KR20030041976A - 폴리머 재료 처리 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리머 재료 처리 방법 및 장치에 관한 것이다. 폴리머 재료 처리 방법은 냉각 시의 재료의 압착 및 0.3 내지 1000Hz의 주파수와 0.05 내지 1 사이의 변조 깊이를 갖는 진폭으로 변조된 전단 응력에 의한 후속 작용을 포함하며, 그 최대 전단 응력 값은 1 내지 50N/㎟의 범위에 있다. 상기 압착은 0.7 내지 100MPa의 압력에서 달성되고, 진폭이 변조된 전단 응력의 작용은 소정의 압력 및 냉각 조건 하에서 수행된다. 본 발명의 장치에는 케이싱(1)과, 압축 스크류(5)와, 회전자(8)를 포함하며, 압축 스크류(5)와 회전자(8)의 사이에 및/또는 케이싱(1)의 내면에 각각 배치되는 전단 응력 변조기(7, 15)가 제공되어 있다. 압축 스크류(5)와 회전자(8)의 사이에 배치되는 전단 응력 변조기(7)는 회전 가능하게 설치되며, 타원형 실린더 형태, 또는 직각 다면체 프리즘의 형태, 또는 그 측면에 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열되어 있는 회전체 형태로 설계된다. 케이싱(1)의 내면에 배치된 전단 응력 변조기(15)는 그 표면에 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열되어 있는 링 형상 융기부 형태로 설계된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 장치에는 연마 지대(6) 내부에 설치되는 두개의 부재로 이루어진 전단 응력 변조기가 제공되고, 이 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)는 압축 스크류(5)와 회전자(8)의 사이에 배치되고, 전단 응력 변조기의 제2 부재(17)는 케이싱(1)의 내면에 배치된다.

Description

폴리머 재료 처리 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 장치{METHOD FOR PROCESSING POLYMERIC MATERIAL AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD}

산업용 고무 물품의 처리 방법이 종래 기술에 공지되어 있는데, 이 방법에 따르면 금속으로 보강된 산업용 고무 물품에 그 재료를 분해하여 고무로부터 금속 보강재를 분리하는 기계적인 힘이 가해진다. 이 기계적인 힘의 작용은 오존을 0.01 내지 10 퍼센트 함유하는 가스상 매체에서 수행되며, 고무를 변형시키는 응력이 가해짐에 따라 산업용 고무 물품의 변형값이 적어도 1％ 수준에는 유지된다(1992년 9월 17일자 국제 분류 기호 B29B 17/02의 러시아 연방 특허 제N 2060882호).

그러나, 고무 물품의 처리가 오존 함유 매체 내에서 진행됨으로 인해, 이러한 방식으로 생산된 고무 부스러기는 산화면을 갖고 있다. 이러한 이유로, 생산된 제품의 효용성이 다소 제한적이다. 특히, 이들 고무 부스러기로 제조된 고무 물품은 급속한 노화 현상을 나타내는 경향이 있어 저장 시에 소정의 작동 조건 하에서 그 주요 매개변수들이 최초의 산화되지 않은 고무로 생산된 물품에 비해 세배 내지열 배나 빨리 손상된다.

금속 코드(metal cord)로 보강된 산업용 고무 물품의 처리를 위한 장치가 공지되어 있는데, 이러한 장치는 그 내부에 산업용 고무 제품의 파괴를 위한 분쇄 수단과 가스상 매체의 공급 수단이 장착되어 있는 작업 챔버를 포함하고 있다. 상기 가스상 매체의 공급 수단으로는 오존 함유 가스 공급원이 사용되고 있다(1992년 9월 17일자 국제 분류 기호 B29B 17/02의 러시아 연방 특허 제2060882호).

그러나, 이 공지의 장치는 실제 출력이 다소 낮으며, 장치의 운전 시에, 상당한 수준의 산화력을 갖는 오존 함유 가스의 주위 환경으로의 유출 가능성으로부터 작업자를 보호하기 위한 특수 용도의 수단을 적용할 필요가 있어, 그 작동이 복잡한 것이 특징이다.

본 발명에 따른 방법에 가장 근접한 종래 기술로는 압착 및 후속 전단 응력 및 압력의 동시 작용에 의해 폴리머 재료를 연마하는 방법이 있는데, 폴리머 재료 중에서도 가황 고무, 고무 스크랩, 고무-직물 재료 또는 합성 고무가 이 방법에 의해 연마된다. 상기 압착 과정은 0.2 내지 0.7 MPa의 압력에서 수행되며, 그 후속 전단 응력은 압축 재료 상에서의 0.2 내지 50.0 MPa의 압력에서 0.03 내지 5.0 N/㎟에 맞먹는다. 이러한 압착, 전단 응력 및 압력의 작용은 단일 스크류 방식의 또는 이중 스크류 방식의 압출기 내에서 200 내지 100℃까지의 가열 및 100 내지 30℃까지의 냉각 과정을 연속적으로 반복하는 동안 수행된다(1990년 9월 15일자 국제 분류 기호 B29B 13/10, B29B 17/00 및 B02C 19/22의 발명증 제USSR N 1434663호).

그러나, 공지된 방법을 사용하여 합성 코드를 갖는 산업용 고무 물품 및 고무 스크랩을 처리할 경우 부당하게 높은 에너지 소비가 요구된다. 이것은 압출기 내에서의 재료 처리 동안, 스크류의 맞물림(접촉) 지점들 근처에 위치한 미소 영역의 내측에 최대 전단 응력이 발생하기 때문이다. 게다가, 스크류의 맞물림 지점 근처의 미소 영역 내로 금속 코드 또는 강철 와이어를 가진 타이어 조각이 진입하게 되면 스크류의 손상 및 파손이 야기되므로, 상기 방법으로는 금속 코드를 가진 타이어를 처리할 수 없어, 이러한 방식으로 연마될 수 있는 재료는 그 수가 한정되어 있다. 결과적으로, 압출기를 사용하여 금속 코드로 보강된 스크랩 타이어를 처리하려는 이제까지의 모든 시도들은 코드와 고무를 분리하여 고무를 분쇄하는 데에는 성공하지 못하였다. 또한, 재료의 연속적인 반복 가열 및 냉각은 방법의 생산성을 저하시키며, 에너지 소비를 증대시킨다. (데이터에 따르면, 상기 방법을 사용한 경우의 고무 스크랩과 고무 직물 물품의 연마 시의 에너지 소비율은 1kg 당 0.5 내지 0.7 KW.h 이상이다. 예를 들어, 발명증 제 USSR N 1434663호의 예제 7에 따라 고무가 두 배로 가열 및 냉각되는 경우, 직물 코드를 갖는 이소프렌 고무의 연마 시의 에너지 소비율은 1kg 당 0.6KW.h에 맞먹는다. 특히, 항공기 스크랩 타이어의 처리의 경우, 1kg 당 1 내지 1.5 KW.h 에 이르는 높은 에너지 소비율로도 고무를 파괴할 수도, 코드로부터 고무를 완벽하게 분리할 수도 없다. 따라서, 이 경우, 50％에 이르는 고무가 코드에 접합된 채로 남아 있으며 후속 분리 처리를 통해서도 코드로부터 분리될 수 없다). 더욱이, 연마에 상당히 높은 전단 응력 값이 요구되기 때문에, 공지의 방법을 사용하여 다소 강도가 높은 폴리머 재료를 처리할 경우 그 폴리머 재료로부터 미세한 분말을 생산할 수 없다.

본 발명의 기술적 주제에 따르면, 본 발명의 장치에 가장 근접한 종래 기술로는, 입구(charging opening) 및 출구(discharging opening)를 갖는 원통형 케이싱(cylindrical casing)을 포함하며, 그 케이싱의 내부에는 그 압축 지대에 압축 스크류(compacting screw)가 배치되어 있고 연마 지대에는 연마 회전자(grinding rotor)가 배치되어 있는, 폴리머 재료로부터 분말을 생산하기 위한 장치가 있다. 상기 압축 스크류의 표면에는 나선형 홈(helical groove)이 형성되어 있는데, 이 홈의 깊이는 출구로 갈수록 점차적으로 감소된다. 반면, 연마 회전자는 케이싱과 동축으로 장착되어 있는데, 상기 케이싱의 내면에 대해 환형 간격을 형성하는 상태로 회전 가능하게 압축 스크류와 일직선으로 배치되어 있다. 상기 압축 스크류 표면의 연마 회전자에 인접한 단부에, 및/또는 상기 연마 회전자 표면의 압축 스크류에 인접한 단부에, 링 형상의 구멍이 절삭되어 있다. 이러한 장치에는 연마 지대에서 연마 회전자 및/또는 케이싱을 냉각하기 위한 냉각 수단이 제공되어 있다(1996년 3월 27일자 국제 분류 기호 B29B 17/00의 러시아 연방 특허 제N 2057013호).

공지된 장치에 의하면, 다양한 범위의 각종 폴리머 재료, 특히 금속 코드를 가진 산업용 고무 물품의 처리가 보장되긴 하지만, 이 장치를 사용한 폴리머 재료의 처리에는 너무 높은 에너지 소비율(금속 코드로 보강된 고무 1kg당 1kW.h 이상의)이 요구된다. 또한, 이렇게 에너지 소비율은 높으면서도, 2 내지 5mm 크기의 큰 입자들로 구성된 파편의 함량은 높고 비표면적은 작은 조악한 고무 분말만이 생산될 뿐이다. 이러한 분말은 그 재사용에 한계가 있다. 게다가, 공지된 장치의 경우, 금속 코드로부터의 고무의 분리 범위가 약 90-92 퍼센트로 불충분한 것으로 보여지며, 일부 경우에는 단지 80퍼센트밖에 안되기도 한다. 이것은 에너지 소비량이 1kg당 0.5 내지 1.0KW.h 미만인 경우, 공지의 장치로는 대부분의 재료에 알맞은 높은 전단 응력을 실현할 수 없기 때문이다. 이러한 이유로, 높은 함량의 금속 와이어 또는 합성 코드로 보강된 합성물뿐만 아니라, 메밀씨와 같은 일부 곡류의 껍질, 저밀도 폴리에틸렌의 함량이 낮은 적층지와 같은 폴리머, 및 기타 다른 재료를 공지된 장치를 사용하여 처리할 수 없다.

또한, 공지된 장치의 연마 지대 내에만 위치 설정되는 냉각 수단은 처리 재료에 알맞은 효율적인 냉각을 제공할 수 없어, 작동 중에 연마 지대에서 그 재료의 최대 온도 변화가 10 내지 20°에 이르기 때문에, 재료의 연마 공정을 불안정하게 만든다. 그 결과, 이렇게 해서 얻어진 긴 덩어리 형상의 재료의 대부분은 함께 고착 또는 융합된 상당량의 작은 입자들로 구성되거나, 분리되어 있는 불완전 연마된 거친 입자 형태를 띄고 있다. 이에 따라, 장치의 출력이 감소되며 총 에너지 소비량이 보다 더 증대된다.

본 발명은 폴리머 재료의 처리 분야에 관한 것으로, 특히 폴리머 재료로부터 분말을 생산하기 위한 방법 및 장치로서, 그 후속 활용 방안으로 예를 들어, 고강도 섬유 및 금속 와이어로 보강된 폴리머 재료의 연마에 적용될 수 있다.

도 1은 전단 응력 변조기가 압축 스크류와 회전자의 사이에 설치되고 직각 다면체 프리즘 형상으로 설계된 본 발명에 따른 장치의 단면을 보여주는 다이아그램.

도 2는 전단 응력 변조기가 케이싱의 내면에 설치된 본 발명에 따른 장치의 단면을 보여주는 다이아그램.

도 3은 두 개의 부재로 이루어진 전단 응력 변조기를 포함하며, 그 제1 부재는 압축 스크류와 회전자의 사이에 배치되고 그 제2 부재는 제1 부재의 표면 위 케이싱의 내면에 배치되어 있는 본 발명에 따른 장치의 단면을 보여주는 다이아그램.

도 4는 두 개의 부재로 이루어진 전단 응력 변조기를 포함하며, 그 제1 부재는 압축 스크류와 회전자의 사이에 배치되고 그 제2 부재는 전단 응력 변조기의 제1 부재의 표면 위에 부분적으로 그리고 회전자 표면 위에 부분적으로 케이싱의 내면에 배치되어 있는 본 발명에 따른 장치의 단면을 보여주는 다이아그램.

도 5는 회전자의 회전 축선과 일치하는 변조기 축선에 직교하는 단면에서 본 전단 응력 변조기의 각종 실시예를 보여주는 도면으로서, 도 5a, 도 5b, 도 5c는 압축 스크류와 회전자의 사이에 설치되고 그 측면에 종방향 홈을 갖는 회전체 형상, 타원형 실린더 형상 그리고 직각 다면체 형상으로 각기 설계된 전단 응력 변조기(또는 그 제1 부재)가 도시되어 있고, 도 5d에는 케이싱의 내면에 설치된 전단 응력 변조기(또는 전단 응력 변조기의 제2 부재)가 도시되어 있다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 케이싱(casing)

2 : 입구(charging opening)

3 : 출구(discharging opening)

4 : 압축(고밀도화) 지대(compacting (densification) zone)

5 : 압축 스크류(compacting screw)

6 : 연마 지대(grinding zone)

7 : 압축 스크류와 회전자의 사이에 배치된 전단 응력 변조기(shear stress modulator)

8 : 회전자(rotor)

9 : 링 형상 슬롯(ring-shaped slot)

10 : 환형 간극(annular clearance)

11 : 압축(고밀도화) 지대와 연마 지대에서 케이싱을 냉각하기 위한 수단

12 : 압축 스크류 냉각 수단

13 : 전단 응력 변조기 냉각 수단

14 : 회전자 냉각 수단

15 : 연마 지대 내의 케이싱의 내면에 배치된 전단 응력 변조기

16 : 전단 응력 변조기의 제1 부재

17 : 전단 응력 변조기의 제2 부재

본 발명의 목적은 에너지 소비량은 감소시키고 또한 압력 및 전단 응력이 동시에 작용하는 조건 하에 연마 가능한 대상의 범위를 확장시키는 고효율의 폴리머 재료 처리 방법과, 이 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은, 재료의 압착 단계와 소정 압력 조건 하에서의 전단 응력의 후속 작용 단계를 포함하는 폴리머 재료 처리 방법을 사용하여 달성된다. 본 발명에 따르면, 압착(squeezing)은 0.7 내지 100MPa의 압력에서 달성되고,상기 후속 작용은 0.3 내지 1000Hz의 주파수와 0.05 내지 1 사이의 변조 깊이를 갖는 진폭으로 변조된 전단 응력(shear stress)에 의해 수행된다. 최대 전단 응력 값은 1 내지 50N/㎟의범위 내에 있으며, 상기 압착 및 진폭이 변조된 전단 응력에 의한 후속 작용은 냉각 시에 재료에 적용된다.

본 발명의 목적은 또한, 입구(charging opening) 및 출구(discharging opening)를 갖는 원통형 케이싱(cylindrical casing)을 포함하며, 그 케이싱의 내부에는 압축 지대(compacting zone) 내에 그 표면에 나선형 홈(helical groove)이 배열되어 있는 압축 스크류(compacting screw)가 배치되어 있고, 연마 지대 내에는 회전체 형상으로 설계되고 상기 케이싱의 내면과 동축으로 장착된 회전자(rotor)가 배치되어 있으며, 상기 회전자는 케이싱의 내면에 대해 환형 간극(annular clearance)을 형성하는 상태로 회전 가능하게 압축 스크류와 일직선으로 배치되어 있는, 폴리머 재료로부터 분말을 생산하기 위한 장치를 적용하여 달성된다. 상기 장치에는 연마 지대에서 케이싱 및/또는 회전자를 냉각하기 위한 냉각 수단(cooling means)이 제공되어 있다. 본 발명에 따르면, 상기 장치에는 압축 스크류와 회전자의 사이에 또는 연마 지대 내의 케이싱의 내면에 배치되는 전단 응력 변조기(shear stress modulator)가 추가로 제공되어 있다.

이러한 장치에 있어서, 전단 응력 변조기는 구조상 부재로서, 이 전단 응력 변조기에 의해 처리 재료에 가해지는 전단 응력 값이 일정한 시간 간격으로 변동된다. 전단 응력 값의 이러한 변동은 특정 매개변수, 즉 변조 주파수, 최대 전단 응력값 및 변조 깊이에 의해 수행된다.

압축 스크류와 회전자의 사이에 설치되는 전단 응력 변조기는 높이가 짧은 타원형 실린더(elliptical cylinder) 형태로서 설계되어 있으며, 이 실린더는 실린더의 모선에 평행하게 그 무게중심을 관통하는 축선이 회전자의 회전 축선과 일치하도록 배치되며, 또는 전단 응력 변조기가 직각 다면체 프리즘(right polyhedral prism)의 형태로 설계된 경우, 이 프리즘은 프리즘의 가장자리에 평행하게 그 무게중심을 관통하는 축선이 회전자의 회전 축선과 일치하도록 배치되고, 또는 전단 응력 변조기가 그 측면에 종방향 및/또는 경사진 리세스(recess)들이 배열되어 있는 회전체 형태로 설계된 경우, 이 회전체는 그 회전 축선이 회전자의 회전 축선과 일치하도록 배치된다. 이에 따라, 전단 응력 변조기는 상기 케이싱의 내면에 대해 링 형상의 슬롯(ring-shaped slot)을 형성하는 상태로 회전 가능하게 장착된다.

케이싱의 내면에 배치되는 전단 응력 변조기는 높이가 짧은 링 형상의 융기부 (ring-shaped protrusion)형태로 설계되며, 이 융기부의 표면에는 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열되어 있다. 또한 융기부는 회전자의 표면에 대해 링 형상의 슬롯을 형성하는 상태로 설치된다.

전술한 위치들 중 어느 한곳에 전단 응력 변조기가 배치된 경우, 링 형상 슬롯의 그 좁은 섹션(section)의 폭은 환형 간극의 폭의 10 내지 90％에 맞먹는다.

또한, 압축 지대 내의 케이싱용의 및/또는 압축 스크류용의 냉각 수단이 추가로 제공된다.

상기 링 형상 슬롯의 좁은 섹션의 폭은 링 형상 슬롯의 그 폭이 최소가 되는 영역과 관련하여 사용된 용어이다.

높이가 짧은 본체로서의 전단 응력 변조기의 설계에 있어서, 상기 높이는 회전자 축선을 따른 본체의 총 길이와 관련하여 사용된 용어이다.

높이가 짧은 본체의 의미는 압축 스크류의 직경이 상기 본체의 높이의 두 배가 넘는 경우와 관련하여 사용된 용어이다.

특히, 본 발명의 장치의 설계에 있어서, 전단 응력 변조기의 높이 대 압축 스크류의 직경의 비율은 0.01 내지 0.5 대 1과 같을 수 있다.

전단 응력 변조기가 압축 스크류와 회전자의 사이에 배치되고, 또한 전단 응력 변조기가 회전체 형상을 갖는 장치의 실시예에 따르면, 상기 회전체는 디스크 또는 절두 타원체로서 설계될 수 있으며, 전단 응력 변조기가 타원형 실린더 또는 직각 다면체 프리즘 형상을 갖는 장치의 실시예에 따르면, 상기 프리즘의 측면에 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열될 수 있다.

회전체 형태의 전단 응력 변조기의 설계에 있어서, 종방향 리세스는 그 축선이 상기 회전체의 회전 축선을 따라 연장하는 리세스와 관련하여 사용된 용어이다. 타원형 실린더 형태의 전단 응력 변조기의 설계에 있어서, 종방향 리세스는 상기 실린더의 모선에 평행하게 그 무게중심을 관통하는 축선을 따라 연장하는 축선을 갖는 리세스와 관련하여 사용된 용어이다. 직각 다면체 프리즘 형태의 전단 응력 변조기의 설계에 있어서, 종방향 리세스는 프리즘의 가장자리에 평행하게 그 무게중심을 관통하는 축선을 따라 연장하는 축선을 갖는 리세스와 관련하여 사용된 용어이다.

경사진 리세스는 전술한 축선에 비스듬히 연장하는 축선을 갖는 리세스와 관련하여 사용된 용어이다. 이 경사진 리세스는 0.1 내지 89°의 경사로 배열될 수 있으며, 리세스의 깊이는 링 형상 슬롯의 폭의 다섯 배를 넘지 않는다.

전술한 경사진 리세스와 함께, 상기 타원형 실린더, 상기 회전체 또는 상기 직각 다면체 프리즘의 측면에는 추가의 경사진 리세스들이 배열될 수 있으며, 이 추가의 리세스의 경사는 전술한 경사진 리세스의 경사와 상이하고, 이들 리세스들은 모두 반복하여 교차되고 있다.

전단 응력 변조기가 압축 스크류와 회전자의 사이에 배치되고 다면체 프리즘의 형상을 갖는 장치의 실시예에 따르면, 상기 프리즘의 외측 가장자리는 둥글게 처리된 가장자리로서 설계될 수 있으며, 예를 들어, 그 둥글게 처리된 부분의 반경이 0.3 내지 5mm에 이를 수 있다. 타원형 실린더 형상의 전단 응력 변조기를 포함하는 장치의 실시예에 있어서, 상기 실린더 단면의 짧은 축선의 길이는 회전자의 직경과 같을 수 있고, 상기 단면의 보다 긴 축선의 길이는 환형 간극의 폭과 회전자 직경의 합과 같을 수 있다.

특히, 전단 응력 변조기에는 추가로 냉각 수단이 제공될 수 있다.

링 형상 융기부 형상의, 케이싱의 내면에 위치하는 전단 응력 변조기의 설계에 있어서, 상기 융기부의 표면에는 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열되어 있다. 여기서 종방향 리세스는 그 축선이 케이싱의 축선을 따라 안내되는 리세스와 관련하여 사용된 용어이고, 경사진 리세스는 케이싱의 축선에 비스듬히 연장하는 축선을 갖는 리세스와 관련하여 사용된 용어이다. 경사진 리세스는 0.1 내지 89°의 경사로 배열될 수 있고, 그 깊이는 링 형상 슬롯의 폭의 다섯 배를 넘지 않는다.

특히, 회전자의 측면에는 반죽 핀(kneading pin) 및/또는 판(plate)이 배치될 수 있으며, 또는 회전자의 측면에 나선형 홈이 배열되어 케이싱 출구로의 재료의 수송을 촉진할 수 있다.

전단 응력 변조기가 압축 스크류와 회전자의 사이에 배치된 장치의 실시예에 따르면, 변조기는 회전자 및/또는 압축 스크류와 별개로 또는 협동하여 회전할 수 있도록 설치될 수 있다.

특히, 링 형상 융기부는 장방형, 삼각형 또는 사다리꼴로 설계될 수 있다.

특히, 상기 장치에 있어서, 압축 지대 내의 케이싱 냉각 수단과 연마 지대 내의 케이싱 냉각 수단이 압축 지대와 연마 지대 내의 케이싱 냉각 수단으로서 협동 관계로 작동하도록 설계될 수 있다.

본 발명의 목적은 또한, 입구 및 출구를 갖는 원통형 케이싱을 포함하며, 그 케이싱의 내부에는 압축 지대 내에 그 표면에 나선형 홈이 배열되어 있는 압축 스크류가 배치되어 있고, 연마 지대 내에는 회전체 형상으로 설계되고 상기 케이싱의 내면과 동축으로 장착된 회전자가 배치되어 있으며, 상기 회전자는 케이싱의 내면에 대해 환형 간극을 형성하는 상태로 회전 가능하게 압축 스크류와 일직선으로 배치되어 있는, 폴리머 재료로부터 분말을 생산하기 위한 장치를 적용하여 달성된다. 상기 장치에는 연마 지대 내의 케이싱 및/또는 회전자를 냉각하기 위한 냉각 수단이 제공되어 있다. 본 발명에 따르면, 상기 장치에는 연마 지대 내부에 설치되는 두 개의 부재로 이루어진 전단 응력 변조기가 추가로 제공되어 있다. 상기 전단 응력 변조기의 제1 부재는 압축 스크류와 회전자의 사이에 배치되고, 제2 부재는 케이싱의 내면에 배치되어 있다. 전단 응력 변조기의 제1 부재는 높이가 짧은 타원형 실린더 형상으로 설계되어 있고, 이 실린더는 실린더의 모선에 평행하게 그 무게중심을 관통하는 축선이 회전자의 회전 축선과 일치하도록 배치되며, 또는 전단 응력 변조기가 직각 다면체 프리즘의 형태로 설계된 경우, 이 프리즘은 프리즘의 가장자리에 평행하게 그 무게중심을 관통하는 축선이 회전자의 회전 축선과 일치하도록 배치되고, 또는 전단 응력 변조기가 그 측면에 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열되어 있는 회전체 형태로 설계된 경우, 이 회전체는 그 회전 축선이 회전자의 회전 축선과 일치하도록 배치된다. 상기 변조기의 제1 부재는 상기 케이싱의 내면에 대해 또는 전단 응력 변조기의 제2 부재의 표면에 대해 링 형상 슬롯을 형성하는 상태로 회전 가능하게 장착된다. 전단 응력 변조기의 제2 부재는 높이가 낮은 링 형상 융기부 형태로 설계되며, 그 융기부의 표면에 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열되고, 전단 응력 변조기의 제1 부재의 표면에 대해 링 형상 슬롯을 형성하는 상태로 장착된다. 링 형상 슬롯의 그 좁은 섹션의 폭은 환형 간극의 폭의 10 내지 90퍼센트와 같다. 상기 장치의 케이싱의 고밀도화 지대 및/또는 압축 스크류에는 추가로 냉각 수단이 제공된다.

높이가 낮은 본체로서의 전단 응력 변조기 부재의 설계에 있어서, 그 높이는 회전자 축선(또는 장치의 축선)을 따른 본체의 총 길이와 관련하여 사용된 용어이다.

높이가 낮은 본체는 압축 스크류의 직경이 본체 높이의 두 배를 넘지 않는본체 높이와 관련하여 사용된 용어이다.

특히, 이러한 장치에 있어서, 전단 응력 변조기의 제2 부재는 전단 응력 변조기의 제1 부재 표면 바로 위에 배치될 수 있으며, 또는 일부는 전단 응력 변조기의 제1 부재 표면 위에 나머지 일부는 회전자 표면 위에 배치될 수 있다. 상기 전단 응력 변조기의 제1 부재의 표면 위에 전단 응력 변조기의 제2 부재가 위치한다는 것은, 전단 응력 변조기의 제2 부재의 무게중심이 변조기의 제1 부재의 무게중심을 관통하는 상태로 회전자 축선에 직교하는 평면 상에 위치함을 의미한다. 전단 응력 변조기의 제2 부재가 그 일부는 전단 응력 변조기의 제1 부재의 표면 위에 그리고 나머지 일부는 회전자 표면 위에 위치한다는 것은, 전단 응력 변조기의 제2 부재의 무게중심이 출구를 향해 상기 평면으로부터 예를 들어, 제1 및 제2 부재 본체의 절반 높이의 총합 미만의 거리에 위치함을 의미한다. 전술한 변위는 예를 들어, 상기 총합의 0.1 내지 1과 같을 수 있다.

링 형상 슬롯의 그 좁은 섹션의 폭은 전단 응력 변조기의 제1 부재의 표면과 제2 부재의 내면 사이의 최소 거리와 관련하여 사용된 용어이다.

특히, 이러한 장치에 있어서, 전단 응력 변조기의 부재들의 절반 높이의 총합 대 압축 스크류 직경의 비율은 0.01 내지 0.5 대 1과 같을 수 있다.

전단 응력 변조기의 제1 부재가 회전체 형상을 갖는 경우, 이 회전체는 예를 들어, 디스크 또는 절두 타원체로 설계될 수 있다.

전단 응력 변조기의 제1 부재가 타원형 실린더 또는 직각 다면체 프리즘의 형상을 갖는 경우, 이 실린더 또는 프리즘의 측면에는 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열될 수 있다.

회전체 형태의 전단 응력 변조기의 제1 부재의 설계에 있어서, 종방향 리세스는 그 축선이 상기 회전체의 회전 축선을 따라 연장하는 리세스와 관련하여 사용된 용어이다. 타원형 실린더 형태의 전단 응력 변조기의 제1 부재의 설계에 있어서, 종방향 리세스는 상기 실린더의 모선에 평행하게 그 무게중심을 관통하는 축선을 따라 연장하는 축선을 갖는 리세스와 관련하여 사용된 용어이다. 직각 다면체 프리즘 형태의 전단 응력 변조기의 제1 부재의 설계에 있어서, 종방향 리세스는 프리즘의 가장자리에 평행하게 그 무게중심을 관통하는 축선을 따라 연장하는 축선을 갖는 리세스와 관련하여 사용된 용어이다.

경사진 리세스는 전술한 축선에 비스듬히 연장하는 축선을 갖는 리세스와 관련하여 사용된 용어이다. 이 경사진 리세스는 0.1 내지 89°의 경사로 배열될 수 있으며, 리세스의 깊이는 링 형상 슬롯의 폭의 다섯 배를 넘지 않는다.

전술한 경사진 리세스와 함께, 상기 타원형 실린더, 상기 회전체 또는 상기 직각 다면체 프리즘의 측면에는 추가의 경사진 리세스들이 배열될 수 있으며, 이 추가의 리세스의 경사는 전술한 경사진 리세스의 경사와 상이하고, 이들 리세스들은 모두 반복하여 교차되고 있다.

전단 응력 변조기의 제1 부재가 다면체 프리즘의 형상을 갖는 장치의 실시예에 따르면, 상기 프리즘의 외측 가장자리는 특히, 둥글게 처리된 가장자리로서 설계될 수 있으며, 예를 들어, 그 둥글게 처리된 부분의 반경이 0.3 내지 5mm에 이를 수 있다.

특히, 전단 응력 변조기의 제1 부재가 타원형 실린더 형상으로 설계된 장치의 실시예에 따르면, 상기 실린더 단면의 짧은 축선의 길이는 회전자의 직경과 같을 수 있고, 상기 실린더 단면의 보다 긴 축선의 길이는 환형 간극의 폭과 회전자 직경의 총합과 같을 수 있다.

특히, 전단 응력 변조기의 제1 및/또는 제2 부재에는 추가로 냉각 수단이 제공될 수 있다.

특히, 링 형상 융기부는 장방형 또는 사다리꼴로 설계될 수 있다.

특히, 이러한 장치에 있어서, 고밀도화 지대 내의 케이싱 냉각 수단과 연마 지대 내의 케이싱 냉각 수단은 그 고밀도화 지대와 연마 지대 내의 케이싱 냉각 수단으로서 협동 관계로 작동하도록 설계될 수 있다.

타원형 실린더 형상의 전단 응력 변조기(또는 장치의 변형예의 변조기의 제1 부재)의 실시예는 합성 코드만을 사용하여 보강된 타이어 스크랩의 처리에 바람직하다. 금속 및 합성 코드로 보강된 스크랩 타이어의 처리 및 연마를 위해, 회전체 형상의 전단 응력 변조기(또는 변조기의 제1 부재)의 실시예는 그 측면에 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열되는 것이 바람직하다. 직각 다면체 프리즘 형상의 전단 응력 변조기(또는 장치의 변형예의 변조기의 제1 부재)의 실시예는 구동 고무 벨트의 스크랩의 처리뿐만 아니라 합성 코드의 함량이 극도로 높은 산업용 고무 물품의 스크랩의 처리에도 바람직하다.

링 형상 슬롯의 그 좁은 섹션의 폭이 변화함으로써, 환형 간극 내부에서 생성되는 전단 응력에 비해, 이 슬롯 내부에서 생성되는 전단 응력이 몇 배나 증가될수 있으며, 따라서 폴리머 재료의 가장 효율적인 분해, 보강 요소로부터의 폴리머 재료의 분리, 에너지 소비율의 감소, 그리고 장치의 생산성 증대가 달성된다.

전단 응력 변조기( 또는 장치의 변형예의 변조기의 제1 부재)의 높이 대 압축 스크류의 직경의 비율이 0.01 내지 0.25 대 1의 범위 이내에서만 변화함으로써 합성 및 금속 코드의 입자뿐만 아니라 생산된 폴리머 입자의 평균 크기 및 형상에 영향을 미칠 수 있다.

전술한 설명 중 어느 하나에 따른 폴리머 재료의 처리 장치의 실시예는 냉각 시의 재료의 압착 실현, 그리고 냉각 시의 소정 압력 조건 하에서의 진폭이 변조된 전단 응력의 후속 작용 양상을 제공한다.

따라서, 폴리머 재료의 처리가 본 발명에 따른 방법을 사용하여 수행된 경우, 소정 압력 및 냉각 조건 하에서의 진폭이 변조된 전단 응력에 의해 폴리머 재료에 가해지는 작용은 이미 압착되어 있는 재료의 분해 과정 개시를 촉진하는데, 이러한 분해 과정은 전단 응력이 최대치를 얻는 순간에 시작된다. 전술한 요인들이 복합적으로 작용함으로써 상당히 효율적인 분해 과정이 초래되어, 미세한 폴리머 입자를 함유하며, 특수한 경우에는 파괴된 보강 섬유 파편 및 와이어 조각도 함유하는 미세한 분말을 형성할 수 있다. 진폭이 변조된 전단 응력의 작용 하에, 합성 코드의 꼬인 섬유가 0.01 내지 0.1mm 정도의 두께를 갖는 필라멘트로 빠르게 분해된다는 것은, 즉 합성 코드의 보플로의 변형이 빠르게 진행된다는 것은 의미 있는 사항이다.

전술한 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 방법 및 장치의 임시 심사에 의하면, 본 발명은 폭넓은 산업상의 이용 가능성을 가지고 있음을 알 수 있다.

도 1에 도시된 폴리머 재료 처리 장치는 입구(2)와 출구(3)를 구비한 케이싱(1)을 포함한다. 케이싱(1)의 내부에는, 압축 지대(4) 내에는 그 표면에 나선형 홈이 배열된 압축 스크류(5)가 배치되고, 연마 지대(6) 내에는 전단 응력 변조기(7)와 회전자(8)가 배치되어 있다. 전단 응력 변조기(7)는 직각 다면체 프리즘 형상으로 설계되어 있으며 상기 케이싱의 내면에 대해 링 형상 슬롯(9)을 형성하도록 설치되어 있다. 회전자(8)는 케이싱의 내면에 대해 환형 간극(10)을 형성하도록 설치되어 있다. 압축 스크류(5)와 회전자(8)는 서로 일렬로 장착되어 있으며, 상기 직각 다면체 프리즘의 가장자리에 평행하면서 그 무게중심을 관통하는 축선이 회전자의 회전 축선과 일치하고 있다. 이러한 폴리머 재료 처리 장치에는 그 압축 지대 및 연마 지대 내의 케이싱 냉각 수단(11)과, 압축 스크류 냉각 수단(12), 전단 응력 변조기 냉각 수단(13) 그리고 회전자 냉각 수단(14)이 제공되어 있다.

도 2에 도시된 폴리머 재료 처리 장치는 입구(2)와 출구(3)를 구비한 케이싱(1)을 포함한다. 케이싱(1)의 내부에는, 압축 지대(4) 내에는 그 표면에 나선형 홈이 배열된 압축 스크류(5)가 배치되고, 연마 지대(6) 내에는 회전자(8)가 케이싱의 내면에 대해 환형 간극(10)을 형성하면서 압축 스크류(5)와 일렬로 장착되는 관계로 설치되어 있다. 연마 지대(6) 내측으로 상기 케이싱의 내면에 링 형상 융기부로서 설계된 전단 응력 변조기(15)가 배치되어 있고, 이 융기부의 표면에는종방향 리세스들이 배열되어 있다. 전단 응력 변조기(15)와 회전자(8)의 표면과의 사이에는 링 형상 슬롯(9)이 형성되어 있다. 이러한 폴리머 재료 처리 장치에는 또한 압축 지대 및 연마 지대 내의 냉각 수단(11)과, 압축 스크류 냉각 수단(12), 그리고 회전자 냉각 수단(14)이 제공되어 있다.

도 3에 도시된 폴리머 재료 처리 장치는 입구(2)와 출구(3)를 구비한 케이싱(1)을 포함한다. 케이싱(1)의 내부에는, 압축 지대(4) 내에는 그 표면에 나선형 홈이 배열된 압축 스크류(5)가 배치되고, 연마 지대(6) 내에는 타원형 실린더의 형태로 설계된 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)와 회전자(8)가 배치되어 있다. 연마 지대(6) 내에는, 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)의 표면 위 케이싱의 내면에 전단 응력 변조기의 제2 부재(17)가 또한 배치되어 있다. 이 제2 부재는 그 표면에 종방향 리세스들이 배열된 링 형상 융기부로서 설계되어 있다. 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)와 제2 부재(17)와의 사이에는 링 형상 슬롯(9)이 형성되어 있다. 회전자(8)는 상기 케이싱의 내면에 대해 환형 간극(10)을 형성하도록 설치되어 있다. 압축 스크류(5)와 회전자(8)는 서로 일렬로 장착되어 있으며, 상기 실린더의 모선에 평행하면서 그 무게중심을 관통하는 타원형 실린더의 축선이 회전자의 회전 축선과 일치하고 있다. 이러한 폴리머 재료 처리 장치에는 또한 압축 지대 및 연마 지대 내의 케이싱 냉각 수단(11)과, 압축 스크류 냉각 수단(12), 전단 응력 변조기 냉각 수단(13) 그리고 회전자 냉각 수단(14)이 제공되어 있다.

도 4에 도시된 폴리머 재료 처리 장치는 입구(2)와 출구(3)를 구비한 케이싱(1)을 포함한다. 케이싱(1)의 내부에는, 압축 지대(4) 내에는 그 표면에 나선형 홈이 배열된 압축 스크류(5)가 배치되고, 연마 지대(6) 내에는 그 측면에 종방향 리세스들이 배열되어 있는 디스크 형태로 설계된 전단 응력 변조기의 제1 부재와 회전자(8)가 배치되어 있다. 또한, 연마 지대(6) 내에는, 케이싱의 내면에 전단 응력 변조기의 제2 부재(17)가 배치되어 있다. 이 전단 응력 변조기의 제2 부재는 그 표면에 종방향 리세스들이 배열되어 있는 링 형상 융기부로서 설계되어 있다. 전단 응력 변조기의 제2 부재(17)는 그 일부는 제1 부재의 표면 위에 나머지 일부는 회전자의 표면 위에 배치되어 있다. 상기 변조기의 제1 부재(16)와 제2 부재(17)는 그 사이에 링 형상 슬롯(9)이 형성되도록 설치되고, 회전자(8)는 상기 케이싱의 내면에 대해 환형 간극(10)을 형성하도록 설치되어 있다. 압축 스크류(5)와 회전자(8)는 서로 일렬로 장착되어 있으며, 제1 부재(16)의 회전 축선이 회전자의 회전 축선과 일치하고 있다. 이러한 폴리머 재료 처리 장치에는 또한 그 압축 지대 및 연마 지대 내의 케이싱 냉각 수단(11)과, 압축 스크류 냉각 수단(12), 전단 응력 변조기의 제1 부재 냉각 수단(13) 그리고 회전자 냉각 수단(14)이 제공되어 있다.

도 1에 도시된 폴리머 재료 처리 장치는 후술하는 방식으로 작동된다.

연마할 재료, 즉 평균 크기가 약 30 x 30 x 20mm인 조각 형태의 합성 및 금속 코드로 보강된 타이어가 케이싱(1)의 입구(2) 내로 지속적으로 충전된다. 고밀도화 지대(4)로 보내진 재료는 압축 스크류(5)의 나선형 홈에 의해 포획되어, 냉각됨과 동시에 점진적으로 압축된 다음, 전단 응력 변조기(7)를 향해 이송된다. 장치의 냉각은 케이싱 냉각 수단(11)과, 압축 스크류 냉각 수단(12), 전단 응력 변조기냉각 수단(13) 그리고 회전자 냉각 수단(14) 내로 액체 냉각제를 공급함으로써 수행된다. 전단 응력 변조기(7)의 바로 위에 전단 응력 변조기(7)와 케이싱(1)의 내면과의 사이에 형성된 링 형상 슬롯(9)의 내측에, 처리된 재료로 만들어진 조밀한 층이 형성된다. 소정의 압력 및 냉각 조건 하에서, 이 조밀한 층에 진폭이 변조된 전단 응력을 가하게 되면 그 재료가 연마 지대(6) 내로 들어감에 따라, 링 형상 슬롯(9) 내에서 재료가 점진적으로 부서져 분해되기 시작한다. 이러한 과정은 타이어 조각에 존재하는 다양한 함유물, 그 중에서도 특히, 응력 집중부가 되는 작은 금속 와이어 및 합성 코드 섬유 조각들의 부근에서 가장 활발하게 진행된다. 그 결과, 고무가 보다 작은 파편으로 분해됨과 동시에 고무가 합성 및 금속 코드로부터 빠르게 분리된다. 그 후, 케이싱(1)과 회전자(8)의 사이에 형성된 환형 간극(10) 내에서 미세한 고무 분말과, 고무를 함유하지 않은 금속 와이어 조각, 그리고 파괴된 합성 코드 섬유로부터 생성된 합성 섬유 보플이 형성됨으로써, 재료의 분해 처리가 완료된다. 환형 간극(10)의 내측을 따라 출구(3)를 향해 전방으로 점진적으로 이동하면서, 고무 분말과, 와이어 조각 및 합성 섬유 보플의 혼합물이 냉각되어 출구(3) 밖으로 방출되며, 이때의 재료의 온도는 30 내지 40℃이다. 이 혼합물은 이후에 자성 및 진동-공압 분리법에 의해 주요 성분들(고무 분말, 금속 와이어, 짧은 합성 코드 섬유 또는 보플)로 용이하게 분리될 수 있다.

도 2에 도시된 폴리머 재료의 처리 장치 또한 도 1에 도시된 장치와 유사한 방식으로 작동된다.

도 3에 도시된 폴리머 재료의 처리 장치는 후술하는 방식으로 작동된다.

연마할 재료, 즉 평균 크기가 약 30 x 30 x 20mm인 조각 형태의 합성 및 금속 코드로 보강된 타이어가 케이싱(1)의 입구(2)로 지속적으로 충전된다. 고밀도화 지대(4)로 보내진 재료는 압축 스크류(5)의 나선형 홈에 의해 포획되어, 냉각됨과 동시에 점진적으로 압축된 다음, 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)와 제2 부재(17)에 의해 형성된 링 형상 슬롯(9)을 향해 이송된다. 장치의 냉각은 케이싱 냉각 수단(11)과, 압축 스크류 냉각 수단(12), 전단 응력 변조기의 제1 부재 냉각 수단(13) 그리고 회전자 냉각 수단(14) 내로 액체 냉각제를 공급함으로써 수행된다. 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)와 제2 부재(17)의 바로 위로 링 형상 슬롯(9)의 내측에, 처리된 재료로 이루어진 조밀한 층이 형성된다. 소정의 압력 및 냉각 조건 하에서, 재료 층에 진폭이 변조된 전단 응력을 가하게 되면 그 재료가 연마 지대(6) 내로 들어감에 따라, 링 형상 슬롯(9) 내에서 재료가 점진적으로 부서져 분해되기 시작된다. 이러한 과정은 타이어 조각에 존재하는 다양한 함유물, 그 중에서도 특히, 응력 집중부가 되는 작은 금속 와이어 및 합성 코드 섬유 조각들의 부근에서 가장 활발하게 진행된다. 그 결과, 고무가 보다 작은 파편으로 분해됨과 동시에 고무가 합성 및 금속 코드로부터 빠르게 분리된다. 그 후, 케이싱(1)과 회전자(8)의 사이에 형성된 환형 간극(10) 내에서 미세한 고무 분말과, 고무를 함유하지 않은 금속 와이어 조각, 그리고 파괴된 합성 코드 섬유로부터 생산된 합성 섬유 보플이 형성됨으로써, 재료의 분해 처리가 완료된다. 환형 간극(10)의 내측을 따라 출구(3)를 향해 전방으로 점진적으로 이동하면서 고무 분말과, 와이어 조각 및 합성 섬유 보플의 혼합물이 냉각되어 출구(3) 밖으로 방출되며, 이때의 재료의 온도는 30 내지 40℃이다. 이 혼합물은 이후에 자성 및 진동-공압 분리법에 의해 주요 성분들(고무 분말, 금속 와이어, 짧은 합성 코드 섬유 또는 보플)로 용이하게 분리될 수 있다.

도 4에 도시된 폴리머 재료의 처리 장치 또한 도 3에 도시된 장치와 유사한 방식으로 작동된다.

본 발명에 따른, 보강된 산업용 고무 물품으로부터 분말을 생산하기 위한 방법 및 이를 실현하기 위한 장치가 아래의 예제들에 의해 예증될 수 있다.

예제 1

약 20 x 20 x 10mm 크기의 조각으로 절단한 직물 코드를 갖는 스크랩 고무를 폴리머 재료 처리 장치 내로 입구를 통해 충전하였다(이러한 장치로는 전단 응력 변조기가 도 5b에 도시된 바와 같은 타원형 실린더의 형태로 설계된 점을 제외하고는 도 1에 개략적으로 도시된 장치를 사용하였다). 재료를 우선 0.7Mpa의 압력 하에 압착하면서 동시에 냉각시킨 후, 0.3 정도의 변조 깊이와 3Hz의 주파수를 갖는 진폭으로 변조된 전단 응력을 가하였다. 이와 같은 조건하에서의 최대 전단 응력 값은 1.0N/㎟이었다. 재료의 냉각은, 최초 온도가 15°인 액체 냉각제 유체(물)를 케이싱의 벽을 따라 배열된 냉각용 채널을 통해 압축 스크류, 전단 응력 변조기 및 회전자의 내부로 공급함으로써 수행하였다.

이렇게 해서 얻은 혼합물은 직물 코드 파편, 즉 보플(섬유 길이가 2-20mm)과 고무 분말로 구성되어 있다. 이 혼합물을 진동-공압 분리 처리에 의해 분리시켰다. 스크린의 크기가 1mm인 체를 사용하여 체질한 후 얻은 고무 분말은 약 35 wt.％의잔류물을 제공하였으며, 이 잔류물 중 코드에 접합된 고무는 그 총 잔류물의 양의 2.5 wt.％를 차지하였다. 따라서, 생산성은 31kg/h이었고, 연마에 든 에너지 소비율은 1kg 당 0.45kW.h이었다.

예제 2 내지 예제 9

처리는 예제 1에서와 마찬가지로 수행하였다.

모든 예제들에 대한 장치의 개략적인 묘사, 전단 응력 변조기의 종류, 처리 방법의 매개변수(압력, 최대 전단 응력값, 변조 주파수 및 깊이), 생산된 분말의 특징, 생산성, 에너지 소비율 등은 표에 열거되어 있다.

직물 코드 파편, 즉 보플과 고무 분말로 이루어진 얻어진 혼합물은 진동-공압 분리 처리에 의해 분리시켰다.

예제 10

발명증 제 USSR N 1434663호에 개시된 방법에 따라 연마를 수행하였다. 처리 방법의 매개변수 및 생산된 분말의 특징은 표에 열거하였다.

예제 11 내지 예제 16

연마할 재료가 항공기 타이어 스크랩인 점을 제외하고는 처리 방법은 예제 1에서와 마찬가지로 수행하였다.

모든 예제들에 대한 장치의 개략적인 묘사, 전단 응력 변조기의 종류, 처리 방법의 매개변수(압력, 최대 전단 응력값, 변조 주파수 및 깊이), 생산된 분말의 특징, 생산성, 에너지 소비율 등을 표에 열거하였다.

코드 파편, 즉 보플과 고무 분말로 이루어진 얻어진 혼합물은 진동-공압 분리 처리에 의해 분리시켰다.

예제 17

발명증 제USSR N 1434663호에 개시된 방법에 따라 연마를 수행하였다. 처리 방법의 매개변수 및 생산된 분말의 특징은 표에 열거하였다.

예제 18 내지 예제 23

연마할 재료가 금속 및 직물 코드를 함유한 고무인 점을 제외하고는 처리 방법은 예제 1에서와 마찬가지로 수행하였다.

모든 예제들에 대한 장치의 개략적인 묘사, 전단 응력 변조기의 종류, 처리 방법의 매개변수(압력, 최대 전단 응력값, 변조 주파수 및 깊이), 생산된 분말의 특징, 생산성, 에너지 소비율 등은 표에 열거하였다.

코드 파편, 즉 길이가 3 내지 15mm인 조각, 직물 코드 섬유 파편, 즉 보플 그리고 고무 분말로 이루어진 얻어진 혼합물은 자성 분리 및 후속하는 진동-공압 분리법에 의해 분리시켰다.

예제 24 및 예제 25

발명증 제USSR N 1434663호에 개시된 방법 및 러시아 연방 특허 제N 2057013호에 개시된 장치에 따라 연마를 수행하였다. 처리 방법의 매개변수 및 생산된 분말의 특징은 표에 열거하였다.

예제 26, 예제 28, 예제 30, 예제 32, 예제 34

처리 방법은 예제 1에서와 마찬가지로 수행하였다.

모든 예제들에 대한 장치의 개략적인 묘사, 재료, 전단 응력 변조기의 종류,처리 방법의 매개변수(압력, 최대 전단 응력값, 변조 주파수 및 깊이), 생산된 분말의 특징, 생산성, 에너지 소비율 등은 표에 열거하였다.

예제 27, 예제 29, 예제 31, 예제 33, 예제 35

러시아 연방 특허 제N 2057013호에 개시된 장치에 따라 연마를 수행하였다. 처리 방법의 매개변수 및 생산된 분말의 특징은 표에 열거하였다.

따라서, 본 발명에 따른 방법 및 장치(전술한 모든 실시예들에 있어서의)에 의하면 폴리머 재료로부터 분말을 생산하는 경우 그 생산성은 증대시키면서 에너지 소비량을 감소시킬 수 있다. 또한, 최초의 중합체 및 중합체 폐기물로부터, 또한 고강도 섬유 및 금속 와이어로 보강된 폴리머 재료로부터 고급 분말을 생산할 수 있으며, 특히 처리 가능한 물품의 영역을 확장함과 동시에, 보강 섬유 및 금속 와이어로부터의 중합체 분리 범위를 확대할 수 있다.

본 명세서에 도시되고 기술된 본 발명의 사상은 바람직한 실시예들을 따라 이루어진 것으로서, 그 다양한 변경이 후술되는 청구의 범위 또는 본 발명의 영역을 벗어남이 없이 이루어질 수도 있음이 이해될 것이다.

예제 N	장치의 다이아그램	도 5에 따른 변조기의종류 a, b, c, d	재료	압력Mpa	최대 전단 응력 값N/㎟	전단 응력의 변조 주파수Hz	변조 깊이	생산성kg/h	연마의 에너지소비율kW.h/kg	연마 재료의 특징	코드에접합된고무잔류물wt.％	회전수rpm
										체의 메쉬 크기mm			체의 잔류물 wt.％
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	Fig.1	b	직물 코드를 갖는 고무 스크랩	0.7	1.0	3	0.3	31	0.45	1.0	35	2.5	90
2	Fig.1	a	"	20	10	150	0.2	50	0.48	1.0	25	1.4	30
3	Fig.1	c	"	30	30	7.5	0.05	61	0.38	1.0	15	0.2	90
4	Fig.1	b	"	50	40	0.3	0.8	35	0.53	1.0	36	0.53	10
5	Fig.2	d	"	40	50	500	0.3	60	0.42	1.0	22	0.21	100
6	Fig.4	a+d	"	25	35	1000	0.63	56	0.43	1.0	20	0.18	100
7	Fig.1	a	"	37	25	50	0.6	53	0.5	1.0	26	0.5	100
8	Fig.1	c	"	31	32	0.5	1	60	0.39	1.0	24	0.9	60
9	Fig.4	c+d	"	25	30	500	0.5	65	0.47	1.0	18	0.35	90
10	발명증제N 1434663호의 예제 7에 따름	"	0.7	5	-	-	15	0.61	1.0	56	6.7	-
11	Fig.1	a	항공기 타이어 스크랩	35	45	150	0.1	54	0.7	1.0	28	1.5	30
12	Fig.1	c	"	25	35	2.5	0.6	42	0.5	1.0	21	0.9	30
13	Fig.1	b	"	25	20	3	0.4	50	0.6	1.0	35	3	90
14	Fig.1	a	"	40	45	300	0.2	67	0.45	1.0	21	1.5	60
15	Fig.2	d	"	45	30	300	0.8	69	0.44	1.0	17	0.5	60
16	Fig.4	b+d	"	40	30	4.0	0.6	72	0.42	1.0	15	0.4	120
17	발명증제N 1434663에 따름	"	25	2.0	-	-	31	1.2	1.0	45	12	-

예제 N	장치의 다이아그램	도 5에 따른 변조기의종류 a, b, c, d	재료	압력Mpa	최대 전단 응력 값N/㎟	전단 응력의 변조 주파수Hz	변조 깊이	생산성kg/h	연마의 에너지소비율kW.h/kg	연마 재료의 특징	코드에접합된고무잔류물wt.％	회전수rpm
										체의 메쉬 크기mm			체의 잔류물 wt.％
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
18	Fig.2	d	금속 및 직물코드를 갖는 타이어 고무	20	35	500	0.8	98	0.41	1.0	30	0.55	120
19	Fig.3	a+d	"	25	40	450	0.5	104	0.32	1.0	35	0.45	90
20	Fig.1	a	"	44	26	150	0.25	95	0.4	1.0	43	0.6	30
21	Fig.1	b	"	32	45	4	0.4	75	0.45	1.0	35	1.5	120
22	Fig.1	c	"	1.5	24	10	0.6	41	0.62	1.0	56	1.8	120
23	Fig.1	a	"	15	18	300	0.7	87	0.42	1.0	48	2.1	60
24	발명증제N 1434663호에 따름	"	15	18	처리가 시작되고 5분 후 스크류의 손상으로 인해 처리 실패
25	러시아 연방 특허제N 2057013호에 따른 장치	"	15	18	-	-	28	1.05	1.0	51	9.0	90

예제 N	장치의 다이아그램	도 5에 따른 변조기의종류 a, b, c, d	재료	압력Mpa	최대 전단 응력 값N/㎟	전단 응력의 변조 주파수Hz	변조 깊이	생산성kg/h	연마의 에너지소비율kW.h/kg	연마 재료의 특징	코드에접합된고무잔류물wt.％	회전수rpm
										체의 메쉬 크기mm			체의 잔류물 wt.％
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
26	Fig.1	b	에틸렌-프로필렌 고무의 스크랩	20	25	5	0.8	85	0.35	0.63	11	-	90
27	러시아 연방 특허제N 2057013호에 따른 장치	"	18	15	-	-	45	0.51	0.63	23	-	90
28	Fig.2	d	천연 가죽 폐기물	25	40	150	1	18	0.55	1.0	3	-	90
29	러시아 연방 특허제N 2057013호에 따른 장치	"	25	21	-	-	8	0.91	1.0	12	-	90
30	Fig.2	d	LDPE에 의해 적층된 종이10wt.％	25	45	150	0.6	11	0.8	0.63	18	-	90

예제 N	장치의 다이아그램	도 5에 따른 변조기의종류 a, b, c, d	재료	압력Mpa	최대 전단 응력 값N/㎟	전단 응력의 변조 주파수Hz	변조 깊이	생산성kg/h	연마의 에너지소비율kW.h/kg	연마 재료의 특징	코드에접합된고무잔류물wt.％	회전수rpm
										체의 메쉬 크기mm			체의 잔류물 wt.％
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
31	러시아 연방 특허제N 2057013호에 따른 장치	"	23	30	-	-	분말이 생성되지 않음	90
32	Fig.3	a+d	탄소 섬유 폐기물	100	50	450	0.4	15	0.6	0.4	7.5	-	90
33	러시아 연방 특허제N 2057013호에 따른 장치	"	100	40	-	-	4.5	0.95	0.4	15	-	90
34	Fig.3	a+d	유기 플라스틱 폐기물	50	48	450	0.4	21	0.7	0.4	10	-	90
35	러시아 연방 특허제N 2057013호에 따른 장치	"	50	45	-	-	7.5	1.2	0.4	23	-	90

본 발명은 폴리머 재료로부터 분말을 생산하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서 폴리머 처리 분야에 이용 가능하다.

Claims (24)

1. 재료의 압착 단계 및 소정 압력 조건 하에서의 전단 응력의 후속 작용을 포함하는 폴리머 재료 처리 방법으로서,

   상기 재료의 압착은 0.7 내지 100MPa의 압력에서 달성되고, 상기 후속 작용은 0.3 내지 1000Hz의 주파수와 0.05 내지 1 사이의 변조 깊이를 갖는 진폭으로 변조된 전단 응력에 의해 수행되고, 그 최대 전단 응력 값은 1 내지 50N/㎟의 범위에 있으며, 상기 압착 및 진폭이 변조된 전단 응력에 의한 후속 작용은 냉각 시에 재료에 적용되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 방법.
2. 입구(2) 및 출구(3)를 갖는 원통형 케이싱(1)을 포함하며, 그 케이싱의 내부에는 압축 지대(4) 내에 그 표면에 나선형 홈이 배열되어 있는 압축 스크류(5)가 배치되어 있고, 연마 지대(6) 내에는 회전체 형상으로 설계되고 상기 케이싱(1)의 내면과 동축으로 장착된 회전자(8)가 배치되어 있으며, 상기 회전자는 케이싱의 내면에 대해 환형 간극(10)을 형성하는 상태로 회전 가능하게 압축 스크류(5)와 일직선으로 배치되어 있고, 또한 연마 지대(6)에서 케이싱 및/또는 회전자(8)를 냉각하기 위한 냉각 수단이 제공되어 있는 폴리머 재료 처리 장치에 있어서,

   압축 스크류(5)와 회전자(8)의 사이에 또는 연마 지대(6) 내의 케이싱(1)의 내면에 배치되는 전단 응력 변조기(7, 15)가 추가로 제공되어 있고, 압축 스크류(5)와 회전자(8)의 사이에 설치되는 전단 응력 변조기(7)는 높이가 짧은 타원형 실린더 형태로서 설계되어 있으며, 이 실린더는 실린더의 모선에 평행하게 그 무게중심을 관통하는 축선이 회전자(8)의 회전 축선과 일치하도록 배치되며, 또는 전단 응력 변조기가 직각 다면체 프리즘의 형태로 설계된 경우, 이 프리즘은 프리즘의 가장자리에 평행하게 그 무게중심을 관통하는 축선이 회전자(8)의 회전 축선과 일치하도록 배치되고, 또는 전단 응력 변조기가 그 측면에 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열되어 있는 회전체 형태로 설계된 경우, 이 회전체는 그 회전 축선이 회전자(8)의 회전 축선과 일치하도록 배치되며, 상기 전단 응력 변조기(7)는 상기 케이싱(1)의 내면에 대해 링 형상의 슬롯(9)을 형성하는 상태로 회전 가능하게 장착되고, 상기 케이싱(1)의 내면에 배치된 전단 응력 변조기(15)는 그 표면에 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열되어 있는 높이가 낮은 링 형상 융기부 형상으로 설계되며, 이 링 형상 융기부는 회전자(8)의 표면에 대해 링 형상 슬롯(9)을 형성하는 상태로 장착되고, 이 링 형상 슬롯(9)의 그 좁은 섹션의 폭은 상기 환형 간극(10)의 폭의 10 내지 90％에 맞먹으며, 상기 장치에는 압축 스크류 냉각 수단(12) 및/또는 압축 지대(4) 내의 케이싱 냉각 수단이 추가로 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 전단 응력 변조기(7, 15)의 높이 대 압축 스크류(5)의 직경의 비율은 0.01 내지 0.5 대 1인 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 전단 응력 변조기(7)의 회전체는 디스크 또는 절두 타원체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 종방향 및/또는 경사진 리세스는 타원형 실린더 또는 직각 다면체 프리즘의 측면에 배열되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
6. 제2항에 있어서, 타원형 실린더의 단면의 짧은 축선의 길이는 회전자(8)의 직경과 같고, 상기 단면의 긴 축선의 길이는 회전자(8)의 직경과 환형 간극(10)의 폭의 합과 같은 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
7. 제2항에 있어서, 상기 전단 응력 변조기(7)에는 냉각 수단(13)이 추가로 제공되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
8. 제2항에 있어서, 상기 반죽 핀 및/또는 판은 회전자(8)의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
9. 제2항에 있어서, 상기 출구(3)로의 재료의 수송을 촉진하는 상기 나선형 홈은 회전자(8)의 측면에 배열되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
10. 제2항에 있어서, 상기 압축 스크류(5)와 회전자(8)의 사이에 배치되는 상기전단 응력 변조기(7)는 회전자(8) 및/또는 압축 스크류(5)와 별개로 또는 협동하여 회전 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
11. 제2항에 있어서, 상기 링 형상 융기부는 장방형 또는 사다리꼴로 설계되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
12. 제2항에 있어서, 압축 지대(4) 내의 케이싱을 냉각하기 위한 수단과, 연마 지대(6) 내의 케이싱을 냉각하기 위한 수단이 압축 지대 및 연마 지대 내의 케이싱을 냉각하기 위한 수단(11)과 협동 관계로 작동할 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
13. 입구(2) 및 출구(3)를 갖는 원통형 케이싱(1)을 포함하며, 그 케이싱의 내부에는 압축 지대(4) 내에 그 표면에 나선형 홈이 배열되어 있는 압축 스크류(5)가 배치되고, 연마 지대(6) 내에는 회전체 형상으로 설계되고 상기 케이싱의 내면과 동축으로 장착된 회전자(8)가 배치되어 있으며, 상기 회전자는 케이싱의 내면에 대해 환형 간극(10)을 형성하는 상태로 회전 가능하게 압축 스크류(5)와 일직선으로 배치되어 있고, 또한 연마 지대(6) 내의 케이싱 및/또는 회전자(8)를 냉각하기 위한 냉각 수단(14)이 제공되어 있는 폴리머 재료 처리 장치에 있어서,

    연마 지대(6)의 내부에 두개의 부재로 이루어진 전단 응력 변조기가 추가로 설치되고, 이 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)는 압축 스크류(5)와 회전자(8)의사이에 배치되고, 전단 응력 변조기의 제2 부재(17)는 케이싱(1)의 내면에 배치되고, 상기 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)는 높이가 짧은 타원형 실린더 형태로서 설계되어 있으며, 이 실린더는 실린더의 모선에 평행하게 무게중심을 관통하는 축선이 회전자(8)의 회전 축선과 일치하도록 배치되며, 또는 전단 응력 변조기가 직각 다면체 프리즘의 형태로 설계된 경우, 이 프리즘은 프리즘의 가장자리에 평행하게 그 무게중심을 관통하는 축선이 회전자(8)의 회전 축선과 일치하도록 배치되고, 또는 전단 응력 변조기가 그 측면에 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열되어 있는 회전체 형태로 설계된 경우, 이 회전체는 그 회전 축선이 회전자(8)의 회전 축선과 일치하도록 배치되며, 상기 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)는 상기 전단 응력 변조기의 제2 부재(17)의 표면에 대해 링 형상의 슬롯(9)을 형성하는 상태로 회전 가능하게 장착되고, 상기 제2 부재(17)는 그 표면에 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 배열되어 있는 높이가 낮은 링 형상 융기부 형상으로 설계되며, 이 링 형상 융기부는 상기 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)의 표면에 대해 링 형상 슬롯(9)을 형상하는 상태로 장착되고, 이 링 형상 슬롯(9)의 그 좁은 섹션의 폭은 상기 환형 간극(10)의 폭의 10 내지 90％에 맞먹으며, 상기 장치에는 압축 스크류 냉각 수단(12) 및/또는 압축 지대(4) 내의 케이싱 냉각 수단이 추가로 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 전단 응력 변조기의 제2 부재(17)는 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)의 표면 위에 배치되거나, 일부는 전단 응력 변조기의 제1부재(16)의 표면 위에 그리고 나머지 일부는 회전자(8)의 표면 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 전단 응력 변조기의 부재(16, 17)의 절반 높이의 합 대 압축 스크류(5)의 직경의 비율은 0.01 내지 0.5 대 1인 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
16. 제13항에 있어서, 상기 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)의 회전체는 디스크 또는 절두 타원체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
17. 제13항에 있어서, 상기 종방향 및/또는 경사진 리세스들이 타원형 실린더 또는 직각 다면체 프리즘의 측면에 배열되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
18. 제13항에 있어서, 타원형 실린더의 단면의 짧은 축선의 길이는 회전자(8)의 직경과 같은 반면, 상기 단면의 긴 축선의 길이는 회전자(8)의 직경과 환형 간극(10)의 폭의 합과 같은 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
19. 제13항에 있어서, 상기 전단 응력 변조기의 제1 및/또는 제2 부재(16, 17)에는 냉각 수단이 추가로 제공되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
20. 제13항에 있어서, 상기 전단 응력 변조기의 제1 부재(16)는 회전자(8) 및/또는 압축 스크류(5)와 별개로 또는 협동하여 회전 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
21. 제13항에 있어서, 반죽 핀 및/또는 판은 회전자(8)의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
22. 제13항에 있어서, 상기 출구(13)로의 재료의 수송을 촉진하는 상기 나선형 홈은 회전자(8)의 측면에 배열되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
23. 제13항에 있어서, 상기 링 형상 융기부는 장방형 또는 사다리꼴로 설계되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.
24. 제13항에 있어서, 압축 지대(4) 내의 케이싱 냉각 수단과, 연마 지대(6) 내의 케이싱 냉각 수단이 압축 지대 및 연마 지대 내의 케이싱 냉각 수단(11)과 협동 관계로 작동 가능하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 폴리머 재료 처리 장치.