KR101264912B1 - 고온 성형용 단열 필름, 이를 이용한 진공 단열재 및 진공 단열재의 제조 방법 - Google Patents

고온 성형용 단열 필름, 이를 이용한 진공 단열재 및 진공 단열재의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 고온에서 성형이 가능하도록 적층되어 있는 단열 필름, 이 단열 필름이 심재의 외측에 피복되는 진공 단열재 및 열-융착 공정을 통하여 심재의 외측으로 단열 필름을 피복하는 진공 단열재의 제조 방법을 제안한다. 본 발명의 단열 필름을 고온에서 열-융착 공정을 통해 심재의 외측으로 안정적으로 피복될 수 있다.

Description

고온 성형용 단열 필름, 이를 이용한 진공 단열재 및 진공 단열재의 제조 방법{Heat Insulation Film for High Temperature Molding, Vacuum Thermal Insulator and Process of Fabricating Vacuum Thermal Insulator Using Thereof}
본 발명은 단열 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열-융착 성형이 가능한 단열 필름, 이 단열 필름을 포함하는 진공 단열재 및 이 단열 필름을 사용하여 열-융착 성형을 통하여 진공 단열재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
폴리우레탄이나 스티로폼과 같은 종래의 단열재를 대신하여 최근에는 진공 단열재가 널리 사용되고 있다. 통상적으로 진공 단열재는 진공 상태를 부여한 심재(core)의 외측으로 가스나 수분의 투과율이 낮은 단열 필름이 외피재로서 에워싸는 구성을 갖는데, 열 차단 효과가 매우 양호하기 때문에 최근 들어 수요가 증가하고 있는 실정이다.
일반적으로 진공 단열재의 외피재로 사용되는 단열 필름은 여러 층의 필름이 적층되는 구조를 갖는데, 특히 가스 배리어(gas barrier)성이 우수한 복합 플라스틱의 적층 구조를 가지는 게 일반적이다. 종래 진공 단열재는 심재로서 플라스틱 발포체나 무기물 등을 수납하여 내부를 감압한 후, 고주파 방식을 통하여 단열 필름을 심재의 외측으로 밀봉하여 제조된다. 그런데, 진공 고주파 방식을 통해 단열 필름을 심재의 외측으로 접합하는 경우, 단열 필름을 심재의 외측으로 피복하는 과정에서 특히 심재의 가장자리 부분을 중심으로 단열 필름이 심재에 완전히 밀착되지 못하게 된다. 이에 따라, 단열 필름을 통하여 공기나 수분이 통과하여 시간이 경과함에 따라 진공도가 저하되어 단열성을 유지할 수 없는 문제가 있으며, 특히 높은 습도에서는 단열 필름이 변형되는 등의 문제가 발생하였다.
아울러 종래 진공 단열재를 제조하기 위해서는 단열 필름을 밀봉하는 과정에서 심재의 표면과 모서리 부분을 성형할 때 단열 필름의 꼬임 현상이 발생하여 제품으로서의 불량이 발생할 가능성이 많다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 충분한 내열성을 가지는 단열 필름 및 단열 필름을 외피재로 사용하는 진공 단열재를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 충분한 내열성을 가지는 단열 필름을 열-융착 공정을 통하여 심재의 외측으로 피복하도록 하여 가공 및 성형이 용이한 진공 단열재의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 후술하는 발명의 구성 및 첨부하는 도면을 통해서 분명해질 것이다.
전술한 목적을 갖는 본 발명에 따르면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리이미드(PI)로 구성되는 군에서 선택되는 제 1 필름층; 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 제 1 접착층을 통하여 상기 제 1 필름층의 일면으로 적층되는 제 1 배리어층; 상기 제 1 배리어층의 타면으로 적층되며, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 핫-멜트층을 포함하는 단열 필름을 제공한다.
이때, 상기 제 1 필름층과 상기 제 1 접착층 사이에 유리 섬유에서 선택되는 단열 코팅층이 더욱 적층될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 배리어층과 상기 핫-멜트층 사이에, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 제 2 접착층을 통하여 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리이미드(PI)로 구성되는 군에서 선택되는 제 2 필름층이 상기 제 1 배리어층의 타면으로 더욱 적층되는 복합 단열 필름 형태를 가질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 제 2 필름층과 상기 핫-멜트층 사이에, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 제 3 접착층을 통하여 제 2 배리어층이 상기 제 2 필름층의 타면으로 더욱 적층될 수 있다.
또한, 본 발명은 (a) 심재(core material)를 절단하는 단계; (b) 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는 단열 필름을 외피재로서 상기 심재의 상부 및 하부에 각각 배치하고 진공 성형기로 이송하는 단계; (c) 상기 진공 성형기의 내부에 진공을 부여하는 단계; (d) 가열 수단을 사용하여 상기 외피재와 상기 심재를 열-융착하여 진공 단열재를 성형하는 단계; 및 (e) 상기 성형된 진공 단열재의 외측을 절단하는 단계를 포함하는 진공 단열재의 제조 방법을 제공한다.
일례로, 상기 심재는 세라믹페이퍼(ceramic paper), 세라크울(cerakwool), 증류실리카, 폴리우레탄폼, 글라스 올, 에어로겔, 부직포, 테크론 및 암면보드로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
한편, 본 발명은 단열층을 형성하는 심재와, 상기 심재의 외측에 피복되는 외피재로서, 전술한 단열 필름으로 구성되는 외피재를 포함하는 진공 단열재를 제공한다.
이때, 상기 심재는 세라믹페이퍼(ceramic paper), 세라크울(cerakwool), 증류실리카, 폴리우레탄폼, 글라스 올, 에어로겔, 부직포, 테크론 및 암면보드로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
본 발명에서는 충분한 내열성을 가지는 단열 필름 및 이 단열 필름을 심재의 외측을 에워싸도록 구성되는 진공 단열재를 제안한다.
단열 필름은 충분한 내열성을 가지고 있기 때문에, 열-융착 공정을 통하여 심재의 외측으로 피복될 수 있으므로 가공 및 성형이 용이하고, 심재에 밀착하여 성형될 수 있다.
특히 종래와 달리 단열 필름이 심재의 외측으로 동시에 완전히 밀착되는 형태로 피복되기 때문에 단열 필름을 경유하여 공기나 수분이 투과하지 못하므로 높은 진공 상태를 유지할 수 있다. 특히 높은 습도에서도 단열 필름의 변형을 방지할 수 있으므로 진공 상태를 유지하여 지속적인 단열 성능을 발휘할 수 있을 것으로 기대된다.
아울러, 열-융착 가공을 통해서 심재의 표면으로 매끈하게 단열 필름을 피복할 수 있으며, 가장자리 영역에서 단열 필름이 꼬이는 현상을 제거하여 불량률을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 단열 필름의 적층 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 단열 필름의 적층 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 단열 필름의 적층 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 단열 필름의 적층 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 단열 필름을 사용하여 열-융착 공정을 통하여 진공 단열재를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 플로 차트.
도 6은 본 발명에 따라 진공 상태에서 열-융착이 수행되는 진공 성형 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 단열 필름이 열-융착을 통해서 심재의 외측으로 피복되어 진공 단열재를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 도면.
도 8a 내지 도 8e는 각각 본 발명에 따라 제조된 진공 단열재의 상태를 촬영한 사진이다.
본 발명자들은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 방법으로서, 이른바 핫-멜트 방식의 열-융착 방법을 통해서 심재의 외측으로 단열 필름을 접합하는 것이 적절하다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하였다. 이하에서는 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 단열 필름의 적층 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도시한 것과 같이, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 단열 필름(100)은 고분자 수지에서 선택되는 제 1 필름층(110)과, 제 1 필름층(110)의 일면으로 부착되는 제 1 접착층(120)과, 제 1 접착층(120)의 일면에 적층되는 제 1 배리어층(130)과, 제 1 배리어층(130)의 일면으로 부착되는 핫-멜트층(140)을 포함한다.
제 1 실시 형태에 따른 단열 필름(100)은 고온, 예를 들어 120 ~ 250℃, 바람직하게는 200 ~ 250℃의 온도에서도 기본적인 물성을 상실하지 않는 소재를 이용함으로써, 심재의 외측으로 단열 필름이 피복되는 과정에서 열-융착 성형을 이용할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 제 1 필름층(110), 제 1 접착층(120) 및 핫-멜트층(140)은 유리전이온도가 높은 고분자 수지를 사용할 수 있다. 구체적으로 살펴보면 제 1 필름층(110)은 외부의 충격으로부터 표면이나 단열 필름(100)의 내부에 접착되는 심재를 보호하는 역할을 수행하는데, 내충격성이 양호하고 고온에서 물성을 잃지 않는 고분자 수지로 제조된다. 예를 들어 제 1 필름층(110)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리이미드(PI)로 구성되는 군에서 선택되는 고분자 수지일 수 있으며, 바람직하게는 4 ~ 350 ㎛의 두께로 적층된다. 제 1 필름층(110)의 두께가 전술한 범위 미만이면 외부의 충격이나 스크래치 등으로 파손될 가능성이 있고, 전술한 범위를 초과하면 후술하는 진공 단열재를 제조할 때 문제가 발생할 수 있다. 일례로 제 1 필름층(110)을 구성하는 고분자 수지 중에서 폴리에틸렌타프탈레이트(PEN)로는 "Skynex? NX10(SKC)", "Skynex? TK10(SKC)", "Skynex? TK20(SKC)", "Skynex? TK50(SKC)"를, 폴리이미드(PI)로는 'IF70(SKC)' 등을 사용할 수 있지만, 본 발명에 따라 제 1 필름층(110)이 이들 특정 제품으로만 한정되는 것은 결코 아니다.
한편, 제 1 필름층(110)의 일면으로 부착되는 제 1 접착층(120)은 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 변성 에폭시 수지와 같은 에폭시 수지 및 변성 페놀 수지와 같은 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 고분자 수지일 수 있으며, 1 ~ 100 ㎛의 두께로 접착된다.
한편, 제 1 접착층(120)을 기준으로 제 1 필름층(110)과 대향하도록 적층되는 제 1 배리어층(130)은 가스 배리어층으로 기능하는데, 알루미늄호일, 바람직하게는 알루미늄, 알루미나 또는 실리콘과 같은 무기 소재를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 5 ~ 100 ㎛의 두께로 적층된다.
한편, 제 1 배리어층(130)의 일면에 적층되는 핫-멜트층(140)은 열-융착 성형에서 단열 필름(100)이 심재의 외측으로 피복되는 과정에서 심재의 외부 표면에 밀착되는데, 실링성이 양호한 고분자 수지를 사용할 수 있다. 예를 들어 핫-멜트층(140)은 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 고분자 수지로 구성된다. 예를 들어 핫-멜트층(140)은 1 ~ 100 ㎛, 바람직하게는 3 ~ 100 ㎛의 두께로 적층될 수 있다. 핫-멜트층(140)의 두께가 전술한 범위 미만이면 심재와의 밀착이 어렵고, 전술한 범위를 초과하면 최종적으로 제조되는 진공 단열재의 내구성을 저하시킬 수 있다. 종래 진공 단열재에 사용된 단열 필름의 경우, 고주파 방식의 접합 방법을 채택하였으나, 제 1 실시 형태의 단열 필름(100)을 포함한 본 발명의 단열 필름의 경우에는 핫-멜트층(140)을 형성하여, 안정적이고 신속하게 심재의 외측으로 피복될 수 있다.
제 1 실시 형태를 포함한 본 발명에 따르면, 제 1 접착층(120) 및 핫-멜트층(140)으로 충격 강도 및 유연성 등의 물성이 우수한 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지 등의 고분자 수지를 채택하였다. 이에 따라 단열 필름(100)의 내열성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 단열 필름(100)이 열-융착을 통하여 심재의 외측으로 피복되어 생성되는 진공 단열재의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 외부적 충격에 의해서 단열 필름(100)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 제 1 실시 형태에 따른 단열 필름(100)의 경우, 고온의 열-융착 성형 가공에서도 기본적 물성을 잃지 않으면서 심재의 외측으로 피복되어 진공 단열재로 활용될 수 있다. 하지만, 더욱 우수한 단열 효과를 달성하기 위해서 별개의 구성을 더욱 포함할 수 있는데, 도 2는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 단열 필름의 적층 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2에 도시된 단열 필름(200)의 구조에서 제 1 필름층(210), 제 1 접착층(220), 제 1 배리어층(230) 및 핫-멜트층(240)은 도 1에서 설명한 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 2에 도시된 단열 필름(200)은 단열 효과를 더욱 극대화하기 위해서 제 1 필름층(210)과 제 1 접착층(220) 사이에 유리 섬유와 같은 단열 소재로 형성되는 단열 코팅층(250)이 더욱 적층되어 있다. 단열 코팅층(250)은 단열 필름(200)에 단열 효과를 부여하기 위한 목적이라면 특별히 그 두께는 제한되지 않지만, 예를 들어 1 ~ 100 ㎛의 두께로 성형될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에서는 필름층이 1개로 구성된 단열 필름을 제안하였으나, 필요에 따라서는 2개 이상의 필름층을 포함하는, 복합 단열 필름을 고려해 볼 수 있는데, 도 3은 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 단열 필름의 적층 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3에 도시된 단열 필름(300)의 구조에서 제 1 필름층(310), 제 1 접착층(320), 제 1 배리어층(330) 및 핫-멜트층(340)은 전술한 제 1 실시 형태에서 설명한 것과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제 3 실시 형태에 따른 단열 필름(300)은 제 1 배리어층(330)과 핫-멜트층(340) 사이에 제 2 접착층(322)을 통하여 제 2 필름층(312)이 적층되어 있다. 이때, 제 2 접착층(322)은 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성될 수 있으며, 제 1 접착층(320)과 실질적으로 동일한 두께로 제 1 배리어층(330)과 제 2 필름층(312) 사이에 개재될 수 있다. 한편, 제 2 필름층(312)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리이미드(PI)로 구성되는 군에서 선택될 수 있으며, 일례로 4 ~ 350 ㎛의 두께로 적층되는 것이 좋다.
전술한 제 3 실시 형태에서는 2개의 필름층을 포함하여 단열 효과를 극대화할 수 있는데, 본 발명의 복합 단열 필름이 2개의 필름층으로 한정되는 것은 아니고, 고분자 수지로 구성되는 필름층을 3개 이상으로 형성할 수 있음은 물론이다. 아울러, 제 2 실시 형태와 마찬가지로, 제 1 필름층(310)과 제 1 접착층(320) 사이 및/또는 제 2 필름층(312)과 제 2 접착층(322) 사이로 유리 섬유로 형성되는 단열 코팅층을 더욱 포함할 수도 있다.
한편, 2개 이상의 고분자 수지 필름층을 형성하는 것과 아울러, 2개 이상의 배리어층을 형성하는 다층 구조의 복합 단열 필름을 고려해 볼 수 있는데, 도 4는 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 단열 필름의 적층 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 제 3 실시 형태와 비교하여, 제 1 필름층(410), 제 1 접착층(420), 제 1 배리어층(430), 제 2 접착층(422), 제 2 필름층(412) 및 핫-멜트층(440)은 동일한 구성이므로 상세한 설명은 생략한다. 본 실시 형태에 따른 다층 구조의 복합 단열 필름(400)에서는 제 2 필름층(412)과 핫-멜트층(440) 사이로 제 3 접착층(424)을 통하여 제 2 배리어층(432)이 더욱 적층된 형태이다.
이때, 제 3 접착층(424)은 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되어 제 2 필름층(412)과 제 2 배리어층(432) 사이에 개재되는데, 제 1 접착층(420) 및 제 2 접착층(422)과 동일한 두께로 개재될 수 있다. 한편, 제 2 배리어층(432)은 제 1 배리어층(430)과 마찬가지로 가스-배리어층으로서 기능을 하며 5 ~ 100 ㎛의 두께로 적층될 수 있다.
전술한 제 4 실시 형태에서는 2개의 필름층을 포함하여 단열 효과를 극대화할 수 있는데, 본 발명의 복합 단열 필름이 2개의 필름층으로 한정되는 것은 아니고, 고분자 수지로 구성되는 필름층을 3개 이상으로 형성할 수 있으며, 3개 이상의 배리어층으로 형성할 수 있다. 아울러, 제 2 실시 형태와 마찬가지로, 제 1 필름층(410)과 제 1 접착층(420) 사이 및/또는 제 2 필름층(412)과 제 2 접착층(422) 사이로 유리 섬유로 형성되는 단열 코팅층을 더욱 포함할 수 있다.
제 3 실시 형태 및 제 4 실시 형태와 같이 2개 이상의 필름층 및/또는 2개 이상의 배리어층이 적층된 다층 구조의 복합 단열 필름을 사용하면 내열성이 양호한 것은 물론이고 인장력과 절연 효과가 상승하여 난연성 효과도 극대화 할 수 있다는 점에서 특수한 응용 분야, 예를 들어 원자력 수력 화력 발전소의 배관 및 터빈 그밖에 다양한 산업에 필요한 단열 용도로 활용될 수 있다.
계속해서 본 발명에 따른 단열 필름을 심재의 외측으로 피복하여 진공 단열재를 제조하는 공정에 대해서 살펴본다. 이하에서는 예시적으로 전술한 단열 필름 중에서 제 1 실시 형태에 따른 단열 필름(100)을 설명하지만, 다른 단열 필름도 동일한 공정에 따라 심재의 외측으로 피복될 수 있다. 도 5는 본 발명에 따라 제조된 단열 필름을 사용하여 열-융착 공정을 통하여 진공 단열재를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 플로 차트이고, 도 6은 본 발명에 따라 진공 상태에서 열-융착이 수행되는 진공 성형 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 또한 도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 단열 필름이 열-융착을 통해서 심재의 외측으로 피복되어 진공 단열재를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
우선, 심재(코어, core, 500)를 커팅 수단을 사용하여 적절한 크기로 절단하고 절단면을 매끄럽게 1차 가공하고(S510), 1차 가공된 심재(500)를 건조로에 넣고 건조시켜 수분을 완전히 제거한다(S520). 심재(500)를 원하는 크기로 절단하기 위한 커팅 수단으로는 일반 톱날이나 물을 이용하는 워터젯(water-jet)을 사용할 수 있다.
본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 심재(500)는 종래 진공 단열재를 제조하는데 사용되는 임의의 심재를 사용할 수 있는데, 예를 들어, 세라믹페이퍼(ceramic paper), 세라크울(cerakwool), 증류실리카, 폴리우레탄폼, 글라스 올, 에어로겔, 부직포, 테크론 및 암면보드로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 바람직하게는 세라믹페이퍼 또는 세라크울, 에어로겔, 테크론 및 암면보드와 같이 불연성 소재를 사용하게 되면 화재로부터 안전성이 양호할 뿐만 아니라 인체에 무해한 성분으로서 친환경적인 추세에도 부합할 수 있다.
건조 공정이 완료된 심재(500) 및 별도로 준비된 외피재로서의 단열 필름(100A, 100B)은 예를 들어 성형 다이(성형 트레이, 610)의 상부에 배치한 상태에서 컨베이어 벨트와 같은 이송 수단을 통하여 진공 성형기(600) 내부로 이송된다(S530). 도 6에 도시한 것과 같이, 성형 다이(610)의 상부에 제 1 단열 필름(100A)을 먼저 배치하고, 제 1 단열 필름(100A)의 상부에 심재(500)를 배치한 뒤, 심재(500)의 상부에 제 2 단열 필름(100B)을 배치한 상태에서 진공 성형기(600) 내부로 이송할 수 있다. 이때, 단열 필름(100A, 100B)의 핫-멜트층을 통하여 단열 필름(100A, 100B)이 심재(500)의 외측으로 피복될 수 있도록 하여야 한다. 이를 위해서, 도 7a에 도시한 것과 같이, 심재(500)의 하부에 배치되는 제 1 단열 필름(100A)의 상부에 제 1 핫-멜트층(140A)이 위치하도록 제 1 단열 필름(100A)을 배치하고, 심재(500)의 상부에 배치되는 제 2 단열 필름(100B)의 하부에 제 2 핫-멜트층(140B)이 위치하도록 제 2 단열 필름(100A)을 배치한다.
단열 필름(100A, 100B) 및 심재(500)를 배치하는 공정에서, 제 1 단열 필름(100A) 및 제 2 단열 필름(100B)은 모두 심재(500)에 비해서 길이 방향으로 길게 연장되어 있어서 열-융착 공정에서 이들 단열 필름(100A, 100B)에 의해서 심재(500)의 상면과 하면은 물론이고 외측면도 에워쌀 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 제 1 단열 필름(100A)은 성형 다이(610)의 가장자리에서 상향 돌출되어 있는 성형틀(612)의 내측으로 배치되도록 하고, 제 2 단열 필름(100B)의 가장자리는 성형틀(612)에 의해서 지지될 수 있도록 배치될 수 있다.
이와 같이 배치된 상태에서 진공 성형기(600)에 연결된 진공 펌프(620)를 사용하여, 심재(500) 및 단열 필름(100A, 100B)이 배치된 진공 성형기(600)의 내부에 진공 상태를 제공한다(S540). 진공 단열재를 성형하기 위한 단계로서의 진공 상태는 대략 10-4 Torr 이하(약 0.01 Pa 이하)일 수 있는데, 이러한 고진공을 부여하기 위한 진공 펌프(620)로서는 로터리 펌프, 부스터 펌프 및 확산 펌프를 채택할 수 있다.
이어서, 진공 성형기(600)에 형성된 가열 수단(630)을 사용하여 진공 성형기(600) 내부에 열을 공급하여 심재(500)의 외측으로 단열 필름(100A, 100B)이 피복될 수 있도록 열-융착 성형을 수행한다(S550). 가열 수단(630)의 온도는 180 ~ 250℃로 조정할 수 있는데, 가열 수단(630)으로부터 제공된 열로 인하여 심재(500)의 외측으로 단열 필름(100A, 100B)이 열-융착 성형에 의하여 피복된다. 즉, 도 7b에 도시한 것과 같이, 심재(500)의 하부와 상부에 각각 배치되었던 단열 필름(100A, 100B) 중에서 심재(500)에 밀착 형성된 핫-멜트층(140A, 140B)이 수축, 용융되면서 심재(500)의 상면과 하면은 물론이고 심재(500)의 양 측면을 단열 필름(100A, 100B)이 피복하면서 진공 단열재가 성형된다. 가열 수단(630)의 예로는 예를 들어 열선을 들 수 있지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 결코 아니다.
종래 진공 단열재에 사용된 단열 필름의 경우에는 진공 후 고주파 방식을 통하여 심재의 외측으로 단열 필름을 피복하여 심재와의 접착력에 문제가 있었으나, 본 발명에 따르면 단열 필름과 심재를 열-융착을 통하여 동시에 접합시키기 때문에 심재와 단열 필름 사이의 접착력과 접착 유지 능력이 향상되고, 이에 따라 훨씬 뛰어난 진공 상태를 유지할 수 있으며 습도에 의한 필름의 변형 방지 등에서도 탁월한 성능을 유지할 수 있게 된다.
열-융착이 완료되어 1차적으로 가공된 진공 단열재는 단열 필름(100A, 100B)과 심재(500)가 완전히 접합될 수 있도록 열이 식을 때까지 일정 시간 숙성시키고(S570), 성형된 진공 단열재를 진공 성형기(600)의 외부로 인출하고 성형 틀(620)에서 꺼낸 뒤, 칼날과 같은 커팅 수단을 사용하여 진공 단열재의 외측 가장자리를 절단한다. 이에 따라 도 7c에 도시한 것과 같이, 심재(500)의 외측으로 단열 필름(100A, 100B)이 피복되어 있는 진공 단열재(700)가 완성될 수 있다. 종래 방식의 진공 단열재 성형에서는 심재의 외측에 피복된 단열 필름을 피복, 절단하는 과정에서 특히 제품의 모서리 부분을 성형할 때 필름의 꼬임 현상이 발생하여 불량률이 높았지만, 본 발명에서와 같이 열-융착 방식을 채택한 상태에서 절단을 하면, 매끄러운 표면 처리가 가능할 수 있으며, 모서리 부분의 꼬임 현상을 제거하여 불량률을 획기적으로 감소시킬 수 있는 장점을 갖는다. 마무리 커팅이 완료된 진공 단열재는 적절한 크기에 맞춰 박스에 포장함으로써(S580), 진공 단열재의 제조 공정을 완료할 수 있다.
이하, 예시적인 실시예를 통하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로 한정되는 것은 결코 아니다.
실시예 1 : 단열 필름의 제조
25 ㎛ 두께로 성형된 폴리에틸렌나프탈레이트(SKC, SKYNEX?, NX10)의 제 1 필름층의 배면으로 라미네이팅기를 사용하여 에폭시계 수지 핫-멜트 접착제를 도포하여 5 ㎛의 제 1 접착층을 형성하였다. 제 1 필름층의 저면으로 라미네이팅기를 사용하여 알루미늄호일로 구성되는 제 1 배리어층을 15 ㎛의 두께로 적층하고, 20 ㎛ 두께의 변형 에폭시계 수지 핫-멜트 접착제를 제 1 배리어층의 저면으로 도포하였다.
실시예 2 : 단열 필름의 제조
제 1 필름층과 제 1 접착층 사이에 20 ㎛ 두께의 유리 섬유를 더욱 적층한 것을 제외하고는 전술한 실시예 1의 절차를 반복하여 단열 필름을 제조하였다.
실시예 3 : 단열 필름의 제조
제 1 배리어층과 핫-멜트층 사이에 에폭시계 수지 핫-멜트 접착제를 도포하여 15 ㎛의 제 2 접착층을 형성하고, 100 ㎛ 두께로 성형된 폴리에틸렌나프탈레이트(SKC, SKYNEX?, NX10)의 제 2 필름층을 더욱 형성한 것을 제외하고는 실시예 1의 절차를 반복하여 단열 필름을 제조하였다.
실시예 4 : 단열 필름의 제조
제 2 필름층과 핫-멜트층 사이에 에폭시계 수지 핫-멜트 접착제를 도포하여 15 ㎛의 제 3 접착층을 형성하고, 30 ㎛의 두께의 제 2 배리어층을 더욱 적층한 것을 제외하고는 실시예 3의 절차를 반복하여 단열 필름을 제조하였다.
실시예 5 : 진공 단열재의 제조
전술한 실시예 1 내지 실시예 4에서 각각 제조한 단열 필름을 외피재로 사용하고 심재로서 ceramic paper를 사용하여 진공 단열재를 제조하였다. 심재를 270 × 270 ㎜로 절단하고, 단열 필름과 심재를 성형 틀에 배치하여 진공 성형기 내에 세팅하고, 진공 성형기 내부를 10-4 torr로 조정한 뒤, 열선 온도 및 가열 시간을 다르게 조절하여 열-융착 성형을 진행하였다. 열-융착 성형이 완료되고 성형된 진공 단열재를 숙성한 뒤에 가장자리를 절단한 뒤에 단열 필름과 심재의 접합 여부, 표면 상태 및 두께 변화를 측정하였다. 하기 표 1에서는 진공 단열재에 대한 열-융착 온도, 가열 시간을 표시하고 있고, 하기 표 2에서는 물성 테스트 결과를 표시하고 있다.
진공 단열재에 대한 열-융착 온도 및 가열 시간
실시예 열선 온도(℃) 전달 온도(℃) 가열 시간(초) 심재
3 193 105 3 세라믹페이퍼
1 193 105 3 세라믹페이퍼
2 193 105 3 세라믹페이퍼
3 193 105 3 세라믹페이퍼
4 193 105 3 세라믹페이퍼
진공 단열재에 대한 물성 테스트
실시예 접합 여부 표면 상태 두께변화
전면 후면 전면 후면 성형 전 성형 후
3 ○ ○ 양호 양호 5T×4 9T
1 ○ ○ 양호 양호 5T×2 4.5T
2 ○ ○ 양호 양호 5T×2 4.5T
3 ○ ○ 양호 양호 5T×2 4.5T
4 ○ ○ 양호 양호 5T×2 4.5T
또한 도 8a 내지 8e에서는 각각 본 실시예에 따라 제조된 진공 단열재의 형태를 도시하고 있다. 심재와 단열 필름의 접합 정도가 양호하였으며, 모서리와 가장자리 영역의 형태 역시 매끄럽게 절단된 것을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 전술한 실시예에 한정되는 것은 결코 아니다. 오히려, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시예를 참고하여 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있을 것이다. 하지만, 이와 같은 다양한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 사실은, 첨부하는 청구의 범위를 통해서 더욱 분명해질 것이다.
100, 200, 300, 400 : 단열 필름 110, 210, 310, 410 : 제 1 필름층
120, 220, 320, 420 : 제 1 접착층
130, 230, 330, 430 : 제 1 배리어층(제 1 배리어층)
140, 240, 340, 440 : 핫-멜트층 250 : 단열 코팅층
312, 412 : 제 2 필름층 322, 422 : 제 2 접착층
424 : 제 3 접착층
432 : 제 2 배리어층(제 2 배리어층)
500 : 심재(코어) 600 : 진공 성형 챔버
610 : 성형 다이 612 : 성형 틀
620 : 진공 펌프 630 : 가열부(가열 수단)

Claims (12)

  1. 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리이미드(PI)로 구성되는 군에서 선택되는 제 1 필름층;
    선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 제 1 접착층을 통하여 상기 제 1 필름층의 일면으로 적층되는 제 1 배리어층;
    상기 제 1 배리어층의 타면으로 적층되며, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 핫-멜트층; 및
    상기 제 1 필름층과 상기 제 1 접착층 사이에 유리 섬유에서 선택되는 단열 코팅층을 포함하는 단열 필름.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 배리어층과 상기 핫-멜트층 사이에, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 제 2 접착층을 통하여 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리이미드(PI)로 구성되는 군에서 선택되는 제 2 필름층이 상기 제 1 배리어층의 타면으로 더욱 적층되어 있는 단열 필름.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 2 필름층과 상기 핫-멜트층 사이에, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 제 3 접착층을 통하여 제 2 배리어층이 상기 제 2 필름층의 타면으로 더욱 적층되어 있는 단열 필름.
  4. 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리이미드(PI)로 구성되는 군에서 선택되는 제 1 필름층;
    폴리에틸렌테레프탈레이트, 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 제 1 접착층을 통하여 상기 제 1 필름층의 일면으로 적층되는 제 1 배리어층;
    상기 제 1 배리어층의 타면으로 적층되며, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 핫-멜트층; 및
    상기 제 1 필름층과 상기 제 1 접착층 사이에 유리 섬유에서 선택되는 단열 코팅층을 포함하는 단열 필름.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 배리어층과 상기 핫-멜트층 사이에, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 제 2 접착층을 통하여 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 폴리이미드(PI)로 구성되는 군에서 선택되는 제 2 필름층이 상기 제 1 배리어층의 타면으로 더욱 적층되어 있는 단열 필름.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 2 필름층과 상기 핫-멜트층 사이에, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 제 3 접착층을 통하여 제 2 배리어층이 상기 제 2 필름층의 타면으로 더욱 적층되어 있는 단열 필름.
  7. (a) 심재(core material)를 절단하는 단계;
    (b) 제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는 단열 필름을 외피재로서 상기 심재의 상부 및 하부에 각각 배치하고 진공 성형기로 이송하는 단계;
    (c) 상기 진공 성형기의 내부에 진공을 부여하는 단계;
    (d) 가열 수단을 사용하여 상기 외피재와 상기 심재를 열-융착하여 진공 단열재를 성형하는 단계; 및
    (e) 상기 성형된 진공 단열재의 외측을 절단하는 단계를 포함하는 진공 단열재의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 심재는 세라믹페이퍼(ceramic paper), 세라크울(cerakwool), 증류실리카, 폴리우레탄폼, 글라스 올, 에어로겔, 부직포, 테크론 및 암면보드로 구성되는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재의 제조 방법.
  9. 단열층을 형성하는 심재; 및
    상기 심재의 외측에 피복되는 외피재로서, 제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는 단열 필름으로 구성되는 외피재를 포함하는 진공 단열재.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 심재는 세라믹페이퍼(ceramic paper), 세라크울(cerakwool), 증류실리카, 폴리우레탄폼, 글라스 올, 에어로겔, 부직포, 테크론 및 암면보드로 구성되는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  11. 삭제
  12. 삭제
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