KR102220072B1

KR102220072B1 - 실크융착사와 탄소섬유 및 아라미드섬유를 혼합한 구조물 보강용 직물

Info

Publication number: KR102220072B1
Application number: KR1020190144834A
Authority: KR
Inventors: 노권
Original assignee: 노권
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-02-24
Also published as: KR102220072B9

Abstract

본 발명은 노후된 구조물을 보강하는 데 사용되는 보강직물을 구성함에 있어탄소섬유와 아라미드섬유를 혼합 제직하되 탄소섬유와 아라미드섬유를 잡아주는 위사를 실크융착사를 사용하여 제직함으로써 경사간의 간극을 좁히고 탄소섬유와 아라미드 섬유를 모두 잡아주는 형태의 위사 고정구조를 이용한 실크융착사와 탄소섬유 및 아라미드섬유를 혼합한 구조물 보강용 직물에 관한 것이다.

Description

실크융착사와 탄소섬유 및 아라미드섬유를 혼합한 구조물 보강용 직물 {Fabric for Reinforcement of Structures Using Carbon Fiber and Aramid Fiber Using Silk Fiber}

본 발명은 노후된 구조물을 보강하는데 사용되는 산업용 보강직물을 구성함에 있어 탄소섬유와 아라미드섬유를 혼합 제직하되 탄소섬유와 아라미드섬유를 잡아주는 위사를 실크융착사로 하여 제직함으로써 경사간의 간극을 좁히고 탄소섬유와 아라미드섬유를 모두 잡아주는 형태의 경사 고정구조를 이용한 실크융착사와 탄소섬유 및 아라미드섬유를 혼합한 구조물 보강용 직물에 관한 것이다.

일반적으로 구조물은 시간이 지남에 따라 설계 및 시공 상의 하자, 사용 중의 구조변경, 환경변화에 따른 노후화 및 자연재해, 화재 등 각종 원인에 의해 내구성 및 내하력이 저하되며, 이러한 원인에 의해 구조적으로 영향을 받게 된 구조물들은 균열 등으로 인하여 붕괴로까지 이어질 수 있어 인명피해 등 대형 참사뿐만 아니라, 사회 기반인 주요시설 및 교통망이 장기간 마비되고 복구를 위해서는 막대한 공사비가 소요되어 사회적으로 큰 영향을 미친다.

따라서, 구조적인 손상을 입은 구조물들은 안전성 확보를 위해 전면 또는 부분적인 보수 또는 보강조치가 반드시 필요하며, 특히, 구조적인 손상을 유발하는 균열은 외부의 영향 다시 말해, 콘크리트 구조물과 이웃하는 토사에 빗물 등이 응축되어 있다가 구조물 표면으로 스며들면서 열화가 발생하게 되어 발생하고 또 콘크리트의 건조와 수축, 온도변화, 누수, 진동 등 여러 요인에 의해 외부 또는 내부에 균열이 발생되며, 차량이나 열차의 통행이 잦은 터널, 지하철의 차량 통로에는 진동 등의 여러 요인에 의해 균열이 빈번하게 발생된다.

이에 따라, 노후화 된 구조물이나 여러 요인에 의해 발생된 구조물의 균열 등을 보강하기 위한 방법으로 콘크리트나 철강 또는 강판을 사용하여 보강을 하지만 최근에는 슈퍼섬유인 탄소섬유를 이용하여 구조물을 보강하는 공법이 널리 사용되고 있다.

또 탄소섬유보다 충격강도가 높고 내열성과 고강력, 고탄성율의 아라미드 섬유도 충격에 대한 물성값이 좋아 호텔이나 공공건물 교각이나 외부로 충격이 가해지기 쉬운 구조물의 보강용으로 사용되고 있다.

그러나, 탄소섬유는 기계적 성질은 좋으나 전기적 성질이 취약하여 전기가 사용되는 지하철 전신주 등에 사용이 불가하고 충격강도가 크지 않으며, 아라미드 섬유는 전기적 성질은 좋으나 기계적 물성이 낮고 제직하는 데 어려움이 있다.

또한, 이러한 탄소섬유와 아라미드섬유로서 제직한 구조용 보강직물은 주로 단독으로 제직하게 되고 여기에 사용되는 위사는 유리섬유, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 사용하며 외표면 전체에 경사와 위사의 풀림을 방지하고 잡아주기 위해 수지코팅을 하게 된다.

그러나, 이러한 탄소섬유직물이나 아라미드섬유 직물은 금속이나 콘크리트 등의 구조물에 시공시 에폭시 등의 접착수지를 이용하여 고정 접착하게 되는 데 직물 전체에 수지 코팅이 이루어져 있으므로 구조물에 접착수지로서 고정 접착시 수지코팅에 의해 접착수지가 직물의 내부에 침투하지 못하게 됨에 따라 접착력이 떨어져 구조물의 보강력이 우수하지 못한 단점이 있다.

본 발명의 목적은 이와같은 단점을 해소하기 위한 것으로 탄소섬유와 아라미드섬유를 동시에 한 직물에 투입해서 혼방으로 제직함으로써 기계적 물성이 우수한 탄소섬유와 우수한 충격강도나 전기적 특성으로부터 자유로운 아라미드섬유의 특성을 모두 포함한 형태의 구조 보강용 직물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 탄소섬유와 아라미드섬유를 혼합하여 제직한 혼방 직물의 양측 최외각의 경사에 실크섬유사에 열가소성 저온수지로 코팅한 실크융착사를 위사로 교직하여 가열에 의한 실크융착사의 용융으로 경사를 고정시켜 경사가 풀리지 않고 견고한 구조 보강용 직물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 탄소섬유와 아라미드섬유를 혼합한 혼합사를 경사로 하고 실크섬유사에 열가소성 저온수지를 코팅한 실크융착사를 위사로 교직하여 압착 가열에 의한 실크융착사의 용융으로 탄소섬유와 아라미드섬유의 혼합사에 융착시켜 인장 탄성 등의 기계적 물성이 확보되고 충격강도 물성이 향상되는 구조 보강용 직물을 제공하는 데 있다.

본 발명은 이와같은 목적을 달성하기 위한 수단으로, 산업용 구조물 보강용 직물을 구성함에 있어서, 실크섬유사를 50~80℃로 예열하여 수분을 제거한 후 상기 실크섬유사의 표면에 저온 열가소성수지인 EVA를 코팅하여 제조한 실크융착사를 위사로 하고, 탄소섬유와 아라미드섬유 원사 가닥을 1:1 또는 2:1로 배분한 것을 경사로 하여 교직하고 가열에 의한 열가소성 수지의 융착으로 고정된 실크섬유사와 탄소섬유 및 아라미드 섬유를 혼합한 구조물 보강용 직물을 제공한다.

삭제

이와같은 본 발명에 의해 제조된 보강용 직물은 탄소섬유와 아라미드섬유의 혼합사를 경사로 하고 열가소성 저온수지를 코팅한 실크융착사를 위사로 교직하여 실크섬유사를 코팅한 열가소성 저온수지의 용융으로 경사의 풀림을 방지하고 탄소섬유와 아라미드섬유가 가지는 장점을 서로 보강하여 인장 탄성, 충격강도 등의 기계적 물성이 확보되고 충격강도 물성이 보강되며, 특히, 종래와 같이 외표면 전체에 수지를 코팅하지 않고 위사의 용융에 의해 경사간의 고정이 확보되어 실이 풀리지 않을 뿐 아니라 접착수지로서 구조물에 접착시 경사와 위사의 전체에 접착수지가 침투하게 되므로 콘크리트와 같은 구조물에 강력하게 접착될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유와 아라미드섬유의 혼합사로 제직한 직물에 실크융착사를 최외곽 경사로 하여 교직하는 상태의 예시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유와 아라미드섬유의 혼합사를 경사로 하고 실크융착사를 위사로 제직한 직물의 예시도
도 3은 본 발명의 실크융착사의 구조도

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실크섬유사와 탄소섬유 및 아라미드 섬유를 혼합한 구조물 보강용 직물은 도 2에 도시된 바와 같이, 산업용 구조물 보강용 직물을 구성함에 있어서, 실크섬유사(1)를 50~80℃로 예열하여 수분을 제거한 후 상기 실크섬유사(1)의 표면에 저온 열가소성수지인 EVA(2)를 코팅하여 제조한 실크융착사(10)를 위사(30)로 하고, 탄소섬유와 아라미드섬유 원사 가닥을 1:1 또는 2:1로 배분한 것을 경사(20)로 하여 교직하고 가열에 의한 열가소성 수지의 융착으로 고정된 것을 특징으로 한다.
도 2에 따른 본 발명은 다음의 제조단계를 거쳐 제조되다.

실크섬유사(1)를 50~80℃로 예열하여 수분을 제거한 후 실크섬유사(1)의 표면에 저온 열가소성수지인 EVA(2)를 코팅하여 실크융착사(10)를 제조하는 제1단계와; 탄소섬유와 아라미드섬유 원사 가닥을 1:1 또는 2:1로 배분시켜 경사(20)를 준비하는 제2단계와, 상기 탄소섬유와 아라미드섬유를 경사(20)로 하고 제1단계의 EVA(2)가 코팅된 실크융착사(10)를 위사(30)로 교직하여 반제품을 제조하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 제조된 반제품을 압착 가열함으로써 실크융착사(10)에 코팅된 EVA(2)를 용융시켜 경사(20)와 결합시키고 냉각하여 구조물 보강용 직물(100)의 제조를 완료하는 제4단계를 거쳐 제조된다.

상기한 제1단계는 내열성과 부드러운 실크섬유사(1)로서 실크융착사(10)를 제조한 단계로서 실크숙사 원사에 80℃ 정도의 열을 가해 수분을 제거하고 이의 표면에 저온 열가소성 수지인 EVA(2)를 코팅하고 냉각시켜 저온 열융착 실크섬유사(1)를 제조하는 단계이다.

제2단계는 탄소섬유와 아라미드섬유 원사 가닥을 1:1 또는 2:1의 배분으로 혼합하여 경사(20)를 준비하는 단계로서 경사빔을 활용하거나 크릴에 원사를 바로 꼽아 준비한다.

제3단계는 탄소섬유와 아라미드섬유를 경사(20)로 하고 완성된 실크융착사(10)를 위사(30)로 투입시켜 레피아 직기를 통해 직물을 제직하여 반제품을 제조하는 단계이다.

제4단계는 제3단계에서 제조된 반제품에 100℃이상의 열을 가하므로서 일시적으로 위사(30)인 실크융착사(10)의 표면에 코팅된 저온 열가소성 수지인 EVA(2)를 용융시켜 경사(20)와 결합시키고, 냉각을 통해 경사(20)와 위사(30)를 고정시키므로서 완제품을 제조하는 단계로서 완성된 직물은 원하는 정도의 크기로 권취해 상온에서 보관하며 필요에 따라 절단하여 구조물 보강용 직물(100)로 사용된다.

이와같이 제조된 실크융착사(10)를 이용한 탄소/아라미드 혼방 구조물 보강용 직물(100)은 단순 탄소 직물이나 아라미드 직물과는 다르게 인장 탄성등의 기계적 물성이 확보되며 특히 충격강도 물성의 향상으로 보다 우수한 형태의 구조 보강직물로 사용이 가능하고 특히 수중에서의 사용에 매우 적합하다.

도 1은 본 발명의 다른 실시예로서, 탄소섬유와 아라미드섬유 원사 가닥을 1:1 또는 2:1로 배분시켜 이를 경사(20)와 위사(30)로 교직하되 양측 최외곽의 경사(20)를 50~80℃로 예열하여 수분을 제거한 실크섬유사(1)의 표면에 저온 열가소성수지인 EVA(2)를 코팅하여 제조한 실크융착사(10)로 구성한다.
상기한 실시예는 탄소섬유와 아라미드섬유를 1:1 또는 2:1로 배분시켜 혼방 직물을 구성하되 양측 최외각의 경사(20)에 각각 실크섬유사(1)를 열가소성 저온수지인 EVA(2)로 코팅한 실크융착사(10)를 위사(30)로 교직하여 융착시키므로서 직물의 양쪽과 전반적인 목을 고정시켜 경사(20)의 풀림을 방지한 데 특징이 있는 것으로 제조과정을 보다 상세하게 설명하면, 탄소섬유와 아라미드섬유를 1:1 또는 2:1로 배분시킨 것을 경사(20)와 위사(30)로 교직하여 양측 혼방 직물을 구성하되 양측 최외곽의 경사(20)에 각각 수분을 제거한 실크섬유사(1)를 열가소성 저온수지인 EVA(2)로 코팅한 실크융착사(10)를 위사(30)로 교직하여 이를 100℃이상의 온도로 가열하게 되면 일시적으로 융착사인 실크섬유사(1)의 표면에 코팅된 열가소성 수지인 EVA(2)가 융융되면서 경사(20)와 일체로 접착되고 이후 냉각시키면 교직된 경사(20)와 위사(30)는 최외곽에 융착된 실크융착사(10)의 접착에 의해 풀림이 방지되고 직물의 전반적인 목을 고정시킬 수 있다.

삭제

이때 냉각은 자연냉각이나 차가운 쿨러를 거치는 방법이 주로 사용된다.

종래의 구조물 보강용 직물(100)은 주로 탄소섬유나 아라미드섬유를 각각 경사(20)와 위사(30)로 하여 교직하고 경사(20)와 위사(30)의 풀림을 방지하기 위해 표면 전체에 수지를 코팅하게 되므로 이를 구조물에 접착수지로서 접착시 접착수지가 표면에 전체 코팅된 수지에 의해 내부로 침투하지 못하게 됨에 따라 금속이나 콘크리트와의 접착력이 떨어지나 본 발명은 최외곽에 융착된 실크융착사(10)가 일체로 경사(20)와 융착되어 경사(20)의 풀림을 방지하므로 표면 전체에 수지를 코팅할 필요가 없어 구조물에 접착시 접착력이 매우 우수하고 시공 작업시 작업자의 작업 과정에서도 경사간의 고정이 확보되어 실이 풀리지 않고 형태를 자유롭게 변형하여도 이전 상태로 모양이 유지되는 특성이 있다.

그리고 위사(30)로 사용되는 실크섬유사(1)는 중심사로 구성됨에 따라 실크섬유사(1)의 열에 강한 특성에 의한 탄소/아라미드 혼합 직물이 구조물 보강용으로 사용될 때 코팅 수지가 표면 전체에 코팅된 종래의 구조 보강직물과 달리 탄소/아라미드 혼합직물의 형태를 견고하게 유지할 뿐아니라 기계적 물성 역시 유지가 가능하다.

또한 상기와 같이 코팅수지가 탄소/아라미드직물 표면에 코팅되지 않음에 따라 접착수지와 코팅수지가 층을 이루어 탄소/아라미드직물이 금속이나 기타 콘크리트와의 접착력이 떨어지는 것을 막을 수 있다

이와같은 본 발명은 탄소과 아라미드 섬유를 동시에 한 직물에 투입해서 혼방으로 제직함으로써 기계적 물성이 우수한 탄소섬유와 우수한 충격강도나 전기적 특성으로부터 자유로운 아라미드 섬유의 특성을 모두 포함한 형태의 구조 보강용 직물의 제조가 가능하며 특히, 탄소섬유와 아라미드섬유를 실크융착사(10)로서 용융결합하여 경사(20)를 고정하므로 경사(20)의 풀림이 없고 형태를 자유롭게 변형하여도 이전 상태로 모양이 유지되는 특성이 있다.

1 : 실크섬유사 2 : EVA 10 : 실크융착사 20 : 경사 30 : 위사 100 : 구조물 보강용 직물

Claims

산업용 구조물 보강용 직물을 구성함에 있어서, 실크섬유사(1)를 50~80℃로 예열하여 수분을 제거한 후 상기 실크섬유사(1)의 표면에 저온 열가소성수지인 EVA(2)를 코팅하여 제조한 실크융착사(10)를 위사(30)로 하고, 탄소섬유와 아라미드섬유 원사 가닥을 1:1 또는 2:1로 배분한 것을 경사(20)로 하여 교직하고 가열에 의한 열가소성 수지의 융착으로 고정된 실크섬유사와 탄소섬유 및 아라미드 섬유를 혼합한 구조물 보강용 직물.
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