♣ 압출기 ♣

1. 압출기 란 ?   

압출기란 성형재료를 가열을 통하여 유동상태로 만들고, 용융상태의 성형재료를 스크류로
사용하여 압축하며 전진시켜 특정 모양의 다이(Die)를 통과시켜, 특정한  단면을 가지는
제품을 연속적으로 성형하는 장치로서 압출기의 스크류(Screw)는 펠렛이나 비드상태의
원료의 공급, 압축, mixing, 균일화, 이송기능을 가진다.

 ▶ 단축성형 압출기는 다음과 같은 원리로 작동된다.
   1)  선정된 온도로 유지되는 압출기에 호퍼(Hopper)를 통하여 원료를 주입한다.
   2)  스크류의 채널과 압출기의 벽에 원료가 마찰되며 이송된다.
   3)  압축부 부위로 흘러가면서 배럴 벽에서 열이 전달되어 재료와 맞닿는 부분에서 얇은 
        용융막이 형성된다.
   4)  스크류가 회전하면서 마찰이 생기고, 용융되지 않은 원료는 이미 형성된 melt poor로
        미끄러져 들어가며 녹는다.
   5)  마찰(Heat of Dissipation)과 배럴에서 전달되는 열로 인하여 원료가 완전히 용융된다.
   6)  용융된 재료에는 스크류와 배럴사이의 마찰에 기인된 Drag flow, 압출기에 따라 압력 
        구배가 발생하여 생기는 Pressure flow, 스크류와 배럴사이의 미세한 공간에서 생기는
        Leak flow가 발생한다.
   7)  스크류 채널의 높이가 낮아지며 용융된 재료는 가압된다.
   8)  가압된 용융물은 특정형태의 다이를 통하여 특정한 단면을 가지며 연속적으로 빠져 나온다.
   9)  다이(Die)를 통하여 나오는 성형된 용융물은 압출기 밖에서 냉각 장치를 통하여 고화 되어
        형태를 유지한다.
 10)  연속적으로 압출기를 통해 빠져 나오는 성형물은 성형방법에 따라 Take up되어 최종 성형
        품을 만든다.

   압출기 내에서 용융물의 유동은 melt를 Newtonian 유체, 모든 점에서 동일한 속도를 가지며, 
   leak flow가 없다는 가정하에 압출량과 점도,압출기의 dimension, 그리고 원료의 점도에 따라
   해석하게 된다.  위와 같은 기본적인 압출기의 구동 원리와 장치에, 용도에 따라 다양한 die를
   장착하여 파이프 생산용, 일반 시트(Sheet) 용, 필름 성형용 등으로 다양한 응용이 가능하다.

2. 압출기 역사   

      Extruder의 발전 과정을 살펴보면 다음 3가지 형식으로부터 발전되어 왔다.
          ①  RAM식 Extruder
          ②  Pump식 Extruder
          ③  SCREW식 Extruder
      압출 가공 기계가 처음으로 생산에 이용된 것은 19세기경 식품, 비누 등의  성형기에 사용되고,
      1931년경 독일의 Heidrich는 열가소성  수지에 적합한  SCREW식 Extruder를 완성했다.
      이것은 전열 가열방식을 채용해서 금일의 Extruder를 이루었다.

3.  압출기 분류   

1)  압출기의 분류는
      ○  Screw 모양에 따른 분류

 

단축식 압출기 (Single Exturder)

 

 

다축식 압출기 (twin Exturder)

-  2축 압출기, 3축 압출기, 4축 압출기,
   원추형 다축 압출기

 

Vent식 SCREW 압출기

- 1축 Vent식 압출기, 다축 Vent식 압출기

 

특수 압출기

-  Kneader 압출기, Screwless 압출기,
   유성나사 압출기, 치차형 압출기

       ○  생산 제품별로 구분한 Extruder의 종류
            Film Part   
                    -  High speed P.E inflation Film Manufacturing Equipment
                    -  P.V.C Film Manufacturing Equipment
                    -  Blow Down P.P inflation Manufacturing Equipment
                    -  T-DIE Film Manufacturing Equipment
                    -  Heavy duty P.E inflation Film Manufacturing Equipment
            Sheet & Laminating part   
                    -  Sheet Manufacturing Equipment
                    -  Laminating Manufacturing Equipment
                    -  Embossing Manufacturing Equipment
                    -  Corrugated sheet Manufacturing Equipment  
            Stretching part
                    -  Poly Tape Manufacturing Equipment
                    -  P.P packing Band Manufacturing Equipment
                    -  Flat yarn Manufacturing Equipment
            PIPE part
                    -  P.V.C pipe Manufacturing Equipment
                    -  P.P Straw Manufacturing Equipment
                    -  Profile Manufacturing Equipment
            Blow Molding part  
                    -  Blow Molding Manufacturing Equipment
                    -  Auto-Blow Molding Manufacturing Equipment
                    -  Rotary Blow Molding Manufacturing Equipment
                    -  Injection Blow Molding Manufacturing Equipment
            Wire Covering Manufacturing Equipment
            Filament
                    -  MONO-Filament Manufacturing Equipment
                    -  Multi-Filament Manufacturing Equipment
                    -  Polyester Fiber Manufacturing Equipment
            Compounding(Coloring) Part
                    -  Compounding(Colouring) Manufacturing Equipment
                    -  Recycle Manufacturing Equipment

       ○  컷팅(Cutting) 모양에 따른 분류
                UNDER  WATER CUTTING
                HOT  CUTTING(DRY FACE)
                STRAND PELLETIZING
                MIST  CUTTING(SPRAY)

   2) Resin 별 cutting  (◎최상       ○보통      ● 적용불가)

 Cutting
    Resin

UNDER  WATER
CUTTING

HOT
 CUTTING

STRAND
PELLETIZING

MIST
 CUTTING

LD  HDPE

PP    PS

R   - PVC

S    PVC

ABS    XLPE

NYLON PET

POLY URETHANE

ACRYLICS

        UDDER WATER CUTTING  :  LDPE, LLDPE, HDPE, PP, PS, ABS, PU,                                                  ACRYLICS
        HOT  DRY  CUTTING        :  R - PVC, S -  PVC
        STRAND CUTTING            :  범용사용(일반수지)
        STRIP & DICE                  :  R-PVC, S-PVC, ABS, XLPE   

4.    압출기 구조

       1)  압출기는 압출기와 그보조장치로 이루어져있다
       2)  압출기는 MOTOR와 GEAR BOX와 BARREL SCREW와 GRANULATOR
            구성되어 있다.
       3)  MAIN MOTOR는 일반적으로 DC MOTOR이다.
       4)  MAIN GEAR BOX의 OIL은 OMALA 320 번을 사용하고 감속비는 20:1 ∼ 54:1이다.
       5)  BARREL은 여러 개의 JOINT로 이루어져 있으며 각기 Heater가 부착되어 있다.
       6)  SCREW는 축에 끼울 수 있도록 여러 개의 요소로 구성되어 있다.(Twin screw)
       7)  SCREW 베어링 수명은 장시간 사용할 수 있도록 되어 있다.
           실제 수명은 스크류의 속도와 제품의 압력에 반비례 한다.  정상 가동시 최대 압력은
           150 ∼180BAR을 초과해서는 안된다. 초과시 베어링 손상이 발생하므로 압력을 최소한
           줄여야 한다.
           최대 MAX 압력을 250BAR이다. 이 압력을 초과시 기계 안전 장치는 되어 있다.
       8)  MAIN MOTOR 주의 온도는 어떠한 경우이든 45도 이상인 곳에 설치하여서는 안되며 
           온도가 높을 때 MOTOR가 소손된다.
      9)  높은 대기 온도에서는 온도가 2도 상승시 최소 1%의 전류가 감소하여 기계의 효율이
           떨어진다.
    10)  BARREL 온도 는 300 도 이상 가열 해서는 안된다  

      
일반적으로 SCREW의 구조에 의해서 분류하여 보면 다음과 같다.

       ①  메인 모타 (Main motor)         ②  바렐과 히타(Barrel & Heater (screw포함)
       ③  피더(Feeder)                       ④  캇팅기 :Pelletizer(cutting)   
       ⑤  건조 및 선별기 (Dryer & Vibrating screen)         ⑥  기어 박스(Gear box)
       ⑦  냉각시스템(Cooling system)                              ⑧  다이 (Dies)
       ⑨  스크린 설치기(Screen changer & back plate)    ⑩  진공 시스템(Vent & vent system)
 

5.   압출기 분해 조립 순서                                                        

    1) 분해순서
       ①  스쿠류는 제작회사에서 제공한 렌치을 상용하여 분해한다.
       ②  만약 스쿠류 요소가 축으로부터 빠지지 않을 경우에는 반드시 플라스틱 망치나 고무
            망치를 이용하여 분리하시오.
       ③  스쿠루 분해 및 청소시 최대 가열 온도는 300  을 초과 해서는 안된다. 만약 이 온도를
            초과하며 바렐과 스쿠류가 열화 된다.
       ④  GRANULATOR와 EXTRUDER 사이의 BARREL JOINT (13 ZONE) 부분을 푼다.
       ⑤  HYDROIC FEET를 위로 올린다.
       ⑥  HYDROIC S/W를 조작하여 BARREL을 분리 시킨다.
       ⑦  SCREW의 속도을 5에 맞춘다음 SCREW를 청소한다.
       ⑧  SCREW의 맨 끝 부분의 고정쇄를 시계 방향으로 하여 SCREW를 푼다.(왼나사)
       ⑨  어떠한 경우라도 해머로 기계에 충격을 주거나 다른 기구을 사용하여 베아링과 축에
            충격을 주어서도 안된다.

    2) 조립 순서
       ①  BARREL의 온도는 약 240℃정도  HEATING 시킨다.
       ②  SCREW를 동 부러쉬로 깨끗이 청소 한 후 고온용 GREESE(500℃)를 스크류 축과
            스크류 요소에 바른 후 재 조립한다.
       ③  먼저 조립된 것에 맞게 연결하고 SCREW 핏치가 바른지 확인한다.
       ④  조립후 양 스쿠루의 길이가 같아야 한다.
       ⑤  SCREW을 과도하게 조이지 마시요.
       ⑥  압출기 스크류가 축에 정확하게 부착이 되어야 하며 기계에 맞게 조인다 .
             ( 4 M  KG  ∼ 20 M  KG)
       ⑦  SCREW의 속도를 5에 맞춘 다음 SCREW의 맞물림 상태를 확인한다.
       ⑧  GRANULATOR와 BARREL을 조립한다.
       ⑨  BARREL의 온도를 올려 MOTOR을 가동시켜서 이상이 없는지 확인한다.   

6. 압출기  점검  사항

 (1)  COOLING TOWER
     1)  동작 원리 :  PUMP을 가동하면 압출기의 BARREL COOLING PUMP,수조 냉각 COOLER
                           MAIN GEAR OIL 냉각 LINE으로 순환되는 시스템이다.
     2)  점검 사항 :
            ○  냉각 탑의 순환 부분에서 발생되는 먼지나 오물 및 녹물등을 점검하여 심한 경우는
                 냉각수를 교체한다.
            ○  FAN MOTOR의 V-BELT 가 느슨하지 않는가 확인한다.
            ○  부표 (FLOAT S/W)가 정상적으로 동작하는가?
            ○  냉각수는 깨끗한 물을 사용하고 온도가 15℃이하가 되지 않도록 한다.

  (2)  MAIN GEAR BOX
     1)  GEAR OIL 최대 허용 온도는 40℃ - 80℃
     2)  오일 교환은 1500-5000시간 마다 부하와 기어 장치의 온도에 의해 교환하고 18개월을
          초과 해서는 안된다.
     3)  장시간 기계 비가동시 매 3주에 한번씩 無 부하나 부하 상태로 동작을 시켜야 한다.
          (부식 방지 목적)
     4)  오일 명은 OMALA 320 극동 셀 제조. (80℃)
  
  (3)  GEAR PUMP
      1)  동작 온도는 20도에서 45-60㎜/s 로 흐르고 사용 온도는 80도을 초과 해서는 안된다.
      2)  필터가 오염이 되면 필터의 압력이 떨어진다. 이 경우 로타리 밸브를 이용하여 다른
           필터를 선택한 후 기존 사용하던 필터를 청소한다.
      3)  필터 청소는 세제를 안쪽에서 바깥쪽으로 흘려 깨끗이 청소한 뒤 에어로 불어 청소하고
           필터의 구멍이 막힘이 없도록 한다.
      4)  GEAR PUMP의 베어링은 윤활유에 의하여 동작되므로 특멸한 보수 관리가 필요하지 않음.
      5)  매 2000시긴 가동 후 오일 필터를 청소해야 한다.
      6)  윤활유가 정상적으로 동작하지 않을 때는 어떠한 경우든지 기계를 동작 시켜서는 안된다.
  
  (4) MAIN MOTOR
     1)  MOTOR을 가동 시킬 시에는 먼저 모터가 부드럽게 규칙적으로 동작을 하는가 점검을 하여
         야하며 또한 정류자 베어링 냉각 공기 등의 온도를 점검하여야 한다.
     2)  브러쉬가 심하게 탄 것이나 카본 임자가 흩어지는 상태는 반드시 발생하지 않도록 주의
         하여야 한다.
     3)  정류자 면의 색깔이 회갈색일 때는 양호하므로 교체가 필요없다.
     4)  MOTOR 가동은 커플링을 분리하여 無 부하 상태로 절대로 작동시켜서는 안된다.
     5)  MOTOR는 절대로 필드 전원이 공급되지 않은 상태에서 동작시켜서는 안된다.    
     6)  필드 전압이 공급되지 않을 경우에는 비록 짧은 순간 일지라도 모타에 심각한 손상을 입게
         된다.  아마추어 전류는 굉장이 큰 수치로 증가하며 모터의 회전 속도는 아마추어에 손상을
         줄 정도로 증가한다.

  (5) BARREL COOLING PUMP
     1)  이 장치는 압출기 BARREL ZONE 냉각을 위한 장치다.
     2)  PUMP MOTOR 용량은 11KW. 25M/HR
     3)  COOLING TANK 용량은 210 ℓ      
     4)  기계를 가동 중에 절대로 전기 부위에 물을 사용하여 세척하지 마시요. 세척시 반드시 
         전원을  끈 상태에서 하시오.

PVC 압출 공정의 (例)