펠릿은 '단지' 중간 제품일 수 있지만 크기, 모양 및 일관성은 후속 처리 작업에서 중요합니다.
이는 배합기에 대한 수요가 계속 증가하는 것을 고려할 때 더욱 중요해집니다. 현재 어떤 장비를 가지고 있더라도 다음 도전에 적합하지 않은 것 같습니다. 제품 수가 늘어나면 추가 용량이 필요할 수 있습니다. 새로운 폴리머나 첨가제는 기존 장비에 비해 너무 단단하거나 부드럽거나 부식성이 있을 수 있습니다. 아니면 작업에 다른 펠릿 모양이 필요할 수도 있습니다. 그러한 경우, 컴파운더는 처리에 대한 심층적인 엔지니어링 노하우와 펠릿화 장비 공급업체와의 긴밀한 협력이 필요합니다.
이러한 과제를 해결하는 첫 번째 단계는 장비 선택에서 시작됩니다. 펠릿화 공정의 가장 일반적인 분류에는 절단 당시 플라스틱 재료의 상태에 따라 구분되는 두 가지 범주가 포함됩니다.
• 용융 펠릿화(핫 컷): 거의 즉시 펠렛으로 절단되는 다이에서 나오는 용융물은 액체 또는 가스에 의해 운반 및 냉각됩니다.
•스트랜드 펠릿화(냉간 절단): 다이 헤드에서 나오는 용융물은 냉각 및 응고 후 펠릿으로 절단되는 스트랜드로 변환됩니다.
이러한 기본 공정의 변형은 정교한 화합물 생산의 특정 입력 재료 및 제품 특성에 맞게 조정될 수 있습니다. 두 경우 모두 중간 프로세스 단계와 다양한 수준의 자동화를 프로세스의 모든 단계에 통합할 수 있습니다.
생산 요구 사항에 가장 적합한 솔루션을 찾으려면 현재 상태를 평가하고 향후 요구 사항을 정의하는 것부터 시작하십시오. 재료와 필요한 역량에 대한 5년 계획을 개발합니다. 단기 솔루션은 일정 기간이 지나면 비용이 더 많이 들고 만족도가 떨어지는 경우가 많습니다. 컴파운더의 거의 모든 펠릿화 라인은 다양한 제품을 처리해야 하지만 특정 시스템은 전체 제품 포트폴리오 중 작은 범위에만 최적화될 수 있습니다.
결과적으로 다른 모든 제품은 절충 조건 하에서 처리되어야 합니다.
공칭 시스템 용량과 함께 로트 크기는 펠릿화 공정 및 기계 선택에 매우 큰 영향을 미칩니다. 컴파운딩 생산 로트는 비교적 작은 경향이 있기 때문에 장비의 유연성이 큰 문제가 되는 경우가 많습니다. 여기에는 청소 및 서비스에 대한 손쉬운 접근과 한 제품에서 다음 제품으로 간단하고 신속하게 이동할 수 있는 기능이 포함됩니다. 펠릿화 시스템의 시작 및 종료 시 재료 낭비를 최소화해야 합니다.
스트랜드 냉각을 위해 간단한 수조를 활용하는 라인은 식물을 혼합하는 첫 번째 옵션인 경우가 많습니다. 그러나 처리량, 유연성 및 시스템 통합 정도에 대한 요구로 인해 개별 레이아웃이 크게 달라질 수 있습니다. 스트랜드 펠릿화에서 폴리머 스트랜드는 다이 헤드에서 나와 수조를 통해 운반되어 냉각됩니다. 가닥이 수조에서 나온 후 흡입 에어 나이프를 사용하여 표면에서 잔여 물을 닦아냅니다. 건조되고 응고된 스트랜드는 펠렛타이저로 이송되어 일정한 라인 속도로 공급 섹션에 의해 절단 챔버로 끌려갑니다. 펠리타이저에서 가닥은 로터와 베드 나이프 사이에서 대략 원통형 펠렛으로 절단됩니다. 이들은 분류, 추가 냉각, 건조 및 운반과 같은 후처리를 받을 수 있습니다.
요구 사항이 제품 변경이 적고 용량이 상대적으로 높은 지속적인 혼합에 대한 것이라면 자동화는 품질을 높이면서 비용을 절감하는 데 유리할 수 있습니다. 이러한 자동 스트랜드 펠렛화 라인은 이러한 유형의 펠렛화기의 자체 스트랜드 변형을 활용할 수 있습니다. 이는 냉각 홈통과 증발 라인을 대체하고 펠리타이저로 자동 운송을 제공하는 냉각수 슬라이드와 천공된 컨베이어 벨트가 특징입니다.
일부 고분자 화합물은 매우 약하고 쉽게 부서집니다. 다른 화합물이나 그 성분 중 일부는 습기에 매우 민감할 수 있습니다. 이러한 재료의 경우 벨트 컨베이어 스트랜드 펠리타이저가 가장 좋은 해답입니다. 천공된 컨베이어 벨트는 다이에서 가닥을 가져와 절단기로 원활하게 전달합니다. 냉각수 스프레이, 미스터, 압축 공기 벤투리 다이, 공기 팬 또는 이들의 조합 등 다양한 옵션을 통해 상당한 유연성을 얻을 수 있습니다.
수중으로 갈 때
선호하는 펠릿 모양이 원통형보다 구형인 경우 가장 좋은 대안은 수중 핫페이스 커터입니다. 약 20lb/hr에서 수 톤/hr의 용량 범위를 갖춘 이 시스템은 열가소성 거동을 갖는 모든 재료에 적용 가능합니다. 작동 중에 폴리머 용융물은 환형 다이를 통해 공정수가 채워진 절단 챔버로 흐르는 스트랜드 링으로 나누어집니다. 물 흐름의 회전하는 절단 헤드는 폴리머 가닥을 펠렛으로 절단하고, 이는 절단 챔버 밖으로 즉시 운반됩니다. 펠릿은 슬러리 형태로 원심 건조기로 운반되며, 여기서 회전하는 패들의 충격으로 물과 분리됩니다. 건조 펠릿은 배출되어 후속 처리를 위해 전달됩니다. 물은 여과되고, 온도가 조절되며, 공정으로 다시 재순환됩니다.
절단 챔버, 다이 플레이트, 시동 밸브가 포함된 절단 헤드, 모두 공통 지지 프레임에 있는 시스템의 주요 구성 요소는 하나의 주요 어셈블리입니다. 바이패스가 있는 공정수 회로, 절단 챔버 배출, 투시창, 원심 건조기, 벨트 필터, 워터 펌프, 열 교환기, 운송 시스템 등 기타 모든 시스템 구성 요소를 광범위한 액세서리 중에서 선택하여 작업별 시스템에 결합할 수 있습니다.
모든 수중 펠릿화 시스템에서는 절단 챔버와 다이 플레이트 내에 깨지기 쉬운 온도 평형이 존재합니다. 다이 플레이트는 공정수에 의해 지속적으로 냉각되고 다이헤드 히터와 핫멜트 흐름에 의해 가열됩니다. 다이 플레이트에서 공정수로의 에너지 손실을 줄이면 가공 조건이 훨씬 더 안정적이고 제품 품질이 향상됩니다. 이러한 열 손실을 줄이기 위해 프로세서는 단열 다이 플레이트를 선택하거나 유체 가열 다이로 전환할 수 있습니다.
많은 화합물은 마모성이 강하여 원심 건조기의 회전 블레이드 및 필터 스크린과 같은 접촉 부품에 심각한 마모를 초래합니다. 다른 화합물은 기계적 충격에 민감하고 과도한 먼지를 생성할 수 있습니다. 이 두 가지 특수 재료 모두에 대해 새로운 유형의 펠릿 건조기는 에어 나이프를 가로질러 이동하는 천공 컨베이어 벨트에 젖은 펠릿을 침전시켜 물을 효과적으로 흡입합니다. 충격식 건조기에 비해 기계 부품의 마모와 펠릿의 손상을 크게 줄일 수 있습니다. 벨트의 체류 시간이 짧기 때문에 일반적으로 일종의 탈수 후 건조(예: 유동층 사용) 또는 추가 냉각이 필요합니다. 이 새로운 비충격 펠릿 건조 솔루션의 이점은 다음과 같습니다.
•펠릿과 접촉하는 모든 부품의 긴 수명으로 인해 생산 비용이 절감됩니다.
• 부드러운 펠릿 처리로 높은 제품 품질과 적은 먼지 발생을 보장합니다.
•추가적인 에너지 공급이 필요하지 않아 에너지 소비가 감소됩니다.
기타 펠릿화 공정
일부 다른 펠릿화 공정은 배합 분야에서는 다소 특이한 것입니다. 추가 가공을 위해 플라스틱을 적절한 크기로 줄이는 가장 쉽고 저렴한 방법은 간단한 연삭 작업일 수 있습니다. 그러나 결과적인 입자 모양과 크기는 매우 일관성이 없습니다. 일부 중요한 제품 특성도 부정적인 영향을 받습니다. 즉, 벌크 밀도가 급격히 감소하고 벌크의 자유 흐름 특성이 매우 저하됩니다. 그렇기 때문에 그러한 재료는 열등한 용도에만 허용될 것이며 다소 저렴한 가격으로 판매되어야 합니다.
다이싱은 20세기 초부터 일반적인 크기 감소 공정이었습니다. 이 공정의 중요성은 거의 30년 동안 꾸준히 감소했으며 현재 현재 펠렛 시장에 미치는 기여도는 미미합니다.
수중 스트랜드 펠릿화는 정교한 자동 공정입니다. 그러나 이 생산 방법은 폴리에스테르, 나일론, 스티렌 폴리머와 같은 일부 순수 폴리머 생산에 주로 사용되며 오늘날의 합성에는 일반적으로 적용되지 않습니다.
공랭식 다이페이스 펠리타이징은 끈적이지 않는 제품, 특히 PVC에만 적용할 수 있는 공정입니다. 그러나 이 물질은 가열 및 냉각 기능을 갖춘 배치 혼합기에서 더 일반적으로 혼합되어 건식 혼합물로 배출됩니다. 무시할 수 있는 양의 PVC 화합물만이 펠릿으로 변환됩니다.
수환 펠리타이징도 자동 작업입니다. 그러나 이는 또한 덜 끈적한 재료에만 적합하며 폴리올레핀 재활용 및 합성의 일부 사소한 응용 분야에서 주요 응용 분야를 찾습니다.
제품 특성에 대한 영향
올바른 펠릿화 공정을 선택하려면 펠릿 모양과 처리량 이상의 사항을 고려해야 합니다. 예를 들어, 펠릿 온도와 잔류 수분은 반비례합니다. 즉, 제품 온도가 높을수록 잔류 수분이 낮아집니다. 다양한 유형의 TPE와 같은 일부 화합물은 특히 고온에서 끈적거립니다. 이 효과는 대량의 펠릿에서 응집체(쌍둥이 및 배수)를 계산하여 측정할 수 있습니다.
수중 펠릿화 시스템에서 이러한 끈적끈적한 펠릿 덩어리는 두 가지 방법으로 생성될 수 있습니다. 첫째, 절단 직후 펠렛의 표면 온도는 공정 수온보다 약 50°F 높은 반면, 펠렛의 코어는 여전히 용융 상태이며, 평균 펠릿 온도는 용융 온도보다 35°~40°F 낮습니다. 두 개의 펠릿이 접촉하면 약간 변형되어 공정수가 없는 펠릿 사이의 접촉 표면이 생성됩니다. 해당 접촉 영역에서는 용융된 코어에서 전달된 열로 인해 응고된 표면이 즉시 다시 녹고 펠릿이 서로 융합됩니다.
둘째, 건조기에서 펠릿이 배출된 후 코어에서 표면으로의 열 전달로 인해 펠릿의 표면 온도가 증가합니다. 연질 TPE 펠렛을 용기에 보관하면 펠렛이 변형될 수 있으며, 개별 펠렛 사이의 따뜻한 접촉 표면이 커지고 접착력이 증가하여 다시 덩어리가 생길 수 있습니다. 이러한 현상은 펠렛 크기가 작을수록(예: 마이크로 펠릿) 더욱 강화될 수 있습니다. 왜냐하면 표면적 대 부피의 비율이 직경이 작을수록 증가하기 때문입니다.
펠릿 응집은 공정수에 왁스 같은 물질을 추가하거나 펠렛 건조기 직후에 펠렛 표면을 분말화하여 줄일 수 있습니다.
일관된 처리 속도로 여러 번의 펠릿화 테스트를 수행하면 해당 재료 유형 및 펠렛 크기에 대한 최대 실제 펠릿 온도에 대한 아이디어를 얻을 수 있습니다. 해당 온도보다 높으면 응집체의 양이 증가하고, 해당 온도보다 낮으면 잔류 수분이 증가합니다.
몇몇 경우에는 펠릿화 작업이 소모적일 수 있습니다. 이는 예를 들어 폴리머 반응기에서 PET 시트를 직접 압출하는 등 순수 폴리머를 최종 제품으로 직접 변환할 수 있는 응용 분야에서만 해당됩니다. 그러나 첨가제와 기타 성분을 혼합하여 실질적인 가치를 더한다면 직접적인 전환은 불가능합니다. 펠릿화가 필요한 경우 항상 옵션을 아는 것이 가장 좋습니다.
저자 소개
Horst Mueller는 1997년 독일의 선도적인 플라스틱 펠렛화 장비 제조업체인 Automatik Plastics Machinery GmbH에 입사했습니다. Mueller는 엔지니어링, 개발, 표준화, 지적 재산 관리, 문서화 및 마케팅 업무에 참여하고 있습니다.
