KR102374040B1 - 현무암 섬유사와 경화성 폴리우레탄을 이용한 철근대용 성형물 제조방법 및 그 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현무암 섬유와 경화성 폴리우레탄을 이용한 고강도 철근대용 성형물 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현무암을 이용하여 제조된 현무암섬유사를 다수의 겹으로 중첩시켜 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지에 함침시켜 압출성형한 철근대용 성형물을 제공하여 산업현장에서 사용되는 금속봉, 철근 등을 대체할 수 있도록 한 것으로 본 발명은 내식성, 내화성, 난연성, 방충성, 방습성, 방청성을 갖는 철근대용의 현무암 철근 성형물을 제공할 수 있도록 한 현무암 섬유사와 경화성 폴리우레탄을 이용한 철근대용 성형물 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.

Description

현무암 섬유사와 경화성 폴리우레탄을 이용한 철근대용 성형물 제조방법 및 그 제조장치{Method for manufacturing molded article for rebar using basalt fiber yarn and curable polyurethane and manufacturing device therefor}

본 발명은 현무암 섬유와 경화성 폴리우레탄을 이용한 고강도 철근대용 성형물 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현무암을 이용하여 제조된 현무암섬유사를 다수의 겹으로 중첩시켜 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지에 함침시켜 압출성형한 철근대용 성형물을 제공하여 산업현장에서 사용되는 금속봉, 철근 등을 대체할 수 있도록 한 것으로 내식성, 내화성, 난연성, 방충성, 방습성, 방청성을 갖는 철근대용의 현무암 철근 성형물을 제공할 수 있도록 한 현무암 섬유사와 경화성 폴리우레탄을 이용한 철근대용 성형물 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 건축현장에서 사용되는 철근은 세월이 흐를수록 부식되어 내구성과 강도가 떨어지는 문제점이 있다.

이를 살펴보면 건축 현장에서 기둥, 보, 벽체를 형성하는 콘크리트의 강도를 높이기 위해 철근골조를 제작하고 그 외면에 거푸집을 가설한 후 콘크리트를 거푸 집 내에 타설하여 철근이 기둥, 보, 벽체 내부에 매립되도록 함으로 내구성과 강도를 높이도록 하고 있다.

이와 같이 토목 건축현장에서 사용되는 철근은 습기와 산소를 접하게 되면 부식이 발생되고, 부식이 발생되면 인장강도와 압축강도가 떨어져 내구성이 약하게되어 건물에 균열이 발생되고 더 나가서는 붕괴되는 원인이 된다.

특히 화재시 금속은 쉽게 열이 전달 됨으로 고층빌딩의 경우 상층 또는 저층에서 화재가 발생되면 그열이 철근이나 철골로 전달되어 화재가 발생하지 않은 층의 철근 피로도를 가중시켜 건물의 내구성과 강도를 떨어트리는 문제점이 있다.

또한 기존에 사용되는 철근은 길이가 한정되어 도로공사와 같이 5m이상의 길이가 요구될 경우 철근과 철근을 연결하여 사용해야 하는 불편이 있다.

이 분야의 선행기술을 살펴보면, 등록특허공보 등록번호 제10-1248933호(등록일자 2013년03월25일)의 철근대용물 및 그 제조방법은 복수 가닥의 유리섬유(11)에 제1열가소성수지(12)를 함침시켜 유리섬유로빙(10)을 형성하고, 복수의 유리섬유로빙(10)을 한 다발로 모아서 제2열가소성수지(20)로 압출성형하여 이루어지며,

상기 제2열가소성수지(20)는 5~20㎜의 단유리섬유를 함유하고, 상기 제1열가소성수지(12) 및 상기 제2열가소성수지(20)는 PP, 폴리에틸렌(PE), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스틸렌(PS), ABS, 스티렌아크릴로니트릴(SAN), 나이론, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리카보네이트(PC), 또는 열가소성 우레탄(TPU)으로 이루어지되, 서로 다른 열가소성 수지인 것을 포함하여 이루어는 철근대용물의 제조방법이 개시되었다.

상기 선행기술은 강도가센 유리섬유로빙을 열가소성수지로 압출성형하여 철근대용물로 제조하는 것임을 알 수 있습니다.

그러나 상기 선행기술은 유리섬유를 열가소성수지로 압출성형함으로서 화재시 열에 취약한 문제점이 있다.

즉 열경화성수지는 불용성이고 열에 의해 용해되지 않는 반면, 열가소성수지는 용융과 고체화를 반복적으로 할 수 있으며, 열경화성수지와 달리 셀룰로오스 유도체, 첨가중합체(폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비닐, 아크릴, 플루오로카본수지, 폴리스티렌), 축합중합체(나일론, 테레프탈산폴리에틸렌, 폴리카르보네이트, 플리아미드) 등이 있다. 플라스틱의 원료는 석탄과 셀룰로오스가 있으나 주요공급원은 석유이다

상기 선행기술은 유리섬유를 열가소성수지로 압출하여 철근대용물을 제조하는 것으로 철근의 대용물이 경량이고 취급이 편리한 이점은 있으나, 화재시 열에 취약하여 내구성이 떨어지게 됨으로 화재구역 건물의 내력벽과 기둥의 강도가 약지는 문제점이 있다.

상기 선행기술의 철근대용물은 유리섬유를 열가소성수지로 감싼 형태로 이루어져 기존의 철근에 비하여 화재시 열전달이 건물전체적으로 급격히 이루어지지는 않으나, 화재지역의 보, 기둥, 내력벽에 매립된 철근대용물이 열에 약하여 연화되는 현상이 발생되어 화재 층의 내구력이 떨어지므로 화재층이 중간층 또는 하층인경우에는 건물전체가 붕괴되는 문제점이 있다.

상기 선행기술의 유리섬유를 이용한 철근대용물은 철근에 비하여 경량이므로 취급이 간편한 이점은 있으나 화재에 인장력과 압축강도에 대한 취약한 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-2211748호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 현무암을 이용하여 제조된 현무암섬유사를 다수의 겹으로 중첩시켜 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지에 함침시켜 압출 성형으로 복합성형물을 제조하여 제공함으로 산업현장에서 사용되는 금속봉, 철근 등을 대체할 수 있도록 한 것으로 본 발명은 내식성, 내화성, 난연성, 방충성, 방습성, 방청성을 갖는 현무암 재의 철근대용 성형물을 제공하는 목적과,

또한 본 발명은 제조시 현장에서 필요한 길이로 철근 대용 성형물을 제조하여 공사 현장의 설치길이에 적합하도록 제공하고, 적재 운반시 큰 롤형태로 감아 운반함으로서 기존의 철근에 비하여 적재물량은 많으면서 경량이므로 운반취급이 간편 용이하도록 함을 목적으로 한 현무암 섬유와 경화성 폴리우레탄을 이용한 철근대용 성형물 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 채취된 현무암을 큰 덩어리 등을 1차 분쇄하여 3㎜ 이상의 알갱이만 선별하여 이물질과 경도가 떨어지는 분말을 선별하는 단계;

상기 선별된 3㎜∼50㎜로 선별된 현무암 분쇄물을 다시 5㎜이하로 2차 분쇄한 후 자석선별기를 이용하여 금속을 선별하는 단계;

상기 분쇄된 현무암 분말 90∼70중량%, 폴리에틸렌(PE) 29.4∼9.4중량%, 산화제 0.2중량%, 분산제 0.2%, UV안정제 0.2중량%를 혼합 믹싱하여 현무암 혼합물을 형성하는 단계;

상기 현무암 혼합물을 믹싱기에서 145℃∼160℃로 25분∼30분간 믹싱한 후 상기 믹싱된 현무암 혼합물을 가열로에서 1200℃∼1700℃로 가열하여 용융시키면서압출기로 밀어 용융방사 한 한가닥 섬도가 1∼30데니어(DPF)로 이루어진 현무암섬유사를 형성하는 단계;

상기 한가닥 섬도가 1∼30데니어인 현무암섬유사가 10∼2,000가닥으로 모인 장섬유사를 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지 함침조에 함침시키는 단계;

상기 복합수지 함침조에서 함침된 장섬유사를 제1 압출기로 압출한 후 외면에 제1 성형장치로 현무암섬유사를 권선하여 봉 성형물로 형성하는 단계;

상기 봉 성형물을 제2 압출기로 압출한 후 외면에 제2 성형장치를 이용하여 현무암섬유사를 권선하여 철근대용 성형물로 형성하는 단계;

상기 철근대용 성형물을 공냉시키는 동시에 인출기로 당겨 이송시키는 단계;

상기 이송된 철근대용 성형물을 소정의 길이로 절단 및 포장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 폴리우레탄 복합수지는 실리콘계 경화제 0.2∼0.5중량%와 유무기계 폴리우레탄 99.5∼99.8로 혼합된 폴리우레탄 혼합물 50∼90중량%와 인계 난연제 10∼50중량%로 혼합된 유무기계 폴리우레탄 복합수지를 성형한 것을 특징으로 한다.

상기 철근대용 성형물을 성형하는 제조장치는,

일측 보관다이에 설치되어 가이드부재측으로 풀려질 수 있도록 현무암섬유사를 권선한 다수의 보빈과;

상기 다수의 보빈으로 부터 풀려 이송되는 다수의 가닥으로 된 현무암섬유사를 안내하는 제1 가이드부재 및 가이드롤러와;

상기 가이드롤러로부터 안내받은 현무암섬유사를 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지에 함침되도록 하는 함침조와,

상기 함침조의 복합수지에 의해 도포되고 다수의 가닥으로 이루어진 현무암섬유사를 제2 가이드부재로 모아 심재로 형성한 후 외면를 현무암섬유사로 권선하는 제1 성형장치와;

상기 제1 성형장치에 의해 외면이 현무암섬유사로 권선된 장섬유사를 용융압출하여 봉형태로 형성하는 제1 압출기와;

상기 제1 압출기로부터 압출되어 봉형태로 형성된 성형물 외면을 현무암섬유사로 권선하는 제2 성형장치와;

상기 제2 성형장치에 의해 현무암섬유사로 외면이 권선된 성형물이 압출되도록 제3 가이드부재에 안내되며 이의 성형물을 철근 형태로 압출형성하는 제2 압출기와;

상기 제2 압출기에 의해 성형된 철근대용 성형물이 이송되도록 잡아당기는 인출기 및 철근대용 성형물을 소정의 길이로 절단하는 절단기;를 포함한다.

상기 제1 성형장치 및 제2 성형장치는 성형물이 중공부로 통과할 수 있도록 인입공과 인출공이 형성된 바디와;

상기 바디 일면에 설치되어 기어의 회전에 의해 회전되면서 보빈의 현무암 섬유사를 풀어줄 수 있도록하는 디스크휠과;

상기 디스크휠 일면에 편심되도록 설치되며 현무암섬유사가 권선되어 디스크휠의 회전에 의해 현무암섬유사를 성형물 외면에 권선하도록 된 보빈과;

상기 디스크휠을 회전시킬 수 있도록 디수크휠 일면과 바디 일단부 외주면에 형성되어 모터의 구동에 의해 디스크휠을 회전시킬 수 있도록 된 기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 된 본 발명의 현무암섬유사와 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지로 이루어진 현무암 봉 성형물 또는 현무암재의 철근대용 성형물를 제공함으로서 ①철근에 비하여 경량이므로 공사현장에서 취급이 간편하며 안전사고를 예방하는 효과가 있으며, ②철근과 같이 길이를 한정하는 것이 아니라 제조시 공사현장의 설치 길이에 대응되도록 하나의 길이로 형성함으로 배근작업이 간단 용이한 효과가 있고, ③현무암섬유사와 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지로 이루어진 철근대용 성형물은 경량인 동시에 휨에 대한 신축성이 있으므로 큰 원형태로 감을 수 있게 됨으로 적재가 용이하고, 많은 량으로 적재할 수 있어 물류비용을 절감하는 효과가 있으며, ④열전달이 없고 열에 의한 물성변화가 일어나지 않으므로 내식성, 내화성, 난연성, 방충성, 방습성, 방청성을 갖는 효과가 있고,

⑤또한 본 발명의 현무암 철근대용 성형물은 난연성, 내화성을 가지므로 화재현장에 취약한 건축물의 철근 대용으로 사용하여 화재시 내구성이 급격하게 떨어지는 것을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도1은 종래의 철근대용물을 제조하는 순서도이고,
도2 및 도3은 본 발명의 현무암을 이용한 철근대용 성형물을 단계별로 제조하는 제조장치를 나타낸 것이며,
도4는 본 발명의 현무암섬유사를 권선한 보빈을 설치하는 다이를 나타낸 측면도이고,
도5는 본 발명의 복합수지가 저장된 수지함침조를 나타낸 정면도이며,
도6은 본 발명의 철근대용 성형물을 성형하기 위한 제1 성형장치, 제1 압1출기, 제2 성형장치, 제2 압출기를 나타낸 정면도이고,
도8은 본 발명의 철근대용 성형물을 당기기 위한 인출기를 나타낸 정면도이며,
도8는 본 발명의 철근 대용 성형물을 소정의 길이로 절단기하는 절단기를 나타낸 측면도이고,
도9는 본 발명의 절단된 철근대용 성형물을 포장할 수 있도록 된 포장다이를 나타낸 것이며,
도10은 본발명의 제조 장치에 의해 형성된 철근 대용 성형물을 나타낸 샘플 사진이고,
도11은 본 발명의 현무암 철근대용 성형물을 성형하기 위한 현무암 혼합물의 불연재시험결과이다.

이하 본 발명의 실시예를 공정 순서에 따라서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1공정: 현무암을 1차 분쇄 및 이물질 선별단계

채취된 현무암을 큰 덩어리 등을 1차 분쇄하여 3㎜ 이상의 알갱이만 선별하여 이물질과 경도가 떨어지는 분말을 선별한다.

본 발명에서 사용되는 현무암(basalt)은, 암회색 내지 흑색을 띤 세립질의 화산암으로 지표면 밖에서 빠르게 식어서 형성된 화산암을 지칭하는 것이다.

이러한 현무암은 암석표면에 불규칙한 빈틈이 있는 다공질구조를 이루고 있는데, 이는 마그마가 분출되면서 그 속에 함유된 휘발성 성분이 빠져나간 흔적이다.

현무암은 그 성분이 실리카(SiQ2), 산화알루미늄(Al2 O3), 산화제2철(Fe2 O3), 산화칼슘(CaO), 산화칼륨(K2 O), 산화나트륨(NA2 O), 산화마그네슘(MgO), 등으로 구성되어 있으며, 1,300℃ 전후의 고온에서 용융되는 성질이 있다.

우리나라에서는 제주도에 화산재인 현무암이 널리 분포되어 있고, 현재 일본, 인도 등에서 화산활동이 빈번하게 이루어지고 있으며, 현무암은 저렴한 가격으로 용이하게 공급받을 수 있다.

본 발명에서 현무암을 이용한 철근대용 성형물을 제조하기 위해 먼저 채취된 현무암을 큰 덩어리 등을 1차 분쇄하여 3㎜ 이상의 알갱이만 1차 선별기로 선별하여 이물질과 경도가 떨어지는 분말을 선별한다.

상기 분쇄공정에서 3㎜ 이상의 알갱이는 10㎜, 20㎜, 30㎜ 등의 알갱이 등이 불규칙하게 파쇄된 것을 말하는 것으로 파쇄되는 현무암 알갱이의 크기는 50㎜이하로 파쇄하며 바람직하게는 10㎜이하로 파쇄하는 것이 바람직하다.

본 공정에서는 현무암 덩어리를 파쇄하여 덩어리 내부에 잔류하는 이물질과 순도가 떨어지는 현무암은 다른 용도로 사용하고 순수 현무암재료만 사용한다.

제2공정: 현무암 2차 분쇄하고 금속선별 및 2차 선별하는 단계

상기 선별된 3㎜∼50㎜로 선별된 현무암 분쇄물을 다시 5㎜이하로 2차 분쇄한 후 자석선별기를 이용하여 금속을 선별한다.

상기 1차선별기에서 선별된 3㎜∼50㎜로 선별된 현무암 분쇄물을 다시 5㎜이하로 2차 분쇄한다.

상기 5㎜이하로 분쇄된 현무암은 자석선별기를 거치면서 금속가루와 금속물질을 선별한 후 2차선별기로 선별하여 순수 현무암 분말을 준비한다.

본 공정에서 실시하는 현무암을 이용한 철근 대용 성형물을 제조하기 위해서는 금속성 물질을 자석선별기를 이용하여 제거하는 것이 바람직하다.

즉, 현무암 덩어리에는 용암이 분출되어 생성되는 것으로 금속물질이 있다 하더라도 모두 용해 상태이지만 분말상태에서 일부 존재할 경우 차후 성형된 철근 대용 성형물이 열의 전도가 이루어지는 것을 방지하기 위한 것이다.

제3공정: 현무암 원사를 제조하는 단계

상기 분쇄된 현무암 분말 90∼70중량%, 폴리에틸렌(PE) 29.4∼9.4중량%, 산화제 0.2중량%, 분산제 0.2%, UV안정제 0.2중량%를 혼합 믹싱하여 현무암 혼합물을 형성한다.

상기 제조된 현무암 혼합물을 교반기에서 145℃∼160℃로 25분∼30분간 믹싱한다. 이때 현무암 혼합물을 145℃∼160℃로 가열하는 것은 수분을 증발시켜 현무암 혼합물을 건조하고 안정화를 갖도록 가열하면서 믹싱한다.

상기 교반기에서 믹싱된 현무암 혼합물을 가열로에서 1200℃∼1700℃로 가열 용융시키면서 압출기로 밀어 용융방사한 현무암섬유사의 한가닥 섬도가 1∼30데니어(DPF)로 성형하여 현무암섬유사를 형성한다.

상기와 같이 현무암을 이용한 철근대용 성형물을 성형하기 위한 현무암 혼합물에 대한 불연시험결과는 아래의 표1과 같다.

상기 표1에서 알수 있는 바와 같이 철근대용 성형물을 성형하기 위한 현무암 혼합물은 불연재료로 적합함을 알 수 있다.(도11참조)

제4공정: 현무암섬유사를 복합수지가 담겨진 함침조에 함침하는 단계;

다수의 보빈(11)에 권선되며 한가닥 섬도가 1∼30데니어인 현무암섬유사(30)가 10∼2,000가닥으로 모인 장섬유사(31)를 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지 함침조(14)에 침전시킨다.

상기와 같이 현무암섬유사(30)가 10∼2,000가닥으로 모인 장섬유사(31)를 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지 함침조(14)에 침전시키면 현무암섬유사(30) 외면에는 복합수지에 코팅된 상태가 된다.

본 발명에서 복합수지를 형성하는 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄은 모두 열경화성수지로서 불용성이고 열에 의해 용해되지 않는 장점이 있다.

제5공정: 현무암섬유사를 이용한 철근대용 성형물 제조하는 단계;

상기 복합수지 함침조(14)에서 침전된 현무암섬유사(30)의 장섬유사(31)를 제1 성형장치(17)에 설치된 보빈(22)의 회전에 의해 이송되는 장섬유사(31)의 외면을 현무암섬유사(30)로 권선하여 제1 압출기(24)로 압출함으로서 봉 형태의 봉 성형물로 형성한다.

즉 현무암섬유사(30)로 이루어진 장섬유사(31)는 모아진 상태에서 제1 압출기(24)를 통과하면서 용융압출되어 로프형태의 봉 성형물(40)으로 성형된다.

이때 다수 가닥의 현무암섬유사(30)가 모아져 장섬유사(31)로 이루어진 외면에 제1 성형장치(17 )의 디스크휠(21)에 편심으로 설치된 보빈(22)이 디스크휠(21)의 회전을 따라서 회전함과 동시에 보빈(22)에서 현무암섬유사(30)가 풀리면서 제1 압출기(24) 측으로 이송되는 장섬유사(31)의 외면을 나선형으로 감는다.

외면에 현무암섬유사(30)가 감긴 상태에서 장섬유사(31)는 제1 압출기(24)를 통과하면서 함침조(14)에서 도포된 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 다수의 가닥으로 모아진 장섬유사(31) 내면에 스며들고 외면에는 코팅한 상태가되고 제1 압출기(24)를 통과한 후에는 공랭되어 경화가 이루어져 로프형태의 봉 성형물(40)으로 성형된다.

이때 로프형태의 봉 성형물(40) 외면은 완전히 딱딱하게 경화된 것이 아니라 누글누글한 상태이다.

상기 제1 압출기(24)를 통과한 로프형태의 봉 성형물(40)은 일측에 설치된 제 2성형장치(18)의 디스크휠(21' )에 설치된 보빈(22')이 회전함에 따라서 보빈(22')에 권선된 현무암섬유사(30)가 로프형태의 봉 설형물(40) 외면을 나선형으로 감는 동시에 제2 압출기(25) 측으로 이송된다.

상기 제2 압출기(25)로 이송된 로프형태의 봉 성형물(40)은 제2 압출기(25)를 통과하는 과정에서 가열되어 외면에 감겨진 현무암섬유사(30)가 로프형태의 봉 성형물(40) 외면에 접착된 상태가되고 철근대용 성형물(50)로 형성되어 철근과 동일하게 사용된다.

제6공정 철근대용 성형물 인출 및 절단하는 단계

상기 제2 압출기(25)를 통과하여 성형된 철근대용 성형물(50)은 일측에 설치된 인출기(26)로부터 당겨지면서 이동된다.

즉 인출기(26)는 제1공정에서 제6공정까지 이송되는 철근 성형물(50)을 당겨 절단기(2까지 도달하도록 한다.

상기 인출기(26)는 궤도형상으로 이루어져 형성된 철근대용 성형물(50)을 당겨 절단기(27)에 도달하도록 하면 절단기(27)에서는 셋팅된 길이로 절단한다.

상기와 같이 절단되는 철근대용 성형물(50)은 공사현장에서 필요한 길이로 절단되며, 도공사와 같은 장소에 사용시에는 통상의 철근 길이에 대응되도록 절단하여 사용할 수도 있지만 현장의 사정에 따라서 5m, 10m,....100m등의 길이로 사용할 수 있다.

일예로 현장에서 철근설치 길이가 100m 일 경우 철근대용 성형물(50)을 공장에서 100m의 길이로 성형한 후 이를 큰원으로 권선하여 차량에 적재하면 수백미터의 길이에 해당하는 철근대용 성형물(50)을 적재 운반할 수 있다.

특히 본 발명의 철근대용 성형물(50)은 경량이므로 기존의 무거운 철근에 비하여 많은 물량을 한번에 운반할 수 있는 이점과 취급시 간편용이한 장점이 있다.

이하 첨부도면에 의거하여 본 발명의 현무암을 이용한 철근대용 성형물 제조 공정에 따른 실시예를 설명하면 아래와 같다.

도2 및 도3은 본 발명의 현무암을 이용한 철근대용 성형물을 단계별로 제조하는 제조장치를 나타낸 것으로서, 일측 보관다이(10)에 설치되어 제1 가이드부재(12)측으로 풀려질 수 있도록 현무암섬유사(30)를 권선한 다수의 보빈(11)이 설치된다.

상기 다수의 보빈(11)으로 부터 풀려져 이송되며 다수의 가닥으로된 현무암섬유사(30)의 장섬유사(31)를 안내하는 제1 가이드부재(12) 및 가이드롤러(13)가 보빈(11)이 설치된 보관다이(10) 일측에 설치된다.

참고로 본 발명에서는 보빈에 감겨져 길게 풀려지는 낱개의 가닥을 현무암 섬유사라 칭하고, 각각의 현무암섬유사가 모아져 복합수 지함침조(14 제2 가이드브재(16) 및 제1 성형장치(17)와 제1 압출기(24)에 인입되는 섬유사를 장섬유사(31)라 칭한다.

상기 제1 가이드부재(12) 및 가이드롤러(13)의 일측에 가이드롤러(13)로부터 안내받은 현무암섬유사(30)의 장섬유사(31)를 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지에 함침시키는 함침조(14)가 설치된다.

상기 함침조(14)는 내부에 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지 담겨지고 중앙부 내에는 바닥과 이격되도록 롤러가 설치되어 이송되는 장섬유사(31)를 안내하는 동시에 복합수지에 함침되도록 한다.

상기 함침조(14)의 복합수지에 의해 도포되고 다수의 가닥으로 이루어진 현무암섬유사의 장섬유사(31)를 복수의 제2 가이드부재(16)로 모아 심재로 형성한 후 외면를 현무암섬유사(30)로 권선하는 제1 성형장치(17)가 제2 가이드부재(16)일측에 설치된다.

상기 제1 성형장치(17)는 중심부에 중공부를 갖는 바디(19), 기어(20), 디스크휠(21)의 결합으로 이루어지고 디스크휠(21) 일측에는 보빈(22)이 설치되어 현무암섬유사(30)를 권선된 상태를 이룬다.

상기 제1 성형장치(17)의 일측에 위치되며 제1 성형장치(17)의 디스크휠(21)일측에 설치된 보빈(22)에서 풀려지는 현무암섬유사(30)에 의해 외면이 권선된 장섬유사(31)를 가열하여 복합수지가 장섬유사 내부와 외부에 피복되도록 하여 봉 성형물(40)로 형성하는 제1 압출기(24)가 설치된다.

상기 제1 압출기(24) 일측에는 제1 압출기(24)로부터 압출되어 형성된 봉 성형물(40) 외면을 현무암섬유사(30)로 권선하는 제2 성형장치(18)가 설치된다.

상기 제2 성형장치(18)는 상기에서 설명된 제1 성형장치(17)와 동일한 구성으로 이루어진다.

상기 제2 성형장치(18)는 바디(19'), 기어(20'), 디스크휠(21')의 결합으로 이루어지고 디스크휠(21') 일측에는 보빈(22')이 설치되어 현무암섬유사(30)를 권선된 상태를 이룬다.

상기 제2성형장치(18) 일측에는 제2 성형장치(18)에 의해 현무암섬유사(30)로 외면이 권선된 봉 성형물(40)을 압출시켜 철근대용 성형물(50)로 압출형성하는 제2 압출기(25)가 설치된다.

상기 제1 압출기(24)와 제2 압출기(25)의 구성은 동일하나 로프형태의 봉 성형물(40)과 철근대용 성형물(50)을 성형하기 위한 온도는 서로 상이하게 설정된다.

상기 제2 압출기(25) 일측에는 제2 압출기(25)에 의해 성형된 철근대용 성형물(50)이 이송되도록 잡아당기는 인출기(26) 및 철근대용 성형물(50)을 소정의 길이로 절단하는 절단기(27)가 설치된다.

도4는 본 발명의 현무암섬유사를 권선한 보빈을 설치하는 보빈다이를 나타낸 측면도로서, 보빈다이(10)에 설치되는 보빈(11)의 갯수는 철근대용 성형물(50)의 직경에 비례하여 설치된다.

즉 철근대용 성형물(50)을 성형하고자 할 때 성형하고자 하는 직경에 대응되도록 보빈(11) 갯수를 선택하여 철근대용 성형물(50)을 성형할 수 있다.

도5는 본 발명의 복합수지가 저장된 수지함침조를 나타낸 정면도로서, 현무암섬유사가 여러가닥으로 모아진 장섬유사(31)가 이송되는 과정에서 수지 함침조(14)에서 함침된 후 이송됨으로 여러가닥이 모아진 장섬유사 내부와 외면에 복합수지가 도포된 상태를 이룬다.

상기 함침조(14)에는 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지(15)가 담겨져 이송되는 장섬유사(31)를 함침시켜 폴리우레탄이 도포되도록 한다.

도6은 본 발명의 철근대용 성형물을 성형하기 위한 제1 성형장치, 제1 압출기, 제2 성형장치, 제2 압출기를 나타낸 정면도로서, 복합수지(15)가담겨진 함침조(14)에서 함침되어 복합수지(15)가 도포된 장섬유사(31)가 제1 성형장치(17)에 의해 외면이 현무암섬유사(30)에 의해 스크류와 같은 형상으로 감겨진다.

상기 외면이 현무암섬유사(30)에 감겨진 장섬유사(31)는 제1 압출기(24)를 통과하는 과정에서 가영되면서 복합수지(15)가 장섬유사(31)를 결합시켜 로프형태의 봉 성형물(40)로 성형한다.

상기 제1 압출기(24)를 통과한 봉 성형물(40)은 다시 제2 성형장치(18)에 의해 외면이 또다른 현무암섬유사로 감겨진 후 제2 압출기(25)를 통과하면서 외면에 감겨진 현무암섬유사(30)가 견고하게 접착된다.

상기 봉 성형물(40)은 제2 압출기(25)를 통과하는 과정에서 철근대용 성형물로 성형되어 인출기(26)에서 필요한 길이로 절단된다.

도7은 본 발명의 철근대용 성형물을 당기기 위한 인출기를 나타낸 정면도로서, 상기 인출기(26)는 궤도형상으로서 상하 한쌍으로 이루어져 상부궤도와 하부궤도 사이에 철근대용 성형물(50)이 위치되고 상하궤도의 회전에 의해 철근대용 성형물(50)은 절단기(27)측으로 이송된다.

이때 인출기(26)의 회전속도에 따라서 철근대용 성형물(50)의 이송속도가 결정되며, 철근대용 성형물(50)의 형상 변화가 없도록 인출기(26)의 속도를 조절한다.

도8는 본 발명의 철근 대용 성형물을 소정의 길이로 절단기하는 절단기를 나타낸 측면도이고, 도9는 본 발명의 절단된 철근대용 성형물을 포장할 수 있도록된 포장다이를 나타낸 것이다.

상기 인출기(26)에 의해 이송되는 철근대용 성형물(50)은 필요한 길이로 설정된 길이로 절단된다. 상기와 같이 절단된 철근대용 성형물(50)은 포장다이(28)에서 길이가 짧은 것은 소정의 묶음으로 포장되고 길이가 10m이상 길게된 것은 원형으로 권선하여 포장한다.

본 발명의 철근대용 성형물(50)은 직경이 작게 권선되지는 않지만 10m이상 길게 이루어진 것은 권선하여 포장할 수 있다.

도10은 본 발명의 제조 장치에 의해 형성된 철근 대용 성형물을 나타낸 샘플 사진으로서 필요에 따라서 길게 또는 짧게 형성할 수 있다.

또한 본 발명의 철근대용 성형물(50)은 콘크리드 내부에 매립되도록 설치시 콘크리트와의 접착력을 높이기 위해 봉 성형물(40) 외면에 또 다른 현무암섬유사(30)를 권선하여 제2 압출기(25)를 통과 시킴으로서 완성된 철근대용 성형물(50) 외면에 나선형의 굴곡이 연속적으로 형성되어 콘크리트와의 접착력을 높일 수 있도록 한 것이다.

이상에사 설명한 바와 같이 본 발명은 현무암을 이용하여 제조된 현무암섬유사를 다수의 겹으로 중첩시켜 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지에 함침시켜 압출 성형으로 복합성형물을 제조하여 제공함으로 산업현장에서 사용되는 금속봉, 철근 등을 대체할 수 있도록 한 것으로 내식성, 내화성, 난연성, 방충성, 방습성, 방청성을 갖는 현무암 재의 철근대용 성형물을 제공하여 기존의 철근과 동일한 목적으로 사용된다.

또한 본 발명은 제조시 현장에서 필요한 길이로 철근 대용 성형물을 제조하여 공사 현장의 설치길이에 적합하도록 제공하고, 적재 운반시 큰 롤형태로 감아 운반함으로서 기존의 철근에 비하여 적재물량은 많으면서 경량이므로 운반취급이 간편 용이하도록 한 현무암 섬유와 경화성 폴리우레탄을 이용한 철근대용 성형물 을 제공할 수 있도록 한 것이다.

이상과 같은 본 발명은 바람직한 실시 예의 도면을 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명은 그 권리요지로 청구된 특허청구범위의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능하고, 단순 설계변경은 본 발명의 권리범위에 귀속됨이 당연할 것이다.

10:보빈다이 11:보빈
12:제1 가이드부재 13:가이드롤러
14:함침조 15:복합수지
16:제2 가이드부재 17:제1 성형장치
18:제2 성형장치 19,19':바디
20,20':기어 21,21':디스크휠
22,22':보빈 23:제3 가이드장치
24:제1 압출기 25:제2 압출기
26:인출기 27:절단기
28:포장다이 30:현무암섬유사
31:장섬유사 40:봉 성형물
50:철근대용 성형물

Claims (5)

1. 채취된 현무암을 큰 덩어리 등을 1차 분쇄하여 3㎜ 이상의 알갱이만 선별하여 이물질과 경도가 떨어지는 분말을 선별하는 단계;
   상기 선별된 3㎜∼50㎜로 선별된 현무암 분쇄물을 다시 5㎜이하로 2차 분쇄한 후 자석선별기를 이용하여 금속을 선별하는 단계;
   상기 분쇄된 현무암 분말 90∼70중량%, 폴리에틸렌(PE) 29.4∼9.4중량%, 산화제 0.2중량%, 분산제 0.2%, UV안정제 0.2중량%를 혼합 믹싱하여 현무암 혼합물을 형성하는 단계;
   상기 현무암 혼합물을 믹싱기에서 145℃∼160℃로 25분∼30분간 믹싱한 후 상기 믹싱된 현무암 혼합물을 가열로에서 1200℃∼1700℃로 가열하여 용융시키면서압출기로 밀어 용융방사 한 한가닥 섬도가 1∼30데니어(DPF)로 이루어진 현무암섬유사를 형성하는 단계;
   상기 한가닥 섬도가 1∼30데니어인 현무암섬유사가 10∼2,000가닥으로 모인 장섬유사를 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지 함침조에 함침시키는 단계;
   상기 복합수지 함침조에서 함침된 장섬유사를 제1 압출기로 압출한 후 외면에 제1 성형장치로 현무암섬유사를 권선하여 봉 성형물로 형성하는 단계;
   상기 봉 성형물을 제2 압출기로 압출한 후 외면에 제2 성형장치를 이용하여 현무암섬유사를 권선하여 철근대용 성형물로 형성하는 단계;
   상기 철근대용 성형물을 공냉시키는 동시에 인출기로 당겨 이송시키는 단계;
   상기 이송된 철근대용 성형물을 소정의 길이로 절단 및 포장하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 현무암섬유사와 경화성 폴리우레탄을 이용한 철근대용 성형물 제조방법.
2. 제1항에 있어서
   상기 폴리우레탄 복합수지는 실리콘계 경화제 0.2∼0.5중량%와 유무기계 폴리우레탄 99.5∼99.8로 혼합된 폴리우레탄 혼합물 50∼90중량%와 인계 난연제 10∼50중량%로 혼합된 유무기계 폴리우레탄 복합수지를 성형한 것을 특징으로 현무암 섬유사와 경화성 폴리우레탄을 이용한 철근대용 성형물 제조방법.
3. 철근대용 성형물을 성형하는 제조장치는,
   일측 보관다이에 설치되어 가이드부재측으로 풀려질 수 있도록 현무암섬유사를 권선한 다수의 보빈과;
   상기 다수의 보빈으로 부터 풀려 이송되는 다수의 가닥으로 된 현무암섬유사를 안내하는 제1 가이드부재 및 가이드롤러와;
   상기 가이드롤러로부터 안내받은 현무암섬유사를 실리콘계 경화제와 유무기계 경화성 폴리우레탄이 혼합된 복합수지에 함침되도록 하는 함침조와,
   상기 함침조의 복합수지에 의해 도포되고 다수의 가닥으로 이루어진 현무암섬유사를 제2 가이드부재로 모아 심재로 형성한 후 외면를 현무암섬유사로 권선하는 제1 성형장치와;
   상기 제1 성형장치에 의해 외면이 현무암섬유사로 권선된 장섬유사를 용융압출하여 봉형태로 형성하는 제1 압출기와;
   상기 제1 압출기로부터 압출되어 봉형태로 형성된 성형물 외면을 현무암섬유사로 권선하는 제2 성형장치와;
   상기 제2 성형장치에 의해 현무암섬유사로 외면이 권선된 성형물이 압출되도록 제3 가이드부재에 안내되며 이의 성형물을 철근 형태로 압출형성하는 제2 압출기와;
   상기 제2 압출기에 의해 성형된 철근대용 성형물이 이송되도록 잡아당기는 인출기 및 철근대용 성형물을 소정의 길이로 절단하는 절단기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 현무암 섬유사와 경화성 폴리우레탄을 이용한 철근대용 성형물 제조장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 성형장치 및 제2 성형장치는 성형물이 중공부로 통과할 수 있도록 인입공과 인출공이 형성된 바디와;
   상기 바디 일면에 설치되어 기어의 회전에 의해 회전되면서 보빈의 현무암 섬유사를 풀어줄 수 있도록하는 디스크휠과;
   상기 디스크휠 일면에 편심되도록 설치되며 현무암섬유사가 권선되어 디스크휠의 회전에 의해 현무암섬유사를 성형물 외면에 권선하도록 된 보빈과;
   상기 디스크휠을 회전시킬 수 있도록 디수크휠 일면과 바디 일단부 외주면에 형성되어 모터의 구동에 의해 디스크휠을 회전시킬 수 있도록 된 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 현무암 섬유사와 경화성 폴리우레탄을 이용한 철근대용 성형물 제조장치.
5. 청구항 1의 현무암 섬유사와 경화성 폴리우레탄을 이용한 철근대용 성형물 제조방법에 의해 제조된 철근대용 성형물.
   

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