안녕하세요 회원님들
모두들 안녕하신지요,,
오늘은 고무시험기 강좌 두번째로
레오미터에 대해 소개해 드리겠습니다
저는 고무시험기 개발 전문가나 저명인사가 아닙니다
단지 이 분야만을 10여년 이상 해 오고 있어서 제가 알고 있는 정보를 나누고자 글을 작성합니다
혹시 제가 말씀드리는 내용이 본인이 알고 있는것과 다르거나
보충해 주실 내용이 있으시다면 리플을 달아주시면 좋겠습니다,,
그것이 진정한 지식의 공유 아니겠습니까 ^^
그럼 시작해 보겠습니다...
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레오미터(Rheometer)란 Rheo 와 Meter 의 합성어 입니다
Rheo는 Rheology 에서 따온 말입니다,,
Rheology는 유변학 이란 뜻으로 물질의 흐름과 변형을 연구하는 학문 이라는 뜻입니다
Meter는 다 아시다시피 계측기를 의미하고요,,
따라서 레오미터(Rheometer)란 물질의 흐름과 변형을 연구하는데 사용하는 계측기다 라고 말씀드릴 수가 있겠습니다,,
지구상에 존재하는 모든 대부분의 물질들이 흐름성과 변형이 있기때문에
그것들을 연구하는데 사용하는 레오미터의 종류도 상당히 많습니다
회전형 레오미터 액체용 고체용, 디스크타입, 모세관 레오미터 등등
또한 물질의 흐름과 변형을 연구하기 위해서는 다양한 속도와 힘 온도변화가 가능해야 합니다
그러나
고무에서 사용하는 Rheometer는 물질의 다양한 유변성을 측정하는데는 한계가 있고
Only 가황과정만을 측정하는 설비입니다
따라서 Rheometer = Curemeter 라고 말씀드릴 수 있겠습니다
고무용 Rhoemeter는 크게 로터가 있는 ODR(Osciliration Disk Rheometer) 와
로터가 없는 MDR(Moving Die Rheometer)로 나눌 수 있습니다
ODR은 1963년 미국의 Monsanto(현 Alpha Technologies)사에서 최초로 개발이 되었습니다
ASTM 규격은 D2084 를 따릅니다
Die 내부의 온도는 cure 온도인 160도~180도로 유지하고
로터는 1.67Hz의 속도 1도의 각도로 Oscillation(좌우로 왔다갔다) 하며 토크를 측정합니다
고무가 가황이 되면 점점 딱딱해지기때문에 토크는 상승하게 됩니다
위와같은 커브를 그리게 됩니다
여기서 여러 데이터를 얻을 수 있습니다
각각의 데이터에 대해 알아보겠습니다
ML : 가장 낮은 토크값을 의미합니다 고무가 열을 받아 풀어지기때문에 일시적으로 토크가 낮아집니다
ML이 낮을수록 무늬점도 또한 낮은 경향을 보이기 때문에
무늬점도기가 없는 고객사에서는 ML 값으로 고무의 점도 관리를 하기도 합니다
ML 이후에 고무가 가황이 되면서 토크값이 점점 삼승하는것을 볼 수 있습니다
토크의 상승곡선에 따라 볼 수 있는 데이터 포인트는 아래와 같습니다
TS1 : ML에서부터 토크가 1UNIT 단위로 상승할때까지 걸리는 시간입니다
TS2 : ML에서부터 토크가 2UNIT 단위로 상승할때까지 걸리는 시간입니다
TS는 Torque scorch의 약자입니다 스코치정도를 볼 수 있는 수치입니다
만약 ML의 토크가 2Nm 라고 하면 TS1은 2+1 즉 토크가 3Nm이 될때까지 걸리는 시간이며 TS2는 2+2 즉 토크가 4Nm이 될때까지 걸리는 시간입니다
스코치 시간을 보고 스코치가 너무 빨리 일어난다면 스코치방지제 첨가물 조절을 해야겠지요,,
그렇게 되면 TS1, TS2의 시간은 길어질것입니다
MH : 가장 높은 토크값을 의미합니다,
고무가 가황이 될수록 토크가 상승하다가 최고점에서 더 이상 올라가지 않게 되는데 이때를 이야기합니다
MH가 높을수록 고무가 더 딱딱합니다. 고무의 최종 물성을 의미합니다
ML에서 MH를 100으로 보았을때 ML에서 MH까지 상승할때 걸리는 시간을 %단위로 나누어놓은 데이터 포인트입니다
TC10 : 10% 경화할때까지 걸리는 시간입니다
TC30 : 30% 경화할때까지 걸리는 시간입니다
TC50 : 50% 경화할때까지 걸리는 시간입니다
TC90 : 90% 경화할때까지 걸리는 시간입니다
TC100 : 100% 경화할때까지 걸리는 시간입니다
통상 TC 값은 TC10으로 스코치를 관리하고 TC90으로 최종경화시간을 예측을 합니다
위 그래프는 가황온도에 따른 그래프 변화입니다
온도가 높아질수록 가황반응이 빨라지는것을 볼 수 있습니다
제품의 적당한 가황온도를 찾고싶다면 각각의 온도별로 테스트를 해 보면 될것입니다
스코치방지제, 가소제 등 각종 약품을 첨가함에 따라서 가황곡선의 변화 또한 볼 수 있습니다
여기까지 고무용 레오미터 ODR 에 대해 설명을 드렸습니다
다음은 MDR에 대한 소개입니다
MDR은 1988년 미국 Monsanto(현 Alpha Technologies사)에서 최초로 개발이 되었습니다
기존 ODR이 DIE 축에 로터가 있는것에 반하여 MDR은 로터가 없고 DIE에 부채꼴 모양의 홈을 내어 DIE 자체가 Oscillation 하도록 만들어진 설비 입니다
관련규격은 ASTM D5289에 나와있습니다
기본적인 측정 원리와 결과값은 ODR에서 볼 수 있었던 값을 MDR에서 볼 수 있습니다
그러나 ODR과 MDR은 로터 유무에 따른 차이때문에 샘플의 열전달 차이가 나게 되어
데이터 편차가 나게 됩니다
위 그림에서 첫번째 그래프는 Die의 온도그래프입니다
R-100이라고 되어있는것은 Monsanto 사의 ODR 제품모델입니다
확실히 MDR이 ODR보다 온도전달이 빠르기 때문에 금방 안정이 됩니다
그 아래 그래프에서도 보면 MDR의 반응이 ODR보다 더 빠른것을 알 수 있습니다
더 빠르다는 장점뿐 아니라
로터에 의한 온도편차를 제외시켰기 때문에 고무만의 가황거동을 볼 수 있기때문에 더 정밀합니다
위 그래프는 ODR과 MDR의 데이터 편차 정도를 보여주는 그래프입니다
본 실험은 미국 Alpha Technologies사에서 한 자료를 옮겨왔습니다
R-100, ODR2000 보다 MDR2000의 편차가 확실히 적음을 볼 수 있습니다
어느 제품을 사용하던지 ODR보다 MDR이 반응속도가 빠르고 재연성이 좋다는것에서는
이견을 제기할수 없을만큼 여러 실험에 의해 증명이 되었습니다
또한 MDR은 DIE 위 아래 필름을 덧대어 사용할 수 있기때문에 DIE 청소에 대한 부담이 적습니다
필름은 PET 혹은 나일론 필름을 사용하게 됩니다
실리카 컴파운드의 경우 나일론 필름을 추천합니다
일부 실리카 컴파운드 샘플은 PET 필름 사용시 미끌림 현상이 발생되기 때문입니다
모든 기기는 잘 알고계시겠지만 닦고 청소하고 기름쳐야 오래동안 사용할 수 있습니다
특히 MDR의 경우 위 아래 Seal을 주기적으로 교체해 주어야 합니다
Seal을 교체해주지 않으면 Seal 사이로 고무가 끼어들어가 Torque가 점점 상승하는것을 볼 수 있습니다
<위 그래프 출처 : 미국 Alpha Technologies사>
통상 MDR의 seal은 위 아래 제질이 다릅니다, seal 교체시에는 위 아래 모두를 교체해 주어야 하는데
특히 upper die에 있는 seal의 교체가 상당히 중요합니다
왜냐하면 upper die(위쪽)에 torque sensor가 붙어있기 때문입니다
위 그래프는 동일한 샘플을 300회 측정한 그래프입니다
standard silicon이 여러분들이 일반적으로 사용하시는 o-ring일 겁니다
300회까지 측정을 했는데 측정할수록 점점 토크가 올라감을 볼 수 있습니다
따라서 seal은 주기적으로 교체를 해 주어야 합니다
현재 사용하고 계시는 MDR의 seal의 교체를 한번도 하지 않으셨다면
각 제조사에 연락들을 하셔서 seal 교체방법을 문의해보시기 바랍니다
통상 standard seal의 경우 하루 8시간 사용기준으로 한달에 한번 교체를 추천하고 있습니다
최근에는 이러한 seal의 재질이 많이 좋아지기도 하고 seal이 없는 반영구적으로 사용할 수 있는 die도 개발이 되고 있습니다
새로운 장비 도입을 검토하신다면 이런 부분들도 생각해 보시면 좋을것 같습니다
또한 MDR은 표준 Torque로 주기적으로 교정을 해 주셔야 합니다
장비구입시 위와같은 표준 Torque가 제공이 될것입니다 오른쪽과 같은 성적서가 첨부가 되어있지요
통상 표준 토크 교정은 사용자가 직접 할 수 있는 간단한 일입니다
seal을 교체후 직접 시행해주시면 됩니다,,
검교정을 마친 후에는 표준 EPDM 고무를 이용하여 토크가 제대로 나오는지 확인할 필요가 있습니다
STANDARD EPDM을 구입하여 측정해 보시면 됩니다
설비제작업체로부터 주기적으로 CPMP를 받아야 합니다
CPMP란 예방정비입니다 장비 유지보수에 관련한 총체적 관리를 의미합니다
장비를 전부 분해하여 오염물질 제거 세척후 재조립 마모부품 교체 교정 등의 작업이 이루어집니다
장비 1대당 3시간~4시간 정도 소요되는 작업이며 장비 제조사에서 정식으로 교육을 이수한 전문 엔지니어에 의하여 수행이 되어져야 합니다
대부분의 장비 제조업체에서 위와같은 CPMP 메뉴얼을 가지고 있으며 이와같이 하고 있습니다
정리해보면 샘플측정후 DIE 청소 -> 주기적인 SEAL 교체 -> Torque standard 보정 -> 표준샘플 측정 -> 주기적으로 장비 제조업체로부터 CPMP 관리
설비는 항상 이렇게 관리를 하여야 합니다
현재 국내 대기업 고무회사(타이어3사, K그룹,L그룹) 들은 모두 이렇게 관리를 하고 있습니다
현장 반장님들께서 이렇게 열심히 관리를 하시다보니
장비를 20년 이상 사용을 해도 데이터 편차가 없고 잘 돌아갑니다
반장님 장비 살살 닦아주세요 너무 윤기가 나요 이런 농담 주고받을 정도로 완벽하게 관리를 하고 계십니다
(그래서 힘듭니다 고장이 나야 제조사도 판매를 하는데 말이죠 ㅎㅎ 농담입니다 )
가끔 중소기업에 방문하여 설비를 보고 담당자와 이야기를 나누다 보면
MDR에 Seal 있는것조차 모르고 Torque standard 가 무엇인지 모르는 분들이 있습니다,,
지금 바로 본인이 쓰고 있는 설비 제조사에 문의를 해 주세요 ^^
자동차부품 관련한 고무기술자분들은
고무품질관리 설비에 대한 신뢰성평가에 대한 요청을 받으셨을지도 모르겠습니다
현재 자동차회사에서 위와같이 관리하도록 요구를 하고 있습니다
어쩌면 이러한 요구를 이미 받으셨을지도 모르겠습니다
좋은 제품을 생산하기 위해서는 정확하고 안정된 분석평가가 이루어져야 합니다
최근에는 MDR에 오토샘플러를 장착하여 사용하는 업체들이 많아지고 있습니다
샘플을 최대 100여개까지 올려놓으면 로봇팔이 샘플을 하나씩 들고 장비에다 장착을 해서 측정을 하도록 만들어진 설비입니다
별거 아닌것 같지만 실제 사용을 해보면 어마어마하게 편리합니다
특히나 퇴근할때 샘플 걸어놓고 퇴근하면 아침에 오면 분석이 다 되어있지요,,
이 제품을 소개해드릴때는 항시 조심스럽습니다
지금 당장은 편리할지 모르지만 설비의 자동화는 결국 인력감축으로 이어질 수 있기때문입니다,,
여기까지 고무용 레오미터 ODR, MDR 에 대하여 소개를 해 드렸습니다
제가 중소기업연수원에서 연3회 교육을 하고 있는 내용중 일부 발췌를 해 왔습니다
고무성형기술(연2회), 고무성형품 불량원인분석 품질개선 실무강좌(연1회)에서 실시를 하고 있습니다
무늬/레오미터 에 대한 문의나 교육 등이 필요하시다면 언제든지 환영하고 연락 부탁드립니다
월요일 오전을 제외하고는 항시 바깥생활을 하기때문에 아주 자유롭습니다
커피한잔만 주시면 됩니다 ^^
서두에도 말씀드렸다시피
제가 말씀드리는 내용중 틀린 내용이 있을 수 있고 다른 견해가 있을 수 있습니다
그런 내용들이 있으시면 리플 달아주세요
저도 배워야 할것이 너무너무 많습니다 ^^
다음 강좌는 RPA에 대한 소개를 해 보겠습니다
삼보과학 기술영업부/차장 장은석(010-2644-6993) esjang@sambosc.com
