유리와 섬유로 만들어진 복합 패널의 재료 선택 및 테스트

날짜: 2022년 12월 22일

저자: Alina Joachim, Jan Wünsch, Bernhard Weller

원천:유리 구조 및 엔지니어링6권, https://doi.org/10.1007/s40940-020-00142-6

고품질 건물 외피를 향한 현대 건축의 추세는 계속되고 있습니다. 높은 표면 품질과 넓은 색상 스펙트럼으로 인해 에나멜 유리는 날씨 보호 및 디자인 요소로 사용됩니다. 본 논문에서 논의된 새로운 요소는 섬유 강화 플라스틱(FRP) 층이 후면 유리 표면에 직접 적용되므로 실런트나 접착제가 필요하지 않습니다. 한편, 적용된 폴리머는 섬유를 내장하기 위한 매트릭스를 제공하고 다른 한편으로는 유리에 접착 결합을 제공합니다. 따라서 추가적인 접착과정이 필요하지 않습니다. 두 재료의 조합으로 완전한 복합 액션이 가능합니다. 새로운 소재 조합은 각 소재의 긍정적인 특성을 활용합니다. 유리의 높은 내구성은 환경 영향으로부터 보호해 주며 FRP는 강화된 하중 지지 동작을 제공합니다. 이 논문은 FRP에 적합한 재료의 선택을 제시하고 새로운 재료 조합의 실험적 테스트에 대한 통찰력을 제공합니다. 이는 유리가 상당한 결합 효과로 인해 시스템의 하중 전달에 기여한다는 것을 보여줍니다.

건물 외피의 꾸준한 최적화를 향한 현대 건축의 추세는 계속되고 있습니다. 파사드는 디자인 요소로서의 기능 외에도 건물의 에너지 균형에도 기여합니다. 통풍식 레인 스크린 파사드는 이 두 가지를 결합합니다. 단열재와 내후성이 분리되어 있어 높은 에너지 효율을 유지하면서 다양한 디자인 옵션이 가능합니다. 외관 클래딩은 목재, 자연석 또는 인조석, 세라믹 또는 금속 시트 또는 불투명 유리로 만들 수 있습니다(Reichel 및 Schultz 2015). 유리를 사용하는 경우 유색 에나멜 유리 패널은 내력 캐리어 플레이트에 부착되고 수 밀리미터 두께의 탄성 실런트로 접착되는 비내력 커버 플레이트 역할을 합니다.

구조는 유리가 비와 습기에 대한 최적의 보호 역할을 한다는 장점이 있지만, 유리 패널과 내하중 캐리어 플레이트 사이의 접착 과정은 탄성 실런트가 경화되는 데 몇 시간이 필요하기 때문에 시간이 많이 걸립니다(Knaack 및 Koenders 2018) . 그림 1은 캐리어 플레이트에 유리판을 접착한 통풍식 외관의 일반적인 구조를 보여줍니다. 캐리어 플레이트는 국부 고정 장치를 사용하여 금속 하부 구조에 연결됩니다. 단열재는 금속 하부 구조에 위치합니다. 캐리어 플레이트와 단열재 사이에 틈이 있어 수직 공기 흐름이 가능하며 이 시스템에 이름이 붙었습니다.

생산 시간이 많이 걸리고 유리가 하중을 지지하지 않는 덮개판 역할만 한다는 사실 때문에 FRP와 유리로 만든 하이브리드 외관 요소를 고안하게 되었습니다. 두 재료의 유익한 조합을 통해 기능적 및 광학적 특성이 향상됩니다. FRP는 강화 섬유와 폴리머 매트릭스로 구성됩니다. 폴리머 매트릭스는 접착제 상호 작용에 의해 매트릭스에 결합된 섬유를 둘러싸고 있습니다. 또한 폴리머 매트릭스는 유리 표면에 대한 접착제 역할도 합니다. 유리의 내후성은 FRP의 내구성을 크게 향상시킵니다. 파사드 요소는 유리판에 직접 적층하여 제작됩니다. 이는 유리와 캐리어 플레이트를 접착하는 시간 소모적인 공정 단계를 제거합니다. 따라서 유리는 FRP에 영구적인 거푸집을 제공합니다. 매트릭스 재료를 착색하면 넓은 색상 스펙트럼을 얻을 수 있습니다. 결과적으로 더 이상 유색 유리를 사용할 필요가 없으며 시간이 많이 걸리는 에나멜 처리 공정을 생략할 수 있습니다. 뒤셀도르프에서 열린 GLASSTEC 2018의 시각적 모형은 다양한 색상 디자인을 보여주었습니다(그림 2a).

새로운 복합 패널을 사용하면 플로트 유리를 사용할 수 있습니다. 비용 절감 외에도 플로트 유리는 유리-FRP 복합재 생산 후 워터젯 절단 가능성을 제공합니다. 이는 생산을 단순화합니다. 그림 2b는 이러한 복합 요소의 샘플을 보여줍니다. FRP는 회색으로 표시되며 여기의 가장자리는 설명된 대로 워터젯 절단으로 처리됩니다. 외관 건축에 FRP를 사용하는 방법은 이미 다른 프로젝트(Tomasi et al. 2014)에서 연구되었습니다.