KR20180113260A - 내구성과 시공 편의성을 가진 샌드위치 패널 구성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물 바닥 시스템의 지지층을 구성하는 샌드위치 패널 구성물에 있어서, 상기 샌드위치 패널 구성물은, 샌드위치 패널; 및 상기 샌드위치 패널의 일면 또는 양면에 적층된 비구조용 바닥재로 구성되고, 상기 샌드위치 패널은, 발포체 층; 상기 발포체 층의 양면에 적층된 하니콤 구조체 층; 상기 하니콤 구조체 층 상에 적층된 섬유강화 복합재료 층;으로 구성되며, 상기 발포체 층과 하니콤 구조체 층 사이, 상기 하니콤 구조체 층과 섬유강화 복합재료 층 사이 및 상기 샌드위치 패널을 구성하는 섬유강화 복합재료 층과 비구조용 바닥재 사이 모두가 접착제에 의해 접합되어 있음을 특징으로 하는 내구성과 시공 편의성을 가지는 샌드위치 패널 구성물이다.
본 발명의 샌드위치 패널 구성물은 비중이 낮아 가볍고 압축강도, 단열성, 방수성, 차음성 및 내구성이 우수하며 그 일 면에 다양한 기능을 가진 비구조용 바닥재층이 형성되어 있을 뿐만 아니라 현장에서 짧은 시간 내에 용이하게 설치할 수 있는 이점이 있다.

Description

내구성과 시공 편의성을 가진 샌드위치 패널 구성물{Sandwich panel system with durability and ease of construction}

본 발명은 넓게는 건물과 구조물을 건축하기 위한 재료에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 건물 바닥 시스템의 지지층을 구성하는 샌드위치 패널 구성물에 관한 발명이다.

복합재료는 일반적으로 우수한 기계적 물성을 가진 강화재, 그리고 이 강화재를 특정 공간 내에서 변형되거나 이동하지 않도록 고정하여 강화재 고유의 기계적 물성을 발현할 수 있도록 하는 기지재가 기계적 혼합에 의하여 복합화되어 있으며, 이에 따라 강화재 및 기지재 단독으로는 발휘할 수 없는 기계적 물성을 가진 소재이다.

이러한 복합재료는 수천년 전부터 사용된 식물의 줄기를 혼합한 흙벽돌에서부터 항공기의 동체에 사용되는 탄소섬유 복합재료에 이르기까지 매우 오랜 역사를 가지고 있으며 광범위하게 적용이 되고 있다.

본 발명에서 관심을 가지고 있는 연속상 유, 무기 강화재와 고분자 수지를 기지재로서 채용한 복합재료는 근래 들어 광범위한 산업 영역에서 적용되고 있다. 매우 우수한 기계적 성능과 기존 금속 소재 또는 광물질계 소재 대비 낮은 비중을 특징으로 가지고 있어, 기존 소재를 대체하여 부품 및 완제품의 중량을 감소시킴으로써 에너지 효율을 높이고 이동 및 설치의 용이성을 증대시키고자 하는 노력의 일환으로 항공 우주 산업, 풍력 발전 산업, 기계 산업, 수송기기 산업, 건축 및 토목 산업 등에서 기존 소재의 대체 소재로서 각광을 받고 있다.

또, 우수한 기계적 물성을 가진 경량 소재이면서 동시에 우수한 단열 성능을 가진 소재이므로 건축 구조물에 적용하여 에너지 소모를 줄이는 신소재로 적용하고자 하는 움직임이 시작되고 있다. 건축용 소재로서 사용하기 위해서는 구조적 기능성을 만족하기 위하여 기계적 물성이 우수하여야 하며 건축물 내, 외부의 온도 차이에 의한 열손실을 방지는 특성이 요구되는데, 이를 위하여 복합재료를 표피재로 하고 단열성과 우수한 기계적 물성을 보유한 기능성 판재를 심재로 한 샌드위치 패널 구조물을 제작하여 사용할 수 있다.

샌드위치 패널 구조물의 기본적인 기계적 물성은 표피재의 기계적 물성과 심재를 통하여 접합된 다른 표피재까지의 거리를 주요 변수로 하여 표현할 수 있는 것으로 알려져 있다. 또, 기능적으로는 심재의 특성이 동 샌드위치 패널 구조물의 특성으로 작용할 수 있다. 그러므로, 우수한 기계적 물성을 가지는 복합재료를 표피재로 하고 우수하고 독특한 기계적 특성을 가진 기능성 판재를 심재로 한 샌드위치 패널 구조물은 훌륭한 건축용 자재로 적용할 수 있다.

건축용 자재는 벽돌, 콘크리트, 타일 등과 같은 광물질계 소재, 못, 결합 부재, 외장재, 구조용 강재 등과 같은 금속 소재, 바닥재, 천장재, 장식용 판재 등과 같은 유기 플라스틱 소재 및 가이드 레일, 계단, 고정용 각재, 장식용 부재 등과 같은 목재 소재 등, 전 소재 영역에 걸쳐 매우 다양한 재질과 형태로 제작된 부품 및 복합 구성물로 구성되어 있으며, 이들 간의 복합화에 의하여 그 종류와 기능은 더욱 확대되고 있다.

본 발명에서 관심을 가지고 있는 건축용 바닥재 시스템은 건축물을 이루는 기본 골조 시스템 중에서 대지와 맞닿은 부분의 구조용 바닥재와 실내의 주거 공간을 동 구조용 바닥재와 분리하고 다양한 기능을 부여하는 비구조용 바닥재로 구성되어 있다. 이들 중 구조용 바닥재는 건축물의 골격을 형성하고 구조적 안정성 및 내구성을 부여하는 역할을 하고 있으며 주로 콘크리트 구조물, 철근 콘크리트 구조물, 목재 구조물, 벽돌 구조물 등으로 이루어져 있다. 비구조용 바닥재는 심미적인 기능, 단열 기능, 냉난방 기능, 소음 및 충격음 차단 기능 등을 부여하는데, 주로 생활의 편의성을 향상시키기 위하여 다양한 소재가 단독 또는 복합화되어 적용되고 있다.

위와 같은 비구조용 바닥재는 상기 구조용 바닥재에 직접 접합이 되어 시공되거나, 합판, 하드 보드, 석고 보드, 파티클 보드, 섬유 시멘트판 등의 깔개용 판재, 각목, 각파이프 등의 각재 형태의 부재 또는 모르타르 등을 먼저 구조용 바닥재에 접합하고 동 부재 상에 비구조용 바닥재가 접합된다. 이와 같은 방법으로 비구조용 바닥재를 시공하고자 하면 다음과 같은 문제점에 노출될 수 있다. 상기 깔개용 판재 또는 각재 형태의 부재를 구조용 바닥재에 접합한 후 비구조용 바닥재를 그 상부에 접합하는 방법은, 현장에서 작업을 하는 데에 있어 무거운 판재를 다루어야 하는 문제가 있고, 목재를 적용할 경우 장기 사용에 의한 수분 흡수에 의하여 내구성이 저하되거나 곰팡이류가 발생할 수 있고, 단열성이 부족하여 구조물의 에너지 효율이 나빠질 수 있으며, 동 비구조용 바닥재가 접합된 구조용 바닥재를 다른 건축물 또는 실내와 공유할 경우 소음 및 충격이 완화되지 못 하고 전달될 수 있는 문제가 있다. 모르타르와 같은 접합용 부재를 직접 구조용 바닥재에 접합하고 그 상부에 비구조용 바닥재를 접합하는 방법 역시 상기의 문제점 중 단열성 부족, 소음 및 충격음 전달, 긴 시공 시간 등의 문제점을 내포하고 있다.

이에, 종래의 기술 1(특허문헌 1)을 살펴 보면, 건축물 바닥재 시스템을 구성함에 있어, 고분자 수지, 특히 발포체 또는 섬유 강화 발포체를 기초로 하여 합성 깔개용 구조재 판재를 준비하고 이를 건축물의 구조용 바닥재에 접합하고 동 판재의 상부에 비구조용 바닥채층을 형성하는 구성을 개시하고 있다. 동 깔개용 구조재 판재는 시공 과정에서 재단이 비교적 용이하고 가벼워서 운반하기 쉬우며 부식이 잘 되지 않고 수분을 흡수하지 않아 곰팡이류가 발생할 가능성이 낮다. 또, 기존 소재 대비 단열성이 우수하고 방음 효과를 기대할 수도 있다. 또, 동 깔개용 구조재 판재의 한 면 또는 그 양 면에 시트 형태의 표피재를 부착하여 동 판재의 구조 안정성을 높이고 강화할 수 있는 기술을 개시하고 있다.

그러나, 상기의 발명에 의한 깔개용 구조재 판재는 고분자 수지의 발포체이므로, 비록 섬유로 강화되거나 표피재가 부착되어 있다고 하여도 그 기본 기계적 물성을 보강하는 효과는 한계가 있으며, 압축 강도, 굴곡 탄성율, 굴곡 강도, 결합 부재의 뽑힘 저항 강도 등은 기존의 접합용 부재 대비 낮다는 문제점을 가지고 있다. 그러므로, 장기간의 사용에 의하여 압축에 의한 변형이 일어날 수 있으며, 이는 비구조용 바닥재의 파괴 또는 비구조용 바닥재에 추가된 기능재의 오작동 등을 초래할 수 있다. 또, 동 판재를 구조용 바닥재 또는 구조용 바닥재 상에 접합된 부재 상에 접합한 후 비구조용 바닥재층을 접합하여야 하므로, 공사 방법과 소요 시간은 기존 시공 방법과 차이가 없다는 단점을 가지고 있다.

근래 들어 건축 및 토목 산업에서 인건비 및 장비 임대료 등의 비중이 증대되는 문제를 해결하기 위하여 공사 기간을 단축할 수 있는 다양한 방법이 강구되고 있는 바, 본 발명에서는 상기의 문제점들을 해결하고 기존의 복잡한 공정을 단순화 할 수 있는 새로운 건축용 구성물을 제공하고자 한다. 특히, 주택 건축에 있어 바닥과 벽체의 기능 부여 및 마감에 있어, 기존의 다양한 자재가 순차적으로 시공되고 복합화 되는 공정을 단축하여 시공 방법이 간단하고 공사 기간을 단축할 수 있는 경량의 복합화된 소재를 개시하고자 한다.

미국공개특허 제7,735,279호

본 발명은 비중이 낮아 가볍고 압축강도, 단열성, 방수성, 차음성 및 내구성이 우수하고, 그 일 면에 다양한 기능을 가진 비구조용 바닥재층이 형성되어 있으며, 현장에서 짧은 시간 내에 용이하게 설치할 수 있는 샌드위치 패널 구성물 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 건물 바닥 시스템의 지지층을 구성하는 샌드위치 패널 구성물에 있어서, 상기 샌드위치 패널 구성물은, 샌드위치 패널; 및 상기 샌드위치 패널의 일면 또는 양면에 적층된 비구조용 바닥재로 구성되고, 상기 샌드위치 패널은, 발포체 층; 상기 발포체 층의 양면에 적층된 하니콤 구조체 층; 상기 하니콤 구조체 층 상에 적층된 섬유강화 복합재료 층;으로 구성되며, 상기 발포체 층과 하니콤 구조체 층 사이, 상기 하니콤 구조체 층과 섬유강화 복합재료 층 사이 및 상기 샌드위치 패널을 구성하는 섬유강화 복합재료 층과 비구조용 바닥재 사이 모두가 접착제에 의해 접합되어 있음을 특징으로 하는 내구성과 시공 편의성을 가지는 샌드위치 패널 구성물이다.

본 발명의 적절한 일실시예에 의하면, 상기 섬유강화 복합재료는 시트 형태로써, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리케톤, 카프로락탐 및 싸이클릭 부틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 열가소성수지 입자를 포함하는 수지 조성물을 강화섬유에 도포, 함침 및 중합시킴으로써 제조된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 발포체는 밀도가 20~200kg/㎥인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일실시예에 의하면, 상기 하니콤 구조체는 압축강도가 2.0~3.0Mpa이고, 밀도가 50~150kg/㎥임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 강화섬유 직물에 수지 조성물을 도포, 함침 및 중합시킴으로써 섬유강화 복합재료 시트를 준비하는 단계;

상기 섬유강화 복합재료 시트 상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 접착제 층 상에 하니콤 구조체를 적층하는 단계; 상기 하니콤 구조체 상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 접착제층 상에 발포체를 적층하는 단계; 상기 발포체 상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 접착제층 상에 하니콤 구조체를 적층하는 단계; 상기 하니콤 구조체 상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 접착제층 상에 섬유강화 복합재료 시트를 적층하여 샌드위치 패널 구조의 적층체를 구성하는 단계; 상기 샌드위치 패널 구조의 적층체 상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 접착제층 상에 비구조용 바닥재층을 적층하는 단계; 및 상기 샌드위치 패널 구조의 적층체와 비구조용 바닥재층의 상부 또는 상부와 하부에서 열과 압력을 가하여 상기 접착제를 경화시킴으로써 섬유강화 복합재료 시트, 하니콤 구조체, 발포체 및 비구조용 바닥재층을 결합시키는 단계;로 이루어지고, 상기 섬유강화 복합재료 시트 상에 접착제를 도포한 이후 발포체와 하니콤 구조체를 적층함에 있어, 발포체와 하니콤 구조체가 섬유강화 복합재료 시트의 각 끝단으로부터 2~7cm 튀어나오도록 배치함을 특징으로 하는 내구성과 시공 편의성을 가지는 샌드위치 패널 구성물의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 기존의 복잡한 공정을 단순화 할 수 있는 새로운 건축용 구성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 주택 건축에 있어 바닥과 벽체의 기능 부여 및 마감에 있어, 기존의 다양한 자재가 순차적으로 시공되고 복합화 되는 공정을 단축하여 시공 방법이 간단하고 공사 기간을 단축할 수 있는 경량의 복합화된 소재를 제고하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 샌드위치 패널 구성물의 구조를 나타내는 모식도이다.

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 있는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 샌드위치 패널 구성물은 샌드위치 패널과 비구조용 바닥재층으로 구성되어 있다. 또, 상기 샌드위치 패널은 심재와 표피재로 구성되어 있는데, 이들 심재와 표피재는 접착제로 접합되어 있다.

상기 샌드위치 패널의 심재는 판 형상을 가지는 고분자 수지, 광물 소재 또는 금속 소재의 판재로서, 발포체와 함께 판재의 길이 방향에 대하여 수직 방향에 대한 압축강도가 우수한 하니콤 구조체가 복합화된 형태로 이루어져 있는데, 발포체의 일 면 또는 양 면에 하니콤 구조체를 접합하여 얻어진다. 단, 심재 중의 발포체에 있어 비구조용 바닥재층이 형성될 방향의 일 면에는 반드시 상기 하니콤 구조체가 접합되어야 하며, 이를 통하여 동 샌드위치 패널 구성물에 가해지는 압축에 의한 하중과 변형을 하니콤 구조체가 지지하면서 발포체 상에 그 하중을 효과적으로 분산시켜 샌드위치 패널의 압축에 대한 내구성을 확보할 수 있다.

상기 발포체는 단열 기능을 가지는 판재로서, 중량은 최소화하면서도 단열 성능을 부여한 고분자 수지 발포체, 유리 발포체 또는 광물계 발포체 등을 사용할 수 있다. 이들 발포체는 20kg/㎥ 내지 200kg/㎥의 밀도를 가지는데, 밀도가 20kg/㎥ 미만일 경우에는 전체 구성물의 무게가 가벼워지는 이점은 있으나 단열 성능과 압축 성능이 저하하는 문제점을 가지고 있고, 밀도가 200kg/㎥을 초과하면 압축 강도는 매우 우수하나 전체 구성물의 무게가 무거워져서 현장에서 시공을 하는 데에 추가 노동력이 필요하거나 장비가 소요되는 문제점이 있다. 상기 발포체는 바람직하게는 비드법 폴리스티렌 발포체, 압출법 폴리스티렌 발포체, 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포체, 폴리우레탄 발포체, 페놀수지 발포체, 폴리이소시아뉴레이트 발포체, 발포 유리, 발포 광물, 유리섬유 집속체, 광물 섬유 집속체 또는 다공질 흡음재로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 발포체이다. 또, 동 발포체를 이루는 고분자 수지는 난연 성능을 강화하기 위하여 난연제가 함유될 수 있다.

상기 발포체와 복합화하여 심재를 구성하는 하니콤 구조체는 고분자 수지 또는 금속 소재의 박막이 판재의 길이 방향에 대하여 수직 방향으로 튜브형 또는 육각형의 기둥을 형성하며 길이 방향으로 연속적으로 배치되어 있는 판재이다. 하나의 튜브형 또는 육각형의 기둥을 셀이라고 하는데, 각 셀을 이루는 박막의 소재 두께 및 셀의 직경이 하니콤 구조체의 길이 방향에 대하여 수직 방향에 대한 압축 강성 및 압축 강도 특성의 주요 인자이다. 박막의 소재 두께가 두꺼울수록, 그리고 셀의 직경이 작을수록 동 하니콤 구조체의 길이 방향에 대한 수직 방향의 압축 강성과 압축 강도가 커진다. 단, 하니콤 구조체는 그 구조의 특성상 압축 강성과 압축 강도가 동 구조체의 밀도와 비례하는 관계를 가지므로, 본 발명에 적합한 단위 무게를 가지면서 우수한 압축 강성과 압축 강도를 가지는 구조체를 선정하여야 한다.

상기 하니콤 구조체는 주로 길이 방향에 대하여 수직 방향의 압축 하중을 버티는 힘이 매우 강하므로, 본 발명의 샌드위치 패널 구조물의 내구성을 향상시키고 비구조용 바닥재층의 파괴를 방지하기 위하여 발포체와 비구조용 바닥재층의 사이에 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 또, 동 샌드위치 패널 구조물은 사용 중 상부로부터 압력을 계속 받게 되는데, 구조용 바닥재와 맞닿아 있는 샌드위치 패널 구조물의 바닥면은 상기 압력의 반대 방향으로 구조용 바닥재로부터 지속적인 힘을 받고 있게 된다. 이 반작용에 해당하는 압축 변형에 대응하기 위하여 하니콤 구조체를 구조용 바닥재와 맞닿는 쪽에 접합하여 사용할 수 있다.

상기 하니콤 구조체는 중량은 최소화하면서도 길이 방향에 대하여 수직 방향에 대한 압축 강성 및 압축 강도가 우수한 소재를 사용할 수 있다. 이를 위하여 섬유강화 플라스틱 하니콤 구조체, 폴리프로필렌 하니콤 구조체, 폴리카보네이트 하니콤 구조체, 아라미드 하니콤 구조체, 종이 하니콤 구조체, 스테인레스 스틸 하니콤 구조체 또는 알루미늄 하니콤 구조체로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 하니콤 구조체가 사용될 수 있다. 본 발명에 사용되는 하니콤 구조체의 밀도는 30kg/㎥ 내지 300kg/㎥ 의 밀도를 가지는 것이 특징이다. 밀도가 30kg/㎥ 미만인 하니콤 구조체는 가벼워서 운반하기 쉽다는 장점이 있으나, 압축 강성 및 압축 강도가 낮아 샌드위치 패널 구성물의 내구성이 저하될 수 있는 단점이 있어 적합하지 않다. 밀도가 300kg/㎥ 를 초과하는 하니콤 구조체는 압축 강성 및 압축 강도가 매우 우수하여 샌드위치 패널 구성물의 내구성 강화 효과는 좋지만, 단위 부피당 중량이 크기 때문에 동 구성물을 운반하거나 현장에서 작업을 하는 것이 용이하지 않은 단점이 있다. 샌드위치 패널 구성물의 적용 용도에 따라 불연성 또는 난연성이 요구될 때에는 아라미드 하니콤 구조체, 스테인레스 스틸 하니콤 구조체 및 알루미늄 하니콤 구조체를 적용할 수 있다.

본 발명의 샌드위치 패널의 표피재를 구성하는 섬유강화 복합재료 시트에 대하여 설명한다. 본 발명에 있어 표피재에 해당되는 섬유강화 복합재료 시트는 강화섬유 직물에 수지 조성물을 도포, 함침 및 중합시킴으로써 제조된 시트 형태의 섬유강화 복합재료로서, 강화섬유 및 기지재를 복합화하여 기계적 물성을 획기적으로 향상시킨 소재이다.

상기 강화섬유는 일방향 파이버(fiber)를 사용하는 것이 아니라, 연속상 섬유 직물(woven fabric) 또는 부직포를 사용하는데 특징이 있다. 직물(woven fabric)은 파이버들이 일정한 방향으로 교차하면서 배열되어 있으므로 복수 개의 방향으로 강화 효과를 가지면서 높은 기계적 물성을 구현할 수 있으며, 직조, 이축, 다축 등 다양한 형태의 직물도 사용 가능하기 때문에 원하는 제조 부품의 형태에 따라 물성을 최적화할 수 있다.

본 발명에 사용되는 강화섬유 직물은 특별한 제한이 없으나 기계적 물성의 측면에서, 상기 강화섬유 직물을 구성하는 섬유사가 탄소섬유, 유리섬유 및 아라미드섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 섬유사인 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명에 따른 연속상 섬유 직물로서 상기 섬유사를 평직, 능직, 주자직 등의 직조 방법에 의하여 제작된 직물을 사용한다. 사용하는 연속상 섬유 직물의 선택은 요구하는 최종 제품의 물리적 성질, 기계적 물성과 기능에 따라 소재 및 직조 방법을 선택할 수 있다. 예를 들어, 최종 제품에 고강성이 요구될 때에는 탄소섬유를 적용하고, 충격 강도가 요구될 때에는 주로 아라미드섬유를 선택한다. 또한, 상기 연속상 섬유 직물을 혼합하여 사용할 수도 있다.

2종 이상의 섬유사로 구성된 강화섬유 직물은, 경사가 유리섬유이고 위사가 탄소섬유이거나, 경사가 탄소섬유이고 위사가 유리섬유인 경우를 예시할 수 있다.

또한, 2종의 강화섬유를 합연한 하이브리드 섬유사를 위사 및 경사에 각각 적용한 직물을 강화섬유 직물로 사용할 수도 있다. 즉, 단사 또는 2합사 형태의 유리섬유사와 단사 또는 2합사 형태의 탄소섬유사를 합연한 하이브리드 섬유사로 평직 또는 능직 등의 방법으로 직조한 강화섬유 직물을 사용하여 섬유강화 복합재료를 제조할 경우, 유리섬유사를 단독으로 사용하였을 때와 비교해 성형부품의 기계적 물성을 향상시킬 수 있으며, 탄소섬유사를 단독으로 사용하였을 때와 비교해 비용을 절감하는 효과가 있다.

또한, 강화섬유 직물을 단층으로 준비하는 것이 가능하나, 다층으로 구성된 강화섬유 층을 사용하는 것도 가능하며, 유리섬유 1층 및 탄소섬유 1층으로 구성된 2층의 강화섬유 층을 사용하는 등 2종 이상의 강화섬유 직물을 여러 층 적층하여 강화섬유 층을 형성하는 것 역시 가능하다.

다음으로는 본 발명의 섬유강화 복합재료 시트의 제조에 사용되는 수지조성물에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 기지재(matrix resin)로서 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 사용할 수 있는데, 기지재는 강화섬유에 함침되어 복합화함으로써, 동 복합재료의 기계적 물성을 발현하게 된다.

상기 열가소성 수지로는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 폴리아미드계 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 열가소성 폴리우레탄계 수지, 폴리케톤계 수지, 폴리페닐렌술피드계 수지, 폴리에테르에테르케톤계 수지, 폴리올레핀계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 수지를 들수 있고, 더욱 바람직하게는 폴리아미드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리케톤, 락탐, 카프로락탐 및 싸이클릭 부틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 열가소성 수지를 들 수 있다.

그리고, 상기 열경화성 수지의 종류로는 바람직하게 불포화 폴리에스테르계 수지, 비닐 에스테르계 수지, 에폭시계 수지, 열경화성 우레탄계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 수지이고, 더욱 바람직하기로는 에폭시계 수지이다.

또한 상기 이용되는 수지는 중합 촉매, UV 안정제, 색상 조절 첨가제, 충격 강도 보강제, 내열 안정제, 점도 조절제, 난연제 등을 추가적으로 포함할 수 있다.

본 발명의 섬유강화 복합재료 시트의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 우선, 강화섬유 층에 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리케톤, 락탐, 카프로락탐 및 싸이클릭 부틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 열가소성 수지 입자를 포함하는 수지 조성물을 도포한다. 전술한 구성의 입자는 파우더 형태를 띄고 있는 구성이고, 파우더는 열중합 촉매와 열가소성 고분자의 단량체의 용융액에 첨가하여 분산시킴으로써 용이하게 준비할 수 있으며, 파우더는 후술하는 산포 공정을 통해 섬유 강화층의 표면에 분산될 수 있으면 되므로, 그래뉼, 펠렛 등 모든 형태를 포함하는 의미로 해석되어야 한다. 입자로 구성된 파우더를 강화섬유 직물 층 위에 균일하게 산포시킴에 따라 섬유 보강재의 표면은 파우더로 덮이게 되며, 파우더의 산포 두께에 따라 섬유 강화층과의 부피비를 조절할 수 있다.

상기 섬유 강화층의 부피는 프리프레그 총 부피를 기준으로 35 내지 65 부피%로 조절하는 것이 바람직하다. 섬유 강화층의 부피 비율이, 35부피% 미만이면, 성형품의 기계적 물성이 떨어지고, 65부피%를 초과할 경우 수지의 함침성이 불량해진다.

그런 다음, 상기 입자가 도포된 강화섬유 층을 가열처리하여 상기 입자가 용융되어 강화섬유 층에 함침되도록 하면서 열가소성 고분자의 단량체를 열가소성 고분자로 열중합시킨다. 이를 가열처리하면 입자로 구성된 파우더의 매트릭스 성분인 단량체가 용융되는데, 단량체의 용융액은 점도가 낮으므로 섬유 강화재에 잘 함침된다. 또한 섬유 강화층 상에 함침된 단량체 용융액은 분산된 열중합 촉매에 의해 고분자로 중합된다. 가열처리는 예를 들어 230 내지 300와 같이 단량체의 용융과 중합이 가능한 온도로 적절히 선택할 수 있으며, 필요에 따라 가열처리 온도를 단계적으로 조절할 수도 있음은 물론이다. 본 발명에서는 상기 수지 입자가 도포된 강화섬유 층에 230 내지 300의 온도에서 2분 내지 1시간 동안 열처리를 하는데 더욱 바람직하게는 250 내지 290의 온도에서 진행한다. 상기 가열처리온도가 230 미만이거나 열처리 온도가 2분 미만일 경우 수지의 용융이 일어나지 않아, 고체 분말 상태로 존재하여 물성 저하의 원인이 되며, 300 이상 또는 1시간 이상에서의 열처리 되는 경우, 수지의 열화에 의해 물성이 저하되는 문제가 발생한다.

본 발명의 샌드위치 패널의 접착제층에 대하여 설명한다. 본 발명의 접착제층은 심재와 심재, 심재와 표피재가 결합되도록 하는 역할을 한다. 상기 접착제층은 강화섬유 복합재 또는 심재 상에 1액형 우레탄계 수지 접착제, 2액형 우레탄계 수지 접착제 및 에폭시계 수지 접착제로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 수지 접착제를 도포함으로써 형성된다. 동 접착제는 샌드위치 패널과 비구조용 바닥재층을 결합하는 부재로서 사용할 수도 있다.

한편 본 발명에서는 샌드위치 패널 구성물의 난연성을 향상시키기 위하여 상기 기지재 및 접착제층에 난연제를 혼합할 수 있다.

본 발명의 비구조용 바닥재층에 대하여 설명한다. 본 발명의 비구조용 바닥재층은 건축 구조물의 실내 공간을 구조용 바닥재층과 분리하는 동시에 다양한 기능을 가지는 단일 구성물 또는 복합체이다. 주로 마감용으로 사용이 되는 대리석 판재, 석재 타일, 세라믹 타일, 합성수지 타일, 목재 판재, 코르크 판재, 합판, 리놀륨, 고무 판재, 카페트, 비닐 시트, 비닐 타일, 콘크리트, 모르타르, 강판 등과 특정 기능을 가지는 충격 흡수용 바닥재, 냉난방 관로 형성 바닥재, 공조용 바닥재, 소음 차단 기능성 바닥재에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 바닥재를 적용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 비구조용 바닥재층은 거의 하부 구조를 이루는 샌드위치 패널에 접착제에 의하여 결합되거나 못, 나사못, 걸쇠 등의 부재를 이용하여 결합될 수 있다.

위와 같이 샌드위치 패널 구성물은 샌드위치 패널과 비구조용 바닥재층이 결합하여 하나의 구성물을 이루며, 샌드위치 패널은 섬유강화 복합재료 시트를 표피재로 하고 발포체 및 하니콤 구조체를 심재로 하여 구성되어 있다. 상기 샌드위치 패널의 표피재인 섬유강화 복합재료 시트는 기존 목재, 석재 또는 금속 소재 대비 매우 가볍고 강성 및 강도가 높아 샌드위치 패널의 강성 및 강도 보강 효과가 크다. 또, 섬유강화 복합재료 시트는 기지재로서 합성 수지를 사용하고 있으므로 수분 흡수율이 매우 낮고 부식이 되지 않으며 곰팡이류나 해충이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 상기 샌드위치 패널의 심재로 사용되는 발포체는 그 내부에 매우 많은 수의 기공을 가지고 있어, 비중이 낮아 매우 가볍고 우수한 단열 특성을 가지고 있으며 소음을 흡수할 수 있는 기능을 가지고 있다. 또, 다른 심재로서 사용되는 하니콤 구조체는 길이 방향에 대하여 수직 방향으로 매우 강한 압축 강성 및 압축 강도를 가지므로, 본 발명의 샌드위치 패널 구성물에 지속적으로 가해지는 압축 응력에 대하여 상부의 비구조용 바닥재층을 보호하고 샌드위치 패널 구성물의 내구성을 유지해 준다. 이들 샌드위치 패널 상부에는 비구조용 바닥재층이 형성되어 있어 바닥 마감 및 기능 부여의 역할을 하고 있다. 이와 같은 샌드위치 패널 구성물은 가벼워서 이동이 용이하고, 두께 및 크기 조절이 용이하여 다양한 구조의 제품을 제작하기 쉽고, 설계에 따라 미리 생산된 구성물을 시공 현장에서 짧은 시간 내에 용이하게 설치할 수 있다는 장점이 있다.

이하 본 발명에 따른 샌드위치 패널 구성물의 제조 방법에 대하여 설명한다.본 발명의 샌드위치 패널 구성물의 제조 방법은, 강화섬유 직물에 수지 조성물을 도포, 함침, 중합시킴으로써 섬유강화 복합재료 시트를 준비하는 단계; 상기 섬유강화 복합재료 시트 상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 접착제층 상에 하니콤 구조체를 적층하는 단계; 상기 하니콤 구조체 상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 접착제층 상에 발포체를 적층하는 단계; 상기 발포체 상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 접착제층 상에 하니콤 구조체를 적층하는 단계; 상기 접착제층 상에 섬유강화 복합재료 시트를 적층하여 샌드위치 패널 구조의 적층체를 구성하는 단계; 상기 샌드위치 패널 구조의 적층체 상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 접착제층 상에 비구조용 바닥재층을 적층하는 단계; 및 상기 샌드위치 패널 구조의 적층체와 비구조용 바닥재층에 상부 또는 상부와 하부에서 열과 압력을 가하여 상기 접착제를 경화시킴으로써 섬유강화 복합재료 시트, 하니콤 구조체, 발포체 및 비구조용 바닥재층을 결합시키는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

상기 섬유강화 복합재료 시트 상에 접착제를 도포한 이후 하니콤 구조체를 적층함에 있어, 하니콤 구조체가 섬유강화 복합재료 시트의 각 끝단으로부터 2~7cm 더욱 바람직하게는 3~6cm 가량 튀어나오도록 배치하는 것이 바람직하다.

위와 같이 상기 섬유강화 복합재료 시트로부터 하니콤 구조체가 튀어 나오도록 배치하여 접합하는 이유는, 하니콤 구조체가 복합재료 시트에 안정적으로 접합되도록 함으로써 설계 크기로 재단할 때에 박리 문제가 일어나지 않게 하기 위함이다. 즉, 하니콤 구조체나 발포체는 섬유강화 복합재료 시트와 비교하였을 때, 두께가 두껍고 뻣뻣하기 때문에, 가압 하에서 변형되지 않고 편평한 상태를 유지하나, 복합재료 시트는 두께가 얇기 때문에, 하니콤 구조체나 발포체와 같은 지지대가 없는 경우, 가압에 의해 변형이 일어나 아래로 휘는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 접합 공정 중 또는 접합이 완료된 후, 복합재료 시트의 지지대가 없는 부분은 변형에 의해 아래로 쳐지면서 접합부 파괴가 일어날 수 있고, 이 같은 문제를 미연에 방지하기 위하여 지지대 역할을 하는 하니콤 구조체를 섬유강화 복합재료 시트로부터 2~7cm가량 튀어나오도록 배치하여 접합하는 것이다.

이하 하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

섬유강화 복합재료 시트의 제조

선밀도 1,200tex인 유리섬유 로빙을 사용하여 제직한 평량 580g/㎡인 유리섬유 직물을 준비한다. 기지재로서 평균 입경 100 마이크로미터인 초저점도 폴리아미드 6 수지의 분말을 준비한다.

준비된 폭 2.9m의 유리섬유 직물을 롤 상태로 감겨진 상태에서 1겹을 운반 벨트에 풀어 놓고 일정한 속도로 풀어 이동시키면서 미리 계산된 중량의 폴리아미드 6 수지 분말을 직물 상부에 일정하게 도포한 후, 상기 유리섬유 직물 1겹을 위와 동일한 방법으로 롤에서 풀어 이동시키면서 상기와 같이 준비된 유리섬유 직물과 폴리아미드6 수지 분말 혼합체를 덮는다. 상기와 같이 준비된 원료를 연속적으로 가압하면서 열을 가하여 수지를 용융시켜 유리섬유 사이에 수지를 함침시킨 후, 이 조성물을 냉각시켜 일정한 두께의 섬유강화 복합재료 시트를 얻는다.

샌드위치 패널 제작

상기의 공정에서 얻어진 섬유강화 복합재료 시트를 길이 9.5m로 2장을 재단하여 준비한다. 우선 1장의 섬유강화 복합재료 시트를 작업대에 펼쳐 놓고, 2액형 우레탄계 수지 접착제를 전면에 걸쳐 적정량을 도포한다. ASTM C 365 시험 방법에 따른 압축 강도가 2.4MPa이고 밀도가 100kg/㎥이며 두께가 10mm인 폴리프로필렌 하니콤 구조체를 상기 접착제층 상에 배치하되, 상부에서 내려보았을 때에 상기 접착제가 도포된 섬유강화 복합재료 시트의 각 끝단에서 하니콤 구조체가 5cm 가량 튀어 나오도록 한다.

폴리프로필렌 하니콤 구조체가 접착제가 도포된 섬유강화 복합재료 시트 상에 완전히 배치가 되면, 폴리프로필렌 하니콤 구조체 상에 상기 2액형 우레탄계 수지 접착제를 전면에 걸쳐 적정량을 도포한다. 상기 접착제가 완전히 도포되면 밀도가 30kg/㎥이고 두께가 80mm인 BASF사의 NEOPOR 비드를 발포한 발포체 판재를 배치하되, 상기 접착제가 도포된 폴리프로필렌 하니콤 구조체를 벗어나지 않도록 한다. 상기 발포체 판재가 완전히 배치되면, 동 발포체 판재 상에 2액형 우레탄계 수지 접착제를 전면에 걸쳐 적정량을 도포한다. 상기 접착제가 완전히 도포되면 ASTM C 365 시험 방법에 따른 압축 강도가 2.4MPa이고 밀도가 100kg/㎥이며 두께가 10mm인 폴리프로필렌 하니콤 구조체를 상기 접착제층 상에 배치하되, 폴리프로필렌 하니콤 구조체가 상기 발포체 판재를 벗어나지 않도록 한다. 상기 하니콤 구조체가 완전히 배치되면, 동 구조체 상에 2액형 우레탄계 수지 접착제를 전면에 걸쳐 적정량을 도포한다. 상기 접착제가 완전히 도포되면 앞서 준비한 섬유강화 복합재료 시트 1장을 상기 접착제가 도포된 폴리프로필렌 하니콤 구조체 상에 배치하되, 상기 하니콤 구조체를 벗어나지 않도록 한다.

샌드위치 패널 구성물의 제작

상기의 공정으로 샌드위치 패널의 원재료 적층이 완료되면, 동 적층된 원재료의 최상부인 섬유강화 복합재료 시트 상에 2액형 우레탄계 수지 접착제를 전면에 걸쳐 적정량을 도포한다. 상기 접착제가 완전히 도포되면 가교폴리에틸렌계 파이프가 장착된 난방용 바닥재 복합물을 배치하되, 현장에서 난방용 파이프를 난방용 매체 공급 파이프에 연결할 수 있는 부재를 포함시키고 상기 섬유강화 복합재료 시트 상의 정확한 위치에 놓는다. 상기 난방용 바닥재 구성물 상에 조립 방법에 의하여 지정된 위치에 상부 판재 부착용 걸쇠를 고정하고, 또 다른 조립 방법에 의하여 지정된 위치에 2액형 우레탄계 수지 접착제를 도포한다. 상기 걸쇠와 접착제가 준비된 난방용 바닥재 구성물 상에 목재 바닥재를 설치한다.

상기의 공정으로 준비된 샌드위치 패널 구성물의 원재료 적층물에 상부 또는 상부와 하부에서 열과 압력을 가하여 상기의 접착제를 경화시켜 각 구성 소재를 일체화시키고, 이를 통하여 소기의 샌드위치 패널 구성물을 얻는다.

이와 같은 방법으로 얻은 샌드위치 패널 구성물은, 건축물의 실내용 바닥재와 난방을 위한 시스템이 장착되고, 난방용 바닥재 복합물에서 구조용 바닥재로 전달되는 열손실을 최소화하는 기능을 가지고 있고, 구조용 바닥재로부터 건축물의 실내로 전달되는 열을 차단하는 기능을 가지고 있고, 상기 구성물의 하부를 이루는 구조용 바닥재에 동 구성물의 상부에서 발생하는 소음과 충격이 전달되는 것을 최소화할 수 있는 기능을 가지고 있고, 수분의 누수를 방지하고, 부식이나 곰팡이류가 발생하지 않으며, 현장에서 시공함에 있어 공장에서 제작되어 운반된 상기 샌드위치 패널 구성물을 계획된 위치에 배치하고 고정하는 것으로 설치를 마무리할 수 있어 시공 시간 및 노력을 절감할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

10: 발포체 층
11: 하니콤 구조체 층
12: 섬유강화 복합재료 층
13: 비구조용 바닥재
14: 접착층

Claims (5)

1. 건물 바닥 시스템의 지지층을 구성하는 샌드위치 패널 구성물에 있어서,
   상기 샌드위치 패널 구성물은, 샌드위치 패널; 및 상기 샌드위치 패널의 일면 또는 양면에 적층된 비구조용 바닥재로 구성되고,
   상기 샌드위치 패널은, 발포체 층; 상기 발포체 층의 양면에 적층된 하니콤 구조체 층; 상기 하니콤 구조체 층 상에 적층된 섬유강화 복합재료 층;으로 구성되며,
   상기 발포체 층과 하니콤 구조체 층 사이, 상기 하니콤 구조체 층과 섬유강화 복합재료 층 사이 및 상기 샌드위치 패널을 구성하는 섬유강화 복합재료 층과 비구조용 바닥재 사이 모두가 접착제에 의해 접합되어 있음을 특징으로 하는 내구성과 시공 편의성을 가지는 샌드위치 패널 구성물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 섬유강화 복합재료는 시트 형태로서, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리케톤, 카프로락탐 및 싸이클릭 부틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 열가소성 수지 입자를 포함하는 수지 조성물을 강화섬유에 도포, 함침 및 중합시킴으로써 제조된 것을 특징으로 하는 내구성과 시공 편의성을 가지는 샌드위치 패널 구성물.
3. 제1항에 있어서,
   상기 발포체는 밀도가 20~200kg/㎥인 것을 특징으로 하는 내구성과 시공 편의성을 가지는 샌드위치 패널 구성물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 하니콤 구조체는 압축강도가 2.0~3.0Mpa이고, 밀도가 50~150kg/㎥임을 특징으로 하는 내구성과 시공 편의성을 가지는 샌드위치 패널 구성물.
5. 강화섬유 직물에 수지 조성물을 도포, 함침 및 중합시킴으로써 섬유강화 복합재료 시트를 준비하는 단계;
   상기 섬유강화 복합재료 시트 상에 접착제를 도포하는 단계;
   상기 접착제 층 상에 하니콤 구조체를 적층하는 단계;
   상기 하니콤 구조체 상에 접착제를 도포하는 단계;
   상기 접착제층 상에 발포체를 적층하는 단계;
   상기 발포체 상에 접착제를 도포하는 단계;
   상기 접착제층 상에 하니콤 구조체를 적층하는 단계;
   상기 하니콤 구조체 상에 접착제를 도포하는 단계;
   상기 접착제층 상에 섬유강화 복합재료 시트를 적층하여 샌드위치 패널 구조의 적층체를 구성하는 단계;
   상기 샌드위치 패널 구조의 적층체 상에 접착제를 도포하는 단계;
   상기 접착제층 상에 비구조용 바닥재층을 적층하는 단계; 및
   상기 샌드위치 패널 구조의 적층체와 비구조용 바닥재층의 상부 또는 상부와 하부에서 열과 압력을 가하여 상기 접착제를 경화시킴으로써 섬유강화 복합재료 시트, 하니콤 구조체, 발포체 및 비구조용 바닥재층을 결합시키는 단계;로 이루어지고,
   상기 섬유강화 복합재료 시트 상에 접착제를 도포한 이후 발포체와 하니콤 구조체를 적층함에 있어, 발포체와 하니콤 구조체가 섬유강화 복합재료 시트의 각 끝단으로부터 2~7cm 튀어나오도록 배치함을 특징으로 하는 내구성과 시공 편의성을 가지는 샌드위치 패널 구성물의 제조방법.
   
   

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