KR20170119458A

KR20170119458A - 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20170119458A
Application number: KR1020160047488A
Authority: KR
Inventors: 임재춘; 조덕현; 이석균
Original assignee: 주식회사 현대화이바
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2017-10-27

Abstract

본 발명은 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 무기질 섬유인 바잘트 섬유를 경사 또는 위사로 하여 일방향으로 배열하고 이와 교직되는 다른 경사 또는 위사는 유리섬유를 활용한 융착사로 구성하여 제직한 후 가열하고 압착하여 전기적 절연기능이 우수하고 굴곡 강도가 약한 바잘트 섬유의 특성을 통해 구조물의 보수 보강 작업에 효과적으로 적용할 수 있는 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 현무암을 용융방사하여 만든 바잘트 섬유사를 일열로 배열하여 경사 또는 위사로 구성하고, 또 따른 경사 또는 위사는 가늘고 강도가 높은 유리섬유사의 외면을 열가소성수지로서 코팅시킨 융착사로서 이루어져 교호로 제직되고 상기 융착사가 열에 의해 융융된 상태에서 압착되어 바잘트 섬유사와 일체로 융착 결합된 구조로 이루어진 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트 및 그 제조방법{Structural reinforcement fabric sheet and a manufacturing method for using a basalt fiber}

본 발명은 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 무기질 섬유인 바잘트 섬유를 경사 또는 위사로 하여 일방향으로 배열하고 이와 교직되는 다른 경사 또는 위사는 유리섬유를 활용한 융착사로 구성하여 제직한 후 가열하고 압착하여 전기적 절연기능이 우수하고 굴곡 강도가 약한 바잘트 섬유의 특성을 통해 구조물의 보수 보강 작업에 효과적으로 적용할 수 있는 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 교량이나 고가차도 터널, 각종 건축구조물 등은 콘크리트를 주재료로 하는 구조물로서 강도가 우수하여 반영구적이긴 하지만 시공 후 세월이 지남에 따라 바닥면은 물론 벽면이나 천정 부분등에 여러 요인에 의한 부작용이 발생하게 된다.

즉, 재질의 중성화, 철근의 녹 발생 및 팽창으로 인한 균열, 콘크리트 표층부의 박리현상, 구조적인 결함, 저급 콘크리트 및 불량자재의 사용, 차량 통행량의 증대 및 차량 적재 하중의 초과, 열차의 고속화 등에 기인하는 구조물의 과부화 및 반복 부하의 누적, 오염물질로 인한 화학적 변화 등에 의한 여러가지의 부작용이 나나타게 된다.

이와 같은 부작용에 의한 콘크리트 구조물의 하자 발생시에는 보강 콘크리트를 사용하여 보수 보강공법을 수행하였는 데 이런 경우 보강 효과가 형식적인 조치에 불과하고 내구성이 없어서 근본적인 보수 효과를 얻을 수 없어 이를 개선하고 보수효과를 향상시키기 위한 것으로 철판 보강법, 강화섬유시트 보강법 등이 사용되고 있다.

그 중에서 강화섬유 시트를 이용한 보강법이 근래에는 많이 사용되고 있는 바, 강화섬유를 이용한 보강용 시트는 주로 탄소섬유를 사용하고 있으며, 이러한 탄소섬유는 고기능 섬유로서 탁월하지만, 탄소섬유의 무수축 팽창으로 인하여 전단응력이 약하고 콘크리트가 갖는 수축팽창과는 수축율의 차이가 커서 외부 노출 부위의 보수 보강 시공에 있어서는 시공 후 박리 현상이 손쉽게 나타나며 곡면이나 직각면에서는 콘크리트 면과의 일체감이 떨어지는 현상이 발생하며, 특히, 탄소 섬유는 철에 비해 가볍고 에폭시 수지등과 결합하면 강화 플라스틱으로서의 역할이 가능한 최첨단 소재이긴 하지만 아직까지 단가가 매우 높으며 재활용이 어려워 고급 스포츠 용품이나 항공기 본체등 사용이 제한되어 왔다. 최근 강화 섬유를 활용한 구조 보강소재로 활용되어 점차 그 사용이 확대되고 있으며 기존의 시멘트 보강이나 철강보강에 비해 작업이 간단하고 소음이나 외부 피해가 적어 선진국에서는 많이 사용되는 소재이다 하지만 높은 소재의 단가와 전기적 특성은 사용 범위를 일부 제한하고 전봇대나 기타 전기적 흐름이 있는 곳에는 사용이 불가능한 단점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 탄소섬유보다 절연의 특징과 고강도 고탄성을 가지는 친환경 섬유인 바잘트 섬유의 특성을 이용하여 전기적 흐름이 있는 곳에서 사용을 가능하게 하고 탄소섬유보다 저렴하면서도 인장강도나 물성은 탄소섬유에 비해 크게 떨어지지 않으면서 구조물의 보수 보강효과를 크게 얻을 수 있는 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 바잘트 섬유와 유리섬유를 활용한 융착사를 교호로 제직하여 교직물로서 구성하고 이를 가열 압착하여 융착사의 용융에 의한 바잘트 섬유와의 접착을 통해 구조 보강시 에폭시수지와 결합을 용이하게 함으로써 구조물에의 접착강도를 높이고 구조물의 보수 보강 작업을 효율적으로 할 수 있게 한 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트를 단계적으로 제조하는 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 이와같은 목적을 달성하기 위한 수단으로 현무암을 용융방사하여 만든 바잘트 섬유사를 일열로 배열하여 경사 또는 위사로 구성하고, 또 따른 경사 또는 위사는 가늘고 강도가 높은 유리섬유사의 외면을 열가소성수지로서 코팅시킨 융착사로서 이루어져 교호로 제직되고 상기 융착사가 열에 의해 융융된 상태에서 압착되어 바잘트 섬유사와 일체로 융착 결합된 구조로 이루어진 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트를 제공한다.

또한, 본 발명은 현무암을 용융방사하여 만든 바잘트 섬유사를 일열로 배열하여 경사 또는 위사로 구성하고, 가늘고 강도가 높은 유리섬유사의 외면을 열가소성수지로서 코팅시킨 융착사를 또 다른 경사 또는 위사로 구성하여 교직물을 제직하는 단계;

상기 단계를 거쳐 제직된 교직물에 열을 가해 융착사의 열가소성수지를 녹여 겔상태로 만들고 이어서 냉각장치로서 냉각시키면서 압착하여 바잘트 섬유사와 접착하는 단계;를 포함하여 이루어지는 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트의 제조방법을 제공한다.

이와같이 본 발명은 탄소섬유를 사용하지 않고도 탄소섬유와 비슷한 물성을 지니는 바잘트 섬유를 이용하여 구조 보강용 직물을 제공함으로서 특히 전기적 특성이 있는 분야에 기존의 탄소섬유가 적용되지 못하는 영역에도 적용이 가능하며 소재 역시 친환경적인 현무암에서 추출한 섬유로 탄소섬유 보강 직물을 대채할 수 있는 직물로 사용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직물시트의 예시도
도 2는 본 발명의 단면도

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.

이에 앞서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 예들이 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트(100)는 현무암을 용융방사하여 만든 바잘트 섬유사(1)를 일열로 배열하여 경사 또는 위사로 구성하고, 또 따른 경사 또는 위사는 가늘고 강도가 높은 유리섬유사(2)의 외면을 열가소성수지(3)로서 코팅시킨 융착사(4)로서 이루어져 교호로 제직되고 상기 융착사(4)가 열에 의해 융융된 상태에서 압착되어 바잘트 섬유사(1)와 일체로 융착 결합된 구조로 이루어져 있다.

상기에서 경사와 위사는 상대적인 개념으로, 바잘트 섬유사(1)와 융착사(4) 중 어느 하나가 경사이면, 다른 하나는 위사이고, 어느 하나가 위사이면 다른 하나는 경사가 된다.

본 발명의 직물 시트(100)는 일열로 배열된 바잘트 섬유사(1)의 사이 사이에 유리섬유사(2)의 외면을 열가소성수지(3)로서 코팅시킨 융착사(4)가 교호로 제직되고 일정한 온도의 열을 가해 융착사(4)가 용융된 후 가압되면서 바잘트 섬유사(1)와 접착되어 일체로 결합되는 것이므로 위사와 경사의 풀림이 방지되고 종래와 같이 별도의 에폭시 수지를 도포하여 결합할 필요가 없으므로 구조물의 보수 보강시 에폭시 수지의 침투가 용이하여 구조물에 접착이 잘 이루어지게 되는 효과를 제공한다.

바잘트 섬유사(1)와 교직된 융착사(4)는 가늘고 강도가 높은 유리섬유사(2)를 심사로 하고 이의 외면이 열가소성수지(3)로서 코팅되어 있으며 바잘트 섬유사(1)와 교직된 상태에서 일정한 열이 가해지면 열가소성수지(3) 만이 겔상태로 용융되어 바잘트 섬유사(1)와 접착되고 이후 냉각장치에 의해 냉각과 동시에 가압하게 되면 유리섬유사(2)는 바잘트 섬유사(1)와 견고하게 압착되어 교직물을 구성하게 되며 바잘트 섬유와 교직되는 유리섬유사(2)는 열가소성수지(3)가 코팅된 융착사(4)로서 용융 접착되어 직물을 형성하게 되므로 에폭시 수지와 결합되어 구조물의 보수 보강 작업시 에폭시 수지가 경사와 위사의 사이 사이에 침투되므로 접착력을 매우 우수해지는 특징이 있다.

상기와 같은 본 발명의 제조방법은 다음과 같다.

본 발명에 따른 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트(100)의 제조방법은 현무암을 용융방사하여 만든 바잘트 섬유사(1)를 일열로 배열하여 경사 또는 위사로 구성하고, 가늘고 강도가 높은 유리섬유사(2)의 외면을 열가소성수지(3)로서 코팅시킨 융착사(4)를 또 다른 경사 또는 위사로 구성하여 교직물을 제직하는 단계;

상기 단계를 거쳐 제직된 교직물에 열을 가해 융착사(4)의 열가소성수지(3)를 녹여 겔상태로 만들고 이어서 냉각장치로서 냉각시키면서 압착하여 바잘트 섬유사(1)와 접착하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

상기한 본 발명의 바잘트 섬유사(1)는 현무암을 1500℃에서 200∼500개의 노즐을 통해 용융 방사하여 만든 무기섬유사로서 짙은 갈색을 띠며 색상으로 보면 카본 섬유와 유사하나 성질을 보면 유리섬유와 비슷한 고성능 섬유로서 인장강도와 탄성율이 유리섬유보다 15∼20% 높고 내화학성, 흡음성이 더 좋으며 폭 넓은 사용온도와 더 친환경적인 섬유로서 각종 필터용으로 사용되며 콘크리트 강화섬유, 고강도 복합제, 방화제, 흡음제, 방화커텐 등의 다양한 용도로 널리 사용되고 있다.

또한, 상기 바잘트 섬유사(1)와 교직되는 유리섬유사(2)는 가늘고 강도가 높은 섬유사가 선택되는 데 보통 E Glass Fiber를 사용하고 실의 범위는 150 1/0~225 1/0 즉 34 ~ 22.5tex 를 사용하게 된다.

이와같이 선택된 유리섬유사(2)에 코팅되는 열가소성수지(3)는 low melting 열가소성 수지인 에틸렌초산비닐(EVA : Ethylene Vinyl Acetate) 나 폴리아미드(나일론)수지 (PA : Polyamide)가 사용되며 이를 용제에 녹여 솔벤트 형태로 점도를 낮게 하던가 아니면 일정한 열(120°전후)을 가해 수지의 점도를 낮추어 유리섬유사(2)에 코팅이 용이하게 한 후 상기 열가소성수지(3)를 유리섬유사(2)에 함침하고 수지의 양을 조절하면서 일정한 구멍을 통과시켜 코팅하는 데 이때 수지의 함침량은 원사의 무게만큼 코팅한다. (수지 함량 50% 정도)

이렇게 완성된 융착이 가능한 코팅된 융착사(4)는 일방향으로 배열시킨 바잘트 섬유사(1)의 사이에 교호로 삽입시켜 직물로 제직한다

이어서 제직된 교직물에 열을 가하여 유리섬유사(2)에 코팅된 열가소성수지(3)를 녹여 겔 화한 상태에서 냉각장치를 이용 냉각시키고 압력을 가해 바잘트 경사와 접착시키면 바잘트 섬유사(1)와 유리섬유사(2)는 열가소성수지(3)에 의해 융착되어 경사와 위사가 밀리거나 흐트러지지 않는 견고한 구조 보강용 직물 시트(100)를 완성하게 되는 것이다.

아래 표는 바잘트 섬유와 다른 섬유 간의 기술적 비교를 나타내고 있다.

바잘트 섬유와 다른 섬유간의 기술적 비교
특성	연속 바잘트	이-글라스	에스-글라스	탄소	아라미드
밀도 (g/cm³)	2.63 - 2.8	2.54 - 2.57	2.54	1.78	1.45
장력강도 (MPa)	4100 - 4840	3100 - 3800	4020 - 4650	3500 - 6000	2900 - 3400
탄성률 (GPa)	93.1 - 110	72.5 - 75.5	83 - 86	230 - 600	70 - 140
연신율	3.1	4.7	5.3	1.5 - 2.0	2.8 - 3.6
최대온도	650	380	300	500	250

상기 비교표에서 알 수 있는 바와 같이 바잘트 섬유는 다른 유리섬유, 탄소섬유, 아리미드섬유에 비하여 밀도, 장력강도, 탄성률, 연신율, 최대온도가 높아 강도, 탄성, 열적 특성면에서 모두 우수하고 친환경적으로 재활용이 가능해서 구조 보강용 직물로서 큰 장점을 가지고 있는 것을 알 수 있다.

100 : 직물 시트 1 : 바잘트 섬유사 2 : 유리섬유사 3 : 열가소성수지 4 : 융착사

Claims

현무암을 용융방사하여 만든 바잘트 섬유사(1)를 일열로 배열하여 경사 또는 위사로 구성하고, 또 따른 경사 또는 위사는 가늘고 강도가 높은 유리섬유사(2)의 외면을 열가소성수지(3)로서 코팅시킨 융착사(4)로서 이루어져 교호로 제직되고 상기 융착사(4)가 열에 의해 융융된 상태에서 압착되어 바잘트 섬유사(1)와 일체로 융착 결합된 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트.
현무암을 용융방사하여 만든 바잘트 섬유사(1)를 일열로 배열하여 경사 또는 위사로 구성하고, 가늘고 강도가 높은 유리섬유사(2)의 외면을 열가소성수지(3)로서 코팅시킨 융착사(4)를 또 다른 경사 또는 위사로 구성하여 교직물을 제직하는 단계;
상기 단계를 거쳐 제직된 교직물에 열을 가해 융착사(4)의 열가소성수지(3)를 녹여 겔상태로 만들고 이어서 냉각장치로서 냉각시키면서 압착하여 바잘트 섬유사(1)와 접착하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강용 직물 시트의 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 열가소성수지(3)는 에틸렌초산비닐(EVA)나 폴리아미드(나일론)수지 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 바잘트 섬유를 이용한 구조 보강 직물 시트의 제조방법.