KR102318566B1 - 건축용 폼타이의 제조방법 이에 의하여 제조된 건축용 폼타이 - Google Patents

건축용 폼타이의 제조방법 이에 의하여 제조된 건축용 폼타이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강화섬유 어레이를 준비하는 단계; 상기 강화섬유 어레이에 수지를 함침시켜 매트릭스 형태의 프리프레그를 준비하는 단계; 복수의 프리프레그를 라미네이트하여 적층체를 준비하는 단계; 및 상기 적층체에 열을 가하고 금형을 압착하여 성형하는 단계를 포함하는 건축용 폼타이의 제조방법을 제공한다. 이에 의하여 제조된 건축용 폼타이는 경량화가 실현되어 있음에도 강도 특성을 나타내며, 일체형 구조로서 성형성 및 작업성이 매우 우수하다.

Description

건축용 폼타이의 제조방법 이에 의하여 제조된 건축용 폼타이{METHOD OF MANUFACTURING FORMWARK TIE FOR BUILDING AND FORMWARK TIE FOR BUILDING MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 기술은 건축 시공시 사용되는 구조용 부품 분야의 기술로서, 구체적으로는 콘크리트 내벽과 외벽을 연결하는 구조용 부품인 폼타이의에 제조기술에 관한 것이다.
통상적으로 폼타이라는 건축용 부품은 콘크리트 시공에서 거푸집을 정확한 치수로 시공하기 위하여 사용하는 조임용 부품이다. 거푸집의 일정한 간격을 유지시키는 세퍼레이터의 역할도 수행하는 각종 철선, 꺽쇠, 볼트 등을 통틀어 포함하는 부품 용어이기도 하다.
도 1은 종래 폼타이의 사용예를 설명하기 위한 예시 도면이다. 도 1을 참조하면, 도 1에서 사각 테두리 내의 부품이 폼타이에 대응한다. 도 1에서 보는 바와 같이 폼타이는 벽체 간의 거리유지 및 고정을 위하여 사용되며, 도 1에서 보는 바와 같이 벽체를 관통하는 구조의 폼타이가 일반적이며, 이와 다르게 관통하지 않는 형태의 폼타이도 사용되고 있다.
이와 같이 상기 폼타이는 벽체간의 형태 유지 및 내구성 측면에서 매우 중요한 건축용 부품이며, 폼타이의 강도 및 치수 정확성은 건축물의 골격의 품질을 좌우하는 중요 인자로 작용한다.
따라서 상기 폼타이는 시공 후 파손, 변형 등 시공 분량이 발생하지 않도록 높은 인장강도를 가져야 하며 중단열 벽면체 시공 후, 폼타이의 변형, 부식으로 인한 건축물 안정성 저하 방지를 위하여 높은 굴곡 강도도 요구된다. 나아가 상기 폼타이 제조 기술분야에서는 건축물 시공 비용 절감을 위하여 원가 절감 및 경량화 이슈도 최근에는 중요하게 대두되고 있다.
도 2는 각각 국내형 폼타이와 외국형 폼타이를 예시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 국내 기술의 폼타이로서는 폼타이 양 끝단에 철근을 장입하여 내외부 벽면을 연결하는 타입이 주료 개발되어 있다. 이러한 폼타이는 철근 사용을 통하여 단가 및 시공비용을 절감할 수 있고 사출 성형으로 대량 생산이 가능한 장점을 갖기 때문이다. 그러나 상기 국내형 폼타이는 철근 사용으로 부식에 취약하고 외국 제품에 비하여 상대적으로 단열성이 취약한 측면이 있다. 나아가 철근의 높은 비중으로 인하여 벽면 무게가 증가되는 문제점이 있다.
한편, 외국의 폼타이 제품의 경우 철근을 사용하지 않고 폼타이를 벽면에 시공하여 연결하는 제품이 개발되어 있다. 이러한 외국 제품의 경우, 고강도 플라스틱을 사용하므로 정밀 가공이 유리하고, 벽면 경량화를 통한 운송비용 절감이 가능하다. 그러나 이러한 외국형 폼타이의 경우에도, 아직까지 강도 문제로 인한 깨짐, 부러짐 등 시공불량이 발생하는 경우가 많고 폼타이의 고단가로 인하여 높은 시공비용이 발생하는 문제도 있다. 나아가 일러한 타입의 폼타이는 정밀가공이 요구되므로 대량 생산이 어려운 측면이 있다.
본 발명은 전술한 종래 국내외 폼타이의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 폼타이 형상 가공이 용이하여 대량생산이 가능하고, 기계적 물성이 우수한 건축용 폼타이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조되고, 부식의 우려가 낮고 인장강도 및 굴곡강도 등의 기계적 특성이 우수하며 나아가 경량화가 실현되어 작업성이 매우 우수한 건축용 폼타이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 폼타이의 제조방법은 강화섬유 어레이를 준비하는 단계; 상기 강화섬유 어레이에 수지를 함침시켜 매트릭스 형태의 프리프레그를 준비하는 단계; 복수의 프리프레그를 라미네이트하여 적층체를 준비하는 단계; 및 상기 적층체에 열을 가하고 금형을 압착하여 성형하는 단계를 포함한다.
상기 강화섬유 어레이는 강화섬유의 단섬유 간에 직교하도록 직조된 직조체일 수 있다.
상기 강화섬유로서는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 카본 섬유, SiC 섬유 등이 사용될 수 있다.
상기 적층체는 각각의 프리프레그의 강화섬유 배열이 서로 동일하게 마주보도록 적층되어 형성될 수도 있고, 각각의 프리프레그의 강화섬유 배열이 서로 경사지도록 적층되어 형성될 수도 있다.
한편, 상기 적층체는 강화섬유의 종류가 서로 다른 이종의 프리프레그들을 포함할 수도 있다.
함침되는 수지로서는 에폭시계 수지가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 프리프레그는 함치 수지 100 중량부에 대하여 강화섬유 어레이를 30 내지 70 중량부로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 폼타이는 전술한 방법으로 제조되고, 길이방향으로 연장된 막대 형상을 간는 건축용 폼타이로서, 중앙부의 폭이 최대이고 양 말단에 가까워질 수록 폭이 일정하게 좁아지고, 표면에 복수의 요철을 갖는 일체형 구조체이다.
상기 건축용 폼타이는 인장강도 및 굴곡강도가 각각 적어도 300 MPa이며, 상기 길이방향에 수직한 방향의 단면이 원형일 수 있다.
본 발명에 따른 건축용 폼타이는 일체형 구조이고, 프레스 금형 방식 등 압착식 성형 방식에 의하여 이루어지므로 제조 과정이 단순하고 대량생산에 용이한 장점을 갖는다.
상기 폼타이는 인장강도 및 굴곡강도 등의 기계적 물성이 우수하고, 경량화가 실현되어 작업성이 매우 우수하며, 부품 운송 비용 등을 절감하여 전체적인 부품 단가를 저감할 수 있다.
또한, 상기 폼타이는 강화섬유 플라스틱으로 이루어져 있어 벽체간 열교환을 억제하므로 제조되는 벽체의 단열성을 향상시킬 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 폼타이는 시공의 경제성 뿐만 아니라 건축물의 안정성을 현저히 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 폼타이의 사용예를 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 2는 각각 국내형 폼타이와 외국형 폼타이를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 폼타이의 제조방법을 개념적으로 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리프레그의 강화섬유 직조 형상을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 폼타이를 개념적으로 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 폼타이의 제조방법 및 제조된 건축용 폼타이에 대하여 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명들은 본 발명의 기술사상을 구체화하여 설명하기 위한 예시적인 설명들이며, 본 발명은 아래 설명들로부터 유추될 수 있는 다양한 변형 실시예들을 포함할 수 있음은 자명하다. 아울러, 본 발명의 기술사상은 오직 후술하는 청구범위에 의하여 해석되고 제한될 수 있을 뿐, 하기 설명들에 의하여 본 발명의 기술사상이 제한되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 폼타이의 제조방법을 개념적으로 도시한 순서도이다.
건축용 폼타이의 제조방법(S10은 순차적으로 강화섬유 어레이 준비단계(S110), 프리프레그 준비단계(S120), 라미네이트 단계(S130) 및 프레스 성형단계(S140)를 포함한다.
강화섬유 어레이 준비단계(S110)는 수지에 의하여 함침시켜 프리프레그를 준비하는 단계(S120) 이전에 프리프레그를 이루는 강화섬유의 배열을 결정짓는 단계이다. 상기 강화섬유는 단섬유끼리 직교 방향으로 직조하여 형성될 수 있다. 이와 다르게, 직조가 아닌 단섬유들의 평행 배열 등 다양한 방식의 배열이 가능하고, 경우에 따라서는 부직포 형태의 강화섬유도 고려할 수 있다. 그러나 기계적 강도만을 고려했을 때는 직조 형태의 강화섬유 어레이가 유리하고 직조의 형태도 직교하는 방식의 직조가 유리한 것으로 테스트 결과 확인되었다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리프레그의 강화섬유 직조 형상을 예시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 직교 방식으로 직조된 강화섬유의 경우에도 도 4에서 보는 바와 같이 세부적으로 다양한 직조 형태를 포함할 수 있다. 즉, 십자형의 대칭적 직조 조직을 갖는 강화섬유, 단위 형태가 'ㄱ'자인 직조 조직을 갖는 강화섬유 등 다양한 직조 형태가 가능하다. 이러한 직조 형태는 최종 제조되는 폼타이의 물성과 기능에 영향을 미칠 수 있는 중요 인자로서 기능할 수 있으며, 향후 더욱 다양한 변형의 직조 형태에 대한 물성과의 상관 관계를 규명할 필요가 있다.
한편, 상기 강화섬유로는 다양한 공지된 섬유들이 사용될 수 있다. 상기 강화섬유로는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 카본 섬유 SiC 섬유 등 다양한 섬유가 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 하나의 강화섬유 어레이에 복수의 강화섬유가 포함될 수도 있다.
위와 같이, 강화섬유 어레이가 준비되면, 상기 강화섬유 어레이에 수지를 함침시켜 매트릭스 형태의 프리프레그를 준비한다(S120). 상기 프리프레그는 성형체의 부피를 결정하는 기본 단위 유닛으로 기능한다.
본 실시예에서, 상기 강화섬유 어레이에 함침되는 수지로는 에폭시계 수지가 사용된다. 에폭시계 수지의 경우 강화섬유의 강도 유지 및 라미네이트 단계(S130)에서의 열 압착 작업성이 우수하다.
함침 방식은 크게 제한되지 않는다. 예를 들어, 강화섬유 어레이를 수지 용액에 함침시켜 매트릭스를 구현할 수도 있고, 이와 다르게 강화섬유 어레이에 수지를 도포 또는 스프레이 방식으로 함침시킬 수도 있다. 이러한 함침 방식은 강화섬유 어레이으 형태 안정성을 고려하여 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 상기 수지는 수지 100 중량부 대비, 강화섬유가 30 내지 70 중량부가 되도록 함침되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 수지에는 성형성 및 강도 특성 등을 고려하여 다양한 첨가제가 포함될 수도 있다. 예를 들어, 강도 향상을 위하여 현무암을 열처리 후 분말화한 세라믹 분말이 미량 포함될 수 있다. 테스트 결과, 현무암 유래 세라믹 분말의 첨가시 상당한 강도 향상이 이루어지는 것으로 확인되었다.
위와 같이 매트릭스 형태의 프리프레그가 준비되면, 상기 복수의 프리프레그들을 적층하여 적층체를 준비한다(S130). 상기 적층체는 프리프레그의 두께, 제조되는 폼타이의 스케일을 고려하여 복수의 프리프레그들을 라미네이트하는 단계(S130)를 거쳐 이루어진다. 상기 프리프레그들은 수~수십 개가 사용될 수 있다.
한편, 상기 적층체는 동일한 강화섬유를 포함하는 동일한 프리프레그들의 라미네이트를 통하여 형성될 수도 있고, 서로 이종의 강화섬유를 포함하는 이종의 프리프레그들 라미네이트하여 형성될 수도 있다.
중요한 점은 최총 제조되는 폼타이의 표면, 내부 등의 영역별 물성을 고려하여, 해당 프리프레그가 폼타이의 어떠한 영역을 구성하는지 사전 예측하여 적층 순서를 결정하는 것이다. 이러한 이종의 프리프레그들의 적층을 통하여, 최종 제조되는 일체형 폼타이의 강도특성을 영역별로 다르게 설정할 수 있으며, 이는 특수한 폼타이의 제조를 가능하게 하는 기술적 기반이 될 수 있다.
상기 프리프레들은 나름의 직조 방향을 가지고 있다. 상기 라미네이트 단계(S130)에서 적층되는 복수의 프리프레그들은 동일한 직조 방향으로 대응되도록 적층될 수도 있으나, 이와 다르게 프리프레그간 서로 직조방향이나 배열 방향이 교차되거나 경사를 이루도록 적층될 수도 있다.
적층체를 이루는 프리프레그들의 강화섬유 어레이들이 오버랩 됨에 따라 형성되는 멀티 어레이는 위에서 보았을 때, 0~90°사이의 다양한 교차를 형성할 수 있으며, 이러한 다양성의 변수는 폼타이 물성을 다각화 할 수 있는 중요 기술인자로 작용할 수 있다.
적층체가 준비되면, 열을 가하면서 미리 설계된 특정 형상의 금형을 압착함으로써 적층체를 성형하는 단계(S140)가 이루어진다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 폼타이가 제조될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 성형은, 프레스 금형 방식으로 이루어지며, 1회의 압착 성형만으로 폼타이가 형성될 수 있다. 본 발명의 폼타이는 후술하겠으나 일체형으로 이루어져 있기 때문에, 이처럼 성형 공정이 단순화될 수 있다.
상기 가해지는 열의 온도는 함침된 수지 특성과 깊은 연관을 가지며, 적어도 함치 수지가, 가해지는 열에 의하여 적어도 일부 용융되어 프리프레그간의 융착을 가능하게 하는 범위에서 설정되어야 한다.
이하에서는, 위의 방법으로 제조될 수 있는 건축용 폼타이의 일 실시예를 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 폼타이를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 건축용 폼타이(100)는 전체적으로 길이방향을 따라 연장된 막대 형상의 구조체이다. 도 5에서 보는 바와 같이 폼타이(100)의 중앙 부위는 볼록한 구조를 가지며, 상기 중앙부위를 기준으로 양 말단(120)까지 대칭적인 구조를 갖는다. 또한, 중앙부위에서 말단까지 이어지는 부위는 점차 폭이 일정하게 좁아지는 구조를 갖는다. 한편, 본 실시예에서 상기 폼타이는 길이방향으 단면이 원형인 원기둥 형상을 갖는다. 그러나 이와 다르게 각형인 폼타이도 경우에 따라서는 필요할 수 있다.
한편, 상기 폼타이(100)는 적어도 일 영역에 요철(110)을 포함하며, 이러한 요철은 홈 형상을 포함한다. 이러한 홈 형상의 요철(110)은 폼타이(100)를 둘러싸는 시멘트 등과의 결합 특성을 증가시켜 전체적으로 시공된 폼타이(100)의 고정력을 증가시킨다.
양 말단(120)의 중앙부위는 오목하게 형성되어 있으며, 이는 다른 연결부품과의 결합 특성을 고려하여 고려된 구조이다.
전술한 바와 같이, 상기 폼타이(100)은 전체적으로 동일한 프리프레그의 성형으로 이루어질 수도 있으나, 표면부터 내부로 갈수로 서로 이질적인 프리프레그로 이루어질 수도 있다. 이러한 이질성은 강화섬유의 이질성, 또는 함침되는 수지의 이질성 등으로부터 기인할 수 있다.
결국, 상기 폼타이(100)는 요구되는 물성, 적용되는 건출물의 특수성, 적용되는 부위의 특수성 등 다양한 변화를 고려하여 상기한 변수 인자들을 고려하여 맞춤형으로 설계될 수 있을 것이다.
상기 폼타이(100)는 기본적으로 강화섬유 플라스틱으로 이루어져 있어 경량화를 실현할 수 있으며, 경량의 재질로 이루어짐에도 우수한 강도특성을 나타낼 수 있다. 실험결과, 표 1에서 보는 바와 같은 물성치를 확인하였다.
성능지표 성능 측정기관
인장강도(Mpa) 300 이상 한국건설생활환경시험연구원
굴곡강도(Mpa) 300 이상 상동
차수공차(mm) ±0.2 상동
이상에서 설명한 바에 따라, 본 발명에 따른 폼타이는 외국제품을 대체하여 다양한 건출물에 적용됨으로써, 시공 단가를 낮추면서도 건축물의 안정성을 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

Claims (11)

  1. 단섬유 간에 직교하도록 직조된 직조체인 강화섬유 어레이를 준비하는 단계;
    상기 강화섬유 어레이에 수지를 함침시켜 매트릭스 형태의 프리프레그를 준비하는 단계;
    복수의 프리프레그를 라미네이트하여 적층체를 준비하는 단계; 및
    상기 적층체에 열을 가하고 금형을 압착하여 성형하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되고,
    길이방향으로 연장된 막대 형상을 갖고,
    중앙부의 폭이 최대이고 양 말단에 가까워질 수록 폭이 일정하게 좁아지며,
    표면에 복수의 요철을 가지며 일체형으로 이루어진 건축용 폼타이.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강화섬유는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 카본 섬유 및 SiC 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 폼타이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 프리프레그는 각각의 프리프레그의 강화섬유 배열이 서로 동일하게 마주보도록 적층되는 것을 특징으로 하는 건축용 폼타이.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 프리프레그는 각각의 프리프레그의 강화섬유 배열이 서로 경사지도록 적층되는 것을 특징으로 하는 건축용 폼타이.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적층체는 강화섬유의 종류가 서로 다른 이종의 프리프레그들을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 폼타이.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수지는 에폭시계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 폼타이.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프리프레그는,
    수지 100 중량부; 및
    강화섬유 어레이 30 내지 70 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 폼타이.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    인장강도 및 굴곡강도가 각각 적어도 300 MPa인 것을 특징으로 하는 건축용 폼타이.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 길이방향에 수직한 방향의 단면이 원형인 것을 특징으로 하는 건축용 폼타이.
















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