KR20000015809A - 압축성 주축에서 불균형직물을 감아 얻어지는 복합재료의 튜브형 기구 - Google Patents

Abstract

압축성 주축에서 불균형직물을 나선형으로 감아 이루어지는 복합재료로 구성된 튜브는 그 직물의 섬유비율에서 씨실이 날실에 대해 불균형을 이루는 것이 특징이며, 나선형 와인딩 각도와 동일한 각도로 직물을 경사지게 하여 구성된다. 튜브의 나선형 와인딩은 연속적인 선회부들이 부분적으로 겹쳐 이루어지며, 각각의 폭들은 맞대이음 또는 서로 엇갈리게 하며 각각의 폭들에 의한 불연속성을 상쇄하기 위하여 연속층들은 오프셋된다. 사용되는 직물은 단일 형식의 섬유 또는 혼방섬유도 되고, 튜브의 종단면은 원통형이나 장방형이며 튜브간의 고압축력을 가지는 재료를 포함하는 샌드위치구조로 이루어질 수도 있다.

Description

압축성 주축에서 불균형직물을 감아 얻어지는 복합재료의 튜브형 기구

파일, 포스트, 또는 마스트 따위의 다양한 구조물들은 철강으로 만들어져서 그 결과로, 첫째, 무거운 중량 및 그 구조물들을 설치함에 따른 결과적인 문제들과, 둘째, 공기나 물 또는 토양의 영향에 의해 부식하기 쉬운 문제, 셋째 적잖은 유지비용 등과 같은 단점을 가지고 있다.

이러한 단점들을 극복하려는 시도로써, 이러한 구조물들은 알루미늄이나 복합재료로 제조되어 왔다. 복합재료로 된 이러한 구조물들의 경우, 일반적으로 사용되는 기술에는 조방(組紡) 필라멘트를 감는 것이 포함된다. 파일, 포스트 또는 마스트 같은 구조물들은 파괴강도특성이 양호할 뿐만 아니라, 이 구조물들을 만곡시키려는 움직임이 가해졌을 때, 매우 견고한 특성을 지녀야 한다. 이를 위하여, 복합구조로서는 첫째, 직물의 인장파괴 및 압축강도, 둘째, 보강직물의 굽힘계수 (flexural modulus) 등, 전반적인 장점을 지녀야 한다. 따라서, 후자의 주요부분은 파일, 포스트 또는 마스트의 축을 따라 위치되어야 한다.

발명의 기본적인 목적은, 선행기술의 문제점을 극복하고 압축성 주축에서 불균형직물을 감아 이루어지는 개선된 복합재료의 튜브를 얻고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 제공된, 주축에서 불균형직물을 나선형으로 감아 이루어지는 복합재료로 구성된 튜브는, 그 직물의 씨실 비율이 날실의 비율에 대해 불균형을 이루는 것이 특징이며, 나선형 와인딩 각도와 동일한 각도로 직물을 경사지게 하여 구성된다. 튜브의 나선형 와인딩은 연속적인 선회부들이 부분적으로 겹쳐 이루어지며, 각각의 폭들은 맞대이음 또는 서로 엇갈리게 하며 각각의 폭들에 의한 불연속성을 상쇄하기 위하여 연속층들은 오프셋된다. 사용되는 직물은 단일 형식의 섬유 또는 혼방섬유도 되고, 튜브의 종단면은 원통형이나 장방형이며 샌드위치구조로 이루어질 수도 있다.

본 발명은 압축성 주축에서 불균형직물을 감아 얻어지는 복합재료의 튜브형 기구에 관한 것이다.

도 1은 튜브에 감기는 직물의 날실 및 씨실의 각도를 도시한 도면;

도 2는 연속적인 선회부 (4) 및 (5)를 부분적으로 겹치게 한 부위(6)를 도시한 도면;

도 3은 각각의 폭들이 맞대이음하는 부위 (7)를 도시한 도면;

도 4는 각각의 폭들이 엇갈리는 부위를 도시한 도면;

도 5는 각각의 폭 (14, 15, 16)들이 첫 번째 외향주행에 대한 것이고, 각각의 폭 (17, 18, 19)들은 제 2 외향주행에 대한 것임을 도시한 도면;

도 6은 장방형 튜브들을 도시한 도면;

도 7은 샌드위치구조로 된 튜브를 도시한 도면.

본 발명에 따르면, 파일, 포스트, 마스트, 빔 등과 같은 연장구조물들은 에폭시, 폴리에스텔 또는 비닐에스텔 수지 등과 같은 히트 세팅 수지가 주입된 열경화성 수지주입 유리섬유를 바람직하게는 나선형으로 감아서 제조한다.

본 발명에 따르면, 이러한 직물들은 불균형직으로서, 다시 말하면 날실보다는 씨실에 더높은 비율의 섬유가 짜여진다. 그 직조는 각도변형가능한 상태여서 구조물의 X-X' 축 방향과 평행하게 씨실필라멘트를 위치시킬 수 있다.

이러한 본 발명의 높은 만곡강도 복합튜브가 지니는 디자인의 고유성은 다음 설명 및 해당하는 기술적 증명으로써 명확해진다.

본 발명에 따르면, 튜브는, 날실/씨실 비율이 c>t로 불균형인 유리섬유를 나선형으로 감아서 형성시킨다. (여기서, c는 날실상의 섬유비율; t는 씨실상의 섬유비율; 바람직한 수치는 c가 10 내지 25%사이이고 t는 90내지 75%사이임; 이 비율수치는 직경/두께 비율의 기능으로서, 방사상좌굴에 대해 양호한 저항을 갖도록 함)

본 발명에 따르면, 튜브는 전진 및 귀환 나선형 와인딩으로 제공되는 일련의 연속적인 층들로 구성된다. 전진 방사형 와인딩은 종축에 대해 B1 = (90。 - α )의 각도로 이루어지고, 귀환와인딩은 B2 = (90。 + α) 의 각도로 이뤄진다.

나선형와인딩은, 바람직하게는, 직물에다 각도α (도1 참조)의 경사면을 이루면서 행해져서, 씨실(1)이 튜브의 종축에 평행하고 씨실(2)은 원주면 (3)에 대해 각도 α를 갖게 되며 이러한 구성은 굽힘계수를 개선한다.

바람직하게는, 각 층은 연속적인 선회부 (4) 및 (5) (도 2 참조)를 부분적으로 겹치게하여 (부재번호 6) 감는다. 부분적으로 너무 두꺼워지는 것을 방지하기 위하여, 두 개의 연속선회부 간의 오프셋(1)의 폭은 다음과 같다:

λ = L/n (여기서, L은 층의 폭이고 n은 정수 > 1임)

본 발명에서 벗어남 없이, 나선형으로 감는 것은 도 3의 부재번호 7로 표시된대로 각각의 폭들이 맞대이음하거나 또는 (도 4 참조) 각각의 폭들을 엇갈리게하여 실시된다. 각각의 폭(8) 및 (9)은 제 1 외향주행중에 놓여지고, 폭 (10) 및 (11)은 제 1 귀환주행동안 그리고 폭 (12) 및 (13)은 제 2 외향주행동안 놓여진다. 후자의 와인딩방식은 층간전단응력에 대해 저항을 개선시킨다.

본 발명에 따르면, 선회부가 인접하도록 와인딩되면, 바람직하게는, 각각의 폭들로 인해 야기되는 불연속현상을 감소하기 위해 연속층들이 상쇄된다. 예를 들어, 폭 (L)의 각각의 폭들과 다수개의 층들(q)이 인접하는 나선형 와인딩의 경우, 각 층 (외향 + 귀환주행하는)의 위치는 다음과 같이 폭 K의 공간만큼 오프셋된다: K = L/m (여기서, m은 1보다 큰 정수이고 만약 m = q/r이면 r은 정수이다 (도 5 참조).

각각의 폭(14, 15, 16)들은 첫 번째 외향주행에 대한 폭들이고, 각각의 폭 (17, 18, 19)들은 제 2 외향주행에 대한 폭들이다.

바람직한 섬유가 유리섬유라고 해도, 발명의 범위를 벗어남 없이, 카본, 아라마이드 또는, 고강도 폴리에틸렌으로 된 섬유를 사용할 수도 있다. 또한 혼방섬유 (예를 들면 유리 플러스 카본)도 사용할 수 있다. 본 발명을 벗어남 없이, 섬유는 히트셋팅수지가 미리 주입된 것이어도 된다. 본 발명의 범위를 벗어남 없이, 섬유는 열가소성수지가 미리 주입된 것이어도 되고, 섬유는 동시에 열가소성필름 및 멜팅 플러스 압축 주입된 것이어도 된다. 상당한 두께로 구성되고, 원통형부위를 가지며 또한 구조물의 X - X'축 방향을 따라 불균형직조된 섬유보강물을 지니는 파일, 포스트 또는 마스트같은 구조물들을 제조할 경우, 중합 후에, 주축에 대해 복합구조물을 고정시키려는 상당한 힘이 있음을 알게 되었는데, 이러한 현상은 주축으로부터 구조물을 제거하기 어렵게 하며 구조물에 미세한 균열을 초래한다.

이러한 주요문제점들을 극복하기 위하여 본 발명에서는, 압축가능한 재질의 유연층을 주축위에 위치시키고, 이후 유리섬유가 이 압축가능한 주축 위에 감긴다.

본 발명에 따르면, 그 재료의 압축가능한 특징은 섬유를 와인딩하는 한정적인 힘이 가해질 때 약간의 변형만을 보일 뿐, 복합구조물의 수축을 흡수하며 주축에다 약간의 고정력을 인가할 뿐이며 주축에서 그것을 제거하기가 용이해진다. 선택된 재료는 마찰계수가 낮아야 한다.

본 발명에 따르면, 그 재료로는 유연하게 연마된 표면을 가진 밀폐셀 폴리에틸렌 폼이 바람직하다. 상기한 특징을 가진 다른 재료도 사용가능한데, 예를 들면, 가요성 폴리우레탄 폼도 사용가능하다. 본발명에 따르면, 주축에서 쉽게 제거하고 튜브의 내부표면상태를 유지하기 위하여, 폼은 테르펜필름으로 코팅되어야 한다.

특정한 방사상의 방향으로 작용하는 굽힘력의 존재에 있어서, 장방형 튜브들이 있는데 (도 6), 이러한 유형의 튜브들은 예를 들면 방파제 건축에 사용된다. 본 발명의 범위에서 벗어남 없이, 튜브는, 본 발명의 방법에 따라, 두 개의 동축선상의 튜브들 (20), (21)로 구성되고 압축성이 견고한 예를 들면 강성폼, 벌집구조, 발사 등의 재료로 된 벽(21)으로 분리되는 샌드위치구조 (도 7)를 가질 수 있다. 이로써, 튜브들이 보다 가볍고 강도가 향상될 수 있다. 바람직한 축을 따라 작용하는 굽힘력이 있는 상태에서 강도를 향상시키기 위해 내부튜브는 원통형이 될 수 있고 외부튜브는 장방형이 될 수 있다.

Claims (10)

1. 씨실의 비율이 날실에 대해 불균형을 이루는 직물을 나선형으로 감아 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재료의 튜브.
2. 제 1항에 있어서,

   상기한 나선형 와인딩 각도와 동일한 각도로 직물을 경사지게하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복합재료의 튜브.
3. 상기한 제 1항 또는 2항에 있어서,

   튜브의 나선형 와인딩은 연속적인 선회부들이 부분적으로 겹쳐 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합재료의 튜브.
4. 상기한 제 1항 또는 2항에 있어서,

   각각의 폭들은 맞대이음 또는 서로 엇갈리게 하며 각각의 폭들에 의한 불연속성을 상쇄하기 위하여 연속층들은 오프셋된 것을 특징으로 하는 복합재료의 튜브.
5. 상기한 제 1, 2, 3 또는 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   사용되는 직물은 단일 형식의 섬유 또는 혼방섬유인 것을 특징으로 하는 복합재료의 튜브.
6. 상기한 제 1, 2, 3, 4 또는 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   그 종단면은 원통형이나 장방형인 것을 특징으로 하는 복합재료의 튜브.
7. 상기한 제 1, 2, 3, 4, 5 또는 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   단일한 벽 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 복합재료의 튜브.
8. 상기한 제 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   두 튜브간의 고압축력을 가지는 재료를 포함하는 샌드위치구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합재료의 튜브.
9. 상기한 제 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8항 중 어느 한 항에 있어서,

   그 주축은 압축가능한 재료로 감싸지는 것을 특징으로 하는 복합재료의 튜브.
10. 상기한 제 9항에 있어서,

    압축가능한 재료는 밀폐셀 폴리에틸렌 폼인 것을 특징으로 하는 복합재료의 튜브.