KR20130001464A - 내열성이 우수한 내화 담요 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화재로부터 사람이나 재산을 보호하는데 사용되는 내열성이 우수한 내화 담요 및 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로는 실리카섬유, 아라미드 섬유, PAN계 탄소섬유로 이루어진 커버링사를 이용하여 직물을 제직하고 내열성 및 난연성이 우수한 수지조성물로 이루어진 내열층이 형성되어 있는 내화 담요 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

내열성이 우수한 내화 담요 및 그 제조방법{Fire-resistance Blanket with High Heat Resistance and Method for Preparing the Same}
본 발명은 화재로부터 사람이나 재산을 보호하는데 사용되는 내열성이 우수한 내화 담요 및 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로는 실리카섬유, 아라미드 섬유, PAN계 탄소섬유로 이루어진 커버링사를 이용하여 직물을 제직하고 내열성 및 난연성이 우수한 수지조성물로 이루어진 내열층이 형성되어 있는 내화 담요 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 화재가 발생하면 피난자 또는 작업자를 보호하기 위하여 내화 담요 등을 비치하는 경우가 많다. 내화담요는 화염, 연기로부터 사람이나 재산을 보호하기 위하여 사용되는 것으로 국내 소방법 및 국제 소방법 성능검사에서 요구되는 내열성 규격을 통과하여야 한다. 현재 시판되고 있는 내화 담요로는 주로 유리섬유나 실리카 섬유로 이루어진 직물에 폴리우레탄 코팅을 한 제품이 있는데, 이는 2시간 이상의 내열성 시험시 불꽃이 직물의 뒷면을 통과하거나, 작은 구멍이 발생하여 화염이 그 사이로 빠져 나오는 경우가 종종 발생한다.
내화 담요과 관련된 선행기술로서 한국공개특허 제2008-0033251호에서는 산화 폴리아크릴로니트릴 섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 혼합하여 적절한 유연성을 갖는 내화담요를 제조하는 방법을 개시하고 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 종래 내화 담요의 문제점을 해결하고 내열성 및 내마모성이 우수한 내화담요를 제공하고자 한다.
본 발명은 내열성 및 내마모성이 우수한 내화 담요를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 실리카 섬유 3가닥을 합한 후, 파라아라미드 섬유 및 탄소섬유를 합사하여 커버링사를 제조하는 단계; 상기 커버링사를 이용하여 직물층을 제직하는 단계; 상기 직물층의 양면에 무기입자를 포함하는 내열성 수지 조성물을 이용하여 제1내열층을 형성하는 단계; 상기 제1내열층 위에 난연제 및 연기억제제를 포함하는 내열성 수지 조성물을 이용하여 제2내열층을 형성하는 단계; 및 상기 제2내열층의 일면에 알루미늄 필름을 접착하는 단계를 포함하는 내열성이 우수한 내화 담요의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 제1내열층은 입도가 900~1500 메쉬인 일라이트 백색분말 10~20wt%, 수용성 폴리우레탄 수지 70~80wt% 및 AP-1209 바인더(Binder) 5~15wt%로 이루어진 수지조성물을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 제2내열층은 삼산화 안티몬 10~20wt%, 수산화마그네슘 5~10wt%, 난연 실리콘 수지 15~25wt%, 폴리우레탄 수지 55~65wt% 및 경화제 0.1~1wt%로 이루어진 수지조성물을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제조된 내화 담요는 직물 표면의 긁힘이 적고, 표면 평활성이 우수하고, 내열성 및 내마모성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 내화담요의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에서 제조된 내화 담요를 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 내화 담요는(10)는 파라아라미드 섬유와 PAN계 탄소섬유 및 실리카 섬유를 3합으로 커버링한 원사를 이용하여 제직한 직물층(11), 제직된 직물의 양면에 코팅된 제1내열층(12), 제1내열층(12) 위에 코팅된 제2내열층(13) 및, 제2내열층(13)의 일면에만 형성된 알루미늄층(14)으로 이루어진다.
상기 직물층(11)은 파라아라미드 섬유와 PAN계 탄소섬유 및 실리카 섬유를 3합으로 커버링한 원사를 이용하여 래피어 직기로 제직한다.
일반적으로 실리카 섬유는 방적사(Spun yarn) 형태이기 때문에 제직시 아주 잘게 끊어지는 현상이 나타날 수 있고, 코팅 가공시 수분흡수율이 좋아서 공정시 원단의 늘어지는 형상이 나타난다. 그 결과 인장강도 및 파단강도가 약하기 때문에 30분 이상 화염에 접촉할 경우 불꽃이 닿은 부분에 파열 또는 균열이 생기게 되고, 균열이 발생한 부분으로 화염이 빠져나올 위험이 있다. 본 발명에서는 이러한 실리카 섬유의 문제점을 해결하기 위하여 실리카섬유와 파라 아라미드사, PAN계 탄소섬유의 합연사를 커버링(COVERING) 사로 가공 처리한 후 제직하였다. 그 결과 제직된 직물 자체의 인장강도 및 파단강도가 향상된다.
상기 커버링사 가공공정에 대하여 일실시예를 들어서 상세하게 설명한다.
먼저, 섬도가 180TEX 인 실리카 섬유 3가닥을 합하고 60 내지 120T/M으로 꼬임을 부여한다. 꼬임이 부여된 실리카 섬유에 10‘S/1의 파라아라미드 사와 20‘S/1의 PAN계 탄소섬유를 400 T/M으로 합사하여 커버링사를 제조한다. 상기에서 실리카 섬유는 실리카(SiO2)함량이 96% 이상(순도 96.3%, Al2O3 2.99%, Na2O 0.26%, 기타 물질 0.45%)인 것을 특징으로 한다.
다음으로 상기 커버링사를 래피어 직기를 사용하여 경사 50~60본/Inch, 위사 46~56본/Inch의 밀도로 배열한 후 1:1 평직, 1/2 트윌, 3/8 사틴(SATIN) 조직으로 직물을 제조한다. 상기 커버링사를 이용하여 직물을 제직함으로써 직물의 강도 및 내열성을 향상시킬 수 있다.
다음으로 상기 제직된 직물을 직물층(11)으로 하고, 직물층의 양면에 제1 내열층(12)를 형성한다. 제1내열층(12)은 무기입자를 포함하는 수지 조성물을 사용하여 그래비아 롤러를 이용하여 코팅하여 형성한다. 상기에서 무기입자를 포함하는 수지조성물은, 바람직하게는 입도가 900~1500 메쉬(mesh)인 일라이트 백색분말 10~20wt%, 수용성 폴리우레탄 수지(POLYURETANE RESIN) 70~80wt%, AP-1209 바인더(Binder) 5~15wt% 로 이루어지고 점도가 500~1500 mPa-s인 것이 바람직하다. 그래비아 롤러를 이용하여 코팅하는 과정에서, 수지조성물의 중량으로 인하여 직물 조직의 간격이 손상되거나 늘어지는 문제점이 있다. 이를 보완하기 위하여, 그래비아 롤러를 수직으로 배치하여 원단이 수직으로 진행되도록 하고, 그래비아 롤러의 상단에 단계별로 온도를 다르게 조절한 열 건조장치를 설치하고, 수지 조성물이 코팅된 직물의 표면을 예비 열처리한다. 이때, 열 건조장치의 온도는 130℃, 170℃, 및 190℃로 3단계로 조절되는 것이 바람직하다.
직물의 표면에 예비 열처리가 완료되면, 연속적으로 열풍순환방식의 넷 건조기(Net Dryer)를 10~20m/min의 속도로 통과시켜서 수지 조성물이 직물 내부로 침투되어 코팅되도록 한다. 직물층(11)의 일면에 제1 내열층(12)이 형성되면, 상기와 동일한 방법으로 직물층(11)의 다른 일면에도 제1내열층(12)이 형성되도록 한다. 이러한 방식으로 제1내열층(12)을 형성함으로써 직물의 조직 사이에 수지 조성물이 침투하여 안정화되고 인성이 향상된 직물을 제조할 수 있다. 상기 제1내열층(12) 각각의 두께는 0.1~0.3mm인 것이 바람직하다. 이를 위하여 그래비아 롤의 압력은 1.0~2.0 kg/cm2인 것이 바람직하다.
다음으로 상기 제1내열층(12)이 형성된 직물에 난연제, 연기억제제, 난연실리콘 수지, 폴리우레탄 수지, 경화제를 혼합한 수지 조성물로 제2내열층(13)을 형성한다. 상기 난연제는 삼산화안티몬, 상기 연기억제제는 수산화마그네슘(Hard Type 60% +Soft Type 40%)을 바람직하게 사용한다. 제2내열층을 형성하는 수지 조성물의 바람직한 실시 형태로서 난연제인 삼산화 안티몬 10~20wt%, 연기억제제로 수산화마그네슘 (순도 95% , 1000 mesh ) 5~10wt%, 난연 실리콘 수지 15~25wt% ( Hard Type 60% + Soft Type 40%), 폴리우레탄 수지 55~65wt% 경화제 0.1~1wt%를 포함하고, 점도가 10,000~15,000 mPa-s이다.
상기 수지 조성물을 이용하여 제1내열층(12)이 형성된 직물의 양면에 0.1~0.3mm의 두께로 코팅한다. 코팅 방법은 상기 그래비아 롤러를 이용하여 제1내열층 형성방법과 동일한 방법으로 실시하거나 나이프코터를 이용하여 실시할 수 있다.
제2내열층(13)에 인 삼산화안티몬을 10~20%을 첨가함으로써 초기 접염시간이 길어도 직물의 표면에서 불꽃이 쉽게 발화하지 않는다. 따라서 초기 접염순간이 2 내지 3 배 정도 길어졌다. 또한, 수산화마그네슘을 첨가하였기 때문에 계속적으로 불꽃이 접염되는 경우에도 폴리우레탄 수지 및 바인더가 타면서 발생하는 연기밀도가 최소화되는데, 연기밀도를 400 cc/Cm2에서 200 cc/Cm2 이하로 줄일 수 있다.
제2내열층(13)까지 형성된 직물은 총 두께가 0.75mm이상이고, 총 중량이 1~2kg/m2인 것이 바람직하다.
마직막으로 제2내열층(13)이 형성된 직물의 일면에 순도 99% 이상의 알루미늄 필름을 접착하여 알루미늄 필름층(14)을 형성하여 고내열성의 내화담요를 제조한다.
본 발명의 내화담요는 제2내열층(13)의 외부면에 광택처리된 알루미늄 호일부재로 이루어진 필름층(14)을 구비함으로써 복사열이 진입하는 것을 차단할 수 있다. 상기 알루미늄 호일부재는 두께가 0.01~0.05mm인 것이 바람직하고, 0.025 mm인 것이 가장 바람직하다. 구성부재 모두를 불연성 재질로 형성함으로써 화재의 위험을 차단할 수 있다.
알루미늄 필름층(14) 중 외부로 노출되는 부분에는 광택처리를 실시하는 것이 바람직하다. 그 결과 외부에서 진입하는 복사열은 물론 내화담요의 내부에서 발생되는 복사열 또한 차단할 수 있다.
알루미늄 필름층(14)을 제2내열층(13)에 부착시킬 때에는 클로로프렌, 아크릴 수지, 목재 마루판재용으로 사용되는 에폭시 수지 등의 접착제를 사용할 수 있다. 상기 접착제의 폴리머 내에 카르복실기를 함유한 수지가 금속박, 특히 알루미늄 필름에 대한 접착력이 뛰어나다.
구체적으로는 상기의 접착제 중에서 어느 하나를 선택한 후, 접착제 2g을 알루미늄 포일에 도포하고, 건조 오븐기에서 60분간 40℃에서 경화시킨다. 다음으로, 핫멜트 장치를 이용하여 압력 2.5 Kg/cm2, 건조온도 190℃, 건조속도 15M/분으로 알루미늄 필름층을 형성하였다.
알루미늄 필름을 형성하기 전에 피착제가 분리되거나, 들뜨지 않고 충분히 접착할 수 있고, PIN-HOLE을 막아주는 카렌더링(CARLENDER) 공정으로 압착하거나, 열을 주어 표면 평활화 처리를 하는 것이 바람직하다.
상기 방법을 제조된 내화담요는 내열성 및 난연성이 우수한 수지 조성물로 코팅되어 있기 때문에 직물의 조직이 조밀한 형태로 안정되어 있고, 알루미늄필름이 한쪽 면에 접착되어 있으므로 강도가 향상되고, 고온의 화염에도 장시간 우수한 내열성을 유지할 수 있다. 또한 상기 알루미늄 필름으로 인하여 직접적인 열을 반사하고 직물의 이면으로의 열전도율을 최대화할 수 있다. 그 결과, 화재 발생시 화염으로부터 열원 전달을 최대한 막아주어 , 화재로부터 인명구조시 안전화게 인명을 현장에서 구출할 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 아래의 실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
180TEX의 실리카섬유 3가닥을 합한 후 60 내지 120T/M으로 꼬임을 가하여 텍스쳐사를 제조한다. 상기 텍스쳐사에 10‘S/1의 파라아라미드 사(Kevlar 29) 및 20’S/1의 PAN계 탄소섬유를 400 T/M으로 합사하여 커버링사를 제조한다. 이를 경사 50본/Inch 및 위사 46본/Inch의 제직밀도 1:1 평직으로 제직하여 0.6mm의 직물을 제조한다.
입도가 1000 메쉬(mesh)인 일라이트 백색분말 15wt%, 수용성 폴리우레탄 수지(POLYURETANE RESIN) 75 wt%, AP-1209 바인더(Binder) 10wt%를 혼합한 후 약 30분간 교반하여 점도가 500~1500 mPa-s인 수지조성물을 제조한다. 제조된 수지조성물을 그래비아 롤러를 이용하여 압력 1.5kg/cm2, 분당 15m의 속도로 직물의 일면에 코팅한다. 이때 직물은 그래비아 롤러를 수직으로 통과하도록 한다. 이때 그래비어 롤러의 상단에 3개의 가열히터(1단계:130℃, 2 단계:170℃, 3 단계:190℃)를 설치하여 직물의 표면을 예비열처리한다. 다음으로 넷 건조기를 분당 15미터의 속도로 통과한다. 직물의 일면의 코팅이 완료되면, 연속적으로 직물의 다른 일면도 상기와 동일한 방법으로 코팅하여 제1내열층을 형성한다.
다음으로 삼산화 안티몬 15wt%, 수산화마그네슘 (순도 95% , 1000 mesh ) 5wt%, 난연 실리콘 수지 20wt% ( Hard Type 60% + Soft Type 40% ), 폴리우레탄 수지 60wt% , 경화제 0.25wt%를 배합하여 점도를 12,000 mPa-S 인 수지 조성물을 제조한다. 이를 제1내열층과 동일한 방법으로 직물의 양면에 각각 0.1mm의 두께로 코팅하여 제2내열층을 형성한다.
다음으로 직물의 일면에 두께가 1mm인 알루미늄 필름을 부착하여 내화 담요를 제조하였다. 제조된 내화담요의 물성을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
비교예 1
180TEX의 실리카섬유 3가닥을 합한 후 60 내지 120T/M으로 꼬임을 가하여 텍스쳐사를 제조한다. 상기 텍스쳐사에 10‘S/1의 파라아라미드 사(Kevlar 29) 및 20’S/1의 PAN계 탄소섬유를 400 T/M으로 합사하여 커버링사를 제조한다. 이를 경사 50본/Inch 및 위사 46본/Inch의 제직밀도 1:1 평직으로 제직하여 0.6mm의 직물을 제조한다.
입도가 1000 메쉬(mesh)인 일라이트 백색분말 5wt%, 수용성 폴리우레탄 수지(POLYURETANE RESIN) 85wt%, AP-1209 바인더(Binder) 10wt%를 혼합한 후 약 30분간 교반하여 점도가 500~1500 mPa-s인 수지조성물을 제조한다. 제조된 수지조성물을 그래비아 롤러를 이용하여 압력 1.5kg/cm2, 분당 15m의 속도로 직물의 일면에 코팅한다. 이때 직물은 그래비아 롤러를 수직으로 통과하도록 한다. 이때 그래비어 롤러의 상단에 3개의 가열히터(1단계:130℃, 2 단계:170℃, 3 단계:190℃)를 설치하여 직물의 표면을 예비열처리한다. 다음으로 넷 건조기를 분당 15미터의 속도로 통과한다. 직물의 일면의 코팅이 완료되면, 연속적으로 직물의 다른 일면도 상기와 동일한 방법으로 코팅하여 제1내열층을 형성한다.
다음으로 삼산화 안티몬 15wt%, 수산화마그네슘 (순도 95% , 1000 mesh ) 5wt%, 난연 실리콘 수지 20wt% ( Hard Type 60% + Soft Type 40% ), 폴리우레탄 수지 60wt%, 경화제 0.25wt%를 배합하여 점도를 12,000 mPa-S 인 수지 조성물을 제조한다. 이를 제1내열층과 동일한 방법으로 직물의 양면에 각각 0.1mm의 두께로 코팅하여 제2내열층을 형성한다.
다음으로 직물의 일면에 두께가 0.025mm인 알루미늄 필름을 부착하여 내화 담요를 제조하였다. 제조된 내화담요의 물성을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
인장강도
(Kgf)		 연소가스발생량
(cc/cm2)		 내열성
(℃)		 공기투과도
(㎤/min/㎠)
실시예 1 970 150 1100 2
비교예 1 530 250 800 30
상기에서 제조된 방화직물의 물성은 아래의 방법으로 측정하였다.
인장강도
제조된 직물의 인장강도는 KS K 0520에 근거하여 측정하였다.
연소가스 발생량
연소가스 발생량은 KS F ISO 5660-1에 근거하여 측정하였다.
내열성
제조된 직물의 내열성은 KS F 2257에 근거하여 측정하였다.
공기투과도
시험편을 일정 면적을 가지는 오리피스 사이에 파지시켜서 일정 시간 동안 일정한 면적의 원단을 수직으로 통과하는 공기의 양을 측정하여 공기투과도를 산출한다. 구체적인 측정방법은 ASTM D737-96에 따른다.

Claims (3)

  1. 실리카 섬유 3가닥을 합한 후, 파라아라미드 섬유 및 탄소섬유를 합사하여 커버링사를 제조하는 단계;
    상기 커버링사를 이용하여 직물층을 제직하는 단계;
    상기 직물층의 양면에 무기입자를 포함하는 내열성 수지 조성물을 이용하여 제1내열층을 형성하는 단계;
    상기 제1내열층 위에 난연제 및 연기억제제를 포함하는 내열성 수지 조성물을 이용하여 제2내열층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2내열층의 일면에 알루미늄 필름을 접착하는 단계를 포함하는 내열성이 우수한 내화 담요의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1내열층은 입도가 900~1500 메쉬인 일라이트 백색분말 10~20wt%, 수용성 폴리우레탄 수지 70~80wt% 및 AP-1209 바인더 5~15wt%로 이루어진 수지조성물을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 내화 담요의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2내열층은 삼산화 안티몬 10~20wt%, 수산화마그네슘 5~10wt%, 난연 실리콘 수지 15~25wt%, 폴리우레탄 수지 55~65wt% 및 경화제 0.1~1wt%로 이루어진 수지조성물을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 내화 담요의 제조방법.
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