KR101080650B1

KR101080650B1 - 내화성 섬유강화플라스틱 구조재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101080650B1
Application number: KR1020100041834A
Authority: KR
Inventors: 노세극
Original assignee: 동일산자주식회사
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2010-05-04
Publication date: 2011-11-08

Abstract

본 발명은 건축과 토목 등에 사용되는 내화성 섬유강화플라스틱 구조재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 그 구성은, 인발성형에 의해 길이방향을 따라 동일한 단면 형태를 갖게 되는 것으로서; 유리섬유(fiber glass)를 시트 형태가 되도록 직조하여 만들어진 유리섬유 시트를 불포화폴리에스테르, 에폭시 또는 우레탄과 같은 수지(resin)에 함침시킴으로써 구성되는 다축강도보강층(5)과; 유리섬유 로빙사를 수지에 함침시킴으로써 구성되는 일축강도보강층(7)으로 구성되는 섬유강화플라스틱 구조재에 있어서; 실리카 섬유를 수지에 함침시킴으로써 구성되는 내화성향상층(3)이 양 표면 또는 어느 일표면에 더 적층되는 것을 특징으로 한다.

Description

내화성 섬유강화플라스틱 구조재 및 그 제조방법{Structural Members With Fiber Glass Reinforced Plastic And Method For manufacturing The Members}

본 발명은 건축, 토목 등에 사용되는 구조재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인발성형되는 섬유강화플라스틱 구조재의 표면에 실리카섬유를 부가하여 내화성을 극히 향상시킨 내화성 섬유강화플라스틱 구조재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

건축 및 토목을 위한 소재로서 강철로 된 형강(beam)이 현재까지도 널리 사용되고 있다. 그러나 철을 포함하는 소재 자체의 특성에 의해 부식의 우려가 많아 각별한 주의를 기울여야 했다. 또한 철재 형강은 비중이 높아 강도설계를 함에 있어서도 자체 중량을 큰 비중으로 고려해야 했다.

이러한 문제에 대해 근래 고인장강도를 가지는 복합섬유 소재가 보급되고 있는 실정이며, 이 복합섬유 소재는 각종의 수지(resin)를 기반으로 유리섬유를 함유시킴으로써 강도가 향상된 특성을 가진다.

종래 복합섬유 소재를 인발성형으로 제작한 구조재의 예가 도 1에 도시된다.

구조재(100)는 3개층의 적층구조를 가지는데, 상층과 하층은 직조된 유리섬유 시트(101)가 배치되고 중층에는 유리섬유 로빙(roving)사(103)가 배치된다. 유리섬유 시트(101)는 유리섬유를 일반적인 실로써 니팅(knitting)함으로써 시트 형상을 유지하도록 한 것이다. 구조재(100)를 구성하는 모든 층에는 불포화폴리에스테르, 에폭시 또는 우레탄이 기재로 선택되어 사용된다.

이러한 구조재의 기본적인 소재가 유리섬유이어서 어느 정도 양호한 내화성을 가지긴 하지만 1000℃의 순간내화성을 요구하는 기준(ASTM E119)에는 미치지 못한다.

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 유리섬유가 포함된 구조재에 있어서, 소정의 기준에 적합한 높은 내화성을 가지는 섬유강화플라스틱 구조재를 제공하는 것에 있다.

위와 같은 목적은, 인발성형에 의해 길이방향을 따라 동일한 단면 형태를 갖게 되는 것으로서; 유리섬유(fiber glass)를 시트 형태가 되도록 직조하여 만들어진 유리섬유 시트를 불포화폴리에스테르, 에폭시 또는 우레탄과 같은 수지(resin)에 함침시킴으로써 구성되는 다축강도보강층과; 유리섬유 로빙사를 수지에 함침시킴으로써 구성되는 일축강도보강층으로 구성되는 섬유강화플라스틱 구조재에 있어서;

실리카 섬유를 수지에 함침시킴으로써 구성되는 내화성향상층이 양 표면 또는 어느 일표면에 더 적층되는 것을 특징으로 하는 내화성 섬유강화플라스틱 구조재에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 내화성향상층은 두께가 0.4 ~ 1.0mm일 수 있다.

본 발명의 다른 목적은; 인발성형에 의해 길이방향을 따라 동일한 단면 형태를 갖게 되는 것으로서; 유리섬유(fiber glass)를 시트 형태가 되도록 직조하여 만들어진 유리섬유 시트를 불포화폴리에스테르, 에폭시 또는 우레탄과 같은 수지(resin)에 함침시킴으로써 구성되는 다축강도보강층과; 유리섬유 로빙사를 수지에 함침시킴으로써 구성되는 일축강도보강층과; 실리카 섬유를 수지에 함침시킴으로써 구성되는 내화성향상층이 양표면 또는 어느 일표면에 더 적층되는 내화성 섬유강화플라스틱 구조재의 제조방법에 있어서;

상기 실리카 섬유를 상기 유리섬유 시트에 니팅(knitting)하여 일체화 시킨 상태로 인발성형기에 투입시키는 것을 특징으로 하는 내화성 섬유강화플라스틱 구조재의 제조방법에 의해 달성된다.

위와 같은 구성에 의하면, 구조재의 표면에 실리카섬유가 배치되게 된다. 실리카 섬유는 내화성이 높은 소재로서 이 소재의 특성에 의해 구조재의 내화성이 증대될 수 있게 되며 소정의 기준에 적합한 구조재를 공급할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 섬유강화플라스틱 구조재의 층단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 내화성 섬유강화플라스틱 구조재의 층단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 내화성 섬유강화플라스틱 구조재의 제작공정도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 내화성 섬유강화플라스틱 구조재의 층단면도이다.

이하, 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 설명한다.

구조재(1)의 표면에 내화성향상층(3)이 부가된다. 내화성향상층(3)은 실리카 섬유가 수지에 함침된 상태에서 경화된 것이다. 실리카는 이산화규소(SiO₂)가 99% 이상을 차지하는 소재로서 내화성 및 내화학성을 요구하는 분야에서 사용되고 있는 것이다. 본 발명은 이러한 실리카 섬유를 섬유강화플라스틱 구조재에 부여하는 것을 주된 핵심으로 하되, 나아가 그 부여 방법이 유리섬유 시트와 함께 니팅(knitting)에 의해 일체화된다는 것에 부차적인 핵심을 가진다. 결과적으로 본 발명은 특정의 층구조를 갖는 구조재 뿐만 아니라 그 구조재를 제조하는 방법도 제공하는 것이다.

내화성향상층(3) 아래에 다축강도보강층(5)이 배치된다. 다축강도보강층(5)은 유리섬유 시트가 수지에 함침된 상태엣 경화된 것이다. 유리섬유 시트는"하이맥스"라는 상표명으로 본 출원인에 의해 선박, 항공기, 스포츠용품, 건축자재 등에 공급되고 있는 것으로서 다축경편원단이라고도 한다. 유리섬유 시트는 가느다란 유리섬유를 십(十)자 형태 또는 성상(

)으로 직조한 것이다.

구조재(1)의 중간에는 유리섬유 로빙사에 의한 일축강도보강층(7)이 위치된다. 유리섬유 로빙사는 유리섬유 시트보다는 저렴한 것이며, 다발 형태의 유리섬유가 구조재(1)의 길이방향을 따라 배열되도록 한다. 일축강도보강층(7) 역시 유리섬유 로빙사가 수지에 함침된 상태에서 경화된 것이다.

각 층에 사용되는 기재로서의 수지는 동일한 종류의 것을 선택하는 것이 바람직하지만 이러한 내용은 본 발명의 필수적 사항은 아니다.

내화성향상층(3)을 구조재에 부여하는 방법은 다양하게 선택될 수 있으나, 본 발명에 따르면 유리섬유 시트와 실리카 섬유를 일차적으로 니팅(knitting)에 의해 고정시킨 상태에서 인발성형기에 투입하는 것이 제안된다.

그리고 유리섬유 시트와 실리카 섬유를 인발성형기에 투입하기 전에 미리 일체화시킨 상태에서 성형기에 투입함으로써 성형기의 구성을 더 복잡하게 하지 않도록 하고 있다.

유리섬유 시트와 실리카 섬유의 고정력은 일체화된 상태에서 인발성형기를 통과할 수 있는 정도면 무난하다. 다만 구조재(1)의 기능적 특성상 특정 방향으로의 인장강도를 향상시키기 위하여 유리섬유의 연장방향을 고려하여 니팅방법을 선택할 수도 있을 것이다.

유리섬유 시트에 실리카 섬유를 일체화시키는 방법에 있어서도 다음의 방법이 있을 수 있다. 예를 들어 유리섬유 시트에 실리카 섬유를 덧대는 방식을 취할 수도 있으며, 유리섬유 시트를 직조할 당시에 실리카 섬유를 끼워 넣어 함께 직조되도록 할 수도 있다. 후자의 경우 유리섬유 시트에 실리카 섬유를 재차 덧붙일 필요가 없다는 장점을 갖게 된다.

실리카 섬유와 유리섬유 시트는 니팅에 의해 일체가 된 상태로 인발성형기에 공급된다. 실리카 섬유에 의한 내화성향상층(3)의 두께(d1)는 예를 들어 0.4 ~ 1.0mm일 수 있고, 유리섬유 시트에 의한 다축강도보강층(5)의 두께(d2)는 0.4 ~ 2.0mm일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이 구조재의 내부층에는 강도의 보강을 위하여 유리섬유 시트에 의한 보조강도보강층(9)이 1개층 이상으로 부가될 수도 있다.

구조재(1) 전체의 두께(d3)는 사용용도, 즉 소비자의 요구에 따라 6 ~ 50mm까지 다양하게 구성될 수 있다. 구조재(1)의 단면 형태도 실로 다양한 형태가 될 수 있음은 당연하다.

내화성향상층은 구조재의 양표면에 모두 설치될 수도 있지만 필요가 요구된는 일표면에만 부여될 수도 있다.

이상 설명된 내화성 섬유강화플라스틱 구조재를 제조하는 공정을 도 3을 참조하여 간략히 설명한다.

중간에는 여러 개의 유리섬유 로빙사(7a)가 타래(hank)로부터 가이더(11)로 공급되며, 유리섬유 로빙사(7a)의 상하부에는 롤(또는 시트) 형태로 제공되는 유리섬유 시트(5a)와 실리카 섬유(3a)가 일체화된 상태에서 가이더(11)로 공급된다.

유리섬유 로빙사(7a), 유리섬유 시트(5a) 및 실리카 섬유(3a)는 수지(resin)가 담긴 침전조(13)를 통과하면서 수지에 함침된 직후 가열기(15)와 금형(17)을 통과하게 된다. 인발기(19)는 금형(17)을 통과하는 소재를 동시에 인발하여 일정한 단면을 가지는 기다란 형태의 구조재를 생산하게 된다.

1 ; 구조재
3 ; 내화성향상층(실리카 섬유)
5 ; 다축강도보강층(유리섬유 시트)
7 ; 일축강도보강층(유리섬유 로빙사)
9 ; 보조강도보강층(유리섬유 시트)
11 ; 가이더 13 ; 침전조
15 ; 가열기 17 ; 금형

Claims

인발성형에 의해 길이방향을 따라 동일한 단면 형태를 갖게 되는 것으로서; 유리섬유(fiber glass)를 시트 형태가 되도록 직조하여 만들어진 유리섬유 시트를 불포화폴리에스테르, 에폭시 또는 우레탄과 같은 수지(resin)에 함침시킴으로써 구성되는 다축강도보강층과; 유리섬유 로빙사를 수지에 함침시킴으로써 구성되는 일축강도보강층으로 구성되는 섬유강화플라스틱 구조재에 있어서;
실리카 섬유를 수지에 함침시킴으로써 구성되는 내화성향상층이 양 표면 또는 어느 일표면에 더 적층되는 것을 특징으로 하는 내화성 섬유강화플라스틱 구조재.
제1항에 있어서, 상기 내화성향상층은 두께가 0.4 ~ 1.0mm인 것을 특징으로 하는 내화성 섬유강화플라스틱 구조재.
인발성형에 의해 길이방향을 따라 동일한 단면 형태를 갖게 되는 것으로서; 유리섬유(fiber glass)를 시트 형태가 되도록 직조하여 만들어진 유리섬유 시트를 불포화폴리에스테르, 에폭시 또는 우레탄과 같은 수지(resin)에 함침시킴으로써 구성되는 다축강도보강층과; 유리섬유 로빙사를 수지에 함침시킴으로써 구성되는 일축강도보강층과; 실리카 섬유를 수지에 함침시킴으로써 구성되는 내화성향상층이 양표면 또는 일표면에 더 적층되는 내화성 섬유강화플라스틱 구조재의 제조방법에 있어서;
상기 실리카 섬유를 상기 유리섬유 시트에 니팅(knitting)하여 일체화 시킨 상태로 인발성형기에 투입시키는 것을 특징으로 하는 내화성 섬유강화플라스틱 구조재의 제조방법.