원사, 폐사, 재생사의 성분 분석은 X-ray Fluorescenece Spectrometer (XRF, XRF-1800, Shimadzu)를 이용하였으며, 화학적 재생 후 발생하는 여과액은 Ion Chromatography (IC, DIONEX ICS-5000, Thermo Scientific)를 이용하여 Na 이온의 농도를 분석하였다. 원사의 주 성분은 Si이고 바인더의 주성분도 Si임으로 재생사의 Si 성분을 통해 바인더 제거율을 확인하 긴 어렵다. 따라서 바인더의 부성분인 Na 성분 확인을 통해 바인더 제거율을 계산하였다[8, 69].
3.3.2 입도 분석
입도 분석은 체거름 시험용으로 제작된 sieve shaker (CG-211-8, 청계상공사)를 사용하였으 며, 실험에 사용된 체는 #20, 30, 40, 50, 70, 100, 140, 200, 270번을 사용하였다. 시료 100 g을 체 진동기에 넣고 5분간 진동시킨 후 각 체에 남은 모래중량에 체별로 정해진 입도계수를 곱 해서 모두 더한 수치에 각 체에 남은 중량의 합을 나눠서 입도 지수를 계산하였다.
3.3.3 유동성 분석
유동성 분석은 Powder Flow Tester (PFP 3230, BROOKFIELD)를 사용하였다. 유동성 분석 은 혼련사에 압력을 서서히 가하면서 발생하는 저항력을 측정하여 바인더 종류에 따라 혼련사 의 유동성을 평가할 수 있다. 그러나 혼련사의 유동성 분석은 실험실에서 바인더의 상대적 특 성을 비교할 수 있으며, 실제 양산 공정에서 혼련사를 금형에 충진할 때 나타나는 유동 특성과 는 차이가 있다.
(a) Mixer
(b) Reactor
Fig. 3-4. Mixer and reactor using disintegration and cleaning of waste sand.
3.3.4 강도 분석
강도 분석에 필요한 샘플은 중자기를 이용해 막대바 형태로 만들어 20℃, 30% 조건의 항온 항습기에 보관 후 시간별로 일반 강도를 측정하였다. 1분 강도는 중자 제작 후 핸들링 강도를 확인하기 위해 측정하였으며, 항온항습기에 보관되면서 최대 강도를 나타내는 50분 강도를 측 정하였다. 또한 덥고 습한 조건에 견딜 수 있는지 확인하기 위해 38℃, 65% 조건에서 샘플을 보관 후 내습 강도를 측정하였다.
휨 강도는 강도 시험기 (HJ-0506, 흥진정밀)를 사용하였다. 휨 강도는 3점 굽힘 강도를 측정 하였으며, ISO 6872:2008(E)의 방법에 따라 강도 시험기를 이용해 측정하였다. 강도 계산은 아 래 식을 이용하였다.
eq. (1)
F : 휨 강도(MPa, N/㎠)
P : 시험기에 나타나는 최대 하중(N) L : 지간(mm)
b : 파괴 단면의 너비(mm) h : 파괴 단면의 높이(mm)
3.3.5 표면 분석
표면 분석에 사용된 장비는 Scanning Electron Microscope (SEM, SU8020, Hitachi, Japan) 와 Transmission Electron Microscope (TEM, JEM-2100F, JEOL, Japan)이다. SEM은 재생 후 남아있는 바인더와 첨가제를 확인하기 위해 사용하였으며, TEM은 잔류된 바인더 또는 첨 가제가 재생사 표면에 붙어있는 형태를 파악하기 위해 사용하였다.
제4장 바인더와 첨가제를 포함한 폐사의 습식 재생
습식 재생 실험은 S 바인더와 S-S 바인더를 포함한 중자 폐사를 재생하였으며, S-S 바인더 를 포함한 중자 폐사의 3회 재사용에 따른 특성을 평가하였다. 그리고 S-S 바인더와 P 첨가제 가 포함된 중자 폐사와 주조 폐사의 습식 재생 결과를 정리하였고 화학적 방법만 사용한 경우 와 물리적 방법을 함께 사용하였을 때 재생사의 3회 재사용 특성을 평가하였다. 마지막으로 상 용 바인더와 첨가제가 사용된 중자 폐사와 주조 폐사의 재생 특성을 분석하였다.