KR20010054409A - 고방식 아연 도금 강선 및 강연선의 피막 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아연도금 강선 및 강연선의 아연도금층 표면 위에 고방식 합성수지 피막을 형성시키는 방법에 관한 것으로서, 합성수지를 분말 상으로 하여 정전 분체 도장 방법을 적용, 도금선 표면 위에 합성수지 분말을 균일하게 전착시킨 후 가열로에서 용융·경화하므로써 표면 밀착성과 내식성이 우수한 고방식 합성수지 피막층을 형성시킴에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 방법은 적용 소재에 따라 두 가지로 구분된다. 하나는 아연도금 강선의 경우이고, 다른 하나는 아연도금 강연선의 경우이다. 아연도금 강선의 경우는 신선, 도금, 정전 분체 도장 및 가열·경화의 단계로 이루어지고, 아연도금 강연선의 경우는 열처리, 신선, 도금, 연선, 연선 풀림, 정전 분체 도장, 연선 회복 및 가열·경화의 단계로 이루어진다.

본 발명의 방법은 아연도금선의 표면에 합성수지 피막을 형성시키므로써, 도금선이 아닌 강선이나 강연선에 피막을 형성시키는 종래의 방법에 필수적인, 소재 표면의 스케일 제거를 위한 숏 블라스트 등의 전처리 과정이 필요없을 뿐만 아니라, 도금선을 이용해도 액상의 합성수지를 사용하여 충진시키는 종래의 방법과는 달리 정전 분체 도장법을 이용하기 때문에 피막층의 치밀성과 밀착성이 우수하여 종래보다 더 얇은 피막층 두께로도 충분한 내식성을 갖고, 그에 따라 아연도금층의 두께도 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

고방식 아연 도금 강선 및 강연선의 피막 형성 방법{Coating method of superior anti-corrosion layer on the surface of galvanized steel wire and strand}

본 발명은 아연도금 강선 및 강연선의 표면에 고방식(高防蝕) 합성수지 피막을 형성시키는 가공 방법에 관한 것으로서, 더 자세하게는 아연도금 강선이나 강연선의 표면 위에 에폭시, 폴리에스테르, 아크릴 또는 불소 수지 등과 같은 합성 수지를 피복하여 부식 환경에 노출될 염려가 없으며, 사용 목적에 따라 최외층을 내후성 수지 혹은 내식성 수지로 선택하여 피복하므로써 외부에서 장기적으로 사용하여도 부식 환경의 영향을 받지 않도록 한 고방식 아연도금 강선 및 강연선의 피막 형성 방법에 관한 것이다.

대규모의 구조물에 쓰이는 피씨(PC)에 사용되는 고강도의 강선과 강연선은 스트레스(stress)가 부여된 불안정한 상태이기 때문에, 외부 부식환경에 의하여 초기 부식이 발생하면 부식 현상이 급격히 전파되어 대형 사고의 위험이 발생할 수 있으므로 이러한 피씨 강선 및 강연선은 응력 이완율(relaxation)이 낮아야 하며 무엇보다도 우수한 내식성이 요구된다.

한편, 일본 공개 특허공보 61-106333에는 우수한 내식성을 확보하기 위하여 강연선의 표면에 그리이스 등의 부식 방지제를 도포하고 그 위에 합성수지로 피복하는 기술이 개시되어 있으며, 또한 일본 공개 특허공보 06-322679 및 06-272181에는 심선과 외층선이 꼬여져 있는 상태의 강연선을 꼬인 상태 그대로 혹은 일시적으로 풀거나 하여 심선과 외층선 사이에 분체 또는 액체상의 합성수지를 충진하고 재연선한 후 필요에 따라 강연선의 최외층 표면에 한 번 더 합성수지 등을 피복시키는 피복방청법 등이 알려져 있다.

그리고, 현수교에 사용되는 케이블의 경우 교량의 가설이 수년에 걸쳐 이루어진다. 따라서, 가설 기간중 비나 눈에 의하여 케이블 표면의 도금층 아연이 아래의 화학식1과 같은 반응을 일으키게 된다.

2H₂O + Zn = Zn(OH)₂+ H₂↑

상기의 아연 부식반응에 의하여 발생한 수소 가스는 강(steel) 표면으로 침투하므로써 강에 수소 취성을 일으킬 위험이 있기 때문에, 현수교 가설 기간중의시공 현장에서는 강연선 표면의 수분 제거를 위하여 열풍기를 설치하여 케이블용 강선을 건조시키고 있으나 장기간에 걸쳐 수분을 완벽히 차단하는 것은 불가능하다.

그렇기 때문에, 상기의 열풍기와 병행하여 아연도금된 강선의 표면 위에 방청 페이스트(paste)를 도포한 후, 그 위에 랩핑(wrapping) 와이어를 감고 피복도장을 하는 방법을 채택하기도 하나 고온 다습한 부식환경 하에서는 페이스트의 노화가 촉진되므로써 외층 강선의 노화를 촉진하는 사례가 발견되고 있다.

아연도금층의 일차 방청 처리로는 크로메트 처리가 효과가 있으나, 빗물 등에 의해 크로메트 층으로부터 크롬이 용출되어 환경을 오염시키는 문제가 있어 1980년대 이후로는 적용하지 않고 있다.

그리고, 일본 공개 특허공보 05-179587에는 평균 분자량이 8,000∼20,000인 페녹시수지 또는 지방산 변성 혹은 무변성의 에폭시 당량 300이상의 에폭시 수지(a), 요소 수지와 멜라민 수지 및 폴리 이소시아네트 화합물로부터 선정되는 적어도 1종의 경화제(b), 착색안료(c)를 필수 성분으로 함유하고 {(a+b)/c}의 중량 비율이 95/5에서 50/50의 범위로 되는 아연도금 강선용 착색 피복 조성물 및 그 피복 조성물을 포함하는 도액을 도포한 후 열 경화시킨 피복층을 갖는 케이블용 착색 아연도금 강선의 제조 방법이 개시되도 있으나 강선과 피복층의 밀착성이 완전하지 못한 문제가 있다.

또 다른 방법으로는, 일본 공개 특허공보 06-272181에 아연도금된 강연선을 내압용기 속에 장입하고 내압용기 내의 공기를 제거한 상태에서 액상의 합성수지를주입·가압하여 용기내의 압력을 대기압으로 유지한 후, 피복된 강연선을 꺼내어 합성수지를 경화시키는 방법도 알려지고 있으나 동 방법은 피복층 내부의 공극 부분에 대한 방청 문제가 해결되지 않고 공극부에 수분이 침투하거나 잔류하게 되면 아연의 부식에 의한 수소취성 문제를 지니고 있다.

대형 구조물에 사용되는 피씨 강선이나 강연선과 현수교용 케이블은 장시간에 걸쳐 외부 환경 하에서 보관되고 설치·사용되는 특성에 기인하여 부식 문제의 해결이 가장 중요한 사항이기에 여러 가지 다양한 방청 피복 방법이 제안되어 왔으나 이러한 종래의 방식들은 앞서 살펴본 바와 같이 나름대로의 단점을 지니고 있음에 따라 만족할만한 방청효과를 기대하기가 어렵다.

그리고, 강선이나 강연선에 합성수지 등의 피복층을 형성시키기 위해서는 표면 스케일 제거를 위한 숏 블라스터(shot blaster) 처리와 같은 표면 전처리를 필요로 함에 따라 피복 공정의 생산성이 현저히 떨어진다.

따라서, 본 발명은 상기의 전처리를 필요로 하지 않는 아연도금 강선과 강연선을 이용하여, 도금선의 특성을 유지하면서도 아연도금층의 부식을 완전히 방지하고, 아연 도금층과의 밀착과 외부 환경에 대한 내부식성이 우수한 합성수지 피복층을 형성시키는 방법을 제공하는데 목적을 두고 있다.

도 1의 (가) 내지 (다)는 본 발명 방법의 일실시예에 따른 고방식 피막이 형성된 아연도금 강선과 강연선의 제조 공정도로서,

(가)는 아연도금 소선과 강선의 제조 공정도이고,

(나)는 아연도금 강연선의 제조 공정도이며,

(다)는 고방식 피막이 형성된 아연도금 강선과 강연선의 제조 공정도이다.

도 2의 (가)와 (나)는 본 발명 방법에 따라 제조된 고방식 피막이 형성된 아연도금 강선과 강연선의 단면도로서,

(가)는 강연선의 단면도이고,

(나)는 강선의 단면도이다.

도 3은 본 발명 밤법의 실시예에 따라 제조된 고방식 피막이 형성된 아연도금 강선의 피막 두께에 따른 염수 분무 시험 결과 그래프.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

10. 릴렉세이션 열처리로 12 캡스탄

14. 연선 풀림 장치 15. 탈지조

16. 건조로 17. 정전 분체 도장 장치

18. 연선 복원 장치 31A. 심선

31B. 강선 32.아연도금층

33. 합성수지층

본 발명은 고방식 아연도금 강선 및 강연선의 피막 형성 가공 방법에 관한 것으로서, 더 자세하게는 아연도금된 강선 또는 강연선의 도금층 표면 위에 에폭시, 폴리에스테르, 아크릴 또는 불소수지 등과 같은 합성수지를 분체 도료로 이용, 정전 분체 도장 방법을 적용하여 합성수지로 이루어진 피복층(피막)을 형성시키므로써, 도금 강선의 특성을 저하시키지 않고 방식 성능을 향상시킨 아연도금 강선 및 강연선의 표면 위에 고방식의 합성수지 피막층을 형성시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 합성수지 피막을 형성시킴에 있어 액체상의 원료를, 강선이나 강연선의 표면에 도포하거나 심선과 외층 소선 사이에 액상의 형태로 충진시키는 것이 아닌, 원료의 분체 도료화를 통한 정전 분체 도장 방법을 적용하므로써 도금층과 피막층과의 밀착성 및 피막층의 균일성을 향상시킴에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 방법을 적용하는 아연도금 소재는 크게 두 가지로 구분할 수 있는데, 하나는 연선 상태인 사장교용 스테이 케이블(stay cable) 및 피씨 강연선이고 둘째는 연선되지 않은 현수교 케이블용 강선이다.

상기의 아연도금 강연선의 합성수지 피막은, 소재인 선재 로드(rod)를 열처리 →전처리 및 신선 →피막 처리 →아연도금 →신선 →연선 →열처리 →(도금 강연선) →연선 풀림 →탈지 →건조 →정전 분체 도장 →연선 복원 →가열의 단계를 거쳐 형성된다.

그리고, 현수교 케이블용 강선의 피막 형성 방법은, 소재인 선재 로드를 전처리 및 신선 →피막 처리 →아연도금 →정전 분체 도장 →가열의 단계로 이루어 진다.

본 발명의 방법에 대한 자세한 사항은 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의하여 명확하게 이해될 것이다.

도1의 (가)내지 (다)에 아연도금 공정, 도금강연선의 연선 공정 및 도금 강선과 강연선의 분체 도장 공정 레이 아웃(lay-out)을 도시하였다.

도시한 바와 같이, 강연선의 경우 소재인 선재 로드(1)는 열처리로(2), 전처리조(3), 신선기(4), 피막처리조(5), 아연도금조(6)로 구성되는 아연도금 공정을 거쳐 강연선을 구성하는 아연도금 소선(7)이되고, 이 소선(7)은 연선 공정의 프리 퍼머(8)(pre-former), 연선기(9), 릴렉세이션(relaxation) 열처리로(10), 냉각 장치(11), 캡스탄(12)을 거쳐 권취되므로써 아연도금 강연선(13)이 된다.

상기와 같이 제조된 도금 강연선(13)을 마지막 공정인 정전 분체 도장 공정의 연선 풀림 장치(14), 탈지조(15), 건조로(16), 정전 분체 도장 장치(17), 연선 복원 장치(18), 가열로(19), 도막 두께 측정 장치(20)를 거쳐 최종 제품인 고방식 합성수지 피막이 형성된 아연도금 강연선이 제조된다.

그리고, 현수교 케이블용 강선의 경우 선재 로드(1)는 전처리조(3), 신선기(4), 피막처리조(5), 아연도금조(7)를 통하여 아연도금 강선(8)이 되고, 이도금 강선(8)은 곧바로 정전 분체 도장 공정에 투입되어 탈지조(15), 건조로(16), 정전 분체 도장 장치(17), 가열로(19) 및 도막 두께 측정 장치를 거쳐 최종 제품인현수교 케이블용 고방식 합성수지 피막이 형성된 아연도금 강선이 제조된다.

본 발명 방법에 의해 제조된 고방식 합성 수지 피막이 형성된 아연도금 강연선 및 강선의 단면 형상은 도2의 (가)와 (나)와 같이 도금선(1)을 중심으로하여 아연도금층(2)과 합성수지 피막층(3)이 내층 및 외층으로 이루어진 구조이다.

상기의 정전 분체 도장은 도금선에 (+)전원을 인가하므로써 (-)전기를 띄는 합성수지의 분말이 도금선 표면 위에 빈틈없이 균일하게 부착되고, 가열로를 통과하면서 합성수지 분말이 용융·경화하여 내부식성이 우수한 피막층을 형성하는 것이다.

또한, 피막층을 형성하는 합성수지는 사용 목적에 따라 내후성이 우수한 아크릴이나 불소수지 또는 내식성이 좋은 에폭시 수지를 선택하여 사용할 수 있으며, 현수교 케이블과 같은 교량용 강선의 경우는 1회 또는 2회의 정전 분체 도장을 실시하여 중간층은 내식성 피막층을, 최외층은 내후성 피막층으로 구성되는 2층의 복합층을 갖는 구조로 할 수가 있다.

상기 1회의 정전 분체 도장을 실시할 경우에는 내후성이 강한 아크릴 수지 분말과 내식성이 좋은 에폭시 수지 분말을 혼합하여 사용하므로써 가열로에서의 용융·경화시 두 수지 분자 간의 반발력에 의하여 아크릴 수지피막은 최외층에, 에폭시 수지피막은 내층에 형성되도록 할 수가 있다.

본 발명 방법의 실시예에 따라 도금 강선의 에폭시 피막층의 두께를 변화시키면서 80시간의 염수분무 시험을 행하고, 전 표면적에 대한 백청 발생 비율을 도3에 도시하였다.

도시한 바와 같이, 피막 두께가 50㎛이상일 경우에는 백청의 발생이 없었으며, 내산성과 내알칼리성을 시험하기 위하여 20℃의 10% 황산 용액과 5% 수산화 나트륨 용액 속에서 각각 1개월간 방치하였으나 피막층에는 변화는 없었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 방법에 의해 제조된 고방식 피막이 형성된 아연도금 강선 및 강연선은 정전 분체 도장 방법을 적용한 결과 피막층의 금속층에 대한 밀착력이 강하고 피막층이 치밀하여 얇은 두께로도 충분한 내식성을 보여 주기 때문에, 대형 구조물에 쓰이는 피씨 강선이나 강연선 및 현수교 케이블용 강선 등에 적용시 강선이나 강연선의 부식 방지를 위한 노력을 경감시킬 수 있을 뿐 아니라 구조물과 교량의 수명 연장에도 탁월한 효과가 기대된다.

또한, 도금선이 아닌 강선이나 강연선의 표면에 합성수지 피막을 형성시키기 위해서는 숏 블라스트 등의 전처리를 하여야 하므로써 합성수지 피막 강선과 강연선의 생산성이 낮으나, 본 발명의 아연도금선을 사용한 피막 형성 방법은 그럴 필요가 없어 생산성이 좋고, 피막층의 방식 성능이 우수하여 아연 도금층의 두께도 일반 도금선의 것보다 1/2정도까지 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 아연도금 강선의 표면에 합성수지 피막을 형성시킴에 있어서, 아연도금 강선의 표면 탈지 단계와, 아연도금 강선에 (+)전압을 인가하고 합성수지를 분말 상으로 하여 정전 분체 도장 하는 단계와, 아연도금 강선의 표면 위에 전착된 분말 상의 합성수지를 용융·경화시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고방식 아연도금 강선의 피막 형성 방법.
2. 아연도금 강연선의 표면에 합성수지 피막을 형성시킴에 있어서, 아연도금 강연선의 연선 구조를 풀어주는 단계와, 풀어진 아연도금 강연선의 표면을 탈지하는 단계와, 탈지된 아연도금 강연선을 건조시키는 단계와, 건조된 아연도금 강연선에 (+)전압을 인가하고 합성수지를 분말 상으로하여 정전 분체 도장하는 단계와, 정전 분체 도장이 완료된 아연도금 강연선의 연선 구조를 회복시키는 단계와, 연선 구조가 회복된 아연도금 강연선에 정전부착된 분말 상의 합성수지를 용융·경화시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고방식 아연도금 강연선의 피막 형성 방법.