기술강좌
 
홈으로로그인회원가입사이트맵이메일
 
HOME 기술강좌 사출성형
전시회 일정
국내전시일정
해외전시일정(상반기)
해외전시일정(하반기)
관련링크
관련협회
연구소
관련도서
관련 채용정보

Since 1991

제목 피드스롯의 온도와 브릿징
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2021/03/29 17:22

피드스롯의 온도와 브릿징

피드스롯(feed throat) 온도를 적절히 제어하면 시간과 비용을 절약할 수 있다. 모든 상황에서 다 적용되는것은 아니지만 어떤 경우에는 브릿징 (bridging) 현상 문제 해결에도 도움이 된다. 피드스롯이나 스크류의 피딩부분에 용융된 플라스틱 또는 굳은 플라스틱이 발견된다면, 지나치게 높은 피드스롯 온도 이상의 더 큰 문제가 있다는 징후다.

 

피드스롯은 사출성형 가공에서 적정온도 유지가 가장 중요한 구간 중 하나다. 때문에 좀 더 세심한 주의가 필요하다. 필자가 지금까지 작업했던 가공에서 약 80% 가량이 피드스롯 온도제어 및 브릿징 문제를 경험했기 때문이다. 피드스롯에서 발생하는 브릿징은 적지 않은 수준의 가동중지 시간을 유발할 뿐 아니라 작업자를 괴롭혀 폭발하게 만드는 경우도 흔하다.

사출기의 피딩 구간 성능을 최적화하면 보다 완건하고 일관된 가공을 구현할 수 있다. 또한, 장비의 가동 시간을 늘리고 보다 일관된 성형품을 생산할 수 있어 생산현장의 작업 전체가 훨씬 용이해진다. 스크류 회전 시간도 약간 줄일 수 있지만, 시간과 비용의 절약에 정말로 도움이 되는 것은 숏마다 스크류 회전 시간의 변동이 감소한다는 점이다.

스크류 회전 시간의 변동을 줄이면 보다 일정한 가소화 시간을 구현할 수 있고, 보다 중요하게는 매 숏마다 보다 균일한 용융품질을 얻을 수 있다. 스크류 복귀가 안정화되면 또한 성형품의 일관성을 높여줄 뿐 아니라 사이클타임까지도 약간 개선할 수 있다.

먼저 피드스롯의 기능을 살펴보자

 

· 플라스틱 펠렛이나 분말, 액체(색상) 등의 원료가 스크류 피드 부분으로 장애물 없이 자유로이 유동할 수 있는 경로를 제공한다.

· 펠렛 원료가 서로 달라붙거나 뭉치는 것을 방지해준다. 이런 현상을 피드스롯의 “브릿징(bridging)”이라고 한다. 브릿징을 막을 수 있다면 피드스롯 내 장애물을 제거하는 데 소요되는 시간을 아낄 수 있으며, 더 중요하게는 작업자에게 위험할 수 있는 안전 상의 문제 발생도 방지할 수 있다.

피드스롯에 브릿징이 발생하면 압력이 매우 높아져 플라스틱뿐 아니라 원료공급 호퍼까지도 천장으로 날려버릴 수 있다. 얼마나 많은 사출공장들이 천장에 플라스틱 원료가 피드스롯에서 터져 나오면서 남긴 패인 자국을 가지고 있는지를 알면 놀랄 것이다. 따라서 호퍼 안을 들여다봐야 할 때는 극히 유의해야 한다.

· 휘발성 물질과 공기, 그리고 폴리머의 오프가스(off-gases) 등에 배출구를 만들어준다. 이 가스는 폴리머의 용융온도 또는 그와 가까운 온도에서 휘발하는 수지 원료 알갱이 사이의 공기, 잔류 수분, 윤활제 및 기타 첨가제 등이다.

· 피드스롯은 휘발성 물질이 원활하게 배출될 수 있도록 하여 이 가스가 장비 내에 응축되지 않도록 해준다. 가스배출이 적절히 이루어지지 않고 그로 인해 응축이 발생하면 스크류 미끄러짐(screw slippage)이나, 원료 피딩 불량, 그리고 성형품에 버블(bubbles), 스플레이(splay) 및 기타 외관 상의 불량이 일어날수 있다. 이를 막기 위해서는 피드스롯 온도를 일반적으로 사용하는 것보다 높게 설정해야 한다.

다음으로는 브릿징에 대해 보다 깊이 살펴보자. 어찌 보면 매우 간단하다. 스크류의 피딩 섹션에서 원료 알갱이 그리고 그로부터 발생하는 휘발성 물질의 자유로운 흐름을 막는 모든 것을 브릿징이라고 할 수 있기 때문이다. 하지만 실제로는 두 가지 유형의 브릿징이 존재한다. 그 원인은 각기 다르고 따라서 그 해결책도 달라지기 때문에 정확히 구별하는 것이 매우 중요하다.

 

유형 1 (드물게 발생)

원료 알갱이들이 한데 들러붙어 피드스롯을 막히게 하는 경우다(그림 1 참조). 브릿징이 발생된 원료 샘플을 보면 대부분의 알갱이들이 용융되지 않은 채 들러붙어 있는 것을 알 수 있다. 이 덩어리는 비교적 쉽게 해체할 수 있다. 이는 피드스롯이 지나치게 뜨거웠거나 또는 스크류의 피딩 섹션에서 발생한 폴리머의 오프가스가 원료 알갱이들이 서로 들러붙을 정도로 온도가 높았을 때 발생한다. 예를들면 호퍼 건조기 온도를지나치게 높게 설정해도 이 같은 문제가 생긴다.

이런 경우에는 가공을 중단하지 말고 플라스틱 막대 같은 것으로 브릿징을 해체할 수 있다. 이런 유형 1의 막힘 발생 시에는 피드스롯의 온도를 낮춰 브릿징을 막을 수 있다. 그러나 유형 2의 브릿징은 그렇지 않다.

 

유형 2 (가장 일반적이며, 가장 위험하다)

 플라스틱이 거의 완전히 용융된 상태로 덩어리를 이루어 피드스롯을 막히게 하는 경우다(그림 2 참조). 일부 완전히 녹지 않은 알갱이가 있을 수 있지만, 브릿징의 대부분은 속이 꽉 찬 플라스틱 덩어리로 이루어져 있다. 이런 유형의 브릿징은 피드스롯 온도가 너무 높아 생기는 것이 아니다. 그 원인은 아래와 같이 여러 가지가 있을 수 있다.

a. 체크 밸브 마모나 부적합한 유형의 체크 밸브 사용

b. 스크류 마모

c. 배럴 마모

d. 위의 이유들 가운데 한 가지 이상의 조합

 

사실 유형 1과 유형 2의 브릿징 구별에 유의하지 않는 이들이 많다. 흔히들 유형 2 브릿징을 두고도 피드스롯 온도를 낮추어 해결하려 한다. 피드스롯 온도를 낮추어도 유형 2의 브릿징은 해결되지 않으며, 실제로는 상황을 더 악화시킬 수도 있다. 마모된 부품을 찾아내 수리하거나 교체해야 한다. 여기서 문제는 그 누구도 문제의 원인을 제공한 부품을 찾아내기 위해 장비를 분해해보는 것은 고사하고 가동을 중단하려 하지 않는다는 점이다. 모든 이들이 사출기가 계속 돌아가기만을 바랄 뿐이다.

피드스롯에 이렇게 속이 꽉 찬 둥그런 플라스틱 덩어리가 생기게 되는 까닭을 이해하기 위해서는, 스크류디자인의 몇 가지 측면 그리고 그것이 어떻게 플라스틱을 용융시키는지를 살펴봐야 한다.

예를들어 L/D 비율 20:1의 ‘범용’ 스크류가 있다고 가정했을 때, 이 스크류 상의 플라이트 가운데 10개는 피딩(feeding)부분, 5개는 이행(transition) 또는 압축

(compression) 부분, 또 다른 5개는 계량(metering) 부분이다. 피딩 부분의 10개 플라이트 가운데 대부분은 피드스롯을 통해 육안으로 확인할 수 있다. (다시 한 번 말하지만, 원료의 역류 가능성에 절대 주의해야 한다.) 이 플라이트에 용융된 플라스틱이 있는지를 점검해야 한다. 스크류를 퍼징한 뒤 스크류를 서서히 역회전시키면서 눈에 보이는 플라이트를 확인하면 된다.

피딩 부분의 깊은 플라이트들은 원료 알갱이 용융을 위해 이행쪽으로 강하게 밀어내어 전달하는 역할을 하도록 설계된 것이다. 피딩 부분의 플라이트들은 플라스틱을 용융시키기 위한 것이 아니기 때문에 플라이트 내 어느 곳에도 용융된 플라스틱이나 녹아 덩어리로 굳은 플라스틱이 있어서는 안 된다. 스크류의 피딩 부분에 플라스틱(용융 상태든, 고형으로든)이 존재하는 경우, 이는 문제가 피드스롯 구간의 온도가 아니라 유형 2 브릿징의 원인이 되는 4가지 중 하나라는 증거다.

피드스롯이나 스크류의 피딩 부분에 용융된 플라스틱 또는 녹아서 굳은 플라스틱이 발견된다면, 지나치게 높은 피드스롯 온도 이상의 더 큰 문제가 있다는 징후다. 문제는 체크밸브가 새거나 스크류/배럴이 마모되어 플라스틱 역류가 심하게 발생해 사출이 이루어지는 순간 용융된 플라스틱이 피드스롯까지 밀려 후진해 올라오는 것이다. 이는 반복된 사출 과정에서 발생한다.

용융된 플라스틱이 피딩 부분까지 밀려들어 오고, 스크류가 회전하면서 용융된 플라스틱 중 일부를 피드 스롯으로 밀어나면서 온도가 떨어져 굳어지고 이것이 스크류의 회전 때문에 공 모양의 구체로 만들어지는 것이다. 피드스롯에 브릿징이 있지만 그 원인은 피드스롯의 온도가 아닌 것이다.

가공 진행 중에 피딩 부분의 깊은 플라이트에는 플라스틱 원료 알갱이뿐 아니라 공기가 들어차 있다는 사실을 잊어서는 안된다. 사실, 원료 알갱이들 사이에는 공기가 다량 존재한다. 공정이 진행되면서 이 공기는 따뜻해져 확장되고, 이는 호퍼를 통해 배출해야 한다. 하지만 피딩 부분이나 피드스롯에 존재하는 용융 상태의 플라스틱이 이를 방해하는 것이다.

이 때문에 압력이 높아져 플라스틱을 덩어리째로, 또는 심한 경우 호퍼 전체를 천장으로까지 날려보낼 수 있다. 안전이 확인되기 전까지는 호퍼나 피드스롯 안을 절대 들여다보면 안 된다. 반드시 보호안경 또는 더 바람직하게는 고글을 착용해야만 한다. 과거 유형 2의 브릿징으로 인해 공장 천장에 생긴 패인 자국을 확인해 보라.

결론을 내자면 피드스롯은 플라스틱의 적절한 용융 그리고 양호한 수준의 사이클타임 및 부품생산을 위해 제어가 필요한 중요한 구간이다. 브릿징이 발생했을 때 그 정확한 유형 및 가능한 원인을 주의 깊게 확인하는 것이 필요하다. 사출기 전체의 성능 및 안전 등에 관한 문제가 있으므로, 피드스롯, 스크류, 체크 밸브, 배럴이 제대로 작동하고 있는지 점검해야 한다. 그리고 피드스롯 냉각수 라인 청소 또한 잊어서는 안 된다. 냉각수 라인이 막히는 경우도 드물지 않다. 

작성자   비밀번호
20122   규격에 맞는 합격품 생산 준비 확인 방법 플라스틱코리아