KR100262660B1 - 현무암 섬유를 이용한 폴리머 복합재(Polymeric Composite Material based on Basalt Fiber) - Google Patents

현무암 섬유를 이용한 폴리머 복합재(Polymeric Composite Material based on Basalt Fiber) Download PDF

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Abstract

본 발명은 현무암 섬유를 이용한 폴리머 복합제에 관한 것으로, 현무암 섬유, 폴리에스테르 레진 및 페놀-포름알데히드 레진으로 구성된다. 폴리머 복합재의 충진재로써 현무암 섬유를 사용하고, 결합재로써 폴리에스테르 레진과 페놀-포름알데히드 레진의 혼합물을 사용한다.
본 발명의 폴리머 복합재의 구성 요소별 비율은 다음과 같다. 현무암 섬유가 30-75 중량%, 폴리에스테르 레진이 27~10중량%, 페놀-포름알데히드 레진이 43~15 중량%로 구성된다.
다양한 섬유 조직을 가지고 있는 현무암 섬유는 산과 알칼링 매우 높은 저항성을 보이고 있고, 여러 환경적 작용 하에서 실질적으로 노화되지 않으며, 흡수율이 매우 낮다. 폴리에스테르 레진과 페놀-포름알데히드 레진으로 구성된 결합재도 상기 현무암 섬유와 같은 장점이 있고, 현무암 섬유의 표면에 대한 부착력이 우수하다. 따라서 현무암 섬유와 폴리에스테르 레진과 페놀-포름알데히드 레진으로 구성된 결합재의 조합은 우수한 기계적인 성능과 환경(온도, 습도, 태양 방사등)의 작용이나 산성도가 서로 다른 토양과의 접촉에 대해 매우 높은 저항서을 보여준다. 이는 온도나 습도와 같은 다양한 환경적 작용 하에서 구조물의 수명을 무제한 연장하는 것을 가능하게 해준다.

Description

현무암 섬유를 이용한 폴리머 복합재(Polymeric Composite Material based on Basalt Fiber)
본 발명은 현무암 섬유를 이용한 폴리머 복합재에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 직사 일광에 노출되거나, 우수 및 지하수의 작용을 받는 경우 또는 산성도가 서로 다른 토양에 접촉하는 경우와 같이 장기간의 환경적인 작용 하에서도 충분히 견딜 수 있는 섬유 보강 충진재에 기초한 폴리머 복합재에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 내후성이 뛰어난 폴리머 복합재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저렴한 비용으로 생산할 수 있는 폴리머 복합재를 제공하는 것이다.
본 발명의 현무암 섬유를 이용한 폴리머 복합재는 현무암 섬유, 폴리에스테르 레진 및 페놀-포름알데히드 레진으로 구성된다. 폴리머 복합재의 충진재로써 현무암 섬유를 사용하고, 결합재로써 상기 충진재의 존재 하에 경화된 폴리에스테르 레진과 페놀-포름알데히드 레진의 혼합물을 사용한다.
본 발명의 폴리며 복합재의 구성 요소별 비율은 다음과 같다. 현무암 섬유가 30~75 중량%, 폴리에스테르 레진이 27~10 중량%, 페놀-포름알데히드 레진이 43~15 중량%로 구성된다.
본 발명의 기술적 핵심은 현무암 섬유 및 폴리에스테르 레진과 페놀-포름알데히드 레진 혼합물을 물성에 기초한다.
다양한 섬유 조직을 가지고 있는 현무암 섬유는 산과 알칼리에 매우 높은 저항성을 가지고 있고, 여러 환경적 작용 하에서도 실질적으로 노화되지 않으며, 흡수율이 매우 낮다. 또한 매우 높은 강도와 장기적으로는 750℃, 단기적으로는 900℃에서도 우수한 내열성을 가지고 있다.
현무암 섬유는 현무암을 녹여 추출한 단섬유로 주성분은 다음과 같다.
NaAlSi3O8, CaAl2Si2O2, CaMg[Si2O6], [FeMg]2SiO4, Ca(Mg,Fe)[Si2O6]
위와 같은 성분 함유량을 산화물로 계산하면 다음과 같다.
SiO250%, Al2O315%, MgO 5%, FeO 11%, CaO 9%, Fe2O32%, TiO23%, Na2O 3%, K2O 1%, MnO 0.2%, P2O5〈1%
폴리에스테르 레진과 페놀-포름알데히드 레진으로 구성된 결합재도 상기 현무암 섬유와 같은 장점이 있고, 현무암 섬유의 표면에 대한 부착력이 우수하다. 따라서 현무암 섬유와 폴리에스테르 레진과 페놀-포름알데히드 레진으로 구성된 결합제의 조합은 우수한 기계적인 성능과 환경(온도, 습도, 태양 방사 등)의 작용이나 산성도가 서로 다른 토양과의 접촉에 대해 매우 높은 저항성을 보여준다. 이는 온도나 습도와 같은 다양한 환경적 작용 하에서 구조물의 수명을 무제한 연장하는 것을 가능하게 해준다.
본 발명의 폴리머 복합재의 제조과정은 다음과 같다. 먼저 폴리에스테르레진 및 페놀포름알데히드레진을 먼저 혼합한 후 현무암 섬유에 골고루 침투시켜 프리플래그를 만든다. 다음 프리플래그된 물질을 온도 160~170℃에서 2~25시간동안 경화시킨다. 이때 92~95% 수준의 경화정돌르 얻을 수 있다.
특허 청구된 구성 요소들의 중량 비는 실험에 의해 결정된 것이며, 그 성능을 최적화 할 수 있는 수치이다. 물리적인 특성을 알아보기 위해 많은 실험을 해본 결과 가장 좋은 조건은 현무암 섬유 52.5%, 폴리에스테르레진 18.5%, 페놀포름 알데히드레진 29%의 조건이었으며, 이때 밀도는 2.1g/㎤, 휨강도는 230MPa, 압축강도는 120MPa, 인장강도는 330MPa이었다.
본 발명의 현무암 섬유를 이용한 폴리머 복합재를 이용한 제품은 수지 침투 가공재를 적절히 성형하여 생산할 수 있다. 사전에 생산된 수지 침투 가공재는 다른 치수와 규격의 제품을 생산하기 위하여 장기간 동안 그 가공성을 저하시키지 않고 보관되어질 수 있다.
현무암 섬유는 원자재가 풍부하고 비교적 간단한 기술로도 생산이 가능하여 생산 원가가 매우 저렴하며, 폴리에스테르 레진과 페놀-포름알데히드 레진은 대량 생산이 가능하다, 따라서 본 발명의 폴리머 복합재는 탄소나 유리로 보강한 플라스틱보다 비교적 저렴하게 생산할 수 있다. 강도 또한 탄소 보강 플라스틱과는 거의 비슷하며, 유리 보강 플라스틱보다는 우수하다.

Claims (1)

  1. 현무암을 녹여 이를 섬유형태로 추출한 현무암 섬유 30~75 중량%; 폴리에스테르 레진 27~10 중량%; 그리고, 페놀-포름알데히드 레진이 43~15 중량%; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리머 복합재.
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