KR102183249B1 - Fiber Reinforcement Using Yarn Coating And Its Manufacturing Method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 얀코팅을 이용한 섬유 보강재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 옹벽 형성 과정 중 흙 속에 매설되어 성토층의 안정성을 향상시킬 수 있는 얀코팅을 이용한 섬유 보강재 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a fiber reinforcement material using yarn coating and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a fiber reinforcement material using yarn coating that can improve the stability of the embankment layer by being buried in the soil during the process of forming a retaining wall, and a manufacturing method thereof. will be.
보강토 옹벽은 성토체 내부에 설치된 보강재의 인장저항력 및 주변 흙과의 결속력에 의하여 전단강도가 향상된 보강토체를 형성하여 배면토압에 저항하는 흙막이 구조물의 역할을 수행한다. The reinforced soil retaining wall forms a reinforced soil structure with improved shear strength by the tensile resistance of the reinforcement installed inside the embankment and the binding force with the surrounding soil, thereby acting as a soil barrier structure that resists back soil pressure.
보강토 옹벽은 일반적으로 보강재로 보강된 뒤채움과 전면벽체로 구성된다. 상기 전면벽체로는 콘크리트 패널, 몰탈블록, 토목섬유 등이 사용될 수 있고, 보강재로는 금속 또는 토목섬유 재질의 띠형, 그리드형, 전면포설형 또는 쉬트형 보강재를 사용할 수 있다. Reinforced soil retaining wall is generally composed of backfill and front wall reinforced with reinforcement. Concrete panels, mortar blocks, geotextiles, etc. may be used as the front wall, and strip-shaped, grid-shaped, front-laying or sheet-shaped reinforcements made of metal or geotextile may be used as the reinforcing material.
섬유 보강재는 토목공사시 옹벽보강, 사면보강, 지반보강 등의 용도로 사용되고 있으며, 그 용도의 특성상, 높은 인장력, 낮은 인장 변형율과 크리프 변형 특성 외에, 내시공성, 마찰특성 등의 물성이 요구된다. 또한, 토목 구조물의 보강재로 사용되므로, 토목현장에서 운반이나 포설 등의 취급이 용이할 필요가 있다. 즉, 기계적 물성을 크게 저하시키지 않으면서도 경량이고, 시공이 편리한 섬유 보강재가 요구되고 있다.Fiber reinforcement is used for reinforcing retaining walls, reinforcing slopes, and reinforcing ground in civil works, and due to its characteristics, properties such as high tensile strength, low tensile strain and creep deformation properties, as well as construction resistance and friction properties, are required. In addition, since it is used as a reinforcing material for civil engineering structures, it is necessary to facilitate handling such as transport or installation at a civil engineering site. That is, there is a demand for a fiber reinforcement material that is lightweight and convenient to construct without significantly deteriorating mechanical properties.
통상적으로, 플라스틱 제품을 경량화하기 위하여 발포방법이 사용된다. 그러나 플라스틱 발포체는 그 기공들이 100㎛ 이상으로 크고, 그 크기의 분포 또한 불균일하여, 기계적 물성과 형태안정성이 저하된다. 또한, 플라스틱 발포체는 고분자 용융물과 가스의 혼합물을 몰드에 넣어 제조하는 배치식 방식으로 통상 제조되므로(EP 432997, US 2005/0256215, US 2007/0202326 참조), 생산성이 저하되는 문제점이 있다.Typically, a foaming method is used to lighten the plastic product. However, the plastic foam has a large pore size of 100 μm or more, and the distribution of the size is also non-uniform, resulting in poor mechanical properties and morphological stability. In addition, since the plastic foam is usually manufactured in a batch-type method in which a mixture of a polymer melt and a gas is put into a mold (see EP 432997, US 2005/0256215, US 2007/0202326), there is a problem of lowering productivity.
또한 기존의 보강재 섬유는 고강도를 유지하기 위해 밀도가 높은 섬유 집합체를 주로 사용함으로써 제품의 경량화 문제 및 취급성에 용이하지 않은 문제가 발생될 수 있다. In addition, conventional reinforcing fibers mainly use a high-density fiber aggregate to maintain high strength, and thus a problem of reducing product weight and not being easy to handle may occur.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 상기한 문제점을 해결하여, 가볍고 경제적일 뿐만 아니라, 발포체의 미세 기공 크기의 양과 크기를 제어함으로써 발포체 도입에 따른 기계적 물성의 저하 현상을 최소화한 섬유 보강재를 제공함에 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, to provide a fiber reinforcement material that is not only light and economical, but also minimizes the decrease in mechanical properties due to introduction of the foam by controlling the amount and size of the micropore size of the foam.
또한, 본 발명은 매트릭스 보강재 내부의 섬유 집합체의 구성 섬유를 얀코팅처리하여 저밀도 경량화와 기계적 물성이 유지된 섬유 보강재를 제공함에 있다.In addition, the present invention is to provide a fiber reinforcement material having low density and weight and maintaining mechanical properties by yarn coating the constituent fibers of the fiber aggregate inside the matrix reinforcement material.
또한, 본 발명은 매트릭스 보강재에 중공, 천공을 형성하여 시공성 및 물성이 우수한 섬유 보강재를 제공함에 있다.In addition, the present invention is to provide a fiber reinforcement material excellent in workability and physical properties by forming hollows and perforations in the matrix reinforcing material.
또한, 본 발명은 전술한 특성을 연속적으로 갖는 섬유 보강재를 제조하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.In addition, the present invention is to provide a method and apparatus for manufacturing a fiber reinforcement material having the above-described properties continuously.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 열가소성 고분자로 된 매트릭스 보강재 및 상기 매트릭스 보강재의 내부에 위치하며 다수의 섬유들이 상기 매트릭스 보강재와 평행하게 배열된 섬유 집합체로 구성된 섬유 보강재로서, 상기 섬유 집합체의 구성인 모노 원사가 노즐 구멍에 빠져나오는 순간 용융지수(MI)가 1~35인 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 수지로 코팅된 후 냉각 권취된 것이고, 상기 매트릭스 보강재는 길이방향으로 단면 중앙부에 중공이 형성되는 것을 특징으로 하는 얀코팅을 이용한 섬유 보강재를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a fiber reinforcement material composed of a matrix reinforcement material made of a thermoplastic polymer and a fiber assembly in which a plurality of fibers are arranged in parallel with the matrix reinforcement material, and the configuration of the fiber assembly The moment the phosphorus mono-yarn exits the nozzle hole, it is coated with polypropylene or polyethylene resin having a melt index (MI) of 1 to 35 and then cooled, and the matrix reinforcement is characterized in that a hollow is formed in the center of the cross section in the longitudinal direction. It provides a fiber reinforcement using the yarn coating.
또한, 본 발명 상기 매트릭스 보강재는 평균입경이 0.1 내지 60㎛인 다수의 미세 기공들을 포함하는 발포체로서 그 공극율이 10 내지 70%이고, 상기 섬유 집합체의 총 횡단면적은 섬유 보강재 전체 횡단면적의 10 내지 80%인 것을 특징으로 하는 얀코팅을 이용한 섬유 보강재를 제공한다.In addition, the matrix reinforcement of the present invention is a foam comprising a plurality of micropores having an average particle diameter of 0.1 to 60 μm, and the porosity is 10 to 70%, and the total cross-sectional area of the fiber aggregate is 10 to the total cross-sectional area of the fiber reinforcement. It provides a fiber reinforcement material using a yarn coating, characterized in that 80%.
또한, 본 발명 상기 열가소성 고분자는 용융지수(MI)가 1 내지 35인 폴리올레핀계 수지, 고유점도(IV)가 0.64 내지 1.0인 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리아미드(polyamides), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리비닐클로라이드(polyvinylechloride), 폴리스타이렌(polystyrene) 및 폴리부타디엔(polybutadiene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 얀코팅을 이용한 섬유 보강재를 제공한다.In addition, the thermoplastic polymer of the present invention is a polyolefin resin having a melt index (MI) of 1 to 35, polyethylene terephthalate having an intrinsic viscosity (IV) of 0.64 to 1.0, polyamides, and polyacrylates ( polyacrylates), polyacrylonitrile, polycarbonates, polyvinylechloride, polystyrene and polybutadiene selected from the group consisting of, or a mixture of two or more of them It provides a fiber reinforcement material using a yarn coating as characterized.
또한, 본 발명 상기 섬유 집합체는 폴리에스테르 섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유, 폴리비닐 알코올 섬유, 탄소섬유, 현무암 섬유, 스테인레스 스틸 섬유, 구리섬유 및 무정형 금속 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 섬유 또는 이들 중 2종 이상 섬유가 합사된 합사섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 얀코팅을 이용한 섬유 보강재를 제공한다.In addition, the fiber aggregate of the present invention is any fiber selected from the group consisting of polyester fiber, glass fiber, aramid fiber, polyvinyl alcohol fiber, carbon fiber, basalt fiber, stainless steel fiber, copper fiber, and amorphous metal fiber, or 2 of them. It provides a fiber reinforcement material using a yarn coating, characterized in that consisting of a plied fiber of more than three kinds of fibers are plied.
또한, 본 발명 (a) 원사가 노즐 구멍에 빠져나오는 순간 용융지수(MI)가 1~35인 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 수지로 코팅시킨 후 냉각하여 코팅 섬유를 권취하는 단계; (b) 가스와 고분자 용융물의 혼합물 및 상기 코팅 섬유 다수를 평행하게 배열하여 섬유 집합체를 각각 준비하는 단계; (c) 상기 섬유 집합체를 크로스 헤드의 제1 유입구로 공급하고, 상기 제1 유입구의 둘레에 형성된 크로스 헤드의 제2 유입구를 통하여 상기 가스와 고분자 용융물의 혼합물을 주입한 후, 중공형성부를 포함하는 이동로를 통하여 상기 섬유 집합체 및 가스와 고분자 용융물의 혼합물을 이동시키면서 서로 부착시켜 크로스 헤드의 배출구로 배출하는 단계; 및 (d) 상기 (c)단계의 결과물을 냉각시키는 단계를 포함하는 얀코팅을 이용한 섬유 보강재 제조방법를 제공한다.In addition, the present invention (a) a step of winding the coated fiber by cooling after coating with polypropylene or polyethylene resin having a melt index (MI) of 1 to 35 as soon as the yarn exits the nozzle hole; (b) preparing a fiber aggregate by arranging a mixture of a gas and a polymer melt and a plurality of the coated fibers in parallel; (c) supplying the fiber assembly to the first inlet of the crosshead, and injecting the mixture of the gas and the polymer melt through the second inlet of the crosshead formed around the first inlet, and comprising a hollow forming part Adhering to each other while moving the fiber aggregate and the mixture of gas and polymer melt through a moving path and discharging them to an outlet of the cross head; And (d) it provides a fiber reinforcement manufacturing method using the yarn coating comprising the step of cooling the result of step (c).
또한, 본 발명 상기 (d)단계의 결과물에 천공을 형성하는 단계를 더 포함하는 얀코팅을 이용한 섬유 보강재 제조방법를 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a fiber reinforcement material using yarn coating further comprising the step of forming a perforation in the result of step (d).
또한, 본 발명 상기 크로스 헤드의 배출구 크기는 상기 이동로의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 얀코팅을 이용한 섬유 보강재 제조방법를 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a fiber reinforcement material using yarn coating, characterized in that the size of the outlet of the crosshead is smaller than the size of the moving path.
본 발명에 따른 섬유 보강재는 단면 중앙부에 중공이 형성되고, 발포체로 된 매트릭스 보강재를 구비하므로 가볍고 경제적일 뿐만 아니라, 발포체의 미세 기공 크기의 양과 크기를 제어함으로써 발포체 도입에 따른 기계적 물성의 저하 현상을 최소화할 수 있어 보강재로서 유용하게 사용될 수 있다. The fiber reinforcement according to the present invention has a hollow formed in the center of the cross section and has a matrix reinforcement made of a foam, so it is not only light and economical, but also reduces the phenomenon of mechanical properties due to introduction of the foam by controlling the amount and size of the micropore size of the foam. As it can be minimized, it can be usefully used as a reinforcing material.
또한, 본 발명인 섬유 보강재는 얀코팅 처리된 단섬유의 집합체로 구성되어 저밀도 코팅재에 의해 보강재의 경량화와 기계적 물성이 유지되는 특징이 있다. In addition, the fiber reinforcement according to the present invention is composed of an aggregate of yarn-coated short fibers, and the weight of the reinforcing material is reduced and mechanical properties are maintained by a low-density coating material.
또한, 본 발명의 섬유 보강재 제조방법에 따르면, 가볍고 기계적 물성이 우수한 섬유 보강재를 연속적으로 생산할 수 있다.In addition, according to the method of manufacturing a fiber reinforcement material of the present invention, it is possible to continuously produce a fiber reinforcement material that is light and excellent in mechanical properties.
또한, 본 발명의 섬유 보강재는 중공에 의해 용이하게 접힐 수 있어 시공이 편의한 효과가 있고, 중공, 천공에 의해 인장력이 높고, 내시공성, 마찰특성이 우수한 효과도 있다.In addition, the fiber reinforcement material of the present invention can be easily folded by a hollow, so that the construction is convenient, and by a hollow and perforated, the tensile strength is high, and the construction resistance and friction characteristics are excellent.
도 1은 본 발명의 섬유 보강재를 개략적으로 도시한 부분 확대 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 섬유 보강재의 제조공정도이다.
도 3은 본 발명의 섬유 보강재 제조장치에 구비되는 어셈블리를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 섬유 보강재 제조장치에 구비되는 어셈블리를 구성하는 니쁠을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 얀코팅 모노 원사 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a partially enlarged perspective view schematically showing a fiber reinforcement of the present invention.
Figure 2 is a manufacturing process diagram of a fiber reinforcement according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic cross-sectional view of an assembly provided in the apparatus for manufacturing a fiber reinforcement material of the present invention.
4 is a view showing a nipple constituting the assembly provided in the fiber reinforcement manufacturing apparatus of the present invention.
5 is a view schematically showing the configuration of a yarn-coated mono yarn according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail. In describing the present invention, detailed descriptions of related known functions or configurations are omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention.
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.The terms "about", "substantially", etc. of the degree used in the present specification are used at or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances specific to the stated meaning are presented, and To assist, accurate or absolute figures are used to prevent unfair use of the stated disclosure by unscrupulous infringers.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 섬유 보강재(1)는, 열가소성 고분자로 된 매트릭스 보강재(2) 및 상기 매트릭스 보강재의 내부에 위치한 섬유 집합체(3)를 포함하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1, the
도 5는 본 발명의 얀코팅 모노 원사 구성에 대한 도면이다. 상기 섬유 집합체(3)는 모노 원사의 복수로 구성된 것으로 상기 모노 원사는 방사시 노즐 구멍에 빠져나오는 순간 용융지수(MI)가 1~35인 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 수지로 코팅된 후 냉각 권취된 것이다.5 is a view of the configuration of the yarn coated mono yarn of the present invention. The
상기 섬유 집합체(3)는 다수의 섬유들이 상기 매트릭스 보강재와 평행하게 배열되어 형성되고, 상기 매트릭스 보강재(2)는 발포체로 형성되고, 길이 방향으로 중공을 형성할 수 있다.The
상기 발포체는 평균 입경이 0.1 내지 60 ㎛인 다수의 미세 기공들을 포함하도록 형성하면서 공극율을 10 내지 70%로 조절함이 바람직하다. It is preferable that the foam is formed to include a plurality of fine pores having an average particle diameter of 0.1 to 60 µm, while controlling the porosity to 10 to 70%.
상기 매트릭스 보강재 발포체에 포함된 미세 기공들의 평균 입경이 0.1 ㎛ 미만이면 미세공극을 형성하기 어렵고, 공극율이 10% 미만이면 매트릭스 보강재의 비중이 커져서 보강재의 경량화가 이루어지지 않아 발포체로서의 특성을 가지기 어려울 수 있다. 또한, 평균 입경 60 ㎛ 및 공극율 70%를 초과하면 과도한 기공의 생성으로 보강재의 기계적 물성이 저하되어 포설시 보강섬유의 골재에 의해 손상 방지가 어려워 보강용도로 이용하기 어려울 수 있다.If the average particle diameter of the micropores included in the matrix reinforcing material foam is less than 0.1 µm, it is difficult to form micro-voids, and if the porosity is less than 10%, the specific gravity of the matrix reinforcing material increases, making it difficult to reduce the weight of the reinforcing material, making it difficult to have the characteristics as a foam. have. In addition, when the average particle diameter exceeds 60 µm and porosity of 70%, the mechanical properties of the reinforcing material are degraded due to excessive pores, so that it is difficult to prevent damage by the aggregate of the reinforcing fibers during installation, and thus it may be difficult to use for reinforcing purposes.
상기 섬유 집합체(3)의 총 횡단면적을 섬유 보강재 전체 횡단면적의 10 내지 80%로 실시함이 가볍고 경제적일 뿐만 아니라, 발포체 도입에 따른 기계적 물성의 저하 현상을 최소화할 수 있다. The total cross-sectional area of the
상기 섬유 집합체의 총 횡단면적이 섬유 보강재 전체 횡단면적의 10% 미만이면 섬유 집합체에 의한 보강효과가 미미하고, 그 횡단면적이 80%를 초과하면 상대적으로 매트릭스 보강재의 두께가 지나치게 얇게 되어 포설시 골재에 의해 손상을 쉽게 받을 수 있다. If the total cross-sectional area of the fiber aggregate is less than 10% of the total cross-sectional area of the fiber reinforcement, the reinforcing effect by the fiber aggregate is insignificant, and when the cross-sectional area exceeds 80%, the thickness of the matrix reinforcement becomes too thin, and the aggregate during laying It can be easily damaged by.
또한 매트릭스 보강재를 구성하는, 열가소성 고분자로는 섬유 보강재 제조에 사용되는 고분자 매트릭스 수지라면 모두 사용이 가능한데, 예를 들어 용융지수(MI)가 1 내지 35인 폴리올레핀계 수지, 고유점도(IV)가 0.64 내지 1.0인 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리아미드(polyamides), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리비닐클로라이드(polyvinylechloride), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리부타디엔(polybutadiene) 등을 각각 단독으로 또는 이들 중 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.In addition, as the thermoplastic polymer constituting the matrix reinforcing material, any polymer matrix resin used for manufacturing the fiber reinforcement material can be used.For example, a polyolefin-based resin having a melt index (MI) of 1 to 35, and an intrinsic viscosity (IV) of 0.64 To 1.0 of polyethylene terephthalate, polyamides, polyacrylates, polyacrylonitrile, polycarbonates, polyvinylechloride, polystyrene, Polybutadiene and the like may be used alone or in combination of two or more of them.
또한, 섬유 집합체 역시 섬유 보강재 제조에 사용되는 섬유들의 집합체라면 모두 사용 가능한데, 예를 들어 폴리에스테르 섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유, 폴리비닐 알코올 섬유, 탄소섬유, 현무암 섬유, 스테인레스 스틸 섬유, 구리섬유, 무정형 금속 섬유 등을 각각 단독으로 또는 이들 중 2종 이상 섬유를 합사하여 사용할 수 있다. In addition, the fiber aggregate can also be used as long as it is an aggregate of fibers used for manufacturing fiber reinforcement, for example, polyester fiber, glass fiber, aramid fiber, polyvinyl alcohol fiber, carbon fiber, basalt fiber, stainless steel fiber, copper fiber, Amorphous metal fibers and the like may be used alone or in combination of two or more fibers.
이러한 섬유 보강재는 사각형 횡단면의 굵기를 갖는 형태로 제조할 수 있는데, 바람직하게는 폭이 50 ~ 120㎜(더욱 바람직하게는 70 ~ 100mm), 두께가 1 ~ 5㎜(더욱 바람직하게는 1.5 ~ 3.5mm)인 직사각형의 횡단면을 갖도록 제조함이 바람직하다. Such fiber reinforcement may be manufactured in a shape having a thickness of a square cross section, preferably 50 to 120 mm in width (more preferably 70 to 100 mm), and 1 to 5 mm in thickness (more preferably 1.5 to 3.5 mm). mm) is preferably manufactured to have a rectangular cross section.
또한, 본 발명은 매트릭스 보강재의 중앙에 길이 방향의 중공이 형성될 수 있다. 상기 중공은 단면 중앙부, 균일하게 등분한 부분, 균일하지 않게 나누어진 부분에 실시자가 임의적으로 선택하여 형성할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일실시예로 단면 중앙부에 길이방향으로 중공이 형성됨을 나타낸다. 매트릭스 보강재에 중공이 형성됨으로써 가볍고 경제적일 뿐만 아니라 전체적으로 유연성이 높아 시공이 편리할 수 있다.In addition, in the present invention, a hollow in the longitudinal direction may be formed in the center of the matrix reinforcement. The hollow may be arbitrarily selected and formed by a practitioner in a central portion of the cross section, a uniformly divided portion, or a non-uniformly divided portion. 1 shows that in an embodiment of the present invention, a hollow is formed in the longitudinal direction in the central portion of the cross section. By forming a hollow in the matrix reinforcing material, it is not only light and economical, but also overall flexibility is high, so construction can be convenient.
또한, 본 발명은 섬유 보강재에 천공이 형성되어, 상기 천공을 통해 섬유 보강재의 상부와 하부가 흙과 일체화되어 섬유 보강재와 흙과의 마찰력이 향상될 수 있고, 그로 인해 인장력이 우수한 물성도 가질 수 있다.In addition, in the present invention, a perforation is formed in the fiber reinforcement, and the upper and lower portions of the fiber reinforcement are integrated with the soil through the perforation, so that the frictional force between the fiber reinforcement and the soil can be improved, thereby having excellent tensile strength. have.
본 발명의 섬유 보강재의 제조방법을 도 2를 참조하여 설명한다.A method of manufacturing the fiber reinforcement of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
먼저, 원사가 노즐 구멍에 빠져나오는 순간 용융지수(MI)가 1~35인 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 수지로 코팅시킨 후 냉각하여 코팅 섬유를 권취한다. First, the moment the yarn exits the nozzle hole, it is coated with polypropylene or polyethylene resin having a melt index (MI) of 1 to 35, and then cooled to wind the coated fiber.
이때 상기 원사는 폴리에스테르 섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유, 폴리비닐 알코올 섬유, 탄소섬유, 현무암 섬유, 스테인레스 스틸 섬유, 구리섬유 및 무정형 금속 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 섬유이다. At this time, the yarn is any fiber selected from the group consisting of polyester fiber, glass fiber, aramid fiber, polyvinyl alcohol fiber, carbon fiber, basalt fiber, stainless steel fiber, copper fiber, and amorphous metal fiber.
이후 다수의 섬유들이 평행하게 배열된 섬유 집합체와, 가스와 고분자 용융물의 혼합물을 각각 준비한다. Thereafter, a fiber aggregate in which a plurality of fibers are arranged in parallel, and a mixture of a gas and a polymer melt are prepared, respectively.
가스와 고분자 용융물의 혼합물(이하, 가스/고분자 혼합물이라 함)은 고분자 수지를 압출기(6)에서 용융, 혼련시에 가스를 주입하거나, 또는 고분자 수지와 함께 열분해에 의해 가스를 발생하는 발포제를 투입하여, 압출기(6) 내에서 균일한 가스와 고분자 용융물의 혼합물을 제조한다. 가스를 직접 투입할 경우에는 이산화탄소(CO2) 또는 질소(N2)와 같은 초임계 유체를 사용하는 것이 바람직하고, 고분자 수지와 같이 발포제를 투입할 경우에는 발포제를 별도로 투입하거나, 발포제가 고분자 수지와 혼합되어 있는 펠렛 형태로 투입할 수 있다. For a mixture of gas and polymer melt (hereinafter referred to as a gas/polymer mixture), gas is injected when the polymer resin is melted and kneaded in the
다음으로는, 압출기(6) 내에 있는 가스/고분자 혼합물을 기어펌프를 이용하여 섬유집합체(3)가 장착되어 있는 크로스헤드(13)로 이송시켜, 가스/고분자 화합물과 섬유집합체(3)가 서로 부착되도록 한 다음, 가스/고분자 화합물이 부착된 섬유집합체(3)를 크로스 헤드(13) 밖으로 방출시킨다. 이때, 크로스헤드(13)내의 압력과 대기압과의 압력차이에 의해 고분자 수지 내에 용융되어 있는 가스가 팽창되어 형성된 미세발포구조와 중공형성부에 의해 형성된 중공을 갖는 섬유 보강재(1)가 제조된다. Next, the gas/polymer mixture in the
다음으로는, 연속적으로 압출된 미세발포구조의 섬유 보강재(1)가 냉각수조(16)를 지나게 하여 고분자 수지 내에 형성된 기공이 붕괴되거나 가스가 고분자 수지 밖으로 빠져나가는 것을 방지한다. 위와 같이 발포된 매트릭스 보강재를 냉각시키지 않을 경우에 원하는 공극율을 갖는 발포체를 얻을 수 없으며, 작고 균일한 기공을 갖는 발포체를 얻을 수 없다. Next, the continuously extruded micro-foamed
다음으로는 냉각 처리된 미세발포구조를 갖는 섬유 보강재(1)를 천공부(17)에서 길이 방향으로, 일정한 간격으로 천공한 후 2 ~ 20m/min의 속도로 보빈에 일정한 길이로 권취한다.Next, the cooled
상기 천공부(17)는 일실시예로 도 1의 중공이 형성된 섬유 보강재의 단면 중앙부(5)에 천공(4)을 타공하기 위한 것으로 연속해서 이동하는 섬유 보강재(1)를 파지할 수 있는 고정부와 천공장치로 구성된다. 상기 천공장치는 통상의 프레스 장치를 이용할 수 있으며, 초음파 융착기를 이용함이 더욱 바람직할 수 있다. 상기 초음파 융착기를 이용하여 중공이 형성된 섬유 보강재의 중앙부에 상하로 충돌하는 마찰열을 발생시켜 용융상태를 만든 다음, 음각으로 조각된 롤러로 가압하여 천공을 형성할 수 있다. The perforated
본 발명의 섬유 보강재의 제조장치 및 공정도를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 도 2에서와 같이 고분자 수지를 용융압출시키기 위한 압출기(6), 가스탱크(9)로부터 공급된 가스를 정량적으로 주입하기 위한 고압정량펌프(10)로 구성된 가스 주입장치(8), 섬유 집합체(3)가 장착되어 있는 크릴(11), 섬유 집합체(3)를 압출기의 크로스헤드(13)에 일정 속도로 공급하는 섬유공급장치(12), 용융된 고분자 수지와 섬유 집합체(3)가 만나 섬유 보강재(1)를 형성시키기 위한 크로스헤드(13), 크로스헤드(13)에서 나오는 섬유 보강재에 요철을 부여하기 위한 Knurling 장치(15), 요철이 형성된 섬유 보강재를 냉각시키기 위한 냉각장치(16), 냉각된 섬유 보강재에 천공을 부여하기 위한 천공부(17), 천공된 섬유 보강재를 일정한 속도로 잡아당기기 위한 권취장치(18), 그리고 일정한 길이로 감기 위한 와인더(19)로 구성되어 있다. The present invention will be described in more detail with reference to the manufacturing apparatus and process diagram of the fiber reinforcement of the present invention. As shown in Fig. 2, a
상기 보강재 제조 공정의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다. The configuration of the reinforcing material manufacturing process will be described in detail as follows.
도 2의 공정도를 보면, 먼저 섬유집합체(3)가 섬유공급장치(12)를 거치게 된다. Referring to the process diagram of FIG. 2, first, the
이때 섬유집합체(3)를 구성하는 원사는 노즐 구멍에 빠져나오는 순간 용융지수(MI)가 1~35인 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 수지로 코팅시킨 후 냉각하여 코팅 섬유를 권취한다. 권취된 복수의 원사를 평행하게 배열하여 섬유 집합체를 준비한다. At this time, the yarn constituting the
섬유공급 장치(12)는 섬유 집합체(3)가 크로스헤드(13)로 유입되는 속도를 조절하고 권취장치(18)는 섬유 보강재(1)를 잡아당기는 속도를 조절하여 섬유 집합체(3)에 일정한 장력이 유지되도록 한다. 섬유공급장치(12)를 통과한 섬유 집합체(3)는 크로스헤드(13)를 통과하게 된다.The
도 2의 공정도에서 펠렛 형태의 고분자 수지가 호퍼(7)를 통해 압출기(6)로 투입된다. 매트릭스 보강재(2)를 형성하는 펠렛 형태의 고분자 수지는 분해시 가스를 방출하여 압출기 내에서 가스/고분자 혼합물이 형성되도록 한다. 또한, 가스 주입장치(8)를 사용하여 발포가스를 고압정량펌프(10)를 이용하여 압출기(6)의 배럴에 직접 투입할 수도 있다. In the process diagram of FIG. 2, a polymer resin in the form of pellets is introduced into the
가스/고분자 혼합물은 섬유 집합체가 위치한 크로스헤드(13)로 이송된다. 섬유 집합체와 가스/고분자 혼합물은 크로스헤드(13) 내에 있는 도 3과 같은 어셈블리(20)에서 서로 부착하게 된다. 어셈블리(20)는 니쁠(21), 부싱(22), 다이(23)로 구성되어 있다. 니쁠(21)에는 섬유 집합체(3)가 유입되는 제1 유입구(24)와 가스/고분자 혼합물이 유입되는 제2 유입구(25)가 형성된다. 제2 유입구(25)는 제1 유입구(24)의 둘레에 형성되는 것이 바람직한데, 이것은 가스/고분자 혼합물를 이용하여 섬유 집합체(3)를 완전히 피복하는 데에 유리하기 때문이다. The gas/polymer mixture is conveyed to the
니쁠(21)의 제1 유입구(24)는 섬유 보강재(1)에서 섬유집합체(3)가 섬유 보강재(1)의 중앙에 위치하도록 위치를 잡아주며, 부싱(22)의 이동로(22a)에서는 섬유 집합체(3)와 가스/고분자 화합물이 부착된다. 다이(23)는 결합된 섬유 집합체(3)와 가스/고분자 수지 혼합물이 압력을 많이 받도록 설계되었으며, 다이의 이동로(23a)의 모양에 따라 보강재(1)의 형태가 결정될 수 있다. 본 발명의 일실시예로 니쁠에서부터 부싱의 이동로(22a)를 거쳐 다이의 이동로(23a)까지 중공형성부(26)를 위치시켜 보강재 단면 중앙부에 중공을 형성할 수 있다. 상기 중공형성부의 형태를 변화시켜 중공의 모양, 크기 또는 위치를 조절할 수 있다. The
크로스헤드(13)를 빠져 나온 섬유 보강재(1)는 매트릭스 보강재 내의 가스가 외부로 방출되지 않도록 온도조절이 가능한 냉각수조(16)를 거친다. 이렇게 냉각된 섬유 보강재(1)는 천공부(17)에서 길이 방향으로 일정하게 천공된 후 권취장치(18)를 거쳐 와인더(19)에 의해 일정한 길이로 감긴다. The
이와 같이 본 발명의 방법으로 제조한 미세발포구조 및 중공을 갖는 섬유 보강재(1)는 무발포 섬유 보강재와 비교할 때 기계적 강도가 크게 저하되지 않으며, 균일한 미세기공을 가지고 있기 때문에 경량성과 충격완화 특성이 우수하여 단위 부피당 원료비를 절감할 수 있게 된다.As described above, the fiber reinforcement material (1) having a micro-foamed structure and a hollow fabric manufactured by the method of the present invention does not significantly decrease the mechanical strength compared to the non-foamed fiber reinforcement material, and has uniform micropores, so its light weight and impact-reducing properties This is excellent and it is possible to reduce the cost of raw materials per unit volume.
본 발명에 있어서 공극률은 아래 계산식으로 계산된다. In the present invention, the porosity is calculated by the following formula.
공극률(%) = (ρN - ρF)/ ρN X 100Porosity (%) = (ρN-ρF)/
상기 식에서 ρN 은 무발포체의 밀도, ρF 은 발포체의 밀도를 나타낸다. In the above formula, ρN is the density of the non-foaming material, and ρF is the density of the foamed material.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples and Comparative Examples.
실시예의 물성 측정방법은 다음과 같다. The method of measuring physical properties of the examples is as follows.
◈ 밀도 : ASTM D 792◈ Density: ASTM D 792
섬유 보강재(1)를 일정 길이로 자르고 섬유를 제거한 후, 질량(m)과 부피(V)를 측정하여 밀도(d)를 계산한다. After cutting the fiber reinforcement material (1) into a certain length and removing the fibers, the density (d) is calculated by measuring the mass (m) and volume (V).
d = m/Vd = m/V
◈ 공극의 크기◈ Size of void
섬유 보강재(1)를 파단한 후, 횡단면을 전자현미경(SEM)을 이용하여 측정한다. After breaking the fiber reinforcement (1), the cross section is measured using an electron microscope (SEM).
◈ 인장 강도 및 신율 : ASTM D 6637◈ Tensile strength and elongation: ASTM D 6637
변형제어식 인장시험기의 상·하에 붙어 있는 클램프사이의 거리를 10±3%/분의 속도로 인장을 하여 인장 변형에 따른 인장응력을 측정한다.Tensile stress according to tensile deformation is measured by stretching the distance between the clamps attached to the top and bottom of the strain control type tensile tester at a rate of 10±3%/min.
실시예Example 1 One
섬도 600,000데니어의 폴리에스테르 고강력사를 8묶음으로 나누어 8홀(hole)의 원형 단면 니쁠(21)과 부싱(22), 사각형 다이(23)를 통과시키고, 고밀도 폴리에틸렌 수지와 1.2wt%의 발포제를 230℃로 미리 예열되어 있는 압출기(6)에 투입하여 용융, 혼련시켜 가스/고분자 혼합물을 크로스헤드(13)로 이동시켜 섬유 집합체와 가스/고분자 혼합물 압출, 20℃의 냉각수조(16)를 통과, 냉각시킨 후 천공부에서 일정 간격으로 천공하여 5m/min으로 권취하여 폭 70mm, 두께 2.5mm의 미세발포 구조 및 중공을 갖는 섬유 보강재(1)를 제조하였다.Dividing polyester high-strength yarn with a fineness of 600,000 denier into 8 bundles, passing through an 8-hole circular cross-section nipple (21), bushing (22), and square die (23), and a high-density polyethylene resin and a foaming agent of 1.2 wt%. Put into the extruder (6) preheated to 230℃, melt and knead, move the gas/polymer mixture to the crosshead (13), extrude the fiber aggregate and the gas/polymer mixture, and pass through the cooling water bath (16) at 20℃ , After cooling, it was punched at regular intervals in the perforated part and wound at 5 m/min to prepare a
이때 상기 섬도가 600,000데니어의 폴리에스테르 고강력사는 섬유집합체의 모노 원사로 폴리프로펠렌(PP)으로 얀코팅처리하여 제조한 것이다. 얀 코팅 전의 모노 원사의 섬도는 540,000데니어이다. At this time, the polyester high-strength yarn having a fineness of 600,000 denier was prepared by yarn coating treatment with polypropene (PP) as a mono yarn of a fiber aggregate. The fineness of the mono yarn before yarn coating is 540,000 denier.
실시예Example 2 2
얀코팅처리 수지를 폴리프로필렌 대신 폴리에틸렌(PE)으로 대체한 것이외에 실시예 1과 동일한 방법으로 미세발포구조 및 중공을 갖는 섬유 보강재(1)를 제조하였다. In the same manner as in Example 1, except that the yarn-coated resin was replaced with polyethylene (PE) instead of polypropylene, a
비교예Comparative example 1 One
폴리에스테르 고강력사를 얀코팅없이 섬도 600,000데니어의 폴리에스테르 고강력사만을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 보강재를 제조하였다. Fiber reinforcement was prepared in the same manner as in Example 1 using only polyester high tenacity yarn having a fineness of 600,000 denier without yarn coating of polyester high tenacity yarn.
실시예 및 비교예로 제조된 섬유 보강재(1)의 물성은 하기 표 1에 나타내었다.The physical properties of the fiber reinforcement material (1) prepared in Examples and Comparative Examples are shown in Table 1 below.
중량
(g/m)unit
weight
(g/m)
공극
크기
(um)Average
air gap
size
(um)
(%)Porosity
(%)
(kN)strong
(kN)
(%)Shinto
(%)
(kN)LASE5%
(kN)
강도
(kgf)curve
burglar
(kgf)
상기 표 1에서 보는 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 미세발포구조를 갖는 섬유 보강재(1)는 비교예와 큰 차이가 없는 40㎛에서 42㎛의 평균 공극 크기를 가지며, 다만, 저밀도의 PP, PE 수지로 얀코팅을 한 것으로 섬유집합체의 모노 원사의 동일값의 데니어를 갖는 비교예 1에 비하여 단위중량은 낮아 경량화를 가지며, 비교예와 비교하여 적은 고강력사를 사용하였지만, 기계적 물성인 강력, 굴곡강도, LASE 5%은 얀코팅 없이 동일 섬도를 갖는 원사를 사용한 것과 큰 차이가 없음을 알 수 있다. As shown in Table 1, the fiber reinforcement material (1) having a micro-foamed structure manufactured according to an embodiment of the present invention has an average pore size of 40 μm to 42 μm, which is not significantly different from the comparative example, but low density Yarn-coated with PP and PE resins, and the unit weight is low compared to Comparative Example 1, which has the same denier of the mono yarn of the fiber aggregate, and has lighter weight, and less high-strength yarn was used compared to the comparative example, but mechanical properties It can be seen that the phosphorus strength, flexural strength, and LASE 5% are not significantly different from those using yarns having the same fineness without yarn coating.
따라서 저밀도 수지를 얀코팅한 원사를 사용하는 섬유 보강재가 더 가볍고 유연함을 알 수 있다. 이는 섬유보강재 시공시 사용자에게 편리함을 제공할 수 있다. Therefore, it can be seen that the fiber reinforcement using the yarn coated with the low-density resin is lighter and more flexible. This can provide convenience to users when constructing a fiber reinforcement.
1 : 섬유 보강재 2 : 매트릭스 보강재
3 : 섬유 집합체 4 : 천공
5 : 중앙부 6 : 압출기
7 : 호퍼 8 : 가스 주입장치
9 : 가스탱크 10 : 고압정량펌프
11 : 크릴 12 : 섬유공급장치
13 : 크로스 헤드 14 : 맥
15 : Knurling 장치 16 : 냉각수조
17 : 천공부 18 : 권취장치
19 : 와인더 20 : 어셈블리
21 : 니쁠 22 : 부싱
23 : 다이 24 : 제1유입구
25 : 제2유입구 26 : 중공형성부
100 : 얀코팅 모노 원사 101 : 모노 원사
102 : 코팅재 1: fiber reinforcement 2: matrix reinforcement
3: fiber assembly 4: perforation
5: central part 6: extruder
7: hopper 8: gas injection device
9: gas tank 10: high pressure metering pump
11: krill 12: fiber supply device
13: crosshead 14: mac
15: Knurling device 16: cooling water tank
17: perforation 18: winding device
19: winder 20: assembly
21: nipple 22: bushing
23: die 24: first inlet
25: second inlet 26: hollow forming part
100: yarn coated mono yarn 101: mono yarn
102: coating material
Claims (7)
(b) 가스와 고분자 용융물의 혼합물 및 상기 얀코팅 섬유 다수를 상호접촉되도록 평행하게 배열하여 섬유 집합체를 각각 준비하는 단계;
(c) 상기 섬유 집합체를 크로스 헤드의 제1 유입구로 공급하고, 상기 제1 유입구의 둘레에 형성된 크로스 헤드의 제2 유입구를 통하여 상기 가스와 고분자 용융물의 혼합물을 주입한 후, 중공형성부를 포함하는 이동로를 통하여 상기 섬유 집합체 및 가스와 고분자 용융물의 혼합물을 이동시키면서 서로 부착시켜 크로스 헤드의 배출구로 배출하는 단계; 및
(d) 상기 (c)단계의 결과물을 냉각시키는 단계를 포함하되,
상기 (d)단계의 결과물에 천공을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 크로스 헤드의 배출구 크기는 상기 이동로의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 단위중량 192~193g/m, 강력 52~53 kN 및 신도 11.4~11.9%의 특징인 얀코팅을 이용한 섬유 보강재 제조방법.(a) coating the mono-yarn with polypropylene or polyethylene resin having a melt index (MI) of 1 to 35 at the moment it exits the nozzle hole, and then cooling the yarn-coated fiber to wind up;
(b) preparing a fiber aggregate by arranging a mixture of a gas and a polymer melt and a plurality of the yarn-coated fibers in parallel so as to be in contact with each other;
(c) supplying the fiber assembly to the first inlet of the crosshead, and injecting the mixture of the gas and the polymer melt through the second inlet of the crosshead formed around the first inlet, and comprising a hollow forming part Adhering to each other while moving the fiber aggregate and the mixture of gas and polymer melt through a moving path and discharging them to an outlet of the cross head; And
(d) cooling the resultant of step (c),
Further comprising the step of forming a perforation in the result of step (d),
The size of the outlet of the crosshead is smaller than the size of the moving path, characterized by a unit weight of 192 to 193 g/m, strength of 52 to 53 kN, and an elongation of 11.4 to 11.9%.
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