KR200357332Y1 - 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트 - Google Patents

Abstract

본 고안은 필라멘트 와인딩법에 의해 제작한 에프알피(FRP:Fiberglass Reinforced Plastic) 덕트에 관한 것으로, 일정한 곡률을 지닌 형틀(mold)을 와인딩 머신에 장착하여 불포화 폴리에스테르 수지를 1차 성형한 후, 로빙얀(roving yarn)을 연속적으로 감으며 동시에 불포화 폴리에스테르 수지를 함침시켜 성형한 덕트에 관한 것이다. 필라멘트 와인딩법으로 성형하여 사각형의 단면을 지니며 내식성, 단열성 및 공간활용성과 작업성이 우수한 덕트를 제공함으로써 반도체, LCD 모니터생산 공장 및 화학공업단지의 대규모 공장에서 공기조화 또는 폐가스의 유로를 확보하기 위해 사용될 수 있다.

Description

필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트{A FRP duct made by fillament-winding method}

본 고안은 각종 산업 현장에서 공조 또는 폐가스 이송을 위해 사용되는 덕트(Duct)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양측 말단에 플랜지를 구비하여 다수의 덕트를 연결함으로써 원하는 길이의 유로를 형성할 수 있으며, 덕트 자체의 내식성 및 내마모성을 향상시켜 내구성을 확보한 FRP(Fiberglass Reinforced Plastics, 섬유강화플라스틱) 재질의 덕트에 관한 것이다.

FRP는 기존 플라스틱의 단점인 낮은 내충격성과 낮은 인장강도를 보완하기 위해 불포화 폴리에스테르, 에폭시수지 등의 열경화성 수지등의 플라스틱(모재)에 유리섬유, 탄소섬유 및 케블라(Kevlar:미국 뒤퐁사의 상품명)등의 방향족 나일론섬유인 보강재를 투입하여 제조한 것으로 가장 일반적으로 사용되는 불포화폴리에스테르를 유리섬유로 보강하면 큰 인장강도와 내충격성을 가지는 재료가 된다. 또한, 모재의 성분에 따라 산(Acids), 알카리(Alkalies), 염(Salt) 용제류 등에 대해 우수한 내식성을 지닌 내식용 FRP를 제조할 수 있다.

통상적인 FRP의 장점으로는 비중이 철에 비해 약1/5정도로 대단히 가벼운 반면, 중량에 대한 강도비가 크기 때문에 수송이나 설치, 부착공사가 용이하고 대형기기, 탱크, 파이프, 환경오염방지시설, 화학장치, 기타 산업 설비 제작에 여타 재료에 비해 강점을 지니는 것이다. 뿐만 아니라, 열경화성 수지를 주로 사용하여 열가소성수지와 같이 고온에서도 연화하거나 변형되지 않고 또한 저온에서도 부서지거나 크랙(Crack)이 생기지 않으며, 열전도율이 철의 1/200정도로 적고 단열성이 양호하므로 보온, 보냉이 필요치 않고 열손실이 적은 장점이 있다.

일반적으로 FRP(Fiberglass Reinforced Plastic)의 성형방법에는 ① Spray up 성형법 ② Resin Injection 성형법 ③ 필라멘트 와인딩(Filament Winding)성형법 ④ Cold press 성형법 ⑤ SMC 성형법 ⑥RTM 성형법 ⑦ 인발(Pultrusion)성형법 ⑧ 열 프레스 성형법 등이 알려져 있다. 본 고안에서는 일반적인 덕트의 구조가 축대칭인 점을 감안하여 필라멘트 와인딩 성형법을 이용하여 사각의 단면을 지닌 덕트를 제공하고자 한다.

덕트는 공기의 유로를 형성하기 위해 사용되는 것으로 공간활용성 및 효율성을 위해 사각형 또는 원형의 단면을 지닌다. 일반적인 공조를 위해서는 내식성 및 내마모성이 뛰어난 FRP 재질로 제작되는 덕트는 그 단면의 형상에 따라 적절한 성형법을 사용하여 제조될 수 있다. 일반적으로는 단면 형상에 따른 성형의 용이성에 따라 사각 덕트는 에프알피 성형기법 중 핸드레이업법(hand lay up method)으로 제작될 수 있으며, 원형 덕트는 필라멘트 와인딩법(filament winding method)으로 제작된다.

핸드레이업법은 수작업에 의한 것으로 유리섬유 매트에 수지(불포화 폴리에스테르계 수지)를 적셔 일정 두께까지 적층하여 원하는 형상을 만드는 방법으로, 성형성이 우수하여 주로 사각 단면 형상을 가진 덕트나 스크라버, FRP 판 등의 제조에 이용되고 있다. 반면, 필라멘트 와인딩법은 유리섬유사를 수지에 함침시켜 일정 두께까지 회전하는 몰드(mold)에 감는 기계적인 공법으로 주로 파이프나 압력용기 등과 같은 축 대칭 복합재료 구조물의 제작에 이용된다.

그러므로, 필라멘트 와인딩법을 적용할 경우 기계화가 가능하여 수작업에 의한 핸드레이업법에 비해 대량 생산이 용이하고 제작 기간의 단축, 재료비 및 인건비의 절감, 품질의 균일성 등의 장점이 있다.

한편, 통상의 덕트는 아연도금 강판을 사용한 경우가 많으며, 상기 필라멘트와인딩법을 통해 제조된 원형 단면을 지닌 FRP 로 제조된 덕트가 흔히 사용된다. 원형의 단면을 지닌 덕트는 공간활용의 측면에서 사각 단면을 지닌 덕트에 비해 단점을 나타내고 있으며, 가공이 간편한 아연도금 강판으로 제조된 사각 단면의 덕트는 내식성 및 열손실의 측면에서 단점을 보이고 있는 것이다.

따라서 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 강화플라스틱(FRP)을 필라멘트 와인딩법으로 성형하여 사각형의 단면을 지니며 내식성, 단열성 및 공간활용성과 작업성이 우수한 덕트를 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안의 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트의 단면도이다.

도 2는 본 고안의 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트의 투시사시도를 나타낸 것이다.

도 3은 본 고안의 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트의 성형상태를 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 고안의 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트의 플랜지를 결합하여 사용하는 실시예를 나타낸 것이다.

※ 도면부호의 설명

10. 덕트 11. 플랜지

12. 서페이스 매트(surface mat) 13. 로빙얀(roving yarn)

14. 촙드 스트랜드 매트 (chopped strand mat)

15. 패브릭 매트(fabric mat) 16. 표면처리용 매트(beil)

20. 보강파이프 21. 보강파이프 지지대

30. 몰드(mold) 31. 외부 보강재

따라서, 본 고안의 목적은, 공조 및 폐가스 이송 등에 사용되는 덕트(10)에 있어서, 몰드의 표면에 불포화 폴리에스테르 수지가 함침된 서페이스 매트(12), 촙드 스트랜드 매트(14)가 순차적으로 성형되어 사각형의 단면을 지닌 1차 성형물을 구성한 후 몰드(30)를 회전시키며 불포화 폴리에스테르 수지가 함침된 로빙얀(roving yarn,13)을 일정 두께에 이르도록 연속적으로 감은뒤 패브릭 매트(15), 표면처리용 매트(16)로 표면을 완성하여 제조한 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트를 제공하는 것이다.

또한, 상기 덕트(10)는 그 내부에 FRP 재질의 보강 파이프(20)가 십자형으로 보강되어 있음을 특징으로 한다.

또한, 상기 덕트(10)는 말단부에 형성된 플랜지(11)를 통해 다수의 덕트를 연결함으로써 사용자가 원하는 길이의 유로를 형성할수 있음을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트의 단면도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, 에프알피(FRP)로 제조된 본 고안의 덕트는 사각형의 단면 형상을 지니는 것으로, 덕트의 본체 형상을 유지하기 위하여 보강파이프 지지대(21)가 내부에 구비되어 보강파이프(20)를 십자형으로 설치한다. 또한, 플랜지(11)를 돌출시켜 폐가스의 유로를 충분히 확보하기 위하여 각각의 덕트를 연결하도록 한다. 이때 각 덕트 사이에는 기체의 누설을 방지하기 위하여 가스켓 삽입 및 패킹작업을 한다.

도 2는 본 고안의 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트의 사시도를 나타낸 것이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, 기체의 유로를 확보하기 위해 사용되는 본 고안의 덕트는 사각형의 단면을 지니고, 길이가 긴 덕트의 경우 상부면이 처지는 현상이 발생할 수 있어 보강을 위해 보강파이프(20)와 보강파이프지지대(21)가 중앙부에 구비된다.

도 3은 본 고안의 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트의 성형상태를 나타내는 단면도이다. 본 도면에서는 본 고안의 덕트를 성형하는 과정이 완료된 상태의 단면을 나타낸 것이다. 몰드(mold, 30)의 외부를 불포화 폴리에스테르 수지가 함침된 서페이스 매트(12), 촙드 스트랜드 매트(14)를 도포하여 전체 덕트 두께의 30% 정도로 1차 성형작업을 한 뒤 상기 불포화 폴리에스테르 재질이 함침된 로빙얀(13)을 감는 작업이 진행된다. 이후 패브릭 매트(15), 표면처리용 매트(16)로 표면을 완성한 후 몰드에서 이탈시키는 것이다.

일반적인 필라멘트 와인딩 성형기는 몰드 즉, 심축의 회전 속도와 섬유의 공급위치를 이동시키는 캐리지(Carriage)의 속도를 조절하여 일정한 각도와 패턴으로 수지가 연속섬유를 몰드에 감는 것이다. 필라멘트 와인딩법의 공정은 1)와인딩 머신에서 몰드 제작 2) 경화 사이클에 의한 경화 3)유리섬유사 와인딩 4) 심축 탈형 5) 가공으로 이루어진다. 한편, 필라멘트 와인딩법의 경우 감는 방식에 따라 폴라 와인딩 기법 , 헬리컬 와인딩 기법, 원주방향 와인딩 및 축방향 와인딩으로 분류된다.

개략적인 제조 공정은 수지혼합, 몰드 제작, 제작된 몰드에 모재를 이용하여1차 성형품 제조, 몰드 회전 및 와인딩(모재와 동일한 수지가 함침된 유리섬유사), 경화, 탈형 및 후공정으로 이루어지며, 필라멘트 와인딩 성형 시에는 몰드 재질의 선정, 적절한 유리 섬유선택, 수지선택, 와인딩 속도 선택 , 수지의 경화조건, 장력설정 규제, 습도 및 온도등을 적절히 고려하여야 한다.

상기와 같은 공정을 통해 완성된 결과물의 단면도는 도3과 같으며, 이후 몰드에서 덕트를 분리하여 마무리가공을 하게 되는 것이다. 이때, 몰드에서의 분리작업을 더욱 용이하게 하기 위하여 몰드에 왁스(wax)를 도포하는 방법이 주로 이용된다.

도 4는 본 고안의 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트의 플랜지(11)를 결합하여 사용하는 실시예를 나타낸 것이다. 일반적으로 덕트는 단위 제품의 결합을 통해 원하는 길이의 유로를 확보할 수 있다. 본 고안의 덕트는 플랜지를 통해 볼트와 너트를 체결함으로써 연결할 수 있으며, 상기한 바와 같이 가스켓을 플랜지 사이에 삽입하고 패킹 작업을 수행함으로써 기체 등의 누설을 방지한다. 또한, 본 도면에 나타난 바와 같이, 외부 보강재(31)를 덕트의 외부에 설치하여 내부에 설치된 보강 파이프와 함께 덕트의 형상을 유지하도록 한다.

본 고안의 필라멘트 와인딩법으로 성형한 FRP 덕트를 사용함으로써 반도체, LCD모니터 제작 현장 및 유해가스가 발생되는 모든 공장의 폐가스 배출및 공기조화를 원활히 수행할 수 있으며, 철제 덕트에 비해 가볍고 작업성이 우수함과 동시에 내식성 및 내마모성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 공조 및 폐가스 이송 등에 사용되는 덕트(10)에 있어서, 몰드의 표면에 불포화 폴리에스테르 수지가 함침된 서페이스 매트(12), 촙드 스트랜드 매트(14)가 순차적으로 성형되어 사각형의 단면을 지닌 1차 성형물을 구성한 후 몰드(30)를 회전시키며 불포화 폴리에스테르 수지가 함침된 로빙얀(roving yarn,13)을 일정 두께에 이르도록 연속적으로 감은뒤 패브릭 매트(15), 표면처리용 매트(16)로 표면을 완성하여 제조한 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트
2. 제 1항에 있어서, 상기 덕트(10)는 그 내부에 FRP 재질의 보강 파이프(20)가 십자형으로 보강되어 있음을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트
3. 제 1항에 있어서, 상기 덕트(10)는 말단부에 형성된 플랜지(11)를 통해 다수의 덕트를 연결함으로써 사용자가 원하는 길이의 유로를 형성할수 있음을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩법으로 성형한 에프알피 덕트