KR100422012B1 - 방수형 봉함재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속전철 및 철도구조물 조인트나 교량 조인트 등 탄성 및 무수축 콘크리트를 신축하는데 설치되는 신축이음장치에 사용되는 방수형 봉함재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 방수형 봉함재는 에틸렌 비닐아세테이트, 열경화성 고무, 발포제, 카본블랙, 소디움 실리카 알루미네이트, 요소, 스테아린산, 산화아연, 디쿠밀 퍼옥사이드, 스테아린산/바륨, 1.1-비스(t-부틸퍼옥시)-3,3,6-트리메틸 사이클로헥산, 70% 트리메틸올 프로판 트리메타크릴레이트/30% 실리카, 및 2-하이드록시-4-n-옥톡시 벤조페논으로 구성되며, 그 제조방법은 상기 조성성분을 칭량하는 칭량 공정, 혼련 공정, 롤러 공정, 1차 프레스 공정, 2차 프레스 공정, 표피가공 공정, 접착 공정, 사이징 공정, 및 홈파기 공정으로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방수형 봉함재는 인장강도가 11.2kgf/㎠, 신장률이 260%, 인열 강도가 4.3kgf/㎠, 압축강도가 1.12kgf/㎠, 흡수율이 0.04%, 회복률이 99%, 밀도가 69kgf/㎥이며, 내화학성, 내오존성 및 자외선 저항력이 탁월하다.

Description

방수형 봉함재 및 그 제조방법{Water-proof type sealant and method for manufacturing same}

본 발명은 철도, 일반구조물 또는 교량구조물 등의 신축이음장치에 사용되는 방수형 봉함재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 완벽한 방수성과 높은 내구성은 물론 자외선으로부터의 안정성, 지진, 비틀림, 진동 등으로부터 신축적인 복원력을 보유하며, 내화학성 및 내오존성이 우수한 철도, 일반구조물 또는 교량구조물 등의 신축이음장치에 사용되는 방수형 봉함재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 교량의 상부구조 및 일반구조물에는 온도변화, 건조수축, 크리프 등 구조물의 변형을 흡수하기 위하여 신축이음장치가 설치되며, 이 신축이음장치의 구성부품으로 방수형 봉함재가 사용되고 있다.

이와 같은 방수형 봉함재 및 그 사용상태가 한국특허공개 제99-14499호의 공보에 기재되어 있으며, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 신축이음장치(100)는 봉함재(1)가 장착되는 구조체의 개방부(3)에서 구조체 두부를 보호하기 위하여 구조체(10)의 양측에 각각 강재앵글(4)이 설치되어 있으며, 강재앵글(4)과 포장체(11) 사이에는 탄성콘크리트(5)가 설치되어 있다. 그리고 상기 강재앵글(4)과 맞닿게 되는 봉함재(1)의 양측에는 봉함재(1)의 측면에 접착제를 도포 할 때 접착성능을 향상시키기 위한 다수의 홈(2)이 평행하게 형성되어 있어, 상기 봉함재(1)는 에폭시 등과 같은 접착제를 봉함재(1) 측면에 도포하여 상기 강재앵글(4) 사이에 삽입함으로서 완전하게 부착된다. 또한 강재앵글(4)에는 스터드(6)가 구비되어 있어, 후부에 타설되는 탄성콘크리트(5)에 스터드(6)가 매립되어 일체를 이루고 있다.

그러나 도 1에 도시한 바와 같은 종래의 방수형 봉함재(1)는 상기 한국특허공개공보에 기재되어 있는 하기 표 1에서 보는 바와 같은 물성을 갖고 있어 구조물에 작용하는 하중에 의하여 손상되기 쉽고, 방수성도 완전하지 않아 물, 오수나 모래, 오염물질 등이 신축이음장치(100)로 유입되어 구조물 자체를 부식시키게 되고, 장기간 외부노출 시 자외선이나 화학물질에 대한 안정성이 적어 그 성능이 저하되며, 내구성에 한계가 있어 진동이나 외부충격에 복원이 떨어지는 현상이 일어나고 있음은 물론, 봉함재(1)에는 홈(2)이 횡방향으로만 나란히 형성되어 있어 강재앵글 (4)과의 접착이 견고하지 못하고 일탈되기 쉽다는 문제점이 있다.

표 1

본 발명은 상술한 종래기술이 갖고 있는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 방수성과 내구성이 탁월함은 물론 내화학성과 내오존성, 특히 자외선 노출에 대한 저항성이 높은 방수형 봉함재 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 강재앵글과의 접착이 견고하게 이루어져 어떠한 외부환경이 작용하더라도 전혀 일탈되지 않도록 강재앵글과 접착되는 봉합재의 양측에 서로 교차되게 격자형으로 홈을 형성시킨 방수형 봉함재를 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 60kg(비닐아세테이트함유량 : 22wt%) 및 10kg(비닐아세테이트함유량 : 18wt%), 열가소성 고무(KTR) 3kg, 발포제(아조디카본아미드) 6.5kg, 카본블랙(HAF) 200g(제철화학(주) 제품이며 상품명 : N-330), 소디움 실리카 알루미네이트(화이트카본) 600g, 요소 320g, 스테아린산 400g, 산화아연(ZnO) 500g(ZnO함량이 99wt% 이상이며, 한일화학공업(주) 제품의 상품명 : 산화아연특호), 순도 99%의 디쿠밀퍼옥사이드(DCP), 스테아린산/바륨(BA/ST) 300g, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-3,3,6-트리메틸 사이클로헥산(유기과산화물로서 유기과산화물(Organic peroxides)함유량이 40wt%이며, 화학명 : 1.1-Bis(t-buthylperoxy)-3.3.5-trimethylcyclohexane, 일본국 닙폰오일(Nippon Oil)사 제품으로 상품명은 퍼헥사(Perhexa) 3M-40) 2.1kg, 70% 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트/30% 실리카 (Trim/S) 250g, 및 벤조트리아졸계 유브이(UV)안정제(2-하이드록시-4-n-옥톡시 벤조페논) 90g(Benzotriazole계 UV안정제이며, 화학명 : 2-Hydroxy-4-n-octoxy-benzopheone, 미국사이텍(CYTEC)사 제품으로 상품명은 사이아소브 유브이(CYASORB UV)-531) 및 홀스(HOIS)계 유브이(UV)안정제 210g (Hols계 UV안정제이며, 화학명 : Poly-[6-[(1.1.3.3-tetramethylbuthyl)-imino]-1.3.5-triazine-2.4-diyl][(2-(2.2.6.6-tetramethylpiperidyl)-amino]-hexamethylene-[4-(2.2.6.6-tetramethylpiperidyl)-imion],미국사이텍(CYTEC)사 제품으로 상품명은 사이아소브 유브이(CYASORB UV)-3346)으로 구성되는 조성성분을 칭량하는 칭량 공정과, 이를 혼련 설비에 투입하는 혼련 공정과, 롤러에서 내림작업을 실시하는 롤러 공정과, 1차 프레스 공정 및 2차 프레스 공정과, 표피가공 공정과, 표피 가공한 제품을 접착하는 접착 공정과, 원하는 사이즈로 가공하는 사이징 공정과, 정해진 규격에 맞게 홈파기 가공을 실시하는 홈파기 공정과, 완성된 제품을 최종 검사하여 합격된 제품을 포장하는 검사 및 포장 공정으로 구성되는 본 발명의 방수형 봉함재의 제조방법 및 이 방법에 의하여 제조되는 방수형 봉함재에 의하여 달성되는바, 이하 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

도 1은 종래기술의 신축이음장치에 사용되는 방수형 봉함재의 개략도

도 2는 도 1의 방수형 봉함재의 사용 상태도

도 3은 본 발명에 따른 신축이음장치에 사용되는 방수형 봉함재의 개략도

도 4는 도 3의 방수형 봉함재의 사용 상태도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 1′: 방수형 봉함재 4 : 강재앵글

2, 2′: 홈 10 : 구조체

3 : 개방부 100 : 신축이음장치

본 발명에 따른 방수형 봉함재의 제조방법은, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA(비닐아세테이트 함유량 : 22wt%)) 59∼61kg 및 EVA(비닐아세테이트 함유량 18wt%) 9∼11kg, 열가소성 고무(KTR) 2.5∼3.5kg, 발포제(아조디카본 아미드) 6∼7kg, 카본블랙(HAF) 195∼205g(N-330), 소디움 실리카 알루미네이트(화이트 카본) 590∼610g, 요소 315∼325g, 스테아린산 395∼405g, 산화아연 (ZnO) 495∼505g(한일화학공업(주) 제품, 상품명 : 산화아연특호), 디쿠밀 퍼옥사이드(DCP) 95∼105g(순도 99%), 스테아린산/ 바륨(BA/ST) 295∼305g, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-3,3,6-트리메틸 사이클로헥산 2.0∼2.2㎏, 70% 트리메틸올 프로판 트리메타 크릴레이트/30% 실리카 (Trim/S) 245∼255g, 및 벤조트리아졸계 UV안정제(2-하이드록시-4-n-옥톡시 벤조페논) 88∼92g (미국사이텍사제품, 상품명 : 시아소브 UV-531) 및 홀스계 UV안정제 205∼215g(미국사이텍사제품, 상품명 : 시아소브 UV-3346)으로 구성되는 조성성분을 0점 조정된 저울에서 정확히 칭량하는 칭량공정을 행한 다음, 상기 조성성분 중 1.1-비스(t-부틸퍼옥시)-3.3.6-트리메틸사이클로헥산), 산화아연(ZnO), 발포제 및 DCP를 제외한 나머지 조성성분을 혼련 설비에 투입하여 8분간 혼합하고 가압봉을 초기 청소한 후 ZnO를 투입하여 80∼85℃에서 15분간 혼합한 후, 발포제와 DCP를 투입하여 3분간 분산시킨 다음 온도를 85℃ 이하로 조정한 다음, 가교제인 1.1-비스(t-부틸퍼옥시)-3.3.6-트리메틸사이클로헥산(상품명 : 퍼헥사 3M-40)을 투입하여 80℃에서 4분간 혼합하는 혼련 공정을 행한다. 그 다음 롤러온도를 80℃로 설정하여 내림작업을 2회 실시하고, 밀 브랜더(Mill Brander) 내림작업을 5분간 실시한 다음 14″롤러로 이동시켜 시이트(Sheet)를 재단(재단 사이즈 380m/m×870m/m×1T)하는 롤러 공정을 행한다. 그 다음 시이트를 4.3kg으로 칭량하고 금형 사이즈(400m/m×900m/m×15T)를 설정하여 스팀압력 3.4㎏/㎠ 및 유압 140㎏/㎠에서 20분간 가교시키는 1차 프레스 공정을 행한 다음 금형을 설정하고 (2030m/m×1030m/m×33T), 작업조건(스팀압력 5.5㎏/㎠, 유압 60㎏/㎠)을 설정하여 작업하고, 25분간 가교 시킨 후 스팀을 차단한 다음, 스팀압력 밸브를 개방하고 냉각수 (냉각수 온도 10∼20℃)를 투입하여 50분 정도 냉각을 실시 후 제품(제품상태:2000m/m×1000m/m×33T)을 꺼내는 2차 프레스 공정을 행하고, 완성된 제품을 표피 상하 1∼2m/m 정도 사이징하는 표피가공 공정을 행한다. 그 다음 상기와 같이 표피가공 한 제품 수개를 열접착에 의하거나 또는 강력접착제에 의하여 접착시키는 접착 공정을 행한 다음 원하는 사이즈, 예컨대 높이 80m/m∼100m/m(3겹 정도 접착기준)이고 폭이 80m/m∼120m/m이며 길이 1m의 사이즈로 가공하는 사이징 공정을 행하고, 홈파기 기계에 의하여 홈의 제원을 설정하여 정해진 규격에 맞게 제품에 홈파기하는 홈파기 공정을 실시한 다음, 완성된 제품을 최종 검사하고 성적서를 발행하여 합격된 제품을 길이에 맞게 포장하는 검사 및 포장 공정으로 구성되어 있다.

상기 공정 중 표피가공한 제품을 서로 접착시키는 접착공정에 있어서 열접착의 경우 히터온도 600∼800℃에서 분당 80∼100cm의 속도로 진행시키면서 열접착을 행하는데, 히터온도를 600∼800℃로 한정한 이유는 표피가공한 제품이 600℃이하에서는 접착 불량이 생기게 되고 800℃ 이상에서는 제품이 타기 때문이다.

본 발명의 방수형 봉함재는 조성성분에 색소를 첨가함으로서 사용 구조물의 특색에 어울리게 제조 가능하다.상기에서 방수형 봉함재에 함유되는 주요혼합물의 물성을 설명하면, EVA는 탄성 및 복원력을 증가시키고, 내약품이 있으며, 특히 비닐아세테이트가 18wt%인 EVA는 제품에 경도를 증가시키는 작용이 더 포함되며, 산화아연은 발포조제의 작용을 함과 동시에 제품을 안정화시킨다.또한, 사이클로헥산(상품명 : 퍼헥사 3M-40)은 포리머(Polymer)들을 가교(Cross Linking)시키는 화학결합 작용을 가지는 것이며, 벤조트리아졸계 및 홀스계 UV안정제는 자외선에 대한 제품의 내성을 가지게 한다.

이와 같이 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 방수형 봉함재는 하기 표2에 나타낸 바와 같은 물성을 갖고 있다.

표 2

(측정치는 한국화학시험연구원 측정치임)

상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 방수형 봉함재는 전반적인 물성이 한국고속철도본부에서 요구하고 있는 요구치 보다 훨신 높음은 물론 상기 표 1에 나타난 종래의 제품보다도 제반물성이 현저하게 높음을 알 수 있으며, 특히 인장강도가 10㎏f/㎠ 이상이고, 신장률이 260%를 나타내고 있어 어떠한 외부변화에도 내구성이 월등함을 알 수 있고, 압축강도 1.12kgf/㎠ 및 인열강도 4.3kgf/㎠로 강도가 높아 쉽게 파손되지 않으며, 흡수율 0.04%로 절대 방수 요건을 갖고 있으며, 회복률 또한 99%로 외부변화에도 원위치 됨을 알 수 있다.

뿐만 아니라 본 발명에 따른 방수형 봉함재는 압축에 대하여는 60%, 신장에 대하여는 30%(극한 신장에 대하여는 250%이상), 50m 정수압에서도 100%의 방수가 가능하며, 대기 노출에 대해서도 내화학성, 내오존성, 자외선차단 및 저항력 등을 갖추고 있어 철도, 일반구조물 또는 교량구조물 등의 신축이음장치에 사용하기에 최적임을 알 수 있다.

이하 본 발명에 따른 방수형 봉함재의 사용예를 설명한다.

도 3은 신축이음장치에 사용되는 본 발명에 따른 방수형 봉함재의 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시한 본 발명에 따른 방수형 봉함재의 일예의 사용 상태도 이다.

도 3에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 방수형 봉함재(1′)는 신축이음장치(100)의 강재앵글(4)에 맞닿게 되는 부위에, 다수의 홈(2′)을 서로 교차되게 격자형으로 형성시키므로서, 방수형 봉함재(1′)의 양 측면에 접착제를 도포할 때 접착제가 홈(2′)속에 충분히 남게되므로, 도 4에 도시한 바와 같이 강재앵글(4)과 부착될 때 종래의 방수형 봉함재(2)보다도 접착성이 높고 강도가 높게 부착된다.

본 발명에 따른 방수형 봉함재는 제반물성이 종래의 봉함재보다 현저하게 높음과 동시에 한국고속철도본부에서 요구하고 있는 요구치 보다도 높기 때문에, 내구성과 방수성이 뛰어나 일반적인 신축이음장치에서 뿐만 아니라 하중이나 충격이 큰 곳, 진동이나 마모, 부동침하, 지진 등과 같은 변형이 심한 곳, 또는 화학물질이나 오존 및 자외선 등 외기에 직접 노출되어 손상이 예상되는 철도, 고속전철 교량, 각종 건축물, 터널, 항만(부두), 댐, 지하철, 수영장, 저수지, 배수로, 물탱크, 폐수처리장, 원자력발전소, 활주로, 주차장 등의 신축이음장치에 봉함재로 사용하기에 적합하며, 극한 온도변화에서도 정상적인 성능을 발휘할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 봉함재는 신축이음장치 양면에 맞닿게되는 부위에 다수의 홈을 서로 교차되게 격자형으로 형성시킴으로서 일자형으로 홈이 형성된 종래의 봉함재 보다 접착제의 양을 많이 보유할 수 있어 설치 시 견고한 접착이 이루어지는 동시에 높은 강도를 유지할 수 있다.

Claims (4)

1. 에틸렌 비닐 아세테이트(비닐아세테이트 함유량 : 22wt%) 59∼61kg 및 (비닐아세테이트 함유량 : 18wt%) 9∼11kg, 열가소성 고무 2.5∼3.5kg, 발포제(아조디카본아미드) 6∼7kg, 카본블랙 195∼205g, 소디움 실리카 알루미네이트 590∼610g, 요소 315∼325g, 스테아린산 395∼405g, 산화아연(ZnO) 495∼505g, 디쿠밀퍼옥사이드(DCP) 95∼105g(순도 : 99%), 스테아린산/바륨 295∼305g, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-3,3,6-트리메틸 사이클로헥산 2.0∼ 2.2kg, 70% 트리메틸올 프로판 트리메타 크릴레이트/30% 실리카 245∼255g, 및 벤조트리아졸계 UV안정제(2-하이드록시-4-n-옥톡시 벤조페논) 88∼92g 및 홀스계 UV안정제 205∼215g으로 구성되며, 인장강도가 11.2kgf/㎠, 신장률이 260%, 인열강도가 4.3㎏f/㎠, 압축강도가 1.12㎏f/㎠, 흡수율이 0.04%, 회복률이 99%, 밀도가 69kgf/㎥인 것을 특징으로 하는 방수형 봉함재.
2. 제 1항에 있어서, 접착제의 양을 많이 보유하여 설치후에 강도를 높일 수 있도록 양면에 홈(2′)이 서로 교차되게 격자형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방수형 봉함재.
3. 에틸렌 비닐 아세테이트(비닐아세테이트 함유량 : 22wt%) 59∼61kg 및 (비닐아세테이트 함유량 : 18wt%) 9∼11kg, 열가소성 고무 2.5∼3.5kg, 발포제(아조디카본아미드) 6∼7kg, 카본블랙 195∼205g, 소디움 실리카 알루미네이트 590∼610g, 요소 315∼325g, 스테아린산 395∼405g, 산화아연 (ZnO) 495∼505g, 디쿠밀퍼옥사이드(DCP) 95∼105g, 스테아린산/바륨 295 ∼305g, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-3,3,6-트리메틸 사이클로헥산 2.0∼2.2kg, 70% 트리메틸올 프로판 트리메타 크릴레이트/30% 실리카 245∼255g, 벤조트리아졸계 UV안정제(2-하이드록시-4-n-옥톡시 벤조페논) 88∼92g 및 홀스계 UV안정제 205∼215g으로 구성되는 조성성분을 칭량하는 칭량 공정과; 상기 조성성분 중 1.1-비스(t-부틸퍼옥시)-3.3.6 트리메틸 사이클로헥산, ZnO, 발포제 및 DCP를 제외한 나머지 조성성분을 혼련 설비에 투입 후 8분간에 혼합하고, ZnO를 투입하여 80∼85℃에서 15분간 혼합한 후, 발포제와 DCP를 투입하여 3분간 분산시킨 다음 온도를 85℃ 이하로 조정한 다음, 가교제인 1.1-비스(t-부틸퍼옥시)-3.3.6 트리메틸사이클로헥산을 투입하여 80℃에서 4분간 혼합하는 혼련 공정과; 롤러온도를 80℃로 설정하여 내림작업을 2회 실시한 후 밀브랜더 내림작업을 5분간 실시한 다음 14″롤러로 이동시켜 380m/m×870m/m×1T 사이즈로 시이트를 재단하는 롤러 공정과; 시이트를 4.3kg으로 칭량하고 금형을 400m/m×900m/m×15T 사이즈로 설정하여 스팀압력 3.4㎏/㎠ 및 유압 140㎏/㎠에서 20분간의 가교작업을 행하는 1차 프레스 공정과; 금형을 2030m/m×1030m/m×33T 사이즈로 설정하여 스팀압력 5.5㎏/㎠ 및 유압 60㎏/㎠의 작업조건 하에서 작업하고 25분간 가교 시킨 후 스팀을 차단한 다음 스팀압력 밸브를 개방하고 10∼20℃의 냉각수를 투입하여 50분간 냉각시켜 2000m/m×1000m/m×33T 사이즈의 제품을 꺼내는 2차 프레스 공정과; 상기 제품을 표피 상하 1∼2m/m정도 사이징하는 표피가공 공정과; 상기 표피가공한 제품을 열접착에 의하거나 또는 접착제에 의하여 접착시키는 접착공정과; 상기 접착된 제품을 원하는 사이즈로 가공하는 사이징 공정과; 홈파기 기계에 의하여 홈의 제원을 설정하여 정해진 규격에 맞게 제품에 홈파기 가공을 행하는 홈파기 공정으로 구성됨을 특징으로 하는 방수형 봉함재의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 접착공정에서 열접착은 히터온도 600∼800℃에서 분당 80∼100cm의 속도로 진행시키면서 접착하는 것을 특징으로 하는 방수형 봉함재의 제조방법.