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KR101667336B1 - 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널, 및 이를 이용한 구조물의 보수보강공법 - Google Patents

팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널, 및 이를 이용한 구조물의 보수보강공법 Download PDF

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KR101667336B1
KR101667336B1 KR1020160057438A KR20160057438A KR101667336B1 KR 101667336 B1 KR101667336 B1 KR 101667336B1 KR 1020160057438 A KR1020160057438 A KR 1020160057438A KR 20160057438 A KR20160057438 A KR 20160057438A KR 101667336 B1 KR101667336 B1 KR 101667336B1
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South Korea
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flame retardant
panel
retardant
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박성하
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박성하
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Abstract

본 발명은 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널 및 이를 이용한 구조물의 보수보강공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널은 난연패널; 및 상기 난연패널의 일측면에 형성된 섬유촙을 포함하고, 상기 난연패널은 팽창흑연분말, 무기계 난연제, 유기계 난연제 및 복합수지를 포함하여 일정한 조성비로 혼합된 수지혼합물이 일정한 두께를 가지도록 형성되고, 상기 수지혼합물 상에 보강섬유가 적층되되, 상기 수지혼합물 및 보강섬유는 다수개 적층되는 구조로 형성되며, 상기 섬유촙은 난연패널의 일측면에 돌기 형상으로 형성된다.
상기한 구성에 의해 본 발명은 팽창흑연과 난연재료 및 보강섬유 등을 혼합 적층하여 패널을 제조함으로써 화재의 확산 및 유독가스의 발생을 억제함과 동시에 열전도를 차단하여 대형 인명참사를 예방할 수 있고 기존 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있고, 콘크리트나 기타 구조물의 균열을 보강하고 내구력을 향상시킴과 동시에 화재시 구조물의 붕괴를 방지하여 충분한 대피시간을 마련할 수 있고 자기소화성을 가질 수 있다.

Description

팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널, 및 이를 이용한 구조물의 보수보강공법{THE FLAME RESISTING REINFORCEMENT AND NONCOMBUSTIBLE PANEL USING EXPANDABLE GRAPHITE, AND STRUCTURES REINFORCING METHOD USING THEREOF}
본 발명은 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널, 및 이를 이용한 구조물의 보수보강공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 팽창흑연과 난연재료 및 보강섬유 등을 혼합 적층하여 패널을 제조함으로써 화재의 확산 및 유독가스의 발생을 억제함과 동시에 열전도를 차단하여 대형 인명참사를 예방할 수 있고 기존 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있는 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널, 및 이를 이용한 구조물의 보수보강공법에 관한 것이다.
일반적으로 교량이나 건축물의 벽, 도로 옹벽, 터널 구조물, 지하 주차장 등과 같은 철근 콘크리트 구조물의 경우에는, 시간의 경과에 따라 외부로부터 가해지는 물리적 충격이나 화학적 침해 등에 의해서 구조물의 균열, 부식, 박리 현상이 발생되는 경우가 많고, 이로 인한 철근 부위의 노출, 구조물 변형, 균열 부위의 붕괴가 발생할 우려가 있다.
이러한 철근 콘크리트 구조물의 피해를 최소화하기 위해, 종래에는 콘크리트의 균열, 부식된 부위를 보수 및 보강할 수 있도록 되어 있는바, 구조물의 보수 및 보강을 위해 사전에 구조물을 충분히 점검한 이후에 구조물의 균열, 부식 등의 원인, 손상 정도 등을 파악하여 손상 부위의 보수 및 보강이 이루어질 수 있도록 하고 있다.
즉, 동적 충격하중에 의한 지속적인 진동, 또는 가혹한 자연환경에 노출되는 것이 일반적인 콘크리트 구조물은 국부 균열 내지 박리, 박락 현상이 발생하게 된다. 특히, 강알칼리성인 콘크리트는 대기중의 환경오염 물질인 탄산가스, 염화물, 또는 산성물질이 내부에 침투하여 콘크리트의 중성화 및 철근의 부식을 초래하여 구조물의 손상이 가속화되며, 이에 따라 설계상의 안전도를 보장할 수 없게 되며, 한편 미관의 손상이 심화된다.
콘크리트 구조물의 위와 같은 파손 내지 손상에 대하여, 구조물의 보수 및 보강을 위하여 다양한 공법들이 제공되어 왔다. 예를 들면, 철판재의 접착공법, 일반적인 몰탈, 에폭시 수지를 저반으로 하여 소정의 첨가물을 선택적으로 첨가하여 제작된 에폭시 패널의 접착공법, 또는 균열부 내로 에폭시 수지를 압입하는 공법 등이 있다.
상기 철판재를 사용하는 공법은 자재의 자체하중이 상당하여 오히려 구조물에 부가적인 하중부담을 주게 되며, 또한 철재의 열화성을 보충하기 위해 도색작업과 같은 지속적인 유지 보수작업이 필요하였다.
일반 몰탈에 의한 공법은 구조물의 균일한 강성을 보장하기 어려운 문제가 있었으며, 보통의 에폭시 수지를 재료로 하는 에폭시 공법은 그의 고유한 물적 특성에 의한 문제가 발생되었다. 즉, 에폭시는 자외선에 대한 저항력이 약하여 외부에 장기간 노출시 자체의 균열이 발생되며, 지속적인 충격하중이 가해지면 취성반응에 의해 파열되기도 하였다.
그리고 철근 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법은 보강해야 할 콘크리트 구조물 부위에 일정 탄성도를 갖는 탄성 패널이나 강철 패널을 볼트를 통해 고정적으로 부착하고, 탄성 패널이나 강철 패널의 부착 부위와 콘크리트 구조물 표면 사이의 이격 공간을 메우도록 접착제를 충진함에 의해, 손상된 구조물 부위의 보수 및 보강이 이루어질 수 있도록 하고 있다.
그러나 이러한 종래의 철근 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법은, 탄성 패널이나 강철 패널의 재질 특성상 내화성이 높지 않을 뿐만 아니라 물리적인 외력, 화학적인 요인 등에 의해서 부식, 변형 등의 2차적인 손상을 일으킬 우려가 있어서 콘크리트 구조물의 구조 성능 및 내구성을 뒷받침하기 위한 보수 및 보강이 제대로 이루어지기가 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 종래 콘크리트 보강용 난연 패널은 외력에 대한 변형저항성, 인장 및 압축강도, 부착력 등에서 충분하지 않은 문제가 있었으며, 또한 콘크리트 보강용 난연 패널을 콘크리트 표면에 부착시켜주는 난연 접착제 조성물 역시 접착력, 경도, 난연성 측면에서 만족스럽지 않다는 문제점이 있었다.
국내등록특허 제10-1013827호(2011년 02월 01일 등록) 국내등록특허 제10-1060311호(2011년 08월 23일 등록)
본 발명은 팽창흑연과 난연재료 및 보강섬유 등을 혼합 적층하여 패널을 제조함으로써 화재의 확산 및 유독가스의 발생을 억제함과 동시에 열전도를 차단하여 대형 인명참사를 예방할 수 있고 기존 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있는 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널, 및 이를 이용한 구조물의 보수보강공법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 콘크리트나 기타 구조물의 균열을 보강하고 내구력을 향상시킴과 동시에 화재시 구조물의 붕괴를 방지하여 충분한 대피시간을 마련할 수 있고 자기소화성을 가지는 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널, 및 이를 이용한 구조물의 보수보강공법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 콘크리트나 터널 구조물 이외에 항공기, 자동차, 지하철 등과 같은 실내 인테리어에 보수보강 자재로 사용될 수 있는 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널, 및 이를 이용한 구조물의 보수보강공법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널은 난연패널(100); 및 상기 난연패널(100)의 일측면에 형성된 섬유촙(200)을 포함하고, 상기 난연패널(100)은 팽창흑연분말, 무기계 난연제, 유기계 난연제 및 복합수지를 포함하여 일정한 조성비로 혼합된 수지혼합물(110)이 일정한 두께를 가지도록 형성되고, 상기 수지혼합물(110) 상에 보강섬유(120)가 적층되되, 상기 수지혼합물(110) 및 보강섬유(120)는 다수개 적층되는 구조로 형성되며, 상기 섬유촙(200)은 난연패널(100)의 일측면에 돌기 형상으로 형성된다.
상기 팽창흑연분말, 무기계 난연제, 유기계 난연제 및 복합수지는 팽창흑연분말 1 내지 10 중량부, 무기계 난연제 25 내지 30 중량부, 유기계 난연제 20 내지 25 중량부 및 복합수지 35 내지 40 중량부의 중량비율로 혼합될 수 있다.
상기 무기계 난연제는 수산화알루미늄(Aluminium Hydroxide) 및 삼산화안티몬을 포함하는 혼합물이 사용되고, 상기 유기계 난연제는 인계 또는 할로겐계가 사용되며, 상기 복합수지는 에폭시수지(Epoxy Resin), 불포화폴리에스테르수지(Unsaturated Polyester Resin), 아크릴수지(Acrylic Resin) 및 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer; ABS 수지) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 수지가 사용되고, 상기 보강섬유(120)는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 및 나일론섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상의 섬유가 사용되며, 상기 섬유촙(200)은 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 및 나일론섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상의 섬유가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 난연 및 불연보강패널을 이용한 구조물의 보수보강공법은 균열(15)이 형성된 콘크리트(20)의 면을 그라인딩, 핸드워터젯 또는 고압수 세척기로 치핑 건조하여 이물질을 제거하는 단계; 상기 균열(15)이 형성된 콘크리트(20)의 면에 팽창흑연분말을 이용하여 제조된 난연 및 불연보강패널(10)을 앵커볼트(25)를 이용하여 부착하는 단계; 및 상기 균열(15)이 형성된 콘크리트(20) 면과 난연 및 불연보강패널(10) 사이의 공간에 에폭시 수지 또는 아크릴 수지(30)를 충진하는 단계를 포함하고, 상기 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널은, 난연패널(100); 및 상기 난연패널(100)의 일측면에 형성된 섬유촙(200)을 포함하고, 상기 난연패널(100)은 팽창흑연분말, 무기계 난연제, 유기계 난연제 및 복합수지를 포함하여 일정한 조성비로 혼합된 수지혼합물(110)이 일정한 두께를 가지도록 형성되고, 상기 수지혼합물(110) 상에 보강섬유(120)가 적층되되, 상기 수지혼합물(110) 및 보강섬유(120)는 다수개 적층되는 구조로 형성되며, 상기 섬유촙(200)은 난연패널(100)의 일측면에 돌기 형상으로 형성되고, 상기 팽창흑연분말, 무기계 난연제, 유기계 난연제 및 복합수지는 팽창흑연분말 1 내지 10 중량부, 무기계 난연제 25 내지 30 중량부, 유기계 난연제 20 내지 25 중량부 및 복합수지 35 내지 40 중량부의 중량비율로 혼합된다.
상기 섬유촙(200) 상에 에폭시 코팅된 매쉬철망을 더 포함하고, 상기 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널(10)은 2 내지 10mm의 두께로 형성되며, 상기 난연 및 불연보강패널(10)에 형성된 섬유촙(200)과 에폭시 코팅된 매쉬철망은 균열(15)이 형성된 콘크리트(20)와 마주보도록 위치하여 상기 에폭시 수지 또는 아크릴 수지(30)와 결합 부착될 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널, 및 이를 이용한 구조물의 보수보강공법은 팽창흑연과 난연재료 및 보강섬유 등을 혼합 적층하여 패널을 제조함으로써 화재의 확산 및 유독가스의 발생을 억제함과 동시에 열전도를 차단하여 대형 인명참사를 예방할 수 있고 기존 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널, 및 이를 이용한 구조물의 보수보강공법은 콘크리트나 기타 구조물의 균열을 보강하고 내구력을 향상시킴과 동시에 화재시 구조물의 붕괴를 방지하여 충분한 대피시간을 마련할 수 있고 자기소화성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널, 및 이를 이용한 구조물의 보수보강공법은 콘크리트나 터널 구조물 이외에 항공기, 자동차, 지하철 등과 같은 실내 인테리어에 보수보강 자재로 사용될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예는, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널의 단면을 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 난연 및 불연보강패널이 콘크리트에 부착된 상태를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 난연 및 불연보강패널이 콘크리트에 부착된 시공사례를 보여주는 사진이다.
도 5a 내지 도 5d는 실시예 1에 따른 난연 및 불연보강패널의 화염테스트 실험을 보여주는 사진이다.
도 6a 내지 도 6d는 비교예에 따른 난연 및 불연보강패널의 화염테스트를 보여주는 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 팽창흑연과 난연재료 및 보강섬유 등을 혼합 적층하여 패널을 제조함으로써 화재의 확산 및 유독가스의 발생을 억제함과 동시에 열전도를 차단하여 대형 인명참사를 예방할 수 있고 기존 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 일 실시예에서는 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널을 콘크리트 구조물의 균열에 대한 보강을 위해 적용하는 것을 일 예로 하여 기술하나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니고 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 터널이나 교량 등과 같은 콘크리트 구조물 이외에 항공기, 자동차, 지하철 등의 실내 인테리어 등에도 동일하게 적용 가능함을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널의 단면을 보여주는 사진이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널(10)은 2 내지 10mm의 두께로 형성되고, 난연패널(100)과, 상기 난연패널(100)의 일측면에 형성된 섬유촙(200)을 포함한다.
상기 난연패널(100)은 판상으로 구성되고, 균열이 형성된 콘크리트(20) 구조물의 보강성 및 난연성을 높이기 위해 구비될 수 있다. 상기 난연패널(100)은 팽창흑연분말, 무기계 난연제, 유기계 난연제 및 복합수지를 포함하여 일정한 조성비로 혼합된 수지혼합물(110)이 일정한 두께를 가지도록 형성되고, 상기 수지혼합물(110) 상에 보강섬유(120)가 적층되고, 보강성 및 난연성을 높이기 위해 상기 수지혼합물(110) 및 보강섬유(120)가 다수개 적층되는 구조로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 난연패널(100)에서 상기 팽창흑연분말, 무기계 난연제, 유기계 난연제 및 복합수지는 팽창흑연분말 1 내지 10 중량부, 무기계 난연제 25 내지 30 중량부, 유기계 난연제 20 내지 25 중량부 및 복합수지 35 내지 40 중량부의 중량비율로 혼합되어 형성될 수 있다.
상기 팽창흑연분말은 팽창흑연을 분말화한 것으로, 일반적으로 흑연은 탄소원자의 6원자 고리가 평면적으로 무한히 연결된 평면형 거대분자가 층을 이루어 포개어진 광물로서, 그 성질은 전기의 양도체이고, 또한 폴리센의 층상구조로 인해 유연하고 활성(滑性)이 있으며, 쪼개지기는 쉽지만 거대 분자여서 반응성이 낮은 특징이 있다.
그러나 흑연은 폴리센 구조의 탄소 평면 사이가 반데르발스 힘으로 연결되어 있을 뿐이어서 탄소원자 사이의 간격인 14.2㎚에 비하여 35.5㎚로 넓기 때문에 층 사이의 틈새에 다른 원자를 삽입하여 층간화합물을 만들 수 있다. 즉, 흑연결정의 망상평면을 유지한 채로 평면 사이의 틈새에 많은 원자나 분자 또는 이온을 삽입하여 층간화합물을 만드는 것이다.
즉, 흑연의 층 사이에 황산과 같은 산을 도포한 층간화합물 또는 잔류화합물을 1000℃에 가까운 온도로 급가열하면, 산이 기화되어 가스가 발생되고 그 가스의 팽창압에 의해 흑연 층간이 수십 내지 수백 배로 팽창하는데, 이를 팽창흑연이라 한다.
상기 무기계 난연제는 수산화알루미늄(Aluminium Hydroxide) 및 삼산화안티몬을 포함하는 혼합물이 사용될 수 있는데, 상기 수산화알루미늄은 산화 방지 및 부식 방지를 위해 사용되는 충전제로 삼산화안티몬과의 혼합에 의해 산소지수를 적인 단독으로 사용할 때보다 더욱 크게 올리며 내열도를 증가시켜 난연 효과를 증가시키기 위해 사용될 수 있다.
상기 유기계 난연제는 인계 또는 할로겐계가 사용될 수 있고, 이들 중 인계는 인산에스테르계(예컨대, TCP, TXP, TPP, TBP 등), 폴리인산염계(예컨대, 폴리인산암모늄) 등이 사용될 수 있고, 할로겐계는 브롬계(예컨대, PBBs, PBDEs, TBBP-A, HBCD 등), 염소계(예컨대, 염화파라핀) 등이 사용될 수 있다.
상기 복합수지는 에폭시수지(Epoxy Resin), 불포화폴리에스테르수지(Unsaturated Polyester Resin), 아크릴수지(Acrylic Resin) 및 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer; ABS 수지) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 수지가 사용될 수 있다.
상기 보강섬유(120)는 상기 수지혼합물(110) 상에 적층되어 형성되고, 난연패널(100)의 보강성 및 난연성을 높이기 위해 형성될 수 있다. 본 발명에서 상기 보강섬유(120)는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 및 나일론섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상의 섬유가 사용될 수 있다.
상기 섬유촙(200)은 난연패널(100)의 일측면에 돌기 형상으로 형성되고, 상기 난연패널(100)의 부착강도를 향상시키기 위하여 구비될 수 있다. 상기 섬유촙(200)은 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 및 나일론섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상의 섬유가 사용되고, 상부로 돌출된 돌기 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널은 상기 섬유촙(200) 상에 에폭시 코팅된 매쉬철망(미도시)을 더 포함할 수 있는데, 상기 에폭시 코팅된 매쉬철망은 콘크리트나 모르타르 거푸집 대용으로 사용될 경우 상기 에폭시 코팅된 매쉬철망과 콘크리트를 일체화함으로써 내화성을 확보할 수 있고 화염에서 콘크리트가 중성화되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널의 제조방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널의 제조방법은 팽창흑연분말과 무기계 난연제 및 유기계 난연제를 첨가하여 강제식 믹서나 연속식 믹서로 5 내지 10분 동안 혼합하고, 복합수지를 첨가한 후 10 내지 15분 동안 혼합하여 수지혼합물(110)을 제조할 수 있다. 본 발명에서 상기 무기계 난연제는 수산화알루미늄(Aluminium Hydroxide) 및 삼산화안티몬을 포함하는 혼합물이 사용될 수 있고, 상기 유기계 난연제는 인계 또는 할로겐계가 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 수지혼합물(110) 상에 보강섬유(120)를 적층하여 패널을 제조할 수 있는데, 본 발명에서 상기 보강섬유(120)는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 및 나일론섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상의 섬유가 사용될 수 있고, 상기 팽창흑연분말, 무기계 난연제, 유기계 난연제 및 복합수지는 팽창흑연분말 1 내지 10 중량부, 무기계 난연제 25 내지 30 중량부, 유기계 난연제 20 내지 25 중량부 및 복합수지 35 내지 40 중량부의 중량비율로 혼합되도록 구성할 수 있다.
그 다음으로, 상기 보강섬유(120) 상에 수지혼합물(110)을 팽창흑연분말, 무기계 난연제, 유기계 난연제 및 복합수지가 혼합되어 형성된 수지혼합물(110)을 형성함으로써, 수지혼합물(110)과 보강섬유(120)가 다수개 반복적으로 적층된 난연패널(100)을 형성할 수 있다.
이어서, 다수개의 수지혼합물(110)과 보강섬유(120)가 반복되어 형성된 난연패널(100)을 열가압성형하여 상기 수지혼합물(110)과 보강섬유(120)의 부착강도를 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 열가압성형 단계는 에폭시수지(Epoxy Resin), 불포화폴리에스테르수지(Unsaturated Polyester Resin) 또는 아크릴수지(Acrylic Resin)를 사용하는 경우에는 상기 난연패널(100)을 50 내지 100℃의 온도에서 1 내지 2kg/cm2의 압력으로 50 내지 70분 동안 가압한 다음, 100 내지 140분 동안 상온으로 자연 건조한 다음 탈형함으로써 수행될 수 있다.
이때, 상기 열가압성형 단계의 성형온도가 50℃ 미만일 경우에는 상기 수지혼합물(110)과 보강섬유(120)의 내부 부착 또는 접착 강도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있고, 100℃를 초과하는 경우에는 고온으로 인하여 난연패널(100)의 변형이 초래될 수 있으므로 50 내지 100℃의 온도에서 성형되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열가압성형 단계에서 가압 조건이 1kg/cm2 미만인 경우에는 부착력이 저하 또는 접착 강도가 저하될 수 있으며 2kg/cm2를 초과하는 경우에는 난연패널(100)의 파열 또는 수축현상이 발생할 수 있고, 상기 가압 시간이 50분 미만인 경우에는 부착력이 저하될 수 있고 70분을 초과하는 경우에는 고온하에서 장기간 노출됨으로써 난연패널(100)의 변형이 초래될 수 있다.
다음으로, 상기 난연패널(100)을 구성하는 수지혼합물(110)면을 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 및 나일론섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상의 섬유에 함침하고, 110 내지 120℃의 온도에서 2 내지 3시간 동안 건조함으로써, 난연패널(100) 상에 돌기 형상의 섬유촙(200)이 형성된 난연 및 불연보강패널(10)을 제조할 수 있는데, 본 발명에서 상기 난연 및 불연보강패널(10)은 2 내지 10mm의 두께로 형성되고, 상기 섬유촙(200)은 콘크리트에 부착시 난연패널(100)의 부착강도를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널은 상기 섬유촙(200) 상에 에폭시 코팅된 매쉬철망을 더 형성할 수 있는데, 상기 에폭시 코팅된 매쉬철망은 콘크리트나 모르타르 거푸집 대용으로 사용될 경우 상기 에폭시 코팅된 매쉬철망과 콘크리트를 일체화함으로써 내화성을 확보할 수 있고 화염에서 콘크리트가 중성화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널에서는 콘크리트 타설시 거푸집 대용으로 섬유촙(200) 대신에 에폭시 코팅된 매쉬철망 및 에폭시 코팅된 앵글을 패널에 일체화하여 콘크리트 구조물에 일체화하여 사용하는 경우에는 상기 난연 및 불연보강패널과 콘크리트 구조물과의 부착력을 향상시킬 수 있고 다양한 대기 가스로부터 콘크리트 구조물을 보호하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 난연 및 불연보강패널을 이용한 구조물의 보수보강공법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 난연 및 불연보강패널이 콘크리트에 부착된 상태를 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 난연 및 불연보강패널이 콘크리트에 부착된 시공사례를 보여주는 사진이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저 본 발명에서 난연 및 불연보강패널(10)을 이용한 구조물의 보수보강공법은 균열(15)이 형성된 콘크리트(20)의 면의 불순물, 열화된 부위 등을 그라인딩, 핸드워터젯, 고압수 세척기 등으로 치핑하여 제거하는 단계와, 상기 팽창흑연분말을 이용하여 제조된 난연 및 불연보강패널(10)을 앵커볼트(25)를 이용하여 상기 균열(15)이 형성된 콘크리트(20) 면에 부착하는 단계와, 상기 균열(15)이 형성된 콘크리트(20) 면과 난연 및 불연보강패널(10) 사이의 공간에 에폭시 수지 또는 아크릴 수지(30)를 충진하는 단계로 구성될 수 있다.
이때, 본 발명에서는 난연 및 불연보강패널(10)에 형성된 섬유촙(200)이 상기 에폭시 수지 또는 아크릴 수지(30)와의 부착력을 증대시킴으로써, 난연 및 불연보강패널(10)의 보강성 및 난연성을 높일 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널의 실시예를 더욱 구체적으로 설명하나, 본 발명의 기술적 사상은 하기의 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1 >
팽창흑연분말 5 중량부, 수산화알루미늄(Aluminium Hydroxide) 및 삼산화안티몬이 1:1의 중량비율로 혼합된 무기계 난연제 27 중량부, 인산에스테르계 난연제 22 및 에폭시수지(Epoxy Resin) 37 중량부의 중량비율로 혼합하여 수지혼합물을 제조하였고, 상기 수지혼합물 상에 유리섬유를 적층하는 과정을 3회 반복하여 수지혼합물과 보강섬유가 다수개 반복적으로 적층된 난연패널을 형성하였다.
다음으로, 상기 난연패널을 80℃의 온도에서 1.5kg/cm2의 압력으로 60분 동안 가압한 다음, 2시간 동안 상온으로 자연 건조한 다음 탈형하였고, 상기 난연패널을 구성하는 수지혼합물의 일측면을 유리섬유에 함침한 후 110℃의 온도에서 2시간 동안 건조함으로써, 7mm의 두께로 형성된 난연 및 불연보강패널을 제조하였다.
< 실시예 2 >
팽창흑연분말 5 중량부, 수산화알루미늄(Aluminium Hydroxide) 및 삼산화안티몬이 1:1의 중량비율로 혼합된 무기계 난연제 30 중량부, 폴리인산암모늄 25 및 불포화폴리에스테르수지(UP) 37 중량부의 중량비율로 혼합하여 수지혼합물을 제조하였고, 상기 수지혼합물 상에 탄소섬유를 적층하는 과정을 4회 반복하여 수지혼합물과 보강섬유가 다수개 반복적으로 적층된 난연패널을 형성하였다.
다음으로, 상기 난연패널을 80℃의 온도에서 1.5kg/cm2의 압력으로 60분 동안 가압한 다음, 2시간 동안 상온으로 자연 건조한 다음 탈형하였고, 상기 난연패널을 구성하는 수지혼합물의 일측면을 유리섬유에 함침한 후 110℃의 온도에서 2시간 동안 건조함으로써, 8mm의 두께로 형성된 난연 및 불연보강패널을 제조하였다.
< 비교예 >
상기 실시예 1과 동일한 조성물 및 공정 조건으로 난연 및 불연보강패널을 제조하였는데, 비교예에서는 실시예 1과 달리 팽창흑연분말을 사용하지 않고 난연 및 불연보강패널을 제조하였다.
아래의 시험예들은 본 발명에 따른 실시예들의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 특성을 비교한 실험결과들이다.
< 시험예 1 >
실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 난연 및 불연보강패널과 비교예에 따라 제조된 난연 및 불연보강패널의 물리적 특성을 비교하기 위하여 KS M 3006에 의하여 인장강도, 인장탄성계수 및 신률을 측정하여 각각의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.


인장성능		 실시예 1 실시예 2 비교예
인장(kgf/cm2) 804 810 762
인장탄성계수
(×105kgf/cm2)		 3.9 4.1 3.1
신률(%) 4.5 5.1 2.5
상기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 난연 및 불연보강패널과 비교예에 따라 제조된 난연 및 불연보강패널과 비교하여 인장, 인장탄성계수 및 신률 면에서 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.
< 시험예 2 >
실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 난연 및 불연보강패널과 비교예에 따라 제조된 난연 및 불연보강패널을 ASTM D 4060-10에 의한 내마모성 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 비교예
내마모성(mg) 25 26 30
위의 [표 2]에서와 같이, 실시예 1 및 2에 따라 제조된 난연 및 불연보강패널은 비교예에 따라 제조된 난연 및 불연보강패널에 비하여 내마모성이 우수함을 확인할 수 있었다.
< 화염테스트 실험 >
실시예 1에 따라 제조된 난연 및 불연보강패널과 비교예에 따라 제조된 난연 및 불연보강패널의 난연실험을 수행하였다.
도 5a 내지 도 5d는 실시예 1에 따른 난연 및 불연보강패널의 화염테스트 실험을 보여주는 사진이고, 도 6a 내지 도 6d는 비교예에 따른 난연 및 불연보강패널의 화염테스트를 보여주는 사진이다.
즉, 도 5a는 실시예 1에 따른 팽창흑연을 포함하는 난연 및 불연보강패널의 사진이고, 도 5b는 실시예 1에 따른 팽창흑연을 포함하는 난연 및 불연보강패널을 부탄가스를 이용하여 800℃에서 6분간 화염테스트 하는 사진이며, 도 6a는 비교예에 따른 팽창흑연을 포함하지 않는 난연 및 불연보강패널의 사진이고, 도 6b는 비교예에 따른 팽창흑연을 포함하지 않는 난연 및 불연보강패널을 부탄가스를 이용하여 800℃에서 6분간 화염테스트 하는 사진이다.
도 5c를 참조하면, 실시예 1에 따른 팽창흑연을 포함하는 난연 및 불연보강패널이 팽창흑연의 탄소가 팽창하여 열을 차단하는 것을 확인할 수 있고, 도 5d와 같이 실시예 1에 따른 팽창흑연을 포함하는 난연 및 불연보강패널에서 팽창흑연을 제거한 후 화염이 관통되지 않은 것을 확인할 수 있었다.
한편, 도 6c를 참조하면, 비교예에 따른 난연 및 불연보강패널은 화염테스트 후 난연 및 불연보강패널 상에 잔염이 있음을 확인할 수 있고, 도 6d와 같이 비교예에 따른 난연 및 불연보강패널은 후면에 화염이 관통된 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10; 난연 및 불연보강패널 15; 균열
20; 콘크리트 25; 앵커볼트
30; 에폭시 수지 또는 아크릴 수지
100; 난연패널 110; 수지혼합물
120; 보강섬유 200; 섬유촙

Claims (5)

  1. 난연패널(100); 및 상기 난연패널(100)의 일측면에 돌기 형상으로 형성된 섬유촙(200)을 포함하고,
    상기 난연패널(100)은 팽창흑연분말, 무기계 난연제, 유기계 난연제 및 복합수지를 포함하여 일정한 조성비로 혼합된 수지혼합물(110)이 일정한 두께를 가지도록 형성되고, 상기 수지혼합물(110)과 보강섬유(120)가 적어도 한번 반복되어 적층되어 열가압성형되며,
    상기 유기계 난연제는 할로겐계가 사용되며, 상기 복합수지는 에폭시수지(Epoxy Resin), 불포화폴리에스테르수지(Unsaturated Polyester Resin), 아크릴수지(Acrylic Resin) 및 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer; ABS 수지) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 수지가 사용되고,
    상기 열가압성형은 상기 난연패널(100)을 50 내지 100℃의 온도에서 1 내지 2kg/cm2 의 압력으로 50 내지 70분 동안 가압한 다음 상온으로 자연건조한 다음 탈형함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 팽창흑연분말, 무기계 난연제, 유기계 난연제 및 복합수지는 팽창흑연분말 1 내지 10 중량부, 무기계 난연제 25 내지 30 중량부, 유기계 난연제 20 내지 25 중량부 및 복합수지 35 내지 40 중량부의 중량비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 무기계 난연제는 수산화알루미늄(Aluminium Hydroxide) 및 삼산화안티몬을 포함하는 혼합물이 사용되고,
    상기 보강섬유(120)는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 및 나일론섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상의 섬유가 사용되며,
    상기 섬유촙(200)은 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 및 나일론섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상의 섬유가 사용되는 것을 특징으로 하는 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널.
  4. 균열(15)이 형성된 콘크리트(20)의 면을 그라인딩, 핸드워터젯 또는 고압수 세척기로 치핑 건조하여 이물질을 제거하는 단계; 상기 균열(15)이 형성된 콘크리트(20)의 면에 팽창흑연분말을 이용하여 제조된 난연 및 불연보강패널(10)을 앵커볼트(25)를 이용하여 부착하는 단계; 및 상기 균열(15)이 형성된 콘크리트(20) 면과 난연 및 불연보강패널(10) 사이의 공간에 에폭시 수지 또는 아크릴 수지(30)를 충진하는 단계를 포함하고,
    상기 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널은,
    난연패널(100); 및 상기 난연패널(100)의 일측면에 돌기 형상으로 형성된 섬유촙(200)을 포함하고, 상기 난연패널(100)은 팽창흑연분말, 무기계 난연제, 유기계 난연제 및 복합수지를 포함하여 일정한 조성비로 혼합된 수지혼합물(110)이 일정한 두께를 가지도록 형성되고, 상기 수지혼합물(110)과 보강섬유(120)가 적어도 한번 반복되어 적층되어 열가압성형되며,상기 유기계 난연제는 할로겐계가 사용되며, 상기 복합수지는 에폭시수지(Epoxy Resin), 불포화폴리에스테르수지(Unsaturated Polyester Resin), 아크릴수지(Acrylic Resin) 및 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer; ABS 수지) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 수지가 사용되고, 상기 열가압성형은 상기 난연패널(100)을 50 내지 100℃의 온도에서 1 내지 2kg/cm2 의 압력으로 50 내지 70분 동안 가압한 다음 상온으로 자연건조한 다음 탈형함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 난연 및 불연보강패널을 이용한 구조물의 보수보강공법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 섬유촙(200) 상에 에폭시 코팅된 매쉬철망을 더 포함하고,
    상기 팽창흑연을 이용한 난연 및 불연보강패널(10)은 2 내지 10mm의 두께로 형성되며,
    상기 난연 및 불연보강패널(10)에 형성된 섬유촙(200)과 에폭시 코팅된 매쉬철망은 균열(15)이 형성된 콘크리트(20)와 마주보도록 위치하여 상기 에폭시 수지 또는 아크릴 수지(30)와 결합 부착되는 것을 특징으로 하는 난연 및 불연보강패널을 이용한 구조물의 보수보강공법.
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