[보고서]Aramid Weaving Selvage 폐기물의 부직포 제품화를 위한 Recycling System 개발

강윤화

Aramid Weaving Selvage 폐기물의 부직포 제품화를 위한 Recycling System 개발 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	한국섬유개발연구원 Korea Textile Development Institute
연구책임자	강윤화
참여연구자	형성오 , 권형우 , 박원호 , 이경재 , 권준택
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2013-08
과제시작연도	2012
주관부처	중소기업청
사업 관리 기관	중소기업기술정보진흥원
등록번호	TRKO201400014501
과제고유번호	1425072810
사업명	제조현장녹색화기술개발사업
DB 구축일자	2014-09-20
키워드	아라미드.제직.폐기물 변부.단섬유.리사이클.부직포 등.

초록 ▼

개발목표
○ 제직 공정 폐기물의 리사이클 단섬유 제조를 위한 Recycling장치 개발
- 소재의 특성을 고려한 최적 부품 선정 및 설비 설계
- 제직 기업의 현장에 적합한 공정 설계 및 최적 가동 효율 설정
- 제직설비에서 발생하는 변부(Selvage)의 절단/분섬/혼합/Hopper 기능을 갖춘 설비 제작
- 리사이클 단섬유 압축/packing 설비 구축
○ 아라미드 리사이클 단섬유 제조를 위한 공정 조건 설정 및 품질 표준화
- 아라미드 소재를 리사이클 하여 단섬유화 하는 공정의 최적조건 설정 및 품질 표준화: Recycling 장치의 최적 조건및 범위 확보
- 제조되는 리사이클 단섬유의 규격 및 품질 확보
○ 리사이클 단섬유를 활용한 고강도 산업용 부직포 제품 개발
- 리사이클 단섬유 적용 부직포 제조 공정의 단축화 및 최적 조건 설정
- 최종 용도에 적합한 부직포 제품 개발
: 리사이클 아라미드 혼방 부직포, 100% 리사이클 아라미드 부직포
○ Recycling 장치를 개발하기 위해 국내 전문 제조 업체를모색
- 최적 조건을 갖춘 업체와의 협의를 통해 설비를 설계, 제조하였음.
○ Recycling 장치 설계 및 제작 완료
- 직물의 변부 등의 제직 폐기물을 공급하여 타면을 통해 단섬유를 제조하는 타면기, 타면된 단섬유의 불순물을 제거하는 콘덴셔와 집진기로 라인을 구축하였음.
- 고강도 아라미드 컷팅 가능한 전용 컷팅 설비를 설계, 제조하였으며, 애로사항에 대한 모든 시험을 통해 완제품 개발, 구축하였음.
○ 리사이클 단섬유 압축기 및 포장기(packing) 설비 도입 완료
○ 각 단위별로 발생하는 문제사항 해결
- 1차년도 설비 애로사항 해결
- 2차년도 설비 애로사항 해결
○ 아라미드 리사이클 단섬유 공정 설계
- 향후, 폐기되는 직물의 변부 등의 물량에 따른 설비의 100
○ 리사이클 제품의 품질 확보
- 리사이클 단섬유 및 부직포 제품의 물성 평가를 통한 최종제품 성능 확보
- 물성 분석 및 공정 Feedback을 통한 최적 공정 조건 확보 가동능력을 산정하여 현장 조건에 맞도록 적정 가동 조건을 확립
○ 또한, 1차적으로 현장 맞춤을 위한 설비를 제직 현장내에 설치하였으나, 최종적으로 제직 현장에서 발생하는 공기 중 먼지 등의 불순물 문제와 설비의 보완 문제로 설치 장소를 이동하여 현재 라인을 구축한 상태임.
○ 리사이클 단섬유 활용 고강도 산업용 부직포 제조 기술개발
- 부직포 제조 공정을 실시하여 리사이클 단섬유의 최적부직포화 조건을 확립
- 리사이클 단섬유 부직포 개발 : 총 6종
○ 리사이클 제품의 최종 성능 확보
- 리사이클 단섬유 및 부직포 제품의 물성 시험 및 분석
- 물성 분석 결과 공정 Feedback
정량적 목표항목 및 달성도
1. 섬도 1.2~2d 1.97 100/
2. 섬유장 30~80mm 60±0.3/
3. 중량 250g/㎡ ↓ 183.4/
4. 두께 2.0mm ↓ 1.98/
5. 인열강도 18/12kgf ↑ 20.7/31.2/
6. 인장강도 150/120 kg/5cm ↑ 151.4/224.7/
7. 공기투과도 135㎤/㎠/s ↑ 205/
기대효과
○ 아라미드 섬유 등의 산업용 섬유소재는 상당히 고가로 이를 이용한 산업자재용 제품으로의 활용이 현실적으로 어려운 가운데, 상기에서 발생되는 아라미드 소재 등의 재활용 기술이 개발된다면 기존 고강력 폴리에스터 등의 범용섬유 제품보다 성능은 우수하고 새로운 소재를 이용한 제품보다 가격은 낮은 우수한 성능과 가격경쟁력을 모두 가진 산업자재용도의 부직포 제품개발이 가능하며, 이를 통해 새로운 부가가치 창출이 가능함
○ 이와 동시에 공정 녹색화를 통한 지역 섬유산업의 공정 기술 경쟁력 제고 효과 증대
○ 또한, 산업용 섬유(주로 아라미드) 직물 제직시 발생하는 변부(selvage)의 수거에서부터 절단(섬유장 결정), 분섬(필라멘트의 분리), 혼합(mixing), 단섬유화 까지의 작업이 가능한 one-step 형태의 설비 개발을 통한 제조현장 폐기물 저감 실현, 친환경․자원순환형 산업용도 제품 생산기술 및 고효율·친환경 시스템 구축 가능
○ 기존 채취-생산-소비-폐기로 이어지는 기존의 자원흐름을 폐기 후에 다시 생산과 소비과정으로 연계시켜 더 이상의 자원의 채취 없이 원활한 순환이 이루어짐으로써 시스템 밖으로 자원이 흘러 나가지 않는 페기물의 제로화 실현 및 녹색경쟁력 재고 효과 확대
○ 또한, 본 기술개발을 통해 실현되는 자원 순환적 공정을 통한 공정 녹생화가 가능하며, 이는 향후 환경 중심의 자원순환 사회 구축에 크게 기여할 것임. 이는 폐기물의 발생을 억제하고 자원으로 되돌리는 순환적 이용을 촉진하며 순환적 이용을 할 수 없는 폐자원에 대해서는 적절한 처분 시스템을 화보함으로서 천연자원의 소비를 억제하고, 환경 부담이 최소화됨.
○ 이러한 과정을 통한 환경과 경제의 상생하는 능동적 기술개발로 환경 부담이 없는 친환경 경제발전 이륙및 지속적 발전 도모가 가능함.
○ 본 기술개발 성공 시, 위에서 발생되는 폐기량(액) 100% 절감 가능하며, 단섬유 및 부직포 제품의 제조 판매를 통해 새로운 부가 수입 발생
적용분야
○ 산업용 부직포 용도 : 동차 내장재, 포장용동 등
○ 보호용 의류제품 : 경창 방탄조끼 내피용, 소방족 내피용, 용접용 앞치마 등
○ 전 산업분야에 대해 용도 확대 가능
○ 기존 아라미드 제품 대비 낮은 단가의 우수 제품 제시 가능

목차 Contents

산연기술개발사업 최종보고서 ... 1
제 출 문 ... 2
요 약 서 (초 록) ... 3
목 차 ... 7
제 1 장 개발기술의 개요 ... 8
제 1 절 개발기술의 중요성 ... 8
제 2 절 관련 기술 현황 ... 11
1. 국내 기술 현황 ... 11
2. 국외 기술 현황 ... 12
3. 관련 특허 현황 ... 14
제 2 장 개발 목표 및 개발내용 ... 18
제 1 절 기술개발 목표 ... 18
1. 최종 목표 ... 18
2. 수행기관별 목표 및 담당 ... 19
3. 기술개발 목표 및 달성도 평가 ... 20
제 2절 세부 개발내용 및 방법 ... 21
1. 1차년도 개발내용 ... 21
2. 2차년도 개발내용 ... 55
제 3 절 기술개발 결과 및 고찰 ... 104
1. 물성 평가 방법 ... 104
2. 시험 결과 및 고찰 ... 105
3. 기술개발 결과 ... 109
제 3 장 성과요약 및 기대효과 ... 112
1. 성과 및 기대효과 ... 112
2. 향후 사업화 방안 ... 115
끝페이지 ... 117

표/그림 (127)

표 Fig. 아라미드 Recycling System 개발의 배경 및 필요성
표 Fig. 기술개발 목표 및 내용
표 Fig. 아라미드 Recycling 장치 설계도
표 Fig. 개발 설비의 유사 설비
표 Fig. 원료(직물 변부 폐기물)의 공급 문제 발생
표 Fig. 완제품 사진
표 Fig. 원료(직물 변부 폐기물)의 공급 말단 및 타면상태
표 Fig. Recycling 설비 전체 도면
표 Fig. Recycling 설비 사진
표 Fig. 변부(폐기물)의 섬유장 유지
표 Fig. 섬유장을 결정하는 침포 요인
표 Fig. 공급롤러와 타면롤러의 침포의 차이
표 Fig. 타면기 외형 및 명칭
표 Fig. 전기 Control Box 구성
표 Fig. 회전 방향 확인
표 Fig. Bearing, Chain 구동 장치(1)
표 Fig. Bearing, Chain 구동 장치(2)
표 Fig. 실린더, 공급롤러 간격 조절 방법
표 Fig. 타면기 구동용 Motor 사진
표 Fig. Recycling 장치(타면기) 납품
표 Fig. 현장 맞춤 설치(1차)
표 Fig. 타면기 설치 현장
표 Fig. Recycling 라인 구축 완료
표 Fig. 미세 바람을 이용한 정전기 방지 대책
표 Fig. 컨베이어 벨트의 정전기 방지 대책
표 Fig. 정전기 방지제 자동 분사기 설치
표 Fig. 정전기 발생 모습 및 약제 처리 시 미발생 모습
표 Fig. 가이드 제조 및 설치 모습
표 Fig. 압축기 외관도
표 Fig. 압축기 사용 방법
표 Fig. 압축기 설치 모습
표 Fig. 카딩 공정에 의한 단섬유 균일성 비교
표 Fig. 성형 공정에 있어 핵심 기술
표 Fig. 기존 제품 부직포 표면 사진
표 Fig. 컷팅기의 전체 외형 및 투입구/배출구 모습
표 Fig. 일반 합섬의 전단 전/후
표 Fi.g 국외 고강력 섬유 전용 컷팅기
표 Fig. 절단된 단섬유의 형태
표 Fig. 관련 설비의 브로슈어
표 Fig. 천연섬유 컷팅기
표 Fig. 기계 1 : 전체 모습
표 Fig. 투입원료형태
표 Fig. 칼날 형태
표 Fig. 기계 2 모습
표 Fig. 각종 섬유 폐기물의 컷팅 후 형태
표 Fig. 기계 3 전체 모습
표 Fig. 국내 리사이클 회전컷팅기 실제 모습
표 Fig. 사전 시험 회전컷팅식 리사이클 설비의 모식도
표 Fig. 사전 시험 진행 및 결과
표 Fig. 회전식 칼날 모형도 제작
표 Fig. 1차 컷팅기 구성 및 설계도
표 Fig. 리사이클 컷팅기 구성 및 제작 모식도
표 Fig. 리사이클 컷팅기 투입부 제작
표 Fig. 리사이클 컷팅기 컷팅 및 송출부 제작
표 Fig. 1차 가동 시험 과정
표 Fig. 1차 가동 시험 애로사항
표 Fig. 칼날 손상 모습
표 Fig. 1차 가동 시험 애로사항 : 원사 뭉침
표 Fig. 일본 관련 설비 사진 및 컷팅 원리
표 Fig. 일본 관련 설비 이용 리사이클 아라미드 원면
표 Fig. 컷팅 형식 변경
표 Fig. 3차 리사이클 컷팅 설비 설계도
표 Fig. 3차 리사이클 컷팅 설제 제작 및 변경사항
표 Fig. 3차 리사이클 컷팅 가동 시험
표 Fig. 컷팅 칼날 형태 변형
표 Fig. 컷팅 칼날 실물 사진
표 Fig. 투입부 개선
표 Fig. 송출부 개선
표 Fig. 타원형 칼날을 이용한 컷팅 시험
표 Fig. 특수홈 칼날을 이용한 컷팅 시험
표 Fig. 칼날 형태 변화 모식도
표 Fig. L.M 가이드의 종류
표 Fig. 최종 가동 시험
표 Fig. 최종 리사이클 컷팅기 설계도 및 실물 사진
표 Fig. 현장 내 Recycling System 전용 공간 구축
표 Fig. 컷팅기 현장 설치 과정
표 Fig. 컷팅부 최종 설치 모습
표 Fig. 컷팅기 현장 설치 모습
표 Fig. 투입부 최종 설치 모습
표 Fig. Control box
표 Fig. 가동 시험 실시
표 Fig. 컷팅 횟수에 따른 컷팅 길이 변화
표 Fig. 포장기 도입
표 Fig. 니들펀칭 부직포 제조설비
표 Fig. R-aramid staple
표 Fig. N-aramid staple
표 Fig. 대전방지제 처리
표 Fig. 황변 발생
표 Fig. 오프닝 설비 및 R-aramid staple 투입 사진
표 Fig. 카딩 공급부
표 Fig. 부직포 전공정
표 Fig. 카딩
표 Fig. 카딩 후 웹 송출을 위한 벨트 이송
표 Fig. 카딩기 모식도
표 Fig. 캐멀백
표 Fig. 수평식
표 Fig. 웹 형성
표 Fig. 니들펀칭 공정
표 Fig. 니들의 형태 및 펀칭 공정
표 Fig. 와인딩 및 리와인딩
표 Fig. 적층 공정
표 Fig. 개발 부직포 표면 사진
표 Fig. R-aramid staple 100% 부직포의 적층수에 따른 물성 변화
표 Fig. R-aramid+N-aramid 복합 부직포의 적층수에 따른 물성 변화
표 Fig. 처리 공정 조건
표 Fig. 처리 공정 현장
표 Fig. 2차 부직포 시제조 현장(오프닝→카딩)
표 Fig. 2차 부직포 시제조 현장(Oxy-PAN 복합)
표 Fig. 3차 부직포 시제조 현장
표 Fig. PET 부직포의 C-aramid 부직포의 물성 비교
표 Fig. R-aramid+N-aramid 복합 부직포와 C-aramid 부직포의 물성 비교
표 Fig. 경찰 방탄조끼
표 Fig. 내부 구조
표 Fig. 소방복 시제품
표 Fig. 용접용 앞치마 시제품
표 Fig. 알루미늄 증착 부직포 시제품
표 Fig. 변부 리사이클 단섬유의 섬유장 측정
표 Fig. 발표 포스터
표 Fig. 발표 초록
표 Fig. 리사이클 부직포 활용 시제품
표 Fig. Recycling System 현장 설치 모식도
표 Fig. Recycling System 구축
표 Fig. Recycling System 설비 개발 효과
표 Fig. 아라미드 Recycling System 구축에 따른 에너지 및 CO₂발생량 감소
표 Fig. 2012 부울경 산업용 섬유 전시회 참가
표 Fig. 개발 제품 전시 모습
표 Fig. 사업화 계획

과제명(ProjectTitle) :	-
연구책임자(Manager) :	-
과제기간(DetailSeriesProject) :	-
총연구비 (DetailSeriesProject) :	-
키워드(keyword) :	-
과제수행기간(LeadAgency) :	-
연구목표(Goal) :	-
연구내용(Abstract) :	-
기대효과(Effect) :	-

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