풀트루전 공급 방식 3가지 선택법: 함침조·상압 주입박스·가압 주입박스

같은 풀트루전 라인이라도 수지 공급 방식을 바꾸면 수지 낭비가 20%에서 5% 이내로 줄고 인발 속도가 두 배까지 오를 수 있습니다. 반대로 아무 변화도 없을 수 있는데, 원인은 로빙 배열에 있습니다. 세 가지 공급 방식의 진짜 경계는 '압력 크기'가 아니라 '수지가 섬유에 닿는 시점'입니다.

진짜 경계: 압력이 아니라 함침 시점

함침조는 '충분히 적신 뒤 금형 진입'입니다. 섬유 다발이 개방된 조를 통과하며 모세관 작용과 중력으로 함침되고, 금형에 들어가기 전 이미 오래 적셔진 상태입니다.

주입박스는 '금형 진입 직전에 적심'입니다. 섬유가 먼저 가지런히 배열되어 밀폐 캐비티로 들어가고, 수지는 겔화 시작 몇 초 전에야 섬유와 접촉합니다.

이 한 문장의 차이가 VOCs, 수지 낭비, 섬유 함량 상한, 인발 속도에 관한 모든 차이를 결정합니다. 따라서 선정 시 '압력이 얼마인가'보다 '내 수지의 점도는 얼마이고 프로파일에 필요한 섬유 함량은 얼마인가'를 먼저 물어야 합니다.

표 하나로 보는 세 가지 차이

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함침조: 설비는 저렴하지만 대가는 세 곳에서

• 저점도 계열만 소화합니다. 200–500 mPa·s의 폴리에스터·비닐에스터가 편안한 영역입니다. 점도가 더 높아지면 굵은 로빙 내부까지 함침되지 않아 건사와 공극이 생깁니다.

• 수지 낭비 10%–20%. 섬유가 가져가지 않은 부분은 회수 장치로 되돌려야 하고, 회수 수지의 순도 관리도 필요합니다.

• 개방은 개방일 뿐입니다. 스티렌이 휘발되어 작업장 냄새와 규제 부담이 따르고, 모노머가 빠져나가면 점도가 올라가므로 자주 측정하고 자주 보충해야 합니다.

외관과 역학 요구가 높지 않은 케이블관, 펜스 기둥 같은 민수용 프로파일, 생산량이 적고 재료 교체가 잦은 라인에 적합합니다. 이런 용도라면 문제없지만, 고강도 구조재에 억지로 쓰면 문제가 생깁니다.

상압 주입박스: 대부분 산업용 프로파일의 가성비 구간

박스가 대기와 통하고 중력 또는 저압 펌프로 주입하며, 일반 작업 압력은 0.1–0.3 MPa입니다. 함침조 대비 VOCs 배출이 30%–50% 줄고 함침 균일성이 뚜렷이 개선되며, 구조가 단순해 유지비도 낮습니다.

다만 해결하는 것은 '함침 균일성'이고 '고섬유 함량'은 아닙니다. 섬유 체적 함량이 55%를 넘거나 로빙 배열이 특히 촘촘하면 상압으로는 밀어 넣기 어렵습니다.

가압 주입박스: 고섬유 함량과 고인발 속도를 위한 선택

완전 밀폐 구조로 펌프압으로 강제 함침하며, 일반 작업 압력은 0.3–1.5 MPa 구간입니다(업체에 따라 2–10 bar, 즉 0.2–1.0 MPa로 표기하기도 하니 설비와 수지 계에 맞춰 판단하고 수치를 그대로 옮기지 마십시오).

• 섬유 체적 함량 60%–70% 구현 가능

• 수지 이용률 90% 이상, VOCs는 함침조의 약 1/5

• 압력 폐루프로 수지 함량을 조절해 오차 ±1% 이내

• 수지의 가열·공기 노출 시간이 짧아 인발 속도를 높일 수 있음

대가는 높은 설비 투자이며, 로빙 배열에 매우 민감하다는 점은 뒤에서 따로 다룹니다.

폴리우레탄 계에서 밀폐 주입이 사실상 필수인 이유

재료를 바꿀 때 많은 공장이 놓치는 부분입니다.

첫째, A액은 물을 만나면 반응합니다. 이소시아네이트 성분은 수분에 극히 민감해 개방조는 작업장 공기 중 습기를 그대로 빨아들이게 하고, 기포와 경화 이상이 이 단계에서부터 잉태됩니다. 통상 작업 구역 상대습도 60% 미만, A액 35–45℃ 항온, 변동 ±2℃ 이내를 요구합니다.

둘째, 폴리우레탄은 인라인 혼합이 필수입니다. A·B 두 성분을 비율대로 혼합 헤드에서 합류시켜 정적 믹서를 거친 뒤 토출하는데, 개방조에는 이 공정이 없습니다.

셋째, 겔 시간이 짧습니다. 보통 10–30분으로, 수지가 조에 오래 머물면 점도가 오르기 시작하므로 액위와 온도를 계속 지켜봐야 합니다.

따라서 폴리우레탄 풀트루전에서 주입박스는 '선택 사항'이 아니라 전제 조건입니다. 남은 선택은 상압이냐 가압이냐뿐입니다. 지방족 폴리우레탄 프로파일의 무도장화에 밀폐 주입이 보편적으로 쓰이는 이유이기도 합니다.

주입박스 도입 전 확인할 네 가지

1. 로빙 배열. 주입 압력은 수지 부족과 과다를 바로잡지 못합니다. 로빙이 고르지 않으면 가압은 수지 많은 곳을 더 많게, 적은 곳을 더 적게 만들 뿐입니다. 설비 교체 후 '효과 없음'의 가장 흔한 원인입니다. 먼저 풀트루전 성형 공정의 특징에서 우리 라인이 어느 유형인지 확인한 뒤 가압 여부를 논하십시오.

2. 금형 입구 테이퍼. 일반 구간은 2°–4°입니다. 1.5° 미만이면 압밀이 부족해 건조 반점이 생기기 쉽고, 5° 초과면 마찰열로 입구에서 사절이 발생합니다. 단면과 섬유 체적 분율에 따라 테이퍼 각도도 조정해야 하며, 단방향 봉재는 사각 단면보다 큰 각도가 필요합니다.

3. 세정 시스템. 폴리우레탄은 5분 이상 정지하면 세정해야 하며 경화를 기다리면 안 됩니다. 설비 선정 시 자동 세정과 버퍼 탱크를 구성에 포함하십시오. 버퍼 탱크는 소량 시험 생산에도, 펌프와 배관 신속 세정에도 쓰여 사후 개조보다 훨씬 수월합니다.

4. 압력 모니터링. 펌프 토출구에 압력 센서를 두고 과압 시 자동 정지, 회복 시 자동 재시작하도록 하십시오. 압력 이상은 배합비 이상보다 먼저 나타나는 최초의 경보 지점입니다.

파라미터 설정: 한 번에 맞추려 하지 말고 계단식으로

신규 프로파일을 처음 올릴 때 파라미터를 한 번에 '최적'으로 맞추기는 사실상 불가능합니다. 더 신뢰할 만한 방법은 계단식 변화입니다.

1. 배합비와 금형 온도를 고정하고 300, 500, 700 mm/min으로 세 구간을 각각 운전합니다.

2. 각 구간에서 바콜 경도, 단빔 전단강도, 표면 품질 세 지표를 측정합니다.

3. 세 지점 사이를 보간해 '경도가 충분하면서 표면에 균열이 없는' 구간을 찾습니다.

참고 판정 기준(폴리에스터 계): 바콜 경도 45–55가 정상입니다. 40 미만이면 표면 경화 부족으로, 대개 3구역 온도 부족이나 인발 속도 과다가 원인입니다. 60 초과면 과경화 취화를 의심해야 하며, 특히 박육 부재에서 두드러집니다.

흔한 오판 세 가지

표면 균열이 보이면 인발 속도를 낮춘다. 균열 원인은 최소 세 가지입니다. 예열 구역 온도 과다(표면이 먼저 경화되고 심부는 유동 상태여서 금형 벽에 끌리며 전단 균열 발생), 출구 온도 과다로 냉각 공기에 의한 열충격, 내부 이형제 부족(대부분 계에서 0.5–1.0 phr). 원인을 먼저 가른 뒤 파라미터를 조정하십시오.

기포가 보이면 탈포를 강화한다. 기포가 어디서 오는지 먼저 구분하십시오. 수지에서 오면(원료 함수분, 혼합 유입) 원료 탱크와 혼합 헤드를, 섬유에서 오면(함침 부족, 로빙 동반 공기) 주입 압력과 배열을 점검하십시오. 방향을 반대로 잡으면 조정할수록 더 엉킵니다.

주입박스만 바꾸면 속도가 오른다. 속도 향상은 시스템 전체의 문제입니다. 수지 활성, 금형 길이, 예열 방식이 모두 따라와야 하며, 주입박스만 교체하면 보통 경화 구역에서 막힙니다.

맺음말

공급 방식 선택은 결국 세 가지 질문에 답하는 일입니다. 수지 점도는 얼마인가, 섬유 함량은 얼마가 필요한가, 연간 몇 미터를 생산하는가. 세 답이 정해지면 선정에 큰 고민은 없습니다. 남는 것은 조정의 노하우입니다.