1. 주요 응용 프로그램
1.1트위스트리스 로빙
일상생활에서 흔히 접하는 미연마 로빙은 구조가 단순하며, 평행한 단일 섬유 다발이 모여 있는 형태입니다. 미연마 로빙은 유리 섬유 조성에 따라 무알칼리 로빙과 중알칼리 로빙으로 나눌 수 있습니다. 고품질 유리 로빙을 생산하기 위해서는 사용되는 유리 섬유의 직경이 12~23μm 사이여야 합니다. 이러한 특성 덕분에 미연마 로빙은 권취 및 압출 성형과 같은 복합 재료 성형 공정에 직접 사용할 수 있으며, 특히 균일한 장력 덕분에 로빙 직물로 직조하는 데에도 적합합니다. 또한, 잘게 자른 로빙의 활용 분야는 매우 광범위합니다.
1.1.1제트 분사를 위한 트위스트리스 로빙
FRP 사출 성형 공정에서 꼬임 없는 로빙은 다음과 같은 특성을 가져야 합니다.
(1) 생산 과정에서 연속 절단이 필요하므로 절단 중에 정전기가 덜 발생하도록 해야 하므로 절단 성능이 좋아야 합니다.
(2) 절단 후에는 가능한 한 많은 생사가 생산되도록 보장되므로 실크 형성 효율이 높게 보장됩니다. 절단 후 로빙을 가닥으로 분산시키는 효율이 더 높습니다.
(3) 절단 후, 생사가 금형에 완전히 덮이도록 하기 위해 생사는 필름 코팅이 잘 되어 있어야 합니다.
(4) 기포를 제거하기 위해 평평하게 펴기 쉬워야 하므로 수지가 매우 빠르게 침투해야 합니다.
(5) 다양한 스프레이 건의 모델이 다르기 때문에, 다양한 스프레이 건에 맞게 원료 와이어의 두께가 적당한지 확인하십시오.
1.1.2SMC용 트위스트리스 로빙
SMC(시트 몰딩 컴파운드)는 자동차 부품, 욕조, 각종 시트 등 우리 생활 곳곳에서 찾아볼 수 있습니다. SMC 생산에는 로빙에 대한 여러 가지 요구 사항이 있습니다. 품질 좋은 SMC 시트를 생산하려면 로빙의 섬유질이 매끄럽고 정전기 방지성이 우수하며 모공이 적어야 합니다. 유색 SMC의 경우 로빙에 대한 요구 사항이 더욱 까다로워지며, 안료가 수지에 잘 침투해야 합니다. 일반적으로 사용되는 유리섬유 SMC 로빙은 2400tex이며, 4800tex를 사용하는 경우도 있습니다.
1.1.3감기용 꼬임 없는 로빙
두께가 다른 FRP 파이프를 만들기 위해 저장 탱크 권선법이 개발되었습니다. 권선용 로빙은 다음과 같은 특징을 가져야 합니다.
(1) 테이프로 붙이기 쉬워야 하며, 일반적으로 평평한 테이프 모양이어야 합니다.
(2) 일반적으로 꼬이지 않은 로빙은 보빈에서 빼낼 때 고리에서 빠져나오기 쉬우므로 분해성이 비교적 좋아야 하며 결과적으로 생성되는 실크가 새 둥지처럼 지저분하지 않도록 해야 합니다.
(3) 장력이 갑자기 커지거나 작아질 수 없고, 오버행 현상이 발생할 수 없습니다.
(4) 꼬임이 없는 로빙의 선밀도 요구사항은 균일하고 지정된 값보다 작아야 합니다.
(5) 수지 탱크를 통과할 때 쉽게 젖도록 하기 위해 로빙의 투과성이 좋아야 합니다.
1.1.4압출 성형용 로빙
인발 성형 공정은 균일한 단면을 가진 다양한 프로파일 제조에 널리 사용됩니다. 인발 성형용 로빙은 유리 섬유 함량과 단방향 강도가 높은 수준이어야 합니다. 생산에 사용되는 인발 성형용 로빙은 여러 가닥의 생사를 혼합한 것이며, 직접 로빙을 사용하는 경우도 있는데, 두 가지 모두 가능합니다. 그 외의 성능 요구 사항은 권사 로빙과 유사합니다.
1.1.5 직조용 꼬임 없는 로빙
일상생활에서 우리는 두께가 다른 깅엄 체크 무늬 직물이나 같은 방향으로 촘촘하게 짜인 로빙 직물을 볼 수 있는데, 이는 로빙의 또 다른 중요한 용도인 직조용 로빙의 대표적인 예입니다. 직조용 로빙은 직조에 사용되는 로빙이라고도 불립니다. 이러한 직물들은 대부분 수작업으로 적층한 FRP 성형에서 두드러지게 나타납니다. 직조용 로빙을 사용하기 위해서는 다음과 같은 요구 사항을 충족해야 합니다.
(1) 상대적으로 내마모성이 있다.
(2) 테이프 붙이기 쉽습니다.
(3) 주로 직조에 사용되므로 직조 전에 건조 단계를 거쳐야 합니다.
(4) 장력 측면에서는 갑자기 크거나 작아지지 않도록 하고 균일하게 유지해야 하며 돌출부 측면에서 특정 조건을 충족해야 합니다.
(5) 분해성이 더 좋습니다.
(6) 수지 탱크를 통과할 때 수지가 쉽게 침투되므로 투과성이 좋아야 합니다.
1.1.6 프리폼용 무꼬임 로빙
일반적으로 프리폼 공정은 사전 성형 공정이며, 적절한 단계를 거쳐 최종 제품을 얻습니다. 생산 과정에서 먼저 로빙을 절단하고, 절단된 로빙을 미리 정해진 형상의 네트에 분사합니다. 그런 다음 수지를 분사하여 형상을 만듭니다. 마지막으로, 형상이 완성된 제품을 금형에 넣고 수지를 주입한 후 열압착하여 최종 제품을 얻습니다. 프리폼 로빙의 성능 요구 사항은 제트 로빙의 성능 요구 사항과 유사합니다.
1.2 유리섬유 로빙 직물
다양한 종류의 로빙 직물이 있는데, 깅엄 체크도 그중 하나입니다. 핸드 레이업 FRP 공정에서 깅엄 체크는 가장 중요한 기판으로 널리 사용됩니다. 깅엄 체크의 강도를 높이려면 직물의 날실과 씨실 방향을 바꿔 단방향 깅엄 체크로 만들 수 있습니다. 체크 무늬 직물의 품질을 보장하기 위해서는 다음과 같은 특성이 충족되어야 합니다.
(1) 원단은 전체적으로 평평하고 볼록한 부분이 없어야 하며, 가장자리와 모서리가 반듯하고 더러운 자국이 없어야 합니다.
(2) 직물의 길이, 너비, 품질, 무게 및 밀도는 특정 기준을 충족해야 합니다.
(3) 유리섬유 필라멘트는 깔끔하게 말아져 있어야 합니다.
(4) 수지가 빠르게 침투할 수 있도록.
(5) 다양한 제품으로 직조되는 직물의 건조도와 습도는 특정 요구사항을 충족해야 합니다.
1.3 유리섬유 매트
1.3.1잘게 자른 섬유 매트
먼저 유리 섬유를 잘게 썰어 준비된 메쉬 벨트에 뿌립니다. 그런 다음 바인더를 뿌리고 가열하여 녹인 후 냉각시켜 굳히면 잘게 썬 섬유 매트가 만들어집니다. 잘게 썬 섬유 매트는 핸드 레이업 공정 및 SMC 멤브레인 직조에 사용됩니다. 잘게 썬 섬유 매트의 최적 사용 효과를 얻기 위해 생산 시 다음과 같은 요구 사항을 충족해야 합니다.
(1) 잘게 자른 섬유 매트 전체가 평평하고 균일합니다.
(2) 잘게 자른 섬유 매트의 구멍은 작고 크기가 균일하다.
(4) 특정 기준을 충족합니다.
(5) 수지로 빠르게 포화될 수 있습니다.
1.3.2 연속 섬유 매트
유리 섬유는 특정 요구 사항에 따라 메쉬 벨트 위에 평평하게 놓입니다. 일반적으로 8자 모양으로 평평하게 놓도록 규정합니다. 그런 다음 분말 접착제를 위에 뿌리고 열을 가해 경화시킵니다. 연속 섬유 매트는 단섬유 매트에 비해 복합 재료 보강 효과가 훨씬 뛰어난데, 이는 연속 섬유 매트의 유리 섬유가 연속적이기 때문입니다. 이러한 우수한 보강 효과 덕분에 다양한 공정에 사용되고 있습니다.
1.3.3표면 매트
표면 매트는 FRP 제품의 수지층과 같은 일상생활에서도 흔히 볼 수 있는데, 대표적인 예로 중알칼리 유리 섬유 표면 매트가 있습니다. FRP를 예로 들면, 중알칼리 유리 섬유로 만들어진 표면 매트는 FRP의 화학적 안정성을 높여줍니다. 또한, 표면 매트가 매우 가볍고 얇기 때문에 더 많은 수지를 흡수할 수 있어 보호 기능뿐 아니라 미적인 효과까지 얻을 수 있습니다.
1.3.4바늘 매트
니들 매트는 크게 두 가지 유형으로 나뉩니다. 첫 번째 유형은 단섬유 니들 펀칭 매트입니다. 생산 공정은 비교적 간단합니다. 먼저 유리 섬유를 약 5cm 크기로 잘게 잘라 바탕재에 무작위로 뿌린 후 컨베이어 벨트에 올려놓습니다. 그런 다음 코바늘로 바탕재를 찔러 입체 구조를 형성합니다. 코바늘의 작용으로 섬유가 바탕재에 박히면서 3차원 구조를 형성하게 됩니다. 바탕재는 특정 조건을 충족해야 하며, 푹신한 느낌이 있어야 합니다. 니들 매트는 이러한 특성 덕분에 방음 및 단열재로 널리 사용됩니다. 물론 FRP(섬유 강화 플라스틱)에도 사용할 수 있지만, 강도가 낮고 파손되기 쉬워 널리 보급되지는 않았습니다. 다른 유형은 연속 필라멘트 니들 펀칭 매트라고 하며, 생산 공정 또한 매우 간단합니다. 먼저 와이어 투입 장치를 사용하여 미리 준비된 메쉬 벨트에 필라멘트를 무작위로 뿌립니다. 마찬가지로 코바늘을 사용하여 찔러 입체 섬유 구조를 형성합니다. 유리섬유 강화 열가소성 수지에서는 연속 가닥 니들 매트가 널리 사용됩니다.
잘게 자른 유리 섬유는 스티치본딩 기계의 봉제 작용을 통해 특정 길이 범위 내에서 두 가지 형태로 변형될 수 있습니다. 첫째는 잘게 자른 섬유 매트로, 접착제를 사용하여 접착한 잘게 자른 섬유 매트를 효과적으로 대체할 수 있습니다. 둘째는 장섬유 매트로, 연속 섬유 매트를 대체할 수 있습니다. 이 두 가지 형태는 공통적인 장점을 가지고 있습니다. 생산 과정에서 접착제를 사용하지 않아 오염과 폐기물을 줄이고, 자원 절약과 환경 보호에 대한 요구를 충족합니다.
1.4 분쇄 섬유
분쇄 섬유의 생산 공정은 매우 간단합니다. 해머 밀이나 볼 밀에 잘게 자른 섬유를 넣으면 됩니다. 분쇄된 섬유는 다양한 생산 분야에서 활용됩니다. 반응 사출 성형 공정에서 분쇄 섬유는 보강재로 사용되며, 다른 섬유에 비해 성능이 훨씬 뛰어납니다. 주조 및 성형 제품 제조 시 균열 방지 및 수축률 개선을 위해 분쇄 섬유를 충전재로 사용할 수 있습니다.
1.5 유리섬유 직물
1.5.1유리 천
유리섬유 직물의 일종입니다. 유리섬유 직물은 생산 지역에 따라 품질 기준이 다릅니다. 우리나라에서는 크게 무알칼리 유리섬유 직물과 중알칼리 유리섬유 직물로 나뉩니다. 유리섬유 직물의 활용 범위는 매우 넓어, 무알칼리 유리섬유 직물은 자동차 차체, 선체, 일반 저장 탱크 등에 사용됩니다. 중알칼리 유리섬유 직물은 내식성이 우수하여 포장재 및 내식성 제품 생산에 널리 사용됩니다. 유리섬유 직물의 특성을 판단할 때는 섬유 자체의 특성, 유리섬유 실의 구조, 경사 및 위사 방향, 직물 패턴의 네 가지 측면을 고려해야 합니다. 경사 및 위사 방향의 밀도는 실의 구조와 직물 패턴에 따라 달라집니다. 직물의 물리적 특성은 경사 및 위사 밀도와 유리섬유 실의 구조에 따라 결정됩니다.
1.5.2 유리 리본
유리 리본은 크게 두 가지 유형으로 나뉘는데, 첫 번째는 셀비지(selvedge) 방식이고, 두 번째는 평직 패턴으로 짜여진 부직포 셀비지 방식입니다. 유리 리본은 높은 유전 특성이 요구되는 전기 부품이나 고강도 전기 장비 부품에 사용될 수 있습니다.
1.5.3 단방향 원단
일상생활에서 볼 수 있는 단방향 직물은 굵기가 다른 두 가닥의 실로 짜여지며, 그 결과 주된 방향으로 강도가 높은 직물이 만들어집니다.
1.5.4 3차원 직물
3차원 섬유는 평면 섬유와 구조가 다르며, 3차원 형태를 띠기 때문에 일반 평면 섬유보다 우수한 효과를 나타냅니다. 3차원 섬유 강화 복합재료는 다른 섬유 강화 복합재료에는 없는 장점을 가지고 있습니다. 섬유가 3차원 구조를 이루기 때문에 전체적인 효과가 뛰어나고 손상 저항성이 강해집니다. 과학 기술의 발전과 함께 항공우주, 자동차, 선박 분야에서 수요가 증가하면서 이 기술은 더욱 성숙해졌으며, 현재는 스포츠 및 의료기기 분야에서도 활용되고 있습니다. 3차원 섬유는 크게 다섯 가지 유형으로 나눌 수 있으며, 형태 또한 매우 다양합니다. 따라서 3차원 섬유의 발전 가능성은 무궁무진합니다.
1.5.5 모양 원단
성형 직물은 복합 재료를 보강하는 데 사용되며, 그 형태는 주로 보강 대상 물체의 형태에 따라 결정됩니다. 형태 적합성을 확보하기 위해서는 전용 기계로 직조해야 합니다. 생산 과정에서 대칭 또는 비대칭 형태를 제한 없이 제작할 수 있으며, 전망이 밝습니다.
1.5.6 홈이 있는 코어 패브릭
그루브 코어 패브릭의 제작 과정 또한 비교적 간단합니다. 두 겹의 패브릭을 평행하게 배치한 후 수직 막대로 연결하면 단면적이 정삼각형 또는 정직각형이 됩니다.
1.5.7 유리섬유 봉제 직물
이것은 매우 특별한 직물로, 사람들은 이것을 니트 매트 또는 직조 매트라고도 부르지만, 우리가 일반적으로 알고 있는 직물이나 매트와는 다릅니다. 특히, 날실과 씨실로 짜여진 것이 아니라, 날실과 씨실이 번갈아 겹쳐지는 스티치 직물도 있다는 점을 언급할 가치가 있습니다.
1.5.8 유리섬유 절연 슬리브
생산 공정은 비교적 간단합니다. 먼저 유리 섬유사를 선별하여 관 형태로 직조합니다. 그런 다음, 요구되는 절연 등급에 따라 수지를 코팅하여 원하는 제품을 만듭니다.
1.6 유리섬유 복합재
과학 기술 전시회의 급속한 발전과 함께 유리 섬유 기술도 상당한 발전을 이루었으며, 1970년대부터 현재까지 다양한 유리 섬유 제품이 등장했습니다. 일반적으로 다음과 같은 제품들이 있습니다.
(1) 잘게 자른 섬유 매트 + 꼬임 없는 로빙 + 잘게 자른 섬유 매트
(2) 꼬임 없는 로빙 원단 + 잘게 자른 섬유 매트
(3) 잘게 썬 섬유 매트 + 연속 섬유 매트 + 잘게 썬 섬유 매트
(4) 무작위 로빙 + 잘게 썬 원래 비율 매트
(5) 단방향 탄소 섬유 + 잘게 자른 섬유 매트 또는 천
(6) 표면 매트 + 잘게 썬 가닥
(7) 유리 섬유 + 유리 가는 막대 또는 단방향 로빙 + 유리 섬유
1.7 유리섬유 부직포
이 기술은 우리나라에서 처음 개발된 것이 아닙니다. 최초의 기술은 유럽에서 개발되었으며, 이후 인구 이동으로 인해 미국, 한국 등 여러 나라로 전파되었습니다. 우리나라는 유리섬유 산업 발전을 촉진하기 위해 비교적 규모가 큰 공장들을 설립하고, 여러 첨단 생산 라인 구축에 막대한 투자를 해왔습니다. 우리나라에서 유리섬유 습식 매트는 크게 다음과 같은 종류로 나뉩니다.
(1) 지붕 매트는 아스팔트 멤브레인 및 유색 아스팔트 지붕재의 특성을 향상시켜 더욱 우수한 특성을 갖도록 하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
(2) 파이프 매트: 이름에서 알 수 있듯이 이 제품은 주로 파이프라인에 사용됩니다. 유리 섬유는 내식성이 뛰어나 파이프라인의 부식을 효과적으로 방지할 수 있습니다.
(3) 표면 매트는 주로 FRP 제품의 표면을 보호하기 위해 사용됩니다.
(4) 베니어 매트는 페인트가 갈라지는 것을 효과적으로 방지할 수 있기 때문에 주로 벽과 천장에 사용됩니다. 벽을 더욱 평평하게 만들 수 있고 오랫동안 다듬을 필요가 없습니다.
(5) 바닥 매트는 주로 PVC 바닥재의 기초 재료로 사용됩니다.
(6) 카펫 매트; 카펫의 기본 재료로 사용됨.
(7) 구리 피복 라미네이트에 부착된 구리 피복 라미네이트 매트는 펀칭 및 드릴링 성능을 향상시킬 수 있습니다.
2. 유리섬유의 구체적인 응용 분야
2.1 유리섬유 강화 콘크리트의 보강 원리
유리섬유 강화 콘크리트의 원리는 유리섬유 강화 복합재료와 매우 유사합니다. 우선, 콘크리트에 유리섬유를 첨가하면 유리섬유가 재료 내부의 응력을 흡수하여 미세 균열의 확장을 지연시키거나 방지합니다. 콘크리트에 균열이 발생할 때, 골재 역할을 하는 재료는 균열 발생을 억제합니다. 골재의 효과가 충분히 좋으면 균열이 확장되거나 관통하지 못합니다. 콘크리트에서 유리섬유의 역할은 바로 이러한 골재의 역할을 하는 것으로, 균열의 발생 및 확장을 효과적으로 방지합니다. 균열이 유리섬유 근처로 확산되면 유리섬유가 균열의 진행을 차단하여 균열이 우회하도록 유도하고, 결과적으로 균열의 확장 면적이 증가하여 손상에 필요한 에너지 또한 증가합니다.
2.2 유리섬유 강화 콘크리트의 파괴 메커니즘
유리섬유 강화 콘크리트가 파괴되기 전까지는 인장력이 주로 콘크리트와 유리섬유에 분산됩니다. 균열이 발생하는 동안 응력은 콘크리트에서 인접한 유리섬유로 전달됩니다. 인장력이 계속 증가하면 유리섬유가 손상되는데, 손상 유형은 주로 전단 손상, 인장 손상, 인장 파괴입니다.
2.2.1 전단 파괴
유리섬유 강화 콘크리트가 받는 전단 응력은 유리섬유와 콘크리트가 분담하며, 이 전단 응력은 콘크리트를 통해 유리섬유로 전달되어 유리섬유 구조물이 손상될 수 있습니다. 그러나 유리섬유는 길이가 길고 전단 저항 면적이 작다는 장점이 있어, 유리섬유를 사용한 전단 저항성 향상은 제한적입니다.
2.2.2 인장 파괴
유리섬유의 인장력이 일정 수준 이상이 되면 유리섬유는 파손됩니다. 콘크리트에 균열이 생기면 유리섬유는 인장 변형으로 인해 길이가 너무 길어지고, 측면 부피가 수축되어 인장력에 의해 더 빨리 파손됩니다.
2.2.3 풀오프 손상
콘크리트가 파괴되면 유리 섬유의 인장력이 크게 증가하게 되며, 이 인장력은 유리 섬유와 콘크리트 사이의 힘보다 커지므로 유리 섬유가 손상되어 떨어져 나가게 됩니다.
2.3 유리섬유 강화 콘크리트의 휜 특성
철근 콘크리트가 하중을 받을 때, 역학적 분석에 따르면 응력-변형률 곡선은 그림과 같이 세 단계로 나뉩니다. 첫 번째 단계는 탄성 변형이 발생하여 초기 균열이 생기는 단계입니다. 이 단계의 주요 특징은 변형이 A점까지 선형적으로 증가한다는 것인데, A점은 유리섬유 강화 콘크리트의 초기 균열 강도를 나타냅니다. 두 번째 단계는 콘크리트에 균열이 발생하면, 콘크리트가 받는 하중이 인접한 섬유로 전달되어 지지하게 되며, 지지력은 유리섬유 자체의 강도와 콘크리트와의 접착력에 따라 결정됩니다. B점은 유리섬유 강화 콘크리트의 극한 휜강도입니다. 세 번째 단계는 극한 강도에 도달한 후 유리섬유가 파손되거나 떨어져 나가더라도, 나머지 섬유들이 하중의 일부를 지지하여 취성 파괴가 발생하지 않도록 하는 단계입니다.
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게시 시간: 2022년 7월 6일
