KR101820634B1 - 복합소재 전신주 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기본적으로 복합소재로 제작되어 무게가 가벼운 전신주를 제공하고, 간단한 방법에 의해 제작공정에 의해 복합소재의 필라멘트를 반복 적층하여 길이방향과 원주방향의 강도를 동시에 보강하여 우수한 강도를 갖도록 제작할 수 있는 복합소재 전신주 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 맨드릴(34)에 의해 일정 두께의 테이퍼진 파이프(11,12)로 제작되는 복합소재 전신주에 있어서; 수지(S)가 함침된 필라멘트(F)가 파이프(11,12)의 원주방향으로 감긴 상태로 형성된 와인딩층(40)과; 상기 와인딩층(40)의 상층이나 하층에 별도로 제작된 랩핑시트(S)를 감아 형성되되, 상기 파이프(11,12)의 축방향에 일치되도록 다른 필라멘트(F)가 일직선상으로 다수 배열되는 랩핑시트층(41)을 포함하며; 상기 와인딩층(40)과 랩핑시트층(41)은 교대로 반복되어 파이프(11,12)의 두께를 따라 다단 적층된 복합소재 전신주 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

복합소재 전신주 및 그 제조방법{Composite material electric pole and manufacturing method}

본 발명은 복합소재 전신주 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합소재를 이용하여 무게가 가벼울 뿐만 아니라 길이방향과 원주방향의 강도를 동시에 보강할 수 있는 복합소재 전신주 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전신주는 전선이나 통신선을 가공선로 형태로 공중에 가설하기 위한 것이다. 통상의 전신주는 목재와 콘크리트 또는 강관 등을 이용하여 제작한 것인데, 목재의 경우에는 중량이 비교적 가벼운 반면에 내구성이 떨어지는 단점이 있는 것이고, 콘크리트의 경우에는 강도가 우수한 반면에 무게가 너무 무거워 운반이나 설치상의 문제점을 갖는 것이며, 강관은 콘크리트에 비해 가볍고 강도가 우수한 반면에 감전이나 부식 등의 우려가 있어 부식방지 등을 위한 표면처리 등의 추가적인 제조공정을 거쳐야 하는 단점이 있는 것이다.

일부에서는 전술된 바와 같은 목재나 철근콘크리트 또는 강관을 이용한 전신주가 갖는 문제점을 보완 또는 해결하기 위해 유리섬유, 탄소섬유, 알루미나, 아라미드섬유 또는 방향족 수지계열의 유기섬유 등과 같이 고강도를 갖는 복합소재를 이용한 전신주가 개발되고 있다. 이러한 복합소재 전신주는 필라멘트 와인딩공법이나 인발공법 등을 이용하고 있는데, 이러한 종래의 제조방법을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

통상의 필라멘트 와인딩공법은 수지가 함침된 필라멘트(또는 보강섬유사)를 회전하는 맨드릴 상에 감아서 주로 파이프 등과 같은 축대칭 구조물을 제작하는 방법으로, 맨드릴의 회전속도와 필라멘트의 감김방향 및 위치 등을 조절하게 된다. 그런데 이러한 필라멘트 와인딩공법에 의해서는 필라멘트의 감김방향이 맨드릴의 원주방향으로 형성되는 것으로, 필라멘트의 와인딩 각도를 최대로 조절하더라도 맨드릴의 축방향에 일직선상으로 연장되도록 제작하기 어려워 파이프의 축방향 강도를 높이는 데에 한계가 있는 것이다.

한편 인발공법은 전술된 바와 같은 필라멘트 와인딩공법과는 달리 필라멘트에 수지를 함침시켜 일정 형상의 가열금형을 통과시켜 긴 튜브나 봉 또는 채널 등의 제품을 생산하는 방법인데, 이는 필라멘트가 파이프의 길이방향으로 연장되어 축방향 강도를 개선할 수는 있는 반면에 원주방향의 강도에 대해서는 취약할 수 있는 단점이 있는 것이다.

또한 전술된 바와 같은 필라멘트 와인딩공법과 인발공법을 조합하는 경우에 있어서는, 필라멘트 와인딩공법으로 맨드릴 상에서 필라멘트를 축방향 또는 원주방향으로 미리 와인딩한 후에, 와인딩된 상태의 필라멘트를 이동시키는 과정에서 수지를 함침시켜 인발금형을 통해 파이프 형태로 제작할 수도 있으나, 이는 맨드릴 상에 축방향과 원주방향을 반복하여 필라멘트를 와인딩하는 작업상의 어려움이 있어 필라멘트를 다단으로 적층하여 와인딩하는 데에 한계가 있는 것이다.

그러므로 이와 같은 필라멘트 와인딩공법과 인발공법을 조합한 종래의 제조방법에 의해서는 주로 보빈이나 롤러 등의 각종 전동축과 같은 소형의 파이프 제품에 적합한 것이고, 이 제조방법에 의해서는 전술된 소형 제품에 비해 매우 큰 강도와 충분한 두께를 요구하는 전신주 등을 제조하는 데에는 한계가 있는 것이다.

한국 등록특허공보 제10-0497817호(2005. 06. 20)

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 기본적으로 복합소재로 제작되어 무게가 가벼운 전신주를 제공하고, 간단한 방법에 의해 제작공정에 의해 복합소재의 필라멘트를 반복 적층하여 길이방향과 원주방향의 강도를 동시에 보강하여 우수한 강도를 갖도록 제작할 수 있는 복합소재 전신주 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따르면, 맨드릴(34)에 의해 일정 두께의 테이퍼진 파이프(11,12)로 제작되는 복합소재 전신주에 있어서;

수지(S)가 함침된 필라멘트(F)가 파이프(11,12)의 원주방향으로 감긴 상태로 형성된 와인딩층(40)과;

상기 와인딩층(40)의 상층이나 하층에 별도로 제작된 랩핑시트(S)를 감아 형성되되, 상기 파이프(11,12)의 축방향에 일치되도록 다른 필라멘트(F)가 일직선상으로 다수 배열되는 랩핑시트층(41)을 포함하며;

상기 와인딩층(40)과 랩핑시트층(41)은 교대로 반복되어 파이프(11,12)의 두께를 따라 다단 적층된 것을 특징으로 하는 복합소재 전신주가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 수지(R)가 함침된 필라멘트(F)를 인발하여 원통형태로 감김 가능하도록 된 시트상으로 제작하되, 상기 필라멘트(F)가 일직선상으로 연장되도록 다수 배열되는 랩핑시트(S)를 제작하는 시트제작공정(P100)과;

상기 랩핑시트(S)의 제작과는 별도로 일정 길이의 테이퍼진 맨드릴(34) 상에 수지(S)가 함침된 필라멘트(F)를 원주방향으로 감는 와인딩공정(P200)과;

상기 랩핑시트(S) 내의 필라멘트(F)의 연장방향이 상기 맨드릴(34)의 축방향에 일치되도록 상기 랩핑시트(S)를 맨드릴(34) 상에 전체적으로 감는 랩핑공정(P300)과;

상기 와인딩공정(P200)과 랩핑공정(300)을 교대로 반복하여 상기 필라멘트(F)를 원주방향으로 감기는 와인딩층(40)과, 상기 필라멘트(F)가 축방향으로 배열되는 랩핑시트층(41)을 다단으로 형성하는 적층제작공정(P400)과;

상기 맨드릴(34)로부터 다단의 와인딩층(40)과 랩핑시트층(41)이 일체로 경화된 상태의 테이퍼진 파이프(11,12)를 탈형하는 파이프분리공정(P500)을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 전신주의 제조방법이 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 수지(R)가 함침된 필라멘트(F)에 의해 원주방향 보강층과(40) 축방향 보강층(41)이 다단으로 적층된 일정 두께의 파이프를 제작함에 따라, 복합소재에 의해 전체적인 무게를 대폭적으로 줄임과 동시에 파이프의 원주방향과 축방향의 강도를 동시에 강화하고, 이에 의해 무게가 가벼운 전신주를 제작하여 운반 및 설치상의 편리함과 동시에 우수한 강도에 의해 견고한 지지효과를 발휘할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 맨드릴(34) 상에 원주방향으로 필라멘트(F)를 와인딩하는 작업과, 상기 랩핑시트(S)를 맨드릴(34) 상에 감는 작업을 교대로 반복하여 원하는 두께와 강도로 제작이 가능한데, 이러한 제작방법에 의해서는 소형의 파이프 제품이 아닌 길이가 수미터에 달하는 전신주(10)를 제작하는 데에 유효할 뿐만 아니라 다양한 규격의 전신주를 제작하는 데에 유효한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 의한 전신주의 일례를 도시한 사시도
도 2는 본 발명에 의한 전신주를 도시한 단면도
도 3은 본 발명의 제조공정을 도시한 공정도
도 4는 본 발명의 제조공정의 일부를 도시한 사시도
도 5는 본 발명의 다른 제조과정을 도시한 사시도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 세부공정도

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것이다. 도 1의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 전신주(10)는 일정 길이와 두께를 갖는 파이프(11,12)로 제작된 것인데, 길이방향으로 직경이 점차 축소된 테이퍼 형태의 파이프(11,12)를 단일개로 제작하거나 수요처의 요구에 따라 길이를 연장하도록 복수개를 상호 연결하여 사용할 수도 있는 것이다.

예를 들면, 전신주(10)의 전장이 15m인 경우라면 제작장치의 크기를 감안하여 복수개의 파이프(11,12)를 상호 연결하여 제작할 수 있는데, 이 경우에 파이프(11,12)를 상호 끼움결합한 상태로 체결수단으로 결합하는 있는 것으로, 예를 들면 파이프(11,12)의 연결부분에 볼트공(H)을 형성하여 볼트(B)와 너트(N) 등에 의해 체결할 수 있는 것이다.

이와 같은 본 발명의 전신주(10)는 파이프(11,12)의 축방향 강도와 원주방향(또는 반경방향)의 강도를 동시에 개선함과 동시에 전체적인 무게를 대폭적으로 줄이도록 복합소재에 의해 제작되는데, 이를 도 2에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 수지(R)에 일체로 경화된 필라멘트(F)가 다단으로 적층되는데, 파이프(11,12)의 원주방향으로 필라멘트(F)가 감긴 와인딩층(40)을 형성하고, 이 와인딩층(40) 상에 다른 필라멘트(F)가 수지(S)에 함침된 상태로 일직선상으로 다수 배열된 랩핑시트층(41)이 형성되는데, 상기 와인딩(40)과 랩핑시트층(41)은 교대로 반복되면서 일정 두께를 이루도록 다단으로 적층 형성된 것이다.

본 예시에서는, 와인딩층(40)과 랩핑시트층(41)을 적층할 때에 상기 와인딩층(40)을 베이스로하여 랩핑시트층(41)을 동일 횟수로 교대 반복하는 것이나, 상기 와인딩층(40)과 랩핑시트층(41)의 적층순서나 횟수 또는 적층비율 등은 특정하게 한정될 필요는 없는 것이다.

이와 같은 본 발명에 있어서, 상기 와인딩층(40)은 후술되는 맨드릴(34) 상에 직접적으로 필라멘트(F)를 와인딩하여 형성하고, 상기 랩핑시트층(41)은 별도로 제작된 랩핑시트(S)에 의해 형성되는데, 이를 포함한 제조공정 및 장치 등을 도 3 내지 도 6에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 제조공정은 우선 시트제작공정(P100)에 의해 랩핑시트(S)를 제작하고, 별도의 와인딩공정(P2OO)에 의해 맨드릴(34) 상에 필라멘트(F)를 직접적으로 감게 되며, 상기 랩핑시트(S)를 맨드릴(34) 상에 감는 랩핑공정(P300)과 상기 와인딩공정(P200)과 랩핑공정(300)을 교대로 반복하는 적층제작공정(P400)을 거쳐 파이프분리공정(P500)에 의해 테이퍼진 파이프(11,12)를 맨드릴(34)로부터 탈형하는 공정을 포함하여 이루어지게 된다.

이와 같은 제조공정을 도 4 내지 도 6을 더하여 세부적으로 설명하면 다음과 같다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 시트제작공정(P100)에서는 인발공법에 의해 필라멘트(F)가 일직선상으로 배열된 랩핑시트(S)를 제작하는 것으로, 이는 공급롤(21)에 감긴 필라멘트(F)를 연속적으로 인출하여 수지(R)가 함침되도록 수지충전조(22)를 통과시키고, 수지(R)가 함침된 상태의 필라멘트(F)를 닙롤러(23)나 인발금형에 의해 시트상으로 연속적으로 뽑아내어 원하는 길이로 절단된 랩핑시트(S)를 제작하게 된다.

이와 같이 제작된 랩핑시트(S)는 다수의 필라멘트(F)와 수지(R)가 상호 접착된 상태로 경화되어 일정 면적의 시트를 형성하게 되는데, 시트형상을 용이하게 형상화하도록 상기 닙롤러(23)나 인발금형 측에서 추가적으로 수지(R)를 공급할 수도 있는 것이고, 이와 같은 랩핑시트(S)는 전술된 바와 같은 인발시스템에 의해 필라멘트(F)의 공급방향과 닙롤러(23)나 인발금형에 의해 배출되는 방향이 동일하게 형성됨에 따라, 시트 내의 필라멘트(F)가 일직선상으로 연장된 상태로 나란하게 배열된 것이다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 와인딩공정(P2OO)에서는 필라멘트 와인딩공법에 의해 맨드릴(34) 상에 직접적으로 필라멘트(F)를 와인딩하는 것으로, 상기 랩핑시트(S)의 제작과는 별도로 맨드릴(34) 상에 수지(R)가 함침된 필라멘트(F)를 원주방향으로 와인딩하는 과정을 거치게 된다. 이는 전술된 랩핑시트(S)를 제조하는 과정 중에 공급롤(31)에 감긴 필라멘트(F)를 연속적으로 인출하여 수지(R)가 함침되도록 수지충전조(32)를 통과시키는 것은 유사하나, 이후에 수지(R)가 함침된 상태의 필라멘트(F)를 일정 길이로 연장되는 맨드릴(34)에 의해 와인딩하는 것이다.

여기에서, 상기 맨드릴(34)은 전신주(10)의 형상에 대응되게 직경이 점차 감소하는 테이퍼축 형태로 구비되어 필라멘트(F)의 진행방향에 대해 횡방향으로 연장되는데, 그 전단에 위치된 가이더(33) 등에 의해 좌우로 이동되는 필라멘트(F)를 원주방향으로 감도록 된 것이다.

이러한 맨드릴(34)의 와인딩각도는 맨드릴(34)의 원주방향을 0도라 하고 축방향을 90도라 가정할 때에 0도~90도 이하의 범위 이내에서 최적의 상태로 정해질 수 있고, 바람직하게는 대략 45도를 전후로 경사지게 하여 맨드릴(34)의 일방향 또는 타방향으로 경사지게 빗금형태로 감기는 것이다.

한편, 상기 랩핑공정(P300)에서는 맨드릴(34) 상에 필라멘트(F)를 와인딩하는 작업을 연속적으로 행하는 과정 중에 상기 랩핑시트(S)를 중간 중간에 삽입하는 작업을 행하는 것으로, 이때에 상기 랩핑시트(S)는 자체의 필라멘트(F)가 맨드릴(34)의 축방향으로 연장되도록 시트를 위치시킨 상태로 테이퍼진 원통형태로 감아 상기 맨드릴(34)을 전체적으로 랩핑하는 것이다.

또한 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 적층제작공정(P400)에서는 상기 와인딩공정(P200)과 랩핑공정(P300)을 교대로 반복하게 되는데, 이는 상기 맨드릴(34) 상에 필라멘트(F)를 와인딩하는 작업을 연속적으로 행하는 과정 중에 상기 랩핑시트(S)를 중간 중간에 삽입하는 작업을 수회 반복적으로 행하는 것이다.

예를 들면 필라멘트(F)를 맨드릴(34)의 길이방향 전체를 빗금형태로 감는 것을"제0회 와인딩"이라 한다면, 제1회 와인딩 이후에 상기 맨드릴(34) 상에 랩핑시트(S)를 감은 상태에서 상기 랩핑시트(S) 상에 제2회 와인딩을 행하고, 이후에 필라멘트(F)의 와인딩공정(P200)과 상기 랩핑시트(S)를 감는 랩핑공정(P300)을 수회에 걸쳐 교대로 반복하게 된다.

또한 상기 파이프분리공정(P500)에서는 상기 맨드릴(34)로부터 일정 두께의 파이프(11,12)를 탈형하게 되는데, 상기 파이프(11,12)는 상기 와인딩층(40)과 랩핑시트층(41)이 일체로 경화되어 일정 두께를 형성함과 동시에 상기 맨드릴(34)의 형상에 대응되게 테이퍼진 형태를 취하게 되고, 탈형과정에서는 수지(R) 등의 건조하는 과정이나 상기 맨드릴(34)의 냉각 또는 수축하는 과정을 통해 파이프(11,12)를 용이하게 분리시킬 수 있는 공정을 포함할 수 있는 것이다.

이러한 공정에 의해 제작된 파이프(11,12)의 두께는 상기 와인딩층(40)과 랩핑시트층(41)의 적층회수에 비례하여 증가하고, 그 반복회수에 비례하여 파이프(11,12)의 강도가 증대되는데, 본 발명은 파이프(11,12)의 축방향 강도와 원주방향 강도를 동시에 높임에 따라 동일 규격의 다른 파이프에 비해 컨틸레버 강도 및 파괴나 휨 등의 기계적인 강도가 우수한 전신주(10)를 제공할 수 있게 된다.

한편 상기 파이프분리공정(P500) 이후에는 상기 파이프(11,12) 상에 볼트공(H)을 형성하거나 다수의 파이프(11,12)를 볼트(B)에 의해 체결하는 조립공정 등을 더 행할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10: 전신주 11: 볼트공
12: 삽입축부 21: 공급롤
22: 수지충전조 23: 닙롤러
31: 공급롤 32: 수지충전조
33: 가이더 34: 맨드릴
40: 와인딩층 41: 랩핑시트층
B: 볼트 F: 필라멘트
R: 수지 S: 랩핑시트

Claims (2)

1. 맨드릴(34)에 의해 일정 두께의 테이퍼진 파이프(11,12)로 제작되는 복합소재 전신주에 있어서;
   수지(S)가 함침된 필라멘트(F)가 파이프(11,12)의 원주방향으로 감긴 상태로 형성된 와인딩층(40)과;
   상기 와인딩층(40)의 상층이나 하층에 별도로 제작된 랩핑시트(S)를 감아 형성되되, 상기 파이프(11,12)의 축방향에 일치되도록 다른 필라멘트(F)가 일직선상으로 다수 배열되는 랩핑시트층(41)을 포함하며;
   상기 와인딩층(40)과 랩핑시트층(41)은 교대로 반복되어 파이프(11,12)의 두께를 따라 다단 적층된 것을 특징으로 하는 복합소재 전신주.
   
2. 수지(R)가 함침된 필라멘트(F)를 인발하여 원통형태로 감김 가능하도록 된 시트상으로 제작하되, 상기 필라멘트(F)가 일직선상으로 연장되도록 다수 배열되는 랩핑시트(S)를 제작하는 시트제작공정(P100)과;
   상기 랩핑시트(S)의 제작과는 별도로 일정 길이의 테이퍼진 맨드릴(34) 상에 수지(S)가 함침된 필라멘트(F)를 원주방향으로 감는 와인딩공정(P200)과;
   상기 랩핑시트(S) 내의 필라멘트(F)의 연장방향이 상기 맨드릴(34)의 축방향에 일치되도록 상기 랩핑시트(S)를 맨드릴(34) 상에 전체적으로 감는 랩핑공정(P300)과;
   상기 와인딩공정(P200)과 랩핑공정(300)을 교대로 반복하여 상기 필라멘트(F)를 원주방향으로 감기는 와인딩층(40)과, 상기 필라멘트(F)가 축방향으로 배열되는 랩핑시트층(41)을 다단으로 형성하는 적층제작공정(P400)과;
   상기 맨드릴(34)로부터 다단의 와인딩층(40)과 랩핑시트층(41)이 일체로 경화된 상태의 테이퍼진 파이프(11,12)를 탈형하는 파이프분리공정(P500)을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 전신주의 제조방법.

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