KR20010014068A - 1방향성 강화섬유 복합기재 - Google Patents

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KR20010014068A
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사가라 아스히코
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Abstract

1방향으로 배열된 강화섬유 및 무기 또는 유기 섬유 또는 그것들의 조합물로 이루어진 메시형 재료로 구성된 기재 시트를 포함하고, 그 섬유에 감압접착제가 고체 함량으로서 0.3 내지 1.5 g/cm2의 비율로 부착되고, 상기 메시형 재료가 메시형 재료의 섬유 부분에서 상기 기재 시트의 양면 상에 점착고정되는 1방향성 강화섬유 복합기재. 이러한 1방향성 강화섬유 복합기재로 만들어진 1방향으로 배열된 강화섬유 시트가 강화 재료로서 사용되는 경우에, 1방향으로 배열된 강화섬유가 느슨해지지 않고, 이로써 수지의 함침성을 향상시키고, 1방향으로 배열된 강화섬유의 강화 효과를 증가시키고, 섬유가 취급 도중에 보풀이 발생하지 않아서, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

1방향성 강화섬유 복합기재{UNIDIRECTIONAL REINFORCING FIBER COMPOSITE SUBSTRATE}
탄소 섬유, 유리 섬유 등의 강화섬유가 1방향으로 배열된 시트형 기재는 섬유-강화된 플라스틱류 및 콘크리드 구조물을 위한 강화재로서 다양한 형태로 이용되어 왔다. 예를 들면, (i) 1방향으로 배열된 시트형 기재를 수지 광택제로 함침시키고, 건조하고, 반경화된 프리프레그(prepreg)로서 사용하는 것, (ii) 강화섬유의 제직포를 1방향으로 배열된 시트형 기재에 적층시키고, (i)과 동일한 방식으로 프리프레그로서 사용하는 것, 및 (iii) 강화섬유의 제직포 또는 절단 스트랜드 매트를 1방향으로 배열된 시트형 기재에 적층시키고나서, 얻어지는 어셈블리를 층들 사이에 니들링에 의해 또는 수지 분말로 부분적으로 고정시키고, 사용하는 것(JP-B-1-22,147) 등이 이제까지 존재해왔다. 더욱이, 근년에는, 고속도로 및 교각 등의 콘크리트 구조물이 노화되지 않도록 강화 및 수리하기 위한 기재로서, (iv) 1방향으로 배열된 강화섬유 시트를 표면 전체에 얇계 코팅된 접착제층을 통해 강화섬유의 제직포, 이형 시트, 이형 필름 등의 기재에 적층시키는 것(JP-A-6-206,272)이 개시되어 있다.
그러나, (i) 또는 (ii)의 경우에는, 1방향으로 배열된 강화섬유가 취급 도중에 느슨해지는 문제점을 피할 수 없다. 게다가, 프리프레그의 수명, 즉 사용연한, 경화실패, 불충분한 강도 등의 문제점 때문에, 상온경화성 수지를 사용할 수 없고, 수지의 선택이 제한된다. 그러므로, 열가소성 수지가 매트릭스 수지로서 사용된 1방향으로 배열된 프리프레그가 시판되고 있지만; 이 열가소성 수지가 사용된 것들은 상온에서 가요성이 불량하고, 성형가능하도록 하기 위해 예비가열이 필요하다.
한편, 강화섬유의 제직포 또는 절단 스트랜드 매트를 (iii)의 1방향으로 배열된 시트형 기재 상에 부분적으로 고정시키면, 상기 수지 선택의 문제점과 세퍼레이터로서 사용된 이형 필름의 박리 문제 등이 모두 생기지 않는다. 게다가, 1방향으로 배열된 강화섬유가 느슨해지는 것 등의 취급상의 문제점이 없다. 그러나, (iii)의 경우에서도, 층간 결합이 부분적인 고정이어서, 제직포 또는 매트 층의 단위 중량이 어느 정도 커져야 하기 때문에, 강화재층 내에서 1방향성 강화섬유가 차지하는 비율이 되도록 작아진다는 단점이 있다. 또한, 특히, 강화섬유의 제직포가 사용되는 경우에는, 1방향성 기재 시트를 반대쪽 면(제직포면)으로부터 수지로 함침하는데 시간이 많이 걸린다는 문제점도 있다.
더욱이, 1방향성 기재 시트를 (iv)의 접착제층을 통해 지지체에 적층하는 것은 수지로 함침하는 경우에는 많은 시간을 필요로 하고, 접착제가 지지체면 상에서 기재 시트의 전체 표면 상에 얇게 코팅되기 때문에, 함침되지 않은 부분이 생기는 경향이 있다. 또한, 탄소 섬유가 1방향으로 배열되는 수지강화용 섬유로서 사용되는 경우에는, 일반적으로 탄소 섬유 상에서 보풀이 일어나는 경향이 있기 때문에 강화 또는 수리 도중에, 접착제층을 통해 지지되는 1방향성 기재 시트의 지지체면의 반대쪽 면 상에서 보풀이 일어나는 경향이 있다는 문제점도 발생되어 왔다.
본 발명은 섬유-강화된 플라스틱류를 위한 강화기재로서, 그리고 섬유-강화된 플라스틱류, 콘크리드 구조물 등의 강화 및 수리를 위한 기재로서 사용되는 1방향성 강화섬유 복합기재에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재의 폭방향 단면도이다.
도 2는 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재의 제조를 나타내는 개략적인 다이아그램이다.
도 3은 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재의 폭방향 단면의 확대도이다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 이루어진 것이고, 그 목적은 섬유-강화된 플라스틱류의 성형작업 및 콘크리트 구조물의 강화 또는 수리 작업 도중에, 1방향으로 배열된 강화섬유가 느슨해지지 않는 1방향성 강화섬유 복합기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수지로 복합기재를 함침하는데 있어서 수지-함침 특성이 우수하고, 수지의 선택이 제한되지 않는 1방향성 강화섬유 복합기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 1방향으로 배열되어 있는 강화섬유의 강화 효과가 우수한 1방향성 강화섬유 복합기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 강화 또는 수리 작업 도중에 표면에서 보풀이 일어나지 않는 1방향성 강화섬유 복합기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 강화 또는 수리 작업에 사용되는 경우에 이형지, 세퍼레이터용 필름 등을 박리시키는 작업이 필요하지 않는 1방향성 강화섬유 복합기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 접착제가 기재 시트의 내부에서 강화섬유 부분으로 이동하는 것을 방지함으로써, 1방향성 강화섬유 복합기재의 강도 등의 물성의 열화를 억제하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 섬유 겉보기양이 큰 1방향성 강화섬유 복합기재를 제공함으로써, 작업현장에서 1인 1일 노동량을 감소시켜 생상효율을 향상시키고 비용을 감소시키는 것에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동절기에도 작업 도중에 메시형 재료의 박리 등의 문제점이 발생되지 않고, 양호한 취급특성 및 양호한 작업성을 갖는 1방향성 강화섬유 복합기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 강화 및 수리를 위한 기재로서, 경화된 면을 갖는 플라스틱류, 콘크리트 구조물 등에도 적용될 수 있고, 복합기재 자체가 가요성인 1방향성 강화섬유 복합기재를 제공하는 것이다.
발명의 개시
간단히 말하자면, 본 발명은 1방향으로 배열된 강화섬유 및 무기 또는 유기 섬유 또는 그것들의 조합물로 이루어진 메시형 재료로 구성된 기재 시트를 포함하고, 그 섬유에 감압접착제가 0.3 내지 1.5 g/cm2의 비율로 부착되고, 상기 메시형 재료가 메시형 재료의 섬유 부분에서 상기 기재 시트의 양면 상에 점착고정되는 1방향성 강화섬유 복합기재이다.
본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재에서, 감압접착제가 메시형 재료의 1면에만 부착되고, 접착제가 부착되어 있는 면 상에서 메시형 재료가 기재 시트 상에 점착고정되는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재에서, 무기 섬유로 이루어진 메시형 재료가 기재 시트의 1면 상에 점착고정되고, 유기 섬유로 이루어진 메시형 재료가 다른 1면 상에 점착고정되는 것이 바람직하다.
게다가, 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재에서, 1방향으로 배열된 탄소 섬유를 기재 시트로서 사용하는 것이 바람직하고, 유리 섬유로 이루어진 메시형 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 1방향성 강화섬유 복합기재에서, 메시형 재료의 두께가 70 내지 110㎛인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재의 메시형 재료에 부착되는 접착제로서는, 수평균분자량이 100,000 내지 1,000,000이고, 2차 전이점이 -40 내지 -70℃인 아크릴 타입 감압접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명을 수행하기 위한 최량의 형태
본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재에 대해서, 아래에 더욱 상세히 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재(1)에서, 메시형 재료(3)는 1방향으로 배열된 강화섬유(2a)로 구성된 기재 시트(2)의 양면 상에, 메시형 재료를 구성하는 섬유(4)에 부착된 감압수지(5)에 의해, 점착고정된다.
여기에서, 본 발명에서의 "점착고정"은 유동성을 갖는 감압접착제의 점도(점착성이 있는 상태)를 이용하여, 메시형 재료(3)의 섬유(4; 섬유 부분)에 부착된 감압접착제의 점착성에 의해, 배열된 강화섬유(2a)로 구성된 기재 시트(2)를 메시형 재료(3) 상에 고정시키는 것을 의미하고, 고정시키는데 있어서 용해, 가열 등의 수단이 필요하고 고정된 부분이 분리되어 있는 경우에는 내점탄성을 갖지 않는 결합 및 가열-용융-결합과는 상이한 고정상태를 나타낸다. 즉, 점착고정에 있어서, 용해, 가열 등의 수단이 필요하지 않고, 메시형 재료(3)를 점착 후에 기재 시트(2)로부터 분리하려고 하는 경우에는, 내점탄성이 외력에 대해 나타나게 된다. 따라서, 본 발명의 점착고정에 있어서, 메시형 재료가 기재 시트에 결합 또는 가열-용융-결합되는 복합기재와는 달리 대곡면을 갖는 구조물에도 메시형 재료의 박리 등의 문제점없이 작업을 적용하는 것이 가능하다.
복합기재의 강도가 열화되어 감압접착제가 온도변화 등에 의해 강화섬유쪽으로 이동하는 것을 수반하는 것을 방지하고, 섬유 겉보기양을 증가시킨다는 관점에서, 부착되는 감압접착제의 양이 고체함량으로서 0.3 내지 1.5 g/m2일 필요가 있고, 0.5 내지 1.0 g/m2인 것이 더욱 바람직하다. 더욱이, 부착된 접착제의 양이 0.3 g/m2미만인 경우에는, 메시형 재료의 점착성이 불충분하고, 메시형 재료가 1방향으로 배열된 기재 시트를 위한 지지체로서의 충분한 효과를 발휘할 수 없다. 한편, 부착된 접착제의 양이 1.5 g/m2보다 큰 경우에는, 감압접착제를 메시형 재료의 1면에만 부착시키는 것이 어렵고, 따라서 어떤 경우에는 이형지 또는 이형 필름이 필요하게 된다. 게다가, 부착되는 접착제의 양이 1.5 g/m2보다 큰 경우에는, 복합기재가 에폭시 수지 등으로 함침될 때, 메시형 재료의 점착부가 함침을 방해한다는 문제점이 발생한다.
본 발명의 복합기재에서, 부착되는 감압접착제의 양이 상기 한 바와 같이 0.3 내지 1.5 g/m2정도로 적기 때문에, 감압접착제가 원칙적으로 메시형 재료의 1면에만 부착된다. 또한, 감압접착제가 양면에 부착되는 경우에도, 기재 시트 면과 접촉하지 않는 면에 부착되는 감압접착제의 양이 적을 수 있어서, 상기 면은 점착성이 없어서 이형지, 이형 필름 등이 필요하지 않지만; 도 3에 나타낸 바와 같이, 감압접착제가 메시형 재료의 섬유 부분(4)의 1면에만 부착되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 1방향으로 배열된 강화섬유로서는, 유리 섬유, 탄 소섬유, 아라미드 섬유, 알루미나 섬유 등의 연속적인 섬유의 1종 또는 복수 종을 사용하는 것이 바람직하고, 탄소 섬유가 가장 바람직하다. 더욱이, 연속적인 섬유의 형태로서는, 필라멘트 직경이 3㎛ 내지 30㎛인 모노필라멘트 100 개 내지 30,000 개가 결속되어 형성되고, 꼬이지 않은 상태 또는 약간 꼬인 상태인 스트랜드가 적합하고, 1개의 스트랜드의 카운트가 50 내지 2,000 tex인 것이 바람직하다.
본 발명의 메시형 재료로서는, 유리 섬유, 탄소 섬유 등의 무기 섬유; 아라미드 섬유 등의 유기 섬유; 알루미나 섬유; 또는 이것들의 조합물로 이루어진 것들을 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 섬유에 제한되는 것은 아니고, 어떤 경우에는, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 아크릴 섬유, 비닐론 섬유 등도 역시 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 기재 시트 상에 점착고정되는 메시형 재료로서, 기재 시트의 양면 상에 동일하거나 상이한 메시형 재료를 사용할 수 있다. 그러나, 내알칼리성의 관점에서, 무기 섬유로 이루어진 메시형 재료는 기재 시트의 1면 상에 점착고정되고, 유기 섬유로 이루어진 메시형 재료는 콘크리트 표면과 접촉하는 다른 면 상에 점착고정되는 기재 시트를 제조할 수 있다.
또한, 1방향으로 배열된 강화섬유와 메시형 재료에서 사용되는 섬유에 대해서는, 동일한 종류의 섬유 또는 상이한 종류의 섬유가 사용될 수 있지만; 치수안정성 및 내열성의 관점에서는 기재 시트에서 탄소 섬유를 사용하고 메시형 재료에서 유리 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 메시형 재료는, 원칙적으로, 경사 및 위사를 갖고 섬유와 유사한 형태를 구성하고 얀 사이의 공간이 2 내지 20mm인 메시형 재료를 말한다. 공간이 2mm 미만인 경우에는, 메시형 재료가 수지에 의한 함침에서 방해가 되고, 공간이 20mm보다 큰 경우에는, 수지에 의한 함침에서 브러시로 문지름으로써 1방향으로 배열된 강화섬유 상에 보풀이 일어나는 경향이 있다.
섬유와 유사한 형태는, 사실상, 제직포뿐만 아니라 상기 구조를 갖는 제직포이외의 형태를 포함한다. 예를 들면, 경사 및 위사가 서로 겹쳐 있고 교차부가 수지로 결합되어 있는 부직포로 불리는 섬유-형태 재료를 포함한다. 이것을 제직기계를 사용하지 않고 제조할 수 있기 때문에, 제조비용이 제직포보다 낮고, 섬유-형태 재료는 메시형 제직포보다 취급특성도 더 우수하다. 부직포는 2축 부직포뿐만 아니라 3축 부직포도 포함하고, 이것들은 본 발명의 메시형 재료에 포함된다. 3축 부직포에서, 오블리크 얀(oblique yarn)은 경사에 대해 2방향으로 배열되고, 3축 부직포는 강도 및 기타 특성의 방향성이 2축 부직포 및 제직포보다 적고, 지지체로서의 안정한 물성이 얻어져서, 본 발명에 적합하다.
본 발명에서 사용되는 메시형 재료의 단위 중량이 5 내지 70 g/m2인 것이 바람직하고, 7 내지 25 g/m2인 것이 더욱 바람직하다. 단위 중량이 5 g/m2미만인 경우에는, 지지체로서의 강도가 충분하지 않고, 단위 중량이 70 g/m2보다 큰 경우에는, 복합기재에서 메시형 재료가 차지하는 비율이 커지게 되고, 성형물품에서의 1방향성 강화 효과가 감소된다.
더욱이, 본 발명의 메시형 재료의 두께가 70 내지 110 ㎛인 것이 바람직하다. 이것은 본 발명의 복합기재가 비록 어떤 경우에는 단일층의 형태로서 사용되지만, 일반적으로는 2개 층 이상의 적층물의 형태로서 사용되기 때문이다. 즉, 복합기재가 적층되고, 매트릭스 수지가 상기로부터 얻어지는 적층물에 도포되어 적층물을 수지로 함침하는 경우에는, 메시형 재료 부분이 다른 부분에 비해 수지 함량이 큰 층을 형성하는 경향이 있다. 따라서, 메시형 재료 부분의 강도는 1방향성 기재의 층의 강도에 비해 약해져서, 메시형 재료의 두께가 되도록이면 얇은 것이 바람직하다. 그러나, 단일층의 형태로서 사용되거나 또는 일부 용도에 적용되는 경우에는, 상기 범위보다 두꺼운 경우에서도 사용될 수 있다. 게다가, 메시형 재료의 두께가 70㎛ 보다 얇은 경우에는, 그 강도가 낮아지고 지지체로서의 기능이 불충분해진다.
본 발명에서 제직포 또는 부직포 등의 메시형 재료에 적용되는 감압접착제로서는, 상온에서 점착성을 갖는 것들이 사용된다. 특히, 고분자량을 갖는 중합체를 비교적 용이하게 얻을 수 있고 감압접착제로서의 점착성이 크다는 관점에서, 아크릴 타입 감압접착제가 사용된다. 즉, 점착성이 크고 분자량이 큰 아크릴 타입 감압접착제를 사용함으로써, 섬유 겉보기양이 큰 1방향성 강화섬유 복합기재를 얻을 수 있고, 이로써 작업현장에서의 실시 단계의 숫자를 감소시킬 수 있고, 생산 효율을 향상시키고 비용을 감소시키는 것이 가능해진다. 또한, 동절기에도 실시 도중에 메시형 재료의 박리 등의 문제점을 발생시키지 않고, 양호한 취급특성 및 양호한 작업성을 갖는 1방향성 강화섬유 복합기재를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 주성분이 아크릴산 에스테르의 중합체 또는 공중합체인 감압접착제를 언급할 수 있지만; 접착제가 이에 제한되는 것은 아니다. 더욱이, 공중합되는 단량체를 선택함으로써, 유리전이점이 낮은 중합체를 얻을 수 있고, 이것은 저온에서 점착성을 갖는 감압접착제로 형성될 수 있다.
본 발명의 경우에서는, 사용되는 감압접착제의 양이 상기한 정도로 적고, 따라서, 점착서이 큰 감압접착제를 사용할 필요가 있다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 아크릴 타입 감압접착제의 수평균분자량이 100,000 내지 1,000,000인 것이 바람직하다. 수평균분자량이 500,000 내지 1,000,000인 것이 더욱 바람직하다. 수평균분자량이 100,000 미만인 경우에는, 점착성이 적고, 따라서, 1방향으로 배열된 강화섬유 기재를 확실하게 유지하는 것이 어렵다. 게다가, 수평균분자량이 1,000,000 보다 큰 경우에는, 점착성 및 결합강도는 역으로 낮아지고, 배열된 강화섬유 기재를 유지하는데 문제점이 발생된다.
본 발명에서 사용되는 아크릴 타입 감압접착제의 2차 전이점이 -40 내지 -70℃인 것이 바람직하다. 2차 전이점이 -40℃ 보다 높은 경우에는, 감압접착제가 동절기에 옥외에서 사용될 때 가요성을 잃고, 메시형 재료가 1방향성 기재로부터 박리되는 등의 문제점이 발생한다. 이에 반하여, 2차 전이점이 -70℃ 미만인 경우에는, 하절기에 사용할 때, 점착성의 감소, 블리딩 등으로 인한 박리와 같은 현상이 발생하여, 앞면과 뒷면이 롤링 업(rolling up) 시에 서로 달라붙는 불편함이 발생한다.
한편, 본 발명의 1방향성 강화섬유 기재에서 사용되는 감압접착제가 항상 아크릴 타입에만 제한되는 것은 아니고, 상온에서 점착성이 크고 저온에서도 충분한 점착성을 갖기만 한다면 아크릴 타입 이외의 것들도 사용될 수 있다. 예를 들면, 감압접착제 테이프에서 사용되는 폴리비닐 에틸 에테르, 폴리비닐 이소부틸 에테르, 폴리이소부틸렌, SBR 고무, 부틸 고무 등으로 만들어진 감압접착제가 있다.
용매의 종류에 따라서, 감압접착제를 용액 타입, 라텍스 타입, 에멀션 타입 등으로 분류할 수 있고, 모든 타입이 사용될 수 있다.
본 발명의 기재 시트에서, 1방향으로 배열된 강화섬유는 연속적으로 배치되거나 또는 일정한 간격을 두고 배치될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재를 롤링 업하는 경우에는, 메시형 재료가 1방향으로 배열된 기재의 양면 상에 점착고정되고, 메시형 재료가 메시형 재료의 점착 표면의 반대면 상에 감압접착제를 갖지 않기 때문에, 롤링 업 전에 종래의 복합기재에서와 같이 이형지 또는 이형 필름을 세퍼레이터로서 배치할 필요가 없다. 그 결과로서, 1방향성 강화섬유 복합기재를 사용하여, 콘크리트 구조물-강화 작업을 수행하는 경우에는, 세퍼레이터를 박리하고, 작업을 완결한 후에 세퍼레이터를 폐기할 필요가 없게 되고, 따라서, 강화 작업을 효율적으로 수행할 수 있다.
다음으로, 1방향성 강화섬유 복합기재를 제조하기 위한 본 발명의 방법을 도 2를 참조하여 설명한다. 먼저, 강화섬유(2a)를 1방향으로 배열하고, 위권기(13)로부터 압신성형하여 시트 형태로 만들고, 벌집 형태 가이드(6)를 통과시켜 핏치를 균일하게 함으로써, 1방향성 기재 시트(2)를 형성한다. 개별적으로, 메시형 기재(3)를 롤(14)로부터 압신성형하고, 코팅 장치(7a)에 의해 감압접착제(5)로 코팅한다. 감압접착제(5)를 에멀션 형태로 공급하고, 적용된 감압접착제의 양을 에멀션의 점도, 코팅 롤러의 회전속도, 메시형 재료의 압신성형 속도 등에 의해 제어한다. 부착되는 감압접착제의 양은 상기한 바와 같이 고체 함량으로서 0.3 내지 1.5 g/m2인 것이 바람직하고, 감압접착제의 양이 이 범위 내에 있는 경우에는, 메시형 재료를, 도 3에 나타낸 바와 같이 메시형 재료를 구성하는 섬유(4)의 표면의 1면에 감압접착제(5)가 부착되는 상태로 만드는 것이 가능하다.
한편, 메시형 재료가 기재에 적층되고, 미리 제조되어 개별적인 장소의 롤에 감겨 있는 메시형 재료를 사용할 수 있기 때문에, 감압접착제가 부착되는 메시형 재료를 동시에 제조할 필요는 없다.
감압접착제(5)를 메시형 재료(3)에 부착시키는 방법은 코팅 방법뿐만 아니라, 함침 방법, 분무 방법 등에 의해서도 수행될 수 있다. 감압접착제로 코팅된 메시형 재료(3)를 건조용 드럼 실린더(8a) 상에서 건조시킨다. 이 때에, 메시형 재료(3)를 드럼 실린더(8a)의 실린더 표면과 접촉시켜 건조시키는데, 메시형 재료를 가열하여 실린더와 접촉하는 표면으로부터 건조시킨다. 그 결과로서, 전체 메시형 재료 상에 코팅된 감압접착제(5)가 건조와 함께 실린더 면의 반대쪽의 메시형 재료의 앞면의 표면으로 이동한다. 코팅양이 1.5 g/m2이하로 제한되기 때문에, 건조된 메시형 재료(3)는 실린더 면의 반대쪽의 메시형 재료의 앞면 상에서만 점착성을 갖고, 1방항성 기재 시트(2)에 적층되고, 가압롤러(9a 및 9b)에 의해 접촉적으로 점착된다. 또한, 코팅 수단(7b)에 의해 기재 시트의 반대 면으로 공급되는 메시형 재료(3) 상에 수지(5)를 코팅하고, 드럼 실린더(8b) 상에서 건조하여 실린더 면의 반대쪽의 메시형 재료의 앞면이 점착성을 갖도록 한다. 가압롤러(10a 및 10b)에 의해 1방향성 기재 시트(2)의 반대 면에 적층 및 접촉적으로 점착시켜, 메시형 재료가 양면 상에 점착고정되어 있는 1방향성 강화섬유 복합기재를 얻는다.
콘크리트 구조물 등을 강화하는 경우에는, 연결부의 선 내에서 약 7센티미터 만큼 기재를 겹칠 필요가 있다. 그러나, 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재는 세퍼레이터를 사용하지 않기 때문에 연결부의 선의 제어가 용이하다는 이점도 갖는다.
본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재를 사용하여, 섬유-강화된 플라스틱을 성형하는 경우에는, 성형의 형태에 따라서 절단하고, 그것의 필요한 수의 시트를 1방향으로 배열된 강화섬유의 방향을 따라서 적층한다. 그 위로부터 수지를 도포하여 수지로 함침한 후, 성형을 밀봉하고, 압력을 가하여 수지를 경화시킨다. 본 발명의 1방향성 복합기재에서, 메시형 재료는 1방향으로 배열된 강화섬유 기재 시트의 양면에 점착되고, 따라서, 1방향성 복합기재가 적당한 형태로 절단되는 경우에도, 1방향으로 배열된 강화섬유가 느슨해지지 않는다. 더욱이, 메시형 재료에 부착된 감압접착제의 양이 0.3 내지 1.5g/m2정도로 작기 때문에, 기재 자체가 가요성을 유지하고, 성형 레지스터 등의 작업이 용이하다.
강화 및 수리 작업에 있어서, 매트릭스 수지에 의한 함침에서도, 메시형 재료는 메시형 재료의 섬유 부분 상에 존재하는 소량의 감압접착제에 의해 기재 시트 상에 단지 점착고정되고, 따라서, 함침 수지가 메시형 재료의 개구부로부터 1방향성 기재 시트 내로 용이하게 침투되고, 기재 시트의 표면에 접착제층 등이 없기 때문에 함침 수지의 함침 속도가 높다. 또한, 수지에 의한 함침에서, 표면을 브러시, 롤러 등으로 문지르는 경우에도, 메시형 재료가 표면에 존재하기 때문에 1방향으로 배열된 강화섬유 상에 보풀 등이 거의 일어나지 않는다.
더욱이, 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재에서, 메시형 재료가 차지하는 비율이 작아서, 원래의 목적인 1방향으로의 강화 효과가 커질 수 있다. 게다가, 메시형 재료가 양면 상에 존재하기 때문에, 양면이 동일한 방식으로 사용될 수 있고, 1면을 자유롭게 선택할 수 있다는 이점도 갖는다.
본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재는 고속도로, 교각 등의 콘크리트 구조물의 강화 및 수리 작업에 사용될 수 있고, 이 경우에는, 원위치에서 실시된다. 수리를 필요로 하는 장소에 따라서 적합한 크기로 절단한다. 프라이머를 수리되는 장소에 도포하고, 상온경화 타입 수지, 예를 들면, 에폭시 수지 등을 그 위에 코팅한다. 절단된 복합기재를 그 위에 적층하고, 에폭시 수지를 브러시에 의해 위로부터 그 위에 추가적으로 도포한다.
상기 강화 및 수리 방법에서, 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재가 절단되는 경우에도, 강화섬유가 느슨해지지 않고, 수지-함침 속도가 높고, 1방향성 강화효과가 크다. 수지의 도포 시에 표면에 보풀이 일어나지 않고, 양면을 동일한 방식으로 사용할 수 있고, 현장에서의 실시, 취급 등이 매우 양호하다.
게다가, 콘크리트 구조물 등을 강화하는 작업을 어떤 경우에는 동절기에 수행할 수도 있지만; 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재에서, 아크릴 타입 접착제 등과 같이 유리전이점이 낮은 감압접착제를 사용하여, 동절기의 옥외 온도에서도 점착성 및 가요성을 유지할 수 있다. 그러므로, 메시형 재료와 1방향성 기재 시트 사이에서 박리되는 문제점 및 강화되는 표면에 대해 적합성이 불량하다는 문제점이 모두 발생되지 않고, 작업성을 양호하게 유지할 수 있다.
실시예 1
(1) 1방향성 기재 시트
PAN계 탄소 섬유[TORAY INDUSTRIES, INC.제 TOREKA T300-12K]를 강화섬유로서 사용하고, 200 g/m2이 되도록 배열하여 1방향성 기재 시트를 제조하였다.
(T300-12K는 각각 직경이 7㎛인 필라멘트 12,000개의 결속이다.)
(2) 메시형 재료
유리섬유로 만들어진 3축 부직포[NITTO BOSEKI CO., LTD제 KT228E]를 사용하였다. 3축 부직포의 사양은 다음과 같았다:
단위 중량 : 9 g/m2
밀도(경사 ×오블리크 얀) : 1얀/9mm ×1얀/9mm
두께 : 100㎛
사용된 얀 : ECE225 1/0 1Z
(필라멘트 직경: 7㎛, 카운트: 22.5 tex)
(3) 1방향성 강화섬유 복합기재의 제조
감압접착제로서의 알킬아크릴레이트 공중합체[MITSUBISHI CHEMICAL BASF CO., LTD.제 Acronal YJ-8400D]로 메시형 재료를 코팅하여, 고체 함량이 1.0 g/m2이 되도록 하고나서, 드럼 실린더 상에서 건조하고, 1면 점착 마무리를 하고, 그 후에 1방향성 기재 시트의 양면에 적층하여 1방향성 탄소 섬유 복합기재를 얻었다.
그렇게 얻어진 1방향성 탄소 섬유 복합기재를 세퍼레이터 없이 감아서, 2일 동안 방치한 후에 풀었다. 그러나, 감기는 면들이 서로 점착되는 현상은 발견되지 않았다. 게다가, 이 1방향성 탄소 섬유 복합기재를 에폭시 수지로 함침했을 때 함침 특성이 양호하다는 것을 발견하였고, 수지를 브러시에 의해 코팅했을 때, 1방향으로 배열된 탄소 섬유 상에 보풀이 일어나지 않고, 실시 특성도 양호하였다.
실시예 2
유리 섬유로 만들어진 2축 부직포를 메시형 재료로서 사용하였다.
유리 섬유로 만들어진 2축 부직포[NITTO BOSEKI CO., LTD제 KC 0505A ADI].
2축 부직포의 사양은 다음과 같았다:
단위 중량 : 22 g/m2
밀도(경사 ×위사) : 5얀/25mm ×5얀/25mm
상기 유리 섬유 2축 부직포를 메시형 재료로서 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로, 1방향성 탄소 섬유 복합기재를 얻었다.
실시예 2에서 얻어진 1방향성 탄소 섬유 복합기재를 에폭시 수지로 함침했을 때 함침 특성이 양호하였다.
실시예 3
1방향성 기재 시트로서, 실시예 1과 동일한 것을 사용하고, 메시형 재료로서, 비닐론으로 만들어진 3축 부직포[NITTO BOSEKI CO., LTD제 KTV3226] 및 실시예 1에서 상요된 것과 동일한 유리 섬유 3축 부직포를 사용하였다. 비닐론으로 만들어진 3축 부직포의 사양은 다음과 같았다:
단위 중량 : 21.3 g/m2
밀도(경사 ×오블리크 얀) : 1얀/9mm ×1얀/9mm
상기 3축 부직포를 사용하였고, 도 2에 나타낸 방법에 따라서, 유리 섬유로 만들어진 3축 부직포가 1면에 점착고정되어 있고, 비닐론으로 만들어진 3축 부직포가 다른 면에 점착고정되어 있는 1방향성 탄소 섬유 복합기재를 얻었다. 코팅양은 각 면에서 1.5 g/m2이었다.
실시예 3에서 얻은 1방향성 탄소 섬유 복합기재를 에폭시 수지로 함침하였을 때, 함침 특성이 양호하였고, 탄소 섬유 기재 상에 보풀이 일어나지 않았고, 실시 특성이 양호하였다.
비교예 1
메시형 재료 상에 코팅된 감압접착제의 양을 2.5 g/m2으로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
비교예 1에서 얻어진 1방향성 탄소 섬유 복합기재를 감아서, 2일 동안 방치한 후에 풀었고, 그 때에 기재의 앞면 및 뒷면이 메시형 기재 부분에서 서로 점착되었고, 탄소 섬유 상에서의 보풀, 메시형 재료 사이에서의 점착 및 박리가 발견되었다.
비교예 2
메시형 재료 상에 코팅된 감압접착제의 양을 0.2 g/m2으로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
비교예 2에서 얻어진 1방향성 탄소 섬유 복합기재는 메시형 재료와 1방향성 탄소 섬유 기재 사이에서의 점착 면에서 불충분하였고, 부분적인 박리가 발견되었다.
비교예 3
메시형 재료 상에 코팅된 감압접착제의 양을 10 g/m2으로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로, 1방향성 탄소 섬유 복합기재를 제조하였다.
그렇게 얻어진 기재를 감고, 2일 동안 방치한 후에, 풀어서, 기재의 앞면 및 뒷면이 메시형 재료 부분에서 점착되고, 탄소 섬유 상에 보풀이 일어나고, 메시형 재료가 서로 점착되고, 박리가 발생한 것을 발견하였고, 따라서 이형지없이 제품을 시판할 수 없었다.
또한, 실시예 1과 동일한 방식으로, 에폭시 수지에 의한 함침을 수행하고, 그 때에 함침은 메시형 재료의 주변에 덮여 있는 감압접착제에 의해 방해받았고, 실시하는데 많은 시간이 소요되었다.
비교예 4
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 1방향성 기재 시트의 양면에 점착되는 메시형 재료로서는, 실시예 2에서 사용된 것과 동일한, 유리 섬유로 만들어진 2축 부직포를 사용하였고, 감압접착제로서 에폭시 수지[Yuka-Shell Epoxy Co., Ltd제 Epikote 834]를 고온 롤을 사용하는 롤 코터 방법에 의해 10 g/m2의 비율로 2축 부직포에 도포하였고, 실시예 1과 동일한 방식으로, 1방향성 탄소 섬유 복합기재를 얻었다.
이 기재를 온도가 0℃인 현장에서 절단한 경우에는, 감압접착제로서 사용된 무경화제 에폭시 수지가 낮은 온도로 인해 경화되어서, 2축 부직포가 기재의 표면으로부터 박리되었고, 박리는 브러시에 의해 에폭시 수지로 함침하는 후속적인 작업 중에 발생하였고, 이 작업은 어렵고 시간이 많이 걸렸다. 실시예 1 및 2의 기재의 경우에는, 이러한 현상이 발생되지 않았다.
더욱이, 이 기재를 분위기 온도가 30℃인 장소에서 28일 동안 유지한 후에, 풀고나서, 실시예 1과 동일한 방식으로 브러시에 의해 경화제를 함유하는 에폭시 수지로 함침하였다. 그러나, 메시형 재료에 부착된 에폭시 수지 감압접착제가 이동하여 덮여 있어서 에폭시 수지로 함침될 수 없는 부분이 생겼다. 동일한 방식으로 시험된 실시예 1, 2 및 3의 기재의 경우에는, 이러한 현상이 발생되지 않았다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 섬유-강화된 플라스틱을 성형하는 작업과 콘크리트 구조물을 강화 및 수리하는 작업 도중에, 1방향으로 배열된 강화섬유가 느슨해지지 않고, 강화 효과가 우수한 1방향성 강화섬유 복합기재를 제공할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는, 단지 소량의 감압접착제가 메시형 재료의 섬유 부분에 부착되어, 복합기재를 함침하는 수지의 함침 특성이 섬유-강화된 플라스틱을 성형하는 작업과 콘크리트 구조물을 강화 및 수리하는 작업 도중에 우수하고, 수지의 선택이 제한되지 않는다.
게다가, 본 발명에서는, 메시형 재료가 기재 시트의 양면 상에 존재하여, 강화 및 수리 작업 도중에 표면 상에 보풀이 일어나지 않는 1방향성 강화섬유 복합기재를 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에서는, 메시형 재료에 부착되는 감압접착제의 양이 특정한 양이기 때문에, 1방향성 강화섬유 복합기재에 대해 이형지 및 세퍼레이터 등이 필요하지 않고, 복합기재가 강화 및 수리 작업에 사용되는 경우에는, 이형지, 세퍼레이터 등을 박리하는 작업을 수행할 필요가 없다는 효과를 얻는다.
본 발명에서는, 메시형 재료에 부착되는 감압접착제의 양이 특정한 양이기 때문에, 온도 변화 등에 의해 감압접착제가 기재 시트의 내부에서 강화섬유 부분으로 이동하는 것을 방지할 수 있고, 이로써 1방향성 강화섬유 복합기재의 시간에 따라 물성이 열화되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 기재 시트 및 메시형 재료가 점착고정되기 때문에, 복합기재 자체가 가요성을 갖고, 이로써 곡면을 갖는 플라스틱 재료, 콘크리트 구조물 등의 강화 및 수리를 위한 기재로서 복합기재를 적용하는 것이 가능해진다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 1방향성 강화섬유 복합기재는 수지-함침 특성이 우수하고, 1방향으로 배열된 강화섬유의 비율이 높기 때문에, 1방향성 강화 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 복합기재에서는, 1방향으로 배열된 강화섬유가 느슨해지지 않고, 기재 자체가 가요성을 갖고, 앞면 및 뒷면에 따라 선택하는 것이 필요하지 않고, 이형지 등이 불필요하여, 복합기재는 취급 특성 및 원위치에서의 실시 특성이 우수하고, 따라서 본 발명은 산업적으로 매우 큰 효과를 갖는다.

Claims (6)

1방향으로 배열된 강화섬유 및 무기 또는 유기 섬유 또는 그것들의 조합물로 이루어진 메시형 재료로 구성된 기재 시트를 포함하고, 그 섬유에 감압접착제가 고체 함량으로서 0.3 내지 1.5 g/cm2의 비율로 부착되고, 상기 메시형 재료가 메시형 재료의 섬유 부분에서 상기 기재 시트의 양면 상에 점착고정되는 1방향성 강화섬유 복합기재.
제 1 항에 있어서, 감압접착제가 메시형 재료의 1면에만 부착되고, 접착제가 부착되어 있는 면 상에서 메시형 재료가 기재 시트 상에 점착고정되는 1방향성 강화섬유 복합기재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 무기 섬유로 이루어진 메시형 재료가 기재 시트의 1면 상에 점착고정되고, 유기 섬유로 이루어진 메시형 재료가 다른 1면 상에 점착고정되는 1방향성 강화섬유 복합기재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 기재 시트가 1방향으로 배열된 탄소 섬유로 구성되고, 메시형 재료가 유리 섬유로 이루어지는 1방향성 강화섬유 복합기재.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 메시형 재료의 두께가 70 내지 110㎛인 1방향성 강화섬유 복합기재.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 감압접착제가 수평균분자량이 100,000 내지 1,000,000이고, 2차 전이점이 -40 내지 -70℃인 아크릴 타입 감압접착제인 1방향성 강화섬유 복합기재.
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