KR102407020B1 - 일체형 리브를 갖는 복합소재 리바의 제조방법 - Google Patents

일체형 리브를 갖는 복합소재 리바의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일체형 리브를 갖는 복합소재 리바의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 콘크리트의 보강근으로 사용되는 기존의 철근을 대체할 수 있는 리바의 제조방법을 개선하여 리바의 생산성을 높이고, 인장강도와 탄성은 충족하면서 콘크리트와의 견고한 결합력을 갖도록 한 기술에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 복합재 리바의 심재용 섬유가 권취되어 있는 복수의 로빙크릴로부터 섬유를 다발로 풀어 수지에 함침하는 단계와, 상기 수지에 함침된 다발의 섬유를 예비성형 금형을 거쳐서 봉형상의 리바로드를 성형 및 가경화하는 단계와, 상기 가경화된 리바로드를 캐터필러 금형장치에 투입하여 양쪽으로 분할된 금형에 의해 리바로드에 리브가 일체로 성형되면서 최종경화하는 단계와, 상기 최종경화된 리브 일체형 복합소재 리바를 일정길이로 절단 또는 권취하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

일체형 리브를 갖는 복합소재 리바의 제조방법{Manufacturing method of composite rebar having integral ribs}
본 발명은 일체형 리브를 갖는 복합소재 리바의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 콘크리트의 보강근으로 사용되는 기존의 철근을 대체할 수 있는 리바의 제조방법을 개선하여 리바의 생산성을 높이고, 인장강도와 탄성은 충족하면서 콘크리트와의 견고한 결합력을 갖도록 한 기술에 관한 것이다.
일반적인 형태의 콘크리트 구조물에는 콘크리트의 취약한 인장강도를 보완하기 위하여 반드시 내부에 철제 보강근(철근)이 사용되어 왔다. 그러나 철이 가지고 있는 고유의 특성으로 인해 고중량, 부식에 따른 내구성 저하와 같은 문제가 발생하게 된다.
이러한 철근의 문제점을 해결하기 위하여 복합소재 리바가 사용되고 있다. 상기 복합소재 리바는 철에 비해 비중이 1/4 수준이며, 내부식성이 우수하고 높은 강도를 갖는다.
복합소재 리바는 주로 인발성형(풀트루젼:Pultrusion)공법으로 제작되며 수지에 함침된 섬유 복합재가 가열된 금형 내부를 통과하며 경화과정을 거치게 된다. 이러한 방식은 공법의 특성상 리바로드의 표면이 평활하여 콘크리트와의 부착력이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
종래에는 이러한 문제점을 개선하기 위한 방법으로서, 도 1의 사진과 같이 리바로드를 인발 성형한 다음 표면에 접착제를 도포하고 규사를 접착하는 방법과, 도 2의 사진과 같이 별도의 보강섬유를 수지에 함침하여 리바로드의 외주면에 감아서 리브를 형성하는 방법이 사용되고 있다.
그러나 상기의 제조방법은 추가된 제조공정으로 인하여 비용문제와 생산성을 크게 떨어뜨리는 문제점과, 부착된 리브가 리바로드로부터 쉽게 분리되어 리바의 결합상태를 유지하기 어렵고 결합성능을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
이 외에도 도 3의 사진과 같이 인발성형중 함침된 수지가 경화되기 이전에 금형에서 인발하여 별도의 보강섬유를 외부에 와인딩한 후 경화시키는 방법이 있다. 이러한 방법은 와인딩된 섬유의 장력에 의해 리바로드의 외주면이 나선형으로 조여들게 만들어 표면의 요철을 형성하여 평활한 리바로드에 비해 콘크리트 부착력은 높일 수 있으나, 보강섬유가 요철형상으로 굴곡되기 때문에 인장강도와 탄성이 저하되는 문제점을 갖게 된다.
등록특허 제10-1936499호(나선형 리브를 가진 복합소재 리바의 제조방법) 등록특허 제10-1997162호(콘크리트용 복합재 리바 제조 장치) 등록특허 제10-1602160호(FRP 리바 성형장치 및 FRP 리바 제조방법)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 복합소재 리바를 제조함에 있어서 콘크리트와의 부착력을 높이는 리브를 별도로 부착하지 않고 리바로드에 자체적으로 형성될 수 있도록 한 제조방법을 통해 생산성을 높이고, 리바로드의 내부 섬유가 변형되지 않고 직진성을 유지할 수 있도록 하여 탄성 및 인장강도의 저하 없이 콘크리트와의 결합력을 높일 수 있는 일체형 리브를 갖는 복합소재 리바의 제조방법을 제공함에 목적을 두고 있다.
본 발명은 복합재 리바의 심재용 섬유가 권취되어 있는 복수의 로빙크릴로부터 섬유를 다발로 풀어 수지에 함침하는 단계와, 상기 수지에 함침된 다발의 섬유를 예비성형 금형을 거쳐서 봉형상의 리바로드를 성형 및 가경화하는 단계와, 상기 가경화된 리바로드를 캐터필러 금형장치에 투입하여 양쪽으로 분할된 금형에 의해 리바로드에 리브가 일체로 성형되면서 최종경화하는 단계와, 상기 최종경화된 리브 일체형 복합소재 리바를 일정길이로 절단 또는 권취하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 섬유를 다발로 풀어 수지에 함침하는 단계에서 섬유는 유리섬유, 카본섬유, 현무암섬유, 아라미드섬유 중에서 이루어지고, 수지는 에폭시, 불포화 폴리에스터, 비닐에스터, 우레탄 수지 중에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 봉형상의 리바로드를 성형 및 가경화하는 단계는 예비성형 금형에 설치된 제1가열수단에 의해 금형이 가열되어, 섬유가 가열된 금형을 통과하여 성형되는 과정에서 가경화가 함께 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1가열수단을 통해 가열되는 금형의 온도는 100 내지 120℃로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 리바로드에 리브가 일체로 성형되면서 최종경화하는 단계에서 캐터필러 금형장치에는 금형의 일측에 설치된 제2가열수단에 의해 금형이 가열되어, 리바로드에 리브가 일체로 성형되는 과정에서 최종경화가 함께 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2가열수단을 통해 가열된 금형의 온도는 150 내지 200℃로 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 복합소재 리바를 제조함에 있어서 콘크리트와의 부착력을 높이는 리브를 별도로 부착하지 않고 리바로드에 자체적으로 형성될 수 있도록 한 제조방법을 통해 생산성을 높이는 효과가 있고, 리바로드의 내부 섬유가 변형되지 않고 직진성을 유지할 수 있도록 하여 탄성 및 인장강도의 저하 없이 콘크리트와의 결합력을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 리바로드 인발 성형 후 표면에 규사를 접착하여 제조된 사진
도 2는 종래의 리바로드의 외주면에 별도의 보강섬유를 감아서 리브를 형성한 사진
도 3은 종래의 리바로드 제조방법에서 수지가 경화되기 전에 보강섬유를 외부에서 와인딩 한 다음 경화시킨 사진
도 4는 본 발명의 일체형 리브를 갖는 복합소재 리바의 제조방법을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 복합소재 리바의 제조방법에 사용되는 장치를 나타낸 전체 구성도
도 6은 본 발명의 제조방법에 사용되는 캐터필러 금형장치를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 제조방법에 사용되는 캐터필러 금형장치의 금형블록을 나타낸 사시도
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일체형 리브를 갖는 복합소재 리바의 제조방법은 도 4에 도시한 바와 같이 복합재 리바의 심재용 섬유가 권취되어 있는 복수의 로빙크릴(100)로부터 섬유를 다발로 풀어 수지에 함침하는 단계(S1)와, 상기 수지에 함침된 다발의 섬유를 예비성형 금형(300)을 거쳐서 봉형상의 리바로드를 성형 및 가경화하는 단계(S2)와, 상기 가경화된 리바로드를 캐터필러 금형장치(400)에 투입하여 양쪽으로 분할된 금형에 의해 리바로드에 리브가 일체로 성형되면서 최종경화하는 단계(S3)와, 상기 최종경화된 리브 일체형 복합소재 리바를 일정길이로 절단 또는 권취하는 단계(S4);로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명의 제조방법에 사용되는 각 장치들을 전체적으로 도시한 것으로서, 각 단계의 설명을 도면에 도시한 장치들을 참조하여 설명하고자 한다.
상기 섬유를 다발로 풀어 수지에 함침하는 단계(S1)는 복합재 리바의 심재용 섬유가 각각 권취되어 있는 복수의 로빙크릴(100)로부터 섬유를 다발로 풀어 수지가 채워져 있는 함침조(200)에 함침하는 과정을 거치게 된다. 이때 상기 섬유는 유리섬유, 카본섬유, 현무암섬유, 아라미드섬유 중에서 이루어지고, 수지는 에폭시, 불포화 폴리에스터, 비닐에스터, 우레탄 수지 중에서 이루어질 수 있다.
그리고 나서 상기 봉형상의 리바로드를 성형 및 가경화하는 단계(S2)를 거치게 되는데, 상기의 함침조(200)를 거쳐서 수지가 함침된 섬유가닥은 예비성형 금형(300)에 투입하여 봉형상의 리바로드로 성형하게 된다. 이때의 리바로드는 표면이 매끄러운 상태로서 요철이 형성되어 있지 않은 상태이다.
그리고 상기 봉형상의 리바로드를 성형 및 가경화하는 단계(S2)에서는 함침된 수지가 유동하지 않을 정도의 반고체 상태로 가경화[假硬化]를 하게 되는데, 가경화는 예비성형 금형(300)에 설치된 제1가열수단(310)에 의해 금형이 가열되어, 섬유가 가열된 금형을 통과하여 성형되는 과정에서 가경화가 함께 이루어지게 된다.
상기 제1가열수단(310)을 통해 가열되는 금형의 온도는 100 내지 120℃로 설정되는 것이 바람직하며, 상기 예비성형 금형(300)의 구간을 0.8m를 기준으로 할 때 분당 1m 내지 5m의 속도로 금형을 통과시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 가열된 금형을 통해 성형과 가경화가 동시에 이루어질 경우, 가경화를 위해 별도의 가열공정을 거치지 않아도 되기 때문에, 공정을 단순화할 수 있고, 성형품질을 향상시킬 수 있는 이점을 갖는다.
상기 리바로드에 리브가 일체로 성형되면서 최종경화하는 단계(S3)에서는 가경화된 리바로드를 캐터필러 금형장치(400)에 투입하여 양쪽으로 분할된 금형을 통과하면서 리바로드에 리브를 일체로 성형 및 최종경화를 하게 된다. 상기 캐터필러 금형장치(400)에는 금형의 일측에 설치된 제2가열수단(410)에 의해 금형이 가열되어, 리바로드에 리브가 일체로 성형되는 과정에서 최종경화가 함께 이루어지게 된다.
상기 제2가열수단(410)을 통해 가열된 금형의 온도는 예비성형 금형(300)의 제1가열수단(310)에 비해 더 높은 온도에 해당하는 150 내지 200℃로 설정되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 캐터필러 금형장치(400)의 구간을 1.5m를 기준으로 할 때 분당 1m 내지 5m의 속도로 금형을 통과시키는 것이 바람직하다.
상기 리바로드에 리브가 일체로 성형되면서 최종경화하는 단계(S3)에서 캐터필러 금형장치(400) 및 제2가열수단(410)에 의해 리브성형과 최종경화가 함께 이루어지도록 함으로써, 복합소재 리바의 제조공정을 단순화할 수 있어 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
그리고 상기 캐터필러 금형장치(400)의 구성은 도 6에 도시한 바와 같이 서로 상하 또는 좌우에 설치되어 서로 마주보는 형태로 제1금형부(420a)와 제2금형부(420b)가 설치되되, 상기 제1금형부(420a) 및 제2금형부(420b)는 각각 성형구간에 대하여 한 쌍의 회전부(430)를 연결하는 형태의 궤도체인(440)이 설치되고, 상기 궤도체인(440)의 구간 전체에는 외측에 다수의 금형블록(450)이 궤도체인(440)을 따라 결합되어 있다.
그리고 상기 제1금형부(420a) 및 제2금형부(420b)는 온도유지를 위하여 케이스(460) 내부에 설치되는 것이 바람직하며, 제2가열수단(410)이 케이스(460)상에 설치되도록 하여 케이스(460) 내부의 공기온도를 상승시켜 제1금형부(420a) 및 제2금형부(420b)의 온도가 균일하게 상승하도록 한다.
상기 금형블록(450)은 도 7에 도시한 바와 같이 반원형의 형상으로 되어 있으며 내측에 리브성형홈(451)이 형성되어 있다. 제1금형부(420a) 금형블록(450)과 제2금형부(420b)의 금형블록(450)이 서로 마주보는 형태로 양쪽으로 분할되어 양측의 금형블록(450)에 의해 리바로드 둘레 전체에 리브를 형성할 수 있게 되는 것이다.
상기 금형블록(450)에 형성된 리브성형홈(451)은 성형하고자 하는 리브의 형상에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 금형블록(450)에 형성된 리브성형홈(451)에 의해 리바로드에 리브가 형성되며, 끝부분으로 갈수록 리브성형홈(451)에 의해 리바로드가 맞물리면서 리바로드를 당기게 되는 것이다. 즉, 리바로드를 끝 부분에서 당기는 별도의 장치를 구비하지 않고도 캐터필러 금형장치(400)를 통해 리브의 성형, 최종경화, 당김작용까지 모두 이루어지게 되는 것이다.
그리고 나서 상기 복합소재 리바를 일정길이로 절단 또는 권취하는 단계(S4)에서 최종적으로 경화된 복합소재 리바를 냉각처리를 거친 다음 컷팅장치(500)를 통해 필요한 크기에 맞게 절단하게 된다.
이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
S1 ~ S4 : 일체형 리브를 갖는 복합소재 리바의 제조방법
A : 복합소재 리바
100 : 로빙크릴 200 : 함침조
300 : 예비성형 금형 310 : 제1가열수단
400 : 캐터필러 금형장치 410 : 제2가열수단
420a : 제1금형부 420b : 제2금형부
430 : 회전부 440 : 궤도체인
450 : 금형블록 451 : 리브성형홈
460 : 케이스 500 : 컷팅장치

Claims (6)

  1. 복합재 리바의 심재용 섬유가 권취되어 있는 복수의 로빙크릴로부터 섬유를 다발로 풀어 수지에 함침하는 단계(S1)와,
    상기 수지에 함침된 다발의 섬유를 예비성형 금형을 거쳐서 봉형상의 리바로드를 성형 및 가경화하는 단계(S2)와,
    상기 가경화된 리바로드를 캐터필러 금형장치(400)에 투입하되, 상기 캐터필러 금형장치(400)는 서로 마주보는 형태로 양쪽으로 분할되어 제1금형부(420a)와 제2금형부(420b)가 설치되되, 상기 제1금형부(420a) 및 제2금형부(420b)는 각각 성형구간에 대하여 한 쌍의 회전부(430)를 연결하는 형태의 궤도체인(440)이 설치되고, 상기 궤도체인(440)의 구간 전체에는 외측에 다수의 금형블록(450)이 궤도체인(440)을 따라 결합되어 이루어지고,
    상기 금형블록(450)은 반원형의 형상으로 이루어지고 내측에 리브성형홈(451)이 형성되어 있으며, 양쪽으로 분할된 금형에 의해 리바로드에 리브가 일체로 성형되면서 최종경화하는 단계(S3)와,
    상기 최종경화된 리브 일체형 복합소재 리바를 일정길이로 절단 또는 권취하는 단계(S4);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 리브를 갖는 복합소재 리바의 제조방법
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 봉형상의 리바로드를 성형 및 가경화하는 단계(S2)는 예비성형 금형에 설치된 제1가열수단에 의해 금형이 가열되어, 섬유가 가열된 금형을 통과하여 성형되는 과정에서 가경화가 함께 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 리브를 갖는 복합소재 리바의 제조방법
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 리바로드에 리브가 일체로 성형되면서 최종경화하는 단계(S3)에서 캐터필러 금형장치에는 금형의 일측에 설치된 제2가열수단에 의해 금형이 가열되어, 리바로드에 리브가 일체로 성형되는 과정에서 최종경화가 함께 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 리브를 갖는 복합소재 리바의 제조방법
  6. 삭제
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