KR20180121263A - 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재 - Google Patents

건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 최장폭이 4-15mm이고 최단 폭이 4-15mm인 공극이 규칙적으로 형성된 상부 편물층(Knitting layer); 최장 폭이 4-15mm이고 최단 폭이 4-15mm인 공극이 규칙적으로 형성된 하부 편물층(Knitting layer); 및 상기 상부 편물층 및 하부 편물층을 4~15mm의 간격을 두고 연결하는 편물 연결부(Knitting pillar parts);로 구성되며, 상기 상부 편물층, 하부 편물층, 및 상기 편물 연결부가 일체로 형성된 3차원 편물 시트에 수지를 함침시킨 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재를 제공한다.

Description

건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재{Fiber-reinforced stiffening member for a construction structure}
본 발명은 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재에 관한 것이다.
일반적인 콘크리트 기둥 구조물은 지진이나 폭발에 대해 매우 취약한 부분을 가지고 있다. 따라서 지진 발생 시 기둥의 콘크리트 표면의 균열이 쉽게 발생하게 되어 건축물이 쉽게 파괴되거나 폭발이 일어났을 경우 기둥 부분에 열화나 균열이 발생되어 구조물이 쉽게 무너질 수 있다.
이러한 콘크리트 기둥 구조물의 강도와 파괴 시에 콘크리트 구조물의 인성을 향상시키기 위하여 섬유강화복합체 패널을 사용할 수 있다. 이러한 패널의 내진 및 내충격, 내열특성의 강화를 위하여 내부에 섬유를 삽입하여 제조할 수 있는데 이는 고강도 섬유를 이용하여 섬유를 제편하고, 수지를 함침시켜서 섬유강화재를 제조하고, 다시 수지에 상기 섬유강화재를 함침시켜서 제조할 수 있다.
대한민국등록특허 제10-1124529호
본 발명은 강도를 저하시키지 않는 선에서 시멘트 모르타르가 통과할 수 있는 다수의 공극과 충분한 강도 및 내열성을 갖는 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여,
최장폭이 4-15mm이고 최단 폭이 4-15mm인 공극이 규칙적으로 형성된 상부 편물층(Knitting layer);
최장 폭이 4-15mm이고 최단 폭이 4-15mm인 공극이 규칙적으로 형성된 하부 편물층(Knitting layer); 및
상기 상부 편물층 및 하부 편물층을 4~15mm의 간격을 두고 연결하는 편물 연결부(Knitting pillar parts);로 구성되며,
상기 상부 편물층, 하부 편물층, 및 상기 편물 연결부가 일체로 형성된 3차원 편물 시트에 수지를 함침시킨 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재를 제공한다.
본 발명의 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재는 강도를 저하시키지 않는 선에서 시멘트 모르타르가 통과할 수 있는 다수의 공극을 가지며, 충분한 강도 및 내열성을 제공한다.
상기 건설 구조물 보강용 섬유강화보강재는 건설 구조물의 기둥 보강 및 보수에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 편물 시트의 형태를 촬영한 사진이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 편물 시트의 제조과정을 촬영한 사진이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 편물 시트의 편물 연결부의 형태를 예시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 편물 시트(생지 원단) 물성시험 결과를 도시한 것이며,
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 편물 시트(생지 원단)의 Tacky Test 결과를 나타낸 그래프이며,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재의 인장강도, 마모강도, 내열성에 대한 시험검사결과 사진이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
아래 설명과 도면은 당업자가 설명되는 장치와 방법을 용이하게 실시할 수 있도록 특정 실시예를 예시한다. 다른 실시예는 구조적, 논리적으로 다른 변형을 포함할 수 있다. 개별 구성 요소와 기능은 명확히 요구되지 않는 한, 일반적으로 선택될 수 있으며, 과정의 순서는 변할 수 있다. 몇몇 실시예의 부분과 특징은 다른 실시예에 포함되거나 다른 실시예로 대체될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 편물 시트의 형태를 촬영한 사진이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 편물 시트의 제조과정을 촬영한 사진이이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재는 최장폭이 4-15mm이고 최단 폭이 4-15mm인 공극이 규칙적으로 형성된 상부 편물층(Knitting layer); 최장 폭이 4-15mm이고 최단 폭이 4-15mm인 공극이 규칙적으로 형성된 하부 편물층(Knitting layer); 및 상기 상부 편물층 및 하부 편물층을 4~15mm의 간격을 두고 연결하는 편물 연결부(Knitting pillar parts);로 구성되며,
상기 상부 편물층, 하부 편물층, 및 상기 편물 연결부가 일체로 형성된 3차원 편물 시트에 수지를 함침시킨 것을 특징으로 한다.
상기 상부 편물층 및 하부 편물층의 공극은 시멘트 모르타르가 통과할 수 있는 사이즈의 수평 공극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 편물 연결부는 시멘트 모르타르가 통과할 수 있는 사이즈의 수직 공극을 형성할 수 있는 개수로 형성될 수 있으며, 높이도 이러한 점을 고려하여 설정된다.
상기 3차원 편물 시트는 폴리아릴레이트(폴리아릴레이트) 섬유와 메타 아라미드(meta-Aramid) 섬유를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 상기 폴리아릴레이트 섬유 및 메타 아라미드 섬유는 강도가 높고 내열성이 우수하므로, 이러한 섬유를 하이브리드하여 3차원 편물 시트를 제조하는 경우, 본 발명의 목적 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재에 있어서, 상기 3차원 편물 시트에 대한 함침 수지는 비닐아세테이트-호모폴리머계 수지인 것이 바람직하다. 상기 비닐아세테이트-호모폴리머계 수지로는 Clariant社 제조 Appretan TS 등을 들 수 있다.
또한, 상기 3차원 편물 시트에는 비닐아세테이트-호모폴리머계 수지와 함께 내열성을 향상시키기 위한 감마-글리시독시프로필트리메톡시 실란 첨가제 및 결합력을 향상시키기 위한 비닐트리알콕시 실란이 함침되는 것이 바람직하다.
상기 비닐아세테이트-호모폴리머계 수지의 함침; 또는 비닐아세테이트-호모폴리머계 수지, 감마-글리시독시프로필트리메톡시 실란 첨가제, 및 비닐트리알콕시 실란의 함침은 상기 성분들을 용해할 수 있는 공지의 용매에 상기 감마-글리시독시프로필트리메톡시 실란 첨가제; 또는 상기 비닐아세테이트-호모폴리머계 수지, 감마-글리시독시프로필트리메톡시 실란 첨가제, 및 비닐트리알콕시 실란을 용해시켜서 함침 조성물을 제조한 후, 상기 3차원 편물 시트를 상기 함침 조성물에 담가서 해당 성분을 함침하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 또한, 상기 함침 조성물을 3차원 편물 시트에 스프레이 하는 방식으로 수행될 수도 있다.
상기 비닐아세테이트-호모폴리머계 수지의 함침은 형태안정성 확보를 위하여 수분산 형태의 비닐아세테이트-호모폴리머계 수지에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 수분산 형태의 비닐아세테이트-호모폴리머계 수지에 감마-글리시독시프로필트리메톡시 실란 첨가제, 및 비닐트리알콕시 실란을 첨가해서 수행할 수도 있다.
또한, 본 발명의 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재의 다른 실시예에 있어서, 상기 3차원 편물 시트의 상부 편물층 및 하부 편물층은 폴리아릴레이트 섬유 및 메타 아라미드(meta-Aramid) 섬유의 하이브리드 섬유로 구성되며, 상기 편물 연결부는 Pile사 제조 모노필라라멘트로 구성될 수도 있다.
상기 공극은 원형, 타원형, 또는 다각형 형태일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 3차원 편물 시트가 강도를 유지하며, 시멘트 모르타르기 통과할 수 있는 형태라면, 어떠한 형태라도 적용이 가능하다.
상부 편물층, 하부 편물층, 및 상기 편물 연결부를 구성하는 상부 편물, 하부 편물, 및 편물 연결부의 최장폭은 상기 공극의 최단폭 대비 0.2 내지 0.9 배인 것이 바람직하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 3차원 편물 시트가 강도를 유지하며, 시멘트 모르타르기 통과할 수 있는 공극을 형성할 수 있는 형태라면, 어떠한 형태라도 적용이 가능하다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 상기 3차원 편물 시트는 더블 랏셀(Double raschel) 제편 설비를 사용 하여 제조되는 것이 바람직할 수 있다. 더블 랏셀 편직기에 대해서는 대한민국 등록실용신안 제20-0290131호, 대한민국 등록특허 제10-0448420호 등에 기재된 공지의 내용을 참고할 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
실시예 1: 3차원 편물 시트의 제조
더블 랏셀(Double raschel) 제편 설비를 사용 하여 3차원 편물 시트를 제조하는 구체적인 방법을 설명한다.
1) 3차원 편물 시트 재료 선정
상기 3차원 편물 시트는 하기 표 1의 재료를 사용하여 제조하였다.
Bar Compositiom 본수 조직도 그림
1 Bar m-Aramid 20/2 84
Figure pat00001
2 Bar 폴리아릴레이트 1500 D 84
Figure pat00002
3 Bar 폴리아릴레이트 1500 D 168
Figure pat00003
4 Bar P 0.25mm(Pile사) 168
Figure pat00004
5 Bar 폴리아릴레이트 1500 D 168
Figure pat00005
6 Bar 폴리아릴레이트 1500 D 84
Figure pat00006
7 Bar m-Aramid 20/2 84
Figure pat00007
2) 기둥용 편직기 BAR별 원사 배정
가) 1Bar, 7Bar: m-Aramid 20/2 적용
① meta-아라미드(aramid, 방향족계의 폴리아미드 고분자물)섬유는 분자성 장배행법(分子成長配行法)에 의한, 섬유를 순수화학적인 방법으로 제조한 것으로 이렇게 제조 된 m-아라미드섬유의 특징은 탄화온도가 500℃가 넘는 높은 내열성과 내구성, 전 기절연성을 갖고 있어 경량복합체, 건축보강재 등에서 사용되고 있다.
② m-아라미드의 탁월한 물성은 그 화학구조가 대칭성이 좋은 벤젠고리들의 페닐기 가 meta 형태로 결합되어 연결되어 있고, 두 개의 방향족 고리가 직접연결된 긴 사 슬구조로 되어 있어서 고온에 노출되어도 분자식의 결합이 긴 사슬로 되어 있어 녹거나 끊어지지 않고 탄화하게 된다. 주원료는 메타페닐렌디아민과 이소프탈산클 로라이드이다.
나) 2Bar 및 6Bar, 3Bar 및 5Bar: 폴리아릴레이트 1500 D 적용
① 폴리아릴레이트는 액정 폴리머를 주원료로 하여 용융방사로 섬유화한 것으로, 액정 폴리머의 분자 사슬은 섬유 길이 방향으로 초고도로 배향하고 있어서 초고도의 배향도에 의한 뛰어난 역학 특성을 발휘시킨다.
② 폴리아릴레이트는 스테인레스 강 혹은 유리에 비해서 높은 비강도, 비탄성율을 가지고 있어서 경량화가 가능하며, 정적부하에 대한 뛰어난 크리프 특성을 가지고 있어 시간에 따른 응력완화의 변화가 거의 보이지 않는 우수한 치수안정성을 나타낸다.
③ 폴리아릴레이트는 내열특성이 우수하고, 고온에서도 선팽창 계수가 작아 마이너스 값을 나타내며, 고온에서도 강도가 떨어지지 않는 내열노화성을 발휘하며, 충격흡수성이 높아 NASA의 화성탐사기의 에어백에도 채용되었으며 안전방호, 복합재료, 각종 산업용도 등에 사용되고 있다.
다) 4Bar: P 0.25mm(Pile사) 적용
3) 3차원 편물 시트의 제편형상 설정
건설 구조물에 기둥 보강용 패널의 내부에 사용되는 섬유강화재료(3차원 편물 시트)는 패널 내부에 삽입하기 때문에 강도가 저하되지 않는 수준에서 시멘트 모르타르가 통과할 수 있는 적절한 공극과 두께(후도)가 필요하므로 편직 설계와 제편 시에 최우선 고려하여 편직하였다.
(1) 기둥용 3차원 편물 시트 제편형상 및 생지명
제편 생지명(설계명) D16-7051 D16-7051-1 D16-7051-2
공극mm(가로 * 세로) 8 * 8 11 * 13 6 *8
두께mm 6 10 5
(2) 기둥 보강용 패널 제작 시 시멘트 모르타르의 3차원 편물 시트 내부로의 침투성 및 분산성을 확인하여 원단 공극의 적정성 여부를 최종 검토하였다.
4) 편직설계서에 따른 편직작업
(1) 3차원 편물 시트 편직공정 준비
가) 더블라셀 제편기의 편환형성 요소의 부품(니들, 가이드, 싱커)을 고강력 고데니어 원사용인 6 GAGE용으로 변경 준비하였다.
나) 정경된 고강력 슈퍼 섬유의 BEAM을 제편 작업지시서를 참조하여 더블라셀 제편기의 정해진 Bar에 거치하고, 가이드 통경을 거쳐서 제편을 준비하였다.
다) 기둥용 (D16-7051) 제편 Bar의 BEAM 거치작업
① 1Bar: m-Aramid 20/2 84본 정경 BEAM 적용
② 2Bar: 폴리아릴레이트1500D 84본 정경 BEAM 적용
③ 3Bar: 폴리아릴레이트1500D 168본 정경 BEAM 적용
④ 4Bar: P 0.25mm 168본 정경 BEAM 적용
⑤ 5Bar: 폴리아릴레이트1500D 168본 정경 BEAM 적용
⑥ 6Bar: 폴리아릴레이트1500D 84본 정경 BEAM 적용
⑦ 7Bar: m-Aramid 20/2 84본 정경 BEAM 적용
(2) 3차원 편물 시트 제편 편조직 분석 (조직 형성 분석)
가) 기둥용 (D16-7051) Bar별 편조직 (공극: 8*8, 후도: 6mm)
Bar구분 원사구성 본수 편조직 Rack장/mm
(배열)
1Bar(L1) m-Aramid 20/2 84 (00 22)*4 22 11 (33 11)*4 11 22 반복*4 1920
(1in 1out)
2Bar(L2) 폴리아릴레이트 1500D 84 (33 11)*4 11 22 (00 22)*4 22 11 반복*4 2160
(1in 1out)
3Bar(L3) 폴리아릴레이트 1500D 168 (10 00) (01 11) 반복*40 4176
(FULL)
4Bar(L4) P 0.25mm BR 168 10 00 00 00 00 00 00 10 00 00 00 00 01
00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 00반복*20		 720
(FULL)
5Bar(L5) 폴리아릴레이트 1500D 168 (10 00) (01 11) 반복*40 4176
(FULL)
6Bar(L6) 폴리아릴레이트 1500D 84 (33 11)*4 11 22 (00 22)*4 22 11 반복*4 2160
(1in 1out)
7Bar(L7) m-Aramid 20/2 84 (00 22)*4 22 11 (33 11)*4 11 22 반복*4 1920
(1in 1out)
(2)-가)-① 기둥용 (D16-7051) Bar별 편조직 분석
① 1Bar(L1): (00 22)*4 22 11 (33 11)*4 11 22 반복*4:
배열 1in 1out은 Guide상의 Holl 하나는 실이 통과되며, 옆에 Holl은 실이 통과되지 않은 상태로써 6Gage Guide는 1인치(2.54Cm) 기준임.
①-① 00: 앞, 뒤(양면)Niddle이 1번 상,하 동작하고, Guide는 제자리에서 앞,뒤로 1번 동작한다.
①-② 22: 앞 Niddle이 올라올 때 Guide는 좌로 2칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번하며, ① ∼ ②의 동작을 4번 반복 동작한다.
①-③ 22: 앞 Niddle이 상,하 동작을 1번 하고 난 후에,
①-④ 11: 앞 Niddle이 올라올 때 Guide는 우로 1칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번 한다.
①-⑤ 33: 앞 Niddle이 올라올 때 Guide는 좌로 2칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번 한다.
①-⑥ 11: 앞 Niddle이 올라올 때 Guide는 우로 2칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번하며, ⑤ ∼ ⑥의 동작을 4번 반복한다.
이러한 운동은 옆으로만 이어가는 동작으로써 편환을 형성하지 않는 조직이며 디자인 형성은 L3 동작과 연결이 될 때 편환(매듭을 엮음)의 형성과 더불어 이러한 편조직의 길이에 따라서 공극(Holl)의 크기를 조정할 수 있다.
② 2Bar(L2) : (33 11)*4 11 22 (00 22)*4 22 11 :
3차원 편물 시트는 양면조직으로써, L2조직은 L6과 같은 조직으로써 Guide의 동작이 서로 반대로 엇갈라면서 Ground를 형성하는 조직인데, 예를 들면, L6 Guide가 좌로 2칸 이동하면, L2 Guide는 우로 2칸 이동하는 것임.
②-① 33: 앞, 뒤(양면) Niddle이 1번 상,하 동작하고, Guide는 제자리에서 앞,뒤로 1번 동작한다.
②-② 11: 앞 Niddle이 올라올 때 Guide는 우로 2칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번하며, ① ∼ ②의 동작을 4번 반복 동작한다.
②-③ 22: 앞 Niddle이 올라올 때 Guide는 우로 1칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle 이 상,하 동작을 1번 한다.
②-④ 00: 앞 Niddle이 올라올 때 Guide는 우로 2칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번 한다.
②-⑤ 22: 앞 Niddle이 올라올 때 Guide는 좌로 2칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번하며, ④ ∼ ⑤의 동작을 4번 반복한다.
②-⑥ 22: 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 한번 한다.
②-⑦ 11: 앞 Niddle이 올라올 때 Guide는 우로 1칸 이동하고, 다시 반복해서
②-①번 순서 33의 편조직으로 넘어가면서 반복 동작하게 된다. 이와 같이 11에서 33의 편조직으로 넘어가면서, 앞 Niddle이 올라올 때 Guide는 좌로 2칸 이동하게 된다.
③ 3Bar(L3): (10 00) (01 11) 반복*40 --- FULL 배열
배열 FULL(무지)은 Guide상의 Holl에 전부 실이 통과된 상태를 말함.
③-① 10: 앞 Niddle이 올라 왔다가 내려갈 때 Guide는 우로 1칸 이동하며 Niddle에 편환(Loop)을 걸고 내려 간다.
③-② 00: 뒤 Niddle이 올라 왔다가 내려갈 때 Guide는 우로 1칸 이동하여 진행함
③-③ 01(11): 다시 앞 Niddle이 올라올 때 좌로 한칸 이동하여 Niddle에 편환 (Loop)을 걸고 내려감
이러한 상태로 Guide가 앞뒤로 이동하면서 반복적인 동작이 진행하여 Niddle에 편환이 형성되는 조직이 됨으로써 기둥용 3차원 편물 시트 앞면 디자인을 형성하게 된다.
④ 4Bar(L4): 10 00 00 00 00 00 00 10 00 00 00 00 01 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 00반복*20
④-① 10: 앞 Niddle이 올라 오기전에, Guide가 좌로 한칸 이동한 상태에서 올라오며, 앞 Niddle이 내려갈 때 Guide는 우로 한칸 이동하여 앞 Niddle에 편환(Loop)을 걸고 내려간다.
④-② 00: 앞, 뒤(양면)Niddle에 편환(Loop) 형성을 하지 않고 상,하 동작을 3번 진행함
④-③ 01: 앞 Niddle이 올라 오기전에, Guide가 좌로 한칸 이동한 후에 내려가며, 뒤 Niddle이 올라 왔다가 내려갈 때 Guide는 우로 한칸 이동하여 뒤 Niddle에 편환(Loop)을 걸고 내려간다.
④-④ 00: 앞, 뒤(양면)Niddle에 3번 동작후에 1:0으로 다시 반복 동작을 하게 됨
4Bar(L4)는 Pile사(모노사 0.25mm)로 형성되며 원단 상, 하면을 연결시키는 역할로써 3차원 편물 시트의 두께를 조절할 수 있으며, 두께는 제편기의 가마 넓이와 패턴 조정에 따라서 3mm ∼ 30mm까지 조정 할 수 있다. 예로는 도 3을 참고할 수 있다.
⑤ 5Bar(L5): (10 00) (01 11) 반복*40
배열 FULL(무지)로써 3Bar(L3)와 같은 조직임
5Bar(L5)는 양면조직의 뒤 Niddle에서 편환(Loop)을 형성하므로 3Bar(L3)와 반대의 동작을 진행하면서 편환(Loop)을 형성한다.
⑤-① 10: 뒤 Niddle이 올라 왔다가 내려갈 때 Guide는 좌로 1칸 이동하며
Niddle에 편환(Loop)을 걸고 내려 간다.
③-② 00: 앞 Niddle이 올라 왔다가 내려갈 때 Guide는 우로 1칸 이동하여 진행함
③-③ 01(11): 다시 뒤 Niddle이 올라올 때 우로 한칸 이동하여 Niddle에 편환 (Loop)을 걸고 내려감.
이러한 상태로 Guide가 앞뒤로 이동하면서 반복적인 동작이 진행하여 Niddle에 편환이 형성되는 조직이 됨으로써 3차원 편물 시트 뒷면 디자인을 형성하게 된다.
⑥ 6Bar(L6): (33 11)*4 11 22 (00 22)*4 22 11 :
3차원 편물 시트는 양면조직으로써, L2(상면)조직은 L6(하면)과 같은 조직으로써 Guide의 동작이 서로 반대로 엇갈라면서 Ground를 형성하는 조직인데, 예를 들면, L6 Guide를 볼 때(반대방향:뒤에서) L2 Guide가 좌로 2칸 이동하면, L6 Guide는 우로 2칸 이동하는 것임.
⑥-① 33: 앞, 뒤(양면)Niddle이 1번 상,하 동작하고, Guide는 제자리에서 앞,뒤로 1번 동작한다.
⑥-② 11: 뒤 Niddle이 올라올 때 Guide는 좌로 2칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번하며, ① ∼ ②의 동작을 4번 반복 동작한다.
⑥-③ 22: 뒤 Niddle이 올라올 때 Guide는 좌로 1칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번 한다.
⑥-④ 00: 뒤 Niddle이 올라올 때 Guide는 좌로 2칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번 한다.
⑥-⑤ 22: 뒤 Niddle이 올라올 때 Guide는 우로 2칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번하며, ④ ∼ ⑤의 동작을 4번 반복한다.
⑥-⑥ 22: 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 한번 한다.
⑥-⑦ 11: 뒤 Niddle이 올라올 때 Guide는 좌로 1칸 이동하고, 다시 반복해서
⑥-①번 순서의 33의 편조직으로 넘어가면서 반복 동작하게 된다.
이와 같이 11에서 33의 편조직으로 넘어가면서, 뒤 Niddle이 올라올 때 Guide는 우로 2칸 이동하게 된다.
⑦ Bar(L7): (00 22)*4 22 11 (33 11)*4 11 22 반복*4:
L7(하면)조직은 L1(상면)과 같은 조직으로써, L2 Guide와 L7 Guide의 동작을 같은 방향에서 볼 때, 동작의 진행방향은 서로 반대방향이 됨
⑦-① 00: 앞, 뒤(양면)Niddle이 1번 상,하 동작하고, Guide는 제자리에서 앞,뒤로 1번 동작한다.
⑦-② 22: 뒤 Niddle이 올라올 때 Guide는 우로 2칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번하며, ① ∼ ②의 동작을 4번 반복 동작한다.
⑦-③ 22: 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번 하고 난 후에,
⑦-④ 11: 뒤 Niddle이 올라올 때 Guide는 좌로 1칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번 한다.
⑦-⑤ 33: 뒤 Niddle이 올라올 때 Guide는 우로 2칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번 한다.
⑦-⑥ 11: 뒤 Niddle이 올라올 때 Guide는 좌로 2칸 이동하며 앞, 뒤 Niddle이 상,하 동작을 1번하며, ⑤ ∼ ⑥의 동작을 4번 반복한다.
5) 3차원 편물 시트 제편작업 표준화
항 목 D16-7051(기둥용) D16-7052(슬라브용)
Gage 6 6
밀도(course/cm) 6~8 4~4.8
후도(mm) 5~10 6~7
RPM 250 250
생지폭(INCH) 42 63
6) 기둥용 3차원 편물 시트 제편형상 사진
상기 기둥용 3차원 편물 시트의 형태는 도 1에 도시된 바와 같다(도 2는 제조 과정 사진임).
시험예 1: 3차원 편물 시트( 생지 원단) 물성 평가
(1) 기둥용 3차원 편물 시트( 생지 원단) 물성시험 결과
품 명 D16-7051 D16-7051-1 D16-7051-2 시험방법
원사 구성 m-Aramid 20/2
폴리아릴레이트 1500D
공극(가로*세로)
및 후도(mm)		 가로*세로 8 * 8 11 * 13 6 * 8
후도 6 10 5
마모강도(cycle) 1,300회 이상 1,300회 이상 1,300회 이상 KS K 0540
(KS K ISO12947-2준용)
인장강도(N) 3,000 3,000 3,000 KS K 0521
내열후 강도(N)
(250*3Hr)		 3,100 3,000 3,000 KS K ISO 5085
(KS K 0521 준용)
(2) 기둥용 3차원 편물 시트( 생지 원단) 시험 성적서
상기 시험성적서는 도 4로 도시하였다.
실시예 2: 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재의 제조
하기 표 6의 조성으로 수지 수분산액을 제조하여 상기 실시예 1에서 제조된 3차원 편물 시트에 함침시켜서 섬유강화시트를 제조하였다.
수지 비닐트리알콕시 실란 감마-글리시독시프로필트리메톡시 실란 첨가제 물
실시예 2-1 60 wt% 1.0 wt% - 잔량
실시예 2-2 60 wt% - 4.0 wt% 잔량
실시예 2-3 60 wt% 1.0 wt% 4.0 wt% 잔량
*수지: Clariant社 제조 Appretan TS 사용
시험예 2: 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재의 물성 평가
1) 시험방법
(1) Tacky Test 시험방법
시작구간: 목표-10.000mm, 속도-1.0mm/sec
측정구간: 반복회수 - 5cycle, 압축하중 - 100gf, 시험 속도-1.000mm/sec
유지 시간-5.000sec, 목표위치 - 5.000mm, 상승 속도-1.000mm/sec
유지 시간(상승 후) - 1.000sec
5회 접착면의 접착력 측정 후 평균값 계산, 최대하중의 수치가 낮고 그래프의 Pick가 낮을수록 접착력이 우수한 것임
(2) 내열성 시험방법
시료를 온도 250℃ 이상에서 12시간 방치 전,후 인장강도의 변화를 확인하였음
2) 최적 성분 비율 선택
상기 실시예 2에서 제조된 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재를 사용하여 최적 성분 비율을 선택하였다.
<실시예 2-1>
(1) Tacky Test 결과
Padder 조건: 압력 - 2bar, speed - 2.5m/min, 2dip/2nip
건조(curing) 조건: 120℃× 60Sec, 수지 Mix time 15min
구 분 시험속도(mm/sec) 최대하중( gf ) Area( gf *mm)
수지+실란
 1.000 1.42 -0.61
1.000 0.96 -0.24
1.000 0.81 0.37
1.000 0.53 0.13
1.000 3.06 0.48
Average 1.000 1.36 0.03
측정결과 그래프는 도 5에 도시되었다.
<실시예 2-2>
(2) 내열성 Test 결과
Padder 조건: 압력 - 2bar, speed - 2.5m/min, 2dip/2nip
건조(curing) 조건: 120℃× 60Sec, Mix time 15min
구분 방치 전(N) 방치 후(N) 변화율( % )
수지+내열성첨가제 4,300 4,200 2.3
<실시예 2-3>
(1) Tacky Test 결과
Padder 조건: 압력 - 2bar, speed - 2.5m/min
건조(curing) 조건: 120℃× 60Sec, Mix time 15min
구 분 시험속도(mm/sec) 최대하중( gf ) Area( gf *mm)
수지+실란+
내열성첨가제		 1.000 1.19 -0.85
1.000 0.89 -0.28
1.000 0.66 0.05
1.000 0.40 -0.13
1.000 1.14 0.46
Average 1.000 0.86 -0.15
측정결과 그래프는 도 6에 도시되었다. 실시예 2-3의 경우, 최대하중 값이 낮게 측정되었으며, 그래프의 Pick도 관찰되지 않았다.
(2) 내열성 Test 결과
시료를 온도 250℃ 이상에서 12시간 방치 전,후 인장강도의 변화를 확인하였다.
구분 방치 전(N) 방치 후(N) 변화율( % )
수지+실란+
내열성첨가제		 4,500 4,200 6.7
2) 최적 처리 조건 선택
상기 실시예 2에서 제조된 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재를 사용하여 최적 처리 조건을 선택하였다.
(1) 건조 온도 선택
① 조 건
수 지 실란 내열성 첨가제 온 도
60 wt% 1.0 wt% 4.0 wt% 120
*잔량: 물
② Tacky test
건조온도 120℃ 처리 분의 Tacky test
구 분 시험속도(mm/sec) 최대하중( gf ) Area( gf *mm)
수지+실란+
내열성첨가제		 1.000 0.99 -0.10
1.000 0.86 -0.64
1.000 0.94 0.11
1.000 0.81 0.51
1.000 0.78 0.25
Average 1.000 0.88 0.02
측정결과 그래프는 도 7에 도시되었다. 건조온도 120℃ 처리 분의 경우, 최대하중 값이 낮게 측정되었으며, 그래프의 Pick도 관찰되지 않았다.
③ 내열성 시험 결과
구분 방치 전(N) 방치 후(N) 변화율( % )
120 4,500 4,100 8.8
(2) 건조 시간 선택
① 조 건
수 지 실란 내열성 첨가제 건조 시 간
60 wt% 1.0 wt% 4.0 wt% 60sec
*잔량: 물
② Tacky test
건조시간 60sec 처리 분의 Tacky test
구 분 시험속도(mm/sec) 최대하중( gf ) Area( gf *mm)
수지+실란+
내열성첨가제		 1.000 2.28 -4.18
1.000 2.13 -0.79
1.000 2.40 0.58
1.000 2.33 -0.12
1.000 2.33 -0.94
Average 1.000 2.29 -1.09
측정결과 그래프는 도 8에 도시되었다. 건조온도 60sec 처리 분의 경우, 최대하중 값이 낮게 측정되었으며, 그래프의 Pick도 관찰되지 않았다.
③ 내열성 시험 결과
구분 방치 전(N) 방치 후(N) 변화율( % )
60sec 4,500 4,400 2.2
3) 작업조건 종합
하기 조건에 따라 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재를 제조하고, 물성을 평가하였다.
(1) 조건
수 지 실란 내열성 첨가제 처리조건
60 wt% 1.0 wt% 4.0 wt% Tenter Mangle 압력: 2.0bar
Tenter 건조 온도: 120
Tenter 건조 속도: 60sec(30m/min)
120
*잔량: 물
(2) 인장강도
구 분 3D-A
3D(N) 1,900
* 3D-A: Polyarylate + meta-Aramid
(3) 마모강도
구 분 3D-A
3D(Cycle) 20,000이상
* 3D-A: Polyarylate + meta-Aramid
(4) 내열성
3D-A 시료의 내열성 측정 결과(12시 방치 후 인장강도 변화 확인 - 30% 이내 우수)
구 분 3D-A 방치 전 3D-A 방치 후 변화율( % )
3D(N) 1,900 1,400 26.3
* 3D-A: Polyarylate + meta-Aramid
상기 (2) 인장강도, (3) 마모강도, (4) 내열성에 대한 시험검사결과는 도 9에 도시되었다.

Claims (6)

  1. 최장폭이 4-15mm이고 최단 폭이 4-15mm인 공극이 규칙적으로 형성된 상부 편물층(Knitting layer);
    최장 폭이 4-15mm이고 최단 폭이 4-15mm인 공극이 규칙적으로 형성된 하부 편물층(Knitting layer); 및
    상기 상부 편물층 및 하부 편물층을 4~15mm의 간격을 두고 연결하는 편물 연결부;로 구성되며,
    상기 상부 편물층, 하부 편물층, 및 편물 연결부가 일체로 형성된 3차원 편물 시트에 수지를 함침시킨 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 편물 시트는 폴리아릴레이트(폴리아릴레이트) 섬유와 메타 아라미드(meta-Aramid) 섬유를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수지는 비닐아세테이트-호모폴리머계 수지인 것을 특징으로 하는 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 3차원 편물 시트에는 비닐아세테이트-호모폴리머계 수지와 함께 감마-글리시독시프로필트리메톡시 실란 첨가제 및 비닐트리알콕시 실란이 함침된 것을 특징으로 하는 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공극은 원형, 타원형, 또는 다각형 형태인 것을 특징으로 하는 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재.
  6. 제1항에 있어서,
    상부 편물층, 하부 편물층, 및 편물 연결부를 구성하는 상부 편물, 하부 편물, 및 편물 연결부의 최장폭은 상기 공극의 최단폭 대비 0.2 내지 0.9 배인 것을 특징으로 하는 건설 구조물 보강용 3차원 섬유강화보강재.
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