KR102385912B1 - 다양한 형태와 디자인 및 절곡 가능한 섬유복합재 지지대 - Google Patents

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Abstract

복합재 FRP 지지대 제조 방법이 제공될 수 있다. 상기 복합재 FRP 지지대 제조 방법은, 베이스 섬유가 감긴 보빈으로부터 상기 베이스 섬유를 풀어내어, 열가소성 수지에 함침시키는 단계, 복수의 상기 베이스 섬유들을 뭉쳐 베이스 로드를 제조하는 단계, 및 마스터 패턴을 포함하는 마스터 몰드를 통해 상기 베이스 로드에 압력을 인가하여, 상기 베이스 로드의 표면에 상기 마스터 패턴의 역상을 갖는 리브 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

다양한 형태와 디자인 및 절곡 가능한 섬유복합재 지지대 {Fiber composite support that can be bent in various shapes and designs}
본 발명은 다양한 형태와 디자인 및 절곡 가능한 섬유복합재 지지대에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 태양광 철구조물 지지대 대체하고 콘크리트 철구조물의 철근을 대체하는 다양한 형태와 디자인 및 절곡 가능한 섬유복합재 지지대에 관련된 것이다.
우리나라 주요 인프라 구조물의 70% 이상을 차지하는 태양광, 비닐하우스, 해양플랜트 등의 철구조물 과 철근-콘크리트 구조물은 다양한 부식 환경에 노출되어 있기 때문에 철근 부식으로 인한 잦은 유지보수가 실시되고 있고, 태양광, 비닐하우스, 해양플랜트 등의 철구조물과 철근-콘크리트 구조물의 수명을 단축시키는 가장 주요한 원인으로 파악되고 있다.
철구조물은 물론 철근-콘크리트 구조물 내에 철근이 부식되면 철근 단면손실로 인한 내부하력의 감소, 철근마디의 손상에 의한 부착력 저하 등으로 인해 철근-콘크리트 구조물의 안전성에 악영향을 미친다.
또한 철근의 부피가 팽창하며 팽창압은 주변 콘크리트에 응력을 유발시켜 콘크리트 피복부에 균열을 발생시킨다. 균열이 발생하면 산소나 수분의 공급이 용이하게 되어 철근의 부식을 더욱 촉진시키므로 균열은 더 크게 진전된다. 또한 이러한 과정은 겨울철에 동결 융해를 경험하면서 상황은 더욱 악화되고 피복 콘크리트의 탈락, 미관 불량 등 철근-콘크리트 구조물의 내구수명은 현저히 저하된다.
이러한 현상은 특히 해양환경에 직접적으로 노출된 태양광 지지대, 해양 플랜트 및 항만 시설물에서 더욱 두드러지며, 노후화 및 열화로 인한 유지보수비가 급증하고 있다. 철근 부식 등 항만 시설물의 열화 및 손상으로 연평균 약 1,400억 원의 유지 보수비를 집행하는 것으로 조사된 바 있다.
철 구조물 및 철근-콘크리트 구조물에서 철 구조물과 철근의 부식 문제를 근원적으로 해결하기 위한 시도가 일본, 유럽, 캐나다, 미국 등을 중심으로 활발히 연구되고 있으며, 대안으로 강력히 대두되고 있는 것이 FRP 복합재료를 활용하는 것이다.
철 구조물과 철근의 대체재로 기존 steel bar보다 성능이 우수하고 기존 열경화성 FRP 지지대의 현장에서 즉시 절곡되지 않는 단점을 보강한 현장 절곡가능한 FRP 비부식 열가소성 지지대를 철구조물 제작과 철근-콘크리트에 적용하여 구조물의 고내구성 확보, 수명연장, 장래 유지 보수비 절감을 도모하기 위한 기술 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 지지대가 시공된 콘크리트 구조체의 내구성을 향상시킬 수 있는 다양한 형태와 디자인 및 절곡 가능한 섬유복합재 지지대를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 생산 속도가 향상된 다양한 형태와 디자인 및 절곡 가능한 섬유복합재 지지대를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 연속 생산성이 향상된 다양한 형태와 디자인 및 절곡 가능한 섬유복합재 지지대를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 대량 생산성이 향상된 다양한 형태와 디자인 및 절곡 가능한 섬유복합재 지지대를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 시공 현장에서의 사용 편의성이 향상된 다양한 형태와 디자인 및 절곡 가능한 섬유복합재 지지대를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 시공 현장에서의 적용 효율성이 향상된 다양한 형태와 디자인 및 절곡 가능한 섬유복합재 지지대를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 콘크리트와의 접착력을 향상시키기 위한 다양한 형상의 패턴을 연속공정으로 제공할 수 있는 다양한 형태와 디자인 및 절곡 가능한 섬유복합재 지지대를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 철근 콘크리트 구조물, 해양환경에서의 태양광 지지대, 해양 플랜트, 및 항만 시설물에 사용될 수 있는 다양한 형태와 디자인 및 절곡 가능한 섬유복합재 지지대를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 복합재 FRP 지지대 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복합재 FRP 지지대 제조 방법은 베이스 섬유가 감긴 보빈으로부터 상기 베이스 섬유를 풀어내어, 열가소성 수지에 함침시키는 단계, 복수의 상기 베이스 섬유들을 뭉쳐 베이스 로드를 제조하는 단계, 및 마스터 패턴을 포함하는 마스터 몰드를 통해 상기 베이스 로드에 압력을 인가하여, 상기 베이스 로드의 표면에 상기 마스터 패턴의 역상을 갖는 리브 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 로드를 제조하는 단계 후 상기 마스터 몰드를 통해 상기 베이스 로드에 압력이 인가되기 전, 상기 베이스 로드를 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 로드를 제조하는 단계는, 복수의 상기 베이스 섬유들을 압축하여, 제1 크기의 직경을 갖는 베이스 로드를 제조하는 단계, 상기 베이스 로드의 직경을, 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기로 압축하는 단계, 및 상기 베이스 로드의 직경을, 상기 제2 크기보다 작은 제3 크기로 압축하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 리브 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 마스터 몰드를 통해 상기 베이스 로드에 압력이 인가되는 경우, 상기 베이스 로드의 표면에, 상기 마스터 패턴의 오목부와 대응되는 볼록부 및 상기 마스터 패턴의 볼록부에 대응되는 오목부가 형성되어, 상기 리브 패턴이 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 리브 패턴을 형성하는 단계에서, 상부 마스터 패턴을 포함하는 상부 마스터 몰드 및 하부 마스터 패턴을 포함하는 하부 마스터 몰드를 통해 상기 베이스 로드에 압력이 인가되고, 상기 베이스 로드의 표면에는, 상기 상부 마스터 패턴의 역상을 갖는 제1 리브 패턴 및 상기 하부 마스터 패턴의 역상을 갖는 제2 리브 패턴이 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 상부 마스터 패턴 및 상기 하부 마스터 패턴의 형상이 서로 다르고, 상기 제1 리브 패턴 및 상기 제2 리브 패턴의 형상이 서로 다른 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 섬유를 상기 열가소성 수지에 함침시키는 단계는, 상기 보빈으로부터 상기 베이스 섬유를 풀어내는 단계, 풀어낸 복수의 상기 베이스 섬유를 옆으로 나란히(laterally) 정렬시키는 단계, 및 정렬된 복수의 상기 베이스 섬유를, 상기 열가소성 수지에 함침시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 복합재 FRP 지지대를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복합재 FRP 지지대는 복수의 베이스 섬유 및 복수의 상기 베이스 섬유에 제공된 열가소성 수지/섬유를 포함하는 베이스 로드를 포함하되, 상기 베이스 로드의 표면에 리브 패턴이 제공되고, 상기 리브 패턴은, 복수의 상기 베이스 섬유 및 상기 열가소성 수지/섬유를 포함하는 상기 베이스 로드의 표면 프로파일에 의해 정의되는, 볼록부 및 오목부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 섬유는, 유리섬유, 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 탄소섬유, PVA 섬유, 및 고강도 폴리에스테르 섬유 중 어느 하나 또는 이들이 뭉쳐진 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열가소성 수지/섬유는, 폴리프로필렌(PP, polypropylene) 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리아미드(PA, polyamide), 폴리페닐렌설파이드(PPS, polyphenylenesulfide), 폴리에틴에틸케톤(PEEK, Polyethyleethyleketon) 중 어느 하나 또는 이들이 혼합된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 로드의 표면은, 제1 리브 패턴이 형성된 제1 패턴 영역 및 제2 리브 패턴이 형성된 제2 패턴 영역을 포함하되, 상기 제1 리브 패턴과 상기 제2 리브 패턴은, 패턴의 형상이 서로 다른 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 복합재 FRP 지지대의 사용 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복합재 FRP 지지대의 사용 방법은, 상기 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대를 준비하는 단계, 상기 복합재 FRP 지지대를 열처리하는 단계, 및 열처리된 상기 복합재 FRP 지지대를 성형하여, 특정 형상으로 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법은, 베이스 섬유가 감긴 보빈으로부터 상기 베이스 섬유를 풀어내어, 열가소성 수지에 함침시키는 단계, 복수의 상기 베이스 섬유들을 뭉쳐 베이스 로드를 제조하는 단계, 및 마스터 패턴을 포함하는 마스터 몰드를 통해 상기 베이스 로드에 압력을 인가하여, 상기 베이스 로드의 표면에 상기 마스터 패턴의 역상을 갖는 리브 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 복합재 FRP 지지대 제조 방법을 통해 제조된 복합재 FRP 지지대는, 복수의 상기 베이스 섬유 및 복수의 상기 베이스 섬유에 제공된 상기 열가소성 수지를 포함하는 상기 베이스 로드를 포함하되, 상기 베이스 로드의 표면에 상기 리브 패턴이 제공되고, 상기 리브 패턴은, 복수의 상기 베이스 섬유 및 상기 열가소성 수지를 포함하는 상기 베이스 로드의 표면 프로파일에 의해 정의되는, 볼록부 및 오목부를 포함할 수 있다.
이로 인해, 상기 복합재 FRP 지지대는 상기 베이스 로드로부터 상기 리브 패턴이 분리되는 현상이 현저하게 감소됨으로, 상기 리브 패턴을 통한 콘크리트와의 접착력이 향상되어 상기 복합재 FRP 지지대가 시공된 콘크리트 구조물의 내구성이 향상될 수 있다.
또한, 열처리 후 구부리는 간단한 방법으로 시공 현장에서 상기 복합재 FRP 지지대의 형상을 쉽게 성형할 수 있음으로, 현장에서의 사용 편의성 및 적용 효율이 현저하게 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 마스터 패턴을 포함하는 마스터 몰드를 통해 압력을 인가하는 간단한 공정을 통해 형성될 수 있으므로, 생산 속도 및 연속 생산성이 향상되어 대량 생산 공정에 용이하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대의 제조 방법 중 S100 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대의 제조 방법 중 S200 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법 중 베이스 로드 제조 단계 및 리브 패턴 형성 단계에서 사용되는 지지대 제조 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법 중 S210 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법 중 S220 단계 및 S230 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법 중 S200 단계를 통해 제조된 베이스 로드의 직경 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법 중 S300 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법으로 제조된 복합재 FRP 지지대를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대의 다양한 리브 패턴 형태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대의 사용 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 변형 예에 따른 복합재 FRP 지지대를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 변형 예에 따른 복합 FRP 지지대를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 '열가소성 수지/섬유'는 '열가소성 수지 또는 열가소성 섬유'를 의미하고, '베이스 섬유에 제공된 열가소성 수지'는 '열가소성 수지에 베이스 섬유가 함침된 상태'로 정의되고, '베이스 섬유에 제공된 열가소성 섬유'는 베이스 섬유와 열가소성 섬유가 뭉쳐서 혼합된 상태'로 정의될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대의 제조 방법은 베이스 섬유가 감긴 보빈으로부터 상기 베이스 섬유를 풀어내어, 열가소성 수지에 함침시키는 단계(S100), 복수의 상기 베이스 섬유들을 뭉쳐 베이스 로드를 제조하는 단계(S200), 및 마스터 패턴을 포함하는 마스터 몰드를 통해 상기 베이스 로드에 압력을 인가하여, 상기 베이스 로드의 표면에 상기 마스터 패턴의 역상을 갖는 리브 패턴을 형성하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대의 제조 방법 중 S100 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대의 제조 방법 중 S200 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
S100 단계
도 2를 참조하면, 베이스 섬유가 감긴 보빈으로부터 상기 베이스 섬유가 풀어질 수 있다(S110). 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 섬유는 유리섬유, 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 탄소섬유, PVA 섬유, 및 고강도 폴리에스테르 섬유 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 보빈으로부터 풀어진 복수의 상기 베이스 섬유들은 옆으로 나란히(laterally) 정렬될 수 있다(S120). 즉, 복수의 상기 베이스 섬유들이 뭉치지 않도록 정렬되고 펼쳐질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 복수의 상기 베이스 섬유들은 제1 정렬 모듈 및 제2 정렬 모듈을 통해 정렬될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 정렬 모듈은 상부 롤, 및 상기 상부 롤과 대향하여 배치되는 하부 롤을 포함하고, 상기 상부 롤 및 상기 하부 롤 사이에 복수의 상기 베이스 섬유들이 제공되어, 복수의 상기 베이스 섬유들이 정렬될 수 있다.
상기 제2 정렬 모듈은 제1 내지 제6 정렬 롤러를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제6 정렬 롤러의 위치는 서로 다를 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 정렬 롤러, 제3 정렬 롤러, 및 제5 정렬 롤러는 상대적으로 낮게 위치되는 반면, 상기 제2 정렬 롤러, 제4 정렬 롤러, 및 제6 정렬 롤러는 상대적으로 높게 위치될 수 있다. 즉, 상기 제1 내지 제6 정렬 롤러는 지그재그(zig-zag) 형태로 배치될 수 있다.
복수의 상기 베이스 섬유는 상기 제1 정렬 모듈로부터 상기 제2 정렬 모듈로 제공될 수 있다. 상기 제2 정렬 모듈로 제공된 복수의 상기 베이스 섬유는, 상기 제1 내지 제6 정렬 롤러에 지그재그(zig-zag) 형태로 감길 수 있다. 상기 제2 정렬 모듈로 제공된 복수의 상기 베이스 섬유는 상기 제1 내지 제6 정렬 롤러를 순차적으로 거침으로써 한번 더 정렬될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 정렬 롤러, 제3 정렬 롤러, 및 제5 정렬 롤러는 정렬 롤러의 길이 방향을 따라 직선왕복운동 할 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 베이스 섬유는 상기 제1 정렬 롤러, 제3 정렬 롤러, 및 제5 정렬 롤러에 의해 정렬 롤러의 길이 방향으로 스프레딩(spreading)될 수 있다. 이로 인해, 복수의 상기 베이스 섬유의 정렬성이 향상될 수 있다.
정렬되고 펼쳐진 복수의 상기 베이스 섬유들은 열가소성 수지에 함침될 수 있다(S130). 일 실시 예에 따르면, 열가소성 수지가 수용된 함침조 내에 복수의 상기 베이스 섬유들이 제공됨으로써, 복수의 상기 베이스 섬유들이 상기 열가소성 수지에 함침될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 열가소성 수지는 상기 열가소성 수지는, 폴리프로필렌(PP, polypropylene) 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리아미드(PA, polyamide), 폴리페닐렌설파이드(PPS, polyphenylenesulfide), 폴리에틴에틸케톤(PEEK, Polyethyleethyleketon) 중 어느 하나 또는 이들이 혼합된 것을 포함할 수 있다.
S200 단계
도 3을 참조하면, 상기 베이스 로드를 제조하는 단계(S200)는 제1 크기의 직경을 갖는 베이스 로드를 제조하는 단계(S210), 상기 베이스 로드의 직경을 제1 크기보다 작은 제2 크기로 감소시키면서 압축(compaction)하는 단계(S220), 및 상기 베이스 로드의 직경을 제2 크기보다 작은 제3 크기로 감소시키면서 압축(compaction)하는 단계(S230)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법 중 베이스 로드 제조 단계 및 리브 패턴 형성 단계에서 사용되는 지지대 제조 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법 중 S210 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법 중 S220 단계 및 S230 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법 중 S200 단계를 통해 제조된 베이스 로드의 직경 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 지지대 제조 모듈(250)은 제1 베이스 로드 제조기(251), 제2 베이스 로드 제조기(252), 제3 베이스 로드 제조기(253), 및 리브 패턴 제조기(254)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베이스 로드 제조기(251)를 통해 상기 S210 단계가 수행되고, 상기 제2 베이스 로드 제조기(252)를 통해 S220 단계가 수행되며, 상기 제3 베이스 로드 제조기(253)를 통해 S230 단계가 수행될 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 S210 단계에서, 복수의 상기 베이스 섬유(BF)들이 뭉쳐, 제1 크기의 직경을 갖는 베이스 로드(BR)가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 로드(BR)는 원기둥 형상을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1 베이스 로드 제조기(251)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 휠 몰드, 및 상기 상부 휠 몰드와 대향하여 배치되는 하부 휠 몰드를 포함할 수 있다. 상기 상부 휠 몰드 및 상기 하부 휠 몰드는 각각 제1 방향을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 방향은 상기 상부 휠 몰드 및 상기 하부 휠 몰드가 마주보는 방향의 직각 방향일 수 있다.
상기 상부 휠 몰드 및 상기 하부 휠 몰드 사이에는 빈 공간이 형성될 수 있다. 복수의 상기 베이스 섬유(BF)들은 상기 상부 휠 몰드 및 상기 하부 휠 몰드 사이의 상기 빈 공간으로 제공될 수 있다. 상기 빈 공간 내에 복수의 상기 베이스 섬유(BF)들이 제공된 상태에서, 상기 상부 휠 몰드 및 상기 하부 휠 몰드는 회전될 수 있다. 또는, 상기 상부 휠 몰드 및 상기 하부 휠 몰드가 회전되는 동안, 상기 빈 공간 내에 복수의 상기 베이스 섬유(BF)들이 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 상부 휠 몰드 및 상기 하부 휠 몰드의 회전에 의해, 복수의 상기 베이스 섬유(BF)들이 뭉쳐지게 되어 상기 베이스 로드(BR)가 제조될 수 있다.
상기 제1 베이스 로드 제조기(251)를 통해 제조된 상기 베이스 로드(BR)는, 상기 제1 베이스 로드 제조기(251)로부터 상기 제2 베이스 로드 제조기(252)로 제공된 후, 상기 제2 베이스 로드 제조기(252)로부터 상기 제3 베이스 로드 제조기(253)로 제공될 수 있다.
상기 제2 베이스 로드 제조기(252) 및 상기 제3 베이스 로드 제조기(253)는 각각, 상기 제1 베이스 로드 제조기(251)와 같이 상부 휠 몰드 및 하부 휠 몰드를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 베이스 로드 제조기(252) 및 상기 제3 베이스 로드 제조기(253)의 상부 휠 몰드 및 하부 휠 몰드 사이에도 빈 공간이 형성될 수 있고, 상기 제2 베이스 로드 제조기(252)의 빈 공간 및 상기 제3 베이스 로드 제조기(253)의 빈 공간으로 상기 베이스 로드(BR)가 제공될 수 있다. 상기 빈 공간에 제공된 상기 베이스 로드(BR)는 상기 제2 및 제3 베이스 로드 제조기(252, 253)의 상부 휠 몰드 및 하부 휠 몰드에 의해 압력이 인가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 베이스 로드 제조기(251, 252, 253) 각각의 빈 공간의 크기가 서로 다를 수 있다. 즉, 상기 제1 베이스 로드 제조기(251)의 상부 휠 몰드와 하부 휠 몰드 사이의 거리, 상기 제2 베이스 로드 제조기(252)의 상부 휠 몰드와 하부 휠 몰드 사이의 거리, 및 상기 제3 베이스 로드 제조기(253)의 상부 휠 몰드와 하부 휠 몰드의 거리는 서로 다를 수 있다.
구체적으로, 상기 제3 베이스 로드 제조기(253)의 상부 휠 몰드와 하부 휠 몰드의 거리는 상기 제2 베이스 로드 제조기(252)의 상부 휠 몰드와 하부 휠 몰드 사이의 거리보다 짧고, 상기 제2 베이스 로드 제조기(252)의 상부 휠 몰드와 하부 휠 몰드 사이의 거리는 상기 제1 베이스 로드 제조기(251)의 상부 휠 몰드와 하부 휠 몰드 사이의 거리보다 짧을 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 내지 제3 베이스 로드 제조기(251, 252, 253)로부터 제조된 상기 베이스 로드(BR)의 직경은 서로 다를 수 있다. 구체적으로, 상기 제3 베이스 로드 제조기(253)로부터 제조된 제3 베이스 로드(BR3)의 직경(d3)은 상기 제2 베이스 로드 제조기(252)로부터 제조된 제2 베이스 로드(BR2)의 직경(d2)보다 작고, 상기 제2 베이스 로드 제조기(252)로부터 제조된 제2 베이스 로드(BR2)의 직경(d2)은 상기 제1 베이스 로드 제조기(251)로부터 제조된 제1 베이스 로드(BR1)의 직경(d1)보다 작을 수 있다.
즉, 복수의 상기 베이스 섬유(BF)들은 상기 제1 내지 제3 베이스 로드 제조기(251, 252, 253)를 통해 복수의 상기 베이스 섬유(BF)들이 뭉쳐진 상기 베이스 로드(BR)로 제조되되, 상기 제1 내지 제3 베이스 로드 제조기(251, 252, 253)를 순차적으로 거침에 따라, 직경이 점차적으로 감소될 수 있다.
이로 인해, 상기 베이스 로드(BR)의 생산성이 향상될 수 있다. 구체적으로, 상술된 바와 달리, 하나의 베이스 로드 제조기를 통해 베이스 로드를 제조하는 경우, 베이스 로드의 두께를 감소시키기 위해 공정 시간 및 비용이 증가되는 문제점이 발생될 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 복수의 베이스 로드 제조기(251, 252, 253)를 통해 상기 베이스 로드(BR)의 두께를 점차적으로 감소시키는 경우, 상기 베이스 로드(BR)의 두께 감소가 용이하게 이루어 짐으로, 상기 베이스 로드(BR)의 생산성이 향상될 수 있다.
상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 열처리된 복수의 프리프레그(Prepreg)를 상기 제1 내지 제3 베이스 로드 제조기(251~253)를 통해 뭉치는 방법으로, 상기 베이스 로드(BR)가 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 프리프레그는, 상기 베이스 섬유에 상기 열가소성 수지가 제공된 것으로, 시트 또는 띠 형태일 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 프리프레그가 상기 제1 내지 제3 베이스 로드 제조기(251~253)로 제공되기 전, 사전 열처리가 수행될 수 있고, 사전 열처리가 수행된 직후, 상기 제1 내지 제3 베이스 로드 제조기(251~253)로 제공될 수 있다. 이로 인해, 상기 제1 내지 제3 베이스 로드 제조기(251~253)에 용이하게 뭉쳐질 수 있다.
S300 단계
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법 중 S300 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법으로 제조된 복합재 FRP 지지대를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대의 다양한 리브 패턴 형태를 나타내는 도면이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대의 사용 상태를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 마스터 패턴을 포함하는 마스터 몰드를 통해 상기 베이스 로드에 압력을 인가하여, 상기 베이스 로드의 표면에 상기 마스터 패턴의 역상을 갖는 리브 패턴이 형성될 수 있다(S300).
구체적으로, 상기 제3 베이스 로드 제조기(253)를 통해 제조된 상기 제3 베이스 로드(BR3)는 상기 리브 패턴 제조기(254)로 제공될 수 있다. 상기 리브 패턴 제조기(254)는 상기 제3 베이스 로드(BR3)에 압력을 인가하여, 상기 제3 베이스 로드(BR3)의 표면에 리브 패턴을 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 베이스 로드(BR3)의 표면에 리브 패턴이 형성된 복합재 FRP 지지대(RB)가 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 리브 패턴 제조기(254)는 상부 휠 마스터 몰드 및 상기 상부 휠 마스터 몰드와 대향하여 배치되는 하부 휠 마스터 몰드를 포함할 수 있다. 상기 상부 휠 마스터 몰드 및 상기 하부 휠 마스터 몰드는 제1 방향(예를 들어, X축 방향)을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다.
상기 상부 휠 마스터 몰드는 상부 마스터 패턴을 포함하고, 상기 하부 휠 마스터 몰드는 하부 마스터 패턴을 포함할 수 있다. 상기 상부 마스터 패턴 및 상기 하부 마스터 패턴은 오목부 및 볼록부를 포함할 수 있다.
상기 상부 휠 마스터 몰드와 상기 하부 휠 마스터 몰드가 회전되는 동안, 상기 상부 휠 마스터 몰드 및 상기 하부 휠 마스터 몰드 사이에 상기 제3 베이스 로드(BR3)가 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 상부 휠 마스터 몰드 및 상기 하부 휠 마스터 몰드를 통해, 상기 제3 베이스 로드(BR3)에 압력이 인가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 베이스 로드(BR3)에 압력이 인가되기 전, 상기 제3 베이스 로드(BR3)는 열처리될 수 있다. 상기 제3 베이스 로드(BR3)가 열처리되는 경우, 상기 열가소성 수지에 의해 상기 제3 베이스 로드(BR3)의 표면이 상대적으로 부드러워질 수 있다.
상기 제3 베이스 로드(BR3)가 열처리된 상태에서 상기 제3 베이스 로드(BR3)에 압력이 인가되는 경우, 상기 제3 베이스 로드(BR3)의 표면에는 상기 리브 패턴이 형성될 수 있다. 상기 리브 패턴은 상기 상부 마스터 패턴 및 상기 하부 마스터 패턴의 역상을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 리브 패턴 또한 상기 상부 마스터 패턴 및 상기 하부 마스터 패턴과 같이 오목부 및 볼록부를 갖되, 상기 리브 패턴(RP)의 볼록부는 상기 상부 마스터 패턴 및 상기 하부 마스터 패턴의 오목부와 대응되고, 상기 리브 패턴(RP)의 오목부는 상기 상부 마스터 패턴 및 상기 하부 마스터 패턴의 볼록부와 대응될 수 있다.
즉, 상기 제3 베이스 로드(BR3)를 열처리하여 표면을 부드럽게 형성한 후, 마스터 패턴을 갖는 마스터 몰드를 통해 압력을 인가함으로써, 상기 제3 베이스 로드(BR3)의 표면에 상기 마스터 패턴의 역상을 갖는 상기 리브 패턴을 형성할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 복합재 FRP 지지대(RB)는, 복수의 상기 베이스 섬유(BF) 및 복수의 상기 베이스 섬유(BF)에 제공된 열가소성 수지를 포함하는 상기 베이스 로드(BR)를 포함하되, 상기 베이스 로드(BR)의 표면에는 오목부(RBa) 및 볼록부(RBb)를 포함하는 상기 리브 패턴(RP)이 제공될 수 있다. 상기 리브 패턴(RP)은, 도 10에 도시된 바와 같이 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 리브 패턴(RP)의 오목부(RBa) 및 볼록부(RBb)는 상기 베이스 로드(BR)의 표면 프로파일(RBs)에 의해 정의될 수 있다. 즉, 상기 리브 패턴(RP)은, 상기 베이스 로드(BR)와 일체(one body)를 이룰 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 리브 패턴(RP)은 상기 베이스 로드(BR)가 포함하는 상기 베이스 섬유(BF)로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 복합재 FRP 지지대(RB)는, 상기 베이스 로드(BR)로부터 상기 리브 패턴(RP)이 분리되는 현상이 현저하게 감소됨으로, 상기 리브 패턴(RP)을 통한 콘크리트와의 접착력이 향상되어 상기 복합재 FRP 지지대(RB)가 시공된 콘크리트 구조물의 내구성이 향상될 수 있다. 이와 달리, 베이스 로드의 표면에 별도의 섬유 등을 제공하여 리브 패턴을 형성하는 종래의 기술의 경우, 베이스 로드와 리브 패턴이 일체(one body)의 구조를 이루지 못함에 따라, 베이스 로드로부터 리브 패턴이 분리되는 문제점이 발생될 수 있다. 이로 인해, 콘크리트와의 접착력이 감소되어 복합재 FRP 지지대(RB)가 시공된 콘크리트 구조물의 내구성이 감소되는 문제점이 발생될 수 있다.
또한, 열경화성 수지를 포함하는 종래의 복합재 FRP 지지대의 경우, 특정 형상의 형태로 미리 제조한 후 현장에 공급됨으로, 현장에서의 사용 편의성 및 적용 효율이 낮은 문제점이 있다. 하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 FRP 지지대(RB)는 상기 열가소성 수지를 포함함으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 열처리 후 구부리는 간단한 방법으로 시공 현장에서 상기 복합재 FRP 지지대(RB)의 형상을 쉽게 성형할 수 있다. 이로 인해, 현장에서의 사용 편의성 및 적용 효율이 현저하게 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 복합재 FRP 지지대(RB)는 마스터 패턴을 포함하는 마스터 몰드를 통해 압력을 인가하는 간단한 공정을 통해 형성될 수 있으므로, 생산 속도 및 연속 생산성이 향상되어 대량 생산 공정에 용이하게 적용될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복합재 FRP 지지대(RB)는 철근 콘크리트 구조물에 사용될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 복합재 FRP 지지대(RB)는 해양환경에서의 태양광 지지대에 사용될 수 있다. 이와 달리, 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 복합재 FRP 지지대(RB)는 해양 플랜트 및 항만 시설물에 사용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 변형 예에 따른 복합재 FRP 지지대를 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 본 발명의 다른 변형 예에 따른 복합 FRP 지지대를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 일 변형 예에 따른 복합재 FRP 지지대는, 베이스 로드(BR3)의 표면이 제1 패턴 영역(BRa) 및 제2 패턴 영역(BRb)으로 구분되고, 상기 제1 패턴 영역(BRa) 및 제2 패턴 영역(BRb)에 형성되는 리브 패턴의 형상이 서로 다를 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 패턴 영역(BRa)에는 제1 리브 패턴(RP1)이 형성되고, 상기 제2 패턴 영역(BRb)에는 제2 리브 패턴(RP2)이 형성되되, 상기 제1 리브 패턴(RP1)과 상기 제2 리브 패턴(RP2)의 형상은 서로 다를 수 있다.
도 13을 참조하면, 다른 변형 예에 따른 복합재 FRP 지지대는, 베이스 로드(BR3)의 표면이 제1 패턴 영역(BRa), 제2 패턴 영역(BRb), 제3 패턴 영역(BRc), 및 제4 패턴 영역(BRd)으로 구분되고, 상기 제1 내지 제4 패턴 영역(BRa, BRb, BRc, BRd)에 형성되는 리브 패턴의 형상이 서로 다를 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 패턴 영역(BRa)에는 제1 리브 패턴(RP1)이 형성되고, 상기 제2 패턴 영역(BRb)에는 제2 리브 패턴(RP2)이 형성되고, 상기 제3 패턴 영역(BRc)에는 제3 리브 패턴(RP3)이 형성되며, 상기 제4 패턴 영역(BRd)에는 제4 리브 패턴(RP4)이 형성되되, 상기 제1 내지 제4 리브 패턴(RP1, RP2, RP3, RP4)의 형상은 서로 다를 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
250: 지지대 제조 모듈
251, 252, 253: 제1 내지 제3 베이스 로드 제조기
254: 리브 패턴 제조기

Claims (12)

  1. 베이스 섬유가 감긴 보빈으로부터 상기 베이스 섬유를 풀어내고, 풀어낸 복수의 상기 베이스 섬유들을 제1 내지 제4 정렬 롤러를 포함하는 정렬 모듈을 통해 정렬하는 단계;
    상기 정렬 모듈을 통해 정렬된 복수의 상기 베이스 섬유들을 열가소성 수지에 함침시키는 단계;
    복수의 상기 베이스 섬유들을 뭉쳐 베이스 로드를 제조하는 단계; 및
    마스터 패턴을 포함하는 마스터 몰드를 통해 상기 베이스 로드에 압력을 인가하여, 상기 베이스 로드의 표면에 상기 마스터 패턴의 역상을 갖는 리브 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 베이스 섬유들을 상기 정렬 모듈을 통해 정렬하는 단계에서, 상기 정렬 모듈로 공급된 복수의 상기 베이스 섬유들은 상기 제1 내지 제4 정렬 롤러를 순차적으로 거침으로써 정렬되되,
    상기 제1 및 제3 정렬 롤러는 상기 제2 및 제4 정렬 롤러와 비교하여 상대적으로 낮게 위치되어, 상기 베이스 섬유가 상기 제1 내지 제4 정렬 롤러에 지그재그(zig-zag) 형태로 감기는 것을 포함하는 복합재 FRP 지지대 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 로드를 제조하는 단계 후 상기 마스터 몰드를 통해 상기 베이스 로드에 압력이 인가되기 전,
    상기 베이스 로드를 열처리하는 단계를 더 포함하는 복합재 FRP 지지대 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 로드를 제조하는 단계는,
    복수의 상기 베이스 섬유들을 압축(compaction)하여, 제1 크기의 직경을 갖는 베이스 로드를 제조하는 단계;
    상기 베이스 로드의 직경을, 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기로 감소시키면서 압축하는 단계; 및
    상기 베이스 로드의 직경을, 상기 제2 크기보다 작은 제3 크기로 감소시키면서 압축하는 단계를 포함하는 복합재 FRP 지지대 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 리브 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 마스터 몰드를 통해 상기 베이스 로드에 압력이 인가되는 경우, 상기 베이스 로드의 표면에, 상기 마스터 패턴의 오목부와 대응되는 볼록부 및 상기 마스터 패턴의 볼록부에 대응되는 오목부가 형성되어, 상기 리브 패턴이 형성되는 것을 포함하는 복합재 FRP 지지대 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 리브 패턴을 형성하는 단계에서, 상부 마스터 패턴을 포함하는 상부 마스터 몰드 및 하부 마스터 패턴을 포함하는 하부 마스터 몰드를 통해 상기 베이스 로드에 압력이 인가되고,
    상기 베이스 로드의 표면에는, 상기 상부 마스터 패턴의 역상을 갖는 제1 리브 패턴 및 상기 하부 마스터 패턴의 역상을 갖는 제2 리브 패턴이 형성되는 것을 포함하는 복합재 FRP 지지대 제조 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 상부 마스터 패턴 및 상기 하부 마스터 패턴의 형상이 서로 다르고, 상기 제1 리브 패턴 및 상기 제2 리브 패턴의 형상이 서로 다른 것을 포함하는 복합재 FRP 지지대 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 베이스 섬유가 감긴 보빈으로부터 상기 베이스 섬유를 풀어내는 단계;
    풀어낸 복수의 상기 베이스 섬유들은 제1 내지 제4 정렬 롤러를 포함하는 정렬 모듈을 통해 정렬되되, 상기 제1 및 제3 정렬 롤러는 상기 제2 및 제4 정렬 롤러와 비교하여 상대적으로 낮게 위치되어, 풀어낸 복수의 상기 베이스 섬유들이 상기 제1 내지 제4 정렬 롤러에 지그재그(zig-zag) 형태로 감김에 따라 정렬되는 단계;
    상기 정렬 모듈을 통해 정렬된 복수의 상기 베이스 섬유들을 열가소성 수지에 함침시키는 단계; 및
    복수의 상기 베이스 섬유들을 뭉쳐 베이스 로드를 제조하고, 상기 베이스 로드의 표면에 마스터 몰드의 압력 인가를 통해 형성되는 리브 패턴을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 리브 패턴은, 복수의 상기 베이스 섬유 및 상기 열가소성 수지를 포함하는 상기 베이스 로드의 표면 프로파일에 의해 정의되는, 볼록부 및 오목부를 포함하는 복합재 FRP 지지대 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 베이스 섬유는, 유리섬유, 현무암 섬유, 아라미드 섬유, 탄소섬유, PVA 섬유, 및 고강도 폴리에스테르 섬유 중 어느 하나 또는 이들이 뭉쳐진 것을 포함하는 복합재 FRP 지지대 제조 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지/섬유는, 폴리프로필렌(PP, polypropylene) 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리아미드(PA, polyamide), 폴리페닐렌설파이드(PPS, polyphenylenesulfide), 폴리에틴에틸케톤(PEEK, Polyethyleethyleketon) 중 어느 하나 또는 이들이 혼합된 것을 포함하는 복합재 FRP 지지대 제조 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 베이스 로드의 표면은, 제1 리브 패턴이 형성된 제1 패턴 영역 및 제2 리브 패턴이 형성된 제2 패턴 영역을 포함하되,
    상기 제1 리브 패턴과 상기 제2 리브 패턴은, 패턴의 형상이 서로 다른 것을 포함하는 복합재 FRP 지지대 제조 방법.
  12. 제8 항에 따른 복합재 FRP 지지대 제조 방법을 통해 제조된 복합재 FRP 지지대를 준비하는 단계;
    상기 복합재 FRP 지지대를 열처리하는 단계; 및
    열처리된 상기 복합재 FRP 지지대를 성형하여, 특정 형상으로 제조하는 단계를 포함하는 복합재 FRP 지지대의 사용 방법.
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