KR102282709B1 - 마찰성 지오그리드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰성 지오그리드의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 지오그리드의 표면에 마찰재를 부착시켜 마찰력을 향상시키도록 한 마찰성 지오그리드의 제조방법에 관한 것인바, 본 발명은 지오그리드의 제조방법에 있어서, 원사를 공급하여 다발형태의 필라멘트를 형성하고, 상기 여러가닥의 필라멘트를 수평방향으로 일정폭을 형성하도록 여러 가닥으로 나열하여 경사리브 또는 위사리브를 형성하는 리브형성단계와; 경사리브 또는 위사리브를 이용하여 장방형의 망으로 제직하는 제직단계와; 상기 장방형의 망으로 제직된 경사리브와 위사리브의 겹침부를 재봉하는 접합단계와; 상기 재봉된 장방형의 망을 배출유도롤러를 통해 장방형의 망 형태로 제직된 경사리브와 위사리브의 표면에 수지를 코팅하는 피복단계와; 상기 수지가 피복된 장방형의 망은 건조부로 이송되어 피복된 수지를 건조시키는 단계; 및 코팅층과 같은 재질로 이루어진 수지분말을 고온으로 가열하는 가열공정과; 상기 가열된 마찰재를 코팅층의 표면에 부착하는 부착단계 순으로 제조하는 마찰력을 향상시키도록 한 마찰성 지오그리드의 제조방법에 있어서, 상기 마찰재는 젤 상태로 가열한 것으로 코팅층에 접촉을 위한 충돌시 마찰재의 접촉면적이 넓게 퍼지면서 마찰재의 형태가 변경되어 부착되는 것에 그 특징이 있다.

Description

마찰성 지오그리드의 제조방법{Friction geogrid production method}

본 발명은 마찰성 지오그리의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 지오그리드의 표면에 마찰재를 부착시켜 마찰력을 향상시키도록 한 마찰성 지오그리드 의 제조방법에 관한 것이다.

최근 토목, 건축분야에서 연약지반강화, 옹벽보호, 배수, 경사면안정등 흙과 관련된 분야에 토목섬유(geosynthetics)를 많이 적용하고 있다. 이와 같은 토목섬유는 종래에 사용되어 오던 자갈, 모래, 거적 등의 빈약한 건축, 토목용 지반강화제에 비하여 사용이 간편하고 운반이 용이하며, 기능성 및 물성이 뛰어나고 경제적으로 유리하여 많이 사용되고 있다.

1960년대 초에 개발되어 적용되기 시작한 고분자 합성섬유 제품인 토목섬유는 우수한 내구성과 시공성, 경제성 등을 갖고 있어 토목분야의 새로운 전기를 마련하였다. 그러나 1970년대까지 각종 토목구조물에 보강재로서 사용되어 온 직포, 부직포 등의 토목섬유 제품은 인장강도, 인장탄성계수, 크리프 등의 측면에서 제약이 있어 높은 인장강도와 인장탄성계수를 요구하는 토목구조물에의 적용이 제한되어 왔다. 이러한 문제는 1979년에 영국에서 개발한, 고강도 토목섬유 제품인 지오그리드의 출현으로 해결되었으며, 이후 지오그리드는 전 세계적으로 각종 토목공사에 다양한 용도로 사용되면서 급격한 발전을 하고 있다.

국내에서는 1990년대에 들어 지오그리드의 사용을 모색해 왔으며, 1993년도에 보강토 옹벽 설계 시 지오그리드를 처음 적용하였고, 1990년대 후반 국내에서 코팅형태의 결합형 연성 지오그리드가 자체 생산되면서 지오그리드의 사용이 활성화되고 있다(한국건설기술연구원, 1999). 지오그리드는 연약지반 보강, 성토사면 보강, 보강토 옹벽 등 다양한 토목현장에서 보강재로서 폭넓게 활용되고 있으나, 이러한 용도로 영구 토목구조물에 적용된 지오그리드에 대한 현장 적용기간이 그다지 길지 않기 때문에 장기간 현장에 적용된 지오그리드 보강재의 내구성에 관해서는 아직까지 불확실성이 존재하고 있다. 시간경과에 따른 지오그리드 보강재의 공학적 특성(특히 인장강도) 저하정도는 지오그리드의 소재와 형태, 지오그리드가 포설되어 있는 주변 환경 및 외부하중 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 보강토 구조물 축조 시 지오그리드 보강재 상부에 뒤채움 흙을 포설하고 다짐하면서 발생할 수 있는 지오그리드의 손상도 보강토 구조물의 장기적 안정에 큰 영향을 줄 수 있다. 특히 국내의 경우, 뒤채움 흙으로 널리 사용되고 있는 화강풍화토(산흙)에는 입경이 큰 돌들이 많이 포함되어 있으며, 현장 시공 시에는 양질의 토사 수급의 어려움과 방대한 뒤채움 흙을 채 가름해야 하는 번거로움으로 인해 입경 19mm(뒤채움 선정기준) 이상의 돌이 다량 함유된 흙이 사용되고 있어 지오그리드 보강재의 손상이 크게 우려되고 있다.

토목섬유는 크게 압출성형물, 지오텍스타일, 부직포(non-woven fabric) 등으로 구분할 수 있다. 부직포의 경우는 스펀본딩법으로 제조된 것이 적합하며, 특히 지오텍스타일의 경우 지오그리드, 지오매트 등이 있으며, 이들은 주로 폴리에스터 원사를 제직한 후 폴리염화비닐(PVC) 코팅을 거쳐 제조한다.

지오그리드는 격자구조를 가지며 지반내부에서 흙과의 상호친화성으로 흙의 결집력을 향상시켜주어 지반의 붕괴, 침하 등을 방지하여 주며 연약지반강화용, 옹벽보호용, 경사면강화용 등에 사용되고 있다.

이와 같은 지오그리드는 경, 위사 방향(주, 보조 리브)의 각 띠가 격자를 가진 재료로서 띠의 구성, 교차연결 또는 결합방법을 다양하게 변화시킬 수 있고, 하 중을 받는 방향의 구조보강재로 사용된다. 지오그리드는 플라스틱(강성, 시트형) 지오그리드와 텍스타일(연성, 직물형) 지오그리드가 있으며, 플라스틱 지오그리드는 압출기를 통해 얻은 고밀도 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 시트에 구멍을 뚫은 다음 일축 또는 이축 연신하여 제조하며, 텍스타일 지오그리드는 합성섬유를 격자형으로 제편 또는 제직하여 폴리염화비닐, 아크릴, 라텍스, 고무, 역청 등의 수지를 피복시켜 제조한다.

특히 텍스타일 지오그리드는 플라스틱 지오그리드에 비해 제조원가면에서 경제적이며 제품자체가 유연하므로 포장, 운반 및 시공면에서 상대적으로 유리하다고 알려져 있다.

그러나 이러한 장점에도 불구하고 텍스타일 지오그리드는 그 제조공정에 있어서 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 먼저 합성섬유를 사용하여 제, 편직을 하는 공정 후 합성수지를 피복하는 코팅공정을 수행할 때 표면이 미끈하여 마찰력이 저하되어 슬림현상이 발생되는 문제가 있다.

상기한 문제를 해소하고자 표면에 보강사를 S자 또는 Z자 꼬임을 형성시켜 사용하고 있으나 보강사를 설치 후 코팅공정을 수행하기 때문에 마찰력이 향상되지 않는 문제점이 있으며, 또한 보강사를 설치하기가 어려고 지오그리드의 제조 공정이 복잡하게 되는 문제가 있다.

한편 대한민국 실용신안등록 제296423호와 같이 보강사를 설치하고 표면으로부터 돌출된 돌기를 형성된 구조이다. 그러나 상기한 돌기는 코팅공정을 수행할 때 형성시키기 현실적으로 불가능한 문제가 있다.

미합중국 특허 US 5091247 일본특개 평9-100527 일본실공평2-17030 일본실개평2-125038 대한민국 실용신안등록 제296423호

이러한 종래 문제점을 감안하여 안출한 본 발명은 지오그리드의 표면에 수지분체로 이루어진 마찰재를 부착시켜 마찰력을 향상시킴으로서 마찰재의 점도 조절 및 점도 조절에 의해 코팅층에 부착되는 마찰재의 크기 및 무게를 용이하게 조절할 수 있으며 또한 코팅층의 표면과 마찰재 간의 접착성이 우수하며, 마찰재가 불규칙한 형상으로 부착됨으로 마찰력이 향상되는 등의 이점 등이 있는 지오그리드를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적은 지오그리드의 제조방법에 있어서, 원사를 공급하여 다발형태의 필라멘트를 형성하고, 상기 여러가닥의 필라멘트를 수평방향으로 일정폭을 형성하도록 여러 가닥으로 나열하여 경사리브 또는 위사리브를 형성하는 리브형성단계와; 경사리브 또는 위사리브를 이용하여 장방형의 망으로 제직하는 제직단계와; 상기 장방형의 망으로 제직된 경사리브와 위사리브의 겹침부를 재봉하는 접합단계와; 상기 재봉된 장방형의 망을 배출유도롤러를 통해 장방형의 망 형태로 제직된 경사리브와 위사리브의 표면에 수지를 코팅하는 피복단계와; 상기 수지가 피복된 장방형의 망은 건조부로 이송되어 피복된 수지를 건조시키는 단계; 및 코팅층과 같은 재질로 이루어진 수지분말을 고온으로 가열하는 가열공정과; 상기 가열된 마찰재를 코팅층의 표면에 부착하는 부착단계 순으로 제조하는 마찰력을 향상시키도록 한 마찰성 지오그리드의 제조방법에 있어서, 상기 마찰재는 젤 상태로 가열한 것으로 코팅층에 접촉을 위한 충돌시 마찰재의 접촉면적이 넓게 퍼지면서 마찰재의 형태가 변경되어 부착되는 것을 특징으로 하는 마찰력을 향상시키도록 한 마찰성 지오그리드의 제조방법에 의하여 달성된다.
상기 마찰재를 접착제로 코팅하고 코팅된 마찰재를 코팅층의 표면에 분사하여 부착시키는 것을 것을 특징으로 하는 마찰력을 향상시키도록 한 마찰성 지오그리드의 제조방법에 의하여 달성된다.

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이와 같은 본 발명은 지오그리드의 표면인 코팅층에 수지분체로 이루어진 마찰재를 부착시켜 마찰력을 향상시킴으로서 마찰재의 점도 조절 및 점도 조절에 의해 코팅층에 부착되는 마찰재의 크기 및 무게를 용이하게 조절할 수 있으며 또한 코팅층의 표면과 마찰재 간의 접착성이 우수하며, 마찰재가 불규칙한 형상으로 부착됨으로 마찰력이 향상되는 등의 이점 등이 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 마찰성 지오그리드의 구조를 보여주는 사시도.
도 2는 본 발명인 마찰성 지오그리드의 제조방법을 보여주는 제조공정도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1은 본 발명의 기술이 적용된 마찰성 지오그리드의 구조를 보여주는 사시도이다. 이에 따른 본 발명의 지오그리드는 고강력 섬유를 사용하여 경사와 위사로 이루어진 위사리브(10)와 경사리브(20)를 일정 간격지게 격자형으로 제편 또는 제직하여 폴리염화비닐, 아크릴, 라텍스, 고무, 역청 등의 수지를 피복시켜 코팅층(30)을 형성시키며 상기 코팅층(30)의 표면을 가열하고 가열된 표면에 마찰재(40)를 부착시킨 구조이다.

상기 고강력 섬유의 종류로는 폴리에스테르섬유, 아라미드섬유, 유리섬유, 폴리비닐클로라이드섬유 등이 사용되는나, 가장 바람직하게는 폴리에스테르섬유이다.

본 발명에서는 고유점도가 0.8% 이상인 폴리에스테르 고분자를 일반적인 산업용 고강력사 제조공정에 의해 500∼30,000데니어(denier), 강도 7∼95g/데니어, 신도 12∼14%의 섬유로 제조하여 사용하고 필요에 따라 섬유를 합사 및 연사하여 사용한다.

이때 상기 마찰재(40)는 코팅층(30)과 같은 재질로 이루어지고 일정한 크기를 갖는 입자형태인 수지분체를 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 이종의 마찰재를 사용하면 작은 외부 충격에도 쉽게 마찰재가 떨어지며 또한 접착하는 면적이 작아 접착강도가 현저히 저하되나 본 발명과 같이 코팅층과 같은 재질로 이루어진 마찰재를 사용할 경우 접착강도를 향상시켜 마찰재의 이탈을 방지할 수 있기 때문이다.

상기 마찰재(40)에 안료를 혼합하여 색채를 갖도록 하여 마찰력에 따라 제품을 구별할 수 있도록 할 수 있다. 예컨대 마찰력이 큰 것과 작은 것을 구별이 용이하며 색채에 따라서 연약지반강화용, 옹벽보호 및 배수용, 경사면안정용 등으로 구별하여 사용할 수 있기 때문이다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 마찰성 지오그리드의 제조방법은 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 원사를 공급하여 다발형태의 필라멘트를 형성하고, 상기 여러가닥의 필라멘트를 수평방향으로 일정폭을 형성하도록 여러 가닥으로 나열하여 경사리브(20) 또는 위사리브(10)를 형성하는 리브형성단계(S100)를 수행한다.

상기 경사 또는 위사로 사용되는 고강력 섬유는 일정 강도를 가지는 원사로 이루어지는 것을 사용하게 되며, 바람직하게는 원사강도 85g/denier 이상인 원사로 이루어진 다발형태의 것을 사용하는 것이 좋다.

상기 리브형성단계(S100) 완료 후 경사리브(20) 또는 위사리브(10)를 이용하여 장방형의 망으로 제직하는 제직단계(S200)를 수행하며 상기 장방형의 망으로 제직된 경사리브(20)와 위사리브(10)의 겹침부를 재봉하는 재봉단계(S300)를 수행하여 겹침부의 강도를 향상시킨다.

본 발명에서는 재봉하는 것으로 설명하고 있으나 다발 형태의 각 리브에 대응하는 위사 또는 경사가 끼워져 예컨대 평직 또는 능직 형태로 제직된 것을 사용할 수도 있다.

상기 재봉된 장방형의 망을 배출유도롤러를 통해 장방형의 망 형태로 제직된 경사리브와 위사리브의 표면에 수지를 코팅층(30)을 형성하는 피복단계(S400)를 수행한다. 상기 피복단계(S400)의 수지는 지오그리드를 생산하는 데 사용되는 통상의 열경화성 수지를 사용하며, 보다 바람직하게는 PVC, HDPE, LDPE, PP 등 중 어느 하나를 사용한다.

상기 수지가 피복된 장방형의 망은 건조부로 이송되어 피복된 수지를 건조시키는 건조단계(S500)를 수행하고 상기 수지피복에 의해 형성된 코팅층(30)을 고온으로 가열 또는 마찰재(40)도 가열하는 가열공정(S600)과 상기 가열된 코팅층(30) 표면과 마찰재(40)를 부착하는 부착단계(S700) 순으로 제조한다.

상기 코팅층(30)을 가열하지 않고 코팅층(30)의 표면이 냉각되어 있을 때에는 분무압력에 의해 날아와 표면에 부딪혔을 때 부착되지 않고 코팅층의 표면으로부터 미끄러짐 또는 표면으로부터 유리면에 마치 설탕을 녹여 응고시킨 것과 같이 마찰재가 코팅층의 표면에서 쉽게 떨어져 나가는 현상이 일어나는 문제가 있기 때문이다.

마찰재(40) 또한 가열되지 아니한 상태이면 코팅층의 표면 냉각시와 동일한 문제점이 발생되며 또한 마찰재가 코팅층의 표면에 부딪혔을 때 펼치어지는 현상이 일어나지 않는 문제가 있다.

마찰재(40)의 분무 압력은 3~6kgf/cm²이며, 상기한 분무 압력에 의해 코팅층 표면과 분무기 노즐과의 거리가 20~60cm 범위 내에서 분무한다. 코팅층 표면과 분무기 노즐과의 거리가 60cm 이상일 경우 거리가 멀어 분무기로부터 분사된 발포체가 코팅층 표면과 충돌되지 않거나 충돌되더라도 충돌압력이 미약하여 접촉력(응착력)이 약해 발포체의 무게에 의해 떨어져 나가는 문제점이 있다.

이때 마찰재(40)의 종류로는 PVC, HDPE, LDPE, PP 등 중 어느 하나를 사용하며 바람직하게는 코팅층과 같은 재료를 사용한다. 그 이유는 이종의 마찰재를 사용하면 작은 외부 충격에도 쉽게 마찰재가 떨어지며 또한 접착하는 면적이 작아 접착강도가 현저히 저하되나 본 발명과 같이 코팅층과 같은 재질로 이루어진 마찰재를 사용할 경우 접착강도를 향상시켜 마찰재의 이탈을 방지할 수 있기 때문이다.

한편 상기 가열은 마찰재(40)가 형태를 유지할 정도의 젤 상태로 가열한 것으로 코팅층에 접촉을 위한 충돌시 마찰재의 접촉면적이 충돌에 의해 넓게 퍼지면서 마찰재의 형태가 변경되어 부착된다.

따라서 마찰재의 접착면이 넓어져 마찰재의 접착강도가 상승하게 되는 것이며, 한편 접착강도를 향상시키기 위한 다른 방법으로는 상기 마찰재를 접착제로 코팅하고 코팅된 마찰재를 에어로 코팅층의 표면에 분사하여 부착시켜 사용할 수도 있다.

상기 마찰재(40)에 안료를 혼합하여 색채를 갖도록 하여 마찰력에 따라 제품을 구별할 수 있도록 하여 사용할 수도 있다. 예컨대 마찰력이 큰 것과 작은 것을 구별이 용이하며 색채에 따라서 연약지반강화용, 옹벽보호 및 배수용, 경사면안정용 등으로 구별하여 사용할 수 있기 때문이다.

이와 같은 본 발명은 지오그리드의 표면인 코팅층에 수지분체로 이루어진 마찰재를 부착시켜 마찰력을 향상시킴으로서 마찰재의 점도 조절 및 점도 조절에 의해 코팅층에 부착되는 마찰재의 크기 및 무게를 용이하게 조절할 수 있으며 또한 코팅층의 표면과 마찰재 간의 접착성이 우수하며, 마찰재가 불규칙한 형상으로 부착됨으로 마찰력이 향상되는 등의 이점 등이 있는 매우 유용한 발명이다.

10 : 위사리브 20 : 경사리브
30 : 코팅층 40 : 마찰재

Claims (7)

1. 삭제
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3. 삭제
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5. 지오그리드의 제조방법에 있어서,
   원사를 공급하여 다발형태의 필라멘트를 형성하고, 상기 여러가닥의 필라멘트를 수평방향으로 일정폭을 형성하도록 여러 가닥으로 나열하여 경사리브 또는 위사리브를 형성하는 리브형성단계와;
   경사리브 또는 위사리브를 이용하여 장방형의 망으로 제직하는 제직단계와;
   상기 장방형의 망으로 제직된 경사리브와 위사리브의 겹침부를 재봉하는 접합단계와;
   상기 재봉된 장방형의 망을 배출유도롤러를 통해 장방형의 망 형태로 제직된 경사리브와 위사리브의 표면에 수지를 코팅하는 피복단계와;
   상기 수지가 피복된 장방형의 망은 건조부로 이송되어 피복된 수지를 건조시키는 단계; 및
   코팅층과 같은 재질로 이루어진 수지분말을 고온으로 가열하는 가열공정과;
   상기 가열된 마찰재를 코팅층의 표면에 부착하는 부착단계 순으로 제조하는 마찰력을 향상시키도록 한 마찰성 지오그리드의 제조방법에 있어서,
   상기 마찰재는 젤 상태로 가열한 것으로 코팅층에 접촉을 위한 충돌시 마찰재의 접촉면적이 넓게 퍼지면서 마찰재의 형태가 변경되어 부착되는 것을 특징으로 하는 마찰력을 향상시키도록 한 마찰성 지오그리드의 제조방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 마찰재를 접착제로 코팅하고 코팅된 마찰재를 코팅층의 표면에 분사하여 부착시키는 것을 것을 특징으로 하는 마찰력을 향상시키도록 한 마찰성 지오그리드의 제조방법.
   
   
7. 삭제

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