KR20150142083A - 진공 단열재의 연속식 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통기성을 갖는 내피봉투(3면이 닫히고 1면이 열린)에 다공성 단열재료를 넣고 씰링(sealing)하는 1단계;
상기 내피 봉투의 상부 넓은 면을 평탄화하는 2단계;
상기 2단계의 평탄화된 봉투를 소정의 두께로 압축하는 3단계;
상기 3단계의 압축된 봉투를 차폐성을 갖는 외피재로 한면을 제외한 나머지 면을 모두 씰링하여 포장하는 4단계;
상기 4단계의 씰링된 봉투를 진공챔버에 넣고 소정의 압력에 도달하도록 진공 작업하여 상기 3단계에서 씰링되지 않은 한면을 마저 씰링하는 5단계로 제조함으로써 연속식 생산에 의해 경제적이면서도 제품의 훼손을 방지하고, 경제성을 갖는 진공단열재 연속식 제조 방법에 관한 것이다.

Description

진공 단열재의 연속식 제조 방법{Method for continuously preparing a vacuum insulation}

본 발명은 차폐성 외피재와 내부에 소정의 진공압력을 갖는 진공단열재의 연속식 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 연속식 생산에 의해 공정이 간단하고 생산성이 높아져 경제적이면서도, 물성이 우수한 진공단열재의 연속식 제조방법에 관한 것이다.

진공단열재는 열전도율이 매우 낮은 단열재로서 가스 및 수증기에 대해 높은 차폐성을 갖는 외피재가 모든 면을 둘러싸고, 내부에 유기계나 무기계열의 개방 기공형 코어로 이루어져 있다.

내부 코어는 무기계 섬유인 글라스화이바(glass fiber)나, 다공성 무기 분말인 합성실리카가 대부분 사용된다.

글라스화이바 진공단열재는 다층의 매트형태로 말거나 눌러도 코어의 훼손이 없으며, 내부에 진공을 걸기 전에는 글라스화이바 매트의 두께가 높은 상태에서(최종 목적하고자 하는 두께의 2에서 5배) 내부에 진공 작업할 때 압착하거나 진공 압력에 의해 매트의 두께가 낮아지는 형태로 변하기 때문에, 3면이 닫히고 1면이 열린 차폐성 외피재 봉투에 글라스화아바 매트를 넣어 만드는 것이 일반적이다.

합성실리카 진공단열재는 분말 형태의 합성실리카를 압축 성형하여 보드형태로 만든 다음 소정의 크기로 절단하여 차폐성 외피재 봉투에 넣어 진공보드로 제조한다. 글라스화이바와 달리 합성실리카 코어는 분말의 입자를 성형한 것으로 외압에 부서지거나 훼손되는 현상이 있어, 3면이 닫히고 1면이 열린 봉투에 넣기 보다는 생산라인에서 롤형태의 차폐성 외피재를 이용하여 자동이나, 수동의 형태로 직접 포장하는 방식이 많이 쓰인다. 또한 진공작업시 합성실리카 분말이 진공장비를 훼손 할 가능성이 있어, 통기성을 갖는 내피재로 코어를 먼저 감싸고, 다시 외피재를 감싸는 이중구조의 형태를 대부분 사용한다.

합성실리카 진공단열재는 글라스화이바 진공단열재에 비해 상기와 같은 구조와 작업성 때문에 재료비 뿐만 아니라, 제조공정도 복잡해 제품 가격이 높다.

이러한 문제점을 개선하기 위해 소정의 두께보다 몇 배에서 몇 십 배 이상의 두께가 되도록 통기성을 갖는 내피재에 분말을 담고, 압축하여 다시 소정의 두께로 절단하여 단열재나, 진공단열재를 제조하는 기술이 있는데, 이는 제품의 면적이 넓어질수록 소정의 두께로 절단하기 어려운 문제점이 있다.

한국공개특허 제1995-13664호 “진공단열패널 및 그 제조방법” 등에서 공지된 바와 같이 진공챔버 내부에 설치된 수분 제거 금형 위에, 외부에서 하부필름을 공급하는 시스템과 그 위에 분말을 공급하는 시스템, 상기 하부필름에 담겨진 분말을 압축하여 소정 형상으로 성형하고, 상하부 필름을 열 접착하여 제조하는 방법을 제시하나, 이는 진공챔버 내에서 모든 작업이 진행되므로, 설비가 복잡하고 공급된 분말이 평탄한 상태가 되지 않고 압축되어 불균일하며, 하부필름이 손상되는 문제가 있다

미국특허 제5,327,703호(1994.07.12) 미국특허 제8,333,279호(2012.12.18) 한국특허등록 제10-1102262호(2011.12.28) 한국공개특허 제10-2012-0097328호(2012.09.03) WO 제2013/001522호(2013.01.03)

본 발명은 기존의 합성실리카를 이용한 진공단열재 제조에 있어서, 성형방법을 개선하여 성형 후 절단 가공을 제거하고, 개별 성형을 함으로써 제조 공정 중 훼손을 방지하며 연속적으로 생산 가능함에 따라 재료비 감소와 공정비용을 감소시킬 수 있는 진공단열재의 연속식 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 한 구현예에 따른 진공단열재의 연속식 제조 방법은,

3면이 닫히고 1면이 열린 통기성을 갖는 내피봉투에 다공성 단열재료를 넣고 씰링(sealing)하는 1단계;

상기 1단계의 다공성 단열재료가 넣어진 내피 봉투의 상부 넓은 면을 평탄화하는 2단계;

상기 2단계의 평탄화된 봉투를 소정의 두께로 압축하는 3단계;

상기 3단계의 압축된 봉투를 차폐성을 갖는 외피재로 한면을 제외한 나머지 면을 모두 씰링하여 포장하는 4단계;

상기 4단계의 씰링된 봉투를 진공챔버에 넣고 소정의 압력에 도달하도록 진공 작업하여 상기 3단계에서 씰링되지 않은 한면을 마저 씰링하는 5단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 진공단열재의 연속식 제조 방법에 따르면, 다공성 단열재료의 성형공정을 간편화하고 제조하고자 하는 사이즈나 형상으로 개별 제조가 가능하고 공정을 단순화 할 수 있으며, 제조 공정 중 절단공정이 없어 로스(loss) 발생량을 줄이고 연속식으로 제조 가능하여 제조비용 저감의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 구현예에 따른 진공단열재의 연속식 제조 단계를 나타낸 도면이다.
도 2는 통기성을 갖는 내피봉투에 다공성 단열재료를 충전하는 방법을 구현예로 나타낸 도면이다.

이와 같은 본 발명을 첨부하는 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같으며, 첨부하는 도 1은 본 발명의 한 구현예에 따른 진공단열재의 연속식 제조 단계를 나타낸 도면이고, 도 2는 통기성을 갖는 내피봉투에 다공성 단열재료를 충전하는 방법을 구현예로 나타낸 도면이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진공단열재의 연속식 제조 방법에 의하면, 1단계로서, 통기성을 갖는 내피봉투, 예를 들면 3면이 닫히고 1면이 열려 있는 내피봉투에 다공성 단열재료를 넣고 씰링(sealing)하는 단계로 이루어진다.

도 1은 진공단열재의 연속식 제조방법의 한 실시예이지만, 통기성을 갖는 내피봉투에 다공성 단열재료를 넣고 씰링하는 1단계는 도시하지 않았다. 본 발명에 따른 방법에서 1단계는 내피봉투에 다공성 단열재료를 계량하여 넣고, 단순히 씰링한 것으로, 도 2의 부호 10과 같은 구조를 가질 수 있다.

도 1과 2에서 부호 10은 내피봉투에 씰링된 단열재료이고, 부호 11은 단열재료이며, 부호 12는 내피봉투이다. 내피봉투(12)에 다공성 단열재료(11)를 넣을 때 는 도 2의 우측 도면(X)에서와 같이 하부로 몰리지 않고 도 2의 좌측 도면(O)에서와 같이 넓은 면의 표면이 균일한 형태로 만드는 것이 유리할 수 있다. 왜냐하면 이후 단계인 평탄화 공정에 도움을 주고, 다공성 합성실리카 코어의 물성이 균일해질 수 있기 때문이다.

본 발명의 진공단열재의 연속식 제조방법에서 다공성의 단열재로는 합성 실리카, 팽창 퍼라이트 및 팽창 질석 중에서 적어도 1종 이상을 선택할 수 있으며, 단열성 향상을 위해 불투명화제와, 강도를 보강하기 위해 섬유를 각각 추가로 혼합할 수 있다.

상기 불투명화제로는 탄화규소, 그라파이트, 지르코니아, 지르콘, 알루미나 및 산화티탄 중에서 적어도 하나를 선택하며, 상기 섬유로는 유리섬유, 미네랄울 또는 지르코늄과 같은 무기섬유와 폴리에틸렌, 폴리피로필렌, 폴리에스테르 또는 나일론과 같은 유기섬유 중에서 적어도 하나를 선택하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 통기성을 갖는 내피봉투로는 유기질 섬유로 구성된 직포(cloth) 유기질 섬유로 구성된 부직포(nonwoven), 무기질 섬유로 구성된 직포(cloth) 및 무기질 섬유로 구성된 부직포(nonwoven) 중에서 적어도 하나를 선택하여 사용할 수 있다.

상기 내피봉투의 재질에 따라 씰링하는 방법이 다를 수 있다. 유기질 섬유로 구성된 직포나, 부직포의 경우 열에 의한 접착으로 씰링한다. 이때 재질에 따라 가해지는 온도는 다를 수 있다. 일반적으로 약 50℃와 약 250℃ 사이의 온도로 가열하여 열접착을 할 수 있다. 무기질 섬유로 구성된 직포나 부직포는 3가지 방법으로 씰링이 가능할 수 있다. 재봉틀(sewing machine)을 이용하여 재봉하거나, 접착제를 이용하여 붙이는 방법, 또는 미리 씰링부를 유기질 코팅하여 열접착할 수 있으며, 이때도 가열온도는 약 50℃와 약 250℃ 사이가 좋다.

본 발명의 진공단열재의 연속식 제조방법에 의하면, 2단계는 다공성 단열재료가 씰링된 내피봉투(10)의 넓은 면이 바닥과 상부를 향하도록 하여 도 1에서와 같이 눕혀서 진행되는데, 이것이 평탄화하는 단계이다.

도 1에서 부호 30으로 표시한 평탄화 공정은 다공성 단열재료가 씰링된 내피봉투(10)를 평탄화하여 씰링된 내피재 봉투(10)의 넓은 면을 복수의 평탄화 롤러(31)에 의해서 균일하게 만들어 주는 단계이다.

상기 평탄화 공정(30)에서 사용되는 복수의 평탄화 롤러(31)는 최초 투입되는 씰링된 내피재 봉투(10)의 두께에서 소정의 두께까지 점차적으로 평탄화 롤러(31)의 높이가 낮아지도록 설치되어 있다. 이것은 상기 소정의 두께는 최종 목적하는 두께 또는 2~5배의 두께까지 가능한데, 가능한 2~3배의 두께로 작업하는 것이 좋다. 이는 다음의 3단계의 압축 프레싱 공정에서 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에서의 평탄화 롤러(31)의 형상은 작업의 편리성에 맞게 설치 가능한데, 얇은 롤러 여러 개가 하나의 원을 형성하는 다발 형태나, 크라운 타입, 롤러의 중심과 바깥쪽의 두께를 다르게 조절된 롤러(예를 들면, 평탄화시 씰링된 내피재 봉투(10)을 안쪽에서 바깥쪽, 또는 바깥쪽에서 안쪽으로 평탄화가 가능) 또한 롤러의 표면에 돌기를 형성하거나, 롤러의 절단면이 풍차 모양과 비슷한 형태도 가능하다. 또한 롤러를 벨트로 연결한 벨트콘베이어도 가능하다.

본 발명에 따른 진공단열재의 연속식 제조방법에 의하면, 상기 씰링된 내피재 봉투(10)를 평탄화한 후 압축프레스(41)로 소정의 두께(최종 목적 두께)로 적어도 10mN/㎠의 압력을 가해 압축을 하는 3단계를 수행한다. 앞서 평탄화 공정에서 최종 목적하는 두께의 2~3배의 두께로 만드는 것이 좋다고 한 것은, 평탄화 공정에서는 연속식 압축의 형태고, 분말형의 입자를 연속식으로 압축하면, 압축면 내부에 보이지 않는 균열이나, 밀림현상으로 한쪽으로 치우칠 수 있기 때문이다. 따라서 본 발명의 압축프레스(41)는 롤러프레스나 벨트프레스 등도 가능하지만, 상하 작동식의 프레싱이 더 유리하다.

상기에서 소정의 두께는 최종 원하는 두께를 말하며, 적용 업체별, 제품별 다양할 수 있다. 예를 들면 5mm, 6mm, 8mm, 10mm 12mm, 15mm, 20mm, 40mm, 60mm 등 일 수 있으며, 그 사이의 값도 가능하고, 이 보다 더 큰 값을 가질 수도 있다.

다음에 본 발명에 따른 4단계로서, 상기 씰링된 내피재 봉투(10)를 평탄화하여 압축한 코어를 가스와 수분에 대한 차폐성을 갖는 외피재(13)로 한면을 제외한 나머지 면을 모두 씰링하여 포장하는 단계를 거친다. 외피재는 롤로 감긴 상태에서 공급되어 씰링된 내피재 봉투(10)를 평탄화하여 압축한 코어를 감싸고, 한 면만 오픈된 상태로 나머지 면을 모두 씰링하여 제조를 할 수 있다.

이때, 외피재로 포장하기 전에, 약 50℃와 약 250℃ 사이의 온도에서 건조하는 건조공정을 추가할 수도 있다. 이는 다공성 입자가 보관 또는 작업중에 수분을 흡수하여 물성이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다.

다음에 본 발명에 따른 5단계로서, 상기 외피재로 감싼 코어를 진공챔버(50)에 넣고 목적하는 진공압력을 걸어 충분한 진공압을 갖도록 한 후에 오픈된 한면을 마저 씰링하여 진공단열재를 제조할 수 있다. 진공압력에 따라 단열재의 열물성이 변하기 때문에 진공압은 그 조건에 따라 사용 가능하므로 제한하지 않지만, 최소 1torr이상의 진공압을 가져야 효과가 있다.

이때, 4단계와 5단계에서 상기 차폐성을 갖는 외피재를 씰링하는 방법은 열에 의한 접착으로 씰링한다. 재질에 따라 가해지는 온도가 다를 수 있다. 예를 들면, 약 50℃와 약 250℃의 온도로 가열하여 열접착을 할 수 있다. 열접착시 한쪽면 길이 방향으로 씰링바를 설치하고, 씰링바를 가열하여 부착할 수 있다.

본 발명에 있어 상기 상술한 단계를 반복적으로 연속하여 생산함으로써 제조하고자 하는 진공단열재를 연속식으로 만들 수 있고, 기존의 다공성 입자의 압축 절단공정이 불필요하며 생산성을 향상시켜 경제적인 진공단열재를 제조할 수 있다.

상기 실시예, 특히 연속식 공정이 설명되었으나, 이는 이들의 범위를 제한하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 원칙을 벗어나지 않는 범위에서 변형 가능함을 알 수 있다.

10 : 씰링된 내피재 봉투 11 : 다공성 입자
12 : 통기성을 갖는 내피재
13 : 가스와 수분에 대한 차폐성을 갖는 외피재
30 : 평탄화공정 41 : 압축프레스
50 : 진공챔버 51 : 씰링바

Claims (8)

1. 3면이 닫히고 1면이 열린 통기성을 갖는 내피봉투에 다공성 단열재료를 넣고 씰링하는 1단계;
   상기 내피 봉투의 넓은 면을 바닥과 상부면으로 하여 평탄화하는 2단계;
   상기 2단계의 평탄화된 봉투를 소정의 두께로 압축하는 3단계;
   상기 3단계의 압축된 봉투를 차폐성을 갖는 외피재로 한면을 제외한 나머지 면을 모두 실링하여 포장하는 4단계;
   상기 4단계의 씰링된 봉투를 진공챔버에 넣고 소정의 압력에 도달하도록 진공 작업하여 상기 3단계에서 씰링되지 않은 한 면을 마저 씰링하는 5단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공단열재의 연속식 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 2단계의 평탄화된 봉투를 소정의 두께로 압축하는 3단계 이후 50℃와 250℃ 사이의 온도에서 건조하는 건조 단계를 추가할 수 있는 것을 특징으로 하는 진공단열재의 연속식 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 다공성 단열재료는 합성실리카, 팽창퍼라이트 및 팽창 질석 중에서 적어도 1종 이상을 선택하여서 되는 것을 특징으로 하는 진공단열재의 연속식 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 다공성 단열재료는 단열성 향상을 위해 불투명화제를, 강도를 보강하기 위해 섬유를 각각 추가로 혼합하는 것을 특징으로 하는 진공단열재의 연속식 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 불투명화제는 탄화규소, 그라파이트, 지르코니아, 지르콘, 알루미나 및 산화티탄 중에서 적어도 하나를 선택하며, 상기 섬유로는 유리섬유, 미네랄울 또는 지르코늄과 같은 무기섬유와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 나일론과 같은 유기섬유 중에서 적어도 하나를 선택하여서 되는 것을 특징으로 하는 진공단열재의 연속식 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 통기성을 갖는 내피봉투는 유기질 섬유로 구성된 직포(Cloth), 유기질 섬유로 구성된 부직포(Nonwoven), 무기질 섬유로 구성된 직포(Cloth) 및 무기질 섬유로 구성된 부직포(Nonwoven) 중에서 적어도 하나를 선택하여서 된 것을 특징으로 하는 진공단열재의 연속식 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서 상기 평탄화 공정은 복수의 평탄화 롤러에 의해서 균일하게 만들어주는 것을 특징으로 하는 진공단열재의 연속식 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 평탄화 롤러는 단열재가 씰링된 내피재 봉투에 대해 그의 높이가 점차적으로 낮아지도록 설치하고, 상기 봉투를 최종 목적으로 하는 두께의 2~3배의 두께로 만드는 것을 특징으로 하는 진공단열재의 연속식 제조 방법.

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