KR102397056B1

KR102397056B1 - 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템

Info

Publication number: KR102397056B1
Application number: KR1020210183598A
Authority: KR
Inventors: 이원목
Original assignee: 주식회사 쎈인더스트리
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2022-05-16

Abstract

본 발명은 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존에 널리 사용되고 있는 불포화 폴리에스텔 수지를 이용하는 시스템을 개선하여 보다 친환경적이고, 물성이 탁월히 개선되며, 부식에도 매우 강한 콘크리트 보강근을 생산하고, 대체 수지로는 에폭시, 폴리우레탄, 비닐에스텔 등으로 대체하며, 또한 기존의 수지조 함침방식을 수지주입이 가능한 인젝션 다이스를 채택하거나, 기존 수지조 방식을 개선하여 수지 함침조 방식의 최대 단점인 시간에 따른 수지 점도 상승으로 인한 보강섬유와의 함침 접착력 저하에 따른 물성 저하를 획기적으로 개선하여 상품성 및 생산성이 증가하는 특징이 있다.

Description

고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템{High tensile strength and corrosion-resistance reinforced thermosetting composite reinforcing bar molding system}

본 발명은 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존에 널리 사용되고 있는 불포화 폴리에스텔 수지를 이용하는 시스템을 개선하여 보다 친환경적이고, 물성이 탁월히 개선되며, 부식에도 매우 강한 콘크리트 보강근을 생산하고, 대체 수지로는 에폭시, 폴리우레탄, 비닐에스텔 등으로 대체하며, 또한 기존의 수지조 함침방식을 수지주입이 가능한 인젝션 다이스를 채택하거나, 기존 수지조 방식을 개선하여 수지 함침조 방식의 최대 단점인 시간에 따른 수지 점도 상승으로 인한 보강섬유와의 함침 접착력 저하에 따른 물성 저하를 획기적으로 개선하여 상품성 및 생산성이 증가하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템에 관한 것이다.

인발성형(pultrusion)은 섬유가 매트릭스 중합체에 결합된 연속 섬유 강화 선형 복합체를 제조하는 데 사용되는 방법이다. 통상적으로, 그것은 실온에서 수시간 내지 수일 범위의 겔화 시간을 갖는 열경화성 수지 시스템을 이용하는 혼합성분 개방 반응조 방법에 의해 행해진다. 이 방법에서, 연속 섬유는 개방 액체 수지 함침조에 침지되며 그후에 가열된 다이를 통해 인장되고 경화된다. 경화된 복합재료는 그후에 기계적 인출 장치에 의해 다이스로부터 인출되고 플라잉 절단톱에 의해 원하는 길이로 절단된다.

그러한 개방 함침조 방법 이외에, 폐쇄 혼합성분 액체 수지 사출 다이스 방법도 인발성형 산업에 사용된다. 이 방법들에서, 액체 수지는 폐쇄 다이스를 통해 강화 섬유 상에 직접 사출되며 그후에 가열된 다이를 통해 인장되고 경화된다. 현재, 90%를 넘는 인발성형 산업이 일반적으로 인발성형된 섬유 강화 복합재료를 제조하는 가장 경제적인 방법인 개방 액체 수지 함침조 방법을 이용하는 것으로 생각된다. 인발성형 산업에 통용되는 열경화성 수지 시스템의 대부분은 스티렌 또는 메틸 메타크릴레이트(MMA)와 같은 모노머 단량체가 불포화 수지에 반응형 희석제로서 사용된다. 단량체는 수지의 점도를 감소시키며 개방 함침조 내의 섬유의 함침을 촉진시킨다. 그러나, 엄격한 환경적 쟁점 (예를 들면, 스티렌 및 MMA 방출 및 기타 건강 위해물질)으로 인해, 폐쇄 사출 인발성형 방법은 개방 함침조 방법에 대한 대안으로서 주목되고 고려되고 있다. 그러나, 폐쇄 사출 다이스 방법을 이용하기 위해서는, 통상의 인발성형 셋-업에 대해 수지 사출 장치 및 분배 기전의 변형이 이루어져야 한다. 이들 폐쇄 사출 다이스 개조도 통상의 스티렌 또는 MMA 기재 열경화성 시스템의 경우 단량체 방출 및 냄새 문제를 해소하는데 아주 성공적이지는 않을 수 있다.

인발성형의 개방 함침조 및 사출 다이스 방법에 사용되어온 수지는 열경화성 수지, 예를 들면 불포화 폴리에스테르, 비닐에스테르, 에폭시, 페놀계수지, 메타아크릴레이트 등이 있다.

인발성형에서 폴리우레탄 수지 시스템(열경화성)을 사용하는 개념은 지난 수년간 시도되어 왔다. 그러나, 열경화성 수지 화학적 반응의 특성 (예를 들면, 빠른 반응 역학, 짧은 겔화 시간, 반응 중의 발열 에너지의 방출, 라인, 함침조 및 다이스 구조 등과 같은 가공상의 어려움)으로 인해; 차단되지 않은 (자유 이소시아네이트 함유) 액체 폴리우레탄 열경화성 수지 시스템을 이용하는 개방 함침조 인발성형 방법은 산업적으로 성공되지 않았다. 이액형 폴리우레탄 시스템은 아주 제한된 정도로 사용되어 왔다. 그러한 이액형 우레탄 유형 시스템은 일반적으로 두 성분 비의 정확하고 연속적인 조절 및 사출 공정 중의 그의 적절한 혼합을 전제로 하여 이성분 폐쇄 사출 다이스의 사용을 필요로 하였다. 그러한 복합 이성분 폐쇄 다이스 주입 인발법은 다양한 노력을 통해 근간 상당한 진전을 이루어가고 있다.

그런데, 기존 불포화 폴리에스텔 수지(UP)는 과량(50% 내외)의 스티렌 모노머가 들어 있어 유해한 VOC가 발생하고, UP수지가 함유한 SM으로 인해 화재발생의 우려가 있으며 (삭제) 경화에는 매우 위험한 과산화물 경화제가 사용되므로 이 과산화물은 운송 보관등에 특별한 제약이 따르기 때문에 작업자에게 유해 함은 물론, 화재나 폭발의 위험성이 잔존한다.

그리고, 이러한 기존수지는 긴 가사시간(1~5시간)으로 함침조(탱크)를 통해 화이바류를 함침시킨 후, 가열된 다이스 내로 투입되고 다이스 입구에서 여분의 수지는 짜여지고 남는 수지는 별도 흐름관을 통해 함침조로 다시 이동하여 재사용하는데, 함침조 이용시 긴 가사시간에 의해 함침조에서 경화반응이 일어나서 함침이 잘 이루어지지 않아 제품의 품질이 떨어지는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2003-0029825호

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

기존에 널리 사용되고 있는 불포화 폴리에스텔 수지를 이용하는 시스템을 개선하여 보다 친환경적이고, 물성이 탁월히 개선되며, 부식에도 매우 강한 콘크리트 보강근을 생산하고, 대체 수지로는 에폭시, 폴리우레탄, 비닐에스텔 등으로 대체하며, 또한 기존의 수지조 함침방식을 수지주입이 가능한 인젝션 다이스를 채택하거나, 기존 수지조 방식을 개선하여 수지 함침조 방식의 최대 단점인 시간에 따른 수지 점도 상승으로 인한 보강섬유와의 함침 접착력 저하에 따른 물성 저하를 획기적으로 개선하여 상품성 및 생산성이 증가하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 실형태로 보강섬유가 감겨져 있는 다수개의 보강섬유 로빙크릴과;

상기 보강섬유 로빙크릴에 감겨진 보강섬유가 내부의 이송구에 투입되어 길이방향으로 이송되고, 상기 이송구에 투입된 보강섬유를 하나로 적층시키도록 이송구의 입구측이 이송구의 출구측보다 크게 형성되며, 상기 이송구에 투입된 보강섬유에 외부에서 주입된 이액형 폴리우레탄 수지 또는 에폭시 수지를 함침시키는 인젝션 다이스와;

상기 인젝션 다이스의 출구측에 연결되어 인젝션 다이스에서 함침된 보강섬유 보강근이 내부를 관통하면서 설정된 직경으로 형성되는 세라믹계 형상지지 다이스와;

상기 세라믹계 형상지지 다이스의 출구측에 형성되어 세라믹계 형상지지 다이스에서 배출되는 보강근의 외주연에 나선형의 골이 형성되도록 섬유줄을 와인딩시키는 골형성 와인딩부와;

상기 골형성 와인딩에서 배출된 보강근이 내부를 관통하면서 경화시키는 경화부와;

상기 경화부의 출구측에 형성되어 경화부에서 경화된 보강근이 내부를 관통하면서 냉각시키는 냉각부와;

상기 냉각부의 출구측에 형성되어 냉각부에서 냉각된 보강근을 설정된 길이에 맞춰 절단하는 절단부와;

상기 절단부의 출구측에 형성되어 절단부에 의해 절단된 보강근을 적재하는 적재부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 골형성 와인딩부와 경화부 사이에는 골형성 와인딩부에서 배출된 보강근의 외부에 샌드를 도포하는 샌드 도포부가 더 형성되고, 상기 샌드 도포부는 보강근의 사용조건에 따라 선택적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 경화부와 냉각부 사이에는 보강근의 외주연에 형성된 섬유줄을 제거하는 섬유줄 제거 와인딩부가 더 형성되고, 상기 섬유줄 제거 와인딩부는 보강근의 사용조건에 따라 선택적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 골형성 와인딩부는 기어 모터에 의해 회전되고, 중앙부에 보강근이 관통되어 이송되는 회전판과;

상기 회전판의 일면에 돌출 형성되어 보강근의 외주연에 와인딩할 섬유줄이 감겨있는 섬유줄롤러와;

상기 회전판의 일면에 돌출 형성되어 섬유줄이 보강근의 외주연에 와인딩시, 섬유줄이 결착되어 텐션을 유지해주는 다수개의 텐션보조장치와;

상기 회전판의 일면에 돌출 형성되는데, 상기 섬유줄롤러의 섬유줄 소모시 대체되어 보강근의 외주연에 와인딩할 섬유줄이 감겨있는 대체용 섬유줄롤러;

또한, 본 발명의 섬유줄롤러와 대체용 섬유줄롤러의 섬유줄은 지관에 감겨진 상태로 섬유줄롤러와 대체용 섬유줄롤러에 각각 설치되고,

상기 섬유줄롤러와 대체용 섬유줄롤러의 외부에는 섬유줄이 감겨진 지관이 설치시, 상기 지관을 고정시킬 수 있는 지관고정장치가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 상기 보강근은 에폭시(Epoxy), 폴리우레탄, 비닐에스터 수지류 및 화이바 로빙류로 이루어지며,

상기 화이바 로빙류는 글라스화이바, 바살트화이바, 글라스/바살트화이바 혼용 중 어느 한가지에 의해 선택적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 냉각부는, 상기 보강근의 외부에 도포된 샌드를 에어에 의해 털어내면서 냉각시키고, 상기 샌드 도포부의 사용에 맞춰 작동되는 제 1 에어냉각부와;

상기 제 1 에어냉각부에서 1차 냉각된 보강근 또는 상기 경화부에서 경화된 보강근을 물에 의해 냉각시키는 수냉각부와;

상기 수냉각부에서 냉각시, 보강근의 외부에 묻어나온 물을 에어에 의해 털어내면서 동시에 한번 더 냉각시키는 제 2 에어냉각부;

또한, 본 발명의 인젝션 다이스의 내부에는 함침된 보강섬유가 일측으로 인발되면서 보강근의 내부에 공간이 형성되도록 만드렐 코어가 구비되고, 상기 만드렐 코어는 인젝션 다이스의 내부를 관통하여 세라믹계 형상지지 다이스의 입구측까지 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템은 기존에 널리 사용되고 있는 불포화 폴리에스텔 수지를 이용하는 시스템을 개선하여 보다 친환경적이고, 물성이 탁월히 개선되며, 부식에도 매우 강한 콘크리트 보강근을 생산하고, 대체 수지로는 에폭시, 폴리우레탄, 비닐에스텔 등으로 대체하며, 또한 기존의 수지조 함침방식을 수지주입이 가능한 인젝션 다이스를 채택하거나, 기존 수지조 방식을 개선하여 수지 함침조 방식의 최대 단점인 시간에 따른 수지 점도 상승으로 인한 보강섬유와의 함침 접착력 저하에 따른 물성 저하를 획기적으로 개선하여 상품성 및 생산성이 증가하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템을 나타낸 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝션 다이스를 나타낸 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 골형성 와인딩부를 나타낸 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부를 나타낸 개략도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템을 나타낸 개략도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝션 다이스의 전단과 후단에 설치되는 가이드대를 나타낸 정면도이다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 고인장,내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템은 보강섬유 로빙크릴(10)과, 인젝션 다이스(20)와, 세라믹계 형상지지 다이스(30)와, 골형성 와인딩부(40)와, 경화부(50)와, 냉각부(60)와, 절단부(70)와, 적재부(80)와, 샌드 도포부(90)와, 섬유줄 제거 와인딩부(110)로 구성된다.

상기 보강섬유 로빙크릴(10)은 도 1에 도시한 바와 같이, 실형태로 보강재가 감겨있고 그리고, 상기 보강재 거치대는 보강재에 습기가 흡습되지 않도록 항온 항습실에 구비된다.

여기서, 상기 항온 항습실에 구비된 다수개의 보강섬유 로빙크릴(10)은 다수개의 보강섬유가 일면의 관통구를 통해 배출되어 인젝션 다이스(20) 전에 설치된 가이드판를 통해 바로 투입되는 것이고, 이때, 특히 우레탄수지는 공기중 수분과 민감하게 반응하여 우레아와 이산화탄소를 발생시키므로, 상대습도가 높은 경우 모든타입 보강재가 습기를 흡습하여 제품에 기포를 발생시키므로, 보강재 거치대는 항온 항습이 가능하도록 별도의 항온 항습실이 필요한 것이다.

상기 인젝션 다이스(20)는 도 1 내지 도 2 및 도 6에 도시한 바와 같이, 내부에 이송구(21)가 형성되는 다이스로써, 상기 인젝션 다이스(20)는 보강섬유 로빙크릴(10)에 감겨진 보강섬유가 내부의 이송구(21)에 투입되어 길이방향으로 이송되고, 상기 이송구(21)에 투입된 보강섬유를 하나로 적층시키고 주입된 수지가 보강재 공간사이로 투입이 용이하도록 이송구(21)의 입구측이 이송구(21)의 출구측보다 크게 형성되며, 상기 이송구(21)에 투입된 보강섬유에 외부에서 주입된 이액형 폴리우레탄 수지나 에폭시 수지 또는 비닐에스터 수지를 함침시키는 것으로 인발장치(100)의 고속 인발시 보강섬유에 이액형 폴리우레탄 수지나 에폭시 수지 또는 비닐에스터 수지가 함침이 용이하도록 길게 형성된다.

여기서, 상기 인젝션 다이스(20)는 보강섬유 로빙크릴(10)에 감겨진 보강섬유가 내부의 이송구(21)에 투입되어 길이방향으로 이송하면서 보강섬유를 하나로 적층시키도록 이송구(21)의 입구측이 이송구(21)의 출구측보다 200 ~ 400% 크게 형성되는데, 즉, 상기 이송구(21)는 입구측에서 출구측으로 폭이 좁혀지는 형태로 형성된다.

또한, 상기 인젝션 다이스(20)는 이송구(21)에 투입된 보강섬유에 외부에서 주입된 이액형 폴리우레탄 수지 또는 에폭시 수지를 함침시키는데, 상기 인젝션 다이스(20)의 상부면 중 일측에는 이액형 폴리우레탄 수지나 에폭시 수지 또는 비닐에스터 수지가 주입되도록 주입홀(22)이 형성되며, 상기 주입홀(22)은 이송구(21)와 연통되도록 형성되어 이액형 폴리우레탄 수지나 에폭시 수지 또는 비닐에스터 수지가 이송구(21)에 전달된다.

그리고, 상기 인젝션 다이스(20)에는 이송구(21)에 투입된 보강섬유와 이액형 폴리우레탄 수지나 에폭시 수지 또는 비닐에스터 수지를 인젝션 다이스 윗면이나 입구에 가공한 투영구를 통해 작업자가 육안으로 확인 가능하여 함침을 용이하게 실시할 수 있다. 이때, 상기 투영구는 인젝션 다이스(20)의 상단부 또는 인젝션 다이스(20)의 전단인 이송구(21)의 입구측에 형성되고, 상기 인젝션 다이스(20)의 상단부에 형성된 투영구는 보강섬유의 함침을 점검하며, 상기 인젝션 다이스(20)의 전단인 이송구(21)의 입구측에 형성되는 투영구는 수지가 뒤로(이송구(21)의 입구측) 빠지는 현상을 체크하는 동시에 주입량 확인하여 조절기능하게 한다.

여기서, 상기 인젝션 다이스(20)의 내부에는 함침된 보강섬유가 일측으로 인발되면서 보강근의 내부에 필요시 공간이 형성되도록 만드렐 코어(23)가 구비되고, 상기 만드렐 코어(23)는 인젝션 다이스(20)의 내부를 관통하여 세라믹계 형상지지 다이스(30)의 출구측 보다 길게 형성시키거나, 기 압출시킨 PVC 계통의 튜브를 인젝션 다이스 내부로 연속 투입하여 형성시킬수 있다.

한편, 상기 이액형 폴리우레탄 수지 또는 에폭시 수지 또는 비닐에스터 수지는 연속 자동 공급장치와 연결되어 인젝션 다이스(20)에 공급되는데, 상기 공급장치는 이액형 폴리우레탄 수지나 에폭시 수지 또는 비닐에스터 수지 중 주재가 저장된 주재부 저장탱크와; 이액형 폴리우레탄 수지나 에폭시 수지 또는 비닐에스터 수지 중 경화제가 저장된 경화제부 저장탱크와; 상기 주재부 저장탱크 및 경화제부 저장탱크에 각각 연결되어 주재 또는 경화제를 설정된 정량에 맞춰 이송시키는 계량 펌프와; 상기 계량 펌프에서 이송된 주재와 경화제를 혼합하여 인젝션 다이스(20)의 주입홀(22)에 공급하는 주입부로 구성된다.

여기서, 기존 제품인 보강근은 UP(불포화 폴리에스텔)수지와 글라스화이바 로빙 또는 바살트 화이바로 이루어지나, 본 실시 발명품인 보강근은 Epoxy(에폭시), PU(폴리우레탄), 비닐에스터 수지 및 화이바 로빙류로 이루어지며, 상기 화이바 로빙류는 글라스화이바(유리섬유 또는 보강섬유) 단독, 바살트화이바 단독, 글라스(코어부위)/바살트 화이바(외주면부위) 혼용 중 어느 한가지 이상 선택적으로 이루어진다.

또한, 상기 화이바 로빙류 중 글라스(코어)/바살트 화이바(외주면)로 형성되기 위해, 인젝션 다이스(20)의 전단과 후단에 별도의 가이드대(24)가 각각 설치되고, 상기 가이드대(24)는 도 6에서처럼, 중앙부에 글라스 섬유가 이송되는 글라스 이송홀(25)이 다수개 형성되며, 상기 다수개의 글라스 이송홀(25)은 원호 형태로 밀집되어 형성되고, 상기 글라스 이송홀(25)의 외측에는 바살트 화이바 섬유가 이송되는 바살트 화이바 이송홀(26)이 다수개 형성되며, 상기 바살트 화이바 이송홀(26)은 원형 링 형태로 다수개의 글라스 이송홀(25)의 외측에 형성된다.

이때, 상기 인젝션 다이스(20) 전단의 가이드대(24)와 인젝션 다이스(20) 후단의 가이드대(24)에 형성된 글라스 이송홀(25)과 바살트 화이바 이송홀(26)은 각각 다르게 형성되는데, 도 6에서처럼, 상기 이송구(21)의 입구측과 출구측의 크기가 다르듯이 상기 인젝션 다이스(20) 전단의 가이드대(24)에 형성된 글라스 이송홀(25)의 원호 크기가 상기 인젝션 다이스(20) 후단의 가이드대(24)에 형성된 글라스 이송홀(25)의 원호 크기보다 크게 형성되어 이송구(21)의 폭에 맞춰진다.

그리고, 상기 바살트화이바 적용 사유는 고인장, 탄성율 향상 목적 및 내 알카리성 강화(콘크리트류), 작업자 취급시 노출되는 보강섬유(유리섬유)에 의한 손바닥 자극을 피하기 위함이다.

이때, 실험치(KS F ISO 10406-1) : 시편적용

Epoxy/Glass : 40~50 Gpa

Epoxy/Basalt : 80~90 Gpa

PU/Glass : 45~55 Gpa

PU/Basalt : 75~85 Gpa

현재 보증치 : 46 Gpa

목표치 : 60 Gpa

그리고, 상기 바살트화이바가 글리스화이바 대비 3배 정도의 가격이므로 혼용하여 60 Gpa 달성하고, 바살트 30%, 글라스 70% (중량비)로 성형시 62 Gpa 달성(시편적용 시험)하였으며, 제품 외면에 바살트 층 형성으로 내 알카리성 증대시키고 작업자 안전성도 확보하였다.

한편, 보강근 제품의 필요시 난연성 부여 목적으로 하기 난연제 첨가 및 도포에서,

수지에는 APP : 암모늄 폴리포스페이스 파우다 : 5~10%, Melamine : 멜라민 파우다 : 5~10%을 첨가하였다.

또한, 보강근의 외부면에 도포되는 모래와 팽창성 난연제인 Expandable Graphite 50~100 Mesh 급이 동시에 분사되어 표면에 도포된다.

한편, 본 발명에서는 에폭시 수지 또는 비닐에스터 수지의 경우 인젝션 다이스에 의해 보강섬유에 수지를 함침하는 방식 이외에 다른 실시예로써, 도 5에서처럼, 기존에 수지함침조(120)를 이용하여 보강섬유에 수지를 함침하는데, 상기 수지함침조(120)의 내부에는 광센서에 의한 수지 레벨 인지하여 수지의 저장 높이가 설정된 높이 이하일때 수지 공급 장비가 작동하여 수지함침조(120) 내 새로운 수지를 투입하고, 그로 인해 혼합된 수지가 일정시간내에 소모되도록 설계하였다

또한, 상기 수지함침조(120)에는 내부에 저장된 수지가 시간에 따라 점도가 상이한 불균일 상태를 막기위해 수지 순환 펌프(121)가 연결되어 수지함침조(120) 내의 수지를 순환시켜 혼합시켜준다.

상기 세라믹계 형상지지 다이스(30)는 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 인젝션 다이스(20)의 출구측에 연결되어 인젝션 다이스(20)에서 함침된 보강섬유 보강근이 내부를 관통하면서 설정된 직경으로 형성된다.

여기서, 상기 세라믹계 형상지지 다이스(30)는 인젝션 다이스(20)에서 수지가 주입되어 함침시 필요 형상으로 나오는 미경화 상태의 형상을 유지를 위해 인젝션 다이스(20)의 출구 앞에 내마모성이 탁월하고, 마찰력이 낮은 지르코늄 세라믹의 미경화 제품 가이드를 추가로 부착하여 이어지는 공정인 골형성 와인딩부(40)의 골형성 외주면 와인딩이 용이하도록 한다.

상기 골형성 와인딩부(40)는 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 세라믹계 형상지지 다이스(30)의 출구측에 형성되는데, 상기 세라믹계 형상지지 다이스(30)과 일체형으로 붙어있어 세라믹계 형상지지 다이스(30)에서 배출되는 보강근이 바로 골형상 와인딩부(40)의 다이스 내에 투입되어 관통되면서 보강근의 외주연에 나선형의 골이 형성되도록 섬유줄을 와인딩시키는 장치이다.

여기서, 상기 골형성 와인딩부(40)는 다이스 본체 내에 설치되는 기어모터에 의해 회전되는 회전판(41)이 다이스 본체의 일측에 형성되어 회전되고, 상기 회전판(41)의 중앙부에는 보강근이 관통되어 이송되는데, 상기 회전판(41)은 기어모터에 의해 회전시 관통된 보강근은 회전에 영향을 받지 않는다.

그리고, 상기 회전판(41)의 일면 중 일측에는 섬유줄롤러(42)가 돌출 형성되어 보강근의 외주연에 와인딩할 섬유줄이 감겨있고, 상기 회전판(41)의 일면 중 타측에는 다수개의 텐션보조장치(43)가 돌출 형성되어 섬유줄롤러(42)에 감겨진 섬유줄이 보강근의 외주연에 와인딩시, 섬유줄이 결착되어 텐션을 유지해준다. 즉, 상기 섬유줄롤러(42)에 감겨진 섬유줄이 다수개의 텐션보조장치(43)에 순차적으로 결착된 상태로 보강근의 외주연에 와인딩되는데, 이때, 상기 섬유줄이 팽팽하게 텐션을 유지할 수 있도록 다수개의 텐션보조장치(43)가 와인딩되는 섬유줄을 잡아주고 있다.

또한, 상기 회전판(41)의 일면 중 섬유줄롤러(42)의 반대측에는 대체용 섬유줄롤러(44)가 돌출 형성되는데, 상기 대체용 섬유줄롤러(44)에는 별도의 섬유줄이 감겨진 상태로 섬유줄롤러(42)의 섬유줄 소모시 바로 대체되어 보강근의 외주연에 와인딩할 섬유줄을 투입하여 작업중단이 최소화 되도록 이루어진다.

한편, 상기 섬유줄롤러(42)와 대체용 섬유줄롤러(44)의 섬유줄은 지관(45)에 감겨진 상태로 섬유줄롤러(42)와 대체용 섬유줄롤러(44)에 각각 설치되는데, 상기 섬유줄롤러(42)와 대체용 섬유줄롤러(44)의 외부에는 섬유줄이 감겨진 지관이 설치시, 상기 지관(45)을 고정시키거나 탈락시킬 수 있는 지관고정장치(미도시)가 더 형성되고, 상기 지관고정장치는 지관이 롤러에 결합시 지관이 움직이지 않도록 고정시키는 장치로써, 볼트, 너트 결합방식, 롤러 외주연 확장 축소에 의한 결합방식, 롤러에 억지끼움방식 등 다양한 방식과 구조로 형성된다.

상기 경화부(50)는 도 1에 도시한 바와 같이, 골형성 와인딩부(40)에서 배출된 보강근이 내부를 관통하면서 경화시키는 경화로로써, 상기 경화부(50)의 다이스는 내부를 관통하는 보강근에 열을 가하여 경화되도록 온도조절용 가열장치(미도시)가 설치되고, 상기 온도조절용 가열장치는 2~3개(2~3구역)로 나눠어져 각각 온도가 다르게 조절되어 가열한다. 보강근을 경화시키는데 온도 설정는 수지 종류에 따라 필요시 바꿀수 있다.

상기 냉각부(60)는 도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 경화부(50)의 출구측에 형성되어 경화부(50)에서 경화된 보강근이 내부를 관통하면서 냉각시키는데, 상기 냉각부(60)는 보강근의 외부에 도포된 샌드를 에어에 의해 털어내면서 냉각시키고, 상기 샌드 도포부의 사용에 맞춰 작동되는 제 1 에어냉각부(61)와; 상기 제 1 에어냉각부(61)에서 1차 냉각된 보강근 또는 상기 경화부(50)에서 경화된 보강근을 물에 의해 냉각시키는 수냉각부(62)와; 상기 수냉각부(62)에서 냉각시, 보강근의 외부에 묻어나온 물을 에어에 의해 털어내면서 동시에 한번 더 냉각시키는 제 2 에어냉각부(63);로 이루어진다.

한편, 상기 냉각부(60)의 출구 측에는 별도로 인발장치(100)가 형성되고, 상기 인발장치(100)는 보강근 제품을 당겨주는 장치로써, 경화후 냉각된 제품을 당겨주고, 상기 인발장치(100)는 처음에 보강섬유에 연결되어 보강섬유를 당겨주어 보강섬유 로빙크릴(10)에서 보강섬유를 풀어준다.

상기 절단부(70)는 도 1에 도시한 바와 같이, 냉각부(60)의 출구측 즉, 인발장치(100)의 출구측에 형성되어 냉각부(60)에서 냉각된 보강근이 인발장치(100)에 의해 이송되면 설정된 길이에 맞춰 절단하는 장치이다.

상기 적재부(80)는 도 1에 도시한 바와 같이, 절단부(70)의 출구측에 형성되어 절단부(70)에 의해 절단된 보강근을 적재하는데, 작업자의 관리없이 좌측으로 옮기는 장치를 부착하고, 상기 좌측으로 옮기는 장치에 의해 보강근이 대차에 적재되는데, 적재된 보강근은 일정량이 될 경우 다음 포장 단계 장소로 이동시킨다

이때, 롤러에서 좌측 대차로 들어서 옮기는 타임은 절단 후 설정된 일정한 시간이 지난 뒤 자동으로 구동되도록 설정한다.

한편, 상기 샌드 도포부(90)는 도 1에 도시한 바와 같이, 골형성 와인딩부(40)와 경화부 사이에 형성되어 골형성 와인딩부(40)에서 배출된 보강근의 외부에 샌드를 도포하는 장치로써, 상기 샌드 도포부(90)는 보강근의 사용조건에 따라 선택적으로 샌드를 도포하도록 사용되고, 상기 보강근의 종류 또는 사용조건에 따라 샌드를 도포하거나 도포하지 않을 수 있다.

한편, 상기 섬유줄 제거 와이딩부(110)는 도 1에 도시한 바와 같이, 경화부(50)와 냉각부(60) 사이에 형성되어 경화부(50)에서 경화된 보강근의 외주연에 형성된 섬유줄을 제거하는 장치로써, 상기 섬유줄 제거 와인딩부(110)는 보강근의 종류 및 사용조건에 따라 선택적으로 사용된다.

여기서, 상기 섬유줄 제거 와인딩부(110)는 골형성 와인딩부(40)와 동일한 구성, 구조로 형성되는데, 다만 기능이 다를 뿐이고, 상기 골형성 와인딩부(40)는 보강근의 외주연에 섬유줄을 와인딩해주는 장치라면, 상기 섬유줄 제거 와인딩부(110)는 보강근의 외주연에 와인딩된 섬유줄을 나선형으로 풀어주는 장치이다.

즉, 상기 섬유줄 제거 와인딩부(110)는 골형성 와인딩부(40)와 반대로 작동되어 보강근의 외주연에 와인딩된 섬유줄을 제거해준다.

이하에서는 상기에서 기술한 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템에서 수지함침조 방식과 수지주입 금형방식(인젝션 다이스을 이용한 주입방식) 비교에 대한 시험 결과를 기술한다.

1. 함침조 방식(폴리우레탄 불가)

시험 1) 에폭시 수지

금호피엔비화학 KER828/MTHPA/KCA 54K

Mixed resin viscosity

a. after mixing : 5,030 cps

b. 15 mins : 5,330 cps

c. 30 mins : 5,650 cps

d. 60 mins : 7,250 cps

e. 120 mins : 10,530 cps(더블 점도)

시험 2) 비닐에스텔 수지

폴린트 RF-1001/P-16/TBPB

Mixed Resin viscosity

f. after mix : 2,030 cps

g. 15 mins : 2,250 cps

h. 30 mins : 2,830 cps

I. 60 mins : 3,250 cps

j. 90 mins : 4,100 cps(더블 점도)

시험 3) 상기 시간별 생산시편 인장강도 측정

시편 a~e (에폭시 글라스 25/75비율)(직경 10mm 솔리드)

a. 1,310 Mpa

b. 1,250 Mpa

c. 1,210 Mpa

d. 1.170 Mpa

e. 1,010 Mpa

여기서, 인장강도 저하 22.90%(초기품 대비)

시편 f~j(비닐에스텔 글라스 25/75 비율)(직경 10mm 솔리드)

f. 830 Mpa

g. 810 Mpa

h. 780 Mpa

I. 720 Mpa

j 590 Mpa

여기서, 인장강도 저하 28.91%(초기품 대비)

2. 수지주입 금형방식(인젝션 다이스를 이용한 주입방식)

초기점도(작업중 항시 일정 점도)

시험 1) 에폭시 점도 : 4,950 cps

시험 2) 폴리우레탄 점도 : 520 cps

시험 3) 비닐에스텔 점도 : 1,950 cps

시험 3) 제품 인장강도(3개 시편 측정)(초기, 1 시간후, 2시간후 성형품)

에폭시 : 1,250 Mpa/1.270 Mpa/ 1,240 Mpa

평균 1,253 Mpa

폴리우레탄 : 1,230Mpa/1,220Mpa/1,220Mpa

평균 1,224 Mpa

비닐에스텔 : 880Mpa,870Mpa,890Mpa

평균 880 Mpa

이렇듯, * 점도상승에 따라 함침조방식의 함침력 저하, 경화된 제품의 인장강도 저하를 보이는데 반해, 수지주입 금형방식은 항시 일정한 수치를 유지하고 있어 수지주입 금형방식의 뛰어남을 나타낸 시험결과이다.

10 : 보강섬유 로빙크릴 20 : 인젝션 다이스
21 : 이송구 22 : 주입홀
23 : 만드렐 코어 24 : 가이드대
25 : 글라스 이송홀 26 : 바살트 화이바 이송홀
30 : 세라믹계 형상지지 다이스
40 : 골형성 와인딩부 41 : 회전판
42 : 섬유줄 롤러 43 : 텐션보조장치
44 : 대체용 섬유줄 롤러 45 : 지관
50 : 경화부 60 : 냉각부
61 : 제 1 에어냉각부 62 : 수냉각부
63 : 제 2 에어냉각부
70 : 절단부 80 : 적재부
90 : 샌드도포부 100 : 인발장치
110 : 섬유줄 제거 와인딩부
120 : 수지함침조 121 : 수지 순환 펌프

Claims

실형태로 보강섬유가 감겨져 있는 다수개의 보강섬유 로빙크릴(10)과;
상기 보강섬유 로빙크릴(10)에 감겨진 보강섬유가 내부의 이송구(21)에 투입되어 길이방향으로 이송되고, 상기 이송구(21)에 투입된 보강섬유를 하나로 적층시키도록 이송구(21)의 입구측이 이송구(21)의 출구측보다 크게 형성되며, 상기 이송구(21)에 투입된 보강섬유에 외부에서 주입된 이액형 폴리우레탄 수지 또는 에폭시 수지 또는 비닐에스터 수지를 함침시키는 인젝션 다이스(20)와;
상기 인젝션 다이스(20)의 출구측에 연결되어 인젝션 다이스(20)에서 함침된 보강섬유 보강근이 내부를 관통하면서 설정된 직경으로 형성되는 세라믹계 형상지지 다이스(30)와;
상기 세라믹계 형상지지 다이스(30)의 출구측에 형성되어 세라믹계 형상지지 다이스(30)에서 배출되는 보강근의 외주연에 나선형의 골이 형성되도록 섬유줄을 와인딩시키는 골형성 와인딩부(40)와;
상기 골형성 와인딩부(40)에서 배출된 보강근이 내부를 관통하면서 경화시키는 경화부(50)와;
상기 경화부(50)의 출구측에 형성되어 경화부(50)에서 경화된 보강근이 내부를 관통하면서 냉각시키는 냉각부(60)와;
상기 냉각부(60)의 출구측에 형성되어 냉각부(60)에서 냉각된 보강근을 설정된 길이에 맞춰 절단하는 절단부(70)와;
상기 절단부(70)의 출구측에 형성되어 절단부(70)에 의해 절단된 보강근을 적재하는 적재부(80);를 포함하고,
상기 골형성 와인딩부(40)는, 기어모터에 의해 회전되고, 중앙부에 보강근이 관통되어 이송되는 회전판(41)과;
상기 회전판(41)의 일면에 돌출 형성되어 보강근의 외주연에 와인딩할 섬유줄이 감겨있는 섬유줄롤러(42)와;
상기 회전판(41)의 일면에 돌출 형성되어 섬유줄이 보강근의 외주연에 와인딩시, 섬유줄이 결착되어 텐션을 유지해주는 다수개의 텐션보조장치(43)와;
상기 회전판(41)의 일면에 돌출 형성되는데, 상기 섬유줄롤러(42)의 섬유줄 소모시 대체되어 보강근의 외주연에 와인딩할 섬유줄이 감겨있는 대체용 섬유줄롤러(44);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템.
제 1항에 있어서,
상기 골형성 와인딩부(40)와 경화부(50) 사이에는 골형성 와인딩부(40)에서 배출된 보강근의 외부에 샌드를 도포하는 샌드 도포부(90)가 더 형성되고, 상기 샌드 도포부(90)는 보강근의 사용조건에 따라 선택적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템.
제 1항에 있어서,
상기 경화부(50)와 냉각부(60) 사이에는 보강근의 외주연에 형성된 섬유줄을 제거하는 섬유줄 제거 와인딩부(110)가 더 형성되고, 상기 섬유줄 제거 와인딩부(110)는 보강근의 사용조건에 따라 선택적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템.
제 1항에 있어서,
상기 섬유줄롤러(42)와 대체용 섬유줄롤러(44)의 섬유줄은 지관(45)에 감겨진 상태로 섬유줄롤러(42)와 대체용 섬유줄롤러(44)에 각각 설치되고,
상기 섬유줄롤러(42)와 대체용 섬유줄롤러(44)의 외부에는 섬유줄이 감겨진 지관(45)이 설치시, 상기 지관(45)을 고정시킬 수 있는 지관고정장치가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템.
제 1항에 있어서,
상기 보강근은 에폭시(Epoxy), 폴리우레탄, 비닐에스터 수지 및 화이바 로빙류로 이루어지며,
상기 화이바 로빙류는 글라스화이바, 바살트화이바, 글라스/바살트화이바 혼용 중 어느 한가지에 의해 선택적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템.
제 2항에 있어서,
상기 냉각부(60)는,
상기 보강근의 외부에 도포된 샌드를 에어에 의해 털어내면서 냉각시키고, 상기 샌드 도포부(90)의 사용에 맞춰 작동되는 제 1 에어냉각부(61)와;
상기 제 1 에어냉각부(61)에서 1차 냉각된 보강근 또는 상기 경화부(50)에서 경화된 보강근을 물에 의해 냉각시키는 수냉각부(62)와;
상기 수냉각부(62)에서 냉각시, 보강근의 외부에 묻어나온 물을 에어에 의해 털어내면서 동시에 한번 더 냉각시키는 제 2 에어냉각부(63);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템.
제 1항에 있어서,
상기 인젝션 다이스(20)의 내부에는 함침된 보강섬유가 일측으로 인발되면서 보강근의 내부에 공간이 형성되도록 만드렐 코어(23)가 구비되고, 상기 만드렐 코어(23)는 인젝션 다이스(20)의 내부를 관통하여 세라믹계 형상지지 다이스(30)의 입구측까지 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 고인장 및 내식성 강화형 열경화성 복합소재 보강근의 성형시스템.
삭제