KR20150094409A - 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널 - Google Patents

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KR20150094409A
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Abstract

본 발명에 따른 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널은, ((a) 흡음성 코어시트; (b) 상기 흡음성 코어시트의 양면에 각각 접착되어 있으며, 목분과 고분자의 혼합물로 형성된 목분-고분자 복합재료로 이루어진 중간시트; 및 (c) 상기 중간시트의 이면에 각각 접착되어 있으며, 섬유로 이루어진 매트상 보강재가 고분자 매트릭스에 내재된 복합재료로 이루어진 스킨시트를 구비한다.
본 발명의 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널은 강도가 우수하여 외부충격 등에 대한 형태 안정성이 양호하고, 목분과 고분자의 혼합물로 형성된 목분-고분자 복합재료로 이루어진 중간시트를 구비함으로서, 부패 등의 문제로 인한 주기적인 교체 없이도 못이나 나사 등의 리벳을 이용하여 수송품의 흔들림을 충분히 방지할 수 있는 양호한 리벳성을 갖는다.

Description

컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널{A SANDWICH PANEL FOR A CONTAINER BASE}
본 발명은 선박이나 트럭과 같은 화물 운송 수단에 의해 반복적으로 사용되는 운송장구인 컨테이너의 바닥재로서 사용되는 샌드위치 패널에 관한 것이다.
컨테이너는 선박이나 트럭과 같은 화물 운송 수단에 의해 반복적으로 사용되는 운송 장비를 의미한다.
컨테이너의 바닥을 구성하고 있는 부위를 베이스(Base)라고 부르는데, 컨테이너 바닥재는 적재된 화물의 하중의 대부분을 감당해야 하기 때문에 충분한 강도가 요구된다.
컨테이너 바닥재용 패널로는 주로 목재가 사용되고 있다. 다양한 종류의 목재가 사용되고 있으나 주로 아피통(Apitong)이라는 목재를 이용하여 교차 방향으로 통상 19 layer를 적층, 압축하여 바닥재를 제조하고 있다. 컨테이너 바닥재를 목재로 사용하는 주된 이유로는, 제조 원가에 대한 고려 외에 컨테이너 바닥재가 필수적으로 요구하고 있는 소위 "리벳성"이 목재가 양호하기 때문이다. 즉, 컨테이터 바닥재는 못, 나사 등의 리벳을 이용하여 운송 과정에서 수송품의 흔들림을 방지하는데, 목재가 리벳의 고정성이 우수할 뿐만 아니라 리벳을 같은 부위에 반복적으로 사용하는 경우에도 리벳성이 유지되기 때문이다.
하지만, 목재를 컨테이너 바닥재로 사용하는 경우 수분에 의한 부패가 발생하여 주기적으로 바닥재를 보수하거나 교체할 필요가 있다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 전술한 문제점을 해결하여, 강도 및 형태 안정성이 우수하여 적재된 화물의 하중을 충분히 감당할 수 있고, 부패 등의 문제로 인한 주기적인 교체 없이도 못이나 나사 등의 리벳을 이용하여 수송품의 흔들림을 충분히 방지할 수 있는 양호한 리벳성을 갖는 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널은
(a) 흡음성 코어시트;
(b) 상기 흡음성 코어시트의 양면에 각각 접착되어 있으며, 목분과 고분자의 혼합물로 형성된 목분-고분자 복합재료로 이루어진 중간시트; 및
(c) 상기 중간시트의 이면에 각각 접착되어 있으며, 섬유로 이루어진 매트상 보강재가 고분자 매트릭스에 내재된 복합재료로 이루어진 스킨시트를 구비한다.
본 발명에 따른 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널에 있어서,
상기 흡음성 코어시트는 발포시트 또는 허니컴시트인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널에 있어서, 흡음성 코어시트로서 발포시트를 사용하는 경우, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 가교된 폴리스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 수지의 발포시트를 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널에 있어서, 목분-고분자 복합재료를 형성하는 목분과 고분자의 함량비는 고분자 100 중량부를 기준으로 목분 30 내지 1000 중량부인 것이 바람직하고, 50 내지 500 중량부인 것이 더욱 바람직하다. 목분-고분자 복합재료를 형성하는 고분자는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널에 있어서, 목분-고분자 복합재료는 상용화제, 결합제 및 염료로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널에 있어서, 섬유로 이루어진 매트상 보강재는 유리 섬유 또는 탄소 섬유로 이루어진 매트상 보강재를 사용하는 것이 바람직하고, 매트상 보강재의 부피는 스킨시트 총 부피를 기준으로 45 내지 65 부피%일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 샌드위치 패널에 있어서, 섬유로 이루어진 매트상 보강재는 cm당 3개 이상의 섬유 번들(경사 또는 위사)을 갖도록 직조된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
첫째, 본 발명의 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널은 섬유로 이루어진 매트상 보강재가 고분자 매트릭스에 내재된 복합재료로 이루어진 스킨시트를 구비함으로서, 스킨시트의 형태안정성과 강도가 크게 보강된다.
둘째, 본 발명의 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널은 섬유로 이루어진 매트상 보강재가 고분자 매트릭스에 내재된 복합재료로 이루어진 각각의 스킨시트 아래에 목분과 고분자의 혼합물로 형성된 목분-고분자 복합재료로 이루어진 중간시트를 구비함으로서, 수분 침투에 의한 부패가 방지되면서도 목분을 포함하는 중간시트의 특성으로 인해 양호한 리벳성을 갖는다. 이에 따라, 컨테이너 바닥재의 주기적인 교체 없이도 못이나 나사 등의 리벳을 이용하여 수송품의 흔들림을 충분히 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 샌드위치 패널의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 샌드위치 패널에 사용되는 복합재료(스킨시트)의 바람직한 제조 공정을 도시한 개략도이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널의 리벳성 성능시험 개략도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널은
(a) 흡음성 코어시트;
(b) 상기 흡음성 코어시트의 양면에 각각 접착되어 있으며, 목분과 고분자의 혼합물로 형성된 목분-고분자 복합재료로 이루어진 중간시트; 및
(c) 상기 중간시트의 이면에 각각 접착되어 있으며, 섬유로 이루어진 매트상 보강재가 고분자 매트릭스에 내재된 복합재료로 이루어진 스킨시트를 구비한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널(10)은 흡음성 코어시트(5)를 구비한다. 흡음성 코어시트(5)는 잘 알려진 바와 같이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 가교된 폴리스티렌폴리우레탄 등의 수지를 발포시켜 경량화한 발포시트나, 폴리프로필렌과 같은 수지나 알루미늄 등의 경금속으로 허니컴 형상의 셀을 형성하여 제조한 허니컴시트가 이용된다. 이와 같은 코어시트(5)는 가볍고 흡음성(본 명세서에서는 차음성도 흡음성과 동일한 의미로 해석되어야 한다)이 우수하다. 특히 코어시트로서 발포시트를 사용하는 경우 경량화는 물론 단열성도 양호하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널(10)은 흡음성 코어시트(5)의 양면에 각각 접착되어 있으며, 목분과 고분자의 혼합물로 형성된 목분-고분자 복합재료로 이루어진 중간시트(6a, 6b)를 구비한다. 중간시트(6a, 6b)는 코어시트(5)의 양면에 접착제 또는 열접착을 통해 각각 접착되어 있다. 목분과 고분자의 혼합물로 형성된 목분-고분자 복합재료는 식물자원을 이용한 복합재료로 잘 알려져 있다. 본 발명에 있어서 목분은 대나무 분말, 참나무나 소나무 등 통상적인 나무의 분말을 사용할 수 있는데, 그 평균 입도는 예를 들어 10 내지 500 메쉬인 것을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 리벳성 향상을 위해 목분-고분자 복합재료를 형성하는 목분과 고분자의 함량비는 예를 들어 고분자 100 중량부를 기준으로 목분 30 내지 1000 중량부인 것이 바람직하다. 목분-고분자 복합재료를 형성하는 고분자는 제한되지 않으며, 폴리올레핀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 등을 사용할 수 있으며, 이 중 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
중간시트(6a, 6b)를 제조하기 위한 목분-고분자 복합재료를 준비시, 목분과 고분자의 혼용성을 증대시키기 위하여 상용화제, 결합제 등 공지의 첨가제를 더 첨가할 수 있으며, 색상을 내기 위하여 염료를 더 첨가할 수 있음은 당연하다고 할 것이다.
한편, 본 발명의 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널(10)은 섬유로 이루어진 매트상 보강재(7)가 고분자 매트릭스(9)에 내재된 복합재료로 이루어진 스킨시트(3a, 3b)를 구비한다. 스킨시트(3a, 3b)는 각각의 중간시트(6a, 6b)의 이면에 접착제 또는 열접착을 통해 각각 접착되어 있다. 스킨시트(3a, 3b)를 구성하는 매트상 보강재(7)는 보강재로서 작용할 수 있는 물질로 제조된 섬유로 매트상으로 형성한 것이라면 모두 사용이 가능하다. 즉, 이 섬유를 이용하여 제직한 직물형 매트상 보강재는 물론, 섬유들이 상호 결착된 격자형 매트 등 매트상으로 형성되어 충분한 보강재 역할을 수행할 수 있는 것이라면 모두 포함된다. 바람직하게는 내열성과 기계적 물성이 우수한 유리 섬유 또는 탄소 섬유로 이루어진 매트상 보강재를 사용한다. 특히 유리섬유와 탄소섬유는 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라, 열팽창계수가 낮아 열에 의한 수축 및 팽창 현상이 거의 없다. 따라서, 이러한 섬유들로 형성된 매트상 보강재(7)는 고분자 매트릭스(9)에 내재되어 스킨시트(3a, 3b)의 기계적 물성을 양호하게 유지하는 기능을 한다. 단섬유로 이루어진 복합재료와 달리, 매트상 보강재(7)는 스킨시트의 형태안정성과 기계적 물성을 크게 향상시킬 수 있다.
매트상 보강재(7)는 필요에 따라 2개 이상을 적층하여 사용할 수 있다. 상기 매트상 보강재(7)의 부피는 최종적으로 생산되는 스킨시트(3a, 3b) 총 부피를 기준으로 45 내지 65 부피%로 조절하는 것이 바람직하다.
섬유로 이루어진 매트상 보강재(7)가 cm당 3개 이상의 섬유 번들을 갖도록 직조된 것을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 스킨시트(3a, 3b)를 구성하는 고분자 매트릭스(9)에 내재된 복합재료로는 기계적 물성이 양호한 고분자라면 모두 사용이 가능하며, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리페닐렌설파이드 등 FRP(Fiber Reinforced Plastic)에 사용되는 고분자들을 들 수 있다. 다만, 매트상의 보강재(7)와 열가소성 고분자로 된 매트릭스를 복합화하여 스킨시트(3a, 3b)를 제조하는 경우, 열가소성 고분자의 높은 용융 점도로 인하여 매트상의 보강재에 고분자 매트릭스를 함침시키는 것이 용이치 않으므로, 다음과 같은 방법을 선택하는 것이 바람직하다.
즉, 스킨시트는, 열중합 촉매를 포함하며 열가소성 고분자의 단량체로 된 파우더들을 섬유로 이루어진 매트상 보강재 위에 산포시킨 다음 이를 가열처리하여, 상기 파우더들이 용융되어 상기 매트상 보강재에 함침되도록 하면서 상기 열가소성 고분자의 단량체를 열가소성 고분자로 열중합시키는 방법으로 형성될 수 있다. 이에 대하여 상술하면 다음과 같다.
먼저, 열중합 촉매를 포함하며 열가소성 고분자의 단량체로 된 파우더들을 섬유로 이루어진 매트상 보강재 위에 산포시킨다.
파우더는 열가소성 고분자의 단량체를 매트릭스로 한다. 단량체는 파우더에 분산된 공지의 열중합 촉매에 의해 후술하는 가열처리에 따라 고분자로 중합되며, 이 고분자는 열가소성을 갖는다. 파우더의 매트릭스로서 단량체를 사용하는 이유는, 전술한 바와 같이 고분자를 사용하는 경우 높은 용융 점도로 인하여 섬유로 이루어진 매트상의 보강재에 함침이 어렵기 때문이다. 모노머는 낮은 분자량으로 인해 용융 점도가 낮다. 따라서, 단량체는 매트상의 보강재에 잘 함침될 수 있도록 낮은 용융점도를 갖는 것이라면, 단량체는 물론 올리고머나 프레폴리머도 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 이러한 열가소성 고분자의 단량체로는 사이클릭 부틸렌 테레프탈레이트, 카프로락탐 등을 예시할 수 있다. 사이클릭 부틸렌 테레프탈레이트는 중합되어 폴리부틸렌테레프탈레이트가 되며, 카프로락탐은 중합되어 폴리아미드가 된다. 이들 고분자는 모두 내열성 및 기계적 강도가 우수한 엔지니어링 플라스틱으로 잘 알려져 있다.
전술한 구성의 파우더는 열중합 촉매를 열가소성 고분자의 단량체의 용융액에 첨가하여 분산시킴으로서 용이하게 준비할 수 있으며, 파우더는 후술하는 산포 공정을 통해 매트상 보강재의 표면에 분산될 수 있으면 되므로, 그래뉼, 펠렛 등 모든 형태를 포함하는 의미로 해석되어야 한다.
준비한 파우더들은 섬유로 이루어진 매트상 보강재 위에 산포시킨다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 파우더들(2)을 매트상 보강재(1) 위에 균일하게 산포시킴에 따라 매트상 보강재(1)의 표면은 파우더들(2)로 덮이게 된다. 파우더들(2)의 산포 두께에 따라 매트상 보강재(1)와의 부피비를 조절할 수 있다.
그런 다음, 파우더들이 산포된 매트상 보강재를 가열처리하여, 상기 파우더들이 용융되어 상기 매트상 보강재에 함침되도록 하면서 상기 열가소성 고분자의 단량체를 열가소성 고분자로 열중합시킨다.
파우더들이 산포된 매트상 보강재를 가열처리하면, 파우더의 매트릭스 성분인 단량체가 용융되는데, 단량체의 용융액은 점도가 낮으므로 매트상 보강재에 잘 함침된다. 또한, 매트상 보강재에 함침된 단량체 용융액은 분산된 열중합 촉매에 의해 고분자로 중합된다. 가열처리는 예를 들어 150 내지 210℃와 같이 단량체의 용융과 중합이 가능한 온도로 적절히 선택할 수 있으며, 필요에 따라 가열처리 온도를 단계적으로 조절할 수도 있음은 물론이다.
이러한 제조방법에 따라 형성된 복합재료는 도 1에 도시된 바와 같이 섬유로 이루어진 매트상 보강재(7)가 고분자 매트릭스(9)에 내재된 구조를 갖게 되된다. 복합재료로 이루어진 스킨시트(3a, 3b)는 매트상의 보강재(7)에 고분자 매트릭스(9)가 잘 함침되어 서로 일체화되어 있다.
이와 같이 제조된 각각의 구성 시트들은 순서대로 적층한 후 열처리하여 서로 일체화시키거나, 각 시트들 사이에 접착제층을 개재시켜 일체화시키는 방법으로 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.
실시예 1
weave(0/90도)+biax(+45/-45도)+biax(+45/-45도)+weave(0/90도)의 4층의 구조를 갖으며, cm당 5개인 섬유 번들을 갖도록 직조된 유리 섬유 매트를 겹쳐서 보강재를 구성하였다.
보강재에 0.4 mol%의 촉매를 사이클릭 부틸렌 테레프탈레이트(CBT, Cyclics사 제품)에 고르게 분산 배합한 후 pellet형태로 제조하였다. 제조된 펠렛을 준비한 보강재의 표면에 고르게 도포한 다음, 190도에서 10분간 열처리하여 함침 및 중합반응을 진행하였다.
제조된 스킨시트의 두께는 1.0mm 이었으며, 매트상 보강재의 부피는 45 vol%이었다.
한편, 목분과 고분자의 혼합물로 형성된 목분-고분자 복합재료로 이루어진 중간시트는 (주)한양소재로부터 구입하였으며, 폴리프로필렌과 목분이 1:1로 혼합된 두께 2.0mm의 제품을 사용하였다.
Crosslinked Polystyrene(XPS)로 된 두께 50mm인 발포시트의 양면에 접착제를 도포한 다음, 중간시트를 적층한 후 접착시켰다. 이어서, 전술한 방법으로 제조된 스킨시트를 각 중간시트의 이면에 각각 적층시키고 동일하게 접착제를 처리하여 접착함으로서 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널을 제조하였다.
제조된 샌드위치 패널을 이용하여 25℃로 온도를 조절한 후, 도 3에 의한 리벳성 성능 테스트를 실시하였으며, 55N/mm의 측정치를 얻었다.

Claims (8)

  1. (a) 흡음성 코어시트;
    (b) 상기 흡음성 코어시트의 양면에 각각 접착되어 있으며, 목분과 고분자의 혼합물로 형성된 목분-고분자 복합재료로 이루어진 중간시트; 및
    (c) 상기 중간시트의 이면에 각각 접착되어 있으며, 섬유로 이루어진 매트상 보강재가 고분자 매트릭스에 내재된 복합재료로 이루어진 스킨시트를 구비하는 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡음성 코어시트는 발포시트 또는 허니컴시트인 것을 특징으로 하는 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발포시트는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 가교된 폴리스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 수지의 발포시트인 것을 특징으로 하는 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 목분-고분자 복합재료를 형성하는 목분과 고분자의 함량비는 고분자 100 중량부를 기준으로 목분 30 내지 1000 중량부인 것을 특징으로 하는 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 목분-고분자 복합재료를 형성하는 고분자는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 목분-고분자 복합재료는 상용화제, 결합제 및 염료로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 섬유로 이루어진 매트상 보강재는 유리 섬유 또는 탄소 섬유로 이루어진 매트상 보강재이고,
    상기 섬유로 이루어진 매트상 보강재의 부피는 스킨시트 총 부피를 기준으로 45 내지 65 부피%인 것을 특징으로 하는 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 섬유로 이루어진 매트상 보강재는 cm당 3개 이상의 섬유 번들을 갖도록 직조된 것을 특징으로 하는 컨테이너 바닥재용 샌드위치 패널.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102353925B1 (ko) * 2021-06-09 2022-01-21 김형태 인터넷방송용 컨테이너 박스

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