KR102001017B1 - 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 내습윤성 탄소섬유 보강재 - Google Patents

내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 내습윤성 탄소섬유 보강재 Download PDF

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Abstract

내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법은, 탄소섬유, 아라미드섬유 및 천연섬유 중 적어도 하나 또는 2 이상을 혼합하여 복합재료용 보강사를 제조하는 단계; 상기 복합재료용 보강사를 수용성 함침제로 함침시키는 단계; 및 상기 수용성 함침제로 함침된 상기 복합재료용 보강사에 열가소성 수지를 코팅하는 단계를 포함한다.

Description

내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 내습윤성 탄소섬유 보강재{Method for producing a wettable carbon fiber reinforcing material and a wettable carbon fiber reinforcing material produced thereby}
본 발명은 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콘크리트 구조물이 습윤 시에도 물성을 유지할 수 있는 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 내습윤성 탄소섬유 보강재에 관한 것이다.
일반적으로, 폴리에스터 고강력사로 구성된 지오그리드 제품은 옹벽이나 댐구조물을 건설하기 위한 토목 공사 시 지반을 견고하게 하기 위하여 지반의 상층에 배치하여 사용되어 왔다. 이러한 그리드 제품들은 콘크리트 구조물에 매입될 경우 콘크리트 구조물의 열팽창과 그리드 소재 직물의 열팽창계수가 상이하여 내부에서 분리 현상이 일어날 수 있으며 내진 성능 보강재로서는 부족하다. 최근 장기간 열악한 환경조건에 노출된 구조물의 안전성과 내구성 문제에 대한 관심이 증대되면서 많은 보수 및 보강 공법에 대한 연구가 진행되고 있으며, 섬유 복합재를 구조물 표면에 부착 시공하여 구조물의 성능을 향상시키는 공법이 활용되고 있다.
그러나 섬유 복합재가 콘크리트 구조물에 매입될 경우 콘크리트 구조물의 열팽창계수와 섬유 복합재의 열팽창계수가 상이하여 온도의 변화에 따라 콘크리트 구조물에 균열이 일어나면 섬유복합재는 끊어질 수 있다. 또한, 수중 및 습윤 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물의 경우는 섬유 복합재를 부착하기가 어렵기 때문에 섬유 복합재를 이용한 보수 및 보강공법의 적용이 매우 제한적이었다.
따라서 본 발명의 목적은 수중 및 습윤 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물이 온도 변화에 따른 팽창 및 수축의 크기변화를 함에 따라 팽창 및 수축이 될 수 있는 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 내습윤성 탄소섬유 보강재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수중 및 습윤 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물에 잘 부착될 수 있는 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 내습윤성 탄소섬유 보강재를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법은, 탄소섬유, 아라미드섬유 및 천연섬유 중 적어도 하나 또는 2 이상을 혼합하여 복합재료용 보강사를 제조하는 단계; 상기 복합재료용 보강사를 수용성 함침제로 함침시키는 단계; 및 상기 수용성 함침제로 함침된 상기 복합재료용 보강사에 열가소성 수지를 코팅하는 단계를 포함한다. 이에 의해 수중 및 습윤 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물의 크기변화에 따라 팽창 및 수축되는 내습윤성 탄소섬유 보강재를 제조될 수 있다.
그리고 상기 수용성 함침제는, 수평균 분자량 (Mn : NumberAverage Molecular weight)이 약 1000 내지 약 10,000이고 하이드록실기(OH-) 의 수가 30 내지 200이며 수분을 함유한 우레탄 개질 폴리에스테르가 분자당 1 내지 10개인 우레탄그룹을 포함하고, 우레탄 변성 디올 및 디-이소시아네이트를 4 : 1 내지 4 : 3의 몰비로 반응시키며, 적어도 5 중량 %의 트리올을 포함하면 복합재료용 보강사가 내습윤성의 물성을 갖게 되어 바람직하다.
여기서, 상기 열가소성 수지는, 삼원 공중합체인 폴리에스테르 폴리올 20 내지 50 중량%, 이소시아네이트계 화합물 30 내지 60 중량%, 네오펜틸글리콜을 포함하는 2종 이상의 쇄연장제 10 내지 20중량%으로 이루어지면 탄성 및 인장력이 향상되어 바람직하다.
그리고 함침된 상기 복합재료용 보강사의 단면을 원형으로 형성하는 단계; 및 원형 형성된 상기 복합재료용 보강사를 열건조하여 경화하는 단계를 더 포함하면 복합재료용 보강사가 연성강도가 향상되어 바람직하다.
여기서, 상기 경화하는 단계는, 100 ~ 120℃ 에서 90 내지 150초 경화처리한 후 120 ~ 150℃ 에서 150초 내지 210초 경화처리하면 복합재료용 보강사가 서로 엉겨붙지 않고 딱딱하게 굳지 않으므로 강도를 유지할 수 있어 바람직하다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내습윤성 탄소섬유 보강재는, 상기 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법에 의해 제조된다. 이에 의해 내습윤성 탄소섬유 보강재는 습윤성 환경의 구조물에 부착되어 있을 수 있다.
본 발명에 따르면 복합재료용 보강사에 수용성 함침제를 함침시킴으로써 수중 및 습윤 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물이 온도 변화에 따른 팽창 및 수축의 크기변화를 함에 따라 팽창 및 수축이 되어 끊어지지 않아 내진효율이 훨씬 향상된다.
그리고 열가소성 수지를 코팅하여 수중 및 습윤 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물에 잘 부착될 수 있으므로 복합재료용 보강사를 이용한 보수 및 보강공법의 적용성이 매우 향상된다.
도 1 은 본 발명에 따르는 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법을 나타내는 순서도.
도 2 는 복합재료용 보강사의 함침 제조공정 도면.
도 3 은 복합재료용 보강사의 열가소성 수지 압출코팅 도면.
도 4 는 내습윤성 탄소섬유 보강재의 도면.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따르는 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
탄소섬유, 아라미드섬유 및 천연섬유 중 적어도 하나 또는 2 이상을 혼합하여 복합재료용 보강사를 제조한다(S11).
복합재료용 보강사를 수용성 함침제로 함침시킨다(S12).
수용성 함침제로 함침된 상기 복합재료용 보강사에 열가소성 수지를 코팅한다(S13).
S12단계에서의 수용성 함침제로 이용되는 수용성 우레탄수지 조성물은, 수평균 분자량 (Mn : NumberAverage Molecular weight)이 약 1000 내지 약 10,000이고 하이드록실기(OH-) 의 수가 30 내지 200이며 수분을 함유한 우레탄 개질 폴리에스테르가 분자당 1 내지 10개인 우레탄그룹을 포함하고, 우레탄 변성 디올 및 디-이소시아네이트를 4 : 1 내지 4 : 3의 몰비로 반응시키며, 적어도 5 중량 %의 트리올을 포함한다.
폴리우레탄이란 분자사슬 내에 우레탄 결합기(-NH.CO.O-)를 함유한 고분자를 말한다. 폴리우레탄(PU) 중에 포함되는 우레탄 결합기는 이소시아네이트(-NCO)와 알코올(-OH)간의 반응에 의해 생성된다.
R-NCO + HO-R' → R-NH.CO.O-R'
(isocyanate) (alcohol) (urethane)
폴리우레탄에 친수성 특성을 도입하기 위한 다양한 폴리올과 여러 종류의 디이소시아네이트 조합을 통하여 합성할 수 있으므로, 여러 종류의 폴리우레탄 개발이 가능하다. 수용성 불소화 폴리우레탄은 유기 디이소시아네이트, 매크로글리콜 그리고 디올을 이용하여 합성 가능하다. 매크로글리콜은 폴리올과 수산화 이온이나 카르복시 이온으로 마무리된 불소화 폴리에테르로 구성된다. 디올에는 친수성 이온화 가능한 기능기가 포함되어 있다. 유기 디이소시아네이트와 폴리올의 수산화기들이 블록킹 반응을 하면서 우레탄 결합을 이룬다. 이때 디올에 있는 이온화 가능한 기들이 염화(salification)과정을 통해 친수성 음이온으로 변화시켜서 전체적으로 안정화 상태로 만든다. 염화된 올리고우레탄(oligo-urethane)을 물에 분산시켜 수용성 불소화 폴리우레탄을 만들어낸다. 유기 디이소시아네이트와 매크로글리콜, 디올을 반응시킬 때, OH-기에 대한 이소시아네이트기의 몰 비는 1.5가 적당하며 반응은 50~90℃에서 이루어진다.
수용성 폴리우레탄의 제조 방법은 강제 유화법과 자기 유화법으로 나눌 수 있다. 강제 유화법은 이소시아네이트 폴리우레탄 합성시 이용되며 NCO블록킹용 반응성 아민과 반응시킨후 계면활성제를 도입하여 강제로 물로 유화시키는 방법이다. 분산물의 안정성이 좋은 자기 유화법은 폴리우레탄 주쇄에 친수성기를 도입하는 방법과 이소시아네이트 프리 폴리우레탄 합성후 단말기를 강력한 친수성 중아유산 나트륨(NaHSO3)으로 마감하는 방법 등이 존재한다.
위 S12 단계의 수용성 함침제로 이용되는 수용성 우레탄수지는 Nonionic Type으로 다른 수지와의 상용성이 매우 우수한 것으로 무황변 Type의 연한 노랑 투명 액상으로 고형분 25 ~ 35%의 액체이며, 물을 추가하여 고형분이 3 ~ 10 %가 되도록 하여 제조한다. 이후 가공조건은 1dip - 1nip , Pick up 율 75% 처리후 1차로 Pre dry 100 ~ 120℃ 에서 90 내지 150초, 2차로 Cure 120 ~ 150℃ 에서 150초 내지 210초로 경화처리할 수 있다.
상기 S13 단계의 열가소성 수지는, 삼원 공중합체인 폴리에스테르 폴리올 20 내지 50 중량%, 이소시아네이트계 화합물 30 내지 60 중량%, 네오펜틸글리콜을 포함하는 2종 이상의 쇄연장제 10 내지 20중량%으로 이루어진다.
내습윤성 탄소섬유 보강재는 상기의 제조방법으로 제조되는데 S12 단계 이후에 함침된 복합재료용 보강사의 단면을 원형으로 형성하는 단계와 원형 형성된 복합재료용 보강사를 열건조하여 경화하는 단계를 더 포함한다.
함침된 복합재료용 보강사 단면의 원형 형성 단계는, 본 발명에서 함침된 보강사를 가이드하는 가이드 노즐의 내경은 탄소섬유가 집속된 외경보다 다소 작은 것이 바람직하며, 노즐의 내경은 탄소섬유의 섬도에 따라 다르나 3K Fiber 의 경우 0.25mm , 6K Fiber 의 경우 0.30mm , 12K Fiber 의 경우 0.35mm , 24K Fiber 의 경우 0.45mm 가 바람직하다.
경화하는 단계는, 1차로 100 ~ 120℃ 에서 90 내지 150초 경화처리한 후 2차로 120 ~ 150℃ 에서 150 내지 210초 경화처리하는 것이 바람직하다.
한편 S12 단계에서 수용성 함침제로 함침 코팅하는 공정은 함침 방식이 아닌 스프레이 분사 방식의 코팅을 이용할 수도 있다.
본 발명에서는 내습윤용 우레탄 함침제, 압출용 열가소성 수지의 성분비를 변화시켜 가면서 단계별로 성능을 개선시키며, 최종적으로 최적의 조성비를 도출할 수 있는 범위를 정할 수 있다.
여기서 S11 단계의 복합재료용 보강사로 마련되는 재료 중에서, 탄소섬유란 탄소원소의 질량 함유율이 90% 이상으로 이루어진 섬유장의 탄소재료로서 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, 이하 PAN),석유계ㆍ석탄계 탄화수소잔류물인 피치(Pitch, 아스팔트) 또는 레이온으로부터 제조된 섬유형태의 유기전구체물질(Precursor, 탄화시키기 전의 물질)을 불활성분위기에서 열분해하여 얻어지는 섬유를 의미한다. 탄소섬유는 구성원소에 있는 탄소재료로서의 구조 및 조직 특성과 섬유형태 특성을 합친 재료로서 내열성, 내수성, 화학적 안정성, 전기 열전도성, 저열팽창성에 따른 치수안정성, 저밀도, 마찰 마모특성, 유연성 등의 우수한 특징을 지니고 있으며, 활성화(activation) 조건에 따라서는 매우 우수한 흡착특성 부여도 가능하다. 탄소섬유를 특성과 제조법으로 분류하면, 고성능 탄소섬유는 인장강도 및 인장탄성률과 같은 재료의 역학적 특성을 중시한 선진복합재료 강화용 섬유이며, 특히 인장탄성률이 300 GPa 이상의 섬유를 흔히 Type I의 고탄성률(HM: High Modulus, 탄소원소 함량 99% 이상) 탄소섬유라 하고, 인장강도가 4.0 GPa 이상의 섬유를 Type II의 고강도(HT: High Tensile, 탄소원소 함량 92% 이상) 탄소섬유로도 불리며, 그 차이는 열처리 온도 등과 같은 제조방법에 따라 달라질 수 있다.
범용 탄소섬유(General Purpose Grade CFs: GPCFs)는 인장강도 1,000 MPa, 인장탄성률 100 GPa전후의 기계적 성질을 가지며 저탄성률형(Low Modulus Type, LM형) 탄소섬유라고도 불리며 고성능 그레이드에 비해 저렴한 가격이라는 장점이 있다. 고성능 탄소섬유(High Performance Grade CFs: HPCFs)는 범용 탄소섬유와 구별하여 고강도(High Tensile, HT), 중탄성률ㆍ고강도(Intermediate Modulus, IM), 고탄성률형(High Modulus, HM) 탄소섬유를 통틀어서 말하는 것으로, 기계적 특성이 고성능이라는 의미로 붙여진 이름이다.
이 HPCFs는 항공기용 CFRPs의 강화재로 많이 쓰이고 있다. 고탄성률형 탄소섬유(High Modulus Type CFs, HM형)는 인장탄성률 350 GPa 이상의 탄소섬유를 의미하며, 한편, 고탄성률형 탄소섬유보다 탄성률이 더 높은 섬유를 초고탄성률형 탄소섬유(Ultra-High Modulus Type CFs, UHM형))라고 하며 일반적으로 인장탄성률이 600 GPa 이상인 탄소섬유를 말한다.
고강도형 탄소섬유(High Tensile Type CFs, HT형)는 인장탄성률 220~260 GPa, 인장강도 3,000 MPa 이상인 탄소섬유를 말하며, 이 HT형 탄소섬유는 PAN 전구체를 가열ㆍ탄소화하여 만든 것으로 CFRP의 강화재로 많이 쓰이고 있다. 한편, 인장강도가 6,000 MPa이상인 탄소섬유를 초고강도형 탄소섬유(Ultra High Tensile TypeCFs, UHT형)라고 부른다.
탄소섬유의 형태는 일반적으로 탄소섬유의 직경은 5~7 μm로, 탄소섬유를 실제로 사용하는데 있어서 가공 방법이나 최종 제품의 모양 등의 이유로 여러 가지 형태가 요구된다. 연속섬유인 필라멘트사(Filament Yarn)는 다수의 필라멘트로 구성된 실로서 꼬거나 꼬지 않은 실, 꼬았다가 푼 실 등이 있다. 특히, 많은 필라멘트로 구성된 섬유 다발로서 꼬지 않은 것을 토우(Tow)라고 한다. 꼬임을 주지 않은 연속 필라멘트 다발을 토우라 하는데, 탄소섬유는 개발 초기부터 필라멘트 수가 1,000~12,000인 것이 상품화되었다. 그 후, 탄소섬유의 비용 감소와 후 가공의 생산성 향상을 목표로 필라멘트 수가 48,000~320,000으로 대폭 확대된 필라멘트 다발의 생산이 이루어지고 있다. 이와 같이 큰 필라멘트 수의 다발을 통틀어 라지 토우라 하고, 종래의 생산품인 필라멘트 다발을 스몰 토우 혹은 레귤라 토우라 부른다.
본 실험의 강화 재료로 사용된, 탄소섬유는 NCF(Non Crimp Fiber)형의 12k 탄소섬유 직물(Toray Co.,Ltd., Korea)을 사용하여 잔사풀림 현상을 적게 발생시켜 물성 구현을 최대화 하였다. 매트릭스 소재로는 수용성우레탄수지 YJ-244 (영진텍스켐), 열가소성우레탄수지는 ACE-5090A(동성하이켐)을 사용하였다.
탄소섬유는 섬유 보강재의 혼합을 단독 또는 아라미드섬유나 천연섬유 같은 다른 재료를 고려하여 2합, 3합의 비율로 이루어지는 것이 바람직하며, 강도를 갖는 고유 물성을 유지하기 위하여서는 200~300 T/M 사이의 꼬임수를 부여한 것이 바람직하다. 그리고 탄소섬유의 섬도, 즉 굵기는 3K, 6K, 12K, 24K, 48K로 강도는 T500~T1000 범위인 것이 바람직하다.
상기의 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법을 이용하여 내습윤성 탄소섬유 보강재가 제조된다.
도 2 는 탄소섬유 등을 이용한 복합재료용 보강사의 함침 제조공정 도면이다. 도 2의 위쪽은 가운데의 함침조를 중심으로 전후로 배치되는 전체 공정의 모식도를 나타내고, 아래쪽은 세부 공정을 단계별로 나타내었다.
(a) 보강사 공급(Feeding): 소정 필라멘트 수에 적합하도록 준비된 탄소섬유 등의 복합재료용 보강사를 공급하여 함침조의 인입로울러 방향으로 투입.
(b) 함침 코팅(Coating): 함침조에 마련된 수용성 함침제에 복합재료용 보강사를 투입하여 함침 코팅.
(c) 1차 건조(Pre-heating): 수용성 함침제로 코팅되어 함침조의 인출로울러를 통과하여 인출되는 탄소섬유 등의 복합재료용 보강사를 원형 가이드 노즐을 통해 1차 통과하면서 열건조 처리, 이때 세라믹 열판 건조 챔버(100 ~ 120℃ 에서 90 내지 150초 경화처리)를 통과한 섬유의 형태를 원형 상태로 유지함.
(d) 2차 건조(Main-heating): 1차 열건조되어 원형 상태의 수용성 함침제가 코팅된 복합재료용 보강사를 2차 세라믹 열판 건조 챔버(120 ~ 150℃ 에서 150초 내지 210초 경화처리)를 통과하면서 완전히 큐어링.
(e) 보강사 권취(Windin): 1,2차 열건조를 거쳐 경화되는 수용성 함침제가 코팅된 복합재료용 보강사를 권취 보빈을 이용하여 저속으로 권취함.
도 3 은 복합재료용 보강사의 열가소성 수지 압출코팅 도면이다.
도 2의 공정을 거쳐 수용성 함침제가 코팅된 복합재료용 보강사는 (a) 열가소성 수지로 압출 피복 코팅, (b) 건조 및 (c) 권취 과정을 거쳐서 최종적으로 내습윤성 탄소섬유 보강재가 제조된다.
도 4 는 내습윤성 탄소섬유 보강재의 도면이다.
먼저 도 2의 공정을 거쳐서 제조되는 내습윤성 탄소섬유 보강재의 1차 수용성 함침제로 함침 코팅된 복합재료용 보강사는, 탄소섬유 필라멘트를 수용성 우레탄 함침제로 코팅하여 수중 및 습윤 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물의 열팽창계수와 유사한 열팽창계수가 되도록 한다. 이후 도 3의 공정을 거쳐서 제조되는 내습윤성 탄소섬유 보강재의 2차 열가소성 수지를 압출 코팅한 복합재료용 보강사는, 열가소성 수지의 압출코팅을 통해서 수용성 우레탄 함침 코팅 층을 외부로부터 보호하면서 수중 및 습윤 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물에 잘 부착할 수 있도록 한다.
(시험결과)
코팅된 복합재료용 보강사로 마련되는 내습윤성 탄소섬유 보강재는 한국산업규격(KS) KS K 0412 : 2016, C.R.E에 준하는 시험방법으로 인장 시험 등을 실시하여 역학적 성능을 검토하였다. 이를 바탕으로 표 1과 같이 복합재료용 보강사로 탄소섬유를 채택하여, 도 2의 공정과 같이 탄소섬유에 수용성 우레탄 수지를 함침한 함침사와 도 3의 공정과 같이 열가소성우레탄 수지를 압출 코팅한 코팅사를 기존의 처리하지 않은 탄소섬유와 비교 시험결과를 도출하였다. 그 결과, 코팅된 탄소섬유 보강재의 내진 보강용 그리드의 설계 정수를 도출하기 위하여 시험 결과 약 31.7 ~ 32.8% 의 강한 인장강도를 발휘함을 발견할 수 있다. 따라서, 본 복합재료용 보강사로 마련된 내습윤성 탄소섬유 보강재는, 적은 탄소섬유의 가닥수로도 강한 구조적 특성을 갖는 내진 강용 그리드 직물을 구성할 수 있음을 알 수 있으며, 또한, 다양한 수중 노출환경에 대한 내화학성 및 내후성을 추가로 검토하여, 노출환경에 따른 탄소섬유 보강재의 변화율과 역학적 특성의 변화율을 분석할 수 있다.
소재 원사 결과치
Carbon Fiber 12K T700 50C 897.2 N
Carbon Fiber 12K T700 50C WPU Dippimg 1188.1 N
Carbon Fiber 12K T700 50C TPU Extrusion Coating 1192.6 N
상기의 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법에 따라, 복합재료용 보강사는 탄소섬유와 아라미드섬유와 천연섬유 중 어느 하나 또는 2 이상의 혼합에 의하여 형성되어 상술한 코팅 공정을 거쳐 탄소섬유 보강재를 형성한다. 이에 의해 복합재료용 보강사로 이루어진 탄소섬유 보강재는 연성강도가 증대되어 수직, 수평으로의 하중이 가해지는 구조물의 파괴를 지연 제어시키고, 구조물의 안정성을 향상시킬 수 있다. 탄소섬유, 아라미드 섬유 등을 이용하는 탄소섬유 보강재로 그리드 직조의 최적 설계를 통하여 시공원가를 낮추어 경제성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 탄소섬유 보강재는 중심의 복합재료용 보강사에 수용성 함침제를 함침시킴으로써 수중 및 습윤 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물이 온도 변화에 따른 팽창 및 수축의 크기변화를 함에 따라 내습윤성 탄소섬유 보강재가 팽창 및 수축이 되어 끊어지지 않음으로 인하여 내진효율이 훨씬 향상된다. 그리고 본 탄소섬유 보강재는 복합재료용 보강사의 수용성 함침제가 함침된 외표면에 다시 열가소성 수지를 코팅하여 수중 및 습윤 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물에 잘 부착될 수 있으므로 내습윤성 탄소섬유 보강재를 이용한 보수 및 보강공법의 적용성이 매우 향상된다.
내습윤성 탄소섬유 보강재를 이용하여 구조물을 형성하는 경우 내습윤성 탄소섬유 보강재가 경량이므로 이용하기 손쉽고 구조물의 내하력을 증대시켜 구조물의 성능을 향상시키며, 내진성능을 향상시켜 구조물의 안정성 및 수명을 향상시키므로 경제적이다.

Claims (6)

  1. 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법에 있어서,
    탄소섬유, 아라미드섬유 및 천연섬유 중 적어도 하나 또는 2 이상을 혼합하여 복합재료용 보강사를 제조하는 단계;
    상기 복합재료용 보강사를 수용성 함침제로 함침시키는 단계; 및
    상기 수용성 함침제로 함침된 상기 복합재료용 보강사에 열가소성 수지를 코팅하는 단계를 포함하며,
    상기 수용성 함침제는,
    수평균 분자량 (Mn : Number Average Molecular weight)이 1000 내지 10,000이고 하이드록실기(OH-) 의 수가 30 내지 200이며 수분을 함유한 우레탄 개질 폴리에스테르가 분자당 1 내지 10개인 우레탄그룹을 포함하고, 우레탄 변성 디올 및 디-이소시아네이트를 4 : 1 내지 4 : 3의 몰비로 반응시키며, 적어도 5 중량 %의 트리올을 포함하는 것을 특징으로 하는 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는,
    삼원 공중합체인 폴리에스테르 폴리올 20 내지 50 중량%, 이소시아네이트계 화합물 30 내지 60 중량%, 네오펜틸글리콜을 포함하는 2종 이상의 쇄연장제 10 내지 20중량%으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    함침된 상기 복합재료용 보강사의 단면을 원형으로 형성하는 단계; 및
    원형 형성된 상기 복합재료용 보강사를 열건조하여 경화하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 경화하는 단계는,
    100 ~ 120℃ 에서 90 내지 150초 경화처리한 후 120 ~ 150℃ 에서 150초 내지 210초 경화처리하는 것을 특징으로 하는 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법.
  6. 내습윤성 탄소섬유 보강재에 있어서,
    제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 상기 내습윤성 탄소섬유 보강재의 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 내습윤성 탄소섬유 보강재.
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