KR20160021623A - 필 플라이 적용 frp 리바 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최대한 많은 양의 FRP 리바 심재용 섬유를 수지함침조에 투입하여 FRP 리바 심재용 섬유에 수지가 충분히 배어들게 한 후 상기 수지가 배어 있는 FRP 리바 심재용 섬유를 필 플라이로 감싸고 금형에 투입하여 FRP 봉을 성형함으로써 FRP 봉의 표면에 필 플라이의 요철이 찍혀 표면적이 넓어지게 함과 동시에 상기 표면적이 넓어진 FRP 봉을 금형에 장착되어 있는 가열수단으로 열 경화시켜 FRP 리바를 제조하는 FRP 리바 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

Description

필 플라이 적용 FRP 리바 제조장치 및 제조방법{FRP Re-bar Manufacturing Device Using Peel Ply and Manufacturing Method}

본 발명은 필 플라이를 적용한 FRP 리바 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최대한 많은 양의 FRP 리바 심재용 섬유(보강용 복합소재 섬유)를 수지함침조에 투입하여 FRP 리바 심재용 섬유에 수지가 충분히 배어들게 한 후 상기 수지가 배어 있는 FRP 리바 심재용 섬유를 필 플라이로 감싸고 금형에 투입하여 FRP 봉을 성형함으로써 FRP 봉의 표면에 필 플라이의 요철이 찍혀 표면적이 넓어지게 함과 동시에 상기 표면적이 넓어진 FRP 봉을 금형에 장착되어 있는 가열수단으로 열 경화시킨 후 표면의 필 플라이를 탈거하여 FRP 리바를 제조하는 FRP 리바 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 건축재로서 콘크리트 내에 철근을 삽입한 철근 콘크리트가 널리 사용되고 있다. 철근 콘크리트는 콘크리트의 압축력과 철근의 인장력을 결합시켜 콘크리트의 강도상 결함을 철근이 보완하고 있으므로 지금까지도 이상적인 건축자재로서 널리 사용되고 있다. 그러나 철근 콘크리트는 오랜 세월이 지나면 콘크리트내의 철근이 부식되게 되며, 특히 해안용 보와 같이 바닷가에 설치하여 사용하는 경우에는 염분에 의해 철근의 산화가 훨씬 빠르게 진행되어 콘크리트의 강도가 현저하게 떨어짐은 물론 철근이 부식되는 과정에서 팽창이 일어나므로 결국 콘크리트에 균열이 생겨 훼손되는 등의 문제가 발생하고 있다. 따라서 수년전부터 철근을 대신하여 강화유리섬유로 만든 리바 즉, FRP 리바 (Fiberglass Reinforcing Plastic Re-bar)를 콘크리트 보강재로 사용한 제품이 개발되어 사용되고 있다. 상기 FRP 리바를 제조하는 방법은 고강도 FRP 봉을 생산한 후에 표면 연마공정, 리브 형성을 위한 래핑공정, 규사 또는 가넷 등의 부착성능 증진용 부착공정 등을 거쳐 제조하는 방법과 인발성형 시 고강도 섬유를 함께 와인딩하여 리브를 형성하며 제조하는 방법으로 구분할 수 있다. 전자는 뛰어난 강도를 구현하여 철근 대체용으로 사용할 수 있으나 고강도 FRP 봉을 성형한 후에 표면에 리브를 형성하고 규사 등을 부착하여 표면적을 넓혀 부착성능을 증진한 후접착 방식이기 때문에 FRP 봉과 표면 부착재들과의 분리가 일어날 수 있는 문제점을 갖고 있다. 후자는 연속 대량생산이 가능하지만 고강도 섬유를 와인딩 하면서 리브 형성을 하고 와인딩 장력을 주어 리바에 굴곡을 주어 콘크리트 또는 접착제류와의 결합을 위한 표면적을 넓히고 이탈을 방지하지만 와인딩 하는 섬유의 간극이 발생하여 섬유가 감기는 부위의 둘레는 조여지며 줄어들지만 그렇지 못한 부분들은 심재의 보강재 섬유들과 수지들이 벌어지면서 섬유의 직진성이 유지되지 못해 탄성 및 인장강도가 떨어지는 단점을 가지고 있다.

[선행기술]

1. 대한민국 특허등록 제10-605127호(콘크리트 보강용 에프알피봉 및 그 제조방법)

2. 대한민국 특허등록 제10-722547호(표면개질된 에프알피 보강재와 이 에프알피 보강재를이용한 피씨암거의 내부 보강)

3. 대한민국 특허등록 제10-0861578호(콘크리트 구조물 보강용 리바 및 그 제조방법)

첫째, FRP 리바를 제조할 때 FRP 봉의 표면을 최대한 거칠게 하여 표면적이 넓어지도록 할 필요가 있다.

둘째, 그간 FRP 리바의 표면적을 늘리기 위하여 망사 등 고강도 섬유를 감아 리브 형성을 하였지만 이와 같은 기존 장치로는 섬유를 감을 때 간극 발생을 막지 못하여 탄성 및 인장강도가 떨어지는 바, 섬유의 간극이 발생하지 않도록 할 필요가 있다.

셋째, 한 번의 작업으로 가능한 한 많은 양의 FRP 리바를 생산할 수 있도록 함으로써 생산성을 높일 필요가 있다.

상기 과제는 금형에 가열수단을 일체로 장착함으로써 최대한 많은 체적의 보강 및 심재용 복합소재 섬유를 금형에 투입하며, 금형에 투입하기 전 에폭시, 비닐에스터, 폴리에스터 등의 FRP 제작용 수지에 함침시키며, 상기 수지에 함침된 FRP 리바 심재용 섬유를 금형에 투입하기 직전에 필 플라이로 감싼 후 금형에 투입하여 금형에서 봉 형상으로 가열 및 성형한 후에 표면의 필 플라이를 탈거하여 표면적을 극대화한 FRP 리바를 연속적으로 생산함으로써 해결할 수 있게 되었다.

첫째, 수지가 함침된 FRP 리바 심재용 섬유를 필 플라이로 감싼 후 금형에 투입하여 FRP 봉으로 가열 및 성형한 후에 탈거함으로써 FRP 봉의 표면에 필 플라이의 요철(凹凸)이 뚜렷하게 형성되게 되고 이와 동시에 FRP 리바의 표면이 매우 거칠어져 표면적이 최대한 넓어진다.

둘째, FRP 리바의 표면적을 늘리기 위하여 필 플라이로 FRP 리바 심재용 섬유를 감쌀 때 FRP 리바 심재용 섬유가 아직 굳지 않은 상태에서 필 플라이로 감싼 후 금형에 투입하여 FRP 봉으로 성형하고 열 경화시켜 FRP 리바를 제조함으로써 금형 내에 최대한의 보강섬유가 투입되도록 하여 압착이 이루어진 상태에서 경화가 이루어져 보강섬유 및 수지 간에 간극이 발생할 가능성을 원천적으로 제거하였다.

셋째, FRP 리바 심재용 섬유의 공급부터 필 플라이 투입, FRP 봉 형성, 필 플라이 피복, 열 경화, 필 플라이 제거로 이루어지는 인발성형 공정이 연속 공정으로 이루어지며, 길이의 제한이 없이 롤링으로 권취가 가능하며 한 번의 작업으로 많은 양의 FRP 리바를 생산할 수 있어 생산성과 가격경쟁력을 높일 수 있게 되었다.

도 1 : 본 발명 FRP 리바 제조장치의 구조도
도 2 : 본 발명 FRP 리바 제조장치에 의하여 제조된 FRP 리바로서 필 플라이의 일부를 탈거한 상태를 보여주는 사시도

본 발명은 최대한 많은 양의 FRP 리바 심재용 섬유를 수지함침조에 투입하여 FRP 리바 심재용 섬유에 수지가 충분히 배어들게 한 후 상기 수지가 배어 있는 FRP 리바 심재용 섬유를 이형직물인 필 플라이로 감싸고 금형에 투입하여 FRP 봉을 성형함으로써 FRP 봉의 표면에 필 플라이의 요철이 찍혀 표면적이 넓어지게 함과 동시에 상기 표면적이 넓어진 FRP 봉을 금형에 장착되어 있는 가열수단으로 열 경화시킨 후 필 플라이를 탈거하여 제품의 표면적을 극대화 한 FRP 리바를 제조하는 FRP 리바 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 FRP 리바 제조장치의 구조도이고 도 2는 본 발명 FRP 리바 제조장치를 사용하여 제조된 FRP 리바의 사시도로서 필 플라이를 일부 탈거한 상태를 보여주는 사진이다.

본 발명 FRP 리바 제조장치는 성형부(100)와 인발부(200)로 대별할 수 있다.

상기 성형부(100)는 FRP 리바 심재용 섬유(111)를 공급하는 복수 개의 크릴(110);과 FRP 리바 심재용 섬유(111)에 수지를 함침하기 위한 수지함침조(120); 상기 수지함침조(130)와 금형부(140) 사이에 위치하고 금형부(140)에 투입되기 직전의 수지가 배어 있는 FRP 리바 심재용 섬유(111)에 필 플라이를 감싸는 필 플라이 투입부(130), FRP 리바 심재용 섬유(111)를 봉 형태로 성형하는 금형(141)과 가열수단(142)이 장착되어 있고 필 플라이에 입혀진 상태로 투입되어 금형(141)을 통과하는 FRP 리바 심재용 섬유(111)를 FRP 봉(150)으로 성형함과 동시에 상기 FRP 봉(150)을 열 경화시켜 FRP 리바(300)를 제조하는 금형부(140), FRP 리바 제조 전 과정을 자동으로 제어하는 제어부(160), 상기 FRP 리바(300)에서 필 플라이(112)를 제거하는 필 플라이 탈거부(170)로 구성된 성형부(100);와 인발구동장치(210, 220)가 구비되어 있어 FRP 리바(300)를 본 발명 제조장치 외부로 이송하는 인발부(200);로 구성되어 있다.

상기 FRP 리바 심재용 섬유(111)는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 현무암섬유, 폴리에스터섬유 등 고강도, 고내열성 장섬유를 말한다.

상기 수지함침조(130)에 저장되는 수지는 에폭시, 비닐에스터, 폴리에스터 등을 말한다.

상기 필 플라이(112)는 폴리에스터, 나일론 6, 나일론 66 등으로 제조된 직물로서 표면에 요철이 많은 것으로서 FRP 리바 심재용 섬유(111)의 경화온도에 걸 맞는 것을 선택하여야 하며, 필 플라이(112)의 수축률을 감안하여 가열을 하기 전에 미리 열처리를 하여 가열수단(142)으로부터 열을 받더라도 열 수축에 의한 사이즈 변화가 없도록 하여 FRP 리바 전체 둘레를 완벽하게 감싸줄 수 있도록 할 필요가 있다. 또 필 플라이 기성 제품은 그 폭이 상당히 넓어 그대로는 본 발명에 사용할 수 없다. 따라서 본 발명 장치로 제조되는 FRP 리바(300)의 규격에 맞도록 재단하여 사용하되 그 절단면이 깔끔한 상태를 유지할 수 있도록 레이저재단 또는 열 재단을 통해 절단하여 사용하는 것이 바람직하다.

필 플라이(112)로 FRP 리바 심재용 섬유(111)를 감싸는 방법에는 필 플라이(112)를 FRP 리바 심재용 섬유(111)를 중심으로 와인딩하여 감아주는 방법과 필 플라이(112)를 1/4 둘레 사이즈로 하여 상하좌우 4면으로 투입하는 방법, 필 플라이(112)를 원둘레 사이즈로 전량 한꺼번에 싸주면서 들어가도록 하는 방법(레퍼를 사용하여 자연스럽게 말려 들어가도록 함) 및 필 플라이(112)를 2등분하여 상하 또는 좌우에서 들어가도록 하는 방법 등이 있다. 이때 명심할 것은 FRP 리바 심재용 섬유(111)가 수지함침조(120)를 거쳐 금형부(140)로 투입되기 직전에 필 플라이(112)를 수지함침을 시키지 않은 상태에서 FRP 리바 심재용 섬유(111)의 둘레를 완전히 감싼 후 투입하도록 하여야 한다.

상기 금형부(140)에는 금형(141)과 가열수단(142)이 장착되어 있어 수지가 흠뻑 배어 있고 필 플라이(112)로 감싸진 심재용 섬유(111)가 금형(141)을 통과하면서 성형된 FRP봉(150)을 160~200℃에서 1~5분간 열 경화시켜 FRP 리바(300)로 제조한다. 금형(141)은 FRP 리바(300)가 봉 형상이 되도록 금형 내부가 빈 긴 원통으로 되어 있고 가열수단(142)은 히터나 전기가열기 등 FRP봉(150)을 가열할 수 있는 것이면 어느 것이나 사용할 수 있다.

상기 필 플라이 탈거부(170)에는 와인더(171)가 장착되어 있다. 따라서 필 플라이(112)의 탈거는 FRP 리바 성형 후 공냉 과정을 거쳐 완전히 식은 상태에서 진행하여야 하며 성형되어 나오는 제품의 상하 또는 상하좌우에 거치대(도시하지 않음)를 장착하여 제품 진행 방향의 반대방향으로 당겼을 때 걸쳐져 FRP 리바(300)를 감싸고 있는 필 플라이(112)를 와인더(171)에 의해 잡아당겨져 탈거되도록 한다.

이하, 상기 장치를 사용하여 FRP 리바를 제조하는 공정에 대하여 설명한다.

우선 FRP 리바 제조용 섬유(111)가 감겨져 있는 복수개의 크릴(110)을 준비한다. 또 필 플라이(112)가 감겨져 있는 필 플라이 와인더(130)를 준비한다. 상기 필 플라이(112)는 FRP 리바(300)의 표면을 사포(砂布)로 문지르거나 규사를 입힌 것처럼 또는 표면에 규사를 부착한 것과 같이 표면을 거칠어지게 하여 FRP 리바(300)의 표면적을 넓게 하기 위한 것이므로 표면에 요철이 많은 것으로서 160~180℃에서 2~6시간 미리 열처리를 하여 가열수단(142)으로부터 열을 받더라도 열 수축에 의한 사이즈 변화가 없도록 하여야 하며, 내열도가 높아 수축이 적거나 없는 필 플라이를 사용할 수도 있다.

이어 제어부(160)를 가동하여 FRP 리바 제조용 섬유(111)를 수지함침조(120)에 함침시켜 FRP 리바 제조용 섬유(111)에 수지가 흠뻑 배어들도록 한다.

이어 상기 수지가 흠뻑 밴 FRP 리바 제조용 섬유(111)가 금형부(140)에 투입되기 직전에 와인더(130)에 감겨 있는 필 플라이(112)를 투입하여 금형(141)의 규격에 맞추어 전술한 방법 중 하나를 사용하여 감싼다. 따라서 수지가 흠뻑 배었지만 경화되지 않은 FRP 리바 제조용 섬유(111)는 금형부(141)에 투입되기 직전에 표면에 요철을 가진 필 플라이(112)가 감싸짐으로써 그 영향으로 FRP 리바 제조용 섬유(111) 표면과 필 플라이의 접촉면에 수많은 요철을 각인한 상태로 금형부(140)에 투입되게 된다.

FRP 리바 제조용 섬유(111)가 금형부(140)에 투입되면 금형(141)을거치면서 FRP 봉(150)으로 성형되는 바, 이때 즉시 가열수단(142)을 가동하여 FRP 봉(150)을 160~200℃에서 1~5분간 열 경화시킨 후 필 플라이를 탈거하여 요철을 가진 표면적이 극대화된 FRP 리바(300)를 제조한다.

상기 과정을 거쳐 제조된 FRP 리바(400)는 수지가 흠뻑 배어 있는 상태의 FRP 리바 심재용 섬유(112)에 필 플라이(112)의 거친 표면이 각인되어 그 표면이 매우 거칠어진 후에 열 경화시켜 제조되었으므로 FRP 리바(300)의 표면은 마치 사포로 비빈 것처럼 거칠어져 있으므로 표면적이 매우 넓어져 있다.

상기와 같이 필 플라이(112)의 거친 면이 각인된 FRP 리바(300)는

인발부(200)에 의하여 본 제조장치 외부로 인발되는 도중에 필 플라이 탈거부(170)를 거치면서 필 플라이(112)는 탈거되어 표면에 요철을 형성한 상태로 와인더(171)에 감겨진다.

필 플라이(112)가 탈거되고 표면이 거칠어진 FRP 리바(300)는 인발부(200)에 의하여 본 발명 FRP제조장치 외부로 이송된 후 적당한 길이로 절단되거나 필요한 길이만큼 물레 등의 권취장치에 감아 제품으로 포장되어 출하된다. 그러나 필 플라이(112)를 탈거하지 않은 상태로 절단한 후에 제품으로 출하할 수도 있다. 또 상기 모든 공정은 제어부(160)에 의하여 제어되어 자동으로 진행된다.

상기 본 발명 제조장치와 제조공정을 거쳐 제조된 FRP 리바의 강도를 기존 제품과 비교한 결과는 아래 표와 같다.

구 분		자사 다공정 FRP 리바	해외 A사	해외 C사	본 발명제품
직경(Diameter)		10mm	10mm	10mm	10mm
인장강도 (MPa)	제품 1	1214	제품 Data sheet 기반	제품 Data sheet 기반	1381
	제품 2	1238			1363
	제품 3	1255			1366
	제품 4	1292			1290
	제품 5	1304			1292
평균인장강도		1261	827	1100	1338

100 : 성형부
110 : 크릴 111 : FRP 리바 심재용 섬유
112 : 필 플라이
120 : 수지함침조 130 : 필 플라이 투입부
140 : 금형부 141 : 금형
142 : 가열수단 150 : FRP 봉
160 : 제어장치 170 : 필 플라이 탈거부
171 : 와인더
200 : 인발부 210, 220 : 인발구동장치
300 : FRP 리바

Claims (5)

1. FRP 리바 심재용 섬유(111)를 공급하는 복수 개의 크릴(110);
   FRP 리바 심재용 섬유(111)에 수지를 함침하기 위한 수지함침조(120);
   상기 수지함침조(130)와 금형(140) 사이에 위치하고 금형(140)에 투입되기 직전의 FRP 리바 심재용 섬유(111)에 필 플라이(112)를 감싸주는 필 플라이 투입부(130);
   FRP 리바 심재용 섬유(111)를 봉 형태로 성형하는 금형(141)과 가열수단(142)이 장착되어 있고 필 플라이가 감싸진 상태로 투입된 FRP 리바 심재용 섬유(111)를 FRP 봉(150)으로 성형함과 동시에 상기 FRP 봉(150)을 열 경화시켜 FRP 리바(300)를 제조하는 금형부(140);
   FRP 리바 제조 전 과정을 자동으로 작동되도록 제어하는 제어부(160)
   인발구동장치(210, 220)가 구비되어 있어 상기 금형(140)에서 제조된 FRP 리바(300)를 이송하는 인발부(300);로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 FRP 리바 제조장치
2. 제1항에 있어서,
   상기 FRP 리바 제조장치에는 금형(140)에서 제조된 FRP 리바(300)에서 필 플라이(112)를 탈거하는 필 플라이 탈거부(170);가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 FRP 리바 제조장치
3. FRP 리바 제조용 섬유(111)가 감겨져 있는 복수개의 크릴(110)을 준비하는 단계;
   FRP 리바(300)의 표면을 표면을 거칠어지게 하여 FRP 봉(150)의 표면적을 넓게 하기 위한 필 플라이(112)가 감겨져 있는 필 플라이 투입부(130)를 준비하는 단계;
   제어부(160)를 가동하여 FRP 리바 제조용 섬유(111)를 수지함침조(120)에 함침시켜 FRP 리바 제조용 섬유(111)에 수지가 흠뻑 배어들도록 하는 단계;
   이어 상기 수지가 흠뻑 밴 FRP 리바 제조용 섬유(111)를 금형부(140)에 투입하기 직전에 필 플라이 와인더(130)에 감겨 있는 필 플라이(112)를 투입하여 FRP 리바 제조용 섬유(111)의 표면을 금형(141)의 규격에 맞추어 감싸는 단계;
   필 플라이(112)가 입혀진 FRP 리바 제조용 섬유(111)가 금형부(140)에 투입되면 금형(141)을 통과시켜 FRP 봉(150)의 형태로 가열수단을 이용하여 160~200℃에서 1~5분간 열 경화시켜 FRP 리바(400)를 제조하는 단계;
   표면이 거칠어진 상태로 인발부(200)로 이송된 FRP 리바(300)를 본 발명 FRP제조장치 외부로 이송하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 FRP 리바 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   FRP 리바 심재용 섬유에 필 플라이를 감는 방법은 필 플라이(112)를 FRP 리바 심재용 섬유(111)를 중심으로 와인딩하여 감아주는 방법과 필 플라이(112)를 1/4 둘레 사이즈로 하여 상하좌우 4면으로 투입하는 방법, 필 플라이(112)를 원둘레 사이즈로 전량 한꺼번에 싸주면서 들어가도록 하는 방법(레퍼를 사용하여 자연스럽게 말려 들어가도록 함) 및 필 플라이(112)를 2등분하여 상하 또는 좌우에서 들어가도록 하는 방법 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 FRP 리바 제조방법.
5. 제3항에 있어서,
   상기와 같이 표면적이 넓어진 FRP 리바(300)가 인발부(200)로 인발되는 도중에 필 플라이 탈거부(170)를 가동하여 FRP 리바(300)에서 필 플라이(112)를 탈거하여 와인더(171)에 감는 단계; 를 추가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 FRP 리바 제조방법.

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