부식이 잘 일어나는 환경을 위한 다단계 희생양극 디자인 document_id A220623043983

섬유 시멘트는 그것이 제공하는 많은 장점들 때문에 주택산업에서 벽널(siding)로써 일반적으로 사용된다. 예를 들어 섬유 시멘트는 부패하거나 품질이 나빠지지 않아서, 오랜 기간의 내구성을 제공한다. 또한, 섬유 시멘트는 불가연성이다. 섬유 시멘트의 생산은 시멘트, 실리카(silica) 및 섬유들의 특별한 형태의 혼합으로 시작된다. 석면 섬유들(asbestos fibers)이 한때 섬유 시멘트의 생산에 사용되었으나, 현재는 플라스틱 섬유들, 탄소 섬유들, 및 나무 섬유들이 더 일반적으로 섬유 시멘트에서 발견된다. 상기 혼합은 대략 80%의 시멘트와 실리카 및 20%의 섬유이다. 상기 섬유들은 콘크리트에 사용되는 강화 철근(reinforcing rods)과 유사한 방식으로 작용을 한다. 물은 시멘트, 실리카, 및 섬유 혼합물에 첨가되어 생산율 및 생산된 생산물의 형태에 따라 4% 내지 12% 범위의 농도(consistency)를 갖는 슬러리를 형성한다. 상기 슬러리는 pH 9.0 내지 13.0의 현저하게 높은 알칼리성을 갖는다. 상기 슬러리는 기계의 형태에 따라 각각의 실린더(cylinder)나 케스케이딩 장치(cascading arrangement)에 공급된다. 상기 케스케이딩 장치에서, 상기 슬러리는 제1 실린더에 공급되고 상기 제1 실린더에서 다음 실린더로 흘러넘친다. 도 1은 실린더의 예를 나타낸다. 이 후에, 상기 슬러리는 실린더 몰드(mold)의 내부와 외부 사이의 헤드 디퍼렌셜(head-differential)에 의해 와이어로 덮힌(wire-covered) 실린더 몰드에서 시트(sheet)로 형성된다. 상기 시트는 상기 실린더 몰드의 상부와 접하고, 젖은 섬유 매트(fibrous mat)를 다음 실린더로 이동시키는 펠트(felt)에 놓여 있으며, 만약 필요하다면, 여기서 그것은 또 다른 겹(ply) 또는 층(layer)을 얻는다. 형성의 초기 단계에서 형성된 시트의 부드러움 때문에, 압력을 인가하는 것이 아니라 많은 양의 진공 장치가 상기 형성된 시트에서 물을 제거하기 위해 진공 영역에서 사용된다. 상기 시트가 충분히 준비되면, 프레스(press)가 자유수(free water)를 제거하기 위해 사용된다. 도 1b는 두 개의 실린더 시멘트 생산 장치를 도식적으로 나타내는 도면이다. 상기 장치는 층 형성에서 섬유 시멘트를 생기게 하기 위한 형성 부분(70), 생성된 층 재료를 축적하기 위한 주축(mandrel)(80), 및 상기 주축에서 다른 위치로 상기 축적된 재료를 전송하기 위한 컨베이어 부분(90)을 포함한다. 도 1b에서 나타난 바와 같이, 상기 형성 부분은 상기 도면에서 일반적으로 시계 반대방향으로 움직이는 펠트 벨트(felt belt)(72), 및 도 1에 도시된 실린더와 같거나 유사한 두 개의 실린더(74)를 포함한다. 상기 펠트는 제1 실린더를 통과함에 따라 한 층의 재료가 펠트의 아래쪽에서 쌓이게 된다. 상기 펠트가 제2 실린더를 통과함에 따라 두 번째 층이 추가된다. 상기 펠트의 움직임은 그것의 경로를 따라 펠트를 인도하기 위한 많은 수의 롤러(roller)(76), 그것의 움직임의 방향을 따라 상기 벨트를 작동시키기 위한 메인 드라이브 롤러(main drive roller)(76''), 및 소정의 벨트 장력(tension)을 유지하기 위한 떠있는 롤(float roll)(76'''')를 포함하는 롤러 시스템을 통해 제어된다. 상기 펠트는 몇몇 린싱 헤드들(rinsing heads)(77)에 의해 그것의 경로를 따라 여러 지점에서 헹구어 진다. 바람직한 지점에서 상기 펠트의 건조는 진공 상자들(78)의 사용을 통해 이루어진다. 상기 형성 부분의 상기 펠트에서 만들어진 다층 재료는 주축(80)에서 축적되고 컨베이어 부분(90)에 의해 주축(80)에서 이동된다. 상기 컨베이어 부분은 컨베이어 벨트(92), 상기 컨베이어 벨트의 움직임을 제어하기 위한 일련의 롤러들(94), 상기 컨베이어 벨트 장력을 제어하기 위한 떠있는 롤(94'')을 포함한다. 지금까지 일반적인 섬유 시멘트 생산을 검토하였으며, 이후로는 일반적인 종이 생산에 대해 검토할 것이다. 종이 생산은 나무 처리로부터 시작된다. 나무는 크게 두 개의 주요한 물질로 구성된다; 그 두 개는 유기물, 즉, 그것들의 분자는 탄소 원자들의 사슬 및 링(ring)으로 만들어진다. 식물 세포의 벽에서 발견되는 셀룰로오스(Cellulose)는, 종이를 만드는데 사용되는 섬유 재료이다. 리그닌(Lignin)은 크고, 복잡한 분자이다; 그것은 셀룰로오스 섬유들을 유지하며 나무에 그것의 기계적인 강도를 제공하는 세포벽을 강화시키는 일종의 접착제와 같은 역할을 한다. 종이를 만들기 위한 적절한 펄프(pulp)로 나무를 변환시키기 위해, 상기 셀룰로오스 섬유들은 리그린을 구비하지 않아야한다. 도 2는 펄프 과정의 일 실시예를 나타낸다. 기계 펄핑(mechanical pulping)에서 대부분의 리그린이 손상되지 않고 남아 있는 쇄목 펄프(groundwood pulp)를 만들기 위해 나무 섬유들을 물리적으로 부숨으로써 이것이 이루어진다. 쇄목 펄프의 높은 리그린 함유는 종이 제품을 약하게 하고 품질을 낮게 하는 경향이 있다. 기계 펄프(mechanical pulp)는 원칙적으로 신문용지와 몇몇 잡지를 제조하는데 사용된다. 대부분의 펄프 생산에서 리그린은 화학적으로 섬유들에서 분리된다. 예를 들어, 크래프트(kraft) 과정에서, 나무 조각들은 수산화 나트륨과 황화 나트륨 용액에서 가열된다(cooked). 상기 리그린은 더 작은 부분으로 부서지고 상기 용액에서 용해된다. 다음 단계 "브라운스탁 워싱(brownstock washing)"에서, 상기 부서진 생성물과 화학물질은 펄프에서 씻기어 나가고 재생 보일러(boiler)로 보내진다. 어둡게 된 잔여 리그린 때문에 크래프트 미표백 펄프(kraft unbleached pulp)는 특색 있는 어두운 브라운 색을 가지지만, 그럼에도 불구하고 대단히 강하며 포장지, 복사용지 및 수건에 적합하다. 더 밝고 더 오래 견디는 제품을 위해 펄프는 표백되어야 한다. 표백 과정에서, 잔여 리그린에서의 색깔은 중화되거나(발색단(chromophoric groups)을 파괴함으로써) 리그린과 함께 제거된다. 상기 과정은 전통적으로 염소 표백을 함으로써 크래프트 펄프에 대해 이루어지고, 일반적으로 화학 약품 및 부서진 생성물들을 세척하고 제거하는 것이 뒤따른다. 상기 과정은 옷을 세탁하는 것과 크게 다르지 않으며, 의복 섬유에 깊숙이 박힌 얼룩은 표백에 의해 중화되거나, 파괴되고 씻겨나간다. 현재 펄프 생산 과정에서, 리그린 용액은 전형적으로 둘 또는 그 이상의 분리된 세척 작업을 겪는다. 예를 들면, 쇄목 또는 나무 조각들은 먼저 크래프트 과정 또는 황산에 의해, 압력과 온도 하에서 화학 약품으로 처리된다. 상기 두 과정 중 어느 한 과정에서, 침지과정(digestion)은 리그린을 용해하고 그것에 의해 섬유들을 자유롭게 하고 리그린 성분이 용액에 남아 있게 한다. 상기 두 과정에서 최종 액체는 색상에 있어서 어둡고, 펄프에서 흘러나오지 않은 잔여 액체와 남아있는 오염물질은 펄프에서 씻겨져야 한다. 또한, 계속되는 화학 약품의 회수 비용을 최소화하기 위해 실용적일 만큼 높은 농도에서 다 써버린 액체를 회수하는 것이 바람직하다. 매우 잘 세척된 브라운 펄프(brown pulp)는 뚜렷한 브라운 색상을 보유하며 남아있는 펄프는 일반적으로 백지(white paper)를 만들기 위해 매우 높게 착색된다. 또한, 만약 얼마간의 리그린이 존재한다면, 상기와 같은 펄프에서 만들어진 종이는 높은 내구성을 갖지 못할 것이며 시간이 지나면 노랗게 될 것이다. 그러므로, 백색을 향상시키기 위해서 뿐만 아니라 백색의 내구성을 향상시키기 위해 펄프에 표백과정을 적용하는 것이 일반적이며 전통적이다. 일반적으로 표백은 염소 기체가 용해된 물을 사용함으로써 염소화 단계에서 실행된다. 당해 기술 분야에서 잘 알려진 아황산염 나트륨(sodium hydrosulphite)과 같은 다른 표백과정이 적용될 수 있다. 현재 표백 과정에서 일반적으로 사용되는 세가지 화학 약품은 수산화 나트륨(NaOH), 이산화 염소(ClO2) 및 과산화 수소(H2O2)이다. 표백은 하나의 단계에서 완성될 수 없으며 두 가지 또는 그 이상의 단계에서 수행될 수 있고, 그 다음에 세척된다. 표백 처리 후에, 펄프는 남아있는 표백제 및 용해된 리그린을 포함하는 물을 제거하기 위해 세척 작용이 행해진다. 예를 들면, 남아있는 표백제 및 용해된 리그린을 포함하는 물을 제거하는 한 방법은 탈수 단계(또는 "형성 영역")와 복수의 역류 세척 단계(또는 집합적으로 "배치 단계")를 포함하는 벨트 형태 펄프 세척 장치와 관계가 있다. 상기 장치의 형성 영역은 롤들 사이에 연장된 벨트가 대체로 수평인 상부 흐름(run)을 가지며, 온-러닝(on-running) 단부(end)를 정의하는 브래스트 롤(breast roll)과 오프-러닝(off-running) 단부를 정의하는 쿠치 롤(couch roll)에 연장되어 계속해서 움직이는 소공(foraminous) 벨트를 이용한다. 상기 벨트 밑에 위치한 일련의 흡입 상자들은 형성 영역에서 펄프의 최초 탈수에 대비하고, 배치 영역에서 세척과 탈수를 제공하기 위해 일련의 샤워장치들(showers)과 결합한다. 도 3에서, 벨트 세척기로부터의 하류 부분에는, 펄프 매트(pulp mat)를 통한 배수를 위해 상부에서 세척 액체가 사용되는 일련의 세척 영역 또는 단계가 도시되고 있다. 도 4에서 보는 바와 같이, 가장 새롭거나 깨끗한 세척 액체는 마지막 작업 단계에서 가장 가까운 영역에 사용되고 상기 영역에서 상기 매트를 통해 배수되는 상기 액체는 수집되며 즉시 이어지는 세척 단계로 이동된다. 이것은 영역에서 영역으로 되풀이되고, 그래서 가장 깨끗한 펄프가 가장 깨끗한 물로 처리되고, 가장 더러운 펄프는 가장 더러운 물로 처리된다. 섬유 시멘트 생산과 종이 펄프 생산은 두 개의 독립적으로 짜여진 금속 와이어로 구성된 두 개 층의 드럼(drum) 커버에 의해 덮여진 드럼을 이용한다. 일반적으로 "백킹(backing)" 와이어라고 하는 제1 와이어는 먼저 드럼에 부착되고 전형적으로 양질의 청동 와프(warp)와 품질이 더 낮은 청동 슈트(shute)로 이루어진다. 일반적으로 "페이스(face)" 와이어라고 하는 제2 와이어는 두 개 층의 드럼 시스템의 주된 지지대(support)이고 백킹 와이어에 사용되는 금속 합금보다 더 고급의 품질을 갖는 금속 합금으로 이루어진다.