KR20010104575A

KR20010104575A - 트위스트형 보강섬유 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20010104575A
Application number: KR1020000025826A
Authority: KR
Inventors: 권능
Original assignee: 권능
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2001-11-26
Also published as: KR100343339B1

Abstract

본 발명은 시멘트 복합체의 보강용 유기 합성섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 콘크리트, 숏크리트 등의 시멘트 복합체에 첨가하여 우수한 보강효과를 나타내는 트위스트(twist)형 합성수지재 보강섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 이를 위하여, 섬도가 1000 내지 10000 g/9000m(denier)이고, 트위스트 정도가 40 회/m이상인 시멘트 복합체 보강용 트위스트(twist)형 폴리프로필렌계 섬유 및 그의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유는 콘크리트 또는 숏크리트 등의 시멘트 복합체에 혼합할 때 혼합초기의 섬유볼 현상을 발생시키지 않으며, 트위스트의 구조 내에 시멘트 복합체를 채울 수 있기 때문에 양생 후 파괴시 뽑힘현상이 전혀 발생하지 않는다. 또한 탄성이 우수한 합성섬유이고 섬도가 커서 시멘트 복합체에 우수한 인성을 부여할 수 있다.

Description

트위스트형 보강섬유 및 그의 제조방법{TWIST-FORM REINFORCEMENT-FIBER AND METHOD OF PREPARING THE SAME}

[산업상 이용분야]

[종래 기술]

종래의 모르타르나 콘크리트를 사용한 시멘트 성형품, 또는 건축물의 외벽, 터널의 내벽, 경사면 등이 구축되는 데 있어서, 이러한 성형체들은 비교적 취성(脆性)이 커서, 인장강도, 절곡내력, 절곡타프네스, 내충격성 등의 물성이 충분하지 않으면 벽면이 균열로 누수되거나 외벽이 박리, 낙하하는 사고 등이 발생하는 위험이 있다. 그러므로 콘크리트의 보강을 목적으로 강섬유, 유리섬유, 폴리비닐알콜 섬유(일본공개 특허공보 소63-303837호, 평1-40786호, 평8-218220호 등) 등을 혼입하여 사용하고 있다.

또한 뿜칠하는 숏크리트 분야에 있어서, 무근으로 숏크리팅하는 경우가 있지만, 대부분의 숏크리트 작업에서는 포틀랜드 시멘트 콘크리트의 고유결함인 소성수축 균열의 억제와 부족한 인성(靭性)의 보완, 및 암반과의 부착을 위하여 일반 콘크리트보다 다양한 보강재를 사용하고 있다. 숏크리트 보강재는 종래에 주로 사용되던 와이어 메쉬(wire mesh)와 뒤이어 그 보강기능이 보다 우수함이 발견된 강섬유(steel fiber), 유리섬유(glass fiber), 및 합성섬유인 폴리프로필렌 섬유 등이 있다.

그러나 강섬유를 혼입한 콘크리트는 강섬유의 비중이 7.8 정도로 무거워서 재료의 운반이나 혼입작업이 곤란하고, 뿜칠하는 숏크리트에 있어서 뿜칠시 반동에 의해 낙하된 강섬유를 작업자가 밟고 다칠 우려가 크고, 강섬유가 부식되는 등의 문제점이 지적된다.

또한 유리섬유는 시멘트의 알칼리에 손상되어 장기적으로 그 보강기능이 상실되며, 유리섬유 중에서 내알칼리성 섬유는 가격이 높아서 사용하기가 어렵고, 수급이 어려운 문제점이 있다.

또한 폴리비닐알코올 섬유는 섬유 자신이 흡수성이 있어서 섬유가 알칼리 하에서 고온에 의해 가수분해를 일으킬 수 있고, 섬유를 혼입하지 않은 것에 비해 슬럼프가 현저히 저하하는 경향이 있다. 또한 뿜칠하는 숏크리트의 경우에 있어서 폴리비닐알코올 섬유를 보강섬유로 사용할 경우 뿜칠에 필요한 슬럼프를 확보하기 위하여 단위수량을 증가시킬 필요가 있고, 물 : 시멘트 비를 일정하게 하기 위하여 단위수량을 증가시킨 비율로 시멘트량을 증가할 경우에는 부정합이 발생하는 문제점이 있다.

또한 와이어 메쉬를 설치하는 방법은 숏크리트의 작업공정에 와이어 메쉬를 설치하는 공정이 하나 추가되고, 재료의 운반이나 취급의 작업시간이 많아서 공정의 싸이클에도 영향을 미치는 문제점이 있다.

또한 상기 강섬유 또는 와이어 메쉬는 결국 어느 정도 시간이 경과된 후엔 부식될 수밖에 없으며, 뒤이어 부식된 재료의 팽창작용으로 모체인 숏크리트의 박리현상(lamination)을 유발시키는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에 강섬유나 폴리비닐알콜 섬유 등을 대체하여 성형성이 양호하고, 경량이며, 저렴한 폴리올레핀계 섬유를 사용하는 것이 시도되고 있다(일본공개 특허공보 소58-18343호, 소61-301호, 소61-26510호, 소62-4346호, 소62-28106호, 평9-86984호, 평11-116297호 등).

폴리올레핀계 섬유는 일반적으로 섬도(纖度)가 0.01 내지 100 dr, 섬유길이가 0.5 내지 50 mm 정도의 단사나 집속사 또는 스플릿트사의 단섬유가 많이 사용된다. 이 섬유는 성상에 있어서 저섬도의 단섬유는 소위 "화이버볼"이라는 섬유괴가 생성될 수 있고, 이 때문에 비중이 높은 시멘트 복합체 내에 균일하게 분산되기 곤란한 문제점이 있다. 또한 분산성을 양호하게 하기 위하여 섬도를 키울 경우에는 시멘트와의 접착성이 열세가 되어 곡응력이 저하되고, 시멘트 메트릭스를 절단가공 등에 의한 파괴시 소위 "뽑힘(pull-out)" 현상이 발생되어 시멘트 메트릭스를 유지하기에 어려운 경향이 있다. 또한 저섬도의 긴 섬유는 섬유끼리 연결되어 시멘트 중에 분산하기가 어렵거나 시멘트 내에서 절곡될 때 시멘트 제품에 강도 하락을 발생시키는 것이 많다.

한편, 폴리올레핀계 섬유는 소수성이어서 시멘트 슬러리중에 섬유가 부상되는 현상이 발생하므로 폴리올레핀계 섬유에 친수성을 부여하여 양호한 침강성을 얻으며, 이렇게 분산성이 향상된 섬유와 시멘트가 균질하게 혼합되어 소정의 섬유 보강효과를 얻는 것이 알려져 있다(한국공고 특허공보 제94-5541호). 더욱이 폴리프로필렌계 섬유의 경우는 집속성을 개량하기 위하여 여러 가지 계면활성제로 표면처리도 한다. 그러나 시멘트 복합체에서의 뽑힘 현상을 개선하기 위하여 샌드페이퍼, 플라즈마 처리, 가열롤 처리(일본공개특허공보 평11-116297호) 등으로 섬유 표면에 요철을 부가하거나 커플링제 등으로 화학적인 처리를 하는 방법 등의 표면 개질 방법은 상기에서 설명한 뽑힘 현상을 완전히 개선하지 못하였다.

다른 한편으로, 폴리올레핀계 섬유는 비중이 0.91 정도로 가볍기 때문에 시멘트에 대하여 동일 용적의 섬유를 혼합하기 위하여 비중이 낮지 않은 것이 경제적이나, 비중이 낮고 소수성이 되면 콘크리트 중에 균일 분산하는 것이 비교적 곤란하다. 따라서 물과 섬유의 혼합순서나 혼합시간 등 혼합방법을 재검토를 할 필요가 있다.

또한 폴리올레핀계 섬유를 혼합한 콘크리트 혼합물을 숏크리트와 같이 뿜칠 시공하는 경우에 반발은 비교적 적어서 작업하기가 용이하나 섬유의 분산성이 슬럼프에 영향을 주고, 슬러프가 낮으면 뿜칠 작업이 곤란하고, 반대로 슬럼프가 크면 반발성이 커지는 경향이 있다.

따라서 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 시멘트 복합체에 혼합할 때 혼합초기에 섬유볼 현상이 발생하지 않는 폴리프로필렌계 보강섬유 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 시멘트 복합체 경화 후 파괴시 뽑힘현상이 없는 시멘트 복합체를 보강하는 폴리프로필렌계 보강섬유 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 숏크리트 조성물의 보강섬유로 사용되는 스틸섬유를 대체할 수 있는 폴리프로필렌계 보강섬유 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 콘크리트 슬럼프의 조정이 용이한 폴리프로필렌계 보강섬유 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 건설현장에서 용이하게 사용할 수 있는 폴리프로필렌계 보강섬유 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 섬도가 1000 내지 10000 g/9000m(denier)이고, 트위스트 정도가 40 회/m이상인 시멘트 복합체 보강용 트위스트(twist)형 폴리프로필렌계 섬유를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 시멘트 복합체 보강용 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법에 있어서,

a) 폴리프로필렌계 수지를 압출기에서 용융 방사하고, 냉각시켜서 필라멘트

섬유를 제조하는 단계;

b) 상기 a)단계에서 제조된 필라멘트 섬유를 연신하는 단계;

c) 상기 b)단계의 연신된 필라멘트 섬유를 가열 지역을 통과시키면서 길이

방향의 수직으로 꼬아서 트위스트형 섬유를 제조하는 단계; 및

d) 상기 c)단계의 트위스트형 섬유를 절단하는 단계

를 포함하는 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 제조방법에 있어서,

e) 상기 b)단계의 연신된 필라멘트 섬유를 엠보싱 처리, 또는 커플링제 화학처리로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 표면처리를 실시하는 단계를 더욱 포함할 수 있다

이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.

[작 용]

본 발명은 트위스트형 섬유를 시멘트 복합체의 보강섬유로 사용하여 시멘트 복합체가 양생 경화 후 외력에 의해 파괴될 때 보강섬유가 뽑힘현상 없이 보강섬유가 갖고 있는 인성에 의해서만 파괴되도록 한 것이다.

즉, 본 발명의 트위스트형 섬유는 유기합성 섬유이지만 시멘트 복합체의 보강섬유로 사용될 때 트위스트 구조 내에 시멘트 복합체가 차있기 때문에 뽑힘현상이 전혀 발생하지 않는다. 따라서 시멘트 복합체 내에서 유기합성 섬유 고유의 인성을 발휘하여 충분한 보강 역활을 할 수 있으며, 외력에 의한 파괴시에도 뽑힘 현상 없이 섬유의 인장강도로 충분히 견딘 후 시멘트 복합체가 파괴되도록 한 것이다. 특히 종래의 섬유경이 굵고 섬유표면에 요철만을 준 폴리프로필렌 섬유의 뽑힘현상 문제점을 해결할 수 있다.

또한 본 발명의 트위스트형 섬유는 트위스트형이므로 시멘트 복합체에 혼합될 때 일반적인 단사형 합성섬유와는 달리 근본적으로 섬유볼 현상이 발생하지 않는다. 즉, 섬도가 1000 데니아 이상 10000 데니아 정도이므로 종래의 일반적인 합성 보강섬유보다 섬유경이 크고, 섬유경 대비 섬유길이가 길지 않으며, 또한 트위스트형의 구조는 그 구조 때문에 섬유를 시멘트 복합체에 혼합할 때 구부러지지 않기 때문에 섬유볼 현상이 전혀 발생하지 않는다. 또한 섬유경이 굵기 때문에 시멘트 복합체에 분산될 때 떠다님 현상 없이 그대로 시멘트 복합체(슬러리 포함)에 분산될 수 있다.

이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 트위스트 섬유에 있어서, 섬유원료로 사용되는 폴리프로필렌계 수지는 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 또는 란탄 공중합체 등의 폴리프로필렌 공중합체 또는 그들의 혼합물을 사용하는 것이 가능하다. 이들 중에서 고강도, 내열성을 요구하는 시멘트 강화용으로서 프로필렌 단독 중합체가 바람직하다. 상기 폴리프로필렌계 수지 이외에도 나일론, 폴리비닐알콜, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌 등의 올레핀계 등이 적용 가능하다. 그러나 시멘트 복합체를 고려할 때에는 폴리프로필렌이 가장 바람직하다. 폴리프로필렌의 용융지수(MFR)는 연속적이고, 안정적인 생산을 위하여 0.1 내지 20 g/10min의 범위, 더욱 좋기로는 1 내지 5 g/10min의 범위의 것을 선택하는 것이 좋다.

본 발명의 폴리프로필렌 섬유는 섬유형상이 비교적 큰 모노필라멘트를 꼬은 다음에 절단한 단섬유의 형태이며, 이들의 제조방법은 특히 한정되지는 않지만 원형이나 타원형, 이형, 기타 연사형상의 다이스로부터 필라멘트를 압출한 제조기술을 채용한다.

본 발명의 트위스트형 보강섬유의 단면은 삼각형, 직사각형, 원형, 타원형, 십자가형 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 모노필라멘트 뿐만 아니라 멀티필라멘트의 경우에도 하나의 중심 축으로 회전시켰을 때 동심원이 2 개 이상 나타나는 모든 형태의 것을 단면으로 사용할 수 있다. 또한 압출 방사할 때 인접하여 연결된 슬롯을 2 개 이상 설비시켜 압출할 경우에 2 개 이상의 모노필라멘트가 붙어서 멀티필라멘트의 형태로 압출 방사하고 이를 트위스트 시킬 수도 있다. 그러나 시멘트 복합체의 보강섬유로 사용하는 것을 고려하여 저섬도의 섬유를 여러 가닥 꼬아서 제조하는 것보다는 모노필라멘트를 꼬거나 2 개 내지 3 개의 가닥이 붙어서 압출 방사된 멀티필라멘트를 꼬아서 제조하는 것이 바람직하다.

방사된 모노 또는 멀티 필라멘트는 열연신 및 열이완처리를 실시한다. 이 열처리에 있어서, 필라멘트의 강성을 높이는데 유리한 신율이 작은 시멘트 강화용으로 적당한 폴리프로필렌 모노필라멘트가 얻어진다. 이 열연신은 폴리프로필렌의 융점 이하, 연화점 이상의 온도 하에서 실시된다. 통상은 연신온도가 90 내지 150 ℃, 연신배율은 통상적으로 5 내지 12 배, 더욱 좋기로는 7 내지 9 배이다. 열연신법으로서는 열롤식, 열판식, 적외선조사식, 열풍오븐식, 열수식 등의 방법이 채용될 수 있다.

형성되는 폴리프로필렌 모노필라멘트의 단사 섬도는 1000 내지 10000 데니아로 하는 것이 중요하며, 더욱 좋기로는 2000 내지 7000 데니아이다. 단사섬도가 1000 데니아 미만이면 섬유가 가늘어서 콘크리트 혼화물중의 분산성이 불균일하여 화이버볼을 형성하기 쉽고, 시공성이나 보강성의 문제가 있고, 다른 한편으로 단사섬도가 10000 이상이 넘으면 섬유의 콘크리트 혼화물과의 접촉면적이 감소하여 곡응력에 대한 반발이 커져서 보강효과가 낮아져서 좋지 않다.

또한 멀티필라멘트의 경우 각각의 모노필라멘트의 단사 섬도의 합은 1000 내지 10000 데니아가 바람직하다. 특히 각각의 모노필라멘트의 섬도가 200 데니아 이하이면 트위스트 효과가 반감하여 시멘트 복합체에서 뽑힘현상이 발생할 수도 있다.

폴리프로필렌 필라멘트의 인장강도(항복점)는 2000 kgf/㎠ 이상이 좋고, 3000 kgf/㎠ 이상이면 더욱 좋다. 이 범위를 넘을 경우 시멘트 강화용 폴리프로필렌 섬유로서의 인성이 불충분하여 좋지 않다.

본 발명의 폴리프로필렌 필라멘트는 트위스트하기 전에 시멘트와의 부착성을 증가시키기 위하여 보강섬유의 외면을 표면처리 할 수도 있다. 이러한 표면처리는 엠보스 처리와 커플링제에 의한 화학처리가 있다.

엠보스 처리는 제조된 트위스트형 섬유를 요철이 조각된 가열 프레스 금형이나 가열된 롤러에 통과시키는 방법으로, 이렇게 처리된 섬유는 표면에 엠보스를 갖게 된다. 가열온도는 60∼150 ℃가 바람직하며, 150 ℃ 이상이면 섬유가 수축되며, 60 ℃ 이하이면 엠보스를 형성하기가 어렵다.

화학처리는 실란계, 지르콘알루미네이트계, 또는 티타네이트계로 이루어진 군으로부터 선택되는 커플링제(coupling agent)를 포함하는 용액에 이들 섬유를 침적하고 건조하는 가공으로 제조하는 것으로 시멘트와의 부착성이 매우 우수하다.

바람직한 커플링제로는 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란, γ-머켑토프로필 트리메톡시 실란, 메타크릴옥시기를 함유한 지르코알루미네이트, 및 이소프로필 트리이스스테아로일 티타네이트 등이 있다.

상기 엠보스처리와 화학처리는 둘 다 병행하여 처리하여도 무방하다.

본 발명의 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법에 있어서, 트위스트의 방법은 상기 모노 또는 멀티 필라멘트 섬유를 연신 축에서 가열구역으로 이송하면서 길이방향의 수직으로 꼬아서 달성된다. 가열구역의 온도는 80 내지 150 ℃이고, 온도에 따라서 이송속도를 달리 할 수 있다. 트위스트의 생성은 가열구역에서만 발생되고, 가열구역 이전, 및 가열구역을 벗어난 상태에서는 트위스트가 형성되지 않는다. 이는 폴리프로필렌의 열변형 온도를 이용한 것으로, 가열부분은 트위스트되고, 가열되지 않는 부분은 하나의 축역활을 한다. 특히 트위스트 정도는 미터당 40 회 이상이 바람직하다. 40 회 미만의 단섬유는 시멘트 복합체에서의 뽑힘 현상 개선이 어렵다. 생산성을 고려하면 100 회 내지 300 회가 바람직하다.

상기와 같이 제조된 트위스트형 폴리프로필렌 섬유는 소정의 길이로 절단하여 시멘트 강화용의 단섬유가 된다. 단섬유의 길이는 4 내지 70 mm, 좋기로는 12 내지 60 mm 이다. 섬유길이가 4 mm 미만이면 트위스트형으로의 성형효과가 없어서시멘트 성형체로부터 뽑힘현상이 발생할 수 있고, 70 mm를 넘으면 길이가 길어서 분산성이 불량이 될 수 있기 때문에 좋지 않다. 이들의 크기는 각종 시멘트 복합체에 포함되었을 때 휨강도, 압축강도 등의 강도 발현 및 시멘트 입자들의 포집에 유리한 것으로 설정된 것이며, 필요시 그 크기를 조절할 수 있다.

본 발명의 시멘트 복합체 보강용 트위스트형 폴리프로필렌 섬유는 부식문제나 알칼리 손상 문제를 해소한 화학적으로 안정된 섬유이며, 동시에 가장 경제적인 콘크리트 또는 숏크리트 보강재료이다. 또한 섬유형태가 트위스트형으로 뽑힘현상이나 섬유볼이 형성되지 않는 섬유이다.

한편 숏크리트 작업에 있어서, 본 발명의 섬유는 습식공법 및 건식공법에 모두 효과적으로 사용될 수 있다. 특히 건식공법에서는 종래의 저섬도의 폴리프로필렌 섬유는 약 15 의 섬유들이 공중으로 날아가 숏크리트에 첨가되지 못한 채 손실된다. 이러한 현상은 섬유가 노즐을 떠날 때, 실제로 건조한 상태에 있으며, 또한 혼합물에 모두가 접착될 시간이 없기 때문이다. 그러나 본 발명의 트위스트형 섬유는 섬도가 높고, 트위스트형의 공간은 접착 면적이 커서 손실이 적다.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 단 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정되는 것이 아니다.

[실시예]

실시예 1

(압출에 의한 트위스트형 보강섬유의 제조 - 모노필라멘트)

폴리프로필렌 수지(현대석유화학사 제조 H5300; MFR=3.4 g/10min, 연화점152 ℃, 열변형온도 104 ℃)을 통상의 압출 방법으로 1 개의 사각 슬롯을 가진 다이스를 통하여 240 ℃의 온도로 압출 방사하여 모노필라멘트 섬유를 제조하였다.

이를 냉각한 후 열풍 오븐식 연신 방법으로 열연신 온도 115 ℃, 열지연온도 120 ℃, 연신배율 6 배로 연신을 행하였다.

이 필라멘트 섬유를 양축의 지그에 섬유의 양단을 고정하고, 105 ℃ 온도의 오븐을 통과시키면서 지그의 한 축을 회전시키면서 미터당 40 회로 꼬고 오븐 통과 후에는 자연냉각하였다.

제조된 트위스트 섬유를 50 mm 단위로 프레스 절단하여 트위스트형 보강섬유를 제조하였다. 제조된 섬유의 단면은 사각이며, 정면은 원형으로 관찰되었다.

또한 이 섬유는 ASTM D1280에 의한 인장강도가 3600 kg/㎠이고, 이때의 섬도는 2170 g/9000m(denier)을 나타내었다.

실시예 2

(압출에 의한 트위스트형 보강섬유의 제조 - 멀티필라멘트)

실시예 1과 동일하게 트위스트형 보강섬유를 제조하되, 압출시 2 개의 사각 슬롯을 가진 다이스를 통하여 압출 방사하여 모노필라멘트 섬유를 제조하였다. 사각 슬롯은 각 사각 슬롯의 한 꼭지점이 붙은 것을 사용하였다.

이 섬유는 ASTM D1280에 의한 인장강도가 5000 kg/㎠이고, 이때의 섬도는 5000 g/9000m(denier)을 나타내었다.

실시예 3

(트위스트형 보강섬유의 엠보싱 처리)

상기 실시예 1에서 제조된 압출 후 연신된 필라멘트를 단차 0.5 mm의 요철이 조각된 100 ℃로 가열된 롤러에 통과시켜서 표면에 엠보스를 갖는 모노필라멘트를 제조하고, 실시예 1의 방법과 같이 꼬아서 트위스트형 보강섬유를 제조하였다.

이 섬유는 ASTM D1280에 의한 인장강도가 3000 kg/㎠이고, 이때의 섬도는 2100 g/9000m(denier)을 나타내었다.

실시예 4

(트위스트형 보강섬유의 화학처리)

상기 실시예 1에서 제조된 압출 후 연신된 필라멘트를 커플링제로 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 1.0 중량, 산화제로 벤젠퍼옥사이드 0.2 중량, pH 조정제로 초산 0.3 중량, 비이온 계면활성제 0.2 중량, 용제로 메탄올 15 중량, 물 83.3 중량의 조성을 갖는 커플링제 용액에 1 분간 침적하고, 이를 꺼내어 탈액한 후 95∼110 ℃에서 20 분간 건조하여 표면개질된 모노필라멘트를 제조하고, 실시예 1의 방법과 같이 꼬아서 트위스트형 보강섬유를 제조하였다.

이 섬유는 ASTM D1280에 의한 인장강도가 3330 kg/㎠이고, 이때의 섬도는 2350 g/9000m(denier)을 나타내었다.

실시예 5

(숏크리트 조성물 제조)

상기 실시예 1 내지 4의 각각의 트위스트형 보강섬유를 하기 표 1에 나타낸 숏크리트 조성물의 배합비와 같이 회전 드럼믹서에서 30 rpm의 속도로 5 분간 혼합하였다.

구 분	보강섬유	1 종시멘트	세골재(10 mm)	모 래(1∼3 mm)	배합수	유동화제	물/시멘트비
콘크리트(1 ㎥)	적량	400 kg	530 kg	1240 kg	194 kg	시멘트양의 0.2 중량	48.5 중량

(슬럼프 평가)

상기에서 숏크리트 조성물을 보강섬유의 양이 0.9, 3 kg/㎥ 되도록 첨가하여 KSF 2402의 슬럼프 시험방법에 따라서 보강섬유를 첨가하기 전과 보강섬유 및 유동화제를 첨가한 후로 나누어 슬러프 시험을 실시하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

(압축강도 평가)

상기에서 제조된 숏크리트 조성물을 보강섬유의 양이 3, 6 kg/㎥ 되도록 첨가하여 직경 10 cm, 높이 20 cm의 실린더 몰드에 주입 성형하고 1 일 경과하여 탈형한 후, 21 ℃의 항온수조에서 7 일, 28 일 수중 양생하고, ASTM C42-87의 압축강도 시험방법에 따라서 시험하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

(휨 강도 평가)

상기에서 제조된 숏크리트 조성물을 보강섬유의 양이 3, 6 kg/㎥ 되도록 첨가하여 15 x 15 x 450 mm의 몰드에 주입 성형하고 1 일 경과하여 탈형한 후, 21 ℃의 항온수조에서 7 일, 28 일 수중 양생하고, KSF 2408의 휨 강도 시험방법에 따라서 시험하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

(인성지수(toughness index) 평가)

섬유보강 특성의 하나인 인성지수는 주어진 변위까지의 흡수된 에너지를 최초의 균열이 발생한 변위까지의 흡수된 에너지로 나눈 값이며, 이 값이 클수록 파괴에 대한 저항력이 높다.

상기에서 제조된 숏크리트 조성물을 각각 10 x 10 x 35 cm의 몰드에 주입하여 성형하고 1 일 경과하여 탈형한 후, 21 ℃의 항온수조에서 7 일, 28 일 수중 양생하고, ASTM C1018의 인성지수 시험방법에 따라서 I₅및 I₁₀값을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

비교예 1

보강섬유로 섬도 50 dr의 일반 망사형 폴리프로필렌 섬유(SS산업 제조; 길이 38 mm)를 사용하고, 숏크리트에 첨가되는 양을 3, 6 kg/㎥으로 변경한 것 외에는 상기 실시예 5와 동일하게 숏크리트 조성물을 제조하고, 슬럼프 평가, 압축강도 평가, 휨 강도 평가, 및 인성지수 평가를 실시하였다.

비교예 2

보강섬유로 섬유경 1 mm의 코루게이트형 스틸 섬유(corrugated type steel fiber; 길이 50 mm)를 사용하고, 숏크리트에 첨가되는 양을 40, 60 kg/㎥으로 변경한 것 외에는 상기 실시예 5와 동일하게 숏크리트 조성물을 제조하고, 압축강도 평가, 휨 강도 평가, 및 인성지수 평가를 실시하였다.

구 분	실시예 5	비교예 1
섬유종류	실시예 1의 트위스트형섬유(길이 50mm)	망사형 폴리프로필렌섬유(길이 38 mm)
섬유량(kg/㎥)	0.9	3	3	6
슬럼프(mm/min)	섬유첨가 전	65	65	65	65
슬럼프(mm/min)	섬유 및 유동화제 첨가 후	140	120	110	70
공기량()	2.5	2.8	2.8	3.5

구 분	실시예 5	비교예 1	비교예 2
섬유종류	실시예 1의 트위스트형섬유 (길이 50 mm)	망사형 폴리프로필렌섬유 (길이 38 mm)	코루게이트형 스틸섬유(길이 50 mm)
섬유량(kg/㎥)	3	6	3	6	40	60
재령(일)	7	28	7	28	7	28	7	28	7	28	7	28
압축강도(mPa)	47.8	55.3	52.9	66.7	36.0	49.6	36.2	45.7	48.3	66.6	44.7	66.1
휨강도(mPa)	5.0	5.8	5.5	7.1	4.8	5.4	4.4	4.8	4.8	6.7	4.6	5.9
인성지수(I₁₀)	3.5	3.4	3.6	3.5	1.9	2.0	2.9	2.8	3.4	2.2	3.4	3.4
인성지수(I₅)	5.0	4.9	5.7	5.5	3.0	3.1	5.2	4.7	5.2	3.2	5.2	5.2

Claims

섬도가 1000 내지 10000 g/9000m(denier)이고, 트위스트 정도가 40 회/m이상인 시멘트 복합체 보강용 트위스트(twist)형 폴리프로필렌계 섬유.
제 1 항에 있어서,

상기 섬유가 모노필라멘트인 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유.
제 1 항에 있어서,

상기 섬유가 멀티필라멘트인 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유.
제 1 항에 있어서,

상기 시멘트 복합체가 숏크리트인 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유.
시멘트 복합체 보강용 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법에 있어서,

a) 폴리프로필렌 수지를 압출기에서 용융 방사하고, 냉각시켜서 필라멘트

섬유를 제조하는 단계;

b) 상기 a)단계에서 제조된 필라멘트 섬유를 연신하는 단계;

c) 상기 b)단계의 연신된 필라멘트 섬유를 가열 지역을 통과시키면서 길이

방향의 수직으로 꼬아서 트위스트형 섬유를 제조하는 단계; 및

d) 상기 c)단계의 트위스트형 섬유를 절단하는 단계

를 포함하는 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법.
제 5 항에 있어서,

e) 상기 b)단계의 연신된 필라멘트 섬유를 엠보싱 처리, 또는 커플링제 화학

처리로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 표면처리를 실시하는

단계

를 더욱 포함하는 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법.
제 6 항에 있어서,

상기 엠보싱 처리가 연신된 필라멘트 섬유를 요철이 조각된 60∼150 ℃의 온도로 가열된 프레스 금형, 또는 롤러에 통과시켜서 섬유표면에 요철을 형성시키는 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법.
제 6 항에 있어서,

상기 커플링제 화학처리가 연신된 필라멘트 섬유를 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란, γ-머켑토프로필 트리메톡시 실란, 메타크릴옥시기를 함유한 지르코알루미네이트, 및 이소프로필 트리이스스테아로일 티타네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 커플링제를 포함하는 용액에 침적시킨 후 건조하는 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 a)단계의 필라멘트가 모노필라멘트 또는 멀티필라멘트인 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법.
제 9 항에 있어서,

상기 멀티필라멘트의 모노필라멘트 수가 2 또는 3 인 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법.
제 9 항에 있어서,

상기 멀티필라멘트는 각각의 모노필라멘트의 섬도 합이 1000 내지 10000 데니아인 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 b)단계의 연신된 섬유의 섬도가 1000 내지 10000 데니아인 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 c)단계의 트위스트 정도가 미터당 40 회 이상인 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 c)단계의 가열지역의 온도가 80 내지 150 ℃인 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 d)단계의 절단길이가 4 내지 70 mm인 트위스트형 폴리프로필렌계 섬유의 제조방법.