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제목 체류 시간을 계산하는 실용적 방법
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2018/09/03 20:34

체류 시간 확인은 간단한 실험을 행하는 것으로 충분하다. 그 계산법들은 보기에는 그럴싸하고 합리적인 논리를 따르는 듯 보이지만, 실제 정확한 데이터가 필요할 때는 별로 쓸모가 없다. 그러면 필자는 어떻게 진짜 체류 시간을 알아내는가? 이 대목이 과학적 사출성형에서 정말 “과학적”이어야 하는 순간이다.

세미나를 시작할 때 필자는 플라스틱 명예의 전당에 이름을 올린 우리 업계의 전설적인 컨설턴트는 사출성형이란 무엇인가에 대한 다음과 같은 정의를 참석자들과 공유하곤 한다.

“사출성형은 도무지 서로 연결되지 않는 사실과 동화들이 어지러이 뒤섞인 정글과 같다.” 특히 우리 업계에서 자주 농담의 표적이 되곤 하는 여러가지 체류 시간 계산법을 생각하면 정말 동화같다는 표현이 딱 들어맞는다. 조금 냉소적으로 들릴 수도 있으나 필자는 그런 계산법들을 적지 않은 의심을 가지고 대한다.

그 계산법들은 보기에는 그럴싸하고 합리적인 논리를 따르는 듯 보이지만, 실제 정확한 데이터가 필요할 때는 별로 쓸모가 없다. 그러면 필자는 어떻게 진짜 체류 시간을 알아내는가? 이 대목이야말로 과학적 사출성형에서 정말“ 과학적”이어야 하는 순간이다.

“과학적” 데이터를 얻기 위해서는 실험이 필요하다. 기초적 사실들에 기반한 것으로 보이는 공식을 확인해줄 데이터를 얻어야 한다. 체류 시간 계산을 위해 사용하는 공식들의 대부분은 배럴 용량, 배럴 사용 비율, 사이클타임 등을 토대로 삼는다.

듣기에는 하나같이 논리적으로 보이지만, 사출성형기나 그 주변에서 실제 얼마간이라도 시간을 보내면, 특히 스크류를 배럴 밖으로 빼내어 보면, 이런 공식들이 고려하지 않는 문제들이 있다는 것을 알게 된다.

체류 시간을 알아내고자 하는 우리 목적에서는, 어떤 종류의 스크류를 사용하는지는 상관이 없다. 하지만 대부분 널리 사용되는 범용 스크류를 기준으로 삼는는다. 범용 스크류의 사용을 권하지 않지만, 현실에서는 이 같은 이른바 범용 디자인이 성형공장에서 가장 널리 사용된다.

20:1의 L/D (길이/지름) 비율 범용 스크류라는 말은 이 스크류가 플라이트 10개의 피드부, 플라이트 5개의 이송 또는 압축부, 5개 플라이트의 계량부를 가지고 있다는 뜻이다. 20:1 L/D 비율은 적절한 성형을 위해 필자가 필요하다 믿는 최소한의L/D 비율이다.

성형 과정에서 스크류와 관련한 기본 컨셉트는 수지 펠렛이 피드스롯을 통해 투입되어 피드부과 이송부, 계량부을 지나며 하나의 플라이트에서 그다음 플라이트를 통과해 앞으로 나아간다는 것이다. 하지만 성형에 사용된 스크류를 조사해보면 상황이 그렇게 뜻대로 되고 있지 않음이 드러난다.

특히 스크류 앞쪽 및 뒤쪽 플라이트 기저부의 고착지점 혹은 “사각공간”을 잘 살펴보는 것이 좋다. 그림 1과 2는 그 좋은 예를 보여준다. 그림 1은 투명 수지의 심각한 열화(劣化) 현상을 보여준다. 여기서 어떻게 원료는 스크류 플라이트의 사각공간에 “고착”되거나 혹은 너무 오래 남아있게 되었을까?

고온에서 긴 체류 시간은 폴리머에 열화를 일으킨다. 그림 2는 스크류 플라이트에 들러붙은 붉은색 수지를 보여준다. 이 붉은색 원료는 한 달 넘게 이 지점에 “고착”되어 있었다. 왜냐하면 이 사출기는 원료를 검은색으로 바꾼 뒤 세척을 위해 스크류를 빼기 전까지 최소한 그 다음 한 달 동안 오로지 검은색만 사용해 왔기 때문이다.

처음에는 이 성형업체는 자기 공장에서는 다른 색은 사용한 적이 없고 오로지 검은색 원료만 사용했다고 우겼다. 하지만 스크류는 다른 이야기를 들려주고 있다. (실은 이 성형업체의 생산감독책임자 또한 곰곰이 생각해 보고는 마찬가지로 다른 이야기를 들려주었다.) 약 한 달쯤 전에 이 업체는 붉은색 원료를 잠시지만 사용한적이 있다는 것이다.

요점정리를 해보자면 스크류에는 원료가 상당히 오랜 기간 동안 잡혀 있을 수 있는 “사각공간”이 존재한다. 따라서 우리가 제아무리 자주 스크류에 들러붙은 탄소 찌꺼기를 배출시키려고 노력한다 해도 소용이 없다. 특히 여러 달 동안 제대로 세척한 적이 없는 사출성형 스크류를 수리를 위해 배럴에서 빼보면 거의 90% 이렇게 사각공간에 갇힌 수지가 발견된다. 그렇다면 이것이 체류 시간과 무슨 상관이 있는 것일까?

이 문제로 인해 체류 시간을 계산하는 등식에 오차를 피할 수 없게 되는 것이다. 수지가 한 플라이트에서 다음 플라이트로 움직이는 데 얼마나 오래 걸릴까? 이는 누구도 정확히 알수 없기 때문에 공식이나 등식을 무용지물로 만든다. 그렇다면 체류 시간을 확인할 수 있는 방법은 무엇인가? 앞서 언급한 것처럼 바로 실험을 통해서 가능하다!

보다 실제에 가까운 체류 시간을 구할 수 있는 실험이 있다. 사출기를 계속 가동시켜서 남아있는 수지가 빠져나가 스크류 피드부 플라이트가 드러나도록 만든다. 조심스레 피드스롯에서 호퍼를 제거한다. 고글을 장착하지 않은 채로는 절대로 피드스롯 안쪽을 내려다 보아선 안 된다.

하지만 가장 좋은 방법은 광택이 충분한 금속재 거울과 플래시 불빛을 사용해 두어 개의 플라이트가 수지 없이 비워질 때까지 가동을 계속한다.

피드부 전체가 비워져야 하는 것은 아니며, 스크류가 회전하는 동안 플라이트가 보이는 정도면 충분하다. 스크류 뒷부분의 피드부 플라이트가 비워지자 마자, 색깔이 들어간 같은 수지 알갱이를 몇 개 투입하고 뒤이어 보통의 원래 수지를 투입한다(호퍼를 다시 원래 자리에 놓는다).

곧바로 숏 숫자를 세기 시작하여 원래 수지와 다른 색이 나타났다가 퍼징되어 사라질 때까지 센다. 다시 말해, 다른 색상이 더 이상 나타나지 않고, 원래의 색상만 부품에 나타날 때까지 숏 수를 세라는 것이다. 그 다음 계산기를 사용하여 그때까지 센 숏 숫자에다 사이클타임을 곱해준다.

요점정리: 체류 시간을 직접 측정하라. 공식은 던져버릴 것. 당신이 직접 체류 시간을 확인하라. 다른 색깔이 나타나자 마자 기계 작동을 멈추라는 내 의견과 다른 생각을 가진 이들이 있을 것이라 확신한다.

하지만 퍼징 아웃 시간에 대해 깊이 생각해 보자. 새로운 색깔이 어떻게 부품에 나타나는지를 고려해 보자. 파스텔 색조나 혼합된 색깔로 나타날 것이다. 소용돌이, 줄무늬 등이 나타나면 용융수지 균일성에 문제가 있는 것이다. 그러면 그 지점에서 범용 스크류 디자인이 안고 있는 문제에 대해보다 깊이 들여다 보아야 한다.

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