KR100875774B1 - Composition for manufacturing fiber-reinforced polymer composite for tension line of overhead transmission line and method for manufacturing fiber-reinforced polymer composite for tension line of overhead transmission line - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가공 송전선의 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조용 조성물 및 이를 이용하여 가공 송전선의 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 제공되는 가공 송전선의 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조용 조성물은, 열경화성수지인 에폭시계 수지; 산무수물계 또는 아민계의 화합물로서 액상인 경화제; 이미다졸계 화합물 또는 보론 트리플로라이드 에틸아민계 화합물인 촉진제; 스테아린산 아연(Zinc stearate)인 이형제; 및 나노클레이 또는 단척 유리섬유인 충진제;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 고온에서 높은 인장 특성을 유지하여 안정적인 열적 특성을 유지하며, 처짐(sag) 현상이 적게 발생하며, 충분한 기계적 강도를 가지면서, 경량을 유지하므로써 송전선의 처짐을 더욱 감쇄시킬 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 개선된 유연성을 가져 포설시 바람, 눈, 강우 등에 의한 수직 항력에도 충분히 대응할 수 있는 장점을 갖는다.The present invention relates to a composition for producing a fiber-reinforced polymer composite for tensile wire of overhead transmission line and a method for producing a fiber-reinforced polymer composite for tension wire of overhead transmission line using the same. Composition for producing a fiber-reinforced polymer composite for tensile wire of the overhead transmission line provided in the present invention, the epoxy resin is a thermosetting resin; Hardening | curing agents which are liquid as an acid anhydride type or an amine compound; Accelerators which are imidazole compounds or boron trifluoride ethylamine compounds; Mold release agents that are zinc stearate; And a filler which is nanoclay or short glass fiber. According to the present invention, it is possible to further reduce the deflection of the transmission line by maintaining high tensile properties at high temperature to maintain stable thermal properties, less sag, less sag, and sufficient mechanical strength and light weight. Has an advantage. In addition, it has the advantage that it can sufficiently cope with the vertical drag due to wind, snow, rainfall, etc. during the installation has improved flexibility.
Description
본 발명은 가공 송전선의 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조용 조성물 및 이를 이용하여 가공 송전선의 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고분자 수지 조성물 내에 에폭시 수지 등의 열경화성 수지를 포함하고, 경화제, 촉진제 등의 첨가제를 적량 배합하여 고온특성을 개선시켜 가공 송전선의 처짐 현상을 최소화할 수 있는 가공 송전선의 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조용 조성물 및 이를 이용하여 가공 송전선의 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조 방법에 관한 것에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for producing a fiber-reinforced polymer composite for tensile wire of overhead power transmission line and a method for producing a fiber-reinforced polymer composite for tension wire in overhead power transmission line using the same, and more particularly, to a thermosetting resin such as an epoxy resin in a polymer resin composition. A composition for producing a fiber-reinforced polymer composite for tensile wire of a overhead transmission line that can minimize the deflection of the overhead transmission line by improving the high-temperature characteristics by appropriately blending additives such as a curing agent and an accelerator, and a fiber-reinforced polymer composite for tension wire of a overhead transmission line using the same It relates to a manufacturing method.
종래의 일반적인 가공 송전선에는 장력을 부담하기 위한 강연선의 외주에 도체층인 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 연합한 ACSR(Aluminium conductor Steel Reinforced) 케이블이 사용되어 왔다. 그런데, 강연선의 열팽창 계수는 온도에 비례하여 상승하므로, 상기와 같은 ACSR 케이블은 송전량 증가에 수반되는 온도 상승 으로 강연선이 늘어지는 현상(처짐 현상 : sag)이 발생하여, 가공선 전체가 아래로 늘어져 쳐지게 된다. 이러한 현상에 대비하여, 충분하게 높은 철탑을 가설하거나 철탑간의 간격을 조밀하게 하기 위해 가설되는 철탑수를 증가시켜야 한다. 그러나, 이러한 대안은 문제의 본질적인 해결책이 될 수 없으며, 경제성 등의 측면에서 다른 문제를 야기할 수 있다.Conventional overhead transmission lines have been used aluminum conductor steel reinforced (ACSR) cables incorporating aluminum or aluminum alloy, which is a conductor layer, on the outer periphery of the strand to bear tension. However, since the coefficient of thermal expansion of the stranded wire increases in proportion to the temperature, the ACSR cable as described above causes the stranded wire to sag due to an increase in temperature accompanied by an increase in power transmission amount (sag phenomenon: sag), and the entire overhead line falls down. Will fall. In preparation for this phenomenon, it is necessary to increase the number of pylons installed in order to construct sufficiently high pylons or to close the gaps between them. However, such an alternative may not be an inherent solution to the problem, and may cause other problems in terms of economy and the like.
미국특허 6,796,365호에 따르면, 섬유 강화 복합체 수지로 알루미늄을 투입한 전선 제조용 복합체가 제시되고 있으나, 이는 복합체의 열팽창 계수가 커서 가공 송전에 적용하는 경우에는 고분자 복합체에 비해 처짐 현상이 크게 발생하는 문제점이 지적되고 있다. 국제특허공개 WO 03/091008호에 따르면, 섬유 강화 복합체를 연합하지 않고 지름이 큰 단선으로 제조하는 것을 제시하고 있으나, 이는 인장강도 등의 물리적 특성이 요구 조건을 만족하지 못하고 있으며, 그 제조 설비 및 공정이 복잡하여 상용성에 문제가 발생되고 있으며, 섬유 강화 복합체를 연합하지 않고 지름이 큰 단선으로 제조하기 때문에 보관이나 운반이 용이하지 못한 단점이 지적되고 있다.According to US Pat. No. 6,796,365, a composite for manufacturing wires in which aluminum is added as a fiber reinforced composite resin has been proposed. However, the thermal expansion coefficient of the composite has a problem that the deflection phenomenon is larger than that of the polymer composite when applied to a processed transmission. It is pointed out. According to International Patent Publication No. WO 03/091008, it is proposed to manufacture a fiber-reinforced composite with a single wire having a large diameter without associating it, but the physical properties such as tensile strength do not satisfy the requirements, Due to the complexity of the process, there is a problem in compatibility, and it is pointed out that it is not easy to store or transport because the fiber reinforced composite is manufactured in a single wire having a large diameter without being associated.
따라서, 관련분야에서는 가공 송전선의 인장선에 대한 물성 개선을 통해, 처짐 현상을 방지하거나 최소화할 수 있는 방법에 대해 지속적인 연구가 이루어져 왔으나, 가공 송전선 자체를 제조하는 조성물에 대한 개발이 관련업계에서도 쉽게 이루어질 수 없는 것은 자명하다 할 것이지만, 이러한 문제를 해결할 필요성이 인식하고, 종래에 파악된 여러 문제를 해결하기 위한 노력을 꾸준하게 행하여 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출된 것이다.Therefore, in the related fields, continuous research has been made on how to prevent or minimize sagging by improving the physical properties of the overhead transmission line, but the development of the composition for manufacturing the overhead transmission line itself is easy in the related industry. It will be apparent that this cannot be achieved, but the necessity of solving such a problem is recognized, and efforts have been made to solve various problems previously known, and the present invention has been devised under such a technical background.
전술한 종래의 문제점에 기초하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 가공 송전선이 처지는 현상이 발생되는 문제를 해결하되, 다른 물성에 대해 변화를 주지 않는 새로운 소재를 개발하고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 가공 송전선의 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조용 조성물 및 이를 이용하여 가공 송전선의 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.The technical problem to be achieved by the present invention on the basis of the above-mentioned conventional problems, to solve the problem that the transmission line sag occurs, but to develop a new material that does not change the other properties, It is an object of the present invention to provide a composition for producing a fiber-reinforced polymer composite for tensile wire of a processed transmission line and a method for producing a fiber-reinforced polymer composite for tensile wire of a processed transmission line using the same.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명에서 제공되는 가공 송전선의 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조용 조성물의 하나는, 열경화성 수지인 에폭시계 수지; 산무수물계 또는 아민계의 화합물로서 액상인 경화제; 이미다졸계 화합물 또는 보론트리플로라이드 에틸아민계 화합물인 촉진제; 스테아린산 아연(Zinc stearate)인 이형제; 및 나노클레이 또는 단척 유리섬유인 충진제;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the technical problem to be achieved by the present invention, one of the compositions for producing a fiber-reinforced polymer composite for tensile wire of the overhead transmission line provided in the present invention, the epoxy resin is a thermosetting resin; Hardening | curing agents which are liquid as an acid anhydride type or an amine compound; Accelerators which are imidazole compounds or borontrifluoride ethylamine compounds; Mold release agents that are zinc stearate; And a filler which is nanoclay or short glass fiber.
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본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명에서 제공되는 가공 송전선의 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조방법은, (S1)고강도 섬유를 준비하는 단계; (S2)상기 준비된 고강도 섬유의 표면을 처리하는 단계; (S3)상기 표면처리된 고강도 섬유를 진공 오븐에서 완전히 건조시키는 단계; (S4)상기 표면처리되어 건조된 고강도 섬유를 전술한 가공 송전선의 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조용 조성물에 함침시키는 단계; (S5)상기 고강도 섬유 내에 투입된 조성물을 경화시키는 단계; 및 (S6)상기 결과물을 냉각시키는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the technical problem to be achieved by the present invention, the method for producing a fiber-reinforced polymer composite for tensile wire of the overhead transmission line provided in the present invention, (S1) preparing a high strength fiber; (S2) treating the surface of the prepared high strength fiber; (S3) completely drying the surface-treated high-strength fibers in a vacuum oven; (S4) impregnating the surface-treated and dried high-strength fibers in the composition for producing a fiber-reinforced polymer composite for tensile wire of the above-described overhead transmission line; (S5) curing the composition added into the high strength fiber; And (S6) cooling the resultant.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 구체적인 실시예를 들어 설명하고, 필한 경우에는 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, specific examples will be described in order to help the understanding of the present invention, and in the following case, with reference to the drawings will be described in more detail. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
본 발명에서 제공되는 가공 송전선 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조용 조성물은, 열경화성 수지, 경화제, 촉진제, 이형제 및 충진제를 포함하여 이루어진다.The composition for producing a fiber-reinforced polymer composite for an overhead transmission line provided in the present invention includes a thermosetting resin, a curing agent, an accelerator, a mold releasing agent, and a filler.
상기 열경화성 수지는 에폭시계 수지가 이용되면 바람직하다.It is preferable that an epoxy resin is used for the said thermosetting resin.
이때, 상기 열경화성 수지로 선택되는 에폭시계 수지는, 다이 글리시딜 에테르 비스페놀A형의 에폭시 수지와, 상기 다이 글리시딜 에테르 비스페놀A형의 에폭시 수지 중량 대비 25 내지 400 중량부의 함량으로 포함되는 다관능기 에폭시 수지와 상기 다이 글리시딜 에테르 비스페놀A형의 에폭시 수지 중량 대비 5 내지 25 중량부의 함량으로 포함되는 다이 글리시딜 에테르 비스페놀F형의 에폭시 수지로 이루어진 3종의 에폭시 수지의 혼합물이면 바람직하다. 이때, 상기 다관능기 에폭시 수지는, 글리시딜 아민계 및 노볼락계 중 선택된 어느 하나 또는 셋 이상의 다관능기 에폭시 수지이면 더욱 바람직하다.At this time, the epoxy resin selected as the thermosetting resin is contained in the content of 25 to 400 parts by weight based on the weight of the epoxy resin of the di glycidyl ether bisphenol A type and the epoxy resin of the di glycidyl ether bisphenol A type. It is preferable that it is a mixture of 3 types of epoxy resins which consist of a functional group epoxy resin and the di glycidyl ether bisphenol F type epoxy resin contained in content of 5-25 weight part with respect to the weight of the said di glycidyl ether bisphenol A type epoxy resin. . In this case, the polyfunctional epoxy resin is more preferably any one or three or more polyfunctional epoxy resin selected from glycidyl amine and novolac.
상기 열경화성 수지로서 에스터계 수지가 선택되는 경우에는 시아네이트 (cyanate)계열의 수지가 단독으로 이용되는 것이 바람직하다. 상기 열경화성 수지로서 폴리 이미드 계열 수지가 이용되는 경우에는 아로마틱 헤테로 사이클릭 폴리 이미드 수지 또는 비스말레이드형 폴리 이미드 수지가 이용되면 바람직하며, 특히 아로마틱 헤테로 사이클릭 폴리 이미드 수지는 성형을 용이하도록 하기 위해 비스페놀 A로 유도된 형태가 이용되는 것이 바람직하다.When ester resin is chosen as said thermosetting resin, it is preferable that cyanate resin is used independently. In the case where polyimide-based resin is used as the thermosetting resin, an aromatic heterocyclic polyimide resin or a bismalide type polyimide resin is preferably used. Particularly, the aromatic heterocyclic polyimide resin is easy to mold. It is preferred to use a form derived from bisphenol A in order to ensure that this is the case.
상기 다이 글리시딜 에테르 비스페놀A형의 에폭시 수지는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다. The epoxy resin of the di glycidyl ether bisphenol A type may be represented by the following formula (1).
상기 다관능기 에폭시 수지는 하기 화학식 2로 나타낼 수도 있다.The polyfunctional epoxy resin may be represented by the following formula (2).
상기 다이 글리시틸 에테르 비스페놀F형의 에폭시 수지는 하기 화학식 3으로 나타낼 수 있다.The di glycidyl ether bisphenol F-type epoxy resin may be represented by the following formula (3).
상기 경화제는 산무수물계 또는 아민계의 화합물로서 액상이면 바람직하다.The said hardening | curing agent is preferable if it is a liquid as an acid anhydride type or an amine compound.
이때, 상기 경화제로 선택되는 산무수물계 화합물은, 메틸 테트라 하이드로 프탈릭 무수물(MTHPA), 테트라 하이드로 프탈릭 무수물(THPA), 헥사 하이드로 프탈릭 무수물(HHPA), 및 나딕 메틸 무수물(NMA) 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로서, 상기 에폭시계 수지 중량 대비 60 내지 160 중량부의 함량으로 포함되면 바람직하다. 상기 산무수물계 화합물의 사용 함량에 대한 수치범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 경화시 미반응 에폭시 생성으로 내열성이 저하되어 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 에폭시와 반응하고 남은 경화제가 불순물로 작용하여 내열성 및 물성을 저하시켜 바람직하지 못하다.In this case, the acid anhydride-based compound selected as the curing agent is selected from methyl tetrahydro phthalic anhydride (MTHPA), tetra hydro phthalic anhydride (THPA), hexa hydro phthalic anhydride (HHPA), and Nadic methyl anhydride (NMA) As one or a mixture of two or more, it is preferable to include in an amount of 60 to 160 parts by weight based on the weight of the epoxy resin. Regarding the numerical range of the content of the acid anhydride-based compound, if it falls below the lower limit, the heat resistance is lowered due to unreacted epoxy formation during curing, and if the upper limit is exceeded, the remaining curing agent reacts with the epoxy and acts as an impurity. It is not preferable to lower heat resistance and physical properties.
상기 경화제로 선택되는 아민계 화합물은, 시클로 알리파틱 폴리아민계 물질 또는 지방족 아민계 물질로서, 상기 에폭시계 수지 중량 대비 15 내지 60 중량부의 함량으로 포함되면 바람직하다. 상기 아민계 화합물의 사용 함량에 대한 수치 범위의 설정은 상기 산무수물계 화합물의 사용함량에 대한 수치 범위 설정과 대등한 이유에 의해 이루어진다.The amine compound selected as the curing agent is a cyclo aliphatic polyamine-based material or an aliphatic amine-based material, and is preferably included in an amount of 15 to 60 parts by weight based on the weight of the epoxy resin. The setting of the numerical range for the use amount of the amine compound is made for the same reason as the setting of the numerical range for the content of the acid anhydride compound.
상기 경화제로 선택되는 아민계 화합물 중 시클로 알리파틱 폴리아민계 물질은, 멘테인다이아민(MDA) 및 이소프론다이아민(IPDA) 중 선택된 어느 하나의 물질이며, 상기 경화제로 선택되는 아민계 화합물 중 지방족 아민계 물질은, 다이아미노다이페닐설폰(DDS) 및 다이아미노다이페닐멘테인(DDM) 중 선택된 어느 하나의 물질이면 더욱 바람직하다.The cyclo aliphatic polyamine-based material among the amine compounds selected as the curing agent is any one selected from menteinadiamine (MDA) and isoprondiamine (IPDA), and the aliphatic among the amine compounds selected as the curing agent. The amine substance is more preferably any one selected from diaminodiphenylsulfone (DDS) and diaminodiphenylmentane (DDM).
상기 촉진제는 상기 경화제로서 산무수물계 화합물이 이용되는 경우에는 이미다졸계 화합물을 이용하며, 상기 경화제로서 아민계 화합물이 이용되는 경우에는 보론 트리플로라이드 에틸아민계 화합물을 이용하면 바람직하다.The accelerator is preferably an imidazole compound when an acid anhydride compound is used as the curing agent, and a boron trifluoride ethylamine compound is preferably used when an amine compound is used as the curing agent.
상기 촉진제로서 이미다졸계 화합물이 선택되는 경우에는 상기 에폭시계 수지 중량 대비 1 내지 5 중량부의 함량으로 포함되면 바람직하다. 상기 이미다졸계 화합물의 사용함량과 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 첨가의 목적인 경화의 촉진을 기대하기 어려워 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 첨가량에 비례적인 효과의 증대는 발현되지 않으면서 오히려 과첨가로 인하여 제품의 물성 저하시키는 불순물로 작용하여 바람직하지 못하다.When the imidazole compound is selected as the accelerator, it is preferable to be included in an amount of 1 to 5 parts by weight based on the weight of the epoxy resin. Regarding the amount of the imidazole compound used and the numerical range for the compound, if the lower limit is not reached, it is difficult to expect the promotion of curing for the purpose of addition. If the upper limit is exceeded, an increase in the proportional effect to the amount of addition is not expressed. Rather, it is not preferable because it acts as an impurity to lower the physical properties of the product due to over addition.
상기 촉진제로서 보론 트리플로라이드 에틸아민계 화합물이 선택되는 경우에는 상기 에폭시계 수지 중량 대비 2 내지 10 중량부의 함량으로 포함되면 바람직하 다. 상기 보론 트리플로라이드 에틸아민계 화합물의 사용함량과 대한 수치 범위의 설정은 상기 이미다졸계 화합물의 사용함량에 대한 수치 범위 설정과 대등한 이유에 의해 이루어진다.When the boron trifluoride ethylamine-based compound is selected as the accelerator, it is preferable to include 2 to 10 parts by weight based on the weight of the epoxy resin. The setting of the numerical value range with respect to the use content of the said boron trifluoride ethylamine type compound is made for the reason similar to the setting of the numerical range with respect to the content of the imidazole compound.
상기 이형제는 스테아린산 아연(Zinc stearate)이면 바람직하다. 한편, 상기 이형제로 선택된 스테아린산 아연(Zinc stearate)은 상기 열경화성 수지 중량대비 1 내지 5 중량부의 함량으로 포함되면 바람직하다. 이렇게 사용된 이형제는 제품과 성형 다이 사이의 마찰력을 줄여주어 가공성을 향상시킨다. 상기 이형제의 사용함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 첨가의 목적을 달성할 수 없어 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면, 첨가량에 비례적인 효과의 증대는 이루어지지 않으면서 오히려 과첨가로 인하여 제품의 물성을 저하시키는 불순물로 작용하여 바람직하지 못하다.The release agent is preferably zinc stearate. On the other hand, zinc stearate selected as the release agent (Zinc stearate) is preferably included in an amount of 1 to 5 parts by weight based on the weight of the thermosetting resin. The release agent used in this way reduces the friction between the product and the forming die, thereby improving workability. Regarding the numerical range of the content of the release agent, if it falls below the lower limit, it is not preferable because the purpose of the addition cannot be achieved. If the upper limit is exceeded, an increase in proportional effect to the addition amount is not achieved, but rather over-added. Due to the impurity to lower the physical properties of the product is not preferred.
상기 충진제는 나노클레이 또는 단척 유리섬유이면 바람직하다. The filler is preferably nanoclay or short glass fiber.
상기 충진제로서 나노클레이가 선택되는 경우에는 상기 열경화성 수지 중량대비 1 내지 5 중량부의 함량으로 포함되면 바람직하며, 나노클레이는 휘스커나 플레이크 상이면 더욱 바람직하다. 상기 충진제로서 나노클레이의 사용함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 첨가의 목적을 달성할 수 없어 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면, 첨가량에 비례적인 효과의 증대는 이루어지지 않으면서 오히려 과첨가로 인하여 제품의 물성을 저하시키는 불순물로 작용하여 바람직하지 못하다.When the nanoclay is selected as the filler, it is preferably included in an amount of 1 to 5 parts by weight based on the weight of the thermosetting resin, and more preferably, the nanoclay is in a whisker or flake phase. Regarding the numerical range of the use amount of the nanoclay as the filler, if the lower limit is not reached, the purpose of the addition cannot be achieved, and if the upper limit is exceeded, an increase in proportional effect to the addition amount is not achieved. It is not preferable because it acts as an impurity that lowers the physical properties of the product due to over addition.
상기 충진제로서 단척 유리섬유가 선택되는 경우에는 상기 열경화성 수지 중량대비 5 내지 30 중량부의 함량으로 포함되면 바람직하며, 상기 단척 유리섬유는 보론이 함유되지 않는 것이 더욱 바람직하다. 상기 충진제로서 단척 유리섬유의 사용함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 첨가의 목적을 달성할 수 없어 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면, 첨가량에 비례적인 효과의 증대는 이루어지지 않으면서 오히려 과첨가로 인하여 제품의 물성을 저하시키는 불순물로 작용하여 바람직하지 못하다.When short glass fiber is selected as the filler, the short glass fiber is preferably contained in an amount of 5 to 30 parts by weight based on the weight of the thermosetting resin, and the short glass fiber is more preferably free of boron. With respect to the numerical range for the use content of the short glass fiber as the filler, if the lower limit is not reached, the purpose of the addition cannot be achieved, and if the upper limit is exceeded, the increase in proportion to the addition amount is not achieved. Rather, it is not preferable because it acts as an impurity to lower the physical properties of the product due to over addition.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명에서 제공되는 가공 송전선 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체는 다음의 (S1) 내지 (S6)의 단계를 순차적으로 진행하여 제조된다.In order to achieve the technical problem to be achieved by the present invention, the fiber-reinforced polymer composite for overhead transmission line provided in the present invention is manufactured by sequentially performing the following steps (S1) to (S6).
(S1)고강도 섬유준비(S1) High Strength Fiber Preparation
상기 고강도 섬유는, 유리섬유, 탄소섬유, PBO섬유, 아라미드섬유, 현무암(basalt)섬유, 및 카본나노섬유이면 바람직하다.The high strength fibers are preferably glass fibers, carbon fibers, PBO fibers, aramid fibers, basalt fibers, and carbon nanofibers.
(S2)표면 처리(S2) surface treatment
상기 고강도 섬유에 대한 표면처리는, 하기와 같은 3단계의 순서로 진행된다. 먼저, (S21)티타네이트, 실란 및 지르코네이트 중 선택된 어느 하나의 물질을 용질로서 선택하고, 상기 선택된 용질의 중량 대비 800 내지 1,000 배의 이소프로필알코올(IPA) 용액을 용매로 선택한 후, 상기 용질을 용매에 용해시켜 커플링 용액을 제조한다. 이어서, (S22)상기 제조된 커플링 용액의 온도를 70 내지 80℃로 유지하면서, 상기 커플링 용액 내에 상기 준비된 고강도 섬유를 완전히 침지시킨다. 마지막으로, (S23)상기 고강도 섬유가 침지된 커플링 용액을 30분 내지 2시간 동안 교반한다. 상기 (S21) 내지 (S23)의 단계를 진행함으로써 고강도 섬유에 대한 표면처리가 완료된다. 상기와 같은 고강도 섬유에 대한 표면 처리를 행하면, 고강도 섬유와 후속하여 피복되는 열경화성 수지 간의 계면 결합력을 향상된다.Surface treatment for the high strength fibers is carried out in the following three steps. First, any one material selected from (S21) titanate, silane, and zirconate is selected as a solute, and an isopropyl alcohol (IPA) solution of 800 to 1,000 times the weight of the selected solute is selected as a solvent. The solute is dissolved in a solvent to prepare a coupling solution. Subsequently, while maintaining the temperature of the prepared coupling solution (S22) at 70 to 80 ° C, the prepared high strength fiber is completely immersed in the coupling solution. Finally, (S23) the coupling solution in which the high strength fiber is immersed is stirred for 30 minutes to 2 hours. By performing the steps of (S21) to (S23), the surface treatment for the high strength fiber is completed. When surface treatment is performed on the high strength fibers as described above, the interfacial bonding force between the high strength fibers and the subsequently thermosetting resin is improved.
(S3)진공 오븐에서 건조(S3) drying in vacuum oven
상기 커플링 용액을 이용하여 습식 방법에 의해 표면 처리한 후, 100℃ 이상의 진공 오븐에서 충분하고 완전하게 건조시키고, 이후 수분이 직접 접촉하지 않도록 보관에 주의를 기울인다.After surface treatment by the wet method using the coupling solution, it is sufficiently and completely dried in a vacuum oven of 100 ° C. or higher, and care is then taken for storage so that moisture does not come in direct contact.
(S4)조성물에 함침(S4) Impregnation in composition
전술한 바에 따라 준비된 본 발명에 따른 가공 송전선 인장선용 섬유 강화 고분자 복합체 제조용 조성물의 각 성분을 혼합하고, 그 점도를 낮추기 위해 40 내지 60℃ 의 온도로 유지하며, 조성물을 기계적 교반 장치(mechanical stirrer)를 이용하여 균일하게 혼합한다. 이때, 교반 속도는 100RPM 이상으로 유지하며, 교반 중 진공 펌프를 이용하여 상기 열경화성 수지 내부의 수분과 교반시 발생되는 기포를 제거한다. 이렇게 준비된 조성물에 상기 준비된 고강도 섬유를 함침시킨다.Each component of the composition for preparing a fiber-reinforced polymer composite for overhead transmission line according to the present invention prepared as described above is mixed and maintained at a temperature of 40 to 60 ° C. in order to lower the viscosity, and the composition is subjected to a mechanical stirrer. Mix uniformly using At this time, the stirring speed is maintained at 100RPM or more, by using a vacuum pump during stirring to remove the moisture and bubbles generated during the stirring inside the thermosetting resin. The prepared high strength fiber is impregnated with the thus prepared composition.
(S5)조성물 경화(S5) composition curing
상기 함침이 이루어진 이후, 열과 압력 또는 초음파를 가하여 고강도 섬유 내에 침투된 조성물을 경화시킨다.After the impregnation is made, heat and pressure or ultrasonic waves are applied to cure the penetrated composition in the high strength fibers.
(S6)냉각(S6) cooling
상기 경화가 완료된 섬유 강화 고분자 복합체는 급속하게 냉각시켜 최종 제품을 완성한다.The hardened fiber reinforced polymer composite is rapidly cooled to complete the final product.
이상의 제조단계 (S1) 내지 (S6)의 과정은 하나의 연속적인 시스템 장치, 예컨대 고강도 섬유 강화 고분자 복합체로 이루어진 선재를 제조하는 장치를 이용하여 이루어질 수 있으며, 이는 종래에 알려져 있는 장치에서 약간의 변형이나 그대로의 상태로서 곧바로 이용할 수도 있음은 자명하다.The process of the above manufacturing steps (S1) to (S6) can be made using one continuous system device, for example, a device for producing a wire rod made of a high strength fiber reinforced polymer composite, which is slightly modified in a device known in the art. It is obvious that it can be used immediately as it is.
하기 표 1은 실시예(1~3) 및 비교예(1~8)으로 구분설정하여 조성물을 각각 준비하였으며, 전술한 방법에 따라 가공 송전선을 제조하였다.Table 1 below was prepared by separately setting the compositions in Examples (1 to 3) and Comparative Examples (1 to 8), and prepared overhead transmission lines according to the above-described method.
상기 표 1에서, 수지A로 표시된 성분은 다이 글리시딜 에테르 비스페놀A를 나타내며, 수지B로 표시된 성분은 다관능기 에폭시 수지를 나타내며, 수지C로 표시된 성분은 다이 글리시딜 에테르 비스페놀F를 나타내며, 수지D로 표시된 성분은 시아네이트 에스터를 나타내며, 수지E로 표시된 성분은 아로마틱 헤테로 사이클릭 폴리 이미드 수지를 나타내며, 수지F로 표시된 성분은 비스마레이드형 폴리 이미드 수지를 나타내며, 수지G로 표시된 성분은 열가소성 수지인 폴리 프로필렌 수지를 나타내며, 수지H로 표시된 성분은 불포화 폴리 에스터 수지를 나타낸다. 고강도섬유에 대한 ○의 표시는 표면처리된 것이 사용되었음을 나타내고 있으며, ×의 표시는 표면처리되지 않은 것이 사용되었음을 나타낸다. 고강도 섬유는 PAN계 카본 섬유를 적용하였다. 경화제는 산무수물계 화합물로, 메틸 테트라 하이드로 프탈릭 무수물(MTHPA)을 적용하였고, 촉진제는 이미다졸계 화합물을 적용하였고, 이형제는 스테아린산 아연을 적용하였고, 충진재는 나노클레이를 적용하였고 단척 유리 섬유는 보론이 함유되지 않은 유리섬유(S-glass)를 적용하였다.
상기 표 1에 표시된 각각의 물질은 본 발명이 속하는 기술분야에서는 당업자라면 통상적으로 이해되어 사용되는 되는 물질이므로, 비록 구체적 화합물 명칭이 아닌 일반명의 화합물로 표현하였다 하더라도, 이는 자명하게 이해되는 것으로서, 당업자의 재현 가능성에 제약이 되지 아니하는 것으로 이해될 수 있다. 한편, 전술한 실시예(1~3)가 특허청구범위의 모든 경우를 고려한 예를 제시한 것이 아니라, 가장 바람직하다고 판단되는 몇가지의 예를 선별적으로 채택하여 개시한 것임도 이해되어야 한다.In Table 1, a component represented by Resin A represents a di glycidyl ether bisphenol A, a component represented by Resin B represents a polyfunctional epoxy resin, and a component represented by Resin C represents di glycidyl ether bisphenol F. The component represented by Resin D represents a cyanate ester, the component represented by Resin E represents an aromatic heterocyclic polyimide resin, and the component represented by Resin F represents a bismarade type polyimide resin, represented by Resin G. The component represents a polypropylene resin which is a thermoplastic resin, and the component indicated by the resin H represents an unsaturated polyester resin. The mark o for high strength fibers indicates that a surface treatment was used, and the mark x indicates that an untreated surface was used. As the high strength fiber, PAN-based carbon fiber was applied. The curing agent was an acid anhydride compound, methyl tetrahydrophthalic anhydride (MTHPA), the accelerator was an imidazole compound, the release agent was zinc stearate, the filler was nanoclay, and the short glass fiber was Boron-free glass fiber (S-glass) was applied.
Each material shown in Table 1 is a material that is commonly understood and used by those skilled in the art to which the present invention pertains, even though it is represented by a compound of a generic name rather than a specific compound name, it is obviously understood as It can be understood that there is no restriction on the reproducibility of the. On the other hand, it should be understood that the above-described embodiments (1 to 3) have not been given examples in which all cases of the claims are considered, but have been disclosed by selectively adopting some examples which are considered to be the most desirable.
상기 실시예(1~3) 및 비교예(1~8)에 따르는 조성물을 이용하여, 각각의 가공 송전선의 고장력 선재 시편을 제조하여, 상온 특성, 고온특성, 노화특성 및 굴곡특성을 다음의 방법에 의해 측정하였다.Using the compositions according to the above Examples (1 to 3) and Comparative Examples (1 to 8), high tensile wire specimens of each processed transmission line were manufactured, and the room temperature characteristics, the high temperature characteristics, the aging characteristics, and the bending characteristics were determined by the following methods. Measured by
상온특성을 평가하기 위해 각각의 시편에 대해, 인장속도를 5㎜/분으로 유지하면서 인장강도(kgf/㎟), 신장율(%) 및 탄성계수(kgf/㎟)를 각각 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.In order to evaluate the room temperature characteristics, tensile strength (kgf / mm 2), elongation (%) and modulus of elasticity (kgf / mm 2) were measured for each specimen while maintaining the tensile speed at 5 mm / min. Indicated.
상기 표 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 3은 단척 유리 섬유를 첨가한 것으로 다른 실시예에 비해 높은 인장강도를 나타내고 있다. 비교예 3, 4 및 6은 표면 처리되지 않은 고강도 섬유 사용한 것으로서 다른 비교예에 비해 인장강도가 낮은 경향을 보이고 있어 바람직하지 못함을 알 수 있으며, 이로부터 고강도 섬유의 표면 처리 유무에 따라 제품의 물성 차이가 기인하고 있음을 추단할 수 있다. 통상적으로 가공 송전선의 가설 장력과 장시간 열적 노출에 의한 고분자 재료의 열분해 및 노화 특성을 고려하면 200kgf/㎟ 이상의 인장강도가 요구되는 점을 고려한다면, 실시예 1 내지 3 전부에서는 모두 기준값을 상회하는 결과가 확인되어 본 발명의 효과를 명확하게 확인할 수 있다.As can be seen through Table 2, Example 3 is added to the short glass fiber, showing a higher tensile strength than other examples. Comparative Examples 3, 4 and 6 are used as a high-strength fiber that is not surface-treated, showing a tendency to lower the tensile strength compared to other comparative examples, which is not preferable, from which the properties of the product depending on the surface treatment of high-strength fibers It can be inferred that the difference is due. In general, in consideration of the fact that tensile strength of 200kgf / mm2 or more is required in consideration of the temporary tension of the overhead transmission line and the thermal decomposition and aging characteristics of the polymer material due to long-term thermal exposure, all of the Examples 1 to 3 exceed the reference values. It can be confirmed that the effects of the present invention can be clearly confirmed.
고온특성을 평가하기 위해 각각의 시편에 대해 주어진 온도에서 20분간 방치한 후, 인장속도를 5㎜/분으로 유지하면서 각각의 주어진 온도에서 인장강도(kgf/㎟) 및 인장잔율(%)을 각각 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. After evaluating the high temperature characteristics for 20 minutes at a given temperature for each specimen, the tensile strength (kgf / mm2) and tensile residual percentage (%) at each given temperature were maintained while maintaining a tensile rate of 5 mm / min. The measurement is shown in Table 3 below.
가공 송전선의 고온에서의 장시간 노출을 고려할 때 고온 인장 강도는 180℃ 에서 170kgf/㎟ 이상이 요구되는 것에 비추어보면, 비교예 3, 5 및 6은 다관능기 수지 함량이 실시예들(1~3)에 비해 상대적으로 작아 내열성 부족으로 낮은 인장 강도를 보이고 있으며, 특히, 비교예 3은 실시예 1과 비교하였을 때 같은 비율의 에폭시 조성을 보이지만 표면처리 하지 않은 고강도 섬유를 사용함으로써 현저하게 낮은 인장 강도를 보여 바람직하지 않음을 알 수 있다. In view of the high temperature tensile strength of 170 kgf / mm2 or more at 180 ° C. in consideration of long time exposure at high temperatures of the overhead transmission line, Comparative Examples 3, 5, and 6 have polyfunctional resin contents (Examples 1 to 3). Compared with Example 1, Comparative Example 3 shows a relatively low tensile strength due to the lack of heat resistance. It can be seen that it is not preferable.
노화특성을 평가하기 위해 각각의 시편에 대해 주어진 온도에서 1,000시간 동안 방치한 후, 인장속도를 5㎜/분으로 유지하면서 상온에서 인장강도(kgf/㎟) 및 인장잔율(%)을 각각 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.In order to evaluate the aging characteristics, the specimens were left at a given temperature for 1,000 hours, and then the tensile strength (kgf / mm 2) and the tensile residual percentage (%) were measured at room temperature while maintaining the tensile velocity at 5 mm / min. It is shown in Table 4 below.
노화 인장 강도는 장시간 고온에 노출 시 열분해되는 고분자 재료의 특성을 확인하기 위한 물성으로 180℃에서 1,000 시간 노화 시 180 kgf/㎟ 이상이 요구되는 것에 비추어보면, 비교예 3 및 4는 표면 처리하지 않은 고강도 섬유의 사용으로 인하여 장시간 고온에 노출되는 경우 고강도 섬유와 에폭시 간의 계면 결합력 약화됨으로써 낮은 인장 강도를 나타내고 있으며, 비교예 5 및 6은 다관능기 에폭시 수지를 적용하지 않음으로 인해 낮은 내열성을 나타내고 있으며, 비교예 7 및 8은 내열성이 낮은 열가소성수지인 폴리프로필렌과 불포화 폴리에스터를 사용함으로 인해 낮은 인장 강도를 나타내고 있어 바람직하지 못함을 알 수 있다.Aging tensile strength is a physical property for confirming the properties of a polymer material that is pyrolyzed when exposed to high temperature for a long time. In view of the fact that more than 180 kgf / mm2 is required for 1,000 hours of aging at 180 ° C, Comparative Examples 3 and 4 are not surface treated. When exposed to high temperature for a long time due to the use of high strength fibers exhibits low tensile strength by weakening the interfacial bond between the high strength fibers and epoxy, Comparative Examples 5 and 6 show low heat resistance due to not applying a polyfunctional epoxy resin, Comparative Examples 7 and 8 show low tensile strength due to the use of polypropylene and unsaturated polyester, which are thermoplastic resins having low heat resistance, and thus are not preferable.
굴곡특성을 평가하기 위해 각각의 시편에 대해 4점 굽힘 시험을 이용하였으며, 그 측정속도는 1.3㎜/분으로 유지하면서 굴곡강도(kgf/㎟) 및 굴곡탄성율(kgf/㎟)을 측정하여 하기 표 5에 나타내었다.Four-point bending test was used for each specimen to evaluate the flexural characteristics, and the flexural strength (kgf / mm2) and flexural modulus (kgf / mm2) were measured while maintaining the measurement speed at 1.3 mm / min. 5 is shown.
굴곡 강도는 철탑에 가설 시 가해지는 바람 및 비, 눈 등에 의한 가공 송전선의 휘어짐을 최소화하기 위해 필요한 물성이며, 굴곡 탄성율은 보빈에 권취 및 보관을 위해 유연성을 확인하는 물성으로서, 굴곡 탄성율이 4,500 이하인 경우에 바람직한 물성을 갖는 것으로 알려져 있다. 비교예 3, 4 및 6은 표면처리 하지 않은 고강도 섬유를 사용함으로써 낮은 굴곡 강도를 나타내고 있으며, 비교 예 1 및 2는 다이 글리시딜 비스페놀 F의 미첨가로 높은 굴곡 탄성율을 나타내고 있으므로 보빈에 권취하기 힘든 특성을 나타내어 바람직하지 못하다.Flexural strength is required to minimize the bending of overhead transmission lines due to wind, rain and snow applied to steel towers. Flexural modulus is a physical property that confirms flexibility for winding and storage on bobbins. In this case, it is known to have desirable physical properties. Comparative Examples 3, 4, and 6 exhibited low flexural strength by using high-strength fibers without surface treatment, and Comparative Examples 1 and 2 exhibited high flexural modulus without addition of diglycidyl bisphenol F. It is not desirable because of its hard characteristics.
상기 표 2 내지 5를 통해 나타낸 각 시편에 대한 물성 측정 결과를 통해 실시예(1~3)에 따르는 경우가 비교예(1~8)에 따르는 경우에 비하여, 상온특성, 고온특성, 노화특성 및 굴곡특성이 모두 우수하게 나타난 것을 확인할 수 있다.According to the results of measuring the physical properties for each of the specimens shown in Tables 2 to 5 according to Examples (1 to 3) compared to the case according to the Comparative Examples (1 to 8), room temperature characteristics, high temperature characteristics, aging characteristics and It can be seen that the flexural characteristics were all excellent.
이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다. Optimal embodiments of the present invention described above have been disclosed. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention in detail to those skilled in the art, and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims.
본 발명에 따르면, 고온에서 높은 인장 특성을 유지하여 안정적인 열적 특성을 유지하며, 처짐(sag) 현상이 적게 발생하며, 충분한 기계적 강도를 가지면서, 경량을 유지하므로써 송전선의 처짐을 더욱 감쇄시킬 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 개선된 유연성을 가져 포설시 바람, 눈, 강우 등에 의한 수직 항력에도 충분히 대응할 수 있는 장점을 갖는다. According to the present invention, it is possible to further reduce the deflection of the transmission line by maintaining high tensile properties at high temperature to maintain stable thermal properties, less sag, less sag, and sufficient mechanical strength and light weight. Has an advantage. In addition, it has the advantage that it can sufficiently cope with the vertical drag due to wind, snow, rainfall, etc. during the installation has improved flexibility.
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