KR102447987B1 - 다목적 나노 복합소재 기둥 - Google Patents

다목적 나노 복합소재 기둥 Download PDF

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KR102447987B1 KR1020210132404A KR20210132404A KR102447987B1 KR 102447987 B1 KR102447987 B1 KR 102447987B1 KR 1020210132404 A KR1020210132404 A KR 1020210132404A KR 20210132404 A KR20210132404 A KR 20210132404A KR 102447987 B1 KR102447987 B1 KR 102447987B1
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Abstract

다목적 나노 복합소재 기둥이 개시된다. 수직방향으로 설치되는 상기 다목적 나노 복합소재 기둥은 내부에 중공을 가지는 기둥형상을 가지고, 상부끝단에서 하부끝단 방향으로 외경이 점진적으로 증가하는 형상을 가지며, 상기 상부끝단과 상기 하부끝단 사이의 외주면이 내측으로 만곡된 테이퍼 형상을 가질 수 있다.

Description

다목적 나노 복합소재 기둥{multipurpose nano-composite pole}
본 발명은 다목적 나노 복합소재 기둥에 관한 것으로, 특히 전주, 가로등주, 통신주, 신호등주, 조명등주 등의 다양한 용도로 사용됨에 있어 최적의 강도를 가질 수 있는 구조를 가지고 기계적 및 열적 물성치가 향상된 다목적 나노 복합소재 기둥에 관한 것이다.
전선, 통신선, 신호등, 가로등, 조명장치 등은 대부분 수직방향으로 설치되는 수직기둥에 설치된다. 이러한 수직기둥은 수직기둥에 설치된 물체의 중량에 의한 축하중을 지탱해야 할 뿐 아니라 편심하중과 풍하중에 기인한 굽힘하중을 지탱해야 한다. 일반적으로 목재 기둥, 콘크리트 기둥 그리고 강 기둥이 이러한 목적으로 사용되었다. 그런데, 목재 기둥은 부식에 매우 취약하여, 부식 방지를 위한 부식방지처리가 필수적으로 이는 환경오염을 발생시키는 원인이 되고 있다. 뿐만 아니라 목재는 무거워 운반, 가설 및 저장에 많은 비용이 소요되는 단점이 있다. 강 기둥 역시 산화부식이 필연적이어서 지속적인 관리가 필수적이다. 부식 방지를 위한 내부식성 화합물의 사용은 환경에 해로운 영향을 미친다. 강 기둥 역시 무겁고 전도성을 가지고 있어서 취급에 각별한 주의가 필요한 단점이 있다. 콘크리트 기둥은 강 기둥 보다 더 무거워 운반, 가설, 저장 등에 가장 많은 비용이 소요된다. 콘크리트 기둥 역시 콘크리트 중화부식에 따른 환경오염을 발생시키며, 온도 변화에 따른 균열 발생은 피할 수 없어 지속적이며 필수적인 사후관리에 따른 비용 상승의 폐단이 수반되는 단점이 있다. 또한 위와 같은 기존의 소재로 만들어지는 기둥들은 공통적으로 시인성이 떨어지는 단점이 있다. 특히, 야간의 경우에는 더욱 시인성이 불량하여 충돌 사고의 원인이 되고 있다.
최근에는 위에서 언급한 재료들의 단점을 극복하기 위한 대체재로 섬유강화 복합소재 기둥이 제안되고 있다. 보강섬유와 고분자 수지로 형성되는 복합소재 기둥은 부식되지 않아서 환경오염이 발생치 않고, 비강도와 비강성이 우수하여 경량화가 가능하다. 또한 복합소재 경량 기둥은 형성과정 중 채색이 자유로워 주위 환경과의 자연적 친화를 꾀할 수 있을 뿐 아니라, 복합소재 특성상 복합소재 경량 기둥은 기존의 소재로 제조되는 기둥들과는 달리 사후 유지관리 및 보수가 전혀 필요 없는 특징을 갖는다.
기존의 복합소재 성형에서는 마이크로미터 크기의 입자인 탈크, 유리섬유, 카본블랙, 탄산칼슘 등과 같은 무기질 충진제를 고분자 수지 제품의 원가절감 목적으로 사용하였으나, 그 후 이와 같은 무기질 충진제가 고분자 수지의 기계적 및 열화학적 특성을 향상시킬 수 있는 특성이 알려짐에 따라 최근에는 필수 성분이 되었다. 그러나 마이크로미터 크기의 전통적 무기질 충진제는 최대의 특성 강화를 위해 많은 양의 충진제를 필요로 하였다. 이는 고분자 수지의 점도를 증가시킴으로써 성형 작업을 방해하는 요인이 되었다. 또한 많은 양의 충진제 사용은 복합소재 재품의 중량을 증가시키는 요인이 되기도 하였다. 더욱이 많은 양의 충진제 사용은 입자와 고분자 수지 사이의 계면 상호작용을 방해함으로써 계면 접촉력을 약화시켜 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전주, 가로등주, 통신주, 신호등주, 조명등주 등의 다양한 용도로 사용됨에 있어 최적의 강도를 가질 수 있는 구조를 가지고 기계적 및 열적 물성치가 향상된 다목적 나노 복합소재 기둥을 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수직방향으로 설치되는 다목적 나노 복합소재 기둥은, 내부에 중공을 가지는 기둥형상을 가지고, 상부끝단에서 하부끝단 방향으로 외경이 점진적으로 증가하는 형상을 가지며, 상기 상부끝단과 상기 하부끝단 사이의 외주면이 내측으로 만곡된 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
상기 다목적 나노 복합소재 기둥은, 상기 상부끝단에서 상기 하부끝단 방향으로 내경과 외경 사이의 두께가 점진적으로 증가할 수 있다.
상기 다목적 나노 복합소재 기둥은, 상기 다목적 나노 복합소재 기둥의 상부끝단에서의 반경이 Ra이고, 상기 다목적 나노 복합소재 기둥의 하부끝단에서의 반경이 Rb이며, 상기 다목적 나노 복합소재 기둥의 중간 높이에서의 반경이 Rc인 경우,
Figure 112021114601998-pat00001
일 수 있다.
상기 다목적 나노 복합소재 기둥은 복수의 단위기둥들이 결합되어 형성되고, 상기 단위기둥들 각각은 상부끝단에서 하부끝단 방향으로 외경이 점진적으로 증가하는 형상을 가지고, 상기 상부끝단과 상기 하부끝단 사이의 외주면이 내측으로 만곡된 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
상기 다목적 나노 복합소재 기둥은 보강섬유, 고분자 수지 및 나노미터 크기의 무기질 충진제를 포함하며, 상기 무기질 충진제는 50∼240 nm의 입도를 가지는 카오린(Kaolinite), 80∼160 nm의 입도를 가지는 벤토나이트(Bentonite), 50∼100 nm의 입도를 가지는 몬트모릴로나이트(Momtmorillonite), 60∼120 nm의 입도를 가지는 헬로이사이트(Helloysite), 상기 카오린과 이산화규소(
Figure 112021114601998-pat00002
)를 혼합한 제 1 혼합물, 상기 벤토나이트와 이산화규소(
Figure 112021114601998-pat00003
)를 혼합한 제 2 혼합물, 상기 몬트모릴로나이트와 산화알루미늄(
Figure 112021114601998-pat00004
)을 혼합한 제 3 혼합물 및 상기 헬로이사이트와 산화알루미늄(
Figure 112021114601998-pat00005
)을 혼합한 제 4 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 다목적 나노 복합소재 기둥은 상기 고분자 수지가 전체 중량 대비 30% ~ 50%의 중량비로 구성되고, 상기 무기질 충진제가 상기 카오린인 경우 상기 카오린이 고분자 수지 중량 대비 2% ~ 6%의 중량비로 구성되고, 상기 무기질 충진제가 상기 벤토나이트인 경우 상기 벤토나이트가 고분자 수지 중량 대비 2% ~ 6%의 중량비로 구성되고, 상기 무기질 충진제가 상기 몬트모릴로나이트인 경우 상기 몬트모릴로나이트가 고분자 수지 중량 대비 1.5% ~ 4.6%의 중량비로 구성되고, 상기 무기질 충진제가 상기 헬로이사이트인 경우 상기 헬로이사이트가 고분자 수지 중량 대비 1% ~ 6%의 중량비로 구성되고, 상기 무기질 충진제가 상기 제 1 혼합물인 경우 상기 카오린과 상기 이산화규소가 1:0.33 내지 1:4의 비율로 혼합된 상기 제 1 혼합물이 고분자 수지 중량 대비 1% ~ 4.5%의 중량비로 구성되고, 상기 무기질 충진제가 상기 제 2 혼합물인 경우 상기 벤토나이트와 상기 이산화규소가 1:0.25 내지 1:6의 비율로 혼합된 상기 제 2 혼합물이 고분자 수지 중량 대비 2% ~ 4%의 중량비로 구성되고, 상기 무기질 충진제가 상기 제 3 혼합물인 경우 상기 몬트모릴로나이트와 상기 산화알루미늄이 1:0.5 내지 1:3의 비율로 혼합된 상기 제 3 혼합물이 고분자 수지 중량 대비 1% ~ 4%의 중량비로 구성되고, 상기 무기질 충진제가 상기 제 4 혼합물인 경우 상기 헬로이사이트와 상기 산화알루미늄이 1:0.8 내지 1:4.2의 비율로 혼합된 상기 제 4 혼합물이 고분자 수지 중량 대비 1% ~ 4%의 중량비로 구성될 수 있다.
상기 보강섬유는 탄소섬유, 아라미드섬유, 케블라섬유 및 유리섬유 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 고분자 수지는 불포화폴리에스테르, 비닐에스테르 및 에폭시 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 다목적 나노 복합소재 기둥은 성형단계에서 인광물질이 첨가되어 성형되고, 상기 인광물질은 황화아연(Zinc Sulfide) 또는
Figure 112021114601998-pat00006
일 수 있다.
상기 다목적 나노 복합소재 기둥은 상기 고분자 수지가 전체 중량 대비 30% ~ 50%의 중량비로 구성되고, 상기 인광물질이 상기 황화아연인 경우 상기 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 표면에 상기 황화아연이 고분자 수지 중량 대비 0.05% ∼0.1% 중량비로 구성되고, 상기 인광물질이 상기
Figure 112021114601998-pat00007
인 경우 상기 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 표면에 상기
Figure 112021114601998-pat00008
이 고분자 수지 중량 대비 0.05% ∼0.2% 중량비로 구성될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 다목적 나노 복합소재 기둥은 상부끝단에서 하부끝단 방향으로 외주면이 내측으로 만곡된 테이퍼 형상을 가지지면서 변하도록 하고 상기 상부끝단에서 상기 하부끝단 방향으로 내경과 외경 사이의 두께가 점진적으로 증가하도록 하는 구조를 가짐으로써 기둥 전체에 걸쳐 발생하는 단면응력을 일정하게 하여 최적의 강도를 유지할 수 있는 효과가 있다. 즉, 수직기둥은 기둥에 가설되는 물체의 중량과 기둥 자체의 자중에 의한 수직 축하중을 받을 뿐 아니라, 기둥에 설치된 물체의 편심에 의한 편심하중과 풍하중에 의해 유발되는 굽힘하중을 받는데, 이러한 굽힘하중의 크기는 하부끝단으로 내려갈수록 완만한 포물선 형상으로 단조 증가하여 하부끝단에서 가장 크게 작용하게 된다. 본 발명의 다목적 나노 복합소재 기둥은 상부끝단에서 하부끝단으로 갈수록 완만한 포물선 형상을 가지면서 직경이 점진적으로 커지는 구조를 가지고 내경과 외경 사이의 두께로 하부끝단 방향으로 갈수록 점진적으로 증가하는 구조를 가짐으로써, 기둥의 전 단면에 걸쳐 일정한 응력이 발생하도록 하여 기둥의 전체가 균일강도를 가질 수 있어 최적의 강도를 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 다목적 나노 복합소재 기둥은 보강섬유, 고분자 수지 및 나노미터 크기 단위의 무기질 충진제를 이용하여 성형함으로써 경량 기둥을 구현함과 동시에 기계적 및 열화학적 특성을 획기적으로 향상시킨 장점이 있다. 종래의 복합소재 성형에는 고분자 수지와 함께 마이크로미터 단위의 무기질 충진제를 사용하였으나 이 경우 많은 양의 충진제가 필요하여 성형 작업을 방해하고 제품의 중량을 증가시킬 뿐 아니라 계면 접촉력을 약화시켜 쉽게 파손되는 문제점이 있었다. 이에 본 발명에서는 카오린, 벤토나이트 등의 특정한 나노마이크로 단위의 무기질 충진제를 이용하여 성형함으로써 종래의 마이크로미터 단위의 충진제를 이용하는 경우에 비하여 기계적 및 열화학적 특성을 획기적으로 향상시켰다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 다목적 나노 복합소재 기둥은 성형단계에서 인광물질이 첨가되어 성형됨으로써 공정이 단축되고 충돌방지를 위한 시인성 확보가 용이한 장점이 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 다목적 나노 복합소재 기둥의 도면이다.
도 2는 도 1의 다목적 나노 복합소재 기둥 중 다목적 나노 복합소재 기둥의 단면 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 다목적 나노 복합소재 기둥 중 다목적 나노 복합소재 기둥의 외주면 형상을 설명하기 위한 다목적 나노 복합소재 기둥의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 일 실시예에 따른 다목적 나노 복합소재 기둥(400)의 단면도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 도면이고, 도 2는 도 1의 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 단면 형상을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 1의 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 외주면 형상을 설명하기 위한 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 정면도이며, 도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 일 실시예에 따른 다목적 나노 복합소재 기둥(400)의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 다목적 나노 복합소재 기둥(100)은 내부에 중공을 가지는 기둥형상을 가지고, 상부끝단에서 수직방향(수직 하부 방향)으로 이어지는 하부끝단 방향으로 외경이 점진적으로 증가하는 형상을 가질 수 있다. 또한, 다목적 나노 복합소재 기둥(100)은 상기 상부 끝단과 상기 하부끝단 사이의 외주면이 내측으로 만곡된 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
즉, 다목적 나노 복합소재 기둥(100)은 상부끝단에서 하부끝단으로 갈수록 단면적이 커지는 형상을 가지며, 상기 상부끝단과 상기 하부끝단을 사이의 수직방향 단면이 포물선 형상을 가지거나 내측(다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 수직방향 중심축) 방향으로 만곡된 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같이 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 상부끝단과 하부끝단을 직선으로 연결한 선이 외주면 바깥쪽에 점선으로 표시된 부분이고, 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 외주면은 수직방향으로 내측으로 만곡된 테이퍼 형상을 가지고 있어 상기 점선보다 내측으로 오목한 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 것과 같이 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 높이가 h이고, 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 상부끝단에서의 반경(중심축에서 외측끝단 까지의 거리)이 Ra이고, 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 하부끝단에서의 반경이 Rb이며, 다목적 나노 복합소재 기둥(100) 중 h/2 높이에서의 반경이 Rc라고 가정한다. 이 경우, Rc는 아래의 수학식 1과 같은 범위 내의 크기를 가지는 것으로 정의될 수 있다.
Figure 112021114601998-pat00009
즉, Rc는 상기 상부끝단의 반경보다는 크고 상기 상부끝단의 끝단과 상기 하부끝단의 끝단을 직선으로 연결한 경우 h/2 높이에서의 반경보다는 작은 값을 가지도록 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 외주면의 단면이 포물선 형상을 가질 수 있다.
또한 다목적 나노 복합소재 기둥(100)는 상기 상부끝단에서 상기 하부끝단 방향으로 내경과 외경 사이의 두께가 점진적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 것과 같이 a-a' 방향 단면에서의 내경과 외경 사이의 두께가 Ta이고, b-b' 방향 단면에서의 내경과 외경 사이의 두께가 Tb이며, c-c' 방향 단면에서의 내경과 외경 사이의 두께가 Tc라고 가정한다. 이 경우, 가장 상부측에 위치하는 Ta가 가장 작고, a-a'보다 하부에 위치하는 b-b'의 두께인 Tb는 Ta보다 크며, b-b'보다 하부에 위치하는 c-c'의 두께인 Tc는 Tb보다 크다. 즉, Ta 보다 Tb가 크고, Tb 보다 Tc가 크도록 다목적 나노 복합소재 기둥(100)는 상기 상부끝단에서 상기 하부끝단 방향으로 내경과 외경 사이의 두께가 증가하는 형상을 가지고 있다. 또한, 다목적 나노 복합소재 기둥(100)는 상기 상부끝단에서 상기 하부끝단 방향으로 내경과 외경 사이의 두께가 계단식으로 커질 수도 있고, 상기 상부끝단에서 상기 하부끝단 방향으로 내경과 외경 사이의 두께가 선형적으로 서서히 커질 수도 있다. 도 2에서는 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 중공 부분의 직경(내경)이 상기 상부끝단에서 상기 하부끝단으로 갈수록 점진적으로 증가하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이 경우에 한정되는 것은 아니며 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 중공 부분의 직경인 내경은 상기 상부끝단에서 상기 하부끝단까지 동일한 크기를 가질 수도 있다.
이상에서 설명한 것과 같이 다목적 나노 복합소재 기둥(100)는 상기 상부끝단에서 상기 하부끝단으로 갈수록 외경이 증가하고 내경과 외경 사이의 두께도 증가하므로, 다목적 나노 복합소재 기둥(100)에 가해지는 굽힘하중을 상쇄시킴으로써 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 전 단면에 걸쳐 일정한 응력이 발생하도록 하여 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 전체가 균일강도를 가질 수 있어 최적의 강도를 유지할 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나 다목적 나노 복합소재 기둥(100)은 하부끝단의 하부에 매립부가 더 형성될 수 있다. 상기 매립부는 바닥에 매립되는 부분으로, 예를 들어 다목적 나노 복합소재 기둥(100)가 전신주로 사용되는 경우 땅 또는 아스팔트 아래 매립되는 부분에 해당한다. 상기 매립부는 상부끝단과 하부끝단의 직경이 동일한 일자형 기둥형상을 가질 수도 있고, 상부끝단에서 하부끝단으로 갈 수도록 외경이 점진적으로 증가하는 형상을 가지고 있을 수도 있다. 또한, 상기 매립부는 내부에 중공을 가질 수도 있고 내부가 채워져있을 수도 있으며, 이하에서 설명하는 다목적 나노 복합소재 기둥(100)과 동일한 재질일 수도 있고, 다른 재질일 수도 있다.
다목적 나노 복합소재 기둥(100)는 도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이 하나의 몸체가 연장되어 일체로 형성될 수도 있고, 도 4에 도시된 다목적 나노 복합소재 기둥(400)과 같이 복수의 단위기둥들(410, 420)이 결합되어 형성될 수도 있다. 도 4에는 두 개의 단위기둥(410, 420)이 결합되어 있는 경우를 도시하였으나, 본 발명이 이 경우에 한정되는 것은 아니며 다른 개수의 단위기둥들이 서로 결합되어 하나의 다목적 나노 복합소재 기둥을 형성할 수도 있다.
각각의 단위기둥(410 또는 420)은 상부끝단에서 하부끝단 방향으로 외경이 점진적으로 증가하는 형상을 가지고, 상기 상부끝단과 상기 하부끝단 사이의 외주면이 내측으로 만곡된 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 즉, 각각의 단위기둥은 도 1 내지 도 3과 관련하여 설명한 다목적 나노 복합소재 기둥(100)과 유사한 형상을 가지고 있으며, 복수의 단위기둥들이 결합된 상태도 마찬가지로 도 1 내지 도 3과 관련하여 설명한 다목적 나노 복합소재 기둥(100)과 유사한 형상을 가질 수 있다.
상기 단위기둥들은 다양한 방식에 의하여 결합될 수 있다. 예를 들어, 단위기둥들(410, 420)은 도 4에 도시된 것과 같이 하나의 단위기둥(410)의 하부와 다른 하나의 단위기둥(420)의 상부가 억지끼워맞춤 방식으로 결합될 수 있다. 이 경우 단위기둥들이 결합되는 부분에 단차가 생기지만, 단위기둥들이 결합된 상태의 다목적 나노 복합소재 기둥(400)은 앞서 설명한 도 1 내지 도 3의 다목적 나노 복합소재 기둥(100)과 유사한 형상을 가지므로 앞서 설명한 것과 유사한 효과를 가질 수 있다.
이상에서 설명한 도 1 내지 도 3의 다목적 나노 복합소재 기둥(100)과 도 4의 다목적 나노 복합소재 기둥(100)은 수평방향의 단면이 원형인 경우에 대하여 도시되어 있으나, 본 발명이 이 경우에 한정되는 것은 아니며 수평방향의 단면이 사각형, 오각형, 육각형 등 다각형 형상을 가지고 있을 수도 있다.
그리고, 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)는 보강섬유, 고분자 수지 및 나노미터 크기의 무기질 충진제를 포함하여 성형될 수 있다. 상기 보강섬유는 탄소섬유, 아라미드섬유, 케블라섬유 및 유리섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 고분자 수지는 불포화폴리에스테르, 비닐에스테르 및 에폭시 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)을 형성하는 보강섬유 또는 고분자 수지가 상기의 경우로 한정되는 것은 아니며, 상기의 물질들과 유사한 특성을 나타낼 수 있는 다른 다양한 물질이 포함될 수 있다.
상기 무기질 충진제는 50∼240 nm의 입도를 가지는 카오린(Kaolinite), 80∼160 nm의 입도를 가지는 벤토나이트(Bentonite), 50∼100 nm의 입도를 가지는 몬트모릴로나이트(Momtmorillonite), 60∼120 nm의 입도를 가지는 헬로이사이트(Helloysite), 상기 카오린과 이산화규소(
Figure 112021114601998-pat00010
)를 혼합한 제 1 혼합물, 상기 벤토나이트와 이산화규소(
Figure 112021114601998-pat00011
)를 혼합한 제 2 혼합물, 상기 몬트모릴로나이트와 산화알루미늄(
Figure 112021114601998-pat00012
)을 혼합한 제 3 혼합물 및 상기 헬로이사이트와 산화알루미늄(
Figure 112021114601998-pat00013
)을 혼합한 제 4 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 카오린의 분자식은
Figure 112021114601998-pat00014
또는
Figure 112021114601998-pat00015
또는
Figure 112021114601998-pat00016
이고, 상기 벤토나이트의 분자식은
Figure 112021114601998-pat00017
또는
Figure 112021114601998-pat00018
이고, 상기 몬토모릴로나이트 분자식은 〈
Figure 112021114601998-pat00019
〉이고, 상기 헬로이사이트 분자식은
Figure 112021114601998-pat00020
일 수 있다.
상기 고분자 수지는 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400) 전체 중량 대비 30% ~ 50%의 중량비로 구성되고, 상기 무기질 충진제가 상기 카오린인 경우 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)은 상기 카오린이 고분자 수지 중량 대비 2% ~ 6%의 중량비로 구성될 수 있고, 상기 무기질 충진제가 상기 벤토나이트인 경우 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)은 상기 벤토나이트가 고분자 수지 중량 대비 2% ~ 6%의 중량비로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 무기질 충진제가 상기 몬트모릴로나이트인 경우 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)은 상기 몬트모릴로나이트가 고분자 수지 중량 대비 1.5% ~ 4.6%의 중량비로 구성되고, 상기 무기질 충진제가 상기 헬로이사이트인 경우 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)은 상기 헬로이사이트가 고분자 수지 중량 대비 1% ~ 6%의 중량비로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 무기질 충진제가 상기 제 1 혼합물인 경우, 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)은 상기 카오린과 상기 이산화규소가 1:0.33 내지 1:4의 비율로 혼합된 상기 제 1 혼합물이 고분자 수지 중량 대비 1% ~ 4.5%의 중량비로 구성될 수 있다. 또한, 상기 무기질 충진제가 상기 제 2 혼합물인 경우 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)은 상기 벤토나이트와 상기 이산화규소가 1:0.25 내지 1:6의 비율로 혼합된 상기 제 2 혼합물이 고분자 수지 중량 대비 2% ~ 4%의 중량비로 구성될 수 있다. 또한, 상기 무기질 충진제가 상기 제 3 혼합물인 경우, 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)은 상기 몬트모릴로나이트와 상기 산화알루미늄이 1:0.5 내지 1:3의 비율로 혼합된 상기 제 3 혼합물이 고분자 수지 중량 대비 1% ~ 4%의 중량비로 구성될 수 있다. 마지막으로, 상기 무기질 충진제가 상기 제 4 혼합물인 경우, 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)은 상기 헬로이사이트와 상기 산화알루미늄이 1:0.8 내지 1:4.2의 비율로 혼합된 상기 제 4 혼합물이 고분자 수지 중량 대비 1% ~ 4%의 중량비로 구성될 수 있다.
본 발명의 경우 보강섬유, 고분자 수지와 이상에서와 같은 나노미터 크기의 무기질 충진재를 이용하여 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)을 성형함으로써 경량 기둥을 구현함과 동시에 기계적 및 열화학적 특성을 마이크로 미터 크기의 무기질 충진재를 이용하는 경우에 비하여 획기적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)은 성형단계에서 인광물질이 첨가되어 성형됨으로써 공정이 단축되고 충돌방지를 위한 시인성 확보가 용이할 수 있다. 상기 인광물질은 황화아연(Zinc Sulfide) 또는
Figure 112021114601998-pat00021
일 수 있다. 상기 고분자 수지가 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400) 전체 중량 대비 30% ~ 50%의 중량비로 구성되고, 상기 인광물질이 상기 황화아연인 경우 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)은 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)의 표면에 상기 황화아연이 고분자 수지 중량 대비 0.05% ∼0.1% 중량비로 구성될 수 있다. 또한, 상기 인광물질이 상기
Figure 112021114601998-pat00022
인 경우 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)은 다목적 나노 복합소재 기둥(100 또는 400)의 표면에 상기
Figure 112021114601998-pat00023
이 고분자 수지 중량 대비 0.05% ∼0.2% 중량비로 구성될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 수직방향으로 설치되는 다목적 나노 복합소재 기둥에 있어서,
    내부에 중공을 가지는 기둥형상을 가지고,
    상부끝단에서 하부끝단 방향으로 외경이 점진적으로 증가하는 형상을 가지면서 상기 상부끝단과 상기 하부끝단 사이의 외주면이 내측으로 만곡된 테이퍼 형상을 가지며,
    상기 상부끝단에서 상기 하부끝단 방향으로 내경과 외경 사이의 두께가 점진적으로 증가하고,
    상기 다목적 나노 복합소재 기둥의 상부끝단에서의 반경이 Ra이고, 상기 다목적 나노 복합소재 기둥의 하부끝단에서의 반경이 Rb이며, 상기 다목적 나노 복합소재 기둥의 중간 높이에서의 반경이 Rc인 경우,
    Figure 112022054710230-pat00024

    이며,
    보강섬유, 고분자 수지 및 나노미터 크기의 무기질 충진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 나노 복합소재 기둥.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 다목적 나노 복합소재 기둥은,
    복수의 단위기둥들이 결합되어 형성되고,
    상기 단위기둥들 각각은,
    상부끝단에서 하부끝단 방향으로 외경이 점진적으로 증가하는 형상을 가지고, 상기 상부끝단과 상기 하부끝단 사이의 외주면이 내측으로 만곡된 테이퍼 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 다목적 나노 복합소재 기둥.
  5. 제1항에 있어서, 상기 무기질 충진제는,
    50∼240 nm의 입도를 가지는 카오린(Kaolinite), 80∼160 nm의 입도를 가지는 벤토나이트(Bentonite), 50∼100 nm의 입도를 가지는 몬트모릴로나이트(Momtmorillonite), 60∼120 nm의 입도를 가지는 헬로이사이트(Helloysite), 상기 카오린과 이산화규소(
    Figure 112022054710230-pat00025
    )를 혼합한 제 1 혼합물, 상기 벤토나이트와 이산화규소(
    Figure 112022054710230-pat00026
    )를 혼합한 제 2 혼합물, 상기 몬트모릴로나이트와 산화알루미늄(
    Figure 112022054710230-pat00027
    )을 혼합한 제 3 혼합물 및 상기 헬로이사이트와 산화알루미늄(
    Figure 112022054710230-pat00028
    )을 혼합한 제 4 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 나노 복합소재 기둥.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다목적 나노 복합소재 기둥은,
    상기 고분자 수지가 전체 중량 대비 30% ~ 50%의 중량비로 구성되고,
    상기 무기질 충진제가 상기 카오린인 경우 상기 카오린이 고분자 수지 중량 대비 2% ~ 6%의 중량비로 구성되고,
    상기 무기질 충진제가 상기 벤토나이트인 경우 상기 벤토나이트가 고분자 수지 중량 대비 2% ~ 6%의 중량비로 구성되고,
    상기 무기질 충진제가 상기 몬트모릴로나이트인 경우 상기 몬트모릴로나이트가 고분자 수지 중량 대비 1.5% ~ 4.6%의 중량비로 구성되고,
    상기 무기질 충진제가 상기 헬로이사이트인 경우 상기 헬로이사이트가 고분자 수지 중량 대비 1% ~ 6%의 중량비로 구성되고,
    상기 무기질 충진제가 상기 제 1 혼합물인 경우 상기 카오린과 상기 이산화규소가 1:0.33 내지 1:4의 비율로 혼합된 상기 제 1 혼합물이 고분자 수지 중량 대비 1% ~ 4.5%의 중량비로 구성되고 ,
    상기 무기질 충진제가 상기 제 2 혼합물인 경우 상기 벤토나이트와 상기 이산화규소가 1:0.25 내지 1:6의 비율로 혼합된 상기 제 2 혼합물이 고분자 수지 중량 대비 2% ~ 4%의 중량비로 구성되고,
    상기 무기질 충진제가 상기 제 3 혼합물인 경우 상기 몬트모릴로나이트와 상기 산화알루미늄이 1:0.5 내지 1:3의 비율로 혼합된 상기 제 3 혼합물이 고분자 수지 중량 대비 1% ~ 4%의 중량비로 구성되고,
    상기 무기질 충진제가 상기 제 4 혼합물인 경우 상기 헬로이사이트와 상기 산화알루미늄이 1:0.8 내지 1:4.2의 비율로 혼합된 상기 제 4 혼합물이 고분자 수지 중량 대비 1% ~ 4%의 중량비로 구성되는 것을 특징으로 하는 다목적 나노 복합소재 기둥.
  7. 제5항에 있어서, 상기 보강섬유는,
    탄소섬유, 아라미드섬유, 케블라섬유 및 유리섬유 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 고분자 수지는,
    불포화폴리에스테르, 비닐에스테르 및 에폭시 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 나노 복합소재 기둥.
  8. 제1항에 있어서, 상기 다목적 나노 복합소재 기둥은,
    성형단계에서 인광물질이 첨가되어 성형되고,
    상기 인광물질은,
    황화아연(Zinc Sulfide) 또는
    Figure 112021114601998-pat00029
    인 것을 특징으로 하는 다목적 나노 복합소재 기둥.
  9. 제8항에 있어서, 상기 다목적 나노 복합소재 기둥은,
    상기 고분자 수지가 전체 중량 대비 30% ~ 50%의 중량비로 구성되고,
    상기 인광물질이 상기 황화아연인 경우 상기 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 표면에 상기 황화아연이 고분자 수지 중량 대비 0.05% ∼0.1% 중량비로 구성되고, 상기 인광물질이 상기
    Figure 112021114601998-pat00030
    인 경우 상기 다목적 나노 복합소재 기둥(100)의 표면에 상기
    Figure 112021114601998-pat00031
    이 고분자 수지 중량 대비 0.05% ∼0.2% 중량비로 구성되는 것을 특징으로 하는 다목적 나노 복합소재 기둥.
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