모든 열역학의 집합체 세라믹 코팅 101 – 열전도에서 복사 및 대류 현상까지

간혹 모든 세라믹 코팅이 같은 것이라고 생각하는 분들이 있습니다. 이는 사실이 아닙니다. 그것은 공기를 가둘 수 있는 단열 처리라면 모두 같은 것이라고 말하는 것과 다름이 없는데, 이 또한 사실이 아닙니다. 섬유 유리는 닫힌 셀 폼과는 분명히 다릅니다. 세라믹 코팅 중에 완벽하게 똑같은 방식으로 설계된 것은 없습니다. 또한 가시광선 (단파)만 다룰 수 있는 반사 페인트와, UV(자외선), 가시광선, (단파) 및 적외선 (장파) 이 3가지 모두를 다루는 열 장벽 코팅에는 상당한 차이가 있습니다. 가장 기본적인 차이는, 세라믹 코팅은 단순한 반사 페인트와 달리 오염된 후에도 계속 그 효과를 발휘한다는 것입니다.

본사의 세라믹 코팅 제품군만 보더라도 다양한 크기의 세라믹을 포함하고 있는 여러 가지 코팅 방법을 사용하고 있으며, 제품 각각에서 문제 상황에 따른 최적의 효과를 볼 수 있도록 설계되었습니다.

예를 들자면 다음과 같습니다.

Heat ReflectionSUPERTHERM® 멀티 세라믹 차열막 코팅제는 네 가지 종류의 서로 다른 세라믹을 사용해 표면을 코팅하며, 열을 흡수하지 않도록 설계되었습니다. (ASTM E1269 / ASTM E1461-92 인증서를 참조하실 수 있습니다.) 내부에 사용될 경우 90% 이상, 외부에 사용될 경우 95% 이상의 열 흡수를 차단해 열전도성을 낮춥니다. 이는 BTU 전도를 350Btu 이상에서 4Btu로 감소시키고, 최소 6인치 섬유유리를 사용하는 것과 동일한 열 차단 효과를 얻으실 수 있습니다. 한 유체 역학 박사는 이렇게 말했습니다. "SuperTherm®의 출시 단계부터 95% 이상의 열 차단 효과를 기대할 수 있다면, 나머지 5%의 차열 성능에 대한 기술을 개발하는 것은 이제 시간 문제일 듯합니다."

HPC® COATING 멀티 세라믹 차열막 코팅제는 일곱 가지 종류의 서로 다른 세라믹을 사용해 표면을 코팅하며, 열을 흡수하지 않도록 설계되었습니다. (ISO8302 \/ASTM C-177 인증서를 참조하실 수 있습니다.) 0.063 W/mK의 전도율을 자랑하는 이 제품은 전도를 통한 열의 이동을 막습니다. 다시 말해, 1인치 두께의 HPC® COATING Multi ~ Ceramic Insulation Coating은 482°C/ 900°F에 달하는 온도를 61°C / 142°F까지 감소시킬 수 있습니다. 이는 캐나다 표준인 70°C / 158°F를 넘어 사실상 OSHA 표준인 140°F / 60°C에 달하는 수치입니다. 세라믹 구조 세노스피어 내부의 단열 공기층 역시 열을 저장하는 기능을 합니다.

두 가지 제품 모두 세라믹 코팅을 기반으로 하지만, 서로 다른 유형의 열전도에 대항할 수 있도록 설계되었습니다.

또한 HYBRID INSULATION SYSTEM (하이브리드 단열 시스템)에서 함께 사용되기도 합니다. COLD CLIMATE CONTAINER INSULATION (냉기후 컨테이너 단열) 의 경우에, 배송 컨테이너는 캐나다 퀘벡의 –40 C에서도 따뜻하게 유지됩니다. 하이브리드 단열 시스템에 대한 자세한 내용은 아래를 참조하시기 바랍니다.

하이브리드 단열 시스템

열의 반사

Heat Reflection단열에 있어서 가장 중요한 부분은 열전도를 최대로 막을 수 있는 방법을 연구하는 것입니다. 완벽한 제품이라면 필요한 상황에 따라 내부의 열을 완벽하게 지키거나, 외부의 열을 완벽하게 차단해야 합니다. 바로 SUPER THERM® Multi ~ Ceramic Thermer Coating이 90%에서 95%의 성능을 발휘할 때 그렇게 할 수 있습니다. 내, 외부 모두 열을 흡수할 수 없도록 기판의 양쪽을 전부 코팅한다면 더욱 강력한 효과를 얻을 것입니다.

추가적인 단열을 필요로 하는 경우에는 하이브리드 단열 시스템을 고려해 보시는 것을 추천합니다. HPC® Coating 멀티 세라믹 단열막 코팅제 또는 폐쇄형 셀 폼 중에 하나를 사용하실 수 있습니다. 물론 세 가지 제품을 모두 조합해 사용하신다면 보다 더 완벽한 단열 시스템의 혜택을 누릴 수 있습니다.

HPC® Coating 멀티 세라믹 단열막 코팅제는 남은 5%에서 10%의 열을 차단하면서, 추가적으로 0.063 W/mK만큼의 열 이동을 감소시킵니다. 세라믹 세노스피어 내부의 단열 공기층 역시 열을 저장하는 기능을 합니다.

열을 보다 더 많이 저장할 수 있도록 본사가 선별한 재료는 폐쇄형 셀 폼입니다. 섬유 유리와는 다르지만 세라믹 코팅과 그 특징이 비슷합니다. 이 분사형 폴리우레탄 폼, 즉 폐쇄형 셀 폼을 사용하면 공기 장벽이 생겨 지속적인 단열이 가능하며, 열전도율을 높여 제품 성능에 부정적인 영향을 미치는 수분에도 훨씬 덜 민감합니다.

기후 조건과 사용 유형에 따라 열을 대량으로 저장하는 것은 기계에 유익할 수도 있지만, 해로울 수도 있습니다.

예를 들어, 저온 저장 시설이라고 불리는 아이스 아레나를 포함해 바깥 기온이 상대적으로 내려가는 밤까지도 잔열 때문에 에어컨을 계속 작동시켜야 하는 거주지 등에서는 다량의 열이 단점으로 작용합니다.

하이브리드 단열 시스템은 따뜻한 기후에 지어진 건물 외벽의 금속 기판에 적용시킬 때 가장 효과적일 수 있습니다. 열을 흡수하는 콘크리트나 다른 건축 자재들과는 다르게, 4 Btu의 큰 열량을 받아들일 여유 공간이 없는 금속 기판에도 열을 유지시키기 때문입니다. 위에서 언급한 바와 같이, HSC® Coating과 폐쇄 셀 폼은 아주 미미한 열전도까지 지연시킬 수 있습니다. 1.25mm의 HSC® Coating이 도포된 25mm 두께의 폐쇄 셀 폼은 4 Btu의 열량을 쉽게 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 최소한의 열 손실까지 없앨 수 있는 대량의 저장 공간을 가지고 있습니다. 이는 캐나다 퀘벡 주의 -40 C에서 컨테이너를 따뜻하게 유지하는 COLD CLIMATE CONTAINEER INSULATION (냉기후 컨테이너 단열) 에서 볼 수 있듯이, 극지방과 같은 기후 조건 하에서 선박의 컨테이너를 단열하기 위한 최적의 하이브리드 단열 시스템 중 하나가 될 것입니다.

세라믹 기술

Superior Products International은 15년 이상 단열 및 화재 방지용 세라믹을 실험하고 개발해 왔습니다. 이러한 세라믹의 기능은, 아직 엔지니어링 분야에서 흔히 사용되는 기술이 아닙니다. 세라믹의 새로운 가능성을 단열 기술과 연관해 사용한 지는 사실 몇 년도 채 되지 않았습니다.

Superior Products International은 이 분야에 대해 세심한 연구가 이루어진 적이 없으며, 정보를 얻을 수 있는 자료 역시 그리 많지 않을 것이라는 것을 잘 알고 있었습니다. 이와는 반대로 마모에 강한 세라믹 화합물을 얻기 위한 연구들은 지금까지도 진행되고 있고, 여러 신문 기사들이 제조 및 산업 시장에서 이 화합물을 사용할 수 있는 방법에 대해 다루고 있습니다.

단열용 세라믹은 마모 방지에 사용되는 세라믹과는 완전히 다릅니다. 아직까지 열전도를 차단하는 데 어떤 자연 혹은 인공 세라믹 화합물이 가장 적합한지를 밝혀내기 위한 연구는 수행된 바가 없습니다. 햇빛의 복사에 의한 열의 반사를 확인할 수 있는 일부 연구 결과들이 있기는 하지만, 매우 제한된 연구만이 이루어졌기 때문에 열의 반사만이 이 새로운 세라믹이 줄 수 있는 장점의 전부라고 생각할 수밖에 없었습니다.

세라믹 엔지니어들의 도움을 받아 최초로 연구를 시작했고, 단순히 복사열을 반사시키는 것을 넘어 열전도를 멈추거나 더 느리게 만들 수 있는 세라믹 화합물의 범위에 대한 실질적인 연구 조사가 그때까지 수행되지 않았음을 알게 되었습니다. Superior Products International은 새로운 세라믹의 가능성을 발견하기 위해 향후 몇 년 동안 R&D 작업을 계속하기로 결정했습니다. 그에 따라 광범위한 조사가 이루어졌고, 많은 시도와 오류를 거쳐 더 완벽한 결과를 도출해내기 위해 전 세계의 시장에서 가능한 모든 종류의 세라믹 화합물을 찾기 시작했습니다. 각각의 화합물이 열의 이동을 얼마나 잘 차단할 수 있는지 테스트기 위한 시스템을 구축하였고, 이렇게 무려 1,500개 이상의 화합물이 같은 방식으로 테스트를 거쳤습니다. 이 R&D 연구 개발 기간에 우리는 서로 다른 8가지의 화합물을 찾아냈는데, 그 화합물들은 반사 작용과 유사한 방식으로 표면의 열을 붙잡아 없애 버리는 능력뿐만 아니라 전도를 통한 열의 이동을 제어할 수 있는 능력을 가진 것으로 확인되었습니다.

Superior Products International은 이러한 세라믹 화합물 중 세 가지를 선택하여 SUPERTHERM®이라는 단열 코팅을 개발했습니다. 열전도 제어에 관한 지속적인 연구 끝에, 2000년에 네 번째 새로운 세라믹이 추가되었습니다. 이 세라믹은 열의 전도를 막는 얇은 필름형 코팅으로, 열원인 표면에 도포했을 때 6인치의 fiberglass batt insulation 에 상응하는 단열 효과가 있습니다. SUPERTHERM®에 비할 수는 없겠지만, SUNSHIELD®는 시중에 판매되는 어떤 값싼 모조품보다 훨씬 우수한 성능을 자랑합니다.

SUNSHIELD®는 화염 저항 세라믹과 우레탄이 없고 SUPERTHERM® 보다는 조금 덜 견고하지만, 가격이 훨씬 저렴합니다. SUNSHIELD®에는 SUPERTHERM® 과 동일한 이중 아크릴 막과 멀티 세라믹 단열재가 포함되어 있습니다. EPOXOTHERM® 역시 그와 유사한 멀티 세라믹 단열재가 에폭시 캐리어 내부에 포함되어 있습니다. 에폭시는 특히 심한 응결 현상이 일어나 습도가 높은 물질에 도포하기에 적합한 제품입니다.

나머지 7개의 세라믹 화합물 역시 고온의 상황에서 함께 사용이 가능합니다. HPC COATING® 및 HSC COATING®은 표면의 열을 붙잡아 열전도를 막도록 만들어졌습니다. 당사의 모든 보호 코팅 제품에서 보실 수 있듯이, 각각의 제품은 다양한 문제 상황 아래에서 생기는 모든 필요에 대처할 수 있도록 특별히 설계되었습니다.