KR20230144885A - 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 구조물 표면에 패널상태의 유리섬유상 불연성 단열재가 시공되어 고온 환경으로부터 정상적인 상태로 보호하는 일반적 단열성과 더불어, 영하 170℃ 이하의 산업용 설비의 배관, 가스탱크 등과 같은 플랜트 시설에 대한 보냉(保冷)성능을 적합하게 유지하면서 외부의 일반 환경으로부터 발생되는 극저온 방진(防振)특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법에 관한 것으로, 유리섬유 50 ~ 80중량%, 폴리프로필렌섬유 10 ~ 40중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성되는 15 ~ 30㎜ 두께의 니들펀칭 복합섬유 부직포를 제조하는 제1단계; 상기 제조된 니들펀칭 복합섬유 부직포의 양 표면에 알루미늄 박막을 위치시킨 다음, 200 ~ 300℃ 온도의 가열장치를 통과시켜 폴리프로필렌섬유를 용융시키는 제2단계; 상기 양 표면에 알루미늄 박막이 위치된 니들펀칭 복합섬유 부직포를 0 ~ 50℃ 온도의 냉각장치를 통과시키면서 5 ~ 10㎜ 두께로 압착 성형하는 제3단계;를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 구조물 표면에 패널상태의 유리섬유상 불연성 단열재가 시공되어 고온 환경으로부터 정상적인 상태로 보호하는 일반적 단열성과 더불어, 영하 170℃ 이하의 산업용 설비의 배관, 가스탱크 등과 같은 플랜트 시설에 대한 보냉(保冷)성능을 적합하게 유지하면서 외부의 일반 환경으로부터 발생되는 극저온 방진(防振)특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어서는 유류계 에너지보다 청정성이 높은 상온 가스계 연료에 대한 수요 증대로 인하여 부탄, 프로판, 천연가스 등과 같은 가스연료의 사용이 증가하면서, 이러한 연료를 액상으로 보관, 이송, 판매함에 있어 그에 적합한 보관용기와 단열재, 보호재 등에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이러한 극저온 보관상태의 안정성을 확보하기 위한 단열, 방진, 불연, 보호 등의 각종 보조자재들은 극저온에서 요구되는 특성을 보완하기 위해 주로 기존의 단열재, 방진재, 불연재, 보호재 등을 복층으로 권취하거나 적층하여 사용되어져 왔다.
기존의 열전도에 의한 열전도현상만을 대상으로 하는 대표적인 단열재는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 고무 등과 같은 각종 고분자 발포체 단열재와 폴리에틸렌테레프탈레이트나 폴리프로필렌섬유 등을 이용한 유기계의 부직포나 펠트형태의 단열재, 그리고 글라스울, 락울, 유리장섬유 등과 같은 무기계의 부직포 또는 펠트형태의 단열재 등이 가장 보편적으로 사용되고 있다.
상기와 같은 극저온용 단열재에 관한 선행기술로서, 미국 특허 제6,035,795호에서는 액화천연가스 운반선의 탱크용 단열재로 샌드위치폼과 유리섬유강화 복합재료를 제안하고 있으며, 또한 대한민국 특허 제10-0278364호에서는 초저온하에서도 단열재로 우수한 특성을 나타내는 경질 폴리우레탄 폼으로서, 발포제, 반응촉매 및 기타 첨가제의 존재하에서 (a) 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 부가해서 얻어지는 폴리올 15-35중량%, (b) 슈크로오스에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 부가해서 얻어지는 폴리올 15-35중량%, (c) 펜타에리트리톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 부가해서 얻어지는 폴리올 25-40중량%, (d) 글리세린에 프로필렌 산화물을 부가해서 얻어지는 폴리올 10-30중량%를 포함하는 혼합 폴리올 조성물과, 관능기수가 2.6-3.0인 폴리메틸렌 폴리페닐디이소시아네이트를 반응시켜 형성된 원액에 초저온하에서의 수축방지와 고강도유지를 위한 섬유보강재를 상기 폴리올성분 100중량부에 대하여 5-25중량부 첨가시킴으로써 달성된다.
그리고 대한민국 특허 제10-1038192호를 보면, 시스-코어 섬유로 이루어진 부직포층; 통기성 합성수지 필름층; 니들펀칭 복합 부직포층; 및 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계 및 폴리우레탄계 고분자 중에서 선택된 것으로 이루어진 두께 5 ~ 30㎛의 고분자 필름이 일면 또는 양면에 도트(dot) 방식 열접착 또는 접착제에 의하여 코팅되고 전면적에 걸쳐 니들펀칭에 의한 미세 기공이 형성된 내식성 알루미늄 필름층이 순차적으로 적층되고 핫-멜트 라미네이팅(hot-melt laminating)에 의하여 합지된 것을 특징으로 하는 다기능성 하우스 랩(house wrap) 및 그의 제조방법을 개시하고 있으나, 상기 선행기술들은 모두 극저온에서 치수안정성을 확보할 수 있지만 단열성 이외의 불연성과 방진특성을 기대하기는 어려운 실정이다.
이에 따라 본 출원인은 특허 제10-1403289호를 통해 유리섬유 50 ~ 80중량%, 폴리프로필렌섬유 10 ~ 40중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성되는 니들펀칭 복합부직포를 제조한 후, 온도가 200 ~ 300℃인 가열장치를 이용하여 니들펀칭 복합부직포 내에 포함된 폴리프로필렌섬유를 용융시키고, 상기 니들펀칭 복합부직포의 양 표면에 불연성 알루미늄 박막을 위치시킨 다음, 온도가 0 ~ 100℃인 냉각롤을 이용하여 양 표면에 알루미늄 박막을 위치된 니들펀칭 복합부직포를 1.5 ~ 4.5㎜의 두께로 압착하여 성형하고, 상기 니들펀칭 복합부직포를 제조한 후, 후크니들을 통해 복합부직포 내의 섬유배향 방향을 두께방향으로 조정하는 것을 특징으로 하는 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법을 개발한바 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 특허 제10-1403289호에 대한 제조공정을 개선하여 종래보다 두꺼운 15 ~ 30㎜ 두께의 고단중(高單重) 니들펀칭 복합섬유 부직포를 제조한 후 이를 5 ~ 10㎜의 두께로 압착 성형하는 기술을 완성함으로써 종래와 같은 후크니들을 통해 복합섬유 부직포 내의 섬유배향방향을 두께방향으로 조정하는 수단이 생략됨에 따라 제조공정이 간편하고 재료비가 절감될 뿐만 아니라 다양한 형태를 갖는 배관이나 플랜트 시설물에 대한 단열재의 시공성과 보수성 및 내구성이 양호하고 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법을 완성하였다.
본 발명의 목적은, 불연성이 우수하고 고온에서부터 극저온에 이르기까지 형태나 물성이 저하되지 않는 유리섬유를 기초로 하여 니들펀칭 복합섬유 부직포를 성형함에 있어, 상기 부직포를 구성하는 유리섬유상 내에 용융되어 적정한 결합력으로 잡아주는 폴리프로필렌섬유와, 이에 제3의 섬유상을 선택적으로 사용하여 15 ~ 30㎜ 두께의 고단중(高單重) 니들펀칭 복합섬유 부직포를 제조한 후 양 표면에 알루미늄 박막을 부착하고 압착 성형하여 5 ~ 10㎜ 두께의 불연성 단열재를 제조하는 기술을 확보함으로써 제조공정상의 비용과 재료비가 절감되고 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 불연성 단열재를 영하 170℃ 이하 극저온 상태의 배관이나 플랜트 시설에 단층(single-layer)으로 시공하더라도 온도에 따른 취성이 급격히 저하되지 않고 상온에서와 동등한 상태를 유지할 수 있기 때문에 시공성과 보수성이 양호하며, 그로 인하여 단열재가 시공된 구조물에 대한 보냉성능 및 외부로부터의 충격에 대한 진동방지기능이 향상됨에 따른 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법은, 유리섬유 50 ~ 80중량%, 폴리프로필렌섬유 10 ~ 40중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성되는 15 ~ 30㎜ 두께의 니들펀칭 복합섬유 부직포를 제조하는 제1단계; 상기 제조된 니들펀칭 복합섬유 부직포의 양 표면에 알루미늄 박막을 위치시킨 다음, 200 ~ 300℃ 온도의 가열장치를 통과시켜 폴리프로필렌섬유를 용융시키는 제2단계; 상기 양 표면에 알루미늄 박막이 위치된 니들펀칭 복합섬유 부직포를 0 ~ 50℃ 온도의 냉각장치를 통과시키면서 5 ~ 10㎜ 두께로 압착 성형하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1단계에서 제조되는 니들펀칭 복합섬유 부직포는 단중 1,500 ~ 3,000g/㎡이며, 상기 제2단계에서 니들펀칭 복합섬유 부직포의 양 표면에 위치시킨 알루미늄 박막은 두께 5 ~ 100㎛인 것으로서, 상기 제3단계에서 사용되는 냉각장치는 냉각롤 또는 냉각프레스 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들을 조합하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의한 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법은 유리섬유상 내에 용융되어 적정한 결합력으로 잡아주는 폴리프로필렌섬유와, 이에 제3의 섬유상인 메타-아라미드섬유를 선택적으로 사용하여 15 ~ 30㎜ 두께의 고단중으로 제조되는 니들펀칭 복합부직포의 양 표면에 알루미늄 박막을 부착하고 압착 성형하여 5 ~ 10㎜ 두께의 불연성 단열재를 얻음으로써 제조공정상의 비용과 재료비가 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재는 극저온 상태의 배관이나 플랜트 시설에 단층(single-layer)으로 시공하더라도 온도에 따른 취성이 급격히 저하되지 않고 상온에서와 동등한 상태를 유지할 수 있기 때문에 시공성과 보수성이 양호하며, 종래와 같은 얇은 두께의 단열재를 복층으로 시공하는 것보다 보냉성능과 외부로부터의 충격에 대한 진동방지기능 및 내구성을 더욱 안정적으로 보장할 수 있는 장점을 갖고 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법에 대하여 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에서 제안하는 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법은, 유리섬유 50 ~ 80중량%, 폴리프로필렌섬유 10 ~ 40중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성되는 15 ~ 30㎜ 두께의 니들펀칭 복합섬유 부직포를 제조하는 제1단계; 상기 제조된 니들펀칭 복합섬유 부직포의 양 표면에 알루미늄 박막을 위치시킨 다음, 200 ~ 300℃ 온도의 가열장치를 통과시켜 폴리프로필렌섬유를 용융시키는 제2단계; 상기 양 표면에 알루미늄 박막이 위치된 니들펀칭 복합섬유 부직포를 0 ~ 50℃ 온도의 냉각장치를 통과시키면서 5 ~ 10㎜ 두께로 압착 성형하는 제3단계;의 순으로 이루어진다.
먼저, 본 발명은 유리섬유 50 ~ 80중량%, 폴리프로필렌섬유 10 ~ 40중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성된 니들펀칭 복합섬유 부직포를 제조하는 제1단계로서, 상기 니들펀칭 복합섬유 부직포는 니들펀칭에 의해 펠트형태로 평탄하게 형성됨으로써 압착 성형공정을 적용할 경우에 보다 우수한 충격방지특성을 얻을 수 있다.
상기 니들펀칭 복합섬유 부직포는 유리섬유의 함량이 50중량% 미만이거나 폴리프로필렌섬유의 함량이 40중량%를 초과하면 과량의 유기물성분으로 인하여 극저온에서 우수한 충격방지특성을 발휘하기 어려울 뿐만 아니라 단열성과 불연성이 현저하게 저하되는 단점이 있으며, 유리섬유의 함량이 80중량%를 초과하거나 폴리프로필렌섬유의 함량이 10중량% 미만이면 그 후의 압착 성형공정에서 원하는 두께의 단열재 성형이 어려워지는 단점이 있다.
또한, 방진특성의 개선을 위해 추가적으로 사용가능한 메타-아라미드섬유는 소량 정도만 사용하여도 진동전달 방지특성을 어느 정도 발휘하지만, 그 사용량이 니들펀칭 복합섬유 부직포 총중량을 기준으로 10중량%를 초과할 경우에는 극저온에서의 충격방지특성이 오히려 저하되는 단점을 나타낸다.
그러나 본 발명에 있어 메타-아라미드섬유를 사용하지 않을 경우에 이를 사용한 경우와 동등한 정도로 단열효과나 저온방진 등의 특성을 실현하기 위해서는 복합부직포의 단중(g/㎡)이 증가될 뿐만 아니라 알루미늄 박막 또는 부직포의 두께를 보다 증가시켜야 하는 것으로 연구되었다.
본 발명에서 사용되는 유리섬유(glass fiber)는 무기질 규산염을 원료로 하는 인조섬유인 실리카섬유(silica fiber), 암면섬유(rock wool fiber)를 포함하는 개념으로서, 이에 탄소섬유, 탄소안정화 섬유, 바잘트섬유(현무암섬유) 등을 소량 혼합하여 사용하여도 무방하나, 상기 유리섬유는 성분이나 용도에 따라 A, C, E, S, AR 등으로 세분화되는 종류 중에서 E-글라스섬유가 가장 좋다. 그 이유는 E-글라스가 다른 조성의 유리섬유에 비해 강도가 유리하여 적은 유리섬유 함량으로도 높은 강도의 발휘가 가능하여 제품 경량화에 기여할 수 있다.
위와 같은 이유로, 본 발명에서 사용한 유리섬유는 직경이 5 ~ 20㎛인 E-글라스섬유로써 니들펀칭 복합섬유 부직포를 제조하는 카딩(carding)공정을 위해 장섬유상의 유리섬유를 5 ~ 15㎝로 절단하여 사용하였는데, 상기 유리섬유는 강도특성을 위해 장섬유타입이 좋으며, 단섬유인 경우는 유리섬유 직경의 분포가 발생해 강도가 불량하고 카딩을 위해 원하는 길이로 섬유를 조절하기 어려워 카딩시 중량편차나 생산성 저하의 문제가 발생될 수 있다.
참고로, 상기 유리섬유는 매우 가늘고 길게 성형한 후에 급냉시켜 만든 섬유형태의 유리를 말한다. 이 유리섬유는 그 형태와 생산방법에 따라 단열흡음재로 사용하는 단섬유와 각종 수지보강재로 사용되는 장섬유로 구분되며, 일반적으로 단섬유를 글라스 울(Glass Wool), 장섬유를 글라스 파이버(Glass Fiber)라고 부른다. 또한, 그 조성에 따라 A-Glass, C-Glass, E-Glass, S-Glass, AR-Glass 등의 종류로 구분되고 있다. 장섬유인 글라스 파이버 가운데 가장 먼저 개발된 E-Glass는 조성 중 알칼리 성분이 거의 없어 고온에서의 안정성이 우수하고 전기전도도가 낮아 절연성이 우수한 재료로 평가되고 있다. E-Glass는 열경화성 수지가 개발된 1930년대부터 수지를 보강시켜 주는 수지강화제로 사용되기 시작하여 전기절연성을 이용한 각종 전기전자 제품부터 고강도가 요구되는 항공기 부품에까지 사용되고 있다.
그리고 본 발명에서 유리섬유계 단열재로 구성되는 섬유상을 적정한 결합력으로 잡아주는 유기물로써 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, EVA, 폴리염화비닐, 열가소성 폴리우레탄, 저융점 폴리에스테르, 폴리아미드, 아크릴수지 등으로 제조된 분말이나 섬유상을 사용할 수 있는데, 본 발명에서는 유리섬유계 단열재를 카딩공정으로 제조하기 때문에 섬유상을 가지는 유기물 중 용융 접합성과 수분에 대한 저항성, 완충성 등의 물성이 우수한 폴리프로필렌섬유를 사용하는 것이 가장 효과적이라는 결론을 도출하였다.
상기 폴리프로필렌섬유는 입체규칙성 구조를 갖는 폴리프로필렌을 방사하여 가볍고 마찰에 강하고 굴곡강도가 크고 내산·내알칼리성이 우수하며, 융점이 170℃ 수준인 통상의 호모폴리프로필렌 성분이나 융점이 조금 낮은 코폴리프로필렌을 사용하는 것도 무방하지만, 이 폴리프로필렌섬유는 이차적 가공을 통하여 클림프가 3 ~ 6개/㎝가 되도록 가연처리된 것이 좋고 더욱 바람직하게는 4 ~ 5개/㎝가 적당하며, 여기서 가연처리가 적을 경우 웹 형성에 제약이 오고, 너무 크면 니들링시 큰 마찰열로 부분적으로 엉킴현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
상기 폴리프로필렌섬유의 굵기는 5 ~ 10데니어가 적당하고 가장 바람직하기로는 6 ~ 8 데니어 수준이 좋다(D : 데니어는 실의 길이 90,000m에 대하여 실의 무게 1g을 1데니어, 2g을 2데니어라 함). 굵기가 5D 미만이면 유리섬유와 혼합 카딩시 카딩특성이 저하되고, 10D 초과이면 필요 이상의 폴리프로필렌 섬유가 사용되어 최종 용도에서 저온 충격방지특성이 저하되는 단점이 있으므로 가열 압착시 적절히 융착성을 유지하기 위해서는 적절한 굵기가 반드시 필요하다. 또한 상기 폴리프로필렌섬유의 길이는 40 ~ 70㎜의 것을 사용하는 것이 바람직한데, 너무 짧으면 웹 형성에 제약을 받고 너무 길면 균일한 혼합도를 얻기 어렵다.
그리고 유리섬유계 단열재에 대한 제진특성을 보완하기 위해 사용할 수 있는 제3의 섬유상 성분으로는 메타-아라미드섬유를 10중량% 이내로 사용할 수 있다. 참고로, 아라미드섬유는 전방향족(全芳香族) 폴리아미드(polyamide)로부터 되는 합성수지로서 일반적인 중량비로 비교할 때 강철보다 5 ~ 7배의 강도와 500℃ 이상에서도 견디는 높은 내열성과 뛰어난 인장강도로 인해 레이디얼 타이어의 코드, 콘크리트 보강재, 항공우주 분야나 군사용으로 많이 사용되고 있고 그 화학구조에 따라 메타계와 파라계로 구분되는데, 본 발명에서는 구조적으로 특별히 높은 고강도를 요구하지 않기 때문에 메타계 아라미드섬유를 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량이 니들펀칭 복합섬유 부직포 총중량을 기준으로 10중량%를 초과할 경우에는 극저온에서의 충격방지특성이 오히려 저하되는 단점을 나타낸다.
본 발명에서 사용할 수 있는 메타-아라미드섬유의 굵기는 0.9 ~ 5.0dTex가 적당한데(dTex : 실의 길이 10,000m에 대하여 실의 무게 1g을 1데시텍스, 2g을 2데시텍스라 함), 섬유가 너무 굵어도 동일 중량비율에서 섬유가닥 수가 감소하여 제진특성 개선효과를 달성하기 어렵고, 너무 가는 경우에는 카딩특성이 유리섬유와 달라 혼섬특성이 저하된다. 그리고 메타-아라미드는 다른 섬유와의 혼합성을 고려하여 길이는 40 ~ 70㎜, 클림프는 3 ~ 6개/㎝가 적합하다. 이때, 섬유길이가 너무 짧으면 웹 형성에 제약을 받고 너무 길면 균일한 혼합도를 얻기 어려우며, 클림프수가 너무 적을 경우 웹 형성에 제약이 오고 너무 크면 니들링시 큰 마찰열로 부분적으로 엉킴현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
상기와 같은 섬유상의 원료 혼합물이 결정되면 니들펀칭 복합섬유 부직포를 제조하는데, 이러한 섬유상의 원료를 펠트형 부직포화하기 위해서는 원료섬유를 50 ~ 100㎜ 정도로 절단한 후 카딩공정이나 에어포밍공정을 통해 매우 벌키한 슬라브 형태로 만든 다음, 돌출된 귀가 달린 펀칭용 바늘을 이용한 펀칭공정을 통해 적정한 밀도와 두께의 제품으로 제조할 수 있다.
본 출원인은 종래 단열재가 1.5 ~ 4.5㎜의 두께로 압착 성형됨을 감안하여 니들펀칭 복합섬유 부직포의 두께를 5 ~ 12㎜ 범위로 설정하였으나, 본 발명에서는 수많은 시행착오를 거쳐 카딩공정과 에어포밍공정 및 펀칭공정으로 이루어지는 단계별 공정상의 조건을 정밀하게 설계함으로써 단중이 1,500 ~ 3,000g/㎡ 범위의 고단중 니들펀칭 복합섬유 부직포를 제조할 수 있는 기술을 확보함에 따라 15 ~ 30㎜ 두께의 니들펀칭 복합섬유 부직포를 사용하여 양 표면에 알루미늄 박막을 부착하고 압착 성형할 수 있었으며, 결과적으로 5 내지 10㎜ 두께의 불연성 단열재를 제조함에 따라 제조공정상의 비용과 재료비가 절감되는 효과를 얻을 수 있었다.
상기와 같이, 제1단계를 통해 제조된 니들펀칭 복합섬유 부직포는 양 표면에 알루미늄 박막을 위치시킨 다음, 200 ~ 300℃ 온도의 가열장치를 통과시켜 폴리프로필렌섬유를 용융시키는 제2단계를 거침으로써 부직포 내부에 대한 보다 우수한 충격방지특성과 함께, 추후 냉각장치를 이용한 압착 성형공정을 거쳐 부직포 양 표면에 위치하는 알루미늄 박막과의 강한 부착성을 달성할 수 있으며, 상기 양 표면에 알루미늄 박막이 위치된 니들펀칭 복합섬유 부직포를 0 ~ 50℃ 온도의 냉각장치를 통과시키면서 5 ~ 10㎜ 두께로 압착 성형하는 제3단계를 거쳐 불연성 단열재 제품이 완성된다.
상기 제2단계에서 사용되는 가열장치의 가열온도가 200℃ 미만이면 복합섬유 부직포 내의 융점이 170℃ 수준인 폴리프로필렌섬유를 용융시키기 위해 가열시간이 오래 걸리는 단점이 있고, 300℃를 초과하면 복합섬유 부직포에 포함된 유기물 성분이 일부 열분해되어 단열재의 물성이 저하될 우려가 있다.
또한, 상기 제2단계에서 니들펀칭 복합섬유 부직포의 양 표면에 위치시킨 알루미늄 박막은 두께는 5 ~ 100㎛인 것이 양호한 부착성과 가공성을 갖게 되는데, 만약 알루미늄 박막의 두께가 5㎛ 미만이면 가공이 어려울 뿐만 아니라 단열재 시공 후 외부에서 발생되는 순간온도 1,000℃ 정도의 불꽃이나 불똥이 표면에 떨어질 때 충분한 방어하기 어려우며, 100㎛를 초과하는 경우에는 가공성과 부착성이 불량하고 단열성이 저하될 우려가 있다.
그리고 상기 제3단계에서 사용되는 냉각장치는 냉각롤 또는 냉각프레스 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들을 조합하여 배치하며, 그로 인한 압착 성형공정은 냉각온도는 낮을수록 공정속도를 빠르게 할 수 있지만, 0℃ 미만으로 하는 것은 단열재의 품질과 유기물 성분(폴리프로필렌섬유)의 고화상태에 나쁜 영향을 줄 우려가 있으며, 50℃를 초과하게 되면 용융된 폴리프로필렌성분이 고화되는데 많은 시간이 소요되므로 공정속도를 저하시키는 단점이 있다.
위와 같이, 본 발명의 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재는 유리섬유상 내에 용융되어 적정한 결합력으로 잡아주는 폴리프로필렌섬유와, 이에 메타-아라미드섬유를 선택적으로 사용하여 15 내지 30㎜ 두께로 제조되는 니들펀칭 복합섬유 부직포의 양 표면에 알루미늄 박막을 부착하고 압착 성형하여 5 ~ 10㎜ 두께의 불연성 단열재를 얻을 수 있으며, 이를 극저온 상태의 구조물에 단층(single-layer)으로 시공하더라도 온도에 따른 취성이 급격히 저하되지 않고 상온에서와 동등한 상태를 유지할 수 있기 때문에 시공성과 보수성이 양호하고 종래와 같은 얇은 두께의 단열재를 복층으로 시공된 구조물보다 내구성과 보냉성능 및 충격에 대한 진동방지기능을 더욱 안정적으로 보장할 수 있는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 수많은 실험을 거쳐 완성되었으나, 이하에서는 통상의 지식을 가진 사람이 쉽게 이해하고 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
[실시예 1] ~ [실시예 2]
[표 1]에 표시된 바와 같이, 섬유 굵기가 6.0 ~ 12.0㎛인 E-글라스 장섬유를 길이 50 ~ 150㎜로 절단한 E-글라스섬유 75중량%, 융점이 167℃이고 길이가 55㎜, 크림프가 4개/㎝, 7데니어인 폴리프로필렌 단섬유 20중량%, 굵기가 2.2dTex이고 길이가 51㎜, 클리프가 4.5개/㎝인 메타-아라미드섬유 5중량%를 원료로 하여, 통상 사용되는 액상의 대전방지제를 상기 섬유원료에 대하여 0.3중량% 정도로 처리한 후 혼섬된 섬유를 일련의 개면, 카딩, 크로스랩핑을 통해 2,000g/㎡의 니들펀칭 복합섬유 부직포를 제조하였다. 상기와 같이 제조된 니들펀칭 복합섬유 부직포를 이용하여 상하부에 두께가 35㎛인 알루미늄 박막을 덮은 후 온도가 280℃인 가열장치를 통해 복합부직포 내의 폴리프로필렌 수지를 용융시킨 다음, 15℃의 냉각장치를 이용해 압착 성형하여 6.0㎜의 단열재를 제조하였으며, 이렇게 제조된 단열재의 각종 특성을 평가하고 그 결과를 [표 2]에 나타내었다.
[실시예 3] ~ [실시예 12]
실시예 3 내지 실시예 12에 따른 단열재는 실시예 1의 니들펀칭 복합섬유 부직포 성분과 층별 구성을 하기 [표 1]과 같이 변경하였으며, 압착 성형공정은 [표 2]와 같이 실시한 후 그 결과를 [표 2]에 나타내었다.
[비교예 1] ~ [비교예 10]
비교예 1 내지 비교예 10에 따른 단열재는 실시예 1의 니들펀칭 복합섬유 부직포 두께, 중량, 성분과 층별 구성을 하기 [표 1]과 같이 변경하였으며, 압착 성형공정은 [표 2]와 같이 실시한 후 그 결과를 [표 2]에 나타내었다.
[비교예 11] ~ [비교예 12]
비교예 11 및 비교예 12에 따른 단열재는 실시예 1에서와 같은 니들펀칭 복합섬유 부직포를 사용하지 않고, 실시예 11에서는 시중에서 구할 수 있는 폴리에틸렌 발포단열재, 실시예 12에서는 폴리우레탄 단열재 시트를 각각 이용하였으며, 실시예 1에서와 같은 압착 성형없이 단열재 그대로 실시하고, 그 결과를 [표 2]에 나타내었다.
| 구분 | 섬유혼합비(중량%) | 단중 (g/m2) |
두께 (㎜) |
||
| 유기물 | 무기물 | AR | |||
| 실시예1 | PP20 | GF75 | AR5 | 2,102 | 20.3 |
| 실시예2 | PP20 | GF75 | AR5 | 2,067 | 20.9 |
| 실시예3 | PP20 | GF80 | AR0 | 1,986 | 21.0 |
| 실시예4 | PP20 | GF80 | AR0 | 2,007 | 20.8 |
| 실시예5 | PP25 | GF75 | AR0 | 2,112 | 20.1 |
| 실시예6 | PP25 | GF75 | AR0 | 2,218 | 19.8 |
| 실시예7 | PP25 | GF70 | AR5 | 2,824 | 26.9 |
| 실시예8 | PP25 | GF70 | AR5 | 2,793 | 27.3 |
| 실시예9 | PP30 | GF70 | AR0 | 1,612 | 17.2 |
| 실시예10 | PP30 | GF70 | AR0 | 1,654 | 19.8 |
| 실시예11 | PP20 | S80 | AR0 | 2,204 | 20.9 |
| 실시예12 | PP20 | S80 | AR0 | 2,193 | 20.5 |
| 비교예1 | PP20 | GF75 | AR5 | 992 | 11.2 |
| 비교예2 | PP30 | GF60 | AR10 | 976 | 12.0 |
| 비교예3 | PP30 | GF70 | AR0 | 980 | 9.1 |
| 비교예4 | PP20 | GF75 | AR5 | 1,012 | 8.9 |
| 비교예5 | PP40 | GF55 | AR5 | 998 | 8.3 |
| 비교예6 | PP45 | GF50 | AR5 | 1,024 | 9.1 |
| 비교예7 | PP50 | GF45 | AR5 | 976 | 8.5 |
| 비교예8 | PP55 | GF40 | AR5 | 687 | 7.8 |
| 비교예9 | PP60 | GF35 | AR5 | 350 | 5.4 |
| 비교예10 | PP20 | S75 | AR5 | 897 | 9.2 |
| 비교예11 | PE | - | - | 189 | 4.3 |
| 비교예12 | PU | - | - | 421 | 4.5 |
○ PP : 폴리프로필렌섬유 (뒤 숫자는 중량%)
○ GF : 유리섬유 (뒤 숫자는 중량%)
○ S : 실리카섬유 (뒤 숫자는 중량%)
○ AR : 메타-아라미드섬유 (뒤 숫자는 중량%)
○ 단중 : 성형시편을 200×200㎜로 절단해 중량을 측정하여 g/m2로 환산한 값
○ 두께 : 다이얼게이지를 이용해 측정한 복합섬유 부직포의 두께(㎜)
| 구분 | 알루미늄 박막 (㎛) |
성형온도(℃) | 단열재 물성 | |||||||
| 가열온도 | 냉각온도 | 단중 (g/㎡) |
두께 (㎜) |
불연성 | 저온 방진 | 단열성 | ||||
| 100g | 150g | 열전도도 (W/m·K) |
열저항 (㎡·K/W) |
|||||||
| 실시예1 | 35 | 280 | 15 | 2,292 | 6.3 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.034 | 0.19 |
| 실시예2 | 70 | 280 | 15 | 2,446 | 6.5 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.035 | 0.19 |
| 실시예3 | 35 | 280 | 30 | 2,040 | 5.9 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.034 | 0.17 |
| 실시예4 | 70 | 280 | 30 | 2,224 | 5.9 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.035 | 0.17 |
| 실시예5 | 35 | 280 | 15 | 2,302 | 6.7 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.036 | 0.19 |
| 실시예6 | 70 | 230 | 15 | 2,408 | 6.8 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.035 | 0.19 |
| 실시예7 | 35 | 280 | 30 | 3,014 | 9.3 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.034 | 0.27 |
| 실시예8 | 70 | 280 | 30 | 2,983 | 9.6 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.034 | 0.28 |
| 실시예9 | 35 | 280 | 15 | 1,802 | 5.1 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.035 | 0.15 |
| 실시예10 | 70 | 280 | 15 | 1,844 | 5.3 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.035 | 0.15 |
| 실시예11 | 35 | 280 | 15 | 2,394 | 6.9 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.034 | 0.19 |
| 실시예12 | 70 | 280 | 15 | 2,383 | 7.1 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.034 | 0.21 |
| 비교예1 | 40 | 280 | 15 | 1,189 | 2.5 | OK | 미파괴 | 파괴 | 0.035 | 0.07 |
| 비교예2 | 35 | 280 | 15 | 1,172 | 2.8 | OK | 미파괴 | 파괴 | 0.036 | 0.08 |
| 비교예3 | 70 | 280 | 15 | 1,340 | 3.8 | OK | 미파괴 | 미파괴 | 0.035 | 0.11 |
| 비교예4 | 30 | 280 | 15 | 1,154 | 2.4 | OK | 미파괴 | 파괴 | 0.037 | 0.06 |
| 비교예5 | 10 | 280 | 15 | 1,052 | 2.1 | OK | 미파괴 | 파괴 | 0.035 | 0.06 |
| 비교예6 | 40 | 230 | 15 | 1,241 | 4.1 | 변형 | 미파괴 | 미파괴 | 0.034 | 0.12 |
| 비교예7 | 40 | 280 | 70 | 1,193 | 3.2 | 변형 | 미파괴 | 파괴 | 0.035 | 0.09 |
| 비교예8 | 40 | 280 | 15 | 904 | 1.9 | 분해 | 미파괴 | 파괴 | 0.037 | 0.05 |
| 비교예9 | 40 | 280 | 15 | 567 | 1.7 | 분해 | 미파괴 | 파괴 | 0.039 | 0.04 |
| 비교예10 | 40 | 280 | 15 | 1,121 | 2.7 | OK | 미파괴 | 파괴 | 0.035 | 0.08 |
| 비교예11 | - | - | - | 189 | 4.3 | 연소 | 파괴 | - | 0.045 | 0.10 |
| 비교예12 | - | - | - | 421 | 4.5 | 변형 분해 |
파괴 | - | 0.032 | 0.14 |
○ 단중 : 니들펀칭 복합섬유 부직포의 시편을 200×200㎜로 절단해 중량을 측정하여 g/m2으로 환산한 값
○ 두께 : 단열재의 성형시편을 200×200㎜로 절단해 측정한 두께(㎜)
○ 불연성 : 일반 휴대용 부탄용기를 이용한 토치화염을 단열재의 성형시편 표면에 10초간 분사한 후 단열재의 변화를 관찰하여 평가하였고, 그 판정기준은 아래와 같다.
- OK : 불이 붙지 않고 형태의 변화가 없음
- 변형 : 불은 붙지 않으나 외관상 제품의 치수변화나 뒤틀림이 발생
- 분해 : 불은 붙지 않으나 연소성 연기가 날 경우
- 연소 : 불이 붙는 경우
○ 저온 방진 : 성형된 단열재를 액체질소(기압이 1기압일 때 -196℃ 이하에서 액체로 존재함)에 1분간 담가두었다가 꺼내어 두께 1.0㎜인 통상의 현미경 관찰용 슬라이드글라스 위에 위치시키고, 무게가 100g, 150g인 강철구를 높이 30㎝에서 낙하시켜 슬라이드글라스의 파괴 여부를 관찰하였다. 이때, 극저온의 액체질소에서 유연성을 유지할 경우는 충격방지특성을 발휘할 수 있어서 슬라이드글라스의 파괴를 막을 수 있고, 유연성을 상실한 경우는 강철구의 낙하충격을 슬라이드글라스에 전달하여 파괴가 발생한다. 슬라이드글라스 위에 아무 조치도 없이 무게가 100g인 강철구를 낙하시키면 낙하높이 5㎝에서도 슬라이드 글라스는 파괴된다.
○ 단열성 :
- KS L 9016의 기준에 준하여 측정한 열전도도 (단위: W/m·K)
- KS M ISO 6946 기준에 준하여 계산한 열저항 (단위: ㎡·K/W)
상기 [표 2]에서와 같이, 본 발명의 불연성 단열재로 시험한 실시예 1 내지 실시예 12와 비교예 1 내지 비교예 12를 비교한 결과를 종합하면, 본 발명에 의한 실시예는 모두 비교예 1 내지 비교예 10에 비해 니들펀칭 복합섬유 부직포의 단중(g/㎡)과 두께(㎜)를 증가시켜도 극저온 충격방지 단열재에서 요구되는 불연성, 저온 방진성, 단열성 등의 물성이 균일하게 향상되는 효과가 있음을 확인하였다. 그리고 본 발명에서 제조된 니들펀칭 복합섬유 부직포를 사용하지 않은 비교예 11과 비교예 12에 비해서도 불연성, 저온 방진성, 단열성이 현저하게 양호함을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명의 제조방법으로 성형된 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능한 것으로, 각종 산업용 설비의 배관, 가스탱크 등과 같은 보냉용 플랜트 시설은 물론, 항공기, 선박, 자동차 등의 불연, 단열흡음재로 적용할 수 있는 환경 친화적인 복합기능성 소재로서 다양한 용도와 형태로 사용되어 질 수 있다.
Claims (5)
- 유리섬유 50 ~ 80중량%, 폴리프로필렌섬유 10 ~ 40중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성되는 15 ~ 30㎜ 두께의 니들펀칭 복합섬유 부직포를 제조하는 제1단계;
상기 제조된 니들펀칭 복합섬유 부직포의 양 표면에 알루미늄 박막을 위치시킨 다음, 200 ~ 300℃ 온도의 가열장치를 통과시켜 폴리프로필렌섬유를 용융시키는 제2단계;
상기 양 표면에 알루미늄 박막이 위치된 니들펀칭 복합섬유 부직포를 0 ~ 50℃ 온도의 냉각장치를 통과시키면서 5 ~ 10㎜ 두께로 압착 성형하는 제3단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1단계에서 제조되는 니들펀칭 복합섬유 부직포는 단중 1,500 ~ 3,000g/㎡인 것을 특징으로 하는 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2단계에서 니들펀칭 복합섬유 부직포의 양 표면에 위치시킨 알루미늄 박막은 두께 5 ~ 100㎛인 것을 특징으로 하는 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제3단계에서 사용되는 냉각장치는 냉각롤 또는 냉각프레스 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들을 조합하는 것을 특징으로 하는 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제조방법으로 성형된 것을 특징으로 하는 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220044162A KR20230144885A (ko) | 2022-04-08 | 2022-04-08 | 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020220044162A KR20230144885A (ko) | 2022-04-08 | 2022-04-08 | 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20230144885A true KR20230144885A (ko) | 2023-10-17 |
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| KR1020220044162A KR20230144885A (ko) | 2022-04-08 | 2022-04-08 | 극저온 방진특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR20230144885A (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100278364B1 (ko) | 1998-07-29 | 2001-01-15 | 김홍근 | 초저온 보냉용 유리섬유강화 폴리우레탄 폼 및 그것을 이용한 단열재 |
| KR101038192B1 (ko) | 2010-10-27 | 2011-05-31 | 주식회사 비 에스 지 | 열차폐성 및 투습방수성이 우수한 다기능성 하우스 랩 및 그의 제조방법 |
| KR101403289B1 (ko) | 2012-06-29 | 2014-06-03 | 주식회사 윈코 | 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재 및 그 제조방법 |
-
2022
- 2022-04-08 KR KR1020220044162A patent/KR20230144885A/ko unknown
Patent Citations (3)
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| KR100278364B1 (ko) | 1998-07-29 | 2001-01-15 | 김홍근 | 초저온 보냉용 유리섬유강화 폴리우레탄 폼 및 그것을 이용한 단열재 |
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| KR101403289B1 (ko) | 2012-06-29 | 2014-06-03 | 주식회사 윈코 | 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재 및 그 제조방법 |
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