KR20060122044A

KR20060122044A - 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재

Info

Publication number: KR20060122044A
Application number: KR1020050043983A
Authority: KR
Inventors: 정호갑; 윤상준
Original assignee: (주)삼박
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-11-30
Also published as: KR101054954B1

Abstract

본 발명은 완성되었을 때 뒤틀림이 발생되지 않는 것에 의하여 뒤틀림으로 인한 추가의 작업이 요구되지 않는 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재에 관한 것이다. 본 발명에 따른 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재는, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트로부터 선택되는 열가소성 수지 펠릿이 압출기 내에서 용융된 후에, 5 내지 65wt%의 강화 섬유, 35 내지 95wt%의 열가소성 수지를 포함하는 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 직조물 층이 위치된 성형기 내로 사출되어 소정의 압력으로 성형된다.

열가소성 수지, 프리프레그, 강화 섬유, 함침, 거푸집, 장섬유 복합 재료

Description

열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재{Panel for formwork made by thermoplastic compound material}

도 1은 본 발명에 따른 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재의 개략 사시도.

도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라서 취한 단면도.

도 3은 또 다른 형태의 본 발명에 따른 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재의 개략 사시도.

도 4는 도 3의 선 Ⅳ-Ⅳ를 따라서 취한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재에 사용되는 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 층의 개략 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 거푸집용 판재 2 : 리브

3 : 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 층

본 발명은 거푸집용 판재에 관한 것이고, 보다 상세하게는 제조되었을 때 뒤틀림의 발생이 방지되어, 뒤틀림을 바로 잡기 인한 추가의 작업을 요구하지 않는 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재에 관한 것이다.

일반적으로, 건축 분야에서 건축 구조물을 구축하는데 있어서 콘크리트를 이용하여 내, 외 벽체 및 기둥 등을 성형할 때 거푸집이 사용되고 있다. 거푸집은 축조될 건축물의 종류 및 높이에 따라 여러 형태의 재질로 제작되어 사용되고 있으며, 통상적으로는 목재 합판이 주로 사용되어 왔다. 그 이유는, 목재 합판은 여러 개의 단판들이 적층되어 제작되기 때문에, 그 두께나 중량에 비하여 굽힘 하중에 대하여 비교적 큰 내성을 가지기 때문이다.

그러나, 목재 합판은 재료의 특성상 내수성 및 내구성이 떨어져서 통상 5 내지 10회 정도 사용한 후에 새로운 것으로 교체되어야 되었다. 또한, 목재 합판은 콘크리트에 잘 달라붙는 성질을 가지므로, 목재 합판의 표면에 박리제를 도포한다고 하여도, 콘크리트가 경화된 후에 거푸집이 탈리되는 과정에서 거푸집의 표면이 손상되는 정도가 커서, 그 반복사용의 횟수가 크게 제한된다.

최근에는 상기한 목재 합판의 결점을 보완하기 위하여 합성수지(또는 폐합성수지)를 용융, 압출하여 성형한 판재를 거푸집용 판재로 대체 사용하고자 하는 시도가 있었다. 그러나 이는 합판에 비하여 수명이 길고 콘크리트 접합면과 비교적 용이하게 탈리되는 이점은 있으나, 굽힘 하중에 대한 저항능력이 현저하게 떨어지며, 제품 자체의 중량이 많이 나가기 때문에 굽힘 강도 및 경량화에 있어서는 만족 스럽지 못하였다. 또한, 경량화를 통한 시공성의 용이함을 도모하기 위하여 합성수지에 폐면, 폐지, 폐목재, 톱밥 등을 첨가하여 성형한 거푸집용 판재가 제시되어 있으나, 이는 표면이 거칠고 콘크리트 타설 후 거푸집 패널 표면과 콘크리트의 접합면이 탈형이 잘 이루어지지 않는, 즉, 박리의 어려움이 있고, 이 역시 굽힘 하중에 대한 저항능력이 약하기 때문에 프레임의 사용량을 증가해야 하므로 결국 전체적인 중량이 커져 취급이 매우 불편하였다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여, 특허등록 10-0270899호에는 건축물 또는 구축물의 콘크리트 성형을 위한 유로폼 판재 및 거푸집에 사용되는 판재의 제조 방법이 개시되어 있으며, 이 특허는 제 1 공정으로, 폐자원인 폴리플로필렌 스크랩(Scrap)을 분쇄하고 압출기에서 열로 녹여서 용융상태로 압출하여, 이 압출기의 노즐로 여러 가닥의 유리 섬유사(GF)를 연속적으로 통과시켜 유리 섬유가 약 30~50%의 부분을 차지하는 직경 4~5mm에 길이 10~20mm의 펠릿을 제조한 후, 제 2 공정으로, 상기 펠릿을 사출기로써 저압 사출 후 오픈된 금형의 하금형 상면에, 두께가 약 4~6mm에 길이가 300~600mm인 특수 노즐을 통해 지나가면서 사출한 후, 상금형을 하강 압축한 후, 냉각 탈형하여서 제조된 것을 특징으로 한다.

또한, 특허등록 10-0477068호에는 폴리프로필렌 스크랩을 분쇄하고 압출기에서 220℃ 정도의 열로 용융 상태로 녹여서 압출할 때 특수 노즐에 여러 가닥의 유리 섬유사를 연속적으로 통과시키면서 유리 섬유사에 수지를 함침시켜 유리 섬유 비율이 약 20 내지 50%의 부분을 차지하는 직경 3 내지 5㎜에 길이 10 내지 50㎜의 폴리프로필렌 유리 섬유사(PPGF) 펠릿을 제조하는 제 1 공정과, 제 1 공정에서 제 조된 펠릿을 사출기에 넣어 약 220℃ 정도로 녹인 후, 수직 압출기에 상하 금형을 장착한 후, 상하 금형 사이를 10 내지 50㎜ 가량 벌린 후, 하금형에서 용융 수지를 사출하면 이 수지는 핫 런너를 통하여 여러 구멍으로 계량된 일정 양의 수지가 하금형에 고르게 퍼져서 하금형에 고르게 퍼져서 하금형 표면상으로 올라오고, 이후 수직 압축기를 작동하여 상금형을 닫음으로써 올라온 수지에 압력을 가하면서 수지가 상하금형 내에 고른 압을 받으며 고르게 퍼지면서 고른 압으로 금형상의 원하는 문양을 갖는 거푸집용 판재 제품을 얻는 제 2 공정으로 되어 있다.

그러나, 상기된 바와 같은 종래의 기술들은 상기된 바와 같은 방법들에 의해 만들어진 거푸집용 판재는 금형으로부터 탈형되어 냉각되는 동안 뒤틀림이 발생하여, 거푸집 판재로서 사용할 수 있도록 뒤틀림을 바로 잡는 추가 작업이 요구되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 완성되었을 때 뒤틀림이 발생되지 않는 것에 의하여 뒤틀림으로 인한 추가의 작업이 요구되지 않는 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재를 제공하는데 있다.

상기된 바와 같은 목적은, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트로부터 선택되는 열가소성 수지 펠릿이 압 출기 내에서 용융된 후에, 5 내지 65wt%의 강화 섬유, 35 내지 95wt%의 열가소성 수지를 포함하는 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 직조물 층이 위치된 성형기 내로 사출되어 소정의 압력으로 성형되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재에 의해 달성될 수 있다.

상기 열가소성 수지는 바람직하게 10 내지 50wt%의 열가소성 장섬유 복합재가 첨가될 수도 있다.

상기 열가소성 수지는 또한 10 내지 50wt%의 열가소성 장섬유 복합재와 무기물이 첨가될 수도 있다.

상기 열가소성 수지는 또한 10 내지 50wt%의 무기물이 첨가될 수도 있다.

아울러, 상기 열가소성 수지는 1 내지 15wt%의 세라믹 비드가 첨가될 수도 있다.

상기 열가소성 수지는 또한 0.1 내지 0.5㎜의 길이를 가지는 단섬유가 10 내지 50wt% 첨가될 수도 있다.

상기 강화 섬유는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유, 폴리에스테르 섬유, 및 폴리아미드 섬유들 중 하나 이상 선택되는 30㎜이하의 길이를 가지는 강화 섬유이다.

상기 무기물은 탄산칼슘, 세라믹 비드, 탈크, 마이카, 및 울라스토나이트, 황화 아연, 활성탄 중 하나 이상을 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 3에는 본 발명에 따른 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재의 한 예가 도시되어 있다. 도 1 및 도 3에 도시된 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재(1)는 대략 600 ㅧ 1200 또는 1800 ㅧ 12㎜의 폭 ㅧ 길이 ㅧ 두께의 크기를 가지며, 후면에 격자 형상의 리브(2)들이 제공된다. 이러한 리브(2)들은 도 2에 도시된 바와 같이 6㎜의 깊이를 가진다.

상기된 바와 같은 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재(1)는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트로부터 선택되는 열가소성 수지물로 만들어지며, 그 내부에 도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 5 내지 65wt%의 강화 섬유, 35 내지 95wt%의 열가소성 수지를 포함하는 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 직조물 층(3)이 제공된다.

본 발명에 따라서 열가소성 수지에 제공되는 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 직조물 층(3)은 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재가 성형된 후 냉각동안 뒤틀림 변형을 일으키는 것을 방지하는 기능을 한다.

강화 연속 섬유 함침 프리프레그 층(3)은 도 5에 도시된 바와 같이 테이프 형상의 위사(3a) 및 경사(3b)의 형태로 직조되거나 또는 테이프 또는 스트랜드들이 적층되는 이방성 구조 또는 일방성 구조로 형성되는 판상의 구조로 만들어진다. 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 층(3)을 형성하는 각각의 테이프 또는 스트랜드는 5 내지 30㎜의 평균 길이를 가지는 5 내지 65wt%의 강화 섬유와, 35 내지 95wt%의 열가소성 수지 조성물을 포함한다. 열가소성 수지에 조성물은 0.2 내지 5wt%의 탄산칼슘, 세라믹 비드, 탈크, 마이카, 울라스토나이트, 황화 아연 및 활성탄과 같은 무기 충전재가 첨가될 수도 있다.

열가소성 수지 조성물과 강화 섬유의 균일한 혼합체, 즉 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 층(3)에 포함된 강화 섬유는 길이 방향으로 연속적인 섬유 다발을 형성하면서도 열가소성 수지가 균일하게 함침되기 때문에, 위사와 경사와 같이 2차원 배향을 원하는 대로 할 수 있으며, 판재의 가로 세로를 따라 무한한 배향이 가능하다.

본 발명에서 사용된 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 층(3)은 열가소성 수지 용융 조성물이 공급되는 함침 다이를 통과한 섬유를 당기면서 압착하여 테이프 또는 스트랜드 형상으로 형성된다. 이렇게 얻은 테이프 또는 스트랜드의 두께는 약 0.4㎜~0.5㎜이며, 폭은 약 5~12㎜로, 약 5000여개의 섬유 필라멘트가 사용되었다. 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 층(3)을 형성하는 함침 프리프레그의 물성은 인장 강도를 기준으로 비교해 볼 때, 일반 유리 섬유 복합 재료에 비하여 대략 5~10배의 인장강도를 가지는 것으로 나타났으며, 성형된 프리프레그 테이프 또는 스트랜드의 기계적 물성은 ASTM D3039에 의해 측정되었으며, 그 물성을 아래의 [표 1]에 나타내었다. 시험 속도(cross-head speed)는 2㎜/min으로 게이지 길이는 150㎜로 하였다.

	번호	폭(㎜)	깊이(㎜)	피크 부하(N)	피크에서의 연신율(㎜)	인장강도 (kgf/㎝²)	극한인장강도(㎫)	인장모듈(㎬)
그룹 Ⅰ	1	8.1	1.0	3058	4.0	3850	＞378	16.3
	2	8.5	0.96	3100	4.0	3875	＞380	16.1
	3	7.4	1.1	2860	3.7	3540	＞352	16.3
그룹 Ⅱ	1	7.3	0.55	1651	4.6	4190	＞411	15.0
	2	7.3	0.54	1728	5.2	4500	＞441	15.8
	3	7.4	0.55	1682	5.1	4220	＞413	15.3

상기된 바와 같은 본 발명에 따른 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트로부터 선택되는 열가소성 수지 펠릿이 저압 또는 고압 압출기 내에서 약 220℃의 온도에서 용융된 후에, 사출기로부터 상기된 바와 같은 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 직조물 층(3)이 위치된 성형기 내로 고압 또는 저압으로 사출된다.

이 때, 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 직조물 층(3)은 상형 금형 또는 하형 금형 사이에 위치될 수도 있으며, 상형 또는 하형 금형의 바닥에 위치될 수도 있다. 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 직조물 층(3)의 위치 상태에 따라서, 성형된 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재(1)에서의 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 직조물 층(3)이 열가소성 수지에 매립되거나 또는 표면에 위치될 수도 있다. 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 직조물 층(3)이 어떤 위치에 있는 경우에도, 완성된 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재(1)는 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 직조물 층(3)에 의해 냉각되는 동안 뒤틀림 변형이 발생되는 것이 방지될 수 있다.

열가소성 수지가 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 직조물 층(3)이 배치된 성형기 내로 고압 또는 저압 사출되었을 때, 성형기가 압축 작동하여 도 1 및 도 3에 도시된 형태의 거푸집용 판재로 만들어질 수 있다.

열가소성 수지에는 본 발명에 따라서 바람직하게 평균길이가 5mm 이상이며 50mm이하인 10 내지 50wt% 유리섬유, 평균길이가 5mm 이상이며 50mm이하인 10 내지 50wt% 유리섬유와 무기물, 또는 10 내지 50wt%의 무기물이 첨가될 수도 있다.

널리 공지된 바와 같이, 열가소성 장섬유 복합재(LFT : Long Fiber Thermoplastics)는 일반 사출 성형기로 저압 및 고압성형이 가능하며, 최종 성형품 내에 섬유강화재가 망상 구조를 형성하여 우수한 강성을 유지하면서 고온 및 저온에서 내충격성 유지, 무배향 그물구조에 기인한 제품설계의 용이성, 우수한 내크리프성 등의 특성을 나타내며, 특히 내충격성 향상을 위한 강인화 연구에서 탄성의 저하를 초래하였던 종래의 복합화 기술과 달리 강성을 유지하면서 내충격성을 향상시킬 수 있는 소재로 각광 받고 있다.

상기된 바와 같이 제조된 거푸집용 판재(1)는 강화 연속 섬유 함침 프리프레그층(3)과 장섬유 복합재의 장단점을 상호 보완하여 부위별 물성 편차를 현저히 줄여 줄 수 있게 된다.

열가소성 수지에는 또한 1 내지 15wt%의 세라믹 비드 또는 0.1 내지 0.5㎜의 길이를 가지는 단섬유가 10 내지 50wt% 첨가될 수도 있다.

함침 프리프레그 직조물 층(3)에 사용되는 강화 섬유는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유, 폴리에스테르 섬유, 및 폴리아미드 섬유들 중 하나 이상 선택되는 강화 섬유이다.

무기물은 탄산칼슘, 세라믹 비드, 탈크, 마이카, 및 울라스토나이트, 황화 아연, 활성탄 중 하나 이상을 포함한다.

본 발명에 따른 거푸집용 판재(1)는 또한 고압 또는 저압 사출, 압출 후 압축 성형 또는 사출후 압축 성형과 같은 저압 사출, 및 가열후 프레스 성형과 같은 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 거푸집용 판재(1)는 상기된 바와 같은 크기로 제조될 수 있지만, 이 크기보다 작게 만들진 후에, 각각의 거푸집용 판재(1)의 가장자리들이 서로 중첩된 상태에서, 거푸집용 판재(1)에 함유된 수지를 가열 융착시키는 것에 의하여 거푸집용 판재(1)를 서로 연결하여 보다 큰 크기의 거푸집용 판재로 만들 수도 있다.

상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재는 내부 및 표면에 제공되는 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 층에 의하여 완성되었을 때 뒤틀림이 발생되지 않는 것에 의하여 뒤틀림으로 인한 추가의 작업이 필요하지 않을 뿐만 아니라, 경량의 높은 기계적 물성을 지닌 구조물을 다양한 형태로 성형될 수 있고, 이에 필요한 판상 및 다양한 형상의 제품을 생산할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라 면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims

폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트로부터 선택되는 열가소성 수지 펠릿이 압출기 내에서 용융된 후에, 5 내지 65wt%의 강화 섬유, 35 내지 95wt%의 열가소성 수지를 포함하는 강화 연속 섬유 함침 프리프레그 직조물 층이 위치된 성형기 내로 사출되어 소정의 압력으로 성형되는 것을 특징으로 하는 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재.
제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 평균길이가 5mm 이상이며 50mm이하인 10 내지 50wt% 유리섬유를 포함하는 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재.
제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 평균길이가 5mm 이상이며 50mm이하인 10 내지 50wt% 유리섬유 및 무기물이 첨가되는 것을 특징으로 하는 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재.
제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 10 내지 50wt%의 무기물이 첨가되는 것을 특징으로 하는 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재.
제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 0.1 내지 0.5㎜의 길이를 가지는 단섬유가 10 내지 50wt% 첨가되는 것을 특징으로 하는 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재.
제 1 항에 있어서, 상기 강화 섬유는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유, 폴리에스테르 섬유, 및 폴리아미드 섬유들 중 하나 이상 선택되는 강화 섬유인 것을 특징으로 하는 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재.
제 3 항에 있어서, 상기 무기물은 탄산칼슘, 세라믹 비드, 탈크, 마이카, 및 울라스토나이트, 황화 아연, 활성탄 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 복합재로 만들어진 거푸집용 판재.