KR20180107039A - 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 제조 공법 및 이를 이용하여 제조된 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 - Google Patents

열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 제조 공법 및 이를 이용하여 제조된 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바닥재 제조 방법 및 바닥재에 관한 것으로서, 상세하게는 팽창흑연을 이용하여 열전도성, 전기전도성 등의 기능을 갖도록 하고, 여기에 콘크리트의 주재료인 모래를 통해 콘크리트 카운터탑 기술을 적용하여 우수한 기능성과 상품성을 갖는 콘크리트 바닥재를 제공하도록 하는 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 제조 공법 및 이를 이용하여 제조된 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재에 관한 것이다.

Description

열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 제조 공법 및 이를 이용하여 제조된 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재{METHOD FOR MANUFACTURING TEMPERATURE-CONTROLLING DECORATIVE FLOORING COMPOSITION USING EXPANDED GRAPHITE WITH THERMAL CONDUCTIVITY, AND TEMPERATURE-CONTROLLING DECORATIVE FLOORING USING EXPANDED GRAPHITE WITH THERMAL CONDUCTIVITY MANUFACTURED THEREOF}
본 발명은 바닥재 제조 방법 및 바닥재에 관한 것으로서, 상세하게는 팽창흑연을 이용하여 열전도성, 전기전도성 등의 기능을 갖도록 하고, 여기에 콘크리트의 주재료인 모래를 통해 콘크리트 카운터탑 기술을 적용하여 우수한 기능성과 상품성을 갖는 콘크리트 바닥재를 제공하도록 하는 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 제조 공법 및 이를 이용하여 제조된 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재에 관한 것이다.
고급 인테리어 제품의 대명사처럼 활용되고 있는 대리석은 고급스러운 느낌의 미적인 요소 때문에 바닥재, 가구의 상판, 벽면 마감재 등 다양한 용도로 사용되고 있으며, 천연대리석과 인조대리석으로 구분된다. 일반적으로 천연대리석 바닥재는 총 두께 12~20㎜로서 비싼 가격, 약한 강도, 난방비 증가, 미끄러움, 유지관리의 어려움 등의 문제점을 갖고 있으며, 이러한 단점을 보완하기 위해 자기 타일에 대리석을 부착한 대리석 복합판 및 천연의 다양한 실리카계 원료를 주원료로 하고 이에 바인더인 불포화폴리에스테르 수지를 결합하여 압축 성형시킨 인조대리석(엔지니어드 스톤) 등의 제품으로 출시되어 사용되고 있다.
엔지니어드 스톤이란 이태리 석재 기계 회사인 브레톤(Breton)사가 인조 대리석을 제조하는 공법을 탄생시켜 이를 바탕으로 만들어진 대리석 제품을 말한다. 초기에는 컴파운드 스톤(Compound Stone), 아티피셜 스톤(Artificial Stone) 등 다양한 이름으로 불리다가 최근 천연 석영(Quartz)계 재료를 주로 사용하면서 엔지니어드 스톤(Engineered Stone)으로 명명되었다.
일반적인 엔지니어드 스톤은 구조적으로 가장 이상적인 형태를 가지며, 뛰어난 물성과 내구성으로 천연석의 모든 물성을 능가하는 장점을 지니고 있다.
엔지니어드 스톤은 천연 석영(Quartz)을 주원료로 하므로 기존 아크릴계열의 MMA(Methyl Methacrylate) 인조대리석보다 천연대리석 질감이 뛰어나고, 내화학성, 내오염성, 내약품성, 내긁힘성 등 물성이 우수하다. 천연석재와 달리 공극이 거의 없어 흡수율이 매우 낮으며 강도가 높고, 화학물질 등에도 얼룩이 생기지 않아 위생적이므로 주방 상판 등 표면마감재와 식탁, 테이블 등의 가구마감재는 물론 고급 상업용 건물의 바닥재 및 벽체 등에도 사용이 가능한 고급 인조대리석이다.
엔지니어드 스톤은 93% 이상의 석영(Quartz)과 폴리머(polymer)를 사용하여 진공진동 압축성형법(Vibrocompression vacuum process)으로 제조된다. 진공진동 압축성형법은 진공상태를 유지하며, 고압을 가해 치밀한 엔지니어드 스톤을 제조할 수 있다. 엔지니어드 스톤의 특징은 천연석과 같은 질감을 가지며, 높은 경도와 강도를 나타내고, 또한 발색력이 뛰어나고, 내화학성이 우수하다. 이 때문에 고급 건축자재로 사용되며 수요가 증가하고 있다.
그러나, 이러한 인조대리석(엔지니어드 스톤)의 경우 약한 강도, 비싼 가격 등의 단점이 있어 이러한 단점을 보완할 수 있는 콘크리트 주방상판 재료 및 제작기술을 개발하는 연구를 수행하였으며, 다양한 기능과 장점을 가지고 있는 새로운 트렌드의 주방 상판 시장 및 콘크리트 인테리어 분야를 개척할 수 있는 가능성을 확인하였다. 콘크리트 제품이 인테리어 시장에 진입하기 위해서는 사용성, 내구성, 경제성, 미적요소 등에서 기존 인테리어 제품에 비해 우수하게 평가받을 수 있는 요소기반 기술과 재료 개발 등이 필요하다. 콘크리트가 기능성을 갖도록 하기 위해 섬유, 폴리머, 기능성골재, 황토 등 다양한 재료들이 각 특성에 맞게 적용되고 있다.
최근 우수한 특성을 가진 나노물질로 21세기 핵심소재라 평가받고 있는 나노탄소소재는 디스플레이, 초경량/고강도 소재, 인쇄전자용 소재 등 다양한 분야에 적용되어 사용되고 있으며, 콘크리트 분야에서는 흑연(Graphite) 및 탄소재료를 이용하여 콘크리트 보강재, 전기전도성 콘크리트, 콘크리트 포장 등에 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다.
탄소소재는 재료의 우수한 특성에도 불구하고 높은 가격으로 인해 2차 제품으로 성장하는데 한계가 있는 상황이며, 이를 극복하기 위해 저품질 탄소소재를 활용한 응용제품의 개발이 필요한 상황이다.
(선행기술 1) 국내 특허등록공보 제10-1246157호 (선행기술 2) 국내 특허등록공보 제10-1427642호
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위한 것으로, 팽창흑연을 이용하여 열전도성, 전기전도성 등의 기능을 갖도록 하고, 여기에 콘크리트의 주재료인 모래를 통해 콘크리트 카운터탑 기술을 적용하여 우수한 기능성과 상품성을 갖는 콘크리트 바닥재를 제공하도록 하는 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 제조 공법 및 이를 이용하여 제조된 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 조성물을 이용한바닥재 제작 방법에 있어서, 200~350메쉬의 입도를 가지는 모래 53~62 중량%와, 50~150메쉬의 입도를 가지는 팽창 흑연 분말 22~24 중량%와, 고체 형태의 페놀 수지에 알코올을 첨가하여 제조한 액상의 페놀 수지 14~20 중량% 및 100~400메쉬의 입도를 가지는 구리 또는 알루미늄인 금속 분말 2~3 중량%를 혼합하는 혼합 공정과; 반죽 형태로 혼합된 혼합물을 몰드에 절반가량 상기 혼합물을 채운 다음, 200㎏f/㎠ 미만의 압력으로 1차 가압하고, 가압면에 +, -전극을 상호 이격되도록 배치시킨 다음 상기 몰드의 나머지 공간에 상기 혼합물을 다시 채운 다음 400~500㎏f/㎠의 압력을 가하여 성형물을 제작하되, 상기 +, -전극의 일끝단이 상기 성형물의 일측으로 노출되도록 제작하는 성형 공정과; 상기 성형물을 80~120℃의 온도로 20~30시간동안 건조시키는 건조 공정과; 건조가 완료된 상기 성형물을 300~350℃의 온도로 30~90분동안 열처리하는 열처리 공정; 및 열처리가 완료된 상기 성형물을 냉각 후 표면에 코팅재를 코팅하는 표면 처리 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징은,
상기의 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 조성물을 이용한 바닥재 제작 방법을 이용하여 제작되는 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재를 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 제조 공법 및 이를 이용하여 제조된 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재에 따르면, 우수한 기능의 신재료로 인정받고 있는 나노탄소소재를 콘크리트에 적용하여 전기 및 열 전도성을 이용한 새로운 개념의 난방시스템으로 적용하여 새로운 시장 창출이 가능하고, 기존 바닥재 제품에 비해 미적, 기능성, 경제성 등이 우수한 콘크리트 인테리어 제품 개발을 통해 관련 기술 선진화 및 해외 수출 가능하며, 저렴한 비용으로 대량생산이 가능한 팽창흑연 플레이크(Flake) 응용분야 확대를 통해 신시장 창출이 가능하고, 콘크리트와 나노탄소소재의 구성재료의 혼입비율에 따라 다양한 기능과 디자인을 갖는 신개념 콘크리트 바닥재 및 인테리어 제품개발로 세계시장에서 전무한 독창적인 제품 출시가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 콘크리트를 단순한 건설재료라는 이미지에서 벗어나 고품격의 인테리어 제품으로 발전시킬 수 있고, 탄소소재를 첨가한 기능성 콘크리트 인테리어 제품 재료 및 제작기술 개발을 통해 다양한 분야에 콘크리트를 확대 적용할 수 있는 기반 기술 확보할 수 있다.
또, 본 발명에 따르면 바닥재로서의 강도, 사용성, 내구성, 디자인, 청소의 용이성, 유지관리 등을 고려한 기존 대리석 바닥재보다 우수하고, 강도 및 내열성 등이 우수하여 A/S의 빈도가 낮아져 그에 따른 손실비용을 절감할 수 있으며, 기능성 데코레이티브 콘크리트 재료 및 제작기술 개발을 통해 해외 기술보다 뛰어난 새로운 트렌드의 바닥재 시장 개척 및 역수출 가능하고, 청정연료인 전기를 사용하는 난방시스템으로 사용할 경우 환경오염을 방지할 수 있으며, 콘크리트와 탄소소재 구성 재료의 조합 및 비율에 따라 전자파 차단, 발열 등 다양한 물성을 나타내는 복합 소재 개발로 에너지 효율성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 제조 공법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제작된 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따라 제작된 실험품을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 적용된 압축강도를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실험예에 따라 제작된 바닥재의 각 성분의 함량에 따른 열전도도 값을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실험예에 따라 제작된 바닥재의 각 성분의 함량에 따른 시간, 전기도도와 열전도도 값과의 관계를 열화상 카메라를 사용하여 측정한 값을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 조성물을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 조성물은 200~350메쉬의 입도를 가지는 모래 53~62 중량%와, 50~150메쉬의 입도를 가지는 팽창 흑연 분말 22~24 중량%와, 액상의 페놀 수지 14~20 중량% 및 100~400메쉬의 입도를 가지는 금속 분말 2~3 중량%를 혼합하여 이루어진다.
여기에서, 액상의 페놀 수지는 고체 형태의 페놀 수지에 알코올을 첨가하여 액상으로 제조하는 데, 고체 형태의 페놀 수지 1㎏에는 3ℓ, 1.5㎏에는 4.5ℓ의 알코올을 첨가하여 액상으로 제조하고, 금속 분말은 구리 또는 알루미늄이다.
이때, 모래의 입도가 200메쉬 미만인 경우 표면이 거칠고, 전도성이 현저히 낮아지는 단점이 있고, 350메쉬를 초과하는 경우 경제성이 없으며, 팽창 흑연 분말의 입도가 50메쉬 미만인 경우 분쇄가 잘되지 않음으로 인해 재결합되는 단점이 있고, 150메쉬를 초과하는 경우 경제성이 없으며, 금속 분말의 입도가 100메쉬 미만인 경우 표면이 거칠고, 300메쉬를 초과하는 경우 경제성이 없다.
또한, 모래가 53 중량% 미만으로 혼합되는 경우 강도와 마모도가 낮아지는 단점이 있고, 62 중량%를 초과하는 경우 강도는 증가하나 특성치가 나빠지는 단점이 있으며, 팽창 흑연 분말이 22 중량% 미만으로 혼합되는 경우 전도도가 낮아지는 단점이 있고, 24 중량%를 초과하는 경우 경재성이 떨어지는 단점이 있으며, 액상의 페놀 수지가 14 중량% 미만으로 혼합되거나 20 중량%을 초과하는 경우 결합력이 낮아지는 단점이 있고, 금속 분말이 2 중량% 미만으로 혼합되는 경우 전도도와, 강도 및 마모도가 낮아지는 단점이 있으며, 3 중량%를 초과하는 경우 특성치가 나빠지는 단점이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 조성물의 제조 공법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 제조 공법을 나타낸 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따라 제작된 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 제조 공법은, 혼합 공정(S10)과, 성형 공정(S20)과, 건조 공정(S30)과, 열처리 공정(S40) 및 표면 처리 공정(S50)으로 이루어진다.
《혼합 공정-S10》
먼저, 200~350메쉬의 입도를 가지는 모래 53~62 중량%와, 50~150메쉬의 입도를 가지는 팽창 흑연 분말 22~24 중량%와, 액상의 페놀 수지 14~20 중량% 및 100~400메쉬의 입도를 가지는 금속 분말 2~3 중량%를 믹서에 투입하여 혼합한다.
《성형 공정-S20》
그리고, 반죽 형태로 혼합된 혼합물을 몰드에 삽입한 다음, 400~500㎏f/㎠의 압력을 가하여 성형물을 제조한다. 이때, 성형 공정은 몰드에 절반가량 상기 혼합물을 채운 다음, 200㎏f/㎠ 미만의 압력으로 1차 가압하고, 가압면에 +, -전극을 상호 이격되도록 배치시킨 다음 몰드의 나머지 공간에 혼합물을 다시 채운 다음 400~500㎏f/㎠의 압력을 가하여 성형물(1)을 제작하는 것이 바람직하고, +, -전극(3, 5)은 일끝단이 성형물(1)의 일측으로 노출된다.
《건조 공정-S30》
이어서, 성형물(1)을 건조로(미도시)에 투입하여 80~120℃의 온도로 20~30시간동안 건조시킨다.
《열처리 공정-S40》
건조가 완료된 성형물(1)을 열처리로(미도시)에 투입하여 300~350℃의 온도로 30~90분동안 열처리한다.
《표면 처리 공정-S50》
열처리가 완료된 성형물(1)을 상온에서 냉각 후 표면에 코팅재를 코팅해서 코팅면(7)을 형성하여 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재(1')를 완성한다. 이때, 코팅재는 유약, 페인트 등이 적용된다.
<실험예>
이하, 실험예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 하며, 본 실험 예는 가장 바람직한 실시형태를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위함이며, 본 발명의 범위가 실험예에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 아래의 표 1과 같은 배합비에 의해 실험체를 제작하였다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따라 제작된 실험품을 촬영한 사진이다.
성분 모래
(중량%)		 팽창 흑연
(중량%)		 금속
(중량%)		 페놀 수지
(중량 %)		 금속 성분
SC 1 58.8 23.5 2.91 14.7 구리
SC 2 57.1 22.9 2.82 17.1 구리
SC 3 55.6 22.2 2.77 19.4 구리
SA 1 58.8 23.5 2.91 14.7 알루미늄
SA 2 57.1 22.9 2.82 17.1 알루미늄
SA 3 55.6 22.2 2.77 19.4 알루미늄
1) 압축 강도압축하중 하에서 견딜 수 있는 재료의 최대 응력으로, 파편으로 부서지는 재료의 압축강도는 독립적 성질로서 좁은 의미에서 정의되어 질 수 있다. 그러나 압축에 부서지지 않는 재료들의 압축강도는 임의의 양의 재료를 일그러트리기 위해 요구되는 응력의 양으로써 정의 되어야만 한다. 압축시험에서 압축강도는 도 3에 도시된 바와 같이 최대하중을 시편의 초기 단면적으로 나눠줌으로써 계산된다.
도 3은 본 발명의 실험예에 적용된 압축강도를 설명하기 위한 도면이다.
샘플 이름 열처리 후 열처리 전
SC1 31 11
SC2 29 9
SC3 24 4
SA1 28 10
SA2 26 6
SA3 26 4
결합재의 함량에 따른 압축강도를 측정하여 위의 표 2에 결과값을 정리하였다. 열처리 전과 후에 이들은 2~3배의 다른 강도값을 나타내었다. 결과값에 따르면 결합재의 함량이 증가할수록 강도값은 낮아지는 경향성을 나타내었다.이는 콘크리트의 주원료인 모래가 강도값에 큰 영향을 주는것으로 나타났다. 금속성분으로 동을 첨가하였을 때와 알루미늄을 참가 하였을 때를 비교한 결과 동을 첨가하였을 때 비교적 높은 강도값을 나타내었다.
2) 쇼어 경도
쇼어 경도는 1906년 A.F.Shore가 담금질(quenching) 처리한 강에 대해서는 브리넬구는 스트레인을 일으킨다는 것을 알게 되었으므로 충격법으로 경도를 규정할 것을 제한하였다. 쇼어 경도시험은 일정한 높이에서 시험편에 해머를 수직으로 낙하 충동시켜 그 반발높이를 기준으로 하여 경도값을 나타낸다.
이 시험기는 선단에 구형의 다이아몬드 팁(tip)이 박힌 무게 약 2.4㎏의 해머를 254㎜의 높이에서 낙하시켰을 때, 담금질한 고탄소강에서의 평균 반발높이를 눈금판에서 100으로 하였고, 연한 황동에서의 높이를 10으로 나타내도록 하였다. 그러나 다이아몬드 팁의 형상이나 해머의 반발비와 경도값의 관계 등은 구체적으로 밝히지 않았다. 이와 같이 당초부터 경도값의 정의에 모호함이 있지만 한편으로는 시험기의 조작이 간편하고, 시험이 신속하게 이루어진다는 점과 시험기의 가격이 저렴하고 경량이기 때문에 현장의 검사수단으로 널리 보급되었다. 상기 시험기는 스크레로스코프(scleroscope)이라고도 하며, 정적 압입시험과는 달리 하중이 동적으로 작용한다.
■ 정하중 : 시간이 변함에 따라 힘의 크기가 변하지 않는 하중(압입경도 시험)
■ 동하중 : 시간이 지남에 따라 힘의 크기가 변하는 하중(쇼어 경도 시험)
쇼어 경도 시험의 일반적인 특징으로는 시험기가 적고, 중량이 가벼워서 휴대하기가 용이하며, 시험편에 아주 적은 흔적이 생기기 때문에 완성제품을 직접 시험할 수 있다. 또, 시험편이 비교적 적고 엷은 것도 측정이 가능하다.
쇼어 경도 시험기는 비교적 탄성률에 큰 차이가 없는 재료를 시험할 때에는 경도치의 신뢰성이 크지만, 고무와 같이 탄성률의 차이가 큰 재료에서는 부적합하다. 예를 들면 경질고무는 강철보다 큰 쇼어 경도값이 나타나는 모순이 생길 수 있다. 그러나 탄성률과 쇼어경도값이 비례되는 것만은 아니다. 예를 들면 탄소강에서 C%에 따라 경도는 상당히 큰 차이가 있는 반면에 탄성률은 대체로 변화가 없다.
쇼어 경도의 측정원리는 지름 1/4", 길이, 3/4"의 강봉(steel bar)의 하단에 지름 0.02"의 다이아몬드 볼(Diamond bll)을 붙인 작은 해머(Hammer)를 10" 높이의 유리관내에서 연직으로 낙하시켜, 시편의 표면에 충돌해서 탄성에 의해 튀어오를 때에, 해머의 상단이 이르는 최고 높이를 관의 내벽에 붙여 둔 눈금을 읽으므로서 경도를 경정한다. 이 수치가 쇼어 경도값(Hs)이다. 쇼어 경도값(Hs)이란 시편의 표면 위에 일정높이(낙하높이)에서 낙하시킨 해머가 튀어 오른 높이(반발높이; rebound height)에 비례하는 값으로서 다음과 같은 수학식1로부터 쇼어 경도를 결정한다.
Figure pat00001
이때, Hs : 쇼어 경도값, k : 쇼어 경도를 결정하기 위한 상수, h : 낙하높이, h0 : 반발높이이다.
샘플 이름 열처리 후 열처리 전
SC1 20 9
SC2 26 6
SC3 23 11
SA1 55 27
SA2 56 17
SA3 55 31
결합재의 함량에 다른 쇼어경도를 측정하여 위에 표 3에 결과값을 정리하였다. 열처리 전과 후에 이들은 많은 차이값을 나타내었다. 이는 열처리를 변수로 하여 경도에 상당히 큰영향을 주고 있음을 보여주고 있다.결과값에 따르면 결합재의 함량이 증가할수록 경도값은 전반적으로 증가하는 경향성을 나타내었다. 이는 콘크리트의 주원료인 모래 및 결합재의 함량이 경도값에 큰 영향을 주는 것임을 알 수 있었다.
금속성분으로 동을 첨가하였을 때와 알루미늄을 참가 하였을 때를 비교한 결과 알루미늄을 첨가하였을 때 비교적 높은 경도값을 나타내었다.
3) 전기전도도
전기가 잘 통하는 정도를 나타내며, 전도도(Conductivity), 비전도도(Specific Conductivity), 또는 컨덕턴스(Conductance)라고도 부른다. 전기전도도는 1개의 물질이 전류를 흐르게 하는 능력을 나타내는 단위인데 반해, 비전도도는 특정온도 하에서 단위길이나 단위면적을 갖는 물체의 전기전도도를 나타내는 단위이다. 즉 비전도도는 체적전기전도도와 동의어이며, 체적저항(전기비저항-resistivity)의 역수이다. 전기전도도의 단위는 모(mho) 또는 지멘스(siemens)를 사용하며, 1모 = 1니멘스이다. 전기비저항의 단위는 옴(Ω)이므로 1㎲의 전기전도도를 갖는 물은 1,000,000Ω 즉 1MΩ의 전기비저항을 갖는 물이라고 말할 수 있다.
전기전도도의 측정은 두 개의 특수 전극판을 사용하여 전류를 흘려보내 측정하며, 전기전도도는 물속에 함유된 용존 고형물질(TDS, Total Dissolved Solids)의 양과 밀접한 관계를 갖는다. 물속에 전하를 띤 이온이 많을수록 물의 전기전도도는 커진다. 즉 용액내에서 이온농도가 증가할수록 용액의 전기전도도는 증가하기 때문에 전기전도도는 물속에 존재하는 이온농도의 지시인자이다. 전도도(Conductivity)는 전기전도도로서 비저항의 역수이다. 물중의 무기물(이온류)이 전기를 통하므로 이온의 함유량에 따라 전기전도도 값이 달라진다. 즉 전도도는 물의 순도를 측정하는 가장 일반적인 방법이다. 물 중에 이온 함유량이 많으면 전기가 잘 통하고, 이온이 전부 제거되면 물은 전기를 통하지 않는 부도체가 된다. 전기전도도는 물질이나 용액이 전류를 운반할 수 있는 정도를 말하며, 용액 중의 이온세기를 신속하게 평가할 수 있는 지표로서 전기저항의 역수(Ω-1)로 나타내나 현재는 국제적으로 S(Siemens) 단위가 통용되고 있다. 용액에 담겨 있는 2개의 전극에 일정한 전압을 가해주면, 가한 전압이 전류를 흐르게 하며, 이때 흐르는 전류의 크기는 용액의 전도도에 의존한다는 사실을 이용한다.
어떤 전도체에 저항 R은 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
이때, ρ: 비저항(고유저항)(Ωㅇm), I : 두 전극간의 거리(m), S : 단면적(㎡)이다.
따라서 전기전도도 L은 수학식 3과 같다
Figure pat00003
샘플 이름 열처리 후(X 10- 3,Ω·cm) 열처리 전(X 10- 3,Ω·cm)
SC1 8.25 24.5
SC2 6.34 18.5
SC3 6.23 14.3
SA1 10.27 35.8
SA2 8.85 28.5
SA3 8.24 21.3
각 성분의 함량에 다른 전기 비저항를 측정하여 위에 표 4에 결과값을 정리하였다. 열처리 전과 후에 이들은 많은 차이값을 나타내었다. 이는 열처리를 변수로 하여 전기 비저항 값에 상당히 큰 영향을 주고 있음을 보여주고 있다. 이는 열처리변수가 결합재의 탄화 및 조직구조의 배향성에 큰 영향을 준 것으로 판단한다.결과값에 따르면 결합재의 함량이 증가할수록 전기 비저항 값은 전반적으로 감소하는 경향성을 나타내었다. 이는 콘크리트의 주원료인 모래 및 결합재의 함량이 전기 비저항 값에 큰 영향을 주는 것임을 알 수 있었다.
금속성분으로 동을 첨가하였을 때와 알루미늄을 참가 하였을 때를 비교한 결과 알루미늄을 첨가하였을 때 비교적 높은 전기비저항 값을 나타내었다. 이는 본 실험예에서도 동 성분이 전기 비저항을 낮추는 효과를 현저히 나타내었다.
4) 열전도도
열전도도 시험은 히트 플로우 방법이 일반적인 방법이다. 온도분포가 일정한 상태에서 측정하는 정상상태(steady state)의 경우 푸리에 법칙(Fourier's law)으로 표현 가능하다.
Figure pat00004
이때, q : 열량, A : 면적, k : 열전도도, dT : 온도차이, dx : 거리차이이다.
상기 푸리에 법칙은 어떤 식으로부터의 유도가 아니라 일종의 실험식이라고 할 수 있다. 즉 어떤 물체에 고온쪽으로부터 저온쪽으로 에너지전달이 있는데 이것은 단위면적당으로 볼 때 온도 구배(일정거리에서 온도차이)에 비례하는 함을 이용할 수 있다. 이것을 위의 식으로 바꾸어 표현하면 비례상수 k를 도입하고, - 부호는 실제 열량의 움직임이 있는 것이 값이 되게 하지 않기 위해 붙인 것이다.
열전도도의 측정은 다음과 같은 과정으로 실시하였다. 시험편 장치에 시험편을 a(2㎜ 두께), b(4㎜ 두께)에 각각 설치하고 유량계를 통하여 냉각수를 일정량 하부로 흘려보낸다. 전원을 넣은 후 온도조절계로 일정온도를 올려 주고, 냉각수량을 조절한다. 패널의 온도지시계의 온도를 순서대로 읽고, 정상상태의 값을 시험 결과로 기록하였다. 시험을 4~5회를 실시하여 측정값으로 정하였다. 시험편을 바꾸어 위의 과정을 되풀이 측정하였다.
각 성분의 함량에 따른 열전도도 값을 측정하여 도 5 및 도 6과 같이 결과값을 정리하였다. 열처리 후에 결과값을 나타내었다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 실험예에 따라 제작된 바닥재의 각 성분의 함량에 따른 열전도도 값을 측정하여 나타낸 그래프이다.
주재인 모래 및 금속의 함량은 감소시키고, 결합재의 함량을 증가시킨 결과값으로 이들의 변수로 하여 열전도도 값에 상당히 큰 영향을 주고 있음을 보여주고 있다. 이는 금속성분 및 결합재가 1차적으로 탄화 및 조직구조의 배향성에 큰 영향을 준 것으로 판단한다.
결과적으로 저항성이 높은 모래는 열전도도에 있어서도 상당히 큰 영향을 주는 요소임이 확실하게 나타났다. 결과값에 따르면 결합재의 함량이 증가할수록 열전도도 값은 전반적으로 증가하는 경향성을 나타내었다. 이는 콘크리트의 주원료인 모래 및 결합재의 함량이 열전도도 값에 큰 영향을 주는 상관관계임을 알 수 있다. 금속성분으로 동을 첨가하였을 때와 알루미늄을 참가 하였을 때를 비교한 결과 알루미늄을 첨가하였을 때 평균적으로 비슷한 결과값을 나타내었으며, 시료 SC3 및 SA1은 비교적 높은 열전도도 값을 나타내었다. 이는 본 실험예에서도 금속 성분이 열전도도 값을 높이는 효과를 현저히 나타내었다.
그리고, 각 성분의 함량에 따른 시간, 전기도도와 열전도도 값과의 관계를 열화상 카메라를 사용하여 측정한 값을 도 7과 도 8에 도시하였다. 열처리 후에 이들의 상호관계 결과값을 나타내었다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실험예에 따라 제작된 바닥재의 각 성분의 함량에 따른 시간, 전기도도와 열전도도 값과의 관계를 열화상 카메라를 사용하여 측정한 값을 나타낸 도면이다.
주재인 모래 및 금속의 함량은 감소시키고, 결합재의 함량을 증가시킨 결과값으로 이들의 변수로 하여 시간, 전기도도와 열전도도와의 관계에 상당히 큰 영향을 주고 있음을 보여주고 있다. 이는 금속성분 및 결합재가 1차적으로 탄화 및 조직구조의 배향성에 큰 영향을 준 것으로 판단되며, 2차적으로 이들의 요소가 시간, 전기도도와 열전도도와의 관계에 아주 큰 영향을 주고 있음을 나타내고 있다. 상기에서 지적한 바와 같이 결과적으로 저항성이 높은 모래는 열전도도에 있어서도 상당히 큰 영향을 주는 요소임이 확실하게 나타났다.
결과값에 따르면 결합재의 함량이 증가할수록 열적 분포도는 전반적으로 증가하는 경향성을 나타내었다. 금속성분으로 동을 첨가하였을 때와 알루미늄을 참가 하였을 때를 비교한 결과 평균적으로 비슷한 결과값을 나타내었으며, 시료 SC1 및 SA2은 비교적 균일한 열적 분포도의 형상을 나타내었다. 이는 본 실험예에서도 금속 성분이 열적 분포도를 높이는 효과를 현저히 나타내었다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1: 성형물 1' : 바닥재
3 : +전극 5 : -전극
7 : 코팅면

Claims (2)

  1. 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 조성물을 이용한바닥재 제작 방법에 있어서,
    200~350메쉬의 입도를 가지는 모래 53~62 중량%와, 50~150메쉬의 입도를 가지는 팽창 흑연 분말 22~24 중량%와, 고체 형태의 페놀 수지에 알코올을 첨가하여 제조한 액상의 페놀 수지 14~20 중량% 및 100~400메쉬의 입도를 가지는 구리 또는 알루미늄인 금속 분말 2~3 중량%를 혼합하는 혼합 공정과;
    반죽 형태로 혼합된 혼합물을 몰드에 절반가량 채운 다음, 200㎏f/㎠ 미만의 압력으로 1차 가압하고, 가압면에 +, -전극을 상호 이격되도록 배치시킨 다음 상기 몰드의 나머지 공간에 상기 혼합물을 다시 채운 다음 400~500㎏f/㎠의 압력을 가하여 성형물을 제작하되, 상기 +, -전극의 일끝단이 상기 성형물의 일측으로 노출되도록 제작하는 성형 공정과;
    상기 성형물을 80~120℃의 온도로 20~30시간동안 건조시키는 건조 공정과;
    건조가 완료된 상기 성형물을 300~350℃의 온도로 30~90분동안 열처리하는 열처리 공정; 및
    열처리가 완료된 상기 성형물을 냉각 후 표면에 코팅재를 코팅하는 표면 처리 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 조성물을 이용한 바닥재 제작 방법.
  2. 제 1 항의 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재 조성물을 이용한 바닥재 제작 방법을 이용하여 제작된 것을 특징으로 하는 열전도성을 가진 팽창 흑연을 이용한 온도조절형 데코레이티브 바닥재.
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