KR102525454B1 - Chopped and powdered carbon fiber reinforced material for asphalt mixtures and asphalt mixtures comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a carbon fiber reinforcing material for an asphalt mixture, an asphalt mixture containing the same, and a method for preparing the same and, more specifically, to a rod-shaped asphalt mixture durability reinforcing material obtained by simultaneously impregnating crushed carbon fiber bundles and pulverized carbon fiber powder with a recycled plastic resin and then performing molding, an asphalt mixture containing the same, and a method for preparing the same. The asphalt mixture durability reinforcing material obtained by simultaneously impregnating crushed and pulverized carbon fiber with a recycled plastic resin and performing molding according to the present invention is an asphalt mixture reinforcing material mixed with aggregates and a binder to yield an asphalt mixture, wherein the crushed carbon fiber bundles and the pulverized carbon fiber powder are impregnated with a thermoplastic recycled plastic resin and molded and cut to have the length of 12 to 15 mm and the diameter of 2 to 3 mm.

Description

파쇄 및 분쇄 탄소 섬유를 재생 플라스틱 수지에 함침하여 성형한 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 및 그 제조 방법과, 보강재를 포함하는 아스팔트 혼합물{CHOPPED AND POWDERED CARBON FIBER REINFORCED MATERIAL FOR ASPHALT MIXTURES AND ASPHALT MIXTURES COMPRISING THE SAME}Asphalt mixture durability performance reinforcing material formed by impregnating crushed and pulverized carbon fiber into recycled plastic resin, method for manufacturing the same, and asphalt mixture including the reinforcing material

본 발명은 아스팔트 혼합물용 탄소섬유 보강재 및 이를 포함하는 아스팔트 혼합물 그리고 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 파쇄된 탄소섬유 다발과 분쇄된 탄소섬유 분말을 재생 플라스틱 수지에 동시에 함침한 후 성형한 봉 형태의 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 및 이를 포함하는 아스팔트 혼합물 그리고 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon fiber reinforcing material for an asphalt mixture, an asphalt mixture containing the same, and a method for manufacturing the same, and specifically, a rod shape formed after simultaneously impregnating a crushed carbon fiber bundle and a pulverized carbon fiber powder into a recycled plastic resin. It relates to an asphalt mixture durability performance reinforcing material, an asphalt mixture including the same, and a manufacturing method thereof.

아스팔트 포장은 아스팔트 혼합물로 표면을 덮은 도로포장을 말하는데, 시멘트 콘크리트 포장에 비해 중차량에 대한 적응도가 상대적으로 낮고, 소성변형, 균열, 포트홀 등이 자주 발생한다. 또한, 공용 수명이 짧고 잦은 보수가 요구된다는 문제점이 있다. 하지만, 아스팔트 포장은 시공의 신속성과 간편성, 낮은 유지보수 비용으로 인해 시가지 도로 등 많은 곳에서 이용되고 있다. 도로 포장 중 아스팔트 포장은 90% 이상을 차지한다. Asphalt pavement refers to road pavement covered with an asphalt mixture. Compared to cement concrete pavement, the adaptability to heavy vehicles is relatively low, and plastic deformation, cracks, and potholes often occur. In addition, there is a problem that the common life is short and frequent maintenance is required. However, asphalt pavement is used in many places such as urban roads due to the speed and simplicity of construction and low maintenance costs. Asphalt pavement accounts for more than 90% of road pavement.

아스팔트 포장 도로의 수명을 향상시키고, 아스팔트 포장의 균열 및 소성변형 방지를 위해서, 다양한 방법들이 사용되고 있다. 그 중 한 가지는 고분자로 개질된 고점도 아스팔트 바인더를 사용하거나, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 등에서 선택된 2종 이상의 섬유를 혼합한 보강 섬유를 아스팔트 혼합물에 혼합하여 사용하는 방법이 있다. 하지만, 2종 이상의 이종의 섬유를 혼합한 보강 섬유는 아스팔트 혼합물을 생산할 때 섬유끼리 뭉치는 현상(Balling)이 발생하여, 사용상 문제가 된다. In order to improve the lifespan of asphalt pavement and prevent cracks and plastic deformation of asphalt pavement, various methods are used. One of them is to use a high-viscosity asphalt binder modified with a polymer or to mix reinforcing fibers obtained by mixing two or more types of fibers selected from carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, polyester fibers, and the like into an asphalt mixture. However, reinforcing fibers in which two or more types of heterogeneous fibers are mixed cause balling when producing an asphalt mixture, which is a problem in use.

이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 방법들이 제안되고 있다. 한국등록특허 제10-1494799호는 유리섬유 파분에 폴리프로필렌 외피재로 코팅된 펠릿 형태의 유리섬유 파분 보강재와, 신재인 유리섬유 다발에 폴리프로필렌 수지재가 코팅되어 봉형상을 갖는 섬유 보강재를 별도로 계량하여, 아스팔트 혼합물에 혼합하는 기술에 대해 개시하고 있다. 유리섬유 다발의 경우 2,400~5,400TEX 크기의 유리섬유 롤(Roll)을 종래의 LFT(Long Fiber-reinforced Thermoplastic) 공정으로, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 제작 공정에서 연속적으로 유리섬유를 공급하는 반면, 본 원 발명기술의 경우, 소정의 길이 및 직경으로 사전에 파쇄된 탄소섬유 및 분쇄된 탄소섬유 가루를 단속적으로 공급하는데 큰 차이가 있다. Various methods have been proposed to solve this problem. Korean Patent Registration No. 10-1494799 separates a glass fiber fragment reinforcement in the form of pellets coated with a polypropylene envelope material on glass fiber fragments, and a fiber reinforcement having a rod shape by coating a polypropylene resin material on a new glass fiber bundle. , and discloses a technique for mixing into an asphalt mixture. In the case of glass fiber bundles, glass fiber rolls with a size of 2,400 to 5,400 TEX are continuously supplied in the long fiber-reinforced thermoplastic manufacturing process by the conventional LFT (Long Fiber-reinforced Thermoplastic) process. In the case of the inventive technology, there is a big difference in intermittently supplying carbon fibers previously crushed to a predetermined length and diameter and pulverized carbon fiber powder.

또한, 한국등록특허 제10-1659727호는 무기계 연속섬유 1종 및 무기계 분쇄섬유 2종을 열가소성 수지와 균일하게 혼합하고, 이를 봉형태와 골재 형태의 2종의 펠릿 형태로 압출하여 개질 아스팔트용 펠릿을 제조하는 기술을 개시하고 있다. In addition, Korean Patent Registration No. 10-1659727 discloses pellets for modified asphalt by uniformly mixing one kind of inorganic continuous fiber and two kinds of inorganic pulverized fibers with a thermoplastic resin and extruding them in the form of two kinds of pellets, a rod form and an aggregate form. Discloses a technology for manufacturing.

하지만 상기한, 등록특허의 보강재는 공히 2 종 이상의 보강재를 개별적으로 혼합하여 사용하고 있으며, 이 경우, 각각의 보강재를 개별적으로 사출하여 생산해야 하며, 각각의 보강재의 사용량을 개별적으로 계량하여 사용하거나, 별도의 외부 투입 기계장치를 사용해야 하는 공정을 거치기 때문에, 제조공정이 복잡하고, 비용이 증가하는 문제점이 있다. However, the above-mentioned reinforcing materials of the registered patent are used by individually mixing two or more types of reinforcing materials. In this case, each reinforcing material must be individually injected and produced, and the amount of each reinforcing material is individually measured and used. However, since the process requires the use of a separate external input machine, the manufacturing process is complicated and the cost increases.

종래의 섬유를 사용하는 아스팔트 혼합물 보강재 기술은 사용하는 섬유의 길이가 장섬유 단일 종류로 12mm 이상이며, 섬유의 두께가 아스팔트 혼합물에 함유된 아스팔트 바인더의 필름 두께인 약 0.02~0.05mm에 비해 상대적으로 최소 10배 이상 두꺼워, 혼합물 내에서 분산이 골고루 이루어지지 않거나, 섬유 끼리 뭉치는 현상 및 도로 포장 혼합물 혼합 후, 직경이 큰 섬유와 아스팔트 혼합물 계면에서 공극 발생으로 내구성능이 저하되는 단점이 있다. In the conventional asphalt mixture reinforcement technology using fibers, the length of the fibers used is 12 mm or more as a single type of long fiber, and the thickness of the fibers is relatively compared to the film thickness of the asphalt binder contained in the asphalt mixture, which is about 0.02 to 0.05 mm. It is at least 10 times thicker, so there are disadvantages in that the dispersion is not evenly distributed in the mixture, the fibers agglomerate, and the durability is lowered due to the generation of voids at the interface between the large-diameter fibers and the asphalt mixture after mixing the road pavement mixture.

종래 기술의 경우, 롤 형태의 긴 섬유를 플라스틱 수지에 함침하여 성형한 예가 대부분이며, 본 발명과 같이 분쇄 및 파쇄된 섬유를 재생 플라스틱 수지 에 함침한 예는 없다.In the case of the prior art, most of the examples are molded by impregnating long fibers in a roll form with plastic resin, and there is no example in which pulverized and crushed fibers are impregnated with recycled plastic resin as in the present invention.

또 다른 방법으로는 격자 형태로 짜여진 토목 섬유를 중간 중간에 적층 시공하는 방법이 있다. 이러한 예로 한국등록특허 제10-1427375호는 아스팔트 포장공사용 통기성 폴리에틸렌 필름 및 이를 포함하는 아스팔트 보강재를 제시하고 있으나, 현장 시공시 별도의 격자형 보강재를 설치하는 공정을 필요로 하며, 비용이 비싼 문제가 있다. As another method, there is a method in which geotextiles woven in a lattice form are laminated in the middle. As an example, Korean Patent Registration No. 10-1427375 suggests a breathable polyethylene film for asphalt pavement construction and an asphalt reinforcing material including the same, but requires a process of installing a separate lattice type reinforcing material during on-site construction, which is expensive. there is.

한국등록특허 제10-1494799호Korean Patent Registration No. 10-1494799 한국등록특허 제10-1659727호Korean Patent Registration No. 10-1659727 한국등록특허 제10-1427375호Korean Patent Registration No. 10-1427375

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 아스팔트 포장 도로의 소성변형, 균열, 포트홀 등의 파손을 예방하면서, 파쇄된 탄소섬유와 분쇄된 탄소섬유 분말을 열가소성 재생 플라스틱 수지에 동시에 함침하여, 봉형태로 사출 성형함으로써 저비용으로 제조가 가능하고, 아스팔트 혼합물 생산시 보강재 투입이 용이하며, 개선된 아스팔트 혼합물의 내구성능으로 두께를 최소 10% 줄일 수 있어 시공 비용도 절감할 수 있는 아스팔트 혼합물 보강재 및 이를 포함하는 아스팔트 혼합물 그리고 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is intended to solve the above problems, while preventing plastic deformation, cracks, potholes, etc. of asphalt pavement, and impregnating crushed carbon fiber and pulverized carbon fiber powder into thermoplastic recycled plastic resin at the same time, Asphalt mixture reinforcing material that can be manufactured at low cost by injection molding in the form, it is easy to input reinforcing materials when producing asphalt mixture, and the thickness can be reduced by at least 10% due to the improved durability of asphalt mixture, which can also reduce construction costs. It is an object of the present invention to provide an asphalt mixture comprising a mixture and a manufacturing method thereof.

본 발명에 따른 파쇄 및분쇄 탄소 섬유를 재생 플라스틱 수지에 함침하여 성형한 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재는 The asphalt mixture durability performance reinforcing material molded by impregnating the crushed and pulverized carbon fibers into recycled plastic resin according to the present invention

골재 및 바인더와 함께 혼합되어 아스팔트 혼합물을 구성하는 아스팔트 혼합물 보강재에 있어서, In the asphalt mixture reinforcing material mixed with the aggregate and the binder to constitute the asphalt mixture,

파쇄된 탄소섬유 다발과 분쇄된 탄소섬유 분말을 열가소성 재생 플라스틱 수지에 함침한 후에 성형하고 절단하여 길이 12~15mm 및 직경 2~3mm를 갖는다. The shredded carbon fiber bundle and the pulverized carbon fiber powder are impregnated with thermoplastic recycled plastic resin, then molded and cut to have a length of 12 to 15 mm and a diameter of 2 to 3 mm.

그리고 상기 열가소성 재생 플라스틱 수지는 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌 수지가 혼합되어 구성되고, 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 전체 중량 대비 43중량%를 차지하고, In addition, the thermoplastic recycled plastic resin is composed of a mixture of polyethylene and low density polyethylene resin, and accounts for 43% by weight of the total weight of the asphalt mixture durability performance reinforcing material,

상기 파쇄된 탄소섬유 다발은 길이 8mm, 직경 0.1mm, 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 전체 중량 대비 20중량%를 차지하는 탄소섬유 다발과, 길이 15mm, 직경 0.1mm, 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 전체 중량 대비 15중량%를 차지하는 탄소섬유 다발로 구성되고, The shredded carbon fiber bundle has a length of 8 mm, a diameter of 0.1 mm, and a carbon fiber bundle accounting for 20% by weight of the total weight of the asphalt mixture durability performance reinforcing material, and a length of 15 mm and a diameter of 0.1 mm, 15% by weight relative to the total weight of the asphalt mixture durability performance reinforcing material. It is composed of a carbon fiber bundle that occupies

상기 분쇄된 탄소섬유 분말은 직경이 0.1mm 이하이며, 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 전체 중량 대비 22중량%를 차지하는 것을 특징으로 한다. The pulverized carbon fiber powder has a diameter of 0.1 mm or less, and accounts for 22% by weight of the total weight of the asphalt mixture durability performance reinforcing material.

아스팔트 혼합물 내구성능 보강재와 골재와 바인더가 혼합된 아스팔트 혼합물에 있어서, Asphalt mixture In the asphalt mixture in which the durability performance reinforcing material, aggregate and binder are mixed,

상기 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재는 아스팔트 혼합물 전체 중량 대비 0.5~1.5중량%를 차지하는 것을 특징으로 한다. The asphalt mixture durability performance reinforcing material is characterized in that it accounts for 0.5 to 1.5% by weight based on the total weight of the asphalt mixture.

아스팔트 혼합물 내구성능 보강재의 제조방법에 있어서, In the manufacturing method of the asphalt mixture durability performance reinforcing material,

길이 8~15mm로 파쇄된 탄소섬유 다발인 제1재와 직경 0.1mm 이하의 탄소섬유 분말인 제2재를 준비하는 제1단계,A first step of preparing a first material, which is a carbon fiber bundle crushed to a length of 8 to 15 mm, and a second material, which is carbon fiber powder with a diameter of 0.1 mm or less,

상기 제1재 및 2재를 열풍 건조하는 제2단계,A second step of drying the first and second materials with hot air;

혼합 열가소성 재생 플라스틱 수지를 용융하는 제 3단계,A third step of melting the mixed thermoplastic recycled plastic resin;

용융재에 상기 제1재와 제2재를 투입하여 함침 조성물을 제조하는 제4단계; A fourth step of preparing an impregnation composition by adding the first and second materials to the molten material;

함침 조성물을 사출이나 압출 방식으로 성형하여 탄소섬유 보강재 성형품을 제조하는 제5단계; A fifth step of manufacturing a carbon fiber reinforcing article by molding the impregnated composition by injection or extrusion;

상기 제5단계에서 성형된 탄소섬유 보강재 성형품을 냉각하고 길이 12~15mm 및 직경 2~3mm로 절단하여 아스팔트 탄소섬유 보강재 완제품을 제조하는 제6단계;를 포함하여 이루어진다. A sixth step of cooling the carbon fiber reinforcement molded article molded in the fifth step and cutting it into a length of 12 to 15 mm and a diameter of 2 to 3 mm to manufacture a finished asphalt carbon fiber reinforcement product.

본 발명의 파쇄 탄소 섬유 및 분말이 함침된 봉형 탄소섬유 보강재는 열가소성 플라스틱 수지에 파쇄 탄소섬유와 탄소 섬유 분말을 일정 비율로 혼합하여 제조된 수지 조성물에 제1재 및 2재의 탄소 섬유를 함침하여 일정한 크기의 봉 형태로 성형한 것으로, 아스팔트 생산 플랜트 믹서에서 골재와 아스팔트 바인더와 함께 혼합되며, 아스팔트 혼합물 내에서 용융되면서 보강재가 균일하게 분산되어 골재 표면에서 부착강도 개선 및 아스팔트 혼합물의 인성 증대 등으로 아스팔트 혼합물의 내구성을 대폭 증가시킬 수 있다. The rod-shaped carbon fiber reinforcing material impregnated with the crushed carbon fibers and powders of the present invention is obtained by impregnating the carbon fibers of the first and second materials into a resin composition prepared by mixing the crushed carbon fibers and carbon fiber powders in a thermoplastic resin in a constant ratio. It is molded in the form of a rod of the same size, and is mixed with the aggregate and asphalt binder in the asphalt production plant mixer. As it melts in the asphalt mixture, the reinforcing material is uniformly dispersed, improving the adhesion strength on the surface of the aggregate and increasing the toughness of the asphalt mixture. The durability of the mixture can be greatly increased.

또한, 아스팔트 필름 두께와 유사한 직경의 탄소섬유를 활용함으로써, 아스팔트 바인더의 유변학적 특징을 개선하므로, 성능개선 효과는 동적 유변 특성 시험기 (Dynamic Shear Rheometer; DSR)를 이용한 복소전단계수(G*) 값과 위상계수(Sinδ) 비로 측정하며, 일반적인 도로포장용 아스팔트 바인더의 경우, 섭씨 64도 온도에서 1.0 kPa이상 값을 최소 기준으로 활용 하는 바, 아스팔트 바인더 중량 대비 1.5% 중량부의 소량 탄소 보강재를 첨가하여 DSR 실험결과, 섭씨 64도에서 1.731 kPa 의 전단성능이 발현되어 일반 아스팔트의 물리적 성질 (변형에 저항하는 성질)을 개선하는 효과를 나타낸다. In addition, since the rheological characteristics of the asphalt binder are improved by using carbon fibers with a diameter similar to the thickness of the asphalt film, the performance improvement effect is the complex shear constant (G*) value using a dynamic shear rheometer (DSR) In the case of general asphalt binders for road paving, a value of 1.0 kPa or more at a temperature of 64 degrees Celsius is used as a minimum standard. As a result of the experiment, the shear performance of 1.731 kPa at 64 degrees Celsius was expressed, showing the effect of improving the physical properties (properties that resist deformation) of general asphalt.

도 1은 본 발명에 따른 원천재료인 8mm~15mm 내외 길이로 파쇄된 탄소섬유 및 직경 0.1mm 이하 탄소섬유 분말 사진이다.
도 2는 본 발명의 아스팔트 보강재를 제조하기 위한 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 파쇄 탄소섬유 제 1재 다발과 제2재 탄소섬유 분말을 열가소성 플라스틱 수지에 함침하여 보강재의 내외피를 형성한 후, 10~30㎜의 길이 및 직경 2~3㎜로 절단하여 제작된 봉형태의 탄소섬유 보강재를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 보강재를 아스팔트 혼합물에 혼합한 후 탄소 섬유 보강 섬유가 분산되어 있는 상태를 나타낸 사진이다.
도 5, 6, 7은 비교예와 실시예의 아스팔트 혼합물에 대한 마샬안정도 시험결과 이다.
도 8은 비교예와 실시예의 아스팔트 혼합물에 대한 간접인장강도 시험결과 이다.
도 9는 비교예와 실시예의 아스팔트 바인더에 대한 동적유변특성 시험결과 이다.
도 10은 본 발명에 따른 설치대의 사시도이다.
도 11은 도10의 분해 사시도이다.
도12는 도10의 단면도이다.
1 is a photograph of carbon fibers crushed to a length of about 8 mm to 15 mm and carbon fiber powder having a diameter of 0.1 mm or less, which is a source material according to the present invention.
2 is a view schematically showing a manufacturing process for manufacturing the asphalt reinforcing material of the present invention.
Figure 3 is produced by impregnating the first material bundle and the second material carbon fiber powder into a thermoplastic resin to form the inner and outer shells of the reinforcing material, and then cutting them into lengths of 10 to 30 mm and diameters of 2 to 3 mm. Represents a carbon fiber reinforcing material in the form of a rod.
4 is a photograph showing a state in which carbon fiber reinforcing fibers are dispersed after mixing the reinforcing material according to the present invention with an asphalt mixture.
5, 6, and 7 are Marshall stability test results for the asphalt mixtures of Comparative Examples and Examples.
8 is an indirect tensile strength test result for the asphalt mixtures of Comparative Examples and Examples.
9 is a dynamic rheological property test result for the asphalt binders of Comparative Examples and Examples.
10 is a perspective view of a mount according to the present invention.
Fig. 11 is an exploded perspective view of Fig. 10;
Fig. 12 is a sectional view of Fig. 10;

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 파쇄 및분쇄 탄소 섬유를 재생 플라스틱 수지에 함침하여 성형한 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 및 그 제조 방법과, 보강재를 포함하는 아스팔트 혼합물에 대하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the drawings, an asphalt mixture durability performance reinforcing material formed by impregnating crushed and pulverized carbon fibers according to the present invention into a recycled plastic resin, a manufacturing method thereof, and an asphalt mixture including the reinforcing material will be described in more detail.

본 발명에 따른 파쇄 및분쇄 탄소 섬유를 재생 플라스틱 수지에 함침하여 성형한 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 및 그 제조 방법과, 보강재를 포함하는 아스팔트 혼합물에 관하여 보다 구체적으로 설명하기에 앞서, Prior to a more detailed description of the asphalt mixture durability performance reinforcing material, its manufacturing method, and the asphalt mixture containing the reinforcing material, which are molded by impregnating the crushed and pulverized carbon fibers into recycled plastic resin according to the present invention,

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can have various changes and various forms, the implementation examples (or embodiments) will be described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.In each drawing, the same reference numeral, in particular, the same number of tens and ones digits, or the same reference numerals having the same tens digit, ones digit, and alphabet indicate members having the same or similar functions, and unless otherwise specified, each of the drawings Members indicated by reference numerals may be understood as members conforming to these standards.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.In addition, the components in each drawing are expressed in exaggeratedly large (or thick) small (or thin) or simplified expressions in size or thickness in consideration of convenience of understanding, etc., but the scope of protection of the present invention is thereby limited. It shouldn't be.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe a specific embodiment (aspect, aspect, aspect) (or embodiment), and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as ~comprising~ or ~consisting of are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

도면에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 파쇄 및분쇄 탄소 섬유를 재생 플라스틱 수지에 함침하여 성형한 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재(이하 '탄소섬유 보강재'로 명한다)는 탄소섬유 다발(1)과 탄소섬유 분말(3)과 열가소성 플라스틱 수지를 혼합하고 성형하여 제조된다. As shown in the drawing, the asphalt mixture durability performance reinforcing material (hereinafter referred to as 'carbon fiber reinforcing material') formed by impregnating crushed and pulverized carbon fibers into recycled plastic resin according to the present invention includes a carbon fiber bundle (1) and carbon fiber powder (3) is produced by mixing and molding a thermoplastic resin.

도1은 탄소섬유를 생산하는 과정에서 발생하는 부산물인 8~15mm의 파쇄된 탄소섬유 다발(1)과, 직경 0.1mm이하로 분쇄된 탄소섬유 분말(3)을 나타낸 것으로, 상기한 2 종의 탄소섬유 원천 재료를 열가소성 플라스틱 수지에 함침하기 위한 도2의 제조공정을 거쳐, 도3과 같은 탄소섬유 보강재(5)를 생산할 수 있다.1 shows a shredded carbon fiber bundle (1) of 8 to 15 mm, which is a by-product generated in the process of producing carbon fiber, and a carbon fiber powder (3) pulverized to a diameter of 0.1 mm or less. Through the manufacturing process of FIG. 2 for impregnating the carbon fiber source material into the thermoplastic resin, the carbon fiber reinforcing material 5 shown in FIG. 3 can be produced.

본 발명의 제1재인 파쇄된 탄소섬유 다발(1)은 8~15㎜ 길이를 갖고, 직경은 0.1mm 내외이며, 직경 0.01mm 이하의 개별 탄소섬유 가닥 10개 이상으로 이루어지고, The shredded carbon fiber bundle (1), which is the first material of the present invention, has a length of 8 to 15 mm, a diameter of about 0.1 mm, and is composed of 10 or more individual carbon fiber strands with a diameter of 0.01 mm or less,

제2재인 탄소섬유 분말(3)은 상기 파쇄 탄소섬유 다발(1)을 분쇄하여 직경 0.1mm 이하로 분말화한 재료이다. The second material, carbon fiber powder 3, is a material obtained by pulverizing the shredded carbon fiber bundle 1 to a diameter of 0.1 mm or less.

상기 탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴 섬유(PAN)를 탄화하여 얻을 수 있고, PAN 탄소섬유를 생산하는 과정에서 발생하는 파단된 탄소섬유 다발(1)을 길이 8~15mm 로 파쇄된 제1재와, 직경 0.1mm 이하로 분말화 한 제2재를 사용한다. The carbon fiber can be obtained by carbonizing polyacrylonitrile fiber (PAN), and a first material in which the broken carbon fiber bundle (1) generated in the process of producing PAN carbon fiber is crushed to a length of 8 to 15 mm, A second material powdered to a diameter of 0.1 mm or less is used.

탄소섬유는 융점이 섭씨 1,800도 이상이며, 직경이 1,200~2,400TEX인 섬유로서, 비중이 1.8~2.0, 인장강도는 2,500 MPa 이상, 인장 탄성율은 300~600 GPa 인 것이 바람직하다.The carbon fiber is a fiber having a melting point of 1,800 degrees Celsius or more and a diameter of 1,200 to 2,400 TEX, a specific gravity of 1.8 to 2.0, a tensile strength of 2,500 MPa or more, and a tensile modulus of 300 to 600 GPa.

파쇄 탄소섬유 다발(1) 제1재와 탄소섬유 분말(3) 제2재를 열가소성 플라스틱 수지에 함침하고, 함침 조성물을 사출노즐을 통해 성형하여 10~30㎜의 길이, 바람직하게는 골재 직경 크기의 약 1.2~1.5배, 즉 명목 골재 최대 입경의 한 단계 아래 체 크기가 10mm 입경인 경우, 12~15mm 내외의 길이 및 직경 2~3㎜로 절단하여 봉형태의 탄소섬유 보강재(5)를 제작한다. The first material of the shredded carbon fiber bundle (1) and the second material of the carbon fiber powder (3) are impregnated with a thermoplastic resin, and the impregnated composition is molded through an injection nozzle to a length of 10 to 30 mm, preferably an aggregate diameter size. About 1.2 to 1.5 times, that is, when the sieve size is 10 mm below the maximum particle diameter of the nominal aggregate, it is cut to a length of around 12 to 15 mm and a diameter of 2 to 3 mm to produce rod-shaped carbon fiber reinforcement (5) do.

상기 플라스틱 수지는 재생 폴리에틸렌 및 저밀도 폴리에틸렌을 단독으로 혹은 6:4 비율로 포함 할 수 있는데, 상기 폴리에틸렌은 융점이 120~130℃인 것과, 저밀도 폴리에틸렌은 110~120℃ 범위가 바람직하다. 보다 바람직하게는 융점이 120℃ 이하인 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌을 6:4 비율로 혼합하여 사용할 수 있으며, 혼합된 수지의 점도는 135℃에서 1.0 Pa.s 이하를 유지한다. The plastic resin may include recycled polyethylene and low-density polyethylene alone or in a ratio of 6:4, and the polyethylene preferably has a melting point of 120 to 130°C, and the low-density polyethylene preferably has a melting point in the range of 110 to 120°C. More preferably, polyethylene having a melting point of 120°C or less and low density polyethylene may be mixed in a ratio of 6:4, and the viscosity of the mixed resin is maintained at 1.0 Pa.s or less at 135°C.

본 발명의 실시형태에 따르면 플라스틱 수지에 함침되는 상기 탄소섬유 분말(3)은 직경 0.1mm 이하 크기의 파분 또는 산업부산물 분말을 포함하는 경우 135 ℃에서의 점도가 2.0 Pa.s 이하 일 수 있다. 상기 산업부산물 분말은 탄산칼슘 함량이 70중량% 이상인 칼펫(Calpet), 규소(SiO2) 함량이 40 중량% 이상인 플라이애쉬(fly ash), 리젝애쉬(reject ash) 중 1종 이상일 수 있다. 상기 탄소섬유 분말(3) 또는 산업부산물 분말은 75 ㎛ 체 통과분이 최소 20 중량% 이상이되, 45㎛ 체 통과분은 10중량% 이하인 입도분포 잔량율을 갖는 탄소섬유 파분 또는 산업부산물 분말을 채택하는 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, the carbon fiber powder 3 impregnated in the plastic resin may have a viscosity of 2.0 Pa.s or less at 135 ° C. The industrial by-product powder may be at least one of Calpet having a calcium carbonate content of 70% by weight or more, fly ash having a silicon (SiO 2 ) content of 40% by weight or more, and reject ash. The carbon fiber powder (3) or industrial by-product powder has a particle size distribution residual ratio of at least 20% by weight or more for the 75 μm sieve and 10 wt% or less for the 45 μm sieve. Adopting carbon fiber powder or industrial by-product powder it is desirable

본 발명의 탄소섬유 보강재(5)는 열가소성 플라스틱 수지 40~45중량%, 파쇄 탄소섬유 다발(1) 30~35 중량%, 탄소섬유 분말(3) 또는 산업부산물 분말 15~25중량%를 포함하는 것이 바람직하다. The carbon fiber reinforcing material (5) of the present invention includes 40 to 45% by weight of thermoplastic resin, 30 to 35% by weight of shredded carbon fiber bundle (1), and 15 to 25% by weight of carbon fiber powder (3) or industrial by-product powder it is desirable

플라스틱 수지 함량이 40중량% 미만인 경우에는 사출성형 및 함침시 내외피 형성이 어렵고, 플라스틱 수지 함량이 45중량%를 초과하는 경우에는 탄소섬유 제1재 및 제2재 중량부가 적어지게 되므로, 0.5~1.5% 중량부의 탄소섬유 보강재(5)를 함유한 아스팔트 혼합물의 물성 향상 효과가 낮아진다. If the plastic resin content is less than 40% by weight, it is difficult to form the inner shell during injection molding and impregnation, and if the plastic resin content exceeds 45% by weight, the weight parts of the first and second carbon fiber materials are reduced. The effect of improving physical properties of the asphalt mixture containing 1.5% by weight of the carbon fiber reinforcing material 5 is lowered.

도2를 참조하면, 본 발명에 따른 탄소 섬유 보강재를 제조하는 방법은 탄소섬유를 파쇄 및 분쇄하여 재단하는 제1단계와, 재단된 탄소섬유를 열풍 건조하는 제2단계와, 열풍 건조된 탄소섬유를 플라스틱 수지에 함침 한 후에 성형하고 절단하는 제3 내지 제6단계로 구성된다. Referring to FIG. 2, a method for manufacturing a carbon fiber reinforcing material according to the present invention includes a first step of crushing and pulverizing carbon fibers and cutting them, a second step of hot air drying the cut carbon fibers, and hot air dried carbon fibers. It consists of the third to sixth steps of shaping and cutting after impregnating the plastic resin.

본 발명의 아스팔트 탄소섬유 보강재(5)는 다음의 압출 또는 사출 성형 방법으로 제조될 수 있다. The asphalt carbon fiber reinforcing material 5 of the present invention can be manufactured by the following extrusion or injection molding method.

상기 제1단계는 길이 8~15mm로 파쇄된 탄소섬유 다발(1)인 제1재와 직경 0.1mm 이하의 탄소섬유 분말(3)인 제2재를 준비한다. In the first step, a first material, which is a carbon fiber bundle (1) crushed to a length of 8 to 15 mm, and a second material, which is carbon fiber powder (3) with a diameter of 0.1 mm or less, are prepared.

상기 제2단계는 상기 제1재 및 2재를 열풍 건조한다. In the second step, the first and second materials are dried with hot air.

상기 제3단계는 혼합 열가소성 재생 플라스틱 수지를 압출틀이나 사출틀에 투입하여 160~230℃에서 용융한다. In the third step, the mixed thermoplastic recycled plastic resin is put into an extrusion mold or an injection mold and melted at 160 to 230 ° C.

상기 제4단계는 열가소성 플라스틱 수지의 용융재에 상기 제1재와 제2재를 투입하여 함침 조성물을 제조한다. In the fourth step, an impregnation composition is prepared by adding the first material and the second material to the melted material of the thermoplastic resin.

상기 제5단계는 상기 함침 조성물이 사출이나 압출 방식으로 성형하여 탄소섬유 보강재(5) 성형품을 제조한다. In the fifth step, the impregnating composition is molded by injection or extrusion to produce a molded product of the carbon fiber reinforcing material 5.

상기 제6단계는 성형된 탄소섬유 보강재(5) 성형품을 냉각하고 길이 12~15mm 및 직경 2~3mm로 절단하여 아스팔트 탄소섬유 보강재(5) 완제품을 제조한다. In the sixth step, the finished product of the asphalt carbon fiber reinforcing material 5 is manufactured by cooling the molded product of the carbon fiber reinforcing material 5 and cutting it into pieces having a length of 12 to 15 mm and a diameter of 2 to 3 mm.

도 2는 본 발명의 탄소섬유 보강재(5)를 제조하기 위한 제조 장치의 구성의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 것으로, 탄소섬유 보강재(5) 제조 장치는 상기 플라스틱 수지를 용융하고 스크류를 통해 이송시키는 용융기(11)와, 플라스틱 수지의 용융재에 제1재와 제2재가 함침되어 함침용 조성물이 만들어지는 함침조(13)와, 함침용 조성물을 사출성형 또는 압출성형하여 탄소섬유 보강재(5) 성형품을 제조하는 성형기(15)와, 탄소섬유 보강재(5) 성형품을 냉각한 후 절단하여 탄소섬유 보강재(5) 완제품을 제조하는 절단기(17)를 포함한다. Figure 2 schematically shows an embodiment of the configuration of a manufacturing apparatus for producing a carbon fiber reinforcing material 5 of the present invention, the carbon fiber reinforcing material 5 manufacturing apparatus melts the plastic resin and transfers it through a screw A melter 11, an impregnation tank 13 in which the first material and the second material are impregnated into the molten material of plastic resin to make an impregnation composition, and a carbon fiber reinforcing material (5) by injection molding or extrusion molding of the impregnation composition. ) It includes a molding machine 15 for manufacturing a molded product, and a cutting machine 17 for manufacturing a carbon fiber reinforcing material 5 finished product by cutting the molded product after cooling it.

상기 용융기(11)와 성형기(15)와 절단기(17) 등의 장비는 구동시에 진동과 소음이 발생된다. 진동은 제품의 불량을 야기하고 이들 장비의 수명을 단축시키고, 소음은 민원을 발생시킬 수 있다. Equipment such as the melting machine 11, molding machine 15, and cutting machine 17 generate vibration and noise when driven. Vibration causes product failure and shortens the life of these equipment, and noise can cause civil complaints.

이에 본 발명은 이들 장비를 충격 흡수 성능이 뛰어난 설치대(100) 위에 설치하여 진동과 소음을 줄인다. Accordingly, the present invention reduces vibration and noise by installing these devices on a mounting table 100 having excellent shock absorption performance.

상기 설치대(100)에 관한 구체적인 설명은 후술한다. A detailed description of the mount 100 will be described later.

일반적인 연성 아스팔트 콘크리트 도로포장 혼합물의 조성은 5~6% 중량부의 아스팔트 바인더와 94~96% 중량부 내외의 골재로 구성되며, 기타 보강재는 중량부로 0.1~2% 범위에서 조절되는 특징이 있다. The composition of a general ductile asphalt concrete road pavement mixture consists of 5 to 6% by weight of an asphalt binder and 94 to 96% by weight of an aggregate, and other reinforcing materials are controlled in the range of 0.1 to 2% by weight.

상기 조성물 중 아스팔트 바인더는 혼합물의 안정성 및 골재 간 부착력 발현 효과를 제공하며, 아스팔트 바인더의 점착 성능에 따라 혼합물의 내구성능이 크게 좌우되는 특징이 있다. The asphalt binder in the composition provides stability of the mixture and an effect of developing adhesion between aggregates, and the durability of the mixture is greatly influenced by the adhesion performance of the asphalt binder.

온도 변화에 따라 점성 및 탄성 성질을 복수로 가지고 있는 아스팔트 바인더의 물리적 성능을 평가하는 방법은 동적 유변 특성 시험기 (Dynamic Shear Rheometer)를 이용한 복소전단계수(G*) 값과 위상계수(Sinδ) 비로 측정하며, 일반적인 도로포장용 아스팔트 바인더의 경우, 섭씨 64도 온도에서 1.0 kPa이상 값을 최소 기준으로 활용 한다.A method for evaluating the physical performance of an asphalt binder having multiple viscoelastic and elastic properties according to temperature change is measured by the ratio of the complex shear modulus (G*) value and the phase coefficient (Sinδ) using a dynamic rheological property tester (Dynamic Shear Rheometer) In the case of general asphalt binders for road pavement, a value of 1.0 kPa or more at a temperature of 64 degrees Celsius is used as a minimum standard.

상기 온도에서 성능이 부족하거나, 상기 온도 이상에서 소요의 성능 발현을 위해서는 아스팔트 바인더 자체의 점도 개선이 필요하며, 이 경우 일반적으로 삼구역 공중합 고분자 (Styrene - Butadiene-Styrene)를 아스팔트 바인더의 4~6%중량부로 개질하여 점착 성능을 70~82도 온도 조건에서 상기한 1.0 kPa을 상회하도록 성능을 개선하여 활용하기도 한다.If the performance is insufficient at the above temperature, or in order to express the required performance above the above temperature, it is necessary to improve the viscosity of the asphalt binder itself. It is also used by improving the performance so that the adhesive performance exceeds the above 1.0 kPa under the temperature condition of 70 to 82 degrees by modifying by weight part.

그러나, 아스팔트 개질시 많은 열에너지 소모, 일반 혼합물 대비 1.5배 이상의이산화탄소 발생, 혼합시 기계 에너지 소모, 장기간 보관시 상분리 문제, 불포화 이중 탄소결합 존재시 고분자 망상구조의 해리로 탄성 기능 조기 상실 문제, 일반 보다 최소 1.5배 비싼 비용 등의 단점이 있다. However, when reforming asphalt, a lot of heat energy is consumed, 1.5 times more carbon dioxide is generated compared to general mixtures, mechanical energy is consumed during mixing, phase separation problems during long-term storage, problems with early loss of elastic function due to dissociation of polymer network structure in the presence of unsaturated double carbon bonds, There are disadvantages such as cost at least 1.5 times higher.

아스팔트 바인더는 탄화수소계 열가소성 혼합물로 구성 성분이 70~85%의 탄소, 7~12% 수소, 기타 질소 (N), 황(S) 등의 화합물로 아스팔텐(Asphaltene), 레진(Resin) 및 오일 (oil) 등의 극성 및 비극성 분자의 복합적 구성물로 이루어진다. 이때, 점착성능을 발휘하는 성분은 레진 성분으로 골재와 결합시 골재 표면에서 기계적 결합으로 점착성능이 발현되는 기저를 갖는다. Asphalt binder is a hydrocarbon-based thermoplastic mixture composed of 70 to 85% carbon, 7 to 12% hydrogen, and other compounds such as nitrogen (N) and sulfur (S), which are composed of asphaltene, resin, and oil. It consists of a complex composition of polar and non-polar molecules such as (oil). At this time, the component exhibiting the adhesive performance is a resin component, and has a base on which the adhesive performance is expressed by mechanical bonding on the surface of the aggregate when combined with the aggregate.

본 발명은 상기 고비용의 고분자 개질 없이 아스팔트 혼합물 중량 대비 0.5~1.5% 중량부의 탄소섬유 보강재(5) 함량으로 파쇄된 탄소섬유와 분쇄된 탄소섬유 분말(3)을 재생 플라스틱 수지에 함침된 보강재를 활용하여, 직경 0.1mm 이하로 분말화한 탄소섬유 분말(3)의 비표면적 증가에 따른 점착면의 증대로 (1) 상기 아스팔트 바인더의 단점을 극복하는 부문과, 보강재에 함유된 8~15㎜ 길이를 유지하는 파쇄 탄소섬유의 가교역할로 (2) 아스팔트 혼합물 자체의 강도 및 혼합물 내구 안정도를 증진 시키는데 의의가 있다. The present invention utilizes a reinforcing material in which crushed carbon fiber and pulverized carbon fiber powder (3) are impregnated with recycled plastic resin with a carbon fiber reinforcing material (5) content of 0.5 to 1.5% by weight relative to the weight of the asphalt mixture without the expensive polymer modification. Therefore, by increasing the adhesive surface due to the increase in the specific surface area of the carbon fiber powder (3) powdered to a diameter of 0.1 mm or less, (1) overcoming the disadvantages of the asphalt binder, and 8 to 15 mm length contained in the reinforcing material (2) It is meaningful in improving the strength of the asphalt mixture itself and the durability stability of the mixture.

상술한 것과 같이 제조된 탄소섬유 보강재(5)는 골재 및 아스팔트 바인더와 함께 아스팔트 혼합물 플랜트 믹서에서 혼합되어 아스팔트 혼합물을 형성한다. 상기 탄소섬유 보강재(5)는 아스팔트 혼합물 총 중량 대비 0.5~1.5중량%로 포함될 수 있다.The carbon fiber reinforcing material 5 prepared as described above is mixed with the aggregate and the asphalt binder in an asphalt mixture plant mixer to form an asphalt mixture. The carbon fiber reinforcing material 5 may be included in an amount of 0.5 to 1.5% by weight based on the total weight of the asphalt mixture.

상기 골재는 모래, 쇄석, 자갈 등을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 아스팔트 혼합물에서 골재의 함량은 혼합물 총 중량 대비 50~98중량%, 바람직하게는 80~95중량%일 수 있다. 골재의 굵기는 특별히 제한되지 않지만, 굵은 골재 최대 치수가 최대 10~40㎜이고, 2.5㎜(No.8) 체 통과율이 7~65중량%인 골재입도분포를 갖는 것이 바람직하다.The aggregate may be sand, crushed stone, gravel, etc., and is not particularly limited. The content of the aggregate in the asphalt mixture may be 50 to 98% by weight, preferably 80 to 95% by weight, based on the total weight of the mixture. The thickness of the aggregate is not particularly limited, but it is preferable to have an aggregate particle size distribution in which the maximum size of the coarse aggregate is 10 to 40 mm at most and the pass rate of the 2.5 mm (No. 8) sieve is 7 to 65% by weight.

상기 아스팔트 바인더는 스트레이트 아스팔트, 블로운 아스팔트(blown asphalt) 등을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 아스팔트 바인더는 아스팔트 혼합물 총 중량 대비 1~30중량%, 바람직하게는 5~6중량%일 수 있다. As the asphalt binder, straight asphalt, blown asphalt, and the like may be used, and is not particularly limited. The asphalt binder may be 1 to 30% by weight, preferably 5 to 6% by weight, based on the total weight of the asphalt mixture.

아스팔트 혼합물 제조 과정에서 탄소섬유 보강재(5), 골재를 170~180℃의 온도로 가열하여 혼합하는 15~20초 동안 건비빔 단계 수행 이후, 아스팔트 바인더를 상기 중량비로 혼합하여 170~180℃의 온도에서 25~30초 동안 젓은 비빔을 수행하는 것이 바람직하다. In the process of manufacturing the asphalt mixture, after performing the dry mixing step for 15 to 20 seconds in which the carbon fiber reinforcement (5) and the aggregate are heated and mixed at a temperature of 170 to 180 ° C, the asphalt binder is mixed in the above weight ratio and mixed at a temperature of 170 to 180 ° C It is desirable to perform stirring for 25 to 30 seconds at .

본 발명 탄소섬유 보강재(5)의 열가소성 플라스틱 수지의 융점이 아스팔트 혼합물 플랜트 혼합 온도 보다낮기 때 문에, 혼합 과정에서 탄소 보강재의 코팅층이 녹게 되고, 파쇄 탄소 섬유와 탄소섬유 분말(3)이 아스팔트 혼합물에 분산되게 된다. 상대적적으로 낮은 온도에서도 폴리에틸렌 수지가 녹기 때문에, 아스팔트 혼합물 제조 비용이 폴리프로필렌과 같은 고융점의 열가소성 수지를 사용하는 경우보다 낮아지므로, 경제성이 우수하다. Since the melting point of the thermoplastic resin of the carbon fiber reinforcing material (5) of the present invention is lower than the mixing temperature of the asphalt mixture plant, the coating layer of the carbon reinforcing material is melted during the mixing process, and the crushed carbon fibers and the carbon fiber powder (3) are mixed with the asphalt mixture. will be distributed in Since the polyethylene resin melts even at a relatively low temperature, the cost of preparing the asphalt mixture is lower than that of using a thermoplastic resin having a high melting point such as polypropylene, and thus the economical efficiency is excellent.

이하에서는 실시예를 들어서 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

실시예 Example

본 발명에서 제조된 탄소섬유 보강재(5)를 포함하는 아스팔트 혼합물의 내구성을 평가하였다. 본 발명의 아스팔트 보강재, 잔골재, 굵은골재, 석분 필러(filler), 아스팔트 바인더를 아래 표 1의 함량으로 포함하는 아스팔트 혼합물의 시편을 준비하고 내구성 평가를 위한 마샬 안정도 시험, 간접인장강도 시험, 및 동전단(Dynamic Shear Rheometer) 시험 등을 실시하였다.The durability of the asphalt mixture including the carbon fiber reinforcing material (5) prepared in the present invention was evaluated. Specimens of an asphalt mixture containing the asphalt reinforcing material, fine aggregate, coarse aggregate, stone powder filler, and asphalt binder of the present invention in the contents shown in Table 1 below were prepared, and Marshall stability test, indirect tensile strength test, and coin for durability evaluation were performed. Dan (Dynamic Shear Rheometer) test and the like were conducted.

구분division 골재
함량
(wt%)
aggregate
content
(wt%)
석분 필러
함량
(wt%)
stone dust filler
content
(wt%)
아스팔트바인더
함량
(wt%)
asphalt binder
content
(wt%)
보강재 함량
(wt%)
Reinforcement content
(wt%)
비교예 1(일반)Comparative Example 1 (general) 93.093.0 1.81.8 5.25.2 00 비교예 2 (유리섬유)Comparative Example 2 (glass fiber) 93.093.0 1.81.8 5.25.2 1.01.0 실시예 (탄소섬유)Example (carbon fiber) 93.093.0 1.81.8 5.25.2 1.01.0

비교예 1은 일반적으로 사용하는 아스팔트 혼합물이며, 비교 예 2는 한국등록특허 제10-1494799호에 제시된 유리섬유 보강 혼합물이며, 실시예의 경우 비교예와 동일한 조건의 혼합물에 본 발명의 탄소섬유 보강재(5)를 1.0중량%로 첨가했다. Comparative Example 1 is a commonly used asphalt mixture, Comparative Example 2 is a glass fiber reinforced mixture presented in Korean Patent Registration No. 10-1494799, and in the case of Examples, the carbon fiber reinforcing material of the present invention ( 5) was added at 1.0% by weight.

도 4와 같이 아스팔트 보강재의 투입후 통상적인 혼합 과정 후에 아스팔트 보강재의 보강섬유(탄소섬유)가 잘 분산되었음을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that the reinforcing fibers (carbon fibers) of the asphalt reinforcing material were well dispersed after the usual mixing process after the input of the asphalt reinforcing material.

도 5, 도 6, 도 7의 상대적 비교시험결과, 탄소 섬유 보강재를 포함한 실시예의 아스팔트 혼합물의 평균 마샬안 정도에 의한 내구성능값이 비교예 1(일반) 대비 약 1.4배, 비교 예2(유리섬유 보강) 1.3배 이상 개선되었음을 확인할 수 있었다. As a result of the relative comparison test of FIGS. 5, 6, and 7, the durability performance value according to the average Marshall's degree of the asphalt mixture of Examples including carbon fiber reinforcing materials was about 1.4 times that of Comparative Example 1 (general) and Comparative Example 2 (glass fiber reinforcement) was confirmed to be improved by more than 1.3 times.

도 8은 간접인장강도 시험으로 탄소 섬유 보강재를 포함한 실시예의 아스팔트 혼합물의 평균 간접인장강도에 의한 내구성능 값이 비교예 1(일반) 대비 약 1.2배 이상 개선되었음을 확인 하였으며, 탄소 섬유 보강혼합물의 공극율이 비교예 보다 평균 2.11MPa 매우 큰 강도 발현이 이루어 졌음을 알 수 있다.8 is an indirect tensile strength test, confirming that the durability performance value by average indirect tensile strength of the asphalt mixture of Example including the carbon fiber reinforcement was improved by about 1.2 times or more compared to Comparative Example 1 (general), and the porosity of the carbon fiber reinforcement mixture It can be seen that the average strength development of 2.11 MPa was greater than that of this comparative example.

도 9는 동적 유변 특성 시험결과로, 아스팔트 바인더 중량대비 1.5% 중량부의 소량의 탄소 보강재를 첨가하여 DSR 실험결과, 섭씨 64도에서 1.731 kPa 의 전단성능이 발현되어 일반 아스팔트의 물리적 성질 (변형에 저항하는 성질)을 개선하는 효과를 나타낸다. 9 is a dynamic rheological property test result. As a result of the DSR experiment by adding a small amount of carbon reinforcing material at 1.5% by weight relative to the weight of the asphalt binder, a shear performance of 1.731 kPa was expressed at 64 degrees Celsius, showing the physical properties of general asphalt (resistance to deformation properties) to show the effect of improving

도10 내지 도12에는 전술한 바와 같이 상기 용융기(11), 성형기(15), 절단기(17) 등의 장비가 설치되는 설치대(100)가 도시되어 있고, 설치대(100)에는 가해지는 충격을 분산시켜서 완충효율을 높이는 충격분산수단이 구비된다. 도면에서는 이러한 충격분산수단을 구비한 설치대의 구성과 구조 그리고 작동 매커니즘의 파악이 용이하도록 구성요소들을 다소 과장되게(실제 치수와 다르게) 도시하고 있다. As described above, FIGS. 10 to 12 show a mounting table 100 on which equipment such as the melting machine 11, molding machine 15, and cutting machine 17 is installed, and the impact applied to the mounting table 100 is shown. A shock dissipation means is provided to disperse and increase buffering efficiency. In the drawings, the components are shown somewhat exaggerated (different from actual dimensions) so that it is easy to understand the configuration and structure of the mounting table equipped with the impact dispersing means and the operating mechanism.

상기 설치대(100)는 바닥에 놓이는 바닥판(110)과, 상기 바닥판(110) 위에 배치되며 그 위에 장비가 놓이는 완충판(120)과, 상기 바닥판(110)과 완충판(120) 사이 곳곳에 개재되어서 완충판(120) 위에 가해지는 충격을 흡수하는 완충스프링(130)을 포함하여 이루어진다. The mounting table 100 includes a floor plate 110 placed on the floor, a buffer plate 120 disposed on the floor plate 110 and on which equipment is placed, and various places between the floor plate 110 and the buffer plate 120. A buffer spring 130 is interposed therebetween to absorb shock applied to the buffer plate 120.

상기 완충판(120) 위에 설치된 장비가 구동시에 발생되는 충격은 일반적으로 특정 부위에 집중된다. 즉, 장비의 구동에 따른 충격은 완충판(120) 전체에 균일하게 분산되는 경우 보다는 완충판(120)의 특정 부위에 집중되는 경우가 많다. 완충판(120)에 가해지는 충격이 특정 부위에 집중되면 완충판(120)은 충격에 의해 기울어지게 되고, 완충판(120)이 기울어지면 충격흡수 효율이 저하되고, 기울어진 완충판(120)이 원위치로 복원되는 과정에서 반대방향으로 기울어지는 현상이 반복되는 요동이 발생되고, 장비는 기울어지는 완충판(120) 위에서 밀려 이동되면서 충격흡수 효율을 더 저하시키고 완충판(120)의 기울어짐을 더 심해지도록 한다. Impact generated when the equipment installed on the buffer plate 120 is driven is generally concentrated on a specific part. That is, the shock caused by the operation of the equipment is often concentrated on a specific part of the buffer plate 120 rather than being uniformly distributed throughout the buffer plate 120 . When the shock applied to the buffer plate 120 is concentrated on a specific part, the buffer plate 120 is tilted by the impact, and when the buffer plate 120 is tilted, the shock absorption efficiency is lowered, and the tilted buffer plate 120 is restored to its original position In the process of being tilted in the opposite direction, repeated shaking occurs, and the equipment is pushed and moved on the inclined buffer plate 120 to further reduce the shock absorption efficiency and make the inclination of the buffer plate 120 more severe.

본 발명은 완충판(120)의 특정 부위에 충격이 가해지는 경우에도 완충판(120)은 기울어짐 없이 전체가 상하방향으로만 이동되도록 하는 충격분산수단을 도입하여서, 완충판(120)에 가해지는 충격이 완충판(120) 전체에 균일하게 분산되면서 위와 같은 문제를 해결한다. In the present invention, even when an impact is applied to a specific part of the buffer plate 120, the shock absorber 120 is moved only in the vertical direction without tilting, so that the impact applied to the buffer plate 120 is reduced by introducing an impact dispersing means. While uniformly distributed throughout the buffer plate 120, the above problems are solved.

상기 충격분산수단은 상기 바닥판(110)에 회전 가능하게 구비되는 회전판(140)과, 상기 회전판(140)에 구비되고 상부에 경사면(151)이 형성되는 복수의 제1경사블럭(150)과, 상기 완충판(120)에 구비되는 하부에 상기 경사면(151)에 접촉되는 대응경사면(161)이 형성되는 복수의 제2경사블럭(160)과, 상기 제1경사블럭(150)의 양측에 형성되는 활주레일(153)과, 상기 제2경사블럭(160)의 양측에 구비되고 상기 활주레일(153)에 삽입되어 활주레일(153)을 따라 이동하는 활주롤러(163)를 포함하여 이루어진다. The impact dispersing means includes a rotating plate 140 rotatably provided on the bottom plate 110, a plurality of first inclined blocks 150 provided on the rotating plate 140 and having an inclined surface 151 formed thereon, and , A plurality of second inclined blocks 160 having corresponding inclined surfaces 161 in contact with the inclined surface 151 formed at the lower part of the buffer plate 120 and formed on both sides of the first inclined block 150 It includes a slide rail 153 and a slide roller 163 provided on both sides of the second inclined block 160 and inserted into the slide rail 153 to move along the slide rail 153.

상기 회전판(140)의 하부면 중심에는 상기 바닥판(110)의 중앙에 구비되는 회전축(111)에 회전 가능하게 결합되는 베어링이 구비되고, 상기 바닥판(110)의 상부면에는 상기 회전판(140)의 회전이 원활하게 이루어지도록 하는 회전볼이나 회전롤러가 다수 구비되는 것이 바람직할 수 있다. A bearing rotatably coupled to the rotating shaft 111 provided at the center of the bottom plate 110 is provided at the center of the lower surface of the rotating plate 140, and the rotating plate 140 is rotatably coupled to the upper surface of the bottom plate 110. ) It may be desirable to have a plurality of rotating balls or rotating rollers so that the rotation is made smoothly.

상기 바닥판(110)과 완충판(120)의 모퉁이에는 완충판(120)의 승하강을 가이드하는 가이드공(113)과 가이드핀(123)이 구비되고, 상기 회전판(140)에는 스프링(130) 관통하는 라운드진 형태의 광통공(141)이 형성된다. Guide holes 113 and guide pins 123 are provided at the corners of the bottom plate 110 and the buffer plate 120 to guide the lifting and lowering of the buffer plate 120, and the spring 130 passes through the rotating plate 140. A light through hole 141 having a round shape is formed.

상기 완충판(120)의 특정 부위에 충격이 가해지면서 그 부위가 눌리면, 충격 부위에 가까운 제2경사블럭(160)이 하강하면서 제2경사블럭(160)의 대응경사면(161)이 제1경사블럭(150)의 경사면(151)을 타고 이동하면서 제1경사블럭(150)을 밀고, 그에 따라 회전판(140)은 회전을 하게 된다. 회전판(140)이 회전하게 되면 모든 제2경사블럭(160)에 구비된 활주롤러(163)는 구속되어 있는 활주레일(153)을 따라 이동하면서 자신의 제2경사블럭(160)을 아래로 당겨서 완충판(120)을 하강시킨다. When an impact is applied to a specific part of the buffer plate 120 and the part is pressed, the second inclined block 160 close to the impact part descends and the corresponding inclined surface 161 of the second inclined block 160 moves to the first inclined block While moving along the inclined surface 151 of (150), the first inclined block 150 is pushed, and the rotating plate 140 rotates accordingly. When the rotary plate 140 rotates, the sliding rollers 163 provided on all the second inclined blocks 160 pull down their second inclined blocks 160 while moving along the restrained sliding rails 153. The buffer plate 120 is lowered.

이처럼 상기 충격분산수단은 충격이 완충판(120)의 어느 한 부위에 가해지는 경우에 제2경사블럭(160)들 모두가 동시에 아래도 잡아당겨지도록 함으로써, 완충판(120)은 기울어짐 없이 하부방향으로 이동되도록 하고, 원위치로 복원될 때에도 기울어짐 없이 상부방향으로 이동되도록 한다. As such, the shock dispersing means allows all of the second inclined blocks 160 to be simultaneously pulled down when an impact is applied to any part of the buffer plate 120, so that the buffer plate 120 moves downward without inclination. It is moved, and even when it is restored to its original position, it is moved upward without inclination.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 파쇄 및분쇄 탄소 섬유를 재생 플라스틱 수지에 함침하여 성형한 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 및 그 제조 방법과, 보강재를 포함하는 아스팔트 혼합물에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.In the above description of the present invention, with reference to the accompanying drawings, an asphalt mixture durable performance reinforcing material formed by impregnating crushed and pulverized carbon fibers having a specific shape and structure into recycled plastic resin, a method for manufacturing the same, and asphalt including the reinforcing material Although the mixture has been described, the present invention is capable of various modifications and changes by those skilled in the art, and such modifications and changes should be construed as belonging to the protection scope of the present invention.

1 : 탄소섬유 다발 3 : 탄소섬유 분말
5 : 탄소섬유 보강재 11 : 용융기
13 : 함침조 15 : 성형기
17 : 절단기 100 : 설치대
110 : 바닥판 120 : 완충판
130 : 완충스프링 140 : 회전판
150 : 제1사블럭 153 : 활주레일
160 : 제2경사블럭 163 : 활주롤러
1: carbon fiber bundle 3: carbon fiber powder
5: carbon fiber reinforcement 11: melter
13: impregnation tank 15: molding machine
17: cutter 100: installation stand
110: bottom plate 120: buffer plate
130: buffer spring 140: rotating plate
150: first company block 153: slide rail
160: second inclined block 163: sliding roller

Claims (5)

골재 및 바인더와 함께 혼합되는 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재로서,
파쇄된 탄소섬유 다발과 분쇄된 탄소섬유 분말을 열가소성 재생 플라스틱 수지에 함침한 후에 성형하고 절단하여 길이 12~15mm 및 직경 2~3mm를 갖는 파쇄 및 분쇄 탄소 섬유를 재생 플라스틱 수지에 함침하여 성형한 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재에 있어서,

상기 열가소성 재생 플라스틱 수지는 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌 수지가 혼합되어 구성되고, 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 전체 중량 대비 43중량%를 차지하고,
상기 파쇄된 탄소섬유 다발은 길이 8mm, 직경 0.1mm, 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 전체 중량 대비 20중량%를 차지하는 탄소섬유 다발과, 길이 15mm, 직경 0.1mm, 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 전체 중량 대비 15중량%를 차지하는 탄소섬유 다발로 구성되고,
상기 분쇄된 탄소섬유 분말은 직경이 0.1mm 이하이며, 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재 전체 중량 대비 22중량%를 차지하는 것을 특징으로 하는 파쇄 및 분쇄 탄소 섬유를 재생 플라스틱 수지에 함침하여 성형한 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재.
As an asphalt mixture durability performance reinforcing material mixed with aggregate and binder,
Asphalt formed by impregnating the shredded carbon fiber bundle and the pulverized carbon fiber powder into a thermoplastic recycled plastic resin, then molding and cutting, and impregnating the crushed and pulverized carbon fibers having a length of 12 to 15 mm and a diameter of 2 to 3 mm into the recycled plastic resin. In the mixture durability performance reinforcing material,

The thermoplastic recycled plastic resin is composed of a mixture of polyethylene and low-density polyethylene resin, and accounts for 43% by weight of the total weight of the asphalt mixture durability performance reinforcing material,
The shredded carbon fiber bundle has a length of 8 mm, a diameter of 0.1 mm, and a carbon fiber bundle accounting for 20% by weight of the total weight of the asphalt mixture durable performance reinforcing material, and a carbon fiber bundle having a length of 15 mm and a diameter of 0.1 mm, 15% by weight relative to the total weight of the asphalt mixture durability performance reinforcing material. It is composed of a carbon fiber bundle that occupies
The pulverized carbon fiber powder has a diameter of 0.1 mm or less, and the asphalt mixture durability performance reinforcing material is molded by impregnating the crushed and pulverized carbon fiber, characterized in that it accounts for 22% by weight relative to the total weight of the asphalt mixture durability performance reinforcing material .
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재를 성형하고 절단하는 장비가 설치되는 설치대를 더 포함하되,
상기 설치대는 바닥에 놓이는 바닥판과, 상기 바닥판 위에 배치되며 그 위에 상기 장비가 놓이는 완충판과, 상기 바닥판과 완충판 사이 곳곳에 개재되어서 완충판 위에 가해지는 충격을 흡수하는 완충스프링과, 상기 완충판에 가해지는 충격이 완충판 전체에 균일하게 분산되도록 하는 충격분산수단을 포함하고,
상기 충격분산수단은 상기 바닥판에 회전 가능하게 구비되는 회전판과, 상기 회전판에 구비되고 상부에 경사면이 형성되는 복수의 제1경사블럭과, 상기 완충판에 구비되는 하부에 상기 경사면에 접촉되는 대응경사면이 형성되는 복수의 제2경사블럭과, 상기 제1경사블럭의 양측에 형성되는 활주레일과, 상기 제2경사블럭의 양측에 구비되고 상기 활주레일에 삽입되어 활주레일을 따라 이동하는 활주롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 파쇄 및 분쇄 탄소 섬유를 재생 플라스틱 수지에 함침하여 성형한 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재.
According to claim 1,
Further comprising a mounting table on which equipment for shaping and cutting the asphalt mixture durability performance reinforcing material is installed,
The mounting base includes a floor plate placed on the floor, a buffer plate disposed on the floor plate and on which the equipment is placed, a buffer spring interposed in places between the floor plate and the buffer plate to absorb shock applied to the buffer plate, and the buffer plate It includes an impact dispersing means for uniformly distributing the applied impact to the entire buffer plate,
The impact dispersing means includes a rotary plate rotatably provided on the bottom plate, a plurality of first inclined blocks provided on the rotary plate and having an inclined surface formed thereon, and a corresponding inclined surface provided on the buffer plate at a lower part contacting the inclined surface. A plurality of second slope blocks formed thereon, slide rails formed on both sides of the first slope block, and slide rollers provided on both sides of the second slope block and inserted into the slide rail to move along the slide rail Asphalt mixture durability performance reinforcing material formed by impregnating crushed and pulverized carbon fibers into recycled plastic resin, characterized in that it comprises.
제 1 항에 따른 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재와 골재와 바인더가 혼합된 아스팔트 혼합물에 있어서,
상기 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재는 아스팔트 혼합물 전체 중량 대비 0.5~1.5중량%를 차지하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 혼합물.
In the asphalt mixture in which the asphalt mixture durability performance reinforcing material according to claim 1, the aggregate and the binder are mixed,
The asphalt mixture durability performance reinforcing material is an asphalt mixture, characterized in that it accounts for 0.5 to 1.5% by weight relative to the total weight of the asphalt mixture.
제 1 항에 따른 아스팔트 혼합물 내구성능 보강재의 제조방법에 있어서,
길이 8~15mm로 파쇄된 탄소섬유 다발인 제1재와 직경 0.1mm 이하의 탄소섬유 분말인 제2재를 준비하는 제1단계,
상기 제1재 및 2재를 열풍 건조하는 제2단계,
혼합 열가소성 재생 플라스틱 수지를 용융하는 제 3단계,
용융재에 상기 제1재와 제2재를 투입하여 함침 조성물을 제조하는 제4단계;
함침 조성물을 사출이나 압출 방식으로 성형하여 탄소섬유 보강재 성형품을 제조하는 제5단계;
상기 제5단계에서 성형된 탄소섬유 보강재 성형품을 냉각하고 길이 12~15mm 및 직경 2~3mm로 절단하여 아스팔트 탄소섬유 보강재 완제품을 제조하는 제6단계;를 포함하여 이루어지는 아스팔트 혼합물용 재생 탄소섬유 보강재의 제조 방법.
In the manufacturing method of the asphalt mixture durability performance reinforcing material according to claim 1,
A first step of preparing a first material, which is a carbon fiber bundle crushed to a length of 8 to 15 mm, and a second material, which is carbon fiber powder with a diameter of 0.1 mm or less,
A second step of drying the first and second materials with hot air;
A third step of melting the mixed thermoplastic recycled plastic resin;
A fourth step of preparing an impregnation composition by adding the first and second materials to the molten material;
A fifth step of manufacturing a carbon fiber reinforcing article by molding the impregnated composition by injection or extrusion;
A sixth step of cooling the carbon fiber reinforcement molded product molded in the fifth step and cutting it into a length of 12 to 15 mm and a diameter of 2 to 3 mm to prepare a finished asphalt carbon fiber reinforcement product; manufacturing method.
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