플라스틱 사출 현장에서 실버스트리크가 터지면, 저는 솔직히 제일 먼저 건조기부터 들여다봤습니다. 10번 중 7번은 건조 문제였으니까요. 그런데 그게 습관이 되면서 정작 다른 원인을 놓치는 경우가 생기더라고요. 이 글은 그 경험을 토대로, 실버스트리크가 발생했을 때 어디서부터 의심해야 하는지 순서대로 짚어봅니다.
건조불량, 제일 먼저 의심하지만 제일 자주 틀리는 원인
성형 현장에서 제품 표면에 은빛 줄기가 생기면 대부분 재건조에 들어갑니다. 저도 그랬고, 주변 현장도 다 그렇게 합니다. 건조를 다시 돌리고, 기다리고, 다시 성형하고. 그런데 그 사이에 시간도 날아가고 재료도 날아갑니다.
수분에 의한 실버스트리크(silver streak), 쉽게 말해 은조(銀條)는 수지 내 수분이 가열 통 안에서 기화되면서 발포 상태가 만들어지고, 그 기포가 금형 내에서 유동 흔적으로 드러나는 현상입니다. 주로 성형품 전체에 고르게 퍼져 나타나는 것이 특징입니다.
건조 문제인지 확인하는 가장 확실한 방법은 퍼지(purge)입니다. 퍼지란 용융 수지를 가열 통 밖으로 사출 해서 그 상태를 육안으로 확인하는 작업인데, 전체가 발포 상태라면 건조가 원인, 중간에 간헐적으로 기포가 나온다면 다른 원인을 봐야 합니다. 이 판단 하나가 불필요한 재건조 낭비를 막아줍니다.
제가 직접 겪은 일인데, 건조기 블로워가 멈춰 있었던 적이 있었습니다. 히터는 돌아가고 있으니 처음 3~4시간은 멀쩡하게 나오다가, 갈수록 성형품 전체에 실버가 번지기 시작했습니다. 당시엔 수지 문제인 줄 알고 한참 헤맸는데, 알고 보니 블로워 고장이었습니다. 건조기 주변 기기 점검도 일상 점검 항목에 반드시 넣어야 한다는 걸 그때 배웠습니다.
중소기업 현장에서는 제습 건조기 같은 설비 투자가 현실적으로 쉽지 않습니다. 여름철에는 습도가 높아서 건조해도 호퍼 투입 과정에서 수분을 다시 흡수하는 일도 있는데, 제습 기능 없는 건조기로는 한계가 분명합니다. 수지 메이커 카탈로그에 명시된 함수율 기준을 지키려면 설비가 받쳐줘야 하는데, 그게 안 되는 게 솔직한 현실입니다(출처: 한국플라스틱산업협동조합).
가스혼입, 건조 말고 이쪽도 봐야 합니다
건조를 아무리 잘해도 실버가 계속 나온다면, 이때부터는 가소화 중 에어 말림이나 수지 분해 쪽으로 시선을 돌려야 합니다. 제 경험상 이 부분을 건너뛰고 계속 건조만 다시 돌리다가 몇 시간씩 날리는 경우를 자주 봤습니다.
가소화 중 에어 말림은 배압(back pressure) 설정이 너무 낮을 때 주로 발생합니다. 배압이란 스크루가 후퇴할 때 저항을 주는 압력으로, 이 압력이 낮으면 스크루가 너무 빠르게 빠져나가면서 수지 사이에 에어가 섞이게 됩니다. 성형품 전체에 불규칙하게 점처럼 실버가 박히거나, 심한 경우 탄화를 동반한 검은 줄기가 같이 나오는 것이 이 경우의 특징입니다.
가스혼입의 주요 원인을 정리하면 다음과 같습니다.
- 배압 설정 불량으로 인한 에어 말려들어감
- 가열 통 또는 노즐 온도 과다 설정으로 인한 수지 열분해
- 계량 스트로크 과다 또는 스크루 회전 과속으로 인한 가소화 불량
- 석백(suck back) 과다 사용 시 노즐에서 에어 흡입
- 이종 수지 혼입에 의한 분해 가스 발생
석백이란 가소화 완료 후 노즐에서 수지가 흘러내리는 것을 막기 위해 스크루를 살짝 후퇴시키는 동작인데, 이 양이 필요 이상으로 크면 노즐 끝에서 에어를 빨아들이게 됩니다. 그 에어가 다음 사이클에 수지와 함께 캐비티 안으로 밀려들어가면서 실버가 발생하는 구조입니다. 석백량을 줄이거나 배압의 다단 제어를 활용해서 차지 압 빼기 스트로크를 최소화하는 게 이 경우의 핵심 대책입니다.
노즐 온도가 너무 낮을 때도 문제입니다. 드루링(drooling), 즉 노즐에서 수지가 실처럼 늘어져 떨어지는 현상이 생기면, 굳은 수지가 다음 사이클에 그대로 사출 되면서 전단 발열과 에어 말림이 동시에 일어납니다. 온도를 올려야 할지 내려야 할지 헷갈리는 경우인데, 드루링이 보인다면 온도를 낮추고 역 테이퍼 노즐로 교체하는 방향이 현실적입니다.
가소화불량, 기계가 좋아져도 사람 문제는 남는다
요즘 성형기는 실린더 온도 정밀도가 많이 올라갔습니다. 가소화 상태도 예전보다 훨씬 안정적으로 유지됩니다. 그런데 솔직히 이건 예상 밖이었습니다. 기계가 좋아질수록 불량이 줄어야 하는데, 현장에서는 그 기계를 다룰 줄 아는 사람이 줄어드는 속도가 더 빠릅니다.
가소화불량은 스크루 회전이 너무 빠르거나 계량 스트로크가 과도하게 길 때 발생합니다. 수지가 완전히 용융되지 않은 미가소(未可塑) 상태로 계량이 끝나고, 그 안에 포함된 에어가 사출 될 때 실버스트리크로 나타납니다. 특히 PMMA, PC, ABS처럼 점도가 높은 수지에서 이런 현상이 두드러집니다.
수지의 파고듦 불량도 비슷한 맥락입니다. 가열 통 후부 온도가 지나치게 높으면 수지가 스크루 압축 구간 초입에서 눌어붙었다가 떨어져 나오는데, 이때 에어를 포함한 채로 가소화됩니다. 퍼지를 하면 잠깐 좋아졌다가 다시 나빠지는 패턴이 반복된다면 이쪽을 의심해야 합니다.
역류 방지 밸브(check valve) 마모도 빼놓을 수 없습니다. 역류 방지 밸브란 사출 시 용융 수지가 스크루 뒤쪽으로 역류하지 않도록 막아주는 부품인데, 이게 마모되면 수지가 불균일하게 충전되고 에어가 섞입니다. 장기간 사용하는 현장에서는 정기적인 점검이 필수입니다.
사출성형 불량과 관련한 체계적인 분류 기준은 한국산업표준(KS)에서도 다루고 있는데, 현장 기술자들이 이런 표준 자료를 잘 활용하지 못하는 경우가 많습니다(출처: 국가표준인증 통합정보센터). 기계 성능이 올라가도 조건 설정 원리를 모르면 자동화가 오히려 독이 될 수 있습니다.
실버스트리크 하나에도 원인이 이렇게 다양합니다. 건조 먼저 의심하는 습관은 틀리지 않지만, 거기서 멈추면 안 됩니다. 퍼지 상태 확인, 배압 점검, 스크루 회전과 노즐 온도 재검토를 순서대로 해가면 대부분 원인이 좁혀집니다. 중소기업 현장일수록 정보와 설비가 부족한 게 사실이지만, 원인을 구분할 수 있는 눈만 길러도 낭비를 상당히 줄일 수 있습니다. 다음 실버가 터졌을 때, 이 글의 순서를 한 번만 따라가 보시기 바랍니다.
참고: 사출성형 불량대책 사례집