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제목 (주)바스코 주상규 대표이사
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2020/11/02 18:03

스크류 수명의 최강 솔루션 텅스텐 카바이드·플라즈마 코팅

(주)바스코 주상규 대표이사

 

현존 최강의 ‘텅스텐 카바이드’ 코팅

플라스틱 가공에서 매우 중요하면서도 의외로 잘 다루어지지 않는 부문이 가소화 장치가 아닐까 싶다. 근래 플라스틱 소재가 다양해지고 여러 첨가제와 복합소재들이 새롭게 등장하면서 보다 강한 재질의 스크류와 배럴에 대한 요구도 커지고 있다. 이에 따라 스크류와 배럴에 대한 열처리와 함께 바이메탈 코팅을 적용하는 추세가 늘고 있다.

산업현장에서는 현존하는 가장 강한 스크류 코팅기술로 텅스텐 카바이드 코팅을 꼽는다. 현장 관리자의 단순 경험담이 아니라 다양한 실험 데이터의 수치가 이를 보여주고 있다. 텅스텐 카바이드 코팅은 스크류의 기대수명을 획기적으로 늘려준다. 텅스텐 카바이드 코팅은 가장 강한 만큼 가장 어려운 기술로 손꼽히는데, 현재 이 기술을 제대로 구현하는 기업은 미국의 Extreme Coatings(익스트림 코팅스)가 유일한 것으로 알려져 있다.

Extreme Coatings는 플라스틱산업에서 사출 및 압출 스크류, 혼합 로터의 텅스텐 카바이드 코팅에 관한 원천기술을 보유한 글로벌 선두업체로 E사, K사, M사 등 세계적인 플라스틱 사출기제조업체들이 모두 Extreme Coatings의 제품을 이용하고 있다. Extreme Coatings의 텅스텐 카바이드 코팅기술은 이제 국내에서도 사용이 가능하다. 이러한 신기술의 국내도입을 이끌고 있는 기업이 (주)바스코(이하 ‘바스코’)다. 

바이메탈 배럴부터 스크류, 노즐, 에코 히터, Degas 사출 실린더에 이르기까지 가소화 부문에서 지속적인 신기술 개발과 선진기술의 도입을 통해 국내외시장을 선도해 온 바스코가 최근 텅스텐 카바이드 코팅(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel)과 PTA(플라즈마) 코팅을 통해 스크류의 수명을 한 차원 끌어올리는 첨단기술을 선보이며 업계에서 화제를 불러일으키고 있다.

 

스크류는 플라스틱 가공의 심장

가소화 부문에서 무엇 하나 중요치 않는 부품이 없겠지만 특히 스크류와 체크링의 중요성은 ‘플라스틱 사출의 심장’에 비견될 정도로 핵심요소로 인식된다. 스크류가 망가지면 작동 자체가 불가능하기 때문이다.

주상규 대표는 “범용소재가 주를 이루던 과거와 달리 이제는 복합소재들이 등장하면서 플라스틱 가공에서 극내마모 · 극내부식 스크류에 대한 요구가 점차 커지고 있다”면서 “혁신적인 스크류 디자인 못지않게 스크류와 체크링의 수명을 늘리는 일이 최대 과제가 됐다”고 말한다.

고정돼 있는 배럴과 달리 플라스틱을 가공하는 동안 역동적인 움직임 속에 있는 스크류는 매순간 상당한 힘과 압력을 받는다. 폴리머는 스크류 회전에 의해 배럴 벽에 끌려 마찰되면서 전단력이 생기고 용융이 시작되는데 이때 발생하는 마찰열도 상당하다. 가공 소재에 따라 차이가 크지만 스크류에 가해지는 지속적인 힘과 압력, 마찰열 등에 의해 스크류는 용착되거나 부식 또는 마모돼 서서히 제 기능을 상실하게 된다. 이로 인해 성형불량이 나타나고 생산성 감소와 생산비 상승으로 이어진다.      

배럴의 기대수명을 1로 봤을 때, 일반적으로 스크류는 3~4배, 체크링은 5~6배 더 빠르게 마모된다. 생산현장에서는 이런 상황을 기정사실로 받아들이지만 매우 큰 손실이 아닐 수 없다. 최근 전기자동차 생산증가에 따라 가볍고 튼튼한 경량화 부품 수요도 함께 늘면서 이에 따라 복합소재, 그중에서 유리섬유(Glass Fiber) 60% 함유 복합소재의 생산도 점차 늘고 있는 추세다. 플라스틱 가공에서 유리섬유 첨가율이 증가할수록 그에 비례해 스크류의 마모와 부식도 증가할 수밖에 없고 스크류의 기대수명도 그만큼 짧아지게 된다. 

그런 이유로 가소화 부문에서 스크류와 헤드, 체크링의 수명을 늘리는 일이 최대 이슈로 떠오르고 있는데 이를 해결하기 위해 많은 관련기업들이 다양한 바이메탈 스크류를 선보이고 있다. 현장의 경험칙이나 데이터에 근거해볼 때 현재 텅스텐 카바이드 코팅이 여타 바이메탈 스크류를 압도하는 월등한 성능을 보여주고 있으며, 이 기술에 관해서는 Extreme Coatings가 독보적인 위상을 점하고 있다. 

배럴, 스크류, 스크류 헤드, 체크링, 시트링 등 가소화 부문의 부품들에 선진기업의 첨단기술을 접목해 제작해오고 있는 바스코는 지난해 Extreme Coatings와 기술제휴를 맺고 한 단계 진화한 스크류 코팅기술을 접목한 신제품을 국내시장에 선보이게 된 것이다.

 

Extreme Coatings의 원천기술 도입

Extreme Coatings는 스크류 표면에 대한 텅스텐 카바이드 코팅기술을 보유한 독보적 기업이다. 몇몇 해외 기업들도 텅스텐 코팅을 한다고는 하지만 실질적으로 기술력을 인정받아 제대로 하는 곳은 Extreme Coatings가 유일하다. 텅스텐 카바이드를 적용한 극내마모 극내부식 코팅은 타의 추종을 불허할 정도의 막강한 성능을 보여준다.

Extreme Coatings가 텅스텐 카바이드 코팅기술을 개발한지 15년 이상 됐지만 독일의 R사, 미국의 X사 등 동종업계의 세계 유수기업들도 Extreme Coatings에서 직접 텅스텐 카바이드 코팅을 적용해가는 상황이다. 그동안 많은 기업들이 이 기술에 도전했지만 Extreme Coatings를 제외하고는 만족할만한 결과를 얻지 못했기 때문이다.

바스코의 주 대표는 5~6년에 걸친 Extreme Coatings와의 긴밀한 사업관계로 신뢰를 쌓아왔고 이를 바탕으로 지난해 제휴를 통해 기술도입을 이끌어냈고 마침내 한국생산까지 가능하게 됐다. 바스코 직원들은 미국 현지에 파견돼 수개월간 상주하며 Extreme Coatings의 첨단기술을 직접 체험하고 습득해왔으며, 앞으로도 정기적으로 미국 현지에서 신기술을 도입할 계획이다. 

고정밀도를 자랑하는 Extreme Coatings의 텅스텐 카바이드 기술도입을 통해 국내 제조업계도 인식의 변화가 일어날 것으로 보인다. 한 가지 예를 들면, 국내 제조현장에서는 그동안 배럴과 스크류 중에서 스크류 가격이 상대적으로 낮기 때문에 관리자는 배럴 보호를 위해 경도가 낮은 스크류를 원하는 경우가 적지 않았다. 즉 스크류 경도가 배럴 내면 경도보다 높으면 배럴의 마모가 촉진된다는 선입견이 만연해 있었다.

하지만 미끄럼 마찰·마모시험(ASTM G65A)과 용착마모시험(ASTM G77) 결과에 따르면 텅스텐 카바이드 코팅 스크류의 경도가 배럴의 경도보다 높아도 배럴의 마모를 야기하지 않으며, 오히려 배럴 수명이 연장됨을 보여준다. 실험결과는 금속 카바이드 코팅의 경우 기존 가정이 맞지 않을 수 있음을 입증했다. 주 대표는 “현장에서는 그런 염려를 많이 하지만, 텅스텐 카바이드 표면은 윤활성이 좋아 배럴에 닿아도 고열에 의한 용착이 생기지 않는다”고 강조했다.

체크링은 주사기의 패킹과 같다

주 대표는 “사출기에서 가장 중요한 부품은 체크링”이라고 단언한다. 스크류 헤드와 스크류 사이에 있는 체크링은 수지의 개량시에는 앞으로 붙고 사출시에는 뒤로 붙어 수지의 사출을 돕는다. 스크류 디자인이 아무리 뛰어나도 체크링에 마모가 일어나면 무용지물이 된다. 체크링의 마모는 곧바로 제품성형불량으로 이어지기 때문이다. 단 0.1㎜ 혹은 0.3㎜ 정도의 마모가 발생해도 정상 사출은 불가능하다.

사출기를 주사기에 비유하자면, 스크류는 밀대에 해당하고 체크링은 고무패킹과 같은 역할을 한다. 즉 주사기의 고무패킹이 닳아지면 정상적인 수액 주입이 불가능하듯 사출기에서도 체크링이 마모되면 수지의 역류현상으로 성형불량이 발생하게 된다. 게다가 사출기에서는 스크류가 쉼 없이 회전하기 때문에 체크링에 가해지는 마찰열도 그만큼 지속적이고 그에 따라 부식과 마모에 취약할 수밖에 없는 구조다.

체크링에는 크게 ‘캐슬 타입’과 ‘링 타입’이 있다. 링 타입은 스크류와 함께 회전하지 않기 때문에 발열이 적은 장점이 있는 반면 사용시간이 늘수록 마모가 심화돼 쉽게 뒤로 빠지는 단점이 있다. 그런 이유로 기존에 국내 제조현장에서는 보다 안전한 ‘캐슬 타입’을 선호한다. 그런데 ‘링 타입’의 마모에 대한 방비책이 없어 ‘캐슬 타입’을 쓰는 것일 뿐 사실 ‘캐슬 타입’은 민감한 소재에는 맞지 않는다. ‘캐슬 타입’ 또한 스크류와 함께 맞물려 회전하기 때문에 접촉부위 마모로 인한 수명 단축은 피할 수 없는 문제다.

스크류와 체크링은 한마디로 소모품이다. 기존에는 스크류와 체크링에 고속회전과 마찰열에 의한 스크래치가 발생하고 표면이 밀려들어가기 시작하면 금세 부식과 마모로 이어져도 대책이 없었다. 부식과 마모를 방지할 제대로 된 코팅기술이 없었기 때문이다. 하지만 해외 선진기업들은 스크류와 체크링 코팅을 통해 이런 문제를 해결해왔고 이제 국내에서도 바스코에 의해 그러한 솔루션 적용이 가능해진 것이다.

 

비용절감에 뛰어난 P.T.A. 플라즈마 코팅

바스코에서는 스크류 표면과 마찬가지로 체크링에도 접촉부위에 250µ(0.250㎜) 정도 두께로 텅스텐 카바이드를 입히는데 고른 피막형성을 위해서는 코팅공정에 특별기술이 들어간다. 하지만 특정부분에만 코팅이 필요한 경우, 예를 들어 스크류 헤드와 체크링의 접촉면이 닿는 특정부위에만 코팅이 필요한 경우는 플라즈마 코팅이 제격이다.

바스코가 텅스텐 카바이드 코팅과 함께 최근 도입한 혁신기술이 P.T.A.(Plasma Transferred Arc) 플라즈마 스크류 코팅이다. P.T.A. 플라즈마 코팅은 기공이 극히 적고 결합력이 센 코팅을 가능하게 해준다. 연료와 산소의 혼합물이 스프레이 건 내부에서 연소하면서 3,300℃의 고온·고압가스를 만들어내고 분말 코팅재는 연소로 생성된 고압 분출가스에 분사되면서 모재에 달라붙어 10,000psi가 넘는 강력한 결합 강도를 갖게 된다.

플라즈마 코팅을 적용할 경우 처음의 규격대로 타이트한 공차 유지가 가능해지면서 스크류 수명이 최소 두 배 이상 증가하고 일정한 사이클 타임 유지와 수지의 특성 유지, 그리고 불량률 감소로 생산량은 2~4배 늘어난다. 또 기계정비 시간 감소 등 관리비 손실도 최소화할 수 있다.

게다가 이러한 플라즈마 코팅은 비용 면에서도 매우 효율적이다. 하이스강(High-Speed Tool Steel) 등 기존 공구강 스크류와 비교했을 때 플라즈마 코팅은 상대적으로 원가절감이 가능하다. 또한 공구강은 고온에서 열처리를 하기 때문에 휨이 심한 편이고 재차 열처리를 한 후 프레스로 밴딩을 한다해도 휨 현상을 잡는 데는 한계가 있다. 공구강 연마 후 확인해 보면 내경과 외경의 치수 차이를 발견하게 되는데, 이 경우에도 플라즈마 코팅이 대안이 될 수 있다.

 

진화된 첨단장비 구축하며 기술 강국을 꿈꾸다

텅스텐은 우리가 사용하는 가장 강한 금속 중 하나다. 일반적으로 금속을 깎는 절삭공구의 초경합금에 텅스텐 카바이드 88%, 코발트 또는 니켈 10~12%가 들어가는데, 텅스텐 카바이드 스크류에는 금속을 깎을 정도의 강한 초경이 스크류 전체에 코팅층을 형성하고 있다. 하지만 기존 내마모, 내부식 바이메탈 스크류 구입가격 정도면 최강의 텅스텐 카바이드 코팅을 선택할 수 있다. 하이테크지만 사용기업을 늘리기 위해 시장가격을 낮게 설정했다는 설명이다.

바스코는 텅스텐 카바이드 코팅장비와 플라즈마 코팅장비를 구축하고 본격적인 공급에 나선다. 최근에 들여온 8M 스크류 작업이 가능한 플라즈마 코팅 시스템은 국내에서 가장 큰 장비다. 바스코는 한 단계 진화한 기술을 앞세워 국내시장뿐만 아니라 중국시장과 일본시장까지 공략해 갈 계획이다.

중국기업이 납기나 가격 측면에서 매우 위협적으로 성장하고 있으나 섬세함과 정밀도가 요구되는 기술수준에는 아직 못 미친다는 것이 주 대표의 평가다. 까다로운 일본시장의 경우 첨단 코팅 기술력을 앞세워 극복하고자 한다. 실제 해외기업들에 배타적인 일본기업도 체크링 구매에 있어서는 바스코를 찾는다.

이러한 점들은 주 대표가 끊임없이 선진국의 첨단기술을 도입해온 이유이기도 하다. 주 대표가 설정한 바스코의 목표는 분명하다. 선진기업들의 첨단기술을 도입하고 최대한 빨리 우리기술에 접목해 국산 실린더와 스크류 기술이 한 단계 앞서 나갈 수 있는 기회를 만드는 일이다. 주 대표는 회사설립 후 지난 15년간 기술발전에만 몰두했다. 그동안 글로벌 선진기업 6~7군데의 에이전트를 하면서 다양한 첨단기술에 눈을 뜨고 많이 배우는 계기로 삼았다. 선진기술에 대해 연구하고 그것을 국산화시키는 데 전념했다.

지금도 주 대표는 밤 10시까지 공부하고 연구하는 습관을 놓지 않고 있다. “스스로 공부해야지 아무도 알려주지 않는다”는 지론을 가슴에 담고 해외자료들을 뒤지고 분석해 기술발전의 양분으로 삼는다. 주 대표는 바스코가 이룰 목표를 매년 버킷리스트로 만들어 하나씩 미션을 이루어가고 있다. 주 대표는 벌써 내년 미션을 준비하고 있다. ‘최고의 기술’을 향한 바스코의 도약은 현재진행형이다.

Tel: 031-318-0073

www.bascoeco.com

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19863   (주)창성테크 최용신 대표이사 플라스틱코리아