KR101202958B1 - 섬유 강화 플라스틱 - Google Patents

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Abstract

섬유 강화 플라스틱이 개시된다. 본 발명의 섬유 강화 플라스틱은, 분말 상태의 목분이 소정 형상으로 결집되어 마련되는 적어도 하나의 목분층; 목분층과 이격 배치되며, 복수의 섬유사가 결집되어 마련되는 적어도 하나의 섬유사층; 및 목분층 및 섬유사층과 복합되어 소정 형상으로 경화되는 합성수지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 종래에 비해 제작 과정이 복잡하지 않고 비용도 증대되지 않으면서도 내구성을 강화할 수 있고 종래에 비해 더 두꺼운 두께로 제작할 수 있으며 또한 전체적인 무게를 감소시킬 수 있다.
섬유 강화 플라스틱, 목분, 섬유사, 합성수지

Description

섬유 강화 플라스틱{Fiber Reinforced Plastics}
본 발명은, 섬유 강화 플라스틱에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종래에 비해 제작 과정이 복잡하지 않으면서도 전체적인 두께를 종래에 비해 두껍게 할 수 있고 또한 내구성을 강화할 수 있는 섬유 강화 플라스틱에 관한 것이다.
섬유 강화 플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastics)은 합성수지와 섬유 강화재를 복합하여, 플라스틱의 내부식성, 성형의 용이성과 같은 장점을 그대로 유지할 뿐만 아니라, 첨가되는 섬유 강화재로 인한 인장 강도, 내충격성, 내열성 등의 장점을 추가로 얻을 수 있는 복합 재료이다.
이러한 섬유 강화 플라스틱은, 비교적 가격이 저렴하고 무게가 가볍기 때문에 소형 선박의 선체, 욕조, 정화조, 헬멧 등의 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 그 사용되는 기술 분야가 점차 증가되고 있는 추세이다.
도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이, 종래의 일 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱(500)은, 섬유사(521)가 무작위로 분산 배치되어 이루어지는 섬유매트(520)와, 섬유사(521)와 복합되어 소정 형상을 유지하도록 경화되는 합성수지(570)를 포함한다.
그런데, 이러한 종래의 일 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱(500)에 있어서는, 정화조 등과 같이 소정의 형상으로 성형하기 위해서는 그 두께(t)를 증가시켜야 하며, 이를 위해 섬유사(521)가 분산 배치된 섬유매트(520)의 두께를 증가시키거나 섬유매트(520)와 합성수지(570)가 여러 층이 되도록 구성하여야 하는데, 생산성을 위하여 두꺼운 섬유매트(520)를 사용하는 경우 합성수지(570)가 섬유매트(520)의 내부로 충분히 침습하지 못하여 합성수지(570)와 섬유매트(520) 간의 결합력이 약화될 수 있으며, 섬유매트(520)와 합성수지(570)를 여러 층으로 구성하는 경우 제작 과정이 복잡할 뿐만 아니라 제작 시간이 오래 소요된다는 문제점이 발생될 수 있다.
한편, 이러한 문제점을 해결하고자 섬유매트(520)를 증가시키는 대신에 합성수지(570)의 양을 증가시켜 섬유 강화 플라스틱(500)의 두께를 증가시키려는 노력이 있지만, 합성수지(570)의 양에 비례하여 비용 또한 증가한다는 부작용이 있었다.
따라서, 종래에 비해 제작 과정이 복잡하지 않고 비용도 증대되지 않으면서도 섬유 강화 플라스틱의 전체적인 두께를 증가시킬 수 있고 내구성을 강화시킬 수 있는 새로운 구조의 섬유 강화 플라스틱의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은, 종래에 비해 제작 과정이 복잡하지 않고 비용도 증대되지 않으면서도 내구성을 강화할 수 있고 종래에 비해 더 두꺼운 두께로 제작할 수 있 으며 또한 전체적인 무게를 감소시킬 수 있는 섬유 강화 플라스틱을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 분말 상태의 목분이 소정 형상으로 결집되어 마련되는 적어도 하나의 목분층; 상기 목분층과 이격 배치되며, 복수의 섬유사가 결집되어 마련되는 적어도 하나의 섬유사층; 및 상기 목분층 및 상기 섬유사층과 복합되어 소정 형상으로 경화되는 합성수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 목분층은 상기 섬유사층에 비해 더 두껍게 마련될 수 있다.
상기 목분층에는 두께 방향을 따라 관통 형성된 침습공이 다수 개 마련될 수 있다.
상기 섬유사층은 시트(sheet) 형상의 섬유매트이며, 상기 섬유매트는 로빙클로스(Roving Cloth) 형태의 섬유매트로 마련되거나 촙트스트랜드(Chopped Strand) 형태의 섬유매트로 마련될 수 있다.
상기 섬유사층은, 소정 형상으로 상호 인접하게 배열되는 복수의 섬유 보강재; 및 상기 복수의 섬유 보강재를 결속시키도록 상기 복수의 섬유 보강재의 적어도 일측에 배치되어 상기 복수의 섬유 보강재에 결합되며, 섬유사가 결집되어 마련되는 섬유매트를 포함할 수 있다.
상기 복수의 섬유 보강재 각각은 섬유사가 결집되어 형성된 한 쌍의 섬유 와이어가 상호 꼬임 결합되어 마련되며, 상기 복수의 섬유 보강재는 실질적으로 평행 하게 배열될 수 있다.
상기 섬유사층은, 각각 복수의 섬유사가 결집되어 마련되며, 소정 형상으로 상호 인접하게 배열되는 복수의 섬유 와이어; 상기 복수의 섬유 와이어의 일면에서 상기 복수의 섬유 와이어의 길이 방향의 가로 방향을 따라 배열되는 복수의 재봉 보강재; 및 상기 복수의 섬유 와이어와 상기 복수의 재봉 보강재의 결속을 위하여 상기 복수의 섬유 와이어와 상기 복수의 재봉 보강재 간을 재봉하는 결속강화 재봉실을 포함할 수 있다.
상기 섬유사층은, 소정의 형상으로 배열되는 상기 복수 개의 섬유 와이어의 적어도 일측면에 배치되며, 섬유사가 결집되어 형성되는 시트(Sheet) 형상의 섬유매트를 더 포함하며, 상기 섬유매트는 상기 결속강화 재봉실에 의해 상기 복수의 섬유 와이어에 재봉되거나 접착제에 의해 본딩 결합될 수 있다.
상기 섬유사층은, 복수의 섬유사가 결집되어 마련되는 복수의 섬유매트; 높이 방향으로 적층되는 상기 복수의 섬유매트 간을 재봉하는 매트 결속 재봉실; 및 상기 복수의 섬유매트 사이사이에 마련되며, 복수의 섬유사가 배치되는 섬유사 집합체를 포함할 수 있다.
상기 섬유사는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 케블라(Kevlar) 중 어느 하나의 재질로 마련될 수 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 분말 상태의 목분과 복수의 섬유사가 혼합 및 결집되어 마련되는 적어도 하나의 목분 및 섬유사 복합층; 및 상기 목분 섬유사 복합층과 복합되어 소정 형상으로 경화되는 합성수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱에 의해서도 달성된다.
상기 목분 및 섬유사 복합층에는 두께 방향을 따라 관통 형성된 침습공이 다수 개 마련되어 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 목분으로 이루어진 목분층과 섬유사들로 이루어진 섬유사층을 합성수지와 복합하여 경화시킴으로써, 종래에 비해 제작 과정이 복잡하지 않고 비용도 증대되지 않으면서도 내구성을 강화할 수 있고 종래에 비해 더 두꺼운 두께로 제작할 수 있으며 또한 전체적인 무게를 감소시킬 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도이고, 도 3은 도 2의 분해 사시도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 섬유매트의 종류를 도시한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱(100)은, 분말 형태의 목분(111)이 소정 형상으로 결집되어 마련되는 목분 층(110)과, 목분층(110)과 이격 배치되며 복수의 섬유사(121)가 결집되어 마련되는 시트(sheet) 형상의 섬유사층(120)과, 목분층(110)과 섬유사층(120) 사이 그리고 목분층(110)의 하면 그리고 섬유사층(120)의 상면에 배치되되 목분층(110) 및 섬유사층(120)과 복합되어 소정 형상으로 경화되는 합성수지(170)를 포함한다.
먼저, 목분층(110)은, 분말 상태의 목분(111)이 상호 결집되어 마련되는 층이다. 이러한 목분층(110)은 후술할 섬유사층(120)의 두께(t1)에 비해 상대적으로 두꺼운 두께(t2)를 가지며, 이로 인해 정화조와 같이 두꺼운 두께가 요구되는 섬유 강화 플라스틱(100)의 제작 시 유리한 장점이 있다.
또한, 목분층(110)을 이루는 목분(111)은 섬유사층(120)을 이루는 섬유사(121) 및 합성수지(170)에 비해 저렴할 뿐만 아니라 목분(111) 특유의 내구성 특히 압축강도에 강한 성질을 가지고 있으며 또한 상대적으로 무게가 덜 나가기 때문에, 적은 비용으로도 가볍고 내구성 있는 섬유 강화 플라스틱(100)을 제조할 수 있도록 한다.
또한, 목분층(110)을 이루는 목분(111)은 목재가 갖는 자체적인 특성에 의해 어느 정도의 결속력을 가짐으로써 목분층(110)은 견고한 형상을 유지할 수 있다. 다만, 목분층(110) 형성 시 목분(111)의 상호 결집을 더욱 강화하기 위해, 접착성을 갖는 접착제(미도시)를 첨가하여 보다 내구성 있는 목분층(110)을 형성할 수도 있을 것이다.
한편, 이러한 목분층(110)에는, 도시하지는 않았지만, 두께 방향을 따라 다수의 침습공(미도시)들이 관통 형성될 수 있다. 이러한 침습공들은 합성수지(170) 가 목분층(110) 사이사이로 침습할 수 있도록 함으로써 목분층(110)이 합성수지(170)와 복합되어 소정 형상으로 경화될 때 경화 과정이 보다 원활하면서도 견고하게 진행될 수 있도록 한다.
한편, 섬유사층(120)은, 복수의 섬유사(121)가 결집되어 마련되는 층으로서, 본 실시 예의 섬유사층(120)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 섬유매트(120)로 마련된다. 여기서, 섬유사(121)는, 유리 섬유, 탄소 섬유, 케블라(Kevlar)와 같은 방향족 나일론 섬유사가 사용될 수 있으며, 그 중에서도 직경 0.1mm 이하의 유리 섬유를 섬유사(121)로 사용하는 경우, 섬유 강화 플라스틱(100)의 내열성, 인장 강도, 내충격성 및 내부식성 등을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 무게 또한 경량화 할 수 있는 장점을 갖는다.
섬유사층(120), 즉 본 실시 예의 섬유매트(120)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 촙트스트랜드(chopped strand) 형태의 섬유매트(120a)로 마련되거나, 도 4b에 도시된 바와 같이, 로빙클로스(roving cloth) 형태의 섬유매트(120b)로 마련될 수 있다.
먼저, 촙트스트랜드 형태의 섬유매트(120a)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 섬유사(121)의 길이를 적당하게 절단하고 무방향으로 배치한 후 균일한 두께가 되도록 가압하고, 이후 접착제를 사용하여 매트 모양으로 성형한 섬유매트(120a)를 말한다. 이러한 형태의 섬유매트(120a)를 제작할 때, 섬유사(121)를 무작위로 배열하면 되기 때문에 제작이 용이하며, 또한 불규칙하게 배열된 섬유사(121)들의 사이사이로 다수의 침습공(125a)이 형성되어 합성수지(170)와 복합 시 합성수지(170)가 침습할 수 있는 통로를 제공하며 이로 인해 섬유매트(120a)와 합성수지(170)의 결합력을 증가시킬 수 있다.
한편, 로빙클로스 형태의 섬유매트(120b)는 복수의 섬유사(121)들이 규칙적으로 배열되어 제작된 섬유매트(120b)를 말한다. 즉, 복수의 섬유사(121)들이 가로 방향 및 세로 방향으로 배열되는데, 이 때 가로 방향으로 배열되는 섬유사(121)들이 결집되어 가로 섬유 와이어(122b)를 형성하고, 세로 방향으로 배열되는 섬유사(121)들이 결집되어 세로 섬유 와이어(123b)를 형성한다. 이때 가로 섬유 와이어(122b)와, 세로 섬유 와이어(123b)는 일정 직경을 갖도록 결집되어도 무방하다 할 것이나, 가로 섬유 와이어(122b)와 세로 섬유 와이어(123b)의 배열에 의해 형성되는 섬유매트(120b)의 양면이 실질적으로 편평하게 되도록 가로 섬유 와이어(122b)와 세로 섬유 와이어(123b)는 편평한 형상으로 마련된다.
가로 섬유 와이어(122b)와 세로 섬유 와이어(123b)는 서로 엇갈리게 결합되어 로빙클로스 형상이 되도록 결합되는데, 가로 섬유 와이어(122b)들 간, 그리고 세로 섬유 와이어(123b)들 간에 약간의 이격 공간이 형성되도록 배열된다. 이러한 결합 구조에 의해, 도 4b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 섬유매트(120b)에 다수의 침습공(125b)이 형성되어 합성수지(170)가 섬유매트(120b)로 깊숙이 침습할 수 있으며, 이에 따라 섬유매트(120b)로 마련되는 섬유사층(120)과 합성수지(170)의 결합력을 증가시킬 수 있다.
한편, 합성수지(170)는, 목분층(110) 및 섬유사층(120)과 복합되고 소정 형상을 유지할 수 있도록 경화된다. 합성수지(170)는 불포화 폴리에스테르, 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 특히 불포화 폴리에스테르를 사용할 경우, 상온, 상압 하에서 성형이 가능하여 난연성, 내부식성 등의 물성을 향상시킬 수 있다.
또한, 합성수지(170)는 목분층(110) 및 섬유사층(120)과 복합된 후 경화됨으로써, 본 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱(100)의 소정 형상을 유지할 수 있는 매트릭스(matrix)의 역할을 담당한다. 따라서 필요에 따라 소정 형상을 갖도록 합성수지(170)를 경화시킴으로써 섬유 강화 플라스틱(100)은 정화조, 소형 선박의 선체, 욕조, 화학 탱크, 인테리어 제품, 컨테이너, 테니스 라켓, 헬멧 및 항공기 기체 등과 같은 다양한 제품에 적합한 형상을 가질 수 있다.
이 경우, 목분층(110)과 섬유사층(120)에 복합되는 합성수지(170)는, 경화제(미도시)에 의하여 경화되는데, 경화제로는 헥사메틸렌테트라민, 아민류 및 폴리이미드를 사용할 수 있으며, 경화를 촉진하기 위하여 3급 아민과 같은 경화 촉진제를 사용할 수도 있다.
이하에서는, 이러한 구성을 갖는 섬유 강화 플라스틱(100)의 제조 방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱(100)의 제조 방법을 순차적으로 도시한 순서도로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱(100)의 제조 방법은, 분말 상태의 목분(111)을 소정 형상으로 결집하여 목분층(110)을 형성하는 목분층 형성 단계(S100)와, 형성된 목분층(110)에 합성수지(170)를 복합하여 소정 형상으로 경화시키는 제1 경화 단 계(S200)와, 제1 경화 단계(S200)에 의해 형성된 합성수지(170)의 일면에 복수의 섬유사(121)를 소정 형상으로 결집하여 섬유사층(120)을 형성하는 섬유사층 형성 단계(S300)와, 형성된 섬유사층(120)에 합성수지(170)를 복합하여 소정 형상으로 경화시키는 제2 경화 단계(S400)를 포함한다.
먼저, 목분층 형성 단계(S100)는, 분말 형태의 목분(111)을 이용하여 판 형상의 목분층(110)을 형성하는 단계이다. 이러한 목분층(110)은, 도시하지는 않았지만, 다양한 방법으로 마련될 수 있다. 이에 대해 부연 설명하면, 목분층(110)은, 프레스 장비(미도시)에 의해 가압되어 소정 형상으로 마련될 수 있으며, 또는 분말 상태의 목분(111)이 상호 반대 방향으로 회전하는 롤러 장비(미도시)를 통과함으로써 판 형상의 목분층(110)이 형성될 수도 있다.
다음으로, 제1 경화 단계(S200)는, 목분층(110)에 합성수지(170)를 복합한 후 전술한 헥사메틸렌테트라민, 아민류 및 폴리이미드와 같은 경화제를 첨가하여 소정 형상으로 경화시키는 단계이다. 이때, 목분층(110)을 이루는 목분(111)들의 사이사이에는 미세한 이격 공간이 형성되어 있고, 또한 전술한 바와 같이 목분층(110)의 두께 방향으로 다수의 침습공이 형성되어 있어 합성수지(170)가 목분층(110)의 내부로 침습이 용이하기 때문에 목분층(110)과 합성수지(170)가 견고하게 결합될 수 있다.
섬유사층 형성 단계(S300)는, 제1 경화 단계(S200)에 의해 형성된 합성수지(170)의 일면에 섬유사층(120)을 형성하는 단계이다. 여기서, 섬유사층(120)은 전술한 바와 같이 섬유매트(120 : 120a, 120b)가 될 수 있다.
제2 경화 단계(S400)는, 섬유사층(120)에 합성수지(170)를 복합한 후 전술한 헥사메틸렌테트라민, 아민류 및 폴리이미드와 같은 경화제를 첨가하여 소정 형상으로 경화시키는 단계이다. 이때 섬유사층(120), 즉 본 실시 예의 섬유매트(120 : 120a, 120b)에는 합성수지(170)가 침습할 수 있는 침습공(125a, 125b, 도 4a 및 도 4b 참조)이 형성되어 있어 합성수지(170)가 섬유매트(120 : 120a, 120b)의 내부로 원활하게 침습할 수 있으며, 이에 따라 섬유사층(120)과 합성수지(170)가 강하게 결합될 수 있다.
이와 같이, 본 실시 예에 의하면, 우수한 내구성을 가지면서도 비용을 절감할 수 있고 또한 두꺼운 두께로 마련되되 전체적인 무게를 감소시킬 수 있는 목분층(110)과 복수의 섬유사(121)들이 집결되어 마련되는 섬유사층(120)이 합성수지(170)와 복합되어 경화됨으로써, 섬유 강화 플라스틱(100)의 두께를 종래에 비해 두껍게 제작할 수 있을 뿐만 아니라 전체적인 내구성을 강화할 수 있는 장점이 있다.
다만, 전술한 제1 실시 예에서는, 섬유 강화 플라스틱이 하나의 목분층과 하나의 섬유사층으로 형성되는 경우에 대해 설명하였으나, 섬유 강화 플라스틱은 요구되는 제작 특성에 따라 다수의 목분층과 다수의 섬유사층으로 이루어질 수 있을 것이다.
한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱을 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 섬유사층의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱(200)은, 제1 실시 예의 목분층(110, 도 2 참조)과 실질적으로 동일한 목분층(210)과, 제1 실시 예의 합성수지(170, 도 2 참조)와 실질적으로 동일한 합성수지(270)를 포함하되, 섬유사층(220)에 있어서 차이가 있다.
즉, 전술한 제1 실시 예의 섬유사층(120, 도 2 참조)은 섬유매트(120)로 마련되되, 본 실시 예의 섬유사층(220)은, 섬유 강화 플라스틱(200)의 내구성을 보다 강화할 뿐만 아니라 전체적인 두께 증가를 가능하게 하기 위해, 제1 실시 예의 섬유사층(120)에 비해 복잡한 구조로 마련된다.
이에 대해 보다 상세히 설명하면, 본 실시 예의 섬유사층(220)은, 소정 형상으로 상호 인접하게 배열되는 복수의 섬유 보강재(230)와, 복수의 섬유 보강재(230)가 상호간 결속되도록 복수의 섬유 보강재(230)의 양측에 배치되어 결합되는 시트 형상의 섬유매트(250)를 포함한다.
섬유 보강재(230)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 길이 방향으로 섬유사(221)가 결집되어 형성되는 섬유 와이어(231) 한 쌍이 상호 꼬임 결합되어 형성된다. 또한 이러한 한 쌍의 섬유 와이어(231)들, 즉 섬유 보강재(230)가 평행하게 배열됨으로써 섬유 보강재(230)의 기본 골격이 형성된다.
전술한 바와 같이, 섬유 와이어(231)는 복수 개의 섬유사(221)가 결집되어 마련된다. 섬유 와이어(231)는, 섬유사(221)가 결집되는 방법에 따라 다양한 형상을 가질 수 있지만, 본 실시 예에서는 섬유사(221) 복수 개가 평행하게 배열된 후 일 방향으로 소정 각도만큼 회전함으로써 복수의 섬유사(221)가 상호간 분리되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 복수의 섬유 보강재(230)는 섬유사(221)가 갖는 자체적인 특성에 의해 어느 정도의 결속력으로 상호간 결합될 수 있으나 충분한 결속력을 갖지 못하기 때문에 배열된 섬유 보강재(230)의 상면 및 하면에 섬유매트(250)를 본딩(bonding) 결합시킨다. 즉, 배열된 섬유 보강재(230)의 상면 및 하면에 합성수지(270)를 바로 복합하는 것이 아니라 섬유 보강재(230)의 상면 및 하면을 섬유매트(250)로 덮은 후 합성수지(270)를 경화제(미도시)에 의해 복합시키는 것이다.
여기서, 섬유매트(250)는, 제1 실시 예에서 전술한 바와 같이 로빙클로스 형태의 섬유매트(120b, 도 4b 참조)로 마련되거나 또는 촙트스트랜드 형태의 섬유매트(120a, 도 4a 참조)로 마련될 수 있으며, 섬유 보강재(230)의 양측에 배치된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 예의 섬유사층(220)은, 전술한 제1 실시 예의 섬유사층(120, 도 2 참조)에 비해 상대적으로 큰 두께를 구현할 수 있으면서도 섬유매트(250) 및 섬유 보강재(230)의 사이사이로 합성수지(270)가 침습하기 용이한 구조를 가짐으로써 합성수지(270)와의 결속력을 강화할 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 제2 실시 예에 의하면, 우수한 내구성을 가지면서도 비용을 절감할 수 있고 또한 두꺼운 두께로 마련되되 전체적인 무게를 감소시킬 수 있는 목분층(210)과, 두꺼운 두께를 구현할 수 있으면서도 내구성을 갖는 섬유사 층(220)을 구비함으로써 섬유 강화 플라스틱(200)의 전체적인 두께를 증가시킬 수 있으며, 또한 섬유 강화 플라스틱(200)의 내구성을 강화할 수 있는 장점이 있다.
한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제3 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱을 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 섬유사층의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱(300)은, 목분층(310)과, 섬유사층(320)과, 합성수지(370)를 포함하되, 섬유사층(320)이 전술한 제1 및 제2 실시 예와 다른 구성을 갖는다.
이에 대해 설명하면, 본 실시 예의 섬유사층(320)은, 각각 복수의 섬유사(321)가 결집되어 형성되며 길이 방향을 따라 나란하게 배열되는 복수의 섬유 와이어(330)와, 복수의 섬유 와이어(330)의 일면에 배열되되 복수의 섬유 와이어(330)의 가로 방향으로 배열되는 재봉 보강재(340)와, 복수의 섬유 와이어(330)의 타면에 배치되는 섬유매트(350)와, 복수의 섬유 와이어(330)와 복수의 재봉 보강재(340) 간을 재봉하는 결속강화 재봉실(360)을 포함한다.
먼저, 복수의 섬유 와이어(330) 각각은, 도 9의 확대도에 도시된 바와 같이, 길이 방향을 갖는 섬유사(321) 복수 개가 실질적으로 평행하게 배열된 후 일 방향으로 소정 각도만큼 회전함으로써 마련되며, 이러한 구조에 의해 복수의 섬유 사(321)가 상호간 분리되는 것을 저지할 수 있다.
재봉 보강재(340)는, 도 9에 자세히 도시된 바와 같이, 복수의 섬유 와이어(330)의 가로 방향으로 배열되어 결속강화 재봉실(360)로 재봉 시 섬유 와이어(330)가 더 단단히 결속될 수 있도록 하는 역할을 담당한다.
복수의 섬유 와이어(330)와 복수의 재봉 보강재(340)를 배열하면, 도 9의 확대도에 도시된 바와 같이, 결속강화 재봉실(360)이 통과할 수 있는 재봉공(361)이 마련된다. 이러한 재봉공(361)을 따라 결속강화 재봉실(360)이 재봉되어 복수의 섬유 와이어(330)와 복수의 재봉 보강재(340) 간의 결속이 견고히 이루어진다. 단, 본 실시 예에서는 규칙적인 모양으로 결속강화 재봉실(360)이 재봉되는 경우에 대해 후술할 것이지만, 재봉공(361)을 따라 결속강화 재봉실(360)이 약간 불규칙적으로 재봉되어도 복수의 섬유 와이어(330)와 복수의 재봉 보강재(340) 간의 결속력은 유지될 수 있다.
이어서, 결속강화 재봉실(360)에 대해 설명하면, 결속강화 재봉실(360)은, 소정 굵기를 갖는 실 등으로 마련될 수 있으며, 복수의 섬유 와이어(330)와 복수의 재봉 보강재(340)의 배열 시 형성되는 재봉공(361)을 따라 재봉됨으로써 복수의 섬유 와이어(330) 간을 견고히 결합시킬 수 있다.
이때 재봉 패턴은, 도 9에 도시된 바와 같이, 섬유 와이어(330)와 재봉 보강재(340)가 교차하는 교차면의 대각 방향을 따라 지그재그(zigzag) 식으로 마련될 수 있는데, 이러한 재봉 패턴에 의해 재봉이 이루어지면, 결속강화 재봉실(360)에 의해 재봉공(361)이 그 크기를 유지할 수 있어 재봉공(361)으로 합성수지(370)의 침습이 원활히 이루어져 종래에 비해 합성수지(370)와 섬유사층(320) 간의 결속력이 강화되는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 섬유매트(350)는, 제1 실시 예 및 제2 실시 예에서 전술한 바와 같이, 로빙클로스 형태의 섬유매트(120b, 도 4b 참조)로 마련되거나 또는 촙트스트랜드 형태의 섬유매트(120a, 도 4a 참조)로 마련될 수 있으며, 이러한 섬유매트(350)는 재봉 보강재(340)와 대향되도록 섬유 와이어(330)의 일면에 본딩 결합되거나 또는 전술한 결속강화 재봉실(360)에 의해 재봉되어 결합될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 의하면, 우수한 내구성을 가지면서도 비용을 절감할 수 있고 또한 두꺼운 두께로 마련되되 전체적인 무게를 감소시킬 수 있는 목분층(310)과, 두껍게 마련할 수 있으면서도 섬유사(321)들이 강한 결속력으로 결합된 섬유사층(320)을 구비함으로써, 섬유 강화 플라스틱(300)의 전체적인 두께를 증가시킬 수 있으며 또한 섬유 강화 플라스틱(300)의 내구성을 강화할 수 있는 장점이 있다.
한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제4 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱을 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 섬유사층의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 섬유 강화 플 라스틱(400)은, 섬유사층(420)과, 합성수지(470)를 포함하되, 섬유사층(420)이 전술한 제1 내지 제3 실시 예와 다른 구성을 갖는다.
이에 대해 보다 상세히 설명하면, 본 실시 예의 섬유사층(420)은, 섬유매트(450)와, 복수의 섬유매트(450) 사이에 마련되며 복수의 섬유사(421)가 균일하되 무작위로 배치되는 섬유사 집합체(430)와, 복수의 섬유매트(450) 및 섬유사 집합체(430)가 상호간 결속되도록 복수의 섬유매트(450) 및 섬유사 집합체(430) 간을 재봉하는 매트 결속 재봉실(460)을 포함한다.
섬유사 집합체(430)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 섬유매트(450) 사이에 배치되는 섬유사(421)들의 집합체로서, 섬유매트(450)를 작업대인 테이블의 상면에 배치한 후 섬유사(421)를 공급하는 공급 장치에 의해 섬유매트(450) 상면에 섬유사(421)를 흩뿌린 후 그 상면에 섬유매트(450)를 덮음으로써 한 쌍의 섬유매트(450) 사이에 섬유사 집합체(430)가 배치될 수 있다. 따라서 섬유사 집합체(430)가 섬유 강화 플라스틱(400)의 일 두께를 차지하게 되며, 이는 합성수지(470)의 사용량을 줄이고 섬유 강화 플라스틱(400)의 두께를 증가시킬 수 있어 비용을 절감시킬 수 있음을 의미한다.
한편, 이러한 섬유사 집합체(430)를 이루는 각각의 섬유사(421)들의 상부 및 하부에 섬유매트(450)를 배치한 후 매트 결속 재봉실(460)에 의해 재봉 작업이 이루어지게 되면 섬유매트(450)의 외부로 섬유사(421)가 이탈되는 것을 저지할 수 있으며, 또한 섬유매트(450) 및 섬유사 집합체(430)의 각 섬유사(421) 사이사이로 합성수지(470)가 원활하게 침습된 후 경화되어 합성수지(470)와 섬유사층(420) 간의 결속력이 강화되는 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 매트 결속 재봉실(30)은, 섬유사 집합체(430)를 중심으로 상하부에 배치되는 한 쌍의 섬유매트(450) 간을 지그재그(zigzag)식으로 이동하며 섬유매트(450) 간을 견고히 결속시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 의하면, 우수한 내구성을 가지면서도 비용을 절감할 수 있고 또한 두꺼운 두께로 마련되되 전체적인 무게를 감소시킬 수 있는 목분층(410)과, 두껍게 마련할 수 있으면서도 섬유사(421)들이 강한 결속력으로 결합된 섬유사층(420)을 구비함으로써 섬유 강화 플라스틱(400)의 전체적인 두께를 증가시킬 수 있으며, 또한 섬유 강화 플라스틱(400)의 내구성을 강화할 수 있는 장점이 있다.
도 12는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도로서, 이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱(1000)은, 분말 상태의 목분과 복수의 섬유사가 혼합 및 결집되어 마련되는 목분 및 섬유사 복합층(1100)과, 목분 및 섬유사 복합층(1100)과 복합되어 소정 형상으로 경화되는 합성수지(1700)를 포함한다.
이에 대해 보다 상세히 설명하면, 전술한 다른 실시 예들과 달리, 본 실시 예의 목분 및 섬유사 복합층(1100)은, 분말 상태의 목분과 복수의 섬유사가 되도록 균일하되 무작위로 혼합되어 결집되어 마련되는 단일의 층을 이루게 된다.
보다 상세히 설명하면, 목분은 전술한 바와 같이 섬유사 및 합성수지(1700)에 비해 저렴할 뿐만 아니라 목분 특유의 내구성 특히 압축강도에 강한 성질을 가지고 있으며 또한 상대적으로 무게가 덜 나가는데, 목분층과 섬유사층을 별도로 구 성하는 전술한 다른 실시 예들과 달리 본 실시예에서는 이러한 목분을 섬유사와 함께 혼합하여 결집시켜 목분 및 섬유사 복합층(1100)을 마련하고 있다.
한편, 이러한 목분 및 섬유사 복합층(1100)에는, 도시하지는 않았지만, 두께 방향을 따라 다수의 침습공(미도시)들이 관통 형성될 수 있다. 이러한 침습공들은 합성수지(1700)가 목분 및 섬유사 복합층(1100) 사이사이로 침습할 수 있도록 함으로써 목분 및 섬유사 복합층(1100)이 합성수지(1700)와 복합되어 소정 형상으로 경화될 때 경화 과정이 보다 원활하면서도 견고하게 진행될 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 섬유매트의 종류를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱(100)의 제조 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 섬유사층의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 섬유사층의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 섬유사층의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 섬유 강화 플라스틱의 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 섬유 강화 플라스틱 110 : 목분층
120 : 섬유사층 121 : 섬유사
170 : 합성수지

Claims (12)

  1. 분말 상태의 목분이 결집되어 마련되는 적어도 하나의 목분층;
    상기 목분층과 이격 배치되며, 복수의 섬유사가 결집되어 마련되는 적어도 하나의 섬유사층; 및
    상기 목분층 및 상기 섬유사층과 복합되어 경화되는 합성수지를 포함하며,
    상기 섬유사층은,
    각각 복수의 섬유사가 결집되어 마련되며, 상호 인접하게 배열되는 복수의 섬유 와이어;
    상기 복수의 섬유 와이어의 일면에 상기 복수의 섬유 와이어의 길이방향의 가로 방향을 따라 배열되는 복수의 재봉 보강재; 및
    상기 복수의 섬유 와이어와 상기 복수의 재봉 보강재의 배열시 형성되는 재봉공을 따라 상기 복수의 섬유 와이어와 상기 복수의 재봉 보강재 간을 재봉하는 결속강화 재봉실을 포함하며,
    상기 결속강화 재봉실은,
    상기 섬유 와이어와 상기 재봉 보강재가 교차하는 교차면의 대각방향을 따라 지그재그식 패턴으로 상기 복수의 섬유 와이어와 상기 복수의 재봉 보강재를 결속하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유사층은,
    상기 복수의 섬유 와이어의 타면에 배치되며, 복수의 섬유사가 결집되어 형성되는 시트(Sheet) 형상의 섬유매트를 더 포함하며,
    상기 섬유매트는 상기 결속강화 재봉실에 의해 상기 복수의 섬유 와이어에 재봉되거나 접착제에 의해 본딩 결합되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 섬유매트는,
    로빙클로스(Roving Cloth) 형태의 섬유매트로 마련되거나 촙트스트랜드(Chopped Strand) 형태의 섬유매트로 마련되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱.
  4. 삭제
  5. 분말 상태의 목분이 결집되어 마련되는 적어도 하나의 목분층;
    상기 목분층과 이격 배치되며, 복수의 섬유사가 결집되어 마련되는 적어도 하나의 섬유사층; 및
    상기 목분층 및 상기 섬유사층과 복합되어 경화되는 합성수지를 포함하며,
    상기 섬유사층은,
    각각 복수의 섬유사가 결집되어 마련되는 복수의 섬유매트;
    상기 복수의 섬유매트 사이에 마련되며, 복수의 섬유사가 균일하되 무작위로 배치되는 섬유사 집합체; 및
    높이 방향으로 적층되는 상기 복수의 섬유매트 간을 재봉하는 매트 결속 재봉실을 포함하며,
    상기 매트 결속 재봉실은,
    상기 섬유사 집합체를 중심으로 상하부에 배치되는 한 쌍의 상기 섬유매트 간을 지그재그식 패턴으로 결속하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 목분층은 상기 섬유사층에 비해 더 두껍게 마련되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 목분층에는 두께 방향을 따라 관통 형성된 침습공이 다수 개 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱.
  8. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 섬유사는,
    유리 섬유, 탄소 섬유 및 케블라(Kevlar) 중 어느 하나의 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 플라스틱.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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