KR0170401B1 - 강화 섬유 시이트, 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 섬유강화 플라스틱에 의하여 교량이나 고가도로 등을 처음으로 하는 구축물의 보강시 보강현장에서 시행성이 좋게 보강할 수 있음과 동시에 보강강도를 향상시킬 수 있는 강화섬유시이트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 섬유강화 플라스틱에 의하여 교량이나 고가도로 등을 처음으로 하는 구축물의 보강을 할 때, 보강현장에서 시행성이 양호하고 보강을 행할 수 있으며 보강강도도 향상하는 것을 가능하게한 강화섬유시이트 및 그 제조방법을 제공하는 데에 있다.
3. 발명의 해결방법의 요지
상기의 목적은 지지체시이트와, 이 지지체시이트의 적어도 한쪽면상에 접착제층을 개재하여 1방향으로 배열한 강화섬유와로 이루어진 강화섬유시이트 및 그의 제조방법에 의해 이루어진다.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명에 따른 강화섬유시이트를 사용함으로서, 섬유강화 플라스틱에 의하여 교량이나 고가도로 등을 처음으로 하는 구축물의 보강시 보강현장에서 시행성이 좋게 보강할 수 있음과 동시에 보강강도를 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은, 섬유강화 플라스틱에 의하여 교량이나 고가도로 등을 처음으로 하는 구축물의 보강을 할때, 보강현장에서 시행성이 좋고 보강을 행할 수 있으며 보강 강도도 향상하는 것을 가능하게 한 강화섬유시이트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
교량이나 고가도로 등의 교각을 섬유강화 플라스틱에 의하여 보강하는 것이 행하여지고 있다.
그의 보강 방법으로서, 종래 (1) 경화된 섬유강화 플라스틱을 교각의 보강개소에 붙이는 방법, (2) 교각의 보강개소에 프리프레그를 붙이고, 그위에 가열강화시의 변형을 방지하기 위한 누름 테이프를 두루 감은 후, 프리프레그를 가열경화 함으로써 섬유강화 플라스틱으로 하는 방법, (3) 교각의 보강개소에 강화섬유의 크로스를 감아붙여, 그것에 실온경화형의 매트릭스수지를 함침시키고, 누름 테이프를 두루 감은 후 방치하여 경화시킴으로써, 섬유강화 플라스틱으로 하는 방법이 공지되어 있다.
그러나, 상기 (1)의 방법에서는, 교각의 보강개소에 대한 보강효율은 양호하지만, 만곡된 보강개소에서는 실시할 수 없다고 하는 큰 결점이 있다.
(2)의 방법에서는, 교각의 보강개소에 붙이는 프리프레그를 현장에서 가열경화하지 않으면 안되기 때문에 가열경화의 작업이 용이하지 않은 결점이 있다.
(3)의 방법에서는, 강화섬유를 평직, 능직(綾織)등에 의하여 크로스로하여 사용하고 있기 때문에, 강화섬유는 종사(縱絲)와 횡사(橫絲)가 교차하는 개소에서 강도가 약하고, 이것이 원인이 되어 섬유강화 플라스틱으로 하였을 때에 충분한 보강 효과를 얻을 수 없다는 결점이 있다.
상기 이외에, 교각의 보강개소에 현장에서 필라멘트 와인딩법에 의하여 매트릭스수지를 함침시킨 강화섬유사를 감아붙이고, 그후 가열경화하여 섬유강화 플라스틱으로 하는 방법도 고안되어 있으나, 보강대상이 한정되는 것 이외에 설비 코스트도 높다는 등의 결점이 있고, 실용적이 되지 못한다.
따라서 본 발명의 목적은, 상술한 현상을 감안하여, 섬유강화 플라스틱에 의하여 교량이나 고가도로 등을 처음으로 하는 구축물의 보강을 할 때, 보강현장에서 시행성이 양호하고 보강을 행할 수 있으며 보강강도도 향상하는 것을 가능하게한 강화섬유시이트를 제공하는 데에 있다
제1도는, 본 발명의 강화섬유시이트의 제1의 실시형태를 나타내는 단면도.
제2a도는, 제1도의 강화섬유시이트의 제조시 강화섬유의 섬유속(束)의 배열방법의 1형태를 나타내는 단면도.
제2b도는, 제2a도의 섬유속으로부터 얻어진 강화섬유의 배열을 나타내는 단면도.
제3a도는, 제1도의 강화섬유시이트의 제조시 강화섬유의 섬유속의 배열방법의 다른 형태를 나타내는 단면도.
제3b도는, 제3a도의 섬유속으로부터 얻어진 강화섬유의 배열을 나타내는 단면도.
제4도는, 제1도의 강화섬유시이트의 제조방법의 1예를 나타내는 설명도.
제5도는, 제1의 실시형태에 있어서의 보강방법의 1형태를 나타내는 설명도.
제6도는, 제1의 실시형태에 있어서의 보강방법의 다른 형태를 나타내는 설명도.
제7도는, 제1의 실시형태에 있어서의 보강방법의 또 다른 형태를 나타내는 설명도.
제8도는, 본 발명의 강화섬유시이트의 제2의 실시형태를 나타내는 단면도.
제9도는, 지지체시이트의 양면상에 강성이 높은 강화섬유와 인성이 높은 강화섬유를 형성한 하이브리드 강화섬유시이트로부터 얻어진 하이브리드화된 섬유강화 플라스틱의 면에 수직하증을 부하하였을 때의, 섬유강화 플라스틱의 응력-변형(Strain) 곡선을 모식적으로 나타내는 그래프.
제10도는, 지지체시이트의 양면상에 상기보다도 강인성이 더 높으나 인성이 낮은 1종류의 강화섬유를 형성한 강화섬유시이트로부터 얻어진 섬유강화 플라스틱의 경우의 제9도와 동일한 그래프.
제11a도는, 제8도의 강화섬유시이트의 제조시 강화섬유의 섬유속의 배열방법의 1형태를 나타내는 단면도.
제11b도는, 제11a도의 섬유속으로부터 얻어진 강화섬유의 배열을 나타내는 단면도.
제12a도는, 제8도 강화섬유시이트의 제조시 강화섬유의 섬유속의 배열방법의 다른 형태를 나타내는 단면도.
제12b도는, 제11a도의 섬유속으로부터 얻어진 강화섬유의 배열을 나타내는 도면.
제13도는, 제8도의 강화섬유시이트의 제조방법의 1예를 나타내는 설명도.
제14도는, 본 발명의 강화섬유시이트의 제3의 실시형태를 나타내는 단면도.
제15a도는, 제14도의 강화섬유시이트의 제조시 강화섬유의 섬유속의 배열방법의 1형태를 나타내는 단면도.
제15b도는, 제15a도의 섬유속으로부터 얻어진 강화섬유의 배열을 나타내는 단면도.
제16a도는, 제14도의 강화섬유시이트의 제조시 강화섬유의 섬유속의 배열방법의 다른 형태를 나타내는 단면도.
제16b도는, 제16a도의 섬유속으로부터 얻어진 강화섬유의 배열을 나타내는 단면도.
제17도는, 제14도의 강화섬유시이트의 제조방법의 1예를 나타내는 설명도.
제18a도 및 제18b도는, 본 발명의 제4의 실시형태의 보강방법에서 사용하는 강화섬유시이트를 나타내는 단면도.
제19도는, 제4의 실시형태에 있어서의 보강방법의 1형태를 나타내는 설명도.
제20도는, 제4의 실시형태에 있어서의 보강방법의 다른 형태를 나타내는 설명도.
제21도는, 제4의 실시형태에 있어서의 보강방법의 또 다른 형태를 나타내는 설명도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 설명
1 : 강화섬유시이트 2 : 지지체시이트
3 : 접착제층 4, 6 : 강화섬유
4 : 제1의 강화섬유 4A, 6A : 섬유속
6 : 제2의 강화섬유 15 : 보강개소
16 : 프라이머 18 : 매트릭스수지
20a, 20b : 강화섬유 공급로울 26 : 시이트 공급로울
27, 27a, 27b : 접착제도포로울 29, 29a, 29b : 이형지
30, 30b : 이형지로울 31 : 이형지감아붙임로울
32, 32a, 32b : 필름공급로울 33, 33a, 33b : 카바필름
38a, 38b : 가압로울러 39 : 가압부
본 발명의 다른 목적은, 그의 강화섬유시이트의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적은 본 발명에 관한 강화섬유시이트 및 그의 제조방법에 의하여 달성된다.
요약하면, 본 발명은 지지시이트와, 지지시이트의 적어도 한쪽면상에 접착제층을 개재하여 1방향으로 배열된 강화섬유와로 구성된 강화섬유시이트이다.
본 발명의 강화섬유시이트의 1형태에 의하면, 강화섬유는 강성이 높은 제1의 강화섬유와 인성이 높은 제2의 강화섬유의 2종류를 사용할 수 있다.
또한 지지체시이트는 수지침투성을 구비할 수 있다.
그리고 강화섬유시이트의 접착제층중에, 경화제에 의한 실온경화형 매트릭스수지의 경화를 촉진하는 경화촉진제를 배합할 수 있다.
본 발명은, 지지체시이트의 적어도 한쪽면상에 접착제층을 형성하여 강화섬유를 접착함으로써, 상기 적어도 한쪽면상에 접착제층을 개재하여 강화섬유를 1방향으로 배열한 강화섬유시이트의 제조방법이다.
본 발명의 제조방법의 1형태에 의하면, 상기 접착제층상에 상기 강화섬유의 섬유속을 간격을 두고 또는 간격을 두지 않고 1방향으로 배열하여, 상기 섬유속을 위에서 눌러 뭉갬으로써 상기 접착제층상에 강화섬유를 접착하고, 이에 의하여 상기 적어도 한쪽면상에 접착제층을 개재하여 강화섬유를 1방향으로 배열한 강화섬유시이트를 얻을 수 있다.
강화섬유시이트를 구축물의 보강개소의 표면에 붙이기 전에 매트릭스수지를 강화섬유에 함침시키거나 보강개소의 표면에 매트릭스수지를 도포하여 강화섬유시이트를 붙임으로써, 매트릭스수지를 강화섬유에 함침시키거나, 혹은 보강개소의 표면에 강화섬유시이트를 붙인 후, 그위로부터 매트릭스수지를 도포하여 강화섬유에 함침시킬 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.
[제1의 실시형태]
제1도는, 본 발명의 강화섬유시이트의 제1의 실시형태를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 강화섬유시이트(1)는, 지지체시이트(2)와, 지지체시이트(2)의 한쪽의 면상에 접착제층 (3)을 개재하여 1방향으로 배열한 강화섬유(4)와로 구성되며, 교량이나 고가도로 등의 보강현장에서 강화섬유(4)에 실온경화형 매트릭스수지를 함침시켜, 보강에 사용할 수 있도록 되어 있다.
강화섬유시이트(1)의 지지체시이트(2)로서는, 스크림크로스, 글래스크로스, 이형지, 나일론필름등이 사용된다.
통상 지지체시이트(2)는 수지침투성을 가질 것을 필요로 하지 않으나, 매트릭스수지를 시이트(2) 쪽에서 강화섬유(4)에 함침할 수 있도록 하고 싶은 경우에는, 시이트(2)에 상기 스크림크로스, 글래스크로스 등이 사용된다.
지지체시이트(2)의 두께로서는, 가요성을 가지며 또한 강화섬유(4)를 지지 가능한 강도를 구비하는 관점에서, 1 내지 500㎛, 바람직하게는 5 내지 100㎛정도이면 좋다.
강화섬유시이트(1)의 접착제층(3)을 형성하는 접착제로서는, 원칙적으로 지지체시이트(2) 상에 강화섬유(4)를 적어도 일시적으로 접착할 수 있는 것이면 어떤 것이라도 좋으나, 매트릭스수지에 의한 강화섬유(4)의 보강효과와 동일한 효과를 접착제층(3)에도 부여하도록 하면 좋다.
그의 관점으로부터 접착제는 매트릭스수지와의 사용성이 좋은 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 매트릭스수지로서 에폭시수지나 불포화 폴리에스테르수지를 사용할 때에는, 에폭시계의 접착제를 사용하는 것이 좋다.
접착제층(3)의 두께로서는, 강화섬유(4)를 일시적으로 접착할 수 있으면 좋기 때문에, 5 내지 100㎛, 바람직하게는 10 내지 30㎛이면 좋다.
강화섬유시이트(1)의 강화섬유(4)는, 그의 필라멘트를 수속제(收束劑)로 다수가닥 수속한 섬유속 또는 가볍게 노끈을 걸어서 수속한 섬유속을 접착제층(3)상에 배열하여 윗쪽에서 눌러 뭉갬으로써 가볍게 뭉그러지고, 이에 의하여 강화섬유(4)는 수속제 또는 노끈에 의한 결합에 의하여 복수층으로 적층된 상태에서, 지지체시이트(2)상에 접착제층(3)을 개재하여 1방향으로 배열하여 접착한다.
그리하여 본 실시형태의 1방향 배열강화섬유시이트(1)가 얻어진다.
이 경우, 복수층의 강화섬유(4)는, 제2a도에 나타낸 바와 같이, 그의 섬유속(4A)을 접착제층(3)을 개재하여 지지체시이트(2) 상에 빽빽하게 1방향으로 배열하고, 섬유속(4A)을 위에서 눌러 뭉갬으로써 섬유속(4A)의 하부를 접착제층(3)에 접착하여, 제2b도에 나타낸 바와 같이, 지지체시이트(2) 상에 횡방향으로 간격을 두지 않고 빽빽하게 형성하여도 좋다.
혹은, 제3a도에 나타낸 바와 같이, 섬유속(4A)을 접착제층(3)을 개재하여 지지체시이트(2) 상에 횡방향으로 간격을 두어 1방향으로 배열하고, 동일하게 섬유속(4A)을 위에서 눌러 뭉갬으로써 섬유속(4A)의 하부를 접착제층(3)에 접착하여, 제3b도에 나타낸 바와 같이, 지지체시이트(2) 상에 횡방향으로 간격을 두고 드문드문 형성하여도 좋다.
섬유속(4A)는, 섬유속(4A) 끼리의 사이, 즉 필라멘트 끼리의 사이의 개섬(開纖:섬유다발을 경도로 분해하는 과정)을 행한 것이거나, 행하지 않은 것이나 어느쪽도 사용할 수 있다.
섬유속(4A)의 눌러 뭉갬의 정도는, 이에 의하여 배열된 복수층의 섬유(4) 층에 얻고자 하는 층 두께에도 기인되지만, 탄소섬유의 경우를 나타내면, 직경 5 내지 15㎛의 탄소섬유 필라멘트를 12,000 가닥정도 수속한 탄소섬유속의 경우, 이것을 횡방향의 폭이 5mm정도로 되도록 눌러 뭉개는 것을 1예로서 들 수 있다.
강화섬유(4)로서는, 피치계 탄소섬유, 보론섬유, PAN계 탄소섬유, 아라미드섬유, 유리섬유, 스틸섬유, 폴리에스테르섬유, 폴리에틸렌섬유 등 각종 섬유를 사용할 수 있다.
이상과 같이 1방향 배열강화섬유시이트(1)는, 예를 들면 제4도에 나타낸 바와 같이 하여 연속적으로 제조할 수 있다.
즉, 시이트 공급로울(26)에서 공급된 지지체시이트(2)상에 접착제 도포로울(27)로 접착제를 도포하여 접착제층(3)을 형성한 후, 시이트(2)를 1쌍의 가압로울러(38a),(38b)가 간격을 두어 형성된 가압부(39)에로 보내주고, 동시에 가압부(39)에로 강화섬유(4)의 섬유속(4A)과 이형지로울(30)로 부터의 이형지(29)를 보내주고, 시이트(2) 상의 접착제층(3)상에 섬유속(4A)을 1방향으로 배열하고, 그 위에 이형지(29)를 포갠다.
그리고, 그 상태에서 가압로울러(38a),(38b)와 도시하지 않은 지지판으로 가압하고, 섬유속(4A)을 눌러 뭉갬과 동시에, 이에 의하여 가볍게 뭉그러진 강화섬유(4)를 접착제층(3)을 개재하여 시이트(2)상에 접착한다.
그후, 이형지(29)를 이형지 감아붙임로울(31)로 감아붙이고, 필요에 따라서 필름공급로울(32)로부터 공급된 카바필름(33)을 시이트(2)상의 강화섬유(4)상에 씌운다.
이에 의하여 지지체시이트(2)상에 접착제층(3)을 개재하여 강화섬유(4)를 1방향으로 배열하여 접착되어 이루어지는 강화섬유시이트(1)가 연속적으로 얻어진다.
본 발명에서는, 상술한 바와 같이, 방향 배열강화섬유시이트(1)는, 교량이나 고가도로 등의 보강현장에서 강화섬유(4)에 실온경화형 매트릭스수지를 함침하여 보강에 공급된다.
실온경화형 매트릭스수지로서는, 경화제 및 경화촉진제의 배합을 조절하여 실온에서 경화하도록 된 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르 수지등이 사용된다.
본 발명에 의하면, 1방향 배열강화섬유시이트(1)를 사용한 구축물의 보강은 다음과 같이 행하여진다.
즉, 본 발명의 1형태에서는, 교량이나 고가도로의 교각등 구축물의 보강현장에서, 로울러, 솔, 분무등의 적절한 도포수단에 의하여 1방향 배열 강화섬유시이트(1)의 강화섬유(4)에 실온경화형 매트릭스수지를 도포하여 함침시키고 제5도에 나타낸 바와 같이, 강화섬유(4)의 쪽을 구축물의 보강개소(15)쪽으로 하여 시이트(1)를 보강개소(15)의 주위에 붙이고, 이와 같이 하여 시이트(1)를 소망의 수만큼 적층한다.
이어서 핸드로울러 등으로 다시 매트릭스수지의 함침조작을 행한 다음, 그위에 누름 테이프를 두루 감아서 카바를 행하고, 그후 그대로 방치하여 매트릭스수지를 경화시켜, 시이트(1)를 섬유강화 플라스틱으로 하면 좋다.
이에 의하여 섬유강화 플라스틱에 의한 구축물의 보강이 행하여진다.
본 발명의 다른 형태에서는, 제6도에 나타낸 바와 같이, 보강개소(15)의 주위에 실온경화형 매트릭스수지(18)를 예를 들면 100㎛정도의 두께로 도포하고, 이어서 강화섬유(4)의 쪽을 보강개소(15)쪽으로 하여 1방향 배열강화섬유시이트(1)를 소망의 수만큼 적층하고, 그리고 꼭 누름으로써 시이트(1)를 붙임과 동시에 강화섬유(4)에 매트릭스수지(18)를 함침시킨다.
이 경우, 우선 적층된 시이트(1) 상에 다음의 시이트(1)를 적층할 때마다 앞의 시이트(1)의 지지체(2) 상에 다시 매트릭스수지를 도포하여도 좋다.
그 다음은, 상기와 동일하게, 시이트(1)상에 누름 테이프를 두루감아서 카바를 행하고 그후 그대로 방치하여 매트릭스수지를 경화시키고, 시이트(1)를 섬유강화 플라스틱으로 하면 좋다.
이에 의하여 동일하게 섬유강화 플라스틱에 의한 구축물의 보강이 행하여진다.
본 발명의 또다른 형태에서는, 1방향배열강화시이트(1)로서 지지체시이트(2)가 수지 침투성의 것을 사용한다.
제7도에 나타낸 바와 같이, 우선, 보강개소(15)의 주위 표면상에 프라이머(16)로서 매트릭스수지와 같은 계의 수지를 도포하고, 그 위로부터 시이트(1)를 붙여서 소망의 수만큼 적층하고, 그후 최외층의 시이트(1)의 지지체시이트(2) 상으로부터 로울러 등에 의하여 실온경화형 매트릭스수지(18)를 도포하여 시이트(2)를 통하여 침투시키고, 매트릭스수지(18)를 강화섬유(4)에 함침시키도록 한다.
그후는, 상기와 동일하게, 시이트(1)상에 누름테이프를 두루 감아서 카바를 행하고, 그후 그대로 방치하여 매트릭스수지(18)를 경화시키고, 시이트(1)를 섬유강화 플라스틱으로 하면 좋다.
이에 의하여 동일하게 섬유강화 플라스틱에 의한 건축물의 보강이 행하여진다.
이상과 같은 보강방법에 의하면, 섬유강화 플라스틱에 의하여 교량이나 고가도로 등을 처음으로 하는 구축물이 보강을 할때, 지지체시이트상에 강화섬유를 1방향으로 배열하여 형성한 강화섬유시이트(1)를 사용하고, 보강현장에서 강화섬유(4)에 실온경화형 매트릭스수지를 함침시켜 사용하도록 되어 있기 때문에, 매트릭스수지를 함침시킨 시이트(1)를 보강개소의 주위에 붙여 그대로 방치함으로써, 매트릭스수지를 경화시켜 시이트(1)를 섬유강화 플라스틱으로 할 수가 있고, 보강현장에서의매트릭스수지의 가열경화라고 하는 번거로운 작업을 행함이 없이, 작업성이 좋고 섬유강화 플라스틱에 의한 보강을 행할 수 있다.
또 강화섬유(4)는 1방향으로 배열되어 있으므로, 이것을 크로스로 하였을 때와 같은 섬유강화 플라스틱의 강도저하가 없으며, 따라서 보강강도를 향상할 수가 있다.
만곡된 보강개소에서도 보강의 실시를 할 수 있다.
이상의 실시형태에서는, 강화섬유시이트(1)는 강화섬유(4)의 쪽을 보강개소(15) 쪽으로 하여 붙이고, 적층하였으나, 지지체시이트(2) 쪽을 보강개소(15)쪽으로 하여 붙이고, 적층할 수도 있다.
또 방치에 의하여 실온경화형 매트릭스수지를 경화시켰으나, 가열경화에 의하여 매트릭스수지의 경화촉진을 도모하는 것을 방해하는 것은 아니다.
[제2 실시형태]
제8도는, 본 발명의 강화섬유시이트의 제2의 실시형태를 나타내는 단면도이다.
본 실시형태의 강화섬유시이트(1)는, 지지체시이트(2)와, 지지체시이트(2)의 한쪽면상에 접착제층(3)을 개재하여 1방향으로 배열하여 접착한 강성이 높은 제1의 강화섬유(4)와 지지체시이트(2)의 다른쪽면상에 접착제층(3)을 개재하여 1방향으로 배열하여 접착한 인성이 높은 제2의 강화섬유(6)와로 구성되며, 강화섬유시이트(1)는 강화섬유가 하이브리드화 되어 있는 것이 큰 특징이다.
본 실시형태의 강화섬유(1)의 기타구성은, 제1의 실시형태의 경우와 기본적으로 동일하며, 제8도에 있어서 제1도에 붙인 부호와 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 지지체시이트(2)의 한쪽면상에 강성이 높은 제1의 강화섬유(1)를 형성하고, 다른쪽면상에 인성이 높은 제2의 강화섬유(6)를 형성하여 강화섬유시이트(1)를 하이브리드화한 것은, 이것을 섬유강화 플라스틱으로 하여 구축물을 보강할 때에, 강성이 높은 제1의 강화섬유(4)에 의하여 구축물의 파괴강도를 높여, 용이하게 균열이 발생하지 않도록 하는 한편, 인성이 높은 제2의 강화섬유(6)에 의하여 구축물의 파괴강도를 높여, 구축물에 균열이 발생하더라도 즉시 파괴하는 것을 방지하고 파괴에 이르기까지의 시간을 연장하기 위한 것이다.
제9도는, 한쪽, 다른쪽의 표면상에 강성이 높은 강화섬유와 인성이 높은 강화섬유와를 형성하나 강화섬유시이트로부터 얻어진 하이브리드화한 섬유강화 플라스틱의 면에 수직하중을 부하하였을 때의, 섬유강화 플라스틱의 응력-변형곡선을 모식적으로 나타낸 그래프이다.
제10도는, 상기보다도 강성이 더 높으나 인성이 낮은 1종류의 강화섬유를 한쪽, 다른쪽 표면상에 형성한 강화섬유시이트로부터 얻어진 섬유강화 플라스틱의 경우의, 제9도와 동일한 그래프이다.
하이브리드화한 섬유강화 플라스틱의 경우에는 제9도에 나타낸 바와 같이, 응력 σ는 하이브리드화 되어 있지 않은 섬유강화 플라스틱 정도는 아니나, 변형 ε이 크고, 강성이 높은 강화섬유가 초기파단되더라도 인성이 높은 강화섬유가 크게 늘어나서 즉시 파단하는 것을 방지하면서, 인성이 높은 강화섬유가 파단하는 최종파단에 이르기 때문에, 도면의 곡선에서 싸여진 면적이 나타내는 파괴에너지가 크다.
즉, 섬유강화 플라스틱 전체가 파괴에 이르기까지의 시간이 크다.
이에 대하여, 하이브리드화되지 않은 섬유강화 플라스틱의 경우에는, 제10도에 나타낸 바와 같이, 응력 σ는 높으나 변형 ε이 작고, 강화섬유 파단이 시작되면 늘어남이 없이 즉시 최종파단에 이르기 때문에, 도면의 곡선에서 싸여진 면적이 나타내는 파괴에너지가 작다.
즉, 섬유강화 플라스틱 전체가 파괴에 이르기까지의 시간이 작다.
이와 같이, 강성이 높은 강화섬유(4)와 인성이 높은 강화섬유(6)의 2종류의 강화섬유를 형성한 강화섬유시이트(1)를 사용하여, 얻어진 섬유강화 플라스틱을 하이브리드화함으로써, 구축물의 파괴강도를 높이고, 용이하게 균열이 발생하지 않도록 하는 한편, 구축물의 파괴인성을 높이고 구축물에 균열이 발생하더라도 즉시 파괴하는 것을 방지하고 파괴에 이르기까지의 시간을 연장할 수 있다.
따라서, 섬유강화 플라스틱에 의한 구축물의 보강시의 안전성을 도모할 수 있다.
실용적으로는, 강성이 높은 제1의 강화섬유(4)는, 탄성율이 5ton/mm2이상의 강성을 가지는 것이 바람직하며, 강성이 높은 제2의 강화섬유(6)는 파단신도가 1.2%이상이고 또 제1의 강화섬유(4)의 파단신도보다 20%이상 큰 인성을 가지는 것이 바람직하다.
제1의 강화섬유(4)의 탄성률이 5ton/mm2미만에서는, 강성이 너무 낮기 때문에, 구축물의 파괴강도의 향상이 충분하지 않다.
제2의 강화섬유(6)의 파단신도가 1.2%이상이고 또 제1의 강화섬유(4)의 파단신도보다 20%이상 크지 않을 때에는, 구축물의 파괴 인성의 향상이 충분하지 않다.
강화섬유(4) 및 (6)은, 상기의 특성값을 만족시키는 조합이면, 피치계 탄소섬유, 보론섬유, PAN계 탄소섬유, 아라미드섬유, 유리섬유, 스틸섬유, 폴리에스테르섬유, 폴리에틸렌섬유등 각종 강화섬유를 사용할 수 있다.
본 실시형태의 강화섬유시이트(1)를 제조할 때에, 강화섬유(4),(6)의 섬유속(4A),(6A)은, 제11a도 또는 제12a도에 나타낸 바와 같이, 각각 지지체시이트(2)의 한쪽, 다른쪽 면상의 접착제층(3)상에, 제1의 실시형태에 준하는 방법으로 조밀하거나 성긴 상태로 배열될 수 있다.
제11a도 및 제12a도의 배열방법의 섬유속(4A) 및 (6A)으로부터 얻어진 강화섬유(4) 및 (6)의 배열을 각각 제11b도 및 제12b도에 나타낸다.
이상과 같은 본 실시형태의 하이브리드화한 강화섬유시이트(1)는, 제1의 실시형태에 있어서의 제조법에 준하여, 예를 들면 제13도에 나타낸 바와 같이 하여 연속적으로 제조할 수 있다.
즉, 시이트 공급로울(26)로부터 공급된 지지체시이트(2)의 한쪽, 다른쪽 면상에 접착제 도포로울(27a),(27b)로 접착제를 도포하여 접착제층(3), (3)을 형성한 후, 시이트(2)를 가압부(39)에로 보내주고 동시에 가압부(39)에로 강화섬유공급로울(20a)로부터 강성이 높은 제1의 강화섬유(4)의 섬유속(4A)을, 강화섬유공급로울(20b)로부터 인성이 높은 제2의 강화섬유(6)의 섬유속(6A)을 보내주어, 시이트(2) 상의 한쪽 접착제층(3)상에 섬유속(4A)을 1방향으로 배열하고, 다른쪽의 접착제층(3)상에 섬유속(6A)을 1방향으로 배열한다.
또한 가압부(39)에로 이형지로울(30a)로부터 이형지(29a)를, 이형지로울(30b)로부터 이형지(29b)를 보내주고, 섬유속(4A),(6A)상에 각각 이형지(29a),(29b)를 포갠다.
그리고 그 상태에서 가압부(39)의 상하 1쌍의 가압로울러(38a),(38b)로 가압하여, 섬유속(4A),(6A)을 눌러 뭉갬과 동시에, 이에 의하여 가볍게 뭉그러진 강화섬유(4),(6)를 접착제층(3),(3)을 개재하여 시이트(2)의 한쪽, 다른면쪽상에 위에 접착한다.
그후, 이형지(29a),(29b)를 각각 이형지 감아붙임로울(31a),(31b)로 감아붙임으로써, 지지체시이트(2)의 한쪽, 다른쪽면상에 접착제(3),(3)을 개재하여 각각 강성이 높은 제1의 강화섬유(4), 인성이 높은 제2의 강화섬유(6)를 1방향으로 배열하여 된 하이브리드화된 강화섬유시이트(1)가 얻어진다.
강화섬유시이트(1)는, 필요에 따라서 필름공급로울(32a),(32b)로부터 공급된 카바필름(33a),(33b)를 강화섬유(4),(6)상에 씌워진 다음, 시이트 감아붙임로울(34)로 감아붙인다.
본 실시형태의 하이브리드화한 강화섬유시이트(1)를 사용한 구축물의 보강은, 제1의 실시형태의 경우와 동일하게, 제5도 내지 제7도에 나타낸 앞의 각 보강방법에 준하여 행하면 좋다.
본 실시형태의 강화섬유시이트(1)를 사용한 보강방법에 의하면, 제1의 실시형태의 경우와 동일하게 보강현장에서의 매트릭스수지의 가열경화한다고 하는 번거로운 작업을 행함이 없이, 작업성이 양호하고 섬유강화 플라스틱에 의한 보강을 행할 수 있고, 또 보강 강도도 향상할 수 있고, 만곡된 보강장소에서도 보강의 실시를 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 강화섬유시이트(1)의 제1의 강화섬유(4)를 탄성률이 5ton/mm2이상으로 강성이 높은 강화섬유로 하고, 제2의 강화섬유(6)를, 파단신도가 1.2%이상이 또한 제1의 강화섬유(4)의 파단신도보다도 20% 이상 크게 강성이 높은 강화섬유로서, 얻어진 섬유강화 플라스틱을 하이브리드화하도록 되어 있으며, 강성이 높은 제1의 강화섬유(4)에 의하여 구축물의 파괴강도를 높여, 용이하게 균열이 발생하지 않도록 하는 한편, 인성이 높은 제2의 강화섬유(6)에 의하여 구축물의 파괴 인성을 높여, 구축물에 균열이 발생하더라도 즉시 파괴하는 것을 방지하고 파괴에 이르기까지 시간을 연장할 수 있는 효과도 있다.
본 실시형태에 있어서의 시험예에 대하여 설명한다.
강성이 높은 제1의 강화섬유로서 탄소섬유를, 인성이 높은 제2의 강화섬유로서 폴리에스테르 섬유(상품명, 베쿠트란:(주) 쿠라제제)를 사용하고, 지지체시이트의 한쪽면상에 탄소섬유를, 다른쪽 면상에 폴리에스테르섬유를, 각각 175g/m2의 사(絲) 중량으로 1방향으로 형성하고, 하이브리드 강화섬유시이트를 제작하였다.
사용한 탄소섬유의 탄성률은 스트랜드 강도측정법(JIS법:JISR 7601)으로 측정하여 23.5ton/mm2이며, 신도는 1.4%이며, 폴리에스테르섬유의 탄성률은 8.5ton/mm2이며 신도는 2.5%이다.
하이브리드강화섬유시이트는, 제1, 제2의 강화섬유에 매트릭스수지로서 실온경화형으로 조제한 에폭시수지를 함침시킨 다음, 실온방치에 의하여 매트릭스수지를 경화하여, 하이브리드 섬유강화 플라스틱으로 하고, 시험편으로 하였다.
(시험편의 폭은 15mm이다).
그리고 그 시험편에 수직하중을 부하하여 시험하고, 그때의 초기파단 및 최종파단의 하중, 신도등을 구하고, 본 발명의 하이브리드 강화섬유시이트를 섬유강화 플라스틱으로 하였을 때의 효과를 조사하였다.
비교하기 위하여, 상기와 동일한 탄소섬유를 지지체시이트의 한쪽, 다른쪽면상에, 각각 동일한 175g/m2의 사 중량으로 1방향으로 형성된 강화섬유시이트를 제작하고, 탄소섬유에 매트릭스수지를 함침, 경화시킨 후 상기와 동일하게 하여 시험하였다.
얻어진 결과를 제1표로 나타낸다.
제1표에 있어서, 초기파단 및 최종파단의 하중은 7회의 평균치를, 신도는 그후의 5회 평균치를 나타낸다.
또, 초기파단, 최종파단 및 강성의 난의 괄호쓰기의 수값은, 뭉그러짐의 정도를 나타내는 CV(변동계수 : coefficient of variation, 이하 CV로 표기함)값이다.
강성은 섬유강화 플라스틱 전체의 강성을 나타내며, 하중/신도를 나타내고 있다.
파괴에너지는, 앞의 제9도, 제10도에 나타낸 것과 동일한 응력-변형 곡선을 그리며, 삼각형 근사에 의하여 도면상 계산하여 구하였다.
제1표로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 경우에는, 강성이 높은 탄소섬유와 인성이 높은 폴리에스테르 섬유를 하이브리드화한 강화섬유시이트를 사용하여, 하이브리드화한 섬유강화 플라스틱으로 하고 있기 때문에, 탄소섬유만의 강화섬유시이트를 사용하여, 하이브리드화 되지 않은 섬유강화 플라스틱으로 한 비교예의 경우보다도, 최종파단의 하중이 작기는 하지만, 신도 및 파괴 에너지가 약2.5배로 크게 되어 있으며, 강화섬유가 파단하기 시작하더라도 즉시 최종파단에 이르지 않고, 섬유강화 플라스틱으로 구축물을 보강할 때의 안정성에서 우수함을 알 수 있다.
[제3의 실시형태]
제14도는, 본 발명의 제3의 실시형태의 강화섬유시이트(1)를 나타내는 단면도이다.
본 실시형태의 강화섬유시이트(1)는, 지지체시이트(2)의 한쪽면상에, 접착제층(3)을 개재하여 강성이 높은 제1의 강화섬유(4)와 인성이 높은 제2의 강화섬유(6)와를 1방향으로 배열하여 형성한 점이, 제2의 실시형태의 강화섬유시이트(1)와 다르고, 기타의 구성은 제2의 실시형태의 경우와 기본적으로 동일하다.
본 실시형태의 강화섬유시이트(1)를 제조할 때에, 강화섬유(4),(6)의 섬유속(4A) 및 (6A)는, 제15a도 또는 제16a도에 나타낸 바와 같이 각각 지지체시이트(2)의 한쪽면상의 접착제층(3)상에, 제1의 실시형태에 준하는 방법으로 밀 또는 소의 형태로 배열된다.
제15a도, 제16a도의 배열방법의 섬유속(4A) 및 (6A)로부터 얻어진 강화섬유(4) 및 (6)의 배열을, 각각 제15b도, 제16b도에 나타낸다.
이상과 같은 본 실시형태의 하이브리드화된 강화섬유시이트(1)는, 제2의 실시형태에 있어서 제조법에 준하여, 예를 들면 제17도에 나타낸 바와 같이하여 연속적으로 제조할 수 있다.
즉, 시이트 공급로울(26)로부터 공급된 지지체시이트(2)의 한쪽면상에 접착제 도포로울(27)로 접착제를 도포하고 접착제를 도포하여 접착제층(3)을 형성한 후, 시이트(2)를 가압부(39)에로 보내주고, 동시에 가압부(39)에로 강화섬유공급로울(20a)로부터 강성이 높은 제1의 강화섬유(4)의 섬유속(4A)을, 강화섬유공급로울(20b)로부터 인성이 높은 제2의 강화섬유(6)의 섬유속(6A)을 보내주어, 시이트(2)의 접착제층(3)상에 섬유속(4A) 및 (6A)를 1방향으로 배열한다.
또한 가압부(39)에로 이형지로울(30)로부터 이형지(29)를 보내주어 섬유속(4A) 및 (6A)상에 이형지(29)를 포갠다.
그리고 그 상태에서 가압부(39)의 상하 1쌍의 가압로울러(38a),(38b)로 가압하여, 섬유속(4A),(6A)을 눌러 뭉갬과 동시에, 이에 의하여 가볍게 뭉그러진 강화섬유(4),(6)를 접착제층(3)을 개재하여 시이트(2)의 한쪽면상에 위에 접착한다.
그후, 이형지(29)를 이형지 감아붙임로울(31)로 감아붙임으로써, 지지체시이트(2)의 한쪽면상에 접착제층(3)을 개재하여, 강성이 높은 제1의 강화섬유(4) 및 인성이 높은 제2의 강화섬유(6)를 1방향으로 배열되어 있는 하이브리드화한 강화섬유시이트(1)가 얻어진다.
강화섬유시이트(1)는, 필요에 따라서 필름공급로울(32)로부터 공급된 카바필름(33)을 강화섬유(4) 및 (6)상에 피복시킨 다음, 시이트 감아붙임로울(34)로 감아붙인다.
본 실시형태의 하이브리드화한 강화섬유시이트(1)를 사용한 구축물의 보장은 제1의 실시형태의 경우와 동일하게 제5도 내지 제7도에 나타낸 앞의 각 보장방법에 준하여 행하면 좋다.
본 실시 형태의 강화섬유시이트(1)를 사용한 보강방법에 의해도, 보강현장에서의 매트릭스수치의 가열경화한다고 하는 번거로운 작업을 행함이 없이, 시행성이 좋고, 섬유강화 플라스틱에 의한 보강을 행할 수 있고 또 만곡된 보강개소에서도 보강의 실시를 할 수 있고, 또 제2의 실시형태의 경우와 동일하게, 강화섬유시이트(1)를 하이브리드화하고 있기 때문에, 구축물의 파괴강도 및 파괴 인성을 높일 수 있는 효과도 있다.
[제4의 실시형태]
본 실시형태에서는, 하이브리드화된 강화섬유시이트를 사용하지 않고, 이것을 사용한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있는 구축물의 보강방법에 대하여 설명한다.
앞의 제2 및 제3의 실시형태에서는, 1매의 강화섬유시이트(1)에 강성이 높은 제1의 강화섬유 및 인성이 높은 제2의 강화섬유를 사용하고, 강화섬유시이트(1)를 하이브리드화하여 구축물의 보강에 제공함으로써, 얻어진 섬유 강화플라스틱을 하이브리드화 하였다.
본 실시형태의 방법에서는, 얻어진 섬유강화 플라스틱에 동일한 하이브리드화의 효과를 얻기 위하여, 제18a도에 나타낸 바와 같이, 강성이 높은 제1의 강화섬유(4)를 사용한 강화섬유시이트(1)(제1강화섬유시이트라 한다)와 제18b도에 나타낸 바와 같이, 인성이 높은 제2의 강화섬유(6)를 사용한 강화섬유시이트(1)(제2강화섬유시이트라 한다)와의 2종류의 강화섬유시이트를 보강에 제공한다.
상기 제1, 제2강화섬유시이트(1),(1)는, 각각 지지체시이트(2)상의 한쪽면상에 접착제층(3)을 개재하여 강화섬유(4),(6)가 1방향으로 배열하여 형성하고, 각각 1방향 배열강화섬유시이트로 되어 있다.
본 실시형태에 있어서의 강화섬유(4),(6) 기타 조건은 제2, 제3의 실시형태의 경우와 동일하다.
제1, 제2강화섬유시이트(1),(1)는, 본 발명의 취지로부터,구축물의 보강개소에 대하여 최저 1매씩 사용하는 것을 필요로 하지만, 보강개소에 대한 보강의 정도에 따라서 적절히 제1, 제2의 강화섬유시이트(1),(1)의 한쪽 또는 양쪽을 복수매 사용하더라도 좋음은 말할 필요도 없다.
또, 그 적층순서도, 제1, 제2의 강화섬유시이트(1),(1)를 교호로 하여도 그것 이외에도 좋고, 또 제1강화섬유시이트(1)가 앞에서 제2강화섬유시이트(1)가 뒤에서도 그 역으로도 좋다.
본 실시형태의 보강방법은, 제2, 제3의 실시형태의 경우와 동일하게, 제1의 실시형태에 있어서의 제5도 내지 제7도에 나타낸 각 보강방법에 준하여 행하여진다.
즉, 본 발명의 1형태에서는, 교량이나 고가도로의 교각등 구축물의 보강현장에서, 로울러, 솔, 분무등의 적절한 도포수단에 의하여, 제1강화섬유시이트(1)이 강화섬유(4) 및 제2의 강화섬유시이트(1)의 강화섬유(6)에 실온경화형 매트릭스수지를 도포하여 함침시키고, 제19도에 나타낸 바와 같이, 강화섬유(4) 및 (6)의 쪽을 구축물의 보강개소(15)쪽으로 하여, 제1, 제2섬강화시이트(1),(1)를 소망의 순서로 소망의 수만큼 보강개소(15)의 주위에 붙여 적층한다.
이어서 핸드로울러 등으로 다시 매트릭스수지의 함침조작을 행한후, 그위에 누름 테이프를 두루 감아서 카바를 행하고, 그후 그대로 방치하여 매트릭스수지를 경화시켜, 제1, 제2강화섬유시이트(1),(1)를 섬유강화 플라스틱으로 하면 좋다.
이에 의하여 강성이 높은 강화섬유(4)를 사용한 제1강화섬유시이트(1)와 인성이 높은 강화섬유(6)를 사용한 제2강화섬유시이트(1)가 하이브리드화한 섬유강화 플라스틱을 얻을 수 있고, 그것에 의한 구축물의 보강이 행하여 진다.
본 발명의 다른 형태에서는, 제20도에 나타낸 바와 같이, 보강개소(15)의 주위에 실온경화형 매트릭스수지(18)를 예를 들면 100㎛정도의 두께로 도포하고, 다음에 강화섬유(4),(6)의 쪽을 보강개소(15)쪽으로 하여, 제1, 제2의 강화섬유시이트(1),(1)를 소망의 수만큼 적층하고, 그리고, 꼭 누름으로써 제1, 제2강화섬유시이트(1),(1)를 붙임과 동시에, 강화섬유(4) 및 (6)에 매트릭스수지(18)를 함침시킨다.
이 경우, 지지체시이트(2)가 수지침투성이 없을 경우에는, 앞서 적층된 강화섬유시이트(1) 상에 다음의 강화섬유시이트(1)를 적층할 때마다 앞의 강화섬유시이트(1)에 매트릭스수지를 도포하여도 좋다.
그 다음은, 상기와 동일하게, 적층된 제1, 제2강화섬유시이트(1),(1)상에 누름 테이프를 두루 감아서 카바를 행하고, 그후 그대로 방치하여 매트릭스수지를 경화시켜, 제1, 제2강화섬유시이트(1),(1)를 섬유강화 플라스틱으로 하면 좋다.
이에 의하여 동일하게 하이브리드화한 섬유강화 플라스틱에 의한 구축물의 보강이 행하여진다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서는, 제1, 제2강화섬유시이트(1),(1)로서 지지체시이트(2)가 수지침투성의 것을 사용한다.
제21도에 나타낸 바와 같이, 먼저, 보강개소(15)의 주위표면상에 프라이머(16)로서 매트릭스수지와 같은 계의 수지를 도포하고, 그위로부터 제1, 제2강화섬유시이트(1),(1)를 소망의 순서, 수로 붙여 적층하고, 그후 최외층의 강화섬유시이트(1) 상에서 로울러등에 의하여 실온경화형 매트릭스수지(18)를 도포하여 그의 지지체시이트(2)를 통하여 침투시키고, 매트릭스수지(18)를 강화섬유(4) 및 (6)에 함침되도록 한다.
그 다음은, 상기와 동일하게, 적층된 강화섬유시이트(1),(1)상에 누름 테이프를 두루 감아서 카바를 행하고, 그후 그대로 방치하여 매트릭스수지(18)를 경화시켜, 제1, 제2강화섬유시이트(1),(1)를 섬유강화 플라스틱으로 하면 좋다.
이에 의하여 동일하게 하이브리드화한 섬유강화 플라스틱에 의한 구축물의 보강이 행하여진다.
이상과 같은 본 실시형태의 보강방법에 의해서도, 하이브리드화한 섬유강화 플라스틱에 의한 구축물의 보강이 행하여져 있으므로, 제2, 제3의 실시형태의 경우와 동일하게, 제1의 실시형태에 있어서의 효과뿐만이 아니라, 구축물의 파괴 강도 및 파괴인성을 높이는 효과가 있다.
본 실시형태의 시험예에 대하여 설명한다.
강성이 높은 제1의 강화섬유로서 탄소섬유를 사용하고, 이것을 지지체시이트상에 175g/m2의 실중량으로 1방향으로 형성하여 제1강화섬유시이트를 제작하고 인성이 높은 제2의 강화섬유로서 폴리에스테르 섬유(상품명, 베쿠트란:(주)쿠라제제)를 사용하고, 지지체시이트상의 실중량 175g/m2으로 1방향으로 형성하여 제2강화섬유시이트를 제작하였다.
사용한 탄소섬유의 강성률을 스트랜드 강도측정법(JIS법)으로 측정하여 23.5ton/mm2이고, 신도는 1.4%이고, 폴리에스테르섬유의 탄성률은 8.5ton/mm2, 신도는 2.5%이다.
제1, 제2의 강화섬유시이트는, 그들의 강화섬유에 매트릭스수지로서 실온경화형으로 조제한 에폭시수지를 함침시킨 다음 붙이고, 실온방치에 의하여 매트릭스수지를 경화하여 하이브리드 섬유강화 플라스틱으로 하여, 시험편으로 하였다. (시험편의 폭은 15mm이다).
그리고 그 시험편에 수직하중을 부하하여 시험하고, 그때의 초기파단 및 최종파단의 하중, 신도등을 구하고, 이에 의하여, 본 발명에 따른 1방향 배열강화섬유시이트를 사용하여 섬유강화 플라스틱을 하이브리드화 할 때의 효과를 조사하였다.
비교하기 위하여, 상기와 동일한 탄소섬유를 지지체시이트상에 같은 175g/m2의 실중량으로 1방향으로 형성한 강화섬유시이트를 제작하고, 이것을 매트릭스수지 함침후에 2매 붙여, 매트릭스수지를 경화후 상기와 동일하게 하여 시험하였다.
얻어진 결과를 제2표에 나타낸다.
제2표에 있어서, 초기파단 및 최종파단의 하중은 7회의 평균치를, 신도는 그 다음의 5회 평균치를 나타낸다.
또 초기파단, 최종파단 및 강성의 난의 괄호쓰기의 수값은, 뭉그러짐의 정도를 나타내는 CV값이다.
강성은 섬유강화 플라스틱 전체의 강성을 나타낸 것과 동일한 응력-변형 곡선을 그리고, 삼각형 근사에 의하여 도면상 계산하여 구하였다.
제2표로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 경우에는, 강성이 높은 탄소섬유의 제1강화섬유시이트와 인성이 높은 폴리에스테르섬유의 제2강화섬유시이트를 사용하여 얻어진 섬유강화 플라스틱을 하이브리드화하고 있으므로, 탄소섬유의 강화섬유시이트를 2매 사용하여 하이브리드화하지 않은 비교예의 경우보다도, 최종 파단의 하중이 작기는 하지만, 신도 및 파괴 에너지가 약 2.5배로 크게 되어 있으며, 강화섬유가 파단하기 시작하더라도 즉시 최종파단에 이르지 않고, 섬유강화 플라스틱으로 구축물을 보강할 때 안정성에서 우수함을 알 수 있다.
[제5의 실시형태]
본 실시형태는, 제1도를 참조하여 설명한 제1의 실시형태의 강화섬유시이트(1)에 있어서, 그의 접착제층(3)중에 경화제에 의한 실온경화형 매트릭스수지의 경화를 촉진하는 경화촉진제를 배합한 것이 특징이다.
본 실시형태의 강화섬유시이트(1)의 기타구성은, 제1의 실시형태의 강화섬유시이트(1)와 동일하다.
통상, 매트릭스수지중에는 경화제 및 경화촉진제가 배합되어 있고, 앞의 제1의 실시형태에서 제4의 실시형태로 사용한 실온경화형 매트릭스 수지중에도 동일하게, 경화제 및 경화촉진제가 배합되어 있다.
본 실시형태에서는, 실온경화형 매트릭스수지의 포트라이프를 길게 하여 보강현장에서의 취급성을 양호하게 하기 위하여, 경화촉진제를 매트릭스수지중에 배합하지 않고, 강화섬유시이트(1)의 접착제층(3)중에 배합한 것이다.
이것에 의하면, 보강현장에서 강화섬유시이트(1)의 강화섬유(4)에 실온경화형 매트릭스수지를 함침시켜, 매트릭스수지중의 실온 경화제와 강화섬유시이트(1)의 접착제층(3)중의 경화촉진제를 혼합하기 까지는, 매트릭스수지는 경화하지 않기 때문에, 매트릭스수지의 포트라이프를 길게 할 수 있고, 취급성이 양호하게 된다.
따라서 매트릭스수지의 경화를 고려하여 조급히 보강작업을 행함등의 필요도 없으며, 작업성이 1단으로 향상한다.
한편, 강화섬유(4)에 실온 경화형 매트릭스수지를 함침시켜, 경화제와 경화촉진제를 혼합하면, 경화반응이 진행하여 매트릭스수지가 경화하기 때문에, 매트릭스수지를 경화시키는 것에 대해서의 문제는 없다.
경화촉진제는, 매트릭스수지 및 이것에 배합하는 경화제의 종류에 의하여 적절히 결정하면 좋으며, 매트릭스수지로서 예를 들면 불포화 폴리에스테르수지, 비닐 에스테르수지등의 불포화에스테르계수지를 사용한 경우를 나타내면, 경화제 메틸에틸케톤퍼옥사이드등의 퍼옥사이드계 경화제가 사용되며, 경화촉진제로는 나프텐산 코발트등의 코발트계 경화촉진제가 사용된다.
이상과 같은 강화섬유시이트(1)를 사용한 구축물의 보강은, 제1의 실시형태에 있어서의 제3도 내지 제5도의 각 보강방법에 준하여 행하면 좋다.
본 실시형태의 강화섬유시이트(1)를 사용한 보강방법에 의하면, 제1의 실시형태의 경우와 동일하게 보강현장에서의 매트릭스수지의 가열경화라고 하는 번거로운 작업을 행함이 없이 시행성이 좋고 섬유강화 플라스틱에 의한 보강을 행할 수 있고, 또 만곡된 보강개소에서도 보강의 실시를 행할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는, 강화섬유시이트(1)의 강화섬유(4)에 실온경화형 매트릭스수지를 함침시켜, 매트릭스수지 중의 실온경화제와 접착제층(3)중의 경화촉진제를 혼합하기까지는, 매트릭스수지가 경화하지 않기 때문에, 매트릭스수지의 최급성이 좋으며, 보강작업을 행하기 쉬운 큰 이점도 있다.
이상에서는, 강화섬유(4)는 1종류의 것을 사용하였으나, 앞의 제8도 및 제14도에 나타낸 바와 같이, 강성이 높은 강화섬유(4)와 인성이 높은 강화섬유(6)의 2종류의 강화섬유를 사용하여, 각각의 도면에 나타낸 바와 같이 하이브리드화하여도 좋다.
어느쪽 형태의 강화섬유시이트(1)로도, 경화제에 의한 실온경화형 매트릭스수지의 경화를 촉진하는 경화촉진제를, 접착제층(3)중에 배합하여 놓음으로써 이것을 사용하는 매트릭스수지의 포트라이프를 길게 할 수 있고, 매트릭스수지의 취급성을 양호하게 하여 구축물에 보강을 행할 수 있다.
다음에, 본 실시형태의 시험예에 대하여 설명한다.
지지체시이트로서 아리자와 세이사쿠쇼 제품의 얇은 글래스크로스 EPC031를 사용하고, 경화제로서 나프텐산 코발트를 첨가한 에폭시수지의 수지필름을 접착제층으로 하여 사용하고, 지지체시이트상의 수지 필름상에 유리섬유(GF)를 형성한 강화섬유시이트(촉진제함유 강화섬유시이트라고 한다)를 제작하였다.
그의 GF강화섬유시이트에 실온경화형 매트릭스수지로서 불포화 폴리에스테르계수지를 함침시켜, 그의 매트릭스수지의 경화특성(잔존스티렌량)을 평가하고 본 발명의 강화섬유시이트의 접착제층에 실온경화형 매트릭스수지의 경화촉진제를 배합함에 의한 효과를 조사하였다.
GF강화섬유시이트에 있어서의 유리섬유의 실중량은 350g/m2이었다.
접착제인 에폭시수지의 수지필름에는 유가 쉴(가) 제품의 에피코트 1001 및 에피코트 823의 2종을 조합하여 사용하고, 나프텐산 코발트에 하리머 카세이 (가) 제품의 녹덱스 CO-8%(공업가솔린(JIS K 2201) 4호로 규정된 미네랄터펜액(mineral turpentine)에 나프텐산 코발트를 8%분산)를 사용하였다.
경화촉진제 첨가의 에폭시수지필름은, 에피코트 1001/에피코트 828/노덱스 CO 8%=73/7/20(중량비)로 배합한 수지액을 조정하고, 이것을 중량 18g/m2으로 코팅함으로써 제작하였다.
GF 강화섬유시이트의 유리섬유에로의 매트릭스수지의 함침은 PET필름상에 매트릭스수지/GF 강화섬유시이트/매트릭스수지/GF 강화섬유시이트/매트릭스수지의 순으로 적층함으로써 행하였다.
매트릭스수지의 경화조건은 실온에서 8일간 방치하였다.
실온경화형 매트릭스수지에 사용한 불포화 폴리에스테르계 수지는, 불포화 폴리에스테르수지(UP)와 비질에스테르수지(VE) 2종으로 하여, 그의 불포화 에스테르수지/경화제로는, 쇼와고오분시리고락쿠 150HRN/카야멕투 M(MEKPO)(MEKPO:불포화 폴리에스테르용 경화제, 메틸에틸케톤퍼옥사이드)를 사용하고, 비닐에스테르수지/경화제로는, :쇼오고오분시:리폭시 R-802/328 E(328 E: 카야쿠 아쿠조사 제품, 비닐에스테르수지용 퍼옥사이드계 경화제)를 사용하였다.
비교하기 위하여 경화촉진제 비 첨가의 에폭시수지 필름을 접착제층으로 하여, 지지체시이트상의 수지필름상에 유리섬유를 형성한 GF 강화섬유시이트(통상의 강화섬유시이트)를 제작하고, 그 유리섬유에 통상대로 경화촉진제의 나프텐산 코발트를 배합한 매트릭스수지를 함침시켜, 그 매트릭스수지의 경화특성을 평가하였다.
또, 통상의 강화섬유시이트의 유리섬유에 나프텐산 코발트를 배합하지 않은 매트릭스수지를 함침한 경우도 조사하였다.
얻어진 결과를 제3표에 나타낸다.
제3표에 나타낸 바와 같이, 본 발명 NO.1 내지 2에서는, 경화촉진제를 매트릭스수지중이 아니고, 접착제층중에 배합한 것이므로, 매트릭스수지의 포트라이프가 비교예 NO.5와 같이 길게 10시간도 있으며, 이 문에 GF 강화섬유시이트 및 매트릭스수지를 적층함에 의한 강화섬유에로의 매트릭스수지의 함침작업을, 충분한 시간을 들여서 행할 수 있었다.
또, 매트릭스수지 함침후 8일간의 실온방치를 함으로써, 잔존 스티렌량이 2.3 내지 3.2wt%이라고 하는 바와 같이 매트릭스수지가 양호하게 경화되어 있으며, 통상대로 매트릭스수지 자체에 경화촉진제를 배합한 비교예 NO.3 내지 4경우(매트릭스수지의 잔존스티렌량이 1.7 내지 2.1wt%)와 손색이 없는 우수한 경화특성을 나타내었다.
이에 대해 비교예 NO.3 내지 4에서는, 매트릭스수지의 경화특성이 우수하지만, 프트라이프가 20분이라고 하는 단시간 밖에 없으며, 매트릭스수지의 경화를 고려하여 조급하게 함침작업을 행할 필요가 있었다.
비교예 NO.5에서는, 매트릭스수지의 취급성이 양호하지만, 접착제층에도 매트릭스수지에도 경화촉진제를 배합하고 있지 않기 때문에, 8일간의 실온방치에서도 경화시킬 수 없었다.
이상에서, 지지체시이트(2) 상에 접착제층(3)을 개재하여 강화섬유(4)를 형성한 강화섬유시이트(1)를 사용하고, 구축물의 보강현장에서 강화섬유(4)에 실온경화형 매트릭스수지를 함침시켜, 구축물의 보강에 사용할 때에, 본 실시형태와 같이, 경화제에 의한 매트릭스수지의 경화를 촉진하는 경화촉진제를 매트릭스수지가 아니고, 강화섬유시이트(1)의 접착제층(3)중에 배합함으로써, 매트릭스수지의 포트라이프를 길게하고, 취급성을 양호하게 하여 보강할 수 있음을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 강화섬유시이트에 의하면, 보강현장에서 그의 강화섬유에 실온경화형 매트릭스수지를 침투하여 보강개소에 시행하고, 그 후는 그대로 방치함으로써, 강화섬유 플라스틱으로 할 수 있기 때문에, 교량이나 고가도로등 구축물의 보강을 작업성이 좋게 실시할 수 있다.
또, 강화섬유시이트는 강화섬유를 1방향으로 배열하고 있기 때문에 얻어진 강화섬유 플라스틱에 의한 보장강도를 향상할 수 있다.
또한 경화제에 의한 매트릭스수지의 경화를 촉진하는 경화촉진제를 매트릭스수지 중이 아니고, 강화섬유시이트의 접착제층중에 배합하여 놓음으로써, 매트릭스수지의 포트라이프를 길게하여 보강의 작업성을 1단으로 향상할 수 있다.
Claims (12)
- 지지체시이트와, 이 지지체시이트의 한쪽 또는 양쪽면상에 접착제층을 개재하여 1방향으로 배열된 강화섬유로 이루어지는 강화섬유시이트.
- 제1항에 있어서, 강화섬유는 강성이 높은 제1의 강화섬유와 인성이 높은 제2으 강화섬유로 이루어지는 강화섬유시이트.
- 제2항에 있어서, 제1의 강화섬유의 탄성률은 5ton/mm2이상이고 제2의 강화섬유의 파단신도가 1.2%이상이고 동시에 제1의 강화섬유의 파단신도보다도 20%이상 큰 강화섬유시이트.
- 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 지지체시이트가 수지침투성을 가진 강화섬유시이트.
- 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 지지체시이트가 두께 5-100㎛이하의 글래스크로스인 강화섬유시이트.
- 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 접착제층중에, 경화제에 의한 실온경화형 매트릭스수지의 경화를 촉진하는 경화촉진제가 배합되어 있는 강화섬유시이트.
- 제6항에 있어서, 매트릭스수지가 퍼옥사이드계 경화제를 배합한 불포화 폴리에스테르 수지로 이루어지고, 접착제층이 에폭시수지로 이루어지고, 경화촉진제가 코발트계 경화촉진제로 이루어진 강화섬유시이트.
- 지지체시이트의 한쪽 또는 양쪽면상에 접착제층을 형성하여 강화섬유를 접착함으로써, 한쪽 또는 양쪽면상에 접착제층을 개재하여 강화섬유를 1방향으로 배열한 강화섬유시이트의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 접착제층상에 강화섬유의 섬유속을 간격을 두고 또는 두지 않고 1방향으로 배열하여, 섬유속을 위에서 눌러 뭉갬으로써 접착제층상에 강화섬유를 접착하고, 이에 의하여 적어도 한쪽면상에 접착제층을 개재하여 강화섬유를 1방향으로 배열한 강화섬유시이트의 제조방법
- 제4항에 있어서, 지지체시이트가 두께 5-100㎛이하의 글래스크로스인 강화섬유시이트.
- 제4항에 있어서, 접착제층중에, 경화제에 의한 실온경화형 매트릭스수지의 경화를 촉진하는 경화촉진제가 배합되어 있는 강화섬유시이트.
- 제5항에 있어서, 접착제층중에, 경화제에 의한 실온경화형 매트릭스수지의 경화를 촉진하는 경화촉진제가 배합되어 있는 강화섬유시이트.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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-
1991
- 1991-01-30 KR KR1019910001554A patent/KR0170401B1/ko not_active IP Right Cessation
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