KR101324063B1 - 장섬유 보강 프레임 일체형 경량 거푸집 패널 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장섬유가 보강된 열가소성 수지, 특히 프레임 일체형 경량 거푸집 패널을 제조하는 방법에 있어서; PP, PE, PA, PET, ABS 중에서 선택된 어느 하나의 열가소성 수지를 용융하고, 용융된 수지에 탄소섬유, 아라미드 또는 천연섬유 중에서 선택된 어느 하나를 3~100mm의 길이 범위로 절단한 장섬유를 투입하되, 투입되는 장섬유의 양은 20~50중량%이고, 나머지는 용융수지가 되도록 조성되게 LFT(Long fiber reinforced Thermoplastic)를 제조하는 LFT제조단계와; 상기 LFT를 압출하는 압출성형단계와; 거푸집 패널의 형상과 크기에 맞게 설계된 금형을 준비하는 금형준비단계와; 상기 압출성형단계를 통해 압출되는 수지를 금형상에서 가압성형하여 프레임 일체형 거푸집 판넬을 직접 성형하거나 혹은 압출성형단계를 통해 압출되는 수지를 판형상으로 밀어내면서 냉각하여 수지 평판을 제조하는 평판제조단계와; 상기 평판제조단계에서 제조된 평판을 미리 예열하여 가소화시키는 평판예열단계와; 예열된 다수매의 평판을 상기 금형에 투입 적층하는 평판투입단계와; 투입된 평판을 가압성형이 가능하도록 가열시키는 평판가열단계와; 가열된 평판을 가압성형하여 적층된 평판들을 접합시켜 하나의 패널을 만들고, 동시에 프레임 일체형 거푸집 패널 형상을 갖도록 성형하는 가압성형단계와; 가압성형된 패널을 냉각 후 취출하는 패널취출단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장섬유 보강 프레임 일체형 경량 거푸집 패널 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 장섬유가 보강된 열가소성 수지를 통해 알루미늄 패널과 같이 충분한 강도를 가지면서, 수지를 시트 또는 매트 형태로 제조하여 조립가능하게 구성함으로써 경량화가 가능하여 설치/해체시 작업의 안전성을 높이고, 작업성을 향상하며, 소음 감소, 박리제를 사용하지 않아도 되므로 환경문제를 개선하며, 채광 효과 및 알루미늄 대비 단열기능이 좋아 쾌적한 작업환경과 알루미늄 대체에 따른 에너지 절감, 제조비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.

Description

장섬유 보강 프레임 일체형 경량 거푸집 패널 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ALL ELEMENT INTEGRATED LIGHT WEIGHT CAST PANEL REINFORCED LONG FIBER}

본 발명은 장섬유가 보강된 열가소성 수지, 특히 LFT(Long fiber reinforced Thermoplastic)를 이용하여 충분한 강도를 가지면서 가볍고 시공이 용이하게 개선된 장섬유 보강 프레임 일체형 경량 거푸집 패널 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 건축물이나 구축물의 공사시 콘크리트 벽체는, 내부 공간이 벽체의 형상을 하는 주형과 같은 틀, 즉 거푸집을 먼저 만든 후 거푸집 내부에 콘크리트를 채우고 양생시키는 방법으로 형성된다.

따라서, 벽체의 형성은 콘크리트 양생용 주형인 거푸집을 만드는 것으로부터 시작된다.

이와 같은 거푸집은 통상 목재 판재인 합판의 배면에 합판의 강성 보강을 위하여 목재 즉, 각목 프레임이 결합된 목재 거푸집 패널이 주로 사용되어 왔다.

이러한 목재 거푸집 패널을 이용한 콘크리트 벽체 형성 과정은 합판 배면에 각목 프레임이 못질되어 만들어진 목재 거푸집 패널 다수를, 벽체나 기둥의 뼈대가 되는 철근 조립부 외부에 연결 조립하여 내?외벽 또는 기둥용 등의 거푸집을 형성한 후 그 사이의 공간에 콘트리트를 채워 넣어 양생시키고, 양생이 완료된 다음 거푸집을 이루고 있는 목재 거푸집 패널들을 벽체로부터 떼어 내는 방식으로 이루어져 왔다.

그런데, 상기 목재 거푸집 패널을 이용한 콘크리트 벽체 시공시에는 거푸집 패널들간의 연결 조립이 못질과 함께 와이어의 조임에 의해서 이루어지기 때문에 거푸집 설치 작업에 많은 인력과 시간이 필요로 되며, 또한, 콘크리트 양생 후 거푸집 철거 작업에도 많은 시간과 인력이 소요된다.

뿐만 아니라, 목재 거푸집 패널은, 목재의 특성상 거푸집에 채워지는 콘크리트의 하중에 의한 압력으로 변형되기 쉬우며, 벽체의 규모가 클수록 그러한 경향은 더욱 증가하게 되고, 그 결과 벽체의 외면이 평탄면을 이루지 못하게 되는 경우가 종종 발생되기도 한다.

이를 개선하기 위해, 목재가 강(鋼)으로 대체된 금속 거푸집이 개발되었으나 이는 중량 때문에 인력낭비가 심하고 안전사고의 위험이 높아 현재는 알루미늄 패널로 이루어진 시스템 거푸집이 일반화되어 있다.

시스템 거푸집은 상대적으로 가벼운 알루미늄으로 이루어진 거푸집용 패널들을 간단히 핀으로 연결 시공할 수 있어 편의성을 급속히 향상시켰다.

하지만, 이와 같은 알루미늄을 이용한 시스템 거푸집의 경우에도 도 1의 예시와 같이, 거푸집 패널을 구성하는 사각형상의 판재(11)와, 이 판재(11)의 강성을 보강하기 위한 프레임(12)을 용접(W) 또는 기타의 고정방식으로 상호 접합시켜야 하므로 생산성이 떨어짐은 물론 기존재에 비해 상대적으로 현저히 경량화되기는 하였지만 그래도 여전히 금속인 알루미늄을 사용하고 있기 때문에 중량 절감에 한계가 있으며, 철근작업 및 설치/해체시 소음이 커 민원문제가 야기되고, 콘크리트와의 박리성 개선을 위해 유성의 박리제를 도포해야 하기 때문에 환경문제 및 작업시 미끄러워 안전사고의 위험을 배제할 수 없으며, 무엇보다도 알루미늄 패널을 제조하기 위해서는 알루미늄을 전기로에서 용융시켜야 하고 압출해야 하며 재단, 용접 등 다단계의 선행 과정을 거쳐야 하므로 제조비용이 높아지고, 고에너지가 소비되는 등 부대되는 많은 단점이 산재해 있다.

나아가, 알루미늄 판재(11)이기 때문에 휨 변형 방지를 위해 강성을 보강해야 하는데, 이때 강성 보강을 위해 추가되는 프레임(12)이 대부분 알루미늄이기 때문에 그만큼 중량이 다시 증대되는 단점도 새롭게 부각되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 플라스틱 계열의 수지를 이용하여 기존 알루미늄 패널과 혼용 또는 단독으로 사용할 수 있는 프레임 일체형 경량 거푸집 패널을 제조하되 비용이 절감되고, 기계적 강도가 우수하며, 실질적인 경량화가 가능하여 작업성 및 안전성을 높이고, 조립성이 뛰어나 시공하기도 편리하며, 소음 발생을 줄여 민원문제도 해결할 수 있도록 한 장섬유 보강 프레임 일체형 경량 거푸집 패널 제조방법을 제공함에 그 주된 해결 과제가 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 프레임 일체형 경량 거푸집 패널을 제조하는 방법에 있어서; PP, PE, PA, PET, ABS 중에서 선택된 어느 하나의 열가소성 수지를 용융하고, 용융된 수지에 탄소섬유, 아라미드 또는 천연섬유 중에서 선택된 어느 하나를 3~100mm의 길이 범위로 절단한 장섬유를 투입하되, 투입되는 장섬유의 양은 20~50중량%이고, 나머지는 용융수지가 되도록 조성되게 LFT(Long fiber reinforced Thermoplastic)를 제조하는 LFT제조단계와; 상기 LFT를 압출하는 압출성형단계와; 거푸집 패널의 형상과 크기에 맞게 설계된 금형을 준비하는 금형준비단계와; 상기 압출성형단계를 통해 압출되는 수지를 금형상에서 가압성형하여 프레임 일체형 거푸집 판넬을 직접 성형하거나 혹은 압출성형단계를 통해 압출되는 수지를 판형상으로 밀어내면서 냉각하여 수지 평판을 제조하는 평판제조단계와; 상기 평판제조단계에서 제조된 평판을 미리 예열하여 가소화시키는 평판예열단계와; 예열된 다수매의 평판을 상기 금형에 투입 적층하는 평판투입단계와; 투입된 평판을 가압성형이 가능하도록 가열시키는 평판가열단계와; 가열된 평판을 가압성형하여 적층된 평판들을 접합시켜 하나의 패널을 만들고, 동시에 프레임 일체형 거푸집 패널 형상을 갖도록 성형하는 가압성형단계와; 가압성형된 패널을 냉각 후 취출하는 패널취출단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장섬유 보강 프레임 일체형 경량 거푸집 패널 제조방법을 제공한다.

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본 발명에 따르면, 장섬유가 보강된 열가소성 수지를 통해 알루미늄 패널과 같이 충분한 강도를 가지면서, 수지를 시트 또는 매트 형태로 제조하여 조립가능하게 구성함으로써 경량화가 가능하여 설치/해체시 작업의 안전성을 높이고, 작업성을 향상시키며, 소음 감소, 박리제를 사용하지 않아도 되므로 환경문제를 개선하며, 채광 효과 및 알루미늄 대비 단열기능이 좋아 쾌적한 작업환경과 알루미늄 대체에 따른 에너지 절감, 제조비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 거푸집의 예시적인 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 장섬유 보강 프레임 일체형 경량 거푸집 패널 제조방법의 일 예를 보인 예시적인 플로우챠트이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 장섬유 보강 프레임 일체형 경량 거푸집 패널 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 프레임 일체형 경량 거푸집 패널은 열가소성 수지를 기본 재료로 하고 여기에 장섬유를 보강하여 시트 혹은 패널 형태로 제조하여 이루어진다.

최근 프레임 일체형 거푸집 패널과 관련하여 경량화, 시공성, 내구성 등을 향상시키기 위한 일환으로 열가소성 수지를 활용하려는 노력들이 집중되고 있다.

본 발명도 그 일환 중 하나로서, 특히 PP(Poly-Propylene), PE(Poly-Ethylene), PA(Poly-Amide), PET(Poly-Ethylene-Terephthalate), ABS(Acrylonitril-Butadiene-Styrene)와 같은 열가소성 수지를 주재료로 이용하되, 강도 향상을 위해 3~100mm의 길이를 갖는 장섬유, 장섬유 중에서도 특히 탄소섬유, 아라미드 또는 천연섬유 중에서 선택된 어느 하나가 매립되는 형태로 투입되어 보강된 구조를 갖는다.

특히, 이러한 장섬유로 강도가 보강된 수지로 LFT(Long fiber reinforced Thermoplastic)를 사용함이 바람직하다.

즉, 본 발명에서는 탄소섬유, 아라미드 또는 천연섬유 중에서 선택된 어느 하나를 3~100mm의 길이 범위 내에서 일자형, 격자형 등으로 방향성을 갖게 배열하거나 혹은 무방향성을 갖도록 랜덤하게 배열하여 열가소성 수지에 매립되게 적층한 LFT를 가압성형하는 형태로 이루어질 수 있다.

특히, 본 발명에서 사용되는 LFT는 강도 향상, 내구성 향상, 경량화, 시공의 편의성 향상 등을 모두 달성할 수 있도록 탄소섬유, 아라미드 또는 천연섬유 중에서 선택된 어느 하나를 3~100mm의 길이 범위 내가 되도록 20~50중량% 투입하고; 나머지, 즉 50~80중량%는 앞서 설명한 PP(Poly-Propylene), PE(Poly-Ethylene), PA(Poly-Amide), PET(Poly-Ethylene-Terephthalate), ABS(Acrylonitril-Butadiene-Styrene)와 같은 열가소성 수지 중에서 선택된 어느 하나로 하여 시트 혹은 패널을 구성하도록 한 것이다.

이때, 상기 장섬유의 길이가 3mm 미만이 되면 기존의 섬유가 보강되지 않은 단일 수지로 성형된 제품 대비 강도 보강이 어려워 중량을 낮출 수 없고, 100mm를 초과할 경우에는 큰 문제는 없으나 생산성 및 작업성 측면에서 불리하므로 장섬유의 길이는 상기 범위로 한정되어야 한다.

또한, 상기 장섬유가 20중량% 미만으로 첨가되게 되면 본 발명이 원하는 기존 단일 수지로 성형된 제품 대비40% 이상 중량을 낮추었을 경우 동등 이상의 강도를 확보할 수 없고, 50중량%를 초과하여 첨가되게 되면 수지가 섬유에 제대로 함침되지 않아 소재가 가소화가 되어도 흐름성이 낮아져 필요로 하는 형상대로 성형하기 어렵기 때문에 장섬유의 투입량은 전체 중량 대비 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

뿐만 아니라, 강도 보강을 위해 성형 설계시 기존에는 알루미늄 등 금속재로 보강되던 부위를 그 형상에 맞게 일체형으로 성형될 수 있게 설계함으로써 간단 용이하게 LFT만으로도 강도가 보강되고, 프레임이 일체로 된 경량화 거푸집 패널을 제조할 수 있게 된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명은 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, PP, PE, PA, PET, ABS 중에서 선택된 어느 하나의 열가소성 수지를 용융하는 수지용융단계(S100)가 수행된다.

상기 수지용융단계(S100)는 압출하기 적당하도록 수지를 용융시키는 과정으로서 각 수지의 융점을 고려하여 적정 온도로 가열함으로써 이루어진다.

상기 수지용융단계(S100)가 완료되면 이어 장섬유 투입단계(S110)가 수행된다.

상기 장섬유 투입단계(S110)는 앞서 설명한 장섬유, 즉 탄소섬유, 아라미드 또는 천연섬유 중에서 선택된 어느 하나를 3~100mm의 길이 범위로 절단한 것을 말하며, 용융된 수지량(전체 중량) 대비 20~50중량% 범위로 투입한다.

이때, 상기 전체 중량은 용융되고 있는 용융용기의 크기에 따른 부피를 기준으로 수지의 밀도를 이용하여 산출될 수 있다.

이렇게 하여, 장섬유의 투입이 완료되면 압출성형단계(S120)가 수행된다.

상기 압출성형단계(S120)는 용융된 수지와 이 수지에 투입된 장섬유를 압착하면서 밀어내는 과정을 말한다.

정리하자면, 앞서 설명된 S100, S110 단계는 LFT를 제조하기 위한 일련의 과정이라고 보면 된다.

한편, 압출성형단계(S120)를 수행할 경우에는 상기 압출성형단계(S120)를 거쳐 수지가 압출될 때 가압성형 여부에 따라 바로 가압성형단계(S170)가 수행될 수 있고, 또는 그냥 판형상으로 압출되게 하여 바로 평판으로 제조하는 평판제조단계(S130)가 수행될 수 있다.

여기에서, 압출과 동시에 가압성형을 거칠 경우에는 가압성형과 함께 프레임 일체형 거푸집용 패널이 형성되고, 이후 패널취출단계(S180)를 거침으로써 최종 제품으로 제조할 수 있는데, 이와 같이 본 발명에 따른 프레임 일체형 거푸집 패널 제조방법은 다양한 형태를 가질 수 있다.

그리고, 도시된 예처럼 압출 후 별도의 평판제조단계(S130)를 거칠 경우에는 압출구의 형상을 평판 형태로 구성함으로써 평판 제조가 가능한데, 이는 압출과 동시에 냉각되도록 하여 압출되는 수지가 곧바로 고형화되면서 평판으로 제조되는 형태일 수 있다.

본 발명에서는 상기 평판제조단계(S130)를 통해 제조된 평판을 합지 또는 접합하여 원하는 강도를 갖도록 구성함으로써 프레임 일체형 거푸집 패널로 곧바로 활용할 수도 있다.

그러나, 더욱 더 우수한 내구성과 강도를 갖도록 하기 위해 후속공정을 더 거칠 수 있다.

이러한 후속공정으로는 가압, 가열을 통해 인장강도를 더 높이면서 일정한 형상으로 성형하여 제품의 구조적 강도를 더욱 높이기 위함이며, 평판이 투입여부, 즉 후속가공 여부에 따라 도 2에서 도 3과 같이 진행될 수 있다.

예컨대, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 평판 가공(성형)을 위해 상기 평판제조단계(S130)를 통해 제작된 평판을 구비한 상태에서 이 평판을 가공할 수 있는 형태의 금형을 준비하는 금형준비단계(S140)가 더 수행될 수도 있다.

이 경우, 상기 금형은 거푸집의 크기나 형상에 맞게 준비되어야 한다.

이어, 준비된 금형에 평판을 투입하는 평판투입단계(S150)가 수행될 수 있다.

이때, 다수 매의 평판이 적층 배열되는 형태로 구비되는데, 이는 거푸집 패널의 크기나 형상에 패널의 두께가 결정되므로 그에 맞게 적층 매수를 정하여 투입하기 위함이다.

뿐만 아니라, 평판투입 전에 투입될 평판을 미리 예열하여 가소화시키면 성형성이 더욱 우수해진다.

이렇게 하여, 평판이 준비되면 금형에 투입하기 전에 가열 설비를 가동하여 가압 성형이 가능하도록 가열시키는 평판 가열단계(S160)가 수행될 수 있다.

여기에서, 평판이 가압 성형이 가능할 정도가 되기 위해 150~ 250°사이의 온도로 2~12분 사이의 시간 동안 가열되어야 한다.

이후, 가열되어 용융된 다수 매의 평판을 금형에 투입 후 압착하여 적층된 다수 매의 평판이 상호 접합되면서 하나의 패널을 구성하도록 하는 가압성형 단계(S170)가 더 수행될 수 있다.

이때, 상기 평판가열단계(S160)를 통한 평판 외에도 상기 압출성형단계(S120)를 통한 수지가 중단 단계를 생략하고 바로 투입될 수도 있다.

그리고, 가열된 평판 및 수지가 완전히 굳어져 원하는 강도를 내게 하기 위해 300톤에서 2500톤 사이의 압력으로 30초에서 2분 사이의 시간 동안 가압되어야 한다.

이후, 성형이 완료되면 제품화 된 거푸집 패널을 금형으로부터 분리하는 패널취출단계(S180)가 수행된다.

그리고, 취출된 패널은 곧바로 사용될 수도 있고, 필요한 경우 마무리 공정을 통해 다듬질된 후 사용될 수도 있다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 패널이 프레임 일체형 거푸집용 재료로 적합한지 그 특성을 확인하기 위해 다음과 같이 실험하였다.

실험을 위해, 본 발명에 따라 제조된 패널(두께 약 3.5mm)을 조립하여 0.6m x 0.9m 크기를 갖는 사각형상의 거푸집 패널을 제작하여, 정적 하중 강도를 테스트하였다.

테스트 결과, 충분한 정적 하중 강도를 유지하였다.

그리고, 동일 모형 대비 40% 정도 낮은 중량으로 확인되었다.

아울러, 제조비용에 있어서도 고가의 알루미늄을 쓰지 않기 때문에 기존 대비 현저한 비용절감도 달성할 수 있었다.

S100 : 수지용융단계　　　　　　　　　　　　 S110 : 장섬유 투입단계
S120 : 압출성형단계　　　　　　　　　　　　 S130 : 평판제조단계
S140 : 금형준비단계　　　　　　　　　　　　 S150 : 평판투입단계
S160 : 평판가열단계　　　　　　 　　　　　　　　　 S170 : 가압성형단계
S180 : 패널취출단계

Claims (4)

1. 프레임 일체형 경량 거푸집 패널을 제조하는 방법에 있어서;
   PP, PE, PA, PET, ABS 중에서 선택된 어느 하나의 열가소성 수지를 용융하고, 용융된 수지에 탄소섬유, 아라미드 또는 천연섬유 중에서 선택된 어느 하나를 3~100mm의 길이 범위로 절단한 장섬유를 투입하되, 투입되는 장섬유의 양은 20~50중량%이고, 나머지는 용융수지가 되도록 조성되게 LFT(Long fiber reinforced Thermoplastic)를 제조하는 LFT제조단계와;
   상기 LFT를 압출하는 압출성형단계와;
   거푸집 패널의 형상과 크기에 맞게 설계된 금형을 준비하는 금형준비단계와;
   상기 압출성형단계를 통해 압출되는 수지를 금형상에서 가압성형하여 프레임 일체형 거푸집 판넬을 직접 성형하거나 혹은 압출성형단계를 통해 압출되는 수지를 판형상으로 밀어내면서 냉각하여 수지 평판을 제조하는 평판제조단계와;
   상기 평판제조단계에서 제조된 평판을 미리 예열하여 가소화시키는 평판예열단계와;
   예열된 다수매의 평판을 상기 금형에 투입 적층하는 평판투입단계와;
   투입된 평판을 가압성형이 가능하도록 가열시키는 평판가열단계와;
   가열된 평판을 가압성형하여 적층된 평판들을 접합시켜 하나의 패널을 만들고, 동시에 프레임 일체형 거푸집 패널 형상을 갖도록 성형하는 가압성형단계와;
   가압성형된 패널을 냉각 후 취출하는 패널취출단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장섬유 보강 프레임 일체형 경량 거푸집 패널 제조방법.
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