확대 l 축소

Ray-ran 용융지수측정기를 이용한 고찰

Ray-Ran의 'Ray-ran 용융지수측정기를 이용한 고찰'을 이용한 응용자료는 DKSH 코리아(주)에서 제공하였으며 주요 내용은 다음과 같다.

생산 대국인 중국은 마스크 생산 대국이기도 하며 전 세계에 보급되는 마스크의 절반 이상을 생산하고 있다.
코로나가 발생하기 전에 중국의 하루 마스크 생산량은 많아야 2,000여만 개였지만, 2019년 한 해에만 중국 대륙에서 생산한 마스크 수량은 50억 개가 넘으며 생산가치는 100억 위안을 초과했다.
외국에서 코로나가 대규모로 폭발적으로 번지고 있어 재작업과 재생산이 전면 추진되면서 중국은 잔업과 야근으로 마스크를 생산해 시장 수요를 충족하고 있다. 이러한 가운데 마스크의 핵심 재료인 멜트블로운 부직포는 가격이 급상승하고 있다.

멜트블로운 부직포란 무엇인가?
일회용 의료용 마스크를 예로 들면, 가위로 마스크의 가운데 부분을 자르면 3중 구조로 되어 있는 것을 볼 수 있는데, 각각 (내부층) 흡습층, (중간층)핵심 필터층, (외부층)수분 차단층의 역할을 한다.
현재 국가의 생산 규정에 따라 의료용 마스크는 이 3층 부직포를 기본으로 넣어 제조해야 한다(N95 등급 마스크, 구조상으로 최적화됨: (중간층)핵심 필터층의 겹 수를 늘려 더 두꺼워짐).
S층: 폴리프로필렌 전용 수지-부직포 공장-마스크 공장
M층: 용융지수가 높은 폴리프로필렌 전용 수지-변성 플라스틱 공장-멜트블로운 부직포 공장-마스크 공장

멜트블로운 부직포는 마스크의 심장이라고도 할 수 있다. 마스크 중간의 필터층 역할을 하며 세균을 필터링하여 병균의 전파를 막는다.
멜트블로운 부직포는 용융지수가 높은 폴리프로필렌을 재료로 제조되며, 가로 세로로 교차된 많은 섬유로 구성된 막이 있다. 섬유의 직경은 0.5~10㎛이며, 대략 머리카락의 1/30 굵기이다.
아래 사진은 사용하는 멜트블로운 부직포의 구조이다.
사진으로 보면 멜트블로운 부직포는 사이사이에 큰 공간들이 있음을 알 수 있다. 이런 구조인데 어떻게 외부 환경의 바이러스를 여과할 수 있을까?
신종 코로나 바이러스는 보통 약 100nm(0.1um) 크기로 매우 작다. 바이러스는 기생해야만 살 수 있고, 주요 전파 경로는 분비물과 비말이며, 비말의 크기는 보통 약 5~6㎛이다.
멜트블로운 부직포는 실질적으로 섬유로 만든 필터이므로 바이러스가 섞인 비말이 멜트블로운 부직포를 통과할 때 정전기에 의해 부직포 표면에 흡착되기 때문에 결국 통과하지 못하게 된다.

마스크의 S층과 M층에 사용된 원료는 폴리프로필렌 전용 수지이다. 그러나 멜트블로운 부직포 전용 폴리프로필렌 재료는 다른 부직포 원료와는 생산 공정과 성능 면에서 큰 차이가 있다.
마스크 핵심재료인 멜트블로운 부직포는 정말 분사방식으로 제작되는가?
마스크 생산의 핵심 재료인 중간층의 멜트블로운 부직포는(세균 및 혈액 침투 방지의 대단히 중요한 역할을 함) 외국의 코로나 확산이 나날이 심각해지고 있어 마스크 수요량이 꾸준히 늘고 있기 때문에 현재 물량 부족이 심각하며 당분간은 공급이 원활하게 이루어지지 못할 것으로 보인다. 중국의 많은 생산 기업들은 잔업과 야근을 통해 마스크의 핵심 재료인 멜트블로운 부직포를 생산하고 있다.
멜트블로운 부직포 생산에 필요한 폴리프로필렌(PP) 전용 재료는 가소화 처리하여 멜트블로운 다이헤드 공정으로 들어간다.
여기서 고르게 분배한 후 다시 방적돌기(Spinneret)로 들어가고, 고온, 고속, 고압의 열기가 분사되면서 멜트블로운 부직포가 만들어진다. 이것이 바로 마스크 중간층의 가장 핵심적 여과층인 필터링 재료이다.
의료용 마스크의 가장 핵심적인 필터 재료는 무엇보다도 품질을 엄격히 관리하여 폴리프로필렌(PP) 전용 재료가 여러 기술지표 규격에 맞게 해야 한다.
용융지수는 이 규격 중에서도 핵심적인 지표이다. 용융지수는 《GB/T 30923-2014 폴리프로필렌 멜트블로운 전용 재료》 표준에 따라 테스트를 진행한다. 일반적인 용융지수 측정기로는 테스트를 할 수 없다. 용융지수가 높다면 부피법 중에서 B 방법으로 테스트를 해야 하며, 질량법으로 테스트하면 안 된다.
테스트 시 다이 마개를 사용해야 하며, 저울추가 자동으로 하중을 감지한다. 측정기의 타이머 정확도와 위치 이동 정확도가 매우 중요하다. 이 기능이 정확하게 작동되지 않으면 테스트하기 어렵다.

멜트블로운 부직포 전용 재료는 용융지수 높은 폴리프로필렌이다. 용융지수는 멜트(Melt)가 표준 다이의 모세관을 10분간 통과한 질량을 의미한다. 수치가 클수록 재료의 가공 유동성이 좋다. 폴리프로필렌의 용융지수가 높을수록 멜트블로운 섬유의 굵기가 가늘어지며, 이것으로 만든 멜트블로운 부직포는 여과 성능도 더 좋다.

Ray-Ran 6MPCA는 멜트블로운 재료의 용융 유량을 테스트하는 기계이다. 열가소성 플라스틱을 검체로 하여 일정한 조건에서 멜트의 유량을 측정하는 전용 기계이다.
일정한 온도와 압력 조건에서 규정된 길이와 직경의 다이로 플라스틱을 통과 시켜 용융 물질을 만들어내며, 멜트의 질량은 유량(MFR) 또는 멜트 부피의 유량(MVR)으로 표시한다. 이것은 열가소성 플라스틱이 용융 상태일 때 점성을 가지는 특성과 구별된다.
• 6MPCA는 ASTM D1238 A, ASTM D1238, ASTM D1238 C, 및 ASTM D3364, ISO 1133, DIN 53735 표준 규정에 부합하는 제품이다.
• 구멍과 높이가 절반 크기여서 용융지수가 높은 물질을 검사할 수 있다.
• 멜트의 밀도, 부피, 점도를 테스트한다.
• 정밀도가 높다.
• Techni-Test™ 소프트웨어 시스템 사용 제품

RAY-RAN 용융지수 측정기는 GB/T 3682-2000 표준의 규정에 부합하며, 주요 매개변수는 ISO 1133-97, ASTM 1238, JIS 등 표준 규정을 동시에 만족한다.
폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, ABS, 폴리아미드, 섬유 수지, 아크릴레이트, 폴리포름알데히드, 불소 수지, 폴리카보네이트 등 다양한 플라스틱 재료의 멜트 질량 유속(MFR) 또는 부피 유속(MVR)을 측정할 때 사용할 수 있다.
그 외에도 플라스틱 생산, 플라스틱 제품, 석유화학공업 등의 업종 및 관련된 대학, 연구기관, 상품검사부처 등에서 널리 사용되고 있다.
Ray-Ran의 'Ray-ran 용융지수측정기를 이용한 고찰'에 대한 궁금한 내용은 본 원고자료를 제공한 DKSH 코리아(주)를 통하여 확인할 수 있다.

Reference(참고문헌): DKSH application note.

Model Name(모델명): 6MPCA
The Person in Charge(담당자): Jihye. Hong
Maker(제조사): Ray-Ran
Country of Origin(원산지): Germany
e-mail: dksh.tec.info@dksh.com
Data Services(자료제공): DKSH Korea

이전화면맨위로

확대 l 축소