KR20160138962A - 방식용 양극, 그것을 사용한 콘크리트 구조물의 방식 구조 및 방식 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그래파이트 시트로 이루어지는 도전층의 일방의 면에 섬유 기재로 이루어지는 보강층이 접착제층을 사용해 적층되고, 전해질을 포함하는 수지가 시트상으로 성형되며, 상기 도전층 및 피방식체의 표면층에 첩착 가능한 점착력을 갖는 전해질층이 그 점착력에 의해 상기 도전층의 타방의 면에 첩착된 외부 전원에 의한 방식용 양극으로서, 상기 도전층은 상기 전해질층에 접하는 측의 면에 있어서의 임의의 2점간의 저항값이 항상 4Ω 이하이다.

Description

방식용 양극, 그것을 사용한 콘크리트 구조물의 방식 구조 및 방식 방법{CATHODE FOR PREVENTING CORROSION, AND CONCRETE STRUCTURE CORROSION PREVENTION STRUCTURE AND CORROSION PREVENTION METHOD EMPLOYING SAME}

본 발명은 콘크리트층으로 덮이는 철근 등의 방식(防蝕)에 사용되는 방식용 양극, 그것을 사용한 콘크리트 구조물의 방식 구조 및 콘크리트 구조물의 방식 방법에 관한 것이다. 본원은 2014년 3월 31일에 일본에 출원된 특허출원 2014-071412호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

콘크리트의 표면 부근에 설치한 전극(양극)으로부터 콘크리트 내의 철근 등의 강재에 전류를 흘림으로써, 강재의 전위를 부식되지 않는 전위까지 저하시켜 강재 부식의 진행을 억제하는 전기 방식이 알려져 있다. 전기 방식으로는, 외부 전원 방식과 유전(流電) 양극이 알려져 있다.

외부 전원 방식은 직류 전원 장치의 정극을 방식용 양극에, 부극을 피방식체의 강재에 각각 도체로 접속하여 전기 회로를 만들고, 이 전기 회로에 의해 방식 전류를 방식용 양극으로부터 강재에 흘리는 캐소드 방식이다.

외부 전원 방식은 티탄 메시, 티탄 그리드, 티탄 로드 등의 내식성이 높은 방식용 양극을 콘크리트의 표면에 직접, 또는, 표면에 홈이나 구멍을 형성하여 설치하고, 모르타르로 고정한다. 이 때문에, 내식성이 높은 양극이 고가여서 비용면에서 불리하고, 시공에 수고가 든다는 문제가 있다.

한편, 백금이 코팅된 티탄선을 콘크리트면에 간격을 두고 장착하고, 콘크리트 전체면을 도전성의 도료로 코팅하는 방법이 개발되어 있다. 그러나, 이 방법은 도전 도막과 콘크리트의 접촉면 상태에 의해 전위 분포가 불균일해져, 전기 화학적 반응에 의해 도전 도막이 열화되어 박리되기 쉽다고 하는 문제가 있다.

이와 같은 문제에 대해, 특허문헌 1에는 콘크리트 구조물의 보강을 겸하여, 부동태 피막을 갖는 내산화 금속에 의해 피복된 탄소 섬유 시트를 사용하여, 부동태 피막의 파괴를 억제하기 위한 부동태 보호제와 전해질을 포함하는 시멘트 베이스의 충전재층을 콘크리트 구조물의 표면에 형성하고, 탄소 섬유 시트에 통전하는 방식 방법이 제안되어 있다.

그러나, 이 방법은 콘크리트 구조물 표면에 있어서의 충전재층의 설치 예정 지점에 마스킹 테이프를 붙여 접착제를 줄무늬 모양으로 도포한다. 그 후, 마스킹 테이프를 박리하고, 탄소 섬유 시트를 부착시킨다. 탄소 섬유 시트의 첩부 후에, 충전재층의 설치 예정 지점에 2개의 관체를 관통시켜, 일방의 관체를 통하여 공기를 배출하면서, 타방의 관체를 통하여 충전재를 탄소 섬유 시트와 콘크리트 구조물 표면 사이에 주입한다. 그 후, 추가로 탄소 섬유 시트 위로부터 함침용 접착제를 함침시킨다.

이와 같이 하여 접착제층과 충전재층을 스트라이프상으로 형성하는 작업은 교량의 바닥판 등 구조물의 이면에 처리를 실시하는 경우가 많은 방식 공사의 현장에 있어서는 작업을 머리 위에서 행할 필요가 있어, 중노동이 된다.

현장에서의 양극의 설치 작업을 경감하기 위해, 특허문헌 2에는 탄소 소재가 시트상으로 성형된 도전층의 일면에, 도전층 및 피방식체의 표면층에 첩착 가능한 점착력을 갖는 시트상으로 성형된 전해질층이 첩착된 보조 양극이 제안되어 있다.

특허문헌 2의 제안에서는 양극이 공장에서 제작되고, 현장에서의 양극의 설치시에 시트상으로 성형된 탄소 소재를 콘크리트의 표면에 전해질층으로 첩착할 뿐이므로, 양극의 설치가 극히 용이하다.

또한, 방식하는 부위의 콘크리트 전체면에 전해질층이 첩착되기 때문에, 시멘트 베이스의 충전재층이 스트라이프상으로 형성되는 경우에 비해, 전하의 이동이 현격히 효율적으로 행해진다. 또한, 양극면이 내산화 금속으로 피복되어 있지 않기 때문에 비용면에서 유리하고, 부동태 피막이 파괴되는 경우도 없다.

일본 공개특허공보 2004-190119호 국제공개 제2013/031663호

특허문헌 2의 제안은 양극의 설치가 용이하고 전하의 이동 효율이 양호하나, 탄소 소재는 금속에 비해 전기 저항이 크기 때문에, 통전시에 양극면 내에 있어서의 통전 상태가 균일하게 되지 않는 경우가 있다. 양극면 내에 있어서의 통전 상태가 균일하지 않으면, 통전하는 전압을 낮게 억제하여, 물이나 염소 화합물의 전기 분해에 의한 기체의 발생이 적은 전기 방식을 행하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 따라서, 도전층의 길이 방향을 따라 급전재를 첩부하여, 배류점(외부 전원의 정극 접속부)으로부터 먼 부분과 가까운 부분의 통전 상태의 차를 작게 하는 것이 바람직하다.

그러나, 급전재의 설치의 수고는 특허문헌 1의 방법에 비해 개선된다고 하더라도, 공장에 있어서의 양극의 제작에 시간이 걸리므로, 가능하다면 급전재의 설치를 생략하고 싶다는 희망이 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적 중 하나는 시공 현장에서의 작업량을 가능한 저감시키는 것이다.

또한, 본 발명의 목적 중 하나는 급전재를 사용하지 않아도 도전층의 배류점으로부터 먼 부분과 가까운 부분의 통전 상태의 차를 작게 하는 것이다. 이로 인해, 본 발명은 통전하는 전압을 낮게 억제하여, 물이나 염소 화합물의 전기 분해에 의한 기체의 발생이 적고, 장기간의 전기 방식이 가능한 방식용 양극, 그것을 사용한 콘크리트 구조물의 방식 구조 및 방식 방법을 제공한다.

본 발명의 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해, 급전재를 사용하지 않아도 전기 방식을 행할 때의 콘크리트 표면에 대한 통전 상태가 균일하고, 콘크리트 내의 양이온의 이동에 효율적으로 변환되는 방식용 양극을 예의 검토하였다. 그 결과, 콘크리트의 표면에 첩착 가능한 점착력을 갖는 시트상으로 성형된 전해질층을 사용하는 것, 및 찢어지기 쉬운 그래파이트 시트로 이루어지는 도전층을 바람직하게 사용하는 방법을 알아내어 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 이하의 방식용 양극을 제공한다.

본 발명의 제1 양태는 그래파이트 시트로 이루어지는 도전층의 일방의 면에 섬유 기재로 이루어지는 보강층이 접착제층을 사용해 적층되고, 전해질을 포함하는 수지가 시트상으로 성형되며, 도전층 및 피방식체의 표면층에 첩착 가능한 점착력을 갖는 전해질층이 그 점착력에 의해 도전층의 타방의 면에 첩착된 외부 전원에 의한 방식용 양극으로서, 도전층은 전해질층에 접하는 측의 면에 있어서의 임의의 2점간의 저항값이 항상 4Ω 이하인 방식용 양극이다.

본 발명의 제2 양태는 도전층이 기체의 투과가 가능한 다수의 연통 구멍을 갖는 제1 양태의 방식용 양극이다.

본 발명의 제3 양태는 보강층의 외면이 불투수성의 보호층으로 덮인 제1 양태 또는 제2 양태의 방식용 양극이다.

본 발명의 제4 양태는 전해질층의 외면이 불투수성의 박리지로 덮인 제1 양태 내지 제3 양태 중 어느 하나의 방식용 양극이다.

또한, 본 발명은 이하의 콘크리트 구조물의 방식 구조 및 콘크리트 구조물의 방식 방법을 제공한다.

본 발명의 제5 양태는 제1 양태 내지 제4 양태 중 어느 하나의 방식용 양극이 전해질층을 이용하여 콘크리트 구조물의 표면에 첩착되고, 방식용 양극의 도전층이 외부 전원의 정극에 접속되며, 외부 전원의 부극이 피방식체에 접속되어 있는 콘크리트 구조물의 방식 구조이다.

본 발명의 제6 양태는 적어도 상기 도전층과 상기 보강층의 양자에 금속 톱니를 갖는 단자의 금속 톱니가 박힘으로써, 상기 도전층이 상기 외부 전원의 정극에 접속된 제5 양태의 콘크리트 구조물의 방식 구조이다.

본 발명의 제7 양태는 제5 양태 또는 제6 양태의 콘크리트 구조물의 방식 구조를 사용하여, 방식용 양극의 도전층과 상기 피방식체 사이에 전압을 인가하여 방식 전류를 흘리는 콘크리트 구조물의 방식 방법이다.

본 발명의 제1 양태의 방식용 양극에 의하면, 수직 방향(층을 관통하는 방향)의 체적 저항률에 비해, 수평 방향(표면을 따르는 방향)의 체적 저항률이 현저하게 낮은 그래파이트 시트로 이루어지는 도전층을 사용하기 때문에, 도전층의 임의의 2점간의 저항값을 항상 4Ω 이하로 할 수 있다.

그리고, 수평 방향의 저항값이 낮고 배류점을 구석부에 형성한 경우여도, 배류점으로부터 가까운 부위와 먼 부위의 저항값의 차가 작은 도전층과, 시트상으로 성형된 겔 전해질이 넓은 면적에서 균일하게 밀착하기 때문에, 급전재를 사용하지 않아도 전기 방식을 행할 때의 피방식체 표면층의 전위 분포가 균일해진다.

급전재를 설치할 필요가 없기 때문에 양극의 제조가 용이해져, 장기간 통전하면 급전재 근방의 도전층이 열화할 가능성이 있다고 하는 문제도 해결할 수 있다.

그래파이트 시트로 이루어지는 도전층은 통전시에 발생하는 산소나 염소 등의 기체 및 전해질 용액에 대한 내성(내식성)이 높다. 또한, 그래파이트를 도전층으로서 양극에 사용하기 때문에, 고가인 티탄 등의 내식성이 높은 금속을 양극으로 사용하는 경우에 비해, 비용면에서 유리하다. 또한, 그래파이트 시트는 금속에 비해 가볍기 때문에, 양극을 가볍게 할 수 있다.

그리고, 전해질층을 도전층에 첩착하고, 전해질층의 도전층이 첩착되어 있지 않은 면을 사용하여 피방식체의 표면층에 양극을 첩착할 수 있다. 따라서, 양극이 가벼워지는 것에도 기인하여, 방식용 양극을 설치하기 위한 현장에서의 작업량을 큰 폭으로 저감시킬 수 있다.

전해질층은 콘크리트에 비해 풍부한 전해질의 이온에 의해, 외부 전원으로부터의 전하의 이동이 전해질의 이온 전도로 효율적으로 변환되기 때문에, 전기 화학적 분극을 작게 할 수 있다. 그 결과, 방식용 양극에 인가하는 전압을 낮게 설정할 수 있으므로, 물이나 염소 화합물의 전기 분해에 의한 기체의 발생을 적게 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 방식용 양극은 인가하는 전압이 작아도 방식 효과가 얻어지기 때문에, 고가이며 설치에 수고가 드는 전원 장치를 필요로 하는 상용 전원을 사용하지 않아도, 태양 전지, 연료 전지, 건전지 등의 독립된 전원을 사용함으로써 방식이 가능하다.

본 발명의 제2 양태의 방식용 양극에 의하면, 제1 양태의 방식용 양극의 효과에 더해, 도전층이 기체의 투과가 가능한 다수의 연통 구멍을 갖기 때문에, 큰 전류를 흘려서 방식하는 경우에, 전해질층과의 계면에서 발생하는 기체를 빠져나가게 할 수 있다. 이로 인해, 전해질층에서 도전층이 부분적으로 박리되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 부식이 진행되고 있는 철근에 대해, 제1 단계로서, 큰 전류가 흐르는 전압을 인가하여 부식을 제지하고, 부동태 피막이 형성된 후, 제2 단계로서 물이나 전해질의 전기 분해에 의한 기체의 발생이 적은 전압을 인가하여 방식을 행하는 것이 가능하다.

본 발명의 제3 양태의 방식용 양극에 의하면, 제1 양태 또는 제2 양태의 방식용 양극의 효과에 더해, 방식용 양극의 취급성이나 시공성을 저하시키지 않으며, 보강층, 도전층 및 전해질층의 물리적 손상, 오염, 비나 날아오는 염분 등의 침입을 방지할 수 있다.

본 발명의 제4 양태의 방식용 양극에 의하면, 제1 양태 내지 제3 양태의 방식용 양극의 효과에 더해, 전해질층의 용매의 증발, 물리적 손상, 오염, 다른 물품과의 의도하지 않는 접착을 방지할 수 있다.

본 발명의 제5 양태의 방식 구조에 의하면, 제1 양태 내지 제4 양태의 방식용 양극과 동일한 효과에 더해, 방식 공사의 시공이 용이하고, 시공 현장에서의 작업량이 큰 폭으로 저감되며, 방식용 양극이 박리되어 떨어질 가능성이 없는 콘크리트 구조물의 방식 구조가 얻어진다.

본 발명의 제6 양태의 방식 구조에 의하면, 제5 양태의 방식 구조의 효과에 더해, 시공 현장에서의 배선 작업이 용이하고, 장기간에 걸친 통전 불량의 가능성이 없는 콘크리트 구조물의 방식 구조가 얻어진다.

본 발명의 제7 양태의 방식 방법에 의하면, 제5 양태 또는 제6 양태의 방식 구조와 동일한 효과에 더해, 방식에 큰 전류를 사용하는 경우에도 인가하는 전압을 낮게 억제할 수 있으므로, 장기간 안정적인 전기 방식을 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 방식용 양극의 일례 및 그것을 사용한 콘크리트 구조물의 방식 구조의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 방식용 양극의 다른 일례 및 그것을 사용한 콘크리트 구조물의 방식 구조의 다른 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1의 방식용 양극의 제작에 있어서, 도전층에 보강층을 적층한 단계의 평면도 및 그것을 사용해 도전층의 저항값을 측정하는 방법을 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 방식용 양극의 실시예 1의 도전층의 정전류 통전 시험의 샘플의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 방식용 양극의 실시예 1의 도전층의 정전류 통전 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 콘크리트 구조물의 방식 구조에 사용되는 압착 단자의 일례를 나타내는 사시도이다.

이하, 바람직한 실시형태에 기초하여, 도면을 참조해 본 발명을 설명한다.

도 1에 본 발명의 방식용 양극(10)의 일례 및 그것을 사용한 콘크리트 구조물의 방식 구조의 일례를 모식적으로 나타낸다.

도 1에 있어서, 부호 1은 본 발명의 방식 구조, 부호 3은 표면층(콘크리트층), 부호 4는 피방식체(철근), 부호 5는 외부 전원, 부호 6은 회로 배선(도선), 부호 10은 본 발명의 방식용 양극, 부호 11은 도전층, 부호 12는 전해질층, 부호 13은 접착제층, 부호 14는 보강층, 부호 15는 보호층을 나타낸다.

본 발명의 방식용 양극(10)을 사용한 콘크리트 구조물의 방식 구조(1)는 전해질층(12)을 콘크리트층(3)의 표면에 첩착하여 방식용 양극(10)을 설치한다. 그리고, 회로 배선(6)을 사용해 외부 전원(5)의 정극을 방식용 양극(10)의 도전층(11)에 접속하고, 회로 배선(6)을 사용해 외부 전원(5)의 부극을 피방식체(4)에 접속하여 방식 회로를 형성한다.

여기서, 「첩착」이란, 물체끼리가 점착 또는 접착에 의해 일체화하는 것을 의미한다. 점착이란, 의도적인 계면에서의 박리는 가능하지만, 자연스러운 상태에서는 박리되지 않는 접착 강도로 물체끼리가 일체화되는 것을 의미한다. 접착이란, 계면에서의 박리가 불가능한 접착 강도로 물체끼리가 일체화되는 것을 의미한다.

본 발명의 방식용 양극(10)은 그래파이트 시트로 이루어지는 도전층(11)의 일방의 면에 섬유 기재로 이루어지는 보강층(14)이 접착제층(13)을 사용해 적층되어 있다. 도전층(11)의 타방의 면에는 전해질층(12)이 그 점착력에 의해 도전층(11)에 첩착되어 있다. 전해질층(12)은 도전층(11) 및 피방식체(4)의 표면층(3)에 첩착 가능한 점착력을 갖는다.

본 발명에 사용되는 도전층(11)은 외부 전원(5)에 의해 공급되는 전류를 전해질층(12)을 개재하여, 피방식체(4)의 표면층(3)에 균일하게 공급하는 면상 전극이다.

이 도전층(11)은 전해질층(12)에 접하는 면에 있어서의 임의의 2점간의 저항값(이하, 간단히 「2점간의 저항값」이라고 하는 경우가 있다)이 항상 4Ω 이하이다.

탄소에는 구조가 상이한 많은 동소체가 존재하며, 다이아몬드, 풀러린, 카본 나노 튜브 등은 전부 탄소이다. 공업적으로는, 통상 그래파이트가 사용된다.

그래파이트 시트는 내열성이나 내약품성, 열전도체성이나 전기 전도성이 우수하기 때문에, 열전도재, 내열 시일재, 연료 전지의 가스 확산체 등에 널리 사용되고 있다.

그래파이트 시트는 수평 방향(층을 따르는 방향)의 체적 저항률이 수직 방향(층을 관통하는 방향)의 체적 저항률에 비해 현저하게 낮다. 또한, 통전시에 발생하는 산소나 염소 등의 기체 및 전해질 용액에 대한 내구성(내식성)이 높다.

여기서, 일반적으로 「시트」는 두꺼운 막 형상물을 의미하고, 「필름」은 얇은 막 형상물을 의미한다. 다만, 본 명세서에 있어서는 두께에 관계 없이 「시트」 및 「필름」을 사용한다.

상술한 바와 같이, 특허문헌 2의 실시예에 기재된 방법에 의한 도전층은 배류점으로부터 먼 부분과 가까운 부분의 통전 상태의 차를 작게 하기 위해, 도전층의 길이 방향을 따라 급전재를 형성하는 것이 바람직하다.

실제로 스테인레스 테이프의 급전재를 도전성 접착제를 사용해 도전층의 길이 방향을 따라 형성하면, 배류점으로부터 먼 부분과 가까운 부분의 통전 상태의 차를 작게 할 수 있다. 이 때 사용되는 스테인레스 테이프는 두께 30㎛, 폭 4㎜, 길이 1000㎜이다. 이 스테인레스 테이프는 실제의 저항값이 4Ω 정도로 의외로 크다. 따라서, 도전층(11)에 의한 통전 상태가 균일해지기 위해서는 도전성 접착제의 접촉 저항을 고려하면, 2점간의 저항값이 항상 4Ω 이하이면 된다.

또한, 본 발명의 콘크리트 구조물의 방식 구조에 있어서는, 도전층(11)의 적어도 전해질층(12)에 접하는 면을 외부 전원(5)의 정극에 접속하면, 도전층(11)의 수직 방향의 체적 저항률을 고려하지 않아도 되기 때문에 바람직하다. 또한, 도전층(11)은 두께가 변의 길이에 비해 충분히 작으므로, 수직 방향의 체적 저항률을 무시할 수 있기 때문에, 본 발명의 방식용 양극(10)은 도전층(11)의 보강층(14)에 접하는 면을 외부 전원(5)의 정극에 접속하는 것도 가능하다.

도전층(11)의 두께는 2점간의 저항값이 4Ω 이하인 한, 특별히 제한은 없다. 도전층(11)이 두꺼워지면, 2점간의 저항값은 낮아지지만 비용면에서 불리해진다. 도전층(11)이 얇아지면, 비용면에서 유리해지지만 2점간의 저항값이 높아져, 기계적 강도가 부족해지는 경우도 있다. 따라서, 도전층(11)의 두께는 0.01㎜∼2㎜ 정도가 바람직하다.

도전층(11)에 사용되는 그래파이트 시트는 예를 들면, 이하와 같은 방법으로 제조되는 것이 바람직하다.

원료인 천연 비늘 조각상 그래파이트를 부유 선광하고, 약품 처리를 행한다. 그 후, 진한 황산과 질산의 혼합 산화제에 의해 산처리를 행해, 팽창화 처리를 행한다. 팽창화 처리는 1000℃에 가까운 고온으로 급속 가열하여, 층간을 따라 겉보기의 두께를 원료 그래파이트의 수십배 내지 수백배로 팽창시킨다. 팽창한 그래파이트를 점결제와 함께 압축 성형하여 그래파이트 시트로 한다. 이 방법은 익스팬드법으로 불리는 제조 방법이다. 이 방법으로 얻어지는 그래파이트 시트는 제조 비용이 낮기 때문에, 면상 발열체, 방열재, 개스킷 등에 사용된다.

익스팬드법에 의한 그래파이트 시트는 원료가 저렴하고 제조가 용이하기 때문에 비용면에서 유리하고, 두께의 제어가 비교적 자유로우며, 유연성을 갖는다.

그러나, 익스팬드법에 있어서는, 팽창화 처리시에 산화제를 사용한다. 산화제는 물 등으로 세정되지만, 완전하게 제거하는 것은 곤란하다. 따라서, 장기간 사용하는 경우, 잔류하고 있던 산화제가 서서히 침출되어, 도전층(11)에 접속된 배류 단자를 부식시킬 가능성이 있다. 이 같은 경우에 대비하여, 배류 단자는 백금, 금, 은, 구리, 티탄, 스테인레스 스틸 등의 산화되기 어려운 금속, 또는, 산화되어도 부식되기 어려운 금속을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 익스팬드법에 의한 그래파이트는 압축 성형시에 점결제를 사용하기 때문에, 비늘 조각상 그래파이트끼리의 접촉 저항이 높으므로, 높은 전기 전도성을 얻기 곤란하다. 그러나, 본 발명의 도전층(11)에 필요한 2점간의 저항값은 용이하게 달성 가능하다.

또한, 비늘 조각상 그래파이트끼리의 결합이 약하기 때문에, 비늘 조각상 그래파이트끼리의 박리가 일어나기 쉽다. 따라서, 그래파이트 시트 단체는 취급 방법에 따라서는 파손이나 찢어짐이 발생하는 경우가 있어, 신중한 취급이 필요하다.

도전층(11)에 사용되는 그래파이트 시트는 고분자 필름을 직접 탄소화 및 그래파이트화하여 그래파이트 시트를 제작하는 고분자 필름 열분해법으로 제조한 것도 사용할 수 있다.

고분자 필름 열분해법에서는 원료로서 그래파이트화 반응이 가능한 축합계 방향족 고분자 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 중에서도 방향족계 폴리이미드 필름이 보다 바람직하다.

그래파이트화는 우선, 축합계 방향족 고분자 필름을 질소나 아르곤 등의 불활성 가스 중에서, 최고 온도가 바람직하게는 1000℃∼1200℃인 예비 열처리를 행한다.

그 후, 불활성 가스 중에서 특정 속도로 승온하여, 최고 온도를 바람직하게는 2500℃ 이상으로 하는 본 열처리를 행하여 발포성의 시트를 제작한다.

추가로, 롤러나 프레스판을 사용해 압연을 행하여, 시트의 막 두께, 밀도, 표면 상태 등의 균일화를 도모한다. 이로 인해, 단결정 그래파이트와 동일한 특성을 갖는, 고품질이면서, 유연성과 강인성이 풍부하며, 열전도성과 전기 전도성이 우수한 그래파이트 시트가 얻어진다.

또한, 보다 고품질의 그래파이트 시트를 얻기 위해서는, 압연시에 그래파이트 시트 표면에 대해 수증기를 분무하거나, 별도 제조한 그래파이트로 이루어지는 내열성의 보호 시트를 중첩시키는 것이 바람직하다.

고분자 열분해법에 의한 그래파이트 시트는 단결정 그래파이트와 동일한 전기 전도성을 갖는다. 익스팬드법에 의한 그래파이트에 비해 고가이지만, 전기 전도도가 높고, 비늘 조각상 그래파이트끼리의 박리나, 산화제나 점결제 등의 문제가 없으며, 절곡에 강하다. 또한, 고분자 열분해법에 의한 그래파이트 시트는 극히 높은 열전도율을 갖기 때문에, CPU나 각종 전자 기기의 방열이나 균열에 사용된다.

고분자 열분해법에 의한 그래파이트 시트는 도전성이나 열전도성이 우수한 성질을 갖고 있지만, 그 두께는 원료의 두께와 탄화 과정에 있어서의 열분해 반응의 진행 용이성이라는 점에서 1㎜ 이하가 된다. 고분자 열분해법에 의한 그래파이트 시트는 그 두께가 얇아도, 높은 도전성에 의해 2점간의 저항값을 낮게 할 수 있다.

도전층(11)에 사용되는 그래파이트 시트는 랜덤으로 분산되어 있는 탄소 단섬유를 수지 탄화물로 결착시켜 제조한 것도 사용할 수 있다. 이 그래파이트 시트는 고가이지만, 수직 방향의 통기성을 갖기 때문에, 연료 전지의 가스 확산체에 사용된다.

이 그래파이트 시트의 제조 방법은 평균 입경 1∼30㎛의 탄소 단섬유와 폴리비닐알코올 등의 유기 바인더를 포함하는 초조(抄造) 매체의 혼합물을, 예를 들면, 환망 초지기 등으로 초지하여 초조 시트로 한다. 초조 시트를 가열 가압하여, 시트상 중간체를 제작한다. 그 후, 그 중간체에, 가열하면 탄소화하는 수지(예를 들면, 페놀 수지, 에폭시 수지, 푸란 수지, 멜라민 수지, 피치 등)를 함침시켜 전구체 섬유 시트로 한다.

추가로, 전구체 섬유 시트를 불활성 분위기의 가열로 내에서 100∼10,000℃/분의 범위 내의 승온 속도로, 적어도 1,200℃까지 승온하고, 전구체 섬유 시트를 가열 가압하여 함침한 수지를 탄소화시키면, 탄소 단섬유끼리를 함침한 수지의 탄화물로 결착시킨 그래파이트 시트가 얻어진다.

탄소 단섬유를 구성하는 탄소 섬유로는, 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 피치계, 레이온계 등의 탄소 섬유를 사용할 수 있다. 이들 탄소 섬유 중에서도, 기계적 강도가 우수하고, 적당한 유연성을 가지며, 취급성이 우수한 다공질 탄소 시트가 얻어진다는 점에서, PAN계나 피치계의 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 방식용 양극(10)에 사용되는 도전층(11)으로서, 익스팬드법이나 고분자 필름 열분해법으로 제조된 그래파이트 시트를 사용한 경우는, 기체를 투과시키기 어려운 경우가 있다. 다만, 통상, 방식시에 2V 이하의 작은 전압을 인가하는 경우에는 기체의 발생량이 극히 작기 때문에, 기체 투과성이 작아도 실용상으로 문제는 되지 않는다.

본 형태예의 방식용 양극(10)에 있어서는, 비용면에서 유리하다는 점을 우선시하여, 도전층(11)으로서 익스팬드법에 의한 그래파이트 시트를 사용한다.

본 발명의 방식용 양극(10)에 사용되는 전해질층(12)은 외부 전원(5)의 정극으로부터 도전층(11)에 공급되는 전류에 의한 전자의 이동(전자 전도)을 이온 전도로 변환하고, 피방식체(4)의 표면층(3)에 전하를 이송하는 층이다. 전해질층(12)은 정과 부의 전하를 갖는 이온을 포함하는 수지가 시트상으로 고체화된 전하 이동층이다. 전해질층(12) 중에 포함되는 이온이 이동하거나, 이들 이온간을 전하가 이동하여 이온 전도에 의해 전하를 이동시킨다.

전해질층(12)은 점착력을 가지며, 그 점착력에 의해 도전층(11)에 첩착되어 있다. 또한, 전해질층(12)은 그 점착력에 의해 콘크리트층이나 도료 피막 등의 피방식체(4)의 표면에 존재하는 이온 투과성의 표면층(3)에 방식용 양극(10)을 첩착시키는 점착제층이기도 하다.

전해질층(12)에 사용되는 주된 전해질층으로는, 전해질 용액을 수지 매트릭스에 유지시킨 겔 전해질층, 이미다졸륨 이온, 피리디늄 이온 등의 양이온과, BF₄ ^－, PF₆ ^－ 등의 음이온으로 이루어지는 이온 액체(유기 실온 용융염)를 수지 매트릭스에 유지시킨 이온 겔층, 폴리에테르계 수지에 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드리튬(LiTFSI)과 같은 리튬염을 유지시킨 진성 폴리머 전해질 등의 폴리머 전해질층을 들 수 있다.

이들 중, 겔 전해질층은 이온 전도도가 높고, 유연성이나 점착성을 부여하기 쉽기 때문에 바람직하다. 겔 전해질층은 폴리머 첨가, 오일 겔화제 첨가, 다관능 모노머류를 포함하는 중합, 폴리머의 가교 반응 등에 의해, 전해질을 수지 매트릭스 중에 겔화(고체화)시킨 것이다.

전해질층(12)이 겔 전해질층이면, 방식용 양극(10)을 피방식체(4)의 표면층, 예를 들면 콘크리트층(3)에 첩착하는 경우에, 콘크리트층(3)의 미소한 요철에 전해질층(12)의 일부가 들어가, 높은 접착 강도와 넓은 접촉 면적으로 전해질층(12)이 접촉해 첩착시킬 수 있으므로 바람직하다.

전해질층(12)에 사용되는 겔 전해질층의 두께는 특별히 제한은 없지만, 0.1㎜∼1㎜로 하는 것이 바람직하다. 전해질층(12)이 이 범위보다 두꺼워도 특별히 문제는 없지만, 비용면에서 불리하다. 전해질층(12)이 이 범위보다 얇으면, 점착력이 부족해지는 경우가 있다. 또한, 겔 전해질층 중의 전해질 용액이 콘크리트층(3)에 흡수되었을 때, 전하의 이동 능력이 저하되는 경우가 있다.

전해질층(12)의 크기는 전하 이동의 관점에서, 도전층(11)과 동일한 크기인 것이 바람직하다. 이로 인해, 전해질층(12)이 전해질층(12)의 전체면이 도전층(11)의 전체면에 정확하게 겹쳐진 상태로 도전층(11)에 첩착되면, 전하 이동의 관점에서 불필요한 면이 없기 때문에 바람직하다. 점착의 관점에서는, 도전층(11)보다 커도 되고, 배류점을 형성할 때의 작업성의 관점에서는, 도전층(11)보다 작아도 된다.

전해질층(12)에 사용되는 겔 전해질층은 중합성 단량체에 가교성 단량체를 공중합시킨 수지 매트릭스 내에, 용매와 전해질염, 바람직하게는 추가로 습윤제를 유지시킨 점착성을 갖는 도전성의 고분자 겔 전해질층이다. 고분자 겔 전해질층은 고분자 사슬끼리가 물리적 또는 화학적으로 결합한 고분자 사슬의 3차원 그물 구조에 액체인 용매 등을 유지하여, 형상을 유지할 수 있는 것이 필요하다. 고분자 3차원 그물 구조를 적절히 설계함으로써, 유연한 고분자 3차원 그물 구조의 골격(수지 매트릭스)을 형성할 수 있다.

이러한 수지 매트릭스는 적당한 응집력을 갖고, 피착체 표면에 대한 젖음성이 양호하므로, 피착체물과의 접촉 부분을 분자 레벨로 접근시킬 수 있다. 또한, 겔 전해질층의 적당한 응집력에 의해, 겔에 압축 강도 및 인장 강도가 부여되므로, 상호의 분자간 힘에 의해 높은 접착성이 얻어진다.

전해질층(12)에 사용되는 겔 전해질층의 수지 매트릭스는 응집력을 높이기 위해, 가교제로 가교 처리를 실시하거나, 중합성 단량체와 가교성 단량체를 중합하여 가교시켜 두는 것이 바람직하다. 고분자 사슬이 3차원으로 가교된 수지 매트릭스는 용매나 습윤제를 유지하는 능력이 우수하다. 이로 인해, 수지 매트릭스 내에 전해질염을 분자 레벨로 용해한 상태로 유지하는 것이 가능하다.

수지 매트릭스를 형성하는 중합성 단량체로는, 분자 내에 중합성을 갖는 탄소-탄소 이중 결합을 1개 갖는 단량체이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, (메타)아크릴산, 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 크로톤산, (폴리)에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, (폴리)프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, (폴리)글리세린(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴산 유도체; (메타)아크릴아미드, N-메틸(메타)아크릴아미드, N-에틸(메타)아크릴아미드, N-프로필(메타)아크릴아미드, N-부틸(메타)아크릴아미드, N,N-디메틸(메타)아크릴아미드, 디아세톤아크릴아미드, N,N-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드, t-부틸아크릴아미드술폰산 등의 (메타)아크릴아미드 유도체 및 그 염; N-비닐피롤리돈, N-비닐포름아미드, N-비닐아세트아미드 등의 N-비닐아미드 유도체; 비닐술폰산, 알릴술폰산 등의 술폰산계 단량체 및 그 염 등을 들 수 있다. 여기서, (메타)아크릴은 아크릴 또는 메타크릴을 의미한다.

중합성 단량체와 중합하여 가교시키는 가교성 단량체로는, 분자 내에 중합성을 갖는 이중 결합을 2개 이상 갖고 있는 단량체를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 메틸렌비스(메타)아크릴아미드, 에틸렌비스(메타)아크릴아미드, N,N-메틸렌비스아크릴아미드, N-메틸올아크릴아미드 등의 다관능 (메타)아크릴아미드계 단량체; (폴리)에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, (폴리)프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 글리세린디(메타)아크릴레이트, 글리세린트리(메타)아크릴레이트, 글리시딜(메타)아크릴레이트 등의 다관능 (메타)아크릴레이트계 단량체; 테트라알릴옥시에탄; 디알릴암모늄클로라이드 등을 들 수 있다. 이들 중, 다관능 (메타)아크릴아미드계 단량체가 바람직하고, N,N-메틸렌비스아크릴아미드가 보다 바람직하다. 여기서, 이들 가교성 단량체는 단독으로 사용되어도 되고, 2종 이상이 병용되어도 된다.

가교성 단량체의 함유량은 중합성 단량체와 가교성 단량체를 중합 가교한 수지 매트릭스 100중량부에 대해 0.005∼10중량부가 바람직하다. 수지 매트릭스 중의 가교성 단량체의 함유량이 적으면, 주사슬간을 결합하는 그물 가교점이 적어, 보형성이 우수한 겔 전해질층을 얻을 수 없는 경우가 있다. 가교성 단량체의 함유량이 많으면, 주사슬간을 결합하는 그물 가교점이 증대하여, 외견상은 보형성이 높은 겔 전해질층이 얻어지지만, 겔 전해질층이 취약해져, 인장력이나 압축력에 의한 겔 전해질층의 절단이나 파괴가 발생하기 쉬워지는 경우가 있다. 또한, 가교점의 증가에 의해 폴리머 주사슬이 소수화하여, 그물 구조 내에 가둔 물 등의 용매를 안정적으로 유지하는 것이 곤란해져, 블리드가 일어나기 쉬워지는 경우가 있다.

겔 전해질층의 용매나 습윤제를 유지하는 능력이나 응집력을 높이기 위해, 미리 중합한 수지 매트릭스에 새롭게 중합성 단량체와 가교성 단량체를 함침시켜 재차 중합시킴으로써, 상이한 수지 매트릭스끼리를 서로 관통시킨 3차원 구조를 형성해도 된다. 미리 중합한 수지 매트릭스는 가교되어 있어도 되고 가교되어 있지 않아도 된다.

겔 전해질층에 사용 가능한 용매로는, 끓는점이 높고, 상온에서 증기압이 낮으며, 중합성 단량체 및 가교성 단량체와 상용성이 있는 극성 용매가 바람직하다.

그러한 용매로는, 물; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등의 알코올류; 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브 등의 셀로솔브류; N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N,N＇-디메틸-2-이미다졸리디논, N-메틸-2-피롤리돈 등의 아미드류; 술포란 등의 술폰류; 디메틸술폭시드 등의 술폭시드류; 등을 들 수 있다. 이들 용매는 혼합하여 사용해도 된다.

겔 전해질층에 포함되는 용매는 5∼50중량％인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5∼40중량％이다. 이 범위 미만에서는 겔 전해질층의 가요성이 낮고, 전해질염을 거의 첨가할 수 없기 때문에, 양호한 도전성을 얻을 수 없다. 또한, 이 범위를 초과하면, 겔 전해질층의 평형 용매 유지량을 크게 초과하기 때문에, 용매의 블리드 등이 발생하는 경우가 있다. 또한, 완전히 유지할 수 없는 용매가 흘러나와, 시간이 지남에 따라 물성의 변화가 커지는 경우가 있다.

전해질층(12)에 사용되는 겔 전해질층으로는, 친수성의 수지 매트릭스 내에 용매로서의 물과 전해질염, 바람직하게는 추가로 습윤제를 유지시킨 하이드로 겔층이면, 콘크리트층(3) 내의 수분과 용매가 공통된다. 이 때문에, 콘크리트층(3)과 전해질층(12)의 계면에서 이온 전도가 일어나기 쉽기 때문에, 바람직하다.

하이드로 겔층은 수지 매트릭스 내에 전해질염을 분자 레벨로 물에 용해한 상태로 유지하는 것이 가능하다. 즉, 전해질 수용액에 의해 전하의 이동 속도가 빨라져, 하이드로 겔층에 유연성과 점착성을 용이하게 부여할 수 있다.

전해질층(12)에 사용되는 하이드로 겔층의 함수율은, 통상 5∼50중량％, 바람직하게는 10∼30중량％이다. 함수율이 낮으면, 하이드로 겔층의 유연성이 저하되는 경우가 있다. 또한, 이온 전도성이 저하되어, 전하를 이동시키는 능력이 떨어지는 경우가 있다. 하이드로 겔층의 함수율이 높으면, 하이드로 겔층의 유지 가능한 수분량을 초과한 수분이 이탈하거나 건조되어 하이드로 겔층이 수축되거나, 이온 전도성 등의 물성의 변화가 커지는 경우가 있다. 또한, 하이드로 겔층의 함수율이 높으면, 지나치게 유연하여 보형성이 떨어지는 경우가 있다.

하이드로 겔층 내의 전해질염의 함유율은 0.01∼20중량％인 것이 바람직하고, 0.1∼10중량％인 것이 보다 바람직하다. 이 범위보다 높으면, 전해질염의 물에 대한 완전한 용해가 곤란해져 하이드로 겔층 내에 결정으로서 석출되거나, 다른 성분의 용해를 저해하는 경우가 있다. 이 범위보다 낮으면, 이온 전도성이 떨어지는 경우가 있다.

전해질층(12)에 사용되는 하이드로 겔층에 습윤제를 포함시키면, 하이드로 겔층의 함수율의 저하를 억제할 수 있다. 점착성이나 보형성이라는 점에서는, 습윤제를 5∼80중량％, 바람직하게는 20∼70중량％ 정도의 범위로 조정하는 것이 바람직하다. 하이드로 겔층 내의 습윤제의 함유량이 적으면, 하이드로 겔층의 보습력이 부족해지며, 수분이 증산하기 쉬워져 하이드로 겔층의 장기 안정성이 떨어지거나, 유연성이 부족해져 점착성이 저하되는 경우가 있다. 습윤제의 함유량이 많으면, 하이드로 겔층의 제조시에 점도가 지나치게 높아져 취급성이 저하되고, 하이드로 겔층의 성형시에 기포가 혼입되는 경우가 있다. 또한, 상대적으로 수지 매트릭스나 물의 함유율이 작아져, 보형성이나 이온 전도성이 저하될 우려가 있다.

습윤제로는, 용매의 유지력을 향상시키는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부탄디올, 글리세린, 펜타에리트리톨, 소르비톨 등의 다가 알코올류; 이들 다가 알코올의 1종 또는 2종 이상을 단량체로서 중합한 폴리올류; 포도당, 과당, 자당, 유당 등의 당류 등을 들 수 있다. 습윤제는 단독으로 사용되어도 되고 2종 이상이 병용되어도 된다. 또한, 다가 알코올류의 분자 내, 혹은 분자의 말단에 에스테르 결합, 알데히드기, 카르복실기 등의 관능기를 갖고 있어도 된다.

이들 중, 다가 알코올류는 수분을 유지하는 작용을 비롯하여, 하이드로 겔층에 탄력성도 부여하므로 바람직하다. 다가 알코올류 중, 장기 보수성의 면에서 글리세린이 특히 바람직하다. 다가 알코올류는 이들 중에서 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 다가 알코올류 중, 상온에서 액상인 것은, 하이드로 겔층의 탄력성 향상이나 제조시의 취급성이 우수하므로 보다 바람직하다. 하이드로 겔층의 탄력성을 향상시킬 필요가 있는 경우에는, 산화티탄, 탄산칼슘, 탤크 등의 공지의 충전제를 첨가해도 된다.

전해질층(12)에 사용되는 하이드로 겔층에 포함되는 전해질염으로는, 하이드로 겔층에 이온 전도성을 부여할 수 있으면 특별히 제한되지 않으며, 전하 수송용으로서 관용되고 있는 전해질염 중에서 임의로 선택할 수 있다. 예를 들면, NaCl 등의 할로겐화 나트륨, KCl 등의 할로겐화 칼륨 등의 할로겐화 알칼리 금속염, 할로겐화 마그네슘, 할로겐화 칼슘 등의 할로겐화 알칼리 토류 금속염, LiCl 등의 기타 금속 할로겐화물; K₂SO₄, Na₂SO₄와 같은 각종 금속의 황산염, 질산염, 인산염, 염소산염, 과염소산염, 차아염소산염, 아염소산염, 암모늄염, LiPF₆, LiBF₄, LiTFSI 등의 불소 함유 전해질염, 각종 착염 등의 무기염류; 초산, 벤조산, 락트산, 타르타르산 등의 1가 유기 카르복실산염; 프탈산, 숙신산, 아디프산, 시트르산 등의 다가 카르복실산의 1가 또는 2가 이상의 염; 술폰산, 아미노산 등의 유기산의 금속염; 유기 암모늄염; 폴리(메타)아크릴산, 폴리비닐술폰산, 폴리 t-부틸아크릴아미드술폰산, 폴리알릴아민, 폴리에틸렌이민 등의 고분자 전해질의 염 등을 들 수 있다. 여기서, 하이드로 겔층의 제작시에는 불용성 혹은 분산 상태여도, 시간 경과와 함께 하이드로 겔층 내에 용해되는 것도 사용할 수 있으며, 이러한 것으로는, 규산염, 알루민산염, 금속 산화물, 금속 수산화물 등을 들 수 있다.

전해질층(12)에 사용되는 하이드로 겔층은 전해질을 포함하고 있으면 이온 전도성이 되어 전하의 이동이 가능하지만, 산화 환원제도 포함하면 전하의 이동이 보다 원활해진다. 이와 같은 산화 환원제로는, 퀴논-히드로퀴논 혼합물 등의 유기계의 것이나, S/S^2－, I₂/I^－와 같은 무기계의 것을 들 수 있다. 또한, LiI, NaI, KI, CsI, CaI₂와 같은 금속 요오드화물이나, 테트라알킬암모늄 요오드화물, 피리디늄 요오드화물, 이미다졸린 요오드화물과 같은 제4급 암모늄 화합물 등의 요오드 화합물도 바람직하게 사용된다.

또한, 하이드로 겔층의 pH를 조정하기 위해, NaOH나 KOH 등의 알칼리를 포함하고 있어도 된다.

전해질층(12)에 사용되는 하이드로 겔층의 제조 방법으로는, 예를 들면, 중합성 단량체, 가교성 단량체, 습윤제, 중합 개시제 및 전해질염을 첨가한 것을 수중에 용해 또는 분산시켜 가교, 중합시키는 방법, 중합성 단량체, 가교성 단량체, 습윤제 및 중합 개시제를 수중에 용해 또는 분산시키고 가교, 중합시켜 얻어진 수지 매트릭스 중에 전해질염을 함침시키는 방법, 중합성 단량체만을 수중에 분산시키고 습윤제의 존재하에서 중합시킨 직쇄상 고분자에 전해질을 용해 또는 분산시킨 분산액에 가교제를 첨가해 직쇄상 고분자와 가교제를 가교 반응시켜 수지 매트릭스를 생성하는 방법 등을 들 수 있다.

전해질층(12)에 사용되는 하이드로 겔층에는, 필요에 따라, 방부제, 방미제, 방청제, 산화 방지제, 안정제, 계면활성제, 착색제 등을 적절히 첨가해도 된다.

전해질층(12)의 적층 방법은 공지의 방법을 채용할 수 있다. 예를 들면, 그라비아 코트, 바 코트, 스크린 코트 등의 코트 방법으로 도전층(11) 위에 도포하는 방법을 들 수 있다.

전해질층(12)으로서, 미리 시트로 성형된 하이드로 겔층을 사용할 수도 있다.

이 경우에는, 하이드로 겔층이 점착성을 갖기 때문에, 하이드로 겔층을 그대로 도전층(11)에 첩착할 수 있다. 이 방법은 롤에 권취된 도전층(11) 및 롤에 권취된 하이드로 겔층을 사용하여, 방식용 양극(10)을 연속적으로 생산하는 경우에 바람직하다.

도전층(11)이 시트로 재단되어 있는 경우는, 중합성 단량체, 가교성 단량체, 습윤제, 중합 개시제 및 전해질염을 수중에 용해 또는 분산시키고, 도전층(11) 위에 도포해 졸상의 전해질층을 형성하고, 그 후에 라디칼 중합함으로써 겔화시켜도 된다.

본 형태예의 방식용 양극(10)에 있어서는 전해질층(12)으로서, 미리 시트로 성형된 하이드로 겔층을 사용하였다.

전해질층(12)으로 하이드로 겔층을 사용하는 경우는, 외측의 노출면으로부터의 물의 증발이나 점착력에 의한 먼지나 이물질의 부착을 방지하기 위해, 노출면에 불투수성의 박리지를 적층하는 것이 바람직하다. 통상, 시판되고 있는 하이드로 겔층은 양면에 불투수성의 박리지가 적층되어 있으므로, 이것을 그대로 사용해도 된다.

불투수성의 박리지는 수지 필름에 실리콘 등의 박리제를 도포한 것이어도 되나, 박리제가 하이드로 겔층면으로 이행할 우려가 있다. 한편, 하이드로 겔층은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀과는 박리 가능하게 점착되기 때문에, 폴리올레핀 필름을 그대로 박리지로서 적층하는 것이 바람직하다.

본 형태예의 방식용 양극(10)은 도전층(11)의 전해질층(12)이 첩착되어 있지 않은 면에 부직포로 이루어지는 보강층(14)이 적층되어 있다.

보강층(14)은 취급 방법에 따라서는 파손이나 찢어짐이 발생하는 경우가 있어, 신중한 취급이 요구되는 그래파이트 시트를 용이하게 취급할 수 있도록 하기 위해 보강하는 층이다. 특히, 본 형태예의 방식용 양극(10)의 도전층(11)에는 저렴하지만, 비늘 조각상 그래파이트끼리의 박리가 일어나기 쉬운 익스팬드법에 의한 그래파이트 시트를 사용하기 때문에, 보강층(14)으로 그래파이트 시트를 보강하는 것은 중요하다. 보강층(14)으로서 부직포를 사용하면, 부직포의 높은 인열 강도에 의해 찢어지기 쉬운 그래파이트 시트를 보강할 수 있으므로 바람직하다.

본 발명의 방식용 양극(10)의 보강층(14)은 대전류를 흘려 부식이 진행되고 있는 피방식체(4)를 방식하는 경우에 대비하여, 방식시에 발생하는 기체를 빠져나가게 하는 환기층을 겸하고 있다.

따라서, 보강층(14)으로는, 유리 섬유, 동물성 섬유, 식물성 섬유, 합성 수지 섬유 등의 섬유를 직포, 부직포, 편포, 종이 등의 시트로 가공한 섬유 기재를 사용할 수 있다. 이들 섬유 기재 중, 합성 수지 섬유로 이루어지는 섬유 기재는 인열 강도가 우수하고, 내식성이 높기 때문에 바람직하다.

이들 섬유 기재는 부직포로 가공되어 있으면, 수직 방향과 수평 방향으로 통기성을 가지며, 두께나 공극을 용이하게 선택할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 통기성을 확보하면서 두께를 갖게 할 수 있기 때문에, 인열 강도가 우수하다.

보강층(14)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 도전층(11)의 폭보다 넓은 폭을 가져서 양측변에 여백을 남기며 도전층(11)에 적층되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 방식용 양극(10)의 제조시, 보관시나 설치 작업시에 부주의하게 도전층(11)의 단면에 다른 물품이 접촉하기 어렵다. 따라서, 도전층(11)이 파열되거나 찢어지는 것을 방지할 수 있으므로, 도전층(11)의 보강이 보다 확실해진다. 또한, 방식용 양극(10)의 제조시나 설치 작업시에 이 여백을 잡고 작업을 행하면, 도전층(11)이나 전해질층(12)을 손상시키지 않기 때문에 바람직하다. 이 여백의 폭은 특별히 제한되지 않는다.

보강층(14) 위에 후술하는 보호층(15)이 적층되는 경우, 방식시에 발생하는 기체는 보호층(15)을 투과하여 빠져나간다. 보호층(15)의 기체 투과로는 충분하지 않은 경우는, 보강층(14)의 단면으로부터 기체를 빠져나가게 해도 된다. 이 경우, 보강층(14)의 단면은 얇기 때문에, 먼지나 티끌 등에 의해 클로깅되기 쉽다. 보강층(14)이 도전층(11)보다 폭이 넓으면, 도전층(11)에 적층되지 않는 부분이 환기구가 되기 때문에, 클로깅되기 어려워진다.

섬유 기재가 되는 합성 수지 섬유를 구성하는 수지로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이나 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE) 등의 불소계 수지, 아크릴계 수지; 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀 수지, 나일론 등의 폴리아미드 수지, 테트라아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리에스테르술폰(PES), 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAr), 폴리술폰(PSF), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아세탈, 폴리이미드, 폴리에테르술폰 등을 들 수 있다.

이들 수지 중, PE나 PP 등의 폴리올레핀 수지는 내식성이 높고, 입수가 용이하며, 비용면에서 유리하므로 바람직하다.

본 형태예의 방식용 양극(10)은 보강층(14)으로서, PP로 이루어지는 부직포를 사용한다. 부직포는 접착제를 사용한 드라이 라미네이트로 도전층(11)에 적층되어 있다.

통상, 그래파이트 시트를 보강하는 경우는 열가소성 수지층을 열압착하여 적층한다. 그래파이트 시트와 열가소성 수지층 사이에 불필요한 층을 개재시키지 않기 위해서이다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 열가소성 수지로 이루어지는 섬유 기재를 열압착하면, 수직 방향과 수평 방향의 양쪽 모두의 통기성이 손상되므로, 바람직하지 않다.

한편, 드라이 라미네이트는 접착제를 그라비아 롤로 도포하기 때문에, 그러한 경우는 일어나지 않는다. 접착제층(13)에 의해 수직 방향의 통기성이 저해될 우려가 있을 때는, 도포량을 작게 함으로써 용이하게 조정할 수 있다. 경우에 따라서는, 점상이나 격자상의 패턴으로 접착제를 도포할 수도 있다.

본 형태예의 방식용 양극(10)은 보강층(14) 위에, 불투수성의 보호층(15)이 적층되어 있다. 보호층(15)은 방식용 양극(10)의 표면에 위치하며 물이나 공기를 차단하여, 도전층(11), 전해질층(12) 및 보강층(14)의 오염, 열화, 파손, 수분의 침입이나 클로깅을 방지한다. 따라서, 보호층(15)은 도전층(11), 전해질층(12) 및 보강층(14)의 전체면을 덮도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 보강층(14)이 도 3에 나타내는 바와 같이, 도전층(11)의 폭보다 넓은 폭을 갖는 경우에는, 보호층(15)은 도전층(11) 및 전해질층(12)의 전체면을 덮는 것이 바람직하지만, 보강층(14)의 전체면을 덮지 않아도 된다.

보호층(15)은 수지층을 드라이 라미네이트, 압출 라미네이트, 또는 압출 수지를 접착층으로 하여 필름을 적층하는 샌드 라미네이트로 적층할 수 있다.

보호층(15)을 형성하는 수지로는, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이나 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE) 등의 불소계 수지, 에폭시계 수지나 메틸메타크릴레이트(MMA) 등의 아크릴계 수지가 오염 방지성이나 내후성이 우수하므로 바람직하다. 그 외에, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르, 테트라아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAr), 폴리술폰(PSF), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아세탈, 폴리이미드, 폴리에테르술폰 등의 수지를 들 수도 있다.

이들 수지 중, 불소계 수지는 오염 방지성이나 내후성이 우수하고, 다수의 구멍을 형성하지 않아도, 10㎃∼30㎃ 정도의 전류를 흘려 방식하는 경우에 발생하는 산소나 염소 등의 기체를 투과시키므로, 바람직하다.

보호층(15)의 두께는 물리적 강도가 만족되는 한, 방식시에 발생하는 산소나 염소 등의 기체의 투기성이나 비용면에서, 얇은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 보호층(15)의 두께는 10∼200㎛, 바람직하게는 20∼100㎛의 범위가 선택된다. 보호층(15)은 동종 또는 이종의 수지가 복수층이 되도록 적층되어 있어도 된다.

보호층(15)은 착색되어 있어도 되고, 문자 정보나 모양 등의 의장이 부가되어 있어도 된다. 특히, 보호층(15)이 콘크리트층(3)의 표면의 색과 유사한 회색 계통의 색으로 착색되어 있는 것은 방식용 양극(10)이 눈에 띄지 않기 때문에, 바람직하다.

보호층(15) 위에 점착층을 갖는 마스킹 필름을 적층해 두는 것은 방식용 양극(10)을 콘크리트층(3)에 설치할 때 오염이나 파손이 발생하지 않기 때문에, 바람직하다.

본 발명의 방식용 양극(10)이 바람직하게 적용되는 피방식체(4)로는, 강재 등의 철을 포함하는 것뿐만 아니라, 니켈, 티탄, 구리, 아연을 포함하는 것 등에도, 방식이 가능하다.

피방식체(4)가 콘크리트층(3) 내에 매설되어 있는 경우도, 방식이 가능하다. 콘크리트층(3) 내의 극히 작은 공극 중에는 수분을 포함하는 겔상의 물질이 있다. 이 겔상의 물질 중에 포함되는 이온으로는, OH^－, Na^＋, Ca^{2 ＋}, K^＋ 등이 주된 것이다. 또한, 방식의 필요성이 높은 바다에 가까운 장소에 있는 구조물의 콘크리트층에는 염화나트륨이 침투한다.

콘크리트층(3)은 임피던스가 현저하게 큰 고체의 전해질층이며, 이들 이온에 의한 이온 전도성을 갖는 층으로서 기능한다. 그리고, 콘크리트층(3)은 건조에 의해 공기 중으로 수분을 방출하거나, 혹은 빗물이나 기온의 일교차에 의해 공기 중의 수분을 흡수하기 때문에, 콘크리트층(3)이 절건 상태가 되는 경우는 없다.

또한, 본 발명의 방식용 양극(10)은 표면에 도료의 피막이 형성된 피방식체(4)에도 적용이 가능하다. 도료의 피막은 절연층으로 보이지만, 피막의 표면에는 부식의 원인이 되는 수분이 침입하는 다수의 크랙이나 미세한 구멍이 존재한다. 이들 크랙이나 미세한 구멍은 피방식체에까지 관통되어 있다. 이 크랙이나 미세한 구멍이 존재하는 부분은 수분이나 공기를 차단할 수 없기 때문에, 수분이 존재하고 있다.

따라서, 이온이 이 크랙이나 미세한 구멍이 존재하는 부분을 이동할 수 있음으로써, 이 크랙이나 미세한 구멍이 존재하는 부분은 이온 전도성이 된다. 이로 인해, 본 발명의 방식용 양극(10)을 도료의 피막에 첩착하여 방식이 가능하다. 그리고, 이 방식은 이 크랙이나 미세한 구멍이 존재하는 부분에 대해 행하면 되기 때문에, 극히 좁은 면적을 방식하게 된다. 따라서, 방식용 양극(10)으로부터 크랙이나 미세한 구멍이 존재하는 부분에 대한 전자의 공급량이 작아도, 극히 유효한 방식이 가능해진다.

도료 피막을 갖는 피방식체(4)를 방식할 때, 전해질층(12)으로서 하이드로 겔층을 사용한 경우에는, 하이드로 겔층의 일부가 표면의 크랙이나 미세한 구멍에 침입하여 피방식체에 접하거나, 혹은, 극히 가까이에 위치하게 된다. 이로 인해, 도료 피막을 갖는 피방식체(4)를 보다 확실히 방식할 수 있다.

또한, 하이드로 겔층은 수지 매트릭스를 갖는다. 이로 인해, 도료 피막을 갖는 금속을 방식하는 경우에, 방식용 양극(10)을 피방식체가 되는 금속의 표면에 직접 접착시켜도 도전층(11)이 금속에 접촉하지 않기 때문에, 단락되지 않는다.

따라서, 방식용 양극(10)을 노출된 금속의 표면에 직접 첩착하거나, 또는, 방식용 양극(10)을 금속의 표면에 존재하는 녹 등의 이온 투과성의 산화물 피막으로 이루어지는 표면층에 첩착함으로써, 피방식체가 되는 금속을 방식할 수 있다.

본 형태예의 콘크리트 구조물의 방식 구조(1)는 방식용 양극(10)을, 전해질층(12)을 사용해 콘크리트 구조물의 표면층(3)에 첩착하고, 방식용 양극(10)의 도전층(11)을 외부 전원(5)의 정극에 접속하며, 외부 전원(5)의 부극을 피방식체(4)에 회로 배선(6)을 사용하여 접속한다.

회로 배선(6)은 애노드 용해에 대한 내부식성을 갖는 것이 바람직하고, 예를 들면, 탄소, 티탄, 스테인레스, 백금, 탄탈, 지르코늄, 니오븀, 니켈, 모넬이나 인코넬 등의 니켈 합금을 들 수 있다. 이들 중, 티탄은 입수하기 쉽고, 넓은 범위의 전위에 걸쳐 애노드 용해에 내성이 있으므로, 바람직하다.

또한, 알루미늄선이나 구리선 등의 애노드 용해에 내성이 없는 회로 배선(6)도 수지층으로 피복하여 사용할 수 있다.

방식용 양극(10)을 전원 등의 회로에 접속할 때는, 방식용 양극(10)의 도전층(11) 구석부의 1지점 또는 2지점 이상에 형성된 배류점(예를 들면, 단자)에 회로 배선(6)을 접속해, 전원 등의 회로에 접속하는 것이 바람직하다.

전원 등의 회로에 접속하는 배류점은 도전성 접착제로 회로 배선(6)을 도전층(11)에 접착해도 되지만, 단자를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 단자로서, 회로 배선(6)을 압착 가능한 압착 단자가 보다 바람직하다. 그리고, 이 압착 단자가 날카로운 금속 톱니를 갖고 있고, 그 톱니가 도전층(11)에 박히게 되면, 작업이 용이하며, 확실한 전기적 접속이 얻어지기 때문에 바람직하다. 이와 같은 압착 단자에 회로 배선(6)을 압착하여, 도전층(11)과 보강층(14)의 양쪽 모두에 압착 단자의 톱니를 박히게 한다. 이로 인해, 합성 수지의 섬유 기재로 이루어지는 보강층(14)은 인열 강도가 크기 때문에, 압착 단자가 강고하게 고착된다. 이 때문에, 압착 단자가 회로 배선(6)을 압착하는 부위에서는, 적어도 보강층(14)을 도전층(11) 위에 적층하는 것이 바람직하다. 또한, 이 부위에는 도전층(11) 위에 적층된 보강층(14) 위에, 추가로 보호층(15)을 적층해도 된다.

그러한 압착 단자로는, 예를 들면, 타이코 일렉트로닉스 재팬 합동 회사(구 타이코 일렉트로닉스 앰프 합동 회사)로부터 터미 호일(TERMI-FOIL)의 상품명으로 판매되고 있다.

도 6에 이와 같은 압착 단자(7)의 일례를 나타낸다. 이 압착 단자(7)는 도선 압착부(71)가 연결부(72)에서 개폐 가능하게 연결된 약 사방 10㎜의 2장의 금속판(73)(예를 들면, 주석 도금된 구리판)의 양쪽 모두에, 랜스라고 불리는 날카로운 금속 톱니(74)가 일정한 패턴으로 배열되어 대향하고 있다. 도선(6)을 도선 압착부(71)에 압착하고, 이들 2장의 금속판(73, 73)의 랜스(74, 74) 사이에 보호층(15), 보강층(14) 및 도전층(11)을 끼우고, 펜치나 해머 등으로 압박한다. 이로 인해, 랜스(74)가 보호층(15)과 보강층(14)을 뚫고, 랜스(74, 74)가 도전층(11)에 박힌다. 또한, 랜스(74)는 금속판(73)의 면 내에 배열되어 있으므로, 이 랜스(74)가 도전층(11)에 박힌 지점의 주위가, 금속판(73)으로 덮인다. 이로 인해, 도전층(11)이 도선(6)과 확실히 접속되고, 접속부가 금속판(73)으로 보호된다. 또한, 압착 단자(7)가 보강층(14)에 의해 강고하게 고착되므로, 찢어지기 쉬운 그래파이트 시트로 이루어지는 도전층(11)으로부터 압착 단자(7)가 분리되는 경우도 없다.

여기서, 압착 단자(7)가 전해질층(12)과 접촉하면, 압착 단자(7)도 양극으로서 기능하므로, 압착 단자(7)가 부식되기 쉽다. 따라서, 압착 단자(7)가 전해질층(12)과 접촉하는 경우는, 배류점이 되는 부위의 전해질층(12)을 절제하거나, 혹은, 미리 적층하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 압착 단자(7)의 접속은 보호층(15), 보강층(14)과 함께 도전층(11)을 압착 단자(7)의 금속 톱니(74)에 박히게 하고 난 후, 도선(6)을 압착 단자(7)의 도선 압착부(71)에 압착해도 된다.

또한, 도 6의 압착 단자(7)에서는, 2장의 각 금속판(73, 73)은 각각 5개(중앙 및 네 구석)의 랜스(74)를 갖지만(상측의 금속판(73)에서는 랜스(74)의 이면측의 패임이 도시되어 있다), 금속 톱니(74)의 개수 및 배치는 적절히 변경 가능하다.

도 2에 본 발명의 방식용 양극(10)의 제2 형태예 및 그것을 사용한 콘크리트 구조물의 방식 구조의 일례를 모식적으로 나타낸다. 도 2에 있어서, 부호 16은 관통 구멍을 나타낸다.

본 형태예의 방식용 양극(10)에 사용되는 도전층(11)은 대전류에 의한 방식시에 발생하는 기체를 빠져나가게 하는 경우에 대비해, 도전층(11)에 다수의 관통 구멍(16)이 형성되어 있다.

방식용 양극(10)의 제1 형태예와 제2 형태예에서 상이한 점은, 도 2에 있어서의 도전층(11)이 관통 구멍(16)을 갖는 점뿐이다. 그 이외의 도 1과 동일한 부호가 부여된 것은, 도 2에 있어서도 동일한 것을 나타내므로, 설명을 생략한다.

본 발명에 사용되는 도전층(11)으로서 익스팬드법이나 고분자 필름 열분해법으로 제조된 그래파이트 시트를 사용한 경우에는, 기체를 투과시키기 어려운 경우가 있다. 다만, 통상, 방식시에 2V 이하의 작은 전압을 인가하는 경우에는, 기체의 발생량이 극히 작기 때문에, 기체 투과성이 작아도 실용상으로 문제는 되지 않는다.

그러나, 부식이 진행되고 있는 철근을 방식하기 위해 탈염 처리나 재알칼리화가 가능한 전류량이 필요로 되는 경우에는, 방식시에 발생하는 기체를 빠져나가게 할 필요가 있다.

혹은, 탄소 단섬유를 수지 탄화물로 결착시킨 그래파이트 시트를 도전층(11)으로 사용하는 경우여도, 보다 높은 투기성이 필요한 경우에는 관통 구멍(16)을 형성해도 된다.

관통 구멍(16)을 형성할 때, 도전층(11)이 손상되지 않도록 보강층(14)을 먼저 도전층(11)에 적층하고 나서, 양자를 함께 천공하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 형태예에 있어서는, 도전층(11)과 보강층(14)의 양쪽 모두에 관통 구멍(16)이 형성되어 있다. 단, 관통 구멍(16)은 보강층(14)의 섬유 기재를 관통하지 않고, 도중까지 천공한 상태여도 된다.

관통 구멍(16)의 형성에는 펀치 펀칭, 레이저 광선, 바늘을 사용한 천공 등 공지의 방법을 채용할 수 있다. 펀치에 의한 펀칭 천공은 바늘을 사용한 천공에 비해 비교적 직경이 큰 구멍이 얻어지지만, 펀칭 찌꺼기가 발생한다. 레이저 광선을 사용한 천공은 천공 상태를 임의로 설정할 수 있지만, 장치가 고가이다. 따라서, 저렴한 장치이면서 펀칭 찌꺼기가 발생하지 않는 바늘을 사용하는 천공이 바람직하다.

바늘을 사용한 천공은 그래파이트 시트측으로부터 천공하는 것이 바람직하다. 보강층(14)측으로부터 천공하면, 구멍 주위가 불규칙하게 열개(裂開)된 상태가 되어, 그래파이트 시트 표면에 열개된 조각이 돌출된다. 이 돌출된 열개편이 다른 물품과 접촉하면, 그래파이트 시트, 특히 본 형태예에서 사용하는 익스팬드법에 의한 그래파이트는 인열 강도가 낮기 때문에, 찢어지는 경우가 있다. 또한, 열개편으로부터 찢어지지 않아도 열개편에는 원래대로 돌아가려 하는 응력이 잔류하고 있으므로, 관통 구멍(16)이 폐쇄되기 쉽다.

한편, 그래파이트 시트측으로부터 천공하면, 동일하게 열개편이 돌출된다. 그러나, 이 경우, 열개편은 그 주위가 보강층(14)의 섬유 기재의 섬유에 얽히기 때문에, 관통 구멍(16)이 폐쇄되기 어렵다.

그리고, 바늘에 의한 천공은 그래파이트 시트측으로부터 천공하는 경우여도, 열침을 사용하는 것이 바람직하다.

열침을 사용한 천공은 그래파이트 시트측으로부터 천공해도 그래파이트 시트를 용융시킬 수는 없지만, 섬유 기재의 섬유를 용융시킬 수 있다.

천공시에 섬유 기재의 섬유를 용융시키면, 열개편의 주위가 보강층(14)의 섬유 기재의 섬유에 얽힌 상태로 용착되기 때문에, 관통 구멍(16)이 보다 폐쇄되기 어려워진다.

관통 구멍(16)의 형상은 기체를 투과시킬 수 있으면 되므로, 특별히 제한은 없다.

관통 구멍(16)의 밀도는 방식시에 발생하는 기체의 양과 관통 구멍(16)의 크기에 관계된다. 이 때문에, 예비 시험을 행하여 관통 구멍(16)의 밀도를 확인하는 것이 바람직하다. 통상, 관통 구멍(16)의 크기는 형상을 원형으로 했을 때, 관통 구멍(16)의 직경이 0.1∼1㎜ 정도의 범위에 있는 것이 바람직하다. 관통 구멍(16)의 크기가 이 범위보다 작으면 클로깅되기 쉽고, 발생하는 기체를 원활히 빠져나가게 할 수 없는 경우가 있다. 관통 구멍(16)의 크기가 이 범위보다 크면 펀치에 의한 펀칭 천공을 채용하게 되므로, 펀칭 찌꺼기의 처리에 주의가 필요하다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다.

이하의 순서에 의해, 방식용 양극(10)의 실시예 1을 제작하였다.

두께 0.125㎜, 폭 340㎜, 길이 1000㎜의 익스팬드법으로 제조한 그래파이트 시트로 이루어지는 도전층(11)에 두께 약 0.25∼0.3㎜, 단위 중량 50g/㎡, 폭 460㎜, 길이 1000㎜의 PP제 부직포로 이루어지는 보강층(14)을 드라이 라미네이트로 적층하였다.

얻어진 도전층(11)과 보강층(14)의 적층체를 도전층(11)측으로부터 열침으로 천공하여, 도전층(11)과 보강층(14)에 다수의 관통 구멍(16)을 형성하였다.

도전층(11)의 보강층(14)이 적층되어 있지 않은 면에 안료를 배합해 회색으로 착색한 두께 40㎛, 폭 460㎜의 폴리불화비닐 필름을 드라이 라미네이트하여 보호층(15)으로 하였다. 드라이 라미네이트시에, 접착제는 점상으로 그라비아 코트하였다.

전해질층(12)으로서 두께 약 0.8㎜, 폭 약 300㎜, 길이 1000㎜의 하이드로 겔 시트(세키스이 화성품 공업 주식회사 제조 「테크노 겔 AG」)를 사용하였다. 이 시트의 양면에는, 각각 PE와 PET로 이루어지는 상이한 마스킹 필름이 적층되어 있었다. 전해질층(12)의 PET의 마스킹 필름만을 박리하고, PE의 마스킹 필름을 박리하지 않은 채, 전해질층(12)의 마스킹 필름으로서 남겼다. 전해질층(12)의 노출된 면을 방식용 양극(10)의 도전층(11)면에, 도전층(11)의 양측변의 여백이 균등해지도록 겹쳐서 밀착하여, 도 2에 나타내는 방식용 양극(10)의 실시예 1을 제작하였다.

실시예 1의 방식용 양극(10)의 도전층(11)에 대해, 도전층(11)과 보강층(14)을 적층한 단계에서, 실제의 저항값을 측정하였다. 저항값의 측정시에는, 일반적인 테스터를 사용해 전극 단자를 그래파이트 시트면에 가볍게 접촉시켰다.

측정 방법은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 도전층(11)의 배류점을 형성하는 예정 부위를 나타내는 구석부의 원점 O으로부터 도전층(11)의 한 변(도 3에서는 하변)을 따라 100㎜마다 점 A∼J를, 또한 도전층(11)의 대변(도 3에서는 상변)을 따라 점 O, E, J에 대향하는 위치에 각각 점 a, b, c를 설정하고, 이들 2점간의 저항값을 측정하였다.

실제로 측정한 지점은 O-A 내지 O-J까지의 100㎜마다의 길이 방향의 부위 사이와, 폭방향의 변동 요인을 포함한다고 생각되는 O-a, O-b, O-c, E-b 사이로 하였다. 표 1에 그 측정 결과를 나타낸다.

표 1에 의하면, 모든 부위간의 저항값이 2Ω 이하로, 최대값과 최소값의 차가 0.3Ω이다. 이러한 점에서, 도전층(11)은 수평 방향의 저항값이 낮고, 배류점을 구석부에 형성한 경우에 배류점으로부터 가까운 부위와 먼 부위를 비교하면, 저항값의 차가 작다는 것이 확인되었다.

또한, 특허문헌 2의 실시예에 기재된 방법으로 도전층(11)을 제작한 경우는, 도전층의 길이 방향을 따라 스테인레스 등의 금속 테이프로 이루어지는 급전재를 첩부하여, 도전층의 배류점으로부터 먼 부분과 가까운 부분의 통전 상태의 차를 작게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 실제로 스테인레스 테이프의 급전재를 형성한 경우, 접촉 저항이나 도전성 접착제의 저항이 있기 때문에, 동일한 측정을 행하면 1000㎜간의 저항값이 4Ω 정도가 되는 경우가 있다. 이러한 점에서, 본 형태예의 도전층(11)에서는 급전재가 불필요하다는 것이 확인되었다.

다음으로, 실시예 1의 방식용 양극(10)의 도전층(11)의 내식성에 대해 검토하였다.

이하의 순서로 도 4에 나타내는 통전 시험의 샘플을 제작하고, 대전류의 통전 시험을 실시하였다.

접착제로 수지판(21)에 고정한 도전층(11)의 하단과 중간에는, 수지제 점착 테이프(22, 23)를 붙였다. 도전층(11)의 상단에는, 악어입 모양 단자(24)를 사용해 전원의 정극을 접속하기 위해 테이프를 붙이지 않았다.

이와 같이 하여, 하단의 테이프(22)와 중간의 테이프(23) 사이에는 테이프를 붙이지 않는 15㎜×100㎜의 띠 형상의 노출부를 형성하였다.

이 샘플을, 3％의 식염을 포함하는 포화 수산화칼슘 수용액에 중간의 테이프(23)가 수용액과 공기의 경계(흡수선)가 되도록 침지하였다. 그리고, 이 수용액 중에 전원의 부극에 접속된 백금이 코트된 티탄 전극을 샘플과 대향하여 침지하고, 이들 사이에 정전류를 흘렸다.

흡수선이 되는 부위에 테이프(23)를 붙인 이유는 전해 반응에 의해 수용액의 수위가 변화한 경우에 있어서도, 수용액과 띠 형상의 노출부의 접촉 면적을 변화시키지 않음으로써, 단위면적 당의 전류량을 일정하게 유지하기 위해서이다. 또한, 이 샘플의 하단에 테이프(22)를 붙인 이유는 도전층(11)이 수지판(21)으로부터 박리되는 것을 방지하기 위해서이다.

전류값을 262.4A/㎡로 하여 정전류를 흘렸다. 이 전류값은 10㎃/㎡로 1년간 통전했을 때의 적산 전류량(87.6Ah/㎡)을 촉진해, 20분간 통전할 수 있는 전류량이다. 장기에 걸친 기온이나 습도 등의 변화 등의 다른 요인에 의한 도전층(11)에 대한 영향은 고려할 수 없지만, 대전류의 통전에 의한 도전층(11)의 내식성만을 생각한 경우에는, 가혹한 조건인 것으로 생각된다. 정전류 인가시의 전압 변화를 도 5에 나타낸다.

도 5에 의하면, 적산 전류량이 52,205Ah/㎡를 초과한 부분부터 전압이 불안정해져, 56,511Ah/㎡에 이른 시점에서 전압이 10V에 이르렀다. 이 결과를 연단위로 환산하면, 전압이 불안정해진 시점은 595년, 10V에 이른 시점은 645년이 된다. 이러한 점에서, 본 형태예의 방식용 양극(10)의 도전층(11)은 극히 높은 내식성을 갖는 것이 확인되었다.

이하의 순서에 의해, 방식 구조(1)의 실시예 1을 제작하였다.

얻어진 실시예 1의 방식용 양극(10)의 전해질층(12)의 PE의 마스킹 필름을 박리하고, 노출된 면을 철근(4)이 매설되어 있는 콘크리트층(3)에 첩착하였다.

구리선을 수지층으로 피복한 도선(6)을 도 6에 나타내는 압착 단자(7)(상품명 터미 호일)의 도선 압착부(71)에 압착하여, 압착 단자(7)가 형성된 도선(6)을 준비하였다. 방식용 양극(10)의 양측변에 폭 20㎜로 노출된 도전층(11)의 편측의 일단에, 도전층(11)과 보강층(14)과 보호층(15)을 압착 단자(7) 사이에 끼웠다. 그리고, 압착 단자(7)의 2장의 금속판(73, 73)을 해머로 두드려, 압착 단자(7)의 랜스(74, 74)를 도전층(11)에 박히게 하였다. 방식용 양극(10)은 랜스(74, 74)가 도전층(11)과 보강층(14)의 양쪽 모두에 박혀 있기 때문에 강고하게 고정되어, 전기적으로도 확실히 접속되어 있었다.

그리고, 도선(6)을 전원의 정극에 접속하고, 전원의 부극을 콘크리트 내의 철근에 접속하여, 도 2에 나타내는 방식 구조(1)의 실시예 1을 제작하였다.

이상, 바람직한 실시형태에 기초하고, 도면을 참조하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이들 형태예로 한정되지 않는다.

본 형태예에서는 양측변에 노출된 도전층(11)의 편측의 일단에 배류점을 형성했지만, 도전층(11)의 양측의 일단에 각각 배류점을 형성해도 된다. 이 경우, 2개의 배류점은 대각선을 사이에 두고 대향하도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한,배류점은 측변에 노출된 도전층(11)의 중앙에 형성해도 된다.

또한, 도전층(11)에 접촉해 도선(6)을 접속하는 압착 단자(7)는 2장의 금속판(73, 73)이 도선 압착부(71)에서 접어서 포개는 것이 가능하도록 연결한 것을 사용했지만, 2장의 금속판이 도선 압착부에 연결되지 않은 한 변을 축으로 하여 접어서 포개는 것이 가능하도록 연결된 것을 사용해도 된다.

본 발명에 의하면, 시공 현장에서의 작업량을 가능한 한 저감시킬 수 있다. 또한, 급전재를 사용하지 않아도 도전층의 배류점으로부터 먼 부분과 가까운 부분의 통전 상태의 차를 작게 할 수 있으므로, 통전하는 전압을 낮게 억제하여, 물이나 염소 화합물의 전기 분해에 의한 기체의 발생이 적고, 장기간의 전기 방식이 가능한 방식용 양극, 그것을 사용한 콘크리트 구조물의 방식 구조 및 방식 방법을 제공할 수 있다.

1 본 발명의 방식 구조
3 표면층(콘크리트층)
4 피방식체(철근)
5 외부 전원
6 회로 배선(도선)
7 압착 단자
10 방식용 양극
11 도전층
12 전해질층
13 접착제층
14 보강층
15 보호층
16 관통 구멍
21 수지판
22, 23 테이프(수지제 점착 테이프)
24 악어입 모양 단자
71 도선 압착부
72 연결부
73 금속판
74 금속 톱니(랜스)

Claims (7)

1. 그래파이트 시트로 이루어지는 도전층의 일방의 면에 섬유 기재로 이루어지는 보강층이 접착제층을 사용해 적층되고, 전해질을 포함하는 수지가 시트상으로 성형되며, 상기 도전층 및 피방식체의 표면층에 첩착 가능한 점착력을 갖는 전해질층이 그 점착력에 의해 상기 도전층의 타방의 면에 첩착된 외부 전원에 의한 방식용 양극으로서, 상기 도전층은 상기 전해질층에 접하는 측의 면에 있어서의 임의의 2점간의 저항값이 항상 4Ω 이하인 방식용 양극.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 도전층이 기체의 투과가 가능한 다수의 연통 구멍을 갖는 방식용 양극.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 보강층의 외면이 불투수성의 보호층으로 덮인 방식용 양극.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 전해질층의 외면이 불투수성의 박리지로 덮인 방식용 양극.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 방식용 양극이 상기 전해질층을 이용하여 콘크리트 구조물의 표면에 첩착되고, 상기 방식용 양극의 상기 도전층이 외부 전원의 정극에 접속되며, 외부 전원의 부극이 피방식체에 접속되어 있는 콘크리트 구조물의 방식 구조.
6. 제 5 항에 있어서,
   적어도 상기 도전층과 상기 보강층의 양자에 금속 톱니를 갖는 단자의 금속 톱니가 박힘으로써, 상기 도전층이 상기 외부 전원의 정극에 접속된 콘크리트 구조물의 방식 구조.
7. 제 5 항의 콘크리트 구조물의 방식 구조를 사용하여, 상기 방식용 양극의 상기 도전층과 상기 피방식체 사이에 전압을 인가하여 방식 전류를 흘리는 콘크리트 구조물의 방식 방법.

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