KR101851533B1 - 플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법 - Google Patents

플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법에 관한 것으로, 특히 FRP 복합소재의 층상으로 형성된 프리프레그 적층체를 고무패드와 교대로 적층하고 가류를 하여 탄성받침의 제조 시간과 인력을 감축하면서도 우수한 접착력을 갖음과 동시에 변형되지 않고 탄성받침을 경량화하는 신개념의 기술에 관한 것이다.
종래에 개시된 FRP가 탄성받침의 보강재로 사용되기 위해서는 적합한 규격(두께)의 플레이트 형태로의 가공이 필요하고, 플레이트로 가공시 매트릭스로 사용되는 레진의 종류에 따라 그 경화시간 및 인력이 추가로 소요되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로 FRP의 복합소재를 이용하여 판상의 보강재를 따로 제작하지 않고, 보강재의 규격에 적합하도록 형성된 프리프레그 적층체와 고무패드를 상호 교대로 적층한 후 변형되지 않으면서 일체형으로 단일 경화함과 동시에 우수한 접착력을 갖도록 하는 기술을 강구함을 특징으로 한다.

Description

플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법{Production process of elastomeric having improved adhesive property by plasma treatment}
본 발명은 플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 FRP 복합소재의 층상으로 형성된 프리프레그 적층체를 고무패드와 교대로 적층하고 가류를 하여 탄성받침의 제조 시간과 인력을 감축하면서도 우수한 접착력을 갖음과 동시에 변형되지 않고 탄성받침을 경량화하는 신개념의 기술에 관한 것이다.
일반적으로 교량용 탄성받침은 교각과 상부구조물 사이에 설치됨으로써 상부구조물로부터 전달되는 수직 하중을 받아줌과 동시에 이동 및 회전에 의한 수평력을 정적으로 흡수하여 교량의 내진 기능을 원활하게 하고, 계절의 온도변화, 바람, 지진 등의 충격에 따른 신축작용(수축, 팽창)을 원활하게 받아주어 교량의 안전을 도모하는 역할을 수행한다.
또한, 이와 같은 탄성받침은 상, 하부 마운팅판의 사이에 탄성체를 일체화 성형함으로써 강진의 발생시에도 탄성체의 과도한 수평변위를 억제함은 물론 우수한 면진 성능을 발휘하며, 유효면적의 증대로 좌굴현상에 대한 안전성을 확보할 수 있게 된다.
상기 탄성받침은 교각에 일체로 마운팅되는 하부 마운팅판의 상면에 탄성체가 안착되고, 상기 탄성체의 상부면에는 상부구조물에 마운팅되는 상부 마운팅판이 적층됨으로써 상부구조물을 효율적으로 받쳐주며, 특히 상기 상, 하부 마운팅판의 사이에 설치되는 탄성체는 신축 변형이 발생할 때 내구성을 높이기 위한 목적으로 다수의 보강재가 내부에 등간격으로 매설된다.
그러나 탄성받침의 보강재로 사용되는 강재는 장시간 사용시 피로도 증가와 부식, 휨 현상으로 인한 파괴가 발생하고, 강재의 중량으로 인해 운반 및 작업성이 저하됨으로써 이러한 단점의 극복을 위해 보강재를 탄소섬유와 유리섬유를 혼용하여 제작한 FRP(섬유강화 플라스틱)으로 대체하는 것이 요구된다.
이러한 FRP는 합성수지를 기지재로 하여 섬유 보강재(탄소섬유, 아라미드 섬유, 보론섬유 등)를 함침시킨 복합재료의 총칭으로, 목적에 따라 단섬유, 장섬유, 직물 등 다양한 형태의 섬유가 사용되고, 기지재에도 다종류의 열가소성, 열경화성 수지가 사용된다.
그리고 FRP는 고강성, 고강도, 내열성, 내충격성과 같은 기계적 성능을 보이며 특히, 고강성, 고강도가 우선시되는 물성으로 이를 위해 복합재료로 탄소섬유와 같이 보강 효과가 큰 섬유 보강재가 많이 사용되고 있다.
이와 같은 FRP를 탄성받침의 보강재로 사용하는 선행기술로는 「특허등록 제989912호, 명칭/ 교량용 탄성받침형 교좌장치 및 그것의 시공방법」이 개시되고 있고, 상기 선행기술은 탄성체층에 매립되는 보강재인 다수의 그리드가 FRP로 제작됨을 확인할 수 있다.
그러나, 상기 FRP가 탄성받침의 보강재로 사용되기 위해서는 적합한 규격(두께)의 플레이트 형태로의 가공이 필요하고, 플레이트로 가공시 매트릭스로 사용되는 레진의 종류에 따라 그 경화시간 및 인력이 추가로 소요되는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은 FRP 복합소재의 층상으로 형성된 프리프레그 적층체를 고무패드와 교대로 적층하고 가류를 하여 탄성받침의 제조 시간과 인력을 감축하면서 우수한 접착력을 갖음과 동시에 변형되지 않고 탄성받침을 경량화하는 제조공법을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 수단으로 FRP의 복합소재를 이용하여 판상의 보강재를 따로 제작하지 않고, 보강재의 규격에 적합하도록 형성된 프리프레그 적층체와 고무패드를 상호 교대로 적층한 후 일체형으로 단일 경화를 진행함과 동시에 우수한 접착력을 갖도록 하는 기술을 강구한다.
또한, 본 발명은 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 케블라섬유, 텅스텐섬유, 브론섬유 중 선택된 어느 하나 또는 복수 개의 섬유소재와 열경화성/열가소성 수지를 함침하여 필름 형태로 가공된 프리프레그를 재단 및 적층하여 프리프레그 적층체를 제조할 수 있도록 하는 기술을 강구한다.
본 발명에 따르면, FRP의 복합소재를 이용하여 보강재를 따로 가공하여 적층하는 대신, 프리프레그 적층체와 고무패드를 교대로 적층한 후 바로 가류공정을 진행으로써 FRP의 보강재를 제작하는데 소요되는 경화, 워터젯 가공공정을 생략하여 간소화하며, 이에 따라 탄성받침의 제조에 따른 시간과 인력, 장비를 대폭 절감하는 효과를 제공한다.
또한, 상기 프리프레그 적층체는 보강재의 규격과 동일하게 형성됨에도 FRP의 복합소재를 사용함으로써 무게가 적어 탄성받침을 변형되지 않은 상태에서 우수한 접착력을 갖음과 동시에 경량화하여 운반 및 작업성을 획기적으로 개선하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법 공정도
도 2는 본 발명의 실시예2에 따른 플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법의 공정도
도 3은 본 발명의 프리프레그 적층체를 형성하는 상태도
도 4는 상기 도 3의 플라즈마 처리 유무에 따른 접촉각을 나타낸 도면
(가) 플라즈마 처리 후 (나) 플라즈마 처리 전
도 5은 본 발명의 프리프레그 적층체의 상하면에 접착제를 도포하는 상태도
도 6은 본 발명의 프리프레그 적층체 및 고무패드를 교대로 적층하는 상태도
도 7은 본 발명의 제조방법에 의한 플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 정단면도
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결수단을 보다 구체적으로 구현하기 위한 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
우선적으로 강재를 사용하는 종래의 보강재를 FRP의 복합소재를 사용하는 보강재로 대체할 경우 쇼트 공정이 생략되므로 공정이 간소화된 것으로 보이나, 상기 쇼트 공정에 소요되는 시간은 약 15분 내외지만, 통상의 프리프레그를 사용한 FRP 보강재를 제작하는 시간은 약 3시간이 소요된다.
따라서 프리프레그를 사용한 FRP 보강재를 제조하는 공정은 종래의 강재를 사용하던 보강재의 제조공정에 비해 오히려 시간, 인력, 장비 등이 증가함으로써 실제의 제작시간은 3배 이상 증가한다.
즉 상기 FRP 보강재를 제조하는 공정은 재단, 적층, 경화의 3단계로 진행되고, 특히 공정 시간의 대부분을 차지하는 매트릭스 수지의 경화공정은 120~140℃의 온도와, 2~3톤의 하중조건에서 90~120분의 시간이 필요함으로써 FRP 보강재의 제작에 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 FRP 보강재를 따로 가공하여 적층하는 공정을 탈피하여 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)와 플라즈마 처리된 고무패드(20)를 교대로 적층한 상태에서 가류공정을 진행할 수 있도록 한 후, 이를 특정 경화조건을 통해 단일경화시켜 우수한 접착력을 갖음과 동시에 일체형의 경량형 탄성받침을 생성하도록 함을 핵심기술로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 탄성받침(B)의 제조공법을 첨부된 도면에 의거 도 1,2를 참조하여 공정별로 상세하게 설명하기로 한다.
(1) 제 1공정(S100): 프리프레그 적층제(10) 제조
본 공정은 일반적인 프리프레그(11)를 탄성받침(B)에 사용되는 보강재의 규격에 적합하도록 재단하고, 이와 같이 재단된 다수의 프리프레그(11)를 적층하여 층상의 프리프레그 적층체(10)를 제조하기 위한 것이다.
상기 프리프레그(prepreg)는 섬유 강화 복합재료용의 중간 기재로, 강화섬유에 매트릭스 수지를 예비 함침한 성형 재료로서, 가열가압하여 수지를 경화시키는 것으로 성형품이 형성된다.
즉 본 발명의 프리프레그(11)는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 케블라섬유, 텅스텐섬유, 브론섬유 중 선택된 어느 하나 또는 복수 개의 섬유소재를 연속된 형태 또는 절단된 상태로 배합하거나 직물 형태로 가공하고, 열경화성/열가소성 수지를 함침시켜 필름의 형태로 가공되며, 이와 같은 프리프레그(11)를 도 3과 같이 재단 및 적층하여 층상의 프리프레그 적층체(10)를 형성한다.
이때 프리프레그(11)를 다수 장 적층하여 프리프레그 적층체(10)를 형성하는 이유는 상기 프리프레그(11)는 얇은 필름의 형태이므로 탄성받침의 보강재에 적합한 두께를 직접 확보할 수 없어 다수 장의 프리프레그(11)를 적층하여 탄성받침의 보강재의 규격(두께)에 알맞게 형성하기 위함이다.
또한, 상기 프리프레그 적층체(10)는 다양한 섬유소재의 종류에 따라 단일 종류의 섬유소재를 사용한 프리프레그(11)를 사용하거나 2종류 이상의 섬유소재를 사용한 프리프레그(11)를 혼합하여 층상으로 형성될 수 있다.
이렇게 형성된 상기 프리프레그 적층체(10)는 그대로 적용하기도 하나, 보다 바람직하게는 도 2에 나타나 있듯이 추가 반경화공정을 거쳐 최종 탄성받침(B)의 변형을 최대한 방지하기도 한다. 다시 말해, 본 단계에서는 추가로 상기 프리프레그 적층체(10)를 반경화상태로 가공하여 적용하기도 한다.
구체적으로 설명하면, 본 발명의 최종 제품인 탄성받침은 그 특성상 반드시 내부 보강판이 평평한 형상으로 성형되어야 하는 바, 상기 내부 보강판으로 작용하는 상기 프리프레그 적층체(10)의 변형 자체를 미리 막는 것도 중요하다. 특히 프레스 또는 오토클레이브 등을 활용한 플레이트 성형공정(완전경화)이 진행되지 않은 상태에서는 하기 적층단계부터 변형이 일어나거나, 탄성받침패드 일체가류를 진행하면 일체 가류공정에서의 열에 의해 용융된 고무의 유동성과 프레스 압력으로 인한 프리프레그 적층체, 즉, 보강판의 형상 변화가 발생하기도 하는 바, 그 형상이 변화되는 것 자체를 방지하는 것도 중요한 것으로써, 본 공정에서는 하기 가류 경화공정을 거치기 전에 상기 프리프레그 적층체(10)를 반경화하는 작업을 추가로 거쳐 형상이 변화되는 것으로 최대한 방지하기도 한다.
이때, 상기 반경화 공정의 조건으로는 상기 프리프레그 적층체(10)를 110℃에서 20분 초과 ~ 30분 미만동안 반경화하거나 또는, 120℃에서 10분 초과 ~ 20분 미만동안 반경화하는 조건을 적용하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 120℃에서 15분동안 반경화하는 것이 가장 좋다. 상기 반경화 조건을 벗어날 경우에는 하기 표 2에 나타나 있듯이 적층단계부터 변형이 일어나거나 하기 표 3에 나타나 있듯이 열에 의해 용융된 고무의 유동성이 저조하거나 유동성이 없어 변형이 일어나며, 또는, 상기 프리프레그 적층체(10) 자체 상태가 반경화상태가 아닌 완전 경화상태 되어 이를 이용하여 최종 탄성받침을 제조할 경우, 재단시 상기 완전 경화가 된 프리프레그 적층체(10)가 파괴되거나 층간 박리현상이 발생하는 바, 상기 프레프레그 적층체(10)를 반경화할 경우에는 상기 반경화 작업조건을 지켜주는 것이 좋다.
(2) 제2공정(S200): 프리프레그 적층체(10) 또는 미가류 고무패드의 플라즈마 표면처리 및 접착제 도포
본 공정은 상기 프리프레그 적층체(10)와 하기 고무패드(20)와의 접착력을 높여주어 일체성을 유지하도록 하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 프리프레그 적층체의 표면 또는 미가류 고무패드의 표면에 플라즈마 처리를 하는 것이 특징이다.
다시 말해, 단순히 상기 프리프레그 적층체(10)와 하기 고무패드(20)적층하여 하기 가류공정을 거칠 경우 상기 프리프레그 적층체(10)와 하기 고무패드(20) 간의 접촉각이 높아 접착력이 떨어지는 문제가 있다.
이에, 본 공정에서는 접착력을 높여주기 위해 상기 프리프레그 적층체(10)와 하기 고무패드(20)의 표면에 특정조건의 플라즈마 처리함으로써 도 4와 같이 상기 프리프레그 적층체(10)와 하기 고무패드(20) 간의 접촉각을 낮춰주어 접착제를 도포하더라도 표면의 전체영역에 고르게 분산도포되도록 해줌과 동시에 미세 이물질 세척효과 및 표면 개질 효과가 있어 훨씬 높은 접착력을 얻을 수 있게 되는 것이다.
여기서 플라즈마(plasma) 처리란 저진공 챔버 내부에 Ar, H₂, O₂등의 가스를 표면재질에 따라 단독 또는 혼합하여 투입하면서 전기적 에너지를 가하면 가속된 전자의 충돌에 의하여 투입된 가스가 플라즈마 상태로 활성화 되며, 이러한 플라즈마 상태에서 발생하는 가스의 이온 또는 라디칼 등이 피처리 재료 표면에 충돌하여 미세 유막 제거, 미세 조도 형성등, 표면의 물리 화학적인 변화를 유도함으로써 각종 접착 밀착력 향상, 플라스틱 사출 도장의 불량 방지, 각종 코팅 밀착력을 증대 시키는 역할을 하는 것인 바, 이러한 플라즈마를 처리할 경우에는 그 처리 조건이 매우 중요하게 된다. 다시 말해, 상기와 같이 플라즈마를 상기 프리프레그 적층체(10)와 하기 고무패드(20)에 처리할 경우 표면처리 속도는 10~100 mm/s이며, 전압은 300~600W를 주어 처리하는 것이 좋으며, 상기 처리 속도 및 전압조건을 벗어날 경우 여전히 접촉각이 높아 접착제로써의 제역할을 못할 우려가 있게 되거나, 너무 과도하게 처리할 경우에는 오히려 표면의 변형이 일어나 반듯한 탄성받침 자체 형성이 어렵게 될 우려가 있게 된다.
이렇게 생성된 상기 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)와 상기 플라즈마가 처리된 고무패드(20)와의 접착력을 더 높여주기 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체의 상하면에는 접착제를 도포하여 준비하는 것으로써, 이때 상기 플라즈마 처리로 인해 접착제 도포시 상기 프리프레그 적층체의 상하면에 골고루 잘 분포되도록 해주어 접촉각을 낮춰주게 되는 것이다.
(3) 제 3공정(S300) : 적층단계
상기 제2공정을 거치면서 형성된 접착제가 도포되며, 플라즈마가 처리된 프리프레그 적층체(10)와 상기 플라즈마가 처리된 고무패드(20)는 도 6과 같이 상호 교대로 반복하여 적층함으로써 상기 플라즈마가 처리된 고무패드(20)의 사이사이에 상기 접착제가 도포되며, 플라즈마가 처리된 프리프레그 적층체(10)가 삽입된 상태를 유지할 수 있도록 한다.
나아가 상기 플라즈마가 처리된 고무패드(20)는 플라즈마가 처리된 프리프레그 적층체(10)가 외부로 노출되지 않도록 도 8과 같이 최상부에 위치하는 플라즈마가 처리된 프리프레그 적층체(10)의 상부에 위치함은 물론 최하부에 위치하는 플라즈마가 처리된 프리프레그 적층체(10)의 하부에 위치함으로써 결국에는 플라즈마가 처리된 고무패드(20)의 사이사이에 플라즈마가 처리된 프리프레그 적층체(10)가 삽입되면서 외부로 노출되지 않는다.
(4) 제 4공정(S400) : 가류공정
마지막으로 상기 제3공정을 거친 적층된 플라즈마가 처리된 프리프레그 적층체(10)와 플라즈마가 처리된 고무패드(20)는 가류를 한 후, 150~160℃의 온도 및 1~200kgf/cm2의 압력조건에서 60~240분간 단일 경화시켜 도 7과 같이 일체형의 경량형 탄성받침(B)으로 성형하는 것을 특징으로, 상기 경화조건을 벗어날 경우, 본 발명이 목적하는 최종 제품인 탄성받침의 경량화 성능이 떨어지게 되거나, 제품 자체의 변형이 일어나 상품화 자체가 불가능하게 될 우려가 있게 된다.
이렇게 성형된 최종 상기 탄성받침(B)의 내부에는 간격을 두고 프리프레그 적층체(10)가 삽입되고, 상기 프리프레그 적층체(10)는 강재의 보강재를 대체하는 유용한 효과를 제공하게 된다.
즉 강재를 사용하는 종래 보강재의 규격과 동일하게 형성됨에도 FRP의 복합소재를 사용함으로써 무게가 매우 적어 탄성받침(B)을 경량화하여 운반 및 작업성을 획기적으로 개선할 수 있게 된다.
또한, 별도의 FRP의 보강재를 제작하는데 소요되는 경화, 워터젯 가공공정을 생략하여 간소화함으로써 탄성받침의 제조에 따른 시간과 인력, 장비를 대폭 절감하는 효과를 제공한다.
이하에서는 실시예 및 실험예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들 실시예 및 실험예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
<실시예 1. 일체형인 경량형 탄성받침 제조1>
먼저, 다수의 프리프레그(11)를 탄성받침(B)의 보강재 규격에 적합하도록 재단한 후, 이들을 적층하여 프리프레그 적층체(10)를 형성하였다
그 다음 상기 각각의 프리프레그 적층체(10)들 상하면 또는 하기 사용될 고무패드(20) 표면을 각각 플라즈마를 처리하였다.
그 다음 상기 플라즈마가 처리된 프리프레그 적층체 상하면에 접착제를 도포하여 준비한 후, 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)들과 플라즈마 처리된 고무패드(20)를 상호 교대로 적층하여 상기 플라즈마 처리된 고무패드(20)의 사이사이에 상기 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)가 삽입되도록 하였다.
이때, 상기 플라즈마 처리된 고무패드(20)는 상기 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)가 외부로 노출되지 않도록 최상부에 위치하는 상기 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)의 상부 및 최하부에 위치하는 상기 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)의 하부에 위치하는 구조를 이루도록 하였다.
그 다음 상기 적층된 상기 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)와 플라즈마 처리된 고무패드(20)를 140℃에서 10분동안 가류한 후, 160℃의 온도 및 50kgf/cm2의 압력조건에서 60분간 단일 경화시켜 일체형의 경량형 탄성받침1을 제조하였다.
<실시예 2. 일체형인 경량형 탄성받침 제조2>
먼저, 다수의 프리프레그(11)를 탄성받침(B)의 보강재 규격에 적합하도록 재단한 후, 이들을 적층하여 프리프레그 적층체(10)를 형성하였다.
이렇게 형성된 프리프레그 적층체(10)의 형상을 유지시켜 주기 위해 상기 프리프레그 적층체(10) 상단에 평판형태의 덮개로 눌러준 후, 컨벡션 오븐이나 핫프레스 등을 이용하여 반경화하여 반경화된 프리프레그 적층제를 제조하였다.
그 다음 상기 각각의 프리프레그 적층체(10)들 상하면 또는 하기 사용될 고무패드(20) 표면을 각각 플라즈마를 처리하였다.
그 다음 상기 플라즈마가 처리된 프리프레그 적층체 상하면에 접착제를 도포하여 준비한 후, 플라즈마 처리된 상기 반경화 프리프레그 적층체(10)들과 플라즈마 처리된 고무패드(20)를 상호 교대로 적층하여 상기 고무패드(20)의 사이사이에 상기 프리프레그 적층체(10)가 삽입되도록 하였다.
그 후 상기 플라즈마가 처리된 반경화 프리프레그 적층체(10)들과 고무패드(20)를 상호 교대로 적층하여 상기 고무패드(20)의 사이사이에 상기 반경화 프리프레그 적층체(10)가 삽입되도록 하였다.
이때, 상기 플라즈마 처리된 고무패드(20)는 상기 플라즈마 처리된 반경화 프리프레그 적층체(10)가 외부로 노출되지 않도록 최상부에 위치하는 상기 플라즈마 처리된 반경화 프리프레그 적층체(10)의 상부 및 최하부에 위치하는 상기 플라즈마 처리된 반경화 프리프레그 적층체(10)의 하부에 위치하는 구조를 이루도록 하였다.
그 다음 상기 적층된 상기 플라즈마 처리된 반경화 프리프레그 적층체(10)와 플라즈마 처리된 고무패드(20)를 140℃에서 10분동안 가류한 후, 160℃의 온도 및 50kgf/cm2의 압력조건에서 60분간 단일 경화시켜 일체형의 경량형 탄성받침2를 제조하였다.
<실험예 1. 실시예1에 따른 플라즈마 표면 처리 조건별 접촉각 측정>
1. 실험방법
본 발명에서 탄성받침 패드는 적층된 소재들의 접착력이 매우 중요한 바, 프리프레그 적층체와 고무패드간의 접착력을 높여주기 위해, 각 프리프레그 적층체와 고무패드의 표면에 플라즈마를 다양한 전압 및 처리 속도별로 처리하여 접촉각들을 측정하였다. 이때, 하기 각 시료들은 메틸클로라이드(methyl chloride)를 세척한 후 총 5회씩 측정을 시행하였으며, 플라즈마와 시편의 간격은 1cm로 하며, 액체의 양은 2.241 microliter, 26도에서 프리프레그 적층체에서의 접촉각을 측정하고, 가류공정 전 고무패드에서의 접촉각도 측정하였다.
2. 실험결과
상기 실험결과, 하기 표 1과 같이 나타났다.
프리프레그 적층체 73.405°(처리전)
처리후 5 mm/s 16.67mm/s 33.33mm/s 66.67mm/s 100.0mm/s
200W - - - - 73.405°
300W - 57.347° 57.938° 53.436° 62.558°
400W - 43.334° 45,889° 54.048° 47.11°
500W - 37.828° 40.45° 43.143° 38.88°
600W 73.405° 39.33° 40.944° 36.716° 42.341°
가류공정 전 고무패드 93.17°( 처리전)
처리후 5 mm/s 16.67mm/s 66.67mm/s
200W - - 93.17°
300W - 74.51° 86.245°
400W - 68.35° 73.96°
500W - 31.71° 67.45°
600W 93.17° 40.7° 75.562°
상기 표 1에 나타나 있듯이, 접착제 도포 후 플라즈마 처리시 10mm/s 미만, 300W미만으로 처리할 경우 접촉각의 변화가 거의 없으며, 100mm/s를 초과하거나 600W를 초과할 경우에는 보다 상승된 효능을 얻지 못하는 바 경제적으로 적합하지 않은 반면, 10~100mm/s의 표면처리 속도 및 300~600W 전압에서 플라즈마 처리할 경우에는 가장 접촉각이 낮게 나타나 젖음성이 높게 나타나는 바, 프리프레그 적층체 및 고무패드 표면에 접착제를 도포하더라도 접착제가 보다 잘 도포됨을 확인하였다. 이에, 접착력이 높은 경량형 탄성받침을 제조하기 위해서는 각 프리프레그 적층체와 고무패드의 표면에 10~100mm/s의 표면처리 속도 및 300~600W 전압의 플라즈마 처리 공정을 적용하는 것이 가장 적합함을 알 수 있었다.
<실험예 2. 실시예2에 따른 프리프레그 적층체의 반경화 적용시, 각 온도 및 시간조건별 프리프레그 적층체(10)와 고무패드(20)의 적층단계인 제 3공정에서의 형상변화 확인>
1. 실험방법
프리플레그 적층체(10)를 반경화 할 경우, 적용되는 각 온도 및 시간 조건에 따라 상기 제 3공정에서의 적층상태의 변형유무가 결정되는 바, 컨벡션오븐을 이용하여 상기 적층공정시 보통 적용되는 하절기 기준 최대온도인 40℃에서 30분동안 반경화 처리 조건별 프리프레그 적층체(10)와 고무패드(20)를 각각 적층하여 이 적층단계에서의 형상변화의 유무를 확인하였다.
2. 실험결과
상기 실험결과, 하기 표 2와 같이 나타났다.
40도, 30분 경과 후 외력에 의한 형상 변화 확인
10분 15분 20분 25분 30분 35분 40분 50분
100도 - - - - - 변형 변형 유지
110도 - - 변형 유지 유지
120도 변형 유지 유지
130도 변형 유지 유지
상기 표 2에 나타나 있듯이, 최종 탄성받침 제조과정 중에 최대한 변형을 방지하기 위해 프리프레그 적층체의 반경화 조건을 적용할 경우 100도에서는 50분, 110도에서는 25분 내지 30분, 120도, 130도에서는 15분 내지 20분 동안 반경화작업이 이루어지는 것이 그 형상을 변형시키지 않고 유지되도록 하는 것임을 확인하였다.
<실험예 3. 실시예2에 따른 탄성받침 제조 과정 중 가류과정에서의 형상변화 확인>
1. 실험방법
프리플레그 적층체(10)를 반경화 할 경우, 적용되는 각 온도 및 시간 조건에 따라 상기 제4공정의 가류공정에서의 고무의 용융정도도 결정되는 바, 보통 가류 공정에서 적용되는 온도인 140℃에서 10분동안 가류 공정을 거쳐 고무의 유동성을 확인하였다.
2. 실험결과
상기 실험결과, 하기 표 3과 같이 나타났다.
140도, 10분 경과 후 유동성 확인
10분 15분 20분 25분 30분 35분 40분 50분
100도 - - - - - - - 유동성 저조
110도 - - - 유동성
있음		 유동성
있음
120도 - 유동성
있음		 유동성
있음
130도 - 유동성
저조		 경직
상기 표 3에 나타나 있듯이, 반경화된 프리프레그 적층체를 사용할 경우에는 가류공정에서 110℃에서 25분동안 반경화하거나 또는, 120℃에서 15분동안 반경화가 이루어진 프리프레그 적층체를 사용할 경우에만 고무의 유동성을 나타냄을 확인하였다.
이와 같이 표 2 및 표 3의 결과를 통틀어 보면, 반경화된 프리프레그 적층체를 사용할 경우에는 최종 탄성 받침 성형 전에 열에 의해 용융된 고무의 유동성 및 프리프레그 적층체, 즉, 보강판의 형상 변화가 발생하는 바, 이를 최대한 방지하기 위해서는 10℃에서 20분 초과 ~ 30분 미만동안 반경화하거나 또는, 120℃에서 10분 초과 ~ 20분 미만동안 반경화한 프리프레그 적층체를 사용하는 것이 적합하며, 더욱 바람직하게는 120℃에서 15분 동안 반경화한 프리프레그 적층체를 사용하는 것이 가장 적합함을 알 수 있다.
<실험예 4. 본 발명의 실시예 1에 따른 탄성받침의 기존 강재 보강판 대체가능성 확인 및 접착 장도 확인>
1. 실험방법
본 발명에서 제조한 탄성받침이 기존 강재 보강판의 대체제로 사용이 가능한지에 대해서 확인하기 위해 전단계수(G, 측정규격: KS F4420) 및 접착강도(측정규격: KS M 6518)를 측정하여 물성실험을 하였다.
2. 실험결과
상기 실험결과 하기 표 4와 같이 나타났다.
구 분 전단계수 (G, MPa) 접착강도(kN/M)
강재 보강판 적용 1.01 9.87
프레스 성형 보강판 적용 1.03 10.28
실시예 1 1.10 13.41
실시예 2 1.11 13.41
상기 표 4에 나타나 잇듯이, 본 발명에서 제조한 탄성받침의 경우에 기존 강재 보강판과 유사한 전단계수를 나타내며, 특히 접착강도는 기존 강재 보강판 보다 월등히 뛰어난 바, 기존 강재 보강판의 대체제로 충분히 적용가능하면서, FRP의 복합소재를 이용하여 보강재를 따로 가공하여 적층하는 대신, 프리프레그 적층체와 고무패드를 교대로 적층한 후 바로 가류공정을 진행으로써 FRP의 보강재를 제작하는데 소요되는 경화, 워터젯 가공공정을 생략하여 간소화하며, 이에 따라 탄성받침의 제조에 따른 시간과 인력, 장비를 대폭 절감하는 효과를 얻을 수 있으며, 상기 프리프레그 적층체는 보강재의 규격과 동일하게 형성됨에도 FRP의 복합소재를 사용함으로써 무게가 적어 탄성받침을 변형되지 않은 상태에서 경량화하여 운반 및 작업성을 개선할 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 5. 본 발명의 제조 공정 중 최종 가류 경화 조건에 따른 최종 탄성받침의 상태 확인>
1. 실험방법
상기 실시예 1의 탄성받침을 제조할 시, 마지막 가류경화공정을 온도 및 시간의 조건별로 다양하게 적용하여 상기 탄성받침의 경량화가 가능한 적정 가류경화조건을 확인하였다.
2. 실험결과
상기 실험결과, 하기 표 5와 같이 나타났다.
무게량 변형여부
단일경화과정 전 11.0kg -
실시예1인 경화과정적용
(160℃, 1 kgf/cm 2 ,
60분동안) 		10.5kg 형태 변형 없음
실시예1인 경화과정적용
(150℃, 200 kgf/cm 2 ,
240분동안) 		10.7kg 형태 변형 없음
대조군1
(180℃, 300 kgf/cm 2
30분동안) 		10.7kg 형태가 변함
대조군2
(140℃, 300 kgf/cm 2
300분동안) 		11.5kg 형태 변형 없음
상기 표 5에 나타나 있듯이, 상기 마지막 경화공정의 조건에 따라 경량화 여부 및 형태 변형 여부가 결정됨을 확인하였다. 즉, 상기 실시예 1의 탄성받침의 경우에는 최종경화작업을 거치더라도 자체의 성능 및 형태는 유지된 체, 무게는 가벼워져 운반 및 작업성이 개선되는 효과를 얻게 되는 반면, 상기 본 발명의 경화조건을 벗어날 경우에는 무게가 무거워지거나 형태 변형이 일어나는 바, 보강재 대체 물질로 사용이 어렵게 됨을 확인하였다. 이에, 본 발명의 마지막 경화공정에서, 온도:150~160℃, 압력조건:1~200kgf/cm2, 시간: 60~240분동안 단일경화 과정을 거치는 것은, 본 발명의 목적하는 효과를 이루기 위한 필수조건임을 알 수 있다.
B: 탄성받침 11: 프리프레그
10: 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체
20: 플라즈마 처리된 고무패드

Claims (7)

  1. 다수의 프리프레그(11)를 탄성받침(B)의 보강재 규격에 적합하도록 재단 및 적층하여 프리프레그 적층체(10)를 형성하는 제1공정(S100)과;
    상기 프리프레그 적층체(10)의 상하면 또는 하기 고무패드(20)의 상하면에 플라즈마를 표면처리한 후, 상기 프리프레그 적층체(10)의 상하면에 접착제를 도포하는 제2공정(S200)과;
    상기 제2공정에서 제조된 접착제가 도포되며, 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)와 상기 플라즈마 처리된 고무패드(20)를 상호 교대로 적층하여 상기 고무패드(20)의 사이사이에 상기 제2공정에서 제조된 접착제가 도포되며, 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)가 삽입되도록 하는 제3공정(S300) 및,
    상기 제3공정을 거쳐 적층된 상기 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)와 플라즈마 처리된 고무패드(20)를 가류한 후, 150~160℃의 온도 및 1～200kgf/cm2의 압력조건에서 60～240분간 단일 경화시켜 일체형의 경량형 탄성받침(B)으로 성형하는 제4공정(S400)을 포함하여 이루어지는 한편;
    상기 제1공정에서 상기 프리프레그 적층체(10) 형성 후, 반경화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반경화는 110℃에서 20분 초과 ~ 30분 미만 동안 이루어지거나 또는, 120℃에서 10분 초과 ~ 20분 미만 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2공정의 플라즈마 처리는 10~100mm/s의 표면처리속도 및 300~600W의 전압의 조건하에 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1공정에서의 상기 프리프레그 적층체(10)는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 케블라섬유, 텅스텐섬유, 브론 섬유 중 선택된 어느 하나 또는 복수 개의 섬유소재를 연속된 형태 또는 절단된 상태로 배합하거나 직물 형태로 가공하고, 열경화성/열가소성 수지를 함침시켜 필름의 형태로 가공된 프리프레그(11)를 재단 및 적층하여 성형하는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1공정에서의 상기 프리프레그 적층체(10)는 섬유소재의 종류에 따라 단일 종류의 프리프레그(11)를 사용하거나 2종류 이상의 프리프레그(11)를 혼합하여 층상으로 형성됨을 특징으로 하는 특징으로 하는,
    플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제3공정에서 상기 플라즈마 처리된 고무패드(20)는 상기 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)가 외부로 노출되지 않도록 최상부에 위치하는 상기 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)의 상부 및 최하부에 위치하는 상기 플라즈마 처리된 프리프레그 적층체(10)의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마처리로 접착성이 향상된 탄성받침의 제조공법.
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