KR20200005045A - 내화 현무암 섬유 강화 복합재 및 그의 제조 방법 - Google Patents

내화 현무암 섬유 강화 복합재 및 그의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200005045A
KR20200005045A KR1020180078219A KR20180078219A KR20200005045A KR 20200005045 A KR20200005045 A KR 20200005045A KR 1020180078219 A KR1020180078219 A KR 1020180078219A KR 20180078219 A KR20180078219 A KR 20180078219A KR 20200005045 A KR20200005045 A KR 20200005045A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
basalt
powder
refractory
fiber reinforced
reinforced composite
Prior art date
Application number
KR1020180078219A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102181169B1 (ko
Inventor
박선민
박일주
김명욱
Original Assignee
한국세라믹기술원
주식회사 동성진흥
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국세라믹기술원, 주식회사 동성진흥 filed Critical 한국세라믹기술원
Priority to KR1020180078219A priority Critical patent/KR102181169B1/ko
Publication of KR20200005045A publication Critical patent/KR20200005045A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102181169B1 publication Critical patent/KR102181169B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/007—Impregnation by solution; Solution doping or molecular stuffing of porous glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/044—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K21/00—Fireproofing materials
    • C09K21/02—Inorganic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2363/00—Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/22—Halogen free composition

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

에폭시 수지를 준비하는 단계, 상기 에폭시 수지의 점도를 낮추고, 점도를 낮춘 상기 에폭시 수지에 난연성 첨가제를 첨가하는 단계, 상기 난연성 첨가제가 첨가된 상기 에폭시 수지에 경화제를 첨가하여, 수지 혼합물을 제조하는 단계, 현무암 직물을 준비하는 단계, 상기 수지 혼합물을 상기 현무암 직물에 함침시키는 단계, 및 상기 수지 혼합물이 함침된 상기 현무암 직물을 열 압착하여, 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법이 제공될 수 있다.

Description

내화 현무암 섬유 강화 복합재 및 그의 제조 방법{Flame retardant basalt fiber reinforced composite and manufacturing method}
본 발명은 내화 현무암 섬유 강화 복합재 및 그의 제조 방법에 관련된 것으로, 상세하게는, 현무암 직물에 함침된 에폭시 수지, 및 상기 에폭시 수지 내에, 회장암, 현무암, 석탄회, 및 활석의 첨가제를 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재 및 그의 제조 방법에 관련된 것이다.
현재 지속적인 산업 발전에 따른 지구 온난화 문제와 같은 환경 문제가 심각해지면서 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 기후 변화 협약을 통해, 전 세계적으로 이산화탄소 배출량 감축 목표를 설정하는 등 관련 환경 오염 규제를 설정하고 있다. 따라서, 건물, 설비, 부품 소재, 조선 해양, 및 항공기 등 경량화 및 내구성을 필요로 하는 다양한 분야에 이용되는 금속 물질을, 대체 가능한 고분자 물질로 이용하고 있으며, 그 이용이 점차적으로 증가하고 있다.
하지만, 고분자 물질은 탄소, 수소, 및 산소를 기반으로 구성되는 유기 물질이므로, 상기 고분자 물질에 열이 가해져, 상기 고분자 물질의 열분해가 일어나는 경우, 기체 상태의 가연성 증기가 발생되며, 상기 가연성 증기가 공기 중의 산소와 반응할 수 있다. 상기 가연성 증기가 산소와 반응하는 동안, 열이 발생되는데, 상기 고분자 물질로 상기 열이 다시 전달되면서, 상기 고분자 물질이 연소될 수 있다. 이러한 이유로, 상기 고분자 물질은 연소 속도가 빠르며, 상기 고분자 물질이 연소되는 동안, 상기 유기 물질에 의해 유독 가스가 다량으로 발생될 수 있다. 이에 따라, 인적 및 물적 손실이 발생되는 문제가 발생하며, 이러한 문제를 해결하기 위해, 내화 및 난연 특성이 향상된 고분자 물질의 개발이 필요한 실정이다.
예를 들어, 대한민국 공개특허공보 KR100443110B1(발명자: 키우치유키히로, 이지마사토시, 테라지마카츠시, 카타야마이사오, 마츠이야스오, 오오타켄)에는, 에폭시 수지(A), 페놀계 수지(B), 무기질 충전제(C) 및 경화 촉진제(D)를 함유하는 에폭시 수지 조성물로써, 난연제 또는 난연 조제를 전혀 포함하지 않고, 또한 상기 조성물을 경화시켜 이루어진 경화물 중의 무기질 충전제(C)의 함유량을 W (중량%), 이 경화물의 240 ± 20 ℃에서의 굽힘 탄성율을 E(kgf/㎟)로 한 경우에서, 상기 굽힘 탄성률(E) 이 30 ≤ W＜ 60 일 때에 0.015 W + 4.1 ≤ E ≤ 0.27 W + 21.8이 되는 수치, 60 ≤ W ≤ 95일 때에 0.30 W - 13 ≤ E ≤ 3.7 W - 184가 되는 수치를 나타내고, 상기 경화물이 열분해 시 및 착화 시에 발포층을 형성하여 난연성을 나타내는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물을 개시하고 있다.
폐놀계 수지는, 열경화성 고분자 중에서도 내화 및 난연 특성이 뛰어난 수지 물질로 알려져 있다. 하지만, 폐놀계 수지에 인체가 노출되는 경우, 인체 내 단백질과 폐놀계 수지가 반응하여, 피부 및 호흡기 질환 등 다양한 인체 질환을 야기할 수 있다. 이에 따라, 폐놀계 수지는 유독성이 높은 물질로 취급되어, 현재 사용이 금지된 상태이다.
이에 따라, 고분자 물질 자체의 내화 및 난연성을 개선하면서도, 인체에 무해한 친환경적인 난연성 첨가제 및 이를 이용한 난연성 복합재의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 내화 및 난연 특성이 향상된 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 인체에 무해하면서도 친환경적인 난연성 첨가제를 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 에폭시 수지의 점도를 낮추는 방법을 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 회장암, 현무암, 석탄회, 및 활석을 포함하는 난연성 첨가제를 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 에폭시 수지의 에폭사이드 링과 경화제의 아민기가 반응하여 경화되는 것을 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 수지 혼합물을 현무암 직물에 함침시키는 방법을 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법은, 에폭시 수지를 준비하는 단계, 상기 에폭시 수지를 가열하여 점도를 낮추고, 점도를 낮춘 상기 에폭시 수지에 난연성 첨가제를 첨가하는 단계, 상기 난연성 첨가제가 첨가된 상기 에폭시 수지에 경화제를 첨가하여, 수지 혼합물을 제조하는 단계, 현무암 직물을 준비하는 단계, 상기 수지 혼합물을 상기 현무암 직물에 함침시키는 단계, 및 상기 수지 혼합물이 함침된 상기 현무암 직물을 열 압착하여, 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 난연성 첨가제는, 회장암, 현무암, 석탄회, 및 활석을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 난연성 첨가제를 첨가하는 단계는, 회장암, 현무암, 및 활석을 준비하는 단계, 조 크러셔(jaw crusher)를 이용하여, 상기 회장암, 상기 현무암 및 상기 활석을 1차 분쇄하여, 1차 회장암 분말, 1차 현무암 분말, 및 1차 활석 분말을 제조하는 단계, 디스크 밀러(disk miller)를 이용하여, 상기 1차 회장암 분말, 상기 1차 현무암 분말, 및 상기 1차 활석 분말을 2차 분쇄하여, 2차 회장암 분말, 2차 현무암 분말, 및 2차 활석 분말을 제조하는 단계, 팟 밀(pot mill)을 이용한 습식 분쇄 공정으로, 상기 2차 회장암 분말, 상기 2차 현무암 분말, 및 상기 2차 활석 분말을 3차 분쇄하여, 3차 회장암 분말, 3차 현무암 분말, 및 3차 활석 분말을 제조하는 단계, 및 상기 에폭시 수지에, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 난연성 첨가제를 첨가하는 단계는, 상기 석탄회를 체 분리하여, 석탄회 분말을 수득하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 직물을 준비하는 단계는, 제1 방향으로 연장하는 현무암 섬유들을 준비하는 단계, 및 상기 현무암 섬유들을 위사(weft), 경사(warp), 또는 위사 및 경사로 이용하여 상기 현무암 직물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 에폭시 수지는 비할로겐 에폭시일 수 있다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재는, 현무암 직물, 상기 현무암 직물에 함침된 에폭시 수지, 및 상기 에폭시 수지 내에 제공되고, 회장암, 현무암, 석탄회, 및 활석을 포함하는 난연성 첨가제를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재는, 아민기를 포함하는 경화제를 더 포함하되, 상기 에폭시 수지의 에폭사이드 링과 상기 경화제의 아민기가 반응하여, 경화된 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 에폭시 수지를 준비하는 단계, 상기 에폭시 수지의 점도를 낮추고 점도를 낮춘 상기 에폭시 수지에 난연성 첨가제를 첨가하는 단계, 상기 난연성 첨가제가 첨가된 상기 에폭시 수지에 경화제를 첨가하여, 수지 혼합물을 제조하는 단계, 현무암 직물을 준비하는 단계, 상기 수지 혼합물을 상기 현무암 직물에 함침시키는 단계, 및 상기 수지 혼합물이 함침된 상기 현무암 직물을 열 압착하여, 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법이 제공될 수 있다.
이에 따라, 내화 및 난연 특성이 향상됨과 동시에, 인체에 무해하면서도 친환경적인 난연성 첨가제를 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에폭시 수지에 첨가되는 경화제의 비율에 따른 상기 에폭시 수지의 점도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3, 및 비교 예 1에 따른 수지 혼합물의 사진이다.
도 4는 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3, 및 비교 예 1에 따른 수지 혼합물의 난연 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험 예 2-1 내지 2-3, 및 비교 예 2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 사진이다.
도 6은 본 발명의 실험 예 2-1 내지 2-3, 및 비교 예 2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실험 예 3-1 내지 3-7, 및 비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연성 테스트 후의 사진이다.
도 8은 본 발명의 실험 예 3-1 내지 3-7, 및 비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실험 예 4-1 내지 4-8, 및 비교 예 4-1 및 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연성 테스트 후의 사진이다.
도 10은 본 발명의 실험 예 4-1 내지 4-8, 및 비교 예 4-1 및 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 에폭시 수지 및 경화제의 비율이 9:1로 제조된 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 콘 칼로리미터 측정 시 발생하는 가스에 대한 정량 및 정성 분석 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 에폭시 수지 및 경화제의 비율이 8:2로 제조된 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 콘 칼로리미터 측정 시 발생하는 가스에 대한 정량 및 정성 분석 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 에폭시 수지 및 경화제의 비율(9:1 및 8:2)에 따라 제조된 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 굴곡 강도 및 영률(Young's modulus) 데이터이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 어느 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 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.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법이 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에폭시 수지에 첨가되는 경화제의 비율에 따른 상기 에폭시 수지의 점도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 에폭시 수지를 준비할 수 있다(S110). 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 에폭시 수지는, 비할로겐 에폭시일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 에폭시 수지의 점도 및 경화 시간은, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 경화제의 비율에 따라 달라질 수 있다.
상기 에폭시 수지를 가열하여 점도를 낮추고, 점도를 낮춘 상기 에폭시 수지에 난연성 첨가제를 첨가할 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 에폭시 수지에 상기 난연성 첨가제를 첨가하는 단계에서, 상기 에폭시 수지에 상기 난연성 첨가제가 분산되는 균질도에 따라, 후에 제조되는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 특성이 달라질 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 에폭시 수지의 점도를 낮추고, 점도를 낮춘 상기 에폭시 수지에 상기 난연성 첨가제를 서서히 넣어준 뒤에 교반하여, 상기 에폭시 수지에 균질하게 상기 난연성 첨가제가 분산될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 난연성 첨가제는, 천연 광물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 천연 광물은 회장암, 현무암, 석탄회, 및 활석을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 난연성 첨가제로 이용되는 상기 회장암, 상기 현무암, 상기 석탄회, 및 상기 활석의 특성을 살펴보기 위해, 상기 회장암, 상기 현무암, 상기 석탄회, 및 상기 활석에 포함된 화학 성분을 XRF를 통해 분석한 결과는 아래 [표 1]과 같이 나타낼 수 있다.
Filler Type
(~325 Mesh)		 SiO2
(wt%)		 Al2O3
(wt%)		 Fe2O3
(wt%)		 CaO
(wt%)		 MgO
(wt%)		 K2O
(wt%)		 Na2O
(wt%)		 TiO2
(wt%)		 SO3
(wt%)		 Ig.loss
(wt%)
회장암
(Anorthosite)		 49.6 31.7 1.04 13.7 0.36 0.52 2.78 0.14 - -
현무암
(Basalt)		 43.7 16.4 12.5 9.12 11.4 1.70 3.43 0.99 - -
석탄회(Fly ash) 57.0 17.8 5.38 5.32 2.29 1.15 2.05 0.82 0.59 3.77
활석(Talc) 52.8 7.37 8.01 1.80 27.2 1.65 0.22 0.18 - -
[표 1]을 참조하면, 상기 회장암은, SiO2 및 Al2O3를 약 80 wt% 이상의 함량으로 포함하는 것에 따라, 고융점을 가질 수 있다. 이에 따라, 내화성 및 난연성을 향상시키는 첨가제로써 사용될 수 있다. 상기 현무암은, Fe2O3, CaO, 및 MgO 등을 타 원료에 비해 높은 함량으로 포함하는 것에 따라, 뛰어난 내열성을 가질 수 있고, 마찬가지로, 내화성 및 난연성을 향상시키는 첨가제로써 사용될 수 있다. 상기 석탄회는, SiO2 및 Al2O3를 약 75 wt% 이상의 함량으로 포함하는 것에 따라 고융점을 가질 수 있고, 또한, 타 원료들이 괴상인 반면에, 상기 석탄회는 분말의 형태를 가지기 때문에, 분쇄와 같은 후처리 공정이 추가로 필요하지 않아 공정이 간소화되는 장점이 있다. 상기 활석은, Mg3Si-O-(OH)2의 화학식을 갖는 수화된 마그네슘 시트 규산염으로, 규소-산소 사면체의 두 층 사이에 샌드위치 된 마그네슘-산소/수산기 팔면체의 층으로 구성된 분자 구조를 가지며, 이러한 구조 상의 특성으로 인해 뛰어난 내화성 및 난연성을 가질 수 있다. 또한, SiO2 및 MgO를 약 80 wt% 이상의 함량으로 포함하는 것에 따라, 마찬가지로 내화성 및 난연성이 우수할 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 석탄회는 분말의 형태를 가지는 데 반해, 상기 회장암, 상기 현무암, 및 상기 활석은 괴상의 형태를 가지는 것에 따라, 상기 난연성 첨가제가 상기 회장암, 상기 현무암, 및 상기 활석을 포함하는 경우에, 상기 난연성 첨가제를 첨가하는 단계는, 상기 회장암, 상기 현무암, 및 상기 활석을 준비하는 단계, 조 크러셔(jaw crusher)를 이용하여, 상기 회장암, 상기 현무암 및 상기 활석을 1차 분쇄하여, 1차 회장암 분말, 1차 현무암 분말, 및 1차 활석 분말을 제조하는 단계, 디스크 밀러(disk miller)를 이용하여, 상기 1차 회장암 분말, 상기 1차 현무암 분말, 및 상기 1차 활석 분말을 2차 분쇄하여, 2차 회장암 분말, 2차 현무암 분말, 및 2차 활석 분말을 제조하는 단계, 팟 밀(pot mill)을 이용한 습식 분쇄 공정으로, 상기 2차 회장암 분말, 상기 2차 현무암 분말, 및 상기 2차 활석 분말을 3차 분쇄하여, 3차 회장암 분말, 3차 현무암 분말, 및 3차 활석 분말을 제조하는 단계, 및 상기 에폭시 수지에, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
반면에, 상기 난연성 첨가제가 상기 석탄회를 포함하는 경우에, 상기 난연성 첨가제를 첨가하는 단계는, 상기 석탄회를 준비하는 단계, 상기 석탄회를 체 분리하여, 석탄회 분말을 수득하는 단계, 및 상기 에폭시 수지에, 상기 석탄회 분말을 첨가하는 단계를 포함하며, 상술된 바와 같이, 괴상의 형태를 가지는 상기 석탄회 외의 상기 천연 광물을 상기 난연성 첨가제로써 첨가하는 단계보다, 분말의 형태를 가지는 상기 석탄회를 상기 난연성 첨가제로써 첨가하는 단계가 더 간단할 수 있다. 상기 석탄회의 비중은, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활성 분말의 비중보다 낮을 수 있다. 이에 따라, 일 변형 예에 따르면, 상기 석탁회를 제1 에폭시 수지에 혼합하고, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말을 제2 에폭시 수지에 혼합한 후, 이들을 혼합할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 에폭시 수지가 상기 제2 에폭시 수지보다 낮은 점도를 가질 수 있다. 또는, 다른 변형 예에 따르면, 상기 석탁회를 상기 에폭시 수지에 첨가한 후, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말이 첨가될 수 있다. 이로 인해, 상기 에폭시 수지에, 상기 석탄회, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말이 용이한 방법으로 균일하게 혼합될 수 있다.
일 변형 예에 따르면, 상기 석탄회, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말을 상기 에폭시 수지에 첨가하기 전, 상기 석탄회, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말에 용매가 제공되고, 상기 용매가 제공된 상기 석탄회, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말이 상기 에폭시 수지에 첨가될 수 있다. 이에 따라, 상기 석탄회, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말의 표면의 기포가 효율적으로 제거되어, 별도의 탈포 공정이 수행되지 않을 수 있다.
일 변형 예에 따르면, 상기 석탄회, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말을 상기 에폭시 수지에 첨가하기 전, 상기 석탄회, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말을 과립 공정으로 응집시키고, 상기 석탄회, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말이 응집된 복합 응집체가 상기 에폭시 수지에 첨가될 수 있다. 이 경우, 과립 공정에서, 상기 석탁회 분말, 상기 3차 회장암 분말, 및 상기 활석 분말을 먼저 응집시킨 후, 상기 3차 현무암 분말을 제공하는 등의 방법으로, 상기 3차 현무암 분말이 상기 복합 응집체의 표면에서 상대적으로 높은 비율을 갖도록, 또는 상기 3차 현무암 분말이 상기 복합 응집체의 표면을 구성하도록 제어될 수 있다. 이에 따라, 후술되는 바와 같이, 상기 복합 응집체를 갖는 수지 혼합물이 상기 현무암 직물에 함침되는 경우, 상기 현무암 직물에 대한 상기 복합 응집체의 부착력이 향상될 수 있다.
상기 난연성 첨가제가 첨가된 상기 에폭시 수지에 경화제를 첨가하여, 수지 혼합물을 제조할 수 있다(S130). 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 난연성 첨가제가 첨가되지 않은 에폭시 수지에 첨가되는 상기 경화제의 비율에 따른 상기 에폭시 수지의 점도 측정 결과를 확인할 수 있다. 상기 에폭시 수지 및 상기 경화제의 비율이 각각 9:1, 8:2, 및 7:3이 되도록, 상기 에폭시 수지에 상기 경화제를 첨가하였다. 도 2를 통해, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 경화제의 비율이 증가할수록, 상기 에폭시 수지의 점도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
하지만, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 경화제의 비율에 따라, 상기 에폭시 수지의 점도가 증가하는 정도가 미약하여, 이러한 에폭시 수지의 점도 변화는, 후에 상기 수지 혼합물을 현무암 직물에 함침하는 단계에 미치는 영향이 미약할 수 있다.
상기 수지 혼합물을 상기 현무암 직물에 함침하는 단계에 영향을 주는 요인을 파악하기 위해, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 경화제의 비율에 따라, 변화하는 상기 에폭시 수지의 경화 시간을 살펴 보았다. 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 경화제의 비율에 따른 상기 에폭시 수지의 경화 온도별 경화 시간은 아래 [표 2]와 같이 나타낼 수 있다.
혼합 비율


경화 온도		 에폭시 수지:경화제
9:1 8:2 7:3
150 ℃ 34 분 19 분 15 분
160 ℃ 31 분 16 분 13 분
170 ℃ 29 분 13 분 11 분
[표 2]를 참조하면, 상기 에폭시 수지 및 상기 경화제의 비율이 동일한 경우에, 경화 온도에 따른 경화 시간의 변화가 뚜렷하게 나타나는 것을 관찰하기 어려웠으나, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 경화제의 비율이 증가할수록, 상기 에폭시 수지가 경화되는 시간이 짧아지는 것을 확인할 수 있다. 이는, 상기 에폭시 수지 분자 구조의 에폭사이드 링과 상기 경화제의 아민기 간에 화학양론적인 반응을 통해, 상기 에폭사이드 링과 반응할 수 있는 상기 아민기가 증가하기 때문에 나타나는 현상일 수 있다.
상기 난연성 첨가제가 첨가된 상기 에폭시 수지에 상기 경화제를 첨가하는 단계에서, 상기 난연성 첨가제가 첨가된 상기 에폭시 수지에 상기 경화제가 분산되는 균질도에 따라, 후에 제조되는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 특성이 달라질 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 에폭시 수지의 점도를 낮추고, 점도를 낮춘 상기 에폭시 수지에 상기 난연성 첨가제를 첨가한 후에, 상기 경화제를 서서히 넣어준 뒤에 교반하여, 상기 난연성 첨가제가 첨가된 상기 에폭시 수지에 균일하게 상기 경화제가 분산될 수 있다.
현무암 직물을 준비할 수 있다(S140). 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 현무암 직물을 준비하는 단계는, 제1 방향으로 연장하는 현무암 섬유들을 준비하는 단계, 및 상기 현무암 섬유들을 위사(weft), 경사(warp), 또는 위사 및 경사로 이용하여 상기 현무암 직물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유들은, 현무암 원광을 용융 방사하여, 현무암 필라멘트를 제조하고, 상기 현무암 필라멘트를 용도에 맞게 텍스(tex) 또는 데니아(denier)를 조절하여 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유들을 준비하는 단계는, 상기 현무암 섬유를 흔들어 상기 현무암 섬유를 스프레딩(spreading)하는 단계, 및 스프레딩된 상기 현무암 섬유에 분말형 나일론 수지를 제공하여, 상기 현무암 섬유 사이의 간격을 균일화시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유를 스프레딩하고, 상기 현무암 섬유들에 분말형 나일론 수지를 제공하는 단계는, 상기 현무암 섬유를 1차 스프레딩하는 단계, 1차 스프레딩된 상기 현무암 섬유를 2차 스프레딩하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 2차 스프레딩 단계 후에 분말형 나일론 수지를 분산하여 열풍으로 현무암 섬유가 일정한 간격으로 스프레딩 되도록 할 수 있다.
상기 수지 혼합물을 상기 현무암 직물에 함침시킬 수 있다(S150). 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 수지 혼합물을 상기 현무암 직물에 함침시키는 단계는 hand lay-up process를 통해 수행될 수 있다. 하지만, 상기 난연성 첨가제로 상기 활석이 이용되는 경우, hand lay-up process를 통해 상기 수지 혼합물을 상기 현무암 직물에 함침시키기 어려울 수 있다. 예를 들어, 상기 활석을 40 wt%를 포함하는 상기 에폭시 수지의 경우, 상기 에폭시 수지의 점도가 높아지는 것에 따라, hand lay-up process를 통해 상기 수지 혼합물을 상기 현무암 직물에 함침시키기 어려울 수 있다.
상기 수지 혼합물이 함침된 상기 현무암 직물을 열 압착하여, 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 제조할 수 있다(S160). 일 실시 예에 따르면, 상기 열 압착하는 단계는, 160 ℃에서 5 MPa로 1 시간 동안 수행될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재에 대한 구체적인 실험 예가 설명된다.
본 발명의 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 제조하기 전에, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 제조하기 위해 이용되는 상기 난연성 첨가제가 첨가된 상기 에폭시 수지의 난연 특성을 알아보기 위해, 본 발명의 실험 예에 따른 수지 혼합물을 제조하였다.
실험 예 1-1에 따른 수지 혼합물의 제조
에폭시 수지를 준비하였다.
상기 에폭시 수지의 점도를 낮추고, 점도를 낮춘 상기 에폭시 수지에 난연성 첨가제로 5 wt%의 회장암을 첨가하였다.
경화제로 Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.의 4,4'-Diaminodiphenylmethane(DDM)를 준비하였다.
80 ℃의 온도에서, 상기 회장암이 첨가된 상기 에폭시 수지 및 상기 DDM의 비율이 9:1이 되도록, 상기 에폭시 수지에 상기 DDM을 첨가한 후에, 10 X 10 cm2 크기의 금속 몰드에 붓고, 150 ℃의 오븐에서 2 시간 동안 경화하여, 실험 예 1-1에 따른 수지 혼합물(FRepoxy5)을 제조하였다.
실험 예 1-2에 따른 수지 혼합물의 제조
상술된 실험 예 1-1에서, 상기 난연성 첨가제로 10 wt%의 회장암을 첨가하여, 실험 예 1-2에 따른 수지 혼합물(FRepoxy10)을 제조하였다.
실험 예 1-3에 따른 수지 혼합물의 제조
상술된 실험 예 1-1에서, 상기 난연성 첨가제로 15 wt%의 회장암을 첨가하여, 실험 예 1-3에 따른 수지 혼합물(FRepoxy15)을 제조하였다.
비교 예 1에 따른 수지 혼합물의 제조
상술된 실험 예 1-1에서, 상기 난연성 첨가제로 회장암을 첨가하지 않고, 비교 예 1에 따른 수지 혼합물(1FRepoxy0)을 제조하였다.
본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3, 및 비교 예 1에 따른 수지 혼합물은 아래 [표 3]과 같이 정리될 수 있다.
시료 명 회장암 첨가량
실험 예 1-1에 따른 수지 혼합물(FRepoxy5) 5 wt%
실험 예 1-2에 따른 수지 혼합물(FRepoxy10) 10 wt%
실험 예 1-3에 따른 수지 혼합물(FRepoxy15) 15 wt%
비교 예 1에 따른 수지 혼합물(1FRepoxy0) 0 wt%
도 3은 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3, 및 비교 예 1에 따른 수지 혼합물의 사진이고, 도 4는 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3, 및 비교 예 1에 따른 수지 혼합물의 난연 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3, 및 비교 예 1에 따른 수지 혼합물의 난연 특성을 알아보기 위해, 상기 수지 혼합물들을 콘 칼로리미터에서 750 ℃에서 착화시켜 5 분 동안 발생하는 열 및 연기를 측정하였다 (ISO 5660-1 규격 난연 조건). 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3, 및 비교 예 1에 따른 수지 혼합물의 난연 특성은 아래 [표 4]와 같이 정리될 수 있다.
Sample PHRR
(kW/m2)		 THR
(MJ/m2)		 SPR
(m2/s)		 TSP
(m2)
FRepoxy5 201.76 19.54 0.237 13.64
FRepoxy10 202.71 19.90 0.230 14.51
FRepoxy15 175.55 19.75 0.205 14.98
1FRepoxy0 220.79 20.95 0.258 15.04
[표 4]를 참조하면, 비교 예 1에 따른 수지 혼합물보다, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 수지 혼합물의 열 방출률 최대 값(PHRR), 총 열 방출량(THR), 연기 발생률(SPR), 및 총 연기 발생량(TSP) 최대 값이 감소되는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있다. 특히, 열 방출률 및 연기 발생률 최대 값은 상기 에폭시 수지에 첨가된 상기 회장암 첨가량이 증가할수록 감소되는 경향을 보여, 상기 난연성 첨가제로 상기 회장암을 첨가하는 경우, 난연 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 수지 혼합물의 난연 특성을 알아보았고, 상기 수지 혼합물들을 기반으로 제조된 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성을 알아보기 위해, 이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 구체적인 실험 예가 설명된다.
실험 예 2-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 1-1과 같이 수지 혼합물(FRepoxy5)을 제조하였다.
200 g/m2의 현무암 직물 5 장을 준비하였다.
Hand lay-up process를 통해, 상기 수지 혼합물을 상기 현무암 직물에 함침시켰다.
상기 수지 혼합물이 함침된 상기 현무암 직물을 160 ℃에서 5 MPa로 1 시간 동안 열 압착하여, 0.9 mm 두께의 실험 예 2-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(BF:FRepoxy5)를 제조하였다.
실험 예 2-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 1-2와 같이 수지 혼합물(FRepoxy10)을 제조하였다.
이후, 상술된 실험 예 2-1과 동일한 방법으로, 실험 예 2-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(BF:FRepoxy10)를 제조하였다.
실험 예 2-3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 1-3과 같이 수지 혼합물(FRepoxy15)을 제조하였다.
이후, 상술된 실험 예 2-1과 동일한 방법으로, 실험 예 2-3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(BF:FRepoxy15)를 제조하였다.
비교 예 2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 비교 예 1과 같이 수지 혼합물(1FRepoxy0)을 제조하였다.
이후, 상술된 실험 예 2-1과 동일한 방법으로, 비교 예 2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(2BF:FRepoxy0)를 제조하였다.
본 발명의 실험 예 2-1 내지 2-3, 및 비교 예 2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재는 아래 [표 5]와 같이 정리될 수 있다.
시료 명 회장암 첨가량
(wt%)		 두께
(mm)
실험 예 2-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(BF:FRepoxy5) 5 0.9
실험 예 2-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(BF:FRepoxy10) 10
실험 예 2-3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(BF:FRepoxy15) 15
비교 예 2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(2BF:FRepoxy0) N/A
도 5는 본 발명의 실험 예 2-1 내지 2-3, 및 비교 예 2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 사진이고, 도 6은 본 발명의 실험 예 2-1 내지 2-3, 및 비교 예 2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실험 예 2-1 내지 2-3, 및 비교 예 2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성을 알아보기 위해, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재들을 콘 칼로리미터에서 750 ℃에서 착화시켜 5 분 동안 발생하는 열 및 연기를 측정하였다 (ISO 5660-1 규격 난연 조건). 본 발명의 실험 예 2-1 내지 2-3, 및 비교 예 2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성은 아래 [표 6]과 같이 정리될 수 있다.
Sample PHRR
(kW/m2)		 THR
(MJ/m2)		 SPR
(m2/s)		 TSP
(m2)
BF:FRepoxy5 104.70 9.24 0.1016 6.63
BF:FRepoxy10 97.68 9.32 0.098 6.58
BF:FRepoxy15 92.94 9.46 0.091 8.82
2BF:FRepoxy0 117.48 11.50 0.1097 7.20
[표 6]을 참조하면, 비교 예 2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재보다, 본 발명의 실험 예 2-1 내지 2-3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 열 방출률 최대 값, 총 열 방출량, 연기 발생률, 및 총 연기 발생량 최대 값이 감소되는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 수지 혼합물과 마찬가지로, 열 방출률 및 연기 발생률 최대 값은 상기 에폭시 수지에 첨가된 상기 회장암 첨가량이 증가할수록 감소되는 경향을 보여, 상기 난연성 첨가제로 상기 회장암을 첨가하는 경우, 난연 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성을 알아보았고, 이하, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 구체적인 실험 예가 설명된다.
실험 예 3-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 1-1에서, 난연성 첨가제로 10 wt%의 회장암을 첨가하였다.
상술된 실험 예 2-1에서, 600 g/m2의 현무암 직물 3 장을 준비하여, 1.1~1.2 mm 두께의 실험 예 3-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Anorthosite10)를 제조하였다.
실험 예 3-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 3-1에서, 난연성 첨가제로 10 wt%의 현무암을 첨가하여, 실험 예 3-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Basalt10)를 제조하였다.
실험 예 3-3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 3-1에서, 난연성 첨가제로 10 wt%의 석탄회를 첨가하여, 실험 예 3-3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Ash10)를 제조하였다.
실험 예 3-4에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 3-1에서, 난연성 첨가제로 10 wt%의 활석을 첨가하여, 실험 예 3-4에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Talc10)를 제조하였다.
실험 예 3-5에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 3-1에서, 난연성 첨가제로 40 wt%의 회장암을 첨가하여, 1.3~1.5 mm 두께의 실험 예 3-5에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Anorthosite40)를 제조하였다.
실험 예 3-6에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 3-1에서, 난연성 첨가제로 40 wt%의 현무암을 첨가하여, 실험 예 3-6에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Basalt40)를 제조하였다.
실험 예 3-7에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 3-1에서, 난연성 첨가제로 40 wt%의 석탄회를 첨가하여, 실험 예 3-7에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Ash40)를 제조하였다.
비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 비교 예 2에서, 600 g/m2의 현무암 직물 3 장을 준비하여, 1.0 mm 두께의 비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(3FRepoxy0)를 제조하였다.
본 발명의 실험 예 3-1 내지 3-7, 및 비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재는 아래 [표 7]과 같이 정리될 수 있다.
시료 명 첨가제 첨가량 (wt%) 두께
(mm)
실험 예 3-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Anorthosite10) 회장암 10 1.1~1.2
실험 예 3-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Basalt10) 현무암 10
실험 예 3-3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Ash10) 석탄회 10
실험 예 3-4에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Talc10) 활석 10
실험 예 3-5에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Anorthosite40) 회장암 40 1.3~1.5
실험 예 3-6에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Basalt40) 현무암 40
실험 예 3-7에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(FRepoxy_Ash40) 석탄회 40
비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(3FRepoxy0) N/A 1.0
도 7은 본 발명의 실험 예 3-1 내지 3-7, 및 비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연성 테스트 후의 사진이고, 도 8은 본 발명의 실험 예 3-1 내지 3-7, 및 비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실험 예 3-1 내지 3-7, 및 비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성을 알아보기 위해, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재들을 콘 칼로리미터에서 750 ℃에서 착화시켜 5 분 동안 발생하는 열 및 연기를 측정하였다 (ISO 5660-1 규격 난연 조건). 본 발명의 실험 예 3-1 내지 3-7, 및 비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성은 아래 [표 8]과 같이 정리될 수 있다.
Sample R/C Value Flame Retardant Properties
TTI
(sec.)		 PHRR
(kW/m2)		 THR
(MJ/m2)		 SPR
(m2/s)		 TSP
(m2)		 Mass Loss
(%)
FRepoxy_Anorthosite10 23.73 29 70.862 5.247 0.0719 5.481 14.83
FRepoxy_Basalt10 20.35 25 66.961 5.044 0.0678 5.488 14.04
FRepoxy_Ash10 15.09 30 39.871 4.155 0.0657 6.822 14.62
FRepoxy_Talc10 23.40 24 69.492 4.844 0.059 3.54 13.62
FRepoxy_Anorthosite40 33.33 33 94.031 6.956 0.0925 5.887 16.24
FRepoxy_Basalt40 34.31 29 87.897 6.928 0.081 4.685 15.27
FRepoxy_Ash40 33.82 34 62.037 6.702 0.0949 9.219 18.38
3FRepoxy0 14.28 16 48.797 3.715 0.0442 4.13 10.58
[표 8]을 참조하면, 난연성 테스트 전 및 후에 내화 현무암 섬유 강화 복합재들의 무게를 측정하여, R/C 값 변화가 내화 및 난연 특성에 어떠한 영향을 미치는지 추가적으로 확인하였다. 그 결과, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 난연성 첨가제의 함량이 증가하는 경우, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 R/C 값이 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 또한, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 난연성 첨가제의 함량이 증가하는 경우, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 착화 시간(TTI)이 증가하는 것을 관찰할 수 있다.
[표 8]을 통해, 상기 난연성 첨가제의 종류에 따른 특성을 살펴보면, 회장암, 현무암, 석탄회, 및 활석 모두 난연성 첨가제로써, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 내화 및 난연 특성을 향상시키지만, 그 중에서 석탄회를 상기 난연성 첨가제로 첨가한 경우의 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 내화 및 난연 특성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다. 하지만, 석탄회의 경우, 미탄소분이 연소되기 때문에, 연기 발생 측면에서는, 다른 난연성 첨가제보다 높은 수치를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
국내외 화염 전파성에 의한 난연 기준을 한계산소지수(Limited Oxygen Index, LOI)를 이용하여 나타낸 상대 등급표(아래 [표 9] 참조)에 따라, 본 발명의 실험 예 3-1 내지 3-7, 및 비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 등급을 알아보았다.
한국건설교통부 기준 유럽통합(EU) 영국(BS) 미국(ASTM) 비고
고시 제476호 고시 제438호 등급 LOI기준 등급 LOI기준 등급 LOI기준
등급 LOI기준 등급 LOI기준
난연1급 불연 별도 적용 A1 불연 별도 기준 별도 기준
난연2급 준불연 A2 준불연
난연3급 42~17% B 40%이상 Class0 40%이상
없음 위험도4 35%이상 C 32%이상 Class1 32%이상 ClassA 32%이상 국제건축내장재화재 난연1등급
위험도3 32%이상
위험도2 28%이상 D 28%이상 Class2 28%이상 ClassB 28%이상 난연2등급
위험도1 24%이상 E 24%이상 Class3 24%이상 ClassC 24%이상 자기소화성
한계산소지수는 상온을 유지하는 유리관 내부에, 측정하고자 하는 시편을 수직으로 위치시킨 후에, 상기 유리관 내부를 질소 및 산소 혼합가스 분위기로 조성하고, 상기 시편의 가장 윗부분에 불꽃을 점화시켰을 때, 불꽃이 시편 아래 방향으로 번지지 않고 3 분이 경과되기 전에 불꽃이 완전히 꺼지거나, 3 분 동안 상기 시편의 절반이 불꽃으로 타들어 갈 때의 최저산소농도를 나타내며, 아래의 <식 1>과 같이 계산할 수 있다.
<식 1>
LOI = [O2] / ([N2]+[O2]) X 100
즉, 한계산소지수는 물질의 연소성을 상대적으로 평가하며, 한계산소지수가 클수록 연소하기 어려움을 나타낸다. 일반적으로, 한계산소지수 값이 26 이상인 물질은 자체적으로 소화가 가능한 물질(self extinguishing material)로 평가된다. 한계산소지수는 ASTM D2863의 규격을 이용하여 측정된다
본 발명의 실험 예 3-1 내지 3-7, 및 비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 한계산소지수 평가 결과는 아래 [표 10] 및 [표 11]과 같이 정리될 수 있다.
FRepoxy_
Anorthosite10		 Oxygen Conc. (%) 40 45 50 55 49 48 48.5 48.9 48.6
Self-Extinguishment O O X X X O O X X
FRepoxy_
Basalt10		 Oxygen Conc. (%) 40 45 50 48 49 48.5 48.7 48.8
Self-Extinguishment O O X O C O O X
FRepoxy_
Fly Ash10		 Oxygen Conc. (%) 40 45 50 53 55 54 53.5 53.2 53.1
Self-Extinguishment O O O O X X X X X
FRepoxy_
Talc10		 Oxygen Conc. (%) 40 45 50 48.5 47.5 48 48.3 48.4
Self-Extinguishment O O X X O O O O
FRepoxy_
Anorthosite40		 Oxygen Conc. (%) 40 45 44 44.5 44.2 44.4
Self-Extinguishment O X O X O O
FRepoxy_
Basalt40		 Oxygen Conc. (%) 40 45 45.8 45.3 45.6 45.7
Self-Extinguishment O X X O O O
FRepoxy_
Fly Ash40		 Oxygen Conc. (%) 40 45 50 48 47 46 46.5 46.3 46.1 46.2
Self-Extinguishment O O X X X O X X O O
3FRepoxy0 Oxygen Conc. (%) 40 45 50 55 57 56 55.5 55.3 55.1
Self-Extinguishment O O O O X X X X X
Sample FRepoxy_
Anorthosite10		 FRepoxy_
Basalt10		 FRepoxy_
Fly Ash10		 FRepoxy_
Talc10		 FRepoxy_
Anorthosite40		 FRepoxy_
Basalt40		 FRepoxy_
Fly Ash40		 3FRepoxy0
LOI (%) 48.5 48.7 53 48.4 44.4 45.7 46.2 55
[표 10] 및 [표 11]을 참조하면, 본 발명의 실험 예 3-1 내지 3-7에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재는, [표 9]에서 나타내는 국내외 화염 전파성에 의한 난연 기준의 최고 등급 한계산소지수 기준인 40 % 이상을 나타내는 것에 따라, 뛰어난 난연 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
다만, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 난연성 첨가제의 양이 증가할수록, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 한계산소지수 값이 감소되는 것은, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 R/C 값 및 두께 차이 때문에 발생되는 현상으로, 실제 생산 공정에서 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 R/C 값 및 두께를 균일하게 하여 해결 가능하다.
[표 10] 및 [표 11]을 통해, 본 발명의 실험 예 3-3 및 3-7에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 내화 및 난연 특성이 가장 우수한 것에 따라, 난연성 첨가제로써, 석탄회를 사용하는 경우에, 상술된 바와 같이, 분쇄 및 정제 공정과 같은 후 처리 공정을 요하지 않아 경제적일뿐만 아니라, 내화 및 난연 특성이 우수한 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 제공할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성을 알아보았고, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 경화제의 비율에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 특성을 알아보기 위해, 이하, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 구체적인 실험 예가 설명된다.
실험 예 4-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 3-1에서, 난연성 첨가제로 2 wt%의 회장암을 첨가하여, 실험 예 4-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(9:1_Anorthosite2)를 제조하였다.
실험 예 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 4-1에서, 난연성 첨가제로 3 wt%의 회장암을 첨가하여, 실험 예 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(9:1_Anorthosite3)를 제조하였다.
실험 예 4-3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 4-1에서, 난연성 첨가제로 5 wt%의 회장암을 첨가하여, 실험 예 4-3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(9:1_Anorthosite5)를 제조하였다.
실험 예 4-4에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 4-1에서, 난연성 첨가제로 10 wt%의 회장암을 첨가하여, 실험 예 4-4에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(9:1_Anorthosite10)를 제조하였다.
비교 예 4-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 4-1에서, 난연성 첨가제를 첨가하지 않고, 비교 예 4-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(9:1_Anorthosite0)를 제조하였다.
실험 예 4-5에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 4-1에서, 상기 에폭시 수지 및 상기 경화제의 비율이 8:2가 되도록, 상기 에폭시 수지에 상기 경화제를 첨가하여, 실험 예 4-5에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(8:2_Anorthosite2)를 제조하였다.
실험 예 4-6에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 4-5에서, 난연성 첨가제로 3 wt%의 회장암을 첨가하여, 실험 예 4-6에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(8:2_Anorthosite3)를 제조하였다.
실험 예 4-7에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 4-5에서, 난연성 첨가제로 5 wt%의 현무암을 첨가하여, 실험 예 4-7에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(8:2_Anorthosite5)를 제조하였다.
실험 예 4-8에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 4-5에서, 난연성 첨가제로 10 wt%의 회장암을 첨가하여, 실험 예 4-8에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(8:2_Anorthosite10)를 제조하였다.
비교 예 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조
상술된 실험 예 4-5에서, 난연성 첨가제를 첨가하지 않고, 비교 예 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(8:2_Anorthosite0)를 제조하였다.
본 발명의 실험 예 4-1 내지 4-8, 및 비교 예 4-1 및 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재는 아래 [표 12]와 같이 정리될 수 있다.
시료 명 회장암 첨가량 (wt%) 에폭시 수지
:경화제 비율		 두께
(mm)
실험 예 4-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(9:1_Anorthosite2) 2 9:1 1.1~1.2
실험 예 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(9:1_Anorthosite3) 3
실험 예 4-3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(9:1_Anorthosite5) 5
실험 예 4-4에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(9:1_Anorthosite10) 10
비교 예 4-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(9:1_Anorthosite0) N/A
실험 예 4-5에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(8:2_Anorthosite2) 2 8:2
실험 예 4-6에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(8:2_Anorthosite3) 3
실험 예 4-7에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(8:2_Anorthosite5) 5
실험 예 4-8에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(8:2_Anorthosite10) 10
비교 예 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재(8:2_Anorthosite0) N/A
도 9는 본 발명의 실험 예 4-1 내지 4-8, 및 비교 예 4-1 및 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연성 테스트 후의 사진이고, 도 10은 본 발명의 실험 예 4-1 내지 4-8, 및 비교 예 4-1 및 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 실험 예 4-1 내지 4-8, 및 비교 예 4-1 및 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성을 알아보기 위해, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재들을 콘 칼로리미터에서 750 ℃에서 착화시켜 5 분 동안 발생하는 열 및 연기를 측정하였다 (ISO 5660-1 규격 난연 조건). 본 발명의 실험 예 3-1 내지 3-7, 및 비교 예 3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성은 아래 [표 13]과 같이 정리될 수 있다.
Sample R/C Value Flame Retardant Properties
TTI
(sec.)		 PHRR
(kW/m2)		 THR
(MJ/m2)		 SPR
(m2/s)		 TSP
(m2)		 Mass Loss
(%)
9:1_Anorthosite2 12.62 35 33.416 3.769 0.0622 8.628 13.59
9:1_Anorthosite3 13.17 36 32.446 3.829 0.0585 6.638 15.05
9:1_Anorthosite5 16.28 36 41.007 4.629 0.0622 8.14 14.42
9:1_Anorthosite10 18.26 40 35.563 4.011 0.053 6.208 11.81
9:1_Anorthosite0 11.50 36 29.36 3.35 0.0532 7.674 9.85
8:2_Anorthosite2 15.29 44 31.685 3.789 0.0563 6.709 12.26
8:2_Anorthosite3 14.45 36 36.741 4.503 0.0561 6.568 11.90
8:2_Anorthosite5 17.77 45 41.106 4.641 0.0669 7.424 13.70
8:2_Anorthosite10 18.29 46 46.482 5.164 0.0606 7.424 13.70
8:2_Anorthosite0 14.29 38 25.659 2.74 0.0452 6.812 10.95
[표 13]을 참조하면, 상기 에폭시 수지 및 상기 난연성 첨가제의 비율이 9:1인 경우보다 8:2인 경우에, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 R/C 값이 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 또한, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 난연성 첨가제로써의 회장암의 함량이 증가되는 경우, 상기 난연성 첨가제의 영향으로 인해, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 착화 시간(TTI)이 증가하는 것을 관찰할 수 있다.
다시 말해, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 난연성 첨가제의 함량이 증가되는 경우, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 에폭시 수지 및 경화제의 비율이 9:1로 제조된 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 콘 칼로리미터 측정 시 발생하는 가스에 대한 정량 및 정성 분석 그래프이고, 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 에폭시 수지 및 경화제의 비율이 8:2로 제조된 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 콘 칼로리미터 측정 시 발생하는 가스에 대한 정량 및 정성 분석 그래프이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 난연 특성은 아래 [표 14]와 같이 정리될 수 있다.
Sample Maximum Concentration (Gas Analysis)
CO
(ppm)		 NOx
(ppm)		 HCN
(ppm)		 SO2
(ppm)		 HCl
(ppm)
9:1_Anorthosite2 457 6 2 36 3
9:1_Anorthosite3 358 6 1 28 3
9:1_Anorthosite5 453 8 3 33 4
9:1_Anorthosite10 348 6 2 23 3
9:1_Anorthosite0 323 4 2 23 4
8:2_Anorthosite2 356 6 1 27 2
8:2_Anorthosite3 385 9 3 32 2
8:2_Anorthosite5 476 9 1 40 2
8:2_Anorthosite10 491 10 1 42 1
8:2_Anorthosite0 282 6 3 21 1
[표 14]를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재는, 아래 [표 15]의 (MSC.61(67)) IMO Part 2 조건의 기준치를 충분히 만족하는 것을 확인할 수 있다.
구 분 기 준
Toxicity Test
(ppm)		 평가 항목 CO = 1,450
HCN = 140
HCl = 600
NOX = 350
SO2(* 표면바닥재는 200 이하) = 120
마찬가지로, 국내외 화염 전파성에 의한 난연 기준을 한계산소지수(Limited Oxygen Index, LOI)를 이용하여 나타낸 상대 등급표([표 9] 참조)에 따라, 본 발명의 실험 예 4-1 내지 4-8, 및 비교 예 4-1 및 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 한계산소지수 평가 결과는 아래 [표 16] 및 [표 17]과 같이 정리될 수 있다.
9:1_Anorthosite2 Oxygen Conc. (%) 45 50 55 60 62 61 60.5 60.2 60.1
Self-Extinguishment O O O O X X X X O
9:1_Anorthosite3 Oxygen Conc. (%) 45 50 55 60 57 56 55.5 55.2 55.1
Self-Extinguishment O O O X X X X X X
9:1_Anorthosite5 Oxygen Conc. (%) 40 45 50 48.5 47.5 48 48.1 48.4 48.3
Self-Extinguishment O O X X O O O X O
9:1_Anorthosite10 Oxygen Conc. (%) 45 50 55 53 51.5 50.7 50.3 50.1
Self-Extinguishment O O X X X X X X
9:1_Anorthosite0 Oxygen Conc. (%) 40 45 50 55 57 56 55.8 55.9
Self-Extinguishment O O O O X X O O
8:2_Anorthosite2 Oxygen Conc. (%) 45 50 55 60 65 63 64 63.5 63.3 63.1
Self-Extinguishment O O O O X O X X X X
8:2_Anorthosite3 Oxygen Conc. (%) 55 60 65 63 64 63.4 63.2 63.1
Self-Extinguishment O O X O X X X O
8:2_Anorthosite5 Oxygen Conc. (%) 55 60 65 63 64 64.5 64.2 64.1
Self-Extinguishment O O X O O X X X
8:2_Anorthosite10 Oxygen Conc. (%) 55 60 65 63 61 62 61.4 61.2 61.1
Self-Extinguishment O O X X O X X X X
8:2_Anorthosite0 Oxygen Conc. (%) 60 65 70 75 80 77.5 79 79.5 79.7 79.9
Self-Extinguishment O O O O X O O O O O
Sample 9:1_
Anorthosite2		 9:1_
Anorthosite3		 9:1_
Anorthosite5		 9:1_
Anorthosite10		 9:1_
Anorthosite0
LOI (%) 60.1 55 48.3 50 55.9
Sample 8:2_Anorthosite2 8:2_
Anorthosite3		 8:2_
Anorthosite5		 8:2_
Anorthosite10		 8:2_
Anorthosite0
LOI (%) 63 63.1 64 61 79.9
[표 16] 및 [표 17]을 참조하면, 본 발명의 실험 예 4-1 내지 4-8에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재는, [표 9]에서 나타내는 국내외 화염 전파성에 의한 난연 기준의 최고 등급 한계산소지수 기준인 40 % 이상을 나타내는 것에 따라, 뛰어난 난연 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
또한, [표 16] 및 [표 17]을 통해, 본 발명의 실험 예 4-1 내지 4-4에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 한계산소지수 값보다, 본 발명의 실험 예 4-5 내지 4-8에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 한계산소지수 값이 더 큰 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 경화제의 함량이 증가되는 경우, 상기 난연성 첨가제의 영향으로 인해, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 내화 및 난연 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 에폭시 수지 및 경화제의 비율(9:1 및 8:2)에 따라 제조된 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 굴곡 강도 및 영률(Young's modulus) 데이터이다.
본 발명의 실험 예 4-1 내지 4-8, 및 비교 예 4-1 및 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 굴곡 강도를 ASTM D790-10 규격에 의거하여 측정하였다. 상기 굴곡 강도를 측정하기 위해, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 20 mm의 폭 및 1.1 mm의 두께로 준비하였다. 지지스팬 20 mm (L)에서 1 mm/min의 속도로, 아래의 <식 2>를 이용해 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 굴곡 강도를 측정하고, 아래의 <식 3>을 이용해 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 굴곡 탄성률을 측정하였다.
<식 2>
굴곡 강도(σf) = 3FL / 2bd2
<식 3>
굴곡 탄성률(Ef) = L3m / 4bd3
본 발명의 실험 예 4-1 내지 4-8, 및 비교 예 4-1 및 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 굴곡 강도 시험 및 영률 결과는 아래 [표 18]과 같이 정리될 수 있다.
Sample 　Mechanical Test
Flexural Strength
(MPa)		 Young's Modulus
(GPa)
9:1_Anorthosite0 81.54 (± 7.07) 8.78 (± 0.46)
9:1_Anorthosite2 102.63 (± 8.54) 11.80 (± 0.35)
9:1_Anorthosite3 183.12 (± 13.37) 18.47 (± 0.86)
9:1_Anorthosite5 94.01 (± 6.39) 9.91 (± 0.40)
9:1_Anorthosite10 171.94 (± 9.20) 19.65 (± 0.54)
8:2_Anorthosite0 123.70 (± 5.73) 14.18 (± 0.52)
8:2_Anorthosite2 129.07 (± 11.90) 16.63 (± 0.70)
8:2_Anorthosite3 319.77 (± 17.68) 24.89 (± 0.24)
8:2_Anorthosite5 138.68 (± 6.77) 16.05 (± 0.87)
8:2_Anorthosite10 162.34 (± 10.93) 18.77 (± 0.51)
[표 18]을 참조하면, 본 발명의 실험 예 4-1에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재보다 본 발명의 실험 예 4-2에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 굴곡 강도가 증가한 것을 확인할 수 있다. 하지만, 본 발명의 실험 예 4-3에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 굴곡 강도가 감소한 것을 알 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 실시 예예 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재는, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 난연성 첨가제를 2 wt% 초과 및 5 wt% 미만으로 포함하는 경우에, 가장 우수한 굴곡 강도를 갖는다는 의미한다.
또한, 본 발명의 실험 예 4-1 내지 4-4에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 굴곡 강도보다 본 발명의 실험 예 4-5 내지 4-8에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 굴곡 강도가 높은 것을 통해, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 경화제의 양이 증가할수록, 상기 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 굴곡 강도가 증가하는 것을 알 수 있다.
이는 상기 에폭시 수지의 에폭사이드 링과 상기 경화제의 아민기의 경화 반응에 의한 것이며, 상기 에폭시 수지에 첨가되는 상기 경화제의 비율이 증가할수록, 경화될 수 있는 아민기가 더 많이 존재해 보다 경화가 많이 진행됨 따라 나타나는 현상일 수 있다.
현재 시판되는 PermaStruct 사의 스틸 그레이팅의 굴곡강도 값은 280 MPa로, 본 발명의 실험 예 4-6에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 물성이 이와 비견되는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법, 및 그 제조 방법으로 제조된 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 특성에 대해 상세히 설명하였다. 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 에폭시 수지를 준비하는 단계;
    상기 에폭시 수지의 점도를 낮추고, 점도를 낮춘 상기 에폭시 수지에 난연성 첨가제를 첨가하는 단계;
    상기 난연성 첨가제가 첨가된 상기 에폭시 수지에 경화제를 첨가하여, 수지 혼합물을 제조하는 단계;
    현무암 직물을 준비하는 단계;
    상기 수지 혼합물을 상기 현무암 직물에 함침시키는 단계; 및
    상기 수지 혼합물이 함침된 상기 현무암 직물을 열 압착하여, 내화 현무암 섬유 강화 복합재를 제조하는 단계를 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 난연성 첨가제는, 회장암, 현무암, 석탄회, 및 활석을 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 난연성 첨가제를 첨가하는 단계는,
    회장암, 현무암, 및 활석을 준비하는 단계;
    조 크러셔(jaw crusher)를 이용하여, 상기 회장암, 상기 현무암 및 상기 활석을 1차 분쇄하여, 1차 회장암 분말, 1차 현무암 분말, 및 1차 활석 분말을 제조하는 단계;
    디스크 밀러(disk miller)를 이용하여, 상기 1차 회장암 분말, 상기 1차 현무암 분말, 및 상기 1차 활석 분말을 2차 분쇄하여, 2차 회장암 분말, 2차 현무암 분말, 및 2차 활석 분말을 제조하는 단계;
    팟 밀(pot mill)을 이용한 습식 분쇄 공정으로, 상기 2차 회장암 분말, 상기 2차 현무암 분말, 및 상기 2차 활석 분말을 3차 분쇄하여, 3차 회장암 분말, 3차 현무암 분말, 및 3차 활석 분말을 제조하는 단계; 및
    상기 에폭시 수지에, 상기 3차 회장암 분말, 상기 3차 현무암 분말, 및 상기 3차 활석 분말을 첨가하는 단계를 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 난연성 첨가제를 첨가하는 단계는, 상기 석탄회를 체 분리하여, 석탄회 분말을 수득하는 단계를 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 현무암 직물을 준비하는 단계는,
    제1 방향으로 연장하는 현무암 섬유들을 준비하는 단계; 및
    상기 현무암 섬유들을 위사(weft), 경사(warp), 또는 위사 및 경사로 이용하여 상기 현무암 직물을 제조하는 단계를 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는 비할로겐 에폭시인 것을 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재의 제조 방법.
  7. 현무암 직물;
    상기 현무암 직물에 함침된 에폭시 수지; 및
    상기 에폭시 수지 내에 제공되고, 회장암, 현무암, 석탄회, 및 활석을 포함하는 난연성 첨가제를 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재.
  8. 제7 항에 있어서,
    아민기를 포함하는 경화제를 더 포함하되,
    상기 에폭시 수지의 에폭사이드 링과 상기 경화제의 아민기가 반응하여, 경화된 것을 포함하는 내화 현무암 섬유 강화 복합재.
KR1020180078219A 2018-07-05 2018-07-05 내화 현무암 섬유 강화 복합재 및 그의 제조 방법 KR102181169B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180078219A KR102181169B1 (ko) 2018-07-05 2018-07-05 내화 현무암 섬유 강화 복합재 및 그의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180078219A KR102181169B1 (ko) 2018-07-05 2018-07-05 내화 현무암 섬유 강화 복합재 및 그의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200005045A true KR20200005045A (ko) 2020-01-15
KR102181169B1 KR102181169B1 (ko) 2020-11-20

Family

ID=69156615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180078219A KR102181169B1 (ko) 2018-07-05 2018-07-05 내화 현무암 섬유 강화 복합재 및 그의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102181169B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210149319A (ko) * 2020-06-02 2021-12-09 한국세라믹기술원 천연원료 하이브리드 섬유복합체 및 그 제조방법
KR20230014962A (ko) * 2021-07-22 2023-01-31 주식회사 대웅에프엔티 (F.N.T) 난연성 수지코팅 현무암섬유사의 제조방법 및 그 제조장치
KR20230076489A (ko) * 2021-11-24 2023-05-31 주식회사 에스플러스컴텍 바잘트 섬유를 이용한 섬유 강화 복합재, 그 섬유 강화 복합재의 제조 방법 및 그 섬유 강화 복합재를 이용한 자동차 배터리용 초경량 프레임
CN117645754B (zh) * 2023-12-08 2024-06-07 浙江飞龙管业集团有限公司 一种耐热mpp管材及其制备工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050071426A (ko) * 2005-06-15 2005-07-07 손진호 무기섬유를 이용한 경질내화 차음보온재의 제작방법 및이에 따라 제작된 경질내화 차음보온재
KR20150069508A (ko) * 2014-09-19 2015-06-23 경희대학교 산학협력단 현무암 섬유, 에폭시 수지 및 몬모릴로나이트 복합소재
KR20150073709A (ko) * 2013-12-23 2015-07-01 한국세라믹기술원 현무암 섬유 강화 복합재료 및 그 제조방법
KR101737557B1 (ko) * 2016-10-13 2017-05-19 주식회사 대산이앤지 콘크리트 구조물용 내진 및 난연 복합 보강공법
KR101835426B1 (ko) * 2017-11-21 2018-03-08 조용상 에폭시 수지와 산무수물경화제를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 frp 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050071426A (ko) * 2005-06-15 2005-07-07 손진호 무기섬유를 이용한 경질내화 차음보온재의 제작방법 및이에 따라 제작된 경질내화 차음보온재
KR20150073709A (ko) * 2013-12-23 2015-07-01 한국세라믹기술원 현무암 섬유 강화 복합재료 및 그 제조방법
KR20150069508A (ko) * 2014-09-19 2015-06-23 경희대학교 산학협력단 현무암 섬유, 에폭시 수지 및 몬모릴로나이트 복합소재
KR101737557B1 (ko) * 2016-10-13 2017-05-19 주식회사 대산이앤지 콘크리트 구조물용 내진 및 난연 복합 보강공법
KR101835426B1 (ko) * 2017-11-21 2018-03-08 조용상 에폭시 수지와 산무수물경화제를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 frp 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210149319A (ko) * 2020-06-02 2021-12-09 한국세라믹기술원 천연원료 하이브리드 섬유복합체 및 그 제조방법
KR20230014962A (ko) * 2021-07-22 2023-01-31 주식회사 대웅에프엔티 (F.N.T) 난연성 수지코팅 현무암섬유사의 제조방법 및 그 제조장치
KR20230076489A (ko) * 2021-11-24 2023-05-31 주식회사 에스플러스컴텍 바잘트 섬유를 이용한 섬유 강화 복합재, 그 섬유 강화 복합재의 제조 방법 및 그 섬유 강화 복합재를 이용한 자동차 배터리용 초경량 프레임
CN117645754B (zh) * 2023-12-08 2024-06-07 浙江飞龙管业集团有限公司 一种耐热mpp管材及其制备工艺

Also Published As

Publication number Publication date
KR102181169B1 (ko) 2020-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102181169B1 (ko) 내화 현무암 섬유 강화 복합재 및 그의 제조 방법
KR101982087B1 (ko) 바텀애쉬를 이용한 층간소음 방지보드 제조 방법 및 이에 의해 제조된 층간소음 방지보드
Rabello et al. A novel vermiculite/vegetable polyurethane resin-composite for thermal insulation eco-brick production
CN101564923A (zh) 防火硅橡胶复合材料及其制备方法
KR101797219B1 (ko) 내화 방화벽
CN100564456C (zh) 阻燃改性沥青马蹄脂碎石(sma)混合料
KR101769145B1 (ko) 난연 코팅제 조성물 및 이를 이용한 가연성 소재의 난연 처리방법
KR101758308B1 (ko) 불연성 경량 건축 내·외장재 제조용 다공성 세라믹 성형체 및 그 제조방법
Marques et al. Cemental composites with polyurethane and recycled polyvinyl chloride: The influence of industrial waste addition on flammability
Romero-Gómez et al. Physico-mechanical properties of plastic waste-containing gypsum composites exposed to elevated temperature
KR100995606B1 (ko) 친환경적인 내화패널
Tan et al. Investigation of novel expandable polystyrene/alumina aerogel composite thermal insulation material
KR101289807B1 (ko) 기계화학적 방법에 의한 사문석을 이용한 불연성 마그네슘 산화물보드 제조
KR102626994B1 (ko) 경량 건축 내외장재용 불연성 세라믹 성형체 및 그 제조방법
KR20060053658A (ko) 불연성 방화 구조체
Yu et al. Preparation, characterization and fire resistance evaluation of a novel ceramizable silicone rubber composite
KR102174793B1 (ko) 방화제 조성물을 이용한 내화보드
Ortega et al. Mechanical and fire characterization of composite material made of polyethylene matrix and dry chemical powder obtained from end‐of‐life extinguishers
KR100378564B1 (ko) 건축 구조물 성형을 위한 몰딩재
KR20120077898A (ko) 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물
CN102464482A (zh) 珍珠岩质防火门芯板
WO2005030670A1 (en) Incombustible composition for access floor board, method of producing access floor board using incombustible composition, and incombustible access floor board using incombustible composition
KR102538512B1 (ko) 바이오 세라믹 분말 및 세라믹 바인더를 유효성분으로 포함하는 불연성 친환경 판넬 보드의 코팅제 조성물 및 이를 이용하는 불연성 판넬 보드의 제조방법
CN108503228A (zh) 一种新型岩棉保温材料及其制备方法
EP3666742B1 (en) Improved phenol-furan resin composition with reduced combustibility, preparation of pre-impregnated fiber-reinforced composite material and its use

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant