KR100877970B1

KR100877970B1 - 폐 에프알피 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물 및이의 성형방법

Info

Publication number: KR100877970B1
Application number: KR1020070090601A
Authority: KR
Inventors: 김용기; 이재영
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2009-01-14

Abstract

본 발명은 폐 FRP 10∼25중량%, 폴리올레핀 수지 30∼60중량%, 플라이 애쉬 20∼40중량%, 난연제 5∼15중량% 및 유리섬유 0.1∼5중량%을 포함하는 폐 FRP 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물, 및 상기 폐 FRP 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물을 균질하게 혼합한 다음, 압출기의 온도를 200∼220℃ 및 압출 스크류의 이송속도를 800∼1,100rpm에서 용융하면서 발생된 가스를 고압의 공기압축기로 순간 강제 배출과 외부로 개방된 Y호퍼로 자연 배출시키고 Y호퍼의 온도는 170∼190℃로 하며, 사출부의 온도는 210∼230℃에서 110∼130㎏f/㎠의 압력으로 사출 성형하는 폐 FRP 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물의 성형방법에 관한 것이다.

본 발명은 폐기물인 폐 FRP 및 플라이 애쉬를 재활용하는 효과가 있다.

폐기물, FRP, 플라이 애쉬, 난연제, 압출, 사출

Description

폐 에프알피 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물 및 이의 성형방법{Flame-retardant composition comprising waste FRP and fly ash, and method for forming thereof}

본 발명은 폐 에프알피(FRP) 및 플라이 애쉬(Fly Ash)를 포함하는 난연 조성물 및 이의 성형방법에 관한 것으로, 폐기물인 폐 FRP 및 플라이 애쉬를 함께 활용하는 난연 조성물, 및 상기 난연성 조성물을 이용한 최종 성형제품의 물성이 단순한 폐 FRP만을 이용한 제품보다 재질강도와 자외선차단 효과 및 난연 기능이 부가된 다기능 제품을 생산할 수 있는 성형방법에 관한 것이다.

산업용 및 가정용 플라스틱 제품의 사용량이 해마다 증가함에 따라 폐 플라스틱의 발생량 또한 증가추세에 있지만 이에 따른 재활용기술의 발달과 재활용 제품의 활성화 정도는 사용량 증가추세를 따라가지 못해 대부분의 많은 폐 플라스틱이 매립 또는 분쇄 및 소각 처리되어 환경에 악영향을 줄뿐 아니라 이로 인한 불법 폐기 및 소각처리장, 매립지 등의 확보에 한계를 보이는 등 심각한 사회적 문제로 대두되고 있는 실정이다.

그나마 일정부분 다양한 방법으로 재활용이 진행되고 PE, PP, PET, ABS 등의 열가소성 폐 플라스틱은 기술개발을 통한 재활용(Recycling)으로 그 비율이 꾸준한 성장을 보이고 있으나, 상온에서 경화되어 성형성이 우수하고 경량화 및 내구성이 특징인 불포화에스테르(UP)와 유리섬유(Glass fiber)를 이용한 열경화성 수지인 FRP(Fiber resin forced plastic)는 발생량의 급격한 증가에 비해 재활용되는 량은 극히 미미하여 실질적으로 거의 전량 폐기 처리되고 있으며, 이러한 파쇄, 매립, 소각 등의 폐기 처리는 열경화성 수지의 재질적 문제로 환경오염의 가중은 물론 유리섬유로 인한 분진 등으로 인체에 직접적인 유해성을 유발하여 환경적 피해와 오염이 늘어가고 있다.

종래에 폐 FRP를 활용하는 기술을 살펴보면, 크게 복합재의 제조방법에 관한 것과 이를 응용한 제품의 제조방법에 관한 것으로서, 폐 FRP의 재생방법(특허문헌 1)은 폐선박의 폐 FRP를 세척 건조하는 전처리를 거쳐 1∼5㎝의 일정 크기로 절단파쇄 하여 수직 충격을 통한 적층공간 사이로 분해 용해제인 프로필렌 글리콜 등을 침투시켜 반응 촉매제로 분해된 액상생성물을 무수말레인산과 무수프탈산을 혼합하여 형성된 혼합반응물을 하이드로퀴논과 스티렌 투입공정을 거쳐 폴리에스테르 수지를 형성하도록 만든 공정으로서 분쇄 또는 분말공정의 미세 유리섬유의 분진에 의한 인체 영향을 방지할 수 있고 분해율을 높여 경제성을 높이고 양질의 재생원료를 얻을 수 있는 재활용방법이며, 폐 FRP선박 용융 안정화 방법(특허문헌 2)은 폐선박의 처리과정에서 발생하는 분진 및 유해가스의 제거작업이 수시로 이루어지는 한편, FRP의 연소 및 유리섬유의 용융에 관한 필요한 1500℃ 이상의 고온 에너지를 폐 FRP의 가연성분의 연소열로 직접 공급받고 용융상태의 유리섬유는 재활용을 위하여 별도 추출이 가능하여 FRP선박의 처리비용절감과 환경적이고 안정적으로 처리가 가능한 재활용방법이며, 폐 FRP를 이용한 투수성 건자재 제조방법(특허문헌 3)은 폐 FRP 분쇄 칩을 골재로 이용하고 일부 충진재와 동질의 신재(UP) 수지를 결합제로 이용하여 진동 가압방식의 성형으로 건자재를 제조하는 투수성 폴리머 콘크리트의 재활용 방법이며, 이 밖에 폐 FRP 분말과 메트릭스 수지간의 화학적 결합이 가능한 실란계 커플링제를 양을 변화시켜 제품을 제조하는 폐 FRP 복합재 제조방법(특허문헌 4), 폐 FRP 파쇄품을 80℃의 질산 수용액에 의해 생성된 겔상의 분해 생성물을 급랭 후 건조시켜 고형물로 형성하여 재활용하는 방법(특허문헌 5), 셀룰로즈계 미세분말 입자, 수지분말 및 폐 FRP 분말을 포함하는 FRP 폐자재의 리사이클링 방법(특허문헌 6) 등이 있지만 공정의 복잡성과 설비장치의 고가 및 생산 효율의 저하에 따른 제조비용이 비싼 문제와 대량생산을 지속적으로 하기 어려우므로 인해 상용화에 어려움이 많은 것이 단점이다.

특허문헌 1: 한국 등록특허 제10-0485524호

특허문헌 2: 한국 등록특허 제10-0560366호

특허문헌 3: 한국 등록특허 제10-0466285호

특허문헌 4: 한국 등록특허 제10-0225129호

특허문헌 5: 한국 등록특허 제10-0386771호

특허문헌 6: 한국 공개특허 제2005-26984호

이에 본 발명에서는 전동차의 내장재로 사용한 후 폐기되는 폐 FRP를 연구 분야로 설정하여 이를 분쇄 및 분말화하고, 열가소성 수지를 바인더(Binder)로 하여 화력발전소의 부산물인 플라이 애쉬와 난연제를 무기 충진제(Filler)로 충진하며, 유리섬유를 첨가하여 기존의 폐 FRP를 분말화한 단순 재활용 물성보다 범용성이 뛰어난 친환경적인 난연 성형복합체를 제조할 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 효율적인 자원의 재이용과 폐기처리로 인한 환경오염을 방지하고 이와 관련된 폐기처리비용을 절감할 수 있는 기술로서 폐 FRP와 플라이 애쉬를 이용하여 건설공사의 다양한 분야에서 소형시설재를 대량 제조할 수 있는 폐 FRP 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 이용하여 기존의 폐 FRP 단순 재활용 물성보다 범용성이 뛰어난 친환경 제품(건설 사업의 시설재)으로 성형하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 폐 FRP 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물은 폐 FRP 10∼25중량%, 폴리올레핀 수지 30∼60중량%, 플라이 애쉬 20∼40중량%, 난연제 5∼15중량% 및 유리섬유 0.1∼5중량%을 포함한다.

상기 폐 FRP의 입자 크기는 100㎛∼0.1㎜인 것을 특징으로 한다.

상기 폴리올레핀 수지는 3∼5㎜의 칩 상태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 난연 조성물에서 상기 폴리올레핀 수지는 폴리올레핀 수지 100중량%에 대하여 폴리에틸렌 65∼75중량%과 폴리프로필렌을 25∼35중량%로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 유리섬유는 3∼6㎜의 유리섬유 촙인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 폐 FRP 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물의 성형방법은 상기 폐 FRP 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물을 균질하게 혼합한 다음, 압출기의 온도를 200∼220℃ 및 압출 스크류의 이송속도를 800∼1,100rpm에서 용융하면서 발생된 가스를 고압의 공기압축기로 순간 강제 배출과 외부로 개방된 Y호퍼로 자연 배출시키고 Y호퍼의 온도는 170∼190℃로 하며, 사출부의 온도는 210∼230℃에서 110∼130㎏f/㎠의 압력으로 사출 성형한다.

본 발명은 폐 FRP 및 플라이 애쉬를 재활용하여 다기능 경량제품으로 제조원가의 절감을 통해 국가 기간산업의 제품으로 환원하여 신설 및 교체 및 개보수현장에 저렴하게 공급함과 동시에 공기단축을 통해 국가 예산 절감에 기여하고 국가적으로 부존자원의 소모를 줄이며 폐기물을 재자원화하여 환경보호를 달성하는 효과가 있다. 아울러, 그동안 열가소성 수지의 재활용산업에 비해 침체된 열경화성 재활용산업 분야에 기술적 발전과 실용화 계기를 마련하여 관련 산업의 발전과 자원재활용 활성화에 기여할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐 FRP 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물은 폐 FRP 분말, 3∼5㎜의 칩 상태로 폴리올레핀 수지, 플라이 애쉬, 난연제 및 유리섬유를 포함한다.

현재, 폐 FRP는 폐 전동차의 내장재, 건설관련 내장재 및 외장재, 자동차, 선박 등의 내장재, 대형탱크, 전기부품 등 산업용 건축용 등에서 많은 발생량을 보이 있는 실정이다. 폐 FRP를 분쇄 또는 분말화하여 재이용할 때에는 원래와 똑같은 성질과 물성을 유지하는 것은 곤란하며 이는 분말화 할 때 유리섬유의 길이가 짧아져 결합력의 저하되고 수지성분의 노화와 열화 등으로 인해 버진(Virgin) FRP에 비해 전체적인 물성의 저하는 피할 수 없는 현상이다.

따라서, 본 발명에서는 화학적 변화에 의한 결합보다는 고온 및 가압의 물리적 결합에 의한 새로운 물질의 개발을 기본연구 방향으로 하고, 최종생산품의 규격 및 기준화된 품질기준에 만족하는 성능의 확보에 주안점을 두었다. 본 발명에서는 폐 FRP로 주로 폐 전동차의 FRP 내장재(의자 및 바닥, 벽체용)를 이용하였다.

한편, 상기 폐 FRP의 혼합량은 10∼25중량%이 바람직하며, 10중량% 미만이면 폐 FRP의 재활용의 실효성과 발명 목적이 퇴색되고, 25중량%를 초과하게 되면 높은 점성으로 성형불량으로 인한 생산 효율의 저하를 가져온다.

또한, 상기 폐 FRP의 입자 크기는 100㎛∼0.1㎜가 혼합 및 분산성 측면에서 바람직하다.

본 발명에서 결합제(Binders)로 사용되는 폴리올레핀 수지는 3∼5㎜의 칩 상태로 전체 조성물에 대하여 30∼60중량%로 사용된다. 상기 폴리올레핀 수지의 사용량이 30중량% 미만이면 난연제를 포함한 충진제를 결합하는 바인더로서의 역할을 하지 못해 강도의 저하를 가져오며, 60중량%를 초과하면 고온에서의 가스발생의 증가로 생산성이 저하되고 굴곡 및 하중강도가 저하된다.

또한, 상기 폴리올레핀 수지는 폴리올레핀 수지 100중량%에 대하여 폴리에틸렌 65∼75중량%과 폴리프로필렌을 25∼35중량%로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 폴리에틸렌의 사용량이 65중량% 미만이면 폴리프로필렌의 함량의 상대적인 증가로 충격강도에 취약성을 보이고, 75중량%를 초과하면 연성이 강화되어 완제품의 변형이 발생할 우려가 있다.

일반적으로 고분자 재료의 충진제라는 것은 고분자 재료의,

1) 경직성, 강도 및 치수 안정성의 증가,

2) 강인성 및 충격 내구성의 향상,

3) 열 변형 및 내후성의 증가,

4) 기체 및 액체의 투과성의 감소,

5) 전기적성질의 변형,

6) 생산성의 향상 및 제조경비의 절감

등의 이유로 사용되어 지고 있으며 대부분의 고분자 재료 상품들이 다기능 복합물로 되어 있다. 이 복합물의 물성들은 충진제와 기질 중합체의 물성과 충진제의 형상 및 충진제와 기질 중합체 사이의 계면특성에 의해 결정되고 복합물의 물 성변화를 위해서는 계면특성을 바꾸어 복합물의 물성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 사용된 충진제의 물성 및 특성은 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서는 플라이 애쉬를 이용한다. 플라이 애쉬는 화력발전소의 석탄 연소시에 발생되는 최종 부산물로서 구상으로 진비중이 1.9∼2.3이며, 1∼100㎛의 입도를 가지고 고강도 콘크리트 제조의 혼화재로 주로 사용되고 있다.

플라이 애쉬의 특성은 합성수지와 결합시에 점도가 높아지고 이로 인한 유동성이 저하되어 일반 합성수지의 융점보다 높은 온도로 용융배합되어야 하나, 이런 온도에서는 폴리올레핀 계열의 수지(PP, PE 등)는 열분해에 의해 다량의 가스가 용융스크류내(압출실린더)에서 발생되는데 이는 제품의 색상의 색상 통일을 저해하고 얼룩을 발생시켜 불량으로 인한 생산성 저하와 생산효율이 떨어진다.

특히, 플라이 애쉬를 폐 FRP와 함께 사용시에는 최종 조성물의 점도가 더욱 상승하여 상술한 문제점이 더욱 발생하는 단점이 있어 이를 함께 사용된 예가 없는 실정이다.

그러나, 상기 두 성분을 함께 사용시 최종 성형제품의 강도가 향상되고, 자외선을 차단하는 효과가 있어 최종 제품의 내구성 향상과 자외선에 의한 침식을 방지할 수 있고, 플라이 애쉬라는 또 다른 산업 폐기물을 대량으로 재활용할 수 있어 바람직하다.

따라서, 본 발명에서는 상기 두 성분을 함께 사용하면서 상술한 문제를 해소 또는 감소시키기 위해서는 압출 온도를 높이고, 압출 회전속도를 기준 회전속도보다 30∼40% 증가시키며, 압출시 발생된 가스를 압출 실린더 내에 소형 배기설비를 두어 고압의 공기압출기로 순간 강제 배출하고 이때의 온도는 앞의 온도보다 10∼20% 낮춘 호퍼(Y호퍼)를 개방식으로 하여 사출 주입 직전에 용융원료를 외부로 잠시 토출하여 대부분의 가스를 제거하는 운전기술을 적용하였다.

본 발명에 따르면, 상기 플라이 애쉬의 사용량은 20∼40중량%가 바람직하며, 상기 사용량이 20중량% 미만이면 생산성은 좋아지나 제조원가가 상승하고 강도 및 자외선의 침식 방지 효과가 떨어지며, 40중량%를 초과하면 점성의 증가로 생산효율이 떨어진다.

본 발명에 사용되는 또 다른 충진제는 난연제로서, 할로겐 난연제, 무기계 난연제 및 인계 난연제 등이 있다.

할로겐 화합물은 기체상에서 발생하는 활성 라디칼의 농도를 줄이고 연쇄반응을 정지하여 안정화시키고 분해시 불연성 기체를 발생시켜 산소를 차단하여 난연 효과를 가지게 되며 브롬계와 염소계 난연제가 있다. 종류와 성능은 매우 다양하며 브롬계 난연제인 DBDPO(Decabromodiphenyl oxide)와 TBBA(Teraboromo Bisp hnol A) 등이 가장 많이 사용되고 있으나, 환경적인 문제로 할로겐 난연제의 사용은 감소하고 있는 추세이다. 무기계 난연제는 열에 의해 휘발되지 않으며 분해되어 물, 이산화탄소, 이산화황, 염화수소와 같은 불연성 기체를 방출하게 되며 흡열반응을 한다. 기체상에서는 가연성 기체를 희석시켜 플라스틱 표면을 도포하여 산소의 접근을 방지하고 동시에 고체 표면상의 흡열반응을 통해 플라스틱을 냉각 및 열분해 생성물을 감소시키는 효과가 있다. 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화안티몬 등이 수요가 가장 크다. 인계 난연제는 연소할 때 열분해에 의해 폴리메타인산을 생 성하고 이것이 보호층을 형성하고 폴리메타인산이 생성될 때의 탈수작용에 의해서 생성되는 탄소피막이 산소를 차단하여 연소를 막는 메카니즘으로서 무기계 난연제 보다 적극적으로 환경문제를 해결할 수 있는 친환경적 난연제이다.

상기 난연제의 사용량은 5∼15중량%가 바람직하며, 상기 사용량이 5중량% 미만이면 난연의 효과가 발휘되지 못하고, 15중량%를 초과하면 생산성 저하와 제조원가 상승을 초래한다.

한편, 본 발명에 따르면, 폐 FRP에는 유리섬유(Fiber Glass)가 일정 함유되어 있으나 분쇄 및 분말화 공정을 통해 짧아진 길이로 강도성능이 저하를 방지하기 위해 3∼6㎜의 유리섬유 촙을 첨가하게 된다. 섬유의 지름은 가늘수록 여러 가지 점에서 우수하고, 인장강도도 지름이 가늘수록 강하며, 또 열전도율도 같은 비중의 것으로 비교하면 가늘수록 작아진다.

상기 유리섬유의 사용량은 0.1∼5중량%가 바람직하며, 상기 사용량이 0.1중량% 미만이면 강도 강화기능이 없고, 5중량%를 초과하면 압출량의 감소와 냉각기능의 저하로 생산성이 떨어진다.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따르면, 폐 FRP는 충격방식의 햄머 밀 또는 교반 마쇄 방식의 볼 밀을 통해 분말화 작업을 하였으며 1회 작업의 효율성 저하로 2∼3회 반복 작업을 통해 소량의 분말을 얻을 수 있었고, 이를 수십 회 반복하여 본 발명에 필요한 FRP 분말을 확보하였다.

상기 폐 FRP를 이용한 복합 성형체를 제조하기 위한 바인더로서 재생 수지(PE 70중량% 및 PP 30중량%)를 사용하였으며, 기능성 충진제로서는 내구성과 강 도향상을 위한 플라이 애쉬와 난연성의 확보를 위해 브롬계 난연제인 DBDPO의 친환경 대체품인 DBDPE, 인계 난연제인 TPP, 및/또는 무기계 난연제인 산화안티몬 및 탄산칼슘을 사용하였고, 결합력의 증대와 강도 향상을 위해 유리섬유 약 4㎜ 촙을 사용하였다.

제조과정 전체의 주요공정을 살펴보면, 폐 FRP의 분쇄 및 분말화 공정과 재생수지, 플라이 애쉬, 난연제 및 유리섬유를 원료탱크에 넣고, 분류단계를 거쳐 자동계량에 의한 배합 및 균질 혼합과정을 거쳐 혼합된 원료의 압출부를 통한 용융과정 및 용융과정에서 발생된 개스의 제거를 위한 외부의 독립된 Y호퍼를 통과하고 최종 사출 및 냉각과정을 통해 탈형되는 순서로 제품이 제조된다.

본 발명에 따른 압출 및 사출과정을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 조성물은 일반적인 사출성형으로는 찾아보기 어려운 물성으로서 배합 및 혼합 후 압출부에서 용융되는 원료는 높은 무기물의 비율로 고점성을 유지하고 있어 압출부부터 사출부까지 용융 이송하는데 많은 시간이 소요되며 재생원료와 무기물, 및 폐 FRP의 원료적 특성으로 다량 발생되는 가스를 용융 압출과 사출단계 사이에 외부 독립된 Y 호퍼를 통해 강제 배출시키는 설비가 필요하고 고점성의 원료를 일정한 수밀성과 강도를 확보하여 사출성형하기 위해서는 형체압이 높아야 하는데 이를 위해서는 기계장치의 대형화가 필수적으로 필요하다. 이러한 사출성형기의 적정운전 조건은 압출부의 용융온도를 200∼220℃로 하고, 압출 스크류의 이송속도를 800∼1,100rpm으로 하며, 이때 발생된 가스는 고압의 공기압축기로 강제 배출시키고, 개방된 Y호퍼에서 자연적으로 배출시킨다.

또한, 사출시 Y 호퍼의 온도는 170∼190℃ 및 사출부의 온도는 210∼230℃에서 110∼130㎏f/㎠의 형체 압력으로 사출 성형한다. 즉, 본 발명에서는 압출 온도를 통상의 압출 온도보다 약 20℃ 이상 높이고, 압출 회전속도를 기준 회전속도보다 30∼40% 증가시키며, 압출 실린더내에 소형 배기설비를 두어 고압의 공기압축기의 풍압으로 순간 강제 배출하고 최종적으로 온도를 기준보다 10∼20% 낮춘 호퍼(Y호퍼)를 개방식으로 하여 사출 주입 직전에 용융원료를 외부로 잠시 토출하여 대부분의 가스를 제거하고, 사출시 210∼230℃의 온도에서 성형한다.

이와 같이, 본 발명에 따라 제조된 성형제품은 버진 제품과 거의 균등한 물성을 가져 주택공사, 토지공사, 도로공사 및 민간 건설업체 등의 토목건축용 소형구조물(수평 수직핏트, 멘홀, 배수로, 블록 등)에 적용할 수 있으며, 철도관련기관의 케이블 보호용 관로시설재(트로프)와 한전, KT 등의 소형관로재(덕트, 트레이, 반월보호관) 등으로 매우 폭넓게 사용할 수 있다.

이하 실시 예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시 예 1 및 2

가. 분쇄

(주) 디아이켐사의 FRP 전동차 내장용 패널(2,000×1,000×5)을 2,000×2,500×1,500 크기의 20HP용량의 파쇄기를 통하여 400×400정도 크기로 1차 파쇄한 후, 1.5ton/hr, 50HP 재원의 분쇄기를 통하여 약 1∼3㎝의 크기로 분쇄하였다. 이 때 패널 외부의 금속제 및 섬유 등 기타 이물질은 모두 제거하였으며 작업과정에서도 이물질이 투입되지 않게 하였다.

나. 분말화

분쇄된 폐 FRP는 충격방식의 햄머 밀 또는 교반 마쇄방식의 볼 밀을 통해 분말화 작업을 하였으며 1회 작업의 효율성 저하로 2∼3회 반복 작업을 통해 소량의 분말을 얻을 수 있었고 이를 수십 회 반복하여 연구에 필요한 FRP 분쇄물을 확보하였다.

다. 스크린(Screening)

분말화 된 폐 FRP를 입도의 균질성 확보와 타 원료와의 배합시 분포도의 균일성 확보 및 최종 이물질제거를 위해 300Mesh로 최종 스크린하여 최종 원료로 사용하였다.

라. 용융 및 사출

하기 표 1에 기재된 성분 및 배합비로 잘 혼합한 다음, 압출기에서 압출부의 용융온도를 원료 투입 앞쪽부터 약 210℃로 하고, 압출 스크류의 이송속도를 약 850rpm으로 하며, 사출기에서 Y호퍼의 온도는 180℃, 및 사출부의 온도는 약 220℃로 하여 120㎏f/㎠의 형체 압으로 사출 성형하였다.

시료별 배합비

구 분	실시 예 1	실시 예 2
3∼5㎜의 재생 PE 및 PP	45(무게비 7:3)	40(무게비 7:3)
플라이 애쉬	34	34
DBDPE	6	6
Sb₂O₃	3	3
4∼5㎜의 유리섬유	2	2
폐 FRP	10	15
총 중량 (중량%)	100	100

가. 굴곡 강도

상기 실시 예 1 내지 3에 따른 복합 성형체를 ASTM D790의 방법에 의하여 나비 10㎜, 두께 4㎜ 및 길이 80㎜의 시편으로 가공하여 Universial Testing Machine (UTM, 영국 LLOYD사)을 사용하여 굴곡 강도를 시험하였다.

나. 충격 강도

KSM 3015 기준에 의해서 제조된 시료를 가로 2.5in, 세로 0.5in으로 가공한 후 가로 길이의 3분의 2정도(4㎝)에 V자 형태(2㎜)로 홈을 내어 가공하고 이 시편을 아이조드 충격강도 시험기(Model-SJ-50)에 고정시킨 후, 회전축을 이용하여 충격을 주어 나타난 치수를 시료의 단면적으로 나누어 충격강도를 계산하였다.

다. 파괴 강도

KSF 4011의 하중 시험기를 이용하여 뚜껑을 몸체와 조립 고정한 상태에서 하중 인가점을 길이방면 측면 중앙부위에 전체를 R15의 봉으로 가압하여 파괴가 최초 일어나는 시점의 수치를 파괴 강도로 측정하였다.

라. 난연성 시험

KSM 3015 A에 의해 측정하였다. 시편이 원래 두께와 나비 12.5㎜ 및 길이 125㎜의 반듯한 막대 형상으로 수평 방향으로 연소시켜 연소 길이로서 가연성, 자기소화성, 난연성으로 구분하였다.

마. 가스유해성 시험

KS F 2271의 건축물 내장재료 및 구조의 난연성 시험 방법으로 마우스의 연소 가스의 저항력을 나타내는 실험으로 마우스의 행동정지시간이 9분 이상을 만족하여야 한다.

바. 내약품성 시험

일반적으로 완제품의 사용처의 주위 환경을 열악한 것으로 가정할 때 화학적 성능은 무기산, 알칼리, 유류 및 해수 등 부식성이 강한 환경에서 변질되지 않아야 한다. KT에서 정한 합성수지관 규격 "T43003.00.01"의 방법으로 30×15㎜의 시험편을 60℃에서 5시간 다음 약품에 침지하였을 때 육안으로 변형 및 균열 등이 없어야하며 약품으로서는 NaOH, HNO₃ 40%와 H₂SO₄ 30%, NaCl 10%, 석유 100%를 사용한다.

사. 하중변형온도 시험

KSM 3065 B의 규정에 의해 나비 4.0㎜, 높이 10㎜, 길이 110㎜의 시험편을 4.6㎏f/㎠의 응력을 가한 상태에서 가온하여 시험편에 따른 표준변형에 도달했을 때의 전열매체 온도를 측정한다.

철도용품으로 규격화되어 있는 트로프의 제작규격(조달 98-09-30호)을 기준으로 하여 현재 수년간 철도관련 기관에 케이블 보호용 관로용품으로 제작 공급되고 있는 파스콘 제품과 본 발명에 따른 복합 성형품의 성능을 비교한 결과 모든 기능과 성능면에서 기준을 만족하여 현실적인 상용화가 가능하다는 결론을 도출하였으며, 이는 공공기관의 시설재로 품질을 인정받을 수 있으며 일반 건설용 자재로서의 무궁한 개발과 적용이 가능함을 보여주는 매우 긍정적인 결과라 할 수 있을 것이다.

하기 표 2는 철도용품 규격서와 대비하여 파스콘과 폐 FRP 복합성형체 시료의 시험결과를 최종적으로 나타낸 것이다.

표준 규격대비 성능 비교표

시험명	시험방법	기준치	파스콘	실시 예 1	실시 예 2
충격 강도	KS M 3015	1.1 kJ/㎡	2.3 kJ/㎡	1.9 kJ/㎡	1.6 kJ/㎡
내 연 성	KS M 3015	난연성이상	난연성	난연성	난연성
가스 유해성	KS M 3015	9분이상	15:01	14:17	14:29
파괴강도	KS F 4011	7 kN 이상	13.5 kN	11.9 kN	8.63 kN
내약품성	KT43003-00-01	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음
하중변형온도	KS M 3065	90℃	129℃	122℃	125℃

본 발명에 따른 성형제품은 특히 산업 및 건설 현장에서 재질에 대한 강도특성 및 난연성의 중요성이 날로 부각됨으로 매우 다양하게 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 성형제품의 상업화 용도는 주택공사, 토지공사, 도로공사 및 민간 건설업체 등의 토목건축용 소형구조물(수평 수직핏트, 멘홀, 배수로, 블록 등)에 적용할 수 있으며, 철도관련기관의 케이블 보호용 관로시설재(트로프)와 한전, KT 등의 소형관로재(덕트, 트레이, 반월보호관) 등으로 매우 폭넓게 사용할 수 있고, 1000톤급 재활용전용 사출기 3대 기준으로 연간 약 1200톤의 폐 FRP와 5,200톤의 플라 이 애쉬를 재활용하여 완제품 12,000톤을 공급할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims

폐 에프알피 10∼25중량%, 폴리올레핀 수지 30∼60중량%, 플라이 애쉬 20∼40중량%, 난연제 5∼15중량% 및 유리섬유 0.1∼5중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 에프알피 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 폐 에프알피의 입자 크기가 100㎛∼0.1㎜인 것을 특징으로 하는 폐 에프알피 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 폴리올레핀 수지는 3∼5㎜의 칩 상태인 것을 특징으로 하는 폐 에프알피 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 폴리올레핀 수지는 폴리올레핀 수지 100중량%에 대하여 폴리에틸렌 65∼75중량%과 폴리프로필렌을 25∼35중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐 에프 알피 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 유리섬유는 3∼6㎜의 유리섬유 촙인 것을 특징으로 하는 폐 에프알피 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물.
폐 에프알피 10∼25중량%, 폴리올레핀 수지 30∼60중량%, 플라이 애쉬 20∼40중량%, 난연제 5∼15중량% 및 유리섬유 0.1∼5중량%을 포함하는 난연 조성물을 균질하게 혼합한 다음, 압출기의 온도를 200∼220℃ 및 압출 스크류의 이송속도를 800∼1,100rpm에서 용융하면서 발생된 가스를 고압의 공기압축기로 순간 강제 배출과 외부로 개방된 Y호퍼로 자연 배출시키고 Y호퍼의 온도는 170∼190℃로 하며, 사출부의 온도는 210∼230℃에서 110∼130㎏f/㎠의 압력으로 사출 성형하는 것을 특징으로 하는 폐 에프알피 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물의 성형방법.
청구항 6에 있어서,

상기 폐 에프알피의 입자 크기가 100㎛∼0.1㎜인 것을 특징으로 하는 폐 에프알피 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물의 성형방법.
청구항 6에 있어서,

상기 폴리올레핀 수지는 3∼5㎜의 칩 상태인 것을 특징으로 하는 폐 에프알피 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물의 성형방법.
청구항 6에 있어서,

상기 폴리올레핀 수지는 폴리올레핀 수지 100중량%에 대하여 폴리에틸렌 65∼75중량%과 폴리프로필렌을 25∼35중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐 에프알피 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물의 성형방법.
청구항 6에 있어서,

상기 유리섬유는 3∼6㎜의 유리섬유 촙인 것을 특징으로 하는 폐 에프알피 및 플라이 애쉬를 포함하는 난연 조성물의 성형방법.