KR200265512Y1 - 보강제를 포함하는 고강도 하수관 - Google Patents

Abstract

나선형으로 권취되어 있는 소형관; 및 상기 나선형으로 권취된 소형관의 사이에 개재되어, 인접하는 소형관을 접합하는 접착층을 구비하는 하수관으로서, 상기 소형관을 제1 열가소성 합성수지 40 내지 80중량% 및 무기질 보강제로서 탄산칼슘 20 내지 60중량%을 포함하는 코어부와, 제2 열가소성 합성수지로 이루어지며 상기 코어부의 외주면을 둘러싸는 스킨부로 이루어지게 함으로서, 중공을 갖는 이중벽관에 비해 토압 또는 유압에 대한 균일한 강성 및 향상된 강성을 갖으면서 간단한 공정으로 저렴하게 제조될 수 있는 고강도 하수관을 개시한다.

Description

보강제를 포함하는 고강도 하수관 {High strength sewer pipe including strength reinforcing agent}

본 고안은 보강제를 포함하는 고강도 하수관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소형관을 나선형으로 권취하면서, 인접하는 소형관을 수지로 접합하여 제조되는 고강도 하수관에 관한 것이다.

합성수지 이중벽관은 종래에 사용되던 시멘트관에 비해 무게가 가벼우며, 배관 작업이 편리하고, 내구성이 높은 장점이 있으므로, 지중에 매설되는 하수도관 또는 전선용관으로 널리 사용되고 있다. 따라서, 합성수지 이중벽관은 가급적 무게가 가볍고, 제조에 필요한 수지의 양이 적을 뿐만 아니라, 지중에 매설한 후 토압과 유압에 견딜 수 있는 구조를 가져야 한다.

일반적으로 합성수지 이중벽관은 소형관을 나선형으로 권취하면서, 인접한 소형관을 접합 수지로 접합하여 제조되며, 이와 같이 제조된 합성수지 이중벽관의 통상적인 구조를 도 1에 도시하였다. 도 1에 도시한 바와 같이, 통상적인 합성수지 이중벽관(10)은 내부에 중공(12)이 형성되어 있으며, 나선형으로 권취되는 소형관(14)과 상기 소형관(14)을 결합하는 접착층(16)으로 이루어진다. 이와 같이 중공의 구조를 가지는 소형관(14)을 이용하여 이중벽관(10)을 형성함으로서 사용되는 합성수지의 양 및 이중벽관(14)의 무게를 줄일 수 있다. 그러나, 땅속에 매설할 때, 토압 또는 유압에 견디는 강성을 유지하기 어렵다는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 방법이 대한민국 특허 공개공보 2000-71715호에 나타나 있다. 특허 공개 공보 2000-71715호에 개시된 소형관은 용융 혼합된 폐플라스틱과 농업부산물로 중공을 채워 형성한 코어부와, 코어부의 표면을 완전히 감싸는 수지로 이루어진 스킨부로 구성되어 있으며, 접착층은 H빔 형태의 수지로 이루어져 있어, 이중벽관이 외압, 충격 및 하중에 견고하도록 구성하였다. 특히, 코어부는 내층과 외층으로 나뉘어져 있고, 내층은 상대적으로 융점이 놓은 폐플라스틱이 완전히 용융되지 않은 상태에서 농업부산물과 서로 혼합이 되어 있어외압과 하중에 강한 구조를 가지며, 외층은 내층에 비해 상대적으로 융점이 낮은 폐플라스틱이 완전히 용융 혼합되어 이중벽관 외부에서 가해지는 외부의 충격을 흡수할 수 있는 이점이 있다.

그런데, 특허 공개 공보 2000-71715호의 코어부를 형성하기 위해서는 코어부의 내층 및 외층을 형성하기 위한 장치, H빔의 접착층을 형성하기 위한 장치 등이 요구되므로, 이중벽관을 형성하기 위한 장치의 부피가 커지고 공정이 복잡해지는 문제가 있다. 그리고, 만약 코어부의 내층과 외층이 제대로 형성되지 않아 코어부의 내층이 일정 부분에 치우쳐서 형성되면, 외부 압력 또는 충격에 대한 이중벽관의 견고성 및 흡습성이 균일하지 않게 되어 외부 충격에 대해서 상대적으로 강한 부분과 취약한 부분이 생겨나게 된다. 따라서, 이렇게 제작된 이중벽관을 사용하여 시공 및 설치할 경우에는 시간이 경과됨에 따라 구조적 결함에 기인한 피로가 외압 등에 대해 상대적으로 취약한 부분에 계속 누적되어, 종국에는 조그만 외부 압력에 의해서도 이중벽관이 파손될 우려가 있고, 이에 따라 토양 및 지하수가 오염될 수 있다.

따라서, 본 고안의 목적은 간단한 공정으로 형성되어 토압 또는 유압에 대한 균일한 강성을 확보할 수 있는 보강제를 포함하는 고강도 하수관을 제공하는 것이다.

도 1은 통상적인 하수관으로 사용되는 합성수지 이중벽관의 일부 절개 정면도이다.

도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 보강제를 포함하는 고강도 하수관의 부분 단면을 보여주는 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 본 고안의 일 실시예에 따른 보강제를 포함하는 고강도 하수관을 제조하기 위한 제조장치를 보여주는 도면들이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 나선형으로 권취되어 있는 소형관; 및 상기 나선형으로 권취된 소형관의 사이에 개재되어, 인접하는 소형관을 접합하는 접착층을 구비하되, 상기 소형관은 제1 열가소성 합성수지 40 내지 80중량% 및 무기질 보강제로서 탄산칼슘 20 내지 60중량%을 포함하는 코어부와, 제2 열가소성 합성수지로 이루어지며 상기 코어부의 외주면을 둘러싸는 스킨부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 하수관을 제공한다.

여기서, 상기 코어부의 제1 열가소성 합성수지는 저밀도 폴리에틸렌 재생 수지인 것이 바람직하며, 상기 접착층은 고밀도 폴리에틸렌 수지 60 내지 90중량% 및 무기질 보강제로서 10 내지 40중량%의 CaCO₃을 포함하며, 상기 스킨부는 1 내지 10중량%의 카본블랙을 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 일 실시예에 따른 보강제를 포함하는 고강도 하수관의 부분 확대 단면도를 도 2에 도시하였다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 고안의 고강도 하수관(20)은 나선형으로 권취되어 있는 소형관(22, 24)과 상기 소형관(22, 24)을 접합하는 접착층(26)으로 이루어진다.

상기 소형관(22, 24)은 코어부(22)와 스킨부(24)로 이루어진 것으로서, 상기 코어부(22)는 40 내지 80중량%의 합성 수지와, 20 내지 60중량%의 무기물 보강제가 용융 혼합된 것이다. 여기서, 상기 무기물 보강제의 함량이 20중량% 미만이면 하수관의 강성 향상에 미치는 영향이 미미하고, 60중량%를 초과하면 강성의 향상은 달성될 수 있으나, 코어부(22)의 탄성이 떨어져서 외부 충격에 의해 하수관이 쉽게 깨질 수 있어 바람직하지 못하다. 또한, 무기물 보강제로는 수지와 복합되어 그 기능을 충분히 발휘하도록 하기 위해서는 그 크기가 10μm이하인 것이 바람직하다.

상기 코어부(22)에 사용되는 열가소성 합성수지로는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE: high density polyethylene), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE: low density polyethylene), 폴리프로필렌 등의 순수한 합성수지, 상기 합성 수지들이 복합된 복합수지 또는 이들의 재생수지가 사용될 수 있으며, 가장 바람직하기로는 저밀도 폴리에틸렌 재생 수지를 사용할 수 있다. 상기 무기물 보강제로는, 탄산칼슘, 황산칼슘, 운모 또는 활석이 사용될 수 있고, 바람직하게는 탄산칼슘이 사용될 수 있다.

이와 같이 상기 코어부(22)로서 저밀도 폴리에틸렌 재생 수지를 사용하고, 상기 코어부(22)에 포함되는 무기물 보강제로서 탄산칼슘을 사용하면, 저밀도 폴리에틸렌 재생수지의 약한 강도를 탄산칼슘이 보강하며, 부피가 큰 코어부(22)를 저가의 저밀도 폴리에틸렌 재생수지로 채움으로서, 고강도 하수관(20)을 저렴한 가격으로 제조할 수 있는 추가적인 장점이 있다. 이와 같이, 상기 코어부(22)의 수지로서 저밀도 폴리에틸렌을 사용하고, 무기물 보강제로서 탄산칼슘을 사용하는 경우, 저밀도 폴리에틸렌의 함량은 60 내지 80중량%이고, 탄산칼슘의 함량은 20 내지 40 중량%인 것이 더욱 바람직하며, 탄산칼슘의 함량이 33중량%이면 가장 바람직하다.

상기 스킨부(24)는 상기 코어부(22)의 외주면을 둘러싸고 있는 것으로서, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 순수한 열가소성 합성수지, 상기 열가소성 합성 수지들이 복합된 복합수지, 또는 이들의 재생수지로 이루어질 수 있다. 상기 스킨부(24)에 가장 적합한 수지는 특히 제한하지 않으나, 순수한 열가소성 합성수지를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 카본블랙이 함유되어 내후성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌이 사용될 수 있다. 이때 상기 스킨부(24)는 함유되는 카본 블랙의 양은 1 내지 10중량%인 것이 바람직하며, 상기 카본블랙을 함량이 1중량% 미만이면 내후성이 향상되지 않으며, 10중량%를 초과하여도 더 이상 내후성이 향상되지 않고, 하수관의 강도가 저하된다. 이와 같이 스킨부(24)로서 고밀도 폴리에틸렌을 사용하고, 코어부(22)로서 저밀도 폴리에틸렌 재생수지를 사용하면, 하수관 내, 외부의 강도 균형이 이루어질 뿐만 아니라, 저가로 하수관을 제조할 수 있으므로 더욱 바람직하다.

접착층(26)을 구성하는 접착 수지도 열가소성 합성 수지 또는 이들이 복합된 복합 수지 또는 재생 수지로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는, 스킨부(24)에 사용되는 것과 동일한 종류의 수지로 이루어질 수 있다. 바람직한 수지로는 전술한고밀도 폴리에틸렌을 사용할 수 있다. 또한 본 고안의 접착층(26)을 구성하는 접착 수지도 CaCO₃, 올라스토나이트, 그래스파이버(glass fiber) 등의 보강제를 10 내지 40중량% 포함 (이때 수지의 함량은 60 내지 90중량%)하는 것이 바람직하다. 상기 보강제로서 가장 적절한 것은 CaCO₃이며, 이와 같이 보강재가 상기 접착층에 포함되면, 보강제가 포함된 코어부(22)와 함께 전체 하수관의 강도를 현저히 강화시킨다. 이때 보강제의 함량이 10중량% 미만이면 강도 보강효과가 미약하며, 40중량%를 초과하여도 강도가 더 이상 증가하지 않는다.

이제, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 고안의 일 실시예에 따른 이중벽관을 제조하는 과정을 설명한다.

본 고안에 따른 이중벽관을 성형하기 위한 성형장치는 소형관을 형성하기 위한 도 3a에 도시된 것과 같은 소형관 압출기(100), 접합수지를 제공하는 접합수지 압출기(57), 소형관을 권취하기 위한 와이어(39)가 표면에 형성되어 있는 원형 드럼(53) 및 원형드럼(53)의 외주면에 원주 방향을 따라서 일정 간격으로 배치되어 있는 회전 로울러(54)를 포함한다. 한편, 도 3a에 도시된 소형관 압출기(100)는, 스킨부(22)의 원료를 압출하여 공급하는 스킨부 원료 압출기(32), 코어부(24)의 원료를 압출하여 공급하는 코어부 원료 압출기(34)를 포함한다. 코어부 원료 압출기(34) 내에는 용융 혼합되어 있는 열가소성 합성 수지와 무기물 보강제가 공급되어 있다.

이러한 성형장치를 사용하여 본 고안에 따른 이중벽관을 제조하기 위하여, 먼저, 수지가 공급되어 있는 스킨부 원료 압출기(32) 및 수지와 무기물 보강제로 구성되어 있는 코어부 원료 압출기(34)로부터 각 원료들이 압출되고 이들은 냉각수가 흐르는 진공탱크(35)를 거치면서, 수지와 무기물 보강제로 이루어진 코어부(22)와 코어부(22)의 외주면을 둘러싸는 스킨부(24)로 구성된 소형관이 형성되어 배출된다. 이렇게 압출되어 형성된 소형관은 원형드럼(53)의 외주면을 이루는 회전 로울러(54) 표면으로 이송되어, 회전 로울러(54)의 외주면에 형성된 와이어(39)에 연속적으로 나선형으로 감기게 된다. 이때, 접합수지는 접합수지 압출기(57)에서 압출되어, 압출 노즐(70)을 통하여 상기 원형 드럼(53)에 나선형으로 감겨지는 소형관(24)의 사이로 공급된다. 한편, 회전 로울러(54)는 구동 모터(55)에 의해 상기 소형관(24)이 압출되는 속도와 동일한 속도로 회전하여, 원형 드럼(53)의 외주면에 소형관(24)이 나선형으로 연속적으로 권취되도록 되어 있다.

접합수지를 개재하면서 원형드럼(53)에 감겨지는 소형관(24)은 프로파일 가이드(56)에 의하여 압착되며, 소형관(24) 사이로 투입된 접착수지에 의하여 접착된다. 미 설명된 도면 부호 60은 소형관(24) 사이로 공급된 접합수지를 긴밀하게 충진하고, 소형관(24)이 접합되어 생성되는 이중벽관(20)의 외표면을 평평하게 유지시켜주는 압착롤러를 나타내고, 도면 부호 58, 59는 각각 노즐 실린더와 밴드 히이터를 나타낸다.

본 고안은 이중벽관의 소형관의 코어부를 열가소성 합성 수지와 무기물 보강제로 이루어진 혼합물로 채움으로써, 종래의 중공을 가지는 하수관에 비해 토압 또는 유압에 견디는 강성이 향상되며, 특히 상기 코어부의 열가소성 합성수지로서 저밀도 폴리에틸렌 재생수지를 사용하고, 무기물 보강제로서 탄산칼슘을 사용하면 강도를 증가시킨 하수관을 저가로 제조할 수 있는 장점이 있다.

본 고안에 따른 코어부는 무기물 보강제와 수지가 혼합 용융되어 있는 단일층으로 구성되므로, 특허 공개 공보 2000-71719호의 내층 및 외층으로 이루어진 코어부의 내층이 치우쳐 형성되는 것에 기인한 구조적 결함에 의한 이중벽관의 파손 문제는 발생하지 않는다.

또한, 본 고안에 따른 이중벽관의 성형 장치는 종래의 성형 장치에 코어층을 형성하기 위한 압출기만이 부가된 간단한 장치이므로, 특허 공개 공보 2000-71719호에 개시된 이중벽관을 형성하기 위한 성형 장치와 달리 그 구성이 간단하므로, 성형 과정도 보다 단순하게 되어 제조 원가도 줄일 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 나선형으로 권취되어 있는 소형관; 및

   상기 나선형으로 권취된 소형관의 사이에 개재되어, 인접하는 소형관을 접합하는 접착층을 구비하되,

   상기 소형관은 제1 열가소성 합성수지 40 내지 80중량% 및 무기질 보강제로서 탄산칼슘 20 내지 60중량%을 포함하는 코어부와, 제2 열가소성 합성수지로 이루어지며 상기 코어부의 외주면을 둘러싸는 스킨부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 하수관.
2. 제1항에 있어서, 상기 코어부의 제1 열가소성 합성수지는 저밀도 폴리에틸렌 재생 수지인 것을 특징으로 하는 고강도 하수관.
3. 제1항에 있어서, 상기 스킨부는 1 내지 10중량%의 카본블랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 하수관.
4. 제1항에 있어서, 상기 접착층은 고밀도 폴리에틸렌 수지 60 내지 90중량% 및 무기질 보강제로서 10 내지 40중량%의 CaCO₃을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 하수관.