KR20030016177A - 콘크리트 강화요소의 제조공정 - Google Patents

콘크리트 강화요소의 제조공정 Download PDF

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Abstract

콘크리트 강화요소의 제조공정으로, 이 공정은 수지재료로 상호 평행하게 배치된 복수의 섬유를 묶어 섬유다발을 형성하고, 일 방향으로 연장하는 섬유다발을 다른 방향으로 연장하는 섬유다발에 교차시켜 격자를 형성하며, 이러한 작업을 반복적으로 수행하여 일 방향으로 연장하는 섬유다발과 다른 방향으로 연장하는 섬유다발이 상기 격자의 교차위치에서 적층되는 단위 라미네이트를 형성하는 것; 상기 형성된 단위 라미네이트 상에 격리판을 올리고 추가로 이 격리판 상에 제2 단위 라미네이트를 형성하며, 이러한 작업을 반복적으로 수행하여 단위 라미네이트의 사이에 삽입된 격리판을 가지는 다층 라미네이트를 형성하는 것; 이 다층 라미네이트를 가압하여 일 방향으로 연장하는 섬유다발과 다른 방향으로 연장하는 섬유다발이 상기 격자의 교차위치에서 접촉-결합되도록 하는 것을 포함한다.

Description

콘크리트 강화요소의 제조공정{PROCESS FOR PRODUCING A CONCRETE REINFORCING COMPONENT}
본 발명은 콘크리트 구조물의 일 부분에 들어가는 강화요소를 제조하는 공정및 이 공정에 의해 생성된 제품에 관한 것이다.
콘크리트 구조물의 일 부분에 들어가는 강화요소로서, JP-A-62-153449 호에 개시된 바와 같은, 콘크리트 강화요소는 다음과 같은 방법으로 얻어지는데, 서로 평행하게 배치된 복수의 섬유가 묶여져 섬유다발을 형성하고, 이 섬유다발은 서로 교차되어져 격자형상이 되고, 일 방향으로 연장하는 섬유다발과 다른 방향으로 연장하는 섬유다발이 격자의 교차위치에서 3층 이상으로 적층되는 방법이 사용된다. 도 1은 콘크리트 강화요소의 사시도를 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 강화요소는 서로 교차하여 격자를 형성하는 섬유다발로 이루어진다. 도 2는 교차위치에서의 강화요소의 단면도를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 수지재료(4)로 결합된 복수의 섬유(2) 로 이루어진 섬유다발(2a, 2b)들은 교대로 적층된다.
종전에는, 이러한 콘크리트 강화요소를 다음과 같은 방법을 통해 얻어왔는데, 이는, 필라멘트 와인딩 포메이션(filament winding formation)으로 섬유다발을 격자형상으로 서로 교차하여 라미네이트를 얻고, 이 라미네이트를 교차위치의 가압중에 가열하거나, 교차위치의 가압 후에 가열하여, 한번에 하나의 몰드로부터 하나의 생성 제품을 얻는 것이다.
이러한 공정에 따르면, 강화요소에 요구되는 물성을 적절하게 유지할 수 있고, 적절한 치수와 형상을 가진 제품을 얻을 수 있었다. 그러나, 예컨대 몰드 수의 제한과 같은 측면에서, 생산성이 낮고, 생산비용이 상승하는 경향이 있다.
상기한 문제를 해결하기 위해, 보다 향상된 생산성으로 콘크리트 강화요소를 제조하는 공정을 제공하는 것이 본 발명의 일 목적이다.
도 1은 콘크리트 강화요소의 사시도이다.
도 2는 교차위치에서의 콘크리트 강화요소의 부분 단면도이다.
도 3은 필라멘트 와인딩 포메이션에 사용된 장치의 평면도이다.
도 4는 도 2의 2a, 2b 부분의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의해 얻어진 다층 라미네이트의 종단면도이다.
도 6은 각 라미네이트가 얇기 때문에 스페이서가 사용되지 않는 경우의 다층 라미네이트의 종단면도이다.
도 7은 교차위치를 가압하기 위해 복수의 추(weight)를 사용하는 가압방법을 설명하는, 다층 라미네이트의 종단면도이다.
도 8은 교차위치를 가압하기 위해 턴버클(turnbuckle)방법을 사용한, 다층 라미네이트의 종단면도이다.
상기한 목적을 이루기 위해, 본 발명은 콘크리트 강화요소의 제조공정을 제공하며, 이 공정은, 수지재료로 상호 평행하게 배치된 복수의 섬유를 묶어 섬유다발을 형성하고, 일 방향으로 연장하는 섬유다발을 다른 방향으로 연장하는 섬유다발에 교차시켜 격자를 형성하며, 이러한 작업을 반복적으로 수행하여 일 방향으로 연장하는 섬유다발과 다른 방향으로 연장하는 섬유다발이 상기 격자의 교차위치에서 적층되는 단위 라미네이트를 형성하는 것; 상기 형성된 단위 라미네이트 상에 격리판을 올리고 추가로 이 격리판 상에 제2 단위 라미네이트를 형성하며, 이러한 작업을 반복적으로 수행하여 단위 라미네이트의 사이에 삽입된 격리판을 가지는 다층 라미네이트를 형성하는 것; 이 다층 라미네이트를 가압하여 일 방향으로 연장하는 섬유다발과 다른 방향으로 연장하는 섬유다발이 상기 격자의 교차위치에서 접촉-결합(contact-bonded)되도록 하는 것을 포함한다.
본 발명의 콘크리트 강화요소의 제조공정에서는, 서로 교차하는 섬유다발의 평면의 직각 방향에서 다층 라미네이트를 가압함으로써, 바람직하게 섬유다발이 접촉-결합된다.
본 발명 콘크리트 강화요소의 제조공정에서는, 단위 라미네이트의 두께를 한정하도록, 스페이서 (spacer)가 라미네이트의 격자에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 콘크리트 강화요소의 제조공정에서는, 단위 라미네이트의 치수를한정하도록, 안내판(guide plate)이 라미네이트의 주변부에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 본 발명의 공정에 의해 생성된 다층 라미네이트를 제공한다.
또한, 본 발명은 콘크리트 강화요소의 제조공정을 제공하는데, 이 공정은, 본 발명의 다층 라미네이트의, 상호 교차하는 섬유다발의 평면 상의 4 측면의 에지를 절단하여, 상기 다층 라미네이트를 복수의 단위 라미네이트로 분리하여 단위 라미네이트들을 얻는 것을 포함한다.
이하, 바람직한 실시예를 참조로 상세하게 본 발명을 기술한다.
본 발명의 콘크리트 강화요소의 제조공정은, 복수의 단위 라미네이트가 격리판을 수단으로 적층되어 다층 라미네이트를 형성하는 것을 특징으로 한다.
단위 라미네이트의 제조
단위 라미네이트를 제조하는 방법으로서, 다음의 방법이 거론될 수 있으나, 그 방법은 여기에 한정되지 않고, 다른 방법을 통해 단위 라미네이트가 제조될 수 도 있다.
본 발명의 콘크리트 강화요소의 제조공정에서, 필라멘트 와인딩 포메이션이 섬유다발을 교차하여 격자형상으로 만들고, 서로 교차하는 섬유다발을 적층하는데 사용된다. 도 3에 도시된 장치를 참조로 구체적인 공정을 설명한다. 도 3의 장치는 테이블(platen)(10), 테이블(10)의 주변부에 배치된 안내 프레임(11), 및 테이블(10)의 외부 표면 상에 나란이 배치되고 각각 강화요소의 가로 또는 세로 요소에 대응하는 핀(12)을 포함한다. 상호 평행하게 배치된 복수의 연속섬유는 수지재료에 함침되어 섬유다발이 얻어지고, 이 섬유다발들은 한번의 찌르기로 가로 방향 및 세로 방향의 대응 핀(12) 으로 순차적으로 고정되며, 섬유다발들은 상호 교차되어 격자를 형성하고, 세로 방향의 섬유와 가로 방향의 섬유는 예컨대 3층 이상으로 적층된다. 도 4는 교차위치에서 섬유다발 2a 및 2b의 부분 확대도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 섬유다발(2a, 2b)의 교차위치에서, 복수의 섬유(2)를 결합함으로써 얻어진 각각의 섬유다발(2a, 2b)은 상호 교차되고 서로 적층된다.
다층 라미네이트의 제조
본 발명에서는, 상술한 바와 같이 얻은 단위 라미네이트 상에, 격리판이 올려지고, 이 격리판 상에 상술한 작업이 동일하게 행해져, 추가로 제2 단위 라미네이트를 형성한다. 이러한 작업이 반복되어 행해져 단위 라미네이트의 사이에 삽입시킨 격리판으로 단위 라미네이트가 서로 적층된 다층 라미네이트가 얻어진다. 도 5는 본 발명의 공정에 의해 얻어진 다층 라미네이트의 종단면도이다. 도 5에서, 보다 용이한 이해를 위해서, 도면에 대해 가로 방향으로 연장하는 섬유다발은 도시되지 않는다. 이러한 사항은 이하의 도 6 및 도 7에도 적용된다. 단위 라미네이트(섬유다발)(50)는 그들 사이에 삽입된 격리판(51)을 수단으로 다층 라미네이트로 적층되어 있음을 도 5로부터 확인된다. 참조번호 52는 이후 언급되는 바와 같이, 스페이서를 가리키고, 참조번호 54는 섬유다발이 고정되는 핀을 가리킨다.
본 발명의 공정에서, 복수의 단위 라미네이트는 상술한 바와 같이, 단위 라미네이트의 사이에 삽입되는 격리판을 수단으로 적층되며, 그리고 나서, 가압되어 단위 라미네이트를 구성하는 섬유다발의 교차위치가 접촉-결합되게 한다. 이러한 작업에 의해, 단위 라미네이트의 두께가 균일하게 된다.
여기서, 수지재료의 열경화(heat curing) 또는 광-세팅(photo-setting)이 가압시에 또는 가압 후에 행해진다.
격리판은, 섬유다발의 교차위치가 적절하게 접촉-결합되는 동안 다른 단위 라미네이트를 구성하는 섬유다발의 접촉결합을 막고, 다층 라미네이트가 형성된 후, 각 단위 라미네이트가 용이하게 분리될 수 있는 한 어떠한 것도 될 수 있다. 격리판은, 예컨대, 셀로판 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 함유하는 폴리에스테르 필름과 같은 배출(release)필름, 폴리테트라플루오르에틸렌과 같은 플루오르 수지로 만들어진 시트와 같이 배출용으로 사용된 시트재, 또는 금속판 또는 예컨대 스테아르산 형태, 실리콘(silicone) 형태, 왁스 형태 또는 폴리비닐 알콜 (PVA) 형태로 수지 필름 상에 도포되는 배출 작용제를 가지는 수지 필름일 수도 있다.
또한, 엠보싱된 격리판이 사용될 때, 함몰과 돌출이 라미네이트의 표면에 주어지고, 그리하여 콘크리트에 대한 접착 특성을 증가시킨다.
본 발명의 공정에서는, 필요한 경우, 원하는 두께로 단위 라미네이트를 형성하도록, 원하는 높이를 가지는 스페이서를 미리 격자에 배치할 수 있다. 도 5 에서, 스페이서(52)들은 섬유다발(50) 사이, 즉 격자에 배치되고, 이로써, 단위 라미네이트의 원하는 높이가 유지될 수 있다. 도 5에서, 참조번호 51은 격리판을가리킨다. 모든 스퀘어(square)에 스페이서를 배치할 필요는 없으며, 가압시에 격자에 가해지는 압력이 일정해지도록, 필요한 수의 스페이서가 배치될 수 있다.
스페이서의 높이는, 생성되는 콘크리트 강화요소의 두께에 따라서, 임의로 선택될 수 있다. 또한, 개별적인 단위 라미네이트용으로 다른 높이를 가지는 스페이스가 사용될 수 있고, 이로써, 다른 두께를 가지는 단위 라미네이트가 동시에 얻어질 수 있다.
또한, 이하 설명되는 안내판이 스페이서와 함께 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 스페이서를 사용하는 것이 원하는 두께를 가지는 콘크리트 강화요소를 얻는데 바람직하지만, 격자형상에서 최종 단위 라미네이트의 두께가 약 1mm 내지 약 3mm 와 같은 얇은 단위 라미네이트를 형성하는 경우, 어떤 경우에는 구조적인 측면에서 스페이서를 사용하기 어려울 수 있다. 이 경우, 안내판을 사용하는 것이 바람직하다. 도 6은 각 단위 라미네이트가 얇고 스페이서가 사용되지 않는 다층 라미네이트의 종단면도를 도시한다. 도 6에서, 참조번호 60은 섬유다발을 가리키고, 참조번호 61은 격리필름을 가리킨다. 안내판(63)은 격자형상에서, 핀(65) 안쪽의, 라미테이트의 주변부에 배치된다. 도시되지는 않았지만, 도면에 수직인 방향의 주변부에도 또한 안내판(63)이 배치된다.
안내판(63)은 구멍 또는 홈을 가지는 판 형상인데, 이 구멍 또는 홈을 통해 핀(62)을 향해 연장하는 섬유다발이 통과하여, 가압시에 단위 라미네이트의 치수 및 형상을 유지한다. 안내판(63)은 격리필름으로 덮이거나, 배출 작용제로 도포되어, 가압시에 섬유다발의 접촉결합을 막는다. 도 5에 도시된 바와 같이 스페이서가 사용되는 경우에도 안내판(63)을 사용하는 것이 바람직하다. 안내판(63)의 높이 및 위치는, 단위 라미네이트의 크기 및 다층 라미네이트의 높이에 따라, 임의로 선택될 수 있다.
그러나, 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고, 본 발명은 스페이서 또는 안내판을 사용하지 않고도 수행될 수 있다.
다층 라미네이트의 가압방법으로는, 단위 라미네이트의 섬유다발의 교차위치가 일정하게 가압될 수 있다면 어떠한 방법도 가능하나, 서로 교차하는 섬유다발 평면의 직각 방향에서 다층 라미네이트가 가압되는 것이 바람직하다. 가압수단으로서는, 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 금속 덩어리 또는 모래나 금속 입자를 가지는 백 등의, 복수의 추(73)가 다층 라미네이트(70)의 상부에 놓여져, 섬유다발의 교차위치에서의 하중이 일정하게 될 수 있다. 참조번호 71은 핀을 가리키고, 참조번호 72는 안내판을 가리킨다. 도면에 대해 길이방향의 섬유다발과 격리판은 보다 양호한 이해를 위해 도시되지 않는다. 그렇지 않으면, 다층 라미네이트의 모든 길이방향 또는 라미네이트의 전 상부 표면을, 덮는 막대 또는 추가 가압을 위해 다층 라미네이트의 상부에 놓여져야 할 것이다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 다층 라미네이트(80)는 박스 프레임(82)으로 형성될 수 있으며, 이송 나사(feed screw)(83)로 프레임으로부터 저항력(counterforce)이 가해질 수 있어, 라미네이트(80)는 턴버클 방식으로 가압될 수 있다. 이러한 방식에 의해, 강화요소의 구획형상에 따라, 격자 면적당 100∼200 kg/m2의 하중을 가함으로써,섬유다발의 교차위치가 적절하게 접촉-결합될 수 있다. 도 8에서, 참조번호 81은 핀을 가리킨다.
도 3에 도시된 것과 같은 장치로, 섬유다발이 상호 적층된 경우에, 격자 밖의 핀(12) 상에 고정된 섬유다발은, 가압 및 수지재료의 경화 후에 절단되어, 다층 라미네이트는 테이블로부터 꺼내지고, 따라서 격자에서 돌출되어 자락으로 존재하는 섬유다발은 제품 제조시에 잘려나감으로써, 재료가 낭비된다. 핀(12)이 움직일 수 있고 격자로부터 뽑아질 수 있을 때, 다층 라미네이트는 그대로 테이블로부터 꺼내질 수 있고, 격리판을 제거함으로써, 각 단위 라미네이트가 분리될 수 있어 복수의 단위 라미네이트를 얻는다. 따라서, 자락이 발생하지 않을 것이고 모든 섬유다발이 격자를 구성하여, 재료의 수율이 향상된다.
본 발명의 다층 라미네이트는, 복수의 단위 라미네이트가 이들 사이에 삽입된 격리판을 수단으로 서로 적층되고, 가동 핀을 사용한 상기의 방법과 테이블로부터 다층 라미네이트를 꺼냄으로써 얻을 수 있는 다층 라미네이트이다.
단위 라미네이트를 구성하는 섬유다발이 안내판 상에 형성된 구멍을 통과하기 때문에, 다층 라미네이트는 안내판에 고정되고, 따라서 다층 라미네이크가 테이블로부터 꺼내질 때도, 단위 라미네이트는 분리되지 않고 다층의 형상으로 유지된다. 따라서, 다층의 상태로 라미네이트를 운반할 수 있고, 사용시에, 격자 상의 네 측면의 에지를 절단함으로써, 즉 서로 교차하는 섬유다발의 네 측면의 에지를 절단함으로써, 다층 라미네이트는 복수의 단위 라미네이트로 분리될 수 있다.
단위 라미네이트를 구성하는 섬유다발의 교차는 직사각형 교차에 한정되지않고, 편향된 교차일 수도 있다. 이 경우, 전체 격자의 형상은 직사각형에 한정되지 않고, 사방형(rhombus)일 수 있다. 또한, 개별 단위 라미네이트의 형상은 평면에 한정되지 않고, 터널의 벽과 같이 만곡된 형상일 수 있다. 이러한 만곡된 형상의 라미네이트는 평평한 테이블 대신에 만곡된 테이블을 사용하고 만곡된 가압 추를 사용함으로써 형성될 수 있다.
본 발명에서, 단위 라미네이트의 수는 특별히 한정되지 않으며, 라미네이트의 수요와 제조에 사용된 안내판의 높이에 따라 임의로 선택될 수 있다.
본 발명에서, 섬유다발을 구성하는 섬유는 섬유강화 복합재료에 사용되는 어떠한 섬유라도 될 수 있고, 주로 유리 섬유와 탄소 섬유를 들 수 있다. 그러나, 금속 섬유, 알루미나 섬유, 탄화실리콘 섬유, 질화실리콘과 같은 세라믹 섬유, 또는 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유 또는 폴리아릴레이트(polyarylate)와 같은 합성수지 섬유 등 다른 섬유들도 사용될 수 있다.
본 발명에서, 섬유가 함침되는 수지재료는, 섬유강화 플라스틱의 제조에 사용되는 어떠한 수지재료도 될 수 있고, 예컨대, 비닐 에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지 또는 페놀 수지와 같은 열경화성 수지가 사용되는 것도 바람직할 수 있다.
이하, 실시예를 참조로 보다 상세하게 본 발명을 기술한다. 그러나, 본 발명은 결코 이러한 특정 실시예에 한정되지 않는 것으로 이해되어져야 한다.
도 3의 장치를 이용할 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 격리판 필름(폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름)과 스페이서(높이 : 4mm)를 사용하는 방식에서, 강화재 D6에 상당하는 5개 층의 탄소 형태 콘크리트 강화요소 CR6 (평면 격자, 두께 ×너비 : 4 ×4.4mm, 격자공간 : 50mm)를 가지는 다층 라미네이트가, 탄소섬유(단일 필라멘트 직경 : 8 ㎛) 및 비닐 에스테르 수지를 이용하여 형성된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 라미네이트의 추정된 면적의 m2당 100 kg 의 추가 라미네이트의 상부에 올려져, 라미네이트에 가해진 하중은 일정하게 되고, 이 상태의 라미네이트가 경화 오븐에 놓여지며, 2시간 동안 60℃ 에 유지하여 비닐 에스테르 수지를 경화한다. 그 결과, 단위 라미네이트의 교차위치가 적절하게 접촉-결합되고 경화된 것이 확인되었다. 또한, 한번에 하나의 몰드로부터 하나의 제품을 형성하는 종래의 공정과 비교할 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 필요한 장치의 수는 통상 필요로 하는 장치 수의 1/4 내지 1/5 로 감소되어졌고, 콘크리트 강화요소의 단위시간당 생산량은 3배 내지 4배로 증가한 반면, 콘크리트 강화요소의 강도 등 특성은 만족할만 하다.
본 발명의 공정에 의하면, 복수의 콘크리트 강화요소가 동시에 제조될 수 있게 되어, 콘크리트 강화요소의 생산성을 증가시킨다. 또한, 본 발명의 공정에 의하면, 예컨대 다른 치수를 가지는 콘크리트 강화요소가 하나의 제조공정에서 동시에 제조될 수 있다.
본 발명의 다층 라미네이트는 복수의 단위 라미네이트를 포함하는 하나의 다층 구조로 운반될 수 있다. 사용시에, 서로 교차하는 섬유다발 평면의 네 측면의 에지를 절단함으로써, 다층 라미네이트는 복수의 단위 라미네이트로 분리되고,이로써 단위 라미네이트를 얻을 수 있다. 이렇게 얻어진 단위 라미네이트는, 철도용 통신 케이블의 트로프(trough), 바닥 덮개, 또는 방수 터널 및 지하 터널용 실드머신용 수직 샤프트와 같은, 건축 또는 토목공학용의 콘크리트재의 강화요소로서 유용하다.

Claims (6)

  1. 콘크리트 강화요소의 제조공정으로, 이 공정은,
    수지재료로 상호 평행하게 배치된 복수의 섬유를 묶어 섬유다발을 형성하고, 일 방향으로 연장하는 섬유다발을 다른 방향으로 연장하는 섬유다발에 교차시켜 격자를 형성하며, 이러한 작업을 반복적으로 수행하여, 일 방향으로 연장하는 섬유다발과 다른 방향으로 연장하는 섬유다발이 상기 격자의 교차위치에서 적층되는 단위 라미네이트를 형성하고;
    이 형성된 단위 라미네이트 상에 격리판을 올려 이 격리판 상에 제2 단위 라미네이트를 추가로 형성하며, 이러한 작업을 반복적으로 수행하여, 단위 라미네이트의 사이에 삽입된 격리판을 가지는 다층 라미네이트를 형성하며;
    이 다층 라미네이트를 가압하여, 일 방향으로 연장하는 섬유다발과 다른 방향으로 연장하는 섬유다발이 상기 격자의 교차위치에서 접촉-결합되도록 하는 것을 포함하는 콘크리트 강화요소의 제조공정.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다층 라미네이트가 서로 교차하는 섬유다발의 평면의 직각 방향으로부터 가압되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 강화요소의 제조공정.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 단위 라미네이트의 두께를 한정하는스페이서가 상기 라미네이트의 격자에 배치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 강화요소의 제조공정.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단위 라미네이트의 치수를 한정하는 안내판이 상기 라미네이트의 주변부에 배치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 강화요소의 제조공정.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 다층 라미네이트.
  6. 콘크리트 강화요소의 제조공정으로서, 제 5 항에 따른 다층 라미네이트의, 상호 교차하는 섬유다발의 평면 상의 4 측면의 에지를 절단하여, 상기 다층 라미네이트를 복수의 단위 라미네이트로 분리하여 단위 라미네이트들을 얻는 것을 포함하는 콘크리트 강화요소의 제조공정.
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