KR101203322B1 - 고주파 탈황 장치 및 이를 이용한 폐고무 재생 장치 - Google Patents

고주파 탈황 장치 및 이를 이용한 폐고무 재생 장치 Download PDF

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Abstract

고주파 탈황 장치는 파쇄된 폐고무가 제공되는 호퍼 및 상기 폐고무가 배출되는 배출구를 갖는 바렐; 상기 바렐 내부에서 회전하면서 상기 폐고무를 상기 배출구를 향해 이송시키는 스크류; 상기 바렐 외측면에 복수개가 이격되어 형성되어 상기 폐고무를 간접적으로 가열하는 히터들을 포함하는 히터 유닛; 및 상기 바렐 외측면에 복수개가 이격되어 형성되어 상기 폐고무에 직접 고주파를 인가하는 고주파 발생 유닛들을 포함한다.

Description

고주파 탈황 장치 및 이를 이용한 폐고무 재생 장치{DESULFURIZATION APPARATUS USING HIGH FREQUENCY AND APPARATUS FOR RECYCLING WASTE RUBBER USING THE SAME}
본 발명은 고주파 탈황 장치 및 이를 이용한 폐고무 재생 장치에 관한 것이다.
일반적으로 고전압 전선, 호스, 웨더 스트립(weather strip)과 같은 자동차 부품 등에 널리 사용되는 비결정성 고분자 물질인 EPDM은 Ethylene-Propylene Diene의 3원 공중합체를 의미하며 'M'은 ASTM에서 Ethylene과 Propylene이 Methylene과 결합[-CR2,R은 H 또는 CH3]을 가진다는 의미로, EPDM은 화학적으로 매우 안정한 특성을 갖는다. 특히, EPDM에 가황을 할 경우, 화학적으로 매우 안정한 특성을 갖는 EPDM은 탈황이 어려운 단점으로 인해 재생이 어렵다.
특히 EPDM의 탈황에 의한 재생은 파쇄된 EPDM에 고온 및 고압을 가하여 수행되는데, 고온 고압에서는 EPDM이 분해되거나 연소 될 수 있다. 따라서, EPDM의 탈황은 어렵고 이로 인해 EPDM은 재생이 어려운 문제점을 갖는다.
일반적으로 EPDM의 탈황은 압출기를 이용하여 수행되는데, 압출기에 의한 EPDM의 재생은 파쇄된 EPDM을 압출기에 제공하고 압출기에서 EPDM에 고온 고압을 인가함으로써 수행된다.
그러나, 단순히 압출기에 파쇄된 EPDM을 투입하고 파쇄된 EPDM에 고온 및 고압을 가할 경우, EPDM의 일부는 탈황 되지만 EPDM의 일부가 탈황 되지 않아 재생 EPDM의 품질이 크게 감소 된다.
본 발명은 EPDM 등을 탈황시켜 재생할 때 UHF와 같은 고주파를 이용하여 EPDM의 탈황률을 크게 향상시켜 EPDM의 재생을 가능케 하는 고주파 탈황 장치 및 이를 이용한 폐고무 재생 장치를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일실시예로서, 고주파 탈황 장치는 파쇄된 폐고무가 제공되는 호퍼 및 상기 폐고무가 배출되는 배출구를 갖는 바렐; 상기 바렐 내부에서 회전하면서 상기 폐고무를 상기 배출구를 향해 이송시키는 스크류; 상기 바렐 외측면에 복수개가 이격되어 형성되어 상기 폐고무를 간접적으로 가열하는 히터들을 포함하는 히터 유닛; 및 상기 바렐 외측면에 복수개가 이격되어 형성되어 상기 폐고무에 직접 고주파를 인가하는 고주파 발생 유닛들을 포함한다.
고주파 탈황 장치의 상기 고주파 발생 유닛들과 대응하는 상기 바렐에는 상기 폐고무에 상기 고주파를 직접 제공하기 위한 관통홀들이 형성된다.
고주파 탈황 장치의 상기 각 고주파 발생 유닛은 2Kw 내지 8Kw의 출력으로 상기 고주파를 발생시킨다.
고주파 탈황 장치의 상기 각 고주파 발생 유닛은 서로 다른 출력으로 상기 고주파를 발생시킨다.
고주파 탈황 장치의 상기 바렐 및 상기 스크류 사이를 통과하는 상기 폐고무의 온도는 150℃ 내지 200℃이다.
고주파 탈황 장치의 상기 폐고무는 파쇄된 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM)를 포함한다.
고주파 탈황 장치의 상기 바렐 중 상기 고주파 발생 유닛과 대응하는 위치에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀과 대응하는 위치에는 상기 고주파 발생 유닛을 고정하기 위한 고정 브라켓이 형성된다.
고주파 탈황 장치의 상기 바렐은 복수개가 직렬 방식으로 조립되는 플랜지를 포함하는 바렐 유닛들을 포함하며, 상기 각 바렐 유닛에는 상기 히터 유닛 및 상기 고주파 발생 유닛이 장착된다.
일실시예로서, 폐고무 재생 장치는 폐고무 칩을 오일과 믹싱하는 믹싱 장치; 상기 폐고무 칩 및 상기 오일을 믹싱한 폐고무를 압출 성형하여 성형체를 형성하는 예비 성형 장치; 상기 성형체를 압출 이송하면서 상기 성형체에 다단으로 고주파를 인가하는 복수개의 고주파 발생 유닛들 및 압출 이송되는 상기 성형체에 열을 제공하는 히터를 포함하는 고주파 탈황 장치; 상기 고주파 탈황 장치에서 탈황된 탈황체를 압출 이송하면서 수냉식으로 냉각시키는 냉각 장치; 및 상기 탈황체를 압출 이송하여 지정된 형상으로 성형하는 성형 장치를 포함한다.
폐고무 재생 장치의 상기 믹싱 장치의 상기 폐고무 칩, 상기 예비 성형 장치를 통과한 상기 성형체 및 상기 고주파 탈황 장치를 통과한 상기 탈황체의 온도는 150℃ 내지 200℃이다.
폐고무 재생 장치의 상기 고주파 탈황 장치는 상기 성형체를 압출 이송하기 위한 바렐 및 상기 바렐 내부에서 회전하는 스크류를 포함하며, 상기 바렐에는 상기 성형체에 상기 고주파 발생 유닛에 의하여 직접 고주파를 인가하기 위해 관통홀이 형성된다.
폐고무 재생 장치의 상기 고주파 탈황 장치는 상기 성형체를 압출 이송하기 위해 복수개가 직렬 방식으로 조립되는 플랜지를 갖는 바렐 유닛들 및 상기 바렐 유닛들 내부에서 회전하는 스크류를 포함하며, 상기 각 바렐 유닛에는 상기 플랜지에 결합되어 상기 성형체에 직접 고주파를 인가하는 고주파 발생 유닛이 장착된다.
폐고무 재생 장치의 상기 냉각 장치는 상기 탈황체를 압출 이송하기 위한 바렐 및 상기 바렐 내부에서 회전하는 스크류를 포함하며, 상기 바렐의 외측면 및 상기 스크류의 내측에는 상기 탈황체를 냉각시키기 위한 냉각수를 제공하는 냉각수 제공 유닛이 형성된다.
폐고무 재생 장치의 상기 각 고주파 발생 유닛은 2Kw 내지 8Kw의 출력으로 상기 고주파를 발생시킨다.
폐고무 재생 장치의 상기 각 고주파 발생 유닛은 서로 다른 출력으로 상기 고주파를 발생킨다.
폐고무 재생 장치의 상기 폐고무는 파쇄된 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM)를 포함한다.
본 발명에 따른 고주파 탈황 장치 및 이를 이용한 폐고무 재생 장치에 의하면, EPDM과 같이 탈황이 어려운 폐고무를 압출 이송하면서 압출 이송되는 폐고무에 UHF와 같은 고주파를 인가하여 EPDM을 탈황시켜 양질의 재생품을 생산할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 고주파 탈황 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 고주파 발생 유닛으로부터 고주파를 폐고무에 인가하지 않았을 때, 폐고무 분자의 배열을 도시한 평면도들이다.
도 3 및 도 4는 고주파 발생 유닛으로부터 고주파를 폐고무에 인가하였을 때 폐고무 분자의 배열을 도시한 평면도들이다.
도 5는 도 1의 고주파 탈황 장치를 포함한 폐고무 재생 장치를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 탈황 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 고주파 탈황 장치(100)는 바렐(110), 스크류(120), 히터 유닛(130) 및 고주파 발생 유닛(140)을 포함한다.
바렐(110)은, 예를 들어, 긴 금속 원통 형상을 갖는다. 바렐(110)은 호퍼(103) 및 배출구(107)를 갖는다.
호퍼(103)는 바렐(110)의 외주면에 형성되며 호퍼(103)는 바렐(110)의 내부로 제공되는 파쇄된 폐고무를 저장하는 역할을 한다. 호퍼(103)는 바렐(110)의 외주면을 관통하여 형성된다.
본 발명의 일실시예에서, 파쇄된 폐고무는, 예를 들어, 에틸렌프로필렌 고무(etylene propylene rubber)를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 파쇄된 폐고무는 EPDM 이외에 다양한 재생용 고무를 포함할 수 있다.
배출구(107)는 바렐(110)의 단부에 형성되며, 배출구(107)는 바렐(110)의 내부를 통과하면서 탈황 된 폐고무를 바렐(110)의 외부로 배출하는 역할을 한다.
본 발명의 일실시예에서, 바렐(110)은 양단에 플랜지(106)들이 각각 형성된 복수개의 바렐 유닛(105)을 복수개 직렬 방식으로 연결하여 형성할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 5 개의 바렐 유닛(105)이 직렬 방식으로 연결되어 바렐(110)을 이룬다. 이와 다르게, 바렐(110)은 하나로 이루어져도 무방하다.
스크류(120)는 바렐(110)의 내부에 배치된다. 본 발명의 일실시예에서, 스크류(120)는 단축 스크류(single-screw) 또는 이축 스크류(twin-screw)가 사용될 수 있고, 비록 도 1은 단면도이기 때문에 스크류(120)가 하나만 도시되었지만 스크류(120)는 이축 스크류이다.
스크류(120)는 호퍼(103)를 통해 제공된 파쇄된 폐고무를 배출부(120)로 이송시킨다. 이때, 파쇄된 폐고무는 스크류(120)에 의하여 바렐(110)의 내측면 및 스크류(120)의 외주면 사이의 좁은 공간을 통해 이송된다.
스크류(120)의 단부에는 구동 모터(미도시)가 장착되며 스크류(120)는 구동 모터에 의하여 회전되며, 구동 모터는 스크류(120)의 회전 속도를 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
히터 유닛(130)은 복수개의 히터(135)를 포함하며, 히터(135)들은 바렐(110)의 외주면에 복수개가 이격되어 형성된다.
본 발명의 일실시예에서, 바렐(110)이 복수개의 바렐 유닛(105)을 포함할 경우, 히터(135)는 각 바렐 유닛(105)에 적어도 하나, 바람직하게 적어도 2 개가 장착될 수 있다. 히터(135)는, 예를 들어, 바렐 유닛(105)의 외주를 감싸는 원통 형태로 형성될 수 있다.
각 히터(135)는, 예를 들어, 바렐(110) 및 스크류(120) 사이를 통과하는 폐고무를 약 150℃ 내지 약 200℃의 온도로 가열한다.
각 히터(135)로부터 가열된 폐고무의 온도가 150℃이하일 경우, 폐고무의 탈황이 어렵고 각 히터(135)로부터 가열된 폐고무의 온도가 200℃ 이상일 경우, 폐고무가 발화, 열화 또는 분해될 수 있다.
고주파 발생 유닛(140)은 바렐(110)의 외측면에 복수개가 이격되어 형성되며, 고주파 발생 유닛(140)은 바렐(110) 및 스크류(120) 사이의 좁은 공간으로 이송되는 폐고무에 직접 고주파를 인가한다.
즉, 고주파 발생 유닛(140)으로부터 발생된 고주파는 바렐(110)을 통과하지 않고 바렐(110) 및 스크류(120) 사이의 좁은 공간으로 이송되는 폐고무에 직접 인가된다.
이를 구현하기 위하여, 바렐(110)이 복수개의 바렐 유닛(105)들을 포함할 경우, 각 바렐 유닛(105)의 플랜지(103)의 일부의 형상을 변형시켜 고주파 발생 유닛(140)을 장작 하기에 적합한 공간을 형성하고, 고주파 발생 유닛(140)은 변형된 플랜지(103)에 장착된다.
따라서, 바렐(110)이 복수개의 바렐 유닛(105)들을 포함할 경우, 고주파 발생 유닛(140)은 인접한 플랜지(103)들 사이에 배치된다.
한편, 바렐(110)이 하나로 이루어질 경우, 바렐(110)에는 고주파 발생 유닛(140)이 바렐(110) 및 스크류(120) 사이로 통과하는 폐고무에 직접 고주파를 인가하기에 적합한 관통홀이 형성될 수 있고, 고주파 발생 유닛(140)은 관통홀과 대응하는 바렐(110)에 결합될 수 있다.
바렐(110)이 하나로 이루어질 경우, 바렐(110)에는 관통홀이 형성되고, 관통홀과 대응하는 부분에는 고주파 발생 유닛(140)을 고정하기 위한 고정 브라켓이 형성되고 고정 브라켓에는 관통홀을 통해 폐고무에 직접 고주파를 인가하는 고주파 발생 유닛(140)이 결합 될 수 있다.
고주파 발생 유닛(140)에서 발생 되는 고주파는, 예를 들어, 파장길이가 짧고 직진성이 좋은 UHF(Ultra High Frequency)일 수 있다. 고주파 발생 유닛(140)에서 발생 되는 고주파는 약 2Kw 내지 약 8Kw의 출력으로 발생 될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, UHF는 파장이 짧은 전자파의 총칭으로 통상 1,000MHz 내지 10,000MHz의 주파수 범위를 갖는다.
본 발명의 일실시예에서, 폐고무를 가열하여 쉽게 탈황시키기 위한 UHF는 2,450MHz 또는 915MHz 대역이 사용된다.
도 2는 고주파 발생 유닛으로부터 고주파를 폐고무에 인가하지 않았을 때, 폐고무 분자의 배열을 도시한 평면도들이다.
도 2를 참조하면, 폐고무의 고무 분자(1)들에 고주파 발생 유닛(140)에 의하여 UHF를 인가하지 않을 경우, 폐고무의 고무 분자(1)들은 무질서하게 배열된다.
도 3 및 도 4는 고주파 발생 유닛으로부터 고주파를 폐고무에 인가하였을 때 폐고무 분자의 배열을 도시한 평면도들이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 고주파 발생 유닛(140)으로부터 폐고무의 고무 분자(1)에 UHF를 인가할 경우, UHF의 전계에 의하여 폐고무의 고무 분자(1)의 쌍극자가 UHF의 전계에 의하여 쌍극자의 축의 배열 방향을 급속히 진동 또는 회전하면서 이로 인해 폐고무의 고무 분자(1)들이 상호 마찰하고 마찰열에 의해 폐고무는 발열 된다.
고주파 발생 유닛(140)으로부터 발생된 UHF는 바렐(110) 및 스크류(120) 사이의 좁은 공간으로 제공되어 바렐(110) 및 스크류(120)를 통과하는 폐고무의 고무 분자(1)를 진동시켜 폐고무에 포함된 탄소 및 황의 결합을 보다 쉽게 끊어 폐고무의 탈황이 이루어지도록 한다.
본 발명의 일실시예에서, 폐고무가 바렐(110) 및 스크류(120) 사이의 좁은 공간을 통과하기 때문에 고주파 발생 유닛(140)으로부터 제공된 고주파는 파장 길이가 짧고 직진성이 좋은 UHF가 적합하다.
본 발명의 일실시예에서, 고주파 발생 유닛(140)은 바렐(110) 및 스크류(120)의 사이를 통해 이송되는 폐고무의 이송 방향을 따라서 복수개가 이격되어 배치되는데 이는 폐고무에 복수번 고주파를 인가하여 폐고무의 탈황률을 향상시키기 위함이다.
예를 들어, 바렐(110)에 하나의 고주파 발생 유닛(140)을 장착할 경우, 폐고무에 고주파가 단 한번 인가되어 폐고무의 일부는 탈황이 되고 폐고무의 일부는 탈황이 되지 않을 수 있고 이로 인해 재생품의 품질이 크게 감소 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 바렐(110)에 복수개, 예를 들어, 4 개의 고주파 발생 유닛(140)을 장착하여 바렐(110) 및 스크류(120) 사이를 통과하는 폐고무에 반복하여 고주파를 인가하여 폐고무의 탈황률을 크게 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 일실시예에서는 바렐(110) 및 스크류(120) 사이의 매우 좁은 공간을 통과하며 큰 압력이 가해진 폐고무에 고주파 발생 유닛(140)으로부터 발생된 고주파를 직접 인가함으로써 상대적으로 작은 출력으로 발생 된 고주파 및 상대적으로 저온 조건에서도 폐고무의 탈황률을 크게 향상시킬 수 있다.
한편, 바렐(110)에 이격 되어 형성된 복수개의 고주파 발생 유닛(140)들로부터 발생된 고주파인 UHF의 주파수 및 출력은 모두 동일하거나 폐고무의 탈황률을 고려하여 서로 다르게 형성될 수 있다.
예를 들어, 바렐(110)에 이격 되어 형성된 복수개의 고주파 발생 유닛(140)들은 호퍼(103)로부터 배출구(107)를 향할수록 출력이 증가 되도록 할 수 있다.
바렐(110)의 호퍼(103)로부터 배출구(107)를 향할수록 각 고주파 발생 유닛(140)의 주파수 또는 출력을 향상시킬 경우, 바렐(110) 및 스크류(120)를 통과하는 폐고무의 온도 역시 상승 되어 폐고무의 탈황률을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예와 같이 UHF를 발생시키는 고주파 발생 유닛(140)에 의하여 EPDM 등을 탈황시켜 재생하는 방법은 종래 재생용 고무를 약 300℃ 안팎의 범위로 가열하면서 압출기를 통과시켜 폐고무에 전단력을 가하여 폐고무를 탈황시키는 방식과 차별화된다.
종래와 같이 재생용 고무를 스크류를 이용하는 압출기를 이용하여 약 300℃의 온도 및 전단력을 가하는 방식은 폐고무가 부분적으로 서로 다른 온도를 갖기 때문에 탈황 불균일을 발생시킨다. 즉, 종래에는 폐고무 중 압출기와 직접 접촉되는 부분의 온도 및 폐고무 내부의 온도가 서로 다르게 된다.
이와 같이 폐고무의 표면과 내부의 온도가 서로 다를 경우, 압출기를 이용하여 폐고무를 탈황할 때 폐고무의 탈황이 불균일하게 진행되고, 약 300℃의 고온에 의하여 폐고무의 표면이 부분적으로 산화되어 재생 고무의 품질이 크게 낮아진다.
반면, 본 발명의 일실시예와 같이 고주파 발생 유닛(140)으로부터 UHF를 발생시키고, UHF를 바렐(110) 및 스크류(120)를 통과하는 폐고무에 인가할 경우, 폐고무의 고무 분자들이 상술한 바와 같이 UHF에 의하여 진동 및 회전하면서 발열되고 이로 인해 파쇄된 폐고무의 표면 및 내부의 온도 편차가 크게 감소 된다.
특히, UHF에 의하여 자체 발열되며 바렐(110) 외부에서 인가되는 약 150℃ 정도의 열에 의하여 폐고무의 표면 및 내부의 온도차이가 발생 되지 않아 폐고무의 균일한 탈황이 가능하며 비교적 저온에서 탈황 공정이 진행되어 폐고무의 표면 산화가 발생되지 않아 종래에 비하여 고품질 재생 고무를 생산할 수 있다.
이하, 고주파 탈황 장치를 포함하는 폐고무 재생 장치를 설명하기로 한다.
도 5는 도 1의 고주파 탈황 장치를 포함한 폐고무 재생 장치를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 폐고무 재생 장치(600)는 믹싱 장치(200), 예비 성형 장치(300), 고주파 탈황 장치(100), 냉각 장치(400)를 포함한다. 이에 더하여, 폐고무 재생 장치(600)는 냉각 장치(400)를 통과한 성형 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 폐고무 재생 장치(600)는, 예를 들어, EPDM을 탈황시켜 재생한다.
믹싱 장치(200)는 파쇄기에서 약 1mm 이하로 파쇄된 EPDM 칩 및 팜유와 같은 오일을 믹싱하여 점성을 갖는 덩어리 형태로 믹싱 한다.
믹싱 장치(200)는 EPDM 칩 및 오일을 믹싱하여 점성을 갖는 덩어리 형태로 성형 할 뿐만 아니라 내장된 히터(미도시)에 의하여 EPDM 칩 및 오일을 약 150℃ 내지 약 200℃로 예열한다.
예비 성형 장치(300)는 믹싱 장치(200)에서 약 150℃ 내지 약 200℃로 예열된 점성을 갖는 덩어리 형태의 EPDM 칩을 바(bar) 형태로 예비 성형한다.
예비 성형 장치(300)는 약 150℃ 내지 약 200℃로 예열된 덩어리 형태의 EPDM 칩이 투입되는 바렐(310) 및 바렐(310) 내부에 장착되어 회전하는 스크류(315)를 포함한다.
바렐(310) 및 스크류(315)에 의하여 믹싱 장치(200)에 의하여 덩어리 형태의 EPDM 칩은 바(bar) 형태의 성형체(330)를 형성한다.
예비 성형 장치(300)의 바렐(310)의 외주면에는 복수개의 히터(320)들이 이격되어 형성되며 예비 성형 장치(300)의 히터(320)들은 바렐(310) 및 스크류(315) 사이에서 압출되는 성형체(330)가 약 150℃ 내지 약 200℃의 온도를 유지하도록 한다.
예비 성형 장치(300)에서 압출된 성형체(330)는 탈황이 이루어지지 않은 상태로 예비 성형 장치(300)로부터 바 형상으로 토출 되며, 바 형상으로 토출 된 성형체(330)는 고주파 탈황 장치(100)로 제공된다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 고주파 탈황 장치(100)는 바렐(110), 스크류(120), 히터 유닛(130) 및 고주파 발생 유닛(140)을 포함한다.
바렐(110)은, 예를 들어, 긴 금속 원통 형상을 갖는다. 바렐(110)은 호퍼(103) 및 배출구(107)를 갖는다.
호퍼(103)는 바렐(110)의 외주면에 형성되며 호퍼(103)는 바렐(110)의 외주면을 관통하여 형성되며, 호퍼(103)로는 예비 성형 장치(300)로부터 바 형태로 성형된 성형체(330)가 제공된다.
바렐(110)은 양단에 플랜지(106)들이 각각 형성된 복수개의 바렐 유닛(105)을 복수개 직렬 방식으로 연결하여 형성할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 5 개의 바렐 유닛(105)이 직렬 방식으로 연결되어 바렐(110)을 이룬다. 이와 다르게, 바렐(110)은 하나로 이루어져도 무방하다.
스크류(120)는 바렐(110)의 내부에 배치된다. 본 발명의 일실시예에서, 스크류(120)는 단축 스크류(single-screw) 또는 이축 스크류(twin-screw)가 사용될 수 있고, 본 발명의 일실시예에서, 스크류(120)는 이축 스크류가 사용된다.
스크류(120)는 호퍼(103)를 통해 제공된 바 형상의 성형체(330)를 배출부(107)를 향하는 방향으로 압출 이송시킨다. 이때, 성형체(330)는 스크류(120)에 의하여 바렐(110)의 내측면 및 스크류(120)의 외주면 사이의 좁은 공간을 통해 이송된다.
스크류(120)의 단부에는 구동 모터(미도시)가 장착되며 스크류(120)는 구동 모터에 의하여 회전되며, 구동 모터는 스크류(120)의 회전 속도를 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
히터 유닛(130)은 복수개의 히터(135)들을 포함하며, 각 히터(135)들은 바렐(110)의 외주면에 복수개가 이격 되어 형성된다.
본 발명의 일실시예에서, 바렐(110)이 복수개의 바렐 유닛(105)을 포함할 경우, 히터(135)는 각 바렐 유닛(105)에 적어도 하나, 바람직하게 적어도 2 개가 장착될 수 있다. 히터(135)는, 예를 들어, 바렐 유닛(105)의 외주를 감싸는 원통 형태로 형성될 수 있다.
각 히터(135)는, 예를 들어, 바렐(110) 및 스크류(120) 사이를 통과하는 성형체(330)를 약 150℃ 내지 약 200℃의 온도로 가열한다.
각 히터(135)로부터 가열된 성형체(330)의 온도가 150℃이하일 경우, 성형체(330)의 탈황이 어렵고, 각 히터(135)로부터 가열된 성형체(330)의 온도가 200℃ 이상일 경우, 성형체(330)가 발화, 열화 또는 분해될 수 있다.
고주파 발생 유닛(140)은 바렐(110)의 외측면에 복수개가 이격 되어 형성되며, 고주파 발생 유닛(140)은 바렐(110) 및 스크류(120) 사이의 좁은 공간으로 이송되며 탈황이 이루어지지 않은 성형체(330)를 탈황시키기 위해 UHF와 같은 고주파를 직접 인가한다.
즉, 고주파 발생 유닛(140)으로부터 발생된 고주파는 바렐(110)을 통과하지 않고 바렐(110) 및 스크류(120) 사이의 좁은 공간으로 이송되는 성형체(330)에 직접 인가된다.
이를 구현하기 위하여, 바렐(110)이 복수개의 바렐 유닛(105)들을 포함할 경우, 각 바렐 유닛(105)의 플랜지(103)의 일부의 형상을 변형시켜 고주파 발생 유닛(140)을 장작 하기에 적합한 공간을 형성하고, 고주파 발생 유닛(140)은 변형된 플랜지(103)에 장착된다.
따라서, 바렐(110)이 복수개의 바렐 유닛(105)들을 포함할 경우, 고주파 발생 유닛(140)은 인접한 플랜지(103)들 사이에 배치된다.
한편, 바렐(110)이 하나로 이루어질 경우, 바렐(110)에는 고주파 발생 유닛(140)이 바렐(110) 및 스크류(120) 사이로 통과하는 성형체(330)에 직접 고주파를 인가하기에 적합한 관통홀이 형성될 수 있고, 고주파 발생 유닛(140)은 관통홀과 대응하는 바렐(110)에 결합될 수 있다.
바렐(110)이 하나로 이루어질 경우, 바렐(110)에는 관통홀이 형성되고, 관통홀과 대응하는 부분에는 고주파 발생 유닛(140)을 고정하기 위한 고정 브라켓이 형성되고 고정 브라켓에는 관통홀을 통해 성형체(330)에 직접 고주파를 인가하는 고주파 발생 유닛(140)이 결합 될 수 있다.
고주파 발생 유닛(140)에서 발생 되는 고주파는, 예를 들어, 파장길이가 짧고 직진성이 좋은 UHF(Ultra High Frequency)일 수 있다. 고주파 발생 유닛(140)에서 발생 되는 고주파는 약 2Kw 내지 약 8Kw의 출력으로 발생 될 수 있다.
고주파 발생 유닛(140)으로부터 발생된 UHF는 바렐(110) 및 스크류(120) 사이의 좁은 공간으로 제공되어 바렐(110) 및 스크류(120)를 통과하는 성형체(330)의 고무 분자를 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 진동 및 회전시켜 성형체의 표면 온도 및 내부 온도의 온도 편차를 감소시켜 효율적으로 성형체(330)에 포함된 탄소 및 황의 결합을 보다 쉽게 끊어 성형체(330)의 탈황이 매우 균일하게 이루어지도록 한다.
본 발명의 일실시예에서, 성형체(330)가 바렐(110) 및 스크류(120) 사이의 좁은 공간을 통과하기 때문에 고주파 발생 유닛(140)으로부터 제공된 고주파는 파장 길이가 짧고 직진성이 좋은 UHF가 적합하다.
본 발명의 일실시예에서, 고주파 발생 유닛(140)은 바렐(110) 및 스크류(120)의 사이를 통해 이송되는 성형체(330)의 이송 방향을 따라서 복수개가 이격되어 배치되는데 이는 성형체(330)에 복수번 고주파를 인가하여 성형체(330)의 탈황률을 향상시키기 위함이다.
예를 들어, 바렐(110)에 하나의 고주파 발생 유닛(140)을 장착할 경우, 성형체(330)에 고주파가 단 한번 인가되어 성형체(330)의 일부는 탈황이 되고 성형체(330)의 일부는 탈황이 되지 않을 수 있고 이로 인해 성형체(330)를 탈황시킨 재생품의 품질이 크게 감소 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 바렐(110)에 복수개, 예를 들어, 4 개의 고주파 발생 유닛(140)을 장착하여 바렐(110) 및 스크류(120) 사이를 통과하는 성형체(330)에 반복하여 고주파를 인가하여 성형체(330)의 탈황률을 크게 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 일실시예에서는 바렐(110) 및 스크류(120) 사이의 매우 좁은 공간을 통과하며 큰 압력이 가해진 성형체에 고주파 발생 유닛(140)으로부터 발생된 고주파를 직접 인가함으로써 상대적으로 작은 출력으로 발생 된 고주파에서도 성형체(330)의 탈황률을 크게 향상시킬 수 있다.
한편, 바렐(110)에 이격 되어 형성된 복수개의 고주파 발생 유닛(140)들로부터 발생된 고주파인 UHF의 주파수 및 출력은 모두 동일하거나 성형체(330)의 탈황률을 고려하여 서로 다르게 형성될 수 있다.
예를 들어, 바렐(110)에 이격 되어 형성된 복수개의 고주파 발생 유닛(140)들은 호퍼(103)로부터 배출구(107)를 향할수록 출력이 증가 되도록 할 수 있다.
바렐(110)의 호퍼(103)로부터 배출구(107)를 향할수록 각 고주파 발생 유닛(140)의 주파수 또는 출력을 향상시킬 경우, 바렐(110) 및 스크류(120)를 통과하는 성형체(330)의 온도 역시 상승 되어 성형체(330)의 탈황률을 보다 향상시킬 수 있다.
이하, 고주파 탈황 장치(100)를 통과한 성형체(330)를 탈황체(150)로서 정의하기로 한다. 탈황체(150)는 고주파 탈황 장치(100)의 배출구(107)를 통과하면서 바(bar) 형상으로 성형 된다.
고주파 탈황 장치(100)에서 탈황된 탈황체(150)는 복수개의 고주파 발생 유닛(140)으로부터 인가된 고주파에 의하여 매우 높은 온도로 가열되어 있기 때문에 고온의 탈황체(150)가 대기와 직접 접촉되면서 냉각될 경우, 대기에 포함된 산소와 탈황체(150)가 반응하여 발화, 열화 및 탄화될 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 고주파 탈황 장치(100)의 배출구(107) 및 냉각 장치(400)의 호퍼는 대기와 탈황체(150)가 상호 접촉되는 것을 방지하는 커버(170)에 의하여 상호 결합 될 수 있다.
냉각 장치(400)는 탈황체(150)가 성형 장치에서 성형이 이루어질 수 있도록 탈황체(150)를 적정 온도로 냉각시킨다. 본 발명의 일실시예에서, 냉각 장치(400)는 수냉식으로 탈황체(150)를 냉각시킨다.
냉각 장치(400)는 탈황체(150)가 통과하는 바렐(410), 바렐(410) 내부에 배치된 스크류(415)를 포함하며, 탈황체(150)는 바렐(410) 및 스크류(415) 사이에 형성된 공간을 따라 압출된다.
한편, 바렐(410)의 외측면에는 고온의 탈황체(150)를 냉각시키기 위한 냉각수가 제공되는 냉각수 제공 유닛(420)이 배치된다. 한편, 탈황체(150)의 냉각 효율을 보다 향상시키기 위해서 스크류(415)의 내부에도 냉각수 제공 유닛이 배치될 수 있다.
냉각 장치(400)로부터 성형 가능 온도로 압출 된 탈황체(150)는 성형 장치로 제공되며, 탈황체(150)는 성형 장치에 의하여 재생품으로 가공된다.
성형 장치는 냉각된 탈황체가 제공되는 바렐 및 바렐 내부에 배치된 스크류를 포함한다. 냉각된 탈황체는 바렐 및 스크류에 의하여 압출되며 바렐을 통과하면서 바(bar) 형상, 쉬트(sheet) 형상 등 다양한 형상으로 제조된다.
한편, 성형 장치의 바렐의 외주면에는 탈황체가 성형에 적합한 온도를 갖도록 탈황체가 지나치게 냉각되는 것을 방지하는 복수개의 히터를 포함할 수 있다.
비록 본 발명의 일실시예에서는 탈황이 어려운 안정적인 EPDM을 탈황시키는 것에 대하여 도시 및 설명되고 있지만, EPDM에 비하여 탈황이 용이한 다른 어떠한 폐고무를 본 발명의 기술을 이용하여 탈황시키는 것 역시 가능하다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 탈황 장치를 이용한 폐고무 재생 장치에 의한 재생 고무의 물성치를 <표 1> 내지 <표 3>을 통해 설명하기로 한다.
Figure 112012006708952-pat00001
<표 1>의 비교예는 본 발명에 의한 재생고무와 신재 고무(금호폴리켐 KEP350 Grade)의 물성을 비교하기 위해 일반적인 배합처방에 의거 만들어진 시료이다.
상기 비교예는 탈황 된 신재 고무를 사용하며, 비교예는 ZnO, 지방산, 보강제, 프로세스 오일, 촉진제들 및 유황을 포함한다.
<표 1>의 실시예는 신재 고무(금호폴리켐 KEP350 Grade)를 약 70% 포함하고, 재생 EPDM을 약 30% 포함한 시료로서, 약 30%의 재생 EPDM은 폐 스크랩 EPDM 고무를 75 마력[HP] 분쇄기에서 1차 10~15mm 크기의 칩으로 1차 분쇄하고, 연속 2차 분쇄기에서 2~3mm 형태로 미세 분쇄한 후 사용하였다.
<표 1>에서 재생 EPDM을 30% 포함하는 실시예의 시료에는 비교예와 실질적으로 동일한 비율로 ZnO, 지방산, 보강제, 프로세스 오일, 촉진제들 및 유황이 포함된다.
<표 1>에서 신재 고무를 70% 및 재생 EPDM을 30% 포함하는 실시예의 시료는 본 발명의 도 1 및 도 5에 도시된 고주파 탈황 장치(100) 및 폐고무 재생 장치(600)에 의하여 탈황 공정을 거쳐 재생된다.
고주파 탈황 장치(100) 및 폐고무 재생 장치(600)에 의하여 재생된 <표 1>의 실시예의 시료는 <표 2> 및 <표 3>에 도시된 바와 같은 물성을 갖는다.
Figure 112012006708952-pat00002
<표 2>에는 본 발명의 일실시예에 따른 폐고무 재생 장치에서 생산되어 에이징(aging)을 수행하지 않은 상태의 재생 EPDM의 물성이 도시되어 있다.
Figure 112012006708952-pat00003
<표 3>에는 본 발명의 일실시예에 따른 폐고무 재생 장치에서 생산된 재생 EPDM을 100℃의 온도에서 72시간 동안 에이징 한 물성이 도시되어 있다. 단, 인장시험의 시험 조건은 ASTM D412/KSM6518, 상온 500mm/min 속도이다.
<표 2> 및 <표 3>을 참조하여, 비교예와 실시예를 비교하면, 실시예는 비중, 경도, 인장 강도 및 신장률은 탈황 처리된 신재 고무를 포함하는 비교예와 실질적으로 동일하거나 신재 고무 대비 다소 우수한 물성을 갖는다.
본 발명의 일실시예에서 <표 1> 내지 <표 3>의 실시예로부터 탈황이 어느 정도 되었는지 직접 측정할 수는 없지만 비교예와 실시예의 물성을 비교한 결과, 비교예와 실시예의 물성이 유사하기 때문에 간접적으로 재생 EPDM 및 신재 고무가 혼합된 실시예의 시료는 탈황 처리가 신재 고무를 포함하는 비교예 수준으로 이루어진 것을 알 수 있다.
결론적으로 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 탈황 장치 및 폐고무 재생 장치에 의하여 재생된 재생 고무는 신재 고무와 유사하게 탈황 된다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, EPDM과 같이 탈황이 어려운 폐고무를 압출 이송하면서 압출 이송되는 폐고무에 UHF와 같은 고주파를 인가하여 EPDM을 탈황시켜 양질의 재생품을 생산할 수 있는 효과를 갖는다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
600...폐고무 재생 장치 200...믹싱 장치
300...예비 성형 장치 100...고주파 탈황 장치
400...냉각 장치

Claims (16)

  1. 파쇄된 폐고무가 제공되는 호퍼 및 상기 폐고무가 배출되는 배출구를 갖는 바렐;
    상기 바렐 내부에서 회전하면서 상기 폐고무를 상기 배출구를 향해 이송시키는 스크류;
    상기 바렐 외측면에 복수개가 이격되어 형성되어 상기 폐고무를 간접적으로 가열하는 히터들을 포함하는 히터 유닛; 및
    상기 바렐 외측면에 복수개가 이격되어 형성되어 상기 폐고무에 직접 고주파를 인가하는 고주파 발생 유닛들을 포함하며,
    상기 바렐 중 상기 고주파 발생 유닛과 대응하는 위치에는 상기 폐고무에 상기 고주파를 직접 제공하기 위한 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀과 대응하는 위치에는 상기 고주파 발생 유닛을 고정하기 위한 고정 브라켓이 형성된 고주파 탈황 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 고주파 발생 유닛은 2Kw 내지 8Kw의 출력으로 상기 고주파를 발생시키는 고주파 탈황 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각 고주파 발생 유닛은 서로 다른 출력으로 상기 고주파를 발생시키는 고주파 탈황 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바렐 및 상기 스크류 사이를 통과하는 상기 폐고무의 온도는 150℃ 내지 200℃인 고주파 탈황 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 발생 유닛으로부터 발생된 상기 고주파는 UHF인 고주파 탈황 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바렐은 복수개가 직렬 방식으로 조립되는 플랜지를 포함하는 바렐 유닛들을 포함하며,
    상기 각 바렐 유닛에는 상기 히터 유닛 및 상기 고주파 발생 유닛이 장착되는 고주파 탈황 장치.
  9. 폐고무 칩을 오일과 믹싱하는 믹싱 장치;
    상기 폐고무 칩 및 상기 오일을 믹싱한 폐고무를 압출 성형하여 성형체를 형성하는 예비 성형 장치;
    상기 성형체를 압출 이송하면서 상기 성형체에 다단으로 고주파를 인가하는 복수개의 고주파 발생 유닛들 및 압출 이송되는 상기 성형체에 열을 제공하는 히터를 포함하는 고주파 탈황 장치; 및
    상기 고주파 탈황 장치에서 탈황된 탈황체를 압출 이송하면서 수냉식으로 냉각시키는 냉각 장치를 포함하며,
    상기 고주파 탈황 장치는 상기 성형체를 압출 이송하기 위한 바렐 및 상기 바렐 내부에서 회전하는 스크류를 포함하며, 상기 바렐에는 상기 성형체에 상기 고주파 발생 유닛에 의하여 직접 고주파를 인가하기 위해 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀과 대응하는 위치에는 상기 고주파 발생 유닛을 고정하기 위한 고정 브라켓이 형성된 폐고무 재생 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 믹싱 장치의 상기 폐고무 칩, 상기 예비 성형 장치를 통과한 상기 성형체 및 상기 고주파 탈황 장치를 통과한 상기 탈황체의 온도는 150℃ 내지 200℃인 폐고무 재생 장치.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 고주파 탈황 장치는 상기 성형체를 압출 이송하기 위해 복수개가 직렬 방식으로 조립되는 플랜지를 갖는 바렐 유닛들 및 상기 바렐 유닛들 내부에서 회전하는 스크류를 포함하며,
    상기 각 바렐 유닛에는 상기 플랜지에 결합되어 상기 성형체에 직접 고주파를 인가하는 상기 고주파 발생 유닛이 장착되는 폐고무 재생 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 냉각 장치는 상기 탈황체를 압출 이송하기 위한 바렐 및 상기 바렐 내부에서 회전하는 스크류를 포함하며,
    상기 바렐의 외측면 및 상기 스크류의 내측에는 상기 탈황체를 냉각시키기 위한 냉각수를 제공하는 냉각수 제공 유닛이 형성된 폐고무 재생 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 각 고주파 발생 유닛은 2Kw 내지 8Kw의 출력으로 상기 고주파를 발생시키는 폐고무 재생 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 각 고주파 발생 유닛은 서로 다른 출력으로 상기 고주파를 발생시키는 폐고무 재생 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 고주파 발생 유닛으로부터 발생되는 상기 고주파는 UHF인 폐고무 재생 장치.
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CN110000950A (zh) * 2019-04-10 2019-07-12 江苏中宏环保科技有限公司 一种低温速溶再生胶颗粒的连续式制备工艺、设备及应用

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