KR20190106502A - 에어로겔 복합체의 제조장치 및 이를 이용한 에어로겔 복합체의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에어로겔 복합체의 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 대한 것으로, 기재 또는 기재를 내부에 수용하는 기재지지장치가 삽입되며, 상기 기재 또는 상기 기재에 졸 용액이 함침된 기재인 함침기재를 수용하는 함침장치; 상기 함침기재 또는 상기 함침기재의 졸 용액이 겔화된 겔화기재가 삽입되며, 상기 함침기재가 겔화 및 건조되거나 상기 겔화기재가 건조된 에어로겔 복합체를 수용하는 것으로 상기 함침장치의 상부 또는 하부에 위치하는 건조장치; 그리고 상기 함침장치 내의 상기 함침기재 또는 상기 겔화기재를 상기 건조장치 내에 삽입되도록 이동시키는 이동장치;를 포함한다.
Description
본 발명은 에어로겔 복합체의 제조장치 및 이를 이용한 에어로겔 복합체의 제조방법에 관한 것이다.
Kistler에 의해 1930년대 초반에 발견된 에어로겔은, 높은 공기 기공률을 갖는 건조된 겔로써 현재 가장 낮은 열전도도를 갖는 물질로 알려져 있다. 일반적으로 에어로겔은 90%이상, 최대 99% 정도의 높은 기공율을 갖고, 현재까지 인류가 개발한 소재 중에서 가장 뛰어난 초단열성/초다공성/초경량성/초저유전성 등의 특성을 갖고 있어 건물용, 산업용, 우주항공용, 조선용 등의 에너지절약 소재, 흡음재, 방화재 등 다양한 분야에 무한한 응용 가능성을 가진 유망한 소재이다. 에어로겔은 형태적으로 블랑켓(섬유상복합체, Blanket, Sheet), 분말(Powders), 모노리스(Monolith) 등으로 구분된다.
에어로겔은 실리카 전구체 용액을 졸-겔 중합반응시켜 습윤겔을 만든 후, 초임계조건 혹은 상압조건 하에서 건조하는 방법 등으로 제조될 수 있다. 파우더 형태의 에어로겔의 낮은 작업성 등을 고려해 블랑켓 형태의 에어로겔 적용되기도 하며, 이러한 블랑켓 형태의 에어로겔은 롤투롤 형태의 연속공정을 적용하여 제조되기도 한다. 이러한 롤투롤 형태의 연속과정에는 불필요한 블랑켓들 사이의 겔화반응을 억제하고 표면이 양호하게 하기 위하여 분리막을 적용한다. 그러나 이러한 분리막의 사용은 제조공정을 복잡하게 하고 작업성을 저하시키는 문제점이 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명의 목적은 공정 효율성을 향상시키고 겔의 뭉개짐 발생을 감소시키며 별도의 분리막을 사용하지 않고도 에어로겔 복합체의 제조가 가능한 에어로겔 복합체의 제조장치 및 이를 이용한 에어로겔 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치는, 기재 또는 기재를 내부에 수용하는 기재지지장치가 삽입되며, 상기 기재 또는 상기 기재에 졸 용액이 함침된 기재인 함침기재를 수용하는 함침장치; 상기 함침기재 또는 상기 함침기재의 졸 용액이 겔화된 겔화기재가 삽입되며, 상기 함침기재가 겔화되어 습윤겔을 형성하고 상기 습윤겔의 용매가 제거되어 형성되는 에어로겔 복합체를 수용하거나, 상기 겔화기재에 포함된 습윤겔의 용매가 제거되어 형성되는 에어로겔 복합체를 수용하는 것으로 상기 함침장치의 상부 또는 하부에 위치하는 건조장치; 그리고 상기 함침장치 내의 상기 함침기재 또는 상기 겔화기재를 상기 건조장치 내에 삽입되도록 이동시키는 이동장치;를 포함한다.
상기 함침장치와 상기 건조장치 사이에는 연결장치가 더 포함될 수 있다.
상기 함침장치의 일단과 연결되는 상기 건조장치 일단의 단면적은 상기 함침장치 일단의 단면적과 같거나 큰 것일 수 있다.
상기 연결장치의 일단과 연결되는 상기 건조장치 일단의 단면적은 상기 연결장치의 타단과 연결되는 상기 함침장치 일단의 단면적과 같거나 큰 것일 수 있다.
상기 함침장치는 상기 기재 또는 상기 기재지지장치를 지지하는 제1지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 이동장치는 상기 함침장치 또는 상기 건조장치에 구비될 수 있다.
상기 이동장치는 제1지지부와 연결되어 상기 제1지지부 상에 위치하는 상기 함침기재 또는 상기 겔화기재를 승강하여 상기 건조장치로 이동시킬 수 있다.
상기 건조장치는, 상기 함침기재 또는 상기 겔화기재를 수용하는 내부 공간을 갖는 건조장치 하우징; 상기 건조장치 하우징 내부에 구비된 코어고정장치; 및 상기 코어고정장치와 결합가능한 코어;를 포함할 수 있다.
상기 코어는 수축 또는 확장되는 것일 수 있다.
상기 건조장치는, 상기 건조장치 하우징에 위치하며 상기 코어의 축 방향을 향해 확장되거나 상기 코어의 축 방향의 반대방향으로 수축되는 하우징면 요동부를 더 포함할 수 있다.
상기 건조장치는, 상기 함침기재 또는 상기 겔화기재를 수용하는 내부 공간을 갖는 건조장치 하우징; 상기 건조장치 하우징 내부에 구비된 코어고정장치; 및 상기 코어고정장치와 결합되며 회전가능한 코어;를 포함할 수 있다.
상기 건조장치는, 상기 건조장치 하우징에 위치하며 회전가능한 하우징면 회전부;를 더 포함할 수 있다.
상기 함침장치는 상기 기재와 태엽형구분벽이 겹쳐져서 함께 권취되어 고정된 것인 구분벽권취고정기재를 수용할 수 있다.
상기 구분벽권취고정기재는 고정을 해제하면 상기 태엽형구분벽의 복원력에 의하여 상기 구분벽권취고정기재의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 형태로 권취의 정도가 느슨해질 수 있다.
상기 함침장치는 상기 기재의 위치를 가이드하는 하단구분벽 또는 상단구분벽을 더 포함할 수 있다. 상기 기재는 서로 이웃하는 기재들 사이를 따라 위치하는 상기 하단구분벽 또는 상기 상단구분벽을 따라 수용될 수 있다.
상기 건조장치는 상기 기재의 위치를 가이드하는 하단구분벽 또는 상단구분벽을 더 포함할 수 있다. 상기 기재는 서로 이웃하는 기재들 사이를 따라 위치하는 상기 하단구분벽 또는 상기 상단구분벽을 따라 수용될 수 있다.
상기 기재지지장치는 기재를 수용하는 내부공간을 갖는 기재지지장치 하우징; 및 상기 내부공간에 수용된 기재를 그 일 말단부터 순차로 상기 기재지지장치 하우징 외부로 인출시키는 기재인출구;를 포함할 수 있다.
상기 건조장치는 그 내부에 나선형가이드벽을 더 포함할 수 있다.
상기 건조장치는 상기 건조장치의 내부에 구비되는 가이드바코어; 상기 가이드바코어를 중심으로 회전하며 권취된 함침기재 또는 겔화기재의 권취된 정도를 느슨하게 풀어주는 회전형가이드바; 및 상기 회전형가이드바의 일단과 상기 가이드바코어를 연결하며 이들 사이의 거리를 조절하는 거리조절부;를 더 포함할 수 있다.
상기 에어로겔 복합체의 제조장치는 나선형 이동가이드를 더 포함할 수 있다.
상기 나선형 이동가이드는 상기 함침장치의 내부를 시점으로 하고 상기 건조장치의 내부를 종점으로 하는 나선형으로 상기 시점에서 상기 종점으로 갈수록 상기 나선의 중심으로부터의 거리가 증가하는 것일 수 있다.
상기 에어로겔 복합체의 제조장치는 나선형 이동가이드를 포함할 수 있다.
상기 나선형 이동가이드는 상기 함침장치의 내부 또는 상기 연결장치의 내부를 시점으로 하고 상기 건조장치의 내부를 종점으로 하는 나선형으로 상기 시점에서 상기 종점으로 갈수록 상기 나선의 중심으로부터의 거리가 증가하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조방법은, 함침장치 내에 수용된 기재에 졸 용액을 공급하여 졸 용액이 함침된 기재인 함침기재를 제조하는 함침단계; 이동장치를 적용하여 상기 함침기재를 상기 함침장치의 상부 또는 하부에 위치하는 건조장치에 삽입하는 이동단계; 상기 함침기재에 함유된 졸 용액의 겔화 및 숙성을 유도하여 겔화기재를 제조하는 에이징단계; 그리고 상기 겔화기재로부터 용매를 제거하여 에어로겔 복합체를 제조하는 건조단계;를 포함한다.
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 건조준비단계는, 상기 건조장치 내에 위치하는 코어의 수축 또는 확장에 의해 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 건조준비단계는, 상기 건조장치 내에 위치하는 코어의 회전에 의해 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 함침단계 이전에는 준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 준비단계는, 기재를 태엽형구분벽과 겹쳐 함께 권취하고 고정하여, 구분벽권취고정기재인 기재를 마련하는 단계일 수 있다.
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 건조준비단계는 상기 구분벽권취고정기재의 고정을 해제하고 상기 태엽형구분벽의 복원력을 적용하여 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 함침단계 이전에는 준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 준비단계는 기재를 기재인출구를 갖는 기재지지장치 내에 수용하는 단계일 수 있다.
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 건조준비단계는 상기 기재지지장치에 구비된 기재인출구를 통해 겔화기재의 그 일 말단이 인출되고, 인출된 겔화기재의 일 말단이 상기 건조장치 내에 위치하는 나선형가이드벽을 따라 이동하면서 상기 기재지지장치 내의 겔화기재가 순차 인출되는 과정을 통해, 서로 이웃하는 나선형가이드벽 사이에 상기 겔화기재가 위치하도록 이동하는 단계일 수 있다.
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 건조준비단계는 상기 건조장치 내에 구비된 회전형가이드바가 서로 이웃하는 겔화기재 사이를 이동하면서 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 이동단계는 상기 에어로겔 복합체의 제조장치 내부에 형성된 나선형 이동가이드를 따라 상기 함침기재의 일 말단이 이동하고, 상기 일 말단이 이동함에 따라 순차로 상기 함침기재의 타 말단까지 상기 건조장치 내로 이동하며, 서로 이웃하는 함침기재들 사이에 공간을 형성하며 상기 건조장치 내에 수용되는 단계일 수 있다.
상기 건조단계는 상기 겔화기재에 포함된 습윤겔로부터 용매를 제거하여 에어로겔을 형성하는 에어로겔형성과정을 포함한다.
상기 건조단계는, 상기 에어로겔형성과정 이전에, 상기 습윤겔에 포함된 용매를 치환하는 용매치환과정, 상기 습윤겔의 표면을 소수성으로 개질하는 개질과정, 또는 이 두 과정 모두를 더 포함할 수 있다.
상기 함침단계는 상기 기재에 졸 용액을 공급하는 용액공급과정과, 상기 용액이 공급된 기재에 가해지는 압력을 조절하여 함침기재를 제조하는 압력조절과정,을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조방법은 함침장치 내에 수용된 기재에 졸 용액을 공급하여 졸 용액이 함침된 기재인 함침기재를 제조하는 함침단계; 상기 함침기재에 함유된 졸 용액의 겔화 및 숙성을 유도하여 겔화기재를 제조하는 에이징단계; 이동장치를 적용하여 상기 겔화기재를 상기 함침장치의 상부 또는 하부에 위치하는 건조장치에 삽입하는 이동단계; 그리고 상기 겔화기재로부터 용매를 제거하여 에어로겔 복합체를 제조하는 건조단계;를 포함한다.
상기 이동단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 건조준비단계는, 상기 건조장치 내에 위치하는 코어의 수축 또는 확장에 의해 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 이동단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 건조준비단계는, 상기 건조장치 내에 위치하는 코어의 회전에 의해 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 함침단계 이전에는 준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 준비단계는, 기재를 태엽형구분벽과 겹쳐 함께 권취하고 고정하여, 구분벽권취고정기재인 기재를 마련하는 단계일 수 있다.
상기 이동단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 건조준비단계는 상기 구분벽권취고정기재의 고정을 해제하고 상기 태엽형구분벽의 복원력을 적용하여 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 함침단계 이전에는 준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 준비단계는 기재를 기재인출구를 갖는 기재지지장치 내에 수용하는 단계일 수 있다.
상기 이동단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 건조준비단계는 상기 기재지지장치에 구비된 기재인출구를 통해 겔화기재의 그 일 말단이 인출되고, 인출된 겔화기재의 일 말단이 상기 건조장치 내에 위치하는 나선형가이드벽을 따라 이동하면서 상기 기재지지장치 내의 겔화기재가 순차 인출되는 과정을 통해, 서로 이웃하는 나선형가이드벽 사이에 상기 겔화기재가 위치하도록 이동하는 단계일 수 있다.
상기 이동단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 건조준비단계는 상기 건조장치 내에 구비된 회전형가이드바가 서로 이웃하는 겔화기재 사이를 이동하면서 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 이동단계는 상기 에어로겔 복합체의 제조장치 내부에 형성된 나선형 이동가이드를 따라 상기 겔화기재의 일 말단이 이동하고, 상기 일 말단이 이동함에 따라 순차로 상기 겔화기재의 타 말단까지 상기 건조장치 내로 이동하며, 서로 이웃하는 겔화기재들 사이에 공간을 형성하며 상기 건조장치 내에 수용되는 단계일 수 있다.
상기 건조단계는 상기 겔화기재에 포함된 습윤겔로부터 용매를 제거하여 에어로겔을 형성하는 에어로겔형성과정을 포함한다.
상기 건조단계는, 상기 에어로겔형성과정 이전에, 상기 습윤겔에 포함된 용매를 치환하는 용매치환과정, 상기 습윤겔의 표면을 소수성으로 개질하는 개질과정, 또는 이 두 과정 모두를 더 포함할 수 있다.
상기 함침단계는 상기 기재에 졸 용액을 공급하는 용액공급과정과, 상기 용액이 공급된 기재에 가해지는 압력을 조절하여 함침기재를 제조하는 압력조절과정,을 포함할 수 있다.
본 발명의 에어로겔 복합체의 제조장치 및 이를 이용한 에어로겔 복합체의 제조방법은 공정 효율성을 향상시키고 겔의 뭉개짐 발생을 감소시키며 별도의 분리막을 사용하지 않고도 에어로겔 복합체의 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 단면 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치가 권취형 기재를 활용하여 에어로겔 복합체를 제조하는 과정을 보여주는 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 단면 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치가 권취형 기재를 활용하여 에어로겔 복합체를 제조하는 과정을 보여주는 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 단면 개략도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치가 권취형 기재를 활용하여 에어로겔 복합체를 제조하는 과정을 보여주는 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 단면 개략도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 단면 개략도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치가 권취형 기재를 활용하여 에어로겔 복합체를 제조하는 과정을 보여주는 개념도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 단면 개략도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 개략도.
도 12는 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치 내에서 권취된 기재의 이동 과정을 보여주는 개략도이고, (b)는 (a)에서 기재의 일 말단이 이동하는 경로를 보여주는 개념도(실선은 연결장치 등의 전면, 점선은 후면에서의 이동을 의미함).
도 13의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치에 포함되는 코어가 수축하는 모습을 설명하는 단면도이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치에 포함되는 하우징면 요동부가 수축하는 모습을 설명하는 단면도임.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치에 포함되는 상단구분벽이 확장되는 모습을 설명하는 단면도임((a)는 확장 전, (b)는 확장 후).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치가 권취형 기재를 활용하여 에어로겔 복합체를 제조하는 과정을 보여주는 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 단면 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치가 권취형 기재를 활용하여 에어로겔 복합체를 제조하는 과정을 보여주는 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 단면 개략도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치가 권취형 기재를 활용하여 에어로겔 복합체를 제조하는 과정을 보여주는 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 단면 개략도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 단면 개략도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치가 권취형 기재를 활용하여 에어로겔 복합체를 제조하는 과정을 보여주는 개념도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 단면 개략도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 개략도.
도 12는 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치 내에서 권취된 기재의 이동 과정을 보여주는 개략도이고, (b)는 (a)에서 기재의 일 말단이 이동하는 경로를 보여주는 개념도(실선은 연결장치 등의 전면, 점선은 후면에서의 이동을 의미함).
도 13의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치에 포함되는 코어가 수축하는 모습을 설명하는 단면도이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치에 포함되는 하우징면 요동부가 수축하는 모습을 설명하는 단면도임.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치에 포함되는 상단구분벽이 확장되는 모습을 설명하는 단면도임((a)는 확장 전, (b)는 확장 후).
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서 전체에서, “제1”, “제2” 또는 “A”, “B”와 같은 용어는 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다.
본 명세서 전체에서, A 상에/하에 B가 위치한다(A의 상부에/하부에 B가 위치한다)는 의미는 A 상에/하에 B가 위치하거나 그 사이에 다른 층이 위치하면서 A 상에/하에 B가 위치할 수 있다는 것을 의미하며 A의 표면에 맞닿게 B가 위치하는 것으로 한정되어 해석되지 않는다.
본 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서 전체에서, 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
본 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
도 1 내지 도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면 또는 이를 이용하여 에어로겔 복합체의 제조하는 과정을 설명하는 개략도이다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치에 대해 상세히 설명한다.
이하에서 기재는 권취된 기재를 위주로 설명하나, 이러한 설명이 본 발명의 기재에서 패널형 또는 판형 기재를 제외하는 것으로 이해되어서는 아니된다.
이하에서 기재는 기재지지장치에 삽입되거나 삽입되지 않은 상태로 함침장치에 삽입될 수 있으며, 별도의 기재지지장치에 대한 언급이 없더라도 기재지지장치는 기재와 함께 적용될 수 있는 구성으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치(900)은 기재(10) 또는 기재(10)를 내부에 수용하는 기재지지장치(100)가 삽입되며, 상기 기재(10) 또는 상기 기재(10)에 졸 용액이 함침된 기재인 함침기재(10)를 수용하는 함침장치(200); 상기 함침기재(10) 또는 상기 함침기재의 졸 용액이 겔화된 겔화기재(10)가 삽입되며, 상기 함침기재(10)가 겔화되어 습윤겔을 형성하고 상기 습윤겔의 용매가 제거되어 형성되는 에어로겔 복합체(10)를 수용하거나, 상기 겔화기재(10)에 포함된 습윤겔의 용매가 제거되어 형성되는 에어로겔 복합체(10)를 수용하는 것으로 상기 함침장치(200)의 상부 또는 하부에 위치하는 건조장치(400); 그리고 상기 함침장치(200) 내의 상기 함침기재(10) 또는 상기 겔화기재(10)를 상기 건조장치(400) 내에 삽입되도록 이동시키는 이동장치(300);를 포함한다.
상기 함침장치(200)와 상기 건조장치(400) 사이에는 연결장치(500)가 더 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 연결장치(500)의 일단은 상기 함침장치(200)의 일단과 연결되고 상기 연결장치(500)의 타단은 상기 건조장치(400)의 일단과 연결될 수 있다.
상기 에어로겔 복합체의 제조장치(900)는 함침장치(200)의 상부 또는 하부에 건조장치(400)를 위치시켜, 에어로겔 복합체 제조 공정 중에 필요에 따라 기재(10)를 장치 간 이동시켜 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로 상기 에어로겔 복합체의 제조장치(900)는 하단부터 상단의 순서로, 함침장치(200)-건조장치(400)를 포함할 수 있고, 건조장치(400)-함침장치(200)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 에어로겔 복합체의 제조장치(900)는 하단부터 상단의 순서로, 함침장치(200)-연결장치(500)-건조장치(400)를 포함할 수 있고, 건조장치(400)-연결장치(500)-함침장치(200)를 포함할 수 있다.
상기 함침장치(200)는 상기 기재(10) 또는 상기 기재지지장치(100)를 지지하는 제1지지부(210)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1지지부(210)는 상기 기재(10)를 지지 또는 고정하거나 상기 기재지지장치(100)를 지지 또는 고정할 수 있다. 구체적으로, 상기 기재(10) 또는 기재지지장치(100)를 이의 상부 또는 하부에서 제1지지부(210)가 위치하여 상기 기재(10) 또는 기재지지장치(100)가 상기 함침장치(200) 내에 위치하도록 한다.
상기 함침장치(200)는 상기 기재(10) 또는 기재지지장치(100)에 졸 용액을 공급하는 용액공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 함침장치(200)는 그 내부 또는 상기 기재지지장치(100)의 내부를 감압하는 감압장치(미도시) 또는 가압하는 가압장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 함침장치(200)는 그 내부 또는 상기 기재지지장치(100)의 내부를 가압하는 가압장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 함침장치(200)의 소재로는 내화학성이 있는 소재가 적용될 수 있고, 구체적으로 스테인리스 소재, 코팅된 금속 소재, 유리 또는 이들을 복합한 소재가 적용될 수 있다.
상기 함침장치(200)의 형태로는 내부에 기재(권취된 형태의 기재를 포함한다)나 기재지지장치를 포함할 수 있는 형태가 적용될 수 있고, 구체적으로 원통형, 또는 직사각형 형태일 수 있다.
상기 이동장치(300)는 상기 함침장치(200) 또는 상기 건조장치(400)에 구비될 수 있다.
상기 이동장치(300)는 상기 함침장치(200) 또는 상기 건조장치(400)의 내부에 구비될 수 있다.
상기 이동장치(300)는 상기 함침장치 하우징(220) 또는 상기 건조장치 하우징(420)과 일체로 구비될 수 있다.
상기 이동장치(300)는 상기 함침장치(200) 또는 상기 건조장치(400)의 외부에 구비되어 상기 함침장치(200) 내에 위치하는 상기 함침기재(10) 또는 상기 겔화기재(10)를 상기 건조장치(400) 내에 삽입되도록 이동시킬 수 있다.
상기 이동장치(300)는 제1지지부(210)와 연결되어 상기 제1지지부(210) 상에 위치하는 상기 함침기재(10) 또는 상기 겔화기재(10)를 승강하여 상기 건조장치(400)로 이동시킬 수 있다.
상기 제1지지부(210)는 별도의 기재지지장치를 적용하지 않은 상태로 상기 함침기재(10) 또는 상기 겔화기재(10)가 상기 함침장치(200) 내에 위치하거나, 기재지지장치(100)가 그 상단과 하단이 개방되어 있는 경우 이의 지지 또는 고정하는 역할을 할 수 있다.
상기 제1지지부(210)의 소재로는 내화학성이 있는 소재가 적용될 수 있고, 구체적으로 스테인리스 소재, 코팅된 금속 소재, 유리 또는 이들을 복합한 소재가 적용될 수 있다.
기재지지장치(100) 내에 상기 기재(10)를 위치시킨 후 졸 용액의 함침 또는 함침-겔화를 진행해 상기 기재가 함침기재 또는 겔화기재가 되었을 때, 상기 기재지지장치(100)를 제거하여 상기 함침기재(10) 또는 상기 겔화기재(10)가 별도의 분리막 없이 상기 함침장치(200) 내에 수용되어 있을 수 있다. 이러한 경우에도 위의 제1지지부(210)는 상기 함침기재(10) 또는 상기 겔화기재(10)를 지지하며 겔의 손상을 최소화하며 상기 건조장치(400)로 상기 함침기재(10) 또는 상기 겔화기재(10)를 이동시킬 수 있다.
상기 건조장치(400)는 상기 함침기재(10) 또는 상기 겔화기재(10)를 수용하는 내부 공간을 갖는 건조장치 하우징(420)을 포함하며, 상기 함침기재(10) 또는 상기 겔화기재(10)를 그 내부 공간에 수용한다.
상기 함침기재(10) 또는 상기 겔화기재(10)는 상기 함침장치(200)로부터 상기 건조장치(400)로 이동하는 과정에서 또는 이동한 후에 서로 이웃하는 기재들 사이에 충분한 공간을 두거나 분리수단이 상기 기재들 사이에 오도록 하여, 별도의 분리막(이형지)을 적용하지 않고도 표면특성이 우수한 에어로겔 복합체(10)를 제조할 수 있다.
상기 연결장치(500)에는 상기 함침장치(200)와 상기 건조장치(400) 사이의 유체의 흐름을 차단하는 차단장치(미도시)를 더 포함할 수 있고, 구체적으로 상기 차단장치는 밸브(510)일 수 있으며, 구체적으로 게이트 밸브(슬루스 밸브), 나이프 게이트 밸브 등이 적용 가능하다.
도 1 내지 4를 참고하면, 상기 건조장치(400)는 상기 건조장치 하우징(420) 내부에 구비된 코어고정장치(610); 및 상기 코어고정장치(610)와 결합가능한 코어(620);를 더 포함할 수 있다.
상기 코어(620)는 수축 또는 확장될 수 있다. 상기 코어의 수축 또는 확장은 코어의 축에 직각 방향으로 코어의 최외각 면을 기준으로 하는 단면적의 넓이가 좁아지거나 넓이지는 것을 의미한다.
구체적으로 상기 코어(620)는 복수개의 조각을 포함하여 서로 이웃하는 조각끼리 이격되거나 중첩됨으로써 상기 코어가 수축 또는 확장될 수 있다(도 13 참고).
상기 코어(620)는 코어 중심 방향으로 수축될 수 있다.
상기 코어(620)는 코어중심부(622)와 상기 코어중심부(622)를 감싸는 코어분리부(624)를 더 포함할 수 있다. 상기 코어(620)는 상기 코어중심부(622)를 중심으로 코어분리부(624)의 위치를 변경하거나(도 13의 (a) 참고), 상기 코어분리부를 제거함으로써 상기 코어(620)는 실질적으로 수축되는 것과 유사한 효과를 얻을 수 있다.
상기 건조장치(400)는, 상기 건조장치 하우징(420)에 위치하며 상기 코어 방향으로 확장되거나 상기 건조장치 하우징 방향으로 수축되는 하우징면 요동부(640)을 더 포함할 수 있다(도 13 참고).
상기 하우징면 요동부(640)은 복수개의 조각들을 포함하고, 서로 맞닿아 있는 상기 복수개의 조각들이 서로 이격되면서 상기 하우징면 요동부(640)가 확장될 수 있고, 서로 중첩되면서 상기 하우징면 요동부(640)가 수축될 수 있다.
상기 하우징면 요동부(640)는 상기 코어를 기준으로 상기 건조장치 하우징 방향으로 수축될 수 있고, 이 때, 상기 코어의 축을 기준으로 수직하는 단면적의 넓이가 좁아질 수 있다.
상기 하우징면 요동부(640)는 고정벽(642)과 분리되는 복수개의 요동분리벽(644)을 더 포함할 수 있고, 상기 요동분리벽(644)이 상기 고정벽(642)과 가까워지도록 위치를 변경하여 건조장치 내부단면적(646)이 넓어질 수 있고(도 13의 (b) 참고), 상기 요동분리벽(644)이 제거되는 방법으로 실질적으로 하우징면 요동부(640)가 수축되고 건조장치 내부단면적(646)이 넓어지는 효과를 얻을 수 있다.
상기 건조장치(400)는, 상기 함침기재(10) 또는 상기 겔화기재(10)를 수용하는 내부 공간을 갖는 건조장치 하우징(420); 상기 건조장치 하우징(420) 내부에 구비된 코어고정장치(610); 및 상기 코어고정장치(610)와 결합되며 회전가능한 코어(620);를 포함할 수 있다.
상기 코어(620)는 회전가능하며, 구체적으로 상기 코어의 길이방향 중심을 축으로 회전할 수 있다.
상기 건조장치(400)는, 상기 건조장치 하우징(420)에 위치하며 회전가능한 하우징면 회전부(640);를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징면 회전부(640)는 상기 코어(620)의 길이방향 중심을 축으로 회전할 수 있다.
상기 코어, 코어고정장치, 하우징면 요동부, 또는 하우징면 회전부의 소재는 내화학성이 있는 소재가 적용될 수 있고, 구체적으로 스테인리스 소재, 코팅된 금속 소재, 유리 또는 이들을 복합한 소재가 적용될 수 있다.
상기 코어(620)는 상기 건조장치(400)의 하단면 상에 고정될 수 있다.
상기 코어(620)는 상기 건조장치(400)의 상단면 하에 고정될 수 있다.
상기 코어(620)는 상기 제1지지부(210) 상에 고정될 수 있다.
상기 코어(620)는 상기 코어의 일 말단에 기재가 미리 정해진 위치로 잘 이동될 수 있도록 가이드하는 코어가이드(630)를 더 포함할 수 있다.
도 5 내지 7를 참고하면, 상기 함침장치(200)는 상기 기재(10)와 태엽형구분벽(740)이 겹쳐져서 함께 권취되어 고정된 것인 구분벽권취고정기재(20)를 수용할 수 있다.
이때, 상기 기재(10)와 상기 태엽형구분벽(740)은 각각 대략 직육면체 형태로 일정한 두께와 폭 그리고 길이를 갖고, 이들을 폭-길이 면으로 상하로 겹쳐지게 위치시킨 후 폭에 해당하는 일 말단부터 말아서 권취시킬 수 있다. 이렇게 상기 기재(10)와 상기 태엽형구분벽(740)을 함께 권취시키면 상기 일 말단의 폭 방향과 수직한 면인 권취된 기재의 단면을 기준으로 보았을 때 기재(10)와 이웃하는 기재(10) 사이에 태엽형구분벽(740)이 위치하게 된다.
상기 고정은 권취된 상태가 풀리지 않도록 고정하면 족하며, 통상의 고정부재가 적용될 수 있다. 구체적으로, 상기 고정은 구분벽고정부(745)를 적용하여 서로 맞닿는 태엽형구분벽(740)을 고정하는 방법으로 진행될 수 있다.
상기 태엽형구분벽과 상기 고정부재의 소재로는 내화학성이 있는 것이라며 적용될 수 있고, 구체적으로 스테인리스 소재, 코팅된 금속 소재, 유리 또는 이들을 복합한 소재가 적용될 수 있다.
상기 구분벽권취고정기재(20)는 기재의 함침이 완료되거나 겔화가 진행 중 또는 진행이 완료된 후에 상기 고정이 해제될 수 있다.
상기 구분벽권취고정기재(20)는 상기 연결장치(500)로 이동하는 과정에서 또는 이동된 후에 상기 고정이 해제될 수 있다.
상기 구분벽권취고정기재(20)는 상기 건조장치(400)로 이동하는 과정에서 또는 이동된 후에 상기 고정이 해제될 수 있다.
상기 구분벽권취고정기재(20)는 상기 건조장치(400)로 이동된 후에 상기 고정이 해제될 수 있다.
상기 고정의 해제는 위에서 설명한 코어(620)의 수축 또는 확장과 함께 적용될 수 있다.
상기 고정의 해제는 위에서 설명한 코어(620)의 회전과 함께 적용될 수 있다.
상기 고정의 해제는 위에서 설명한 하우징면 요동부(640)의 수축과 함께 적용될 수 있다.
상기 고정의 해제는 위에서 설명한 위에서 설명한 하우징면 회전부(640)의 회전과 함께 적용될 수 있다.
상기 구분벽권취고정기재(20)는 고정을 해제하면 상기 태엽형구분벽(740)의 복원력에 의하여 고정된 상태의 구분벽권취고정기재의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 형태로 권취(말림, wind, roll)의 정도가 느슨해질 수 있다.
이때 느슨해지는 정도는 태엽형구분벽(740)의 복원력의 정도, 권취 회수, 기재의 두께 등에 따라 달라질 수 있으나, 고정된 상태의 구분벽권취고정기재 직경 100을 기준으로 권취가 느슨해진 후의 구분벽권취고정기 직경이 105 내지 150의 길이비를 가질 수 있다.
상기 함침장치(200)는 상기 기재(10)의 위치를 가이드하는 하단구분벽(720)을 더 포함할 수 있다.
상기 함침장치(200)는 상기 기재(10)의 위치를 가이드하는 상단구분벽(730)을 더 포함할 수 있다.
상기 함침장치(200)는 상기 기재(10)의 위치를 가이드하는 하단구분벽(720) 및 상단구분벽(730)을 더 포함할 수 있다.
상기 기재(10)는 서로 이웃하는 기재들 사이를 따라 위치하는 상기 하단구분벽(720) 또는 상기 상단구분벽(730)을 따라 수용될 수 있다.
상기 하단구분벽(720) 또는 상단구분벽(730)은 서로 이웃하는 기재들을 공간적으로 분리하고 공정 과정에서 위치가 쉽게 이동되거나 무너지지 않게 지지하는 역할을 한다.
상기 건조장치(400)는 상기 기재(10)의 위치를 가이드하는 하단구분벽(720)을 더 포함할 수 있다.
상기 건조장치(400)는 상기 기재(10)의 위치를 가이드하는 상단구분벽(730)을 더 포함할 수 있다.
상기 건조장치(400)는 상기 기재(10)의 위치를 가이드하는 하단구분벽(720) 및 상단구분벽(730)을 더 포함할 수 있다.
상기 기재(10)는 서로 이웃하는 기재들 사이를 따라 위치하는 상기 하단구분벽(720) 또는 상기 상단구분벽(730)을 따라 수용될 수 있다.
상기 하단구분벽(720) 또는 상단구분벽(730)은 서로 이웃하는 기재들을 공간적으로 분리하고 공정 과정에서 위치가 쉽게 이동되거나 무너지지 않게 지지하는 역할을 한다.
상기 하단구분벽(720), 상단구분벽(730) 또는 이들 모두는 각각 복수개의 구분벽조각(732)을 더 포함할 수 있고, 상기 구분벽조각은 건조장치 하우징(420)과 가까워지도록 위치가 변경되어, 기재의 권취 정도가 느슨해지게 할 수 있다(도 14 참조).
도 8 및 9를 참고하면, 상기 에어로겔 복합체의 제조장치(900)는 기재인출구를 포함하는 기재지지장치(100)를 수용할 수 있다.
상기 기재지지장치(100)는 기재를 수용하는 내부공간을 갖는 기재지지장치 하우징(120); 및 상기 내부에 수용된 기재가 그 일 말단부터 상기 기재지지장치 하우징 외부로 인출되는 기재인출구(110);를 포함한다.
구체적으로, 상기 기재지지장치는 원통형 기재지지장치(100)로, 상기 기재지지장치(100)는 기재를 수용하는 내부공간을 갖는 기재지지장치 하우징(120); 및 상기 내부에 수용된 권취된 기재가 그 일 말단부터 상기 기재지지장치 하우징 외부로 권출(捲出; unwind, unroll)되는 기재인출구(110);를 포함할 수 있다.
상기 원통형 기재지지장치(100)는 기재코어(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 기재코어는 기재를 권취할 때 그 중심이 될 수 있다.
상기 기재코어는 상기 함침장치(200) 또는 상기 건조장치(400)에 위치하는 상기 코어(620)와 연결될 수 있다. 구체적으로 상기 기재코어는 상단, 하단, 또는 상하단이 개방된 구조로 상기 코어(620)가 삽입될 수 있다. 구체적으로 상기 기재코어는 상기 코어(620)와 별도의 연결부를 통해 고정되는 것일 수 있다.
상기 기재코어는 그 단면의 최외각면 형태에는 그 제한이 없으나, 원통형, 반원형, 톱니형 또는 다각형 형태가 될 수 있고, 구체적으로 원통형일 수 있다.
상기 건조장치(400)는 그 내부에 나선형가이드벽(750)을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 나선형가이드벽(750)은, 상기 기재지지장치(100)의 기재인출구(110)를 통해 인출되는 기재(10)를 상기 나선형가이드벽(750)의 서로 이웃하는 두 벽 사이의 공간에 수용할 수 있다. 이때 기재(10)는 함침기재 또는 겔화기재일 수 있고, 에어로겔 복합체일 수 있다.
도 10을 참고하면, 상기 건조장치(400)는 상기 건조장치의 내부에 구비되는 가이드바코어(770); 상기 가이드바코어(770)를 중심으로 회전하며 권취된 함침기재(10) 또는 겔화기재(10)의 권취된 정도를 느슨하게 풀어주는 회전형가이드바(760); 및 상기 회전형가이드바(760)의 일단과 상기 가이드바코어(770)를 연결하며 이들 사이의 거리를 조절하는 거리조절부(765);를 더 포함할 수 있다.
상기 회전형가이드바(760)는 구체적으로 서로 이웃하는 기재들 사이를 이동하면서 이들 사이의 공간을 형성해 단단하게 권취된 기재를 느슨하게 풀어주는 역할을 할 수 있다. 이러한 회전형가이드바(760)가 이동하면서 기재(10)의 표면이 정리되어 표면 특성이 우수한 기재를 얻을 수 있다.
상기 거리조절부(765)는 상기 회전형가이드바(760)의 일단과 연결되고 회전형가이드바(760)의 타단은 미리 설정된 나선 형태로 설치된 레일인 나선형 레일(미도시)을 따라 움직일 수 있다. 상기 나선형 레일은 제1지지부(210), 제2지지부(410), 또는 이들 모두에 설치되는 것일 수 있고, 상기 건조장치(400) 내에 별도로 설치되는 것일 수도 있다.
상기 거리조절부(765)는 상기 회전형가이드바(760)의 일단과 연결된 제1거리조절부(765)와 상기 회전형가이드바(760)의 타단과 연결된 제2거리조절부(765)를 통해 상기 가이드바코어(620)와 연결될 수 있다.
도 11 및 12를 참고하면, 상기 에어로겔 복합체의 제조장치(900)에는 나선형 이동가이드(780)가 더 포함될 수 있다.
상기 나선형 이동가이드(780)는 상기 함침장치(200)의 내부를 시점으로 하고 상기 건조장치(400)의 내부를 종점으로 하는 나선형으로 상기 시점에서 상기 종점으로 갈수록 상기 나선의 중심으로부터의 거리가 증가하는 것일 수 있다.
상기 나선형 이동가이드(780)는 상기 함침장치(200)의 내부 또는 상기 연결장치(500)의 내부를 시점으로 하고 상기 건조장치(400)의 내부를 종점으로 하는 나선형으로 상기 시점에서 상기 종점으로 갈수록 상기 나선의 중심으로부터의 거리가 증가하는 것일 수 있다.
권취된 기재를 예를 들어 설명하면, 상기 권취된 기재(10)의 일단이 상기 나선형 이동가이드(780)를 따라서 나선형으로 회전하면서 상승 또는 하강하여 이동하면, 권취된 정도가 느슨해지면서 서로 이웃하는 기재들 사이에 공간이 확보될 수 있다. 구체적으로, 함침장치(200) 내에 권취된 기재(10)가 상기 나선형 이동가이드(780)를 따라 이동하고, 이동이 완료되어 상기 건조장치(400) 내에 상기 기재가 위치할 수 있다.
상기 건조장치(400) 내에 위치하는 권취된 기재는 느슨하게 권취된 상태로, 상기 함침장치 내에서 권취된 기재의 직경 100을 기준으로 상기 건조장치 내에 위치하는 권취된 기재의 직경은 105 내지 150의 길이비를 가질 수 있다.
상기 나선형 이동가이드(780)의 일단은 상기 함침장치 하우징(220) 또는 상기 함침장치(200) 내에 위치하는 기재지지장치(100)와 연결될 수 있다. 상기 나선형 이동가이드(780)의 타단은 상기 건조장치 하우징(420) 또는 상기 건조장치 내에 위치하는 이동가이드 고정장치(미도시)와 연결될 수 있다.
구체적으로, 함침장치(200)가 하단에 위치하고 건조장치(400)가 상단에 위치하며, 상기 권취된 기재(10)가 상기 나선형 이동가이드(780)를 따라 나선형으로 회전하면서 상승하여 건조장치(400)로 이동시키는 것과 동시에, 이동장치(300)는 상기 상승하며 상기 권취된 기재 전체를 건조장치(400)로 이동시킬 수 있다.
상기 함침장치(200)에 제1지지부(210)가 구비되는 경우, 상기 제1지지부(210)는 상기 권취된 기재의 나선형 이동가이드(780)에 따른 이동과 동시에 상승할 수 있고, 상기 권취된 기재는 리본이 풀리는 것과 같은 형상으로 느슨하게 권취된 상태로 상기 건조장치(400)로 이동될 수 있다.
상기 함침장치(200)와 상기 건조장치(400)는 각각 그 내부 공간의 단면이 사각형일 수 있고, 원형일 수 있다. 상기 기재(10)로 권취된 기재를 적용하는 경우 상기 함침장치(200)와 상기 건조장치(400)의 내부 공간은 그 단면이 원형으로 적용될 수 있다.
상기 함침장치의 일단과 연결되는 상기 건조장치 일단의 단면적은 상기 함침장치 일단의 단면적과 같거나 큰 것일 수 있다.
구체적으로 상기 함침장치 일단의 단면적과 상기 건조장치의 일단의 단면적의 면적 비는 1: 1 내지 10일 수 있다.
상기 에어로겔 복합체의 제조장치(900)가 연결장치(500)를 더 포함하는 경우, 상기 연결장치의 일단과 연결되는 상기 건조장치 일단의 단면적은 상기 연결장치의 타단과 연결되는 상기 함침장치 일단의 단면적과 같거나 큰 것일 수 있다.
구체적으로 상기 함침장치 일단의 단면적과 상기 건조장치의 일단의 단면적의 면적 비는 1: 1 내지 10일 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치(900)를 적용하여 에어로겔 복합체를 제조하는 방법을 도면을 참고해 설명한다.
도 1의 (a)는 함침장치(200)와 건조장치(400)가 각각 서로의 하단과 상단에 위치하며 서로 연결된 에어로겔 복합체의 제조장치(900)의 개략도이고, (b)는 상기 함침장치(200)와 건조장치(400) 사이에 별도의 연결장치(500)를 적용한 에어로겔 복합체의 제조장치(900)의 개략도이다.
도 1과 2를 참조하면, 상기 에어로겔 복합체의 제조장치(900)는 상기 함침장치(200) 내부에 구비된 이동장치(300)와 상기 이동장치(300)에 의해 상승 또는 하강되는 제1지지부(210), 그리고 상기 제1지지부 상에 위치하는 권취된 기재(10)를 포함할 수 있다.
상기 건조장치(400)는 그 내부에 코어고정장치(610), 상기 코어고정장치에 의해 고정된 코어(620), 그리고 상기 코어의 일 말단과 연결되어 상기 권취된 기재의 중심에 상기 코어가 삽입되도록 유도하는 코어가이드(630)를 포함할 수 있으며, 하우징면 회전부(640)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제2지지부(410)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 함침장치(200)와 상기 건조장치(400) 사이의 유체의 흐름을 차단할 수 있는 밸브(510)도 더 포함될 수 있다.
상기 함침장치(200)에 권취된 기재(10)가 삽입되고, 졸 용액을 상기 기재 또는 상기 함침장치에 졸 용액을 공급하여 기재가 졸 용액으로 함침된 함침기재(10)를 형성한다. 또한, 상기 함침장치 내를 감압 또는 가압하여 함침 진행을 돕고 함침기재 내의 기포 생성을 최소화하며, 상기 기재 내에 졸 용액의 함침이 충분하게 이루어지도록 한다.
상기 함침기재(10)는 겔화가 진행된 후 또는 겔화 진행 과정에서 이동장치(300)에 의해 함침장치(200)에서 건조장치(400)로 이동한다. 이 때, 코어가이드(630)는 상기 건조장치(400) 내에 미리 정해진 위치에 상기 함침기재(또는 겔화기재)가 위치할 수 있도록 유도하고, 함침기재(또는 겔화기재)의 이동 과정에서 코어 내부로 삽입될 수 있다.
이동된 상기 함침기재(또는 겔화기재)는 코어(620)의 회전과 하우징면 회전부(640)의 회전에 의해 권취가 느슨해지며 서로 이웃하는 기재들 사이에 공간이 형성될 수 있다. 이때 코어(620)의 회전과 하우징면 회전부(640)의 회전은 서로 반대 방향으로 진행될 수 있다.
충분하게 권취 정도가 느슨해지면, 상기 겔화기재(10)에 건조과정이 진행된다. 상기 건조과정은 상기 겔화기재 내에 포함된 습윤겔에서 용매를 제거하여 에어로겔로 만드는 과정이다. 이 때, 필요에 따라 세척, 용매교환, 개질 등의 과정이 선택적으로 더 적용될 수 있다. 이렇게 건조가 완료된 겔화기재는 에어로겔 복합체로 제조된다.
도 3과 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치(900)는 건조장치(400), 상기 건조장치 상에 연결장치(500), 그리고 상기 연결장치 상에 함침장치(200)를 포함한다. 이동장치(300)는 건조장치(400) 내에 위치할 수 있다.
상기 함침장치(200)는 그 내부에 제1지지대(210)와 상기 제1지지대 상에 위치하는 코어고정장치(610), 상기 코어고정장치에 의해 고정되는 코어(620)를 포함할 수 있다.
상기 건조장치(400)는 그 내부에 제2지지부(410)와 하우징면 회전부(640)를 더 포함할 수 있다.
상기 따른 에어로겔 복합체의 제조장치(900)는 상기 함침장치(200)에 권취된 기재(10)를 삽입하고 졸 용액을 공급하여 기재(10)를 함침시킨다. 이때, 상기 함침장치(200) 내부를 감압 또는 가압하여 기포 생성이 최소화되고 기재 전체적으로 고르게 졸 용액이 함침된 함침기재(10)를 얻을 수 있다. 함침기재(10)는 겔화를 진행하는 과정에서 또는 겔화가 완료된 후에 이동장치에 의해 그 위치가 하강하며 건조장치로 이동될 수 있다. 건조장치로 이동된 겔화기재(10)는 코어가 수축 또는 회전하고 하우징면 회전부가 회전하며 발생하는 회전력에 의해 서로 이웃하는 기재들 사이에 공간이 생기며 권취의 정도가 느슨해질 수 있다. 이러한 겔화기재(10)는 건조공정이 진행되는데, 겔화기재 내의 습윤겔로부터 용매를 제거해 에어로겔로 만들 수 있다. 이 때, 필요에 따라 세척, 용매교환, 개질 등의 과정이 선택적으로 더 적용될 수 있다. 이렇게 건조가 완료된 겔화기재는 에어로겔 복합체로 제조된다.
도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치(900)로, 함침장치(200) 상에 연결장치(500), 상기 연결장치 상에 건조장치(400)가 위치한 것이고, 도 6은 연결장치의 적용이 없는 에어로겔 복합체의 제조장치(900)이다.
도 5와 6을 참조하면, 상기 함침장치(200)는 그 내부에 이동장치(300)와 상기 이동장치 상에 위치하는 제1지지대(210)를 포함할 수 있다. 상기 제1지지대(210) 상에는 수용되는 기재의 형상에 따라 배치된 하단구분벽(720)이 더 설치될 수 있다.
상기 건조장치(400)는 제2지지부(410)가 위치할 수 있으며, 상단구분벽(730)이 위치하는 구분벽지지대(710)가 더 포함될 수 있다. 상기 함침장치(200)에 삽입되는 기재(10)는 권취된 형태로, 태엽형구분벽(740)과 함께 권취된 것일 수 있다.
태엽형구분벽(740)과 함께 기재(10)가 권취되어 고정된 구분벽권취고정기재(10)는 함침장치의 제1지지부(210) 상에 위치되고 공급되는 졸 용액에 의해 함침되어 함침기재(10)를 형성한다. 이 때, 상기 함침장치 내부를 감압 또는 가압하여 상기 함침기재의 함침이 충분하게 진행되고 혹시 발생할 수 있는 함침기재 내의 기포 발생을 최소화시킬 수 있다.
함침기재(10)는 겔화되는 과정에서 또는 겔화가 진행된 후에 이동장치(300)가 상승하는 방법으로 건조장치 내로 이동된다. 이 때, 상기 건조장치(400) 내에 상단구분벽(730)이 더 형성되어 있는 경우에는 상기 태엽형구분벽(740)과 상기 상단구분벽(730)이 매칭되어 함침기재(10)가 상기 건조장치(400) 내에 적절한 위치에 위치될 수 있도록 도울 수 있다.
건조장치(400)로 이동된 함침기재(또는 겔화기재)는 태엽형구분벽(740)과 함께 기재(10)가 권취된 상태로, 태엽형구분벽(740) 또는 이에 설치된 별도의 구분벽고정부(745)의 고정 해제에 의해 느슨하게 권취된 상태로 바뀔 수 있다. 상기 태엽형구분벽(740)이 복원력은 상기 구분벽권취고정기재(10)의 권취 정도가 느슨해질 수 있도록 도우며, 서로 이웃하는 기재들 사이에 태엽형구분벽(740)이 위치하며 느슨하게 권취된 기재(10)는 상단구분벽(730), 하단구분벽(720), 또는 이들 모두의 이동으로 더 느슨하게 권취되어 서로 이웃하는 기재들 사이에 충분한 공간이 확보될 수 있다.
상기 건조장치(400) 내에 위치하는 기재(10)가 충분히 겔화되어 겔화기재(10)가 되면, 상기 건조공정이 진행되는데, 겔화기재 내의 습윤겔로부터 용매를 제거해 에어로겔로 만들 수 있다. 이 때, 필요에 따라 세척, 용매교환, 개질 등의 과정이 선택적으로 더 적용될 수 있다. 이렇게 건조가 완료된 겔화기재는 에어로겔 복합체로 제조된다.
상기 건조과정 전에 또는 상기 건조과정이 진행되는 과정에서 상기 태엽형구분벽(740)은 제거될 수 있고, 제거되지 않을 수 있다. 상기 태엽형구분벽이 제거되지 않고 건조 세척 등의 과정이 진행되는 경우, 상기 태엽형구분벽은 유체투과성을 갖는 것이 좋으며, 구체적으로 유체투과성 막, 스테인레스 망, 또는 코팅된 금속망이 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치(900)로, 건조장치(400) 상에 연결장치(500), 상기 연결장치 상에 함침장치(200)가 위치한 것으로, (a)는 기재(10)가 함침장치(200)로부터 건조장치(400)로 이동하는 모습이고, (b)는 건조장치(400) 내에서 기재(10)의 권취 정도가 느슨하게 된 모습을 보여주는 도면이다. 도 7의 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치(900)를 이용해 에어로겔 복합체(10)를 제조하는 경우는 위의 도 5와 6에서 설명한 것과 대체로 유사하므로 차이점을 위주로 설명한다.
상부에 위치하는 함침장치(200)에서 하부에 위치하는 건조장치(400)로 기재가 이동할 때, 구분벽지지대(710)와 상기 구분벽지지대에 설치된 상단구분벽(730)이 기재(10)와 함께 이동할 수 있다. 건조장치(400)로 이동된 구분벽지지대(710)는, 건조장치(400) 내에서 또는 건조장치(400)로 이동하는 과정에서 권취된 기재의 중심을 기준축으로 하였을 때 상기 기준축에 수직한 방향으로 구분벽지지대(710)가 확장될 수 있다. 상기 구분벽지지대(710)의 확장은 하단구분벽(720) 또는 상단구분벽(730)의 이동에 따라 진행될 수 있다. 구체적으로, 상기 하단구분벽 또는 상단구분벽은 구분벽조각의 집합으로 구성될 수 있는데, 이들 구분벽조각들의 상대적인 위치가 변경되면서 전체적인 상단구분벽(730) 또는 하단구분벽(720)의 위치가 변경될 수 있고, 이에 따라 구분벽지지대(710)의 위치도 변경될 수 있으며, 이에 따라 기재(10)도 더 느슨하게 권취되는 형태로 위치가 변경될 수 있다.
도 14를 참조하면, 상단구분벽(730)이 다수의 상단구분벽조각(732)으로 구성되어 나선형의 형태로 위치하다가, 상기 상단구분벽 조각들의 위치가 상기 건조장치(400)의 하우징 방향으로 이동하면서, 전체적으로 상기 상단구분벽(730)의 모양이 확장되는 효과를 얻을 수 있다. 이때, 상기 구분벽지지대(710)는 상기 상단구분벽조각(732)과 대응되도록 이동하거나 확장될 수 있다.
도 8는 본 발명에 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치(900)로, 기재인출구(110)를 포함하는 기재지지장치(100)를 적용한 것으로, 함침기재(10) 내에 설치된 이동장치(300), 상기 이동장치와 연결되어 이동되는 제1지지부(210)를 포함한다. 상기 함침장치(200)와 상기 건조장치(400) 사이에는 연결장치(500)가 더 포함되며, 상기 연결장치(500)에는 함침장치 하우징(520)과 상기 함침장치와 상기 건조장치 사이의 유체의 흐름을 차단하며 개폐 가능한 밸브(510)가 더 포함될 수 있다. 상기 건조장치(400)에는 상기 기재지지장치(100)가 위치할 수 있는 공간을 감싸며 상단에서 보면 나선형인 나선형가이드벽(750)이 더 설치될 수 있다. 도 9는 도 8의 장치를 이용하여 에어로겔 복합체를 제조하는 과정을 보여주는 개념도이다.
도 8 및 9를 참조하면, 함침장치(200) 상에 건조장치(400)가 위치하는 에어로겔 복합체의 제조장치(900)로 기재지지장치(100)와 상기 기재지지장치에 삽입되는 권취된 기재(10)가 함침장치(200)로 삽입된다. 상기 기재지지장치(100)는 이동장치(300)와 연결되는 제1지지부(210) 상에 위치될 수 있으며, 졸 용액이 공급되면서 기재가 함침되어 함침기재(10)가 제조될 수 있다.
상기 함침기재(10)는 상기 기재지지장치(100) 내에 수용된 상태로 이동장치(300)에 의해 건조장치(400)로 이동된다. 상기 건조장치(400)가 나선형가이드벽(750)의 중앙 부분에 상기 기재지지장치(100)를 수용하면, 상기 기재지지장치(100) 내에서 겔화가 진행중인 또는 겔화가 완료된 기재의 일 말단이 상기 기재인출구(110)를 통해 상기 기재지지장치(100) 밖으로 인출된다. 인출된 상기 기재(10)는 나선형가이드벽(750)을 따라 나선형으로 느슨하게 권취되며 이웃하는 기재와 기재 사이에 상기 나선형가이드벽(750)이 위치하도록 이동된다. 이러한 방법으로 상기 기재는 이웃하는 기재들 사이에 충분한 공간이 확보 가능하며, 이후 건조과정이 진행될 수 있다.
겔화기재 내의 습윤겔은 상기 건조과정으로 용매를 제거해 에어로겔로 제조될 수 있으며, 필요에 따라 세척, 용매교환, 개질 등의 과정이 선택적으로 더 적용될 수 있다. 이렇게 건조가 완료된 겔화기재는 에어로겔 복합체로 제조된다.
상기 나선형가이드벽(750)은 유체투과성인 것이 적용될 수 있으며, 구체적으로 유체투과성 막, 스테인레스 망, 또는 코팅된 금속망이 적용될 수 있다.
도 10은 본 발명에 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치(900)의 건조장치(400) 내에 가이드바코어(770), 회전형가이드바(760), 및 거리조절부(765)를 포함하는 것을 보여주는 개략도이다.
상기 가드바코어(770)는 건조장치(400)의 중앙에 위치할 수 있고, 회전형가이드바(760)와 거리조절부(765)에 의하여 연결되어 상기 거리조절부(765)에 의하여 가이드바코어(770)와 회전형가이드바(760) 사이의 거리가 조절되면서 상기 가이드바코어(770)를 중심으로 회전할 수 있다.
상기 회전형가이드바(760)는 권취된 기재가 건조장치(400) 내로 삽입되었을 때 기재의 최외각 일 말단부터 서로 이웃하는 두 기재 사이로 이동하며 기재의 권취 정도를 느슨하게 할 수 있다.
도 11은 본 발명에 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조장치(900)로, 그 내부에 나선형 이동가이드(780)가 설치된 모습을 개략적으로 보여주는 개념도이고, 도 12는 나선형 이동가이드(780)가 포함된 에어로겔 복합체의 제조장치(900)를 적용하여 권취된 기재가 이동하는 모습을 정면에서 본 개념도(a)와 상기 (a)의 기재 최외각 일 말단이 이동한 경로를 보여주는 개념도(b)이다.
도 11 및 12를 참조하면, 하단의 함침장치(200) 내에 위치하는 권취된 기재(10)가 함침되고 겔화가 진행 중이거나 겔화가 완료된 경우, 그 기재(10)를 연결장치(500)-건조장치(400) 또는 함침장치(200)-연결장치(500)-건조장치(400)의 내부에 나선형으로 설치된 나선형 이동가이드(780)를 이용하여 이동하면서 기재의 권취된 정도가 느슨하게 되도록 기재를 이동시킨다.
구체적으로 상기 권취된 기재(10)의 일 말단이 상기 나선형 이동가이드(780)를 따라 이동하면, 연속적으로 기재(10)가 나선형 이동가이드를 전체적으로 나선형을 이루며 이동하게 된다. 이 때, 상기 권취된 기재가 위치하는 제1지지부(210)도 함께 이동하며 기재(10)의 이동을 도울 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조방법은 함침장치 내에 수용된 기재에 졸 용액을 공급하여 졸 용액이 함침된 기재인 함침기재를 제조하는 함침단계; 이동장치를 적용하여 상기 함침기재를 상기 함침장치의 상부 또는 하부에 위치하는 건조장치에 삽입하는 이동단계; 상기 함침기재에 함유된 졸 용액의 겔화 및 숙성을 유도하여 겔화기재를 제조하는 에이징단계; 그리고 상기 겔화기재로부터 용매를 제거하여 에어로겔 복합체를 제조하는 건조단계;를 포함한다.
상기 함침장치, 상기 이동장치, 상기 건조장치 등에 대한 구체적인 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
상기 졸 용액은 지르코니아, 산화이트륨, 하프니아, 알루미나, 티타니아, 세리아, 실리카, 산화 마그네슘, 산화칼슘, 플루오르화 마그네슘, 및 플루오르화 칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 전구체를 포함하는 용액일 수 있다. 이 때, 용매는 상기 용액에 포함되는 전구체의 특성에 따라 선택 적용할 수 있다.
구체적으로 상기 졸 용액으로는 실리카계 졸 용액이 적용될 수 있고, 더 구체적으로 물 유리라 불리는 소디움 실리케이트 용액, 포타슘 실리케이트 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있다.
상기 기재는 에어로겔 복합체를 형성될 수 있는, 발포체, 바인더, 섬유, 솜형 섬유 응집체 등이 단독 또는 시트형 기재와 함께 적용될 수 있다.
상기 기재의 소재로는 예를 들어 무기섬유, 유기섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있다. 상기 무기섬유는 유리 섬유(glass fibers), 글라스 울(glass wool), 암면(rock wool), 세라믹 울(ceramic wool) 보론 섬유(boron fibers) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 포함될 수 있다. 상기 유기섬유는 나일론, 아라미드 섬유, 카본 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리우레탄 섬유, 아크릴 섬유, 폴리염화비닐아세테이트 섬유, 레이온 섬유, 재생 섬유(regenerated fibers), 폐 섬유(waste fibers), 면 섬유, 아마 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 포함될 수 있다.
상기 함침단계는, 함침장치 내에 수용된 기재에 졸 용액을 공급하여 졸 용액이 함침된 기재인 함침기재를 제조하는 단계로, 상기 기재에 졸 용액을 공급하는 용액공급과정과, 상기 용액이 공급된 기재에 가해지는 압력을 조절하는 압력조절과정을 포함할 수 있다.
상기 용액공급과정은, 기재에 용액을 공급하는 방법이라면 적용 가능하다.
상기 압력조절과정은, 기재 또는 기재가 위치하는 공간의 압력을 조절하여 함침 과정에서 발생할 수 있는 기포의 생성을 억제하거나 최소화 하며, 충분한 함침이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 압력조절과정은 감압 또는 가압의 방식으로 진행될 수 있다.
상기 기재를 수용하는 공간을 감압하여, 즉 감압분위기 조건 하에서 상기 압력조절과정이 진행하는 경우, 상기 공간을 300 Torr 이하로 감압한 상태로 진행되는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 감압은 0.001 내지 300 Torr의 범위, 0.001 내지 100 Torr의 범위, 또는 0.001 내지 10 Torr의 범위로 진행될 수 있다.
이러한 감압으로 졸 용액이 상기 기재에 함침될 때 상기 기재에 포함되는 섬유의 표면장력에 의해서 발생될 수 있는 기포를 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 이러한 감압을 통해 함침기재에서 겔화를 통해 형성되고 있는 나노조직의 붕괴를 최소화시킬 수 있다.
상기 기재 또는 상기 기재를 수용하는 공간을 가압하여, 즉 기재를 가압하는 가압조건 또는 기재를 수용하는 공간에 가압분위기를 조성하는 가압분위기 조건에서 상기 압력조절과정이 진행될 수 있다.
상기 가압조건 또는 상기 가압분위기 조건은, 상기 기재 또는 상기 공간을 200 kg/cm2g 이상으로 가압한 상태일 수 있고, 0.5 내지 10 kg/cm2g의 범위, 0.5 내지 5 kg/cm2g 의 범위, 또는 0.5 내지 3 kg/cm2g 의 범위로 가압한 상태일 수 있다.
이러한 가압으로 졸 용액이 상기 기재에 함침될 때 상기 기재에 포함되는 섬유의 표면장력에 의해서 발생될 수 있는 기포를 효과적으로 제거할 수 있고, 기재가 함침 후 갖는 형태를 일부 조절할 수 있다.
이러한 압력조절과정은 10 분 내지 2 시간 동안 유지될 수 있고, 10 분 내지 1 시간 동안 유지될 수 있다.
상기 이동단계는, 이동장치를 적용하여 상기 함침기재를 상기 함침장치의 상부 또는 하부에 위치하는 건조장치에 삽입하는 단계이다.
상기 이동단계는 위에서 설명한 에어로겔 복합체의 제조장치에서 설명한 방법에 따라 진행될 수 있다.
에어로겔 복합체의 제조장치로 제1지지부를 포함하는 장치를 적용하는 경우, 상기 제1지지부가 승강하며 함침장치에서 건조장치로 함침기재 또는 겔화기재가 이동할 수 있다.
에어로겔 복합체의 제조장치로 나선형 이동가이드를 포함하는 장치를 적용하는 경우, 상기 이동단계는 상기 에어로겔 복합체의 제조장치 내부에 형성된 나선형 이동가이드를 따라 상기 함침기재의 일 말단이 이동하고, 상기 일 말단이 이동함에 따라 순차로 상기 함침기재의 타 말단까지 상기 건조장치 내로 이동하며, 서로 이웃하는 함침기재들 사이에 공간을 형성하며 상기 건조장치 내에 수용되는 단계일 수 있다.
상기 에이징단계는 상기 함침기재에 함유된 졸 용액의 겔화 및 숙성을 유도하여 겔화기재를 제조하는 단계이다.
상기 에이징단계는 함침기재의 숙성을 유도하는 숙성과정을 포함한다.
상기 숙성과정은 상기 함침기재가 충분하게 겔화되어 나노 조직이 형성될 수 있도록 상압 및 40 내지 80℃의 온도에서 2 내지 48 시간 동안 방치하여 숙성 과정을 진행할 수 있으며, 40 내지 60℃의 온도에서 4 내지 24 시간 동안 방치하여 숙성 과정을 진행할 수 있다. 이렇게 숙성되어 형성된 겔화기재는 함침기재와 비교하여 비교적 견고한 나노 겔 구조(습윤겔)가 형성된다.
함침기재의 겔화를 촉진시키기 위해, 상기 함침기재에는 촉매를 더 투입할 수 있고, 상기 촉매는 산성 촉매가 적용될 수 있으며, 구체적으로 황산용액, 염산용액, 아세트산용액 등이 적용될 수 있다.
상기 건조단계는, 상기 겔화기재에 포함된 습윤겔로부터 용매를 제거하여 에어로겔을 형성하는 에어로겔형성과정을 포함한다.
상기 에어로겔형성과정은 위에서 설명한 건조장치 내에서 진행되며, 상기 이동장치에 의해서 상기 함침장치로부터 이동된 후 진행되므로, 습윤겔의 손상이 최소화되고 효율적으로 에어로겔 복합체를 형성할 수 있다.
상기 건조단계는, 상기 에어로겔형성과정 이전에, 상기 습윤겔에 포함된 용매를 치환하는 용매치환과정, 상기 습윤겔의 표면을 소수성으로 개질하는 개질과정, 또는 이 두 과정 모두를 더 포함할 수 있다.
상기 용매치환단계는, 다수의 세척용액을 순차로 적용하는 세척과정으로 진행될 수 있고, 상온 과정으로 진행되는 경우, 상기 세척은 증류수를 포함하는 1차세척액을 적용하는 1차세척, 아세톤을 포함하는 2차세척액을 적용하는 2차세척, 그리고 프로판올, 부탄올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 알코올을 포함하는 3차세척액을 적용하는 3차세척이 순차로 진행될 수 있다. 이러한 세척은 상기 겔화기재에 남아있는 불필요한 이온들을 제거하고, 겔화기재 내에 존재하는 용매들을 교환하는 과정이다.
상기 개질단계는 상기 습윤겔이 소수성 표면을 갖도록 처리하는 과정으로, 상기 용매치환단계와 동시에 또는 별도로 적용될 수 있다.
상기 개질은 유기용매과 실란화합물을 1: 0.1 내지 1의 중량비로 포함하는 개질용액으로 상기 습윤겔을 세척하는 방법으로 적용될 수 있다.
상기 유기용매는 헥산; 톨루엔, 자일렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있고, 상기 실란화합물은 트리메틸클로로실란(TMCS), 헥사메틸디실라잔(HMDS), 디메틸클로로실란(DMCS), 메틸트리클로로실란(MTCS) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있다.
상기 에어로겔형성과정은 상기 습윤겔에 함유된 용매를 제거하는 과정으로, 상압 건조, 초임계 건조 또는 이들 번갈아 적용하여 진행될 수 있다.
상기 함침단계 이전에는 준비단계가 더 포함할 수 있고, 상기 준비단계는 기재를 기재인출구를 갖는 기재지지장치 내에 수용하는 단계일 수 있다.
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있다.
상기 건조준비단계는, 상기 건조장치 내에 위치하는 코어의 수축 또는 확장에 의해 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 건조준비단계는, 상기 건조장치 내에 상기 코어보다 건조장치 하우징과 가까운 위치에 형성되는 하우징면 요동부의 수축 또는 확장에 의해 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 건조준비단계는, 상기 건조장치 내에 위치하는 코어의 회전에 의해 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
건조장치 내에 상기 코어보다 건조장치 하우징과 가까운 위치에 형성되는 하우징면 회전부의 회전에 의해 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 하우징 회전부의 회전은 상기 코어의 회전과 반대 방향일 수 있다.
상기 함침단계 이전에는 준비단계가 더 포함될 수 있고, 상기 준비단계는, 기재를 태엽형구분벽과 겹쳐 함께 권취하고 고정하여, 구분벽권취고정기재인 기재를 마련하는 단계일 수 있다.
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 건조준비단계는 상기 구분벽권취고정기재의 고정을 해제하고 상기 태엽형구분벽의 복원력을 적용하여 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있고, 상기 건조준비단계는 상기 기재지지장치에 구비된 기재인출구를 통해 겔화기재의 그 일 말단이 인출되고, 인출된 겔화기재의 일 말단이 상기 건조장치 내에 위치하는 나선형가이드벽을 따라 이동하면서 상기 기재지지장치 내의 겔화기재가 순차 인출되는 과정을 통해, 서로 이웃하는 나선형가이드벽 사이에 상기 겔화기재가 위치하도록 이동하는 단계일 수 있다.
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있고, 상기 건조준비단계는 상기 건조장치 내에 구비된 회전형가이드바가 서로 이웃하는 겔화기재 사이를 이동하면서 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
위에서 설명하는 방법으로 에어로겔 복합체를 제조하는 경우, 제조공정을 효율화하고 겔의 뭉개짐과 같은 불량 요인 발생을 감소시키며, 별도의 분리막을 적용하지 않고도 효율적으로 에어로겔 복합체를 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 에어로겔 복합체의 제조방법은, 함침장치 내에 수용된 기재에 졸 용액을 공급하여 졸 용액이 함침된 기재인 함침기재를 제조하는 함침단계; 상기 함침기재에 함유된 졸 용액의 겔화 및 숙성을 유도하여 겔화기재를 제조하는 에이징단계; 이동장치를 적용하여 상기 겔화기재를 상기 함침장치의 상부 또는 하부에 위치하는 건조장치에 삽입하는 이동단계; 그리고 상기 겔화기재로부터 용매를 제거하여 에어로겔 복합체를 제조하는 건조단계;를 포함한다.
상기 함침장치, 상기 이동장치, 상기 건조장치 등에 대한 구체적인 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
상기 졸용액, 기재, 함침단계(용액공급과정과 압력조절과정에 대한 설명을 포함함), 이동단계, 에이징단계(숙성과정에 대한 설명을 포함함), 건조단계(에어로겔형성과정(에어로겔형성과정, 용매치환과정, 개질과정에 대한 설명을 포함함), 준비단계, 건조준비단계 등에 대한 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
상기 이동단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있다.
상기 건조준비단계에 대한 구체적인 설명은 위의 설명과 중복되므로 그 기재 일부를 생략한다.
상기 건조준비단계는, 상기 건조장치 내에 위치하는 코어의 수축 또는 확장에 의해 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 건조준비단계는, 상기 건조장치 내에 위치하는 코어의 회전에 의해 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 이동단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 건조준비단계는 상기 구분벽권취고정기재의 고정을 해제하고 상기 태엽형구분벽의 복원력을 적용하여 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다. 이때에는, 상기 함침단계 이전에는 준비단계가 더 포함될 수 있고, 상기 준비단계는, 기재를 태엽형구분벽과 겹쳐 함께 권취하고 고정하여, 구분벽권취고정기재인 기재를 마련하는 단계가 더 포함된다.
상기 이동단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있고, 상기 건조준비단계는 상기 기재지지장치에 구비된 기재인출구를 통해 겔화기재의 그 일 말단이 인출되고, 인출된 겔화기재의 일 말단이 상기 건조장치 내에 위치하는 나선형가이드벽을 따라 이동하면서 상기 기재지지장치 내의 겔화기재가 순차 인출되는 과정을 통해, 서로 이웃하는 나선형가이드벽 사이에 상기 겔화기재가 위치하도록 이동하는 단계일 수 있다. 이때에는, 상기 함침단계 이전에는 준비단계가 더 포함할 수 있고, 상기 준비단계는 기재를 기재인출구를 갖는 기재지지장치 내에 수용하는 단계이다.
상기 이동단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함될 수 있고, 상기 건조준비단계는 상기 건조장치 내에 구비된 회전형가이드바가 서로 이웃하는 겔화기재 사이를 이동하면서 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 이동단계는 상기 에어로겔 복합체의 제조장치 내부에 형성된 나선형 이동가이드를 따라 상기 겔화기재의 일 말단이 이동하고, 상기 일 말단이 이동함에 따라 순차로 상기 겔화기재의 타 말단까지 상기 건조장치 내로 이동하며, 서로 이웃하는 겔화기재들 사이에 공간을 형성하며 상기 건조장치 내에 수용되는 단계일 수 있다.
본 발명의 에어로겔 복합체의 제조장치 또는 제조방법을 이용하여 제조한 에어로겔 복합체는 건조용기에 별도로 설치된 개구부 또는 분리가능한 뚜껑부 등을 통하여 등에 의하여 상기 에어로겔 복합체의 제조장치와 분리되어, 탈거 및 재권취될 수 있다.
본 발명의 제조장치나 제조방법을 이용하면 에어로겔 복합체 제조의 향상시키고 겔의 뭉개짐 발생을 감소시키며 별도의 분리막을 사용하지 않고도 에어로겔 복합체 대량 생산이 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 기재(권취형 기재), 함침기재, 겔화기재, 에어로겔 복합체
20: 구분벽권취고정기재
100: 기재지지장치, 원통형 기재지지장치
110: 기재인출구
200: 함침장치 210: 제1지지부
220: 함침장치 하우징
300: 이동장치
400: 건조장치 410: 제2지지부
420: 건조장치 하우징
500: 연결장치 510: 밸브
520: 연결장치 하우징
610: 코어고정장치 620: 코어
622: 코어중심부 624: 코어분리부
630: 코어가이드 640: 하우징면 회전부/하우징면 요동부
642: 고정벽 644: 요동분리벽
646: 건조장치내부단면적
710, 710a, 710b: 구분벽지지대 720: 제1구분벽, 하단구분벽
730: 제2구분벽, 상단구분벽 732: 상단구분벽조각
740: 태엽형구분벽/유체투과성구분벽 745: 구분벽고정부
750: 나선형가이드벽
760: 회전형가이드바 765: 거리조절부
770: 가이드바코어 780: 나선형 이동가이드
900: 에어로겔 복합체의 제조장치
a1: 코어수축 전 코어직경
a2: 코어수축 후 코어직경
b1: 요동부 수축전 건조장치내부단면적의 직경
b2: 요동부 수축후 건조장치내부단면적의 직경
20: 구분벽권취고정기재
100: 기재지지장치, 원통형 기재지지장치
110: 기재인출구
200: 함침장치 210: 제1지지부
220: 함침장치 하우징
300: 이동장치
400: 건조장치 410: 제2지지부
420: 건조장치 하우징
500: 연결장치 510: 밸브
520: 연결장치 하우징
610: 코어고정장치 620: 코어
622: 코어중심부 624: 코어분리부
630: 코어가이드 640: 하우징면 회전부/하우징면 요동부
642: 고정벽 644: 요동분리벽
646: 건조장치내부단면적
710, 710a, 710b: 구분벽지지대 720: 제1구분벽, 하단구분벽
730: 제2구분벽, 상단구분벽 732: 상단구분벽조각
740: 태엽형구분벽/유체투과성구분벽 745: 구분벽고정부
750: 나선형가이드벽
760: 회전형가이드바 765: 거리조절부
770: 가이드바코어 780: 나선형 이동가이드
900: 에어로겔 복합체의 제조장치
a1: 코어수축 전 코어직경
a2: 코어수축 후 코어직경
b1: 요동부 수축전 건조장치내부단면적의 직경
b2: 요동부 수축후 건조장치내부단면적의 직경
Claims (30)
- 기재 또는 기재를 내부에 수용하는 기재지지장치가 삽입되며, 상기 기재 또는 상기 기재에 졸 용액이 함침된 기재인 함침기재를 수용하는 함침장치;
상기 함침기재 또는 상기 함침기재의 졸 용액이 겔화된 겔화기재가 삽입되며, 상기 함침기재가 겔화되어 습윤겔을 형성하고 상기 습윤겔의 용매가 제거되어 형성되는 에어로겔 복합체를 수용하거나, 상기 겔화기재에 포함된 습윤겔의 용매가 제거되어 형성되는 에어로겔 복합체를 수용하는 것으로 상기 함침장치의 상부 또는 하부에 위치하는 건조장치; 그리고
상기 함침장치 내의 상기 함침기재 또는 상기 겔화기재를 상기 건조장치 내에 삽입되도록 이동시키는 이동장치;를 포함하는, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 함침장치와 상기 건조장치 사이에는 연결장치가 더 포함되는, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 함침장치의 일단과 연결되는 상기 건조장치 일단의 단면적은 상기 함침장치 일단의 단면적과 같거나 큰 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제2항에 있어서,
상기 연결장치의 일단과 연결되는 상기 건조장치 일단의 단면적은 상기 연결장치의 타단과 연결되는 상기 함침장치 일단의 단면적과 같거나 큰 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 함침장치는 상기 기재 또는 상기 기재지지장치를 지지하는 제1지지부를 더 포함하는, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 이동장치는 상기 함침장치 또는 상기 건조장치에 구비되며,
상기 이동장치는 제1지지부와 연결되어 상기 제1지지부 상에 위치하는 상기 함침기재 또는 상기 겔화기재를 승강하여 상기 건조장치로 이동시키는, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 건조장치는,
상기 함침기재 또는 상기 겔화기재를 수용하는 내부 공간을 갖는 건조장치 하우징;
상기 건조장치 하우징 내부에 구비된 코어고정장치; 및
상기 코어고정장치와 결합가능한 코어;를 포함하고,
상기 코어는 수축 또는 확장되는 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제7항에 있어서,
상기 건조장치는, 상기 건조장치 하우징에 위치하며 상기 코어의 축 방향을 향해 확장되거나 상기 코어의 축 방향의 반대방향으로 수축되는 하우징면 요동부를 더 포함하는 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 건조장치는,
상기 함침기재 또는 상기 겔화기재를 수용하는 내부 공간을 갖는 건조장치 하우징;
상기 건조장치 하우징 내부에 구비된 코어고정장치; 및
상기 코어고정장치와 결합되며 회전가능한 코어;를 포함하는, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제9항에 있어서,
상기 건조장치는, 상기 건조장치 하우징에 위치하며 회전가능한 하우징면 회전부;를 더 포함하는 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 함침장치는 상기 기재와 태엽형구분벽이 겹쳐져서 함께 권취되어 고정된 것인 구분벽권취고정기재를 수용하며,
상기 구분벽권취고정기재는 고정을 해제하면 상기 태엽형구분벽의 복원력에 의하여 상기 구분벽권취고정기재의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 형태로 권취의 정도가 느슨해지는 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 함침장치는 상기 기재의 위치를 가이드하는 하단구분벽 또는 상단구분벽을 더 포함하며, 상기 기재는 서로 이웃하는 기재들 사이를 따라 위치하는 상기 하단구분벽 또는 상기 상단구분벽을 따라 수용되는 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 함침장치는 상기 기재의 위치를 가이드하는 하단구분벽 또는 상단구분벽을 더 포함하며, 상기 기재는 서로 이웃하는 기재들 사이를 따라 위치하는 상기 하단구분벽 또는 상기 상단구분벽을 따라 수용되는 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항에 있어서, 상기 기재지지장치는
기재를 수용하는 내부공간을 갖는 기재지지장치 하우징; 및
상기 내부공간에 수용된 기재를 그 일 말단부터 순차로 상기 기재지지장치 하우징 외부로 인출시키는 기재인출구;를 포함하는 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항 또는 제14항에 있어서,
상기 건조장치는 그 내부에 나선형가이드벽을 포함하는 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 건조장치는
상기 건조장치의 내부에 구비되는 가이드바코어;
상기 가이드바코어를 중심으로 회전하며 권취된 함침기재 또는 겔화기재의 권취된 정도를 느슨하게 풀어주는 회전형가이드바; 및
상기 회전형가이드바의 일단과 상기 가이드바코어를 연결하며 이들 사이의 거리를 조절하는 거리조절부;를 더 포함하는 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 에어로겔 복합체의 제조장치는 나선형 이동가이드를 포함하며,
상기 나선형 이동가이드는 상기 함침장치의 내부를 시점으로 하고 상기 건조장치의 내부를 종점으로 하는 나선형으로 상기 시점에서 상기 종점으로 갈수록 상기 나선의 중심으로부터의 거리가 증가하는 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 제2항 또는 제4항에 있어서,
상기 에어로겔 복합체의 제조장치는 나선형 이동가이드를 포함하며,
상기 나선형 이동가이드는 상기 함침장치의 내부 또는 상기 연결장치의 내부를 시점으로 하고 상기 건조장치의 내부를 종점으로 하는 나선형으로 상기 시점에서 상기 종점으로 갈수록 상기 나선의 중심으로부터의 거리가 증가하는 것인, 에어로겔 복합체의 제조장치. - 함침장치 내에 수용된 기재에 졸 용액을 공급하여 졸 용액이 함침된 기재인 함침기재를 제조하는 함침단계;
이동장치를 적용하여 상기 함침기재를 상기 함침장치의 상부 또는 하부에 위치하는 건조장치에 삽입하는 이동단계;
상기 함침기재에 함유된 졸 용액의 겔화 및 숙성을 유도하여 겔화기재를 제조하는 에이징단계; 그리고
상기 겔화기재로부터 용매를 제거하여 에어로겔 복합체를 제조하는 건조단계;를 포함하는, 에어로겔 복합체의 제조방법. - 제19항에 있어서,
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함되며,
상기 건조준비단계는, 상기 건조장치 내에 위치하는 코어의 수축 또는 확장에 의해 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계인, 에어로겔 복합체의 제조방법. - 제19항에 있어서,
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함되며,
상기 건조준비단계는, 상기 건조장치 내에 위치하는 코어의 회전에 의해 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계인, 에어로겔 복합체의 제조방법. - 제19항에 있어서,
상기 함침단계 이전에는 준비단계가 더 포함되며,
상기 준비단계는, 기재를 태엽형구분벽과 겹쳐 함께 권취하고 고정하여, 구분벽권취고정기재인 기재를 마련하는 단계인, 에어로겔 복합체의 제조방법. - 제22항에 있어서,
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함되며,
상기 건조준비단계는 상기 구분벽권취고정기재의 고정을 해제하고 상기 태엽형구분벽의 복원력을 적용하여 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계인, 에어로겔 복합체의 제조방법. - 제19항에 있어서,
상기 함침단계 이전에는 준비단계가 더 포함되며,
상기 준비단계는 기재를 기재인출구를 갖는 기재지지장치 내에 수용하는 단계인, 에어로겔 복합체의 제조방법. - 제24항에 있어서,
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함되며,
상기 건조준비단계는 상기 기재지지장치에 구비된 기재인출구를 통해 겔화기재의 일 말단이 인출되고, 인출된 겔화기재의 일 말단이 상기 건조장치 내에 위치하는 나선형가이드벽을 따라 이동하면서 상기 기재지지장치 내의 겔화기재가 순차 인출되는 과정을 통해, 서로 이웃하는 나선형가이드벽 사이에 상기 겔화기재가 위치하도록 이동하는 단계인, 에어로겔 복합체의 제조방법. - 제19항에 있어서,
상기 에이징단계와 상기 건조단계 사이에는 건조준비단계가 더 포함되며,
상기 건조준비단계는 상기 건조장치 내에 구비된 회전형가이드바가 서로 이웃하는 겔화기재 사이를 이동하면서 서로 이웃하는 겔화기재 사이에 공간을 형성하는 단계인, 에어로겔 복합체의 제조방법. - 함침장치 내에 수용된 기재에 졸 용액을 공급하여 졸 용액이 함침된 기재인 함침기재를 제조하는 함침단계;
상기 함침기재에 함유된 졸 용액의 겔화 및 숙성을 유도하여 겔화기재를 제조하는 에이징단계;
이동장치를 적용하여 상기 겔화기재를 상기 함침장치의 상부 또는 하부에 위치하는 건조장치에 삽입하는 이동단계; 그리고
상기 겔화기재로부터 용매를 제거하여 에어로겔 복합체를 제조하는 건조단계;를 포함하는, 에어로겔 복합체의 제조방법. - 제19항 또는 제27항에 있어서,
상기 이동단계는 상기 에어로겔 복합체의 제조장치 내부에 형성된 나선형 이동가이드를 따라 상기 함침기재 또는 상기 겔화기재의 일 말단이 이동하고, 상기 일 말단이 이동함에 따라 순차로 상기 함침기재 또는 상기 겔화기재의 타 말단까지 상기 건조장치 내로 이동하며, 서로 이웃하는 함침기재들 사이 또는 서로 이웃하는 겔화기재들 사이에 공간을 형성하며 상기 건조장치 내에 수용되는 단계인, 에어로겔 복합체의 제조방법. - 제19항 또는 제27항에 있어서,
상기 건조단계는 상기 겔화기재에 포함된 습윤겔로부터 용매를 제거하여 에어로겔을 형성하는 에어로겔형성과정을 포함하며,
상기 건조단계는, 상기 에어로겔형성과정 이전에,
상기 습윤겔에 포함된 용매를 치환하는 용매치환과정, 상기 습윤겔의 표면을 소수성으로 개질하는 개질과정, 또는 이 두 과정 모두를 더 포함하는, 에어로겔 복합체의 제조방법. - 제19항 또는 제27항에 있어서,
상기 함침단계는 상기 기재에 졸 용액을 공급하는 용액공급과정과, 상기 용액이 공급된 기재에 가해지는 압력을 조절하여 함침기재를 제조하는 압력조절과정,을 포함하는, 에어로겔 복합체의 제조방법.
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|---|---|---|---|
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| KR1020180028079A KR102516024B1 (ko) | 2018-03-09 | 2018-03-09 | 에어로겔 복합체의 제조장치 및 이를 이용한 에어로겔 복합체의 제조방법 |
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| KR1020180028079A KR102516024B1 (ko) | 2018-03-09 | 2018-03-09 | 에어로겔 복합체의 제조장치 및 이를 이용한 에어로겔 복합체의 제조방법 |
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