KR100854288B1 - 폐 피이티소재를 이용한 고강도 소재 및 그 제조 방법과장치 - Google Patents

폐 피이티소재를 이용한 고강도 소재 및 그 제조 방법과장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐 수거된 PET(Polyethylene Terephthalate)소재를 재활용하여 기계적 성질이 우수한 고강도 신소재를 제조할 수 있도록 하는 방법 및 그 신소재에 관한 것으로서, 용융시킨 폐 PET수지의 성형성 및 가공성을 향상시키고, 3중 압출성형을 하여 PET성형층(110)의 표면에 카본시트층(120)과 유리섬유질층(130)을 포함하는 고강도의 신소재를 제조할 수 있도록 함으로써, 저렴한 폐 PET를 이용하여 철(STEEL)에 버금가는 강도를 가지는 소재의 공급을 가능케 하여 가격 및 기술면에서 경쟁력을 크게 높일 수 있도록 하는 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재 및 그 제조 방법과 장치에 관한 것이다.
카본, 카본시트, 유리섬유, 인발, 핫오일, 폐플라스틱

Description

폐 피이티소재를 이용한 고강도 소재 및 그 제조 방법과 장치{Waste PET recycle process and that material and manufacture device}
본 발명은 재활용으로 수거된 폐 PET(Polyethylene Terephthalate)소재를 성형이 용이한 반고체의 상태에서 3중 압출성형을 하여 카본과 유리섬유질을 포함하는 고강도의 신소재를 제조하도록 하는 폐 PET소재를 이용한 고강도 신소재의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 PET소재는 유리 또는 금속(알루미늄)을 대체하여 식음료 용기의 재료로 사용되고 있는 대표적인 플라스틱 소재로서, 안전성, 투명성, 위생성, 편의성 및 내약품성 등이 우수하여 식음료 용기 외에도, 각종 생활주변의 어디에서나 쉽게 접할 수가 있을 뿐만 아니라, 부품제조업체, 몰딩업체 등의 산업 재료로도 사용량이 매우 높은 재료이다.
한편, 현대의 고유가 시대 및 친환경 시대로 접어들면서 폐기되는 플라스틱 소재를 활용하여 새로운 소재를 생산하도록 하는 방법의 개발이 활발히 진행되어 다수 문헌에 공개가 됨과 동시에, 현대의 각종 산업에 적용이 되고 있는데, 이러한 폐플라스틱 소재를 활용한 소재의 재활용 방법에 따르면, 수거된 폐플라스틱을 세척 및 분쇄하여 용융시키고, 원하는 성질을 갖도록 하는 혼합물을 첨가한 후, 이를 압출토록 하는 방법에 의해서 행해지고 있으며, 주로 대체 목재 또는 건축용 자재 등의 제품으로 생산하여 사용하고 있다.
그러나 PET소재의 경우에는 좋은 물성을 가지고 있음에도 불구하고, 성형성이 매우 취약하여 재활용률이 일반 플라스틱 소재보다 현저히 떨어지고 있으며, 현재로서는 이러한 문제점을 확실하게 해결할만한 기술의 개발이 이루어지지 않고 있는 실정이다.
따라서 일반 폐플라스틱의 가격은 점차 증가되는 반면에 폐 PET소재의 가격은 매우 저렴하게 공급이 되고 있으며, 환경부에서 정책적으로 폐 PET소재의 재활용에 자금 지원을 하고 있는 등의 혜택을 부여하고 있는 현재 상황에서 폐 PET소재를 통하여 우수한 성질을 가지는 신소재를 제조할 수 있도록 하는 기술의 개발이 시급히 필요로 되고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출해낸 것으로서, 저렴한 폐 PET소재를 활용하여 철(STEEL)에 버금가는 경도와, 우수한 기계적 특징을 가지는 신소재를 용이하게 제조할 수 있도록 함으로서, 소재 원료비의 절감이라는 산업 상의 유용성과, PET소재의 재활용율 증가에 따른 환경문제의 해결을 동시에 달성할 수 있도록 하는 특징이 있는 폐 PET소재를 이용한 고강도 신소재의 제조 방법을 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성해낸 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 폐 PET의 용융수지를 핫오일로 냉각하여 반 고체화시키는 단계; 상기 수지를 압출한 후, 우레탄을 이중 압출하여 코팅시키는 단계; 상기 우레탄이 코팅된 성형체에 카본시트를 래핑 시키는 단계; 상기 카본시트를 결합한 성형체에 유리섬유질을 압출시키는 단계; 로 이루어지는 폐 PET소재를 이용한 고강도 신소재의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 폐 PET소재를 재활용하여 철(STEEL)에 버금가는 강도를 가지는 신소재를 제조할 수 있도록 하여, 소재 제조의 원재료 비용을 크게 감소시켜 가격경쟁력을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 폐 PET소재의 성형성 및 가공성을 향상시켜 제조가 용이하고 기계적 성질이 우수한 신소재를 제조할 수 있도록 하여 기술경쟁력을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, PET의 활용도를 향상시켜 재활용률을 높일 수 있도록 함으로써, 생활쓰레기 및 산업폐기물 등의 PET소재의 폐기되는 양을 줄여, 그 폐기에 소요되는 처리비용의 감소는 물론, 환경문제를 해결할 수 있도록 하는 부가 적인 효과가 있다.
본 발명은 폐 PET소재를 재활용하여 우수한 기계적 성질을 가지는 신소재를 제조할 수 있도록 하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐 PET의 용융수지를 핫오일로 냉각하여 반 고체화시키는 단계; 상기 수지를 압출한 후, 우레탄을 이중 압출시키는 단계; 상기 우레탄이 코팅된 성형체에 카본시트를 래핑 시키는 단계; 상기 카본시트를 결합한 성형체에 유리섬유질을 압출시키는 단계; 로 이루어지는 폐 PET소재를 이용한 고강도 신소재의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 폐 PET소재를 재활용하여 압출 성형에 의해 제조한 소재에 있어서, 상기의 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 폐 PET를 이용한 고강도 압출소재가 제공된다.
이러한 본 발명에 따르면, 폐 PET소재를 재활용하여 철에 버금가는 강도와 내충격성 및 내식성 등의 기계적 성질이 향상된 소재가 제공될 수 있도록 하며, 이를 통해 PET의 재활용률을 높여 소재 제조의 원료비용을 줄이고 폐기물을 줄일 수 있도록 하는 특유의 효과가 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압출소재의 제조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압출소재 제조 방법의 공정을 개략적으로 나타낸 일측면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압출소재 제조 방법을 살펴보면, 폐 PET의 용융수지를 핫오일로 냉각하여 반 고체화시키는 단계(S10); 상기 수지를 압출한 후, 표면에 우레탄을 이중 압출하는 단계(S20); 상기 우레탄이 코팅된 성형체에 카본시트를 래핑 시키는 단계(S30); 상기 카본시트를 결합한 성형체에 유리섬유질을 압출시키는 단계(S40); 로 이루어진다.
먼저, 폐 수집된 PET소재는 성형을 위해 용융시키기 전에 세척과, 분쇄시키는 과정을 포함한다.
상기에서 세척과 분쇄를 거친 다음 가열을 하여 용융시키게 되는데, PET소재를 용융할 경우, 점도가 매우 낮아 물과 같이 흘러내리는 상태가 되어 종래에는 이러한 PET 용융수지를 이용하여 소재를 성형하기가 매우 까다로웠다.
이에 본 발명에서의 상기 폐 PET의 용융수지를 핫오일로 냉각하여 반 고체화시키는 단계에서는 용융시킨 PET소재를 150~160℃의 핫오일로 반 냉각시켜 성형이 용이한 상태로 만드는 과정이 포함된다.
그리고 핫오일을 통해 반 냉각된 PET수지를 압출한 후, 우레탄을 이중 압출시키는 단계(S20)에서는 PET원료 압출기의 상부에서 하부로 수지를 하향식으로 압출하도록 하여 성형을 용이하게 하도록 함이 바람직하며, 상기 PET원료 압출기의 후부에 설치된 우레탄 코팅기계에 의해서 압출된 성형체의 표면에 우레탄이 코팅되도록 하였다.
이 단계(S20)에서 상기 PET원료 압출기에서 하향으로 압출한 성형체를 완전한 제품 형상으로 가공하도록 하기 위하여 고온수에 통과시켜 유연한 상태를 유지시킨 후, 인발 등의 가공을 하도록 함으로써, PET 성형체의 가공성을 높이며, 이형 제품의 제조가 가능하도록 함이 바람직하며, 상기 과정에서 우레탄을 코팅시키고, 가공을 하여 완전한 성형을 한 후에는 냉각기에 투입시켜 냉각 및 건조 시키도록 한다.
그 다음 상기 우레탄이 코팅된 성형체에 카본시트를 래핑 시키는 단계(S30)에서는 카본시트 래핑기에서 카본시트를 표면에 결합할 시에, 전 단계(S20)에서 형성된 우레탄이 PET성형체와 카본시트를 결합시키는 접착제의 역할을 하도록 하는 것이며, 카본시트의 결합으로 인하여 압출소재의 강도와, 자외선에 대한 내식성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
그리고 상기 카본시트를 결합한 성형체에 압출을 하여 유리섬유질을 코팅시키는 단계(S40)에서는 유리섬유질 압출기에서 압출소재의 표면에 유리섬유질을 코팅시킴으로서, 상기 유리섬유질에 의하여 압출소재가 고온 또는 자외선에 대한 내식성을 향상시키고, 색상 또는 촉감 등의 성형성을 향상시키는 등의 기계적 성질이 향상될 수 있도록 하는 것이며, 상기 유리섬유질의 코팅 후, 제품절단기에서 적당한 크기로 소재를 커팅시켜 완성품을 제조하도록 하는 것이다.
상기한바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 압출소재 제조하는 방법에 따르면, 소재의 가공이 용이하면서도 성형성이 우수하며, 제조가 간편한 특징이 있으며, 이로 통하여 소재 생산의 원재료 비용을 절감시켜 기술경쟁력과 가격경쟁력을 크게 향상시킬 수가 있는 것이며, PET소재의 재활용률을 크게 올릴 수 있도록 하여 생활쓰레기와 산업폐기물을 줄여 환경문제를 완화시킬 수 있도록 하는데 큰 기여를 할 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 소재의 형상을 나타낸 사시도와 단면도로서, 도시한바와 같이 내부의 PET성형층(110)과 그 표면에 형성된 카본시트층(120) 및 상기 카본시트층(120)의 외측 표면에 형성되는 유리섬유질층(130)으로 단면을 형성하여 일방향으로 길게 압출하여 형성한 소재 형상이 잘 나타나 있다.
즉, 도 3에서 나타난 몰딩타입 외에도 파이프 등의 다양한 제품의 제조가 가능하며, 철과 버금가는 기계적 성질을 가짐으로서, 현재 값이 치솟고 있는 상황에서 철을 대체할 수 있는 재료를 저 비용으로 공급이 가능한 특출한 효과를 기대할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에 의하면 상기한 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재를 제조하기 위한 제조 장치가 제공된다.
즉, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재 제조 장치를 개략적으로 나타낸 측면도로서, 도시한바와 같이, 폐 PET소재를 재활용 하여 소재를 생산하는 제조 장치에 있어서, 용융시킨 PET수지를 하향식으로 압출하여 표면에 우레탄을 이중으로 압출시키는 PET원료 압출기(10)와, 상기 PET원료 압출기(10)를 통한 성형체의 이송을 수평방향으로 전환하여 고온수에 통과시킨 후 원하는 형상으로 가공하는 인발기(20)와, 상기 인발기(20)를 통한 성형체에 카본시트를 압출하여 형성토록 하는 카본시트 래핑기(30) 및 상기 카본시트 래핑기(30)를 통한 성형체에 유리섬유질을 압출하여 형성토록 하는 유리섬유질 압출기(40)로 이루어지는 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재 제조 장치가 제공된다.
여기서, 상기 PET원료 압출기(10)는 원료주입구(11)로 투입된 PET수지를 핫오일부(12)을 통해 반 냉각시켜 성형을 용이한 반고체의 상태로 만들어 압출토록 하며, 상기 과정에서 우레탄을 표면에 이중으로 압출하여 이중으로 압출이 이루어지도록 하는 역할을 하며, 상기 PET원료 압출기(10) 금형(13)의 출구측에는 압출되어 나오는 PET수지를 반 냉각시켜 고체화 시키도록 하는 성형사이징 틀(14)을 구비하도록 구성함이 바람직하다.
또한, 상기 인발기(20)는 상기 PET원료 압출기(10)에서 하향으로 압출된 성형체를 수평방향으로 이송을 전환시키는 가이드롤러(15)를 구비하며, 상기 가이드롤러(15)가 성형체가 통과하는 고온수 내부에 구비되도록 하여 압출된 성형체를 고온수를 통과함과 동시에 성형체에 텐션을 가하여 인발가공을 위한 금형에 투입이 되도록 구성을 하여, 인발가공의 가공성을 향상시키고, 길이가 긴 제품의 성형이 용이하도록 구성함이 바람직하다.
상기 도 4에서 도시된 구성가운데 미설명부호 ‘50’은 인발기에서 최종 형상으로 가공한 성형체를 냉각 및 건조시키도록 하는 건조기를 나타낸 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압출소재 제조 방법을 나타낸 순서도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압출소재 제조 방법의 공정을 개략적으로 나타낸 일측면도
도 3는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 소재의 형상을 나타낸 사시도와 단면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재 제조 장치를 개략적으로 나타낸 측면도
(도면 주요부호에 대한 설명)
110: PET성형층 120: 카본시트층
130: 유리섬유질층
10: PET원료 압출기 20: 인발기 30: 카본시트 압출기
40: 유리섬유질 압출기 50: 건조기
14: 성형사이징 틀 15: 가이드롤러

Claims (9)

  1. 폐 PET의 용융수지를 핫오일로 냉각하여 반 고체화시키는 단계(S10); 상기 수지를 압출한 후, 우레탄을 이중 압출시키는 단계(S20); 상기 우레탄이 코팅된 성형체에 카본시트를 래핑 시키는 단계(S30); 상기 카본시트를 결합한 성형체에 유리섬유질을 압출시키는 단계(S40); 로 이루어지는 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재 제조 방법
  2. 제 1항에 있어서,
    폐 PET의 용융수지를 핫오일로 냉각하여 반 고체화시키는 단계(S10)에서는 용융된 PET수지를 150~160℃의 핫오일로 냉각하여 반 고체화 시키는 것을 특징으로 하는 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재 제조 방법
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반 고체화된 PET수지를 압출하여 우레탄을 이중 압출시키는 단계(S20)에서는 PET수지를 하향식으로 압출하여 성형하는 것을 특징으로 하는 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재 제조 방법
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 우레탄이 코팅된 성형체에 카본시트를 래핑 하는 단계(S30)에서는 우레탄을 코팅한 성형체를 냉각 및 건조시킨 후, 카본시트를 래핑 시키도록 하는 것을 특징으로 하는 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재 제조 방법
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반 고체화된 PET수지를 압출한 후, 우레탄을 이중 압출시키는 단계(S20)에서 형성된 성형체를 고온수에 통과시킨 후, 인발 가공을 하여 완전한 형상의 제품으로 성형하도록 하는 것을 특징으로 하는 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재 제조 방법
  6. 폐 PET소재를 재활용하여 압출 성형에 의해 제조한 소재에 있어서,
    상기 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 의한 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재
  7. 폐 PET소재를 재활용 하여 소재를 생산하는 제조 장치에 있어서,
    용융시킨 PET수지를 하향식으로 압출하여 표면에 우레탄을 이중으로 압출시키는 PET원료 압출기(10)와, 상기 PET원료 압출기(10)를 통한 성형체의 이송을 수평방향으로 전환하여 고온수에 통과시킨 후 원하는 형상으로 가공하는 인발기(20)와, 상기 인발기(20)를 통한 성형체에 카본시트를 래핑 하여 코팅하도록 하는 카본시트 래핑기(30) 및 상기 카본시트 래핑기(30)를 통한 성형체에 유리섬유질을 압출하여 형성토록 하는 유리섬유질 압출기(40)로 이루어지는 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재 제조 장치
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 PET원료 압출기(10)는 하향으로 압출되는 PET수지를 출구측에서 반 냉각시켜 고체화 시키도록 하는 성형사이징 틀(14)을 더 구비하는 것을 특징으로 포함하는 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재 제조 장치
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 인발기(20)는 하향으로 압출되어 고온수를 통과하는 성형체의 이송을 수평 방항으로 전환시킴과 동시에 텐션을 조절하여 가공을 용이하게 하는 가이드롤 러(15)를 구비하는 것을 특징으로 포함하는 폐 PET소재를 이용한 고강도 소재 제조 장치
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