KR100975543B1 - 부식방지를 위해 불소수지 시트가 부착된 패킹부재 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

현재 제작되고 있는 패킹의 취약부분에 불소수지 시트를 부착시켜 기존 패킹의 취약 물성을 보강할 수 있는 부식방지를 위해 불소수지 시트가 부착된 패킹부재의 제조방법 및 패킹부재가 개시된다. 본 발명에 따른 제조방법은 패킹의 취약부분이 상측으로 향하도록 형성된 금형 하형과 금형 상형에, 취약부분을 상형으로 가압하도록 하형에는 홈을 형성하고, 상형에는 돌출부를 형성하여, 금형에 삽입된 패킹 원재료의 상부에 불소수지 시트를 올려 상형을 가열 압착하여 제조된다. 이때, 불소수지 시트는 접착 마찰을 높이기 위해 접촉면이 스크래치 가공 처리된다.

Description

부식방지를 위해 불소수지 시트가 부착된 패킹부재 및 그 제조방법{Packing and method for preventable corrosion}

본 발명은 부식방지용 패킹부재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내유성, 내용제성, 내산성 및 내알카리성 등 물성이 우수한 불소수지(PTFE, 테프론)를 패킹부재의 취약부분에 부착시킨 패킹부재에 관한 것이다.

최근 들어 산업이 발달함에 따라 건축물의 혈관이라고 할 수 있는 배관(piping)의 용도와 수요가 증가하고 있으며 다양한 배관 부속품(pipe fitting)이 마련되어 사용되고 있다.

이러한 배관 부속품은 그 용도에 따라, 배관의 방향을 전환시키는 엘보(elbow)와, 기존배관에서 새로운 배관을 분기시키는 티(tee)와, 배관과 다른 배관을 직선으로 연결하는 유니온 이음(union joint) 등이 있으며, 이러한 배관 부속품과 배관을 연결하는 방법 또한 다양하게 개발되어 사용되고 있다.

여기서, 배관과 배관 부속품을 연결하는 방법에는 나사 이음(screw joint), 용접 이음(welding joint), 플랜지 이음(flange joint), 그루브드 이음(grooved joint) 등이 있다.

상술한 배관 부속품의 연결 방법은 연결하고자하는 배관의 단부를 절삭가공 또는 용융 가공하여 배관 부속품을 장착하여 사용한다.

즉, 나사 이음의 경우 연결하고자 하는 배관의 단부에 테이퍼 나사를 절삭 가공하여 배관 부속품에 마련된 암나사부에 삽입하여 배관 부속품을 장착하고, 플랜지 이음의 경우에는 연결하고자하는 배관의 단부에 플랜지를 용접하고 배관 부속품에 마련된 플랜지의 결합면을 마주보게 하여 각 플랜지에 형성된 결합홀에 볼트와 너트를 체결하여 플랜지를 결합시킨다.

그리고 그루브드 이음은 연결하고자하는 각 배관의 양단의 원주면에 소정 폭의 홈을 가공하여 형성하고, 배관의 이음부에 기밀을 위한 고무재질의 링을 끼워 넣고, 각 배관에 형성된 홈에 삽입되어 각 배관을 지지하는 돌기가 마련된 상, 하부하우징을 볼트와 너트로 체결하여 각 배관을 연결시킨다.

그러나, 상술한 바와 같이 종래기술에 따른 배관과 배관 부속품의 연결방법은 배관 부속을 연결하기 위한 선행작업이 필요하며, 선행작업을 하기 위한 작업공간이 필요하여 배관이 설치되는 공간이 협소할 경우에는 배관 부속품의 연결작업이 매우 불편하며, 또한 배관의 단부를 가공하여 배관부속품을 연결하여야 하기 때문에 배관 연결에 따른 작업 공정이 복잡하고, 작업에 따른 시간이 많이 소요되며, 비전문가의 경우 작업이 불가능한 문제점이 발생한다.

또한, 가장 보편적으로 사용되는 플랜지 이음은 서로 결합될 배관의 양단부에 링 형상의 플랜지를 형성하고 이러한 플랜지를 서로 맞대어 각종 체결방법으로 결합시킨다. 이러한 플랜지 이음에 사용되는 체결방법을 쉽고 간단하며 견고하게 체결할 수 있는 다른 체결수단의 필요성이 대두 되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허등록 제749402호 "관이음용 연결구"가 개시된바 있다.

상기 관이음용 연결구는 도 1에서 보는 바와 같이 관(1a)과 관(1b)을 연결시키기 위해 관(1a, 1b)들의 외측 접점부위에 끼워지는 커플링(10)과, 커플링(10)의 양측 내부로 삽입되는 패킹부재(20)와, 커플링(10)의 양측으로 끼워지면서 패킹부재(20)에 맞닿도록 누름돌기(31)가 형성된 누름쇠(30)와, 누름쇠(30)의 양측을 가압시키는 클램프(40)로 이루어진다.

이때, 패킹부재(20)의 내경에 인접한 외측면상에는 비교적 두께가 얇은 보조패킹부재(21)가 일체로 돌출 형성된다. 그리고 누름돌기(31)의 하부면은 패킹부재(20)측으로 진행될수록 점점 좁아지는 경사면(32)이 형성된다.

또한, 보조패킹부재내(21)에는 상단 및 하단의 일부가 노출되어 경사면(32) 및 관(1a, 1b)의 외주면에 맞닿으면서 회전되는 구조를 갖는 다수의 잠김볼(22)들이 내장된다.

이와 같이 형성된 관이음용 연결구는 서로 연결될 배관의 단부를 절삭가공이나 용융가공하여 연결하였던 종래방법과는 차별된 것으로, 별도의 2차적인 가공 없이 직결될 수 있으면서 종래의 연결방법에 비해 수밀력 및 결합력이 뛰어게 된다.

즉, 상단 및 하단의 일부가 노출되면서 회전되는 구조를 갖는 잠김볼(22)을 패킹부재(20)에 내장하고, 패킹부재(20)를 가압하는 누름쇠(30)의 하부면에 경사면(32)을 형성하여 누름쇠(30)가 가압될수록 패킹부재(20)에 의해 수밀 및 체결력 을 증가시킬 수 있게 된다.

그러나 상기와 같은 탁월한 효과를 갖는 관이음용 연결구를 오랜 시간동안 사용해 본 결과, 패킹부재가 관내를 흐르는 유체에 의해 부식되는 경향이 있는 것을 발견하게 되었다.

즉, 패킹부재는 그 재질의 특성상 어떤 유체에 적합한지를 고려하여 적정한 저항력을 갖는 재질로 패킹부재를 제작한다.

아래의 <표-1>는 대표적으로 사용되는 패킹부재중 EPDM 및 VITON의 물성과 PTFE의 물성에 대해 나타낸 것이다.

구분		PTFE	EPDN	VITON
내유, 내용제성	가솔린, 경유	◎	×	○
	톨루엔, 벤젠	◎	△	○
	아세톤	◎	○	×
	알코올	◎	◎	◎
	에틸, 초산	◎	◎	△
	트리클렌	◎	×	○
내산, 내알카리성	수	◎	◎	◎
	유기산	◎	×	○
	고농도무기산	◎	○	◎
	저농도무기산	◎	◎	◎
	고농도알카리	◎	◎	◎
	저농도알카리	◎	◎	◎
사용온도	건열최고사용온도(℃)	290	120	230
	습열최고사용온도(℃)	300	130	240
	최저사용온도(℃)	-268	-60	-5

◎ : 최적 ○ : 적당 △ : 경우에따라 × : 부적당

위의 <표-1>에서 보는 바와같이 현재 가장 많이 사용되고 있는 'EPDM'의 경우 가솔린, 경유, 톨루엔, 벤젠, 트리클렌 등에 취약한 점이 있고, 내유성이나 내화학성에 가장 좋다고 알려진 'VITON'의 경우에도 아세톤, 에틸, 초산 등에 취약한 점이 있다.

이와 같이 사용되는 재질에 따라 그 물성에 변화가 뒤따르기 때문에 관이음용 연결구에 위와 같은 재질의 패킹부재가 사용될때에는 사용되는 용액에 따라 패킹부재도 다른 것으로 교체해 주어야 하는 문제가 발생된다.

그러나 한번 시공된 관이음용 연결구에 사용된 패킹부재의 재질을 일일이 뜯어서 확인해 볼 수도 없고, 뜯어서 살펴본다고 하여도 어떤 재질이 사용되었는지 육안으로 확인할 방법이 없는 문제점이 있게 된다.

반면, 'PTFE'는 불소수지 계열로서 내유성 및 내산성에 아주 강한 물성을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 이러한 'PTFE'를 이용하여 패킹부재를 제작하면 아주 좋은 물성을 갖기 때문에 위와 같은 문제점을 한번에 해결될 수 있게 된다.

그러나 'PTFE'는 수지 자체가 딱딱한 성질을 갖고 있기 때문에 이 자체로 패킹을 제작하여 사용할 수 없는 문제가 있어, 이 'PTFE'를 이용한 패킹부재의 제조방법에 대해 개발할 필요성을 찾게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하기 위해 안출된 것으로, 현재 제작되고 있는 패킹의 취약부분에 불소수지계열의 테프론을 부착시켜 기존 패킹의 취약 물성을 보강할 수 있는 부식방지를 위해 불소수지 시트가 부착된 패킹부재를 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제조방법은,

수밀을 위한 통상의 패킹에 용액이 침투하여 부식될 수 있는 취약부분을 보완하기 위한 패킹부재의 제조방법으로서,

취약부분이 상측으로 향하도록 형성된 금형 하형과 금형 상형에, 취약부분을 상형으로 가압하도록 하형에는 홈을 형성하고, 상형에는 돌출부를 형성하여, 금형에 삽입된 패킹 원재료의 상부에 불소수지 시트를 올려 상형을 가열 압착하여 얻어짐을 특징으로 하는 부식방지를 위해 불소수지 시트가 부착된 패킹부재의 제조방법을 제공한다.

또는, 본 발명의 패킹부재는,

수밀을 위한 통상의 패킹에 용액이 침투하여 부식될 수 있는 취약부분을 보완하기 위한 패킹부재에 있어서,

패킹의 취약부분에는 불소수지 시트가 부착되며, 불소수지 시트의 접촉면은 스크래치 가공 처리됨을 특징으로 하는 부식방지를 위해 불소수지 시트가 부착되는 패킹부재를 제공한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 패킹부재는 불소수지(TPFE, 테프론)를 기존 패킹부재의 취약부분에 부착시킴으로써, 기존 패킹의 탄력 및 수밀력을 고스란히 이어 받으면서 불소수지의 특수 물성을 함께 얻을 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부식방지를 위해 불소수지 시트가 부착된 패킹부재를 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 패킹부재를 나타낸 사시도이며, 그리고 도 3은 도 2의 A-A을 따라 도시한 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 패킹부재(100)는 종래기술에서 설명하였듯이 본 출원인에 의해 출원된 특허등록 제749402호 "관이음용 연결구"에 사용된 기존 패킹(20)의 취약부분에 불소수지(TPFE, 테프론) 시트(110)가 입혀진 것이다.

여기에서, 취약부분이라고 하면, 기존 패킹(20)의 설치구조상 가장 먼저 관내의 용액과 접촉되는 부분으로, 보조패킹(21)의 반대편 꼭지점 부분에 해당된다.

이러한 취약부분에 불소수지를 입히기 위해 여러 가지 방안을 모색해 보았다.

첫 번째, 불소수지 용융액을 패킹의 취약부분에 분사하여 코팅하는 방법,

두 번째, 불소수지를 접착제에 의해 접착시키는 방법을 고려하였다.

도 4는 기존 패킹의 부식 취약부분에 불소수지 용융액을 분무하는 모습을 보인 사시도이고, 도 5은 기존 패킹의 부식 취약부분에 불소수지 시트를 접착하는 모습을 보인 사시도이다.

우선, 첫 번째 방법인 코팅방법은, 도 4에서 보는 바와 같이 불소수지를 녹여 그 용융액(121)을 분무기(120)에 넣어 패킹(20)의 취약부분에 분사하였다.

그러나 패킹의 재질이 'EPDM'이나 'VITON'이므로 <표-1>에서 보는 바와 같이 'EPDM'의 경우 건열 및 습열 최고사용온도가 120~130℃이고, 'VITON'의 경우 건열 및 습열 최고사용온도가 230~240℃이므로 이들의 온도범위 내에서는 불소수지가 용 융되지 않는 문제가 발생되었다. 즉, 불소수지를 용융시켜 패킹에 분무를 해 보았으나, 고온의 불소수지가 분무되면서 패킹이 녹아 흘러서 패킹표면에 불소수지가 코팅되지 않게 되었고, 간혹 코팅되는 경우에도 코팅이 쉽게 벗겨져 버리는 문제가 발생되었다.

다음으로, 두 번째 방법인 접착방법은, 도 5에서 보는 바와 같이 불소수지를 0.3mm(300㎛)의 시트(130)로 제작하여 이 시트(130)를 패킹(20)의 취약부분에 접착제에 의해 붙였다.

그러나 불소수지는 그 특성상 표면이 상당이 매끄럽기 때문에 접착된 후에도 접착력이 약해 쉽게 떨어지는 문제가 발생되었다. 또한, 불소수지는 그 특성이 딱딱한 재질이므로 패킹의 꼭지점 취약부분에 접착시키기 위해 도 5의 '130a'와 같이 구부려야 하는데, 불소수지가 굽힘성은 있으나 패킹의 꼭지점 부분에 접착시키기 위해 원주상으로 구부려서 시트의 복원력에 의해 접합이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 발생되었다.

위와 같은 여러 차례의 실험 결과 불소수지의 특성을 심각하게 고려하여 패킹이 제작되는 과정에서 불소수지를 함께 부착시키는 것이 가장 바람직하다는 것을 알게 되었다.

따라서 본 발명은 패킹이 제작되는 금형에 불소수지 시트를 함께 넣어서 한번의 프레스 가공으로 불소수지 시트가 부착된 패킹부재를 제작하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 불소수지 시트가 부착된 패킹부재를 제작하는 모습을 보인 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 불소수지 시트의 접촉면을 보인 도면이다.

본 발명에 따른 패킹부재는 도 6에서 보는 바와 같이 패킹을 제작하는 통상의 하형(160) 및 상형(150)에서 패킹의 취약부분에 해당되는 꼭지점 부근의 하형(160)을 원형으로 직각 홈(161)을 내고, 상형(150)에는 이 홈(161)에 대응되는 돌출부(151)를 형성한다.

이러한 금형의 하형(160)에 잠김볼(22)을 넣고, 그 위에 성형용 고무(20a)를 올려놓고, 다시 고무(20a)위에 불소수지 시트(110)를 올린 후, 상형(150)을 덮고, 프레스(도시되지 않음)로 가압한다.

이때, 상형(150)과 하형(160) 사이에 삽입된 고무(20a)가 가압 용융되면서 패킹형상으로 성형이 되고, 고무의 가압 용융에 의해 그 위에 올려진 불소수지 시트(110)가 가열 압착되면서 상형(150)과, 돌출부(151)와 고무(20a)의 사이에서 성형되는 패킹에 접착되게 된다.

본 발명의 불소수지 시트(110)는 0.3mm(300㎛)의 두께를 갖는다. 그리고 불소수지 시트(110)의 어느 일측 접촉면은 도 7에서 보는 바와 같이 스크래치(111)되어 접촉마찰력을 높게 하는 것이 바람직하다. 즉, 불소수지 시트(110)는 위에서도 언급했듯이 표면이 상당히 매끄럽기 때문에 가열 압착된다고 하여도 그 접착력이 뛰어나지 못하게 되는 문제가 발생될 수 있어 이 접촉면에 스크래치(111)가공을 하여 접착력을 높일 수 있는 것이다. 이때, 스크래치(111) 가공은 불소수지가 내산성 및 내알칼리성이 우수하므로 산이나 알칼리와 같은 약품으로 에칭하는 기존 방법으로는 불가능하며, 프라즈마나 특수한 약품등으로 에칭하게 된다.

위와 같이 제작된 본 발명의 패킹부재는 도 2 및 도 3과 같은 형태 및 구조 가 되며, 패킹의 취약부분에 불소수지 시트(110)가 감싸지고, 시트(110)의 접촉면에 형성된 스크래치(111) 및 굴곡부가 가열 압착되어 다시 펴지려는 복원력이 발생되지 않게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 패킹부재가 사용된 관이음용 연결구를 나타낸 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 부식방지 패킹부재를 나타낸 사시도이고,

도 3은 도 2의 A-A선을 따라 도시한 단면도이고,

도 4는 코팅방법에 의해 부식방지 패킹부재를 만드는 모습을 보인 도면이고,

도 5는 접착방법에 의해 부식방지 패킹부재를 만드는 모습을 보인 도면이고,

도 6은 본 발명에 따른 부식방지 패킹부재를 만드는 모습을 보인 도면이며,

도 7은 도 6에 도시된 불소수지 시트의 접촉면을 보인 사시도이다.

Claims (4)

1. 수밀을 위한 통상의 패킹에 용액이 침투하여 부식될 수 있는 취약부분을 보완하기 위해 상기 취약부분에 불소수지 시트를 일체로 형성시키는 패킹부재의 제조방법에 있어서,

   상기 취약부분이 상측을 향하도록 형성된 금형 하형과 금형 상형에, 상기 취약부분을 상기 상형으로 가압하도록 하형에는 홈을 형성하고 상기 상형에는 돌출부를 형성하여, 상기 금형에 삽입되는 패킹 원재료의 상부에 불소수지 시트를 올려 상기 상형을 가열 압착하여 얻어짐을 특징으로 하는 패킹부재의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 불소수지 시트는 접촉면에 스크래치 가공 처리한 것이 사용됨을 특징으로 하는 패킹부재의 제조방법.
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