직장에 다니던 시절, 엔지니어링 플라스틱(Engineering plastic)에 대해서, 그리고 고분자 가공(polymer processing)에 대해서 연구원으로, 그리고 공정 엔지니어나 생산 엔지니어로, 거기서 연구원에 이르기까지 많은 업무를 했었고, 직원들을 대상으로 많은 교육도 했었기에 관련 기억을 더듬어 기본적인 내용을 정리해 보려고 합니다. 덧붙여, 해당 산업에 처음 발을 내딛는 비전공자들에게 나름의 쉬운 이해를 통한 유용한 내용이 되기를 바랍니다.
압출 (Extrusion)
압출이라는 것은 쉽게 말해서, 압출기(Extruder)를 통해서 고분자를 가공하는 것입니다. 흔하게 많이 드는 예가 가래떡을 뽑아내는 것으로 설명을 하지요. 원료를 넣고 녹이고 섞어서 틀에 압력을 가해 밀어 넣어서 원하는 모양으로 뽑아낸다는 맥락에서 비슷합니다. 아래 사진처럼 말이죠.
압출은 고체 상태의 고분자를 용융시키고, 가소화(Plasticization)시킨 다음, 용융된 수지(Hot melt)를 압력으로 이송시켜 원하는 모양으로 형상화시키고 제품을 만드는 것입니다. 이때 사용되는 장비가 압출기(Extruder)이고요.
위의 이미지와 같이 호퍼를 통해 원료가 투입되고, 스크류로 이송과 용융을 거쳐서 배럴로 온도 조절이 되는 구간을 지나면, 다이(Die)를 통해 일정 형상을 가진 제품으로 토출이 되게 됩니다. 제품 형상은 튜브나 파이프, 시트나 필름, 그리고 요구르트 병이나 특정 모양의 자동차 부품 등 어떠한 프로파일을 가진 제품이나 부품이 될 수 있고요, 압출기 내에서 발포를 시켜서 폼(foam)을 생산하기도 합니다. 물론 이런 형상으로 생산한 이후에 냉각을 시키거나, 커팅하고 필름을 권취(Winding)하는 과정 등의 후속 공정들도 필요하고요. 그리고, 컴파운딩으로 펠렛(pellet)을 생산하기도 하는데요, 컴파운딩(Compounding)에 대해서는 별도 포스팅을 올려보도록 하겠습니다.
사출 (Injection Molding)
사출은 원료를 넣고 용융시킨 다음에 이송시켜서 원하는 형상의 금형(mold)에 충진시킨(filled) 다음에 냉각시키고, 최종 제품을 생산하는 공정이라, 언뜻 보면 압출과 차이가 없어 보이지만, 압출은 토출 후에 냉각 과정을 거쳐서 커팅 등 재단 작업을 해야 되는 형태가 비교적 길고 일정한 제품을 만드는 반면에, 사출은 보다 복잡하고 3차원적인 제품을 1회당 하나 또는 한 세트를 만든다는 차이가 있습니다.
몰드(Mold, 금형)에 충진된 용융 수지가 냉각을 거친 다음에 몰드를 떼어 내면 하나의 또는 한 세트의 제품이 나오게 되는데요, 이때 Cycle time이라는 개념을 적용해야 합니다. 바로 1개를 생산하는데 소요되는 시간인데요, 예를 들어서 플라스틱 수지를 이용해 바가지를 생산한다고 할 때, 사출 성형 Cycle time이 얼마냐 이런 걸로 생산성을 확인할 수 있습니다. 사출기의 성능이나 작업자의 숙련도 등이 주요 factor가 되겠지요. 그렇기 때문에 이 수치가 사출 현장에서는 아주 중요합니다.
위의 이미지와 같이 TV back cover는 형상이 복잡하고 연속적인 방식의 공정으로는 생산하기 어렵겠지요. 해당 형상의 금형을 제작한 다음에, 사출 성형을 통해 생산을 하게 됩니다. 반면에 sheet나 film, pipe 등은 연속적으로 압출을 통해 뽑아낸 다음에 후에 원하는 길이나 폭으로 커팅이나 재단하는 과정을 통해 연속적으로 생산을 할 수 있겠죠.
우리 주변에 대부분의 플라스틱 제품들은 압출이나 사출로 생산된 것입니다. 여러분이 현재 들여다보고 있는 모니터의 베젤이나 백 커버, 클릭을 하고 있는 마우스도 마찬가지입니다. 모니터 내부에 광학필름은 압출로 생산된 것이죠. 플라스틱으로 만들어진 생활 용품에서부터 자동차 부품들, IT 기기들 등 대부분이 해당됩니다. 비전공자도 해당 산업과 기술을 쉽게 이해할 수 있는 글을 가능하다면 계속 써보도록 하겠습니다.
참고 : 컴파운딩 기초 https://jcspirit.tistory.com/407
컴파운딩(Compounding) 기초
지난번에 사출과 압출에 관한 글을 적었는데, 사실 해당 산업에서 더욱 중요한 부분은 컴파운딩(Compounding)입니다. 간혹 관련 업계 종사하는 사람들조차도 컴파운딩과 압출을 정확하게 구분하지
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참고 : 원료 투입 방식 https://jcspirit.tistory.com/417
원료 투입 방식(Flood feeding and Starve feeding)
이걸 사실 국문으로 하면 어떠한 말로 옮겨야 할지 모르겠네요. 압출기나 사출기에 feeding이 되는 방식은 크게 두 가지로 구분할 수가 있는데, 바로 flood feeding과 starve feeding입니다. 압출, 사출 공
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