KR20130063900A - 콘크리트 보강용 아라미드 섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

콘크리트 보강용 아라미드 섬유 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

콘크리트 균열시 같이 파손되지 않고 잘 뽑힐 수 있는 향상된 인발 특성을 갖는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 콘크리트 보강용 아라미드 섬유는 30mJ/㎡ 이하의 표면 에너지를 갖는다.

Description

콘크리트 보강용 아라미드 섬유 및 그 제조방법{Aramid Fiber for Reinforcing Concrete and Method for Manufacturing The Same}
본 발명은 콘크리트 보강용 아라미드 섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 콘크리트 균열시 같이 파손되지 않고 잘 뽑힐 수 있는 향상된 인발 특성을 갖는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
건설재료로서 광범위하게 사용되고 있는 콘크리트는 낮은 인장강도를 갖는다. 콘크리트의 낮은 인장강도를 보완하기 위한 보강재로서 강섬유(steel fiber)가 사용되었으나, 강섬유는 그 자체의 중량이 커서 타 설비를 파손시킬 수 있고, 가격이 비싸 비용 증가를 야기할 수 있으며, 화학 반응에 의해 취하될 위험이 크다는 문제가 있다.
이러한 문제점들을 갖는 강섬유를 대신하여 폴리프로필렌과 같은 합성섬유가 콘크리트 보강재로서 제안되었다. 그러나, 폴리프로필렌 섬유는 충분한 강신도 및 내마모성을 갖고 있지 않기 때문에 콘크리트의 인장강도를 만족할만한 수준으로 향상시킬 수 없는 문제가 있었다.
또한, 폴리프로필렌 섬유는 소수성 특성을 갖기 때문에 콘크리트와의 부착 강도가 떨어져 콘크리트로부터 잘 뽑히는 현상이 발생한다. 콘크리트의 역학적 특성을 향상시키기 위해서는 보강 섬유와 콘크리트 사이의 계면 접착력이 강화되어야 한다는 믿음에 근거하여, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0031809호는 콘크리트와의 접착력 강화를 위하여 폴리프로필렌 섬유의 표면을 극성기로 치환하는 내용을 개시하고 있다.
위와 같은 폴리프로필렌 섬유의 문제점을 해결하기 위하여, 아라미드 섬유가 콘크리트 보강재로서 제안되었다. 섬유 자체의 강신도 및 내마모 특성이 뛰어난 아라미드 섬유는 폴리프로필렌 섬유에 비해 콘크리트의 균열저항, 인장강도 및 압축강도를 크게 개선시킬 수 있다. 또한, 아라미드 섬유는 그 자체가 친수성 특성을 가지기 때문에 소수성의 폴리프로필렌에 비해 콘크리트에 더욱 강하게 부착되는데, 이러한 아라미드 섬유와 콘크리트 사이의 강한 계면 접착력은 콘크리트의 역학적 특성을 향상시키는데 유리하다고 믿어졌다.
그러나, 본 발명자의 연구 결과에 의하면, 보강 섬유와 콘크리트 사이의 계면 접착력이 지나치게 강하면 콘크리트 균열 시 보강 섬유가 함께 파괴되는 현상이 나타났다. 즉, 보강 섬유와 콘크리트 사이의 계면 접착력이 강할수록 콘크리트의 역학적 특성이 향상될 수 있을 것이라는 믿음에 오류가 있음이 발견되었다.
일단 발생된 콘크리트의 균열이 더 이상 전개되거나 확장되는 것을 방지하는 것이 보강 섬유의 가장 주요 기능이라는 점을 고려할 때, 친수성을 갖고 있어 콘크리트와 강하게 부착된 아라미드 섬유가 콘크리트 균열 발생과 함께 파괴되어 상기 균열 발생 이후에 아무런 기능을 할 수 없다는 것은 콘크리트 인장 특성의 향상을 목적으로 하는 콘크리트 보강재로서의 기능 자체를 수행할 수 없다는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 콘크리트 균열시 같이 파손되지 않고 잘 뽑힐 수 있는 향상된 인발 특성을 갖는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 관점은, 콘크리트 균열시 같이 파손되지 않고 잘 뽑힐 수 있는 향상된 인발 특성을 갖는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.
위에서 언급된 본 발명의 관점들 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 3 내지 24 mm의 길이를 가지며, 30mJ/㎡ 이하의 표면 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유가 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 아라미드 필라멘트를 준비하는 단계, 상기 아라미드 필라멘트의 표면 에너지를 저하시키는 단계, 및 상기 표면 에너지가 저하된 아라미드 필라멘트를 절단(chopping)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유의 제조방법이 제공된다.
위와 같은 본 발명에 대한 일반적 서술은 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.
본 발명에 따르면, 아라미드 섬유의 표면 에너지를 낮추어 콘크리트와의 계면 접착력을 감소시킬 수 있다.
이러한 계면 접착력의 감소로 인해, 본 발명의 아라미드 섬유는 콘크리트 균열시 같이 파손되지 않고 잘 뽑힐 수 있는 향상된 인발 특성을 가질 수 있다.
향상된 인발 특성을 갖는 본 발명의 아라미드 섬유로 보강된 콘크리트는 향상된 인장 특성을 가질 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 콘크리트 보강용 아라미드 섬유 및 그 제조방법의 실시예들을 상세하게 설명한다.
아래에서 설명되는 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 예들에 불과한 것으로서 본 발명의 권리범위를 제한하지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 보강용 아라미드 섬유는 3 내지 24 mm의 길이를 갖는 단섬유(chopped fiber)일 수 있다. 단섬유의 길이는 섬유 본래의 역학적 특성 발현 및 콘크리트 내에서의 분산성과 밀접하게 관련이 있다. 단섬유 길이가 24mm보다 길면 아라미드 섬유가 가지는 본래의 역학적 특성 발현에는 유리하나 콘크리트 내에서의 분산성에는 불리하다. 반면, 단섬유 길이가 3mm보다 짧으면 콘크리트 내에서의 아라미드 섬유의 분산성은 향상되지만 그 자체의 역학적 특성이 적절히 발현될 수 없다.
본 발명의 아라미드 섬유는 방향족 폴리아미드 섬유를 지칭하는 것으로서, 파라-아라미드(p-aramid) 섬유와 메타-아라미드(m-aramid) 섬유를 포함한다. 선택적으로, 상기 아라미드 섬유는 폴리(파라-페닐렌 테레프탈아미드)로 제조될 수 있다. 아라미드 섬유, 특히 파라-아라미드 섬유는 높은 강신도 및 내마모성을 갖기 때문에 콘크리트 보강재로 사용될 경우 폴리프로필렌 섬유에 비해 콘크리트의 균열저항, 인장강도 및 압축강도를 크게 개선시킬 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 아라미드 섬유는 전형적으로 친수성이기 때문에 콘크리트 보강재로 사용될 경우 콘트리트에 강하게 부착된다. 이러한 강한 부착력으로 인해 콘크리트에 균열이 발생할 경우 아라미드 섬유가 뽑히지 않고 파열되는 현상이 발생할 수 있다.
일단 발생된 콘크리트의 균열이 더 이상 전개되거나 확장되는 것을 방지하는 것이 보강 섬유의 가장 주요 기능이라는 점을 고려할 때, 콘크리트 균열 발생과 함께 파열되는 아라미드 섬유는 콘크리트의 인장 특성 향상에 아무런 도움이 되지 못한다.
따라서, 보강재로서 사용되는 아라미드 섬유가 콘크리트의 인장 특성을 향상시킬 수 있기 위해서는 아라미드 섬유와 콘크리트 사이의 계면 접착력을 낮출 필요가 있다. 즉, 콘크리트 보강재로서의 아라미드 섬유는 콘크리트 균열시 같이 파손되지 않고 잘 뽑힐 수 있는 향상된 인발 특성을 가져야 한다.
본 발명자의 연구 결과에 의하면, 아라미드 섬유의 인발 특성, 즉 아라미드 섬유와 콘크리트 사이의 계면 접착력은 아라미드 섬유의 표면 에너지와 밀접한 관계가 있다. 아라미드 섬유의 표면 에너지가 증가할수록 아라미드 섬유와 콘크리트 사이의 계면 접착력도 증가하고 아라미드 섬유의 인발 특성은 악화되는 경향이 있음이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명에 의하면, 아라미드 섬유의 표면을 개질함으로써 상기 아라미드 섬유가 30mJ/㎡ 이하의 표면 에너지를 갖도록 한다. 즉, 본 발명의 콘크리트 보강용 아라미드 섬유는 30mJ/㎡ 이하의 표면 에너지를 갖는다.
이와 같은 낮은 표면 에너지 덕분에 본 발명의 아라미드 섬유는 콘크리트와 낮은 계면 접착력을 유지하며 콘크리트 내에 존재할 수 있고, 상기 콘크리트에 균열이 발생할 경우 파손되지 않고 적절한 정도로 인발됨으로써 상기 콘크리트의 인장 특성 향상에 기여할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 콘크리트 보강용 아라미드 섬유는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이 그래프트(graft)된 표면을 갖는다. 즉, 소수성인 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌의 그래프팅을 통해 친수성 아라미드 섬유의 표면을 개질함으로써 아라미드 섬유의 표면 에너지를 30mJ/㎡ 이하로 낮출 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 콘크리트 보강용 아라미드 섬유가 실리콘 유제로 처리됨으로써 그 표면이 개질된다. 상기 실리콘 유제의 함량은 0.1 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 실리콘 유제 함량이 0.1 중량% 미만이면 개질 효과가 미미하다는 문제가 있다. 반면 실리콘 유제 함량이 10 중량%를 초과하면 유제가 섬유 표면에서 분리되는 문제가 나타난다.
선택적으로, 상기 콘크리트 보강용 아라미드 섬유가 실란(silane) 커플링제 또는 티타네이트(titanate) 커플링제로 처리됨으로써 그 표면이 개질될 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 콘크리트 보강용 아라미드 섬유의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 콘크리트 보강용 아라미드 섬유의 제조방법은 아라미드 필라멘트를 준비하는 단계, 상기 아라미드 필라멘트의 표면 에너지를 저하시키는 단계, 및 상기 표면 에너지가 저하된 아라미드 필라멘트를 절단(chopping)하는 단계를 포함한다.
본 발명의 아라미드 필라멘트는 다음과 같이 제조될 수 있다.
먼저, 5.0 내지 7.0의 고유점도(inherent viscosity: I.V.)를 갖는 방향족 폴리아미드 중합체, 예를 들어 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드: PPD-T)를 제조한다.
상기 중합체를 황산 용매에 용해시킴으로써 제조된 방사 도프(spinning dope)를 방사구금(spinneret)을 이용하여 방사(spinning)한 후 에어 갭(air gap)을 거쳐 응고조 내에서 응고시킴으로써 아라미드 필라멘트를 형성한다. 방사구금을 통과한 방사물이 응고액을 통과하게 되면 방사물 내의 황산이 제거되면서 필라멘트가 형성되는데, 황산이 방사물 표면으로부터 급격히 제거되면 그 내부에 함유된 황산이 미처 빠져나가기 전에 표면이 먼저 응고되어 필라멘트의 균일도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 방사물 표면으로부터 황산이 급격히 빠져나오는 것을 방지하기 위하여 응고액에 황산을 첨가할 수 있다.
필라멘트에 잔존하는 황산을 제거하기 위하여 물, 또는 물과 알칼리 용액의 혼합용액을 이용한 수세공정을 수행한다. 이어서, 필라멘트에 잔류하는 수분을 제거하기 위한 건조공정이 수행된다. 건조부 내의 건조 롤(drying roll)에 필라멘트가 닿는 시간을 조절하거나, 상기 건조 롤의 온도를 조절함으로써 필라멘트의 수분 함유량을 조절할 수 있다. 건조된 필라멘트는 다수의 열처리 롤들을 포함하는 열처리부에서 열처리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 위와 같이 제조된 아라미드 필라멘트는 50 내지 1,500 데니어(denier)의 선밀도를 갖는다.
선택적으로, 상업적으로 이용 가능한 제품[예를 들어, 코오롱 인더스트리(Kolon Industry)사에 의해 제조된 헤라크론®, 데이진(Teijin)사의 트왈론®, 또는 이 아이 듀퐁(E. I. Du Pont)사에 의해 제조된 케블라®]이 아라미드 필라멘트로서 사용될 수 있다.
이어서, 준비된 상기 아라미드 필라멘트의 표면 에너지를 저하시킨다.
본 발명에 의하면, 아라미드 필라멘트의 표면 에너지 저하 단계를 통해 아라미드 필라멘트의 표면 에너지가 30mJ/㎡ 이하로 저하됨으로써 콘크리트와의 계면 접착력이 충분히 약화될 수 있다.
결과적으로, 높은 강신도 및 내마모성이라는 아라미드 섬유의 고유 특성에 기인하는 콘크리트의 인장 특성 향상 외에도, 콘크리트와의 계면 접착력 약화 및 그에 따른 아라미드 섬유의 인발 특성 향상에 기인하는 콘크리트의 인장 특성 향상이 복합적으로 작용함으로써, 본 발명의 아라미드 섬유를 보강재로서 포함하는 콘크리트의 인장 특성이 획기적으로 향상될 수 있다.
상기 아라미드 필라멘트의 표면 에너지를 저하시는 단계는, 상기 아라미드 필라멘트를 플라즈마로 처리하는 단계, 및 상기 플라즈마로 처리된 아라미드 필라멘트에 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 그래프팅(grafting)하는 단계를 포함할 수 있다.
친수성의 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 아라미드 필라멘트의 표면에 그래프팅함으로써 아라미드 필라멘트의 표면 에너지를 30mJ/㎡ 이하로 저하시킬 수 있다. 한편, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌의 그래프팅을 위하여, 상기 아라미드 필라멘트를 플라즈마로 처리하는 것이 바람직하다. 즉, 플라즈마 전처리에 의해 아라미드의 수소 원자가 제거됨으로써 상기 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌의 그래프팅이 용이하게 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 아라미드 필라멘트의 표면 에너지를 저하시는 단계는, 상기 아라미드 필라멘트를 실리콘 유제로 처리함으로써 수행될 수 있다. 스프레이 방법, 디핑 방법 등을 포함하는 공지의 다양한 방법을 통해 실리콘 유제가 상기 아라미드 필라멘트에 부여될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 실리콘 유제로 처리된 아라미드 필라멘트 내의 실리콘 유제 함량은 0.1 내지 10 중량%이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 아라미드 필라멘트의 표면 에너지를 저하시는 단계는, 상기 아라미드 필라멘트를 실란 커플링제 또는 티타네이트 커플링제로 처리함으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 아라미드 필라멘트의 표면 에너지를 저하시는 단계는, 상기 아라미드 필라멘트에 감마선을 조사하는 단계, 및 상기 감마선의 조사와 동시에 에틸렌 또는 프로필렌 단량체를 상기 아라미드 필라멘트에 가하는 단계를 포함할 수 있다.
위에서 설명한 방법들 중 어느 하나를 이용하여 아라미드 필라멘트의 표면 에너지를 저하시킨 후, 상기 아라미드 필라멘트를 3 내지 24 mm의 길이를 갖는 아라미드 단섬유들(chopped fibers)로 절단한다.
이하, 실시예들 및 비교예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로 이것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안 된다.
실시예 1
5.5의 고유점도(I.V.)를 갖는 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드: PPD-T)를 100%의 농황산 용매에 용해시킴으로써 방사 도프를 제조하였다. 방사 도프를 방사구금을 통해 방사한 후 7 mm의 에어 갭을 거쳐 13%의 황산수용액이 담겨져 있는 응고조 내에서 응고시킴으로써 아라미드 필라멘트를 제조하였다. 아라미드 필라멘트로부터 잔존 황산을 제거하기 위하여, 아라미드 필라멘트를 0.5%의 가성 수용액(aqueous caustic solution)이 담긴 제1 수세조에서 1차 수세하고, 이어서 0.05%의 더 묽은 가성 수용액이 담긴 제2 수세조에서 2차 수세를 하였다. 이어서, 아라미드 필라멘트에 잔류하는 수분을 제거하기 위한 건조 공정을 수행하였다. 건조된 아라미드 필라멘트는 다수의 열처리 롤을 포함하는 열처리부에서 열처리되었다. 이렇게 완성된 아라미드 필라멘트의 선밀도는 1,500 데니어이었다.
상기 아라미드 필라멘트를 산소 분위기 하에서 2KW의 플라즈마로 처리하고, 필라멘트 표면에 관능기를 도입시킨 후, 상기 필라멘트에 에틸렌 단량체를 가하여 중합시킴으로써, 폴리에틸렌이 표면에 그래프팅된 아라미드 필라멘트를 얻었다.
위와 같이 개질된 표면을 갖는 아라미드 필라멘트를 약 12 mm의 길이를 갖는 아라미드 단섬유들로 절단하였다.
실시예 2
아라미드 필라멘트의 표면 개질을 위하여 폴리에틸렌 대신에 폴리프로필렌이 그래프팅되었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 단섬유들이 제조되었다.
실시예 3
플라즈마 처리 및 폴리에티렌 그래프팅 대신에, 표면 개질을 위하여 상기 아라미드 필라멘트가 실리콘 유제로 처리되었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 단섬유들이 제조되었다. 상기 아라미드 단섬유 내의 실리콘 유제 함량은 5중량%이었다.
실시예 4
플라즈마 처리 및 폴리에티렌 그래프팅 대신에, 표면 개질을 위하여 상기 아라미드 필라멘트에 감마선을 조사하면서 에틸렌 단량체를 가하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 단섬유들이 제조되었다.
실시예 5
플라즈마 처리 및 폴리에티렌 그래프팅 대신에, 표면 개질을 위하여 상기 아라미드 필라멘트가 실란 커플링제로 처리되었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 단섬유들이 제조되었다.
비교예
플라즈마 처리 및 폴리에티렌 그래프팅을 실시하지 않았다는 것을 제외하고는, 즉 표면 개질을 수행하지 않았다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 단섬유들이 제조되었다.
실시예들 및 비교예에 의해 각각 제조된 아라미드 단섬유들의 표면 에너지를 다음의 방법으로 각각 측정하였고, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
아라미드 단섬유들의 표면 에너지 측정
아라미드 단섬유를 고르게 펴서 잘 고정한 다음, 물(γlv D=22.0, γlv P=50.2, γlv=72.2mJ/m2) 및 헥산(hexane)(γlv D=18.4, γlv P=0.0, γlv=18.4mJ/m2)에 대한 접촉각을 각각 측정한 후, 아래의 식을 이용하여 아라미드 단섬유들의 표면에너지를 측정하였다.
(1) 1 + cosθ = 2(γS D)1/2(γlv D)1/2/γlv + 2(γS P)1/2(γlv P)1/2/γlv
(2) γS = γS D + γS P
여기서, θ는 접촉각이고, γS D는 아라미드 단섬유 표면에너지의 dispersion 기여분이고, γS P는 아라미드 단섬유 표면에너지의 polar 기여분이며, γS는 아라미드 단섬유의 전체 표면에너지이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예
표면 에너지
(mJ/m2)		 25 26 20 24 29 42
<콘크리트의 제조>
제조예 1
162kg의 물, 330kg의 시멘트, 868kg의 모래, 및 964kg의 골재의 배합물에 상기 실시예 1의 아라미드 단섬유들을 10kg 혼입하였다. 이어서, 상기 배합물을 이용하여 1m3의 단위체적을 갖는 콘크리트를 제조하였다.
제조예 2 내지 5
실시예 1의 아라미드 단섬유 대신에 실시예 2 내지 5의 아라미드 단섬유들이 각각 사용되었다는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 콘크리트들이 제조되었다.
비교 제조예 1
실시예 1의 아라미드 단섬유 대신에 표면이 개질되지 않은 비교예의 아라미드 단섬유가 사용되었다는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 콘크리트가 제조되었다.
비교 제조예 2
실시예 1의 아라미드 단섬유 대신에 폴리프로필렌 단섬유(나이콘소재사의 파워메쉬화이버)가 사용되었다는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 콘크리트가 제조되었다.
위 제조예들 및 비교 제조예들에 의해 각각 제조된 콘크리트들의 신도 및 인장강도가 다음의 방법들에 의해 각각 측정되었고, 그 결과들을 아래의 표 2에 나타내었다.
콘크리트의 신도 및 인장강도 측정
섬유보강 콘크리트의 신도 및 인장강도는 인장시험기를 통하여 파단시까지 늘어나는 길이 및 최대 로드(load)를 측정하여 각각 구하였다.
제조예 1 제조예 2 제조예 3 제조예 4 제조예 5 비교
제조예 1		 비교
제조예 2
신도 (%) 1.6 1.5 2.0 1.6 1.5 0.7 1.5
인장강도 (MPa) 5.0 5.2 5.2 5.1 5.0 4.9 3.5
위 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 30mJ/㎡ 이하의 표면 에너지를 갖는 본 발명의 아라미드 섬유를 보강재로서 포함하고 있는 제조예 1 내지 5의 콘크리트들은, 표면 개질이 수행되지 않아 30mJ/㎡를 초과하는 높은 표면 에너지를 갖는 아라미드 섬유를 보강재로서 포함하고 있는 비교 제조예 1의 콘크리트에 비해서 우수한 신도 및 인장강도를 갖는다. 또한, 본 발명에 의해 제조된 콘크리트는 폴리프로필렌 섬유를 보강재로서 포함하고 있는 비교 제조예 2의 콘크리트와 비슷하거나 높은 신도를 나타내면서도 그에 비해 우수한 인장 강도를 가짐을 알 수 있다.

Claims (12)

  1. 3 내지 24 mm의 길이를 가지며, 30mJ/㎡ 이하의 표면 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이 그래프트(graft)된 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표면은 실리콘 유제로 처리된 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 실리콘 유제의 함량은 0.1 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유.
  5. 제1항에 있어서,
    실란(silane) 커플링제 또는 티타네이트(titanate) 커플링제로 처리된 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유.
  6. 아라미드 필라멘트를 준비하는 단계;
    상기 아라미드 필라멘트의 표면 에너지를 저하시키는 단계; 및
    상기 표면 에너지가 저하된 아라미드 필라멘트를 절단(chopping)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 표면 에너지 저하 단계를 통해, 상기 아라미드 필라멘트의 표면 에너지가 30mJ/㎡ 이하로 저하되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 절단 단계를 통해, 3 내지 24 mm의 길이를 갖는 아라미드 단섬유들(chopped fibers)이 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 표면 에너지 저하 단계는,
    상기 아라미드 필라멘트를 플라즈마로 처리하는 단계; 및
    상기 플라즈마로 처리된 아라미드 필라멘트에 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 그래프팅(grafting)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 표면 에너지 저하 단계는 상기 아라미드 필라멘트를 실리콘 유제로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 표면 에너지 저하 단계는 상기 아라미드 필라멘트를 실란 커플링제 또는 티타네이트 커플링제로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유의 제조방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 표면 에너지 저하 단계는,
    상기 아라미드 필라멘트에 감마선을 조사하는 단계; 및
    상기 감마선의 조사와 동시에 에틸렌 또는 프로필렌 단량체를 상기 아라미드 필라멘트에 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 아라미드 섬유의 제조방법.
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