KR101403289B1 - 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재 및 그 제조방법 - Google Patents

극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 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 1.5 ~ 4.5mm의 두께로 압착하여 성형하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 상기 니들펀칭 복합부직포를 형성한 후, 후크니들을 통해 복합부직포 내의 섬유배향 방향을 두께방향으로 조정하게 되며, 상기 유리섬유는 A, C, E, S-글라스, 실리카 섬유이고, 상기 알루미늄 박막은 두께가 5 ~ 300㎛임을 특징으로 하며, 그리고 상기 니들펀칭 복합부직포의 두께는 5 ~ 12mm이고, 단중이 300 ~ 1,200g/m2임을 특징으로 한다.
본 발명의 제조방법으로 제조된 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재는 기본적으로 유리섬유 및 폴리프로필렌섬유의 혼합조성으로 구성된 니들펀칭 복합부직포를 이용하고 폴리프로필렌을 용융가능한 온도와 시간으로 가열한 후 최종제품의 요구되어지는 두께로 냉각 압착되어 표면이 알루미늄으로 처리된 두께가 얇은 단열재로서, 내부 복합부직포 중에 포함된 폴리프로필렌섬유가 가열에 의해 폴리프로필렌이 용융된 복합부직포를 강한 압력으로 압착하더라도 폴리프로필렌 성분이 복합부직포 내의 유리섬유 전체를 물리적으로 연결할 수 있는 연속상의 메트릭스를 만들 수 없음과 동시에 유리섬유가 연속상을 형성하고 폴리프로필렌은 비연속상으로 연결되어 지기 때문에, 복합부직포 내에 일정 비율의 빈공간을 형성하고 유리섬유 모노필라멘트 간의 물리적 접근이 가열 전보다 가까워진 형태로 구조를 이루고 있으므로, 극저온이 되더라도 폴리프로필렌이 유리전이온도 이하에서 나타내는 유리상 거동은 나타나지 않고, 외부충격에 대해서도 유리섬유 적층체의 고유한 특성을 거의 대부분 나타내는 특성이 있다.
또한, 본 발명의 불연성 단열재는 적층된 섬유 필라멘트간의 빈공간에 의한 우수한 단열성과 동시에 우수한 저온 유연성 및 충격특성을 나타내게 되고, 추가적으로 사용할 수 있는 메타-아라미드섬유는 특유의 우수한 제진특성으로 소량의 혼합에 의해서도 유리섬유를 통한 진동전달 방지특성보다 우수한 진동전달 방지특성을 제공하여 주며, 그리고 표면의 알루미늄 박막과 낮은 폴리프로필렌 함량은 시공공정 중 접할 수 있는 용접환경에서도 우수한 불연성을 나타낼 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Description

극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재 및 그 제조방법{Incombustible insulation materials with vibration preventing in an extremely low temperature and manufacturing process of it}
본 발명은 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 단열 특성을 나타내는 유리섬유상의 불연성 단열재가 사용되는 더운 환경으로부터 쾌적한 환경을 유지하거나 보호하는 일반적 단열용도를 벗어나, 특히 극한의 저온환경을 외부의 일반 환경으로부터 보호하는 각종 보냉 용도에 적합한 특성을 갖는 단열재에 관한 것이다.
통상적으로 사용되어지는 유류계 에너지보다 청정성이 높은 상온 가스계 연료에 대한 수요가 증가하면서, 부탄, 프로판, 천연가스 등의 가스연료의 사용이 증가하면서 이런 연료의 보관, 이송, 판매에 있어서 가스용기 및 용기에 대한 단열, 보호의 필요성이 증가하면서, 적합한 단열재 및 보호재, 보관용기 등이 활발하게 개발되어져 왔다. 그러나 이런 극저온 상태의 보관상태의 안정성을 확보하기 위한 여러 가지 단열, 방진, 불연, 보호 등의 보조자재들은 종래의 단열재, 방진재, 불연재, 보호재를 활용하여 극저온 특성의 보완을 통해 사용되어져 왔다.
본 발명과 관련하여 종래기술을 살펴보면, 미국특허 제6,035,795호(특허일: 2000. 3. 14)에서는 액화천연가스 운반선의 탱크용 단열재로 샌드위치폼과 유리섬유강화 복합재료를 제안하고 있으며, 이는 극저온 상태의 단열조치로는 효과가 있으나 극저온상태에서의 외부충격으로 보호할 수 있는 방진특성을 기대하기 어려우며, 또한 대한민국 등록특허 제10-0278364호(등록일: 2000. 10. 18)에서는 4종의 혼합폴리올에 관능기수가 2.6~3.0인 폴리머릭 메틸렌디페닐디이소시아네이트로 이루어지는 우레탄조성에 극저온에서 수축방지 및 고정도유지를 위한 섬유보강재 이용한 경질 폴리우레탄 조성을 제안하고 있고, 동 등록특허 제10-0542145호(등록일: 2006. 1. 3)에서는 환경유해물질인 플루오르카본계 발포제 대신 물을 사용하고 이로 인한 강도저하를 섬유보강재의 사용으로 보완하는 방법을 제안하고 있지만, 상기 선행기술들은 모두 극저온에서 치수안정성을 확보할 수 있지만 단열성 이외에 충격방지특성을 기대하기는 어렵다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서 제안하는 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재는 고온에서부터 극저온까지 기계적 특성변화 매우 적어 극저온에서 우수한 단열특성을 가짐은 물론, 단열재의 시공과정에서 가지게 되는 접합부위의 용접공정에서 발생하는 화염에 안정하여야 하며, 시공된 단열재가 극저온에서 외부충격으로부터 보호되어 진동방지특성이 우수하여야 한다. 이를 위해서는 극저온이 되더라도 취성이 급격히 증가하지 않고 상온의 취성을 유지하여야 하며, 단열재의 내부는 물론 특히 표면의 불연특성이 우수하여야 한다. 그리고 특히 액화천연가스 운반선의 탱크용 단열재로 사용하기 위해서는 얇은 공간에 시공하기에 적합한 단열재의 두께를 원하는 두께로 용이하게 조절하여 제조할 수 있어야 한다.
본 발명의 목적은, 불연성이 우수하고 고온에서부터 극저온까지 형태나 특성변화가 거의 없는 통상의 펠트형 유리섬유 단열재를 기초로 하고 이를 적정한 두께로 성형하기 위해 상기 유리섬유 단열재를 구성하는 섬유상을 적정한 결합력으로 잡아주는 유기물과 추가적인 제3의 섬유상을 사용하여 충격방지 및 진동방지특성을 부여하고 제진특성이 우수하게 됨으로써, 극저온이 되더라도 취성이 급격히 증가하지 않고 상온의 취성을 유지하며, 단열재의 내부는 물론 특히 표면의 불연특성이 우수함과 아울러 섬유적층체의 구조적 변화로 충격대응 특성을 증가시키는 물리적 형태에 대한 보완대책도 동시에 활용하는 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법 및 그로부터 제조된 불연성 단열재를 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법은, 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 1.5 ~ 4.5mm의 두께로 압착하여 성형하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 상기 니들펀칭 복합부직포를 형성한 후, 후크니들을 통해 복합부직포 내의 섬유배향 방향을 두께방향으로 조정하게 되며, 상기 유리섬유는 A, C, E, S-글라스, 실리카 섬유이고, 상기 알루미늄 박막은 두께가 5 ~ 300㎛임을 특징으로 하며, 그리고 상기 니들펀칭 복합부직포의 두께는 5 ~ 12mm이고, 단중이 300 ~ 1,200g/m2임을 특징으로 한다.
본 발명의 제조방법으로 제조된 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재는 기본적으로 유리섬유 및 폴리프로필렌섬유의 혼합조성으로 구성된 니들펀칭 복합부직포를 이용하고 폴리프로필렌을 용융가능한 온도와 시간으로 가열한 후 최종제품의 요구되어지는 두께로 냉각 압착되어 표면이 알루미늄으로 처리된 두께가 얇은 단열재로서, 내부 복합부직포 중에 포함된 폴리프로필렌섬유가 가열에 의해 폴리프로필렌이 용융된 복합부직포를 강한 압력으로 압착하더라도 폴리프로필렌 성분이 복합부직포 내의 유리섬유 전체를 물리적으로 연결할 수 있는 연속상의 메트릭스를 만들 수 없음과 동시에 유리섬유가 연속상을 형성하고 폴리프로필렌은 비연속상으로 연결되어 지기 때문에, 복합부직포 내에 일정 비율의 빈공간을 형성하고 유리섬유 모노필라멘트 간의 물리적 접근이 가열 전보다 가까워진 형태로 구조를 이루고 있으므로, 극저온이 되더라도 폴리프로필렌이 유리전이온도 이하에서 나타내는 유리상 거동은 나타나지 않고, 외부충격에 대해서도 유리섬유 적층체의 고유한 특성을 거의 대부분 나타내는 특성이 있다.
또한, 본 발명의 불연성 단열재는 적층된 섬유 필라멘트간의 빈공간에 의한 우수한 단열성과 동시에 우수한 저온 유연성 및 충격특성을 나타내게 되고, 추가적으로 사용할 수 있는 메타-아라미드섬유는 특유의 우수한 제진특성으로 소량의 혼합에 의해서도 유리섬유를 통한 진동전달 방지특성보다 우수한 진동전달 방지특성을 제공하여 주며, 그리고 표면의 알루미늄 박막과 낮은 폴리프로필렌 함량은 시공공정 중 접할 수 있는 용접환경에서도 우수한 불연성을 나타낼 수 있는 탁월한 효과가 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 극저온에서 충격방지특성이 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 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법은, 불연성이 우수하고 고온에서부터 극저온까지 형태나 특성변화가 거의 없는 무기섬유계 단열재인 유리섬유 50 ~ 80중량%, 폴리프로필렌섬유 10 ~ 40중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성되는 니들펀칭 복합부직포를 성형한 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 1.5 ~ 4.5mm의 두께로 압착하여 성형하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가열압착 전 니들펀칭 복합부직포는 유리섬유 50 ~ 80중량%, 폴리프로필렌섬유 10 ~ 40중량%, 메타-아라미드섬유 0 ~ 10중량%로 구성되어 제조되며, 상기와 같이 구성되는 니들펀칭 복합부직포를 이용해 후크니들공정에서 루프를 형성 시킨 후 가열압착공정을 적용할 경우에는 보다 우수한 충격방지특성을 얻을 수 있다.
상기 니들펀칭 복합부직포에 있어서, 유리섬유가 50중량% 미만이거나 폴리프로필렌섬유의 함량이 40중량%를 초과하면 극저온에서 우수한 충격방지특성을 가지기 어려울 뿐만 아니라 단열성이 현저하게 저하되는 단점이 있으며, 유리섬유의 함량이 80중량%를 초과하거나 폴리프로필렌 함량이 10중량% 미만이면 이 후 가열압착공정에서 원하는 두께의 성형이 어려워지는 단점이 있다. 그리고 제진특성의 개선을 위해 추가적으로 사용가능한 메타-아라미드섬유의 함량은 유리섬유로 제조되는 복합부직포에 추가적으로 소량 정도만 사용하여도 진동전달 방지특성을 어느 정도 발휘하지만 그 사용량이 10중량%를 초과할 경우에는 극저온에서의 충격방지특성이 오히려 저하되는 단점이 나타난다. 그러나 본 발명에 있어 메타-아라미드섬유를 사용하지 않을 경우에 이를 사용한 경우와 동등한 정도로 단열효과나 저온방진 등의 특성을 실현하기 위해서는 복합부직포의 단중(g/m2)이 증가될 뿐만 아니라 또 알루미늄 박막 또는 부직포의 두께(㎜)를 보다 증가시켜야 하는 것으로 연구되었다(아래 실시예 3 참조).
본 발명에서 사용할 수 있는 유리섬유는 주로 글라스섬유나 탄소섬유, 탄소안정화 섬유, 바잘트 섬유, 실리카 섬유 등 크게 제한은 없으며, 주로 장섬유상의 유리섬유를 사용하는 것이 좋은데, 이 유리섬유는 성분이나 용도에 따라 A, C, E, S, AR 등의 종류로 세분화되어지지만, 바람직하게는 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 주로 사용한 유리섬유는 직경이 7 ~ 20㎛인 E-글라스섬유로서 니들펀칭 복합부직포를 제조하는 카딩공정을 위해 장섬유상의 유리섬유를 5 ~ 10cm로 절단하여 사용하였는데, 유리섬유는 강도특성을 위해 장섬유타입의 유리섬유가 좋으며, 단섬유인 경우는 유리섬유 직경의 분포가 발생해 강도가 불량하며, 카딩을 위해 원하는 길이로 섬유를 조절하기 어려워 카딩 시 중량편차나 생산성 저하의 문제가 발생할 수 있다.
참고로, 상기 유리섬유는 매우 가늘고 길게 성형한 후에 급냉시켜 만든 섬유형태의 유리를 말한다. 글라스섬유는 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 무기섬유계 단열재를 구성하는 섬유상을 적정한 결합력으로 잡아주는 유기물로서 사용가능한 성분은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, EVA, 폴리염화비닐, 열가소성 폴리우레탄, 저융점 폴리에스테르, 폴리아미드, 아크릴수지 등으로 제조된 분말이나 섬유상을 사용할 수 있는데, 본 발명에서는 무기섬유계 단열재를 카딩공정으로 제조하기 때문에 동일한 형태인 섬유상을 가지는 유기물을 사용하는 것이 더욱 효과적이며, 폴리프로필렌섬유가 용융접합성에 가장 유리하다.
본 발명에서 사용하는 폴리프로필렌섬유는 융점이 170℃ 수준인 통상의 호모폴리프로필렌 성분이며, 융점이 조금 낮은 코폴리프로필렌을 사용하는 것도 무방하지만, 이 폴리프로필렌섬유는 이차적 가공을 통하여 클림프가 3 ~ 6개/cm가 되도록 가연처리된 것이 좋고 더욱 바람직한 것은 4 ~ 5개/cm가 적당하며, 여기서 가연처리가 적을 경우 웹 형성에 제약이 오고, 너무 크면 니들링시 큰 마찰열로 부분적으로 엉킴 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다. 그리고 섬유의 굵기는 5 ~ 10데니어가 적당하고 가장 바람직하기로는 6 ~ 8 데니어 수준이 좋다(D : 데니어는 실의 길이 90,000m에 대하여 실의 무게 1g을 1데니어, 2g을 2데니어라 부른다). 이 데니어가 5 이하이면 유리섬유와 혼합 카딩 시 카딩특성이 저하되고 데니어가 10 이상이면 필요 이상의 폴리프로필렌 섬유가 사용되어 최종 용도에서 저온 충격방지특성이 저하되는 단점이 있으므로, 가열압착 시 적절히 융착성을 유지하기 위해서는 적절한 굵기가 반드시 필요하다. 그리고 폴리프로필렌섬유의 길이는 40 ~ 70mm의 것을 사용하는 것이 바람직한데, 너무 짧으면 웹 형성에 제약을 받고 너무 길면 균일한 혼합도를 얻기 어렵다.
그리고 제진특성을 보완하기 위해 사용할 수 있는 제3의 섬유상 성분으로는 아라미드섬유를 사용할 수 있는데, 이 아라미드는 구조에 따라 메타계와 파라계로 구분되는데, 구조적으로 특별히 높은 고강도를 요구하지 않기 때문에 메타계 아라미드섬유를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에서 사용할 수 있는 메타-아라미드섬유의 굵기는 0.9 ~ 5.0dTex가 적당한데(dTex : 데시텍스는 길의 길이 10,000m에 대하여 실의 무게 1g을 1데시텍스, 2g을 2데시텍스라 부른다), 섬유가 너무 굵어도 동일 중량비율에서 섬유가닥 수가 감소하여 제진특성 개선효과를 달성하기 어렵고, 너무 가는 경우에는 카딩특성이 타 섬유와 달라 혼섬특성이 저하한다. 그리고 메타-아라미드는 다른 섬유와의 혼합성을 고려하여 길이는 40 ~ 70mm가 적합하고, 클림프는 3 ~ 6개/cm가 적당한데, 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 엉킴 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
상기와 같은 섬유상의 원료 혼합물이 결정되면 니들펀칭 부직포를 제조하여야 하는데, 섬유상을 펠트형 부직포화 하기 위해서는 원료 섬유를 50 ~ 100mm 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 있는데, 본 발명에 제조할 수 있는 복합부직포의 적정한 중량은 300 ~ 1,200g/m2 정도이며, 이 때 두께는 5 ~ 12mm로서 용도와 요구되는 성능에 따라 얼마든지 조절이 가능하지만, 이 후 단열재가 1.5 ~ 4.5mm의 두께로 가열압착되어 형성됨을 감안할 때 미리 복합부직포의 두께를 규격과 용도에 따라 적절히 설정하여야 함은 물론이다.
이렇게 만들어진 니들펀칭 부직포는 바로 두께가공을 위해 가열압착공정으로 넘어갈 수 있지만, 필요한 경우 물리적 형태에 대한 보완대책을 추가적으로 활용해 발명의 효과를 개선할 수 있는데, 이 때 사용가능한 방안이 후크니들을 이용해 카딩공정에서 형성된 평면의 섬유배향을 두께방향인 수직방향으로 배향하여 가열압착공정 후에 보다 우수한 충격방지특성을 나타내게 할 수도 있다.
상기와 같이 제작된 니들펀칭 부직포는 온도가 200 ~ 300℃인 가열장치를 이용하여 니들펀칭 부직포 내에 포함된 열가소성 수지인 폴리프로필렌섬유를 용융시키고, 표면에 불연성의 알루미늄 박막을 위치시킨 다음, 냉각압착공정에서 온도가 0 ~ 100℃인 냉각롤을 이용해 원하는 두께로 압착하여 최종적으로 필요한 단열재를 제조할 수 있는데, 이 때 사용하는 알루미늄 박막은 순수 알루미늄으로 두께는 두께가 5 ~ 300㎛인 것이 좋으며, 만약 알루미늄의 두께가 5㎛ 미만이면 용접 시 발생하는 순간온도 1,000℃ 정도의 불꽃이나 불똥이 표면에 떨어질 때 충분한 방어를 하기가 어려운 단점이 있고 300㎛를 초과하는 경우에는 가공이 불량하고 단열성이 저하될 우려가 있다.
상기 가열장치의 가열온도가 200℃ 미만이면 복합부직포 내의 폴리프로필렌 수지를 용융시키기 위해 많은 시간이 필요하여 가열시간이 증가하는 단점이 있고, 300℃를 초과하게 되면 복합부직포에 포함된 유기물 성분이 일부 열분해되어 단열재의 물성이 저하될 우려가 있다. 그리고 냉각압착은 주로 냉각롤을 이용하여 실시되며, 냉각롤의 온도는 낮을수록 공정속도를 빠르게 할 수 있지만 0℃ 미만으로 하는 것은 단열재의 특성에는 문제가 없으나 과도하게 낮은 온도는 불필요하며, 100℃를 초과하게 되면 용융된 폴리프로필렌 성분이 고화되는데 많은 시간이 소요되므로 공정속도를 저하시키는 단점이 있다.
위와 같이, 니들펀칭 부직포의 양 표면은 불연성이 우수한 알루미늄을 적용하고 가열압착을 통해 1.5 ~ 4.5mm의 두께를 형성하면서 압착됨으로써 단열성은 물론 극저온에서도 우수한 충격방지특성을 유지할 수 있고, 시공 중의 용접화염에 의한 화재로부터 안전성을 확보할 수 있으며, 시공상 필요로 하는 얇은 두께를 얻을 수 있는 특징이 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 수많은 실험을 거쳐 완성되었으나, 이하에서는 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
[실시예 1]
[표 1]에 표시된 바와 같이, 섬유 굵기가 9.7 ~ 10.1㎛인 E-글라스 장섬유를 길이 50 ~ 70mm로 절단한 E-글라스섬유 75중량%, 융점이 167℃이고 길이가 55mm, 크림프가 4개/cm, 7데니어인 폴리프로필렌 단섬유 20중량%, 굵기가 2.2dTex이고 길이가 51mm, 클리프가 4.5개/cm인 메타-아라미드섬유 5중량%를 원료로 하여, 액상의 통상 사용되는 대전방지제를 원료섬유에 대하여 0.3중량% 정도로 처리한 후, 혼섬된 섬유를 일련의 개면, 카딩, 크로스랩핑을 통해 1,000g/m2의 니들펀칭 전의 복합부직포 적층체를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 니들펀칭 복합부직포를 이용하여 상하부에 두께가 40㎛인 알루미늄박막을 덮은 다음 온도가 280℃인 가열 롤을 통해 복합부직포 내의 폴리프로필렌 수지를 용융시킨 다음, 15℃의 냉각롤을 이용해 압착하여 2.5mm의 단열재를 제조하였으며, 이렇게 제조된 단열재의 각종 특성을 평가하고 그 결과를 [표 2]에 나타내었다.
[실시예 2] ~ [실시예 10]
실시예 2 내지 실시예 10에 따른 단열재는 실시예 1의 복합부직포 성분과 층별 구성을 하기 [표 1]과 같이 변경하였으며, 가열압착공정은 [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 복합부직포 성분과 층별 구성을 하기 [표 1]과 같이 변경하였으며, 가열압착공정은 [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 복합부직포를 사용하지 않고, 실시예 11에서는 시중에서 구할 수 있는 폴리에틸렌 발포단열재, 실시예 12에서는 폴리우레탄 단열재쉬트를 각각 이용하였으며, 실시예 1에서와 같은 가열압착 없이 단열재 그대로 실시하고, 그 결과를 [표 2]에 나타내었다.
구분 섬유혼합비(중량%) 후가공 단중
(g/m2)		 두께
(mm)
유기물 무기물 AR
실시예1 PP20 GF75 5 O 992 11.2
실시예2 PP30 GF60 10 O 976 12.0
실시예3 PP30 GF70 0 X 980 9.1
실시예4 PP20 GF75 5 X 1,012 8.9
실시예5 PP20 GF75 5 X 1,012 8.9
실시예6 PP20 GF75 5 X 1,012 8.9
실시예7 PP20 GF75 5 X 1,012 8.9
실시예8 PP20 GF75 5 O 687 8.1
실시예9 PP20 GF75 5 O 359 5.4
실시예10 PP20 S75 5 X 897 9.2
비교예1 PP50 GF45 5 X 950 10.4
비교예2 PP7 GF88 5 X 1,050 8.7
비교예3 PP20 GF60 20 X 970 9.1
비교예4 PP20 GF75 5 X 217 3.7
비교예5 PP20 GF75 5 X 1,582 15.7
비교예6 PP20 GF75 5 X 992 8.9
비교예7 PP20 GF75 5 X 992 8.9
비교예8 PP20 GF75 5 X 992 8.9
비교예9 PP20 GF75 5 X 992 8.9
비교예10 PP20 PET75 5 X 427 5.2
비교예11 - - - - - -
비교예12 - - - - - -
PP : 폴리프로필렌 섬유 (뒤 숫자는 중량%)
GF : 유리 섬유 (뒤 숫자는 중량%)
PET : 폴리에스테르 단섬유 (뒤 숫자는 중량%)
AR : 메타-아라미드 섬유 (뒤 숫자는 중량%)
후가공 : 후크니들공정을 이용해 섬유배향을 두께방향으로 증가시킨 시료
단중 : 성형시편을 200*200mm로 절단해 중량을 측정하여 g/m2로 환산한 값
두께 : 다이얼게이지를 이용해 측정한 복합부직포의 두께(mm)
구분 알루미늄 박막(㎛) 가열압착조건 단열재 물성
가열
온도		 냉각
온도		 단중
(g/m2)		 두께
(mm)		 불연성 저온
방진		 단열성
실시예1 40 280 15 1,189 2.5 OK 미파괴 0.035
실시예2 35 280 15 1,172 2.8 OK 미파괴 0.036
실시예3 70 280 15 1,340 3.8 OK 미파괴 0.035
실시예4 30 280 15 1,154 2.4 OK 미파괴 0.037
실시예5 10 280 15 1,067 2.1 OK 미파괴 0.035
실시예6 40 230 15 1,234 4.1 OK 미파괴 0.034
실시예7 40 280 70 1,217 3.2 OK 미파괴 0.035
실시예8 40 280 15 914 1.9 OK 미파괴 0.037
실시예9 40 280 15 564 1.7 OK 미파괴 0.039
실시예10 40 280 15 1,121 2.7 OK 미파괴 0.035
비교예1 40 280 15 1,087 1.3 OK 파괴 0.047
비교예2 40 280 15 1,287 6.7 OK 미파괴 0.034
비교예3 40 280 15 1,187 4.6 분해 미파괴 0.035
비교예4 40 280 15 378 1.0 OK 파괴 0.052
비교예5 40 280 15 1,782 5.8 OK 미파괴 0.037
비교예6 3 280 15 1,002 2.4 연소 미파괴 0.036
비교예7 40 180 15 1,197 10.7 OK 미파괴 0.036
비교예8 40 350 15 1,165 2.3 분해 미파괴 0.035
비교예9 40 280 120 1,224 5.2 OK 미파괴 0.035
비교예10 30 250 15 567 2.8 연소 미파괴 0.048
비교예11 - - - 189 4.3 연소 파괴 0.045
비교예12 - - - 421 4.5 변형
분해		 파괴 0.032
- 단중 : 단열재 성형시편을 200*200mm로 절단해 중량을 측정하여 g/m2으로 환산한 값
- 두께 : 단열재 성형시편을 200*200mm로 절단해 측정한 두께(mm)
- 불연성 : 일반 휴대용 부탄용기를 이용한 토치화염을 가열압착된 성형시편 표면에 10초간 분사한 후 단열재의 변화를 관찰하고 평가하였고 그 판정기준은 아래와 같다.
OK : 불이 붙지 않고 형태의 변화가 없음
변형 : 불은 붙지 않으나 외관상 제품의 칫수변화나 뒤틀림이 발생
분해 : 불은 붙지 않으나 연소성 연기가 날 경우
연소 : 불이 붙는 경우
- 저온 방진 : 가열압착된 단열재를 액체질소에 1분간 담가두었다가 꺼내어 두께 1.0mm인 통상의 현미경 관찰용 슬라이드글라스 위에 위치시키고, 무게가 100g인 강철구를 높이 30cm에서 낙하시켜 슬라이드글라스의 파괴여부를 관찰하였다. 이 때 극저온의 액체질소에서 유연성을 유지할 경우는 충격방지특성을 발휘할 수 있어서 슬라이드 글라스의 파괴를 막을 수 있고, 만약 유연성을 상실한 경우는 강철구의 낙하충격을 슬라이드글라스에 전달하여 파괴가 발생한다. 슬라이드 글라스 위에 아무 조치도 없이 강철구를 낙하시키면 낙하높이 5cm에서도 슬라이드 글라스는 파괴된다.
- 단열성 : KS L 9016의 기준에 준하여 측정한 열전도도(단위: W/mK)
상기 [표 2]에서와 같이, 본 발명의 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재로 시험한 실시예 1 내지 실시예 10과 비교예 1 내지 비교예 12를 비교한 결과를 종합하면, 본 발명에 의한 실시예는 비교예에 비해 단열재의 단중(g/m2)과 두께(㎜)가 대동소이함에도 불구하고(비교예 11, 12 제외), 극저온 충격방지 단열재에서 요구되는 불연성, 저온방진성, 단열성 등의 물성이 균일하게 향상되는 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 그리고 실시예 1 내지 실시예 10은 본 발명에서 제조된 복합부직포를 사용하지 않은 비교예 11과 비교예 12에 비해서는 불연성, 저온방진성, 단열성이 현저하게 양호함을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명의 시공성이 우수한 불연성 투습방수성 열반사 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 (6)

  1. 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 ~ 4.5mm의 두께로 압착하여 성형하고,
    상기 니들펀칭 복합부직포를 제조한 후, 후크니들을 통해 복합부직포 내의 섬유배향 방향을 두께방향으로 조정하는 것을 특징으로 하는 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유리섬유는 A-글라스, C-글라스, E-글라스, S-글라스, 실리카 섬유 중 어느 하나임을 특징으로 하는 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 박막은 두께가 5 ~ 300㎛임을 특징으로 하는 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 니들펀칭 복합부직포는 두께가 5 ~ 12mm이고, 단중이 300 ~ 1,200g/m2임을 특징으로 하는 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재의 제조방법.
  6. 제1항, 제3항, 제4항, 제5항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법으로 성형된 것을 특징으로 하는 극저온에서 충격방지특성이 우수한 불연성 단열재.
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