KR102322353B1 - Inorganic fiber composition using recycled material, inorganic fiber formed of the same, inorganic thermal insulator including the inorganic fiber and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 SiO2 35.0~45.0 중량%, Al2O3 10.0~20.0 중량%, Fe2O3 0.1~10.0 중량%, CaO 20.0~40.0 중량%, MgO 4.0~8.0 중량% 및 MnO 8.0~15.0 중량%를 포함하는 무기 섬유 조성물, 이를 이용하여 제조된 무기 섬유, 이를 포함하는 무기 섬유 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무기 섬유 단열재는 미네랄울의 장점인 우수한 내화성능과 그라스울의 장점인 단열성능을 모두 발휘할 수 있으며, 외부 충격으로부터 단열재의 파손을 방지하도록 향상된 강도를 가지며, 고성능 외부 세라믹 단열재로 유용하게 이용될 수 있다.An embodiment of the present invention is SiO 2 35.0-45.0 wt%, Al 2 O 3 10.0-20.0 wt%, Fe 2 O 3 0.1-10.0 wt%, CaO 20.0-40.0 wt%, MgO 4.0-8.0 wt% and MnO It relates to an inorganic fiber composition comprising 8.0 to 15.0 wt%, an inorganic fiber prepared using the same, an inorganic fiber insulating material comprising the same, and a method for manufacturing the same. The inorganic fiber insulation material according to the present invention can exhibit both the excellent fire resistance performance that is the advantage of mineral wool and the thermal insulation performance that is the advantage of glass wool, has improved strength to prevent damage to the insulation from external impact, and is useful as a high-performance external ceramic insulation material. can be used
Description
본 발명은 재생 원료를 활용한 무기 섬유 조성물, 이를 이용하여 제조된 무기 섬유, 이를 포함하는 무기 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 재생 원료인 슬래그 등을 활용하여 기존 무기 단열재인 미네랄울 섬유 단열재와 그라스울 섬유 단열재의 장점을 결합함으로써, 높은 내화성능과 낮은 열전도율을 보유하는 무기 단열재 제조에 유용하게 이용될 수 있는 무기 섬유 조성물, 이를 이용하여 제조된 무기 섬유, 이를 포함하는 무기 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inorganic fiber composition using a recycled raw material, an inorganic fiber manufactured using the same, an inorganic insulating material including the same, and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a mineral that is an existing inorganic insulating material using slag, which is a recycled raw material. By combining the advantages of wool fiber insulating material and glass wool fiber insulating material, an inorganic fiber composition that can be usefully used for manufacturing an inorganic insulating material having high fire resistance and low thermal conductivity, an inorganic fiber manufactured using the same, an inorganic insulating material comprising the same, and It relates to a manufacturing method thereof.
단열재는 원료의 종류, 형태 및 사용용도에 따라 구분될 수 있으며, 재질에 따라 무기질 단열재와 유기질 단열재로 분류되는 것이 일반적이다. 이 중, 무기 섬유 단열재는 유리, 자연석, 슬래그와 같은 산업 부산물을 포함하는 광물질 등으로 제조된 섬유 형태로 이루어진 인조광물 섬유 단열재를 총칭하는 것으로, 당해 기술분야에서 무기 단열재로 약칭되기도 한다. 무기 섬유 단열재는 사용되는 원료에 따라 락울(rock wool), 슬래그울(slag wool), 그라스울(glass wool) 등으로 구분될 수 있다.Insulation materials can be classified according to the type, shape, and purpose of use of raw materials, and are generally classified into inorganic and organic heat insulating materials according to the material. Among them, inorganic fiber insulation is a generic term for artificial mineral fiber insulation in the form of fibers made of mineral materials including industrial by-products such as glass, natural stone, and slag, and is also abbreviated as inorganic insulation in the art. Inorganic fiber insulation may be classified into rock wool, slag wool, glass wool, etc. depending on the raw material used.
락울과 슬래그울은 광석 원료로 만들어지는 것으로 국내에서 미네랄울로도 나타내어지며, 현무암, 안산암 등의 염기성 화성암이 원료인 경우 락울로 나타내며, 선철 제조시 발생되는 슬래그가 원료인 경우 슬래그울로 나타내어진다. 이와 같은 미네랄울은 원료인 슬래그 또는 광석에 고온의 열을 가하여 용융시킨 후 고속 회전의 원심력을 이용하여 방사함으로써 섬유상으로 형성함으로써 제조될 수 있다. 미네랄울은 내화성이 우수하고, 열전도율이 낮으며, 흡음율이 높은 장점을 갖는다. 이와 같이 섬유상으로 형성된 슬래그울은 펠트, 보드, 보온통, 보온대, 블랭킷 등 다양한 형태로 가공되어 특히 산업 및 선박에 있어서 내화성능이 요구되는 고온 적용 부위에 적용되고 있다.Rock wool and slag wool are made from ore raw materials and are also referred to as mineral wool in Korea. When basic igneous rocks such as basalt and andesite are raw materials, they are represented as rock wool. . Such mineral wool can be produced by applying high-temperature heat to raw material slag or ore, melting it, and then spinning it using centrifugal force of high-speed rotation to form it into a fibrous form. Mineral wool has excellent fire resistance, low thermal conductivity, and high sound absorption. The fibrous slag wool is processed into various shapes such as felt, board, thermos, thermos, blanket, and the like, and is applied to high-temperature applications requiring fire-resistance, particularly in industries and ships.
그라스울은 유리를 고온에 용융시킨 후 섬유상으로 형성한 것으로, 규사, 석회석, 장석, 소다회 등 유리계 광물질이 주원료이다. 유리 섬유 사이에 밀봉된 공기층이 단열층을 이루어 단열성, 불연성, 흡음성, 시공성, 운반성 등이 우수한 장점을 갖는다. 그라스울도 미네랄울과 같이 펠트, 보드 등 다양한 형태로 가공되어, 건축용 내장재 및 샌드위치 패널 심재로 내화성능보다는 단열성능이 요구되는 분야에 많이 적용되고 있다.Glass wool is formed into fibers after melting glass at a high temperature, and glass-based minerals such as silica sand, limestone, feldspar, and soda ash are the main raw materials. The air layer sealed between the glass fibers forms a heat insulating layer, so it has excellent heat insulating properties, non-combustibility, sound absorption properties, workability, and transportability. Like mineral wool, glass wool is processed into various forms such as felt and board, and is widely applied to fields that require insulation performance rather than fire resistance performance as a core material for building interior materials and sandwich panels.
이와 같이, 미네랄울과 그라스울은 세부적인 작용효과 측면에서 차이를 가질 수 있으며, 구체적으로 미네랄울은 산업용의 보온 및 단열에 적용되는 경우 높은 내화성능을 발휘하는 장점이 있으며, 그라스울은 건축용의 보온 및 단열재로 적용되는 경우 높은 단열성능을 발휘하는 장점을 갖는다.As such, mineral wool and glass wool may have differences in terms of detailed action effects. Specifically, mineral wool has the advantage of exhibiting high fire resistance performance when applied to industrial thermal insulation and thermal insulation, and glass wool is used for thermal insulation and thermal insulation for construction. When applied as an insulator, it has the advantage of exhibiting high thermal insulation performance.
또한, 미네랄울과 그라스울은 제조방법, 특히 용융 방식에 있어서도 차이를 가질 수 있다. 구체적으로, 그라스울은 유리질 원료를 용해하여 약 1500~1700℃ 온도에서 전기로를 사용하여 고온 용융시키는 방식에 의해 제조되며, 미네랄울은 큐폴라 로(cupolar furnace)를 이용하여 고온 용융시키는 방식에 의해 제조된다.In addition, mineral wool and glass wool may have differences in the manufacturing method, in particular, the melting method. Specifically, glass wool is manufactured by melting glassy raw materials and melting them at a high temperature using an electric furnace at a temperature of about 1500 to 1700 ° C. Mineral wool is manufactured by melting at a high temperature using a cupola furnace. .
그라스울 제조에 이용되는 전기 저항 방식의 용융은 미네랄울 제조에 이용되는 큐폴라 로 방식의 용융에 비해 높은 수준의 조성 평형을 이루어낼 수 있으나, 제품을 생산하는 한 유휴시간에도 로의 온도를 고온으로 유지시켜야만 한다. 반면, 큐폴라 로를 이용한 용융은 제품 생산 경우를 제외한 유휴시간대에는 로의 온도를 고온으로 유지할 필요가 없다. 따라서, 전기저항 방식의 용융은 큐폴라 로를 이용하는 용융에 비하여 온도 유지에 따른 높은 비용이 발생하는 문제가 있다. 또한, 전기로를 구성하는 전극봉을 주기적으로 교체하여야 하고, 내화물이 침식에 의해 손상이 발생되므로, 관리가 어렵고 관리비용이 지속적으로 발생하는 단점이 있다. 이에, 효율적으로 용융로를 운영하기에는 큐폴라 로가 보다 편리하고 경제적일 수 있다.The electrical resistance melting used in the production of glass wool can achieve a higher level of compositional equilibrium compared to the melting of the cupola furnace used in the production of mineral wool. do. On the other hand, melting using a cupola furnace does not require maintaining the furnace temperature at a high temperature during idle time except for product production. Therefore, the electric resistance type melting has a problem in that the high cost due to temperature maintenance occurs compared to melting using a cupola furnace. In addition, since the electrodes constituting the electric furnace must be replaced periodically and the refractory material is damaged by erosion, there is a disadvantage in that it is difficult to manage and the management cost is continuously generated. Accordingly, the cupola furnace may be more convenient and economical to efficiently operate the melting furnace.
특허문헌 1에는 총 100 중량%에 대해, SiO2 33 내지 45 중량%, Al2O3 16 내지 24 중량%, FeO 0.2 내지 1.5 중량%, Fe2O3 0.1 내지 1.0 중량%, CaO 25 내지 35 중량%, MgO 2 내지 7 중량%, 알칼리금속 산화물 1 내지 4 중량%를 포함하는 기본 조성물 및 상기 기본 조성물 100중량%에 대해 0.5 내지 5 중량%인 환원제를 포함하는 염용해성 미네랄울 섬유 제조용 조성물이 개시되어 있다.In Patent Document 1, with respect to a total of 100% by weight, SiO 2 33 to 45% by weight, Al 2 O 3 16 to 24% by weight, FeO 0.2 to 1.5% by weight, Fe 2 O 3 0.1 to 1.0% by weight, CaO 25 to 35 A composition for producing salt-soluble mineral wool fibers comprising a base composition comprising 2 to 7 wt% of MgO, 1 to 4 wt% of an alkali metal oxide and a reducing agent in an amount of 0.5 to 5 wt% based on 100 wt% of the base composition has been disclosed.
그러나, 이 조성물은 내열성, 내수성, 열전도율과 같은 단열재로서의 물성 측면에서 충분히 만족할만한 정도에 이르지 못하였으며, 여전히 개선이 요구되고 있다. 미네랄울을 고온 조건에서 거치하면 섬유의 수축 현상이 발생하여 미네랄울의 초기 형상 유지가 어려울 수 있다. 또한, 이 조성물을 용융할 때, 용융물 내에서 기포가 발생하여 균일한 용융물 형성이 어려워지고, 이에 따라 최종 생성된 섬유의 물리 화학적 물성이 저하될 수 있다. 아울러, 특허문헌 1에 개시된 미네랄울 섬유 조성물은 원료를 고온의 전기로를 사용하여 고온 용융시키는 방식에 의해 제조되므로, 전술한 전기 저항 방식 용융의 단점을 갖고 있다.However, this composition has not reached a sufficiently satisfactory level in terms of physical properties as an insulator, such as heat resistance, water resistance, and thermal conductivity, and still needs improvement. If mineral wool is placed under high temperature conditions, fiber shrinkage may occur, making it difficult to maintain the initial shape of mineral wool. In addition, when the composition is melted, bubbles are generated in the melt, making it difficult to form a uniform melt, and thus the physicochemical properties of the finally produced fiber may be reduced. In addition, since the mineral wool fiber composition disclosed in Patent Document 1 is manufactured by a method of melting a raw material at a high temperature using an electric furnace at a high temperature, it has the above-described disadvantages of the electric resistance method melting.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미네랄울의 장점인 우수한 내화성능과 그라스울의 장점인 단열성능을 모두 발휘할 수 있으며, 외부 물리력에 대해 내구성을 가지며, 고성능 무기 단열재 제조에 유용하게 이용될 수 있는 무기 섬유 조성물, 이를 이용하여 제조된 무기 섬유, 이를 포함하는 무기 단열재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is an inorganic fiber that can exhibit both the excellent fire resistance performance that is the advantage of mineral wool and the thermal insulation performance that is the advantage of glass wool, has durability against external physical forces, and can be usefully used in the manufacture of high-performance inorganic insulation materials To provide a composition, an inorganic fiber manufactured using the same, an inorganic insulating material comprising the same, and a method for manufacturing the same.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 SiO2 35.0~45.0 중량%, Al2O3 10.0~20.0 중량%, Fe2O3 0.1~10.0 중량%, CaO 20.0~40.0 중량%, MgO 4.0~8.0 중량% 및 MnO 8.0~15.0 중량%를 포함하는 무기 섬유 조성물에 관한 것이다.An embodiment of the present invention for solving the above problems is SiO 2 35.0-45.0 wt%, Al 2 O 3 10.0-20.0 wt%, Fe 2 O 3 0.1-10.0 wt%, CaO 20.0-40.0 wt%, MgO 4.0 -8.0 wt% and MnO 8.0-15.0 wt% inorganic fiber composition.
상기 실시예에서, 상기 무기 섬유 조성물은 Na2O, K2O, 또는 그 조합을 0 중량% 초과 3.0 중량% 이하의 함량으로 더 포함할 수 있다. 상기 무기 섬유 조성물은 슬래그를 원료로 하여 제조된 것일 수 있다.In the above embodiment, the inorganic fiber composition may further include Na 2 O, K 2 O, or a combination thereof in an amount greater than 0% by weight and not more than 3.0% by weight. The inorganic fiber composition may be prepared using slag as a raw material.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예는 상기 실시예에 따른 무기 섬유 조성물을 이용하여 제조된 무기 섬유에 관한 것이다.Another embodiment of the present invention for solving the above problems relates to an inorganic fiber manufactured using the inorganic fiber composition according to the above embodiment.
상기 실시예에서, 상기 무기 섬유는 3~7 ㎛의 직경을 가질 수 있다.In the above embodiment, the inorganic fiber may have a diameter of 3 to 7 ㎛.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 실시예에 따른 무기 섬유 및 상기 무기 섬유 사이에 결합력을 부여하는 유기 바인더를 포함하는 무기 단열재에 관한 것이다.Another embodiment of the present invention for solving the above problems relates to an inorganic heat insulating material including the inorganic fiber according to the embodiment and an organic binder for imparting a bonding force between the inorganic fiber.
상기 무기 섬유는 무기 단열재의 강도를 향상시키도록 무기 단열재 내에 물결형으로 배열되어 있을 수 있다. 상기 무기 단열재는 건축물 외부 단열재일 수 있다. 상기 무기 단열재는 710℃ 이상의 열간수축온도 및 10 kPa 이상의 압축강도를 가질 수 있다.The inorganic fibers may be arranged in a corrugated form in the inorganic insulating material to improve the strength of the inorganic insulating material. The inorganic insulating material may be an external insulating material for a building. The inorganic insulating material may have a hot shrink temperature of 710° C. or higher and a compressive strength of 10 kPa or higher.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시예는 ⅰ) 큐폴라 로를 이용하여 원료인 슬래그를 용융시켜 상기 실시예에 따른 무기 섬유 조성물을 형성하는 단계; ⅱ) 용융된 조성물을 섬유화하여 무기 섬유를 형성하는 단계; 및 ⅲ) 형성된 무기 섬유에 유기 바인더를 혼합하고, 상기 무기 섬유를 물결형으로 배열시키는 단계를 포함하는 무기 단열재의 제조방법에 관한 것이다.Another embodiment of the present invention for solving the above problems includes the steps of: i) melting slag as a raw material using a cupola furnace to form an inorganic fiber composition according to the embodiment; ii) fiberizing the molten composition to form inorganic fibers; and iii) mixing an organic binder with the formed inorganic fibers, and arranging the inorganic fibers in a wavy shape.
상기 실시예에서, 상기 ⅱ) 단계에서, 섬유화는 스피너 휠의 원심력을 이용하는 스피닝 방식에 의해 이루어지며, 스피너 휠의 회전속도는, 무기 섬유의 직경이 3~7 ㎛로 형성될 수 있는 원심력을 나타내도록 선택될 수 있다.In the above embodiment, in step ii), fiberization is made by a spinning method using the centrifugal force of the spinner wheel, and the rotational speed of the spinner wheel represents a centrifugal force that can form the inorganic fiber with a diameter of 3 to 7 μm. may be selected to
본 발명에 따른 무기 단열재는 기존의 무기 단열재인 미네랄울과 그라스울이 갖는 각각의 장점인 우수한 내화성능과 우수한 단열성능을 결합하여 무기 단열재로서의 향상된 물성을 발휘할 수 있다.The inorganic insulation material according to the present invention can exhibit improved physical properties as an inorganic insulation material by combining excellent fire resistance performance and excellent insulation performance, which are respective advantages of mineral wool and glass wool, which are conventional inorganic insulation materials.
또한, 본 발명에 따른 무기 단열재는 향상된 압축강도 특성을 나타내므로, 외부 물리력에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the inorganic heat insulating material according to the present invention exhibits improved compressive strength characteristics, it is possible to improve durability against external physical forces.
또한, 본 발명에 따른 무기 단열재는 별도의 추가 공정없이 기존의 생산 방식을 적용하여 제조될 수 있으며, 원료로 산업부산물인 슬래그 등을 이용함으로써 공정 효율성 및 경제성을 더욱 높일 수 있다.In addition, the inorganic heat insulating material according to the present invention can be manufactured by applying the existing production method without a separate additional process, and by using slag, which is an industrial by-product, as a raw material, process efficiency and economic feasibility can be further increased.
또한, 본 발명에 따른 무기 섬유 조성물 제조시 큐폴라 로를 이용하여 원료를 용융시킬 수 있어, 지속적으로 고온 상태를 유지할 필요가 없고 효율적으로 용융로를 운영할 수 있다.In addition, since the raw material can be melted using a cupola furnace when manufacturing the inorganic fiber composition according to the present invention, there is no need to continuously maintain a high temperature state, and the melting furnace can be efficiently operated.
도 1은 무기 섬유의 열간수축온도 측정에 이용된 열간수축온도 측정기를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing a hot-shrinkage temperature measuring device used to measure the hot-shrinkage temperature of inorganic fibers.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings in order to explain in detail enough that a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. In the following description, many specific details such as specific components are shown, which are provided to help a more general understanding of the present invention, and it is common knowledge in the art that the present invention may be practiced without these specific details. It will be self-evident to those who have And, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 일 실시예에 따른 무기 섬유 조성물은 SiO2 35.0~45.0 중량%, Al2O3 10.0~20.0 중량%, Fe2O3 0.1~10.0 중량%, CaO 20.0~40.0 중량%, MgO 4.0~8.0 중량% 및 MnO 8.0~15.0 중량%를 포함할 수 있다.The inorganic fiber composition according to an embodiment of the present invention is SiO 2 35.0-45.0 wt%, Al 2 O 3 10.0-20.0 wt%, Fe 2 O 3 0.1-10.0 wt%, CaO 20.0-40.0 wt%, MgO 4.0- 8.0% by weight and MnO 8.0 to 15.0% by weight.
상기 실시예에서, 무기 섬유 조성물을 이루는 각 구성성분 및 그 함량은, 각 구성성분의 특성, 및 각 구성성분 사이의 상관관계를 고려하여, 본 발명이 목적으로 하는 특유한 효과를 달성하기 위하여, 예의 연구를 거듭한 결과 비로소 도출된 것이다.In the above embodiment, each component constituting the inorganic fiber composition and its content, in consideration of the characteristics of each component and the correlation between each component, to achieve the unique effect aimed at the present invention, It was finally reached as a result of repeated research.
무기 섬유 조성물에 포함되는 SiO2는 섬유 골격 형성 능력이 있는 산화물로 망목형성 산화물로 불리며, 섬유의 기본적인 골격을 구성하는 역할을 수행하며 특정 혼합비로 조성물 중에 혼합되어 용융되면 세라믹을 생성하게 된다. 따라서, 무기 섬유 조성물 중에 특정 함량으로 포함되어 무기 섬유의 근간을 이루는 망목 구조를 형성함으로써, 무기 섬유의 기계적 물성을 확보할 수 있다. SiO 2 contained in the inorganic fiber composition is an oxide capable of forming a fiber skeleton, called a network-forming oxide, and plays a role in constituting the basic skeleton of the fiber. Accordingly, mechanical properties of the inorganic fiber can be secured by forming a network structure that forms the basis of the inorganic fiber by being included in a specific content in the inorganic fiber composition.
SiO2의 함량은 35.0~45.0 중량%, 바람직하게 37.0~43.0 중량%일 수 있다. SiO2의 함량이 35.0 중량% 미만인 경우에는 무기 섬유의 기본 골격을 이루는 망목구조 형성이 어려워 섬유의 기계적인 물성이 저하될 수 있으며, 충분한 내화성능 발휘에 어려움을 발생시킬 수 있다. 또한, SiO2의 함량이 45.0 중량%를 초과하는 경우에는 조성물 용융시 용융물의 점도가 높아져 섬유화하는데 어려움이 발생한다. 이 때, 용융로의 온도를 높여 섬유화를 수행할 수는 있으나, 높은 온도 유지를 위한 더 많은 에너지 사용 비용이 발생하여 비효율적이며, 섬유의 직경이 굵어지고, 섬유 표면이 거칠어질 수 있으며, 미섬유화 입자 발생이 증가하는 등 제품의 열전도율 성능에 악영향을 미칠 수 있다.The content of SiO 2 may be 35.0-45.0 wt%, preferably 37.0-43.0 wt%. When the content of SiO 2 is less than 35.0 wt %, it is difficult to form a network structure constituting the basic skeleton of the inorganic fiber, so that the mechanical properties of the fiber may be deteriorated, which may cause difficulty in exhibiting sufficient fire resistance performance. In addition, when the content of SiO 2 exceeds 45.0 wt%, the viscosity of the melt increases when the composition is melted, thereby causing difficulty in fiberization. At this time, it is possible to perform fiberization by increasing the temperature of the melting furnace, but it is inefficient because more energy use costs for maintaining the high temperature occur, and the diameter of the fiber may be thick, the fiber surface may be rough, and the non-fibrillated particles It may adversely affect the thermal conductivity performance of the product, such as increased generation.
무기 섬유 조성물에 포함되는 Al2O3는 망목 형성 산화물과 망목 수식 산화물의 중간 성질을 갖는 중간 산화물로, SiO2의 역할을 대체할 수도 있고, 다른 망목 수식 산화물의 역할을 대체할 수도 있다. Al2O3는 무기 섬유의 내수성을 향상시킬 수 있으며, 조성물의 점도에 영향을 미칠 수 있다. Al 2 O 3 contained in the inorganic fiber composition is an intermediate oxide having intermediate properties between a network-forming oxide and a network-modified oxide, and may replace the role of SiO 2 or the role of other network-modified oxides. Al 2 O 3 may improve the water resistance of the inorganic fiber and may affect the viscosity of the composition.
Al2O3의 함량은 10.0~20.0 중량%, 바람직하게 12~18 중량%일 수 있다. Al2O3의 함량이 10.0 중량% 미만인 경우에는 무기 섬유의 내수성이 저하되며 섬유 강도 유지에 어려움이 발생하기 때문에 외부 단열재 목적으로 적절하지 않으며, 20.0 중량%를 초과하는 경우에는 망목형성 산화물 분포가 높아져 용융에 어려움이 발생할 수 있다.The content of Al 2 O 3 may be 10.0 to 20.0 wt%, preferably 12 to 18 wt%. When the content of Al 2 O 3 is less than 10.0% by weight, the water resistance of the inorganic fiber decreases and it is difficult to maintain the fiber strength, so it is not suitable for the purpose of an external insulation material, and when it exceeds 20.0% by weight, the network-forming oxide distribution is high, which may cause difficulty in melting.
무기 섬유 조성물에 포함되는 Fe2O3는 무기 섬유의 내구성 및 내열성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. Fe 2 O 3 contained in the inorganic fiber composition may serve to improve the durability and heat resistance of the inorganic fiber.
Fe2O3의 함량은 0.1~10.0 중량%, 바람직하게 4.0~8.0 중량%일 수 있다. Fe2O3의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 무기 섬유의 내구성 및 열적안정성이 저하될 수 있으며, 10.0 중량%를 초과하는 경우에는 미섬유화 입자 발생이 증가되며, 용융액 섬유화 시 고속회전 스피너 휠의 수명을 단축시키는 문제로 제품 생산에 유휴시간 및 스피너 교체비용 등이 발생하여 제품과 설비에 악영향을 미칠 수 있다.The content of Fe 2 O 3 may be 0.1 to 10.0 wt%, preferably 4.0 to 8.0 wt%. If the content of Fe 2 O 3 is less than 0.1% by weight, the durability and thermal stability of inorganic fibers may be reduced, and if it exceeds 10.0% by weight, the generation of unfibrillated particles is increased, and the high-speed rotation spinner wheel during melt fiberization Due to the problem of shortening the lifespan, idle time and spinner replacement costs occur in product production, which may adversely affect products and equipment.
무기 섬유 조성물에 포함되는 CaO 및 MgO는 재생원료 용융 시 점도를 낮춰주는 역할과 화학적 내구성을 향상시키는 망목수식 산화물이다.CaO and MgO included in the inorganic fiber composition are mesh-modified oxides that play a role of lowering the viscosity when melting recycled raw materials and improving chemical durability.
CaO의 함량은 20.0~40.0 중량%, 바람직하게 25.0~35.0 중량%일 수 있으며, MgO의 함량은 4.0~8.0 중량%, 바람직하게 4.0~6.0 중량%일 수 있다. CaO 및 MgO의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 조성물의 용융온도가 상승하여 용융에 필요한 열량 소모가 커져 효율성이 저하되는 문제가 발생하며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 재생원료 섬유화 온도와 결정발생 온도의 차이가 감소하여 미립 입자 발생이 증가하게 되어 제품 품질의 문제를 초래할 수 있다.The content of CaO may be 20.0 to 40.0 wt%, preferably 25.0 to 35.0 wt%, and the content of MgO may be 4.0 to 8.0 wt%, preferably 4.0 to 6.0 wt%. When the content of CaO and MgO is less than the above range, the melting temperature of the composition rises and the consumption of heat required for melting increases, resulting in a problem that the efficiency is lowered. As the difference is reduced, the generation of fine particles increases, which can lead to product quality problems.
무기 섬유 조성물에 포함되는 MnO는 무기 섬유의 제조 공정 및 우수한 물성 확보의 다양한 측면에서 있어서 중요한 역할을 할 수 있다. 구체적으로, MnO는 무기 섬유 조성물에 포함되는 철 성분의 잘 깨지는 취성을 보완하여 강도를 높이는 역할을 할 수 있으며, 산소와 결합 시 용융물의 기포 발생을 막아주기 때문에 무기 섬유 조성물의 용융 시 제조 공정을 용이하게 하고, 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 세라믹 섬유는 그 자체가 열에 대한 수축 현상을 갖는 것이 일반적인데, MnO는 이러한 세라믹 섬유에 있어서 열적 저항성을 향상시킴으로써 수축 현상을 방지 또는 지연시켜, 높은 온도에서도 섬유의 형상을 잘 유지할 수 있도록 하여, 최종 생성된 제품이 우수한 물성을 갖도록 할 수 있다.MnO contained in the inorganic fiber composition may play an important role in various aspects of the inorganic fiber manufacturing process and securing excellent physical properties. Specifically, MnO can play a role in increasing strength by supplementing the brittleness of the iron component included in the inorganic fiber composition, and prevents the generation of bubbles in the melt when combined with oxygen. It can be facilitated and physical properties can be improved. In addition, it is common that ceramic fibers themselves have a shrinkage phenomenon against heat. MnO prevents or delays the shrinkage phenomenon by improving the thermal resistance in these ceramic fibers, so that the shape of the fiber can be maintained well even at high temperatures. , it is possible to ensure that the final product has excellent physical properties.
MnO의 함량은 8.0~15.0 중량%, 바람직하게 8.0~12.0 중량%일 수 있다. MnO의 함량이 8.0 중량% 미만인 경우에는 무기 섬유 조성물에 포함되는 철 성분의 취성을 보완하여 강도를 높이는데 역할을 수행할 수 없으며, 15.0 중량%를 초과하는 경우에는 무기 섬유의 내산성 및 내산화성을 저해하는 등 부정적인 효과를 미치게 되어 무기 섬유의 물성을 악화시킬 수 있다.The content of MnO may be 8.0 to 15.0 wt%, preferably 8.0 to 12.0 wt%. When the content of MnO is less than 8.0% by weight, it cannot play a role in enhancing strength by supplementing the brittleness of the iron component included in the inorganic fiber composition, and when it exceeds 15.0% by weight, the acid resistance and oxidation resistance of the inorganic fiber It may have a negative effect such as inhibiting the physical properties of inorganic fibers.
일 실시예에서, 무기 섬유 조성물은 Na2O, K2O, 또는 그 조합을 0 중량% 초과 3.0 중량% 이하의 함량으로 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the inorganic fiber composition may further include Na 2 O, K 2 O, or a combination thereof in an amount greater than 0% by weight and not more than 3.0% by weight.
Na2O 및 K2O는 추가적인 망목 수식 산화물로 작용하여, 무기 섬유 조성물의 용융 시 점도를 조절하여 용융 공정의 좀더 원활한 수행에 도움을 줄 수 있다.Na 2 O and K 2 O may act as additional mesh-modified oxides to control the viscosity when melting of the inorganic fiber composition, thereby helping to smoother the melting process.
Na2O 및 K2O의 함량은 합계량으로 0 중량% 초과 3.0 중량% 이하일 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 무기 섬유 조성물의 용융 시 점도가 높아져 용융 공정의 수행이 어려워지며, 용융을 위하여 더 높은 에너지 소비가 요구되어 공정 비용이 증가할 뿐 아니라, 제조된 섬유의 품질도 저하되는 문제가 있다.The content of Na 2 O and K 2 O may be more than 0% by weight and not more than 3.0% by weight in total, and when it exceeds the above range, the viscosity of the inorganic fiber composition increases when melting, making it difficult to perform the melting process, and for melting Higher energy consumption is required to increase the process cost, and there is a problem in that the quality of the manufactured fiber is also deteriorated.
한편, 무기 섬유 조성물에는 사용되는 원료에 따라 TiO2, SO3, P2O5와 같은 성분들이 불순물로서 포함될 수 있으나, 그 함량은 섬유의 열적 특성이나 물성이 영향을 미치지 않는 정도의 범위이다.On the other hand, the inorganic fiber composition may contain components such as TiO 2 , SO 3 , and P 2 O 5 as impurities depending on the raw material used, but the content is within a range that does not affect the thermal or physical properties of the fiber.
본 실시예에 따른 무기 섬유 조성물은 재생원료를 이용하여 제조될 수 있으며, 재생원료의 예는 선철 제조시 발생되는 슬래그 등을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 같이, 본 실시예에 있어서는 제철 공정의 부산물로 폐기되는 슬래그를 무기 섬유 제조에 이용함으로써, 공정 효율성 및 경제성을 더욱 높일 수 있으며, 환경적 측면에서도 긍정적인 역할을 할 수 있다.The inorganic fiber composition according to the present embodiment may be manufactured using a recycled raw material, and examples of the recycled raw material include, but are not limited to, slag generated during the production of pig iron. As such, in the present embodiment, by using the slag discarded as a by-product of the ironmaking process for the manufacture of inorganic fibers, process efficiency and economic feasibility can be further increased, and it can play a positive role in the environment as well.
본 발명의 다른 일 실시예는, 전술한 실시예에 따른 무기 섬유 조성물을 이용하여 제조된 무기 섬유에 관한 것이다.Another embodiment of the present invention relates to an inorganic fiber manufactured using the inorganic fiber composition according to the above-described embodiment.
무기 섬유 조성물을 이용하여 무기 섬유를 제조하는 방법은 당해 기술분야에서 공지된 임의의 방법에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 각각의 구성성분을 혼합하여 형성된 무기 섬유 조성물을 고온의 용융 장치를 이용하여 용융시킨 후, 공지된 섬유화 방법을 이용하여 무기 섬유를 제조할 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서는 큐폴라 로를 이용함으로써 제품 생산 경우를 제외한 유휴시간대에는 로의 온도를 고온으로 유지할 필요가 없어, 효율적으로 용융로를 운영할 수 있으며, 전기로를 이용하는 경우에 비하여 관리가 용이하고 관리 비용 측면에서 경제적일 수 ㅇ있.The method for producing inorganic fibers using the inorganic fiber composition may be accomplished by any method known in the art. For example, after the inorganic fiber composition formed by mixing each component is melted using a high-temperature melting apparatus, the inorganic fiber may be manufactured using a known fiberizing method. In particular, in this embodiment, since the cupola furnace is used, there is no need to maintain the furnace temperature at a high temperature during the idle time except for product production, so it is possible to efficiently operate the melting furnace. It can be economical in terms of cost.
섬유화 방법의 예는, 연속적으로 작은 구멍으로 고온에서 용융된 무기 섬유 조성물을 뽑아내면서 고압의 공기를 주입하여 섬유로 만드는 블로잉(blowing) 법, 또는 고온에서 용융된 무기 섬유 조성물을 벽면에 구멍이 있는 원통에 넣고 고속회전을 이용하여 원심력에 의해 섬유가 뽑아져 나오게 되는 로터리(rotary) 원심법, 용융된 무기 섬유 조성물을 원심회전하는 디스크 형태의 스피너 표면에 떨어뜨려 섬유를 인장시키고, 동시에 후면에서 고압의 에어를 분사하여 섬유를 세섬유화하는 스피닝 법 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Examples of the fiberization method include a blowing method in which the inorganic fiber composition molten at high temperature is continuously drawn out through small holes and high-pressure air is injected to make fibers, or the inorganic fiber composition molten at high temperature is made into fibers with holes in the wall. A rotary centrifugal method in which a fiber is pulled out by centrifugal force by putting it in a cylinder and using high-speed rotation, and the molten inorganic fiber composition is dropped on the surface of a spinner in the form of a centrifugal rotating disk to tension the fibers, and at the same time, high pressure from the rear It may include, but is not limited to, a spinning method in which fibers are made into fibrils by spraying air of.
이와 같이 형성된 섬유의 기계적 물성 중 섬유의 직경은 무기 단열재의 주요 물성에 영향을 미치는 요인으로 작용할 수 있다. 무기 단열재를 구성하는 섬유의 직경이 작아지면, 단열재 재부의 미세 기공의 개수가 증가하고, 무기 단열재의 단열 성능이 더욱 향상될 수 있으며, 섬유의 직경이 증가하면, 단일 섬유의 물성이 향상되어 무기 단열재의 기계적 특성이 개선될 수 있다. 따라서, 무기 단열재의 섬유 직경은 단열재 사용 목적에 따라 최적의 효과를 발휘할 수 있도록 선택될 수 있다.Among the mechanical properties of the fibers formed in this way, the diameter of the fibers may act as a factor affecting the main properties of the inorganic insulating material. When the diameter of the fibers constituting the inorganic insulating material is reduced, the number of micropores in the insulating material part increases, the thermal insulation performance of the inorganic insulating material can be further improved, and when the diameter of the fiber increases, the physical properties of a single fiber are improved The mechanical properties of the insulating material can be improved. Accordingly, the fiber diameter of the inorganic insulating material may be selected to exhibit an optimal effect according to the purpose of using the insulating material.
본 실시예에 따르면, 무기 단열재의 단열성능, 강도, 내구성을 충분히 확보하고 섬유 형성이 가능하도록 하기 위하여 무기 섬유의 직경을 3~7 ㎛로 형성할 수 있다. 무기 섬유의 직경이 3 ㎛ 미만인 경우에는 섬유를 일정한 두께로 수집하는 집면기 하부에 미세 섬유가 부착되어 무기 단열재 생산 수율이 악화되고, 폐기물 발생량이 증가될 수 있다. 또한, 무기 섬유의 직경이 7 ㎛를 초과하는 경우에는 단열재 내부 기공의 크기가 증가하여 단열재의 열전도율이 상승하고 유리 가시 발생량이 증가하여 단열재의 시공성을 저하시킬 수 있다.According to this embodiment, in order to sufficiently secure the thermal insulation performance, strength, and durability of the inorganic heat insulating material, and to enable fiber formation, the diameter of the inorganic fiber may be 3 to 7 μm. When the diameter of the inorganic fibers is less than 3 μm, the fine fibers are attached to the lower part of the dust collector that collects the fibers to a certain thickness, thereby deteriorating the production yield of the inorganic insulating material and increasing the amount of waste generated. In addition, when the diameter of the inorganic fiber exceeds 7 μm, the size of the pores inside the insulator increases, thereby increasing the thermal conductivity of the insulator and increasing the amount of glass thorns, thereby reducing the workability of the insulator.
이와 같은 무기 섬유의 직경은 종래 무기 단열재에 포함되는 섬유 직경에 비하여 작은 것으로, 예를 들어, 고속회전하는 스피너 휠의 속도를 높여 원심력을 크게 함으로써 섬유 형성을 더욱 용이하게 하여 섬유의 직경을 보다 얇게 제조할 수 있다.The diameter of such inorganic fibers is smaller than the diameter of fibers included in conventional inorganic heat insulating materials. For example, by increasing the speed of a spinner wheel rotating at high speed to increase centrifugal force, fiber formation is made easier and the diameter of the fibers is made thinner. can be manufactured.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 전술한 실시예에 따른 무기 섬유 및 상기 무기 섬유 사이에 결합력을 부여하는 유기 바인더를 포함하는 무기 단열재에 관한 것이다.Another embodiment of the present invention relates to an inorganic heat insulating material including the inorganic fiber according to the above-described embodiment and an organic binder for imparting a bonding force between the inorganic fiber.
무기 단열재는 일정하게 배열된 무기 섬유들이 유기 바인더에 의해 부여되는 결합력에 의해 결합된 형태를 갖게 된다. 통상적인 무기 단열재에 있어서 무기 섬유는 집면되는 평면에 대하여 수평으로 배열 적층되어 층상형을 이루게 된다. 이 경우, 수직 방향의 외부 물리력에 의해 쉽게 파손될 뿐 아니라, 두께 방향의 인력에 대하여 그 내구성이 약하다는 문제점이 있다. 반면, 본 실시예에 있어서는, 무기 단열재의 압축 강도를 높이기 위하여 무기 섬유의 배열 방향이 수평으로 배열 적층된 층상형이 아니라, 주름진 형태의 물결형일 수 있다. 이와 같이, 무기 단열재 내에 무기 섬유를 물결형(물결형)으로 배열함으로써 무기 단열재의 강도를 더욱 향상시킬 수 있으므로, 외부 물리력에 대한 내구성을 개선할 수 있다.The inorganic insulating material has a form in which uniformly arranged inorganic fibers are combined by the bonding force provided by the organic binder. In a typical inorganic heat insulating material, inorganic fibers are arranged and stacked horizontally with respect to a plane to be collected to form a layered type. In this case, as well as being easily damaged by an external physical force in the vertical direction, there is a problem that the durability is weak with respect to the attractive force in the thickness direction. On the other hand, in the present embodiment, in order to increase the compressive strength of the inorganic insulating material, the inorganic fibers may be arranged in a corrugated corrugated form rather than in a horizontally stacked layered form. As described above, by arranging the inorganic fibers in a wavy shape (wavy shape) in the inorganic heat insulating material, the strength of the inorganic heat insulating material can be further improved, so that durability against external physical forces can be improved.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무기 단열재는 높은 강도 특성을 가지므로 건축물 외부 단열재 등과 같이 기계적 강도를 요구하는 분야에 적용될 수 있다.Accordingly, since the inorganic insulation material according to an embodiment of the present invention has high strength characteristics, it can be applied to fields requiring mechanical strength, such as an external insulation material for a building.
본 발명의 일 실시예에 따른 무기 단열재는 710℃ 이상, 바람직하게 750℃ 이상의 열간수축온도를 나타낼 수 있다.The inorganic insulating material according to an embodiment of the present invention may exhibit a hot shrinkage temperature of 710°C or higher, preferably 750°C or higher.
본 발명의 일 실시예에 따른 무기 단열재는 10 kPa 이상, 바람직하게 12 kPa 이상의 압축강도를 가질 수 있다.The inorganic heat insulating material according to an embodiment of the present invention may have a compressive strength of 10 kPa or more, preferably 12 kPa or more.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 ⅰ) 큐폴라 로를 이용하여 원료인 슬래그를 용융시켜 상기 실시예에 따른 무기 섬유 조성물을 형성하는 단계; ⅱ) 용융된 조성물을 섬유화하여 무기 섬유를 형성하는 단계; 및 ⅲ) 형성된 무기 섬유에 유기 바인더를 혼합하고, 상기 무기 섬유를 물결형으로 배열시키는 단계를 포함하는 무기 단열재의 제조방법에 관한 것이다.Another embodiment of the present invention comprises the steps of: i) melting slag as a raw material using a cupola furnace to form an inorganic fiber composition according to the embodiment; ii) fiberizing the molten composition to form inorganic fibers; and iii) mixing an organic binder with the formed inorganic fibers, and arranging the inorganic fibers in a wavy shape.
ⅰ) 단계에서, 원료는 재생원료인 슬래그 등을 이용할 수 있으며, 용융 온도는 1,200~1,800℃일 수 있다. 용융 온도가 1,200℃ 미만인 경우에는 슬래그 등의 원료가 완전하게 용융되지 않아 섬유 생산성이 낮아지고, 용융로 내부에 원료가 적재되어 조업을 중단하게 될 수 있으며, 1,800℃를 초과하는 경우에는 섬유화 설비에 열충격을 가하게 되어 설비 교체 주기가 짧아질 수 있다.In step i), the raw material may use slag, which is a regenerated raw material, and the melting temperature may be 1,200 to 1,800 °C. If the melting temperature is less than 1,200 ℃, the raw materials such as slag are not completely melted, resulting in lower fiber productivity, loading of raw materials inside the melting furnace may cause operation to be stopped, and if it exceeds 1,800 ℃, thermal shock to the fiberization equipment This may shorten the equipment replacement cycle.
ⅱ) 단계에서, 섬유화 방법은 당해 기술분야에 공지된 방법을 적절히 선택할 수 있다.In step ii), the method for fiberizing may be appropriately selected from a method known in the art.
섬유화 공정에서, 무기 단열재의 물성을 좌우하는 큰 요인인 섬유의 직경을 무기 단열재의 단열성능, 강도, 내구성을 충분히 확보하고 섬유 형성이 가능하도록 조절하는 것이 필요하다.In the fiberization process, it is necessary to control the diameter of the fiber, which is a big factor that determines the physical properties of the inorganic heat insulating material, so that the insulating performance, strength, and durability of the inorganic insulating material are sufficiently secured and fiber formation is possible.
일 실시예에서, 섬유화는 스피너 휠의 원심력을 이용하는 스피닝 방식에 의해 이루어지며, 스피너 휠의 회전속도는, 무기섬유의 직경이 3~7 ㎛로 형성될 수 있는 원심력을 나타내도록 선택될 수 있다.In one embodiment, fiberization is performed by a spinning method using the centrifugal force of a spinner wheel, and the rotational speed of the spinner wheel may be selected to represent a centrifugal force that can be formed with a diameter of 3-7 μm of inorganic fibers.
ⅲ) 단계에서, 무기 섬유와 유기 바인더의 혼합은 당해 기술분야에 공지된 방법 중 적절한 방법을 선택하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 무기 섬유에 유기 바인더를 분사하거나, 유기 바인더에 무기 섬유를 침지하는 등의 방법에 의해 이루어질 수 있다.In step iii), the mixing of the inorganic fiber and the organic binder may be accomplished by selecting an appropriate method among methods known in the art. For example, the inorganic fibers may be sprayed with an organic binder, or the inorganic fibers may be immersed in the organic binder.
이 때, 무기 섬유는 수평으로 배열 적층된 층상형이 아닌 물결형으로 배열됨으로써, 무기 단열재의 강도를 향상시킬 수 있으며, 외부 물리력에 대한 내구성을 개선할 수 있다.In this case, since the inorganic fibers are arranged in a wavy type rather than a horizontally arranged and stacked layered type, the strength of the inorganic insulating material may be improved, and durability against external physical forces may be improved.
무기 섬유를 물결형으로 배열하는 것은, 무기 섬유를 수평으로 배열 적층한 후, 무기 섬유의 배열을 물결형으로 변환시킴으로써 이루어질 수 있다.Arranging the inorganic fibers in a wavy form may be accomplished by horizontally arranging and stacking the inorganic fibers and then converting the arrangement of the inorganic fibers into a wavy form.
일반적으로, 판성형 무기 단열재에 포함되는 무기 섬유의 적재는 집면기라고 불리는 박스형 설비 내부를 저기압으로 만들어서 섬유가 집면기 하단에 수평으로 배열 적층됨으로써 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는, 이와 같이 적재된 무기 섬유에 외부 물리력을 가함으로써 층상으로 적층된 수평인 섬유의 배열 형태를 주름진 형태의 물결형으로 변환시킬 수 있다. 외부 물리력의 인가는 다양한 방식에 의해 이루어질 수 있으며, 예를 들어 적층된 무기 섬유가 집면기를 나가게 되면 무기 섬유가 이송되는 컨베이어 벨트의 속도를 조정함으로써 섬유의 배열을 변경시킬 수 있다.In general, the loading of inorganic fibers included in the plate-shaped inorganic insulating material can be achieved by making the inside of a box-type facility called a dust collecting machine low pressure and horizontally arranging and stacking the fibers at the bottom of the collecting machine. In the present embodiment, by applying an external physical force to the inorganic fibers stacked in this way, the arrangement of the layered horizontal fibers can be converted into a corrugated wavy form. The external physical force may be applied in various ways, for example, when the laminated inorganic fibers exit the cotton collecting machine, the arrangement of fibers may be changed by adjusting the speed of a conveyor belt through which the inorganic fibers are transported.
후속적으로, 경화, 열가압성형, 건조 등의 단계를 거쳐 적용 목적에 따른 형태를 갖도록 무기 단열재를 형성할 수 있다.Subsequently, the inorganic heat insulating material may be formed to have a shape according to the purpose of application through steps such as curing, thermo-pressing molding, drying, and the like.
무기 단열재의 형태는 적용되는 용도나 위치 등에 적합하도록 적절하게 선택될 수 있다.The form of the inorganic insulating material may be appropriately selected to suit the application, location, and the like.
본 발명의 무기 단열재는 기존의 무기 단열재인 미네랄울과 그라스울이 갖는 각각의 장점인 우수한 내화성능과 우수한 단열성능을 함께 발휘할 수 있으며, 섬유 배열의 변형으로 향상된 압축강도 특성을 가져, 외부 물리력에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 무기 단열재는 별도의 추가 공정없이 기존의 생산 방식을 적용하여 제조될 수 있으며, 원료로 산업부산물인 슬래그 등을 이용함으로써 공정 효율성 및 경제성을 더욱 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 무기 섬유 조성물 제조시 큐폴라 로를 이용하여 원료를 용융시킬 수 있어, 지속적으로 고온 상태를 유지할 필요가 없고 경제적 및 효율적으로 용융로를 운영할 수 있다.The inorganic insulation material of the present invention can exhibit both excellent fire resistance performance and excellent thermal insulation performance, which are the respective advantages of mineral wool and glass wool, which are conventional inorganic insulation materials, and has improved compressive strength characteristics due to deformation of the fiber arrangement. Durability can be improved. In addition, the inorganic heat insulating material according to the present invention can be manufactured by applying the existing production method without a separate additional process, and by using slag, which is an industrial by-product, as a raw material, process efficiency and economic feasibility can be further increased. In addition, since the raw material can be melted using a cupola furnace when manufacturing the inorganic fiber composition according to the present invention, there is no need to continuously maintain a high temperature state, and the melting furnace can be operated economically and efficiently.
[실시예][Example]
1. 무기 섬유 및 무기 단열재 제조1. Manufacturing of inorganic fibers and inorganic insulation
원료로는 제철 공정에서 생성되는 산업부산물인 슬래그를 이용하였으며, 큐폴라 로를 이용하여 용융시킴으로써 하기 표 1 및 2에 나타내어진 조성비를 갖는 실시예 및 비교예에 따른 무기 섬유 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물을 이용하여 무기 섬유 제조용 스피닝 공정을 수행함으로써 무기 섬유를 제조하였다. 무기 섬유 제조용 스피닝 공정은 무기 섬유 조성물을 용융시켜 용융물을 원심회전하는 디스크 형태의 스피너에 떨어뜨려 원심력을 이용하여 섬유상으로 형성함으로써 이루어질 수 있었다. 실시예 1 내지 5의 경우, 고속 스피너를 이용하여 제조되었으며, 비교예 1 내지 5의 경우, 일반 스피너를 이용하여 제조되었다. 이와 같이 제조된 무기 섬유에 유기 바인더를 혼합하고, 통상적인 공정을 통하여 무기 섬유 단열재를 제조하였다. 이 때, 실시예 1 내지 5의 경우, 무기 섬유의 배열을 물결형으로 변환시켰으며, 비교예 1 내지 5의 경우에는 수평으로 배열 적층된 층상형을 유지하였다.As a raw material, slag, an industrial by-product produced in the iron making process, was used, and by melting using a cupola furnace, inorganic fiber compositions according to Examples and Comparative Examples having the composition ratios shown in Tables 1 and 2 below were prepared. Inorganic fibers were prepared by performing a spinning process for preparing inorganic fibers using the prepared composition. The spinning process for manufacturing inorganic fibers could be accomplished by melting the inorganic fiber composition and dropping the melt onto a centrifugally rotating disk-shaped spinner to form fibers using centrifugal force. Examples 1 to 5 were prepared using a high-speed spinner, and Comparative Examples 1 to 5 were prepared using a general spinner. An organic binder was mixed with the inorganic fiber thus prepared, and an inorganic fiber insulating material was prepared through a conventional process. At this time, in the case of Examples 1 to 5, the arrangement of inorganic fibers was converted to a wavy type, and in Comparative Examples 1 to 5, a layered type arranged and stacked horizontally was maintained.
2. 물성 측정2. Measurement of physical properties
상기에서 제조된 실시예 및 비교예에 따른 무기 섬유를 이용한 무기 단열재에 대하여 KS L 9102에서 요구되는 품질과 내열성 측정을 실시하였다. 각각의 특성의 측정 방법을 하기에 나타낸다.The quality and heat resistance required in KS L 9102 were measured for the inorganic insulation materials using the inorganic fibers according to the Examples and Comparative Examples prepared above. The measuring method of each characteristic is shown below.
(1) 밀도(1) Density
밀도는 질량 및 부피를 측정하여 하기 수학식 1에 따라 구하였다. 하기 표 1 및 2에 나타내어진 실험 결과를 참조하면, 무기 섬유의 열간수축온도 및 열전도율이 제품 밀도에 따라 달라지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 밀도가 높아질수록 열간수축온도가 높아지며, 열전도율의 경우, 일정 밀도까지는 낮은 열전도율 값을 나타내지만, 일정 임계점의 밀도 이상이 되면 반대로 열전도율 값이 낮아지는 현상을 보였다. 따라서, 제품의 밀도는 제품 성능을 평가할 수 있는 좋은 지료로 볼 수 있다.The density was obtained according to the following Equation 1 by measuring the mass and volume. Referring to the experimental results shown in Tables 1 and 2 below, it can be confirmed that the hot shrinkage temperature and thermal conductivity of the inorganic fibers vary depending on the product density. That is, the higher the density, the higher the hot shrinkage temperature. In the case of thermal conductivity, a low thermal conductivity value is shown up to a certain density, but when the density exceeds a certain critical point, the thermal conductivity value is lowered on the contrary. Therefore, the density of the product can be viewed as a good stock for evaluating product performance.
[수학식 1][Equation 1]
ρ = m/V ρ = m/V
상기 수학식 1에서, ρ는 밀도(kg/㎥), m은 질량(kg), V는 부피(㎥)를 나타낸다.In Equation 1, ρ is density (kg/m3), m is mass (kg), and V is volume (m3).
(2) 열전도율(2) thermal conductivity
실시예 및 비교예에 따른 무기 섬유를 판상형(길이 300 ㎜, 너비 300 ㎜, 높이 50 ㎜)으로 성형하여, KS L 9016에서 규정하는 평판열류계법(HFM)에 따라 열전도율 측정 장치의 평균 온도 20 (+5, -2)℃ 조건으로 열전도율을 측정하였다.The inorganic fibers according to Examples and Comparative Examples were molded into a plate shape (length 300 mm, width 300 mm, height 50 mm), and the average temperature of the thermal conductivity measuring device was 20 ( The thermal conductivity was measured under the conditions of +5, -2)°C.
(3) 입자함유율(3) Particle content
실시예 및 비교예에 따른 무기 섬유 약 100 g을 채취하여 섬유 내 수분을 제거할 수 있는 온도로 건조한 후, 데시케이터를 통해 상온까지 냉각시키고 무게를 측정하여 초기 섬유 시료의 무게를 측정하였다. 해당 섬유를 원심분리기를 통하여 입자와 섬유를 분리하고, 충분히 물로 세척한 후, 망체 500 ㎛ 위에 남은 것을 채취 및 건조하여 남은 입자의 무게를 측정하였다. 입자함유율은 하기 수학식 2에 따라 구하였다.About 100 g of inorganic fibers according to Examples and Comparative Examples were collected and dried at a temperature capable of removing moisture from the fibers, cooled to room temperature through a desiccator, and weighed to measure the weight of the initial fiber sample. The fibers were separated from the particles through a centrifuge, washed with water sufficiently, and the remaining particles were collected and dried on a 500 μm mesh sieve, and the weight of the remaining particles was measured. The particle content was calculated according to Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
S = m1/mo × 100S = m1/mo × 100
상기 식에서, S는 입자함유율(%), In the above formula, S is the particle content (%),
m1: 건조 후의 입자 무게(g)m1: particle weight after drying (g)
mo: 초기 섬유 시료의 무게(g)mo: the weight of the initial fiber sample (g)
(4) 열간수축온도(4) hot shrinkage temperature
도 1에 도시된 열간수축온도 시험기를 이용하여 KS L 9102의 규정에 따라 열간수축온도를 측정하였다.The hot shrinkage temperature was measured according to the regulations of KS L 9102 using the hot shrinkage temperature tester shown in FIG. 1 .
구체적으로, 실시예 및 비교예에 따른 무기 섬유 시료(11)를 가열 용기(12)에 넣고, 그 위에 그 위에 ㎠당 무게 5 g이 되도록 조정한 하중판(13) 및 측정봉(14)을 설치하고, 실온에서 측정봉(14) 끝단 높이의 눈금을 읽고 기록하였다. 가열로(15)의 승온 속도는 예상되는 열간수축온도에서 약 200℃ 낮은 온도까지는 5℃/분, 그 후에는 3℃/분으로 승온시키며, 가열 개시부터 10분 간격으로 가열로(15) 내 온도 및 측정봉(14) 앞끝의 높이를 측정하여 기록하였다. 두께 수축률은 하기 수학식 3에 따라 구하였다.Specifically, the
[수학식 3][Equation 3]
Δt = (to-t1)/to × 100Δt = (to-t1)/to × 100
상기 식에서, Δt는 두께 수축률(%), to는 초기 시료 두께(㎜), t1은 가열 중의 시료 두께(㎜)를 나타낸다.In the above formula, Δt is the thickness shrinkage (%), to is the initial sample thickness (mm), and t1 is the sample thickness during heating (mm).
(5) 압축강도(5) Compressive strength
시험편은 직육면체로서, 두께는 각각 50 ㎜, 75 ㎜ 및 100 ㎜으로 하며, 길이는 300 ± 1 ㎜, 너비는 300 ± 1 ㎜로 하였다. 시험편을 압축 시험기의 판 사이에 두고, 시험편과 판의 중심을 맞춘 후, 이동판을 일정한 속도로 이동시키며, 시험편을 압축하였다. 시험 속도는 가능하면 압축 전에 측정한 시험편 초기 두께의 10%/min에 가까운 속도로 시험편 초기 두께의 85%가 감소될 때까지 압축하였다. 두께가 감소되는 중에 도달하는 최대 하중을 기록하였다. 두께의 상대 변형이 10%일 때의 압축응력은 하기 수학식 4에 따라 구하였다.The test piece was a rectangular parallelepiped, and the thickness was 50 mm, 75 mm, and 100 mm, respectively, and the length was 300 ± 1 mm and the width was 300 ± 1 mm. The test piece was placed between the plates of the compression tester, the center of the test piece and the plate were aligned, and then the moving plate was moved at a constant speed, and the test piece was compressed. The test rate was compressed until 85% of the initial thickness of the specimen was reduced at a rate as close as possible to 10%/min of the initial thickness of the specimen measured before compression. The maximum load reached during thickness reduction was recorded. The compressive stress when the relative deformation of the thickness was 10% was obtained according to Equation 4 below.
[수학식 4][Equation 4]
δ10 = 103 × F10/A0 δ 10 = 10 3 × F 10 /A 0
상기 식에서, δ10은 두께의 상대 변형이 10%일 때의 압축응력(kPa), F10은 두께의 상대 변형 10%에 대응하는 하중(N), A0는 시험편의 초기 단면적(㎡)을 나타낸다.In the above formula, δ 10 is the compressive stress (kPa) when the relative deformation of the thickness is 10%, F 10 is the load corresponding to 10% of the relative deformation of the thickness (N), A 0 is the initial cross-sectional area of the specimen (m2) indicates.
조성chemistry
Furtherance
조성chemistry
Furtherance
상기 표 1 및 2에 나타내어진 실시예 및 비교예에 따른 무기 단열재의 특성을 비교하면, 실시예 1내지 5의 무기 단열재는 비교예 1 내지 5의 무기 단열재에 비하여 높은 열간수축온도, 낮은 열전도율 그리고 현저하게 높은 압축 강도를 나타내었다. 이는 열적 저항성이 우수한 MnO 성분의 함량을 증가시킴으로써 실시예의 무기 단열재의 내화성능이 비교예의 무기 단열재 대비 향상됨을 확인할 수 있다. 용융 원료를 섬유화하는 회전체를 기존 대비 고속으로 운전할 수 있는 고속 스피너를 도입함으로써 무기 섬유의 직경을 특정 범위로 작게 제조할 수 있었고 이로 인해 무기 단열재의 단열성능이 개선됨을 확인할 수 있다. 또한 무기 섬유의 배열을 물결형으로 변환함으로써, 실시예 1 내지 5의 무기 단열재 의 물성이 비교예 1 내지 5의 무기 단열재 대비 개선되었음을 확인할 수 있다. 이로써 무기 단열재의 적용 범위를 높은 내열성, 단열성, 강도를 필요로 하는 외벽단열 등으로 확대할 수 있다.Comparing the properties of the inorganic insulating materials according to Examples and Comparative Examples shown in Tables 1 and 2 above, the inorganic insulating materials of Examples 1 to 5 have a higher hot shrinkage temperature, low thermal conductivity and It exhibited a remarkably high compressive strength. It can be confirmed that by increasing the content of the MnO component having excellent thermal resistance, the fire resistance performance of the inorganic insulating material of the example is improved compared to the inorganic insulating material of the comparative example. By introducing a high-speed spinner capable of operating a rotating body that converts molten raw materials into fibers at a higher speed than before, the diameter of inorganic fibers could be made smaller within a specific range, and it was confirmed that the thermal insulation performance of the inorganic insulating material was improved. In addition, it can be confirmed that the physical properties of the inorganic heat insulating materials of Examples 1 to 5 are improved compared to the inorganic heat insulating materials of Comparative Examples 1 to 5 by converting the arrangement of the inorganic fibers into a wavy shape. Accordingly, the application range of the inorganic heat insulating material can be expanded to external wall insulation that requires high heat resistance, heat insulating properties, and strength.
상기 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope of the present invention. It will be clear to those who have knowledge.
1: 전기로 내부 2: 전기로 내화물
3: 받침대 4: 샘플
5: 열전대 11: 시료
12: 가열 용기 13: 하중판
14: 측정봉 15: 가열로
16: 시료대 17: 보온벽
18: 가열로 뚜껑 19: 열전대
20: 발열체 21: 눈금1: Furnace interior 2: Furnace refractory material
3: pedestal 4: sample
5: thermocouple 11: sample
12: heating vessel 13: load plate
14: measuring rod 15: heating furnace
16: sample stage 17: insulating wall
18: furnace lid 19: thermocouple
20: heating element 21: scale
Claims (12)
SiO2 35.0~45.0 중량%, Al2O3 10.0~20.0 중량%, Fe2O3 0.1~10.0 중량%, CaO 20.0~40.0 중량%, MgO 4.0~8.0 중량% 및 MnO 8.0~15.0 중량%를 포함하며,
MnO는 상기 무기 섬유 조성물에 포함되는 철 성분의 취성을 보완하여 강도를 높이며, 산소와 결합 시 용융물의 기포 발생을 막아주고, 열적 저항성을 향상시키는 역할을 하도록 첨가되는
무기 섬유 조성물.
An inorganic fiber composition comprising:
SiO 2 35.0-45.0 wt%, Al 2 O 3 10.0-20.0 wt%, Fe 2 O 3 0.1-10.0 wt%, CaO 20.0-40.0 wt%, MgO 4.0-8.0 wt% and MnO 8.0-15.0 wt% and
MnO is added to improve strength by supplementing the brittleness of the iron component included in the inorganic fiber composition, to prevent foaming of the melt when combined with oxygen, and to improve thermal resistance.
inorganic fiber composition.
Na2O, K2O, 또는 그 조합을 0 중량% 초과 3.0 중량% 이하의 함량으로 더 포함하는
무기 섬유 조성물.
According to claim 1,
Further comprising Na 2 O, K 2 O, or a combination thereof in an amount of more than 0% by weight and not more than 3.0% by weight
inorganic fiber composition.
상기 무기 섬유 조성물은 슬래그를 원료로 하여 제조된 것인
무기 섬유 조성물.
According to claim 1,
The inorganic fiber composition is prepared by using slag as a raw material
inorganic fiber composition.
상기 무기 섬유는 3~7 ㎛의 직경을 갖는
무기 섬유.
5. The method of claim 4,
The inorganic fibers have a diameter of 3 to 7 μm.
inorganic fibers.
An inorganic heat insulating material comprising the inorganic fiber according to claim 4 and an organic binder for imparting a bonding force between the inorganic fiber.
상기 무기 섬유는 상기 무기 단열재 내에 물결형으로 배열되어 있는
무기 단열재.
7. The method of claim 6,
The inorganic fibers are arranged in a corrugated form in the inorganic insulating material.
Inorganic insulation.
710℃ 이상의 열간수축온도 및 10 kPa 이상의 압축강도를 갖는
무기 단열재.
7. The method of claim 6,
It has a hot shrink temperature of 710°C or higher and a compressive strength of 10 kPa or higher.
Inorganic insulation.
ⅱ) 용융된 조성물을 섬유화하여 무기 섬유를 형성하는 단계; 및
ⅲ) 형성된 무기 섬유에 유기 바인더를 혼합하고, 상기 무기 섬유를 물결형으로 배열시키는 단계를 포함하는
무기 단열재의 제조방법.
i) melting slag as a raw material using a cupola furnace to form the inorganic fiber composition of any one of claims 1 to 3;
ii) fiberizing the molten composition to form inorganic fibers; and
iii) mixing an organic binder with the formed inorganic fibers, and arranging the inorganic fibers in a wavy shape
A method of manufacturing an inorganic insulating material.
상기 ⅱ) 단계에서, 섬유화는 스피너 휠의 원심력을 이용하는 스피닝 방식에 의해 이루어지며, 스피너 휠의 회전속도는, 무기 섬유의 직경이 3~7 ㎛로 형성될 수 있는 원심력을 나타내도록 선택되는
무기 단열재의 제조방법.
10. The method of claim 9,
In step ii), fiberization is made by a spinning method using the centrifugal force of the spinner wheel, and the rotational speed of the spinner wheel is selected to represent a centrifugal force that can form the inorganic fiber with a diameter of 3 to 7 μm.
A method of manufacturing an inorganic insulating material.
상기 ⅲ) 단계에서, 무기 섬유를 물결형으로 배열하는 것은, 무기 섬유를 수평으로 배열 적층한 후, 적층된 무기 섬유에 외부 물리력을 가하여 무기 섬유의 배열을 물결형으로 변환시킴으로써 이루어지는
무기 단열재의 제조방법.
10. The method of claim 9,
In step iii), arranging the inorganic fibers in a wavy shape is formed by horizontally arranging and stacking the inorganic fibers and then applying an external physical force to the stacked inorganic fibers to convert the arrangement of the inorganic fibers into a wavy shape.
A method of manufacturing an inorganic insulating material.
상기 외부 물리력은 무기 섬유가 이송되는 컨베이어 벨트의 속도를 조정함으로써 이루어지는
무기 단열재의 제조방법.12. The method of claim 11,
The external physical force is formed by adjusting the speed of the conveyor belt through which the inorganic fibers are transported.
A method of manufacturing an inorganic insulating material.
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