KR20230000039U - 열팽창 코팅재를 도포한 내열성 발포 폼 보온재 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 신축성이 뛰어난 건축용 발포 폼 보온재(30)에 열팽창 코팅재(41)를 도포하여 내열성능과 밀폐성능을 향상시키고 평상시에도 빈 공간 없이 배관 관통부 전체를 균일하게 메꿔주는 사춤식 밀폐구조로 시공이 가능한 내열성 발포폼 보온재(31)에 관한 것으로서, 층간소음은 물론 물과 연기, 냄새를 막아주고, 금속배관 주위의 곰팡이나 결로까지 막아주는 효과가 있으며, 샌드위치 패널의 내열성 심재로 이용하거나 또한 신축성이 뛰어나 '건축물 내진설계기준'에 따른 지지구조의 통상적인 움직임에 대응하여 배관의 균열이나 파손을 발생시키지 않는 효과가 있다.
Description
일반적으로 건축물이나 구조물을 세우는 건설공사를 진행하는 경우에 전선관이나 수도관, 가스관, 배수관, 덕트 등과 같은 설비구조물을 설치한다. 그리고 콘크리트 등으로 이루어지는 바닥 및 벽체와 같은 건축구조물과 설비구조물과의 사이에 틈새나 공간이 형성되는데, 화재 발생시에는 이들 틈새나 공간을 통해서 화염이나 유해가스가 다른 층이나 인접 실로 이동할 수 있다.
따라서 이들 틈새나 공간을 효과적으로 메꿔주고 화염이나 유해가스의 이동을 차단하기 위하여 내화충전구조를 설치하는데, 본 고안은 상기한 내화충전구조의 방화구획처리용 채움재에 관한 것으로, 더욱 상세히는 건축용 발포 폼 보온재의 표면에 열팽창 코팅재를 도포하여 기존의 내화충전구조에 사용되는 채움재보다 적은비용으로 간편하게 설치할 수 있도록 하는 열팽창 코팅재를 도포한 내열성 발포 폼 보온재에 대한 것이다.
건축법 관련 규정(예, 건축법 제40조, 건축법 시행령 제2조, 건설교통부 고시 제2005-122호 내화구조의 인정 및 관리기준 등)에는 건축물의 용도에 따라서 일정한 내화성능 기준을 명시하여 건축물의 벽면, 바닥면 등에 대해서는 일정시간 이상 화염(1,016℃ 이상)에 견딜 수 있는 구조를 설치하도록 하였다.
그래서 건축물에 화재가 발생했을 때, 연기 및 화염이 인접실로 급속히 퍼지는 것을 방지하여 피해를 국지화 내지는 최소화하기 위한 조치로 관통부를 일정시간 이상 밀폐시키는 것이 중요하다. 이를 위해서 관통부를 해당 내화구조의 성능에 맞게 밀폐시켜 주는 공사를 하게 되는데, 이를 내화충전공사 또는 층간방화공사라고 하며, 내화충전구조(10)는 국가가 시험·증명해 주고 관리하는 '인정제도'로 운영되고 있다. 관통부를 법정 내화충전구조로 인정받기 위해서는 국가가 지정한 시험기관에서 소정의 내열성능 시험을 거쳐서 내화성능 등급을 부여받게 된다.
일반적으로 건축공사에서 보온·단열재로 사용되고 있는 무기섬유 보온재(20)인 암면(Mineral Wool)이나 유리면(Glass Wool), 세라믹울(Ceramic Wool) 등은 내화충전구조에서도 중간 채움재로 많이 사용되고 있다. 그러나 이들 보온재는 제품에 따라서 연성, 보온성, 경량성, 가격 등에서는 품질과 경쟁력을 인정받고 있으나, 다른 한편으로는 열화성과 흡습성, 마모성이 크고 분진발생의 염려도 있다. 그리고 상기 보온재는 내열성 면에서도 암면은 약 600℃, 유리면은 400℃에서 열간 수축이 이루어지기 때문에 1,016℃에서 2시간 이상을 견뎌야 하는 내화충전구조에서는 상기 보온재를 단독으로 사용할 수가 없으며, 내열성능 향상시키기 위해서는 별도의 다른 조치들이 필요하였다.
상기와 같은 이유로 그동안 내화충전재로 직접 사용하기 어려웠던 건축용 보온재의 내열성능을 향상시키기 위해서 지금까지 많은 기술들이 개발되어 왔으며, 대표적으로는 작업자가 현장에서 상기 보온재 등에 열팽창 시트재(42)와 같은 방화재료를 별도로 덧대주거나 또는 이러한 방화재료를 상기 보온재와 적층해서 관통부에 끼워 넣는 방법으로 보온재를 중간 채움재로 이용하는 내화충전구조 및 시공방법들이 주로 사용되어 왔다.
이에 반해서 본 고안인 열팽창 코팅재(41)를 도포한 내열성 발포 폼 보온재(31)는 저온에서 열용융이 발생되는 건축용 발포 폼 보온재(30)의 일정면에 역시 저온 반응형 열팽창 코팅재(41)를 도포하여 가열시에 순간적으로 열팽창면이 탄소층으로 변화하는 과정에서 발포 폼 보온재(30)의 열용융액을 흡수하고, 산소공급을 차단하여 착화현상을 방지하고 내열성능을 향상시킨 내화충전구조의 관통부 채움재에 관한 것으로, 본 고안은 다양한 규격의 내화충전구조에서 규격화된 완성 제품화를 실현하였다는 점에서 기존 방법과 기술적인 차이가 있다.
대한민국 공개특허공보 제 10-0824842호(2008.04.17.), 공개특허공보 제 10-2002-0034134호(2002.05.08.)에는 내화충전구조에 관한 기술들이 공개되어 있다. 특히, 상기 등록특허공보 제 10-0824842호는 방화구획 관통부에서 배관을 중심으로 불연 처리된 열팽창성 내화시트(본 고안의 열팽창 시트재와 동일)를 팽창성 폼 부재(2액형 발포 폼재)의 상부(바깥면)에 적층하거나 또는 충진과 팽창을 위한 시트를, 상기 열팽창성 내화시트와 팽창성 폼 부재 사이에 끼워 넣는 구조[식별번호 0017 내지 0018 참조] 또는 여기에 비팽창성 폼 부재(본 고안의 발포 폼 보온재와 유사)를 함께 적층하거나 중간에 설치하는 복합구조 및 시공방법에 관한 것으로[식별번호 0034 참조], 이러한 절차는 직접 작업자에 의해서 현장에서 이루어지는 설치 특성이 있다.
또한 상기 공개특허공보 제 10-2002-0034134호는 다수개의 슬릿이 천공된 강재의 박판에 흑연이 배합된 합성고무를 부착하여 테이프를 형성하고[발명의 구성 및 작용 참조], 폭이 넓은 테이프가 필요한 경우에는 슬릿(Slit)이 천공된 다수개의 난연 테이프를 일정간격으로 배열하여 전선 케이블과 같은 관통재에 나선형으로 겹쳐지게 감아서 사용할 수 있도록 한[청구항 5 참조] 열팽창 난연 테이프에 관한 것으로, 여기에서는 난연 테이프의 기재가 얇은 강판이라는 특징이 있다.
그리고 일본에서 공개된 내화충전구조에 관한 기술로는 일본 공개특허공보 특개 2016-187488호(2016.11.04.), 일본 특허공보 특허 제 4033436호(2008.01.16.), 일본 공개특허공보 특개 2008-184896호(2008.08.14.) 등이 있으며, 그 중에서 상기 일본 공개특허공보 특개 2016-187488호는 내화충전구조에서 배관의 외주면을 감싸는 피복재 또는 이러한 피복재에 의해서 외주면이 감싸진 배관[식별번호 0007 참조]에 관한 것으로, 배관의 외주면에 부착되는 피복재는 열팽창재로 구성된 열팽창 층과, 보온재로 구성된 보온재 층을 구분하여 적층하거나, 부착하거나 또는 중간에 끼워 넣는 복합구조로써[식별번호 0009 내지 0010 참조], 이러한 기술 또한 상기에서 언급한 대한민국 공개특허공보 제 10-0824842호(2008.04.17.)와 같이 작업자가 직접 현장에서 상기 보온재나 방화재 등을 상호 덧대거나 적층해서 관통부에 끼워 넣는 시공방법과 매우 유사하다.
그리고 일본 특허공보 특허 제 4033436호는, 케이블 내화충전구조에서 관통 슬리브인 전선관과 케이블 사이에 형성되는 틈새에 점토(퍼티, Putty) 형상의 내화충전재를 충전하는 시공방법[식별번호 0006 참조]과, 또한 케이블 틈새의 형태에 따라서 미리 감아 놓은 여러 개의 롤 형상 점토 내화재를 별도의 공구 사용 없이 맨손으로 삽입 충전할 수 있도록 한 내화퍼티(Putty) 시공방법[식별번호 0022 참조]에 관한 것으로 역시 기술적인 차이가 있다.
마지막으로 일본 공개특허공보 특개 2008-184896호는 건물 외벽의 줄눈(이음매) 틈새에서 불길이 내부로 번지는 것을 막아주기 위해 설치하는 줄눈재에 관한 것으로, 기재층과 이 기재층에 적층한 열팽창성 내화재층 및 완충성 재료층을 부착하고[식별번호 0011 내지 0012 참조], 이러한 기재층은 금속 박판을 사용하여 기재층을 불연화하거나 또는 무기섬유 부직포를 이용하여 열팽창성 내화재 층과의 접착성을 높일 수 있도록 하는 외벽 방화구조[식별번호 0017 참조]에 관한 기술로써, 본 고안과 다른 점은 우선 제품이 아닌 설치구조라는 점과 또한 금속 박판이나 무기섬유 부직포와 같은 불연성 기재층을 이용하고, 여기에 열팽창성 내화재층(본 고안의 '열팽창 시트재'와 동일) 및 완충성 재료층(본 고안의 '발포 폼 보온재'와 동일)을 상호 접착하거나 부착하는 방법이 다르다.
본 고안은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로써, 적은 비용으로 간편하게 내화충전공사를 할 수 있을 뿐만 아니라 종래보다 향상된 성능을 가지는 열팽창 코팅재(41)를 도포한 방화구획처리용 채움재를 제공하는데 목적이 있다.
그동안 내화충전구조의 중간 채움재로 사용되던 무기섬유 보온재(20)를 유기계 발포 폼 보온재(30)로 대체하기 위해서 많은 실험을 통하여 내열성능을 확보할 수 있는 방법을 확인하게 되었으며, 그 중에서도 발포 폼 보온재의 열수축 공간에 높은 확장성을 가진 탄소층을 형성시키는 즉, 저온상태에서 발포 폼 보온재의 크로스셀(Close Cell) 구조가 탄소층에 의한 오픈셀(Open Cell) 구조로 변화하는 과정에서 내열성능과 단열성이 향상된 구조로 바뀌는 원리를 이용하였다.
유기계 발포 폼 보온재(30) 중에서 발포 폴리에틸렌(Polyethylene) 보온재는 열가소성 수지(Thermoplastics Resin)로 내열온도와 한계산소지수(Limiting Oxygen Index)가 낮아 가열하면 120℃에서 연화가 시작되고 180℃가 되면 고무풀 형태로 녹아내리는 성질이 있어 형태를 알아 볼 수 없게 된다.
그리고 높은 온도의 금속배관 등에 직접 접촉하게 되면 발포 폴리에틸렌 보온재의 열용융액이 할로겐수소화합물(HCL)이나 CO2와 같은 연소가스로 바뀌면서 배관에 불이 붙는 착화현상도 발생된다.
그리고 비결정성 고분자물질인 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)과 NBR(Nitrile butadiene rubber)을 포함한 고무발포 단열재는 분자량이 큰 열경화성 수지(Thermoplastics resin)로 가열하면 녹지 않고 타기 때문에 열수축과 동시에 탄화면이 쉽게 깨지거나 탄소층의 부피손실이 상대적으로 많이 발생되는 문제가 있다.
이런 점에 조감하여 본 발명은 열팽창재(40)의 성분이나 도포 두께를 조절하여 발포 폼 보온재(30)의 열수축 공간에 형성되는 탄소층의 크기와 밀도를 다르게 형성할 수 있으며, 또한 신속한 열팽창을 통하여 내열온도가 낮은 유기계 발포 폼 보온재의 형태를 유지하여 높은 열전도를 막아주는 것이 가능하도록 하였다.
본 고안은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 건축용 발포 폼 보온재에 열팽창 코팅재를 도포하여 내열성 발포 폼 보온재(31)를 형성하는 것으로서,
상기 건축용 발포 폼 보온재(30)는 발포 폴리에틸렌 보온재, 고무발포 단열재 또는 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 우레아, EPS, EVA 발포 보온재 중에서 하나를 선택하고, 상기 열팽창 코팅재(41)의 도포는 발포 폼 보온재에 열팽창 코팅재를 붓이나 스프레이를 이용하여 도포하거나 또는 일정한 도포 두께를 위해서 침착 또는 함침하는 것을 특징으로 하는 내열성 발포 폼 보온재(31)에 관한 것이다.
그리고 상기에서 열팽창 코팅재를 도포한 내열성 발포 폼 보온재(31)는 시트형과 원통형으로 형성할 수 있으며, 관통부 형태에 따라서 시트형과 원통형을 단독으로 사용하거나 또는 상호 혼용하여 설치할 수 있다. 또한 상기 시트형 또는 원통형 내열성 발포폼 보온재(31)의 표면(겉면)에 무기섬유사나 무기섬유 망사 또는 무기섬유 망사 테이프(60) 중에서 하나를 선택하여 부착하는 망사형 발포 폼 보온재(32)는 도 7과 같이 금속 관통재의 차열재로 사용한다.
그리고 상기 내열성 발포 폼 보온재(31)에 부착하는 무기섬유 망사는 유리섬유사, 세라믹 섬유사, 탄소섬유사, 미세금속사, 난연사 또는 방염사 중에서 하나를 선택하여 부착할 수 있다.
발포 폴리에틸렌 보온재(KS M 3862) 또는 고무발포 단열재(KS M 6962)는 취약한 내열성능 때문에 KS 한국산업표준(1999-08-07) 제정 이래 20년 넘게 보온·보냉재로만 사용되어 왔으나, 본 고안에 따라 상기 보온재 또는 단열재에 열팽창 코팅재(41)를 도포하여 형성된 내열성 발포폼 보온재(31)를 공사현장에서 내화충전구조(10)에 직접 사용할 수 있게 되었다.
본 고안에 따른 이러한 기술은 발포 폴리에틸렌 보온재의 최고 사용온도인 70℃(1종)와 120℃(2종)를 획기적으로 개선하여, 지금까지 누구도 예상하지 못했던 내열온도 1,016℃에서 2시간 이상을 견딜 수 있는 내열성 발포 폼 보온재(31)를 만드는 것이 가능하게 되었다.
또한 이렇게 해서 내열성능이 향상된 내열성 발포 폼 보온재(31)는 내화충전구조(10)에서 충전재로 사용되는 것은 물론, 상기 내열성 발포 폼 보온재에 무기섬유 망사 또는 망사테이프(60)를 부착하면 암면이나 유리면을 대체하는 차열재로 사용이 가능하므로 유기계 보온·단열재의 새로운 용도를 대폭 확대하게 되었다. 본 고안에 따른 내열성 발포폼 보온재는 잦은 화재로 인하여 최근에 사회적으로 문제가 되고 있는 샌드위치 패널의 난연성 심재를 대체하거나 또는 방화벽이나 방화문 내장재로 사용되는 등 경제성과 시공성은 물론 안전성과 작업환경 등을 크게 개선하는 효과를 가져다 줄 수 있다.
또한 종래에는 관통부 규격이 일정치 않은 건축설비 내화충전구조 작업에 있어서 암면이나 세라믹울과 같은 무기섬유 보온재(20)를 관통부에 채워 넣고 실란트로 마감하는 단열재 시공방법을 많이 사용해 왔으나 이러한 단열재 시공방법은 높은 열전도를 방지하기 위해서 밀도 100K(kg/m3) 이상을 사용해야하기 때문에 우선 무겁고 단단하기도 하지만 잘 부서져서, 폭이 좁은 관통부나 편심구간에 끼워 넣기가 어렵고 관통부 전체를 밀폐시켜 주지 못하는 단점이 있었다.
한편 현행 '내화구조 인정 및 관리기준' 제 22조는 공사 감리자가 관통부 안에 설치된 보온재의 밀도를 확인하고 '감리 보고서'를 작성하도록 하고 있으나, 이 또한 무기섬유 보온재(20)가 약하고 잘 부서지는 물성 때문에 시공자가 관통부 안에 밀실하게 채워 넣기도 어렵지만, 선행공정이 이루어진 상태에서는 감리자가 이를 확인하는 것 또한 결코 쉽지 않았다.
그동안 업계에서는 암면과 같은 무기섬유 보온재(20)에 열팽창재(40)를 도포하거나 부착하여 내열성능을 향상시키고자 하는 노력은 있었지만 여전히 작업성과 밀폐성 문제 때문에 실제 시공 현장에서는 많은 문제점을 노정하여 오고 있는 실정이다.
본 고안에 의한 내열성 발포 폼 보온재(31)는 신축성이 뛰어난 건축용 발포 폼 보온재(30)에 열팽창 코팅재(41)를 도포하여, 내열성능과 밀폐성능을 향상시키고 평상시에도 빈 공간 없이 배관 관통부 전체를 균일하게 메꿔주는 사춤식 밀폐구조로 시공이 가능하여 층간소음은 물론 물과 연기, 냄새를 막아주고, 금속배관 주위의 곰팡이나 결로까지 막아주는 효과가 있다. 또한 내열성 발포 폼 보온재 설치는 신축성과 밀폐성이 뛰어나 건축물 내진설계기준에 따른 지지구조의 통상적인 움직임에 대응하여 배관의 균열이나 파손을 발생시키지 않는다.
또한 본 고안에 의한 내열성 발포 폼 보온재(31)는 시트 형태와 또는 원통 형태가 있으며, 시트형태는 다른 방화재료와 혼합해서 사용하지 않고 복잡하고 다양한 모든 내화충전구조에 간단하게 적용할 수 있다. 즉, 설치할 배관 관통부의 넓이가 크면 여러 바퀴를 감아서 넣고, 적으면 적게 감아 넣을 수 있기 때문에 이는 종래에 배관 및 관통부 규격별로 생산되던 무기섬유 채움재나 또는 여러 종류의 방화재를 덧대서 설치하는 복합구조와 근본적인 차이가 있다.
무기섬유 보온재(20)는 열간 수축온도가 낮고 자체 중량이 높아서 관통간격이 조금만 넓어지면 열화과정에서 열간 수축이 발생하여 채움재가 밑으로 빠져버리는 위험성이 있으나, 본 고안에 의한 내열성 발포 폼 보온재(31)는 높은 확장성을 가진 열팽창면이 관통부 사이의 틈새를 밀폐시켜주고 보온재의 내열성능을 향상시켜서 관통부 간격이 커지더라도 밑으로 빠질 염려가 없으며, 또한 가볍고 설치구조가 간단하여 복합구조와 같은 대형 관통부에 효과가 크다.
본 고안에 의한 내열성 발포 폼 보온재는 신축성이 좋은 대신 빳빳하지만 밀착성이 있기 때문에 협소한 관통 공간에 끝까지 밀어 넣기가 편리하고, 벽체의 경우 한쪽 면에서 공사를 완료할 수가 있다. 그러나 세라믹울 보온재는 1,300℃로 내열온도는 높지만, 솜처럼 부드럽고 유연성이 있어서 폭이 좁은 공간에 채워 넣기도 어렵지만, 그나마 양쪽 면에서 밀어 넣기 시공을 해야 하기 때문에 공사비도 많이 들고 그만큼 부실시공의 우려가 크다.
본 고안에 의한 내열성 발포 폼 보온재(31)는 관통재 중심이 한쪽으로 치우친 편심 배관의 경우에 균일한 밀폐를 위해서, 벌어진 편심간격 만큼 시트형 내열성 발포 폼 보온재를 이중으로 덧대서 끼워주는 방법으로 간편하게 설치를 완료할 수 있다.
본 고안에 의한 내열성 발포 폼 보온재는 암면이나 세라믹울과 같은 무기섬유 보온재(20)가 실내에 노출되는 경우에는 반복적으로 습기를 흡수하거나 방출하는 과정에서 분진에 의한 실내공기 오염을 발생시키고 관통부 채움재 수축현상을 일으킨다. 그러나 본 발명에 의한 열팽창 코팅재를 도포한 내열성 발포 폼 보온재(31)는 내습, 내분진, 내오염 제품으로 이러한 염려가 없다.
본 고안에 의한 내열성 발포 폼 보온재는 내열 등급이나 또는 금속이나 PVC 관통재의 종류에 따라서 내열성능을 다르게 적용해야하는 내화충전구조에 있어서, 열팽창재의 도포 두께를 늘리거나 또는 열팽창재의 탄소성분 비율을 변경하며 내열성능과 단열성능을 조절하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시트형 내열성 발포 폼 보온재(31)의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 내열성 발포 폼 보온재(31) 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 도 2의 원통형 내열성 발포 폼 보온재에 열팽창 시트재(42)를 부착한 망사형 발포 폼 보온재(32) 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 시트형 내열성 발포 폼 보온재를 PVC 편심배관 바닥관통부에 설치한 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다
도 5는 금속배관 관통부에 내열성 발포 폼 보온재(31)를 설치한 후에, 열전도 방지를 위한 망사형 발포 폼 보온재(32)를 설치하고 나머지 배관에는 발포 폼 보온재(30)를 구분해서 설치한 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 내열성 발포 폼 보온재를 배관 또는 덕트 관통재(14)에 설치한 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 덕트나 금속배관 관통부에 내열성 발포 폼 보온재(31)를 설치한 후에, 열전도 방지를 위한 망사형 발포 폼 보온재(32)를 구분해서 설치한 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 금속 관통재의 열전도를 방지하기 위해서 망사형 발포 폼 보온재(32)를 관통부까지 연장해서 설치하고, 내열성 발포 폼 보온재(31)를 나머지 관통부에 설치한 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는, 도 8의 망사형 발포 폼 보온재(32)와 내열성 발포 폼 보온재(31)를 관통부에 설치한 구조를 개략적으로 나타내는 수평 단면도이다.
도 10은, 도 1의 시트형 내열성 발포 폼 보온재(31)에 무기섬유 망사 또는 망사테이프(60)를 부착한 망사형 발포 폼 보온재(32) 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 내열성 발포 폼 보온재(31) 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 도 2의 원통형 내열성 발포 폼 보온재에 열팽창 시트재(42)를 부착한 망사형 발포 폼 보온재(32) 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 시트형 내열성 발포 폼 보온재를 PVC 편심배관 바닥관통부에 설치한 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다
도 5는 금속배관 관통부에 내열성 발포 폼 보온재(31)를 설치한 후에, 열전도 방지를 위한 망사형 발포 폼 보온재(32)를 설치하고 나머지 배관에는 발포 폼 보온재(30)를 구분해서 설치한 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 내열성 발포 폼 보온재를 배관 또는 덕트 관통재(14)에 설치한 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 덕트나 금속배관 관통부에 내열성 발포 폼 보온재(31)를 설치한 후에, 열전도 방지를 위한 망사형 발포 폼 보온재(32)를 구분해서 설치한 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 금속 관통재의 열전도를 방지하기 위해서 망사형 발포 폼 보온재(32)를 관통부까지 연장해서 설치하고, 내열성 발포 폼 보온재(31)를 나머지 관통부에 설치한 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는, 도 8의 망사형 발포 폼 보온재(32)와 내열성 발포 폼 보온재(31)를 관통부에 설치한 구조를 개략적으로 나타내는 수평 단면도이다.
도 10은, 도 1의 시트형 내열성 발포 폼 보온재(31)에 무기섬유 망사 또는 망사테이프(60)를 부착한 망사형 발포 폼 보온재(32) 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
본 고안에 따른 열팽창 코팅재를 도포한 내열성 발포 폼 보온재의 구조와 형상에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 고안은 여러가지 다양한 형태로 구현하는 것이 가능하며, 이하에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다. 이하에서는 본 고안을 명확하게 설명하기 위해서 본 고안과 밀접한 관계가 없는 부분은 상세한 설명을 생략하였으며 반복적인 설명을 생략한다.
현행 내화충전구조(10) 시험방법에 다르면 가열면의 온도가 1,016℃일 때, 이면(裏面)의 열전대 허용온도는 초기온도를 포함해서 180℃(K)를 넘지 않아야 한다. 이면에 부착된 센서(Sensor)의 열전대 온도가 180℃를 넘으면 열전도에 의해서 화재가 발생된다고 보기 때문이다. 그래서 지금까지는 관통부 내열성능을 위해서 작업자가 직접 현장에서 암면이나 유리면과 같은 상기 무기섬유 보온재(20) 등에 열팽창 시트재(42)와 같은 별도의 방화재료를 덧대주거나 또는 적층해서 관통부에 끼워 넣는 복합구조 및 시공방법들을 주로 사용하였다.
본 고안인 열팽창 코팅재를 도포한 내열성 발포 폼 보온재(31)는 건축용 발포 폼 보온재(30)가 낮은 온도에서 순간적으로 열용융과 함께 열수축 작용이 이루어지는 점을 이용하여, 가열과 동시에 열팽창면이 발포 폼 보온재(30)의 열수축 공간을 신속하게 침투하여 탄소층으로 메꿔지는 사실에 착안하였다. 이렇게 형성된 탄소층은 발포 폼 보온재(30)의 열용융액을 흡수하고 착화현상을 방지하여, 열팽창면이 쉽게 갈라지거나 탈락하는 문제를 해결하고 내열성능이 향상된 내열성 발포 폼 보온재(31)가 가능해진다.
상기와 같이 유기계 발포 폼 보온재(30)가 열수축과 동시에 열팽창재(40)가 반응을 일으키기 위해서는 발포 폴리에틸렌 보온재(KS M 3862) 또는 고무발포 단열재(KS M 6962)의 열용융 온도가 KS 산업표준에 의해서 120~180℃인 점을 감안할 때, 높은 열전도가 이루어지는 금속배관 등을 중심으로 먼저 배치되는 열팽창재의 반응온도는 이보다 더 높은 160℃~250℃에서 일치시키는 것이 무엇보다 중요하다. 이러한 열팽창재(40) 적정 반응온도는 비교적 낮은 온도 대에서 반응하는 난연재 들을 선택적으로 적용하는 과정에서 실험결과로 확인되었다.
아래 표 1은 최고 사용온도를 120℃로 정한 KS M 3862 발포 폴리에틸렌 보온재의 열용융 온도가 120~180℃일 때, 동일 시간(T1) 내에서 비교대상인 열팽창재40) 및 발포 폼 보온재(30)의 적정 반응온도 대를 표시하고 있다. 가령, 금속배관의 한쪽 면에서 1,016℃까지 가열했을 때, 열전도로 인한 내화충전구조(10) 이면에서 금속배관의 열전대 온도는 상대적으로 700℃대 까지 낮아질 수 있지만, 반응 순서는 열팽창재의 뒤쪽에 위치한 발포 폼 보온재(30)가 먼저 열수축을 일으킨 후에, 열팽창이 이루어져야 한다.
그렇지 않고 금속배관에 부착된 열팽창면이 먼저 반응을 일으켜서 단열층을 형성하게 되면, 뒤에 위치한 유기계 발포 폼 보온재(30)의 열수축을 방해하여 충분한 탄소층을 형성하지 못하거나 또는 열팽창이 이루어지지 않을 수 있다. 그래서 열팽창 코팅재(41)의 반응온도를 160℃~250℃로 높인다면, 120℃에서 열용융을 개시하는 유기계 발포 폼 보온재(30)가 뒤에서 먼저 열수축 공간을 제공한 후에 열팽창재(40)가 반응을 일으키면 견고한 탄소층 형성이 가능해 진다.
본 발명은 KS 산업표준에 의해 120℃~180℃에서 열 용융이 발생되는 발포 폴리에틸렌 보온재(KS M 3862) 또는 고무발포 단열재(KS M 6962)를 선택하는 것이 가능하고, 그 중에서 발포 폴리에틸렌 보온재는 열용융액 과다발생에 의한 착화현상을 방지하기 위해서, 보온재의 복원력만 문제가 없다면 가급적 밀도를 낮춰서 열용융액 발생을 줄이는 것이 좋다. 그래서 열가소성이면서 한계산소지수가 낮은 발포 폴리에틸렌 보온재의 밀도는 10K~45K(kg/m3) 이하를 선택하고, 고무발포 단열재는 열용융액이 발생되지 않으므로 밀도가 약간 높은 30K~70K(kg/m3)를 선택하는 것이 좋다.
상기에서 고무발포 단열재는 분자량이 큰 열경화성 수지(Thermoplastics resin)로 산소지수가 높아 착화현상은 없으나, 열수축과 동시에 탄화면이 쉽게 깨지는 문제를 해결하기 위해서 고무발포 단열재의 밀도를 약간 높이는 것이 필요하다. 그리고 그 외에 이용 가능한 발포 폼 보온재로는 폴리스티렌(Polystyrene), 폴리페닐렌 옥시드(Polyphenylene oxide), 폴리아미드(Polyamide), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리우레탄(Polyurethane), 우레아(Urea), EPS(Expanded polystyrene), EVA(Ethylene vinyl acetate) 등의 적용이 가능하다.
아래 표 2는 KS F 2257-1 표준가열온도곡선을 중심으로 발포 폴리에틸렌 보온재의 밀도(K) 별로 열용융 온도(C1) 분포를 나타낸다. 그리고 실험을 통하여 밀도가 높으면 열용융 액이 많아져서 그만큼 착화가 빨라지고 연소시간이 더 길다는 것도 확인하였다. 다만 밀도가 너무 낮은 경우에 연소(착화)는 늦게 되지만 복원력이나 밀폐성능에 문제가 있기 때문에, 독립구조이면서 반경질 상태인 가교 발포 폴리에틸렌 보온재(KS M 3862)의 밀도는 10K~45K(kg/m3)가 적당하다.
아래 표에서 발포 폴리에틸렌 보온재는 내화충전구조(10)의 가열온도곡선을 따라 온도(T1)가 상승되면 밀도가 높은 순서대로 착화가 발생되었으며 연소시간이 더 오랫동안 지속되었다. 그리고 연소가 진행되는 동안에는 급격한 열수축이 발생되어 단열층이 형성되기 전에 탄화면이 갈라지거나 깨지는 결과로 이어졌다. 그래서 본 발명에서처럼 높은 열전도가 이루어지는 금속배관을 중심으로 열팽창재(40)를 먼저 배치시키면, 금속배관에 형성된 탄화층이 뒤에 있는 유기계 발포 폼 보온재(30)의 열용융액을 흡수하고 산소를 차단하여 착화현상을 막아주는 것을 확인하였다.
아래 표 3은 발포 폴리에틸렌 보온재와 고무발포 단열재의 한계산소지수와 착화온도의 관계를 나타내는 표로써, 고무발포 단열재(KS M 6962)의 한계산소지수는 28이상이기 때문에 착화 염려는 없지만, 열경화성으로 탄화면이 쉽게 탈락할 우려가 있기 때문에 밀도를 높이는 것이 필요하다.
아래 표에서 발포 폴리에틸렌 보온재는 연소발생 가능구간인 착화선(21℃)보다 아래에 위치하여 상대적으로 연소발생 가능성이 높은 만큼 밀도를 10K~45K(kg/m3)로 낮춘 것을 알 수 있으며, 또한 동일 시간대(C1)에서 한계산소지수가 높은 고무발포 단열재는 착화선 밖에 분포하여 밀도를 30K~70K(kg/m3)로 높인 것과 대비가 된다.
본 고안에 의한 열팽창재(40) 조성물로는 신축성과 탄화막 형성에 도움을 주는 고무와, 아크릴(Acrylic), 에폭시, 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리비닐(Polyvinyl), 폴리에테르(Polyether), EVA, ABS, 아세탈(Acetal), 세루로스 아세테이트(Cellulose acetate), 초산 세로로스(Cellulosea cetate) 중에서 선택한 수지조성물에 난연재 조성물을 포함하고, 난연재 조성물로는 160℃~250℃의 저온 반응형인 Expandable graphite, Dipenta(Penta) erythritol, Ammonium polyphosphate, Thermosetting resin과 그리고 Zinc borate, Silica, 무기계 분말, 난연 가소제 중에서 선택하여 사용하는 것이 가능하다.
상기에서 바인더로 사용되는 Vinyl 계통의 에멀젼(Emulsion)을 포함한 수지조성물은 분자량이 커서 녹지 않고 타기 때문에 탄화막을 형성하는데 도움을 주고, Expanding graphite는 열팽창에 의한 발포면을 증대시킨다. 그리고 난연재 조성물인 Dipenta(Penta) erythritol, Ammonium polyphosphate, Melamine cyanurate는 불연가스인 질소나 인산가스를 발생시켜서 착화를 방지하고, Zinc borate, Silica, 무기계 분말과 금속화합물 등은 탄화막이 갈라지거나 탈락하는 것을 막아준다. 또한 열경화성수지(Thermosetting resin)인 알키드(Alkyd), 우레아(Urea), 에폭시(Epoxy), 페놀(Phenol), 멜라민(Melamine), 불포화 폴리에스터(Uunsaturated polyester), 폴라우레탄(Polyurethane), 실리콘(Silicon) 등은 연소시 고분자 물질로 변화하는 과정에서 탄소량을 증가시키는데 도움을 준다.
아래 표 4는 상기 열팽창재(40) 제조과정에서 수지조성물과 난연재 조성물을 서로 다르게 조합하여 최적의 열팽창 배율과 열용융 온도를 도출하는 방법으로 진행한 실험 및 결과표이다. 아래 표에서 난연재 조성물의 합을 100부로 하고, 수지 조성물은 점도에 따라서 가감할 수 있도록 투입량을 직접 표시 하였다.
예를 들어, 하나의 수지조성물에 서로 다른 난연재를 조합한 결과를, 미리 정해 놓은 열팽창재 성능을 충족하는지 비교하였다. 즉, 수지조성물 종류별로 난연재의 구성을 서로 달리하여 조합하거나 또는 동일한 수지조성물에 다른 구성의 난연재를 조합했을 때 성능을 비교하여 최상의 결과를 도출하였으며, 비교성능에 가장 적합한 조합으로 구성 4와, 구성 7을 선정하였다. 그 중에서 구성 7은 착화를 방지하고, 탄화면 강화 및 형태의 지속성을 유지하는 성능이 높았으며, 구성 5는 열팽창면의 발포 배율이 크고 열용융액을 흡수하는 착화방지 기능에 있어서는 좋은 성능을 보였으나, 열팽창 면이 더 큰 만큼 차 강화에 바탕을 둔 형태 지속성 면에서는 구성 7보다 성능이 떨어지는 것을 확인하였다.
또한 구성 7은 금속배관을 중심으로 먼저 배치하는 열팽창 코팅재(41)의 반응온도가 발포 폼 보온재(30)보다 높은 160℃~250℃에서 부피손실 없이 가장 완벽한 형태의 탄소층이 형성되는 것을 확인하였다. 그리고 위와 같은 열팽창재 적정 반응온도는 아래와 같이 비교적 낮은 온도대에서 반응하는 난연재를 선택적으로 적용하는 과정에서 실험결과로 확인하였다.
그리고 관통재 규격에 따라서 내열성 발포 폼 보온재(31)의 두께를 늘려야하는 경우에는 균일한 열팽창면 형성을 위해서, 탄소량이 많이 형성되는 열팽창 시트재(42)를 부착하거나 또는 시트형 내열성 발포 폼 보온재(31)를 여러 겹 적층하여 부착하는 것이 가능하다. 또한 상기 내열성 발포 폼 보온재를 도 6내지 도 9과 같이 관통부 내화충전구조(10)나 편심구조에 설치하는 것이 가능하고, 도 4와 같이 편심공간에 설치할 때는 관통부 간격이나 편심 간격만큼 절단하여 덧대서 설치하는 것이 가능하다.
본 고안에서 열팽창 코팅재(41)를 도포한 내열성 발포 폼 보온재(31) 또는 열팽창 코팅재 도포면에 열팽창 시트재(42)를 더 부착하는 것은 많은 탄소층을 형성하여 내열성능을 높이기 위해서 필요하다. 열팽창재 중에서 열팽창 시트재(42)는 내열성 발포 폼 보온재(31)에 부착하여 사용하는 것이 가능하고, 열팽창 코팅재(41)는 액상의 코트(Coat) 형태로 일정한 도포 두께를 유지하기 위해서 함침하거나 침착하는 것이 가능하다. 또한 열팽창 시트재(42)는 열팽창 배율이 높아서 많은 내열성능이 요구되는 대형 관통부 또는 PVC 배관 관통부에 적합하고, 액상인 열팽창 코팅재(41)는 신축성이 뛰어나고 도포 두께를 쉽게 조절할 수 있기 때문에 소형 관통재나 금속배관 내화충전구조에 적합하다.
또한 본 고안의 실시 예에 따른 망사형 발포 폼 보온재(32)는 도 7과 같이 금속 관통재의 열전도를 막아주기 위해서 관통부를 제외한 나머지 배관을 감싸주는데 필요한 제품으로 이를 차열재라고 한다. 내화충전구조에서 이면의 열전대 온도가 180℃를 넘지 않기 위해서는 최소한도 이 지점까지는 차열재로 감싸주어야 하는데,
이러한 차열재는 관통부 내에 설치하는 충전재와는 달리 외부에 설치되기 때문에 발포 폼 보온재(30)에 열팽창 코팅재(41)를 도포해주는 것만으로는 열팽창시에 탄소층의 균열이나 탈락을 막지 못한다. 그래서 열팽창 코팅재를 도포한 내열성 발포 폼 보온재(31)의 표면(겉면)에 무기섬유사나 무기섬유 망사 또는 망사테이프(60)를 부착하거나 감아 주는데 이를 망사형 발포 폼 보온재(32)라고 하며 도 7내지 8과 같이 충전재와 차열재를 구분해서 설치한다.
상기에서 망사형 발포 폼 보온재(32)재를 구성하는 무기섬유 망사는 유리섬유사, 세라믹 섬유사, 탄소섬유사, 미세금속사 또는 난연사나 방염사와 같은 무기섬유사 중에서 선택하여 망사를 만들고, 이러한 무기섬유 망사가 결부된 망사 테이프를 내열성 발포 폼 보온재(31)에 부착하거나 감아주어서 망사형 발포 폼 보온재(32)재를 만든다.
본 고안에 의한 건축용 발포 폼 보온재(30)에 열팽창 코팅재(41)를 도포한 내열성 발포 폼 보온재(31)는 도 1내지 도 2와 같이 시트형이나 원통형으로 형성하는 것이 가능하다. 그리고 이러한 내열성 발포 폼 보온재(31)는 도 7내지 도 8과 같이 배관 관통부에 설치하는 것이 가능하고, 관통부 외에는 차열재인 망사형 발포 폼 보온재(32)를 구분해서 설치하는 것이 가능하다.
상기 무기섬유 망사가 결부된 시트형태의 망사형 발포 폼 보온재(32)는 도 1내지 도 3, 또는 도 10과 같이 내열성능에 차등을 두기 위해서 발포 폼 보온재(30)의 일정면에 열팽창 시트재(42)와 열팽창 코팅재(41), 무기섬유 망사 또는 망사테이프(60)를 단독 또는 병행해서 설치하는 것이 가능하다. 즉, 시트형태의 열팽창 시트재(42)는 열팽창 코팅재보다 열팽창 배율이 높아서 많은 내열성능이 요구되는 PVC 또는 대형 금속배관에 적합한데, 이는 PVC 배관과 같이 관통재가 녹아서 떨어져 나가는 경우에 빈 공간을 메꿔주기 위해서 열팽창 배율이 더 높은 열팽창 시트재(42)를 별도로 부착하는 것이 필요하다.
그리고 무기섬유 망사 중에서 가장 좋은 형태로는 편리한 작업성과 균일한 열팽창면 확보를 위해서 유리섬유(Glass Fiber) 망사가 부착된 은박테이프가 좋다. 400℃에서 열간수축이 이루어지는 유리섬유는 굵기와 메시(#) 망 크기에 따라서 내열온도를 더 낮출 수가 있기 때문에 일정 온도까지 열전도가 올라가면 열화된 메시 망이 갈라면서 열팽창면이 확대될 수 있도록 조절하는 것이 가능하다. 망사는 직포나 부직포를 포함하며, 사각이나 마름모 기타 부정형 형태가 가능하다. 난연테이프는 은박테이프와 같은 금속 박막테이프를 포함한 베파베리어(Vapor Barrier) 또는 난연시트재를 포함한다.
2 - 건축구조물,
10 - 내화충전구조,
11 - 바닥관통부,
12 - 벽관통부,
13 - 배관 관통재,
14 - 덕트 관통재,
20 - 무기섬유 보온재,
30 - 발포 폼 보온재,
31 - 내열성 발포 폼 보온재,
32 - 망사형 발포 폼 보온재,
40 - 열팽창재,
41 - 열팽창 코팅재,
42 - 열팽창 시트재,
60 - 무기섬유 망사 또는 망사테이프,
70 - 난연테이프 또는 보호테이프,
10 - 내화충전구조,
11 - 바닥관통부,
12 - 벽관통부,
13 - 배관 관통재,
14 - 덕트 관통재,
20 - 무기섬유 보온재,
30 - 발포 폼 보온재,
31 - 내열성 발포 폼 보온재,
32 - 망사형 발포 폼 보온재,
40 - 열팽창재,
41 - 열팽창 코팅재,
42 - 열팽창 시트재,
60 - 무기섬유 망사 또는 망사테이프,
70 - 난연테이프 또는 보호테이프,
Claims (8)
- 열팽창 코팅재 및 건축용 발포 폼 보온재에 있어서,
건축용 발포 폼 보온재에 열팽창 코팅재를 도포한 내열성 발포 폼 보온재 - 제1항에 있어서,
건축용 발포 폼 보온재는 발포 폴리에틸렌 보온재, 고무발포 단열재 또는 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 우레아, EPS, EVA 발포 보온재 중에서 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 내열성 발포 폼 보온재 - 제1항에 있어서,
열팽창 코팅재의 도포는 발포 폼 보온재에 열팽창 코팅재를 붓이나 스프레이로 도포하거나, 침착 또는 함침하는 것을 특징으로 하는 내열성 발포 폼 보온재 - 제1항에 있어서,
시트형으로 구성된 내열성 발포 폼 보온재 - 제1항에 있어서,
원통형으로 구성된 내열성 발포 폼 보온재 - 제4항에 있어서,
시트형으로 구성된 내열성 발포폼 보온재 표면(겉면)에 무기섬유사 또는 무기섬유 망사나 무기섬유 망사테이프 중에서 하나를 선택하여 부착한 것을 특징으로 하는 망사가 부착된 내열성 발포 폼 보온재 - 제5항에 있어서,
원통형으로 구성된 내열성 발포폼 보온재 표면(겉면)에 무기섬유사 또는 무기섬유 망사나 무기섬유 망사테이프 중에서 하나를 선택하여 부착한 것을 특징으로 하는 망사가 부착된 내열성 발포 폼 보온재 - 제6항 및 제7항에 있어서,
무기섬유 망사는 유리섬유사, 세라믹 섬유사, 탄소섬유사, 미세금속사, 난연사 또는 방염사 중에서 하나를 선택하여 부착된 것을 특징으로 하는 망사가 부착된 내열성 발포 폼 보온재
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| KR2020210002037U KR20230000039U (ko) | 2021-06-28 | 2021-06-28 | 열팽창 코팅재를 도포한 내열성 발포 폼 보온재 |
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2021
- 2021-06-28 KR KR2020210002037U patent/KR20230000039U/ko not_active Application Discontinuation
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