KR20170129482A - 보강재 재질 변경으로 피로저항 성능이 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어 - Google Patents

보강재 재질 변경으로 피로저항 성능이 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리에 관한 것으로, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유, 합성 섬유 중에서 2종 이상 선택된 섬유사로 제직한 보강재 직물을 포함하는 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어를 제공한다. 또한 본 발명은, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유, 합성 섬유 중에서 선택된 2종의 섬유사 단사 또는 단연사를 2합연사한 하이브리드 섬유사가 위사 또는/및 경사에 포함되도록 제직한 보강재 직물을 포함하는 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어를 제공한다.
본 발명의 2차 가스배리어는, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유, 합성 섬유 중에서 선택된 2종 이상 혼직한 보강재 직물을 사용함으로써, 극저온하에서도 반복 피로저항 성능이 대폭 향상되어, 궁극적으로는 LNGC Foam의 두께가 두꺼워짐에 따라 2차 가스배리어에 부과되는 반복하중이 증가되는 문제를 해결하는 효과가 있다.

Description

보강재 재질 변경으로 피로저항 성능이 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어{Flexible second gas barrier with improved fatigue strength and method for manufacturing the same}
본 발명은 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유, 합성 섬유를 2종 이상 혼직한 보강재 직물을 사용함으로써, 극저온에서의 반복 피로저항 성능의 대폭적인 개선을 특징으로 하는 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유, 합성 섬유 중에서 2종 이상의 섬유사를 선택하여 단사 또는 단연사 단독 혹은 합사하여 제직하거나, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유의 단사 또는 단연사를 2종 이상 합사한 Hybrid 섬유사를 직물의 일부 혹은 전체에 적용하여 제직한 보강재 직물로 대체하여 피로저항 성능을 대폭 개선한 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어에 관한 것이다.
본 발명은 액화천연가스(LNG) 및 기타 가스 저장탱크 등에 사용되어 가스의 누출을 방지하는 2차 가스배리어(barrier)에 관한 것이다. LNG 등의 가스는 가스 저장 탱크의 외부로 유출되면 폭발의 위험이 있으며, 특히 LNG의 액화온도는 163℃ 이하이다. 종래의 LNG 저장탱크로는 163℃ 이하의 악조건에서 보다 안정적으로 가스의 누출을 방지하기 위하여 1차 가스배리어, 단열재 및 2차 가스배리어로 구성된다. 2차 배리어는 1차 배리어의 손상시 2차로 가스누출을 방지할 수 있는 특성을 지녀야 하기 때문에, LNG 저장탱크에 중요한 소재 중 하나이다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허공개 10-2013-0050837(특허문헌 1)가 있다. 상기 배경기술에서는 가요성(可撓性)을 갖게 하면서도 접착력 향상을 위하여 양쪽 면에 물리적, 화학적 처리를 한 알루미늄 호일을 사용하여 접착강도를 향상시키고 기계물성을 강화시켰으며, 유리섬유로 구성된 보강재 직물에 우레탄 탄성체를 접착시트로 사용하여 열적 안정성 확보와 인장강도를 향상시킨 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어를 제안한다.
최근 LNG선 화물창이 더욱 대형화되고, 항해 중 LNG의 손실율인 BOR 성능의 향상을 위해 LNGC Foam의 두께가 두꺼워짐에 따라, 2차 가스배리어에 부과되는 변위 증가에 따른 반복하중 역시 증가하고 있는 추세인바, 종래의 기술은 극저온에서 2차 가스배리어에 부과되는 반복하중 증가에 따른 문제점을 해결하는 데에 한계가 있었다. 따라서, 2차 가스배리어의 피로저항 성능을 향상시켜야 할 필요가 있었다.
특허공개 10-2013-0050837
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 보강재 직물의 섬유를 변경하여 적용함으로써, 극저온 피로하중 조건에서 피로저항 성능의 대폭적인 개선을 특징으로 하는 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 섬유사로 제직한 보강재 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온에서의 반복 피로저항 성능이 대폭 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어를 제공한다.
본 발명의 2차 가스배리어를 구성하는 보강재 직물은, 위사 및 경사를 이루는 각 섬유사가 다른 종류(이종)인 경우와, 위사 및 경사를 이루는 각 섬유사가 동일한 종류인 경우를 모두 포함하고, 제직밀도 및 혼합비율을 다양하게 혼합하여 제직된 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 2차 가스배리어를 구성하는 보강재 직물은, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 섬유사로써, 상기 선택된 각각의 섬유사의 형태는 단사, 단연사 및 2합연사로 이루어진 군에서 선택된 섬유사인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 2차 가스배리어는, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 2종의 섬유사 단사 또는 단연사를 2합연사한 하이브리드 섬유사가 위사 또는 경사 중 적어도 어느 한 곳 이상에 포함되도록 제직한 보강재 직물을 포함한다. 이때 상기 직물의 위사 및 경사가 모두 상기 하이브리드 섬유사이거나, 상기 직물의 위사가 상기 하이브리드 섬유사이고, 상기 직물의 경사는 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 섬유사 단사, 단연사 또는 2합연사일수도 있으며, 상기 직물의 위사가 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 섬유사 단사, 단연사 또는 2합연사이고, 상기 직물의 경사는 상기 하이브리드 섬유사인 경우를 포함한다.
또한 본 발명의 2차 가스배리어는, 상기 보강재 직물을 이루는 섬유사의 표면에 화학적 표면 처리와 물리적인 표면처리 중에 적어도 1종을 선택해 처리하여 제직한 보강재 직물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유, 합성 섬유 중에서 선택된 2종 이상 혼직한 보강재 직물을 통해 반복 피로저항 성능의 대폭적인 개선을 특징으로 하는 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어를 제공함으로써, 극저온 피로하중 조건 하에서 높은 피로저항 성능 향상에 매우 유용한 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면은 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 유리 섬유와 아라미드 섬유를 적용하여 제직한 보강재 직물의 구성도
도 2는 본 발명의 보강재 직물을 적용하여 제조된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어의 구성도
도 3은 본 발명의 보강재의 개략적인 제조 공정도
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 극저온 피로하중 조건에서 피로저항 성능의 대폭적인 개선을 특징으로 하는 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어는 알루미늄 호일(100)과 상기 알루미늄 호일(100)의 양면에 우레탄 접착시트(210)와 보강재 직물(220)이 부착되어 일체로 성형된 층상구조를 갖고 있다.
상기 알루미늄 호일(100)은 두께가 50~100㎛ 사이의 제품을 사용하는데, 이는 가요성을 갖기 위한 최적의 두께이며, 10계열의 알루미늄 박으로 순도가 99.2%이상의 연질제품 사용이 바람직하다. 상기 알루미늄 호일(100)의 두께가 100㎛를 초과하게 되면 가요성이 제대로 발현이 되지 않아 물성이 떨어지고, 두께가 50㎛ 미만이 되면 박리강도 저하나 파손 등의 문제가 있다. 알루미늄 호일은 가스 투과에 대한 기밀성을 높일 목적으로 사용되는데, 알루미늄의 조성이 99.2% 이상이라는 것은 알루미늄 호일의 순도를 나타낸 것이며, 나머지 조성물은 규소, 철, 구리, 마그네슘 등이다.
상기 알루미늄 호일(100)은 양쪽 면에 크로메이트, 플라즈마, 코로나 중 하나의 처리를 한 후 폴리아미드/실란 화합물 표면처리를 할 수도 있다. 알루미늄 호일(100) 양쪽 면에 크로메이트, 플라즈마, 코로나 중 어느 하나의 처리를 하는 것은 알루미늄 호일(100)과 우레탄 접착시트의 물리적·화학적 접착력의 향상을 위해서이다.
상기 알루미늄 호일(100)의 양쪽 면에는 보강재 직물(220)의 일측 면에 우레탄 접착시트(210)가 결합되어 구성된 보강재(200)가 부착되어 일체로 구성된다.
상기 보강재(200)는 우레탄 접착시트(210)가 구성된 면이 알루미늄 호일(100)에 결합되도록 구성된다. 우레탄 접착시트(210)는 내열성이 상대적으로 높은 우레탄 탄성체(Thermoplastic Polyurethane Elastomer)를 사용하여 녹는점 온도가 160℃ 이상 되도록 하여 2차 가스배리어 제품의 열적 안정성을 확보할 수 있도록 한다. 상기 우레탄 접착시트는 경도가 고무경도계로 90A 이상의 것을 사용하여 내열성 뿐만 아니라 인장강도가 향상되도록 할 수 있으며, 두께는 50~200㎛로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 2차 가스배리어의 제조방법의 바람직한 일실시예는, 보강재 직물을 제직할 섬유사를 준비하는 단계; 선택된 섬유사의 표면에 물리적·화학적 처리를 하는 단계; 상기 표면처리된 섬유사로 보강재 직물을 제직하는 단계; 알루미늄 호일과 우레탄 접착시트와의 접착력을 향상시키기 위해 알루미늄 호일에 표면처리를 하는 단계; 상기 준비한 보강재 직물과 우레탄 접착시트를 150~180℃의 히팅롤러와 가압롤러를 통과시켜 일체로 성형하는 보강재 성형공정 단계; 우레탄 접착시트가 일체화된 보강재를 상기 알루미늄 호일의 양면에 적층시키고 적층물을 로토큐어 성형기로 연속 성형하여 시트화시키는 시트화 공정 단계; 시트화된 적층물을 열처리하고 후경화 시켜 안정화시키는 안정화 공정 단계로 이루어진다.
이하 보강재 직물을 준비하는 단계에 대하여 상세히 설명한다.
우선 보강재 직물을 제직하기 위해, 경사 및 위사로 적용할 섬유사를 선택한다.
본 발명의 2차 가스배리어는, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 섬유사로 제직한 보강재 직물을 포함하는 것이 특징이다. 이때 보강재 직물의 위사 및 경사를 이루는 각 섬유사가 서로 다른 종류(이종)인 경우와 보강재 직물의 위사 및 경사를 이루는 각 섬유사가 동종인 경우를 모두 포함한다. 또한 본 발명의 보강재 직물은 제직밀도 및 섬유사의 혼합비율을 다양하게 하여 제직된 것이 특징이다.
이 때, 보강재 직물의 위사 및 경사를 이루는 각 섬유사가 서로 다른 종류인 경우란, ① 우선 아라미드 섬유사 및 유리 섬유사의 2종의 섬유사를 선택하여 위사에 아라미드 섬유사를, 경사에는 유리 섬유사를 각각 적용하여 제직한 경우, ② 아라미드 섬유사, 유리 섬유사 및 합성 섬유사의 3종의 섬유사를 선택한 후, 위사에 아라미드 섬유사 및 유리 섬유사를 다양한 혼합비율로 적용하고, 경사에는 합성 섬유사 및 유리 섬유사를 다양한 혼합비율로 적용해서 제직한 경우, ③ 유리 섬유사, 카본섬유사 및 합성 섬유사의 3종의 섬유사를 선택한 후, 위사에 유리 섬유사를 적용하고, 경사에는 카본 섬유사 및 합성 섬유사를 다양한 혼합비율로 적용하여 제직한 경우 등을 예시할 수 있다.
한편, 보강재 직물의 위사 및 경사를 이루는 각 섬유사가 동종인 경우란, ①섬유사의 종류로써 아라미드 섬유사 및 유리 섬유사의 2종의 섬유사를 선택한 후, 경사 및 위사에 이들 아라미드 섬유사 및 유리 섬유사를 다양한 혼합비율로 적용한 경우, ② 섬유사의 종류로써 아라미드 섬유사, 탄소 섬유사 및 유리 섬유사의 3종의 섬유사를 선택한 후, 경사 및 위사에 이들 섬유사들을 다양한 혼합비율로 적용한 경우 등을 예시할 수 있다.
본 발명에 있어, 보강재 직물의 위사 및 경사를 이루는 각각의 섬유사의 종류가 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 섬유사이고, 상기 선택된 각 섬유사의 형태는 단사나 단연사 또는 2합연사인 경우를 모두 포함한다.
또한, 본 발명의 2차 가스배리어는 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 2종의 섬유사 단사 또는 단연사를 2합연사한 하이브리드 섬유사가 위사 또는 경사 중 적어도 어느 한 곳 이상에 포함되도록 제직한 직물 보강재를 포함하는데, 상기 직물의 위사 및 경사가 모두 상기 하이브리드 섬유사이거나, 위사가 상기 하이브리드 섬유사일 경우, 경사는 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단사나 단연사 또는 2합연사이거나, 위사가 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단사나 단연사 또는 2합연사일 경우, 경사는 하이브리드 섬유사인 것을 특징으로 한다.
상기 유리 섬유사(Glass fiber yarn)의 종류(type)에는 특별한 제한은 없으나, E-Glass, S-Glass가 바람직하고, 유리 섬유사의 섬도 역시 특별한 제한은 없으나, DE 37 1/0 또는 1/2, G37 1/0 또는 1/2, DE 75 1/0 또는 1/2, E 75 1/0 또는 1/2, G 75 1/0 또는 1/2이 바람직하며, 그 중에서도 G 75 1/2이 가장 바람직하다. 여기서 DE, E, G는 필라멘트 직경을 나타내는 약어이고, 뒤의 숫자는 파운드당 섬유길이의 백분율로, 75는 7500yds/lb를 나타낸다. 단사 및 합연사의 기준으로 1/0은 상기 섬유군에서 선택된 1종의 단연사로 이루어진 섬유를 나타내고, 1/2은 상기 섬유군에서 선택된 1종 또는 2종의 단사를 2합연사한 섬유사를 나타낸다.
상기 아라미드 및 합성 섬유사의 섬도 역시 특별한 제한은 없으나, 300~1500 데니어가 바람직하다.
상기 2합연사의 연수는 상/하연이 각각 3.5 TPI(twist per inch) 내지 4.5 TPI로 하는데, 이때 3.5 TPI 미만일 경우에는 보강재 직물의 내피로도가 저하하기 쉽고, 4.5 TPI 초과일 경우에는 강력 저하가 커서 보강재 직물용으로 적절하지 않다.
이후 선택된 섬유사의 접착력을 향상시키기 위하여, 섬유사의 표면에 화학적·물리적 처리 공정을 수행한다.
상기 화학적 공정은 섬유사를 유기용제로 세척하거나, 실란화합물로 표면 처리를 하거나, 유기수지로 코팅하는 방법 중 적어도 1종 이상이 선택될 수 있다.
상기 유기용제는 어떤 물질을 녹일 수 있는 액체상태의 유기화학물질로 휘발성이 강한 것이 특징이다. 유기용제의 종류로는 크게 탄화수소계, 할로겐화 탄화수소, 알코올류, 알데히드류, 에스테르류, 에테트류, 케톤류, 클리콜유도체, 기타로 분류되는데, 탄화수소계 유기용제는 휘발유, 케로센, 노말헥산, 시클로헥사놀, 메틸시클로헥사놀, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등이 대표적이고, 할로겐화 탄화수소 유기용제로는 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 클로로벤젠, 올소-디클로로벤젠이 있고, 알코올류 유기용제로는 1부탄올, 2부탄올, 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올, 이소프로필알코올이 있으며, 에테르류 유기용제로는 에틸에테르, 디옥산, 테트라하이드로부탄이 대표적이다. 케톤류 유기용제로는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸부틸케톤, 메틸이소부틸케톤이 대표적이고, 글리콜에테르계 유기용제로는 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌클리콜모노에틸에테르 등이 있으며, 기타 유기용제로는 이황화탄화수소, 크레졸이 대표적이다.
실란 처리를 위한 실란 화합물의 예로는, 아미노 실란, 비닐 실란, 에폭시 실란, 메타크릴 실란, 알킬 실란, 페닐실란, 클로로실란 등을 열거할 수 있다. 바람직하게는 아미노 실란 화합물로 처리하여 내구성 및 강도를 향상시킬 수 있다.
유기수지에 의한 코팅은 표면에 아크릴 수지나 우레탄 수지 등의 고분자 폴리머를 이용하여 균일한 피막을 견고하게 형성시키는 것으로, 일반적으로 용제나 물에 용해, 분산시킨 수지 에멀젼, 수지 디스펜션 등을 섬유에 도포한 후, 열에 의하여 용제 또는 물을 기화시켜 연속 피막을 형성시킨다.
상기 물리적 표면처리 공정은 플라즈마 처리, Bulky 처리 중에서 적어도 1종 이상이 선택될 수 있다.
플라즈마 처리는, 대기압 플라즈마를 이용해 섬유의 표면에 쌓여있는 유기물들을 플라즈마 세정 작업을 통해 씻어내는 공정으로, 표면에 거칠기를 부여하여 다른 물질과의 접착력을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 화학적·물리적 표면처리 공정을 수행한 이후에는, 섬유사를 제직하여 보강재 직물을 제조하는 공정을 거친다.
이하, 본 발명의 2차 가스배리어를 구성하는 보강재 직물의 제직에 대해서 설명한다.
보강재 직물을 제직함에 있어서, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유, 합성 섬유로 이루어진 섬유사 군에서 선택된 2종 이상의 섬유사로 제직할 때에는, 위사 및 경사를 이루는 각 섬유사가 단사나 단연사 또는 합연사를 적용한다.
한편, 본 발명에 따른 보강재 직물은 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 섬유사 군에서 선택된 2종의 섬유사 단사 또는 단연사를 2합연사한 하이브리드 섬유사를 사용하여 제직할 수도 있다. 이 때 하이브리드 섬유사는, 상기 선택군에서 선택된 2종의 섬유사 단사 또는 단연사를 2합연사한 하이브리드 섬유사를 사용하여 제직하게 된다. 이 같이 하이브리드 섬유사를 사용하여 제직할 때에는 위사와 경사를 동일한 종류의 하이브리드 섬유사로 제직할 수도 있다. 예컨대 유리섬유 단사와 카본섬유 단사를 선택하여 2합 연사한 유리-카본 하이브리드 섬유사를 위사 및 경사에 각각 적용하여 제직할 수도 있다.
또한, 하이브리드 섬유사를 위사에, 하이브리드 섬유사가 아닌 섬유사를 경사에 적용하거나, 하이브리드 섬유사를 경사에, 하이브리드 섬유사가 아닌 섬유사를 위사에 적용하여 제직할 수도 있다.
보강재 직물을 제직함에 있어서, 보강재 직물 및 최종제품의 최적의 강도와 물성, 가격 경쟁력을 구현하기 위하여, 경사 및 위사를 구성하는 각 섬유사의 제직밀도 및 혼용(혼합) 비율을 변경 할 수도 있으며, 이를 통해 최종적으로 2차 가스베리어의 다양성을 구현할 수 있다. 이때 보강재 직물의 제직 밀도의 범위는 특별한 제한은 없으나, 경사 및 위사 각각 20~35 count/inch가 바람직하고, 제직형태 역시 특별한 제한은 없으나, 평직, 주자직, 능직의 형태를 예시할 수 있다.
또한 본 발명은 보강재 직물을 제직함에 있어, 경사 또는 위사에 2종 이상의 섬유사를 선택하여 제직할 수도 있으므로, 선택된 2종의 섬유사의 혼합비율을 1:1 뿐만 아니라 다양하게 변경하여 제직할 수도 있다. 예컨대 위사에 적용할 섬유사로써, 유리 섬유 2합연사 및 아라미드 섬유 2합연사를 선택하였다면, 위사에 상기 유리 섬유사와 상기 아라미드 섬유사를 교대로 번갈아가며 제직하거나(이 경우 혼합비율은 1:1이 됨), 위사에 순차적으로 유리 섬유사, 유리 섬유사, 아라미드 섬유사, 유리 섬유사, 유리 섬유사, 아라미드 섬유사의 순으로 제직할 수도 있다(이 경우 혼합비율은 2:1이 됨).
또한, 3종의 서로 다른 섬유사를 선택하여, 경사에 상기 선택된 3종의 섬유사 각각을 교대로 번갈아가며 제직할 수도 있으며(1:1:1), 혼합비율을 1:2:1로 변경하여 제직하는 것도 가능하다.
이와 같이, 보강재 직물의 위사 또는 경사를 이루는 복수의 섬유사의 혼합비율을 다양하게 변경하여 제직함으로써, 2차 가스배리어의 다양성을 구현할 수 있는 것이다.
보강재 성형 공정은, 보강재(200)를 형성하는 공정으로, 보강재 직물(220)의 일측 면에 우레탄 접착시트(210)를 150~180℃의 히팅롤러(320)와 가압롤러(330)를 통과시켜 일체로 성형하는 공정이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 보강재 직물(220)과 우레탄 접착시트(210)를 각각 공급롤러(310a)(310b)에 거치시켜 상기의 보강재 직물(210)의 일측 면에 우레탄 접착시트(210)가 맞닿아 히팅롤러(320)로 공급되도록 하고, 히팅롤러(320)와 가압롤러(330)를 통과하여 일체로 성형되고 권취롤러(350)에 권취되게 된다.
가압롤러(330)를 통과하여 권취롤러(350)에 권취되기 전에 냉각구간을 통과시키도록 하여 성형된 보강재(200)를 안정화시킨다.
보강재 직물(220)은 2종 이상의 섬유사를 사용함으로써, 피로저항성능을 대폭 강화시키고, 화학적, 물리적 표면처리 공정을 통해 내구성 및 우레탄 접착시트(210)와의 접착력을 향상시켰다.
우레탄 접착시트(210)는 내열성이 상대적으로 높은 우레탄 탄성체(Thermoplastic Polyurethane Elastomer)의 사용으로 녹는점 온도가 160℃ 이상 되도록 하여 2차 가스배리어 제품의 열적 안정성을 확보할 수 있고, 경도가 고무경도계로 90A 이상의 것을 사용하여 내열성 뿐만 아니라 인장강도가 향상되도록 할 수 있다.
또한, 상기 우레탄 접착시트는 블로우 몰딩방법으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 우레탄 접착시트는 블로우 몰딩의 방법에 의해서 제조되는데, 블로우 몰딩(Blow molding)은 압출이나 사출에 의해 튜브상으로 예비성형(parison)을 하여, 이것을 금형에 끼워서 내부로 공기를 불어 넣어 부풀게 해서 냉각 고화시켜 특정한 형태의 고형물을 만드는 방법이다. T-다이와 익스투르더기(extruder)를 통하여 공급되는 제품에 비하여 상대적으로 저렴하며 생산성이 있는 블로우 몰딩에 의하여 필름을 제조하는 것이다.
시트화 공정은 우레탄 접착시트가 일체화된 보강재를 상기 알루미늄 호일의 양면에 적층시키고 적층물을 로토큐어 성형기로 연속 성형하여 시트화시키는 공정이다.
보강재 성형공정과 시트화 공정을 별도로 구성하는 것은 보강재 성형공정에서 1차 성형품을 제조하고 다시 로토큐어 성형기로 성형함으로써, 보강재의 뒤틀림현상 방지 및 1차 성형품의 중간확인을 통해 2차 가스배리어 제품의 균일성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
안정화 공정은 시트화된 적층물을 열처리하고 후경화시켜 안정화시키는 공정이다. 열처리와 후경화 과정을 거치는 것은 보강재와 알루미늄 호일을 접착하는 우레탄 접착시트의 용융 및 접착 후 분자배열을 안정화시킴으로써 접착강도를 높이기 위해서이다.
이상과 같은 방법으로 제조된 2차 가스배리어는 구성 섬유의 일부 혹은 전체를 변경한 보강재가 알루미늄 호일 양쪽면에 부착된 적층 구조를 갖는다. (도 2 참조)
본 발명은, 이종의 섬유사를 각각 경사 및 위사로 적용하여 제직하거나 또는 하이브리드 섬유사를 경사 또는 위사 중 적어도 어느 한 곳 이상에 적용하여 제직한 직물을 보강재로 사용하는 데에 특색이 있으므로, 상기 보강재 직물은, 유리섬유, 카본섬유, 아라미드섬유, 합성섬유 중에서 이종의 섬유사 단사 또는 2합연사를 선택하여 합사하여 제직하거나, 유리섬유, 카본섬유, 아라미드섬유, 합성섬유 중에서 선택된 2종의 섬유사 단사를 2합연사한 하이브리드 섬유사를 위사 및/또는 경사에 적용하여 제직하며, 300~400g/㎡의 단위 중량을 가진다.
이하에서는 본 발명에 따른 2차배리어 및 그 제조방법의 바람직한 일실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.
실시예1
아미노 실란으로 표면처리한 유리 섬유사(E-Glass, G 75) 두 본을 상/하연 각각 4.0 TPI로 합연한 합연사 (ECG 75 1/2)를 경사에, 아미노 실란으로 표면 처리한 아라미드 섬유사(600데니어) 두 본을 상/하연 각각 4.0 TPI로 합연한 합연사(1/2)를 위사에 적용하고, 경사의 제직밀도는 32count/inch로, 위사의 제직밀도는 26count/inch로 하여 평직의 방법으로 보강재 직물을 제직하였다.
얻어진 보강재 직물의 일측면에 우레탄 접착시트를 일체로 성형하는 보강재 성형공정을 수행한 이후, 우레탄 접착시트가 일체화된 보강재를 알루미늄 호일의 양면에 적층시키고 적층물을 로토큐어 성형기로 연속 성형하여 2차배리어 적층시트를 얻었다. 얻어진 2차배리어 적층시트를 열처리하고 후경화시켜 2차배리어 적층시트의 제조를 완료하였다.
실시예 2
아미노 실란으로 표면처리한 유리 섬유사(E-Glass, G 75) 두 본을 상/하연 각각 4.0 TPI로 합연한 합연사 (ECG 75 1/2) 및 아미노 실란으로 표면 처리한 아라미드 섬유사(600데니어) 두 본을 상/하연 각각 4.0 TPI로 합연한 합연사(1/2)를 혼합비율 1:1로 위사에 배치하여 제직한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2차 배리어 적층시트를 제조하였다.
실시예 3 내지 5 및 비교예 1 내지 3
보강재 직물을 구성하는 섬유사종 및 섬유사 굵기, 제직 밀도 및 제직형태를 하기 표 1과 같이 한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 2차 배리어 적층시트를 제조하였다.
구분 제직형태 제직밀도
( count / inch ) 		섬유사종 및 섬유의 굵기
실시예1 평직 경사 32 경사 E-Glass(G 75 1/2)
위사 26 위사 아라미드(600데니어 1/2)
실시예2 평직 경사 32 경사 E-Glass(G 75 1/2)
위사 30 위사 유리섬유(E-Glass G 75 1/2), 아라미드섬유(600데니어 1/2) 를 교대로 적용 (1:1)
실시예3 평직 경사 30 경사 하이브리드: 유리+아라미드
유리(E-Glass G 75 1/0), 아라미드(600데니어,1/0)를 합사 1/2
위사 26 위사 하이브리드: 유리+아라미드
유리(E-Glass G 75 1/0), 아라미드(600데니어,1/0)를 합사 1/2
실시예4 평직 경사 32 경사 S-Glass (G 75 1/2)
위사 28 위사 하이브리드: 유리+아라미드
유리(E-Glass G 75 1/0), 아라미드(600데니어,1/0)를 합사 1/2
실시예5 평직 경사 32 경사 E-Glass(G 75 1/2)
위사 30 위사 유리섬유(E-Glass G 75 1/2), 아라미드섬유(600데니어 1/2) 를 교대로 적용 (1:2)
비교예1 평직 경사 32 경사 E-Glass(G 75 1/2)
위사 30 위사 E-Glass(G 75 1/2)
비교예2 평직 경사 32 경사 E-Glass(G 75 1/2)
위사 30 위사 S-Glass(G 75 1/2)
비교예3 주자직 경사 32 경사 E-Glass(G 75 1/2)
위사 30 위사 E-Glass(G 75 1/2)
※“1/2”은 섬유사 2가닥을 1가닥으로 합연하였다는 의미이고, “1/0”은 단사를 의미함.
본 발명에 따른 2차배리어 적층시트와 다른 적층시트의 각 피로파단강도를 측정한 결과는 하기 표 2에 나타내었다. 피로파단강도는 -139℃가 유지되는 chamber에서 시편이 열수축 없이 안정화 될 때까지 냉각한 후, 변위 2.23mm으로 반복적으로 힘을 가하여, 시편이 파단 될 때가지 실험이 반복된 횟수를 나타낸다.
시험조건 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예1 비교예2 비교예3
변위: 2.23mm
온도: -139℃
Test 방향: 위사		 160,000 152,000 155,000 150,000 150,000 14,000 10,000 9,000
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예에 의한 보강재 직물을 적용하여 제조된 2차 가스배리어의 경우, 비교예에 따른 기존의 2차 가스배리어와 비교하여 피로저항 성능이 10배 이상 향상되었음을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 알루미늄 호일
200: 보강재
210 : 우레탄 접착시트
220 : 보강재 직물
221 : 아라미드 섬유
222 : 유리 섬유
310a, 310b : 공급롤러
320: 히팅롤러
330: 가압롤러
350: 권취롤러

Claims (10)

  1. 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 섬유사로 제직한 보강재 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온에서의 반복 피로저항 성능이 대폭 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 직물의 위사 및 경사를 이루는 각 섬유사가 서로 다른 종류(이종)인 보강재 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온에서의 반복 피로저항 성능이 대폭 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어
  3. 제1항에 있어서,
    상기 직물의 위사 및 경사를 이루는 각 섬유사가 동일한 종류인 보강재 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온에서의 반복 피로저항 성능이 대폭 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어
  4. 제1항에 있어서,
    상기 직물은 위사 및 경사를 이루는 각 섬유사의 제직밀도 및 혼합비율을 다양하게 혼합하여 제직한 보강재 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온에서의 반복 피로저항 성능이 대폭 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 직물의 섬유사의 종류는, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 섬유사로써, 상기 선택된 각각의 섬유사의 형태가 단사, 단연사 및 2합연사로 이루어진 군에서 선택된 섬유사인 보강재 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온에서의 반복 피로저항 성능이 대폭 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어
  6. 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 2종의 섬유사 단사 또는 단연사를 2합연사한 하이브리드 섬유사가, 위사 또는 경사 중 적어도 어느 한 곳 이상에 포함되도록 제직한 직물 보강재를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온에서의 반복 피로저항 성능이 대폭 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어
  7. 제6항에 있어서,
    상기 직물의 위사 및 경사가 모두 상기 하이브리드 섬유사인 보강재 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온에서의 반복 피로저항 성능이 대폭 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어
  8. 제6항에 있어서,
    상기 직물의 위사가 상기 하이브리드 섬유사이고, 상기 직물의 경사는 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 섬유사 단사나 단연사 또는 2합연사인 보강재 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온에서의 반복 피로저항 성능이 대폭 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어
  9. 제6항에 있어서,
    상기 직물의 위사가 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 섬유사 단사나 단연사 또는 2합연사이고, 상기 직물의 경사는 상기 하이브리드 섬유사인 보강재 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온에서의 반복 피로저항 성능이 대폭 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어
  10. 제 1항 및 제6항에 있어서,
    상기 보강재 직물을 이루는 섬유사의 표면에 화학적 표면 처리 및 물리적인 표면처리 방법으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 방법으로 처리하여 제직한 보강재 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온에서의 반복 피로저항 성능이 대폭 개선된 가요성을 갖는 액화가스 저장탱크용 2차 가스배리어
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