KR100885618B1 - 복층유리용 합성수지 또는 고무 스페이서 및 스페이서제조방법, 상기 스페이서를 이용한 복층유리구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복층유리에 사용되는 물리적 특성과 장기 내구성, 수증기 및 기체투과 차단특성이 뛰어난 합성수지 또는 고무 스페이서와 발포 합성수지 또는 발포고무 스페이서 및 상기 스페이서의 생산 방법, 상기 스페이서를 사용한 복층유리 구조체에 관한 것이다.

합성수지 또는 발포고무 스페이서 사용시 코너부분의 스페이서를 도려냄 없이 사용할 수 있고, 유리의 하중이나 풍압, 기타 지속적으로 발생되는 충격의 흡수 및 분산특성을 극대화하는 구조를 취하여 최소 두께로 장기 내구성을 확보하며, 작업 과정에서 발생되는 장력에 의한 스페이서의 늘어남을 방지하고, 복층유리 내부로의 기체 또는 수분의 유출입을 방지함으로써, 장기적인 단열 특성 및 기계적 강도를 극대화 할 수 있는 이점이 있다. 또한, 이러한 합성수지 또는 고무 스페이서를 연속적 또는 실용적인 생산 공정을 통하여 가능하게 함으로써 생산비를 절감할 수 있다.

스페이서, 돌출, 돌기, 복층유리, 내부차폐 필름, 외부차폐 필름, 수분흡수제, 장력화이바

Description

복층유리용 합성수지 또는 고무 스페이서 및 스페이서 제조방법, 상기 스페이서를 이용한 복층유리구조체 {The plastic or rubber spacer for sealed glass unit and its manufacturing system, the structure of sealed glass unit using this spacer}

본 발명은 복층유리용 합성수지 또는 고무 스페이서 및 스페이서를 이용한 복층유리 구조체 및 스페이서를 만드는 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기존 합성수지 또는 고무 스페이서 사용시 문제가 되는 복층유리 코너부분에서의 가공문제와 인장력에 의한 스페이서의 늘어남의 문제, 하중과 충격에 의한 내구성의 문제, 복층유리 내부로 기체 및 수증기의 유출입의 문제를 해결하여 장기적 내구성을 갖도록 하며, 상기 스페이서를 제조하는 방법과 상기 스페이서를 사용한 복층유리 구조체에 관한 것이다.

현대의 건물은 에너지 절감을 위하여 건물 내에 단열도가 뛰어난 제품을 사용하여 실내의 기밀을 유지한다.

그러나 단열특성이 뛰어난 재질을 사용한 건물일수록 실내의 열량과 습도를 효과적으로 유지할 수 있지만, 반대로 실내의 습도와 부식성은 증가하며 실내 공기 중의 습기가 유리나 벽 등의 저온부에 접촉할 때 수분의 응결 현상이 나타나게 된다.

이러한 결로 현상은 과거 기밀도가 떨어진 건물 내에서는 심하게 발생되지 않았던 현상이며, 내외부의 온도차이가 심하고 공기 중 포화수증기압이 높을 경우, 환기를 시켜주지 않는 한, 온도 차이가 가장 심한 실내의 특정부분에서 필히 결로 현상이 발생되게 된다.

일반적으로 창유리는 건물 내에 사용되는 단열재에 비하여 열전도율이 높아(표 1) 건축용 단열재의 열전도율, 단열특성이 떨어지며, 결로 현상이 발생할 가능성이 가장 높은 취약부분이다.

이러한 창유리의 단열특성을 향상시키기 위해서, 사용 중인 복층유리의 대부분은 내부에 건조공기나 또는 공기보다 단열 특성이 뛰어나고 대류를 발생시키기 어려운 불활성가스 등을 주입하고, 수분흡수제를 스페이서 내부에 포함시킴으로써 단열특성을 개선시키고 있다.

보다 우수한 단열성 확보를 위하여, 복층유리의 유리판의 수를 증가시키거나 단열 복층유리 내에 진공복층유리를 설치하여 열전도 및 대류를 차단하는 방법 등이 있다. 이러한 복층유리 구조체에 대한 종래 기술로서 국제특허(출원 번호: PCT/JP1997/003172, 한국특허 등록 10-0461088) 에 자세히 기술하고 있다.

상기 특허에 의하면 건조공기를 봉입한 복층유리의 경우 열관류율이 3.0∼4.0kcal/㎡hr℃정도로서, 건축에 사용되는 단열재 벽재의 열관류율과는 차이가 있음을 증명하고 있으며, 따라서 단열 복층유리에 성막을 하거나 진공 단열유리를 삽 입함으로써 복층유리 구조체의 열관류율을 향상시킬 수 있는 방법을 제시하고 있다.

그러나 단열향상을 위하여 진공유리나 3중 유리, 성막형성에 따른 비용증가와 중량증가의 문제가 있으며, 유리 안팎의 지나친 온도 차이는 유리의 파손을 가져올 수 있다.

밀폐성이 향상된 현대의 건물에서 흔히 복층유리에 있어서 단열도보다는 결로의 문제가 보다 심각하다.

유리 구조체 전체를 통한 열관류율은 유리의 표면적을 통한 열관류와 스페이서의 표면적을 통한 열관류율의 합으로 나타내어지고, 따라서 유리면적에 비하여 스페이서가 차지하는 면적은 상대적으로 훨씬 적으므로, 단열효과가 뛰어난 스페이서를 사용하더라도 전체 유리 구조체에서 스페이서로 인한 단열효과는 상대적으로 효과가 적게 된다.

문제는 스페이서 재질로서 열전도율이 높은 알루미늄 같은 금속 재질을 사용할 경우, 열교 현상(Thermal Bridge)에 의하여 스페이서가 접착된 유리부분부터 결로 현상이 발생되는 것이다.

겨울철 실내의 온도가 실외보다 훨씬 높고 실내의 수증기압이 높은 경우, 실내의 열은 실외로 전달되게 되고, 그 중에서 열전도율이 타 건축자재에 비하여 현격히 높은 알루미늄 스페이서는 동일 면적 대비 가장 많은 열이 실외로 이동되게 된다.

그에 따라 스페이서가 접착된 실내의 유리부분의 온도가 급격히 냉각되며, 급격히 냉각된 유리의 부분이 높은 수증기압을 가진 따뜻한 공기와 접하게 되어 이슬점이 형성될 때, 바로 이 부분에서부터 수분의 응결(결로 현상)이 발생되며, 시간이 경과함에 따라 유리의 냉각부분이 확대되고 결로의 범위도 넓어지게 된다. (도 31)

이와 같이, 금속재 스페이서 또는 금속재를 함유한 스페이서는 복층유리 적용시 결로에 있어서 근본적인 문제를 가진다.

또한 일반적으로 사용중인 알루미늄스 페이서는 층밀리기 탄성계수(26GPa)와 영률(70GPa), 경도가 높아 유리에 가해지는 충격을 완화 또는 분산시켜주는 특성이 플라스틱보다 낮으므로, 특정 이상의 풍압 또는 충격을 가할시 유리의 파손을 가져올 수 있으며, 온도 변화에 따른 유리의 팽창과 수축을 흡수하는 특성이 떨어져서 유리의 내구성을 단축시킬 수 있고, 알루미늄 표면에 형성되는 강력한 산화피막을 제거하지 않고 사용 시, 2차 씰링재와의 접착특성이 저하되고, 알루미늄과 유리사이에의 틈이 발생하여 수증기 및 가스의 유출입이 초래될 수 있다.

그 외, 금속 스페이서를 사용할 경우, 별도의 공정을 통하여 수분흡수제를 금속 스페이서 튜브내부에 투입하고 씰링하는 작업을 해야 하는 불편한 단점이 있다.

이러한 금속재 스페이서의 단점을 극복하기 위하여 나온 방법으로, 금속-합성수지 복합재, 합성수지 또는 고무재 등이 있다.

대표적인 제품으로서, 열가소성 수지를 이용한 스페이서, 실리콘고무나 에틸렌프로필렌고무를 이용한 스페이서, 금속과 합성수지를 복합 구성한 스페이서 등이 있다.

스페이서로 사용되는 합성수지나 고무제품은 장기적인 단열특성과 수분흡수성, 내화학성, 내열성, 내한성, 탄성, 충격 흡수 및 분산특성, 낮은 영구 압축 변형율 등의 물리적 특성과 수증기와 가스의 차폐성을 갖추어야한다.

즉, 단열 특성을 위해서는 열전도율이 낮아야 하며, 수증기 흡수성은 수분뿐 아니라 수증기를 흡수할 수 있는 능력과 빠른 흡수속도가 필요하고, 알칼리나 산에 내성을 지니며, 온도 충격에 강한 내열성과 내한성을 가지고, 유리의 열팽창과 수축에 따라서 복원 가능한 탄성변형특성을 지니고, 유리의 중량과 다양한 풍압에 의한 광범위한 충격을 흡수 분산할 수 있는 점탄성과 층밀리기탄성을 가짐으로써 유리의 파손을 방지하고, 스페이서의 내구성을 가지며, 압축변형율이 적고, 재질자체의 가스에 대한 용해도계수와 확산계수가 낮아 가스 투과율이 최소화되어야 한다.

열전도율면에서 합성수지나 고무제품은 금속보다 뛰어난 특성을 보인다. 그러나 보다 낮은 열전도율 특성을 위해서 재질내부에 열전도율이 가장 낮은 공기나 가스층을 형성시킴으로써 열전도율을 저하시키고, 그에 따라 단열 특성과 결로 특성을 개선시킬 수 있다. 인위적으로 재질의 내부에 공기층을 형성시키는 발포방법에는 화학적 발포, 물리발포제(가스주입발포), 수발포가 있으며, 이러한 발포에 의하여 고무나 플라스틱의 내부에서 팽창된 열전도율이 낮은 가스가 차지하는 비율이 높을수록 스페이서의 열전도율이 낮아지게 되고, 따라서 발포비율을 조정하여 열전도율을 쉽게 개선시킬 수 있다.

고무나 플라스틱 스페이서는, 스페이서 제조 공정시 수분흡수제를 혼합하여 압출 생산함으로써, 복층유리 제조공정에서 추가로 수분흡수제를 투입할 필요가 없으므로 생산 공정을 현격히 감소시킬 수 있는 장점을 지닌다. 복층유리에서는 액체상태의 수분흡수보다 기체상태의 수증기 흡수가 중요하며, 따라서 복층유리 내에 발생되는 수증기가 고무나 플라스틱의 재질을 투과하여 재질 내에 있는 수분흡수제에 신속히 흡착되어야 한다.

스페이서는 내외의 온도차이가 급격하게 변동하는 부위에 맞는 용도로 사용되므로, 온도충격에 견디는 내열, 내한성의 특성을 지녀야하며, 온도충격으로 인한 부피팽창수축의 반복에 의하여 분자간의 결합력이 쉽게 약화되어 열화되지 않아야 한다.

열경화성 실리콘 고무는 이러한 요소를 가장 만족시킬 수 있는 재질이라 할 수 있으며, 그 외 열가소성 수지와 고무의 특성을 지닌 열가소성 고무나 EPDM 등의 재료를 사용할 수도 있다

열가소성 수지는 외부 열이나 기타 요인 등의 변형에너지에 의해 변형되면 원래의 형상으로 되돌아오지 않으나, 열경화성 실리콘 고무는 외부 에너지를 제거할 경우 원래의 형상을 유지하며, 실리콘 고무의 주결합 요소인 신록산 결합(규소-산소결합)은 높은 결합 에너지(약128kcal/mole)로 인하여 내열성 및 내화학성, 내자외선 특성이 뛰어나서 극단적인 환경에서 장기적인 내구성을 지닌다.

또한 규소-산소분자의 결합각(bond angle)이 매우 크고(130∼170°), 자유체적볼륨(고분자의 응집에너지 밀도와 분자의 움직이기 용이함에 대한 지표)이 커서, 광범위한 온도에 걸쳐 실리콘 고무의 유연성을 가지게 한다.

이러한 큰 결합각과 원자크기로 인하여 높은 기체 및 수증기 투과가 발생되며, 실리콘 고무는 수증기 투과율이 15∼25grams/day/sq.meter로서 고무종류 중에서도 가장 높은 편이다.

복층유리 내에서 발생될 수 있는 습기나 수증기는 신속히 스페이서 내에 흡수되어야만 한다.

스페이서의 표면에 접한 수증기는 확산작용을 거쳐 스페이서의 내부로 침투하게 되며, 흡착력이 뛰어난 수분흡수제에 흡착되게 된다. 수증기나 기체의 확산계수는 투과재질의 분자결합각과 자유체적볼륨이 클수록 높아진다.

따라서 실리콘 스페이서는 복층유리 내에 발생될 수 있는 수증기를 가장 신속하게 스페이서 내에 흡수할 수 있는 장점을 가진다.

복층유리의 장기적인 단열특성을 위해서는 유리내부에 주입되는 건조공기나 불활성가스의 누출이 없어야 한다.

따라서 스페이서는 복층유리 내부의 수증기를 흡수하는 기체투과 흡착능력과 외부로의 누출을 완전히 차단하는 특성을 지녀야만 한다.

금속에 비하여, 합성수지나 고무는 동일 두께에 대비하여 기체나 수증기 투과율이 매우 높다

현재 사용되는 합성수지나 실리콘고무 스페이서는 기체투과 방지를 위해서 스페이서 외부표면에 기체투과차단 필름을 부착하여 유리면 접착부위(스페이서 측면부)와 스페이서 전면부에서의 가스 및 수증기 유출입을 제어한다. 이러한 기체투과방지 필름은 기체 차단율이 뛰어난 합성수지 필름을 여려 겹으로 라미네이트하거 나, 알루미늄 등의 금속막을 증착한 합성수지 필름과 합성수지필름을 복합한 형태를 지니고 있다.

합성수지의 기체투과율은 분자의 결합력, 자유체적볼륨(프리 볼륨), 결정화도, 분자배향도, 주위 온도, 습도 등에 의해 특성이 좌우된다. 아미드기, 에스테르기, 페닐렌기, 에테르기 등을 포함하는 고분자, 예를 들면, 나일론이나 폴리에스테르 등의 기체투과 차단은 매우 양호하며, 클로로기나 수산기, 시아노기를 포함하는 폴리염화비닐덴(PVDC), 폴리비닐알코올(PVA), 에티렌비닐알코올 공중합체(EVOH), 아크릴로니트릴(PAN) 등의 특성도 양호하다.

이러한 기체투과방지 필름의 복합화외에 스트레스완화 필름을 복합화하거나(미국특허 US7,378,157), 금속산화물이나 무기질바인더 및 실리카를 혼합한 재질로 스페이서에 코팅막을 형성하는 방법(한국 실용신안 20-0372579) 등이 기술되어 있다.

금속의 경우 정상적으로는 완전히 박막 상태에서도 기체투과율을 제로화 할 수 있으나, 실제로는 압연 또는 증착과정에서 핀홀이나 변형이 발생되어 기체 투과가 발생된다. 박막상태로 기체투과가 제로화되기 위해서는 합성수지필름의 선팽창계수가 적고, M/D,T/D방향의 수축율 차이가 적으며, 온도 특성이 좋고, 접착되는 재질간의 접착 친화성과 평탄도 등의 요소가 문제점이 전혀 없어야한다.

문제는, 합성수지필름이나 알루미늄증착 합성수지 필름, 코팅막 형성 등으로는 기체투과율을 제로화 할 수 없으며, 이러한 기체투과차단 필름의 생산공정이나 복층유리 적용공정, 장기적으로 복층유리에 가해지는 중량 및 충격 등의 외부 환경 적, 물리적 요소에 의한 스페이서와 기체차단 필름의 연신에 의한 핀홀 발생을 고려해야 하는 것이다.

실제로 스페이서의 복층유리 적용시, 복층유리의 모서리 부분에서 스페이서에 휨 응력의 발생하고, 인장력에 의한 스페이서의 신장으로 인한 금속박 내에 핀홀이 발생될 수 있고, 이렇게 인장응력이 가해진 상태에서 유리간에 장착된 스페이서에, 복층유리의 중량 및 반복된 충격이 가해지고 그로 인하여 금속박의 핀홀이 발생되며 기체 및 수증기의 유출입이 발생되는 것이다.

게다가, 복층유리에 주입되는 건조공기나 불활성가스로 인하여 스페이서 내외부의 기압차가 존재하고, 이러한 극심한 기압차와 온도차이, 습도차이에 의하여, 유리내외부의 기압평형, 온도평형, 습도평형을 유지하려는 모멘트가 발생되고, 작은 핀홀이 발생되더라도 일반 환경에서보다 더욱 배리어 특성이 떨어질 수 있다.

따라서 장시간 내구성을 요하는 합성수지 스페이서의 수증기 및 기체의 차폐는 이러한 물리·환경적 요인까지 고려한 차폐 특성을 지녀야 한다.

압출방식을 통해 생산되는 합성수지나 고무 스페이서는, 금속 스페이서나 열가소성수지 스페이서와 비교하여, 단열특성, 충격흡수성, 생산성 등 여러 면에 장점을 지니고 있는 반면, 내구성, 기체투과 차폐특성 면에는 단점을 가지고 있다.

특히 열가소성 유기 플라스틱 스페이서는 내구성에 근본적인 문제점을 지니고 있다. 이들의 문제는 글라스의 만곡과 열팽창, 수축으로 인한 씰링재료의 응력의 증가와 변위에 맞게 추종될 수 없으므로, 쉽게 열화되고, 휘발성가스의발생과 응결에 의해 글래스면이 더러워지고, 봉입된 불활성 가스가 빨리 누출될 수 있다.

고무재질, 특히 실리콘 스페이서는, 글라스의 만곡과 변위에 맞게 추종될 수 있으며, 무기재료를 기본으로 함으로 내열성과 내구성이 뛰어나고, 잘 열화되지 않는다.

그러나 고무제품은 인장응력에 의하여 쉽게 신장되고, 이러한 신장율이 지속적으로 유지되는 상태(인장응력이 유지된 상태)에서는 고무의 결정화가 급속히 발생되고, 이러한 결정화는 강성을 증가시키고, 탄성을 잃게 하며, 여기에 부가되는 온도변화는 고무의 취성으로 나타난다.

실리콘 고무나 EPDM 고무는 연속 작업으로 생산되고, 복층유리사이에 적용시, 스페이서의 유리내 직진도를 위해서 상당한 인장응력이 가해질 수 밖에 없다.

또한 스페이서에 가해지는 유리의 과도한 중량이나 풍압이 반복되는 경우, 스페이서 재질의 입자간 결합력이 약화되고, 약화된 결합력은 더욱 낮은 한계압축강도, 한계인장강도를 갖게 하며, 물리적인 특성을 가속적으로 약화시키게 된다. 합성수지나 고무는 외부의 힘 에너지이외에 자외선이나 화학물질, 온도변화 등 다수의 요인에 의해서도 물리적 특성이 약화된다. 복층유리의 특성상, 유리 자체의 중량의 시간적 변화는 없으며, 따라서 최소한 유리 중량이상의 중량이 장기간 항상 스페이서에 가해지므로, 스페이서는 이러한 모든 요인을 감안하여 장기적 내구성을 갖도록 충분히 큰 물리적 특성을 지녀야만 한다.

또한 합성수지나 고무의 연속압출방식 제품의 복층유리 적용시 모서리부분에서의 굴곡반경을 최소화하기 위해서는, 모서리부분의 스페이서를 도려내야하는 공정상의 문제를 가지고 있다. (도 32) 모서리부분을 도려내지 않고 사용할 경우, 곡 면부분에서 지속적인 과도한 인장응력이 발생되어지고 급속한 열화가 발생된다.

또한 모서리부분에서 각이 형성되지 않고 완만한 곡선으로 처리되면 미관상으로도 좋지 않다.

모서리 부분만을 도려내더라도 스페이서의 직진도를 위해 가해지는 인장응력은 두께가 상대적으로 얇은 모서리 스페이서 부분에 가장 강하게 가하여 질 수 밖에 없다.

끝으로, 모서리 부분에서의 연결 방법이 까다롭다는 것이다. 금속 스페이서는 절곡강도가 강하여 절곡되면 그 상태를 그대로 유지하여 코너키를 이용하여 쉽게 연결할 수 있으나, 합성수지나 고무 등의 스페이서는 절곡강도가 약하므로 연결 작업이 어렵다는 문제를 지니고 있다.

복층유리는 장시간의 내구성을 필수적으로 요한다.

기존 금속 스페이서가 갖는 단열특성 및 결로 현상의 중요한 단점을 보완할 수 있는 합성수지나 고무 스페이서는 물리적 특성, 수증기 및 기체 차폐성, 장기적 내구성면에서 취약한 면을 가지고 있으며, 복층유리에의 적용시의 불편함과 특성저하의 우려 등이 존재하고 있다.

본 발명의 목적은 합성수지나 고무 스페이서가 지닌 장점인 단열특성과 결로 방지 특성을 보다 개선하고, 단점인 장기 내구성을 확보하기 위하여, 압축 및 인장강도의 물리적 강도를 높이고, 충격흡수 및 분산성이 뛰어나며, 수증기와 기체를 완벽히 차단하고, 만곡이나 코너부위에 쉽게 적용할 수 있는 합성수지나 고무 스페이서 및 이 스페이서를 생산하는 방식과 스페이서를 적용한 복층유리 구조체를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 스페이서 및 그 제조방법을 나타내고 있으며, 다음과 같이 구성되어 있다.

본 발명은 합성수지 또는 고무 또는 유무기 복합재로 된 스페이서로서, 길이 방향과 수직인 횡방향으로 연속 또는 불연속적으로 오목이나 볼록 형상의 돌출부가 형성되거나 또는 길이 방향과 평행한 방향의 돌출부 및 길이 방향과 수직인 돌출부를 포함하며, 그 단면이 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 사다리꼴 형, 별형 또는 다각형으로 형성될 수 있다.

상기 스페이서는 합성수지 또는 고무 또는 유무기 복합재로 된 재질에 발포를 포함할 수 있으며, 상기 발포는 화학발포제나 수발포제, 가스, 촉매 및 기포 형성재를 통하여 공기층이나 가스층을 부여한다.

또한, 상기 스페이서는 내부에 흡수제, 내부 가스 차폐시트, 외부 가스 차폐시트 또는 스페이서 인장강도 강화제 중 하나 이상을 포함한다.

여기서 흡수제는 수분이나 수증기 흡수제, 기체 흡수제 중 하나 이상을 포함하거나, 내부 가스 차폐시트는 합성수지나 금속 중 하나 이상을 포함하거나, 또는 스페이서 인장강도 강화제로서, 장력 화이바, 스테인리스선, 면상섬유체 시트 또는 금속선 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 외부 가스 차폐시트는 제1 금속층, 합성수지층 및 제2 금속층으로 이루어질 수 있는데, 상기 합성수지층의 표면에 요철을 형성하고 그 표면을 따라서 제1 금속층을 형성할 수 있으며, 그 이면에 제2 금속층을 형성할 수도 있다. 더욱이 상기 외부 가스 차폐시트의 제1 또는 제2 금속층의 표면에 코팅층 또는 라미네이팅층을 포함하는 것도 바람직하며, 외부 가스 차폐시트의 효율을 높이기 위하여 상기 구조의 외부 가스 차폐시트를 복수로 적층하여 사용할 수 있다.

상기 구조의 스페이서는 복층유리 구조체에 적용할 수도 있으며, 상기 복층유리 구조체를 형성하기 위하여 코너키를 사용할 수 있다.

또한, 상기 스페이서는 다음과 같이 제조될 수 있다.

길이 방향에 수직인 횡방향으로 돌출부가 형성되거나 또는 길이 방향과 평행한 돌출부 및 길이 방향과 수직인 돌출부를 포함하는 스페이서를 제조하는 방법에 있어서, (1) 합성수지 또는 고무를 압출기 실린더로 유입시키는 단계; (2) 상기 유입된 합성수지 또는 고무를 압출기의 헤드 및 다이스를 통과시켜 압출하는 단계; (3) 상기 다이스를 통과한 상기 합성수지 또는 고무 재료를 상하 또는 좌우운동을 하는 취부에 의해 돌출부를 형성하거나 또는 돌출부가 형성된 로울러를 통과시켜 돌출부를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 압출 실린더로 유입되는 합성수지 또는 고무 내에 화학발포제나 수발포제, 가스, 촉매 및 기포 형성재에 의해 기포가 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 압출 실린더로 유입되는 합성수지 또는 고무는 흡수제, 내부 가스 차폐시트, 외부 가스 차폐시트 또는 스페이서 인장강도 강화제 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 제조 방법에 의한 스페이서를 복층유 리 구조체에 응용할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은, 복층유리에 사용되는 합성수지나 고무 스페이서가 지닌 문제점인 장기내구성을 확보하는 스페이서 및 스페이서 생산방식, 상기 스페이서를 사용한 복층유리 구조체의 제조에 관한 것이다.

복층유리에 적용시 횡방향으로 오목 및 다양한 형상의 돌출을 가진 합성수지 또는 고무 스페이서를 사용함으로써 스페이서 자체의 압축강도, 인장강도의 항복점을 증가시켜 물리적 특성을 강화시키고, 충격 및 하중의 흡수 분산 기능을 갖도록 하며, 인장력 강화용 화이바나 면상체를 스페이서 내에 포함시킴으로써 기존 복층유리의 코너부분에서의 스페이서 사용시 편리함을 부여하고, 인장응력에 의한 스페이서의 열화를 방지하며, 수증기 및 가스 투과방지가 완벽히 구현되는 금속 복합필름의 사용으로 장기간 사용시에도 유리내부의 가스 유출입이 없도록 함으로써 합성수지나 고무가 갖는 장점을 유지하며, 단점을 보완하여 결로 현상이 없고, 뛰어난 단열특성을 지니며, 지속적인 장기 내구성을 지닌 스페이서를 적용함으로써 에너지절감에 기여할 수 있다.

또한 기존 합성수지 또는 고무 스페이서의 코너부분 가공시, 일부분을 오려내야 하는 생산 공정이 필요없고, 스페이서 내에 화이바 또는 금속선이 들어있으므로 코너 한 부분에서 스페이서 연결시, 쉽게 연결되는 공정상의 장점을 가지고 있으므로 생산비 절감이 가능하다.

이러한 상기 스페이서를 적용한 복층유리 구조체는, 장기 단열성을 보유하 고, 결로 현상이 없으며, 하중흡수에 의한 유리의 균열 및 파손의 위험성이 없으므로 장기내구성을 보유하게 된다.

상기 발명의 실시 예를 도면을 이용하여 설명하며, 상기 실시 예가 상기 발명을 한정하는 것이 아니라는 것은 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있을 것이다.

상기 발명의 목적을 달성하기 위한 스페이서 및 생산방식, 복층유리구조체는 다음과 같은 특징을 지닌다.

본 발명에 의한 스페이서는, 기본 재질로서 합성수지나 또는 고무 탄성체(24)로 구성되고 수분흡수제(57)를 내부에 포함하고 오목형상을 한 다수의 돌출(2, 6, 7, 59)이 길이방향(60)에 직각방향(61)으로(이후 "횡방향"으로 기술함) 형성되어 있으며, 양측면의 일부와 돌출형상을 한 반대면에는 기체 및 수증기투과 방지용 점착 또는 접착필름(3, 5)이 스페이서에 점착 또는 접착된 형태를 지니고 있다. 유리와의 점착 또는 접착을 위해서, 상기 필름(3, 5)의 양쪽 옆면에 추가로 점착 필름 또는 점착제를 점착하여 유리내의 불활성 가스가 옆면으로 누출함을 방지할 수 있다. (도 14, 1, 2, 3, 4)

또한 스페이서의 밑변 내부에는 높은 인장강도를 지닌 화이바 또는 스테인리스선이 길이 방향으로 들어가 있거나(4) 면상섬유(8)가 들어가 있는 구조를 지닌다. (도 1, 8)

(도 1)은 스페이서를 입체화하여 상부에서 본 사시도이다.

우선 스페이서(1)는 재질로는 열경화성 수지나 열가소성 수지 등의 합성섬유나 고무를 사용하며, 상기 재질을 발포화하여 사용할 수 있다.

그러나 경화 후 외부 변형을 가해도 자기 형상을 잃지 않는 열경화성 수지가 바람직하며, 탄성발포체이면서, 내열성, 내후성, 내화학성, 점탄성 등을 가지는 실리콘 고무가 가장 바람직하다.

발포셀의 형태로는 개방형 발포셀보다는 독립형 발포셀의 특성이 우월하다. 개방형 발포셀은 소음 흡수에는 뛰어난 장점을 가지나 셀의 물리적 강도가 약하고, 기체분자가 쉽게 움직일 수 있는 행정거리를 지니고 있어 열대류가 쉽게 일어난다. 독립형 발포셀의 크기는 기체분자의 행정거리 내에 있는 마이크로 크기의 작은 셀일수록 기체분자의 움직임을 제어함으로써 단열 특성이 우월하다. 또한 동일 단위 면적당 발포율은 같더라도 발포셀이 많을수록 외부에서 가해지는 충격을 분산 흡수하는 능력이 증대된다.

수분흡수제(58)는 수증기분자나 기체분자를 흡수 또는 흡착할 수 있는 제오라이트나 실라카 겔을 사용한다. (도 14)

본 발명에 의한 스페이서의 특수 형상은 합성수지나 고무 스페이서의 단점인 내구성을 갖게 하며 생산의 편리성을 갖게 하는데 근본적인 목적이 있다.

합성수지나 고무제품의 스페이서 설치시 코너부분의 가공(도 32)이 가장 어려운 부분이다.

코너부분의 각도처리를 위해서 코너 부근의 스페이서의 일정부분을 제거해야하는 공정상의 불편함이 있으며, 그에 따라 차폐필름의 물리적 강도에 영향을 줄 수 있고, 수증기 및 가스투과의 위험성이 가장 큰 부분이기도 하다.

본 특허에 의한 횡방향으로 돌출부를 갖는 스페이서는 생산중의 특별한 공정 없이 유리에 설치할 수 있는 장점을 지니고 있다. 스페이서의 두께에 따라서 돌출(2)의 깊이와 넓이를 조정함으로써 최적의 굴곡반경을 가지게 할 수 있다. (도 1, 도 20)

즉, 두께가 두꺼운 스페이서는 돌출의 깊이를 깊게 하거나, 돌출부분의 넓이를 넓게 하는 것만으로 문제를 해결할 수 있는 것이다.

횡방향의 돌출 형상은 원형(6), 타원형, 각형(7) 등 다양한 형상으로 구현될 수 있다. (도 3, 도 4)

합성수지나 고무는 지속된 외부 에너지에 의하여 인장응력이나 압축응력으로 인한 변형상태가 지속되면 입자간의 결합력이 약화되어 취성이 발생된다. 고무는 외부의 힘을 흡수할 수 있는 점탄성과 자기 형상을 유지하려는 영률 및 반발탄성, 열경화 특성을 지니고 있지만 지속되는 인장응력이나 압축응력에 의해서는 쉽게 열화되는 단점이 있다.

발포셀 자체가 외부에서 가해지는 힘이나 충격의 분산을 기할 수 있으나, 장기간의 사용을 요하는 스페이서의 특성을 고려하면 이러한 단점을 근본적으로 보완할 수 있는 기능이 보다 필요하다.

유리 내에 사용되는 스페이서는 지속적으로 가해지는 유리의 중량과 풍압에 의하여, 영구 변형율이 시간이 경과함에 따라 증대될 가능성이 높으며, 열화된 스페이서는 중간부분부터 내외부로 휨이나 접힘 등이 발생할 수 있고, 약간의 휨이 발생하더라도 유리와의 접착면에 틈이 발생되어 유리내부의 건조공기나 불활성 가스가 누출될 수 있다.

돌출형태의 스페이서는 외부에서 가해지는 힘을 분산함으로써 근본적으로 스페이서의 내구성을 향상시킨다.

(도 5)는 일반 형태의 스페이서와 돌출을 가진 스페이서에의 힘의 분산 관계를 나타낸 것이다.

돌출이 없는 스페이서는 외부의 힘을 분산시키지 못하므로, 힘의 중심점이 되는 스페이서의 중심 라인 부분부터 집중적인 열화가 발생된다. 스페이서가 갖는 항복점 이상의 물리적 외력이 가해질 경우, 스페이서의 힘의 중심점부터 발생되는 열화로 스페이서가 변형되거나 수축되고, 그 틈으로 유리 내부의 가스가 외부로 누출된다.

열화된 스페이서는 보다 낮은 압축강도, 인장강도, 탄성계수를 가지게 되며, 따라서 동일한 외력에 의해 열화가 가속화된다. 20년 이상의 장기간 내구성을 필요로 하는 복층유리에 사용되는 스페이서는 풍압으로 인한 충격을 감안할 때, 유리의 지속적인 중량보다 몇 배나 되는 중량에 견디는 특성을 지녀야만 한다.

돌출이 형성된 스페이서는 돌출의 개수와 두께에 따라 압축강도, 충격흡수와 분산성, 굽힘 강도가 훨씬 강화되고, 이러한 물리적 강도의 강화는 스페이서의 열화를 방지하여 장기적인 내구성을 가능하게 한다.

본 특허는 이러한 물리적 특성을 기본적으로 강화한 스페이서를 복층유리 내에 설치시 발생될 수 있는 인장력에 의한 스페이서의 늘어남을 방지하기 위하여, 추가적으로 스페이서 내에 높은 인장강도를 지닌 고장력 화이바나 금속선(4) 면상섬유(8) 등을 넣음으로써 이 문제를 해결하는 방안을 제시하고자 한다. (도 1, 6)

복층유리에 설치되는 합성수지 또는 고무 스페이서는 알루미늄 스페이서에 비하여 직진성이 떨어지며, 따라서 이러한 직진도를 위해서는 스페이서가 늘어날 정도의 인장력을 가하지 않을 수 없다. 이러한 인장력으로 신장율이 발생된 상태에서 지속적으로 사용시 합성수지나 고무는 결합력이 약화, 분해되는 현상을 초래할 수 있다. 특히, 탄성이 있는 고무는 지속적인 인장력에 대해서는 쉽게 열화되고 취화되는 매우 취약한 특성을 보인다.

따라서 인장강도가 높은 화이바나 섬유 등을 넣음으로써 고무의 신장에 따른 열화를 방지할 수 있는 것이다.

고장력 화이바는 분자량이 큰 초고분자량 폴리에틸렌이나 폴리아라미드 계통의 고분자 섬유가 바람직하고, 금속선은 인장강도가 뛰어나고 열전도율이 낮은 금속선을 사용한다. 글라스 화이바는 수분이 있는 환경에서는 인장강도가 현격히 떨어지고, 내구성이 짧으며, 탄소섬유는 열전도율과 가격이 높다는 단점을 가지고 있다. 모노사보다는 합사가 동일 직경 기준으로 할 때 인장강도가 좋고, 합성섬유나 고무와의 결합력이 뛰어나다. 길이 방향으로의 인장강도뿐 아니라 횡 방향으로의 압축강도를 강화시키기 위해서는 단섬유 화이바를 사용한다. 보다 강력한 인장강도를 위해서는 면상체의 섬유(8)를 사용한다. 면상체는 면상 자체가 갖는 틈 사이에 스페이서 재질이 침투하여 압출됨으로써 스페이서와 잘 분리되지 않으며, 강력한 결합력을 갖는다. (도 6)

본 특허는 복층유리의 단열 특성을 향상시키기 위하여 복층유리 내에 추가로 유리가 삽입될 경우, 즉 3층 이상의 복층유리용으로도 사용가능하다. 압출시 다이스의 말단내부에 홈을 형성하여 압출함으로써 길이 방향으로 돌출을 형성하고, 따라서 횡방향과 더불어 가로방향과 세로 방향의 복합 돌출을 지닌 스페이서 형상이 가능하다. (도 7)

스페이서 내부에 선상 화이바나 면상섬유가 스페이서와 결합력을 지니고 있으므로, 다양한 돌출의 구축에 따른 스페이서 강도의 약화를 보완할 수 있다.

스페이서의 내부에 가스나 수증기차폐성이 뛰어난 합성수지 시트나 금속시트를 길이 방향으로 투입하여 1차 내부 기체투과 차폐층을 형성할 수 있다. (도 8) 인장강도가 뛰어난 1차 내부 기체투과 차폐시트를 사용시는 별도의 인장강도 보완용 화이바나 면상 섬유체가 필요하지 않으므로 제조 공정을 단축시킬 수 있는 장점을 가진다.

1차 내부 기체투과 차폐시트는 수증기나 기체의 확산 시간을 지연시키는 역할을 한다. 특히 기체투과율이 높은 실리콘 고무에 사용시, 기체투과율이 거의 없는 기체 차폐시트가 포함되면, 기체 차폐시트가 실리콘 고무와 접합되지 않는 에지부분으로 우회하여 통과해야 하므로 차폐효율이 매우 높다.

합성수지나 고무제품은 금속에 비하여, 수증기나 기체투과율이 높다.

따라서 유리내부의 건조공기나 불활성가스의 유출입 방지를 위해서,스페이서의 외부에 기체차단 필름을 점착하거나 코팅 등의 특정 공정을 통하여 기체투과방지를 하지 않으면 안 된다.

그러나 고분자 합성수지로 기체투과율을 제로화 하는 것은 사실상 힘들다. 특히 장기적인 기체의 기밀성이 요구되는 복층유리의 경우 가장 중요한 사항이라고 할 수 있다.

실제로 사용되는 기체차단 필름은 대부분이 복층의 플라스틱 필름이거나 알루미늄을 증착 또는 알루미늄포일을 복층의 필름 내부의 일부분에 접착하여 사용한다.

금속은 가장 결합거리가 짧고 가장 강력한 원자 결합을 하고 있으므로 기체투과방지를 근본적으로 막을 수 있는 대안이다.

그러나 금속을 증착한 필름은 증착필름의 생산과정 중에 연신되어 핀홀이 발생되고, 이 핀홀을 통하여 소량의 수분 및 기체 투과가 발생한다.즉, 플라스틱에서는 농도구배에 따른 수분과 기체의 확산에 의한 투과가 발생되나, 금속 내에서는 확산 현상은 발생되지 않으며, 핀홀 발생에 따른 기체투과만 발생된다. 알루미늄박막은 얇은 박막에서는 핀홀에 의한 기체투과가 발생되나 (표 2) 일정한 두께 이상의 박막에서는 전혀 투과되지 않음이 실험에 의하여 입증되었다. (표 3, 표 4) 두께가 0.90mil(22미크론), 면적 50CM²인 알루미늄호일 시료의 산소투과도를 실험한 것으로, (표 3)에 수치를 그래프화 하였고, (표 4)에는 수치를 표시하였다. 산소투과(-0.064589c/M²/day), 산소흡수(-0.058486 mil-cc/M²/day)로 측정되었으며, 결과적으로 이 두께에서는 산소 투과율이 전혀 없고 알루미늄호일 내에 핀홀이 존재하지 않는 한 다른 기체도 전혀 투과되지 않는다고 추정할 수 있다.

따라서 보다 두꺼운 40미크론 이상의 알루미늄 박막을 별도의 고분자와의 라 미네이트화 없이 스페이서에 점착하여 사용함으로써 가스 및 수증기 투과율을 제로화 할 수 있다. 본 특허에 의한 스페이서는 돌출형상으로 인하여 충격이나 중량의 분산이 우월하고, 인장력에 의한 길이 방향의 신장이 발생이 거의 없으며, 알루미늄 호일에 가해지는 힘이 훨씬 적으므로, 일반 스페이서에서 사용하는 높은 단가의 5∼6중 복합필름을 사용하지 않아도 된다.

기체투과는 크게 2가지 방식으로 발생한다. 플라스틱 등의 필름 양측에 기체의 압력차가 있는 경우, 혹은 양측의 전체 압력은 동등하나 어떤 기체에 관해서는 분압에 차가 있는 경우, 분압이 높은 측(고압측)에서 낮은 측(저압측)으로 기체가 이동된다. 그 중 하나는 필름에 구멍이 있어 이 구멍을 통하여 기체가 모세관류 타입에서 점성류로, 핀홀이 있는 알루미늄호일 및 필름 등의 다공질 물질을 투과할 때 발생한다.

다른 한 가지 형태는, 기체분자가 실질적으로 구멍이 없는 필름을 형성하고 있는 고분자쇄의 열운동에 기초한 분자간격(프리볼륨)을 통과하여 이동하는 형태로서 이는 점성 확산류이다. 이 타입의 투과는 플라스틱 필름안을 기체가 투과하는 경우에 볼 수 있다.

핀홀이 없는 플라스틱과 같은 비다공질 필름안의 기체 투과과정을 살펴보면, 먼저 기체가 필름에 접촉하여 바로 필름의 표면에 녹는다. (용해과정) 다음으로 기체의 용해로 생긴 농도구배에 의해 기체가 필름 안에 퍼지고(확산과정), 필름의 다른 면에 도달한다.

그 후 확산의 진행으로 필름안의 기체 농도구배는 두께의 방향에 직선이 되 어 정상 상태가 된다. 이 단계부터 기체가 탈착해가는 속도가 일정해진다. 이와 같이 플라스틱 필름을 투과하는 기체의 양을 결정하는 인자는 기체의 필름으로의 용해 용이함과 필름 안에서 확산의 용이함이다.

따라서 기체의 투과계수는 용해도계수와 확산계수의 곱으로 얻어진다.

온도가 상승되면 고분자쇄의 열운동에 의하여 작은 분자 간격(cavity)이 형성되고, 기체분자는 이 간격을 통해서 이동해간다. 또한 기체의 투과량은 필름의 두께에 반비례한다. 기체가 확산되는 통로나 면적이 적을수록 기체투과율은 감소된다.

또한 본 특허는 이 점에 기반하여 2가지의 가스차단 필름방법을 제시하고자 한다.

그 중 하나는 금속 필름층을 양면에 위치시키고, 그 중간층에 합성수지 필름을 위치한 방법으로 기체투과방지 특성을 최대화하는 방법이다.

(도 9)는 금속(13)이 증착된 고분자 필름(10)과 반대면에 고분자 필름(14)의 라미네이트 필름에서의 가스 투과과정을 도식한 것이다. 즉, (도 9)는 금속층을 중간에 두고, 양쪽 바깥층에 고분자 층이 존재하는 경우를 말하며, 금속층의 핀홀(11)을 통하여 들어온 가스나 수분은 우회하거나 또 다른 핀홀(12)로 기체가 투과되지 않고 최단거리 내에 있는 고분자의 결합력이 약한 두께 방향으로 빠져나가게 된다.

반면에, (도 10)은 금속층이 양쪽 바깥 면에 있고(15)(16) 중간에 고분자층이(18) 있는 경우, 금속층(15)에 핀홀(19)은 오직 한 개만 존재하므로 반드시 이 핀홀(19)을 통해서 기체가 투과되게 된다.

따라서 기체는 고분자내의 많은 확산경로를 거쳐서 통과해야 한다. 예를 들어, 두께가 0.02mm이고 상부 금속박에 있는 핀홀과 하부 금속박의 핀홀의 직선 단거리가 10mm일 경우, 동일한 조건의 합성수지-금속박-합성수지 복합구조(도 8과 같이) 경우에 비하여, 가스가 투과하기까지 최소 500배의 시간이 소요된다. 기체 확산은 농도에 구배하여 다중경로 또는 원형으로 확산되므로, 실제로는 이보다 훨씬 장시간의 투과시간이 소요될 것이며, 나아가 기체의 확산 중 필름의 내부보다 외부의 수증기압 등이 낮아질 경우, 농도구배가 높은 필름내의 기체는 필름의 바깥으로 발산될 수 있으며, 따라서 실제적인 기체투과율은 거의 제로에 가까워질 수 있다.

따라서 금속층이 양쪽 바깥 면에 위치한 구조로 된 기체차폐필름은 기체의 유통경로를 최대화할 수 있는 효율적인 방법인 것이다.

상기 방법보다 뛰어난 방법은 (도 11)에 제시한 바와 같이, 이러한 기체의 투과 유통경로를 최소화, 단위셀화 시킴으로써 최상의 효과를 얻을 수 있는 방법이다. 돌기와 같이 볼륨 처리된 고분자 필름(21)의 바깥 면에 금속층이 증착되고, 또 다른 반대 면에 금속층이 형성된 방법으로서, 이 경우 작은 볼륨부분이 체적을 넓히고 각 볼륨의 간격마다 금속의 두께부분으로 위치하여, 부분마다 각각의 셀을 구성하는 것과 같이 된다.

따라서 기체의 확산통로의 크기는 최소화되고 각 셀단위로 알루미늄이 공간적으로 기체투과차폐를 하게 되어, 일부분의 핀홀이 발생되더라도 셀화된 조직에 의하여 기체 확산속도를 최소화함으로써 가장 이상적인 기체투과차폐를 기할 수 있 는 방법이다. 필름 생산시, 압출 후 필름의 냉각이 덜 된 용해상태에서 합성수지나 무기물 등의 입자를 필름위에 분사한 후, 돌기가 형성된 필름을 제조하고, 돌기가 형성된 필름의 양면에 금속을 증착하거나 돌기가 형성된 한 면에 금속을 증착하고, 반대면에 금속박을 라미네이트하여 형성한다.

금속층의 물리적 충격에 의한 보호나 기체투과율 향상을 위해서는, (도 10)이나 (도 11)에 의한 구조를 반복적으로 복합화하거나, 외부에 필름을 라미네이트함으로써 목적을 달성할 수 있다. (도 12, 도 13)

반복적으로 복합화한 구조에 있어서 기체투과율은 실제로 제로라고 할 수 있다.

본 특허는 이상 기술한 고분자나 고무 스페이서의 생산 방법에 관해서도 자세히 기술하고자 한다.

횡방향으로 돌출을 가진 스페이서의 생산 방법에는 압출연속생산과 별도의 생산 공정에 의한 방식이 있다.

분자량이 높아 점도가 높은 고분자 수지나 고무 등의 생산은 압출에서의 연속 생산 방식이 적합하다.

(도 14)는 상하 또는 좌우 운동을 하는 실린더와 실린더에 부착된 취부에 의한 압출량 및 형상을 제어하는 연속생산방식을 도식화한 것이다.

압출기내에 투입된 수지(24)는 압출기내의 실린더, 헤드(25), 다이스(26)를 통해서 압출되게 된다.

길이 방향으로의 홈형상은 헤드(25)의 말단부위에 장착되는 다이스(26)의 형 상에 따라서 형상이 쉽게 결정될 수 있다. 그러나 횡방향으로의 특수 형상은 단순히 다이스의 형상에 따라서 결정되지 않으며, 특수 부가 장치에 의하여 형상을 제작할 수 있다. 그러나 점도가 낮은 열가소성 수지는 별도의 공정을 통해서 형상화하는 것이 바람직할 수 있다. 연속 생산 방식은 헤드의 바로 전면상부 또는 좌우에 수직, 또는 수평운동을 하는 실린더 또는 유사장치(28)를 설치하고, 특정형상의 취부(29)를 실린더의 말단에 부착하고, 상기 취부가 상하 또는 좌우로 반복운동을 하고 다이스의 압출량을 원하는 방향대로 제어함으로써, 스페이서의 횡방향 성형이 가능하게 된다.

실린더는 컨트롤러에 연결하여 속도를 제어하고, 압출기와 연동하여 작동할 수도 있다. 압출기는 실린더와 직각방향에서 고장력 화이바나 스틸, 또는 면상섬유가 압출기의 헤드부분으로 투입되고, 실린더 내 스크류의 회전운동에 의하여 압출된 수지가 헤드내로 이송되며, 수지와 고인장력섬유가 헤드와 다이스를 통하여 외부로 압출되게 된다.

이때, 상하 또는 좌우 반복운동을 하는 실린더 또는 유사장치에 부착된 취부가 운동되고, 이 취부는 다이스와의 유격이 거의 없는 것이어야 한다. 다이스와의 유격을 없애기 위해, 취부가 부착된 실린더는 상하 외에 좌우로 동시에 운동할 수 있는 기능을 가지는 게 더욱 바람직하다. 취부는 강자성체를 가진 금속을 사용하여 다이스와 탈착이 되게 할 수도 있다. 다이스와 취부의 내마모 특성을 위하여, 불소수지나 초고분자량 폴리에틸렌, 불소수지나 몰리브덴 등이 첨가된 폴리아세탈 등을 코팅이나 필름으로 접착한다.

스페이서의 형상을 결정하는 취부가 부착된 실린더의 상하 또는 좌우 반복운동시 스페이서의 밑면이나 옆면으로 형상이 변형됨을 방지하기 위하여, 압출기 다이스 전면에 스페이서 받침 및 가이드를 설치한다. (31)

(도 15)는 (도 14)에 스페이서 받침 및 가이드를 설치했을 때의 측면에서 본 형상화 도면이고, (도 16)은 상기 받침 및 가이드를 압출기 다이스의 정면방향에 본 정면도를 나타낸 것이다.

(도 17)은 (도 14)와 같이 연속 생산방식이나, 회전 운동을 하는 톱니바퀴 구조에 의하여 횡방향의 돌출을 가진 스페이서를 생산하는 방법이다. 압출된 합성수지나 고무는 회전자(62)에 부착된 톱니(63)의 모양에 의하여, 스페이서의 횡방향 돌출의 모양이 형성되고, 톱니의 간격에 따라서 돌출의 피치가 결정된다.

(도 18)은 (도 17)에 스페이서 받침 및 가이드를 설치했을 때의 측면에서 본 형상화 도면이고, (도 19)는 상기 받침 및 가이드를 압출기 다이스의 정면방향에 본 정면도를 나타낸 것이다. 스페이서의 돌출 형성을 위해서, 밑면과 측면 가이드(64)가 필요하다.

(도 20)은 (도 14)의 방법에 의하여 형상이 결정되는 방법을 보다 구체화 시킨 것이다.

압출기헤드(25)의 말단부위에 장착되어 있는 다이스(35)를 통해서, 수지(34)(36)가 압출되고, 상하 또는 좌우 또는 동시 운동을 하는 실린더(28)에 장착된 특정 형상을 지닌 취부(33)가 아래(38)로 움직인다.

상기 취부(33)는 다이스(35)에 유격이 없이 밀착되어 있으며, 취부에 의하여 순간적으로 다이스의 토출량과 토출 형상이 바뀌게 된다. 취부가 아래 방향으로 더 내려오면서, 동시에 압출이 진행(37)되면서, 목표한 깊이만큼(41) 내려오면 취부가 상향(39)으로 이동하게 된다.

상기 작업은 압출과 취부의 운동이 동시에 진행되고, 압출속도와 취부의 속도에 따라서 돌출의 폭 및 각도가 결정된다.

취부의 형상에 따라서 횡방향 뿐만 아니라 길이 방향으로의 형상도 구현된다. 단순한 길이 방향으로의 돌출형상은 다이스의 형상변경만으로 다양한 형상의 구현이 가능하다. 취부의 형상과 속도, 다이스의 형상을 복합하면 횡방향, 길이 방향, 상하좌우의 모든 공간적 형상을 가능하게 만든다.

점도가 낮은 열가소성 수지나 특수 고무수지의 경우는 냉각 또는 가류공정 후 성형공정을 하는 것이 바람직하다.

생산 방식으로는 두께 깊이로 칼집을 형성하는 공정과 홈을 파내는 공정으로 분리하여 생산하는 방식과(도 21, 도 22), 동시에 단일 공정으로 돌출을 형성하는 방식이 있다. (도 23)

(도 21)은 칼집을 부여하는 방식으로서, 1개 또는 복수 이상의 칼날(42)을 회전자(45)에 부착한 후, 회전(48)운동에 의하여 스페이서(50)에 두께(깊이)방향으로 칼집을 형성한 후, 전 방향으로 이동(49)된 스페이서의 칼집부분의 측면에서 평면칼날(44)이 스페이서 내부로 삽입되어 도려내고 돌출을 형성하게 된다.

직선운동(46)과 직선운동의 수직방향(47)으로 동시에 동작할 수 있도록 LM 가이드에 부착된 실린더(43)를 사용하거나, 스페이서를 도려내는 직선운동을 하는 실린더를 회전실린더에 한 개 또는 복수로 설치함으로써 형상을 구현할 수 있다.

(도 22)는 (도 21)에서 사용한 회전 칼집형성방식 대신, 상하 운동을 하는 1개 또는 복수이상의 칼날(51)을 사용하는 방식이다

단일공정으로 돌출을 형성하는 방법으로는, (도 16)에서와 같이 회전 실린더에 평면칼날이 아닌 곡면칼날(52)을 1개 또는 복수이상을 설치함으로써 가능하다. 실린더 반경, 회전 속도와 칼날의 곡면 각도에 따라 횡방향 홈의 크기 및 형상이 결정된다.

(도 24)는 상기 단일 공정에 의한 횡방향의 돌출이 형상화되는 과정을 도식화한 것이다

회전 실린더(53)에 부착된 곡면 칼날(54)이 실린더와 동일한 중심점을 가지고 회전 운동을 하고, 결과적으로 스페이서(55)에 횡방향으로의 돌출(56)을 형성하게 된다.

스페이서의 복층유리 적용시 컷팅된 스페이서 말단 부위간의 연결이 쉬워야 한다. 알루미늄 스페이서는 절곡강도가 강하므로 일단 형성된 곡면은 그 형상을 그대로 유지하고 있으므로, 코너키에 의하여 말단 부위가 쉽게 연결될 수 있다. 그러나 합성수지나 특히 고무는 절곡 후 자기 형상을 그대로 유지하고 있지 않으므로, 말단 연결 작업이 용이하지 않다. 상기 특허에 의한 스페이서는 내부에 화이바나 금속선 등을 포함하고 있으므로 말단 연결 작업이 용이하다. 우선 스페이서의 합성수지나 고무를 스트립하고 남은 화이바나 금속선을 꼬아 스페이서가 풀리지 않도록 한다. 그 후 코너키를 이용하여 스페이서를 연결하면 된다.

(도 25)는 코너키의 측면도를 나타낸 것이고, (도 26)은 코너키의 사시도를 나타낸 것이다. 직각으로 형성된 형태를 지니고, 내부의 접착층(68)과 외부의 금속층(69)으로 구성된다. 스페이서의 장력선에 의하여 1차적으로 연결된 코너부분의 스페이서의 외부에 직각형태의 코너키를 외부에 접착하는 것으로 쉽게 연결된다.

(도 27)은 코너키가 적용된 복층유리 내부의 모서리 부분을 측면에서 본 단면도이다. 스페이서(66)가 연결된(70) 코너부분에서 스페이서 바깥 면에 코너키가 접착되고, 상기 코너키 바깥 면에 2차 씰링재(67)를 씰링한 형태이다.

(도 28, 도 29)는 코너부분에서의 수증기나 가스 유출입을 보다 확실히 방지하기위해서는 외부 금속층을 내부 접착층보다 일부분을 더 넓게 하여 유리와의 접착부분을 확대할 수 있다. 외부 금속층의 내면에는 접착 또는 점착제가 있으므로 가스 및 수증기 차단의 효과가 증대된다.

[ 표1] 건축용 단열재의 열전도율(kcal/m hr℃)

[표 2] 수증기투과율 비교표

[표 3] 산소투과율 실험자료 측정장비: MOCON OX-TRANS 2/21
온도 : 23.0℃ 샘플: 알루미늄포일(필름), 50cm²(면적),
압력 : 760mmHg 0.905512mil(두께)
실험 가스 농도: 산소100％ 실험방법: 표준
실험일자 : 2008/06/02 실험횟수: 10
투과율 : -0.064589 cc/(㎡-day) 실험시간: 60분/회
확산계수 : -0.058486 mil-cc/(㎡-day) 사전조정시간: 3시간

[표 4] 산소투과율

[도 1] 스페이서의 횡방향 홈을 상부에서 입체화하여 본 사시도이다.

[도 2] 스페이서의 횡방향 홈을 하부에서 입체화하여 본 사시도이다.

[도 3, 4] 스페이서의 횡방향 홈의 형상을 측면에서 본 측면도이다.

[도 5] 일반 형태의 스페이서와 돌출을 가진 스페이서에의 힘의 분산 관계를 나타낸 사시도이다.

[도 6] 면상 섬유체가 포함된 스페이서의 구성을 상부에서 입체화하여 본 사시도이다.

[도 7] 횡방향 홈과 길이방향의 홈이 구성되어 있는 스페이서를 상부에서 입체화하여 본 사시도이다.

[도 8] 내부 수증기 및 기체 차폐 시트가 포함된 스페이서를 상부에서 입체화하여 본 사시도이다.

[도 9] 합성수지층이 양면에 위치하고 , 중간에 금속층이 있는 외부차폐필름의 측면도 및 투과원리를 형상화한 것이다.

[도 10] 금속층이 양면에 위치하고 , 중간에 합성수지층이 있는 외부차폐필름의 측면도 및 투과원리를 형상화한 것이다.

[도 11] 금속층이 양면에 위치하고 , 중간에 합성수지층이 있으며, 각 부분을 셀화시킨 외부차폐필름의 측면도 및 투과원리를 형상화한 것이다.

[도 12] 도 11에 의한 구조를 지닌 외부차폐 필름을 복합화하거나, 라미네이트한 외부차폐필름의 측면도를 나타낸 것이다.

[도 13] 도 11에 의한 구조를 지닌 외부차폐 필름을 복합화하거나, 라미네이트한 외부차폐필름의 측면도를 나타낸 것이다.

[도 14] 압출기에 의한 연속 압출 및 상하 또는 좌우 운동을 가진 장치에 의한 횡방향 돌출을 가진 스페이서의 제조 방식을 측면에서 본 사시도를 나타낸 것이다.

[도 15] 도 14의 생산방식에 가이드를 설치한 것을 측면에서 본 사시도를 나타낸 것이다

[도 16] 도 15의 가이드를 길이방향에서 본 정면도를 나타낸 것이다.

[도 17] 압출기에 의한 연속 압출 및 회전운동을 하는 장치에 의한 횡방향 돌출을 가진 스페이서의 제조방식을 측면에서 본 사시도를 나타낸 것이다.

[도 18] 도 17의 생산방식에 가이드를 설치한 것을 측면에서 본 사시도를 나타낸 것이다.

[도 19] 도 18의 가이드를 길이방향에서 본 정면도를 나타낸 것이다.

[도 20] 압출에 의한 스페이서의 장방향 돌출형성 과정을 나타낸 것이다.

[도 21] 경화 또는 냉각된 스페이서를 회전자 칼날과 직선운동칼날에 의해 돌출을 형성하는 공정을 나타낸 사시도이다.

[도 22] 경화 또는 냉각된 스페이서를 상하운동칼날과 좌우운동칼날에 의해 돌출을 형성하는 공정을 나타낸 사시도이다.

[도 23] 경화 또는 냉각된 스페이서를 회전운동칼날의 단일공정으로 돌출을 형성하는 공정을 나타낸 사시도이다.

[도 24] 도 23에 의한 단일 공정에 의한 횡방향의 돌출이 형상화되는 과정을 도식화한 것이다.

[도 25] 스페이서를 연결하는 코너키의 측면도를 나타낸 것이다.

[도 26] 스페이서를 연결하는 코너키의 사시도를 나타낸 것이다.

[도 27] 코너키가 적용된 복층유리내부의 모서리 부분을 측면에서 본 단면도이다.

[도 28] 도 25의 외부 금속층을 내부 접착층보다 일부분을 더 넓게 한 측면도를 나타낸 것이다.

[도 29] 도 26의 외부 금속층을 내부 접착층보다 일부분을 더 넓게 한 사시도를 나타낸 것이다.

[도 30] 도 27의 외부에 유리가 접합되었을 때 사시도를 나타낸 것이다.

[도 31] 합성수지, 고무, 또는 금속 스페이서의 결로 현상을 나타낸 것이다.

[도 32] 코너 부분을 잘라내어 설치한 형상을 나타낸 것이다.

Claims (29)

1. 합성수지 또는 고무 또는 유·무기물 복합 재료로 된 스페이서로서, 길이방향과 수직인 횡방향으로 연속 또는 불연속으로 오목이나 볼록 형상의 돌출부가 형성되거나 또는 길이 방향과 평행한 방향의 돌출부 및 길이 방향과 수직인 돌출부를 포함하고, 상기 스페이서의 내부에 흡수제, 내부가스 차폐시트, 외부가스 차폐시트 또는 스페이서 인장강도 강화제 중 하나 이상을 포함하며, 상기 스페이서 인장강도 강화제는 장력 화이바, 금속선, 또는 면상섬유 중 하나 이상을 포함하는 스페이서.
2. 제1항에 있어서, 합성수지 또는 고무 또는 유무기 복합재로 된 재질에 발포를 포함하는 스페이서
3. 제2항에 있어서, 상기 발포는 화학발포제나 수발포제, 가스, 촉매 및 기포 형성재를 통하여 공기층이나 가스층을 부여한 스페이서
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 흡수제는 수분이나 수증기 흡수제, 기체 흡수제 중 하나 이상을 포함하는 스페이서.
7. 제1항에 있어서, 내부가스 차폐시트는 합성수지나 금속 중 하나 이상을 포함하는 스페이서.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 외부가스 차폐시트는 제1금속층, 합성수지층 및 제2금속층으로 이루어진 스페이서.
10. 제9항에 있어서, 상기 외부 가스차폐시트는 합성수지층의 표면에 돌기가 형성되어 있고, 상기 돌기가 형성된 표면을 따라서 제1 금속층이 형성된 차폐 필름을 포함하는 스페이서
11. 제10항에 있어서, 상기 외부 가스 차폐시트는 돌기가 형성된 합성수지층 이면에 제2 금속층이 형성된 스페이서
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 가스 차폐시트는 제1 또는 제2 금속층의 표면에 코팅층 또는 라미네이팅층을 포함하는 스페이서
13. 제1항에 있어서, 외부가스 차폐시트를 복수로 적층하여 사용한 스페이서.
14. 제1항 내지 제3항 또는 제6항 내지 제7항 또는 제9항 내지 제11항 또는 제13항 중 어느 한 항의 스페이서를 포함하는 복층유리구조체
15. 삭제
16. 삭제
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