JP3918011B2 - 繊維補強高分子ストリップからなったジオグリッドの製造方法 - Google Patents
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Description
図1を参照すると、本発明のジオグリッドは所定間隔を置いて経方向に平行に配置された多数の経方向繊維補強高分子ストリップ1と、所定間隔を置いて緯方向に平行に配置された多数の緯方向繊維補強高分子ストリップ2とで形成された格子形状を持つ。
図2を参照すると、経方向繊維補強高分子ストリップ1は緯方向繊維補強高分子ストリップ2のいずれか一つ2aとその上面で交差することによって第1接点C1を成し、同時に
隣り合っているもう一つの緯方向繊維補強高分子ストリップ2bとその下面で交差することによって第2接点C2を形成する。
造'のジオグリッドが形成されるが、本発明者によるとこの場合ジオグリッドの物性が最
も極大化されることが示された。
。ジオグリッドの引張強力と接点強力及び製造工程性を考慮すると、繊維補強高分子ストリップの横断面を四角形状に形成する場合、その幅と厚さは各々2ないし30mm及び1ないし10mm、さらに望ましくは各々3ないし20mm及び1.5ないし5mmに調節
することが望ましく、繊維補強高分子ストリップの横断面を円形状に形成する場合には径が2ないし20mm、さらに望ましくは4ないし15mmに調節することが望ましい。
te)、ポリアミド(polyamides)、ポリアクリレート(polyacrylates)、ポリアクリロ
ニトリル(polyacrylonitrile)、ポリカーボネート(polycarbonates)、ポリビニルク
ロライド(polyvinylechloride)、ポリスチレン(polystyrene)、ポリブタジエン(polybutadiene)などの樹脂を単独で又はこれらを混合して用いることができる。
いることができるが、例えばポリエステル繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、玄武岩繊維、ステンレススチール繊維、銅繊維、無定形金属繊維などを単独で又はこれらを1種以上合糸して用いることができる。補強繊維の機能を充分発揮させながら熱可塑性高分子樹脂によって補強繊維が充分保護されるようにするためには、経方向繊維補強高分子ストリップと緯方向繊維補強高分子ストリップとを構成する繊維の総横断面積が繊維補強高分子ストリップ全体横断面積の20ないし80%に維持することが望ましい。補強繊維の総横断面積が繊維補強高分子ストリップ全体断面積の20%未満である場合には、補強繊維の補強機能が充分発揮され難く、80%を超える場合には高分子層の厚さが薄すぎるようになるので高分子による補強繊維の集束效果が減少され、補強繊維が充分保護されないので耐施工性が低下する。
本発明の望ましい実施例による繊維補強ストリップ製造装置の概略的構成が図3にその機能別に示されている。
に高分子樹脂110を供給して被覆されるようにすることによって繊維補強高分子ストリップを形成するクロスヘッドダイ12と、上記補強繊維100を上記クロスヘッドダイ12に供給する通路を提供すると同時に上記繊維100から空気を除去するために真空状態を提供するガイドホルダー13と、上記供給される補強繊維100の位置を設定してその逆流を防止するニップル(Nipple)14とを含む。
トリップの外観が不良でその物性も低下する。また、気泡が膨張するためにその部分の高分子樹脂層が薄くなって、施工の際に軽い外部衝撃によっても補強繊維が損傷する虞がある。
上記クロスヘッドダイ12を抜け出した繊維補強高分子ストリップは冷却部20の冷却槽21において水によって冷却される。このように冷却された繊維補強ストリップは巻き取り手段5を経てワインダ6に一定の長さで巻かれるようになる。
ジオグリッドの製造
続いて、製造された繊維補強高分子ストリップを用いて本発明によるジオグリッドを製造する過程について説明する。後述する製造方法によると、ジオグリッドを安価で大量に生産できる。
図面を参照すると、本発明のジオグリッド製造装置は経方向ストリップ供給部30、緯方向ストリップ供給部40、ストリップ配列手段50、溶着部60、巻き取り手段70及びワインダ71とを含む。
との対向面には相互対向する一対の第1支持ホルダー63a、64aが複数個形成されている。
66aの位置は、上記ストリップ配列手段50において配列された経方向及び緯方向高分子ストリップ1、2の相互接点の位置に対応するが、例えば、図7b及び図7dに各々示したように、上記第1支持ホルダー63a、64aは第1接点(図1のC1)の位置に対
応してこれら接点を相互融着させ、上記第2支持ホルダー65a、66aは第2接点C2
の位置に対応してこれら接点を相互融着させる。
2の下面を押えて支持した状態で、下部ジグ64が固定されたまま上部ジグ63が経方向に直角である方向に振動運動するようになると、上記第1接点C1位置の高分子樹脂が溶
融して接着される。
プ1の下面を押えて支持した状態で、上部ジグ65が固定されたまま下部ジグ66が経方向に直角である方向に振動運動するようになると、上記第2接点C2の位置の高分子樹脂
が溶融して接着される。
まず、上述のストリップ製造過程で製造された繊維補強高分子ストリップは、各々経方向ストリップ供給部30の経方向クリル31と緯方向ストリップ供給部40の緯方向クリル41とに相互平行に装着される(段階S300)。
〜500本になる。もしストリップ間の間隔が100mm超えて大きすぎると構造物が受ける荷重を一様に分散させることができないため補強機能が弱化され、逆にストリップ間の間隔が10mm未満で小さすぎると土壌の上・下部層の分離が生じて補強機能がよく発現されない。上記高分子ストリップの間隔が上記のような範囲内に維持される場合、土壌が分けられず一体化されて補強材としての機能を発揮することができる。
それから、段階S320において、上記経方向繊維補強高分子ストリップ1を押えてバンディングする。このとき、n番目の経方向繊維補強高分子ストリップ(実線で図示)(図6の1n参照)とn+1番目の経方向繊維補強高分子ストリップ(点線で図示)1n+1に対するバンディング状態を各々図8aと図8bに示した。
0nと第2バンディング部材90nの端部が上記経方向繊維強化高分子ストリップ1nと接
触して押えるようになる。このとき、望ましくは、上記第1及び第2バンディング部材80n、90nにはサポート溝(図6の81及び91参照)が形成されており加圧時にも上記サポート溝内にストリップが安着されることによって繊維強化高分子ストリップが離脱されることなく安定的にバンディングされることができる。このようなバンディングの結果、第1バンディング部材80nによって加圧された部分では谷が形成されて、第2バンデ
ィング部材90nによって加圧された部分では山が形成される。
+1番目の第1及び第2バンディング部材80n+1 、90n+1は上記n番目バンディング
部材80n、90nと互いに入れ違うように配置されているので、図8bのように山と谷の態様がn番目ストリップ1nに比べて逆に現れる。即ち、第1バンディング部材80n+1によって加圧される部分では谷が形成されて、第2バンディング部材90n+1によって加圧
された部分では山が形成される。
って加圧されて形成されたn番目高分子ストリップ1nの谷と、n+1番目第2バンディ
ング部材90n+1によって加圧されて形成されたn+1番目高分子ストリップ1n+1の山の間の空間に挿入される。または、緯方向繊維強化高分子ストリップ2はn番目の第2バンディング部材90nによって加圧されて形成されたn番目繊維強化高分子ストリップ1nの山と、n+1番目第1バンディング部材80n+1によって加圧されて形成されたn+1番
目繊維強化高分子ストリップ1n+1の谷の間の空間に挿入される。本実施例ではストリッ
プ配列手段50の一側に設けられた緯方向ストリップ供給部40によって緯方向繊維補強高分子ストリップ2が挿入されることと説明されているが、上記緯方向ストリップ供給部40は上記ストリップ配列手段50の両側に設けられて両方から同時に緯方向ストリップを供給することもできる。
1に示したように相互上下に交互して交差される形態で'製織'される。このとき、経方向高分子ストリップ1の山部分は緯方向繊維強化高分子ストリップ2と交差して第1接点C1を成し、経方向高分子ストリップ1の谷部分は緯方向繊維強化高分子ストリップ2と交
差して第2接点C2を成す。
持ホルダー63aは経方向繊維強化高分子ストリップ1の上面と接触し、上記下部ジグ64の支持ホルダー64aは緯方向繊維強化高分子ストリップ2の下面と接触するようになる。このとき、上記支持ホルダー63a、64aの端部は粗い面に処理されているので繊維強化高分子ストリップの表面に対して滑ることなく接触できる。
)。このとき、振動溶着時に上記高分子樹脂が短い時間内に溶融されると同時にその内部の補強繊維100は損傷を受けないように60〜300Hzの振動周波数と、0.3〜1.8mmの振幅で振動運動することが望ましい。
ップ配列体はまた第2溶着機62に移送されて第2接点C2に対する振動溶着を行われる
(段階S350)。
上記経方向及び緯方向繊維強化高分子ストリップ配列体の第2接点C2と接触するが、即
ち本実施例の場合、支持ホルダー65aは緯方向高分子ストリップ2の上面と接触し、支持ホルダー66aは経方向繊維強化高分子ストリップ1の下面と接触する。
接着させた後、これをまた解しながら溶着機に投入させるようになる。このとき、配列体を覆して上面と下面を転倒させると第2接点C2の接着が行われることができる。ひいて
は、上記繊維強化高分子ストリップの接点は振動溶融接着ではない超音波摩擦溶融接着又は加熱溶融接着によっても接着されることは言うまでもない。
〔実施例〕
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳しく説明する。しかし、本発明による実施例はいろいろな種類の異なる形態に変形されることができて、本発明の範囲が以下で詳述する実施例に限られるものとして解釈されてはいけない。本発明の実施例は当業界において平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
広幅引張強度試験:ASTM D 4595
変形制御式引張試験機の上・下に付いているクランプの間に幅が20cmである試料を固定した後10±3%/分の速度で引張して、引張変形による破断時の引張強度と引張伸率を測定した。補強繊維としてガラス繊維を用いた場合には引張変形率が2%であるときの引張強度(LASE 2%)を別途に示し、補強繊維としてポリエステル高強度糸を用いた
場合には引張変形率が5%である時の引張強度(LASE 5%)を別途に示した。
クリープ試験:ASTM D 5262
クリープ試験は一定の温度条件(21±2℃)で持続的な引張荷重が働くとき、ジオグリッドの変形挙動を評価して、設計の際考慮されるクリープによる引張強度の減少係数を決定するためのものである。本実験では、ジオグリッド試料の最大引張強度対比45%の荷重を試料に加えて1、000時間後の引張変形率を測定した。
耐施工性評価:ASTM D 5818
基礎地盤を実際の構造物築造の際と同様に処理した後、最小10m2のジオグリッド試料を敷設してその上部に盛土材を敷設した後、実際の構造物築造時と同様に固めた。盛土材には大きさが最大20mmである骨材を30cmの厚さで固め、ジオグリッド試料を敷設してその上部に同一の盛土材を30cmに敷設して10t容量の振動ローラーで4回往復して固めた。
ッド試料を抽出して、抽出された試料に対する引張テストを遂行して元試料の引張強度と比べて強度減少率(%)を計算した。
形態安定性試験
耐施工性評価と同様の方法で、盛土、敷設、固めた後、試料を採取して経方向ストリップと緯方向ストリップの接点部位を観察して接点が分離された数が20%以上であれば"
不良"、10〜20%であれば"普通"、10%未満であれば"優秀"と評価した。
引き抜き試験評価:GRI−GG5
長さ140cm、幅60cm、高さ60cmの土槽(soil box)に土を満たすと同時に土の間にジオグリッドを敷設した。
結されている。また、土槽の上部にはゴムメンブレンを設けて空気圧によって土槽内に均一の垂直荷重を加圧できるようにした。続いて、垂直荷重を0.3から最大1.2kg/cm2まで変化させながら引き抜き変位速度を0.1cm/minにし、最大引抜力の作用時、資材の引き抜き変位を分析してジオグリッドと土の摩擦力を表す相互作用係数(interaction coefficient、Ci)を評価した。
、厚さ2.3mmである経方向繊維補強高分子ストリップを製造した。また、繊度が20
000デニールのポリエステル高強度糸を用いて経方向繊維補強高分子ストリップと同一の断面を持ち幅6.3mm、厚さ1.5mmである緯方向繊維補強高分子ストリップを製造した。熱可塑性高分子樹脂としては溶融指数が4であるポリプロピレンを用いた。それからストリップ配列装置に製造された経方向ストリップをジオグリッドの製品幅が4mになりストリップ中心の間が40mmになるようにストリップ配列装置に配列させておいた後、緯方向ストリップを50mm間隔で経方向ストリップと90°を成すように挿入して図1のように平織り組織の格子を形成させた。続いて、一番目の接着装置で経方向ストリップが緯方向ストリップの上に位置して形成された接点を194Hzの振動数と0.5mm
の振幅で振動溶着させた後、二番目の接着装置に移動させて経方向ストリップが緯方向ストリップの下に位置して形成された接点を194Hzの振動数と0.5mmの振幅で振動
溶着してジオグリッドを製造した。
さ2.3mmである経方向繊維補強高分子ストリップを製造した。また、繊度が1000
0デニールのポリエステル高強度糸2本を用いて経方向繊維補強高分子ストリップと同一の断面を持ち幅6.3mm、厚さ1.5mmである緯方向繊維補強高分子ストリップを製造した。続いて、実施例1と同様の方法でストリップを配列及び接着してジオグリッドを製造した。
、厚さ2.3mmである経方向繊維補強高分子ストリップを製造した。また、繊度が50
00デニールのポリエステル高強度糸4本を用いて経方向繊維補強高分子ストリップと同一の断面を持ち幅6.3mm、厚さ1.5mmである緯方向繊維補強高分子ストリップを製造した。続いて、実施例1と同様の方法でストリップを配列及び接着してジオグリッドを製造した。
厚さ1.5mmである経方向繊維補強高分子ストリップを製造した。また、繊度が500
0デニールのポリエステル高強度糸4本を用いて経方向繊維補強高分子ストリップと同一の断面を持ち幅6.3mm、厚さ1.5mmである緯方向ストリップを製造した。続いて、実施例1と同様の方法でストリップを配列及び接着してジオグリッドを製造した。
、厚さ2.0mmである経方向繊維補強高分子ストリップを製造した。また、繊度が50
00デニールのポリエステル高強度糸4本を用いて経方向繊維補強高分子ストリップと同一の断面を持ち幅6.3mm、厚さ1.5mmである緯方向ストリップを製造した。続いて、実施例1と同様の方法でストリップを配列及び接着してジオグリッドを製造した。
5mmの振幅の振動溶着装置で接着してジオグリッドを製造した。
製造されたジオグリッドの単位長さ当りリブ数(ribs/m)、広幅引張強度(kN/m)、LASE5%(kN/m)、引張変形率(%)、クリープ変形率(%)、強度減少率(%)を表1に示した。
製造されたジオグリッドの単位長さ当りリブ数(ribs/m)、広幅引張強度(kN/m)、LASE2%(kN/m)、引張変形率(%)を表2に示した。
ポリエステル高強度繊維を各々経・緯糸方向に供給して格子形態で製織した後、ポリビニルクロライド樹脂でコーティングしてテキスタイルジオグリッドを製造した。
ポリオレフィン系樹脂を用いてシートに押出した後、穿孔して一軸に延伸する従来のプラスチックジオグリッドの製造方法によってプラスチックジオグリッドを製造した。
実施例1と同様の方法で経方向繊維補強ストリップと緯方向繊維補強ストリップとを製造してジオグリッドを製造するが、経方向繊維補強ストリップが移動される中に緯方向繊維補強ストリップを押出して挿入した後、経方向繊維補強ストリップと緯方向ストリップとを圧着ローラーで接着して図12に示した形態の格子形態を持つ幅4mの繊維補強ジオ
グリッドを製造した。
第一 実施例のジオグリッドと比較例1のテキスタイルジオグリッドとは、広幅引張強度(kN/m)、LASE5%(kN/m)、引張変形率(%)、クリープ変形率(%)では似た値を示しているが、強度減少率(%)は比較例1のテキスタイルジオグリッドが実施例のジオグリッドより大きい値を示している。強度減少率(%)は耐施工性を予測できる値であるが、強度減少率が高いということは耐施工性が良くないということを示す。従って、本発明の実施例によるジオグリッドがテキスタイルジオグリッドに比べて耐施工性が優秀であるということがわかる。これは本発明のジオグリッドを構成する補強繊維が高分子樹脂で保護されて施工の際受ける損傷を防止できるため岩石が多い土壌でも用いることができるということを意味する。
が大きく向上する。
第一 強度減少率は似た値を示しているが、形態安定性には大きい違を示している。即ち、比較例3のジオグリッドは垂直荷重によってストリップ接点が容易に離れるが(図13b)、本発明のジオグリッドは経方向繊維補強高分子ストリップと緯方向繊維補強高分子ストリップとが上下に交差配列されている組織の特性上、緯方向ストリップ下に接着されたストリップ接点のみが離れるからである(図13a)。
互作用係数Ciは0.95を示し、比較例3の場合に相互作用係数Ciは0.88を示した。即ち、実施例1によるジオグリッドの相互作用係数が比較例3のジオグリッドに比べて相互作用係数が高く示された。これと関連して、ジオグリッドの引抜の際、相互作用係数はジオグリッドの形状により影響を受けるようになるが、ジオグリッドの形状の中でも受動抵抗部材、即ち引抜力が働く方向に対して垂直方向に置かれた部材の影響を受けるようになる。同一の幅(60cm)を持ったジオグリッドに対する実験において、比較例3のジオグリッドは引抜力が働く方向に対して垂直方向に置かれたストリップの長さが60cmであるが、実施例1のジオグリッドは上下交差配列によってストリップに曲率ができるので引抜力が働く方向に対して垂直方向に置かれたストリップの実際の長さは60cmより長くなる。従って、比較例3のジオグリッドに比べて本発明のジオグリッドの受動抵抗部材が土壌との接触面積が大きいので、より優秀な補強機能を発揮することができる。
。従って、本発明のジオグリッドは擁壁補強、斜面補強、軟弱地盤補強などの多様な土木分野の補強材や建築物、その他の施設物の保護網などに有用に用いられる。
本明細書に記載された実施例と図面に示された構成は本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想を全部代弁するものではないので、本出願始点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例があり得るということを理解すべきである。
Claims (15)
- (a)熱可塑性高分子樹脂の内部に繊維が補強された複数の経方向繊維補強高分子ストリップを平行に配列する段階と、
(b)上記経方向繊維補強高分子ストリップをバンディングさせて山と谷とを反復的に形成させるが、少なくとも何れか一つに形成された山と谷とは少なくとも他の一つに形成された谷と山とに各々対応するようにする段階と、
(c)上記経方向繊維補強高分子ストリップの互いに対応する山(谷)と谷(山)と間の空間に、熱可塑性高分子樹脂の内部に繊維が補強された緯方向繊維補強高分子ストリップを挿入して上記経方向繊維補強高分子ストリップと相互交差されるようにする段階と、
(d)上記経方向及び緯方向繊維補強高分子ストリップが交差する接点を相互接着させる段階とを含むことを特徴とするジオグリッド製造方法。 - (a)互いに平行に配列された経方向繊維補強高分子ストリップをバンディングさせて山と谷とを反復的に形成させるが、少なくとも何れか一つに形成された山と谷とは少なくとも他の一つに形成された谷と山とに各々対応するようにする段階と、
(b)上記経方向繊維補強高分子ストリップの互いに対応される山(谷)と谷(山)との間を通過するように緯方向繊維補強高分子ストリップを挿入して、上記経方向繊維補強高分子ストリップの下面が上記緯方向繊維補強高分子ストリップの上面と交差する第1接点と、上記経方向繊維補強高分子ストリップの上面が上記緯方向繊維補強高分子ストリップの下面と交差する第2接点とを形成させる段階と、
(c)上記第1及び第2接点の経方向及び緯方向繊維補強高分子ストリップを相互接着させる段階とを含むことを特徴とするジオグリッド製造方法。 - 上記経方向繊維補強高分子ストリップの少なくとも一つには、上記第1接点と第2接点とが交互に形成されていることを特徴とする請求項2に記載のジオグリッド製造方法。
- 上記少なくとも何れか一つの経方向繊維補強高分子ストリップはn番目ストリップであり、上記少なくとも他の一つの経方向繊維補強高分子ストリップはn+1番目ストリップであることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のジオグリッド製造方法。
- 上記経方向繊維補強高分子ストリップの少なくとも一つには、上記第1接点間に少なくとも二個の第2接点が形成されていることを特徴とする請求項2に記載のジオグリッド製
造方法。 - 上記段階(c)において、
上記第1及び第2接点は上記経方向及び緯方向繊維補強高分子ストリップの熱可塑性高分子樹脂が互いに融着して固定されていることを特徴とする請求項2に記載のジオグリッド製造方法。 - 上記第1及び第2接点は、振動溶融接着、超音波摩擦溶融接着、加熱溶融接着のうち何れか一つによって接着されることを特徴とする請求項6に記載のジオグリッド製造方法。
- 上記第1及び第2接点にある上記経方向及び緯方向繊維補強高分子ストリップのうち何れか一つを固定させる反面、他の一つを振動させることによってその表面の熱可塑性高分子樹脂を溶融させて接着を遂行することを特徴とする請求項7に記載のジオグリッド製造方法。
- 上記第1接点と第2接点とは段階的に接着されることを特徴とする請求項2に記載のジオグリッド製造方法。
- 交互対向した状態で離隔運動する上板と下板、及び上記上板と下板との対向面に各々互いに入れ違うように配置されるように突出形成された第1及び第2バンディング部材を含むストリップ配列手段を含む装置を用いて、熱可塑性高分子樹脂の内部に繊維が補強された繊維補強高分子ストリップでジオグリッドを製造する方法であって、
(a)複数の経方向繊維補強高分子ストリップを上記上板と下板との間に上記第1及び第2バンディングに沿って平行に供給する段階と、
(b)上記上板と下板とを相互接近するように運動させることによって上記経方向繊維補強高分子ストリップがバンディングされるようにするが、上記第1バンディング部材によって加圧された上記経方向繊維補強高分子ストリップの部分は谷となり、上記第2バンディング部材によって加圧された上記経方向繊維補強高分子ストリップの部分は山となるようにする段階と、
(c)上記複数の経方向繊維補強高分子ストリップの互いに対応する山(谷)と谷(山)との間を通過するように緯方向繊維補強高分子ストリップを挿入して上記経方向繊維補強高分子ストリップと相互交差されるようにする段階と、
(d)上記経方向及び緯方向繊維補強高分子ストリップが交差する接点を相互接着させる段階とを含むことを特徴とするジオグリッド製造方法。 - 上記第1及び第2バンディング部材には、上記経方向繊維補強高分子ストリップが挿入される方向にサポート溝が形成されて、上記経方向繊維補強高分子ストリップを加圧する際、離脱しないようにすることを特徴とする請求項10に記載のジオグリッド製造方法。
- 上記第1及び第2バンディング部材には、上記緯方向繊維補強高分子ストリップが挿入されて通過できるように貫通溝が各々形成されていることを特徴とする請求項10に記載のジオグリッド製造方法。
- 上記段階(d)において、
交互対向した状態で離隔運動をする上部ジグ及び下部ジグと、
上記上部ジグと下部ジグとの対向面に相互対向するように突出形成された複数個の支持ホルダーとを含む溶着機によって上記接点が接着されることを特徴とする請求項10に記載のジオグリッド製造方法。 - 上記接点で交差する繊維補強高分子ストリップの何れか一つを上記対向する支持ホルダ
ーの何れか一つで加圧して支持し、
上記接点で交差する繊維補強高分子ストリップの他の一つを上記対向する支持ホルダーの他の一つで加圧し振動させることによって上記接点が接着されるようにすることを特徴とする請求項13に記載のジオグリッド製造方法。 - 上記段階(c)において、
上記経方向繊維補強高分子ストリップの下面が上記緯方向繊維補強高分子ストリップの上面と交差する第1接点と、上記経方向繊維補強高分子ストリップの上面が上記緯方向繊維補強高分子ストリップの下面と交差する第2接点とが形成されて、
上記第1接点と第2接点とは上記溶着機によって段階的に接着されることを特徴とする請求項14に記載のジオグリッド製造方法。
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