KR20240051664A - 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치 - Google Patents

콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치 Download PDF

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KR20240051664A
KR20240051664A KR1020220131606A KR20220131606A KR20240051664A KR 20240051664 A KR20240051664 A KR 20240051664A KR 1020220131606 A KR1020220131606 A KR 1020220131606A KR 20220131606 A KR20220131606 A KR 20220131606A KR 20240051664 A KR20240051664 A KR 20240051664A
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carbon fiber
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김현득
윤선희
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주식회사 하이인텍
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    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
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    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

본 발명에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치는 둘 이상의 탄소섬유 필라멘트를 합사한 후 인발 성형하여 탄소섬유 테이프를 제조하는 인발 성형부, 상기 제조된 탄소섬유 테이프의 표면 거칠기를 증가시키는 표면 처리를 수행하는 표면 처리부 및 표면 처리된 탄소섬유 테이프를 절단하여 어느 하나의 방향을 가지도록 소정의 간격으로 이격 배치하고 어느 하나의 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프 상에 다른 방향으로 탄소섬유 테이프를 적층하여 탄소섬유 그리드를 제조하는 그리드 성형부를 포함한다.

Description

콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치{CARBONFIBER GRID MANUFACTURING APPARATUS FOR CONCRET}
본 발명은 탄소섬유를 이용한 그리드 제조장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 CFRP 콘크리트에 사용되는 탄소섬유 그리드 제조장치에 관한 것이다.
철근콘크리트는 콘크리트 속에 강으로 된 철근을 매설한 것으로, 콘크리트가 높은 압축강도를 가지는 반면에 인장력이 작아 균열을 일으켜 파괴되는 것을 방지하기 위하여 높은 인장강도를 가진 철근으로 보강함으로써, 콘크리트에 변형성능과 내력을 부여하는 구조를 가진다. 이와 같이 철근콘크리트는 압축강도와 인장강도에 모두 강한 특성을 가지며 균열 발생에 대응하여 현대 토목 및 건축 분야에서 매우 널리 활용되고 있다. 이와 같은 철근콘크리트 구조는 콘크리트의 약한 인장력을 철근이 견디는 구조로 뛰어난 성능과 경제성으로 국내 주요 시설물의 약 70%를 차지하고 있으며, 교량의 경우 2016년 현재 전체의 78%가 철근콘크리트 교량(RC교(53%) 및 PCS교(25%) 합산)을 사용하고 있다.
그러나 철근콘크리트는 내부에 철근이 매립되는 구조를 가지기 때문에 내부로 침투한 습기에 의해 철근 부식이 발생될 수 있으며, 특히 교량이나 바다와 같은 물속에 설치되는 구조물의 경우 철근 부식 문제가 크게 발생할 수 있다. 또한 철근은 우수한 기계적 물성을 가지고 있으나 상대적으로 무게가 무거운 단점을 가진다. 이와 같은 철근의 부식을 방지하기 위하여 에폭시 코팅이나 아연도금과 같은 방법을 통해 철근 부식 문제를 해결하고 있으나 이는 장기간 사용되는 콘크리트에서 발생되는 부식 문제를 충분히 해결하지 못하고 있다.
이와 같은 콘크리트 부식 문제를 해결하기 위한 방안으로 최근 내부의 철근을 CFRP로 대체하는 기술이 개발되고 있다. CFRP는 높은 강도를 가지면서도 철근에 비해 무게가 가볍고 내부식성이 강한 특징을 가진다. 국내에서는 2000년대 초반부터 일부 CFRP의 경량·고강도·비부식에 주목한 보강근 개발이 이루어졌으나, 단순한 형태의 돌기를 가지며, 내열성, 절곡 등 가공기술이 고려되지 않아 건설용으로는 적용에 한계를 가진다. 또한, 대량 생산을 통한 양산화에 어려움이 있어 낮은 생산성과 높은 비용으로 인해 사용이 어려운 실정이다. 한편, 탄소섬유와 다른 종류의 섬유에 의한 하이브리드 그리드 개발 연구가 진행 중이나, 이는 내진보강 패널용 보강재로 건설구조재료로는 적용에 한계를 가진다.
한국 등록특허 10-1547423호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 철근콘크리트에 매립되는 철근을 대체할 수 있는 탄소섬유 그리드를 성형하는 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적의 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해질 것이다.
상기 목적은, 둘 이상의 탄소섬유 필라멘트를 합사한 후 인발 성형하여 탄소섬유 테이프를 제조하는 인발 성형부, 상기 제조된 탄소섬유 테이프의 표면 거칠기를 증가시키는 표면 처리를 수행하는 표면 처리부 및 표면 처리된 탄소섬유 테이프를 절단하여 어느 하나의 방향을 가지도록 소정의 간격으로 이격 배치하고 어느 하나의 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프 상에 다른 방향으로 탄소섬유 테이프를 적층하여 탄소섬유 그리드를 제조하는 그리드 성형부를 포함하는 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치에 의해 달성된다.
바람직하게는, 그리드 성형부는 테이프 커팅모듈, 로딩 행거, 로봇암, 작업 베이스, 접착제 도포 모듈 및 언로딩 행거를 포함하고, 테이프 커팅모듈은 표면 처리된 탄소섬유 테이프를 기 설정된 길이로 절단하고, 로봇암에 결합된 로딩 행거는 절단된 탄소섬유 테이프를 작업 베이스 상에 제1 방향으로 소정의 간격을 이격하여 배치한 후, 제1 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프 상에 제2 방향으로 소정의 간격을 이격하여 탄소섬유 테이프를 적층하며, 접착제 도포 모듈은 제2 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프가 적층되기 전 제1 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프 상의 제2 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프와 접촉하는 위치에 접착제를 도포하여 제1 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프와 제2 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프를 접착시키고, 로봇암은 로딩 행거를 분리한 후 언로딩 행거를 결합하여 작업 베이스 상에 제조된 탄소섬유 그리드를 픽업하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 표면 처리부는 탄소섬유 테이프의 표면을 버핑 처리하거나 필 플라이를 부착하여 표면거칠기를 증가시키는 것일 수 있다.
바람직하게는, 로봇암 및 로딩 행거는 0도, 90도, +45도 및 -45도 중에서 적어도 두 방향 이상을 가지도록 탄소섬유 테이프를 작업 베이스 상에 적층하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 로딩 행거는 한 번에 둘 이상의 탄소섬유 테이프를 픽업하는 멀티 픽업 구조를 가지는 것일 수 있다.
바람직하게는, 테이프 커팅모듈은 제1 방향 탄소섬유 테이프를 모두 절단한 후 제2 방향 탄소섬유 테이프를 절단하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 접착제 도포 모듈은 제1 방향 탄소섬유 테이프를 모두 배치한 후 제2 방향으로 배치된 탄소섬유를 적층하기 전 접착제를 도포하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치는 철근(보강근)과 대응하는 수준의 높은 강도 및 강성을 달성하면서도 부식이 발생하지 않아 장기간 사용이 가능한 콘크리트용 탄소섬유 그리드를 제조할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치는 다양한 형태의 탄소섬유 그리드를 고속으로 대량생산을 통한 양산화를 가능하게 하며, 이를 통해 낮은 생산비를 달성하여 가격 경쟁력을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치는 탄소섬유 테이프를 배열하고 성형하는 방식을 통해 성형함으로써 CFRP가 가지는 절곡 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치를 통해 제조된 탄소섬유 그리드는 인장특성, 내열성능, 부착성능 향상을 가져오며 절곡 형상이 가능하고, 콘크리트와 높은 부착성능을 가지며 균열제어에 우수하고 시공성, 장기거동이 우수하여 기존의 철근콘트리트를 대체하여 교량 바닥판 등에 사용될 수 있으며, 특히 노후 교량 바닥판 교체에 적용될 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치의 모식도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치의 그리드 성형부의 구성도이다.
도 2b는 도 2a의 그리드 성형부의 로딩 행거를 나타내는 구성도이다.
도 2c는 도 2a의 그리드 성형부의 작업 베이스를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로딩 행거의 구성도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치에 의해 제조된 탄소섬유 그리드의 일례이다.
도 4b는 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치에 의해 제조된 탄소섬유 그리드의 다른 일례이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 및 단어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 발명의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 후술하는 실시예에서 사용된 용어는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치의 모식도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치의 그리드 성형부의 구성도이고, 도 2b는 도 2a의 그리드 성형부의 로딩 행거를 나타내는 구성도이며, 도 2c는 도 2a의 그리드 성형부의 작업 베이스를 나타내는 구성도이다.
도 1 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치는 인발 성형부(100), 표면 처리부(200) 및 그리드 성형부(300)를 포함한다.
인발 성형부(100)는 둘 이상의 탄소섬유 필라멘트를 합사하여 탄소섬유 필라멘트 다발을 형성하고, 필라멘트 다발을 인발 성형하여 탄소섬유 테이프를 제조한다. 이때, 탄소섬유 테이프를 제조하기 위해 사용되는 탄소섬유 필라멘트는 드라이 탄소섬유를 사용할 수 있으며, 탄소섬유 테이프의 형상을 유지시키기 위하여 소정의 사이징제 또는 에폭시 수지가 함침된 탄소섬유를 사용할 수 있다.
이때, 탄소섬유 테이프의 폭과 두께는 제조하는 탄소섬유 그리드의 용도 및 크기에 따라 달라질 수 있다. 일례로서, 탄소섬유 테이프는 1mm 두께 또는 2mm 두께와 1인치의 폭을 가지는 것이 바람직하다.
인발 성형부(100)에서 제조된 탄소섬유 테이프는 표면 처리부(200)에서 표면거칠기를 증가시키게 된다. 표면 처리부(200)는 인발 성형부(100)에서 제조된 탄소섬유 테이프의 표면을 가공하여 표면거칠기를 증가시킨다.
표면 처리부(200)에서 탄소섬유 테이프의 표면을 증가시키는 방법으로 버핑(Buffing) 처리 방법과 필 플라이(Peel ply) 부착 방법이 사용될 수 있다.
버핑 처리 방법을 사용할 경우, 표면 처리부(200)는 탄소섬유 테이프 표면을 연마하여 표면거칠기를 증가시킬 수 있다. 또한, 필 플라이를 사용할 경우, 표면 처리부(200)는 탄소섬유 테이프의 외부로 노출된 상면과 하면에 소정의 표면거칠기 또는 표면형상을 가지는 필 플라이를 부착한다. 부착되는 필 플라이는 탄소섬유 테이프 표면으로 전사될 수 있는 표면거칠기 또는 표면형상을 가지고 있어, 탄소섬유 그리드 성형 과정에서 탄소섬유 테이프의 외표면에 형성된 표면거칠기나 표면형상을 전사하여 탄소섬유 그리드 표면에 돌기나 거칠기가 형성되도록 한다.
이와 같이, 표면 처리부(200)는 탄소섬유 테이프 표면이 소정의 표면 거칠기를 가지도록 함으로써, 탄소섬유 테이프의 표면적을 크게 하여 제조된 탄소섬유 그리드가 콘크리트 또는 시멘트에 매립될 때, 콘크리트 또는 시멘트와의 부착력을 향상시킨다.
그리드 성형부(300)는 테이프 커팅모듈(310), 로딩 행거(320), 로봇암(330), 작업 베이스(340), 접착제 도포 모듈(미도시) 및 언로딩 행거(360)를 포함한다.
테이프 커팅모듈(310)은 표면 처리부(200)에서 표면 처리된 탄소섬유 테이프를 테이프 피더기를 통해 이송시키고 기 설정된 길이에 따라 절단한다. 테이프 커팅모듈(310)은 표면 처리부(200)에서 표면 처리된 탄소섬유 테이프를 롤러와 같은 테이프 피더기를 이용하여 길이 방향으로 선반 상에 위치시킨 후 구비된 절단 도구를 이용하여 기 설정된 길이를 가지도록 절단한다. 예를 들어, 제조하려는 탄소섬유 그리드가 수직 및 수평 방향의 격자(그리드) 형태인 경우 수직 방향의 제1 길이를 가지는 수직방향 테이프와 수평 방향의 제2 길이를 가지는 수평방향 테이프를 공정 순서에 따라 절단할 수 있다.
테이프 커팅모듈(310)에서 절단된 탄소섬유 테이프는 로봇암(330)에 연결된 로딩 행거(320)를 통해 픽업되어 작업 베이스(340) 상에 레이업된다. 여기서 로딩 행거(320)는 로봇암(330)에 완전하게 고정되어 교환 불가능한 구조를 가지는 것이 아니라, 공정에 따라 로딩 행거(320)와 행거(350)를 교체하여 작업할 수 있도록 결합 및 분리가 가능한 구조를 가진다.
절단된 탄소섬유 테이프를 픽업 및 레이업하는 로딩 행거(320)는 테이프 커팅모듈(310)의 길이방향 선반과 대응하도록 길이방향으로 형성되며, 하부에 구비된 둘 이상의 픽업모듈(321)이 로봇암(330)에 의해 절단된 탄소섬유 테이프 상면에 접촉하여 픽업한 후 작업 테이프(340) 상에 위치한다. 이때, 절단된 탄소섬유 테이프(10)는 로봇암(330)에 연결된 로딩 행거(320)에 의해 제조되는 탄소섬유 그리드에 맞춰 작업 베이스(340) 상에 배치된다.
테이프 커팅모듈(310)의 표면 처리된 탄소섬유 테이프 절단 과정과 로봇암(330)에 연결된 로딩 행거(320)를 이용하여 작업 베이스(340)에 절단된 탄소섬유 테이프를 레이업하는 과정은 제조되는 탄소섬유 그리드에 따라 반복 수행된다. 이때, 로봇암(330)에 연결된 로딩 행거(320)는 제1 방향으로 절단된 탄소섬유 그리드를 소정의 간격으로 이격하여 레이업하고, 제1 방향으로 절단된 탄소섬유 그리드를 레이업하는 작업 이후 제2 방향으로 절단된 탄소섬유 그리드를 레이업하게 된다.
접착제 도포 모듈(미도시)은 작업 테이블(330) 상에 레이업된 탄소섬유 테이프에 접착제를 도포한다. 이때, 접착제 도포 모듈(미도시)은 탄소섬유 테이프 전체에 접착제를 도포하는 것이 아니라 위에 새로 적층될 다른 방향을 가지는 탄소섬유 테이프와 접촉하는 위치에만 접착제를 도포한다. 예를 들어, 제1 방향으로 탄소섬유 테이프가 소정의 간격으로 적층되면, 접착제 도포 모듈(미도시)은 제1 방향으로 탄소섬유 테이프 상에 적층되는 제2 방향 탄소섬유 테이프와 접촉하는 위치에 접착제를 도포하여, 제1 방향 탄소섬유 테이프와 제2 방향 탄소섬유 테이프를 접착시킨다. 이때, 접착제 도포 모듈(미도시)은 별도의 로봇암을 이용하여 구현될 수 있으며, 기타 다양한 접착제 도포 방식이 사용될 수 있다.
일례로서, 접착제 도포 모듈은 제1 방향 탄소섬유 테이프가 모두 작업 베이스(340) 상에 레이업된 후, 작업 베이스(340)에 위치한 제1 방향 탄소섬유 테이프 상의 제2 방향 탄소섬유 테이프와 접촉하는 위치에 접착제를 도포하고, 이후 로딩 행거(320)에 의해 제2 방향 탄소섬유 테이프가 제1 방향 탄소섬유 테이프 상에 레이업되도록 할 수 있다.
로딩 행거(320)에 의해 탄소섬유 테이프가 소정의 간격을 이격하여 레이업되고 서로 다른 방향의 탄소섬유 테이프가 적층되어 접착제 도포 모듈에 의해 도포된 접착제에 의해 접착되면, 로봇암(330)은 로딩 행거(320)를 분리하여 언로딩 행거(350)로 교체한 후 작업 베이스(340) 상에 형성된 탄소섬유 그리드(10)를 픽업하게 된다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치를 이용한 탄소섬유 그리드의 제조과정은 다음과 같다. 먼저, 인발 성형부(100)를 통해 탄소섬유 필라멘트를 인발 성형하여 탄소섬유 테이프를 제조한다. 그리고 인발 성형부(100)에서 제조된 탄소섬유 테이프를 표면 처리부(200)에서 버핑 또는 필 플라이를 이용하여 표면 처리하여 탄소섬유 테이프의 표면적을 크게 하여 제조된 탄소섬유 그리드가 콘크리트 또는 시멘트에 매립될 때 부착력을 향상시킨다.
표면 처리된 탄소섬유 테이프는 테이프 커팅모듈(310)에 의해 피더된 후 기 설정된 길이에 따라 절단된다. 이때, 절단되는 탄소섬유 테이프의 길이는 기 설정된 길이에 따라 서로 다른 크기로 절단될 수 있다. 예를 들어, 수직 테이프(제1 방향 테이프) 및 수평 테이프(제2 방향 테이프)로 구성되는 탄소섬유 그리드의 경우, 수직 테이프(제1 방향 테이프)를 하나의 길이로 절단하고, 수평 테이프(제2 방향 테이프)를 다른 길이로 절단할 수 있다. 이때, 공정의 효율성을 위하여 먼저 수직 테이프(제1 방향 테이프)를 필요로 하는 수량만큼 절단한 후 수평 테이프(제2 방향 테이프)를 절단하는 것이 바람직하다.
테이프 커팅모듈(310)에서 절단된 탄소섬유 테이프는 절단과 동시에 바로 로봇암(330)에 구비된 로딩 행거(320)를 통해 픽업되어 작업 베이스(340) 상에 레이업된다. 이때, 로봇암(330) 및 로딩 행거(320)는 제1 방향 테이프를 소정의 간격을 이격하여 작업 베이스(340) 상에 먼저 배치한 후, 제1 방향 테이프 상에 제2 방향 테이프를 소정의 간격을 이격하여 배치한다. 이 과정에서 접착제 도포 모듈은 제2 방향 테이프와 접촉하는 제1 방향 테이프 상에 접착제를 도포하여, 제1 방향 테이프 상에 제2 방향 테이프를 접착하게 된다. 즉, 테이프 커팅모듈(310)에서의 탄소섬유 테이프 절단과 로딩 행거(320)의 픽업과 작업 베이스(340)로의 레이업 과정은 반복 수행되어 탄소섬유 그리그를 형성하게 된다.
여기서, 작업 베이스(340)는 탄소섬유 테이프가 레이업되는 테이블 및 테이블을 수평 방향으로 이송시키는 구조를 가지고 있으며, 작업 환경에 따라 테이블을 수평 방향으로 이동시켜 작업 효율성을 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 제1 방향 테이프와 제2 방향 테이프가 모두 접착되어 탄소섬유 그리드(10)가 제조되면, 로봇암(330)은 로딩 행거(320)를 분리한 후 언로딩 행거(350)를 결합하여 작업 베이스(340) 상의 탄소섬유 그리드(10)를 픽업하여 작업 베이스(340)에서 제거하게 된다.
이와 같이 제조된 탄소섬유 그리드는 인장강도가 2,100MPa이고 탄성계수 150GPa를 달성할 수 있으며, 콘크리트와의 부착강도는 15MPa를 달성할 수 있다. 또한, 탄소섬유 그리드는 계면접착강도가 15MPa 이상이면서 부식환경에서 인장강도 저하율이 10%이고 흡습 인장강도저하율 또한 10%로 낮은 수치를 가진다. 또한, 온도 200℃에서 인장강도, 탄성계수의 성능 50% 이상을 달성할 수 있다.
탄소섬유 그리드는 부식저항성이 뛰어나 교량에 적용함으로써 단면길이 절감 등을 통한 경제성을 확보할 수 있으며, 유지보수가 거의 필요 없는 장수명화 실현이 가능하다. 특히, 탄소섬유 그리드는 철근과 비교하여 피복 두께가 필요 없어, 부재 단면 길이를 90%로 줄일 수 있으며, 부식 등 극한환경에서 최대 피복 두께를 80mm에서 10mm로 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 철근대체재-콘크리트 적용 시, 부재의 단위길이당 중량은 콘크리트 적용 부재의 단위길이당 중량 대비 약 85% 절감이 가능하다.
그리고 탄소섬유 그리드는 프리패브(Pre-fab) 부재 제조에 활용될 수 있으며, 단위중량은 철근콘크리트 부재 단위중량의 약 94%이며, 철근대체재의 단면 절감 효과 등을 고려하며, 경량의 프리패브 부재 제작이 가능하다.
또한, 탄소섬유 그리드는 철근콘크리트 부재 대비 부피가 작아 교량 등 건설 시 한 번에 현장에 더 많은 부재의 반입 및 운반이 가능하며, 이에 따른 공사기간 단축 효과 기대가 가능하다.
이와 같은 탄소섬유 그리드는 인장/압축, 내열성, 피로, 크리프에 강하여 기존의 철근콘트리트를 대체하여 교량 바닥판 등에 사용될 수 있으며, 특히 노후 교량 바닥판 교체에 적용될 수 있고, 철근콘크리트 대비 경량·고강도로 건설자동화 구현이 용이하며, 이를 통하여 건설생산성 향상이 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로딩 행거의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 도 2a 및 도 2c에 도시된 로딩 행거(320)는 수직바 형태로 한번에 하나의 탄소섬유 테이프를 픽업하는 구조를 가진다. 그러나 도 2a 및 도 2c에 도시된 로딩 행거(320)는 하나의 탄소섬유 테이프만을 픽업할 수 있어 작업 효율이 떨어질 수 있다. 이와 달리, 도 3에 도시된 로딩 행거는 세 개의 수직바가 결합된 멀티 픽업 구조를 가져 한번에 세 개의 탄소섬유 테이프를 픽업할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에서 로딩 행거는 한번에 하나의 탄소섬유 테이프만을 픽업하는 것이 아니라 제조되는 탄소섬유 그리드의 크기 및 형태에 따라 둘 이상의 탄소섬유 테이프를 픽업하는 멀티 픽업 구조를 가질 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치에 의해 제조된 탄소섬유 그리드의 일례이고, 도 4b는 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치에 의해 제조된 탄소섬유 그리드의 다른 일례이다.
도 4a 및 도 4b를 참고하면, 도 4a에 도시된 탄소섬유 그리드(410)는 수평 방향인 제1 방향 테이프(401)가 소정의 간격을 이격하여 위치하고, 수직 방향인 제2 방향 테이프(402)가 제1 방향 테이프(401) 상에 소정의 간격을 이격하여 위치하는 형태를 가진다. 이와 같이, 탄소섬유 테이프를 격자(그리드) 형태로 배치시켜 제조된 탄소섬유 그리드는 콘크리트에 매립되어 철근을 대체하여, 인장특성, 내열성능 및 부착성능 향상을 가져오며 절곡 형상이 가능하다. 또한, 콘크리트와 높은 부착성능을 가지며 균열제어에 우수하고 시공성 및 장기거동이 우수하다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치는 도 4a와 같은 수직 격자 형태의 탄소섬유 그리드(410)만을 제조하는 것이 아니라 다양한 형태로 탄소섬유 테이프를 배열하고 성형하는 방식을 통해 다양한 탄소섬유 그리드 형태를 제조할 수 있으며, 이를 통해 CFRP가 가지는 절곡 문제를 해결할 수 있다. 예를 들어, 한 층의 제1 방향 테이프(401)와 한 층의 제2 방향 테이프(402) 만을 적층하는 것이 아니라 두 층 이상의 제1 방향 테이프와 제2 방향 테이프를 반복 적층하여 탄소섬유 그리드를 제조할 수 있다. 또한, +45도 방향 테이프와 -45도 방향 테이프를 적층하여 탄소섬유 그리드를 제조할 수 있으며, 수직방향과 45도 방향을 교대로 적층할 수 있으며, 기타 다양한 각도로 탄소섬유 테이프를 배열하여 탄소섬유 그리드를 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치는 0도, 90도, +45도 및 -45도 중에서 적어도 두 방향 이상을 가지도록 탄소섬유 테이프를 적층하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치는 다양한 격자형태의 탄소섬유 그리드 뿐만 아니라 도 4b에 도시된 절곡 형상의 탄소섬유 그리드를 제조할 수 있다. 이와 같이, 탄소섬유 그리드를 절곡 형상으로 제조함으로써 CFRP가 가지는 절곡 문제를 해결할 수 있으며, 다양한 형태의 콘크리트 내부에 매립되어 사용될 수 있다.
이상 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100: 인발 성형부
200: 표면 처리부
300: 그리드 성형부
310: 테이프 커팅모듈 320: 로딩 행거
330: 로봇암 340: 작업 베이스
360: 언로딩 행거

Claims (7)

  1. 둘 이상의 탄소섬유 필라멘트를 합사한 후 인발 성형하여 탄소섬유 테이프를 제조하는 인발 성형부;
    상기 제조된 탄소섬유 테이프의 표면 거칠기를 증가시키는 표면 처리를 수행하는 표면 처리부; 및
    표면 처리된 탄소섬유 테이프를 절단하여 어느 하나의 방향을 가지도록 소정의 간격으로 이격 배치하고, 어느 하나의 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프 상에 다른 방향으로 탄소섬유 테이프를 적층하여 탄소섬유 그리드를 제조하는 그리드 성형부;
    를 포함하는, 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그리드 성형부는 테이프 커팅모듈, 로딩 행거, 로봇암, 작업 베이스, 접착제 도포 모듈 및 언로딩 행거를 포함하고,
    테이프 커팅모듈은 표면 처리된 탄소섬유 테이프를 기 설정된 길이로 절단하고,
    로봇암에 결합된 로딩 행거는 절단된 탄소섬유 테이프를 작업 베이스 상에 제1 방향으로 소정의 간격을 이격하여 배치한 후, 제1 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프 상에 제2 방향으로 소정의 간격을 이격하여 탄소섬유 테이프를 적층하며,
    접착제 도포 모듈은 제2 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프가 적층되기 전 제1 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프 상의 제2 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프와 접촉하는 위치에 접착제를 도포하여 제1 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프와 제2 방향으로 배치된 탄소섬유 테이프를 접착시켜 탄소섬유 그리드를 제조하고,
    로봇암은 로딩 행거를 분리한 후 언로딩 행거를 결합하여 작업 베이스 상에 제조된 탄소섬유 그리드를 픽업하는, 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표면 처리부는 탄소섬유 테이프의 표면을 버핑 처리하거나 필 플라이를 부착하여 표면거칠기를 증가시키는, 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 로봇암 및 로딩 행거는 0도, 90도, +45도 및 -45도 중에서 적어도 두 방향 이상을 가지도록 탄소섬유 테이프를 작업 베이스 상에 적층하는, 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 로딩 행거는 한 번에 둘 이상의 탄소섬유 테이프를 픽업하는 멀티 픽업 구조를 가지는, 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 테이프 커팅모듈은 제1 방향 탄소섬유 테이프를 모두 절단한 후 제2 방향 탄소섬유 테이프를 절단하는, 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 접착제 도포 모듈은 제1 방향 탄소섬유 테이프를 모두 배치한 후 제2 방향으로 배치된 탄소섬유를 적층하기 전 접착제를 도포하는, 콘크리트용 탄소섬유 그리드 제조장치.
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