고강도 콘크리트의 내화성능 용도에 따른 FRP재활용 공정 개발

기존의 전처리기는 크기가 일정치 않은 1차 해체물을 2차 로빙면포 추출기에 투입할 수 있는 크기로 절삭하는 과정이다. 이 때 회전하는 칼날에 의해 발생하는 분진과 소음으로 인한 작업 환경이 열악해진다.

원형 칼날에 의한 기존의 횡 방향 절삭방식으로는 로빙면포층이 끊어져 작업성이 저하된다. 또한 칼날의 이송이나 절단시 모든 제어가 자동화 되지 않아 작업의 연속성이 떨어진다. 이러한 문제점들을 정리하면 다음과 같다.

1) 전처리기의 비효율성

전처리기의 절단 방식을 살펴보면 선체에 심하게 만곡된 부분에 대해 곡률 반경을 최소화하기 위해 샤프트에 걸린 칼날의 간격을 가변적으로 조절할 수 있게 하여야 한다. 또한 여러 개의 칼날이 동시에 작동 하여 작업성을 높여야 한다. 하지만, 칼날이 동시에 작동함에 따라 소음이 커지고 분진이 발생하여 작업자의 작업 효율을 저하시킬 수 있다. 따라서 전처리기 자체의 작업성과 작업자의 작업성을 동시의 높이기 위해서는 소음과 분진문제의 해결이 시급하다.

2) 로빙면포 추출기의 비효율성

기존의 로빙면포 추출기의 추출 방식을 살펴보면 원형 칼날에 의한 횡 방향 절삭방식을 채택하여 Glass fiber를 추출한다.

전 처리기에서 절삭된 폐FRP를 투입구에 투입한 후 에어실린더와 가이드에 의해 피파쇄물이 고정된다. 고정 후 후면부 에어 실린더에 의해 피파쇄물은 앞으로 전진하여 횡 이동 절삭하는 원형칼날에 의해 절삭되게 된다. 이때 칼날에 크기에 피파쇄물의 높이가 정해지게 된다. 칼날에 모터를 달아 벨트에 의한 구동이 가능하게 설계하였지만, 모터를 작동시키지 않아도 이송부의 횡 이동하는 힘으로서 피파쇄물은 절삭되게 된다. 하지만 이송 마력이 부족하면 칼날 회전은 가능하지만 칼날 회전시 로빙면포층이 끊어지기 때문에 칼날의 회전을 자제하도록 설계되었다. 이러한 방식에서 발생하는 문제점들을 살펴보면 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

첫째, 장치의 제어를 수작업으로 실시하므로 이로 인한 작업성의 저하와 정확도가 감소되었다.

둘째, 로빙면포 추출기에 원형칼날 사용의 한계성이 드러났다. 원형칼날은 적층구조의 경계면(매트수지층과 로빙층의 경계)에 정확히 위치한 후, 칼날이 횡 이동하는 과정에서 칼날과 경계면의 접촉 부위가 넓어 횡 이동 중 경계면을 이탈하여 로빙면포가 끊어지는 현상이 발생 된다. 이는 최초 FRP 선박 건조자의 작업성에 따라 로빙면포층이 항상 수평하지 않아 발생되는 문제이므로 이러한 폐FRP의 가변성을 모두 충족시킬 수 있는 칼날의 개발이 필요하다.

3) 자동화된 로빙면포층 및 매트층 추출시스템의 필요성

폐FRP를 처리하는 과정에서 발생하는 소음과 분진은 인체에 무해하지만, 작업장의 작업 환경을 해쳐 작업 능률의 저하를 초래하기 때문에 이러한 소음과 분진 문제 해결이 시급하다.

가장 이상적인 해결 방법은 폐FRP 로빙면포층 및 매트층 추출 시스템의 자동화를 통해 인력활용을 최소화하는 시설의 개발이다.

새로운 로빙면포 추출 방식의 기본 이론은 FRP의 직교 이방성에 기초를 둔다. FRP가 구조상의 특징인 직교 이방성 재료라 했을 때, 복합재료의 응력 및 파괴 에너지 해석이 이루어진다(Kim et al. [2010]). 따라서 횡단방향으로 cutting을 하였을 때 매우 적은 에너지(약 1/23)로서 파쇄 할 수 있다는 것을 보여준다. 또한 FRP는 복합적층 구조로서, 특히 20여년이 지난 폐FRP 선박의 경우는 강도용이 아닌 형상구성용으로 사용된 매트층(chopped strand glass mat)은 수지를 많이 함유하고 있으므로 로빙층(roving cloth layer)에 비하여 상당 수준 재료의 변질(degrading)이 진행되어 강도 특성이 매우 취약한 상태이므로 적층분리와 횡단방향 절단을 응용한 파쇄시스템을 구상하게 되었다.

1) 향상된 기능의 전처리기

선박을 해체하고 난 폐 FRP는 로빙면포 추출기에 투입되기 위해 하나의 공정을 더 거치게 된다. 크기가 일정치 않은 1차 해체물을 일정한 크기로 자르는 과정으로, 로빙면포 추출기에 투입할 수 있도록 정해진 규격(300 mm×120 mm)으로 절삭하게 된다. 이 때 이규격은 선체에 심하게 만곡된 부분에 대해 곡률 반경을 최소화 할 수 있도록 정한 것이다. 이 때 곡률 반경을 줄이는 과정은 2차 추출 과정에서 로빙면포층의 휘어짐을 최소화 시키는 것에 있다.

선박으로부터 해체된 폐FRP를 이송부에 투입하여 전진시키고, 정해진 위치(300 mm)에 도달하면 유압실린더로 고정시킨다. 이 때 이송방향과 직각으로 설치된 칼날이 전진하면서 고정된 폐FRP를 절단한다. 그리고 절단된 폐FRP를 가지고 위와 동일한 방법으로 정해진 위치(120 mm)만을 변경하여 절단한다. 이 때 절단과정에서의 분진과 소음에 대한 문제는 칼날 회전부에 케이스를 덮고 집진 장비를 설치하여 해결하였다. 케이스에 의한 방음 효과와 집진 설비로 분진 방지에 따른 작업자의 능률 상승이 예상된다.

2) 로빙면포추출기 개선

개선된 로빙면포 추출기의 로빙면포 추출 방식은 다음과 같은 문제점들을 고려하여 설계 하였다.

첫째, 기존의 미흡했던 공정과정을 보완하여 이송방식에 대해 고찰함으로써 폐FRP 재처리시설의 자동화를 도모하고자 하였다. 이를 위해 컨베이어의 설치와 흡착기를 활용하여 자동공정을 이루었고, 로빙면포위치에 따른 종류별 프로그램을 개발하도록 구상하였다.

설치한 컨베이어의 선정조건으로는 ① 시설 ② 운반물 ③ 운반량 ④ 운반경로 ⑤ 운반방법 ⑥ 설치장소 ⑦ 설비효과 등이 필요하다.

따라서 위의 7가지 선정조건을 고려하여 최적의 자동화 공정을 이루기 위한 컨베이어를 선정하였다.

Fig. 2는 로빙면포추출기에 설치된 컨베이어를 나타낸 사진이다. 이 컨베이어는 벨트컨베이어방식으로 구성되어있다. 벨트컨베이어 방식은 운반 조작이 연속적이므로 동작이 원활 정숙하고 능률적이다. 그리고 설비비에 비하여 운반량이 많다. 또한 운전 신뢰도가 높고, 보수 점검이 용이하며 유지비가 적게 든다. 따라서 모든 조건을 고려해 보았을 때 로빙면포추출기 자동화 공정에 필요한 컨베이어는 벨트컨베이어방식이 적합하다.

Fig. 2.

The belt conveyor of the extracting system.

둘째, 폐FRP 재처리시설의 이송방식과 정렬방식을 고려하여, 흡착기를 설치함으로써 이송방식으로는 부족한 폐 FRP 재처리시설의 자동화를 완성하였다.

Fig. 3은 이송된 파쇄물을 절단부로 옮겨주는 흡착기와 이동 통로를 보여주고 있다.

Fig. 3.

The FRP block suction system.

새로운 로빙면포추출방식은 기존의 횡 방향 절삭과는 다르게 종방향으로 절삭이 이루어지게 되므로 파쇄물이 세워진 상태로 절삭부에 이송되어야 한다. 하지만 전처리과정에서 나오는 파쇄물은 눕혀진 상태로 이송되어 오기 때문에 자동화 공정을 이루기 위해서는 파쇄물의 위치변경을 위한 새로운 정렬방식이 필요하게 된다. 이를 위해서 흡착기를 이송부분과 절삭부 사이에 설치하여 파쇄물의 위치변경을 가능하게 하였다.

이송부분인 벨트컨베이어를 통해 이송된 파쇄물이 흡착기가 설치된 곳까지 옮겨지게 되면 흡착기 밑 4개의 모서리에 부착된 고무압판에 의해 파쇄물을 고정하게 된다. 흡착기 중간부분에 설치된 공압실린더에 의해 고정된 파쇄물은 흡착기에 완전히 부착되고 난후 흡착기가 들어 올려지고, 90도 회전하여 파쇄물을 절삭부 앞까지 전달시켜준다. 절삭부 옆에는 ‘ㄱ’ 자 모양의 금속가이드가 설치되어 있는데 파쇄물이 절삭부에 놓이게 되면 이 금속가이드는 절삭부에 놓인 파쇄물을 절삭날 앞까지 밀어 전달하게 된다.

셋째, 자동화 공정에서 가장 중요한 파쇄물의 추출방식을 고려한 설계, 새롭게 고안된 로빙면포 추출기는 기존의 원형 칼날에 의한 횡 방향 절삭방식 대신에 쐐기형 칼날을 채택하여 종 방향으로 로빙면포를 떼어낸다. 기존의 로빙면포 추출방식과 가장 큰 차이점은 칼날에 의해서 로빙면포를 절삭하는 방식이 아닌 로빙면포를 떼어내는 방식이라는 점이다.

기존의 원형칼날은 일관성이 부족한 단점이 있다. 파쇄물에서 로빙면포조각을 떼어낼 때 처음에는 잘 절삭되더라도 접착력의 문제라던가 기타 여러 가지 이유로 인해 한번 어긋나기 시작하면 로빙면포 조각이 찢어지는 문제가 발생하게 되었다. 또한 굴곡이 있는 파쇄물일 경우 굴곡에 따른 절삭이 불가능하여 역시 로빙면포 조각이 찢어지는 문제가 발생하였다. 또한 이송마력이 부족하게 되면 원형칼날의 회전속도가 줄어들게 되고, 로빙면포층이 찢어지는 또 하나의 원인이 되기도 하였다. 칼날의 이러한 문제점들을 고려하여기존의 횡 방향으로 절삭하던 원형칼날을 대신하여 종 방향으로 절삭하는 쐐기형 칼날을 채택함으로써 기존의 원형칼날이 가지고 있었던 여러 문제들을 해결하였다(Fig. 4).

새로운 절삭방식은 가이드를 통해 파쇄물이 절삭부로 이송되어 오면 쐐기형 칼날과 양쪽의 칼날이 종 방향으로 절삭하게 된다. 절삭부로 옮겨진 파쇄물은 분류기와 절삭부 사이에 위치한 가이드로 고정되고 쐐기형 칼날이 종 방향으로 내려와 앞뒤로 움직여 로빙면포를 떼어낸다(Fig. 4).

Fig. 4.

The wedge type blade and a sample layer.

폐FRP는 일정한 로빙면포층을 가지고 있는 것이 아니고 다양한 층을 가지고 있기 때문에 로빙면포층의 개수, 위치에 따라 칼날의 위치가 달라져야 한다. 따라서 로빙면포층의 개수에 따라 프로그램 구성이 달라진다. 앞의 분류방식에서 폐FRP의 적층구성에 따른 프로그램 구성표를 보면 적층구성에 따라 서로 다른 10개의 프로그램 구성이 필요하다는 것을 알 수 있다. 파쇄물이 전처리과정을 거쳐 벨트컨베이어를 통해 이송되면 파쇄물의 적층구조를 살펴 정해진 프로그램을 입력한다. 파쇄물의 적층구성에 따라 프로그램된 방식에 의해 가운데에 있는 쐐기형 칼날이 로빙면포와 매트수지층을 구분하여 종 방향으로 내려와 로빙면포를 절삭하기 시작한다. 이 과정에서 쐐기형 칼날은 단순히 종 방향으로 움직이는 것뿐만 아니라 앞뒤로 움직여 로빙면포층을 매트수지층으로부터 분리한다.

어느 정도 절삭되면 쐐기형 칼날은 더 이상 이동하지 않고 양 옆에 있는 보조칼날이 파쇄물의 절단된 단면에 들어와 양옆으로 서서히 이동하여 로빙면포층을 떼어내기 시작한다. 여기서 중요한 점은 양옆의 칼날은 로빙면포와 매트수지층을 잘라내는 것이 아니라 떼어내기 위한 것이므로 가운데의 쐐기형 칼날에 비해 날이 날카롭지 않다는 것이다. 세 개의 칼날을 사용하여 절삭하기 때문에 파쇄물에서 로빙면포조각을 떼어낼 때 로빙면포와 매트수지층 사이의 어긋남을 없애 로빙면포조각이 찢어지거나 로빙면포에 수지가 많이 묻어나는 문제를 해결할 수 있다. 또한 굴곡이 있는 로빙면포 조각을 절삭할 때에도 마찬가지로 절삭이 가능하게 된다.

3) 폐FRP 면포층분류 방식의 프로그램화

FRP 적층구성에는 최초 작업자의 작업 방식과 목적에 따른 몇 가지의 규칙성이 있었다. 규칙성은 크게 두 가지로 분류(로빙면포층의 개수와 위치)가 가능하였다. 먼저 층의 개수로 나누어 보면, 최초 FRP 생산자의 목적에 따라 로빙면포 층을 1장 삽입한 FRP와 2장내지 3장까지 삽입한 FRP가 존재하였다. 로빙면포 층의 개수가 달라지면 절단 횟수 또한 달라지므로 층에 따른 변수를 고려하여 로빙면포 추출기를 프로그래밍 하여야 한다.

먼저, 로빙면포 층의 위치에 따른 분류를 살펴보면 다음과 같다. Fig. 5는 로빙면포 층을 1장 포함하고 있는 폐FRP의 단면이다. 그림에서 보듯이 로빙면포 층이 끝단이나 중앙에 위치하는 2가지 변수가 있다.

Fig. 6은 로빙면포층을 2장 포함하고 있는 폐FRP의 단면이다. Fig 6은 로빙면포층의 위치가 양 끝단에 2장, 중앙에 2장, 끝단에 1장과 중앙에 1장 위치하는 3가지 변수가 존재한다.

Fig. 7은 로빙면포층을 3장 포함하고 있는 폐 FRP의 단면이다. 로빙면포층의 위치가 중앙에 3장, 양 끝단에 3장, 중앙에 1장과 끝단에 2장, 중앙에 2장과 끝단에 1장, 양 끝단에 1장씩과 중앙에 1장 위치하는 5가지 변수가 존재한다.

Fig. 5.

A FRP Type with single roving layer.

Fig. 6.

FRP Types with two roving layers.

Fig. 7.

FRP Types with three roving layers.

폐 FRP의 적층구성에 따른 로빙면포층의 총 장수와 위치를 고려한 절단시 변수를 정리하면 Table 1과 같다. Table 1에서 볼 수 있듯이 로빙면포층 적출시 총 10가지의 다른 프로그래밍이 필요하다.

4) 최종형태의 자동화공정 메커니즘

폐FRP 재처리 시설의 전체 단계를 다시 살펴보면, 전처리기, 로빙층분리기 그리고 수지가루 분리기인 Fig. 8과 같다. 선반 해체를 제외한 나머지 단계들은 전처리 장치를 통과한 후 자동화된 하나의 작업 라인을 구축할 수 있다. 이처럼 여러 단계의 공정들을 하나의 일괄된 형태의 자동화된 작업 라인을 구축함으로 작업의 효율성 및 연속성을 높일 수 있었다.

5) 염색장치(수지가루와 유리가루를 폐FRP 섬유강화제와 분리하는 장치) 개발

폐 선박으로부터 발생하는 섬유강화 플라스틱은 주로 유리섬유와 수지로 이루어져 있다. 이것은 복합재료로서 강도가 매우 커서 재활용하기 위해 분쇄하는 경우 많은 에너지를 소비해야 한다. 또한 분쇄 시 발생하는 분진은 환경오염을 야기할 수도 있다. 소각하여 열에너지로 얻는 경우는 수지가 소각되고 소각로에 잔존하게 되는 유리섬유 덩어리를 제거해야 하는 번거로움이 따른다. FRP로부터 유리성분을 얻어내는 방법에는 화학적인 방법으로 수지를 녹여 재활용하는 방법과 초임계 용매를 사용하여 수지를 녹이는 방법도 있다. 본 연구는 환경적인 문제나 에너지 소비적인 면과 재활용성을 고려하여 층간을 분리한 후 유리섬유가 70% 이상인 로빙층과 수지가 대부분인 매트층을 얻는 방법에 대해 것이며, 본 실험의 목적은 일련의 과정 중 공정의 단순화와 자동화를 꾀하는 과정에서 두층을 쉽게 인식할 수 있도록 하기 위함이다.

Table 1.

The Cutting Program Number for the FRP Type

Fig. 8.

Total FRP extracting system (pre-cutting part, main cutting part and FRP powder producing part).

보통의 소형과 중형의 폐선에서 사용한 FRP는 약 두 층의 로빙층을 가지며, 로빙층의 두께는 매트층의 약 1/7의 두께를 이룬다.

두 층을 기계적으로 칼날을 쐐기처럼 이용하여 층 사이를 분리하는 실험을 수행하는 과정에서, 촘촘하게 유리섬유 가닥들이 짜여있는 로빙층과 그렇지 않은 매트층은 물리적으로 쉽게 분리가 되었다. 그러나 칼날이 기계적으로 두 층의 약한 틈을 찾아 파고드는 것은 자동적으로 이루어지지 않았다. 또 다른 난점은 선박에 사용하는 FRP는 정해진 규격이 없어서 로빙층의 개수, 로빙층과 매트층의 두께가 조선소 마다 다르다는 것이다. 표준화되지 않은 시편을 자동화 시스템에 적용한다는 것은 인위적인 기준을 필요로 한다.

따라서 두 층의 물리적 또는 화학적 특성의 차이점을 이용하여 구별할 수 있도록 하여야 한다. 우선 유기고분자인 수지가 대부분인 매트층과, SiO₂로 대표할 수 있는 로빙층 중 어느 것을 없애거나 차별화하느냐에 따라 방법이 달라질 수 있다. 매트층의 수지를 녹이기 위해 고온의 진한 황산을 이용하여 왔으나, 그 방법이 너무 위험하여 실용성이 떨어진다. 본 그룹에서는 로빙층의 유리를 녹이기 위해 플루오르수소산(HF) 용액을 사용하였다.

HF 수용액으로 처리한 경우 눈으로 섬유의 밀도를 비교하여 로빙층을 판단할 수 있으나 광학적 센서를 이용하여 보다 정확하게 로빙층을 인식하고자 하였다. 수지의 경우는 소수성이고 섬유는 친수성이므로 친수성 염료를 사용하여 HF로 처리한 섬유를 착색하였다. 수용성 녹색 염료의 용액을 HF로 처리한 면에 붓으로 두 번 도포한 결과 Fig. 9에 보이는 결과를 얻었다. Fig. 9(a)는 HF 용액에 1시간 담근 후 염료를 칠한 FRP에 후광의 광원을 비친 후 촬영한 것으로 뚜렷하게 두 줄의 로빙층이 관찰된다. (b)의 사진은 광원을 옆에 두었을 때 로빙층의 유리섬유 다발들이 볼록하게 튀어나온 현상을 보이고 있다. 이것은 HF 용액만으로 처리하였을 때 눈으로 관찰된 것을 가시적으로 표현한 것이다. (c)는 (b)에서 볼록하게 튀어나온 섬유 단면들을 단단한 펜 끝으로 긁었을 때 쉽게 파이는 현상을 보인 것이다. 즉 HF 용액으로 처리한 경우 섬유가 녹아 약해져 있다는 것을 의미한다.

Fig. 9.

Treatment of FRP roving layers with hydrofluoric acid and dye solution.

HF로 처리하지 않은 FRP에 대해 수용성 염료를 그대로 사용한 경우는 염료의 착색이 이루어지지 않고 HF로 처리한 이후에만 착색이 잘 되는 것으로 보아, HF가 FRP 단면의 섬유에 대한 친수성을 보장하는 것으로 결론지을 수 있다. 위의 결과로 염료의 농도를 기준으로 광학적 센서를 이용하면 매트층과 로빙층을 구별할 수 있을 것이다.

결론적으로 저탄소 실험을 추구하고 환경오염을 배제하고자 하는 본 연구에 유기용매의 사용은 적절하지 않으며, 에폭시 수지인 경우 그 용해도가 매우 떨어지므로 적절한 용매를 찾기도 어렵고 녹인 후의 수지 용액의 처리가 어렵다는 부작용도 가지고 있으므로 수지의 용해는 적절치 않다고 판단된다. 진한 황산을 사용하는 경우 위험하다는 점 외에 저급 황산의 경우 검게 변하는 성질로 인해 작업환경 및 외관상 추천할 만하지 않다. 로빙층의 유리섬유는 5분 이상의 시간 동안 HF 용액으로 처리하고 수용성 염료로 도포하면 매트층을 Fig. 10(b)처럼 구별할 수 있으며, 광학적 센서와 함께 자동화 공정에 이용할 수 있을 것으로 생각된다. 따라서 이 방법은 매우 간단한 공정이면서도 섬유가 주를 이루는 로빙층과 수지가 주를 이루는 매트층을 분리할 때 환경오염을 덜 발생시킬 것으로 예상된다.

Fig. 10.

(a) Photophysical differentiation System and (b) pre-treated samples of FRP waste.

6) 광학비젼장치를 장착한 매트층 추출기

기존의 추출기에서 발생했던 소음과 분진발생 문제는 강화유리 설치와 흡진기를 통해 보완하였다. 강화유리는 흡착기 부분에 설치되어 소음 뿐 아니라 작업자의 안전을 도모하는 효과도 있다. 또한 절삭부에 흡진기를 설치하여 절삭시 발생하는 분진발산을 막아준다.

또한 전처리기와 세단기 사이를 벨트컨베이어로 연결하며, 자동흡착기와 분류기를 설치함으로써 자동화 공정을 구현할 수 있게 되었다. 로빙면포층을 확인하고 파쇄물의 적층구조를 살펴 정해진 프로그램을 선택하고 입력하는 과정에서 비전시스템을 활용하여 작업자의 시각적 판단에만 의존하던 기존의 로빙면포 확인과정에서의 작업자가 담당해야 하는 부담을 많이 줄일 수 있게 되었다. 비록 투입되는 폐FRP의 조건(로빙면포층의 개수 및 구성 배열 등)에 따라 적절한 절삭프로그램을 수동 선택해야함으로 완전한 자동화를 이루었다고 보기는 어렵지만 기존의 면포추출기(단순 절단방식)에 비해 효율적이며 정확한 작업을 할 수가 있게 되었다.

기존 로빙면포 추출기는 로빙면포층을 추출하는 기계로 폐FRP를 재처리하는데 가장 핵심이 되는 기계이며, 기존의 로빙면포 추출과정은 크게 2단계로 나눌 수 있다.

1단계 : 전처리기에서 이송된 규격화된 폐 FRP 블럭을 정렬하는 단계로 공압을 이용하여 흡착기로 폐 FRP를 들어 올려 절삭위치를 정렬 한다.

2단계 : 정렬된 폐 FRP에서 로빙면포를 추출하는 단계로 왼쪽부터 1~3번 칼날이 있다(Fig. 6) 로빙면포가 절삭전 단계에 들어가면 위에 설치된 칼날 이송시스템을 조정하여 로빙면포층에 맞는 1-3번 칼날의 위치를 잡는다. 주축 칼날인 2번 칼날의 절단 후 2번 칼날의 위치에 따라 움직이는 1, 3번 칼날 절단작업으로 마무리 절삭을 한다.

기존의 추출공정에서는 주축(2번) 칼날의 위치 선정시 작업자의 시각적 판단에만 의지함으로서 절단 공정의 비효율성(정확성 및 공정효율 등)의 발생이 자주 일어나고 있어 로빙층의 염색과 비전장치를 통한 로빙면포추출장치(특허 등록)를 제작하였다(Fig. 11).

Fig. 11.

Advanced distract system with vision system for layer differentiation.

로빙면포제거를 통한 매트층 추출의 구조는 다음과 같다. 기존의 자동화 공정에서 가장 중요한 과정은 로빙층의 추출공정이다. 새롭게 고안된 매트면포 추출공정은 기존의 원형 칼날에 의한 횡 방향절삭방식 대신에 쐐기형 칼날을 채택하여 종 방향으로 로빙면포를 분리해낸다. 기존의 방식은 로빙면포만을 추출하기 위한 공정이라면, 본 공정은 칼날에 의해서 폐FRP로부터 로빙면포층만을 절삭하는 방식이 아닌 매트면포층을 동시에 분리하는(떼어내는) 방식이라는 점이다(Fig. 12).

Fig. 12.

Advanced vision system for layer differentiation.

기존의 원형칼날은 일관성이 부족한 단점이 있다. 파쇄물에서 로빙면포조각을 떼어낼 때 처음에는 잘 절삭되더라도 접착력의 문제라던가 기타 여러 가지 이유로 인해 한번 정렬이 어긋나기 시작하면 로빙면포 조각이 찢어지는 문제가 빈번하게 발생하였다. 또한 굴곡이 있는 파쇄물일 경우 굴곡에 따른 절삭이 매우 어려우며, 일부 성공시에도 로빙면포조각이 찢어지는 문제가 발생하였다. 또한 이송마력이 부족한 경우에도 원형칼날의 회전속도가 줄어들게 되고 로빙면포층이 찢어지는 또 다른 원인이 되기도 하였다. 칼날의 이러한 문제점들을 고려하여 기존의 횡 방향으로 절삭하던 원형칼날을 대신하여 종 방향으로 절삭하는 쐐기형 칼날을 채택함으로써 기존의 원형칼날이 가지고 있었던 여러 문제들을 해결하였다.

그러나 가장 핵심의 주된 개선은 비전시스템응용 절단시스템으로서 추출해야 될 로빙면포층의 위치를 염색을 통한 크게 개선된 광학이미지를 활용하여 컴퓨터가 지원하는 비전시스템의 로빙면포 위치 분석 자료를 얻게(Lee and Yoon, 2013)된 것이다. 따라서 주축칼날 이송장치 지능화의 기술을 매트층 분리과정에 적용하여, 충분한 수지성분이 포함된 섬유가루(즉 매트층)만을 추출할 수 있게 되었다.

주축칼날의 이송시스템의 완전한 지능화는 로빙면포 추출시 로빙면포 조각이 찢어지는 문제 및 굴곡이 있는 로빙면포조각을 절삭할 때에도 마찬가지로 활용이 가능할 것이다. 이번 개선결과는 기존의 폐FRP에서 로빙면포층만을 효과적으로 추출함으로써 얻게 되는 대부분의 매트층(전체의 6/7)으로부터 수지 성분이 60% 이상인 섬유가루를 얻을 수 있다는 것이다. 따라서 건설재료로서 가장 대표적으로 사용되는 콘크리트, 특히 고강도콘크리트의 내진성능 및 내화성능을 개선하는 용도로 본 재활용 섬유가루의사용이 보장되는 것이다. 이는 재활용공정 전체의 경제성확보를 가능하게 할 것으로 예상된다. 따라서 앞으로도 본 추출시스템의 재활용 용도별 완전한 지능화를 위한 연구는 지속 되어야 할 것이다.