KR100728177B1

KR100728177B1 - 내마모재함유 고강도 ｆｒｐａｓｈ파이프 제조장치 및 제조된 고강도 frp ash파이프

Info

Publication number: KR100728177B1
Application number: KR1020060122191A
Authority: KR
Inventors: 한영수
Original assignee: 주식회사 길광그린텍
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2007-06-13

Abstract

본 발명은 내마모재가 함유된 FRP파이프 제조장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 내마모재가 FRP파이프에 힘유된 수지중량에 대해 40-50중량%이상 포함된 FRP파이프를 제조하는 방법, 그 제조장치 및 상기 방법 및 장치에 의해 제조된 내마모재 함유 FRP파이프를 개시한다.

본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해 제조된 내마모재 함유 FRP파이프는 100메쉬 이상 40메쉬 이하의 입자크기를 가진 내마모재를 전체함유 수지중량의 40-50중량%포함하게 되므로 그 내마모성이 현저하게 향상되어 회 이송용 FRP 파이프로 적합할 뿐만 아니라, 그 생산공정이 현저하게 단순화되어 생산비용이 절감되는 우수한 효과가 있다.

FRP파이프, 회 이송, 필라멘트와인딩, 분사, 내마모재공급장치, 내마모재, 실리콘카바이드, 알루미나, 세라믹

Description

내마모재함유 고강도 ＦＲＰＡＳＨ파이프 제조장치 및 제조된 고강도 FRP ASH파이프{APPARATUS FOR PRODUCING HIGH RESISTANT FRP ASH PIPE INCLUDING RESISTANT WEARING MATERIAL, AND THE HIGH RESISTANT FRP ASH PIPE PRODUCED THEREBY}

도 1은 종래기술에서 알려진 필라멘트와인딩 공법(혼합방식)으로 내마모재를 함유한 FRP파이프 제조시 수지공급조의 단면을 개략적으로 도시한 개략단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내마도재함유 고강도 FRP파이프 제조장치의 개략사시도.

도 3은 도 2에 도시된 수지공급조의 단면을 개략적으로 도시한 개략단면도.

도 4는 도 2에 도시된 고강도 FRP파이프 제조장치 중 내마모재공급장치의 측단면도.

도 5는 내마모재함량 및 입자크기에 따른 FRP파이프의 마모량을 도시한 막대그래프

<도면의 주요부분에 대한 설명>

100 : 고강도 FRP파이프 제조장치

110: 공급릴 120: 실정렬부

130: 수지공급조 140: 함침롤러

150: 가이드봉 160: 실간격조정부

170: 내마모재공급장치 171: 호퍼

172: 밸브 173: 벤추리관

174: 분말공급펌프 175: 베이스플레이트

176: 공기주입관 177: 압력조절밸브

178: 이송관 179: 분사노즐

180: 멘드릴 190: 가이드대

200: 고강도 FRP파이프 210: 보강사

220: 내마모재 230: 수지

본 발명은 내마모재가 함유된 FRP파이프 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 내마모재가 FRP파이프에 힘유된 수지중량에 대해 40-50중량%이상 포함된 FRP파이프를 제조하는 방법, 그 제조장치 및 상기 방법 및 장치에 의해 제조된 내마모재 함유 FRP파이프에 관한 것이다.

산업 활동 증가에 따른 화석연료 사용의 증가로 인하여 화력발전소 등이 계속 건설되고 있는데, 화력발전소의 열원인 석탄은 미분쇄기를 거쳐 보일러 연소실 에서 연소가 되면서 석탄회기 발생하기 시작하며, 우리나라에서 발생되는 석탄 회는 년간 약 300만톤 정도이다. 이렇게 발생된 석탄 회 중에 연소실 하부에서 채취되는 바닥 회(Bottom ash)와 연소실에서 생성되어 공기 유동에 따라 이동하여 집진기에서 채취되는 비산 회(Fly ash)가 있다. 생성된 석탄 회는 분쇄 후 지정된 매립 자소까지 이송을 하게 되는데, 이 때 주로 사용되는 관이 대부분 주철관을 사용하고 있고 일부는 폴리에틸렌(PE)관도 사용되고 있다.

주철관은 내 마모성은 우수하지만 취성이 있어 잘 파손되고, 특히 발전소가 대부분 바닷가 주위에 건설되므로 바닷가의 염분에 의해 녹이 발생되어 주위 미관을 해치게 되고 환경오염 물질을 발생시킨다.

주철관 대안으로 폴리에틸렌관을 일부 사용하였으나, 폴리에틸렌관은 신율이 매우 높고 (약 700~1000%) 열팽창이 심하여 하자가 많이 발생되어 주철관 대체품으로 부적합하였다.

이러한 여러 문제점들을 보완하고자 FRP 파이프를 사용하게 되는데 FRP는 크게 수지와 유리섬유로 구성되고 필요시 첨가제를 사용하게 된다. 특히 회 이송용으로 사용되기 위해서는 내마모성이 우수해야하므로, 고강도 FRP 파이프를 제조하기 위해 첨가제인 세라믹 계열의 실리콘카바이드, 알루미나 등을 수지에 일정한 비율로 섞어 수 적층 작업으로 내 마모성 FRP 파이프를 생산하여 회처리 이송용으로 사용하였으나 생산 금액이 높고 수작업으로 외관이 거친 단점이 발생하였다.

여기서, 수 적층 방법이란 수지에 내 마모재료를 섞은 후 유리섬유에 혼합된 수지를 함침시켜 파이프 형상의 멘드릴 위에 반복적으로 원하는 두께만큼 작업하는 방법으로서, 내 마모성 FRP 파이프를 제작할 때 일반적으로 사용되었는데, 상술한 바와 같이 원하는 두께를 올리기 위해 반복적으로 유리섬유에 내 마모재료가 혼합된 수지를 적시어 멘드릴 위에 적층한 후 혼합물에 남아있는 기포를 제거하여야 하기 때문에 외관이 거칠고 품질의 균일성이 떨어지고 생산비가 높은 단점이 있었다.

또한, 내 마모재료인 실리콘카바이드, 알루미나 등은 수지보다 비중이 높아 수지와 섞을 때 혼합용기 아래로 가라앉기 때문에 연속적으로 교반을 하여야하는 문제 발생 및 생산성이 떨어지고 생산 절차가 복잡하다.

이러한 수 적층 방법의 문제점 때문에 필라멘트 와인딩 공법을 이용하여 고강도 FRP파이프를 생산하는 방법이 안출되었다. 종래기술에서 알려진 필라멘트 와인딩 공법은 연속으로 FRP파이프를 생산하기 위해 도1에 도시된 바와 같이 수지 함침조(2) 내부에서 교반장치(21)로 수지와 내마모재를 섞은 후 보강섬유를 통과시키면 수지와 내마모재가 보강섬유에 함침되어 그릴(5)을 통과하여 원하는 두께만큼 회전하는 파이프 형상의 멘드릴(1)에 감기도록 하여 원하는 두께만큼 감아서 FRP파이프를 생산하는 방법이다.

그런데, 보강섬유는 외부에 미세한 코팅을 하여 매끄럽기 때문에 필라멘트와인딩공법 적용시 수지만을 사용하여 보강섬유를 함침시켜 생산하는 경우에는 문제가 없지만, 내마모재의 경우 현미경으로 관찰하게 되면 불규칙적인 형상이며 날카롭고 일정하지 않아 보강섬유 및 함침로울러 등에 상처를 주어 보강섬유가 끊어지거나, 내마모재가 함침된 보강섬유가 함침롤러 등에 걸리는 현상으로 인해 결국 파이프 생산이 중단되는 문제점이 발생되었다.

또한, 도1에 도시된 바와 같이 수지함침조(2)에서 수지와 내마모재를 계속해서 교반하여야 하므로 교반장치(21)가 별도로 필요하여 작업이 어렵고, 특히, 교반장치(21)로 교반을 하여도 비중이 높은 내마모재가 수지함침조(2) 아래로 가라 앉아 수지와 섞이는 배합율의 변화로 생산된 FRP파이프의 품질저하 원인이 된다.

또한, 수지 함침조(2)에 교반장치(21)를 설치하고 운전하는 것을 매우 어려운데, 즉 열경화성 수지는 일정한 시간이 지나면 상온에서 경화되기 때문에 미세한 공기 주입 구멍을 이용한 교반은 주입구 막힘 현상 및 수지 경화시 청소가 곤란하여 사실상 불가능하고 임펠러를 이용하여 교반하는 경우 수지함침조(2)의 구성이 복잡하거나 부속 기구가 부착될 경우 매일 청소를 반복해야하는 열경화성 수지의 특성으로 볼 때 생산성이 크게 떨어지는 현상이 발생하였다.

더욱이, 상술한 바와 같은 종래에 알려진 수지와 내마모재를 혼합하여 보강섬유에 함침하는 수적층법이나 혼합방식의 필라멘트와인딩공법에서는 내마모재의 입자 크기가 100mesh(0.14mm) 이상이 되는 내마모재를 사용하여 작업하는 것은 불가능하였을 뿐만 아니라, 제조되는 FRP파이프에 포함된 수지 중량에 대해 내마모재의 함량이 30중량%이상이 포함되도록 작업하는 것 또한 불가능하였다.

따라서 종래기술에서 알려진 내마모재를 함유한 고강도 FRP파이프 제조방법이 갖는 문제점이 해결된 새로운 기술적 구성의 고강도 FRP 파이프 제조방법에 대한 당업계의 요구가 다수 존재하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 출원인은 수지와 내마모재를 혼합하여 보강섬유에 함침하는 경우 발생하는 상술한 문제점을 해결하기 위해 연구 노력한 결과, 먼저 보강섬유에 수지를 함침시킨 후 수지함침된 보강섬유가 멘드릴에 감길 때 일정 양의 내마모재를 상기 보강섬유에 스프레이 방식으로 공급하면 상술한 문제점이 해결됨을 알고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 회 이송용으로 적합한 고강도 FRP파이프를 생산하기 위해 필라멘트와인딩 공법에서 내마모재를 스프레이 방식으로 별도로 공급할 수 있는 내마모재함유 고강도 FRP파이프 제조방법, 그 제조장치 및 고강도 FRP파이프를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 내마모재와 수지의 배합율을 일정하게 유지할 수 있어 FRP파이프의 고품질을 보증할 뿐만 아니라, 입자크기가 100mesh(0.14mm) 이상이 되는 내마모재 및 제조되는 FRP파이프에 포함된 수지 중량에 대해 내마모재의 함량이 30중량% 이상이 포함되는 고강도 FRP파이프 제조방법, 그 제조장치 및 고강도 FRP파이프를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 생산성을 향상시킬 수 있는 고강도 FRP파이프 제조방법, 그 제조장치 및 고강도 FRP파이프를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 필라멘트와인딩공법을 이용한 내마모재를 함유하는 고강도FRP파이프 제조방법에 있어서, 다수의 공급릴로부터 다수의 보강사가 인출되는 단계; 상기 인출된 보강사를 수지함침조의 수지로 함침시키는 단계; 및 상기 수지함침된 보강사가 멘드릴에 감기면서 내마모재공급장치에 의해 상기 내마모재가 상기 수지함침된 보강사에 균일하게 분사되는 내마모재공급단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도FRP파이프 제조방법을 제공한다.

상기 내마모재공급장치에 의해 분사되는 내마모재의 입자크기는 100mesh 내지 40mesh인 것을 특징으로 한다.

상기 내마모재는 상기 보강사에 함침되는 수지중량에 대해 30 내지 50중량%가 함유되도록 공급되는 것을 특징으로 한다.

상기 내마모재공급장치에 의해 공급되는 내마모재는 실리콘카바이드 또는 알루미나인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 필라멘트와인딩공법을 이용한 내마모재를 함유하는 고강도FRP파이프 제조장치에 있어서, 보강사가 감겨있는 다수의 공급릴; 상기 공급릴의 전방에 이격 설치되어 상기 다수의 보강사를 함침하기 위한 액상수지가 수용된 수지공급조; 상기 수지공급조의 중앙에서 회전가능하게 축 지지되도록 상기 수지공급조 내부에 설치되어 그 일부가 상기 액상수지에 잠겨지면서 회전하고 상기 다수의 보강사가 그 상부의 주면에 접촉되도록 하여 상기 보강사를 수지로 함침시키는 함침롤러; 상기 함침롤러의 전후방에 구비되어 상기 함침롤러에서 인출입되는 다수의 보강사를 안내하는 가이드봉; 상기 수지공급조의 전방에 이격되어 배치되는 상기 수지함침된 보강사가 감기는 멘드릴; 및 상기 수지공급조에 인접하여 상기 멘드릴에 수지함침된 보강사가 감길 때 상기 수지함침된 보강사에 내마모재를 공급하는 내마모재공급장치를 포함하는 고강도FRP파이프 제조장치를 제공한다.

상기 수지공급조의 공급릴측 방향(후방)으로는 상기 수지공급조와 연결설치되어 상기 다수의 공급릴에서 공급되는 다수의 보강사를 정렬하기 위한 실정렬부가 형성되고, 상기 수지공급조의 멘드릴측 방향(전방)으로는 상기 수지공급조와 연결설치되어 상기 다수의 수지함침된 보강사의 간격을 조절하는 실간격조절부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 수지공급조와 상기 내마모재공급장치는 상기 멘드릴과 동일한 길이를 가진 가이드대 상부에 설치된 가이드레일 상에 인접하게 설치되고, 상기 가이드레일을 따라 상기 멘드릴의 길이방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 내마모재공급장치는 내마모재가 저장되는 호퍼, 상기 호퍼의 하부에 연결되어 상기 호퍼를 개폐하는 밸브, 상기 밸브의 하부에 연결되는 벤추리관, 상기 벤추리관이 그 상부에 연결되고, 그 후방으로는 공기주입관이 연결되며, 그 전방으로는 이송관이 연결되는 분말공급펌프, 상기 분말공급펌프가 설치되는 베이스플레이트, 상기 공기주입관과 연결되는 압력조절밸브, 상기 압력조절밸브에 공기를 공급하는 공기공급부, 상기 이송관의 단부에 설치되는 분사 노즐, 및 상기 베이스플레이트에서 연장되어 상기 멘드릴에 인접하여 상기 분사노즐을 고정하는 고정 암을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 벤추리관은 단면적이 일정하게 구성되어 상기 호퍼로부터 공급되는 내마모재를 상기 분말공급펌프에 정량으로 공급하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 분말공급펌프는 상부로는 상기 벤추리관과 연결되며 전방으로는 이송관과 연결되는 내부관을 구비하고, 상기 내부관의 후방측으로 상기 공기주입관과 연결되는 공기토출구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 호퍼, 상기 베이스플레이트 및 상기 공기공급부는 하나이고, 상기 호퍼에 연결되는 밸브, 상기 베이스플레이트에 설치되는 분말공급펌프와 고정 암, 및 상기 공기공급부에 연결되는 압력조절밸브를 포함한 나머지 구성요소는 다수개로 구성되어, 다수개의 분사노즐이 각각의 위치 및 분사각도가 다르게 상기 고정 암에 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 분사노즐에서 내마모재를 분사하는 각도는 수평방향을 기준으로 상방 또는 하방으로 30°내지 60°인 것을 특징으로 한다.

상기 분말공급펌프 및 분사노즐은 세라믹재질이고, 상기 이송관의 재질은 고무인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상술한 어느 하나의 제조방법 또는 어느 하나의 제조장치에 의해 제조되어 내마모재를 함유하는 것을 특징으로 하는 고강도 FRP파이프를 제공한다.

상기 FRP파이프에 함유된 내마모재의 입자크기는 100mesh 내지 40mesh인 것을 특징으로 한다.

상기 FRP파이프에 함유된 내마모재는 상기 FRP파이프에 포함된 수지중량에 대해 30 내지 50중량%가 함유되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내마도재함유 고강도 FRP파이프 제조장치의 개략사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 수지공급조의 단면을 개략적으로 도시한 개략단면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 고강도 FRP파이프 제조장치 중 내마모재공급장치의 측단면도이다.

먼저, 도 2 및 도3을 참조하여 본 발명의 제조장치의 구성을 살펴보면, 고강도 FRP파이프 제조장치(100)는 다수개의 공급릴(110), 실정렬부(120), 수지공급조(130), 함침롤러(140), 실간격조절부(150), 가이드봉(160, 도3 참조), 내마모재공급장치(170), 멘드릴(180)를 포함하는 것을 알 수 있다.

상기 공급릴(110)은 보강사(210)가 감겨져서 상기 제조장치(100)에 보강사(210)를 공급하는 기능을 수행하는데, 본 발명의 FRP파이프 제조장치에서는 동시에 20 내지 100 가닥의 보강사(210)가 사용되어 FRP파이프가 제조될 수 있으므로, 공급릴(100)은 사용되는 보강사(210)의 가닥수만큼 구비될 수 있다.

상기 실정렬부(120)는 다수의 공급릴(110)에 감겨진 다수의 보강사(210)가 서로 엉키지 않도록 정렬해 주는 역할을 하는데, 수지공급조(130)의 공급릴(110)측 방향(후방)으로 수지공급조(130)와 연결 설치되거나, 가이드대(190)에 별도로 설치될 수도 있으며, 경우에 따라서는 생략될 수도 있다.

상기 수지공급조(130)는 공급릴(110)의 전방에 이격 설치되고 도3에 도시된 바와 같이 상부가 개구된 다면체 형상으로 그 내부공간에 다수의 보강사(210)를 함 침하기 위한 액상수지(230)가 수용된다.

상기 함침롤러(140)는 수지공급조(130)의 중앙에서 회전가능하게 상기 수지공급조(130)에 축 지지되도록 수지공급조(130) 내부에 설치되고, 함침롤러(140)의 일부가 액상수지에 잠겨지면서 회전하고 다수의 보강사(210)가 그 상부의 주면에 접촉되도록 하여 보강사(210)가 수지로 함침 되도록 작용한다.

상기 가이드봉(150)은 도3에 도시된 바와 같이 함침롤러(140)에서 인출입되는 다수의 보강사를 안내하는 역할을 수행하도록 함침롤러(140)의 전,후방 즉 공급릴(110)측과 멘드릴(180)측으로 수지공급조(130) 상부에 각각 설치된다.

상기 실간격조절부(160)는 수지공급조(130)의 멘드릴(180)측 방향(전방)으로수지공급조(130)와 연결 설치되어 수지공급조(130)와 일체로 이동가능하게 구성되어 함침롤러(140)에서 나와서 가이드봉(150)을 지나는 다수의 수지함침된 보강사(210)의 간격을 조절하여 멘드릴(180)에 고르게 감기도록 할 뿐만 아니라 수지함침된 보강사의 양을 일정하게 조절하는 역할을 한다.

상기 멘드릴(180)은 수지공급조(130)의 전방에 이격되어 배치되어 수지함침된 보강사(210)가 감겨지도록 회전하여 FRP파이프를 생산한다. 즉 원하는 두께가 멘드릴(180)에 감기어지면 보강사(210)를 절단하게 되고 수지가 경화될 때 까지 멘드릴(180)은 계속 회전하며, 수지가 완전히 경화된 후 멘드릴(180)에서 파이프(200)를 탈형하여 FRP파이프를 제조하게 된다.

상기 내마모재공급장치(170)는 멘드릴(180)에 수지함침된 보강사(210)가 감길 때 수지함침된 보강사(210)에 내마모재를 공급하는 역할을 한다.

여기서, 수지공급조(130)와 내마모재공급장치(170)는 멘드릴(180)과 동일한 길이를 가진 가이드대(190) 상부에 설치된 가이드레일 상에 인접하게 설치되고, 상기 가이드레일을 따라 멘드릴(180)의 길이방향으로 이동 가능하도록 구성되는데, 특히 수지공급조(130)와 내마모재공급장치(170)가 일체로 이동 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 2에 도시된 고강도 FRP파이프 제조장치 중 내마모재공급장치의 측단면도를 도시하고 있는 도4를 참조하여 본 발명의 제조장치에 사용되는 내마모공급장치(170)의 구성을 보다 구체적으로 살펴본다.

상기 내마모공급장치(170)는 호퍼(171), 밸브(172), 벤추리관(173), 분말공급펌프(174), 베이스플레이트(175), 공기주입관(176)압력조절밸브(177), 공기공급부(미도시), 이송관(178), 분사노즐(179), 및 고정 암(175a)을 포함한다.

상기 호퍼(171)는 공지된 구성으로서 호퍼(171) 내부에 내마모재(220)가 수용된다.

상기 밸브(172)는 호퍼(171)의 하부에 연결 형성되어 호퍼(171)에 수용된 내마모재(220)를 공급하거나 공급하지 않는 즉 호퍼(171)의 개폐기능을 수행한다. 따라서, 밸브(172)를 통해 비상시 또는 정지시 내마모재의 공급을 중단할 수 있다.

상기 벤추리관(173)은 밸브(172)의 하부에 연결 형성되는데, 단면적이 일정하게 구성되어 호퍼(171)로부터 공급되는 내마모재(230)를 분말공급펌프(174)에 정량으로 공급하는 기능을 수행한다.

상기 분말공급펌프(174)는 내부관(174b)이 형성되는데, 상기 내부관(174b)은 벤추리관(173)의 하단과 그 상부가 연결되고 그 후방으로는 공기주입관(176)이 연결되는 공기토출구(174a)가 형성되며, 그 전방으로는 이송관(178)이 연결된다.

상기 공기토출구(174a)는 내마모재가 떨어지는 위치에서 간격을 조절할 수 있도록 하여 공기주입관(176)을 통해 분사된 공기가 호퍼(171) 방향으로 역류하는 것을 방지할 수 있는 기능을 한다.

이 때 분말공급펌프(174)는 그 내부관(174b)으로 호퍼(171)에서 제공된 내마모재(220)가 공기주입관(176)을 통해 주입되는 상당한 공기압에 의해 이송관(178)으로 배출되게 되므로 내마모재(220)로 인해 내부관(174b)이 마모가 심하게 발생할 수 있어, 그 손상이 심하게 발생할 수 있다. 따라서 이러한 마모로 인한 문제점을 해결하기 위해 분말공급펌프(174)의 재질을 내마모성 특성이 우수한 소재인 세라믹재질로 하였는데, 적어도 분말공급펌프(174)의 내부관(174b)만이라도 세라믹재질로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 베이스플레이트(175)는 그 상부에 분말공급펌프(174)가 설치되고, 전방측으로는 연장 형성된 고정암(175a)이 멘드릴(180)에 인접한 길이로 형성되어, 상기 고정암(175a)에 이송관(178)의 단부에 부착된 분사노즐(179)이 고정된다. 또한 베이스플레이트(175)는 가이드대(190)상부에 설치된 가이드레일에 의해 이동가능하게 형성되며 상술한 바와 같이 수지공급조(130)와 일체로 이동가능 하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 기술적 구성을 통해 분사되는 내마모재의 양 및 이동가능한 각 구성 요소의 이동속도를 일정하게 하고, 멘드릴(180)의 회전속도를 일정하게 함으로써 최종완성품인 FRP파이프 품질의 균일성을 유지할 수 있게 된다.

상기 압력조절용밸브(177)는 공기공급부(미도시)에서 공급되는 공기의 압력을 일정하게 고정하여 공기주입관(176)으로 이송하는 역할을 한다.

상기 이송관(178)은 분말공급펌프(174)의 전방에 설치되는데, 그 단부에 설치된 분사노즐(179)의 방향과 위치를 자유롭게 하기위해 내마모재에 의해 마모되지 않도록 내마모성이 우수한 연성소재로 구성되는데, 특히 내마모성이 우수한 고무재질의 튜브를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 분사노즐(179)에서 내마모재를 분사하는 최적의 각도를 다수의 반복실험을 통해 찾아내었는데, 수평을 기준으로 고정암(175a)이 멘드릴(180)에 감기는 수지함침된 보강사(210)의 상방에 위치할 때는 하방으로 30° 내지 60°이고, 고정암(175a)이 멘드릴(180)에 감기는 수지함침된 보강사(210)의 하방에 위치할 때는 상방으로 30°내지 60°이었다.

한편, 분사노즐(179)이 일반 재질인 탄소강, 주철강, 스테인레스강 등으로 제조되는 경우, 세라믹계열의 내마모재(220)에 의해 분사노즐(179)이 마모되어 자주 교환해야 되는 단점이 발생되는데, 특히 분사노즐(179)의 경우 마모에 의해 노즐 구멍 및 각도가 달라서 품질의 균일성이 떨어지게 되는 문제점까지 발생하게 되므로 분사노즐(179) 또한 세라믹재질을 소재로 하여 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 분사노즐(179)를 세라믹재질로 구성한 결과 종래의 탄소강, 주철강, 스테인레스강 재질의 분사노즐을 사용할 때보다 약 10배 정도의 교환주기를 향 상시킬 수 있었다.

지금까지는 내마모재공급장치(170)를 구성하는 각 구성요소가 1개인 것을 설명하였으나, 도2에 도시된 바와 같이 호퍼(171), 베이스플레이트(175) 및 공기공급부(미도시)는 1개이지만, 호퍼(171)에 필요한 개수만큼 다수개의 밸브(172)를 연결하고, 각 밸브(172)마다 별도의 벤추리관(173), 분말공급펌프(174), 공기주입관(176), 압력조절밸브(177), 이송관(178), 분사노즐(179)를 연결하여 원하는 개수 만큼 분사노즐이 고정될 수 있도록 다수개가 베이스플레이트(175)의 전방에서 연장되어 설치된 고정암(175a)에 다수개의 분사노즐(179)을 각각의 위치 및 분사각도가 다르게 설치하여 생산성 및 품질향상을 꾀할 수 있다. 경우에 따라서는 베이스플레이트(175)만 하나이고 나머지 구성요소는 모두 다수개로 하여 내마모재공급장치(170)를 구현할 수도 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 제조장치(100)를 이용하는 본 발명의 필라멘트와인딩공법을 이용한 내마모재를 함유하는 고강도FRP파이프 제조방법을 설명하면, 다수의 공급릴(110)로부터 다수의 보강사가 인출되도록 한 후, 상기 인출된 보강사(210)를 수지함침조(130)의 수지(230)로 함침시키고, 수지함침된 보강사(210)가 멘드릴(180)에 감길 때 원하는 양의 내마모재(220)를 내마모재공급장치(170)로 수지함침된 보강사(210)에 균일하게 분사되는 단계를 반복적으로 원하는 두께의 FRP파이프(200)를 형성할 때까지 수행하면 된다.

이 때, 내마모재공급장치(170)에 의해 분사되는 내마모재는 종래기술에서는 사용할 수 없었던 100mesh(0.14mm)이상의 입자크기를 가진 내마모재를 사용할 수 있는데, 특히 최종완성된 FRP파이프의 품질 및 외적미관을 고려하면 100mesh 내지 40mesh의 입자크기를 가진 내마모재를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 내마모재공급장치(170)에 의해 분사되어 공급되는 내마모재(220)의 함량은 종래기술에서는 사용할 수 없었던 보강사(210)에 함침되는 수지중량을 기준으로 30중량%이상의 양이 사용될 수 있는데, 특히 최종완성된 FRP파이프의 품질 및 외적미관을 고려하면내지 30 내지 50중량%가 함유되도록 하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 최종완성된 FRP파이프의 강도를 강화하여 그 내구성을 높이기 위해 40 내지 50중량%가 함유되도록 하는 것이다.

또한, 본 발명에서 사용되는 내마모재(220)는 실리콘카바이드 또는 알루미나인 것이 바람직하다.

실험예 1

내마모재 입자크기 및 함유량에 따른 마모량

하기 표1과 같은 조성의 수지와 내마모재의 혼합비를 가지도록 본 발명의 제조방법을 사용하여 FRP 파이프를 지름 10cm, 두께 10mm로 제조한 후, 플라스틱 내마모성 실험법인 ASTM D4060 규격에 따라 회전 수 1,000회, 중량 1,000g을 올려 시험하였고, 그 결과를 도5에 나타내었다. 이 때 내마모재로는 SiC를 사용하였다.

도 5로부터 알 수 있듯이, 내마모재가 크고 함유량이 많을수록 마모량이 적게 나타난다는 것을 알 수 있었다.

한편, 종래의 수지와 내 마모재료를 혼합하여 보감섬유에 함침하는 혼합방식의 필라멘트 와인딩 공법을 이용하여 상기 실험을 수행하고자 하였으나, 내마모재의 입자 크기가 약 100mesh(0.14mm) 이상, 수지 중량대비 내마모재가 30%이상은 작업이 곤란하여 사용할 수 없음을 확인할 수 있었다.

반면,본 발명과 같이 내마모재공급장치(170)에 의해 내마모재를 공급 할 경우에는 100mesh(0.14mm) 이상 및 함유량 30~50중량%까지도 공급이 가능하기 때문에 내마모성을 향상시켜 궁극적으로 파이프 사용수명 연장을 도모할 수 있다.

실험예2

제조방법에 따른 FRP파이프 생산량 비교

종래의 혼합방식의 필라멘트와인딩 공법에서 내마모재를 수지함침조(2)에 섞은 후 FRP파이프를 제조하는 시간과 본 발명에 따른 제조방법으로 FRP파이프를 제조하는 시간 및 수적층방법으로 제조하는 시간을 비교한 결과 표2와 같이 생산성이 향상됨을 실증할 수 있었다. 이 실험결과는 3축 ER-S 4000 형식으로, 보강사는 64개를 사용하여 작업자 3명이 8시간 작업하는 조건이며 자체적으로 평가하였다.

실험예3

제조방법에 따른 FRP파이프 내 마모량 및 기계적 강도

수적층방법으로 제조한 FRP파이프와, 종래의 혼합방식의 필라멘트와인딩 공법에서 내마모재를 수지함침조(2)에 섞은 후 제조한 FRP파이프와, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조한 FRP파이프의 내마모량 및 기계적 강도를 플라스틱 내마모성 실험법인 ASTM D4060 규격, 인장강도 실험법인 ASTM D638 규격, 굴곡강도 실험법인 ASTM D790 규격에 따라 시험하였고, 그 결과를 표3에 나타내었다. 이 때 내마모재로는 SiC를 사용하였으며, 내마모재의 함유량은 수지함량을 기준으로 한 것이다.

표3으로부터, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 FRP파이프가 내마모성이 우수할 뿐만 아니라 다른 기계적 강도 또한 우수함을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서만 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것인데, 이러한 수정 변경 등에 의해 실시할 경우도 모두 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

이상에서 살펴본 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.

먼저, 본 발명의 고강도 FRP파이프 제조방법 및 그 제조장치는 회 이송용으로 적합한 고강도 FRP파이프를 생산하기 위해 필라멘트와인딩 공법에서 내마모재를 스프레이 방식으로 별도로 공급할 수 있어, 내마모재와 수지의 배합율을 일정하게 유지할 수 있기 때문에 FRP파이프의 고품질을 보증할 뿐만 아니라, 입자크기가 100mesh(0.14mm) 이상이 되는 내마모재 및 제조되는 FRP파이프에 포함된 수지 중량에 대해 내마모재의 함량이 30중량% 이상이 포함되는 고강도 FRP파이프를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 고강도 FRP파이프는 고품질일 뿐만 아니라, 입자크기가 100mesh(0.14mm) 이상이 되는 내마모재 및 제조되는 FRP파이프에 포함된 수지 중량에 대해 내마모재의 함량이 30중량% 이상이 포함되어 강도가 매우 높고 수명이 연장되어 회 이송용 파이프로 매우 유용하다.

또한, 본 발명의 고강도 FRP파이프 제조방법 및 그 제조장치는 필라멘트 와인딩 공법으로 제조되면서도 내마모재료를 스프레이하여 공급하는 구성을 채택함으로써 생산성이 높기 때문에 경제적이다.

Claims

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필라멘트와인딩공법을 이용한 내마모재를 함유하는 고강도FRP파이프 제조장치에 있어서,

보강사가 감겨있는 다수의 공급릴;

상기 공급릴의 전방에 이격 설치되어 상기 다수의 보강사를 함침하기 위한 액상수지가 수용된 수지공급조;

상기 수지공급조의 중앙에서 회전가능하게 축 지지되도록 상기 수지공급조 내부에 설치되어 그 일부가 상기 액상수지에 잠겨지면서 회전하고 상기 다수의 보강사가 그 상부의 주면에 접촉되도록 하여 상기 보강사를 수지로 함침시키는 함침롤러;

상기 함침롤러의 전후방에 구비되어 상기 함침롤러에서 인출입되는 다수의 보강사를 안내하는 가이드봉;

상기 수지공급조의 전방에 이격되어 배치되는 상기 수지함침된 보강사가 감기는 멘드릴; 및

상기 수지공급조에 인접하여 상기 멘드릴에 수지함침된 보강사가 감길 때 상기 수지함침된 보강사에 내마모재를 공급하는 내마모재공급장치를 포함하는 고강도FRP파이프 제조장치.
제5항에 있어서, 상기 수지공급조의 공급릴측 방향(후방)으로는 상기 수지공급조와 연결설치되어 상기 다수의 공급릴에서 공급되는 다수의 보강사를 정렬하기 위한 실정렬부가 형성되고, 상기 수지공급조의 멘드릴측 방향(전방)으로는 상기 수지공급조와 연결설치되어 상기 다수의 수지함침된 보강사의 간격을 조절하는 실간격조절부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도FRP파이프 제조장치.
제5항에 있어서, 상기 수지공급조와 상기 내마모재공급장치는 상기 멘드릴과 동일한 길이를 가진 가이드대 상부에 설치된 가이드레일 상에 인접하게 설치되고, 상기 가이드레일을 따라 상기 멘드릴의 길이방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 고강도FRP파이프 제조장치.
제5항에 있어서, 상기 내마모재공급장치는 내마모재가 저장되는 호퍼, 상기 호퍼의 하부에 연결되어 상기 호퍼를 개폐하는 밸브, 상기 밸브의 하부에 연결되는 벤추리관, 상기 벤추리관이 그 상부에 연결되고, 그 후방으로는 공기주입관이 연결되며, 그 전방으로는 이송관이 연결되는 분말공급펌프, 상기 분말공급펌프가 설치되는 베이스플레이트, 상기 공기주입관과 연결되는 압력조절밸브, 상기 압력조절밸브에 공기를 공급하는 공기공급부, 상기 이송관의 단부에 설치되는 분사 노즐, 및 상기 베이스플레이트에서 연장되어 상기 멘드릴에 인접하여 상기 분사노즐을 고정하는 고정 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 FRP파이프 제조장치.
제8항에 있어서, 상기 벤추리관은 단면적이 일정하게 구성되어 상기 호퍼로부터 공급되는 내마모재를 상기 분말공급펌프에 정량으로 공급하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 고강도 FRP파이프 제조장치.
제8항에 있어서, 상기 분말공급펌프는 상부로는 상기 벤추리관과 연결되며 전방으로는 이송관과 연결되는 내부관을 구비하고, 상기 내부관의 후방측으로 상기 공기주입관과 연결되는 공기토출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도 FRP파이프 제조장치.
제8항에 있어서, 상기 호퍼, 상기 베이스플레이트 및 상기 공기공급부는 하나이고, 상기 호퍼에 연결되는 밸브, 상기 베이스플레이트에 설치되는 분말공급펌프와 고정 암, 및 상기 공기공급부에 연결되는 압력조절밸브를 포함한 나머지 구성요소는 다수개로 구성되어, 다수개의 분사노즐이 각각의 위치 및 분사각도가 다르게 상기 고정 암에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 고강도 FRP파이프 제조장치.
제8항에 있어서, 상기 분사노즐에서 내마모재를 분사하는 각도는 수평방향을 기준으로 상방 또는 하방으로 30° 내지 60°인 것을 특징으로 하는 고강도 FRP파이프 제조장치.
제8항에 있어서, 상기 분말공급펌프 및 분사노즐은 세라믹재질이고, 상기 이송관의 재질은 고무인 것을 특징으로 하는 고강도 FRP파이프 제조장치.
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