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KR101438366B1 - A manufacturing method for E-glass fibers using the coal Waste and manufacturing for E-glass fibers - Google Patents

A manufacturing method for E-glass fibers using the coal Waste and manufacturing for E-glass fibers Download PDF

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Publication number
KR101438366B1
KR101438366B1 KR1020130084205A KR20130084205A KR101438366B1 KR 101438366 B1 KR101438366 B1 KR 101438366B1 KR 1020130084205 A KR1020130084205 A KR 1020130084205A KR 20130084205 A KR20130084205 A KR 20130084205A KR 101438366 B1 KR101438366 B1 KR 101438366B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
glass
coal waste
glass fiber
waste
coal
Prior art date
Application number
KR1020130084205A
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Korean (ko)
Inventor
임태영
김진호
황종희
이미재
김정국
Original Assignee
한국세라믹기술원
강원대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to KR1020130084205A priority Critical patent/KR101438366B1/en
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Abstract

The present invention relates to an E-glass fiber manufacturing method using coal waste and the E-glass fiber manufactured by using same. The present invention includes 1) a step for stirring and mixing E-glass fiber raw materials; 2) a step for forming molten glass through high-temperature melting of the mixed raw materials; and 3) a step for turning the molten glass into a fiber with a fiberizing device. Sandstone-based coal waste of silica-alumina with a relatively low carbon content is used and a waste input amount is changed so that bulk glass and fiber glass with the E-glass composition can be manufactured. The present invention can make a glass fiber satisfy thermal characteristics, optical characteristics, a thermal expansion coefficient, optical transparency, tensile strength, and the like. Accordingly, a high-efficiency glass fiber material can be manufactured with high efficiency and low costs. Also, resources recycling can be improved.

Description

석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법 및 이를 통해 제조된 E-글라스 섬유{A manufacturing method for E-glass fibers using the coal Waste and manufacturing for E-glass fibers}Technical Field [0001] The present invention relates to a method for manufacturing an E-glass fiber using coal waste, and an E-glass fiber produced by the method.

본 발명은 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법 및 이를 통해 제조된 E-글라스 섬유에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카본함량이 비교적 적은 실리카-알루미나질의 사암계 석탄폐석을 사용하여 폐석의 투입량을 변화시켜 이를 통해 제조된 각각의 E-glass 조성의 벌크유리와 섬유유리를 제조할 수 있게 함으로써 열적특성, 광학적특성, 열팽창계수, 광투과율 및 인장강도 등이 유리섬유에 만족할 수 있도록 하는 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법 및 이를 통해 제조된 E-글라스 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing E-glass fiber using coal waste seals and an E-glass fiber produced thereby. More specifically, the present invention relates to a method for producing E-glass fiber by using silica-alumina sandstone coal waste having a relatively small carbon content, Which is made of the E-glass of the present invention, to produce bulk glass and fiber glass, thereby making it possible to satisfy the glass fiber with thermal properties, optical properties, thermal expansion coefficient, light transmittance and tensile strength. And to an E-glass fiber produced by the method.

일반적으로 석탄광의 개발에 따른 부수적 산물로써 석탄폐석이 다량으로 발생하게 된다. 그동안 석탄폐석은 마땅한 재활용방법이 개발되지 않았고, 단순 매립처리도 어려운 실정이어서 탄광지역 주변에 야적된 상태로 방치되어 왔다. 이와 같이 장기간 동안 근본적인 처리가 이루어지지 않은 상태로 방치된 석탄폐석은 주변경관을 훼손하고 자연환경을 오염시키는 위해 요인이 되고 있다.Generally, a large amount of coal waste is generated as an incidental product due to the development of coal. In the meantime, recycling of coal waste has not been developed and it has been difficult to perform simple landfill, so it has been neglected around coal mines. Such abandoned coal mines, which have not been treated for a long period of time, are harmful to the surrounding landscape and pollute the natural environment.

석탄합리화사업단이 조사 집계한 국내 석탄폐석 관련 자료에 의하면, 1989년부터 1993년까지 폐광된 석탄광의 경우 약 2억톤의 폐석이 발생되어 적치되어 있고, 현재까지 가용되고 있는 9개소의 탄광에서도 3,600만톤이 발생되어 적치되어 있는 것으로 보고되고 있다.According to the data of domestic coal mine pollution surveyed by the coal rationalization project group, abandoned coal mine from 1989 to 1993 produced about 200 million tons of waste segregation, and in the nine coal mines currently available, 36 million tons And it has been reported that there is a limit.

또한 석탄폐석의 활용에 대한 연구는 시멘트원료, 요업분야, 세라믹골재, 공업원료 및 토목분야 등의 분야에 다각적으로 연구 개발되어 활용되고 있다. 국내에서는 요업 및 공업용으로서의 활용에 대한 연구가 있었으나 극히 부진한 실정이다. 그동안 폐자원에 대한 재활용 연구는 주로 화력발전소에서 발생하는 석탄회나 하수 슬러지 등을 이용하여 인공 경량골재를 제조하는 연구들이 많이 수행되어 왔다.In addition, the study on the utilization of coal waste has been diversely researched and utilized in various fields such as cement raw materials, ceramics, ceramic aggregate, industrial raw materials and civil engineering. In Korea, there have been studies on utilization as ceramics and industrial use, but it is very poor. Research on the recycling of waste resources has been carried out mainly on the production of artificial lightweight aggregates by using coal ash and sewage sludge generated from thermal power plants.

반면 본 연구에서는 광산에서 발생하는 석탄폐석을 활용하여 석탄폐석에 함유된 실리카 (SiO2) 성분을 기본으로 타 원료를 조합한 후 용융하여 유리화시키고 제조된 유리를 이용하여 보강재료로 사용할 수 있는 유리섬유와 같은 2차 제품을 개발함으로써 환경도 살리고 폐자원의 부가가치도 높일 수 있다는 면에 연구를 진행하였다. 유리제품을 만드는데 있어서 가장 중요한 것은 유리화를 하기 위한 목표화학조성의 결정과 이 조성을 맞추기 위한 원료들의 배합비 선정이다.On the other hand, in this study, the use of coal waste from mine to combine the raw materials based on the silica (SiO 2 ) component contained in the coal waste, melts and vitrifies it, and glass that can be used as a reinforcing material The development of secondary products, such as fiber, has been studied in order to save the environment and increase the added value of waste resources. The most important thing in making glassware is to determine the target chemical composition for vitrification and to select the blending ratio of the raw materials to match the composition.

또한 비정질의 투명한 유리를 만들 수 있도록 용융조건을 선정하는 것도 중요하다. 석탄폐석이 구성하고 있는 화학성분석과 어떤 조성계의 유리를 제조할 것인지를 결정한 후에, 이를 맞추기 위해 여기에 필요한 추가적인 원료들의 배합비를 작성하여야 한다. 본 발명에서 석탄폐석을 사용해 제조하고자 하는 유리섬유는 특성 및 화학조성에 따라서 A-Glass, C-Glass, E-Glass, S-glass 그리고 AR-Glass등으로 분류할 수 있다. 이 중에서 현재 가장 많이 사용되고 있는 유리섬유는 E-Glass이다. 그 이유는 E-Glass fiber가 기계적 강도, 전기적 특성, 화학적 특성 등 여러 가지로 균형된 특성을 보유하고 있어서 활용 면에서 매우 유용하기 때문이다. 전형적인 E-Glass의 화학조성은 silica(SiO2), alumina(Al2O3), calcium oxide(CaO), magnesium oxide(MgO), boric oxide(B2O3) 와 소량의 알칼리(Na2O/K2O)로 구성되어 있고, SiO2 함량 중에서 약 6~8%를 B2O3로 치환함으로써 유리의 용융온도 및 점도를 낮추는 효과를 나타내며, 이로 인해 알칼리(Na2O, K2O) 함량이 1% 미만으로 매우 낮아서 우수한 전기적 절연성을 갖는다. 이러한 유리섬유는 넓은 응용범위의 복합재료로서 사용되는데, 섬유강화플라스틱(FRP)의 보강재료로서 항공기, 자동차 그리고 다양한 레저용품 등에 널리 사용되고 있다.It is also important to select the melting conditions to make amorphous transparent glass. After determining the chemical composition of the coal waste and the composition of the glass to be produced, the ratio of the additional raw materials required here must be set to meet this requirement. In the present invention, the glass fiber to be produced using the coal waste scrap can be classified into A-Glass, C-Glass, E-Glass, S-glass and AR-Glass depending on the characteristics and chemical composition. Of these, E-Glass is the most commonly used glass fiber. This is because the E-glass fiber has various characteristics such as mechanical strength, electrical properties, and chemical properties, and is very useful in terms of utilization. A typical E-Glass chemical composition is silica (SiO 2), alumina ( Al 2 O 3), calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), boric oxide (B 2 O 3) and a small amount of alkali (Na 2 O of / K 2 O). By substituting about 6 to 8% of the SiO 2 content with B 2 O 3 , the glass has an effect of lowering the melting temperature and viscosity of the glass. As a result, the alkali (Na 2 O, K 2 O ) Content is as low as less than 1% and thus has excellent electrical insulating properties. Such glass fiber is used as a composite material in a wide range of applications, and it is widely used as a reinforcing material for fiber reinforced plastic (FRP) in aircraft, automobile, and various leisure products.

따라서, 이러한 석탄폐석을 자원으로 재활용함으로써 환경을 개선하고 부가가치가 높은 제품을 생산할 수 있도록 하기 위한 새로운 방안의 개발을 모색함에 있다.Accordingly, the present invention seeks to develop a new method for improving the environment and producing a high value-added product by recycling such coal waste as a resource.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 특성을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 카본함량이 비교적 적은 실리카-알루미나질의 사암계 석탄폐석을 사용하여 폐석의 투입량을 변화시켜 이를 통해 제조된 각각의 E-glass 조성의 벌크유리와 섬유유리를 제조할 수 있게 함으로써 열적특성, 광학적특성, 열팽창계수, 광투과율 및 인장강도 등이 유리섬유에 만족할 수 있도록 하는 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법 및 이를 통해 제조된 E-글라스 섬유를 제공함에 있다.An object of the present invention is to improve the above-mentioned conventional characteristics, and it is an object of the present invention to provide a method for producing a silica-alumina- Glass fiber fabrication method using coal waste stones which makes it possible to produce bulk glass and fiber glass of glass composition so that thermal property, optical property, thermal expansion coefficient, light transmittance and tensile strength can be satisfied with glass fiber and To provide the produced E-glass fibers.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.The present invention has the following structure in order to achieve the above object.

본 발명의 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법은, 1) E-글라스 섬유의 원료를 교반하여 혼합하는 단계; 2) 혼합 원료를 고온 용융시켜 용융유리를 형성하는 단계; 및 3) 용융유리를 섬유화장치를 이용해 섬유화시키는 단계;를 포함한다.The method for producing E-glass fiber using coal waste seals according to the present invention comprises the steps of: 1) mixing and mixing raw materials of E-glass fibers; 2) melting the mixed raw material at a high temperature to form a molten glass; And 3) fiberizing the molten glass using a fibrousizing apparatus.

그리고 상기 원료로는 석탄폐석, 산화알루미늄(Al2O3), 탄산칼슘(CaCO3), 붕산(H2BO3) 및 파유리를 포함한다.The raw materials include coal waste, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), boric acid (H 2 BO 3 ) and wave glass.

또한 상기 원료는 석탄폐석 35중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 3중량%, 탄산칼슘(CaCO3) 20중량%, 붕산(H2BO3) 10중량 및 파유리 32중량%로 이루어진다.The raw material is composed of 35 wt% of coal waste, 3 wt% of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 20 wt% of calcium carbonate (CaCO 3 ), 10 wt% of boric acid (H 2 BO 3 ) and 32 wt% of glass wastes.

그리고 상기 원료는 석탄폐석 15~30중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 3~5.7중량%, 탄산칼슘(CaCO3) 20중량%, 붕산(H2BO3) 10중량, 파유리 32중량% 및 이산화규소(SiO2) 4.2~17.3중량%로 이루어진다.The raw materials were 15 to 30 wt% of coal waste, 3 to 5.7 wt% of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 20 wt% of calcium carbonate (CaCO 3 ), 10 wt% of boric acid (H 2 BO 3 ) %, and silicon dioxide (SiO 2) is made to 4.2 ~ 17.3% by weight.

또한 상기 석탄폐석은 사암계 석탄폐석인 것이 바람직하다.It is preferable that the coal waste lime is sandstone lime waste coal.

그리고 상기 1)단계 전 단계 또는 내에서는 용융유리 내의 기포를 제거하는 청징특성을 최적화하기 위한 산화환원 조건이 조절되도록 석탄폐석 내의 탄소함량 및 산화상태를 조절하는 전처리 단계;가 더 포함된다.And a pretreatment step of adjusting the carbon content and the oxidation state in the coal waste so that the redox condition for optimizing the fining property for removing bubbles in the molten glass is controlled before or during the step 1).

또한 상기 청징 및 산화제로는 황산나트륨(Na2SO4), 질산나트륨(NaNO3), 산화비소(As2O3), 산화안티몬(Sb2O3)이 포함된다.The purifying and oxidizing agent includes sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), sodium nitrate (NaNO 3 ), arsenic oxide (As 2 O 3 ), and antimony oxide (Sb 2 O 3 ).

그리고 상기 전처리 단계에서는 석탄폐석 내의 탄소함량을 1~2% 이내로 조절할 수 있게 한다.In the pretreatment step, the carbon content in coal waste can be controlled within 1 to 2%.

또한 상기 전처리 단계에서는 석탄폐석 내의 산화환원 정도(Redox) 값을 0.15~0.25가 되도록 산화상태를 조절할 수 있게 한다.Also, in the pretreatment step, the oxidation state can be controlled so that the redox value in the coal waste scrap is 0.15-0.25.

그리고 상기 2)단계에서는 교반된 원료를 백금 도가니에 넣고 박스형 전기로에서 1550℃에서 2 시간 동안 용융하여 형성된다.In the step 2), the stirred raw material is placed in a platinum crucible and melted in a box-shaped electric furnace at 1550 ° C for 2 hours.

한편 본 발명은 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법을 통해 제조된 E-글라스 섬유를 포함한다.Meanwhile, the present invention includes E-glass fibers prepared by the method of manufacturing E-glass fibers using coal waste.

본 발명에 따른, 카본함량이 비교적 적은 실리카-알루미나질의 사암계 석탄폐석을 사용하여 폐석의 투입량을 변화시켜 이를 통해 제조된 각각의 E-glass 조성의 벌크유리와 섬유유리를 제조할 수 있게 하여 열적특성, 광학적특성, 열팽창계수, 광투과율 및 인장강도 등이 유리섬유에 만족할 수 있도록 함으로써 적은 비용으로 높은 효율의 유리섬유재를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 자원의 재활용도를 높일 수 있는 효과가 있다.By using the silica-alumina sandstone waste waste having a relatively small carbon content according to the present invention, it is possible to produce the bulk glass and the fiber glass of each E-glass composition produced by changing the input amount of the waste stone, By making the glass fiber satisfactory in properties, optical properties, thermal expansion coefficient, light transmittance and tensile strength, it is possible not only to produce a glass fiber material with high efficiency at a low cost, but also to increase the recyclability of resources.

도 1은 본 발명에 따른 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법 및 이를 통해 제조된 E-글라스 섬유 제조 공정을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 섬유화장치를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따라 E-글라스를 테스트한 사진.
도 4는 본 발명에 따라 석탄폐석 종류별 TG-DAT 분석을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 E-글라스의 투과율을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 E-글라스의 색도를 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 E-글라스를 염산 테스트한 상태를 나타내는 사진.
1 is a block diagram showing a process for producing E-glass fiber using coal waste seals according to the present invention and a process for producing E-glass fiber produced thereby.
Figure 2 shows a fibrous device according to the invention.
Figure 3 is a photograph of an E-glass tested according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the TG-DAT analysis of coal waste segregation according to the present invention. FIG.
5 is a graph showing the transmittance of an E-glass according to the present invention.
6 is a graph showing the chromaticity of an E-glass according to the present invention.
7 is a photograph showing a state in which the E-glass according to the present invention is tested for hydrochloric acid.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings.

이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.It is to be understood that the following specific structure or functional description is illustrative only for the purpose of describing an embodiment in accordance with the inventive concept, and that the embodiments according to the concept of the present invention may be embodied in various forms, It should not be construed as being limited to examples.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. However, it should be understood that the embodiments according to the concept of the present invention are not intended to limit the present invention to specific modes of operation, but include all modifications, equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. The terms first and / or second etc. may be used to describe various components, but the components are not limited to these terms. The terms may be named for the purpose of distinguishing one element from another, for example, without departing from the scope of the right according to the concept of the present invention, the first element being referred to as the second element, The second component may also be referred to as a first component.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 인접하는"과 "∼에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when it is mentioned that an element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions for describing the relationship between components, such as "between" and "between" or "adjacent to" and "directly adjacent to" should also be interpreted.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. It will be understood that the terms "comprises", "having", and the like in the specification are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the context in the relevant art and, unless explicitly defined herein, are to be interpreted as ideal or overly formal Do not.

본 발명의 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 1) E-글라스 섬유의 원료를 교반하여 혼합하는 단계; 2) 혼합 원료를 고온 용융시켜 용융유리를 형성하는 단계; 및 3) 용융유리를 섬유화장치를 이용해 섬유화시키는 단계;를 포함한다.As shown in FIG. 1, the method for producing E-glass fiber using coal waste stone of the present invention comprises the steps of 1) mixing and mixing raw materials of E-glass fibers; 2) melting the mixed raw material at a high temperature to form a molten glass; And 3) fiberizing the molten glass using a fibrousizing apparatus.

그리고 상기 원료로는 석탄폐석, 산화알루미늄(Al2O3), 탄산칼슘(CaCO3), 붕산(H2BO3) 및 파유리를 포함한다.The raw materials include coal waste, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), boric acid (H 2 BO 3 ) and wave glass.

또한 상기 원료는 석탄폐석 35중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 3중량%, 탄산칼슘(CaCO3) 20중량%, 붕산(H2BO3) 10중량 및 파유리 32중량%로 이루어진다.The raw material is composed of 35 wt% of coal waste, 3 wt% of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 20 wt% of calcium carbonate (CaCO 3 ), 10 wt% of boric acid (H 2 BO 3 ) and 32 wt% of glass wastes.

그리고 상기 원료는 석탄폐석 15~30중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 3~5.7중량%, 탄산칼슘(CaCO3) 20중량%, 붕산(H2BO3) 10중량, 파유리 32중량% 및 이산화규소(SiO2) 4.2~17.3중량%로 이루어진다.The raw materials were 15 to 30 wt% of coal waste, 3 to 5.7 wt% of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 20 wt% of calcium carbonate (CaCO 3 ), 10 wt% of boric acid (H 2 BO 3 ) %, and silicon dioxide (SiO 2) is made to 4.2 ~ 17.3% by weight.

또한 상기 석탄폐석은 사암계 석탄폐석인 것이 바람직하다.It is preferable that the coal waste lime is sandstone lime waste coal.

그리고 상기 1)단계 전 단계 또는 내에서는 용융유리 내의 기포를 제거하는 청징특성을 최적화하기 위한 산화환원 조건이 조절되도록 석탄폐석 내의 탄소함량 및 산화상태를 조절하는 전처리 단계;가 더 포함된다.And a pretreatment step of adjusting the carbon content and the oxidation state in the coal waste so that the redox condition for optimizing the fining property for removing bubbles in the molten glass is controlled before or during the step 1).

또한 상기 청징 및 산화제로는 황산나트륨(Na2SO4), 질산나트륨(NaNO3), 산화비소(As2O3), 산화안티몬(Sb2O3)이 포함된다.The purifying and oxidizing agent includes sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), sodium nitrate (NaNO 3 ), arsenic oxide (As 2 O 3 ), and antimony oxide (Sb 2 O 3 ).

그리고 상기 전처리 단계에서는 석탄폐석 내의 탄소함량을 1~2% 이내로 조절할 수 있게 한다.In the pretreatment step, the carbon content in coal waste can be controlled within 1 to 2%.

또한 상기 전처리 단계에서는 석탄폐석 내의 산화환원 정도(Redox) 값을 0.15~0.25가 되도록 산화상태를 조절할 수 있게 한다.Also, in the pretreatment step, the oxidation state can be controlled so that the redox value in the coal waste scrap is 0.15-0.25.

그리고 상기 2)단계에서는 교반된 원료를 백금 도가니에 넣고 박스형 전기로에서 1550℃에서 2 시간 동안 용융하여 형성된다.In the step 2), the stirred raw material is placed in a platinum crucible and melted in a box-shaped electric furnace at 1550 ° C for 2 hours.

한편 본 발명은 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법을 통해 제조된 E-글라스 섬유를 포함한다.Meanwhile, the present invention includes E-glass fibers prepared by the method of manufacturing E-glass fibers using coal waste.

예컨대 본 발명은 석탄폐석 35중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 3중량%, 탄산칼슘(CaCO3) 20중량%, 붕산(H2BO3) 10중량 및 파유리 32중량%로 이루어진 원료를 교반 혼합하여 E-글라스 섬유 원료로 사용하거나 또는 이산화규소(SiO2) 4.2~17.3중량%가 추가로 포함된 석탄폐석 15~30중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 3~5.7중량%, 탄산칼슘(CaCO3) 20중량%, 붕산(H2BO3) 10중량, 파유리 32중량%로 이루어진 원료를 교반 혼합하여 혼합물을 이용해 E-글라스 섬유 제조에 이용할 수 있으며, 여기에 석탄폐석 내의 탄소함량 및 혼합 배치의 산화상태를 조절하도록 황산나트륨(Na2SO4), 질산나트륨(NaNO3), 산화비소(As2O3), 산화안티몬(Sb2O3)을 추가로 혼합하여 이용할 수 있다. 이를 통해 로 상에서 가열 용융시켜 형성된 용융유리 내의 탄소함량 및 산화 상태를 조절하여 순백색에 가까운 E-글라스 섬유를 제조하는 것이다.
For example, the present invention relates to a method for producing a raw material comprising 35 wt% of coal waste, 3 wt% of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 20 wt% of calcium carbonate (CaCO 3 ), 10 wt% of boric acid (H 2 BO 3 ) 15 to 30% by weight of coal waste stones further containing 4.2 to 17.3% by weight of silicon dioxide (SiO 2 ), 3 to 5.7% by weight of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) , 20 wt% of calcium carbonate (CaCO 3 ), 10 wt% of boric acid (H 2 BO 3 ), and 32 wt% of wax glass were mixed and stirred to prepare an E-glass fiber, (Na 2 SO 4 ), sodium nitrate (NaNO 3 ), arsenic oxide (As 2 O 3 ) and antimony oxide (Sb 2 O 3 ) are mixed and used to adjust the carbon content in the mixture and the oxidation state of the mixing batch . Through this process, the carbon content and the oxidation state in the molten glass formed by heating and melting on the furnace are controlled to produce pure white-colored E-glass fiber.

상기 본 발명의 E-글라스 제조 방법을 아래의 실시예를 통해 과정 구체적으로 설명하도록 한다.The process for producing an E-glass of the present invention will be described concretely with reference to the following examples.

유리제품을 만드는데 있어서 가장 중요한 것은 유리화를 하기 위한 목표화학조성의 결정과 이 조성을 맞추기 위한 원료들의 배합비 선정이다.The most important thing in making glassware is to determine the target chemical composition for vitrification and to select the blending ratio of the raw materials to match the composition.

원료의 합성비율을 어떻게 하느냐에 따라서 목표하는 물리적, 화학적 특성을 갖는 유리를 제조할 수 있으며, 해당 용융온도조건에서 양호한 특성을 갖는 투명한 유리를 제조할 수 있다. 본 발명에서는 원료를 선탄폐석으로 사용하였으며, 선탄폐석 중에서도 카본 함량이 적은 사암계 석탄폐석을 사용하였다.It is possible to produce a glass having desired physical and chemical characteristics depending on how the synthesis ratio of the raw materials is made and to produce a transparent glass having good characteristics under the melting temperature condition. In the present invention, the raw material was used as coal mine waste, and sandstone coal wastes having low carbon content were used among coal mine waste mine.

본 발명에서 사용한 사암계 석탄폐석의 화학성분 분석치를 표 1에 나타내었다. 또한 사용한 석탄폐석을 이용한 유리조성배합비를 표 2에 도시하여 나타내었다. 유리화를 위한 유리조성배합비는 목표 조성계를 E-glass에 두고 석탄폐석의 함량을 15~35%로 변화시켰으며 부족한 성분은 원료로 보충하여 유리배합비를 작성하였다. 대표적인 E-glass 조성은 표 2에서 볼 수 있듯이 규사, 석회석, 알루미나 등의 원료를 배합비에 맞춰 혼합하여 사용하고 있는데, 본 발명에서도 이와 마찬가지로 일반 선탄경석을 주원료로 사용하고 여기에 규사(SiO2), 알루미나(Al2O3), 탄산칼슘(CaCO3), 붕산(H3BO3)와 E-glass 파유리를 사용하여 제조하는 것으로, 파유리는 유리의 용융온도를 낮춰 용융 속도가 빨라지고 유리의 균질도나 기계적 강도를 높이는 역할을 하기 때문에 사용하였으며, 규사(SiO2)의 사용 비율을 달리하며 조건을 실험하였다.Chemical compositional analysis values of the sandstone coal waste seals used in the present invention are shown in Table 1. Table 2 shows the mixing ratio of the glass composition using the coal waste lime used. The composition ratio of glass for vitrification was changed to 15 ~ 35% by changing the content of coal waste to E-glass. Representative E-glass composition was as shown in Table 2, there are used in combination to fit the raw materials silica sand, limestone, alumina and the like on the mixing ratio, as in this way in the present invention is used as a main raw material for the general coal washability pumice and silica sand here (SiO 2) (Al 2 O 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), boric acid (H 3 BO 3 ) and E-glass wave glass. The wave glass has a lower melting temperature of the glass, (SiO 2 ) was used for the purpose of enhancing the homogeneity and mechanical strength.

여기서 상기 규사는 E-글라스 섬유 제조에 통상적으로 이용되는 주원료이며 이를 절감시켜 대체 물질로서 석탄폐석을 이용해 E-글라스 섬유의 제조 원가 및 자원의 재활용도를 높이기 위함이다.Here, the silica sand is a main raw material commonly used in the production of E-glass fiber, and it is to reduce the production cost of E-glass fiber and the recyclability of resources by using coal waste as a substitute material.

SiOSiO 22 AlAl 22 OO 33 NaNa 22 OO CaOCaO KK 22 OO MgOMgO TiOTiO 22 FeFe 22 OO 33 SOSO 33 RefusedRefused coal  coal oreore
(( NormalNormal ) )
81.181.1 12.012.0 0.180.18 0.060.06 3.363.36 0.280.28 0.510.51 0.510.51 1.961.96

<사암계 석탄폐석의 화학성분 분석표(Wt%)><Chemical composition analysis of sandstone waste coal waste (Wt%)>

RawRaw materialsmaterials BatchBatch CompositionComposition ( ( wtwt .%).%) RemarksRemarks CNEFCNEF -0 -0 CNEFCNEF -15-15 CNEFCNEF -20-20 CNEFCNEF -25-25 CNEFCNEF -30-30 CNEFCNEF -35-35 RefusedRefused
coalcoal oreore (CN)   (CN)
15.0015.00 20.0020.00 25.0025.00 30.0030.00 35.0035.00 (( TargetTarget ofof GlassGlass
CompositionComposition ))

SiOSiO 22 : 54.5 : 54.5
AlAl 22 OO 33 : 14 : 14
NaNa 22 OO : 0.8 : 0.8
CaOCaO : 22.1 : 22.1
KK 22 OO : 0.2 : 0.2
MgOMgO : 0.6 : 0.6
TiOTiO 22 : 0.5 : 0.5
FeFe 22 OO 33 : 0.2: 0.2
BB 22 OO 33 : 6.6  : 6.6
SiOSiO 22 28.5028.50 17.3017.30 13.0013.00 8.608.60 4.204.20 0.000.00 AlAl 22 OO 33 7.507.50 5.705.70 5.005.00 4.404.40 3.803.80 3.003.00 NaNa 22 COCO 33 0.700.70 CaCOCaCO 33 20.0020.00 20.0020.00 20.0020.00 20.0020.00 20.0020.00 20.0020.00 KK 22 COCO 33 0.200.20 MgCOMgCO 33 0.770.77 E-E- glassglass cullet   cullet 32.0032.00 32.0032.00 32.0032.00 32.0032.00 32.0032.00 32.0032.00 HH 33 BOBO 33 10.0010.00 10.0010.00 10.0010.00 10.0010.00 10.0010.00 10.0010.00 FeFe 22 OO 33 0.080.08 TiOTiO 22 0.250.25

<E-글라스 조성물의 조성표>
<Composition table of E-glass composition>

표 2에 표시된 비고(Remarks)는 E-글라스 제조를 위한 조성물에 대한 조건으로서 CNEF-0 내지 CNEF-35의 조성물 각각에 의해 형성되며, 또한 본 발명에 해당되는 CNEF-15 내지 CNEF-35를 통해 상기 조성물 조건을 만족시키기 위해 전처리 과정을 거치게 되는 것이다.Remarks shown in Table 2 are formed by each of the compositions of CNEF-0 to CNEF-35 as a condition for the composition for producing E-glass, and the CNEF-15 to CNEF-35 corresponding to the present invention A pretreatment process is required to satisfy the composition conditions.

또한 상기 전처리를 위한 청징 및 산화제로 황산나트륨(Na2SO4), 질산나트륨(NaNO3), 산화비소(As2O3), 산화안티몬(Sb2O3)가 포함되며, 용융유리 내의 탄소함량을 1~2% 이내로 조절할 수 있다.Further, the cleaning and oxidizing agents for the pretreatment include sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), sodium nitrate (NaNO 3 ), arsenic oxide (As 2 O 3 ) and antimony oxide (Sb 2 O 3 ) Can be adjusted within 1 ~ 2%.

상기 전처리 단계에서는 석탄폐석 내의 산화환원정도(Redox) 값을 0.15~0.25가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.In the pretreatment step, it is preferable to adjust the redox value in the coal waste liquor to be 0.15-0.25.

본 발명에 사용된 석탄폐석은 삼척 도계탄광에서 채취한 선탄경석을 채취하여 사용하였으며, 광물원료들은 입도를 균일하게 제어하기 위하여 볼밀로 300㎛ 이하로 분쇄하여 사용하였다.The coal waste stone used in the present invention was sampled from coal pellets collected from Samcheok coal mine. The mineral raw materials were pulverized to 300 μm or less with a ball mill to control the grain size uniformly.

또한 분쇄된 광물원료와 화학원료 및 파유리를 표 2에 나타낸 각각의 배합비로 조합한 후 혼합하여 백금 도가니에 넣어 박스형 전기로에서 1550℃ 2시간 동안 용융하였다.The ground mineral materials, the chemical raw materials and the wave glass were combined at the blending ratios shown in Table 2, mixed and plated in a platinum crucible for melting for 2 hours at 1550 ° C in a box-type electric furnace.

그리고 용융된 유리는 먼저 로에서 꺼내어 흑연 몰드 위에 부어 시편을 제작하고,
Then, the molten glass was taken out from the furnace and poured onto a graphite mold to prepare a specimen,

성형된 시편은 응력제거를 위해 기존의 문헌을 통해 알려진 'Boron free E-glass, BF' 조성의 서냉온도(annealing temperature)인 657℃로 유지된 서냉로에 넣어 2시간 동안 유지하고, 그 상태에서 그대로 자연로냉시켜 최종적인 유리 섬플을 채취하여 유리화 상태가 적합한지를 확인하였다. For the stress relief, the molded specimens were held in the annealing furnace maintained at 657 ° C, the annealing temperature of the boron-free E-glass, BF composition, And the final glassy spirits were collected and confirmed to be vitrified.

아울러서 섬유상태에서의 특성파악을 위해 용융된 모유리를 도 2에서 나타낸 것과 같은 별도의 실험실적 섬유인상장치를 제작하여 단일섬유(single filament)를 제조하고, 그 특성을 평가하였다. 인장강도를 측정하기 위하여 50mm의 홈이 파인 마분지에 한 개의 유리섬유를 중앙에 놓고 강력접착제로 고정시킨다. 이들 시편은 100N인 load cell을 이용한 만능시험기를 사용하여 인장속도를 1mm/min으로 하여 섬유의 인장강도를 조성당 30회 이상 측정한다. 그 후 평균값을 취하였다.
In addition, to grasp the characteristics in the fiber state, a separate fiber pulling device as shown in FIG. 2 was manufactured by melting the raw glass, and a single filament was manufactured and its properties were evaluated. In order to measure the tensile strength, one glass fiber is placed in the center of 50mm grooved cardboard and fixed with a strong adhesive. The tensile strength of the specimens is measured 30 times or more per composition by using a universal testing machine with a load cell of 100N at a tensile speed of 1 mm / min. The average value was then taken.

또한 앞서 제조된 유리시편에 대해서는 유리의 기본적인 열적특성을 알아보기 위하여 TMA(Thermomechanical Analyzer: Q400, TA, USA)를 이용하여 열팽창계수를 측정하였고, 연화점 측정기(SP-3A, ORTON, USA)를 이용하여 연화점을 측정하였다.The thermal expansion coefficients of the glass specimens were measured using TMA (Thermomechanical Analyzer: Q400, TA, USA) and the softening point was measured using a softening point meter (SP-3A, ORTON, USA) And the softening point was measured.

그리고 유리화 상태 및 광학적 특성을 알아보기 위하여 유리시편을 3mm로 일정하게 경면 연마한 후 UV/VIS/IR Spectrometer(V570, JASCO, JAPAN)을 이용하여 가시광선 영역에서의 광투과율과 컬러좌표인 색도를 측정하였으며, 유리조성에 따른 내화학적 특성은 유리섬유 시편을 이용하여 실시하였는데, 각 조성의 single glass fiber시편을 5% 염산용액의 90℃ 조건에서 시간경과에 따라 섬유의 표면상태변화를 현미경으로 관찰하였고, 이를 위하여 필드 방출 전자 현미경 스캐닝(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM, JSM 6700, JEOL)를 사용하였다. 또한 각 조성의 single glass fiber는 보강섬유로서의 기계적 특성평가를 위해 인장강도 측정을 INSTRON(5544,2712-013,USA)를 사용하였다.
In order to investigate the vitrification state and optical properties, the glass specimens were mirror-polished uniformly at 3 mm, and then the light transmittance in the visible light region and the chromaticity of the color coordinates were measured using a UV / VIS / IR Spectrometer (V570, JASCO, JAPAN) The chemical properties of glass fiber were measured by glass fiber specimens. Single glass fiber specimens of each composition were subjected to microscopic observation of changes in the surface state of the fibers with a 5% hydrochloric acid solution at 90 ° C over time. Field emission scanning electron microscope (FE-SEM, JSM 6700, JEOL) was used for this purpose. In addition, INSTRON (5544, 2712-013, USA) was used for measuring the tensile strength of single glass fiber of each composition in order to evaluate mechanical properties as reinforcing fiber.

본 발명에 사용된 석탄폐석의 화학조성분석 결과는 표 1에서 볼 수 있듯이 일반 선탄경석의 경우 SiO2와 Al2O3의 함량이 81.1%와 12.0%으로 나타났다. 본 발명에서 채택한 E-glass의 목표조성 및 배합비는 표 2와 같다.As shown in Table 1, the contents of SiO 2 and Al 2 O 3 were 81.1% and 12.0%, respectively, in general coal pumice. Table 2 shows the target composition and blending ratio of E-glass adopted in the present invention.

본 실험에서는 기존에 발표된 E-glass 조성(표 2의 CNEF-0)을 목표로 두고, 석탄폐석의 함량의 변화에만 변화를 주었다. 석탄폐석의 함량 변화를 주기 위해 폐석의 주성분인 SiO2와 Al2O3의 성분을 제외한 CaCO3,H3BO3, 파유리는 고정하였다.In this experiment, only the change in the content of coal waste was aimed with the aim of the previously announced E-glass composition (CNEF-0 in Table 2). CaCO 3 , H 3 BO 3 , and wave glass were fixed except for the components of SiO 2 and Al 2 O 3 , which are the major components of the waste segregation, in order to change the contents of coal waste.

상기 CaCO3, H3BO3, 파유리 성분은 변화를 주지 않았다.
The CaCO 3 , H 3 BO 3 and wave glass components did not change.

본 발명에서는 석탄폐석의 함량을 차별화하여 배치조성을 기준으로 15~35%까지 변화시키면서 유리화 및 유리의 특성 변화를 관찰하였다.In the present invention, the characteristics of vitrification and glass were observed while changing the content of coal waste to 15 to 35% based on the batch composition.

또한 폐석내에 존재하는 산화철(Fe2O3) 원료는 실험실적 실험에서는 의미가 없을 수도 있지만 향후 양산 제조시 불순물로서 산화철 성분의 영향을 파악하기 위함이다. 혼합된 배치를 용융한 후 고온 박스로에서 꺼내어 흑연 몰드에서 성형하고 657℃의 고온 서냉로에서 서냉시킨 유리의 경우에는 도 3에 도시된 (a)~(f)의 윗 편 사진에서 나타난 바와 같이 연한 초록빛을 띄는 투명한 유리상태를 나타내었다. 유리 시편 내에 부분적으로 기포가 포함되어 있는 것이 관찰되었으나, 미용융물이나 실투와 같은 입자들은 발견되지 않아서 완전한 유리화가 이루어졌음을 판단할 수 있었다. 유리 시편이 연한 초록빛을 띄는 이유는 배치조성에 포함된 산화철(Fe2O3) 성분의 영향이라 판단되며, 이를 순백색에 가깝제 제조하기 위한 과정을 전처리 과정을 포함시켜 제조하였다. 섬유인상장치를 사용해 제조한 유리섬유의 경우에는 도 3 (a)~(f)의 아래 편 그림에서 나타난 바와 같이 육안상으로는 백색을 띠는 유리섬유를 제조할 수 있었다.In addition, the iron oxide (Fe 2 O 3 ) raw material present in the waste liquor may not be meaningful in experimental experiments, but it is intended to grasp the influence of the iron oxide component as an impurity in mass production in the future. In the case of a glass obtained by melting a mixed batch and taking it out of a high-temperature box, molding it in a graphite mold, and slowly cooling the mixture in a high-temperature annealing furnace at 657 ° C, as shown in the photographs of (a) to (f) And showed a clear greenish transparent glass state. Partial bubbles were observed to be contained in the glass specimen, but particles such as unmelted or silt were not found, and it was judged that complete vitrification was achieved. The reason why the glass specimens are light green is considered to be the influence of the iron oxide (Fe 2 O 3 ) component included in the batch composition, and the process for preparing the glass specimens close to pure white is prepared by including a pretreatment process. In the case of the glass fiber produced using the fiber lifting device, as shown in the lower drawing of Fig. 3 (a) to (f), glass fiber with white color could be produced visually.

다만, 본 발명에서 실제 제품으로서의 성능을 높이기 위해 전처리 과정을 거쳐 유리 섬유로서의 기능을 향상시킬 수 있게 하는데, 이는 탄광에서 채굴되는 석탄 폐석은 크게는 쉐일(Shale)과 사암으로 나누어지며 이들 광물 내에 포함되어 있는 탄소성분에서 큰 차이를 갖고 있다. 쉐일계 석탄폐석의 경우 탄소성분이 상대적으로 많은 폐석으로 유리화하면 검은색유리가 만들어지고, 일반 공예 및 조형용 유리를 제조하는데 활용할 수 있으나 본 발명에서와 같이 E-글라스 섬유에는 부적합하다. 따라서 사암계 석탄폐석을 이용이 가능하다. 즉, 석탄폐석 내에 포함되어 있는 탄소성분 때문이며, 이들은 용융과정에 온도상승에 따라 산화되면서 CO2 상태로 기체화되어 없어지지만 유리 자체를 환원시키는 역할을 하게 되므로, 이 과정에 용융조건, 탈포조건, 착색 등의 많은 변화를 유발시키기 때문에 이를 제어해야지만 사용할 수 있게 된다.However, in the present invention, it is possible to improve the function as glass fiber through a pretreatment process in order to improve the performance as an actual product. The coal waste stone mined from the coal mine is divided into shale and sandstone. And the carbon content is large. In the case of the shale coal waste lime stone, vitrification into a waste stone having a relatively large amount of carbon constitutes a black glass, which can be utilized for manufacturing general craft and molding glass, but is unsuitable for E-glass fiber as in the present invention. Therefore, it is possible to use sandstone coal waste. That is, due to the carbon component contained in the coal waste, they are oxidized by the temperature rise in the melting process and are gasified into the CO2 state, but they serve to reduce the glass itself. Therefore, the melting condition, defoaming condition, And so on, it can be used only if it is controlled.

따라서 유리 섬유용 석탄폐석원료를 이용할 경우 로트별로 탄소성분의 항량차가 발생할 수 있으므로, 사전에 DT-TGA 분석(도 4 참조)을 통해 IG. loss(강열감량)의 정확한 양을 측정해서 배합비를 조정하야 한다. 이를 위한 설명은 상기 청징 및 환원재 조성비에 의한다.Therefore, when the raw material of coal waste for glass fiber is used, the difference in the carbon content of each lot may occur. Therefore, the IG. You have to adjust the compounding ratio by measuring the exact amount of loss. The explanation for this is based on the clarification and reduction composition ratio.

예컨대, 앞서 설명한 바와 같이 석탄폐석 원료를 활용해서 유리화를 하는 경우 폐석 내의 탄소함량에 따른 유리의 환원 정도를 산출하여 필요에 따라 이에 맞는 산화제 및 탈포제의 양을 추가로 첨가해야 하는데, 유리의 산화환원 정도는 "Redox"라는 용어로 나타내며, 유리가 탄소성분에 의해 환원상태로 바뀔수록 유리 내의 산화철성분이 FeO3에서 FeO로 전화되면서 용융로 내에서 용융 유리 시편으로부터 바닥으로의 열 투과가 잘 이루어지지 않아서 상부온도는 상승하고 하부온도는 떨어지는 현상이 나타나며, 이를 통해 유리의 용융상태 변화가 발생하기 된다.For example, as described above, when vitrification is carried out by using the coal waste stone raw material, it is necessary to calculate the degree of reduction of the glass according to the carbon content in the waste lime and further add the amount of the oxidizing agent and the defoaming agent according to need, The degree of reduction is represented by the term "Redox". As the glass is converted to a reduced state by the carbon component, the iron oxide component in the glass is converted from FeO 3 to FeO and the heat transfer from the molten glass specimen to the bottom in the melting furnace is not performed well The upper temperature is increased and the lower temperature is lowered, thereby changing the melting state of the glass.

또한 "Redox"의 변화에 따라 유리의 청징특성, 즉 기포의 탈포특성이 달라지므로 기포가 없는 깨끗한 유리를 제조하기 위해서는 유리의 산화환원조건을 일정하게 유지하는 것이 필요하다.In addition, since the purifying characteristic of the glass, that is, the defoaming characteristic of the bubble, changes according to the change of "Redox", it is necessary to keep the redox condition of the glass constant in order to produce a clean glass without bubbles.

따라서 석탄폐석 내의 탄소함량을 조절하고 원료혼합 배치 내의 산화환원 상태를 조절함으로써 필요로 하는 균일한 E-글라스 섬유를 제조할 수 있으며, 이를 위한 산화제와 청징제 및 조절 비율은 상술한 바와 같다.
Accordingly, it is possible to produce the required uniform E-glass fiber by controlling the carbon content in the coal waste and regulating the redox state in the raw material mixing batch, and the oxidizing agent, the refining agent and the controlling ratio thereof are as described above.

본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 E-글라스 섬유의 특성을 보면,In view of the characteristics of the E-glass fiber produced by the manufacturing method of the present invention,

* E-glass의 광투과율 특성* Light transmittance characteristic of E-glass

본 발명에서는 석탄폐석 함량에 따른 E-glass의 각 조성별로 시편의 유리화 상태 및 용융상태를 파악하기 위해 용융유리 시편을 3.0mm의 두께로 경면 연마한 후 분광 광도계(spectrophotometer)를 사용하여 가시광선 파장에서의 광 투과율을 측정하였다. 표 3과 도 5에 도시된 그래프에서 보는 바와 같이 광투과율에 있어서 모든 시편의 가시광선투과율 값이 81~84%를 나타내어 상업용 투명 판유리에서 나타나는 광투과율 수준과 거의 유사한 값을 나타내었다. 폐석을 15% 함유한 CNEF-15에 비해 35% 함유한 CNEF-35와 비교해보면 투과율이 점차적으로 감소함을 확인할 수 있다. 이는 폐석의 함량이 증가할수록 폐석이 갖고 있던 카본의 함량이 증가해 그로 인해 실험실적으로 용융시 존재하는 기포 및 맥리와 표면상태에 따른 차이 및 Fe2O3함량이 증가함에 따라 착색 및 광차단 효과가 커졌기 때문으로 판단된다. 반면 CNEF-0은 폐석을 20%함유한 시편과 유사한 투과율 값을 보인다. 이를 통해 폐석의 함량을 20%까지는 폐석의 투입량에 따른 투과율의 변화의 경향성이 크지 않음을 관찰할 수 있다.In the present invention, in order to grasp the vitrification state and the melting state of the specimen according to each composition of the E-glass according to the content of the coal waste, the molten glass specimen is mirror-polished to a thickness of 3.0 mm, and then, using a spectrophotometer, The light transmittance was measured. As can be seen from the graphs shown in Table 3 and FIG. 5, the visible light transmittance values of all the specimens were 81 to 84% in the light transmittance, which was almost similar to the light transmittance level in the commercial transparent plate glass. Compared with CNEF-35 containing 35% compared to CNEF-15 containing 15% of waste, it can be seen that the permeability gradually decreases. As the content of waste segregation increases, the amount of carbon contained in the wastes increases. As a result, the difference in bubble and fume existing during melting and the difference in surface condition and Fe 2 O 3 content increases, Of the total. On the other hand, CNEF-0 shows a similar transmittance value to the specimen containing 20% of waste lime. As a result, it can be seen that the tendency of the change of the permeability according to the amount of the waste lime is not large up to 20% of the waste lime content.

예컨대 기존 방식으로 제조된 CNEF-0에 비해 CNEF-15 내지 CNEF-35의 본 발명이 상대적으로 낮은 투명도를 가지지만 광투과율 기준 이상을 유지하는 것을 알 수 있다.For example, it can be seen that the present invention of CNEF-15 to CNEF-35 has relatively low transparency compared to CNEF-0 manufactured in the conventional manner, but maintains the light transmittance standard or more.

SampleSample namename LightLight TransmittanceTransmittance
(%)(%)
ChromaticityChromaticity
LL a*a * b*b * CNEFCNEF -0-0 83.9 83.9 93.92 93.92 -3.18 -3.18 4.43 4.43 CNEFCNEF -15-15 84.7 84.7 94.22 94.22 -2.99 -2.99 3.52 3.52 CNEFCNEF -20-20 83.8 83.8 94.00 94.00 -3.17 -3.17 3.73 3.73 CNEFCNEF -25-25 82.7 82.7 93.51 93.51 -3.30 -3.30 4.18 4.18 CNEFCNEF -30-30 82.3 82.3 93.32 93.32 -3.67 -3.67 4.85 4.85 CNEFCNEF -35-35 81.7 81.7 92.90 92.90 -3.78 -3.78 5.30 5.30

<샘플의 광 투과율 및 색도 비교>
<Comparison of light transmittance and chromaticity of sample>

* E-glass의 색도(Chromaticity) 특성* Chromaticity of E-glass

유리섬유의 제조에 있어서 중요한 특성은 아니라고 볼 수 있지만 석탄폐석의 투입량 변화에 따라 만들어진 E-glass가 광학적으로 어느 정도 색차를 나타내는지 확인하기 위한 방법으로 색좌표(chromaticity diagram)를 이용해서 칼라의 분포를 측정해 보았다. 분광 광도계(Spectrophotometer)를 이용하여 각 시편들의 색좌표를 측정하였고, 이를 도 6에 나타내었다. 그림에서 볼 수 있듯이 6개 조성의 샘플 모두 순백색을 나타내는 '0(제로)'의 좌표상에 거의 분포하고 있었으며, 산화철로 인한 착색으로 인해 좌표값이 녹색방향으로 약간 치우쳐 있는 것을 확인할 수 있었다. 용융유리에 대한 색차값의 조성별 차이를 확인하기 위해 이들 좌표들을 확대해서 분석해본 결과 명도를 나타내는 L값은 92.9~94.22, b에서는 3.52~5.30의 약간 퍼진 분포값을 나타내었고, a값에서 -2.99~-3.78로 거의 비슷한 수치를 나타내고 있었으나 육안상으로 구분될 수 있는 편차는 아니어서 큰 문제가 되리라고는 판단되지 않았으며, 폐석의 투입량 증가 값의 차이가 나타남을 확인할 수 있다.Although it is not an important characteristic in the production of glass fiber, it is a method for confirming the degree of optical difference of E-glass produced according to the change of the input amount of coal waste, and the chromaticity diagram is used to determine the color distribution I measured it. The color coordinates of each specimen were measured using a spectrophotometer, which is shown in FIG. As can be seen in the figure, all of the six composition samples were almost distributed on the coordinates of '0' representing pure white color, and it was confirmed that the coordinate values were slightly shifted to the green direction due to the coloration due to iron oxide. In order to confirm the difference of the chromaticity values for the molten glass, the L value and the b value were found to be slightly expanded from 92.9 ~ 94.22 and 3.52 ~ 5.30, respectively. 2.99 ~ -3.78, but it was not considered to be a big problem because it was not a deviation that can be classified into the naked eye, and it can be confirmed that the difference of the increase amount of the waste lime is shown.

즉, 본 실험에서 알 수 있듯이 석탄폐석만을 이용하여 E-글라스 섬유를 제조함으로써 만족할 수 있는 정도이지만 품질의 향상을 위해 전처리 과정을 거쳐 글라스의 색 안정성을 높을 수 있게 되어 기존의 우수한 순백색에 가까운 상태를 유지할 수 있게 된다.
In other words, as can be seen from this experiment, it is satisfactory to manufacture E-glass fiber by using only the coal waste stone, but it is possible to enhance the color stability of the glass through a pretreatment process to improve the quality, .

* 유리의 열적 특성* Thermal properties of glass

유리섬유의 열적 특성은 복합재료의 보강섬유로서 내열성에 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라 유리의 용융 및 유리섬유의 섬유화 조건을 결정하는 인자로서도 매우 중요한 의미를 갖는다. 따라서 유리섬유는 이러한 내열특성에 따라 일반 E-glass fiber는 830~860℃ 정도의 연화점을, 기 발표된 기존의 'BF(Boron Free E-glass)' fiber는 916℃, 고강도와 고내열의 S-glass fiber는 1,050℃ 이상의 연화점을 갖는다.The thermal properties of the glass fiber are not only a significant influence on the heat resistance as reinforcing fibers of the composite material but also have a very important factor as a factor for determining the melting of the glass and the fiberization conditions of the glass fiber. Therefore, glass fiber has softening point of 830 ~ 860 ℃ in general E-glass fiber according to the heat resistance characteristic, 916 ℃ of existing BF (Boron Free E-glass) fiber, high strength and high heat resistance S -glass fiber has a softening point of 1,050 ° C or higher.

유리의 열적 특성으로서 연화점은 유리의 점도값이 107.6 poise인 온도를 나타내는 값으로서 유리의 작업점(working point)과 함께 유리의 특성 및 제조공정을 결정하는데 중요한 값으로 여겨진다.The softening point as a thermal property of the glass is a value representing the temperature at which the viscosity value of the glass is 10 7.6 poise and is regarded as an important value for determining the properties of the glass and the manufacturing process together with the working point of the glass.

제조된 유리샘플의 조성별 연화점(Softening point)를 측정한 결과는 표 4에서 보는 바와 같이 851~860℃를 나타낸다. CNEF-15와 비교하였을 때 폐석의 함량이 증가할수록 연화점이 약간 감소하는데, 이는 폐석이 갖고 있는 알카리 성분 때문이라 판단된다. 6개 조성 모두 목표조성으로 E-glass에 맞춰 배치하였으나, 폐석이 갖고 있는 알카리 성분은 투입량이 증가할수록 불가피하게 증가하며 알카리 성분이 증가할수록 유리전이온도, 연화 온도가 낮아지기 때문이다. 하지만 일반적인 E-glass 의 연화점이 830~860℃를 나타내며, 본 실험에서 얻어진 샘플들 모두가 일반적으로 나타난 연화점 범위안에 값과 유사함을 확인할 수 있어 E-글라스 섬유로서의 이용해 만족함을 알 수 있다.The results of measuring the softening point of each composition of the prepared glass samples show 851 ~ 860 ° C as shown in Table 4. Compared with CNEF-15, the softening point decreased slightly as the content of waste stones increased. This is probably due to the alkaline content of waste wastes. All of the six compositions were placed in line with the E-glass as the target composition. However, the alkaline content of the waste is inevitably increased with increasing the amount of the alkali, and the glass transition temperature and softening temperature are lowered as the alkali content is increased. However, it can be seen that the softening point of general E-glass is 830 ~ 860 ℃ and that all of the samples obtained in this experiment are similar to the values within the softening point range generally used.

SampleSample namename SofteningSoftening pointpoint
(℃) (° C)
ThermalThermal expansionexpansion coefficientcoefficient
(x10 (x10 -6-6 /℃)/ ° C)
CNEFCNEF -0-0 851851 5.6125.612 CNEFCNEF -15-15 860860 5.3925.392 CNEFCNEF -20-20 856856 5.4085.408 CNEFCNEF -25-25 856856 5.4115.411 CNEFCNEF -30-30 855855 5.4695.469 CNEFCNEF -35-35 855855 5.6125.612

<열적 특성 비교>
<Comparison of thermal characteristics>

또한 하나의 열적 특성으로서 유리시편의 열팽창계수를 TMA(thermomechanical analyzer)를 이용하여 측정해 본 결과를 표 4에 나타내었다. 표에서 볼 수 있듯이 'BF' 시편의 열팽창계수는 조성별로 5.392~5.612x10-6/℃를 나타내었다. 표 4에서 볼 수 있듯이 폐석의 함량이 증가할수록 열팽창계수 값은 점차적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 일반적인 E-글라스 섬유(E-glass fiber)의 열팽창계수가 4.9~6.0x10-6/℃ 정도이고, 본 실험에서의 시편은 일반적인 범위 안에 들어 있음을 알 수 있었다. 유리에서는 일반적으로 열팽창계수가 작을수록 열적변화에 대한 내열충격성이 크며, 내열충격성은 유리가 깨지는 온도차(△T)로 표시되고, 아래 식에서와 같이 표현된다.The thermal expansion coefficient of the glass specimen was measured using a thermomechanical analyzer (TMA) as one of the thermal characteristics. The results are shown in Table 4. As can be seen in the table, the thermal expansion coefficient of 'BF' specimen was 5.392 ~ 5.612x10 -6 / ℃ for each composition. As can be seen in Table 4, the coefficient of thermal expansion tends to increase gradually as the content of waste clay increases. The E-glass fiber has a thermal expansion coefficient of about 4.9 to 6.0 × 10 -6 / ° C, and the specimen in this experiment is within the general range. Generally, the smaller the thermal expansion coefficient of glass, the greater the thermal shock resistance to thermal change. The thermal shock resistance is expressed by the temperature difference (ΔT) at which the glass breaks, and is expressed by the following equation.

△T= σ(1-υ)/(E*α)*S? T =? (1-v) / (E *?) * S

(σ : 파괴응력(인장강도),υ : 푸아송비(Poisson? ratio), E : 영률(Young? modulus), α : 선팽창계수, S : 시험편의 모양에 따라 달라지는 값)E is Young's Modulus, α is the coefficient of linear expansion, and S is the value depending on the shape of the test specimen.

따라서, 보강용 섬유로써 열적 특성이 섬유 자체의 역할에 큰 영향을 미치지는 않지만 열적 특성면에서 봤을 때 기존의 'E-Glass"와 비교해서 열적 특성상으로는 충분히 양호한 특성을 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
Therefore, although the thermal properties of the reinforcing fibers do not greatly affect the role of the fibers themselves, they show that they exhibit sufficiently good properties in terms of thermal properties as compared with the conventional "E-Glass" in terms of thermal properties have.

* E-glass의 내화학특성* Chemical properties of E-glass

일반적으로 섬유유리는 벌크(bulk) 상의 유리에 비해 비표면적이 크기 때문에 산 및 알칼리에 의한 침식성이 크다.In general, fiber glass has a larger specific surface area than a bulk glass, and thus is highly corrosive due to acid and alkali.

따라서 이러한 특성을 보완하기 위해서 시멘트 및 콘크리트의 보강용으로 사용되는 유리섬유는 AR(Alkali Resistant) glass fiber 라고 해서 지르코니아(ZrO2) 성분이 함유된 특수한 조성의 유리섬유를 사용하고 있다.Therefore, in order to compensate for these characteristics, the glass fiber used for reinforcing cement and concrete is made of AR (Alkali Resistant) glass fiber and a special composition of glass fiber containing zirconia (ZrO 2 ) is used.

반면에 일반적인 E-glass의 조성의 유리섬유는 산(acid)에 용해되기 쉬운 성분이 포함되어 있어서 산과 접촉되었을 때 유리섬유 표면에 균열이 발생하며, 유리섬유의 전체적인 부식을 유발하고, 따라서 이러한 유리섬유의 부식은 보강강화용으로써 복합재료 전체의 물성 저하를 초래하는 결과를 나타낸다.On the other hand, a glass fiber having a composition of a general E-glass contains a component which is easily dissolved in an acid, so that cracks are generated on the surface of the glass fiber when contacted with an acid and cause total corrosion of the glass fiber, Corrosion of fibers is a result of strengthening reinforcement, resulting in deterioration of physical properties of the entire composite material.

본 실험에서는 E-glass의 내화학특성 특성을 파악하기 위해서 도 2에 나타낸 것과 같은 유리섬유인상장치를 통해 각 조성별로 유리섬유를 제조하고, 5% 염산용액의 90℃ 조건에서 각각의 섬유 시편들을 침적시켰다가 20분~180분까지 일정시간마다 샘플을 채취하여 섬유표면상태의 변화를 현미경으로 관찰하였다.In this experiment, to determine the chemical characteristics of E-glass, glass fibers were prepared for each composition through a glass fiber pulling apparatus as shown in FIG. 2, and each of the fiber specimens The samples were sampled at a fixed time from 20 minutes to 180 minutes after immersion, and the change of fiber surface state was observed with a microscope.

이 가운데서 석탄폐석의 투입량에 따라 6가지 종류의 유리섬유 시편에 대해서 각각 20분, 40분, 60분, 120분, 180분 용액침적 후의 사진을 도 7에 나타내었다. 사진에서 볼 수 있듯이 침적 전 섬유의 표면상태는 비교적 깨끗한 표면 상태를 나타내었으나, CNEF-0의 경우는 40분 침적 후부터 표면에 미세한 균열이 발생함을 관찰할 수 있다.Figure 7 shows photographs of the six types of glass fiber specimens after 20, 40, 60, 120, and 180 minutes of solution deposition, respectively, depending on the input of coal waste. As can be seen in the photograph, the surface state of the pre-immersion fiber showed a relatively clean surface state, but in the case of CNEF-0, it is observed that fine cracks occurred on the surface after 40 minutes of immersion.

반면에 본 발명의 석탄폐석을 이용해 제조된 CNEF-15~35까지는 샘플마다의 약간의 차이는 있지만 180분 경과 후부터 표면에 반응이 생성되는걸 확인할 수 있다. 기존의 E-glass와 비교하였을 때는 석탄폐석을 함유해 제조한 E-glass 섬유가 내산성면에서는 현저하게 좋은 현상을 보여주고 있다.On the other hand, the CNEF-15 to 35 produced by using the coal waste abatement of the present invention shows a reaction on the surface after a lapse of 180 minutes although there is a slight difference in each sample. Compared with the conventional E-glass, E-glass fiber containing coal waste is remarkably good on acid-resistant surface.

그러나 기존의 방식으로 투입되어 제조한 CNEF-0의 경우는 20분부터 반응이 보이기 시작해 180분 경과 후에는 거의 표면에 박리현상으로 인해 섬유의 형상이 붕괴됨을 관찰할 수 있다. 이는 동일한 목표조성으로 배합을 했지만 화학 원료를 사용한 경우와 광물을 원료로 사용한 경우에 차이라고 판단된다.However, in the case of CNEF-0 produced by the conventional method, the reaction starts to show from 20 minutes, and after 180 minutes, it is observed that the shape of the fiber is collapsed due to the peeling phenomenon on the surface. This is the same target composition, but it is considered to be the difference between the case of using chemical raw materials and the case of using mineral as raw material.

따라서 석탄폐석을 투입한 E-glass 조성이 내 침식성면에서 우수한 결과를 나타냈으며, 이는 보강섬유로써의 충분한 자격을 갖추고 있음을 알 수 있다.
Therefore, the E-glass composition with coal waste was superior in terms of erosion resistance, indicating that it has sufficient qualification as a reinforcing fiber.

* E-glass의 인장강도 특성* Tensile strength of E-glass

인장강도 테스트를 할 때 실험오차를 줄이기 위해 한 조성당 섬유의 굵기별로 합쳐서 35회 측정하였다. 표 5에는 유리섬유 인장강도를 상온에서 측정하여 나타낸 결과이다.In order to reduce the experimental error in the tensile strength test, the total fiber weight per composition was measured 35 times. Table 5 shows the tensile strength of glass fiber measured at room temperature.

그 결과 유리섬유는 샘플 및 직경의 차이는 있지만 200~600MPa의 범위의 분포를 나타내었다.As a result, the glass fibers showed a distribution in the range of 200 to 600 MPa although there were differences in sample and diameter.

표 5에서 볼 수 있듯이 조성별로 섬유의 직경이 굵어지면 강도값이 감소하는 경향을 확인할 수 있다. 이는 그리피스(Griffith)가 제안한 이론에 의해 이해될 수 있다. 유리 표면에는 눈에 보이지 않을 정도로 미세함 흠이 곳곳에 잠재하여 있어 이들의 흠이 내응력을 크게 하는 작용을 한다. 이런 흠을 특히 그리피스 결점(Griffith`s flaw)이라 한다. 굵은 섬유에서는 결점이 존재할 것이고 이는 굵기와 인장강도와의 관계를 보여준다.As can be seen from Table 5, it can be seen that the strength value tends to decrease when the diameter of the fiber increases by composition. This can be understood by the theory proposed by Griffith. The surface of the glass is so invisible as to be invisible. There are flaws everywhere, and these flaws act to increase the internal stress. This flaw is called Griffith's flaw. Defects will be present in thick fibers, which show the relationship between thickness and tensile strength.

또한 폐석의 함량이 증가함에 따라 큰 차이는 아니지만 강도값이 감소하는 것 또한 확인할 수 있다. 실험실적으로 방사했음에도 불구하고 30㎛ 대의 섬유부터 200㎛ 대의 섬유까지 다양하게 방사가 가능하며, 현재 상용중인 섬유의 굵기가 10~20㎛ 대임을 가만하면 충분히 성공적인 실험실적으로도 충분히 굵기를 제어할 수 있음을 본 실험을 통해 확인할 수 있었다.Also, it can be confirmed that the strength value is decreased although the difference is not great as the content of waste lime increases. Despite the fact that it has been emitted as an experimental result, it is possible to radiate various fibers from 30 μm band to 200 μm band. If the thickness of commercially available fiber is 10 ~ 20 μm, it is enough to control the thickness sufficiently The results of this experiment were confirmed.

SampleSample namename FiberFiber
DiameterDiameter (㎛) (탆)
LoadLoad ( ( MpaMpa ) ) AverageAverage strengthstrength
(( MPaMPa ))
CNEFCNEF -0 -0 90~140 90 to 140 267~511 267-511 380380 140~190140-190 251~289 251-289 270270 CNEFCNEF -15-15 30~5030 to 50 360~1765 360 ~ 1765 738738 50~9050 to 90 217~923 217 to 923 461461 90~14090 to 140 209~757 209-757 439439 140~190140-190 292~419292 to 419 356356 CNEFCNEF -30-30 30~5030 to 50 488~900488 to 900 656656 50~9050 to 90 381~509 381 to 509 449449 90~14090 to 140 247~489 247 ~ 489 333333 140~190140-190 155~367155 to 367 238238

<인장 강도 비교>
<Tensile strength comparison>

본 발명에서와 같이 복합재료의 보강섬유로 널리 사용되고 있는 기존의 E-glass fiber를 사암계 석탄폐석의 주성분인 SiO2와 Al2O3를 사용해 실험실적 용융실험 및 특성측정을 실시하였다. 석탄폐석의 투입량을 15~35%까지 변화시키면서, 각 조성의 배치를 1550℃에서 2시간 용융한 결과 투명한 유리를 얻을 수 있었다. 용융유리의 가시광투과율은 81~84%로 폐석의 투입량이 증가할수록 투과율이 감소하는 경향을 지니며, 열적특성인 연화점은 850~860℃로 폐석의 함량이 증가하면 감소하는 경향으로, 열팽창계수는 5.392~5.612x10-6/℃로 폐석의 함량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다.As in the present invention, the conventional E-glass fiber which is widely used as reinforcing fiber of composite material was subjected to experimental melting test and characteristics measurement using SiO 2 and Al 2 O 3 , which are main components of sandstone coal waste. The amount of coal waste was varied from 15 to 35%, and the composition of each composition was melted at 1550 ° C for 2 hours, resulting in a clear glass. The visible light transmittance of the molten glass is 81 ~ 84%, and the permeability decreases as the amount of waste stones increases. The softening point, which is a thermal characteristic, tends to decrease when the content of waste stone increases from 850 to 860 ° C. And 5.392 ~ 5.612x10 -6 / ℃, respectively.

또한 실험실적으로 제조한 유리섬유의 90℃ 염산용액에서의 내산성 실험에서는 침적시간이 경과됨에 따라 광물원료를 사용해 제조한 CNEF-15~35까지는 180분이 경과 후에 섬유표면에 미세한 균열현상이 발생하는 것을 관찰할 수 있었고, 화학원료로만 제조한 CNEF-0는 20분 경과 후부터 표면에 박리현상이 나타나며 180분이 지난후에는 섬유형상이 붕괴됨을 확인할 수 있다. 이를 통해 광물원료를 사용한 E-glass 조성의 유리섬유일수록 내침식성이 우수함을 확인할 수 있었으며, 보강섬유가 갖는 중요한 특성 중 하나인 인장강도 특성을 통해 섬유의 사이즈가 증가할수록 강도값이 작아짐을 확인할 수 있었다.In the acid-fastness test of the glass fiber produced by the experimental test at 90 ° C hydrochloric acid solution, fine cracks occurred on the surface of the fiber after 180 minutes from the CNEF-15 to 35 produced using the mineral raw material as the immersion time elapsed CNEF-0, which is produced only as a chemical raw material, shows a peeling phenomenon on the surface after 20 minutes, and the fiber shape collapses after 180 minutes. As a result, it was confirmed that the erosion resistance of the glass fiber of E-glass composition using mineral raw material was excellent, and that the strength value was decreased as the fiber size was increased through the tensile strength characteristic, which is one of the important characteristics of the reinforcing fiber there was.

유리섬유를 실험실적으로 30㎛~200㎛의 다양한 굵기 제어가 가능한 방사조건을 확립하였으며, 이를 통해 본 실험에서 채택한 광물원료인 사암계 석탄폐석을 사용한 E-glass 조성의 유리는 양호한 용융상태와 기존의 E-glass와 비교해 비슷한 열적 특성을 나타냄으로써 기존해 비해 우수한 조건을 가짐을 알 수 있다.As a result of the experiments, it was confirmed that the E-glass composition using the sandstone coal waste, which is the mineral raw material adopted in this experiment, And it has similar thermal characteristics compared to the E-glass of the prior art.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 설명하였으나, 이는 본 발명의 기술적 내용에 대한 이해를 돕고자 하는 것일 뿐 발명의 기술적 범위를 이에 한정하고자 함이 아니다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.

즉, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형이나 개조가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변경이나 개조는 청구범위의 해석상 본 발명의 기술적 범위 내에 있음은 말할 나위가 없다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. There is no doubt that it is within.

Claims (11)

1) E-글라스 섬유의 원료를 교반하여 혼합하는 단계;
2) 혼합 원료를 고온 용융시켜 용융유리를 형성하는 단계; 및
3) 용융유리를 섬유화장치를 이용해 섬유화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법.
1) mixing the raw materials of the E-glass fibers by stirring;
2) melting the mixed raw material at a high temperature to form a molten glass; And
3) fiberizing the molten glass by using a fibrous device. [3] The method for manufacturing an E-glass fiber using coal waste seals according to claim 1,
제1항에 있어서,
상기 원료로는 석탄폐석, 산화알루미늄(Al2O3), 탄산칼슘(CaCO3), 붕산(H2BO3) 및 파유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법.
The method according to claim 1,
A method for producing an E-glass fiber using coal waste seals, wherein the raw materials include coal waste, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), boric acid (H 2 BO 3 ) .
제2항에 있어서,
상기 원료는 석탄폐석 35중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 3중량%, 탄산칼슘(CaCO3) 20중량%, 붕산(H2BO3) 10중량 및 파유리 32중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법.
3. The method of claim 2,
The raw material is composed of 35 wt% of coal waste, 3 wt% of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 20 wt% of calcium carbonate (CaCO 3 ), 10 wt% of boric acid (H 2 BO 3 ) To produce an E-glass fiber using coal waste.
제2항에 있어서,
상기 원료는 석탄폐석 15~30중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 3~5.7중량%, 탄산칼슘(CaCO3) 20중량%, 붕산(H2BO3) 10중량, 파유리 32중량% 및 이산화규소(SiO2) 4.2~17.3중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법.
3. The method of claim 2,
The raw material is composed of 15 to 30 wt% of coal waste, 3 to 5.7 wt% of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 20 wt% of calcium carbonate (CaCO 3 ), 10 wt% of boric acid (H 2 BO 3 ) And 4.2 to 17.3% by weight of silicon dioxide (SiO 2 ).
제2항에 있어서,
상기 석탄폐석은 사암계 석탄폐석인 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the coal waste seals are sandstone-based coal waste seals.
제1항에 있어서,
상기 1)단계 전 단계 또는 내에서는 용융유리 내의 기포를 제거하는 청징특성을 최적화하기 위한 산화환원 조건이 조절되도록 석탄폐석 내의 탄소함량 및 산화상태를 조절하는 전처리 단계;가 더 포함된 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법.
The method according to claim 1,
And a pretreatment step of controlling the carbon content and the oxidation state in the coal waste so that the redox condition for optimizing the fining property for removing bubbles in the molten glass is controlled before or during the step 1) Method for manufacturing E - glass fiber using coal waste.
제6항에 있어서,
상기 청징 및 산화제로는 황산나트륨(Na2SO4), 질산나트륨(NaNO3), 산화비소(As2O3), 산화안티몬(Sb2O3)이 포함된 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the purifying and oxidizing agent includes sodium sulphate (Na 2 SO 4 ), sodium nitrate (NaNO 3 ), arsenic oxide (As 2 O 3 ), and antimony oxide (Sb 2 O 3 ) - Method of manufacturing glass fibers.
제7항에 있어서,
상기 전처리 단계에서는 석탄폐석 내의 탄소함량을 1~2% 이내로 조절할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the pretreatment step allows the carbon content in the coal waste liquor to be controlled within 1 to 2%.
제8항에 있어서,
상기 전처리 단계에서는 석탄폐석 내의 산화환원 정도(Redox) 값을 0.15~0.25가 되도록 산화상태를 조절할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the oxidation state of the waste lime is controlled so as to be in the range of 0.15 to 0.25 in the pretreatment step.
제1항에 있어서,
상기 2)단계에서는 교반된 원료를 백금 도가니에 넣고 박스형 전기로에서 1550℃에서 2 시간 동안 용융하여 형성되는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing an E-glass fiber using the coal waste septum according to claim 2, wherein the stirred raw material is placed in a platinum crucible and melted in a box-type electric furnace at 1550 ° C for 2 hours.
제1항 내지 제10항 중 선택된 어느 한 항의 석탄폐석을 이용한 E-글라스 섬유 제조방법에 의해 제조된 E-글라스 섬유.An E-glass fiber produced by a process for producing an E-glass fiber using the coal waste stone according to any one of claims 1 to 10.
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