KR20220162999A - 유리섬유 보강재 및 그 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 타설시 보강근으로 사용되는 철근을 대체토록 하는 유리섬유 보강재 및 그 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리섬유 보강재의 표면에 나선형의 유리섬유띠와 함께 규사를 자동적이고도 연속적으로 도포하여 제조토록 함으로써 콘크리트와의 결합력을 향상시키도록 한 것이다.
이는 다수 가닥의 유리섬유들을 공급토록 하는 유리섬유공급부와; 공급되는 각각의 유리섬유 가닥에 액체 상태의 열경화성 접착제를 함침시켜 도포토록 하는 접착제 도포부와; 유리섬유 가닥들을 한 묶음으로 모아서 묶음토록 하는 유리섬유 묶음부와; 유리섬유 표면에 나선형의 유리섬유띠를 감아서 형성토록 하는 유리섬유띠 밴딩부와; 유리섬유를 히터가 구비되는 가열로를 통과시켜 고온의 열로서 표면을 예열토록 하는 유리섬유 예열부와; 예열된 유리섬유를 전,후 안내롤을 통하여 도포통을 통과시켜 분사노즐로 하여금 규사로 이루어지는 작은 알갱이 형태의 접착활성제를 표면에 달라붙게 도포토록 하는 접착활성제 도포부와; 상기 접착활성제 도포부에 의해 표면에 지나치게 달라붙거나 덜 달라붙은 접착활성제를 에어로서 제거토록 하는 정리부와; 접착활성제가 도포된 유리섬유를 통과시켜 외주연의 굵기를 성형토록 하는 유리섬유 사이징부와; 고온의 열로서 히팅하여 유리섬유들을 열경화 접착토록 하는 열경화 공정부;를 단계별로 갖추어 구성되는유리섬유 보강재의 제조장치.

Description

유리섬유 보강재 및 그 제조장치{Glass fiber reinforcement and its manufacturing equipment}

본 발명은 콘크리트 타설시 보강근으로 사용되는 철근을 대체토록 하는 유리섬유 보강재 및 그 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리섬유 보강재의 표면에 나선형의 유리섬유띠와 함께 규사를 자동적이고도 연속적으로 도포하여 제조토록 함으로써 콘크리트와의 결합력을 향상시키도록 한 것이다.

각종 건물이나 교량 등의 건축구조물을 시공시 타설되는 콘크리트 속에는 건축물의 구조, 크기, 하중 등을 고려한 설계에 따라 강도 보강을 위한 철근을 심어 보강근(rebar)으로 사용하는 것이 필연적이다.

이러한 경우 철근은 금속재질로 이루어짐에 따라 콘크리트 속에서 보강근으로 사용되더라도 오랜 시간이 경과되면서 여러 가지 환경적인 요인에 의해 녹이 슬거나 부식되는 등 심각한 현상이 발생되고 있다.

철근의 부식을 방지하기 위하여 철근의 표면에 에폭시를 포함하는 부식방지 재질로 코팅한 것도 제안되어 있으나, 이 역시 염화 콘크리트 환경하에서는 이러한 철근 부식에 따른 문제점을 근본적으로 극복하기는 어려웠다.

이같이 철근에 녹이 슬어 부식되면, 단면적이 감소되면서 강도가 현저히 저하됨으로써 보강재로서 기능을 다하지 못함은 물론이고, 더 나아가 건축물의 높은 하중이나 강한 충격에 의해 감소된 허용 응력의 범위를 초과하여 결국 건물이 무너지게 되는 중대한 문제점이 있었다.

따라서 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 콘크리트 속에 설치되는 철근을 섬유강화 복합소재로 만들어진 유리섬유 보강재(일명 유리섬유 철근)로 대체함으로써 내식성, 내열성, 내부식성이 우수할 뿐만 아니라, 철근에 비하여 매우 큰 강도를 가지는 것이 입증되어 전 산업분야에 걸쳐 널리 적용되는 추세에 있고, 반영구적인 신소재로서 그 응용분야도 점차 확대되고 있다.

일예를 들어 종래에 제안된 철근 대용물을 살펴보면, 이는 대한민국 등록특허 제10-1248933호를 들수 있다.

이는 강도가 센 유리섬유로빙을 열가소성수지로 압출성형하여 철근 대용물을 제조함으로써, 철근에 상응하는 강도를 가지며, 제조가 용이할 뿐만 아니라 배근작업이 용이한 특징을 지닌다.

그러나 이러한 종래의 섬유강화 복합소재로 만들어진 보강근의 유리섬유철근은 수 많은 유리섬유 가닥을 묶음으로 권취하여 단순히 봉형상으로 제작되는 것이기 때문에 콘크리트와 결합시 접착력이 약한 문제점이 있었다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 유리섬유철근의 외부 표면에 콘크리트와의 결합력을 높이기 위하여 이형철근이라고 불리는 철근과 같이 유리섬유띠를 일체형으로 형성하는 구조가 제안된 바 있다.

이는 유리섬유철근의 외표면에 또다른 섬유가닥을 나선형으로 돌출되게 권취시킨 유리섬유띠를 에폭시 수지로 접착하여 성형한 구성이다.

또한 다른 종래의 구조로서는 대한민국 등록특허 제10-1151395호가 제안되어 있다.

이는 일정한 형상을 가지고, 나선형의 안내골을 형성하는 수지 구조물과, 상기 수지 구조물의 표면에서 상기 나선형의 안내골에 의해 안내되면서 감겨져 굴곡을 형성하여 콘크리트와의 접착력이 증대시키도록 탄소섬유 또는 아라미드 섬유 또는 유리섬유 중 어느 하나의 고강도 섬유재인 강도보강부(유리섬유띠)를 포함하여 구성된 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 구조들에서는 유리섬유철근의 외표면에 유리섬유띠를 에폭시 수지를 이용하여 접착한 구성임으로써 내부식성 및 고강성을 확보할 수는 있으나, 유리섬유띠의 접착강도를 충분히 유지하지 못하여 지진이나 충격하중 또는 동적하중에 의한 건축물의 진동 발생시 유리섬유철근이 인장되면, 표면의 유리섬유띠가 쉽게 이탈되어지는 중대한 문제점이 야기될 수 있었다.

즉, 유리섬유띠가 형성되는 유리섬유철근이 콘크리트에 타설된 후, 여러 가지 요인으로 인하여 유리섬유철근에 강한 인장력이 가해지게 되면, 외표면에 접착된 유리섬유띠는 콘크리트 속으로 함몰되어 있음에 반해 유리섬유철근은 인장됨으로서 이의 강도를 이기지 못하여 유리섬유띠가 쉽게 박리되는 중대한 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1248933호 대한민국 등록특허 제10-1151395호

본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 가지 문제점을 고려하여 이루어진 것으로 그 해결하고자 하는 과제는 봉 형태로 이루어지는 유리섬유 보강재의 길이 방향 둘레에 콘크리트와의 결합력을 높이기 위해 고강도 유리섬유띠를 나선형으로 감아서 굴곡을 형성토록 함과 동시에, 유리섬유 보강재의 표면 전체에 규사로 이루어지는 접착활성제를 도포함으로써 콘크리트 타설시 콘크리트와의 접착력을 월등히 증대시키도록 하는 유리섬유 보강재를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 유리섬유 보강재를 제조하는 제조공정에서 유리섬유 보강재의 표면에 고강도 유리섬유띠를 나선형으로 감아서 성형시킴과 동시에, 규사로 이루어지는 접착활성제를 자동적이고도 연속적으로 충분하게 도포시킬 수 있도록 하는 유리섬유 보강재의 제조장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연속적인 제조라인의 자동화되는 제조장치에 의해 유리섬유 보강재의 표면에 길이방향을 따라 나선형의 유리섬유띠를 성형함과 동시에, 규사로 이루어지는 접착활성제를 표면 전체에 걸쳐 도포한 유리섬유 보강재를 제조토록 하는 것을 포함한다.

본 발명에 따른 상기 유리섬유 보강재는 가느다란 다수의 유리섬유들을 봉 형상으로 묶음하여 액체 상태로 이루어지는 열경화성 접착제인 에폭시 수지로서 일체로 접착함과 동시에, 표면에는 나선형의 유리섬유띠와 함께 규사로 이루어지는 접착활성제를 일체로 도포토록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 유리섬유 보강재를 제조토록 하는 제조장치는 가느다란 다수 가닥의 유리섬유들을 공급토록 하는 유리섬유공급부, 유리섬유 가닥에 에폭시 수지를 코팅토록 하는 에폭시수지 코팅부, 다수 가닥의 유리섬유를 한 묶음으로 묶어서 유리섬유 보강재를 형성토록 하는 유리섬유 묶음부, 유리섬유의 외표면에 별도의 유리섬유를 나선형으로 감아서 유리섬유띠를 형성토록 하는 유리섬유띠형성부를 포함하고, 여기에 더하여 유리섬유 보강재의 표면을 예열하여 자체적으로 접착력을 갖도록 하는 예열부, 규사로 이루어지는 접착활성제를 도포토록 하는 접착활성제 도포부, 도포된 접착활성제의 불필요한 부분을 제거하여 정리토록 하는 정리부, 유리섬유 보강재의 표면 굵기를 사이징토록 하는 사이징부, 그리고 이러한 최종적으로 유리섬유를 건조시켜 경화토록 하는 열처리부로 구성됨을 특징으로 하는 것이다.

상기와 같은 본 발명은 가느다른 다수 가닥의 유리섬유들을 사용하여 유리섬유 보강재를 형성토록 함으로써 기존의 철근이 가지는 단점들을 완전히 해소할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 따른 유리섬유 보강재는 콘크리트 타설시 콘크리트 속으로 함몰되어져 어떠한 인장력이 직,간접적으로 가해지더라도 콘크리트와 분리되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

이에 더하여 특히 본 발명에서는 봉형 유리섬유 보강재의 표면에 길이방향을 따라 나선형으로 보강 유리섬유띠를 형성함과 동시에, 이산화규소(SiO₂)성분이 풍부한 석영 알갱이의 모래인 규사로 이루어지는 접착활성제를 일체로 도포함으로써 콘크리트와 결합시 접착활성제의 미세한 돌기들에 의해 표면적의 증대와 더불어 접착력이 월등히 향상되는 효과를 가지게 된다.

또한 본 발명은 상기 유리섬유 보강재를 연속적이고도 자동화된 제조장치를 이용하여 제조함에 있어서, 다수의 유리섬유 가닥을 한 묶음으로 묶음하는 과정에서 그 표면으로 나선형 유리섬유띠와 함께 작은 알갱이의 규사로 이루어지는 접착활성제를 자동적이고도 연속적으로 도포하여 제조할 수 있도록 하는 효과를 가지게 되는 것이다.

도 1은 본 발명 유리섬유 보강재의 제조장치를 보인 구성도
도 2는 본 발명 도1에서 요부를 보인 구성도
도 3은 본 발명 유리섬유 보강재의 제조 단계를 보인 구성도
도 4은 본 발명 유리섬유 보강재의 제조 단계를 보인 단면구성도

이하에서 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면의 도1 및 도2는 본 발명의 유리섬유 보강재를 제조하기 위한 제조라인을 보인 구성도이고, 도3 및 도4는 상기 제조라인에서 유리섬유 보강재의 제조에 따른 과정을 단계별로 보인 도면이다.

본 발명의 유리섬유 보강재(100)는 가느다란 다수 가닥의 유리섬유를 열경화성 접착제(에폭시 수지)로서 봉 형태로 묶음하여 철근과 같은 각종 보강재로 사용할 수 있도록 하는 것이고, 또한 상기 유리섬유 보강재(100)의 길이 방향 둘레에 나선형의 유리섬유띠(A)가 형성함과 동시에, 표면의 전체면에 걸쳐 작은 알갱이의 규사로 이루어지는 접착활성제를 도포하는 것을 포함한다.

즉, 상기와 같은 본 발명의 유리섬유 보강재(100)는 표면에 나선형의 유리섬유띠(A)가 에폭시수지에 의해 일체로 접착되는 형태로 구비됨과 동시에, 규사로 이루어지는 접착활성제(B)가 일체로 도포됨으로써 콘크리트에 매설될 경우, 돌출된 나선형 유리섬유띠(A)와 함께 미세하게 오돌도돌하게 돌출되는 접착활성제(B)에 의해 콘크리트와 긴밀하게 결합되는 기능을 가지게 된다.

따라서 상기와 같은 본 발명의 유리섬유 보강재(100)는 콘크리트와 결합될 경우, 돌출된 유리섬유띠(A)와 더불어 미세하게 오돌도돌한 접착활성제(B)에 의해 콘크리트와 일체로 결합되어져 지진이나 충격하중 또는 동적하중에 의한 건축물의 진동 발생시나 기타 어떠한 형태의 인장력이 유리섬유 보강재에 가해지더라도 콘크리트와 분리되는 현상이 방지되는 것이다.

상기 유리섬유 보강재(100)의 제조장치는 첨부된 도면의 도1 및 도2에서 참조되듯이 여러 단계의 제조공정을 순차적이고도 자동적으로 이루어져 제조가 완료된다.

본 발명의 제조장치는 가느다란 다수 가닥의 유리섬유를 공급토록 하는 유리섬유공급부(10)와, 각각의 유리섬유 가닥들을 모아서 액체 상태의 열경화성 접착제(에폭시 수지)에 함침시켜 도포토록 하는 접착제 도포부(20)와, 다수의 유리섬유가닥들을 한 묶음으로 모아서 묶음토록 하는 유리섬유 묶음부(30)와, 묶음되는 유리섬유 가닥의 외표면에 나선형의 유리섬유띠를 감는 유리섬유띠 밴딩부(40)와, 유리섬유 보강재의 표면을 예열하여 자체적으로 접착력을 갖도록 하는 유리섬유 예열부(50), 규사로 이루어지는 접착활성제를 도포토록 하는 접착활성제 도포부(60), 도포된 접착활성제의 불필요한 부분을 제거하여 정리토록 하는 정리부(70), 유리섬유 보강재의 표면 굵기를 사이징토록 하는 유리섬유 사이징부(80), 그리고 최종적으로 유리섬유를 고온의 열로서 경화시켜 완성토록 하는 열경화 공정부(90)를 단계별로 갖추어 구성된다.

그리고 열경화 공정부(90) 이후에는 통상에서와 같이 견인기가 연이어 설치되어 열경화 공정부(90)에서 경화공정이 완료된 제품을 기계적으로 끌어당김 방식으로 이송시키면서 소기의 제조과정을 이루게 되는 것이다.

본 발명에 따른 제조장치의 각 공정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 유리섬유공급부(10)는 가느다란 가닥으로 이루어지는 유리섬유(a)를 각각의 다수 공급롤(11)로 부터 다음 공정으로 공급하게 된다.

이러한 공급롤(11)에 감겨진 유리섬유(a)는 그 직경이 아주 가느다란 필라멘트로서 수백 또는 수천 가닥이 집속되어 용도에 맞게 소정의 번수(Tex)를 균일하게 감겨진 것이다.

다음 단계의 접착제 도포부(20)는 액체 상태로 이루어지는 열경화성 접착제인 에폭시 수지가 저수되는 수조(21)에 다수의 로울러(22)들이 구비됨으로써 공급되는 유리섬유(a)들이 액체 상태의 열경화성 접착제에 충분히 함침되어 다음공정으로 이송된다.

상기 열경화성 접착제는 액체 상태로 수조(21)에 담겨짐으로써 다수의 로울러(22)들에 의해 통과되는 수많은 가닥의 유리섬유(a)들 표면에 고르게 도포되어져 다음 공정에서 유리섬유(a)들이 한 묶음으로 접착되는 것이다.

또한 유리섬유 묶음부(30)는 다수 가닥의 유리섬유(a)들을 하나의 봉 형태로 묶음토록 하는 것으로, 유리섬유 보강재의 굵기에 상응하는 원형의 구멍을 가지는 집합기(31)로 모아서 한 묶음으로 형성한 후, 다음 공정으로 이송하게 된다.

이때 상기 집합기(31)는 제조하고자 하는 유리섬유 보강재의 굵기에 따라 필요로 하는 크기의 집합기로 교체사용할 수가 있다.

또한 유리섬유띠 밴딩부(40)는 유리섬유 보강재(100)의 표면에 유리섬유띠(A)를 나선상으로 감기게 하기 위한 것으로, 모터(41)의 동력으로 회전구동되는 원판체(42)와, 이의 전단에 별도의 유리섬유를 권취한 한 쌍의 권취롤(43)과, 유리섬유를 안내토록 하는 안내고리(44)(45)들로 구성된다.

상기 권취롤(43)에 권취되는 유리섬유는 유리섬유띠(A)를 구성하기 위한 것으로, 원판체(42)의 회전에 의해 권취롤(43)에 권취된 유리섬유가 안내고리(44)(45)들을 통하여 수평선상으로 이송되는 유리섬유 보강재(100)의 둘레 교차방향에서 나선형으로 감겨지게 되는 것이다.

이어서, 유리섬유띠 밴딩부(40)에 의해 유리섬유띠(A)가 형성되면, 다음 공정으로서 유리섬유 보강재(100)의 표면에 규사로 이루어지는 접착활성제(B)를 도포하게 된다.

이의 도포장치로서는 먼저, 유리섬유 예열부(50)에 의해 유리섬유 보강재(100)를 고온의 열로서 가열하게 되는데, 내부에 히터가 구비되는 가열로(51)를통과시킴으로써 고온의 열에 의해 유리섬유 보강재(100)의 표면을 적절한 접착력을 갖도록 녹이게 된다.

상기 유리섬유 예열부(50)에서 유리섬유 보강재(100)가 충분하게 예열되면, 접착활성제 도포부(60)의 전,후 안내롤(61)을 통하여 도포통(62)을 통과하게 되고, 이의 도포통(62)을 통과하는 동안 규사로 이루어지는 작은 알갱이 형태의 접착활성제(B)가 분사노즐(63)을 통하여 분사되어져 유리섬유 보강재(100)의 표면에 달라붙게 된다.

즉, 이전 공정의 유리섬유 예열부(50)에서 유리섬유 보강재(100)의 표면이 고온에 의해 예열되어 용융됨으로써 접착력을 가지게 되고, 이와 동시에 외부와 연결된 분사노즐(63)을 통하여 작은 알갱이 형태의 접착활성제(B)가 분사되어져 도포통(62)내를 통과하는 유리섬유 보강재(100)의 표면에 달라붙게 되는 것이다.

이같은 공정에서 유리섬유 보강재(100)의 표면에 모래 형태의 접착활성제(B)가 충분하게 도포되면, 다음 공정의 정리부(70)에서는 불필요하게 달라 붙었거나 제대로 달라 붙지 않은 접착활성제(B)를 분사되는 에어로서 제거하게 된다.

즉, 별도의 콤프레샤와 연결된 에어분사노즐(71)을 통하여 강력한 에어가 분사됨으로써 유리섬유 보강재(100)의 표면에 지나치게 많이 달라 붙었거나, 또는 충분히 달라 붙지 않은 접착활성제(B)를 분사되는 에어로서 제거하여 정리하게 된다.

또한 상기와 같이 접착활성제(B)가 도포되면 다음 공정으로서, 유리섬유 사이징부(80)를 통과하면서 필요로 하는 유리섬유 보강재(100)의 크기로 제조되어져 다음 공정으로 이송된다.

이러한 유리섬유 사이징부(80)는 유리섬유 보강재(100)가 통과될 수 있는 내경의 크기로 설정함으로써 이를 통과하는 유리섬유 보강재(100)의 외주연 크기가 동일한 굵기로 고르게 정리되어져 사이즈가 결정되는 것이다.

이어서 마지막 공정으로 열경화 공정부(90)가 구비되고, 이의 열경화 공정부(90)에는 그 내부에 다수의 히터가 구비됨으로써 이를 통과하는 유리섬유 보강재(100)의 각 유리섬유 가닥들에 도포된 접착제가 경화되어져 유리섬유들을 일체로 접착하게 되는 것이다.

따라서 본 발명의 유리섬유 보강재(100)는 상기와 같은 제조장치에 의해 자동적이고 연속적으로 제조되어져 양산이 가능하게 됨으로써 다양한 산업분야에 널리 적용할 수가 있게 되는 것이다.

100:유리섬유 보강재 a:유리섬유
A:유리섬유띠 B:접착활성제
10:유리섬유공급부 11:공급롤
20:접착제 도포부 21:수조
22:로울러 30:유리섬유 묶음부
31:가이더 40:유리섬유띠 밴딩부
41:모터 42:원판체
43:권취롤 44,45:안내고리
50:유리섬유 예열부 51:가열로
60:접착활성제 도포부 61:안내롤
62:도포통 63:분사노즐
70:정리부 71:에어분사노즐
80:유리섬유 사이징부 90:열경화 공정부

Claims (2)

1. 다수 가닥의 유리섬유들을 공급토록 하는 유리섬유공급부와;
   공급되는 각각의 유리섬유 가닥에 액체 상태의 열경화성 접착제를 함침시켜 도포토록 하는 접착제 도포부와;
   유리섬유 가닥들을 한 묶음으로 모아서 묶음토록 하는 유리섬유 묶음부와;
   유리섬유 표면에 나선형의 유리섬유띠를 감아서 형성토록 하는 유리섬유띠 밴딩부와;
   유리섬유를 히터가 구비되는 가열로를 통과시켜 고온의 열로서 표면을 예열토록 하는 유리섬유 예열부와;
   예열된 유리섬유를 전,후 안내롤을 통하여 도포통을 통과시켜 분사노즐로 하여금 규사로 이루어지는 작은 알갱이 형태의 접착활성제를 표면에 달라붙게 도포토록 하는 접착활성제 도포부와;
   상기 접착활성제 도포부에 의해 표면에 지나치게 달라붙거나 덜 달라붙은 접착활성제를 에어로서 제거토록 하는 정리부와;
   접착활성제가 도포된 유리섬유를 통과시켜 외주연의 굵기를 성형토록 하는 유리섬유 사이징부와;
   고온의 열로서 히팅하여 유리섬유들을 열경화 접착토록 하는 열경화 공정부;를 단계별로 갖추어 구성되는 것을 특징으로 하는 유리섬유 보강재의 제조장치.
2. 다수의 유리섬유 가닥들을 모아 침전방식으로 열경화성 접착제 함침과 아울러, 그 둘레에 유리섬유띠를 나선상으로 감은 후, 열경화 공정을 통해 봉 형태로 이뤄 콘크리트의 보강을 위해 콘크리트 속에 묻히도록 하는 유리섬유 보강재로서,
   상기 유리섬유 보강재의 표면 길이 방향 둘레에 콘크리트와의 결합력을 높이기 위하여 규사로 이루어지는 접착활성제를 일체로 도포하여 구비한 것을 특징으로 하는 유리섬유 보강재.

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