KR20170067336A - 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널 및 그 제조방법 - Google Patents
불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널은, 충전재가 수용되어 안착 가능하도록 케이스 형태로 이루어진 프레임 패널과, 그 프레임 패널에 안착된 상태로 충전되어 일면이 노출되도록 구비되는 세라믹 성형체 및 그 세라믹 성형체의 노출 전면에 밀착되도록 구비되는 백 플레이트를 포함하며, 상기 세라믹 성형체는, 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대해, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 5 내지 10 중량부와 물 5 내지 10 중량부가 혼합되어 이루어진 화학 반응제와, 물유리(규산 나트륨) 60 내지 65 중량부가 바인더로 배합되어 혼합된 성형 조성물을 소정의 성형 틀에 장입하여 압축한 상태에서 700 ~ 1,000℃ 범위의 온도로 가열하여 냉각 건조시켜 이루어진 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 의하면, 불연성 및 가스 유해성이 매우 우수하여 친환경적인 동시에 내화성과 흡수성이 뛰어나 열과 습기에 매우 강하고 단열효과가 높아 에너지 효율성이 우수한 동시에 우수한 기계적 물성의 확보와 다공성으로 인한 경량화 실현이 가능한 경제적인 건축용 내·외장 복합 패널을 용이하게 생산하여 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 건축 내·외장 복합 패널 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 불연성 경량 세라믹 성형체를 심재(心材)로 구비하여 불연성과 경량성 및 경제성이 보다 향상되도록 개량된 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 상업용 건축물이나 주상복합건축물과 같은 대형 신축빌딩은 점점 더 초고층화와 초대형화 및 복합화되는 상태로 건설되면서 해당 지역의 랜드 마크(Land Mark) 역할을 하는 상징물로 자리매김하고 있다. 이와 같은 초고층 대형 복합건축물의 경우 통상 자중(自重) 증가에 따른 구조적인 안정성과 자중 경감을 위한 외피 시스템의 경량화는 물론 에너지 효율성을 높이기 위한 건축자재의 사용이 필수적으로 요구되고 있다. 이에 따라 예를 들면 폴리스티렌이나 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 등과 같이 비교적 경량이면서 단열성이 뛰어난 발포재가 주로 단열재 또는 샌드위치 패널의 심재 등으로 이용되고 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 발포성 내·외장재의 경우 경제성과 시공성이 뛰어난 장점이 있는 반면에 화재시 쉽게 연소함으로써 유독가스의 발생과 화염 전파 등과 같이 내열성과 난연성에 있어서 매우 취약한 단점이 있는 것으로 알려져 있다.
다른 한편으로는, 건축 내·외장재의 단열 성능을 높이기 위해 예를 들어 샌드위치 패널과 같은 복합 패널 내부에 미네랄 울이나 글라스 울 등과 같은 무기재료를 단열재로 많이 사용하고 있으나, 이와 같은 내·외장재의 경우에도 단열성과 차폐성이 우수하지만 통기성 부족과 환경 호르몬 등의 유해물질이 배출되기도 하는 문제점이 있다.
한편, 근래에 들어서는 각종 재해로부터 안전한 건축물과 주거환경을 위한 안전 및 친환경 기준과 규칙 등이 더욱 강화되고 있는 추세로서, 예컨대 건축물 외벽 마감재료의 경우 불연재료 또는 준불연재료를 마감재료로 사용하고, 국토 해양부 장관이 정하는 고시에 의해 화재확산 방지구조 기준에 적합하게 설치되는 난연재료도 마감재료로 사용할 수 있게 정해져 있다.
따라서, 상술한 바와 같은 추세에 따라 최근에는 단열 및 흡음 등의 기능이 향상되고, 인체에 유해하지 않은 친환경 자재로서 특히, 화재 등과 같은 재해 발생시 재해의 확대를 방지할 수 있는 난연성과 불연성 등과 같은 기준에 적합한 새로운 친환경 건축 내·외장재의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이며, 그러한 조건들을 충족시킬 수 있는 건축 내·외장재를 제조하기 위한 다양한 방안들이 제시되고 있다. 그 예로서, 대한민국등록특허 제10-0530015호 공보에는 팽창성 무기물인 펄라이트(Perlite)와 규조토, 황토분말 및 활성탄 등의 무기물과, 바인더로서 규산나트륨 및 알루미나졸 등과 같은 액상의 무기 바인더와 열경화성 페놀수지를 혼합하여 고온에서 압축 성형한 경량 내화재가 개시되어 있다.
그러나, 상기 공보에 개시된 건축용 내장재의 경우 우수한 난연성을 가지나, 폴리스티렌이나 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리우레탄 등과 같은 발포 단열재에비하여 무겁고, 복잡한 제조공정에 의한 제조경비의 상승이 따르는 단점과 문제점이 있다.
다른 한편으로는, 친환경적이고 건강에 유익한 천연자재로서, 예를 들면 목재나 천연 대리석, 옥, 황토 및 세라믹 등을 주재료로 이용한 건축용 내장재의 수요도 늘고 있는데, 이와 같은 건축용 내장재는 경량이고, 단열성과 불연성, 방음성과 방수성, 구조적 강도 등의 특성이 두루 요구되는 건축 자재의 요구 성능을 모두 만족시키기 어렵고, 가격 또한 비싸다는 단점과 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 상술한 배경 기술의 문제점은 본 출원인이 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나 본 발명의 도출 과정에서 습득한 내용으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공지된 내용이라 할 수는 없다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 통상적인 건축용 내·외장재가 지니고 있는 단점과 문제점을 감안하여 이를 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 불연성과 경량성 및 기계적 물성이 보다 개량된 불연성 경량 건축 내·외장복합 패널을 제공하기 위한 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 단순하고 용이한 제조 공정에 의해 다양한 형태로의 성형이 가능하여 성형성과 경제성을 보다 향상시킨 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 목적들을 달성하기 위한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널은, 충전재가 수용되어 안착 가능하도록 케이스 형태로 이루어진 프레임 패널과; 상기 프레임 패널의 측벽 내측 공간부에 충전되어 일면이 노출되도록 안착되는 세라믹 성형체; 및 상기 세라믹 성형체의 노출 전면에 밀착되도록 상기 프레임 패널의 배면측 개방부를 커버하는 배면부를 형성하도록 구비되는 백 플레이트;를 포함하며, 상기 세라믹 성형체는, 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대해, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 5 내지 10 중량부와 물 5 내지 10 중량부가 혼합되어 이루어진 화학 반응제와, 물유리(규산 나트륨) 60 내지 65 중량부가 바인더로 배합되어 혼합된 성형 조성물을 소정의 성형 틀에 장입하여 압축한 상태에서 700 ~ 1,000℃ 범위의 온도로 가열하여 냉각 건조시켜 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널의 제조방법은, 금속판 테두리에 직립되게 절곡된 측벽이 형성되도록 성형 가공하여 배면측이 개방된 판상의 박스 형태로 이루어진 프레임 패널을 제작하는 단계와; 상기 프레임 패널의 측벽 내측 공간부에 세라믹 성형체를 단열재로 충전하는 단계; 및 상기 프레임 패널의 배면측으로 노출되는 상기 세라믹 성형체의 노출 전면에 백 플레이트를 설치하는 단계;를 포함하며, 상기 세라믹 성형체는, 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대해, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 5 내지 10 중량부와 물 5 내지 10 중량부가 배합되어 이루어진 화학 반응제를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계와; 상기 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대해 60 내지 65 중량부의 물유리를상기 혼합물의 결합용 바인더로 첨가하여 성형 조성물을 형성하는 단계와; 상기 성형 조성물을 성형 틀에 장입하여 압축 성형하는 성형 단계와; 상기 성형 조성물을 700 ~ 1,000℃ 범위의 온도에서 가열하는 열처리 단계; 및 상기 열처리 단계에서 소성 성형된 성형체를 냉각 건조시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 경량 불연성 건축 내·외장패널 및 그 제조방법에 있어서, 상기 펄라이트 분쇄 입자는 평균 입경이 1 내지 3mm 크기의 입도를 가지는 입자군과, 평균 입경이 3 내지 5mm 크기의 입도를 가지는 입자군 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 펄라이트 분쇄 입자는 평균 입경이 1 내지 3mm 크기의 입도를 가지는 입자군과, 평균 입경이 3 내지 5mm 크기의 입도를 가지는 입자군 및 평균 입경이 5 내지 8mm 크기의 입도를 가지는 입자군 중에서 인접한 평균 입경 크기의 입자군 둘 이상이 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 칼슘 카바이드(탄화 칼슘)는 평균 입경이 1 내지 5mm 크기의 입도를 가지는 분쇄 입자로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 화학 반응제는 상기 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대하여, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 5 내지 10 중량부와 소금 농도가 20 내지 30% 범위의 소금물 5 내지 10 중량부가 혼합되어 이루어질 수 있다.
본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널 및 그 제조방법에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 불연성 및 가스 유해성이 매우 우수한 친환경적 건축용 내·외장 복합 패널을 용이하게 생산하여 제공할 수 있다.
둘째, 내화성과 흡수성이 뛰어나 열과 습기에 매우 강하며, 낮은 열전도율로 인한 단열효과가 높아 에너지 효율성이 우수한 건축용 내·외장 복합 패널을 용이하게 생산하여 제공할 수 있다.
셋째, 굴곡 파괴하중과 압축강도 및 압축크리프 등과 같은 기계적 물성의 확보와 동시에 다공성으로 인한 경량화 실현이 가능한 건축용 내·외장 복합 패널을 용이하게 생산하여 제공할 수 있다.
넷째, 구성요소와 제조공정의 단순화에 의해 경제적인 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널을 용이하게 생산하여 제공할 수 있다.
다섯째, 뛰어난 성형성에 의해 다양한 형태로의 성형이 가능하여 실용성과 적용범위를 보다 확대시킬 수 있는 불연성 경량 건축 내·외장 복합 널을 용이하게 생산하여 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널을 개략적으로 도시해 보인 절제 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널의 요부를 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 요부 분리 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널의 심재로 구비되는 불연성 경량 세라믹 성형체를 사진으로 촬영하여 나타내 보인 도면.
도 4는 도 3에 발췌하여 도시해 보인 세라믹 성형체의 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 공정 순서도.
도 5 내지 도 7은 각각 도 3에 발췌하여 도시해 보인 세라믹 성형체의 제조방법에 포함되는 구성 요소들을 사진으로 촬영하여 나타내 보인 도면.
도 8 내지 도 15는 각각 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널의 심재로 충전되는 세라믹 성형체의 시험성적서를 나타내 보인 도면.
도 2는 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널의 요부를 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 요부 분리 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널의 심재로 구비되는 불연성 경량 세라믹 성형체를 사진으로 촬영하여 나타내 보인 도면.
도 4는 도 3에 발췌하여 도시해 보인 세라믹 성형체의 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 공정 순서도.
도 5 내지 도 7은 각각 도 3에 발췌하여 도시해 보인 세라믹 성형체의 제조방법에 포함되는 구성 요소들을 사진으로 촬영하여 나타내 보인 도면.
도 8 내지 도 15는 각각 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널의 심재로 충전되는 세라믹 성형체의 시험성적서를 나타내 보인 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다. 이하의 설명 내용과 첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 청구범위에 기재된 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널을 개략적으로 도시해 보인 절제 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널의 요부를 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 요부 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널(100)은, 충전재 수용 안착이 가능하도록 케이스 형태로 이루어진 프레임 패널(120)과, 그 프레임 패널(120)의 안착부에 수용된 상태로 충전되어 일면이 노출되도록 구비되는 세라믹 성형체(110) 및 그 세라믹 성형체(110)의 노출 전면에 밀착되도록 구비되는 백 플레이트(130)를 포함하여 구성된다.
상기 프레임 패널(120)은 장방형 금속판 테두리에 직립되게 절곡된 측벽(121)(122)이 형성되어 내측에 단열재 등의 충전재가 수용되는 안착부가 구비되도록 배면측이 개방된 판상의 박스 형태로 이루어진다.
그리고, 상기 프레임 패널(120)은 배면 안착부에 상기 세라믹 성형체(110)를 결속시켜 주기 위한 적어도 하나 이상의 핀부재(124)가 직립된 상태로 마련되며, 상기 핀부재(124)의 판상 헤드(123)는 접착제에 의해 상기 프레임 패널(120)의 배면 안착부에 접착된다.
따라서, 상기 프레임 패널(120)의 배면 안착부에 상기 세라믹 성형체(110)가 단열재로 충전되도록 수용될 때, 상기 핀부재(124)가 세라믹 성형체(110)의 몸체를 관통한 상태에서 측방으로 절곡 변형됨으로써, 상기 세라믹 성형체(110)를 프레임 패널(120)의 배면 안착부에 안정된 상태로 결속시켜 주게 된다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 프레임 패널(120)의 측벽(121)(122)의 끝단부에는 건축물의 내·외장 패널로 시공되기 위한 결합수단으로서, 복수의 결합편(121f)(122f)이 구비될 수 있다.
상기 결합편(121f)(122f)은 내·외장 패널의 시공 설계 및 구조에 따라 내외측으로 절곡된 상태로 변형되어 볼트 등의 결합부재가 체결될 수 있으며, 내측으로 절곡되는 경우 상기 세라믹 성형체(110)의 지지편으로 기능할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 프레임 패널(110)은 예를 들어 융융아연도금강판이나 전기아연도금강판 및 갈바륨강판이나 갈바아닐강판 또는 스테인리스와 알루미늄 등과 같이 일정한 내식성과 구조적 강도를 지니는 시트형 판재가 적용되는 것이 바람직하다.
상기 세라믹 성형체(110)는, 도 3에 그 샘플을 제작하여 사진으로 촬영하여 나타내 보인 바와 같이, 경량토인 펄라이트 입자에 화학 반응제와 바인더를 배합하여 혼합한 성형 조성물을 소성 가공하여 불연성과 경량성 및 경제성이 보다 향상되도록 개량된 심재로 구비되는 것으로서, 그 구체적인 구성과 제조방법은 후술하기로 한다.
상기 백 플레이트(130)는 상기 프레임 패널(110)의 후면측 개방부를 덮어 배면을 형성하도록 구비되는 것으로서, 상기 프레임 패널(110)의 전면과 나란하게 측벽(121)(122)의 끝단부에 탑재된 상태로 설치된다.
그리고, 상기 프레임 패널(110)의 후면측에 상기 백 플레이트(130)가 설치된 상태에서 모서리부가 테이프 부재(T)에 의해 씰링되어 본 발명에 의한 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널(100)이 패키징된 상태로 완성된다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 백 플레이트(130)는 은박 시트로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같은 은박 시트는 박막 형태의 시트 사용이 가능하여 경량화에 보다 유리한 측면을 가지는 동시에 화재시 불연성이 뛰어나 화염이 번지는 것을 유효하게 방지할 수 있는 특성을 발휘할 수 있기 때문이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 백 플레이트(130)는 석고 보드나 CRC 보드(Cellulose fiber Reinforced Cement Board, 무석면 섬유강화 시멘트판) 등과 같은 통상적인 마감재 패널이 사용될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 세라믹 성형체(110)는, 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대해, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 5 내지 10 중량부와 물(또는 소금물) 5 내지 10 중량부가 혼합되어 이루어진 화학 반응제와, 물유리(규산 나트륨) 60 내지 65 중량부가 바인더로 배합되어 혼합된 조성물을 소정의 성형 틀에 장입하여 압축한 상태에서 700 ~ 1,000℃ 범위의 온도로 가열하여 냉각 건조시켜 이루어진 구성을 가진다.
도 4는 상기 세라믹 성형체(110)의 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 공정 순서도이고, 도 5 내지 도 7은 각각 상기 세라믹 성형체(110)의 제조공정에 사용되는 각 구성 요소들을 사진으로 촬영하여 나타내 보인 도면이다.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여, 상기 세라믹 성형체(110) 및 그 제조방법을 실시예와 함께 상세하게 설명한다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 상기 세라믹 성형체(110)를 제조하기 위하여, 먼저 베이스를 이루는 주재료로서, 평균 입경이 일정한 범위로 이루어진 펄라이트 분쇄 입자군을 선택하여 계량한다(S-11 단계).
본 발명에 따르면, 상기 펄라이트 분쇄 입자군은 도 5 (a)에 나타내 보인 바와 같은 평균 입경이 1 내지 3mm 크기의 입도를 가지는 제1 펄라이트 분쇄 입자군(10a)과, 도 5 (b)에 나타내 보인 바와 같은 평균 입경이 3 내지 5mm 크기의 입도를 가지는 제2 펄라이트 분쇄 입자군(10b) 및 도 5 (c)에 나타내 보인 바와 같은 평균 입경이 5 내지 8mm 크기의 입도를 가지는 제3 펄라이트 분쇄 입자군(10c) 중에서 어느 하나가 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 세라믹 성형체(110)의 베이스를 이루는 주재료로서, 상기 제 1 펄라이트 분쇄 입자군(10a)과 제 2 펄라이트 분쇄 입자군(10b)의 어느 하나 또는 둘이 혼합된 혼합물을 형성하거나, 상기 제 2 펄라이트 분쇄 입자군(10b)과 제 3 펄라이트 분쇄 입자군(10c)의 어느 하나 또는 둘이 혼합된 혼합물을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 펄라이트 분쇄 입자의 평균 입경을 제 1 및 제 2 펄라이트 분쇄 입자군(10a)(10b)과, 제 2 및 제 3 펄라이트 분쇄 입자군(10b)(10c)으로 그룹핑하는 이유는 다음과 같다.
즉, 상기 펄라이트 분쇄 입자의 평균 입경 크기가 너무 차이를 가지는 경우 펄라이트 분쇄 입자가 혼합되면서 각 입자 사이의 공극에 대한 균일성이 떨어져 성형체의 밀도 저하로 인해 적절한 기계적 물성을 확보하기가 어려울 뿐만 아니라 표면 거칠기도 균일하게 형성되기가 어려워 건축 내·외장재로서의 기능과 성능이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다.
다음 공정으로, 도 6에 사진으로 촬영하여 나타내 보인 바와 같이 칼슘 카바이드(탄화 칼슘)와 물(또는 소금물)을 혼합하여 화학 반응제(20)를 생성한다(S-12 단계).
본 발명에 있어서, 상기 화학 반응제(20)는 상기 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대하여, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 5 내지 10 중량부와 물 5 내지 10 중량부가 혼합되어 이루어진 것으로서, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘)와 물의 혼합시에 아래의 <화학반응식1>에서와 같이 칼슘 카바이드(탄화 칼슘)가 수분을 흡수하여 화학반응이 일어나는 과정에서 발열반응에 의한 자체 발열이 일어나게 된다.
<화학반응식1>
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2 + 37.2kcal
즉, 탄화 칼슘 1mole과 물 2mole이 화학 반응하여 1mole의 소석회(Ca(OH)2) 및 1mole의 아세틸렌가스로 화학 변환되며, 이때 발열반응에 의해 37.2kcal의 열이 발생하게 된다.
다음 공정으로, 상기 펄라이트 분쇄 입자에 상기 화학 반응제(20)를 첨가하여 교반을 통해 혼합물을 형성한다(S-13 단계). 이때, 상기 화학 반응제(20)는 발열반응에 의한 자체 발열에 의해 상기 펄라이트 분쇄 입자에 함유되어 있는 수분을 증발시키는 동시에 아세틸렌가스를 발생시킨다. 그리고, 상기 아세틸렌가스는 후술하는 열처리 과정(S-15 단계)에서 연소되면서 성형체의 소성을 위한 보조 에너지로 작용하게 된다.
따라서, 상기 화학 반응제(20)의 화학반응에 의해 생성되는 소석회(Ca(OH)2) 입자와 아세틸렌가스는 상기 펄라이트 분쇄 입자 사이에 침투하여 혼합되면서 수분 조절과 응고 및 기공 형성을 위한 작용을 하게 된다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 화학 반응제(20)는 상기 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대하여, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 5 내지 10 중량부와 소금 농도가 20 내지 30% 범위의 소금물 5 내지 10 중량부가 혼합되어 이루어질 수 있다.
즉, 상기 화학 반응제(20)의 생성에 소금물을 사용하는 이유는, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘)가 수분을 흡수하여 화학반응이 일어나는 과정에서 발열반응에 의한 자체 발열이 일어나게 될 때, 발열 온도가 급격히 상승하는 것을 방지하도록 조절하는 작용을 하여 세라믹 성형체의 결합력과 충격 강도 및 내마모성 등의 기계적 물성과 내부식성 등의 화학적 물성을 확보할 수 있도록 기능하게 된다.
본 발명에 따르면, 상기 칼슘 카바이드(탄화 칼슘)는 평균 입경이 1 내지 5mm 크기의 입도를 가지는 분쇄 입자로 형성되는 것이 바람직하며, 그 이유는 상기 펄라이트 분쇄 입자군으로 선택되는 평균 입경의 크기와 대응하는 입자를 첨가하여 혼합함으로써, 상기 화학 반응제(20)의 화학반응에 의해 생성되는 소석회(Ca(OH)2) 입자가 상기 펄라이트 분쇄 입자 사이에 균일한 상태로 혼합될 수 있도록 하기 위한 것이다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 펄라이트는 주지된 바와 같이 화산 활동에 의해 화산 용암이나 마그마가 대기나 지표의 호수로 흘러들어 급격한 냉각에 의해 수분을 3~5% 정도 함유한 채 회백색의 규소성 광물질로 형성된다.
따라서, 펄라이트는를 일정한 입도로 분쇄하여 약 1,000℃의 열을 가하면 수분이 가스화하여 연화된 입자 내부에서 팽창하여 무수한 내부기공이 형성되어 본래 부피의 10~20배 정도로 극히 가벼운 팽창 펄라이트로 형성된다.
즉, 상술한 바와 같은 펄라이트는 경량성과 단열성 및 흡음성이 우수하고, 원자재가 풍부하여 가격이 저렴한 동시에 안전하게 사용 가능한 특성을 지니고 있다. 이에 따라 상기 펄라이트 분쇄 입자는 세라믹 성형체(110)의 베이스를 이루는 주성분으로 형성되어 경량성과 단열성 및 흡음성과 경제성을 확보할 수 있도록 기능하게 된다.
다음 공정으로, 상기 (S-13 단계)에서 화학 반응제(20)를 첨가하여 혼합한 배합물에 도 7에 사진 촬영하여 나타내 보인 물유리(30)를 바인더로 첨가하여 펄라이트 입자와 화학 반응제(20) 및 물유리(30)가 혼합된 성형 조성물을 형성한다(S-14 단계).
본 발명에 있어서, 상기 물유리(30)는 상기 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대해 60 내지 65 중량부가 첨가된다.
상기한 바와 같이 물유리(30)의 첨가량을 한정하는 이유는, 물유리(30)가 60 중량부 이하로 첨가될 경우 펄라이트 입자 혼합물의 입자 간 결합력이 떨어져 성형체 내부 요소요소에 공극이 발생하여 취성이 발생하기 때문이다.
그리고, 물유리(30)가 65 중량부 이상이 첨가될 경우 펄라이트 입자 혼합물이 군데군데 불균일한 덩어리 상태로 뭉쳐지는 현상이 발생하기 때문이다.
따라서, 상기 세라믹 성형체(110)는 바인더로 첨가되는 물유리(20)의 첨가량을 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대해 60 내지 65 중량부로 한정함으로써, 펄라이트 입자 혼합물의 입자 간의 상호 결합력을 높여 균질의 다공성 성형체를 확보할 수 있다.
상기 물유리(water glass)(30)는 주지된 바와 같이 화학 분자식이 Na2O-nSiO2-xH2O로 표현되는 규산 나트륨 또는 규산 소다(Sodium Silicates)로 명명되기도 하는 것으로서, 접착성과 접착강도가 우수하고 투수성을 줄여주는 특성으로 인하여 예를 들면, 다양한 재료의 접착제나 시멘트 혼합 및 내화물의 제작과 보온재용 바인더 등의 용도로 사용되고 있다.
따라서, 상기 세라믹 성형체(110)는 상기 S-13 단계에서 형성한 펄라이트 입자와 화학 반응제(20)의 혼합물에 상기 물유리(20)를 바인더로 첨가함으로써, 성형과정에서 적절한 내열성과 내수성 및 다공성 재료에 대한 성형 강도 등을 부여할 수 있을 뿐만 아니라 다른 재료에 대한 접착성을 높이기 위한 접착력도 부여할 수 있게 된다.
다음 공정으로, 상기 물유리(30)의 혼합 단계(S-14 단계)에서 형성된 성형 조성물을 소정의 성형 틀(미도시)에 장입하여 압축 성형한다(S-15 단계).
다음 공정으로, 상기 S-15 단계에서 성형 틀에 압축 성형된 성형 조성물을 고주파 가열로 또는 가마 등에 장입하여 700 ~ 1,000℃ 범위의 온도에서 가열하여 열처리한다(S-16 단계).
마지막 공정으로, 상기 열처리 공정(S-16 단계)에서 소성된 성형체(110)를 냉각 건조시키고(S-17 단계), 성형 틀을 해체하여 세라믹 성형체(110)의 제작을 완료한다(S-18 단계).
도 8 내지 도 15는 각각 상기 세라믹 성형체(110)의 시험성적서를 나타내 보인 도면으로서, 이를 참조하여 이하에서는 본 발명의 실시예와 각 실시예에 따른 평가 결과를 정리하여 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
펄라이트 100중량부에 대해, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 5중량부와 소금물 8중량부가 혼합된 화학 반응제 및 물유리 62중량부를 혼합하고, 이를 성형 틀에 장입하여 압축한 후, 750 내지 800℃에서 약 2시간 동안 가열 소성한 다음, 상온(약 15℃)에서 냉각시켜 본 실시예에 따른 세라믹 성형체(소성체)를 제조하였다.
[실시예 2]
펄라이트 100중량부에 대해, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 8중량부와 소금물 8중량부가 혼합된 화학 반응제 및 물유리 65중량부를 혼합하고, 이를 성형 틀에 장입하여 압축한 후, 750 내지 800℃에서 약 2시간 동안 가열 소성한 다음, 상온(약 15℃)에서 냉각시켜 본 실시예에 따른 세라믹 성형체(소성체)를 제조하였다.
[실시예 3]
펄라이트 100중량부에 대해, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 8중량부와 소금물 8중량부가 혼합된 화학 반응제 및 물유리 60중량부를 혼합하고, 이를 성형 틀에 장입하여 압축한 후, 750 내지 800℃에서 약 2시간 동안 가열 소성한 다음, 상온(약 15℃)에서 냉각시켜 본 실시예에 따른 세라믹 성형체(소성체)를 제조하였다.
상기 각 실시예에 따른 세라믹 성형체 시편에 대하여, 난연성 성능 기준(국토해양부 고시 제2012-624호)에 따라 불연성 및 가스유해성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다. 이때, 불연성은 KS F ISO 1182에 준하여 평가하였으며, 가스유해성은 KS F 2271에 준하여 평가하였다.
| 비 고 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 판정 | 판정 기준 | ||
| 불연성 (KS F ISO 1182) |
두께(mm) | 50.3 | 50.0 | 50.0 | - | - | |
| 가열 전 무게(g) | 17.9 | 18.9 | 18.5 | - | - | ||
| 가열 후 무게(g) | 17.6 | 18.6 | 18.2 | - | - | ||
| 가열 감량(g) | 0.3 | 0.3 | 0.3 | - | - | ||
| 질량 감소율(%) | 1.7 | 1.6 | 1.6 | 적합 | 30% 이하 | ||
| 로 온도 (℃) |
최고 온도 | 780.9 | 771.3 | 775.4 | - | - | |
| 최종 온도 | 779.5 | 769.5 | 773.8 | - | - | ||
| 온도차 | 1.4 | 1.8 | 1.6 | 적합 | 20 이하 | ||
| 가스유해성 (KS F 2271) |
평균행동정지시간 (min, s) |
14min, 25s | 13min, 42s | - | 적합 | 9min 이상 | |
또한, 상기 실시예 1에 따른 세라믹 성형체 시편에 대하여 굴곡파괴하중, 압축강도, 초기 열전도도, 치수안정성, 흡수성 및 압축크리프 등의 기계적 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다. 시험은 각 물성에 따라 KS M ISO 4898 : 2013, KS L ISO 8301 : 2006, 및 KS M ISO 4898 : 2009에 준하여 평가하였다.
| 비 고 | 단위 | 시험 결과 | 시험 방법 | 시험 환경 |
| 밀도 | kg/ | 239 | KS M ISO 4898 : 2013 | (232), (505)% R.H. |
| 굴곡파괴하중 | N | 39 | KS M ISO 4898 : 2013 | (232), (505)% R.H. |
| 압축강도 | kPa | 144 | KS M ISO 4898 : 2013 | (232), (505)% R.H. |
| 초기 열전도도 (평균온도 : 23) |
W/(mK) | 0.082 | KS L ISO 8301 : 2006 | (232), (505)% R.H. |
| 치수안정성(23, 48시간) : 가로방향 |
% | -0.22 | KS M ISO 4898 : 2013 | (232), (505)% R.H. |
| 치수안정성(23, 48시간) : 세로방향 |
% | -0.15 | KS M ISO 4898 : 2013 | (232), (505)% R.H. |
| 흡수성 | %(V/V) | 75.0 | KS M ISO 4898 : 2009 | - |
| 압축크리프 (20kPa, 80, 48hrs) |
% | 0.6 | KS M ISO 4898 : 2013 | (232), (505)% R.H. |
| 압축크리프 (40kPa, 70, 168hrs) |
% | 5.2 | KS M ISO 4898 : 2013 | (232), (505)% R.H. |
상기 [표 1] 및 [표 2]에 보인 바와 같이, 본 발명에 있어서 상기 세라믹 성형체(110)는 불연성 및 가스유해성에서 기준치 이상의 결과(모든 항목에서 적합 판정)를 보임을 알 수 있으며, 또한 굴곡파괴하중, 압축강도, 초기 열전도도, 치수안정성, 흡수성 및 압축크리프 등의 기계적 물성도 우수한 결과를 가짐을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널(100)은, 상기 프레임 패널(120)의 제작 단계와 상기 세라믹 성형체(110)의 제조 단계를 각각 거쳐 완성된 프레임 패널(120)과 세라믹 성형체(110)를 핀부재(124)의 결속으로 합체한 상태에서 상기 프레임 패널(120)의 배면측으로 노출되는 세라믹 성형체(110)의 노출 전면에 은박 시트와 같은 백 플레이트(130)를 설치하고, 테이프 부재(T)에 의해 모서리부를 씰링하여 패키징n된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 의해 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시예가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
10a, 10b, 10c : 펄라이트 분쇄 입자
20 : 화학 반응제
30 : 물유리
110 : 세라믹 성형체
120 : 프레임 패널
121, 122 : 측벽
124 : 핀부재
130 : 백 플레이트
20 : 화학 반응제
30 : 물유리
110 : 세라믹 성형체
120 : 프레임 패널
121, 122 : 측벽
124 : 핀부재
130 : 백 플레이트
Claims (10)
- 충전재가 수용되어 안착 가능한 수용부를 형성하도록 테두리에 측벽이 구비된 케이스 형태로 이루어진 프레임 패널과;
상기 프레임 패널에 안착된 상태로 충전되어 일면이 노출되도록 구비되는 세라믹 성형체; 및
상기 세라믹 성형체의 노출 전면에 밀착되도록 구비되는 백 플레이트;를 포함하며,
상기 세라믹 성형체는, 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대해, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 5 내지 10 중량부와 물 5 내지 10 중량부가 혼합되어 이루어진 화학 반응제와, 물유리(규산 나트륨) 60 내지 65 중량부가 바인더로 배합되어 혼합된 성형 조성물을 소정의 성형 틀에 장입하여 압축한 상태에서 700 ~ 1,000℃ 범위의 온도로 가열하여 냉각 건조시켜 이루어진 것을 특징으로 하는 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널. - 제 1 항에 있어서,
상기 펄라이트 분쇄 입자는 평균 입경이 1 내지 3mm 크기의 입도를 가지는 입자군과, 평균 입경이 3 내지 5mm 크기의 입도를 가지는 입자군 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널. - 제 1 항에 있어서,
상기 펄라이트 분쇄 입자는 평균 입경이 3 내지 5mm 크기의 입도를 가지는 입자군과, 평균 입경이 5 내지 8mm 크기의 입도를 가지는 입자군 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널. - 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,
상기 칼슘 카바이드(탄화 칼슘)는 평균 입경이 1 내지 5mm 크기의 입도를 가지는 분쇄 입자로 형성된 것을 특징으로 하는 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널. - 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,
상기 화학 반응제는 상기 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대해, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 5 내지 10 중량부와 소금 농도가 20 내지 30% 범위의 소금물 5 내지 10 중량부가 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널. - 금속판 테두리에 직립되게 절곡된 측벽이 형성되도록 성형 가공하여 배면측이 개방된 판상의 박스 형태로 이루어진 프레임 패널을 제작하는 단계와;
상기 프레임 패널의 측벽 내측 공간부에 세라믹 성형체를 단열재로 충전하는 단계; 및
상기 프레임 패널의 배면측으로 노출되는 상기 세라믹 성형체의 노출 전면에 백 플레이트를 설치하는 단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 세라믹 성형체는, 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대해, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 5 내지 10 중량부와 물 5 내지 10 중량부가 배합되어 이루어진 화학 반응제를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계와;
상기 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대해 60 내지 65 중량부의 물유리를상기 혼합물의 결합용 바인더로 첨가하여 성형 조성물을 형성하는 단계와;
상기 성형 조성물을 성형 틀에 장입하여 압축 성형하는 성형 단계와;
상기 성형 조성물을 700 ~ 1,000℃ 범위의 온도에서 가열하는 열처리 단계; 및
상기 열처리 단계에서 소성 성형된 성형체를 냉각 건조시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널 제조방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 펄라이트 분쇄 입자는 평균 입경이 1 내지 3mm 크기의 입도를 가지는 입자군과, 평균 입경이 3 내지 5mm 크기의 입도를 가지는 입자군 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널 제조방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 펄라이트 분쇄 입자는 평균 입경이 3 내지 5mm 크기의 입도를 가지는 입자군과, 평균 입경이 5 내지 8mm 크기의 입도를 가지는 입자군 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널 제조방법. - 제 6 항 내지 제 8 항의 어느 한 항에 있어서,
상기 칼슘 카바이드(탄화 칼슘)는 평균 입경이 1 내지 5mm 크기의 입도를 가지는 분쇄 입자로 형성된 것을 특징으로 하는 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널 제조방법. - 제 6 항 내지 제 8 항의 어느 한 항에 있어서,
상기 화학 반응제는 상기 펄라이트 분쇄 입자 100 중량부에 대해, 칼슘 카바이드(탄화 칼슘) 5 내지 10 중량부와 소금 농도가 20 내지 30% 범위의 소금물 5 내지 10 중량부가 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 불연성 경량 건축 내·외장 복합 패널 제조방법.
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