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유리 섬유 강화재별 내화학성 정보 안내서

부식성 환경용 섬유 강화 폴리머(FRP)에 적합한 유리 섬유 강화재의 올바른 선정을 위한 안내서

개정 번호 1A

2011년 3월 발간

최신 개정판을 확인하려면 Owens Corning Advantex® Glass 웹사이트를 방문하십시오. www.owenscorning.com/composites/aboutAdvantex.asp

좀 더 자세한 정보나 추천 제품 또는 지원에 관한 문의 사항은 다음 연락처를 참조하십시오.

미국[email protected] | 614.777.1384

아시아/태평양 지역[email protected] | +86.81.940.2997

한국[email protected] | +82.54.429.5759

유럽[email protected] | +46.346.85807

법적 고지: 본 자료에 수록된 정보와 데이터는 강화재를 선정할 때 참조하는 용도만을 목적으로 제공됩니다. 본 인쇄물에 수록된 정보는 실험실에서 실질적으로 수행된 실험 데이터와 현장에서 수집된 사례를 바탕으로 한 것입니다. 당사는 이러한 정보가 신뢰할만한 수준이라고 판단하고 있지만, 개별 고객에 따른 수 많은 공정에 모두 적용할 수 있다고는 보장할 수 없으며, 이러한 정보를 사용하거나 적용하면서 발생되는 책임은 지지 않습니다. 사용자는 실질적인 생산에 앞서 해당 분야에 대한 적합성을 판단하기 위해 다방면에서 적용 가능 여부를 철저히 검사하여야 할 의무가 있음에 동의합니다. 본 강화재나 다른 강화재를 사용할 때 사용자가 가장 염두에 두어야 할 사항은 직접 생산하는 시판용 화합물의 특성을 결정하는 것입니다. 실제 현장에서는 결과에 영향을 미칠 수 있는 수 많은 요인이 존재하므로, 당사는 특정 용도에 대한 적합성과 시장성을 포함하여 여타 사항에 있어, 명시적으로나 암묵적으로 보장을 하지 않습니다. 본 인쇄물의 내용은 어떠한 특허를 침해하거나 법적 안전 기준 또는 보험 규정을 위반하기 위한 주장이나 보증 또는 유발원으로 해석될 수 없습니다. 본 문서는 Owens Corning의 자유 재량에 따라 사전 공지 없이 수정될 수 있습니다.

표지 사진 출처: PITSA

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인사말:

부식성 환경용 유리 섬유 강화재 폴리머(FRP) 제품에 적합한 최적의 강화재 선정 업무를 담당하는 최종 사용자, 엔지니어 및 섬유 제조 업체에게 도움이 되고자, 전에 없던 유리 섬유별 내부식성 정보 안내서를 발간하게 되어 참으로 뜻 깊게 생각합니다.

유리 섬유 강화재는 부식성 환경용 FRP 제품의 성능에 중요한 역할을 합니다. 따라서 어떤 유리 섬유 강화재를 선정하느냐에 따라 손상 발생 위험을 낮추는 부식 성능이 결정된다고 해도 과언이 아닙니다.

Owens Corning은 부식과 유리 및 계면 화학 분야에 있어 높은 수준의 재료 과학 경쟁력을 갖추고 있기 때문에 이러한 안내서를 낼 수 있는 독보적 위치를 확보하고 있습니다. 당사는 이 같은 경쟁력을 바탕으로 오늘날 FRP에 사용되는 대부분의 유리 섬유를 개발해 왔습니다. 과학 원리와 연구실 실험 결과 및 현장 경험을 바탕으로 구성된 본 자료가 우수한 성능의 부식성 환경용 유리 섬유 제품을 선정하는 데 있어, 비용과 성능이 고루 균형을 이룬 현명한 판단을 내리는 데 많은 도움이 되었으면 하는 바램입니다.

유리 섬유 강화재 폴리머(FRP)는 무려 50년이 넘는 기간 동안 축적된 방대한 현장 경험을 통해 내부식성이 입증된 기술입니다. 내부식성 복합소재로 제조된 탱크와 파이프는 금속으로 제조된 제품 대비 월등히 높은 수명을 가진 것으로 입증되었으며, FRP는 현재 고가의 스테인레스스틸과 고순도 니켈 합금을 대체하는 대안으로 널리 사용되고 있습니다.

이러한 기록적인 성과를 바탕으로 구축된 FRP 복합소재는 오늘날 극한 환경에서 우수한 성능을 발휘할 것으로 기대를 모으고 있습니다. 오염 처리용 장비, 채광, 화학 공정, 발전소와 조력 에너지 시설을 포함한 해수 해양 관련 산업과 같이 특수한 내부식 특성이 필요한 분야는 날로 증가하고 있습니다.

앞으로 더욱 풍부한 데이터가 축적되고 분석됨에 따라 본 안내서는 지속적으로 업데이트될 예정이며, Owens Corning은 FRP 복합소재 과학 발전에 아낌없는 노력을 투자하여 소재 분야에 보다 발전된 형태의 제품과 해법을 제시하도록 하겠습니다.

Dr. Ashish Diwanji혁신 팀 부사장 복합소재 그룹



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목차

Owens Corning의 혁신 담당 부사장인 Dr. Ashish Diwanji가 드리는 인사말 ...............................................................3

유리 섬유의 종류, 특성, 가격 및 강도 비교................................................5

FRP 제품에서 유리 섬유 강화재가 담당하는 역할 ..............................5

산업 표준 ASTM D 578 4.2.4 및 ISO 2078에서 권장하는 부식성 환경에 적합한 유리의 종류 ..........................6

부식성 환경에서 유리의 종류를 선정하는

것이 중요한 이유........................................................................................................6

유리 섬유가 사용되는 일반적인 제조 공정 ..............................................7

부식에 대처하기 위한 Owens Corning의 해법:

Advantex® Glass의 적용으로 위험을 최소화하다 ................................7

구입 가능한 Advantex® Glass 제품 종류 ............................................... 8-9

부식성 환경용 FRP 구조에 대한 표준 수립 .......................... 10

부식성 환경에 적합한 권장 유리 섬유

제안 요청서 ..................................................................................................................11

부식 관련 정보 안내서 사용 지침 ......................................................... 12-13

실험 결과 요약 및 일반적인 권장 사항 .................................................... 14

부식 환경별 유리 섬유 특성 안내 화학 실험 결과 ...............................................................15-29

부록 A – 실험 방법 .........................................................................................30-31



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서문

적합한 종류의 유리 섬유(조성물)를 선택하는 것은 유리 섬유 강화재 폴리머(FRP) 제품의 오랜 수명 확보와 손상 발생 위험을 줄이는 데 핵심적인 역할을 합니다. 현재 시중에는 다양한 종류의 유리 섬유 강화재가 있습니다. Owens Corning은 본 안내서를 발간함으로써 부식성 환경에 사용할 수 있는 우수한 성능의 유리 섬유를 선정할 때 비용과 성능 측면이 모두 고려된 최적의 판단을 내릴 수 있는 든든한 발판이 되고자 합니다.

당사는 설립 초창기부터 시중에 혁신적인 유리 섬유를 출시해 온 독보적 개발 업체로서의 자리매김을 공고히 하고 있습니다. 아래 표를 통해 그 동안 발전을 거듭해 온 유리 섬유 조성물의 역사를 한 눈에 파악할 수 있습니다.

복합소재 산업에서 사용된 유리 섬유의 종류(현재까지)유리섬유 종류 발명된 년도 주요 특성 강도 가격 개발 업체A-Glass 1938 절연 낮음 $ Owens CorningE-Glass 1939 높은 전기적 특성 중간 $ Owens CorningC-Glass 1943 내부식성 낮음 $ Owens CorningR-Glass 1965 고강도 높음 $$ Saint-Gobain1

S-Glass 1965 고강도 매우 높음 $$$ Owens CorningAR-Glass 1974 내알카리성 낮음 $$ Owens CorningE-CR Glass 1980 내부식성 중간 $ Owens CorningAdvantex® Glass 1996 내부식성 중간 $ Owens CorningH-Glass 2004 고강성 중간 $$ Saint-Gobain1

HPG2 2004 고강도 높음 $$ Owens CorningDirect Melt-S 2008 고강도/강성 매우 높음 $$$ Owens Corning

1 – Owens Corning은 2007년 11월에 Saint-Gobain의 유리 섬유 강화재 및 Technical fabrics 사업을 인수했습니다.2 – HPG는 High-Performance Glass fibers(고성능 유리 섬유)의 약자입니다.

FRP 제품에서 유리 섬유 강화재가 담당하는 역할

• FRP 제품에서 필수적인 기계적 구조(강도와 강성) 제공 • 유리 성분으로 부식 성능 최적화

내부식층과 구조적 부분에 유리 섬유를 활용하는 것은 일반적인 방법입니다. FRP 설계를 최적화하고 위험을 줄이려면 올바른 종류의 유리 섬유를 사용해야 합니다.



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부식성 환경용 FRP에 적합한 유리 종류를 권장하고 있는 산업 표준

A. ASTM 규격 유리 섬유 성분에 대한 D 578 표준 규격 4.2.4절:“‘E-CR Glass’라는 명칭은 대부분의 산에 의한 부식에 견디는 저항력을 향상시키기 위해

무(無)붕소 특성으로 변성된 E-Glass 조성물을 지칭한다.”

B. 국제 표준 ISO 2078 – 규격: 4.1.1절 유리의 사용:“제조 업체가 사용한 유리섬유를 한 자리 이상의 문자로 나타낸다(우측 표 참조).”

• E-Glass는 환경 조건이 그리 심각하지 않은“일반적인 용도”로 사용되는 경우에 적합합니다.

• E-CR Glass는 산성 또는 부식성 환경에 적합한 유리입니다.

부식성 환경에서 유리섬유의 종류를 선정하는 것이 중요한 이유

잘못된 종류의 유리 섬유를 선택할 경우 부식성 화학물이 유리 섬유에 닿으면서 섬유 조직을 분해하고 수지 결합 구조를 파괴하여 구조적 특성을 현저히 저하시킵니다. 부식성 환경에서는 가스 또는 액체 형태의 화학물이 최종 FRP 제품의 구조적 부분을 이루고 있는 유리 섬유에 닿으면서 다음과 같은 원인이 복합적으로 작용하여 조기에 손상될 수 있습니다.

• 경화 불량

• 확산

• 삼투

• 작용 응력

• 취화

• 미세 균열

• 팽창

• 충격

• 열구배

• 압구배

• 시간

참고: 본 내용과 관련된 보다 자세한 내용은 당사의 Advantex® 제품 웹사이트(주소: www.owenscorning.com/composites/aboutAdvantex.asp)를 방문하여 Kevin Spoo가 2010년 3월에 게재한 보고서인 “An Inside Look at Corrosion in Composite Laminates”(복합소재 라미네이트의 부식에 대한 심도 있는 분석)를 다운받으십시오. 또한 Rod Martin이 2008년에 집필한 서적인“Ageing of Composites”(복합소재의 노화)의 17.4절 Types of degradation in �ber reinforced plastic(섬유 강화재 플라스틱의 품질 저하 유형)도 큰 도움이 됩니다.

종류 일반적인 특성

E 일반적인 용도, 우수한 전기적 특성

D 우수한 절연 특성

A 높은 염기성 함유량

C 내화학성

S 높은 기계적 강성

R 높은 기계적 강성

AR 내염기성

E-CR 산성 환경에 사용하기에 적합함

(자료 출처: ISO 2078)

그림 1 – 인발 성형된 FRP 로드를 한 달 동안 황산에 노출시켜 FRP내 E-Glass 섬유가 영향을 받은 모습을 찍은 현미경 사진입니다. 황산은 복합소재 라미네이트를 통해 스며들었습니다. 흰색 원은 E-Glass 섬유 가닥이며 어두운 부분은 수지입니다. 동일한 시험조건에서 Advantex® Glass는 6개월 동안 노출된 뒤에도 품질이 저하되는 양상을 보이지 않았습니다.



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유리 섬유가 사용되는 제조 공정

패브릭, 로빙, 매트 및 베일과 같은 다양한 종류의 유리 섬유 제품은 FRP 부품을 구성하는 데 사용됩니다. 대부분의 부식성 환경용 FRP 제품(파이프, 탱크, 덕트 시설, 스택 라이너)은 필라멘트 와인딩과 인발 공정을 통해 제조되며, 총중량의 60 ~ 70% 정도가 유리 섬유 강화재로 이루어져 있습니다.

올바른 유리 섬유 제품을 선정하는 것은 진행 공정, 요구되는 기계적 특성, 사용되는 수지와 적용되는 화학적 환경에 따라 달라질 수 있습니다. 좌측 사진은 인발 공정의 전경이며 유리 섬유가 구조적인 측면에서 얼마나 중요한 역할을 하는지 나타내고 있습니다.

부식에 대처하기 위한 OWENS CORNING의 해법: ADVANTEX® GLASS의 적용으로 위험을 최소화하다

Advantex® 유리 섬유 강화재 설명

Advantex® Glass는 특허를 획득한 무(無)붕소 유리 조성물로 ASTM D 578 4.2.4 표준을 충족하는 내부식성 E-CR과 E-Glass 유리 섬유 강화재이며 다음과 같은 특징을 지니도록 개발되었습니다:

• 표준 E-Glass 및 E-CR Glass 대비 향상된 기계적 특성• 표준 E-Glass 대비 향상된 내부식성. Advantex® Glass는 ASTM D 578 4.2.4와 ISO 2078의 요건을 모두 충족합니다.

Advantex® Glass, 부식성 환경에 적합한 것으로 입증된 성능

부식성 환경을 견뎌내는 성능은 선정된 유리의 종류마다 다릅니다. 아래 SEM(전자 주사 현미경) 사진은 복합소재 로드가 10% 황산에 3개월 동안 노출된 후의 상태를 찍은 것입니다. 사진과 같이 E-Glass는 손상을 입을 뿐 아니라 수지층에서 박현상이 발생하였습니다. 따라서 E-Glass는 이러한 부식성 환경에 적합하지 않은 선택이었음을 알 수 있습니다. 이에 비해 Advantex® Glass는 성능이 악화되지도 않았으며 원래 강도를 그대로 유지하고 있습니다.

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E-Glass FRP 로드

E-Glass가 침출 및 균열되면서 취약해지기 시작하여 수지와 분리되고 결과적으로 손상될 수 있는 위험이 있습니다.

Advantex® FRP 로드

Advantex® Glass는 황산에 노출된 후 3개월이 지났음에도 침출, 균열 또는 취약의 흔적 없이 성능을 그대로 유지하고 있습니다. 따라서 부식성 환경에서도 본래의 강도가 저하되지 않습니다.



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OWENS CORNING이 제공하는 유리 섬유 강화재 전품목 소개

부식성 환경용 FRP 솔루션에 적합한 수명이 긴 고성능의 Owens Corning 전제품을 소개합니다. 당사에서 제공되는 전제품에 대한 정보는 아래 표를 참조하십시오.

유리 강화재 종류별 제품 정보

유리섬유 종류 E-Glass C-Glass Advantex®

Cem-FIL®

AR-GlassHPG3-Glass (S, H, R)

주요 특성 일반적인 용도 내부식성 내부식성 내알카리성 고강도

사용 가능한 제품

패브릭 베일 다이렉트 로빙 다이렉트 로빙 다이렉트 로빙

어셈블드 로빙1 어셈블드 로빙 베일2 패브릭

다이렉트 로빙1 패브릭 어셈블드 로빙

촙드 스트랜드1 베일

CSM

CFM

촙드 스트랜드

밀드 파이버

1. 일부 지역에서는 판매되지 않을 수 있습니다. 2. 현재는 특수 분야에만 제공되고 있습니다. 3. 고성능 유리 섬유입니다.

ADVANTEX® GLASS 제품 및 기능

Advantex® Glass 다이렉트 로빙/싱글엔드 로빙/T30® 로빙

다이렉트 로빙은 필라멘트 와인딩 공정과 인발 공정을 통해 파이프, 탱크, I -빔 구조물, 파일링, 그레이팅 분야를 비롯하여 부식이 필수적으로 발생하는 기타 분야를 위한 대부분의 FRP 제품에 강도를 부여합니다. Advantex® Glass는 부식성 환경에서도 안정적인 성능을 유지하므로 구조적 결함의 위험성을 줄여줍니다.

Advantex® Glass 어셈블드 로빙/멀티 엔드 로빙

어셈블드 로빙은 촙드 스트랜드 매트 대신 잘게 절단하여 내부식층에 사용됩니다. 또한 부식성 환경에 사용되는 특정 라미네이트를 성형하는 스프레이업 공정에 사용되기도 합니다.

Advantex® Glass 촙드 스트랜드 매트(CSM)

CSM은 종종 FRP 응용 분야에서 내부식층의 일부로 사용됩니다. CSM은 수적법(Hand lay-up)으로 제조되는 다양한 제품의 탁월한 성능 발휘에 요구되는 강도를 제공합니다.

Advantex® Glass 연속 필라멘트 매트(CFM) – Unifilo® 매트

인발 공정에 사용되는 연속 필라멘트 매트는 부식성 환경에 견딜 수 있는 높은 기계적 특성과 함께 횡단 저항력을 제공합니다.

Advantex® Glass, C-Glass 및 AR-Glass* 베일

부직포 베일은 많은 응용 분야에서 내부식층에 강도를 더하고 아래 부분에 적층된 라미네이트와의 접착력을 향상시킵니다. 또한 표면에 베일을 적용하면 섬유 구조물이 마찰과 부식에 노출되지 않아 전반적인 복합소재의 구조 강도를 확보하는데 도움이 됩니다. 부식성 환경의 종류에 따라 그에 맞는 적절한 베일 유리를 선정해야 합니다.

*현재는 특수 분야에만 제공되고 있습니다.



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Advantex® Glass 테크니컬 패브릭

OCV™ Technical Fabrics은 부식성 환경에서 요구되는 성능을 충족시키는 고품질의 패브릭을 제공합니다. OCV™ Technical Fabrics은 Advantex® Glass 솔루션을 요구되는 형태에 따라 우븐 로빙, 다축, 단방향 또는 조합형으로 모두 생산하고 있습니다. Owens Corning은 각종 유리를 사용하여 패브릭을 제조하고 있습니다. 부식성 환경에 적용될 제품일 경우 Advantex® 유리 섬유를 사용하여 제조합니다.

Owens Corning 고성능 유리 섬유 강화재(S, H, R)

OCV™의 고성능 강화재 플랫폼으로는 일반 산업 시장, 방탄 시장, 항공 우주 시장과 풍력 에너지 시장을 대상으로 한 ShieldStrand,® XStrand,® FliteStrand® 및 WindStrand® 고성능 강화재 제품이 있습니다. 이러한 제품은 우수한 내부식성과 기계적 특성을 지니고 있으며 특히 까다로운 특성이 요구되는 FRP 분야에 아주 적합합니다. 보다 자세한 내용은 아래 이메일이나 전화 번호로 Owens Corning에 문의해 주십시오.

Owens Corning Cem-FIL® AR 유리 섬유 강화재

Cem-FIL® 내알카리(AR) 유리 섬유는 100개이상의 국가에서 무려 40년 동안 사용되어 왔습니다. 이 유리 섬유는 탁월한 강성과 내구성을 바탕으로 폭넓고 다양한 시멘트 및 모르타르 기반 건축 분야에 사용되어 세계에서 가장 아름다운 건축물을 완성하는 데 일조했습니다. Cem-FiL® AR 유리 섬유는 특정 화학물과 고염기성 환경에 대해 내부식성이 뛰어난 것이 특징입니다. 보다 자세한 내용은 아래 이메일이나 전화 번호로 Owens Corning에 문의해 주십시오.

참고: 보다 자세한 내용은 아래에서 해당 지역의 전자 메일이나 전화 번호로 OWENS CORNING에 문의해 주십시오.

미국[email protected]

614.777.1384

아시아/태평양 지역[email protected]

+86.81.940.2997

한국[email protected]

+82.54.429.5759

유럽[email protected]

+46.346.85807



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부식성 환경용 FRP 구조에 대한 표준 수립

유리 섬유 강화재를 사용할 때에는 구조적 부분과 내부식층 부분에 대해 각각 적절한 유리 섬유를 지정하는 것이 상당히 중요합니다.

FRP 제품의 구조적 부분

FRP의 구조적 부분은 대부분의 기계적 특성(강도와 강성)을 구성합니다. 본 안내서에 수록된 화학 실험의 결과는 Advantex® Glass가 전반적으로 가장 우수한 성능을 보이고 있으며, 이 때문에 구조적 부분에 대한 규격으로 이 제품이 권장되고 있다는 사실을 명백히 나타내고 있습니다. 다음은 구조적 부분과 관련된 규격의 한 가지 예입니다.

“ 유리 섬유 강화재는 Advantex® Glass이거나 ASTM D 578-00 4.2.4절을 충족하는 동급 수준의 제품을 사용하여야 한다. 이 때 유리의 사이징(Sizing, 유리섬유 케미컬 코팅제)은 지정된 수지와 상용성이 좋아야 한다.”

FRP 제품의 내부식층

내부식층은 일반적으로 구조적으로 가해지는 힘을 지지하지 않으며 라미네이트를 통해 부식 매질이 확산되는 속도를 늦춰주는 역할을 합니다. FRP의 라미네이트는 내측은 베일로, 나머지 부분은 매트(촙드 스트랜드 매트 또는 촙드 로빙으로 구성됨)로 구성되어 있습니다. 가장 높은 수준의 내부식성을 확보하려면 매트의 규격과는 별개로 환경에 적합한 올바른 베일을 선정하는 것이 중요합니다. 다음 그림은 FRP 부품의 한 예를 나타낸 것으로 내부식층과 구조적 부분을 확인할 수 있습니다.

베일 부분은 내부식층의 내부 표면에 해당되며, 부식성 환경의 주된 화학 물질에 따라 유리섬유, 탄소 또는 폴리에스테르와 같은 다른 물질을 사용해야 할 수 있습니다. 유리섬유 베일을 사용하기로 결정한 경우, 본 안내서를 통해 특정 화학물 환경에 적합한 유리 종류를 파악하거나 Owens Corning에 직접 연락하셔서 권장 제품을 문의하시기 바랍니다.

본 안내서에 수록된 실험 결과를 바탕으로 매트 부분도 내부식층의 설계에 포함될 경우, Advantex® Glass를 지정 강화재로 사용하는 것이 좋습니다. 다음 규격은 이와 같은 내부식층 부분에 대해 적용할 수 있습니다.

“ 유리 섬유 강화재는 Advantex® Glass이거나 ASTM D 578-00 4.2.4절을 충족하는 동급 수준의 제품을 사용하여야 한다. 이 때 유리섬유의 사이징은 지정된 수지와 상용성이 좋아야 한다.”

필라멘트 와인딩 또는 라미네이트(예: 파이프, 탱크, 덕트 시설 등)

내부

FRP 부식 장벽

외부

FRP의 구조적 부분(강도 제공)

싱글 엔드 로빙, 촙드 로빙 또는 패브릭

베일

촙드 로빙 또는 매트



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OWENS CORNING의 권장 유리 섬유 사양 제안 요청서

본 안내서에 수록된 내용 외에 문의 사항이 있거나, 특정 환경에 적합한 권장 유리 섬유 종류를 직접 문의하실 경우, 다음과 같은 두 가지 방법으로 Owens Corning에 요청하실 수 있습니다.

1. 다음 웹사이트를 방문하여 온라인 양식을 작성합니다. www.owenscorning.com/composites/aboutAdvantex.asp

2. 본 요청서를 작성한 후 복사하여 다음의 팩스 번호 중 해당 지역의 번호로 전송합니다.

작성된 요청서 팩스 송부처

팩스 – 미국: 1.740.321.4607 프로젝트명: 팩스 – 유럽 및 중동•아프리카 지역: +46.346.83733 날짜: 팩스 – 아시아•태평양 지역: +66.2.745.6961 팩스 – 한국 054-429-5759 (수신: 마케팅팀 김성현차장)

연락처 정보

회사: __________________________________________________ 국가:

이름: ________________________________________________________________________________________

전자 메일 주소: ____________________________ 전화번호:

FRP 부품 정보

부품 유형(예: 파이프, 탱크, 집진기, 덕트 시설 등):

치수: ___________________________________ 용량:

적용 산업(채광, 화학, 발전 시설 등):

작동 환경:

화학물 종류 또는 환경 일반적 농도 수준

1. __________________________________________________________

2. __________________________________________________________ ____________________

3. __________________________________________________________ ____________________

4. __________________________________________________________ ____________________

pH: 표준: _________________ 최소: _________________ 최대:



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안내서 설명

본 안내서의 마지막 섹션은 다양한 화학물질이 각종 유리 섬유 종류에 미치는 영향을 파악하기 위해 수행된 연구실 실험 결과를 소개하고 있습니다. 본 섹션은 이러한 실험 결과를 바탕으로 고객의 제품이 적용되는 각종 부식성 환경에 적합한 최적의 유리 섬유 종류를 선택하는 데 도움이 되도록 구성되어 있습니다.

본 안내서에는 화학물의 종류별로 특정 화학 용액에 노출된 베어 글래스(Bare glass)의 중량 손실 분석 내용이 수록되어 있습니다. 베어 글래스 실험을 수행했더라도 경우에 따라 다른 실험을 추가로 수행해야 할 수 있습니다. 이런 경우를 대비해 본 안내서에는 추가적인 실험 정보가 수록되어 있기 때문에 최적의 성능을 갖춘 유리 섬유를 선정하는 데 도움을 드리고 있습니다.

Owens Corning은 앞으로도 다른 화학물이 유리 섬유 강화재에 미치는 영향을 실험 및 분석하여 본 안내서를 지속적으로 업데이트할 예정입니다. 본 안내서의 새로운 개정판 업데이트 여부와 추가적인 정보 확인은 다음의 Advantex® Glass 웹사이트를 참조하십시오. www.owenscorning.com/composites/aboutAdvantex.asp

실험 방법 및 실험 결과 해석

Owens Corning은 다양한 종류의 유리 섬유가 부식성 환경에서 성능을 발휘하는 방법을 파악하는 데 다음과 같은 여러 가지 실험 방법을 사용합니다.

1. 베어 글래스 중량 손실 실험

이 실험은 서로 다른 종류의 유리가 가진 부식 매질에 대한 내부식성을 비교하는 실험입니다. Y 축은 유리 섬유에서 침출된 성분의 비율을 나타낸 것입니다. 막대 그래프의 막대가 높을 수록 많은 양의 성분이 침출되었음을 의미하며, 이는 사용된 화학물에 해당 유리 섬유가 적합하지 않음을 나타냅니다. 막대가 낮을 수록 해당 화학물에 대한 내부식성이 높은 것을 의미합니다. X 축에는 종류별 유리 섬유 항목이 나열되어 있습니다.

X 축의 한 가지 항목에 여러 가지 막대가 있는 것은 해당 유리가 화학 물질에 노출된 시간을 달리 한 것입니다. 이렇게 시간을 달리한 것은 특정 부식성 매질에 노출된 유리별로 부식 속도에 차이가 있기 때문입니다. 중량 손실 실험은 빨리 끝낸다는 특징이 있지만, 특정 환경에서는 불용성 염류의 생성 또는 침출된 성분의 유리 섬유 재증착으로 인해 유리 섬유의 종류별 차이가 적은 것으로 결과가 나타날 수 있습니다. 이 때문에 실제로는 유리 섬유에서 성분이 상당히 많이 침출되었더라도 결과적으로는 중량 손실이 적은 것으로 나타날 수 있습니다. 사실 부식성 매질의 체적이 유리의 양에 비해 상당히 큽니다. 따라서 당사는 이와 같은 경우 몇 가지 다른 심화 기법/분석을 추가하여 부식에 대한 영향을 평가했습니다.



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2. FRP 로드의 응력 파단 부식 인장 실험

응력 파단 부식 실험은 구조물이 처할 수 있는 여러 가지 문제(강도 및 부식)를 복합적으로 파악할 수 있는 가장 합리적인 방법입니다. ASTM D2992 및 ASTM D3681을 바탕으로 볼 때 본 실험은 고비용에 오랜 기간이 소요되긴 하지만, 수지의 종류나 합성 구조와는 별개로 서로 다른 종류의 유리섬유가 부식성 매질에 대해 어떻게 견디는지를 이해할 수 있는 실질적인 표준입니다. 응력 수준은 최대 응력에 대한 비율을 퍼센트(%) 단위로 나타내거나, MPa 단위의 절대 응력으로 나타내며 Y 축에 대해 양대수(Log-Log) 좌표로 기입됩니다. X 축은 노출된 시간을 시(hour) 단위로 나타낸 것입니다. 그래프 기울기가 가장 완만한 유리 섬유 FRP 로드가 부식 매질에 의한 영향을 가장 적게 받은 것입니다.

기울기가 가장 완만한 선의 50년 시점에 해당하는 Y 축 값(아래 그림의 경우 41.0%)을 찾고, 그래프의 다른 선(비교 대상 유리섬유)이 이 응력 수준에 도달하려면 얼마의 시간이 필요한지 X 축의 값을 확인하면 유리 섬유 종류별 차이를 한 눈에 비교•파악할 수 있습니다. 이 응력 수준(아래 그림의 경우 Y 축의 41.0%)이 다른 그래프 선과 교차하는 지점(100시간)은 해당 FRP 구조가 41.0%의 응력을 견딜 수 있는 시간(X 축의 값)을 예측한 값입니다. 아래 그림에서 유리 섬유 Type 1은 50년 동안 원래 최대 응력의 41.0%까지 견딜 수 있는 반면, 유리 종류 2는 견딜 수 있는 응력 수준이 100시간 만에 원래 수준의 41.0%로 떨어집니다.

3. 전자 주사 현미경(SEM, Scanning Electron Microscopy)

SEM은 유리 섬유를 포함해 FRP에서 발생되는 현상을 미시적 규모에서 관찰할 수 있게 하는 장비입니다. 이 장비를 에너지 분산형 X-선과 함께 사용하면 재증착, 공식(Pitting), 균열, 결정 성장 또는 침출 현상을 시각적으로 확인할 수 있습니다. SEM은 중량 손실 실험 결과에 따른 그래프가 이미 발간된 문헌의 내용, 동일하지는 않지만 비슷한 부식 매질에 대한 성능 또는 실제 현장에서 보이는 양상과 다르게 나타날 경우 사용됩니다. SEM을 통해 이러한 차이점의 발생 여부에 대한 원인을 보다 심도 있게 파악할 수 있습니다.

각 실험 방법에 대한 보다 자세한 설명은 본 안내서의 부록 A를 참조하십시오.



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실험 결과 요약 및 일반적인 권장 사항

아래 표는 일반적인 화학물에 대해 가장 우수한 성능을 지니는 유리 섬유의 종류를 간단하게 정리한 것입니다. 이러한 결과를 얻게 된 구체적인 화학 실험 수행 방법은 다음 섹션에 수록되어 있습니다. 실험에 사용된 유리섬유의 종류로는 E-Glass, C-Glass, Advantex® Glass와 AR-Glass가 있습니다. 부식성 환경용 FRP 부품(예: 탱크, 파이프 등)은 일반적으로 내부식층과 구조적 부분으로 구성됩니다. 부식 장벽이나 구조적 부분에 적용되는 강화재로 유리섬유가 선정된 경우, 본 요약표를 활용하여 해당 적용 부분에 어떤 종류의 유리 섬유가 가장 적합한지 파악할 수 있습니다.

부식성 환경 종류별 가장 우수한 성능의 유리 섬유 강화재 안내 요약표

복합소재 라미네이트 부분

무기산 유기산 탈이온수 염기성 염분

내부식층 내부 표면 베일로 적합함

(권장)*

AR-Glass 또는 C-Glass

Advantex® Advantex® AR-Glass 또는 Advantex®

AR-Glass 또는 Advantex®

내부식층 매트/촙 부분에 적합함

(권장)**

Advantex® Advantex® Advantex® Advantex® Advantex®

구조적 부분 섬유 유형이 적합함(권장)

Advantex® Advantex® Advantex® Advantex® Advantex®

실험한 화학물 황산 아세트산 탈이온수 수산화암모늄 염화나트륨

염산 구연산 수돗물 수산화나트륨 염화제2철질산 아염소산나트륨

인산 차아염소산나트륨

왕수(王水)

* 베일 제품의 소재로 유리 섬유가 선정된 경우에 해당합니다. 유리 종류별 자세한 특성 정보는 개별 화학물 실험 페이지를 참조하십시오. ** 촙드 스트랜드 매트 또는 촙드 어셈블드 로빙 제품의 소재로 유리 섬유가 선정된 경우에 해당합니다.참고: AR-GLASS(CEM-FIL® GLASS)는 특수 분야의 특정 베일 유형에 한해 제공되고 있습니다.

좀 더 자세한 정보나 추천 제품 또는 지원에 관한 문의 사항은 다음 연락처를 참조하십시오.

미국[email protected] | 614.777.1384

아시아/태평양 지역[email protected] | +86.81.940.2997

한국[email protected] | +82.54.429.5759

유럽[email protected] | +46.346.85807



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아세트산유리 섬유의 내화학성

베어 글래스 중량 손실 실험: 실험 결과 아세트산에 노출 시 중량 손실은 극소량인 것으로 나타났으나, 중량 손실 실험 결과만으로는 결과를 단정짓기가 어렵습니다. 추가적인 실험을 수행한 후 당사는 Advantex® Glass가 전반적으로 가장 우수한 성능을 나타냈으며, FRP 부품의 내부식층(베일 및 매트)과 구조적 부분에 모두 사용되었을 때 가장 우수한 성능을 발휘할 수 있다는 결론을 내렸습니다.

아래 E-glass의 SEM 사진을 보면 유리 섬유의 상태가 비교적 양호한 것처럼 보입니다. 하지만 모든 섬유의 표면에 대한 EDX(에너지 분산형 X-선) 분석 결과를 보면 유리에서 침출된 각종 성분의 염류가 포함된 탄소막이 모든 섬유에 균일하게 형성되어 있습니다. 모든 섬유에 이러한 막이 나타나며 이는 섬유의 중량을 증가시킵니다. 유리섬유에서 침출된 성분의 중량 손실은 유기막의 형성으로 인한 중량 증가량을 초과하는데, 이로 인해 모든 유리 섬유에서 순 중량 손실이 발생하고, 그 중 C-Glass의 중량 손실이 가장 큽니다. 이번 실험 결과를 바탕으로 각 유리 섬유의 상대적 성능을 비교해 볼 수는 있겠지만, 그래프를 보고 아세트산이 유리 섬유에 미치는 영향이 절대적으로 미미하다고 판단할 수는 없습니다.

유리 섬유에 증착된 침출 성분이 나타난 E-Glass의 SEM 사진.

E-Glass의 전자 주사 현미경

(SEM) 사진: 아래 E-Glass 사진을 보면 두 섬유가 접촉했던 영역(SEM 사진의 영역 1)과 두 섬유 사이에 재증착된 침출 성분을 확인할 수 있습니다. 이러한 막과 침출 성분은 이들 섬유에 중량을 더해 베어 글래스의 중량 손실이 실제보다 덜 한 것으로 보이게 합니다.



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베어 글래스 중량 손실 실험: 수산화암모늄(강알카리성)에 대한 실험 결과, Advantex® Glass에 미치는 영향은 상당히 미미합니다. 하지만 C-Glass의 경우 다른 유리 섬유보다 훨씬 더 많은 영향을 받았음을 알 수 있습니다. 이번 실험을 통해 Advantex® Glass가 내부식층(베일 및 매트로)과 구조적 부분에 사용되면 보다 우수한 성능을 발휘한다는 것을 알 수 있습니다. C-Glass 베일은 부식 장벽으로 사용되기에는 적합하지 않습니다.

수산화암모늄 유리 섬유의 내화학성

메모:



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왕수(王水)유리 섬유의 내화학성

베어 글래스 중량 손실 실험: 왕수(王水)는 염산과 질산이 섞인 혼합물이며, 특정 종류의 유리섬유를 빠른 속도로 부식시키는 것을 보아 알 수 있듯이 강력한 산입니다. 실험을 수행한 후 당사는 Advantex® Glass가 전반적으로 가장 우수한 성능을 나타냈으며, FRP 부품의 내부식층

(베일 및 매트)과 구조적 부분에 모두 사용되었을 때 가장 우수한 성능을 발휘할 수 있다는 결론을 내렸습니다. E-Glass는 중량 손실 비율이 높아 사용이 권장되지 않습니다. 일반적으로 무기산에서는 무난한 C-Glass 베일 또한 왕수에 노출되는 환경에서는 부적합합니다.

메모:



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베어 글래스 중량 손실 실험: 실험 결과 Advantex® Glass가 전반적으로 가장 우수한 성능을 나타냈으며, FRP 부품의 내부식층(베일 및 매트)과 구조적 부분에 모두 사용되었을 때 가장 우수한 성능을 발휘할 수 있는 것으로 나타났습니다. 구연산은 본 실험에 사용된 다른 산과는 달리 유일하게 유리 섬유에서 침출된 특정 성분과 결합하여 킬레이트(Chelate) 화합물을 형성합니다. 그래프를 보면 Advantex® Glass가 구연산과 결합하는 성분을 E-Glass나 C-Glass 만큼 함유하지 않고 있다는 것을 확실히 알 수 있습니다. 호주에 소재한 커튼 대학교(Curtin University)의 R.L. Jones가 수행한 실험에 따르면 피루브산, 옥살산, 글리옥살산 및 말론산과 같은 다른 유기산 또한 비슷한 방식으로 유리섬유를 부식시킨다고 합니다.

구연산 유리 섬유의 내화학성

메모:



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탈이온수(수돗물 참조)

유리 섬유의 내화학성

응력-부식 실험: 오랜 기간 수행된 복합소재 로드의 응력-부식 실험을 통해 25°C의 탈이온수에서 Advantex® Glass의 내구성이 E-Glass보다 높은 것으로 나타났습니다. Advantex® Glass는 50년이 지나도 원래 강도의 41.0%를 유지하게 됩니다. E-Glass의 경우 견딜 수 있는 강도가 단 100시간 만에 동일한 수준으로 감소하게 됩니다. 이 환경에서는 Advantex® Glass가 전반적으로 가장 우수한 성능을 나타냈으며, 다른 유리 섬유보다 FRP 부품의 부식 장벽(베일 및 매트로)과 구조적 부분에 모두 적격입니다.

베어 글래스 중량 손실: 응력-부식 실험에서 나타난 Advantex® Glass와 E-Glass의 차이는 단기간에 수행되는 베어 글래스 중량 손실 실험에서는 나타나지 않았습니다. 탈이온수를 사용한 중량 손실 실험은 비용이 더 높은 응력-부식 실험보다 변별력이 좋지 않습니다. 하지만 중량 손실 실험에서 C-Glass 베일이 내부식층의 소재로 사용되기에는 부적합하다는 사실은 확인할 수 있습니다.



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베어 글래스 중량 손실 실험: 실험 결과 염화제2철에 대해 Advantex® Glass가 우수한 성능을 보이며, FRP 부품의 내부식층(베일 및 매트)과 구조적 부분에 모두 사용되기에 가장 적합한 것으로 나타났습니다. 또한 염화제2철에 노출되는 구조물에는 E-Glass가 적합하지 않은 것을 알 수 있습니다. AR-Glass는 FRP의 구조적 부분에 필요한 기계적 특성을 지니고 있지 않으며, 현재는 특수 분야에만 제공되고 있습니다.

염화제2철 유리 섬유의 내화학성

메모:



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염산유리 섬유의 내화학성

응력-부식 실험: FRP 로드가 응력과 염산 노출이 복합적으로 작용하는 환경에서는 Advantex® Glass의 성능이 E-Glass 대비 월등히 뛰어납니다. 응력-부식 실험 결과를 자세히 살펴보면, E-Glass FRP 로드의 강도가 Advantex® Glass FRP 로드의 강도보다 훨씬 빠른 속도로 저하되는 것을 알 수 있습니다. 50년이 지나도 Advantex® Glass FRP 로드는 원래 부하의 12.1%를 지탱할 수 있지만, E-Glass FRP 로드는 단 73시간 만에 동일한 수준으로 떨어집니다. 이러한 현상의 원인은 SEM 사진을 통해 확인할 수 있습니다. E-Glass 유리 섬유가 침출되면서 외부에 기공이 생기고, 이로 인해 나선형의 균열이 발생합니다. 하지만 동일한 시간 동안 Advantex® Glass는 아무런 영향을 받지 않았습니다.

베어 글래스 중량 손실 실험: 이번 실험은 Advantex® Glass가 FRP 부품의 구조적 부분에 사용하기에도 적합하다는 사실을 입증합니다. C-Glass나 AR-Glass는 내부식층의 소재로 사용될 수 있습니다. E-Glass는 강산에 의해 급격하게 손상되므로 사용하지 않는 것이 좋습니다.

전자 주사 현미경(SEM) 검사: 첫 번째 사진은 응력이 작용하지 않는 상태에서 5% HCl에 4시간 동안 노출된 E-Glass의 전형적인 나선형 균열 현상을 나타내고 있습니다. 응력과 부식 매질이 모두 작용할 경우 FRP 부품이 급속히 손상될 때에도 이러한 균열 현상을 보입니다.

96°C에서 5% HCL에 4시간 동안 노출된 후의 E-Glass

96°C에서 5% HCL에 4시간 동안 노출된 후의 Advantex® Glass



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질산 유리 섬유의 내화학성

베어 글래스 중량 손실 실험: 실험 결과 Advantex® Glass가 E-Glass 대비 우수한 성능을 보이며, FRP 부품의 구조적 부분에 사용되기에 가장 적합한 것으로 나타났습니다. C-Glass나 AR-Glass는 베일/매트 또는 촙드 로빙의 형태로 부식 장벽에 사용될 수 있습니다. E-Glass는 질산에 의해 급격하게 손상되므로 사용하지 않는 것이 좋습니다.

메모:



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인산유리 섬유의 내화학성

베어 글래스 중량 손실 실험: 실험에 따르면 부식 장벽의 매트 부분과 구조적 부분에는 Advantex® Glass를 사용하는 것이 적절하다는 결론이 도출됩니다. 내부식층의 내측 표면 베일 부분에는 C-Glass를 사용하는 것이 적합합니다. SEM 사진을 보면 인산이 다른 유리 섬유보다 특정 유리 섬유에서 성분을 더 많이 침출시키는 부식 매질이며, 이렇게 침출된 성분(인과 결합됨)을 유리 섬유에 재증착시키는 것을 확인할 수 있습니다. 침출이 덜 일어난 유리 섬유의 경우 성분의 재증착 또한 미약했습니다. 이렇게 재증착된 성분은 유리 섬유에 중량을 더해 유리 섬유의 중량 손실이 실제 침출량보다 덜 한 것으로 보이게 합니다. 일단 성분이 침출된 유리 섬유는 구조적으로 취약하게 됩니다.

인산에 노출된 E-Glass의 SEM 사진

인산에 노출된 Advantex® Glass의 SEM 사진

E-Glass가 침출이 되면서 인산칼슘이 유리 섬유 표면에 재증착되어 유리 섬유의 강도와 수지와의 접착력을 저하시킬 수 있습니다.

Advantex® Glass는 인산에 노출되었지만 현저한 침출이나 약화 현상은 보이지 않습니다.



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염화나트륨 유리 섬유의 내화학성

응력-부식 실험: 장기간의 응력-부식 실험 결과 염수에 대해 Advantex® Glass가 E-Glass 대비 우수한 성능을 보이며, FRP 부품의 내부식층(베일 및 매트)과 구조적 부분에 모두 적합한 것으로 나타났습니다. 염수에 담근지 50년이 지나도 Advantex® Glass가 함유된 FRP 로드는 원래 부하의 43.1%를 지탱할 수 있지만, E-Glass FRP 로드는 단 75일 만에 동일한 수준으로 떨어집니다.

베어 글래스 중량 손실 실험: T단기간에 수행되는 중량 손실 실험에서는 상기의 응력-부식 실험 대비 Advantex® Glass와 E-Glass의 차이가 명확하게 나타나지 않았습니다. 하지만 염수에서 C-Glass 베일이 부적합하다는 사실은 확인할 수 있습니다. 이는 일견 의외이기도 하나 우측의 SEM 사진은 실험 결과를 재확인해주고 있습니다.

C-Glass의 SEM 사진

이 사진은 염화나트륨에 노출된 후의 C-Glass 형상을 나타낸 SEM 사진입니다. 염수에서 C-Glass는 급격한 속도로 악화됩니다.



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아염소산나트륨유리 섬유의 내화학성

SEM: 사진을 보면 Advantex® Glass가 받은 영향이 가장 미미하며 FRP 부품의 내부식층(베일 및 매트)과 구조적 부분에 모두 사용되기에 가장 적합한 것으로 나타났습니다. 중량 손실 실험 결과만 보면, Advantex® Glass와 E-Glass 사이에 약간의 차이만 있는 것으로 보이지만, SEM 사진을 보면 이는 침출된 성분이 유리 섬유에 재증착되고 제거되기 어려운 침전물을 형성한다는 사실을 알 수 있습니다. EDX 분광기로 분석한 결과 이러한 재증착 물질의 대부분은 마그네슘 성분의 침전물인 것으로 밝혀졌습니다. 이렇게 중량이 추가되었다는 것은 모든 유리 섬유가 침출되었으며 실제로 침출된 양은 중량 손실표의 값보다 크다는 것을 의미합니다. Advantex® Glass의 경우 침출량이 적어 이러한 경향이 다소 뚜렷하게 나타나지 않습니다.

침출된 성분이 유리 섬유에 재증착된 E-Glass의 SEM 사진.

침출량과 재증착 수준이 낮은 Advantex® Glass의 SEM 사진.

베어 글래스 중량 손실 실험: C-Glass에도 재증착 현상이 발생하지만, C-Glass의 경우 E-Glass나 Advantex® Glass보다 훨씬 더 많은 양의 성분이 침출됩니다. 따라서 C-Glass는 부식 장벽으로 사용되기에는 적합하지 않습니다.



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수산화나트륨 유리 섬유의 내화학성

베어 글래스 중량 손실 실험: 염기성 환경에서의 부식은 산성 환경에서의 부식과는 상당히 다른 양상으로 진행됩니다. 실험 결과 Advantex® Glass가 가장 우수한 성능을 보이며, FRP 부품의 구조적 부분에 사용되기에 가장 적합한 것으로 나타났습니다. 내부식층(베일 및 매트)의 소재로는 AR-Glass나 Advantex® Glass가 가장 적합합니다. SEM 사진을 보면 모든 유리 섬유가 손상된 것을 확인할 수 있으며, EDX 분석에 따르면 유리 섬유에서 침출된 칼슘, 실리카 및 나트륨이 결정성 침착물(아래 사진 참조)의 형태로 유리 섬유에 재증착되는 것을 알 수 있습니다. 따라서 베어 글래스 중량 손실 실험으로는 유리 섬유의 손상 정도를 파악하기가 어렵습니다. 하지만 서로 다른 유리 섬유 사이의 성능 비교는 어느 정도 가능합니다.

C-Glass의 SEM 사진을 통해 침출량과 결정성 침착물의 재증착이 상당하다는 것을 알 수 있습니다.



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차아염소산나트륨유리 섬유의 내화학성

베어 글래스 중량 손실 실험: C-Glass에도 재증착 현상이 발생하지만, C-Glass의 경우 E-Glass나 Advantex® Glass보다 훨씬 더 많은 양의 성분이 침출됩니다. 따라서 C-Glass는 부식 장벽으로 사용되기에는 적합하지 않습니다.

SEM: 실험 결과 Advantex® Glass가 가장 우수한 성능을 보이며, FRP 부품의 구조적 부분에 사용되기에 가장 적합한 것으로 나타났습니다. 내부식층의 내부 표면 베일 소재로는 AR-Glass나 Advantex® Glass가 가장 적합하고 내부식층의 매트 소재로는 Advantex® Glass가 적합합니다. 중량 손실 실험 결과(아래 그래프 참조)만 보면, Advantex® Glass와 E-Glass 사이에 약간의 차이만 있는 것으로 보이지만, SEM 사진을 보면 E-Glass의 침출량이 Advantex® Glass보다 현저히 많다는 것을 알 수 있습니다. E-Glass에 재증착되는 성분의 양 또한 상당하며 침전물까지 형성합니다. EDX로 분석한 결과 이러한 재증착 물질의 대부분은 칼슘 성분의 침전물인 것으로 밝혀졌습니다. 이렇게 중량이 추가되었다는 것은 모든 유리 섬유가 침출되었으며 실제로 침출된 양은 중량 손실표의 값보다 크다는 것을 의미합니다. Advantex® Glass의 경우 이러한 경향이 다소 뚜렷하게 나타나지 않습니다.

침출된 성분이 유리 섬유에 재증착된 E-Glass의 SEM 사진.

침출량과 재증착 수준이 낮은 Advantex® Glass의 SEM 사진.



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황산 유리 섬유의 내화학성

모든 실험 방법: 베어 글래스 실험 결과 E-Glass가 황산에 의해 급속히 손상되며 Advantex® Glass가 FRP 부품의 구조적 부분에 사용되기에 적합한 것으로 나타났습니다. 내부식층의 내부 표면 베일 소재로는 AR-Glass나 C-Glass가 적합하고 내부식층의 매트 소재로는 Advantex® Glass가 적합합니다. 응력-부식 실험을 통해 E-Glass와 Advantex® Glass 사이의 상당한 성능 차이를 재확인할 수 있습니다. 응력-부식 실험에 사용된 로드의 SEM 사진을 보면 E-Glass의 상당한 침출량으로 E-Glass의 강도가 급속히 저하되었다는 사실과 Advantex® Glass가 상대적으로 더 우수한 성능을 보인다는 점을 알 수 있습니다.

응력 파단 실험 결과 황산 및 염산에 노출되는 환경에서 Advantex® Glass의 응력이 기존 E-Glass로 제조된 라미네이트보다 12배 더 높다는 것이 확인되었습니다. 이러한 경향은 기존 E-Glass 라미네이트는 응력이 작용된지 4일만에 파손되는 반면, Advantex® Glass 라미네이트는 50년의 응력 한계를 가진다는 점에서도 나타납니다.

황산에 노출된 후 SEM 사진

3개월 후 E-Glass FRP 로드

E-Glass가 취약해지기 시작하면서 수지에서 분리되고 현저히 취약해집니다.

3개월 후 Advantex® Glass FRP 로드

Advantex® Glass는 침출된 흔적 없이 동일한 강도로 성능을 그대로 유지하고 있습니다.



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수돗물유리 섬유의 내화학성

응력-부식 실험: 장기간의 응력-부식 실험 결과 수돗물에 대해 Advantex® Glass가 E-Glass 대비 우수한 성능을 보이며, FRP 부품의 구조적 부분에 적합한 것으로 나타났습니다. 수돗물에 담근지 50년이 지나도 Advantex® Glass가 함유된 FRP 로드는 원래 부하 용량의 39.4%를 지탱할 수 있지만, E-Glass FRP 로드는 단 12일 만에 동일한 수준으로 떨어집니다.

메모:



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부록 A 실험 방법

1. 베어 글래스 중량 손실 실험

베어 글래스 실험을 수행하기 전에 먼저 유리를 서냉점(Annealing point)보다 낮은 온도로 가열하면서 유리의 보호용 유기 사이징(Sizing)을 제거합니다. 유리를 서냉점까지 가열하게 되면 일부 유리의 경우 내부식성이 상당히 향상되어 원래 제품의 특성을 반영할 수 없게 되는데, 특히 E-Glass의 경우 이러한 경향이 두드러집니다. 보호용 유기 사이징이 제거되면 일정량의 유리 섬유의 무게를 달고 정해진 기간 동안 부식성 매질에 담급니다. 정해진 기간이 끝나면 부식성 매질과 유리를 걸러 무게를 다시 답니다. 여과액을 면밀히 분석하여 내용물이 유리 섬유인지 또는 유리 섬유의 잔량인지를 확인합니다. 침전물이 발견되면 제거하고 남은 유리의 무게만 새로 답니다. 초기에 단 무게와 실험 후 새로 단 무게의 차이가 중량 손실입니다. 본 실험에서는 12미크론으로만 판매되는 C-Glass를 제외하고 모두 17미크론의 유리 섬유가 사용되었습니다. 이를 단면적으로 비교 시 다른 유리 섬유 대비 C-Glass의 단면적이 두 배에 이르며, 이 때문에 부식 수준이 낮을 경우 실험 데이터에 영향을 줄 수 있습니다. 이렇게 규격의 차이로 실험 결과에 오판이 발생할 가능성이 있는 유일한 부식 매질은 염화제2철입니다.

2. 에너지 분산형 X-선(EDX) 분광기와 전자 주사 현미경(SEM) 연계 사용

SEM 사진은 후방 산란(Back-scatter) 모드로 촬영되었습니다. SEM의 기능 중 흥미로운 점 하나는 검사 대상 부품의 표면에서 산란된 전자가 고형 유리 섬유와 원자 번호가 더 높은 성분과 같이 고밀도의 표면에서 상당량 반사된다는 것입니다. 수지나 침출된 유리 섬유와 같이 부드럽거나 다공성 면에서는 훨씬 적은 수의 전자가 반사되며 빈 공간에서는 반사되는 전자가 없습니다. 마찬가지로 탄소와 수소 등 원자 번호가 낮은 성분의 경우 반사되는 전자가 적습니다. 따라서 SEM 사진에서 고형 유리는 흰색이나 밝은 회색으로 보이고 다공성 유리는 회색 그리고 수지는 어두운 회색으로, 빈 공간은 검은색으로 보입니다.

부식이 진행된 유리섬유는 평면도 또는 단면도로 분석이 가능합니다. 평면도로 관찰할 경우 유리 섬유를 탄소 기재(Carbon backed) 접착제에 가능한 고르게 올려 놓고 탄소나 금으로 코팅한 다음 SEM 사진을 찍고 검사합니다. 단면도로 분석할 경우 유리 섬유를 에폭시 수지에 담그고 유리 섬유의 길이 방향에 대해 수직으로 절단하고 연마합니다. 연마된 샘플은 탄소나 금으로 코팅한 다음 SEM 사진을 찍고 검사합니다. SEM 검사를 수행할 때 섬유의 전반적인 형태를 확인하려면 저배율을 사용하고 균열, 공식(Pitting) 등을 파악하려면 1000배 이상의 고배율을 사용할 수 있습니다. 에너지 분산형 X-선 분광기를 사용하여 침출로 인한 유리 섬유 내부의 화학적 차이를 확인할 수도 있습니다.



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부록 A실험 방법

3. 복합소재 로드의 응력-부식 인장 실험

복합소재 로드는 수지 함침 유리 섬유 로빙을 직경을 알고 있는 유리 튜브를 통과시키면서 늘려 준비합니다. 이렇게 생성한 로드는 수지 제조업체의 지침에 따라 경화시킵니다. 경화가 완료되면 유리가 깨지고 경화된 복합소재 로드가 자연스럽게 분리됩니다. 로드 시편은 동일한 하나의 로트(Lot)에서 선정하고 인장 실험을 거쳐 해당 로트의 최대 인장 강도를 파악합니다. 그런 다음 남은 로드는 부식 매질이 담긴 외팔보구조의 응력-부식 고정 장치에 놓고 로드의 최대 인장 강도에서 정해진 비율 만큼 부하를 가합니다. 일반적으로 다섯 가지의 부하를 가해 1시간, 10시간, 100시간, 1,000시간 및 100,000시간에서 결함이 발생하도록 합니다. 로드에 가해지는 부하와 온도 및 부식 매질에 따라 일정 시간이 되면 로드가 인장 파괴됩니다. 이렇게 인장 파괴되는 시점까지 걸린 시간을 시(hour) 단위로 기록하고 좌표를 그립니다. Y 축에는 응력을 MPa 단위나“최대 부하 대비 비율(단위: %)”로 나타내고 X 축에는 파손되는 시점까지 경과된 시간을 시(hour) 단위로 기록하여 양대수

(Log-Log) 그래프를 작성합니다. 향후 특정 시점에서의 성능 수준을 예측하려면 회귀선

(Regression line)을 그립니다. 회귀선의 기울기가 완만할 수록 부식 매질이 복합소재 로드에 미치는 영향이 작은 것입니다. 회귀선의 기울기가 가파를 수록 부식 정도가 심한 것을 의미합니다.

메모:

본 자료에 수록된 정보와 데이터는 강화재를 선택할 때 참조하는 용도만을 목적으로 제공됩니다. 본 인쇄물에 수록된 정보는 실험실에서 실질적으로 수행된 실험 데이터와 현장에서 수집된 사례를 바탕으로 한 것입니다. 당사는 이러한 정보가 신뢰할만한 수준이라고 판단하고 있지만, 개별 고객에 따른 수 많은 공정에 모두 적용할 수 있다고는 보장할 수 없으며, 이러한 정보를 사용하거나 적용하면서 발생되는 책임은 지지 않습니다. 사용자는 실질적인 생산에 앞서 해당 분야에 대한 적합성을 판단하기 위해 다방면에서 적용 가능 여부를 철저히 검사하여야 할 의무가 있음에 동의합니다. 본 강화재나 다른 강화재를 사용할 때 사용자가 가장 염두에 두어야 할 사항은 직접 생산하는 시판용 화합물의 특성을 결정하는 것입니다. 실제 현장에서는 결과에 영향을 미칠 수 있는 수 많은 요인이 존재하므로, 당사는 특정 용도에 대한 적합성과 시장성을 포함하여 여타 사항에 있어, 명시적으로나 암묵적으로 보장을 하지 않습니다. 본 인쇄물의 내용은 어떠한 특허를 침해하거나 법적 안전 기준 또는 보험 규정을 위반하기 위한 주장이나 보증 또는 유발원으로 해석될 수 없습니다. 본 문서는 Owens Corning의 자유 재량에 따라 사전 공지 없이 수정될 수 있습니다.

Advantex, Cem-FIL, T30, ShieldStrand, XStrand, FliteStrand 및 WindStrand는 Owens Corning의 등록상표입니다.OCV는 Owens Corning의 상표입니다.© 2011 Owens Corning. 발간 번호 10013988-KO | 개정 번호 1A | 미국에서 인쇄 2011년 3월

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