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 공정 원료 투입 방식
Flood Feeding
이 방식은 주로 컴파운딩이 된 펠렛 형상의 제품이 제품 성형을 위한 사출기나 압출기에 투입되는 방식입니다. 간단하죠. hopper에 pellet이나 powder가 채워지면 screw에 원료가 100% 채워지고 그냥 밀어내는 것입니다. 경우에 따라 사전에 mixer에서 고분자와 참가제를 혼합하여 투입하기도 하지만, 기본적으로 별도로 배합을 위한 feeder가 필요치 않고, 그냥 일정하게 원재료(컴파운딩된 pellet)를 넣어주면 single screw로 밀어내는 방식에 쓰입니다. 따라서 말이 좀 그렇지만, 대부분의 사출 업체나 압출 성형 업체들이 이에 대한 기술적인 깊이가 필요하지는 않습니다. 그냥 구매한 원료를 장비를 통해 이송해서 넣어주는 것이죠. 물론 사전에 다른 첨가제나 다른 원료와 함께 혼합할 수는 있지만요.
single screw는 기본적으로 drag flow를 이용한 펌프라고 이해를 하면 되기에 원료 물질과 장비의 스크류, 배럴의 금속 표면 사이의 상호 작용만 고려되면 되죠. 그러므로 사실 단순하게 수지를 녹이고, 밀어주는 역할 뿐이라서 원료가 일정하게 그냥 들어가고 스크류 스피드(screw speed, screw rpm)가 일정하게 유지가 된다면, 압출기 또는 사출기가 밀어내는 토출량 역시 그냥 일정하게 유지가 됩니다. (참고로, single screw extrusion을 우리말로 단축압출이라고도 하는 것 같습니다.) 물론 원료로 투입이 되는 pellet size가 일정해야겠죠. 원료 사이즈가 불균일하면 조금 현상이 복잡해집니다. 아무튼 여기서 기억해야 할 것은 flood feeding을 할 때 토출량은 screw rpm에만 의존한다는 것입니다.
Starve feeding
컴파운딩은 single screw이든 twin screw이든 starve feeding 방식이 적용됩니다. (Compounding 참고 링크 :
2023.09.15 - [Career Story/고분자 기초] - 컴파운딩(Compounding) 기초) 우리가 컴파운딩이 무엇인가 생각해 보았을 때, base resin과 additive, filler 등을 혼합하는 것을 말하므로, 컴파운딩 압출기로 투입되는 원료들의 feed ratio를 배합에 맞게 조절해야 된다는 것을 쉽게 이해할 수 있겠죠. 그리고, 이를 위해서 feeder라는 것이 필요하죠.
위의 이미지를 보면 이해가 되겠지만, feeder를 통해서 원료가 조절되어 있는 일정한 속도로 투입이 됩니다. 그림에는 belt feeder가 표현되어 있는데요, 이러한 feeder를 여러 개 사용하게 되고, 보다 세밀한 feeding이 필요한 경우에 screw feeder 역시 사용이 됩니다. 그리고, flood feeding과 다르게 압출기 내부에 부분적으로 원료들이 채워진 것이 보이죠. 중요한 부분은 flood feeding과 달리 이렇게 되면 screw rpm과 무관하게 컴파운딩 압출기의 토출량은 feeding ratio에 좌우되게 되는 것이죠. 이 방식에서는 배합에 맞게 원료들이 잘 투입되어야 하므로 일정한 feeding rate가 중요하게 되고, screw speed를 증가시킬수록 압출기 내부에 채워지는 정도가 작아지게 됩니다. degree of fill이라는 개념을 알아야 하는데, 이 부분도 나중에 한번 다뤄보겠습니다. 또한 screw speed를 일정하게 가져가면서 feed rate를 올리게 되면 압출기 내부가 좀 더 채워지게 되는데 따라서, 따라서 토출량은 feed rate와 관계가 되나 생산되는 제품의 품질은 screw rpm 및 feed rate 모두와 중요한 상관관계를 가지게 됩니다. 그러면 starve feeding의 경우에 우리는 screw rpm을 어떠한 속도로 운전을 하여야 하며, feed rate는 어떻게 맞춰야 하느냐에 초점을 맞추면 됩니다.
관련 산업에 종사하는 분들 뿐만 아니라, 비전공자도 쉽게 이해할 수 있도록 작성하려고 하는데 몇 가지 어려운 점은 있네요. 일단 우리말로 어떻게 대체가 되는지 모르는 단어들이 생각보다 많고, 이미지를 가급적 많이 사용해 보려고 하는데 한계가 있습니다. 아무튼 누군가에게 도움이 되길 바라면서 기초적인 내용을 기회가 될 때마다 다루어 보겠습니다.
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