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한국화학연구원, 포스트 페트(PET)병 ‘친환경 플라스틱 페프(PEF)’ 촉매개발에 성공

관리자 2019-05-13

복합소재 사출성형의 불량 현상과 대책 1

Ⅰ. 서 론 복합소재의 개발은 매트릭스와 필러의 개발을 시작으로 복합화 과정과 이를 이용한 부품화 기술을 전체적으로 다루고 있다. 소재를 개발하여 부품화 한다는 것은 성능과 원가를 만족해야만 시장에 등장시킬 수 있음을 의미한다. 이러한 이유로 소재부품 산업은 원천기술에서 응용기술, 그리고 공정기술의 통합 기술이라 할 수 있을 것이다.이미 오랜 기간 고분자 소재의 부품성형 기술 중 사출성형은 현장에서 최적화되어 있으며, 각 기업에서 사용하고 있는 고유의 고분자 소재를 이용한 공정 기술 최적화가 숙련도로만 여겨지는 경우가 많았다. 그러나, 최근 복합소재의 특성이 다양하게 요구되고 이러한 기능성 복합소재들은 각 레시피에 따라 유변학적 성질이 다르게 나타나고 있다.따라서 기존의 고분자 소재를 기반으로 하는 숙련된 공정 기술만으로 대응하기가 쉽지 않고, 적용 부품이 다양화되면서 성형기술에 대한 관심은 더욱 높아지고 있다.본 고에서는 사출성형에서 발생될 수 있는 불량현상과 이에 대한 대책을 소개하고자 산업 현장의 고경력 기술자들에 의해 know-how로 여겨지던 자료를 정리하였다. 우수한 소재 특성을 부품에서도 구현할 수 있도록 성형공정 기술을 완성해야 상품성과 기능성을 나타낼 수 있기 때문이다.

이용우 2019-05-13

Moldex3D의 Hot Runner 해석

이티에스소프트(주) Moldex3D 사업부 기술지원김명호 과장Hot Runner System 소개런너 시스템은 사출성형 공정에서 매우 중요한 역할을 한다. 런너를 통해 사출기 노즐에서 캐비티까지 용융 수지가 운반된다. 따라서, 최적의 런너 디자인은 제품의 품질을 높이는데 대단히 중요하다. 하지만 보편적으로 사용되어 왔던 콜드 런너 시스템들은 폐 수지의 발생 및 이를 재사용함으로써 생기는 문제나 전체적인 사이클 타임 증가 같은 문제점을 안고 있다. 또한, 웰드라인이나 표면 광택 저하 등과 같은 제품 외관상 나타나는 문제점들은 전통적인 콜드 런너 시스템을 사용할 때 종종 나타나는 현상이다. 결론적으로, 핫런너 기술은 사출공정 과정에서 나타나는 이러한 문제점들에 대응하기 위해 널리 적용되어 왔다. 핫런너를 적용함으로써 볼 수 있는 장점은 사출압 및 형체력을 감소시킬 수 있어 더 쉽게 캐비티를 충전 시키고 전체 사이클 타임을 줄일 수 있으며, 제품 품질을 향상시킬 수 있고 에너지와 원료를 절감할 수 있다는 점이다. 이러한 장점이 많은 핫런너 시스템을 적용하고 있는 제품으로는 자동차용 범퍼나 대쉬보드, TV 커버 등 대형 제품뿐만 아니라 병뚜껑이나 실생활에 사용되는 용기 등 일반적으로 사용하는 제품군에도 다양하게 적용되고 있다. 핫런너 시스템은 핫런너 게이트와 핫노즐, 매니폴드와 히팅 코일 등으로 구성되어있다. 이러한 핫런너 시스템의 각 부분의 디자인은 전체 시스템의 효율에 지대한 영향을 미치게 된다. 그렇지만 핫런너 시스템의 메커니즘은 아주 복잡하기 때문에 온도 제어, 충진 불균형, 수지의 과열 등과 같은 몇 가지 결정적인 이슈를 현재까지 안고 있다. 결론적으로 핫런너 디자이너나 제작자들에게 실제 현장에 적용하기 전에 이러한 잠재적인 문제들을 예측하기 위한 시뮬레이션 기술의 요구가 커지고 있다.

이용우 2019-05-13

우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 10

▶ 4월호에 이어서...8. 무접점 릴레이 SSR(Solid State Relay)1) 원리 및 특징 설명반도체 릴레이(Solid State Relay, SSR)는 전기기계 릴레이와 다르게 움직이는 부품을 포함하지 않는 전자 스위치로 무접점 릴레이라고도 한다. 반도체 릴레이의 종류는 빛에 반응하는 반도체 릴레이, 전압에 반응하는 반도체 릴레이와 두 가지 모두에 반응하는 반도체 릴레이가 있다. 빛에 반응하는 반도체 릴레이는 부하에서 광학적으로 분리된 상태이며, 낮은 전압 신호로 제어한다. 일반적으로 빛에 반응하는 반도체 릴레이에서 제어 신호는 빛에 반응하는 다이오드가 동작하도록 발광 다이오드에 전압을 가한다. 광 다이오드가 턴온되면, 연속된 사이리스터, 실리콘제어 정류기, 금속 산화막 반도체, 전계효과 트랜지스터의 스위치가 부하에 연결된다.2) 구조 및 결선도장점: 움직이는 부품이 없어서 마모되는 곳이 없으므로 수명이 길다.전기적 노이즈가 적다.단점: 열렸을 때 역으로 새는 전류(수 µA)가 존재한다.

이용우 2019-05-13

㈜한국마쓰이의 스케일 제거장치 ‘SRS(Full Auto Scale Remove & Separate)’

고품질 제품 생산과 높은 생산성을 위해서는 수질관리는 선택이 아닌 필수!100년 실적의 일본 합리화기기 선두기업인 마쓰이제작소와 기술, 자본 합작으로 1987년에 설립된 ㈜한국마쓰이(이하 한국마쓰이)는 국내에 원료 제습과 건조, 수송, 온도 조절, 정수처리, 냉각시스템, 배합, 분쇄 및 리사이클링 등 진보화된 플라스틱 성형공장의 합리화기기 및 시스템을 공급해오고 있다. 본지에서는 국내 플라스틱 성형 합리화기기의 선두주자로서의 자부심과 책임을 동시에 가지고 고객 만족을 위해 항상 힘쓰고 있는 동사의 스케일 제거장치인 ‘SRS(Full Auto Scale Remove & Separate)’에 대해 자세히 소개하고자 한다.수질관리를 위한 스케일 제거장치, ‘SRS(Full Auto Scale Remove & Separate)’사출 및 압출 성형공정에서는 온도 조절을 위해 냉각수가 사용된다. 그러나 냉각수가 흐르는 관 내부에는 시간이 지나면서 스케일(Scale)이 발생하는데, 바로 이 스케일로 인해 제품의 품질이나 생산성이 하락할 수 있어 수질관리에 대한 중요성이 주목받고 있다. 한국마쓰이에서 이 중요한 수질관리를 위해서 수처리 장비인 ‘SRS(Full Auto Scale Remove & Separate)’를 제공하며, 업계에 새로운 바람을 일으키고 있어 화제다. 펌프(Pump), 스케일 리무버(Scale Remover), 세퍼레이터(Separator) 등으로 구성된 SRS는 전기분해 방식의 스케일 제거장치로 일본마쓰이의 투자로 한국마쓰이가 개발한 제품이다.이 특별한 제품의 구동 방식은 스케일 리무버에서 원형의 음(-)극이 지속적으로 스케일을 석출시키고, 고정된 금속 날(Blade)이 음극 표면에 석출된 스케일을 제거해 최적의 전기분해 환경을 유지한다. 이어 양(+)극에서 생성된 강력한 산화 성분(OH기, 과산화수소, 염소기체)이 세균, 미생물, 녹조 등을 제거(살균 소독)한 후, 마지막으로 원심분리 여과 방식에 의해 필터 없이도 이물질이나 찌꺼기가 걸러지고 마지막 단계에서 한 곳으로 배출되는데, 여기에 모인 찌꺼기는 한꺼번에 처리할 수 있게 되어 있다. 특히, SRS는 이 모든 과정이 전자동(무인운전)으로 이루어지기 때문에 관리 인원이 필요하지 않고, 편리하게 사용할 수 있다는 것이 장점으로 꼽히고 있다. SRS, 3無의 특징으로 업계를 사로잡다!한국마쓰이의 SRS는 여러 강점이 내재되어 있는데, 그중에서도 특히 세 가지의 특징으로 사출 및 압출 성형업계의 마음을 사로잡고 있다. 첫 번째, 유지비용이 없다는 것이다. SRS는 필터가 없으므로 정기적으로 교체해야 하는 소모품이 없다. 두 번째, 역세(逆洗, back washing) 과정과 냉각수의 소모량이 없다. 그에 따라 물 부족 현상이 발생하지 않아 업체가 사용하기에 매우 용이하다는 장점이 있다. 마지막으로, 한국마쓰이의 SRS는 약품을 사용하지 않아 친환경적이라고 할 수 있다. 보통 쿨링 타워나 냉각시스템에는 스케일 제거와 세균 번식을 막기 위해 약품을 사용하는데, 이는 설비의 부식을 유발하고 강산성으로 폐수를 발생시킬 가능성이 있다. 여기서 문제는 이 약품이 들어있는 냉각수를 그냥 버리게 되면 환경법에도 저촉될 수 있다는 점. 하지만 SRS는 약품 없이 전기분해 방식으로 살균이 이뤄지기 때문에 전혀 문제가 없다.이 같은 강점으로 무장한 SRS는 한국마쓰이의 매출을 끌어올릴 수 있는 수출 주력 모델로 손꼽히고 있는데, 특히 마쓰이 그룹이 글로벌 시장을 공략할 전략모델로 점찍어 놓아 마케팅 활동에 전폭적인 지원이 예상되고 있다고 한다. 국내는 물론, 해외까지 판로 확대에 주력사출 및 압출 성형 과정에서 고품질 제품 생산과 높은 생산성을 위해 수질관리가 매우 중요하다고 강조하는 한국마쓰이는 더 좋은 수처리 관련 제품과 기술을 개발하기 위해 노력하고 있으며, SRS의 맞춤형 업그레이드를 통해 국내는 물론 해외 마케팅을 강화할 예정이라고 밝혔다.이에 SRS의 제품 스펙을 IOT(사물인터넷) 기능이 갖춰진 풀옵션 구성에서부터 IOT 기능을 뺀 풀옵션, 스케일만 제거하는 스펙과 이물질만 제거하는 스펙 등 4가지로 세분화해 시스템 공급가격을 차등 적용키로 했다.또한, 스케일 제거기능을 강화한 별도의 장비를 시스템에 구성함으로써 수처리의 예방에서부터 사후처리까지 가능한 토털 솔루션을 제공한다는 방침이다. 이 별도의 장비는 이동이 편리하도록 바퀴가 부착된 플라스틱으로 제작해 가격은 낮추고, 약품처리에 강한 내구성을 지니도록 했다. 한국마쓰이에서는 마쓰이 그룹의 글로벌 채널을 통해 인도, 미국, 멕시코, 브라질, 중국, 대만, 싱가포르, 태국 등 전 세계 지역에 공급할 예정이라고 전했다. ‘Factor4’로 고객 만족 UP, UP, UP!한편, 플라스틱 공장자동화 시스템 전문기업인 한국마쓰이는 오래전부터 플라스틱 산업의 원가절감과 생산성 향상에 고심해왔다. 그를 위한 해결책으로 국내 성형공장에 30여 년 동안 쌓아온 노하우와 경험을 토대로 국내 플라스틱 산업발전을 위해 ‘Factor4’라 불리는 신개념의 솔루션을 도입 및 추진하고 있다. 플라스틱 제품 생산현장에서 필요한 자원인 원재료, 물, 에너지의 소비를 절반으로 줄이고, 생산량 증대와 제품의 부가가치를 2배로 향상함으로써 소비자원 대비 생산성을 4배로 만드는 것이 바로 Factor4이다. 한국마쓰이는 Factor4의 실현을 위해 2017년 솔루션 시스템 사업부를 발족했다. 솔루션 시스템 사업부란 고객의 니즈를 정확하게 파악하고, 불필요한 장애 요소를 제거하며, 더욱 실용적이고 가치를 창출하는 비즈니스 사업을 말한다. 한국마쓰이는 이를 통해 고객의 비용을 최소화하고 생산 효율화를 증대시키며, 동사가 실현하고 있는 Factor4의 고객 만족도를 더욱 높여나갈 방침이라고 전했다. ㈜한국마쓰이 032-811-9400

편집부 2019-05-12

생기원, 초경량 전기차 배터리 하우징, 알루미늄 합금으로 만든다

이용우 2019-04-22

UNIST, 현대차와 미래세대 자율주행차 스타일 잡는다

- 정연우 교수팀, 산학협력 과제 선정… “i 세대 생활 반영할 것”- iF 디자인 어워드 2019 본상 등 모빌리티 분야서 종횡무진 활약미래세대를 위한 자율주행 자동차의 디자인 프로젝트가 시작된다. 현대자동차그룹이 내놓은 산학협력 과제 중 유일하게 외장 디자인 스타일링을 다루는 내용인데, 이를 UNIST(총장 정무영)이 주도하게 됐다.UNIST 디자인 및 인간공학부의 정연우 교수팀은 현대자동차그룹에서 선정한 산학협력과제에 선정됐다. 주제는 ‘i 세대를 위한 자율주행 자동차의 외관 스타일링’으로 4월부터 7개월간 진행할 예정이다.i 세대의 특징을 파악하기 위해 수집한 해시태그 예시 i 세대의 특징 중 ‘실제 경험’을 중시하는 부분을 반영한 디자인 콘셉트 예시i 세대는 1995년부터 2012년 사이에 태어나 스마트폰과 소셜미디어에 친숙한 미래세대를 일컫는다. 정연우 교수팀은 이들 세대의 생활양식과 소비문화를 반영한 자동차 외관 디자인을 계획하고 있다. 소셜미디어에 주로 활용하는 해시태그를 모아 분석하고, 이 세대들을 설명하는 주요 단어와 어울리는 자율주행 콘셉트를 살피면서 디자인 작업을 진행할 예정이다.현대차그룹의 산학협력은 주제별로 하나의 학교만 선정되는데, 외장 디자인 분야에서 예술대학이 아닌 과학기술원 UNIST가 뽑혀 눈길을 끈다. 정연우 교수는 “국내 완성차 기업이 과학기술원과 함께 진행하는 첫 외장 디자인 스타일링 사례이기도 하다”며, “그동안 축적된 UNIST의 디자인 역량과 자동차를 비롯한 각종 운송수단(mobility) 디자인에 특화된 연구실의 경험이 과제 선정에 도움을 줬을 것”이라고 분석했다.체이스체어의 콘셉트 그림체이스체어의 사용법_당겨서 접고 이동과 보관이 용이한 형태실제로 정연우 교수팀은 독일 ‘iF 디자인 어워드 2019’에서 ‘체이스클레어(ChaiseClaire)’라는 신개념 운송수단으로 본상을 받기도 했다. 체이스클레어는 무겁고, 힘들게 바퀴를 밀어야 하는 휠체어를 혁신적으로 개선한 새로운 운송수단이다. 그래핀과 고탄성 매쉬 소재를 이용해 무게를 줄이고, 전력으로 구동을 돕는 인휠 모터를 장착해 힘이 약한 사람도 쉽게 이용할 수 있다.정연우 교수는 “휠체어는 환자나 노인처럼 거동이 불편한 사람만 이용한다는 고정관념에서 벗어난 차별화된 시도”라며, “일반인도 한번 타보고 싶다는 생각이 들 만큼 매력적이라 ‘새로운 1인 운송수단(personal mobility)’으로 쓰일 수 있을 것”이라고 설명했다.체이스클레어는 2021년 출시를 목표로 양산화도 추진 중이다. 이를 위해 실제 사용될 작동방식, 인체공학적 형태, 조립 구조를 고려한 설계까지 진행하고 있다. 바퀴 내부에 장착될 모터는 사용자가 힘을 적게 들이도록 돕는다. 또 휠체어를 사용하는 사람들의 동작을 시뮬레이션해 안정된 무게중심도 연구했다.정 교수는 “국제 디자인 대회에 출품되는 디자인 대부분이 콘셉트에 그치는 반면, 체이스클레어는 상용화까지 염두에 두고 디자인 작업을 진행했다”며, “드론 돔(Drone Dome)이라는 회사와 함께 양산까지 추진할 예정이며, 올해 말경에는 시제품을 볼 수 있을 것”이라고 밝혔다.한편 정 교수팀은 2018년부터 현재 경기도에서 운행되고 있는 국내 최초의 자율주행 버스인 ‘제로 셔틀(Zero Shuttle)’의 디자인으로도 유명하다. 또 2017년에는 만도와 함께 개발했던 모듈형 사륜 전기 자전거, 8개 국가연구기관이 공동연구하는 차세대 운송수단 하이퍼루프 디자인으로 다수의 디자인상을 받았고, 2016년에는 엘지전자와 개발했던 로봇 유모차 ‘베이비킹(Babyking)’으로 스파크 디자인 어워드 대상을 수상한 바 있다. 2015년에는 신개념 수상동력정을 개발했다. 최근에는 전기차 토털 서비스 솔루션 전문업체인 ‘이빛컴퍼니’와 손잡고 오래된 자동차를 전기자동차로 개조하는 과정에서 디자인 개발 부분을 지원하기로 협약했다.자료문의대외협력팀: 장준용 팀장, 박태진 담당 (052)217-1232디자인 및 인간공학부: 정연우 교수 (052)217-2712

취재부 2019-04-22

생분해성 비닐봉투 ‘잘 찢어지는’ 문제해결 한국화학연구원, 바이오플라스틱기반 100%생분해성 비닐봉지

- 목재‧게 껍질 추출 보강재 첨가… 기존 생분해성 비닐봉투 대비 인장강도 2배 향상바이오플라스틱 비닐봉투(셀룰로오스 및 키토산 보강)와 그 분해 실험(왼쪽)이번에 개발한 셀룰로오스‧키토산 나노섬유 첨가 바이오플라스틱 비닐봉투(오른쪽)연구진은 자체적으로 땅속에 새로 개발한 생분해성 고강도 비닐봉투를 매설한 후 썩어서 없어지는데 걸리는 기간을 실험했다. 그 결과 완전히 분해되는데 총 6개월이 소요됐다. 국내 연구진이 생분해성 비닐봉투의 ‘잘 찢어지는’ 문제를 해결하고, 100% 생분해되는 친환경 비닐봉투 시제품을 개발하는 데 성공했다. 기존 생분해성 비닐봉투와 비교해 인장강도가 2배나 높아 시중에서 쓰이는 석유계 비닐봉투를 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 한국화학연구원 오동엽‧황성연‧박제영 박사는 바이오플라스틱(PBS)* 기반 생분해성 고강도 비닐봉투를 개발했다. 이 생분해성 고강도 비닐봉투는 자체 간이실험 결과 땅속에서 6개월 이내 100% 분해되는 것으로 확인됐다. * 바이오플라스틱(PBS‧Polybutylene succinate): 대표적인 생분해성 바이오플라스틱으로, 바이오매스(사탕수수, 옥수수, 나무, 볏짚 등으로 생성된 식물자원) 기반 단량체(단위분자)와 석유 부산물 기반 단량체를 중합해 제조한 고분자. 또한, 기존 생분해성 비닐봉투는 물론이고 석유계 비닐봉투보다도 더 강하고 질겼다. 그동안 바이오플라스틱은 생분해되지만, 인장강도(비닐봉투의 튼튼한 정도)가 약해 쉽게 찢어지는 문제가 있었다. 하지만 한국화학연구원 연구진은 목재펄프와 게 껍질에서 추출한 보강재를 첨가해 인장강도가 약한 바이오플라스틱의 한계를 극복했다. 50L 반응기에서 비닐봉투와 빨대 시제품을 생산하는 데 성공한 터라, 상용화 가능성도 높다. 이번에 개발된 생분해성 고강도 비닐봉투의 핵심은 목재펄프와 게 껍질에서 추출한 물질로 만든 나노섬유* 수용액이다. * 나노섬유: 직경이 나노미터 수준으로 매우 가는 초극세사. 연구진은 먼저 목재펄프와 게 껍질에서 각각 셀룰로오스*와 키토산*을 추출해 화학처리 한 후, 고압 조건에서 박리(잘게 쪼개는 과정)했다. 다음에는 이 과정에서 얻은 나노섬유가 분산된 수용액을 바이오플라스틱(PBS) 제조 시 첨가해 기계적 물성을 극대화했다. * 셀룰로오스: 목재, 식물을 구성하는 주요 성분으로 지구상에서 가장 풍부한 자연산물.* 키토산: 게, 새우, 곤충, 버섯을 구성하는 주요 성분으로 지구상에서 두 번째로 풍부한 자연산물이며, 항균성을 가지고 있음. 그 결과 100% 생분해되는 것은 물론이고, 바이오플라스틱의 약점으로 꼽히는 인장강도도 크게 개선됐다. 일반적으로 쓰이는 석유계 플라스틱인 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE)의 인장강도가 40MPa(메가파스칼) 이상인 데 반해, 기존 바이오플라스틱 비닐봉투의 인장강도는 대체적으로 35MPa 이하여서 찢어질 위험이 높았다. 하지만 연구진이 개발한 생분해성 고강도 비닐봉투의 인장강도는 65~70MPa를 기록했다. 이는 질긴 플라스틱의 대명사인 나일론과 유사한 수준이다. 나일론은 낙하산과 안전벨트 소재로 쓰인다. 또한, 별도의 항균처리 없이 자체적으로 식품 부패를 방지하는 항균 능력도 갖췄다. 이 같은 효과는 키토산 덕분이다. 키토산은 천연 항균제로 박테리아를 살균하는 능력이 있다. 이번에 개발한 바이오플라스틱 필름과 대조군인 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE) 필름에 대장균을 노출시킨 후 48시간 경과 시, 바이오플라스틱 필름의 대장균은 90%가 사멸한 반면, PP와 PE 필름의 대장균은 거의 죽지 않았다. 이번 연구결과는 총 3편의 국외 SCI 학술지에 소개됐고, 대표적으로 소재 분야 저널 ‘카보하이드레이트 폴리머(Carbohydrate Polymers, IF:5.158)’ 2월호에 ‘Five different chitin nanomaterials from identical source with different advantageous functions and performances’라는 논문으로 게재됐다. 또한, 국내 특허도 2건 등록했다. 한국화학연구원 황성연 바이오화학연구센터장은 “가까운 미래에 대형 마트에서 쓰는 비닐봉투, 과일을 포장하는 비닐롤백, 커피음료의 빨대를 우리가 개발한 친환경 소재로 바꾸고 싶다”라고 말했다. 이번 연구를 주도한 오동엽 박사는“우리가 개발한 소재가 최근 불거진 국내 플라스틱 쓰레기 문제를 해결하는 데 기여했으면 좋겠다”고 밝혔다.한편, 이번 성과는 한국화학연구원‧울산광역시 기술협력 사업으로 이뤄졌다.

이용우 2019-04-22