KR101157330B1 - 가공송전선용 섬유 강화 플라스틱 중심 인장선의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공송전선에 사용되는 섬유 강화 플라스틱 중심 인장선의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르는 방법은 특정 조성을 가진 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물을 사용하는 동시에, 섬유 강화 플라스틱 성형시 1차 경화 후 프리프레그 상태에서 반경화된 수지를 나일론 등으로 피복하고, 1차 꼬임을 수행한 다음, 2차 경화를 수행하여 중심 인장선을 형성함으로써, 고온에서 높은 인장 특성을 유지하며 안정적인 열적 특성을 유지하면서도 경량으로서 전선의 처짐 현상이 개선된 가공송전선을 제공할 수 있다.

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Description

가공송전선용 섬유 강화 플라스틱 중심 인장선의 제조방법 {Preparing method of Inner Strength Member of Fiber Reinforced Plastics for Overhead Transmission Line}

본 발명은 열적 특성을 개선하여 굴곡 강도가 향상된 섬유 강화 플라스틱 중심 인장선 및 이를 포함하는 가공송전선의 제조방법에 관한 것이다.

가공송전선이란 지상으로부터 공중으로 이격되어 전력을 전송하는 것으로 일반적으로 발전소에서 발생된 전력을 변전소 등에 보내기 위해 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 가공송전선의 사시도이다. 통상적인 가공송전선은, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 중심 인장선(1)과 이를 둘러싸고 있는 도선(2)으로 이루어진다. 이러한 중심 인장선(1)은 가공송전선의 장력을 부담하여 가공송전선을 지지하면서 전선의 강도를 유지시켜주는 역할을 하며, 종래에는 일반적으로 중심 인장선에 강선이나 탄소강으로 이루어진 케이블을 사용하였다. 그리고 이를 둘러싼 도선(2)은 알루미늄으로 이루어지며 전류 수송을 담당한다.

이러한 가공송전선은 외부 환경에 노출되어 있고　송전시 자체 온도가 90℃ 이상으로 상승하여 송전선을 지지하고 있는 중심 인장선을 팽창시키게 되고, 이에 따라 케이블의 처짐 현상이 발생하는 문제점이 있다. 특히 교류 초고압 가공송전선은 송전시 자체 온도가 150℃까지 올라가기 때문에, 열팽창에 의한 처짐 현상이 더욱 문제시된다. 이러한 문제점은 최근 송전량의 증가 추세에 따라 심화되고 있는데, 이에 따라 고온에서의 케이블 처짐 현상을 고려하여 더욱 높은 철탑을 설치하거나 철탑 사이의 간격을 단축시켜야 하는바, 경제적인 문제도 대두되고 있다.

따라서, 기존의 중심 인장선에 사용되는 강선 또는 탄소강 대신에 탄소섬유 강화 플라스틱 등으로 이루어진 복합재료로의 대체 움직임이 일어나고 있다. 이는, 탄소섬유 강화 플라스틱의 사용은 고온에서 높은 인장 특성을 유지하며 경량으로 기존 금속 전선의 처짐 현상을 개선할 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 탄소섬유 강화 플라스틱을 성형함에 있어서의 어려움과 기술적인 문제로 인하여 이러한 물질로 이루어진 중심 인장선의 제조방법에 대한 문제가 제기되어 왔다. 그러한 문제점에는 탄소섬유 강화 플라스틱의 제조시 발생하는 수지의 기포 현상과 케이블의 불규칙한 단면 원형도, 불규칙한 수지의 함량이 있으며, 이러한 문제는 종래 일반적인 탄소섬유 강화 플라스틱의 기지재(matrix)로 사용하는 수지의 경화시 발생하는 문제로, 섬유 강화 플라스틱으로 이루어진 중심 인장선의 제조에 있어서 가장 큰 문제점으로 인식되어 왔다. 또한, 보다 굴곡 강도가 개선된 섬유 강화 플라스틱 중심 인장선을 제조하기 위해서는 섬유 강화 플라스틱을 성형할 필요성이 존재하지만, 섬유 강화 플라스틱을 성형함에 있어서의 방법상의 문제점도 존재하여 왔다.

따라서, 고온에서 안정하고 처짐 현상을 최소화할 수 있도록 성형된 섬유 강화 플라스틱 중심 인장선을 포함하는 가공송전선의 개발이 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 고온에서 안정하고 처짐 현상을 최소화할 수 있는 가공송전선의 중심 인장선을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 중심 인장선을 포함하는 가공송전선의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은

(S1) 다관능성 에폭시 수지 및 방향족 아민계 경화제를 포함하는 섬유 강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastic) 제조용 조성물 및 섬유를 준비하는 단계;

(S2) 섬유를 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 함침시키는 단계;

(S3) 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 함침된 섬유를 연속된 하나 이상의 롤러에 통과시키는 단계;

(S4) 롤러를 통과한 하나 이상의 섬유를 포함하는 섬유 다발을, 원형 단면을 지닌 세라믹 홀에 통과시키는 단계;

(S5) 세라믹 홀을 통과한 섬유 다발을 1차 경화시켜 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 형성하는 단계;

(S6) 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 피복하는 단계;

(S7) 피복된 하나 이상의 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 1차 꼬임을 통해 서로 꼬이도록 배치하는 단계; 및

(S8) 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱의 꼬임을 2차 경화하여 섬유 강화 플라스틱 중심 인장선을 형성하는 단계를 포함하는 가공송전선의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물을 형성하는 다관능성 에폭시 수지는 3관능성 이상의 에폭시 수지이며, 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물은 방향족 아민계 경화제를 다관능성 에폭시 수지 100중량% 대비 10 내지 50중량%의 함량으로 포함할 수 있다.

방향족 아민계 경화제는 메타 페닐렌 디아민(Meta phenylene Diamine, MPD), 4,4-디메틸아닐린(4,4-Dimethylaniline, DDM), 디아미노 디페닐 술폰(Diamino Diphenyl Sulfone, DDS) 또는 이들의 혼합물이다.

섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 함침되는 섬유는 1종 이상의 탄소섬유, 케블라, 폴리아크릴레이트 섬유, 알루미나 섬유 또는 실리콘 카바이드 섬유일 수 있다.

상기 (S5) 단계의 1차 경화는 80 내지 130℃의 온도 범위에서 10초 내지 2분 동안 수행될 수 있으며, 방향족 아민계 경화제를 포함하는 조성물의 특성상 1차 경화에 의해 섬유에 함침된 수지는 반경화 상태로 프리프레그화 되어 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱에 원하는 성형을 가할 수 있어서, 중심 인장선의 성형을 목적하는대로 수행할 수 있다.

상기 (S6) 단계는 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 나일론 또는 폴리에스터 섬유 등의 보강섬유로 피복함으로써 수행할 수 있다.

상기 방법은 상기 (S7) 1차 꼬임 단계와 (S8) 2차 경화 단계 사이에 상온에서의 냉각단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 (S8) 단계의 2차 경화는 179 내지 190℃의 온도 범위에서 1분 내지 10분 동안 수행될 수 있으며, 이때 1차 경화에서 완전히 경화되지 않은 섬유에 함침된 수지가 완전히 경화된다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 상기 제조방법에 의해 제조된 내열 특성이 개선된 가공송전선의 중심 인장선에 관한 것으로, 가공송전선의 중심 인장선은 섬유 강화 플라스틱 다발로 이루어지며, 당해 섬유 강화 플라스틱 다발은 하나 이상의 섬유 강화 플라스틱 단선이 서로 꼬이도록 배치되어 있으며, 섬유 강화 플라스틱은 피복재로 피복되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은 상기 제조방법으로 제조된 가공송전선의 중심 인장선의 외부에 여러 가닥의 알루미늄 도선을 꼬임 형태로 배치하는 단계를 추가로 포함하여 가공송전선을 형성하는 가공송전선의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 구현예들에 의하면, 완전 경화 후 꼬임을 수행하는데 어려운 문제점이 있었던 종래의 단점을 보완하여 꼬임을 부여한 다발성 섬유 강화 플라스틱으로 이루어진 중심 인장선을 제공할 수 있으며, 이로써 중심 인장선의 굴곡 강도를 향상시킬 수 있고, 원통형 중심 인장선에 비해 꼬임 구조로 인하여 송전용 도선과의 가공성을 개선하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 종래 일반적인 탄소섬유 강화 플라스틱의 기지재로 사용하는 수지의 내열 특성을 개선하여 중심 인장선이 사용가능한 온도를 150℃ 수준으로 향상시킬 수 있으며, 종래의 섬유 강화 플라스틱의 문제점인 표면 기포와 불규칙한 단면과 수지 함량에 대한 문제를 해결하고 가공송전선이 고온에서도 높은 인장 특성을 유지하여 안정적인 열적 특성을 유지하도록 한다. 이로써 송전선의 처짐 현상이 적게 발생하여 송전탑의 송전용량을 증가시킬 수 있으며, 송전탑의 간격 및 높이 측면에서 경제성을 도모할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에서는 고온에서 안정하고 처짐 현상을 최소화할 수 있는 가공송전선의 중심 인장선을 제조하는 방법을 제공하며, 본 발명에 따르는 가공송전선의 중심 인장선은 도 2의 플로우 차트에 나타낸 바와 같이, (S1) 단계 내지 (S8) 단계를 따라 제조된다. 또한, 도 3은 본 발명의 가공송전선용 중심 인장선의 제조에 사용되는 설비의 모식도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일구현예에 따르는 하나의 양상은

(S1) 다관능성 에폭시 수지 및 방향족 아민계 경화제를 포함하는 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물 및 섬유를 준비하는 단계;

(S2) 섬유를 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 함침시키는 단계;

(S3) 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 함침된 섬유를 연속된 하나 이상의 롤러에 통과시키는 단계;

(S4) 롤러를 통과한 하나 이상의 섬유를 포함하는 섬유 다발을 원형 단면을 지닌 세라믹 홀에 통과시키는 단계;

(S5) 세라믹 홀을 통과한 섬유 다발을 1차 경화시켜 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 형성하는 단계;

(S6) 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 피복하는 단계;

(S7) 피복된 하나 이상의 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 1차 꼬임을 통해 서로 꼬이도록 배치하는 단계; 및

(S8) 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱의 꼬임을 2차 경화하여 섬유 강화 플라스틱 중심 인장선을 형성하는 단계를 포함하는 가공송전선의 중심 인장선 제조방법에 관계한다.

본 발명의 구현예들은 교류 초고압 가공 송전로에 사용되는 전선으로, 가공 송전선 내부에 구비되는 중심 인장선으로서 종래의 탄소강을 사용하는 강심 알루미늄 연선(Aluminium Conductor Steel Reinforced, ACSR) 대신에 섬유 강화 플라스틱을 사용한 복합재료 전선에 관한 것으로, 고온에서도 인장력을 향상시키고, 중심 인장선의 성형을 용이하게 하여 보다 향상된 굴곡 강도를 지닌 가공송전선을 제공함으로써 기존의 가공송전선의 문제점을 해결하고자 하는 것이다.

특히 앞서 언급한 바와 같이, 기존의 교류 초고압 가공 송전용 전선은 송전 시 자체 온도가 150℃까지 올라가기 때문에, 송전선의 처짐 현상에 대한 문제점이 더욱 크며, 송전탑의 높이 증가 및 간격 축소로 인한 경제적인 문제도 있다. 본 발명자는 이러한 문제의 원인은 중심 심재의 기지재인 수지의 열적 특성 및 그에 따른 성형방법상의 어려움에 기인함을 발견하였다. 종래 탄소섬유 강화 플라스틱에 일반적으로 사용되는 수지를 시차주사열량법(Differential Scanning Calorimetry, DSC)으로 열분석한 결과, 종래 사용되는 수지는 유리전이온도(Tg)가 150℃ 정도로 해당 온도 부근에서 물성 저하가 현저하게 나타난다는 점을 확인하였다. 또한, 장력이 작용되는 실제 상황에서는 훨씬 낮은 온도에서도 물성 저하 현상이 발현하게 된다.

본 발명에서는 가공송전선의 중심 인장선을 위해 특정 조성의 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물을 사용하고 새로운 제조공정을 도입하여 중심 인장선을 제조함으로써 Tg가 180℃ 이상이고, 통상 사용 가능한 온도를 150℃ 수준으로 개선한 섬유 강화 플라스틱으로 이루어진 중심 인장선을 제공함으로써 가공송전선의 내열특성을 개선한다.

또한, 중심 인장선으로 사용되기 위해서는 섬유 강화 플라스틱 각각의 단면이 원형이고 지름이 일정하게 제조되어야 하며 섬유 강화 플라스틱 내부의 섬유와 기지재인 수지의 함량도 일정하게 유지되어야 한다. 종래의 섬유 강화 플라스틱의 제조방법은 열경화성 수지의 용제, 사용되는 경화제의 선택의 문제 및 그에 따른 성형방법의 차이로 인하여 섬유 강화 플라스틱 표면에 기포가 발생하는 것과 불규칙한 단면 또는 지름 및 성형방법상의 어려움이 문제되어 왔다. 구체적으로 종래의 탄소섬유 강화 플라스틱을 활용한 중심 인장선의 제조는 산 무수물계 경화제를 사용함으로써 한번 경화가 시작되면 발열반응이 끝나기 전에 경화를 중지할 수 없어 완전히 경화된 후에 꼬임을 수행하였는바, 실질적으로 꼬임 성형에 많은 어려움이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본원발명에서는 특정 조성을 가지는 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물을 이용하여 섬유 강화 플라스틱을 제조하고, 1차 경화와 2차 경화 사이에 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 피복한 다음, 하나 이상의 여러 가닥의 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 서로 꼬아 배치하는 1차 꼬임을 수행하는 단계를 포함하여 완전 경화 후의 성형상의 어려운 문제를 해결하고, 중심 인장선의 성형이 가능하게 함으로써, 종래의 산 무수물계 경화제 및 2관능성 에폭시 수지를 포함하는 조성물을 사용하고 일반 경화시키는 경우와는 달리, 중심 인장선의 꼬임 성형이 용이하며, 경화 후에 불필요한 용제 또는 생성물들이 남지 않게 되어 표면에 기포가 발생하게 되지 않게 된다.

(S1) 섬유 강화 플라스틱제조용 조성물 및 섬유 준비

본 발명의 구현예들에 사용가능한 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물은 다관능성 에폭시 수지 및 방향족 아민계 경화제를 포함한다.

섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 포함되는 다관능성 에폭시 수지는 3관능성 이상의 에폭시 수지로, 구체적으로 예를 들면, 3관능성 에폭시 수지인 트리메틸올 프로판-N-트리글리시딜 에테르(Trimethylol propane-N-triglycidyl ether) 등의 글리세린 트리스터(Glycerine trister) 또는 4관능성 에폭시 수지인 N,N,N`,N`-테트라글리시딜-4,4`-메틸렌-비스-벤자민(N,N,N',N'-tetraglycidyl-4,4'-methylene-bis-benzamine), 테트라글리시딜 메틸렌 디아닐린(Tetraglycidyl methylene dianiline, TGMDA) 등의 글리시딜 아민(Glycidyl amine)을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다관능성 에폭시 수지면 사용 가능하다.

다관능성 에폭시 수지의 경화제로는 방향족 아민계 경화제를 사용할 수 있으며, 이는 에폭시기의 관능기와 화학양론적으로 반응하는 산 무수물계 경화제와는 달리 촉매적으로 작용하는 잠재적 경화제에 해당하는 것으로, 경화 반응을 한번에 끝내지 않고 저온에서의 1차, 고온에서의 2차로 나누어 경화시킴으로써 1차 경화 후 반경화 상태의 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 형성함으로써, 완전 경화된 상태와는 달리 섬유 강화 플라스틱의 성형을 용이하게 할 수 있도록 하고, 두 차례의 경화에서 용제를 모두 휘발시킴으로써 경화반응 완료 후에 잔류 용제 또는 생성물들로 인한 표면에서의 기포 발생을 줄일 수 있다. 즉, 지방족 아민계 경화제보다 내열 특성이 좋은 특성을 활용함으로써 중심 인장선으로 사용하는 섬유 강화 플라스틱의 내열특성을 향상시키기 위함이다. 또한, 이는 산 무수물계 경화제를 사용하는 경우에 발생하는 1차 경화시 완전 경화가 일어남에 따라 잔류 용제 또는 생성물로 인한 표면에서의 기포 발생의 문제점을 해결할 수도 있다.

방향족 아민계 경화제로는 메타 페닐렌 디아민(Meta phenylene Diamine, MPD), 4,4-디메틸 아닐린(4,4-Dimethylaniline, DDM), 디아미노 디페닐 술폰(Diamino Diphenyl Sulfone, DDS) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 당해 경화제는 다관능성 에폭시 수지 100중량% 대비 10 내지 50중량%의 함량으로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 30 내지 35중량%의 함량으로 포함되는 것이 좋다.

섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물은 경화 촉진제를 추가로 포함할 수 있으며, 경화 촉진제는 이미다졸계 화합물로, 다관능성 에폭시 수지 100중량% 대비 0.1 내지 4중량%의 함량으로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 함량 범위를 벗어나게 되면, 경화가 완전히 이루어지지 않거나, 경화 후 경화제의 잔류로 인해 경화가 완전하지 않을 수 있다.

섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 함침되는 섬유는 1종 이상의 탄소섬유, 케블라, 폴리아크릴레이트 섬유, 알루미나 섬유 또는 실리콘 카바이드 섬유일 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 탄소 섬유를 사용하는 것이 좋다.

(S2) 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 함침

본 단계는 상기 (S1) 단계에서 준비한 섬유를 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 함침시키는 단계이다. 예를 들어, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 12가닥의 섬유를 함침조에 준비된 수지 조성물에 함침시킴으로써 수행될 수 있다.

(S3) 롤러 통과

섬유를 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 함침시킨 후, 수지가 함침된 섬유를 연속적으로 배치된 하나 이상의 롤러에 통과시키는 단계이다. 이는 수지가 함침된 섬유를 연속된 하나 이상의 롤러를 통과시켜 섬유에 함침된 수지를 일정하게 조절함으로써, 제조된 섬유 강화 플라스틱에서의 수지 함량을 일정하게 조절할 수 있도록 하기 위함이다.

(S4) 세라믹 홀 통과

롤러를 통과한 하나 이상의 섬유를 포함하는 섬유 다발을 원형 단면을 지닌 세라믹 홀에 통과시키는 단계로, 수지가 함침된 섬유 다발을 원형 단면을 지닌 세라믹 홀에 통과시킴으로써 섬유 강화 플라스틱이 규칙적인 원형 단면도를 갖도록 할 수 있다. 이때, 세라믹 홀은 섬유 강화 플라스틱의 단면을 일정한 형상으로 형성하도록 일정한 단면을 지니고 있다. 또한, 원형 단면을 지닌 홀의 재료로 세라믹 물질을 사용하는 것은 섬유가 금속 등에 의해 손상되는 것을 방지하기 위함이다.

(S5) 1차 경화(프리프레그화)

세라믹 홀을 통과한 섬유 다발을 1차 경화시켜 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 형성하는 단계이다. 프리프레그란 함침 수지를 반경화시킨 섬유 강화 플라스틱을 뜻하는 것으로, 일정 성형이 가능하도록 완전히 경화되지 않은 상태를 의미한다.

이러한 1차 경화는 80 내지 130℃의 온도 범위에서 10초 내지 2분 동안 수행할 수 있으며, 특정 온도의 오븐을 통과하는 방식의 설비를 활용하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 방향족 아민계 경화제를 포함하는 조성물의 특성상 1차 경화에 의해 섬유에 함침된 수지는 반경화 상태로 프리프레그화 되어 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱에 원하는 성형을 가할 수 있어서 중심 인장선의 성형을 목적하는 대로 수행할 수 있다.

(S6) 피복

프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 피복하는 단계로, 본 단계는 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 나일론, 폴리에스터 섬유 등의 보강섬유로 피복함으로써 수행할 수 있다. 본 단계를 수행하는 목적은 가공송전선의 중심 인장선으로 여러 가닥의 섬유 강화 플라스틱 다발을 꼬아서 사용하기 위해서, 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱 단선들을 서로 꼬이도록 배치하는 것을 용이하게 하기 위함이다. 피복하지 않고 반경화된 상태의 섬유 강화 플라스틱 단선들을 서로 꼬이도록 배치하여 1차 꼬임을 수행하면, 반경화 상태의 수지가 서로 경계를 잃게 되어 중심 인장선의 꼬임 성형을 어렵게 할 수 있기 때문이다.

(S7) 1차 꼬임

피복된 하나 이상의 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 1차 꼬임을 통해 완전 경화 전에 미리 서로 꼬이도록 배치하는 단계이다. 즉, 가공송전선의 중심 인장선의 굴곡 강도를 개선하기 위하여 여러 가닥의 섬유 강화 플라스틱을 포함하면서도 이러한 섬유 강화 플라스틱이 서로 꼬여서 배치되도록 함으로써 굴곡 강도를 보다 개선하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 특정 수지 조성물 및 제조공정을 사용함으로써 본 공정이 가능해진다.

일례로 여러 가닥의 섬유를 포함하는 섬유 강화 플라스틱 단선을 하나 이상 준비하여 서로 꼬이도록 배치함으로써 수행될 수 있다.

(S8) 2차 경화

프리프레그화 섬유 강화 플라스틱의 꼬임을 2차 경화하여 섬유 강화 플라스틱 중심 인장선을 형성하는 단계이다. 본 단계의 2차 경화는 179 내지 190℃의 온도 범위에서 1분 내지 10분 동안 수행할 수 있으며, 이때 1차 경화에서 완전히 경화되지 않은 섬유에 함침된 수지가 완전히 경화된다. 2차 경화는 특정 온도의 경화 오븐을 통과하는 방식의 설비를 활용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에 의한 가공송전선의 제조방법은 상기 (S7) 1차 꼬임 단계와 (S8) 2차 경화 단계 사이에 상온에서의 냉각단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양상은 상기 제조방법에 의해 제조된 가공송전선의 중심 인장선에 관계한다. 도 4는 본 발명에 따르는 가공송전선의 중심 인장선의 사시도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 가공송전선의 중심 인장선(30)은 섬유 강화 플라스틱(10)의 다발로 이루어지며, 당해 섬유 강화 플라스틱(10)의 다발은 하나 이상의 섬유(11)와 당해 섬유를 둘러싸면서 열경화된 기지재(12)로 이루어진 섬유 강화 플라스틱 단선(10)이 여러 가닥 서로 꼬인 형태를 가진다. 또한, 섬유 강화 플라스틱 단선(10)은 피복재로 피복되어 있다.

본 발명의 또 다른 양상은 상기 제조방법에 의해 제조된 가공송전선의 중심 인장선을 포함하는 가공송전선의 제조방법을 제공하는 것이다. 도 5는 본 발명의 가공송전선의 제조방법을 나타낸 플로우 차트이며, 도 6은 본 발명의 가공송전선의 제조방법의 모식도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 가공송전선의 제조방법은 상기 제조된 중심 인장선의 외부에 여러 가닥의 알루미늄 도선을 꼬임 형태로 배치하는 2차 꼬임 단계(S9)를 추가로 포함하여 가공송전선을 형성한다.

2차 꼬임 단계는 2차 경화되어 제조된 중심 인장선의 외부에 여러 가닥의 알루미늄 도선을 2차 꼬임을 통해 배치하여 최종적으로 가공송전선을 형성하는 단계이다. 도 7은 본 발명에 따른 가공송전선의 사시도이다. 도 7을 참조하면, 상기 (S8) 단계에서 수득한 중심 인장선(30)의 외부에 알루미늄 도선을 중심 인장선(30)을 꼬는 방식으로 배치함으로써 가공송전선을 제조할 수 있으며, 2차 꼬임의 방향은 1차 꼬임의 방향과 동일하거나 반대 방향일 수 있으며, 꼬임의 각도는 특별히 제한되지 않는다.

도 8은 본 발명에 따르는 가공송전선의 단면도 및 중심 인장선의 부분 확대도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 가공송전선은 섬유 강화 플라스틱(10) 다발로 이루어진 중심 인장선(30)을 포함하며, 당해 섬유 강화 플라스틱 다발은 하나 이상의 섬유 강화 플라스틱 단선(10)이 서로 꼬이도록 배치되어 있으며, 중심 인장선(30) 외부에 알루미늄 도선(20)이 둘러 싸여져 있다.

중심 인장선(30)을 이루는 각각의 섬유 강화 플라스틱(10)은 하나 이상의 섬유(11)가 중심 인장선과 평행하게 배치되어 있으며, 이를 수지 조성물에 의해 열경화된 수지(12)가 감싸고 있게 된다.

또한, 섬유 강화 플라스틱(10)은 피복재로 피복되어 있으며, 꼬인 형태를 가짐으로써 성형 가공이 어려운 종래의 원통형 중심 인장선과 비교하여 알루미늄 도선(20)과의 가공성을 보다 좋게 한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명에 따르는 실시예들은 다양하게 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

실시예 1

도 3과 같이 탄소섬유 보빈, 수지 함침조, 롤러, 경화 오븐을 포함하는 설비를 준비하였다. 또한, 테트라글리시딜 메틸렌 디아닐린(MY720, HUNTSMAN 제품) 100중량부, 디아미노 디페닐 술폰(DDS, HUNTSMAN 제품) 35중량부 및 아세톤 20중량부로 이루어진 수지 조성물을 준비하여 수지 함침조에 준비하였다. 탄소섬유 12가닥(Toray T-700, grade 12K)을, 수지 함침조를 통과한 후에 롤러를 통과하도록 일정한 장력을 유지하면서 보빈에 설치하고, 수지 조성물이 준비되어 있는 함침조에 함침시킨 다음, 롤러를 통과하여 마지막으로 세라믹 홀을 통과시켰다. 이어서, 수지에 함침된 탄소섬유를 120℃의 1차 오븐을 통과시켜 1차 경화시키고, 이어서 프리프레그화 탄소섬유 강화 플라스틱에 나일론 66을 피복하고, 7가닥의 피복된 탄소섬유 강화 플라스틱을 1차 꼬임을 실시하여 서로 꼬았다. 그런 다음, 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱 꼬임을 180℃의 2차 경화 오븐을 통과시켜 섬유에 함침된 수지를 완전히 경화시켜 보빈에 감아서 중심 인장선을 제조하였다.

비교예 1

실시예 1에서 함침조의 수지 조성물 대신에 비스페놀 A형 에폭시 수지(Epon 828, 더 다우 케미칼 제품) 100중량부 및 산 무수물계 경화제인 테트라하이드로프탈릭 실버 하이드라이드 30중량부로 이루어진 수지 조성물을 사용하고, 1차 및 2차 경화 사이에 나일론 피복 단계 및 1차 꼬임을 실시하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 중심 인장선을 제조하였다.

실험예 1 - 굴곡 강도에 대한 실험

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 가공송전선의 중심 인장선의 굴곡 강도를 측정하기 위해, 가공송전선을 150℃로 가열한 후, 만능재료시험기(Universal Test Machine, Instron 5582)로 굴곡 강도를 측정한 결과, 실시예 1의 경우에는 25% 정도의 굴곡 강도가 떨어짐을 확인할 수 있었으며, 비교예 1의 경우에는 70% 정도 굴곡 강도가 떨어짐을 확인할 수 있었다.

상기 실험예 1의 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 다관능성 에폭시 수지와 방향족 아민계 경화제를 포함하는 조성물을 이용하고, 본 발명에 따른 공정에 따라 가공송전선의 중심 인장선을 제조한 경우(실시예 1)에는 굴곡 강도가 개선되었으나, 기존의 산 무수물계 경화제를 사용하고, 그에 따라 기존의 경화방식을 사용한 경우(비교예 1)에는 굴곡 강도가 개선되지 않았음을 확인할 수 있었다.

즉, 상기 실시예 및 비교예에 대한 실험예의 결과로부터, 본 발명과 같은 특정 조성 성분을 포함하는 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물을 사용하고, 그에 따라 1차 경화 후 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱에 1차 꼬임 성형을 추가한 뒤, 2차 경화에서 완전 경화를 수행한 경우에는 내열 특성이 개선된 가공송전선을 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

삭제

도 1은 일반적인 가공송전선의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 가공송전선의 중심 인장선 제조방법을 나타낸 플로우 차트이다.

도 3은 본 발명의 가공송전선의 중심 인장선 제조방법의 모식도이다.

도 4는 본 발명에 따른 가공송전선의 중심 인장선의 사시도이다.

도 5는 본 발명의 가공송전선의 제조방법을 나타낸 플로우 차트이다.

도 6은 본 발명의 가공송전선의 제조방법의 모식도이다.

도 7은 본 발명에 따른 가공송전선의 사시도이다.

도 8은 본 발명에 따른 가공송전선의 단면도 및 중심 인장선의 부분 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 10, 30: 중심 인장선 2, 20: 도선

11: 탄소섬유 12: 열경화된 기지재

Claims (12)

1. (S1) 다관능성 에폭시 수지와 방향족 아민계 경화제를 포함하는 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물 및 섬유를 준비하는 단계;

   (S2) 섬유를 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 함침시키는 단계;

   (S3) 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 함침된 섬유를 연속된 하나 이상의 롤러에 통과시키는 단계;

   (S4) 롤러를 통과한 하나 이상의 섬유를 포함하는 섬유 다발을 원형 단면을 지닌 세라믹 홀에 통과시키는 단계;

   (S5) 세라믹 홀을 통과한 섬유 다발을 1차 경화시켜 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 형성하는 단계;

   (S6) 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 피복하는 단계;

   (S7) 피복된 하나 이상의 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 1차 꼬임을 통해 서로 꼬이도록 배치하는 단계; 및

   (S8) 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱의 꼬임을 2차 경화하여 섬유 강화 플라스틱 중심 인장선을 형성하는 단계를 포함하는, 가공송전선의 중심 인장선 제조방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 방향족 아민계 경화제가 다관능성 에폭시 수지 100중량% 대비 10 내지 50중량%의 함량으로 포함되는 것을 특징으로 하는, 가공송전선의 중심 인장선 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 방향족 아민계 경화제가 메타 페닐렌 디아민(MPD), 4,4-디메틸아닐린(DDM), 디아미노 디페닐 술폰(DDS) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 가공송전선의 중심 인장선 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물이 경화 촉진제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선의 중심 인장선 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 섬유 강화 플라스틱 제조용 조성물에 함침되는 섬유가 1종 이상의 탄소섬유, 케블라, 폴리아크릴레이트 섬유, 알루미나 섬유 또는 실리콘 카바이드 섬유인 것을 특징으로 하는, 가공송전선의 중심 인장선 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 (S5) 단계의 1차 경화가 80 내지 130℃의 온도 범위에서 10초 내지 2분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 가공송전선의 중심 인장선 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 (S6) 단계가 프리프레그화 섬유 강화 플라스틱을 나일론 또는 폴리에스터 섬유로 피복함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 가공송전선의 중심 인장선 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 (S7) 단계와 (S8) 단계 사이에 상온에서의 냉각단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선의 중심 인장선 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 (S8) 단계의 2차 경화가 179 내지 190℃의 온도 범위에서 1분 내지 10분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 가공송전선의 중심 인장선 제조방법.
11. 삭제
12. 제1항 및 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따라 제조된 가공송전선의 중심 인장선의 외부에 여러 가닥의 알루미늄 도선을 꼬임 형태로 배치하는 단계를 추가로 포함하여 가공송전선을 형성하는 가공송전선의 제조방법.

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