KR200253181Y1 - 내열성 고강도 재생 섬유합판의 제조방법과 그 설비 - Google Patents

Abstract

본 고안은 내열성 고강도 재생 섬유합판의 제조방법과 그 생산설비에 관한 것으로 더욱 상세하게는 순수 폐섬유를 이용한 섬유합판의 제조과정에서 고주파가열과 열적외선가열, 열압착과정을 통하여 수분의 확산 및 제거와 동시에 폐섬유를 온도 300℃ 내지 400℃ 사이의 온도로 다단 열처리되어 재생 섬유합판의 내부와 외부의 균일성과 강도 및 내열성을 획기적으로 개선한 내열성 고강도 재생 섬유합판의 제조방법과 타면기, 열적외선 건조기, 폐섬유 저장건조기, 열적외선 가열기, 열롤러 압축조절기, 재단기, 고주파 열전도기, 유압프레스, 냉각프레스, 섬유합판의 자동이송장치와 규격재단기가 순서대로 연결, 자동제어 되어 작업의 효율성과 생산성이 획기적으로 증대된 고강도 재생 섬유합판의 생산설비에 관한 것이다.

본 고안의 제조방법과 생산설비로 제조되는 내열성 고강도 재생 섬유합판은 순수 폐섬유 만을 원료물질로 사용함으로 자연보호와 자원절약의 파급효과가 있으며 다단 열처리에 의한 뛰어난 내열성과 치밀한 구조에서 기인된 기계적 강도, 단열성, 방음성이 우수한 것이 특징이며 본 고안의 재생 섬유합판은 내열성 건축내장재, 건축외장재, 타일 및 바닥재로 사용될 수 있는 것이다.

Description

내열성 고강도 재생 섬유합판의 제조방법과 그 설비{The manufacturing process of thermal stable high performance regenerated veneer board and equipment therefor}

인류의 문명과 함께 필수 불가결한 의복의 원료물질인 섬유는 최초 자연에서 얻어지는 천연섬유만이 사용되었으나 20세기 이후 화학공업의 발달과 더불어 여러 가지 합성섬유가 개발되어 인류의 생활을 풍요롭게 하였으나 이들은 대부분 자연분해가 되지 않는 성질을 가지고 있어 현재 인류는 폐섬유로 인한 심각한 환경오염의 문제에 직면해 있다.

최근 폐섬유로 인한 환경오염문제가 지각되며 이를 재활용하려는 연구가 폭넓게 진행되고 있다. 미국특허 제603782호에서는 폐섬유를 기계적으로 분해하여 혼합 후 부직포를 형성시켜 사용하는 기술을 소개하고 있으며 미국특허 제3978179호에서는열가소성수지를 폐섬유와 혼합하여 바인더로 사용하여 형태안정성이 개선된 부직포의 제조가 가능하다는 기술을 소개하고 있다. 하지만 이들은 모두 폐섬유를 이용하는 것 이외에 아무런 장점이 없으며 기능성 또한 전혀 기대할 수 없으며 아직 폐섬유를 이용하여 제조되는 내열성 고강도 재생 섬유합판에 관한 내용은 없으며 폐섬유를 이용한 내열성 고강도 재생 섬유합판의 제조기술 및 제조설비에 관한 내용 또한 알려진바 없다.

본 고안은 폐섬유를 이용하여 제조되는 내열성 고강도 재생 섬유합판의 제조방법과 제조설비에 관한 것으로 회전식 분쇄기를 이용하여 폐섬유 타면공정의 효율을 극대화시키고 열롤러를 이용한 1차 성형이후 폐섬유는 일정 규격으로 절단되어 철제 프레임에 자동 공급되어 2차 성형 및 재단되어 생산된 내열성 섬유합판은 자동 이동장치를 통하여 자동 적재되며 섬유합판의 생산이 끝난 철재 프레임은 자동회수장치를 통하여 다시 1차 성형된 폐섬유의 공급라인으로 이송되는 생산성 및 효율성이 극대회된 신규의 내열성 고강도 재생 섬유합판의 제조방법과 제조설비에 관한 것이다.

유기화합물로 조성된 섬유를 형성하는 고분자는 일반적으로 300℃ 이상의 온도에서는 쉽게 산화되거나 탄화되어 열분해되는 것이 대부분인데 이러한 열분해과정에서 섬유형성 고분자는 부피와 무게는 급속히 줄며 탄소성분의 성분비는 급속히 증가되는 특징이 있다. 이러한 원리를 이용하여 제조되는 내열성과 강도를 극대화시킨 탄소섬유는 현재 널리 제조되고 있으며 다양한 산업의 분야에서 폭넓게 사용되고 있으며 현재 비교적 탄소섬유의 수율이 높은 아크릴섬유, 셀룰로오스 섬유, 석유피치를 이용한 내열성 고강도 탄소섬유가 많이 제조되고 있다.

본 고안은 내열성 고강도 재생 섬유합판의 제조방법과 그 설비에 관한 것으로 순수 폐섬유를 이용한 섬유합판의 제조과정에서 고주파가열과 열적외선가열, 열압착과정을 통하여 300℃ 내지 400℃ 사이의 온도로 적절한 시간동안 열처리되어 수분의 제거와 내열성을 부여하는 동시에 적절한 압력을 부과하여 재생 섬유합판의 내부와 외부를 균일 치밀하게 하여 강도를 극대화시킨 신규의 재생 섬유합판을 제조하는 방법과 타면기, 열적외선 건조기, 폐섬유 저장건조기, 열적외선 가열기, 열롤러 압축조절기, 재단기, 고주파 열전도기, 유압프레스, 냉각프레스, 섬유합판의 자동이송장치와 규격재단기가 순차적으로 연결, 자동제어 되어 효율성과 생산성이 개선된 것이다.

본 고안은 내열성 고강도 재생 섬유합판의 제조방법과 그 설비에 관한 것으로 폐섬유 자원은 기후와 계절에 관계없이 항상 15%이상의 공정 수분율을 가지고 있으며 이는 고주파가열기를 이용하여 300℃이상의 온도로 가열하기에 충분한 전도성을 부여하여 폐섬유의 외부와 내부를 적절한 온도로 균일하게 건조 및 1차 열처리하는 것이 가능하며, 2차 열적외선 가열기를 이용한 열처리과정을 통하여 폐섬유를 구성하는 내부와 외부의 열가소성 섬유를 완전히 용융시켜 치밀한 구조를 가질 수 있게하고 온도 300℃ 내지 400℃에서 압력 10㎏/㎠ 내지 30㎏/㎠으로 적절한 시간동안 압착될 때 폐섬유의 부분 열분해로 기인된 재생 섬유합판의 내열성이 획기적으로 개선되며 섬유합판의 내부와 외부의 치밀한 구조에서 기인된 기계적인 강도가 증진된 재생 섬유합판을 제조할 수 있는 방법이 제공되어 본 고안에 이르게 되었다.

본 고안의 목적은 내열성 고강도 재생 섬유합판의 제조방법과 그 설비를 제공하는데 있다. 또한, 본 고안은 폐섬유를 이용한 재생 섬유합판의 제조과정에 고주파가열, 열적외선가열, 압축가열의 다단 가열공정을 행하여 재생섬유합판을 구성하는 폐섬유의 부분적인 열분해와 동시에 내열성을 부과하고 치밀한 구조를 가지게 하여 강도를 증진시킨 재생섬유합판을 제조하는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

도면1은 본 고안의 내열성 고강도 재생 섬유합판의 제조설비의 단면도로 선별작업이 끝난 폐섬유를 원통형 회전 타면기가 비교적 균일한 길이의 섬유로 분리, 절단하여 타면하고, 타면된 폐섬유는 (가)의 수직형 저장탱크로 이송되는 과정에서 열적외선 가열기로 1차적인 수분조절이 끝난 폐섬유가 이송되어 저장된 후 수직형 저장탱크 내에 저장된 폐섬유의 하중으로 유입된 적절한 두께의 폐섬유는 (나)의 8개의 열롤러로 구성된 1차 성형기로 이송되어 1차 성형이 이루어지고 (다)의 고주파 가열기, (라)의 열적외선 가열기를 통하여 내부 수분제거 및 치밀한 구조를 가질 수 있기에 충분한 열이 폐섬유에 공급되며 (마)의 제단기를 통하여 성형 프레임에 적재 가능한 적절한 크기의 시트로 절단 된 후 상하로 높낮이가 자동적으로 조절되는 트레벌스(바)를 통하여 적절한 크기의 폐섬유 시트가 성형 프레임에 장착되며 자동이송장치(자)에 유입되어 (사)의 2차 성형기를 통하여 완전한 열융착 및 내열성의 부여가 이루어지고 (아)의 냉각 성형기를 거쳐 본 고안의 내열성 고강도 재생 섬유합판이 제조되며 이후, (자)의 자동이송장치에 의해 섬유합판을 생산한 프레임의 회수 및 재공급이 자동적으로 이루어지며 (차)의 이동식 제단기가 자동으로 섬유합판을 이동시켜 규격에 맞추어 제단하고 적재하여 (카)의 완제품 이송장치를 이용하여 자동 적재되는 것을 특징으로 하는 본 고안의 고강도 재생 섬유합판의 제조장치를 상세하게 보여주고 있다.

도면2는 본 고안의 내열성 고강도 재생 섬유합판의 제조방법을 나타낸 공정도로 세부적으로는 선별작업이 끝난 폐섬유의 효과적인 분쇄를 위해 회전식 분쇄기를 적용하여 타면하고 열적외선 가열기를 이용하여 폐섬유가 적절한 공정 수분율을 가지게 조정한 후 저장탱크로 이송하고 저장하여 1차 성형기에 용도에 따라 적절한 두께의 폐섬유를 공급하여 1차 성형하고, 1차 성형이 끝난 폐섬유 시트는 성형 프레임으로 자동으로 이동되어 적재된다. 이 후 폐섬유 시트는 고주파 가열되어 시트의 내부와 외부에 과량으로 존재하는 수분을 제거하고 열적외선 가열기를 통하여 제조된 섬유합판의 내부와 외부에서 균일하게 치밀한 구조를 가질 수 있게 가열한 후 성형프레임과 함께 폐섬유 시트는 2차 성형장치로 이송되어 최종적으로 본 고안의 내열성 고강도 재생 섬유합판으로 성형되며, 성형이 끝난 섬유합판은 자동이송기를 통하여 제단기로 이송되어 적정 규격으로 제단되며 성형 프레임은 자동이송장치를 통하여 다시 1차 성형이 끝난 섬유합판의 적재부분으로 이동되는 본 고안의 고강도 재생 섬유합판의 제조방법과 공정을 간략하게 보여주고 있다.

도면3은 본 고안의 자동이송장치를 세부적으로 나타낸 것으로 1차 성형이 끝난 폐섬유 시트는 프레임에 적재되어 (a)의 자동 높낮이 조절 이송장치를 통하여 3개의시트((b)-1, (b)-2, (b)-3)가 동시에 2차 성형기로 이송되며 다시 냉각성형기(d)로 이송되어 완전한 성형이 이루어지며 상기한 방법으로 제조된 폐섬유 합판과 프레임 (e)-1, (e)-2, (e)-3은 자동 높낮이 조절 이송장치(f)를 통하여 폐섬유합판은 (e)의 재생섬유합판 수거기를 통해 규격제단기로 이동되고 프레임은 회전롤러를 통하여 (h), (i), (j)의 경로를 통하여 다시 1차 성형이 끝난 폐섬유 시트의 적재부로 자동적으로 이동되어 공급되는 본 고안의 자동이송장치의 작동원리를 잘 보여주고 있다.

본 고안의 내열성 고강도 재생 섬유합판은 합판을 구성하는 폐섬유의 조성이 셀룰로오스, 단백질, 폴리아크릴, 폴리아마이드, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비닐알콜 중 한 가지 또는 두 가지 이상 임의 선택된 것이 사용될 수 있으며 굵기가 5㎛ 내지 100㎛ 사이이고 길이가 1mm 내지 300mm 사이인 것이 사용되어 정면기를 이용하여 두께와 폭이 일정한 폐섬유로 구성된 시트를 제조한 후 수분을 효과적으로 제거하기 위해 고주파를 이용하여 200℃ 내지 250℃ 사이의 온도로 시트의 조성과 두께에 따라 적절하게 1차 열처리 후 열적외선 가열기를 이용하여 280℃ 내지 380℃의 온도로 폐섬유를 구성하는 열가소성 섬유가 충분히 용해될 수 있는 2분 내지 20분 사이의 시간동안 가열하고 폐섬유의 부분적인 열분해와 내열성을 부여할 수있는 300℃ 내지 400℃ 사이의 온도로 폐섬유가 치밀한 구조를 가지기에 충분한 10㎏/㎠ 내지 30㎏/㎠ 사이의 압력으로 2분 내지 20분의 시간동안 압착하여 제조된다.

본 고안의 내열성 고강도 재생 섬유합판은 고주파가열과 열적외선가열, 압축가열을 순차적 적정조건으로 행할 때 열공급의 효율성을 높이는 것이 가능하고 재생 섬유합판을 구성하는 폐섬유의 부분 열분해가 이루어져 강한 내열성의 특징을 가진 재생 섬유합판을 제조할 수 있으며 부수적으로 균일하게 공급되는 열에 의해 재생 섬유합판의 내부구조의 치밀성을 효과적으로 배가시키는 것도 가능하다는 것이 밝혀져 이 획기적인 기술이 제조방법에 적용되어 얻어진 것이다.

이하, 본 고안의 실시예는 본 고안의 일부분을 보다 구체적으로 설명하고 있으나 본 고안의 내용이 이에 국한된 것은 아니다.

실시예

폐섬유로 구성된 시트의 제조

봉제공장에서 얻어진 폐섬유 50kg을 절단기와 타면기를 통하여 완전히 분해시키고 정면기를 통하여 폭 1.2m, 길이 2.4m, 두께 0.6m의 수분율 23%의 폐섬유로 구성된 시트를 제조하였다.

고주파 가열

제조된 폐섬유로 구성된 시트는 고주파 가열기에 투입되어 200℃의 온도로 20분간 가열되어 폐섬유가 함유하고 있는 수분율을 2%로 떨어트렸으며 뒤이은 열처리 공정의 효율을 높일 수 있게 하였다.

열적외선 가열

고주파가열된 시트는 열적외선 가열로를 통하여 300℃의 온도로 10분간 처리되어 시트의 내부와 외부에 존재하는 열가소성 섬유를 완전히 용융시킬 수 있었다.

압축 가열

열적외선 가열 공정을 마친 폐섬유 시트는 바로 압축가열이 가능한 열프레스를 통하여 300℃의 온도로 폐섬유가 치밀한 구조를 가지기에 충분한 30㎏/㎠의 압력으로 10분의 시간동안 압착하여 내열성 고강도 재생 섬유합판을 제조하였다.

프레임의 자동이송

재생 섬유합판의 제조가 끝난 후 재생 섬유합판의 제조에 이용된 프레임은 자동이송장치를 통하여 다시 1차 성형이 끝난 폐섬유를 적재하는 부분으로 공급되었다.

재생 섬유합판의 물성 분석

상기한 방법으로 제조된 본 고안의 내열성 고강도 재생 섬유합판의 물성을 분석한 결과 다음과 같은 데이타를 얻을 수 있었다.

시험항목	기준치(KS 규격)	실험치
비중	0.95 이상	1.12
인장강도(kgf/cm2)	120 이상	245
굴곡강도(kgf/mm2)	2.0 이상	3.55
휨강도 변형량(mm)	15.5 이하	1	15.9
		2	15.5
		3	15.4
		4	16.6
		5	15.5
낙추충격시험	깨짐, 균열 및 기타 사용상 해로움이 없어야 한다.	이상없음
낙하충격시험	±1.0 이하	0
가열변형(%)	± 1 이하	0
내연성시험	자기 소화성이 없을것	이상없음
내후성시험	내알칼리성 시험에서 시험편 표면에 균열, 부품 및 벗겨짐과 현저한 변색 또는 광택의 변화가 없을 것	이상없음
내알칼리성 시험	시험편에 콘크리트가 부착됨이 없어야 하고, 양생된 코크리트는 부서져 내려서는 안됨	이상없음
콘크리트 양생시험	시험편 및 코크리트 양생면의 표면상태가 양호할 것	이상없음

본 고안의 내열성 고강도 재생 섬유합판은 폐섬유를 원료물질로 사용함으로 자연보호와 자원절약의 파급효과가 있으며 기계적 강도, 내열성, 단열성, 방음성이 우수한 특징을 이용한 건축내장재, 건축외장재, 타일 및 바닥재로 사용될 수 있는 것이다. 특히 제조과정에서 물리적으로 부여된 내열성이 재생 섬유합판에 반영구적으로 발휘되어 화재로부터 인류를 보호할 수 있는 신규의 재생 섬유합판이 제공된다.

Claims (3)

1. 도면1과 같이 원통형 회전 타면기가 비교적 균일한 길이의 섬유로 분리, 절단하여 타면하고, 타면된 폐섬유는 (가)의 수직형 저장탱크로 이송되는 과정에서 열적외선 가열기로 1차적인 수분조절이 끝난 폐섬유가 이송되어 저장된 후 수직형 저장탱크 내에 저장된 폐섬유의 하중으로 유입된 적절한 두께의 폐섬유는 (나)의 8개의 열롤러로 구성된 1차 성형기로 이송되어 1차 성형이 이루어지고 (다)의 고주파 가열기, (라)의 열적외선 가열기를 통하여 내부 수분제거 및 치밀한 구조를 가질 수 있기에 충분한 열이 폐섬유에 공급되며 (마)의 제단기를 통하여 성형 프레임에 적재 가능한 적절한 크기의 시트로 절단 된 후 상하로 높낮이가 자동적으로 조절되는 트레벌스(바)를 통하여 적절한 크기의 폐섬유 시트가 성형 프레임에 장착되며 자동이송장치(자)에 유입되어 (사)의 2차 성형기를 통하여 완전한 열융착 및 내열성의 부여가 이루어지고 (아)의 냉각 성형기를 거쳐 본 고안의 내열성 고강도 재생 섬유합판이 제조되며 이후, (자)의 자동이송장치에 의해 섬유합판을 생산한 프레임의 회수 및 제공급이 자동적으로 이루어지며 (차)의 이동식 제단기가 자동으로 섬유합판을 이동시켜 규격에 맞추어 제단하고 적재하여 (카)의 완제품 이송장치를 이용하여 자동 적재되는 것을 특징으로 하는 본 고안의 고강도 재생 섬유합판의 제조장치.
2. 제1항에 있어서 자동이송장치가 도면3과 같이 1차 성형이 끝난 폐섬유 시트가 프레임에 적재되어 (a)의 자동 높낮이 조절 이송장치를 통하여 3개의 시트((b)-1, (b)-2, (b)-3)가 동시에 2차 성형기로 이송되며 다시 냉각성형기(d)로 이송되어 완전한 성형이 이루어지며, 제조된 폐섬유 합판과 프레임 (e)-1, (e)-2, (e)-3은 자동 높낮이 조절 이송장치(f)를 통하여 폐섬유합판은 (e)의 재생섬유합판 수거기를 통해 규격제단기로 이동되고 프레임은 회전롤러를 통하여 (h), (i), (j)의 경로를 통하여 다시 1차 성형이 끝난 폐섬유 시트의 적재부로 자동적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 본 고안의 고강도 재생 섬유합판의 제조장치.
3. 삭제