KR101691496B1

KR101691496B1 - 폐탄소섬유 재처리방법

Info

Publication number: KR101691496B1
Application number: KR1020140162696A
Authority: KR
Inventors: 김현배
Original assignee: 김현배
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-12-30
Also published as: KR20160060853A

Abstract

본 발명은 폐탄소섬유 재처리방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 폐탄소섬유 더미를 커팅프레임 내에 패킹시키는 사전처리단계; 상기 사전처리단계에서 상기 커팅프레임 내에 패킹된 상기 폐탄소섬유 더미를 워터젯(water jet)으로 커팅(cutting)하는 커팅단계; 상기 커팅단계에서 커팅된 상기 폐탄소섬유 더미에 남아있는 물을 제거하는 탈수단계; 및 상기 탈수단계에서 상기 물이 제거된 상기 폐탄소섬유 더미를 건조시키는 건조단계; 를 포함하기 때문에 폐탄소섬유를 재처리하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 재처리에 소요되는 비용 또한 대폭 절감되며, 화공약품류를 사용하지 않고 물을 이용하기 때문에 환경오염의 문제를 발생시키지 않는 기술이 개시된다.

Description

폐탄소섬유 재처리방법{Carbon-fiber Waste Reprocessing Method}

본 발명은 폐탄소섬유를 재활용하기 위하여 재처리하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐탄소섬유를 재활용하기 위한 재처리공정에서 고장없이 폐탄소섬유를 커팅할 수 있는 폐탄소섬유 재처리방법에 관한 것이다.

21세기 산업의 주축 분야로 주목 받고 있는 항공우주, 자동차, 산업용 구조재료, 레포츠 분야에서 사용되던 복합재료가 신소재를 이용한 복합재료로 대체되어가고 있다.

이러한 신소재를 이용한 복합재료 중에는 탄소섬유를 활용한 복합재료가 각광받고 있다. 탄소섬유가 가진 물리적 화학적 특성이 탁월하면서도 무게는 가볍기 때문에 다양한 분야에서 활용되고 있다. 예를 들어 탄소섬유 강화플라스틱(CFRP)는 철보다 1/5 가볍지만, 그 강도는 10배 강하며 내열성 및 내충격성이 뛰어난 소재로서 다양한 분야에서 활용되고 있다.

이와 같이 그 뛰어난 특성으로 인해 활용가치가 높은 탄소섬유를 제조하기 위해서는 다량의 에너지와 원재료를 필요로 하는 문제점이 있다. 따라서, 폐기단계에서 탄소섬유를 다시 회수하여 재이용할 수 있는 기술을 개발하기 위하여 많은 노력과 연구가 이루어지고 있다.

현재까지 개발되고 있는 탄소섬유 회수기술은 산 및 유기용매를 이용한 화학적인 방법, 수지를 열분해하는 열적인 방법 및 초임계방법 등을 들을 수 있다. 이러한 종래 기술 중에는 대한민국 등록특허 제10-1189436호(발명의 명칭 : 폐씨에프알피의 탄소섬유 회수용 연속식 순환흐름 반응장치 및 그 방법. 이하 선행기술 1)등이 있다.

선행기술 1에 따르면 탄소섬유가 포함된 폐 탄소섬유강화 플라스틱으로 부토 탄소섬유를 회수하는 방법이 개시되어 있으며, 이러한 선행기술 1 등을 이용하여 탄소섬유를 재활용하기 위해 회수될 수 있다. 또한, 탄소섬유를 사용하고 난 후 길이가 짧아서 더 쓸 수 없어 버려지는 탄소섬유 또한 재활용될 수 있는 탄소섬유로서 회수될 수 있다.

이와 같이 재활용하기 위해 회수되는 폐탄소섬유로는 선행기술1과 같은 방법으로 회수된 탄소섬유와 길이 등의 규격이 맞지 않아서 버려지는 잔여탄소섬유 등 다양하지만, 그 길이가 제각각 천차만별이어서 재활용하기 쉽도록 재활용될 폐탄소섬유의 길이를 가다듬는 재처리과정이 요구된다.

종래에는 폐탄소섬유의 길이를 가다듬기 위해서 절삭기로 이용하여 잘라냈으나 절삭기의 칼날이 오래 버티지 못하고 금방 망가지게 되어 수시로 칼날을 교체해주는 번거로움 및 칼날교체비용이 과다하게 소요되는 등 여러 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐탄소섬유를 재활용하기 위한 재처리과정에 있어서 절삭기의 칼날이 망가짐으로 인해 공정이 자주 멈추게 되고 칼날을 교체해야 하는 문제를 해결할 수 있는 폐탄소섬유 재처리방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐탄소섬유 재처리방법은 폐탄소섬유 더미를 커팅프레임 내에 패킹시키는 사전처리단계; 상기 사전처리단계에서 상기 커팅프레임 내에 패킹된 상기 폐탄소섬유 더미를 워터젯(water jet)으로 커팅(cutting)하는 커팅단계; 상기 커팅단계에서 커팅된 상기 폐탄소섬유 더미에 남아있는 물을 제거하는 탈수단계; 및 상기 탈수단계에서 상기 물이 제거된 상기 폐탄소섬유 더미를 건조시키는 건조단계; 를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.

여기서, 상기 사전처리단계는, 상기 폐탄소섬유 더미로부터 이물질을 세척하여 제거하는 세척단계; 및 상기 세척단계에서 세척된 상기 폐탄소섬유 더미를 상기 커팅프레임 내에 패킹시키는 패킹단계; 를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.

나아가, 상기 세척단계에서 이루어지는 상기 세척은, 상기 폐탄소섬유 더미에 존재하는 가호제 또는 탄소섬유의 미세한 분진을 세척시키는 것을 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.

나아가, 상기 패킹단계에서 이루어지는 패킹은, 상기 폐탄소섬유 더미 내의 빈 공간에 물이 채워지고, 상기 폐탄소섬유 더미에 압력을 가하면서 상기 커팅프레임 내에 패킹시키는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.

여기서, 상기 커팅단계에서 커팅된 상기 폐탄소섬유 더미를 린싱(rinsing)하는 린싱단계;를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.

여기서, 상기 커팅프레임의 재질은 플라스틱 또는 나무인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.

여기서, 상기 커팅단계에서 이루어지는 커팅은, 상기 커팅프레임 상에서 커팅이 이루어지되, 상기 커팅프레임의 상판이 상기 커팅프레임으로부터 분리되지 않도록 상기 커팅프레임과 상기 폐탄소섬유 더미를 커팅시키는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.

여기서, 상기 커팅단계에서 상기 커팅프레임과 상기 폐탄소섬유 더미가 함께 커팅되되, 커팅하면서 형성되는 커팅선-상기 워터젯이 커팅하면서 지나간 상기 커팅프레임상의 경로를 말한다-이 교차되지 않도록 커팅하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.

여기서, 상기 탈수단계에서 이루어지는 상기 탈수는 상기 커팅단계에서 커팅된 상기 폐탄소섬유 더미를 그물망으로 된 포대에 내재시키고 상기 폐탄소섬유 더미를 탈수시키는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.

본 발명에 따른 폐탄소섬유 재처리방법은 절삭기의 칼날이 망가짐으로 인해 재처리과정이 중단되지 않게 됨으로써 폐탄소섬유를 재처리하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 재처리에 소요되는 비용 또한 대폭 절감되는 효과가 있다.

또한, 재처리를 함에 있어서, 화공약품류를 사용하지 않고 물을 이용하기 때문에 인체에 유해하지 않고, 환경오염의 문제를 발생시키지 않으며, 보다 친환경적이고, 환경보전에 관련된 비용이 소요되지 않는 효과 또한 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 폐탄소섬유 재처리방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 폐탄소섬유 재처리방법에 따라 폐탄소섬유를 커팅하는 모습을 개략적으로 나타낸 사시도이다,

이하에서는 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시 예를 들어 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 폐탄소섬유 재처리방법을 설명함에 있어서, ‘폐탄소섬유’라 하면, 기본적으로 한 가닥의 폐탄소섬유를 지칭하기도 하지만, 한 가닥이 아닌 복수개의 가닥 내지 더미 모두를 통칭하는 일반적 명칭으로서도 사용될 수도 있다. 그리고, 좀 더 이해를 돕기 위해 필요에 따라서 여러 가닥의 폐탄소섬유 뭉치를‘폐탄소섬유 더미’라고 좀 더 정확히 표현할 수도 있으며, ‘폐탄소섬유 더미’라고 표현하여도 한 가닥의 폐탄소섬유 또한 포함되는 것임을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 폐탄소섬유 재처리방법을 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 폐탄소섬유 재처리방법에 따라 폐탄소섬유를 커팅하는 모습을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 폐탄소섬유 재처리방법은 사전처리단계, 커팅단계, 탈수단계 및 건조단계를 포함하여 이루어지며, 여기서 더욱 바람직하게는 린싱단계를 더 포함하여 이루어질 수도 있다. 이하 각 단계별로 설명하기로 한다.

먼저 사전처리단계는 폐탄소섬유를 소정의 크기로 커팅하기 위하여 폐탄소섬유 더미를 커팅프레임(300)내에 패킹시키는 단계이다.

이러한 사전처리단계는 세척단계(S110) 및 패킹(packing)단계(S120)를 포함하여 이루어질 수 있다.

<<S110>>

먼저, 세척단계(S110)에서는 폐탄소섬유(210) 또는 폐탄소섬유 더미(210)를 세척함으로써, 폐탄소섬유 더미(210)로부터 이물질(미도시)을 제거한다.

세척은 물로 세척시키는 것이 바람직하다. 폐탄소섬유(200)를 물로 세척하는 동안 물이 폐탄소섬유(200)들의 사이에 인입되면서 폐탄소섬유 더미(210)가 응축되어 부피가 감소될 수 있으며, 폐탄소섬유(200)끼리 결속된다.

여기서 좀 더 바람직하게는 폐탄소섬유 더미(210)를 세척하면서 폐탄소섬유(200)의 표면에 존재하는 가호제(미도시) 또는 폐탄소섬유(200)의 분진을 세척시키는 것을 포함한다. 즉, 폐탄소섬유 더미(210)를 세척하면서 이물질을 제거는 물론이고 폐탄소섬유(200)의 표면에 존재하는 가호제 또한 제거한다.

폐탄소섬유(200) 제조시에 사용되는 가호제 중에서는 인체에 해가 되는 독성물질이 사용되는 경우도 있으므로, 이를 제거하는 것이 취급상 안전 및 폐탄소섬유의 재활용가능성을 증진시킬 수 있다는 점에서도 바람직하다.

세척은 다양한 형태로 이루어질 수 있지만, 바람직하게는 물에 담가서 세척하거나 흐르는 물에 씻겨내는 형태로 세척한다.

<<S120>>

세척단계(S110) 다음으로 이루어지는 패킹단계(S120)는 세척단계(S110)에서 세척된 폐탄소섬유(200) 또는 폐탄소섬유 더미(210)를 커팅프레임(300) 내에 패킹시키는 단계이다.

커팅프레임(300)은 폐탄소섬유(200)를 소정의 크기로 커팅할 때 폐탄소섬유(200)가 원활하게 커팅될 수 있도록 홀딩(holding)시켜주는 역할을 한다. 즉, 후술할 워터젯(100) 등에 의해 커팅되기 전에 폐탄소섬유(200)들을 좀 더 결속시킴으로써 폐탄소섬유 더미(210)의 부피를 좀 더 감소시키며, 커팅단계(S130)에서 폐탄소섬유(200)가 튕겨나가거나 움직이지 않도록 홀딩시켜 준다.

여기서 커팅프레임(300)은 특정한 모양이나 크기에 국한되지 않으며, 도 2에 도시된 바와 같은 형태를 갖출 수도 있다. 다만, 다수·다량의 폐탄소섬유(200) 더미(210)를 잘 정렬시키면서 소정의 크기로 커팅될 수 있도록 홀딩시킬 수 있는 틀의 역할을 할 수 있는 것이 바람직하다.

이러한 커팅프레임(300)은 다양한 재질로 이루어질 수 있겠으나, 외부에서 워터젯(100)에 의해 커팅프레임(300)과 폐탄소섬유(300)가 함께 커팅될 수 있도록 고분자화합물인 플라스틱 또는 나무 등으로 이루어진 것이 바람직하다.

그리고, 폐탄소섬유 더미(210) 내의 폐탄소섬유(200)와 폐탄소섬유의 사이에는 빈 공간 즉, 공극(250)이 존재한다. 이 빈 공간인 공극(250)에 물이 채워지는 것이 바람직하다. 앞서 간략히 언급한 바와 같이, 보통 세척단계(S110)에서 물을 이용하여 세척하면, 이 공극(250)에 자연스럽게 물이 채워지게 된다. 공극(250)에 물이 스며들어 채워지면 폐탄소섬유 더미(300)의 응축력 내지 응집력이 향상된다.

그리고 이 폐탄소섬유 더미(210)를 커팅프레임(300) 내에 내재시키면서 압력을 가함으로써 폐탄소섬유(200)들이 밀집되도록 패킹시켜준다.

여기서, 커팅프레임(300)의 크기는 특정 모양 또는 크기에 국한되지 않는다. 다만 설계상 내지 공정상의 필요에 따라 정해질 수 있으며, 커팅프레임(300)내에 폐탄소섬유 더미(210)를 패킹시킬 수 있으면 족하다.

<<S130>>

다음으로 커팅단계(S130)에서는 커팅프레임(300) 상에서 커팅이 이루어지되, 커팅프레임(300)의 상판이 커팅프레임(300)으로부터 분리되지 않도록 커팅프레임(300)과 폐탄소섬유 더미(210)를 커팅시킨다.

그리고, 커팅프레임(300)과 폐탄소섬유 더미(210)가 함께 커팅되되, 커팅되면서 형성되는 커팅선(워터젯(100)이 커팅하면서 지나간 커팅프레임(300)상의 경로를 말한다)(310)이 교차되지 않도록 커팅하는 것이 바람직하다.

커팅선(310)이 교차되지 않도록 워터젯(100)이 커팅하면서 지나가면 워터젯이 커팅하여 지나가는 동안에 커팅프레임(300)의 상판이 폐탄소섬유 더미(210)을 눌러줄 수 있게 된다.

하지만, 커팅선(310)이 교차되면 커팅프레임으로부터 일부 상판이 분리되어 나갈 수 있으며, 이러한 경우 분리되어 나간 일부 상판이 위치하던 지점에서는 워터젯으로 커팅하는 동안에 폐탄소섬유 더미가 흔들리지 않도록 홀딩시켜주기 어려울 수 있기 때문이다. 물론, 커팅되어 워터젯이 완전히 지나간 경우에는 상판이 굳이 있지 않아도 무방하다.

도 2에서는 이러한 예로서 커팅선(310)이 'ㄹ‘모양으로 커팅하여 지나가는 것을 개략적으로 도시하였다.

그리고, 이러한 커팅단계(S130)은 워터젯으로 커팅하므로 도 2에 개략적으로 나타낸 것처럼 수조 위에서 실시할 수도 있다.

<<S135>>

커팅단계(S130) 다음으로 탈수단계(S140)로 이어져도 좋지만, 커팅단계(S130) 다음에 린싱단계(S135)를 거치는 것 또한 바람직하다. 린싱단계(S135)는 커팅단계(S130)에서 커팅된 폐탄소섬유 더미(210)를 린싱(rinsing)한다.

린싱은 물로 이루어지면 충분하며. 한 차례 내지 복수회 걸쳐서 반복적으로 린싱을 하여도 좋다.

참고로 린싱단계(S135)는 탈수단계(S140) 이전에 꼭 실시되어야할 필요는 없다. 선택에 따라 커팅단계(S130)와 탈수단계(S140) 사이에서 실시될 수 있으며, 커팅 후 탈수 전에 린싱단계(S135)를 거치면 미세한 잔여물 같은 부산물들(미도시)이 린싱단계(S135)에서 제거될 수 있으므로 바람직하다고 할 수 있다.

<<S140>>

커팅단계(S130) 또는 린싱단계(S135) 다음에 이어질 수 있는 탈수단계(S140)에서는 커팅단계(S130)에서 커팅된 폐탄소섬유(200) 내지 폐탄소섬유 더미(210)를 그물망으로 된 포대(미도시)에 내재시키고 탈수기(미도시)를 이용하여 폐탄소섬유(200) 내지 폐탄소섬유 더미(210)를 탈수시키는 단계이다.

폐탄소섬유(200) 내지 폐탄소섬유 더미(210)는 탈수기를 이용해서 탈수될 수 있다.

<<S150>>

건조단계(S150)는 탈수단계(S140)에서 물이 제거된 폐탄소섬유(200) 내지 폐탄소섬유 더미(210)를 건조시키는 단계이다. 즉, 탈수단계(S140)에서 완전히 제거되지 않은 물기를 충분히 제거하기 위하여 건조단계(S150)를 실시하는 것이다.

건조단계(S150)에서 폐탄소섬유(200) 내지 폐탄소섬유 더미(210)를 건조시키는 방법은 통상 알려진 방법에 의해서도 가능하다. 예를 들어, 햇빛이 들면서 통풍이 잘 되는 곳에 두어서 자연건조 시키는 방법으로도 가능하다.

이와 같이 세척단계(S110)부터 건조단계(S150)까지 거치고 나면, 재활용을 위한 폐탄소섬유의 재처리공정이 마무리된다. 이렇게 재처리된 폐탄소섬유들은 재활용하기 용이하도록 크기 내지 길이가 일정하게 되며, 다양한 용도로 재활용되어 적용될 수 있는 귀중한 자원이 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 폐탄소섬유 재처리방법은 절삭기의 칼날이 망가짐으로 인해 재처리과정이 중단되지 않게 됨으로써 폐탄소섬유를 재처리하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 재처리에 소요되는 비용 또한 대폭 절감된다는 장점이 있다.

또한, 재처리를 함에 있어서, 화공약품류를 사용하지 않고 물을 이용하기 때문에 환경오염의 문제를 발생시키지 않으며, 보다 친환경적이고 환경보전에 관련된 비용이 소요되지 않는 장점 또한 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예들에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

100 : 워터젯 200 : 폐탄소섬유
300 : 커팅프레임 310 : 커팅선

Claims

폐탄소섬유 더미를 커팅프레임 내에 패킹시키는 사전처리단계;
상기 사전처리단계에서 상기 커팅프레임 내에 패킹된 상기 폐탄소섬유 더미를 워터젯(water jet)으로 커팅(cutting)하는 커팅단계;
상기 커팅단계에서 커팅된 상기 폐탄소섬유 더미에 남아있는 물을 제거하는 탈수단계; 및
상기 탈수단계에서 상기 물이 제거된 상기 폐탄소섬유 더미를 건조시키는 건조단계; 를 포함하고,
상기 커팅단계에서 이루어지는 커팅은,
상기 커팅프레임 상에서 커팅이 이루어지되, 상기 커팅프레임의 상판이 상기커팅프레임으로부터 분리되지 않도록 상기 커팅프레임과 상기 폐탄소섬유 더미를 커팅시키는 것을 특징으로 하는 폐탄소섬유 재처리방법.
제 1항에 있어서,
상기 사전처리단계는,
상기 폐탄소섬유 더미로부터 이물질을 세척하여 제거하는 세척단계; 및
상기 세척단계에서 세척된 상기 폐탄소섬유 더미를 상기 커팅프레임 내에 패킹시키는 패킹단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐탄소섬유 재처리방법.
제 2항에 있어서,
상기 세척단계에서 이루어지는 상기 세척은,
상기 폐탄소섬유 더미에 존재하는 가호제 또는 탄소섬유의 분진을 세척시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐탄소섬유 재처리방법.
제 2항에 있어서,
상기 패킹단계에서 이루어지는 패킹은,
상기 폐탄소섬유 더미 내의 빈 공간에 물이 채워지고, 상기 폐탄소섬유 더미에 압력을 가하면서 상기 커팅프레임 내에 패킹시키는 것을 특징으로 하는 폐탄소섬유 재처리방법.
제 1항에 있어서,
상기 커팅단계에서 커팅된 상기 폐탄소섬유 더미를 린싱(rinsing)하는 린싱단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐탄소섬유 재처리방법.
제 1항에 있어서,
상기 커팅프레임의 재질은 플라스틱 또는 나무인 것을 특징으로 하는 폐탄소섬유 재처리방법.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 커팅단계에서 상기 커팅프레임과 상기 폐탄소섬유 더미가 함께 커팅되되,
커팅하면서 형성되는 커팅선-상기 워터젯이 커팅하면서 지나간 상기 커팅프레임상의 경로를 말한다-이 교차되지 않도록 커팅하는 것을 특징으로 하는 폐탄소섬유 재처리방법.
제 1항에 있어서,
상기 탈수단계에서 이루어지는 상기 탈수는,
상기 커팅단계에서 커팅된 상기 폐탄소섬유 더미를 그물망으로 된 포대에 내재시키고, 상기 폐탄소섬유 더미를 탈수시키는 것을 특징으로 하는 폐탄소섬유 재처리방법.