기술과 솔루션
트윈압출기를 이용한 열가소성 수지 혼합기술
작성자 : 강민정
2016-10-17 |
조회 : 2626
트윈압출기를 이용한 열가소성 수지 혼합기술
프레딥 박쉬 박사(Dr. Pradeep Bakshi)
현대 사회에서 컴파운딩은 ‘새로운’ 종류의 플라스틱을 만드는데 사용된다. 왜냐하면 아주 다양한 종류의 플라스틱 소재가 광범위한 용도에 적합해야 할 뿐만 아니라 최종 소비자를 만족시켜야 하기 때문이다. 또한 개별용도에 꼭 맞는 새로운 원료를 찾아내고 생산하는 것은 엄청난 비용이 들기 때문이다. 컴파운딩은 새로운 폴리머를 개발하는 것에 비해 빠르고 쉽고 비용이 저렴한 대안을 제공해준다. 이것이 바로 컴파운딩이 기본적인 폴리머의 성질을 바꾸기 위한 인기 있는 공정이 된 이유이다.
실제로 매우 인상적인 몇몇 폴리머들은 컴파운딩 되지 않았다며 상업적인 성공을 절대 이루지 못했을 것이다. PVC는 잘 알려진 한 예이며, Norly(GE 플라스틱의 PPO 혼합물)가 또 다른 예이다.
사실, 몇 년 전까지 대부분의 폴리머는 합성할 때 즉시 컴파운딩을 했다. 왜냐하면 폴리머는 공기(산소)와 빛, 열로부터 보호받을 수 있는 정교한 조치가 취해지지 않는 한 첨가제와 안정제 없이 몇 시간 이상 품질을 유지할 수 없기 때문이다. 폴리프로필렌이 그 예이다. 화학반응의 마지막 단계에서 이러한 첨가제들을 혼합시키는 새로운 공정과 기술이 탄생했다. 이 공정으로 폴리머의 품질 유지에 매우 중요한 컴파운딩 과정을 생략시킬 수 있게 되었다.
컴파운딩 공정 - 3가지 M
사실 컴파운딩 과정은 압출기 내의 몇 가지 다른 유닛 작업으로 구성되어 있다. 이 각각의 작업을 자세하게 논의해보고자 하는데 기본적인 공정은 세 가지 M - Melt, Mix, Metering(융해, 혼합, 계량)로 이뤄져 있다.
일반적인 압출이 융해와 계량에 중점을 둔다면 컴파운딩 압출은 혼합을 중요시 여긴다.(그림 1)
일반적인 압출에서 혼합단계는 생략이 되거나, 있다고 해도 그렇게 중요하지 않다. 이를 통해 혼합단계가 포함된 컴파운딩 압출기가 일반 압출기에 비해 L/D가 높은 편이라는 것을 알 수 있다.
트윈압출기를 이용한 열가소성 수지 혼합기술
프레딥 박쉬 박사(Dr. Pradeep Bakshi)
사진. STEER OMEGA 100
5단계 공정
현장에서는 ‘세 가지 M’ 공정보다 훨씬 많은 컴파운딩 공정이 있다. 사실, 컴파운딩은 투입, 융해, 혼합, 벤팅(venting), 계량과 같은 최소 다섯 개의 공정으로 이루어져 있다. 융해 단계의 다음 단계에서 추가적인 투입 작업이 있을 시 6단계 공정도 자주 쓰이는데, 특히 유리섬유를 사용할 때 6단계 공정을 사용한다. 투입 혹은 벤팅에서 발생되는 “공정”의 중요성은 늘 토론의 주된 주제였다. 즉 투입포트에 물질을 투입하거나 벤트포트에 진공을 거는 것인데 컴파운딩 전체 공정은 5단계로 간단한 것 같지만, 실제 공정은 그리 간단하지 않다.
현대의 트윈압출기는 STARVE-FED 장치이다. 이것은 투입 호퍼를 가득 채워서는 안되고, 또 Screw RPM을 설정하는 것만으로 샌산량을 제어해야 한다는 것을 의미한다.
호퍼가 가득 찬 상태로 운전한다면, Co-Rotating 트윈스크류 압출기는 극소수의 경우를 제외하고는분명히 과부하가 걸릴 것이다.
현장에서 이런 압출기들은 압출기의 특정 부분에서만 스크류 날개를 100% 가득 채워 작동시킨다. 이론적으로는 “스크류 날개의 충진 퍼센트가 높을수록 재료의 컴파운딩이 더 잘 된다.”
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