KR102117998B1 - 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 보트 - Google Patents
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Abstract
현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법이 제공된다. 상기 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법은, 현무암 섬유를 준비하는 단계, 상기 현무암 섬유로 직조하여, 현무암 직물을 제조하는 단계, 수지 및 경화제가 혼합된 혼합 용액을 준비하는 단계, 및 상기 혼합 용액으로 상기 현무암 직물을 적층하여, 보트(boat)용 복합재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 보트에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 현무암 섬유로 직조된 현무암 직물을 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 보트에 관련된 것이다.
탄소 섬유는 높은 인장 강도, 가벼운 무게, 낮은 열 팽창율 등의 특성으로 인해, 항공 우주산업, 자동차, 군사, 토목 건축 및 각종 스포츠 분야의 소재로 널리 사용되고 있는 첨단 소재이다. 하지만, 탄소 섬유는 이러한 우수한 특성에도 불구하고 가격이 비싸기 때문에, 다양한 산업에 활용하는데 한계가 있다.
이에 반해, 현무암 섬유는 천연 현무암을 용융시켜 섬유를 방사하기 때문에, 친환경적이고 제조 공정이 매우 간단하여 여러 산업 분야에서 고성능 산업용 섬유로서 관심이 커지고 있다. 또한, 현무암 섬유의 기계적 특성은 탄소 섬유보다는 낮고, 유리 섬유보다는 우수하다는 것이 연구결과를 통해 발표된바 있다.
대한민국 실용신안 등록 공보 20-0290499(출원번호 20-2002-0020783, 출원인 쎄코텍)에 따르면, 황토 및 현무암 섬유를 포함하여, 원적외선 방출량을 증가시키고, 높은 기계적 강도를 갖는 건축용 황토 패널이 개시되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 기계적 강도가 향상된 보트용 복합재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 공정이 간소화된 보트용 복합재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 비용이 저렴한 보트용 복합재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 높은 내화학성을 갖는 보트용 복합재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법은, 현무암 섬유를 준비하는 단계, 상기 현무암 섬유로 직조하여, 현무암 직물을 제조하는 단계, 수지 및 경화제가 혼합된 혼합 용액을 준비하는 단계, 및 상기 혼합 용액으로 상기 현무암 직물을 적층하여, 보트(boat)용 직물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 직물은, 상기 현무암 섬유를 이용하여 능직(2/2)으로 제직된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수지는, polyester를 포함하고, 상기 경화제는, methyl ketone peroxide를 포함하고, 상기 혼합 용액 내 상기 경화제는 0.4vol%이고, 상기 현무암 직물은 18장으로 적층되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 보트용 복합재를 제조하는 단계는, 지지 기판을 준비하는 단계, 상기 지지 기판 상에 이형 코팅층을 형성하는 단계, 상기 이형 코팅층 상에 상기 현무암 직물의 배치 및 상기 혼합 용액의 도포를 교대로 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 보트용 복합재는 인장 강도 270Mpa 이상, 굽힘 감도 340Mpa 이상일 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 현무암 섬유를 이용하여 제조된 보트를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 보트는, 현무암 직물이 복수로 적층된 보트용 복합재를 포함하되, 상기 현무암 직물은 현무암 섬유를 이용하여 능직(2/2)로 직조된 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법은, 현무암 섬유를 준비하는 단계, 상기 현무암 섬유로 직조하여, 현무암 직물을 제조하는 단계, 수지 및 경화제가 혼합된 혼합 용액을 준비하는 단계, 및 상기 혼합 용액으로 상기 현무암 직물을 적층하여, 보트(boat)용 직물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 굽힘 강도 및 인장 강도가 우수하고, 물에 대한 부식 저항력이 높은 보트용 복합재가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 직물을 적층하는 공정을 촬영한 사진이다.
도 3 내지 도 11은 각각 본 발명의 실시 예 1 내지 실시 예 9에 따른 보트용 복합재 시험편에 대한 인장 강도 및 굽힘 강도를 측정한 그래프이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재를 이용한 레저용 보트의 제조 과정을 촬영한 사진들이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 직물을 적층하는 공정을 촬영한 사진이다.
도 3 내지 도 11은 각각 본 발명의 실시 예 1 내지 실시 예 9에 따른 보트용 복합재 시험편에 대한 인장 강도 및 굽힘 강도를 측정한 그래프이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재를 이용한 레저용 보트의 제조 과정을 촬영한 사진들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 현무암 섬유가 준비된다(S110). 일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 섬유는, 현무암 원광을 용융 방사하여 현무암 필라멘트를 제조하고, 상기 현무암 필라멘트를 용도에 맞게 텍스(tex) 또는 데니아(denier)를 조절하여 제조될 수 있다.
상기 현무암 섬유로 직조하여, 현무암 직물이 제조될 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 직물은 상기 현무암 섬유를 이용하여 능직(2/2)으로 제직된 것을 포함할 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 현무암 직물은 상기 현무암 섬유를 이용하여 평직, 주자직으로 제직된 것을 포함할 수 있다.
수지 및 경화제가 혼합된 혼합 용액이 준비될 수 있다(S130). 일 실시 예에 따르면, 상기 수지는, polyester를 포함하고, 상기 경화제는, methyl ketone peroxide를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 혼합 용액 내에 상기 경화제는 0.4vol%일 수 있다.
도 1에서 상기 혼합 용액을 준비하는 단계가 상기 현무암 섬유를 준비하는 단계 및 상기 현무암 직물을 제조하는 단계 후에 수행되는 것으로 도시되었으나, 상기 혼합 용액을 준비하는 단계는, 상기 현무암 섬유를 준비하는 단계 및 상기 현무암 직물을 제조하는 단계와 순서적으로 무관하다.
상기 혼합 용액으로 상기 현무암 직물을 적층하여 보트용 복합재가 제조될 수 있다(S140). 다시 말하면, 상기 보트용 복합재는, 상기 현무암 섬유로 직조된 상기 현무암 직물이 적층된 것일 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 현무암 직물이 상기 현무암 섬유를 능직(2/2)으로 제직한 것인 경우, 능직(2/2)으로 직조된 상기 현무암 직물이 적층되어, 상기 보트용 복합재가 제조될 수 있다.
상기 보트용 복합재를 제조하는 단계는, 지지 기판(예를 들어, 유리 기판)을 준비하는 단계, 상기 지지 기판 상에 이형 코팅층(예를 들어, 왁스층)을 형성하는 단계, 및 상기 이형 코팅층 상에 상기 현무암 직물의 배치 및 상기 혼합 용액의 도포를 교대로 수행하는 것을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 현무암 직물을 배치하는 단계, 및 상기 수지 및 상기 경화제를 포함하는 상기 혼합 용액을 도포하는 단계를 하나의 단위 공정으로 정의하고, 상기 단위 공정을 복수회 수행하여, 상기 보트용 복합재가 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 보트용 복합재는, 적층된 상기 현무암 직물 사이에 제공된 상기 혼합 용액을 포함할 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 수지는, polyester를 포함하고, 상기 경화제는, methyl ketone peroxide를 포함하고, 상기 혼합 용액 내 상기 경화제는 0.4vol%이고, 상기 현무암 직물은 18장으로 적층될 수 있다. 이에 따라, 상기 보트용 복합재는 인장 강도 270Mpa 이상, 굽힘 감도 340Mpa 이상인 값을 가질 수 있다.
제1 변형 예에 따르면, 상기 현무암 직물을 적층하는 과정에서, 상기 현무암 직물과 상기 혼합 용액 사이의 기포 발생을 방지하기 위해, 상기 현무암 직물에 용매(예를 들어, 알코올)가 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 현무암 직물에 용매가 제공된 후, 상기 혼합 용액이 상기 현무암 직물에 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 보트용 복합재 내의 기포 발생이 감소되어, 상기 현무암 직물이 적층된 상기 보트용 복합재의 인장 강도가 저하되는 것이 방지될 수 있다.
제2 변형 예에 따르면, 상기 현무암 직물은 현무암 섬유 테이프를 이용하여 직조된 것일 수 있다. 상기 현무암 섬유 테이프는, 제1 방향으로 연장하고 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격되어 배열된 상기 현무암 섬유들, 및 상기 현무암 섬유들을 둘러싸는 열 가소성 수지를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 현무암 섬유 테이프를 제조하는 단계는, 제1 방향으로 연장하는 상기 현무암 섬유를 준비하는 단계, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로, 상기 현무암 섬유를 흔들어 상기 현무암 섬유를 스프레딩(spreading)하는 단계, 스프레딩된 상기 현무암 섬유에 계면 활성제를 제공하여, 상기 현무암 섬유 사이의 간격을 균일화시키는 단계, 상기 계면 활성제가 제공된 상기 현무암 섬유에 바인더를 제공하는 단계, 상기 바인더가 제공된 상기 현무암 섬유에 열 가소성 수지를 제공하여, 상기 현무암 섬유에 상기 열 가소성 수지를 함침하되, 상기 바인더에 의해 상기 현무암 섬유와 상기 열 가소성 수지의 결합력이 향상되는 단계, 상기 열 가소성 수지가 함침된 상기 현무암 섬유가 슬릿(slit)을 통과하여, 상기 제1 방향으로 연장하는 상기 현무암 섬유들이 상기 열 가소성 수지에 의해 둘러싸인, 상기 현무암 섬유 테이프를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 현무암 섬유를 스프레딩하고, 상기 현무암 섬유들에 계면 활성제를 제공하는 단계는, 상기 현무암 섬유를 제1 온도에서 1차 스프레딩하는 단계, 1차 스프레딩된 상기 현무암 섬유에 상기 계면 활성제를 제공 및 건조하는 단계, 및 상기 계면 활성제가 제공된 상기 현무암 섬유를 제2 온도에서 2차 스프레딩하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 낮을 수 있고, 이에 따라, 상기 현무암 섬유에 상기 계면 활성제가 상기 현무암 섬유에 용이하게 코팅되어, 상기 현무암 섬유가 보다 균일하게 스프레딩될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 구체적인 실험 예가 설명된다.
현무암 섬유로
직조된
현무암 직물 제조
<표 1>과 같이 평직, 능직(2/2), 주자직으로 직조된 현무암 직물을 제조하였다.
| 직 물 조 직 |
경사(번수) | 위사(번수) | 경사밀도 (ppi) |
위사밀도 (ppi) |
직물폭 (cm) |
직물두께 M/D (mm) |
중 량 (g/m2) |
강열감량 (%) |
| 평 직 | 현무암섬유 (74tex 0.9z) |
현무암섬유 (74tex 0.9z) |
30 | 25 | 1001 | 0.145/ 0.16 |
167.3 | 0.51 |
| 능 직 (2/2) |
현무암섬유 (74tex 0.9z) |
현무암섬유 (74tex 0.9z) |
30 | 25 | 1001 | 0.146/ 0.17 |
166.5 | 0.38 |
| 주 자 직 | 현무암섬유 (74tex 0.9z) |
현무암섬유 (74tex 0.9z) |
30 | 25 | 1001 | 0.150/ 0.19 |
169.5 | 0.43 |
수지 및 경화제가 혼합된 혼합 용액 제조
㈜세원에서 액상불포화 폴리에스테르 수지를 구입하고, (주)금정악조노벨에서 Methyl Ethyl Ketone Peroxide(상품명: Butanox M-60)을 준비하였다.
수지 및 경화제의 비율을 아래의 <표 2>와 같이 조절하여, 혼합 용액을 제조하였다. 구체적으로, 수지의 사용량은 1.5 리터에서 최고 3.5리터까지 변화를 주고, 경화제의 첨가는 10cc 로 고정하였다. 그 결과, 수지 사용량이 많을수록 경화농도는 낮고 수지 사용량이 적을수록 경화농도는 높게 나타났다. 경화 농도가 높을수록 적층 후의 물성 값은 높을 것으로 보여 지나 대신 작업 속도는 다소 빨라질 수 있는 경향이 있다.
| Polyester(cc) | Methyl Ethyl Ketone Peroxide(cc) | 경화제 농도(vol%) |
| 1,500 | 10 | 0.66 |
| 1,650 | 10 | 0.60 |
| 2,000 | 10 | 0.50 |
| 2,500 | 10 | 0.40 |
| 3,000 | 10 | 0.33 |
| 3,500 | 10 | 0.29 |
보트용 복합재 제조
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 직물을 적층하는 공정을 촬영한 사진이다.
도 2를 참조하면, <표 2>에 따른 혼합 용액을 이용하여 <표 1>에 따른 현무암 직물을 적층하여, 보트용 복합재를 제조하였다. 참고적으로, 경화제의 비율에 따른 특성을 명확하게 확인하기 위해, <표 1>에서 보는 바와 같이 직물의 밀도는 제직 별로 경사밀도는 30 ppi로 섬유 제품별로 일정하고 위사 밀도도 25 ppi로서 일정한 밀도를 유지하였으며, 직물 두께 및 중량 또한 <표 1>에서 보는 바와 같이 실질적으로 유사하도록 제어하였다.
왁스를 유리 기판에 충분히 도포한 후 가제로 문질러, 유리 기판 상에 얇은 왁스피막을 형성하였다. 왁스 피막에 의해, 유리 기판 및 보트용 복합재가 붙지 않고 용이하게 분리될 수 있다. 왁스 피막을 형성한 후, 상기 혼합 용액을 균질하게 도포하고 상기 현무암 직물을 배치시키고, 다시 상기 혼합 용액을 충분히 도포하는 작업을 반복하여 수행하였다. 기포제거가 충분하지 않으면 인장 강도 측정값이 떨어지는 원인이 되므로, 상기 혼합 용액이 충분히 도포된 것을 확인 후 철 로라를 사용하여 기포를 제거하고, 20~30일 건조하여, 아래의 <표 3>과 같이 보트용 시험편 복합재를 제조하였다.
경화제가 0.4vol% 미만인 경우, 경화 속도가 1~2시간으로 느려, 16~18장의 직물을 적층하는 경우 전체적인 작업 시간이 길어져, 생산성이 현저하게 낮다. 이에 따라, 경화제가 0.4vol% 미만인 경우는 제외하였다.
또한, 실시 예 8 및 9에서 사용된 현무암 섬유 매트는, 위사 및 경사가 일정한 간격으로 균일한 배열을 갖는 현무암 직물과 달리, 경사 및 위사 구분 없이 현무암 섬유가 임의적으로 배열된 시트로, 현무암 섬유 및 바인더를 압착하여 제조된 것이다.
| 구분 | 직물 조직 | 직물 적층 횟수 | 경화제 농도 |
| 실시 예 1 | 평직 | 16장 | 0.4vol% |
| 실시 예 2 | 평직 | 18장 | 0.4vol% |
| 실시 예 3 | 능직(2/2) | 18장 | 0.4vol% |
| 실시 예 4 | 능직(2/2) | 19장 | 0.4vol% |
| 실시 예 5 | 주자직 | 15장 | 0.4vol% |
| 실시 예 6 | 주자직 | 17장 | 0.4vol% |
| 실시 예 7 | 능직(2/2) | 18장 | 0.6vol% |
| 실시 예 8 | 능직(2/2) | 18장 및 현무암 섬유 매트 1장(상부) | 0.6vol% |
| 실시 예 9 | 능직(2/2) | 18장 및 현무암 섬유 매트 2장(상부 및 하부) | 0.6vol% |
보트용 복합재 시험편 제작 및 물성 측정
시험편 제작 및 물성측정을 위하여는 KSM 3305 : 2009 (2014 확인)에 준하여 <표 3>에 따라서 시험편을 제작 하였다. 다시 말하면, 현무암 직물 사이마다 혼합 용액을 골고루 도포하면서 동시에 기포를 제거하여, 3.0±0.3mm의 두께를 갖는 보트용 복합재 시혐편을 제작하고, 약 20일~30일 정도 충분히 건조하였다. 건조가 완료 된 후 인장 강도 시편 및 굽힘 강도 시편을 가공하고, 인장 강도 및 굽힘 강도를 측정하였다. 인장 강도 측정은 정속 속도를 1mm/min.로 하였으며, 굽힘 강도 측정 정속 속도는 0.5mm/min.로 하였다.
<표 4>는 인장 강도 및 굽힘 감도에 대한 품질 기준표이다.
| 시 험 항 목 | 상 태 | |
| 표 준 | 습 윤 | |
| 인장강도 Mpa | 270 이상 | - |
| 굽힘강도 Mpa | 340 이상 | 310 이상 |
| 비 고 | 적용규격 : KSM 3305 : 2009 (2014 확인) | |
도 3 내지 도 11은 각각 본 발명의 실시 예 1 내지 실시 예 9에 따른 보트용 복합재 시험편에 대한 인장 강도 및 굽힘 강도를 측정한 그래프이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 실시 예 1 내지 실시 예 6에 따른 보트용 복합재 시험편에 대한 인장 강도 및 굽힘 강도를 측정하였다.
<표 3>에서, 직물별 적층 매수가 다른 것은 초기의 직물별 두께가 차이가 있기 때문이고, 또한 시험편 적층 두께를 적용 규격에 준하여 3.0±0.3mm 로 제작 후 약간의 편차 때문이며, 또한 수지의 도포 처리 과정에서도 차이가 약간 있었기 때문이다. 도 3 내지 도 8 에서 보는 바와 같이 보트용 복합재 시험편은 평직 16장, 평직 18장, 능직(2/2) 18장, 능직(2/2) 19장, 주자직 15장, 주자직 17 장에 대한 인장강도 및 굽힘강도의 측정 결과를 나타낸 것이다.
실시 예 1에 따른 평직 16장의 인장강도 값은 286.1 Mpa, 굽힘강도는 254.9Mpa 이고, 실시 예 2에 따른 평직 18장의 경우는 인장강도 275.1 Mpa, 굽힘강도 301.6 Mpa 였다. 또한, 실시 예 3에 따른 능직(2/2) 18장에 있어서 인장강도 값은 280.8Mpa, 굽힘강도 343.8 Mpa 이며, 실시 예 4에 따른 능직(2/2) 19장의 인장강도 값은 273.9Mpa, 굽힘강도 385.2Mpa 의 값을 갖는 것으로 측정되었다. 또한, 실시 예 5에 따른 주자직 15장의 경우 인장강도 값은 278.3 Mpa, 굽힘강도 269Mpa였으며, 실시 예 6에 따른 주자직 17장에서는 인장강도 값은 287.7Mpa, 굽힘강도 값은 199.2Mpa 의 값을 갖는 것으로 측정되었다.
실시 예 1 내지 실시 예 6에 따른 보트용 복합재의 인장강도 측정값은 <표 4>의 기준에 적합한 것으로 나타나고 있으나, 굽힘 강도에 대하여 평직과 주자직에 있어서는 다소 못 미치는 값을 보여주고 있는데 이것은 직조시 직조방향의 영향이 있었을 것으로 판단된다. 반면, 실시 예 3에 따른 능직(2/2) 18장의 경우, 인장 강도 값이나 굽힘 강도 값이 <표 4>의 품질기준에 만족하는 것을 알 수 있다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 실시 예 7 내지 실시 예 9에 따른 보트용 복합재 시험편에 대한 인장 강도 및 굽힘 강도를 측정하였다.
구체적으로, 실시 예 3에 따른 능직(2/2) 18장의 경우 인장 강도 값 280.8Mpa, 굽힘 강도 값 343.8 Mpa의 양호한 결과를 얻었으나, 보다 더 안정된 값을 얻고자 polyester 수지에 경화제 0.6vol% 첨가한 실시 예 7 내지 실시 예 9에 따른 보트용 복합재 시험편에 대한 인장 강도 및 굽힘 강도를 측정하였다.
실시 예 7에 따른 능직(2/2) 18장의 경우 인장 강도 값은 264.3Mpa, 굽힘 강도 값 231.2Mpa 이었으며, 또한 실시 예 8에 따라 충격 완화 목적으로 현무암 섬유 매트 1 장을 상부에 배치한 능직(2/2) 18장의 경우 인장강도 값은 179Mpa, 굽힘강도 값 143.3Mpa, 실시 예 9에 따라 현무암 섬유 매트 2 장을 상부 및 하부에 배치한 능직(2/2) 18장의 경우 인장강도 값 161.9Mpa, 굽힘강도 값 142Mpa의 결과를 얻었다.
위의 결과에서 볼수 있듯이 polyester 수지에 경화제 0.6vol% 첨가한 후의 물성 변화 추이를 보면 polyester 수지에 경화제 0.4% 첨가한 후의 물성 변화 보다 낮은 결과를 보이는 것을 확인할 수 있다.
또한, 충격을 완화 시킬 목적으로 현무암 섬유 매트를 적층하는 경우, 경우, 인장 강도가 낮게 측정되었으며, 이는 비정질 현무암 섬유 매트 표면의 슬립현상에 의한 것으로 판단된다.
이와 같은 결과에서 볼 수 있듯이 인장강도 값 및 굽힘강도 값을 향상 시키기 위하여는 polyester 수지에 경화제를 0.4vol%를 첨가하는 것이 효과적인 것을 확인할 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재를 이용한 레저용 보트의 제조 과정을 촬영한 사진들이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, polyester 수지에 경화제 농도를 0.4vol%로 조정하여, 인장강도 및 굽힘강도 값이 우수한 실시 예 3에 따른 능직(2/2) 18 장을 적용하여 레저용 보트 작업 공정을 촬영하고, 현무암 섬유 강화 복합재료를 활용한 레저용 보트를 촬영하였다.
제직에
따른 인장 강도 측정
아래의 <표 5>와 같이 현무암 섬유를 이용하여, 평직, 능직(2/2), 능직(1/3), 주자직 현무암 섬유를 직조하고, 에폭시(ERM) 수지를 이용하여 상술된 방법으로 적층하여 보트용 복합재를 제조하고, 인장 강도를 측정하였다.
| 직물 조직 | 적층횟수 | 인장강도(Kg/cm2) |
| 평직 | 1장 | 4.05 |
| 2장 | 7.81 | |
| 3장 | 10.37 | |
| 능직(2/2) | 1장 | 4.16 |
| 2장 | 8.04 | |
| 3장 | 13.03 | |
| 능직(1/3) | 1장 | 3.32 |
| 2장 | 7.81 | |
| 3장 | 12.44 | |
| 주자직 | 1장 | 3.5 |
| 2장 | 7.69 | |
| 3장 | 9.74 |
<표 5>에서 알 수 있듯이, 평직, 능직(1/3) 및 주자직과 비교하여, 능직(2/2)의 인장 강도가 가장 우수한 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 능직(2/2)로 직조된 현무암 직물을 적층하여, 보트용 복합재를 제조하는 것이, 기계적 강도를 향상시키는 효율적인 방법임을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
Claims (6)
- 현무암 섬유를 준비하는 단계;
상기 현무암 섬유를 이용하여, 현무암 직물을 제조하는 단계;
상기 현무암 직물에 용매를 제공하는 단계;
수지 및 경화제가 혼합된 혼합 용액을 준비하는 단계; 및
상기 용매가 제공된 상기 현무암 직물에 상기 혼합 용액을 제공하여, 상기 현무암 직물을 적층하여, 보트(boat)용 복합재를 제조하는 단계를 포함하되,
상기 현무암 직물은, 상기 현무암 섬유를 포함하는 현무암 섬유 테이프를 이용하여 직조된 것을 포함하고,
상기 현무암 섬유 테이프를 제조하는 단계는,
제1 방향으로 연장하는 상기 현무암 섬유를 준비하는 단계;
상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로, 상기 현무암 섬유를 흔들어 상기 현무암 섬유를 스프레딩(spreading)하는 단계;
스프레딩된 상기 현무암 섬유에 계면 활성제를 제공하여, 상기 현무암 섬유 사이의 간격을 균일화시키는 단계;
상기 계면 활성제가 제공된 상기 현무암 섬유에 바인더를 제공하는 단계;
상기 바인더가 제공된 상기 현무암 섬유에 열 가소성 수지를 제공하여, 상기 현무암 섬유에 상기 열 가소성 수지를 함침하되, 상기 바인더에 의해 상기 현무암 섬유와 상기 열 가소성 수지의 결합력이 향상되는 단계; 및
상기 열 가소성 수지가 함침된 상기 현무암 섬유가 슬릿(slit)을 통과하여, 상기 제1 방향으로 연장하는 상기 현무암 섬유들이 상기 열 가소성 수지에 의해 둘러싸인, 상기 현무암 섬유 테이프를 제조하는 단계를 포함하는 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 수지는, 폴리에스테르(polyester)를 포함하고,
상기 경화제는, 메틸케톤퍼옥사이드(methyl ketone peroxide)를 포함하고,
상기 혼합 용액 내 상기 경화제는 0.4vol%이상 0.6vol%미만인 것을 포함하는 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 보트용 복합재를 제조하는 단계는,
지지 기판을 준비하는 단계;
상기 지지 기판 상에 이형 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 이형 코팅층 상에 상기 현무암 직물의 배치 및 상기 혼합 용액의 도포를 교대로 수행하는 것을 포함하는 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 보트용 복합재는 인장 강도 270Mpa 이상, 굽힘 감도 340Mpa 이상인 것을 포함하는 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법.
- 삭제
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |