탄화금속물 재생방법

탄화금속물 재생방법{METHOD FOR REPRODUCING CARBONIZING METALIC MATERIALS}

본 발명은 탄화금속물 재생방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 105 mm 이상의 대구경 화포에서 사용한 금속(황동) 탄피(이하, "폐탄피"라 칭함)를 박리제를 이용하여 폐탄피 표면에 폭약 또는 장약의 발화로 인한 열화로 인해 형성된 그을음 및 에나멜 등의 용융 수지를 제거하고, 1차 산처리제를 통해 박리제를 통해 제거되지 않은 그을음 및 용융 수지를 재차 처리하며, 2차 산처리제를 통해 폐탄피 표면의 광택 변화를 방지하고, 마감처리제(코팅제)로 폐탄피 표면을 코팅하여 인장강도, 파열강도 및 충격강도와 같은 기계적 강도를 강화시킴과 동시에 부식을 방지시킴으로써, 폐탄피를 재활용할 수 있게 하는 탄화금속물 재생방법에 관한 것이다.

종래의 화포에서 사용되는 탄피는 금속탄피로서 탄두 발사시 약실내부의 고압이 포신후미에 있는 약실쪽으로 누출되지 않도록 하는 목적이 필수적으로 고려되어 왔다. 금속탄피에 사용되는 황동은 가격이 높으면서 세계각국의 기간산업에서 귀중한 전략물자이기 때문에 전쟁중에도 폐탄피를 회수하여 녹여서 다시 재생해야만 했다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래의 폐탄피는 탄두 발사시 필연적으로 발생하는 열화 현상에 의해 폐탄피의 내부와 폐탄피 표면에 그을음 및 에나멜 등의 용융 수지가 용융되어 부착되어 있다. 이렇게 그을음 및 에나멜 등의 용융 수지가 용융되어 부착된 폐탄피는 녹여서 재활용되기에 인적, 경제적인 부담을 초래하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것이 한국 공개특허 제 1993-0022257 호이다.

상기 선행특허는 연속촉진섬유, 구조용섬유, 및 니트로셀룰로스 안정제를 함유하는 슬러리 고형분의 습 펠트를 제조하고, 이를 건조,성형시켜 연소성 탄피를 제조하는 방법에 있어서, 상기 건조, 성형품을 폴리우레탄계 수지에 1∼5분 동안 침적시킨 다음, 1차로 40∼90℃에서 10∼50분 동안 예비 경화시킨 후, 2차로 90∼130℃에서 0.2∼1.5시간 동안 연속적으로 경화시켜 연소성 탄피를 제조한다.

그러나, 선행특허에 의해 제작된 연소성 탄피도 인장강도, 파열강도 및 충격강도와 같은 기계적 강도가 부족하여 외적 환경 요인으로 인한 손상을 방지하기에는 여전히 미흡하다는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 불소계 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 멜라민 수지, 아크릴 수지 등 도막에 우수한 효과가 있는 비염소계 박리제에 의한 박리 공정과, 1차 및 2차 산처리 공정, 및 실리콘계 도료조성물로 이루어진 마감처리(코팅) 공정으로 인장강도, 파열강도 및 충격강도와 같은 기계적 강도가 우수한 재활용 폐탄피를 제작할 수 있게 하는 탄화금속물 재생방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 탄화금속물 재생방법은 폐탄피를 준비하는 단계와; 상기 폐탄피를 박리제에 침지시키는 단계와; 상기 박리제에 침지된 폐탄피를 꺼내어 물로 1차 세척 후 상온에서 건조시키는 단계와; 상기 1차 세척되고 건조된 폐탄피를 1차 산처리제에 침지시키는 단계와; 상기 1차 산처리제에 침지된 폐탄피를 꺼내어 물로 2차 세척 후 상온에서 건조시키는 단계와; 상기 2차 세척되고 건조된 폐탄피를 2차 산처리제에 침지시키는 단계와; 상기 2차 산처리제에 침지된 폐탄피를 꺼내어 물로 3차 세척 후 상온에서 건조시키는 단계와; 상기 3차 세척되고 건조된 폐탄피를 마감처리제에 침지시켜 페탄피의 표면을 코팅시키는 단계; 및 상기 마감처리제에 침지된 폐탄피를 꺼내어 상온에서 건조시키는 단계;를 포함하고, 상기 마감처리제는 마감처리제의 총중량에 대하여 오르가닉실록산계의 알콕시실란 40~50 중량%, 실리콘아크릴 수지 10~20 중량%, 이소푸로필알코올 30~40 중량%가 혼합되어 제조되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄화금속물 재생방법은 폐탄피를 인장강도, 파열강도 및 충격강도와 같은 기계적 강도를 강화시켜 재생시킴으로써 폐탄피를 재활용할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 폐탄피를 재활용함으로써 자원보호 및 환경보호가 가능하다는 이점이 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 폐탄피 사시도 및 단면도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 탄화금속물 재생방법에 의해 재생된 폐탄피 사시도 및 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 탄화금속물 재생방법의 흐름도.

이하, 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통하여 본 발명에 따른 탄화금속물 재생방법을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 탄화금속물 재생방법에 의해 재생된 폐탄피 사시도 및 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 탄화금속물 재생방법의 흐름도이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄화금속물 재생방법에 의해 재생된 폐탄피(200)는 불소계 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 멜라민 수지, 아크릴 수지 등 도막에 우수한 효과가 있는 비염소계 박리제에 의해 폐탄피(200) 내부와 폐탄피 표면(210)에 부착된 그을음 및 에나멜 등의 용융 수지를 박리시키는 박리 공정과, 상기 박리 공정에 의해 박리되지 않은 상기 그을음 및 에나멜 등의 용융 수지를 재차 박리시키기 위한 1차 산처리 공정과, 상기 그을음 및 에나멜 등의 용융 수지가 박리된 폐탄피 표면(210)의 광택을 회복시키기 위한 2차 산처리 공정, 및 상기 폐탄피 표면(210)의 인장강도, 파열강도 및 충격강도와 같은 기계적 강도를 강화시키기 위한 실리콘계 도료조성물로 이루어진 마감처리 공정으로 처리되어 재생됨으로써, 상기 폐탄피 표면(210)의 기계적 강도가 강화되었으며, 표면광택도 복원되었다.

이하, 박리 공정과, 1차 산처리 공정과, 2차 산처리 공정, 및 마감처리 공정에 사용된 박리제, 1차 산처리제, 2차 산처리제, 마감처리제(코팅제)를 보다 상세히 살펴보고자 한다.

<박리제>

비염소계 박리제인 일본 "RYOKO" 화학 주식회사의 'Hakurisuto-01'는 알칼리계 용제, 방청제, 물로 조성된 것으로 금속 및 비철 금속에 사용할 수 있으며, 상기 금속 및 비철 금속에 사용할 시에 상기 금속 및 비철 금속의 외관변화 및 중량변화는 아래의 표 1과 같다.

상기 표 1에서, 외관변화의 ○은 녹발생 및 변색이 없는 경우이고, △는 녹이 조금 발생하고 변색이 없는 경우이며, 중량변화의 ○은 중량변화율이 ±1% 미만인 경우이고, △는 중량변화율이 ±1% 이상 내지 ±5% 미만인 경우이다. 상기 표 1에서 알 수 있듯이, 비염소계 박리제인 일본 "RYOKO" 화학 주식회사의 'Hakurisuto-01'에 철, 알루미늄, SUS430, 황동, 구리, 함석을 침지할 경우, 철, 알루미늄, SUS430은 외관변화 및 중량변화가 없고, 황동과 구리는 녹이 조금 발생하나, 중량변화는 없으며, 함석은 녹이 조금 발생하고 ±1% 이상 내지 ±5% 미만의 중량변화가 있다.

또한, 상기 비염소계 박리제인 일본 "RYOKO" 화학 주식회사의 'Hakurisuto-01'는 고무, 수지에 사용할 수 있으며, 상기 금속 및 비철 금속에 사용할 시에 상기 금속 및 비철 금속의 외관변화 및 중량변화는 아래의 표 2와 같다.

상기 표 2에서, 외관변화의 ○은 팽창, 용해, 백화의 발생이 없는 경우이고, △는 팽창, 용해, 백화가 조금 발생하는 경우이며, Ｘ는 팽창, 용해, 백화가 많이 발생하는 경우이다. 또한, 중량변화의 ○은 중량변화율이 ±1% 미만인 경우이고, △는 중량변화율이 ±1% 이상 내지 ±5% 미만인 경우이며, Ｘ는 중량변화율이 ±5% 이상인 경우이다. 상기 표 2에서 알 수 있듯이, 비염소계 박리제인 일본 "RYOKO" 화학 주식회사의 'Hakurisuto-01'에 천연고무, 클로로프렌, PP, 연질 염화비닐, 아크릴 수지, PVC, 실리콘을 침지할 경우, 천연고무, 클로로프렌, PVC는 팽창, 용해, 백화가 조금 발생하고 ±1% 이상 내지 ±5% 미만의 중량변화가 있고, PP는 외관변화 및 중량변화가 없으며, 연질 염화비닐은 팽창, 용해, 백화가 조금 발생하나 ±5% 이상의 중량변화가 있으며, 아크릴 수지는 팽창, 용해, 백화가 많이 발생하고 ±5% 이상의 중량변화가 있으며, 실리콘은 외관변화가 없으나 ±1% 이상 내지 ±5% 미만의 중량변화가 있다.

<1차 산처리제>

물 1ℓ에 황산 2~30㎖, 질산 1~20㎖, 염산 0.1~5㎖를 혼합하여 제조된다. 여기서, 황산은 동이나 황동의 표면에 슨 녹(녹청)을 신속히 제거하는 기능을 하고, 질산은 염산과 황산이 혼합된 혼합물에 첨가시 균일한 광택을 제공하는 기능을 하며, 염산은 동이나 황동의 표면에 슨 녹(녹청)을 제거하고 소량을 첨가할 시에는 산처리 시에 발생하는 가스를 감소시키는 기능을 한다. 또한, 상기 황산이 2㎖ 미만이면 산처리 반응이 일어나지 않고, 상기 황산이 30㎖를 초과하면 산처리 반응이 너무 빨라 산처리 시기를 잡기가 매우 어려워진다. 상기 질산이 1㎖ 미만이면 산처리 반응이 일어나지 않고, 상기 질산이 20㎖를 초과하면 광택이 없어지거나 비정상적인 색깔로 광택이 처리된다. 상기 염산이 0.1㎖ 미만이면 산처리 반응이 일어나지 않아 녹을 제거하지 못하고, 상기 염산이 5㎖를 초과하면 산처리 시에 발생하는 가스를 감소시킬 수 없다.

<2차 산처리제>

물 1ℓ에 크롬산 10~500㎖를 혼합하여 제조된다. 여기서, 크롬산은 황동의 표면에 Cr 박막을 형성하여 대기로 인해 황동의 표면이 산화되는 것을 방지하는 기능을 한다. 상기 크롬산 10㎖ 미만이면 산처리 반응이 일어나지 않고, 상기 크롬산이 500㎖를 초과하면 산처리 반응이 너무 빨라 산처리 시기를 잡기가 매우 어려워진다.

<마감처리제>

마감처리제는 부식 방지 및 내후성 향상을 위한 상도 코팅용으로 사용되며, 상기 마감처리제는 마감처리제의 총중량에 대하여 오르가닉실록산계의 알콕시실란 40~50 중량%, 실리콘아크릴 수지 10~20 중량%, 이소푸로필알코올 30~40 중량%가 혼합되어 제조된다. 여기서, 상기 알콕시실란은 간단하고 기본적인 실리콘 단량체로 동일 분자 중에 유기재료와 결합하는 유기관능기와 무기재료와 반응하는 가수분해성기를 가지고 있어, 유, 무기 복합계로 이루어진 재료의 개질 즉, 기계적 강도의 향상, 내수성의 향상 및 침수후 전기특성의 개선 등에 널리 사용된다. 또한, 상기 알콕시실란이 40 중량% 미만이면 부식 방지 및 내후성이 저하되고, 상기 알콕시실란이 50 중량%를 초과하면 제조비용이 높아진다. 상기 실리콘아크릴 수지가 10 중량% 미만이면 부착력이 저하되고, 상기 실리콘아크릴 수지가 20 중량%를 초과하면 점도가 높아 평활성이 저하된다. 상기 이소푸로필알코올이 30 중량% 미만이면 자연 건조시 휘발이 느리게 진행되어 피막형성이 이루어지지 않고, 상기 이소푸로필알코올 40 중량%를 초과하면 자연 건조시 휘발이 빠리게 진행되어 부착력이 저하된다.

이제, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 탄화금속물 재생방법의 흐름을 살펴보고자 한다.

먼저, 폐탄피(200)를 준비한다(S310).

이후, 상기 폐탄피(200)를 박리제에 침지시킨다(S320). 여기서, 상기 박리제로는 전술한 바와 같은 일본 "RYOKO" 화학 주식회사의 'Hakurisuto-01'을 사용한다. 이때, 상기 폐탄피(200)의 폐탄피 표면(210)에 폭약 또는 장약의 발화로 인한 열화로 인해 형성된 그을음 및 부착된 에나멜 등의 용융 수지가 제거된다. 또한, 상기 폐탄피(200)는 상기 박리제에 3~7초간 침지되는데, 상기 폐탄피(200)가 상기 박리제에 3초 미만으로 침지되면, 상기 폐탄피 표면(210)에 형성된 그을음 및 부착된 에나멜 등의 용융 수지가 제거되지 않으며, 상기 폐탄피(200)가 상기 박리제에 7초를 초과하여 침지되면, 그을음 및 에나멜 용융수지가 제거된 상기 폐탄피 표면(210) 자체가 손상될 수 있다.

그 후, 상기 박리제에 침지된 상기 폐탄피(200)를 꺼내어 물로 1차 세척 후 상온에서 건조시킨다(S330).

이후, 상기 S330 단계에서 1차 세척되고 건조된 폐탄피(200)를 1차 산처리제에 침지시킨다(S340). 이때, 상기 박리제를 통해 제거되지 않은 상기 폐탄피 표면(210)의 그을음 및 용융 수지가 재차 제거된다. 여기서, 상기 1차 산처리제는 물 1ℓ에 황산 2~30㎖, 질산 1~20㎖, 염산 0.1~5㎖를 혼합하여 제조된다. 또한, 상기 폐탄피(200)는 상기 1차 산처리제에 3~7초간 침지되는데, 상기 폐탄피(200)가 상기 1차 산처리제에 3초 미만으로 침지되면, 상기 폐탄피 표면(210)에 남아 있는 그을음 및 에나멜 등의 용융 수지가 완전히 제거되지 않으며, 상기 폐탄피(200)가 상기 1차 산처리제에 7초를 초과하여 침지되면, 상기 폐탄피 표면(210) 자체가 손상될 수 있다.

그 후, 상기 1차 산처리제에 침지된 상기 폐탄피(200)를 꺼내어 물로 2차 세척 후 상온에서 건조시킨다(S350).

이후, 상기 S350 단계에서 2차 세척되고 건조된 상기 폐탄피(200)를 2차 산처리제에 침지시킨다(S360). 이때, 상기 폐탄피 표면(210)의 광택이 복원된다. 여기서, 상기 2차 산처리제는 물 1ℓ에 크롬산 10~500㎖를 혼합하여 제조된다. 또한, 상기 폐탄피(200)는 상기 2차 산처리제에 3~7초간 침지되는데, 상기 폐탄피(200)가 상기 2차 산처리제에 3초 미만으로 침지되면, 상기 폐탄피 표면(210)의 광택이 복원되지 않으며, 상기 폐탄피(200)가 상기 2차 산처리제에 7초를 초과하여 침지되더라도, 상기 폐탄피 표면(210)의 광택에는 차이가 없다.

그 후, 상기 2차 산처리제에 침지된 상기 폐탄피(200)를 꺼내어 물로 3차 세척 후 상온에서 건조시킨다(S370).

이후, 상기 S370 단계에서 3차 세척되고 건조된 상기 폐탄피(200)를 마감처리제에 침지시킨다(S380). 이때, 상기 마감처리제가 상기 폐탄피 표면(210)을 코팅하여, 상기 폐탄피 표면(210)의 인장강도, 파열강도 및 충격강도와 같은 기계적 강도를 강화시킴과 동시에 부식을 방지시킨다. 또한, 상기 폐탄피(200)는 상기 마감처리제에 3~7초간 침지되는데, 상기 폐탄피(200)가 상기 마감처리제에 3초 미만으로 침지되면, 상기 폐탄피 표면(210)의 기계적 강도가 강화되지 않으며, 상기 폐탄피(200)가 상기 마감처리제에 7초를 초과하여 침지되더라도, 상기 폐탄피 표면(210)의 기계적 강도에는 차이가 없다.

그 후, 상기 마감처리제에 침지된 상기 폐탄피(200)를 꺼내어 상온에서 건조시킨다(S390).

이러한 과정에 의해 폐탄피가 재생되어 재활용된다.

이제, 하기 실시 예를 통하여 본 발명의 탄화금속물 재생방법을 보다 구체적으로 살펴보고자 한다.

물 1ℓ에 황산 10㎖, 질산 15㎖, 염산 1㎖를 혼합하여 1차 산처리제를 제조하고, 물 1ℓ에 크롬산 300㎖를 혼합하여 2차 산처리제를 제조하며, 오르가닉실록산계로 알콕시실란 46.25 중량%, 실리콘아크릴 수지 18.25 중량%, 이소푸로필알코올 36.25 중량%를 혼합하여 마감처리제를 제조한다. 이후, 상기 제조된 1차 산처리제에 폐탄피를 5초간 침지한 후 꺼내어 물로 체적하고 상온에서 건조하여 1차 산처리를 한다. 그 후, 상기 1차 산처리된 폐탄피를 상기 2차 산처리제에 5초간 침지한 후 꺼내어 물로 체적하고 상온에서 건조하여 2차 산처리를 한다. 이후, 상기 2차 산처리된 폐탄피를 마감처리제에 5초간 침지한 후 꺼내어 상온에서 건조하여 폐탄피를 재생시킨다.

상기 실시 예에 따른 방식으로 재생된 폐탄피에 대한 내부식성, 내수성, 내오염성, 내후성에 대한 테스트 결과는 이하 표 3 및 표 4와 같다.

상기 표 3 및 표 4에서 알 수 있듯이, 상기 마감처리제는 국토해양부 고시 제2011-39호 불연재료의 기준에 적합하다는 것을 알 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 탄화금속물 재생방법은 폐탄피를 인장강도, 파열강도 및 충격강도와 같은 기계적 강도를 강화시켜 재생시킴으로써 폐탄피를 재활용할 수 있다. 또한, 폐탄피를 재활용함으로써 환경보호 및 자원보호가 가능하다.

비록, 본 발명의 실시예에선, 폐탄피가 주로 언급되었으나, 이에 제한되지 않고 탄화금속물을 재생하는 모든 곳에 적용될 수 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

200: 폐탄피 210: 폐탄피 표면