KR100542634B1

KR100542634B1 - 복합섬유강화플라스틱 수지로 피복된 강관

Info

Publication number: KR100542634B1
Application number: KR1020020062684A
Authority: KR
Inventors: 은 석 이
Original assignee: 은 석 이
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2006-01-16
Also published as: KR20040033549A

Abstract

본 발명은 복합섬유강화플라스틱 수지로 피복된 강관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강관의 외면에 부착된 이물질을 제거하고, 접착력을 강화시키도록 상기 강관을 샌드 블레스팅(sand blasting)으로 전처리 한 후, FRP(복합섬유강화플라스틱) 수지와의 접착력 강화를 위해서 상기 전처리된 강관의 표면에 비닐 에스테르 수지를 코팅하고, 그 외면에 해상 오염 방지 및 내부식성을 강화시키도록 FRP(복합섬유강화플라스틱) 수지를 피복시킨 강관에 관한 것이다.

본 발명의 복합섬유강화플라스틱 수지로 피복시킨 강관은 FRP수지를 외면에 접착시킴으로써, 강도가 우수하며, 외부의 충격에도 쉽게 크랙이 발생되지 않는 장점이 있다. 또한 강관의 부식을 막을 수 있어 사용수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다. 그리고, 세라믹에 비하여 상대적으로 값싼 FRP 수지를 사용함으로써 종래의 세라믹 코팅을 사용하는 방법보다도 시공비를 50%이상 절감시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 복합섬유강화플라스틱 수지로 피복시킨 강관은 내식성이 우수하므로, 종래의 강관이 해상 구조물 또는 해저 구조물에 사용될 때 발생되는 해상 오염 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.

한편, 강관의 외면에 샌드 블래스팅 처리하고, 샌드 블래스팅 처리된 강관의 외면에 비닐에스테르 수지를 코팅시킴으로써, 강관에 FRP 수지를 더욱 용이하게 접착시킬 수 있는 장점이 있다.

강관, 파이프, 파일, 복합섬유강화플라스틱(FRP)

Description

복합섬유강화플라스틱 수지로 피복된 강관{A STEEL PIPE COATED WITH FRP RESIN}

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 외면에 FRP 수지를 피복시킨 강관의 사시도.

도 2는 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른, 외면에 FRP 수지를 피복시킨, 프랜지가 형성된 강관의 사시도.

도 3는 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 강관의 외면에 기다란 홈이 형성된 강관의 사시도.

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 강관의 외면에 원통형의 홈이 형성된 강관의 사시도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10: 강관 12: 비닐에스테르 수지

14: FRP(섬유강화플라스틱 수지) 16: 프랜지

30, 40: 강관 32, 42: 홈

종래에 해저 구조물, 유체 이송용 파이프, 교량용 파일, 가스 이송관, 해저 케이블용 파이프 등에 강관(steel pipe)이 널리 사용되고 있다. 그러나, 강관은 수분, 해수 등에 의해서 쉽게 부식되기 때문에, 강관이 해저 구조물의 파일이나 파이프로 사용될 경우에 심각한 해상 오염을 발생시키는 문제점이 있었다.

이러한, 문제점을 해결하기 위해서 현재 일반적으로 강관의 외면에 에폭시 수지(epoxy resin)를 코팅하거나, 세라믹을 부분적으로 코팅시키는 방법이 사용되고 있다.

그러나, 강관(steel pipe)의 외면에 에폭시 수지를 코팅시키는 방법은 페인트나 에나멜과 같이 고체 물질의 표면에 칠함으로서 고체막을 만들어 물체의 표면을 보호하도록 도료로서 에폭시 수지를 사용하는 데, 이 방법 따르면 에폭시 수지와 강관과의 접착력이 약하기 때문에 일정 시간이 경과하면 강관의 외면으로부터 에폭시 수지가 탈리·분리되는 단점과 쉽게 달아 없어지는 문제가 있었다. 특히, 해저 구조물에 사용될 경우에는 이러한 현상이 더욱 심각하였다.

한편, 강관의 외면에 세라믹 코팅을 하는 방법은 세라믹에 철분가루를 폴리머로 합성한 세락믹 합성물질을 사용하는 방법이다. 이 방법은 강관 외면에 세라믹 코팅을 함으로써 과다한 비용이 요구될 뿐만 아니라, 외부 자연 환경의 변화에 따른 반복적인 굽힘, 인장, 하중, 스트레스 등의 마찰충격이나 기타 다른 물체와의 접촉 충격에 의하여 탄성력이 없는 세라믹 코팅에 크랙(crack) 등의 손상이 쉽게 발생하였으며, 이에 따라 세라믹 코팅이 강관으로부터 탈리·분리되는 문제점이 있었다. 특히, 해상구조물 및 해상용 파일(PILE)등에 사용될 경우에는 이러한 현상이 더욱 심각하였다. 따라서, 세라믹 코팅은 파이프의 부식을 방식하고자 하는 목적을 달성할 수 없었으며, 계속적인 유지보수로 인하여 많은 시간과 비용이 소모되는 단점이 있었다.

또한, 세라믹 코팅 방법은 세라믹에 철분가루를 폴리머로 합성하였기 때문에 세라믹 내에 다량의 철분 성분을 함유하고 있어 그 자체가 오염 물질이 될 수 있으므로 해상 오염을 해결할 수 없는 문제가 있었다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 해상 오염을 방지할 수 있는 강관을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 강도를 강화시키고, 크랙(crack)의 발생을 막고, 부식을 방지함으로써 사용수명을 연장시킬 수 있는 강관을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 복합섬유강화플라스틱 수지로 피복시킨 강관은 상기 강관의 외면에 부착된 이물질을 제거하고, 접착력을 강화시키도록 상기 강관을 샌드 블레스팅으로 전처리 한 후, FRP(복합섬유강화플라스틱) 수지와의 접착력 강화를 위해서 상기 전처리된 강관의 표면에 비닐 에스테르 수지를 코팅하고, 그 외면에 해상 오염 방지 및 내부식성을 강화시키도록 FRP(복합섬유강화플라스틱) 수지를 피복시키는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 강관은 유체이송용 파이프, 건축용 파이프, 해상구조물, 해상 토목 공사용 파이프, 해저 유체이송용 파이프, 해저 케이블용 파이프, 가스이송용 파이프, 등대, 해상용 부이(BUOY) 등에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 파일(pile)로서도 널리 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 먼저 강관의 외면에 부착된 이물질을 제거하고, 플라스틱의 접착력을 강화시키기 위해서 강관의 외면에 샌드 블레스팅(sand blasting) 처리한다.

다음으로, FRP(복합섬유강화플라스틱) 수지와의 접착력 강화를 위해서 상기 전처리된 표면에 비닐에스테르 수지를 코팅한다. 비닐에스테르(vinyl ester) 수지는 주로 카르복시산에스테르(일반식 RCOOCH=CH₂)를 말하는데, 넓은 뜻에서는 무기산에스테르도 포함한다. 이들 중 아세트산비닐은 비닐수지의 합성원료가 되는 단위체로서 공업상 중요하다. 라디칼중합을 일으켜 고분자물질이 생기므로 폴리비닐에스테르 ·비닐혼성중합체 ·폴리비닐알코올의 원료가 된다. 이러한, 비닐 에스테르 수지는 강관과 FRP 수지와의 접착을 좋게 하는 매개체로서 사용된다.

그런 다음, 본 발명에 따르면, 비닐 에스테르 수지로 코팅시킨 강관의 외면에 해상 오염 방지 및 내부식성을 강화시키도록 FRP(복합섬유강화플라스틱) 수지를 피복시킨다.

FRP(Fiber Reinforced Plastics, 복합섬유강화플라스틱) 수지는 플라스틱이 지닌 성형성·내식성·저렴한 원가 등의 이점에 섬유를 가해 내구성을 가지게 한 복합재이다. 이는 기계적 강도 및 내열성 또한 우수한 특징을 가진다.보강재로는 유리섬유,탄소섬유 및 '케블라'라는 방향족 나일론섬유가 사용되고, 플라스틱(이것을 매트릭스라고 부른다)으로는 불포화 폴리에스테르, 에폭시수지 등의 열경화성 수지가 많이 쓰인다. 즉, FRP 수지의 특징은 상온·상압에서도 형성이 가능하여 성형성이 뛰어나고, 별도의 금형을 필요로 하지 않으며, 난연성 재료이며, 내식성이 뛰어나고, 큰 장력강도와 내충격성을 가진다는 장점이 있다.

이러한 특징의 FRP 수지를 비닐 에스테르 수지로 코팅시킨 강관의 외면에 피복시킨다. 상기 FRP의 피복은 강관의 수직강도 강화를 위해서는 인발성형으로, 외부충격 및 수평강도를 보강할 용도로는 필라민터 와인딩 방법으로 코팅시킨다.

필라민트 와인딩(FW, filament-winding) 방식에 의해서 제조된 FRP 수지는 그 인장강도가 1cm²당 9,000kg이나 되고, 보통 강(鋼)의 9,500kg에까지 이르며, 그 비중은 강의 7.8에 대하여 불과 2에 지나지 않게 된다. 이에 따라, 지름 2m가 넘는 이음매 없는 송유관도 제조할 수 있게 되었다. 이 필라민트 와인딩 방식으로 FRP 수지를 피복시킨 강관은 강관의 외부충격 및 수평강도를 보강할 용도로 사용될 수 있다. 이 필라민트 와인딩 방식이 가장 널리 이용될 수 있다.

한편, 인발성형(드로잉, drawing) 방식은 정해진 굵기의 소선재(素線材)를 다이(die)라는 틀을 통해서 다른 쪽으로 끌어내어 다이에 뚫려 있는 구멍의 모양에 따른 단면형상의 선재로 뽑는 작업 방식으로서, 특히 강관의 수직 강도를 강화시킬 목적으로 FRP 수지를 피복시킬 수 있다.

이러한 방식들로 제조된, 서로 다른 두 개의 강관을 결합시키고자 할 때, 한 강관의 프랜지 부분과 다른 강관의 프랜지 부분을 볼트와 너트 등의 방식으로 연결함으로써 수십 수백미터의 파이프를 연결할 수 있으며, 프랜지가 필요없이 강관과 강관의 연결이 요구될 때는 간단히 용접으로 접합하면 된다. 강관과 강관을 접합함으로써 발생되는 틈은 수작업으로 FRP 수지를 피복시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 도면을 참조로 하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 외면에 FRP 수지를 피복시킨 강관의 사시도이다.

먼저, 도시되지는 않았으나, 강관(10)의 외면에 샌드 블래스팅으로 전처리한 후, 그 표면에 비닐에스테르 수지(12)를 코팅시킨다. 비닐에스테르 수지(12)는 접착력 강화를 위해서 코팅된다. 그런 후, 비닐에스테르 수지의 외면에 복합섬유강화플라스틱(FRP, 14) 수지를 피복시킨다.

도 2은 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 외면에 FRP 수지를 피복시킨, 프랜지가 형성된 강관의 사시도이다. 프랜지(16)는 서로 다른 두 개의 강관을 서로 결합시키기 위해서 사용된다. 한 강관의 프랜지 부분과 다른 강관의 프랜지 부분을 볼트와 너트 등의 방식으로 결합시킨다. 도시되지는 않았으나 경우에 따라서는 프랜지 없이 강관과 강관을 직접 용접을 연결시킬 수도 있다.

한편, 강관과 강관사이의 틈이 발생하게 되면 그 틈 부분을 수작업으로 FRP 수지를 피복시킬 수 있어 완전히 파이프를 서로 연결할 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 강관과 FRP 수지와의 수직 또는 수평으로의 접착력을 보강하기 위해서 강관 외부의 접착면을 더욱 확대시킬 수 있다. 도 3는 강관(30)의 외면에 기다란 홈(32)이 형성된 강관의 사시도를 나타내며, 도 4는 강관(40)의 외면에 원통형의 홈(42)이 형성된 강관의 사시도를 나타낸다. 또한, 강관의 외면에 선형이나 그물형의 홈 형성도 가능하다. 이러한 방식으로 강관의 외부 표면적을 확대시킴으로써 강관과 FRP 수지와의 접착력을 보다 향상시킬 수 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발 명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명의 복합섬유강화플라스틱 수지로 피복시킨 강관은 FRP수지를 외면에 접착시킴으로써, 강도가 우수하며, 외부의 충격에도 쉽게 크랙이 발생되지 않는 장점이 있다. 또한 강관의 부식을 막을 수 있어 사용수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다. 그리고, 세라믹에 비하여 상대적으로 값싼 FRP 수지를 사용함으로써 종래의 세라믹 코팅을 사용하는 방법보다도 시공비를 50%이상 절감시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims

강관에 있어서,

상기 강관의 외면에 부착된 이물질을 제거하고, 접착력을 강화시키도록 상기 강관을 샌드 블레스팅(sand blasting)으로 전처리 한 후, FRP(복합섬유강화플라스틱)와의 접착력 강화을 위해서 상기 전처리된 표면에 비닐 에스테르 수지를 코팅하고, 그 외면에 해상 오염 방지 및 내부식성을 강화시키도록 FRP(복합섬유강화플라스틱)을 피복시킨 것을 특징으로 하는 강관.