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KR20050114658A - 보강용 부직 기포 - Google Patents

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KR20050114658A
KR20050114658A KR1020057017299A KR20057017299A KR20050114658A KR 20050114658 A KR20050114658 A KR 20050114658A KR 1020057017299 A KR1020057017299 A KR 1020057017299A KR 20057017299 A KR20057017299 A KR 20057017299A KR 20050114658 A KR20050114658 A KR 20050114658A
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아키라 가스야
와타루 호리모토
가즈야 구스
요시카즈 마에가와
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구라시키 보세키 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명은, 적어도, 복수개의 강화 섬유사를 일정 간격 또는 친밀하게 일정 방향으로 배열한 경사 사조군과, 이것과 대략 수직 방향으로 배열한 복합 섬유의 열융착 멀티필라멘트사의 사조군을 포개어 열융착에 의해 접합한 보강용 부직 기포, 그 제조방법 및 제조 장치에 관한 것이다.

Description

보강용 부직 기포{NONWOVEN BASE FABRIC FOR REINFORCING}
본 발명은, 콘크리트 구조물의 외부 보강·보수에 사용되는 보강용 부직 기포 및 FRP에 사용하는 보강용 부직 기포에 관한 것이다.
FRP나 콘크리트 구조물의 보강이나 보수에는, 금속보다 비중이 작고 강도가 금속 이상인 이른바 고강도 섬유 시트를 삽입 또는 부착하는 것이 실시되고 있다.
고강도 섬유는, 강도가 요구되는 방향으로 다수개를 배열시킴으로써 강도를 높이는 것이 가능하다. 그러나, 고강도 섬유의 실 상태에서는, 취급이 곤란하며 사용시 실을 한가닥씩 정렬시키는 시간을 생략하기 위해, 고강도 섬유는 시트상으로 사용되는 것이 많다.
고강도 섬유 시트로서는, 유리 섬유사로 보형(保形)된 시트가 알려져 있다(예컨대, 일본 특허공개 제1996-142238호 공보, 도 2, 일본 특허공개 제2001-159047호 공보).
유리 섬유로 보형하는 경우, 일반적으로 유리 섬유를 접착제 용액으로 함침시킨 것을 사용하여, 고강도 섬유, 예컨대 탄소 섬유사 상태를 접착시킴으로써 시트 형상이 유지된다. 유리 섬유사는 한 가닥의 섬유가 아니라, 유리 섬유속(纖維束)이며, 그 때문에 섬유와 섬유 사이에 공극(void)이 존재한다. 이들 공극은, 유리 섬유속을 접착제 용액으로 함침시키는 것으로 메울 수 없다. 또한, 접착제에 따라서는, 함침 후의 건조 및 접착 공정에서 섬유사 내부에 공극이 생기는 경우도 있다. 따라서, 보강용 부직 기포 자체에 공극이 다수 존재하는 상태로 FRP나 콘크리트 구조물의 보강에 이용하게 되면, 결과적으로 보강 FRP이나 보강 콘크리트의 강도가 저하된다. 또한 고강도 섬유와 보형 섬유와의 접착에 통상 사용되는 아크릴 수지, 나일론 수지, 폴리에스터 등의 접착제는 제조 중이나 보관 중에 흡습하여, FRP나 콘크리트 구조물의 매트릭스와 접착성을 저하시켜, 결과적으로 보강 성능을 저하시키게 된다. 또한, 수분이 기화하여 팽창함으로써, 매트릭스 수지를 변형, 파괴하는 경우도 있다. 한편, 종래 다용되는 유리 섬유는, 비중이 2.5 정도로 높고, 전체의 단위 당 중량이 상승하고, 또한 유연성이 결여되기 때문에 곡면에의 추종성 등 취급성이 결여된다.
발명의 요약
본 발명은 상기 사정을 감안하여, 흡습성, 공극 등의 악영향의 우려가 없고, 유연성, 경량성이 우수한 보강용 부직 기포를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 강화 섬유사가 보조 섬유재를 이용하여 시트 상으로 보형되어 이루어지는 보강용 부직 기포로서, 보조 섬유재가 융점 차이가 있는 2개 이상의 폴리머로 구성되어 있는 복합 섬유를 이용한 멀티필라멘트사로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포에 관한 것이다.
도 1은 열융착 메쉬 제조 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 보강용 부직 기포 제조장치의 개략 구성도이다.
도 3은 유리 메쉬 제조 장치의 개략 구성도이다.
도 4는 실시예 1에서 수득된 보강용 부직 기포 단면의 섬유 형상의 전자 현미경 사진이다.
도 5는 보강용 부직 기포 제조 장치의 개략 구성도이다.
도 6은 비교예 1에서 수득된 보강용 부직 기포 단면의 섬유 형상의 전자 현미경 사진이다.
도 7은 보조 섬유재로서의 모노필라멘트의 모식적 단면도이다.
도 8은 본 발명의 보강용 부직 기포의 모식적 단면도이다.
본 발명의 시트상 부재를 구성하는 강화 섬유사는, 탄소 섬유, 유리 섬유, 보론 섬유, 강 섬유, 아라미드 섬유, 바이닐론 섬유 등이며, 꼬임이 없는 편평한 형태의 멀티필라멘트로 이루어진다. 상기 멀티필라멘트는, 그 두께에 대한 폭의 비율로 정의되는 편평도가 2 이상인 것이 바람직하며, 10 이상이 보다 바람직하다. 특히 바람직한 편평도는 20 내지 700이다. 한편, 편평도가 20 내지 700인 멀티필라멘트는, 꼬임이 없는 편평한 형태의 멀티필라멘트를 추가로 개섬(開纖) 처리함으로써 얻을 수 있다.
여기서, 개섬 처리란, 복수의 필라멘트의 집합체인 섬유속을 섬유 폭방향으로 분리하는 것을 말하고, 개섬 처리를 가하는 것에 의해 섬유속의 폭을 보다 넓게 할 수 있다. 개섬 처리에 의해 얻어지는 것을 개섬사라고 한다. 본 발명에서는, 멀티필라멘트 또는 적층 멀티필라멘트는 개섬 처리에 의해 원래의 멀티필라멘트에 대해 폭이 2 내지 5배, 바람직하게는 2 내지 4배로 넓혀진 것을 이용할 수 있다. 예컨대, 직경 7μm의 탄소 섬유가 12000개 수속된 폭 약 6mm의 탄소 섬유 멀티필라멘트를 개섬 처리함으로써 20 mm의 편평한 멀티필라멘트(개섬사)로 할 수 있다.
본 발명에 사용하는 보조 섬유재로서는, 융점 차이가 있는 2개 이상의 폴리머로 구성되는 복합 섬유를 이용한다. 복합 섬유란, 단면에서의 각 성분의 배열이 병렬, 코어-쉬스(core-sheath), 그레인, 방사, 모자이크, 해도(海島), 성운 등으로 존재하는 것이다. 바람직한 구조로서는, 생산성, 보형성 및 열융착성의 관점에서, 2성분의 2층 제품이며, 코어-쉬스 구조인 것이다. 바람직하게는, 쉬스부가 코어부 보다 저융점의 폴리머로 구성되어 있는 코어-쉬스 구조로 이루어지는 복합 섬유이다. 한편, 융점 차이는, 생산성을 고려하면 20℃ 이상, 바람직하게는 30℃ 이상의 것이 바람직하다. 단성분의 섬유를 이용하면, 열융착시 끊어질 우려가 있지만, 융점 차이가 있는 폴리머를 이용한 섬유를 이용함으로써, 강화 섬유사와 보조 섬유재를 저융점측의 융착 온도로 열융착시킬 때에 보조 섬유재가 끊어지거나 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가열 압착시킴으로써 보조 섬유재가 편평화하는 것에 의해, 두께 방향의 요철의 정도가 저하되고, 평면성이 우수하다.
본 발명에 사용하는 보조 섬유재는, 복합 섬유를 이용한 멀티필라멘트사로 구성된다. 모노필라멘트를 이용하는 것은 유연성이 결여되기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 단일 섬유의 멀티필라멘트를 이용하는 경우, 상기와 같이 단일 섬유끼리의 간극 부분에서 연유되는 공극을 제거하는 것이 매우 곤란하며, 공극에 의한 강도 저하가 나타나 바람직하지 못하다. 본 발명에 있어서 바람직하게는 필라멘트 30개 이상을 갖는 멀티필라멘트이다. 또한, 바람직한 필라멘트의 굵기로는 100d 내지 1000d이다.
멀티필라멘트사의 재질로서는, 저융점 폴리머 및 고융점 폴리머 둘 다의 올레핀계 멀티필라멘트가 바람직하다. 올레핀은 그의 비중이 다른 열가소성 수지나 무기 섬유보다도 현저히 경량이다. 올레핀은 비중이 0.90 내지 0.98인데 반해 일반적인 고분자재료는 1.5 정도이고, 무기 섬유는 1.8 내지 2.7 정도로 무겁다. 또한, 올레핀은 소수성이기 때문에 흡습성이 없다. 또한, 필라멘트사이에 존재하는 흡습한 수분이 존재하더라도 약간이며, 열융착시 수분은 증발한다. 특히 바람직하게는, 고융점 폴리머로서 폴리프로필렌 폴리머, 저융점 폴리머로서 폴리에틸렌 또는 저융점 폴리프로필렌으로 이루어지는 조합, 즉 협의의 폴리올레핀 폴리머의 조합이다. 구체적으로 예시하는 바람직한 구조 및 재질은, 코어-쉬스 구조로서 폴리프로필렌(코어부)/폴리에틸렌(쉬스부), 폴리프로필렌(코어부)/저융점 폴리프로필렌(쉬스부)이다.
한편, 고강도 섬유인, 탄소 섬유, 유리 섬유, 보론 섬유, 강 섬유, 아라미드 섬유, 바이닐론 섬유 등에 대하여, 본 발명의 보조 섬유재에 이용하는 폴리올레핀계 멀티필라멘트는 접착성을 갖지 않는다. 종래의 유리 섬유 등의 보조재의 경우, 나일론, 폴리에스터 등의 임의 저융점 바인더를 부착시켜 고강도 섬유와 보조 섬유재를 접착시키고 있지만, 본 발명에 있어서는 별도의 바인더를 필요로 하지 않는다. 즉, 복합 섬유에 있어서의 저융점부의 올레핀계 폴리머가 열융착에 의해 고강도 섬유로 들어가는 이른바 앵커(anchor) 효과에 의해 시트상으로 보형할 수 있는 것이다. 본 발명에서는, 이와 같이 본래 접착성을 갖지 않는 저융점 올레핀계 멀티필라멘트이더라도, 앵커 효과에 의한 시트상 보형이 가능한 것을 발견한 것도 하나의 특징이다.
본 발명에 이용하는 보조 섬유재는, 강화 섬유사를 직물과는 다른 구조, 즉 부직 구조로써 시트 상으로 보형하는 것이며, 위사 등으로서 사용하는 방법, 메쉬 구조로서 이용하는 방법 등이 있다.
메쉬 구조로 하기 위해서는, 세로 방향으로 배열한 복합 섬유의 멀티필라멘트사와 가로 방향으로 배열한 복합 섬유의 멀티필라멘트사를 2층 이상 교대로 적층하여 시트상으로 일체화하고, 적층체를 고융점 폴리머의 용융 온도보다 낮은 온도를 가해 열압착함으로써 제조할 수 있다. 이 열압착에 의해 복합 섬유의 저융점 부분의 열융착 수지가 융합하여 공극 발생이 적은 형태의 안정한 메쉬 구조가 얻어진다. 또한, 상기 메쉬 구조는 교대로 2층 이상 적층하는 방법이기 때문에, 직물·편물 구조와 같은 경사의 굴곡이 없는, 즉 경사에 대한 응력 집중의 문제가 생기지 않는다. 한편, 본 발명에서는, 복합 섬유의 멀티필라멘트사를 세로 방향 및 가로 방향의 양쪽에 반드시 사용할 필요는 없지만, 두께를 얇게 할 수 있는 점, 메쉬 구조가 안정하게 얻어지는 점에서, 양 방향 모두 복합 섬유의 멀티필라멘트사를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 강화 섬유사는 보조 섬유재에 의해 시트 상으로 보형되어 보강용 부직 기포를 형성한다.
보형의 시트 상태는, 복수개의 강화 섬유사가 1방향으로 정렬되어 이루어지는 1축 강화 섬유 시트상일 수 있다. 또한, 보형의 시트 상태는, 강화 섬유사를 세로 방향으로 정렬시킨 경사 시트와 강화 섬유사를 가로 방향으로 정렬시킨 위사 시트를 적층하여 이루어지는 2축 강화 섬유사 시트상일 수 있다. 또한, 보형의 시트 상태는, 시트의 긴 방향을 0°로 하여, 0° 방향으로 강화 섬유사를 정렬시킨 사 시트, +α° 및 -α°(0<α<90) 방향으로 강화 섬유사를 정렬시킨 사 시트, 및 추가로 0° 방향 및/또는 90° 방향으로 강화 섬유사를 정렬시킨 사 시트를 적층한 다축 강화 섬유사 시트상일 수 있다. 강화 섬유사를 정렬시킨 태양은, 일정 간격일 수 있고, 친밀한 것일 수 있다.
보형은, 1축 강화 섬유 시트상의 경우, 섬유사가 정렬되어 있는 방향(이하, 「강화 섬유사 방향」이라 함)에 대하여 대략 수직 방향으로 복수의 보조 섬유재를 병렬로 나란히 하여, 보조 섬유재와 시트상 부재가 열융착에 의해 보형되는, 이른바 위사만의 보형 방법이 가능하다. 또한, 대략 수직 방향의 보조 섬유재에 부가하여, 강화 섬유사 방향과 대략 평행한 복수개의 보조 섬유재를 병렬로 나란히 하여, 보조 섬유재를 메쉬 상태로서 시트상 부재와 열융착시켜 보형할 수도 있다. 또한, 보조 섬유재의 메쉬 상태로 보형하는 경우, 보조 섬유재를 미리 열융착 등에 의해 원하는 메쉬 형태로 형성해 두고, 상기 메쉬상 물질을 시트상 부재에 포개어 열융착하도록 할 수도 있다.
또한, 강화 섬유사를 1축 강화 섬유사 시트상으로 보형하는 경우, 강화 섬유사(예컨대 경사 사상군(絲狀群))과 보조 섬유재(예컨대 위사 사상군)을 2층 이상 중첩한 구조에 의해, 경사 사상군과 위사 사상군의 접촉점(선)에서 열융착에 의해 보형하는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 도 8에 도시된 바와 같이, 일정 간격을 갖는 경사 사상군을 상하 2층(82, 83)으로 하고 보조 섬유재로 이루어지는 위사 사상군을 그 중간에 위치시키는 중간층(81)으로 하는 3층 구성에 있어서, 상층 사상군의 사 사이에 하층 사상군의 사가 위치하도록, 하층을 1/2 피치 겹치도록 적층하는 구성이 바람직하다.
보형은, 2축 강화 섬유 시트상의 경우, 미리 강화 섬유사가 2축으로 형성된 시트를 사용하여, 그 시트의 상면, 중간면 및/또는 하면에 보조 섬유재 사상군(복수개의 병렬상 또는 메쉬상)을 열융착시켜 보형할 수도 있다. 2축 강화 섬유사를 형성할 때 동시에 보조 섬유재를 삽입하여, 열융착시켜 보형할 수도 있다. 그 때, 적어도 보조 섬유재의 방향과 강화 섬유사의 방향을 대략 90도가 되도록 성형하면 좋다. 또한, 상기에서 수득된 1축 강화 섬유 시트상 보강용 부직 기포를, 강화 섬유사 방향을 대략 90도 이동시켜 포개어, 다시 열융착하여 보강용 부직 기포를 수득할 수 있다. 또한, 상기 열융착 전의 1축 강화 섬유 시트상 보강용 부직 기포를 강화 섬유사 방향을 대략 90도 이동시켜 포개어 열융착하도록 할 수도 있다.
예컨대, 보형은, 다축 강화 섬유 시트상의 경우, 2축 강화 섬유 시트상의 경우에 90도 이동시켜 1축 강화 섬유 시트상 보강용 부직 기포를 포갠 구조 대신, α 도(0<α<90) 이동시켜 복수개 합친 구조로 하는 것에 의해, 2축 강화 섬유 시트상 보강용 부직 기포와 동일하게 하여, 다축 강화 섬유 시트상 보강용 부직 기포를 얻을 수 있다. α의 크기는, 목적하는 적층 수에 따라 적절히 선정할 수 있다.
열융착은, 강화 섬유사와 보조 섬유재와의 적층체를 가열 가압하면서 실시할 수 있다.
보조 섬유재의 사용 개수, 병렬로 나란히 할 수 있는 간격은, 시트상 부재가 보형될 수 있으면 특별히 한정되지 않으며, 보강용 부직 기포의 사용 목적, 크기, 방법, 개섬사 등의 종류, 폭, 제조방법을 고려하여 적절히 선정하면 바람직하다.
이하에 본 발명의 보강용 부직포를 연속적으로 제조하는 방법 및 장치를 예시한다.
(1) 1축 강화 섬유로 이루어지는 보강용 부직 기포의 제조방법 및 제조장치
(i) 좌우 양측에서 한 쌍의 귀실(耳絲)을 연속적으로 공급하는 장치, 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사의 위사를 연속적으로 공급하여 상기 1쌍의 귀실 사이에 사행 형상으로 가로질러 진행시키는 장치, 사행 형상의 위사의 상면 및 하면에 다수개의 강화 섬유사의 경사를 연속적으로 공급하여 감싸 합치는 장치, 및 경사와 위사가 적층된 후 가열 가압하여 위사의 저융점부를 용융하여 경사와 열융착에 의해 위사를 접합하고, 접합한 부직 기포를 권취하는 장치로 적어도 구성되는 보강용 부직 기포 제조 장치 및 상기 제조 장치가 이행되는 제조방법.
(ii) 다수개의 경사를 연속적으로 공급하여 감싸 합치는 장치, 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사에 의한 메쉬상의 시트를 보내는 장치, 및 경사를 감싸 공급한 직후 상부 또는 하부에서 또는 상하 양쪽으로부터 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사에 의한 메쉬상의 시트를 삽입하여 가열 가압하는 것으로 메쉬상의 시트를 용융하고, 경사과의 열융착에 의해 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사에 의한 메쉬상의 시트를 접합한 부직 기포를 권취하는 장치로 적어도 구성되는 보강용 부직 기포 제조 장치 및 상기 제조 장치가 이행되는 제조방법.
(iii) 좌우 양측에서 한 쌍의 귀실을 연속적으로 공급하는 장치, 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사의 위사를 연속적으로 공급하여 상기 1쌍의 귀실 사이에 사행 형상으로 가로질러 진행시키는 장치, 사행 형상의 위사의 상면 및 하면에 다수개의 강화 섬유사의 경사를 연속적으로 공급하는 장치, 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사를 제 2 경사로서 연속적으로 공급하는 장치, 및 상기의 강화 섬유사의 경사의 상부 또는 하부의 어느 한 쪽에 겹치도록 배치하고, 감싸 공급하여 경사와 위사를 적층한 직후, 가열 가압하는 것으로 경사와 위사에 사용한 열융착사 끼리 열융착시키는 동시에, 경위의 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사와 경사의 강화 섬유사와 열융착시켜 접합한 부직 기포를 권취하는 장치로 적어도 구성되는 보강용 부직 기포 제조 장치 및 상기 제조 장치가 이행되는 제조방법.
(2) 2축 강화 섬유로 이루어지는 보강용 부직 기포
(i) 좌우 양측에서 한 쌍의 귀실을 연속적으로 공급하는 장치, 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사와 강화 섬유사를 교대로 위사로서 연속적으로 공급하여 상기 1쌍의 귀실 사이에 사행 형상으로 가로질러 진행시키는 장치, 사행 형상의 위사의 상면 및 하면에 다수개의 강화 섬유사의 경사를 연속적으로 공급하는 장치, 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사를 제 2 경사로서 연속적으로 공급하는 장치, 및 상기의 강화 섬유사의 경사의 상부 또는 하부의 어느 한 쪽에 겹치도록 배치하고, 감싸 공급하여 경사와 위사를 적층한 직후 가열 가압함으로써, 경사와 위사에 사용한 복합섬유의 멀티필라멘트 열융착사끼리 열융착시키는 동시에, 경위의 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사와 경위의 강화 섬유사와 열융착시켜 접합한 부직 기포를 권취하는 장치로 적어도 구성되는 보강용 부직 기포 제조 장치 및 상기 제조 장치가 이행되는 제조방법.
(ii) 좌우 양측에서 한 쌍의 귀실을 연속적으로 공급하는 장치, 위사로서 강화 섬유사를 연속적으로 공급하여 상기 1쌍의 귀실 사이에 사행 형상으로 가로질러 진행시키는 장치, 사행 형상의 위사의 상면 및 하면에 다수개의 강화 섬유사의 경사를 연속적으로 공급하여 감싸 합치는 장치, 상하에 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사에 의해, 일정 간격으로 배열된 경사 사조군(絲條群)과 위사 사조군을 적층하여 형성된 메쉬상의 시트를 보내는 장치, 경사와 위사가 적층된 직후에, 상부 또는 하부에서 또는 상하 양쪽으로부터 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사에 의한 메쉬상의 시트를 삽입하여 가열 가압하는 것으로 복합 섬유의 멀티필라멘트 열융착사에 의한 메쉬상의 시트를 용융하고 경사와 열융착에 의해 위사를 접합한 부직 기포를 권취하는 장치로 적어도 구성되는 보강용 부직 기포 제조 장치 및 상기 제조 장치가 이행되는 제조방법.
(실시예 1)
보조 섬유재로서, 올레핀계 열융착 멀티필라멘트(미쓰비시레이온사 제품; 열융착 파이렌(등록상표) 680d)를 이용했다. 이 보조 섬유재는, 코어-쉬스 구조의 멀티필라멘트로 코어부가 융점 165℃의 폴리프로필렌, 쉬스부가 융점 98℃의 폴리에틸렌이며, 굵기가 680 데니어로 60필라멘트, 비중 0.93을 갖는다.
도 1에 나타낸 열융착 메쉬 제조장치로 하기와 같이 열융착 메쉬를 제조했다.
상기 보조 섬유재를 이용하여, 세로 방향의 윗실을 2 cm 피치로 배열한 사조군(1), 밑실을 윗실(1) 사이에 실이 위치하도록 2 cm 피치로 배열한 사조군(2), 및 그 사이에 1 cm 피치로 가로 방향으로 동일한 실을 배열한 사조군(3)을 끼워 메쉬 형상으로 배치했다. 이 메쉬상 물질을 상하 전열(電熱)롤을 이용하고, 위 롤의 온도를 100℃, 밑의 롤의 온도를 80℃, 닙(nip) 압력을 1.0 kg/cm으로 하여, 라인 속도 1 m/분으로 열융착하고, 권취롤(6)로 권취시켜, 메쉬를 수득했다.
수득된 메쉬의 두께는 최박부에서 0.1mm, 교점의 최후부에서 0.12 mm이며, 실의 폭은 1.2 mm였다.
다음으로, 도 2에 도시된 보강용 부직 기포 제조 장치를 이용하여 보강용 부직 기포를 제조했다.
세로 방향 강화 섬유로서, 카본 섬유사(미쓰비시레이온사 제품「파이로필(등록상표)」)를 이용한다. 상기 카본 섬유사를 12K에서 실폭이 약 6 mm인 실을 5 mm 피치로 세로 방향으로 배열하여 간극이 없도록 시트 형상으로 한 카본 섬유사 시트(21)를 공급했다. 이 카본 섬유사 시트 아래로부터 상기 열융착의 메쉬(24)를 시트면에 따라 삽입하여 상하에 배치한 전열롤(22, 23) 사이를 S자 형상으로 통과시키고, 닙 조건: 1.0 kg/cm 롤 온도: 100℃, 라인 속도: 1m/분으로, 본 발명의 보강용 부직 기포를 수득했다.
수득된 보강용 부직 기포의 가로 방향의 실의 단면을 전자현미경으로 관찰했다. 그 사진을 도 4에 나타낸다. 쉬스부가 융해하여 일체가 되고, 코어부는 형상을 유지하였다. 보조 섬유재 사이에는 기포 등의 공극이 없었다. 또한, 저융점의 쉬스부를 구성하는 폴리에틸렌에 의해 카본 섬유사 시트와 앵커 효과로 접착하고 있었다.
1방향 강화 카본 섬유사 시트는 흡수 특성이 없는 올레핀 메쉬에 의해서 앵커 효과에 의해 눈메움(目止)되어 있고, 그 올레핀 메쉬 자체가 얇고 유연하기 때문에 수득된 보강용 부직 기포는 부드러우면서 시트상을 유지한 것이었다. 또한, 눈메움되어 있는 올레핀 메쉬 자체에도 기포를 포함하지 않기 때문에, FRP 등에 사용하는 경우에도 그 강도를 손상하는 경향이 없다.
또한, 열융착 메쉬에 사용하는 섬유(필라멘트)의 크기는 340d나 170d로 가늘게 하더라도 눈메움 효과에 변함이 없고 보강용 부직 기포를 형성할 수 있는 것을 알았다.
이것은, 올레핀계 멀티필라멘트 열융착 섬유이기 때문에 비중이 유리 섬유보다도 작다. 따라서, 동일한 세밀도이더라도, 실제 실의 단면적은 유리 섬유보다 커진다.
네트 형상으로 한 경우의 구성되는 1개 실 크기를 하기에 비교하여 나타낸다.
유리 메쉬 0.6 mm
열융착 메쉬(680d) 1.2 mm
열융착 메쉬(340d) 1.0 mm
열융착 메쉬(170d) 0.8 mm
강화 섬유사와 접하는 면이 눈메움 효과로 작용하기 때문에, 유리 메쉬와 같은 눈메움 효과를 얻기 위해서는 열융착 메쉬로서는 170d가 좋다.
또한, 각 메쉬의 1m2 당 무게를 비교하여 나타낸다.
유리 메쉬 16 g/㎡
열융착 메쉬(680d) 15 g/㎡
열융착 메쉬(340d) 7.5 g/㎡
열융착 메쉬(170d) 3.8 g/㎡
(비교예 1)
도 3에 나타낸 유리 메쉬 제조 장치로 하기와 같이 유리 메쉬를 제조했다.
경사로서 유리 섬유사(굵기: 300 데니어, 비중: 2.54)를 이용하여, 세로 방향의 윗실을 1 cm 피치로 배열한 사조군(31)과, 밑실을 윗실과 겹치도록 1 cm 피치로 배열한 사조군(32)과, 그 사이에 1 cm 피치로 가로 방향으로 유리 섬유사(굵기: 600 데니어, 비중: 2.54)를 배열한 사조군(33)을 끼워 메쉬 형상으로 배치했다.
수득된 메쉬상 물질을 열가소성 에멀젼 수지(에틸렌-아세트산바이닐 공중합수지: 고형분 30%)를 주입한 수지조(36)중에 함침시켰다. 계속해서 메쉬상 물질을, 상하에 배치한 고무 롤(34, 35)(직경: 100 mm, 폭: 40 cm) 사이를 통과시켜 여분의 수지를 짜내고 건조롤로 130℃에서 건조시키고, 유리 섬유사에 의한 메쉬를 수득했다.
수득된 메쉬의 두께는, 최박부에서 0.12 mm, 교점의 최후부에서 0.19 mm이며, 실의 폭은 0.6 mm였다.
다음으로, 도 5에 도시된 보강용 부직 기포 제조 장치를 이용하여 보강용 부직 기포를 제조했다.
세로 방향에 강화 섬유로서 카본 섬유사(미쓰비시레이온사 제품「파이로필(등록상표)」)를 이용한다. 상기 카본 섬유사를 12 K에서 실 폭이 약 6 mm인 실을 5 mm 피치로 세로 방향으로 배열하여 간극이 없도록 시트 형상으로 한 카본 섬유사 시트(51)를 공급했다. 이 카본 섬유사 시트 아래로부터 상기 유리 섬유사로 이루어진 메쉬(54)를 시트면을 따라 삽입하여, 상하에 배치한 가열 롤(52, 53) 사이를 S자 형상으로 통과시켜, 닙 조건: 30 kg/40 cm, 상하롤 온도: 150℃, 라인속도: 1m/분으로 하여 본 발명의 보강용 부직 기포를 수득했다.
수득된 보강용 부직 기포의 가로 방향의 실의 단면을 전자현미경으로 관찰했다. 그 사진을 도 6에 도시하였다. 공극이 메쉬를 구성하는 실 안에 존재하고 있는 것을 알았다. 또한, 메쉬와 카본 섬유사 시트는 메쉬에 함침된 열가소성 수지가 융해하여 카본 섬유와 접착하고 있는 것을 알았다.
유리 섬유사에 함침시킨 접착제는 흡수 특성이 있어, 그 접착제에 의해 결합되어 있다. 유리 메쉬를 구성하는 실도, 접착제를 함침하여 건조하고 있는 것에 의해, 둥글게 수속하여 메쉬 자체의 두께를 가진다. 메쉬를 구성하는 섬유가 유리인 것에 의해, 보강용 부직 기포의 유연성이 결여되고, FRP 등에 사용하는 경우 곡면을 추종시키기 어렵다. 또한, 눈메움되어 있는 메쉬 자체에 공극이 존재하여 FRP 등에 사용한 경우 그 강도를 저하시킨다.
(실시예 2)
강화 섬유로서, 카본 섬유사(미쓰비시레이온사 제품「파이론필(등록상표)」) 12 K를 실 폭 약 20 mm으로 개섬한 실을 이용했다. 이 실을 이용하여, 세로 방향의 위실로서 4 cm 피치로 배열한 상층 사조군과, 밑실을 위실 사이에 실을 위치시키기 위해 1/2 피치 어긋나게 적층되도록, 4 cm 피치로 배열한 하층 사조군을 형성했다.
보조 섬유재로서, 올레핀계 열융착 멀티필라멘트(미쓰비시레이온사 제품; 열융착 파이렌(등록상표) 170d)를 이용했다. 이 보조 섬유재는, 코어-쉬스 구조의 멀티필라멘트로 코어부가 융점 165℃의 폴리프로필렌, 쉬스부가 융점 98℃의 폴리에틸렌이며, 굵기가 170 데니어로 60필라멘트, 비중 0.93을 갖는다.
상기 카본 섬유사를 상하 2층의 경사 사상군, 코어-쉬스 구조의 올레핀계 열융착 멀티필라멘트의 보조 섬유재를 위사로서 사용한다.
상하 2층의 경사 사상 사이에 1 cm 피치로 가로 방향으로 배열한 위사를 삽입하여 배치했다. 다음으로, 위의 롤에는 바깥층이 스테인레스인 전열롤을, 밑의 롤에는 크기가 동일하며 바깥층이 내열 실리콘 고무인 전열롤을 배치하고, 위의 롤의 온도를 100℃, 밑의 롤의 온도를 80℃, 닙 압력을 1.0 kg/cm으로 하여, 라인 속도 1 m/분으로 위사의 열융착사로 눈메움한 1방향 강화 섬유 보강용 부직 기포를 수득했다.
수득된 보강용 부직 기포의 단면을 관찰하면, 실시예 1에서 수득된 보강용 부직 기포와 동일하게, 쉬스부가 융해하여 일체로 되고, 코어부는 형상을 유지하고 있었다. 보조 섬유재 사이에는 기포 등의 공극이 매우 적다. 또한, 저융점의 쉬스부를 구성하는 폴리에틸렌에 의해 카본 섬유사 시트와 앵커 효과로 접착하고 있었다.
1방향 강화 카본 섬유사 시트는, 흡수 특성이 없는 올레핀계 멀티필라멘트사에 의해, 앵커 효과에 의해 눈메움되어 있고, 그 올레핀계 멀티필라멘트사 자체가 유연하므로, 수득된 보강용 부직 기포는 부드러우면서 시트상을 유지하였다. 또한, 눈메움되어 있는 올레핀계 멀티필라멘트사 자체에도 기포를 포함하지 않기 때문에, FRP 등에 사용하는 경우 그 강도가 손상되는 경향이 없다.
또한, 위사만으로 눈메움되어 있어, 보강용 부직 기포의 1m2 당 중량은 매우 경량이 된다. 또한, 눈메움으로 사용하는 보조 섬유재의 사용량은 매우 작다. 이 때문에, FRP로 한 경우에, 보강 섬유가 되는 강화 섬유사 이외의 성분을 극단적으로 적게 하는 것이 가능해진다.
실시예 2와 같이, 강화 섬유사로서, 카본 섬유사 12K 폭 20 mm의 개섬사를 20 mm 간격으로 배열하여, 각 눈메움 방법을 적용한 경우, 보강용 부직 기포의 1m2 당 중량을 하기에 나타낸다.
실시예 2의 보강용 부직 기포(위사만) 42 g/㎡
유리 메쉬 사용(메쉬 사용) 57 g/㎡(비교예 1)
열융착 메쉬(680d) 사용(메쉬 사용) 56 g/㎡(실시예 1)
열융착 메쉬(340d) 사용(메쉬 사용) 48 g/㎡
열융착 메쉬(170d) 사용(메쉬 사용) 44 g/㎡

Claims (13)

  1. 강화 섬유사가 보조 섬유재를 이용하여 시트상으로 보형되어 이루어지는 보강용 부직 기포로서, 상기 보조 섬유재가 융점 차이가 있는 2개 이상의 폴리머로 구성되어 있는 복합 섬유를 이용한 멀티필라멘트사로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복합 섬유가, 쉬스부가 코어부보다 저융점인 폴리머로 구성되어 있는 코어-쉬스 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    융점 차이가 있는 2개 이상의 폴리머가 모두 올레핀계 폴리머로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    융점 차이가 있는 2개 이상의 폴리머에서, 고융점 폴리머가 폴리프로필렌 폴리머이고, 저융점 폴리머가 폴리에틸렌 또는 저융점 폴리프로필렌 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    코어-쉬스 구조로 이루어지는 복합 섬유에서의 상기 코어-쉬스 구조가, 폴리프로필렌(코어부)/폴리에틸렌(쉬스부) 또는 폴리프로필렌(코어부)/저융점 폴리프로필렌(쉬스부)인 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    강화 섬유사를 경사 사조군(絲條群)으로 하고 보조 섬유재를 위사 사상군(絲狀群)으로 하여, 2층 이상 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포.
  7. 제 6 항에 있어서,
    일정 간격을 갖는 경사 사상군을 상하 2층으로 하고 위사 사상군을 그 상하 사이에 위치시키는 3층 구성이며, 상층 사상군의 사 사이에 하층 사상군의 사가 위치하도록 하층을 1/2 피치 어긋나게 적층하는 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    보조 섬유재가 융점 차이가 있는 2개 이상의 폴리머로 구성되어 있는 복합 섬유를 이용한 멀티필라멘트사를 적어도 위사로서 이용한 메쉬 구조로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시트상 보형이 열융착으로 실시되고 있는 보강용 부직 기포.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    강화 섬유사가 개섬사인 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    강화 섬유사가 복수개 1방향으로 배열되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    강화 섬유사가, 강화 섬유사를 세로 방향으로 배열한 경사 시트와 강화 섬유사를 가로 방향으로 배열한 위사 시트로 이루어지는 2축 강화 섬유사 시트를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포.
  13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    강화 섬유사가, 시트의 긴 방향을 0°로 하여, 0° 방향으로 강화 섬유사를 배열한 사 시트, +α° 및 -α°(0<α<90) 방향으로 강화 섬유사를 배열한 사 시트, 및 0° 방향 및/또는 90° 방향으로 강화 섬유사를 배열한 사 시트로 이루어지는 다축 강화 섬유사 시트를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 보강용 부직 기포.
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