KR20210142079A - 경량 섬유-강화 시멘트 재료 - Google Patents

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순토른 탄성노엔
베라삭 모성노엔
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티피아이 폴렌느 퍼블릭 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 시멘트, 섬유, 실리카, 충전제, 팽창 펄라이트, 및 폴리머를 포함하는 섬유-강화 시멘트 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 섬유-강화 시멘트 조성물은 낮은 밀도, 높은 인성 및 굽힘 강도를 가지며, 휘발성 조성물을 함유하지 않는다. 그것이 공작물(workpiece)로 성형되는 때에, 공작물은 경량이고, 요망되는 모양으로 절단 및/또는 선반 가공되기에 용이하고, 드릴링되고 나사로 고정되고/거나, 동일한 위치에서 반복적으로 못질(nailed)되기에 용이하고, 수분, 흰개미 및 곤충에 내성이고, 불연성이며, 절단, 트릴링 및/또는 선반 가공시에 작업자에게 유해한 분말을 생성시키지 않는다. 따라서, 그것은 가구 제품을 제조하기 위한 재료서 사용하기 위해서 적합하게 적용 가능하다.

Description

경량 섬유-강화 시멘트 재료{LIGHTWEIGHT FIBER-REINFORCED CEMENT MATERIAL}
본 발명은 2020년 5월 15일자 출원된 태국 특허출원 제2001002669호의 우선권을 주장하며, 이의 개시내용의 전체가 본원에서 참고로 통합된다.
본 발명은 복합 재료, 특히, 경량 섬유-강화 시멘트 재료에 관한 것이다.
최근, 증가하는 인구 요구를 충족시키기 위해서 주택 개발 단지 및 공동 주택 단지의 형태로 주택 건설이 확장되고 있다. 이는 가구(furniture)가 포함된 거주지를 선택할 가능성이 있는 현대 고객의 성향에 부합되게 성장하는 가구에 대한 요구에서도 마찬가지이다. 거주지의 내부 장식을 위한 가구의 제조에서 사용되는 재료는 몇 가지 유형, 예컨대, 천연 목재, 합성 목재, 또는 플라스틱 등으로 분류될 수 있다. 이들 재료는 이들을 아름답게 하기 위해서 손질되거나 가죽 또는 그 밖의 표면 피복 재료로 피복될 수 있다. 합성 목재, 예컨대, 중간 밀도 섬유판(MDF), 합판(plywood), 적층 목재(laminated wood), 파티클보드(particleboard), 및 플라스틱은 이들의 저렴한 이용 가능성, 가벼운 중량, 및 절단 용이성 및 조립 용이성으로 인해서 가구 부품의 제조에서 일반적으로 사용되는 재료이지만, 단점은 이들이 수분 또는 균류에 내성이 없고, 흰개미가 갉아먹을 수 있을 뿐만 아니라 가연성임에 따라서 사용 수명이 짧다는 것이다.
상기 언급된 단점을 극복하기 위해서, 가구 부품의 제조에서 천연 목재 및 합성 목재에 대한 대체물로서 섬유-강화 시멘트 재료(fiber-reinforced cement material)를 사용하는데 있어서 개발이 있었다. 섬유-강화 시멘트 재료의 사용은 수분, 균류 및 흰개미에 대한 내성이 있을 뿐만 아니라 불연성인 가구 제품을 얻는 것을 가능하게 한다. 그러나, 다른 단점이 있다. 예를 들어, 천연 목재 및 합성 목재의 밀도와 비교하여 섬유-강화 시멘트 재료(즉, 일반적으로, 대략 1.2 g/cm3 내지 1.7 g/cm3)의 더 높은 밀도로 인해서, 섬유-강화 시멘트 재료로 제조된 가구 제품은 천연 목재 또는 합성 목재로 제조된 것들에 비해서 동일한 부피에서 더 높은 중량을 가지며, 그에 따라서, 이동 및 운송에서 불편을 야기시킨다. 추가로, 섬유-강화 시멘트 재료는 가구 제품의 모양으로 절단하기 용이하지 않으며, 못 또는 나사를 사용하여 가구 제품을 고정하는 것을 어렵게 한다. 이들 단점은, 수분, 균류, 흰개미 및 곤충에 대한 내성을 유지시킬 뿐만 아니라 불연성이면서, 중량이 가볍거나, 절단하거나 나사를 위해서 드릴링하거나 못을 박기에 쉬운 섬유-강화 시멘트 재료를 개발하기 위한 시도를 유도하였다.
종래 기술에서, 섬유-강화 시멘트 재료의 밀도를 저하시키기 위한 개발은 구성 재료로서 약 0.8 g/cm3 또는 그 미만의 밀도를 갖는 재료, 예컨대, 팽창 펄라이트(expanded perlite), 팽창 질석(expanded vermiculite), 화산재, 중공 세라믹 미소구체 등을 사용함으로써 이루어졌다. 타이 페티 특허 제4075호(Thai Petty Patent No. 4075)에서는, 타일 제품의 성형물에 사용되는 분쇄된 왕겨를 함유하는 섬유-강화 시멘트 재료를 제공하고 있다. 그러한 타일 제품은 대체로 목재의 밀도인 0.89 g/cm3의 밀도로 중량이 가볍고, 목재 외관과 매우 흡사하고, 못을 박기에 더 적은 힘이 든다. 그러나, 이들의 인성이 저하되며, 그에 따라서, 제품은 가구 부품 적용에서 요구되는 동일한 나사 위치 내로 여러번 다시 고정될 수 없다. 추가로, 타이 특허출원 제1401004753호는 왕겨 재 또는 농산폐기물의 재를 포함하는 섬유-강화 시멘트 재료로부터 성형된 경량 타일 제품을 개시하고 있다. 타일 제품은 섬유-강화 시멘트 재료로부터 성형된 전형적인 건설 타일 제품의 밀도보다 작은 대략 1.2 g/cm3 또는 그 미만의 밀도를 갖는다. 그러한 제품은 중량이 가볍고, 요구되는 모양으로 톱질, 절단 또는 선반 가공하기에 용이하고, 못을 사용하여 고정하기에 용이하지만, 단점은, 통상의 목공 도구로 절단하는 때의 이의 높은 취성(fragility), 낮은 인성, 여러번 동일한 나사 위치 내로의 다시 재고정의 불가능 뿐만 아니라, 작업자의 건강에 해로운 미세 분말의 생성을 포함한다.
상기 언급된 단점은 섬유-강화 시멘트 재료의 특성을 개선시켜서 그것이 가구 부품의 제조에서 더 적용 가능하게 하도록 하는 섬유-강화 시멘트 재료의 추가의 개발을 유도하였다. 특히, 낮은 밀도, 높은 인성 및 굽힘 강도를 가져서 가구 부품이 요구된 모양으로 용이하게 절단되거나 선반 가공될 수 있고, 드릴링되고 동일한 위치 내로 여러번 못 또는 나사로 재고정될 수 있고, 절단 시에 유해한 미세한 분말을 생성시키지 않도록 하기 위한 섬유-강화 시멘트 재료에 대한 요구가 있다.
본 발명의 목적은 가구 부품을 제조하기 위한 재료로서 사용하기 위한 낮은 밀도, 높은 인성 및 높은 굽힘 강도를 갖는 섬유-강화 시멘트 조성물로서, 휘발성 물질을 함유하지 않고, 경량 섬유-강화 시멘트 재료 또는 가구 부품으로 성형될 수 있고, 통상의 목공 도구를 사용하여 가공될 수 있고, 요망되는 모양으로 절단 또는 선반 가공될 수 있고, 드릴링되거나 동일한 위치 내로 여러번 못 또는 나사로 재고정될 수 있는 섬유-강화 시멘트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 시멘트, 섬유, 실리카, 충전제, 팽창 펄라이트 및 폴리머를 포함하는 섬유-강화 시멘트 조성물을 제공함으로써 상기 목적을 달성한다.
바람직한 구체예에서, 섬유-강화 시멘트 조성물은 약 0.8 g/cm3 내지 약 0.9 g/cm3의 범위의 밀도를 갖는다.
추가의 바람직한 구체예에서, 섬유-강화 시멘트 조성물은 약 9.5 MPa 내지 약 12 MPa의 범위의 굽힘 강도(flexural strength)를 갖는다.
추가의 바람직한 구체예에서, 섬유-강화 시멘트 조성물은 약 2,100 J/m2 내지 약 2,300 J/m2의 범위의 인성을 갖는다.
추가의 바람직한 구체예에서, 섬유-강화 시멘트 조성물은 팽창 펄라이트의 양이 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 범위에 있다.
추가의 바람직한 구체예에서, 섬유-강화 시멘트 조성물은 폴리머의 양이 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 범위에 있다. 더욱 바람직하게는, 폴리머는 분말, 슬러리(slurry), 또는 현탁액의 형태이고, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리에틸렌 및 이의 유도체, 비닐 아세테이트 및 이의 유도체, 및 이들의 어떠한 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
추가의 바람직한 구체예에서, 섬유-강화 시멘트 조성물은 시멘트의 양이 약 20 중량% 내지 약 40 중량%의 범위에 있다. 더욱 바람직하게는, 시멘트는 수경성 시멘트(hydraulic cement)이다.
추가의 바람직한 구체예에서, 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 따른 섬유-강화 시멘트 조성물은 섬유의 양이 약 5 중량% 내지 약 10 중량%의 범위에 있다. 더욱 바람직하게는, 섬유는 셀룰로오스 섬유를 포함하는 천연 섬유, 또는 폴리비닐 알코올 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 이들의 어떠한 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 합성 섬유이다.
추가의 바람직한 구체예에서, 섬유-강화 시멘트 조성물은 실리카의 양이 약 30 중량% 내지 약 50 중량%의 범위에 있다. 더욱 바람직하게는, 실리카는 분쇄된 모래(ground sand), 플라이 애쉬, 분쇄된 보텀 애쉬(ground bottom ash), 분쇄된 왕겨 재(ground rice husk ash), 분쇄된 석영(ground quartz), 실리카흄(silica fume), 미소실리카(microsilica), 분쇄된 거울(ground mirror), 분쇄된 유리(ground glass), 분쇄된 고로 슬래그(ground blast-furnace slag), 및 이들의 어떠한 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
추가의 바람직한 구체예에서, 섬유-강화 시멘트 조성물은 충전제의 양이 약 3 중량% 내지 약 15 중량%의 범위에 있다. 더욱 바람직하게는, 충전제는 탄산칼슘 분말, 이회토 분말(marl powder), 카올린 분말, 및 이들의 어떠한 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
추가의 바람직한 구체예에서, 섬유-강화 시멘트 조성물은 착색제를 포함한 첨가제를 추가로 포함한다.
추가의 구체예에서, 본 발명은 본 발명에 따른 섬유-강화 시멘트 조성물로부터 성형된 섬유-강화 시멘트 복합 재료를 제공한다.
추가의 구체예에서, 본 발명은 본 발명에 따른 섬유-강화 시멘트 재료로부터 제조된 가구 제품을 제공한다.
본 발명의 상기 언급된 목적 및 구체예는 상세한 설명에서 기재된 본 발명의 바람직한 구체예의 개시내용을 읽어보면 자명하게 될 것이다.
본 발명은 낮은 밀도, 가벼운 중량, 높은 인성, 높은 굽힘 강도를 가지며, 드릴 가공(drilled)되고 동일한 위치 내로 여러번 못 또는 나사로 재고정될 수 있어서, 가구 부품을 제조하기 위한 재료로서 적합하게 적용 가능한 방식으로 특성이 개선된 섬유-강화 시멘트 재료를 위한 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 섬유-강화 시멘트 조성물은 시멘트, 섬유, 실리카, 팽창 펄라이트 및 폴리머를 포함하고, 충전제, 첨가제 및 물을 추가로 포함할 수 있다. 섬유-강화 시멘트 재료를 형성시키기 위한 조성물을 제조하는데 있어서, 조성물의 성분들은 혼합 탱크에서, 하기 바람직한 성분 비율로 혼합된다:
- 약 20 중량% 내지 약 40 중량%의 범위의 시멘트;
- 약 5 중량 % 내지 약 10 중량%의 범위의 섬유;
- 약 30 중량% 내지 약 50 중량%의 범위의 실리카;
- 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 범위의 팽창 펄라이트;
- 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 범위의 폴리머;
- 약 3 중량% 내지 약 15 중량%의 범위의 충전제; 및
- 첨가하여 100 중량%가 되게 하는 첨가제 및 물.
바람직한 시멘트의 비-제한 예는 수경성 시멘트이다.
사용되는 섬유는 천연 또는 합성 섬유일 수 있다. 바람직한 천연 섬유의 비-제한 예는 셀룰로오스 섬유를 포함한다. 바람직한 합성 섬유의 비-제한 예는 폴리비닐 알코올 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 이들의 어떠한 조합물을 포함한다. 섬유는 유기 또는 무기일 수 있다.
사용되는 실리카는 실리카를 함유하는 어떠한 재료일 수 있다. 바람직한 실리카의 비-제한 예는 분쇄된 모래, 플라이 애쉬, 분쇄된 보텀 애쉬, 분쇄된 왕겨 재, 분쇄된 석영, 실리카흄, 미소실리카, 분쇄된 거울, 분쇄된 유리, 분쇄된 고로 슬래그, 및 이들의 어떠한 조합물을 포함한다.
본 발명에서, 팽창 펄라이트는 가열 공정에 주어져서 재료의 팽창을 유발시켜 경량 펄라이트 재료를 형성한 펄라이트이다. 전형적으로는, 가열 공정에 주어지지 않은 펄라이트는 대략 1.1 g/cm3의 밀도를 가지지만, 전형적인 팽창 펄라이트는 0.03 g/cm3 내지 0.15 g/cm3의 밀도를 갖는다.
바람직하게는, 사용되는 폴리머는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리에틸렌 및 이의 유도체, 비닐 아세테이트 및 이의 유도체, 및 이들의 어떠한 조합물을 포함한다. 혼합과 관련하여, 폴리머는 분말, 슬러리, 또는 현탁액의 형태일 수 있다.
사용되는 충전제는 본 분야에서 전형적으로 사용되는 어떠한 충전제일 수 있다. 바람직한 충전제의 비-제한 예는 탄산칼슘 분말, 이회토 분말, 카올린 분말, 및 이들의 어떠한 조합물을 포함한다.
착색제는 마감된 제품의 향상된 아름다운 외관을 얻기 위한 첨가제로서 사용될 수 있다.
제조된 섬유-강화 시멘트 조성물은 가구 부품을 제조하기 위한 섬유-강화 시멘트 재료로 성형될 수 있다. 본 분야에서 전형적으로 사용되는 어떠한 적합한 성형 방법, 예컨대, Hatschek 공정, Magnani 공정, 사출성형, 압출(extrusion), 수적법(hand lay-up), 몰드 캐스팅(mold casting), 압축 여과(filter pressing), 연동 기계 공정(flow-on machine process), 또는 롤 성형 공정(roll forming process) 등이 이용될 수 있다. 바람직한 방법은 Hatschek 공정, 압출, 및 연동 기계 공정을 포함한다. 본 발명에 따른 섬유-강화 시멘트 조성물은 절단 도구 또는 고압 물 제트(high-pressurized jet of water)를 사용하여 요망되는 모양 또는 크기로 성형될 수 있다.
제품의 성형은 제조된 조성물을 몰드에 넣고, 온도가 80℃ 이하로 조절되고 상대 습도가 50% 이상으로 조절되는 룸(room)에서 4 시간 동안 조성물을 경화시킴으로써 수행된다. 이어서, 경화된 재료를 온도가 적어도 120℃로 조절되고 압력이 약 6 atm 내지 10 atm의 범위로 조절되는 오토클레이브(autoclave)에 적어도 4 시간 동안 넣어서 섬유-강화 시멘트 재료 제품을 얻는다. 재료는 60℃ 내지 160℃의 범위의 온도하에 적어도 1 시간 동안 추가로 제습되어 경량 섬유-강화 시멘트 재료 제품을 얻는다. 제품은 요망되는 모양 및 크기의 가구 부품으로 표면 스크러빙(surface scrubbing), 절단 및/또는 선반 가공될 수 있다.
실시예
본 발명은 본 발명의 예를 입증하고 본 발명의 기술 사상을 제한하는 것으로 의도되지 않는 이하 설명으로부터 명확해질 것이다. 본 발명의 유리한 특징은 본 발명의 실시예 뿐만 아니라 비교예를 참조로 하여 명확해질 것이다.
비교예 1
팽창 펄라이트 및 폴리머의 성분을 함유하지 않은 섬유-강화 시멘트 조성물을 물 중에서 30 중량%의 수경성 시멘트(시멘트 성분으로서), 7 중량%의 셀룰로오스 섬유(섬유 성분으로서), 40 중량%의 분쇄된 모래(실리카 성분로서), 및 23 중량%의 탄산칼슘 분말(충전제 성분으로서)을 혼합함으로써 제조하였다. 제조된 조성물을 플레이트로 성형하여, 온도가 40℃ 내지 80℃로 조절되고 상대 습도가 50% 내지 100%로 조절되는 룸에서 4 시간 이상 동안 경화시켰다. 이어서, 경화된 플레이트를 온도가 120℃ 이상으로 조절되고 압력이 6 atm 내지 10 atm의 범위로 조절되는 오토클레이브에 4 시간 이상 동안 넣고, 60℃ 내지 160℃의 범위의 온도하에 1 시간 이상 동안 추가로 제습시켜 경량 섬유-강화 시멘트 재료 제품을 얻었다. 제품을 ISO 8336 표준에 따른 굽힘 강도 시험 기계를 사용한 굽힘 강도, 굽힘 강도 시험 기계를 사용한 인성 및 파단시 단면적 당 굽힘 강도 곡선 하의 면적을 통한 에너지 계산, ISO 8336 표준에 따른 시험 방법을 사용한 밀도, BS EN 317 표준에 따른 시험 방법을 사용한 두께 팽윤, ASTM D1037 표준에 따른 시험 방법을 사용한 투과 깊이 당 힘을 통한 네일링 저항(nailing resistance), 및 나사가 동일한 위치 내로 조여질 수 없을 때까지, 10 mm 내지 20 mm의 깊이로 제품 내로 3.8-투-4 mm-직경 나사(3.8-to-4 mm-diameter screw)를 조이고, 제품으로부터 나사를 제거하고, 이러한 과정을 반복한 후에 계수된, 동일한 위치 내로 나사가 조여질 수 있는 횟수에 대해서 시험하였다. 제품은 굽힘 강도가 12.7 MPa이고, 인성이 973 J/m2이고, 밀도가 1.31 g/cm3이고, 두께 팽윤이 0.25%이고, 네일링 저항이 127.2 N/mm이고, 동일한 위치 내로 나사가 조여질 수 있는 횟수가 3회인 것으로 밝혀졌다.
비교예 2
팽창 펄라이트 성분을 함유하지 않고 폴리머 성분을 함유한 섬유-강화 시멘트 조성물을 물 중에서 30 중량%의 수경성 시멘트 (시멘트 성분으로서), 7 중량%의 셀룰로오스 섬유(섬유 성분으로서), 40 중량%의 분쇄된 모래(실리카 성분으로서), 10 중량%의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(폴리머 성분으로서), 및 13 중량%의 탄산칼슘 분말(충전제 성분으로서)을 혼합함으로써 제조하였다. 제조된 조성물을 경량 섬유-강화 시멘트 재료 제품으로 성형하고, 굽힘 강도, 인성, 밀도, 두께 팽윤, 네일링 저항 및 비교예 1에 기재된 바와 같은 방법을 사용하여 동일한 위치 내로 나사가 조여질 수 있는 횟수에 대해서 시험하였다. 제품은 굽힘 강도가 12.17 MPa이고, 인성이 2,414 J/m2이고, 밀도가 1.07 g/cm3이고, 두께 팽윤이 0.25%이고, 네일링 저항가 65.7 N/mm이고, 동일한 위치 내로 나사가 조여질 수 있는 횟수가 101 회인 것으로 밝혀졌다.
실시예 1
팽창 펄라이트 성분 및 폴리머 성분을 함유하는 섬유-강화 시멘트 조성물을 물 중에서 30 중량%의 수경성 시멘트(시멘트 성분으로서), 7 중량%의 셀룰로오스 섬유(섬유 성분으로서), 40 중량%의 분쇄된 모래(실리카 성분으로서), 5 중량%의 팽창 펄라이트(팽창 펄라이트 성분으로서), 10 중량%의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(폴리머 성분으로서), 및 8 중량%의 탄산칼슘 분말(충전제 성분으로서)을 혼합함으로써 제조하였다. 제조된 조성물을 경량 섬유-강화 시멘트 재료 제품으로 성형하고, 굽힘 강도, 인성, 밀도, 두께 팽윤, 네일링 저항 및 비교예 1에 기재된 바와 같은 방법을 사용하여 동일한 위치 내로 나사가 조여질 수 있는 횟수에 대해서 시험하였다. 제품은 굽힘 강도가 11.14 MPa이고, 인성이 2,211 J/m2이고, 밀도가 0.89 g/cm3이고, 두께 팽윤이 0.30%이고, 네일링 저항이 57.3 N/mm이고, 동일한 위치 내로 나사가 조여질 수 있는 횟수가 97 회인 것으로 밝혀졌다.
실시예 2
팽창 펄라이트 성분 및 폴리머 성분을 함유하는 섬유-강화 시멘트 조성물을 물 중에서 30 중량%의 수경성 시멘트(시멘트 성분으로서), 7 중량%의 셀룰로오스 섬유(섬유 성분으로서), 40 중량%의 분쇄된 모래(실리카 성분으로서), 10 중량%의팽창 펄라이트(팽창 펄라이트 성분으로서), 10 중량%의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(폴리머 성분으로서), 및 3 중량%의 탄산칼슘 분말(충전제 성분으로서)을 혼합함으로써 제조하였다. 제조된 조성물을 경량 섬유-강화 시멘트 재료 제품으로 성형하고, 굽힘 강도, 인성, 밀도, 두께 팽윤, 네일링 저항 및 비교예 1에 기재된 바와 같은 방법을 사용하여 동일한 위치 내로 나사가 조여질 수 있는 횟수에 대해서 시험하였다. 제품은 굽힘 강도가 10.04 MPa이고, 인성이 2,157 J/m2이고, 밀도가 0.81 g/cm3이고, 두께 팽윤이 0.33%이고, 네일링 저항이 47.6 N/mm이고, 동일한 위치 내로 나사가 조여질 수 있는 횟수가 93 회인 것으로 밝혀졌다.
실시예 3
충전제 성분을 함유하지 않고 팽창 펄라이트 성분 및 폴리머 성분을 함유하는 섬유-강화 시멘트 조성물을 물 중에서 30 중량%의 수경성 시멘트(시멘트 성분으로서), 7 중량%의 셀룰로오스 섬유(섬유 성분으로서), 40 중량%의 분쇄된 모래(실리카 성분으로서), 13 중량%의 팽창 펄라이트(팽창 펄라이트 성분으로서), 및 10 중량%의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(폴리머 성분으로서)을 혼합함으로써 제조하였다. 제조된 조성물을 경량 섬유-강화 시멘트 재료 제품으로 성형하고, 굽힘 강도, 인성, 밀도, 두께 팽윤, 네일링 저항 및 비교예 1에 기재된 바와 같은 방법을 사용하여 동일한 위치 내로 나사가 조여질 수 있는 횟수에 대해서 시험하였다. 제품은 굽힘 강도가 9.05 MPa이고, 인성이 2,028 J/m2이고, 밀도가 0.78 g/cm3이고, 두께 팽윤이 0.44%이고, 네일링 저항이 38.2 N/mm이고, 동일한 위치 내로 나사가 조여질 수 있는 횟수가 87 회인 것으로 밝혀졌다.
표 1: 섬유-강화 시멘트 재료의 조성물 및 시험 결과
Figure pat00001
표 1은 상기 비교예 및 본 발명의 실시예에서 얻은 경량 섬유-강화 시멘트 제품의 섬유-강화 시멘트 재료의 성분의 양 및 시험 결과를 요약하고 있다. 비교예 1(팽창 펄라이트 및 폴리머의 성분 없음)과 비교예 2(폴리머 성분 함유 및 팽창 펄라이트 성분 없음) 사이의 시험 결과를 비교함으로써, 폴리머 성분을 첨가하여 충전제 성분을 대체하면(즉, 10 중량%의 폴리머 성분을 첨가하고 충전제 성분의 양을 23 중량%에서 13 중량%로 감소시킴으로써) 섬유-강화 시멘트 제품에서 밀도가 감소(1.31으로부터 1.07 g/cm3으로)하고, 인성이 증가(973으로부터 2,414 J/m2으로)하고, 네일링 저항이 감소(127.2로부터 65.7 N/mm으로)하고, 동일한 위치에서 제품 내로 나사가 조여질 수 있는 횟수가 증가(3회로부터 101회로)함을 알 수 있다.
비교예 2(폴리머 성분 함유 및 팽창 펄라이트 성분 없음)와 실시예 1 내지 3(폴리머 성분 및 팽창 펄라이트 성분 함유)사이의 시험 결과를 비교함으로써, 동일한 양의 시멘트 성분, 섬유 성분 및 폴리머 성분(30 중량%의 시멘트 성분, 40 중량%의 실리카 성분, 7 중량%의 섬유 성분, 및 10 중량%의 폴리머 성분)에서, 팽창 펄라이트 성분을 첨가하여 충전제 성분의 양을 대체하면(즉, 실시예 1에서, 팽창 펄라이트 성분은 5 중량%로 첨가되는 반면에, 충전제 성분의 양은 13 중량%로부터 8 중량%로 감소되었고; 실시예 2에서, 팽창 펄라이트 성분이 10 중량%로 첨가되는 반면에, 충전제 성분의 양이 13 중량%로부터 3 중량%로 감소하였고; 실시예 3에서, 팽창 펄라이트 성분이 13 중량%로 첨가되는 반면에, 충전제 성분의 양이 13 중량%로부터 첨가되지 않는 것으로 감소되었음), 섬유-강화 시멘트 제품에서, 밀도가 감소(각각 1.07로부터 0.89, 0.81 및 0.78 g/cm3로)하고, 네일링 저항이 감소(각각 65.7로부터 57.3, 47.6 및 38.2 N/mm로)하는 반면에, 인성(각각 2,414로부터 2,211, 2,157 및 2,028 J/m2로), 두께 팽윤(각각 0.25%로부터 0.30%, 0.33% 및 0.44%로) 및 동일한 위치에서 제품 내로 나사가 조여지는 횟수(각각 101 회로부터 97 회, 93 회 및 87 회로)에서 약간 변화됨을 알 수 있다. 이들 결과는 본 발명의 섬유-강화 시멘트 재료가 천연 목재 또는 합성 목재의 특성과 가까운 특성을 지니며, 또한, 수분, 흰개미 및 곤충에 대해 내성이고, 불연성일 뿐만 아니라, 절단, 드릴링 및/또는 선반 가공시에 작업자의 건강에 유해한 미세한 분말을 발생시키지 않는 이의 특성으로 인해서 이점을 보유한다는 것을 나타낸다.
본 발명이 상기 상세한 설명에서 기재되었지만, 본 기술분야에서의 통상의 기술자는 다양한 변화 및 변경이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해서 한정되며, 비록, 청구범위에서는 언급되지 않았지만, 청구범위에서 언급된 것들과 실질적으로 동일한 특성, 기능 및 효과를 갖는 본 발명의 특성으로 확장될 것이다.

Claims (23)

  1. 시멘트, 섬유, 실리카, 및 충전제를 포함하는 섬유-강화 시멘트 조성물(fiber-reinforced cement composition)로서, 상기 조성물이 팽창 펄라이트(expanded perlite) 및 폴리머를 추가로 포함하는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    밀도가 약 0.8 g/cm3 내지 약 0.9 g/cm3의 범위에 있는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    굽힘 강도(flexural strength)가 약 9.5 MPa 내지 약 12 MPa의 범위에 있는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    인성(toughness)이 약 2,100 J/m2 내지 약 2,300 J/m2의 범위에 있는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    팽창 펄라이트의 양이 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 범위에 있는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리머의 양이 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 범위에 있는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    폴리머가 분말, 슬러리, 또는 현탁액의 형태인, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    폴리머가 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리에틸렌 및 이의 유도체, 비닐 아세테이트 및 이의 유도체, 및 이들의 어떠한 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    시멘트의 양이 약 20 중량% 내지 약 40 중량%의 범위에 있는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  10. 청구항 9에 있어서,
    시멘트가 수경성 시멘트(hydraulic cement)인, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유의 양이 약 5 중량% 내지 약 10 중량%의 범위에 있는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  12. 청구항 11에 있어서,
    섬유가 천연 섬유인, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  13. 청구항 12에 있어서,
    천연 섬유가 셀룰로오스 섬유인, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  14. 청구항 11에 있어서,
    섬유가 합성 섬유인, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  15. 청구항 14에 있어서,
    합성 섬유가 폴리비닐 알코올 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 이들의 어떠한 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    실리카의 양이 약 30 중량% 내지 약 50 중량%의 범위에 있는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  17. 청구항 16에 있어서,
    실리카가 분쇄된 모래(ground sand), 플라이 애쉬(fly ash), 분쇄된 보텀 애쉬(ground bottom ash), 분쇄된 왕겨 재(ground rice husk ash), 분쇄된 석영(ground quartz), 실리카흄(silica fume), 미소실리카(microsilica), 분쇄된 거울(ground mirror), 분쇄된 유리(ground glass), 분쇄된 고로 슬래그(ground blast-furnace slag), 및 이들의 어떠한 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    충전제의 양이 약 3 중량% 내지 약 15 중량%의 범위에 있는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  19. 청구항 18에 있어서,
    충전제가 탄산칼슘 분말, 이회토 분말(marl powder), 카올린 분말, 및 이들의 어떠한 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  20. 약 30 중량%의 시멘트, 약 7 중량%의 섬유, 약 40 중량%의 실리카, 약 10 중량%의 폴리머, 약 5 중량% 내지 약 13 중량%의 팽창 펄라이트, 및 약 0 중량% 내지 약 8 중량%의 충전제를 포함하는 섬유-강화 시멘트 조성물.
  21. 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    착색제를 포함한 첨가제를 추가로 포함하는, 섬유-강화 시멘트 조성물.
  22. 청구항 1 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 따른 섬유-강화 시멘트 조성물로부터 형성된 섬유-강화 시멘트 복합 재료.
  23. 청구항 1 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 따른 섬유-강화 시멘트 조성물 또는 청구항 22에 따른 섬유-강화 시멘트 복합 재료로부터 제조된 가구 제품.
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