KR20080018882A

KR20080018882A - 터널재배용 프레임 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20080018882A
Application number: KR1020077028531A
Authority: KR
Inventors: 요시키 이리에; 준 후쿠하라; 다츠미 이와타
Original assignee: 우베-니토 카세이 가부시키가이샤
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2008-02-28
Also published as: JP4879893B2; WO2006132190A1; JPWO2006132190A1; CN101193549A; TW200709778A

Abstract

본 발명은 섬유강화 합성수지를 포함하는 장척물로 이루어지고, 편곡부와 주체 부분으로 구성되는 아치 모양 프레임으로서, 이 편곡부와 이 주체 부분의 단면 형상이 상이하고, 이 주체 부분의 강성(Rm)과 이 편곡부의 강성(Rf)의 비 [Rm/Rf]가 2.0 내지 4.0인 것 특징으로 하는 농작물의 터널재배용 프레임, 및 천장부, 편곡부, 입설부 및 토중 매설부로 아치를 형성하는 3층 구조의 단면을 갖는 프레임의 제조방법이며, 역U자 모양의 터널을 형성할 수 있는 섬유강화 합성수지제의 터널재배용 프레임을 제공한다.

Description

터널재배용 프레임 및 그 제조방법{PLASTIC TUNNEL CULTIVATION FRAME AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 터널재배용 프레임에 관한 것으로, 상세하게는, 경량이고, 내구성, 치수안정성, 시공작업성이 우수하고, 역U자 모양의 터널을 형성할 수 있는 섬유강화 합성수지제의 터널재배용 프레임에 관한 것이다.

농작물 재배에 있어서는, 밭 등의 농지에 아치 모양의 프레임을 세워 설치(立設)하고, 그 프레임에 농업용 폴리염화바이닐 필름, 한랭사, 부직포 등을 팽팽하게 설치하여 작물의 생육 촉진이나 생육 조정을 도모하는, 소위 터널재배가 행해지고 있다.

터널재배용 프레임은 작물에 균일한 환경을 주어, 보다 균질한 생육과, 수확 물의 균일화 및 바람의 저항의 저감을 기대하는 점에서, 입설 후의 형상으로서는 소위 역U자 모양의 형상이 요망되고 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 역U자 모양의 프레임(1)은 천장부(2), 편곡부(3), 입설부(4), 토중 매설부(5)로 아치를 형성하고, 지면과 입설부(4)가 이루는 입설각(θ)이 90°에 가까운 형상을 하고 있 다.

현재에 있어서, 터널재배에 사용되는 프레임으로서는, 얇은 강관에 절죽(節竹) 모양의 합성수지 피복을 한 것(이하 「피복 강관」이라고 함), 강선에 수지 피복을 한 것, 유리섬유 등을 불포화 폴리에스터 등의 경화성 수지로 결착한 FRP 선재, FRP제의 중공 파이프 형상물(이하, 「FRP 파이프」라고 함) 등이 시판되고 있다.

피복 강관은 미리 재배 시의 이랑 폭에 맞는 치수 형상이고, 아치 모양으로 굽힘변형된 형상으로 시판되고 있다. 이 때문에, 불사용 시에 직선 모양으로 되지 않으므로 수납이 불편하다. 또, 피복 강관의 프레임은 소성변형하기 쉬워, 일단 과도한 변형이 발생하면 그 부분에서 절손되기 쉽고, 합성수지의 피복이 깨지면, 강관에 녹, 부식이 생겨, 내구성이 뒤떨어지는 등의 문제가 있다.

FRP 선재(중실 형상의 로드)는 보강 섬유를 경화성 수지로 결착한 복합재이기 때문에 탄성회복성이 있어, 직선 모양에서 아치 모양으로의 변형, 반대로 아치 모양에서 직선 모양으로 하여 보관할 수 있으므로, 취급상 편리하다. 또, 가요성, 경량성, 내부식성, 내구성 등의 특징을 가지므로, 터널재배용 프레임으로서 널리 사용되고 있다.

그러나, FRP 제품은 일반적으로 길이 방향의 단면 형상이 균일하기 때문에, 재배용 터널로서 부설한 경우에, 대략 반원 모양의 아치 모양을 형성하고, 터널 상부를 평탄하게 하는 것이 곤란하다.

그래서, 본 출원인은, 먼저, 역U자 모양을 형성할 수 있는 FRP제 터널재배용 프레임으로서, 열가소성 수지로 피복한 섬유강화 합성수지로 형성하고, 또한 길이 방향의 적절한 개소에 횡단면 형상을 변형시킨 편평부를 만든 중실 형상의 프레임(특허문헌 1 참조)을 제안했다.

그러나, 이 특허문헌 1의 터널재배용 프레임은 단면이 중실 형상인 것이나, 편평 부분의 치수로부터, 하기 (1) 및 (2)의 문제를 갖고 있었다.

(1) 이 터널재배용 프레임은 재배 작물에 따른 이랑 폭, 높이로부터, 터널 즉 아치의 크기가 결정되며, 농업용 필름 등의 팽팽하게 설치 시에 받는, 풍압, 비, 눈 등의 내하중의 점과, 아치 가설작업의 용이함의 점에서, 굽힘 강성(EI)을 고려하여 프레임의 굵기는 결정된다. 그 때문에 이랑 폭이 넓어지면 보다 굵은 직경의 프레임을 사용할 필요가 있어, 단위중량(g/m)이 증가하고, 비용이 높아진다.

(2) 역U자 모양을 형성하는 기점이 되는 편평 부분이 약 7cm 정도로 짧으므로, 그 편평 정도를 대단히 크게 하지 않으면 안 되거나, 실용 시에 응력이 집중되어 편평 부분에서 파손될 우려가 있다.

한편, FRP제의 터널재배용 프레임에서는, 경량화, 저비용화를 도모하기 위하여, 중실 형상의 로드로부터 중공 형상의 파이프로 이행되고 있다. 파이프 모양으로 하면, 동일 중량의 재료로 보다 강성이 높은 것을 얻을 수 있기 때문으로, 요구 강성을 확보하기 위해서 외경이 큰 FRP 파이프로 하고 있다.

본 출원인은, ABS 수지 등의 열가소성 수지로 이루어지는 중심(中芯)과, 이 중심의 외주에 배치된 일방향 강화 FRP층과, 이 FRP층의 외주에 배치된 ABS 수지 등의 열가소성 수지 피복층의 3층 구조로 이루어지는 일방향 섬유강화 중공 구조 체(특허문헌 2 참조)를 제안했지만, 이 FRP 파이프를 터널재배용 프레임으로서 사용했다고 해도, 형성되는 아치는 반원호 모양으로, 상기와 동일한 문제가 있다.

특허문헌 1: 일본 실용신안공개 제1989-13949호 공보

특허문헌 2: 일본 특허공개 제1998-178942호 공보

발명의 개시

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 행해진 것으로, 경량이고, 내구성, 치수안정성, 시공작업성이 우수하고, 역U자 모양의 터널을 형성할 수 있는 섬유강화 합성수지제의 터널재배용 프레임을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

특히, 최근의 경량화, 저비용화의 요구에 대응할 수 있는, FRP 파이프에 의한 터널재배용 프레임과 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 연구한 결과, 천장부와 입설부와 토중 매설부로 이루어지는 프레임에서, 천장부, 입설부 및 토중 매설부를 구성하는 주체 부분과 천장부로부터 입설부에 걸치는 편곡부의 횡단면 형상을 변경하고, 또한 주체 부분의 강성(Rm)과 편곡부의 강성(Rf)을 조정함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견했다. 본 발명은 이러한 식견에 기초하여 완성된 것이다.

즉, 본 발명은, (1) 섬유강화 합성수지를 포함하는 장척물로 이루어지고, 편곡부와 주체 부분으로 구성되는 아치 모양 프레임으로서, 이 편곡부와 이 주체 부 분의 단면 형상이 상이하고, 이 주체 부분의 강성(Rm)과 이 편곡부의 강성(Rf)의 비 [Rm/Rf]가 2.0 내지 4.0인 것을 특징으로 하는 농작물의 터널재배용 프레임, 및 (2) 천장부와 입설부와 토중 매설부 및 편곡부로 아치를 형성하는 3층 구조의 단면을 갖는 프레임의 제조방법으로서, 열가소성 수지를 중공 파이프 형상으로 연속적으로 압출하여 성형 고화한 후, 그 외주에, 미경화 상태의 열경화성 수지를 함침한 보강 섬유를 길이 방향으로 종방향으로 부가하고, 그 외주를 소정의 외경으로 드로잉 성형한 후, 그 외주를 용융 상태 열가소성 수지로 환상으로 피복한 후, 입설부로부터 천장부 및 천장부로부터 입설부에 걸치는 편곡부에 상당하는 부분을 가압하여 편평화하면서 표면의 열가소성 수지 피복층을 냉각 고화하고, 계속해서, 열경화조로 인도하여, 내부의 열경화성 수지를 경화한 후, 천장부, 편곡부, 입설부 및 토중 매설부를 구성할 수 있는 소정의 길이로 절단하는 것을 특징으로 하는 터널재배용 프레임의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 역U자 모양의 터널재배용 프레임의 부설 상태를 도시하는 모식도.

도 2는 본 발명의 터널재배용 프레임의 토중 부설 전의 형태의 일례를 도시하는 평면도(I), 및 단면의 확대 설명도(II).

도 3은 본 발명의 터널재배용 프레임의 편곡부 단면을 도시하는 다른 예.

도 4는 본 발명의 터널재배용 프레임의 편곡각의 설명도.

도 5는 본 발명의 3층 구조 단면을 갖는 터널재배용 프레임의 제조방법의 일 례를 도시하는 설명도.

도 6은 본 발명의 3층 구조 단면을 갖는 터널재배용 프레임의 제조방법에 있어서의 가압 상황의 일례를 도시하는 설명도.

부호의 설명

1 역U자 모양 터널재배용 프레임

2 프레임의 천장부 3 프레임의 편곡부(편평 부분)

4 입설부 5 프레임의 토중 매설부

6 프레임의 편곡부의 편평 부분

7 열가소성 수지 중심 파이프

8 섬유강화 합성수지층 9 열가소성 수지 피복층

10(a) 토중 매설부의 A-A' 단면

10(b) 편곡부의 B-B' 단면

10(c) 천장부의 C-C' 단면

10(d) 편곡부의 D-D' 단면

10(e) 토중 매설부의 E-E' 단면

11, 15 용융압출기 12, 17, 19 냉각수조

13 수지함침 보강 섬유 14 드로잉 다이

16 가압장치 18 열경화조

20 인취기 21 절단기

22 상부 롤러 23 하부 롤러

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 터널재배용 프레임은 섬유강화 합성수지를 포함하는 장척물로 이루어지고, 편곡부와 주체 부분으로 구성되는 아치 모양 프레임으로서, 이 편곡부와 이 주체 부분의 단면 형상이 상이하고, 이 주체 부분의 강성(Rm)과 이 편곡부의 강성(Rf)의 비 [Rm/Rf]가 2.0 내지 4.0인 것 특징으로 하는 농작물의 터널재배용 프레임인 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명의 터널재배용 프레임의 토중 부설 전의 형태의 일례를 도시하는 평면도이다. 도 2에서, 프레임(1)은 직선 모양이지만, 부설 후에 있어서, 천장부(2)와 편곡부(3)와 입설부(4) 및 토중 매설부(5)의 각 부위를 구성하는 것이며, 천장부, 입설부 및 토중 매설부를 구성하는 주체 부분의 횡단면 형상은 10(a), 10(c) 및 10(e)에 도시하는 바와 같이 원형으로 되어 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기한 바와 같이, 터널재배용 프레임으로서 토중에 부설된 상태에서의 부위, 기능 등에 유래하는 호칭을 중심으로 표현하는 것으로 하고, 제조단계의 프레임이나, 미부설이고 직선 모양의 프레임도, 그 부위를 「편곡부」, 「천장부」「토중 매설부」「입설부」 등으로 표기하는 것이다.

또, 「편평부」 또는 「편평 부분」의 용어는 가압 등의 외력을 부가하여 편평하게 변형시킨 부분을 그 형상에 유래하여 표현하는 것으로, 변형되지 않은 「주체부(비편평화 부분)나 그 밖의 부위와 구별하기 위해서 사용하는 것이다.

편곡부(3)의 횡단면 형상은 10(b) 및 10(d)에 도시하는 바와 같이, 원형의 마주 대하는 측면을 변형시킨 편평부(6)를 갖는 형상으로 되어 있어, 천장부(2), 입설부(4) 및 토중 매설부(5)를 구성하는 주체 부분과 편곡부(3)의 횡단면 형상이 상이하다. 또, 토중 매설부(5)의 횡단면 형상은 10(a) 및 10(e)에 도시하는 바와 같이, 횡단면이 원형으로 되어 있어, 천장부(2) 및 입설부의 횡단면 형상과 동일하다.

또한, 이 프레임은 열가소성 수지 중심 파이프(7), 섬유강화 합성수지층(8), 열가소성 수지 피복층(9)을 갖는 3층 구조의 단면을 갖는다. 또, 편곡부(3)의 횡단면 형상은 도 3에 도시하는 바와 같은 형상일 수도 있다.

또, 열가소성 수지 중심 파이프(7)는 반드시 원형일 필요는 없고, 직사각형 모양의 각파이프나 타원 모양일 수도 있다.

본 발명의 터널재배용 프레임에서, 편곡부는 통상 2개소이지만, 천장부의 중앙에도 설치하여, 3개소의 편곡부를 형성하면, 천장 중앙부에서 좌우로 경사지는 지붕과 유사한 대략 집 형상의 터널을 형성할 수 있어, 쌓인 눈을 좌우로 미끄러져 떨어지게 하기 쉬운 등의 특징이 있다.

또, 편곡부를 2개소 설치하는 경우, 좌우의 편평 정도를 변화시키면, 천장부의 좌우의 경사를 변화시킬 수 있어, 환경의 특징에 따른 풍향과, 일조 조건 등을 배려한 좌우 비대칭의 편곡부를 갖는 터널의 형성도 가능하게 된다.

또, 천장부의 횡단면 형상과 입설부 및 토중 매설부의 횡단면 형상이 동일한 구성으로 되면, 연속해서 주행하는 장척물의 정형 부분을 주체 부분으로 하고 편곡부에 상당하는 부분을 가압 등을 하여 편평화하면 되므로, 연속생산하기 쉽다.

도 4는 본 발명의 터널재배용 프레임의 편곡각의 설명도이다.

본 발명의 터널재배용 프레임에 있어서, 연속적으로 주행하는 장척물에 편곡부를 형성하는 경우, 가압부와 인취부의 관계나, 경화조건, 편곡부 형성 시의 비대칭성 등으로, 진동이 발생하는 경우가 있다. 이 경우에 있어서, 편곡부에 인접하는 주체 부분의 중립면(연속생산 시에 중립면이 될, 중앙 수평면(mnp))과, 각각의 편곡부(편평 부분)의 중립면(프레임의 길이축 방향의 가상 중립면(fnp))이 이루는 각을 편곡각(γ)이라 할 때, 편곡각(γ)이 30도 이하이면, 터널재배용 프레임으로서 지장없이 실용할 수 있다.

본 발명의 터널재배용 프레임에서는, 편곡부의 횡단면 형상이 원형의 마주 대하는 둘레면을 변형시킨 편평 부분을 갖는 형상으로, 천장부와 입설부 및 토중 매설부의 횡단면 형상이 원형인 구성으로 하면, 강성비를 소정의 범위로 하는 점에서 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 섬유강화 합성수지에는 특별히 제한은 없다. 예컨대, 보강 섬유에 경화성 수지를 함침하여 경화한 섬유강화 경화성 수지(FRP), 섬유강화 열가소성 수지(FRTP) 등을 들 수 있다.

섬유강화 경화성 수지(FRP)에 사용되는 경화성 수지로서는, 열 또는 자외선 경화성의 불포화 폴리에스터 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 등을 들 수 있지만, 열경화성의 수지가 일반적이며, 바람직하다.

섬유강화 열가소성 수지(FRTP)에 사용되는 열가소성 수지로서는 폴리올레핀 수지, 폴리에스터 수지, 폴리아마이드 수지 등을 들 수 있다.

이것들 중에서는, 터널재배용 프레임의 불사용 시에 직선 모양으로 탄성회복하는 점에서, 섬유강화 경화성 수지(FRP)가 보다 바람직하다.

섬유강화 경화성 수지에는, 공지의 경화용 촉매, 탄산 칼슘, 실리카 등의 무기 충전제 등을 첨가할 수 있다. 섬유강화 경화성 수지는 보강 섬유에 미경화의 열경화성 수지를 용액 상태로 함침한 후, 중심 파이프의 길이 방향으로 종방향으로 부가하거나, 또는 중심 파이프의 외주 표면에 미경화의 열경화성 수지액을 도포한 후, 보강 섬유를 부착시켜, 장척물로 형성할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 보강 섬유로서는, 연속된 필라멘트 형상의 유리 섬유, 유리 로빙 등이 일반적이지만, 탄소 섬유 등의 무기 섬유나, 방향족 폴리아마이드 섬유, 폴리에스터 섬유, 바이닐론 섬유 등 FRP에 사용되는 고강도, 저신장률의 유기 섬유일 수도 있다.

본 발명의 터널재배용 프레임에서는, 프레임의 부설 시에 있어서의 천장부(2), 입설부의 일부(4) 및 토중 매설부(5)를 구성하는 주체 부분(천장부(2))과 편곡부(3)의 횡단면 형상을 상이한 것으로 하고, 주체 부분의 강성(Rm)과 편곡 부분의 강성(Rf)의 비 [Rm/Rf]를 2.0 내지 4.0로 하기 위해서는, 프레임의 길이 방향의 편곡부(3)에 상당하는 부분을 편평화하여 두께를 줄인 구성으로 하거나, 주체 부분(2)에 상당하는 부분을 두꺼운 구성으로 할 수도 있다.

프레임의 횡단면 형상은 프레임의 제조에 있어서 기준치수로 하는 주체 부분(천장부 및 입설부의 일부 및 토중 매설부)이 중공의 둥근 고리 모양, 직사각형 파이프 모양, 또는 중실의 원 모양, 직사각형 모양, T자 모양 등이고, 편평화 가능하면, 그 횡단면 형상은 제한되지 않지만, 중공의 둥근 고리 모양(파이프 모양)이, 경량성, 편평화의 용이성, 또한, 주체부와 편곡부와의 강성비를 일정하게 하는 경우에, 중실의 원 모양보다도 중공의 둥근 고리 모양인 쪽이, 편평화 해야 할 양을 적게 할 수 있는 점에서 바람직하다.

본 발명의 프레임의 편곡부(3)를 편평화하기 위해서는, 예컨대, 섬유강화 경화성 수지(FRP)의 FRP부가 미경화 또는 반경화 상태일 때에, 그 단면 원형의 마주 대하는 둘레면을 가압하여 두께를 줄이고, 그 상태에서 경화함으로써 행할 수 있다. 또, 단면이 원형 등인 채로 경화한 FRP 장척물(파이프 등)을 절삭가공하여 두께를 줄일 수도 있다.

섬유강화 열가소성 수지(FRTP)에서는, 주체 부분의 FRTP 선 형상물을 가열연화한 상태에서 가압하여 두께를 줄이고, 냉각 고화하는 방법을 일례로서 들 수 있다.

천장부(2)에 상당하는 부분을 두꺼운 구성으로 하기 위해서는, 섬유강화 경화성 수지(FRP)의 경우에는, 편곡부(3)를 프레임의 주체적 치수(기준치수)로 하고, 이것에 천장부(2) 상당 부분의 길이에 걸쳐, 보강 섬유 또는 보강 테이프 등에 경화성 수지를 함침한 것을 권회하고, 그런 뒤 경화하여, 직경을 굵게 하는 방법을 들 수 있다.

한편, 섬유강화 열가소성 수지(FRTP)의 경우에는, 접착제가 함침된 장척 형상 섬유, 테이프 등을 상기와 마찬가지로 권회하고 경화하는 방법을 들 수 있다.

주체 부분(2)의 강성(Rm)과 편곡부(3)의 편평부의 강성(Rf)의 비 [Rm/Rf]는 2.0 내지 4.0인 것이 필요하며, 2.0 미만에서는, 천장부(2)의 편평화가 곤란하여, 반원의 아치 모양에 가까운 형태로 밖에 부설할 수 없고, 4.0을 초과하면, 횡풍, 비, 적설 등의 외부 응력에 의해 변형되기 쉬워져, 안정한 터널 형상을 유지할 수 없게 된다.

또, 토중 매설부(5)의 횡단면 형상은, 천장부(2)와 동일하게 하면, 프레임 길이에 있어서의 주체부의 길이가 길어져, 단면 형상 변형을 위한 가압조작 회수를 적게 할 수 있고, 또한 토중에서, 방향성이 없으므로, 부설한 프레임이 쓰러지는 것을 방지할 수 있다.

편평 부분의 길이는 이랑 폭 및 설치 높이, 입설각(θ), 부설 후의 터널로서의 강성, 터널 내부온도 등으로부터 결정되는데, 이랑 폭 1.5m, 높이 0.75m의 터널에서 대강 300 내지 1000mm가 바람직하다.

300mm 이하에서는, 부설 시에 응력이 집중되기 쉬워, 고온 시에 꺾이는 문제가 발생할 염려가 있고, 1000mm를 초과하면 터널로서의 강성이 부족하여, 횡풍이나 적설에 대한 내성이 부족한 경향이 있다.

프레임을 섬유강화 합성수지 파이프로 구성하기 위해서는, (1) 맨드릴(mandrel)이 세팅된 인발 금형에, 미경화 상태 경화성 수지를 함침한 보강 섬유를 통과시키고, 이 인발 금형을 가열하여 반경화한 후, 편곡부(3)에 상당하는 부분을 편평화하고, 이어서 가열장치 중에서 완전 경화하거나, 또는, (2) 자외선 경화성 수지를 사용하여, 미경화 상태 중공 형상물을 형성하고, 자외선 경화로 중에서 반경화 상태로 하여, 필요 부분을 편평화하고, 이어서 상기와 마찬가지로 완전경화하면 된다.

열가소성 수지 파이프의 외주에 섬유강화 합성수지층을 형성한 2층 구조의 단면을 갖는 터널재배용 프레임의 제조는 열가소성 수지 파이프를 연속적으로 압출하고, 그 외주에 경화성 수지를 함침한 보강 섬유를 종방향으로 부가하고, 또한 필요에 따라, 보강 섬유 또는 보강 테이프를 권회하여, 상기와 마찬가지로 하여 반경화 상태로 하고, 이것도 상기와 마찬가지로 차례로, 편평화, 완전경화함으로써 행할 수 있다.

열가소성 수지 파이프의 외주에 섬유강화 합성수지층(FRP층)을 형성하고, 또한 그 외주에 열가소성 수지 피복층을 씌워서 이루어지는 3층 구조의 단면을 갖는 프레임은, 적어도 내층의 열가소성 수지층과 FRP가 화학적으로 접착하고 있는 것이 바람직하고, 양 층 사이에 접착제를 도포하거나, 미경화 상태의 경화성 수지와 상용성을 갖는 열가소성 수지로 내층의 열가소성 수지 파이프를 구성하면 된다.

이러한 열가소성 수지로서는 경화성 수지와 화학적 친화력을 갖는 것이 바람직하고, 예컨대 스타이렌을 가교성 모노머로서 포함하는 것을 사용하는 경우에는, 스타이렌을 구성성분으로서 포함하는, 폴리스타이렌 수지(PS), 아크릴로나이트릴-뷰타다이엔-스타이렌 수지(ABS), 아크릴로나이트릴-스타이렌 수지(AS), 아크릴로나이트릴-아크릴-스타이렌 수지(AAS), 아크릴로나이트릴-에틸렌-프로필렌-다이엔-스타이렌 수지(AES) 등을 들 수 있고, 그 밖의 수지로서 폴리카보네이트 수지(PC), 변성 폴리페닐렌에터 수지(PPE), 폴리염화바이닐 수지(PVC) 등을 들 수 있다. 특히, 스타이렌을 구성성분으로서 포함하는 스타이렌계 수지가 바람직하다.

이러한 수지의 조합에 의해, 내층의 파이프와 FRP층이 견고하게 접착하므로, 외력의 작용에 대하여 협동할 수 있는 고물성의 프레임을 얻을 수 있다.

최외층의 열가소성 수지 피복층도 상기의 수지를 선택하면, 중간층인 FRP층과 접착하여 고물성의 프레임이 얻어진다. 그러나, 경제성 등의 점에서, 최외층의 열가소성 수지로서는 저밀도 폴리에틸렌 등의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀 수지 등의 범용 열가소성 수지를 사용할 수 있다.

편평 부분을 형성하기 위한 FRP 피복층의 변형비는 편평부(3)/주체 부분(천장부)(2)=0.45 내지 0.75로 설정함으로써 필요한 강성비인 [Rm/Rf]=2.0 내지 4.0을 얻을 수 있다.

보다 구체적으로는, 내층의 열가소성 수지 파이프의 외경을 중심 외경으로 할 때 중심 외경/FRP 외경비가 0.75 이상에서는, FRP 피복층의 표면적이 작아, 충분히 변형을 시킬 수 없으므로 강성비를 2.0 이상으로 하는 것이 곤란하다. 한편, 0.45 이하에서는, FRP 피복층이 과잉으로 되고, 반대로 단위면적당 중량의 증가로 이어져 당초의 경량화의 목적을 달성할 수 없게 된다.

이 3층 구조의 FRP제 파이프에 의한 터널재배용 프레임은 주체 부분(천장부)의 강성을 4,000 내지 30,000kN·mm²으로 설정하는 것이 좋다.

주체 부분(천장부)의 강성이 4,000kN·mm² 이하에서는, 천장부(2)를 편평화(이형화), 경량화한 것의 영향 때문에, 강성이 지나치게 약하여, 터널 형성 시에 형상이 뒤틀리기 쉬워, 횡풍, 적설 등으로 지주가 쓰러지기 쉬워진다.

또, 주체 부분(천장부)의 강성이 30,000kN·mm² 이상에서는, 강성이 지나치게 강하여, 토중으로의 꽂아넣기 작업 등의 터널 형성 작업을 하기 어렵게 된다.

또한, 본 발명에서의 강성이란 본 프레임 재료의 영률(N/mm²)에 단면 2차 모멘트(mm⁴)를 곱한 수치인 굽힘 강성을 의미하고, 구체적으로는, 시료편을 지지점 간 거리(L)(mm)에서 3점 굽힘 시험을 행하고, 그때의 하중-변형(휨) 곡선으로부터, 재료역학의 관계식 (1)을 사용하여 구해지는 값이다.

굽힘 강성=PL³/48δ(N·mm²) (1)

식 (1)에서, P는 하중(N), L은 지지점 간 거리(mm), δ는 하중(P)에서의 휨량(mm)을 나타낸다.

상기 3층 구조의 단면을 갖는 프레임으로서, 천장부(2)와 편곡부(3), 입설부(4)와 토중 매설부(5)로 아치를 형성하는 터널재배용 프레임의 제조방법은, 특별히 제한은 없지만, 도 5에 도시하는 바와 같은 장치를 사용하여, 다음과 같이 하여 제조하는 것이 바람직하다.

먼저, 제 1 용융압출기(11)에 의해 열가소성 수지를 중공 파이프 형상으로 연속적으로 압출하고 냉각수조(12)에서 냉각 고화한 중심 파이프(7)를 얻은 후, 그 외주에, 미경화 상태의 열경화성 수지를 함침한 유리 로빙 등의 보강 섬유(13)를 길이 방향으로 종방향으로 부가하고, 그 외주를 드로잉 다이(14)로 소정의 외경으로 드로잉 성형한 후, 용융압출기(15)의 헤드부에 삽입통과시키고, 그 외주를 용융 상태 열가소성 수지로 환상으로 피복한 후, 가압장치(16)로 편곡부(3)에 상당하는 부분을 소정 간격으로 가압하고, 편곡부(3)의 형성 부분을 편평화하면서 표면의 열가소성 수지 피복층을 냉각수조(17)에서 냉각 고화하고, 계속해서 열경화조(18)로 인도하여, 내부의 열경화성 수지를 경화하고, 냉각수조(19)를 거쳐, 인취기(20)로 연속적으로 인취하면서, 절단기(21)에 의해, 천장부(2), 편곡부(3), 입설부(4) 및 토중 매설부(5)를 구성할 수 있는 소정의 길이로 절단함으로써 제조할 수 있다.

유리 로빙 등의 권회법에 의한 FRP제 중공 파이프의 외주로의 용융상태 열가소성 수지의 피복은 중공 파이프의 외경+0.5mm 정도의 크기의 헤드부를 구비한 용융압출기를 통과시켜서 행한다. 중공 파이프로의 수지 피복량은 적당량으로 하여, 권회한 유리 로빙 등이 벗어나지 않도록 한다. 유리 로빙 등의 로빙 번수는, 표면이 평활한 마무리와 생산성의 관점에서, 통상 500TEX 내지 3,000TEX, 바람직하게는 1,000TEX 내지 2,500TEX이다.

가압장치(16)는 용융압출기(15)의 헤드의 피복점으로부터 가압장치(16)의 파지점까지의 거리를 변경할 수 있게 하고, 피복용 열가소성 수지의 종류, 압출온도, 피복두께 등에 따라 편평 정도를 보면서 거리를 조정할 수 있게 한다.

가압장치(16)에 의한 가압 수단은 에어 실린더, 유압 실린더, 전자 밸브 등의 가압 수단에 의한 롤러 방식이나 컨베이어 방식 등을 들 수 있지만, 가압 작동, 해제가 신속하게 행해지는 것이 바람직하다.

특히 바람직한 방식으로서는 롤러 방식을 들 수 있다. 도 6에 롤러 방식에 의한 가압장치(16)의 개요를 도시한다. 상기의 가압 수단에 의해 미경화 상태 중공 파이프를 필요 개소에서 가압하면서 회전구동하는 쌍 롤러(22, 23)의 직경(D)은 제품 직경(d)에 맞추어 최적인 것을 선택하면 되고, 특히 제품 직경(d)에 대하여 3배 이상(D≥3d)의 것을 사용하면 좋다. 3배 이하의 것을 사용하면, 피복 내부의 미경화 상태 수지가 롤러의 파지점에서 바싹 당겨져서 체류하기 쉬워, 성형 불량을 일으키는 경우가 있다. 상기 직경의 상한은 기술 상에서는 특별히 제한은 없지만, 작업성이나 장치 비용을 고려하면 10배 정도까지가 바람직하다. 또, 가압장치(16)에는, 롤러 내부에 냉매를 순환하는 등의 냉각가능한 장치를 수반할 수도 있다.

1개의 프레임(1)은 예컨대 각각 소정 길이의 토중 매설부(5)-입설부(4)-편곡부(3)-천장부(2)-편곡부(3)-입설부(4)-토중 매설부(5)로 구성된다.

프레임(1)의 절단은 천장부(2)의 중앙과 각 부의 길이가 대칭이고 또한 동일하게 되도록 행하는 것이 바람직하다. 경화 후에, 수 m/분의 속도로 연속적으로 주행하는 장척물을 타이밍 좋게 절단하는 것은 어렵기 때문에, 절단장치(21)는 주행방향으로 자주하면서 절단이 가능하고, 또한, 절단 개시점을 조정 가능하게 하는 것이 바람직하다.

또한, 예컨대 토중 매설부(5)를 350mm의 길이로 할 때, 편곡부(3)의 형성 위치는 양단으로부터 편평부(3)의 중앙이 650mm 정도의 위치에 오도록 설계하고, 그 전후 150(200) 내지 500(400)mm를 편평한 편곡부로 하는 것이 바람직하지만, 형성 위치에 대해서는, 제품 길이 및 이랑 폭, 터널의 높이에 따라 임의로 설정 가능하다.

또, 장척물을 편평화 하기 위한 가압의 타이밍, 및 작동 시간과 절단 공정의 절단 타이밍과의 연관, 즉, 상기 가압장치(16)와 절단장치(21)의 거리(L)를 파악하고, 가압장치(16)의 작동 개시 신호 또는 작동 종료 신호 및 작동 회수와 상기 거리(L)와의 관계로부터, 적정 절단 개시 시간 또는 절단 개시 거리를 산출하여, 절단을 개시하고, 프레임의 소정 길이로 절단하면, 인출 당초부터 규격품을 얻을 수 있어, 수율을 향상할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제조장치는 이미 설명한 도 5 및 도 6에 도시하는 것을 사용했다.

또, 프레임의 굽힘 시험은 다음의 방법에 의해 행했다.

·굽힘 시험: 반경 5mm의 접촉면을 갖는 지지점 및 가중 지그에 의해, 지지점간 거리 200mm, 굽힘하중 속도 20mm/분의 조건으로 중앙집중 3점 굽힘시험을 행하고, 그 하중-휨 곡선으로부터 굽힘 강도 및 상기의 식 (1)로부터 굽힘 강성을 산출했다.

실시예 1

ABS 수지를 용융압출하여 외경 4.3mm, 내경 2.9mm 중심 파이프를 성형하고, 계속해서 유리 로빙(2250TEX)을 보강 섬유로 하고, 이것에 불포화 폴리에스터를 함침하고, 중심 외주에 균일하게 배열하고, 외경 8.5mm로 드로잉 성형하고, 이것을 크로스 헤드 다이에 삽입통과시키고, 저밀도 폴리에틸렌에 의해 외경 9.5mm로 환상으로 피복한 직후에, 상하방향으로부터 동시에 가압할 수 있는 외경 30mm의 1쌍의 롤러(22, 23)를 가지며, 전자 밸브(도시 생략)에 의해 가압 작용을 부여하는 가압장치를 사용하여, 편곡부(3)에 해당하는 부분(편평 부분: 단부로부터 200 내지 800mm 사이)을 외경 9.5mm로부터 외경 6.1mm로까지 가압하여 편평 부분를 만든 후, 일단 롤러를 떼고 천장부(2)에 해당하는 부분(주체 부분: 단부로부터 800 내지 1,600mm 사이)을 주체 부분인 외경 9.5mm로 했다. 그 후에 상기와 마찬가지로 가압장치로 외경 9.5mm로부터 외경 6.1mm까지 가압하여 편곡부(3)에 해당하는 부분(편평 부분: 단부로부터 1,600 내지 2,200mm 사이)을 만들고, 롤러를 떼었다. 그 후 전체를 냉각조 내로 통과시켜 냉각하고, 이어서 가열경화조에 통과시켜 경화시킨 후, 편평 부분의 앞쪽 200mm의 위치에서 절단하여, 2개소의 편평 부분을 갖는 3층 구조의 단면을 갖는 FRP제의 프레임을 얻었다.

얻어진 프레임의 형상은 유리 섬유의 체적 함유율이 54.5%, 주체 부분의 횡단면은 외경 9.5mm이고, 편평 부분의 횡단면은 외경(두께) 6.1mm, 폭 13.4mm이었다. 굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,200N, 굽힘 강성 8,820kN·mm²이고, 편평 부분에서는 굽힘 강도 613N, 굽힘 강성 3,560kN·mm²이고, 천장부(주체부)(2)의 강성(Rm)과 편평한 편곡부(3)의 강성(Rf)의 비 [Rm/Rf]는 2.5이었다. 또, 이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여, 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 편곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.75m이었 다. 또, 편곡각(γ)은 7도였다.

또한, 편곡부의 위치, 즉 편평화의 위치에 대해서는, 제품 길이 및 이랑 폭 에 따라 임의로 설정 가능하다.

비교예 1

실시예 1에서, 중심의 외경 6.5mm, 내경 5.1mm, 드로잉 성형 후의 외경 9.0mm, 환상 피복 후의 외경 10.0mm로 형상을 변경하고, 그 밖은 실시예 1과 동일한 조건하에서 프레임을 제조했다.

얻어진 프레임의 유리 섬유 체적 함유율이 52.5%, 프레임 형상은 주체 부분의 횡단면은 외경 10.0mm이고, 편곡부의 횡단면은 외경(두께) 8.2mm, 폭 11.3mm이었다.

굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 647N, 굽힘 강성 8,330kN·mm², 편평 부분에서는 굽힘 강도 588N, 굽힘 강성 5,490kN·mm²이고, 천장부(주체부)(2)의 강성(Rm)과 편평한 편곡부(3)의 강성(Rf)의 비 [Rm/Rf]는 1.5이었다. 또, 이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여, 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 변곡부(3)를 갖지 않는 프레임이 0.82m인 것에 대하여 0.79m로 되고, 대략 반원 형상을 보여 종래의 프레임과 큰 차이가 보이지 않아, 이랑 폭 전역에 걸치는 식생이라고 하는 과제나, 내횡풍성을 만족시킬 수 있는 결과가 얻어지지 않았다.

비교예 2

실시예 1에서, 중심의 외경 4.0mm, 내경 2.6mm, 드로잉 성형 후의 외경 10.0mm, 환상 피복 후의 외경 11.0mm로 형상을 변경하고, 그 밖은 실시예 1과 동일한 조건하에서 프레임을 제조했다.

얻어진 프레임의 형상은 주체 부분의 횡단면은 외경 11.0mm이고, 편평 부분의 횡단면은 제품(두께) 5.3mm, 폭 17.9mm이었다.

굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,764N, 굽힘 강성 17,440kN·mm², 편평 부분에서는 굽힘 강도 490N, 굽힘 강성 4,020kN·mm²이고, 천장부(주체부)(2)의 강성(Rm)과 편평한 편곡부(3)의 강성(Rf)의 비 [Rm/Rf]는 4.3이었다. 또, 이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여, 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 편곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m인 것에 대하여 0.65m이었다. 그러나, 강성비가 4.3이나 되자 터널 형상으로 할 때의 꽂아넣기가 곤란하여, 실용성에는 부족한 결과가 되었다.

실시예 2

피복 수지를 AAS 수지, 가압 롤러 직경 40mm로 변경하고 실시예 1과 동일한 조건으로 성형하여 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분의 횡단면은 외경 9.5mm이고, 편곡부의 횡단면은 외경(두께) 5.8mm, 폭 13.3mm이었다. 굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,160N, 굽힘 강성 8,740kN·mm²이고, 편평 부분에서는 굽힘 강도 600N, 굽힘 강성 3,120kN·mm²이고, 주체부의 강성과 편곡 부의 강성의 비는 2.8이었다. 이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 편곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.72m이었다.

또, 편곡각(γ)은 9도이었다. 또, 얻어진 프레임의 피복을 벗기고, 피복 두께를 측정한 바, 주체부에서는 평균하여 두께 0.5mm이었다. 또, 편평부에서는 상측이 0.48mm, 하측이 0.46mm, 조작측 0.52mm, 반대 조작측 0.54mm로 균등하게 성형되어 있었다.

실시예 3

편곡부(3)에 해당하는 부분(편평 부분)을 단부로부터 200 내지 500mm 사이, 이어서 천장부(2)에 해당하는 부분(주체 부분)을 단부로부터 500 내지 1,900mm 사이, 또한 편곡부(3)에 해당하는 부분(편평 부분: 단부로부터 1,900 내지 2,200mm 사이)을 설치하도록 변경한 이외는, 실시예 2와 동일한 조건으로 성형하여 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분의 횡단면은 외경 9.5mm이고, 편곡부의 횡단면은 외경(두께) 5.8mm, 폭 13.3mm이었다. 굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,160N, 굽힘 강성 8,740kN·mm²이고, 편평 부분에서는 굽힘 강도 600N, 굽힘 강성 3,120kN·mm²이고, 주체부의 강성과 편곡부의 강성의 비는 2.8이었다. 이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 편곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.70m이었다.

실시예 4

편곡부(3)에 해당하는 부분(편평 부분)을 단부로부터 200 내지 1,050mm 사이, 이어서 천장부(2)에 해당하는 부분(주체 부분)을 단부로부터 1,050 내지 1,350mm 사이, 또한 편곡부(3)에 해당하는 부분(편평 부분: 단부로부터 1,350 내지 2,200mm 사이)을 설치하도록 변경한 이외는, 실시예 2와 동일한 조건으로 성형하여 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분의 횡단면은 외경 9.5mm이고, 편곡부의 횡단면은 외경(두께) 5.8mm, 폭 13.3mm이었다. 굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,160N, 굽힘 강성 8,740kN·mm²이고, 편평 부분에서는 굽힘 강도 600N, 굽힘 강성 3,120kN·mm²이고, 주체부의 강성과 편곡부의 강성의 비는 2.8이었다. 이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 편곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.73m이었다.

실시예 5

편곡부(3)에 해당하는 부분(편평 부분)을 단부로부터 200 내지 1,200mm 사이, 이어서 천장부(2)에 해당하는 부분(주체 부분)을 단부로부터 1,200 내지 1,500mm 사이, 또한 편곡부(3)에 해당하는 부분(편평 부분: 단부로부터 1,500 내지 2,500mm 사이)을 설치하도록 변경한 이외는, 실시예 2와 동일한 조건으로 성형하여 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분의 횡단면은 외경 9.5mm이고, 편곡부의 횡단면은 외경(두께) 5.8mm, 폭 13.3mm이었다. 굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,160N, 굽힘 강성 8,740kN·mm²이고, 편평 부분에서는 굽힘 강도 600N, 굽힘 강성 3,120kN·mm²이고, 주체부의 강성과 편곡부의 강성의 비는 2.8이었다. 이 길이 2.7m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 편곡부를 갖지 않는 프레임이 0.97m이었던 것에 대하여, 0.85m이었다.

실시예 6

실시예 1에서, 중심 외경 5.1mm, 내경 3.7mm, 드로잉 성형 후의 외경 9.4mm, 환상 피복 후의 외경을 10.4mm, 피복 수지를 AES 수지로 변경하고, 또한 가압 롤러 직경을 40mm로 하고, 그 밖은 실시예 1과 동일한 조건하에서 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분의 횡단면은 외경 10.4mm이고, 편곡부의 횡단면은 외경(두께) 6.3mm, 폭 14.1mm이었다. 굽힘 시험의 시험을 행한 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,160N, 굽힘 강성 13,690kN·mm²이고, 편평 부분에서는 굽힘 강도 900N, 굽힘 강성 5,500kN·mm²이고, 주체부의 강성과 편곡부의 강성의 비는 2.5이었다.

이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 편곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.74m이었다.

실시예 7

가압 롤러 직경을 100mm로 변경하고, 그 밖은 실시예 6과 동일한 조건하에서 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분의 횡단면은 외경 10.4mm이고, 편곡부의 횡단면은 외경(두께) 6.2mm, 폭 14.3mm이었다. 굽힘 시험의 시험을 행한 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,180N, 굽힘 강성 13,800kN·mm²이고, 편평 부분에서는 굽힘 강도 880N, 굽힘 강성 5,400kN·mm²이고, 주체부의 강성과 편곡부의 강성의 비는 2.6이었다.

이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 편곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.73m이었다.

실시예 8

ABS 수지를 용융 압출하여 외경 6.5mm, 내경 5.1mm의 중심 파이프를 성형하고, 계속해서 유리 로빙을 보강 섬유로 하고, 이것에 불포화 폴리에스터를 함침하고, 중심 외주에 균일하게 배열하여, 외경 11.5mm로 드로잉 성형하고, 이것을 크로스 헤드 다이에 삽입 통과시키고, AES 수지에 의해 외경 12.5mm로 환상으로 피복한 직후에, 상하방향으로부터 동시에 가압할 수 있는 가압장치를 사용하여, 단부로부터 200 내지 800mm 사이를 외경 12.5mm로부터 외경 7.9mm까지 가압하여 편평 부분을 만든 후, 일단 롤러를 떼고 단부로부터 800 내지 1,600mm 사이를 주체 부분인 외경 12.5mm로 했다. 그 후, 상기와 마찬가지로 가압장치로 단부로부터 1,600 내 지 2,200mm 사이를 외경 12.5mm로부터 외경 7.9mm까지 가압하여 편평부를 만들고, 롤러를 떼었다. 그 후 전체를 냉각조 내에 통과시켜서 냉각하고, 이어서 가열경화조에 통과시켜서 경화시킨 후, 편평 부분의 앞쪽 200mm의 위치에서 절단하여, 2개소의 편평 부분을 갖는 3층 구조의 단면을 갖는 FRP제의 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분은 제품 외경 12.5mm이고, 편평 부분은 제품 외경 7.9mm 두께, 17.9mm 폭이었다. 굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,961N, 굽힘 강성 27,440kN·mm²이었다. 한편 편평 부분에서는 굽힘 강도 1,079N, 굽힘 강성 9,900kN·mm²이고, 주체부와 편평부의 강성비는 2.7이었다. 또, 이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여, 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 변곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.70m이었다.

실시예 9

중심 외경을 4.3mm, 중심 내경을 2.9mm, 드로잉 성형 후의 외경 7.7mm, 환상 피복 후의 외경 8.7mm로 형상을 변경하고, 그 밖은 실시예 6과 동일한 조건하에서 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분은 제품 외경 8.7mm이고, 편평 부분은 제품 두께 5.8mm, 12.0mm 폭이었다. 굽힘 시험의 결과 주체 부분에서는 굽힘 강도 883N, 굽힘 강성 5,780kN·mm²이었다. 한편 편평 부분에서는 굽힘 강도 481N, 굽힘 강성 2,330kN·mm²이고 주체부와 편평부의 강성비는 2.5이었다. 또 이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여, 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 변곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.73m이었다.

실시예 10

실시예 2와 동일한 조건으로 성형하여 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분의 횡단면은 외경 9.5mm이고, 편곡부의 횡단면은 외경(두께) 5.4mm, 폭 14.0mm이었다. 굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,200N, 굽힘 강성 8,740kN·mm²이고, 편평 부분에서는 굽힘 강도 520N, 굽힘 강성 2,350kN·mm²이고, 주체부의 강성과 편곡부의 강성의 비는 3.7이었다. 이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 편곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.68m이었다. 또, 편곡각(γ)은 13도이었다.

실시예 11

실시예 6과 동일한 조건으로 성형하여 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분의 횡단면은 외경 10.4mm이고, 편곡부의 횡단면은 외경(두께) 7.2mm, 폭 13.8mm이었다. 굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,330N, 굽힘 강성 13,360kN·mm²이고, 편평 부분에서는 굽힘 강도 890N, 굽힘 강성 5,990kN·mm²이고, 주체부의 강성과 편곡부의 강성의 비는 2.2이었다. 이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 편곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.76m이었다. 또, 편곡각(γ)은 25 도이었다.

실시예 12

실시예 6에서, 드로잉 성형 후의 외경 12.1mm, 환상 피복 후의 외경 13.5mm로 형상을 변경하고, 그 밖은 실시예 1과 동일한 조건하에서 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분은 제품 외경 13.5mm이고, 편평 부분은 제품 외경 8.5mm 두께, 19.4mm 폭이었다. 굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 2,256N, 굽힘 강성 35,500kN·mm²이었다. 한편 편평 부분에서는 굽힘 강도 1,275N, 굽힘 강성 12,370kN·mm²이고, 주체부와 편평부의 강성비는 2.9이었다. 또, 이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여, 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 변곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.68m이었다. 단, 주체부의 강성이 35,500kN·mm²이나 되자 터널 형상으로 하는 꽂아넣기 작업을 다소 하기 어렵게 되었다.

실시예 13

실시예 6에서, 중심 외경을 4.3mm, 중심 내경을 2.9mm, 드로잉 성형 후의 외경 7.0mm, 환상 피복 후의 외경 8.0mm로 형상을 변경하고, 그 밖은 실시예 1과 동일한 조건하에서 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분의 제품 외경 8.0mm이고, 편평 부분은 제품 외경 5.7mm 두께, 10.4mm 폭이었다. 굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 735N, 굽힘 강성 3,800kN·mm²이었다. 한편 편평 부분에서는 굽힘 강도 392N, 굽힘 강성 1,740kN·mm²이고 주체부와 편평부의 강성비는 2.2이었다. 또 이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여, 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 변곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.76m이었다. 단, 주체부의 강성이 3,800kN·mm²로 되자, 터널로서의 강성이 약하여 뒤틀림을 일으킨다. 또한 풍우나 적설 등 외부로부터의 부하가 걸리면 쓰러지기 쉬워졌다.

실시예 14

실시예 6에서, 가압 롤러 직경을 26mm로 변경하고, 그 밖은 실시예 1과 동일한 조건하에서 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분의 횡단면은 외경 10.4mm이고, 편곡부의 횡단면은 외경(두께) 6.3mm, 폭 14.1mm이었다. 굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,140N, 굽힘 강성 13,500kN·mm²이고, 편평 부분에서는 굽힘 강도 920N, 굽힘 강성 5,700kN·mm²이고, 주체부의 강성과 편곡부의 강성의 비는 2.4이었다. 그러나, 가압 롤러 직경과 제품 직경의 비가 2.5에서는, 접점이 작기 때문에 바싹 당겨지는 수지량이 많아져, 편평부에 수지가 고인 부분이 생겨 연속생산에 지장을 초래하고, 또한, 가압 후에 롤러가 완전히 다 냉각되지 않아, 피복 수지가 롤러에 융착되는 경우가 있었다.

이 길이 2.4m의 프레임을 이랑 폭 1.5m로 하여 터널 형상으로 한 바 중앙부 높이는 종래의 편곡부를 갖지 않는 프레임이 0.82m이었던 것에 대하여, 0.75m이었 다.

실시예 15

실시예 6에서, 가압 롤러 직경을 130mm로 변경하고, 그 밖은 실시예 1과 동일한 조건하에서 프레임을 얻었다. 얻어진 프레임의 형상은 주체 부분의 횡단면은 외경 10.4mm이고, 편곡부의 횡단면은 외경(두께) 6.3mm, 폭 14.1mm이었다. 굽힘 시험의 결과, 주체 부분에서는 굽힘 강도 1,150N, 굽힘 강성 13,550kN·mm²이고, 편평 부분에서는 굽힘 강도 900N, 굽힘 강성 5,500m·mm²이고, 주체부의 강성과 편곡부의 강성의 비는 2.5이었다. 단, 가압 롤러와 제품직경의 비가 12로 되면 사용하는 롤러 직경이 지나치게 커져, 가압 개시 위치의 조정 작업을 하기 어렵게 되었다.

이상의 실시예, 비교예의 프레임의 형상, 주요 구성 등과 터널 설치 테스트에 있어서의 정상부의 높이 등을 정리하여 표 1-1, 1-2에 나타낸다.

본 발명의 터널재배용 프레임은 경량이고, 내구성, 치수안정성, 시공작업성 이 우수하고, 아치 모양으로 부설한 상태에서, 역U자 모양이 되므로, 이랑 폭의 위치에 따른 재배 작물의 생육의 불균일을 작게 할 수 있어, 보다 균일한 작물의 수확이 가능하게 되어, 농작물의 재배에 유효하게 이용할 수 있다.

Claims

섬유강화 합성수지를 포함하는 장척물로 이루어지고, 편곡부와 주체 부분으로 구성되는 아치 모양 프레임으로서,

상기 편곡부와 상기 주체 부분의 단면 형상이 상이하고, 상기 주체 부분의 강성(Rm)과 상기 편곡부의 강성(Rf)의 비 [Rm/Rf]가 2.0 내지 4.0인 것 특징으로 하는 농작물의 터널재배용 프레임.
제 1 항에 있어서,

상기 편곡부의 강성이 2,000 내지 15,000kN·mm², 주체 부분의 강성이 4,000 내지 30,000kN·mm²의 범위인 농작물의 터널재배용 프레임.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

천장부, 입설부 및 토중 매설부로 구성되는 주체 부분, 및 천장부와 입설부를 연이어 접속하는 편곡부를 갖는 터널재배용 프레임.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

천장부의 횡단면 형상과 입설부의 일부 및 토중 매설부의 횡단면 형상이 동일한 터널재배용 프레임.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

2 이상의 편곡부를 갖고, 또한 상기 편곡부의 횡단면 형상이 동일하며, 또한 편곡부의 중립면과 프레임의 길이축 방향의 가상 중립면이 이루는 편곡각도가 30도 이하인 터널재배용 프레임.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

편곡부의 횡단면 형상이 원형의 마주 대하는 둘레면을 변형시킨 편평 부분을 갖는 형상이며, 천장부와 입설부의 일부 및 토중 매설부의 횡단면 형상이 원형인 터널재배용 프레임.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

프레임이 섬유강화 합성수지 파이프로 이루어지는 것인 터널재배용 프레임.
제 7 항에 있어서,

섬유강화 합성수지 파이프가 열가소성 수지 파이프의 외주에 섬유강화 합성수지층을 형성한 2층 구조의 단면을 갖는 것인 터널재배용 프레임.
제 7 항에 있어서,

섬유강화 합성수지 파이프가 열가소성 수지 파이프의 외주에 섬유강화 합성 수지층을 형성하고, 또한 그 외주에 열가소성 수지 피복층을 설치하여 이루어지는 3층 구조의 단면을 갖는 것인 터널재배용 프레임.
제 9 항에 있어서,

상기 열가소성 수지 피복층이 스타이렌을 구성성분으로 포함하는 열가소성 수지인 농작물의 터널재배용 프레임.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

열가소성 수지 파이프의 중공부의 단면 형상이 편곡부와 주체 부분에서 동일한 터널재배용 프레임.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 열가소성 수지 파이프가 둥근 환상 파이프이며, 편곡부의 횡단면 형상이 원형을 유지하고 있는 터널재배용 프레임.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

편곡부의 길이가 300 내지 1000mm인 터널재배용 프레임.
천장부, 입설부, 토중 매설부 및 편곡부로 아치를 형성하는 3층 구조의 단면을 갖는 프레임의 제조방법으로서,

열가소성 수지를 중공 파이프 형상으로 연속적으로 압출하여 성형 고화한 후, 그 외주에, 미경화 상태의 열경화성 수지를 함침한 보강 섬유를 길이 방향으로 종방향으로 부가하고, 외주를 소정의 외경으로 드로잉하여 성형한 후, 그 외주를 용융상태 열가소성 수지로 환상으로 피복한 후, 편곡부에 상당하는 부분을 가압하여 편평화하면서 표면의 열가소성 수지 피복층을 냉각 고화하고, 계속해서, 열경화조로 인도하여, 내부의 열경화성 수지를 경화한 후, 천장부, 입설부 및 토중 매설부를 구성할 수 있는 소정의 길이로 절단하는 것을 특징으로 하는 터널재배용 프레임의 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기의 편곡부에 상당하는 부분을 가압하여 편평화하는 공정을, 제품직경(비편평화 부분의 직경)에 대하여 3 내지 10배의 직경을 갖는 롤러를 사용하여 행하는 터널재배용 프레임의 제조방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

상기 가압의 작동 타이밍 및 작동 시간과 절단공정의 절단 타이밍을 연관시켜서 이루어지는 3층 구조의 단면을 갖는 섬유강화 합성수지제 터널재배용 프레임의 제조방법.