KR20150096136A - 알루미늄 발포금속을 이용한 방화문 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 발포금속을 이용한 방화문에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방화문은 불연성 소재인 알루미늄 발포금속을 이용하여 제조됨으로써 내고온성 및 내충격성이 향상되고, 친환경적이며 화재 발생시 유독가스가 발생하지 않고, 방음 및 단열이 우수한 효과가 있다.

Description

알루미늄 발포금속을 이용한 방화문{Fire door using aluminum foamed metal}

본 발명은 알루미늄 발포금속을 이용한 방화문에 관한 것이다.

선박, 군함 또는 건축물의 출입구나 건물 내에서 거실과 방을 드나드는 입구를 개폐하는 것으로 사용되는 문은 일반적으로 유리재, 목재, 금속재로 제작되고 있으나, 목재의 경우는 열에 취약하여 화재시 불을 차단하지 못하는 문제점이 있고, 유리의 경우는 내화성은 있으나 고가이면서도 깨지기 쉬워서 취급에 상당한 주의가 필요한 문제점이 있으며, 금속재인 경우는 방음성이 대단히 약하여 실내외에서 발생하는 소음을 적절히 차단하지 못하는 문제점이 있다. 특히, 선박 등과 같은 제한된 공간은 화재시 피해가 심각하며, 따라서 화재의 확산을 막을 수 있는 방화문이 절실히 필요하다.

일반적으로 건축자재로서 널리 사용되는 강판은 시공이 용이하고 가격이 저렴하여 널리 사용되고 있으나 단열성이 낮아서, 유기 단열재, 무기 단열재 또는 흡음재인 섬유재나 발포합성수지 등을 철판 판넬 내부에 충진시켜 사용하고 있다. 그러나, 이것은 폐기시 썩지 않을 뿐만 아니라 인체에 유해한 물질을 포함하고 있기 때문에 환경오염의 문제점이 있으며, 또한 화재발생시 철판 판넬의 가열로 발화될 경우 유독가스를 배출하는 문제점이 있다.

따라서, 불연성으로서 화재 발생시 연소되지 않아 유독가스가 발생하지 않고, 흡음이 가능하여 소음을 차단할 수 있는 방음 및 단열효과가 우수한 방화문이 절실히 요구되는 실정이다.

KR 10-2012-0012269

본 발명자들은 방화문에 대해 탐색하던 중, 불연성 소재인 알루미늄 발포금속을 이용한 방화문을 사용할 경우, 내고온성 및 내충격성이 향상되고, 친환경적이며 화재 발생시 유독가스가 발생하지 않고, 방음 및 단열효과가 우수하다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 알루미늄 발포금속을 이용한 방화문을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서,

본 발명은

알루미늄 발포 금속, 아라미드 섬유 및 카본 섬유를 적층하여 방화문 내부 코어를 제조하는 단계; 및 상기 방화문 내부 코어를 철판 판넬 사이에 삽입한 후 접합하는 단계를 포함하는, 방화문의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 방화문을 제공한다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 알루미늄 발포 금속, 아라미드 섬유 및 카본 섬유를 적층하여 방화문 내부 코어를 제조하는 단계; 및 상기 방화문 내부 코어를 철판 판넬 사이에 삽입한 후 접합하는 단계를 포함하는, 방화문의 제조방법을 제공한다.

상기 제조방법은 알루미늄 발포 금속, 아라미드 섬유 및 카본 섬유를 방화문 크기로 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 방화문은 화재의 확대 및 연소를 방지하기 위해 개구부에 설치하는 문으로, 방화문의 내부 코어 재료로 불연성 소재인 알루미늄 발포 금속 외에 아라미드 섬유 및 탄소 섬유을 적층하여 사용할 경우, 내고온성 및 내충격성이 향상되고, 방음 및 단열이 우수해지는 장점이 있다.

상기 방화문 내부 코어는 아라미드 섬유/카본 섬유/알루미늄 발포 금속/카본 섬유/아라미드 섬유의 순으로 적층되는 것이 바람직하고, 아라미드 섬유/아라미드 섬유/카본 섬유/카본 섬유/알루미늄 발포 금속/카본 섬유/카본 섬유/아라미드 섬유/아라미드 섬유의 순으로 적층되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 방화문 내부 코어를 제조하는 단계는 진공 하에 90~110℃에서 1~3시간 동안 적층된 방화문 내부 코어를 가열하여 수행하는 것이 바람직하고, 100℃에서 2 시간 동안 적층된 방화문 내부 코어를 가열하여 수행하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 방화문을 제공한다.

상기 알루미늄 발포금속을 이용한 방화문은 우수한 굽힘강도 및 압축강도를 나타내며, 200~600℃에서 0.14~0.3 W/mK의 극히 낮은 열전도도를 나타내는 효과가 있다.

본 발명에 따른 방화문은 불연성 소재인 알루미늄 발포금속을 이용하여 제조됨으로써 내고온성 및 내충격성이 향상되고, 친환경적이며 화재 발생시 유독가스가 발생하지 않고, 방음 및 단열이 우수한 효과가 있다.

도 1은 방화문 내부 코어의 개략도를 나타내는 도이다.
도 2는 방화문 전체의 개략도를 나타내는 도이다.
도 3은 방화문의 (a) 제작도면 및 (b) 이미지를 나타내는 도이다.
도 4는 변형율(strain, %)에 따른 압축그래프를 나타내는 도이다.
도 5는 변형율(strain, %)에 따른 압축 시편의 형상을 나타내는 도이다.
도 6은 굽힘강도를 평가하기 위한 시편의 이미지를 나타내는 도이다.
도 7은 굽힘강도를 평가하기 위한 시험장치의 이미지를 나타내는 도이다.
도 8은 굽힘강도 평가 결과를 나타내는 도이다.
도 9는 굽힘강도 평가를 완료한 시편의 이미지를 나타내는 도이다.
도 10은 굽힙강도 평가시 (a) 아라미드/카본/발포금속, 및 (b) 철판/아라미드/카본/발포금속 시편에 대한 변형부의 매크로조직 이미지를 나타내는 도이다.
도 11은 각 시편에 대한 박리 특성 평가 결과를 나타내는 도이다.
도 12는 박리 특성 평가 전, 및 후의 사진을 나타내는 도이다.
도 13은 흡음/차음 특성 평가를 위해 제작된 시편의 이미지를 나타내는 도이다.
도 14는 알루미늄 발포금속에 대한 (a) 차음, 및 (b) 흡음 특성의 평가 결과를 나타내는 도이다.
도 15는 아라미드/카본/발포금속에 대한 (a) 차음, 및 (b) 흡음 특성의 평가 결과를 나타내는 도이다.
도 16은 발포금속/철판에 대한 (a) 차음, 및 (b) 흡음 특성의 평가 결과를 나타내는 도이다.
도 17은 철판/아라미드/카본/발포금속에 대한 (a) 차음, 및 (b) 흡음 특성의 평가 결과를 나타내는 도이다.
도 18은 (a)철판, (b) 발포금속, 및 (c) 발포금속/카본/아라미드/철판에 대한 200℃에서의 열전도도 특성 평가 결과, 및 (d) 각각의 판넬에 대한 열전도도 비교 결과를 나타내는 도이다. 여기서 T1은 판넬의 내부를 나타내고, T2는 판넬의 외부를 나타낸다.
도 19는 (a)철판, (b) 발포금속, 및 (c) 발포금속/카본/아라미드/철판에 대한 400℃에서의 열전도도 특성 평가 결과, 및 (d) 각각의 판넬에 대한 열전도도 비교 결과를 나타내는 도이다. 여기서 T1은 판넬의 내부를 나타내고, T2는 판넬의 외부를 나타낸다.
도 20은 (a)철판, (b) 발포금속, 및 (c) 발포금속/카본/아라미드/철판에 대한 600℃에서의 열전도도 특성 평가 결과, 및 (d) 각각의 판넬에 대한 열전도도 비교 결과를 나타내는 도이다. 여기서 T1은 판넬의 내부를 나타내고, T2는 판넬의 외부를 나타낸다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1. 발포금속을 이용한 방화문의 제조

먼저, 알루미늄 발포금속, 아라미드 섬유, 및 카본섬유를 문 크기에 맞게 제단하였다. 그 후, 아라미드/아라미드/카본/카본 순으로 적층된 하부층을 수지를 이용하여 접착하여 제조하였고, 이에 알루미늄 발포 금속을 얹고 내열필름으로 둘러싼 후, 진공 하에 100℃에서 2시간 동안 가압 및 가열하였다. 가열 후 충분히 냉각시킨 다음, 반대편에 복합섬유의 적층을 위하여 아라미드/아라미드/카본/카본 순으로 적층된 상부층을 얹고, 진공 하에 100℃에서 2시간 동안 가압 및 가열하였다. 가열 후 충분히 냉각시킴으로써 방화문 내부 코어를 제조하였다. 상기 제조된 방화문 내부 코어의 개략도를 도 1에 나타내었다.

그 후, 준비된 철판 판넬 사이에 상기 방화문 내부 코어를 삽입하여 용접함으로써 0.67g/cm³ 밀도의 방화문을 제조하였다.

상기 방화문 전체의 개략도를 도 2에 나타내었고, 방화문의 (a) 제작도면 및 (b) 이미지를 도 3에 나타내었다.

실험예 1. 방화문의 특성 평가

1-1. 압축 특성 평가

압축 평가는 가로, 세로, 및 높이 3cm의 (1) 순수 알루미늄 발포금속 및 (2) 알루미늄 발포금속에 아라미드 섬유, 카본 섬유, 및 철판을 접착한 두가지 형태의 시편으로 실시하였다. 여기서, 만능재료시험기(UTM, Shimadzu-10)를 이용하여 3mm/min 의 크로스헤드 속도로 실시하였다.

변형율(strain, %)에 따른 압축 강도를 표 1에 나타내었고, 압축그래프를 도 4에 나타내었고, 압축 시편의 형상을 도 5에 나타내었다.

표 1 및 도 4에 나타난 바와 같이, 순수 발포금속에 비해 아라미드 섬유, 카본 섬유, 및 철판을 접착한 시편의 강도가 더 높은 것을 알 수 있다.

1-2. 굽힘 강도 평가

본 발명에서는 굽힘강도를 평가하기 위해 3가지 시편을 준비하였다. 먼저, 발포금속을 가로 5cm, 세로 35cm, 및 높이 3.5cm의 크기로 워터젯(SJA-1515)을 이용해 절단하고, 이 크기에 맞게 아라미드 섬유 및 카본섬유를 제단한 후, 접착수지를 이용하여 접착하였다.

시편은 적층순서에 따라 (1) 아라미드/카본/발포금속/카본/아라미드, (2) 철판/아라미드/카본/발포금속/카본/아라미드/철판, 및 (3) 발포금속을 제외한 철판, 아라미드 및 카본을 적층하여 준비하였다. 또한, 발포금속을 압접한 후, 상기와 같은 복합 판넬을 준비하여 평가하였다.

상기 제조방법에 따른 굽힘강도를 평가하기 위한 시편의 이미지를 도 6에 나타내었다.

굽힘속도 3mm/min로 실시하였고, 굽힘시험기는 받침과 심봉으로 구성된 장치를 이용하였다. 받침사이의 거리는 100mm 로 실시하였다. 굽힘시험은 KS B 0804를 참고하여 실시하였고, 시험장치는 도 7에 나타난 바와 같이 준비하여 실시하였다.

굽힘강도의 평가 결과를 표 2 및 도 8에 나타내었다.

표 2 및 도 8에 나타난 바와 같이, 복합섬유와 스테인리스(stainless) 철판을 접착한 복합 판넬의 경우 파괴가 일어나지 않고, 계속해서 변형이 일어나는 현상을 관찰할 수 있었다. 또한, 발포금속, 아라미드 및 카본섬유만 접착한 시편보다 스테인리스 철판까지 접착한 시편이 굽힘강도가 더 높은 것을 알 수 있고, 각각의 물질이 갖는 강도보다 더해졌을 때 훨씬 더 높은 강도를 나타내는 것을 알 수 있었다. 일반 발포금속보다 압접한 발포금속의 경우 더 높은 굽힘강도를 나타내는 것을 확인하였다.

상기 굽힘강도 평가를 완료한 시편을 도 9에 나타내었고, (a) 아라미드/카본/발포금속, 및 (b) 철판/아라미드/카본/발포금속 시편에 대한 굽힙평가시 변형부의 매크로조직을 관찰한 이미지를 도 10에 나타내었다. 매크로조직을 통해 압축율을 계산하면 발포금속이 60%정도 압축된 것을 알 수 있다.

1-3. 박리 특성 평가

방화문 재료인 발포금속, 아라미드 섬유, 카본 섬유, 스테인리스 철판의 접합성을 평가하기 위하여 유니버셜 조인트를 이용하여 박리시험을 실시하였다. 접합시험은 아라미드 섬유와 스테인리스 철판 사이, 발포금속과 카본섬유 사이를 떼어내어 강도를 측정하였다.

먼저, 발포금속을 가로 5cm, 세로 30cm, 및 높이 3.5cm의 크기로 절단하고, 아라미드 섬유, 카본 섬유, 및 스테인리스 철판은 가로 5cm, 및 세로 35cm크기로 제단한 후, 접착수지를 이용하여 접착을 실시하였다.

시편은 적층순서에 따라 (1) 아라미드/카본/발포금속/카본/아라미드, 및 (2) 철판/아라미드/카본/발포금속/카본/아라미드/철판 순으로 적층하여 준비하였다. 박리 시험은 3mm/min의 박리속도로 만능재료시험기(UTM, Shimadzu-10)을 이용하여 평가하였고, 두 재료의 떨어진 길이가 3cm정도일 때 종료하였다.

박리 특성의 평가 결과를 표 3 및 도 11에 나타내었다.

표 3 및 도 11에 나타난 바와 같이, 아라미드와 스테인리스 철판사이의 접합력이 발포금속과 카본섬유사이의 접착력보다 약한 것을 알 수 있다. 또한 발포금속과 카본섬유의 박리시 발포금속이 뜯어지는 것으로 보아 발포금속과 카본섬유 사이의 접착력이 아주 강한 것을 알 수 있다.

박리 평가 전, 및 후의 사진을 도 12에 나타내었다.

1-4. 흡음/차음 특성 평가

원판형의 고주파시편 및 저주파시편의 두 가지를 준비하였다. 고주파시편의 경우 직경이 30mm이고, 저주파시편은 직경이 100mm 이다.

시편은 적층순서에 따라 (1) 아라미드/카본/발포금속/카본/아라미드, 및 (2) 철판/아라미드/카본/발포금속/카본/아라미드/철판, (3) 일반 발포금속, (4) 철판, 및 (5) 발포금속/철판을 준비하였다. 또한, 제작된 시편을 실험장비에 밀착하기 위하여 테프론 테이프를 감아서 소리가 세어나가지 않도록 시편 둘레를 감았다. 상기 방법에 의해 제작된 시편의 이미지를 도 13에 나타내었다. 실험은 고주파 및 저주파 흡음/차음시험기(SP-2001, SP-2002, SCIEN CO.LTD)를 이용하여 실시하였다.

흡음/차음 특성의 평가 결과를 도 14 내지 도 17에 나타내었다.

도 14 내지 도 17에 나타난 바와 같이, 발포금속의 경우 흡음성이나 차음성이 우수하나, 발포금속에 아라미드 및 카본 섬유을 적층한 시편의 경우 흡음성이 현저히 떨어지고, 차음성이 약간 높아진 것을 알 수 있다. 또한, 발포금속에 스테인리스 철판을 적층한 시편의 경우, 발포금속과 비교했을 때 흡음성은 거의 0에 가까워 지고, 차음성이 현저히 높아진 것을 알 수 있다. 그리고 발포금속과 아라미드, 카본, 및 스테인리스 철판을 모두 적층한 시편의 경우도 흡음성이 0에 가까워지고, 차음성이 높은 결과를 얻었다. 차음성은 500Hz에서 44.4dB로 측정되었고, 1000Hz에서는 39.7dB로 측정되었다.

1-5. 열전도 특성 평가

열전도 시편은 적층 순서에 따라 (1) 발포금속/카본/아라미드/스테인리스 철판, (2) 순수 발포금속, 및 (3) 스테인리스 철판을 준비하였다.

열전도 측정은 전기로를 이용하여 측정였고, 열전도율을 측정하면서 매 10분마다 화상카메라와 레이저 총으로 온도를 측정하였다. 200℃, 400℃, 및 600℃에서 각각 30분 동안 온도를 유지한 후, 3종류의 시편을 각각 1시간씩 측정하였다.

열전도도 특성의 평가 결과를 도 18 내지 도 20에 나타내었다.

도 18 내지 도 20에 나타난 바와 같이, 스테인리스 철판은 열을 받는 내부 및 외부의 온도차이가 적었지만, 내열소재인 발포금속, 아라미드 섬유 및 카본섬유를 적층하면서 내부와 외부의 온도차이가 커지는 것을 알 수 있다. 이 결과는 복합 패널 시편의 경우 열전도도가 현저히 저하하는 것을 나타낸다. 또한, 복합 패널 시편의 열전도율이 발포금속에 비해 600℃에서 약 2배 낮은 것을 알 수 있었다. 이것은 밀도가 낮고 기공형태를 가지는 발포금속으로 인해 열전도율이 확연히 떨어지고, 이에 내열소재인 아라미드가 적층되어 복합적으로 열전도 특성이 좋아지는 것을 나타낸다.

상기 스테인리스 철판, 순수 알루미늄 발포금속, 및 발포금속/카본/아라미드/스테인리스 철판 시료의 열전도율을 각각 표 4 내지 표 6에 나타내었다.

Claims (4)

1. 알루미늄 발포 금속, 아라미드 섬유 및 카본 섬유를 적층하여 방화문 내부 코어를 제조하는 단계; 및 상기 방화문 내부 코어를 철판 판넬 사이에 삽입한 후 접합하는 단계를 포함하는, 방화문의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 방화문 내부 코어는 아라미드 섬유/아라미드 섬유/카본 섬유/카본 섬유/알루미늄 발포 금속/카본 섬유/카본 섬유/아라미드 섬유/아라미드 섬유의 순으로 적층된 것인, 방화문의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 방화문 내부 코어를 제조하는 단계는 진공 하에 90~110℃에서 1~3시간 동안 적층된 방화문 내부 코어를 가열하여 수행하는 것을 특징으로 하는, 방화문의 제조방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 방화문.

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