KR101751197B1

KR101751197B1 - 재활용 pet와 화산재를 이용한 복합소재 제조장치 및 방법

Info

Publication number: KR101751197B1
Application number: KR1020170007088A
Authority: KR
Inventors: 박종철
Original assignee: 박종철
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2017-01-16
Publication date: 2017-06-27

Abstract

본 발명은 나일론이 포함된 재활용 PET 70% 중량비, 폐아라미드 레진 20% 중량비 및 알갱이의 크기와 모양에 대한 지름이 4mm로 이루어진 화산재 10% 중량비의 혼합비율로 혼합된 재료들을 투입하고, 탄소섬유와 유리섬유, ABS를 더 투입하는 재료투입호퍼; 상기 재료투입호퍼로 투입된 상기 재료들을 10시간~12시간의 건조과정을 거치쳐 상기 재료들에 포함된 수분을 제거하는 제습기; 상기 수분이 제거된 재료들을 내부로 투입하는 투입호퍼와, 상기 투입호퍼를 통해 투입된 재료들을 혼합하는 스크류와, 상기 스크류에 의해 상기 재료들의 혼합이 이루어질 때, 상기 재료들에 열을 가해 용융시키는 히터를 포함하여 구성되며, 상기 히터에 의해 용융되면서 상기 PET에 포함된 나일론과 상기 폐아라미드 레진이 서로 혼합되면서 접착성을 부여하고, 상기 화산재가 점도를 조절하여 PET 복합재료를 생성하고, 생성된 상기 PET 복합재료를 압출하면서 배출하는 배출공에 의해 긴 막대형상으로 압출하여 PET 복합소재를 제조하는 압출기; 상기 압출기에서 배출되는 상기 PET 복합소재에 냉각수를 접촉시켜 냉각에 의해 경화가 이루어지도록 하는 냉각부; 경화된 상기 냉각부로부터 배출되는 상기 PET 복합소재를 일정길이로 절단하는 콤파운드기; 상기 PET 복합소재를 컨베이어벨트를 이용하여 운송하는 운송기; 및 상기 운송기를 통해 운송된 상기 PET 복합소재를 저장하는 복합재료 저장조를 포함한다.

Description

재활용 PET와 화산재를 이용한 복합소재 제조장치 및 방법{Manufacturing apparatus of PET composite and method of manufacturing the same}

본 발명은 재활용 PET와 화산재를 이용한 복합소재 제조장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 자세히는 재활용 PET를 이용하여 자외선에 강하고 접착력 및 탄성이 우수한 새로운 복합소재를 제조할 수 있는 재활용 PET와 화산재를 이용한 복합소재 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

PET는 20세기 과학이 낳은 새로운 소재로서 21세기에는 환경친화적인 안전한 소재로서, 인간생활의 필수품으로서 크게 비약하여 인간의 생활에 없어서는 안 될 소재가 되었다.

반면 사용되어진 PET는 재활용 방법의 한계와 수거의 어려움 등으로 폐기물로서의 자리를 차지하고 있다. PET 중 투명한 용기는 재활용이 용이하나, 맥주용기와 같은 갈색 또는 초록색과 같은 유색용기는 제조할 때의 비용은 투명용기에 비해 몇배 고가이나 재활용할 곳이 한정되어 있어서 섬유용 원사, 계란포장재 등으로 극히 일부만 사용되고 있는 실정이다.

이렇게 폐PET들이 재활용되지 않고 개발도상국에 수출되는 것은 엄청난 자원을 낭비하는 것이다. 따라서, 유색 PET의 장점을 살리고 단점은 보완하여 유색 PET를 재활용할 수 있는 새로운 대안에 대한 연구가 요구된다.

공개특허 제1998-071969호

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로 재활용 PET와 화산재, 아라미드를 이용하여 엔지니어링 플라스틱의 대체재료, 자동차 외내장재, 과수목 및 인삼밭의 지주대 및 각종 파이프에 사용할 수 있는 강도 및 탄성이 높은 새로운 재활용 복합소재를 제조할 수 있는 재활용 PET와 화산재를 이용한 복합소재 제조장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명의 목적은 나일론이 포함된 재활용 PET 70% 중량비, 폐아라미드 레진 20% 중량비 및 알갱이의 크기와 모양에 대한 지름이 4mm로 이루어진 화산재 10% 중량비의 혼합비율로 혼합된 재료들을 투입하고, 탄소섬유와 유리섬유, ABS를 더 투입하는 재료투입호퍼; 상기 재료투입호퍼로 투입된 상기 재료들을 10시간~12시간의 건조과정을 거치쳐 상기 재료들에 포함된 수분을 제거하는 제습기; 상기 수분이 제거된 재료들을 내부로 투입하는 투입호퍼와, 상기 투입호퍼를 통해 투입된 재료들을 혼합하는 스크류와, 상기 스크류에 의해 상기 재료들의 혼합이 이루어질 때, 상기 재료들에 열을 가해 용융시키는 히터를 포함하여 구성되며, 상기 히터에 의해 용융되면서 상기 PET에 포함된 나일론과 상기 폐아라미드 레진이 서로 혼합되면서 접착성을 부여하고, 상기 화산재가 점도를 조절하여 PET 복합재료를 생성하고, 생성된 상기 PET 복합재료를 압출하면서 배출하는 배출공에 의해 긴 막대형상으로 압출하여 PET 복합소재를 제조하는 압출기; 상기 압출기에서 배출되는 상기 PET 복합소재에 냉각수를 접촉시켜 냉각에 의해 경화가 이루어지도록 하는 냉각부; 경화된 상기 냉각부로부터 배출되는 상기 PET 복합소재를 일정길이로 절단하는 콤파운드기; 상기 PET 복합소재를 컨베이어벨트를 이용하여 운송하는 운송기; 및 상기 운송기를 통해 운송된 상기 PET 복합소재를 저장하는 복합재료 저장조를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 PET와 화산재를 이용한 복합소재 제조장치에 의해 달성될 수 있다.

한편, 본 발명의 목적은 재활용 PET와 화산재를 이용한 복합재료 제조방법에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 재활용 PET와 화산재를 이용한 복합재료 제조방법은, 재활용 PET 70% 중량비, 폐아라미드 레진 20% 중량비, 화산재 10% 중량비로 투입하는 단계와; 상기 재활용 PET와 폐아라미드 레진 및 화산재로부터 수분을 제거하는 단계와;수분이 제거된 재활용 PET와 폐아라미드 레진와 화산재를 서로 교반하며 열을 인가하여 용융시켜 복합소재를 형성하고, 압출하는 단계와; 압출된 복합소재를 냉각한 후, 일정길이로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해 제조된 복합재료는 높은 인장강도와 굴곡강도 및 충격강도를 갖게 되고, 높은 접착성을 갖게 된다.

이러한 물성을 갖는 본 발명에 따른 복합재료는 버려지는 재활용 PET와 폐아라미드 레진를 재활용해 생산되므로 원료가격이 절감될 수 있다. 또한, 높은 강도를 갖게 되므로 제품 형태에 따라 PET와 상용되는 ABS, PC, 나일론, PBT 등과 혼용될 수 있고, 섬유소재로서는 유리섬유, 탄소섬유, 타이어섬유 등을 혼합할 수 있다.

또한, 기존에 사용되는 엔지니어링 플라스틱의 대체재료로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 복합재료는 산업용 캐스터 업체의 주물캐스터를 대체하여 산업용 바퀴로 이용될 수 있으며, 자동차 외내장재로 사용될 수 있으며, 농자재 완제품으로 생산되어 과수목 및 인삼밭의 지주대 및 각종 파이프로 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합소재의 물성을 종래 PET와 비교한 도표,
도 2는 본 발명에 따른 복합소재 제조장치의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 복합소재 제조과정을 개략적으로 도시한 예시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속" 된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 재활용 PET와 화산재를 이용한 복합소재 제조방법은 버려지는 재활용 PET를 재활용하여 PET의 단점을 보완한 새로운 복합소재를 제조한다.

여기서, 복합소재는 버려지는 갈색 재활용 PET와 버려지는 폐아라미드 레진와 화산재를 혼합하여 제조된다. 맥주병으로 사용되는 갈색 PET는 나일론이 포함되어 제조된다. PET는 자외선에 약하고 접착력이 없는 단점이 있다.

아라미드는 총알도 뚫지 못하는 강도와 500℃의 불 속에서도 타거나 녹지 않는 내열성, 아무리 힘을 가해도 늘어나지 않는 뛰어난 인장강도를 갖는 폴리아마이드 섬유이다. 아라미드는 접착력이 약한 PET의 단점을 보완해 복합소재의 혼합성과 접착성을 향상시켜주는 역할을 한다. 아라미드는 갈색 PET를 형성하는 나일론과 서로 엉켜서 접착성이 높아지게 한다.

화산재는 화산에서 분출한 용암 중의 일부가 대기중에 뿌려진 화산포출물(화산쇄설물) 중에서 알갱이의 크기와 모양에 지름 4mm 이하인 것을 말한다. 화산재는 분화과정에선 동식물 및 인체에 영향을 미치나 분화과정을 거친 화산제는 미네랄이 풍부하여 천연비료로 이용하거나, 화장품재료로 이용된다. 화산제는 PET와 아라미드와 혼합되어 복합소재에 탄성과 강도를 부여하는 역할을 한다. 또한, 첨가되는 화산제의 투입량에 따라 복합소재의 점도를 조절할 수 있다.

도 1은 복합소재의 제조를 위해 PET와 아라미드 및 화산재의 최적의 혼합비율를 찾기 위해 PET와 아라미드 및 화산재의 혼합비를 다양하게 변화하여 물성을 실험한 결과를 나타낸 도표이다.

물성의 실험을 위해 6개의 실험소재를 준비하였다. 첫번째 실험소재(A)는 종래 PET이다. 두번째 실험소재(B)는 종래 PET에 유리섬유(G/F)를 40% 혼합한 소재이고, 세번째 실험소재(C)는 PET와 아라미드 및 화산재가 각각 80%, 10%, 10% 혼합되었다. 네번째 실험소재(D)는 PET와 아라미드 및 화산재가 각각 70%, 20%, 10% 혼합되었다. 다섯번째 실험소재(E)는 PET와 아라미드 및 화산재가 각각 70%, 15%, 15% 혼합되었다. 여섯번째 실험소재(F)는 PET와 아라미드 및 화산재가 각각 60%, 15%, 25%가 혼합되었다.

각각의 물성을 실험한 결과 비중, 경도, 인장강도, 굴곡강도, 충격강도 및 신율에서 네번째 실험소재(D)의 물성치가 가장 높게 나타난 것을 알 수 있다.

즉, PET와 아라미드 및 화산재가 각각 70%, 20%, 10% 혼합된 복합소재는 주물과 상응되는 우수한 내구성, 내열성 및 내충격성을 가지며, 플라스틱 사출재 제품보다 향상된 물성을 갖는 것으로 나타났다. 이러한 복합소재는 종래의 PET보다 취급이 용이하여 다양한 제품으로 상용화되는데 매우 효과적이라는 평가를 내릴 수 있다.

이에 본 발명에 따른 복합소재의 제조를 위한 최적의 혼합비는 PET와 아라미드 및 화산재가 각각 70%, 20%, 10%로 혼합되는 것으로 선택될 수 있다.

도 2는 상술한 혼합비를 갖는 복합소재를 제조하는 복합소재 제조장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이고, 도 3은 복합소재 제조장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.

복합소재 제조장치(100)는 재활용 PET(a)와 폐아라미드 레진(b) 및 화산재(c)를 상술한 혼합비율로 투입하는 재료투입호퍼(110)와, 혼합된 재료(a,b,c)들로부터 수분을 제거하는 제습기(120)와, 재료(a,b,c)들을 혼합한 후 열을 가하여 압출하는 압출기(130)와, 압출기(130)에서 배출되는 복합재료(M)를 냉각하는 냉각부(140)와, 냉각부(140)로부터 배출되는 복합재료(M)를 일정길이(ℓ)로 절단하는 콤파운드기(150)와, 복합재료(M)를 운송하는 운송기(160)와, 복합재료(M)를 저장하는 복합재료 저장조(170)를 포함한다.

재료투입호퍼(110)는 PET복합재료(M)를 형성할 PET(a)와 아라미드(b) 및 화산재(c)를 투입한다. 이 때, 작업자는 PET(a)와 아라미드(b) 및 화산재(c)를 각각 70%, 20%, 10%의 혼합비율에 맞게 투입된다.

투입된 재료(a,b,c)들은 제습기(120)로 투입되고, 10시간~12시간의 건조과정을 거치면서 포함된 수분(W)을 제거한다. 수분이 제거된 재료(a,b,c)들은 압출기(130)로 공급된다.

투입호퍼(131)를 통해 압출기(130) 내부로 유입된 재료(a,b,c)들은 모터(134)에 의해 회전하는 스크류(133)를 따라 회전하며 서로 혼합된다. 이 때, 스크류(133)의 주변으로 배치된 히터(135)에 의해 열이 인가되면, 재료(a,b,c)들은 서로 용융되며 혼합된다. PET(a)는 접착성이 없으나 PET(a)에 섞여 있는 나일론이 아라미드(b)와 엉켜지면서 의해 접착성이 부여되고, 화산재가 점도를 조절하여 PET(a)와 아라미드(b) 및 화산재(c)가 서로 섞여 새로운 물성을 갖는 PET복합재료(M)가 생성된다. 이렇게 생성된 PET복합재료(M)는 배출공(136)을 통해 압출되어 긴 막대형상으로 배출된다.

배출공(136)을 통해 배출되는 PET복합재료(M)는 열에 의해 녹은 연질 상태이므로 냉각부(140)에서 공급되는 냉각수(d)와 접촉하며 냉각된다. 냉각에 의해 경화된 PET복합재료(M')는 컨베이어벨트 형태로 형성되는 운송기(160)를 따라 이동되어 복합재료 저장조(170)에 저장된다.

PET복합재료(M)는 포장과정을 거쳐, 출하되어 각 사용처로 운송되게 된다.

여기서, 본 발명에 의해 제조된 복합재료는 도 1의 도표된 물성치에서 나타나는 바와 같이 높은 인장강도와 굴곡강도 및 충격강도를 갖게 된다. 또한, 신율도 높아 접착성을 갖게 된다.

한편, 상술한 본 발명의 복합재료는 재활용 PET, 폐아라미드 레진과 화산재를 혼합하여 제조되고 있으나, 경우에 따라 탄소섬유와 유리섬유, ABS 등을 혼합하여 제조될 수도 있다. 이는 요구되는 물성치에 따라 혼합되는 재료를 달리하여 제조될 수 있음을 말한다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 복합소재 제조장치 110 : 재료투입호퍼
120 : 제습기 130 : 압출기
131 : 투입호퍼 133 : 스크류
134 : 모터 135 : 히터
136 : 배출공 140 : 냉각부
150 : 콤파운드기 151 : 절단커터
160 : 운송기 170 : 복합재료 저장조
a : PET
b : 아라미드 레진
c : 화산재
M : 복합소재

Claims

나일론이 포함된 재활용 PET 70% 중량비, 폐아라미드 레진 20% 중량비 및 알갱이의 크기와 모양에 대한 지름이 4mm로 이루어진 화산재 10% 중량비의 혼합비율로 혼합된 재료들을 투입하고, 탄소섬유와 유리섬유, ABS를 더 투입하는 재료투입호퍼;
상기 재료투입호퍼로 투입된 상기 재료들을 10시간~12시간의 건조과정을 거치쳐 상기 재료들에 포함된 수분을 제거하는 제습기;
상기 수분이 제거된 재료들을 내부로 투입하는 투입호퍼와, 상기 투입호퍼를 통해 투입된 재료들을 혼합하는 스크류와, 상기 스크류에 의해 상기 재료들의 혼합이 이루어질 때, 상기 재료들에 열을 가해 용융시키는 히터를 포함하여 구성되며, 상기 히터에 의해 용융되면서 상기 PET에 포함된 나일론과 상기 폐아라미드 레진이 서로 혼합되면서 접착성을 부여하고, 상기 화산재가 점도를 조절하여 PET 복합재료를 생성하고, 생성된 상기 PET 복합재료를 압출하면서 배출하는 배출공에 의해 긴 막대형상으로 압출하여 PET 복합소재를 제조하는 압출기;
상기 압출기에서 배출되는 상기 PET 복합소재에 냉각수를 접촉시켜 냉각에 의해 경화가 이루어지도록 하는 냉각부;
경화된 상기 냉각부로부터 배출되는 상기 PET 복합소재를 일정길이로 절단하는 콤파운드기;
상기 PET 복합소재를 컨베이어벨트를 이용하여 운송하는 운송기; 및
상기 운송기를 통해 운송된 상기 PET 복합소재를 저장하는 복합재료 저장조
를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 PET와 화산재를 이용한 복합소재 제조장치.
복합소재 제조장치를 이용하여 재활용 PET와 화산재를 이용한 복합소재 제조방법에 있어서,
나일론이 포함된 재활용 PET 70% 중량비, 폐아라미드 레진 20% 중량비, 화산재 10% 중량비로 혼합된 재료들과, 탄소섬유와 유리섬유, ABS를 재료투입호퍼에 투입하는 단계와;
상기 재료투입호퍼에 투입된 상기 재료들을 제습기를 이용하여 10시간~12시간 동안 건조시켜 수분을 제거하는 단계와;
수분이 제거된 상기 재료들을 투입호퍼를 통해 압출기로 투입하고, 스크류를 이용하여 서로 교반하며, 교반과 동시에 히터를 통해 열을 인가하여 용융시켜 상기 PET에 포함된 나일론과 상기 폐아라미드 레진이 서로 혼합되면서 접착성을 부여하고, 상기 화산재가 점도를 조절하여 PET 복합재료를 생성하고, 생성된 상기 PET 복합재료를 긴 막대형상으로 압출하여 PET 복합소재를 제조하는 단계와;
압출된 상기 PET 복합소재에 냉각수를 접촉시켜 냉각한 후, 콤파운드기를 통해 일정길이로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 PET와 화산재를 이용한 복합소재 제조방법.