KR100978300B1 - 합성 침목 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

(1) 섬유속(束)을 적층한 경우에 상하 좌우 방향으로 떨어져서 배치할 수 있는 형상으로 하고, (2) 섬유속의 돌출부의 하측으로의 돌출량이 돌출부의 두께에 의존하지 않도록 하며, (3) 모재(母材) 수지가 경화하고 발포하여 팽창하더라도, 섬유속이 서로 떨어져서 성기지 않고 균일한 분포 상태가 얻어지는 합성 침목을 제공한다.

본 발명에 따른 합성 침목은, 복수 개의 강화 섬유로 이루어지는 섬유속을 분산시켜서, 그 주위를 모재 수지로 경화시킨 합성 침목으로서, 섬유속에는, 섬유속의 길이 방향으로부터 만곡되어 편평한 형상으로 눌려 찌그러진 팽출부가 소정의 간격으로 형성되어 있으며, 섬유속은 침목 제조용 금형에 제품 사양의 높이 이상으로 적층되고, 모재 수지인 발포제를 포함하는 경질 우레탄 액을 소정량 투입 후, 제품 사양의 높이까지 압축하여 형성된다.

Description

합성 침목 및 그 제조 방법{SYNTHETIC RAILWAY SLEEPER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 철도 선로용 침목(枕木) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수 매의 강화 섬유로 이루어지는 섬유속(纖維束)을 적층하여, 이것을 모재 수지로 굳힌 합성 침목 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

철도 선로용 침목으로 목재나 콘크리트가 널리 사용되고 있다. 그러나 목재는 비 등에 대한 내구성이 떨어지고, 콘크리트는 내구성이 우수하나, 무겁고 방진성이나 방음성이 떨어진다. 그래서 목재나 콘크리트를 대신할 침목으로서, 경질 우레탄 수지 등을 모재 수지로 하여, 유리 장섬유의 섬유속으로 강화한 합성 침목이 제품화되어 있다. 합성 침목 및 그 제조 방법은 일본공개특허 제2002-21002호에 상세히 기재되어 있다.

섬유속은 예를 들면, 강화 섬유의 일종인 유리 장섬유(직경은 약 20μm) 약 5000TEX가 바인더 수지로 묶인 것이다. TEX란 길이 1m 당 중량으로서 단위는 mg/m이다. 5000TEX는 약 5g/m가 된다. 섬유속의 단면은 원 형상이고 외부 직경은 약 2mm 정도이다. 섬유속은 모재 수지 안에 균일하게 분산시킬 필요가 있다. 균일하지 않으면, 박은 대못을 뽑아내는 시험에서 강도 부족이 된다. 또한, 침목의 각(角) 부분 등에 섬유속이 고루 미치지 않으면, 강도 부족으로 쪼개지거나 깨지거나 하는 경우가 있다.

종래에 있어서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 섬유속(10)에는 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 돌출부(11)가 형성된다. 이 돌출부(11)는 판 형상의 2개의 가압체로 섬유속(10)을 끼우고 가압함으로써 형성한다. 도 10은 이러한 섬유속(10)이 겹쳐 쌓아진 경우를 도시한다. 도 10에 있어서, 섬유속(10)의 직경을 2mm로 하고, 돌출부(11)의 두께를 1mm로 한 경우, 돌출부(11)의 횡축은 3mm 정도가 되고, 섬유속(10)의 외부 직경으로부터의 돌출량은 0.5mm 정도가 된다. 이러한 형상은, 상하 방향으로는 돌출부(11)가 없기 때문에, 섬유속(10)을 상하 방향으로 밀(密)하게 겹쳐쌓는 것을 노린 것이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 섬유속(10)의 간격이 돌출부(11)에 의해 넓혀지고, 섬유속(10)의 간격은 섬유속(10)의 직경보다 커지며, 이 극간으로 모재 수지가 들어간다. 그러나 돌출부(11)는 섬유속(10)과 섬유속(10)을 좌우 방향으로 넓히지만, 상하 방향으로는 섬유속들(10)이 서로 접촉하는 경우가 많고, 모재 수지가 섬유속(10)의 하나하나를 감싸도록 할 수 없기 때문에, 강도 면에서 약한 경우가 있다.

종래의 제조법에 의하면, 섬유속(10)을 밀하게 적층할 수 있기 때문에, 금형에 섬유속(10)을 적층하여 모재 수지로 굳히는 경우, 압력은 걸리지 않는다. 예를 들면, 제품으로서의 침목 치수가 가로 230mm, 세로 140mm, 깊이 2200mm의 경우, 침목 제조용 금형의 치수는 가로 230mm, 세로 144mm, 깊이 2300mm가 된다. 안쪽 방향 의 양단은 섬유속이 균일하지 않기 때문에 50mm씩 커트되어 폐기된다. 여기에서, 섬유속이 금형의 상하 방향(깊이 방향)으로 적층되는 높이(嵩高)는 128mm가 된다. 예를 들면, 모재 수지로서 경질 우레탄 수지에는 발포제가 포함되어 있고, 경화하는 과정에서 팽창하기 때문에 128mm, 정확히 140mm가 된다. 그러나 섬유속(10)은 전체로서 12mm분(分) 만큼 성기게 되므로, 그만큼 강도도 저하된다.

본 발명의 목적은, (1) 섬유속을 적층한 경우에 상하 좌우 방향으로 거리를 두어 배치할 수 있는 형상으로 하고, (2) 섬유속의 돌출부의 하측으로의 돌출량이 돌출부의 두께에 의존하지 않도록 하며, (3) 모재 수지가 경화하고 발포하여 팽창하여도, 섬유속이 서로 떨어져서 성기게 되지 않고 균일한 분포 상태가 얻어지는 합성 침목 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 기재된 발명에 따른 합성 침목은, 복수 개의 강화 섬유로 이루어지는 섬유속을 분산시키고, 그 주위를 모재 수지로 경화시킨 것으로서, 상기 섬유속에는, 만곡되어 편평한 형상을 갖는 팽출부가 상기 섬유속의 길이 방향으로 소정의 간격으로 형성되어 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 따른 합성 침목은, 상기 섬유속을 길이 방향에서 보았을 때, 상기 팽출부가 상기 섬유속으로부터 좌우 방향 및 하측 방향으로 돌출되어 있다.
청구항 3항에 기재된 발명에 따른 합성 침목은, 상기 팽출부의 상기 좌우 방향의 돌출량이 상기 하측 방향의 돌출량에 비해 크다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 청구항 4항에 기재된 발명에 따른 합성 침목 제조 방법에서, 볼록부와 오목부가 대향하는 한 쌍의 가압구에 섬유속을 끼우고, 상기 한 쌍의 가압구의 가압에 의해 만곡되어 편평한 형상으로 눌려 찌그러진 팽출부를 상기 섬유속의 길이 방향으로 소정의 간격으로 형성한다. 상기 팽출부가 형성된 복수의 상기 섬유속들을 금형 내에 적층한다. 상기 금형 내에 발포제를 포함하는 경질 우레탄 액을 투입한다. 상기 금형 내에 적층된 상기 섬유속들을 가압한다.

삭제

본 발명에 따른 합성 침목 및 그 제조 방법에 따르면, 섬유속의 팽출부는 편평한 형상으로 눌려 찌부러졌기 때문에 섬유속의 외주보다 외측으로, 예를 들면, 좌방향과 우방향으로, 또한 만곡되었기 때문에 하방향으로, 즉 3개의 방향으로 돌출시킬 수 있다. 따라서 종래의 돌기부와는 달리, 섬유속을 좌우 방향뿐만 아니라 상하 방향으로도 거리를 두어 배치할 수 있다. 또한, 섬유속을 침목 제조용의 금형에 제품 사양의 높이 이상으로 적층하여, 소정량의 모재 수지를 투입 후 제품 사양의 높이까지 압축하기 때문에, 압축된 만큼은, 섬유속의 상하 방향의 밀도가 향상된다. 모재 수지에 포함되는 발포제에 의해 생기는 기포도, 압력에 의해 작은 형상으로 억제되기 때문에, 합성 침목을 보다 강도가 있는 것으로 할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 섬유속의 외주로부터 하측으로 돌출시키는 돌출량을, 팽출부의 두께가 아니라 하가압구의 형(型)의 정밀도로 결정할 수 있다. 즉, 하가압구의 오목부의 깊이를 가지고 돌출량을 결정할 수 있다. 따라서 소정의 숭고(嵩高)를 얻기 위하여 적층하는 섬유속의 개수를 정확하기 결정할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 합성 침목 및 그 제조 방법을 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 침목에 사용하는 섬유속을 설명하기 위한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 섬유속(10)(본 실시예에서는 직경은 약 2mm)에는, 길이 방향을 따라 소정의 간격(10 내지 50cm)으로 팽출부(20)가 형성된다. 팽출부(膨出部)(20)는 섬유속(10)의 길이 방향으로부터 만곡되고 있다.

도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 절단한 단면을 Z방향(길이 방향)으로 본 단면도이다.

도 2를 참조하면, 팽출부(20)에서, 사선이 있는 단면부는 편평한 형상으로 눌려 찌그러진 형상을 하고 있다. 팽출부(20)는 좌우 방향 및 하측으로도 돌출하고 있다. 하측으로의 돌출량(t)은, 가압구의 오목부의 깊이로 정확한 값으로 성형할 수 있다. 좌우의 돌출량은 하측의 돌출량보다도 약간 크다. 팽출부(20)는 본래의 섬유속(10)의 형상을 가열하고 가압하여 변형시킨 것이다. 상기 돌출량의 크기가 인접하는 섬유속(10)과의 간격을 결정하는 것이 된다. 특히, 하측의 돌출량(t)은 섬유속(10)을 금형에 넣었을 때의 숭고(崇高)를 결정하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 일정량의 섬유속(10)을 금형에 투입할 필요가 있을 때, 140mm 높이의 제품에서 t=0.2mm인 경우, 숭고는 148mm가 된다. 돌출량(t)을 크게 하면, 숭고가 증가하여 금형도 커지기 때문에, 비용 대비 효과를 고려하면, 돌출량은 0.2mm 이상에서 1mm 이하가 바람직하다.

도 3은 도 1의 섬유속이 적층된 상태를 설명하기 위한 측면도로서, 도 1의 섬유속(10)을 길이 방향(도 1의 Z로 나타낸다)으로 본 도면이다.

도 3을 참조하면, 섬유속(10)은 좌우 방향으로도 상하 방향으로도 떨어져서, 간격이 형성되는 것을 알 수 있다. 모재 수지로서 여기에서는 경질 우레탄 액(21)을 사용하였다. 투입된 경질 우레탄 액(21)은 섬유속(10)의 사이의 극간으로 깊숙이 넣고 0.5 내지 2.0 시간 걸려서 경화된다. 빼낸 원 안에 도시된 바와 같이, 섬유속(10)은 다수의 유리 장섬유(19)가 바인더 수지로 묶여진 것이다.

도 4는 상가압구와 하가압구를 설명하기 위한 사시도이다.

도 4를 참조하면, 섬유속(10)을 끼우고, 약 165℃로 가열하여 가압함으로써 팽출부(20)를 성형한다. 상가압구(12)의 돌출부(14)가 섬유속(10)의 길이 방향과는 직교하도록 섬유속(10)이 배치된다. 하가압구(13)에는 돌출부(14)에 대응한 위치에 오목부(15)가 형성된다. 불포화 폴리에스테르 액을 포함한 섬유속을 압축하기 때문에, 오픈 몰드가 바람직하다.

도 5는 도 4의 B-B 선을 따라 절단한 단면을 Y방향으로 본 단면도이다.

도 5를 참조하면, 상가압구(12)의 중앙부에는 볼록부(14)가 있고, 이것에 계합하도록 하가압구(13)에 오목부(15)가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 볼록부(14)의 반경(R)은 15mm이고 높이는 3mm이다. 이 반경(R)이 팽출부(20)의 만곡도를 결정하는 것이 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 오목부(15)의 폭은 20mm이 고 깊이는 3mm이다. 오목부(15)의 깊이가 돌출량(t)의 크기를 결정하는 것이 된다.

도 6은 도 4의 C-C 선을 따라 절단한 단면을 X방향으로 본 단면도이다.

도 6을 참조하면, 섬유속(10)의 상부가 가압되어 하측으로 연장되는 듯한 형상이 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 침목의 금형의 외관도이다.

도 7을 참조하면, 금형(18)에 도 1에 도시된 섬유속(10)을 적층하여 뚜껑(17)으로 가압한다. 예를 들면, 제품으로서의 침목 치수가, 가로 230mm, 세로 140mm, 깊이 2200mm인 경우, 금형(18)의 내측의 치수는, 예를 들면, 가로 230mm, 세로 164mm, 깊이 2250mm로 할 수 있다. 이 경우, 세로의 형(型) 치수가 높으면 높을수록, 섬유속은 제품 사양 높이보다 큰 숭고로 할 수 있고 섬유속의 분산의 정도도 향상되지만, 제품 규격의 만족도와 금형 비용이 균형을 이루지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제품 두께 140mm에 대하여, 금형(18)의 높이는 160 내지 180mm가 바람직하다.

도 8은 도 7의 금형에 섬유속이 적층된 상태를 도시한 단면도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 높이(L3)는 합성 침목의 제품 사양의 높이 140mm이다. 섬유속(10)을 적층하여, 높이(L3)와 같거나 섬유속(10)이 최대로 적층되는 높이(L4)(본 실시예에서는 148mm)까지 적층한다. 높이(L5)는 금형(18)의 높이 164mm이다. 다음으로, 경질 우레탄 액(21)을 소정량 투입한다. 경질 우레탄 액(21)은 침투 속도를 가지며, 최후에는 높이(L3)의 140mm까지 액이 올라간 단계에서, 뚜껑(17)으로 압축한다. 액이 올라간 것이 제품 사양의 두께보다 높아지면, 뚜껑으로 찌그러뜨려 버리도록 한다. 즉, 경질 우레탄 액(21)의 발포제가 경화하는 과정에서 팽창하지만, 제품 사양 높이(L3) 이상으로 되지 않도록 한다. 이것에 의해, 섬유속(10)은 경질 우레탄 액(21)이 발포하여도 유동하지 않고, 높이(L4)까지 적층한 경우에는, 높이(L4)부터 높이(L3)까지 압축되게 된다.

종래의 판형상의 돌기부가 형성된 섬유속이 적층된 경우와, 본 발명에 따른 팽출부가 형성된 섬유속이 적층된 경우에서의 경화 시간을 비교하였다. 금형은 230×140×2200mm의 침목용을 사용하고, 모두 소정량의 섬유속과 소정량의 경질 우레탄 액을 투입하였다. 표 1은 경화 시간의 비교를 나타낸다. 경화하였는지는, 탈형(脫型) 직후의 "깨짐"이나 "팽창"이 없는지를 가지고 판단하였다. 이것에 의하면, 경화 시간이 1.5 시간부터 1.0 시간이 되어 33% 개선되어 있다. 이것은, 경질 우레탄 액이 덩어리가 되지 않고, 섬유속의 사이에 균등하게 침투하였기 때문이다.

[표 1]

다음으로 종래의 합성 침목의 만드는 방법인 판형상의 돌기부가 형성된 섬유속을 2637개 적층하고, 소정량의 경질 우레탄 액을 투입하여 압력을 가하지 않고 경화하는 경우와, 본 발명에 따른 팽출부가 형성된 섬유속 2637개를 적층하여, 소정량의 경질 우레탄 액을 투입하고, 압축하여 경화하는 경우의 밀도와 분산성을 비 교하였다. 얻어진 합성 침목의 밀도(g/cc)는, 종래의 경우 0.79, 본 발명의 경우 0.78이었다. 합성 침목의 단부로부터 50mm의 단면을 세로로 3분할(상층, 중층, 하층)하고, 가로로 각각을 4분할(1 내지 4, 5 내지 8, 9 내지 12)하여, 각각의 영역에서 섬유속의 개수를 비교하였다. 표 2는 섬유속의 개수를 비교한 것을 나타낸다. 섬유 개수의 합계는, 마무리를 위하여 상하면을 깎기 때문에, 2637개보다 적은 값을 갖고 있다.

[표 2]

종래의 합성 침목은 합성 침목의 상층만큼 섬유속의 개수가 많고, 하층과의 차도 크다. 이것은, 섬유속의 경질 우레탄의 발포과정에서 섬유속이 상층으로 들어올려지기 때문이다. 본 발명에서는, 섬유속이 상층으로 치우치지 않고, 상층, 중층 및 하층과도 섬유속 개수의 편차가 적다. 이것은, 클램핑 단계에서 뚜껑에 의해 위로부터 압축하기 때문이다. 이것에 의해 섬유속이 구속되고, 발포 과정에서 상층으로 밀어 올려지는 일이 없다. 침목의 양단은 뚜껑의 가압으로 섬유속이 균일하게 분포하는 것도 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 양단 모두 25mm의 절단이면 족하다.

표 2에서 작성한 합성 침목의 물성의 비고를 표 3에 도시한다. "재료의 품질"과 "제품의 품질"은, 샘플의 크기가 다른 시험이다.

[표 3]

표 3에 의하면, 섬유속의 개수를 동일하게 하여 시험하였기 때문에, 재료의 품질 면에서는 그다지 변화는 없다. 제품의 품질 면에서는, 섬유속의 분산성에 영향을 받는 항목인 "벤딩 강도", "나사못 뽑기 강도", "대못 뽑기 강도" 모두 보다 우수한 값을 갖는 것을 알 수 있다.

본 발명은, 섬유 강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics: FRP) 제품의 1 개이기 때문에, 철도 선로용 이외에도 현수교 등에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 침목에 사용하는 섬유속을 설명하기 위한 사시도이다.

도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 절단한 단면을 Z방향으로 본 단면도이다.

도 3은 도 1의 섬유속이 적층된 상태를 설명하기 위한 측면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상가압구와 하가압구를 설명하기 위한 사시도이다.

도 5는 도 4의 B-B 선을 따라 절단한 단면을 Y방향으로 본 단면도이다.

도 6은 도 4의 C-C 선을 따라 절단한 단면을 X방향으로 본 단면도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 침목의 금형의 외관도이다.

도 8은 도 7의 금형에 섬유속이 적층된 상태를 도시한 단면도이다.

도 9는 종래의 섬유속을 설명하기 위한 사시도이다.

도 10은 도 9의 섬유속이 적층된 상태를 도시한 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 섬유속 11: 돌출부

12: 상가압구 13: 하가압구

14: 돌출부 15: 오목부

17: 뚜껑 18: 침목의 금형

19: 강화 장섬유 20: 팽출부

21: 경질 우레탄 액 L3: 침목의 제품 사양의 높이

L4: 섬유속이 적층되는 최대의 높이

L5: 금형의 높이 t: 섬유속의 외주로부터의 돌출량

Claims (4)

1. 복수 개의 강화 섬유로 이루어지는 섬유속(束)을 분산시켜서, 그 주위를 모재(母材) 수지로 경화시킨 합성 침목(枕木)에 있어서,

   상기 섬유속에는 만곡되어 편평한 형상을 갖는 팽출부(膨出部)가 상기 섬유속의 길이 방향으로 소정의 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 합성 침목.
2. 제1항에 있어서,

   상기 섬유속을 상기 길이 방향에서 보았을 때, 상기 팽출부는 상기 섬유속으로부터 좌우 방향 및 하측 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 합성 침목.
3. 제2항에 있어서,

   상기 팽출부의 상기 좌우 방향의 돌출량은 상기 하측 방향의 돌출량에 비해 더 큰 것을 특징으로 하는 합성 침목.
4. 볼록부와 오목부가 대향하는 한 쌍의 가압구에 섬유속을 끼우고, 상기 한 쌍의 가압구의 가압에 의해 만곡되어 편평한 형상으로 눌려 찌그러진 팽출부를 상기 섬유속의 길이 방향으로 소정의 간격으로 형성하는 단계;

   상기 팽출부가 형성된 복수의 상기 섬유속들을 금형 내에 적층하는 단계;

   상기 금형 내에 발포제를 포함하는 경질 우레탄 액을 투입하는 단계; 및

   상기 금형 내에 적층된 상기 섬유속들을 가압하는 단계를 포함하는 합성 침목 제조 방법.

Images