KR100647008B1 - 하이브리드 직물 및 그를 적용하여 내화염특성이 강화된복합재료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 많은 산업분야에 적용되고 있는 복합재료의 내화염성능, 단열성능 및 기밀성능을 강화시키기 위한 하이브리드 직물 및 그를 적용하여 내화염성능, 단열성능 및 기밀성능을 강화시킨 복합재료에 관한 것으로, 본 발명에 따른 하이브리드 직물은 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 재질로 된 박판의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 보강섬유를 부착한 것을 특징으로 한다.
하이브리드 직물, 내화염성, 철도차량, 수송기계, 샌드위치 패널

Description

하이브리드 직물 및 그를 적용하여 내화염특성이 강화된 복합재료{Hybrid cloth and composite materials applied the same}
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 직물의 단면도.
도 2a, 2b는 본 발명에 따른 하이브리드 직물의 제조공정을 보여주는 개략도.
도 3은 본 발명에 따라 하이브리드 직물을 철도차량용 차체에 적용한 예를 보여주는 개략도.
도 4는 본 발명에 따라 하이브리드 직물을 샌드위치 패널에 적용한 예를 보여주는 단면도.
도 5는 본 발명에 따라 하이브리드 직물을 섬유강화 고분자복합재료에 적용한 예를 보여주는 단면도.
도 6은 본 발명에 따라 하이브리드 직물을 다층으로 샌드위치 패널에 적용한 예를 보여주는 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
12 : 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 박판
16 : 강화섬유
20 : 샌드위치 패널
30 : 라미네이트 판재
40 : 섬유강화 고분자복합재료
본 발명은 많은 산업분야에 적용되고 있는 복합재료의 내화염성능, 단열성능 및 기밀성능을 강화시키기 위한 하이브리드 직물 및 그를 적용하여 내화염성능, 단열성능 및 기밀성능을 강화시킨 복합재료에 관한 것이다.
복합재료(Composite materials)란 두 가지 이상의 재료가 조합되어 물리적·화학적으로 서로 다른 상(phase)을 형성하면서 보다 유효한 기능을 발현하는 재료를 말한다.
근대적 의미의 복합재료는 1940년대 초에 사용되기 시작한 유리섬유강화플라스틱이 그 효시이다. 강화플라스틱의 개념은 1960년대 이후 유리섬유보다 특성이 우수한 탄소섬유의 출현과 이것이 플라스틱뿐만 아니라 금속이나 세라믹으로 확대 발전되면서 복합재료라는 보다 포괄적인 용어를 탄생시켰다.
복합재료는 강화재의 구조에 따라 섬유강화복합재료(fibrous composite), 입자강화복합재료(particulate composite)로 구분되고 강화하는 재료(matrix:기지재료)에 따라 고분자복합재료(polymer matrix composite), 금속복합재료(metal matrix composite), 세라믹복합재료(ceramic matrix composite)로 나누어진다.
이 중에서 섬유강화의 개념과 고분자기지재료를 조합한 섬유강화 고분자복합 재료(fiber reinforced plastics:FRP)가 현대 복합재료의 중추적인 역할을 하고 있다.
따라서 복합재료라 하면 일반적으로 섬유강화 고분자복합재료를 지칭하는 용어로 사용되나 본 명세서에서 복합재료란 용어는 두 가지 이상의 재료가 조합되어 물리적·화학적으로 서로 다른 상(phase)을 형성하면서 보다 유효한 기능을 발현하는 재료로서, 섬유강화 고분자복합재료 뿐만 아니라 두 가지 이상의 재료가 층상으로 적층된 라미네이트 판재 및 심재의 양쪽 면에 표면재를 부착한 샌드위치 패널을 포함하는 의미로 사용한다.
섬유강화 고분자복합재료의 제조에 이용되는 기지재료로는 에폭시수지, 폴리에스테르수지, 페놀수지 등 여러 종류의 수지재료가 사용될 수 있다. 이 중 에폭시수지나 폴리에스테르수지는 불이 잘 붙고 잘 전파되는 등 화염성능이 취약해서 화염특성을 향상시키기 위한 방안으로 화염을 억제하는 첨가제를 배합하여 사용하기는 하나 작업성이 좋지 않고 환경친화적이지 못하며 화재 발생시 첨가제로 인하여 유독성 물질이 생성되는 등의 단점이 있다. 페놀수지는 우수한 화염특성을 가지나 기계적 강도가 다소 떨어지는 문제점이 있다.
또한 섬유강화 고분자복합재료를 층상으로 적층한 라미네이트 판재나 표면재로 섬유강화 고분자복합재료를 사용하는 샌드위치 패널의 경우도 사용되는 기지재료에 따라 상기한 바와 같이 내화염특성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 간단히 적층 공정의 추가로 산업분야에 적용되고 있는 복합재료, 특히 주요 하중을 담당하는 일차구조물, 예컨데 철도차량이나 버스와 같은 수송기계의 차체에 적용할 수 있는 강도를 가지면서 동시에 화염에 강한 특성을 가지고 기밀특성이 우수하며 단열효과와 수분에 대한 저항성도 우수한 하이브리드 직물과 그를 이용한 복합재료를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 재질로 된 박판의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 보강섬유를 부착한 것을 특징으로 하는 하이브리드 직물을 개시한다.
또한 본 발명에서는 라미네이트 또는 샌드위치 단면구조를 갖는 복합재료의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 재질로 된 박판의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 보강섬유를 부착한 하이브리드 직물을 적어도 한층 이상으로 부착한 것을 특징으로 하는 복합재료를 개시한다.
또한 본 발명에서는 일방향으로 배열된 또는 직조된 보강섬유에 메트릭스 수지를 함침시켜 경화시킨 섬유강화플라스틱의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 재질로 된 박판의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 보강섬유를 부착한 하이브리드 직물을 적어도 한층 이상으로 부착한 것을 특징으로 하는 복합재료를 개시한다.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 직물의 단면도이고, 도 2a, 2b는 본 발명에 따른 하이브리드 직물의 제조공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 일차구조물에 적용할 수 있는 강도를 가지면서 동시에 화염에 강한 특성을 가지고 기밀특성이 우수하며 단열효과와 수분에 대한 저항성도 우수한 복합재료를 얻기 위해, 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 재질로 된 박판(12)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 강화섬유(16)를 부착한 하이브리드 직물을 개시한다.
이때, 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 재질로 된 박판(10)은 두께 20~200㎛ 정도의 것이 바람직하며, 강화섬유(16)는 직조된 탄소섬유, 유리섬유 또는 아라미드섬유를 사용한다.
내화염특성은 발화에 걸리는 시간 또는 필요한 열량, 화염 전파 속도, 발생되는 연기의 농도 및 유독성 물질의 생성 유무 등을 종합적으로 평가하여 결정되는데, 본 발명에 따른 하이브리드 직물은 우수한 내화염특성을 가지면서도 복잡하거나 어려운 공정 없이 제작될 수 있으며, 복합재료로의 적용성도 뛰어나다.
즉, 섬유강화 고분자복합재료의 경우 강화섬유에 기지재료가 함침되는 형태이므로 기지재료가 화염에 직접 노출됨으로써 화염에 약한 기지재료가 쉽게 타버리는 문제가 있으나, 본 발명에 따른 하이브리드 직물은 강화섬유(16)가 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 재질로 된 박판(10)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 접착된 형태이므로 화재가 발생할 경우 일차적으로 열에 강한 강화섬유가 화염에 접촉하게 되므로 열에 약한 접착제를 보호하게 되며 여분의 화염은 박판으로 차단하게 되므로 결과적으로 하이브리드 직물이 접착된 복합재료를 화염으로부터 완벽하게 보호하게 된다.
또한 두께 20~200㎛ 정도의 박판을 사용함으로써 본 발명에 따른 하이브리드 직물을 복합재료의 라운드진 부분이나 모서리 부분 등에도 용이하게 적용할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 하이브리드 직물의 제조공정을 도 2a, 2b를 참조하여 설명한다.
도 2a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 박판의 한쪽 면에 강화섬유가 부착된 하이브리드 직물은, 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 박판이 감겨진 박판권취롤러(120)와 접착필름이 감겨진 접착필름권취롤러(140) 및 강화섬유가 감겨진 강화섬유권취롤러(160)로부터 공급된 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 박판, 접착필름 및 강화섬유가 한 쌍의 압축롤러(170) 사이를 통과함으로써 이들이 서로 압착되고 최종적으로 하이브리드 직물 권취롤러(180)에 감겨지게 된다.
한편, 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 박판의 양쪽 면에 강화섬유가 부착된 하이브리드 직물의 경우, 도 2b에 도시된 바와 같이, 박판권취롤러(120)로부터 공급되는 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 박판의 상하에서 접착필름과 강화섬유를 공급하여 한 쌍의 압축롤러(170) 사이를 통과시켜 압착시키면 된다
이상과 같이 구성되고 제조되는 본 발명에 따른 하이브리드 직물은 복합재료, 특히 주요 하중을 담당하는 일차구조물 중 예컨데 철도차량이나 버스와 같은 수송기계의 차체에 적용되어 수송기계의 차체에 화염 특성과 기밀특성 및 단열효과와 수분에 대한 저항성을 부여하게 되며, 또한 하이브리드 직물의 취급은 보통의 강화섬유 직물의 취급과 동일하므로 작업성에도 큰 영향을 미치지 않는다.
도 3은 본 발명에 따라 하이브리드 직물이 철도차량의 차체에 적용된 예를 보인 것이다.
철도차량에서 하중을 담당하거나 형상을 유지하는 각 구조부분은 요구되는 기계적 성질에 따라 여러 가지 재질과 단면형상을 갖게 되는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 일반적으로 철도차량의 차체(A부분)로는 경량이면서 우수한 하중지지특성을 갖는 샌드위치 패널(20)이 사용되며, 창틀 골재(B부분)로는 재료를 층상으로 적층한 라미네이트 판재(30)가 사용되고, 하이브리드 직물은 보통의 강화섬유 직물의 취급과 동일하므로 작업성에도 큰 영향을 미치지 않으면서 몰드준비, 적층, 성형 및 탈형의 공정으로 제작되는 일반적인 라미네이트 판재 및 샌드위치 패널의 제조공정 중 적층공정 시 추가 적층하는 것으로 간단히 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따라 하이브리드 직물이 다양한 구조재에 적용된 예를 보인 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 하이브리드 직물은 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 재질로 된 박판(12)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 강화섬유(16)를 부착한 구성으로, 구조용 및 비구조용 샌드위치 패널(20)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 부착되어, 샌드위치 패널(20)에 내화염특성과 기밀특성 및 단열효과와 수분에 대한 저항성을 부여하게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 하이브리드 직물은 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 재질로 된 박판(12)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 강화섬유(16)를 부착한 구성으로, 섬유강화 고분자복합재료(40)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 부착되어, 섬유강화 고분자복합재료(40)에 내화염특성과 기밀특성 및 단열효과와 수분에 대한 저항성을 부여하게 된다.
도 6에 도시된 바와 같이 하이브리드 직물은 필요에 따라 구조용 또는 비구조용 샌드위치 패널(20)의 한쪽 면에 복층으로 부착될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 직물은 피착구조물에 내화염특성과 기밀특성 및 단열효과와 수분에 대한 저항성을 부여할 수 있는 효과가 있다.
또한 종래 강도/강성 특성과 화염 특성 중 어느 한가지만을 특징적으로 하는 복합소재 성형물을 간단한 하이브리드 직물의 적층 작업만으로 여러 가지 특성을 동시에 만족시키도록 하는 효과가 있다.
이로써 내화염특성(연소성, 화염전파, 독성가스밀도, 연기밀도 등)과 기밀성능이 요구되면서 동시에 주요하중을 부담해야 하는 일차구조물에 복합재료를 적용할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 재질로 된 박판의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 보강섬유를 부착한 것을 특징으로 하는 하이브리드 직물.
  2. 라미네이트 또는 샌드위치 단면구조를 갖는 복합재료의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 재질로 된 박판의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 보강섬유를 부착한 하이브리드 직물을 적어도 한층 이상으로 부착한 것을 특징으로 하는 복합재료.
  3. 일방향으로 배열된 또는 직조된 보강섬유에 메트릭스 수지를 함침시켜 경화시킨 섬유강화플라스틱의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 재질로 된 박판의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 보강섬유를 부착한 하이브리드 직물을 적어도 한층 이상으로 부착한 것을 특징으로 하는 복합재료.
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