KR20030041975A - 폴리머 폐기물 처리 장치 - Google Patents

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KR20030041975A
KR20030041975A KR10-2003-7002687A KR20037002687A KR20030041975A KR 20030041975 A KR20030041975 A KR 20030041975A KR 20037002687 A KR20037002687 A KR 20037002687A KR 20030041975 A KR20030041975 A KR 20030041975A
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pressure screw
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엘레나바디모브나 안드레예바
안나블라디미로브나 주브코바
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니콜스키 바딤 젠나디에비치
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Abstract

입구(2)와 출구(3)를 갖춘 케이싱(1)을 포함하며, 케이싱(1)의 내측에는 압력 나사(4)와 처리 부재(5)가 회전 가능하게 배치되어 있고, 압력 나사(4)와 처리 부재(5)는 잇따라 배치된 상태에서 맞대기 이음에 의해 상호 단단히 부착되어 있는 폴리머 폐기물 처리 장치. 처리 부재(5)는 회전축에 잇따라 부착된 다수의 차단 부재로 이루어지고, 차단 부재는 링 형상 융기부(7, 8, 19, 20, 21)의 형태로 이루어지며, 환상 리세스(9, 10, 22, 23, 24)에 의해 분리되고, 케이싱(1)의 내표면과 환상 리세스(9, 10, 22, 23, 24)의 표면 사이에는 리세스에 대응하는 다수의 링 형상 체임버(11, 12, 25, 26, 27)가 형성된다. 링 형상 융기부(7, 8, 19, 20, 21)의 상부와 케이싱(1)의 내표면 사이에는 링 형상 틈새(13, 14, 28, 29, 30)가 각각 형성된다. 링 형상 틈새의 폭은 출구(3) 쪽으로 가면서 감소하며, 환상 리세스(9, 10, 22, 23, 24)의 폭 및/또는 한계 깊이는 출구(3) 쪽으로 가면서 감소한다. 처리 부재(5)에 냉각 수단(17)이 제공되고, 및/또는 처리 부재(5)가 배치된 영역에 놓인 케이싱(1)에 냉각 수단이 제공된다. 압력 나사(4)와 압력 나사(4)가 배치된 영역에 놓인 케이싱(1)에 냉각 수단(16)이 제공된다.

Description

폴리머 폐기물 처리 장치{DEVICE FOR RECYCLING POLYMERIC WASTE MATERIAL}
강화 폴리머 폐기물을 처리하는 경우에는, 그러한 폴리머 폐기물을 박리하는데 많은 주의를 기울여야 할뿐만 아니라, 폴리머 성분과 강화 성분 모두를 최대한으로 재이용할 수 있도록 폴리머 매트릭스(polymeric matrix)로부터 모든 강화 성분을 분리시키는데 많은 주의를 기울여야 한다.
밧줄 섬유가 들어 있는 폐기된 타이어를 처리하는 경우, 일반적으로 연마 밀이나 디스크 분쇄기 또는 해머 밀을 이용하여 재료를 크기가 아주 작은 조각으로 쪼갠다 (아이. 아이. 트고브, "폐기된 타이어 활용의 문제점", 모스크바, 로체치즈다트, 1962, 43-48쪽).
종래의 여러 폴리머 폐기물 처리 장치의 결점은 이들 장치를 이용하여 타이어를 처리하는 동안 고무뿐만이 아니라 밧줄 섬유가 잘게 부서져서 많은 양의 고무가 밧줄 섬유와 분리되지 않은 채로 남게 됨에 따라 최종적으로 얻게 되는 제품의품질이 불량하다는 데 있다. 그렇게 잘게 부서진 폐기물을 고무와 코드로 분리하는 것은, 불가능하지는 않지만, 매우 어렵다. 예를 들어, 진동 스크린을 이용하여 분리 작업을 행하는 경우, 밧줄 섬유는 20 내지 50 중량%의 고무를 함유하고, 고무 조각은 약 5-15 중량%의 밧줄 섬유를 함유한다. 고무에 의해 오염된 밧줄 섬유는 소각되는 반면에, 섬유에 의해 오염된 고무 조각은 반복적인 정련 과정을 거치게 된다.
금속 코드(metal cord)로 강화된 산업용 고무 제품을 처리하는 장치는 공지되어 있다. 이러한 장치는 작업실을 포함하고 있으며, 이 작업실 내에는 산업용 고무 제품을 분쇄하기 위한 분쇄 수단과 가스 매체 공급 수단이 장착되어 있다. 상기한 공급 수단으로 오존을 함유한 가스의 공급원이 사용된다 (러시아 연방 특허 제 2060882 호, 국제분류 B29B 17/02, 1992년 9월 17일). 종래의 장치를 이용하여 폐기된 타이어를 처리할 때, 합성 및 금속 코드로부터 고무가 분리되고, 굵은 고무 조각, 금속 와이어 및 합성 코드의 다소 길이가 긴 실로 이루어진 혼합물을 얻게 된다. 이 혼합물은 그 후에 적절한 분리기에 의해 쉽게 분리될 수 있다.
종래의 장치는, 장치가 가동되고 있는 동안에 고무 거대 분자가 산화되고 열화된다고 하는 결함을 가지고 있다. 그 결과, 이렇게 얻어진 고무 조각은 그 활용이 제한된다. 그 밖에, 종래의 장치는, 장치가 사용되는 동안 극히 높은 산화력을 갖는 오존 함유 가스가 주변 환경으로 유출될 때 이로부터 작업 요원을 보호하기 위한 특수한 수단을 필요로 하기 때문에 공정이 복합해진다고 하는 문제점을 가지고 있다.
본 발명에 가장 근접하는 종래 기술에 따른 장치로서, 입구와 출구를 갖춘 원통형 케이싱(cylindrical casing)을 포함하며, 상기 케이싱 내에 압축 나사(compacting screw), 처리 부재(processing member), 연마 회전자(grinding rotor) 등이 설치된 구조로 이루어진 폴리머 재료로부터 분말을 생산하는 장치가 있다. 연마 회전자는 회전체 형태로 되어 있고, 회전 가능하게 장착되며, 케이싱의 내표면에 대해 길이가 긴 환상 간격(lengthy annular clearance)이 형성되어 있고, 압축 나사와 일렬로 배치되어 있으며, 연마 회전자와 압축 나사는 맞대기 이음에 의해 상호 단단히 부착되어 있다. 압축 나사의 표면에는 연마 회전자에 인접한 단부에, 및/또는 연마 회전자의 표면에는 압축 나사에 인접한 단부에 깊이가 1-8 mm로 얕은 링 형상의 홈이 형성되어 있다. 이 장치에는 연마 회전자 및/또는 회전자가 배치되어 있는 영역에 놓인 케이싱을 냉각하기 위한 냉각 수단이 제공되어 있다 (러시아 연방 특허 제 2057013 호, 국제분류 B29B 17/00, 1994년 2월 7일).
종래의 장치를 이용하면, 합성 및 금속 코드를 갖는 폐기된 타이어를 처리할 수 있다. 동작 시에, 처리될 재료의 조각들은 압축 나사의 작용에 의해 실제로는 분쇄되지 않은 상태로 환상 틈새 내로 이송된다. 재료를 길이가 길고 폭은 다소 좁은 환상 틈새로 이송하는 동안에 분해가 이루어지는 반면에 압력은 강하한다. 상기한 상태에서, 모든 분해 단계가 진행된다. 즉, 강화 코드로부터 고무를 분리하고, 코드를 분쇄하고, 고무를 부분적으로는 작은 고무 조각으로 부분적으로는 느슨한 구조와 극히 큰 비표면적을 갖는 입자로 이루어진 미세 분발로 분쇄하는 단계가 사실상 동시에 이루어진다. 이렇게 얻어진 금속 코드의 작은 입자는 느슨한 구조를갖는 고무 입자 안으로 침투하고, 즉시 틈새 안쪽에 놓여서 이들 입자들과 함께 여러 가지 유형의 덩어리를 형성하게 된다. 자기 분리 방법을 이용하여 이들 금속 입자를 고무 분말에서 격리시키기 위한 다양한 시도가 있었지만, 모두 실패하고 말았다. 고무 분말 내의 금속 함량이 높으면 (0.5-2.0 중량%), 종래의 장치를 사용하여 처리된 폴리머 재료의 품질은 떨어지며, 그렇게 얻어진 분말은 그 활용이 제한된다. 그 밖에, 분말 내에 금속 함유물이 존재하게 되면, 타이어 조각을 처리할 때 회전자와 케이싱 모두 급격한 마찰 마모를 경험하게 되며, 그 결과 장치의 사용 수명이 현저히 감소하게 된다. 종래의 장치에 있어서는 케이싱과 회전자 간에 길이가 긴 환상 틈새가 존재하기 때문에 구조의 설계가 매우 중요하지만, 종래의 장치에 의해서는 코드와 고무를 동시에 잘게 부수지 않으면서 코드로부터 폴리머를 분리하는데 필요한 조건을 제공할 수가 없다.
본 발명은 폴리머 재료 처리 분야에 있어서 다양한 섬유, 합성 또는 금속 코드로 강화된 폴리머 재료의 폐기물을 처리하는 장치에 관한 것으로, 특히 폐기된 자동차 타이어 및 항공기 타이어를 재생 이용하기 위한 폴리머 폐기물 처리 장치에 관한 것이다.
도 1은 처리 부재가 회전축에 잇따라 부착된 한 쌍의 차단 부재로 구성되어 있고, 이들 차단 부재는 링 형상 융기부의 형태로 되어 있고, 케이싱의 내표면에는 나선형 홈이 형성되어 있는 폴리머 폐기물 처리 장치의 일실시예의 일부 단면 개략도이다.
도 2는 처리 부재가 회전축에 잇따라 부착된 다섯 개의 차단 부재로 구성되어 있고, 이들 차단 부재는 링 형상 융기부의 형태로 되어 있고, 케이싱의 내표면에는 나선형 홈이 형성된 폴리머 폐기물 처리 장치의 또 다른 실시예의 일부 단면 개략도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
1 - 케이싱(casing)
2 - 입구(charging opening)
3 - 출구(discharging opening)
4 - 압력 나사(pressure screw)
5 - 처리 부재(processing member)
6 - 회전축(rotatable shaft)
7, 8 - 링 형상 융기부(ring-shaped crest)
9, 10 - 환상 리세스(annular recess)
11, 12 - 링 형상 체임버(ring-shaped chamber)
13, 14 - 링 형상 틈새(ring-shaped clearance)
15 - 케이싱 내표면에 형성된 나선형 홈(helical groove)
16 - 압력 나사 냉각 수단(means for cooling the pressure screw)
17 - 처리 부재 냉각 수단(means for cooling the processing member)
18 - 케이싱 냉각 수단(means for cooling the casing)
19, 20, 21 - 링 형상 융기부
22, 23, 24 - 환상 리세스
25, 26, 27 - 링 형상 체임버
28, 29, 30 - 링 형상 틈새
본 발명의 목적은 강화 성분(reinforcing component)의 파손 없이 또는 단지 약간의 파손만으로 강화 성분의 표면으로부터 폴리머를 분리할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 입구(charging opening)와 출구(discharging opening)를 갖춘 케이싱(casing)을 포함하며, 케이싱의 내측에는 압력 나사(pressure screw)와 출구 근처에 배치된 처리 부재(processing member)가 회전 가능하게 배치되어 있는 폴리머 폐기물 처리 장치에 의해 달성된다. 처리 부재는 처리될 재료가 입구에서 출구쪽으로 이동하는 것을 저지하는 차단 효과를 제공한다. 압력 나사와 처리 부재는 잇따라 배치된 상태에서 맞대기 이음에 의해 상호 단단히 부착된다. 처리 부재에는 냉각 수단(cooling means)이 제공되고, 및/또는 압력 나사와 처리 부재가 배치된 영역에 놓인 케이싱에 냉각 수단이 제공된다.
본 발명에 따라, 처리 부재는 회전축에 잇따라 부착된 다수의 차단 부재(obstructive member)로 이루어져 있고, 차단 부재는 링 형상 융기부(ring-shaped crest)의 형태로 되어 있고, 환상 리세스(annular recess)에 의해 분리되어 있으며, 케이싱의 내표면과 환상 리세스의 표면 사이에는 리세스에 대응하는 다수의 링 형상 체임버(ring-shaped chamber)가 형성되어 있다. 링 형상 융기부의 상부와 케이싱의 내표면 사이에는 링 형상 틈새(ring-shaped clearance)가 각각 형성되어 있고, 링 형상 틈새의 폭은 출구쪽으로 가면서 감소하며, 환상 리세스의 폭 및/또는 한계 깊이는 출구쪽으로 가면서 감소한다. 그 밖에, 압력 나사 및/또는 압력 나사가 배치된 영역에 놓인 케이싱에는 냉각 수단이 제공된다.
환상 리세스의 한계 깊이(a limiting depth of the annular recess)라는 용어는 리세스의 최대 깊이를 의미한다.
링 형상 융기부는 그 단면이 장방향, 마름모꼴, 삼각형 형태로 구성될 수 있고, 링 형상 융기부는 2 내지 10개 제공될 수 있다.
본 발명의 장치에서, 어느 하나의 환상 리세스의 폭과 이웃하는 환상 리세스의 폭의 비율은 1.05 내지 2.0이고, 어느 하나의 환상 리세스의 한계 깊이와 이웃하는 환상 리세스의 한계 깊이의 비율은 1.05 내지 2.0이다.
본 발명의 장치에서, 출구에 가장 가까운 환상 리세스는 입구 쪽에서 보았을때 이 리세스에 인접한 링 형상 융기부의 평균 폭의 1.1-2.0배가 넘는 평균 폭을 갖는다.
본 발명의 장치에서, 환상 리세스는 그 단면이 장방형, 마름모꼴, 삼각형, 또는 반원 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 장치에서, 단면이 장방형, 마름모꼴, 삼각형, 또는 반원 형태인 길이방향 및/또는 경사진 홈이 링 형상 융기부의 표면에 배열될 수 있다.
길이방향 및/또는 경사진 홈이라는 용어는 그 축이 처리 부재의 축을 따라 배열되거나 이 축과 각을 이루어 배열되는 홈을 의미한다.
본 발명의 장치에서, 압력 나사 및 처리 부재의 길이의 합과 압력 나사의 직경의 비율은 2.0 내지 3.5이고, 압력 나사의 길이와 처리 부재의 길이의 비율은 1.0 내지 5.0이다.
본 발명의 장치에서, 어느 하나의 링 형상 틈새의 폭과 이웃하는 링 형상 틈새의 폭의 비율이 (1.1-3.0):1이 되도록 링 형상 틈새를 그 폭이 출구를 향하여 감소하는 형태로 구성할 수 있다.
본 발명의 장치에서, 단면이 장방형, 마름모꼴, 삼각형, 또는 반원 형태인 순방향 및/또는 역방향 나선형 홈이 케이싱의 내표면에 형성될 수 있다.
본 발명의 장치에서, 압력 나사를 냉각하기 위한 냉각 수단과 처리 부재를 냉각하기 위한 냉각 수단을 함께 또는 따로 동작 가능하도록 구성할 수 있다.
본 발명의 장치에서, 압력 나사가 배치된 영역에 놓인 케이싱을 냉각하는 냉각 수단과 압력 부재가 배치된 영역에 놓인 케이싱을 냉각하는 냉각 수단을 케이싱을 냉각하는 냉각 수단으로서 함께 동작 가능하게 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리머 폐기물 처리 장치는, 그 구성상의 특징으로 인하여, 특히 처리 부재를 회전축에 잇따라 부착된 다수의 차단 부재로 구성하고, 차단 부재를 링 형상 융기부의 형태로 구성하며, 케이싱의 내표면과 환상 리세스의 표면 사이에 리세스에 대응하는 다수의 링 형상 체임버를 형성하고, 링 형상 융기부의 상부와 케이싱의 내표면 사이에는 링 형상 틈새를 형성함으로써, 코드 또는 섬유로 강화된 폴리머 재료의 성분을 효과적으로 분리 및 분해할 수 있다. 이러한 구성상의 특징으로 인하여, 재료를 처리하는 동안 잇따라 배치된 다수의 링 형상 체임버 내에서 온도는 단계적으로 증가하지만 압력은 그대로 유지됨에 따라 강화 성분으로부터 폴리머를 효과적으로 분리할 수가 있게 된다. 재료가 링 형상 틈새를 통하여 어느 하나의 링 형상 체임버에서 다른 하나의 링 형상 체임버로 이송됨에 따라, 강화 성분의 표면에서 폴리머가 완전하게 분리되고, 강화 성분인 합성 코드(synthetic cord), 금속 코드 등은 파손되지 않은 채로 남아있게 된다. 그 결과, 처리 부재의 표면과 케이싱의 내표면간의 마찰에 의한 마모가 감소된다. 특히, 폐기된 타이어 조각을 처리할 때, 출구를 통해 방출되는 재료는 굵은 고무 조각, 다소 긴 와이어 조각 및 합성 코드의 섬유의 혼합물이다. 나중에 사용할 수 있도록, 이 혼합물의 성분들은 자기 및 진동-공기 분리 방법에 의해 쉽게 분리될 수 있다.
본 발명에 따라 링 형상 융기부의 표면에 길이방향 및/또는 경사진 홈을 형성하고 케이싱의 내표면에 순방향 및/또는 역방향 나선형 홈을 형성함으로써 상화성분의 파손 없이 또는 단지 약간의 파손만으로 강화 성분의 표면으로부터 폴리머를 효과적으로 분리할 수 있다.
압력 나사를 냉각하기 위한 냉각 수단과 처리 부재를 냉각하기 위한 냉각 수단을 함께 또는 따로 동작할 수 있도록 구성함으로써, 특정 폴리머 재료의 처리 시에 장치의 냉각 효율을 크게 높일 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 본 발명에 가장 근접한 종래 기술과 비교하였을 때 신규성을 가지고 있으며, 종래 기술에는 제시되거나 암시되어 있지 않은 구성상의 특징으로 인하여 진보성이 있는 발명임을 알 수 있다.
본 발명에 따른 임시 심사에 의하면, 본 발명은 폭넓은 산업상의 이용가능성을 가지고 있음을 알 수 있다.
도 1에 도시한 폴리머 폐기물 처리 장치는 입구(2)와 출구(3)를 갖춘케이싱(1)을 포함하고 있다. 케이싱(1)의 내측에는 압력 나사(4)와 처리 부재(5)가 배치되어 있다. 압력 나사(4)의 표면에는 나선형 홈이 형성되어 있다. 압력 나사(4)와 처리 부재(5)는 잇따라 배치된 상태에서 맞대기 이음에 의해 상호 단단히 부착되어 있으며 회전 가능하게 장착되어 있다. 처리 부재(5)는 회전축(6)에 잇따라 부착된 한 쌍의 차단 부재로 이루어져 있다. 이들 차단 부재는 두 개의 환상 리세스(9, 10) 및 케이싱(1)의 내표면과 환상 리세스(9, 10)의 표면 사이에 놓인 두 개의 링 형상 체임버(11, 12)를 갖춘 (단면이 사다리꼴 형태인) 두 개의 링 형상 융기부(7, 8)의 형태로 되어 있다. 출구(3)에 가까이 위치하고 있는 환상 리세스(10)의 폭과 한계 깊이는 환상 리세스(9)의 폭과 한계 깊이의 두 배이다. 링 형상 체임버(11)는 입구쪽에서 보았을 때에는 압력 나사(4)와 접하고 있고, 출구쪽에서 보았을 때에는 링 형상 융기부(7)와 접하고 있다. 링 형상 체임버(12)는 입구쪽에서 보았을 때에는 링 형상 융기부(7)와 접하고 있고, 출구쪽에서 보았을 때에는 링 형상 융기부(8)와 접하고 있다. 링 형상 융기부(7, 8)의 상부와 케이싱(1)의 내표면 사이에는 링 형상 틈새(13)와 링 형상 틈새(14)가 각각 형성되어 있다. 이들 링 형상 틈새(13, 14)의 폭은 출구(3) 쪽으로 가면서 감소한다. 케이싱(1)의 내표면에는 피치가 일정하고 단면은 사다리꼴 형태인 순방향 및 역방향 나선형 홈(15)이 형성되어 있다. 폴리머 폐기물 처리 장치에는 압력 나사를 냉각하는 냉각 수단(16)과 처리 부재를 냉각하는 냉각 수단(17)이 제공되어 있다. 이들 냉각 수단(16, 17)은 함께 동작한다. 폴리머 폐기물 처리 장치에는 압력 나사 및 처리 부재가 배치된 영역에 놓인 케이싱을 냉각하는 냉각 수단(18)이 또한 제공되어 있다.
도 2에 도시한 폴리머 폐기물 처리 장치는 입구(2)와 출구(3)를 갖춘 케이싱(1)을 포함하고 있다. 케이싱(1)의 내측에는 압력 나사(4)와 처리 부재(5)가 배치되어 있다. 압력 나사(4)의 표면에는 나선형 홈이 형성되어 있다. 압력 나사(4)와 처리 부재(5)는 잇따라 배치된 상태에서 맞대기 이음에 의해 상호 단단히 부착되어 있으며 회전 가능하게 장착되어 있다. 처리 부재(5)는 회전축(6)에 잇따라 부착된 다섯 개의 차단 부재로 이루어져 있다. 이들 차단 부재는 (단면이 반원 형태인) 다섯 개의 환상 리세스(9, 10, 22, 23, 24) 및 케이싱(1)의 내표면과 환상 리세스(9, 10, 22, 23, 24)의 표면 사이에 놓인 다섯 개의 링 형상 체임버(11, 12, 25, 26, 27)를 갖춘 다섯 개의 링 형상 융기부(7, 8, 19, 20, 21)의 형태로 되어 있다. 환상 리세스(9, 10, 22, 23, 24)는 출구쪽으로 가면서 1.2의 비율로 감소하는 폭과 한계 깊이를 갖는다. 링 형상 융기부(7, 8, 19, 20, 21)의 상부와 케이싱(1)의 내표면 사이에는 링 형상 틈새(13, 14, 28, 29, 30)가 각각 형성되어 있다. 이들 링 형상 틈새(13, 14, 28, 29, 30)의 폭은, 어느 하나의 링 형상 틈새의 폭이 출구에 더 가까운 이웃하는 링 형상 틈새의 폭보다 1.2의 비율로 더 작아지도록, 출구(3) 쪽으로 가면서 감소한다. 케이싱(1)의 내표면에는 순방향 및 역방향 나선형 홈(15)이 형성되어 있다. 폴리머 폐기물 처리 장치에는 압력 나사를 냉각하는 냉각 수단(16)과 처리 부재를 냉각하는 냉각 수단(17)이 제공되어 있다. 이들 냉각 수단(16, 17)은 함께 동작한다. 폴리머 폐기물 처리 장치에는 압력 나사 및 처리 부재가 배치된 영역에 놓인 케이싱을 냉각하는 냉각 수단(18)이또한 제공되어 있다.
도 1에 도시한 폴리머 폐기물 처리 장치는 다음과 같이 동작한다.
폴리머 재료(사전에 15 x 15 x 15 mm 크기로 절단된 항공기 타이어)를 케이싱(1)의 입구(2)에 지속적으로 투입한다. 처리될 재료는 고무와 고강도 합성 코드로 구성되어 있다. 고강도 합성 코드의 함량은 약 50 중량%이다. 압력 나사를 냉각하기 위한 냉각 수단(16)과, 압력 부재를 냉각하기 위한 냉각 수단(17)과, 압력 나사 및 처리 부재가 배치된 영역에 놓인 케이싱을 냉각하는 냉각 수단(18) 안으로 냉각제(냉각수)를 공급하여 폴리머 폐기물 처리 장치를 냉각한다. 항공기 타이어 조각은 회전하는 압력 나사(4)에 의해 포획되고, 냉각 상태에서 점진적으로 압축된 후에, 링 형상 체임버(11)로 이송된다. 링 형상 체임버(11) 내에서는 점진적인 압축 및 전단 응력이 가해지는 상태에서 재료에 대한 고밀도 공정이 수행되고 이러한 재료로부터 모놀리식 층이 형성된다. 링 형상 융기부(7)의 형태로 된 차단 부재로 인해 링 형상 체임버(11) 내에는 사실상 일정한 압력이 유지된다. 처리는 이러한 모놀리식 층의 격렬한 자기 가열 및 가장 격렬한 전단 응력이 발생하는 미소 영역에서의 미소 균열의 형성에 의해 이루어진다. 강화 섬유에 응력이 집중되기 때문에, 대부분의 미소 균열은 강화 섬유의 표면 주위에서 발생한다. 상기한 처리는 선택적인 특성이다. 즉, 높은 전단 응력은 다수의 섬유 다발이 존재하는 영역에서만 발생한다. 동일한 전단 응력이 전단 응력 작용 방향을 따라 배열된 섬유, 즉 장치의 축과 직각을 이루어 배열되고 동시에 회전 반경과 직각을 이루어 배열되는 섬유 근처에서 발생한다. 이들 미소 영역은 취약한 지점으로서, 이 지점에서 고무가 가장 격렬하게 코드로부터 벗겨진다. 조각난 재료가 링 형상 틈새(13)를 통과함에 따라, 이들 미소 영역 안쪽에서 섬유의 분리 및 재료의 분해가 완료된다. 상기 틈새를 통과할 때 코드 실의 배열이 제멋대로 변한다. 이러한 현상은 어느 정도까지는 케이싱(1)의 내표면에 나선형 홈(15)이 제공됨으로써 야기된다. 부분적으로 분쇄된 재료 조각은 링 형상 체임버(12) 내에 점진적으로 수거되며, 링 형성 체임버(12) 내에서는 전단 응력과, 자기 가열의 결과로서 얻어지는 더욱 높은 온도와, 다소 높은 압력이 작용하는 상태에서 새로운 층이 형성되며, 이 층에서 전단에 의해 야기된 최종적인 재료의 분해 및 나머지 코드 섬유의 분리가 발생한다. 코드 섬유의 분쇄가 어렵고, 고무를 분쇄한 결과 다소 큰 조각들만을 얻게 되는 경우에는, 링 형상 체임버(11, 12) 내에서 비교적 낮은 전단 응력으로 처리가 이루어진다. 분쇄된 재료는 링 형상 틈새(14)를 통과하여 출구(3)로 들어간다. 출구(3)를 통해 방출된, 입자의 크기가 1-8 mm인 고무 조각과 합성 코드의 분쇄하기 어려운 섬유로 이루어진 재료는 진동-공기 분리 방법에 의해 분리된다. 그 결과, 고무의 함량이 3-8 중량% 이하이고 짧은 합성 섬유의 양이 1-3 중량%인 고무 조각을 갖는 합성 섬유가 얻어진다.
도 2에 도시한 폴리머 폐기물 처리 장치는 도 1에 도시한 장치와 유사한 방식으로 동작한다. 이 실시예에 따른 장치에는 다섯 개의 링 형상 체임버가 제공되어 있다. 이 장치는 고강도 폴리머 폐기물, 즉 금속 코드, 유기 플라스틱 등의 함량이 높은 재료를 처리하여 굵은 고무 조각, 금속 와이어 조각, 및 섬유 또는 합성 코드의 혼합물을 얻는다. 혼합물의 평균 길이는 장치 내에 투입되는 타이어 조각에서의 와이어 조각의 길이 및 합성 코드의 섬유의 조각의 길이와 약간만 다르다. 특히, 합성 코드 및 금속 코드로 강화된, 20 x 20 x 20 mm 크기의 트럭 타이어 조각이 케이싱(1)의 입구(2)를 통해 장치 내로 지속적으로 공급된다. 초기에, 이들 조각은 링 형상 체임버(11) 내로 들어가며, 링 형상 체임버(11) 내에서 이들 조각으로부터 층이 형성된다. 압축 및 전단 작용이 가해지는 상태에서, 이 층에 대한 고밀도화가 수행되고, 최대 100-120℃의 온도로 이 층에 대한 자기 가열이 이루어진다. 이 때, 링 형상 융기부(7)로 이루어진 차단 부재는 링 형상 체임버(11)와 함께 링 형상 체임버(11)를 따라 압력이 급강하하는 것을 방지한다. 와이어 및 섬유로부터 고무를 벗겨내는 공정은 재료의 가장 취약한 지점인 와이어 조각과 섬유가 전단 응력 작용 방향으로 따라 배열된 지점에서 시작된다. 각각의 체임버 내에서 이전 층과 비교하여 타이어 조각의 다른 배열을 갖는 재료의 새로운 층을 형성함으로써 하나의 링 형상 체임버에서 다른 하나의 링 형상 체임버로 처리되고 부분적으로 분쇄된 재료가 점진적으로 이송된다. 그와 함께 온도가 단계적으로 증가한다 (냉각 수단(16, 17, 18) 내로 주입되는 냉각제의 온도 및 주입 속도는, 장치가 동작을 하고 있을 때 링 형상 체임버 내에서 처리되는 재료의 온도가 자기 가열로 인한 온도인 100-200℃와 같도록 조절되어야 한다). 재료가 이들 링 형상 체임버를 통해 연속적으로 이송됨에 따라, 고무로부터 코드가 완전하게 분리되고, 비교적 낮은 전단 응력에서 적은 에너지(50-100 kWh)를 소모하면서 분해가 이루어진다. 처리가 이루어질 때 와이어 및 섬유의 분쇄는 수반되지 않으며, 처리 부재(5)의 표면 및 케이싱(1)의 내표면의 격렬한 마찰 마모를 야기하지도 않는다. 이렇게 처리된 타이어조각은 출구(3)를 통해 방출된다. 결과적으로, 입자 크기가 0.5-10 mm인 고무 조각과, 길이가 3-20 mm인 와이어 조각, 길이가 5-20 mm인 합성 코드의 섬유와, 분쇄된 섬유로부터 형성되는 소량의 보풀로 이루어진 혼합물을 얻는다. 이 혼합물은 자기 및 진동-공기 분리 방법에 의해 여러 성분으로 분리된다. 분리 후에 고무 조각은 1-3 중량% 이하의 짧은 합성 섬유와 0.01-0.2 중량% 이하의 금속을 함유한다.
도 2에 도시한 본 발명에 따른 장치의 수명 시험을 통해, 금속 코드 함량이 15 중량%인 트럭 타이어 조각을 연속적으로 처리하는 동안 케이싱의 내표면과 처리 부재의 주위 표면의 마찰 마모는 종래의 장치와 비교하여 2-5 배 감소된다는 것이 증명되었다.
본 발명에 따른 폴리머 폐기물 처리 장치에 의하면, 강화 성분의 파손 없이 또는 단지 약간의 파손만으로 강화 성분의 표면으로부터 폴리머를 분리할 수 있어서, 결과적으로 얻어지는 폴리머 재료의 품질을 향상시킬 수 있고, 처리 부재와 케이싱의 내표면의 마찰 마모가 감소됨으로써 장치의 사용 수명이 증가한다.

Claims (14)

  1. 입구(2)와 출구(3)를 갖춘 케이싱(1)을 포함하며, 케이싱(1)의 내측에는 압력 나사(4)와 처리 부재(5)가 회전 가능하게 배치되어 있고, 압력 나사(4)와 처리 부재(5)는 잇따라 배치된 상태에서 맞대기 이음에 의해 상호 단단히 부착되어 있으며, 처리 부재(5)에는 냉각 수단(17)이 제공되어 있고, 및/또는 처리 부재(5)가 배치된 영역에 놓인 케이싱(1)에는 냉각 수단이 제공된 폴리머 폐기물 처리 장치에 있어서, 처리 부재(5)는 회전축(6)에 잇따라 부착된 다수의 차단 부재로 이루어져 있고, 상기 차단 부재는 링 형상 융기부(7, 8, 19, 20, 21)의 형태로 되어 있고, 환상 리세스(9, 10, 22, 23, 24)에 의해 분리되어 있으며, 케이싱(1)의 내표면과 환상 리세스(9, 10, 22, 23, 24)의 표면 사이에는 상기 리세스에 대응하는 다수의 링 형상 체임버(11, 12, 25, 26, 27)가 형성되어 있고, 상기 링 형상 융기부(7, 8, 19, 20, 21)의 상부와 케이싱(1)의 내표면 사이에는 링 형상 틈새(13, 14, 28, 29, 30)가 각각 형성되어 있고, 상기 링 형상 틈새(13, 14, 28, 29, 30)의 폭은 출구(3) 쪽으로 가면서 감소하며, 상기 환상 리세스(9, 10, 22, 23, 24)의 폭 및/또는 한계 깊이는 출구(3) 쪽으로 가면서 감소하며, 상기 압력 나사(4)에는 냉각 수단(16)이 또한 제공되어 있고, 및/또는 상기 압력 나사가 배치된 영역에 놓인 케이싱(1)에는 냉각 수단이 제공된 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 링 형상 융기부(7, 8, 19, 20, 21)는 그 단면이 장방향, 마름모꼴, 삼각형 형태인 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링 형상 융기부(7, 8, 19, 20, 21)의 개수가 2 내지 10개인 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 환상 리세스(9)의 폭과 이웃하는 환상 리세스(10)의 폭의 비율이 1.05 내지 2.0인 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 환상 리세스(22)의 한계 깊이와 이웃하는 환상 리세스(23)의 한계 깊이의 비율이 1.05 내지 2.0인 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 출구(3)에 가장 가까운 환상 리세스(10, 24)의 평균 폭과 입구(2) 쪽에서 보았을 때 이 리세스에 인접한 링 형상 융기부(7, 20)의 평균 폭의 비율이 (1.1-2.0):1인 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 환상 리세스(9, 10, 22, 23, 24)는 그 단면이 장방형, 마름모꼴, 삼각형, 또는 반원 형태인 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 단면이 장방형, 마름모꼴, 삼각형, 또는 반원 형태인 길이방향 및/또는 경사진 홈이 링 형상 융기부(7, 8, 19, 20, 21)의 표면에 배열된 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 나사(4) 및 처리 부재(5)의 길이의 합과 압력 나사(4)의 직경의 비율이 2.0 내지 3.5인 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 나사(4)의 길이와 처리 부재(5)의 길이의 비율이 1.0 내지 5.0인 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 링 형상 틈새(29)의 폭과 이웃하는 링 형상 틈새(30)의 폭의 비율이 (1.1-3.0):1인 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 단면이 장방형, 마름모꼴, 삼각형, 또는 반원 형태인 순방향 및/또는 역방향 나선형 홈(15)이 케이싱(10)의 내표면에 형성된 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 나사를 냉각하기 위한 냉각 수단(16)과 처리 부재를 냉각하기 위한 냉각 수단(17)은 함께 또는 따로 동작하는 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 나사(4)가 배치된 영역에 놓인 케이싱을 냉각하는 냉각 수단과 압력 부재(5)가 배치된 영역에 놓인 케이싱을 냉각하는 냉각 수단은 케이싱을 냉각하는 냉각 수단(18)으로서 함께 동작하는 것을 특징으로 하는 폴리머 폐기물 처리 장치.
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