KR20020005228A - 방화 복합 패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무기 발포제에 의하여 충진 접착된 금속 시트상의 상 하 표면재 및 격자형 심재로 이루어진 방화 복합재료로서 화재시 무기 발포제 격자 공간에 급속하게 발포, 충진되어 종래의 패널보다 경량으로 단열 및 방화 성능과 안전성이 뛰어나다.
Description
본 발명은 방화 복합 패널에 관한 것이다. 더 상세하게는 본 발명은 기존의 불연성 패널로 사용되어온 철 및 세라믹 제품이 가지는 특성보다 우수한 경량성과 가공성을 가지면서 선박뿐만 아니라 자동차, 건축 내, 외장재로 이용될 수 있는 방화 복합 패널에 관한 것이다.
현재 생산되고 있는 불연재 및 단열 복합재료 시장은 크게 세라믹 제품, 철과 고분자 코팅제를 이용한 복합재료, 그리고 알루미늄과 각종 불연 코팅제 및 단열재를 심재로 하여 제조되는 알루미늄 복합재료가 주류를 이루고 있다.
기존의 세라믹 패널의 경우에는 충격에 취약할 뿐만 아니라 가공이 어려운 단점이 있다. 철을 기지로하는 복합재료는 단열 효과가 떨어지고 철 자체의 비중이 높아 중량이 많이 나가는 단점이 있다. 이러한 단열 특성의 보완을 위해 양쪽 철 표면 사이에 세라믹 울(ceramic wool), 락울(rock wool), 우레탄 폼 등을 삽입한 제품들이 있다. 세라믹 울이나 락울은 고온에서 안정하기는 하지만 패널의 강도 보강에 기여하는 바가 없다. 우레아, 폴리에틸렌 및 우레탄 폼과 같은 프라스틱 심재는 내열성이 약하고 고온에서는 인체에 유해한 가스를 방출하여 안전성이 결여되어 있다. 또한 이러한 심재들은 단열 효과도 떨어지지만 패널이 가져야하는 충분한 강도를 제공하지 아니한다. 현재 선박에 주로 쓰이고 있는 구획재들은 대부분 철을 표면으로 하고 각종 심재를 삽입하여 제조되고 있는데, 충분한 불연성 및 단열성능을 나타내기 위해 철의 두께를 증가시키거나 다량의 심재를 삽입하여, 전체적으로 제품의 두께가 두꺼워지고 공정의 복잡함과 높은 생산비가 요구되었다. 이러한 세라믹과 철을 기지로 하는 복합재료의 단점들을 보완하기 위해 불연성 알루미늄 패널이 개발되어 왔다. 현재 상품화 되어있는 알루미늄 복합패널은 고분자필름을 코팅하거나 알루미늄 표면에 무기질 법랑 코팅을 하여 800℃ 이상에서 열처리하는 등의 방법으로, 알루미늄의 열적 성질을 향상시키는 역할만을 할뿐 충격강도, 및 고온 방화성의 성질에는 영향을 주지 못하고 있다. 또한 알루미늄 허니컴과 고분자 물질로 제조된 허니컴 등을 사용하여 강도를 보완한 제품들이 나오고 있으나 500℃ 이상의 온도에서 강도와 형태를 유지할 수 있는 경량 방화 복합 패널은 찾아보기 힘들다.
본 발명은 금속 시트를 이용하여 경량성과 불연성, 고강도, 및 제조가 용이한 경량 방화 복합 패널 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 특히 본 발명은 화재 시에 코팅된 발포제가 발포하여 격자 공간을 급속하게 메움으로써 고온에서 방화능력이 있는 경량 방화 복합 패널 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
제 1도는 본 발명의 방화 복합패널의 전체 조립상태의 단면도
제 2도는 사각 격자 심재의 정면도.
제 3도는 패널의 두께 방향의 단면도.
제 4도는 무기 발포제의 발포 범위 및 열용량을 나타낸 DSC 결과그림.
제 5도는 패널의 단열 특성결과를 나타낸 그림.
제 6도는 불연시험 후 격자 공간이 완전히 폐쇄된 상태를 나타낸 사진.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1 : 무기발포제 코팅층 2 : 알루미늄 상 표면재
3 :무기발포제 코팅층 4 : 사각형모양의 알루미늄 코어
5 : 무기발포제 코팅층 6 : 알루미늄 하 표면재
본 발명에 의하여, 금속 시트로 된 상 표면재;
금속 시트로 된 하 표면재; 및
상기 상, 하 표면재 사이에 샌드위치된 금속 격자형 심재로 이루어지고 상기 상, 하 표면재와 심재는 무기질 발포제에 의하여 접착되어 있고 접착된 무기질 발포제의 양은 표면재 단위 넓이 당 상온 건량 기준으로 0.2 g/cm2 이상이고 화재 시에 무기질 발포제가 팽창하여 격자를 메움으로써 고온에서 단열 효과가 생성되는 방화 복합 패널이 제공된다. 상기 무기질 발포제는 알카리 실리케이트 수용액을 주성분으로 한다. 알카리 실리케이트는 실리카와 알카리 금속 산화물의 합성물이다. 알카리 실리케이트는 물용해성으로 모래와 알카리금속 탄산염을 단순히 용융함으로써 제조된다. 알카리 실리게이트는 상온에서는 수화물 상태로 존재한다. 알카리 실리케이트는 바람직하게는 나트륨 실리케이트(규산 소다)이고 나트륨 실리케이트는 소다회와 실리카를 용융하여 제조한다. 여기서 소다회와 규소의 몰비는 1:1 내지 1:4의 의 범위이다. 규산소다를 제조하는 화학반응식은 다음과 같다.
Na₂CO₃+aSiO₂ → Na₂O·aSiO₂+ CO2
상기식에서 a는 1 내지 4이며 a 값이 작을수록 알카리성이 커진다.
본 발명에서 사용되는 발포제는 발포체의 강도와 발포 효율을 증가시키기 위하여 발포제에 분산된 충전제를 포함할 수 있다. 분산충전제는 예를 들자면 팽윤성 합성운모가 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 심재는 격자형 심재인데 경량화하기 위하여 비철금속으로 만들어질 수 있다. 바람직하게는 알루미늄 리본으로 만들어진다. 이러한 심재로 종래의 방법에 따라 팽창공정 또는 주름공정에 의하여 만들어지는 하니콤 형의 심재가 사용 될 수 있다.
또는 상기 심재는 사각 격자형 심재로서 입상으로 서로 평행하게 배열되고 형성되는 셀 크기에 따라 각각 일정간격으로 상방으로 폭의 반 만큼 및 두께만큼 형성된 슬롯을 가지는 일군의 동일 규격 알루미늄 리본과, 입상으로 상기 일군의 알루미늄 리본에 직각으로 서로 평행하게 배열되고 형성되는 셀 크기에 따라 각각 일정간격으로 하방에서 폭의 반 만큼 및 두께 만큼 형성된 슬롯을 가지는 다른 일군의 동일 규격 알루미늄 리본이 상기 슬롯들이 서로 결합되어 형성되는 사각 격자형 허니컴 심재가 사용될 수 있다. 이러한 사각 격자형 심재는 허니콤 형에 비하여 제조장치가 간단하여 경제적으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 비교적 간단한 장비로서 훨씬 정밀하게 제조하는 것이 가능하다. 이러한 사각 격자형 심재에 대해서는 동일 출원인에 의하여 실용신안으로 출원되어 있다. 접착제로 사용되는 무기질 발포제는 하 표면재와 심재가 접착될 정도의 양으로만 사용되고 잔량은 상 표면재의 내면에만 주로 사용되거나 상 하 표면재 내부에는 심재와 접착될 정도의 양으로만 사용되고 잔량은 상기 심재에만 주로 사용될 수 있다.
본 발명의 패널의 제조방법은 크게 두가지로 나눌 수 있다. 무기 발포제를 주로 심재에 도포하고자 할 때는 심재를 무기발포제 용액에 침지하여 코팅하고 표면재에 고정하여 건조 접착시킨 뒤에 다른 표면재를 덮어서 완성한다. 다른 표면재를 덮기전에 다른 표면재 또는 심재에 접착제를 붙여야한다. 접착제로 사용되는 것은 무기 접착제로서 고온에서 안정하여야 한다. 무기 접착제의 예를 들면 리튬 폴리실리케이트이다. 또한 상기 무기 발포제도 접착제로 사용될 수 있다.
다른 방법으로는 표면재에 무기 발포제를 필요량 만큼 두껍게 도포한 후에 심재를 위치시키고 건조시켜 접착한 후에 다른 표면재를 덮어서 완성한다.다른 표면재를 덮기전에 다른 표면재 또는 심재에 접착제를 붙여야한다. 이러한 무기 발포제는 표면재의 내부 뿐만아니라 외부로 노출되는 외면에 외장 또는 내열성 개선을 목적으로 필요한 두께로 도포할 수 있다.
본 발명의 방화 복합 패널은 화재 발생전에는 보통의 알루미늄 패널과 다를바 없으나 일단 화재가 발생 하게되면 알루미늄 허니컴과 알루미늄 전면에 코팅된 발포 세라믹층이 급격히 발포하여 발포된 세라믹 충진재들이 격자 공간을 차단함으로서 단열, 방화 효과가 나타나게되는 것이다. 이러한 효과는 제2차 화재를 막을 수 있을 뿐만 아니라 주위의 인화성 물질에 화염이 전파되는 것을 막아준다.
알카리 실리게이트의 발포 특성은 수화물로 결합된 물이 기화 하면서 발포제로 작용하며 얻어지는 것으로 보여진다. 규산소다 용액(Na2O : 9.384 중량%, SiO2: 30.098 중량%, H2O : 60.3 중량%)을 건조시켜 고체 상태로 만든 후에 6mg씩 2개의 샘플을 채취하고 이것을 DSC를 이용하여 10℃/min 승온속도로 상온에서 275℃까지 온도를 올리면서 측정하고 그 결과를 도 4의 무기 발포제의 DSC(Differential Scanning Calorimetry)측정결과로 나타내었다. 상온에서 270℃까지의 온도 변화중에 무기 발포제가 열에 반응하여 발포되는 온도범위는 약 125℃∼200℃ 이며, 1g당 약 116∼162 J 의 열을 흡수하는 것으로 나타났다.
이하 실시예와 도면에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.
실시예
사각 격자의 크기가 20mm ×20mm ×48mm인 사각 격자 심재를 두께 0.2mm 폭 48mm 길이 250mm 알루미늄 리본에 20mm 거리당 슬롯을 형성하여 결합하여 제조한다. 크기 300mm ×300mm ×0.8mm의 알루미늄 시트로 된 상 표면재에 규산소다 용액(Na₂O : 9.384 중량%, SiO₂ : 30.098 중량%, H₂0 : 60.3 중량%)을 3mm의 두께로 코팅하고 상기 심재를 접착하여 건조한다. 건조한 후에 상 표면재와 동일크기의 알루미늄 이면 표면재를 0.7mm의 규산소다 용액을 코팅하여 접착하여 300mm ×300mm ×50mm의 패널 시편을 제작했다.
상기 제조된 패널을 전면에 고정하고 패널 표면으로부터 약 6㎝ 되는 거리에 토치를 설치하여 30분간 가열하여 방화성능을 시험하였다. 가열 온도는 900℃로 유지하였다. 이면온도는 레이저 온도 측정기를 이용하여 일정시간 간격으로 측정하였다. 화염에 의한 불연성 실험 결과, 시간에 따른 이면의 임의로 지정한 5곳의 시간에 따른 온도 변화를 도 5로 도시하였다. 실험 결과, 패널에서 불꽃 및 연기가 발생하지 않았고, 이면 평균 온도는 120℃내외인 것으로 나타났다.
도 6은 불연 시험 후 표면을 떼어내고 찍은 사진으로 허니컴 내부에 발포되어 충진된 상태를 나타낸다. 발포된 물질들이 격자사이를 완전히 폐쇄하고 있는 것을 관찰 할 수 있다.
동일한 불연 효과를 나타내는 시판되고 있는 철과 세라믹울로 제조된 50 ㎜ 두께의 패널과 비교하면, 철 제품이 약22 Kg/㎡인 반면 본 발명품은 약 11 Kg/㎡이다.
본원 발명의 방화복합패널은 화재시 특별한 감지 장치가 없더라도 열에 의해서 코팅된 무기 발포제가 두께의 4, 5 배 내지 50, 60 배 이상 가까이 발포되어 화재가 확산 되는 것을 막아준다. 즉, 화재가 발생하기 전에는 금속 시트와 금속 격자형 심재로 이루어진 경량 복합 패널 역할을 하지만 화재 발생 시에는 금속 시트(표면재)와 심재에 코팅된 무기 발포제가 발포하여 단열 및 방화의 역할을 하는 불연성 복합 패널이다. 이러한 패널은 허니컴의 크기와 두께를 조절함으로써 다양한 강도 효과를 발현시킬 수 있고, 무기 발포제의 코팅을 이용함으로서 기존 알루미늄 복합 패널 제품의 두께를 1/2이상 줄일 수 있으며 알루미늄 법랑 제품에서의 열처리와 같은 복잡한 공정을 생략할 수 있다 본 발명의 방화 패널은 고열 (약 900℃)에 노출되었을 경우, 이면 온도가 약 120℃내외일 정도로 단열성이 우수하다. 이러한 열적 특성의 기준은 세계 각국의 조선용 내장재 규격 (850℃ 가열시 이면 평균온도 140℃이하, 이면 최고온도 225℃이하 : 한국조선선급 B급 격벽 기준)을 만족 시킬 뿐만 아니라 각종 건축자재로서의 열적 성질(KSF2256방화시험방법2급 가열)을 만족시킨다.
본 발명에 의하여 최종 제품의 (1)강도 발현과 경량화를 가능하게 했으며, 기존의 발포성 내화도료나 각종 석면, 세라믹울 등의 심재를 무기 발포제로 대체함으로써 (2)인체에 무해하고 가격이 저렴하며 (3)화재 발생전에는 고강도의 패널 역할을 하며, (4)화재 발생시 에는 열에 의해 발포된 발포체가 통로를 완벽하게 차단시켜 단열, 방화 효과를 나타낸다. 또한 (5)열에 의해 자동적으로 반응하므로 별도의 감지 장치가 전혀 요구되지 않고 (6)설치 구성이 매우 간단한 이점이 있다.
Claims (9)
- 금속 시트로 된 상 표면재;금속 시트로 된 하 표면재; 및상기 상, 하 표면재 사이에 샌드위치된 금속 격자형 심재로 이루어 지고 상기 상, 하 표면재와 심재는 수화 알카리 실리게이트를 주성분으로 하는 무기질 발포제에 의하여 접착되어 있고 접착된 무기질 발포제의 양은 표면재 단위 넓이 당 상온 건량 기준으로 0.2 g/cm2이상이고 화재시에 무기질 발포제가 팽창하여 격자를 메움으로써 고온에서 단열 효과가 생성되는 방화 복합 패널.
- 제 1항에 있어서, 상기 무기질 발포제는 규산소다가 주성분인 방화 복합 패널.
- 제 2항에 있어서, 상기 무기질 발포제는 팽윤성 합성 운모가 분산되어 있는 수화규산소다가 주성분인 방화 복합 패널.
- 제 1항에 있어서, 상기 심재는 알루미늄 격자형 심재인 방화 복합 패널.
- 제 1항에 있어서, 상기 심재는 알루미늄 사각 격자형 심재인 방화 복합 패널.
- 제 5항에 있어서, 상기 사각 격자형 심재는 입상으로 서로 평행하게 배열되고 형성되는 셀 크기에 따라 각각 일정간격으로 상방으로 폭의 반 만큼 및 두께만큼 형성된 슬롯을 가지는 일군의 동일 규격 알루미늄 리본과, 입상으로 상기 일군의 알루미늄 리본에 직각으로 서로 평행하게 배열되고 형성되는 셀 크기에 따라 각각 일정간격으로 하방에서 폭의 반 만큼 및 두께 만큼 형성된 슬롯을 가지는 다른 일군의 동일 규격 알루미늄 리본이 상기 슬롯들이 서로 결합되어 형성되는 사각 격자형 심재인 방화 복합 패널.
- 제 1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 접착제로 사용되는 무기질 발포제는 하 표면재와 심재가 접착될 정도의 양으로만 사용되고 잔량은 상 표면재의 내면에만 주로 사용되는 방화 복합 패널.
- 제 1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 접착제로 사용되는 무기질 발포제가 상 하 표면재 내부에는 심재와 접착될 정도의 양으로만 사용되고 잔량은 상기 심재에만 주로 코팅되는 방화 복합 패널.
- 제 1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질 발포제가 표면재의 외장면에 더 도포되는 방화 복합 패널.
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