첨가제 주입과 mixing system의 최적의 위치와 설치 개수 및 용량 등을 찾기 위해 다음과 같은 사항이 고려되어야 한다.
- 생산예정의 batch 크기는 얼마이며 얼마나 자주 생산할 것인가?
- 첨가제 또는 color 수에 따라 동시에 얼마나 많은 제품을 생산할 것인가?
모든 경우 이 시스템은 fig.1에서처럼 feeding extruder와 metering pump 및 powered dynamic mixer의 3 부분으로 이루어져 있다.
이 공정에서, 첨가제 feeding과 mixing system에 의해 다음과 같이 3가지 주요 조건이 완벽히 조화되어야 한다.
1. Masterbatch나 첨가제는 매우 정확한 비율로 재현성 있게 주입되어야 한다. 이는 spinning pump와 연계되어 사전에 계산된 속도로 가동되는 meter pump에 의해 실현된다. 또 metering gear pump의 design은 용융체의 점도와 압력변화와는 독립적으로 정확한 용량조정을 보장해 준다. Masterbatch에 의한 마모 등을 고려해 metering pump는 PM steel로 제조하였다. 또 melt pipe의 bend 현상을 최소화하기 위해 오늘날에는 “Inline design”을 적용한 metering pump를 사용하고 있다.
2. Masterbatch와 각종 첨가제는 polymer 내에서 고른 분포를 위해 main polymer stream 내로 매우 일정하게 주입할 필요가 있다. 이 기능은 powered 3DD mixer에 의해 이루어진다. 내부 rotating section의 arc 형태의 cavity(구멍) 들과 정지된 원통형 장치는 정밀한 stream layer 내부의 축 방향으로 melt stream을 분할하며, 이는 접선 및 축 방향으로 일정하게 재배열하고 재통합한다.
Mixer 내부의 melt flow 특성은 다음 두 가지 원리가 통합되어 있다: high-shear 원리에 의한 분산혼합효과(disperse mixing effect). small unit에서 large unit로 흐르도록 구분되어 있는 장치에 있어서의 분배혼합효과(distributive mixing effect). Distributive mixing은 성분들의 공간적인(spatial) 분배를 증진시키도록 설계되어 있고, 반면에 dispersive mixing은 어느 경우에든 덩어리를 잘게 부술 수 있다. 이로서 용융체는 수천 개의 작은 slice로 나누어지며, 이로써 우수한 mixing 효과를 얻을 수 있다.
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3. 장시간 운전 시에도 전혀 문제가 발생하지 않으며, 현재의 masterbatch는 높은 pigment 함량임에도 불구하고 이를 충분히 커버할 수 있도록 디자인되어 있다. 또한 feeding extruder의 screw는 특수 코팅이 되어 있고 discharge 밸브는 조작이 쉽도록 설계되어 있어서 masterbatch 교환도 쉽게 할 수 있다.
또 이 시스템의 두 번째 장점은, yarn 제조 시 염료를 부여할 수 있는 친환경 시스템이라는 것이다. 요구에 따라 다양한 색상의 염료를 직접 additive injection line에 투입함으로서 다양한 색상의 원사를 제조할 수 있다.
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현재 Oerlikon Barmag range는 50kg/h 용량에서부터 최고 5,000kg/h 용량까지 커버할 수 있는 시스템을 생산하고 있으며, 이들 시스템은 60~350mm 직경의 mixer와 3~450kg/h의 masterbatch polymer injection이 가능하다. 또 필요시 injection 용량을 1kg/h 이하까지 낮출 수 있다.
출처 : http://www.innovationintextiles.com (27th March 2013, Remscheid)
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