실험실 압력 성형기는 바이오차-전기 아크로(EAF) 슬래그 복합재료 합성에서 주요 밀집화 메커니즘으로 작용합니다. 그 구체적인 기능은 경화 전에 느슨한 분말 혼합물을 고체, 고밀도 "녹색 본체(green body)"로 변환하기 위해 일반적으로 약 25MPa의 정밀하고 높은 압력 하중을 가하는 것입니다.
핵심 요점 이 기계는 단순히 재료의 모양을 만드는 것이 아니라 바이오차 입자와 광물 슬래그 사이의 긴밀한 물리적 접촉을 강제합니다. 이러한 기계적 결합은 효과적인 이산화탄소 경화의 전제 조건이며, 궁극적으로 최종 저탄소 건축 자재의 압축 강도와 구조적 무결성을 결정합니다.
복합 재료 형성의 역학
녹색 본체(Green Body) 생성
종종 유압 프레스인 이 기계의 즉각적인 기능은 서로 다른 원료를 통합하는 것입니다.
느슨한 바이오차와 EAF 슬래그 분말을 압축하여 응집된 기하학적 모양으로 만듭니다. 이 압축된 형태는 기술적으로 녹색 본체(green body)라고 합니다. 즉, 모양은 만들어졌지만 아직 완전히 경화되거나 단단해지지 않은 물체입니다.
입자 결합 구축
복합 건축 자재의 경우 표면 접촉이 중요합니다.
프레스는 슬래그와 바이오차 사이의 거시적 공극을 제거하기 위해 축 방향 하중을 가합니다. 이러한 고압 환경은 혼합물의 개별 상 간의 긴밀한 접촉을 보장합니다. 이러한 기계적 강제 없이는 느슨한 분말은 후기 단계의 화학 결합에 필요한 물리적 근접성이 부족할 것입니다.
경화 공정 활성화
탄산화 준비
압력 성형 단계는 화학적 경화 공정, 특히 이산화탄소(CO2) 경화를 위한 준비입니다.
기계는 특정 다공성을 가진 밀집된 구조를 생성함으로써 CO2가 광물 슬래그 구성 요소와 반응할 수 있는 무대를 마련합니다. 초기 압착으로 제공되는 구조적 무결성은 재료가 탄산화 단계 동안 필요한 취급 및 가공을 견딜 수 있도록 합니다.
재료 밀도 조절
이 기계는 재료의 최종 특성을 정밀하게 제어할 수 있게 합니다.
하중을 조정함으로써(예: 25MPa 유지 또는 프레스 용량에 따라 더 높은 한도까지 다양하게 조정), 연구자들은 복합 재료의 밀도와 다공성을 직접적으로 조절할 수 있습니다. 이 제어는 압착 중 달성된 밀도가 최종 건축 블록의 압축 강도와 직접적으로 상관 관계가 있기 때문에 중요합니다.
중요 고려 사항 및 절충
높은 압력은 일반적으로 강도에 바람직하지만 특정 문제를 야기하므로 관리해야 합니다.
밀도 대 투과성의 충돌
극심한 압력을 가하면 매우 밀집된 벽돌이 만들어지는데, 이는 기계적 강도에 매우 좋습니다.
그러나 재료가 너무 단단하게 압축되면 불투수성이 될 수 있습니다. 후속 CO2 경화 공정은 슬래그와 반응하기 위해 가스가 매트릭스를 관통하는 데 의존합니다. 과도한 압축은 내부 경로를 밀봉하여 완전한 탄산화를 방해하고 재료의 핵심이 경화되지 않고 약하게 남을 수 있습니다.
바이오차 구조적 무결성
바이오차는 본질적으로 다공성이며 부서지기 쉽습니다.
과도한 압축 압력은 바이오차 입자의 다공성 구조를 분쇄할 수 있습니다. 바이오차의 이점 중 하나는 가벼운 무게와 기공 구조(단열 또는 습도 조절에 자주 사용됨)이기 때문에 제어되지 않은 압력은 바이오차 첨가제 자체의 기능적 특성을 저하시킬 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
이러한 복합 재료에 대한 실험실 압력 성형기를 구성할 때 설정은 목표로 하는 최종 성능 지표에 따라 달라져야 합니다.
- 주요 초점이 최대 압축 강도인 경우: 경화 방법이 여전히 표면을 관통할 수 있다면, 입자 결합을 최대화하고 공극 부피를 최소화하기 위해 더 높은 압축 압력(예: 25MPa 이상)을 우선시하십시오.
- 주요 초점이 CO2 격리 효율인 경우: 충분한 상호 연결된 다공성을 유지하기 위해 중간 압력을 사용하여 이산화탄소가 재료의 내부 코어를 완전히 관통하고 반응할 수 있도록 합니다.
요약: 실험실 압력 성형기는 느슨한 화학적 잠재력과 구조적 현실 사이의 다리 역할을 하며, 기계적 밀도와 화학적 경화에 필요한 투과성의 균형을 맞춥니다.
요약표:
| 기능 | 메커니즘 | 최종 복합 재료에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 밀집화 | 고압 축 방향 하중(예: 25MPa) | 느슨한 분말을 응집된 '녹색 본체'로 변환합니다. |
| 입자 결합 | 거시적 공극 제거 | 결합을 위해 바이오차와 슬래그 간의 긴밀한 접촉을 보장합니다. |
| 경화 준비 | 내부 다공성 제어 | 효과적인 탄산화 경화를 위한 CO2 침투를 촉진합니다. |
| 특성 조절 | 하중 조정 | 최종 압축 강도 및 밀도와 직접적으로 상관 관계가 있습니다. |
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참고문헌
- Huijuan Wang, Xiqiang Zhao. Applications of Biochar in Fuel and Feedstock Substitution: A Review. DOI: 10.3390/en18174511
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