내열,내화학성을 극대화시킨 기능성 에프알피 재료의 제조방법

내열,내화학성을 극대화시킨 기능성 에프알피 재료의 제조방법{How to build Functional FRP material}

본 발명은 내열성 및 내화학성을 구비한 기능성 FRP 재료에 관한 것으로, 구체적으로는 불포화폴리에스테르 수지 또는 비닐에스테르 수지에 기능성 첨가물을 혼합하고, 페놀수지에 기능성 첨가물을 혼합하여 내열성,내화학성, 내구성을 구비한 FRP 재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.

FRP는 우수한 내식성과 내화학성을 가진 고분자물질 수지에 유리섬유나 카본섬유 등의 우수한 인장강도와 압축강도를 가진 재료를 결합하여 두 재료의 장점을 극대화하는 복합재료이다.FRP는 경량성에 비하여 강도가 뛰어나며 내식성, 에너지 흡수성, 단열성 및 제작설치의 용이성 및 유지보수의 편리성 등으로 석유화학, 자동차, 선박, 환경설비 또는 레저산업 등에 꾸준하게 적용되어 그 수요가 계속 증가되고 있는 소재이다.FRP는 상기와 같은 좋은 특성으로 인하여 특히 환경분야에서 대기 배출가스를 제어하는 세정탑의 재료로 많이사용되고 있다.세정탑 내부로 유입되는 배출가스는 보통 황산화물, 질소산화물, 아황산가스 등의 대기오염물질과 미세먼지를포함하고 있어 배출가스가 접촉하여 산성을 띠게 되므로 일반적인 스테인레스스틸로 이루어진 세정탑도 부식 현상이 발생하여 내구연한이 현저히 감소되는 문제점이 발생하고 있다.이러한 문제점 때문에 최근에는 상기한 FRP 재료의 장점 때문에 FRP를 이용하여 세정탑을 제조하는 기술이 많이 제공되고 있다.그러나 FRP는 상기에서 열거한 우수한 장점이 있는 재료임에도 불구하고 고온(150도씨 이상)에서는 열 변형 및화재의 위험성 때문에 고온이 작용하는 설비물의 제조에는 적용할 수 없는 단점이 있다.또한 종래의 FRP 재료는 E-glass형 유리섬유가 200도씨까지는 열적으로는 강도가 저하되지 않으나 200도씨가 넘는 경우 서서히 강도 열화가 생기며 250도씨까지는 팽창을 하지만 그 이상의 온도가 되면 수축하며 한 번 수축된 유리섬유는 온도가 떨어져도 원래상태로 복원되지 않는 성질이 있다.

본 발명은 내열성, 내화학성, 및 내구성을 현저히 높이고,상기 FRP 재료의 단점인 고온(150도씨 이상)에서의 열 변형을 현저히 감소시키며, 200도씨 이상에서도 유리섬유와 수지층과의 층간 박리 및 Crack 발생을 현저히 방지하는 FRP 재료를 제공하고자 한다.또한 수지의 성분이 다른 층으로 구성된 복합형 FRP 재료를 제공하여 상기한 문제점을 완전히 해결하는 복합형 FRP 재료를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점 및 요구를 해결하기 위하여,비닐에스테르 수지에 수산화 알루미늄, 철분말 또는 티타늄 분말을 하나 이상 포함한 수지층과 유리섬유가 다수로 적층되어 경화된 지주형 FRP재료와 페놀수지에 수산화 알루미늄, 철분말 또는 티타늄분말을 하나 이상 포함한 수지층과 유리섬유가 다수로 적층되어 경화된 내화형 FRP 재료를 제공하며 비닐에스테르 수지에 수산화 알루미늄을 포함한 수지층과 유리섬유가 다수로 적층된 지주형 FRP층 및, 상기 지주형 FRP층에 페놀수지에 수산화 알루미늄을 포함한 수지층과 유리섬유가 다수로 적층되어 경화된 내화형 FRP 층이 형성된 복합형 FRP 재료를 제공한다.또한 본 발명은 특정한 형상의 몰드 준비 공정(1공정)과 상기 몰드에 이형지를 형성하는 공정(2공정), 비닐에스테르 수지에, 수산화알루미늄을 포함한 수지를 도포하여 수지층을 형성하고 상기의 수지층에 유리섬유를 적층하여 유리섬유층을 형성하는 공정을 1회 이상 여러번 수행하는 공정(3공정), 상기 유리섬유층 위에 페놀수지에 수산화 알루미늄을 포함한 수지를 도포하여 수지층을 형성하고 상기의 수지층에 유리섬유를 적층하여 유리섬유층을 형성하는 공정을 1회 이상 다수로 수행하는 공정(4공정)을 포함하는 특정한 형상의 복합형 FRP 성형물을 제조 방법을 제공한다. 또한 본 발명은 상기의 복합형 FRP 성형물을 제조 방법에 있어서,제3공정 후에 경화시키는 공정(3-2 공정)과 상기 경화 공정 후에 유리섬유층을 연마하는 공정(3-3 공정)이 더 부가되는 것을 특징으로 하는 특정한 형상의복합형 FRP 성형물을 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 FRP 재료는 높은 내열성 ,내화학성, 및 내구성을 가진다.또한 본 발명에 따른 지주형 FRP 재료 및 복합형 FRP 재료는 불포화에스테르 수지 또는 비닐에스테르 수지를 사용함에 따라 종래의 불포화 에스테르 수지를 사용한 것에 비하여 더욱 내화학성, 내열성 및 내구성이 현저히 높은 효과가 있다.또한 본 발명에 따른 지주형 FRP 재료. 내화형 FRP 재료 및 복합형 FRP 재료의 수지에 수산화 알루미늄을 혼합하여 조성함에 따라 200도씨 이상에서도 유리섬유와 수지층과의 층간 박리를 방지하는 효과를 나타낸다. 또한 본 발명에 따른 FRP 재료는 그 수지층에 수산화알루미늄을 혼합하여 조성함에 따라 화염 등으로 가열되는수지층에 난연성이 현저히 증가된다.또한 본 발명에 따른 FRP 재료는 철분말을 수지층에 혼합하여 조성할 수가 있어 그 강도 및 내열성, 내화성이 현저히 강화된다. 즉, 본 발명의 FRP 재료는 수지층 위에 유리섬유 층을 형성하고 다시 수지층을 형성하면서 유리섬유 층을 적층하는 방법을 사용하는데 기술적 특징이 있으며, 특히 복합형 FRP 재료는 유리섬유 층이 최종으로 형성된 지주형FRP 층을 형성한 후 다시 내화형 FRP 층을 형성하면서 페놀수지를 유리섬유 위에 적층하는 방법을 수행함에 따라 서로 다른 수지 층을 유리섬유로 연결하는 작용과 효과가 나타나 200도씨 이상의 고온에서도 기계적 강도와 구조적 안정성을 확보하는 현저한 효과가 있다.특히, 본 발명의 FRP 재료는 지주형 FRP층과 내화형 FRP층이 박리되지 않고 200도씨 이상의 고온에서도 기계적강도와 구조적안정성을 확보하는 복합형 FRP 재료 제공방법을 제공한다. 즉, 본 발명은 상기한 지주형 FRP 층을 먼저 형성하고 경화시킨 후 그 최종의 유리섬유 층을 연마하는 공정을수행하여 이 연마된 유리섬유 층을 내화형 FRP 층인 페놀수지를 직접 도포하여 수지층을 형성하고 다시 유리섬유 층과 교대로 적층하는 공정을 수행한 후 경화시킴에 따라 지주형 FRP층과 내화형 FRP층이 박리되지 않고 200도씨 이상의 고온에서도 기계적 강도와 구조적 안정성을 확보하는 효과가 창출된다.

[도 1]는 복합형 FRP 재료(유리섬유 층 연마공정 포함한 공정을 이용한 방법으로 제조한 것)의 단면도.
부호의 설명
30 : 지주형 FRP 수지층
10 : 내화형 FRP 수지층
11 : 유리섬유층
20 : 연마된 유리섬유층

본 발명은 유리섬유 및 플라스틱을 제조하는 원료인 고분자 물질 수지(이하 플라스틱 수지라 한다)를 이용하여 내열성이 및 내식성이 매우우수한 기능성 FRP 재료를 제공하고자 한다.또한 본 발명은 상기한 기능성 FRP 재료를 제조하는데 특별한 기술적 특징이 있는 기능성 FRP를 제조하는 방법을 제공한다.본 발명은 상기 플라스틱 수지에 유리섬유를 함침하여 기능성 FRP 재료를 제공한다.본 발명은 에스테르 수지, 염화비닐수지, 폴리 에틸렌 수지, 아크릴 수지, 폴리 프로필렌 수지, 에폭시수지, 우레탄 수지, 페놀 수지 등을 이용하여 기능성 FRP 재료를 제조하는데 바람직하게는 내산성 및 내열성을 강화하기 위한 것으로 열경화성 수지를 사용하는 것이 좋으며 폴리에스테르 수지를 사용한 것이 좋다.상기한 바와 같이 통상의 FRP 제조에는 에폭시 수지 또는 폴리에스테르 수지를 통상적으로 사용하였다. 이에 따라 열에 많이 노출되고 강산 등에 많이 노출되는 반응기나 장치에 이와 같은 통상의 FRP 재료를 사용하는 경우내산성 및 내열성이 현저히 떨어지는 단점이 있었다.따라서 본 발명은 상기와 같은 통상의 FRP 재료의 문제점을 해소하기 위하여 플라스틱 수지로 비닐에스테르 수지를 단독으로 사용하는 것을 기술적 특징으로 한다. 본 발명은 비닐에스테르 수지가 상기한 볼포화에스테르 수지보다 내식성과 내열성이 더 높은 장점을 이용하여 비닐에스테르 수지를 채용한 것이다. 본 발명은 또한 비닐에스테르 수지에 아래 보강재료와의 결합 및 플라스틱 수지의 경화, 발포 등의 기능을 향상시키기 위하여 경화제, 촉진제, 충전제, 계면활성제, 도료 등이 포함될 수 있다. 이와 같은 첨가물은 당업자에게 자명한 사항이라 할 것이다.본 발명은 비닐에스테르 수지에 보강재료를 함침하여 다층으로 형성된 기능성 FRP(fiber glass reinforced plastics) 재료를 제조한다. 보강재료라 함은 유리섬유 또는 카본섬유 등을 의미한다.유리섬유는 E-glass형을 사용하는 것이 바람직하다.E-glass형 유리섬유는 통상 0.8％이하의 알카리를 함유하고 있으며, 특히 수분에 대한 저항성 및 전기절연성이뛰어나고, 내풍화성이 우수한 특징이 있다. 또한 본 발명은 상기한 바와 같이 비닐에스테르 수지에 유리섬유를 함침시켜서FRP 재료를 제조하는 데 있어, 특히 FRP 재료를 이용한 구조물의 구조적 안정성을 유지하려면 보강재료인 유리섬유의 작용과 기능이 무엇보다도 중요하다.종래의 기술은 이미 언급한 바와 같이 유리섬유가 고온영역에서 열적 안정성이 현저히 낮은 문제점이 있는바,본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 보강재료를 첨가하는데 기술적 특징이 있다 또한 본 발명은 상기 비닐에스테르 수지에 수산화 알루미늄을 첨가하여 난연성을 향상시킬 수 있는 점에 기술적 특징이 있다. 수산화 알루미늄은 화학식 Al(OH)3, 비중 2.423 정도이며 알루미늄의 수산화물로 양쪽성 수산화물이다. 본 발명은 상기 비닐에스테르 수지 100중량부에 수산화 알루미늄 0.1∼20 중량부 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명은 상기와 같이 첨가물이 포함되어 구성된 비닐에스테르 수지로 이루어진FRP 수지를 다음에 설명할 페놀수지 FRP 수지와 구분하기 위하여 "지주형 FRP 수지"라 정한다.또한 본 발명은 상기한 바와 같이 폐놀 수지에 보강재료인 유리섬유 또는 카본섬유를 함침하여 FRP 수지를 제공한다. 본 발명은 이와 같은 페놀 수지를 이용한 FRP 수지를 "내화형 FRP 수지"라 정한다.페놀 수지는 페놀류와 포름알데히드류의 축합에 의해서 생기는 열경화성(熱硬化性) 수지이다. 제조공정에서 사용되는 촉매에 따라 노볼락과 레졸을 각각 얻는데, 전자는 건식법으로 후자는 습식법으로 경화되는 특징이 있다.본 발명은 페놀수지에 보강재료인 유리섬유 또는 카본 섬유를 함침하여 FRP 재료를 제공한다.페놀 수지에 사용하는 유리섬유에 관한 내용은 상기 비닐에스테르 수지에 사용하는 내용과 동일하게 적용된다.또한 본 발명은 페놀 수지 FRP 구조물의 구조적 안정성을 현저히 상승시키게 하기 위하여 실리케이트를 첨가하여 사용할 수 있으며 바람직하게는 Borosilicate를 사용한다.실리케이트 사용량은 상기한 페놀 수지 100중량부에 0.1∼50 중량부 혼합하여 사용할 수있다.또한 Borosilicate를 사용하는 경우에도 페놀 수지 100중량부에 0.1∼50 중량부 혼합하여 사용할 수 있으며, 통상적으로 Borosilicate에서 B2O3 함량은 0.1∼87％ 정도 함유한 것을 사용한다.또한 본 발명은 페놀 수지에 수산화 알루미늄을 첨가하여 난연성을 향상시킬 수 있는 점에 기술적 특징이 있다.페놀 수지 100중량부에 수산화 알루미늄 0.1∼20 중량부 혼합하여 사용할 수 있다. 상기한 바와 같이 본 발명은 여러가지 첨가물이 포함된 이와 같은 페놀 수지를 내화형 FRP 수지라 함은 이미 설명한 바이다.또한 본 발명은 상기한 지주층으로 형성할 수 있는 비닐에스테르 수지로 이루어진 지주형 RFP 재료 층과 상기한 내화층으로 형성할 수 있는 페놀 수지를 이용한 내화형 FRP 재료 층으로 구성되어 여러 층으로 형성된 기능성 FRP 재료를 제공하게 된다.이와 같은 기능성 FRP 재료를 본 발명에서는 복합형 FRP 재료라 칭한다.본 발명의 복합형 FRP 재료는 상기한 바와 같이 여러 층으로 형성된 지주층과 여러 층으로 형성된 내화층으로합성하여 이루어진 것으로서 내산성, 내열성 및 내구성을 달성하게 된다. 본 발명은 상기와 같은 지주층 또는 내화층 또는 복합형의 FRP 재료를 제조하는 데 큰 기술적 장점이 있어 더욱더 열에 강하며, 산성에도 강할 뿐만 아니라 내구성도 현저히 높인 FRP 재료로서 완성하는 점을 들 수있다. 따라서 본 발명은 FRP를 제조하는 데 있어 유리섬유 또는 카본 섬유를 수지에 함침함에 있어 큰 기술적 장점이있는 것이다.

통상 FRP를 제조하는데 유리섬유 등을 함침하는 방법으로 통상의 수지에 유리섬유를 충분히 함몰시켜서 수지와유리섬유의 결합력을 높이는 방법을 의미한다.그러나 이미 언급한 바와 같이 유리섬유는 그 가공형태에 따라 다양하게 나타날 수 있으며 그 두께나 무게도 상당히 적게 나가는 경향이 크다.따라서 유리섬유를 수지에 함침 시키는 방법은 수지의 점성 및 온도 등으로 인하여 쉽게 유리섬유를 함침하기가어려운 경우가 많다.비닐에스테르 수지로 이루어진 FRP 재료 층인 지주층과 페놀 수지로 이루어진 FRP 재료 층인 내화층으로 형성된 복합 FRP 제료는 지주층과 내화층의 수지의 성분 및 물리 화학적 특성으로서로 잘 결합하지 못하는 단점이 존재하고 있다.따라서 본 발명은 상기한 이질의 성질을 갖는 지주층과 내화층을 완벽하게 결합할 수 있는 복합 FRP 재료를 제조하는 방법을 제공한다. 또한 특정한 형상의 몰드를 이용하여 상기한 FRP 재료를 제조함에 있어 몰드의 내부로부터 FRP 수지 및 유리섬유를 적층하는 방법을 쓸 수 있을 뿐만 아니라 몰드의 외부로부터 FRP 수지 및 유리섬유를 적층하는 방법을 쓸수 있다.상기에서 언급한 몰드 내부에 이형지(20)를 형성하는 공정을 수행한다.(2공정) 이형지 형성 공정의 의미는 경화되고 성형된 FRP 재료를 몰드와 분리시키기 위하여 이형제를 바르거나(또는 도포하거나) 이형지 또는 박리지 등을 위치시키는 공정을 의미한다.따라서 성형된 FRP 재료와 몰드를 분리하기 위하여 취할 수 있는 어떤 수단이나 장치도 본 발명의 이형제 형성공정에 포함된다고 해석하여야 한다.상기한 이형지 형성공정 이후에 상기의 비닐 에스테르 수지(상기한 각종 첨가물이 혼합된 폴리에스테르 수지 또는 비닐 에스테르 수지를 의미한다, 따라서 이를 본 발명에서는 지주형 FRP 수지라 한))를 이형제 위에 도포하는 수지층(30) 형성 공정을 수행한다.(3공정), 여기서 각종 첨가물은 이미 언급한 바와 같이 수산화 알루미늄,철 분말,을 혼합한 것을 의미한다.상기한 지주형 FRP 수지를 이형지 위에 도포하여 일정한 높이로 형성하는데 그 높이는 0.5∼4mm로 도포할 수 있으며 바람직하게는 1∼2mm로 도포하는 것이 좋다.이와 같이 지주형 FRP 수지를 이형제 위에 도포하여 일정한 높이의 층을 형성하는 방법은 지주형 FRP 수지가 고분자 물질 수지이므로 인위적인 방법으로 또는 수지를 도포하는 장치 또는 수단으로 달성할 수 있다.상기 이형지에 지주형 FRP 수지를 도포하여 일정높이를 형성한 층 위에 유리섬유를 얹어서 부착시켜서 유리섬유층(11)을 형성하는 공정을 수행한다.(4공정) 이와 같이 일정 높이로 형성된 지주형 FRP 수지층 위에 유리섬유가 얹혀지는 경우 지주형 FRP 수지층과 유리섬유가 서로 결착하게 된다. 그리고 다음 공정인 지주형 FRP 수지가 다시 유리섬유층 위에 도포되어 일정한 높이로 층을 형성할 때 이 유리섬유와 수지층이 다시 강하게 결착하게 되는 효과가 있다.상기한 4공정의 유리섬유를 얹어서 부착시키는 유리섬유층을 형성하는 공정을 수행한 후에 다시 지주형 FRP 수지를 유리섬유층 위에 도포하여 일정한 높이로 수지층을 형성하는 공정을 수행한다.(5공정) 마찬가지로 지주형 FRP 수지를 이형제 위에 도포하여 일정한 높이로 형성하는데 그 높이는 0.5∼4mm로 도포할 수있으며 바람직하게는 1∼2mm로 도포하는 것이 좋다.상기한 5공정 후에 4공정을 실시하고 다시 5공정을 반복하여 실시할 수 있다. 이와 같은 반복은 사용자가 원하는 지주형 FRP 재료의 총높이에 따라 결정될 수 있으며 다수 반복될 수 있음은 물론이다. 이러한 이유로 수지층과 유리섬유 층을 합한 층의 수는 사용자의 필요에 따라 형성할 수 있으며 바람직하게는 2∼20 개 층을형성하는 것이 경제적인 면에서 좋다. 바람직하게는 상기한 층의 총 높이가 10mm∼30mm 정도로 형성되는 것이 좋다. 본 발명은 상기한 지주형 FRP 재료를 제조하는 방법과 동일한 방법으로 내화형 FRP 재료를 이용하여 특정의 형상으로 제조할 수 있는 방법 및 그에 따라 제조된 FRP 재료로 된 특정의 형상물을 제공한다.따라서 언급한 이형지 형성공정 이후에 상기한 페놀수지(앞에서 설명한 각종 첨가물이 혼합된 페놀 수지를 의미한다, 따라서 이를 본 발명에서는 내화형 FRP 수지라 한다)를 이형지 위에 도포하는 수지층 형성공정을 수행한다. 마찬가지로 여기서 각종 첨가물은 이미 언급한 바와 같이 실리케이트, 수산화 알루미늄,철 분말 등을 하나 또는 둘 이상을 혼합한 것을 의미한다.상기의 내화형 FRP 수지를 이형지 위에 도포하여 일정한 높이로 형성하는데 그 높이는 0.5∼4mm로 도포할 수 있으며 바람직하게는 1∼2mm로 도포하는 것이 좋다. 그리고 상기 수지층 위에 유리섬유를 얹어서 부착시키는 유리섬유층(40)을 형성하는 공정을 수행한다.이와 같이 일정 높이로 형성된 내화형 FRP 수지층 위에 유리섬유가 얹혀지는 경우 내화형 FRP 수지층과 유리섬유가 서로 결착하게 된다. 그리고 다음 공정인 내화형 FRP 수지가 다시 유리섬유 위에 도포되어 일정한 높이로수지층을 형성할 때 이 유리섬유와 강하게 결합하게 되는 효과가 있다.이와 같은 방법으로 본 발명은 상기한 수지층과 유리섬유층이 순차적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.따라서 수지층과 유리섬유층을 합한 층의 수는 사용자의 필요에 따라 형성할 수 있으며 바람직하게는 2∼20 개층을 형성하는 것이 경제적인 면에서 좋다. 바람직하게는 상기한 층의 총 높이가 20mm 정도로 형성되는 것이 좋다.