KR20230106168A - 구조적 쉘 - Google Patents

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KR20230106168A
KR20230106168A KR1020237019307A KR20237019307A KR20230106168A KR 20230106168 A KR20230106168 A KR 20230106168A KR 1020237019307 A KR1020237019307 A KR 1020237019307A KR 20237019307 A KR20237019307 A KR 20237019307A KR 20230106168 A KR20230106168 A KR 20230106168A
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KR
South Korea
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structural shell
structural
polymeric material
basalt fibers
basalt
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KR1020237019307A
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Inventor
헨드릭 조나스 와츠
Original Assignee
코이오스 리미티드
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Publication date
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Abstract

본 발명은 현무암 섬유-보강 물질을 포함하는 구조적 쉘을 제공하고, 여기서 현무암 섬유-보강 물질은 중합체 물질을 포함하고, 상기 중합체 물질은 200℃ 내지 600℃의 온도에서 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있다.

Description

구조적 쉘
본 발명은 해양 선박용 선체, 구조적 그리드 및/또는 데크 또는 풍력 터빈 블레이드 등을 위한 재활용 가능한 구조적 쉘, 구조적 쉘을 제조하는 방법 및 구조적 쉘을 분해하는 방법에 관한 것이다.
요트 선체는 전형적으로 섬유-보강 수지, 전형적으로 유리섬유 및/또는 탄소 섬유로 형성된다. 이러한 섬유-보강 수지는 강하고, 가벼우며, 예를 들어, 데크, 선체 또는 벌크 헤드의 형태로 쉽게 성형될 수 있다. 요트의 친환경적인 이미지에도 불구하고, 대부분의 요트 산업은 지속 가능성에 대한 정체 상태에 있다. 두 가지 가장 큰 위협은 (i) 독성 수지 및 유리섬유의 사용 및 (ii) 보트 쉘의 수명이 다한 시점에 실질적인 해결책이 없다는 것이다.
지속 가능한 물질을 사용한 보다 친환경적인 해결책은 올바른 방향을 가리키고 있지만, 수명이 다하면 다운-사이클링만을 허용하며 최종 제품은 필연적으로 결국 매립된다. 이에 대한 한 가지 이유는 바람직한 물리적 및 기계적 특성을 갖는 사용된 유리 및/또는 탄소 섬유가 다공성이 되어 수지의 일부를 유리 및/또는 탄소 섬유에 흡수함으로써 수지와 강한 결합을 형성할 수 있다는 것이다. 이는 보트 선체 등에 사용될 수 있는 강하고 가벼운 복합재를 제공하지만, 이는 현재 유리 및/또는 탄소 섬유가 본질적으로 "일회용"이고, 수명이 다했을 때 재활용될 수 없음을 의미한다. 또한, 이러한 적용을 위해 열경화성 플라스틱을 보강하기 위해 유리 및/또는 탄소 섬유를 사용하는 것이 일반적이다. 따라서, 보트 선체 등의 수명이 다한 경우, 특히 함침된 유리 및/또는 탄소 섬유에 대해 매립 이외의 폐기 옵션이 거의 없다. 일부 물질의 다운-사이클링은 가능할 수 있다.
예를 들어, 아마(대마)를 사용한 새로운 "친환경적" 복합재가 개발되었다. 그러나, 이러한 섬유는 또한 복합재에 사용된 수지를 흡수하는 경향이 있는데, 이는 수명이 다할 때 물질 분리가 불가능하고 물질은 다운-사이클링만 가능하다는 것을 의미한다.
현무암 섬유는 요트에서의 사용과 같은 이러한 적용을 위한 대안적인 "친환경적" 섬유로서 조사되었지만, 일반적으로 비닐에스테르, 폴리에스테르 또는 (그린) 에폭시 수지만을 사용한다. 이러한 수지는 모두 열경화성 플라스틱이며, 이는 수지가 생산 과정 동안 액체로부터 경질로 변하지만 액체로 되돌아갈 수 없음을 의미한다. 따라서, 현무암 섬유는 쉽게 회수 및 재사용 및/또는 재활용될 수 없다. 따라서, 복합재의 많은 부분이 "일회용"이 되어 결국 매립될 것이다.
KR20190079109A는 현무암 섬유를 포함하는 보트용 복합재의 제조 방법, 및 이를 사용하여 제조된 보트를 개시한다. 그러나, 복합재는 폴리에스테르를 포함하는 수지 및 메틸 케톤 퍼옥사이드를 포함하는 경화제를 사용하여 제조되어, 강한 열경화성 플라스틱을 제공한다. 따라서, 상기 기재된 바와 같이, 현무암 섬유는 용이하게 회수될 수 없고, 복합재는 일반적으로 기껏해야 수명이 다한 후에 다운-사이클링될 뿐이다. 복합재의 재활용은 기술되어 있지 않다.
CN109370186 A는 저온-저항성 및 환경-친화적인 유리 섬유-보강 플라스틱 정화조의 제조 방법에 관한 것이다. CN111098528 A는 완전히 함침된 열가소성 프리프레그를 제조하기 위한 시스템에 관한 것이다. US 2019/330432 A는 단섬유-보강 반제품의 생산을 위한 폴리우레탄 및 폴리메타크릴레이트로 제조된 2-성분 하이브리드 매트릭스 시스템에 관한 것이다. US 2020/047427 A는 열가소성 중합체 복합재 부품을 제조하기 위한 공정, 및 상기 공정에 의해 수득된 물체에 관한 것이다. WO 2020/088173 A1는 마이크로파 장에서 전기 아크를 발생시킬 수 있는 다공성 복합재 물질, 이의 제조 방법, 및 이의 용도에 관한 것이다. JPH11335929 A는 고 전기전도성 탄소 섬유 및 이의 생산에 관한 것이다. JP 2003012857 A는 폐 섬유-보강 플라스틱 물질의 처리 방법 및 처리 장치에 관한 것이다.
따라서, 특히 해양 선박뿐만 아니라 해양 섹터 외부에서 사용될 때, 이의 수명이 다할 때 실질적으로 재활용될 수 있는 구조적 쉘을 제공할 필요가 있다. 특히, 섬유-보강 수지를 포함하는 구조적 쉘을 제공할 필요가 있고, 여기서 섬유 및 수지 둘 모두는 이들의 물리적 및 기계적 특성의 현저한 열화 없이, 바람직하게는 이들의 물리적 및/또는 기계적 특성의 실질적인 열화 없이 회수되고 재활용되거나 다운-사이클링될 수 있다.
본 개시의 추가 목적은 이러한 실질적으로 재활용 가능한 구조적 쉘을 제공하는 것이며, 여기서 구조적 쉘은 단위 면적당 높은 굴곡 강도를 갖는다.
본 발명은 종래 기술과 관련된 문제의 적어도 일부를 다루거나 적어도 이에 대한 상업적으로 허용되는 대안적인 해결책을 제공하고자 한다.
본 발명은 구조적 쉘, 해양 선박용 선체, 해양 선박용 구조적 그리드, 해양 선박용 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 및/또는 스키 폴, 본원에 첨부된 청구 범위에 따른 구조적 쉘을 제조하는 방법 및 구조적 쉘을 분해하는 방법을 제공한다.
구체적으로, 일 양태에서, 본 발명은 현무암 섬유-보강 물질을 포함하는 구조적 쉘을 제공하고, 여기서 현무암 섬유-보강 물질은 중합체 물질을 포함하고, 상기 중합체 물질은 200℃ 내지 600℃의 온도에서 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있다.
본원에 정의된 바와 같은 각각의 양태 또는 구현예는 달리 명백하게 지시되지 않는 한 임의의 다른 양태(들) 또는 구현예(들)와 조합될 수 있다. 특히, 바람직하거나 유리한 것으로 표시된 임의의 특징은 바람직하거나 유리한 것으로 표시된 임의의 다른 특징과 조합될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "구조적 쉘"은 주요 표면적보다 상당히 작은 두께를 갖는 물질의 층상 시트 또는 층을 포함할 수 있다. 따라서, 구조적 쉘은 얇은 벽체일 수 있다. 구조적 쉘은 물질의 주요 표면적에 적용되는 유체 압력, 공기역학적 하중 및/또는 충격과 같은 외부 하중을 견디기 위한 것일 수 있다. 특히, 구조적 쉘은 해양 선박의 선체 및/또는 데크, 풍력 터빈의 블레이드, 스키 및/또는 스키 폴, 항공기의 동체, 육상 차량의 본체 등일 수 있다. 구조적 쉘은 프레임에 의해 지지될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "현무암 섬유"는 광물 사장석, 휘석 및 감람석으로 구성된 현무암의 극도로 미세한 섬유로부터 제조된 물질을 포함할 수 있다. 현무암 섬유는, 예를 들어, 벌크 현무암을 용융시키고, 현무암을 균질화하고, 용융된 현무암의 압출에 의해 섬유를 추출하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 바람직하게는, 높은 산도(46% 초과의 실리카 함량) 및 낮은 철 함량의 현무암이 현무암 섬유의 제조에 사용된다. 전형적으로, 벌크 현무암은 용융 전에 분쇄되고 세척된다. 현무암 섬유는 전형적으로 10 내지 20 μm의 필라멘트 직경을 갖는다.
본원에서 사용되는 용어 "섬유-보강 물질"은 섬유로 보강된 복합재 물질을 포함할 수 있다. 현무암 섬유-보강 물질은 중합체 물질을 포함한다. 따라서, 전형적으로, 복합재 물질은 현무암 섬유로 보강된 중합체 매트릭스를 포함한다.
중합체 물질은 200℃ 내지 600℃의 온도에서 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "열적 크랙킹"은, 예를 들어, 중합체 물질에서 해중합 및/또는 가교의 제거에 의한 중합체 물질의 열분해를 포함할 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, 중합체 물질의 중합체는 열적 크랙킹 동안 중합체의 중합체 백본에서 탄소-탄소 결합의 동형 분열(homolytic fission)로 인해 적어도 부분적으로 해중합되는 것으로 이해된다. 즉, 일부 구현예에서, 예를 들어, 중합체 물질은 200℃ 내지 600℃의 온도에서 적어도 부분적으로 해중합 및/또는 비가교될 수 있다.
바람직하게는, 중합체 물질은 열가소성 물질이다. 열가소성 물질은 열가소성 물질, 또는 열가소성 물질의 특성을 나타내는 물질일 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "열가소성"은 당업계에서 정의된 바와 같이, 가열될 때 더 연질화되고 냉각될 때 더 경질화되는 물질을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 중합체 물질은 폴리메타크릴레이트, 더욱 바람직하게는 폴리(메틸 메타크릴레이트)를 포함한다. 본 발명에 사용하기에 특히 적합한 상업적으로 이용 가능한 폴리메타크릴레이트는 Arkema로부터의 Elium®이다. 중합체 물질은, 예를 들어, 다른 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 및 폴리우레탄, 폴리에테르에테르 케톤, 액정 중합체, 폴리설폰, 및 폴리페닐렌 설파이드와 같은 다른 (열가소성) 중합체를 포함할 수 있고, 단, 중합체 물질은 200℃ 내지 600℃의 온도에서 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있다.
본 발명자는 놀랍게도 중합체 물질을 포함하는 물질을 보강하기 위해 현무암 섬유를 사용하면 해양 선박 등의 선체에 사용하기 위한 단위 면적당 높은 굴곡 강도를 갖는 구조적 쉘을 제조할 수 있음을 발견하였고, 여기서 중합체 물질을 200℃ 내지 600℃의 온도에서 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있고, 여기서 현무암 섬유는 현무암 섬유의 물리적 및/또는 기계적 특성의 실질적, 또는 바람직하게는 임의의 열화 없이 수명이 다할 때 회수 가능하다. 중합체 물질을 제조하는데 사용되는 중합체 물질 및/또는 수지는 또한 가열시 회수될 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, 이는 현무암 섬유가 약 1500℃ 이상의 용융 온도를 갖기 때문인 것으로 생각된다. 따라서, 생성된 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질 및/또는 현무암 섬유는 가열된 구조적 쉘로부터 독립적으로 회수될 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, 이는 또한 현무암 섬유가 실질적으로 수지를 흡수하지 않고, 바람직하게는 수지를 전혀 흡수하지 않기 때문인 것으로 생각된다. 따라서, 현무암 섬유-보강 물질을 가열하여 중합체 물질을 적어도 부분적으로 열적 크랙킹시킴으로써, 현무암 섬유가 회수될 수 있는 액체를 형성할 수 있다. 추가로 중합체 물질과 현무암 섬유 사이에 형성된 결합은 중합체 물질이 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 때 파괴되어, 현무암 섬유에 중합체 물질 잔류물이 실질적으로 남지 않고 현무암 섬유가 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질로부터 분리될 수 있게 하는 것으로 생각된다. 따라서, 회수된 현무암 섬유는 물리적 및/또는 기계적 특성의 실질적, 또는 바람직하게는 임의의 열화 없이 회수될 수 있다. 이를 통해, 예를 들어, 추가 구조적 쉘 등에 사용하기 위해 현무암 섬유를 완전히 재활용할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질은 20℃, 즉, 실온에서 액체이다. 이러한 특성은 현무암 섬유 및 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질이 보다 용이하게 분리될 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 이러한 특성은 일단 가열 공정이 완료되고 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질이 냉각되도록 허용되면 현무암 섬유 및 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질이 보다 쉽게 분리될 수 있게 할 수 있다. 이는 중합체 물질이 폴리메타크릴레이트를 포함할 때, 더욱 특히 중합체 물질이 Arkema로부터의 Elium®을 포함할 때 특히 용이하게 달성된다.
결과적으로, 수명이 다할 때, 수지 및 현무암 섬유 출발 물질이 각각, 예를 들어, 또 다른 구조적 쉘 등에서 다시 사용될 수 있는 상태로 회수될 수 있는 구조적 쉘이 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 구조적 쉘이 상업적 사용을 위해 충분히 강할 수 있으면서 또한 재활용될 수 있다는 것은 놀라운 것이다. 섬유가 재활용될 수 있도록 수지를 실질적으로 흡수하지 않고, 복합재 물질이 해양 선박 등을 위한 보트 선체용 구조적 쉘에 사용하기에 충분하고, 바람직하게는 요망되는 굴곡 강도를 갖는 복합재 물질을 제조하는 것이 가능할 것이라고는 예상하지 못했을 것이다. 그러나, 본원에 기재된 구조적 쉘은 또한 해양 섹터 외부에서 임의의 적합한 용도를 가질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 본원에 기재된 구조적 쉘은 하기의 비제한적인 적용 목록 중 임의의 것에 사용될 수 있다: 풍력, 수동, 전기 및 연소 추진 선박(예를 들어, 딩기, 카약, 파워보트, 세일링 요트, 파워보트 등); 스키; 스키 폴; 건설 기둥(예를 들어, 비계); 스피나커 기둥 및/또는 바우스프릿(예를 들어, 범선용); 기차, 전차 선로 및 지하철 구성요소(예를 들어, 노즈, 측면 패널 등); 풍력 터빈 블레이드; 가구(예를 들어, 의자, 테이블, 옷장); 자동차 구조물 및 차체 부품; 레이더/안테나 커버; 주택 건축 자재(예를 들어, 벽, 지붕, 바닥 등); 깃대; 창틀; 문; 여행 가방; 또는 비행 시뮬레이터.
바람직하게는, 현무암 섬유는 중합체 물질에 의해 완전히 캡슐화된다. 그러나, 전형적으로, 현무암-섬유 보강 물질의 표면을 통해 섬유 프린트를 볼 수 있다. 이러한 구조적 쉘은 단위 면적당 높은 굴곡 강도를 가질 수 있고, 해양 선박의 선체 및/또는 데크, 풍력 터빈의 블레이드, 스키, 스키 폴, 항공기의 동체, 육상 차량의 차체 등에 사용하기에 적합할 수 있다.
바람직하게는, 현무암 섬유-보강 물질은 실질적으로 공극을 포함하지 않는다. 특히, 바람직하게는, 현무암 섬유-보강 물질은 1 vol.% 미만의 공극, 더욱 바람직하게는 0.5 vol.% 미만의 공극을 포함하고, 가장 바람직하게는 실질적으로 공극을 포함하지 않는다. 이러한 물질은 높은 굴곡 강도를 나타낼 수 있고, 굽히거나 구부릴 때 박리될 가능성이 적다.
구조적 쉘에서 현무암 섬유 대 중합체 물질의 중량비는 바람직하게는 80:20 내지 40:60, 더욱 바람직하게는 75:25 내지 50:50, 더욱 더 바람직하게는 70:30 내지 55:45이다. 이러한 비는 필요한 수지 양의 감소로 인해 구조적 쉘의 단위 면적당 비용, 중량 및 강도 사이의 최적 균형을 제공한다.
바람직하게는, 현무암 섬유는 중합체 물질에 규칙적인 배열로 분산되며, 바람직하게는 섬유-보강 물질은 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 복수의 층을 포함하고, 여기서 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 평균 방향은 인접한 층에서 상이하다. 더욱 바람직하게는, 각 층에서 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 평균 방향은 인접한 층에서 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 평균 방향에 대해 약 45° 또는 약 90°이다. 가장 바람직하게는, 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 층은 바람직하게는 -45°, 90°, 0-90° 및 0°의 현무암 섬유의 상대 방향을 가지며 4축으로, 바람직하게는 -45°, 90° 및 45°의 현무암 섬유의 상대 방향을 가지며 3축으로, 바람직하게는 0° 및 90°의 현무암 섬유의 상대 방향을 가지며 2축으로, 또는 단방향으로 배열된다. 중합체 물질 내의 현무암 섬유의 이러한 배열은 모든 평면 방향에서 실질적으로 동일한 기계적 특성을 나타내는 준-등방성 복합재 물질을 제공할 수 있다. 중합체 물질 내의 현무암 섬유의 이러한 배열은 또한 바람직하게는 단위 면적당 높은 굴곡 강도 및 내마모성을 갖는 구조적 쉘을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명의 현무암 섬유-보강 물질의 제조 동안, 본 발명자는 중량비 및 섬유 방향에 기초하여 현무암 섬유의 여러 직조를 선택하였다. 3가지 유형의 섬유 방향이 만들어졌다: (i) UNI(섬유의 단방향 또는 1방향 스트링), (ii) BI(90°로 2축 또는 2방향 섬유 스트링) 및 (iii) TRI(섬유의 3축 또는 3방향(45-90°). 일부 구현예에서, 현무암 섬유의 이러한 직조는 서로의 상부에 적층되어 준-등방성 특성, 즉, 모든 평면 방향에서 실질적으로 동일한 기계적 특성을 나타낼 수 있는 층상 구조를 형성할 수 있다. 서로에 대한 각 직조의 부하는 또한 생성된 복합재 물질의 요구되는 특성 및/또는 목적에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 본 발명은 특정 유형의 현무암-섬유 직조로 제한되지 않으며 당업계에서 사용되는 임의의 통상적인 직조가 본원에 기재된 현무암-섬유 보강 물질에 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 직조물에서 전형적인 현무암 섬유 부하는 보트 선체 등에 사용하기 위해 100 내지 1200 g/m2, 바람직하게는 200 내지 700 g/m2일 수 있다.
일부 구현예에서, 구조적 쉘은 코어, 바람직하게는 중합체 코어를 추가로 포함한다. 중합체 코어는 전형적으로 폴리에스테르를 포함하고, 폴리에스테르는 바람직하게는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)를 포함하고, PET는 바람직하게는 PET 포움을 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "PET 포움"은 PET를 포함하는 물질을 포함할 수 있고, 여기서 PET는 복수의 가스-충전된 공극을 포함한다. 그러나, 본원에 기재된 구조적 쉘에서, 공극은 중합체 물질로 실질적으로 충전될 수 있고, 바람직하게는 중합체 물질로 완전히 충전될 수 있다. 중합체 코어는 구조적 쉘 내에 층을 형성할 수 있다. 전형적으로, 이러한 층은 구조적 쉘의 중심에 있을 수 있다. 예를 들어, 중합체 코어는 현무암 섬유-보강 물질의 2개 이상의 층 사이에 샌드위치된 층을 형성할 수 있거나, 현무암 섬유-보강 물질에 의해 완전히 둘러싸인 층을 형성할 수 있다. 유리하게는, 구조적 쉘이 중합체 코어를 추가로 포함할 때, 구조적 쉘의 두께는 구조적 쉘이 중합체 코어를 포함하지 않는 경우만큼 구조적 쉘의 단위 면적당 중량을 증가시키지 않으면서 증가될 수 있다. 단위 면적당 인장 강도는 중합체 코어를 포함함으로써 감소될 수 있음이 이해될 것이다. 그러나, 이러한 구조적 쉘은 해양 선박용 데크에 사용될 때 특히 바람직할 수 있고, 예를 들어, 이러한 손실이 인장 강도인 경우, 굴곡 강도의 증가에 의해 보상될 수 있다. 일부 구현예에서, PET 코어 대신 다른 물질, 예를 들어, PVC 또는 balsa가 중합체 코어에 사용될 수 있다. 그러나, PVC 코어는 재활용될 수 없기 때문에 본 발명에서 덜 바람직하다. 중합체 코어는 구조적 쉘에 대한 특정 적용에 따라 임의의 두께일 수 있다. 그러나, 전형적으로, 중합체 코어는 1 mm 내지 300 mm, 바람직하게는 1 mm 내지 100 mm, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 mm, 더욱 더 바람직하게는 10 내지 30 mm의 두께를 가질 수 있다.
PET 코어에 대한 대안으로서, 중합체 코어는 현무암-섬유 보강 물질과 동일한 중합체 물질을 포함할 수 있다. 즉, 코어는 현무암 섬유 없이 중합체 물질로 형성될 수 있다. 이러한 코어는 현무암 섬유 보강 물질의 중합체 물질과 동시에 회수될 수 있다.
중합체 코어에 대한 대안으로서, 구조적 쉘은, 예를 들어, 알루미늄(용융점: 약 650℃), Rockwool 또는 발사나무를 포함하는 코어를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 중합체 물질은 150℃ 내지 300℃, 바람직하게는 200℃ 내지 250℃의 온도에서 적어도 부분적으로 용융될 수 있고/거나, 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있는 것보다 더 낮은 온도에서 적어도 부분적으로 용융될 수 있다. 이는 구조적 쉘이 중합체 코어를 포함하는 경우에 특히 바람직하다. 또한, 중합체 물질은 바람직하게는 300℃ 내지 500℃, 더욱 바람직하게는 350℃ 내지 400℃의 온도에서 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있다. 전술한 이점 이외에, 이는 또한 구조적 쉘이 중합체 코어를 포함하는 경우에 특히 바람직하다. 상기 개요된 특성으로, 예를 들어, 구조적 쉘을 분해할 때, 중합체 코어를 보다 용이하게 회수할 수 있다. 이는, 예를 들어, 중합체 코어의 용융 온도가 200℃ 내지 300℃일 때 특히 용이하다. 이는 가열시, 중합체 물질이 중합체 코어보다 낮은 온도에서 용융될 수 있고, 따라서 중합체 코어가 가열된 구조적 쉘로부터 더 쉽게 분리 및 회수될 수 있기 때문이다. 특히, 고체 중합체 코어는 액체 중합체 물질로부터 더 쉽게 제거될 수 있다. 이는 또한 더 높은 온도로 가열될 때 중합체 코어 및 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질의 교차-오염의 가능성을 감소시킬 수 있어, 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질이 재활용될 수 있다. 이는 중합체 물질이 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있도록 구조적 쉘이 가열되기 전에 중합체 코어가 가열된 구조적 쉘로부터 제거되기 때문일 수 있다(따라서 중합체 코어의 용융 및 중합체 코어가 용융된 및/또는 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질로 혼합되는 것을 회피함). 이 경우, 중합체 코어, 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질 및 현무암 섬유는 각각 별도로 회수될 수 있다.
중합체 물질은 인용된 온도에서 적어도 부분적으로 용융 및/또는 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있는 것으로 기술된다. 전형적으로, 중합체 물질은 인용된 온도에서 실질적으로 용융 또는 열적 크랙킹, 보다 전형적으로 인용된 온도에서 완전히 용융 또는 열적 크랙킹될 수 있다.
일부 구현예에서, 구조적 쉘은 전형적으로 외부 표면 상에 겔코트를 추가로 포함할 수 있다. 전형적으로, 겔코트는 불포화 폴리에스테르 수지 및/또는 비닐 에스테르를 포함한다. 바람직하게는, 겔코트는 안료를 포함한다. 겔코트의 사용은 유리하게는 현무암 섬유-보강 물질의 가시적인 표면에 고품질 마감재를 제공할 수 있다. 전형적으로, 겔코트는, 예를 들어, 보트 선체의 표면과 같은 구조적 쉘의 미적 외관을 개선시키는 착색된 광택 표면을 제공한다. 겔코트의 사용은 또한, 예를 들어, 해양 선박용 선체에 사용하기 위한 최종 구조적 쉘을 생산하기 위한 노동 시간을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 이는 겔코트의 사용이 현무암 섬유-보강 물질을 페인팅 및/또는 폴리싱할 필요를 제거할 수 있기 때문이다. 겔코트는 전형적으로 1 내지 3 mm의 두께를 갖는다.
바람직하게는, 구조적 쉘은 에이징 전에 600 내지 800 MPa의 굴곡 강도를 나타낸다. 이는 전형적으로 3점 굽힘 설정을 사용하여 측정된다. 구조적 쉘의 에이징은, 예를 들어, 해수 에이징을 포함할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 현무암 섬유-보강 물질을 포함하는 구조적 쉘이 제공되고, 여기서 현무암 섬유-보강 물질은 현무암 섬유, 중합체 물질, 및 선택적으로 경화제로 구성되며, 상기 중합체 물질은 200℃ 내지 600℃의 온도에서 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있고, 여기서 중합체 물질을 폴리메타크릴레이트를 포함한다.
추가의 양태에서, 본 발명은 현무암 섬유-보강 중합체 물질을 포함하는 구조적 쉘을 제공하고, 상기 중합체 물질은 200℃ 내지 600℃의 온도에서 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
추가의 양태에서, 본 발명은 현무암 섬유-보강된 열가소성 물질을 포함하는 구조적 쉘을 제공한다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
추가의 양태에서, 본 발명은 현무암 섬유-보강 물질을 제공하고, 여기서 현무암 섬유-보강 물질은 중합체 물질을 포함하고, 상기 중합체 물질은 200℃ 내지 600℃의 온도에서 적어도 부분적으로 열적으로 크랙킹될 수 있다. 현무암 섬유-보강 물질은 구조적 쉘을 위한 것일 수 있다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
추가의 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 구조적 쉘을 포함하는 해양 선박용 선체를 제공한다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
추가의 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 구조적 쉘을 포함하는 해양 선박용 구조적 그리드를 제공한다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
추가의 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 구조적 쉘을 포함하는 해양 선박용 데크를 제공한다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
추가의 양태에서, 본 발명은 적어도 하나의 선체 및/또는 적어도 하나의 구조적 그리드 및/또는 적어도 하나의 데크를 포함하는 해양 선박을 제공하며, 여기서 적어도 하나의 선체 및/또는 적어도 하나의 구조적 그리드 및/또는 적어도 하나의 데크는 상기 기재된 바와 같다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
적어도 하나의 데크는 선체에 장착되고/거나 선체에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 해양 선박은 파워 보트(예를 들어, 기계적으로 또는 전기적으로 구동되는 엔진에 의해 구동됨), 범선(예를 들어, 요트 또는 딩기), 노 젓는 배 등을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 선체는 적어도 부분적으로 구조적 쉘을 포함할 수 있다. 선체는 해양 선박이 부유할 때 수압 하중을 받기 위한 것일 수 있고, 해양 선박의 바닥 및 측면의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 복합재 물질은 선체 면적의 적어도 90% 또는 전체에 걸쳐 연장될 수 있다.
적어도 하나의 선체는 모놀리식 구조의 구조적 쉘을 포함할 수 있다. 결과적으로, 적절한 두께를 선택함으로써, 적어도 하나의 선체는 단위 면적당 비교적 높은 강도 및 내충격성을 가질 수 있다. 이러한 배열은 해양 선박이 파워 보트를 포함하고 이에 따라 선체가 고속으로 이동할 때 파도로부터 높은 힘의 충격을 반복적으로 받는 경우에 특히 적합하다.
대안적으로, 적어도 하나의 선체는 (예를 들어, PET 층을 갖는) 샌드위치 구조에서 구조적 쉘을 포함할 수 있고, 이는 모놀리식 구조보다 단위 면적당 더 낮은 중량 및 단위 면적당 더 낮은 강도를 가질 수 있다. 이러한 배열은 해양 선박이 범선 또는 노 젓는 배를 포함하고 이에 따라 선체에 비교적 낮은 힘의 충격을 가하며 비교적 낮은 속도로 이동하는 경우에 적합할 수 있다.
적어도 하나의 데크는 샌드위치 구조의 구조적 쉘을 포함할 수 있다. 결과적으로, 적어도 하나의 데크는 적어도 하나의 선체보다 더 낮은 단위 면적당 강도를 가질 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 데크는 해양 선박의 전체 중량을 감소시키기 위해 적어도 하나의 선체보다 더 낮은 단위 면적당 중량을 가질 수 있다.
적어도 하나의 구조적 그리드는 해양 선박 내에, 예를 들어, 선체 내와 같은 해양 선박의 내부 구조 내에 일반적인 지지체 및 구조물을 제공하기 위한 것일 수 있다.
특정 구현예에서, 해양 선박은 강성 선체 및 강성 선체의 상부 에지의 적어도 일부 주위에 튜브를 포함하는 강성 팽창식 보트일 수 있다. 강성 선체는 바람직하게는 모놀리식 구조의 구조적 쉘을 포함할 수 있다. 튜브는 임의의 단면, 예를 들어, 원형, 반원형, 정사각형, 삼각형 또는 다른 단면을 가질 수 있다. 튜브는 중공일 수 있거나, 예를 들어, 포움 및/또는 고무 및/또는 플라스틱 등으로 채워질 수 있다. 예를 들어, 튜브는 D-칼라일 수 있다.
추가의 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 구조적 쉘을 포함하는 풍력 터빈 블레이드를 제공한다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
추가의 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 구조적 쉘을 포함하는 스키 또는 스키 폴을 제공한다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
추가의 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 구조적 쉘을 포함하는 방탄 패널을 제공한다. 유리하게는, 방탄 패널은 방탄 시험 NIJ-STD-0108.01 level III 및 NIJ-STD-0108.01 level IIIA를 통과할 수 있다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
바람직하게는, 방탄 패널은 0.35 내지 0.45, 바람직하게는 0.39 내지 0.44의 현무암 섬유에 대한 중합체 물질의 중량 비율을 갖는다. 약 0.41 내지 약 0.43의 현무암 섬유에 대한 중합체 물질의 중량 비율이 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다. 이러한 비율은 패널의 방탄성을 개선시킬 수 있다.
방탄 패널은, 예를 들어, 방탄복(예를 들어, 헬멧 또는 방탄 조끼), 차량, 항공기 또는 구조물(예를 들어, 건물)에 사용될 수 있다.
추가의 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 방탄 패널을 포함하는 방탄복, 헬멧, 방탄 조끼, 차량, 항공기, 구조물 또는 빌딩을 제공한다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
추가의 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴 또는 방탄 패널을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
몰드를 제공하는 단계;
현무암 섬유를 몰드에 도입하는 단계;
현무암 섬유를 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물과 -0.65 bar 이하의 상대 압력에서 접촉시켜 구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴, 또는 방탄 패널을 형성하는 단계; 및
몰드로부터 구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴, 또는 방탄 패널을 회수하는 단계를 포함한다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
전형적으로, 구조적 쉘 등을 제조하는 이러한 방법에 대한 일반적인 용어는 "진공 주입"으로 이해될 수 있다. 진공 주입 방법은 당업계에 공지되어 있다.
본원에서 사용되는 용어 "몰드"는 현무암 섬유-보강 물질로 경화될 때 수지에 형상을 제공하기 위해 사용되는 중공 용기 또는 쉘을 포함할 수 있다. 몰드는 수지를, 예를 들어, 해양 선박의 선체 및/또는 데크, 풍력 터빈의 블레이드, 항공기의 동체, 육상 차량의 본체 등과 같은 형상으로 성형하는데 적합할 수 있다.
현무암 섬유는 규칙적인 배열로 몰드에 도입될 수 있고, 바람직하게는 생성된 섬유-보강 물질이 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 복수의 층을 포함하도록 현무암 섬유가 몰드에 도입되고, 여기서 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 평균 방향은 인접한 층에서 상이하다. 더욱 바람직하게는, 현무암 섬유는 각 층에서 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 평균 방향이 인접한 층에서 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 평균 방향에 대해 약 45° 또는 약 90°가 되도록 몰드에 도입된다. 가장 바람직하게는, 현무암 섬유는 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 층이 바람직하게는 -45°, 90°, 0-90° 및 0°의 현무암 섬유의 상대 방향을 가지며 4축으로, 바람직하게는 -45°, 90° 및 45°의 현무암 섬유의 상대 방향을 가지며 3축으로, 바람직하게는 0° 및 90°의 현무암 섬유의 상대 방향을 가지며 2축으로, 또는 단방향으로 배열되도록 몰드에 도입된다. 중합체 물질 내의 현무암 섬유의 이러한 배열은 모든 평면 방향에서 실질적으로 동일한 기계적 특성을 나타내는 준-등방성 복합재 물질을 제공할 수 있다. 중합체 물질 내의 현무암 섬유의 이러한 배열은 또한 바람직하게는 단위 면적당 높은 굴곡 강도 및 내마모성을 갖는 구조적 쉘을 제공할 수 있다.
이론에 얽매이지 않고, 접촉 단계 동안 적용된 음의 상대 압력은 수지가 현무암 섬유를 완전히 캡슐화하면서, 또한 현무암 섬유-보강 물질로부터 실질적으로 모든 가스 공극을 제거할 수 있게 하는 것으로 생각된다. 따라서, 현무암 섬유-보강 물질에 가스 공극이 실질적으로 없을 수 있는 구조적 쉘이 제공될 수 있다. 이러한 구조적 쉘은 바람직하게는 단위 면적당 높은 굴곡 강도 및/또는 내충격성 및/또는 굽히거나 구부렸을 때 감소된 박리 가능성을 나타낼 수 있다.
상기 방법은 유리하게는 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
주입 동안 수지 흐름을 개선하기 위해 접촉 단계 동안 초음파 음파의 적용;
복합재 요소의 핸드 레이업;
인발성형;
프리프레그 공정;
수지 트랜스퍼 몰딩; 및
진공-보조 수지 트랜스퍼 몰딩.
본원에서 사용되는 용어 "수지"는 경화제와 혼합될 때 중합 및/또는 가교가 가능하여 고체 중합체 물질을 제공할 수 있는 단량체 및/또는 중합체를 포함하는 유체를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "경화제"는, 예를 들어, 중합 및/또는 가교에 의해, 또는 다른 방식으로 수지를 경화시키는 물질을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 수지는 메타크릴레이트 단량체, 더욱 바람직하게는 메틸 메타크릴레이트 단량체, 및 더욱 더 바람직하게는 50 내지 85 wt.%의 메틸 메타크릴레이트 단량체 및/또는 10 내지 50 wt.%의 아크릴 중합체를 포함한다.
바람직하게는, 경화제는 유기 퍼옥사이드, 바람직하게는 벤조일 퍼옥사이드를 포함한다. 본 발명에 사용하기에 특히 적합한 상업적으로 이용 가능한 유기 퍼옥사이드는 Nouryon으로부터의 Perkadox® GB-50X이다. 다른 유기 퍼옥사이드 및/또는 Perkadox® 경화제가 사용될 수 있다. 예를 들어, 디(2,4-디클로로벤조일)퍼옥사이드, 디(4-메틸벤조일)퍼옥사이드, 디(3차-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠 및/또는 디쿠밀 퍼옥사이드, 또는 벤조일 퍼옥사이드를 포함하거나 포함하지 않는 이들의 혼합물을 포함한다. 본 발명에 사용하기에 특히 적합한 다른 상업적으로 이용 가능한 유기 퍼옥사이드는 Arkema로부터의 Elium® 191XO/SA(약 3시간의 더 긴 중합 시간용) 및 Elium® 158XO/SA(약 1시간의 더 짧은 중합 시간용)이다. 이들은 2개의 수지 및 경화제(mekp 타입 부타녹스 M50)를 포함하는 3개 성분의 모든 액체 시스템이다.
바람직하게는, 혼합물은 경화제를 0.5 내지 30 phr, 더욱 바람직하게는 1 내지 15 phr, 더욱 더 바람직하게는 1.5 내지 4 phr, 또한 더욱 바람직하게는 2.5 내지 4 phr의 양으로 포함한다(여기서, "phr"은 현재 문맥에서 100 중량부를 의미함). 이는 전형적으로 본원에 기재된 현무암 섬유-보강 물질을 수득하기 위해 수지의 만족스러운 경화를 제공하는데 필요한 양이다.
전형적으로, 현무암 섬유는 -0.65 내지 -1.15 bar의 상대 압력에서 혼합물과 접촉된다. 바람직하게는, 현무암 섬유는 -0.7 내지 -1.15 bar, 더욱 바람직하게는 -0.85 내지 -1.15 bar, 더욱 더 바람직하게는 -0.9 내지 -1.1 bar, 또한 더욱 바람직하게는 -0.95 내지 -1.05 bar의 상대 압력에서 혼합물과 접촉된다. -0.65 bar 초과, 또는 일부 물질의 경우 -0.85 bar 초과의 상대 압력은 전형적으로 현무암 섬유-보강 물질로부터 실질적으로 모든 가스 공극을 제거하지 않고/하거나 중합체 물질과 현무암 섬유 사이에 강한 결합이 형성될 수 없도록 한다. 일반적으로, 상대 압력이 낮을수록, 생성된 현무암 섬유-보강 물질이 더 조밀해지고, 현무암 섬유와 중합체 물질 사이에 형성된 결합이 더 강해진다. 이러한 더 낮은 압력은 구조적 쉘이 중합체 코어를 포함할 때 특히 중요하다. 이론에 얽매이지 않고, 이는 수지가 실질적으로 중합체 코어의 포움 내의 모든 공극을 통해, 바람직하게는 포움 내의 모든 공극을 통해 흡입될 수 있도록 하기 위한 것이다. 그러나, -1.15 bar 미만의 상대 압력은 몰드 및/또는 현무암 섬유-보강 물질을 변형시킬 수 있다. 또한, 이러한 낮은 상대 압력은 진공 백을 손상시킬 수 있다. 일부 구조적 쉘 설계의 경우, -1.05 bar 미만의 상대 압력은 몰드 및/또는 현무암 섬유-보강 물질을 변형시킬 수 있다.
전형적으로, 현무암 섬유는 10℃ 내지 40℃, 바람직하게는 14℃ 내지 30℃의 온도에서 혼합물과 접촉된다. 이러한 온도 범위는 적어도 덜 복잡한 장비가 필요할 수 있기 때문에 제조 공정 동안 상당한 비용 절감을 가능하게 한다.
전형적으로, 현무암 섬유는 30 내지 70%, 바람직하게는 40 내지 50%의 습도에서 혼합물과 접촉된다.
바람직하게는, 현무암 섬유는 적용된 압력 하에 5분 내지 12시간, 바람직하게는 1시간 내지 6시간, 더욱 바람직하게는 90분 내지 3시간 동안 혼합물과 접촉된다. 현무암 섬유는 고체 구조적 쉘을 제공하기에 적합한 시간 동안 적용된 압력 하에 혼합물과 접촉된다. 이는 구조적 쉘이 몰드로부터 제거되기 전에 완전히 고화될 수 있게 하기 위한 것일 수 있다. 더 높은 접촉 온도는 더 짧은 접촉 시간을 필요로 할 수 있다.
구조적 쉘이 몰드로부터 회수되면, 이는 전형적으로 1 내지 10시간의 시간 동안 50 내지 150℃의 온도에 놓일 수 있다. 이는 "후 경화" 단계를 구성할 수 있다.
현무암 섬유를 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물과 접촉시키는 것은 전형적으로 수지 및 경화제를 몰드를 함유하는 백에 도입하는 것을 포함한다. 전형적으로, 수지 및 경화제는 대기압에 노출되어 수지 및 경화제가 (감압) 백에 들어가게 한다. 대안적으로, 수지 및 경화제는 +0.1 내지 +15 bar, 바람직하게는 +0.2 내지 +0.6 bar의 양압에 노출되어 수지 및 경화제가 백에 들어가게 한다.
추가의 구현예에서, 상기 방법은 현무암 섬유를 몰드에 도입하기 전에 몰드에서 겔코트를 형성시키는 단계를 추가로 포함한다.
추가의 구현예에서, 상기 방법은 현무암 섬유를 혼합물과 접촉시키기 전에 중합체 코어를 몰드에 도입하는 단계를 추가로 포함한다. 전형적으로, 중합체 코어는 2개 이상의 현무암 섬유 사이에서 몰드 내로 도입되고, 바람직하게는 여기서 중합체 코어는 2개 이상의 현무암 섬유 층을 분리하는 층을 형성하기 위해 몰드 내로 도입된다. 중합체 코어는 몰드에 도입되고 현무암 섬유에 의해 둘러싸일 수 있다. 대안적으로, 중합체 코어는 현무암 섬유의 층들 사이에 샌드위치될 수 있다.
일부 구현예에서, 혼합물은 레올로지 개질제 및/또는 이형제를 추가로 포함한다. 레올로지 개질제는 몰드로의 수지의 흐름을 개선할 수 있고, 이형제는 구조적 쉘 등을 몰드로부터 더 쉽게 제거하는데 도움이 될 수 있다. 이러한 첨가제의 예는 Cirex® 388 및 Chemtrend® R&B를 포함한다.
또한, 본원에 기재된 구조적 쉘 등을 제조하는 방법은 또한 종래 기술의 방법보다 안전할 수 있다. 이는, 특히 사용된 수지 및 경화제가 상기 기재된 바와 같을 때, 본원에서 사용되는 수지 및 경화제의 반응이 해양 선박 등을 위한 선체를 제조하기 위한 종래 기술의 반응보다 덜 발열성이기 때문일 수 있다. 따라서, 제조되는 구조적 쉘 등이 더 낮은 온도까지 가열될 수 있기 때문에, 방법은 진공 주입 공정 동안 화재 위험을 덜 야기할 수 있다.
추가의 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴, 또는 방탄 패널(또는 다른 물체)을 분해하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴, 방탄 패널(또는 본원에 기재된 다른 물체)을 제공하는 단계;
구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴, 또는 방탄 패널(또는 본원에 기재된 다른 물체)을 200℃ 내지 600℃의 온도로 가열하여 중합체 물질을 적어도 부분적으로 열적 크랙킹시키는 단계;
적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질을 현무암 섬유로부터 분리하는 단계; 및
현무암 섬유 및/또는 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질을 회수하는 단계를 포함한다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
바람직하게는, 가열은 불활성 분위기에서, 바람직하게는 산소의 실질적인 부재 하에 수행된다. 이론에 얽매이지 않고, 이러한 조건은 중합체 물질 및/또는 중합체 코어가 구조적 쉘을 분해하는 방법 동안 어떤 식으로든 연소 및/또는 손상될 가능성을 감소시킬 수 있는 것으로 생각된다. 바람직하게는, 가열은 250℃ 내지 500℃, 더욱 바람직하게는 300℃ 내지 500℃, 더욱 더 바람직하게는 350℃ 내지 400℃의 온도에서 수행된다.
바람직하게는, 가열은 적어도 10 bar의 압력에서 수행된다. 이러한 고압은 물질이 열적 및 촉매적 크랙킹 공정에 의해 연료, 단량체 또는 다른 가치 있는 물질로 재활용될 수 있도록 열분해를 촉진할 수 있다.
회수된 현무암 섬유는 바람직하게는 재사용 및/또는 재활용되기에 적합하다. 예를 들어, 회수된 현무암 섬유는 본 발명에 따른 구조적 쉘에서, 또는 다른 적용을 위해 재사용되기에 적합하다. 이론에 얽매이지 않고, 이는 현무암 섬유가, 존재한다면, 상당한 양의 수지를 제조 동안 흡수하지 않을 수 있고, 따라서 현무암 섬유가 구조적 쉘에 사용되기 전과 실질적으로 동일한 조건에서 회수될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 회수된 현무암 섬유는 이들의 물리적 및/또는 기계적 특성에서 실질적으로 열화를 나타내지 않을 수 있다. 이에 대한 추가 이유는 상기 논의되어 있다.
회수된 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질은 또한 재사용 및/또는 재활용 또는 다운-사이클링에 적합할 수 있다. 예를 들어, 회수된 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질은 또한 본 발명에 따른 구조적 쉘에서, 또는 다른 적용을 위해 재사용되기에 적합할 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, 이는 회수된 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질이 경화제와 재혼합되고 재성형되어 새로운 생성물을 형성하기에 적합한 형태로 회수될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 회수된 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질은 구조적 쉘 등을 제조하는데 사용되는 수지와 비교하여 이의 물리적 및/또는 기계적 특성에서 실질적으로 열화를 나타내지 않을 수 있다.
일부 구현예에서, 구조적 쉘은 중합체 코어를 포함하고, 상기 방법은 중합체 코어를 회수하는 단계를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 중합체 코어는 200℃ 내지 600℃의 온도로 가열하기 전에 회수되며, 상기 방법은
구조적 쉘, 선체, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드 또는 스키 및/또는 스키 폴(또는 본원에 기재된 다른 물체)을 150℃ 내지 300℃의 온도로 가열하여 중합체 물질을 적어도 부분적으로 용융시키는 단계;
적어도 부분적으로 용융된 중합체 물질로부터 중합체 코어를 분리하는 단계; 및
중합체 코어를 회수하는 단계를 포함한다.
회수된 중합체 코어는 또한 재사용 및/또는 재활용 또는 다운-사이클링에 적합할 수 있다. 예를 들어, 회수된 중합체 코어는 또한 본 발명에 따른 구조적 쉘에서, 또는 다른 적용을 위해 재사용되기에 적합할 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, 이는 회수된 중합체 코어가 이의 물리적 및/또는 기계적 특성에서 실질적으로 열화를 나타내지 않을 수 있기 때문이다. 이는 이러한 더 낮은 온도에서 바람직하게는 중합체 코어가 고체로 유지되기 때문이다. 이것의 이점은 위에서 논의되었다.
일부 구현예에서, 구조적 쉘은 겔코트를 포함하고, 상기 방법은 가열 전에 겔코트를 적어도 부분적으로 기계적으로 제거하고/거나 겔코트의 연소에 의해 겔코트를 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 예를 들어, 겔코트는 샌딩에 의해 적어도 부분적으로 기계적으로 제거될 수 있다. 겔코트의 적어도 부분적 제거는 남아 있을 수 있는 임의의 겔코트에 의한 회수된 생성물의 오염 가능성을 감소시킬 수 있다.
추가의 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴, 또는 방탄 패널(또는 다른 물체)을 분해하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴, 또는 방탄 패널(또는 본원에 기재된 다른 물체)을 제공하는 단계;
구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴(또는 본원에 기재된 다른 물체)을 용매와 접촉시켜 중합체 물질을 적어도 부분적으로 용해시키는 단계; 및
현무암 섬유 및/또는 중합체 물질 및/또는 용매를 회수하는 단계를 포함한다.
제1 양태의 이점 및 바람직한 특징은 이러한 양태에 동일하게 적용된다.
현무암 섬유는 현무암 섬유의 물리적 및/또는 기계적 특성의 실질적인, 전형적으로 임의의 열화 없이 회수될 수 있다. 용매는 중합체 물질을 적어도 부분적으로 용해시킬 수 있어야 한다. 적합한 용매는 당업계에 공지되어 있다. 특히 적합한 용매는 아세톤을 포함하는 것이다. 전형적으로, 실질적으로 모든 중합체 물질이 용매에 용해된다. 중합체 물질은, 예를 들어, 용매를 증발시킴으로써 회수될 수 있다. 용매는, 예를 들어, 증발된 용매를 응축시킴으로써 회수될 수 있다.
본 발명의 구조적 쉘은 또한 다른 중합체와 컴파운딩하고/거나 핫 프레싱하여 시트를 제조하는 것과 같은 기계적 방법을 사용하여 재활용될 수 있다.
본 발명은 이제 하기 비제한적인 도면과 관련하여 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 구조적 쉘을 포함하는 해양 선박의 개략도이다.
도 2는 도 1의 단면 X-Y의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 구조적 쉘을 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 구조적 쉘을 분해하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 구조적 쉘을 분해하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 구조적 쉘의 현무암 섬유 층 구조물의 분해도의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 선체(2) 및 데크(3)를 갖는 본 발명에 따른 해양 선박(일반적으로 1로 표시됨)의 개략도가 도시되어 있다. 도 2는 도 1의 선 X-Y를 따른 단면을 도시한다. 현무암 섬유(7)로 보강된 중합체 물질(6)에 의해 둘러싸인 중합체 코어(5)를 함유하는 구조적 쉘(일반적으로 4로 표시됨)이 도시되어 있다. 현무암 섬유-보강 물질(6)은 겔코트(8)로 코팅된다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 구조적 쉘, 선체, 구조적 그리드, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드 또는 스키 및/또는 스키 폴을 제조하는 방법의 흐름도가 도시되어 있다(일반적으로 9로 표시됨). 상기 방법은 (10) 몰드를 제공하는 단계; (11) 현무암 섬유를 몰드에 도입하는 단계; (12) -0.65 bar 이하의 상대 압력에서 현무암 섬유를 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물과 접촉시켜 구조적 쉘, 선체, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드 또는 스키 및/또는 스키 폴을 형성하는 단계; 및 (13) 몰드로부터 구조적 쉘, 선체, 구조적 그리드, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드 또는 스키 및/또는 스키 폴을 회수하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 상기 방법은 (15) 현무암 섬유를 몰드에 도입하기 전에 몰드에서 겔코트를 형성시키는 단계를 추가로 포함한다. 선택적으로, 상기 방법은 (16) 현무암 섬유를 혼합물과 접촉시키기 전에 중합체 코어를 몰드에 도입하는 단계를 추가로 포함한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 구조적 쉘, 선체, 구조적 그리드, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드 또는 스키 및/또는 스키 폴을 분해하는 방법의 흐름도가 도시되어 있다(일반적으로 17로 표시됨). 상기 방법은 (18) 구조적 쉘, 구조적 그리드, 선체, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드 또는 스키 및/또는 스키 폴을 제공하는 단계; (19) 구조적 쉘, 선체, 구조적 그리드, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드 또는 스키 및/또는 스키 폴을 200℃ 내지 600℃의 온도로 가열하여 중합체 물질을 적어도 부분적으로 열적 크랙킹하는 단계; (20) 현무암 섬유로부터 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질을 분리하는 단계; 및 (21) 현무암 섬유 및/또는 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질을 회수하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 구조적 쉘은 중합체 코어를 포함하고, 상기 방법은 (22) 중합체 코어를 회수하는 단계를 추가로 포함한다. 선택적으로, 구조적 쉘은 겔코트를 포함하고, 상기 방법은 (23) 가열 전에 겔코트를 적어도 부분적으로 기계적으로 제거하고/거나 겔코트의 연소에 의해 겔코트를 제거하는 단계를 추가로 포함한다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 구조적 쉘, 선체, 구조적 그리드, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드 또는 스키 및/또는 스키 폴을 분해하는 방법의 흐름도가 도시되어 있다(일반적으로 30으로 표시됨). 상기 방법은 (31) 구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴(또는 본원에 기재된 다른 물체)을 제공하는 단계; (32) 구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴(또는 본원에 기재된 다른 물체)을 용매와 접촉시켜 중합체 물질을 적어도 부분적으로 용해시키는 단계; 및 (33) 현무암 섬유 및/또는 중합체 물질을 회수하는 단계를 포함한다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 구조적 쉘의 현무암 섬유 층 구조물의 분해도의 개략도가 도시되어 있다(일반적으로 24로 표시됨). 실질적으로 평행한 현무암 섬유(7)의 복수의 층이 도시되어 있고, 여기서 각 층에서 실질적으로 평행한 현무암 섬유(7)의 평균 방향은 인접한 층에서 실질적으로 평행한 현무암 섬유(7)의 평균 방향에 대해 약 45° 또는 약 90°이다.
본 발명은 이제 하기 비제한적인 실시예와 관련하여 설명될 것이다.
실시예 1
본원에 기재된 바와 같은 현무암-섬유 보강 물질을 본원에 기재된 방법에 따라 제조하였다. 물질은 모놀리식 구조를 가졌다. 즉, 물질은 단일 조각의 현무암 섬유-보강 물질로 구성되었다. 제조된 물질은 1 m x 1 m 패널이었다.
단계 1:
현무암 섬유의 직조(층)를 하기 3개 층으로 레이업하였다:
층 1: 600 TRI(600 g/m2 3축 직조)
층 2: 550 UNI(550 g/m2 단방향 직조)
층 3: 600 TRI(600 g/m2 3축 직조)
단계 2:
나무 테이블을 엔벨로프로 감싸서 주위에 완전한 진공 밀봉을 확보하였다. 단계 1의 층 구조를 엔벨로프에 도입하였다. 백을 완전히 밀봉하기 위해 플라스틱 랩을 택 테이프로 밀봉하였다. 단계 1의 층 구조는 주입될 준비가 된 채로 이러한 "엔벨로프"에 있었다. 필 플라이를 층의 상부에 추가하고(복합재로부터 진공 백을 쉽게 분리하고 더 나은 최종 마감을 생성하기 위해), 그 위에 메쉬를 추가하여 수지가 보다 점진적으로 흐르도록 하였다. 진공 테이블의 한쪽 끝에(엔벨로프의 각 부분의 끝에) 수지가 패널의 폭에 걸쳐 보다 점진적으로 흐르도록 돕는 나선형 튜브가 있었다.
(수지 오버플로를 억류하기 위해) 진공 용기에 진공 펌프를 설치하였다. 백은 -1.0 bar의 상대 압력을 형성함으로써 밀폐 테스트를 거쳤다. -1.0 bar의 상대 압력에 도달하면, 밸브를 닫고 소위 낙하 시험(최종 공기 누출을 측정하기 위해)을 위해 진공 펌프를 정지시켰다.
상기 단계를 완료한 후, 3000 g의 Arkema로부터의 Elium®을 버킷에서 85 g의 벤조일 퍼옥사이드 경화제(Nouryon으로부터의 Perkadox® GB-50X)와 혼합하였다. 일단 혼합되면, Elium®/Perkadox® GB-50X 수지를 갖는 버킷을 진공 백에 연결하고 진공 펌프를 다시 시작하였다. 이는 전체 패널에 대한 음의 상대 압력으로 인해 수지의 흐름을 생성하였다.
이 단계를 실온에서 수행하였다.
단계 3:
수지를 약 90분 동안 감압 하에 유지하였다. 이후, 복합재를 진공 백에 밤새 방치하고, 다음날 아침에 진공 백을 제거하여 현무암 섬유-보강 물질을 회수하였다.
모놀리식 현무암 섬유-보강 물질은 본원에 기재된 방법에 의해 재활용될 수 있었다.
실시예 2
모놀리식 현무암-섬유 보강 물질을 실시예 1에 기재된 바와 같이 제조하였다. 그러나, 단계 1의 층 구조는 상이하였다. 본 실시예에서, 현무암 섬유의 직조(층)를 하기 4개 층으로 레이업하였다:
층 1: 550UNI(550 g/m2 단방향 직조)
층 2: 300 BI(300 g/m2 2축 직조)
층 3: 300 BI(300 g/m2 2축 직조)
층 4: 550UNI(550 g/m2 단방향 직조; 층 1로부터 90°로 배향됨)
모놀리식 현무암 섬유-보강 물질은 본원에 기재된 방법에 의해 재활용될 수 있었다.
실시예 3
샌드위치-구조 현무암-섬유 보강 물질을 실시예 1에 기재된 바와 같이 제조하였다. 그러나, 단계 1의 층 구조는 상이하였다. 본 실시예에서, 현무암 섬유의 직조(층)를 중앙에 PET 포움 코어를 갖는 하기 4개 층으로 레이업하였다:
층 1: 550UNI(550 g/m2 단방향 직조)
층 2: 300 BI(300 g/m2 2축 직조)
층 3: PET 포움 코어(두께: 20 mm)
층 4: 300 BI(300 g/m2 2축 직조)
층 5: 550UNI(550 g/m2 단방향 직조)
샌드위치-구조 물질은 1 m x 0.10 m 패널이었다. 샌드위치-구조 현무암 섬유-보강 물질은 본원에 기재된 방법에 의해 재활용될 수 있었다.
PET 코어가 존재할 때, 수지가 PET 코어의 주입 구멍을 통해 흘러 샌드위치의 양쪽 끝에서 강한 결합을 생성하는 것이 중요하다.
실시예 4
본원에 기재된 현무암-섬유 보강 물질을 포함하는 패널을 하기 방법 단계에 따라 제조하였다:
1. 작업 전: 18℃ 내지 24℃의 실온에서 라미네이션 룸을 준비한다. 최대 습도 45%;
2. 라미네이션 테이블을 탈지하고 깨끗하게 한다;
3. 이형 왁스로 라미네이션 테이블을 왁스 처리한다;
4. 필 플라이의 제1 층을 적용하고, 끝을 에어로졸 접착제로 붙인다;
5. 마스킹 테이프로 마킹 층 설정;
6. 표 1에 따른 섬유 직조를 레이업한다;
7. 필 플라이로 레이업을 덮고 에어로졸 접착제로 끝을 붙인다;
8. 라미네이션 테이블 상의 평평한 표면에 점착성 테이프를 설치한다;
9. 메쉬 유동 매질을 첨가하고 마스킹 테이프로 표면에서 평평하게 유지한다;
10. 마스킹 테이프로 위치결정된 3x 10mm 나선을 설치한다. 천에 1개의 흡입점, 레이업 중간에 1개의 진공점 및 메쉬 유동 매질의 끝에 마지막 하나;
11. 나선의 중심에 진공점을 설치한다;
12. 점착성 테이프에 진공 팩을 설정한다. 테이블이 다공성을 가질 때 라미네이션 테이블을 감싼다;
13. 진공점에 10 mm 주입 호스를 설치하고 점착성 테이프로 연결부를 밀봉한다;
14. 주입 전 낙하 시험 진공 시험. 압력 -0.80/-1.00 bar. 낙하 허용량 0.5 bar/20분;
15. 2.7%의 Perkadox GB50을 Elium과 혼합한다(10 kg Elium = 270 g Perkadox GB50);
16. 7-10분 동안 Elium/Perkadox 혼합물을 탈기시킨다;
17. 라미네이션 테이블 아래에 수평이 맞춰진 탈기된 혼합된 수지 버킷을 놓는다;
18. 주입 호스를 버킷 수지에 놓는다(결국 호스를 제 위치에 유지하기 위해 고체 막대에 테이프로 붙임);
19. 밸브 #2를 천천히 열어 튜브에 모든 수지가 있고 공기가 없도록 한다. 수지가 섬유에 들어가기 전에 밸브를 닫는다;
20. 주입 개방 밸브 #1을 시작한다;
21. 수지가 진공점 #2 뒤로 3 cm 흐를 때, 밸브점 #2를 25%-50%만큼 열고 수지가 시각적으로 패널 위에 있을 때 완전히 연다;
22. 촉매가 작동을 시작하고 패널 온도가 35℃로 증가하면 진공점 #1을 닫는다;
23. 수지가 완전히 경화될 때까지 진공을 유지한다;
24. 패널 온도가 실온으로 떨어질 때까지 기다린다;
25. 탈형.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 1: 층 구조
따라서, 총 직조 및 패널 면적은 32 m2이었다.
3개의 상이한 압력을 사용하여 각각 표 1의 32-층 구조를 갖는 3개의 패널을 제조하였다: -0.80, -0.85 및 -0.90 bar. 각 패널에 대한 각 구성요소의 총 중량은 표 2에 제시되어 있다.
Figure pct00003
표 2: 패널에서 구성요소의 중량
이는 더욱 음압이 적용될수록 패널의 수지:섬유 비가 낮아진다는 것을 나타낸다.
동일한 방법을 또한 대략 절반 면적의 패널을 제조하는데 사용하였다. 층 구조는 표 3에 제시되어 있다.
Figure pct00004
Figure pct00005
표 3: 층 구조
따라서, 총 직조 및 패널 면적은 17.28 m2이었다.
동일한 3개의 상이한 압력, 즉, -0.80, -0.85 및 -0.90 bar를 사용하여 표 3의 32-층 구조를 갖는 3개의 패널을 제조하였다. 각 패널에 대한 각 구성요소의 총 중량은 표 4에 제시되어 있다.
Figure pct00006
표 4: 패널에서 구성요소의 중량
패널은 방호 방탄 시험(NIJ-STD-0108.01 levels III 및 IIIA)을 거쳐 통과되었다.
실시예 5
본원에 기재된 현무암-섬유 보강 물질을 포함하는 패널을 하기 방법 단계에 따라 제조하였다:
1. 작업 전: 18℃ 내지 24℃의 실온에서 라미네이션 룸을 준비한다. 최대 습도 45%;
2. 라미네이션 테이블을 탈지하고 깨끗하게 한다;
3. 이형 왁스로 라미네이션 테이블을 왁스 처리한다;
4. 필 플라이의 제1 층을 적용하고, 끝을 에어로졸 접착제로 붙인다;
5. 마스킹 테이프로 마킹 층 설정;
6. 표 5에 따른 섬유 직조를 레이업한다;
7. 필 플라이로 레이업을 덮고 에어로졸 접착제로 끝을 붙인다;
8. 라미네이션 테이블 상의 평평한 표면에 점착성 테이프를 설치한다;
9. 메쉬 유동 매질을 첨가하고 마스킹 테이프로 표면에서 평평하게 유지한다;
10. 마스킹 테이프로 위치결정된 3x 10mm 나선을 설치한다. 천에 1개의 흡입점, 레이업 중간에 1개의 진공점 및 메쉬 유동 매질의 끝에 마지막 하나;
11. 나선의 중심에 진공점을 설치한다;
12. 압력 게이지를 설치한다;
13. 점착성 테이프에 진공 팩을 설정한다. 테이블이 다공성을 가질 때 라미네이션 테이블을 감싼다;
14. 진공점에 10 mm 주입 호스를 설치하고 점착성 테이프로 연결부를 밀봉한다;
15. 주입 전 낙하 시험 진공 시험. 압력 -1.00 bar. 낙하 허용량 0.5 bar/20분;
16. 2.7%의 Perkadox GB50을 Elium과 혼합한다(10 kg Elium = 270 g Perkadox GB50);
17. 7-10분 동안 Elium/Perkadox 혼합물을 탈기시킨다;
18. 라미네이션 테이블 아래에 수평이 맞춰진 탈기된 혼합된 수지 버킷을 놓는다;
19. 주입 호스를 버킷 수지에 놓는다(결국 호스를 제 위치에 유지하기 위해 고체 막대에 테이프로 붙임);
20. 주입 개방 밸브 #1을 시작한다;
21. 수지가 진공점 #2 뒤로 3 cm 흐를 때, 밸브점 #2를 개방한다;
22. 완전히 주입되면, 진공점 #2를 닫는다;
23. 촉매가 작동을 시작하고 패널 온도가 35℃로 증가하면 진공점 #1을 닫는다;
24. 수지가 완전히 경화될 때까지 진공을 유지한다;
25. 패널 온도가 실온으로 떨어질 때까지 기다린다;
26. 탈형.
Figure pct00007
Figure pct00008
표 5: 층 구조
따라서, 총 직조 및 패널 면적은 32 m2이었다. 총 패널 중량은 24.83 kg이었고, 17.60 kg의 섬유, 7.04 kg의 수지 및 0.19 kg의 Perkadox로 구성되었다.
준-등방성 레이업을 갖는 패널을 또한 표 6에 따른 층 구조를 갖는 상기 절차에 따라 제조하였다.
Figure pct00009
Figure pct00010
표 6: 층 구조
따라서, 총 패널 면적은 43 m2이었고, 22 m2 UNI 및 21 m2 BI를 가졌다. 총 패널 중량은 25.96 kg이었고, 18.40 kg의 섬유(12.10 kg UNI 및 6.30 kg BI), 7.36 kg의 수지 및 0.20 kg의 Perkadox로 구성되었다.
동일한 층 구조를 갖는 더 작은 패널을 또한 상기 절차에 따라 제조하였고, 층 구조는 표 7 및 8에 정의되어 있다.
Figure pct00011
Figure pct00012
표 7: 층 구조
따라서, 총 직조 및 패널 면적은 25.92 m2이었다. 총 패널 중량은 18.90 kg이었고, 14.26 kg의 섬유 및 4.64 kg의 수지로 구성되었다. 따라서, 수지 대 섬유 비율은 32.54%이고 패널 두께는 12.12 mm였다.
Figure pct00013
Figure pct00014
표 8: 층 구조
따라서, 총 직조 및 패널 면적은 34.83 m2이었고, 17.82 m2 UNI 및 17.01 m2 BI를 가졌다. 총 패널 중량은 20.70 kg이었고, 14.90 kg의 섬유 및 5.80 kg의 수지로 구성되었다. 따라서, 수지 대 섬유 비율은 38.93%이고 패널 두께는 13.20 mm였다.
패널은 방호 방탄 시험(NIJ-STD-0108.01 levels III 및 IIIA)을 거쳐 통과되었다.
전술한 상세한 설명은 설명 및 예시의 방식으로 제공되었으며, 첨부된 청구범위의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 본원에 예시된 현재 바람직한 구현예의 많은 변형은 당업자에게 명백할 것이고, 첨부된 청구범위 및 이들의 등가물의 범위 내에 있을 것이다.

Claims (47)

  1. 현무암 섬유-보강 물질을 포함하는 구조적 쉘로서, 여기서 현무암 섬유-보강 물질이 중합체 물질을 포함하고, 상기 중합체 물질이 200℃ 내지 600℃의 온도에서 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있는, 구조적 쉘.
  2. 제1항에 있어서, 중합체 물질이 열가소성 물질인 구조적 쉘.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중합체 물질이 폴리메타크릴레이트를 포함하는 구조적 쉘.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 물질이 폴리(메틸 메타크릴레이트)를 포함하는 구조적 쉘.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 물질이 150℃ 내지 300℃, 바람직하게는 200℃ 내지 250℃의 온도에서 적어도 부분적으로 용융될 수 있고/거나, 중합체 물질이 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있는 것보다 더 낮은 온도에서 적어도 부분적으로 용융될 수 있는 구조적 쉘.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 물질이 300℃ 내지 500℃, 바람직하게는 350℃ 내지 400℃의 온도에서 적어도 부분적으로 열적 크랙킹될 수 있는 구조적 쉘.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질이 20℃에서 액체인 구조적 쉘.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 현무암 섬유 대 중합체 물질의 중량비가 80:20 내지 40:60, 바람직하게는 75:25 내지 50:50, 더욱 바람직하게는 70:30 내지 55:45, 가장 바람직하게는 약 60:40인 구조적 쉘.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 현무암 섬유가 중합체 물질에 규칙적인 배열로 분산되며, 바람직하게는 현무암 섬유-보강 물질이 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 복수의 층을 포함하고, 여기서 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 평균 방향이 인접한 층에서 상이한 구조적 쉘.
  10. 제9항에 있어서, 각 층에서 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 평균 방향이 인접한 층에서 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 평균 방향에 대해 약 45° 또는 약 90°인 구조적 쉘.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 실질적으로 평행한 현무암 섬유의 층이 바람직하게는 -45°, 90°, 0-90° 및 0°의 현무암 섬유의 상대 방향을 가지며 4축으로, 바람직하게는 -45°, 90° 및 45°의 현무암 섬유의 상대 방향을 가지며 3축으로, 바람직하게는 0° 및 90°의 현무암 섬유의 상대 방향을 가지며 2축으로, 또는 단방향으로 배열되는 구조적 쉘.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 현무암 섬유-보강 물질이 0.5 내지 3.0 mm, 바람직하게는 1.0 내지 2.0 mm의 두께를 갖는 구조적 쉘.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 코어를 추가로 포함하는 구조적 쉘.
  14. 제13항에 있어서, 중합체 코어가 폴리에스테르를 포함하는 구조적 쉘.
  15. 제14항에 있어서, 폴리에스테르가 PET를 포함하고, 바람직하게는 PET가 PET 포움을 포함하는 구조적 쉘.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 코어가 200℃ 내지 300℃, 바람직하게는 230℃ 내지 270℃의 용융 온도를 갖는 구조적 쉘.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 겔코트를 추가로 포함하는 구조적 쉘.
  18. 제17항에 있어서, 겔코트가 불포화 폴리에스테르 수지 및/또는 비닐 에스테르를 포함하는 구조적 쉘.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 겔코트가 안료를 포함하는 구조적 쉘.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 구조적 쉘이 에이징 전에 600 내지 800 MPa의 굴곡 강도를 나타내는 구조적 쉘.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 구조적 쉘을 포함하는 해양 선박용 선체.
  22. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 구조적 쉘을 포함하는 해양 선박용 구조적 그리드.
  23. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 구조적 쉘, 바람직하게는 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항의 구조적 쉘을 포함하는 해양 선박용 데크.
  24. 적어도 하나의 선체 및/또는 적어도 하나의 구조적 그리드 및/또는 적어도 하나의 데크를 포함하는 해양 선박으로서, 여기서 적어도 하나의 선체 및/또는 적어도 하나의 구조적 그리드 및/또는 적어도 하나의 데크가 제21항 및/또는 제22항 및/또는 제23항에 따른 것인 해양 선박.
  25. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 구조적 쉘을 포함하는 풍력 터빈 블레이드.
  26. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 구조적 쉘을 포함하는 스키 또는 스키 폴.
  27. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 구조적 쉘을 포함하는 방탄 패널.
  28. 제27항에 있어서, 현무암 섬유에 대한 중합체 물질의 중량 비율이 0.35 내지 0.45, 바람직하게는 0.39 내지 0.44인 방탄 패널.
  29. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 구조적 쉘, 제21항의 선체, 제22항의 데크, 제23항의 구조적 그리드, 제24항의 해양 선박, 제25항의 풍력 터빈 블레이드, 제26항의 스키 또는 스키 폴, 또는 제27항 또는 제28항의 방탄 패널을 제조하는 방법으로서, 상기 방법이
    몰드를 제공하는 단계;
    현무암 섬유를 몰드에 도입하는 단계;
    현무암 섬유를 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물과 -0.65 bar 이하의 상대 압력에서 접촉시켜 구조적 쉘, 선체, 구조적 그리드, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 및/또는 스키 폴, 또는 방탄 패널을 형성하는 단계; 및
    몰드로부터 구조적 쉘, 선체, 구조적 그리드, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 및/또는 스키 폴, 또는 방탄 패널을 회수하는 단계를 포함하는, 방법.
  30. 제29항에 있어서, 수지가 메타크릴레이트 단량체, 바람직하게는 메틸 메타크릴레이트 단량체, 더욱 바람직하게는 50 내지 85 wt.%의 메틸 메타크릴레이트 단량체 및/또는 10 내지 50 wt.%의 아크릴 중합체를 포함하는 방법.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서, 경화제가 유기 퍼옥사이드, 바람직하게는 벤조일 퍼옥사이드를 포함하는 방법.
  32. 제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합물이 경화제를 0.5 내지 30 phr, 바람직하게는 1 내지 15 phr, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 4 phr, 더욱 더 바람직하게는 2.5 내지 4 phr의 양으로 포함하는 방법.
  33. 제29항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 현무암 섬유가 -0.7 내지 -1.15 bar, 바람직하게는 -0.9 내지 -1.1 bar, 더욱 바람직하게는 -0.95 내지 -1.05 bar의 상대 압력에서 혼합물과 접촉되는 방법.
  34. 제29항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 현무암 섬유가 10℃ 내지 40℃, 바람직하게는 14℃ 내지 30℃의 온도에서 혼합물과 접촉되는 방법.
  35. 제29항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 현무암 섬유가 30 내지 70%, 바람직하게는 40 내지 50%의 습도에서 혼합물과 접촉되는 방법.
  36. 제29항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 현무암 섬유가 적용된 압력 하에 5분 내지 12시간, 바람직하게는 1시간 내지 6시간, 더욱 바람직하게는 90분 내지 3시간 동안 혼합물과 접촉되는 방법.
  37. 제29항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법이 현무암 섬유를 몰드에 도입하기 전에 몰드에서 겔코트를 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  38. 제29항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법이 현무암 섬유를 혼합물과 접촉시키기 전에 중합체 코어를 몰드에 도입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  39. 제38항에 있어서, 중합체 코어가 2개 이상의 현무암 섬유 사이에서 몰드 내로 도입되고, 바람직하게는 중합체 코어가 2개 이상의 현무암 섬유 층을 분리하는 층을 형성하기 위해 몰드 내로 도입되는 방법.
  40. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 구조적 쉘, 제21항의 선체, 제22항의 데크, 제23항의 구조적 그리드, 제24항의 해양 선박, 제25항의 풍력 터빈 블레이드, 제26항의 스키 또는 스키 폴, 또는 제27항 또는 제28항의 방탄 패널을 분해하는 방법으로서, 상기 방법이
    구조적 쉘, 선체, 구조적 그리드, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴, 또는 방탄 패널을 제공하는 단계;
    구조적 쉘, 선체, 구조적 그리드, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴, 또는 방탄 패널을 200℃ 내지 600℃의 온도로 가열하여 중합체 물질을 적어도 부분적으로 열적 크랙킹시키는 단계;
    적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질을 현무암 섬유로부터 분리하는 단계; 및
    현무암 섬유 및/또는 적어도 부분적으로 열적 크랙킹된 중합체 물질을 회수하는 단계를 포함하는, 방법.
  41. 제40항에 있어서, 가열이 불활성 분위기에서, 바람직하게는 산소의 실질적인 부재 하에 수행되는 방법.
  42. 제40항 또는 제41항에 있어서, 가열이 250℃ 내지 500℃, 바람직하게는 300℃ 내지 500℃, 더욱 바람직하게는 350℃ 내지 400℃의 온도에서 수행되는 방법.
  43. 제40항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 가열이 적어도 10 bar의 압력에서 수행되는 방법.
  44. 제40항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 구조적 쉘이 중합체 코어를 포함하고, 상기 방법이 중합체 코어를 회수하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  45. 제44항에 있어서, 200℃ 내지 600℃의 온도로 가열하기 전에, 상기 방법이
    구조적 쉘, 선체, 구조적 그리드, 데크, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴, 또는 방탄 패널을 150℃ 내지 300℃의 온도로 가열하여 중합체 물질을 적어도 부분적으로 용융시키는 단계;
    적어도 부분적으로 용융된 중합체 물질로부터 중합체 코어를 분리하는 단계; 및
    중합체 코어를 회수하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  46. 제40항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 구조적 쉘이 겔코트를 포함하고, 상기 방법이 가열 전에 겔코트를 적어도 부분적으로 기계적으로 제거하고/거나 겔코트의 연소에 의해 겔코트를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  47. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 구조적 쉘, 제21항의 선체, 제22항의 데크, 제23항의 구조적 그리드, 제24항의 해양 선박, 제25항의 풍력 터빈 블레이드, 제26항의 스키 또는 스키 폴, 또는 제27항 또는 제28항의 방탄 패널을 분해하는 방법으로서, 상기 방법이
    구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴, 또는 방탄 패널을 제공하는 단계;
    구조적 쉘, 선체, 데크, 구조적 그리드, 해양 선박, 풍력 터빈 블레이드, 스키 또는 스키 폴, 또는 방탄 패널을 용매와 접촉시켜 중합체 물질을 적어도 부분적으로 용해시키는 단계; 및
    현무암 섬유 및/또는 중합체 물질을 회수하는 단계를 포함하는, 방법.
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