KR101836323B1 - 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 경량성, 기계적 물성 및 불연성이 우수하며 고내수성이면서도, 굽힘강도와 압축강도가 향상되어 쉽게 깨지지 않고 미세균열 및 거대균열에 대해서도 높은 억제력을 갖는 것이다.
이러한 본 발명의 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널은, 액상 규산염 35~45중량부, 나노실리카 10~15 중량부, Li계 첨가제 0.2~20중량부, 실란화합물 0.2~2.0중량부에 더해 액상 실리콘 0.2~3.0중량부, 공업용수 0.2~3.0중량부, 유기계 공중합체 30~54.2중량부로 이루어진 유/무기 바인더 100중량부와; 무기필러 50~60중량부, 강도 보강제 13~20중량부, 중공형 경량 첨가제 10~20중량부, 유기계 섬유 2~10중량부, 무기계 섬유 15~20중량부로 이루어진 유/무기 재료 100중량부와; 다공성의 메시 형태로 형성되고 상기 유/무기 바인더와 유/무기 재료를 혼합한 유/무기 혼합재료를 가열 및 가압하여 패널을 성형할 때 상기 패널 면적에 대응하는 면적으로 내설되어 상기 유/무기 혼합재료를 지지하는 골격 구조를 형성하는 그리드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널 및 이의 제조방법{HIGH STRENGTH FIBER COMPOSITE REINFORCED HARD CORE PANEL FOR VESSEL INTERIOR}
본 발명은 선박 내장용 불연성 패널에 관한 것으로, 특히 경량성, 기계적 물성 및 불연성이 우수하며, 고내수성이면서도 굽힘강도와 압축강도가 향상되어 쉽게 깨지지 않고 미세균열 및 거대균열에 대해서도 높은 억제력을 갖는 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 선박 내장용 패널은 거주구역의 측벽이나 칸막이벽 마감에 사용되는 재료로 충분한 강도와 내온성을 가져야 하며, 시공에 있어 작업성이 우수하여야 한다. 특히, 천장, 측벽 및 칸막이벽은 배의 진동이나 동요에 견딜 수 있도록 설치되어야 하며, 거주구의 주위 벽이나 바닥은 스틸(Steel)로 페인트 마감되는 경우도 있지만 일반적으로 미관이나 방열을 위해 천장, 측벽은 내장판(Lining Panel)으로, 바닥은 갑판 피복제(Deck Covering) 시공, 거주구의 내장재나 가구 등은 목질계의 재료를 사용할 경우 화재에 충분한 주의가 요구된다.
선박 내장용 패널과 관련하여 육상에서 건축용으로 사용되는 불연보드인 마그네슘보드, 규산칼슘보드, 섬유강화시멘트보드 등은 비중이 1.0~1.2 사이로 선박에서 요구하는 비중 0.45 보다는 많이 무거우며 선박의 경량화를 위한 소재로는 매우 부적합하다. 따라서 무게를 경량화하고, 선박에서 요구하는 강도와 방음, 불연성을 만족하며 가격 경쟁력도 가지는 불연성 패널의 개발이 필요한 실정이다.
더욱이, 선박 내장용 패널은 일반 건축용 인테리어 내장재와는 달리 선박의 추진성능, 복원성능 및 경제성능을 고려하여 내장재의 경량화가 필수적이며, 또한 불연성, 방음 및 방진 성능, 내수성능, 그리고 멜라민 시트의 수축률 및 변형성을 견딜 수 있는 강도와 실제 시공에 따른 2차 가공성(Tapping)을 만족할 수 있는 소재여야 한다. 특히, 요트나 크루즈 선박 등 거주공간이 고급화된 선박의 경우 거주시설의 인테리어에 있어서 많은 양의 하드코어 패널이 사용되고 있지만 수입에 의존하고 있고, 국내에서는 상선에 사용되는 소프트코어 패널이 주로 사용되고 있다.
또한, 선박의 선실에 설치되는 화장실과 여객선의 객실은 배관, 배선 등 복잡한 세부 작업이 많아, 구조가 복잡하고 열악한 환경인 선상에서 장기간 설치작업을 하기가 어려우므로 지상에서 유닛 단위로 완전히 제작된 화장실과 객실을 배의 정해진 위치에 그대로 적재해 조립하도록 하고 있다. 소프트코어 패널을 이용한 유닛의 경우 유닛의 벽체는 소프트코어인 유리섬유에 0.6mm 라미네이트 강판을 접착한 단면 패널을 사용하는데 이 단면 패널은 비대칭 구조로 구조적으로 취약하여 외부의 보강이 필요하므로 전체 패널의 폭을 500mm~600mm 이내로 사용할 수밖에 없다. 이 유리섬유를 하드코어로 대체할 경우 구조적인 취약점이 개선되어 패널의 폭을 1000mm~1200mm까지 넓힐 수 있으며, 패널의 두께도 소프트코어 패널 대비 절반이상으로 줄일 수 있으므로 작업의 효율성을 높일 수 있고, 하드코어는 순수한 무기물로만 제조되므로 100% 재활용이 가능하여 자원의 재순환 및 에너지 절감에 기여하고, 국내에서 크루즈선을 수주하여 건조하는 경우에 하드코어 패널을 주로 사용하는 크루즈 선박용 패널의 소재로도 사용되어 질 수 있다.
그러나 하드코어 패널을 이루고 있는 무기계 성분의 대부분은 친수성 물질로 이루어져 있어 사용 중 수분의 흡수가 용이하여 물성 저하의 원인이 되므로, 내수성을 향상시킬 필요가 있고, 무기계 소재의 특성 상 강도는 높으나 유연성 부족에 따른 휨 강도나 가공성 불량의 문제점이 있어, 선박 내장용 하드코어 패널에 있어서 내수성 및 유연성을 동시에 만족시키는 무기 바인더의 개발이 요구되었었다.
이에 따라 본 출원인은 한국공개특허공보 제2015-0061349호(2015.06.04)의'고내수성 하드코어 패널 및 이의 제조방법'에 개시된 것처럼 내수성을 향상시킬 수 있도록 조성된 무기 바인더와, 물성을 향상시킬 수 있는 무기 첨가제를 배합한 무기 혼합물을 열 가압에 의하여 효과적으로 수분을 증발시키면서 경화하여 고내수성을 가지면서, 경량성, 기계적 물성 및 불연성을 향상시킨 하드코어 패널을 개발하였다.
그러나 이같은 고내수성 하드코어 패널은 규산염 기반의 무기바인더를 사용하는 관계로 유리와 같이 취성(brittleness)이 아주 강하고 강도가 매우 약하여 낮은 하중으로 쉽게 파손이 되는 문제점이 있었고, 미세균열 및 거대균열에 대해서도 취약한 문제점이 있었다.
한국공개특허공보 제2015-0061349호(2015.06.04.)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 경량성, 기계적 물성 및 불연성이 우수하며, 고내수성이면서도 굽힘강도와 압축강도가 향상되어 쉽게 깨지지 않고 미세균열 및 거대균열에 대해서도 높은 억제력을 갖는 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널은, 액상 규산염 35~45중량부, 나노실리카 10~15 중량부, Li계 첨가제 0.2~20중량부, 실란화합물 0.2~2.0중량부에 더해 액상 실리콘 0.2~3.0중량부, 공업용수 0.2~3.0중량부, 유기계 공중합체 30~54.2중량부로 이루어진 유/무기 바인더 100중량부와; 무기필러 50~60중량부, 강도 보강제 13~20중량부, 중공형 경량 첨가제 10~20중량부, 유기계 섬유 2~10중량부, 무기계 섬유 15~20중량부로 이루어진 유/무기 재료 100중량부와; 다공성의 메시 형태로 형성되고 상기 유/무기 바인더와 유/무기 재료를 혼합한 유/무기 혼합재료를 가열 및 가압하여 패널을 성형할 때 상기 패널 면적에 대응하는 면적으로 내설되어 상기 유/무기 혼합재료를 지지하는 골격 구조를 형성하는 그리드를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 그리드는, 상기 패널의 일측면측과 타측면측에 각각 내설되고 유리섬유, 탄소섬유, 현무암 섬유 중 어느 한 종의 무기섬유를 소재로 하여 직조된 한 쌍의 외측 그리드와, 상기 한 쌍의 외측 그리드의 사이에 배치되어 상기 패널 내부 중심부에 위치하는 내측 그리드를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 외측 그리드의 메시는 가로길이 10 내지 25mm, 세로길이 10 내지 25mm의 정사각형 또는 직사각형으로 형성되며, 상기 내측 그리드는 상기 외측 그리드와 동일한 것으로 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 내측 그리드는, 사각의 횡단면을 가지며 상면과 하면이 중앙으로 갈수록 볼록하게 엠보싱 형태로 형성된 제1사각부재가 제1사각형 홀과 교번하여 연속 배치되어 메시 형태를 이루며, 상기 제1사각부재의 상면과 하면에는 각각 상기 유/무기 혼합재료가 인입되도록 가로방향 홈이 형성된 제1내측 그리드와, 사각의 횡단면을 가지며 상면과 하면이 중앙으로 갈수록 볼록하게 엠보싱 형태로 형성된 제2사각부재가 제2사각형 홀과 교번하여 연속 배치되어 메시 형태를 이루며, 상기 제2사각부재의 상면과 하면에는 각각 상기 유/무기 혼합재료가 인입되도록 세로방향 홈이 형성된 제2내측 그리드를 포함하며, 상기 유/무기 혼합재료를 가열 및 가압하여 패널을 성형할 때 상기 제1내측 그리드와 제2내측 그리드는 교대로 적층된 형태 상기 한 쌍의 외측 그리드 사이에 내설되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 중공형 경량 첨가제는 미세 중공형 유리구이고, 유기계 섬유는 길이 3~6mm, 직경 23~36㎛의 원사로 이루어진 나일론계 단섬유와 길이 9mm~25mm, 직경 50~70㎛ 식물 인피섬유를 4 대 1의 비율로 혼합한 것이며, 상기 무기계 섬유는 길이 9mm, 직경 1~2mm의 유리 단섬유와 길이 25mm, 직경 1~2mm의 유리 단섬유를 5 대 5로 혼합하여 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 하드코어 패널은 KS L 3314에 따른 굽힘강도가 6.0~10.0N/mm2, KS L 5105에 따른 압축강도 6.0~11.0N/mm2 인 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널의 제조방법은, 액상 규산염 35~45중량부, 나노실리카 10~15 중량부, Li계 첨가제 0.2~20중량부, 실란화합물 0.2~2.0중량부에 더해 액상 실리콘 0.2~3.0중량부, 공업용수 0.2~3.0중량부, 유기계 공중합체 30~54.2중량부로 이루어진 유/무기 바인더와, 무기필러 50~60중량부, 강도 보강제 13~20중량부, 중공형 경량 첨가제 10~20중량부, 유기계 섬유 2~10중량부, 무기계 섬유 15~20중량부로 이루어진 유/무기 재료를 혼합하고 균질화하여 유/무기 혼합재료를 마련하는 배합공정; 다공성의 메시 형태로 형성되고 유리섬유, 탄소섬유, 현무암 섬유 중 어느 한 종의 무기섬유를 소재로 하여 직조된 한 쌍의 외측 그리드와, 상기 외측 그리드 사이에 배치되는 내측 그리드를 금형 내부에 인입하여 적재하는 그리드 적재공정; 상기 배합공정을 통해 혼합된 유/무기 혼합재료를 상기 외측 그리드와 내측 그리드가 적재된 금형에 주입한 후 가열 가압 및 경화하여 패널을 성형하되, 가열 가압은 1단계 100~150℃, 2단계 180~200℃, 3단계 220~250℃의 온도범위에서 순차적으로 이루어지도록 한 성형공정; 상기 성형공정에서 성형된 패널을 금형에서 분리하여 건조시키는 건조공정;을 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널은 경량성, 기계적 물성 및 불연성이 우수하며 고내수성이면서도, 굽힘강도와 압축강도가 향상되어 쉽게 깨지지 않으며, 미세균열과 거대균열에 대해서도 높은 억제력을 갖는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 뛰어난 내수성과 고강도 및 유연성이 극대화된 구성에 의해 선박 및 해양구조물의 거주시설의 내장재 및 바닥재로 활용 가능하고, 높은 비율의 무기소재로 이루어져 화재의 위험성이 높은 시설물의 내장재로 사용되는데 적합하며, 저밀도의 소재로 이루어져 전체 비중이 0.7 이하로 낮으며, 중공형의 소재와 섬유소재로 인하여 소음 차단의 효과까지 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널의 사진
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널을 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 참조도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널을 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 참조도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널에서 제1내측 그리드의 구성을 보여주는 부분 평면도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널에서 제2내측 그리드의 구성을 보여주는 부분 평면도
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널에서 제1내측 그리드와 제2내측 그리드의 적층된 상태의 구조를 설명하기 위한 부분 단면도
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널의 제조방법을 설명하기 위한 공정순서도
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널의 사진이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널을 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 참조도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널은, 경량성, 기계적 물성 및 불연성이 우수하고 고내수성이면서도 굽힘강도와 압축강도를 향상시킬 수 있고 미세균열 및 거대균열에 대해서도 견딜 수 있도록 최적화된 소재들로 이루어진 유/무기 바인더 및 유/무기 재료를 혼합하여 유/무기 혼합재료(150)를 마련하고, 상기 유/무기 혼합재료(150) 가열 가압하여 패널을 성형한다. 그에 더해 패널 성형시 유/무기 혼합재료(150)의 침투 및 고착이 가능한 다공성의 메시 형태로 형성된 한 쌍의 외측 그리드(120)와 내측 그리드(MA)를 포함시켜 골격 구조를 형성케 함으로써 쉽게 깨지지 않고 균열이 일어나지 않도록 한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널은, 액상 규산염 35~45중량부, 나노실리카 10~15 중량부, Li계 첨가제 0.2~20중량부, 실란화합물 0.2~2.0중량부에 더해 액상 실리콘 0.2~3.0중량부, 공업용수 0.2~3.0중량부, 유기계 공중합체로서 아크릴 에멀젼 30~54.2중량부로 이루어진 유/무기 바인더 100중량부와, 무기필러 50~60중량부, 강도 보강제 13~20중량부, 중공형 경량 첨가제 10~20중량부, 유기계 섬유 2~10중량부, 무기계 섬유 15~20중량부로 이루어진 유/무기 재료 100중량부가 혼합되어 이루어진 유/무기 혼합재료(150)와, 골격 구조를 이루는 외측 그리드와 내측 그리드(MA)의 조합으로 이루어진다.
여기서, 상기 중공형 경량 첨가제는 미세 중공형 유리구로 구비된다. 상기 유기계 섬유는 길이 3~6mm, 직경 23~36㎛의 원사로 이루어진 나일론계 단섬유와 길이 9mm~25mm, 직경 50~70㎛ 식물 인피섬유를 4 대 1의 비율로 혼합하여 이루어진 것이다. 상기 무기계 섬유는 길이 9mm, 직경 1~2mm의 유리 단섬유와 길이 25mm, 직경 1~2mm의 유리 단섬유를 5 대 5로 혼합하여 이루어진 것이다. 상기 유기계 섬유는 길이가 3mm미만에서 열에 대한 접촉 면적이 넓어져 같은 성형조건에서 쉽게 탄화되어 패널의 폭발을 촉진시키는 문제가 있고, 길이가 6mm가 넘어가게 되면 서로 뭉쳐지면서 배합과정에서 분산성이 나빠져 배합을 불가능하게 하거나 소재의 강도를 저하시키기 때문에 6mm 이하의 길이의 것으로 준비하는 것이 바람직하다.
이같은 구성에서, 상기 액상 실리콘은 재료의 소수성을 향상시켜 열가열시 저온에서 소재 내부의 수분을 빠르게 증발시키고, 발수효과로 내수성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 아크릴 에멀젼은 무기재료간의 접착력을 향상시켜 강도를 증가시키는 역할을 한다.
단섬유로 이루어진 상기 유기계 섬유와 무기계 섬유는 미세균열과 거대균열 모두를 효과적으로 제어하면서 균열을 억제하는 역할을 한다.
상기 외측 그리드(120)와 내측 그리드(MA)는 패널 내부에 골격구조를 형성함으로써 강도 향상과 균열 방지 기능을 보다 향상시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 외측 그리드(120)는 도 2에서 볼 수 있는 것처럼 유/무기 혼합재료(150)의 침투 및 고착이 가능한 다공성의 메시 형태로 형성되며 차후에 성형되는 패널의 일측면측과 타측면측에 각각 내설된다. 상기 외측 그리드(120)는 유리섬유, 탄소섬유, 현무암 섬유 중 어느 한 종 이상의 무기섬유를 소재로 하여 직조된다. 이들 종류의 무기섬유는 화재에 강한 불연성 혹은 내화성 소재들이면서 상기 외측 그리드(120)를 형성하기 적당하다. 상기 외측 그리드(120)의 메시는 가로길이 10 내지 25mm, 세로길이 10 내지 25mm의 정사각형 또는 직사각형으로 형성된다. 여기서 상기 내측 그리드(MA)는 도 2에 도시된 것처럼 상기 외측 그리드(120)와 동일한 것으로 구비될 수 있으며 패널의 두께에 따라 여러 개가 적층된 형태로 구비된다.
하지만, 상기 내측 그리드(MA)는 유/무기 혼합재료(150)에 대한 고착력을 극대화시키기 위하여 단순 격자형의 메시 형상 대신 보다 독창적인 형태로 형성될 수도 있다. 도 3 및 도 4에는 그와 같이 변형된 형상을 갖는 내측 그리드(MA)가 도시되어 있다. 변형된 형상의 내측 그리드(MA)는 도시된 것처럼 단순 격자형의 형태를 과감하게 탈피하여 사각의 횡단면을 가지며 상면과 하면이 중앙으로 갈수록 볼록하게 엠보싱 형태로 형성된 제1사각부재(131)가 제1사각형 홀(132)과 교번하여 연속 배치되어 메시 형태를 이루며, 상기 제1사각부재(131)의 상면과 하면에는 각각 상기 유/무기 혼합재료(150)가 인입되도록 가로방향 홈(131a)이 형성된 제1내측 그리드(130)와, 사각의 횡단면을 가지며 상면과 하면이 중앙으로 갈수록 볼록하게 엠보싱 형태로 형성된 제2사각부재(141)가 제2사각형 홀(142)과 교번하여 연속 배치되어 메시 형태를 이루며, 상기 제2사각부재(141)의 상면과 하면에는 각각 상기 유/무기 혼합재료(150)가 인입되도록 세로방향 홈(141a)이 형성된 제2내측 그리드(140)를 포함하며 도 5와 같이 이들 제1내측 그리드(130)와 제2내측 그리드(140)가 적층되어 이루어진다.
이같이 변형된 형태로 이루어진 내측 그리드(MA)의 구성에 따르면 도 5에 도시된 것처럼 유/무기 혼합재료(150)가 상기 제1내측 그리드(130)의 제1사각형 홀(132)과 상기 제2내측 그리드(140)의 제2사각형 홀(142)을 통해 상부와 하부에서 단절 없이 연결된다. 또한 제1내측 그리드(130)의 제1사각부재(131)와 제2내측 그리드(140)의 제2사각부재(141)가 볼록한 엠보싱 형태로 형성되었기 때문에 유/무기 혼합재료(150)의 양이 많지 않더라도 그 사이로 충분한 양의 유/무기 혼합재료(150)가 유입되며, 가로방향 홈(131a)과 세로방향 홈(141a)에 의해 유/무기 혼합재료(150)가 인입되어 제1내측 그리드(130)와 제2내측 그리드(140)에 대하여 매우 견고하게 고착되어 일체화된다. 상기 제1내측 그리드(130)와 제2내측 그리드(140)는 경화된 유/무기 혼합재료(150)보다 높은 신장률을 갖도록 폴리염화비닐 60 내지 70중량부, 폴리에스터 30 내지 40중량부를 포함하여 이루어진다. 이처럼 내측 그리드(MA)가 유/무기 혼합재료(150)의 침투가 가능한 다공성의 메시 형태이면서 유/무기 혼합재료(150)보다 높은 신장률을 갖는 수축, 팽창성 소재로 이루어진 제1내측 그리드(130)와 제2내측 그리드(140)로 이루어지면 마치 콘크리트 구조물의 철근과 같은 작용을 하면서 유/무기 혼합재료(150)에 의해 형성되는 패널의 인장강도를 대폭 상승시켜주고 서로 간에 안정적인 일체화를 이루도록 도와주며, 전체 비중을 낮추는데 도움이 된다. 참고로 상기 제1내측 그리드(130)와 제2내측 그리드(140)의 경우 신축성을 갖는 소재로 마련된 관계로 불연성 소재가 아니지만 이미 그 외표면을 불연성인 유/무기 혼합재료(150)가 충분한 양으로 덮고 있으므로 전체적인 내화성능에는 커다란 영향을 미치지 않는다.
계속해서 아래에서는 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널의 제조방법은, 도 6에 도시된 것처럼 배합공정(S10), 그리드 적재공정(S20), 성형공정(S30), 건조공정(S40)을 포함하여 이루어지며, 아래에서는 각 공정별로 설명한다.
상기 배합공정(S10)에서는, 액상 규산염 35~45중량부, 나노실리카 10~15 중량부, Li계 첨가제 0.2~20중량부, 실란화합물 0.2~2.0중량부에 더해 액상 실리콘 0.2~3.0중량부, 공업용수 0.2~3.0중량부, 유기계 공중합체 30~54.2중량부로 이루어진 유/무기 바인더와, 무기필러 50~60중량부, 강도 보강제 13~20중량부, 중공형 경량 첨가제 10~20중량부, 유기계 섬유 2~10중량부, 무기계 섬유 15~20중량부로 이루어진 유/무기 재료를 혼합하고 균질화하여 유/무기 혼합재료(150)를 마련한다.
상기 그리드 적재공정(S20)에서는, 다공성의 메시 형태로 형성되고 유리섬유, 탄소섬유, 현무암 섬유 중 어느 한 종의 무기섬유를 소재로 하여 직조된 한 쌍의 외측 그리드(120)와, 상기 외측 그리드(120) 사이에 배치되는 내측 그리드(MA)를 금형(110a,110b) 내부에 인입하여 적재한다.
상기 성형공정(S30)에서는, 상기 배합공정을 통해 혼합된 유/무기 혼합재료(150)를 상기 외측 그리드(120)와 내측 그리드(MA)가 적재된 금형(110a,110b)에 주입한 후 가열 가압 및 경화하여 패널을 성형하되, 가열 가압은 1단계 100~150℃, 2단계 180~200℃, 3단계 220~250℃의 온도범위에서 순차적으로 이루어지도록 한다. 이처럼 단계별로 온도를 높이면서 가열 가압하여 성형하면 내부 조직이 훨씬 치밀하게 형성되면서 높은 강도를 갖게 되며 내부 균열에 대한 억제력을 갖게 된다.
상기 건조공정(S40)에서는, 상기 성형공정에서 성형된 패널을 금형(110a,110b)에서 분리하여 건조시킨다.
위와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널의 경우 외부 연구소(한국화학융합시험연구원)에 성능평가를 의뢰한 결과 다음 표 1과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 이같은 결과 중 특히 밀도가 670kg/m3, 굽힘강도가 6.0~10.0N/mm2, 압축강도가 6.0~11.0N/mm2로 향상된 점은 대단히 고무적인 결과인데, 이는 본 발명의 실시예에 의한 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널이 쉽게 깨지지 않고 균열에 대한 높은 억제력이 있음을 보여주기 근거가 된다.
평가항목 단위 성능 평가방법
밀도 kg/m3 670 KS L 3114:2013
굽힘강도 N/mm2 8.12 KS L 3314:2012
압축강도 N/mm2 10.0 KS L 5105:2007
방화등급 급 B-15 IMO Res. MSC. 307(88)
:2010 / Annex 1/ part 3
방음성능 dB 29 KS F 2808:2011
ISO 10140-2:2010
ASTM E 413:2010
불연성 - 온도상승 7.4,
질량감소율 7.8 		KS F ISO 1182:2004
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
110a, 110b : 금형 120 : 외측 그리드
MA : 내측 그리드 130 : 제1내측 그리드
140 : 제2내측 그리드 150 : 유/무기 혼합재료

Claims (7)

  1. 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널로서,
    액상 규산염 35~45중량부, 나노실리카 10~15 중량부, Li계 첨가제 0.2~20중량부, 실란화합물 0.2~2.0중량부에 더해 액상 실리콘 0.2~3.0중량부, 공업용수 0.2~3.0중량부, 유기계 공중합체 30~54.2중량부로 이루어진 유/무기 바인더 100중량부와;
    무기필러 50~60중량부, 강도 보강제 13~20중량부, 중공형 경량 첨가제 10~20중량부, 유기계 섬유 2~10중량부, 무기계 섬유 15~20중량부로 이루어진 유/무기 재료 100중량부와;
    다공성의 메시 형태로 형성되고 상기 유/무기 바인더와 유/무기 재료를 혼합한 유/무기 혼합재료를 가열 및 가압하여 패널을 성형할 때 상기 패널 면적에 대응하는 면적으로 내설되어 상기 유/무기 혼합재료를 지지하는 골격 구조를 형성하는 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그리드는, 상기 패널의 일측면측과 타측면측에 각각 내설되고 유리섬유, 탄소섬유, 현무암 섬유 중 어느 한 종의 무기섬유를 소재로 하여 직조된 한 쌍의 외측 그리드와, 상기 한 쌍의 외측 그리드의 사이에 배치되어 상기 패널 내부 중심부에 위치하는 내측 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외측 그리드의 메시는 가로길이 10 내지 25mm, 세로길이 10 내지 25mm의 정사각형 또는 직사각형으로 형성되며,
    상기 내측 그리드는 상기 외측 그리드와 동일한 것으로 구비된 것을 특징으로 하는 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널.
  4. 제2항에 있어서, 상기 내측 그리드는,
    사각의 횡단면을 가지며 상면과 하면이 중앙으로 갈수록 볼록하게 엠보싱 형태로 형성된 제1사각부재가 제1사각형 홀과 교번하여 연속 배치되어 메시 형태를 이루며, 상기 제1사각부재의 상면과 하면에는 각각 상기 유/무기 혼합재료가 인입되도록 가로방향 홈이 형성된 제1내측 그리드와,
    사각의 횡단면을 가지며 상면과 하면이 중앙으로 갈수록 볼록하게 엠보싱 형태로 형성된 제2사각부재가 제2사각형 홀과 교번하여 연속 배치되어 메시 형태를 이루며, 상기 제2사각부재의 상면과 하면에는 각각 상기 유/무기 혼합재료가 인입되도록 세로방향 홈이 형성된 제2내측 그리드를 포함하며,
    상기 유/무기 혼합재료를 가열 및 가압하여 패널을 성형할 때 상기 제1내측 그리드와 제2내측 그리드는 교대로 적층된 형태 상기 한 쌍의 외측 그리드 사이에 내설되는 것을 특징으로 하는 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 중공형 경량 첨가제는 미세 중공형 유리구이고, 유기계 섬유는 길이 3~6mm, 직경 23~36㎛의 원사로 이루어진 나일론계 단섬유와 길이 9mm~25mm, 직경 50~70㎛ 식물 인피섬유를 4 대 1의 비율로 혼합한 것이며, 상기 무기계 섬유는 길이 9mm, 직경 1~2mm의 유리 단섬유와 길이 25mm, 직경 1~2mm의 유리 단섬유를 5 대 5로 혼합하여 구비된 것을 특징으로 하는 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하드코어 패널은 KS L 3314에 따른 굽힘강도가 6.0~10.0N/mm2, KS L 5105에 따른 압축강도 6.0~11.0N/mm2 인 것을 특징으로 하는 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널.
  7. 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널의 제조방법으로서,
    액상 규산염 35~45중량부, 나노실리카 10~15 중량부, Li계 첨가제 0.2~20중량부, 실란화합물 0.2~2.0중량부에 더해 액상 실리콘 0.2~3.0중량부, 공업용수 0.2~3.0중량부, 유기계 공중합체 30~54.2중량부로 이루어진 유/무기 바인더와, 무기필러 50~60중량부, 강도 보강제 13~20중량부, 중공형 경량 첨가제 10~20중량부, 유기계 섬유 2~10중량부, 무기계 섬유 15~20중량부로 이루어진 유/무기 재료를 혼합하고 균질화하여 유/무기 혼합재료를 마련하는 배합공정;
    다공성의 메시 형태로 형성되고 유리섬유, 탄소섬유, 현무암 섬유 중 어느 한 종의 무기섬유를 소재로 하여 직조된 한 쌍의 외측 그리드와, 상기 외측 그리드 사이에 배치되는 내측 그리드를 금형 내부에 인입하여 적재하는 그리드 적재공정;
    상기 배합공정을 통해 혼합된 유/무기 혼합재료를 상기 외측 그리드와 내측 그리드가 적재된 금형에 주입한 후 가열 가압 및 경화하여 패널을 성형하되, 가열 가압은 1단계 100~150℃, 2단계 180~200℃, 3단계 220~250℃의 온도범위에서 순차적으로 이루어지도록 한 성형공정;
    상기 성형공정에서 성형된 패널을 금형에서 분리하여 건조시키는 건조공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 내장용 고강도 섬유 복합 강화형 하드코어 패널의 제조방법.
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