KR20060107877A - 립을 구비하는 토목용 직물의 제직 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 립을 구비하는 토목용 직물의 제직 방법과 이를 이용한 토목용 직물을 제공한다.

본 발명은 원사를 합사하고, 연사, 정경 및 통경공정을 거쳐서 공급되는 경사와 위사가 도비기에 의하여 제직되는 토목용 직물을 제직함에 있어서, 공급되는 경사가 적정한 간격의 종강에서 다른 종강보다 더 많이 공급되게 하여 경사 진행 방향으로 립이 형성되게 하고, 위사가 공급되는 일정한 주기에 도비기를 정지시키고 위사를 더 공급한 다음 도비기를 재가동시켜서 위사 방향으로 격자상의 립을 형성하게 되는 것으로, 본 발명에 의한 토목용 직물은 경량이면서도 보다 향상되고 충분한 강도를 발휘한다.

토목섬유, 직물, 립, 도비기, 능직, 평직

Description

립을 구비하는 토목용 직물의 제직 방법과 이를 이용한 토목용 직물 {Fabrics for civil engineering works with rib and manufacturing method there of}

도 1은 본 발명의 장치도

도 2 내지 도 5는 본 발명의 제직 순서도

도 6은 본 발명이 제직되는 상태를 나타낸 평면도

도 7은 본 발명에 의하여 평직으로 제직된 토목용 직물의 평면도

도 8은 본 발명에 의하여 능직으로 제직된 토목용 직물의 평면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 원사공급장치 2 : 경사이송장치

3 : 제직기 4 : 도비기

5 : 직물이송장치 6 : 탈수장치

7 : 권취장치 40 : 제1헬드프레임

41 : 제2헬드프레임 42 : 제3헬드프레임

43 : 제4헬드프레임 9 : 바디

10 : 경사 11 : 위사

본 발명은 폴리프로필렌(pplypropylene)이나 폴리에스터(polyester)의 고강력 필라멘트사(filament yarn)를 이용하여 고밀도로 제직되는 토목용 직물에 관한 것으로, 특히 립을 구비하는 토목용 직물의 제직 방법과 이를 이용한 토목용 직물에 관한 것이다.

토목용 직물은 토목섬유로 제직되어 연약지반, 성토사면, 굴착사면 또는 보강사면 등에 설치되어 강호안의 지지력을 보강함으로써 강우로 인한 토사의 유실과 지반의 함몰을 방지하거나, 연약지반 개량 공사시 장비를 진입시킬 수 있는 강도를 제공하기 위하여 사용되는 것이다.

토목섬유(Geosynthetics)는 천연섬유 재료의 강도가 취약한 문제점을 해결한 고분자 합성섬유 제품으로서 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스터(polyester), 폴리에칠렌(polyethylene), 폴리아크릴니트릴(polyacrynitril), 나일론 등의 합성섬유를 직조하여 형성된 다공성 제품인 지오텍스타일(geotextile)과 차수용 제품인 지오멤브레인(geomembranes), 고강도 제품인 지오그리드(geogrids) 및 지오텍스타일 관련제품 등을 포함하는 것으로 우수한 시공성과 적용성 및 경제성 등을 갖추고 있어서 최근 각종 토목구조물에서 보강, 필터, 배수, 분리, 봉쇄 및 침식 방지재 등으로 폭넓게 사용되고 있다.

토목섬유는 선진외국에서 1960년대 초 하천제방, 사면보호를 위해 필터용 지오텍스타일 (geotextile)을 최초로 사용한 이래 눈부신 성장을 계속하여 현재는 각종 토목구조물에서 다양한 용도로 사용되고 있으며, 관련된 연구도 활발히 진행되어 국제 토목학술회의를 통하여 수많은 실험적, 이론적 연구논문들이 발표되었는데, 이러한 연구들을 통하여 보다 경제적이고 효율적인 제품들이 개발되고, 현장조건을 고려한 특성시험방법들과 토목섬유의 거동을 규명하는 이론적 해석방법들이 제시되어 토목 섬유의 용도별로 이론적인 해석과 설계 및 합리적인 시공을 할 수 있는 단계까지 도달하였다.

이에 따르는 관련기술도 급속한 발전을 하고 있어, 향후 국내 건설시장 개방에 대비하기 위해 설계, 시공, 특성시험법 등의 토목섬유 관련기술의 체계적 정립과 함께 토목섬유의 신제품 및 새로운 공법 개발과 광의의 토목섬유 적용방안 연구 등이 절실히 요구되고 있다.

또한 최근에는 대규모 간척공사는 물론 고속전철, 지하구조물, 폐기물 매립지 등 톡목섬유 적용 구조물이 다양화, 대형화 및 고난도화 됨에 따라 각 구조물 별로 안전하고 경제적인 적용기술의 개발이 요구되고 있는 등 총체적인 재정립이 그 어느 때 보다 시급히 요청되고 있다.

이러한 상황에 대처하고자 지오텍스타일(Geotextile), 지오그리드(Geogrids) 등을 가용한 각종 연구결과와 섬유대 거푸집(Fabric Form)공법, 지오웨브(Geolveb)공법, 플라스틱 보드 드레인(Plastic board drains)공법, 팩드레인(Pack drain) 공법, EPS 성토공법(EPS Construction method) 등 토목섬유를 이용한 새로운 공법 소개와 이들 공법들을 이용한 구조물의 현장실측 연구결과가 발표되어 토목섬유 기술발전을 높이게 되었다.

그러나, 토목섬유의 사용량이 해마다 급증하고, 또한 활발한 연구활동을 하여 왔음에도 불구하고 아직까지 각종 토목구조물에 가용되는 토목섬유의 설계 및 시공방법이 정립되지 못하여 토목섬유를 토목구조물에 적용시 이론적인 측면보다는 경험적인 측면에서 설계와 시공이 이루어지고, 설계시 안정적인 보강재로서의 기능성보다 경제성 위주로 설계에 반영하게 되어 현장여건에 적합치 못한 토목섬유가 사용되었으며, 적절치 못한 설계와 시방의 혼란 등의 문제점이 현재 다수 발생되고 있고, 또한 생산업체도 제품개발 투자보다는 판매분야에 집중하고 있어서 토목섬유 기술발전에 큰 저해요인으로 작용하고 있는 실정이다.

토목섬유 중에서 직물형 지오텍스타일은 필라멘트사, 또는 방적사를 이용하여 경사와 위사를 직각 형태로 교차해 만든 형태로 되는데, 기본 조직은 평직, 능직, 주자직으로 구분되고 있으며, 사용되는 실은 보통 1,000∼3,000 데니어 정도의 실을 연사하여 사용하며, 직물밀도는 경사 및 위사 방향으로 인치당 19~21개가 일반적이다. 섬유원료는 주로 폴리에스테르와 폴리프로필렌 섬유가 사용되고 있으나 폴리프로필렌 섬유는 내광성이 약한 단점이 있다.

따라서 인장강도 및 파열강도 등이 요구되는 경우 지오텍스타일만을 단독으로 사용할 수 없으며 지오컴포지트 형태의 섬유복합재료들이 사용되고 있다.

이러한 토목용 직물의 구비 조건은 화학적으로 내산성과 내알카리성 이어야 하고, 탄력성과 내구성을 가지는 재질로 제직되어 공사 중에 진동· 충격· 상재하중에 대한 완충성이 크고, 쉽게 찢어지지 않는 제품이어야 한다.

따라서 폴리프로필렌이나 폴리에스터의 고강력 필라멘트사를 이용하여 고밀도로 제직되어야 할 필요성이 있다.

그러나 일반적인 조직으로 제직되는 상태에서는 인장강도와 균열 및 열변화에 대한 저항력을 증가시킬 수 없다.

일반적으로 직물의 외형이 나타내는 조직의 형태로 직물을 구분하면 평직·수자직· 능직으로 구분된다.

평직은 직물의 외형 조직에 따라 구분되는 직물 조직중의 하나인데, 직물조직 중에서 가장 기본적이고 간단하며 제일 많이 사용되는 것으로 경사와 위사가 상하 교대로 교차되면서 행과 열이 나란하게 제직되는 직물 조직이다.

능직은 공급되는 경사에 위사가 순차적으로 약 45°의 각도를 이루면서 계단상으로 교착되어 직물 표면에 뚜렷한 사선의 능선을 형성하는 것으로, 조직이 비교적 촘촘하고 질긴 특성을 나타내며, 단위면적 당 1,500데니아의 고밀도 직물을 제직할 수 있는 특징이 있다.

폴리프로필렌이나 폴리에스터를 이용하여 토목용 직물을 평직으로 제직할 경우에는 위사와 위사 사이에 틈새가 불규칙하게 발생하여 밀도가 고르지 않게 되어 고밀도 고강도의 직물을 제작하는 데 한계가 있었다.

능직은 도비기(dobby machine)에서 제직 가능하다. 폴리프로필렌이나 폴리에스터의 고강력 필라멘트사를 이용하여 토목용 직물을 제직하는 방법은 대한민국특허출원 제10-2004-9616호 '토목용 직물과 그 제조방법 및 장치'에서 알려져 있다.

능직물은 평직물에 비하여 지질이 유연하고, 실의 밀도를 높일 수 있기 때문에 비슷한 굵기의 실을 사용하여도 단위 면적 당 무게가 가벼워지면서도 견고한 강도를 가지는 직물을 얻을 수 있기 때문에 상기 장치에 의한 능직물은 토목용 직물에 보다 만족할 수 있는 사용상의 효과를 제공한다.

본 발명은 토목용 직물의 제직 조직에 립을 형성하여 경량이면서도 보다 향상되고 충분한 강도를 발휘할 수 있는 토목용 직물을 제공하고자 한다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 토목용 직물의 제직 방법은, 폴리프로필렌이나 폴리에스터로부터 선택되는 원사를 의도하는 데니어가 되도록 합사하고, 연사, 정경 및 통경공정을 거쳐서 공급되는 경사와 위사가 도비기에 의하여 제직되는 토목용 직물을 제직함에 있어서, 공급되는 경사가 적정한 간격의 종강에서 다른 종강보다 더 많이 공급되게 하여 경사 진행 방향으로 립이 형성되게 하고, 위사가 공급되는 일정한 주기에 도비기를 정지시키고 위사를 더 공급한 다음 도비기를 재 가동시켜서 제직되는 토목용 제직물에 위사 방향으로 격자상의 립을 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 제직되는 토목용 직물의 제조 장치는, 원사공급장치(1), 경사이송장치(2), 제직기(3), 도비기(4), 직물이송장치(5), 탈수장치(6) 및 권취장치(7)로 구성된다.

원사공급장치(1)는 원사가 감겨진 다수개의 콘이 재치되고, 재치되어진 콘으로부터 원사가 자연스럽게 풀려나오게 되는 통상의 장치로서, 바람직하게는 원사의 요동을 최대한 억제시키면서 공급할 수 있는 것으로써 예를 들면 실용신안출원 제20-2000-26466호에 게재된 구성을 포함하는 방사안내장치로 구성되어 폴리프로필렌이나 폴리에스터로부터 선택되는 원사가 감겨진 다수개의 콘으로부터 경사(10)로 사용되는 원사가 인출된다.

경사이송장치(2)는 상기 원사공급장치(1)에서 인출되는 원사를 정렬시키고, 장력을 조절하여 경사(10)를 공급하게 되는데, 경사(10)로 사용되는 원사를 공급하기 위하여 정렬시키는 바디틀(20)과 다수개의 로울러의 집합체로 구성되는 장력 조절용 로울러(21)로 구성되어 제직기(3) 및 도비기(4)로 경사를 공급한다.

제직기(3)는 이송되는 경사(10)에 위사(11)를 공급하고, 상기 원사이송장치(2)를 통하여 이송되는 경사(10)에 대하여 직교하는 방향으로 위사(11)를 공급하는 공지된 위사공급장치(12)를 구비하고 있다.

도비기(4)는 공지된 바와 같이 경사가 통과하는 종강을 구비하는 다수개의 헬드 프레임(40,41,42,43)이 형성되어 상기 제직기(3) 상부에 놓여져서 능직의 구조물이 제직되게 하는 것이다.

직물이송장치(5)는 적절한 로울러(50,51,52)의 조합으로 되어 상기 제직기(3)와 도비기(4)에서 제직된 직물(13)을 배출시킨다.

탈수장치(6)는 한 쌍의 탈수로울러(60,61)와 한 쌍의 히터로울러(62,63) 로 구성되어, 위사(11)가 공급되면서 분사되어 제직되는 직물(13)이 상기 탈수로울러(60,61)를 통과하면서 수분을 1차적으로 제거하게 되고, 히터로울러(62,63)를 연속적으로 통과하면서 직물(13)에 포함되어 있는 수분을 완전히 증발시키게 된다.

권취장치(7)는 탈수장치(6)에서 수분이 제거된 직물(13)이 감겨지게 되는 것으로 일반적인 권취장치의 구성을 가진다.

본 발명의 장치를 이용한 토목용 직물의 제조 과정은 폴리프로필렌이나 폴리에스터로부터 선택되는 원사를 의도하는 데니어를 형성시키는 합사공정과; 상기 합사공정을 마친 원사를 연사하는 공정과; 상기 연사공정을 마친 원사를 합사하여 연사하고, 정경 및 통경공정을 마친 상태에서 일반적인 평직으로 조직이 되도록 제직되며, 능직의 조직으로 제직할 때에는 도비기를 이용하여 제직하게 된다.

폴리에스터는 굵기가 100~150데이어가 되는 원사가 사용되는데, 원사는 합사공정을 통하여 200~9,000데니어인 고강력 합연사가 되어 수가닥의 경사와 위사로 사용된다.

특히 능직으로 제직되는 경사의 밀도는 인치당 5~25본이 되도록 제직되는데, 경사의 진행 방향에 교차되게 공급되는 위사가 균일한 장력을 가지도록 위사 장력 조절 장치를 통과하여 도비기에 의하여 제직된다.

이와 같은 원사에 의하여 공급되는 경사와 위사는 외견상 약2mm를 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

도비기에서 본 발명의 토목용 직물이 제직되는 상태의 실시예를 도 2 내지 도 5에서 나타내고 있다.

이 도면에서 참조되는 바와 같이 도비기(4)는 공지된 구성과 같이 4개의 헬드 프레임, 즉 제1헬드프레임(40), 제2헬드프레임(41), 제3헬드프레임(42), 제4헬드프레임(43)이 설치되고, 각각의 제1,제2,제3,제4헬드프레임(40,41,42,43)에는 각각 다수개의 종강(44,45,46,47)이 횡렬로 설치되며, 우측으로 바디(9)가 회전 가능하게 설치되어 있다.

상기 종강(44,45,46,47)의 통공으로는 정렬되어 공급되는 다수개의 경사(10a)(10b)(10c)(10d)가 끼워져 있고, 종강(44,45,46,47)을 통과한 경사(10a)(10b)(10c)(10d)는 바디(9)를 통과하여 제직될 수 있는 상태에 놓여져 있다.

이와 같은 상태에서 평직과 능직의 토목용 직물을 제직할 수 있게 된다.

우선 평직을 제직할 경우에는 헬드 프레임의 종강에 경사를 설치하는 방법과 도비기를 제어하는 프로그램에 의하여 도비기를 제어함으로써 평직 조직에 립을 형성할 수 있다.

즉 도 6에서 보는 바와 같이 각각의 종강(50)에는 하나의 경사(10)를 공급하면서 적정한 간격의 종강(50a,50b,50c)에는 두 개 이상의 경사가 공급되게 하여 제직하면 경사 방향의 립(100)이 제직되고, 이러한 과정에서 위사(11)가 공급되는 적정한 순간에 도비기(4)를 정지시켜서 제1,제2,제3,제4헬드프레임(40,41,42,43)이 멈춘 상태에서 경사(11)를 더 공급한 다음 도비기(4)를 재가동시키면 제직되는 토목용 제직물에 위사방향으로 격자상의 립(200)이 형성되어 평직의 조직에 위사와 경사 방향으로 격자상의 립(100,200)이 형성되는 것이다.

도 7은 상기와 같이 평직으로 제직된 토목용 직물의 평면도를 나타내고 있다.

또한 본 발명은 도 8에서 보는 바와 같이 도비기(4)를 이용하여 립이 형성되는 능직으로 제직하는 것도 가능하다.

이렇게 능직으로 제직되기 위해서는 우선 평직을 제직할 때와 마찬가지로 각각의 종강(50)에는 하나의 경사(10)를 공급하면서 적정한 간격의 종강(50a,50b,50c)에는 두 개 이상의 경사가 공급되게 한다.

이와 같은 상태에서 도 2에서 보는 바와 같이 도비기가 구동하여 제1,제2헬드 프레임(40,41)이 상승하고, 제3,제4헬드 프레임(42,43)하강하면 경사(10a)(10b)는 위쪽에 위치하고, 다른 경사(10c)(10d)는 상대적으로 아래쪽에 위치하게 된다.

이렇게 경사(10a)(10b)(10c)(10d)가 상하로 나누어진 상태에서 바디(9)는 후진한 상태에 있게 되며, 상하로 나누어진 경사(10a)(10b)(10c)(10d)와 바디(9) 사이에 형성된 공간으로 공지된 워터 이젝트 장치에서 분사되는 물에 의하여 위사(11)가 수평상으로 공급된다. 위사(11)가 공급되면 바디(9)가 가상선(A)의 위치로 전진하여 1회의 제직을 수행한다.

이때 공급된 위사(11)는 제직기 측면에 형성된 칼날(도시되지 아니함)과 같은 절단수단에 의하여 절단되고, 바디(9)는 다시 후진하게 된다.

이와 동시에 도 3에서 보는 바와 같이 제1헬드 프레임(11)은 하강하고 제3 헬드 프레임(42)이 상승한 상태에서 위사(10)가 재공급된 다음 바디(9)가 다시 전진하여 위사(11)를 절단시킴과 동시에 2회 제직을 수행한다.

2회 제직을 마친 바디(9)는 다시 후진하고, 도 4에서 보는 바와 같이 제2헬드 프레임(41)이 하강하고 제4헬드 프레임(43)이 상승한 다음 위사(11)가 재공급되고, 바디(9)가 전진하여 3회 제직을 수행한다.

3회 제직을 마친 바디(9)는 다시 후진하고, 도 5에서 보는 바와 같이 제2헬드 프레임(41)이 상승하고 제3헬드 프레임(42)이 하강한 다음 위사(11)가 재공급되고 바디(9)가 전진하여 4회 제직을 수행한다.

이와 같이 폴리프로필렌, 또는 폴리에스터로 되는 원사를 도비기를 통하여 하나의 위사(11)가 두개의 경사를 상하로 교번하여 능직으로 제직할 수 있게 된다.

이와 같은 제직 과정 중에서 도비기를 제어하는 프로그램에 의하여 헬드 프레임과 도비기를 제어함으로써 능직 조직에 립을 형성할 수 있다.

즉 위사(11)가 공급되는 적정한 순간에 도비기(4)를 정지시켜서 제1,제2,제3,제4헬드프레임(40,41,42,43)이 멈춘 상태에서 경사(11)를 더 공급한 다음 도비기(4)를 재 가동시키면 도 8에서 보는 바와 같이 제직되는 토목용 제직물에 위사방향으로 경사방향의 립(100a)과 위사 방향의 립(200a)이 형성되는 것이다.

상기한 설명에서는 4개의 헬드 프레임을 운용하여 능직이 제직되는 것으로 설명하였으나, 도비기를 제어하는 프로그램에 의하여 헬드 프레임을 적절하게 운용함에 따라서 다양한 형태의 능직으로 토목용 직물을 제직할 수 있다.

본 발명에 의한 토목용 제직물에 대한 기계적 성질을 평가하기 위하여 동일한 데니어의 폴리프로필렌으로 제직되면서 립이 형성되지 아니한 토목용 직물과, 본 발명에 의하여 립이 형성된 토목용 직물에 대하여 기계적 특성을 실험한 결과 중량이 0.5% 증가한 반면에 인장강도는 20%가 향상됨을 확인할 수 있었다.

폴리에스터로 제직되는 토목용 직물에 대하여 물리적 특성을 시험하기 위해서 폴리에스터로 제직된 기존의 시료 3개와 본 발명에 의하여 폴리에스터로 제직된 3개의 시험용 시료에 대하여 물리적 성질을 시험한 결과에서도 중량이 0.5% 증가한 반면에 인장강도는 약 20%가 향상됨을 확인할 수 있었다.

본 발명은 도비기를 이용하여 경사 밀도를 분산시켜서 제직된 토목용 직물의 평직과 능직의 조직에 립을 새롭게 형성함으로써, 강도가 증가됨으로써 연약지반, 토사 절개면이나 신설된 둑에서 토사유출을 방지하여 무너져 내리지 않도록 할 뿐만 아니라, 장비가 진입할 수 있는 충분한 강도를 제공하여 토목공사용 매트로 사용되는 직물로써 최적의 효과를 제공한다.

Claims (3)

1. 원사를 합사하고, 연사, 정경 및 통경공정을 거쳐서 공급되는 경사와 위사가 도비기에 의하여 제직되는 토목용 직물을 제직함에 있어서,

   공급되는 경사가 적정한 간격의 종강에서 다른 종강보다 더 많이 공급되게 하여 경사 진행 방향으로 립이 형성되게 하고, 위사가 공급되는 일정한 주기에 도비기를 정지시키고 위사를 더 공급한 다음 도비기를 재 가동시켜서 위사 방향으로 격자상의 립을 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 립을 구비하는 토목용 직물의 제직 방법.
2. 제 1 항의 제직 방법으로 제직되는 직물이 평직의 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 립을 구비하는 토목용 직물.
3. 제 1 항의 제직 방법으로 제직되는 직물이 능직의 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 립을 구비하는 토목용 직물.

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