KR200314928Y1 - 폐합성섬유를 이용한 압출 성형물 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 폐합성섬유를 재활용하여 보드와 같은 건축자재로 재생산하기 위한 압출 성형 시스템에 관한 것으로서; 주원료가 되는 폐합성섬유를 자르기 위한 세절부; 천조각 형태로 세절(細切)된 상기 폐합성섬유를 입체적 형상으로 만들기 위한 혼련부; 상기 폐합성섬유의 섬유 혼용율을 참조하여 비닐과 같은 열가소성 수지가 총중량의 70% 이상이 되도록 보조원료를 투입하여 상기 폐합성섬유와 혼합하기 위한 보조원료 혼합부; 혼합원료를 고압에 의해 1차적으로 온도를 상승시킴으로써 부분 용융하기 위한 1차 용융부 및 외부열원을 더함으로써 2차적으로 용융하기 위한 2차 용융부로 구성되는 용융부; 용융된 상태로 공급되는 혼합원료를 압출 금형을 통해 시트 형태로 배출하는 압출부; 재단부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 면 등 천연섬유를 포함하는 폐합성섬유도 용융 압출성형을 하여 유용한 자재를 생산해낼 수 있게 된다.

Description

폐합성섬유를 이용한 압출 성형물 제조장치{Manufacturing system using used chemical fiber}

본 고안은 폐화학섬유를 이용한 보드 및 그의 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공급되는 폐화학섬유의 혼용율을 용융 압출이 용이한 배합비율로 조정한 후에 이 원료를 압출하여 합판과 같은 형상의 보드를 제조하는 장치에 관한 것이다.

건축 외장재 및 내장재를 포함한 합판 형상의 각종 건축자재를 개시한다. 종래의 목재합판을 대체하여 섬유 등의 폐자재를 이용하여 보드를 제조하는 방법이 제안되었다. 그러나 지나치게 기능성을 강조한 나머지 강도 및 가공성 등에 있어서 만족스럽지 못하였다.

한편 종래에 프레스 방식으로 폐합성섬유를 활용하여 제조된 합판이 공급된바 있는데, 이는 수분에 취약하며 강도 등 기계적 특성에서 불리한 면이 있었다. 즉, 폐합성섬유는 그 성분중에 면(綿)사를 많이 포함하고 있기 때문에 성형시에 필요한 200℃ 이상의 고온을 견디지 못하고 눌거나 또는 연소되기 때문에 기존에 재활용에 있어서 프레스 방식이 주를 이루고 있었던 것이다. 그래서, 기존의 재활용 방식은 주로 의류용 섬유가 아닌 산업용 합성수지에 의존하였다.

위와 같은 문제에 따라 본 고안은 폐품을 활용한 유용한 건축자재를 제공하는데 있으며, 더 나아가 경량으로 만족스러운 강도를 얻을 수 있는 등 기계적 특성이 우수한 건축자재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 더 나아가 면(綿)을 다량 포함하고 있는 의류용 폐합성섬유를 용융하여 재성형할 수 있게 하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 고안에 의한 장치를 나타내는 블럭도이다.

도 2는 각 장치를 개략적으로 도식화하여 나타낸 장치 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 ; 세절부 20 ; 건조부

30 ; 보조원료공급부 40 ; 혼합부

50 ; 혼합부 60 ; 용융부

70 ; 압출부 80 ; 냉각부

90 ; 포집부 100 ; 재생부

110 ; 재단부 120 ; 반출부

위와 같은 목적은, 주원료가 되는 폐합성섬유를 작은 천조각이 되도록 자르기 위한 세절부; 천조각 형태로 세절(細切)된 상기 폐합성섬유를 입체적 형상으로 만들기 위한 혼련부; 상기 폐합성섬유의 섬유 혼용율을 참조하여 비닐과 같은 열가소성 수지가 총중량의 70% 이상이 되도록 보조원료를 투입하여 상기 폐합성섬유와 혼합하기 위한 보조원료 혼합부; 혼합원료를 고압에 의해 1차적으로 온도를 상승시킴으로써 부분 용융하기 위한 1차 용융부 및 외부열원을 더함으로써 200℃ 내지 250℃의 온도환경에서 2차적으로 용융하기 위한 2차 용융부로 구성되는 용융부; 용융된 상태로 공급되는 혼합원료를 압출 금형을 통해 요망하는 단면 형태로 배출하는 압출부; 압출된 고온의 압출물을 냉각하기 위한 냉각부 및 요망하는 폭과 길이로 재단하기 위한 재단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐합성섬유를 이용한 보드 제조장치에 의해 달성된다.

본 고안의 특징에 의하면 상기 1차 용융부는 상대적으로 큰 직경을 가지며 진행방향으로 갈수록 좁아지는 피치를 가지는 제1 스크류 및 제1 실린더로 구성됨으로써 회전에 의해 혼합원료에 고압을 가하여 자연적으로 온도를 상승시키며; 상기 2차 용융부는 상기 제1 스크류에 대하여 상대적으로 작은 직경을 가지는 제2 스크류 및 제2 실린더로 구성되며, 상기 제2 실린더에 외부열원으로부터 열을 공급함으로써 상기 혼합원료로 하여금 용융온도로 상승되도록 한다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 더욱 상세하게 설명한다. 도 1은 본 고안에 의한 보드 제조장치를 나타내는 블럭도이다. 도 2는 각 장치를 개략적으로 도식화하여 나타낸 장치 구성도이다.

수거된 폐합성섬유(M1)가 주원료가 되며, 이에 더하여 필렛(fillet) 형태로 제공되는 비닐(M2)이 보조원료로 사용된다. 보조원료는 사전에 획득하는 주원료의 섬유혼용율을 참조로 하여 그 투입량이 결정된다.

주원료가 우선 세절부(10)에 의해 15mm 내지 20mm 정도의 크기로 잘게 절단된후, 가열식 건조부(20) 내에 투입되어 건조된다. 이 과정에서 컨베어(12)를 통해 이송되는 동안 금속탐지기(16)에 의해 이물질인 금속류가 탐지 및 제거되게 된다. 분쇄된 주원료는 중량계(18)를 거쳐 혼합부(30)로 정량 공급된다.

예를 들면, 폴리에스테르(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 나일론 등의 합성섬유가 60중량%, 울(wool) 등의 천연섬유가 40중량% 정도의 섬유혼용율을 가지는 주원료가 선택될 수 있다. 또는 기타 화학섬유가 80중량%, 면 또는 울이 20중량% 정도 혼용된 섬유가 주원료로 사용될 수 있다. 이러한 섬유혼용율에 관한 정보는 주원료를 조달할 때 획득할 수 있으며 본 고안의 제어수단에 입력된다.

공급되는 주원료(M1), 즉 폐합성섬유의 섬유혼용율은 사일로(32, silo)에 저장되어 있는 보조원료(M2)의 투입량을 결정하는 기준이 된다. 즉 보조원료 공급부(40)는 이 투입량에 따라 보조원료를 혼합부(30)에 투입한다. 보조원료(M2)로 선택되는 비닐은 필렛 형태로 제공되며, 이는 압출성형성을 좋게 하기 위한 것으로서, 혼합원료의 바람직한 배합비는 면, 울(wool) 등의 천연섬유를 25중량% 내지 35중량%(더 바람직하게는 30중량%), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 나일론 또는 비닐 등의 열가소성 수지를 65중량% 내지 75중량%(더 바람직하게는70 중량%) 정도로 하여 성형작업에 문제가 없도록 한다.

혼련부(40)는 압출성형의 전처리 과정으로서의 혼합부(30)에서 일정한 성분비로 배합된 혼합원료를 더욱 균일하게 혼합하며, 작은 천조각 상태의 주원료를 성형성이 좋도록 선처리하기 위한 공정이다. 혼련작업에 의해 시트 형상의 조각난 폐합성섬유는 둥글게 말려짐으로써 필렛과 유사한 입체적 형상이 된다. 이것은 보조원료와 혼합이 잘되도록 하며 후속되는 기계의 마모를 줄이기 위한 것이며 후술되는 용융부에서 스크류를 잘통과하도록 하기 위함이다.

혼련부(Press Kneader)는 에어 실린더로 가압시킨 상태에서 혼련 샤프트 2개를 서로 회전하도록 하여 혼합시키며, 열매체를 순환시키는 간접 가열방식으로 내부를 소정 온도로 가열한다.

혼련부(40)에서 발생되는 먼지 또는 가스는 포집부(90, Dust Collector)에 의해 제거된다. 포집부(90)는 소정의 덕트 및 블로어로 구성되며, 후술되는 재단부(110)에도 공용된다. 참고적으로, 혼합부 이후의 후속 시스템은 병렬적으로 연결된 수개의 동일한 라인(L1,L2, L3)으로 구성된다. 도 2에는 한개의 라인(L1)만이 도시된다.

혼합원료는 본 고안의 핵심이 되는 용융부(60) 및 이에 후속되어 설치되는 압출부(70)를 통해 시트 형태로 출력된다. 용융부(60)는 1,2차 용융부(62,64)로 구성된다. 본 고안의 핵심적인 사항은 면(綿) 또는 울(wool) 등의 천연섬유를 일부 포함하고 있는 주원료(M1)를 열가소성 수지의 일반 용융온도인 200℃ 내지 250℃의 고온에서 타버리거나 눌지 않게 하면서 용융시키는 것에 있다. 즉, 면은 일반 환경조건에서 위의 온도로 가열될 때 타버리기 때문에 용융 압출성형이 불가능하다는 것이다. 본 고안은 이러한 문제점을 제거하여 고온에서 면의 섬유로써의 성질을 유지하고 열가소성수지만을 용융하여 성형하는 장치를 제공하는 것이다.

이를 위해 용융부는 고압을 가함으로써 온도를 70℃ 내지 90℃로 자연스럽게 온도를 상승시키는 1차 용융부(62)와 고압 및 외부열원을 이용하여 2차적으로 가열 용융시키는 2차 용융부(64)로 구성된다.

각각의 용융부(62,64)는 제1,2 실린더 및 이 실린더 내에서 회전되며 피이송체를 이송시키는 제1,2 스크류로 구성된다. 각 스크류는 인버터 DC 모터 및 감속기에 의해 저속 회전된다. 1차 용융부(62)에 사용되는 제1 스크류는 그의 직경이 약 250cm(약 10")에 달하고, 2차 용융부(64)는 약 200cm(약 8")의 직경을 가지는 제2 스크류가 사용된다. 각 스크류의 블레이드는 전진함에 따라 피치가 좁아짐으로써 피이송체, 즉 혼합원료의 압력을 상승시키게 된다. 1차 용융부의 압력은 약 1000ton가량에 달하게 되며, 이러한 과정에서 자연스럽게 혼합원료의 온도가 상승되며 부분 용융되는 것이다. 2차용융부를 구성하는 제2 스크류의 반경은 제1 스크류보다 상대적으로 작은데, 이는 용융부 내부를 진공화하여 면(綿)의 연소 내지 눌음을 방지하기 위한 것이다. 각 용융부에는 기포발생을 억제하기 위하여 내부에서 발생되는 수분을 제거하기 위한 수단이 구비된다.

2차 용융부를 가열하기 위한 외부열원은 열매체유를 이용한 방식 또는 전열코일을 이용한 방식이 선택적으로 채용될 수 있으나 적어도 설정온도를 정확히 유지시킬 수 있어야 한다.

용융부에 후속하여 압출부(70)가 설치된다. 압출부는 압출기와 제품의 두께를 정밀하게 조정하기 위한 두께조정롤러를 포함한다. 이하 설명되는 압출부 및 그의 후속 공정은 비닐지 등을 생산하기 위한 일반적인 압출 성형기와 그 구조 및 동작에 있어서 유사하다. 또한, 이하에서는 단지 보드를 성형하기 위한 공정을 설명하지만 봉(棒), 관(pipe) 등 다양한 성형물로 대체될 수 있음은 물론이다.

용융부에 후속되어 설치된 금형(71, T-다이)에 의해 판재의 두께 및 폭이 정해진다. 금형의 온도를 일정한 상태로 유지하여야 하는데, 여기서 전기히터 가열방식이 사용되며 금형은 온도센서에 의해 일정 온도로 제어된다.

압출부(70)를 통과한 시트 형상의 원료는 두께가 정밀하게 조정된다. 두께 조정하기 위한 폴리싱(polishing) 롤러(72), 일정속도 및 압력으로 인출해내기 위한 제1 인취롤러(74) 및 그 사이에 설치되는 트랙 컨베어 장치(76)를 포함한다. 폴리싱 롤러(72)를 통과하면서 요망하는 제품의 두께로 성형되며 시트 표면이 마무리된다. 즉, 시트 표면에 롤러가 압축을 가하면서 냉각을 하여 요구하는 규격의 시트를 생산하게 된다. 폴리싱 롤러(72) 내부에는 가열부에서 공급되는 열매체유에 의해 요망하는 온도로 유지되도록 하는데 정밀한 온도를 유지하기 위하여 롤러 내부를 이중 자켓으로 구성한다. 롤러 사이의 간극(gap)을 조정함으로써 시트의 두께를 미세하게 설정할 수 있게 된다.

트랙(track) 컨베어 장치(76)는 폴리싱 롤러(72)를 통과한 시트를 냉각하고 후단으로 이송시키는 장치이며, 냉각효율을 높이기 위해 상,하부에 각각 냉각팬이 설치된다. 트랙 컨베어 장치(76)의 후단에는 제1 인취롤러(74)가 설치되어 폴리싱 롤러(72)로부터 시트를 인출하게 되어 있는데, 미끄럼 방지를 위해 고무피복된 롤러로 구성된다. 롤러는 DC 모터에 의하여 회전되며, 내부에 냉각수를 순환시킬 수 있는 구조를 가진다.

두께가 조정된 상태에서 인출되는 시트는 재단부(110)에 의해 요망하는 폭과 길이로 절단된다. 재단부(110)는 폭 절단부(112) 및 길이 절단부(114)로 구성된다. 절단작업은 회전톱날에 의하며, 절단시 발생되는 분진을 수거하기 위한 포집부(90)가 이용된다.

재생부(100, 도 1 참조)가 재단부, 특히 폭을 절단하기 위한 폭절단부로부터 발생되는 잔재를 잘게 부수어 반출하도록 폭 절단부의 인접 지점에 설치되며, 수집 분쇄된 잔여물로 하여금 다시 혼합 및 혼련부(50)에 투입되어 재가공되도록 한다.

폭 절단부(112)를 통과한 시트는 제2 인취롤러(116)에 의해 냉각부(80)로 투입된다. 냉각부(80)는 가열건조기(82) 및 냉각건조기(84)를 포함한다. 압출부를 빠져나옴으로써 어느 정도 냉각된 시트의 온도는 가열건조기(82)를 통과하며 약 70℃의 온도로 표면이 가열되고 후속하여 설치된 냉각건조기(84)를 통과하며 다시금 전체적으로 냉각된다.

이는 시트를 스트레칭 및 단련(annealing)함으로써 그의 기계적 특성을 향상시키는 과정이다. 후단에 설치되는 제2 인취롤러(116)에 의해 시트는 강하게 압박된 상태에서 인취된다. 가열건조기는 단열을 위하여 길게 연장된 하우징 내부에 구성되며, 전기히터로 가열된 열풍을 순환시키는 동작을 한다. 이 과정은 소정 판재에 중요시 요구되는 특성인 평활도를 유지하기 위한 것이다. 이 역시 일반적인 성형공정에서 취하고 있는 기술이다.

시트 표면에 보호필름(F)을 접착시키기 위한 수단이 제2 인취롤러(116)에 마련될 수 있다. 즉, 보호필름은 제2 인취롤러와 함께 맞물려 회전되도록 설치되고 그의 회전에 따라 필름 언와인더(un-winder)로부터 풀려지며 시트 표면에 접착된다. 보호필름(F)은 시트의 양면 또는 일면에 선택적으로 부여될 수 있다.

냉각부(80)를 통과한 완성된 시트는 길이 절단부(114)를 통과하며 요망하는 규격의 길이로 절단된다. 절단작업은 역시 회전톱날이 사용되며 발생되는 분진을 수거하기 위한 수단이 구비된다. 부수적인 사항으로서 절단시 제품의 요동을 방지하기 위하여 에어실린더로 기동하는 클램프 기구가 사용된다. 절단 완성된 시트는 반출부(120)에 의해 포장 또는 인쇄된 상태로 반출된다.

당업자는 개시된 내용을 참조하여 본 고안의 기술적 사상의 범위내에서 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이다. 예를 들면, 위에 예시된 폐합성섬유의 혼용율 내지 혼합원료의 성분은 설계환경에 따라 어느 정도 변경될 수 있다. 압출부 이후의 사항은 본 고안의 핵심적 내용은 아니므로 충분히 변경될 수 있을 것이다. 때에따라서, 본 고안의 성형 시스템은 판형태 즉 보드가 아닌 봉형상으로도 가공될 수 있을 것이다.

위와 같은 구성에 의하여 경량으로서, 요망하는 기계적 강도를 구비하며 신뢰성 높은 건축용 자재가 제공된다. 이는 폐합성섬유라는 재활용품을 사용함으로써 산업발전에 크게 기여할 수 있게 된다. 본 고안에 의하면 고온에서 그 성질을 잃기 쉬운 면(綿) 등의 천연섬유를 일부 포함하는 폐합성섬유를 용융 압출성형할 수 있게 하는 수단이 제공된다. 이로써 대량으로 폐기되는 의류를 산업용품으로 재활용할 수 있는 계기가 마련된다.

Claims (3)

1. 주원료가 되는 폐합성섬유를 작은 천조각이 되도록 자르기 위한 세절부; 천조각 형태로 세절(細切)된 상기 폐합성섬유를 입체적 형상으로 만들기 위한 혼련부; 상기 폐합성섬유의 섬유 혼용율을 참조하여 비닐과 같은 열가소성 수지가 총중량의 70% 이상이 되도록 보조원료를 투입하여 상기 폐합성섬유와 혼합하기 위한 보조원료 혼합부; 혼합원료를 고압에 의해 1차적으로 온도를 상승시킴으로써 부분 용융하기 위한 1차 용융부 및 외부열원을 더함으로써 200℃ 내지 250℃의 온도환경에서 2차적으로 용융하기 위한 2차 용융부로 구성되는 용융부; 용융된 상태로 공급되는 혼합원료를 압출 금형을 통해 요망하는 단면 형태로 배출하는 압출부; 압출된 고온의 압출물을 냉각하기 위한 냉각부 및 요망하는 폭과 길이로 재단하기 위한 재단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐합성섬유를 이용한 압출 성형물 제조장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 1차 용융부는 상대적으로 큰 직경을 가지며 진행방향으로 갈수록 좁아지는 피치를 가지는 제1 스크류 및 제1 실린더로 구성됨으로써 회전에 의해 혼합원료에 고압을 가하여 자연적으로 온도를 상승시키며; 상기 2차 용융부는 상기 제1 스크류에 대하여 상대적으로 작은 직경을 가지는 제2 스크류 및 제2 실린더로 구성되며, 상기 제2 실린더에 외부열원으로부터 열을 공급함으로써 상기 혼합원료로 하여금 용융온도로 상승되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐합성섬유를 이용한 압출 성형물 제조장치.
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