KR101901163B1 - 샌드위치 판넬용 심재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건축물에 사용되는 샌드위치 판넬용 심재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 상, 하측으로 각각 글라스울 또는 미네랄울이 폼 형태로 이루어지는 단열재층이 구비되고, 상기 단열재층 사이로 흡음층과 골판지층이 각각 형성되는 샌드위치 판넬용 심재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

샌드위치 판넬용 심재 및 그 제조방법{Core for sandwich panel and method for manufacturing}
본 발명은 건축물에 사용되는 샌드위치 판넬용 심재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 상, 하측으로 각각 글라스울 또는 미네랄울이 폼 형태로 이루어지는 단열재층이 구비되고, 상기 단열재층 사이로 흡음층과 골판지층이 각각 형성되는 샌드위치 판넬용 심재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 샌드위치 판넬은 강판과 강판 사이에 심재를 넣어 접착 또는 발포시켜 만들어지는데, 이때 사용되는 심재는 단열성이 뛰어난 재질을 사용하며, 이는 비교적 가볍고 단열이 우수하기 때문에 건축물 판넬 등에 많이 사용되고 있다.
상기 샌드위치 판넬의 심재는 주로 폴리우레탄폼, 스치로폼 등이 많이 사용되고 있으며, 이러한 폴리우레탄폼, 스치로폼은 단열성이 우수한 제품이지만 유기질 재료의 연소 특성으로 인하여 화재 발생시 유해가스가 다량 발생하여 질식사 등의 우려가 높고, 가연성이 높아 대형 화재로 발전될 가능성이 높아 점차적으로 그 활용성이 떨어지고 있다.
또한 샌드위치 판넬의 흡음성을 향상시키기 위해 폴리우레탄폼, 스치로폼으로 이루어지는 심재의 압축강도를 조절하여 사용하여 왔다.
하지만 심재의 흡음성을 구비하기 위하여 압축강도를 조절하는 별도의 공정을 야기시키게 되고, 그리고 대형 화재의 발생을 줄이기 위해 가연성이 높은 폴리우레탄폼, 스치로폼에 난연제를 도포하여 사용하여 왔다.
따라서 이러한 공정이 늘어남에 따라 심재의 생산단가가 현저하게 높아져 가격경쟁력이 저하되는 단점이 있어왔다.
이러한 단점을 보완하기 위해 본 출원인은 특허출원 제10-2016-0042051호를 개발하여 제안한 바 있으며, 본 발명 또한 본 출원인의 특허출원에 대한 개량을 제시한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 상, 하측으로 각각 글라스울 또는 미네랄울이 폼 형태로 이루어지는 단열재층이 구비되고, 상기 단열재층 사이로 다수의 벌집 형태의 구조를 가진 흡음층과 골판지층이 각각 구비되어 단열기능뿐만 아니라 흡음층과 골판지층의 진동에 의해 흡음층과 골판지층에 통과된 음파를 흡음시켜 흡음효율이 향상되는 샌드위치 판넬용 심재 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 흡음층과 골판지층에 함침되는 바인더로 하여금 난연기능이 강화되면서 강도가 향상되는 샌드위치 판넬용 심재 및 그 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 강판과 강판 사이에 구비되는 샌드위치 판넬용 심재에 있어서, 상, 하측으로 각각 글라스울 또는 미네랄울인 단열재층; 상기 단열재층 사이로 벌집 형태가 다수로 배열되고, 재질은 종이인 흡음층; 상기 단열재층과 흡음층 사이에 파형으로 연장되는 심지와, 상기 심지의 양측에 구비되는 판지로 이루어져 심지와 판지로 인해 공기부가 형성되며, 재질은 종이인 골판지층;이 포함되고, 상기 흡음층과 골판지층은 적어도 하나 이상 구비됨을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 심재를 제공한다.
또한 강판과 강판 사이에 구비되는 샌드위치 판넬용 심재의 제조방법에 있어서, 글라스울 또는 미네랄울이 폼 형태로 가공되어 이루어지는 단열재층과, 벌집 형태가 다수로 배열되고, 재질은 종이인 흡음층과, 파형으로 연장되는 심지 및 상기 심지의 양측에 구비되는 판지로 이루어져 심지와 판지로 인해 공기부가 형성되며, 재질은 종이인 골판지층을 준비하는 준비단계; 상기 준비된 단열재층과 흡음층과 골판지층의 외면에 물 40 ~ 45중량%와, 질석, 세라믹, 펄라이트, 황토, 점토로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상 혼용되어 이루어진 분말가루 40 ~ 45중량%와, 아크릴 수지 5 ~ 10중량%와, 실란커플링제 5 ~ 10중량%로 이루어지는 코팅제를 도포한 후 40 ~ 50℃로 유지되는 드라이 오븐기를 통해 2 ~ 3시간 동안 건조시키는 코팅단계; 상기 코팅단계가 완료된 흡음층과 골판지층에 물 20 ~ 50중량%, 규산소다 20 ~ 50중량%, 질산 2 ~ 5중량%, 산화크롬 5 ~ 10중량%, 수산화마그네슘 5 ~ 10중량%, 점증제 2 ~ 5중량%로 혼합시키고, 상기 혼합물 100중량부를 기준으로 황토, 토르마린, 옥, 숯으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상 혼용되어 이루어진 원재료가 20 ~ 30㎚로 분쇄가공되는 친환경물질 3 ~ 5중량부와, 황산바륨 3 ~ 5중량부가 혼합되어 이루어지는 바인더를 함침하는 함침단계; 상기 단열재층은 상, 하측에 각각 배열되도록 하고, 흡음층은 단열재층 사이에 배치되도록 하며, 단열재층과 흡음층 사이에 골판지층을 위치시켜, 단열재층과 흡음층과 골판지층에 함침된 바인더를 통해 단열재층-골판지층-흡음층-골판지층-단열재층 순으로 배열되도록 접착 후 건조하는 건조단계;가 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 심재의 제조방법을 제공한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 글라스울 또는 미네랄울이 폼 형태로 이루어지는 단열재층과 더불어 다수의 벌집 형태 구조를 가진 흡음층과 공기부가 형성되는 골판지층으로 하여금 단열기능뿐만 아니라 흡음층과 골판지층의 진동에 의해 음파를 흡음시켜 흡음효율이 향상되고, 구조적인 강도 및 중량이 가벼워 시공과 운반성이 우수한 샌드위치 판넬용 심재를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한 흡음층과 골판지층에 함침되는 바인더로 인해 난연기능이 강화되면서 접착강도가 향상되어 단열재층과의 접착력이 우수하여 작업이 편리하고, 바인더로 하여금 종이 재질인 흡음층과 골판지층의 강도가 향상되어 재료비는 저렴하면서도 심재의 기능은 발휘할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 샌드위치 판넬용 심재의 바람직한 형태를 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 샌드위치 판넬용 심재의 바람직한 형태를 나타내는 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 흡음층에 통공이 형성되는 바람직한 형태를 나타내는 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 샌드위치 판넬용 심재의 제조방법을 나타내는 순서도.
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 샌드위치 판넬용 심재의 바람직한 형태를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 샌드위치 판넬용 심재의 바람직한 형태를 나타내는 분해사시도로서, 여기서 본 발명에 따른 샌드위치 판넬용 심재는 샌드위치 판넬을 이루는 강판과 강판 사이에 구성되어 단열성 및 흡음성을 구비하도록 구성된다.
이를 위해 본 발명은 도 1, 2에 도시된 바와 같이 상, 하측으로 각각 글라스울 또는 미네랄울이 폼 형태로 가공되는 단열재층(10)이 구비된다.
상기 단열재층(10)을 이루는 글라스울, 미네랄울은 모두 무기섬유로서 유기섬유에 비하여 내열성이 크고 흡음기능과 더불어 난연기능이 우수한 것이 특징이다.
따라서 건축물의 벽면 또는 지붕을 이루는 샌드위치 판넬의 심재에 유입된 음파는 단열재층(10)에 의해 감쇄됨으로서 건축물 내부 소음을 흡음하게 되는 것이다.
또한 내열성이 좋은 무기섬유인 단열재층(10)이 심재 내부에 구비됨으로서 고열에 의해 샌드위치 판넬에 다소간의 수축작용이 발생되어도 단열재층(10)의 변형이 방지되어 샌드위치 판넬에 대한 공극발생이 최소화되면서도 화재시 화재 전파가 억제되는 튼튼한 건축물 구조를 구현할 수 있게 된다.
그리고 상기 단열재층(10) 사이로 벌집 형태가 다수로 배열되는 흡음층(20)이 구비된다.
또한 상기 단열재층(10)과 흡음층(20) 사이에 파형으로 연장되는 심지(31)와 상기 심지(31)의 양측에 구비되는 판지(33)로 이루어져 심지(31)와 판지(33)로 인해 공기부(32)가 형성되는 골판지층(30)으로 이루어진다.
즉, 단열재층(10)-골판지층(30)-흡음층(20)-골판지층(30)-단열재층(10)의 순서로 배치되는 샌드위치 판넬용 심재로 이루어져 건축물의 벽면 또는 지붕을 이루는 샌드위치 판넬의 심재에 유입된 음파가 흡음기능이 우수한 글라스울 또는 미네랄울로 이루어지는 단열재층(10)에 의해 감쇄된 후 흡음층(20)의 벌집 형태를 이루는 면에 마찰됨으로서 흡음층(20)의 진동을 야기시켜 흡음층(20)의 진동에 의해 흡음층(20)에 유입된 음파가 감쇄됨으로서 소음을 흡음하게 된다.
또한 흡음층(20)으로 흡음되지 못한 잔존하는 음파는 다시 골판지층(30)의 공기부(32)로 인해 다시 한번 흡음이 이루어지게 되어 흡음효율이 향상된 샌드위치 판넬을 제공할 수 있게 되는 것이다.
그리고 흡음층(20)과 골판지층(30)의 재질은 종이로 이루어지는 것이 바람직하며, 이는 금속으로 가공되었을 때와 비교하여 흡음층(20) 내부에 유입된 음파에 의한 진동폭이 극대화되어 흡음효율을 최적의 상태로 유지시켜 줄 수 있으면서도 단열층(10)과의 접착효율이 향상되고 샌드위치 판넬용 심재의 경량화를 도모하여 취급성 및 가공성이 향상되기 때문이다.
한편, 상기 단열재층(10)-골판지층(30)-흡음층(20)-골판지층(30)-단열재층(10)의 두께비율은 1 : 0.2 ~ 0.3 : 0.4 ~ 0.65 : 0.2 ~ 0.3 : 1로 이루어짐이 바람직하며, 상기 두께비율 범위에서 흡음층(20)과 골판지층(30)은 적어도 하나 이상으로 이루어짐이 바람직하다.
그리고 상기 두께비율로 단열재층(10)과 흡음층(20)과 골판지층(30)이 형성되었을 때 단열재층(10)의 단열효율과 흡음층(20) 및 골판지층(30)의 흡음효율이 극대화된다.
여기서 도 3에 도시된 바와 같이 상기 흡음층(20)를 이루는 각 면마다 통공(21)이 다수 형성된다.
더욱 자세히는 상기 통공(21)의 직경은 1 ~ 5㎜이면서 흡음층(20)을 이루는 각 벽면의 개구율이 10 ~ 20％ 정도로 유지되도록 통공(21)을 형성시켜 통공(21)을 통과하는 공기에 대해 점성이 발생되어 공기 진동의 열 에너지로의 변환이 촉진되어 흡음 성능이 더욱 향상되는 것이다.
한편, 단열재층(10)과 흡음층(20)과 골판지층(30)은 각각 흡음층(20)과 골판지층(30)에 함침되는 바인더에 의해 접착된다.
상기 바인더는 접착력 뿐만 아니라 난연기능 및 종이재질로 이루어지는 흡음층(20)과 골판지층(30)의 강도를 향상시켜 샌드위치 판넬의 심재로서의 기능을 수행할 수 있도록 하는 것이다.
이를 위해 바인더는 물 20 ~ 50중량%, 규산소다 20 ~ 50중량%, 질산 2 ~ 5중량%, 산화크롬 5 ~ 10중량%, 수산화마그네슘 5 ~ 10중량%, 점증제 2 ~ 5중량%로 이루어진다.
상기 바인더의 구성요소에 대해 살펴보면, 규산소다는 가격이 저렴하고 내열성이 우수하며 열이 가해지면 발포팽창하여 내부로의 열전달을 지연시키는 특성을 지니고 있지만 습기에 약하며 혼화성이 떨어지는 단점을 보완하기 위해 난연보조제로 질산을 사용하였으며 탈수에 의한 경화반응이 아닌 규산소다와 중화반응 및 이온교환반응에 의해 겔화됨으로서 난연성, 내열성 및 내습성을 향상시키는 것은 물론 규산소다와 질산을 사용함으로써 강도가 강하기 때문에 샌드위치 판넬의 심재로서의 기능을 발휘할 수 있게 되는 것이다.
산화크롬은 내열도와 내후성이 높아 흡음층(20)과 골판지층(30)의 내열를 증가시킴에 의해, 난연효율을 향상시키는 역활을 한다.
수산화마그네슘은 분말형 난연제로서, 탈수반응에 의한 흡열 작용에 의해 연소를 지연시키는 작용을 하여 규산소다와 더불어 바인더의 난연기능을 향상시키도록 한다.
점증제는 바인더의 점도를 조절하여 바인더가 흡음층(20)과 골판지층(30)에 함침될 때 흐름을 방지하여 함침 작업을 원활하게 하는 역할을 한다.
그리고 상기 바인더를 흡음층(20)과 골판지층(30)에 함침하는 것은 바인더를 분사노즐을 통해 분사하거나 바인더가 담긴 약제탱크에 흡음층(20)과 골판지층(30)을 침지시킬 수 있다. 또한 롤러를 이용하여 흡음층(20)과 골판지층(30)에 바인더를 함침할 수도 있다.
여기서 상기 바인더 100중량부를 기준으로 황토, 토르마린, 옥, 숯으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상 혼용되어 이루어진 원재료가 20 ~ 30㎚로 분쇄가공되는 친환경물질이 3 ~ 5중량부와, 황산바륨 3 ~ 5중량부가 혼합된다.
상기 친환경물질은 음이온이 발생되는 성분들로서 샌드위치 판넬용 심재로 사용될 때 인체에 유익한 음이온이 방출되어 항균, 항습 등의 효과를 도모할 수 있게 되는 것이다.
또한 황산바륨은 바인더를 이루는 구성요소들과 친환경물질을 혼합할 때에 침강이나 층분리 현상이 일어나지 않고 골고루 분산 시키기 위한 침강 방지 겸 분산제 역할을 하게 되는 것이다.
상기 단열재층(10)과 흡음층(20)과 골판지층(30)의 외면에는 물 40 ~ 45중량%와, 질석, 세라믹, 펄라이트, 황토, 점토로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상 혼용되어 이루어진 분말가루 40 ~ 45중량%와, 아크릴 수지 5 ~ 10중량%와, 실란커플링제 5 ~ 10중량%로 이루어지는 코팅제가 도포된다.
상기 코팅제의 분말가루는 인체에 무해한 난연제 기능을 수행한다.
또한 실란커플링제는 접착력 및 점성을 향상시켜 코팅제의 분말가루와 접착력을 좋게 하고 우수한 접착강도를 구비하여 코팅공정이 효율적으로 이루어져 생산성을 향상시키게 한다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 샌드위치 판넬용 심재의 제조방법을 나타내는 순서도로서, 여기서 본 발명에 따른 샌드위치 판넬용 심재의 제조방법은 도 4에 도시된 바와 같이 준비단계(S100), 코팅단계(S200), 함침단계(S300), 건조단계(S400)가 순차적으로 수행되어 이루어진다.
준비단계(S100)는 글라스울 또는 미네랄울이 폼 형태로 가공되어 이루어지는 단열재층(10)과, 벌집 형태가 다수로 배열되고, 재질은 종이인 흡음층(20)과, 파형으로 연장되는 심지(31) 및 상기 심지(31)의 양측에 구비되는 판지(33)로 이루어져 심지(31)와 판지(33)로 인해 공기부(32)가 형성되며, 재질은 종이인 골판지층(30)을 준비하는 단계이다.
*코팅단계(S200)는 상기 준비단계(S100)에서 준비된 단열재층(10)과 흡음층(20)과 골판지층(30)의 외면에 물 40 ~ 45중량%와, 질석, 세라믹, 펄라이트, 황토, 점토로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상 혼용되어 이루어진 분말가루 40 ~ 45중량%와, 아크릴 수지 5 ~ 10중량%와, 실란커플링제 5 ~ 10중량%로 이루어지는 코팅제를 도포한 후 40 ~ 50℃로 유지되는 드라이 오븐기를 통해 2 ~ 3시간 동안 건조시키는 단계이다.
함침단계(S300)는 상기 코팅단계(S200)가 완료된 흡음층(20)과 골판지층(30)에 물 20 ~ 50중량%, 규산소다 20 ~ 50중량%, 질산 2 ~ 5중량%, 산화크롬 5 ~ 10중량%, 수산화마그네슘 5 ~ 10중량%, 점증제 2 ~ 5중량%로 혼합시키고, 상기 혼합물 100중량부를 기준으로 황토, 토르마린, 옥, 숯으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상 혼용되어 이루어진 원재료가 20 ~ 30㎚로 분쇄가공되는 친환경물질 3 ~ 5중량부와, 황산바륨 3 ~ 5중량부가 혼합되어 이루어지는 바인더를 함침하는 단계이다.
건조단계(S400)는 상기 단열재층(10)은 상, 하측에 각각 배열되도록 하고, 흡음층(20)은 단열재층(10) 사이에 배치되도록 하며, 단열재층(10)과 흡음층(20) 사이에 골판지층(30)을 위치시켜, 단열재층(10)과 흡음층(20)과 골판지층(30)에 함침된 바인더를 통해 단열재층(10)-골판지층(30)-흡음층(20)-골판지층(30)-단열재층(10) 순으로 배열되도록 접착 후 건조하는 단계이다.
10 : 단열재층 20 : 흡음층
21 : 통공 30 : 골판지층
31 : 심지 32 : 공기층
33 : 판지
S100 : 준비단계 S200 : 코팅단계
S300 : 함침단계 S400 : 건조단계

Claims (9)

  1. 강판과 강판 사이에 구비되는 샌드위치 판넬용 심재에 있어서,
    상기 강판과 강판 사이의 상측 및 하측에 각각 배열되며, 각각 글라스울 또는 미네랄울인 단열재층(10);
    상기 단열재층(10) 사이에 벌집 형태가 다수로 배열되고, 재질은 종이인 흡음층(20);
    상기 단열재층(10)과 상기 흡음층(20) 사이에 개재되며, 파형으로 연장되는 심지(31)와, 상기 심지(31) 양측에 상기 단열재층(10)과 평행하도록 구비되는 판지(33)로 이루어져 상기 심지(31)와 상기 판지(33)로 인해 공기부(32)가 형성되며, 재질은 종이인 골판지층(30);이 포함되고,
    상기 흡음층(20)과 상기 골판지층(30)은 적어도 하나 이상 구비되며,
    상기 단열재층(10)과 상기 흡음층(20)과 상기 골판지층(30)의 외면에는 질석, 세라믹, 펄라이트, 황토, 점토로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상 혼용되어 이루어진 분말가루를 포함하는 코팅제가 도포되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 심재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅제는 물, 상기 분말가루, 아크릴 수지 및 실란커플링제를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 심재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열재층(10)과 상기 흡음층(20)과 상기 골판지층(30)이 접착되는 것은 바인더에 의해 이루어지고, 상기 바인더는 규산소다 및 수산화마그네슘을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 심재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 바인더는 물, 산화크롬, 질산 및 점증제를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 심재.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 바인더는 물 20 ~ 50중량%, 상기 규산소다 20 ~ 50중량%, 질산 2 ~ 5중량%, 산화크롬 5 ~ 10중량%, 상기 수산화마그네슘 5 ~ 10중량%, 점증제 2 ~ 5중량%로 이루어짐을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 심재.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 바인더는 황토, 토르마린, 옥, 숯으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상 혼용되어 이루어진 원재료가 분쇄가공되는 친환경물질과, 황산바륨이 더 혼합되어 구성됨을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 심재.
  7. 강판과 강판 사이에 구비되는 샌드위치 판넬용 심재에 있어서,
    상기 강판과 강판 사이의 상측 및 하측에 각각 배열되며, 각각 글라스울 또는 미네랄울인 단열재층(10);
    상기 단열재층(10) 사이에 벌집 형태가 다수로 배열되고, 재질은 종이인 흡음층(20);
    상기 단열재층(10)과 상기 흡음층(20) 사이에 개재되며, 파형으로 연장되는 심지(31)와, 상기 심지(31) 양측에 상기 단열재층(10)과 평행하도록 구비되는 판지(33)로 이루어져 상기 심지(31)와 상기 판지(33)로 인해 공기부(32)가 형성되며, 재질은 종이인 골판지층(30);이 포함되고,
    상기 흡음층(20)과 상기 골판지층(30)은 적어도 하나 이상 구비되며,
    상기 단열재층(10)과 상기 흡음층과 상기 골판지층이 접착되는 것은 바인더에 의해 이루어지고, 상기 바인더는 규산소다, 수산화마그네슘, 물, 산화크롬, 질산 및 점증제를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 심재.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 흡음층(20)을 이루는 각 면마다 통공(21)이 다수 형성됨을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 심재.
  9. 삭제
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