KR100345081B1 - 하이브리드 바를 이용한 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 구조물에 사용되는 보강부재에 있어서, 경량이며 고강도의 특성을 가지는 하이브리드 바를 이용한 구조물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 여러 종류의 섬유를 혼성 적층하여 각각의 섬유의 특징을 살린 하이브리드 바를 이용한 구조물에 있어서; 1단의 하이브리드 바는 일면에 평행하게 배치되고, 2단의 하이브리드 바는 상기 1단의 하이브리드 바의 상면에 교차되도록 평행하게 배치되며, 3단의 하이브리드 바는 상기 2단의 하이브리드 바의 상면에 상기 1단의 하이브리드 바와 동일하게 배치되는 형태로 소정의 두께까지 적재되고; 상기 1단과 2단 및 3단의 하이브리드 바가 접하는 부위에는 짧은 길이의 섬유가 부가적으로 수용된 접착수지가 도포되어 경화되면서 구조물이 형성되며; 상기 하이브리드 바는 중심부에 위치하는 다수 가닥의 코어섬유와, 다수의 섬유가닥이 엮어져 상기 코어섬유의 둘레를 감싸는 다수 가닥의 피복섬유 및, 상기 코어섬유와 상기 피복섬유에 함침되어 경화되는 수지로 구성되는 하이브리드 바를 이용한 구조물을 제공하는 것이다.

Description

하이브리드 바를 이용한 구조물{Hybrid bar fabric}

본 발명은 콘크리트 구조물 및 각종 구조물에 사용되는 보강부재에 관한 것이며, 특히, 콘크리트 보강용 부재, 스포츠용품, 레져용품 및 기타 여러 분야에 사용되는 경량이며 강도가 높은 특성을 가지는 하이브리드 바를 이용한 구조물에 관한 것이다.

현재 콘크리트 구조물의 들보나 기둥 또는 보강부재 등에는 철강 빔(Steel Beam)이 사용된다. 이러한 철강부재는 저렴한 가격과 풍부한 자원 등의 뒷받침으로 널리 사용되고 있지만, 최근 토목 및 건축기술이 발전하면서 이러한 철강부재의 특성과 부합하지 않는 건축물이 많이 등장하고 있다.

철강부재의 특성에서 가장 큰 단점을 찾아보면, 철근 자체의 비중이 커 운반성 및 작업성이 불편하여 대형 건축구조물의 대형 보강부재로는 사용하기에 적합하지 못하다는 것이다. 또한, 건축을 위해 장시간 보관하여 두거나, 건축물의 시공후에 외부요인에 의해 파손되면 건축물의 내부에 수용된 철강부재는 대기 중에 노출되고 수분과 접하여 부식되어 구조물의 내구성의 저하를 유발한다.

이러한 문제점을 보완하기 위해 현재 FRP바(Fiber Reinforcement Plastic bar)가 개발되었는데, 이런 FRP바는 섬유방향이 일정한 방향으로만 배열되어 인장력과 강도는 어느 정도 향상되었으나, 섬유방향이 일방향으로만 형성되어 굽힘에 따른 갈라짐의 현상이 발생하게 된다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 비중은 작으며 인장력 및 강도가 향상되고 굽힘에 의한 갈라짐의 현상이 발생하지 않는 하이브리드 바를 이용한 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하이브리드 바의 제작과정을 나타낸 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 코어섬유가 수지조를 통과하는 과정을 나타내는 수지조의 단면도이고,

도 3은 도 1에 도시된 브레이딩 장치로부터 피복섬유가 인출되어 코어섬유의 둘레에 위치하는 상태를 나타낸 개략도이고,

도 4는 도 3에 도시된 코어섬유의 둘레를 감싸는 피복섬유가 직물형태로 엮어지는 상태를 나타낸 상세도이고,

도 5는 도 1에 도시된 압축롤러를 나타낸 상세도이고,

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 하이브리드 바의 제작과정을 나타낸 개략도이고,

도 7은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 하이브리드 바를 이용한 구조물의 제작에 따른 하이브리드 바의 적재상태를 나타낸 사시도이며,

도 8은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 하이브리드 바를 이용한 구조물의 제작과정에서 다수의 단으로 적재된 하이브리드 바가 수지에 의해 접착되는 것을나타낸 상세도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

10 : 코어섬유 13 : 피복섬유

17 : 하이브리드 바 20, 21 : 수지조

25, 26, 27 : 수지 30 : 브레이딩 장치

50 : 냉각장치 60 : 압착롤러

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 여러 종류의 섬유를 혼성 적층하여 각각의 섬유의 특징을 살린 하이브리드 바에 있어서, 중심부에 위치하는 다수 가닥의 코어섬유와, 다수의 섬유가닥이 엮어져 상기 코어섬유의 둘레를 감싸는 다수 가닥의 피복섬유 및, 상기 코어섬유와 상기 피복섬유에 함침되어 경화되는 수지를 포함하는 하이브리드 바가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 다수 가닥의 코어섬유는 토우, 로우빙 또는 밧줄 형태로 꼬거나 또는 꼬지 않은 섬유형태로 공급되는 하이브리드 바가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 다수 가닥의 피복섬유는 토우, 로우빙 또는 밧줄 형태로 꼬거나 또는 꼬지 않은 섬유형태로 공급되고, 공급된 상기 다수 가닥의 피복섬유는 엮이면서 상기 코어섬유를 감싸며, 상기 피복섬유의 둘레를 따라 다수 개의 돌출부가 형성된 하이브리드 바가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 여러 종류의 섬유를 혼성 적층하여 각각의 섬유의 특징을 살린 하이브리드 바의 제조방법에 있어서, 다수 가닥의 코어섬유를 공급하는 단계와, 상기 코어섬유에 수지를 함침시키는 단계와, 상기 수지가 함침된 코어섬유의 둘레에 다수 가닥의 피복섬유를 공급하는 단계와, 상기 공급된 피복섬유를 엮어 상기 코어섬유의 둘레를 감싸도록 하는 단계 및, 상기 코어섬유에 함침되어 있으며, 상기 코어섬유에서 상기 피복섬유의 표면으로 스며들어 함침되는 수지를 경화하는 단계를 포함하는 하이브리드 바의 제조방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 피복섬유에 함침된 상기 수지가 완전 경화되기 전에 상기 피복섬유의 둘레에 돌출부를 형성한 후에 완전 경화시킨 하이브리드 바의 제조방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 여러 종류의 섬유를 혼성 적층하여 각각의 섬유의 특징을 살린 하이브리드 바의 제조방법에 있어서, 다수 가닥의 코어섬유를 공급하는 단계와, 상기 코어섬유에 수지를 함침시키는 단계와, 상기 코어섬유에 함침된 상기 수지를 경화하는 단계와, 상기 수지와 함께 경화된 코어섬유의 둘레에 다수 가닥의 피복섬유를 공급하는 단계와, 상기 공급된 피복섬유를 엮어 상기 코어섬유의 둘레를 감싸도록 하는 단계를 포함하는 하이브리드 바의 제조방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 여러 종류의 섬유를 혼성 적층하여 각각의 섬유의 특징을 살린 하이브리드 바를 이용한 구조물에 있어서, 1단의 하이브리드 바는 일면에 평행하게 배치되고, 2단의 하이브리드 바는 상기 1단의 하이브리드 바의 상면에 교차되도록 평행하게 배치되며, 3단의 하이브리드 바는 상기 2단의 하이브리드 바의 상면에 상기 1단의 하이브리드 바와 동일하게 배치되는 형태로 소정의 두께까지 적재되고, 상기 1단과 2단 및 3단의 하이브리드 바가 접하는 부위에는 접착수지가 도포되어 경화되면서 구조물이 형성되며, 상기 하이브리드 바는 중심부에 위치하는 다수 가닥의 코어섬유와, 다수의 섬유가닥이 엮어져 상기 코어섬유의 둘레를 감싸는 다수 가닥의 피복섬유 및, 상기 코어섬유와 상기 피복섬유에 함침되어 경화되는 수지로 구성되는 하이브리드 바를 이용한 구조물이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 접착수지에는 짧은 길이의 섬유가 부가적으로 수용된 하이브리드 바를 이용한 구조물이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 피복섬유의 둘레를 따라 다수 개의 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 바를 이용한 구조물이 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 하이브리드 바와 그 제조방법 및 하이브리드 바를 이용한 구조물의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

[실시예 1]

도면에서, 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하이브리드 바의 제작과정을 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 코어섬유가 수지조를 통과하는 과정을 나타낸 수지조의 단면도이다. 그리고, 도 3은 도 1에 도시된 브레이딩 장치로부터 피복섬유가 인출되어 코어섬유의 둘레에 위치하는 상태를 나타낸 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 코어섬유의 둘레를 감싸는 피복섬유가 직물형태로 엮어진 상태를 나타낸 상세도이며, 도 5는 도 1에 도시된 압축롤러를 나타낸 상세도이다.

여기에서, 도 5의 (a)는 압축롤러의 정면도이고, (b)는 압축롤러의 측면도이다.

하이브리드 바(17)에서 코어섬유(10)는 중심부에 위치하고, 이런 코어섬유(10)의 둘레를 피복섬유(13)가 감싸며, 제 1, 제 2 수지(25, 26)가 코어섬유(10)와 피복섬유(13)에 도포되고 가해지는 열에 의해 코어섬유(10)와 피복섬유(13)를 경화한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 코어섬유(10)는 탄소섬유 또는 유리섬유 또는 아라미드섬유 또는 폴리에틸렌 또는 나일론과 같은 섬유이며, 이런 코어섬유(10)의 다수 가닥이 토우 또는 로우빙 또는 밧줄 형태로 꼬거나 꼬지 않은 섬유형태로 공급된다. 다수 가닥의 코어섬유(10a, 10b)는 각각 타래(1)에 감겨있으며, 타래(1)는 코어섬유(10a, 10b)를 계속적으로 공급할 수 있도록 섬유공급스탠드(5)에 설치된다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수 가닥의 코어섬유(10a, 10b)는 수지조(20)에 진입하여 제 1 수지(25)를 함침(含浸)한 상태로 수지조(25)에서 나오게 된다. 그런 후에, 다수 가닥의 코어섬유(10a, 10b)는 제 1 가이드(29a)를 통과하게 되면서 다수 가닥의 코어섬유(10a, 10b)는 한 가닥의 코어섬유(10)로 모이게 됨과동시에, 과잉으로 함침된 제 1 수지(25)는 코어섬유(10)로부터 제거된다. 제 1 수지(20)로는 에폭시수지 또는 페놀수지 또는 우레탄수지 또는 불포화폴리에스터 또는 폴리에스테르수지 또는 폴리아미드 또는 비닐에스터수지 등이 사용된다.

코어섬유(10)는 다음 설비인 브레이딩 장치(30)로 진입한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 브레이딩 장치(30)는 코어섬유(10)가 관통하는 원형 프레임(32)과, 그 프레임(32)에 설치되며 각각 정해진 이동로를 따라 이동하며 피복섬유(13a, 13b)가 감겨진 다수 개의 타래(34)를 포함하며, 피복섬유(13a, 13b)는 각각의 타래(34)로부터 인출되어 코어섬유(10)의 둘레로 전진하여 위치하게 된다. 이 때, 도 4에 도시된 바와 같이, 프레임(32)의 회전과 타래(34)의 이동에 의해 피복섬유(13a, 13b)는 코어섬유(10)의 둘레를 씨실과 날실이 직교하여 엮인 직물구조로 코어섬유(10)의 둘레를 감싼다. 피복섬유(13a, 13b) 또한 코어섬유(10)와 같이 탄소섬유 또는 유리섬유 또는 아라미드섬유 또는 폴리에틸렌 또는 나일론 등이 이용되며 이런 피복섬유(13a, 13b)의 다수 가닥이 토우 또는 로우빙 또는 밧줄 형태로 꼬거나 꼬지 않은 섬유형태로 공급된다.

그러면, 코어섬유(10)에 함침된 제 1 수지(25)는 피복섬유(13) 쪽으로 함침되면서 코어섬유(10)와 피복섬유(13)를 함께 함침하고 있는 상태가 된다.

이렇게 형성된 코어섬유(10)와 피복섬유(13)는 제품의 종류 및 수지의 필요한 양에 따라 제 2 수지조(21)를 통과하여 코어섬유(10)와 피복섬유(13)에 제 2 수지(26)를 함침시킨다. 코어섬유(10)와 피복섬유(13)는 제 2 수지(26)를 함침한 후에 제 2 가이드(29b)를 통과하여 일정량 이상의 제 2 수지(26)를 제거하고, 가열장치(40)로 진입하여 열을 받게된다. 이 때, 가열장치(40)는 선단가열부(40a)와 후단가열부(40b)의 2단 가열형태를 가지며, 선단가열부(40a)와 후단가열부(40b)의 사이에 압축롤러(60)가 위치한다. 선단가열부(40a)를 통과한 섬유는 불완전하게 경화된 상태로 압축롤러(60)를 통과하게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 압축롤러(60)는 진행하는 섬유의 상하에 설치되며, 홈(63)이 상하부 압축롤러(61, 62)의 원주를 따라 일정한 간격으로 형성된다.

이런 홈(63)이 형성된 상하부 압축롤러(61, 62)의 사이에 코어섬유(10)와 피복섬유(13)가 압착되면서, 불완전하게 경화된 피복섬유(13)의 외부에는 압착롤러(61, 62)의 홈(63)에 대응하는 돌출부가 형성된다. 돌출부가 형성된 섬유는 가열장치(40)의 후단가열장치(40b)를 통과하면서 완전히 경화되어 하이브리드 바(17)가 형성되며, 이렇게 형성된 하이브리드 바(17)는 냉각장치(50)를 통과하면서 상온으로 된다.

[실시예 2]

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 하이브리드 바의 제작과정을 나타낸 개략도이다.

실시예 2는 앞에서 설명한 실시예 1과 비교하여, 제 1, 제 2 가열장치(41, 42)가 설치된다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하거나 유사함으로, 상세한 설명에서 동일한 부분에 대한 설명을 생략하였으며, 동일하거나 유사한 도면부호가 부여되었다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 가열장치(41)는 제 1 가이드(29a)와 브레이딩 장치(30)의 사이에 위치하고, 제 2 가열장치(42)는 브레이딩 장치(30)의 후방에 설치되며, 제 2 수지조(21)는 브레이딩 장치(30)와 제 2 가열장치(42)의 사이에 설치된다.

섬유공급스텐드(5)로부터 인출되어 나온 다수 가닥의 코어섬유(10a, 10b)는 제 1 수지조(20)에 함침되고, 제 1 가이드(29a)를 통과하여 제 1 가열장치(41)를 통과한다. 그러면, 다수 가닥의 코어섬유(10a, 10b)는 제 1 수지(25)의 경화에 의해 한 가닥의 굵은 코어섬유(10)로 접착된다. 이런 코어섬유(10)는 브레이딩 장치(30)를 관통하여 지나가게 되며 브레이딩 장치(30)의 프레임(32)의 회전과 타래(34)의 이동에 의해 경화된 한 가닥의 코어섬유(10)의 둘레에 다수 가닥의 피복섬유(13a, 13b)가 직물형태를 엮어지면서 감싸게 된다.

그리고, 코어섬유(10)와 피복섬유(13)는 제 2 수지조(21)로 진입하게 되고, 제 2 수지조(21)에서 제 2 수지(26)를 함축한 상태로 나와 제 2 가이드(29b)를 거치면서 과잉으로 함침된 제 2 수지(26)를 제거한 상태로 제 2 가열장치(42)로 진입하게 된다. 이 때, 제 2 가열장치(42)는 선단가열부(42a)와 후단가열부(42b)의 2단 가열형태를 가지며, 선단가열부(42a)와 후단가열부(42b)의 사이에 압축롤러(60)가 위치한다. 선단가열부(42a)를 통과한 섬유는 불완전하게 경화된 상태로 압축롤러(60)를 통과하게 된다.

압축롤러(60)를 통과한 섬유는 제 2 가열장치(42)의 후단가열부(42b)를 통과하면서 완전히 경화되어 하이브리드 바(17)로 형성되며, 하이브리드 바(17)는 냉각장치(50)를 통과하면서 상온으로 된다.

이와 같은, 하이브리드 바(17)의 코어섬유(10)는 인장 및 휨에 대한 강성 및 탄성을 가지며, 직교하여 엮어진 피복섬유(13)는 코어섬유(10)의 갈라짐을 막아주는 역할을 한다.

한편, 또 다른 하이브리드 바는 제 1 가열장치(41)를 거쳐 완전경화된 한 가닥의 코어섬유(10)의 둘레에 피복섬유(13)를 엮어 감싼 후에, 비워진 제 2 수지조(21)를 통과시켜 제 2 수지(26)가 피복섬유(13)에 함침되지 않도록 하며, 이런 상태로 제 2 가열장치(42)와 냉각장치(50)를 통과시켜 하이브리드 바를 형성한다.

이와 같이 형성된 하이브리드 바를 이용한 구조물에 대하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 7은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 하이브리드 바를 이용한 구조물의 제작에 따른 하이브리드 바의 적재상태를 나타낸 사시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 실시예 1 또는 실시예 2에서와 같이 생산된 하이브리드 바(17)는 일면에 일정한 간격으로 평행을 유지하며 가로방향으로 위치한 복수의 1단 하이브리드 바(17-1)와, 1단 하이브리드 바(17-1)의 상면에 세로방향으로 일정한 간격의 평행을 유지하며 위치하는 복수의 2단 하이브리드 바(17-2) 및, 2단 하이브리드 바(17-2)의 상면에 1단 하이브리드 바(17-1)와 동일하게 위치하는 복수의 3단 하이브리드 바(17-3)와 같이, 직교하면서 계속적으로 적재된다. 이렇게 적재된 하이브리드 바(17)는 소정의 두께를 가지는 구조물을 이룬다.

이렇게 직교하는 1단, 2단, 3단 하이브리드 바(17-1, 17-2, 17-3)의 접촉부위에 경화성수지를 도포하고 열을 가해 완전 경화시켜 콘크리트 구조물의 보강구조로서의 하이브리드 바(17)의 구조물이 형성된다. 이 때, 하이브리드 바(17)에 형성된 돌출부는 경화된 콘크리트와 밀착성을 향상시킨다.

[실시예 3]

도면에서, 도 8은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 하이브리드 바를 이용한 구조물의 제작과정에서 다수의 단으로 적재된 하이브리드 바가 수지에 의해 접착되는 것을 나타낸 상세도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 3의 하이브리드 바를 이용한 구조물은 실시예 1 또는 실시예 2의 가열장치(40, 40a, 40b)에서 열을 가하지 않은 상태로, 제 1, 제 2 수지(25, 26)가 코어섬유(10)와 피복섬유(13)에 함침된 상태의 하이브리드 바(17)를 이용하는 구조물이다.

이와 같이, 경화되지 않은 하이브리드 바(17)는 앞에서 설명한 구조물 즉, 1단, 2단, 3단 등의 하이브리드 바(17-1, 17-2, 17-3)가 직교하여 소정의 두께를 형성한 구조물과 같은 형태로 배치된다.

이렇게 하이브리드 바(17)들의 일부분이 서로 접하는 부위에 길이가 짧은 섬유(18)를 수용하는 경화성수지(27)를 도포한다. 여기에서, 짧은 섬유(18)는 탄소섬유 또는 유리섬유 또는 아라미드섬유 또는 폴리에틸렌 또는 나일론 등을 사용한다.

그리고, 이렇게 구성된 하이브리드 바(17)의 구조물에 열을 가해코어섬유(10)와 피복섬유(13)에 함침된 제 1, 제 2 수지(도 1과 도 6에 도시된 도면부호 25, 26)와 경화성수지(27)를 경화시켜 하이브리드 바(17)의 구조물을 형성한다.

한편, 제 1 수지와 제 2 수지는 하이브리드 바의 제품 특성에 따라 같은 종류의 수지를 사용할 수도 있고, 다른 종류의 수지를 사용할 수 있으며, 또한, 제 1, 제 2 수지 중에 어느 한 수지만을 사용하는 경우도 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 바는 코어섬유의 둘레에 직물로 엮인 피복섬유가 형성되어 휨에 대한 코어섬유의 갈라짐을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 하이브리드 바의 둘레에는 돌출부가 형성되어 콘크리트 구조물의 내부에 위치하면서 콘크리트와의 밀착성을 향상시킨다.

또한, 하이브리드 바로 구성된 하이브리드 바를 이용한 구조물을 콘크리트 구조물의 보강부재로 사용하였을 때에 하이브리드 바의 특성인 고강도, 고탄성, 내화학성, 내구성 등의 장점에 따라, 콘크리트 구조물은 내진동, 경량화 구조물의 강도 저하방지에 탁월한 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 하이브리드 바와 그 제조방법 및 하이브리드 바를 이용한 구조물에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 여러 종류의 섬유를 혼성 적층하여 각각의 섬유의 특징을 살린 하이브리드 바를 이용한 구조물에 있어서,

   1단의 하이브리드 바는 일면에 평행하게 배치되고, 2단의 하이브리드 바는 상기 1단의 하이브리드 바의 상면에 교차되도록 평행하게 배치되며, 3단의 하이브리드 바는 상기 2단의 하이브리드 바의 상면에 상기 1단의 하이브리드 바와 동일하게 배치되는 형태로 소정의 두께까지 적재되고,

   상기 1단과 2단 및 3단의 하이브리드 바가 접하는 부위에는 짧은 길이의 섬유가 부가적으로 수용된 접착수지가 도포되어 경화되면서 구조물이 형성되며,

   상기 하이브리드 바는 중심부에 위치하는 다수 가닥의 코어섬유와, 다수의 섬유가닥이 엮어져 상기 코어섬유의 둘레를 감싸는 다수 가닥의 피복섬유 및, 상기 코어섬유와 상기 피복섬유에 함침되어 경화되는 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 바를 이용한 구조물.
9. 삭제
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 피복섬유의 둘레를 따라 다수개의 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 바를 이용한 구조물.