초임계 이산화탄소 - 초임계 발포 시스템

초임계 이산화탄소 - 초임계 발포 시스템 (Supercritical Expansion System)

 

전통적인 플라스틱 발포는 고분자 물질에 발포제를 배합하여 일정한 온도, 압력 및 시간하에 가스를 발생시켜 셀이 형성된 발포체를 만드는 것입니다. 이러한 발포는 제품의 경량화, 쿠션화, 부양성, 흡수성, 장식성, 촉감성, 원가절감 및 치수안정성 등을 목적으로 합니다.

 

발포 플라스틱을 발포시키는데 필요한 발포제인 염화불화탄소 가스는 오존층을 파괴하며 대기 온난화의 원인으로 선진국에서 이미 사용을 금지하고 있으며, 상대적으로 환경에 무해한 물, 이산화탄소 및 질소 등이 발포제로 관심을 모으고 있는 실정입니다. 여기에서는 요즘 각광받고 있는 초임계 이산화탄소에 의한 발포를 소개 하고자 합니다.

 

초임계 유체를 이용한 고분자 발포는 Beads를 이용한 연속식 또는 회분식 Beads 발포체와 Mucell 방식의 사출 성형입니다. 또한 사출 성형된 제품을 초임계유체로 처리한 후 발포하는 기술도 상용화시점에 있습니다.

 
< SCEBA 시리즈 >

 

 

범용 플라스틱인 폴리프로필렌(Polypropylene)을 화학적 발포제를 사용하지 않고 물리적(무가교성)으로 발포하여 내부에 화학적 변화를 일으키지 않는 상태에서 발포하는 것이 초임계 고분자 발포 시스템이며, 이 중에서 SCEBA 시리즈는 초임계 고분자 발포 시스템 중에서 회분식 방법으로 발포하는 방식으로 한번에 많은 양의 폴리프로필렌 비드(EPP Beeds)를 시스템의 반응조에 넣고, 순간 팽창시켜서 발포된 비드(Expanded beeds)를 얻는 설비입니다.

쌀알과 같은 원료와 물, 그리고 계면활성제와 같은 첨가물을 넣고 온도와 압력을 공정 조건에 맞춘 후에 이산화탄소를 주입하여 초임계 상태로 만듭니다. 초임계 이산화탄소는 비드(Beeds)에 침투하게 되고, 일정시간 후에 고압에서 대기중으로 짧은 시간에 방출하게 되면 비드(Beeds) 내에서 발포가 일어나기 시작합니다.

 

공정 진행중 첨가제들과의 혼합이 중요하므로 공정 조건내에서 교반을 수행하여 효율을 높여줍니다. 이러한 회분식 방식은 다양한 제품에 적용할 수 있지만, 작은 크기의 발포제인 발포 비드(Expanded beeds)에 주로 사용합니다. 초임계 발포 공정은 친환경적이고, 무독성, 무가연성 가스를 사용하는 장점이 있으며, 제품의 성능 향상과 공정 비용의 절감, 공정 시간 단축과 같은 장점도 있습니다.

 

유체를 초임계 상태로 유지하는 장치의 구성이 중요하므로 이산화탄소 가스를 초임계화하기 위한 온도와 압력을 정밀하게 조절할 수 있게 제작합니다. SCEBA 모델은 일신오토클레이브에서 보유한 특허의 장점과 다년간의 노하우를 적용하여 제작하며, 반응조와 분리조, 저장조와 같은 압력용기는 미국기계학회(ASME) 규정에 맞춰 설계·제작하므로 안전성과 기밀성이 뛰어납니다.

 

 

 

 

Extraction Vessel	1ℓ x 2기 Max. Working Condition : 500 ㎏/㎠ at 200 ℃
CO2 Gas Booster System	ISA-GB11-100
Temperature Utility	Heating Jacket System
Control System	Electric Box Type

 

 

원료상태의 특징
• 구형 입자상태의 발포체
• 순수한 PP성분
• 밀도 20~60 g/I
• 성형후 밀도 20~80 g/I
• 색상: 검정,회색 및 흰색
• 별도 착색 가능  
 
성형품의 특징
• 무 가교, 무 발포제 및 CFC-FREE의 PP 단일성분 발포체(물리적 발포)
• 높은 기계적 강도, 탄성률 및 유연성 (경량화 가능)
• -40도에서 +130도 까지의 넓은 사용 온도 범위 (내한성 및 내열성)
• 뛰어난 충격 흡수 및 복원력 (반복 사용)
• 경도 및 촉감의 조절 선택 가능성
• 독립 기포 구조로서 비 흡습성 및 높은 부양성
• 높은 치수 안정성으로 정밀, 고난도 형상 가능
• 용이한 후 가공성 (절단,접착 가능)
• 양호한 보온 성능
• 100% RECYCLING 가능, 환경적으로 안전
• 무독성 및 식품안전성 (열소독 가능)
• 표면 마찰 소음 (EPS)이 없으며 부수적인 흡음효과
• 착색 및 특수첨가제 (EMI 차폐, UV 안정제등) 첨가 가능
• UL 난연 규격 수준 난연 처리 가능
• 내화학성, 내유성, 내수성 및 내후성
 

< SCECO 시리즈 >

SCECO 시리즈는 초임계 고분자 발포 시스템 중에서 연속식 방법으로 발포하는 방식으로 연속적이고 일정하게 초임계 유체를 토출하는 제품으로 고분자 압출 및 사출기, 합성 반응기 등을 장착하여 구성하였고, 단계별로 진행하면서 고압 조건에서 혼합과 초임계를 통한 합성으로 최종 금형에 도달해 발포가 진행되어 제품을 얻을 수 있도록 제작합니다.

사출기에서의 초임계 이산화탄소와 원료의 혼합, 혼합압력 및 온도, 공정 시간을 위한 스크류의 회전 시간등의 공정 조건이 발포 제품의 형태나 성능 향상에 영향을 미치게됩니다. 연속식 초임계 고분자 발포 시스템은 금형의 모양에 따라 다양한 제품에 접목될 수 있을 뿐만 아니라, 친환경적이고, 무독성, 무가연성 가스를 사용하는 장점을 가지며, 공정 비용의 절감은 물론 공정 시간도 단축할 수 있습니다.

 

사출기의 스크류 형태 내에서 초임계 이산화탄소 상태를 유지하는 것이 중요하며, 이를 위한 사출기의 밀폐, 혼합시의 온도와 압력, 스크류의 회전 등의 정밀한 조절이 가능하도록 구성하였습니다.

SCECO 모델은 일신오토클레이브에서 보유한 특허의 장점과 다년간의 노하우를 적용하여 제작하며, 반응조와 분리조, 저장조와 같은 압력용기는 미국기계학회(ASME) 규정에 맞춰 설계·제작하므로 안전성과 기밀성이 뛰어납니다.

 

 

 

 

초임계 이산화탄소 설비의 공정 변수
온도균일성
• 외부 자켓에 열매체를 순환하는 방식을 이용하여 급변하는 온도변화는 균일하게 유지
• 공급 유체의 상변화를 위한 냉각과 가온을 단계별로 구분하여 진행 
압력정확성
• 역압력 조절기를 이용한 연속적 압력 유지 제어 구성 : 1.5%(Max)이내 편차 유지
• 정밀 전자 역압력 조절기를 통한 정밀 제어 구성 가능 
시료 테스트의 다양성
• 다양한 시료에 맞춘 트레이형 바스켓을 이용하여 시편 테스트 방법과 테스트량 확보 
 

 

 

 

 

Extraction Vessel	2ℓ x 1기 Max. Working Condition : 500㎏/㎠ at 80℃
CO2 Heating Bath	10ℓ x 1기
CO2 Gas Booster System	Min. Pressure (1 step) : 50㎏/㎠
Temperature Utility	Chiller & Heating Bath System
Control System	Touch Panel Type
Structure	Packing Type

 

 

SCECO에 대한 더 자세한 내용은 아래 홈페이지를 참조하세요

http://www.suflux.com/korean/products/Supercritical_Expansion_System_SCECO.html

 

 

 

 

< MUCELL >

MUCELL 이란 초임계상태의 이산화 탄소나 질소를 수지와 혼합한 것으로 미세한 발포상태의 플라스틱을 만들어 성형하는 프로세서 기술로, 발포셀(Cell)의 미세화 (5~50㎛)에 의해서 넓은 범위의 사출성형품의 코스트를 저감할 수 있는 획기적인 기술로써 주목받고 있습니다.

 

화학 발포제나 프레온류를 이용하지 않은 환경친화적인 프로세서 기술이며 단순한 제품의 경량화 뿐만 아니라 플라스틱의 유동성 향상, 형체력 사출 압력의 저감, 저온성형, 성형사이클의 단축, 성형품의 Sink Mark 휨 개선 등을 실현할수 있는 기술입니다.

 

 

 

 

 

 

MuCell의 개요

- MIT공과대학에서 개발된 초미세 발포성형 기술로 美Trexel INC와 설비 라이센스 계약 체결 (2001.1.10)-
- 20~30% 정도의 원가절감 및 획기적인 치수품질 개선이 가능해짐에 따라 압출에 이어 사출부문에서도 기능성 내장 부품 및
  자동차 부품을 중심으로 급속히 확산되는 추세
- 약 150개사의 END USER를 확보하고 있으며, 전세계 대표적인 사출기 Maker 15개사를 라이센스로 확보
- 제반수지의 사출, 압출, 써머포밍 공법에 적용 가능하며 가스사출에 이은 차세대 Processing 기술로 각광 받고 있음

 

MuCell의 장점
• 성형재료에 무관하게 적용가능
• 고분자 재료의 점도 감소 : 최대 60%까지
• 성형온도 감소 : 최대 70% 정도까지 줄임
• 사출 압력 감소 : 30~50%
• 보압시간 제거 + Cooling Time 최소화를 통한 Cycle Time 감소
• 사출기 Clamp Tonnage 감소 : 40~30%
• Sink Mark 제거 / 휨방지
•환경 친화적인 기술

 

 

MUCELL에 대한 더 자세한 내용은 아래 홈페이지를 참조하세요