KR20150019889A - 에어로젤 보드의 연속 생산방법과 생산장치 및 생산된 에어로젤 보드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에어로젤 보드에 관한 것으로, 특히 에어로젤 보드를 연속 생산하고 압축 강도를 증대시킬 수 있는 생산방법과 생산장치 및 그렇게 만들어진 에어로젤 보드에 관한 것이다. 본 발명에서는, 1차 압축된 에어로젤 보드 1를 생산하는 롤투롤 제조공정과; 상기 롤투롤 제조공정에서 얻어진 에어로젤 보드 1을 절단하는 절단공정과; 상기 절단공정에서 얻어진 절단된 에어로젤 보드 1을 프레스 방식으로 압축하여 2차 압축된 에어로젤 보드 2를 생산하는 프레스 제조공정을 포함하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법이 제공된다. 본 발명에 따르면 에어로젤과 섬유를 함유하는 복합재료를 사용하여 구조 강도, 형상 균일성 유지능 및 단열성능이 우수한 에어로젤 보드를 제조할 수 있고, 이러한 우수한 성능의 에어로젤 보드를 연속 생산할 수 있어 에어로젤 보드의 생산성을 크게 높일 수 있다. 본 발명의 생산방법과 생산장치를 이용하면 에어로젤 보드의 대량 생산이 가능하며, 제조비용 또한 크게 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 에어로젤 보드에 관한 것으로, 특히 에어로젤 보드를 연속 생산하고 압축 강도를 증대시킬 수 있는 생산방법과 생산장치 및 그렇게 만들어진 에어로젤 보드에 관한 것이다.
에어로젤(aerogel)은 스티븐 키슬러(Steven Kistler)에 의해 1930년대 처음 발견되었으며, 단열재, 충격완충재, 방음재 등으로 주목받아 왔다. 에어로젤은 머리카락의 1만분의 1의 굵기인 SiO2 실(絲)이 극히 성글게 얽혀 이루어진 것으로, 전체 부피의 98%를 공기가 차지한다. 에어로젤은 열, 전기, 소리, 충격에 강하고 무게도 공기의 3배 정도로 매우 가벼워 오래전부터 신소재로 주목받아 왔으나, 제조에 시간이 많이 걸리고 높은 취성으로 인해 작은 충격에도 쉽게 깨지고 형태가 변형되는 문제가 있어 실용화에 어려움이 있다.
2000년대 들어 에어로젤에 특수 섬유를 첨가하여 쉽게 깨지지 않고 대량생산이 가능한 에어로젤 기술을 개발되면서 실용화가 가능해졌다. 이후 에어로젤에 섬유나 다른 재료를 첨가한 복합재료는 기존 단열재를 대체할 소재로 주목받으면서, 이에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나 에어로젤이 지닌 소수성과 초경량성은 다른 재료와의 혼화를 어렵게 하여 혼합재료의 개발에 어려움을 준다. 그러나 이러한 에어로젤의 특성이 에어로젤의 기능성을 발휘하게 하는 것이므로, 단열성능이 좋은 복합재료를 만들기 위해서는 에어로젤의 소수성을 그대로 유지하면서 복합재료 내에서 에어로젤의 함유량을 최대한 높여야 한다.
에어로젤과 다른 재료를 혼화한 복합재료를 사용하여 보드를 제조할 경우, 통상 접착에 어려움이 있어 일반적인 보드 제조방법을 그대로 적용하기 힘들다. 또, 에어로젤 복합재료로 만든 건축재료의 경우 구조 강도 및 형상 균일성이 취약하고, 원재료인 에어로젤의 우수한 단열성에도 불구하고 현실적으로 최종 제품의 단열성능이 높지 않은 문제가 있다. 여기에는 복합재료 중 에어로젤의 함유량이 낮아 에어로젤의 성능이 발휘되기 어렵거나, 에어로젤 복합재료 자체가 에어로젤과 다른 재료가 균일하게 혼화되어 있지 않아 성능이 저하되거나, 혼합의 어려움으로 단열성능이 낮은 재료를 혼합하는 등의 이유가 있다. 또한, 보드 제조시 에어로젤의 특성에 따른 취급의 어려움과 에어로젤을 함유하는 복합재료의 접착의 어려움으로 충분한 구조강도가 나오도록 압축시켜 보드 등의 건축재료를 만들기 어려운 이유도 있다.
종래에 에어로젤에 다른 물질을 혼합하여 건축재료를 제조하는 방법으로, 대한민국 공개특허공보 10-2013-0025116에서는 에어로젤 분말과 석고분말을 혼합한 후 여기에 물과 혼합되어 있는 계면활성제를 가해 혼합재료를 만들고 이를 이용하여 석고보드를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 공개특허공보 10-2012-0023707에서는 에어로젤에 계면활성제를 혼합한 후 여기에 무기결합제를 가해 최종적으로 단열보드를 만드는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이와 같이 계면활성제를 사용하는 방법은 에어로젤의 기공을 손상시켜 에어로젤이 지닌 단열특성을 떨어뜨리게 된다.
공개특허공보 10-2012-0028635에서는 에어로젤 분말과 열가소성 수지를 혼합하여 몰드에 투입한 후 가압 및 건조시켜 보드를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 에어로젤과 혼합재료(열가소성 수지)의 균일한 혼합이 어렵고 제조과정에서 보드의 강도를 높이기 어려워 제품의 단열특성과 구조 강도가 떨어지게 된다. 등록특허공보 10-1229313에서는 구획을 나눌 수 있는 매쉬 형태의 소재에 에어로젤을 충진하는 에어로젤 충진 소재를 개시하고 있다. 이 방법은 초경량성이고 소수성인 에어로젤을 일일이 구획에 충진하여야 하므로 제조공정이 어렵고 제조에 많은 시간이 소요되게 되므로 생산성이 낮다. 일본 공개특허공보 2010-525188에서는 에어로젤이 미립자나 모노리스의 형태 또는 복합재료나 블랭킷, 매트 내에 존재하는 형태로 건축용 막의 층간에 삽입되는 건축용 막구조체를 개시하고 있다. 이 방법 역시 초경량성이고 소수성인 에어로젤을 다른 재료 내에 포함시키거나 건축용 막의 층간에 삽입하는데 공정상 어려움이 있고 제조에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 에어로젤과 다른 재료를 혼화한 복합재료를 사용하여 구조 강도, 형상 균일성 유지능 및 단열성능이 우수한 에어로젤 보드를 제조하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 이러한 우수한 성능의 에어로젤 보드를 용이한 방법으로 연속 생산할 수 있는 생산성이 높은 제조방법과 이를 위한 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는,
(a) 제1롤이 이동하면서 섬유망(fiber mesh)을 공급하는 단계와,
(b) 상기 공급된 섬유망 위에 에어로젤 복합재료를 일정 두께로 공급하는 단계와,
(c) 상기 공급된 에어로젤 복합재료 위에 제2롤이 이동하면서 섬유망을 공급하는 단계와,
(d) 상기 단계에서 얻어진 섬유망과 에어로젤 복합재료의 적층 구조를 압축롤에 의해 압축시키는 단계를 포함하고, 상기 (a)에서 (d)단계는 연속적으로 수행되며, 그 결과 1차 압축된 에어로젤 보드 1을 생산하는 롤투롤 제조공정;
상기 롤투롤 제조공정에서 얻어진 에어로젤 보드 1을 절단하는 절단공정; 및
상기 절단공정에서 얻어진 절단된 에어로젤 보드 1을 프레스 방식으로 압축하여 2차 압축된 에어로젤 보드 2를 생산하는 프레스 공정;
을 포함하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법이 제공된다.
또한, 본 발명에서는,
섬유망으로 이루어진 섬유망 층과;
에어로젤 7~30 중량%, 수성 바인더 50~85 중량% 및 섬유 7~30 중량%를 포함하는 에어로젤 복합재료가 일정 두께로 도포되어 형성된 에어로젤 복합재료 층;
이 교대로 적층되고, 상기 섬유망 층을 2개 이상 포함하며, 열전도도가 40mW/m·k 이하인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드가 제공된다.
또한, 본 발명에서는,
섬유망을 공급하는 제1롤과,
제1롤을 따라 에어로젤 복합재료를 일정 두께로 상기 섬유망 위에 공급하여 에어로젤 복합재료 층을 형성하는 에어로젤 복합재료 공급장치와,
상기 에어로젤 복합재료 층 위에 섬유망을 공급하는 제2롤과,
상기 롤들과 상기 에어로젤 복합재료 공급장치에 의해 섬유망과 에어로젤 복합재료 층이 적층되어 얻어진 적층체를 압축시키는 압축롤이 구비된 롤투롤 제조부를 포함하는 에어로젤 보드의 연속 생산장치가 제공된다.
본 발명에 따르면 에어로젤과 섬유를 함유하는 복합재료를 사용하여 구조 강도, 형상 균일성 유지능 및 단열성능이 우수한 에어로젤 보드를 제조할 수 있고, 이러한 우수한 성능의 에어로젤 보드를 연속 생산할 수 있어 에어로젤 보드의 생산성을 크게 높일 수 있다. 본 발명의 생산방법과 생산장치를 이용하면 에어로젤 보드의 대량 생산이 가능하며, 제조비용 또한 크게 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 에어로젤 보드 연속 생산장치의 모식도이다.
도 2는 1차 압축된 에어로젤 보드 1을 일정 길이로 절단하는 절단부를 도시한 것이다.
도 3은 절단된 에어로젤 보드 1이 프레스 압축부로 이송되는 과정을 도시한 것이다.
도 4는 에어로젤 보드 1을 프레스 압축하여 최종 제품인 에어로젤 보드 2를 생산하는 과정을 도시한 것이다.
도 5는 압축실린더(440)를 사용하여 가압하는 것을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 에어로젤 보드에 층 삽입되는 섬유망의 사진이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 에어로젤 보드의 모식도이다.
도 2는 1차 압축된 에어로젤 보드 1을 일정 길이로 절단하는 절단부를 도시한 것이다.
도 3은 절단된 에어로젤 보드 1이 프레스 압축부로 이송되는 과정을 도시한 것이다.
도 4는 에어로젤 보드 1을 프레스 압축하여 최종 제품인 에어로젤 보드 2를 생산하는 과정을 도시한 것이다.
도 5는 압축실린더(440)를 사용하여 가압하는 것을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 에어로젤 보드에 층 삽입되는 섬유망의 사진이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 에어로젤 보드의 모식도이다.
본 발명에서 "포함한다", "구비한다"와 같은 용어는 명세서 상에 기재된 구성이나 단계 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 구성이나 단계 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지는 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의하지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 그러나 본 발명에서 그 의미를 정의한 경우에는 용어의 일반적인 의미가 아닌 정의된 바에 따라 그리고 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 명세서 전체를 통해 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법과 제조장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예들은 본 발명의 내용을 예시하거나 설명하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 바람직한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 다른 형태로도 구체화될 수 있다.
본 발명의 에어로젤 보드의 연속 생산방법은,
1차 압축된 에어로젤 보드 1를 생산하는 롤투롤 제조공정과;
상기 롤투롤 제조공정에서 얻어진 에어로젤 보드 1을 절단하는 절단공정과;
상기 절단공정에서 얻어진 절단된 에어로젤 보드 1을 프레스 방식으로 압축하여 2차 압축된 에어로젤 보드 2를 생산하는 프레스 제조공정;을 포함한다. 이하, 각 공정별로 설명한다.
롤투롤 제조공정
(a) 롤투롤 제조공정은 제1롤이 이동하면서 섬유망(fiber mesh)을 공급하는 단계, (b) 상기 공급되는 섬유망 위에 에어로젤 복합재료를 일정 두께로 공급하는 단계, (c) 상기 공급되는 에어로젤 복합재료 위에 제2롤이 이동하면서 섬유망을 공급하는 단계 및 (d) 상기 단계에서 얻어진 섬유망과 에어로젤 복합재료의 적층체를 압축롤에 의해 압축시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 (c)단계에 이어, 최종 공급된 섬유망 위에 에어로젤 복합재료를 일정 두께로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 (c)단계에 이어, 최종 공급된 섬유망 위에 에어로젤 복합재료 일정 두께로 공급한 후 그 위에 다시 섬유망을 공급하는 단계를 1회 이상 더 포함할 수 있다.
상기 압축롤은, 바람직하게는 1 내지 2 kg/㎠의 압력을 가하게 된다.
상기 단계들은 연속적으로 수행되어, 섬유망과 에어로젤 복합재료가 교대로 층을 형성한 적층체가 만들어진 후 상기 압축롤에 의해 1차 압축되어 에어로젤 보드 1이 만들어진다. 1차 압축되어 에어로젤 보드 1은 압축이 약하게 된 상태로, 최종 제품인 에어로젤 보드 2에 비해 두께가 통상 약 1.2~1.8 배 정도가 된다. 통상 에어로젤 보드 1의 두께는 25~250㎜ 정도가 적당하다.
상기 에어로젤 복합재료는, 에어로젤과 에어로젤 외의 다른 재료가 혼합되어 있는 것을 의미한다. 본 발명에서 "에어로젤 복합재료"는 에어로젤과 에어로젤 외에 다른 재료를 더 포함하는 복합재료로 정의된다. 상기 에어로젤 복합재료는, 바람직하게는 에어로젤과 섬유를 포함하며, 더욱 바람직하게는 에어로젤 7~30 중량%, 수성 바인더 50~85 중량% 및 섬유 7~30 중량%를 포함한다.
상기 에어로젤은 분말(powder) 또는 그래뉼(granule) 상태가 모두 가능하다. 에어로젤은 통상 직경 30㎛ 이하의 입자 크기를 가지며, 매우 소수성이다.
상기 수성 바인더는 수성의 유기바인더와 무기바인더가 모두 가능하며, 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 같이 사용할 수 있다. 유기바인더로 바람직하게는, 수성아크릴수지, 수성우레탄수지 등을 사용할 수 있으나, 사용 가능한 유기바인더가 이에 한정되는 것은 아니다. 무기바인더로 바람직하게는, 물유리(waterglass)나 특수 시멘트인 그라우트(grout) 등을 사용할 수 있으나, 사용 가능한 무기바인더가 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 섬유는 무기섬유와 유기섬유가 모두 가능하며, 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 같이 사용할 수 있다. 무기섬유로 바람직하게는, 유리섬유(glass fiber), 세라믹섬유(Ceramic fiber) 등을 사용할 수 있으나, 사용 가능한 무기섬유가 이에 한정되는 것은 아니다. 유기섬유로 바람직하게는, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등을 사용할 수 있으나, 사용 가능한 무기섬유가 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 섬유는 바람직하게는 길이가 100㎜ 이하인 것을 사용한다. 더욱 바람직하게는 길이 10㎜ 이하의 단섬유를 사용한다. 그러나 단열보드의 강도를 증대시키기 위해 필요할 경우 100㎜ 이하에서 길이가 상대적으로 긴 섬유를 일부 포함시켜 사용할 수 있으며, 특히 길이 50㎜ 정도의 섬유를 포함시켜 사용할 수 있다.
본 발명의 에어로젤 복합재료는, 바람직하게는 에어로젤과 수성 바인더를 균일하게 혼화시켜 혼합물 1을 얻는 단계와, 이 혼합물 1에 섬유를 균일하게 혼화시켜 혼합물 2를 얻는 단계를 거쳐 제조될 수 있다. 각 단계의 바람직한 실시예는 아래와 같다.
<혼합물 1을 얻는 단계>
에어로젤과 수성 바인더를 임펠러가 구비된 혼합기에 투입하고 교반시켜 상기 수성 바인더가 미립자화하면서 상기 에어로젤 사이에 분산되도록 하여 에어로젤과 수성 바인더의 균일한 혼합물 1을 얻는다.
에어로젤은 매우 소수성인 반면, 수성 바인더는 통상 입자크기가 에어로젤의 10~20배 이상의 크기이고 친수성이므로, 일반적인 혼합방법으로는 수성 바인더가 에어로젤 사이에 균일하게 분산되기 어렵다. 본 발명에서는 바인더 입자가 에어로젤 입자와 비슷한 크기 내지는 수배 정도의 크기로 쪼개지도록 하기 위해 임펠러를 적어도 2,000 rpm 이상으로 회전시킨다. 2,000 rpm 이상에서 약 10분 이상 교반시키면 수성 바인더 입자가 점점 작아져 에어로젤 사이에 균일하게 분산, 혼화된다. 교반 초기에는 입자크기가 작은 에어로젤이 바인더 입자를 둘러싸는 형태로 혼화가 진행되다가, 바인더 입자가 더욱 작아지면서 에어로젤 입자 사이에 균일하게 분산되어 균일한 혼합물을 만들게 된다. 상기 교반은, 2,000 rpm 이상으로 수행하며, 바람직하게는 2,000~15,000 rpm으로 5~20 분간, 더욱 바람직하게는 3,000~15,000 rpm으로 10 내지 20분간 행한다. 고속교반을 통해 수성 바인더의 입자가 에어로젤과 비슷한 입자 크기에서 수배 정도의 크기로 쪼개지도록 하여야 하는데, 이를 위해서는 적어도 2,000 rpm 이상으로 일정 시간 고속 교반하는 것이 필요하다. 이러한 교반 과정을 통해, 바람직하게는 상기 수성 바인더의 입자를 적어도 200㎛ 이하로 미립자화하며, 더욱 바람직하게는 100㎛ 이하로 미립자화할 수 있다.
<혼합물 2를 얻는 단계>
상기에서 얻은 혼합물 1에 섬유를 가하고 교반시켜 에어로젤과 수성 바인더의 혼합물에 섬유를 균일하게 혼화시킨 혼합물 2를 얻는다. 섬유가 뭉치게 되면 복합재료의 단열특성을 저하시키고 건축재료로 제조시 구조강도를 저하시키게 된다. 따라서 바람직하게는 섬유를 해사(解絲)시키는 단계를 거쳐 해사된 섬유를 상기 혼합물 1과 혼합시킨다. 혼합물 1에 섬유를 가한 후의 교반은, 혼합물 1을 얻는 단계에서의 교반과 달리, 섬유가 절단되지 않도록 상대적으로 아주 낮은 저속으로 행하는 것이 좋다. 혼합물 1에 섬유를 가한 후의 교반은, 바람직하게는 10~150 rpm으로 행한다. 더욱 바람직하게는, 10 내지 30 rpm의 저속으로 1분 이상 1차 교반하여 섬유와 혼합물 1을 어느 정도 혼화시킨 후 50~150 rpm으로 속도를 높여 3분 이상 2차 교반하는 2단계 교반을 한다. 이렇게 할 경우 섬유가 절단되는 등의 섬유 손상은 최소화하면서도 섬유가 뭉치지 않고 혼합물 1에 고르게 분산되어 균일한 혼합물을 만들 수 있다. 특히 바람직하게는, 상기 1차 교반은 1~15분간 행하고, 2차 교반은 50~90 rpm으로 3~15분간 행한다. 혼합물 2는 상기 혼합물 1에서 미리 에어로젤 사이에 균일하게 분산되어 있는 수성 바인더 미립자를 매개로 섬유가 분산되는 것으로, 본 단계의 혼합과정을 통해 분산된 섬유가 수성 바인더 미립자에 붙음으로써 섬유가 에어로젤 사이에 균일하게 분산되는 형태가 된다.
상기 섬유망을 구성하는 섬유는 무기섬유와 유기섬유가 모두 가능하며, 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 같이 사용할 수 있다. 무기섬유로 바람직하게는, 유리섬유(glass fiber), 세라믹섬유(Ceramic fiber) 등을 사용할 수 있으나, 사용 가능한 무기섬유가 이에 한정되는 것은 아니다. 유기섬유로 바람직하게는, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등을 사용할 수 있으나, 사용 가능한 무기섬유가 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 섬유망은, 바람직하게는 단위구멍의 길이가 1~10㎜인 것을 사용하며, 더욱 바람직하게는 1~5㎜인 것을 사용한다. 상기 섬유망은, 바람직하게는 단위 중량 100g/㎡ 이하의 것을 사용하며, 더욱 바람직하게는 단위 중량 70g/㎡ 이하의 것을 사용한다.
절단공정
절단공정에서는 상기 롤투롤 제조공정에서 얻어진 1차 압축된 에어로젤 보드 1을 적당한 크기로 절단한다. 크기에는 제한이 없다. 통상은 일반적인 보드 크기에 맞춰 롤투롤 공정에서 폭 600㎜로 생산한 에어로젤 보드 1을 900㎜ 길이로 절단할 수 있다.
프레스 공정
프레스 공정은 상기 절단공정에서 절단된 에어로젤 보드 1에 프레스 방식으로 압력을 가해 압축시켜 최종 제품인 에어로젤 보드 2를 생산한다.
상기 롤투롤 공정에서의 압축롤에 의한 압력은 2 kg/㎠를 넘기 어렵다. 따라서 본 발명에서는 롤투롤 공정에 이어 별도의 프레스 공정을 두어 1차 압축된 에어로젤 보드 1을 더 강한 압력으로 다시 한 번 압축시킴으로써 보드의 구조강도를 높일 수 있다. 본 프레스 공정에서는, 1차 압축된 에어로젤 보드 1에 바람직하게는 2~10 kg/㎠의 압력을 가하여 최종 제품인 에어로젤 보드 2를 생산한다. 에어로젤 보드 2는 에어로젤 보드 1에 비해 두께가 훨씬 얇아 지는데, 이로 인해 밀도, 강도 차이가 발생한다.
상기와 같은 공정을 포함하는 본 발명의 에어로젤 보드의 연속 생산방법은, 공정이 용이하고 에어로젤 보드를 연속 생산할 수 있어 에어로젤 보드의 생산성을 크게 높일 수 있다.
본 발명에 따라 생산된 에어로젤 보드는 섬유망으로 이루어진 섬유망 층과 에어로젤 복합재료로 이루어진 에어로젤 복합재료 층이 교대로 적층된 구조로, 상기 섬유망 층을 적어도 2개 이상 포함하며, 열전도도가 40mW/m·k 이하이다. 이러한 구조로 제조된 본 발명의 에어로젤 보드는, 구조 강도, 형상 균일성 유지능 및 단열성능이 우수하다. 바람직하게는 본 발명의 에어로젤 보드는, 압축강도가 1~4 Mpa 정도이다.
본 발명의 에어로젤 보드의 연속 생산방법은, 본 발명에 따른 생산장치를 사용하여 더욱 효과적으로 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 에어로젤 보드의 연속 생산장치의 바람직한 실시예는 도 1과 같다.
본 발명에 따른 에어로젤 보드의 연속 생산장치는, 섬유망을 공급하는 롤과 에어로젤 복합재료를 공급하는 에어로젤 복합재료 공급장치와 압축롤이 구비된 롤투롤 제조부(100)를 포함한다.
상기 섬유망을 공급하는 롤은 적어도 제1롤(110)과 제2롤(120)을 포함한다. 롤투롤 제조부(100)는 섬유망을 공급하는 롤을 필요에 따라 1개 이상 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 섬유망을 공급하는 제3롤(130)을 더 포함한다.
에어로젤 복합재료 공급장치(140)는, 제1롤(110)에 의해 공급된 섬유망 위에, 에어로젤 복합재료를 일정 두께로 공급하여 에어로젤 복합재료 층을 형성한다. 롤투롤 제조부(100)는 에어로젤 복합재료 공급장치를 필요에 따라 1개 이상 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 에어로젤 복합재료 공급장치(150)를 추가로 포함한다. 또한, 본 발명의 롤투롤 제조부(100)는 에어로젤 복합재료 공급장치와 섬유망을 공급하는 롤을 하나의 세트로 하여 필요에 따라 이 세트를 1개 이상 추가로 포함할 수 있다.
먼저 제1롤이 섬유망을 공급하여 섬유망 층(a1)을 형성한다. 이어서 에어로젤 복합재료 공급장치(140)가 제1롤(110)을 따라가며 상기 섬유망 층 위에 에어로젤 복합재료를 공급하여 에어로젤 복합재료 층(b1)을 형성한다. 이어서 제2롤이 상기 에어로젤 복합재료 층(b1) 위에 다시 섬유망 층(a2)을 형성한다. 필요에 따라, 에어로젤 복합재료 공급장치(150)가 상기 섬유망 층(a2) 위에 다시 에어로젤 복합재료 층(b2)을 형성한다. 필요에 따라 제3롤이 있을 경우 상기 복합재료 층(b2) 위에 다시 섬유망 층(a3)를 형성한다. 상기 롤들과 에어로젤 복합재료 공급장치는 연속적으로 수행되고, 바람직하게는 거의 동시적으로 수행된다. 즉, 바람직하게는 에어로젤 복합재료 공급장치(140)가 섬유망(a1)을 공급하는 제1롤(110)을 따라가며 그 위에 거의 동시적으로 에어로젤 복합재료의 공급하여 에어로젤 복합재료 층(b1)을 형성하고, 이 위에 제2롤(120)이 따라가며 거의 동시적으로 섬유망(a2)을 공급하고, 이 위에 에어로젤 복합재료 공급장치(150)가 따라가며 에어로젤 복합재료 층(b2)을 형성하고, 이 위에 제3롤(130)이 따라가며 섬유망(a3)을 공급한다.
압축롤(160)은, 상기 롤들과 에어로젤 복합재료 공급장치에 의해 섬유망 층과 에어로젤 복합재료 층이 교대로 적층되어 얻어진 적층체를 압축시킨다. 롤투롤 제조부(100)는 압축롤을 필요에 따라 1개 이상 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 압축롤(170)을 추가로 포함한다. 이 압축롤(170)은 적층체의 압축을 진행하면서 절단부에서 커팅시 보드를 잡아주는 역할도 하게 된다.
압축롤은 바람직하게는 상기 적층체에 1 내지 2 kg/㎠의 압력을 가해 1차 압축된 에어로젤 보드 1을 만든다.
롤투롤 제조부(100)에서 하부에 있는 무한궤도(190)는 형성되는 에어로젤 보드 1의 지지대이자 형성된 에어로젤 보드 1을 절단부로 이송시키는 역할을 한다.
본 발명의 에어로젤 보드의 연속 생산장치는, 절단부(200)를 더 포함할 수 있다. 절단부(200)는 롤투롤 제조부에서 얻어진 1차 압축된 에어로젤 보드 1을 이송받아 적당한 길이로 절단하게 된다. 절단부는 이송롤(221)이 구비된 이송장치(220)와 절단톱(210)을 포함할 수 있다. 도 2는 절단부를 도시한 것이다.
본 발명의 에어로젤 보드의 연속 생산장치는, 프레스 보드형성부(400)와, 절단부(200)에서 절단된 에어로젤 보드 1(A1)을 프레스 보드형성부(400)를 이송시키는 이송부(300)를 더 포함할 수 있다. 이송부(300)는, 바람직하게는 절단된 에어로젤 보드 1(A1)를 이송시키는 이송지그(310)와 회전롤라(320), 에어로젤 보드 1(A1)의 이탈을 방지하기 위한 이탈방지턱(330)을 포함할 수 있다. 도 3은 이송부(300)로부터 프레스 보드형성부(400)로의 이송과정을 나타낸 것이다. 이송지그(310)는 일정한 크기로 절단된 에어로젤 보드(A1)를 프레스 보드형성부(400)로 이송시키기 위한 지그로, 이송되는 과정은 도 3과 같다. 이탈방지턱(330)은 이송지그(310)에서 에어로젤 보드 1(A1)가 이탈되지 않도록 하는 역할을 한다.
프레스 보드형성부(400)는 이송된 에어로젤 보드 1(A1)에 유압 또는 공압 프레스로 압력을 가해 최종 제품인 에어로젤 보드 2(A2)를 만든다. 프레스 보드형성부(400)는 에어로젤 보드 1(A1)가 놓여지는 하부지지대와 압축틀과 가압수단을 포함할 수 있다. 도 4는 압축되는 과정을 도시한 것으로, 하부지지대(410) 위에 놓여진 에어로젤 보드 1(A1)를 상부압축틀(420)과 측면압축틀(430)로 둘러싼 후 가압하며 압축이 완료되면 상부압축틀(420)과 측면압축틀(430)을 제거하여 최종 제품인 에어로젤 보드 2(A2)를 얻는다. 가압수단으로 바람직하게는 1개 이상의 압축실린더가 사용될 수 있다. 도 5는 압축실린더(440)가 상부압축틀(420)을 가압하는 것을 도시한 평면도이다. 상기 프레스 보드형성부(400)는, 바람직하게는 2 내지 10 kg/㎠의 압축압력을 가한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 에어로젤 보드의 연속 생산장치를 이용하면 에어로젤 보드를 효율적으로 대량 생산할 수 있으며, 생산성이 높아 제조비용을 크게 절감할 수 있다.
이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 에어로젤 보드의 연속 생산장치를 사용하여, 제1롤, 제2롤에 의해 단위구멍의 길이(L)가 2 mm인 유리섬유 망을 공급하고, 그 사이에 에어로젤 분말 500 g, 물유리 2.5 kg, 세라믹 섬유 500g 으로 이루어진 에어로젤 복합재료 층을 형성하여 적층체를 만들었다. 그런 다음 압력롤로 이 적층체 0.5 kg/㎠의 압축압력을 가해 에어로젤 보드 1을 만들고, 절단하여 600㎜×900㎜ 크기의 에어로젤 보드 1을 얻었다. 그런 다음 프레스 방식으로 2.2 kg/㎠의 압축압력을 가하여 최종 제품인 에어로젤 보드 2를 제조하였다. 제조된 에어로젤 보드 2의 열전도도는 33 mW/mㅇK 이었으며, 압축강도는 2.2 Mpa 이었다.
100: 롤투롤 제조부 110: 제1롤
120: 제2롤 130: 제3롤
140, 150: 에어로젤 복합재료 공급장치
160, 170: 압축롤 190: 무한궤도
200: 절단부 210: 절단톱
220: 이송장치 221: 이송롤
300: 이송부 310: 이송지그
320: 회전롤라 330: 이탈방지턱
400: 프레스 보드형성부 410: 하부지지대
420: 상부압축틀 430: 측면압축틀
440: 압축실린더
A1: 에어로젤 보드 1 A2: 에어로젤 보드 2
a1, a2, a3: 섬유망 b1, b2: 에어로젤 복합재료
120: 제2롤 130: 제3롤
140, 150: 에어로젤 복합재료 공급장치
160, 170: 압축롤 190: 무한궤도
200: 절단부 210: 절단톱
220: 이송장치 221: 이송롤
300: 이송부 310: 이송지그
320: 회전롤라 330: 이탈방지턱
400: 프레스 보드형성부 410: 하부지지대
420: 상부압축틀 430: 측면압축틀
440: 압축실린더
A1: 에어로젤 보드 1 A2: 에어로젤 보드 2
a1, a2, a3: 섬유망 b1, b2: 에어로젤 복합재료
Claims (24)
- (a) 제1롤이 이동하면서 섬유망(fiber mesh)을 공급하는 단계와,
(b) 상기 공급된 섬유망 위에 에어로젤 복합재료를 일정 두께로 공급하는 단계와,
(c) 상기 공급된 에어로젤 복합재료 위에 제2롤이 이동하면서 섬유망을 공급하는 단계와,
(d) 상기 단계에서 얻어진 섬유망과 에어로젤 복합재료의 적층 구조를 압축롤에 의해 압축시키는 단계를 포함하고, 상기 (a)에서 (d)단계는 연속적으로 수행되며, 그 결과 1차 압축된 에어로젤 보드 1을 생산하는 롤투롤 제조공정;
상기 롤투롤 제조공정에서 얻어진 에어로젤 보드 1을 절단하는 절단공정; 및
상기 절단공정에서 얻어진 절단된 에어로젤 보드 1을 프레스 방식으로 압축하여 2차 압축된 에어로젤 보드 2를 생산하는 프레스 공정;
을 포함하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법. - 제1항에 있어서, 상기 (c)단계에 이어, 최종 공급된 섬유망 위에 에어로젤 복합재료를 일정 두께로 공급하는 단계를 더 포함하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (c)단계에 이어, 최종 공급된 섬유망 위에 에어로젤 복합재료 일정 두께로 공급한 후 그 위에 다시 섬유망을 공급하는 단계를 1회 이상 더 포함하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어로젤 복합재료는 에어로젤 7~30 중량%, 수성 바인더 50~85 중량% 및 섬유 7~30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법.
- 제4항에 있어서, 상기 수성 바인더는 수성아크릴수지, 수성우레탄수지, 물유리(waterglass) 및 그라우트(grout)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법.
- 제4항에 있어서, 상기 섬유는 유리섬유(glass fiber), 세라믹섬유(Ceramic fiber), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법.
- 제4항에 있어서, 상기 에어로젤은 분말(powder) 또는 그래뉼(granule) 상태인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유망은 유리섬유(glass fiber), 세라믹섬유(Ceramic fiber), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유망은 단위구멍의 길이가 1~10㎜인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 롤투롤 제조공정에서 압축롤은 1 내지 2 kg/㎠의 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레스 공정은 2~10 kg/㎠의 압력을 가하여 에어로젤 보드 2를 생산하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 에어로젤 복합재료는
(a) 에어로젤 7~30 중량%와 수성 바인더 50~85 중량%를 혼합기에 투입하고 2,000~15,000 rpm으로 교반시켜 상기 수성 바인더를 미립자화하면서 상기 에어로젤 사이에 분산시켜 에어로젤과 수성 바인더가 균일하게 혼화된 혼합물 1을 얻는 단계와;
(b) 상기 혼합물 1에 섬유 7~30 중량%를 가하고 10~150 rpm으로 교반시켜 에어로젤과 수성 바인더와 섬유를 균일하게 혼화시킨 혼합물 2를 얻는 단계;
를 거쳐 제조된 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드의 연속 생산방법. - 섬유망으로 이루어진 섬유망 층과;
에어로젤 7~30 중량%, 수성 바인더 50~85 중량% 및 섬유 7~30 중량%를 포함하는 에어로젤 복합재료가 일정 두께로 도포되어 형성된 에어로젤 복합재료 층;
이 교대로 적층되고, 상기 섬유망 층을 2개 이상 포함하며, 열전도도가 40mW/m·k 이하인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드. - 제13항에 있어서, 상기 수성 바인더는 수성아크릴수지, 수성우레탄수지, 물유리(waterglass) 및 그라우트(grout)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 섬유는 유리섬유(glass fiber), 세라믹섬유(Ceramic fiber), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 섬유망은 유리섬유(glass fiber), 세라믹섬유(Ceramic fiber), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 섬유망은 단위구멍의 길이가 1~10㎜인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드.
- 섬유망을 공급하는 제1롤과,
제1롤을 따라 에어로젤 복합재료를 일정 두께로 상기 섬유망 위에 공급하여 에어로젤 복합재료 층을 형성하는 에어로젤 복합재료 공급장치와,
상기 에어로젤 복합재료 층 위에 섬유망을 공급하는 제2롤과,
상기 롤들과 상기 에어로젤 복합재료 공급장치에 의해 섬유망과 에어로젤 복합재료 층이 적층되어 얻어진 적층체를 압축시키는 압축롤
이 구비된 롤투롤 제조부를 포함하는 에어로젤 보드의 연속 생산장치. - 제18항에 있어서, 상기 롤투롤 제조장치에서 최종 공급된 섬유망 위에, 에어로젤 복합재료를 일정 두께로 공급하여 에어로젤 복합재료 층을 형성하는 에어로젤 복합재료 공급장치를 더 포함하는 에어로젤 보드의 연속 생산장치.
- 제18항에 있어서, 상기 롤투롤 제조장치에서 최종 공급된 섬유망 위에, 에어로젤 복합재료를 일정 두께로 공급하여 에어로젤 복합재료 층을 형성하는 에어로젤 복합재료 공급장치와 이 위에 다시 섬유망을 공급하는 롤을 구비한 추가세트를 1개 이상 더 포함하는 에어로젤 보드의 연속 생산장치.
- 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 롤투롤 제조부에서 상기 압축롤에 의해 압축된 에어로젤 보드를 이송받아 절단하는 절단부를 더 포함하는 에어로젤 보드의 연속 생산장치.
- 제21항에 있어서, 상기 절단장치로부터 절단된 에어로젤 보드를 이송받아 프레스 방식으로 압축하는 프레스 보드형성부를 더 포함하는 에어로젤 보드의 연속 생산장치.
- 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축롤은 1 내지 2 kg/㎠의 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드의 연속 생산장치.
- 제22항에 있어서, 상기 프레스 보드형성부는 2~10 kg/㎠의 압축압력을 가하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보드의 연속 생산장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20130097322A KR20150019889A (ko) | 2013-08-16 | 2013-08-16 | 에어로젤 보드의 연속 생산방법과 생산장치 및 생산된 에어로젤 보드 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR20130097322A KR20150019889A (ko) | 2013-08-16 | 2013-08-16 | 에어로젤 보드의 연속 생산방법과 생산장치 및 생산된 에어로젤 보드 |
Publications (1)
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| KR20150019889A true KR20150019889A (ko) | 2015-02-25 |
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| KR (1) | KR20150019889A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3296264A4 (en) * | 2016-02-16 | 2018-04-18 | LG Chem, Ltd. | Apparatus for manufacturing aerogel sheet |
| CN113844921A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-28 | 安徽弘徽科技有限公司 | 一种用于凝胶复合卷材的生产系统 |
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2013
- 2013-08-16 KR KR20130097322A patent/KR20150019889A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3296264A4 (en) * | 2016-02-16 | 2018-04-18 | LG Chem, Ltd. | Apparatus for manufacturing aerogel sheet |
| US10723629B2 (en) | 2016-02-16 | 2020-07-28 | Lg Chem, Ltd. | Apparatus of manufacturing aerogel sheet |
| US11708275B2 (en) | 2016-02-16 | 2023-07-25 | Lg Chem, Ltd. | Apparatus of manufacturing aerogel sheet |
| CN113844921A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-28 | 安徽弘徽科技有限公司 | 一种用于凝胶复合卷材的生产系统 |
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