알루미늄 시트 및 스트립 생산을 위한 나일론 브러시 롤 및 부직포 밀 롤의 적용

0 서문

산업 기술의 급속한 발전에 따라 현대 산업의 기본 소재로서 알루미늄 판재와 스트립의 사용이 점점 더 광범위해지고 있으며, 그 표면 품질에 대한 요구도 더욱 높아지고 있습니다. 최근 몇 년 동안 나일론 브러시 롤은 알루미늄 스트립의 세정, 탈지, 롤 청소, 연마 등의 공정에서 널리 활용되고 있습니다. 부직포 롤은 탈지 및 탈수 공정에 사용되어 스트립의 표면 품질을 한 단계 끌어올리고 있습니다. 본 문서에서는 나일론 브러시 롤과 부직포 밀 롤의 작동 원리, 분류 및 특성을 소개하고 논의하며, 알루미늄 판재 및 스트립 생산에서의 적용 사례와 관련 이슈를 다루어 판재 및 스트립 제조업체와 관련 설비 제조업체의 참고 자료로 제공합니다.

1 나일론 브러시 롤의 특징 및 분류

1.1 나일론 브러시 롤의 특징

나일론의 화학적 명칭은 폴리아미드(PA)라고도 합니다. 결정성 고분자로 높은 결정성을 가지고 있기 때문에 인장 강도, 경도, 탄성 및 내마모성이 다른 플라스틱보다 높습니다. 동시에 나일론은 우수한 내화학성을 지니고 있습니다. 특히 내유성이 뛰어나며 약산, 약알칼리 및 일반 용매를 견딜 수 있습니다. 따라서 많은 엔지니어링 플라스틱 브러시 필라멘트 중에서 알루미늄 스트립 생산에 있어 최우선 선택으로 자리 잡고 있으며, 이는 일정한 합리성과 불가피성을 갖추고 있습니다.

1.2 나일론 필라멘트의 분류 및 특징

1.21 나일론 66 필라멘트

현재 산업용 브러시 제조에 사용되는 브러시 필라멘트는 주로 나일론 6, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 1010, 나일론 612 등 다양한 나일론 소재를 포함합니다. 알루미늄 판재와 스트립의 냉간 압연 공정 중에는 롤과 스트립 표면 사이의 마찰 및 압연 작용으로 인해 표면에서 미세한 산화 분말이 떨어져 나가고 흡착되며, 압연유와 그에 부착된 부유 성분들이 스트립 표면에 남게 됩니다. 이를 제때 제거하지 않으면 스트레치-벤딩 레벨러의 롤 표면에 달라붙어 롤 표면을 마모시키고 스트립 표면을 손상시킬 수 있습니다. 이러한 이유로 고온 온수 세척 공정은 필수적입니다. 그러나 여러 나일론 브러시 필라멘트 중 대부분의 나일론 소재는 녹는점이 약 210°C로, 80°C 이상의 수온에서 장시간 사용할 경우 열화되고 변형됩니다. 반면 나일론 66은 녹는점이 250°C로, 80°C 이상의 온수에서도 변형되지 않습니다. 따라서 알루미늄 스트립 세척에는 주로 나일론 66 브러시 필라멘트가 사용됩니다. 하지만 나일론 6의 치명적인 단점은 흡수율이 너무 높다는 점(1.5%)입니다. 물속에서 브러싱을 하면 브러시 필라멘트가 연화되어 강성이 떨어지고, 결과적으로 탈지가 불완전해집니다. 또한 나일론 자체가 강한 알칼리에 내성이 없어 브러시 롤의 수명도 단축됩니다.

1.2.2 DT-Belon 필라멘트

위의 브러시 필라멘트 문제점을 해결하기 위해 일부 외국 기업들은 나일론 66을 기본으로 하여 나노 몬모릴로나이트 등을 첨가하여 DT-Bellon 브러시 필라멘트를 개발했습니다. 이 필라멘트는 나일론 66에 비해 흡수율이 훨씬 낮고, 알칼리 내성과 인장 강도가 크게 향상되어 알루미늄 스트립 브러싱 문제를 완전히 해결했습니다. 시험 결과, 폴리싱 효과는 나일론 66 대비 두 배로 증가했으며, 브러시 롤의 수명은 3~5배 연장되었습니다.

1.23 연마 와이어 함유

연마 브러시 필라멘트는 나일론 수지 재료에 약 30%의 탄화규소 및 기타 연마제를 첨가하여 혼합, 압출, 와이어 드로잉 등의 공정을 거쳐 제조된 다양한 두께의 연마 브러시 필라멘트입니다. 나일론 612는 나일론 소재 중 가장 먼저 선택되는 품종입니다. PA의 특성 외에도 나일론 612는 폭이 비교적 좁고, 낮은 흡수율(0.1%), 우수한 밀도와 치수 안정성, 높은 인장 강도라는 장점을 가지고 있습니다. 나일론 610 또한 와이어 드로잉 재료로 사용되지만, 가성비는 낮습니다. 사용되는 재료에 따라 현재 주로 다음과 같은 유형의 브러시 필라멘트가 있습니다:

(1) 실리콘 카바이드 연마 필라멘트는 나일론에 실리콘 카바이드 분말을 첨가하여 제조됩니다. 실리콘 카바이드 구조가 다각형 형태를 띠기 때문에, 연마된 제품 표면은 광택형이며, 스트립 산업에서는 주로 180#~800#을 사용합니다.

(2) 알루미나 분말을 첨가한 알루미나 연마 필라멘트와 나일론 필라멘트는 다면체 구조를 가지고 있어, 연마된 제품 표면은 무광형이며, 주로 180#~800#을 사용합니다.

(3) 다이아몬드 브러시 와이어는 나일론에 다이아몬드 분말을 첨가하여 제조됩니다. 독특한 날카로움과 경도로 인해, 주로 알루미늄 스트립 생산에서 거울 연마 등의 공정에 사용되며, 주로 320#~3000#을 사용합니다.

(4) 고온 내열성 특수 연마 와이어
고온 내성 연마 와이어는 주로 합성수지 PPS 또는 PEEK와 연마 와이어 드로잉으로 제작됩니다. 녹는점이 각각 300℃와 355℃에 달하기 때문에 주로 건식 연마 또는 열간 압연의 세정 공정에 사용됩니다. 동일한 고속 건식 연마 조건에서 일반 연마 필라멘트는 용융되어 변형되지만, 고온 내성 필라멘트는 여전히 정상적으로 사용될 수 있습니다.

(5) 다중 가닥 브러시 와이어
정밀 알루미늄 스트립의 연마 작업에는 더 가는 브러시 필라멘트가 자주 사용되지만, 브러시 필라멘트가 여전히 단일 형태이기 때문에 주의 깊게 관찰하면 보드 표면에 흠집이 남습니다. 이러한 이유로 독일, 일본, 한국에서는 다중 가닥 브러시 필라멘트를 잇따라 도입했는데, 즉 0.5-Imm 브러시 필라멘트 안에 수많은 미세 섬유 필라멘트가 포함되어 있어 실이 브러시 표면을 이루게 되어 이 문제를 매우 효과적으로 해결했습니다.

1.3 알루미늄 시트 및 스트립 생산을 위한 브러시 롤 선택

스트레치-벤딩 및 레벨링 세정기: 스트레치-벤딩 및 레벨링 세정기는 일반적으로 알루미늄 시트 생산의 마지막 공정입니다. 판재 표면에 대한 요구 사항이 매우 엄격하므로, 브러시 롤 구조에는 내부 분사식 브러시 롤이 선택됩니다. 브러시 와이어는 독일 하아르(Haar) 회사 또는 일본 호탄(Hotan) 회사의 다중 가닥 브러시 와이어이거나 0.15mm 이하의 나일론 브러시 와이어입니다. 알루미늄 두꺼운 판재 스트립의 세정에는 0.3~0.5mm 나일론 와이어를 사용할 수 있습니다.

(2) 열간 압연기 롤 청소 브러시: 열간 압연기 롤 청소 브러시의 목적은 전체 공정에서 와이어 브러시를 사용하는 것입니다. 강선의 취약성으로 인해 쉽게 끊어지고 롤 표면에 스크래치가 생길 수 있습니다. 현재 가장 효과적인 방식은 내부 분사형 연마 브러시입니다. 일반적으로 180# 나일론 연마 필라멘트가 사용되며, 브러시 필라멘트의 밀도는 50% 이상이어야 합니다. 나일론의 낮은 융점으로 인해 물량이 부족할 경우 브러시 필라멘트가 타는 현상이 간혹 발생할 수 있습니다. 많은 제조업체들이 고온 내성 연마 필라멘트를 사용하기 시작했지만, 가격은 상대적으로 더 높습니다.

(3) 냉연압연기 롤 세정 브러시: 최근 몇 년 동안 냉연압연기 롤의 롤 세정이 많은 제조업체들의 주목을 받기 시작했습니다. 냉연압연기 롤 세정은 롤 표면의 오염물을 제거하는 것 외에도 롤 본체 표면에 흠집을 내서는 안 됩니다. 밍타이 알루미늄은 다년간의 협력 실험을 통해 직경 0.5mm 이하의 연마 필라멘트를 선택하고, 브러시 필라멘트의 길이를 일정 범위 내로 제어하며, 브러시 필라멘트의 밀도를 60% 이상으로 유지하고, 거친 단계에서부터 미세한 단계까지 여러 번 연마하는 것이 최선의 방법임을 확인했습니다.

(4) 거울 패널 연마: 알루미늄 시트 및 스트립의 끈적임과 쉽게 산화되는 결함으로 인해, 알루미늄 시트 및 스트립의 거울 패널 연마는 오랫동안 알루미늄 시트 및 스트립 제조업체들을 괴롭혀 온 문제였습니다. 이러한 이유로, 허난 밍밍타이 알루미늄과 수년간의 협력 테스트를 거친 결과, 320#-3000# 다이아몬드 브러시 롤이 좋은 해결책이라는 것이 확인되었습니다.

롤 거울 연마 브러시: 롤의 거울 연마는 알루미늄 스트립 산업에서 주요한 문제입니다. 현재 대부분의 제조업체는 여전히 연삭 벨트 연마 방식을 사용하고 있으며, 이는 시간과 노력이 많이 듭니다. 롤 거울 연마 리프레싱 방안은 PEEK를 재료로 하여 5000# 연마재를 첨가해 디스크 브러시를 제작하고, 특수 장비와 함께 연마하는 것입니다. 기존에는 연마에 5일이 소요되었으나, 이제는 단 2시간 만에 0.001 수준의 거울 효과를 얻을 수 있습니다.

1.4 브러시 롤 재형성

브러시 롤을 장기간 사용하면 표면에 두 개의 큰 아령 모양(또는 흔히 개뼈라고도 함)이 나타납니다. 적절한 시기에 다음 방법으로 다듬을 수 있습니다:

(1) 순수 나일론 또는 연마 필라멘트 모두 특수 공구로 절단할 수 있으며, 공구 홀더는 간단하고 선반에 쉽게 설치할 수 있습니다;

(2) 연마 필라멘트 브러시 롤은 원통 연삭기나 선반에 장착할 수 있습니다. 연삭숫돌로 재연삭하며, 사용 가능한 연삭숫돌은 46# 탄화규소 연삭숫돌입니다.

2 부직포 다목적 밀 롤의 특징 및 응용

부직포 다목적 롤은 특수 공정을 통해 특수 부직포를 원통형 구조로 소결한 후 강철 축에 압착하여 만든 부직포 밀 롤로, 기존의 고무 및 강철 롤과는 다릅니다. 이 밀 롤의 가장 큰 특징은 내부 조직이 그물망 형태인 특수 부직포를 사용하여 오일과 물을 흡수하고 시트 표면의 잔류 분말을 침투시킬 수 있으며, 마찰 계수가 높다는 점입니다.

2.1 세척 라인에서 물 짜기

세척 생산라인의 마지막 공정에서는 고무 압착 롤을 추가하는 것 외에는 별다른 것이 없습니다. 고무 롤 자체가 물을 흡수할 수 없다는 결함으로 인해, 이후 건조 터널에서 다량의 물을 건조해야 하므로 에너지 소비가 매우 큽니다. 조금이라도 부주의하면 판재와 스트립 표면에 물자국이 남아 알루미늄 판재와 스트립의 외관 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 계산에 따르면, 세척 라인 비용의 상당 부분이 판재와 스트립의 후속 건조 과정에 사용됩니다. 일반적으로 말해, 건조도가 1% 증가할 때마다 건조 터널에서 증발되는 물이 5% 줄어들며, 이는 전력 소비가 약 5% 증가한다는 것을 의미합니다. 더욱 심각한 문제는 오래된 롤을 사용할 때 발생하는 오염 현상으로, 잔여물이 깨끗하게 압착되지 않아 표면에 불필요한 선형 구조가 형성되고, 표면 반사율이 약 30%에 그치게 됩니다.

부직포 롤의 물 짜임 효과가 5배 이상 향상되어 에너지를 크게 절약합니다. 시트 표면은 매우 깨끗하고 밝으며, 반사율은 90% 이상입니다. 과거에는 고무 롤을 한 달에 한 번씩 교체해야 했습니다. 알루미늄 판재 및 스트립의 생산량은 최대 1200t이었습니다. 이제는 한 번 연마로 4000t을 생산하며, 롤 수명은 2년 이상으로 비용을 크게 절감합니다.

2.2 체크판의 탈지 기술 개선

무늬판의 탈지 작업은 스트립 생산에서 어려운 문제입니다. 오랜 개발 끝에, 부직포 롤을 기반으로 무늬판용 진공 압착 롤이 개발되었습니다. 기본 원리는 진공 롤 축을 다양한 경도의 탄성 재료로 덮어 무늬판의 불균일한 표면에 적응시키고, 오일을 롤 본체 내부로 흡입하여 탈지 목적을 달성하는 것입니다. 현재 이 제품은 밍타이 알루미늄 등 많은 제조업체로부터 좋은 평가를 받고 있으며, 중국 내 해당 분야의 공백을 메우고 있습니다(그림 4 참조).

그림 4 패턴 판 진공 압착 롤

2.3 가이드 구동 롤의 기능 개선

전통적인 공정에서는 알루미늄 시트와 스트립 생산에서 대부분의 가이드 롤과 S 롤이 폴리우레탄 고무 롤로 제작되지만, 마찰 계수가 충분하지 않아 스트립이 때때로 미끄러지고 이탈합니다. 부직포 밀 다목적 롤은 섬유로 감싸진 특성으로 인해 높은 마찰 계수를 가지고 있어 안정적인 구동과 가이드 제어를 보장합니다(표 1 참조).

표 1에서 알 수 있듯이, 부직포 롤의 마찰 계수는 강철 롤과 고무 롤에 비해 20~40배 더 높습니다. 이러한 높은 마찰 계수는 동일한 조건에서 장력이 20~40배 증가하도록 보장하여 장력 롤의 원활한 작동을 확보하고, 운전 중 코일 처짐과 같은 바람직하지 않은 현상을 방지합니다.

부직포 롤 자체의 우수한 특성으로 인해, 위의 응용 외에도 알루미늄 스트립, 호일 다림질 및 슬리팅 머신에서도 널리 사용되고 있습니다. 롤의 수명은 고무 롤의 8~10배에 달하여 사용자의 비용 절감과 롤 교체에 소요되는 시간을 크게 줄이고 생산 효율을 향상시킵니다.

현재 DT 부직포 롤은 국내 구리 스트립 및 알루미늄 스트립 생산에서 시장의 상당 부분을 차지하고 있으며, 강판 제조업체들도 이를 사용하기 시작했습니다. 이 제품들은 점차 성숙해져 수입품을 대체할 만한 규모를 갖추게 되었습니다. 국제적으로 유명한 압연기 제조업체인 이탈리아 MINO사의 테스트 결과, DT 부직포 롤의 기술 지표와 가성비는 수입된 동종 제품을 능가하는 것으로 나타났습니다.
DT 부직포 롤은 높은 가성비, 짧은 납기 주기 및 편리한 유지보수로 사용자들로부터 높은 평가를 받고 있으며, 널리 보급할 가치가 있습니다.

3 진공 압착기

진공 압착기는 기존의 부직포 다목적 롤을 기반으로 개량된 새로운 유형의 진공 압착기입니다. 그 원리는 기존 부직포 다목적 롤의 고체 코어 롤 본체를 표면에 해당하는 구멍들이 배열된 진공 롤로 변경하는 것입니다. 작동 중에는 판과 스트립 위의 액체가 롤 본체 내부로 압착되어 들어가고, 이후 기계 진공 시스템의 순환 펌프를 이용해 이를 배출합니다. 액체는 가스-물 분리 시스템을 통해 여과되어 재사용될 수 있습니다. 작동 원리는 그림 5에 나와 있습니다.

이 기계는 알루미늄 주식회사, 밍타이 알루미늄, 산펑 구리 등 많은 제조업체에서 자주 사용되고 엄격히 테스트됩니다. 기존의 부직포 롤과 비교했을 때, 진공 스퀴저의 건조 속도는 30% 이상 향상되었습니다. 실제 적용 결과, 진공 스퀴저를 사용하는 것이 판재 및 스트립 생산에서 액체를 제거하는 데 가장 효과적인 방법임이 입증되었습니다. 이 프로젝트는 국가 실용신안 특허를 취득했으며, 산시성 시안양시 과학기술국이 주관한 전문가 평가를 통과했습니다. 전문가들은 이 프로젝트가 국내 선진 수준에 도달했으며 적극적으로 보급할 가치가 있는 성과라고 만장일치로 인정했습니다.

4 요약

알루미늄 시트 및 스트립의 생산 공정에서 세척, 탈지, 롤러 세척, 물 짜기, 연마 등의 공정은 높은 표면 품질을 보장하기 위한 핵심 공정 중 하나입니다. 나일론 브러시 롤과 부직포 다목적 롤은 일련의 우수한 특성을 가지고 있습니다. 이는 알루미늄 시트 및 스트립의 표면 품질을 향상시키는 데 중요한 역할을 하며, 적극적으로 보급하고 적용할 가치가 있습니다.