KR100780674B1 - 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주로 지중에 매설되어 하수관이나 배수관으로 사용되거나 전선 보호관으로 사용되는 섬유강화 합성수지 이중벽관에 관한 것이다.

본 발명의 섬유강화 합성수지 이중벽관은 나선상으로 권회된 프로파일의 인접하는 측벽부 사이가 접합용 I빔에 의해 일체로 접합되어 평활한 내,외주면을 갖는 합성수지 이중벽관의 접합용 I빔 내부에 유리섬유 함침 프리프래그층이 매입되어 구성된 것으로 이때 상기 유리섬유 함침 프리프래그층은 열가소성 수지에 유리장섬유가 동일평면상에서 일방향으로 배열되거나 경사와 위사가 직조된 상태로 함침되어 이루어진다.

본 발명의 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관은 이중벽관의 강성과 내압강도에 영향을 미치는 결정적인 관벽 구성부분으로서의 원통형 내벽과 외벽 사이를 연결하고 있는 접합용 I빔의 지지강도를 유리섬유 함침 프리프래그층을 개재시켜 월등히 향상시킴으로서 관 자체의 전체적인 강성 및 내압강도 향상과 더불어 관체의 경량화가 이루어지게 된다.

합성수지 이중벽관, 유리섬유 함침 프리프래그

Description

유리섬유 강화 합성수지 이중벽관{glass fiber reinforced plastic pipe with double wall structure}

도1은 종래 합성수지 이중벽관의 일부절결 정면도.

도2의 본 발명의 일실시예 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관의 일부절결 정면도.

도3은 도2의 관벽부에 대한 확대단면도

도4는 본 발명의 이중벽관 접합부를 구성하는 유리섬유 함침 프리프래그층의 일부절결 사시도.

도5는 본 발명에 따른 합성수지 이중벽관의 제조과정을 보인 개략도.

도6는 본 발명의 다른 실시예 이중벽관의 관벽부 종단면도.

((도면의 주요부분에 대한 부호의 설명))

10. 합성수지 이중벽관

11. 프로파일

12. 접합용 I빔

13. 유리섬유 함침 프리프래그층

본 발명은 주로 지중에 매설되어 하수관이나 배수관으로 사용되거나 전선보호관으로 사용되는 내,외주면이 평활한 지중매설용 합성수지 이중벽관에 관한 것으로, 보다 자세하게는 관벽을 형성하는 나선상의 중공 사각 프로파일 사이를 접합하는 접합용 수지층의 내부에 유리섬유 함침 프리프래그층이 매입되도록 함으로써 관체의 강성과 내압강도의 향상이 이루어지도록 한 것이다.

일반적으로 지중에 매설시공되는 하수관이나 배수관 또는 전선보호용관의 경우에는 매설 후 관체에 작용하는 토압이나 하중 등에 견딜 수 있는 강성과 내압강도 등의 품질특성이 우선적으로 요구된다.

이와 같은 지중매설용 합성수지관의 품질특성에 부합하는 관체의 대표적인 한 형태로 특허 제136249호의 합성수지 이중벽 평활관이 알려지고 있다. 상기 합성수지 이중벽 평활관은 중공의 원형 또는 각형의 소형 파이프를 연속적으로 압출하여 이를 관체 성형장치의 회전드럼 외주면상에 나선상으로 감아돌리는 과정에서 소형 파이프들 사이에 형성된 간극 내부로 용융 합성수지를 주입해서 이들 소형 파이프들의 연결이 이루어지도록 하여 내,외주면이 평활하면서 관벽에 중공부가 나선상으로 연속된 이중벽 평활관이 얻어지게 되는 것으로, 그 관체의 관벽구조는 도1에 도시된 바와 같다.

도1에 도시된 것과 같이, 종래 합성수지 이중벽관(1)은 내주면(IS)과 외주면 (OS)이 평활한 원통형으로서 그 관벽은 원형 또는 사각의 프로파일(2)이 서로 인접하되 일정한 간격을 유지한 상태로 나선상으로 감겨지고 이들 프로파일(2) 사이의 간격부에 접합용 수지로서의 I자 빔(3)이 채워져서 전체적으로 이중벽을 이루는 평활관을 구성하고 있다.

상기의 합성수지 이중벽 평활관은 그 이전에 사용되어 오던 합성수지 나선관에 비해서 그 강성 및 내압강도가 우수하다는 장점에 기인하여 최초로 개발되어 상용화된 이래 최근에 이르기까지 널리 사용되어 왔으나, 최근에 이러한 지중매설용 관체에 대한 대구경화 및 고강도화의 요구가 증대되는 추세에 따라 이중벽 평활관의 고강도화를 실현하기 위한 다양한 시도와 개발이 이루어지고 있다.

이와 같은 지중매설용 합성수지관의 고강도화를 도모하기 위해 최근에 개발되어 실용화되고 있는 대표적인 예로는 중공 사각 프로파일의 중공부에 "+"형의 보강리브가 형성되도록 하거나 중공부가 발포체나 재생수지 또는 콘크리트 등으로 채워지도록 하여 프로파일 자체의 강도보강을 통한 관체의 강성 증가가 이루어지도록 하는 형태와, 이중벽관의 외주면에 별도의 보강용 외층을 부가하여 관벽증대를 통한 관체의 강도 향상이 이루어지는 형태 등을 들 수 있다.

그러나, 상기 프로파일의 단면구조 변화 및 관벽의 두께 증가를 통한 지중매설용 합성수지 평활관의 품질특성 향상을 위한 시도의 경우에는 기존의 이중벽관 제조장치에 부가하여 별도의 복잡한 생산설비를 필요로 하게 되거나 생산공정의 복잡화를 초래하게 되고, 수지의 사용량 증대에 따른 생산원가의 상승 및 관체 무게 의 증가를 초래하게 되는 또 다른 문제점이 지적되어 이에 대한 개선이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기 종래의 합성수지 이중벽 평활관의 제조방법에서 지적되고 있는 제반 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 관벽을 형성하는 나선상의 중공 사각 프로파일 사이를 접합하는 접합용 수지층의 내부에 유리 장섬유 함침 프리프래그층이 매입되도록 함으로써 관체의 강성과 내압강도의 향상이 이루어지도록 한 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관을 제공함에 발명의 목적을 두고 있다.

본 발명의 다른 목적은 동일평면상에 일방향 또는 직교방향으로 밀집열된 다수의 유리장섬유를 열가소성 합성수지에 함침시킨 쉬트상의 유리장섬유 함침 프리프래그층이 압출기를 빠져나온 프로파일의 나선권회 과정에서 접합용 수지에 둘러싸여 프로파일의 사이의 접합부로 공급되도록 함으로써 기존의 이중벽관 제조장치를 그대로 이용함과 아울러 합성수지 사용량 증가요인을 배제하여 관체의 경량화 및 고강도화를 동시에 달성할 수 있도록 함에 있다.

본 발명의 상기 목적은 합성수지 이중벽 평활관을 구성하는 나선상의 프로파일 사이의 접합용 I빔의 내부에 매입되는 다수의 유리 장섬유 필라멘트가 동일평면상에 배열된 쉬트상의 유리섬유 함침 프리프래그층에 의해서 달성된다.

상기 유리섬유 함침 프리프래그층은 유리 장섬유 필라멘트가 동일평면상에 단층 또는 복층으로 일방향으로 배열된 상태로 열가소성 수지 내부에 함침되어 형 성되거나, 일군의 일방향 유리장섬유 필라멘트들이 서로 경사와 위사의 형태로 직조된 상태에서 열가소성 수지에 함침되어 쉬트상으로 성형되어진다.

상기 유리섬유 함침 프리프래그층은 동일평면상에 배열된 유리 장섬유를 열가소성 용융수지 조성물이 공급되는 함침다이를 통과시켜 인출함으로써 유리장섬유가 수지조성물로 둘러싸이도록 한 다음에 평판상 누름판으로 압착해서 쉬트상으로 얻어지게 된다.

상기의 제조과정을 통해서 얻어진 유리섬유 함침 프리프래그층은 대략 0.5mm 정도의 두께를 갖는 쉬트상으로서 함침다이 통과에 이은 압착과정을 통해서 유리 장섬유 필라멘트 사이로 액상의 수지가 채워지게 되어 수지와 유리장섬유가 일체화된 쉬트를 이루게 된다.

한편, 유리섬유 함침 프리프래그층은 유리섬유 자체가 지닌 고강도 특성에 기인하여 높은 인장강도를 나타낸다. 이때 상기 유리섬유 함침 기재(matrix)로서의 열가소성 수지로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드 및 폴리에스테르 등을 들 수 있다.

본 발명의 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관의 기술적 특징과 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 구체적인 사항은 아래의 도면을 참조한 상세한 설명에 의해서 이해될 것이다.

먼저, 도2는 본 발명에 따른 유리섬유 강화 합성수지 관체의 구조를 보인 일부절결 정면도이고, 도3은 도2의 관벽 단면부에 대한 확대도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유리섬유 강화 합성수지 지중벽관(10)은 나선상으로 연속권회되는 사각 프로파일(11)의 사이에 접합용 I빔(12)이 개재되어 프로파일간의 접합이 이루어져서 내,외주면이 평활하고, 이중의 관벽구조를 이루는 것으로서, 이때 상기 접합용 I빔(12)의 내부에는 유리섬유 함침 프리프래그층(13)이 매입되어 있다.

상기 유리섬유 함침 프리프래그층(13)은 접합용 I빔(12)의 종단면 중앙부에 위치하고, 그 상하 높이는 접합용 I빔(12)의 상하 길이에 비해 약간 적게 되도록 하여 접합용 I빔(12)의 상단부와 하단부 외측으로 유리섬유 함침 프리프래그(13)층의 노출이 이루어지지는 않는다.

도4는 본 발명에 따른 합성수지 이중벽관에 사용되는 유리섬유 함침 프리프래그(13)의 일 실시형태를 보인 일부절결 사시도로서, 본 실시형태에서는 열가소성 수지(13b) 내부에 일방향으로 배열된 유리 장섬유(13a)가 함침된 형태를 취하고 있다. 상기 유리 장섬유(13a)는 필라멘트들이 경사와 위사로 직조된 형태를 취하거나, 다수의 필라멘트가 꼬여진 코드 상태로 일방향으로 배향되거나 직조되어질 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관의 제조과정을 도5를 통해서 살펴보면 다음과 같다.

도시된 것과 같이, 압출기(14)의 압출공을 통해서 중공의 사각단면을 이루는 프로파일(11)가 연속적으로 압출되고, 압출되어 나오는 프로파일(11)은 이송가이드(도면 미도시)에 안내되어 드럼(15)의 외주면으로 연속적으로 이송되어 나선상으로 권회가 이루어지게 된다.

한편, 상기 프로파일(11)의 압출 및 드럼(15)측으로의 이송과 병행하여 드럼(15)의 일외측으로부터 드럼의 외주면을 따라 나선상으로 권회되는 프로파일(11) 사이의 틈새를 향해서 접합용 I빔(12)이 공급되어 진다.

이때, 상기 접합용 I빔(12)의 공급은 공급롤로부터 인출되어 연속적으로 공급되는 유리섬유 함침 프리프래그층(13)의 이송경로 상에 유리섬유 함침 프리프래그층(13)을 중심으로 양편에 설치되는 한 쌍의 접합용 수지공급 노즐(16)을 통해서 이루어진다.

즉, 일정한 간격을 두고 일자형의 노즐공(16a)이 마주보도록 설치된 한 쌍의 접합용 수지공급 노즐(16) 사이로 유리섬유 함침 프리프래그층(13)이 통과하는 과정에서 양편의 노즐공(16a)으로부터 공급되는 반용융 상태의 접합용 수지로 둘러싸여 접합용 I빔(12)으로 성형된 상태로 프로파일(11) 사이의 틈새로 향하게 된다.

이때, 접합용 수지공급 노즐(16)의 노즐공(16a) 길이(h)는 유리섬유 함침 프리프래그층(13)의 높이(h1) 보다도 길게 형성하여야 만이 접합용 수지의 내부에 유리섬유 함침 프리프래그층(13)의 완전한 매입상태가 달성된다.

이와 같이 드럼(15) 외주면에 나선상으로 권회된 프로파일(11) 사이의 틈새로 공급되는 접합용 I빔(12)에 의해서 프로파일의 접합이 이루어짐으로써 이중벽 구조의 합성수지관이 얻어지게 된다. 도면중 미설명 부호 17은 프로파일(11)의 접합부 외주면을 평활하게 해주는 압착롤러이다.

합성수지 이중벽관의 본체부를 구성하는 중공 프로파일(11)의 단면 형태는 네 모서리가 직각을 이루는 사각형이나 원통형으로 구성할 수도 있으나, 상기 실시 예에서와 같이, 전체적으로 사각형을 이루되 네 모서리부분이 원호상으로 형성되도록 함으로써 접합용 I빔과의 접합단계에서 프로파일의 외측벽면은 물론 상,하부 모서리부에 이르기까지 보다 넓은 접합면적이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 접합용 I빔의 수지를 선택함에 있어서는 프로파일과의 접합성을 고려하여 프로파일과 동일한 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적인 일예로는 이중벽관이 주로 폴리에틸렌 수지로 이루어짐에 따라 접합용 수지 역시도 폴리에틸렌을 사용하는 것이 유용하다.

접합용 수지공급 노즐을 통해 빠져나오는 접합용 수지는 겔 상태로서 노즐을 빠져나오면서 형성된 형태가 유지될 수 있는 정도를 유지하도록 하여야 하고, 또한 프로파일의 접합면과의 접착이 가능할 정도로 연화된 상태에 있어야 한다.

도6은 본 발명에 따른 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관의 다른 실시예에 대한 관벽부 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예의 이중벽관(10')은 상기 도2의 실시예와 기본적인 구조가 동일하되, 관체의 외주면에 유리섬유 함침 프리프래그층(20)과 보호용 합성수지층(21)이 부가적으로 적층되는 한편 관체의 내주면에도 유리섬유 함침 프리프래그층(22)과 보호용 합성수지층(21)이 형성되어 있는 점에서 차이를 보이고 있다.

이때, 상기 유리섬유 함침 프리프래그층(20)(22)은 관체의 내주면이나 외주면 중 어느 한 쪽에만 국한하여 형성될 수 있으며, 보호용 합성수지층(21)(23)의 형성은 생략될 수도 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관은 이중벽관의 강성과 내압강도에 영향을 미치는 결정적인 관벽 구성부분으로서의 원통형 내벽과 외벽 사이를 연결하고 있는 접합용 I빔의 지지강도를 유리섬유 함침 프리프래그층을 개재시켜 월등히 향상시킴으로서 관 자체의 전체적인 강성 및 내압강도 향상이 이루어지게 된다.

그리고 본 발명은 상기와 같은 관체의 강성 및 내압강도의 향상이 이루어지도록 하는 구성요소로서의 유리섬유 함침 프리프래그층이 상대적으로 얇은 두께를 지님에 기인하여 관체의 경량화를 아울러 달성할 수도 있다.

이에 더하여, 본 발명은 기존의 합성수지 이중벽관 제조설비를 거의 그대로 이용하여 관체의 제작이 가능하고 또한 특별히 복잡한 설비를 추가적으로 필요로 하지 않는다는 면에서 경제적이다.

Claims (4)

1. 나선상으로 권회된 프로파일의 인접하는 측벽부 사이가 접합용 I빔에 의해 일체로 접합되어 평활한 내,외주면을 갖는 합성수지 이중벽관에 있어서, 상기 접합용 I빔 내부에 유리섬유 함침 프리프래그층이 매입되어 구성됨을 특징으로 하는 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관.
2. 제1항에 있어서, 상기 유리섬유 함침 프리프래그층은 열가소성 수지에 유리장섬유가 동일평면상에서 일방향으로 배열되거나 경사와 위사가 직조된 상태로 함침되어 구성됨을 특징으로 하는 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관.
3. 제1항에 있어서, 이중벽관의 외주면이나 내주면 중에서 적어도 어느 한쪽에 유리섬유 함침 프리프래그층이 부가적으로 형성됨을 특징으로 하는 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관
4. 제3항에 있어서, 상기 유리섬유 함침 프리프래그층의 외측에 보호용 합성수지층이 부가적으로 형성됨을 특징으로 하는 유리섬유 강화 합성수지 이중벽관.

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