KR100647471B1 - 복합 스터드의 생산방법 및 상기 방법에 의해 제조된 복합스터드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 난연성 섬유강화 플라스틱의 제조공정중에 포밍된 강판투입공정을 추가하여 이종재질간의 완전한 결합으로 인한 안정적인 거동을 이루도록 하고, 열교현상을 저감시킬 수 있는 복합 스터드를 대량으로 생산할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 1차 및 2차 로빙 크릴을 통해 제1 및 제2 섬유사를 공급하는 제1 단계; 상기 1차 및 2차 로빙 크릴에서 각각 공급된 제1 및 제2 섬유사를 수지 함침조에 투입하는 제2 단계; 강판을 플랜지와 웨브면을 갖는 스터드로 성형하는 제3 단계; 상기 수지가 함침되어 인발되는 제1 섬유사의 폭 양측부에 강판 스터드의 웨브면을 접착시키면서 인발하는 제4 단계; 상기 제1 섬유사 상측에 수지가 함침되어 인발되는 제2 섬유사를 중첩하는 제5 단계; 제1 및 제2 섬유사와 함께 그들에 접합된 강판 스터드웨브면을 프리폼 다이를 통과하여 압착 및 경화시켜 소정형상으로 성형하는 제6 단계; 및 성형된 복합 스터드를 인발하여 소정길이로 절단하고 마무리하는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
복합 스터드, 난연FRP패널, 포밍, 대량 생산, 강판 스터드플랜지, 강판 스터드웨브면
Description
도1은 종래의 스틸 하우스 공법에 의해 시공된 벽체의 일반적인 구조를 도시한 사시도.
도2는 본 발명에 의한 복합 스터드생산방법의 제1 실시예를 구현하기 위한 개략적인 처리흐름도.
도3은 본 발명에 의한 복합 스터드의 생산 공정도.
도4는 도2에서 "A"부 공정과정을 설명하기 위한 사시도.
도5는 본 발명에 의한 복합 스터드생산방법의 제2 실시예를 구현하기 위한 개략적인 처리흐름도.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 스터드의 생산 공정도.
도7은 도5에서 "B"부의 공정과정을 설명하기 위한 사시도.
도8a 내지 도8d는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 의한 방법을 통해 제조된 복합 스터드의 구성도.
도9a 내지 도9c는 일반 강판 스터드와 본 발명에 의해 제조된 복합 스터드의 비교실험을 위한 실험체를 도시한 정면도.
도10a 내지 도10c는 본 발명에 의해 제조된 복합 스터드의 실험체와 일반 강 판 스터드실험체의 축방향-축변위관계를 나타낸 그래프도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101, 111: 1차 및 2차 로빙 크릴 102, 112: 제1 및 제2 섬유사
103, 113: 제1 및 제2 가이드패널 104, 114: 제1 및 제2 수지 함침조
105, 115: 제1 및 제2 스트랜드 매트 106, 116: 이송롤러
107, 117: 제1 및 제2 혼합사 121: 프리폼 다이
122: 표면망사 123: 인출 블럭
124: 커팅 머신 131: 강판 스터브
132: 강판 스터드웨브 133: 강판 스터드플랜지
본 발명은 건축물의 벽체 구조물 내부에 설치되어 골격을 이루며 단열성능을 갖는 복합 스터드의 생산방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아연도금 강판과 난연성 섬유강화플라스틱의 이종재료간을 완전하게 결합하여 분리되지 않고 안정적으로 거동시킬 수 있으며, 열교현상을 저감할 수 있는 복합 스터드를 자동공정라인에서 대량으로 생산할 수 있는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 복합스터드에 관한 것이다.
일반적으로, 섬유강화플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastic)은 유리섬유를 주 보강제로 하여 합성수지를 함침(含浸)가공한 플라스틱으로서, 내식성, 내산성, 내알칼리성이 우수할 뿐만 아니라, 어떤 재질보다 가볍고 강하며, 단열성이 크고, 열변형율이 낮고, 전기절연성이 우수한 특성을 갖고 있다. 이와 같은 특성외에도 설계, 가공이 자유롭고 도장이 필요 없으며, 접착성이 강하여 산업 각 분야의 여러 곳에 적용되고 있다.
그러나, 기존의 폴리에스테르계 또는 에폭시계등의 FRP는 내연소성과 내열성이 부족하여 건축시장에서 정화조 탱크, 방수판, 버스 내장부품등 물과 관련된 부품에 사용되는 것 외에, 콘크리트의 강화재, 내진보강(보수)용 시트로서만 제한적으로 사용되어지고 있을 뿐, 건축 내,외장재로서는 거의 사용되고 있지 않는 상태이다. 이는 섬유강화플라스틱의 방화성능이 건축기준법 및 소방법에 합치하지 않기 때문이다. 또한, 내화성 및 강판 스터드와의 접합구조에 있어서 매우 취약하여 건축내, 외장재로 사용하기에는 적합하지 않다.
한편, 근래에 주택이나 빌딩 또는 공장등과 같은 각종 구조물을 건축함에 있어서 기존에 주로 사용되고 있던 철골 콘크리트조나 철골조, 조적조등과 같은 일반적인 방식에서 벗어나 경량 강판 형강을 사용하여 골조를 구성하는 새로운 구조 형식이 많이 사용되고 있다. 일예로 주택분야에 있어서, 스틸 하우스(steel framed house)가 주거용 건물의 한 형태로 자리매김하게 되었으며, 이에 따라 상기와 같은 스틸 하우스 및 이에 사용되는 구조부재인 강판 스터드(steel stud)를 대상으로 한 기술개발이 활발하게 이루어지고 있는 실정이다.
도1은 스틸 하우스 공법에 의해 시공된 벽체의 일반적인 구조를 도시한 것으 로서, 도면에 도시한 바와 같이 스틸 하우스 건물에서 벽체(1)를 설치함에 있어서 대략 'ㄷ'자의 단면형상을 갖는 강판 스터드(2)를 벽체(1)의 길이방향으로 세워 정렬한 후에 상기 강판 스터드(2)의 양측에 석고보드를 배치하며, 상기 강판 스터드(2) 사이의 간격에는 단열재(3)를 채워 벽체를 형성한다. 상기 도면에서 "5"는 압축 스티로폼 보드, "6"은 시멘트 몰탈 및 보강메쉬, "8"은 외장재를 각각 나타낸다.
상기와 같은 일반 강판 스터드를 이용한 건축구조물에 있어서, 대략 50년 정도 경과하면 강판 스터드는 그의 피복 보호재인 아연도금이 산화된 후 부식되기 때문에 100년 이상의 장수명을 보장할 수 없었다. 특히, 강판 스터드를 이용한 벽식 구조는 생산과정과 공법의 특성상 벽체내벽에 강판 스터드가 상존하고 있는데, 이러한 벽체내에 배치된 강판 스터드는 그 재질 특성상 열전도율이 높기 때문에 관류열이 강판 스터드에 집중되는 열교현상이 발생될 수 있다. 특히, 상기 강판 스터드를 통한 열교현상은 벽체 외피의 접합부나 우각부에서 발생하기 쉬우며, 그 결과 건물의 열손실뿐만 아니라, 결로를 발생시키는 원인으로서 스틸 하우스 건축물의 중대한 문제점으로 지적되고 있다.
따라서, 외피의 모서리부분에는 열교가 발생하지 않도록 충분한 단열을 요하고 있으며, 대개 외피의 모서리부분은 벽두께의 2 ∼2.5배 이상의 길이까지 단열재를 설치하고 있는 실정이다. 그러나, 상기 강판 스터드가 단열재를 통과하는 경우 열교가 발생하여 강판 스터드 표면에 결로가 발생하고, 이 결로는 아연도금이 박리된 부분 즉 강판 스터드간을 연결하는 나사 접합부위의 부식을 촉진하는 열화원인 이 되고 있어, 강판 스터드 구조물의 장수명을 유지할 수 없는 문제점으로 대두되고 있었다.
스틸 하우스에서 열교를 감소시키기 위한 강판 스터드가 다수 개발되어 있는데, 먼저 국내 강판 스터드 개발동향을 살펴보면, 좌굴을 방지하고, 강성을 높이기 위해 단면에 굴곡이 많은 ㄷ형 강판 스터드 또는 이 ㄷ형 강판 스터드를 맞댄 형태의 H형 강판 스터드와, "PRY"라고 명명한 폐단면 형태의 강판 스터드가 개발되어 있으나, 이들은 동종의 재질을 결합한 경우로서 열교감소구조는 아니다. 국외의 개발동향을 살펴보면, 강판 스터드 플랜지면과 쉬딩재 사이의 접촉면적을 최소화하는 방안, 강판 스터드 웨브면에 개구부를 만들어 열전달경로를 늘리는 방안, 열전도성이 낮은 복합재료를 사용하는 방안, 강판 스터드를 피복하여 사용하는 방안등이 연구되고 있다.
여기서, 강판 스터드와 쉬딩재 사이의 접촉면적을 최소화하는 방법으로는 강판 스터드 플랜지 양 끝부분을 융기시키는 방법, 강판 스터드 플랜지 부분에 돌기를 형성하는 방법이 제안되어 있는데, 이들 방안은 강판 스터드와 쉬딩재 사이의 접촉면적을 대폭 감소시키는 효과는 있으나, 궁극적으로 열교감소에는 효과적이지 못한 단점이 있다. 또한, 강판 스터드 플랜지 영역에 목재 또는 금속 스페이서를 두는 방법, 강판 스터드 플랜지 표면에 얇은 폼테입을 붙이는 방법등이 제안되어 있는데, 이들 방안은 강판 스터드 웨브에 OSB합판이나 보통 합판을 맞대는 구조로서 열교현상을 어느정도 감소시킬 수는 있지만, 이종재질간의 접착력 및 강도가 저하되는 단점을 내포하고 있다.
한편, 아연도금강판과 난연성 섬유강화플라스틱(이하, 'FRP'라 칭함)을 결합한 복합 스터드 구조도 제안되어 있다.
상기의 구조는 열교현상을 저감시킴으로써 결로를 억제하고, 에너지 소비를 줄일 수 있으며, 단열성능 및 강성을 확보할 수 있어 단열성 및 시공성에서 우수한 효과를 구현하고 있지만, 대량생산에 한계가 따르는 문제점을 내포하고 있다.
또한, 기존의 복합 스터드 구조는 강재 건축물에서 필요로 하는 구조에 맞게 수작업으로 제작되어 납품되고 있는 실정이어서 제작공수가 많이 소요되는 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 난연성 섬유강화 플라스틱의 제조공정중에 포밍가공 또는 롤링가공된 강판 투입공정을 추가하여 이종재질간의 완전한 결합으로 인한 안정적인 거동을 이루도록 하고, 열교현상을 저감시킬 수 있는 복합 스터드를 대량으로 생산할 수 있는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 복합스터드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 스터드의 생산방법은, 1차 및 2차 로빙 크릴을 통해 제1 및 제2 섬유사를 공급하는 제1 단계; 상기 1차 및 2차 로빙 크릴에서 각각 공급된 제1 및 제2 섬유사를 수지 함침조 에 투입하는 제2 단계; 강판을 플랜지와 웨브면을 갖는 스터드로 성형하는 제3 단계; 상기 수지가 함침되어 인발되는 제1 섬유사의 폭 양측부에 강판 스터드의 웨브면을 접착시키면서 인발하는 제4 단계; 상기 제1 섬유사 상측에 수지가 함침되어 인발되는 제2 섬유사를 중첩하는 제5 단계; 제1 및 제2 섬유사와 함께 그들에 접합된 강판 스터드 웨브면을 프리폼 다이를 통과시키면서 압착 및 경화하여 소정형상으로 성형하는 제6 단계; 및 성형된 복합 스터드를 인발하여 소정길이로 절단하고 마무리하는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 스터드의 생산방법은. 강재몰드상에 함침용 수지 바탕 도포를 실시하는 제1 단계; 제1 및 제2 보강섬유시트를 상기 강재몰드측으로 연속하여 공급하면서 수지함침을 실시하는 제2 단계; 상기 제1 및 제2 보강섬유시트의 양측에서 강판을 플랜지와 웨브면을 갖는 스터드로 성형하는 제3 단계; 상기 제1 보강섬유시트의 폭 양측면에 강판 스터드의 웨브면을 위치시킨 후, 수지 함침을 실시하는 제4 단계; 상기 강재몰드를 통과한 제1 및 제2 보강섬유시트와 강판 스터드 웨브면을 압착 및 경화하는 제5 단계; 및 성형된 복합 스터드를 소정길이로 절단하고 마무리하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 실시예에서의 제6 단계와 제2 실시예에서의 제5 단계는 80℃의 적외선에 노출시키거나 상온 30℃에서 열소성 및 경화시키며, 25 ∼ 30℃와 40 ∼ 50%의 습도를 유지하여 2일이상 양생시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도2 내지 도10의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 복합 스터드의 생산방법 및 상기 방법에 의해 제조된 복합스터드는 강판과 섬유강화플라스틱의 이종재료간을 신뢰적으로 접합하여 안정적으로 거동시킬 수 있는 복합 스터드를 자동공정라인에서 대량으로 생산할 수 있도록 구현한 것으로, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 복합 스터드의 대량생산공정은 공지의 난연 FRP 패널 자동생산공정에 공지의 강판 포밍(forming) 또는 롤링(rolling)공정을 결합한 구성으로 되어 있다.
본 발명의 제1 실시예는 인발(pultrusion)방식에 의한 생산방법을 나타낸다.
도2는 본 발명에 따른 복합 스터드의 생산방법의 개략적인 블록도로서, 인발방식에 의한 순차공정 흐름도를 나타내며, 도3은 본 발명에 의한 복합 스터드의 생산 공정도를 도시한 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예서는 상, 하간격을 갖는 1차 및 2차 로빙 크릴(roving creel)(101, 111)을 통해 제1 및 제2 섬유사(102, 112)가 공급되어 제1 및 제2 가이드패널(103, 113)을 통과하게 된다(S11, S12).
1차 로빙 크릴(101)에서 공급되어 상기 가이드 패널(103)을 통과한 제1 섬유사(102)는 제1 수지 함침조(105)에 투입되어 함침되며, 이와 동시에 불규칙적으로 방사된 제1 스트랜드 매트(strand mat)(104)도 함께 제1 수지함침조(105)에 투입된다(S13, S14). 상기 제1 섬유사(102)와 제1 스트랜드 매트(104)는 한쪽방향으로부터 당겨지면서 공급되며, 제1 수지 함침조(105)내에서 에폭시 수지가 충분히 함침된 상태로 인출된다. 상기 제1 수지 함침조(105)내에는 이송롤러(106)가 구비되어 제1 섬유사(102)와 스트랜드 매트(104)를 조합한 제1 혼합사(107)가 상기 이송롤러(106)를 통해 인출되어 프리폼 다이(121)측으로 공급된다.
마찬가지로, 상기 2차 로빙 크릴(111)에서 공급되는 제2 섬유사(112) 및 제2 스트랜드 매트(114)도 상기의 공정과 동일하게 제2 수지함침조(115)에서 함침되는 과정을 거쳐 제2 혼합사(117)로 성형되어 프리폼다이(121) 측으로 이송되면서 제1 혼합사(107)의 상측으로 합쳐지면서 이송이 진행된다.
상기 제1 및 제2 수지 함침조(105, 115)에는 경화제(curing agent), 염료, 자외선 차단제 및 난연제(fire retardant)등의 물질이 바인더에 혼합되어 있어 FRP 패널의 기능성을 부여하게 된다.
한편, 아연도금강판이 포밍(forming) 또는 롤링(rolling)가공을 통해 소정형상 예를들면 'ㄴ' 또는 'ㄷ'자 단면형상으로 절곡된 상태로 인발된다(S15). 여기서, 상기 가공된 아연도금강판은 웨브(web)(132)와 플랜지(133)를 갖는 강판 스터드(131)로 성형되는 것이다.
상기 강판 스터드(131)는 상기 제1 혼합사(102)가 프리폼 다이(121)측으로 공급되기 전에 상기 제1 혼합사(102)의 폭 양측면에 놓여진채로 함께 한쪽방향으로 당겨지면서 이송이 진행된다. 이때, 도3에 도시된 바와 같이 상기 제1 혼합사(102) 위에는 강판 스터드(131)의 웨브면(132)이 놓여지며, 상기 제2 혼합사(112)가 상기 웨브면(132)의 상측에 중첩되면서 함께 인발된다(S16).
상기 강판 스터드(131)의 웨브면(132)은 제1 혼합사(102)의 저면 또는 상면에 위치될 수 있으며, 이러한 강판 스터드 웨브면(132)의 위치는 강판과 FRP패널의 복합 스터드구조에 따라 달라질 수 있다. 하기에서는 일예로 도8a에 도시된 구조의 복합 스터드, 즉 FRP패널의 중간에 강판 스터드 웨브면이 끼워진 형태의 구조를 설명하고 있다.
상기와 같이 제1 혼합사(102) 및 제2 혼합사(112)와 함께 그들 사이 폭 양측으로 강판 스터드 웨브면(132)이 위치된 강판 스터드(131)가 함께 진행할 때, 상기 제2 혼합사(112) 위로 표면광택과 내약품성 용도로 사용되는 표면망사(surfacing veil)(122)가 공급되어 함께 프리폼 다이(121)측으로 진입된다.
상기 프리폼 다이(121)에서는 상기 강판 스터드(131)와 제1 및 제2 혼합사(102, 112)를 소정압력으로 압착 및 경화시키면서 소정시간동안 소성 및 양생한다.
상기 프리폼 다이(121)에서의 소성공정은 80℃의 적외선에 노출시키거나 상온 30℃에서 소성 후 경화시키며, 양생공정은 25 ∼ 30℃와 40 ∼ 50%의 습도를 유지하여 2일 이상 양생시킨다.
상기 양생이 완료된 복합 스터드는 인출 블럭(pull block)(123)에 의해 계속 인발된다(S17, S18). 최종적으로 커팅 머신(cut-off saw)(124)에 의해 소정 크기로 절단되어 마무리함으로써 강판과 FRP가 조합된 복합 스터드가 완성되는 것이다(S19).
본 발명의 실시예에서는 로빙 크릴이 상, 하로 위치된 구조에서 제1 및 제2 혼합사 사이에 강판의 웨브가 합쳐진 형태의 구조에 대하여 설명하고 있지만, 상기 1차 및 2차 로빙 크릴을 평면상에 소정거리를 두고 이격시키되, 상기 1차 및 2차 로빙 크릴을 약간 단차지게 위치시켜 놓고 인발하는 구조도 가능하다. 즉, 1차 로빙 크릴과 2차 로빙 크릴에서 공급되는 섬유사는 각각 수지함침조를 지나면서 이송 롤러에 의해 중간지점에서 합쳐지게 되는데, 이때 상기 1차 및 2차 로빙 크릴의 단차구조에 의해 제1 혼합사 위에 제2 혼합사가 중첩되게 하고, 그 중첩부 중간에 포밍된 강판의 웨브면을 위치시켜 인발하여 제조하는 것도 가능하다.
다음, 도5 내지 도7을 참조하여 몰딩(molding)방식에 의한 복합스터드의 생산방법에 대하여 상세히 설명한다.
도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 먼저 공지의 난연 FRP패널 생산공정을 살펴보면, 강재몰드(203)상에 FRP패널의 탈형을 쉽게 하기 위하여 박리제를 도포하고 그 위에 수지탱크(204)로부터 제공되는 함침용 수지를 강재몰드 바탕면에 도포한다(S31, S32). 그리고, 강재몰드(203)의 전방측 상, 하단에 롤 형태로 감겨져 위치된 제1 및 제2 보강섬유시트(201, 202)를 이송롤러(201a, 202a)를 통하여 강재몰드(203)측으로 연속하여 공급한다(S33).
또한, 상기 제1 및 제2 보강섬유시트(201, 202)의 사이 중간에 설치된 포밍 또는 롤링장치에 의해 성형된 강판 스터드(211)의 웨브면(212)을 제1 및 제2 보강섬유시트(201, 202) 양측으로 공급하면서 지속적으로 수지함침을 실시한다(S34, S35, S36).
상기 강판 스터드(211)의 웨브면(212)은 전술한 제1 실시예에서와 마찬가지로, 제1 보강섬유시트(201)의 저면 또는 상면에 위치될 수 있으며, 하기에서는 제1 및 제2 보강섬유시트(201, 202)의 중간에 위치된 구조에 대하여 설명한다.
상기 S33단계 수행후, 제1 보강섬유시트(201)와 강판 스터드(211)의 웨브면(212) 및 제2 보강섬유시트(202)는 시간 간격을 두고 순차적으로 강재 몰드(203)상으로 공급되어 중첩된다. 즉, 도7에 도시된 바와 같이, 상기 1차 보강섬유시트(201)가 강재 몰드(203)상으로 진입되어 수지탱크(204)로부터 공급되는 수지가 함침되어 이송되고, 이어서 진입되는 상기 강판 스터드(211)의 웨브면(212)에도 수지가 함침된다. 또한, 제2 보강섬유시트(202)가 제1 보강섬유시트(201) 상면으로 중첩되도록 진입하여 강판 스터드(211)의 웨브면(212)이 제1 및 제2 보강섬유시트(201, 202)의 중간에 위치된 상태로 이송하는 것이다.
상기 제1 및 제2 보강섬유시트(201, 202)는 소정 두께가 될 때까지 교번적으로 중첩하면서 상기 난연수지 함침을 반복한다.
상기 강재몰드(203)를 통과한 제1 및 제2 보강섬유시트(201, 202)와 강판 스터드 웨브면(212)은 프레스등과 같은 성형다이(205)에 진입되어 소정 압력 및 온도에서 압착, 경화하면서 소성 및 양생된다.
상기 소성공정은 80℃의 적외선에 노출시키거나 상온 30℃에서 소성 후 경화시키며, 양생공정은 25 ∼ 30℃와 40 ∼ 50%의 습도를 유지하여 2일 이상 양생시킨다.
상기 양생이 완료된 복합 스터드는 인출 블럭(pull block)(206)에 의해 계속 인발된다(S37). 최종적으로 커팅 머신(cut-off saw)(207)에 의해 소정 크기로 절단됨으로써 강판과 FRP가 조합된 복합 스터드가 완성된다(S38).
전술한 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예를 통해 제조된 복합 스터드는 도8a에 도시된 바와 같이, FRP패널(140)의 상, 하부 중간에 강판 스터드(131)의 웨브면(132)이 끼워진 구조의 복합 스터드를 제조하게 되는 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 인발공정과 제2 실시예에 따른 몰딩공정에서 사용되는 수지바인더로는 에폭시 수지나 멜라닌 수지가 사용될 수 있다. 멜라닌 수지는 접합시 열원이 필요하고 고가라는 문제점이 있다. 따라서, 상기 수지바인더의 바람직한 실시형태로는 에폭시 수지에 아연과 반응을 활성화하는 촉매제를 첨가해 성능을 개선한 에폭시수지 접착제를 사용하는 것이다.
본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 강판 성형공정에 있어서, 가공된 강판 스터드의 플랜지면의 끝단부에 립(lip)을 성형하여 기존의 경량 립 'ㄷ'자 단면 형상과 유사한 형태로 할 수 있다.
또한, 상기 강판 성형 공정에 있어서, 상기 강판 스터드(131)의 웨브면(132)에는 지그재그 형태로 홀(H)을 타공하거나(도8b에 도시), 망(lath) 형태로 성형(도8c에 도시)하여 수지가 타공된 홀 또는 망 공간으로 유입되도록 하여 경화 후 장부작용등에 의한 접합성능을 향상시킨다. 이 밖에 상기 강판 스터드 웨브면(132)에 원형 돌기나 타원형 돌기와 같은 엠보싱(E)를 형성(도8d에 도시)함으로써, 이 엠보싱 돌기의 내홈에 수지가 채워지도록 할 수도 있다.
상기와 같이 난연 FRP패널의 연속적인 자동생산공정으로 패널을 제작함과 동시에, 상기 공정라인에 강판 스터드 성형공정을 추가함으로써 강판 스터드와 난연 FRP 패널이 복합된 강판 스터드를 대량으로 생산할 수 있는 것이다.
본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 생산공정을 통해 제작된 복합 스터드는 강판 스터드의 웨브면(132, 212)이 난연 FRP패널과 함께 수지접착제에 의해 일체로 성형되기 때문에, 강판 스터드와 난연 FRP 패널이 분리되지 않고 일체로 거동하게 된다.
상기와 같은 방법에 의해 제조된 복합 스터드의 축방향 압축실험결과는 다음과 같다.
본 실험에서는 도9a 내지 도9c에 도시된 바와 같이 3종류의 단면형상을 갖는 실험체를 제작하여 실시하였으며, 실험체의 주요변수로는 일반 강판 스터드(도9a에 도시), BH 복합 스터드(도9b에 도시) 및 IH 복합 스터드(도9c에 도시)의 실험체를 제시하였고, 아연도금강판의 두께는 1.0mm와 1.2mm로 하였으며, 난연FRP패널의 두께는 4mm, 6mm로 하였고, 실험체의 길이는 45cm, 90cm, 135cm, 180cm로 하였다.
실험방법은 먼저, 실험체에 가력시 지압에 의한 지점부의 찌그러짐을 방지하기 위해 실험체 상,하단에 그립을 장착하였으며, 가력은 100tf용량의 U.T.M을 이용하였고, AISI규준에 제시된 방법을 따라 실험체의 최대내력에 도달하기까지의 소요시간이 10분이 넘도록 하중 속도를 제어하기 위해 항복내력까지는 2kgf/㎟/min으로 가력하고 항복이후에는 변위제어방법을 사용하여 축변위량이 1mm/min이 되도록 하였다.
실험결과는 하기의 <표1>과 같다.
<표1>
상기와 같은 단주압축실험 및 기둥좌굴내력시험에 통해 에폭시 수지 접착제에 의한 아연도금강판과 난연FRP 패널의 접착성능과 압축좌굴내력 및 거동 특성등을 기본적으로 평가할 수 있었다. 상기 도10a 내지 도10c에서 알수 있듯이 강판 스터드의 경우 최대하중 이후에도 완만한 하중 저하를 보이는 반면, BH형과 IH형의 경우 급격히 하중이 감소하는 거동특성을 보였다. 또한 아연도금강판의 두께가 1.0mm인 BH 및 IH형 복합 스터드의 최대하중은 일반 강판 스터드인 N형의 최대하중에 비해 1.67 ∼ 2.32배 증가하였으며, 1.2mm 두께의 아연도금강판을 사용한 경우에는 1.48 ∼ 2.11배 증가하였다. 또한, 강판 스터드의 최대하중으로 각 복합 스터드의 최대하중을 나눈 내력상승비율에서 알 수 있듯이 두께 1.0mm의 아연도금강판을 사용한 복합 스터드의 경우가 1.2mm의 아연도금강판을 사용한 경우보다 내력상승이 더욱 크게 나타났다.
이상, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정하는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 여러 가지 변경, 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기존의 FRP패널의 자동생산라인에 강판의 포밍 또는 롤링 공정을 추가함으로써, 강판 스터드와 FRP패널의 이종재질간의 접합 취약성으로 인해 주로 수작업에 의존하여 강재 건축물에서 필요로 하는 구조로만 제한적으로 제조되던 복합 스터드의 대량생산이 가능하게 되었고, 또한 자동 제조공정중에 강판 스터드와 난연FRP 패널을 에폭시 수지로 일체화하여 양생함으로써 강판과 난연FRP패널간의 완전한 결합으로 인한 안정적인 거동을 이룰 수 있는 효과를 갖는다.
Claims (17)
1차 및 2차 로빙 크릴을 통해 제1 및 제2 섬유사를 공급하는 제1 단계;
상기 1차 및 2차 로빙 크릴에서 각각 공급된 제1 및 제2 섬유사를 수지 함침조에 투입하는 제2 단계;
강판을 플랜지와 웨브면을 갖는 스터드로 성형하는 제3 단계;
상기 수지가 함침되어 인발되는 제1 섬유사의 폭 양측부에 강판 스터드의 웨브면을 접착시키면서 인발하는 제4 단계;
상기 제1 섬유사 상측에 수지가 함침되어 인발되는 제2 섬유사를 중첩하는 제5 단계;
제1 및 제2 섬유사와 함께 그들에 접합된 강판 스터드 웨브면을 프리폼 다이를 통과시키면서 압착 및 경화하여 소정형상으로 성형하는 제6 단계; 및
성형된 복합 스터드를 인발하여 소정길이로 절단하고 마무리하는 제7 단계
를 포함하는 단열성능을 갖는 복합 스터드의 대량생산방법.
강재몰드상에 함침용 수지 바탕 도포를 실시하는 제1 단계;
제1 및 제2 보강섬유시트를 상기 강재몰드측으로 연속하여 공급하면서 수지함침을 실시하는 제2 단계;
상기 제1 및 제2 보강섬유시트의 양측에서 강판을 플랜지와 웨브면을 갖는 스터드로 성형하는 제3 단계;
상기 제1 보강섬유시트의 폭 양측면에 강판 스터드의 웨브면을 위치시킨 후, 수지 함침을 실시하는 제4 단계;
상기 강재몰드를 통과한 제1 및 제2 보강섬유시트와 강판 스터드 웨브면을 압착 및 경화하는 제5 단계; 및
성형된 복합 스터드를 소정길이로 절단하고 마무리하는 제6 단계
를 포함하는 복합 스터드의 생산방법.
제 1 항에 있어서,
제2 단계는 제1 및 제2 섬유사가 수지함침조에 투입되기 전에 제1 및 제2 혼합사의 상, 하면에 불규칙적으로 방사된 제1 스트랜드 매트(strand mat)를 함께 중첩시킨 후 수지함침조에 투입하는 제8 단계를 더 포함하는 복합 스터드의 생산방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제3 단계의 강판 스터드는 포밍(forming)공정을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 복합 스터드의 생산방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제3 단계의 강판 스터드는 롤링(rolling)공정을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 복합 스터드의 생산방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제3 단계는 강판 스터드의 플랜지면의 끝단부에 립(lip)이 더 성형된 것을 특징으로 하는 복합 스터드의 생산방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제3 단계는 강판 스터드의 웨브면에 다수의 엠보싱 돌기를 형성하는 것을 특징으로 하는 복합 스터드의 생산방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제3 단계는 강판 스터드의 웨브면에 다수의 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 복합 스터드의 생산방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제3 단계는 강판 스터드의 웨브면을 라스(lath) 형태로 성형하는 것을 특징으로 하는 복합 스터드의 생산방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제4 단계는 상기 강판 스터드의 웨브면을 제1 섬유사 저면에 위치시켜 이송하는 것을 특징으로 하는 복합 스터드의 생산방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제4 단계는 상기 강판 스터드의 웨브면을 제1 및 제2 섬유사의 중간에 위치시켜 이송하는 것을 특징으로 하는 복합 스터드의 생산방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제5 단계는
제2 혼합사 위로 표면망사(surfacing veil)가 공급되어 프리폼 다이측으로 함께 진입하는 제9 단계를 더 포함하는 복합 스터드의 생산방법.
제 1 항에 있어서,
제 6 단계는 80℃의 적외선에 노출시키거나 상온 30℃에서 경화시키고, 25 ∼ 30℃와 40 ∼ 50%의 습도에서 소정시간동안 양생하는 것을 특징으로 하는 복합 스터드의 생산방법.
제 2 항에 있어서,
제2 단계는
상기 제1 및 제2 보강섬유시트가 소정 두께가 될 때까지 교번적으로 중첩되면서 수지함침을 반복하는 것을 특징으로 하는 복합 스터드의 생산방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제4 단계는
제1 보강섬유시트, 강판 스터드의 웨브면 및 제2 보강섬유시트가 시간간격을 두고 순차적으로 강재 몰드상으로 공급하여 중첩시키는 것을 특징으로 하는 복합 스터드의 생산방법.
제 2 항에 있어서,
제 5 단계는 80℃의 적외선에 노출시키거나 상온 30℃에서 경화시키고, 25 ∼ 30℃와 40 ∼ 50%의 습도에서 소정시간동안 양생하는 것을 특징으로 하는 복합 스터드의 생산방법.
제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 10 내지 제 16 항중 어느 한 항에 의해 제조되는 단열성능을 갖는 복합 스터드.
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