KR20060084807A

KR20060084807A - 복합 구조물 제조방법

Info

Publication number: KR20060084807A
Application number: KR1020060005717A
Authority: KR
Inventors: 이용구
Original assignee: 이용구
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2006-07-25
Also published as: KR100763604B1; JP2008528319A; CN101107408A; WO2006078127A1; US20080191375A1; EP1851395A1

Abstract

본 발명은 건축, 토목, 기계 등의 시설물로 활용되는 복합 구조물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 투입되어진 형틀(10)을 소정 시간동안 진공상태로 유지해서 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 혼합되도록 하는 방식을 취하고 있어서, 주재료인 고체 입자상태의 필러(A)와 부재료인 유동성 경화재(B)가 기공없이 치밀하게 결합되므로 복합 구조물의 기계적·물리적 특성이 향상되고, 성형성이 좋아서 다양한 형태의 복합 구조물을 손쉽게 제조할 수 있으며, 복합 구조물의 제조작업이 편리하게 되어 보다 저렴한 가격의 복합 구조물을 대량 생산할 수 있는 효과가 있다.

Description

복합 구조물 제조방법{Manufacturing method for a composite structure}

도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 복합 구조물 제조방법의 제1실시예를 설명하기 위한 도면,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 복합 구조물 제조방법의 제2실시예를 설명하기 위한 도면,

도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 복합 구조물 제조방법의 제3실시예를 설명하기 위한 도면,

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 복합 구조물 제조방법의 응용예를 설명하기 위한 도면이다.

- 첨부도면의 주요 부분에 대한 용어 설명 -

10 ; 형틀, 20 ; 진공챔버,

21 ; 도어, 22 ; 지지부,

23 : 경화재 투입유닛, 24 ; 필러 투입유닛,

30 ; 진공펌프, A ; 필러(Filler),

B ; 경화재, C ; 혼합재,

D ; 복합 구조물, E ; 골조.

본 발명은 건축, 토목, 기계 등의 시설물로 활용되는 복합 구조물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 주재료인 고체 입자 상태의 필러(Filler)와 부재료인 유동성 경화재가 고르게 혼합되어진 상태에서, 필러(Filler)들이 경화재에 의해서 상호 견고하게 결합되어진 복합 구조물의 제조방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 건축이나 토목, 기계 등을 포함하는 다양한 분야에서, 적용 분야에 적합한 물리적·화학적 특성을 갖는 복합 구조물의 개발이 요구되고 있다.

이에, 고체 입자 상태의 필러(Filler)와 유동성 경화재를 고르게 혼합한 후 경화시켜서 복합 구조물을 제조하는 방안이 제시되었는데, 이러한 복합 구조물 제조방법은 필러의 종류, 필러의 입자 크기, 경화재의 종류, 고체 상태의 필러와 유동성 경화재의 배합비 등의 조건을 적절하게 변화시키는 것만으로도 특정 물성이 요구되는 복합 구조물을 비교적 손쉽게 제조할 수 있다는 장점으로 인해 현재 가장 널리 활용되고 있다.

이러한 복합 구조물 제조방법의 경우, 주재료인 유동성 경화재에 부재료인 고체 입자 상태의 필러가 첨가되어진 복합 구조물의 경우에는, 경화재와 필러가 고르게 혼합되어진 혼합재의 유동성이 좋아서 다양한 모양과 형상의 복합 구조물을 손쉽게 제조할 수 있지만, 주재료인 고체 입자 상태의 필러에 부재료인 유동성 경화재가 첨가되어진 복합 구조물의 경우에는, 필러와 경화재가 고르게 혼합되어진 혼합재의 유동성이 좋지 못하여 복합 구조물을 다양한 형상으로 제조하기가 상당히 어렵게 된다. 참고로, 경화재의 조성비가 낮아질수록 혼합재의 유동성이 낮아지고 점성이 커져서 성형성이 크게 저하되는 반면, 고체 입자 필러의 원재료 특성에 가까운 기계적·물리적 특성이 우수한 복합 구조물을 획득할 수 있는 잇점이 있다.

따라서, 종래에는 주재료인 고체 입자상태의 필러와, 부재료인 유동성 경화재를 교반장치에 투입한 후 교반시켜서, 필러와 경화재를 강제적으로 고르게 혼합하고, 혼합재를 형틀에 투입한 후, 혼합재가 형틀에 충진되도록 외력을 가해서 혼합재를 다지고, 경화재가 자연스럽게 경화되도록 한 후, 경화된 복합 구조물을 형틀로부터 분리해 내는 방식을 취하고 있다.

그러나, 이러한 종래 제조방법은, 별도의 교반장치를 이용해서 고체 입자상태의 필러와 유동성 경화재를 고르게 혼합해야 하고(필러와 경화재를 혼합하기 위해서는 상당히 큰 힘이 요구된다), 유동성이 낮고 점성이 큰 혼합재를 형틀에 빈틈없이 충진시키기 위해서는 상당히 큰 외력을 가해서 혼합재를 형틀에 다져넣거나, 이와 더불어 형틀을 진동시켜서 혼합재가 안정화되도록 해야 하므로, 복합 구조물 을 제조하는 작업이 상당히 번거롭고 어려울 뿐만 아니라, 고체 입자 필러의 조성비가 큰 경우에는 혼합재를 형틀에 빈틈없이 충진시키기가 사실상 불가능하므로, 복합 구조물의 형상이 크게 제약되는 문제가 초래된다.

더욱이, 이러한 종래 방법에 따르면, 필러와 경화재를 강제적으로 교반해서 혼합하기 때문에 혼합재에는 미세한 기공들이 함유될 수밖에 없고, 이러한 기공들은 점성이 큰 혼합재로부터 빠르게 외부로 방출되지 못한 상태로 경화될 수밖에 없어서, 완성된 복합 구조물의 기계적·물리적 특성이 복합 구조물의 기공들에 의해서 크게 저하될 수밖에 없다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로, 기계적·물리적 특성이 우수한 복합 구조물을 다양한 형상으로 손쉽게 제조할 수 있는 복합 구조물 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 형틀에 주재료인 고체 입자상태의 필러를 투입하는 단계 ; 형틀에 부재료인 유동성 경화재를 투입하는 단계 ; 필러와 유동성 경화재가 투입되어진 형틀을 소정 시간동안 진공상태로 유지해서 필러와 유동성 경화재가 혼합되도록 하는 단계 ; 혼합재를 경화시켜서 복합 구조물을 완성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 구조물 제조방법으로 되어 있 다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1a 내지 도 1e를 참조하여 본 발명에 따른 복합 구조물 제조방법의 제1실시예를 공정 순으로 설명하면 다음과 같다.

1. 형틀(10)에 주재료인 고체 입자상태의 필러(A)를 투입하는 단계(도 1a 참조).

상기 필러(A)는 고체 입자상태이므로 형틀(10) 모양이 복잡하고 그 치수가 상당히 작아서 필러(A) 투입공간이 상당히 협소하다고 하더라도 필러(A)가 형틀(10)에 빈틈없이 골고루 투입된다. 상기 필러(A)의 크기와 재질은 필요에 따라서 임의로 적절히 선택할 수 있다. 본 실시예의 경우에는 그래나이트(Granite)를 필러(A)로 적용하였다.

2. 형틀(10)에 부재료인 유동성 경화재(B)를 투입하는 단계(도 1b 참조).

상기 유동성 경화재(B)로는, 액체나, 졸(Sol), 또는 슬러리(Slurry) 등과 같이, 유동될 수 있는 물질 상태에서 물리적·화학적으로 반응하여 고체 상태로 경화될 수 있는 공지의 모든 것들이 모두 적용 가능하다. 본 실시예의 경우에는 경화제(硬化劑)가 첨가된 에폭시수지를 유동성 경화재(B)로 적용하였다.

3. 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 투입되어진 형틀(10)을 진공챔버(20)에 투 입하는 단계(도 1c 참조).

4. 진공챔버(20) 내부를 소정 시간동안 진공상태로 유지해서 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 혼합되도록 하는 단계(도 1d 참조).

상기 진공챔버(20)의 기밀이 유지되는 상태에서 진공펌프(30)를 가동시키면, 진공챔버(20) 내부에 진공압이 형성된다.

이와 같이 진공압 상태에서는 유동성 경화재(B)의 점성이 크고, 필러(A) 입자들간의 틈새가 미세하다고 하더라도, 유동성 경화재(B)가 필러(A) 입자들간의 틈새로 만족스럽게 침투된다. 바람직하기로는, 형틀(10)에 공기 배출을 위한 통기공을 적절히 형성하여 유동성 경화재(B)가 보다 빠르게 필러(A) 입자들 간의 틈새로 침투되도록 한다. 상기 통기공의 위치와 크기 및 갯수는 복합 구조물의 규격이나 형상, 필러(A)의 종류와 크기, 유동성 경화재(B)의 종류에 따라서 적절히 조절될 수 있다.

5. 혼합재(C)를 경화시켜서, 즉 혼합재(C)를 구성하는 유동성 경화재(B)를 경화시켜서 복합 구조물(D)을 완성하는 단계(도 1e)

상기 필러(A)와 경화재(B)가 고르게 혼합된 후, 혼합재(C)가 채워진 형틀(10)을 소정 시간동안 진공챔버(20) 내부에 방치해서 혼합재(D)가 진공챔버(20) 내부에서 자연스럽게 경화되도록 하거나{이러한 경우, 진공챔버(20) 내부가 반드시 진공상태여야 할 필요는 없다}, 혼합재(C)가 채워진 형틀(10)을 진공챔버(20)로부 터 끄집어 낸 후에 소정 시간동안 대기중에 방치해서 혼합재(C)가 진공챔버(20) 외부에서 자연스럽게 경화되도록 할 수 있다.

이후, 완성된 복합 구조물(D)을 형틀(10)로부터 끄집어 내서 이를 사용하게 되는데, 필요에 따라서는 복합 구조물(D)을 형틀(10)과 분리하지 않고 사용할 수도 있음은 물론이다. 본 실시예의 경우, 에폭시수지와 그래나이트의 중량비가 10:1 정도이고, 충진도가 90% 이상인 에폭시-그래나이트 복합 구조물(D)을 제조하였다.

본 발명에 따르면, 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 투입되어진 형틀(10)을 소정 시간동안 진공상태로 유지해서 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 혼합되도록 하는 방식을 취하고 있으므로, 종래에서와 같이 필러(A)와 유동성 경화재(B)를 교반해서 물리적으로 강제 혼합하거나, 이들 혼합재(C)를 형틀(10)에 빈틈없이 긴밀하게 충진시키기 위해서 외력을 가해서 혼합재(C)를 형틀(10)에 다져넣는 등의 작업이 불필요하게 된다. 더욱이, 성형성이 우수하여 다양한 형태의 복합 구조물을 손쉽게 제조할 수 있으므로 복합 구조물을 보다 다양한 분야에 폭넓게 활용할 수 있고, 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 기공없이 치밀하게 결합되므로 복합 구조물의 기계적·물리적 특성이 대폭 향상된다.

도 2a 내지 도 2e를 참조하여 본 발명에 따른 복합 구조물 제조방법의 제2실시예를 공정 순으로 설명하면 다음과 같다.

1. 형틀(10)에 주재료인 고체 입자상태의 필러(A)를 투입하는 단계(도 2a 참조).

2. 필러(A)가 투입되어진 형틀(10)을 진공챔버(20)에 투입하는 단계(도 2b 참조).

3. 형틀(10)에 부재료인 유동성 경화재(B)를 투입하는 단계(도 2c).

상기 진공챔버(20)에 설치되어진 경화재 투입유닛(23)를 통해서 진공챔버(20)내의 형틀(10)에 유동성 경화재(B)를 투입한다. 여기서, 상기 경화재 투입유닛(23)은, 유동성 경화재(B) 투입라인을 수동 또는 자동으로 개폐해서 경화재 배출량을 조절할 수 있는 공지의 어떠한 것이라도 모두 적용 가능하다.

4. 진공챔버(20) 내부를 소정 시간동안 진공상태로 유지해서 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 혼합되도록 하는 단계(도 2d).

5. 혼합재(C)를 경화시켜서 복합 구조물(D)을 완성하는 단계(도 2e).

상기 도 1a 내지 도 1e에 도시된 제1실시예의 경우에는 진공챔버(20) 외부에서 형틀(10)에 부재료인 유동성 경화재(B)를 주입한 후, 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 투입된 형틀(10)을 진공챔버(20)에 투입하는 방식이고, 상기 도 2a 내지 도 2e에 도시된 제2실시예의 경우에는, 필러(A)가 투입된 형틀(10)을 진공챔버(20)에 투입한 후, 진공챔버(20) 내부에서 형틀(10)에 유동성 경화재(B)를 투입하는 방식을 취하고 있다.

또한, 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 본 발명에 따른 복합 구조물 제조방법의 제2실시예를 공정 순으로 설명하면 다음과 같다.

1. 형틀(10)을 진공챔버(20)에 투입하는 단계(도 3a 참조).

2. 형틀(10)에 주재료인 고체 입자상태의 필러(A)를 투입하는 단계(도 2a 참조).

상기 진공챔버(20)에 설치되어진 필러 투입유닛(24)을 통해서 진공챔버(20)내의 형틀(10)에 필러(A)를 투입한다. 여기서, 상기 필러 투입유닛(24)은, 필러 투입라인을 수동 또는 자동으로 개폐해서 필러 배출량을 조절할 수 있는 공지의 어떠한 것이라도 모두 적용 가능하다.

상기 진공챔버(20)에 설치되어진 경화재 투입유닛(23)를 통해서 진공챔버(20)내의 형틀(10)에 유동성 경화재(B)를 투입한다.

상기 도 3a 내지 도 3e에 도시된 제3실시예의 경우에는, 상기 제1실시예 또는 제2실시예와는 달리, 형틀(10)을 진공챔버(20)에 우선 투입한 후, 진공챔버(20) 내부에서 필러(A)와 유동성 경화재(B)를 형틀(10)에 투입하는 방식을 취하고 있다.

한편, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 골조(E)를 갖춘 복합구조물을 제조하는 방법에 대해서 설명해 보면 다음과 같다.

우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 브래킷이나 지그 등의 고정부재(도시안됨)를 매개로 형틀(10) 내부에 골조(E)를 설치한다. 이후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 형틀(10)에 주재료인 고체 입자상태의 필러(A)를 투입해서, 골조(E)가 필러(A)에 매설되도록 한다. 이후, 형틀(10)에 부재료인 유동성 경화재(B)를 투입하고, 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 투입되어진 형틀(10)을 소정 시간동안 진공상태로 유지해서 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 혼합되도록 한 후, 혼합재(C)를 경화시켜서 도 4c에 도시된 바와 같은 복합 구조물(D)을 완성한다.

상기 형틀(10) 내부에 골조(E)를 설치하는 작업은, 상기 제1실시예나 제2실시예의 경우에는 제1단계에 앞서서 수행해야 하지만, 제3실시예의 경우에는 제1단계에 앞서서 수행하거나, 제1단계와 제2단계 사이에서 수행할 수 있다.

본 실시예에서와 같이 골조(E)를 보강하면, 복합 구조물(D)의 강도가 크게 향상되는 잇점이 있다. 상기 골조(E)로는 강도가 우수한 금속을 적용하였다.

본 발명은 상기한 바와 같은 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위를 벗어나지 않는 한도내에서, 보다 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.

일예로, 상기 형틀(10)을 진공챔버(20)로 이동하는 작업, 형틀(10)을 진공챔버(20)로 집어넣거나 끄집어내는 작업, 진공챔버(20)로부터 끄집어내어진 형틀(10)을 특정 위치로 이동해서 배출하는 등의 작업은, 공지의 이송기구들(컨베이어나 호 이스트, 또는 로봇 팔 등과 같은 이송기구들)을 적용해서 자동 수행되도록 할 수 있음은 물론이다.

이상 상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 투입되어진 형틀(10)을 소정 시간동안 진공상태로 유지해서 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 혼합되도록 하는 방식을 취하고 있어서, 주재료인 고체 입자상태의 필러(A)와 부재료인 유동성 경화재(B)가 기공없이 치밀하게 결합되므로 복합 구조물의 기계적·물리적 특성이 향상되고, 성형성이 좋아서 다양한 형태의 복합 구조물을 손쉽게 제조할 수 있으며, 복합 구조물의 제조작업이 편리하게 되어 보다 저렴한 가격의 복합 구조물을 대량 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims

형틀(10)에 주재료인 고체 입자상태의 필러(A)를 투입하는 단계 ;

형틀(10)에 부재료인 유동성 경화재(B)를 투입하는 단계 ;

필러(A)와 유동성 경화재(B)가 투입되어진 형틀(10)을 소정 시간동안 진공상태로 유지해서 필러(A)와 유동성 경화재(B)가 혼합되도록 하는 단계 ;

혼합재(C)를 경화시켜서 복합 구조물(D)을 완성하는 단계 ;

로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 구조물 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 형틀(10) 내부에 골조(E)를 설치하는 단계를 수행한 후, 형틀(10)에 필러(A)를 투입하는 단계 이후를 수행하여, 골조(E)를 갖춘 복합 구조물(D)을 완성하는 것을 특징으로 하는 복합 구조물 제조방법.