지난번에 사출과 압출에 관한 글을 적었는데, 사실 해당 산업에서 더욱 중요한 부분은 컴파운딩(Compounding)입니다. 간혹 관련 업계 종사하는 사람들조차도 컴파운딩과 압출을 정확하게 구분하지 못하고 용어를 사용하는 경우가 더러 있는 것을 보았고, 사출과 압출과 같이 고분자 가공 성형만 다루는 업종이나 기업에서는 고분자 화학이나 고분자 물성에 대한 이해가 많이 없어서 난관에 부딪히는 것도 가끔 보았고요. 이러한 분들이 읽고 조금이라도 도움이 되었으면 하는 마음으로 비전공자도 쉽게 이해할 수 있도록 컴파운딩에 대한 내용을 정리해 보겠습니다. 사출과 압출에 관한 내용은 아래 글을 참고하시면 됩니다.
2023.09.14 - [기타] - 압출과 사출에 대한 이해 (Extrusion and Injection Molding)
압출과 사출에 대한 이해 (Extrusion and Injection Molding)
직장에 다니던 시절, 엔지니어링 플라스틱(Engineering plastic)에 대해서, 그리고 고분자 가공(polymer processing)에 대해서 연구원으로, 그리고 공정 엔지니어나 생산 엔지니어로, 거기서 연구원에 이르
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컴파운드(Compound)가 필요한 이유
우리가 사출이나 압출로 성형을 하기 위해서 원재료로 보통 펠렛(pellet) 형상의 고분자 수지를 투입합니다. 그런데, 이 고분자 수지는 보통 단일 polymer로 구성되어 있지가 않은데요, 사실 순수 고분자 수지를 투입하는 경우도 있지만 거의 대부분이 컴파운딩이 된 제품입니다. 예를 들어서 어떤 자동차 부품이나 스마트폰 부품, 가전의 부품을 사출로 생산할 때, 최종 제품에 어느 정도의 강도가 필요할 것이고, 어떤 수준의 haze나 빛 투과율이 필요하다던가 내열성, 또는 특별한 색상 등 요구되는 품질 요구 조건이 있을 것입니다. 그리고 그에 적합한 수지를 찾게 되겠죠. PC, PBT, POM, ABS, PPE, HIPS, ASA 등 말이죠. 그런데, 보통 이러한 단일 polymer들은 (pure polymer) 각 용도별로 요구되는 물성 조건을 만족하지 못합니다. 게다가 압출이나 사출 공정으로는 base resin과 여러 첨가제들을 혼합하여 물성을 결합시키는 과정이 불가능합니다. (나중에 기회가 되면 설명하겠지만, 압출과 사출은 dispersion/distribution 등이 고려되기보다 보통 single screw로 용융과 이송을 통해 제품을 성형하기 때문입니다.) 그렇기 때문에 이러한 고분자 수지에 filler나 첨가제들을 넣어서 물성을 조율해서 원하는 물성을 만족시키는 과정을 거치게 되고, 이렇게 컴파운딩된 펠렛이 보통 사출이나 압출 과정에 원료로 투입이 됩니다.
컴파운딩이란 (Compounding)
조금 쉽게 설명하기 위해서 요리하는 과정을 살펴보겠습니다. 어떤 음식을 만들고자 할 때, 의도하는 맛과 향 등이 있을 것입니다. 그러면 이 맛과 향을 내기 위해서 레시피가 필요하죠. 원료들을 정확하게 정해진 비율대로 넣고, 정확한 시간, 정확한 온도 등의 조건을 가지고 굽고 끓이고 혼합하는 등의 과정을 거칩니다.
컴파운딩도 이와 같습니다. 고분자 성형품에 대해서 최종적으로 요구하는 물성이 있을 것입니다. 그러면 거기에 맞춰서 정해진 레시피대로, 정해진 공정을 통해 고분자와 첨가제들을 잘 결합시키는 과정이 바로 컴파운딩입니다. 보통은 아래와 같은 형태의 구성품들을 가진 레시피를 가지게 됩니다.
| 원재료 (Raw Material) | 기능 |
| 기본 레진 (Base Resin) | 기본 물성에 따라 결정합니다. (ex. PC, PA, PBT, PS 등) 두 세가지가 들어가기도 합니다. |
| 충격보강제 (Impact Modifier) | 일반적으로 고무(rubber)가 사용됩니다. 충격 강도를 높입니다. |
| 안정제 | 열안정제, 산화방지제 등 열이나 빛에 노출되었을 때 물성 저하를 막습니다. |
| 난연제 | 난연 성능을 부여합니다. |
| 섬유질 (Fiber) | 인장이나 굴곡 등의 기본적인 강도를 높여줍니다. Glass fiber나 Carbon fiber가 일반적으로 사용됩니다. |
| 무기 filler | 치수 안정성을 높이고, 원가 절감 효과 목적으로 넣기도 합니다. |
| 염료 / 안료 | 색상이나 투명도 조절을 위해 넣습니다. |
| 기타 | 표면장력, 점도, 전도성, 윤활 성능 등 여러 목적을 위한 다양한 첨가제가 투입됩니다. |
이러한 원료들로 구성된 배합대로 펠렛 형태의 제품을 생산하고, 이렇게 생산된 제품은 제품의 스펙이나 요구 조건에 맞는 단일 원료(Single raw material)로 사출이나 압출 공정에 투입할 수 있다는 것으로 컴파운딩을 정리할 수 있습니다.
컴파운딩용 압출기 (Extruder)
컴파운딩을 위한 압출기는 보통 아래와 같이 구성되어 있습니다. base resin과 첨가제들이 혼합된 원료를 투입하고 모터를 통해 회전하는 스크류를 통과하면서 혼합되고, 분산되고, 용융되면서 용융 수지가 스크리너를 거쳐서 다이로 토출됩니다. strand 형태로 (실 가닥) 나오게 되는데 이를 물을 통해 냉각을 시킨 다음에 pelletizing이라는 커팅 과정을 거쳐서 pellet 형태의 제품이 완성됩니다.
물론, 여기서 원료와 첨가제들을 혼합하기 위해 여러 mixer 형태가 고려되어야 하고, 원료 탱크나 bin 등에서 연결되는 이송 장치, 그리고 배합대로 원료들이 투입되기 위한 feeder들이 필요합니다. 그림에는 생략되었지만요.
이제 왜 컴파운딩이 필요하고, 컴파운딩이 무엇인지는 대략 정리가 되었습니다. 다음에는 컴파운더, 컴파운딩 익스트루더(Extruder)에 대해 기회가 된다면 설명해 보겠습니다.
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