KR100264137B1 - 보강용 강화섬유 시이트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콘크리트 구조물의 보강에 사용되는 강화섬유 시이트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게로는 이형지 위에 접착제층, 지지체층 및 보강섬유층이 순차적으로 적층되어 있고, 지지체층 아래에 접착제가 국부적으로 코팅되어 있어 수지의 침투성이 우수하고 적은 매수(檢數)로도 많은 보강섬유를 포함하고 있어 보강현장에서 보강효과를 크게 증대시키는 보강용 강화섬유 시이트에 관한 것이다.
Description
본 발명은 콘크리트 구조물의 보강에 사용되는 강화섬유 시이트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게로는 이형지 위에 접착제층, 지지체층 및 보강섬유층이 순차적으로 적층되어 있고, 지지체층 아래에 접착제가 국부적으로 코팅되어 있어 수지의 침투성이 우수하고 적은 매수(枚數)로도 많은 보강섬유를 포함하고 있어 보강현장에서 보강효과를 크게 증대시키는 보강용 강화섬유 시이트에 관한 것이다.
교량의 교각, 또는 건축물의 빔이나 기둥과 같은 콘크리트 구조물의 경우 일반적으로 섬유강화복합재료를 사용하여 보강하거나 또는 보수하고 있다. 이때 섬유강화복합재료는 직물상(織物狀)으로 또는 한 방향으로 배열시킨 강화섬유 시이트 형태로 사용되고 있다. 직물상(織物狀)으로 배열된 강화섬유 시이트의 경우 보강섬유의 위사와 경사가 교차하는 부위에서 섬유의 굴곡이 생겨 충분한 보강효과를 얻을 수 없는 문제가 있다. 따라서 직물상으로 배열된 섬유강화복합재료 보다는 한 방향으로 배열된 섬유강화복합재료가 보다 광범위하게 사용되고 있다. 일본특허공개 평 3-222,734 호 및 평 3-224,901호에서는 지지체층위에 보강섬유를 접착제층을 통하여 한 방향으로 배열 시킨 강화섬유 시이트를 제조하였고, 이러한 강화섬유 시이트는 붙이기 전 또는 붙인 후에 섬유에 수지를 함침시켜 경화시키는 접착방법에 의해 건축물이나 교량과 같은 콘크리트 구조물의 보강장소 표면에 접착시켜 콘크리트 구조물을 보강하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이러한 경우 보강섬유를 한 방향으로 배열하기 위해서는 보강섬유를 에폭시수지에 함침시키거나 지지체층 상단부를 에폭시수지 또는 불포화 에스테르화합물과 같은 접착제를 사용하여 완전히 코팅 하였다. 그러나 이러한 강화섬유 시이트를 사용하여 보강을 행할 때 접착제층에 의해 수지의 침투가 억제되는 문제가 있다.
본 발명의 발명자들은 보강섬유를 한 방향으로 배열시킨 강화섬유 시이트에서 나타나는 수지의 침투력 저하의 문제를 해결할 수 있는 새로운 강화섬유 시이트를 제조하기 위해 연구노력한 결과, 이형지 위에 국부적으로 접착제층을 형성시키고 국부적으로 형성된 접착제출위에 지지체층을 놓고 그 위에 보강섬유를 한 방향으로 배열하여 취급시에는 보강섬유가 지지층과 양호한 접착성을 유지하고 보강현장에서는 우수한 수지 침투력을 갖도록 하므로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명은 보강현장에서 수지의 침투성이 양호하고 섬유의 분할이 거의 생기지 않으면서 여러장의 강화섬유 시이트를 포개더라도 두텁지 않은 보강용 강화섬유 시이트를 제공하는데 그 목적이 있다.
제1도는 본 발명에 따른 보강용 강화섬유 시이트의 일부를 확대시킨 종단면도이고,
제2도는 보강섬유의 길이방향으로 접착제가 지지체층위에 국부적으로 코팅되어 있는 보강용 강화섬유 시이트의 일부를 확대시킨 단면 사시도이고,
제3도는 보강섬유의 길이방향에 대하여 수직방향으로 접착제가 지지체층위에 국부적으로 코팅되어 있는 보강용 강화섬유 시이트의 일부를 확대시킨 단면 사시 도이고,
제4도는 보강섬유의 길이방향에 대하여 수직방향으로 접착제가 지지체층위에 국부적으로 코팅되어 있는 보강용 강화섬유 시이트의 각 층을 일부 분리한 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 접착제 층 2 : 지지체층
3 : 보강섬유층 4 : 이형지
본 발명은 이형지 위에 접착제층, 지지체층 및 보강섬유층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 접착제층은 지지체층 전체 면적의 80% 이하가 되도록 국부적으로 접착제가 코팅되어 있는 강화섬유 시이트를 그 특징으로 한다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 제1도 본 발명에 따른 강화섬유 시이트의 일부를 확대시킨 종단면도이다.
본 발명의 강화섬유 시이트는 이형지(4)위에 접착제가 국부적으로 도포되어 있는 접착제층(1)이 위치하고, 접착제층위에는 지지체층(2)이 위치하고 있고, 지지체층위에는 보강섬유가 한 방향으로 배열되어 있는 보강섬유층(3)이 위치하여 순차적으로 적층되어 있으며, 강화섬유가 내재되어 있는 보강섬유층(3)에 의해 콘크리트 구조물이 보강되도록 하고 있다. 본 발명에 따른 강화섬유 시이트의 경우 접착제층이 국부적으로 형성되어 있어 보강현장에서 사용되는 상온경화형수지의 침투성이 우수하고, 또한 보강섬유층과 지지체층과 이형지가 양호한 접착성을 유지하도록 하는 우수한 특성을 갖는다.
접착제층(1)은 이형지(4)와 지지체층(2)을 접착시킴은 물론이고, 접착층내에 함유된 접착제가 수지 침투능이 우수하여 압착에 의해 지지체층 및 보강섬유층으로 쉽게 침투되어 지지체층(2)과 보강섬유층(3)을 접착하게 된다. 본 발명에서 접착제층(1)을 형성하는 접착제는 이형지(4)에 대한 접착력이 우수하고, 지지체층(2)과 보강섬유층(3)으로의 침투성이 우수한 것이라면 어느 것이나 사용이 가능하며, 바람직하기로는 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르수지, 폴리우레탄수지 등을 사용하는 것이다. 접착제의 코팅면적이 작을수록 보강시의 상온경화형수지의 함침이 용이하지만, 보강섬유층(3)과 지지체층(2)으로의 함침량이 적어서 결국은 접착력이 낮아져 취급시 섬유가 쉽게 손상되어 보강섬유의 배열이 흐트러지는 문제가 있는 바, 상기 접착용 수지는 지지체층(2) 전체면적에 대하여 80%이하 보다 바람직하기로는 3 ∼ 80%가 되도록 국부적으로 코팅하여 접착제층(1)을 형성하도록 한다. 만약 접착제의 코팅 면적이 80%를 초과하면 보강현장에서의 수지침투성이 낮아 본 발명의 효과가 저하되고, 접착제의 코팅면적이 3% 미만이면 보강섬유를 지지체층(2)에 접착시키는 힘이 약해 취급시 보강섬유와 지지체층(2)이 쉽게 분리되는 문제가 있다.
따라서 접착제의 코팅면적을 작게하고 섬유의 배열을 흐트러지는 것을 방지하기 위해서는 접착제의 코팅모양 및 접착제의 코팅 방향을 적합하게 디자인하는 것이 필요한데 본 발명의 경우 보강섬유의 배열방향과 일치하게 접착제를 코팅 하거나 또는 보강섬유의 배열방향과 수직하게 접착제를 코팅하는 것이 바람직하다.
또한, 접착제층(1)의 두께는 1 ∼ 500 ㎛, 바람직하기로는 10 ∼ 100 ㎛를 유지하는 것이 보강섬유의 접착에 유리하다.
또한 지지체층(2)에는 나일론, 폴리에스터, 방향족 폴리아미드섬유, 탄소섬유, 유리섬유 등 각종섬유가 사용할 수 있으며, 특히 바람직하기로는 유리섬유를 사용하는 것이다. 지지체층(2)의 구성은 편직(編織)한 것, 또는 2축(軸) 있는 것, 또는 다축(多軸)으로 짜여진 것이 사용될 수 있으며, 특히 바람직하기로는 3축(軸)으로 구성된 것이 비교적 간단히 제조될 수 있고, 어떠한 방향의 힘에 대해서도 균일하게 버틸 수 있어서 바람직하다. 다시말하면, 보강섬유의 박리를 저지할 목적이라면 지지체층을 구성하는 섬유의 축방향은 보강섬유의 방향과 달라야하고, 제조상의 용이성을 고려하면 지지체층을 구성하는 섬유의 축을 이어주거나 또는 보강섬유의 배열방향과 일치시키는 것이 바람직하다. 그리고 지지체층을 구성하는 섬유 망(網)의 눈의 크기는 편직(編織) 1단위의 직경 또는 1단위 1변의 평균길이가 3 mm 이상, 바람직하기로는 5 ∼ 15 mm 인 것을 사용하며, 보강섬유를 지지하기 위해서는 지지체층(2)의 두께가 1 ∼ 500 ㎛, 바람직하기로는 5 ∼ 100 ㎛ 이어야 한다.
또한 보강섬유층(3)을 구성하는 보강섬유로는 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 또는 피치(pitch)계 섬유 등의 탄소계 섬유가 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 강화섬유 시이트에서는 단위면적당 섬유중량(FAW)이 150 g/㎡ 이상, 바람직하기로는 200 ∼ 300 g/㎡ 되도록 접착제층 위에 한 방향으로 나란하게 배열한다. 보강섬유의 배열에 있어서, 보강섬유는 그 필라멘트를 여러개 집속한 섬유다발 또는 가볍게 꼬아서 집속한 섬유다발을 지지체층(2)상에 한 방향으로 늘어놓고 압착에 의해 위로부터 눌러 찌그러뜨림으로써 섬유다발이 가볍게 분해되어 그 필라멘트가 집속제 또는 꼬임으로 인한 결합에 의하여 여러층으로 적층된 상태로 한 방향으로 배열되고, 또한 접착제층(1)으로부터 침투된 접착제에 의해 접착됨으로써 본 발명에서 목적으로 하는 강화섬유 시이트를 얻을 수 있다. 보강섬유속의 압축도는 요구되는 보강섬유층의 두께에 달라질 수 있는데 바람직하기로는 보강섬유층의 두께가 150 ∼ 300 ㎛ 되도록 압축하는 것이다.
종래 강화섬유 시이트에서는 FAW가 높아지면 수지 침투력이 매우 약해지는 문제가 있어 FAW가 250 g/㎡ 이상인 보강섬유는 실제로 사용이 불가능하였다. 그러나 본 발명에 따른 강화섬유 시이트는 최고 350 g/㎡의 FAW에서도 우수한 수지의 침투력을 가지는 특징이 있다.
상기와 같은 본 발명의 강화섬유 시이트를 보강현장에 적용하기 위해서는 먼저, 보수 및 보강이 요구되는 콘크리트 구조물 표면에 존재하는 이물질을 제거한 후, 프라이머를 균일하게 도포하고 프라이머가 완전히 건조되면 함침용 상온경화형수지를 도포한다. 그리고 그 위에 보강개소의 하중방향과 강화섬유의 배열방향이 일치하도록 강화섬유 시이트를 1매 또는 여러장 적층한 다음 로울러로 압착시키면 보강섬유에 함침용 상온경화형수지가 스며들어 경화됨으로써 접착이 이루어지게 된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 강화섬유 시이트는 보강현장에서 수지의 함침성이 우수하고 장기간 보존하더라도 섬유끼리의 박리가 거의 생기지 않고 여러장 겹쳐 사용하여도 두텁지 않은 특징이 있다.
이와같은 본 발명은 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
제2도에 나타낸 바와 같이 1 m 폭의 이형지(4)에 5 cm 간격으로 이형지 길이방향과 동일한 방향으로 1 cm 폭의 줄무늬가 생기도록 롤 코팅기(roll coater)를 사용하여 에폭시계 접착제를 코팅하여 접착제층(1)을 형성시켰다. 즉, 접착제가 도포되지 않은 부분 4cm, 아크릴계 접착제가 도포된 부분이 1 cm가 되도록 하므로써 전체 이형지 면적의 20% 를 접착제로 코팅하였다.
탄소섬유(T-700, 일본 도레이사 제품)를 단위면적당 섬유중량(FAW)이 200 g/㎡ 되도록 실어 150℃의 철판위를 통과시켜 탄소섬유의 사이정제를 부드럽게 만든 다음, 이를 유리섬유(Nittobo 사 제품, KT331B) 재질의 지지체층(2) 상단부에 부착시켜 지지체층(2)위에 보강섬유층(3)을 형성시켰다.
그리고 지지체층(2)과 보강섬유층(3)으로 구성된 시이트 상단부에는 접착제가 코팅되지 않은 이형지를 도입하고 하단부에는 상기에서 제작한 접착제가 국부적으로 코팅되어 있는 이형지가 도입하고 가압 로울러를 이용하여 압착하였다. 이로써 전체적으로 이형지(4), 그 위에 접착제층(1), 그 위에 지지체층(2), 그리고 그 위에 보강섬유층(3)이 존재하는 본 발명의 강화섬유 시이프를 제작하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 강화섬유 시이트를 제작하되, 다만 전체 이형지 면적의 20%를 접착제로 코팅하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 강화섬유 시이트를 제작하되, 다만 전체 이형지 면적의 50%를 접착제로 코팅하였다.
[실시예 4]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 강화섬유 시이트를 제작하되, 다만 전체 이형지 면적의 70%를 접착제로 코팅하였다.
[실시예 5]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 강화섬유 시이트를 제작하되, 다만 제3도에 나타낸 바와 같이 탄소섬유의 배열 방향에 대하여 수직이 되도록 전체 이형지 면적의 20%를 접착제로 코팅 하였다. 또한, 상기 방법으로 제작한 강화섬유 시이트의 일부분리 사시도는 제4도에 나타내었다.
[실시예 6]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 강화섬유 시이트를 제작하되. 다만 제3도에 나타낸 바와 같이 탄소섬유의 배열 방향에 대하여 수직이 되도록 전체 이형지 면적의 30%를 접착제로 코팅하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 강화섬유 시이트를 제작하되, 다만 이형지 전면을 접착제로 코팅하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 강화섬유 시이트를 제작하되, 다만 전체 이형지 면적의 90%를 접착제로 코팅 하였다.
[실험예 1]
상기 실시예 1 ∼ 6 및 비교예 1 ∼ 2에서 제조한 보강섬유 시이트 각각은 강화현장에서 사용되는 경화형수지에 대한 함침성을 측정하기 위해서 콘크리트 표면에 경화형수지로서 에폭시수지(일본고니시사 제품, E2500W)를 도포한 후, 그 위에 보강섬유 시이트를 부착하였다. 그리고나서 홈이 파진 로울러로 5회 압착한 다음, 2시간 후 강화섬유 시이트 위로 배어 나온 경화형수지의 함침면적비(%)를 각각 측정하였으며, 그 결과는 다음표에 나타내었다.
[표]
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 보강용 강화섬유 시이트는 이형지 위에 접착제층, 지지체층 및 보강섬유층이 순차적으로 적층되어 있고, 지지체층 아래에 접착제가 국부적으로 코팅되어 있어 수지의 침투성이 우수하고 적은 매수(枚數)로도 많은 보강섬유를 포함하고 있어 보강현장에 특히 유용하다.
Claims (4)
- 지지체층, 접착제층, 보강섬유층으로 이루어진 강화섬유 시이트에 있어서, 이형지 위에 접착제층, 지지체층 및 보강섬유층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 접착제층은 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르수지 및 폴리우레탄수지 중에서 선택된 접착제가 지지체층 전체 면적의 80% 이하가 되도록 국부적으로 코팅되어 있는 것임을 특징으로 하는 강화섬유 시이트.
- 제1항에 있어서, 상기 지지체층은 나일론, 폴리에스터, 방향족 폴리아미드섬유, 탄소섬유 및 유리섬유 중에서 선택된 재질의 것임을 특징으로 하는 강화섬유 시이트.
- 제1항에 있어서, 상기 보강섬유층은 단위면적당 섬유중량(FAW) 150 ∼ 300 g/㎡ 범위내에서 보강섬유가 한 방향으로 배열되어 있는 것임을 특징으로 하는 강화섬유 시이트.
- 제3항에 있어서, 상기 보강섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 또는 피치(pitch)계 탄소섬유 임을 특징으로 하는 강화섬유 시이트.
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