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제목 노즐 바디 온도의 점검 및 제어
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2020/07/01 10:31

노즐 바디 온도의 점검 및 제어

피드 스로트에서 노즐 팁에 이르기까지 온도 제어는 매우 중요하다. 장비의 발전에도 불구하고 온도 제어는 성형업체에게 끊임없이 문제가 되고 있다. 이와 관련한 대책을 살펴본다.

 

사출성형기는 전동식, 유압식, 하이브리드식으로 계속해서 진화하고 있다. 그동안 많은 개선이 이루어졌다. 이전보다 에너지 효율이 높고, 더 빠르며, 보다 정교한 소프트웨어 및 컨트롤러를 탑재한 새로운 사출기가 계속 출시되고 있다. 효율성과 속도에 있어서 끊임없는 개선이 이루어지고 있지만, 컨트롤러 영역에서도 이 같은 성능 향상이 이루어지고 있는지는 확실치 않다.

확실한 점은, 생산 중 실시간 용융온도 감지, 그리고 컬럼의 주제인 노즐 바디(nozzle body)의 온도 제어 같은 일부 기본적 영역에서 문제가 여전히 무시되고 있는 것으로 보인다. 생산 중 실시간 온도 감지는 간단히 해치울 수 있는 일이 아니며, 필자 역시 아직 정답을 갖고 있지 못하다.

하지만 노즐 바디 온도 제어의 경우는 다른 문제다. 피드 스로트에서 노즐 팁에 이르기까지 온도 제어는 매우 중요하다. 대부분의 사출기는 가열 존(heating zone) 제어는 훌륭하게 수행되지만 노즐 바디에 비하면 그렇지 못하다. 이점에 대해 필자는 큰 불만을 갖고 있다.

노즐 바디의 실제 온도는 컨트롤러 화면에 표시되는 것과 크게 다른 경우가 흔하다. 필자가 노즐 바디의 온도 제어와 관련해 최근 확인한 바는 도저히 받아들이기가 힘든 수준이었다. 두 달 동안 필자는 6대의 사출기를 점검해 보았고, 조사한 사출기 모두 설정값과 실제 온도 차이가 40°C(104°F)에 가까웠다. 설상가상으로 컨트롤러 화면에 표시된 온도는 모두 설정값과 동일했다.

모든 사출기에는 노즐 바디가 있으며 노즐 바디는 모든 사출기에 매우 중요한 요소지만, 업계에서 이 점을 무시하는 듯 보인다. 먼저 무엇이 노즐 바디인지, 정확히 어떤 부위를 가리키는 지를 확인해 보자. 그림 1은 거의 모든 사출성형기에서 공통적으로 볼 수 있는 노즐 바디(히터 밴드 포함), 노즐 팁(nozzle tip), 열전대(thermocouple)를 보여주고 있다.

시간을 들여 노즐 바디 온도가 제대로 제어되고 있는지 확인하지 않으면 안되는 까닭은 무엇일까? 바로 다음과 같은 불량 증상들의 원인이 되기 때문이다.

 

01. 홍변(Blush)

02. 표면 광택 차이(Gloss gradients)

03. 열화(Degradation)

04. 달무리 현상(Halo)

05. 색상 변화(Color variation)

06. 텍스처 변화(Texture variation)

07. 특성의 비일관성(Inconsistent properties)

08. 마블링(Marbling)

09. 노즐 팁 콜드 슬러그 발생(Cold Slug in the nozzle tip)

10. 드룰링(Drooling) 또는 실딸림(Stringing)

11. 태움 자국 (Burn marks)/줄무늬(Streaks)

12. 비대칭 충전(Asymmetric filling)

13. 숏 간 변화 발생(Shot-to-shot variations)

14. 스월 마크(Swirls) 

15. 버블(Bubble)

16. 스플레이(Splay)

17. 검은 반점(Black specks)

 

이 중요한 문제는 한 달에 수 백만원의 손해를 성형업체에게 끼친다. 공정을 조정한다 해도 잘못되거나 파손된 장비가 고쳐지지는 않는다. 이 문제에 주의를 기울이는 이들은 거의 없지만, 이를 점검하거나 테스트하기는 어렵지 않다.

첫째, 문제가 있을 수 있음을 직접 확인하기 위해서생산 현장에 늘어선 사출기들 사이를 천천히 걸어보라. 노즐 바디 그리고 또는 노즐 팁 어느 곳에 열전대가 자리하고 있는지 점검해보라. 십중팔구 열전대 위치가 사출기마다 제각각임을 발견하게 될 것이다.

 열전대가 히터 밴드에 올라가 있는 경우도 있고, 육각 너트 또는 육각 너트의 드릴 구멍에 자리잡고 있는 경우도 있을 것이다. 또는 클램프 또는 히터 밴드의 너트 위에 가 있는 경우도 있을 것이다. 열전대가 놓인 위치가 이렇게 일관성이 없으면, 열전대가 정확한 용융온도를 측정해 알려줄 수가 없다.

이제 다음 단계로 약간의 데이터를 확보해야 한다. 노즐 바디의 실제 용융수지 온도를 어떻게 파악할 수 있을까? 이는 그렇게 어렵거나 시간이 많이 걸리는 작업이 아니다. 그리 재미있는 작업은 아니지만, 온도 제어를 제대로 하면 작업장 내의 문제 발생을 현저히 줄이는 동시에 수익성을 향상시킬 수 있다.

노즐 바디의 실제 용융수지 온도를 확인하고 이를 컨트롤러 설정값과 비교하기 위해서는 널리 쓰이는 고온계 및 적당한 열전대만 갖추면 된다. 그러니, 작업장 내에서 가장 신뢰할 수 있는 고온계 그리고 적당한 와이어식 또는 프로브식 열전대 J타입 또는 K타입(엔드 캡까지 들어갈 만큼 충분한 길이를 지닌 것이 좋다)을 구해 놓는다.

그 다음, 두 대의 사출기를 골라 점검해본다. 육각 너트 바깥쪽 또는 클램프나 히터 밴드 위에 열전대가 자리잡고 있는 사출기를 우선적으로 골라낸다. 방열 장갑 및 고글 등 안전 장비를 제대로 갖추고 가공 중인 플라스틱 수지의 온도와 압력을 측정해야 한다.

측정 준비가 됐다면, 프로브를 노즐 팁에서 노즐 바디까지 천천히 들어갈 수 있을 때까지 최대한 밀어 넣는다. 엔드 캡까지 닿도록 하는 것이 좋다. 고온계의 판독 온도가 안정될 때까지(온도가 상승을 멈출 때까지) 기다려준다. 이 작업은 예상보다 오래 걸리기 때문에, 어째서 이런 종류의 프로브가 퍼징 시에 올바른 용융수지 온도를 제공해주지 못하는지 이해할 수 있다.

온도가 안정되면 프로브를 50mm 정도 빼내서 다시 한 번 온도를 측정해 본다. 이번에도 온도가 변화를 멈출 때까지 기다려주어야 한다. 이렇게 조금씩 프로브를 빼내며 계속해 노즐 팁 자체만의 온도까지 측정한다. 점검 결과를 정리해, 설정값과 실제 온도를 비교해 보라. 이 둘의 비교 방법에 대해서는 곧 다른 컬럼을 통해 보다 상세히 다룰 예정이다.

노즐 바디 온도가 설정값에서 10°C(50°F) 이내인 경우는 큰 문제가 없다고 할 수 있다. 노즐 바디 온도 제어는 쉽지 않으므로, 온도 편차가 범위 내에 있는 경우라면 설정 온도를 변경해 보정하면 된다. 만일 이 범위 이상의 온도 차이가 있는 경우에는 열전대를 스페이드 타입으로 바꾸어 보라.

이때 위치가 매우 중요하다. 노즐 바디와 팁의 길이를 측정하고 노즐 바디와 팁 전체 거리의 3분의 1 지점에 스페이드 타입 열전대를 놓고 노즐 팁 온도를 측정한다. 열전대 아래 약간의 열 페이스트(thermal paste)를 사용한다. 스페이드 타입 열전대를 고품질 유리 테이프로 완전히 한 바퀴 감아 제자리에 고정시킨 다음, 열전대 위에 짧게 자른 유리 테이프를 3~4 조각 붙여주면 단열 처리가 된다. 이제 히터 밴드를 조심스럽게 다시 장착하고, 열전대가 히터 밴드의 틈에 제대로 자리잡았는지 확인한다.

용융온도가 적정 수준까지 다시 올라갔을 때, 위에서 언급한 방식으로 노즐 바디의 실제 온도를 확인하라. 설정값에 정확히 일치하는 경우는 거의 없을 가능성이 크지만, 10°C(50°F) 범위 내에서 설정값보다 높거나 낮아야 한다. 간단히 말하자면, 사출기의 노즐 바디 온도 제어 능력은 대개의 경우 신뢰할 수 없다는 점을 알아야 한다. 아래는 필자가 최근 2차례 노즐 바디 검사를 통해 얻은 실제 데이터다.

사출기 1: 설정값 210°C(410°F);

             실제 온도 257°C(495°F).

사출기 2: 설정값 304°C(580°F);

             실제 온도 355°C(670° F).

필자를 마냥 믿어서도 안된다. 작업 현장의 사출기 에서 실제 검사를 수행해 확인해 보라. 노즐 바디 열전대 구성을 재정비함으로써 시간을 절약하고 문제 발생을 막을 수 있다. 용융온도 제어 및 일관성도 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 위에서 든 여러 가지 문제 발생을 예방할 수 있다

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