KR101455716B1 - 노즐의 회전에 의한 단면내 다종 섬유 배치 변경기능의 섬유보강폴리머 보강근 제조용 성형노즐, 이를 이용한 섬유보강폴리머 보강근의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

노즐의 회전에 의한 단면내 다종 섬유 배치 변경기능의 섬유보강폴리머 보강근 제조용 성형노즐, 이를 이용한 섬유보강폴리머 보강근의 제조방법 및 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2종 이상의 복수개 종류의 섬유를 이용한 하이브리드 섬유보강 폴리머 보강근을 제작하되, 섬유를 설계 의도에 따라 섬유보강 폴리머 보강근 단면의 특정 위치에 분포시킨 구성의 하이브리드 섬유보강 폴리머 보강근을 제조할 수 있는 방법과, 이를 위한 제조장치, 그리고 이를 위한 성형노즐에 관한 것이다.
본 발명에서는 성형노즐(100)을 이용하여 섬유와 수지로 이루어진 FRP 보강근을 제조하는 장치로서, 상기 성형노즐(100)은, 외측 노즐(11)과, 복수개의 중간 노즐(12)을 포함하여 구성되며, 노즐 사이의 간격을 구획하면서도 노즐의 회전에 의해 그 위치가 변경될 수 있는 결합구획부재를 구비하고 있어서, 가장 내측에 위치하는 중간 노즐의 중앙공을 통해서 섬유가 공급되고, 중간 노즐 간의 간격을 통해서도 섬유가 공급되며, 중간 노즐과 외측 노즐 사이의 간격을 통해서도 섬유가 공급되어, 섬유가 FRP 보강근의 중심에서 외곽으로 갈수록 복수개의 섬유분포층을 이루고, 각 섬유분포층에서도 원주를 따라 섬유가 다르게 분포되어 있는 단면을 가지는 복합 FRP 보강근(1)을 만들되, 각 섬유분포층에서의 섬유 분포를 필요에 따라 용이하게 변화시킬 수 있는 구성을 가지는 FRP 보강근의 제조장치가 제공되며, 아울러 이를 이용하여 FRP 보강근을 제조하는 방법 및 이에 사용되는 성형노즐이 제공된다.

Description

노즐의 회전에 의한 단면내 다종 섬유 배치 변경기능의 섬유보강폴리머 보강근 제조용 성형노즐, 이를 이용한 섬유보강폴리머 보강근의 제조방법 및 제조장치{Nozzle, Method and Apparatus for Manufacturing of FRP Bar Using Rotational Nozzle Structure}
본 발명은 섬유보강폴리머 보강근의 제조방법과 제조장치, 그리고 이에 사용되는 성형노즐에 관한 것으로서, 구체적으로는 사전에 미리 압축력이 도입되도록 함으로써 낮은 탄성계수를 가지는 섬유를 사용하더라도 과도한 휨처짐이 발생하지 아니하는 섬유보강 폴리머 보강근을 제조할 수 있고, 더 나아가 2종 이상의 다종(多種) 섬유를 이용하여 하이브리드 섬유보강 폴리머 보강근을 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 하이브리드 섬유보강 폴리머 보강근을 제작할 때, 섬유를 설계 의도에 따라 단면의 특정 위치에 분포시킨 상태로 용이하게 제조할 수 있는 방법과, 이를 위한 제조장치, 그리고 성형노즐에 관한 것이다.
철근 콘크리트 구조물에서 구조물의 보강을 위하여 사용되는 철근은 부식의 위험에 항상 노출되어 있다. 콘크리트에서는 균열 등으로 인하여 철근이 수분에 접촉할 가능성이 높으며, 특히 균열 이외에도 콘크리트 내부의 잔여 수분으로 인해 철근에는 부식이 발생하게 된다. 철근이 부식되면 부피가 팽창하게 되고 이로 인해 주변 콘크리트가 탈락하게 되어 철근 콘크리트 구조물의 중요 성립 요소인 일체성이 상실되어 구조부재로서의 역할을 수행할 수 없는 상황에 이르게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 섬유보강폴리머(Fiber Reinforced Polymer/"FRP")를 이용하여 제작한 봉형상의 제품을 콘크리트 구조물에 배근되는 철근을 대신하거나 또는 철근을 보조하는 용도로 사용하려는 시도가 이루어지고 있는데, 이와 같이 콘크리트 구조물의 보강을 위하여 사용된다는 점을 감안하여 통상적으로 "FRP 보강근" 또는 "FRP 리바"라고 부르고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0702629호 및 대한민국 공개특허공보 제10-1987-3861호에는 이러한 FRP 보강근을 제조하는 기술에 대해 개시되어 있다. 종래에는 섬유 권취릴, 수지 공급부, 성형노즐, 가열기 및 인발기로 이루어진 제조장치를 이용하여 FRP 보강근을 제조하게 되는데, 섬유 권취릴로부터 공급되는 실처럼 가는 섬유를 다발로 만들어서 인발기로 인발하게 되는데, 수지 공급부를 거치면서 수지와 함께 섬유가 성형노즐로 들어가면서 봉형상으로 성형되고, 가열기를 거쳐 수지가 경화되는 과정을 거쳐서 FRP 보강근이 만들어진다.
이와 같이, 수지가 함침된 섬유를 집속하여 원형이나 타원형 또는 기타 다각형의 단면을 가지도록 봉형상의 FRP 보강근(1)을 제조할 때 사용되는 섬유로는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 강선, 유리섬유 등이 이용되는데, 원가절감을 위해서는 유리섬유를 이용하는 것이 유리하다. 그런데 유리섬유를 이용하여 FRP 보강근을 제조하는 경우, 인장강도는 철근보다 월등히 크지만 탄성계수가 철근보다 낮기 때문에 FRP 보강근을 휨부재에 대한 보강용으로 사용하는 경우, 휨부재에 큰 처짐을 야기하게 된다. 즉, 유리섬유와 같이 낮은 탄성계수를 가진 섬유를 이용하여 FRP 보강근을 제작하는 경우, 휨하중을 받는 콘크리트 구조물에 사용할 때 과도한 휨 처짐을 가져오게 되는 것이다.
이에 대한 해결책으로는, 탄성계수가 상이한 여러 종류의 섬유를 혼합하여 FRP 보강근을 제작하는 방안이 있다. 이와 같이 복수개 종류의 섬유를 동시에 이용하여 제작된 FRP 보강근은 "복합 FRP 보강근"이라고 부르게 되는데, 이러한 복합 FRP 보강근은, 다종의 섬유를 혼합하기 때문에 경제성도 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 유리섬유만을 이용한 FRP 보다는 더 향상된 탄성계수를 가지도록 할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 복합 FRP 보강근의 일예로는, 탄성계수가 낮은 유리섬유와 탄성계수가 높은 탄소섬유를 동시에 이용한 복합 FRP 보강근이 있다.
그런데 복수개 종류의 섬유를 이용한 복합 FRP 보강근을 제작함에 있어서, 다종(多種)의 섬유를 FRP 보강근의 단면에서 각각 다른 위치에 분포시킬 필요가 생길 수 있다. 위에서 예시한 것처럼 유리섬유와 탄소섬유를 이용한 복합 FRP 보강근이라면, 유리섬유는 단면의 중앙에 위치시키고 탄소섬유는 단면의 외곽에 위치시킬 필요가 생길 수 있는 것이다.
FRP 보강근에 사용되는 섬유는 마치 실처럼 그 직경이 매우 작을 뿐만 아니라 수십 또는 수백 가닥이 집속되어 사용되는 것인데, 이러한 섬유를 복수개의 종류로 이용하고 그와 동시에 각 종류의 섬유를 설계 의도에 따라 FRP 보강근 단면의 특정 위치에 분포시킨 상태로 복합 FRP 보강근을 효율적으로 제조할 수 있는 기술이 제시된다면, 응력상황이나 기타 사용여건에 맞추어서 복합 FRP 보강근을 효율적으로 사용할 수 있게 될 것이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0702629호(2007. 04. 04. 공고) 대한민국 공개특허공보 제10-1987-3861호(1987. 05. 04. 공개)
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 FRP 보강근을 휨 하중을 받는 콘크리트 구조물에 사용하더라도 과도한 휨 처짐이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 2종 이상의 복수개 종류의 섬유를 이용한 복합 FRP 보강근을 제작하되, 설계 의도에 따라 섬유를 복합 FRP 보강근 단면의 특정 위치에 분포시킬 수 있고, 이러한 섬유의 분포상태를 필요에 따라 용이하게 변경하여 제조할 수 있는 방법과, 이를 위한 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 섬유 권취릴, 수지 공급부, 성형노즐 및 인발기를 포함하는 구성을 가지고 있어서 섬유와 수지로 이루어진 봉형상의 FRP 보강근을 제조하는 장치로서, 상기 성형노즐은, 중앙에 관통공이 형성되어 있는 파이프 형태의 외측 노즐과, 상기 외측 노즐의 입구에 배치되며 복수개가 간격을 두고 서로의 내측에 배치되는 중간 노즐을 포함하여 구성되고; 중간 노즐과 외측 노즐과의 간격, 및 중간 노즐 간의 간격에는 결합구획부재가 배치되어 있되, 상기 결합구획부재의 일단은 탄성부재가 내장되어 있도록 외측 노즐의 내면 또는 중간 노즐의 내면에 형성되어 있는 끼움홈에 끼워져 있고, 상기 결합구획부재의 타단은 대향하는 중간 노즐의 외면에 형성되어 있는 걸림홈에 위치하고 있어서, 중간 노즐 또는 외측 노즐의 회전에 의해 결합구획부재의 위치가 변경되며; 가장 내측에 위치하는 중간 노즐의 중앙공을 통해서 섬유가 공급되고, 중간 노즐 간의 간격을 통해서도 섬유가 공급되며, 중간 노즐과 외측 노즐 사이의 간격을 통해서도 섬유가 공급되어, 섬유가 FRP 보강근의 중심에서 외곽으로 갈수록 복수개의 섬유분포층을 이루면서 분포되어 있는 단면을 가지는 복합 FRP 보강근을 만들게 되며, 중간 노즐 또는 외측 노즐의 회전에 의해 결합구획부재를 변경시키면 각각의 섬유분포층에서 원주방향으로 복수개로 구분되는 영역의 위치를 변경시킨 상태로 복합 FRP 보강근을 만들 수 있는 것을 특징으로 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제조장치가 제공된다.
한편, 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 위에서 개시한 본 발명에 따른 FRP 보강근의 제조장치를 이용하여 FRP 보강근을 제조하는 방법과, 이를 위한 성형노즐이 제공된다.
특히, 본 발명에서는 상기한 FRP 보강근의 제조장치를 이용하되, 가장 내측에 위치하는 중간 노즐의 중앙공을 통해서 공급되는 섬유와, 중간 노즐 간의 간격을 통해서도 공급되는 섬유와, 중간 노즐과 외측 노즐 사이의 간격을 통해서도 공급되는 섬유를 각각 서로 다른 종류가 되도록 함으로써, 복수개의 섬유분포층에 각각 서로 다른 종류의 섬유가 분포되어 있는 단면을 가지는 복합 FRP 보강근을 만들게 되는 FRP 보강근의 제조방법이 제공된다.
또한 본 발명에서는 상기한 FRP 보강근의 제조장치를 이용하되, 중간 노즐과 외측 노즐과의 간격 및 중간 노즐 간의 간격에서 상기 결합구획부재에 의해 원주 방향으로 구분되는 영역에 각각 서로 다른 종류의 섬유를 공급함으로써, 각각의 섬유분포층 내에서도 원주방향으로 서로 다른 종류의 섬유가 분포되어 있는 단면을 가지는 복합 FRP 보강근을 만들게 되는 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 2종 이상의 복수개 종류의 섬유를 이용한 복합 FRP 보강근을 제작하되, 섬유를 설계 의도에 따라 FRP 보강근 단면의 특정 위치에 분포시킨 상태로 복합 FRP 보강근을 제조할 수 있게 되며, 따라서 단면의 내측에는 연신율이 큰 섬유를 분포시키고 단면의 외곽에는 연신율이 작은 섬유를 분포시킨 단면을 가지고 있어서 휨부재에 사용하더라도 큰 휨 처짐을 발생시키지 않게 되는 우수한 성능의 복합 FRP 보강근을 매우 용이하게 제작할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면, FRP 보강근에 미리 압축력이 도입되도록 할 수 있으므로, 휨부재로 이용되는 콘크리트 구조물에 본 발명의 복합 FRP 보강근이 사용되는 경우, 휨응력에 의해 복합 FRP 보강근에 작용하는 인장력은, 미리 도입된 압축력에 의해 상쇄되며, 그에 따라 콘크리트 구조물에 과도한 휨 처짐이 발생되는 것을 예방할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
무엇보다도 본 발명에서는 외측 노즐을 회전시키거나 또는 중간 노즐을 회전시킴으로써 결합구획부재의 위치를 변경시킬 수 있으므로, 복합 FRP 보강근의 단면에서 섬유를 복수개의 층으로 구분하여 분포시키면서도, 외측 노즐 또는 중간 노즐을 회전시켜서 결합구획부재의 위치를 필요에 따라 변경함으로써, 각각의 섬유분포층 내에서도 원주방향으로 복수 종류의 섬유가 구분된 영역으로 분포되는 형상을 원하는 형태로 쉽게 만들 수 있게 되는 장점을 가진다. 즉, 복합 FRP 보강근의 단면에서 섬유의 분포를 바꿀 필요가 있을 경우, 본 발명에서는 성형노즐을 새롭게 제작하지 않고서도, 외측 노즐 또는 중간 노즐을 회전시켜서 결합구획부재의 위치를 변경함으로써, 원하는 섬유 분포의 단면을 가지는 복합 FRP 보강근을 쉽게 제작할 수 있게 되는 효과가 발휘되는 것이다.
도 1은 복합 FRP 보강근을 제조하기 위한 본 발명의 제조장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형노즐의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 성형노즐의 선 A-A에 따른 개략적인 측단면 사시도이다.
도 4는 섬유가 진입하는 입구 방향으로 성형노즐의 단면 구성을 보여주는 도 2의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 4의 원 D부분의 개략적인 확대도이다.
도 6은 섬유가 진입하는 입구 방향으로 성형노즐의 단면 구성을 보여주는 도 2의 선 C-C에 따른 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 성형노즐로 다수 종류의 섬유가 공급되는 상태를 보여주는 도 2의 선 A-A에 따른 개략적이 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 성형노즐을 이용하여 복수개의 섬유분포층과 원주 방향으로 복수개의 구획으로 구분된 원형 단면으로 만들어진 복합 FRP 보강근의 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 4의 상태에서 외측 노즐 또는 제1중간 노즐을 회전시키는 상태를 보여주는 도 4에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 10은 도 9의 원 E부분의 개략적인 확대도이다.
도 11은 성형노즐을 회전시켜 결합구획부재의 위치를 변경하여 만들어진 복합 FRP 보강근의 단면 구성을 보여주는 도 8에 대응되는 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
본 발명에서는 수지로 함침된 섬유를 집속하여 인발함으로써 FRP 보강근을 제조하게 되는데, 이를 위하여 본 발명에 따른 FRP 보강근의 제조장치에는, 앞서 살펴본 종래 기술과 유사하게, 섬유 권취릴(101), 수지 공급부(102), 성형노즐(100) 및 인발기(105)가 포함될 수 있다. 구체적으로 도 1에는 본 발명에 따른 복합 FRP 보강근을 제조하기 위한 장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 복합 FRP 보강근의 제조장치에는 섬유 권취릴(101), 수지 공급부(102), 성형노즐(100) 및 인발기(105)가 구비되어 있다. 섬유 권취릴(101)로부터 공급되는 실처럼 가는 섬유를 다발로 만들어서 인발기(105)로 인발하게 되는데, 수지 공급부(102)를 거치면서 수지와 함께 섬유가 성형노즐(100)로 들어가면서 섬유가 봉형상으로 성형되는 과정을 거쳐서 본 발명의 복합 FRP 보강근이 만들어진다. 이러한 본 발명에서 필요에 따라서는 가열기(104)를 이용하여 수지를 경화시킬 수도 있다.
한편, 본 발명에서 FRP 보강근의 제조에 사용되는 섬유로는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유 등이 있으며, 피아노줄과 같은 강선도 섬유로 이용될 수 있다. 따라서 본 명세서의 내용에서, FRP 보강근의 재료로서 언급되는 "섬유"에는 위와 같이 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유 및 기타 합성수지나 다양한 재료로 제작된 섬유 이외에도 피아노줄과 같은 강선도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이러한 본 발명에 따른 제조장치와 제조방법에 있어서, 수지로 함침된 섬유를 집속하여, 설계된 단면크기의 봉형상으로 성형하는 성형노즐(100)은 다음과 같은 구성을 가진다. 구체적으로 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 성형노즐(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2에 도시된 성형노즐(100)의 선 A-A에 따른 개략적인 측단면 사시도가 도시되어 있으며, 도 4에는 섬유가 진입하는 입구 방향으로 성형노즐(100)의 단면 구성을 보여주는 도 2의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 원 B 부분의 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 또한 도 6에는 섬유가 진입하는 입구 방향으로 성형노즐(100)의 단면 구성을 보여주는 도 2의 선 C-C에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 4에서는 제2중간 노즐(12b)의 도시가 생략되어 있다.
도면에 도시된 것처럼, 본 발명에서 성형노즐(100)은, 중앙에 관통공이 형성되어 있으며 입구가 출구보다 더 큰 단면적을 가지는 파이프 형태의 외측 노즐(11)과, 상기 외측 노즐(11)의 입구에 배치되며 복수개가 간격을 두고 서로의 내측에 배치되는 중간 노즐(12)을 포함하여 구성된다. 이러한 중간 노즐(12)은 복수개로 구비될 수 있는데, 도면에 도시된 실시예에서는 2개의 중간 노즐(12)이 구비되어 있다. 본 명세서에서는 복수개의 중간 노즐(12)을 통칭할 경우에는 도면부호 '12'를 사용하였지만 도면에 예시된 실시예에 대해 2개의 중간 노즐을 각각 구분하여 지칭할 때에는 외측 노즐(11)과 가까운 순서로 각각 '제1중간 노즐(12a)' 및 '제2중간 노즐(12b)'라고 기재하였다.
본 발명의 성형노즐(100)에서, 외측 노즐(11)은 중앙에 관통공이 형성되어 있는 파이프 형상의 부재로 이루어지는데, 섬유가 진입하게 되는 입구의 단면적은, 섬유가 인발되어 빠져나가는 출구의 단면적보다 더 큰 것이 바람직하다. 이러한 구성에서는, 입구로 진입한 섬유가 출구를 통해서 빠져나오도록 인발기(105)에 의해 당겨질 때, 외측 노즐(11)의 내면과 섬유 사이에는 매우 강한 마찰력이 작용하게 되고, 그에 따라 외측 노즐(11)의 출구를 빠져 나온 상태에서 섬유에는 인장력이 도입되어 있게 된다. 즉, 섬유에는 프리스트레인(pre-strain)이 도입된 상태에 있게 되는 것이다. 이와 같이 프리스트레인이 도입된 상태의 섬유는 수지와 함께 경화되는데, 수지가 경화된 상태에서 절단기(도시되지 않음)에 의해 필요한 길이로 절단되어 FRP 보강근(1)이 만들어지면, 성형노즐(100)을 통과하는 과정에서 이미 당겨져 있던 섬유는 탄성에 의해 다시 수축하려는 경향 즉, 탄성회복력을 가지게 되고, 그에 따라 FRP 보강근에는 압축력이 도입된다.
휨부재로 이용되는 콘크리트 구조물에 이와 같은 본 발명의 FRP 보강근이 사용되는 경우, 휨응력에 의해 FRP 보강근에 작용하는 인장력은, 미리 도입된 압축력에 의해 상쇄되며, 따라서 과도한 휨 처짐이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서 중간 노즐(12)은 외측 노즐(11)의 입구로 섬유가 공급될 때, 섬유가 복수개의 층으로 구분된 상태로 공급되도록 하는 기능을 하는 것으로서, 제1중간 노즐(12a)은 외측 노즐(11)의 입구보다 더 작은 외측 크기를 가지고 있으며, 상기 외측 노즐(11)의 내면과 제1중간 노즐(12a)의 외면 사이에는 간격이 존재하도록 상기 외측 노즐(11)의 입구 내측에 위치하게 된다. 특히, 도면에 도시된 실시예의 경우, 제1중간 노즐(12a)은 외측 노즐(11)과 마찬가지로 입구가 출구보다 더 큰 단면적을 가지도록 테이퍼진 콘 형상으로 구성되어 있다.
이와 같이 제1중간 노즐(12a)이 외측 노즐(11)의 내측에 간격을 두고 배치되고, 다시 제1중간 노즐(12a)의 입구 내측에는 제2중간 노즐(12b)이 간격을 두고 배치된다. 즉, 마치 외측 노즐(11)과 제1중간 노즐(12a)의 관계처럼, 제1중간 노즐(12a)의 입구보다 더 작은 외측 크기를 가지고 있어서 상기 제1중간 노즐(12a)의 내면과 제2중간 노즐(12b)의 외면 사이에는 간격이 존재하도록 상기 제1중간 노즐(12a)의 입구 내측에 제2중간 노즐(12b)이 위치하는 것이다. 도면에 도시된 실시예에서 제2중간 노즐(12b) 역시 입구가 출구보다 더 큰 단면적을 가지도록 테이퍼진 콘 형상으로 구성되어 있다.
도면에 예시된 실시예의 경우, 제1중간 노즐(12a)과 제2중간 노즐(12b)로 이루어진 2개의 중간 노즐만이 구비되어 있지만, 필요한 경우, 제3중간 노즐, 제4중간 노즐 등 더 많은 개수의 중간 노즐을 배치할 수 있으며, 이 경우, 제3중간 노즐, 제4중간 노즐 등은 위에서 설명하였듯이 제1중간 노즐(12a) 내에 제2중간 노즐(12b)을 배치하는 구성을 반복하여 이용할 수 있다. 즉, 복수개의 중간 노즐이 구비되는 경우, 각각의 중간 노즐 간에 간격이 존재하도록, 외부쪽 중간 노즐의 입구에 내부쪽 중간 노즐이 배치되는 것이다.
본 발명에서 외측 노즐(11)의 내면과 제1중간 노즐(12a)의 외면 사이에 반지름 방향으로 결합구획부재(13)가 설치되어 있어서, 외측 노즐(11)과 제1중간 노즐(12a)은 그 사이의 간격이 유지하면서 배치되어 있다. 그리고 제1중간 노즐(12a)의 내면과 제2중간 노즐(12b)의 외면 사이에도 반지름 방향으로 각각 결합구획부재(13)가 설치되어 있어서, 외측 노즐(11)과 제1중간 노즐(12a) 역시 그 사이의 간격을 유지하게 된다. 즉, 중간 노즐(12) 사이에는 결합구획부재(13)가 설치되어 있는 것이다.
본 발명에서, 외측 노즐(11)의 내면과 제1중간 노즐(12a)의 외면 사이, 그리고 중간 노즐(12) 간의 사이에 구비되는 상기 결합구획부재(13)는 각각 복수개로 구비될 수 있는데, 특히 본 발명에서 상기 결합구획부재(13)는 반지름 방향으로 신축이 가능하게 구성되어 있다.
도 2 내지 도 6에 도시된 실시예에 의한 성형노즐(100)에서, 외측 노즐(11)의 내면과 제1중간 노즐(12a)의 외면 사이에 구비된 결합구획부재(13)의 경우, 두께를 가지는 판부재로 이루어지고 반지름 방향으로 외곽을 향하는 일측이 외측 노즐(11)의 내면에 결합되어 있되, 외측 노즐(11) 방향으로 삽입되어 신축될 수 있는 구성을 가지고 있다. 예를 들어, 외측 노즐(11)의 내면에는 오목한 끼움홈(112)이 형성되어 있고 상기 끼움홈(112)의 내부에는 스프링과 같은 탄성부재(110)가 구비되어 있으며, 결합구획부재(13)의 일측이 상기 탄성부재(110)에 결합된 채로 상기 끼움홈(112)에 끼워져서, 외측 노즐(11)의 내면에 결합되어 있는 것이다.
결합구획부재(13)의 타측은 제1중간 노즐(12a)의 외면을 향하게 되는데, 상기 결합구획부재(13)의 타측이 접촉하게 되는 제1중간 노즐(12a)의 외면에는 오목한 걸림홈(120)이 형성되어 있어서, 상기 결합구획부재(13)의 타측이 상기 걸림홈(120) 내에 위치하게 된다. 후술하는 것처럼, 외측 노즐(11) 또는 제1중간 노즐(12a)이 회전되면, 결합구획부재(13)의 타측이 걸림홈(120)으로부터 용이하게 빠져나오거나 또는 걸림홈(120)으로 용이하게 끼워지도록 이와 같은 걸림홈(120)은 그 내면이 곡선지게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 걸림홈(120)은 제1중간 노즐(12a)의 외면에서 제1중간 노즐(12a)의 원주를 따라 복수개로 간격을 두고 형성된다.
한편, 도 2 내지 도 6에 도시된 실시예에 의한 성형노즐(100)에서, 제1중간 노즐(12a)의 내면과 제2중간 노즐(12b)의 외면 사이를 비롯하여, 중간 노즐(12)들 사이에 존재하는 결합구획부재(13)는 위와 같은 구성을 가지고 있다. 즉, 제1중간 노즐(12a)의 내면과 제2중간 노즐(12b)의 외면 사이에 구비된 결합구획부재(13) 역시 두께를 가지는 판부재로 이루어지고 반지름 방향으로 외곽을 향하는 일측이 제1중간 노즐(12a)의 내면에 결합되어 있되, 제1중간 노즐(12a) 방향으로 삽입되어 신축될 수 있는 구성을 가지는 것이다. 이를 위하여 앞서 예시한 것처럼, 제1중간 노즐(12a)의 내면에 오목한 끼움홈(112) 형성하고 끼움홈(112)의 내부에 탄성부재(110)를 배치하며, 결합구획부재(13)의 일측을 상기 탄성부재(110)에 결합하여 상기 끼움홈(112)에 끼워서 설치할 수 있다.
이러한 결합구획부재(13)의 타측이 접촉하게 되는 제2중간 노즐(12b)의 외면에는 오목한 걸림홈(120)을 형성하고, 제1중간 노즐(12a)에 결합되어 있는 결합구획부재(13)의 타측이 걸림홈(120) 내에 위치하도록 한다. 제2중간 노즐(12b)의 외면에 형성된 걸림홈(120) 역시 그 내면이 곡선지게 형성되어 있는 것이 바람직하며, 제2중간 노즐(12b)의 외면에서 원주를 따라 복수개로 간격을 두고 형성된다.
이와 같은 방식으로 결합구획부재(13)가 중간 노즐(12) 사이에 각각 형성될 수 있는 것이다.
도 7에는 본 발명에 따른 성형노즐(100)로 다수 종류의 섬유가 공급되는 상태를 보여주는 도 2의 선 A-A에 따른 개략적이 측단면도가 도시되어 있다. 외측 노즐(11)과 중간 노즐(12)이 서로 간격을 두고 그 내부에 순차적으로 배치되어 있는 구성을 가지는 본 발명의 성형노즐(100)에는 섬유가 도 7에 도시된 것처럼 공급된다. 섬유의 공급 상태를 잘 보여주기 위하여 도 7에서 결합구획부재(13)의 도시는 생략하였다.
도 7에 예시된 것처럼, 가장 내측에 존재하는 중간 노즐(도면의 실시예에서는 제2중간 노즐)의 중앙공으로 섬유가 직진하여 공급되며, 중간 노즐(12)간에 존재하는 간격(도면의 실시예에서는 제1중간 노즐과 제2중간 노즐 사이의 간격)을 통해서도 섬유가 공급되어 들어오게 된다. 또한 중간 노즐(12)과 외측 노즐(11) 사이의 간격(도면의 실시예에서는 외측 노즐과 제1중간 노즐 사이의 간격)을 통해서도 섬유가 공급되어 들어오게 된다. 이렇게 여러 간격을 통해서 들어온 섬유는 결국 단면에서 볼 때 복수개의 층을 이루면서 외측 노즐(11)의 중앙 관통공을 통과하여 출구로 빠져나가면서 인발된다.
앞서 살펴본 것처럼 본 발명에서는 외측 노즐(11)과 중간 노즐(12) 사이, 그리고 중간 노즐(12)간의 사이에, 판부재로 이루어져 반지름 방향으로 연장되는 결합구획부재(13)가 배치되어 있는데 상기 결합구획부재(13)는 섬유의 종류를 원주 방향으로 구분하게 하는 분리수단으로서도 기능하게 된다. 외측 노즐(11)과 제1중간 노즐(12a) 사이의 간격에서 결합구획부재(13)가 원주를 따라 복수개로 구비됨으로써, 실질적으로 외측 노즐(11)과 제1중간 노즐(12a) 사이의 간격은 원주를 따라 복수개의 입구로 구분된다. 이러한 것은 제1중간 노즐(12a)과 제2중간 노즐(12b) 사이에서도 마찬가지이다. 즉, 제1중간 노즐(12a)과 제2중간 노즐(12b) 사이에서도 결합구획부재(13)가 원주를 따라 복수개로 구비됨으로써 복수개의 입구로 구분되는 것이다.
도 8에는 본 발명의 성형노즐(100)에서 결합구획부재(13)로 구분된 복수개의 영역에 각각 다른 종류의 섬유를 공급함으로써 원형의 단면을 가지도록 만들어진 복합 FRP 보강근(1)의 단면 구성을 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 8의 단면도에서 음영의 농도가 다르거나 또는 무늬가 다른 것은 분포되어 있는 섬유의 종류가 다른 것을 의미한다. 도 8에 도시된 것처럼, 외측 노즐(11)과 제1중간 노즐(12a) 사이의 간격을 통해서 공급된 섬유는 복합 FRP 보강근(1)의 최외곽을 이루는 제1섬유분포층에 분포하게 되고, 제1중간 노즐(12a)과 제2중간 노즐(12b) 사이의 간격을 통해서 공급된 섬유는 상기 제1섬유분포층의 내측에 위치하는 제2섬유분포층에 분포하게 되며, 제2중간 노즐(12b)의 중앙공을 통해서 공급된 섬유는 중앙에 위치하는 중앙 섬유분포층에 분포하게 되는데, 결합구획부재(13)로 구분된 입구에 각각 다른 종류의 섬유를 공급하게 되면, 복합 FRP 보강근(1)의 단면에서 섬유를 복수개의 섬유분포층으로 구분함과 동시에 각각의 섬유분포층 내에서도 원주를 따라 서로 다른 섬유가 구분되어 분포되도록 할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 의하면 각각의 섬유분포층 내에서도 원주를 따라 서로 다른 섬유가 구분되어 분포된 상태의 단면을 가지는 복합 FRP 보강근의 형태로 만들 수 있게 되는 것이다.
예를 들어, 유리섬유와 아라미드 섬유, 그리고 탄소섬유의 3개 종류로 이루어진 복합 FRP 보강근을 만드는 경우라면, 제2중간 노즐(12b)의 중앙을 통해서는 유리섬유를 공급하고, 제1중간 노즐(12a)과 제2중간 노즐(12b) 사이의 간격을 통해서는 아라미드 섬유를 공급하며, 외측 노즐(11)과 제1중간 노즐(12a) 사이의 간격을 통해서는 탄소섬유를 공급함으로써, 내측으로부터 외측으로 가면서 유리섬유가 분포된 중앙 섬유분포층과, 아라미드 섬유가 분포된 제2섬유분포층과, 탄소섬유가 분포된 제1섬유분포층으로 이루어진 복합 FRP 보강근을 매우 용이하게 제작할 수 있게 되는 것이다. 또한 제1섬유분포층 및 제2섬유분포층 각각에 대해서도 원주방향으로 결합구획부재(13)로 구분된 입구마다 색깔 또는 종류가 상이한 섬유를 공급함으로써, 2종 이상의 복수개 종류의 섬유를 이용한 복합 FRP 보강근을 제작하되, 섬유를 설계 의도에 따라 단면의 특정 위치에 분포시킨 구성의 복합 FRP 보강근을 용이하게 제작할 수 있게 되는 것이다.
특히, 본 발명의 성형노즐(100)에서는 앞서 설명한 것처럼, 상기 결합구획부재(13)는 반지름 방향으로 신축이 가능하게 구성되어 있으므로, 외측 노즐(11)을 회전시키거나 또는 중간 노즐(12)을 회전시킴으로써 결합구획부재(13)의 위치를 변경시킬 수 있고, 그에 따라 각각의 섬유분포층 내에서 원주를 따라 섬유배치 구성을 쉽게 변경할 수 있다. 도 9에는 도 4의 상태에서 외측 노즐(11) 또는 제1중간 노즐(12a)을 회전시키는 상태를 보여주는 도 4에 대응되는 단면도가 도시되어 있고, 도 10에는 도 9의 원 E 부분의 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 도 9 및 도 10에서는 편의상 제2중간 노즐(12b)의 도시를 생략하였다.
섬유가 진입되는 방향을 중심축으로 하여 외측 노즐(11) 또는 제1중간 노즐(12a)을 회전시키게 되면, 도 9 및 도 10에 도시된 것처럼 탄성부재(112)가 수축하면서 결합구획부재(13)의 일측은 끼움홈(110)속으로 더 들어가게 되고 걸림홈(120) 내에 위치하던 결합구획부재(13)의 타측은 걸림홈(120)을 벗어나게 된다. 회전하던 방향으로 외측 노즐(11) 또는 제1중간 노즐(12a)을 더욱 회전시켜서 결합구획부재(13)의 타측이 이웃하는 새로운 걸림홈(120) 위치에 놓이게 되면, 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 탄성부재(112)의 탄성력에 의해 결합구획부재(13)가 타측 방향으로 밀려가서 이웃하는 새로운 걸림홈(120) 속으로 결합구획부재(13)의 타측이 들어가게 된다.
본 발명에서는 이와 같은 방식으로 외측 노즐(11)을 회전시키거나 또는 중간 노즐(12)을 회전시킴으로써 결합구획부재(13)의 위치를 변경시킬 수 있게 되며, 중간 노즐(12) 사이도 이와 마찬가지로 서로에 대해 회전시켜서 결합구획부재(13)의 위치를 변경시킬 수 있게 된다.
도 11에는 도 9 및 도 10에 도시된 것처럼 성형노즐을 회전시켜 결합구획부재의 위치를 변경하여 만들어진 복합 FRP 보강근의 단면 구성을 보여주는 도 8에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 결합구획부재(13)의 위치가 변경되면 섬유가 진입하는 위치가 달라지는 것이므로, 하나의 섬유분포층 내에서 원주를 따라 섬유가 구분되어 분포되는 형태가 달라진다. 도 8과 도 11은 각각 본 발명에 의해 만들어진 복합 FRP 보강근의 단면 구성을 보여주고 있는데, 도 9 및 도 10에서와 같이 성형노즐을 회전시키게 되면, 도 8에 도시된 것과는 상이한 섬유분포를 가지는 도 11에 도시된 상태의 복합 FRP 보강근의 단면 구성을 만들 수 있게 된다.
이와 같이 복합 FRP 보강근(1)의 단면에서 섬유를 복수개의 층으로 구분하여 분포시키면서도, 외측 노즐(11) 또는 중간 노즐(12)을 회전시켜서 결합구획부재(13)의 위치를 필요한 형태로 변경함으로써, 각각의 섬유분포층 내에서도 원주방향으로 복수 종류의 섬유가 구분된 영역으로 분포되는 형상을 원하는 형태로 쉽게 만들 수 있게 되는 장점을 가지는 것이다.
한편, 위에서는 외측 노즐(11)의 내면과 제1중간 노즐(12a)의 외면 사이에서, 외측 노즐(11)의 내면에 끼움홈(112)이 형성되어 있고 제1중간 노즐(12a)의 외면에 걸림홈(120)이 형성되어 있는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 아니하며, 이와 반대로 외측 노즐(11)의 내면에 걸림홈(120)이 형성되고 제1중간 노즐(12a)의 외면에 끼움홈(112)이 형성될 수도 있다. 중간 노즐(12) 사이에서도 이와 마찬가지로 구성될 수 있는 것이다.
더 나아가 위의 설명에서는 본 발명에 의해 제작되는 복합 FRP 보강근의 단면이 원형인 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 아니하며 타원이나 다각형, 또는 기타 다양한 단면 형상을 가질 수 있으며, 그에 따라 성형노즐의 단면 형상도 변화될 수 있다. 따라서 본 명세서에서 "원주 방향"이라는 것은 복합 FRP 보강근의 단면 내에 폐합된 선을 그리게 되는 방향을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 "반지름 방향"이라는 것은 복합 FRP 보강근의 단면 중심에서 외곽을 향한 방향을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 살펴본 것처럼, 본 발명에 의하면, 2종 이상의 복수개 종류의 섬유를 이용한 복합 FRP 보강근을 제작하되, 섬유를 설계 의도에 따라 FRP 보강근 단면의 특정 위치에 분포시킨 상태로 복합 FRP 보강근을 제조할 수 있게 되며, 따라서 내측에는 연신율이 큰 섬유를 분포시키고 그 외부에는 연신율이 작은 섬유를 분포시킨 단면을 가지고 있어서 휨부재에 사용하더라도 큰 휨 처짐을 발생시키지 않게 되는 우수한 성능의 복합 FRP 보강근을 매우 용이하게 제작할 수 있게 된다.
11: 외측 노즐
12: 중간 노즐
100: 성형노즐
200: 가이드부재

Claims (3)

  1. 섬유 권취릴(101)과, 수지 공급부(102)와, 성형노즐(100)과, 인발기(105)를 포함하는 구성을 가지고 있어서 섬유와 수지로 이루어진 봉형상의 FRP 보강근을 제조하는 장치로서,
    상기 성형노즐(100)은, 외측 노즐(11)과, 상기 외측 노즐(11)의 입구에 배치되며 복수개가 간격을 두고 서로의 내측에 배치되는 중간 노즐(12)을 포함하며;
    중간 노즐과 외측 노즐과의 간격, 및 중간 노즐 간의 간격에는 결합구획부재(13)가 배치되어 있되, 상기 결합구획부재(13)의 일단은 탄성부재(112)가 내장되어 있도록 외측 노즐(11)의 내면 또는 중간 노즐(12)의 내면에 형성되어 있는 끼움홈(110)에 끼워져 있고, 상기 결합구획부재(13)의 타단은 대향하는 중간 노즐(12)의 외면에 형성되어 있는 걸림홈(120)에 위치하고 있어서, 중간 노즐 또는 외측 노즐의 회전에 의해 결합구획부재(13)의 위치가 변경되며;
    가장 내측에 위치하는 중간 노즐의 중앙공을 통해서 섬유가 공급되고, 중간 노즐 간격과 결합구획부재(13)에 의해 원주방향으로 구분되어 영역을 통해서도 섬유가 공급되며, 중간 노즐과 외측 노즐 사이의 간격과 결합구획부재(13)에 의해 원주방향으로 구분되어 영역을 통해서도 섬유가 공급되어, 섬유가 FRP 보강근의 중심에서 외곽으로 갈수록 복수개의 섬유분포층을 이룸과 동시에 각각의 섬유분포층에서도 원주방향으로 복수개로 구분되어 분포되어 있는 단면을 가지는 복합 FRP 보강근을 만들게 되며, 중간 노즐 또는 외측 노즐의 회전에 의해 결합구획부재(13)의 위치를 움직이면 각각의 섬유분포층에서 원주방향으로 복수개로 구분되는 영역의 위치를 변경시킨 상태로 복합 FRP 보강근을 만들 수 있는 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제조장치.
  2. 수지로 함침된 섬유를 성형노즐(100)에 통과시키면서 인발하여 봉형상의 FRP 보강근을 제조하는 방법으로서,
    상기 성형노즐(100)은, 외측 노즐(11)과, 상기 외측 노즐(11)의 입구에 배치되며 복수개가 간격을 두고 서로의 내측에 배치되는 중간 노즐(12)을 포함하여 구성되어 있으며,
    상기 성형노즐(100)에서 중간 노즐과 외측 노즐과의 간격, 및 중간 노즐 간의 간격에는 결합구획부재(13)가 배치되어 있되, 상기 결합구획부재(13)의 일단은 탄성부재(112)가 내장되어 있도록 외측 노즐(11)의 내면 또는 중간 노즐(12)의 내면에 형성되어 있는 끼움홈(110)에 끼워져 있고, 상기 결합구획부재(13)의 타단은 대향하는 중간 노즐(12)의 외면에 형성되어 있는 걸림홈(120)에 위치하고 있어서, 중간 노즐 또는 외측 노즐의 회전에 의해 결합구획부재(13)의 위치가 변경되며;
    가장 내측에 위치하는 중간 노즐의 중앙공을 통해서 섬유가 공급되고, 중간 노즐 간격과 결합구획부재(13)에 의해 원주방향으로 구분되어 영역을 통해서도 섬유가 공급되며, 중간 노즐과 외측 노즐 사이의 간격과 결합구획부재(13)에 의해 원주방향으로 구분되어 영역을 통해서도 섬유가 공급되어, 섬유가 FRP 보강근의 중심에서 외곽으로 갈수록 복수개의 섬유분포층을 이룸과 동시에 각각의 섬유분포층에서도 원주방향으로 복수개로 구분되어 분포되어 있는 단면을 가지는 복합 FRP 보강근을 만들게 되는 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제조방법.
  3. 섬유와 수지로 이루어진 봉형상의 FRP 보강근을 제조하기 위한 성형노즐(100)로서,
    외측 노즐(11)과, 상기 외측 노즐(11)의 입구에 배치되며 복수개가 간격을 두고 서로의 내측에 배치되는 중간 노즐(12)을 포함하며;
    중간 노즐과 외측 노즐과의 간격, 및 중간 노즐 간의 간격에는 결합구획부재(13)가 배치되어 있되, 상기 결합구획부재(13)의 일단은 탄성부재(112)가 내장되어 있도록 외측 노즐(11)의 내면 또는 중간 노즐(12)의 내면에 형성되어 있는 끼움홈(110)에 끼워져 있고, 상기 결합구획부재(13)의 타단은 대향하는 중간 노즐(12)의 외면에 형성되어 있는 걸림홈(120)에 위치하고 있어서, 중간 노즐 또는 외측 노즐의 회전에 의해 결합구획부재(13)의 위치가 변경되며;
    가장 내측에 위치하는 중간 노즐의 중앙공을 통해서 섬유가 공급되고, 중간 노즐 간격과 결합구획부재(13)에 의해 원주방향으로 구분되어 영역을 통해서도 섬유가 공급되며, 중간 노즐과 외측 노즐 사이의 간격과 결합구획부재(13)에 의해 원주방향으로 구분되어 영역을 통해서도 섬유가 공급되어, 섬유가 FRP 보강근의 중심에서 외곽으로 갈수록 복수개의 섬유분포층을 이룸과 동시에 각각의 섬유분포층에서도 원주방향으로 복수개로 구분되어 분포되어 있는 단면을 가지는 복합 FRP 보강근을 만들게 되며, 중간 노즐 또는 외측 노즐의 회전에 의해 결합구획부재(13)가 변경되어 각각의 섬유분포층에서 원주방향으로 복수개로 구분되는 영역의 위치를 변경시킨 상태로 복합 FRP 보강근을 만들게 되는 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제조를 위한 성형노즐.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108361450B (zh) * 2018-01-30 2020-02-11 廊坊德润科技有限公司 湿法脱硫用矿物浆液输送高耐磨耐腐蚀复合管及制备
CN113001930B (zh) * 2021-02-22 2022-10-25 重庆市九龙橡胶制品制造有限公司 高强帆布橡胶带挤压设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR890008949Y1 (ko) * 1989-10-17 1989-12-12 신진기술개발주식회사 다단식 frp 파이프 인발 성형 장치
JPH0576546U (ja) * 1992-03-25 1993-10-19 株式会社ジェー・フェック 繊維補強固化材用吹き付けノズル
KR100702629B1 (ko) * 2005-07-26 2007-04-04 경상대학교산학협력단 복합재 콘크리트 리바의 제조장치
KR101311999B1 (ko) * 2012-11-01 2013-09-27 한국건설기술연구원 다종 섬유의 단면내 배치 위치 제어가 가능한 하이브리드 섬유보강폴리머 보강근의 제조방법, 제조장치 및 이에 사용되는 성형노즐

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6290229A (ja) 1985-10-16 1987-04-24 Ube Nitto Kasei Kk 棒状成形物の連続成形法
AU659963B2 (en) * 1991-07-18 1995-06-01 Joseph Allen Carmien Composite tool handle and method of making same
US8178020B2 (en) * 2007-07-24 2012-05-15 Pascale Industries, Inc. Multicomponent textile fibers, methods for their production, and products made using them

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR890008949Y1 (ko) * 1989-10-17 1989-12-12 신진기술개발주식회사 다단식 frp 파이프 인발 성형 장치
JPH0576546U (ja) * 1992-03-25 1993-10-19 株式会社ジェー・フェック 繊維補強固化材用吹き付けノズル
KR100702629B1 (ko) * 2005-07-26 2007-04-04 경상대학교산학협력단 복합재 콘크리트 리바의 제조장치
KR101311999B1 (ko) * 2012-11-01 2013-09-27 한국건설기술연구원 다종 섬유의 단면내 배치 위치 제어가 가능한 하이브리드 섬유보강폴리머 보강근의 제조방법, 제조장치 및 이에 사용되는 성형노즐

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