KR101245355B1 - 프로브 센서 고정용 속경성 접착제 및 프로브 센서 고정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중량%로, 중량%로 칼슘알루민산염 시멘트 10~40%, 팽창성 점토 10~40% 및 용매 20~80%로 이루어지는 프로브 센서 고정용 속경성 접착제를 제공한다.
본 발명에 따르면, 수초 내에 접착강도가 발현되어 세라믹 재질의 센서헤드와 쉘몰드를 결합하고, 후속공정을 연속으로 실행할 수 있어 생산성이 향상되고 비용을 절감할 수 있으며, 고온에서 사용이 가능하여 프로브 불량을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 수초 내에 접착강도가 발현되어 세라믹 재질의 센서헤드와 쉘몰드를 결합하고, 후속공정을 연속으로 실행할 수 있어 생산성이 향상되고 비용을 절감할 수 있으며, 고온에서 사용이 가능하여 프로브 불량을 미연에 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 철강공정에서 사용되는 프로브의 센서 고정용 접착제에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 빠른 작업성을 요하는 조립 공정에 사용되는 프로브 센서 고정용 속경성 접착제에 관한 것이다.
최근 건축시공, 유리, 타일 및 내화물 등 여러 분야에 걸쳐 보다 빠른 작업을 위하여 속경성 접착제의 필요성이 증가하고 있다.
이러한 속경성 접착제로는 플라스틱 본드, 유리 본드, 타일 접착제 등이 있으며, 최근에는 특수시멘트인 초속경시멘트, MDF(macro defect free) 시멘트, DSP(Densified systems containing homogeneously arragned ultrafine particles)시멘트 등에 관한 연구도 활발하게 진행되고 있다.
프로브는 고온 고열의 용융금속에 침지되어 용융금속의 상태와 로내 분위기에 대한 각종 정보를 제공하는 센서가 장착된 기기로서, 상기 센서를 프로브에 고정하기 위한 종래의 프로브 센서 고정체는 세라믹 재질의 센서헤드와 쉘몰드를 고알루미나 시멘트로 고정시켜 접합하였는데, 4시간 이상의 긴 응고시간이 필요할 뿐만 아니라, 후공정 수행을 위하여 다시 쌓기 및 취급시간 증가 등의 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 건축용 초산비닐수지 용액 접착제, 에폭시 수지계 접착제 등 특수 접착제를 사용하려는 시도가 있었지만, 상기 특수 접착제에 합성수지, 아크릴계, 폴리머 등과 같은 유기물이 포함됨으로 인하여 측정시 가스로 방출되어 강도를 떨어뜨리거나, 용융금속의 성분 측정의 오차요인으로 작용하며, 제조단가도 상승되는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래의 프로브 센서 고정체용 접착제가 갖고 있는 문제점인 긴 응고시간으로 인한 연속작업이 곤란하고 빠른 접착강도의 발현이 어려운 점과, 고온 고열의 용융금속에서 접착 고정력이 저하되어 센서고정체가 분리되는 종래의 유기계 접착제의 문제를 해결할 수 있는 프로브 센서 고정용 속경성 접착제의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 중량%로 칼슘알루민산염 시멘트 10~40%, 팽창성 점토 10~40% 및 용매 20~80%로 이루어지는 프로브 센서 고정용 속경성 접착제를 제공한다.
여기서, 상기 팽창성 점토는 소디움 벤토나이트, 볼클레이, 스톤웨어, 부식, 와목점토, 연와용 점토로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것에도 그 특징이 있다.
그리고 상기 용매는 물을 사용하는 것에도 그 특징이 있다.
또한, 중량%로 분산제 0.1~2.0%가 상기 용매 중의 일부 함량과 치환되어 포함되는 것에도 그 특징이 있다.
이때, 상기 분산제는 헥사메타 인산염, 알루민산염, 물유리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 수초 내에 접착제의 접착강도가 발현되어 센서헤드와 쉘몰드를 결합시키고, 후속공정을 연속적으로 실행할 수 있어, 생산성이 향상되고 비용을 절감할 수 있으며, 고온에서 사용 가능하여 접착 고정력 저하로 인한 프로브 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 프로브 센서 고정체의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 접착제가 사용되는 프로브 센서 고정체의 인장강도 테스트를 위한 센서헤드 및 쉘몰드의 모식도.
도 3은 본 발명에 의한 프로브 센서 고정용 속경성 접착제의 분자모형 모식도.
도 2는 본 발명에 따른 접착제가 사용되는 프로브 센서 고정체의 인장강도 테스트를 위한 센서헤드 및 쉘몰드의 모식도.
도 3은 본 발명에 의한 프로브 센서 고정용 속경성 접착제의 분자모형 모식도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 프로브 센서 고정용 속경성 접착제는 칼슘알루민산염 시멘트, 팽창성 점토 및 용매가 혼합되어 제조된다.
먼저, 상기 칼슘알루민산염 시멘트는 CSA(calcium sulfoaluminate)계로 이루어진 팽창시멘트이다. 이러한 칼슘알루민산염 시멘트는 CaO-Al2O3-SO3 계로 이루어져 수화반응에 의하여 에트린자이트(ettringite; CaO·3Al2O3-3CaSO4-3H2O)가 생성될 때 급경성, 팽창성, 고강도성 등의 작용을 일으키게 된다.
이때, 상기 칼슘알루민산염 시멘트가 10 중량% 미만으로 혼합되면 접착강도가 저하되어 접착력이 떨어지는 문제가 있고, 상기 칼슘알루민산염 시멘트가 40% 중량%를 초과하여 과도하게 혼합되면 에트린자이트 수화물 형성이 어려워 시간경과에 따라 센서헤드가 탈락하는 문제가 발생하기 때문이다.
또한, 상기 팽창성 점토는 소디움 벤토나이트(sodium bentonite), 볼클레이(ball clay), 스톤웨어(stoneware), 부식(saprolite), 와목점토(gairome clay; ; 蛙目點土), 연와(煉瓦)용 점토로부터 선택된 1종 이상인 것이 포함될 수 있는데, 이 중에서 소디움 벤토나이트는 몬모릴로나이트(moltmorillonite) 계통의 팽창성 3층판(Si-Al-Si)으로 이루어지고, 이러한 소디움 벤토나이트의 팽창 원리는 중간층인 깁사이트(Gibbsite) 층에서 발생하는 전하의 불균형으로 인하여 소디움 벤토나이트의 각층의 모서리는 양성(+), 표면은 음성(-)이 존재하며 이 양극성으로 인하여 물분자를 끌어당겨 흡착하게 되고 이러한 물분자는 다시 더 많은 물 분자를 끌어당기게 되어 소디움 벤토나이트 층간의 공간으로 물분자가 흡착되어 판구조로 되어있는 소디움 벤토나이트의 부피가 증가하게 되는 것이다.
여기서, 용매인 물은 혼합하기 위한 배합수로 사용되기도 하지만, 칼슘알루민산염 시멘트와 소디움 벤토나이트의 수화팽창 및 접착력에 큰 영향을 준다.
상기 칼슘알루민산염 시멘트와 팽창성 점토를 합성하게 되는 주된 이유는 칼슘알루민산염 시멘트를 단독으로 사용하게 될 경우에는 에트린자이트의 응결속도가 매우 빨라서 센서헤드와 쉘몰드를 결합시키지 못하고 그 시멘트 자체가 급경성 반응을 하여 접착제로서의 기능을 상실할 수도 있기 때문이다.
따라서, 상기 칼슘알루민산염 시멘트는 팽창성 점토와 함께 합성됨으로써 표면에 레올로지성을 크게 하며 시멘트의 급속한 응결작용을 지연시키는 역할을 하게 되는 것이다.
보다 구체적으로 설명하면, 시멘트 입자는 서로 응집하려는 성질을 갖고 있으며 특히 물과 혼합되어 있는 상태에서는 적절한 입자간의 충진을 위해서 칼슘알루민산염 시멘트 입자의 초기 분산이 매우 중요한데, 상기 팽창성 점토를 첨가하면 입자의 분산작용과 윤활작용이 효과적으로 이루어져 최밀중진을 위한 입자들 간의 미끄러짐이 용이해 지고, 상기 팽창성 점토가 수화ㆍ미수화 시멘트 입자사이로 확산되어 수화물의 물분자와 소디움 벤토나이트의 극성 그룹사이의 워터 브릿지(water bridge)를 형성한 후, 이러한 약한 결합은 건조 후 응결되어 경화체의 강도에 기여하게 된다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 팽창성 점토인 소디움 벤토나이트의 합성은 플록(floc)상으로 응집하려는 시멘트의 입자 표면에 전기적 이중층을 형성시켜 제타 전위를 변화시키고 서로 입자가 정전기적으로 반발하여 분산하게 된다. 이와 같이 분산된 시멘트 입자에 의하여 응집체에 있는 물이나 공기는 감소하고 시멘트 페이스트의 유동성이 증대하여 경화체 가용성(workability)이 개선되고, 분산된 시멘트 입자는 비표면적이 큰 충분한 수화를 할 수 있게 된다.
여기서, 상기 팽창성 점토가 10 중량% 미만으로 혼합되면 시멘트의 급속한 응결작용의 지연효과가 저하되는 문제가 있고, 상기 팽창성 점토가 40% 중량%를 초과하여 혼합되면 오히려 불리하게 작용하여 접착력이 저하되는 문제가 있다.
한편, 본 발명에 따른 프로브 센서 고정용 속경성 접착제는 칼슘알루민산염 시멘트, 팽창성 점토 및 용매에 분산제가 더 포함될 수 있는데, 이때, 상기 용매 중 일부의 양(0.1~2.0중량%) 대신에 0.1~2.0중량%의 분산제를 첨가시키며, 분산제 첨가에 의하여 각 성분을 용이하게 분산시켜 접착력을 더욱 증대시킬 수 있어 0.1 중량% 이상을 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 분산제가 2.0 중량%를 초과 함유하면 가스의 발생 원인이 되고 접착제로서의 발명의 효과가 저하될 수 있는 문제가 있기 때문에 그 함량을 0.1~2.0 중량%로 한정한다.
이때, 상기 분산제는 분산력 및 완충성이 뛰어난 복합인산류에 해당하는 헥사메타 인산염(Na6P4O13), 알루민산염(Na2O-Al2O3), 물유리(Na2O-3SiO2)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
이하에서 상기에 서술된 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
상기 표 1은 조성물 변수로써 칼슘알루민산염 시멘트, 팽창성 점토, 물, 분산제 등의 종류와 함량을 변화시켜 배합한 접착제의 성분을 나타낸 것이다. 상기 표 1의 배합비는 작업성과 특정 시험요건을 충족하는 범위 하에서 진행되었다. 다만, 비교예1은 알루미나(Al2O3)와 소디움 실리케이트(Na2SO3)를 배합하여 사용하였다.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 칼슘알루민산염 시멘트, 팽창성 점토와, 배합수인 물, 분산제를 혼합하여 생산현장에서 작업이 가능한 슬러리를 제조하였다.
그리고, 각 실험예에 따라 제조된 접착제의 특성에 대한 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
상기 제조된 접착제의 특성에 관한 측정은 제품으로 사용하기 위한 기본조건을 충족해야만 할 필요조건들에 관하여 시험하였고, 그 시험의 일반적인 조건은 다음과 같다.
칼슘알루민산염 시멘트와 팽창용 점토를 혼합기에서 2분간 합성하여 균일한 분말 혼합을 실시한 뒤, 배합수로 물을 투입한 후에 4분간 다시 혼합을 실시하여 슬러리를 제조하는 작업을 수행한다. 경우에 따라서는 분산제도 같이 혼합한다. 그리고, 이와 같이 제조된 슬러리에 대하여 일정량을 용기에 넣어서 디지털 점도계로 점도 측정을 실시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 칼슘알루민산염 시멘트, 팽창용 점토, 물, 분산제 등을 혼합하여 제조된 슬러리를 센서헤드(3)의 양 끝단에 형성된 돌출부의 홈으로부터 2g씩 도포한 후에 쉘몰드(4)와 결합하여 바로 측정을 실시하였다.
그리고, 소자를 삽입하기 위한 쉘몰드(4)와 센서헤드(3)의 양끝단 사이로 각각 케이블타이(5)를 통과시켜 매듭을 지어놓은 후 프루브 센서 고정체를 인장시험기에 장착하고 인장응력을 측정한다. 여기서 사용되는 인장시험기는 KS B 5521에 준하는 ±1%의 하중지시 정밀도를 가지는 제품이며, KSL 1599에 규정된 측정방법에 따라 측정하였다.
보다 구체적으로 설명하면, 케이블타이(5)를 상기 인장시험기에 장착한 후 파괴하중의 1/2 이하의 하중범위에서 축맞춤을 하여야 한다. 시험편의 게이지부 중앙 동일 원둘레 상에 3개 또는 4개의 변형 게이지를 같은 간격으로 접착한다. 시험편에 파단하중의 1/2 이하의 하중범위 내에서 하중을 가하고 연속적 또는 단속적으로 변형량을 측정하여 굽힘 변형 성분을 평가한다. 이와 같은 방법으로 축맞춤을 하고 편심에 의한 굽힘 변형 성분을 평균변형의 10% 이하가 될 때까지 축맞춤을 한다. 상기 축맞춤을 완료한 후, 크로스헤드 속도 0.5mm/min의 하중을 가하여 시험편이 파단될 때까지의 최대하중 및 파괴하중을 기록한다.
표 2의 결과에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 성분 범위를 만족하는 발명예1 내지 7은 초기 점도와 초기 접착 인장강도가 비교예1 내지 3 보다 우수하였고, 24시간 경과 후 접착 인장강도도 15 kgf 이상으로 우수하여 연속공정의 실현에 따른 납기 간축에 기여할 수 있음을 확인할 수 있었다.
반면에, 비교예1과 2의 경우 초기점도가 낮고 초기 접착 인장강도가 낮아 빠른 접착강도의 발현이 곤란한 문제가 있다.
또한, 비교예3의 경우에는 초기점도가 너무 높아서 사용이 어려울 뿐만 아니라, 공정에 사용되기 전까지 작업자가 취급할 수 있는 시간인 지연성이 2분으로 매우 짧아 사용이 불가능한 바, 이와 같이 팽창성 점토의 함량이 너무 높아지면 초기 점도가 상승하여 초기 접착강도는 우수하지만, 시간이 경과함에 따라 팽창성 점토가 건조되면서 흡수된 물이 빠져나가 간극이 형성되기 때문에 센서헤드(3)와 쉘블록(4)이 분리되는 현상이 발생되어 24시간 경과 후 측정시에는 접착력을 크게 상실하는 문제가 발생된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 프로브 센서 고정용 속경성 접착제를 센서헤드에 약 2g정도 도포하면 약 1~2초 후에는 접착강도가 발현되어 센서헤드와 쉘몰드가 결합되고, 후속 공정을 연속적으로 수행할 수 있으며, 만약 홀에 센서헤드의 돌출부를 제대로 결합하지 못한 실수로 인하여 페이스트상의 접착제가 시멘트의 응결반응으로 빨리 굳어버리게 되면 접착 부위가 탈락하여 접착성을 상실하게 되며, 후속공정 진행시에 센서헤드와 쉘몰드가 분리됨으로써 빨리 그 제품을 소거할 수 있으므로 불량 제품을 미연에 방지 할 수 있다.
반면에, 기존의 시멘트는 액상을 도포 후에 통상 1일 경과 후에 작업을 하게 됨으로써 불량 제품을 늦게 발견하게 되는 경우가 발생한다. 또한, 1일 경과 후에도 접착강도가 발현되지 못한다면 후속작업을 위한 작업은 더 지연되게 된다. 이것은 온도, 배합비, 작업 실수 등 여러 가지 조건에 따라 배합에 의한 변수가 발생하여 점도 및 시멘트 함량 등이 다르게 되는 것에 기인한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리에 속하는 것이다.
1. 프로브 2. 보호캡
3. 센서헤드 4. 쉘몰드
5. 케이블타이
3. 센서헤드 4. 쉘몰드
5. 케이블타이
Claims (7)
- 중량%로 칼슘알루민산염 시멘트 10~40%, 팽창성 점토 10~40% 및 용매 20~80%를 포함하며, 상기 칼슘알루민산염 시멘트와 상기 팽창성 점토의 중량비는 1:0.78 내지 1:1.34인 것을 특징으로 하는 프로브 센서 고정용 속경성 접착제.
- 제1항에 있어서,
상기 팽창성 점토는 소디움 벤토나이트, 볼클레이, 스톤웨어, 부식, 와목점토, 연와용 점토로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 프로브 센서 고정용 속경성 접착제. - 제1항에 있어서,
상기 용매는 물인 것을 특징으로 하는 프로브 센서 고정용 속경성 접착제. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
중량%로 분산제 0.1~2.0%가 상기 용매 중의 일부 함량과 치환되어 포함되는 것을 특징으로 하는 프로브 센서 고정용 속경성 접착제. - 제4항에 있어서,
상기 분산제는 헥사메타 인산염, 알루민산염, 물유리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 프로브 센서 고정용 속경성 접착제. - 속경성 접착제를 이용하여 센서헤드와 쉘몰드를 결합하되,
상기 속경성 접착제는 중량%로 칼슘알루민산염 시멘트 10~40%, 팽창성 점토 10~40% 및 용매 20~80%를 포함하며, 상기 칼슘알루민산염 시멘트와 상기 팽창성 점토의 중량비는 1:0.78 내지 1:1.34인 것을 특징으로 하는 프로브 센서 고정방법. - 제6항에 있어서,
중량%로 분산제 0.1~2.0%가 상기 용매 중의 일부 함량과 치환되어 포함되는 것을 특징으로 하는 프로브 센서 고정방법.
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