KR101959677B1 - 재귀반사 기능을 갖는 가드레일의 레일 및 이를 이용한 충격 흡수와 승월 방지 구조를 갖는 가드레일 - Google Patents

재귀반사 기능을 갖는 가드레일의 레일 및 이를 이용한 충격 흡수와 승월 방지 구조를 갖는 가드레일 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 충돌시 부분 구조체의 소성변형 및 다중의 완충구조를 통해 차량의 충격을 완화하고 충돌한 차량의 승월 및 전복을 방지함으로 운전자를 보호할 수 있는 충격 흡수 및 승월 방지 구조를 갖고, 나아가 재귀반사 기능을 가지는 가드레일용 레일 및 이를 적용한 가드레일에 관한 것이다.

Description

재귀반사 기능을 갖는 가드레일의 레일 및 이를 이용한 충격 흡수와 승월 방지 구조를 갖는 가드레일{RAIL OF GUARD RAIL HAVING RETROREFLECTIVITY, AND GUARD RAIL WITH STRUCTURE FOR SHOCK ABSORPTION AND CLIMB-OVER PREVENTION USING THE SAME}
본 발명은 차량 충돌시 부분 구조체의 소성변형 및 다중의 완충구조를 통해 차량의 충격을 완화하고 충돌한 차량의 승월 및 전복을 방지함으로 운전자를 보호할 수 있는 충격 흡수와 승월 방지 구조를 갖을 뿐만 아니라, 재귀반사 기능을 갖는 가드레일용 레일 및 이를 이용하여 제조한 가드레일에 관한 것이다.
차량이 통행하는 도로의 중앙 또는 갓길 양측에 설치되는 가드레일은 운행하는 차량의 중앙선 침범이나 도로 이탈, 보도 진입 또는 추락방지를 위한 안전설비로써, 통상적으로 일정간격으로 설치되는 지주와, 상기 지주를 가로방향으로 연결하며 연속적으로 설치되는 레일로 구성되는 울타리 형태를 갖게 된다. 이러한 가드레일은 기본적으로 정상적인 경로를 벗어난 차량의 이탈을 제한하여 2차 사고를 방지하는 기능을 수행하게 되며, 차량의 충돌시 소성변형을 통해 충돌 에너지를 흡수함으로써 차량의 파손 및 탑승자의 상해를 줄일 수 있는 구조로 개발되고 있다. 하지만, 가드레일 설치에 따른 비용대비 구조, 재질적인 한계로 인해 충격에너지의 흡수에 한계가 있으므로, 고속으로 주행하는 차량의 충돌시 과도한 충격으로 인한 차량 파손 및 운전자의 상해가 여전히 발생할 수 밖에 없다.
특히 지주와 레일을 비롯한 완충 구조체에 대하여 볼트 및 너트를 활용한 결합·고정과 더불어 체결수단의 선단이 외측으로 돌출되는 구조 등으로 인해 차량 충돌시 파손된 가드레일 구조체에 차량이 걸리거나, 일반 승용차 기준으로 설치되어 차고가 높은 SUV나 버스, 화물차량의 충돌시 차량이 지주 및 가드레일을 타고 넘어가서 2차 사고나 전복이 발생하여 인명사고 피해가 발생하는 등 안전을 위해 설치되는 가드레일의 역할이 원활치 않은 문제점이 제기되어 왔다.
이의 해결을 위해 종래에 설치된 가드레일의 높이조절이나 강도 보강 작업을 비롯하여 가드레일 완충구조 및 안전성 확보를 위한 연구개발이 진행되고 있으나, 가드레일의 보강작업은 설치된 지주와 기존 가드레일을 교체하는 방식으로 이루어져 교체비용이 매우 높고, 연구 개발된 성과물들 또한 보강구조가 다소 복잡하여 생산, 설치, 보수가 쉽지 않고 비용 역시 많이 소요되어 실질적인 현장 적용이 여의치 않은 상황이다.
대한민국 등록특허 제10-1250534호(2013.03.28)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 구조체의 소성변형 및 다중의 완충구조를 통해 차량 충돌시 충격을 효과적으로 완화하고 파손에 따른 차량 걸림과 탑승자 상해를 비롯하여 충돌한 차량의 승월 또는 전복을 방지할 수 있는 충격 흡수 및 승월 방지 구조를 갖는 가드레일을 제공하는 것이다. 또한, 도로 가로등이 설치가 여의치 않는 산간, 지방 도로 등에서 야간 또는 우천시 도로 경계선이 불명확하여 사고가 자주 유발되는 문제가 있는 바, 도로 경계선에 설치되어 있는 가드레일에 재귀반사 기능을 부여하는 효과적인 방법을 안출하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 가드레일의 레일로서, 레일용 주물 조성물을 주조시켜 제조한 주물을 포함하는 레일; 및 상기 레일의 일면의 전부 또는 일부에 코팅된 재귀반사 코팅층;을 포함한다.
그리고, 상기 재귀반시 코팅층은 스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 수지, 아크릴 공중합체 수지, 재귀반사 분말 및 분산제를 포함할 수 있다.
또한, 상기 재귀반사 분말은 굴절율(nD) 1.5 ~ 2.6인 글라스 비드를 포함하는 코어: 상기 코어 표면에 형성되어 있는 굴절율(nD) 2.8 ~ 3.5인 알루미늄 입자 또는 알루미늄 옥사이드 입자 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 광반사체; 및 상기 광반사체와 코어를 일체화시키는 열경화성 접착제;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 코어는 평균입경 20 ~ 40㎛이고, 상기 광반사체는 평균입경 1 ~ 10㎛일 수 있다.
또한, 상기 코팅제는 펄 안료(Pearlescent Pigment) 및 금속안료(Metal Pigment) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 반사 향상제를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 레일은 탄소섬유, 주철, 알루미늄 합금재, 알루미늄(Al)재를 포함하는 주물 조성물을 주조하여 제조한 주물이다.
그리고, 상기 레일을 이용한 본 발명의 가드레일은 하단이 바닥면에 고정된 지주 및 상기 지주에 횡 방향으로 결합하는 레일로 이루어지는 가드레일에 있어서, 좌우측 단부가 후측으로 절곡되고, 양측에 전후 방향 길이를 갖는 체결공이 형성되어 상기 체결공을 관통하는 체결수단을 통해 상기 지주 양측에 결합하며, 충격시 하측으로 절곡을 유도하는 변형부가 형성된 블록아웃; 상기 블록아웃 전면에 접하며, 상하측 단부가 삽입공간을 형성하며 전면을 일부 덮도록 절곡된 충격흡수판; 상기 충격흡수판 전면 일부 또는 전체를 덮도록 결합되는 고정대; 후면에 완충공간을 형성하도록 상하측 단부가 후측으로 절곡되며, 상기 충격흡수판 및 고정대 사이를 통해 상기 삽입공간에 삽입되어 고정되는 레일; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 체결수단은 볼트 및 너트로 이루어지되, 상기 체결공은 전후방향 길이를 갖는 장공 형상으로 상기 볼트의 외경보다 상대적으로 내경이 작아지도록 형성된 한쌍의 돌출부가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 체결공은 전면을 향해 하향 경사를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 레일은 전면으로 볼록한 형상을 하되, 강도 향상을 위해 중앙에 횡 방향으로 연속적인 홈부가 형성될 수 있다.
또한, 한쪽 끝 부분은 레일의 외측을 감싸고 다른 쪽 끝 부분은 인접한 레일 내측으로 삽입되는 형태의 슬리브를 통해 레일이 횡 방향으로 연속적인 연결구조를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 가드레일용 레일은 낮은 온도에서 적정 점성을 가지는 레일 소재를 사용하는 바, 주물성,성형성이 우수하며, 내식성이 좋아서 부식이 잘 되지 않고, 상기 레일 소재는 가드레일의 레일로서 사용하기에 요구되는 인장강도 등의 기계적 물성이 우수하다. 이러한 레일 소재로 주조하여 제조한 레일을 도입한 가드레일은 차량의 충돌시 다중의 충격 완화와 더불어 소성변형 및 파손방향을 안전하게 유도함으로 차량이 가드레일 구조체에 걸리거나, 지주 및 가드레일을 타고 넘어가서 발생하는 2차 사고, 전복 등을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 레일용 코팅제는 금속 성분인 레일과 코팅성이 우수하고, 코팅제 내 재귀반사 분말이 고르게 잘 분산되며, 레일 설치 후 장기간 시간이 흐른 뒤에도 재귀반사 분말의 이탈을 최소화 및/또는 방지할 수 있는 바, 재귀반사 기능의 장기수명 안정성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 1 실시예에 따른 정면도,
도 2는 본 발명의 1 실시예에 따른 사시도,
도 3은 본 발명의 1 실시예에 따른 평단면도,
도 4는 본 발명의 1 실시예에 다른 측단면도,
도 5는 본 발명 1 실시예의 일부 변형에 따른 측단면도,
도 6은 본 발명의 1 실시예에 따른 레일의 연결구조를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명 1 실시예의 일부 변형에 따른 레일의 연결구조를 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명의 2 실시예에 따른 측단면도,
도 9는 본 발명의 2 실시예에 따른 평면도,
도 10은 본 발명의 3 실시예에 따른 측단면도,
도 11은 본 발명의 3 실시예에 따른 평면도이다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 충격 흡수 및 승월 방지 구조를 갖는 가드레일의 구조를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 1 실시예에 따른 정면도, 도 2는 본 발명의 1 실시예에 따른 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 1 실시예에 따른 평단면도로써, 도 2의 B - B' 구간의 평단면을 나타내고 있으며, 도 4는 본 발명의 1 실시예에 다른 측단면도로써 도 2의 A - A' 구간의 측단면을 나타내고 있다.
본 발명은 기본적으로 하단이 바닥면에 고정된 지주 및 상기 지주(110)에 횡 방향으로 결합하는 레일(150)로 이루어지는 울타리(펜스) 형태의 가드레일로써, 블록아웃(120)과, 충격흡수판(130)과, 고정대(140)와, 레일(150) 의 주요 구성을 구비하게 된다.
상기 지주(110)는 강관으로 이루어져 지면에 수직으로 박히며 도로를 따라 일정 간격으로 설치된다. 도로환경에 적합한 다양한 규격으로 이루어질 수 있으며 바람직하게는 원형 또는 사각 규격의 강관을 사용할 수 있다. 이때 외부에서 충격발생시 상기 지주와 지면의 접촉부에 응력이 집중되어 파손될 수 있으므로 지주(110)와 지면의 접촉부에 상기 지주 외측을 두르거나 내측에 삽입되는 파이프 형태의 보강지주(111)를 설치하게 된다.
상기 블록아웃(120)은 금속판으로 이루어져 좌우측 단부가 후측으로 절곡되어 상기 지주(110) 양측에 결합하게 된다. 즉 첨부된 도 3과 같이 상측에서 보았을 때 'ㄷ자' 형태로 절곡되어 결합함에 따라 중앙부가 상기 지주의 외경에 대응하는 폭을 갖도록 하되, 좌우 측 절곡된 부분이 상기 지주 양 측면을 1/2 이상 덮을 수 있도록 한다. 첨부된 도면에서는 바람직한 실시예로 절곡된 각도가 수직을 이루고 있으나 이와 다른 각도로 절곡하더라도 결합 및 충격완화 효과를 얻을 수 있음은 당업자에게는 자명하다.
또한, 절곡된 블록아웃(120)의 양측에 전후방향 길이를 갖는 체결공(121)이 형성되어 상기 체결공(121)을 관통하는 체결수단(160)을 통해 상기 지주 양측에 결합하며, 상기 지주(110) 전면과 블록아웃(120)의 중앙에는 완충 공간(S1)이 형성되어 전면에서의 충격발생시 상기 완충공간(S1)만큼 블록아웃(120)이 후방으로 밀리면서 충격완화가 이루어질 수 있도록 한다.
이때 상기 체결수단(160)은 볼트 및 너트로 이루어지게 되며, 좌측 및 우측 절곡면 각각은 상하로 2개 이상의 체결공(121)을 형성하는 것이 바람직하다. 첨부된 도면에서는 각 측면에 2개의 체결공(121)이 형성된 모습을 도시하고 있으나 설치 사양에 따라 적절한 숫자의 체결공(121)을 형성하여 지주(110)와 블록아웃(120)을 결합할 수 있음은 자명하다. 본 발명에서 상기 체결공(121)을 통해 블록아웃(120)과 지주(110)를 결합하는 체결수단을 제1볼트(161)로 구분하여 지칭한다.
이때, 상기 제1볼트(161)가 상기 지주(110) 좌우측을 관통하며 상기 블록아웃(120) 양측에 형성된 체결공(121)을 함께 관통하도록 구성하는 것이 바람직하며 이를 통해 상기 블록아웃(120) 전면에 설치될 레일(150)의 수월한 각도 유지 및 좌우측 체결부로의 충격분산이 고르게 될 수 있다.
더불어 본 발명에서 상기 체결공(121)에는 상기 제1볼트(161)의 외경보다 상대적으로 내경이 작아지도록 상하 방향으로 형성된 한 쌍의 돌출부(122)를 적어도 하나 이상 설치된다. 이는 차량 충돌시 볼트와 너트를 활용한 체결부에 충격이 집중됨에 따라 이를 완화하기 위한 구성으로, 앞서 언급한 바와 같이 충격으로 인해 블록아웃(120)이 후방으로 밀림 발생시 상기 제1볼트(161)와 돌출부(122)와의 접촉부에서 저항이 발생하며 제1볼트(161)가 돌출부(122)를 파손시키면서 밀리는 만큼 돌출부(122)의 숫자에 해당하는 다단의 완충작용이 이루어지게 된다.
또한, 본 발명에서 상기 블록아웃(120)에는 전면으로부터의 차량 충격시 하측으로 절곡을 유도하는 변형부(123)가 형성된다.
앞서 언급한 바와 같이 충돌한 차량의 높이 및 형태, 충돌시 각도 및 속도 등의 요소로 인해 가드레일을 타고 넘어(승월) 인도나 논밭, 낭떠러지 등으로 진입하며 심각한 2차 사고가 발생하는 경우가 있다.
상기 변형부(123)는 이러한 충돌 차량의 승월을 방지하기 위한 구조로, 첨부된 도면과 같이 지주(110)와의 사이 완충공간(S1)에 위치하는 블록아웃(120) 하측에 상측으로 파인 형태의 홈을 형성함으로 전면에서 가해지는 충격이 집중되며 블록아웃(120) 전체가 하측으로 꺾이는 절곡을 유도하여, 충격된 차량이 상측으로 움직이려는 작용력을 억제한다.
도 5는 본 발명 1 실시예의 일부 변형에 따른 측단면도로써, 상기 변형부(123)와 더불어 상기 체결공(121)을 전면을 향해 하향 경사를 갖도록 형성함으로, 충돌한 차량이 상측으로 움직이려는 작용력을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.
상기 충격흡수판(130)은 상기 블록아웃(120) 전면에 결합하는 금속판으로써, 상하측 단부가 전면을 일부 덮도록 절곡된 즉 접힌 형태를 갖게 된다. 이때 접힌 상하측 단부는 접히지 않은 부분과 일정 부분 떨어지며 삽입공간(131)을 형성한다. 또한, 절곡된 상하측 높이는 상기 블록아웃(120)의 높이와 맞추는 것이 바람직하며, 우천시 스며든 빗물이 하측의 삽입공간에 고여 부식시키는 것을 막기 위한 배수구(R)를 형성할 수도 있다.
상기 고정대(140)는 상기 충격흡수판(130) 및 블록아웃(120), 레일(150)을 고정·결합하기 위한 구성으로, 상기 충격흡수판(130) 전면 일부 또는 전체를 덮는 금속판으로 이루어지게 되며, 상기 고정대(140)와 충격흡수판(130) 및 블록아웃(120)을 전후방향으로 관통하는 체결수단을 통해 결합한다.
본 발명의 1 실시예에서는 충분한 길이의 장볼트 및 너트를 사용하여 상기 충격흡수판(130)으로부터 지주(110)를 관통하는 체결수단이 구비되며 이를 제2볼트(162)가 구분하여 칭한다. 이때, 상기 고정대(140)에는 상기 제2볼트(162)의 머리부분이 통과 가능한 관통공이 형성되며, 첨부된 도 3과 같이 상기 고정대(140) 및 충격흡수판(130)이 움직이지 않고 견고하게 상기 블록아웃(120)과의 결합을 유지하도록
상기 제2볼트(162) 좌우측으로 상기 고정대(140) 및 충격흡수판(130)과 블록아웃(120)을 관통하여 결합하는 체결수단이 구비되며 이를 제3볼트(163)로 구분하여 치칭한다.
상기 제3볼트(163)의 경우 상기 제2볼트(162)에 근접하여 상기 블록아웃(120) 내측으로 결합하는 것도 가능하나, 본 발명의 1 실시예에서는 첨부된 도면 3 및 4와 같이 상기 블록아웃(120)의 좌·우 양측 일부가 전면을 향하여 절곡 가능하도록 절개되되, 절개된 부분이 전면의 충격흡수판(130)과 접촉한 상태에서 제3볼트(163)를 통해 고정대(140)까지 관통 결합하게 된다. 이를 통해 접촉 및 결합에 따른 면적을 넓혀 더욱 안정적인 고정·결합구조를 이룰 수 있다.
이때 상기 충격흡수판(130)의 상하측으로 삽입공간(131)이 형성된 절곡부가 형성됨에 따라 상기 충격흡수판(130) 전면 고정대(140)의 상하측에도 상기 충격흡수판(130)의 두께 및 삽입공간(131)에 대응하는 높이로 절곡부가 형성된다.
상기 레일(150)은 상기 고정대(140) 전면에 횡 방향으로 형성되어 울타리를 이루는 구조체로서 후면, 즉 상기 고정대(140)와의 사이에 완충공간(S2)을 형성하도록 상하측 단부가 후측으로 절곡되며, 절곡된 단부가 상기 충격흡수판(130) 및 고정대(140) 사이를 통해 상기 삽입공간(131)에 삽입되는 형태로 고정된다.
실제 현장에서는 첨부된 도 4과 같이 절곡된 상태의 레일(150)을 고정대(140)가 설치된 블록아웃(120) 측면에서 슬라이드 방식으로 밀어 넣는 방식으로 쉽게 설치할 수 있으며, 언급한 바와 같이 상기 삽입공간(131)에 삽입될 수 있도록 3회 절곡되며 상기 고정대(140)를 통해 충격흡수판(130)과의 밀착 및 지지구조가 형성되어 견고한 고정이 이루어질 수 있다.
이때 상기 레일(150)은 전면으로 볼록한 형상을 하도록 하여 전면의 충격을 상하측 단부로 효과적으로 분산하되, 강도 향상을 위해 중앙에 횡 방향으로 연속적인 홈부(151)를 형성함으로 충격에 의한 레일(150) 변형시 변형이 중앙부분에서 발생하도록 유도함으로 불규칙한 형태의 파손으로 인한 차량 파손 및 탑승자 상해를 방지하게 된다.
이와 같은 상기 블록아웃(120)을 통한 지주와 레일(150)의 결합구조에서는 종래의 방식과 같이 볼트 및 너트를 활용한 지주와 레일의 직접연결이 아닌 블록아웃(120)과 충격흡수판(130) 및 고정대(140)를 통해 구성되는 소성 변형구간을 비롯하여 레일(150) 및 블록아웃(120)에 형성되는 완충공간(S1, S2)을 통해 효과적인 충격흡수가 이루어지게 된다.
또한, 충격에 의한 가드레일 파손시에도 종래와 같이 볼트 체결부가 손상되는 것이 아닌 파손방향을 유도하는 구조를 갖고 특히 레일(150)이 결합수단을 쓰지 않고 설치됨으로 가드레일 구조물로 인한 차량파손 및 탑승자 상해를 방지할 수 있으며 여름철 열팽창에 따른 레일의 수축/팽창에도 효과적으로 대응할 수 있다.
상기 레일(150)은 주조시켜 제조한 주물로서, 탄소섬유, 주철, 알루미늄 합금재 및 알루미늄재를 포함하는 주물 조성물을 주조시켜서 제조한 것일 수 있다.
상기 주물 조성물 조성 중 탄소섬유는 레일의 항복 강도 등의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하며, 주물 조성물 전체 중량 중 탄소섬유 0.02 ~ 0.5 중량%을, 바람직하게는 0.05 ~ 0.35 중량%를, 더욱 바람직하게는 0.05 ~ 0.15 중량%를 포함하는 것이 좋다. 이때, 탄소섬유 함량이 0.01 중량% 미만이면 너무 소량 사용하게 되어 이의 사용으로 인한 기계적 물성 효과 상승 효과를 볼 수 없을 수 있고, 0.5 중량%를 초과하여 사용하면 주물의 표면강성이 너무 높아져서 유연성, 탄성이 떨어져서 오히려 외부 충격에 의해 파손되는 문제가 있을 수 있다.
상기 주물 조성물은 전체 중량 중 주철 10 ~ 15 중량%를, 바람직하게는 11.5 ~ 14.0 중량%를, 더욱 바람직하게는 12.2 ~ 13.4 중량%를 사용하는 것이 좋다. 이때, 주철 사용량이 10 중량% 미만이면 주물의 인장강도가 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 15 중량%를 초과하여 사용하면 항복강도가 오히려 감소할 수 있고, 비경제적이며, 주조시 점도가 너무 낮아져서 주조성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 상기 주철은 탄소(C) 2.5 ~ 3.0 중량%, 크롬(Cr) 5.0 ~ 7.5 중량%, 니켈(Ni) 18.5 ~ 22.5 중량%, 니오븀(Nb) 0.8 ~ 1.5 중량%, 질소(N) 0.1 ~ 0.3 중량%, 망간(Mn) 5 ~ 8 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.5 ~ 1 중량%, 구리(Cu) 5.2 ~ 7.5 중량%, 비수무트(Bi) 0.12 ~ 0.15 중량% 및 잔량의 철(Fe)을 포함할 수 있고, 바람직하게는 C 2.55 ~ 2.85 중량%, Cr 6.0 ~ 7.5 중량%, Ni 19.0 ~ 21.0 중량%, Nb 1.0 ~ 1.3 중량%, N 0.14 ~ 0.26 중량%, Mn 5.7 ~ 6.7 중량%, Mo 0.65 ~ 0.95 중량%, Cu 5.8 ~ 7.0 중량%, Bi 0.12 ~ 0.15 중량% 및 잔량의 Fe을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 C 2.65 ~ 2.78 중량%, Cr 6.5 ~ 7.2 중량%, Ni 19.8 ~ 20.5 중량%, Nb 1.0 ~ 1.2 중량%, N 0.16 ~ 0.24 중량%, Mn 6.0 ~ 6.5 중량%, Mo 0.70 ~ 0.90 중량%, Cu 6.0 ~ 6.8 중량%, Bi 0.13 ~ 0.14 중량% 및 잔량의 Fe을 포함할 수 있다.
또한, 상기 주출은 티타늄 0.001 ~ 0.2 중량%, 코발트 2.5 ~ 3.5 중량% 및 바나듐 0.5 ~ 2 중량% 중에서 선택된 1종 이상을, 바람직하게는 티타늄 0.008 ~ 0.2 중량%, 코발트 2.75 ~ 3.30 중량% 및 바나듐 0.8 ~ 1.5 중량% 중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 티타늄 0.02 ~ 0.15 중량%, 코발트 2.85 ~ 3.15 중량% 및 바나듐 1.05 ~ 1.35 중량% 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수도 있다.
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또한, 상기 주철은 불가피한 불순물로서, 황(S) 0.001 ~ 0.03 중량%, 인(P) 0.001 ~ 0.04 중량% 및 붕소 0.002 ~ 0.01 중량% 중에서 선택된 1종 이상을, 바람직하게는 황 0.003 ~ 0.02 중량%, 인 0.005 ~ 0.03 중량% 및 붕소 0.005 ~ 0.01 중량% 중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 황 0.003 ~ 0.01 중량%, 인 0.005 ~ 0.02 중량% 및 붕소 0.005 ~ 0.008 중량% 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수도 있다.
상기 주물 조성물은 크리프 파단 수명 향상 및 항복강도 등과의 적정 물성 확보를 위해 알루미늄 합금재를 포함하며, 주물 조성물 전체 중량 중 알루미늄 합금재를 15 ~ 25 중량%, 바람직하게는 16.5 ~ 22.5 중량%, 더욱 바람직하게는 17.5 ~ 20.5 중량%를 포함한다. 이때, 알루미늄 합금재 사용량이 15 중량% 미만이면 적정량 사용시와 비교하여 크리프 파단 수명이 감소할 수 있고, 25 중량%를 초과하여 사용하면 경제성이 떨어지고, 주물의 항복강도가 떨어지며 주조성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 상기 알루미늄 합금재로는 실리콘(Si) 8 ~ 15 중량%, 마그네슘(Mg) 2.0 ~ 2.5 중량%, 아연(Zn) 7.5 ~ 9.0 중량%, 구리(Cu) 2.0 ~ 3.0 중량%, 니오븀(Nb) 0.1 ~ 1 중량%, 망간(Mn) 0.1 ~ 0.5 중량%, 세륨(Ce) 0.10 ~ 1.50 중량%, 지르코늄(Zr) 0.01 ~ 0.3 중량% 및 잔량의 알루미늄(Al)을 포함하는 것을, 바람직하게는 Si 10 ~ 13.5 중량%, Mg 2.15 ~ 2.45 중량%, Zn 7.8 ~ 8.6 중량%, Cu 2.2 ~ 2.8 중량%, Nb 0.1 ~ 0.8 중량%, Mn 0.10 ~ 0.35 중량%, Ce 0.52 ~ 1.15 중량%, Zr 0.10 ~ 0.27 중량% 및 잔량의 Al을 포함하는 것을, 더욱 바람직하게는 Si 10 ~ 12 중량%, Mg 2.20 ~ 2.40 중량%, Zn 8.0 ~ 8.5 중량%, Cu 2.4 ~ 2.7 중량%, Nb 0.2 ~ 0.6 중량%, Mn 0.25 ~ 0.35 중량%, Ce 0.70 ~ 1.05 중량%, Zr 0.15 ~ 0.20 중량% 및 잔량의 Al을 포함하는 Al-Cu-Si-Mg계 알루미늄 합금을 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 주물 조성물은 조성물 전체 중량 중 탄소섬유, 주철, 알루미늄 합금재 외에 잔량의 알루미늄재를 포함한다.
본 발명의 가드레일의 레일(150)은 상기 주물 조성물을 주조하여 제조한 주물로서, 920℃ ~ 950℃에서 주물의 점성이 250 ~ 450 poise이며, 바람직하게는 점성이 270 ~ 400 poise, 더욱 바람직하게는 290 ~ 350 poise이다.
그리고, 상기 주물은 ASTM E139 시험 조건에서 생주물 상태에서 크리프 시험시, 응력 100 MPa, 750℃의 온도에서의 최소 크리프율 5×10-4 %/hr 이하, 바람직하게는 최소 크리프율이 5.0×10-5 ~ 3.0×10-4 %/hr, 더욱 바람직하게는 6.5×10-5 ~ 1.5×10-4 %/hr 일 수 있다.
또한, 상기 주물은 크리프 파단 수명이 4,000 시간 이상, 바람직하게는 5,000 시간 이상, 더욱 바람직하게는 5,500 ~ 6,500 시간일 수 있다.
또한, 상기 주물은 항복강도 610 Mpa 이상, 바람직하게는 610 ~ 660 Mpa, 더욱 바람직하게는 625 ~ 660 Mpa일 수 있다.
또한, 상기 주물은 인장강도 720 Mpa 이상, 바람직하게는 730 ~ 820 Mpa, 더욱 바람직하게는 745 ~ 800 Mpa를 가질 수 있다.
또한, 상기 레일(150)은 레일이 설치된 도로 방향으로 레일의 일면에 재귀반사 코팅층;이 형성되어 있을 수 있으며, 재귀반사 코팅층은 레일의 일면 전부 또는 일부에 코팅되어 있을 수 있다.
상기 재귀반사 코팅층은 스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 수지, 아크릴 공중합체 수지, 재귀반사 분말 및 분산제를 포함하는 코팅제로 당업계에서 사용하는 일반적인 코팅법으로 레일 일면에 코팅한 후 건조시켜서 코팅층을 형성시킬 수 있다.
상기 재귀반사 코팅제 조성 중 상기 스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 수지는 코팅제의 바인더 역할 및 코팅 수지로서 도막 형성 역할을 하는 것이다.
그리고, 상기 아크릴 공중합체 수지는 재귀반사 분말과 스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 수지의 접착성 향상 및 금속인 레일과 스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 수지와의 접착성, 코팅성 향상 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 글리시딜아크릴레이트 또는 글리시딜메타크릴레이트를 1~7 중량%로, 바람직하게는 3 ~ 6 중량%로 포함하고, 수평균분자량이 30,000 ~ 80,000인 에폭시기 함유 아크릴 공중합체를 사용하는 것이 좋다. 그리고, 아크릴 공중합체 수지의 사용량은 상기 스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 수지 100 중량부에 대하여, 15 ~ 40 중량부를, 바람직하게는 18 ~ 30 중량부를, 더욱 바람직하게는 20 ~ 26 중량부를 사용하는 것이 좋다. 이때, 아크릴 공중합체 수지 사용량이 15 중량부 미만이면 코팅층의 레일에 대한 코팅성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 40 중량부를 초과하여 사용하면 가드레일 설치 후 외부 환경에 의해 재귀반사 코팅층이 변색되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 재귀반사 분말은 코팅층에 재귀반사 기능을 부여하는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 재귀반사 기능이 있는 분말 또는 입자를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 굴절율(nD) 1.5 ~ 2.6인, 바람직하게는 굴절율이 1.5 ~ 2.0인 글라스 비드를 포함하는 코어: 상기 코어 표면에 형성되어 있는 굴절율(nD) 2.8 ~ 3.5인, 바람직하게는 굴절율이 3.0 ~ 3.3인 알루미늄 입자 또는 알루미늄 옥사이드 입자 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 광반사체; 및 상기 광반사체와 코어를 일체화시키는 열경화성 접착제;를 포함하는 재귀반사 분말을 사용하는 것이 좋다.
재귀반사 분말 성분 중 상기 코어를 구성하는 글라스 비드는 평균입경 20 ~ 40㎛ 정도, 바람직하게는 25 ~ 35㎛ 정도인 것을 사용하며, 이때, 글라스 비드 평균입경이 40㎛를 초과하면 코팅층에서 재귀반사 분말이 이탈하는 문제가 있을 수 있고, 코팅층 표면이 고르지 못한 문제가 있을 수 있으며, 글라스 비드 평균입경이 20㎛ 미만이면 단가가 너무 비싼 문제가 있다.
그리고, 상기 광반사체는 평균입경 1 ~ 10㎛인 것이, 바람직하게는 3 ~ 10㎛, 더욱 바람직하게는 4 ~ 8㎛ 정도인 것이 좋다. 광반사체의 평균입경이 10㎛를 초과하면 글라스 비드와의 일체성이 떨어지고 재귀반사도가 좋지 않은 문제가 있을 수 있고, 광반사체의 평균입경이 1㎛ 미만이면 단가가 너무 비싸고, 재귀반사도가 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
재귀반사 분말 성분 중 상기 열경화성 접착제는 코어와 광반사체를 접착시켜서 일체화시키는 역할을 하며, 일반적인 열경화성 접착제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 중량평균분자량 10,000 ~ 80,000인 부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체 100 중량부에 대하여, 에폭시 수지 20 ~ 50 중량부, 경화제 2 ~ 5 중량부, 경화촉진제 0.5 ~ 1 중량부 및 실란 커플링제 1 ~ 3 중량부를 포함하는 열경화성 접착제를, 더욱 바람직하게는 중량평균분자량 20,000 ~ 50,000인 부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체 100 중량부에 대하여, 에폭시 수지 20 ~ 30 중량부, 경화제 3 ~ 5 중량부, 경화촉진제 0.5 ~ 0.8 중량부 및 실란 커플링제 1.5 ~ 2 중량부를 포함하는 열경화성 접착제를 사용할 수 있다.
열경화성 접착제 성분 중 상기 에폭시 수지로는 비스페놀 A형 에폭시 수지(당량 1750 ~ 2100), 비스페놀 F형 에폭시 수지(당량 900 ~ 1000) 및 크레졸 노볼락형 에폭시 수지(당량 215 ~ 235) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 경화제로는 3,3'-디아미노디페닐술폰, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 및 3,3',4,4'-테트라아미노바이페닐 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 실란 커플링제로는 에폭시계 실란 커플링제 및/또는 아미노계 실란 커플링제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 에폭시계 실란 커플링제를 사용할 수 있다.
재귀반사 분말을 제조하는 일례를 들면, 글라스 비드 100 중량부에 상기 열경화성 수지 15 ~ 25 중량부를 도포(혼합)한 후, 광반사체 10 ~ 30 중량부를 투입한 다음 잘 교반한 후, 열경화시켜서 제조할 수 있다.
국내외 모든 차선에는 반드시 재귀반사체인 그라스 비드를 페인트 위에 살포하여 고착시킴으로서 야간에도 재귀반사에 의해 자동차 헤드라이트의 낮은 광량에도 차선이 잘 보이도록 시공 운영하고 있다. 이때, 차선의 밝기를 재귀반사도(Retroreflectivity)라 칭하며 ASTM(American Society for Test and Materials)의 정의에 의하면 노면 표시 측정 기하도를 기하학적으로 해석하여 반사 표면의 반사 휘도(Luminance Observed) L 과 표면에 비취진 법선 조도 (Illuminance perpendicular to Source) EL의 비율로 나타낸다.
[식 1]
재귀반사도(재귀반사휘도계수) RL=L/EL=mcd/m2/lx
일반적으로 재귀반사도의 크기에 따른 차선의 시인성 정도는 100 mcd/m2/lx 이하에서는 차선의 시인성이 약한 문제가 있으며, 차선의 재귀반사도 한국 기준은 130 mcd/m2/lx이다.
그러나, 본 발명은 차선에 적용되는 것은 아니라, 가드레일에 적용되는 바, 운전시 운전자의 시야를 방해하지 않으면서 가드레일의 존부를 확인할 수 있을 정도의 시인성만 확보되면 되기 때문에, 재귀반사 코팅층의 시인성 정도가 60 ~ 100 mcd/m2/lx 정도가 되도록 재귀반사 코팅제 내 재귀반사 분말을 사용한다.
따라서, 상기 재귀반사 코팅제 조성물 내 재귀반사 분말의 사용량은 상기 스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 수지 100 중량부에 대하여, 1 ~ 10 중량부를, 바람직하게는 1.5 ~ 6 중량부를, 더욱 바람직하게는 2 ~ 3.5 중량부를 사용하는 것이 좋다. 이때, 재귀반사 분말 사용량이 10 중량부를 초과하면 재귀반사도가 너무 높아서 차량 운전자의 시야를 방해할 수도 있고, 1 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 재귀반사도가 너무 낮은 문제가 있을 수 있다.
재귀반사 코팅제 성분 중 상기 분산제는 다른 원료들과의 배합과정에서 원료들 간의 고른 분산, 특히 재귀반사 분말의 고른 분산과 작업성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 분산제를 사용할 수 있으며, 구체적인 일례로는 베타-디케톤을 사용할 수 있다. 그리고, 분산제의 사용량은 상기 스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 수지 100 중량부에 대하여, 0.1 ~ 2 중량부를, 바람직하게는 0.5 ~ 1.5 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.7 ~ 1.2 중량부를 사용하는 것이 좋다
또한, 상기 재귀반사 코팅제는 펄 안료(Pearlescent Pigment) 및 금속안료(Metal Pigment) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 반사 향상제를 더 포함할 수도 있다.
또한, 재귀반사 코팅제의 적정 점도를 조절하기 위해 물, 에탄올 및/또는 프로판올을 점도조절제로 더 포함할 수도 있다.
이와 같은 성분을 가지는 재귀반사 코팅제로 레일의 일면에 형성시킨 재귀반사 코팅층은 평균두께 500 ㎛ 이하, 바람직하게는 100 ~ 350㎛, 더욱 바람직하게는 150 ~ 250 ㎛ 정도인 것이 좋다. 이때, 재귀반사 코팅층 두께가 500㎛를 초과하면 불필요하게 두꺼운 것이며, 레일 제조단가가 크게 상승하는 문제가 있을 수 있으며, 100㎛ 미만이면 너무 얇아서 가혹한 외부 환경에 의해 코팅층에 크랙이 발생하여 수명이 짧아지고 재귀반사 분말이 이탈하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 두께로 코팅층을 형성시키는 것이 좋다.
레일의 일면에 형성된 재귀반사 코팅층은 재귀반사도가 60 ~ 100 mcd/m2/lx, 바람직하게는 70 ~ 100 mcd/m2/lx, 더욱 바람직하게는 78 ~ 95 mcd/m2/lx일 수 있다.
도 6은 본 발명의 1 실시예에 따른 레일의 연결구조를 나타낸 단면도로써, 횡 방향으로 연속적으로 형성되는 펜스 형태의 가드레일을 구성함에 있어, 본 발명에서는 인접하는 가드레일을 슬리브(153)를 사용하여 연결하게 된다.
상기 슬리브(153)는 첨부된 도 6와 같이 상기 레일(150) 내측 형상에 대응하는 외형을 갖고 양 단에 인접하게 될 2개의 레일(150)이 끼워지는 형태로 결합한다. 본 발명의 1 실시예에는 각 레일(150) 단부를 수직으로 관통하는 2개의 제1관통공(152)을 형성하고, 상기 슬리브(153)의 양단에 상기 제1관통공(152)에 대응하는 제2관통공(154)을 형성하여 체결수단인 제4볼트(164)가 겹쳐진 상태의 제1관통공(152) 및 제2관통공(154)을 동시에 관통하며 결합한다.
물론 설치사양에 따라 상기 제1관통공(152) 및 제2관통공(154)의 숫자는 적절히 가감될 수 있으며, 바람직하게는 상기 제2관통공(154)을 좌우방향 길이를 갖는 장공으로 형성함으로 레일(150) 연결부분에 충격발생시 상기 장공을 통한 충격완화 및 파손방지 효과를 볼 수 있다.
도 7은 본 발명 1 실시예의 일부 변형에 따른 레일의 연결구조를 나타낸 단면도이다.
실질적으로 지주(110)가 없는 위치에서의 차량충돌 발생시 레일(150)이 휘어지면서 2개의 레일(150) 및 슬리브(153)가 결합된 부분에서의 파단이 발생할 가능성이 매우 크다. 이때 금속재질 레일(150)의 파단이 차량 파손 및 상해로 이어질 수도 있으므로 파단이 발생하더라도 날카로운 부분의 발생과 파단부가 차량의 충돌방향에 대응하여 돌출되는 것을 가급적 억제할 필요가 있다.
도 7은 차량 진행이 우측에서 좌측으로 이루어지는 것을 기준으로 나타낸 것으로, 본 발명 2 실시예에서 상기 슬리브(153)는 한쪽 끝 부분은 레일(150)의 외측을 감싸고 다른 쪽 끝 부분은 인접한 레일(150) 내측으로 삽입되는 형태를 갖도록 구성하며, 앞서 1 실시예에서 설명한 장공형태의 제2관통공(154)을 슬리브(153)의 한쪽 끝 부분에 형성함으로 충격흡수가 슬리브(153)가 레일(150) 외측을 감싼 부분에서 발생하도록 유도함으로 파단 방향이 차량의 충돌(진행) 방향을 향하는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 2 실시예에 따른 측단면도, 도 9는 본 발명의 2 실시예에 따른 평면도이다.
앞서 설명한 1 실시예와 구성요소는 동일하나, 블록아웃(120)과 지주(110)를 상측에서 보았을 때 'ㄷ'자 형태로 절곡하여 지주 전면으로 삽입되는 방식이 아닌 전후 방향으로 변이 긴 형태의 직사각형 형태로 이루어져 지주(110)를 감싸는 형태로 이루어지고 있으며, 체결공(121) 및 제1볼트(161)를 통한 결합구조는 1 실시예와 동일하다.
또한, 1 실시예와 동일한 형태의 충격흡수판(130)이 블록아웃(120) 전면에서 지주 및 블록아웃(120)을 관통하는 형태로 결합하며, 충격흡수판(130) 전면으로 완충공간(S2)을 형성하며 전면으로 돌출하는 형상의 고정대(140)가 상대적으로 긴 길이의 제3볼트(163)를 통해 결합한다. 이후 레일(150)은 1 실시예와 동일한 방식으로 설치된다.
즉 1 실시예에서 소개된 동일한 구성의 형상을 일부 변형한 형태로 구현되고 있으며, 각 구성의 역할 및 완충을 위한 구조는 동일 내지는 유사하다.
도 10은 본 발명의 3 실시예에 따른 측단면도, 도 11은 본 발명의 3 실시예에 따른 평면도이다.
마찬가지로 앞서 설명한 1 실시예와 구성요소는 동일하나, 레일(150)이 블록아웃(120)과 동일한 높이가 아닌 블록아웃(120) 하측으로 일부 돌출되는 형태로 구성함으로 충격된 차량이 상측으로 움직이려는 작용력을 억제한다.
또한, 고정대(140) 전체가 후측으로 밀착되는 구조가 아닌 상하측 단부가 전면을 향해 벌어지도록 절곡함으로 레일(150)이 충격을 받아 변형 발생시 이와 접촉하며 충격을 일부 상쇄시키는 역할을 하게 된다.
설명된 실시예 1 내지 3에서는 구성 중 일부가 변형된 모습을 나타내었으나 동일한 구성 내에서 이러한 변형을 조합함으로 동일 내지 유사한 효과를 얻을 수 있음은 자명하다.
또한, 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
이하에서는 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예에 의해 본 발명의 권리범위를 한정하여 해석해서는 안되며, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이다.
[실시예]
실시예 1 : 가드레일용 레일의 제조
탄소섬유, 하기 표 1의 조성을 가지는 주철, 하기 표 2의 조성을 가지는 알루미늄 합금재, 순수 알루미늄(Al)재를 각각 준비한 후, 이들을 하기 표 3의 조성비를 가지도록 혼합 및 용융시켰다. 다음으로, 상기 용융물을 형틀에 캐스팅시켜서 주물인 가드레일용 레일을 제조하였다.
구분 함량(중량%) 구분 함량(중량%)
탄소(C) 2.68 ~ 2.70 중량% 티타늄(Ti) 0.05 ~ 0.06 중량%
크롬(Cr) 7.2 중량% 코발트(Co) 2.88 ~ 2.91 중량%
니켈(Ni) 19.7 중량% 바나듐(V) 1.05 ~ 1.07 중량%
니오븀(Nb) 1.12 중량% 황(S) 0.008 ~ 0.010 중량%
질소(N) 0.21 ~ 0.22 중량% 인(P) 0.015 ~ 0.019 중량%
망간(Mn) 6.31 ~ 6.33 중량% 붕소(B) 0.006 ~ 0.007 중량%
몰리브덴(Mo) 0.83 ~ 0.86 중량% 철(Fe) 전체 중량 중 나머지 잔량 중량%
구리(Cu) 6.47 중량% - -
비스무트(Bi) 0.13~0.14 중량% - -
구분 함량(중량%) 구분 함량(중량%)
실리콘(Si) 10.7 중량% 망간(Mn) 0.28 ~ 0.29 중량%
마그네슘(Mg) 2.3 중량% 세륨(Ce) 0.78 ~ 0.80 중량%
아연(Zn) 8.25 ~ 8.27 중량% 지르코늄(Zr) 0.16 ~ 0.17 중량%
구리(Cu) 2.45 ~ 2.48 중량% 알루미늄(Al) 전체 중량 중 나머지 잔량 중량%
니오븀(Nb) 0.42 ~ 0.45 중량% - -
실시예 2 ~ 9 및 비교예 1 ~ 8
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 가드레일용 레일을 제조하되, 하기 표 3과 같이 조성비를 달리하여 실시예 2 ~ 9 및 비교예 1 ~ 8을 실시하였다.
그리고, 940℃에서의 이들 레일 제조에 사용된 주물의 점도를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 탄소섬유 주철 알루미늄 합금재 알루미늄재 940℃
점도
(poise)
실시예 1 0.12 중량% 12.8 중량% 18.5 중량% 나머지 잔량
100 중량%		 335 ~ 338
실시예 2 0.05 중량% 12.8 중량% 18.5 중량% 328 ~ 330
실시예 3 0.35 중량% 12.8 중량% 18.5 중량% 337 ~ 339
실시예 4 0.12 중량% 11.5 중량% 18.5 중량% 345 ~ 350
실시예 5 0.12 중량% 14.0 중량% 18.2 중량% 298 ~ 302
실시예 7 0.12 중량% 12.8 중량 22.5 중량% 330 ~ 333
비교예 1 0.01 중량% 12.8 중량% 18.5 중량% 325 ~ 328
비교예 2 0.61 중량% 12.8 중량% 18.5 중량% 332 ~ 336
비교예 3 0.12 중량% 9.5 중량% 18.5 중량% 350 ~ 353
비교예 4 0.12 중량% 16.2 중량% 18.5 중량% 231 ~ 235
비교예 5 0.12 중량 12.8 중량% 14.3 중량% 344 ~ 347
비교예 6 0.12 중량% 12.8 중량 25.7 중량% 315 ~ 320
상기 표 3을 살펴보면, 비교예 4를 제외하고는 모두 940℃ 에서의 점도가 250 poise 이상을 보였으며, 비교예 4의 경우, 주조성 및 성형성이 다소 떨어지는 문제가 있다.
실험예 1 : 물성 측정
상기 실시예 1 ~ 9 및 비교예 1 ~ 8의 레일 제조에 사용된 생주물 및 레일의 물성을 하기와 같이 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
크리프 시험은 ASTM E139 시험 조건에 의거하여, 응력 100 MPa, 750℃의 온도 조조건 하에서 최소 크리프율(%/hr) 및 크리프 파단 수명(hr)을 측정하였다.
그리고, 항복강도 및 인장강도는 게이지 길이 25 ㎜의 시편을 제조하여 상온인장시험기(INSTRON 4206)을 이용하여 1×10-3 s-1의 변형율 속도로 인장특성에 의거하여 측정하였다. 일반적으로 금속재료는 연신율이 커지면 인장강도가 작아지고, 인장강도가 커지면 연신율이 작아지는 경향이 있다.
내식성은 내식성 평가는 5% 염수를 분무하는 염수분무 시험(SST, 5% NaCl 분위기, 35℃, pH 6.5~7.2)에 의해 수행하였다. 이와 같은 염수분무 시험에 의해 적청이 발생할 때까지 소요된 분무시간을 측정하여 기록하였으며, 1,000 시간을 넘으면 합격이며, 1,000 시간 미만이면 불합격이다.
구분 크리프 시험 항복강도
(Mpa)		 인장강도
(Mpa)		 내식성
(시간)
최소 크리프율
(%/hr)		 크리프 파단 수명(hr)
실시예 1 0.81×10-4 5,800~5,805 635 774 1,100~1,110
실시예 2 1.47×10-4 5,280~5,285 625 751 1,095~1,100
실시예 3 0.67×10-4 6,370~6,375 640 789 1,100~1,110
실시예 4 0.83×10-4 5,690~5,695 624 747 1,080~1,090
실시예 5 0.75×10-4 6,130~6,135 655 798 1,200~1,210
실시예 7 0.53×10-4 5,090~5,095 615 763 1,130~1,140
비교예 1 1.94×10-4 4,945~4,950 590 728 1,100~1,110
비교예 2 0.88×10-4 6,185~6,190 664 797 1,110~1,120
비교예 3 2.05×10-4 5,120~5,125 603 712 1,130~1,140
비교예 4 0.61×10-4 6,200~6,210 635 772 1,240~1,250
비교예 5 3.03×10-4 4,610~4,620 643 783 890~900
비교예 6 0.41×10-4 6,505~6,510 573 733 1,150~1,160
상기 표 2의 실험결과를 살펴보면, 실시예 1 ~ 7의 경우, 전반적으로 우수한 기계적 물성 및 내식성을 가지고 있는 것을 확인할 수 있다.
이에 반해, 탄소섬유 함량이 0.02 중량% 미만인 비교예 1의 경우, 실시예 1 및 실시예 2와 비교할 때, 최소 크리프율이 높고 크리프 파단 수명이 낮아지는 경향이 있었으며, 항복강도와 인장강도의 기계적 물성도 낮아지는 문제가 있었다. 그리고, 탄소섬유 함량이 0.5 중량%를 초과하여 사용한 비교예 2의 경우, 실시예 1 및 실시예 3과 비교할 때, 항복강도 및 인장강도의 기계적 물성은 매우 우수하나, 0.35 중량%를 사용한 실시예 3 보다 오히려 최소 크리프율이 증가하고 크리프 파단 수명이 다소 감소하는 문제가 있었다.
그리고, 주철을 10 중량% 미만으로 사용한 비교예 3의 경우, 실시예 1 및 실시예 4와 비교할 때 항복강도 및 인장강도가 크게 감소하는 문제가 있었다. 또한, 주철을 15 중량% 초과하여 사용한 비교예 4의 경우, 상기 표 3에서 확인할 수 있듯이 940℃에서의 점도가 낮은 문제가 있었으며, 실시예 1 및 실시예 5와 비교할 때, 오히려 항복강도와 인장강도가 낮아지는 문제가 있었다.
알루미늄 합금재 함량이 15 중량% 미만인 비교예 5의 경우, 항복강도는 우수하나 최소 크리프율이 실시예 1 및 실시예 6과 비교할 때, 급격하게 증가하고 크리프 파단 수명이 감소하고 내식성이 좋지 않은 문제가 있었으며, 알루미늄 합금재 함량이 25 중량%를 초과한 비교예 6의 경우, 실시예 1 및 실시예 7과 비교할 때, 크리프 파단 수명은 우수하나, 항복강도가 600 Mpa 미만으로 너무 낮은 문제가 있었다.
준비예 1 : 재귀반사 코팅제의 제조
(1) 재귀반사 분말의 제조
중량평균분자량 40,000 ~ 42,000인 부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체(상품명:TR2000, 제조사:일본합성고무) 100 중량부에 대하여, 비스페놀 A형 에폭시 수지(당량 1750 ~ 2100, 상품명:YD-017, 제조사:국도화학) 25 중량부, 경화제인 3,3'-디아미노디페닐술폰 3.4 중량부, 경화촉진제 4-메틸이미다졸 0.6 중량부 및 에폭시계 실란 커플링제(상품명:KBM303, 제조사:신에츠) 2 중량부를 혼합 및 교반한 열경화성 수지를 열경화성 접착제로 준비하였다.
평균입경 28㎛의 글라스 비드(굴절율 1.5 ~ 2.0) 100 중량부에 대하여, 상기 열경화성 접착제 18 중량부를 혼합하여 글라스 비드 표면에 열경화성 접착제가 고르게 묻게 한 다음, 광반사체로서 평균입경 6㎛인 알루미늄 입자(굴절율 3.0 ~ 3.3) 25 중량부를 투입한 후, 다시 고르게 교반 및 혼합한 다음, 열경화를 수행하여 재귀반사 분말을 제조하였다.
(2) 재귀반사 코팅제의 제조
스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 수지 100 중량부에 대하여 아크릴 공중합체 수지 24 중량부, 앞서 제조한 상기 재귀반사 분말 3 중량부, 분산제로서 베타-디케톤 1 중량부 및 점도조절제로서 에탄올 15 중량부를 혼합하여 재귀반사 코팅제를 제조하였다.
이때, 상기 아크릴 공중합체 수지는 글리시딜메타크릴레이트를 4.2 중량%를 포함하는 수평균분자량 55,000 ~ 56,000인 에폭시기 함유 아크릴 공중합체(NEGAMI chemical사 KG-80M)를 사용하였다.
준비예 2 및 비교준비예 1 ~ 2 : 재귀반사 코팅제의 제조
상기 준비예 1과 동일한 방법으로 재귀반사 코팅제를 제조하되, 하기 표 5와 같은 조성을 가지는 재귀반사 코팅제를 각각 제조하였다.
구분
(중량부)		 준비예 1 준비예 2 비교준비예 1 비교준비예 2
스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 수지 100 100 100 100
아크릴 공중합체 수지 24 24 24 24
재귀반사 분말 3 6 0.5 10.5
베타-디케톤 1 1 1 1
점도조절제 15 15 15 15
제조예 1
상기 실시예 1에서 제조한 레일의 일면에 상기 준비예 1에서 제조한 재귀반사 코팅제를 도포한 후, 건조시켜서 평균두께 200㎛의 재귀반사 코팅층을 레일 일면에 형성시켰다.
제조예 2 및 비교제조예 1 ~ 2
상기 제조예 1과 동일한 방법 및 동일 두께로 실시예 1의 레일 일면에 재귀반사 코팅층을 형성시키되, 제조예 2는 준비예 2, 비교제조예 1은 비교준비예 1, 비교제조예 2는 비교준비예 2의 코팅제를 사용하여 재귀반사 코팅층을 형성시켰다.
실험예 2 : 재귀반사도 측정
제조예 1 ~ 2 및 비교제조예 1 ~ 2의 재귀반사 코팅층이 형성된 레일의 재귀반사도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
구분 제조예 1 제조예 2 비교제조예 1 비교제조예 2
재귀반사도(mcd/m2/lx) 85 95 35 124
상기 표 6의 재귀반사도 측정 결과를 살펴보면, 재귀반사 분말 함량이 1 중량% 미만으로 사용된 재귀반사 코팅제로 코팅층을 형성시킨 비교제조예 1은 재귀반사도가 60 mcd/m2/lx 미만으로 너무 낮은 문제가 있으며, 재귀반사 분말 함량이 10 중량% 초과하여 사용된 재귀반사 코팅제로 코팅층을 형성시킨 비교제조예 2는 재귀반사도가 100 mcd/m2/lx을 초과한 124 mcd/m2/lx으로 너무 높은 문제가 있으며, 재귀반사도가 너무 높으면 가드레일로부터 반사된 빛이 운전자의 시야를 방해할 수 있기 때문이다.
그러나, 제조예 1 ~ 2는 재귀반사도가 80 ~ 100 mcd/m2/lx 범위로 적정 범위의 재귀반사도를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명이 제시하는 소재로 제조된 레일이 우수한 기계적 물성 및 내식성을 확보하고 있음으로 확인할 수 있었으며, 또한, 재귀반사 기능을 가지는 바, 가로등이 부족한 산간, 우천에 적용하기 적합함을 확인할 수 있었으며, 상기 레일이 가드레일로 사용하기 적합한 물성을 지니고 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
110: 지주 111: 보강지주
120: 블록아웃 121: 체결공
122: 돌출부 123: 변형부
130: 충격흡수판 131: 삽입공간
140: 고정대 150: 레일
151: 홈부 152: 제1관통공
153: 슬리브 154: 제2관통공
155: 제1절곡부 156: 제2절곡부
157: 제3절곡부 160: 체결수단
161: 제1볼트 162: 제2볼트
163: 제3볼트 164: 제4볼트
S1, S2: 완충공간 R: 배수구

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 탄소섬유 0.05 ~ 0.35 중량%, 주철 11.5 ~ 14.0 중량%, 알루미늄 합금재 15 ~ 25 중량% 및 잔량의 알루미늄(Al)재를 포함하는 레일용 주물로 제조한 레일; 및
    상기 레일의 일면의 전부 또는 일부에 코팅된 평균두께 100 ~ 350㎛의 재귀반사 코팅층;을 포함하며,
    상기 재귀반시 코팅층은 스티렌-부타디엔 공중합체 에멀젼 수지 100 중량부에 대하여, 글리시딜아크릴레이트 또는 글리시딜메타크릴레이트 1 ~ 7 중량%로 포함하는 수평균분자량 30,000 ~ 80,000인 에폭시기 함유 아크릴 공중합체 수지 15 ~ 40 중량부, 재귀반사 분말 1 ~ 10 중량부 및 분산제 0.1 ~ 2 중량부를 포함하는 재귀반사 코팅제로 코팅된 것을 특징으로 하는 가드레일의 레일.
    상기 재귀반사 분말은 굴절율(nD) 1.5 ~ 2.6인 글라스 비드를 포함하는 코어: 상기 코어 표면에 형성되어 있는 굴절율(nD) 2.8 ~ 3.5인 알루미늄 입자 또는 알루미늄 옥사이드 입자 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 광반사체; 및 상기 광반사체와 코어를 일체화시키는 열경화성 접착제;를 포함하며, 상기 코어는 평균입경 20 ~ 40㎛이고, 상기 광반사체는 평균입경 1 ~ 10㎛이며,
    상기 주철은 전체 중량 중 탄소(C) 2.5 ~ 3.0 중량%, 크롬(Cr) 5.0 ~ 7.5 중량%, 니켈(Ni) 18.5 ~ 22.5 중량%, 니오븀(Nb) 0.8 ~ 1.5 중량%, 질소(N) 0.1 ~ 0.3 중량%, 망간(Mn) 5 ~ 8 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.5 ~ 1 중량%, 구리(Cu) 5.2 ~ 7.5 중량%, 비수무트(Bi) 0.12 ~ 0.15 중량%, 티타늄 0.001 ~ 0.2 중량%, 코발트 2.5 ~ 3.5 중량% 및 바나듐 0.5 ~ 2 중량%, 황(S) 0.001 ~ 0.03 중량%, 인(P) 0.001 ~ 0.04 중량% 및 붕소 0.002 ~ 0.01 중량% 및 잔량의 철(Fe)을 포함하고,
    상기 알루미늄 합금재는 실리콘(Si) 8 ~ 15 중량%, 마그네슘(Mg) 2.0 ~ 2.5 중량%, 아연(Zn) 7.5 ~ 9.0 중량%, 구리(Cu) 2.0 ~ 3.0 중량%, 니오븀(Nb) 0.1 ~ 1 중량%, 망간(Mn) 0.1 ~ 0.5 중량%, 세륨(Ce) 0.10 ~ 1.50 중량%, 지르코늄(Zr) 0.01 ~ 0.3 중량% 및 잔량의 알루미늄(Al)을 포함하는 Al-Cu-Si-Mg 알루미늄 합금재이며,
    상기 레일은 항복강도 610 ~ 660 Mpa, 인장강도 730 ~ 820 Mpa이고, ASTM E139 시험 조건에서 생주물 상태에서 크리프 시험시, 응력 100 MPa 및 750℃의 온도에서의 최소 크리프율 6.5×10-5 ~ 3.0×10-4 %/hr이며, 크리프 파단 수명은 4,000 시간 이상이고,
    상기 재귀반사 코팅층은 재귀반사도가 70 ~ 100 mcd/m2/lx인 것을 특징으로 하는 가드레일의 레일.
  6. 하단이 바닥면에 고정된 지주 및 상기 지주에 횡 방향으로 결합하는 상기 제5항의 레일로 이루어지는 가드레일에 있어서,
    좌우측 단부가 후측으로 절곡되고, 양측에 체결공이 형성되어 상기 체결공을 관통하는 제1볼트를 통해 상기 지주 양측에 결합하는 블록아웃;
    후면으로 상기 블록아웃 전면에 접하되, 상하측 단부가 전면으로 절곡되며 접히지 않은 부분과의 사이에 삽입공간을 형성하는 충격흡수판;
    중앙부분이 상기 충격흡수판 전면에 결합되며 상하측 단부가 상기 충격흡수판의 상하측 절곡부 전면으로부터 이격되도록 설치되는 고정대;
    후면에 상기 고정대와의 사이로 완충공간을 형성하도록 상하측 단부가 후측으로 절곡되되, 상기 충격흡수판 및 고정대 사이에 삽입되고 전면이 상기 고정대 후면에 밀착되는 제1절곡부와, 상기 제1절곡부와 연속하여 후측으로 일부 절곡된 제2절곡부 및 상기 삽입공간 측으로 절곡 및 삽입되며 후면이 상기 충격흡수판에 밀착 지지되는 제3절곡부가 형성된 상기 레일;로 이루어지고,
    상기 충격흡수판은 상기 지주 및 블록아웃을 관통하는 제2볼트에 의해 상기 블록아웃에 고정되며,
    상기 고정대는 상기 제2볼트의 머리부분이 통과 가능한 관통공이 형성되며, 상기 제2볼트와 이격되어 삽입되는 제3볼트에 의해 상기 블록아웃 및 충격흡수판과 결합되고,
    상기 고정대가 상기 블록아웃 및 충격흡수판에 상기 제3볼트를 통해 결합되면서 발생하는 상기 고정대의 상하측 단부에 의한 가압력을 통해 상기 고정대와 충격흡수판 사이로 슬라이드 삽입되는 상기 레일이 상기 고정대와 충격흡수판 사이에서 압착되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 및 승월 방지 구조를 갖는 가드레일.
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