KR102301493B1 - 폴리우레아를 이용한 frp 선박 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 FRP 선박에 관한 것으로서 보다 상세하게는 물성 및 열적 특성이 개선된 FPR선박 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박은 다수의 FRP 층을 적층하여 제조된 다층 FRP 선박이며, 적어도 일부의 FRP층 사이에 우레아 층이 적층된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해서 인장, 신율, 탄성 등의 물성이 보강되고, 내연성 또는 난연성이 향상된 폴리우레아층을 포함하는 새로운 다층 FRP 선박 및 그 제조 방법이 제공되었다.

Description

폴리우레아를 이용한 FRP 선박 및 그 제조 방법{FRP Vessel Using Polyurea and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 FRP 선박에 관한 것으로서 보다 상세하게는 물성 및 내연 특성이 개선된 FPR 선박 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

FRP는 섬유로 강화한 플라스틱으로서, 섬유는 유리섬유, 카본섬유, 아라미드 섬유 등이 사용되며, 수지는 불포화폴리에스터 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 또는 비닐 에스테르 수지등이 사용된다. 이러한 FRP는 내부가 섬유로 강화되어 있어, 섬유로 강화되지 않은 수지에 비해서 강도가 강하다.

FRP는 바닥, 욕조, 탱트, 파이프, 자동차 등의 다양한 분야에서 사용되는데, 최근 국내 해양 레저 산업이 발전하면서, FRP를 이용해서 보트와 같은 소형 선박을 제조하는 산업도 성장하고 있다.

보트와 같은 소형 선박을 제조하는 방식은 적층 방식과 진공압축(Infusion) 방식으로 구분된다.

적층 방식은 하부 몰드(Mould) 표면을 이형제 처리를 한 후, 불포화 폴리에스테르수지(UPR)를 메트(Mat)와 로빙(Roving)으로 결합하면서 유리섬유 강화제를 혼합하여 선체 강도를 증대시키는 수적층법(Hand Lay-up)으로 기본 선체를 제작한 후 탈형한다.

진공 압축 방식은 하부 몰드에 매트를 올려 놓고, 그 위에 상부 몰드를 고정한 후, 상부 몰드와 하부 몰드 사이를 실링하고, 그 후 상부 몰드와 하부 몰드 사이에 수지를 진공으로 충진하고, 경화 후 탈형하는 방식으로 이루어진다. 하부 몰드에 진공 커버를 덮어서 상부 몰드를 대신할 수도 있다.

탈형 후 목재 및 PU(Polyurethan)폼 등을 사용하여 선체를 종보강 형태로 취부하여 기본 선체를 건조하게 된다. 이후 엔진 및 기관장비 거치, 의장 및 전기공사 등을 수행하고, 필요한 도장(방오도료 또는 내구성증진 특수도장 등)작업을 하여 선박을 완성한다.

FRP을 이용해서 제조된 선박은 강도가 높다는 특성이 있다. 하지만, 탄성이 부족해서 강도 이상의 충격이 가해질 경우, 예를 들어, 바위 또는 다른 선박과 부딪히게 되면, 파손이 일어나면서 충격 부위보다 훨씬 넓은 부위가 파손되는 문제가 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, (주)터보마린에 허여된 대한민국 특허 제1821695호에서는 에폭시 수지에 탄소나노섬유를 혼합하여 분사시키고, 이러한 에폭시 수지를 진공 인퓨전 방식을 이용해서 몰드 내부에 위치한 매쉬 형태의 섬유에 함침시킴으로서, 에폭시 수지에 분산된 탄소 나노 튜뷰가 매쉬 형태의 섬유에 부착되어, 에폭시 수지와 매쉬 형태의 섬유 사이 결합력을 높여주는 방식을 개시한다.

하지만, 이러한 방식은 고가의 탄소 나노튜브를 사용할 뿐만 아니라 이를 혼합한 에폭시 수지를 제조하기가 쉽지 않고, 결합력의 증가에 따른 강도 증가에도 불구하고 신율 개선 효과가 높지 않다는 문제가 있다. 또한, 종래 FPR는 불에 약하여, 선박 특성상 피해가 크다는 문제가 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 강도가 강하면서도 쉽게 찢어지지 않는 새로운 선박용 FRP를 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 강도가 강하면서도 쉽게 찢어지지 않는 FRP를 이용한 선박 제조 공법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 다수의 FRP 층을 적층하여 제조된 다층 FRP 선박에 있어서, 적어도 일부의 FRP층 사이에 우레아 층이 적층된 것을 특징으로 하는 선박을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 다층 FRP는 층간에 우레아가 적층될 수 있도록 2개 이상의 FRP층이 적층된 것이며, 바람직하게는 5개 이상, 보다 바람직하게는 10개 이상의 층, 가장 바람직하게는 10~12 개의 FRP층이 적층된 구조체이다.

본 발명에 있어서, 상기 FRP는 섬유로 강화한 플라스틱으로서, 섬유는 유리섬유, 카본섬유, 아라미드 섬유 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 유리섬유일 수 있다. 또한, 수지는 폴리에스터 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 또는 비닐 에스테르 수지등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리에스터 수지일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 다층 FPR는 각 FRP 층의 수지와 섬유의 종류가 동일하거나 상이할 수 있으며, 층간 결합력을 높일 수 있도록 동일한 수지와 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 다층 FRP는 유리섬유로 강화된 폴리에스터 수지로 이루어진 FRP층들이 적층된 것일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 폴리 우레아는 다층 FRP에 내연 또는 난연성을 부여하고, 인장 및 신율, 및 탄성을 높여 충돌-마찰시 선박 훼손을 방지하고, 선박건조 작업환경을 보호하기 위해서 FRP 층간에 삽입된다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 폴리 우레아는 충분한 물성의 향상과 난연 기능성 부여를 위해서, 다층 FRP에서 적어도 2 이상의 우레아층이 FRP 층간에 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 폴리우레아를 포함하는 다층 FRP는 수적층법 또는 진공압축 방식을 사용할 수 있다.

본 발명의 실시에 있어서, 수적층에 의해서 상기 폴리우레아를 포함하는 다층 FRP를 형성하는 방식은 적층되는 FPR들층 중 적어도 하나의 FRP층 위에 폴리우레아 코팅층을 형성한 후, 그 위에 다시 FPR층을 형성하는 방식으로 제조될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 폴리우레아는 이소시아네이트 프리폴리머(Isocyanate Prepolymer)와 아민(Amine)의 연쇄 반응으로 생성되는 순수 우레아를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 순수 우레아는 Hybrid Polyurea, Urethane Rim과 대비되는 우레아이다.

본 발명에 있어서, 상기 폴리우레아에는 난연제를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리우레아 100 중량부에 대해서 0.1~5.0 중량부의 난연제를 사용할 수 있다.

본 발명은 일 측면에 있어서, 하부 몰드에 다층 FRP를 적층하여 선박을 제조하는 방법에 있어서, 상기 적어도 일부의 FRP층간에 폴리우레아층을 적층한 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또 다른 일 측면에 있어서, 다수의 FRP 층을 적층한 다층 FRP 구조체에 있어서, 상기 다수의 FRP 중 적어도 일부의 FRP 층간에 폴리우레아가 전측된 것을 특징으로 하는 적층 구조체를 제공한다.

본 발명에 의해서 인장, 신율, 탄성 등의 물성이 보강되고, 내연성 또는 난연성이 향상된 폴리우레아층을 포함하는 새로운 다층 FRP 선박 및 그 제조 방법이 제공되었다.

본 발명은 또한 일 측면에서, 인장, 신율, 탄성 등의 물성이 보강되고, 내연성 또는 난연성이 향상된 폴리우레아층을 포함하는 새로운 다층 FRP 적층제를 제공하였다.

도 1는 하부 FRP 위에 폴리우레아 층이 형성되는 과정을 보여주는 도면이다. 도 1a는 하부 몰드 위에 제1 유리섬유포가 적층된 상태를 보여주며, 도 1b는 폴리에스터 수지가 제1 유리섬유포에 충진되어 경화된 상태를 보여주며, 도 1c는 하부 FRP층의 상부에 우레아층이 형성된 상태를 보여준다.
도 2은 FRP 층간에 폴리우레아층이 형성되는 과정을 보여준다. 도 2a는 도 1d의 폴리우레아층 위에 유리섬유가 적층된 상태이며, 도 3b는 폴리우레아층 위에 FRP층이 형성된 상태이며, 도 3c는 반복해서 FRP층 위헤 다시 폴리우레아가 적층된 상태를 보여준다.
도 3a는 FRP층과 폴리우레아층이 반복적으로 적층된 후, 최상부 폴리우레아층위에 유리섬유가 적층된 상태이며, 도 3b는 폴리우레아가 FRP 층간마다 적층된 제품의 단면도이다.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 상세하게 설명하지만, 이는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 수적층법을 이용한 성형방식에서는, 먼저, 하부 FRP층(110)은 선박의 기본 형상을 이루는 하부 몰드(1)에 이형제(22)층을 도포한 후, 제1 유리섬유 포(111)을 적층한 후, 폴리에스터를 도포하여 충분히 함침시킨 후, 폴리에스터 수지들이 경화되도록 하여 하부 FRP층(110)을 형성하였다.

다음, 하부 FRP층(110)이 경화된 후, 이소시아네이트 프리폴리머(Isocyanate Prepolymer)와 아민(Amine)을 혼합하여 이들이 경화되기 전에 도포한 후, 경화시켜 순수 폴리우레아층(210)을 형성하였다.

도 2에서 도시된 바와 같이, 폴리우레아가 하부 FPR층(110)을 충분히 커버하여 경화된 상태에서, 폴리우레아층(210)위에 제2 유리섬유 포(121)을 적층한 후, 폴리에스터 수지를 도포하여, 폴리에스터(122)가 유리섬유포(121)를 충분히 함침하게 되면, 폴리에스터 수지들이 경화되도록 하여 중간 FRP층(120)을 형성하였다.

다음, 중간 FRP층(120)이 경화된 후, 이소시아네이트 프리폴리머(Isocyanate Prepolymer)와 아민(Amine)을 혼합하여 이들이 경화되기 전에 도포한 후, 경화시켜 순수 폴리우레아층(220)을 형성하였다. 이를 반복하여 FRP 층간마다 폴리우레아층층을 형성하였다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 마지막으로, 최상부에 형성된 폴리우레아층(290)위에 상부 유리섬유 포(131)를 적층한 후, 폴리에스터 수지를 도포하였다. 이후 폴리에스터 수지들이 경화되도록 하여 상부 FRP층(130)을 형성하였다. 이후 하부 몰드(1)을 폴리우레아층을 포함하는 다층 FPR를 제조하였다.

상기 실시예는 FRP와 폴리우레아 층이 교대로 적층되는 것에 대해서 작성되었다. 하지만, 당사자는 폴리우레아층을 일부 FRP층간에만 선택적으로 적층하는 것이 가능하며, 예를 들어, 중간 FRP층 사이에만 선택적으로 1회 또는 2회 적층할 수 있다.

1 : 하부 몰드
110 : 하부 FRP층
120 : 중간 FRP층
210 : 제1 우레아층
290 : 상부 우레아층
300 : 상부 FRP층

Claims (8)

1. 하부 FRP층과 상부 FRP층 사이에 우레아층과 FRP층이 교대로 적층된 중간 FRP층을 가지며, 전체적으로 5층 이상의 FRP층을 가지는 것을 특징으로 하는 다층 FRP 선박.
2. 제1항에 있어서,
   5~12층의 FRP층을 가지는 것을 특징으로 하는 다층 FRP 선박.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 FRP는 유리섬유로 강화된 폴리에스터 수지인 것을 특징으로 하는 다층 FRP 선박.
4. 제1항에 있어서,
   상기 우레아는 난연제를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 FRP 선박.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 우레아는 순수 우레아인 것을 특징으로 하는 다층 FRP 선박.
6. 하부 몰드에 하부 FRP층을 적층하는 단계;
   상기 하부 FRP층에 폴리우레아층과 FRP층을 교대로 적층하여 중간 FRP층을 형성하는 단계; 및
   상기 중간 FRP층 위에 상부 FRP층을 형성하는 단계를 포함하고,
   여기서, 상기 FRP층은 전체적으로 5층 이상 적층된 것을 특징으로 하는 다층 FRP선박 제조 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 폴리우레아층은 FRP 층간에 수적층되는 것을 특징으로 하는 다층 FRP선박 제조 방법.
8. 삭제

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