KR20010071295A - Ｆｒｐ 지붕재, 그의 제조 방법, 접합 구조 및 접합 방법 - Google Patents

Ｆｒｐ 지붕재, 그의 제조 방법, 접합 구조 및 접합 방법 Download PDF

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KR20010071295A
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도시히로 이또
마사시 마쯔우라
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히라이 가쯔히꼬
도레이 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 FRP로 이루어지는 한쌍의 판 (3a, 3b)가 간극이 있게 배치되고, 상기 한쌍의 판을 접합하는 리브 구조체 (4)가 사이에 설치되어 있는 샌드위치 구조체인 것을 특징으로 하는 FRP 지붕재에 관한 것으로서, 녹 발생의 우려가 없고, 가벼우며 충분히 높은 강도, 강성을 가지며 높은 단열성을 발휘할 수 있고, 나아가 건물의 내진성 향상에 기여할 수 있으며, 동시에 임의의 의장성이 높은 형상으로도 쉽게 성형할 수 있다.
또한, 단부들을 맞대어 접합함에 있어서, 맞대는 단면 사이에 수지 확산 매체를 배치함과 동시에, 양단부의 표면에 걸쳐 보강 섬유를 배치하고, 수지 확산 매체 부분에 수지를 주입하여 보강 섬유 부분까지 확산시킴과 동시에 보강 섬유에 함침시키고, 수지를 경화시켜 단부들을 일체적으로 접합하는 FRP 지붕재의 접합 방법"을 들 수 있다.

Description

ＦＲＰ 지붕재, 그의 제조 방법, 접합 구조 및 접합 방법{FRP Roof Material, Method of Manufacturing the Roof Material, and Structure and Method for Connecting the Roof Material}
종래부터 지붕 자체 또는 차양부 등을 구성하기 위한 지붕재로서는 철골에 의한 골조에 절판 등의 금속 재료를 부착한 것 및 콘크리트로 형성된 것이 일반적이었지만, 주요 구성 부재가 금속인 경우에는 녹 발생에 의한 열화의 문제가 있다. 또한, 금속이나 콘크리트로 구성되어 있기 때문에 무겁고, 조립시 시공성이 떨어짐과 동시에, 예를 들어 지진이 발생한 경우 등에는 건물의 내진성이 불리하다. 또한, 금속, 콘크리트 등에서는 경량화하면 충분한 강도·강성을 확보하는 것은 곤란하다.
특히, 큰 면적의 기둥이 없는 구조를 필요로 하는 건물, 예를 들면 체육관, 큰 홀 등에서는 기둥의 지탱을 필요로 하지 않고 큰 스판을 형성할 필요가 있다. 따라서, 지붕재 자체가 충분한 강도 강성을 가질 필요가 있다. 종래 이러한 용도에서는 콘크리트를 철근으로 보강하여 성형하는 프리캐스트 (precast) 콘크리트가 사용되어 왔다. 체육관 지붕으로서 잘 알려져 있는 것은, 예를 들면 길이 약 24 m의 프리캐스트 콘크리트의 유닛을 지붕 재료로서 사용하는 방법이다. 그러나 프리캐스트 콘크리트는 단위 면적 당 중량이 약 250 kg/㎡으로 매우 무겁고, 시공성이 매우 나쁘며 동시에 지진시 하부 구조에 주는 영향이 매우 커서 건물에는 견고한 하부 구조를 필요로 한다는 문제가 있다.
또한, 평판이나 절판으로 이루어지는 금속 재료를 접착하는 구조에서는 곡면이나 입체 형상으로 형성하는 것이 어렵고, 설계상의 제약이 커지며, 지붕재를 원하는 형상으로 형성하여 의장성을 향상시키는 데에도 한계가 있다.
한편, FRP 재료는 종래부터 선박 등의 대형 구조체로 사용되고는 있지만, 건축 재료로서의 응용 검토는 거의 이루어지지 않았고, 불과 내장재 등에서 검토가 행해지고 있을 뿐이다. 이것은 대형 구조체로서의 FRP의 구조가 건축 재료에 적합한 형태로 검토되지 않고, 또한 건축 재료로서의 주변 기술, 예를 들면 내화성, 접합 구조 등이 충분히 검토되지 않았던 것에 따른다.
또한, FRP로 대형 구조재를 성형하는 방법으로서는 종래부터 알려져 있는 핸드 레이-업법이 있지만, 이 방법에서는 강화 섬유로의 수지 함침은 수작업으로 행해지기 때문에, FRP 중의 강화 섬유에 대한 수지 비율이 매우 높아져 강화 섬유의 물성을 효율적으로 사용할 수 없다. 또한, 수지를 개방하에서 다루기 때문에 환경면에서도 큰 문제가 있다.
상기한 문제를 해결하는 수단으로서, 예를 들면 미리 강화 섬유가 셋팅된 성형형 내에 수지를 주입하는 RTM 법이 있지만, 성형형에 압력을 가할 필요가 있어 매우 고가의 성형형을 필요로 한다는 문제점이 있었다. 또한, RTM 법의 개량으로서 예를 들면 미국 특허 5,721,034호에서는 샌드위치 패널을 구성하는 코어재에 단면적이 다른 홈을 설치해 진공하에서 코어재의 홈에 수지를 주입함으로써 큰 면적의 FRP를 효율적으로 성형하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 주입이 진공 하에서 행해지기 때문에, 사용하는 수지는 점도가 낮은 것이 필요하다. 특히, 건재 용도로 바람직하게 사용되는 페놀 수지에 있어서는 상기 방법으로 대형의 일체 성형품을 얻는 것은 곤란하였다.
한편, FRP 부재들을 접합하기 위해서는, 통상 동종 재료의 판 또는 금속판을 FRP 부재의 상하면에 배치하고, 이들을 FRP 부재를 관통하는 볼트 등으로 연결하는 이른바 중첩 연결 방식이 채용되고 있다. 또한, 다른 방법으로서 접착제를 사용하여 FRP 부재들을 접합하는 경우도 있다. 또한, 토대로서 금속 프레임을 사용하고, 그 위에 FRP 부재를 배열하는 방법도 있다.
그런데, FRP 부재들을 접합함에 있어서 상기한 바와 같이 상하면에 배치된 판을 사용하여 연결하는 방법에서는, FRP 부재에 그 두께 방향으로 관통하는 구멍을 설치할 필요가 있고, FRP 부재 자체의 강도가 저하됨과 동시에 지붕재로서는 비가 샐 우려가 있기 때문에 문제가 되었다.
상기 과제의 예로서는 일본 특개평 5-69487호, 일본 특개평 9-32914호에 개시되어 있는 바와 같이, FRP 부재 자체에 관통 구멍 또는 금속제 슬리브를 매입하여 볼트 접합을 행한 것이 있다. 이들 예에서의 접합 강도는 메커니즘상, 주로FRP 부재의 면압 강도, 볼트 전단 강도에 의존하고 있다. 일반적으로 FRP는 섬유 배향성에 근거한 이방성 재료이고, 섬유 배향 방향의 인장은 매우 강도가 높지만 압축, 전단 강도는 낮았다. 따라서, 상술한 접합 방법에서는 접합 강도가 FRP의 압축, 전단 강도에 지배되어 큰 부하를 지탱할 수 없었다.
이 문제를 해결하는 방법으로서 일본 특개평 8-333807호에는 FRP 부재를 개구부에 삽입하고, 또한 금속제 슬리브를 삽입하려는 FRP 부재에 설치하여 부재 삽입 후에 샤프트를 금속제 슬리브에 관통시키는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는 결합 부위에 발생하는 전단, 휨 모멘트가 완화되는 구조로 되어 있다. 그러나, 휨, 인장 하중이 주어졌을 경우, 개구부에서 FRP 층에 압축력이 작용하는 것 외에 금속제 슬리브 매입부에서의 전단력, FRP 부재로의 면압력이 발생하는 경우가 있고, 이 부분에서의 응력 집중이 접합 강도를 지배하는 결과가 되었다.
한편, 접착제를 사용한 접합에서는, 예를 들면 FRP제 지붕 구조체를 조립하기 위한 접합 작업이 일반적으로 옥외 작업이 되기 때문에, 그 때 접합을 확실히 실시하는 것은 매우 곤란하였다.
또한, 체육관과 같은 이미 설치된 지붕의 노후화로부터 지붕을 다시 제작할 때에는 각종 기상 조건 등으로부터 건물 자체를 보호하기 위하여 가설 지붕을 설치하지 않으면 안되고, 장기간 시공하는 데 있어서 가지붕 설치가 기술적, 비용적으로도 문제가 되었다.
상기와 같이 지붕재 용도, 특히 대형 구조체로서의 지붕재에 있어서는 이제까지 FRP의 응용이 전혀 없었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 금속제, 콘크리트제 지붕 부재 대신에 FRP제 지붕 부재를 제공하기 위한 FRP 지붕재의 구조 및 그의 제조 방법과 FRP 지붕재의 접합 구조, 접합 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 FRP제 지붕 부재, 제조 방법, 접합 구조 및 그 접합 방법에 관한 것이며, 특히 가볍고 시공성이 우수하며 내구성이 높고 의장성이 우수함과 동시에 접합 가능한 큰 면적의 FRP제 지붕 부재에 관한 것이다.
도 1 내지 8은, 본 발명의 실시 태양에 관한 FRP 지붕재의 부분 단면도.
도 9 내지 11은, 리브 구조체의 배치 위치에 대응하는 판의 외면에 연결 부재를 설치한 예.
도 12, 14는, FRP제 지붕 부재에 개구부를 형성하고, 창 구성 부재를 장착한 예.
도 13은, FRP 지붕재의 한쪽 면에 내화층을 설치한 예.
도 15는, 각 면을 임의의 각도로 조합시킨 보다 복잡한 형상을 가진 FRP 지붕재의 예.
도 16은, 3차원 곡면도를 갖는 입체 형상부를 가진 FRP 지붕재의 예.
도 17, 18, 19는, FRP 지붕재의 별도의 태양.
도 20은, FRP 지붕재를 연결 부재 (예를 들면 볼트)를 통하여 연결한 예.
도 21은, 방수 부재로 피복하여 방수 구조로 한 연결부.
도 22는, 본 발명에 관한 FRP 지붕재의 일체 성형의 일례를 나타낸 도면.
도 23, 24는, 코어 부재 구조의 예를 나타내는 도면.
도 24는, 관통 구멍을 설치한 예.
도 25는, FRP 지붕재의 접합 구조 단면의 일례.
도 26은, 망상체로 이루어지는 수지 확산 매체를 통하여 맞대는 양단면 사이에 주입 수지를 확산시키는 예.
도 27은, 블럭체로 이루어지는 수지 확산 매체, 수지 주입구, 수지 유로를 갖는 태양.
도 28, 29, 30은, 각각 FRP 연결층의 예.
도 30은, 도 28과 도 29의 태양을 조합한 예
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 41∼43, 45: FRP 지붕재
2: 간극
3a∼i: 여러가지 형상의 FRP 판 (스킨층)
4: 리브 구조체
4a∼e: 여러가지 형상의 리브 구조체
11: FRP 지붕재
12, 51, 65: 코어재
13: 라멘 구조체
14, 14a, 14b: 연결 부재
14c: 경사대
16, 16a: 유니버셜 조인트 (universal joint)
16b, 16c: 핀
17: 개구부
18: 창 구성 부재
19: 창 유리 부재
20: 내화층
44: 3차원 곡면도
46: 간극
47: 연결 부재 (예를 들면 볼트)
48: 연결부
49: 방수 부재
50: 형
52: 강화 섬유 기재
53: コ자형의 캡형 강화 섬유 기재
54: 홈
55: 홈에서 분지된 다수의 홈
56: 관통 구멍
57: 기밀 재료
58: 진공 펌프
59: 밸브
60: 액상의 수지
61, 62: 엣지 블리더
63: 접합된 FRP 지붕재
64: 개개의 FRP 지붕재
66: FRP 스킨판
67: FRP 지붕재의 양단부
68: FRP 연결층
69: FRP 지붕재의 맞대는 단면
70: 수지 확산 매체를 포함하는 층
71, 72: 수지 확산 매체
73: 수지 주입구
74: 수지 유로
75: FRP 층
76: 오목부
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
본 발명의 FRP 지붕재는 FRP로 이루어지는 한쌍의 판과 한쌍의 판의 간극 사이에 설치되는 리브 구조체로 이루어지는 샌드위치 구조체로 구성된다. 한쌍의 FRP 판의 두께로서는 어떠한 것이든 좋지만, FRP 판의 물성과 중량의 균형으로부터 두께는 2 mm 내지 10 mm 사이가 가장 바람직하게 사용된다. 리브 구조체의 재료로서는 FRP, 금속, 목재 등을 사용할 수 있다. 리브 구조체의 효과를 최대한 살리기 위해서는 샌드위치 구조체의 상하판과 리브가 일체 성형되어 있는 것이 바람직하다.
리브 구조체의 두께는 상하 샌드위치 패널에 응력을 전달하기에 충분한 두께면 어떠한 것이든 좋지만, 너무 지나치게 두꺼우면 샌드위치 구조체의 중량이 무거워져 경량화라는 FRP의 잇점이 손상된다. 가장 적합한 두께로서는 1 mm 내지 3 mm 사이이다.
샌드위치 구조체의 상하판과 리브가 일체 성형되기 위해서는 리브가 목재,또는 금속인 경우 미리 목재, 금속 등을 샌드위치 구조체 중에 인서트하여 성형하는 방법이 있다. 예를 들면, 성형형 내에 우선 섬유 기재를 놓고 그 위에 리브가 될 목재, 금속 등을 배치하고, 또한 섬유 기재를 놓아 수지를 주입함으로써 리브가 일체 성형된 샌드위치 구조체를 얻을 수 있다. 이 경우, 목재, 금속 등의 표면에 수지가 쉽게 흘러내리게 하기 위하여 수지가 흐르는 홈을 설치해 둘 수도 있다.
리브로서 FRP를 사용하는 경우에는, 예를 들면 상기와 동일한 수법으로 리브가 될 강화 섬유를 배치하고, 그 후 수지를 주입함으로써 일체 성형할 수 있다. 이 경우, 리브에 사용하는 강화 섬유의 형태는 어떠한 것이든 좋지만, 샌드위치 구조체에 휘어지는 힘이 가해졌을 경우 리브에 생기는 전단력에 대응하여 리브의 길이 방향에 대하여 45±10도의 각도로 섬유 방향을 갖는 다축직물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 샌드위치 구조체를 형성하는 상하판의 간극의 치수로서는, 판 연장 방향에 있어서 실질적으로 일정할 수도, 또는 변화할 수도 있다. 지붕재의 외관 의장성이 중요한 건축물의 경우에는, 설계자의 희망에 따라 여러가지 형상을 실현하기 위하여 상하판의 간극이 변화하게 된다.
또한, 판 자체의 형상으로서는 단순한 평판형일 수 있지만, 예를 들어 적어도 한쪽 판이 산부와 골부가 교대로 배치된 절판 형상으로 형성되어 있는 것일 수도 있다. 이 산부 및(또는) 골부는 일정 방향으로 직선상으로 연장되는 것 외에 피라미드형으로 입체적으로 형성된 것일 수도 있다.
샌드위치 구조체의 간극은 그대로 공간에 형성할 수도 있지만, 간극에 한쌍의 판보다도 비중이 작은 충전재를 배치할 수도 있다. 충전재는 샌드위치 구조체의 중량을 무겁게 하지 않는 것이면 어떠한 것이든 좋지만, 경량의 발포체가 바람직하게 사용된다. 발포체의 종류로서는 경량의 발포 콘크리트나 펄라이트의 성형체 등의 무기 재료 발포체 및 우레탄, 염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 페놀 등의 유기 재료 발포체를 들 수 있다. 특히 건축 재료의 경우에는 대연소성이 우수한 것을 사용하는 것이 바람직하고, 무기 재료의 발포체 및 페놀 발포체, 또는 난연제를 배합한 유기 발포체가 바람직하게 사용된다.
또한, 적어도 한쪽 판의 외면에 다른 부재와 연결하기 위한 연결 부재가 설치되어 있는 구조로 할 수 있다. 연결 부재는 리브 구조체의 설치 위치에 대응하는 위치에 설치되는 구조로 하는 것이 바람직하다. 이 연결 부재로서는 연결 부재나 FRP 지붕재의 휘어짐을 방지하거나, 여러가지 방향에 위치하는 다른 부재와의 연결을 가능하게 하기 위하여 유니버셜 조인트를 갖는 것이 바람직하다.
상기 샌드위치 구조체의 전체 두께와 상기 한쌍의 판을 구성하는 각 판의 두께비는 지붕재로서의 특성을 만족하는 것이면 어떠한 것이든 좋지만, FRP 층의 두께가 전체 두께에 대하여 지나치게 두꺼우면 샌드위치 구조체의 중량이 무거워져 샌드위치 구조체로서의 물성이 저하하는 원인이 된다. 또한, 사용하는 수지의 양도 많아져 비용도 상승하게 된다. 반대로 FRP 층의 두께가 지나치게 얇으면 스킨층의 물성이 떨어지고, 결과적으로 샌드위치 구조체의 물성이 저하된다. 바람직한 두께비는 5:1 내지 25:1 사이이고, 특히 FRP 스킨층에 있어서 탄소 섬유 강화 수지로 이루어지는 FRP 층을 두께비로 5 % 이상 포함함으로써, 샌드위치 구조체의 전체두께와 상기 한쌍의 판을 구성하는 각 판의 두께비가 10:1 내지 20:1이 되고, 이 샌드위치 구조체의 중량이 30 내지 65 kg/㎡이 되어, 특히 바람직한 치수 안정성이 우수한 FRP 지붕재를 구성할 수 있다.
또한, FRP 지붕재의 중량으로서는 특히 제한은 없지만, 경량화라는 FRP의 우위성을 가장 잘 발휘하기 위하여 본 발명의 FRP 지붕재는 단위 중량이 1OO kg/㎡ 이하인 것이 바람직하다. 중량이 가볍기 때문에 운반이나 시공이 쉬워지며 동시에 시공 후의 건물에 대한 부하도 대폭 경감된다. 또한, 지붕 전체를 대폭으로 경량화할 수 있기 때문에, 기둥이나 대들보의 스판을 길게 하는 것도 가능해진다. 또한, 대형 중기나 대규모 비계도 불필요해지고, 시공 기간이 단축됨과 동시에 시공비의 감소가 가능하다.
본 발명의 FRP 지붕 부재의 단면 형상은 FRP의 성형형에 좌우되지만, 기본적으로는 어떠한 형상이든 좋다. 지붕재로서 자주 사용되는 평판형, V형, 하트형, W형, 역 Y형, 파형 중 한 형상을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 실질적으로 일정폭으로 길이 방향으로 연장하는 것에서는, FRP의 경량성을 살려 큰 면적을 한번에 시공할 수 있는 우위성을 발휘하기 위해서 길이 10 m 이상, 폭 1.5 m 이상인 것이 바람직하다. 단, 공장에서 성형하여 현지로 운반하는 경우에는 운송상의 제약이 있기 때문에, 길이는 25 m 이하, 폭은 3.5 m 이하인 것이 바람직하다.
길이 방향의 형상으로서는 어떠한 것이든 좋지만, 지붕재로서 사용하기 위해서 빗물이 흐르기 위한 경사를 주는 것이 바람직하다. 또한, 지붕재로서 필요한물성, 특히 적설시의 휨량 등을 만족하기 위하여 FRP 자체의 강성에 덧붙여, 형상의 효과를 유효하게 이용하기 위해서는 길이 방향의 단면 형상이 위가 볼록한 원호상인 것이 바람직하다. 원호의 반경으로서는 특히 규정되는 것은 아니지만, 제조의 용이점 등으로부터 반경 50 m 내지 250 m가 바람직하다.
또한, 실질적으로 일정폭으로 길이 방향으로 신장하는 것에서는, 특히 폭 방향으로 쉽게 복수회 연결할 수 있으며, 개개의 FRP 지붕재의 폭은 적어도 연결에 의해 쉽게 대형 지붕을 구성할 수 있다. 따라서, 운반이나 시공시에는 비교적 작은 크기의 FRP 지붕재로서 취급성을 향상시키면서, 최종적으로는 원하는 형상의 큰 면적의 대형 지붕을 실현할 수 있다. 그 결과, 신축 뿐만 아니라 지붕 교체의 경우에도 작업이 대폭 간략화된다.
또한, 외면이 FRP로 형성되기 때문에 기본적으로 녹 발생의 문제가 없고, 내식성도 우수하기 때문에 내구성의 대폭적인 향상이 가능해지고, 내용 연수도 연장할 수 있다.
또한, 지붕재로서의 성능으로서 통상 설하중이나 풍하중이 가해졌을 때의 휨량이 규정된다. 본 발명에 관한 FRP 지붕재에 있어서는 단위폭 (1 mm) 당 휨 강성이 5×107kg·㎟ 이상이 되고, 특히 길이 방향에서의 단위폭 (1 mm)당 휨 강성이 5×107kg·㎟ 이상이 됨으로써 지붕 구성 부재로서 충분히 높은 강성이 확보되고, 이미 정해진 휨량을 만족한다. 또한, 상기 휨 강성을 만족함으로써 FRP 지붕재의 경량성으로부터 양단 지지의 지붕재에서는 중간에 지지 부재를 필요로 하지 않으며, 1O m 이상의 스판 지붕재로서 사용할 수 있다. 또한, 한쪽 지지의 지붕재로서는 3 m 이상의 스판 지붕재로서 사용할 수 있다.
상기 리브 구조는 후술하는 실시 형태에 나타낸 바와 같이, 각종 단면 형상을 사용할 수 있지만, 또한, 트래스 또는 라멘 구조체로 구성할 수도 있다.
또한, 본 발명에 관한 FRP제 지붕 부재에는 두께 방향으로 관통하는 개구부를 설치할 수도 있다. 개구부에 창 구성 부재를 장착하면, 소정 부분에 채광이 가능한 창을 설치할 수 있고, 소정 형상의 개구부 상태로 남겨 두면 개방 구조의 지붕 등에서의 통풍구 등을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 FRP제 지붕 부재에 있어서는 내화성을 향상시키기 위하여, 적어도 한쪽 판의 매트릭스 수지가 페놀 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 지붕재로서의 요구 성능으로서 연소에 대한 안전성 (건물 외부에서의 불에 대한 안전성)을 확보하는 것이 필요하다. 발명자들은 페놀 수지의 FRP 층을 지붕 표면에 설치함으로써 연소에 대한 안전성을 평가하는 시험인 비화 시험 (ISO 시험 12468, Test method for external fire exposure to roofs)에 합격하는 성능을 갖는 것을 발견하였다.
FRP의 강화 섬유로서는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 탄소 섬유 등이 통상 사용된다. 경량·고강도의 FRP를 얻기 위해서는 탄소 섬유를 사용하는 것이 가장 바람직하지만, 비용과의 균형을 고려하여 유리 섬유와의 하이브리드로 하는 것이 실용적이다. 또한, 사용되는 섬유의 형태로서는 크로스, 매트 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 특히, 탄소 섬유에 있어서는 성형시의 생산성을 높이기 위하여 직물형상으로 사용하는 것이 바람직하다. 직물 형태로서는 평직 또는 능직이 바람직하게 사용된다. 탄소 섬유의 높은 물성을 충분히 발휘하기 위해서는 직물의 경사와 위사의 교점에서 탄소 섬유의 굴곡이 없는, 이른바 비크림프 직물이 가장 바람직하게 사용된다. 또한, 사용하는 탄소 섬유의 종류는 탄소 섬유의 높은 강도·강성을 이용할 수 있는 것이면 어떠한 것이든 좋지만, 보다 저비용의 성형품을 제작하기 위해서는 소위 라지 토우의 탄소 섬유를 사용할 수도 있다.
또한, 적어도 한쪽 면에 내화재층을 설치하면, 그 내화 성능이 향상되어 지붕재로서 바람직하게 사용할 수 있다. 지붕재로서의 내화 성능에 대해서는 일본 건설성 고시 제2999호 등에서 결정되어 있는데, 발명자들은 내화재층을 설치함으로써 시험을 충분히 통과하는 것이 가능한 것을 발견하였다. 내화재층에 사용하는 물질로서는 내화성이 있는 재료라면 어떠한 것이든 좋지만, 특히 암면 섬유를 블랜키트 (blanket)형으로 한 것, 세라믹 섬유를 블랜키트형으로 한 것, 또는 그의 조합이 여러가지 형상으로 추종성이 있기 때문에 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 암면의 경화판, 페놀 발포체 등도 사용할 수 있다.
예를 들면 일본 건설성 고시 제2999호의 시험 방법에 따른 1시간 내화 시험을 행하는 경우에는 두께 6O mm 이상, 밀도 6O kg/㎤ 이상의 암면층과 두께 25 mm 이상, 밀도 120 kg/㎤ 이상의 세라믹 울층을 FRP 지붕재에 부착함으로써 합격할 수 있다. 또한, 1시간 내화 시험에 합격하는 다른 구성으로서는 두께 30 mm 이상, 밀도 80 kg 이상의 페놀 발포체와 두께 10 mm 이상, 밀도 30 kg 이상의 암면 경화판과의 조합이 있다.
또한, 30분 내화 시험의 경우에는 두께 40 mm 이상, 밀도 60 kg/㎤ 이상의 암면층을 부착함으로써 합격할 수 있다. 또한, 30분 내화 시험을 만족하는 다른 구성으로서는 두께 30 mm 이상, 밀도 60 kg/㎤ 이상의 페놀 발포체와, 두께 10 mm 이상, 밀도 20 kg 이상의 암면 경화판과의 조합도 있다.
내화재층을 부착하는 경우에는 접착제, 나사 잠굼, 또는 그 병용 등의 통상적인 방법을 사용할 수 있다. 또한, 내화재층의 표면에는 표면의 외관을 향상시키기 위하여 화장층을 설치할 수 있다. 화장층은 예를 들면 폴리에스테르 부직포나 유리 섬유 직물 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
본 지붕재의 제조 방법으로서는 FRP의 일반적인 제조 방법, 예를 들면 핸드 레이-업법, RTM 법, SMC 법 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 코어재에 홈을 설치함으로써 수지의 확산을 간편화한 RTM 법이 바람직하게 사용된다. 특히, 대형 지붕 부재, 예를 들면 샌드위치 구조체의 표면적이 10 ㎡ 이상인 경우에는 코어재에 홈을 설치함과 동시에 관통 구멍을 갖는 코어재를 사용하는 RTM 성형법을 바람직하게 사용할 수 있다.
코어재에 설치된 관통 구멍은 샌드위치 패널을 형성하는 상하 스킨판에 수지를 단시간에 쉽게 함침시키는데 있어서 매우 유효하다. 코어재에 설치된 관통 구멍의 크기로서는 어떠한 것이든 좋지만, 바람직하게는 관통 구멍 내경의 합이 코어재 윗면 또는 밑면의 면적의 1/100 내지 1/5000인 것이 바람직하다. 관통 구멍의 면적이 너무 크면 수지의 관통에는 좋지만, 성형 후의 샌드위치 패널 전체의 중량이 매우 무거워지는 결점이 있다. 한편, 너무 작으면 수지의 관통이 저해되고, 성형형면에 미함침부가 생길 우려가 있다. 또한, 관통 구멍의 수는 1 ㎡ 당 1개 내지 50개가 바람직하다.
특히, 그 내열성, 난연성의 점에서 건재 용도로 바람직하게 사용되는 페놀 수지에 있어서는, 일반적으로 FRP 성형에 사용되는 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지 등과 비교하여 점도가 높고 수지의 확산 및 강화 섬유에 대한 함침이 어려운데다가, 겔화 시간의 조절이 매우 어렵다는 결점이 있다. 따라서, 페놀 수지를 사용한 성형에서는 가능한 한 빨리 강화 섬유 전체에 수지를 함침시킬 필요가 있다. 따라서, 상기한 코어재에 관통 구멍을 이용하는 성형법은 매우 유효하고, 특히 페놀 수지로 대형 FRP 성형품을 얻고자 할 때에는 필수라고 할 수 있다.
FRP 지붕재 전체, 또는 지붕 구조체를 구성하기 위하여 샌드위치 패널들을 접합한 형태로 사용하는 것도 가능하다. 지붕재의 접합에는 금속제 지붕의 경우에는 통상 볼트 결합 등의 기계적인 접합법이 사용되지만, 본 발명자들은 코어재와 그 양면에 배치한 FRP 판들을 맞대어 접합할 때, 양단부의 표면에 걸쳐 연장하는 FRP 연결층을 설치함과 동시에, 맞대는 단면 사이에 수지 확산 매체를 포함하는 층을 설치함으로써 얻어지는 FRP 지붕재의 접합 구조를 발견하였다.
상기 수지 확산 매체는 예를 들면 망상체로 구성할 수도 있고, 수지 주입구를 가지며, 동시에 표면에 수지 유로가 형성된 블럭체 또는 판상체로 구성할 수도 있다. 이 수지 확산 매체의 주위에는 또한 FRP 층이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
FRP 연결층은 인접하는 샌드위치 구조체의 양단부 중 한쪽 면 또는 양면에 그대로 사용되어 접합에 사용할 수도 있지만, FRP 연결층이 상기 양단부의 표면에 형성된 오목부 내에 배치되어 있고, 상기 오목부에 인접하는 샌드위치 구조체의 표면과 FRP 연결층의 표면이 실질적으로 동일면에 형성되어 있는 구성으로 할 수도 있다.
본 발명에 관한 FRP 지붕재의 접합 방법으로서는 코어재의 양면에 FRP 스킨판을 배치한 샌드위치 구조체의 단부들을 맞대어 접합할 때, 맞대는 단면 사이에 수지 확산 매체를 배치함과 동시에, 양단부의 표면에 걸쳐 보강 섬유를 배치하고, 수지 확산 매체와 보강 섬유의 배치부를 기밀 재료로 덮어 내부를 진공 상태로 하고, 수지 확산 매체 부분에 수지를 주입하여 보강 섬유 부분까지 확산시킴과 동시에 보강 섬유에 함침시키고, 수지를 경화시켜 단부들을 일체로 접합하는 것을 특징으로 하는 접합 방법으로 이루어진다.
상기와 같은 본 발명에 관한 샌드위치 구조체에 있어서는, 인접하는 샌드위치 구조체의 단부들은 양단부 중 한쪽 면 또는 양면 사이에 걸치도록 연장하는 FRP 연결층과, 맞대는 단면 사이에 설치된 수지 확산 매체를 포함하는 층에 의해 접합된다. 종래의 볼트 결합 방식과 같이 볼트 구멍을 설치할 필요가 없기 때문에 샌드위치 구조체의 강도·강성의 저하가 없고, 또한 볼트 구멍이 없는 것에 덧붙여 기본적으로 동종의 재료를 사용하여 접합되어 있기 때문에 강성의 급격한 변화도 없고 응력 집중이 회피된다. 또한, FRP 스킨판에 보강이 불필요하기 때문에 제조 비용도 저렴하다. 또한, 볼트의 머리 부분이 노출되는 경우도 없기 때문에 외관도좋고 커버 등의 추가 부재도 불필요하다.
또한, 본 발명에 관한 FRP 지붕재의 접합 방법에 있어서는, 수지 확산 매체를 통하여 수지가 신속하고도 효율적으로 필요한 부위에 널리 퍼져 보강 섬유에 함침되고 소정의 접합부를 형성할 수 있기 때문에, 샌드위치 구조체의 단부들이 일체적으로 견고히 접합될 수 있다. 또한, 이 접합 방법에서는 접합부에만 국소적으로 사용할 수 있고, 현장에서도 충분히 쉽게 시공할 수 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 기본적으로는 하기의 구성을 갖는다. 즉, FRP 지붕재의 구조로서는 "FRP로 이루어지는 한쌍의 판이 간극이 있게 배치되고, 이 한쌍의 판을 접합하는 리브 구조체가 사이에 설치되어 있는 샌드위치 구조체인 것을 특징으로 하는 FRP 지붕재"이고, 그 제조 방법으로서는 "코어재에 홈을 설치하고, 수지를 그 홈을 통하여 확산시켜 강화 섬유에 함침시키는 RTM 성형법에 있어서, 관통 구멍을 가진 코어재를 사용하는 RTM 성형법을 이용한 FRP 지붕재의 제조 방법"이고, FRP 지붕재의 접합 구조로서는 "둘 이상의 FRP 샌드위치 구조체를 맞대어 접합한 FRP 지붕재로서, 이 샌드위치 구조체의 양단부의 표면에 걸쳐 연장되는 FRP 연결층을 설치함과 동시에, 맞대는 단면 사이에 수지 확산 매체를 포함하는 층을 설치한 FRP 지붕재의 접합 구조"이고, 그 접합 방법으로서는 "단부들을 맞대어 접합함에 있어서 맞대는 단면 사이에 수지 확산 매체를 배치함과 동시에, 양단부의 표면에 걸쳐 보강 섬유를 배치하고, 수지 확산 매체와 보강 섬유의 배치부를 기밀 재료 (백 기재)로 덮어 내부를 진공 상태로 하고, 수지 확산 매체 부분에 수지를 주입하여 보강 섬유 부분까지 확산시킴과 동시에 보강 섬유에 함침시키고, 수지를 경화시켜 단부들을 일체 접합하는 FRP 지붕재의 접합 방법"이다.
이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 FRP 지붕재의 부분 단면도를 나타낸다. 도 1에 있어서, FRP 지붕재 (1)은 간극 (2)를 갖고 나란히 배치된 한쌍의 FRP 판 (스킨층) (3a), (3b)를 접합하는 리브 구조체 (4)를 갖고 있다. 본 실시 태양에서는 리브 구조체 (4)도 FRP로 구성되어 있다. 단, 리브 구조체 (4)는 금속이나 목재 등의 다른 재료로 구성할 수도 있다. 리브 구조체 (4)가 어떠한 재료로 구성되어 있든 FRP 판 (3a), (3b)의 성형과 동시에 배치, 조립하는 것이 바람직하다.
리브 구조체의 단면 형상으로서는 각종 형상을 취할 수 있다. 도 1에는 단순히 상하 방향으로 연장되는 단면 형상의 리브 구조체 (4)를 나타냈지만, 예를 들어 도 2에 나타낸 각종 형상을 채용할 수 있다. 도 2의 (A)에 나타낸 구조에서는 단면 형상이 I 형 또는 H 형의 리브 구조체 (4a)가 되고, (B)에 나타낸 구조에서는 단면 형상이 C 형인 리브 구조체 (4b)가 되며, (C)에 나타낸 구조에서는 이 C 형의 리브 구조체가 등을 맞대고 배치된 리브 구조체 (4c)가 되고, (D)에 나타낸 구조에서는 단면 형상이 열쇠형 또는 연결 부재형의 리브 구조체 (4d)가 되며, (E)에 나타낸 구조에서는 단면 형상이 하트형인 리브 구조체 (4e)가 된다. 또한, 이들의 다른 단면 형상의 리브 구조체를 FRP제 지붕 부재의 부위에 따라 선택하고 조합하여 취할 수 있다.
리브 구조체 (4)의 배치 위치, 피치에 대해서는 본 발명의 FRP 지붕재의 물성, 특히 휨 강성을 결정하는 큰 요인이다. 통상, 지붕재로서 바람직하게 사용하기 위해서는 지붕재의 단위폭 (1 mm) 당 휨 강성이 5×107kg·㎟ 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 FRP 지붕재에 있어서는, 도 1, 2에 나타낸 바와 같이 한쌍의 FRP 판 (3a), (3b) 사이에 형성되는 간극 (2)의 치수 (도면에서의 상하 방향의 치수)가 판 연장 방향에 있어서 실질적으로 일정한 구성으로 할 수 있다. 또한, 간극의 치수가 판 연장 방향에 있어서 변화하는 구성으로 할 수도 있다. 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이 단면으로 보아 한쪽 판 (3c)가 곡선형으로 변화되고, 다른쪽 판 (3d)를 직선형으로 연장하는 형성으로 함으로써 한쌍의 판 (3c), (3d) 사이의 간극 (2a)의 치수를 연속적으로 변화시킬 수 있다.
또한, 지붕재로서는 종래부터 강도나 강성을 높이기 위하여 절판 형상의 부재를 사용했는데, 본 발명에 있어서도 마찬가지로 사용할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이 단면으로 보아 한쪽 판 (3e)를 산부와 골부가 교대로 배치된 톱날형의 절판 형상으로 형성하고, 다른쪽 판 (3f)를 직선상으로 연장하는 형상으로 할 수 있다. 상기 도 3에 나타낸 구조에서는 도면의 하측판 (3d)도 곡선형으로 변화하는 형상으로 형성할 수도 있고, 도 4에 나타낸 구조에서는 도면의 하측판 (3f)도 절판 형상으로 형성할 수도 있다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이 한쌍의 판 (3g), (3h)를 모두 절판 형상 또는 지그재그형으로 형성하고, 한쌍의 판 사이에 간극 (2)를 실질적으로 일정하게 유지하는 배치로 할 수 있다.
또한, 상기와 같은 FRP로 이루어지는 판의 요철 형상을 3차원적으로 확대할 수도 있다. 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같이 FRP로 이루어지는 판 (3i)를 피라미드형으로 팽출시키거나, 또는 움푹 패이게 하여 이 팽출 또는 움푹 패인 부분 (5)를 단독으로 설치하거나, 복수개 배설하거나 하는 구조로 구성할 수 있다. 이 팽출부나 움푹 패인 부분 (5)는 곡면 (3차원 곡면)으로 형성될 수도 있다.
이와 같이 지붕재의 표면을 FRP로 이루어지는 판으로 형성함으로써, 실질적으로 자유로운 형상으로 형성할 수 있고, 설계상의 제약이 대폭 완화되어 의장성을 대폭 향상시키는 것이 가능해진다. 나아가, 원하는 자유로운 형상을 저렴하게 실현할 수 있다.
상기 각 실시 형태에서는 한쌍의 판 사이의 간극 (2)를 공간에 형성했는데, 이 간극 (2)에 한쌍의 판 중 그 무엇보다도 비중이 작은 충전재를 배치할 수 있다. 이와 같이 비중이 작은 충전재를 사용함으로써 지붕재 전체의 경량성을 손상하지 않고, 또한 강도, 강성을 향상시키거나 단열성을 향상시킬 수 있다. 또한, 소정의 단면 형상을 보다 확실히 유지할 수 있다.
이 충전재는 예를 들면 도 7에 나타낸 바와 같이 샌드위치 구조체로서 구성되는 FRP 지붕재 (11)의 코어재 (12)로서 기능한다.
또한, 본 발명에 관한 FRP 지붕재에서는 한쌍의 판 사이에 리브 구조체로서 트래스 또는 라멘 구조체를 배치할 수 있다. 예를 들면 도 8에 라멘 구조체 (13)을 한쌍의 판 (3a), (3b) 사이의 간극 (2)에 배치한 구조를 나타내었다. 라멘 구조체 (13)에 의해 한쌍의 판 (3a), (3b)는 매우 견고히 접합되고, 판 사이의 치수의 오차도 억제된다. 이 라멘 구조체 (13) 및 트랜스 구조체에도 FRP나 금속, 목재 등의 재료를 사용할 수 있다.
FRP 지붕재를 시공할 때에는 FRP 지붕재의 적어도 한쪽 판의 외면에 다른 부재 (다른 건축 부재)와 연결되는 연결 부재가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이 연결 부재는 FRP 지붕재의 소정의 단면 형상을 유지하기 위하여, 리브 구조체가 설치되어 있는 위치에 대응하는 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
예를 들면 도 9에 나타낸 바와 같이, 리브 구조체 (4a)의 배치 위치에 대응하는 판 (3a)의 외면 및 판 (3b)의 외면에 연결 부재 (14a), (14b)를 설치한다. 설치는 판 외면에 접착하는 방법 및 판과 일체로 성형하는 방법일 수 있는데, 관통 볼트 등으로 설치하는 것도 가능하다.
또한, 도 10에 나타낸 바와 같이, 연결 부재 (14)는 휘어짐을 방지하기 위하여 한쪽 방향 뿐만 아니라, 다방향으로 회전할 수 있는 유니버셜 조인트 (16)를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 유니버셜 조인트 (16)의 사용에 의해 FRP 지붕재의 설치 및 시공이 용이해짐과 동시에 휨 응력 등 바람직하지 않은 응력의 발생 및 전달을 방지할 수 있다. 또한, 도 10에 나타낸 유니버셜 조인트 (16)에서는 회전 범위가 약간 좁기 때문에 경사대 (14c)를 보조적으로 사용하고 있는데, 사용하는 각도에 따라서는 사용하지 않아도 좋을 경우가 있다.
도 11에 상기한 유니버셜 조인트 (16)를 사용하고, 동시에 FRP 지붕재의 부위에 따른 형상의 리브 구조체 (4), (4a)를 배치하고 (복수의 리브 구조체를 혼재시켜 배치하고), 나아가 발포체로 이루어지는 코어재 (12)를 사용한 바람직한 실시 태양의 일례를 나타내었다. 도 11에 나타낸 예에서는 하측의 유니버셜 조인트 (16a)에는 서로 수직 방향으로 연장되는 두개의 핀 (16b), (16c)를 구비한 형태의 것을 사용하였다.
또한, 본 발명에 관한 FRP 지붕재에 있어서는 창 및 통기구를 형성하기 위하여 두께 방향으로 관통하는 개구부를 설치할 수도 있다.
예를 들면, 도 12에 나타낸 바와 같이 FRP제 지붕 부재 (1)의 두께 방향으로 관통하는 개구부 (17)를 형성하고, 이 개구부 (17)에 창 구성 부재 (18)를 장착하는 구조일 수 있다. 창 구성 부재 (18)에는 아크릴 및 유리, 폴리카르보네이트 등의 투광성 재료로 이루어지는 창 유리 부재 (19)가 끼워져 있다. 이 창 구성 부재 (18)은 리브 구조체와 동일한 재질 및 동일한 배치일 수 있고, 별도의 형태로 제작하고 후에 FRP 지붕재에 접합할 수도 있다.
또한, 본 발명에 관한 FRP 지붕재에 있어서는, 내화성을 높이기 위하여 적어도 한쪽 면에 내화재를 설치한 구조를 취할 수도 있다.
예를 들면, 도 13에 나타낸 바와 같이 FRP 지붕재 (1)의 한쪽 면에 내화층(20)을 설치할 수 있다. 내화재로서는 암면 섬유나 세라믹 섬유 등의 무기계 섬유의 블랜키트형 및 페놀의 발포체, 암면의 경화판, 또는 내화 도료 및 발포성의 내화성 플라스틱 등을 사용할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 관한 FRP 지붕재는 각종 입체 형상으로 자유롭게 성형이 가능하다. 예를 들면, 도 14에 나타낸 바와 같이 다면체형 (도시예로서는 사각추형)의 FRP 지붕재 (41)를 형성하고, 원하는 면 (도시예에서는 두면)에 창 구성 부재 (42)를 장착한 구조 및 도 15에 나타낸 바와 같이 각 면을 임의의 각도로 조합한 보다 복잡한 형상을 갖는 FRP 지붕재 (43) 등으로 구성할 수도 있다. 또한, 도 16에 나타낸 바와 같이 3차원 곡면도 (44)를 갖는 입체 형상부를 가진 FRP 지붕재 (45) 등으로 구성할 수도 있다.
또한, 본 발명에 관한 FRP 지붕재는 도 17, 도 18, 또는 단면 형상이 도 19의 (A) 내지 (F)와 같은 구조를 취하는 것도 가능하다. 이러한 한쪽 방향으로 긴 지붕재의 경우에는 복수개 폭 방향으로 연결하여 지붕재를 구성할 수도 있다.
연결 구조로서는 예를 들면 도 20에 나타낸 바와 같이 서로 인접하는 FRP 지붕재를 소정의 간극 (46)를 갖고, 적당한 연결 부재 (47) (예를 들면 볼트)를 통하여 연결할 수 있다. 이러한 간극 (46)을 형성함으로써 FRP 지붕재 1개의 치수 오차 및 설치시의 오차, 또한 일사광의 유무 등에 의한 지붕의 열팽창, 열수축 등의 열변형을 쉽게 흡수하는 것이 가능하다.
상기와 같은 연결부 (48)은 예를 들면 도 21에 나타낸 바와 같이, 방수 시트재 등으로 이루어지는 방수 부재 (49)로 피복함으로써 쉽게 방수 구조를 실현할 수있고, 비가 새는 것 등을 쉽게 방지할 수 있다.
이러한 본 발명에 관한 FRP 지붕재는 대형이라도 소정의 형 등을 사용함으로써 다음과 같은 방법에 의해 쉽게 일체 성형할 수 있다. 도 22는 본 발명에 관한 일체 성형의 일례를 나타내고, 설명의 간략화를 위하여 전체가 평판상인 FRP 지붕재의 경우를 나타냈지만, 성형형을 변경함으로써 자유로운 형상으로 성형이 가능하다.
도 22에 나타낸 방법에 있어서는 형 (50) 내에 발포재 등으로 이루어지는 복수의 코어재 (51)이 배치됨과 동시에, 그 양면에 강화 섬유 기재 (52)가 배치된다. 본 실시 형태에서는 복수의 코어재 (51)이 평면적으로 보아 종횡으로 배열되어 있다. 배열된 코어재 (51)의 단부는 상기 섬유 강화 기재 (52)가 코어재 (51)을 감싸도록 배열될 수 있고, 도 22에 나타낸 바와 같이 コ자형의 캡형 강화 섬유 기재 (53)을 배치할 수도 있다.
각 코어재는 예를 들면 도 23에 나타낸 바와 같이 구성된다. 이 코어재 (51)은 수지의 통로가 되는 홈 (54)와, 상기 홈 (54)에서 분지된 다수의 홈 (55)를 구비하고 있다. 또한, 이 경우 반드시 홈 (54)와 홈 (55)의 단면적이 다른 것은 아니다. 이들 홈 (54), (55)를 통하여 수지가 강화 섬유 (52)의 면방향으로 확산되고, 확산된 수지가 강화 섬유 (52)의 두께 방향으로 함침된다.
또한, 수지의 함침, 특히 성형형면의 미함침부를 없애기 위해서는 도 24에 나타낸 바와 같이 코어재에 관통 구멍 (56)을 설치할 수도 있다. 이에 따라 수지가 코어재 밑면에 직접 주입되기 때문에 주로 성형형면측에서 발생하는 미함침부를방지하는 것이 가능하고, 품질이 좋고 물성이 안정된 FRP 지붕재의 제조가 가능해진다.
상기 강화 섬유 기재 (52)의 윗면측이 기밀 재료 (57)로 덮이고, 내부가 진공 펌프 (58)에 의한 흡인에 의해 진공 상태가 된다. 이어서, 밸브 (59)를 개방하고 액상의 수지 (60)를 상기 진공 상태로 유지된 형 (50) 내에 주입한다. 주입은 예를 들면 다공질재 등으로 이루어지는 엣지 블리더 (62)를 통하여 행해지고, 펌프 (58)로의 흡인도 동일한 엣지 블리더 (62)를 통하여 행해진다. 수지의 주입 위치, 흡인 위치, 엣지 블리더 (61), (62)의 설치 위치는 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, FRP 지붕재의 중앙부에서 수지를 주입할 수도 있다. 또한, 본 실시 태양에서는 강화 섬유 기재 (52)의 윗면을 직접 기밀 재료 (57)로 덮도록 했지만, 필요에 따라 사이에 성형 후에 박리되는 이형 자재를 설치할 수도 있다. 상기 실시 태양에서는 기밀 재료 (57) 자체가 박리 자재의 기능을 구비하고 있다. 필요에 따라 설치하는 이형 자재로서는, 수지는 통과할 수 있지만 경화 후에 박리되어 FRP 구조로부터 제거가 가능한 이형 자재 (예를 들면 나일론제 태피터 (taffeta) 직물, 폴리에스테르제 태피터 직물 등)가 바람직하다.
주입된 수지는 상술한 바와 같이 코어재 (51)의 홈 (54), (55) 또는 관통 구멍 (56)을 통하여 섬유 강화 기재 (52)의 표면의 면 방향으로 신속히 확산되면서 강화 섬유 기재 (52)의 두께 방향으로 서서히 함침된다. 이 때, 동시에 리브 구조체를 형성하는 コ자형 강화 섬유 기재 (53)에도 수지가 함침되어 리브 구조체가 일체 성형된다.
함침된 수지는 상온에서, 경우에 따라서는 가열에 의해 경화되어 FRP 지붕재가 완성된다. 경화 후에 기밀 재료 (57)이 제거되고, 경화한 FRP 구조체가 형 (50)에서 꺼내진다. 이와 같이 FRP 지붕재가 일체 성형된다.
또한, 본 발명의 FRP 지붕재의 실시 태양을 이하에 도면으로 설명한다.
도 25는 FRP 지붕재의 접합 구조의 단면을 나타낸다. (63)은 접합된 FRP 지붕재를 나타내고, (64)는 서로 접합되는 개개의 FRP 지붕재를 나타낸다. 각 FRP 지붕재 (64)는 코어재 (65)의 양면에 FRP 스킨판 (66)을 배치하고, 이들을 일체 성형한 것으로 이루어진다. 본 실시 태양에서 FRP 스킨판 (66)은 단부에 있어서 한쪽 표면측에서 다른쪽 표면측으로 감겨지도록 연속적으로 연결되어 있다.
맞대어 인접하는 FRP 지붕재 (64)의 양단부 (67)의 표면에는 한쪽 단부 (67)의 표면에 걸치도록 연장되는 FRP 연결층 (68)이 설치되어 있고, FRP 연결층 (68)과 각 FRP 지붕재 (64)의 FRP 스킨판 (66)은 일체적으로 접합되어 있다. 본 실시 태양에서는 FRP 연결층 (68)은 한쪽에만 설치되어 있지만, 후술하는 도 30에 나타낸 것과 마찬가지로 양면에 설치될 수도 있다.
인접하는 FRP 지붕재 (64)의 맞대는 단면 (69) 사이에는 수지 확산 매체를 포함하는 층 (70)이 설치되어 있고, 이 층 (70)은 주입되어 경화된 수지에 의해 맞대는 양단면 (69)들을 일체적으로 접합하고 있다.
상기 층 (70)에 포함되는 수지 확산 매체는 수지 주입 전의 형태로서, 예를 들면 도 26, 27에 나타낸 바와 같이 구성된다. 도 26에 나타낸 태양에서는 망상체로 이루어지는 수지 확산 매체 (71)를 통하여 맞대는 양단면 (69) 사이 및 상기FRP 연결층 (68)의 방향으로 주입 수지를 확산시킬 수 있게 되어 있다. FRP 연결층 (69)는 성형시에는 먼저 보강 섬유로 이루어지는 층이 배치되고, 수지 확산 매체 (71)를 통하여 확산되어 온 수지가 함침되어 FRP 연결층 (69)가 된다.
도 27에 나타낸 태양에서는 블럭체로 이루어지는 수지 확산 매체 (72)에 의해 구성되고, 이 수지 확산 매체 (72)는 수지 주입구 (73)을 구비함과 동시에 표면에 종횡 및(또는) 둘레 방향으로 연장하는 홈으로 이루어진 수지 유로 (74)를 구비하고 있다. 수지 주입구 (73)으로부터 주입된 수지는 수지 유로 (74)를 통하여 소정의 부위로 확산되도록 되어 있다. 이 수지 확산 매체는 도 27에서는 블럭체의 예를 도시했지만, 판상체일 수도 있다.
또한, 도 28에 나타낸 바와 같이 상기 수지 확산 매체 또는 수지 확산 매체를 포함하는 층의 주위에는 FRP 층 (75)가 설치될 수 있다. 이 FRP 층 (75)는 상기 수지 확산 매체로의 주입 전에 수지 확산 매체의 주위에 FRP 층 (75)를 구성하는 보강 섬유를 배치함으로써 수지 주입, 접합시에 자연스럽게 구성하는 것이 가능하다.
또한, 도 29에 나타낸 바와 같이 인접하는 FRP 지붕재 (64)의 양단부 (67)의 표면에 오목부 (76)을 형성하고, 두 오목부 (76)에 걸치도록 오목부 (76) 내에 FRP 연결층 (68)을 배치할 수도 있다. 이와 같이 하면 도시한 바와 같이, FRP 제 지붕재 (64)의 오목부 (76) 이외의 표면과, FRP 연결층 (68)의 표면을 실질적으로 동일면으로 할 수 있다.
도 29에 나타낸 오목부 (76) 내에 FRP 연결층 (68)을 배치하는 구조와, 도27에 나타낸 수지 확산 매체 (72)를 이용하는 구조와, FRP 연결층 (68)을 양면에 배치하는 구조를 취하면, 예를 들어 도 30에 나타낸 바와 같이 된다.
상기와 같은 본 발명에 관한 FRP제 지붕 접합 구조 (63)은 예를 들면 이하와 같이 제조할 수 있다. FRP 지붕재 (64)의 단부 (67)들을 맞대어 접합함에 있어서, 맞대는 단면 (69) 사이에 수지 확산 매체 (71) (또는 (72))를 배치하고, 경우에 따라서는 수지 확산 매체 (71)의 주위에 보강 섬유를 감는다. 또한, FRP 지붕재 (64)의 양단부 (67)의 표면 사이에 걸치게 또는 여기에 형성되어 있는 두 오목부 (76) 사이를 걸치게 한쪽 면 또는 양면에 보강 섬유를 배치한다. 이 접합 부분 전체를 밀봉 가능한 기밀 재료로 덮고, 내부를 진공 펌프로 흡인하여 진공 상태로 하고, 수지 확산 매체 (71) 부분에 수지를 주입한다. 진공 상태로 되어 있기 때문에 주입 수지는 신속히 확산하여 맞대는 단면 (69) 사이에 널리 퍼짐과 동시에 표면에 배치되어 있는 상기 보강 섬유층에도 확산되고, 동시에 보강 섬유층에 함침된다. 수지 확산 매체 (71)의 주위에 보강 섬유가 감겨져 있는 경우에는 이 보강 섬유에도 확산, 함침된다. 주입된 수지를 경화시킴으로써 표면에 배치된 보강 섬유층과 함침 수지로 FRP 연결층 (68)이 구성되고, 맞대는 단면 (69) 사이에서 경화된 수지와 함께 양 FRP 지붕재 (64)를 일체적으로 접합한다.
상기한 접합 방법에 의해 얻어진 FRP 지붕재의 접합 구조에 있어서는, 접합부에는 기본적으로 볼트 구멍이 불필요하기 때문에, FRP 지붕재 (64) 본체의 강도 및 강성은 저하하지 않는다. 또한, FRP 지붕재 (64)의 표면 부분 및 맞대는 단면 (69) 사이 부분에 있어서, 실질적으로 동종의 FRP재, 동종의 수지를 사용하여 접합할 수 있기 때문에 접합성은 매우 양호하고, 강성의 급격한 변화도 없으며, 응력 집중도 피할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 FRP 지붕재에 따르면 녹 발생의 우려가 없고, 가벼우면서 충분히 높은 강도, 강성을 가지며, 높은 단열성을 발휘할 수 있고, 또한 건물의 내진성 향상에 기여할 수 있으며, 동시에 임의의 의장성이 높은 형상으로도 쉽게 성형할 수 있는 매우 실용성이 높은 지붕재를 제공할 수 있다.
FRP의 매트릭스 수지로서 페놀 수지를 사용하면, 또는 표면에 내화재를 설치하면 내화성도 우수한 지붕재를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 FRP 지붕재의 제조 방법에 따르면, 상기한 바와 같이 우수한 성능의 FRP 지붕재를 가령 대형이라고 하더라도 실질적으로 일체 성형할 수 있고, 원하는 FRP 지붕재를 쉽고도 저렴하게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 FRP 지붕재의 접합 구조에 따르면, 종래의 접합 구조의 문제점을 일시에 해결할 수 있고, 샌드위치 구조체의 단부들을 쉽게 또한 견고하고 저렴하게 접합할 수 있으며, 접합부의 높은 강도, 강성을 확보할 수 있음와 동시에 우수한 외관으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에 따르면 쉽고도 저렴하게 접합을 행할 수 있기 때문에 현장에서의 접합 작업도 용이하다.

Claims (39)

  1. FRP로 이루어지는 한쌍의 판이 간극이 있게 배치되며, 이 한쌍의 판을 접합하는 리브 구조체가 사이에 설치되어 있는 샌드위치 구조체로 이루어지는 FRP 지붕재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 한쌍의 판의 각각의 두께가 2 내지 1O mm인 FRP 지붕재.
  3. 제1항에 있어서, 리브 구조체가 FRP이고, 동시에 샌드위치판을 구성하는 상기 한쌍의 판과 실질적으로 일체인 FRP 지붕재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 리브의 두께가 1 내지 3 mm인 FRP 지붕재.
  5. 제3항에 있어서, FRP로 이루어지는 리브의 보강 섬유가 리브의 길이 방향에 대하여 45±10도의 각도로 섬유 방향을 갖는 다축 직물을 사용하는 FRP 지붕재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 FRP가 CFRP인 FRP 지붕재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 FRP가 탄소 섬유와 유리 섬유의 하이브리드 FRP인 FRP지붕재.
  8. 제1항에 있어서, 보강 섬유의 형태가 직물인 FRP 지붕재.
  9. 제8항에 있어서, 상기 탄소 섬유 직물이 평직 또는 능직인 FRP 지붕재.
  10. 제1항에 있어서, 상기 간극의 간격이 판 연장 방향에 있어서 실질적으로 일정한 FRP 지붕재.
  11. 제1항에 있어서, 상기 간극의 간격이 판 연장 방향에 있어서 변화하는 FRP 지붕재.
  12. 제1항에 있어서, 상기 간극에 상기 한쌍의 판 중 그 무엇보다도 비중이 작은 충전재가 배치되어 있는 FRP 지붕재.
  13. 제1항에 있어서, 적어도 한쪽 판이 산부와 골부가 교대로 배치된 절판 형상으로 형성되어 있는 FRP 지붕재.
  14. 제1항에 있어서, 상기 간극에 라멘 구조체를 배치한 FRP 지붕재.
  15. 제1항에 있어서, 적어도 한쪽 판의 외면에 다른 부재와 연결하기 위한 연결 부재가 설치되어 있는 FRP 지붕재.
  16. 제1항에 있어서, 상기 샌드위치 구조체의 전체 두께와 상기 한쌍의 판을 구성하는 각 판의 두께의 비가 5:1 내지 25:1의 범위이고, 동시에 상기 샌드위치 구조체의 중량이 10O kg/㎡ 이하인 FRP 지붕재.
  17. 제1항에 있어서, 상기 샌드위치 구조체의 단위폭 당 휨 강성이 5×107kg·㎟ 이상인 FRP 지붕재.
  18. 제18항에 있어서, 실질적으로 일정폭으로 길이 방향으로 연장되고, 길이 방향에서의 단위폭 (1 mm) 당 휨 강성이 5×107kg·㎟ 이상인 FRP 지붕재.
  19. 제1항에 있어서, 단면 형상이 평판형, V형, 하트형, W형, 역 Y형, 파형, 원호형 중 어느 하나인 FRP 지붕재.
  20. 제1항에 있어서, 실질적으로 일정폭으로 길이 방향으로 연장되고, 그 치수가 길이 10 m 내지 25 m, 폭 1.5 m 내지 3.5 m인 FRP 지붕재.
  21. 제20항에 있어서, 길이 방향의 형상이 원호상인 FRP 지붕재.
  22. 제1항에 있어서, 폭 방향으로 여러개 연결되어 있는 FRP 지붕재.
  23. 제22항에 있어서, 폭 방향의 연결에 있어서 인접하는 FRP 지붕재 사이에 간극이 형성되어 있는 FRP 지붕재.
  24. 제23항에 있어서, 연결부가 방수 부재로 피복되어 있는 FRP 지붕재.
  25. 제1항에 있어서, 적어도 한쪽 판의 매트릭스 수지가 페놀 수지를 주체로 하는 수지인 FRP 지붕재.
  26. 제1항에 있어서, 적어도 한쪽 면에 내화재가 설치되어 있는 FRP 지붕재.
  27. 제26항에 있어서, 상기 내화재가 암면을 포함함을 특징으로 하는 내화재인 FRP 지붕재.
  28. 제26항에 있어서, 상기 내화재가 페놀 발포체를 포함함을 특징으로 하는 내화재인 FRP 지붕재.
  29. 제17항에 있어서, 상기 FRP 판에 탄소 섬유로 이루어지는 FRP 층을 두께비로 5 % 이상 포함하는 FRP 지붕재.
  30. 코어재에 홈을 설치하고, 수지를 그 홈을 통하여 확산시켜 강화 섬유에 함침시키는 RTM 성형법에 있어서, 관통 구멍을 가진 코어재를 사용하는 RTM 성형법을 이용한 FRP 지붕재의 제조 방법.
  31. 제30항에 있어서, 코어재에 설치된 관통 구멍 면적의 합이 코어재의 윗면 또는 밑면 면적의 1/100 내지 1/5000인 것을 특징으로 하는 FRP 지붕재의 제조 방법.
  32. 제30항에 있어서, 상기 관통 구멍이 1 ㎡ 당 1개 내지 50개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 FRP 지붕재의 제조 방법.
  33. 제1항에 있어서, 상기 간극에 코어재를 구비하고, 상기 코어재에 윗면에서 밑면을 관통하는 관통 구멍이 존재하는 FRP 지붕재.
  34. 제1항에 있어서, 둘 이상의 FRP 샌드위치 구조체를 맞대어 접합한 FRP 지붕재로서, 상기 샌드위치 구조체의 양단부의 표면에 걸쳐 연장되는 FRP 연결층을 설치함과 동시에, 맞대는 단면 사이에 수지 확산 매체를 포함함을 특징으로 하는 층을 설치한 FRP 지붕재.
  35. 제34항에 있어서, 수지 확산 매체가 망상체로 이루어지는 FRP 지붕재.
  36. 제34항에 있어서, 상기 수지 확산 매체가 수지 주입구를 가지며, 동시에 표면에 수지 유로가 형성된 블럭체 또는 판상체로 이루어지는 FRP 지붕재.
  37. 제34항에 있어서, 상기 수지 확산 매체의 주위에 FRP 층이 설치되어 있는 FRP 지붕재.
  38. FRP 연결층이 제34항에 기재된 양단부의 표면에 형성된 오목부 내에 배치되어 있고, 상기 오목부에 인접하는 샌드위치 구조체의 표면과 FRP 연결층의 표면이 동일면에 형성되어 있는, 제34항에 기재된 샌드위치 구조체의 접합 구조.
  39. 단부들을 맞대어 접합함에 있어서, 맞대는 단면 사이에 수지 확산 매체를 배치함과 동시에 양단부의 표면에 걸쳐 보강 섬유를 배치하고, 수지 확산 매체와 보강 섬유의 배치부를 기밀 재료로 덮어 내부를 진공 상태로 하고, 수지 확산 매체 부분에 수지를 주입하여 보강 섬유 부분까지 확산시킴과 동시에 보강 섬유에 함침시키고, 수지를 경화시켜 단부들을 일체적으로 접합하는 FRP 지붕재의 접합 방법.
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