고분자 가공 상식 - 압출 공정 (Extrusion Process)

 

■ 압출 공정 이란?

압출 공정(Extrusion Process)

 압출 공정(Extrusion Process)은 고분자나 금속 등의 원료를 특정한 형태로 압출하여 제품을 만드는 가공 방법입니다.

 이 공정은 가열된 원료를 압출기(Extruder)를 통해 특정한 단면 형태로 압출하여 다양한 형상의 제품을 만들어내는 데 사용됩니다. 압출은 금속, 플라스틱, 고무, 음식물, 세라믹 등 다양한 산업 분야에서 널리 활용되고 있습니다.

 

 압출 공정의 주요 원리는 원료를 압출기로 공급하고, 회전하는 스크류(나사)에 의해 원료가 압축되며, 압출기의 노즐을 통해 원하는 형상으로 무한히 길게 빠져나오게 되는 것입니다. 이렇게 압출된 제품은 다양한 형태의 단면을 가지고 있으며, 필요한 길이로 잘라내어 최종 제품으로 완성됩니다.

 

싱글 스크류와 더블 스크류 (단일 / 이중 스크류)

 압출 공정은 다양한 종류로 나눌 수 있습니다. 일반적으로는 단일 스크류 압출과 이중 스크류 압출로 구분됩니다.

 단일 스크류 압출은 하나의 스크류를 이용하여 원료를 압출하는 방식으로 가장 기본적인 형태입니다. 이중 스크류 압출은 두 개의 스크류를 사용하여 원료를 더욱 효과적으로 압출하는 방식으로, 더 복잡한 형태의 제품을 만드는 데에 적합합니다.

 압출 공정은 간단하면서도 다양한 형태의 제품을 생산할 수 있어서 다양한 산업 분야에서 활용되고 있습니다. 특히 플라스틱 산업에서는 압출을 통해 필름, 튜브, 시트, 섬유 등 다양한 형태의 플라스틱 제품을 생산하며, 금속 산업에서는 금속 프로파일, 파이프, 와이어, 로드 등을 생산하는 데에 활용됩니다.

 또한 음식물 산업에서는 파스타, 스낵, 곡물 등을 생산하는데에도 사용됩니다. 이를 통해 생산성을 높이고 비용을 절감하며 다양한 제품을 생산할 수 있어 압출 공정은 현대 산업에서 매우 중요한 역할을 수행하고 있습니다.

 

 

■ 압출 공정의 역사

 

 압출 공정은 현대 산업에서 광범위하게 사용되는 중요한 가공 방법이지만, 그 역사는 상대적으로 오래되었습니다.

 

압출 공정의 역사

압출 공정의 개발 배경

 압출 공정의 기본 원리는 인간이 오래 전부터 알고 있던 원리입니다. 예로 들면, 고대 이집트 시대에는 식물성 기름을 통과시켜 오일을 추출하는 데에 이미 유사한 원리가 사용되었습니다. 그러나 현대적인 압출 공정은 산업 혁명과 기계 공학의 발전으로 인해 현대 산업의 요구에 맞추어 발전하였습니다.

압출 공정의 역사

 압출 공정의 역사는 19세기 초기로 거슬러 올라갑니다. 1820년대에는 금속 노끈과 철사를 만들기 위해 단순한 압출 공정이 사용되었습니다. 1820년에는 또 다른 압출 공정의 형태인 프레스 압출이 개발되어 플라스틱과 고무 등의 가공에 사용되기 시작했습니다.

 20세기에 들어서면서, 압출 공정은 산업 분야에서 더욱 중요해지고 발전하였습니다. 1935년에는 스크류압출기가 처음으로 개발되어 플라스틱 압출에 적용되었습니다. 이후 스크류 압출기의 기술적인 발전과 자동화 기술의 도입으로 생산성과 효율성이 크게 향상되었습니다. 지금은 압출 공정은 금속, 플라스틱, 고무, 음식물 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 중요한 가공 방법으로 자리 잡았습니다. 

 

 

■ 압출 공정의 장점

 

압출 공정은 다양한 산업 분야에서 활용되는데, 이는 그만큼 많은 장점을 가지고 있기 때문입니다.

 

다양한 형태의 제품 생산

 압출 공정은 원료를 다양한 단면 형태로 만들어낼 수 있습니다. 이를 통해 필름, 시트, 튜브, 프로파일, 파이프, 와이어 등 다양한 형태의 제품을 생산할 수 있습니다.

다양한 형태의 압출 제품

 

높은 생산성

 압출 공정은 비교적 단순하고 자동화가 용이한 특성을 가지고 있어 생산성이 높습니다. 원료를 연속적으로 압출하여 긴 길이의 제품을 빠르게 만들어낼 수 있습니다.

 

저렴한 생산 비용

 압출 공정은 고속 생산과 자동화가 가능하기 때문에 생산 비용이 비교적 저렴합니다. 또한, 원료의 낭비를 최소화하여 원가를 절감할 수 있습니다.

고품질 제품 생산

압출 공정은 원료를 고압으로 압출하여 밀도가 높고 균일한 제품을 만들어내므로 고품질의 제품을 생산할 수 있습니다.

 

재료 특성 유지

 압출 공정은 원료를 고온과 고압에서 가공하지만, 빠르게 냉각되어 재료의 특성을 유지할 수 있습니다.

 

자유로운 디자인

압출 공정을 이용하면 다양한 형태와 디자인의 제품을 만들 수 있습니다. 따라서 고객의 요구에 따라 다양한 제품을 생산할 수 있습니다.

 

친환경적

 압출 공정은 일반적으로 친환경적인 제조 방법입니다. 원료의 재활용이 가능하고, 생산 과정에서 오염 물질을 최소화하여 환경에 더욱 유리합니다.

 

 

■ 압출 공정을 이용하는 고분자들

 

폴리에틸렌(PE)

폴리에틸렌은 가장 널리 사용되는 플라스틱 중 하나로, 압출 공정을 통해 필름, 시트, 파이프, 튜브 등 다양한 형태로 생산됩니다. 낮은 밀도로 가볍고, 내구성이 뛰어나며, 저렴한 가격으로 제공되어 다양한 용도로 사용됩니다.

압출 가공된 폴리에틸렌 (PE)

폴리프로필렌(PP)

폴리프로필렌은 뛰어난 기계적 성질과 내화학성을 가지고 있는 플라스틱으로, 압출 공정을 통해 필름, 시트, 필라멘트, 라벨 등 다양한 제품을 만들어냅니다. 내열성이 높고 경제적이기 때문에 포장, 가정용품, 자동차 부품 등에 널리 사용됩니다.

 

폴리비닐클로라이드(PVC)

PVC는 강도가 높고 내화학성이 우수한 플라스틱으로, 압출 공정을 통해 파이프, 창문 프레임, 시트, 시트지, 플로링 등 다양한 제품을 만들어낼 수 있습니다. 건축 및 건설 산업, 전선 및 케이블 산업, 포장 산업 등에 널리 사용됩니다.

압출 가공된 폴리비닐클로라이드(PVC)

폴리스티렌(PS)

폴리스티렌은 가벼우면서도 경제적인 플라스틱으로, 압출 공정을 통해 포장재, 절연재, 컵, 용기, 접시 등 다양한 형태로 사용됩니다. 음식점과 가정용품, 전자제품 포장 등에 널리 사용됩니다.

 

폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)

PET은 투명하고 높은 물성을 가진 플라스틱으로, 압출 공정을 통해 병, 용기, 필름 등 다양한 제품을 만들어냅니다. 음료수 병, 음식용 포장 등에 널리 사용됩니다.

 

위에서 소개한 고분자들은 압출 공정을 통해 다양한 형태로 가공되어 사용되고 있으며, 현대 산업에서는 압출 공정을 이용하여 이들 고분자를 다양한 제품으로 만들어내는데 큰 기여를 하고 있습니다.