KR20060043689A - 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법, 및 이 제조 방법에 의해 얻어진 섬유 강화 수지 성형품 및 합성 수지 침목 - Google Patents

섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법, 및 이 제조 방법에 의해 얻어진 섬유 강화 수지 성형품 및 합성 수지 침목 Download PDF

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Abstract

본 발명은 섬유 강화 수지 성형품의 굽힘 강도 등의 기계적 강도나 물성을 향상시킴과 동시에, 그 내구성이나 생산성을 높여 저비용화를 도모할 수 있는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 얻어진 섬유 강화 수지 성형품 및 합성 수지 침목을 제공한다.
다수개의 강화용 장섬유 (11)을 소정의 간격으로 가지런히 하면서 한 방향으로 진행시켜, 진행 도중에 강화용 장섬유 (11)의 상측에서 우레탄 수지액 (12)를 산포한다. 가지런하게 한 강화용 장섬유 1 개 당의 장력을 약 9.8 내지 29.4 N으로 조정한다. 그리고 강화용 장섬유 (11)에 우레탄 수지액 (12)를 함침시킨 후, 성형용 통로 (24)로 유도하고 우레탄 수지액 (12)를 발포 경화시켜 섬유 강화 수지 성형품 (1)을 제조한다. 섬유 강화 수지 성형품 (1)에서 차지하는 강화용 장섬유의 중량 비율은 45 내지 50 ％로 하고, 우레탄 수지 발포부의 중량 비율은 50 내지 55 ％로 한다.
침목, 우레탄 수지액, 섬유 강화 수지

Description

섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법, 및 이 제조 방법에 의해 얻어진 섬유 강화 수지 성형품 및 합성 수지 침목{METHOD FOR MANUFACTURING A FIBER REINFORCED RESIN MOLDED ARTICLE, AND A FIBER REINFORCED RESIN MOLDED ARTICLE AND A SYNTHETIC RESIN CORSSITE OBTAINED THEREBY}
도 1은 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법의 일례를 나타낸 설명도.
도 2는 도 1의 제조 방법에 있어서의 장섬유 공급부를 나타내는 설명도.
도 3은 도 1의 제조 방법에 있어서의 우레탄 수지 함침부를 나타내는 설명도.
도 4는 실시예의 섬유 강화 수지 성형품에 대한 평가 시험의 방법을 나타내는 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 섬유 강화 수지 성형품
11: 강화용 장섬유
12: 우레탄 수지액
121: 폴리올 혼합액
122: 폴리이소시아네이트액
13: 우레탄 수지액을 함침한 강화용 장섬유
21: 장섬유 공급부
22: 우레탄 수지액 산포기
23: 우레탄 수지액 함침부
231: 함침판
232: 함침대
24: 성형용 통로
25: 인취기
[문헌 1] JP 2001-252938 A
본 발명은, 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법, 및 이 제조 방법에 의해 얻어진 섬유 강화 수지 성형품 및 합성 수지 침목에 관한 것이다.
종래부터, 침목으로서는 천연 목재제의 것을 비롯하여 PC 콘트리트제의 것이나 열경화성 발포 수지 중에 강화용 장섬유가 길이 방향으로 배치된 섬유 강화된 합성 수지제의 침목 등도 알려져 있다. 일반적으로 철도용의 침목에는 열차 통과시에 받는 충격이나 굽힘력에 대한 강도나 내구성이 요구되고, 레일이나 도상 (道床), 교형 (橋桁: 교각 위에 걸쳐 널빤지를 받치는 부재)과의 마찰에 대한 내마모 성도 요구되는 한편, 시공성의 관점에서는 경량인 것이 바람직하다고 생각된다.
그러나, 천연 목재제의 침목은 목재가 물을 흡수하여 경년 변형이나 재질 열화를 일으키는 경우가 있기 때문에 내용 연수가 10 내지 15 년 정도로 짧고, 내구성이 떨어진다. 또한, PC 콘트리트제의 침목은 형틀을 사용한 제조로 생산성이 나쁘고 충격 흡수력이 떨어지고, 중량이 크기 때문에 침목의 부설 장소가 한정된다는 문제점이 있다. 이에 대하여 합성 수지제의 침목은 다른 재료를 포함하는 침목에 비하여 경량이고, 경년 열화하기 어렵다는 이점을 갖는다.
그 중에서도, 건축ㆍ구조 재료나 공업용 자재로서 철도용 침목 이외에도 사용할 수 있는 섬유 강화 수지 성형품은, 강화용 장섬유가 보강재로서 함유되어 있고, 강화용 장섬유의 원료에 롤상으로 감긴 다수개의 강화용 장섬유가 이용되고 있다. 이러한 섬유 강화 수지 성형품의 제조는 강화용 장섬유를 각각 소정 간격으로 가지런히 하면서 한 방향으로 진행시켜, 이 진행 도중에 강화용 장섬유군의 상측으부터 우레탄 수지액을 뿌려서 행하여진다. 그리고 함침판에 의해 강화용 장섬유군을 문질러, 섬유 사이에 우레탄 수지액을 함침시킨 후, 통상의 가열 성형형 내로 유도하여 우레탄 수지액을 발포 경화시켜 성형품을 제조하고 있다 (예를 들면 일본 특허 공개 2001-252938호 공보 참조).
이러한 섬유 강화 수지 성형품에 있어서, 예를 들면, 강화용 장섬유의 배합 비율을 적게 하고 발포 우레탄 수지부의 중량 구성 비율을 증가시키면 함침시키는 우레탄 수지액의 발포 배율을 낮게 억제할 수 있기 때문에 성형품의 압축 물성은 향상된다. 그러나 이와 함께 성형품의 굽힘 물성 (탄성률)은 강화용 장섬유의 실 중량의 감소에 거의 비례하여 저하해 버리기 때문에 바람직하지 않다. 반대로 강화용 장섬유를 증가시키고 발포 우레탄 수지부의 중량 구성 비율을 저감시키면 어느 정도까지는 굽힘 물성 (탄성률)을 향상시킬 수 있지만 발포 우레탄 수지 밀도가 작아지기 때문에 압축 물성이 저하되어 버린다.
이와 같이, 일반적으로 섬유 강화 수지 성형품의 제조에 있어서는 한편의 물성을 올리고자 하면 다른 쪽의 물성이 내려가 버리는 특성이 있고, 수지와 강화용 장섬유의 구성 비율이나 사용하는 우레탄 수지 원재료의 등급의 선택 범위가 좁고, 원료의 선택에 따라 필요한 강도나 물성의 조정을 자유롭게 행하는 것이 곤란하였다.
또한, 종래의 섬유 강화 수지 성형품의 제조 설비나 제조 방법은 제조 중에 수지의 비산을 저감시키거나 강화용 장섬유의 정렬 상태를 관리하거나 하는 것에 대해 많은 일손을 필요로 하기 때문에, 원료 등급의 선택 폭이 좁음과 동시에 제품의 비용 절감이나 품질의 향상을 저해하는 한 원인이 되고 있었다.
본 발명은 이상과 같은 사정에 비추어 이루어진 것으로 섬유 강화 수지 성형품의 굽힘 등의 기계적 강도나 물성을 향상시킴과 동시에, 그 내구성이나 생산성을 높여 저비용화를 도모할 수 있는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 얻어진 섬유 강화 수지 성형품 및 이 섬유 강화 수지 성형품을 포함하는 합성 수지 침목을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다수개의 강화용 장섬유를 소정의 간격으로 가지런히 하면서 한 방향으로 진행시켜, 진행 도중에서 강화용 장섬유군의 상측에서 우레탄 수지액을 산포하고, 강화용 장섬유에 우레탄 수지액을 함침시킨 후, 이 강화용 장섬유를 성형용 통로로 유도하여 우레탄 수지액을 발포 경화시키는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 있어서, 가지런하게 한 강화용 장섬유 1 개 당의 장력을 약 9.8 내지 29.4 N으로 조정하고, 얻어지는 섬유 강화 수지 성형품에 차지하는 강화용 장섬유의 중량 비율이 45 내지 50 ％로 되도록 함과 동시에 우레탄 수지액을 발포 경화시킨 우레탄 수지 발포부의 중량 비율을 50 내지 55 ％가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
강화용 장섬유 1 개 당의 장력을 약 9.8 내지 29.4 N으로 조정함으로써 우레탄 수지액을 함침시킬 때의 강화용 장섬유의 이완이나 변동을 억제하고, 균일하고 또한 충분하게 우레탄 수지액을 함침시킬 수 있다.
또한 얻어지는 섬유 강화 수지 성형품에 있어서의 강화용 장섬유와 우레탄 수지 발포부의 배합 비율에 대해, 강화용 장섬유의 배합 비율이 지나치게 낮으면 얻어지는 성형품의 굽힘 탄성률 등의 물성이 낮아지고, 또한, 성형 과정에서 강화용 장섬유가 우레탄 수지액을 유지할 수 없다는 등의 문제점이 생기기 쉽고, 강화용 장섬유의 배합 비율이 너무 높으면 충분히 우레탄 수지액을 함침시킬 수 없다는 문제점이 생기기 쉽다. 따라서, 이러한 배합 비율을 상기 범위로 관리함으로써 성형품의 강도 등의 성상에 불균일이 발생하는 것을 억제하고, 원하는 강도를 갖는 섬유 강화 수지 성형품을 제조할 수 있다.
또한 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 있어서는 상기 우레탄 수지액은 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 혼합액이고, 폴리올은 점도가 4.0 내지 7.0 Paㆍs, 관능기수가 3.5 내지 4.5, 수산기가가 450 내지 550이고, 폴리이소시아네이트는 점도가 0.2 내지 0.6 Paㆍs, 함유량이 30.5 내지 32.0 중량％ 인 것을 특징으로 한다.
이들 중 폴리올은 우레탄 수지의 성형에 일반적으로 이용되는 것을 사용할 수가 있고, 예를 들면 폴리에테르폴리올, 폴리에스테르폴리올, 중합체 폴리올 등을 들 수 있다. 또한, 폴리이소시아네이트는 우레탄 수지의 성형에 일반적으로 이용되는 것을 사용할 수가 있고, 예를 들면 포리메릭의 디페닐메탄디이소시아네이트 (통칭 폴리메릭 MDI) 등을 들 수 있다.
그리고 이와 같이 우레탄 수지액을 구성하는 폴리올과 폴리이소시아네이트의 점도를 상기한 범위 내에서 각각 관리함으로써 점도가 낮기 때문에 수지의 강성이 지나치게 낮아지거나 점도가 높기 때문에 강화용 장섬유의 우레탄 수지액의 함침성이 나빠지는 폐해를 방지하여 일정한 품질을 갖는 양호한 섬유 강화 수지 성형품을 제조할 수 있다. 또한 폴리올과 폴리이소시아네이트의 성상을 상기 범위 내로 관리함으로써 양자를 혼합할 때의 교반 상태가 안정하고, 강화용 장섬유에 양호하게 함침시킬 수 있다. 따라서, 제조 공정에서의 원료 손실이 저감하고, 상기한 강화용 장섬유와 우레탄 수지 발포부와의 중량 비율을 안정적으로 유지할 수 있게 된다.
또한 본 발명은 상기 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 있어서, 상기 우 레탄 수지액은 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 혼합액으로서, 폴리올 100 중량부에 대하여 폴리이소시아네이트는 135 내지 165 중량부의 혼합비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 폴리올과 폴리이소시아네이트를 혼합하여 우레탄 수지액을 얻을 때의 교반 상태가 안정하고, 우레탄 수지액이 비산하는 것을 방지하여 우레탄수지액의 함침 상태를 안정시킬 수 있음과 동시에, 함침시킨 우레탄 수지액을 양호하게 발포 경화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 있어서, 상기 우레탄수지액은 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 혼합액이고, 이들을 회전 속도 5,000/s에서 20 초간 교반한 후, 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 반응 시간은 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 혼합으로부터 발포가 개시되기까지의 크림 타임을 1 분 50초 내지 2 분 20 초로 하는 것이 바람직하다. 또한 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 혼합으로부터 발포가 완료하기까지의 라이즈 타임을 3 분 30 초 내지 4 분 00 초로 하는 것이 바람직하다.
이에 따라 폴리올과 폴리이소시아네이트를 혼합하여 발포 경화시킴으로써 적당한 우레탄 수지액을 얻을 수 있고, 강화용 장섬유에 우레탄 수지액을 양호하게 함침시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 있어서, 산포된 우레탄 수지액은 함침판에 의해서 강화용 장섬유군을 문질러 누르면서 함침시키고 이 함침판과 강화용 장섬유의 접촉 부분에서의 누르는 압력이 19,600 내지 98,000 Pa가 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 가지런하게 된 강화용 장섬유의 배열이 흐트러지는 것을 억제하고, 강화용 장섬유에 우레탄 수지액을 충분히 함침시킬 수 있음과 동시에 원활하게 성형용 통로로 유도하여 양호하게 발포 경화시킬 수 있다.
본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형품은 상기 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 의해서 형성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 굽힘이나 압축 강도 등의 기계적 강도를 향상시킬 수 있고, 불균일이 없게 일정한 품질을 유지한 양호한 섬유 강화 수지 성형품으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 철도용 합성 수지 침목은 상기한 섬유 강화 수지 성형품을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 고강도의 섬유 강화 수지 성형품에 의해 합성 수지 침목을 얻을 수 있기 때문에 침목의 단면적을 축소할 수가 있음과 동시에 침목의 총 중량을 저하시킬 수 있다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
우선, 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 대해서 실시를 위한 최량의 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명의 섬유 강화 수지 성형품 (1)의 제조 방법의 일례를 나타내는 설명도이고, 도 2는 도 1의 제조 방법에 있어서의 장섬유 공급부를 나타내는 설명도이다.
본 발명의 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법은 다수개의 강화용 장섬유 (11)를 장섬유 공급부 (21)로부터 인출하고, 이들을 소정 간격으로 가지런히 하면 서 한 방향으로 진행시켜 우레탄 수지액 함침부 (23)으로 유도하고 성형하는 것이다.
장섬유 공급부 (21)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 롤상으로 감긴 복수개의 강화용 장섬유 (11)을 각각 인출하여 한 방향으로 진행시켜 다음 공정으로 공급하고 있다. 강화용 장섬유 (11)로서는 예를 들면 장척 (길이가 긴)의 유리 섬유나 탄소 섬유, 아라미드 섬유 등의 고강도 섬유 재료가 바람직하다. 또한 강화용 장섬유 (11)의 형상으로서는 복수의 필라멘트, 스트랜드를 모은 로빙 형상이 바람직하다.
이 장섬유 공급부 (21)에는 강화용 장섬유 (11)의 배열을 갖추기 위해서 직방체의 수지 로드에 구멍을 뚫고, 그 구멍에 강화용 장섬유 (11)을 통과시키는 것과 같은 배열 게이트 (111)이 설치되어 있다. 배열 롤 (211)은 인출된 강화용 장섬유 (11)을 소정 간격으로 균일하게 배열시켜 원통상의 가동 롤 (212)로 보내고 있다.
가동 롤 (212)는 동 평면상에 2 개 구비되고, 이러한 양 가동 롤 (212)에 강화용 장섬유 (11)이 감기고, 강화용 장섬유 (11)을 가지런히 하면서 소정의 장력을 부여하고 있다. 예시한 형태에 있어서는 가동 롤 (212) 끼리의 간격 및 회전 속도를 조정함으로써 가지런하게 되는 강화용 장섬유 (11)의 1 개 당의 장력을 약 9.8 내지 29.4 N의 범위 내가 되도록 관리하고 있다.
이와 같이 가지런하게 된 강화용 장섬유 (11)에는, 계속해서 우레탄 수지액 산포기 (22)에 의해서 우레탄 수지액 (12)가 산포된다. 우레탄 수지액 산포기 (22)는 장섬유 공급부 (21)과 다음 공정의 우레탄 수지액 함침부 (23)과의 사이의 상측에 설치된다.
이 산포기 (22)는 폴리올 혼합액 (121) 및 폴리이소시아네이트액 (122)를 각각 이송 펌프 (221), (222)에서 공급하고 있다. 그리고, 폴리올 혼합액 (121) 및 폴리이소시아네이트액 (122)의 양액이 혼합되어 우레탄 수지액 (12)로서 강화용 장섬유 (11)군에 산포하도록 구성되어 있다.
본 발명에 있어서는 우레탄 수지액 (12)를 폴리올 100 중량부에 대하여 폴리이소시아네이트를 135 내지 165 중량부의 혼합비로 혼합하여 얻고 있다. 폴리올 혼합액 (121)은 폴리올 이외에 발포제나 조포제가 포함되어 있고, 점도가 4.0 내지 7.0 Paㆍs, 관능기수가 3.5 내지 4.5, 수산기가가 450 내지 550이 되도록 관리된다. 또한, 폴리이소시아네이트액 (122)는 점도가 0.2 내지 0.6 Paㆍs, 이소시아네이트기의 함유량이 30.5 내지 32.0 중량％가 되도록 관리되고 있다. 특히 점도는 온도와 상관하기 때문에 폴리올 혼합액 (121)과 폴리이소시아네이트액 (122)가 상기한 점도 범위 내가 되도록 온도 제어를 행하는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 우레탄 수지액 (12)에는 이들 이외에 난연제, 가소제, 착색제, 가교제, 안정제, 유리 단섬유, 무기 충전재 등이 포함될 수 있다.
폴리올 혼합액 (121)과 폴리이소시아네이트액 (122)와의 혼합 과정에서는 이들을 회전 속도 5,000/s에서 20 초간 교반한 후, 양자의 혼합으로부터 발포가 개시되기까지의 크림 타임이 1 분 50 초 내지 2 분 20 초가 되도록 반응 시간을 관리하고 있다. 또한, 폴리올 혼합액 (121)과 폴리이소시아네이트액 (122)와의 혼합으로부터 발포가 완료되기까지의 라이즈 타임은 3 분 30 초 내지 4 분 00 초가 되도록 반응 시간을 관리하여 우레탄 수지액 (12)를 얻고 있다.
다음으로 이러한 우레탄 수지액 (12)가 산포된 강화용 장섬유 (11)군은 우레탄 수지 함침부 (23)으로 유도된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 우레탄 수지액 함침부 (23)은 함침판 (231)과 함침대 (232)를 구비하고, 에어 실린더 (233)의 상하 운동과 에어 실린더 (233) 선단의 베어링 캐스터 (234)의 회전 운동에 따라서 함침판 (231)이 강화용 장섬유 (11)의 진행 방향과 직행하는 방향으로 수평으로 왕복 운동할 수 있도록 구성되어 있다. 그리고 이 우레탄 수지액 함침부 (23)에 있어서 함침판 (231)과 함침대 (232)와의 사이에 강화용 장섬유 (11)을 끼워 함침판 (231)을 화살표 A 방향으로 왕복시켜 강화용 장섬유 (11)군을 문지르면서, 강화용 장섬유 (11)을 구성하는 섬유끼리의 사이에 우레탄 수지액 (12)를 함침시켜 강화용 장섬유 (13)을 형성할 수 있게 되어 있다.
우레탄 수지액 (12)는 상기한 바와 같이 폴리올 혼합액 (121)과 폴리이소시아네이트액 (122) 각각의 점도 등의 성상이 관리되고 있기 때문에 양자의 교반 상태가 항상 안정되어 있고, 강화용 장섬유 (11)로의 함침 상태도 안정시킬 수 있다.
이 공정에서, 함침판 (231)과 강화용 장섬유 (11)과의 접촉 부분에서의 누르는 압력은 에어 실린더 (233)의 압력 제어에 의해서 베어링 캐스터 (234)에 부하하는 연직 방향의 압력을 제어하고 대략 19,600 내지 98,000 Pa의 범위 내가 되도록 관리된다.
이와 같이 함침판 (231)의 누르는 압력을 관리함과 동시에 강화용 장섬유 (11)의 장력을 상기한 바와 같이 조정함으로써, 우레탄 수지액 (12)를 강화용 장섬 유 (11)군으로 함침시킬 때, 우레탄 수지액 (12)가 비산하거나 강화용 장섬유 (11)군의 배열이 흐트러지는 것이 방지되고, 우레탄 수지액 (12)를 다량으로 포함하는 강화용 장섬유 (11)군을 다음 공정으로 원활하게 유도할 수 있다.
다음으로, 우레탄 수지액 함침부 (23)에 있어서 우레탄 수지액 (12)를 함침한 강화용 장섬유 (13)은 엔드리스 벨트 (241)을 포함하는 성형용 통로 (24)로 유도되어 가열되고, 원하는 단면 형상으로 성형된다. 이 성형용 통로 (24)는 진행 방향으로 회전하는 엔드리스 벨트 (241)로 둘러 싸이고, 성형하여야 할 성형품의 사측면에 대응하는 단면 형상 사각형의 성형용 통상체를 구성하고 있다.
이러한 성형용 통로 (24)의 진행 방향 전방에는 인취기 (25)가 설치되어 있다. 이 인취기 (25)는 우레탄 수지액 (12)를 함침한 강화용 장섬유 (13)을 성형용 통로 (24) 내에서 일정 속도로 인취하도록 구성되어 있다. 그리고 인취기 (25)에 의해서 강화용 장섬유 (13)을 전방으로 진행시키면서 함침하고 있는 우레탄 수지액 (12)를 발포 경화시키고 있다. 이에 따라, 강화용 장섬유 (11)에 의해 보강된 섬유 강화 수지 성형품 (1)이 얻어진다.
이상과 같은 제조 방법을 거쳐 얻어진 섬유 강화 수지 성형품 (1)은 성형품에서 차지하는 강화용 장섬유 (11)의 중량 비율이 45 내지 50 ％가 되도록 함과 동시에 우레탄 수지액 (12)를 발포 경화시킨 우레탄 수지 발포부의 중량 비율이 50 내지 55 ％가 되도록 되어 있다. 이와 같이, 강화용 장섬유 (11)과 우레탄 수지 발포부와의 중량비를 일정 범위 내로 관리함으로써 얻어지는 섬유 강화 수지 성형품 (1)의 조성의 불균일을 억제하여 일정한 품질의 제품을 공급할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형품 (1)은 상기한 제조 방법에 의해 제조하여 얻어진다. 그리고, 본 발명에 관한 철도용의 합성 수지 침목은 상기 제조 공정에 의해 섬유 강화 수지 성형품 (1)을 성형하고, 예를 들면 성형품 (1)이 인취기 (25)를 거친 후, 적절한 절단 장치를 이용하여 원하는 길이로 절단함으로써 얻을 수 있다.
<실시예>
본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 의해 섬유 강화 수지 성형품 (1)을 제조하고, 이것을 절단하여 높이 140 mm, 폭 230 mm, 비중 0.74의 철도용의 합성 수지 침목의 제조를 행하였다.
본 실시예에서는 섬유 강화 수지 성형품 (1)의 제조에 있어서, 장섬유 공급부 (21)에서 가지런하게 되는 강화용 장섬유 (11)의 1 개 당의 장력을 약 12.74 내지 25.48 N으로 조정하였다.
또한, 우레탄 수지액 (12)를 얻기 위한 폴리올 혼합액 (121)은 점도가 4.2 내지 6.5 Paㆍs, 관능기수가 3.8 내지 4.3, 수산기가가 490 내지 530의 각 범위 내가 되도록 관리하였다. 또한, 동시에 폴리이소시아네이트액 (122)를 점도가 0.25 내지 0.59 Paㆍs, 이소시아네이트기의 함유량이 30.7 내지 31.7 중량％의 각 범위 내가 되도록 관리하였다.
또한, 이러한 폴리올 혼합액 (121)과 폴리이소시아네이트액 (122)를 혼합할 때의 반응 시간은 크림 타임을 1 분 55 초 내지 2 분 15 초로 하고, 라이즈 타임을 3 분 35 초 내지 3 분 55 초로 하였다.
우레탄 수지 함침부 (23)에 있어서는 함침판 (231)과 강화용 장섬유 (11)과의 접촉 부분에서의 누르는 압력을 19,600 내지 88,200 Pa로서 우레탄 수지액 (12)의 함침을 행하였다.
이렇게 얻어진 섬유 강화 수지 성형품 (1)에 대하여 제품 크기에 따른 2 시간 연속 생산분을 1 로트로 하고, 각 로트로부터 1 제품을 무작위로 추출하여 합계 10 로트 분의 성형품의 물성에 대하여 평가를 행하였다. 또한 종래의 제조 방법에 의해 제조된 제품에 대해서도 각 로트로부터 1 제품을 무작위로 추출하고 합계 10로트 분의 성형품의 물성에 대해서 평가를 행하여 본 실시예의 성형품과 이하의 평가 항목에 대하여 평균치를 비교하였다.
또한, 상기 제조 공정에서의 강화용 장섬유 (11)의 장력이나 우레탄 수지액 (12)의 성형, 반응 시간 등의 관리 항목에 있어서의 각 수치는 평가한 성형품 10 로트 분의 변동 범위를 나타내고 있다. 또한, 굽힘 강도, 압축 강도에 대해서는 도 4에 나타낸 바와 같은 목재의 시험 방법 (JIS 2101)에 의해 평가를 행하였다. 도 4에 있어서, 부호 L은 주형 (主桁) 간격, 부호 b는 레일 간격, 부호 c는 주형에서 레일 중심까지의 거리를 나타내고 부호 Pr은 레일에 작용하는 압력을 나타내고 있다.
평가의 결과, 본 실시예의 성형품 (1)의 굽힘 강도는 139 N/mm2이고, 종래품보다도 8.6 ％ 향상되었다. 또한, 본 성형품 (1)의 압축 강도는 62 N/mm2이고, 종래품보다도 약 12.7 ％ 향상된 것을 확인하였다.
또한, 본 실시예의 성형품 (1)의 흡수량은 7.8 mg/cm2이고 종래품보다도 약 13. 3％ 감소하는 개선을 확인하였다.
또한, 본 실시예의 성형품 (1)에 대해서, 제품 생산고의 총 중량을 사용 원료의 총 중량으로 나누어서 얻은 원료 효율은 92.3 ％이고, 종래품에 비하여 평균 약 5.5 ％ 향상된 것을 확인하였다.
이러한 섬유 강화 수지 성형품 (1)을 철도용의 합성 수지 침목으로서 사용하는 경우, 상기한 8.6 ％의 굽힘 강도의 향상에 의해서, 예를 들면 동일 궤도 조건으로 굽힘 응력에 관한 설계 기준에 관한 합성 수지 침목의 단면을 최대 약 7.9 ％ 축소하는 것이 가능하게 되어 본 발명에 의한 효과를 확인할 수 있다.
<산업상의 이용가능성>
본 발명에 관한 제조 방법에 의해 얻어지는 섬유 강화 수지 성형품은 철도 궤도 구조물의 하나로서 레일을 고정ㆍ유지하는 합성 수지제의 침목으로 이용할 수 있고, 그 궤간 (軌間) 치수를 안정적으로 유지함으로써 열차의 안전 운행에 기여할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 합성 수지 침목 이외에도 재료 특성을 살려 상하 수도 관련 시설용 부재나 주택용 근태재 (根太: 마루청을 깔기 위하여 가로지른 길고 튼튼한 나무), 또는 토목 자재 등의 공업용 재료로서 이용할 수 있어 기존의 목재나 플라스틱 성형품, FRP 재료와 마찬가지의 폭 넓은 분야에서 사용할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 섬유 강화 수지 성형품은 종래품에 비 하여 굽힘 물성이나 압축 물성 등의 기계적 강도를 향상시킬 수 있기 때문에 내구성이 높고, 안정된 제품을 공급할 수 있음과 동시에, 원료 손실을 억제하여 생산성을 높여 저비용화를 도모할 수 있다.
또한, 이와 같이 섬유 강화 수지 성형품의 강도를 향상시키는 것으로, 이 섬유 강화 수지 성형품으로부터 형성되는 철도용의 합성 수지 침목은 열차 통과 시에 밸러스트 도상이나 교형 등으로부터 받는 압축이나 굽힘 응력에 충분히 견딜 수 있는 강도 물성을 확보할 수가 있다. 또한 이러한 강도의 향상에 의해 침목의 단면적 및 총 중량을 작게 할 수도 있기 때문에 침목을 부설할 때에 중기 (重機)가 불필요하게 되는 등 시공 작업성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 침목의 경량화에 의해서 교량의 설계 자유도를 높일 수 있다.

Claims (8)

  1. 다수 개의 강화용 장섬유를 소정의 간격으로 가지런히 하면서 한 방향으로 진행시켜, 진행 도중에 강화용 장섬유군의 상측에서 우레탄 수지액을 산포하고, 강화용 장섬유에 우레탄 수지액을 함침시킨 후, 이 강화용 장섬유를 성형용 통로로 유도하여 우레탄 수지액을 발포 경화시키는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 있어서,
    가지런하게 한 강화용 장섬유 1 개 당의 장력을 약 9.8 내지 29.4 N으로 조정하고, 얻어지는 섬유 강화 수지 성형품에서 차지하는 강화용 장섬유의 중량 비율을 45 내지 50 ％로 되도록 함과 동시에, 우레탄 수지액을 발포 경화시킨 우레탄 수지 발포부의 중량 비율을 50 내지 55 ％가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법.
  2. 다수 개의 강화용 장섬유를 소정의 간격으로 가지런히 하면서 한 방향으로 진행시켜, 진행 도중에서 강화용 장섬유군의 상측에서 우레탄 수지액을 산포하고, 강화용 장섬유에 우레탄 수지액을 함침시킨 후, 이 강화용 장섬유를 성형용 통로로 유도하여 우레탄 수지액을 발포 경화시키는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 있어서,
    상기 우레탄 수지액은 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 혼합액이고, 폴리올은 점도가 4.0 내지 7.0 Paㆍs, 관능기수가 3.5 내지 4.5, 수산기가가 450 내지 550이고, 폴리이소시아네이트는 점도가 0.2 내지 0.6 Paㆍs, 이소시아네이트기의 함유량이 30.5 내지 32.0 중량％인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법.
  3. 다수 개의 강화용 장섬유를 소정의 간격으로 가지런히 하면서 한 방향으로 진행시켜, 진행 도중에 강화용 장섬유군의 상측에서 우레탄 수지액을 산포하고, 강화용 장섬유에 우레탄 수지액을 함침시킨 후, 이 강화용 장섬유를 성형용 통로로 유도하여 우레탄 수지액을 발포 경화시키는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 있어서,
    상기 우레탄 수지액은 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 혼합액이고, 폴리올 100 중량부에 대하여 폴리이소시아네이트가 135 내지 165 중량부의 혼합비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법.
  4. 다수 개의 강화용 장섬유를 소정의 간격으로 가지런히 하면서 한 방향으로 진행시켜, 진행 도중에 강화용 장섬유군의 상측에서 우레탄 수지액을 산포하고, 강화용 장섬유에 우레탄 수지액을 함침시킨 후, 이 강화용 장섬유를 성형용 통로로 유도하여 우레탄 수지액을 발포 경화시키는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 있어서,
    상기 우레탄 수지액은 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 혼합액이고, 이들을 회전 속도 5,000/s에서 20 초간 교반한 후, 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 반응 시간은 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 혼합으로부터 발포가 개시되기까지의 크림 타임을 1 분 50 초 내지 2 분 20 초로 하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화수지 성형품의 제조 방법.
  5. 다수 개의 강화용 장섬유를 소정의 간격으로 가지런히 하면서 한 방향으로 진행시켜, 진행 도중에 강화용 장섬유군의 상측에서 우레탄 수지액을 산포하고, 강화용 장섬유에 우레탄 수지액을 함침시킨 후, 이 강화용 장섬유를 성형용 통로로 유도하여 우레탄 수지액을 발포 경화시키는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 있어서,
    상기 우레탄 수지액은 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 혼합액이고, 이들을 회전 속도 5,000/s에서 20 초간 교반한 후, 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 반응 시간은 폴리올과 폴리이소시아네이트와의 혼합으로부터 발포가 완료되기까지의 라이즈 타임을 3 분 30 초 내지 4 분 00 초로 하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 산포된 우레탄 수지액은, 함침판에 의해 강화용 장섬유군을 문질러 누르면서 함침시키고, 이 함침판과 강화용 장섬유와의 접촉 부분에 있어서의 누르는 압력이 19,600 내지 98,000 Pa인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 섬유 강화 수지 성형품의 제조 방법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형품.
  8. 제7항에 기재된 섬유 강화 수지 성형품을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도용 합성 수지 침목.
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