KR100520840B1 - 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐타이어를 이용한 밸러스트 매트 제조 방법에 관한 것으로, 밸러스트 매트의 제조시 성형 시간을 단축하고, 표면이 깨끗하고 양호한 유연성을 갖는 밸러스트 매트를 제공하기 위해서, 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법으로, (a) 천연고무 또는 스티렌-부타디엔(Styrene -Butadiene) 공중합 고무가 50% 이상 포함된 폐타이어를 평균입자경이 약 2mm이하로 분쇄하여 타이어 분말을 얻는 단계와; (b) 상기 타이어 분말과 소정양의 가교제, 미가류 고무, 가황제, 가소제를 배합하여 혼합기에 넣어 혼합물의 온도가 90℃ 내지 110℃로 혼련(Mixing)하는 단계와; (c) 소정양의 상기 혼합물을 프레스 금형에 충진하여 100℃ 내지 160℃에서 15분 내지 20분동안 프레스 성형하여 밸러스트 매트를 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법을 제공한다.

Description

폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법{Method for manufacturing ballast mat using worthless tire}

본 발명은 고속전철이나 지하철에서 방진재로 사용되는 밸러스트 매트 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법에 관한 것이다.

밸러스트 매트는 고속전철, 지하철 등이 궤도에서 주행 중에 발생되는 진동 및 굉음과 같은 소음을 경감하기 위해서 로반 콘크리트 위에 깔아서 사용한다. 밸러스트 매트를 사용하면 교량 및 자갈로 인한 교량의 파손 및 레일의 이탈을 방지하고 소음을 감소시킨다.

종래의 밸러스트 매트 제조 방법중, 폐타이어를 이용한 밸러스트 매트 제조 방법과 관련해서 국내 등록특허공보 제225393호(1999.07.19)에 개시되어 있다. 종래의 폐타이어를 이용한 밸러스트 매트 제조 방법(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 타이어 분말의 계량 및 이물질 제거 단계(13)와, 가황제, 가황 촉진제 및 노화 방지제 등의 약품을 투입하여 혼합하는 약품 투입 혼합 단계(15)와, 금형에서 밸러스트 매트를 제조하는 성형 단계(17)와, 끝손질 및 검사 단계(19)로 이루어진다.

좀더 상세히 설명하면, 타이어 분말의 계량 및 이물질 제거 단계에서는 제조되는 밸러스트 매트의 적정 물성치를 확보하기 위해서 약품 투입 전 반드시 타이어 제조시 보강사로 사용되는 섬유분을 제거한다.

타이어 분말 제조 공정은 타이어 트레드 부분만을 분리한 후 분리된 트레드 부분에 묻어 있는 이물질을 제거하여 파쇄 및 분쇄 공정을 거치면서 제조된다. 타이어 분말 제조시 각 공정마다 타이어 분말에 함유된 섬유분을 제거하는 장치가 부착되어 있으나, 완제품 제조시까지 섬유분의 100% 제거하기는 힘들다. 즉, 최종 타이어 분말 내에 섬유분이 잔존해 있게 된다. 기존의 밸러스트 매트 제조 방법의 경우, 이와 같이 타이어 분말 내에 잔존해 있는 섬유분까지 추가로 완전히 제거하는 공정이 진행된다.

약품 투입 혼합 단계에서는 타이어 분말을 혼합기에 넣고 40℃로 가열하면서 가황제와 가황 촉진제 및 노화 방지제 등을 넣고 혼합한 다음, 약품이 첨가된 타이어 분말을 금형에 이송하여 35분간 가압 가온하여 밸러스트 매트를 제조한다.

그런데 종래의 밸러스트 매트 제조 방법은 적정 물성치를 확보하기 위해서 약품 투입 전 타이어 제조시 보강사로 사용되는 섬유분을 제거하는 단계를 거쳐야 하기 때문에, 밸러스트 매트 제조 공정 시간이 길어진다.

그리고 혼합기에서 혼합된 약품이 첨가된 타이어 분말의 온도는 40℃ 이하로 낮기 때문에, 성형 시간이 35분으로 길어져 생산성이 떨어지고 생산원가가 높아진다.

특히 밸러스트 매트는 분말 상태의 약품이 첨가된 타이어 분말을 금형에서 가압 가온하여 제조되기 때문에, 제조된 밸러스트 매트의 표면이 거칠고, 유연성이 떨어지는 문제점을 안고 있다.

따라서, 본 발명의 제 1 목적은 섬유분의 제거되지 않은 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 2 목적은 밸러스트 매트의 제조시 성형 시간을 단축할 수 있는 밸러스트 매트 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 3 목적은 표면이 깨끗하고, 양호한 유연성을 갖는 밸러스트 매트 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법으로, (a) 천연고무 또는 스티렌-부타디엔(Styrene -Butadiene) 공중합 고무가 50% 이상 포함된 폐타이어를 평균입자경이 약 2mm이하로 분쇄하여 타이어 분말을 얻는 단계와; (b) 상기 타이어 분말과 소정량의 가교제, 미가류 고무, 가황제, 가소재를 배합하여 혼합기에 넣어 혼합물의 온도가 90℃ 내지 110℃에 도달할 때까지 혼련(mixing)하는 단계와; (c) 소정양의 상기 혼합물을 프레스 금형에 충진하여 150℃ 내지 160℃에서 15분 내지 20분동안 프레스 성형하여 밸러스트 매트를 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제조 방법에 따른 (a) 단계에서, 타이어 분말은 (b) 단계의 혼합물의 60% 내지 90%를 차지하도록 배합하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제조 방법에 따른 (b) 단계에서, 가교제로 유황을 사용하고, 타이어 분말 100 중량부(phr)에 대하여 0.5phr 내지 5phr의 배율로 타이어 분말과 배합한다. 미가류 고무로는 천연고무와 스티렌-부타디엔 공중합 고무 중 하나 또는 둘이 배합된 고무조성물로 가황 전의 중간체를 사용하고, 타이어 분말 100phr에 대하여 5phr 내지 20phr의 배율로 타이어 분말과 배합한다. 가황제는 타이어 분말 100phr에 대하여 0.5phr 내지 5phr의 배율로 타이어 분말과 배합한다. 그리고 가소제는 타이어 분말 100phr에 대하여 5phr 내지 15phr의 배율로 타이어 분말과 배합한다.

그리고 본 발명의 제조 방법에 따른 (c) 단계에서, 프레스 금형으로 혼합물을 적어도 2% 이상 초과되게 충진하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법(20)의 공정 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법(20)은 (폐타이어 분말에 대한 이물질 제거 없이) 타이어 분말/약품 투입 혼합 단계(23)와, 프레스 성형 단계(25)와, 끝손질 및 검사 단계(27)를 포함한다. 즉, 본 발명은 폐타이어 분말에 대한 이물질 제거 없이 타이어 분말/약품 투입 혼합 단계(23)를 바로 진행한다.

먼저 타이어분말/약품 투입 혼합 단계(23)는 천연고무 또는 스티렌-부타디엔(Styrene -Butadiene) 공중합 고무가 50% 이상 포함된 폐타이어를 분쇄하여 타이어 분말을 얻는 단계로부터 출발한다. 다음으로 타이어 분말, 가교제, 미가류 고무, 가황제, 가소제 등을 계량한 후 혼련기에 넣어 혼합물의 온도가 90℃ 내지 110℃에 도달할 때까지 약 500초 정도 혼련(Mixing)한다.

타이어 분말로서 사용되는 폐타이어를 천연고무 또는 스티렌-부타디엔 공중합 고무가 50% 이상 포함된 폐타이어로 한정한 이유는, 천연고무 또는 스티렌-부타디엔 공중합 고무가 50% 이하인 폐타이어 또는 다른 소재의 고무로된 폐타이어를 사용할 경우 제조할 밸러스트 매트의 표면 개질성과 성형 가공성이 떨어지기 때문이다. 폐타이어는 평균입자경이 2mm 이하로 분쇄하고, 1.5mm 내지 1.0mm로 분쇄하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1.0mm 이하로 분쇄하는 것이다, 이렇게 하여 분쇄된 타이어 분말의 배합 비율은 전체 혼합물의 60% 내지 90%를 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 타이어 분말의 원료로는 폐타이어의 트레드 부분이 주로 사용된다.

가교제로는 유황을 사용하는 것이 바람직하며, 타이어 분말 100 중량부(phr)에 대하여 0.5 내지 5phr의 배율로 타이어 분말과 배합된다.

미가류 고무로는 미가황 고무 예컨대, 천연고무와 스티렌-부타디엔 공중합 고무 중 하나 또는 둘이 배합된 고무조성물로 가황 전의 중간체를 사용한다. 미가류 고무는 타이어 분말 100phr에 대하여 5 내지 20phr의 배율로 타이어 분말과 배합된다.

가황제는 타이어 분말 100phr에 대하여 0.5 내지 5phr의 배율로 타이어 분말과 배합되어, 황(sulfur)분자가 다리 역할을 하여 고무분자들을 연결하여 물성을 향상시킨다.

그리고 가소제는 타이어 분말 100phr에 대하여 5phr 내지 15phr의 배율로 타이어 분말과 배합된다.

그 외에 가류 촉진제나 가류 지연제가 첨가될 수 있으며, 가류 촉진제로는 N-시클로헥실-2-벤조티아질 술펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazyl sulfenamide; NOS)와 테트라메틸티우람 일황화물(tetramethylthiuram monosulfide) 등을 사용하고, 타이어 분말 100phr에 대하여 0.5phr 내지 5phr의 배율로 타이어 분말과 배합된다.

타이어 분말과 다수의 약품을 혼합하는 혼합기는 특별히 한정되지 않으며, 반바리 믹서(banbury mixer)나 니더(kneader)가 통상 사용된다.

다음으로 타이어 분말과 다수의 약품을 혼합한 혼합물은 이송 수단에 의해 바로 금형에 넣어 프레스 성형(또는 "가황"이라고 함)하여 밸러스트 매트를 제조한다(25). 이송 수단으로는 버킷(bucket)이나 호이스트(hoist)가 사용될 수 있다. 이때 혼합물은 점착성이 있는 분말 상태이다.

성형시에는 금형내의 혼합물의 충진율을 적어도 2% 이상 초과하여 넣어 프레스 성형한다. 성형 조건은 면압이 30∼35㎏/㎠, 가류 온도 150℃ 내지 160℃에서, 15분 내지 20분 정도 진행한다. 이와 같이 성형 시간이 종래에 비해서 짧은 이유는, 금형으로 충진되는 혼합물의 온도가 80℃ 내지 110℃로 종래보다 높기 때문이다.

마지막으로 금형에서 분리된 밸러스트 매트를 끝손질하여 마무리하고, 제조된 밸러스트 매트를 검사함으로써, 밸러스트 매트의 제조 단계는 완료된다(27).

본 발명의 제조 방법으로 제조된 밸러스트 매트(실시예)와 종래의 제조 방법(국내 등록특허공보 제225393호)으로 제조된 밸러스트 매트(비교예)의 성능을 평가한 평가표가 도 3에 도시되어 있다. 여기서, 본 발명의 제조 방법으로 제조된 밸러스트 매트는, 예컨대 1.5mm 이하의 평균입자경을 갖는 타이어 분말 82.8%, 천연고무 7.45%, 유황 0.65%, 가소제 8.28%, NOS 0.82%의 비율로 혼합하고, 그 혼합물을 1,000mm×2,000mm×25mm의 프레스 금형에 충진하여, 약 150℃에서 20분간 프레스 성형하여 제조하였다.

도 3을 참조하면, 종래의 제조 방법으로는 금형내에 충진하여 성형시 내부반응시에 혼합물의 내부온도가 낮기 때문에, 반응 시간이 길어 성형시간이 오래 걸리며, 타이어 분말 함량이 높아 밸러스트 매트의 표면이 거칠고, 유연성이 떨어진다. 반면에 본 발명의 제조 방법으로 제조된 밸러스트 매트는 타이어 분말에 배합한 미가류 고무가 접합재(binder) 역할을 함으로써, 타이어 분말을 서로 강력하게 결합시켜 물성 균일성을 향상시킬 뿐 아니라 성형시간을 종래의 35분에서 15분 내지 20분으로 단축할 수 있다. 가소제에 의해 혼합물의 흐름성이 향상되기 때문에 표면이 깨끗하고 유연성이 향상된 밸러스트 매트를 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 제조 방법으로 제조된 밸러스트 매트가 종래의 제조 방법으로 제조된 밸러스트 매트보다 성능면에서 향상되었음을 알 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

따라서, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 폐타이어를 이용하여 타이어 분말을 얻고, 타이어 분말에 접합재가 되는 미가류 고무를 첨가함으로써, 타이어 분말 사이의 결합력을 증가시켜 물성 균일성과 성형 시간을 줄일 수 있다. 더불어 가소제에 의한 혼합물의 흐름성이 향상되므로 유연성이 증대되고, 표면이 깨끗한 밸러스트 매트를 제조할 수 있다.

그리고 폐타이어 분말간의 결합을 미가류 고무와 약품을 사용하는 방법으로 미가류 고무가 접합재 역할을 하여 폐타이어 분말간의 결합력을 증대시킴으로써, 페타이어 분말에 잔존해 있는 섬유분을 제거하지 않아도 물성 저하가 거의 없는 밸러스트 매트를 제조할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법의 공정 흐름도이다.

도 2는 본 발명에 따른 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법의 공정 흐름도이다.

도 3은 도 1 및 도 2의 제조 공정으로 제조된 밸러스트 매트의 성능을 평가한 평가표이다.

Claims (4)

1. 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법으로,

   (a) 천연고무 또는 스티렌-부타디엔(Styrene -Butadiene) 공중합 고무가 50% 이상 포함된 폐타이어를 평균입자경이 약 2mm이하로 분쇄하여 타이어 분말을 얻는 단계와;

   (b) 상기 타이어 분말과 소정양의 가교제, 미가류 고무, 가황제, 가소제를 배합하여 혼합기에 놓은 후 혼합물의 온도가 90℃ 내지 110℃에 도달할 때까지 혼련(Mixing)하는 단계와;

   (c) 소정양의 상기 혼합물을 프레스 금형에 충진하여 150℃ 내지 160℃에서 15분 내지 20분동안 프레스 성형하여 밸러스트 매트를 성형하는 단계;를 포함하며,

   상기 (c) 단계에서, 상기 프레스 금형으로 상기 혼합물을 적어도 2% 이상 초과되게 충진하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서, 상기 타이어 분말은 상기 (b) 단계의 상기 혼합물의 60% 내지 90%를 차지하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서, 상기 가교제로 유황을 사용하고, 상기 타이어 분말 100 중량부(phr)에 대하여 0.5phr 내지 5phr의 배율로 상기 타이어 분말과 배합하고,

   상기 미가류 고무로는 천연고무와 스티렌-부타디엔 공중합 고무 중 하나 또는 둘이 배합된 고무조성물로 가황 전의 중간체를 사용하고, 상기 타이어 분말 100phr에 대하여 5phr 내지 20phr의 배율로 상기 타이어 분말과 배합하고,

   상기 가황제는 상기 타이어 분말 100phr에 대하여 0.5phr 내지 5phr의 배율로 상기 타이어 분말과 배합하고,

   상기 가소제는 상기 타이어 분말 100phr에 대하여 5phr 내지 15phr의 배율로 상기 타이어 분말과 배합하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 분말을 이용한 밸러스트 매트 제조 방법.
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