KR101992983B1 - 광경화 섬유보강 복합시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광경화형 수지, 비결정질 시리카, 결정질 실리카, 산화 마그네슘 및 충진제를 포함하는 프리프레그용 혼합물; 및 유리섬유;를 포함하여 강도 및 내화학성이 우수한 광경화 섬유보강 복합시트에 관한 것이다.

Description

광경화 섬유보강 복합시트 및 이의 제조방법{Photocurable fiber reinforcing sheet and manufacturing method thereof}
본 발명은 기계강도 및 내화학성이 우수한 광경화 섬유보강 복합시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
콘크리트 등의 구조물은 시간이 지남에 따라 필연적으로 내구성 및 강도 등의 물성이 저하된다. 이러한 물성 저하를 유발하는 요인으로는 시공상 오류, 건축 후 구조변경, 노후화, 풍화 및 화재 등의 다양한 원인이 있다. 이러한 콘크리트 구조물의 노후화가 심화되는 경우, 콘크리트 구조물이 손상되거나, 심한 경우 붕괴로 까지 이어져 심각한 인명 및 재산상 손해를 발생시킬 수 있다.
그러나, 콘크리트 구조물 등의 구조물의 노후화가 일어난다고 해서 바로 구조물을 철거하고 다시 건축하는 것은 현실적으로 어려운 일이어서, 노후된 구조물의 보강 방법에 관한 연구가 끊임없이 수행되고 있다.
종래 알려진 구조물의 보강 방법은 강판 보강, 섬유 시트 보강, 섬유판 보강 등이 있으나, 강판 보강공법은 시공 시 중장비를 필요로 하여 시공 비용이 높으며, 무게로 인하여 오히려 구조물에 부하를 줄 수 있는 문제점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 구조물의 보강을 위해 섬유강화플라스틱(FRP ; Fiber Reinforced Plastic)를 이용한 콘크리트 구조물의 보강 공법이, 종래 알려진 보강 공법의 대안으로 각광받고 있다. 이러한 섬유강화플라스틱은 유연하기 때문에 현장 시공이 용이하고 그 자체의 내구성이 우수한 장점이 있다. 나아가, 이러한 섬유강화플라스틱은 기계강도를 가지며, 우수한 내화학성을 가지며, 삼투압에 강하고, 낮은 팽창계수를 가져 온도 변화에도 안정적일 것이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1667530호
본 발명의 목적은 콘크리트 등의 구조물에 적용 시 보강효과가 현저히 우수한 광경화 섬유보강 복합시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 우수한 난연성능 및 내화학성을 가지며, 해수 및 토양에 의한 부식에 강하고 삼투압에 강한 광경화 섬유보강 복합시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 낮은 팽창계수를 가져 온도변화에 안정적인 광경화 섬유보강 복합시트를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 광경화형 수지, 비결정질 실리카, 결정질 실리카, 산화 마그네슘 및 충진제를 포함하는 프리프레그용 혼합물; 및 유리섬유;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에서 상기 비결정질 실리카는 흄드 실리카 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에서 상기 결정질 실리카는 석영 분말일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에서 상기 충진제는 카올린, 글라스플레이크 및 석영에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에서 상기 광경화형 수지는 1,6-헥산디올아크릴레이트(HDDA), 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이터(TMPTA), 디펜타에리스리톨 펜타/헵타아크릴레이트(Di PEPHA), 히드록시 에틸 아크릴레이트(HEA), 히드록시 에틸 메트아크릴레이트(HEMA) 및 트리프로필렌글리콜아크릴레이트(TPGDA)에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에서 상기 광경화 섬유보강 복합시트는 상기 광경화형 수지 100 중량부 대비 0.1 내지 10 중량부의 흄드 실리카, 0.01 내지 4 중량부의 산화마그네슘, 50 내지 150 중량부의 충진제 및 30 내지 100 중량부의 유리섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에 포함된 산화마그네슘 : 흄드 실리카의 중량비는 1:1 내지 4일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는 광개시제 및 탈포제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에서 상기 흄드 실리카는 평균 입경이 100 내지 600 ㎚일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에서 상기 흄드 실리카는 계면활성제로 표면개질된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에서 상기 유리섬유는 직물 또는 부직포 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는 두께가 0.5 내지 15 ㎜일 수 있다.
본 발명은 또한 광경화 섬유보강 복합시트를 제공하며, 본 발명에 의한 광경화 섬유보강 복합시트 제조방법은광 경화형 수지, 비결정질 실리카, 결정질 실리카, 산화 마그네슘 및 충진제를 포함하는 프리프레그용 혼합물을 제조하는 제 1단계; 및
상기 프리프레그용 혼합물에 유리섬유를 함침하는 제 2단계;를 포함한다.
본 발명에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는 비결정질 실리카, 결정질 실리카 및 산화마그네슘을 포함함으로써 현저히 우수한 기계강도를 갖는 장점이 있다.
본 발명에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는 비결정질 실리카, 결정질 실리카, 산화마그네슘 및 카올린, 글라스플레이크, 석영에서 선택되는 하나 이상의 충진제를 포함함으로써 내화학성 및 내부식성이 우수한 장점이 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는 광경화형 수지, 비결정질 실리카, 결정질 실리카, 산화 마그네슘 및 충진제를 포함하는 프리프레그용 혼합물; 및 유리섬유;를 포함한다. 본 발명에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는, 상술한 조성을 포함함으로써, 시공이 용이하고 자체 내구성이 우수하 뿐만 아니라, 우수한 기계강도를 가지는 장점이 있다. 구체적으로, 본 발명에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는 비결정질 실리카, 결정질 실리카 및 산화마그네슘을 동시에 포함함으로써, 실리카 입자가 갖는 강도 보강 효과를 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
바람직하게는, 상기 비결정질 실리카는 흄드 실리카이며, 결정질 실리카는 석영분말일 수 있으며, 비결정질 실리카로 흄드 실리카를 이용하고, 결정질 실리카로 석영 분말을 이용하는 경우, 실리카의 성질 차이에 의한 강도 보강 효과가 더욱 향상되는 장점이 있다.
상기 흄드 실리카(fumed silica)는 규소 함유 화합물의 산화를 통해 형성되는 비결정질 실리카 입자를 의미하며, 일예로 사염화규소 등과 같은 규소 함유 화합물을 화염 속에서 증기 상 가수분해하여 생성되는 산화규소 입자를 의미한다. 이러한 흄드 실리카는 통상의 방법으로 제조된 실리카 입자 대비 순도가 높은 장점이 있다.
통상적으로 흄드 실리카는 평균 입경이 1 ㎛ 미만의 입자를 의미하나, 본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에 포함되는 흄드 실리카는 평균 입경이 100 내지 600 ㎚, 구체적으로는 150 내지 500 ㎚일 수 있다. 흄드 실리카의 평균 입경이 상술한 범위를 만족하는 경우 광경화형 수지와의 관계에서 균일한 분산을 도모할 수 있으며, 장기간 저장시 저장 안정성이 우수하고, 산화 마그네슘과의 혼합에 의한 강도향상효과가 우수한 장점이 있다. 흄드 실리카의 평균 입경이 100 ㎚보다 작은 경우, 입자간 응집에 의한 분산성 저하가 나타나며, 흄드 실리카의 평균 입경이 600 ㎚보다 큰 경우 부착성의 저하문제가 발생할 수 있다.
이때, 상기 흄드 실리카의 비표면적은 흄드 실리카의 평균 입경 및 입경 분포에 따라 달라질 수 있음이 자명하나, 구체적으로 10 내지 30 ㎡/g, 더욱 구체적으로는 12 내지 24 ㎡/g일 수 있으며, 상술한 비표면적 범위에서 다른 수지 조성물과의 분산성을 확보하고, 유리섬유와의 관계에서 강도 향상 효과를 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 흄드 실리카는 광경화성 수지 내에서 고른 분산을 촉진하기 위하여 계면활성제로 표면 개질된 것일 수 있다. 이때 사용되는 계면활성제는 실란계 화합물의 표면 개질에 사용되는 계면활성제인 경우 제한없이 이용이 가능하나, 구체적으로는 에탄올아민(Ethanolamine)과 설페이트계 계면활성제의 혼합물일 수 있으며, 이때 설페이트계 계면활성제는 소듐 도데실 설페이트(sodium dodecyl sulfate), 소듐 라우릴 설페이트(sodium lauryl sulfate), 암모늄 라우릴 설페이트(ammonium lauryl sulfate) 및 소듐 미레스 설페이트(sodium myreth sulfate)에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 흄드 실리카의 표면개질제로서 에탄올아민과 상술한 설페이트계 계면활성제를 혼합하여 이용하는 경우, 비교적 분자크기가 작은 에탄올아민과 분자크기가 큰 설페이트계 계면활성제가 흄드 실리카 표면에 고르게 분포하여 높은 상안정성을 도모할 수 있는 장점이 있다.
이때, 상기 에탄올아민 : 설페이트계 계면활성제는 10:0.5 내지 5, 구체적으로는 10:1 내지 4의 몰비로 혼합될 수 있으며, 이러한 범위에서 광경화 수지 뿐만 아니라 결정질 실리카 입자와의 관계에서도 균일한 분산을 도모할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에서 상기 흄드 실리카의 표면개질은 유기 용매, 구체적으로는 탄소수 1 내지 4의 알코올을 이용할 수 있다. 상술한 탄소수 1 내지 4의 알코올을 용매에 상술한 계면활성제를 혼합하여 계면활성제 용액을 제조한 뒤, 여기에 흄드 실리카를 함침하여 흄드 실리카의 표면개질을 수행할 수 있다. 이때 함침은 계면활성제의 농도, 함침된 흄드 실리카의 양 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이나, 2 내지 30 시간, 구체적으로는 5 내지 20시간동안 함침을 수행하여 흄드 실리카의 표면개질을 수행할 수 있다. 나아가, 상술한 표면개질 이후 흄드 실리카를 분리하여 건조하는 과정을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에 포함된 결정질 실리카로서 석영 분말을 이용하는 경우, 상술한 바와 같이 비정질 실리카와의 혼합으로 현저한 강도 향상효과를 도모하며, 내화학성의 향상 효과 또한 나타내는 장점이 있다. 이때 상기 광경화 섬유보강 복합시트에 포함된 석영 분말은 평균 입경이 100 내지 600 ㎚, 바람직하게는 200 내지 500 ㎚일 수 있으며, 상술한 범위에서 광경화형 수지 및 비결정질 실리카와의 높은 혼화성으로 치밀한 시트를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 내삼투압, 내화학성 및 내부식성의 효과 또한 도모할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에 포함된 충진제는 통상적으로 광경화형 수지에 혼합될 수 있는 충진제인 경우 제한 없이 이용이 가능하다. 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 충진제는 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 헥토라이트, 베이델라이트, 논트로나이트, 사포나이트, 라포나이트, 돌로마이트, 활석, 납석, 질석, 고령토, 할로이사이트 및 일라이트에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광경화형 수지는 통상적으로 알려진 광경화성 수지인 경우 제한 없이 이용이 가능하나, 구체적인 일예로 상기 광경화형 수지는 1,6-헥산디올아크릴레이트(HDDA), 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이터(TMPTA), 디펜타에리스리톨 펜타/헵타아크릴레이트(Di PEPHA), 히드록시 에틸 아크릴레이트(HEA), 히드록시 에틸 메트아크릴레이트(HEMA) 및 트리프로필렌글리콜아크릴레이트(TPGDA)에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 1,6-헥산디올아크릴레이트(HDDA), 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이터(TMPTA) 및 디펜타에리스리톨 펜타/헵타아크릴레이트(Di PEPHA)를 포함할 수 있다. 상술한 광경화형 수지를 이용하는 경우, 실리카 입자와의 혼합에 의한 유리섬유와의 결착력이 현저히 향상되게 되며, 빠른 속도로 경화가 가능하고, 광경화 수지 자체의 강도가 높아져 결과적으로 제조되는 광경화 섬유보강 복합시트에 의한 강도향상 효과를 더욱 강화할 수 있는 장점이 있다. 더욱 구체적으로, 상기 광경화형 수지에 포함되는 1,6-헥산디올아크릴레이트(HDDA) : 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이터(TMPTA) : 디펜타에리스리톨 펜타/헵타아크릴레이트(Di PEPHA)의 중량비는 1 : 0.5 내지 3 : 1 내지 4일 수 있으며, 이러한 범위에서 균질한 조성의 광경화형 복합시트의 제조가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는 상기 광경화형 수지 100 중량부 대비 0.1 내지 10 중량부의 비결정질 실리카, 5 내지 40 중량부의 결정질 실리카, 0.01 내지 4 중량부의 산화마그네슘, 10 내지 100중량부의 충진제 및 30 내지 100 중량부의 유리섬유를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로는 본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는 광경화형 수지 100 중량부 대비 0.5 내지 5 중량부의 비결정질 실리카, 10 내지 35 중량부의 결정질 실리카, 0.5 내지 3 중량부의 산화마그네슘, 20 내지 70 중량부의 충진제 및 40 내지 90 중량부의 유리섬유를 포함할 수 있다. 이러한 범위에서 유리섬유와 수지 조성물의 결착력을 향상시키고, 시공이 용이하며 내구성 및 강도가 우수한 섬유보강 시트의 제조가 가능하다.
특히 비결정질 실리카가 상술한 범위보다 소량 첨가되는 경우 비결정질 실리카에 의한 강도 향상 효과를 도모하기 어려우며, 상술한 범위보다 다량 첨가되는 경우 부착력 저하 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 산화 마그네슘이 상술한 범위보다 소량 첨가되는 경우 강도향상 효과가 미미하며, 상술한 범위보다 다량 첨가되는 경우 내식성을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 관점에서, 상기 광경화 섬유보강 복합시트에 포함된 산화마그네슘 : 흄드 실리카의 중량비는 1:1 내지 4, 구체적으로는 1:1.5 내지 3일 수 있다. 상술한 범위로 산화마그네슘 및 흄드 실리카가 혼합되는 경우 상술한 강도 향상 효과 뿐만 아니라, 분산성 및 상안정성의 향상으로 장기간 안정적으로 보관이 가능한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는 유리섬유를 포함하며, 이때 포함되는 유리섬유의 종류 및 두께는 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않는다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에 포함된 유리섬유는 두께가 1 내지 100 ㎛, 더욱 구체적으로는 5 내지 80 ㎛일 수 있으나, 시공되는 구조물의 종류 및 요구되는 강도 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트에 포함되는 유리섬유는 평직, 능직, 주자직 등의 방법으로 직물로 형성된 것이거나, 유리섬유에 압착 등을 수행하여 제조된 부직포 형상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상술한 유리섬유의 두께 및 형상은 상술한 광경화형 수지 100 중량부 대비 유리섬유 30 내지 100 중량부를 만족하는 범위 안에서 자유로운 변형이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는, 제조과정에서 포함될 수 있는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 광경화 수지에 포함되는 첨가제인 경우 제한없이 첨가 가능하며, 구체적이고 비한정적인 일예로 첨가제는 탈포제, 광개시제, 자외선 안정제, 점도조절제, 레벨링제, 가소제 및 산화방지제 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로 상기 광개시제는 본 발명에 사용된 광경화형 수지의 종류에 따라 달라질 수 있음이 자명하며, 통상적으로 이용되는 광개시제인 경우 제한없이 이용이 가능하다. 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 광개시제는 디메톡 페닐 아세토페논(dimethoxy phenyl acetophenone) 및 1-하이드록시 사이클로헥실 페닐케톤( 1-hydroxy cyclohexyl phenyl ketone)에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 상술한 첨가제의 첨가량은 첨가제의 종류, 제조된 광경화 섬유보강 복합시트의 사용환경 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이며, 상기 첨가제는 광경화형 수지 100 중량부 대비 각각 0.001 내지 5 중량부 포함될 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트의 두께는 0.5 내지 15 ㎜, 구체적으로는 1 내지 10 ㎜일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트가 상술한 두께범위를 만족하는 경우 지나치게 두꺼운 두께에 의한 시공성 저하를 방지하고, 구조물에 대한 우수한 보강효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 또한 광경화 섬유보강 복합시트 제조방법을 제공한다. 본 발명에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는 광경화형 수지, 비결정질 시리카, 결정질 실리카, 산화 마그네슘 및 충진제를 포함하는 프리프레그용 혼합물을 제조하는 제 1단계; 및
상기 프리프레그용 혼합물에 유리섬유를 함침하는 제 2단계;를 포함한다.
본 발명에 의한 광경화 섬유보강 복합시트 제조방법으로 제조된 광경화 섬유보강 복합시트는 비결정질 실리카, 결정질 실리카 및 산화마그네슘을 동시에 포함함으로써, 현저한 강도 향상효과를 가지는 장점이 있다.
이때, 상기 프리프레그용 혼합물은 상술한 광경화 섬유보강 복합시트에 포함된 것과 동일한 조성일 수 있으며, 반복 기재를 피하기 위해 상기 프리프레그용 혼합물에 대한 구체적인 내용은 생략한다.
또한, 제조되는 광경화 섬유보강 복합시트에 포함되는 유리섬유의 함량은 상기 광경화형 수지 100 중량부 대비 30 내지 100 중량부, 더욱 구체적으로는 40 내지 90 중량부일 수 있으나, 제조되는 광경화 섬유보강 복합시트의 사용처, 상기 프리프레그용 혼합물의 두께 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트의 제조방법은 상기 제 2단계 후 자외선을 조사하는 제 3단계를 더 포함할 수 있으며, 이러한 자외선의 조사는 광경화형 수지의 경화가 가능한 방법이면 제한없이 이용이 가능하다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트를 이용하는 경우 시공성이 우수하고, 강도가 우수하여 보강효과가 뛰어나며, 내부식성 및 내화학성이 우수하고, 온도 변화에 안정적인 장점이 있다. 이러한 장점에 의해, 본 발명의 일 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트는 콘크리트 구조물 뿐만 아니라, 정유공장, 화학공장, 용제 공장 등의 공장 설비 또는 덕트, 저장탱크 등의 시설물과 같이 다양한 구조물에 적용이 가능한 장점이 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
광경화 수지는 혼합용기에 6-hexane diol diacrylate(HDDA) 30 g을 넣고, rimethylolpropane triacrylate(TMPTA) 20 g을 넣은 뒤 교반하여 1차 혼합액을 만들고, 여기에 dipentaerythritol-penta-/ hex a-acrylate(PEPHA)를 50 g 혼합한 뒤 광개시제(DMPA,dimethoxy phenyl acetophenone)를 0.1 g 및 탈포제 0.1 g을 혼합하여 혼합하여 광개시제가 완전히 용해될때까지 교반한다. 이후, 분산제 0.1 g, 산화마그네슘 2 g, 벤토나이트 30 g, 평균 입경이 300 ㎚인 석영 분말 20g 및 평균 입경이 200 ㎚이며, 비표면적이 20 ㎡/g인 흄드 실리카 3 g을 혼합하여 수지 조성물을 제조하고, 진공조건에서 30분간 탈포를 수행한다. 탈포된 수지 조성물을 함침조에 넣고, 여기에 두께가 15 ㎛인 유리섬유를 직조하여 제조된 유리섬유 직물을 함침하고, 함침된 직물을 보호하는 보호필름으로 보호한 뒤, 자외선 챔버를 통과시켜 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 평균입경이 200 ㎚인 흄드 실리카 대신 평균입경이 25 ㎚ 흄드실리카를 동량 혼합하여 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 평균입경이 200 ㎚인 흄드 실리카 대신평균입경이 1㎛인 흄드 실리카를 동량 혼합하여 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 흄드 실리카를 14g 혼합하여 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[실시예 5]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 흄드 실리카를 0.05 g 혼합하여 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[실시예 6]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 산화마그네슘을 0.005 g 혼합하여 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[실시예 7]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 산화마그네슘을 6 g 혼합하여 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[실시예 8]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 산화마그네슘을 2g, 흄드 실리카를 1g 혼합하여 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[실시예 9]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 산화마그네슘을 1g, 흄드 실리카를 6 g 혼합하여 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[실시예 10]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 석영 분말을 20 g 혼합하여 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[실시예 11]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 석영분말을 120 g 혼합하여 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 산화마그네슘을 제외하고 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[비교예 2]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 흄드 실리카를 제외하고 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
[비교예 3]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 석영분말을 제외하고 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예의 광경화 섬유보강 복합시트에 포함된 흄드 실리카, 산화마그네슘 및 석영분말의 함량을 하기 표 1로 정리하였다.
흄드
실리카
산화
마그네슘
석영분말 산화마그네슘 : 흄드실리카 비율 비고
실시예 1 3 2 20 1:1.5
실시예 2 3 2 20 1:1.5 흄드 실리카
입경범위 상이
실시예 3 3 2 20 1:1.5 흄드 실리카
입경범위 상이
실시예 4 14 2 20 1:7
실시예 5 0.05 2 20 1:0.025
실시예 6 3 0.005 20 1:600
실시예 7 3 6 20 1:0.5
실시예 8 1 2 20 1:0.5
실시예 9 6 1 20 1:6
실시예 10 3 2 5 1:1.5
실시예 11 3 2 50 1:1.5
비교예 1 3 0 20 -
비교예 2 0 2 20 -
비교예 3 3 2 0 1:1.5
단위 : g
광경화 섬유보강 복합시트의 인장강도 및 인장탄성율 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 광경화 섬유보강 복합시트를 50×50 ㎝로 절단하여 시편을 제조한 후 ASTM D 3039 규격에 의거하여 인장강도 및 인장탄성율을 측정하고 그 결과를 표 2로 나타내었다.
광섬유 섬유보강 복합시트의 연필경도 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 광경화 섬유보강 복합시트에 대하여, 연필경도계를 이용하여 ASTM D 3363에 따른 연필경도를 측정하고, 측정결과를 표 2로 나타내었다.
인장강도(MPa) 인장탄성율(GPa) 연필경도
실시예 1 412.2 25.1 5H
실시예 2 315.8 19.5 2H
실시예 3 337.9 18.7 1H
실시예 4 324.0 16.4 2H
실시예 5 353.1 17.7 1H
실시예 6 317.6 18.2 3H
실시예 7 328.9 19.0 2H
실시예 8 296.8 16.5 3H
실시예 9 335.3 17.3 3H
실시예 10 348.6 16.9 3H
실시예 11 374.2 17.2 3H
비교예 1 256.8 12.5 1b
비교예 2 249.7 11.6 1b
비교예 3 289.1 12.7 3b
표 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 의한 광경화 섬유보강 복합시트가 인장강도, 인장탄성률 및 연필경도에서 우수한 물성을 나타냄을 확인할 수 있다.
광경화 섬유보강 복합시트의 내산성, 내알카리성 확인
실시예 및 비교예에서 제조된 광경화 섬유보강 복합시트를 5×5㎝의 시편으로 제조한 뒤, 아래의 실험을 수행하였다.
내산성 확인
광경화 섬유보강 복합시트 시편을 각각 30 중량% 질산에 500 시간, 20 중량% 황산에 500 시간, 20 중량% 염산에 300시간 침적한 뒤, 외관을 관찰하고 그 결과를 표 3으로 나타내었다.
2. 내알카리성 확인
광경화 섬유보강 복합시트 시편을 각각 20 중량% 암모니아수에 500 시간, 20 중량% 수산화칼슘 수용액에 600 시간 침적한 뒤, 외관을 관찰하고 그 결과를 표 3으로 나타내었다.
내산성 내알카리성
질산 황산 염산 암모니아수 수산화칼슘
실시예 1 양호 양호 양호 양호 양호
실시예 2 양호 일부 균열 양호 양호 양호
실시예 3 일부 균열 일부 균열 일부 균열 일부 균열 일부 균열
실시예 4 양호 일부 균열 양호 양호 양호
실시예 5 양호 일부 균열 양호 양호 양호
실시예 6 양호 일부 균열 양호 양호 양호
실시예 7 양호 일부 균열 양호 양호 양호
실시예 8 양호 일부 균열 양호 양호 양호
실시예 9 양호 일부 균열 양호 양호 양호
실시예 10 양호 일부 균열 양호 양호 양호
실시예 11 양호 일부 균열 양호 양호 양호
비교예 1 균열 균열 균열 균열 균열
비교예 2 균열 균열 균열 균열 균열
비교예 3 균열 균열 균열 균열 균열
광경화 섬유보강 복합시트의 내염성 측정
실시예 1에서 제조된 광경화 섬유보강 복합시트에 대하여, KS D 8502:2010에 따른 염수 분무 시험을 수행하였으며, 시험 결과 이상 없음으로 나타나 해수 등의 염수환경에서도 안정성을 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.
광경화 섬유보강 복합시트의 온도 변화에 대한 내구성 측정
실시예 1 및 비교예 3의 광경화 섬유보강 복합시트에 대하여, KS D 8502:2010에 따른 저온 고온 반복시험을 수행하였으며, 수행 결과 실시예 1의 경우 광경화 섬유보강 시트에 변화가 없었으나, 비교예 3의 경우 균열 및 박리가 발생한 것을 확인하였다.

Claims (13)

  1. 광경화형 수지, 비결정질 실리카, 결정질 실리카, 산화 마그네슘 및 충진제를 포함하는 프리프레그용 혼합물; 및 유리섬유;를 포함하는 광경화 섬유보강 복합시트이며,
    상기 광경화 섬유보강 복합시트는 광경화형 수지 100 중량부 대비 0.1 내지 10 중량부의 비결정질 실리카, 5 내지 40 중량부의 결정질 실리카, 0.01 내지 4 중량부의 산화마그네슘, 10 내지 100중량부의 충진제 및 30 내지 100 중량부의 유리섬유를 포함하고,
    상기 광경화 섬유보강 복합시트에 포함된 산화마그네슘 : 비결정질 실리카의 중량비는 1:1 내지 4인 것을 특징으로 하는 광경화 섬유보강 복합시트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비결정질 실리카는 흄드 실리카인 광경화 섬유보강 복합시트.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 결정질 실리카는 석영 분말인 광경화 섬유보강 복합시트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 충진제는 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 헥토라이트, 베이델라이트, 논트로나이트, 사포나이트, 라포나이트, 돌로마이트, 활석, 납석, 질석, 고령토, 할로이사이트 및 일라이트에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 광경화 섬유보강 복합시트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광경화형 수지는 1,6-헥산디올아크릴레이트(HDDA), 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이터(TMPTA), 디펜타에리스리톨 펜타/헵타아크릴레이트(Di PEPHA), 히드록시 에틸 아크릴레이트(HEA), 히드록시 에틸 메트아크릴레이트(HEMA) 및 트리프로필렌글리콜아크릴레이트(TPGDA)에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 광경화 섬유보강 복합시트.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 광경화 섬유보강 복합시트는 광개시제 및 탈포제를 더 포함하는 광경화 섬유보강 복합시트.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 흄드 실리카는 평균 입경이 100 내지 600 ㎚인 광경화 섬유보강 복합시트.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 흄드 실리카는 계면활성제로 표면개질된 것인 광경화 섬유보강 복합시트.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 유리섬유는 직물 또는 부직포인 광경화 섬유보강 복합시트.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 복합시트는 두께가 0.5 내지 15 ㎜인 광경화 섬유보강 복합시트.
  13. 제 1항에 따른 광경화 섬유보강 복합시트를 제조하는 제조방법에 있어서,
    광경화형 수지, 비결정질 실리카, 결정질 실리카, 산화 마그네슘 및 충진제를 포함하는 프리프레그용 혼합물을 제조하는 제 1단계; 및
    상기 프리프레그용 혼합물에 유리섬유를 함침하는 제 2단계;를 포함하는 광경화 섬유보강 복합시트 제조방법.
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