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[주목받는 기업] ㈜PPI평화, 100년 장수명주택 압력배관 ‘iC-PVC 복합관’ 개발
2020년 05월 07일 (목) 09:37:19 워터저널 webmaster@waterjournal.co.kr

주목받는 기업

 
㈜PPI평화, 세계 최초 급수·급탕·소방 스프링클러용
100년 장수명주택 압력배관 ‘iC-PVC 복합관’ 개발


‘i-PVC’와 ‘C-PVC’ 융합한 세계 최초 압력용 복합관
금속관 전식·부식 및 플라스틱 배관의 염소부식 문제 해결
한국소방산업기술원(KFI)과 2년간 공동 연구…신기술 인증


PPI평화(www.ppinet.co.kr·회장 이종호)는 한국소방산업기술원(KFI)과 2년여의 공동연구 끝에 100년 장수명주택 차세대 급수·급탕·소방 스프링클러용 압력배관인 ‘iC-PVC 복합관’ 개발에 성공했다. ‘원터치 모듈화’로 차별화된 맞춤형 오·배수관, 내진성능을 갖는 i-PVC 소재 아피즈(APPIZ) 상수도관 개발에 연이은 성과다.

한국토지주택공사에 따르면 주택 평균 수명은 △영국 128년 △독일 121년 △프랑스 80년 △미국 72년 △일본 54년 △한국 30년이다. 국내 주택 수명이 짧은 것은 1980년대 후반 분당, 일산, 과천 등지 대규모 신도시 아파트 건설이 추진되면서 건축비용이 절감되고 공사기간도 단축되는 벽식 구조 채택 및 재건축 열풍 등에 기인한다.

벽식 구조는 기둥 없이 바닥 무게를 지탱하는 구조로 아파트 층간소음의 근본적 원인이다. 또한 배관을 건물벽 내부에 설치하기 때문에 교체가 쉽지 않다. 콘크리트는 통상적으로 80년에서 100년까지 수명을 유지할 수 있지만 우리나라 주택은 배관 수명 30년에 맞춰 재건축함으로써 자원이 낭비된다는 한계가 있다.

반면 차세대 건축물로 각광받고 있는 장수명주택은 기둥식 구조로 설계되어 있다. 기둥식 구조는 천장에 수평으로 설치한 보와 기둥이 천장을 받치는 형태로, 소음이 기둥을 타고 분산하는 효과를 가지며 기둥 속에 입상배관을 올리고 유공보를 사용해 배관이 보를 관통하며 화장실 벽에 필요한 배관을 모아놓아 유지보수가 쉽다.

이제는 배관의 교체주기를 늘리는 것이 관건이다. 이번에 PPI평화가 개발한 ‘iC-PVC 복합관’은 안쪽에 내수압이 강하고 피로파괴가 없는 i-PVC 소재를 채택하고, 바깥쪽에 내열성이 높은 C-PVC 소재를 사용해 동시 압출성형한 제품으로, 전기부식·산화부식·피로파괴가 없어 100년 수명의 주택에 걸맞는 냉수·온수·급탕·소방용 배관이다.

   
▲ PPI평화는 ‘원터치 모듈화’로 차별화된 맞춤형 오·배수관, 내진성능을 갖는 i-PVC 소재 아피즈(APPIZ) 상수도관 개발에 이어 최근 100년 장수명주택 차세대 급수·급탕·소방 스프링클러용 ‘iC-PVC 복합관’(사진) 개발에 성공했다.

i-PVC 소재, 미국수도협회서 100년 이상 수명 인정

i-PVC와 C-PVC 두 소재 모두 압력용 배관에 사용하는 것으로 수압을 직접적으로 받는 내부의 i-PVC층은 미국수도협회(AWWA)로부터 그 성능을 인정받았다. 미국수도협회는 i-PVC 소재 아피즈(APPIZ) 상수도관을 2년간 각종 시험을 통해 평가한 결과, 가혹한 피로도 테스트(Fatigue test)에서 피로파괴의 영향을 받지 않는다는 결론과 함께 100년 이상의 수명을 공식 발표했다.

i-PVC 소재의 원리는 △초고중합도 PVC원료 사용 △특수 첨가제 △분산 배합기술 △압출 성형기술에 있다. 국제기준 대비 30배 내수압 성능과 인장강도(53㎫), 충격강도(3m/9㎏)를 동시에 향상시킨 i-PVC 소재의 탁월한 성능은 2014년 ISO(국제표준화기구) 국제표준화총회에서 새로운 국제표준으로 발표되어 163개 회원국에 배포됐으며, 미국, 일본, 독일 등 선진국 대표 참석자들의 큰 주목을 받았다.

급수·급탕·소방 스프링클러용 압력배관은 부식이 없어야 하고, 지속적 수압에 잘 견뎌야 하며, 써지(Surge)에 강해야 한다. 특히 소방용 배관은 안정성이 보장되어야 하는데 이 모든 조건을 충족시키는 것은 ‘iC-PVC 복합관’이 유일하다.

금속관은 방식 피복을 입혀도 어느 한 곳에 스크래치가 생기거나 이종 금속과 맞대기 접합이 되면 즉시 부식이 시작되며, 수명이 20∼30년도 되기 전에 전기부식과 피로파괴로 기능을 상실한다.

이것이 통상적으로 알려져 있는 배관수명이다. 건물 내 가전제품이나 실험기기 접지를 수도꼭지에 연결하거나 건물 내 습기가 유입되어 발생하는 누설 전류는 건물 내 철근이나 금속 자재를 전류 부식시킨다. 전류 부식은 자연 산화 부식보다 그 속도가 빨라 금속관 수명을 단축시키는 치명적인 원인이 된다.

수돗물 속 염소산·음용수 소독제에 의한 부식 없어

일반적으로 부식이 되지 않는 것으로 알려져 있던 PB(Polybutylene)·PP(Polypropylene)·PE(Polyethylene) 배관은 음용수 소독을 위한 염소나 이산화염소에 부식된다는 것이 미국의 C-PVC 제조사인 루브리졸, 호주의 플라스틱산업 배관협회 PIPA, 스웨덴의 배관시험연구소인 ‘Bodycote Polymer AB’에 의해 밝혀졌다.

이는 염소가 수돗물에 녹아 발생하는 염소산이온이 PB·PP·PE 고분자에 직접적인 공격을 가해 발생한다. i-PVC, C-PVC, iC-PVC의 경우는 고분자 사슬이 주변 염소원자에 의해 보호받고 있어 수돗물 속 염소산 또는 음용수 소독제(이산화염소 등)에 의한 부식이 발생하지 않는다. 기존의 C-PVC 단층관은 고온에는 강하나 제조과정에서 금형 산화물 잔존 및 시공 초기에 갈라짐이나 핀홀 등 취약점이 나타날 수 있어 내수압 안정성은 일부 저하됐다.

 장기수명을 결정하는 열간내압크리프시험(60㎏f/㎠)에서 PB 배관은 불과 1∼2분만에 파괴됐지만, iC-PVC 복합관은 15시간에서도 이상이 없었다. 일반 PVC관은 써지(Surge)에 쉽게 깨지기 때문에 급수·급탕용으로는 적합하지 않다. iC-PVC 복합관은 순간파괴시험에서도 PB 배관 대비 큰 차이를 보였다.

이 외에도 ‘iC-PVC 복합관’(0.14W/(m·K))은 PB 배관(0.22W/(m·K))보다 열전도율이 약 60%에 불과해 급수관·소방관 용도로 사용 시 동파에 강하고, 43∼60℃ 급탕관 용도로 사용 시 보온공사에 소요되는 단열재 비용이 절감된다.

C-PVC관 안쪽에 i-PVC 넣은 이중관 구조

기존의 C-PVC관은 고온에는 강하나 제조과정 및 시공 시 갈라짐이나 핀홀 등의 취약점이 나타났다. C-PVC 고분자는 일반 PVC보다 염소원자를 더 많이 갖는 분자구조다. C-PVC관은 매우 단단하지만 탄성은 떨어져, 외부 응력에 의해 초미소 크랙(crack)이 발생하면 수충격에 의해 갈라짐이 진행되고 피로파괴될 수 있는데 그 메커니즘이 금속재 관과 유사하다. 전자현미경과 고배율 현미경으로 C-PVC관 내부 표면을 관찰해본 결과 미세한 핀홀과 갈라짐이 확인됐다.

   
▲ C-PVC관 표면 현미경 사진.

C-PVC관에서 발생하는 핀홀과 갈라짐의 원인으로 제조 공정의 금형 내 잔존 산화물이나 이물질, 열분해에 의한 탄화물, 기포 등으로 추정됐다. 또한 시공과정에서 이음관을 사용하지 않고 높이를 맞추려는 등의 목적으로 C-PVC관을 강제로 휘게 하여 시공하는 사례가 있었는데 이 때 가해지는 응력은 미소 크랙을 만들고 수충격에 의해 발달하면서 파이프가 갈라지거나 파손된다. 핀홀과 갈라짐은 고질적인 문젯거리였고, 특히 소방용 압력관이라는 점에서 안정성을 떨어뜨리는 요인이 됐다.

이에 PPI평화 연구진은 C-PVC관의 안정성을 끌어올리기 위해 내열성은 우수하나 핀홀과 갈라짐의 취약성을 나타내는 C-PVC관 안쪽에 내수압성이 우수한 i-PVC를 넣어 이중관 구조를 설계했고 마침내 iC-PVC 복합관으로 발전시켰다.

   
▲ PPI평화가 개발한 ‘iC-PVC 복합관’은 장수명주택에 꼭 필요한 내구성을 갖춘 압력관으로 급수·급탕 및 소방 스프링클러용 배관 산업 발전에도 크게 기여할 것으로 예상된다. 사진은 ‘iC-PVC 복합관’ 생산 현장.

소방용 신기술 획득·발명 특허 등록 완료

내수압성이 우수한 i-PVC와 내열성이 우수한 C-PVC관을 융합한 ‘iC-PVC 복합관’은 인장강도와 탄성이 높고 충격시험, 수격시험, 내압시험, 파괴수압 등 압력관 성능이 뛰어나 급수·급탕·소방 스프링클러용 배관에 최적의 솔루션이다.

PPI평화는 소방청으로부터 인정받아 소방용 신기술을 획득했으며, 발명 특허 등록도 2019년에 마쳤다. i-PVC 소재는 PPI평화 자체의 원천 개발 소재로, 전 세계에서 일반적으로 사용되는 범용 PVC와 독일의 M-PVC, 스페인과 네델란드의 O-PVC의 기능성 PVC보다 월등한 물성을 보유하고 있다. iC-PVC 파이프 내면은 미생물막이 자리 잡기 어려울 정도로 항시 매끄러워 급수급탕 배관의 위생성을 유지해 준다([표 1] 참조).

   
 
PPI평화 이종호 회장은 “우리 회사는 고객의 니즈(Needs)를 충족하기 위한 지속적인 연구개발 끝에 iC-PVC 복합관을 개발했다”면서 “100년 장수명주택의 급수·급탕 배관 뿐만 아니라 소방용 배관에까지 혁신적으로 기여할 수 있는 전기를 마련할 것”이라고 포부를 밝혔다.

이 회장은 이어 “‘iC-PVC 복합관’은 국민에게 안전한 물을 공급해 건강에 기여할 뿐만 아니라 다양한 용도로 활용될 수 있어 국가, 사회적 비용을 절감해주고, 소중한 인명과 재산 피해를 줄여줄 것으로 기대한다”고 말했다.

PPI평화가 개발한 ‘iC-PVC 복합관’은 장수명주택에 꼭 필요한 내구성을 갖춘 압력관으로 급수·급탕 및 소방 스프링클러용 배관 산업 발전에도 크게 기여할 것으로 예상된다.

[문의 = (031)359-0001]

[『워터저널』 2020년 5월호에 게재]

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