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[세라믹 , 내화물] 리그닌으로 정형내화물 등의 파손과 불량율 줄이기 2020-09-09 10:21:59

How to reduce breakage and rejection in the manufacturing of bricks and rooftiles

파손 및 불량 (Breakage and rejection) 은 세라믹 제조 공정에서 가장 흔히 일어나는 문제이며 더 큰 문제를 발생시킬 수가 있습니다. 대부분의 세라믹 , 내화물 제조업체는 제품의 작은 결함이 제품의 가치를 50% 이상 떨어 뜨리거나 특히 프리미엄 등급 제품의 제조업체에는 큰 손실을 의미하기 때문에 가능한 한 파손 및 불량품을 줄이려고 합니다.


세라믹 제조의 파손 및 불량에 대해 이야기 할 때는 보통 몸통 균열 (body cracking) 을 이야기합니다. 대부분의 균열은 성형 또는 건조 (forming or drying) 과정중에 나타납니다. 건조 세라믹 제품에 응력이 있으면 균열 (crack) 이 완화되는 것처럼 보일 수 있는데 , 이 응력 (stresses은 세라믹 제품이 고르게 건조되지 않을 때 나타납니다. 제품의 한 부분이 다른 부분보다 빨리 건조되면 다른 부분보다 더 빨리 수축될 수 있습니다. 따라서 남은 부분이 수축 및 건조될 때  균열이 응력을 완화하는 것처럼 보일 수 있습니다. 작은 건조 균열은 일반적으로 소성 (firing) 중 , 특히 상당한 소성 수축이 발생하는 경우 더 커집니다.


요약하자면 , 제조 공정에서 균열 문제는 두 가지 단계로 발생할 수 있습니다.

1. 소성 전 균열의 원인 (cracking before firing) :

원료 - 가소성 / 강도 / 수축 / 순도 (Plasticity/ strength/shrinkage/purity)

성형 공정 - 가압, 프레스 금형 정렬, 압출기 (pressing pressure/alignment of pressing mould/extruder)

건조 공정 - 건조 시간, 건조기 내부 온도 / 공기 순환

 

운반 및 취급 프로세스


2. 소성 중 및 소성 후 균열의 원인 (cracking during and after firing) : 

소성 온도

소성 사이클

몸체 구성 요소의 열 팽창

 

냉각 속도


그래서 우리는 “STRESS > STRENGTH” 일 때 균열이 발생한다고 말할 수 있습니다. 따라서 벽돌과 지붕 타일의 강도를 향상시키는 방법을 살펴보는 동시에 스트레스를 줄이는 방법에 대해 더 많이 이해해야 합니다.


세라믹 제조에서의 응력 (STRESS) 은 두 종류로 나눌 수 있습니다.


외부 스트레스 :

압출 / 프레싱 / 핸들링 및 이송 과정 중의 스트레스 (extruding /pressing /handling and conveying). 이를 "생산 과정에서 발생하는 스트레스"라고 부를 수 있음


내부 스트레스 : 원료 (raw materials) 로부터의 스트레스 : 

- 소성 중 열팽창

- 건조 중 수분 증발 속도

- 온도 증가 또는 감소시 수축 및 팽창

- 점토의 내부 구조 변화

 

- 소성 과정 중 화학 반응

- 파손 및 불량을 줄이는 방법

균열을 줄이는 간단한 방법은 강도 (굴곡 및 압축 MOR) 를 개선하거나 응력을 줄이는 것입니다. 또는 , 외부 스트레스를 줄이기 위해 우리는 생산 공정을 개선하기 위한 컨트롤과 투자가 필요할 수도 있습니다.

내부 스트레스를 줄이려면 점토 배합이나 점토 원료를 변경해야 합니다. 품질과 특성이 출처에 따라 다를 수 있기 때문에 양질의 점토를 찾는 것은 시간이 많이 걸리고 번거로울 수 있으므로 어려운 작업일 것 입니다. 따라서 파손 및 불량품을 줄이는 가장 비용 효율적인 방법은 다음 접근법 중 하나를 사용하여 친환경 강도와 건식 강도를 모두 개선하는 것입니다.

- 높은 가소성 점토 (higher percentage of high plasticity clay) 를 더 많이 첨가하여 바디포뮬레이션을 변경하거나 , 
- 점토 컨디셔너 (clay conditioner) 사용하기

높은 플라스틱 점토 (high plastic clay) 는 입자 크기가 더 큰 다른 점토보다 더 높은 수축으로 이어질 수 있는 미세 입자 (fine particles) 가 증가합니다. 이는 소성 과정을 더 불안정하게 만들 수 있습니다. 건조 과정에서 강도와 내부 응력 균열 사이의 균형을 맞추기가 어려울 수 있으므로 점토 컨디셔너를 추가하면 세라믹 본체의 가소성과 강도를 모두 향상시킬 수가 있습니다.

점토 컨디셔너를 사용하면 건식 기계적 강도 (dry mechanical strengths) 가 크게 향상될 것입니다. 이러한 강도 증가로 인해 생산공정의 전 과정에서 점토의 손실을 줄이면서 점토 이동이 가능할 것입니다.

몸체에 바인더를 추가 (binder addition to bodies) 하는 것은 , 추가하지 않을 경우엔 일부 생산 공정이 불가능하기 때문에 필수적입니다.  예를 들어, 분말의 압착 공정에서 유기 바인더를 첨가하면 가소성과 무관하게 성형이 가능합니다.

일반 바인더에는 몇 가지 특성이 요구 됩니다. 
- 소성 후 최소한의 재를 남겨야 합니다.
- 저온에서 쉽게 타야 합니다.
- 건조 조각의 기계적 강도를 향상시켜야 합니다.
- 몸체가 몰드에 달라 붙지 않아야 합니다.
- 분산이 쉬워야합니다.
- 유독하지 않습니다.
- 제조의 유약 (glazing) 단계에 영향을 미치지 않습니다.
- 가능한 한 저렴해야 합니다.

우리의 바이오폴리머 , 리그닌 기반 바인더는 파손과 불량을 줄이는데 도움이 될 수 있습니다. 하지만 , 벽돌 및 지붕 타일 생산 중 파손 및 불량품을 줄이는 단 한가지의 유일한 솔루션은 없습니다. 어떤 것이 점토 및 공정 유형에 더 잘 작동하는지 현장에서 직접 테스트해 보실 것을 권장합니다.

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