FRP보수/시공(Fiber Reinforced Plastic, 섬유 강화 플라스틱)/적용범위/장단점/FRP 작업방법
오늘은 FRP시공에 대해서 같이 알아보도록 하겠습니다. FRP재질은 산업 현장 여러 곳에서 쓰이고 있습니다.
그중에서도 특히 부식성 물질을 함유하고 있는 탱크나 압력 용기에서 사용됩니다.
우선 FRP재질이 무엇인지 확인해 보도록 하겠습니다.
FRP(섬유 강화 플라스틱)란?
FRP(Fiber Reinforced Plastic)는 1) Resin(수지)를 기본 재료로 하고 2) 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 등과 같은 고강도 섬유를 강화재로 사용하여 제조한 복합 강화 플라스틱입니다.
Resin(합성수지)+Fiber(섬유) = FRP
이 재료는 가볍고 내구성이 뛰어나며, 높은 강도와 내식성을 제공하기 때문에 다양한 산업에서 널리 사용되고 있습니다. FRP는 주로 폴리에스터, 에폭시, 비닐에스터와 같은 열경화성 수지를 기재로 사용하며, 이를 통해 기계적, 화학적 특성을 극대화합니다.
FRP 적용 조건(온도/압력)
1. 온도
FRP는 사용되는 수지의 종류에 따라 다양한 온도 조건에서 사용할 수 있습니다. 일반적으로 -40°C에서 120°C까지 안정적으로 사용할 수 있으며, 특수 설계된 경우 200°C 이상의 고온 환경에서도 견딜 수 있습니다. 에폭시 수지를 사용하는 FRP는 고온 저항성이 우수하며, 저온 충격 강도도 탁월합니다.
2. 압력
FRP는 비교적 높은 압력 환경에서도 사용할 수 있습니다. 주로 산업용 파이프나 저장 탱크에서 10~20 bar 수준의 압력을 견디도록 설계되며, 특수 설계로 더 높은 압력에도 대응할 수 있습니다. 압력 저항성은 재료의 두께, 레이업 설계, 섬유 방향에 따라 크게 달라집니다.
적용 가능한 정확한 온도,압력 Data를 구하기 위해서는 적용 범위 내 Chemical Environment를 확인해야 합니다.
부식성 물질에 따라서 적용 가능한 온도 압력 조건이 달라지며, 어떤 Resin을 선택하냐에 따라서도 FRP 스펙이 달라지기 때문입니다.
(FRP 강산/강알칼리 저항력우수)
FRP 장점,단점
장점
- 경량성: FRP는 금속 재료보다 훨씬 가벼워 구조물의 무게를 줄이고 운송 비용을 절감할 수 있습니다.- FRP, GRP 등 합성 플라스틱의 가장 큰 장점으로 꼽히며, 일반 금속에 비하여 구조물 무게 절감 가능합니다.
- 고강도 및 높은 탄성률: 섬유 강화로 인해 높은 강도와 탄성률을 제공하여 충격과 하중을 견딜 수 있습니다.- 인장강도. 압축강도 등 강도가 높고, 탄성률이 높은 플라스틱의 장점을 가지고 있습니다.
- 내식성: 화학 물질에 대한 내성이 뛰어나, 부식 위험이 있는 환경에서 탁월한 성능을 발휘합니다.- Chemical Environment 적응성이 뛰어나서 부식성 물질 저장소에 사용 가능합니다.
- 설계 유연성: 다양한 형태로 제작할 수 있어 복잡한 구조물이나 대형 설비에도 적합합니다.
- 전기 절연성: 전기를 통하지 않는 특성이 있어 전기 관련 설비에 안전하게 사용할 수 있습니다.
- 수명이 길다: 내구성이 뛰어나 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
단점
- 비용: 초기 제작비용이 높아 경제성이 떨어질 수 있습니다.
- 복잡한 제작 과정: 제작 및 수리 시 전문 지식과 숙련된 기술이 필요합니다.
- 재활용 어려움: 열경화성 수지로 제작된 FRP는 재활용이 어려워 환경적 부담이 될 수 있습니다.
- 균열 및 손상 위험: 외부 충격에 의해 표면 균열이 발생하면 내부 섬유 구조가 손상될 수 있습니다.
- 열 저항성 한계: 금속에 비해 높은 온도에서는 변형이나 강도 저하가 발생할 수 있습니다.
FRP보수 작업(상세 절차)
- FRP 외부 시공 및 보수
- 손상 부위 확인: 부식되거나 손상된 부위를 검사하고 손상의 범위를 측정합니다.
- 표면 준비: 손상 부위를 사포로 연마하거나 화학 세척제를 사용하여 깨끗하게 청소합니다. 기름, 먼지, 녹 등을 완전히 제거해야 합니다.- FRP Lining 부위 수지 도포전 표면의 불순물을 완전히 제거
- 프라이머 도포: 접착력을 높이기 위해 손상된 부위에 적합한 프라이머를 얇게 도포하고 건조합니다.
- 섬유와 수지 적층: 유리섬유 매트를 준비하고, 수지를 혼합하여 손상 부위에 도포합니다. 유리섬유 매트를 겹쳐가며 적층 하고, 롤러를 사용하여 공기를 제거하며 압축합니다.- Primer 면이 완전히 경화(1~ 2HR) 한 후 Lining 작업 - Resin & Fiber-Glass와와 합침시켜 5 Layer 적층작업 - Fiber-Glass 1 Layer : 약 0.8 mmT
- 경화: 적층이 완료된 부위를 충분히 경화시킵니다. 경화 시간은 사용된 수지와 환경 온도에 따라 다릅니다.
- 후속 마감 작업: 경화된 표면을 연마하여 매끄럽게 만들고, 필요시 방수제나 도료를 도포하여 보호층을 추가합니다. (Gel Coat 도포 :
겔코트는 FRP 제품의 표면층에 도포되는 얇은 코팅 재료로, 수지에 안료와 첨가제를 혼합하여 만듭니다. 주로 폴리에스터, 비닐에스터, 에폭시 수지를 기반으로 하며, 색상과 광택을 제공하고 FRP의 물리적, 화학적 특성을 강화합니다. - 최종 검사: 보수된 부위의 강도와 외관을 검사하여 작업의 완성도를 확인합니다.
https://youtu.be/XM7uZcGtAEk?si=mcvTd9BT0uHr4PWh
위 영상은 실 생활에서 쓰이는 물탱크 등을 FRP 보수할 경우, 방법입니다.
위에 석유화학 설비 FRP 보수와 작업 방법과 순서는 동일합니다.
마무리
FRP는 가볍고 강도가 뛰어나며 부식에 강한 특성 덕분에 다양한 산업 분야에서 중요한 재료로 자리 잡고 있습니다. 그 적용 범위는 건설, 항공, 자동차, 해양 산업 등 매우 넓으며, 지속적인 기술 발전으로 더욱 향상된 성능을 기대할 수 있습니다. 하지만 고비용과 재활용 어려움 등의 단점이 있기 때문에 현장 상황(Chemical environment 등)을 고려하여 적용해야 합니다. 아울러 정확한 작업 절차를 준수하고 품질 관리를 철저히 한다면, FRP는 장기적인 관점에서 매우 효과적인 설루션이 될 것입니다.
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