KR100878178B1

KR100878178B1 - 섬유강화플라스틱 관 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100878178B1
Application number: KR1020070026018A
Authority: KR
Inventors: 윤순종; 남정훈; 주형중
Original assignee: 윤순종; 남정훈; 주형중
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2009-01-12
Also published as: KR20080084362A

Abstract

본 발명은 관의 길이방향과 원주방향으로 보강섬유를 배치하여 관의 내하력, 강성 그리고 변형성능을 향상시킴과 아울러 모듈화된 복수의 단위부재를 이용함으로써 대구경의 관을 쉽게 제작할 수 있으며 관의 길이방향 이음부의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 섬유강화플라스틱 관 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은 길이방향으로 보강섬유가 배치된 복수의 FRP 단위부재들을 접합하여 구성된 내부조립원통관과, 상기 내부조립원통관의 원주방향으로 보강섬유가 배치되도록 상기 내부조립원통관의 외면을 감싸는 FRP 외피를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관을 제공한다.

섬유강화플라스틱, 관, 파이프, 펄트루젼, 필라멘트 와인딩

Description

섬유강화플라스틱 관 및 그 제조방법{Fiber reinforced plastic pipe and manufacturing method of the same}

도 1은 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관의 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관을 구성하는 단위부재의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관을 구성하는 단위부재의 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관을 구성하는 단위부재의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관의 다른 실시예를 보여주는 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관을 구성하는 단위부재들의 접합구조의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관을 구성하는 단위부재들의 접합구조의 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관을 구성하는 단위부재들의 접합구조의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 섬유강화플라시틱 관의 길이방향 연결구조의 일 실시예를 보여주는 사이도이다.

도 10은 본 발명에 따른 섬유강화플라시틱 관의 길이방향 연결구조의 다른 실시예를 보여주는 사이도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 내부조립원통관 110a : 단위부재

111 : 외측판 112 : 좌측판

113 : 우측판 114 : 내측판

130 : 끼움부재 140 : 연결구

120 : 외피 20 : 내부단일원통관

30 : 연결부재

본 발명은 섬유강화플라스틱 관 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 관의 길이방향과 원주방향으로 보강섬유를 배치하여 관의 내하력, 강성 그리고 변형성능을 향상시킴과 아울러 모듈화된 복수의 단위부재를 이용함으로써 대구경의 관을 쉽게 제작할 수 있으며 관의 길이방향 이음부의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 섬유강화플라스틱 관 및 그 제조방법에 관한 것이다.

섬유강화플라스틱(Fiber Reinforced plastics, FRP)이란 연속된 섬유 또는 단섬유로 보강된 플라스틱을 말하며, 부식에 대한 저항성이 높고 단위중량당의 강도가 강재 등 기존 건설재료에 비해 크며 중량이 작아 시공이 용이하고 유지보수 비용이 적어 반영구적인 장점이 있다.

이에 따라 최근 건설분야에서는 구조재료로서 섬유강화플라스틱을 다양한 용도로 활용하고 있으며, 섬유강화플라스틱으로 제조된 관은 건축구조물의 기둥, 수중 교각 및 일반 교각, 해양구조물, 지반보강용 말뚝, 수로용 파이프 등으로 사용되고 있다.

섬유강화플라스틱 관의 생산방식은 크게 두 가지로 필라멘트 와인딩(Filament winding) 방식과 원심력을 이용한 제작방식을 들 수 있다. 필라멘트 와인딩 방식은 연속되는 유리섬유 로빙(roving)을 수지에 함침시켜 원통형 틀에 나선방향으로 감는 방식을 말하며, 원심력을 이용한 제작방식은 콘크리트 흄관과 같이 수지와 섬유 단섬유(chopped fiber)가 원통속에서 원심력에 의해서 성형되는 방법이다.

FRP 재료는 보강섬유의 배치방향과 양에 따라 강도특성이 다른 이방성재료이며, 보강섬유의 연속성 또한 강도특성에 영향을 미치는 주요 영향 인자가 된다.

따라서 필라멘트 와인딩 방식으로 제작된 관의 경우 원주방향의 강도에 비해 섬유가 배치되지 않은 길이방향(부재축방향)의 강도는 상대적으로 약한 단점이 있으며, 원심력관의 경우 사용되는 보강섬유가 단섬유이기 때문에 섬유배치가 연속이 아니며 방향성이 없기 때문에 보강효율이 저하되는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 관의 길이방향과 원주방향으로 보강섬유를 배치하여 관의 내하력, 강성 그리고 변형성능을 향상시킴과 아울러 모듈화된 복수의 단위부재를 이용함으로써 대구경의 관을 쉽게 제작할 수 있으며 관의 길이방향 이음부의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 섬유강화플라스틱 관 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은 길이방향으로 보강섬유가 배치되도록 인발 성형된 복수의 FRP 단위부재들을 접합하여 구성된 내부조립원통관과, 상기 내부조립원통관의 원주방향으로 보강섬유가 배치되도록 상기 내부조립원통관의 외면을 감싸는 FRP 외피를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관에 의해 달성된다.

이때, 상기 내부조립원통관을 구성하는 단위부재들은 외곽을 구성하는 외측벽과 상기 외측벽의 좌우 양측 끝단으로부터 각각 안쪽 반경방향으로 연장 형성된 좌측벽과 우측벽으로 이루어진 단면형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부조립원통관의 내부에는 상기 좌우측벽의 끝단과 접합는 내부단일원통관이 더 결합된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단위부재들은 상기 외측벽과 일정 간격을 유지하면서 상기 좌우측벽의 끝단을 서로 연결하는 내측벽이 더 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 단위부재들의 상기 좌우측벽 중 어느 하나에 끼움홈을 형성하고 나머지 하나에 대응하는 끼움돌기를 형성하여 서로 끼워 맞춰 상기 내부조립원통관을 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부조립원통관을 구성하는 단위부재들의 좌우측벽에 삽입홈을 형성하고 상기 삽입홈에 끼워지는 삽입돌기를 갖는 끼움부재를 이용하여 단위부재들을 서로 끼움결합한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부조립원통관을 구성하는 단위부재들의 좌우측벽에 연결홈을 형성하고 상기 연결홈에 끼워지는 연결돌기를 갖는 연결구를 이용하여 단위부재들을 서로 끼움결합한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부조립원통관을 길이방향으로 연결할 수 있도록 상기 내부조립원통관을 구성하는 단위부재들의 일부를 상기 외피보다 돌출되게 접합하여 복수의 삽입공간을 형성하고 상기 단위부재들의 돌출부분을 상기 삽입공간에 끼워 연결하고 연결부의 외면을 외피로 감싼 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부조립원통관은 상기 내부조립원통관을 길이방향으로 연결할 수 있도록 양단부가 상기 단위부재의 내부에 끼워지는 복수의 연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 목적은 길이방향으로 보강섬유가 배치된 섬유강화플라스틱을 인발하여 복수의 단위부재를 성형하는 단계와, 상기 단위부재들을 서로 결합하여 내부조립원통관을 형성하는 단계와, 유리섬유 로빙(Roving)을 수지에 함침시켜 상기 내부조립원통관의 외면에 나선방향으로 감아 외피를 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관의 제조방법에 의해 달성된다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관(10)의 일 실시예를 나타낸 사시 도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관(10)은 내부조립원통관(110)과 외피(120)로 구성된다.

내부조립원통관(110)은 길이방향으로 보강섬유가 배치되도록 인발 성형된 복수의 FRP 단위부재(110a)를 접합하여 구성된다. 단위부재(110a)들을 접합하여 구성되는 내부조립원통관(110)은 내부에 중공(h2)이 형성된 폐단면형상을 가지며 구체적인 단면형상은 도시된 원형에 한정되지 않고 용도에 따라 사각형, 육각형, 팔각형 등 다양한 단면형상으로 조립될 수 있다.

이와 같이 내부조립원통관(110)을 복수의 단위부재(110a)들을 접합하여 구성함으로써, 비교적 작은 단면으로 생산되기 때문에 제품의 품질을 보장할 수 있고 유지관리가 용이하며 큰 단면으로 생산하는 것보다 강성을 더욱 확보할 수 있을 뿐만 아니라 역학적 성질의 조절이 용이하다. 또한, 보강섬유가 관의 길이방향으로 배치됨으로써 부재의 길이방향으로 강성 및 강도가 우수하고 연성이 뛰어나므로 휨 및 내진성능을 향상시킨다.

도 2는 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관을 구성하는 단위부재의 일 실시예를 보여주는 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관을 구성하는 단위부재의 다른 실시예를 보여주는 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관을 구성하는 단위부재의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 각 단위부재(110a)들은 다양한 단면형상을 가질 수 있는데, 도 2에 도시된 바와 같이 외곽을 구성하는 외측벽(111)과 상기 외 측벽(111)의 좌우 양측 끝단으로부터 각각 안쪽 반경방향으로 연장 형성된 좌측벽(112)과 우측벽(113)으로 이루어진 개단면 형상을 가질 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 외측벽(111)과 일정 간격을 유지하면서 상기 좌우측벽(112)(113)의 끝단을 서로 연결하는 내측벽(114)이 더 형성하여 폐단면으로 구성할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 단위부재(110a)의 길이방향 내하력 및 강성을 증대시키기 위해 상기 좌우측벽(112)(113) 사이에 보강리브(115)를 더 형성할 수도 있다.

이와 같은 단면형상을 가짐으로써 내부조립원통관(110)을 구성하는 단위부재(110a)들의 두께 및 내부로 돌출된 좌우측벽(111)(112)의 길이 및 개수 등을 조절하여 휨 및 내진성능을 조절할 수 있다.

한편, 상기 내부조립원통관(110)을 구성하는 단위부재(110a)들이 개단면 형상일 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 내부조립원통관(110)의 내부에 상기 좌우측벽(112)(113)의 끝단과 접합는 내부단일원통관(20)을 더 결합할 수 있다.

다음으로, 각 단위부재(110a)을 접합하여 내부조립원통관(10)을 구성하는 방법은, 각 단위부재(110a)의 인접하는 좌우측벽(112)(113)을 접착제를 이용해 접작하거나 다음에 도시된 바와 같이 끼워 맞춰 구성한다.

도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관을 구성하는 단위부재들의 접합구조의 실시예들을 보여주는 단면도이다.

끼워 맞추는 방법은, 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 상기 좌우측벽(112)(113) 중 어느 하나에 끼움홈(112a)을 형성하고 나머지 하나에 대응하는 끼 움돌기(113b)를 형성하여 서로 끼워 맞추거나, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 내부조립원통관(10)을 구성하는 단위부재(110a)들의 좌우측벽(112)(113)에 삽입홈(112a)(113a)을 형성하고 상기 삽입홈(112a)(113a)에 끼워지는 삽입돌기(131)를 갖는 끼움부재(130)를 이용하여 단위부재(110a)들을 서로 끼움결합하거나, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 내부조립원통관(10)을 구성하는 단위부재(110a)들의 좌우측벽(112)(113)에 연결홈(112c)(113c)을 형성하고 상기 연결홈(112c)(113c)에 끼워지는 연결돌기(141)를 갖는 연결구(140)를 이용하여 단위부재(110a)들을 서로 끼움결합하는 방법이 선택적으로 이용될 수 있다.

이상과 같이 구성된 내부조립원통관(10)의 외면에 연속되는 유리섬유 로빙(roving)을 수지에 함침시켜 나선방향으로 감아 외피(20)를 형성한다. 내부조립원통관(110)의 외부를 둘러싸는 외피(120)에 의해, 내부조립원통관(110)의 원주방향으로 강성 및 강도를 증가시키며, 내부조립원통관(110)이 부재의 형상을 유지할 수 있으므로 기존 필라멘트 와인딩 공법에서 사용하는 부재형상을 위한 별도의 몰드 제작이 불필요하다.

한편, 소정의 길이를 갖는 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관(10)은, 길이방향으로 서로 연결되어 사용되는 데 그 연결구조는 도 9, 10에 도시된 바와 같다.

먼저, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 내부조립원통관(110)을 구성하는 단위부재(110a)의 일부를 상기 외피(120)보다 돌출되게 접합하여 복수의 삽입공간(h3)을 형성하고 상기 단위부재(110a)의 돌출부분을 상기 삽입공간(h3)에 끼워 연결하고 연결부의 외면을 외피(120)로 감싸거나, 도 10에 도시된 바와 같이 양단부가 상 기 단위부재(110a)의 내부 공간(h1)에 끼워지는 복수의 연결부재(30)를 이용해 연결할 수 있다. 이때 연결부재(30)는 상기 단위부재(110a)의 내부 공간(h1)과 동일한 단면형상을 가지며 상기 단위부재(110a)들과 동일하게 내부 빈 길이재로 하거나 내부가 채워진 길이재로 구성할 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 섬유강화플라스틱 관의 제조방법은 아래와 같다.

먼저, 길이방향으로 보강섬유가 배치된 섬유강화플라스틱을 인발하여 도 2 내지 4에 도시된 단면형상을 갖는 복수의 단위부재(110a)를 성형한다. 단위부재(110a)의 성형은 펄트루젼 방식을 적용한다.

다음, 상기 단위부재(110a)들을 서로 결합하여 내부조립원통관(110)을 형성한다. 이때, 단위부재(110a)들은 그 좌우측벽(112)(113)을 서로 접착제를 이용해 접착하거나, 도 5 내지 7에 도시된 끼움방법을 이용해 접합할 수 있다.

다음, 유리섬유 로빙(Roving)을 수지에 함침시켜 상기 내부조립원통관의 외면에 나선방향으로 감아 외피(120)를 성형한다. 즉, 필라멘트 외인딩 방식으로 외피(120)를 성형한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

먼저, 내부조립원통관을 길이방향으로 보강섬유가 배치된 단위부재들을 접합하여 구성함으로써,

첫째, 비교적 작은 단면으로 생산되기 때문에 제품의 품질을 보장할 수 있고 유지관리가 용이하며 큰 단면으로 생산하는 것보다 강성을 더욱 확보할 수 있을 뿐만 아니라 역학적 성질의 조절이 용이하다.

둘째, 보강섬유가 관의 길이방향으로 배치됨으로써 부재의 길이방향으로 강성 및 강도가 우수하고 연성이 뛰어나므로 휨 및 내진성능을 향상시킨다.

셋째, 내부조립원통관을 구성하는 단위부재들의 두께 및 내부로 돌출된 좌우측벽의 길이 및 개수 등을 조절하여 휨 및 내진성능을 조절할 수 있다.

다음으로 내부조립원통관의 외부를 둘러싸는 외피에 의해, 내부조립원통관의 원주방향으로 강성 및 강도를 증가시키며, 내부조립원통관이 부재의 형상을 유지할 수 있으므로 기존 필라멘트 와인딩 공법에서 사용하는 부재형상을 위한 별도의 몰드 제작이 불필요하다.

Claims

길이방향으로 보강섬유가 배치되도록 인발 성형된 복수의 FRP 단위부재(110a)들을 접합하여 구성된 내부조립원통관(110)과,

상기 내부조립원통관(110)의 원주방향으로 보강섬유가 배치되도록 상기 내부조립원통관(110)의 외면을 감싸는 FRP 외피(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관.
제 1 항에 있어서,

상기 내부조립원통관(110)을 구성하는 단위부재(110a)들은, 외곽을 구성하는 외측벽(111)과 상기 외측벽(111)의 좌우 양측 끝단으로부터 각각 안쪽 반경방향으로 연장 형성된 좌측벽(112)과 우측벽(113)으로 이루어진 단면형상을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관.
제 2 항에 있어서,

상기 내부조립원통관(110)의 내부에는 상기 좌우측벽(112)(113)의 끝단과 접합는 내부단일원통관(20)이 더 결합된 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관.
제 2 항에 있어서,

상기 단위부재(110a)들은 상기 외측벽(111)과 일정 간격을 유지하면서 상기 좌우측벽(112)(113)의 끝단을 서로 연결하는 내측벽(114)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 단위부재(110a)들의 상기 좌우측벽(112)(113) 중 어느 하나에 끼움홈(112a)을 형성하고 나머지 하나에 대응하는 끼움돌기(113b)를 형성하여 서로 끼워 맞춰 상기 내부조립원통관(110)을 구성하는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 내부조립원통관(10)을 구성하는 단위부재(110a)들의 좌우측벽(112)(113)에 삽입홈(112a)(113a)을 형성하고 상기 삽입홈(112a)(113a)에 끼워지는 삽입돌기(131)를 갖는 끼움부재(130)를 이용하여 단위부재(110a)들을 서로 끼움결합한 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 내부조립원통관(10)을 구성하는 단위부재(110a)들의 좌우측벽(112)(113)에 연결홈(112c)(113c)을 형성하고 상기 연결홈(112c)(113c)에 끼워지는 연결돌기(141)를 갖는 연결구(140)를 이용하여 단위부재(110a)들을 서로 끼움결합한 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 내부조립원통관(110)을 구성하는 단위부재(110a)들의 일부를 상기 외피(120)보다 돌출되게 접합하여 복수의 삽입공간(h3)을 형성하고 상기 단위부재(110a)들의 돌출부분을 상기 삽입공간(h3)에 끼워 연결하고 연결부의 외면을 외피(120)로 감싼 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 내부조립원통관(110)은 상기 내부조립원통관(110)을 길이방향으로 연결할 수 있도록 양단부가 상기 단위부재(110a)의 내부에 끼워지는 복수의 연결부재(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관.
길이방향으로 보강섬유가 배치된 섬유강화플라스틱을 인발하여 청구항 2 또는 청구항 4에 기재된 단면형상을 갖는 복수의 단위부재를 성형하는 단계와,

상기 단위부재들을 서로 결합하여 내부조립원통관을 형성하는 단계와,

유리섬유 로빙(Roving)을 수지에 함침시켜 상기 내부조립원통관의 외면에 나선방향으로 감아 외피를 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱 관의 제조방법.