KR101253316B1

KR101253316B1 - 섬유보강재 제조방법 및 이에 의하여 제조된 섬유보강재

Info

Publication number: KR101253316B1
Application number: KR1020120146716A
Authority: KR
Inventors: 유세열
Original assignee: 나이콘소재 주식회사
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2013-04-10

Abstract

섬유보강재 제조방법을 개시한다.
이러한 섬유보강재 제조방법은, 천연 섬유 원사들을 서로 겹쳐진 상태로 일측에서 타측을 향하여 이송 공급하는 공정과, 천연 섬유 원사들이 서로 겹쳐진 상태의 다발 형태를 이루도록 비(非) 접착 상태로 결속하는 공정 그리고, 다발 형태로 결속된 천연 섬유 원사들을 일정 길이로 절단하는 공정을 포함한다.

Description

섬유보강재 제조방법 및 이에 의하여 제조된 섬유보강재{METHOD FOR MANUFACTURING FIBER REINFORCEMENT AND FIBER REINFORCEMENT MANUFACTURED BY THE SAME}

본 발명은 섬유보강재 제조방법 및 이에 의하여 제조된 섬유보강재에 관한 것이다.

일반적으로 섬유보강재는 콘크리트 시멘트 조성물에 혼합되어 물성 특성을 개선할 목적으로 사용되는 것으로서 크게 강섬유계 보강재와, 합성섬유계 보강재가 있다.

상기 두 가지의 보강재 중에서 특히 합성섬유계 보강재는, 강섬유계 보강재가 갖는 심각한 문제 중에 하나인 부식 현상을 개선하면서 내구성능(예: 소성수축, 건조수축균열 등)도 향상시킬 수 있다.

그리고, 합성섬유계 보강재는 재료 자체의 물성 특성으로 인하여 강섬유계 보강재와 같은 구조성능(예: 압축강도, 휨강도 등)을 기대하기 어렵지만, 시멘트 조성물 부피의 대략 2.0 부피% 이상을 혼합하면 일반 강섬유계 보강재와 같은 구조성능도 확보할 수 있는 것으로 알려져 있다.

이처럼, 합성섬유계 보강재를 시멘트 조성물 부피의 대략 2.0 부피% 이상으로 과다하게 혼합할 때에는 특히 보강재들이 쉽게 뭉쳐져서 만족할 만한 보강 성능을 기대하기 어려우므로, 보강재들의 분산성(分散性)을 높여서 낱개로 분산된 상태로 혼합되도록 하는 것이 중요하다.

이러한 분산성을 개선하기 위한 합성섬유계 보강재의 제조방법으로는 특허등록 제10-0857475호가 있다.

상기 특허등록 제10-0857475호의 섬유보강제 제조방법은, 부착 성능 및 분산성 향상을 위하여 낱개의 합성섬유가닥들을 결합하여 번들형(다발형)으로 제조하는 방법이 개시되어 있다.

하지만, 상기 특허등록 제10-0857475호의 제조방법은, 사출, 연신 및 냉각 과정을 거치면서 낱개의 섬유가닥을 성형한 다음, 섬유가닥 표면을 친수성 물질로 코팅하고, 수용성 용액으로 여러 가닥을 결합시켜서 번들형으로 제조하는 것이므로 제조 과정이 복잡하고, 과다한 비용이 소요되는 단점이 있다.

특히, 분산성 향상을 위하여 별도의 수용성 용액으로 낱개의 섬유가닥들을 강제로 결합하여 번들형으로 제조하는 방식으로는 시멘트 조성물과 혼합할 때 만족할 만한 분산(分散) 성능을 기대하기 어렵다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은, 마(麻) 섬유와 같은 천연 섬유 원사를 이용하여 분산성(分散性)이 대폭 개선된 섬유보강재를 간편하게 제조할 수 있는 섬유보강재 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여,

천연 섬유 원사들을 서로 겹쳐진 상태로 일측에서 타측을 향하여 이송 공급하는 공정;

천연 섬유 원사들이 서로 겹쳐진 상태의 다발 형태를 이루도록 비(非) 접착 상태로 결속하는 공정;

다발 형태로 결속된 천연 섬유 원사들을 일정 길이로 절단하는 공정:

을 포함하는 섬유보강재 제조방법을 제공한다.

한편, 본 발명은 상기 보강재 제조방법에 의해 제조된 섬유보강재를 제공한다.

이와 같은 본 발명은, 분산성(分散性) 확보를 위하여 천연 섬유 원사들이 서로 겹쳐진 결속 상태의 다발(bundle) 형태를 이루도록 형성하는 방식으로 섬유보강재를 제조할 수 있다.

특히, 본 발명은, 각종 접착제 등을 사용하지 않고 천연 섬유 원사들을 비(非) 접착 상태로 결속하는 방식으로 다발 형태의 섬유보강재를 간편하게 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 섬유보강재 제조방법의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 공정들 중에서 천연 섬유 원사들을 이송 공급하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 공정들 중에서 천연 섬유 원사들을 비 접착 상태로 결속하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 공정들 중에서 천연 섬유 원사들을 일정 길이로 절단하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 공정들을 거치면서 제조된 섬유보강재의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은 도 1의 공정들 중에서 천연 섬유 원사들의 결속 형태성을 부여하는 공정을 설명하기 위한 도면들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자들이 본 발명의 실시가 가능한 범위 내에서 설명된다.

따라서, 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있는 것이므로 본 발명의 특허청구범위는 아래에서 설명하는 실시 예들로 인하여 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 섬유보강재 제조방법의 공정을 나타낸 도면이고, 도 2 내지 도 4는 도 1의 공정들을 설명하기 위한 도면들이며, 도 5는 도 1의 공정들을 거쳐서 제조된 섬유보강재의 전체 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

상기 도 1의 공정들 중에서 도면 부호 S1은 천연 섬유 원사들을 이송 공급하는 공정을 지칭한다.

도 2를 참조하면, 상기 천연 섬유 원사들을 이송 공급하는 공정(S1)은, 천연 섬유 원사(Y)들이 서로 겹쳐진 상태로 일측에서 타측을 향하여 줄 모양을 이루는 상태로 이송 공급하는 방식으로 진행할 수 있다.

이때, 천연 섬유 원사(Y)들은 도 2에서와 같이 평행하게 겹쳐진 상태로 일측에서 타측을 향하여 이송 공급이 이루어지도록 하면 좋다.

그러면, 후술하는 작업 공정에서 천연 섬유 원사(Y)들을 비(非) 접착 상태로 결속할 때 불규칙하게 꼬이거나, 서로 엉킨 상태로 결속되는 현상을 방지할 수 있다.

그리고, 천연 섬유 원사(Y)들이 겹쳐져서 줄 모양을 이루는 상태로 이송 공급될 때 줄 모양의 직경(D)은 다발(bundle)형의 보강재 형태와 부합하도록 대략 0.5㎜ 내지 10㎜ 내로 형성되도록 할 수 있다.

이때, 상기한 직경(D) 범위보다 더 작으면 천연 섬유 원사(Y)들의 개수가 적어서 다발 형태에 의한 기능성(분산성)을 원활하게 구현하기 어렵고, 상기한 직경(D) 범위보다 더 크면 천연 섬유 원사(Y)들의 개수가 과다한 상태로 겹쳐져서 다발 형태에 의한 기능성(분산성)을 저하시키는 한 요인이 될 수 있다.

특히, 상기 천연 섬유 원사(Y)는 마(麻) 섬유를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 마 종류 중에서 황마(黃麻)의 속껍질로부터 얻어진 낱실 형태의 황마 섬유 원사를 사용할 수 있다.

황마 섬유는 각종 합성섬유에 비하여 재료 원가가 저렴하고, 표면이 거칠은 특성으로 인해 시멘트 조성물 중에 혼합시 입자들의 부착력을 높일 수 있다.

더욱이, 황마 섬유는 변형성이 좋을 뿐만 아니라, 수분과 접촉시 분산성(分散性)이 우수한 것으로 알려져 있으므로 다발 형태의 섬유보강재 기능(분산성)과 부합하는 천연 섬유 중에 하나이다.

다음으로, 도 1의 공정들 중에서 천연 섬유 원사들을 비(非) 접착 상태로 결속하는 공정(S2)을 진행한다.

상기 천연 섬유 원사들을 비 접착 상태로 결속하는 공정(S2)은, 천연 섬유 원사(Y)들이 줄 모양을 이루는 상태로 이송 공급될 때 회전 동작으로 비틀어서 비 접착 상태로 결속하는 방식으로 진행된다.

도 3을 참조하면, 예를 들어, 천연 섬유 원사(Y)들이 일측에서 타측을 향하여 이송 공급될 때 이송 축선을 중심으로 도면에서와 같은 방향으로 비틀어지도록 회전시키는 방식으로 이루어질 수 있다.

즉, 천연 섬유 원사(Y)들은 상기와 같은 회전 동작에 의해 도 3에서와 같이 길이방향을 따라 나선 모양으로 비틀어지고, 이와 같이 나선 모양으로 비틀어진 상태로 유지된다.

이러한 결속 작업은, 도면에는 나타내지 않았지만 예를 들어, 천연 섬유 원사(Y)들의 이송 공급 중에 상기와 같이 비틀어진 상태로 회전시킬 수 있도록 형성된 장치에 의해 이루어지거나, 이외에도 작업자에 의한 수작업으로 진행할 수 있다.

상기와 같이 비틀어진 천연 섬유 원사(Y)들은 서로 감싸는 상태로 비틀어져서 상기 천연 섬유 원사(Y)들이 서로 겹쳐진 상태에서 분리 방향으로 저항력이 발생할 수 있다.

그러므로, 상기 천연 섬유 원사(Y)들은 분리 방향으로 작용하는 저항력에 의해 도 3에서와 같이 비틀어진 상태를 유지할 수 있으므로 별도의 결속용 접착제나 부재 등을 일체 사용하지 않고 비(非) 접착 방식으로 천연 섬유 원사(Y)들을 결속할 수 있다.

이러한 비 접착 결속 방식은 예를 들어, 접착제 등을 사용한 결속 방식과 비교할 때 수분 접촉시 천연 섬유 원사(Y)들의 분산성을 한층 더 높일 수 있다.

다음으로, 도 1의 공정들 중에서 천연 섬유 원사들을 일정 길이로 절단하는 공정(S3)을 진행한다.

상기 천연 섬유 원사들을 일정 길이로 절단하는 공정(S3)은, 비틀어진 결속 상태로 연장된 천연 섬유 원사(Y)들을 다발 형태의 섬유보강재 형태와 부합하는 길이로 절단하는 것이다.

이러한 절단 작업은 예를 들어, 도 4에서와 같이 별도의 절단구(C)를 이용하여 절단하는 방식으로 진행할 수 있으며, 상기 절단구(C)는 통상의 나이프 또는 휠 타입의 컷터를 사용할 수 있다.

즉, 도 4에서와 같이 상기 절단구(C)를 이용하여 비틀림 결속 상태로 연장된 천연 섬유 원사(Y)의 연장 길이 방향을 등분하는 상태로 절단할 수 있다.

이러한 절단 작업은, 도면에는 나타내지 않았지만 예를 들어, 상기 절단구(C)를 상기와 같이 절단 동작이 가능하게 구동할 수 있도록 형성된 장치에 의해 이루어지거나, 이외에도 작업자에 의한 수작업 방식으로 진행할 수 있다.

상기 천연 섬유 원사(Y)들의 절단 길이(L)는 분산성 확보가 용이한 길이로 형성할 수 있으며, 다발형 보강재 형태와 부합하도록 대략 3 ㎜ 내지 30 ㎜ 범위 내로 절단할 수 있다.

만일, 상기한 길이(L) 범위보다 더 짧으면 시멘트 조성물 중에 혼합된 후 만족할 만한 연결 부착력을 확보하기 어렵고, 상기한 길이(L) 범위보다 더 길면 비틀림 결속 상태에서 분리 방향으로 과다한 저항력이 발생하여 분산성을 저하시키는 한 요인이 될 수 있다.

그러므로, 상기한 제조 공정(S1, S2, S3)들을 거치면서 도 5에서와 같이 천연 섬유 원사(Y)들이 비(非) 접착 상태로 결속된 다발(bundle) 형태의 섬유보강재(2)를 제조할 수 있다.

그리고, 상기 섬유보강재(2)를 상기한 제조 공정으로 제조할 때, 특히 분산성(分散性) 확보가 용이한 최적의 비틀림 결속 상태를 갖도록 형성할 수 있다.

예를 들어, 도 5를 참조하면, 섬유보강재(2)의 길이(L)가 3㎜ 내지 30㎜이고, 직경(D)이 0.5㎜ 내지 10㎜일 때, 비틀림 회전수 0.2 회전 내지 6.0 회전 이내로 비틀어진 비(非) 접착 결속 상태를 이루도록 형성하면 좋다.

이때, 천연 섬유 원사(Y)들의 비틀림 회전수가 0.2 회전 미만이면 만족할 만한 결속력을 기대하기 어렵고, 6.0 회전을 초과하면 천연 섬유 원사(Y)들이 결속된 상태에서 분리 저항력이 과다하게 커져서 분산성을 저하시키는 요인이 될 수 있으므로 상기와 같은 비틀림 회전수 범위 내로 비틀어진 결속 상태를 이루도록 형성하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기한 섬유보강재(2)는, 시멘트 조성물에 혼합시 천연 섬유 원사(Y)들이 비 접착 결속 상태로 겹쳐진 다발 형태로 투입될 수 있으므로, 예를 들어, 도면에는 나타내지 않았지만 원사들이 접착 결속된 다발 형태의 일반 섬유보강재들과 비교할 때, 만족할 만한 분산성을 확보할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 본 발명의 일실시 예에 따른 섬유보강재 제조방법은, 천연 섬유 원사들의 결속 형태성을 부여하는 공정(S4)을 더 포함할 수 있다.

도 6 내지 도 8은 천연 섬유 원사들의 결속 형태성을 부여하는 공정(S4)을 설명하기 위한 도면들이다.

상기 천연 섬유 원사들의 결속 형태성을 부여하는 공정(S4)은, 천연 섬유 원사(Y)들을 결속하는 작업 전,후로 수분을 공급하고, 건조시키는 방식으로 진행할 수 있다.

즉, 상기 천연 섬유 원사들의 결속 형태성을 부여하는 공정(S4)은, 천연 섬유 원사 측에 수분을 공급하는 단계(S4-1)와, 천연 섬유 원사를 건조시키는 단계(S4-2)를 포함한다.

상기 천연 섬유 원사 측에 수분을 공급하는 단계(S4-1)는, 예를 들어, 도 6에서와 같이 천연 섬유 원사(Y)를 결속하는 작업을 진행하기 전에 천연 섬유 원사(Y) 측에 수분(W)을 공급하는 방식으로 진행될 수 있다.

즉, 천연 섬유 원사(Y)의 이송 공급 구간 내에 통상의 분사기(P)를 설치하여 천연 섬유 원사(Y)의 이동 중에 원사를 향하여 물(W)을 분사할 수 있다.

이처럼, 천연 섬유 원사(Y)가 수분(W)을 머금을 상태가 되면, 결속 작업시 회전 동작을 비틀 때 힘이 작용하는 방향으로 더욱 안정적으로 변형이 이루어질 수 있다.

상기 천연 섬유 원사를 건조시키는 단계(S4-2)는, 예를 들어, 도 7에서와 같이 수분(W)을 머금은 상태로 비틀어진 천연 섬유 원사(Y)를 건조시키는 방식으로 진행될 수 있다.

즉, 천연 섬유 원사(Y)가 비틀림 결속 상태로 이동되는 구간 내에 통상의 건조기(H)를 설치하여 이 건조기(H)의 열기로 천연 섬유 원사(Y)를 건조시킬 수 있다.

이처럼, 천연 섬유 원사(Y)를 건조시키면, 수분(W)이 증발되면서 천연 섬유 원사(Y)가 비틀어진 결속 상태로 건조되므로 천연 섬유 원사(Y)들의 결속 형태성을 안정적으로 부여할 수 있다.

그러므로, 상기와 같이 결속 형태성을 부여하는 작업을 진행하면, 천연 섬유 원사(Y)들을 비틀어서 비 접착 결속 상태의 다발 형태로 섬유보강재(2)를 제조할 때 천연 섬유 원사(Y)들의 비틀림 결속 안정성을 더 높일 수 있다.

그리고, 천연 섬유 원사(Y)들의 건조 작업은 예를 들어, 도 8에서와 같이 수분(W)을 머금은 상태로 비틀어진 천연 섬유 원사(Y)들이 길이 방향을 따라 호형(弧形) 모양으로 구부러진 형태를 이루도록 건조시킬 수 있다.

특히, 이와 같이 섬유보강재(2)의 길이 방향으로 호형 모양을 갖도록 형태성을 부여하면, 시멘트 조성물 중에 혼합하여 수분과 접촉할 때 천연 섬유 원사(Y)들이 구부러진 상태에서 대략 일자 모양으로 펼쳐지는 방향으로 반발력이 더 발생할 수 있으므로 분산성을 한층 더 높일 수 있다.

2: 섬유보강재 Y: 천연 섬유 원사 C: 절단구
P:분사기 H: 건조기

Claims

a) 천연 섬유 원사들을 서로 겹쳐진 상태로 일측에서 타측을 향하여 이송 공급하는 공정;
b) 천연 섬유 원사들이 서로 겹쳐진 상태의 다발 형태를 이루도록 비(非) 접착 상태로 결속하는 공정;
c) 다발 형태로 결속된 천연 섬유 원사들을 일정 길이로 절단하는 공정:
을 포함하는 섬유보강재 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 공정 a)는,
천연 섬유 원사들이 평행하게 겹쳐져서 줄 모양을 이루는 상태로 이송 공급하는 섬유보강재 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 공정 a)는,
천연 섬유 원사로 마(麻) 섬유 원사를 사용하는 것을 특징으로 하는 섬유보강재 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 공정 b)는,
천연 섬유 원사의 이송 공급 중에 이송 축선을 중심으로 비틀어서 비(非) 접착 상태로 결속하는 것을 특징으로 하는 섬유보강재 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 공정 c)는,
비틀림 상태로 결속된 천연 섬유 원사들의 길이 방향을 등분하는 상태로 절단하는 섬유보강재 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 섬유보강재 제조방법은,
d) 천연 섬유 원사들의 결속 형태성을 부여하는 공정을 더 포함하며,
상기 공정 d)는,
d1) 천연 섬유 원사 측에 수분을 공급하는 단계;
d2) 천연 섬유 원사를 건조시키는 단계;
를 포함하는 섬유보강재 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 단계 d1)은,
천연 섬유 원사의 결속 작업 전, 또는 결속 작업 후 천연 섬유 원사를 향하여 분사기로 수분을 분사하는 것을 특징으로 하는 섬유보강재 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 단계 d2)는,
수분을 머금은 상태로 비틀어진 천연 섬유 원사를 건조기의 열기로 건조시키는 것을 특징으로 하는 섬유보강재 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 단계 d2)는,
수분을 머금은 상태로 비틀어진 천연 섬유 원사를 길이 방향으로 호형(弧形) 모양을 이루는 상태로 건조시키는 것을 특징으로 하는 섬유보강재 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 6 중에서 어느 한 항의 섬유보강재 제조방법을 통해서 제조된 섬유보강재.
청구항 10에 있어서,
상기 섬유보강재는,
길이 3㎜ 내지 30㎜이고, 직경이 0.5㎜ 내지 10㎜일 때, 비틀림 회전수 0.2 회전 내지 6.0 회전 이내로 비틀어져서 천연 섬유 원사들이 비(非) 접착 상태로 결속된 다발 형태를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유보강재.