 5의 곡선은 이러한 수식을 바탕으로 계산되어 나온 것이다.
[식 1]
여기서 α는 선팽창계수(coefficient of liner expansion)라 부르며, 온도변화에 대한 길이 변화율과의 비로 나타낸 것을 의미한다.
[식 2]
체적팽창계수(coefficient of volume expansion) β는 마찬가지로 온도 변화에 따른 체적의 미소변화와의 비로 정의한다.(일정한 압력하에)
[실시예]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니다.
실시예
1-5:팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 발포 구간 예측
소듐-실리케이트(sodium-silicate)조성 유리를 이용하여 발포유리 구간예측이 가능하도록 분말의 체거름 및 성형몰드를 이용한 성형을 통하여 팽창계수 측정장비용 성형체를 제조하였다. 제조된 성형체는 팽창계수 측정장비를 이용하여 수직 및 수평 하중의 변화(0cN~200cN) 및 측정조건인 상온 ~ 1400℃ 까지의 측정온도 구간에서, 하기 표 1의 기재와 같이 분당 0.1 ~ 50℃의 승온온도, 분당 0.1 ~ 20℃의 냉각속도, 0 ~ 24 시간의 유지온도시간 조건을 변경하면서 발포유리의 거동을 실시간적으로 관찰하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | |
| 승온속도(℃/분) | 1 | 5 | 10 | 20 | 5 |
| 하중변화(cN) | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| 냉각속도(℃/분) | - | - | - | - | 5 |
| 유지시간(min) | - | - | - | - | 120 |
도 2는 본 발명의 상기 실시예 5에 따른 조건에서의 발포유리의 수축 및 팽창거동곡선을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 ~ 4에 따른 승온속도 조절조건에서의 발포유리의 수축 및 팽창거동을 나타내는 곡선이다. 도 6의 좌상부분사진은 상기 실시예 1에 의해 제조된 발포유리의 미세구조를 나타낸다. 우상부분사진은 상기 실시예 2에 의해 제조된 발포유리의 미세구조를 나타낸다. 좌하부분사진은 상기 실시예 3에 의해 제조된 발포유리의 미세구조를 나타낸다. 우하부분사진은 상기 실시예 4에 의해 제조된 발포유리의 미세구조를 나타낸다. 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같은 발포유리의 수축 및 팽창거동 곡선 및 미세구조사진을 통하여 승온속도에 따른 발포시점 및 미세구조의 변화를 관찰함으로써 정확한 발포구간의 예측이 가능하게 된다.
Claims (5)
- 수평형 또는 수직형 팽창계수 측정장비를 이용하여 측정한 유리의 수축 및 팽창 거동 곡선을 이용하는 유리의 발포구간 예측방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 유리의 발포구간 예측방법은 팽창계수 측정장비를 이용하여 승온속도, 유지시간 및 냉각속도의 변화에 따른 수축 및 팽창 거동을 보여 주는 곡선을 얻는 단계; 상기 수축 및 팽창 거동 곡선을 이용하여 승온속도 조절에 따른 수축 및 팽창거동의 변화를 관찰하여 발포유리의 최적의 승온속도를 얻는 단계; 상기 수축 및 팽창 거동 곡선을 이용하여 유지시간변화에 따른 수축 및 팽창거동의 변화를 관찰하여 정확한 유지시간을 예측하는 단계; 및 상기 수축 및 팽창 거동 곡선을 이용하여 냉각속도조절에 따른 발포유리의 수축거동을 관찰하여 정확한 냉각속도를 예측하는 단계를 포함하는 것임을 특징으로 하는 유리의 발포구간 예측방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
팽창계수 측정은 수직 하중 및 미는 힘 0cN ~ 200cN의 변화조건에서 이루어지는 것임을 특징으로 하는 유리의 발포구간 예측방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
팽창계수 측정은 상온 ~ 1400℃의 측정온도 구간, 분당 0.1 ~ 50℃의 승온온도, 분당 0.1 ~ 50℃의 냉각속도 및 0 ~ 24시간의 온도유지시간의 조건에서 이루어지는 것임을 특징으로 하는 유리의 발포구간 예측방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
분말형태와 일정한 형태를 가지는 벌크형태의 측정 샘플을 이용하는 것임을 특징으로 하는 유리의 발포구간 예측방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100048054A KR20110128543A (ko) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | 팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 발포 구간 예측방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100048054A KR20110128543A (ko) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | 팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 발포 구간 예측방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110128543A true KR20110128543A (ko) | 2011-11-30 |
Family
ID=45396715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100048054A KR20110128543A (ko) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | 팽창계수 측정 장비를 이용한 유리의 발포 구간 예측방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20110128543A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104634809A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-05-20 | 清华大学 | 一种测试高温发泡过程的方法 |
| CN105510378A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-04-20 | 东旭科技集团有限公司 | 一种玻璃膨胀系数的测定方法 |
-
2010
- 2010-05-24 KR KR1020100048054A patent/KR20110128543A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
| CN104634809A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-05-20 | 清华大学 | 一种测试高温发泡过程的方法 |
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