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KR102573932B1 - 샌드위치패널 및 그 제조방법 - Google Patents

샌드위치패널 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102573932B1
KR102573932B1 KR1020210176683A KR20210176683A KR102573932B1 KR 102573932 B1 KR102573932 B1 KR 102573932B1 KR 1020210176683 A KR1020210176683 A KR 1020210176683A KR 20210176683 A KR20210176683 A KR 20210176683A KR 102573932 B1 KR102573932 B1 KR 102573932B1
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plate
sandwich panel
steel sheet
polymer
roll
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한갑호
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주식회사 대광판넬
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Abstract

본 발명의 일 측면은,
단열재를 포함하는 심재;
상기 심재의 일면에 접착되며,
두께가 1.5 내지 2.0mm 이면서 직경이 20 ~ 70cm인 롤에 권취될 수 있는 고분자를 포함하는 제1판재; 및
상기 심재의 타면에 접착되며,
금속소재를 포함하는 제2판재; 를 포함하는 샌드위치패널을 제공한다.

Description

샌드위치패널 및 그 제조방법 {Sandwich panel and method for producing the same}
본 발명의 일 측면은 샌드위치패널 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내화학성이 우수한 샌드위치패널 및 이를 연속적으로 제조할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.
샌드위치패널이란, 조립식 건축물에 활용되는 건축자재로서, 일반적으로 판넬이라고도 불린다. 일반적으로 한 쌍의 철판으로 이루어지며, 한 쌍의 철판의 내부에는 속재료로 스티로폼, 우레탄, 글라스울, 미네랄울 등의 단열재가 충전되어 건축자재로서 금속 소재가 가지고 있는 단열 문제를 보완한 소재이다.
샌드위치패널은 단열재가 일체로 포함되어 있기 때문에 단순공정으로 공사를 마무리 하기 쉬워 사용이 편리하고, 다량 생산이 용이하여 제조가 용이하며, 내부나 외부의 별도 마감이 필요 없이 사용할 수 있는 장점이 있어 조립식 건축물에서 광범위하게 사용되고 있다.
한편, 일반 건축물과 마찬가지로 가축 돈사 등에서도 지붕, 벽, 바닥 등의 건축소재로서 샌드위치패널이 주로 사용되고 있는데, 가축 돈사 등에서는 분뇨가스나 부패에 의해 발생되는 암모니아, 메탄, 이산화탄소 또는 황화합물 등의 반응성과 부식성이 높은 화학물질이 많이 발생되는 특징이 있어, 통상적인 금속재질의 판재로 둘러싸여 있는 샌드위치패널을 사용하는 경우 표면에서의 부식, 열화가 일어나 건축물의 수명이 저하되고 붕괴의 위험이 커지는 등의 문제가 있어 그 활용도가 낮아지는 문제가 있어왔다.
이때, 판재로 열전도도가 높고 비열이 낮은 금속소재를 사용하는 경우, 낮과 밤에 외부 기온에 따른 내부의 온도 관리가 어려우며, 내부에서도 위치에 따른 온도편차가 심한 문제가 있어 일정한 온도환경을 만들기위해 내부에 별도의 폴리우레탄 폼을 분사해 별도 단열층을 형성하는 방식이 사용되어 왔다.
그러나, 이 경우 내부 폴리우레탄 폼에 오염물질 부착이 쉽고, 폴리우레탄 폼의 청소가 어려우며, 산업폐기물로서 처리가 어려운 등 다양한 제반 문제가 존재하여 샌드위치패널에 사용되는 금속계 패널을 대체할 수 있으면서도 내부식성과 열특성 등이 우수하고, 관리에 유리한 고분자 소재 등을 활용하는 방법이 연구되었다.
한편, 돈사 외에도 부식성이 강한 물질을 다루는 화학공장, 도금공장 등의 설비에도 내부에서 발생하는 부식성 기체에 의해 패널의 표면에 부식이 일어나기 쉬워 내화학, 내부식성이 우수하면서도 구조물을 지지할 수 있고, 생산비용이 높지 않은 소재에 대한 필요성이 대두되어 왔다.
그러나, 내화학성이나 내부식성이 우수한 다양한 고분자 소재의 경우 경화된 상태에서의 경도나 강성이 강하고, 변형에 의해 백화되는 현상이 발생하거나 비가역적인 변형이 이루어져 원하는 평평한 형채의 판재로 다시 성형하기가 어려워지는 등의 문제가 있어 샌드위치패널에 고분자 소재의 판재를 사용하기 위하여는 샌드위치패널의 형태 및 크기에 맞게 각각의 고분자 수지 판재를 제작하고 심재에 접합시키는 공정이 이루어져야 하는 한계가 있었다.
위와같이 별도로 판재를 제작하는 경우 기존의 샌드위치패널 제조 장치나 공정을 활용하기 어려우며, 대량생산에 적합하지 않으므로 해당 기술의 상용화나 제품의 양산에 큰 장벽으로 작용하였다.
종합하면, 고분자 수지의 경우 굴곡 특성이나 탄성이 금속소재 대비 나빠 롤(Roll)형태로 소재를 공급하는 것이 어려우므로 제조현장에서의 적용이 어려운 한계가 있어왔으며, 이에 기존의 생산공정 라인을 활용할 수 있으면서도 생산 경제성이 우수한 대체 소재나 제조방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2017-0140111호
본 발명의 일 측면에 따른 샌드위치 패널은 내화학성 및 내부식성, 특히 암모니아와 메탄에 대한 내성이 우수하여 암모니아나 메탄가스와 같은 부식성 기체가 존재하는 환경에서도 우수한 내화학성을 가지는 샌드위치 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 샌드위치 패널은 비열이높아 별도의 단열폼의 사용없이도 실내의 항온성을 높여주고, 표면이 매끄러워 청소가 용이한 샌드위치 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 샌드위치 패널의 제조방법은 내화학성 및 내부식성을 가진 샌드위치패널을 연속적으로 생산할 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은,
단열재를 포함하는 심재;
상기 심재의 일면에 접착되며,
고분자를 포함하고 두께가 1.5 내지 2.0mm 이면서 직경이 20cm 내지 70cm인 롤에 권취될 수 있는 제1판재; 및
상기 심재의 타면에 접착되며,
금속소재를 포함하는 제2판재; 를 포함하는 샌드위치패널이다.
여기에서, 상기 제1판재를 이루는 제1소재는 ASTM D790 시험방법으로 측정한 굴곡탄성률이 2.0 내지 2.5 GPa 인 것이 좋다.
또, 상기 제1소재는 비열이 1.0 내지 1.5 J/g·K 인 것이 좋다.
이때, 상기 제1판재의 두께는 상기 제2판재의 두께의 1배 내지 5배인 것도 좋다.
또, 상기 제1소재의 열전도도는,
상기 제2판재를 이루는 제2소재의 열전도도보다 낮고, 상기 심재의 열전도도보다 높은 것이 바람직하다.
또한, 상기 고분자는 비스페놀A를 단량체로 포함하여 합성된 페놀계 중합체 또는 페놀계 공중합체 수지를 포함하는 것도 좋다.
한편, 상기 제1소재는,
상기 고분자와,
베이클라이트, 폴리우레탄, 에틸렌프로필렌, 클로로프렌 및 부틸고무로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또, 상기 제2소재는 스테인리스강(SUS)판, 갈바륨강판, 칼라강판, 용융 아연도금 강판, 도장 용융 아연도금 강판, 용융 알루미늄-아연합금 도금 강판 및 도장 용융 알루미늄-아연합금 도금강판으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면은,
두께가 1.5 내지 2.0mm인 고분자를 포함하는 제1판재를 직경이 20cm 내지 70cm인 롤(roll)에 권취하여 준비하는 제1판재 준비단계;
금속소재를 포함하는 제2판재를 롤(roll)형태로 권취하여 준비하는 제2판재 준비단계;
단열재를 포함하는 심재와, 상기 제1판재 및 상기 제2판재를 연속적으로 공급하는 판재 공급단계;
연속공급되는 상기 제1판재, 상기 제2판재 또는 상기 심재의 적어도 일면에 접착액을 분사하여 접착층을 형성하는 접착층 형성단계; 및
상기 심재의 일면 및 타면에 각각 상기 제1판재 및 상기 제2판재를 적층하여 상기 접착층으로 접착시킨 후, 압착하여 샌드위치패널을 형성하는 단계;
를 포함하는 샌드위치패널의 제조방법이다.
여기에서, 상기 제1소재는 상기 고분자에 폴리카보네이트계 수지를 포함하는 마스터배치(Masterbatch)를 혼합하여 제조되는 것이 좋다.
또, 상기 마스터배치는 칼슘카보네이트, 활석, 탈크, 실리카, 알루미나, 베이클라이트, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 휘스커(Whisker), 글라스버블, 카보네이트 실란 커플링제 및 폴리에틸렌 왁스와 스테아린산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 기능성첨가제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또, 상기 기능성 첨가제는 상기 마스터배치 전체의 3 내지 20 중량% 로 포함되는 것이 좋다.
본 발명의 또 다른 측면으로는 단열재를 포함하는 심재와,
상기 심재의 일면에 접착되며, 두께가 1.5 내지 2.0mm 이면서, 직경이 20 내지 70cm인 롤에 권취될 수 있는 고분자를 포함하는 제1판재와,
상기 심재의 타면에 접착되며, 금속소재를 포함하는 제2판재를 포함하는 샌드위치패널; 및
상기 샌드위치 패널의 말단에서 결합되며, 상기 제1판재와 동일한 소재를 포함하는 마감부재;를 포함하는 샌드위치 패널 구조체를 들 수 있다.
이때, 상기 마감부재는 인접하는 상기 샌드위치패널의 상기 제1판재들을 서로 연결하는 것이 좋다.
또, 상기 마감부재는 상기 샌드위치패널의 말단에 결합되어 우수를 받아 모으거나 원하는 방향으로 흐르게하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일측면에 따른 샌드위치패널은 판재에 내화학성 및 내부식성이 우수한 소재를 사용하여 암모니아 등 화학 가스에 의해 부식되지 않아 내구성이 높은 장점이 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 샌드위치패널의 제조방법은 제1판재를 이루는 소재로 롤(roll) 형태로 성형, 공급될 수 있는 굴곡 특성을 가지는 소재를 사용함으로써, 연속적인 공정과 생산장치를 활용할 수 있어 샌드위치패널의 제조 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 샌드위치패널은 종래의 소재 대비 중량이나 비중이 낮은 고분자 소재를 포함하여 경량화가 가능하면서도 구조물의 지지 기능을 수행할 수 있도록 충분한 강도를 가지며, 중량 대비 강도가 우수한 장점이 있다.
또, 본 발명의 일 측면에 따른 샌드위치패널은 시공시 내부에 위치되는 제1판재로 고분자를 포함하는 소재를 사용하여, 금속계 소재 대비 비열이 높고 열전도도가 낮으므로, 내부의 온도를 일정하게 유지시키는 항온성이 좋은 장점이 있으며, 내부 표면에 별도의 단열층이나 단열폼 코팅을 형성할 필요가 없어 내부의 청소나 관리에도 유리한 장점을 갖는다.
또, 본 발명의 일 측면에 따른 샌드위치패널의 제1판재는 제2판재보다 두꺼운 두께를 가져 열용량을 높일 수 있어 항온성 유지와 기계적 특성을 동시에 향상시키는 장점을 갖는다.
또, 본 발명의 일 측면에 따른 샌드위치패널은 내장재로 사용되는 판재와 동일한 소재로 이루어지는 후레싱에 의해 결합, 마감 처리가 가능하여 외관이 아름답고 주변환경 변화에 따른 문제 발생이 적은 장점이 있다.
여기서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 샌드위치패널의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 샌드위치패널의 제조공정을 나타낸 공정도이다.
도 4는 ASTM D790 시험방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 샌드위치패널 시공용 마감부재의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치패널(1) 및 이의 제조방법을 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다.
도면들에 있어서, 구성 요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 구성요소가 다른 구성요소 "위에/아래에" 또는 "상에/하에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 위에/바로 아래에" 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다.
<제1 측면>
본 발명의 일측면에 따른 샌드위치패널(1)은 제1판재(10), 제2판재(30) 및 제1판재(10)와 제2판재(30)의 사이에 위치하는 심재(20)를 포함하는 샌드위치패널(1)이다.
제1판재(10)는 심재(20)의 일 측면에서 접촉되거나 심재(20)에 적층되어 형성되는 넓은 형태의 판재로서, 제1소재로 이루어진다. 제1판재(10)는 샌드위치패널(1)의 구조를 지지할 수 있도록, 강도, 내구성, 및 내스크래치성과 같은 기계적 특성이 우수한 소재를 사용하는 것이 좋으며, 돈사나 가축용 축사, 화학물질을 주로 다루는 공장 또는 창고와 같은 건축물의 구조재 또는 내외장재로 사용될 수 있도록 메탄(methane), 암모니아(ammonia) 또는 아민(amine) 등의 화학물질에 대한 내화학성, 내부식성이 우수한 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
예를들어, 제1판재(10)는 강판, 스테인리스 합금 또는 기타 구조재용 금속소재보다 내화학성이 우수하고 부식이 잘 일어나지 않는 고분자 수지(resin)계 소재를 제1소재로 활용하는 것이 좋으며, 고분자 수지로는 비스페놀A를 단량체로 포함하여 합성된 페놀계 중합체 또는 페놀계 공중합체 수지가 포함될 수 있으며, 예를들어 폴리카보네이트(Polycarbonate)계 수지가 제1소재로 사용되는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 폴리카보네이트계 수지가 제1소재로 사용되는 경우, 4,4'-디히드록시디아릴알칸계 폴리카보네이트, 특히 비스페놀 A와 포스겐을 반응시키는 포스겐법 또는 비스페놀 A와 디페닐카보네이트 등의 탄산디에스테르를 반응시키는 에스테르 교환법에 의해 얻어지는 비스페놀 A계 폴리카보네이트가 바람직하게 이용된다.
또한, 비스페놀 A의 일부를 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)프로판 또는 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디브로모페닐)프로판으로 치환한 변성 비스페놀 A계 폴리카보네이트, 및 난연화 비스페놀 A계 폴리카보네이트도 이용할 수 있다.
제1판재(10)에 금속 소재가 아닌 고분자 수지와 같은 유기소재를 사용하는 경우에는, 내화학성이나 내부식성이 쉽게 얻어질 수 있으나, 고분자 수지는 금속에 비해 연성이나 전성이 부족하고 성형이 어려워 연속적으로 생산이 어려운 문제가 생길 수 있으며, 구조체를 지지할 수 있는 강도가 부족할 수 있다.
본 발명에 따른 제1소재를 제1판재(10)로 사용하는 경우, 후술할 기계적 특징을 가져 종래의 소재를 대체가능한 샌드위치패널(1)을 제공할 수 있다.
첫째로, 제1소재는 연속적인 샌드위치패널(1) 생산공정에 적용하기 위해 롤 형태로 권취되어 제조, 투입되는 것이 바람직하다.
이때, 제1판재(10)를 이루는 제1소재는 굴곡탄성률과 굴곡강도가 낮아 휘어지는 힘을 받았을 때 유연하게 휘어질 수 있고, 탄성변형에 의해 원래의 상태로 복귀되거나 쉽게 펴질 수 있어 롤 형태로 권취될 수 있는 특징을 가지는 소재인 것이 바람직하다.
제1판재(10)를 제조하는 공정에서 제1소재가 롤(Roll) 형태로 권취된 상태로 제공됨으로써 기존의 샌드위치패널(1) 제조 방식 및 제조장치를 활용하여 연속적으로 본 발명의 샌드위치패널(1)을 제조할 수 있으며, 이는 일반적인 고분자 수지계 소재의 굴곡강도 및 굴곡탄성률이 강판 등의 소재보다 높거나, 소재가 휘어진 후 다시 펴지기 어려워 롤 형태로 권취한 상태에서 원료로 공급, 활용되기 어려운 점을 해소하고 롤 형태로 활용가능한 점에서 차이를 갖는다.
본 명세서에서 굴곡강도란, 굴곡 압력이 가해졌을때 소재가 버틸 수 있는 강도를 의미하며, 직사각형의 단면을 가진 시험편을 지지대에 놓고 두 지지대 사이의 시험펀 중앙에 하중을 가하여 구부리며 시험편이 최대 변형 5%에 도달하거나, 외부파열이 발생할 때까지 일정한 속도로 하중을 가하여 시험편에 부하되는 하중을 측정하는 방법으로 시험될 수 있으며, 예를들어 ISO 178 또는 ASTM D790의 3점 굴곡시험을 통해 측정될 수 있고, 바람직하게는 ASTM D790 시험방법이 사용될 수 있다.
또, 본 명세서에서 굴곡탄성률이란, 재료의 딱딱함(stiffness) 또는 굽힘에 저항하는 정도를 평가하는 기계적 특성으로서, 평평한 형태의 재료에 수직방향으로 가해지는 하중에 대하여, 응력을 변형량으로 나눈 값으로서, 재료의 응력에 대한 변형량의 그래프를 도시하였을 때, 초기 직선구간의 기울기로 계산될 수 있다. 일반적으로 소재의 굴곡탄성률이 높을수록 소재의 굽힘이 어려우며 반대로, 굴곡탄성률이 낮을수록 가해지는 힘에 의해 재료가 쉽게 휘어질 수 있다.
굴곡탄성률은 ISO 178 또는 ASTM D790의 3점 굴곡시험을 통해 측정될 수 있으며, 일 실시예에서는 ASTM D790 시험방법을 사용하여 소재의 굴곡탄성률을 측정하였다.
구체적으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 굴곡탄성률 및 굴곡강도가 특정 값보다 낮은 것을 특징으로 하는 제1소재로부터 제조된 제1판재(10)는 굴곡탄성률이 2.0 내지 2.5 GPa 인 것이 좋고, 2.1 내지 2.47 GPa, 2.2 내지 2.43 GPa, 2.25 내지 2.40 GPa 인 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 2.3 내지 2.39 GPa 인 것이 좋다. 제1판재(10)의 굴곡탄성률이 해당 범위보다 높으면 롤형태로 권취되기 어려우며, 특히 롤의 심부에 가까워 권취시 곡률반경이 작은 부분에서의 휘어진 제1판재(10)가 비가역적으로 변형되거나 물성이 저하되고, 크랙이 발생하는 등의 문제가 생길 수 있다.
또한, 제1판재(10)는 굴곡강도가 90 내지 120 MPa, 93 내지 117 MPa, 95 내지 115 MPa, 바람직하게는 97 내지 110MPa, 더욱 바람직하게는 98 내지 106 MPa 인 것이 좋다. 제1판재(10)의 굴곡강도가 해당 범위보다 높은 경우에는 전술한 굴곡탄성률이 높은 경우와 마찬가지로 롤형태로 권취되기 어려워지며, 특히 롤의 심부에 가까워 권취시 곡률반경이 작은 부분에서의 휘어진 제1판재(10)가 비가역적으로 변형되거나 물성이 저하되고, 크랙이 발생하는 등의 문제가 생길 수 있다.
이러한 제1판재(10)의 굴곡특성으로 인하여, 제1판재(10)는 직경이 20 ~ 70cm, 예를들어 직경이 30 ~ 60 cm, 바람직하게는 직경이 45 ~ 55 cm인 롤에 권취될 수 있는 장점을 갖는다.
둘째로, 제1소재는 전체 구조체를 지지할 수 있고, 외부의 충격 등에 잘 버틸 수 있는 소재가 사용되는 것이 필요하며, 예를들어 아이조드(IZOD) 충격강도가 우수한 것이 좋다.
아이조드 충격강도란, 시험규격 ASTM D 256, KS M ISO 180, ISO 180 등에 의해 시험되는 항목으로서, 재료 시편에 충격하중을 가하여 재료의 인성, 취성의 정도를 평가하는 시험으로서, 시편에 망치를 이용하여 충격을 주어 파괴하였을때 망치가 튕기는 높이를 결과값으로 나타내며, 시료가 흡수한 에너지를 단면적으로 나눈 값으로 계산하여 J/m의 단위로 표기된다.
아이조드 충격강도는 충전되지 않은 컴파운드, 충전 또는 강화된 컴파운드, 성형 및 압출재료, 시트, 필름, 매트, 직물, 강화재 등의 다양한 소재에 적용 가능한 시험으로 주로 활용된다.
전술한 제1소재의 경우, 충격으로부터 버틸 수 있으면서 구조체를 지지할 수 있는 충분한 힘을 견딜 수 있도록 충격강도가 ASTM D256-10으로 측정하였을 때 650 내지 900 J/m인 것이 좋으며, 700 내지 900J/m일 수 있고, 705 내지 900 J/m, 708 내지 900 J/m 이상인 것이 바람직하다.
제1소재의 충격강도가 해당 벗위보다 낮은경우, 외부의 충격에 대해 충분한 내성을 가지지 못하므로 구조의 지지기능을 수행하기 어렵거나, 충격으로 인해 수명이 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
셋째로, 제1소재는 종래에 사용되던 금속 소재보다 가벼워 경량화에 유리하면서도 물리적 특성이 우수한 것이 좋으며, 예를들어 단위질량당 강도를 나타내는 비강도(specific strength)가 높은 것이 좋다.
비강도가 높을수록 샌드위치패널(1)의 중량을 낮추면서도 튼튼한 지지구조 및 강도를 얻을 수 있어 생산 및 시공이 유리하므로 경제적 효율이 높아질 수 있다. 바람직하게는 제1소재의 비강도는 45,000 내지 60,000 Nm/kg 인 것이 좋고, 50,000 내지 60,000 Nm/kg 인 것도 좋으며, 52,000 내지 56,000 Nm/kg 인 것도 바람직하다.
제1소재로 사용가능한 폴리카보네이트 수지의 경우, 항복강도(Yield strength)가 62.1 MPa 정도이고, 폴리카보네이트의 밀도는 0.00119 g/mm3 으로 계산되었다. (폴리카보네이트 27.6g 의 부피가 23224.4 mm3) 항복강도를 밀도로 나누어 계산된 비강도의 값은 56,883 m/kg 정도로서, 해당 비강도 범위에 포함된다.
비강도의 값이 해당 범위보다 낮은 경우에는 동일한 강도나 물리적 특성을 얻기 위하여 더욱 무겁고 두꺼운 제1판재(10)를 사용할 필요가 있으므로, 생산 효율이 떨어지고, 제품을 사용한 시공 효율이 저하되는 문제가 있다.
추가적으로, 일 실시예에 따른 제1소재는 ASTM D790 시험방법으로 측정한 굴곡강도가 106 MPa 또는 그 이하의 수준이고, 굴곡탄성률이 2,39 GPa 또는 그 이하로 우수하여 롤 형태로 성형이 가능한 장점이 있으면서도 ASTM D638-14 시험방법으로 측정한 인장강도가 70,4 MPa정도로 강하고, 자기소화성이 있어 샌드위치패널(1)의 판재로 사용되기 좋은 장점이 있다.
한편, 제1판재(10)는 제1소재에 추가로 첨가제를 더 투입하여 제조되는 것일 수 있으며, 제1판재(10)에 색상이나 다른 추가적인 기능성을 부여하기 위해 마스터배치(Master batch)가 투입될 수 있다.
구체적으로는 필러 또는 첨가물을 폴리머 수지에 균일하게 분산시키고, 제품의 물성을 균일하게 하기 위하여 필러 또는 첨가물이 포함된 마스터 배치(Master batch)를 제조한 후, 마스터 배치의 농도 및 양을 계산하여 폴리머 수지에 배함함으로써 원하는 조성의 제1소재를 제조하는 것이 바람직하다.
한편, 제1판재(10)의 제1소재로 폴리카보네이트계 수지를 사용하는 경우. 표면에서의 이형성이 우수하여 잘 오염되지 않으며, 표면에 오염물질이 묻는 경우에도 쉽게 제거될 수 있는 장점이 있다.
제1소재의 위와 같은 특징으로 인하여, 제1판재(10)는 표면에 이형성을 향상시키거나 내오염성을 향상시키기 위한 별도의 코팅이나 필름을 필요로하지 않을 수 있는데, 제1판재(10)가 내부에 계면을 포함하거나 적층구조를 포함하지 않고 일체로 형성됨으로써, 고압세척기 등을 활용한 표면세척이 가능해지는 장점이 있고, 이로인해 내부오염의 세척시 오염수의 배출이 적고 세척시간이 절감되어 운영비용을 크게 절약할 수 있다.
마스터배치를 활용하는 경우 원하는 색상이나 제품의 특성을 조절하면서 제품의 맞춤제작이 가능한 장점이 있으며, 원하는 색상을 얻기 위하여 사용되는 칼라 마스터배치와, 특수한 기능을 부여하기 위하여 사용되는 기능성 마스터배치가 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 기능성 마스터배치로는 난연특성을 향상시키는 난연성 마스터배치, 정전기를 방지할 수 있는 대전방지 마스터배치, 소재간 접착 등을 방지하는 슬립 마스터배치, 항균특성을 갖는 항균 마스터배치 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치패널(1)에 사용되는 제1판재(10)는 마스터배치를 사용하여 제조된 제1소재로부터 제조되며, 컬러 마스터배치가 사용되는 것도 가능하나 그 색상은 제한되지 않고, 롤 형태로 권취된 후 평평하게 펼쳐져 샌드위치패널(1)용 판재로서 활용할 수 있도록 굴곡탄성률 및 굴곡강도를 향상시킬 수 있는 기능성 마스터배치를 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 일 측면에 따른 샌드위치패널(1)은 제1소재에 투입되는 마스터배치가 폴리카보네이트로 이루어지는 것이 좋고, 열반사를 통한 온도변화를 줄일 수 있는 불투명 또는 밝은 색상을 가지는 마스터배치가 사용되는 것도 바람직하다.
한편, 이때, 마스터배치에 포함되는 기능성 첨가제로는 칼슘카보네이트, 활석, 탈크, 실리카, 알루미나, 베이클라이트, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 휘스커(Whisker), 글라스버블, 카보네이트 실란 커플링제 및 폴리에틸렌 왁스와 스테아린산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
칼슘카보네이트, 활석, 탈크 또는 실리카, 알루미나, 베이클라이트, 휘스커, 글라스버블 중 하나 이상이 사용되는 경우 고분자 소재에 혼합되어 굴곡탄성률, 굴곡강도가 향상될 수 있고, 내화학성 및 내부식성이 향상되는 효과가 얻어질 수 있다.
탄소나노튜브 또는 그래핀이 포함되는 경우 내습, 내부식성이 향상되고, 굴곡탄성률 및 굴곡강도 또한 개선되는 장점이 있으며, 카보네이트 실란 커플링제를 사용하는 경우 굴곡탄성률이 향상될 수 있고, 폴리에틸렌 왁스와 스테아린산염이 포함되는 경우 내습 및 내화학성이 향상될 수 있다.
첨가물의 함량은 마스터배치 전체의 3 ~ 20 중량% 일 수 있고, 바람직하게는 5 ~ 15 중량% 인 것이 좋다. 마스터배치에서 첨가물의 함량이 너무 낮으면 원하는 물성을 얻기위한 마스터배치의 사용량이 증가되고, 첨가물의 함량이 너무 높으면 수지 본래의 물성을 저해하고, 마스터배치에서 첨가물이 균일하게 분산되기 어려워지는 문제가 있다.
본 발명의 샌드위치패널(1)은 전술한 제1판재(10)와 함께 제2판재(30)를 포함하며, 여기에서 제2판재(30)를 이루는 제2소재는 제1소재와는 다른 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
제2판재(30)는 심재(20)의 타 측면에 적층되어 형성되며, 제1판재(10)가 적층된 심재(20)의 반대측면에 구비되어 제1판재(10)와 제2판재(30)의 사이에 심재(20)가 구비되는 구조를 형성한다.
여기에서, 제2소재는 알루미늄, 철 또는 합금강이 사용될 수 있으며, 제2소재를 사용한 제2판재(30)로는 예를들어, 스테인리스강(SUS)판, 갈바륨강판, 칼라강판, 용융 아연도금 강판, 도장 용융 아연도금 강판, 용융 알루미늄-아연합금 도금 강판 및 도장 용융 알루미늄-아연합금 도금강판으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
제2판재(30)는 본 측면의 샌드위치패널(1)을 이용하여 돈사나 구조체를 형성하는 경우에 구조물 또는 건축물의 외관을 향하여 구비되는 것이 바람직하며, 제1판재(10)가 구조물 또는 건축물의 내장재로 활용되어 내부에서 발생되는 내부식성 물질이나 화학가스를 막아주는 것이 바람직하다.
이러한 이유로, 본 발명의 일 실시예에서 제2판재(30)는 제1판재(10)와 다른 소재로 이루어지는 것이 좋으며, 통상의 기술자가 채용할 수 있는 샌드위치패널(1)용 소재나 강판 등이 활용되는 것이 바람직하다.
본 측면에 따른 샌드위치패널(1)은 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일측 면을 구성하는 판재의 소재로 전술한 특성을 만족하며 고분자를 포함하는 제1소재가 사용되는 것이 좋으며, 제1소재를 사용하는 경우 후술하는 것과 같은 효과를 가지므로 종래기술 대비 유리한 효과를 얻을 수 있다.
우선, 제1소재를 포함하는 제1판재(10)는 종래의 금속소재 판재대비 비열이 높고, 열전도도가 낮은 특성을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 샌드위치패널(1)의 제1판재(10)는 제1판재(10)대비 비열이 높고, 구체적으로는 비열이 1.0 내지 1.5 J/g·K 일 수 있고, 1.1 내지 1.4 j/g·K인 것이 좋으며, 1.2 내지 1.3 J/g·K인 것이 바람직하다.
비열이 높은 제1판재(10)를 사용함으로써, 샌드위치패널(1)은 외부의 온도차이로부터 내부의 온도차이를 최소화함으로써 내부 항온성 향상에 유리하고, 낮에 저장된 열을 밤에 방출함으로써 야간 난방 비용을 절약할 수 있다.
한편, 해당 실시예에 따른 샌드위치패널(1)을 구성하는 제1판재(10)의 제1소재는 열전도율이 제2판재(30)의 제2소재보다 낮으면서도 심재(20)보다는 높은 것이 좋다. 보다 구체적으로는 제1소재의 열전도율이 0.1 내지 5.0 W/m·K 일 수 있고, 0.12 내지 2.0 W/m·K인 것도 좋으며, 0.15 내지 1.0 W/m·K 인 것도 좋고, 0.18 내지 0.2 W/m·K 인 것도 바람직하다.
제1소재는 샌드위치패널(1)의 내장면에 구비되는데, 제1소재의 연전도율이 제2소재의 열전도율보다 높아지는 경우 외부의 온도차이에 의한 열전달이 빨라져 단열효율이 저하되는 문제가 있고, 제1소재의 열전도율이 너무 낮으면 국부적인 온도차이가 골고루 퍼지지 못하여 내부에서의 온도편차가 발생하는 문제가 있을 수 있다.
제1소재의 비열 및 열전도도를 전술한 바와 같이 제어하기 위하여, 베이클라이트, 폴리우레탄, 에틸렌프로필렌, 클로로프렌 및 부틸고무로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상이 제1소재에 첨가되는 것도 좋고, 더욱 바람직하게는 비열이 1.5 J/g·K 이상인 것이 좋으며, 폴리우레탄이 첨가되는 것이 바람직하다.
위 첨가제를 제1소재에 0.01 내지 5wt%, 예를들어 0.01 내지 2 wt%, 바람직하게는 0.02 내지 1.0 wt% 로 첨가하는 경우 제1판재(10)의 비열을 높이는 효과를 얻을 수 있으며 기계적 강도도 향상시킬 수 있는 장점이 있으나, 해당 범위보다 많이 첨가되는 경우 굴곡탄성이나 굴곡강도를 나쁘게하는 문제가 생길 수 있다.
또한, 제1소재의 비열 및 열전도도 특성, 첨가제를 조절하는 방법 외에도, 제1판재(10)의 두께를 제어함으로써 전체 샌드위치패널(1)의 열용량 및 열전도특성을 더욱 최적화하는 것도 바람직하다.
구체적으로는, 제1판재(10)의 두께는 두께 단위로 mm 대신 해당 기술분야에서 주로 사용되는 단위인 T를 사용하였을 때, 1.5T~2T 인 것이 좋고, 바람직하게는 2T인 것이 좋으며, 제2판재(30)의 두께는 0.4T~0.5T 인 것이 좋고, 바람직하게는 0.5T인 것이 좋다.
여기에서 1T는 1mm와 동일하게 길이를 나타내는 단위로 이해될 수 있다.
여기에서, 제1판재(10)의 두께는 제2판재(30)의 두께 대비 1 내지 5배일 수 있고, 3배 내지 5 배인 것이 좋으며, 바람직하게는 3.8배 내지 4.2 배인 것이 좋다.
제1판재(10)와 제2판재(30)의 두께범위가 해당 범위를 벗어나는 경우 제품의 생산 효율이 저하되거나 경제성이 나빠질 수 있다.
또한, 제1판재(10)의 두께가 너무 얇은 경우 강도가 약하여 샌드위치 패널의 기계적 물성이 약해 쉽게 파손되는 문제가 있고, 두께가 너무 두꺼운 경우 제1소재를 롤형태로 제조, 사용하기가 어려워 샌드위치패널(1)의 양산이 어려워지고 경제성이 저하되는 문제가 있다.
위와 같이 제1판재(10)가 항온성을 향상시키는 효과를 가짐으로 인하여, 종래기술에서 내부 면에 항온성 향상을 위한 발포폼층을 형성하지 않으면서도 충분한 항온성을 얻을 수 있으며, 발포폼의 형성으로 인해 문제되었던 내부 청소 및 관리의 문제, 산업폐기물의 문제 또한 제1판재(10)를 사용하는 경우 청소 및 관리가 편리하고 소재의 재활용이 가능한 점을 고려할 때 해결이 가능하다.
샌드위치패널(1)에서 제1판재(10) 및 제2판재(30)의 사이에 구비되는 심재(20)는 섬유가 서로 엉켜 있는 부직 섬유 구조를 가지는 충전재가 사용될 수 있으며, 폴리스티렌(스티로폼), 폴리우레탄, PUR, PIR, 글라스울, 미네랄울로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 소재가 심재(20)로 사용될 수 있다. 예를들어, 심재(20)로 발포 폴리스티렌(EPS: Expanded Polystyrene) 등과 같은 단열재가 사용되는 것이 바람직하다.
발포 폴리스티렌은 폴리스티렌수지에 펜탄 또는 부탄 등과 같은 발포제를 첨가하여 고온으로 가열시킴과 동시에 고압으로 기포를 발생시켜 발포한 것으로, 샌드위치패널(1)의 심재(20)로 사용시 내열성, 흡음성, 내충격성, 경량성 등의 특성이 우수한 장점을 갖는다.
심재(20)는 샌드위치패널(1)에서 단열재로서의 역할을 수행할 수 있으며, 단열 효과를 향상시키기 위하여 샌드위치패널(1)이 시공되는 위치나 목적에 따라 두께가 달라질 수 있다. 예를들어, 외벽용의 경우 100T 내지 125T,지붕용의 경우 125T 내지 150T 의 심재(20)가 사용될 수 있다.
또한, 심재(20)는 준불연 또는 난연 특성이 있는 소재를 사용하는 것이 좋고, 심재(20)의 밀도는 소재의 발포정도 및 발포조건에 따라 달라질 수 있으나 19 내지 21 kg/m3, 19.7 내지 20.9 kg/m3, 바람직하게는 20 내지 20,9 kg/m3인 것이 좋다.
심재(20)의 두께가 너무 얇은 경우 단열성능이 낮아지고, 너무 두꺼운 경우 중량이 증가하는 문제가 있어 바람직하지 않으며, 심재(20)의 밀도가 너무 높은 경우 발포가 충분하지 않아 단열 효과가 떨어질 수 있고 밀도가 너무 낮은 경우 강도가 충분하지 못해 지지하는 힘이 부족해지는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 본측면에 따른 샌드위치패널(1)은 전술한 제1판재(10) 및 제2판재(30)를 심재(20)와 접착시키기 위한 접착층(40)을 심재(20)의 양측에 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 제1판재(10)와 심재(20)의 사이의 접착력을 향상시키기 위하여, 접착액의 분사 전에 제1판재(10)의 접착면의 표면을 처리하여 표면거칠기를 향상시킬 수 있으며, 예를들어 와이어 브러쉬등을 통해 표면에 스크래치를 형성함으로써 접착층(40)을 통한 제1판재(10)와 심재(20)의 접착강도를 향상시킬 수 있다.
접착층(40)은 심재(20)와 제1판재(10) 또는 심재(20)와 제2판재(30)를 접착하기 위해 형성되는 층이며, 심재(20)와 제1판재(10)를 접합하는 제1접착층(40) 및 심재(20)와 제2판재(30)를 접합하는 제2접착층(40)이 각각 구비될 수 있다.
접착층(40)은 접착액을 심재(20) 또는 판재의 표면에 도포하여 형성되는 것이 바람직하며, 예를들어 발포성 접착제를 표면에 도포한 후 발포시켜 접착층(40)을 형성하는 것이 좋다.
접착층(40)을 형성하는 접착액은 폴리우레탄 접착액일 수 있으며, 제1액과 제2액을 반응시켜 발포성의 접착액으로 활용할 수 있고, 보다 구체적으로는 제1액과 제2액이 미리 혼합되지 않은 상태에서, 접착시키고자 하는 심재(20)나 판재의 일측면에 분사되어 혼합된 후, 접착이 이루어지기 직전에 발포될 수 있다.
여기에서, 제1액은 아이소시아네이트를 포함하는 아이소시아네이트계 혼합물로서, 아이소시아네이트는 폴리우레탄을 합성하기 위한 반응물로 사용될 수 있는 구조의 아이소시아네이트 화합물인 것이 좋고, 예를들어 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔디이소시아네이트, 2,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 폴리메틸렌폴리페닐렌 폴리이소시아네이트, 폴리에틸렌 폴리페닐이소시아네이트 등의 방향족 폴리이소시아네이트; 헥사메틸렌 디이소시아네이트 등의 지방족 폴리이소시아네이트; 이소포론 디이소시아네이트 등의 지환식 폴리이소시아네이트; 크실렌 디이소시아네이트 등의 아릴 지방족 폴리이소시아네이트 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI)를 포함하는 제1액을 개시하며, 제1액에는 추가적으로 접착액의 물성과 샌드위치패널(1)의 특성을 향상시키기 위해 내열필러, 발포성필러 등과 같은 기타 첨가제가 더 포함될 수 있다.
이때, 첨가제는 전체 제1액에서 20wt% 이내로 포함될 수 있고, 바람직하게는 10 내지 20 wt% 로 포함될 수 있다.
제2액은 한 분자내에 2개 이상의 알코올기를 포함하는 화합물을 포함하는 것이 좋으며, 제1액과 혼합되는 경우 제1액에 포함된 이소시아네이트계 화합물과 반응하여 폴리우레탄을 합성할 수 있다.
제2액에는 한 분자에 3개 이상의 알코올기를 포함하는 폴리올 또는 2개의 알코올기를 가지는 글리콜 화합물이 포함되는 것이 바람직하며, 예를들어 폴리프로필렌글리콜이 사용될 수 있다.
제2액에는 폴리우레탄 합성 반응시 촉매 역할을 수행하여 반응시간을 조절할 수 있고, 경화제로 활용가능한 아민화합물이 포함될 수 있는데, 아민화합물로는 3차 아민 화합물이 사용되는 것이 바람직하고, 예를들어 디 메틸에탄올 아민(dimethyletanol amine, DMEA), 디메틸시클로헥신아민(dimethylcyclohexyl amine, DMCHA), 펜타메틸렌디에틸렌트리아민(pentametylenediethylene triamine, PMDETA), 테트라메틸렌-헥실디아민(tertamethylene-hexyldiamine,TMHDA) 또는 1,4 다이아자 바이사이클로(2, 2, 2) 옥테인 등이 사용될 수 있다.
제2액에는 계면활성제 또는 정포제가 더 포함될 수 있으며, 예를들어 하기 화학식 1에 나타난구조 중 하나 이상을 가지는 폴리알킬렌옥사이드 변형 폴리디메틸실록산 화합물이 사용되는 것이 바람직하다.
(화학식 1)
추가적으로, 제2액에는 이소시아네이트기의 반응을 촉진해 프리폴리머의 경화를 촉진하기위한 촉매가 더 포함될 수 있으며, 촉매로는 디부틸틴 디라우레이트(Dibutyltin dilaurate), 디옥틸틴디라우레이트, 디부틸틴 디옥토에이트, 디부틸틴디아세테이트, 디부틸틴디클로라이드, 디부틸틴디아세틸아세토네이트 등의 유기주석화합물, 비스무스트리옥토에이트, 비스무스트리스(네오데카노에이트) 등의 비스무스 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상이 선택될 수 있다.
표 1은 본 측면의 바람직한 일 실시예에서 사용한 제1액의 조성을 나타낸 것이며, 표 2는 제2액의 조성을 구체적으로 나타낸 것이다.
화학물질명 관응명 및 이명 CAS번호 함유량(%)
폴리에틸렌 폴리페닐 Polymethylene polyphenyl 9016-87-9 55~65
이소시아네이트 isocyanate
4,4-메틸렌 디페닐 4,4-Methylene diphenyl 101-68-8 15~24
디이소시아네이트 Diisocyanate
첨가제 실리카, 탄산칼륨, 탈크(Talc) - 10~30
화학물질명 관응명 및 이명 CAS번호 함유량(%)
Polypropylene glycol PROPYLENE GLYCOL 25322-69-4 85~95
POLYMER
Tertiary amine 1,4-DIAZABICYCLO(2.2.2) 280-57-9 1~3
OCTANE
Surfactant POLYALKYLENEOXIDE MODIFIED 68937-55-3 1~2
POLYDIMETHYLSILOXANE
Water DIHYDROGEN OXIDE 7732-18-5 3~5
<제2 측면>
본 발명은 본 발명의 일측면에 따른 샌드위치패널(1)의 제조방법을 포함하며, 해당 제조방법으로 제조된 샌드위치패널(1)은 전술한 측면의 샌드위치패널(1)일 수 있다. 이하에서는 샌드위치패널(1)의 구조나 구성에 대하여 전술한 측면에서 기재한 것과 동일한 부분을 생략하여 기재하였다.
도 1은 본 측면의 샌드위치패널 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
샌드위치패널의 제조방법은 하기의 단계를 포함하여 설명될 수 있고, 구체적으로는, (a) 내습 및 내부식성을 가지는 고분자를 포함하며, 두께가 1.5 내지 2.0mm(1.5T 내지 2,0T)인 제1판재(10)를 롤(roll)형태로 권취, 성형하여 준비하는 제1판재(10) 준비단계, (b) 금속소재를 포함하는 제2판재(30)를 롤(roll)형태로 권취하여 준비하는 제2판재(30) 준비단계, (c) 단열재를 포함하는 심재(20)를 준비하는 심재(20) 준비단계, (d) 롤형태로 권취된 제1판재(10), 제2판재(30)를 취출하며 심재(20)와 함께 연속적으로 공급하는 판재 공급단계, (e) 연속적으로 공급되는 제1판재(10)의 일면에 접착액을 분사하는 단계를 포함하는 접착액 분사단계, (f) 분사된 상기 접착액을 발포시켜 접착층(40)을 형성하는 접착액 발포단계, 및 (g) 심재(20)의 일면에 제1판재(10)를 적층시키고, 심재(20)의 타면에 제2판재(30)를 적층시킨 후 접착층(40)으로 접착하며 압착하여 샌드위치패널(1)을 형성하는 단계를 포함하는 것이 좋다.
이하에서는 전술한 각 단계에 대하여 구체적으로 설명한다.
제1판재(10) 준비단계에서는 제1판재(10)를 제조하고자 하는 패널의 형태, 폭(또는 너비)에 맞추어 성형하고, 권취하여 롤 형태로 만드는 과정이 포함될 수 있으며, 이때 제1판재(10)의 제1소재와 다른 소재인 제2소재로 이루어지는 제2판재(30)를 제1판재(10)와 동일한 형태 및 폭으로 가공하는 제12판재 준비단계가 함께 수행되는 것도 바람직하다.
여기에서, 제1 및 제2판재(30)에 포함되는 제1소재 및 제2소재는 전술한 측면에서 언급한 소재와 동일한 소재가 사용되는 것이 바람직하며, 동일한 부분의 기재는 생략하였다.
제1 및 제2판재(30)로 활용될 수 있는 형태로는 샌드위치패널(1)의 용도나 종류에 따라 RP형, 지붕형, 벽체형, 징크형 등이 포함될 수 있으며, 이외에도 해당 분야에서 통상의 기술자가 채용할 수 있는 형태의 샌드위치패널(1) 형태가 사용될 수 있다.
제1판재(10)와 제2판재(30)는 연속 생산이 가능하도록 롤형태로 권취되어 활용되며, 제1소재와 제2소재는 롤형태로 권취된 후 다시 평면으로 가공되어 샌드위치패널(1)로 제조될 수 있도록 굴곡탄성이 우수하고 변색이나 크랙발생 문제가 없는 소재가 사용되는 것이 바람직하다.
예를들어, 제1판재(10)와 제2판재(30)는 미리 정해진 형태와 폭으로 준비되는데, 특히, 본원발명의 샌드위치패널(1)은 제1판재(10)를 이루는 제1소재가 고분자 수지를 포함하는 소재로 이루어지는 것이 좋다.
이때, 고분자 수지를 포함하는 제1소재를 이용해 샌드위치패널(1)을 연속적으로 생산할 수 있도록 롤 형태로 성형, 제조된 제1소재 판재를 준비하는 것이 필요하며, 일반적인 고분자 수지가 롤 형태로 성형된느 경우 크랙이 발생하거나 탄성을 잃어버리는 문제를 가지는 것과 달리 제1소재의 경우 마스터배치를 활용해 필러를 균일하게 분산시킴으로써 소재의 탄성 물성을 크게 향상시킬 수 있어 고분자 수지를 롤형태로 제조, 활용하는 것이 가능한 장점이 있다.
여기에서, 제1소재는 내화학성이 우수한 폴리머소재, 예를들어 폴리카보네이트계 수지인 것이 바람직하다.
또한, 제2소재는 강판과 같은 금속계 소재인 것이 좋으며, 통상적으로 샌드위치패널(1)에 사용가능한 판재 소재일 수 있다.
심재(20) 준비단계는 판재와 동일한 형태 및 폭을 갖는 심재(20)를 준비하는 단계로서, 단열재를 포함하는 심재(20)를 원하는 두께와 밀도로 발포, 제조한 뒤 정해진 크기대로 가공해 준비하는 단계로, 심재(20)는 전술한 측면에 기재된 심재(20)와 동일한 심재(20)를 사용하는 것이 좋다.
제1 및 제2판재(30), 심재(20)를 연속적으로 공급하는 단계는 롤형태로 권취된 제1 및 제2판재(30)를 연속적으로 롤러로부터 풀며 공급하고, 심재(20)를 연속적으로 공급하는 단계이다.
예를들어 심재(20)를 기준으로 하부에 제1판재(10)가, 상부에 제2판재(30)가 배치되도록 공급이 이루어질 수 있으며, 공급되는 속도는 동일한 것이 좋다.
접착층(40) 형성단계는 접착액 분사단계 및 접착액 발포단계로 이루어질 수 있다.
접착액 분사단계는 권취된 제1판재(10) 및 제2판재(30)가 연속적으로 풀리며 공급될 때, 각 판재의 일면에 제1액 및 제2액을 분사하여 혼합시키는 단계이다.
접착액분사단계에서는 서로 다른 성분을 포함하는 제1액 및 제2액을 제1판재(10) 및 제2판재(30)의 일측면에 분사하는 단계가 포함되며, 여기에서 접착액은 2액상의 접착액인 것이 좋고, 구체적으로 제1액과 제2액을 별도로 분사하여 분사된 면에서 제1액과 제2액이 혼합된다.
제1액은 전술한 측면에서 설명한 바와 같이 이소시아네이트계 화합물을 포함하는 용액으로서, 패널의 길이 1m 당 35 ~ 45 g 의 양이 도포되는 것이 좋고, 더욱 구체적으로는 계절에 따라 여름에는 패널의 길이 1m 당 37g, 겨울에는 패널의 길이 1m 당 42g 양이 도포되는 것이 바람직하다.
제2액은 전술한 측면에서 설명한 바와 같이 알코올계 화합물을 포함하고, 제2액과 반응하여 폴리우레탄을 합성할 수 있는 용액으로서, 패널의 길이 1m당 35 ~ 45 g 의 양이 도포되는 것이 좋고, 더욱 구체적으로는 계절에 따라 여름에는 패널의 길이 1m 당 37g, 겨울에는 패널의 길이 1m 당 42g 양이 도포되는 것이 바람직하다.
한편, 접착액분사단계에 앞서, 제1판재(10)의 표면을 처리하여 표면거칠기를 향상시키는 단계가 포함될 수 있으며, 와이어브러쉬 등을 통하여 제1판재(10)의 접착되는 면에 스크래치를 형성시켜 표면거칠기 및 표면적을 향상시킬 수 있고, 이로인해 접착층(40)이 견고하게 형성되어 심재(20)와 제1판재(10)의 접착강도가 향상되게할 수 있다.
접착액발포단계에서는 각각 분리되어 있던 제1액과 제2액이 패널의 일면에 분사되어 접착면을 형성하고, 이때 제1액과 제2액이 서로 혼합되는 과정을 거치며 제1액과 제2액의 화합물 사이에서 반응이 일어나 폴리우레탄계 화합물이 합성된다.
폴리우레탄계 화합물은 제2액에 포함된 촉매, 3차아민에 의해 반응속도가 조절되고, 반응 후의 경도가 제어될 수 있으며, 제1액에 포함된 기타 첨가제를 통해 내열성이나 발포특성이 더욱 향상될 수 있다.
접착액을 발포하여 접착층(40)을 형성하는 경우, 실내온도에 따라 적정온도가 다르게 조절될 수 있다. 예를 들어 하절기의 경우 실내온도가 20℃ 정도라면, 발포를 수행하기 위하여 열선히터에 의해 가열된 제2판재(30)의 온도가 27℃ 정도로 유지되는 것이 바람직하고, 실내온도가 16℃ 정도인 동절기의 경우 제2판재(30) 온도가 26℃ 정도인 것이 바람직하다.
표 3에 접착액의 분사량과 적정온도, 적정습도를 나타내었다.
제2판재 온도 실내온도 적정습도 판재 1m당 접착액 도포량
하절기 27℃ 20℃ 60~65 % 37g
동절기 26℃ 16℃ 55~60 % 42g
접착액 분사단계 및 접착액 발포단계를 통하여 제1판재(10) 또는 제2판재(30)의 일측 면에 접착층(40)이 형성될 수 있으므로, 위 두 단계를 합쳐 접착층(40) 형성단계라고 부를 수 있다.
샌드위치패널(1)을 제조하는 단계는 제1판재(10)와 심재(20), 제2판재(30)를 순서대로 적층하고 압착하여 접착층(40)으로 심재(20)와 판재를 서로 접착시키는 단계이다. 이때 심재(20)는 제1판재(10) 및 제2판재(30)와 동일한 형태 및 폭으로 준비되는 것이 바람직하고, 제조된 샌드위치 패널은 사용자가 원하는 길이에 따라 절단되어 생산될 수 있다.
본원발명의 샌드위치패널 제조방법은 제1소재의 제1판재(10)와 제2소재의 제2판재(30)가 롤형태로 준비된 후 롤러에 의해 연속적으로 풀리며 공급되고, 그 표면에 접착층(40)이 형성되며, 최종적으로 패널의 사이에서 심재(20)가 접착된 상태로 압착되는 과정까지 전부 연속적인 공정하에서 이루어질 수 있는 특징이 있으며, 이로 인해 생산 경제성이 우수하고 일정한 품질의 샌드위치패널(1)이 생산될 수 있다.
도 2는 본원발명에서 판재의 굴곡탄성률 및 굴곡강도를 측정하기 위해 사용된 ASTM D790시험방법을 개략적으로 나타낸 도면이다. 판재는 한 쌍의 지지대 상에 평평하게 올려져 고정되며, 지지대의 사이에서 아래방향으로 하중이 가해지며 가해지는 하중에 따른 판재의 변형량을 계산하여 굴곡강도 및 굴곡탄성률이 측정될 수 있고, 그 구체적인 계산방법은 통상적인 구체적인 실험방법 및 통상적인 기술상식으로 지득될 수 있다.
예를들면, 시험편으로는 길이가 80 mm, 두께 4 mm, 폭이 10 mm 인 시험편을 제조하여 사용할 수 있고, 굴곡강도(MPa)는 다음 식과 같이 계산될 수 있으며, 이때 b는 미도시 되었으나 시험편의 폭(mm)이고, h, L은 mm 단위이고, F는 N 단위이다.
Figure 112021143508446-pat00002
굴곡탄성률은 변형량에 따른 굴곡강도(또는 응력)의 변화량을 나타내며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112021143508446-pat00003
<제3 측면>
본 발명의 또 다른 측면은 전술한 샌드위치패널(1)을 포함하여 이루어지는 샌드위치패널(1) 구조체이다.
샌드위치패널(1) 구조체는 적어도 하나 이상의 샌드위치패널(1)을 사용하여 이루어지며, 내부공간과 외부공간을 분리하여 돈사, 창고, 건축물의 지지구조를 형성할 수 있다.
이때, 샌드위치패널(1)의 제1판재(10)는 내부공간 방향으로 구비되는 것이 좋고, 제2판재(30)는 외부공간 방향으로 구비되는 것이 바람직하다.
샌드위치패널(1) 간의 연결부는 해당 기술분야에서 후레싱이라고 불리는 마감부재를 포함하여 이루어질 수 있는데, 특히 샌드위치패널(1)이 평행하게 이어지지 않고 꺾이면서 결합되는 부위에서 마감부재가 샌드위치패널(1)의 단부를 결합시켜 샌드위치패널(1) 구조체를 형성하는 것이 좋다.
보다 구체적으로 마감부재는 2가지 유형으로 구분될 수 있는데, 둘 이상의 샌드위치패널(1)의 말단을 서로 결합시키고 연결하는 형태의 마감부재는 인접하는 갠드위치패널의 제1판재(10)들과 제2판재(30)들을 서로 연결시키며, 샌드위치패널(1)의 결합부를 고정함과 동시에 외부로부터 우수나 눈, 습기 등을 막는 역할을 한다.
또 다른 형태로는, 마감부재가 샌드위치패널(1)의 일측 말단에서 결합되어 샌드위치패널(1)의 말단이 외부에 노출되는 것을 막고, 판재면을 따라 흘러내리는 물, 우수를 받아 저장하거나, 원하는 곳으로 흘려보내는 우수로의 기능을 하여 지붕 등에서 흐르는 우수 등이 바로 지면으로 떨어지지 않고 한데 모여 배출될 수 있게 한다.
마감부재는 전체 구조체에서 차지하는 위치, 수행하는 역할, 샌드위치패널(1)의 연결형태에 따라서 다양한 크기나 모양으로 제작되는 것이 좋으며, 일정한 형태로 한정되지 않으나, 샌드위치패널(1)이 서로 다른방향에서 연결되는 모서리를 덮는 형태로 이루어져, 외부로부터 눈이나 비, 습기 등이 침투되어 구조체의 내부로 흘러들거나, 샌드위치패널(1)의 내부로 침투되는 것을 방지하고, 구조체의 외부를 따라 흐를 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다.
마감부재는 샌드위치패널(1)에 포함되는 제1판재(10)와 동일한 소재를 포함하는 것이 좋고, 바람직하게는 제1소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1소재를 포함하는 마감부재를 전술한 측면의 샌드위치패널(1)과 결합시켜 샌드위치 패널 구조체를 형성하는 경우, 내부에서 제1소재가 가지는 부식, 내화학성으로 인해 샌드위치패널(1)의 결합부에서도 부식 등을 효과적으로 방지할 수 있으며, 외관이 뛰어나고 관리 및 청소가 용이한 장점이 있다.
또한, 제1소재의 경우 롤 형태로 권취되어 공급, 성형될 수 있을 정도로 탄성 특성 또한 우수하여 오랜 기간 사용에도 내구성과 신축성이 강해 수명이 연장되는 장점이 있고, 표면에서의 이형성이 좋아 빗물이 흐르는 눈물자국 등이 잘 남지 않고 표면의 이물질이 잘 제거되는 장점이 있다.
또한, 제1소재로 폴리카보네이트계 수지를 포함하는 경우, 재활용이 가능하므로 환경이나 비용적인 장점 또한 가지며, 비강도 및 충격강도가 우수하여 시공 및 유지, 관리가 간편한 구조체가 얻어질 수 있다.
도 5는 다양한 구조 및 형태의 마감부재 중 일부를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 용마루 상부와 하부에 사용될 수 있는 마감부재는 가운데가 높고 양쪽으로 경사를 가지는 형태로 이루어져 지붕의 용마루에서 샌드위치패널(1)을 결합시킴으로써 구조체의 꼭대기 부분에서 우수나 눈 등을 양측으로 흘려보내 떨어뜨리는 역할을 할 수 있다.
도 5의 (c)는 돌출물받이의 구조를 개략적으로 나타낸 것으로서, 지붕의 처무 등에 설치되어 용마루, 지붕의 패널을 따라 흐른 우수 등이 곧바로 지면으로 떨어지는 것을 막고 안쪽으로 모아 흘려보내기 위해 위에서 흘려온 물을 받기 위한 구조를 포함한다.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 샌드위치패널
10: 제1판재
20: 심재
30: 제2판재
40: 접착층

Claims (15)

  1. 폴리스티렌(스티로폼), 폴리우레탄, PUR, PIR, 글라스울, 미네랄울로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 소재를 가진 단열재를 포함하는 심재;
    상기 심재의 일면에 접착되며,
    롤(roll) 형태로 성형, 공급될 수 있는 굴곡 특성을 가지는 소재로서, 고분자를 포함하고 두께가 1.5 내지 2.0mm 이면서 직경이 20cm 내지 70cm인 롤에 권취되어 연속생산될 수 있는 제1소재로 이루어지는 제1판재; 및
    상기 심재의 타면에 접착되며,
    금속소재를 포함하는 제2소재로 이루어지는 제2판재; 를 포함하고,
    상기 제1소재는 상기 고분자로서 비스페놀A를 단량체로 포함하여 합성된 페놀계 중합체 또는 페놀계 공중합체 수지를 포함하며, ASTM D790 시험방법으로 측정한 굴곡탄성률이 2.0 내지 2.5 GPa이고,
    상기 제2소재는 스테인리스강(SUS)판, 갈바륨강판, 칼라강판, 용융 아연도금 강판, 도장 용융 아연도금 강판, 용융 알루미늄-아연합금 도금 강판 및 도장 용융 알루미늄-아연합금 도금강판으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 , 내화학성을 가지고 연속생산된 샌드위치패널.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1소재는 비열이 1.0 내지 1.5 J/g·K 인 샌드위치패널.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1판재의 두께는 상기 제2판재의 두께의 1배 내지 5배인 샌드위치패널.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1소재의 열전도도는,
    상기 제2소재의 열전도도보다 낮고, 상기 심재의 열전도도보다 높은 샌드위치 패널.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1소재는 베이클라이트, 폴리우레탄, 에틸렌프로필렌, 클로로프렌 및 부틸고무로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함하는 샌드위치패널.
  8. 삭제
  9. 단열재를 포함하는 샌드위치 패널의 제조방법에 있어서,
    롤(roll) 형태로 성형, 공급될 수 있는 굴곡 특성을 가지는 소재로서, 두께가 1.5 내지 2.0mm이며 고분자를 포함하는 제1소재로 이루어진 제1판재를 직경이 20cm 내지 70cm인 제1롤(roll)에 권취하여 준비하는 제1판재 준비단계;
    금속소재를 포함하는 제2소재로 이루어진 제2판재를 제2롤(roll)에 권취하여 준비하는 제2판재 준비단계;
    폴리스티렌(스티로폼), 폴리우레탄, PUR, PIR, 글라스울, 미네랄울로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 소재를 가진 단열재를 포함하는 심재와, 상기 제1판재 및 상기 제2판재를 상기 제1롤 및 제2롤에서 연속적으로 공급하는 판재 공급단계;
    연속공급되는 상기 제1판재, 상기 제2판재 또는 상기 심재의 적어도 일면에 접착액을 분사하여 접착층을 형성하는 접착층 형성단계; 및
    상기 심재의 일면 및 타면에 각각 상기 제1판재 및 상기 제2판재를 적층하여 상기 접착층으로 접착시킨 후, 압착하여 샌드위치패널을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1소재는 상기 고분자로서 비스페놀A를 단량체로 포함하여 합성된 페놀계 중합체 또는 페놀계 공중합체 수지를 포함하며, ASTM D790 시험방법으로 측정한 굴곡탄성률이 2.0 내지 2.5 GPa이고,
    상기 제2소재는 스테인리스강(SUS)판, 갈바륨강판, 칼라강판, 용융 아연도금 강판, 도장 용융 아연도금 강판, 용융 알루미늄-아연합금 도금 강판 및 도장 용융 알루미늄-아연합금 도금강판으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 샌드위치패널의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1소재는 상기 고분자를 마스터배치(Masterbatch)로 혼합하여 제조되는 샌드위치패널의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 마스터배치는,
    칼슘카보네이트, 활석, 탈크, 실리카, 알루미나, 베이클라이트, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 휘스커(Whisker), 글라스버블, 카보네이트 실란 커플링제 및 폴리에틸렌 왁스와 스테아린산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 기능성첨가제를 더 포함하는 샌드위치패널의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기능성 첨가제는 상기 마스터배치 전체의 3 내지 20 중량% 로 포함되는 샌드위치패널의 제조방법.
  13. 단열재를 포함하는 샌드위치 패널 구조체에 있어서,
    폴리스티렌(스티로폼), 폴리우레탄, PUR, PIR, 글라스울, 미네랄울로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 소재를 가진 단열재를 포함하는 심재와,
    상기 심재의 일면에 접착되며, 롤(roll) 형태로 성형, 공급될 수 있는 굴곡 특성을 가지는 소재로서, 고분자를 포함하고 두께가 1.5 내지 2.0mm 이면서, 직경이 20 내지 70cm인 롤에 권취되어 연속생산될 수 있는 제1소재로 이루어진 제1판재와,
    상기 심재의 타면에 접착되며, 금속소재를 포함하는 제2소재로 이루어진 제2판재를 포함하는 샌드위치패널; 및
    상기 샌드위치 패널의 말단에서 결합되며, 상기 제1판재와 동일한 소재를 포함하는 마감부재;를 포함하고,
    상기 제1소재는 상기 고분자로서 비스페놀A를 단량체로 포함하여 합성된 페놀계 중합체 또는 페놀계 공중합체 수지를 포함하며, ASTM D790 시험방법으로 측정한 굴곡탄성률이 2.0 내지 2.5 GPa이고,
    상기 제2소재는 스테인리스강(SUS)판, 갈바륨강판, 칼라강판, 용융 아연도금 강판, 도장 용융 아연도금 강판, 용융 알루미늄-아연합금 도금 강판 및 도장 용융 알루미늄-아연합금 도금강판으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 샌드위치패널 구조체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 마감부재는 인접하는 상기 샌드위치패널의 상기 제1판재들을 서로 연결하는 샌드위치패널 구조체.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 마감부재는 상기 샌드위치패널의 말단에 결합되어 우수를 받아 모으거나 원하는 방향으로 흐르게하는 샌드위치패널 구조체.


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