KR20210012296A - 복합재 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 복합재에 대한 것이다. 본 출원에서는 가볍고 얇으면서도 단열성 및 불연성을 포함한 목적 성능을 만족시킬 수 있는 복합재가 제공될 수 있다.
Description
본 출원은 복합재에 대한 것이다.
건축물의 내외벽 등에는 통상 단열 성능을 가지는 단열재가 시공되며, 이러한 단열재로는, 스티로폼(EPS)이나 우레탄 폼 등이 주로 적용된다. 그런데, 상기와 같은 소재는 불에 잘 타는 성질이 있어서 화재 시에 유독 가스 발생 등과 같은 많은 문제를 유발한다.
따라서, 위와 같은 용도에 적용되기 위한 재료로서, 불연성, 즉 불에 잘 타지 않는 성질을 가지는 재료가 필요하다.
그렇지만, 단열성이나 흡음성 등 재료에 요구되는 특성과 함께 불연성까지 겸비하는 재료의 제공은 쉽지 않은 과제이며, 특히 가볍고, 경량이면서도 상기 물성을 만족시키는 재료의 제공은 쉽지 않다.
본 출원은, 복합재에 대한 것이다. 본 출원에서는 가볍고, 얇으면서도 불연성과 단열성을 포함한 목적 물성을 충족시키는 복합재를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도 및/또는 압력이 그 물성치에 영향을 미치는 경우에는 특별히 달리 언급하지 않는 한, 해당 물성은 상온 및/또는 상압에서 측정한 물성을 의미한다.
본 출원에서 용어 상온은 가온 및 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이며, 예를 들면, 약 10°C 내지 30°C의 범위 내의 어느 한 온도, 25°C 또는 23°C 정도의 온도를 의미할 수 있다.
본 출원에서 용어 상압은, 특별히 줄이거나 높이지 않은 때의 압력으로서, 보통 대기압과 같은 1 기압 정도를 수 있다.
본 출원의 복합재는, 적어도 1층의 무기 보드와 적어도 1층의 유기 보드를 포함한다. 제한되는 것은 아니지만, 상기 복합재는 무기 보드 및 유기 보드를 각각 1층씩만 포함할 수도 있다. 용어 무기 보드는 무기물을 주성분으로 포함하는 보드를 의미하고, 유기 보드는 유기물을 주성분으로 포함하는 보드를 의미한다. 본 명세서에서 어떤 성분이 주성분으로 포함된다는 것은, 해당 성분의 중량 비율이 약 55 중량% 이상, 약 60 중량% 이상, 약 65 중량% 이상, 약 70 중량% 이상, 약 75 중량% 이상, 약 80 중량% 이상, 약 85 중량% 이상 또는 약 90 중량% 이상인 경우를 의미할 수 있다. 상기 주성분의 중량 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 상기 주성분의 중량 비율은 약 100 중량% 이하 또는 약 95 중량% 이하 정도일 수 있다. 용어 무기물 및 유기물의 의미는 업계에서 공지된 바와 같다.
복합재에서 상기 무기 보드와 유기 보드는 서로 적층되어 적층체를 구성하고 있을 수 있다.
본 발명자들은, 상기 무기 보드로서, 후술하는 특정 물성 및/또는 조성을 가지는 것을 적용하고, 이를 유기 보드와 조합시키면서, 필요에 따라서 유기 보드의 종류 및/또는 유기 보드와의 두께 관계 등을 제어함으로써, 목적하는 복합재의 제공이 가능한 것을 확인하였다.
본 출원의 하나의 태양에 의하면, 상기 서로 적층된 무기 보드 및 유기 보드를 포함하는 복합재는, 특정 화염 테스트에서 독특한 내부 온도의 프로파일을 나타낼 수 있다.
화염 테스트는, 도 1과 같이 상기 복합재의 무기 보드(100)에서 상기 유기 보드(200)를 향하는 방향으로 상기 무기 보드(100)에 화염을 인가(도 1의 화살표 방향)하여 수행할 수 있다.
화염 테스트에서 화염을 인가하는 화염원의 위치는 상기 무기 보드의 화염이 직접 인가되는 표면에서 대략 5 cm 내지 20 cm 또는 10 cm 내지 20 cm 또는 15 cm 내지 20 cm 정도 떨어진 위치일 수 있다.
인가되는 화염의 온도는, 열전대(thermocouple)(Type K, Diameter 1.5mm)를 사용하여 측정할 수 있다. 열전대의 위치는 상기 무기 모드의 화염이 직접 인가되는 표면에서 약 10±5mm 정도 떨어지고, 또한 상기 화염원과는 15 내지 20 cm 정도 떨어진 위치일 수 있다. 이와 같이 측정한 상기 화염 온도는 약 900°C 내지 1200°C의 범위 내일 수 있다. 상기 인가되는 온도는 다른 예시에서 약 1100°C 이하 또는 1000°C 이하 정도일 수도 있다. 이러한 화염은 부탄 가스 등의 공지의 수단을 사용하여 인가할 수 있다.
화염 테스트에서 상기 화염은, 약 30분 동안 인가될 수 있다.
본 출원의 복합재는 상기 화염 테스트에서 상기 화염이 30분간 인가된 시점에서 상기 유기 보드 및 무기 모드의 계면(도 1에서 계면으로 표시)에서의 온도가 상기 유기 보드의 점화 온도(ignition temperature) 미만일 수 있다. 상기 계면에서의 온도는 도 1에 직관적으로 표시한 바와 같이 유기 보드(200) 및 무기 보드(100)의 적층 계면에서의 온도를 의미하고, 무기 보드의 화염이 인가되는 부위 중 중심 부분에서 올라간 적층 계면의 온도를 의미한다. 상기 계면 온도는, 계면 온도 측정 지점에 온도계를 삽입하여 측정할 수 있다.
상기 유기 보드의 점화 온도는 NF T 20-036 (1985) 시험 규격에 따라 ZPA-3 반자동식 자기 점화 측정기(Semiautomatic autoignition tester)를 사용하여 확인된 온도이다. 규정된 크기(8 cm3)의 시료컵(Cube)에 시료를 넣고, 온도가 조절되는 노(Furnace)에 놓은 후에 노의 온도를 0.5℃/min 속도로 승온시켜 시료의 온도가 400℃를 초과하는 시점에서의 노(Furnace)의 온도를 해당 시료의 점화 온도(자연 발화점)로 규정할 수 있다.
상기 화염 테스트에서의 화염 온도는, 화재 시에 본 출원의 복합재가 놓이는 온도 환경을 반영할 수 있다. 본 출원의 복합재에서 상기 무기 보드는 열의 전달 속도를 적절하게 지연시킬 수 있고, 이에 따라서 유기 보드와의 계면 온도를 상기 범위로 조절할 수 있다. 상기 계면 온도는, 상기 무기 보드의 두께 및/또는 후술하는 무기 보드의 물성 제어를 통해 조절할 수 있다.
상기 계면 온도의 구체적인 범위는 상기 유기 보드의 종류에 따라서 결정되는 것으로서 특별히 제한되는 것은 아니다. 일 예시에서 상기 온도는 대략 500°C 이하, 450°C 이하, 400°C 이하, 350°C 이하, 300°C 이하, 250°C 이하 또는 200°C 이하, 190°C 이하, 180°C 이하, 170°C 이하 또는 160°C 이하이거나, 50°C 이상, 60°C 이상, 70°C 이상, 80°C 이상, 90°C 이상, 100°C 이상, 110°C 이상, 120°C 이상, 130°C 이상 또는 140°C 이상 정도일 수도 있다.
상기 복합재는 상기 화염 테스트에서 하기 수식 1을 만족하는 성능을 나타낼 수 있다.
[수식 1]
1.3≤Td/2/Td
수식 1에서 Td는 상기 유기 보드 및 무기 보드의 계면에서의 온도에고, Td /2는 상기 무기 보드의 중심부에서의 온도이다.
상기 무기 보드의 중심부에서의 온도(Td / 2)는, 무기 보드의 화염이 인가되는 면에서부터 상기 무기 보드의 두께의 1/2 지점에서의 온도를 의미한다. 또한, 상기 무기 보드의 중심부에서의 온도는, 화염 테스트에서 화염이 인가되는 무기 보드의 표면 부위의 중심점에서 상기 무기 보드 두께의 1/2만큼 올라간 지점에서 측정한 온도이다.
무기 보드의 중심부에서의 온도(Td / 2)는. 도 1에 직관적으로 표시한 바와 같이 무기 보드(100) 두께의 1/2 지점의 중심의 상기 무기 보드(100)의 내부 온도이고, 이는 도면 1에서 Td / 2 지점 온도 측정 지점으로 표시된 부위에 온도계를 삽입하여 측정할 수 있다.
수식 1에서 Td /2/Td은 다른 예시에서 약 1.5 이상, 약 1.7 이상, 약 1.9 이상, 약 2.1 이상, 약 2.3 이상, 약 2.5 이상 또는 약 2.7 이상이거나, 약 10 이하, 약 9 이하, 약 8 이하, 약 7 이하, 약 6 이하, 약 5 이하, 약 4 이하 또는 약 3.5 이하 정도일 수도 있다.
상기 무기 보드의 중심부에서의 온도(Td / 2)는, 유기 보드의 종류에 따라서 달라질 수 있는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니다. 일 예시에서 상기 온도(Td / 2)는 대략 800°C 이하, 750°C 이하, 700°C 이하, 650°C 이하, 600°C 이하, 550°C 이하 또는 500°C 이하이거나, 200°C 이상, 250°C 이상, 300°C 이상, 350°C 이상 또는 400°C 이상 정도일 수도 있다.
위와 같은 본 출원의 일 태양에 따른 복합재에 대한 내용은 본 명세서에서 개시하는 모든 태양의 복합재에 대해서도 독립적으로 동일하게 적용될 수 있다.
복합재가 상기와 같은 특성을 만족하기 위해서 무기 보드는, 소정 온도에서 적절한 흡열 특성 내지는 내열성을 나타낼 수 있다.
본 출원의 또 하나의 태양에 의하면, 상기 무기 보드 및 그 무기 보드에 적층된 유기 보드를 포함하는 복합재에서 상기 무기 보드는 하기 수식 2를 만족할 수 있다.
[수식 2]
1.1 ≤|(△H1200-△H900)/△H900|
수식 2에서 |(△H1200-△H900)/△H900|은, (△H1200-△H900)/△H900로 계산되는 값의 절대값을 의미하고, △H1200은 시차주사열량분석법(Differential Scanning Calorimetry, 이하 DSC)에서 1200°C에서의 엔탈피(단위: J/g)이고, △H900은 상기 DSC에서 900°C에서의 엔탈피이다. 본 명세서에서 언급하는 엔탈피의 단위는 J/g이다.
수식 2는 해당 무기 보드가, 소정 온도에서 목적하는 불연성 및 단열성을 만족시킬 수 있는 독특한 흡열 특성을 나타내는 것을 의미한다. 이러한 흡열 특성을 가지는 무기 보드의 적용을 통해 상기 언급된 복합재의 물성 확보가 가능하다. 이러한 무기 보드를 유기 보드와 복합화하는 것에 의해서 화재 시에 유기 보드에 화염에 의한 열이 전파되는 것을 적절하게 차단할 수 있고, 따라서 유기 보드의 장점을 살리면서 불연성을 확보할 수 있다.
상기 엔탈피(△H1200, △H900)는, DSC에 의해 온도에 따른 Heat Flow의 그래프를 확인하고, 해당 그래프를 적분하여 각 온도 지점에서 구할 수 있다. DSC는 시료(무기 보드 등)가 담긴 팬(Pan)과 비워 있는 기준 팬(reference Pan) 각각에 동일한 승온 및 냉각 속도로 열을 인가하여 수행한다. 상기 각 팬(Pan)은 독립된 히터와 온도 센서를 가지고 있다. 팬에 담긴 시료에 해당 팬의 온도는 상기 시료의 비열이나 상태 변화 등에 따라 기준 팬과는 다른 온도를 나타낼 수 있으며, 이러한 시료가 담긴 팬의 온도를 기준 팬과 동일하게 보정해 주기 위해서 소모된 에너지를 열량으로 환산하여 Heat Flow 그래프를 도시할 수 있고 이를 적분하여 엔탈피 변화를 구할 수 있다.
상기 DSC 분석은 ~ 로 기기를 설정하여 수행하며, 따라서 (△H1200 -△H900)/△H900의 값이 양의 값을 가지면, 측정 대상이 흡열 특성이 보이는 것으로 볼 수 있다. 만일 DSC 기기의 설정을 ~ 로 하게 되면, 상기 (△H1200 -△H900)/△H900의 값은 음의 값이 된다.
본 출원에서 상기 수식 2의 엔탈피를 구하기 위한 DSC는 승온 속도 10°C/분로 상온에서 1400°C 정도까지 온도를 승온하여 수행할 수 있다.
수식 2의 |(△H1200-△H900)/△H900|는 다른 예시에서 약 1.15 이상, 약 1.2 이상, 약 1.25 이상, 약 1.3 이상, 약 1.35 이상, 약 1.4 이상, 약 1.45 이상, 약 1.5 이상, 약 1.55 이상, 약 1.6 이상, 약 1.65 이상, 약 1.7 이상, 약 1.75 이상, 약 1.8 이상, 약 1.85 이상, 약 1.9 이상, 약 2 이상, 약 2.05 이상, 약 2.1 이상, 약 2.15 이상, 약 2.2 이상, 약 2.25 이상, 약 2.3 이상, 약 2.35 이상, 약 2.4 이상, 약 2.45 이상, 약 2.5 이상, 약 2.55 이상, 약 2.6 이상, 약 2.65 이상, 약 2.7 이상, 약 2.75 이상, 약 2.8 이상, 약 2.85 이상, 약 2.9 이상, 약 2.95 이상, 약 3 이상, 약 3.05 이상, 약 3.1 이상, 약 3.15 이상, 약 3.2 이상, 약 3.25 이상, 약 3.3 이상, 약 3.35 이상, 약 3.4 이상, 약 3.45 이상, 약 3.5 이상, 약 3.55 이상 또는 약 3.6 이상 정도이거나, 약 5 이하, 4.5 이하, 약 4 이하, 약 3.5 이하, 약 3 이하, 약 2.5 이하, 약 2 이하, 약 1.9 이하, 약 1.8 이하, 약 1.7 이하 또는 약 1.6 이하 정도일 수도 있다.
수식 2에서 △H1200는 특별히 제한되지 않지만, 약 4 KJ/g 이상 정도일 수 있다. 상기 △H1200는 다른 예시에서 약 4.5 KJ/g 이상 또는 5.5 KJ/g 이상 정도일 수 있고, 약 20 KJ/g 이하, 19 KJ/g 이하, 18 KJ/g 이하, 17 KJ/g 이하, 16 KJ/g 이하, 15 KJ/g 이하, 14 KJ/g 이하, 13 KJ/g 이하, 12 KJ/g 이하, 11 KJ/g 이하 또는 10 KJ/g 이하 정도일 수도 있다.
위와 같은 범위에서 무기 보드는 적절하게 목적하는 흡열 특성을 나타낼 수 있다.
위와 같은 본 출원의 일 태양에 따른 복합재에 대한 내용은 본 명세서에서 개시하는 모든 태양의 복합재에 대해서도 독립적으로 동일하게 적용될 수 있다.
상기 무기 보드의 흡열 특성 등은 무기 보드의 조성 및/또는 결정 구조에 따라 확보될 수 있다.
이에 따라서, 본 출원의 또 다른 태양에서 상기 서로 적층된 무기 보드 및 유기 보드를 포함하는 복합재에서 상기 무기 보드가 하기 수식 3을 만족할 수 있다.
이러한 무기 보드는, SiO2, FeO, Al2O3, MnO, Fe2O3, CaO, MgO, TiO2, Na2O, K2O 및 황으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 성분 중에서 적어도 SiO2 및/또는 Al2O3를 포함할 수 있다.
[수식 3]
1.1 ≤ (SiO2 + Al2O3)/(CaO+MgO)
수식 3에서 SiO2, Al2O3, CaO 및 MgO는 각각 상기 무기 보드 내의 SiO2, Al2O3, CaO 및 MgO의 중량 비율(중량%)이다.
상기 무기 보드 내의 각 성분의 비율은 XRF(X선 fluorescence) 원소 분석 방법에 의해 확인할 수 있다. 상기 XRF 분석은 약 200 W 정도의 X선을 시료에 조사하여 수행할 수 있다.
수식 3의 (SiO2 + Al2O3)/(CaO+MgO)는 다른 예시에서 약 1.15 이상, 약 1.2 이상, 약 1.25 이상, 약 1.3 이상, 약 1.35 이상, 약 1.4 이상, 약 1.45 이상 또는 약 1.5 이상이거나, 약 10 이하, 약 9 이하, 약 8 이하, 약 7 이하, 약 6 이하, 약 5 이하, 약 4 이하, 약 3 이하 또는 약 2 이하 정도일 수도 있다.
수식 3을 만족하는 조성의 무기 보드는 내부에 CaO 대비 높은 비율로 Al2O3를 포함할 수 있다. 이러한 무기 보드의 조성은, 상기 무기 보드가 고온 환경에 놓여지면, 소위 알루미노실리케이트상(aluminosilicate phase)으로의 상전이가 칼슘 실리케이트상(calcium silicate phase)으로의 상전이 대비 우세한 특성을 나타낼 수 있고, 이러한 상전이 경향에 의해서 전술한 흡열 특성 등이 확보될 수 있다.
상기 무기 보드는 또한 철(Fe)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 무기 보드는 FeO 및/또는 Fe2O3을 포함할 수 있고, 무기 보드 내에서 상기 FeO 및/또는 Fe2O3의 합계 비율은 5 중량% 이상일 수 있다. 이와 같은 철(Fe)의 비율을 통해서 무기 보드는 전술한 흡열 특성과 함께 우수한 내열성을 나타낼 수 있다. 상기 FeO 및/또는 Fe2O3의 합계 비율은, 다른 예시에서 약 6 중량% 이상, 약 7 중량% 이상, 약 8 중량% 이상, 약 9 중량% 이상, 약 10 중량% 이상, 약 11 중량% 이상, 약 12 중량% 이상, 약 13 중량% 이상, 약 14 중량% 이상, 약 15 중량% 이상, 약 16 중량% 이상, 약 17 중량% 이상, 약 18 중량% 이상 또는 약 19 중량% 이상이거나, 약 30 중량% 이하, 약 29 중량% 이하, 약 28 중량% 이하, 약 27 중량% 이하, 약 26 중량% 이하, 약 25 중량% 이하, 약 24 중량% 이하, 약 23 중량% 이하, 약 22 중량% 이하, 약 21 중량% 이하, 약 20 중량% 이하, 약 19 중량% 이하, 약 18 중량% 이하, 약 17 중량% 이하, 약 16 중량% 이하, 약 15 중량% 이하, 약 14 중량% 이하, 약 13 중량% 이하, 약 12 중량% 이하 또는 약 11 중량% 이하 정도일 수도 있다.
전술한 바와 같이, 알루미노실리케이트상(aluminosilicate phase)으로의 상전이가 우세한 무기 보드는 본 출원에서 목적하는 특성을 보다 효과적으로 만족시킬 수 있다.
따라서, 일 예시에서 상기 무기 보드는, 950°C에서 1 시간 동안 열처리된 후 실시된 X선 회절 분석(X-ray diffraction, 이하 XRD)에서 면간 거리(d) 기준 2.98Å 내지 3.18Å의 범위에서 회절 피크를 나타낼 수 있다. 상기 회절 피크 범위에서 나타나는 피크는 알루미노실리케이트상에 의해 유래되는 피크이다. 따라서, 상기 피크가 확인되는 무기 보드는, 알루미노실리케이트상으로의 상전이 발생이 있는 것으로 간주할 수 있다.
일 예시에서 상기 회절 피크 범위에서 확인되는 피크는 상기 XRD 분석에서 확인되는 피크 중에서 최대 강도(Maximum Intensity)를 나타내는 피크일 수 있다.
다른 예시에서 상기 회절 피크 범위에서 확인되는 피크의 강도(Ia) 및 상기 XRD 분석에서 면간 거리(d) 기준 2.79Å 내지 2.97Å에서 확인되는 회절 피크의 강도(Ic)의 비율(Ic/Ia)은 0.1 이하일 수 있다. 상기 2.79Å 내지 2.97Å에서 확인되는 회절 피크는 무기 보드 내의 칼슘 실리케이트에 의해 확인되는 피크이고, 따라서 상기 0.1 이하의 비율(Ic/Ia)에서 우수한 내열성이 확보될 수 있다. 상기 비율(Ic/Ia)의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 0 이상 또는 0 초과일 수 있다.
이러한 특성을 나타내는 무기 보드는 전술한 특성을 보다 효과적으로 만족시킬 수 있다.
상기와 같은 특성은 무기 보드에 포함되는 성분의 비율을 제어하여 달성할 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 무기 보드는, SiO2, FeO, Al2O3, MnO, Fe2O3, CaO, MgO, TiO2, Na2O, K2O 및 황으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 또는 2개 이상의 성분을 포함할 수 있으며, 이 때 적어도 SiO2 및 Al2O3 중 하나 또는 모두를 포함하고, 적어도 FeO 및 Fe2O3을 중 어느 하나 또는 양자 모두를 포함할 수 있다.
이러한 무기 보드에서 상기 Al2O3의 비율은 포함되는 경우에 대략 8 내지 20 중량%의 범위 내일 수 있고, SiO2의 비율은 포함되는 경우에 대략 20 내지 52 중량%의 범위 내일 수 있다.
또한, 상기 FeO 및/또는 Fe2O3의 비율은 전술한 바와 같다.
상기와 같은 무기 보드에서 SiO2 및 Al2O3 중 하나 또는 모두의 비율 및/또는 FeO 및 Fe2O3을 중 어느 하나 또는 양자 모두의 비율을 제외한 잔량은 상기 MnO, CaO, MgO, TiO2, Na2O, K2O 및/또는 황일 수 있다.
이 경우 전술한 물성의 확보를 위해서는 상기 CaO의 비율은 가급적 적은 것이 적절할 수 있다. 예를 들면, 상기 CaO의 비율은 약 30 중량% 이하, 약 29 중량% 이하, 약 28 중량% 이하, 약 27 중량% 이하, 약 26 중량% 이하, 약 25 중량% 이하, 24 중량% 이하, 23 중량% 이하, 22 중량% 이하, 21 중량% 이하, 20 중량% 이하, 19 중량% 이하, 18 중량% 이하, 17 중량% 이하, 16 중량% 이하, 15 중량% 이하, 14 중량% 이하, 13 중량% 이하 또는 12 중량% 이하 정도일 수 있다. 상기 비율의 하한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 상기 CaO의 비율은 약 10 중량% 이상, 약 12 중량% 이상, 약 14 중량% 이상, 약 16 중량% 이상, 약 18 중량% 이상, 약 20 중량% 이상, 약 22 중량% 이상 또는 약 24 중량% 이상 정도일 수 있다.
무기 보드에서 기타 성분의 비율은 적절히 선택될 수 있고, 특별한 제한은 없다.
예를 들면, 무기 보드에서 MnO는 존재하는 경우에 그 비율이 0.01 내지 0.3 중량%의 범위 내일 수 있고, MgO는 존재하는 경우에 그 비율이 8 내지 15 중량%의 범위 내일 수 있으며, TiO2는 존재하는 경우에 그 비율이 0.1 내지 2.7 중량%의 범위 내일 수 있고, Na2O는 존재하는 경우에 그 비율이 0.8 내지 3.3 중량%의 범위 내일 수 있으며, K2O는 존재하는 경우에 그 비율이 0.1 내지 2 중량%의 범위 내일 수 있고, 황은 존재하는 경우에 그 비율이 0 내지 0.2 중량%의 범위 내일 수 있다.
상기 조성을 가지는 무기 보드를 제조하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 본 명세서의 하기에서 기재하는 방식이 적용된다.
위와 같은 무기 보드는 그 특유의 조성에 의해서 높은 공융점(eutectic point)을 나타낼 수 있고, 그에 따라 고온에서도 안정적으로 성능이 유지될 수 있다.
또한, 상기 무기 보드는, 900°C에서 15분 열처리 후에 부피 변화율이 90% 이하일 수 있다. 상기 부피 변화율은 다른 예시에서 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하 또는 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하 또는 30% 이하이거나, 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상 또는 50% 이상 정도일 수도 있다.
위와 같은 특성의 무기 보드의 적용을 통해서 목적에 따라 설계된 특성이 고온 환경, 예를 들면, 화재 환경에서도 안정적으로 유지되는 복합재의 제공이 가능할 수 있다.
상기 무기 보드는 또한 우수한 단열 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 상기 무기 보드는, 30 내지 50 mW/mK의 열전도 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 열전도 특성은 ISO 8301 표준서에서 규정하는 열전류게법 또는 KS L 9016 표준서에서 규정하는 보온재의 열전도율 측정 규격에 따른 열류계에 의한 방법, 평판 직접법, 평판 비교법 또는 열 전류계법 중에서 열전류게법을 채용한 EKO社의 HC-074 열전도도측정장비를 사용하여 측정할 수 있다. 상기 열전도 특성은 다른 예시에서 약 31mW/mK 이상, 32mW/mK 이상, 33mW/mK 이상, 34 mW/mK 이상 또는 35 mW/mK 이상이거나, 49mW/mK 이하, 48mW/mK 이하, 47mW/mK 이하, 46mW/mK 이하, 45mW/mK 이하, 44mW/mK 이하, 43mW/mK 이하, 42mW/mK 이하, 41mW/mK 이하, 40 mW/mK 이하 또는 39 mW/mK 이하 정도일 수도 있다.
상기 무기 보드는, 경량에서도 상기와 같은 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 무기 보드는 밀도가 80 내지 200 Kg/m3의 범위 내일 수 있다. 상기 밀도는 다른 예시에서 85 Kg/m3 이상, 90 Kg/m3 이상, 95 Kg/m3 이상 또는 100 Kg/m3 이상 정도이거나, 190 Kg/m3 이하, 180 Kg/m3 이하, 170 Kg/m3 이하, 160 Kg/m3 이하, 150 Kg/m3 이하 또는 140 Kg/m3 이하 정도일 수 있다.
상기 무기 보드는, 단위 면적당 무게가 5 내지 40 Kg/m2의 범위 내일 수 있다. 상기 단위 면적당 무게는 다른 예시에서 35 Kg/m2 이하, 30 Kg/m2 이하, 25 Kg/m2 이하, 20 Kg/m2 이하 또는 15 Kg/m2 이하, 또는 10 Kg/m2 이하 정도이거나, 약 7 이상 정도 또는 9 Kg/m2 이상 정도일 수 있다.
상기 무기 보드는 또한 적절한 인장 강도를 나타낼 수 있고, 이에 따라서 복합재의 시공성을 개선할 수 있다. 상기 인장 강도는 EN 1607 표준에서 규정하는 바와 같이 한변이 200±2mm인 정사각형 형태의 판재 사이에 측정 대상을 샌드위치 형태로 접착시키고, 분당 10±1mm의 속도로 수직 인장 시험ㅇ르 수행하여 측정되는 최대 하중을 단면적으로 나눈 값을 확인하는 방식으로 측정할 수 있다. 상기 인장 강도는 예를 들면, 약 3 내지 200 kPa의 범위일 수 있다. 상기 인장 강도는 다른 예시에서 약 4 kPa 이상 또는 5 kPa 이상이거나, 약 190 kPa 이하, 약 180 kPa 이하, 약 170 kPa 이하, 약 160 kPa 이하, 약 150 kPa 이하, 약 140 kPa 이하, 약 130 kPa 이하, 약 120 kPa 이하, 약 110 kPa 이하, 약 100 kPa 이하, 약 90 kPa 이하, 약 80 kPa 이하, 약 70 kPa 이하, 약 60 kPa 이하, 약 50 kPa 이하, 약 40 kPa 이하, 약 30 kPa 이하, 약 24 kPa 이하, 23 kPa 이하, 22 kPa 이하, 21 kPa 이하, 20 kPa 이하, 19 kPa 이하, 18 kPa 이하, 17 kPa 이하, 16 kPa 이하 또는 15kPa 이하 정도일 수도 있다.
위와 같은 본 출원의 일 태양에 따른 복합재에 대한 내용은 본 명세서에서 개시하는 모든 태양의 복합재에 대해서도 독립적으로 동일하게 적용될 수 있다.
본 출원의 복합재는 위와 같은 내용을 통해서 얇고, 가벼우면서도 목적하는 성능이 만족될 수 있도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 출원의 또 다른 태양에서는 상기 서로 적층된 무기 보드 및 유기 보드를 포함하는 적층체를 가지는 복합재에서 상기 적층체의 두께가 50 내지 250 mm의 범위 내이면서, 상기 무기 보드의 두께는 5 내지 160 mm의 범위 내일 수 있다.
상기 적층체의 두께는 다른 예시에서 약 60 mm 이상, 약 70 mm 이상, 약 80 mm 이상, 약 90 mm 이상, 약 100 mm 이상, 약 110 mm 이상, 약 120 mm 이상, 약 130 mm 이상, 약 140 mm 이상 또는 약 150 mm 이상이거나, 약 240 mm 이하, 약 230 mm 이하, 약 220 mm 이하, 약 210 mm 이하, 약 200 mm 이하, 약 190 mm 이하, 약 180 mm 이하, 약 170 mm 이하 또는 약 160 mm 이하 정도일 수도 있다.
또한, 상기 무기 보드의 두께는 다른 예시에서 약 6 mm 이상, 7 mm 이상, 8 mm 이상, 9 mm 이상, 10 mm 이상, 15 mm 이상, 20 mm 이상, 25 mm 이상, 30 mm 이상, 35 mm 이상, 40 mm 이상, 45 mm 이상, 50 mm 이상 또는 55 mm 이상이거나, 약 150 mm 이하, 140 mm 이하, 130 mm 이하, 120 mm 이하, 110 mm 이하, 100 mm 이하, 90 mm 이하, 80 mm 이하 또는 70 mm 이하 정도일 수도 있다.
상기와 같은 구조에 포함되는 유기 보드는 두께가 50 내지 200mm의 범위 내일 있다. 상기 유기 보드의 두께는 다른 예시에서 약 55 mm 이상, 60 mm 이상, 65 mm 이상, 70 mm 이상, 75 mm 이상 또는 80 mm 이상이거나, 190 mm 이하, 180 mm 이하, 170 mm 이하, 160 mm 이하, 150 mm 이하, 140 mm 이하 또는 130 mm 이하 정도일 수도 있다.
상기와 같은 구조에서 상기 무기 보드의 두께(Ti) 및 상기 유기 보드의 두께(To)의 비율(Ti/To)은 하나의 예시에서 약 0.1 내지 5의 범위 내일 수 있다. 상기 비율(Ti/To)은 다른 예시에서 약 0.15 이상, 약 0.2 이상, 약 0.25 이상, 약 0.3 이상, 약 0.35 이상, 약 0.4 이상, 약 0.45 이상, 약 0.5 이상 또는 약 0.55 이상이거나, 약 4.5 이하, 약 4 이하, 약 3.5 이하, 약 3 이하, 약 2.5 이하, 약 2 이하, 약 1.5 이하, 약 1 이하 또는 약 0.8 이하 정도일 수 있다.
상기 복합재는, 위와 같은 두께 범위에서 우수한 단열 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 상기 복합재는, 15 내지 32 mW/mK의 열전도 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 열전도 특성의 측정 방식은 상기 무기 보드에서의 측정 방식과 같다. 상기 열전도 특성은 다른 예시에서 약 19mW/mK 이상 또는 20 mW/mK 이상이거나, 31mW/mK 이하, 30mW/mK 이하, 29mW/mK 이하, 28mW/mK 이하, 27mW/mK 이하, 26mW/mK 이하 또는 25 mW/mK 이하 정도일 수도 있다.
상기 복합재는, 경량에서도 상기와 같은 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 복합재는 밀도가 20 내지 180 Kg/m3의 범위 내일 수 있다. 상기 밀도는 다른 예시에서 25 Kg/m3 이상 또는 30 Kg/m3 이상 정도이거나, 170 Kg/m3 이하, 160 Kg/m3 이하, 150 Kg/m3 이하, 140 Kg/m3 이하, 130 Kg/m3 이하, 120 Kg/m3 이하 또는 110 Kg/m3 이하 정도일 수 있다.
상기 복합재는, 단위 면적당 무게가 3 내지 30 Kg/m2의 범위 내일 수 있다. 상기 단위 면적당 무게는 다른 예시에서 4 Kg/m2 이상, 5 Kg/m2 이상, 6 Kg/m2 이상, 7 Kg/m2 이상 또는 8 Kg/m2 이상이거나, 28 Kg/m2 이하, 26 Kg/m2 이하, 24 Kg/m2 이하, 22 Kg/m2 이하, 20 Kg/m2 이하 또는 18 Kg/m2 이하 정도일 수 있다.
상기 복합재는 또한 적절한 인장 강도를 나타낼 수 있고, 이에 따라서 복합재의 시공성을 개선할 수 있다. 상기 인장 강도의 측정 방법은 상기 무기 보드에서의 인장 강도의 측정 방식과 같다. 상기 인장 강도는 예를 들면, 약 3 내지 200 kPa의 범위일 수 있다. 상기 인장 강도는 다른 예시에서 약 4 kPa 이상 또는 5 kPa 이상이거나, 약 190 kPa 이하, 약 180 kPa 이하, 약 170 kPa 이하, 약 160 kPa 이하, 약 150 kPa 이하, 약 140 kPa 이하, 약 130 kPa 이하, 약 120 kPa 이하, 약 110 kPa 이하, 약 100 kPa 이하, 약 90 kPa 이하, 약 80 kPa 이하, 약 70 kPa 이하, 약 60 kPa 이하, 약 50 kPa 이하, 약 40 kPa 이하, 약 30 kPa 이하, 약 24 kPa 이하, 23 kPa 이하, 22 kPa 이하, 21 kPa 이하, 20 kPa 이하, 19 kPa 이하, 18 kPa 이하, 17 kPa 이하, 16 kPa 이하 또는 15kPa 이하 정도일 수도 있다.
위와 같은 본 출원의 일 태양에 따른 복합재에 대한 내용은 본 명세서에서 개시하는 모든 태양의 복합재에 대해서도 독립적으로 동일하게 적용될 수 있다.
본 출원의 복합재에 포함되는 무기 보드의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 출원에서는 무기 보드로서, 건축 자재 분야에서 공지된 다양한 무기 보드 중에서 상기 기술한 내용을 만족하는 무기 보드를 선택하여 사용할 수 있다.
이러한 무기 보드로는, 예를 들면, 미네랄울(mineral wool) 보드, 마그네슘 보드, 에어로젤 블랭킷, 에어로젤 보드, 마그네슘 보드, 글래스 울(glass wool) 보드, 펄라이트(perlite) 보드 또는 경량 콘크리트 보드 등이 있다.
특별히 제한되는 것은 아니나, 전술한 흡열 특성 등을 만족하는 무기 보드의 제공을 위해서 상기 무기 보드 중에서 미네랄울 보드를 선택할 수 있다.
미네랄울 보드는 업계에 공지된 바와 같이 광물성 섬유를 통해 제조된 보드이고, 통상 오픈셀(open cell) 구조를 가지는 무기 보드이다. 이러한 미네랄울 보드는, 원료가 되는 암석을 고온(통상 1000°C 이상)에서 용융시켜 제조한 광물성 섬유(미네랄 섬유)을 사용하여 제조한다. 이 과정에서 원료로서 적용되는 암석으로는, 통상 사장석(plagioclase), 클리노엔스터타이트(clinoenstatite), 투휘석(Diopside), 각섬석(Actinolite), 현무암(Basalt) 및/또는 석회석(Limestone) 등이 있다. 각 원료별로 해당 원료의 조성이 알려져 있고, 그 원료에 의해 광물성 섬유에 존재하게 되는 성분도 알려져 있기 때문에, 목적하는 조성을 고려하여 원료의 종류 및 비율을 적절하게 선택함으로써, 상기 언급된 조성의 무기 보드를 용이하게 제조할 수 있다. 예를 들면, 미네랄 울 제품의 원료는 대표적으로 현무암과 제철 슬래그가 있는데, 상기에서 제철 슬래그는, 제련 시에 추가되는 석회석(Limestone)의 영향으로 CaO 함량이 높고, 철을 분리한 후에 잔존하는 성분이어서 FeO의 함량이 낮은 반면, 현무암은 FeO의 함량은 높고, CaO의 함량은 낮다. 또한, Al2O3 함량이 높은 회장암(Anorthite)의 적용 및 비율 조절을 통해 무기 보드 내에서 Al2O3 함량의 제어를 할 수도 있다. 따라서, 상기와 같은 내용을 고려하여 적절한 원료를 선택함으로써, CaO, 철 성분(FeO+Fe2O3) 및/또는 Al2O3의 비율을 제어할 수 있다.
위와 같은 원료를 적용하여 무기 보드를 제조하는 방법 자체는 공지의 방식에 따를 수 있다.
목적하는 성능을 보다 효과적으로 달성하기 위해서 상기 무기 보드와 함께 복합재에 포함되는 유기 보드의 종류도 제어될 수 있다.
예를 들면, 상기 유기 보드로는, 17 내지 30 mW/mK의 열전도 특성을 나타내는 보드를 선택할 수 있다. 이러한 열전도 특성은 상기 무기 보드 및 복합재의 열전도 특성을 측정하는 방식과 같은 방식으로 측정할 수 있다. 상기 열전도 특성은 다른 예시에서 약 24mW/mK 이하, 23mW/mK 이하, 22mW/mK 이하, 21mW/mK 이하 또는 20 mW/mK 이하 정도일 수도 있다.
또한, 유기 보드로는 가급적 경량에서 상기 특성을 나타내는 보드를 선택할 수 있다. 유기 보드는, 예를 들면, 밀도가 20 내지 70 Kg/m3의 범위 내일 수 있다. 상기 밀도는 다른 예시에서 21 Kg/m3 이상, 22 Kg/m3 이상, 23 Kg/m3 이상, 24 Kg/m3 이상 또는 25 Kg/m3 이상이거나, 65 Kg/m3 이하, 60 Kg/m3 이하, 55 Kg/m3 이하, 50 Kg/m3 이하, 45 Kg/m3 이하, 40 Kg/m3 이하 또는 36 Kg/m3 이하 정도일 수도 있다.
유기 보드로는 또한 단위 면적당 무게가 2 내지 20 Kg/m2의 범위 내인 것이 적용될 수 있다. 상기 단위 면적당 무게는 다른 예시에서 3 Kg/m2 이상이거나, 18 Kg/m2 이하, 16 Kg/m2 이하, 14 Kg/m2 이하, 12 Kg/m2 이하, 10 Kg/m2 이하 또는 8 Kg/m2 이하 정도일 수 있다.
본 출원의 복합재에 포함되는 유기 보드의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 출원에서는 유기 보드로서, 건축 자재 분야에서 공지된 다양한 유기 보드 중에서 상기 기술한 내용을 만족하는 유기 보드를 선택하여 사용할 수 있다.
이러한 유기 보드로는, 예를 들면, 페놀폼(phenolic foam), 폴리우레탄폼(polyurethane foam), XPS(extruded polystyrene) 또는 EPS(Expended Polystyrene) 등의 폴리스티렌 보드 또는 폴리이소시아누레이트폼(PIR(polyisocyanurate) foam) 등의 고분자폼 등이 알려져 있다.
이와 같은 고분자폼은, 통상 소위 밀폐셀(closed cell) 및/또는 오픈셀(open cell)을 포함하는 구조를 가지는 발포폼이며, 이러한 유기 보드는 목적하는 특성을 만족시키는 것에 유리하다.
예를 들면, 유기 보드로는 상기 고분자폼 중에서 독립 기포율이 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상 정도인 고분자폼을 선택할 수 있다. 이러한 독립 기포율은 ASTM D6226 표준에서 규정하는 방식으로 측정할 수 있다. 상기 독립 기포율의 상한은 특별한 제한은 없고, 예를 들면, 상기 독립 기포율은 100% 이하 또는 100% 미만일 수 있다.
예를 들면, 상기 독립 기포율을 가지는 페놀폼은 상기 언급한 특성을 효과적으로 만족시킨다.
본 출원의 복합재는 상기 기술한 무기 보드 및 유기 보드를 적어도 1층씩 포함하고, 이들을 적층된 형태로 포함할 수 있다. 본 출원의 복합재는 특정한 무기 및 유기 보드의 선택 및 적용을 통해서 복수의 층을 적층하지 않고도 목적하는 단열성 및 불연성 등이 확보될 수 있다. 따라서, 일 예시에서 상기 복합재는, 상기 무기 및 유기 보드를 각각 1층씩만 포함할 수 있다. 본 출원의 경우, 이러한 구조에서도 목적하는 물성을 효과적으로 만족하는 복합재를 제공할 수 있다.
본 출원의 복합재는 상기 무기 및 유기 보드에 추가하여 필요한 공지의 성분을 추가로 포함할 수 있다.
예를 들면, 복합재는, 마감재를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 마감재는 예를 들면, 상기 무기 보드의 유기 보드를 향하는 면과는 반대면에 형성될 수 있다. 이러한 마감재는 통상 KS F 4716 표준에 규정된 시멘트계 바탕 바름재 등을 사용하여 형성되며, 그 두께는 1mm 내지 10mm의 범위 내에서 형성된다.
이상 기술한 본 출원의 복합재는 다양한 용도에 적용될 수 있으며, 그 예로는, 단열성 및 불연성 등이 요구되는 건축 자재, 예를 들면, 건물 외벽 재료 등에 적용될 수 있다.
본 출원에서는 가볍고 얇으면서도 단열성 및 불연성을 포함한 목적 성능을 만족시킬 수 있는 복합재가 제공될 수 있다.
도 1은, 본 출원의 화염 테스트의 수행 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 실시예의 무기 보드에 대해서 수행한 DSC 분석에 의해 구해진 Heat Flow 그래프이고, 도 3은 해당 그래프를 적분한 결과이다.
도 4는, 무기 보드의 결정화 후에 확인한 XRD 그래프이다.
도 5는 복합재에 대한 화염 테스트에서의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6 및 7은 실물 화재 테스트의 측정에 적용된 벽체를 보여주는 도면이다.
도 8은 실물 화재 테스트가 수행되는 과정을 보여주는 사진이다.
도 9는 실물 화재 테스트의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 실시예의 무기 보드에 대해서 수행한 DSC 분석에 의해 구해진 Heat Flow 그래프이고, 도 3은 해당 그래프를 적분한 결과이다.
도 4는, 무기 보드의 결정화 후에 확인한 XRD 그래프이다.
도 5는 복합재에 대한 화염 테스트에서의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6 및 7은 실물 화재 테스트의 측정에 적용된 벽체를 보여주는 도면이다.
도 8은 실물 화재 테스트가 수행되는 과정을 보여주는 사진이다.
도 9는 실물 화재 테스트의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
1. DSC 평가 방법
무기 보드의 엔탈피(△H1200, △H900) 등을 확인하기 위한 DSC 테스트는 DSC 기기로서 High Temperature DSC 기기 (제조사: NETZSCH, 제품명: DSC 404F1 Pegasus)를 사용하여 수행하였다. 상기 기기의 장착된 동일한 온도 센서 및 히터가 장착된 2개의 팬 중 하나의 팬에 시료를 넣고, 다른 팬은 비워두었다. 이어서 승온 속도 10°C/분로 상온에서 1400°C 정도까지 온도까지 상기 2개의 펜의 온도를 승온하여 그에 따라 Heat Flow의 그래프를 도시하고, 해당 그래프를 적분하여 각 온도 지점에서의 엔탈피를 구하였다. DSC 시험 시에 시료로는 무게가 약 5.2m g 정도인 시료를 사용하였다.
2. XRF 원소 분석 방법
무기 보드에 대한 원소 분석은 XRF 기기(제조사: Rigaku, 제품명: Supermini)를 사용하여 정량 분석을 수행하여 평가하였다. 상기 분석 시에 시료에 X선(200W, 50kV, 4mA)을 조사하였으며, 시료는 직경이 약 3 cm 정도인 원형 형태로 준비하여 상기 분석을 수행하였다.
3. XRD 분석 방법
무기 보드에 대한 결정화 후 XRD 분석은 무기 보드 시료를 950°C에서 1 시간 동안 열처리하여 결정화한 후에 수행하였다. 상기 XRD 분석은 XRD 기기(제조사: Panalytical, 제품명: Empyrean)를 사용하여 수행하였다.
4. 열전도 분석 방법
무기 보드, 유기 보드 및 복합재의 열전도도는 측정 기기(제조사: Eko Instruemts Trading, 제품명: HC-704)를 사용하여 측정하였다. 각각 온도가 10°C 및 35°C로 유지된 열판의 사이에 샘플을 장착하고, 열 흐름(heat flow)를 확인하여 열전도도를 평가하였다.
5. 인장 강도 분석 방법
무기 보드 및 복합재의 인장 강도는 측정 기기(이중 컬럼 만능 재료 시험기)(제조사: Instron, 제품명: 5969)를 사용하여 EN 1607 표준에 규정된 200×200(mm)의 측정 지그를 사용하여 평가하였다.
실시예 1.
무기 보드로는, 두께가 60 mm 정도인 미네랄울(KCC사의 외단열용 미네랄 울 제품(밀도 140Kg/m3)을 사용하였다. 하기 표 1은 상기 무기 보드에 대해서 수행한 XRF 분석에 의해 확인한 원소 비율을 정리한 결과이다. 무기 보드는 하기 표 1에 기재된 성분 외에 XRF 분석에 의해 명확하게 확인되지 않은 미량의 성분을 잔량으로 포함한다.
| 원소 | 비율(중량%) |
| SiO2 | 32.4 |
| CaO | 25.9 |
| MgO | 8 |
| Al2O3 | 17.7 |
| K2O+ Na2O | 2.8 |
| FeO+Fe2O3 | 11.9 |
위 표 1의 결과로부터 무기 보드에서의 FeO 및 Fe2O3의 합계 비율은 약 11.9 중량% 정도이고, (SiO2 + Al2O3)/(CaO+MgO)의 값은 약 1.5 정도인 것을 확인할 수 있다. 도 2는 상기 무기 보드에 대해서 수행한 DSC 분석에 의해 구해진 Heat Flow 그래프이고, 도 3은 해당 그래프를 적분한 결과이다. 상기 DSC 분석에 의해서 구해진 무기 보드의 "(△H1200 -△H900)/△H900"의 값은 약 1.51 정도였다. 또한, 도 4는, 상기 무기 보드에 대해서 수행한 상기 XRD 그래프이다. 그 결과 면간 거리(d) 2.98Å 내지 3.00Å 범위에서 회절 피크가 관찰되었고, 2.79Å 내지 2.97Å에서는 피크가 관찰되지 않았다. 추가적으로 상기 무기 보드의 열전도 특성은 약 37.6 mW/mK였고, 밀도는 약 140 Kg/m3였으며, 인장 강도는 약 9 kPa였고, 단위 면적당 무게는 약 8.4 Kg/m2 정도였다. 또한, 상기 무기 보드를 900°C에서 15분간 유지한 후에 상기 열처리 전후의 부피 변화율을 확인한 결과, 해당 변환율은 약 55 % 미만 정도였다.
유기 보드로는 두께가 약 100 mm 정도인 페놀폼(제조사: LG 하우시스)을 적용하였다. 상기 페놀폼은 밀폐셀을 가지는 것으로서 독립 기포율이 약 90% 정도이고, 열전도도가 약 19 mW/mK이며, 밀도가 약 36 Kg/m3 정도이고, 단위 면적당 무게가 약 3.6 Kg/m2 정도인 것이었다. 상기 페놀폼의 점화 온도(ignition temperature)는 NF T 20-036(1985) 시험 규격에 규정된 방식으로 확인하였을 때에 약 460°C 정도였다.
상기 무기 보드의 일면에 일반적인 시멘트 기반의 마감 재료를 사용하여 마감재를 약 4 mm 정도의 두께로 형성하였다. 이어서, 도 1과 같이 상기 무기 보드(100)의 마감재가 형성되지 않은 면을 상기 유기 보드(200)상에 적층하여 복합재를 제조하였다.
이어서 상기 복합재의 마감재측을 향해서 부탄 가스 화염(온도: 940±40°C)을 30분 동안 가하여 화염 테스트를 수행하였다.
상기 화염 테스트에서 화염을 인가하는 화염원(부탄 가스 화염)의 위치는 상기 무기 보드의 표면에서 대략 15 cm 내지 20 cm 정도 떨어진 위치로 하였고, 화염의 온도는, 열전대(thermocouple)(Type K, Diameter 1.5mm)를 상기 무기 모드의 화염이 직접 인가되는 표면에서 약 10mm 정도 떨어지고, 또한 상기 화염원과는 15 내지 20 cm 정도 떨어진 위치에 배치시켜서 측정하였다.
도 5는 상기와 같은 테스트 과정에서 유기 보드와 무기 보드의 계면에서의 온도 변화(부착 경계면) 및 상기 무기 보드의 중심부(Td / 2)에서의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5에서 확인되는 바와 같이 상기 화염 테스트에서 30분 화염 인가 후에 유기 보드와 무기 보드의 계면에서의 온도는 약 150°C 정도였고, 무기 보드의 중심부(Td/2)에서의 온도는 약 450°C 정도였다.
상기 복합재에 대해서 실물 화재 테스트를 수행하였다. 상기 테스트는 BS 8414 규격으로 진행하고, BR 135에 근거하여 합부를 판정하였다. 상기 테스트는 상기 복합재를 사용하여 도 6 및 7에 나타난 바와 같은 시험용 벽체를 제조하고, 벽체의 개구부 내에서 화염을 발생시켜서 열전도를 평가하는 방식이다. 도 7은 도 6에 도시한 벽체의 실물 사진이다.
이 테스트에서는 화염이 존재하는 개구부 최상단에서 높이 2.5 m 지점을 Level 1로 하고, 5 m 지점을 Level 2로 한다. 개구부에서 30 분 동안 4500MJ의 열량의 화염을 인가한 후에 화염 소화 후 30분 동안 열전도를 관찰한다.
도 8은 도 7에 나타난 벽체에 대해서 실물 화제 테스트를 진행한 후에 화염을 소화한 상태를 보여주는 사진이다.
도 9는, 상기 테스트에서 화염 점화 후에 5분 내지 20분의 구간 동안 각 측정 지점에서의 최고 온도를 표시한 결과이다. 도 9에서 괄호 내의 온도는 무기 보드와 유기 보드의 계면에서의 온도(내부 온도)이고, 괄호가 표시되지 않은 온도는 무기 보드의 표면(외부 온도)에서의 온도이다. 도 9로부터 개구부를 기준으로 상부로 갈수록 외부 온도가 떨어지고, 내부 온도도 떨어졌으며, 특히 내부 온도의 경우 외부 온도 대비 위치별 편차가 크지 않아서 무기 보드가 적절한 흡열 효과를 발휘하고 있는 것을 확인할 수 있다.
실시예 2.
무기 보드 및 유기 보드의 두께를 각각 70 mm로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합재를 제조하였다. 실시예 1과 같은 방식으로 상기 복합재에 대해서 화염 테스트를 수행한 결과 유기 보드와 무기 보드의 계면에서의 온도는 약 100°C 정도였고, 무기 보드의 중심부(Td / 2)에서의 온도는 약 470°C 정도였다. 상기 복합재에 대해서 실시예 1과 같은 방식으로 실물 화재 테스트를 수행하였다. 실시예 1의 경우와 유사하게 이 경우에도 개구부를 기준으로 상부로 갈수록 외부 온도가 떨어지고, 내부 온도도 떨어졌으며, 특히 내부 온도의 경우 외부 온도 대비 위치별 편차가 크지 않아서 무기 보드가 적절한 흡열 효과를 발휘하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 3.
무기 보드의 두께를 30 mm로 하고, 유기 보드의 두께를 110 mm로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합재를 제조하였다. 실시예 1과 같은 방식으로 상기 복합재에 대해서 화염 테스트를 수행한 결과 유기 보드와 무기 보드의 계면에서의 온도는 약 250°C 정도였고, 무기 보드의 중심부(Td / 2)에서의 온도는 약 550°C 정도였다. 상기 복합재에 대해서 실시예 1과 같은 방식으로 실물 화재 테스트를 수행하였다. 실시예 1의 경우와 유사하게 이 경우에도 개구부를 기준으로 상부로 갈수록 외부 온도가 떨어지고, 내부 온도도 떨어졌으며, 특히 내부 온도의 경우 외부 온도 대비 위치별 편차가 크지 않아서 무기 보드가 적절한 흡열 효과를 발휘하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
Claims (22)
- 서로 적층된 무기 보드 및 유기 보드를 포함하는 적층체를 가지고,
상기 적층체의 두께가 50 내지 250 mm의 범위 내이며,
상기 무기 보드의 두께가 5 내지 160 mm의 범위 내인 복합재. - 제 1 항에 있어서, 무기 보드는 900°C에서 15분 가열 후에 부피 변화율이 90% 이하인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 무기 보드는, 950°C에서 1 유지한 후에 X선 회절 분석의 면간 거리(d) 2.98Å 내지 3.18Å의 사이에서 회절 피크가 관찰되는 복합재.
- 제 3 항에 있어서, X선 회절 분석에서 면간 거리(d) 2.98Å 내지 3.18Å의 사이에서 관찰되는 회절 피크의 강도(Ia) 및 면간 거리(d) 2.79Å 내지 2.97Å에서 확인되는 회절 피크의 강도(Ic)의 비율(Ic/Ia)은 0.1 이하인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 무기 보드는, SiO2 및 Al2O3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 성분 및 FeO 및 Fe2O3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 성분을 포함하는 복합재.
- 제 5 항에 있어서, 무기 보드 내의 CaO의 함량이 30 중량% 이하인 무기 보드인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 무기 보드는 열전도도가 30 내지 50 mW/mK의 범위 내인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 무기 보드는 밀도가 80 내지 200 Kg/m3의 범위 내인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 무기 보드는 단위 면적당 무게가 5 내지 40 Kg/m2의 범위 내인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 무기 보드는 인장 강도가 3 내지 200 kPa의 범위 내인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 유기 보드는 열전도도가 17 내지 25 mW/mK의 범위 내인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 유기 보드는 밀도가 20 내지 70 Kg/m3의 범위 내인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 유기 보드는 단위 면적당 무게가 2 내지 20 Kg/m2의 범위 내인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 열전도도가 18 내지 32 mW/mK의 범위 내인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 밀도가 20 내지 180 Kg/m3의 범위 내인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 단위 면적당 무게가 3 내지 30 Kg/m2의 범위 내인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 인장 강도가 3 내지 200 kPa의 범위 내인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 무기 보드는 미네랄울 보드, 마그네슘 보드, 에어로젤 블랭킷, 에어로젤 보드, 마그네슘 보드, 글래스 울 보드, 펄라이트 보드 또는 경량 콘크리트 보드인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 유기 보드는, 페놀폼, 폴리스티렌 보드, 폴리우레탄폼 또는 폴리이소시아누레이트폼인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 무기 보드의 두께(Ti) 및 유기 보드의 두께(To)의 비율(Ti/To)은 0.1 내지 5의 범위 내인 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 1층의 무기 보드 및 1층의 유기 보드만을 포함하는 복합재.
- 제 1 항에 있어서, 무기 보드의 유기 보드를 향하는 면과는 반대면에 존재하는 마감재를 추가로 포함하는 복합재.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190089766A KR20210012296A (ko) | 2019-07-24 | 2019-07-24 | 복합재 |
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|---|---|
| KR (1) | KR20210012296A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113266084A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-08-17 | 朱秦江 | 一种墙面绝缘调平系统及其在节能墙体中的应用方法 |
-
2019
- 2019-07-24 KR KR1020190089766A patent/KR20210012296A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113266084A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-08-17 | 朱秦江 | 一种墙面绝缘调平系统及其在节能墙体中的应用方法 |
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