KR100601236B1

KR100601236B1 - 내알칼리성 유리섬유 망 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR100601236B1
Application number: KR1020040116811A
Authority: KR
Inventors: 김현배
Original assignee: 주식회사 알인텍
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-07-13
Also published as: KR20060078120A

Abstract

본 발명은 내알칼리성 유리섬유 망과 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외경이 0.2∼1.0mm 범위이고, 경사와 위사의 굵기를 같은 E-유리섬유로 직조하여 20∼40메쉬의 유리섬유 망에 에틸렌비닐아세테이트와 멜라민을 혼합시킨 내알칼리성 폴리머가 코팅된 내알칼리성이 우수한 유리섬유 망 및 이를 경제적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

유리섬유, 망, EVA, 멜라민, 디핑, 코팅

Description

내알칼리성 유리섬유 망 및 이의 제조방법{Alkali-proof glass fiber net and method for preparing the same}

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 36 메쉬로 제조된 유리섬유 망의 조직을 간단하게 나타낸 개략도이다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 내알칼리성 유리섬유 망이 내알칼리성 폴리머로 코팅된 조직을 간단하게 나타낸 개략도이다.

본 발명은 내알칼리성 유리섬유 망과 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염가의 E-유리섬유로 소정 범위의 메쉬 망으로 유리섬유 망을 직조한 다음 내알칼리성 폴리머에 디핑한 후 건조 및 경화시킴으로써, 유리섬유가 알칼리에서 침식되어 인장강도, 탄성 및 기타 물성이 저하되던 문제점을 간단하면서도 경제적인 방법으로 해결하고자 한 내알칼리성 유리섬유 망과 이의 제조방법에 관한 것이다.

무기질인 유리섬유는 인장강도가 뛰어나고 높은 탄성을 갖고 있어 콘크리트 구조물이나 판상의 절연성 단열재의 보강재로 사용하고자 시도되고 있으나, 상기 콘크리트 구조물 또는 판상으로 절연성 단열재 등을 제조시 사용되는 시멘트 등과 함께 사용될 경우 상기 시멘트의 수화반응시에 강알칼리에 노출되기 때문에 유리섬유 자체의 강도저하가 극심하게 되고, 알칼리에 침식되어 보강재료로서의 특성을 살릴 수 없는 문제점이 있었다.

종래에는 상기와 같은 유리섬유의 뛰어난 인장강도와 높은 탄성의 특성을 살리기 위하여 유리섬유의 지르코니아(ZrO₂) 함량을 증대시킨 유리조성물이 제안되었었다(미국특허 제3,861,926호, 영국공개특허 제1243972호 등). 그러나, 상기 특허에 따른 유리조성물은 지르코니아 함량이 높아 내알칼리성은 증대하지만 방사성이 급격히 약화되는 결점이 있고, 용융로의 재료소모가 극심하고 전기소모량이 증대되어 경제성이 없었다.

또한, 한국 공고특허 제1981-00741호는 지르코니아 함량을 19∼23.5%로 조성 방사하여 내알칼리성 유리섬유를 얻는 방법이고, 한국 공개실용신안 제95-3929호나 한국 등록실용신안 제20-0207136호는 내알칼리성 유리섬유(ARG)를 이용하는 것으로 국내생산이 되지 않는 원료를 수입하기 때문에 경제성이 없다.

또한, 유리섬유 망을 이용하는 일본 공개특허 제2003-13352호나 일본 공개특허 제2002-242447호 등이 있으나, 전부 내알칼리성 유리섬유를 이용하는 방법이며 한국 공고특허 제1981-00313호는 E-유리(E-Glass) 섬유에 화학적인 반응으로 첨가제로 코팅하여 시멘트의 보강섬유로 사용하는 방법이나 내알칼리성 유리섬유 망으로 제조된 것이 아니므로 역시 경제적인 문제점이 지적되고 있다.

한편, 에폭시 수지, 에폭시 수지의 경화제, 에폭시 실란을 함유하는 실란 커플링제, 비스페놀 A의 에틸렌 옥사이드 부가물 또는 폴리에틸렌글리콜 지방산 에스테르의 비이온계 계면활성제를 함유하는 집속제가 도포되어 내알칼리성이나 내산성 등의 내약품성이 우수하고, 습식부직포 초조시에 있어서 부산성이 우수한 유리섬유에 대한 기술이 한국 등록특허 제0404695에 개시되어 있으나, 상기 기술은 유리섬유의 절단물을 이용하여 유리섬유 부직포를 제조하는 것이다.

따라서, 유리섬유가 알칼리에 취약한 문제점을 해결하여 유리섬유의 우수한 인장강도 및 탄성을 그대로 적용하여 사용할 수 있음과 동시에 경제성을 만족시킬 수 있는 방법의 개발이 당 업계에 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명의 발명자는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 국내에서 손쉽게 구할 수 있는 염가의 E-유리섬유를 소정의 메쉬(mesh)를 갖는 망으로 직조하고, 이를 내알칼리성 폴리머에 디핑한 다음 건조 및 경화시키면, 다수의 유리섬유를 하나의 강한 유리섬유 존으로 결합시킬 수 있으며, 섬유망이 경사와 위사의 연결되는 점에서 아주 강하게 결합되어져서 콘크리트 구조물의 보강재로서 철근을 사용하는 것과 같은 최상의 기능을 제공할 수 있음을 확인하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 특정 구조의 유리섬유 망을 내알칼리성 폴리머로 코팅시켜 내알칼리성이 향상된 유리섬유 망을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 내알카리성 유리섬유 망을 간단하고 경제적인 방법으로 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내알카리성 유리섬유 망은 외경이 0.2∼1.0mm 범위이고, 경사와 위사의 굵기를 같은 E-유리섬유로 직조하여 20∼40메쉬의 유리섬유 망에 에틸렌비닐아세테이트(EVA)와 멜라민을 혼합시킨 내알칼리성 폴리머가 코팅된 것으로 구성된다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 상기 내알카리성 유리섬유 망의 제조방법은 외경이 0.2∼1.0mm 범위이고, 경사와 위사의 굵기를 같은 유리섬유로 20∼40메쉬의 유리섬유 망을 직조하는 단계, 및 상기 유리섬유 망을 에틸렌비닐아세테이트와 멜라민을 혼합시킨 내알칼리성 폴리머에 디핑(Dipping)한 후, 건조 및 경화시키는 단계를 포함한다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명은 염가의 E-유리섬유로 유리섬유 망의 굵기를 같게 하여 직조한 다음, 내알칼리성 폴리머에 디핑한 후 건조 및 경화시킴으로써, 유리섬유가 알칼리에서 침식되어 인장강도, 탄성 및 기타 물성이 저하되던 문제점을 간단하면서도 경제적인 방법으로 해결하고자 한 내알칼리성 유리섬유 망과 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 내알칼리성 유리섬유 망의 제조방법을 중심으로 설명하면, 먼저, E-유리섬유로 유리섬유망을 직조하는 단계이다.

상기 E-유리섬유는 외경이 0.2∼1㎜ 범위인 것을 사용하는데, 이때 상기 E- 유리섬유의 외경이 0.2㎜ 미만이면 유리섬유 조직의 강도가 약하며, 1㎜를 초과하는 경우에는 유리섬유 조직 사이에 공극이 생겨서 유리섬유 망이 배합원료와의 결합력이 좋지 않은 문제점이 있다. 또한, 본 발명에서는 유리섬유 망의 위사와 경사의 굵기를 같게 하는데, 이는 균일한 조직과 강도를 같게 하기 위함이다.

상기 유리섬유 망은 20∼40메쉬가 되도록 직조되는데, 보다 바람직하기로는 30∼36메쉬이고, 시멘트 혼합물과 적층하기에 가장 바람직하기로는 36메쉬이다. 이때, 직조방법은 평직으로 이루어지도록 하며, 유리섬유 망이 20 메쉬 미만으로 간격이 넓으면 유리섬유 망 자체의 보강 역할이 약화될 수 있고, 40 메쉬를 초과하여 간격이 좁으면 유리섬유 망이 적용된 배합제가 유리섬유 망 사이로 나와서 배합제의 결합력이 약화되는 문제점이 있다.

다음으로 상기 유리섬유 망을 내알칼리성 폴리머에 디핑한 후 건조 및 경화시키는 단계이다.

본 발명에서 사용할 수 있는 내알칼리성 폴리머는 에틸렌비닐아세테이트와 멜라민의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA)의 사용량은 80∼97중량%가 바람직하고, 80중량% 미만이면 내알칼리성이 저하되고 경화속도가 빨라 코팅할 수가 없다. 또한, 상기 멜라민의 사용량은 3∼20중량%가 바람직하며, 3중량% 미만이면 경화성이 좋지 않다.

유리섬유를 상기와 같은 내알칼리성 폴리머에 충분히 디핑한 후 건조 및 경화시키는데, 상기한 건조 및 경화는 50∼70℃에서 수행되도록 한다. 이때, 상기 건조 및 경화 온도가 50℃ 미만이면 많은 시간이 소요되고 충분한 경화가 이루어지지 않으며, 70℃를 초과하면 과한 가열로 인하여 탄화될 소지가 있다.

상기와 같은 본 발명의 방법에 의하면 다수의 유리섬유를 하나의 강한 유리섬유 존으로 결합시킬 수 있으며, 섬유망이 경사와 위사의 연결되는 점에서 아주 강하게 결합되어져서 콘크리트 구조물의 보강재로 적용될 경우 최상의 기능을 제공할 수 있다.

즉, 열처리에 의하여 유리섬유 망에 코팅된 내알칼리성 폴리머가 건조 경화되면 알칼리 용액에서는 전혀 침식되지 않고, 내마찰력이 우수하여 콘크리트 타설과정이나 절연성 단열재의 적층 과정에서도 안심하고 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 유리섬유 망은 절연성 단열재, 콘크리트 구조물의 보강재, 일반산업용 단열재의 보강재 등 다양한 섬유강화제품에 적용할 수 있다.

특히 공업용으로 이용되는 절연성 단열재에 본 발명의 내알칼리성 유리섬유 망을 적용시킬 경우에는 사용되는 유리섬유 중 자철분이 다소 함유되었더라도 본 발명에 따라 내알카리성 폴리머의 코팅에 의하여 완전한 절연성 유리섬유로 이용될 수 있으며, 유리섬유의 외경은 0.3∼0.6㎜범위로 조절하고, 36 메쉬의 망으로 직조하여 보강재로서 사용하는 것이 좋다.

섬유강화제품의 두께가 10㎜이하로 얇을 경우에도 섬유강화제품의 양쪽 외벽 가까이에 본 발명의 내알칼리성 유리섬유 망을 배열하는 것이 좋으며, 섬유강화 제품의 두께가 40mm 이상으로 비교적 두꺼울 경우에는 제품의 양 외벽 근처로부터 5∼10㎜의 간격을 두고 두겹 이상의 다층으로 배열하는 것이 보다 효과적이어서, 콘크리트 구조물 등에 적용될 경우에는 상하 외각에 2∼3겹 배열하는 것이 더욱 효과 적이다.

콘크리트 구조물에 철근을 전혀 사용하지 않고 거푸집 내에 모르타르를 일정량 도포하여 균일하게 고른 후 그 위에 본 발명의 내알칼리성 유리섬유 망을 심고 다시 모르타르를 보충하여 고르는 방법을 반복하여 내알칼리성 유리섬유 망을 적층하는 방법으로 적용할 수 있다.

상기 유리섬유 망의 적층은 콘크리트 구조물에 철근을 사용하지 않고도 외각에 여러 겹의 망을 적층하는 방법으로 최강의 강도와 구조물의 중량을 현격하게 줄일 수 있다. 또한 철근을 사용하는 다리 공사 등에 적용하는 경우 상하부층에 본 발명에 따른 내알칼리성 유리섬유 망을 설치하고 마감하면 표면의 강도가 향상되어 많은 하중에 효과적이다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

EVA와 멜라민 혼합용액을 사용한 내알칼리성 유리섬유 망의 제조

도 1에 도시한 바와 같은 굵기가 같은 약 0.26㎜인 E-유리섬유로 직조한 36메쉬의 유리섬유 망을 EVA 90 중량부와 멜라민 10중량부의 혼합물에 물 약 50중량%로 희석하여 이루어진 내알칼리성 폴리머 용액에 디핑(Dipping)한 다음, 약 50∼60℃로 열처리하여 건조 및 경화시켜서 도 2에 도시한 바와 같은 내알칼리성 유리섬유 망을 제조하였다.

비교예 1

굵기가 약 0.26㎜인 E-유리섬유를 위사로 하고, 굵기가 약 0.26㎜인 E-유리섬유를 경사로 하여 36메쉬의 유리섬유 망을 직조하고, 일반적으로 적용되고 있는 아크릴 수지로 코팅하여 유리섬유 망을 제조하였다. 상기 망은 섬유의 결합 부분이 불량하여 조직이 강하지 못하고 강알칼리내의 수화반응시 전부 침식되어 버렸다.

비교예 2

알칼리성 용액으로 코팅한 유리섬유 망일지라도 실시예 1의 방법대로 하지 않고 경화제(멜라민 수지) 비율을 2%로 하여 코팅했을 경우 코팅막이 약하여 초기 양생 상태는 유리섬유가 보존하고 있는 것 같으나 잔유 양생이 진행하는 동안 서서히 침식되어 보강재로서 기능을 상실하게 된다.

실험예 1

물성 측정

상기 실시예 1과 비교예 1 및 2에서 제조한 유리섬유 망을 사용하여 물성을 다음과 같은 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분		실시예 1	비교예 1	비교예 2
인장강도¹⁾ ㎏·f/25㎟	경사	116.7	78.9	80.0
인장강도¹⁾ ㎏·f/25㎟	위사	116.7	79.8	80.1
내알카리성²⁾	pH 14	이상없음	침식됨	서서히 침식
내산성³⁾	pH 2	이상없음	이상없음	이상없음

1) 인장강도: 경사(Warp), 위사(Fill)

2) 내알칼리성: pH 14내의 수화반응 10일 후

3) 내산성: pH 2의 용액에 24시간동안 침지

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 의하여 제조된 내알칼리성 유리섬유 망은 비교예 1에 따라 제조된 내알칼리성 용액을 코팅하지 않은 유리섬유 망 보다 강알칼리에 전혀 침식되지 않고 최강의 특성을 나타났으며, 비교예 2에 따라 제조된 유리섬유 망은 실시예 1에 따른 유리섬유보다 내알카리성이 현격하게 차이가 나타남을 알 수 있다.

실시예 2 및 비교예 3∼5

판상의 절연성 단열재 제조

실시예 2

일정한 규격의 판상으로 성형하기 위하여 유압프레스하단에 금형을 설치하고 금형의 바닥에 탈수가 용이한 천을 설치한 다음, 포틀랜드 시멘트와 세피오라이트를 60 : 35 중량비로 건식 혼합한 후 혼합된 원료의 약 15 중량비의 EVA를 경화제 없이 적당량 물로 희석, 습식 혼합한 원료를 약 8㎜ 두께로 균일하게 도포하였다. 여기에 상기 실시예 1에서 제조한 내알칼리성 유리 망을 깔고 잘 문질러서 상기 배합된 원료를 약 8㎜ 두께로 균일하게 보충하여 도포하는 방법을 반복하여 절연성단열재 20㎜의 두께까지 적층한 다음, 가압 성형 양생하여 표면을 연마하여 판상의 절연성 단열재를 제조하였다.

비교예 3

비교예 3은 실시예 1의 내알칼리성 유리섬유 망을 전혀 사용하지 않은 일반 KSC 2346의 전기절연용 석면 시멘트 판의 물성치이고, 비교예 4는 일반적으로 시중 에 유통되고 있는 유리섬유 망을 보강재로 사용한 것이며 비교예 5는 비교예 2의 경화불량으로 제조된 절연성단열재의 물성치다.

실험예 2

절연성 단열재의 물성 비교

상기 실시예 2 및 비교예 3∼5에 따라 제조된 절연성 단열재의 물성을 다음과 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

1. 굴곡강도: KSC 2346

2. 내충격성: KSC 2346

3. 내알칼리성: pH 14의 수화반응 후 10일후 측정

4. 유리섬유의 침식여부: pH 14내의 수화반응후 10일후 관찰

5. 흡수율: KSC 2346

구분	단위	실시예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5
굴곡강도	㎏·f/25㎟	6.0	2.8	2.8	3
내충격성	㎏·f/25㎟	4.8	2	2	2.1
내알카리성	pH 14내의 수화반응	침식없음	침식없음	침식	서서히 침식
유리섬유망의 침식여부	양생후 관찰	섬유조직 유지됨	발암물질로 사용불가	섬유조직없음	섬유기능 상실
흡수율	%	5	18	20	15

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 판상의 절연성 단열재는 내알칼리성 폴리머로 유리섬유 망을 사용하고 혼합된 원료의 약 15 중량비의 EVA를 경화제 없이 적당량의 물로 희석하여 사용하면 유리 망에 코팅한 EVA와 호환성이 있어 유리 망과 원료와 결합성이 양호하며 공극의 극소화와 흡수율의 감소로 전기절연성 단열재의 좋은 제품이 된다. 따라서 실시예 2에 비하여 비교예 3∼5의 차이가 크고 코팅한 유리 망을 사용한 판상의 제품은 외부의 심한 충격에도 파손되어 떨어져 나가는 경우가 없기 때문에 반영구적으로 사용되며 경제성에도 이점이 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 시중에서 쉽게 구입할 수 있으며 염가의 E-유리섬유를 사용하여 유리섬유 망을 직조한 후 EVA의 내알칼리성 폴리머로 코팅하는 간단하고 경제적인 방법으로 내알칼리성 유리섬유 망을 제조할 수 있으며, 이렇게 제조된 내알칼리성 유리섬유 망은 알칼리에 침식되지 않고 굴곡강도, 파괴강도, 내알칼리성 등의 물성이 우수하여 판상의 절연성 단열재 등에 적용되어 깨여지지 않는 우수한 섬유강화제품용 보강재료로서 효과적이다. 뿐만 아니라 콘크리트 구조물에 철근 대용으로 사용했을 경우 최강의 구조물로 내진용이나 교량·고층건물의 경량화용으로 사용될 수 있다.

또한, 국내에 유리섬유는 대량 생산되고 있으나 물성이 우수한 내알칼리성 유리섬유는 경제적인 측면의 문제점을 해결하지 못하여 전혀 생산되지 않고 있으나 본 발명에 의하면 값싸고 간단하게 제조할 수 있어 상술한 경제적인 문제를 해소하여 우수한 내알칼리성을 가지는 유리섬유 제품을 생산하여 사용할 수 있는 효과를 부가할 수 있다.

Claims

외경이 0.2∼1.0mm 범위이고, 경사와 위사의 굵기를 같은 E-유리섬유로 직조하여 20∼40메쉬의 유리섬유 망에 에틸렌비닐아세테이트와 멜라민을 혼합시킨 내알칼리성 폴리머가 코팅된 것을 특징으로 하는 내알칼리성 유리섬유 망.
제1항에 있어서, 상기 유리섬유 망은 30∼36 메쉬인 것임을 특징으로 하는 내알칼리성 유리섬유 망.
제1항에 있어서, 상기 에틸렌비닐아세테이트의 혼합비는 80∼97중량%이고, 멜라민은 3∼20중량%인 것을 특징으로 하는 내알칼리성 유리섬유 망.
외경이 0.2∼1.0mm 범위이고, 경사와 위사의 굵기를 같은 유리섬유로 20∼40메쉬의 유리섬유 망을 직조하는 단계, 및

상기 유리섬유 망을 에틸렌비닐아세테이트와 멜라민을 혼합시킨 내알칼리성 폴리머에 디핑(Dipping)한 후, 건조 및 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내알칼리성 유리섬유 망의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 에틸렌비닐아세테이트의 혼합비는 80∼97중량%이고, 멜라민은 3∼20중량%인 것을 특징으로 하는 내알칼리성 유리섬유 망의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 건조 및 경화 단계는 50∼70℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 내알칼리성 유리섬유 망의 제조방법.