KR20100119865A - 탄소 섬유의 재생 - Google Patents

Abstract

탄소 섬유 및 수지를 포함하는 복합재의 재생 방법으로서,
최소한 가열 영역(heating portion)을 포함하는 노(furnace)를 제공하고;
노를 통해 복합재를 이송하기 위한 이송수단(transporter)을 제공하고;
복합재를 상기 이송수단에 적재하여 상기 노를 통해 복합재를 이송하고;
상기 복합재가 상기 가열 영역 내로 들어왔을 때, 가열 영역 내 대기의 산소 퍼센트를 검출하고; 그리고,
연기(fume) 생성에 의한 제1 온도에서의 화학적 분해에 의해, 상기 노의 가열 영역을 통과하면서 상기 이송 수단 위에서 상기 복합재로부터 수지를 제거하되;
상기 생성된 연기는, 상기 가열 영역 내 대기 내에서 산소의 퍼센트가 조절될 수 있도록, 통제된 방법으로 상기 가열 영역으로부터 제거되는
탄소 섬유 및 수지를 포함하는 복합재의 재생 방법.

Description

탄소 섬유의 재생 {Recycling Carbon Fibre}

본 발명은 복합재에서 사용된 탄소 섬유의 재생에 관한 것이다.

탄소 섬유는 보통 수지 매트릭스(resin matrix) 내에 편직되거나(wooven), 썰어진(chopped), 또는 갈려진(milled) 탄소 섬유를 포함하는 복합재를 제조하는 데 사용된다. 그러한 복합재는 매우 가볍고 강하며 내구성이 있을 수 있다.

탄소 섬유는 탄소 층의 접혀진 층들(sheets)을 포함한다. 그러한 탄소 섬유는 보통 비반응성이며 따라서 불(fire)이나 부식(corrsion)에 내성이 있다. 각 섬유는 직경이 약 7 마이크론(micron)일 수 있다. 수지 및 그 안에 함침된 연속적이고 썰어지거나 갈려진 탄소 섬유로 이루어진 탄소 섬유 복합재는 높은 인장 강도 및 비교적 낮은 밀도를 가질 수 있고, 따라서 이러한 물질에 대한 많은 용도가 개발되고 있다.

새(virgin) 탄소 섬유의 생산은 연간 약 30,000 톤이나 탄소 섬유에 대한 수요는 상기 생산량 보다 훨씬 높고, 따라서 탄소 섬유를 자유롭게 구입할 수 없다.

탄소 섬유에 대한 요구가 높은 반면, 생산 공정에서 버려지는 물질의 양이 상당함이 밝혀졌는데, 약 40%의 새 탄소 섬유 및 수지가 탄소 섬유 생산 공정에서 버려지는 것으로 추정된다. 이 물질들은 전통적으로 쓰레기 매립지로 보내져 왔다.

수명이 다한 복합재들 역시 쓰레기 매립지로 보내졌다. 이들 물질은, 상기 기술한 바와 같이, 내구적이며 일반적으로 화학적으로 비반응성이다. 결론적으로, 쓰레기 매립지로 보내지는 탄소 섬유 복합재는 매우 오랜 기간 동안 변하지 않고 유지될 것으로 생각될 수 있다. 쓰레기 매립지 공간 부족에 대한 현재의 상황에서, 이것은 바람직하지 않다. 뿐만 아니라, 복합재에 대한 쓰레기 매립지의 사용을 제한하는 규정이 고려되고 있으며 곧 시행될 것이다.

또한, 탄소 섬유에 대한 요구는 탄소 섬유 및 탄소 섬유 복합재의 재생 수단 및 방법을 바람직한 것으로 생각하게 한다.

소량 규모의 탄소 섬유 재생에 대한 시도가 이루어져 왔으나, 이들은 복잡하며 보다 큰 규모의 생산에는 부적합한 것으로 밝혀졌다. 현존하는 몇 가지의 방법들은 질소와 같은 비반응성 대기를 사용하며, 나아가 재생될 물질을 갈거나(milling) 및/또는 화학적 처리를 포함한 광범위한 예비 처리를 요한다. 비반응 대기에서의 복합재 물질의 처리가 알려져 있다. 이들 공지의 방법들은 대기 가스가 퍼지되고(purged) 비반응성 가스가 도입될 수 있게 하는 밀봉 유닛의 사용을 요한다. 결론적으로, 재생에 드는 비용이 높은 것으로 밝혀졌고, 그 방법은 복잡하며, 재생 전 탄소 섬유 복합재를 밀링(milling)함으로 인해 산업적으로 제한된 용도의 최종 산물을 생산하게 하였다. 결과 탄소 섬유 물질은 또한 섬유 표면 또는 주위에 숯(char)을 가지며, 따라서 최종 산물이 깨끗하지 않은 것으로 밝혀졌다.

수년간 탄소 섬유 복합재의 간단하고 비용 효율적인 재생 방법이 탐색되어 왔다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 탄소 섬유 및 수지를 포함하는 복합재의 재생 방법이 제공되며, 상기 방법은,

최소한 가열 영역(heating portion)을 포함하는 노(furnace)를 제공하고;

노를 통해 복합재를 이송하기 위한 이송수단(transporter)을 제공하고;

복합재를 상기 이송수단에 적재하고;

연기(fume) 생성에 의한 제1 온도에서의 화학적 분해에 의해 노의 가열 영역에서 수지를 제거하는 단계들을 포함하되;

상기 생성된 연기는 통제된 방법으로 상기 가열 영역으로부터 제거되어, 상기 가열 영역 내 대기 내에서 상기 복합물이 통제될 수 있는 방법을 제공한다.

구체적으로, 본 발명의 제1 측면에 따르면,

최소한 가열 영역(heating portion)을 포함하는 노(furnace)를 제공하고;

노를 통해 복합재를 이송하기 위한 이송수단(transporter)을 제공하고;

복합재를 상기 이송수단에 적재하여 상기 복합재를 노를 통해 이송시키고;

복합재가 상기 가열 영역에 들어갔을 때 상기 가열 영역 내 대기 내에서 산소의 퍼센트를 검출하고; 그리고

연기(fume) 생성에 의한 제1 온도에서의 화학적 분해에 의해, 상기 이송 수단 위에서 상기 노의 가열 영역을 통과하면서 상기 복합재로부터 수지를 제거하는 단계들을 포함하되;

상기 생성된 연기는 통제된 방법으로 상기 가열 영역으로부터 제거되어, 상기 가열 영역 내 대기 내에서 산소의 퍼센트가 조절될 수 있는,

탄소 섬유 및 수지를 포함하는 복합재의 재생 방법이 제공된다.

바람직하게, 상기 노의 가열 영역은 공기 및 생성된 연기(fume)를 포함하는 대기를 가진다. 생성된 연기(또는 연기)는 통제된 방법으로 상기 가열 영역 내 대기로부터 제거되어, 상기 가열 영역 대기 내의 산소의 퍼센트가, 상기 수지의 분해 및 연소를 지지하기에는 충분히 높되, 상기 탄소 섬유의 연소는 방지하거나 또는 최소화할 수 있을 정도록 충분히 낮게 한다.

바람직하게, 상기 가열 영역 내 화학적 분해는 최소한 부분적으로 상기 복합재 표면 에 대한 불꽃면(flame flavor) 수단에 의해 일어난다.

상기 불꽃면은 상기 복합재가 상기 이송수단 상에서 상기 노를 통과해 감에 따라 복합재의 폭 전면에 걸쳐 존재할 수 있다.

상기 노는 하나 또는 그 이상의 온도 영역을 가질 수 있다. 각 영역의 온도는 다양할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 하나 이상의 가열 요소들이 각 영역 내에 구비될 수 있다. 주 가열 영역에 있는 하나 이상의 가열 요소는 수지 물질의 분해 및 연소가 일어나는 제 1 온도까지 상기 복합재의 온도를 높일 수 있다. 또한, 가열 요소들은 연결된 가열 영역에 선택적으로 존재하여 상기 복합재를 원하는 온도까지 가열하거나 또는 원하는 온도에서 상기 복합재를 유지시킬 수 있다.

가열 요소는 전기적 또는 가스 가열 소로부터 선택될 수 있으나, 열 제공을 위한 임의 요소의 사용도 고려할 수 있다.

복합재가 제1 온도에 이르면 분해 및 연소가 일어난다. 연기가 생성되어 노의 대기 내로 상승한다. 생성된 연기는 상기 대기 내에 존재하는 산소의 퍼센트를 감소시킬 수 있다.

바람직하게, 상기 연기는 상기 대기 내에 존재하는 산소와 반응하여 더욱 연소한다. 이 반응은 강하게 발열성이다. 이 발열 반응은 단독으로, 또는 하나 이상의 가열 요소와 조합하여, 상기 복합재를 원하는 온도로 가열하거나 또는 원하는 온도에서 상기 복합재를 유지시키기 위해 사용될 수 있다.

상기 대기 내에서 연기를 발생시키는 산소의 비율을 측정할 수 있고, 또한 이 비율을 생성된 연기의 최소한 일부의 연소 및 수지의 분해를 지지하는 범위로 유지할 수 있는 것이 더욱 바람직하다. 상기 산소의 비율을, 상기 연기의 분해 산물의 연소를 허용하고 또한 상기 탄소 섬유로부터 숯(char)의 연소를 허용하기에 충분할 정도로 산소가 존재하도록 하는 비율로 유지하는 것이 바람직하다. 제1 및 제2 가열 영역에서 산소/연기 비율을 모니터하고 조절하는 것이 특히 바람직하다.

불꽃면은 상기 복합재가 제1 온도에 도달한 후 상기 복합재의 표면에서 생성될 수 있다. 유리하게, 상기 불꽃면의 크기는 상기 대기 내의 산소의 퍼센트를 조절함으로써 조절될 수 있다. 특히, 상기 복합재의 이동 방향에서의 불꽃면의 크기 또는 상기 불꽃면의 폭은 상기 대기 내의 산소의 퍼센트를 조절함으로써 20cm 또는 그 미만으로 조절될 수 있고, 더욱 바람직하게는 10cm 또는 그 미만, 즉 1 내지 9cm, 또는 2 내지 8cm, 예를 들어 3 내지 7cm 로 조절될 수 있다.

종래의 방법에서는, 노 내에서의 임의의 산소의 존재는 연소 및 잠재적으로는 폭발 위험에 이르게 할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 현재까지, 노 내에서 수지가 연소되지 않도록, 대기를 퍼지시키고 비반응성 대기를 사용해야 한다는 고정 관념이 있었다.

대조적으로, 본 발명은 노의 가열 영역 내 대기 내의 산소를 검출하고 통제한다. 아래에서 보다 자세히 기술될 바와 같이, 생성된 연기의 연소와 공기는 충분한 산소, 즉, 1%(v/v) 내지 16%(v/v), 예를 들어 1%(v/v) 내지 10% (v/v)의 산소가 존재하도록, 노의 가열 영역 내 대기에서 적절히 사용될 수 있다.

상기 이송수단은 상기 복합재를 노를 통해 실질적으로 선형 방식으로 이동시키는 것이 바람직하다. 아래에서 보다 자세히 기술될 바와 같이, 상기 복합재를 굽어진 곳 주위로 통과시키거나, 또는 굴러 떨어지게 하거나, 또는 회전시키거나 충돌시키기 보다는, 선형 방식으로 이동시키는 것이 유리하다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 탄소 섬유와 수지를 포함하는 복합 탄소 섬유재를 재생하기 위한 노(furnace)가 제공되며, 상기 노는 생성된 연기로 인한 화학적 분해에 의해 수지를 제거하도록 제1 온도까지 상기 물질을 가열하기 위한 가열 영역와, 상기 가열 영역를 통해 상기 복합재를 이송하기 위한 이송수단을 포함하며, 상기 가열 영역는 상기 가열 영역로부터 생성된 연기의 제거를 통제함으로써 가열 영역 내 대기 내의 산소의 퍼센트를 조절하기 위한 조절기(controller) 및 산소 검출 수단을 포함한다.

바람직하게, 상기 조절기는 상기 노의 가열 영역의 대기 내 산소의 퍼센트에 따라 연기의 배출 비율을 조절한다.

바람직하게, 상기 노는 적재부를 포함한다. 상기 적재부와 가열 영역 사이에 입구가 구비된다. 상기 입구는 바람직하게 상기 가열 영역의 크기에 비례하는 제한된 크기로 이루어진다. 상기 입구는 최소한 부분적으로 밀봉될 수 있어서 가변적 개구부를 제공한다. 상기 가열 영역로 공기가 들어가는 것을 통제할 수 있도록, 상기 입구의 개구부의 크기를 변화시킬 수 있는 것이 바람직할 수 있다.

바람직하게, 상기 노는 냉각 영역를 더 포함한다. 상기 냉각 영역 또한 상기 가열 영역에 비례하는 제한된 크기를 가질 수 있다. 공기는, 바람직하게, 상기 냉각 영역로부터 상기 가열 영역로 들어올 수 있다.

바람직한 양태에서, 상기 가열 영역 내로 공기를 이동시키기 위한 팬(fans), 블로우어(blowers), 펌프, 또는 다른 양성적 공기 지시 장치를 구비할 필요는 없다. 바람직하게, 연기의 제거는 자연적인 공기 흡입을 이끌 것이다. 특히 바람직한 양태에서, 연기는 가열 영역로부터 제거 유닛으로 보내지며, 제거 유닛으로부터 연기의 배출이 가열 영역로의 공기의 흡입에 충분하다.

적절하게, 상기 연기의 제거는 통풍구(vents) 또는 다른 기공을 통해 이루어진다. 자연 대류가 통풍구로의, 그리고 통풍구를 통한 연기의 이동을 도와준다. 통풍구의 크기는 노 대기로부터 연기의 제거를 조절하기 위해 조절될 수 있다. 통풍구가 개방되는 시간의 길이는 노 대기로부터 연기의 제거를 조절하기 위해 조절될 수 있다. 통풍구에 대한 보다 자세한 사항은 아래에서 기술된다.

하나의 양태에서, 상기 노의 가열 영역는 필수적으로, 또는 전체적으로, 공기 및 생성된 연기로 이루어지는 대기를 갖는다. 그러나, 다른 양태에서, 대기 내에 추가의 가스가 존재할 수도 있다. 예를 들어, 질소 또는 아르곤과 같은 비반응성 가스가 대기에 존재할 수 있다. 바람직하게, 그러한 추가의 가스는 10% (v/v) 또는 그 미만, 5% (v/v) 또는 그 미만, 예를 들어 2% (v/v) 또는 그 미만으로 존재할 수 있다. 한 양태에서, 공기 및 생성된 연기 외의 가스는 0 내지 10% (v/v), 예를 들어 0 내지 5% (v/v), 또는 0 내지 2% (v/v)의 수준으로 존재한다.

상기 노의 가열 영역 또는 제1 영역은 단차된(stepped) 가열 터널을 포함할 수 있다. 이 영역은 선택 가능한 구조물 내에 배치될 수 있다. 이 부분의 형태는 단차된 형태가 아닐 수 있으나, 그 안에서 대기가 이송수단에 대해 적절히 조절될 수 있도록 하는 다른 대안적인 배치가 이용될 수 있다. 바람직한 양태에서, 이 영역은 일정한 높이를 가진다.

화학적 분해에 의해 수지가 제거되는 제1 온도는 200℃ 내지 600℃, 및 바람직하게 300℃ 내지 500℃, 예를 들어 400℃ 내지 500℃ 사이에서 적절히 조절될 수 있다. 가장 바람직한 범위는 425℃ 내지 475℃ 사이 또는 500℃로 유지될 수 있다.

이 온도에서, 복합재의 수지 성분은 가스성 연기 내에서 분해되어 탄소 섬유로부터 연소되어 나온다. 이 분해의 가스성 연기 산물은 상대적으로 산소를 거의 포함하지 않는다. 연기 내 산소 수준은 보통 1% 내지 5% v/v 이다.

한 양태에서, 상기 노의 제1 또는 가열 영역은 연기가 처음에 이 제1 영역에서 유지되어 이 제1 가열 영역의 대기 내에 존재하는 산소의 비율을 감소시키고 또한 상기 수지 성분의 연소 보다는 분해를 지지하도록 배치된다.

상기 제1 가열 영역으로부터 연기를 배출하는 것이 매우 바람직하지만, 상기 제1 가열 영역 내에서 연기를 충분한 시간 동안 유지시켜 탄소 섬유의 산화를 최소화하는 것 또한 바람직하다. 따라서, 본 발명에서 상기 연기의 조절된 제거가 중요하다.

가장 바람직하게, 연기 제거/배출은 -5 내지 +5 mbar의 압력, 바람직하게 -2 내지 +2 mbar의 압력, 및 더욱 바람직하게 -2 내지 -1 mbar의 압력을 사용하여 조절된다. 바람직한 양태에서, 상기 압력은 -1 mbar 이다.

한 양태에서, 상기 수지 성분의 분해는 이들 성분의 열분해(pyrolysis)에 의한 것이다. 진정한 열분해에서는 산소가 존재하지 않는다. 특히, 진정한 열분해에서는 화학적 분해는 실질적으로 열에 의한 것이다. 따라서, 실질적으로 다른 성분들, 예컨대 촉매 또는 산소의 존재에 의한 어떠한 반응도 일어나지 않는다.

따라서, 한 양태에서, 상기 노의 제1 가열 영역에서의 분해는 실질적으로 무산소 하에서 수행된다.

그러나, 바람직한 양태에서, 상기 분해는 상기 가열 영역의 대기 내 소량의 산소의 존재 하에 이루어진다.

그러한 양태들에서, 화학적 분해가 이루어지도록, 화학양론적(stoichiometric) 양 미만의 산소가 존재한다. 바꾸어 말하면, 상기 노의 제1 가열 영역의 대기 내에 존재하는 산소의 양은 연소에 필요한 양의 100% 미만이다. 예를 들어, 상기 노의 제1 가열 영역의 대기 내에 존재하는 산소의 양은 연소에 필요한 양의 90% 또는 그 미만, 80% 또는 그 미만, 70% 또는 그 미만, 또는 60% 또는 그 미만일 수 있다.

한 양태에서, 산소는 화학양론적 양의 50% 또는 그 미만, 화학양론적 양의 40% 또는 그 미만, 화학양론적 양의 25% 또는 그 미만, 또는 화학양론적 양의 10% 또는 그 미만의 양으로 존재한다.

바람직하게, 상기 노의 상기 제1 가열 영역 내 수지의 분해는 화학양론적 양의 0.5 내지 90%의 양, 예를 들어 화학양론적 양의 1 내지 80%, 예를 들어 화학양론적 양의 1.5 내지 50%, 화학양론적 양의 2 내지 40%, 즉, 화학양론적 양의 5 내지 25% 의 양으로 존재하는 산소 내에서 수행된다.

재생으로서의 탄소 섬유의 제조에 있어서는, 탄소 섬유의 산화를 방지하는 것이 바람직하며, 이는 전통적으로 탄소 섬유 주위로 비반응성 대기를 사용함으로써 이루어져 왔다. 전형적으로, 상기 비반응성 대기는 질소이나, 다른 비반응성 가스도 사용될 수 있다. 질소의 사용은 공정에의 복잡성 및 비용을 추가시킨다. 탄소 섬유를 재생하기 위한 소량 규모의 실험적 시도가 이루어져 왔고, 이들은 모두 탄소 섬유의 산화를 방지하고 수지 성분의 분해가 일어나도록 하기 위해 비반응 대기로서 질소를 사용했다.

대조적으로, 본 발명은 개방된 노를 사용하고, 노로부터의 연기의 흐름을 조절하고, 그리하여 대기 내 산소의 퍼센트를 상기 탄소의 산화를 감소시키도록 조절한다. 이는 조절하기에 더 간단하며 용이하다.

본 발명에서, 상기 노의 제1 영역 내 대기 내의 산소의 비율은 16% (v/v) 미만, 즉, 1% (v/v) 내지 16% (v/v)의 범위로 조절될 수 있다. 예를 들어, 10%(v/v) 미만, 즉, 1% (v/v) 내지 10% (v/v) 사이로 조절될 수도 있다. 한 양태에서, 상기 노의 제1 영역 내 대기의 산소 비율은 5% (v/v) 미만, 즉, 1% (v/v) 내지 5% (v/v)의 범위로 조절된다. 가장 바람직한 양태에서, 산소의 퍼센트는 5% (v/v) 미만이나, 1% (v/v) 보다는 많은 양으로 존재한다.

상기 노의 제1 영역 내 대기 내의 산소의 비율은 2 내지 16% (v/v), 즉, 1% 내지 10% (v/v), 예컨대 2 내지 5% (v/v)로 조절될 수 있다.

한 양태에서, 상기 노의 제1 영역 내 대기 내 산소의 비율은 3 내지 16% (v/v), 즉, 3% 내지 10% (v/v), 예컨대 3 내지 5% (v/v)로 조절될 수 있다.

선택되는 산소의 정확한 비율은, 통상의 지식을 가진 기술자들이 이해할 수 있을 바와 같이, 국부적인(local) 상태 및 처리될 물질에 따라 달라질 것이다.

한 양태에서, 상기 노의 제1 영역 내 대기에서의 산소의 비율은 상기 복합재가 노를 통과해 감에 따라 노의 대기 전체를 통해 실질적으로 일정하게 조절된다. 예를 들어, 산소의 비율은, 복합재가 노를 통과함에 따라 3% (v/v) 또는 그 미만으로 변할 수 있으며, 2%(v/v) 또는 그 미만, 바람직하게는 1% (v/v) 또는 그 미만, 즉, 0.5% (v/v) 또는 그 미만으로 조절될 수 있다.

노가 처음 가동될 때는, 대기를 조절하여 적합하게 산소 결핍된 환경을 제공하기에 충분한 양의 연기가 없기 때문에 수지 성분의 분해가 일어나지 않을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 바람직한 양태에서, 수지는 매우 빨리 분해되어 환원성 대기를 제공하는 분해된 가스 또는 연기를 다량 생산할 것임을 알 수 있을 것이다. 이것은 탄소 섬유 물질의 첫 번째 적재량이 제1 가열 영역으로 들어간 후 몇 초 내에 이루어질 수 있다.

본 발명의 방법을 사용하여 재생된 탄소 섬유는 바람직한 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 재생된 탄소 섬유는 새 탄소 섬유에 비해 개선된 접착 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 또한, 재생 공정에서 전기적 특성이 변화되어, 전도성이 현저히 증가될 수 있음을 알게 되었다.

바람직하게, 제1 가열 영역으로부터 제거된 연기는 상기 제1 영역에 인접하여 위치한 외부 버너(burner)로 향하게 된다. 외부 버너는 상기 제1 영역 보다 훨씬 높은 온도에서 작동할 수 있다. 전형적으로, 1000 내지 1500℃의 온도, 즉, 1100 내지 1300℃의 온도, 예를 들어 약 1200℃의 온도가 사용될 수 있다. 따라서, 연기는 상기 외부 버너에 의해 더욱 태워질 수 있다.

바람직하게, 상기 외부 버너에 의해 연기가 태워진 후 방출되는, 버려지는 가스들은 깨끗하다. 버려지는 가스의 추가 처리는, 탄소 섬유 재생 방법의 임의의 환경적 충격을 감소시키기 위해 도입될 수 있다. 상기 연기는 낮은 등급의 연료 오일을 얻기 위해 응축될(condensed) 수도 있다. 또는, 상기 연기는 상기 연기 내에 존재하는 원래의 중합체로 다시 파쇄될 수도 있다. 이들 중합체들은 접착제 분야와 같은 다른 응용 분야에서 사용될 수도 있다. 상기 연기의 응축 또는 파쇄는 종래의 방법 및 수단에 의해 수행될 수 있다.

바람직한 양태에서, 상기 연기는 폐기 유닛(abatement unit) 내에서 처리되고, 방출되는 버려지는 가스는 굴뚝에 의해 대기 내로 되돌려질 수 있다. 바람직한 양태에서, 연기는 폐기 유닛 내에서 처리되고, 버려지는 가스는 굴뚝에 의해 대기로 방출된다. 이들은 폐기 유닛의 일부이거나 또는 제거 유닛과는 독립적일 수 있다. 상기 폐기 유닛을 노와 일체화하여 상기 노와 폐기 유닛 사이의 에너지 이동을 용이하게 하고, 그리하여 노로 공급되는데 요구되는 전체 에너지(power)를 감소시키는 것도 바람직하다.

바람직하게, 이송 수단은 선형 이송 수단을 포함한다. 특히, 상기 이송 수단은 상기 노를 따라 이동하는 그의 길이를 따라 실질적으로 적절히 선형이다. 바람직한 양태에서, 상기 이송 수단은 실질적으로 그의 전체 길이를 따라 선형이다.

선형 이송 수단은 특히 상기 복합재를 이송시키도록 잘 적응되어 있어서, 상기 복합재는 노를 통한 이동 중에 회전하거나 또는 충돌되지 않는다. 상기 복합재가 노 전체를 통해 그의 이송 중 손상되거나 충돌되지 않도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 탄소 섬유의 중요한 품질은 "코스메틱 품질(cosmetic quality)"로 알려지고, 선형 이송 수단의 사용은 상기 상품에 개선된 미학을 제공한다. 추가로, 탄소 섬유가 손상되면, 결과적인 표면 결함이 탄소 섬유의 인장 강도에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 선형 이송 수단을 사용하는 것의 이점은 복합재가 상기 이송 수단에 놓여져 상기 이송 수단에 의해 선형적인 이동으로 노를 통해 이동할 수 있다는 것이다. 상기 복합재는 노를 통한 이동에서 회전하거나 충돌되지 않으며, 또한 추락하지도 않는다. 따라서, 재생된 복합재는 노를 통과한 후 깨끗하고 손상되지 않은 탄소 섬유를 함유한다.

본 발명의 추가의 이점은 얇은 층들로 이루어진 복합재의 재생에 관한 것이다. 이들은 탄소 섬유만의 층들이거나, 또는 강화 유리 섬유 또는 금속 섬유와 같은 추가 물질의 층을 또한 함유할 수 있다. 복합재의 전체 조각이 작은 조각들로 잘려지지 않은 채 노를 통과해 이송될 수 있고, 또한 노를 통해 흔들림이나 추락 없이 이송될 수 있다는 사실로 인해, 복합재는 노의 가열 영역 내에서 각각의 층들로 깨끗하게 분리된다. 이것은 추가 물질 또는 그의 각 층을 층분리된 복합재로부터 층들을 들어올리거나, 미끄러지게 하거나, 또는 잡아 당김으로써 제거할 수 있음을 의미한다. 따라서, 복합재가 노로부터 빠져나온 후, 금속 및 다른 물질들을 복합재로부터 쉽게 추출할 수도 있다.

바람직한 양태에서, 복합재는 가열 터널을 통해 이송되기 위해 연속적인 공급 메카니즘을 포함하는 이송 수단 상에 적재된다. 바람직하게, 상기 연속적인 공급은 연속 벨트이고, 상기 벨트는 강(steel) 또는 다른 열 내성이며 내구적인 물질로 제조될 수 있다.

상기 벨트는 제1 영역을 통해 이동한다. 제1 영역에서 보내지는 일정 시간, 또는 지속 시간은 상기 벨트의 이동 속도를 조절함으로써 변화될 수 있다. 조절 메카니즘은 벨트의 이동 속도를 조절하기 위해 구비될 수 있다. 소정의 이동 속도가 선택될 수 있다. 상기 이동 속도는 제1 영역의 온도 및/또는 재생될 물질에 따라 선택될 수 있다. 바람직하게, 상기 벨트의 이동 속도는 조절기에 의해 조절된다. 재생 공정 동안 벨트의 이동 속도를 변화시킬 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 변화는 산소 미터(meters) 및/또는 온도 센서로부터의 출력 신호에 대응될 수 있다. 상기 벨트에 사용될 수 있는 속도의 예는 2 m/min 또는 그 이상, 즉, 2 내지 8 m/min, 3 m/min 또는 그 이상, 즉 3 내지 6 m/min 일 수 있다. 한 양태에서, 약 4 m/min 의 속도가 사용될 수 있다.

상기 벨트는 작은 양의 물질을 이송시키기 위해 배치될 수 있다. 그것은 또한 골프 클럽의 축(shaft), 또는 편직 탄소 섬유 롤과 같은 보다 큰 물품들의 이송에도 적합할 수 있다. 다른 보다 큰 물품들로는 자전거, F1 카 패널을 비롯한 경주용 자동자 패널, 및 심지어 비행기 날개의 부분들과 같은 물품들도 포함할 수 있다.

재생될 복합재는 2 m 미만의 폭 및 0.25 m 미만의 높이인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 범위는 1.5 m 미만의 폭 및 0.2 m 미만의 높이를 가지는 물질들이다. 그러나, 이들 바람직한 최대 치수는 바람직한 가열 터널 및 보다 큰 크기의 선택적인 제1 가열 영역으로 들어가는 입구의 크기로부터 결정되며, 보다 큰 재생될 물질의 물품을 다루는 것 또한 즉시 예상할 수 있다. 당업자는 물품의 높이 및 폭은 그것의 방향에 의존할 것이며, 한 방향에서 이들 치수에 맞지 않는 물품을, 이들 치수에 맞도록 하기 위해 다른 방향으로 회전시킬 수 있을 것이라는 점을 이해할 것이다. 이들 바람직한 크기는 바람직한 가열 터널의 치수로부터 결정되며, 따라서 당업자는 상기 치수가 변화될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 높이가 폭에 보다 근접하는 대안적인 치수를 가지는 대안적인 가열 터널을 제작할 수 있을 것임을 예상할 수 있다. 그러나, 목(throat)의 치수를 조절하는 것이 중요함이 밝혀졌다. 바람직한 한 양태에서, 목이 좁을수록 가열 영역 내 가열 프로파일을 조절하는 것이 보다 쉽다는 것이 밝혀졌다. 대안적으로, 목, 즉, 입구는 보다 큰 물품이 가열 영역으로 들어가는 것을 허용하기에 적합할 수 있으며, 상기 목은 그 후 부분적 또는 전체적으로 폐쇄될 수 있다.

재생될 복합재의 두께는 가변적일 수 있다. 복합재의 두께는 노 내에서 보내는 이상적인 체류 시간에 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로, 물품이 두꺼울수록 체류 시간은 더 길어진다.

공정이 연속적이기 때문에, 재생될 물품의 길이에는 아무런 제한이 없음을 이해할 것이다. 그러나, 재생할 물질의 취급을 용이하게 하기 위해 취급 가능한 길이로 절단하는 것이 바람직하다. 전형적인 길이는 약 2 m 일 수 있다.

예비 처리가 거의 또는 전혀 필요하지 않다는 것이 본 방법의 특이한 장점이다. 재생할 물질은 화학적으로 처리되거나 파쇄, 다지기, 또는 분쇄에 의해 작은 크기로 되지 않아도 된다. 이는 부분적으로는 상기 목이 보다 큰 물품을 노 내로 통과할 수 있도록 하는 치수로 되기 때문이다.

한 양태에서, 재생할 복합재가 1 m 폭 이상이거나, 및/또는 0.1 m 높이 이상인 경우, 그 크기를 줄이기 위해 단지 작게 썰어지거나, 또는 예비 처리된다. 바람직한 양태에서, 재생될 복합재의 크기가 1.5 m 폭 이상이거나, 및/또는 0.2 m 높이 이상인 경우, 그 크기를 줄이기 위해 단지 작게 썰어지거나 또는 예비 처리된다. 한 양태에서, 재생될 복합재는 그 크기가 2 m 폭 이상 및/또는 0.25 m 높이 이상인 경우, 그 크기를 줄이기 위해 단지 썰어지거나 또는 예비 처리된다.

바람직하게, 상기 방법은 연속적으로 수행되며, 물질은 연속적으로 벨트 위에 적재되어 제1 가열 영역으로 통과해간다. 이의 장점은 물질의 배치를 처리하기 위 한 예비 물질을 저장할 필요가 없다는 것이다. 상기 제1 가열 영역의 연속적 작동 또한 유리하다. 특히, 제1 가열 영역의 연속적 작동은, 복합재가, 사용가능한 물질에 의존하여, 원하는 속도로 노 내로 공급되도록 할 수 있다는 것이다. 연속적 온도의 유지는 보다 에너지 효율적이다. 더욱이, 노 내에서 열의 순환은 비효율적일 뿐만 아니라 라이프 사이클의 감소로 이끌어 노의 구조에 해로울 수 있다. 비록 바람직하지는 않지만, 물질의 배치 처리 공정 또한 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 현재로서는 상업적으로 바람직하지 않은 것으로 밝혀졌다.

바람직하게, 노의 제1 가열 영역보다 높은 온도에서 작동할 수 있는 노의 제2 가열 영역이 제공될 수 있다.

본 방법의 바람직한 양태에서, 노의 제1 가열 영역에서 수지가 제거된 후, 잔여 물질은 노의 제1 영역보다 높은 온도에서 작동하는 노의 제2 가열 영역에서 가열된다.

바람직하게, 노의 제2 가열 영역은 500℃ 내지 900℃, 및 보다 바람직하게 550℃ 내지 800℃ 에서 물질을 가열한다. 가장 바람직하게, 제2 영역에서의 온도는 500℃ 내지 700℃ 이고, 바람직하게는 550℃ 내지 600℃, 또는 더욱 바람직하게 600℃ 내지 700℃ 이다. 본 발명의 한 실시예에서, 제2 가열 영역의 온도는 600℃ 내지 650℃, 예컨대 약 620℃ 이다.

노의 제2 영역은 노의 제1 영역보다 높은 온도에서 작동하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 영역의 온도는 아래에서 좀 더 기술될 바와 같이 너무 높지 않은 것이 바람직하다.

최소량의 추가의 연기가 제2 영역에서 생성될 수 있다. 임의의 추가의 연기는 외부 버너 또는 폐기 유닛 내로 들어가 태워지거나 또는 달리 처리될 수 있다.

제2 가열 영역이 제1 영역에서보다 높은 온도에서 바람직하게 작동하기 때문에, 제 영역은 상기 물질 내 섬유 상에 형성된 임의의 숯을 태우는 것으로 밝혀졌다.

숯은 복합재 내 수지의 지연된 분해로부터 일어난다. 분해는 불충분한 산소 공급으로 인해 지연된다. 비반응성 대기의 사용은 산소를 배제하며, 따라서 비반응성 대기를 사용하는 현존하는 방법들에 있어 숯은 커다란 문제이다. 본 방법에서는, 그러나 산소가 배제되지 않으며, 따라서 수지 성분의 분해가 일어난 후, 존재하는 산소에 의해 숯의 연소가 일어나 이산화탄소 및 일산화탄소가 생성되며, 따라서 탄소 섬유 상에 잔존하는 숯의 양을 감소시킨다. 따라서, 보다 고품질의 제품이 얻어진다.

탄소 섬유 상 또는 그 안의 숯의 존재는, 그것이 불순물이기도 하고, 또한 탄소 섬유의 물리적 특성에 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않을 수 있다. 숯은 주사전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)을 사용하여 볼 때 탄소 섬유의 표면 상에서 볼 수 있다.

그러나, 숯의 존재는 재생된 탄소 섬유 물질의 특정 분야, 예를 들어 물의 정제 또는 촉매 베드와 같은, 재생된 물질이 활성탄과 관계된 곳에서 사용될 경우, 바람직할 수 있음이 밝혀졌다.

따라서, 탄소 섬유로부터의 숯의 제거를 조절하여, 깨끗한 제품이 요구될 때는 깨끗한 제품을 생산하고, 숯을 포함하는 제품이 요구될 때는 숯을 포함하는 제품을 생산하도록 할 수 있다.

본 발명의 제3 측면에 따르면, 탄소 섬유 및 수지를 포함하는 복합재의 재생 방법이 제공되며, 상기 방법은,

최소한 제1 가열 영역 및 제2 가열 영역을 포함하는 노를 제공하고;

제1 가열 영역을 통해 상기 복합재를 이송하기 위한 이송 수단을 제공하고;

상기 이송 수단에 상기 복합재를 적재하여 노를 통해 상기 복합재를 이송하고;

상기 복합재가 상기 제1 가열 영역 내에 들어갔을 때, 상기 영역 내 대기의 산소 퍼센트를 검출하고;

상기 복합재가 상기 이송 수단 상에서 노의 제1 가열 영역을 통과함에 따라, 결과 생성된 연기로 제1 온도에서 화학적 분해에 의해 상기 노의 상기 제1 가열 영역 내에서 수지를 제거하고;

상기 제1 가열 영역으로부터 상기 연기를 통제된 방식으로 제거하여 제1 가열 영역의 대기 내 산소의 퍼센트가 조절되도록 하고;

상기 제1 가열 영역을 통해 이송된 후, 재생될 물질을 상기 이송 수단 상에서 제2 가열 영역을 통해 이송시키는 것을 포함하되;

상기 제2 가열 영역은 제2 온도에서 작동하며, 상기 제2 온도는 탄소 섬유로부터 숯의 제거를 통제하도록 선택되는 것인 방법이다.

노의 제2 영역은 주로 노의 제1 영역에서 탄소 섬유 상에 침착된 숯을 제거하기 위한 것이다. 제1 영역에서 침착된 숯의 양은 비반응성 대기 하에서 수행되는 공정에서 침착되는 숯의 양보다는 적지만, 상기 숯은 가능한 한 많이 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 550℃ 내지 600℃ 범위의 가장 바람직한 온도는 탄소 섬유 상으로의 숯의 베이킹 없이 탄소 섬유 상에 침착된 임의의 숯을 제거하기에 충분히 높다. 그러나, 600℃ 내지 650℃의 온도 범위는 일부 양태에서 더욱 바람직할 수 있다. 온도가 너무 높으면 탄소 섬유가 열 및 산소의 존재 하에 산화될 수 있으며, 이는 바람직하지 않다.

탄소 섬유 물질의 노의 제2 영역 내의 체류 시간을 조절하는 것이 중요한데, 이는 노의 제2 영역에서의 체류 시간이 너무 길면 섬유는 보다 높은 온도에 도달하여 산화되는 반면, 체류 시간이 너무 짧으면 섬유 상에 숯이 남게 된다. 바람직하게, 체류 시간은 5 분 정도이다. 상기 물질의 두께는 제2 영역에서의 바람직한 체류 시간에 영향을 미칠 수 있으며, 물품이 두꺼울수록 보다 긴 체류 시간을 요한다. 일반적으로, 적절한 체류 시간은 1 분 내지 10 분, 즉, 2 분 내지 8 분이고, 바람직하게는 3 분 내지 7분, 가장 바람직한 체류 시간은 4 분 내지 6 분임이 밝혀졌다. 체류 시간이 너무 길면 탄소 섬유는 산화할 것이다.

숯의 일부 또는 전부를 섬유 상에 잔존하도록 한다면 제2 가열 영역의 온도를 감소시키거나 체류 시간을 줄일 수 있음을 알 수 있을 것이다. 복합재의 재생이 완료된 후 탄소 섬유 상의 숯의 양을 조절하기 위하여, 조절기가 체류 시간 및 온도의 변화를 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 대기 내 산소 함량을 조절하여 수지 또는 수지 분해 산물의 연소가 일어나도록 하여 보다 높은 비율의 숯이 탄소 섬유 상에 침착되도록 할 수도 있다.

바람직하게, 제2 가열 영역 내 대기는 실질적으로 깨끗하며, 상기 대기 내 산소의 비율은 실질적으로 대기의 그것과 동일하다. 노의 제2 가열 영역 내 대기를 조절하지 않아도 될 수 있다. 탄소 섬유는 숯이 탄소로부터 태워짐에 따라, 탄소 표면 근처의 작은 푸른 불꽃에 의해 타는 것으로 보일 수 있다.

숯의 제거 공정은 "연마(polishing)" 또는 업그레이딩으로 명명될 수 있으며, 이는 보다 적은 부착 물질로 인해 보다 매끈한 표면을 갖는 섬유를 결과시킨다.

바람직하게, 본 방법은, 가열 단계 또는 단계들 이후에, 예를 들어 물을 사용하여 재생된 물질을 냉각하는 단계를 포함한다. 이 단계는 노의 제3 냉각 영역에서 수행될 수 있다. 바람직한 양태에서, 상기 제3 냉각 영역은 냉각수이다. 물질은 용기에 수집되기 전에 약 15 분 동안 냉각될 수 있다. 전형적으로, 수냉각 영역는 재킷 냉각 영역(jacketed cooling section)를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 냉각 공정은 완전히 전통적인 방법이다.

바람직하게, 용기는 상기 제3 냉각 영역으로부터의 재생된 물질의 연속적인 출력을 수집하도록 배치된다.

바람직하게, 상기 용기는 재생된 물질이 종래의 방식으로 썰어지거나 또는 갈아질 수 있는 밀(mill)로 상기 물질을 이동시키는 데 사용될 수 있다.

제1 및/또는 제2 완충 가열 영역이 제공될 수 있다. 제1 완충 영역은 제1 가열 영역 이전에 제공된다. 상기 제1 완충 영역은 200℃ 내지 400℃ 근방의 온도에서 작동할 수 있다. 한 양태에서, 그것은 200 내지 300℃ 일 수 있다. 다른 양태에서, 그것은 약 400℃ 일 수 있다. 제1 완충 영역이 작동하는 정확한 온도는 변화될 수 있지만, 제1 가열 영역의 온도보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 온도는 바람직하게, 상기 완충 영역에서 상기 수지 성분의 배기가 일어나지 않을 정도로 충분히 낮아야 하지만, 복합재가 상기 제1 가열 영역에 들어가기 전에 예비 가열되어 제1 가열 영역에서 열이 유지될 수는 있어야 한다.

바람직한 양태에서, 제2 완충 영역 또한 200 내지 400℃ 의 온도로 유지된다. 한 양태에서, 그것은 200 내지 300℃ 일 수 있다. 다른 양태에서, 그것은 약 400℃ 일 수 있다. 바람직한 양태에서, 제2 완충 영역은 노의 제2 가열 영역과 물질의 냉각이 일어나는 제3 영역 사이에 위치한다. 또한, 상기 완충 영역은 제1 및 제2 가열 영역 내에서 열이 유지되도록 하고, 또한 노의 전체 효율을 증가시키도록 하기 위해 작동된다.

바람직한 양태에서, 상기 벨트는 노를 통해 연속적으로 작동하며 실질적으로 일정한 속도로 이동한다. 그러나, 하나 이상의 벨트가 사용될 수 있으며, 물질이 하나의 벨트로부터 다른 벨트로 옮겨질 수 있음을 예상할 수 있다. 만약 분리된 벨트들이 사용된다면, 각각의 벨트는 상기 각 영역에서 상이한 속도로 이동할 수 있으며, 따라서 각 영역에서의 체류 시간이 개별적으로 변화되고 조절될 수도 있다.

재생된 물질은 50 내지 500 마이크론, 바람직하게는 100 내지 400 마이크론, 및 가장 바람직하게는 200 내지 300 마이크론으로 갈릴 수 있거나, 또는 1 내지 250 mm 또는 바람직하게 2 내지 200 mm 및 가장 바람직하게 3 내지 150 mm 의 길이로 썰어질 수 있다. 이들 범위를 초과하거나 그 미만의 대안적인 길이도 선택될 수 있다. 대안적인 길이는 탄소 섬유가 사용될 용도에 따라 선택될 수 있다. 선택된 정확한 길이는 쵸핑(chopping) 기구에 따라 변화할 수 있다.

대안적으로, 재생된 물질은 썰어짐 또는 갈림 없이 재사용될 수 있다. 가열 영역에서 층 분리되는 적층화 복합재의 분리에 대해서는 상기에서 이미 언급하였다. 현재 층 분리된 물질의 분리는 수작업으로 이루어질 것이나, 그것이 자동화될 수도 있음을 알 수 있을 것이다.

썰거나 갈지 않고 재사용하는 것은 편직화된 프리-프레그(pre-preg) 롤(roll)과 같은 재생 물질에 특히 적합하다. 이들 물질은 수지가 더 이상 사용 가능하지 않기 때문에 재사용이 요구될 수 있으나, 상기 기술한 방법을 사용함으로써, 상기 롤은 탄소 섬유 물질의 편직 구조에 영향을 미치지 않고 신선한 수지로써 재-사용을 위해 되돌려질 수 있다.

본 발명의 제4 측면에 따르면, 탄소 섬유 및 수지 성분을 포함하는 복합 탄소 섬유 물질의 재생 방법이 제공되며, 상기 방법은 개방된 노 내에서 복합재를 가열하여 수지 성분이 결과 생성된 연기에 의해 열적 분해를 거치게 하는 한편, 상기 노 내에 생성된 연기의 제거를 조절함으로써 대기 내 산소의 퍼센트가 조절되는 대기를 제공함으로써 상기 열 분해가 실질적으로 완전하게 되나 탄소 섬유의 산화는 감소되거나 방지되는 것을 포함한다.

바람직하게, 상기 노로부터의 연기의 제거를 조절하는 조절기가 제공되되, 상기 조절기는 상기 대기 내 산소의 수준을 감지하도록 적용된 센서에 연결된다.

바람직하게, 상기 센서는 미리 정해진 범위 내에서 대기 내 산소의 비율을 모니터하는 수단을 포함한다. 상기 센서들은 소정 간격으로 대기 내 산소를 샘플링하고 산소의 비율을 측정하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 산소의 퍼센트는 매 30 초 또는 매 분마다 표본화되어 측정될 수 있다. 대안적으로, 센서들은 대기 내 산소의 퍼센트를 지속적으로 샘플화할 수 있다.

각각의 센서를 독립적으로 세팅하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 센서가 지속적으로 대기를 샘플화하는 한편, 하나 이상의 센서가 규칙적인 간격, 예를 들어 매 10초 또는 매 30초 간격으로 대기를 샘플화하도록 조정될 수 있다. 마찬가지로, 각 센서가 독립적으로 규칙적인 간격으로, 예를 들어, 하나의 센서가 매 10초 마다 대기를 샘플화하는 한편, 다른 센서는 매 30초 또는 매 분 대기를 샘플화하도록 조정된 다수의 센서가 규칙적인 간격으로 대기를 샘플화하도록 조절될 수 있다.

샘플화 시간은 센서의 위치에 따라 달라질 수 있다. 제1 가열 영역에서는 지속적으로 대기를 샘플화하는 것이 바람직한 반면, 제2 가열 영역에서는 센서가 주기적으로, 예를 들어 매 5, 10, 20, 또는 30초 간격으로 샘플화하는 것이 바람직할 수 있다. 완충 영역에서는 센서들이 샘플을 주기적으로, 그러나 샘플들 사이에 보다 긴 시간을 두고, 예를 들어 매 20, 30, 또는 60 초 간격으로 샘플화할 수 있다.

바람직하게, 조절기는 가열 영역의 대기 내 산소의 퍼센트에 부응하여 연기의 배출 속도를 조절한다.

바람직하게, 대기 내 산소의 비율은 상기 제1 가열 영역으로부터 생성된 연기의 배출 속도를 필요에 따라 증가시키거나 감소시킴으로써, 미리 결정된 범위 내로 유지된다.

하나 이상의 통풍구가 제공될 수 있다. 상기 통풍구 또는 각각의 통풍구는 미리 선택된 정도로 개방되도록 전기적으로 조절될 수 있다. 개방 정도는 0% 내지 100% 사이에서 조절기로부터의 출력에 따라 조절될 수 있다. 바람직하게, 하나 이상의 통풍구가 제1 가열 영역 내에 제공된다. 유리하게, 하나 이상의 통풍구가 각 가열 영역에 구비된다. 각 통풍구는 수동 조절 메카니즘을 갖는 것이 바람직하다. 상기 통풍구는 상기 조절기로부터의 출력 신호에 따라 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 상기 조절기는 각 송풍기에 대한 개방 정도 및 개방 시간을 선택할 수 있다. 개방 주기는 상기 또는 각각의 산소 미터(meter)로부터의 대기의 산소 함량 측정 신호에 따라 달라질 수 있다. 하나 이상의 통풍구를 갖는 노에서, 각각의 통풍구는 상기 조절기로부터의 신호에 따라 다른 통풍구와는 독립적으로 작동할 수 있다.

가열 터널 내에서 도달되는 온도를 모니터하기 위해 온도 센서가 또한 구비될 수 있다. 온도는 이송수단의 이동 속도에 비례하여 변화할 수 있다. 바람직하게, 가열 터널 내 복합재의 체류 시간은 3 내지 15분 사이이며, 바람직하게는 5 내지 12 분이다. 특히 바람직한 체류 시간은 6분 내지 12분이다.

한 양태에서, 체류 시간은 12분 또는 그 미만, 10분 또는 그 미만, 예를 들어 1 내지 10 분, 또는 5 내지 10 분이다.

상기 체류 시간은 온도가 증가하면 감소될 수 있다. 또는, 온도가 감소하면 체류 시간이 증가되어 복합재의 수지 성분이 태워지도록 할 수 있다. 체류 시간은 공지 공정의 체류 시간보다 현저히 짧다.

진정한 열분해 시스템에서는 탄소의 산화는 발생하지 않지만, 본 발명에서는 상기 노의 제1 영역의 대기 내에 일부의 산소가 존재하며, 따라서 탄소 섬유의 일부 산화가 일어날 것이다. 따라서, 상기 수지 성분 분해의 조절은 온도 및 상기 온도에서의 체류 시간 모두가 고려되어야 한다. 온도가 증가할수록, 탄소 섬유의 원치않는 산화를 감소시키기 위해 체류 시간이 짧아질 수 있다.

본 발명에서, 연기가 발열 반응으로 인해 열을 생성하면서 연소된다는 사실로 인해, 체류 시간은 예상할 수 있는 것보다 현저히 짧은 시간, 예를 들어 15분 또는 그 미만, 12분 또는 그 미만의 시간으로 감소될 수 있다. 보다 빠른 이동 속도 및보다 낮은 체류 시간을 가짐으로 인해, 발열성 가속화 및 폭발 위험이 감소될 뿐만 아니라, 탄소 섬유의 산화가 실질적으로 방지된다.

높은 속도 및 낮은 체류 시간은 특히 선형 이송 수단의 사용에 의해 가능해진다. 비선형 이송 수단을 사용하여 높은 속도를 낸다면, 섬유 손상의 위험이 현저히 높아질 것이다.

바람직한 양태에서는 가스의 흐름이 자연적인 흡입을 생성함으로써만 야기되지만, 대안적인 양태에서, 터널을 통한 가스 흐름을 조절하기 위한 유체 이동기가 제1 가열 영역 내 대기를 조절하기 위한 조절기의 최소 일부로서 제공될 수 있다. 이것은 하나 이상의 팬 또는 펌프를 포함할 수 있다. 모터 구동되는 게이트(gate) 밸브가 상기 제1 가열 영역으로부터 연기를 끌어들이는 수단과 함께 제공될 수 있다. 게이트 밸브를 통과하는 가스의 유동 속도는 앞에서 기술한 바와 같이 조절될 수 있다.

상기에서 기술한 바와 같이, 산소 미터가 또한 대기 내 산소의 퍼센트를 측정하기 위해 제공될 수 있다. 바람직하게, 산소 미터는 상기 제2 영역의 입구에 인접한 제1 가열 영역에 위치한다. 이것은 연소가 일어나며 연기가 발생하는 지점이다. 연기 흡입 속도는 처리될 상기 복합재의 수지 부피에 의존하여 변화될 수 있다. 상기 수지 부피 비율은 상기 물질과 함께 공급될 MSDS의 일부이다. 배출은 상기 산소 미터에 의해 모니터될 것이며, 배출 팬은 산소 수준에 따라 조절된다.

또 다른 양태에서, 산소 미터는 상기 제2 영역의 중앙으로 향하여 위치하는 대기 내 산소의 퍼센트를 측정하기 위해 제공될 수 있다.

하나 이상, 예를 들어 둘, 셋, 넷 또는 그 이상의 산소 미터가 대기 내 산소의 퍼센트를 측정하기 위해 제공될 수 있다.

한 양태에서, 각 영역에 하나 씩, 네 개의 미터가 있다.

노의 온도 및 노의 각 영역에서의 물질의 체류 시간과 가은 특정 변수들이 복합재가 이송 수단 위에 적재되기 전에 미리 선택되는 것이 바람직하다. 이는 MSDS가 상기 물질로 공급되면 이루어질 수 있다. 이 정보는 적절한 변수의 "최적 추측"이 이루어질 수 있도록 항상 가능하지는 않다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 산소 함량 및 온도의 측정은 주기적으로 이루어지며, 대기 내 산소의 퍼센트는 통풍구의 개방 및 폐쇄에 의해 16% (v/v) 또는 그 미만으로 일정하게 유지되도록 조절된다.

제1 가열 영역의 제1 끝단 및 노의 제2 영역에 인접한 제1 가열 영역의 제2 끝단 사이에서 압력 격차가 유지되는 것이 바람직하다. 상기 압력 격차는 약 -1 mbar 일 수 있다. 그러나, 이는 국지 상태를 적합화하기 위해 조정될 수 있다. 제1 가열 영역 내 대기를 조절하기 위한 조절기는 이 압력 격차를 조절할 수 있다.

상기 제1 가열 영역은 수지 성분으로부터의 연기가 탄소 복합재에 대해 상기 제1 가열 영역 내에 유지되도록 배치되는 것이 바람직하다.

한 바람직한 양태에서, 상기 제1 영역에는 경사진 지붕이 구비된다. 제2 영역으로부터의 경사는 상기 제1 가열 영역의 목(throat) 위에 위치하는 "유통관(off-take)"을 향해 내려온다. 이러한 배치는 제1 가열 영역으로부터 나오는 연기가 상기 제1 영역 내에 거의 유지될 수 있게 한다. 공기는 제3 및 제2 영역으로부터 제1 가열 영역 쪽으로 이동하면서, 제2 영역 쪽으로 이동하는 연기를 제1 가열 영역 쪽으로 되돌리도록 지시한다. 따라서, 제2 가열 영역은 낮은 수준의 연기만을 가지며, 제3 영역은 거의 깨끗한 대기를 가진다.

노의 제1, 제2, 제3 및 제4 영역은 노의 분리된 영역들이라기 보다는, 노의 지정된 영역들을 언급할 수 있다.

선택적으로는, 노는 제1 및 제2 가열 영역이 이어져 있고 완충 영역들이 상기 가열 영역들의 전후에 유지되도록 배치될 수 있다.

따라서, 연기의 배출은 조심스럽게 조절된다. 연기가 수지 성분으로부터 태워져 나온 가스성 물질을 포함하기 때문에, 상기 연기를 함유하는 대기는 상대적으로 산소 함량이 낮다. 따라서 탄소 섬유와 산소의 반응은 지연된다. 그러나, 산소 함량을 거의 '0'으로 감소시키는 것은 바람직하지 않은데, 그렇게 하면 상기 수지 성분의 분해 및 이어지는 연소가 완전해질 수 없고 또한 숯의 침착이 증가될 것이기 때문이다.

바람직하게, 노는 제1 영역의 온도보다 높은 제2 온도까지 가열될 수 있는 제2 가열 영역을 포함한다. 상기 노의 제2 영역 내 물질의 체류 시간은 약 3 내지 5 분이며, 이 영역에서 임의의 잔류하는 수지 성분의 분해가 일어나고 탄소 섬유 상에 침착된 숯이 태워져 상대적으로 깨끗하며 숯 및 접착제 물질들이 없는 탄소 섬유를 생성하게 된다.

본 발명의 제5 측면에 따르면, 탄소 섬유와 수지 성분을 포함하는 복합 탄소 섬유재를 재생하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 결과 생성된 연기에 의해 수지가 열분해를 겪도록 상기 수지 성분을 가열하는 한편, 상기 열분해는 거의 완료되도록 하지만 탄소 섬유의 산화는 감소되거나 또는 방지될 수 있도록, 생성된 연기의 제거를 조절함으로써 그 안의 산소 함량이 조절되는 대기를 제공하는 것을 포함한다.

바람직하게, 상기 연기는 대기로부터 탄소 섬유로 접근 가능한 산소의 양을 감소시키는 시간 동안 상기 복합재 주위에 유지된다.

본 발명의 제6 측면에 따르면, 탄소 섬유 및 수지를 포함하는 복합재 내 수지를 열 분해하기 위해 노 내에서 요구되는 에너지(power)를 감소시키는 방법이 제공되며, 상기 방법에서는, 상기 복합재가 상기 노 내에서 연기가 생성되는 제1 온도까지 가열되고, 상기 노 내 대기의 산소 퍼센트는, 상기 연기가 상기 노 내에서 열 발생을 일으키도록, 노 내에서 조절된다.

상기 연기의 연소가 발열 반응이기 때문에, 그것은 열이라는 형태로 상당한 양의 에너지를 생성함을 이해할 수 있을 것이다. 이는 종래의 방법에서는 안전 문제를 제기하였으나, 대기 내에서 활동 가능한 산소의 양을 조절함으로써, 연소 반응을 제어하고 또한 생성되는 열을 제어하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 시스템은 밀봉 시스템이 아니며, 이는 위험을 감소시키는 것인 반면, 종래 기술의 시스템에서는 비반응성 대기를 가지는 밀봉 노를 사용하였다.

바람직한 노 내에서 열은 전기적 수단과 같은 가열 수단에 의해 공급된다. 다른 열원 또한 가열 수단으로서 사용될 수 있다. 전기적 수단에 의해 공급되는 열의 양은 상기 연소 반응으로부터 생성되는 열에 따라 감소될 수 있다. 바람직하게, 상기 전기적 수단의 열 출력을 조절하고, 또한 그렇게 하기 위해 온도 센서의 신호에 따르는 조절기가 적용된다.

본 발명의 제7 측면에 따르면, 상기 본 발명의 제1, 제3, 제4, 제5 또는 제7 측면에 따르는 방법으로부터 결과되는 재생 탄소 섬유가 제공된다.

바람직하게, 상기 재생 탄소 섬유는 탄소 섬유로 구성되는 물품을 포함한다.

선택적인 양태에서, 상기 재생 탄소 섬유는 썰어진(chopped) 탄소 섬유 가닥들을 포함한다. 썰어진 탄소 섬유 가닥들은 풀먹임 처리되지 않은 것 및 1% 미만의 비율로 숯을 함유할 수 있다.

바람직하게, 재생 탄소 섬유는 복합재를 형성함에 있어서 개선된 웨트-아웃(wet-out) 및 계면 접착 특성을 가진다. 상기 특성들은 새 탄소 섬유보다 개선된 것일 수 있다. 또한, 재생 탄소 섬유를 함유하는 복합재들은 개선된 영 계수(Young's modulus) 및 인장 강도를 가지는 것으로 밝혀질 수 있다.

본 발명에 따르면 바람직한 특성을 갖는 재생 탄소 섬유를 에너지 효율적이고 안전한 방법으로 재생할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 노의 전형적인 형태에 대한 개략도이다.
도2는 본 발명에 따른 노의 전형적인 제1 영역을 나타낸다.
도3은 상기 노의 제1 영역과 폐기 유닛 사이의 연결 부위에 대한 개략도이다.
도4는 대안적인 노의 단면도이다.

본 발명은 오직 예시의 목적으로 첨부된 도면을 참조하여 하기에서 더 설명된다.

도1은 본 발명에 다른 노(1)의 전형적인 형태를 나타낸다. 상기 도로부터 알 수 있는 바와 같이, 노(1)는 두 개의 주요 부분, 가열 영역(2) 및 냉각 영역(4)을 갖는다. 강(steel) 벨트(6)가 구비되며 상기 가열 영역(2)과 상기 냉각 영역(4)을 통과하도록 배치된다. 상기 벨트는 연속적이며, 적재 영역(8)과 탈부하 영역(10) 사이에서 연장된다. 종래의 구동 수단(12)이 적재 영역(8)에 인접하여 구비되어, 상기 벨트(6)에 적재된 물질이 가열 영역(2)과 냉각 영역(4)을 통과하도록, 벨트를 구동하도록 배치된다. 상기 구동 수단(12)은 벨트(6)의 구동 속도를 조절하는 조절 메카니즘(14)을 가진다. 상기 조절 메카니즘(14)은 연속적으로 변화할 수 있거나 또는 미리 정해진 속도들 중 하나로 벨트(6)를 구동할 수 있다. 벨트의 속도는 여러 요소들에 따라 변화될 수 있다. 벨트 속도는 물질의 두께 및 복잡성에 따라 변화되며, 물질이 두꺼울수록 벨트는 느려진다.

가열 영역(2)에는 상기 가열 영역을 폐기 유닛(18)에 연결하는 하나 이상의 배기 채널(16)이 구비된다. 폐기 유닛은 배기 채널을 통과하여 폐기 유닛으로 들어가는 연기를 연소시키도록 배치된 버너를 포함한다. 폐기 유닛(18)은 컴팩트 파워 리미티드(Compact Power Limited)에서 제조된 것과 같은 하나의 유닛으로, 연기를 태우도록 배치되며, 이에 대해서는 당업자들에게 잘 알려져 있으므로, 그 형태 및 작동에 대해서는 더 이상 설명하지 않겠다. 폐기 유닛(18)은 연기를 약 1200℃에서 태우도록 배치된다. 연기 조성에 따라 다른 온도도 사용될 수 있다. 다른 방법으로 연기를 처리하기 위해 다른 유닛으로 대체될 수도 있다. 그러한 대안적인 유닛들은 당업자들에게 잘 알려져 있다.

상기 가열 영역(2)은 가열 터널(20)을 포함하는 제1 가열 영역과 제2 가열 영역(22)을 포함한다. 상기 가열 터널(20)은 도 2에 나타나 있고, 목부(24) 및 그의 바닥을 따라 연장하는 벨트(6)를 가지는 통로(26)를 포함한다. 상기 통로는 상기 목부와 입구(27) 사이에 연장하며, 목부(24)로부터 제2 가열 영역(22)으로 향하는 입구(27) 쪽으로 갈수록 높이가 높아지는 경사진 지붕을 갖는다. 상기 목부(24)는 0.25 m 높이 및 2 m 폭을 갖는다. 여기서 상기 통로의 높이는 상기 통로 전체 및 상기 제2 가열 영역으로 향하는 입구(27)에서 동일하다. 제2 가열 영역은 챔버(28)를 가지며, 상기 챔버(28)는 바닥(30), 및 상기 바닥(30)으로부터 제2 가열 영역의 챔버(28) 전체를 통해 거의 동일한 높이를 가지는 지붕(31)을 갖는다. 벨트(6)가 구비되며, 이는 또한 상기 챔버(28)의 바닥을 따라 연장한다.

상기 챔버(28)는 냉각 영역(4)과 연결되며, 상기 벨트는 상기 챔버(28)를 통해 상기 냉각 영역(4) 안으로까지 연장한다. 냉각 영역(4)은 냉각 영역(4)의 외부(34)에 구비된 종래의 수재킷(32)에 의해 수냉각된다. 냉각 재킷의 위치 및 작동은 종래 기술과 같으며, 이는 당업자들에게 잘 알려져 있으므로 더 이상 설명하지 않겠다. 냉각 영역을 냉각하기 위한 다른 수단이 대체될 수도 있다.

벨트(6)는 냉각 영역으로부터 탈부하 영역(10) 안으로까지 통과한다.

재생될 물질(36)(도2에 개략적으로 나타나 있음)은, 적재 영역(8)에서 벨트(6) 상에 적재되기 전에 필요하다면, 준비된다. 물질(36)은 벨트 상에 적재되기 전에 최소한의 처리를 거친다. 그것은 각 부분이 0.25 m 높이 및 2 m 폭 미만이 되도록 부분들로 잘라질 수 있다. 각 부분의 길이는 중요하지 않으나, 취급의 용이를 위해 편리하게 2 m 미만으로 된다. 이들 치수는 노의 목부의 치수에 따른 결과이다. 노가 다른 치수를 가지는 목부(25)를 가질 수도 있으며, 이 경우에는 재생될 물질의 최대 치수도 그에 따라 달라져야 할 것임을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 특히 유리한 점은 재생될 물질이 벨트(6) 상에 적재되기 전에 거의 처리될 필요가 없다는 것이다.

재생될 물질은 수지 성분 내에 탄소 섬유를 포함한다. 수지 성분은 재생될 각각의 제품에 따라 상이할 수 있다. 물질을 벨트(6) 상에 적재하기 전에, 상기 수지의 성분 및 추정되는 분해 산물을 확인하는 것이 바람직하다. 가열 터널 및/또는 제2 가열 영역의 온도는 특정 수지 성분에 따라 변경될 수 있다. 다르게는, 또는 그와 함께, 벨트의 구동 속도를 변화시킬 수 있다.

물질이 일단 이송 벨트(6) 상에 적재되면, 물질은 제1 가열 영역의 목부(24) 속으로 들어가 통로(26) 내로 통과한다. 통로(26)에서는, 온도는 약 450℃ 내지 500℃ 이다. 상기 온도는 재생될 물질에 따라 변화될 수 있다. 가열 터널 내 물질의 체류 시간을 물질 및 가열 터널의 온도에 따라 바람직한 시간으로 조절할 수 있도록 구동 속도 또한 변화될 수 있다. 재생될 물질의 두께를 측정하고, 상기 두께가 약 10 mm 보다 크면, 체류 시간을 증가시킬 수도 있다.

물질이 터널의 목부를 통해 가열 터널 내를 통과함에 따라, 물질은 빠르게 온도가 상승하여 물질 내 수지가 물질로부터 연기를 발생시키며 분해되기 시작한다. 이들 연기는 탄소 섬유 물질로부터 피어 올라 상기 가열 터널 내에 차게 된다. 상기 가열 터널 내 온도에서 "가스 발생(gassing off)" 속도는 빠르며, 대기는 거의 순간적으로 연기로 가득차게 된다. 이들 연기는 유기 화합물로 구성되며, 따라서 분해에 있어 산소가 거의 또는 전혀 필요하지 않은 것으로 생각된다. 따라서, 일단 가스 발생이 시작되면, 상기 터널 내의 상기 연기는 물질 주위로 산소를 거의 함유하지 않는다. 상기 가열 터널은 상기 목부로부터 제2 가열 영역을 향하는 입구 쪽으로 높이가 증가하는 경사진 지붕을 갖거나 또는 높이가 거의 일정하게 유지되는 지붕을 갖는다. 상기 가열 터널 내에 대기를 조절하기 위한 수단이 구비된다. 이들에 대해 이제 더 자세히 설명하겠다.

종래의 특성을 갖는 제1 팬이 제2 영역으로 향하는 입구에 인접하여 구비될 수 있다. 바람직한 양태에서, 오직 하나의 팬이 폐기 유닛 내에서 사용되고, 상기 오직 하나의 팬이 대기 조절용으로 사용된다.

입구(38)가 상기 노의 제1 영역의 측벽에 마련되고, 이는 통로(26)를 폐기 유닛(18)으로 이어지는 배기 패널(16)에 연결한다. 보여진 예에서 입구(38)는 측벽에 있다. 상기 입구는 상기 목부와 동일한 벽에 구비될 수 있거나, 또는 상기 목부 개구의 일부를 포함할 수도 있다.

압력 격차를 측정하며 가시적 판독부가 구비된 피토관(pitot tube)(39)이 구비된다. 상기 압력이 -1 mbar를 초과하면, 상기 노의 대기는 보다 많은 산소를 함유하게 될 것이며, 이상적인 압력은 폐기 유닛을 향하는 대기의 약한 이동의 결과로 -1 mbar 로 유지되어야 한다.

산소 미터(40)가 입구(38)의 반대쪽 벽에 구비된다. 상기 산소 미터는 상기 목부(24)에 인접한 노의 제1 영역 내 산소 함량을 모니터한다. 상기 모니터는 지속적으로 이루어지지만, 규칙적으로 대기를 샘플화하도록 조정될 수도 있다. 샘플 간의 간격은 1 초 내지 5 분 사이의 범위일 수 있다. 기존의 산소 모니터가 사용된다.

바람직한 양태에서, 유일한 팬은 상기 폐기 유닛 내에 구비되며, 이는 연기를 상기 노의 제1 영역으로부터 상기 폐기 유닛 내로 끌어내도록 작동한다.

제1 영역 내 압력을 모니터하는 수단이 제2 가열 영역(28) 및 배기 채널 입구에 인접하여 구비된다. 압력은 모니터되어 조절 유닛으로 송신되며(도시하지 않음), 이는 압력 격차를 약 -1 mbar 로 유지시키기 위해 상기 제1 및 제2 팬들의 작동을 조절한다. 산소 모니터로부터의 출력은 또한 조절 유닛으로 입력된다. 대기의 산소 함량이 1% 내지 5% (c/c) 사이의 바람직한 수준으로부터 이탈하면, 팬의 유동 속도는, 대기 내 산소 함량을 감소시키기 위해 배기 채널 내로의 연기 흐름을 감소시키거나, 또는 대기 내 산소 함량을 증가시키기 위해 상기 유동 속도를 증가시킴으로써, 산소의 함량을 상기 바람직한 수준으로 되돌리기 위해 변화할 수 있다.

최소한 하나의 온도 모니터 또한 각 가열 영역 및 또한 상기 냉각 영역 내 온도를 모니터하기 위해 구비된다. 바람직하게는, 벨트 위 및 아래의 가열 영역의 길이 전체를 통해 열전쌍(thermocouple)이 고정된다. 상기 온도 모니터 또는 각각의 온도 모니터로부터의 출력 또한 상기 조절 수단으로 입력될 수 있다. 상기 조절 수단은 노에 인접하거나 또는 그로부터 떨어져 있을 수 있다. 상기 모니터로부터의 출력은 이격된 위치로 송신되어 조절 지시가 상기 이격 위치로부터 상기 노로 전송될 수 있다.

각 영역의 온도는 상기에서 기술한 범위 내로 유지된다. 이상적으로는, 상기 제1 영역은 425℃ 내지 475℃의 온도를 가진다. 제2 영역(28)은 550℃ 내지 600℃ 사이에서 유지된다. 상기 온도가 너무 높으면 탄소 섬유가 너무 짧은 시간 안에 산화될 수 있다.

체류 시간 또한 조절되며, 이는 가열 영역들의 온도에 따라 변화할 수 있다. 온도가 높아지면 체류 시간은 바람직하지 않은 섬유의 산화를 막기 위해 감소될 수 있다.

배기 팬이 제2 가열 영역(28)에 구비되어, 상기 제2 가열 채널과 상기 폐기 유닛 사이를 연결하는 또다른 배기관(도시하지 않음)에 연결된다. 소량의 추가의 연기가 이 제2 가열 영역에서 발생될 수 있으며, 이는 폐기 유닛에서 또한 태워질 수 있다.

냉각 영역(4)은 약 8 m 길이를 가지며, 탄소 섬유가 공정이 끝난 시점에서 취급 가능하도록 하기 위해 주위 온도로 서서히 냉각될 수 있게 하는 영역에 구비된다. 상기 냉각 영역의 길이는 벨트의 속도에 따라 달라질 수 있다.

상기 냉각 영역은 종래의 것이며, 당업자에게 자명한 방식으로 변경되거나 적용될 수도 있다.

탄소 섬유 물질이 일단 냉각되면, 그것은 탈부하 영역(10)으로 들어가서 벨트로부터 탈부하된다. 상기 물질은 호퍼 내에 수집되어 마감처리 영역으로 이송된다. 물질은 섬유를 200 내지 300 마이크론 사이로 밀링함으로써 마무리될 수 있거나, 또는 3 내지 150 mm 사이의 길이로 잘려질 수 있다.

일부 물질은 썰거나 밀링하지 않고 재사용될 수도 있다. 특정 예로는 현재 시판되지 않게 된 수지를 포함하는 편직된 프리-프레그 롤이다. 상기 롤들은 노를 통과한 후 직물의 직조 구조를 손상하지 않고 수지에 다시 함침될 수 있다.

대안적인 노는 도4를 참조하여 설명한다. 노(100)는 하나의 챔버(102)를 포함한다. 게이트 또는 목부(104)가 챔버(102)의 제1 끝단에 구비된다. 벨트(106)는 챠아징(charging) 테이블(108)로부터 목부(104)를 통해 챔버(102) 내로 통과한다. 재생될 물질은 챠아징 테이블(108)에서 벨트(106) 상에 놓인다. 이전과 같이, 재생될 물질은 벨트 상에 놓이기 전에 일반적으로 처리되지 않는다. 일부 경우에, 물질이 목부를 통과할 수 있도록, 전체 크기를 감소시키기 위해 물질을 절단할 필요가 있을 수 있다. 이 노에서, 게이트의 치수는 커지거나 또는 감소될 수 있다. 상기 게이트는, 재생될 물질의 보다 큰 물품이 상기 게이트를 통과할 수 있도록 하기 위해 확장될 수 있다. 게이트에 의해 상기 챔버(102)로 들어가는 공기의 흐름을 조절하기 위해 게이트의 치수를 감소시킬 수도 있는 점 또한 유리하다. 전형적으로, 상기 목부는 약 6인치의 높이 및 2 m 의 폭을 가진다. 상기 목부 앞에 있는 내부 게이트를 낮추거나, 또는 가변 문을 사용함으로써 상기 목부의 높이를 감소시킬 수도 있다.

챔버(102)를 통과한 후, 벨트는 냉각 영역(110)으로 들어간다. 챔버(102)의 전체 길이 및 냉각 영역(110)은 앞에서 설명한 노에서와 유사하다.

챔버(102)는 개방되고 공기는 게이트(104) 및 냉각 영역(110)에 의해 챔버로 들어갈 수 있다. 벨트는 분당 수 미터씩 이동하며, 분당 8m 이하의 속도를 사용할 수 있을 것임을 알 수 있을 것이다. 전형적인 벨트 속도는 분당 1 내지 4 미터이다.

이 노에서, 챔버(102)는 A 내지 D의 네 개 영역으로 구성되는 것으로 생각할 수 있다. A 및 D 영역은 완충 영역이며, 제1 및 제2 가열 영역들을 포함하는 B 및 C 영역들보다 낮은 온도로 유지된다. 전형적으로, 챔버의 제1 가열 영역인 영역 B의 입구에서의 온도는 425℃ 내지 450℃에서 유지된다. 영역 B의 정확한 온도는 재생될 물질의 두께 및 재생될 복합재 내 수지의 조성에 따라 변할 수 있다. 영역 B는 그것이 영역 C에 다가갈수록 보다 높은 온도를 가질 수 있으며, 예를 들어, 영역 B는 그 입구에서 425℃ 내지 450℃의 온도로부터, 그 출구에서 500℃ 내지 650℃의 온도로 온도의 경사를 가질 수 있다. 영역 C는 제2 가열 영역을 포함하며, 일반적으로 영역 B의 입구보다 높은 온도에서 유지된다. 약 600℃ 내지 650℃의 온도가 보통 적합하다. 숯의 제거 또는 연마는 보통 영역 C에서 일어난다. 영역 C의 정확한 온도는 탄소 섬유 상에 잔존하는 숯의 양을 조절하기 위해 변화될 수 있다. 전형적으로, 영역 C는 500℃ 내지 700℃ 사이의 온도에서 유지된다. 영역 C의 온도는 편리하게 620℃로 맞춰진다. 완충 영역 A 및 D는 200℃ 내지 400℃ 사이의 온도로 유지된다. 상기에서 기술한 바와 같이, 재생된 탄소 섬유의 의도되는 용도에 따라, 최소한 일부의 숯을 재생된 탄소 섬유 상에 유지시키는 것이 바람직할 수 있다.

요구되는 바에 따라, 챔버 내로 열 입력을 제공하기 위해 가열 요소들(도시하지 않음)이 챔버(102) 전체를 통해 구비된다. 이 양태에서, 가열 요소들은 전기적 요소들일 수 있으나, 챔버 내에서 다른 열원을 사용할 수 있다는 것도 이해할 수 있을 것이다. 선택적인 열원의 예로서 가스 버너가 있다.

챔버 내에 다수의 온도 센서가 구비된다. 온도 센서들은 각 영역에 위치한다. 두개의 온도 센서들이 이 노 내에서 각 영역에 구비된다. 이 노에서, 온도 센서들은 노 내에 구비된 가열 요소들에 인접하여 위치한다. 온도 센서 또는 각각의 온도 센서들은 조절기(도시되지 않음)에 온도를 나타내는 데이터를 출력하도록 구성된다.

다수의 배기 통풍구(112)가 챔버 내에 구비된다. 이 노에서, 배기 통퐁구는 각 영역에 제공된다. 하나 이상의 배기 통풍구가 각 영역에 제공되거나, 또는 각 영역마다 배기 통풍구를 제공할 필요가 없을 수도 있다. 각각의 배기 통풍구는 폐기 유닛에 연결된다. 이 노에서, 폐기 유닛(116)은 챔버로부터의 버려지는 가스들을 연소시키는 버너(114)를 포함한다. 추가의 버너가 구비될 수도 있으나, 도4에 나타내지는 않았다. 폐기 유닛은 노로부터 방출되는 가스의 환경적인 영향을 감소시키기 위해 가스 연소에 있어 통상적인 것이다. 이 노에서, 폐기 유닛 버너들은 800℃ 내지 1200℃ 사이에서 가스를 태운다. 버려지는 가스들은 가스를 식히고 대기로 방출하기 위해 굴뚝(도시하지 않음)으로 이송된다. 굴뚝으로부터 대기로의 가스의 방출은 폐기 유닛을 통해 가스를 이동시키는 자연적인 흡입을 발생시키며, 배기 통풍구(112)가 개방될 때 또한 챔버(102)로부터 연기를 폐기 유닛(116)으로 끌어당기게 된다.

배기 통풍구에는 통풍구의 개방 및 폐쇄를 조절하는 조절 메카니즘이 구비된다. 통풍구는 0℃ 내지 100℃ 사이에서 변화할 수 있는 정도로 개방될 수 있다. 상기 조절 메카니즘은 0 내지 30 초 사이에서 변화하는 기간 동안 상기 또는 각각의 통풍구를 개방하도록 조정될 수 있다. 통풍구는 챔버 내의 상태가 연기 및 공기의 균형을 유지하도록 하기 위해 필요한 경우, 보다 긴 시간 동안 개방되도록 조정될 수 있다. 상기 또는 각각의 배기 통풍구가 개방되면, 굴뚝으로부터의 흡입은 연기를 챔버로부터 폐기 유닛으로 끌어당긴다. 따라서, 연기가 제거되고 챔버 외부로부터의 공기가 게이트 및 냉각 영역에 의해 챔버 내로 흡입된다. 공기가 챔버 내로 흡입됨에 따라, 대기 내 산소 퍼센트가 증가하며, 또한 수지의 추가 연소 및 분해 산물의 생성이 촉진된다.

각 영역에 산소 센서가 제공된다. 이 노에서, 산소 센서는 각 영역의 중앙부에 제공되지만, 다른 설계에서는, 센서들이 각 영역의 시작 부분에 위치할 수도 있다. 산소 센서들은 대기를 지속적으로 또는 주기적으로 샘플화하도록 구성될 수 있으며, 이것은 조절기에 의해 조정될 수 있다. 대기 내 산소의 퍼센트는, 화학적 분해를 달성하기 위하여, 화학양론적 양 미만으로 유지하는 것이 바람직하다. 바꾸어 말해, 노의 제1 가열 영역 내 대기의 산소 양은 연소를 위해 요구되는 양의 100% 미만이다.

노의 제1 가열 영역 내 대기의 산소의 비율은 바람직하게 16% (v/v) 미만, 즉, 0.5% (ㅍ/v) 내지 16% (v/v) 사이로 조절된다. 일반적으로, 산소의 퍼센트를 5% (v/v) 미만이나, 1% (v/v) 보다는 많게 유지하는 것이 바람직하다. 대기 내 산소의 정확한 퍼센트는 재생될 복합재에 따라 달라질 수 있다.

대기의 산소 함량이 1% (v/v) 내지 5% (v/v) 사이의 바람직한 수준으로부터 이탈하게 되면, 배기 통풍구가 상기 산소 함량을 바람직한 수준으로 되돌리기 위해 일정 기간 개방될 수 있다. 통풍구는 대기 내 산소 함량을 감소시키시 위해 폐기 유닛 내로의 연기의 흐름을 감소시키기 위해 폐쇄되거나, 또는 대기 내 산소 함량을 증가시키도록 폐기 유닛으로의 유동 속도를 증가시키기 위해 개방될 수 있다.

배기 통풍구가 폐쇄되면, 연기는 챔버로부터 제거되지 않고 공기는 노 외부로부터 챔버 내로 흡입되지 않는다. 연기가 챔버 내에 쌓이고, 챔버 대기 내의 산소 퍼센트를 감소시킨다. 수지의 분해는 계속되지만, 분해 산물의 연소가 감소되고, 물질 내 탄소 섬유의 연소를 감소시킨다.

통풍구의 개방 및 폐쇄는, 분해 및 연기의 연소는 일어날 수 있게 하지만 탄소 섬유의 산화는 감소시킬 수 있는 바람직한 범위 내로 대기 내 산소 퍼센트가 유지되도록 하기 위해 수행된다. 굴뚝의 자연적인 흡입은 공기를 챔버 내로 이동시키기 위한 팬 또는 다른 유체 수송 장치를 사용하지 않고 연기를 제거한다. 연기가 게이트 또는 냉각 영역에 의해 챔버로부터 방출되지 않도록, 챔버 내로의 충분한 흡입이 이루어져야만 한다.

앞에서와 같이, 압력 격차를 측정하고 가시적인 판독이 제공되는 피토관이 구비된다. 압력이 -1 mbar 를 초과하면 대기는 보다 많은 양의 산소를 함유할 것이고, 이상적인 압력은, 폐기 유닛으로의 대기의 약간의 이동에 의해 결과되는 -1 mbar 이어야 한다.

이 양태에서, 폐기 유닛은 별도의 유닛으로 제공되기 보다는, 챔버(102) 상 및 주위로 위치한다. 따라서, 챔버와 폐기 유닛 사이에 유리한 열교환이 이루어지며, 이는 복합재를 처리하는데 요구되는 에너지를 감소시킨다. 폐기 유닛은 보통 연기의 온도를 높이고 그 안의 가스를 연소시키기 위한 가스 버너를 사용한다. 그러한 가스 버너는 공기 공급이 이루어지고, 종래의 방법으로 팬이 버너에 공기를 공급한다.

벨트(106) 상의 물질은 게이트를 통해 영역 A로 들어간다. 물질의 온도는 빠르게 상승하여 보통 200 내지 300℃ 사이인 영역 A의 온도까지 상승하여 제1 가열 영역인 영역 B를 통과한다. 영역 B의 온도는 약 425-450℃이다. 물질이 이 온도에 다가감에 따라, 수지의 분해가 일어나기 시작하며, 대기 내 산소로 분해 산물의 연소 또한 일어난다. 가시적인 불꽃면(118)이 탄소 섬유 물질 내에서 발생함을 알게 되었다. 불꽃면(118)은 일반적으로 선형이며 벨트를 가로질러 연장한다. 불꽃면의 폭, 즉, 불꽃면이 벨트의 이동 방향으로 연장하는 정도는, 벨트 속도, 온도, 및 대기 내 산소의 퍼센트의 적절한 조정에 따라 5 cm 내지 20 cm 사이일 수 있다. 불꽃면의 정확한 폭은 온도 및 벨트의 이동 속도에 따라 변한다. 이들 변수들은 불꽃면의 진행 폭을 요구되는 폭으로 조절하도록 조정될 수 있다. 불꽃면이 너무 넓으면, 즉, 불꽃면의 크기가 벨트의 이동 방향으로 너무 크면, 탄소 섬유의 원치 않는 연소가 일어날 수 있음을 알 수 있을 것이다. 반대로, 불꽃면이 충분히 넓지 않으면, 수지가 모두 분해되지 않아 복합재의 추가 처리가 필요하게 된다.

불꽃면의 존재는 본 발명에서 독창적인 것으로 생각되는데, 그 이유는, 다른 재생 방법에서는 대기는 실질적으로 안정하여 연소가 일어날 수 없으며, 실제로 폭발 위험으로 인해 대기로부터 산소가 제거되어야 하는 것으로 알려져 왔기 때문이다. 다른 공지의 방법들은 온도를 매우 천천히 상승시키며, 분해는 활발한 연소 및 불꽃이 없는 상태에서 일어나는 것으로 교시되었다. 복합재 물질이 불꽃면을 통해 선형으로 이동함에 따라, 모든 물질이 일정하게 유사한 온도로 온도 상승되며, 따라서 결과 탄소 섬유는 균일한 물리적 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 다른 방법들은 바람직하지 않은 가변적인 특성을 가질 수 있는 생산 물질을 가지는 것으로 알려져 왔다.

상기 기술한 바와 같이, 일단 연기가 생성되면, 대기는 조절된다. 벨트 상의 물질은 영역 B를 포함하는 제1 가열 영역을 통과하여 영역 C의 제2 가열 영역으로 들어간다. 제2 가열 영역은 영역 B로부터 물리적으로 분리되어 있지 않으나, 전형적으로 600 내지 650℃의 보다 높은 온도로 유지된다. 상대적으로 보다 적은 연기가 이 영역에서 생성되며, 대기 내 산소 퍼센트는 제1 가열 영역보다 높다. 추가의 연소가 이 영역에서 일어나며, 탄소 섬유 상에 잔존하는 숯이 태워진다. 숯이 태워짐에 따라 탄소 섬유 물질 상에서 붉은 불꽃을 볼 수 있으며, 깨끗한 탄소 섬유가 얻어진다.

제1 및 제2 가열 영역의 온도는 기술한 제1 양태의 대응하는 온도보다 높다. 벨트의 속도는 더 빠르며, 따라서 제1 및 제2 가열 영역에서의 체류 시간은 감소된다. 제1 가열 영역에서의 체류 시간은 보통 약 4 내지 6 분이며, 제2 가열 영역에서의 추가의 약 4 내지 6 분은, 비록 이보다 더 적은 체류 시간이 적합할 수도 있으나, 바람직한 결과를 생성하는 것으로 밝혀졌다.

물질은 제2 가열 영역인 영역 C로부터 완충 영역인 영역 D로 통과하며, 물질의 냉각이 시작된다. 영역 D는 200 내지 400℃ 사이의 온도에서 유진된다. 영역 D에서의 대기는 상대적으로 연기가 없다. 벨트는 물질을 영역 D로부터 종래의 방법으로 냉각되는 냉각 영역(110)으로 수송한다. 벨트(106)는 방출(discharge) 테이블(122)에서 120에 도착한다. 벨트는 재생 물질의 임의의 비산을 제거하기 위해 작동하는 흡입 유닛(124) 아래를 통과한다. 상기 비산은 탄화된 숯 및 탄소 섬유에 의해 생성되며, 주변 영역의 오염을 막기 위해 제거 및 여과된다. 본 발명의 방법은 기존의 방법에 비해 생성되는 비산 물질이 상대적으로 적음이 밝혀졌는데, 이는 물질이 노에 들어가기 전에 대부분 잘려지지 않고, 커팅, 연마 또는 낙하됨 없이 벨트 상에서 수송되기 때문이다. 재생된 물질 내 결과 탄소 섬유는 결과적으로, 탄소 섬유가 처리 전에 절단 또는 갈려지거나, 또는 회전, 충돌, 또는 낙하되거나, 또는 재생 공정에서 굽어진 곳 주위를 통과하면서 충격을 받음으로 인해 섬유에 손상이 가해지는 기존의 방법으로부터 결과되는 것에 비해 보다 높은 코스메틱 성질을 갖는다.

상기에서 언급된 바와 같이, 복합 탄소 섬유 물질은 벨트의 끝단으로부터 용기 내로 배출될 수 있다. 또는, 적층 물질이 노를 통과했다면, 그것은 벨트로부터 제거되어 수작업으로 층 분리될 수 있다.

1: 노
2: 가열 영역
4: 냉각 영역
6: 벨트
8: 적재 영역
10: 탈부하 영역
28: 챔버
34: 냉각 재킷
31: 지붕

Claims (23)

1. 탄소 섬유 및 수지를 포함하는 복합재의 재생 방법으로서,
   최소한 가열 영역(heating portion)을 포함하는 노(furnace)를 제공하고;
   노를 통해 복합재를 이송하기 위한 이송수단(transporter)을 제공하고;
   복합재를 상기 이송수단에 적재하여 상기 노를 통해 복합재를 이송하고;
   상기 복합재가 상기 가열 영역 내로 들어왔을 때, 가열 영역 내 대기의 산소 퍼센트를 검출하고; 그리고,
   연기(fume) 생성에 의한 제1 온도에서의 화학적 분해에 의해, 상기 노의 가열 영역을 통과하면서 상기 이송 수단 위에서 상기 복합재로부터 수지를 제거하되;
   상기 생성된 연기는, 상기 가열 영역 내 대기 내에서 산소의 퍼센트가 조절될 수 있도록, 통제된 방법으로 상기 가열 영역으로부터 제거되는
   탄소 섬유 및 수지를 포함하는 복합재의 재생 방법.
2. 제1항에서, 상기 제1 가열 영역 내에서의 화학적 분해는 적어도 부분적으로 상기 복합재 표면의 불꽃면에 의해 일어나는 것인 복합재의 재생 방법.
3. 제2항에서, 상기 복합재의 이동 방향으로의 상기 불꽃면의 크기는 상기 가열 영역 내 대기의 산소 퍼센트를 조절함으로써 10 cm 또는 그 미만으로 조절되는 것인 복합재의 재생 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이송 수단은, 상기 노를 통한 복합재의 이송 중에 굽은 곳 주위를 통과하면서 복합재가 충격을 받거나, 회전하거나, 추락하거나, 또는 충돌하지 않도록 복합재를 이송하는 것인 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 이송 수단은 선형 이송 수단을 포함하는 것인 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대기 내 산소의 퍼센트는 주기적으로 또는 지속적으로 검출되는 것인 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 영역으로부터 생성된 연기를 방출하기에 적합한 하나 또는 그 이상의 통풍구가 노 내에 구비되는 것인 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 통풍구 또는 각각의 통풍구는 0 내지 100% 사이로 변화할 수 있는 정도로 개방 가능하도록 조절되는 것인 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 통풍구 또는 각각의 통풍구가 개방되는 정도는 상기 대기 내에 존재하는 산소의 퍼센트에 따라 조절기에 의해 조절되는 것인 방법.
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통풍구 또는 각각의 통풍구는 미리 정해진 길이의 시간 동안 또는 상기 대기 내에 존재하는 산소의 퍼센트에 따라 조절기에 의해 조절되는 길이의 시간 동안 선택된 정도로 개방되는 것인 방법.
11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연기는 연기에 작용하는 자연적인 흡입에 의해 개방된 상태로 있는 상기 통풍구 또는 각각의 통풍구를 통해 흡입되는 것인 방법.
12. 탄소 섬유와 수지 성분을 포함하는 복합 탄소 섬유 물질을 재생하기 위한 노(furnace)로서, 상기 노는 결과 생성된 연기로 인한 화학적 분해에 의해 수지를 제거하도록 제1 온도까지 상기 물질을 가열하기 위한 가열 영역과, 상기 가열 영역을 통해 상기 복합 물질을 이송하기 위한 이송 수단을 포함하되, 상기 가열 영역은 상기 가열 영역으로부터 생성된 연기의 제거를 조절함으로써 가열 영역 내 대기의 산소 퍼센트를 조절하기 위한 조절기(controller) 및 산소 검출 수단을 포함하는, 복합 탄소 섬유 물질을 재생하기 위한 노.
13. 제12항에 있어서, 상기 조절기는 상기 가열 영역의 대기 내 산소의 퍼센트에 따라 연기의 추출 속도를 조절하는 것인 노.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 이송 수단은 선형 이송 수단을 포함하는 노.
15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노는 개방 노인 노.
16. 제15항에 있어서, 상기 노는 하나 이상의 가변적인 개구를 갖는 것인 노.
17. 탄소 섬유 및 수지를 포함하는 복합 물질의 재생 방법으로서,
    최소한 제1 가열 영역 및 제2 가열 영역을 포함하는 노를 제공하고;
    제1 가열 영역을 통해 상기 복합재를 이송하기 위한 이송 수단을 제공하고;
    상기 이송 수단에 상기 복합재를 적재하여 노를 통해 상기 복합재를 이송하고;
    상기 복합재가 상기 제1 가열 영역 내에 들어갔을 때, 상기 영역 내 대기의 산소 퍼센트를 검출하고;
    상기 복합재가 상기 이송 수단 상에서 노의 제1 가열 영역을 통과함에 따라, 결과 생성된 연기로 제1 온도에서 화학적 분해에 의해 상기 노의 상기 제1 가열 영역 내에서 수지를 제거하고;
    상기 제1 가열 영역을 통해 이송된 후, 재생될 물질을 상기 이송 수단 상에서 제2 가열 영역을 통해 이송시키는 것을 포함하되;
    상기 제2 가열 영역은 제2 온도에서 작동하며, 상기 제2 온도는 탄소 섬유로부터 숯의 제거를 조절하도록 선택되는,
    복합 물질의 재생 방법.
18. 탄소 섬유 및 수지 성분을 포함하는 복합 탄소 섬유 물질의 재생 방법으로서, 상기 방법은 개방된 노 내에서 상기 복합 물질을 가열하여 상기 수지 성분이 결과 생성되는 연기에 의해 열적 분해를 거치도록 하는 한편, 생성된 연기의 제거를 조절함으로써 대기 내 산소의 퍼센트가 조절되는 대기를 제공함으로써, 상기 열적 분해는 실질적으로 완전하게 되지만 탄소 섬유의 산화는 감소되거나 방지되는 것인, 복합 탄소 섬유 물질의 재생 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 열적 분해는 불꽃면의 존재 하에 일어나는 것인 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 노를 통한 복합 물질의 이동 방향으로의 상기 불꽃면의 크기는, 대기 내 산소의 퍼센트를 조절함으로써 10 cm 또는 그 미만으로 조절되는 것인 방법.
21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재생될 물질은 상기 노를 통해 선형 이송 수단 상에서 이송되는 것인 방법.
22. 탄소 섬유 및 수지를 포함하는 복합 물질 내 수지를 열 분해하기 위해 노 내에서 요구되는 에너지(power)를 감소시키는 방법으로서, 상기 방법에서는, 상기 복합 물질이 상기 노 내에서 연기가 생성되는 제1 온도까지 가열되고, 상기 노 내 대기의 산소 퍼센트는, 상기 노 내에서 열을 발생하면서 연기의 연소가 일어나도록 조절되는 것인 방법.
23. 제1항, 제17항, 제18항, 또는 제22항 중 어느 한 항에 따른 방법으로부터 얻어지는 재생 탄소 섬유.

Images