이 글의 목적은 압출 공정에서 빈번하게 발생하는 다이 드룰(die drool)의 발생 메커니즘을 원인별로 구조화하고, 현장에서 바로 적용 가능한 진단 순서와 개선 레시피를 제공하는 것이다.
1. 다이 드룰(die drool)의 정의와 현상 구분
다이 드룰은 압출 다이 립(lip) 또는 다이 출구 주변에 수지 또는 저분자 성분이 서서히 스며나와 축적되는 현상이다.
현장에서는 “다이 누출”, “립 오염”, “립 끈적임”, “다이 침”, “다이 가장자리 탄화물 묻음” 등으로 표현되며, 결과적으로 제품 가장자리 결함, 겔·블랙스펙, 두께 편차, 연신 불안정, 트리밍 증가, 라인 스톱을 유발하다.
1.1 유사 결함과의 차이
다이 드룰은 출구 외부에 축적물이 생기고 시간이 지날수록 증가하는 경향이 핵심 특징이다.
반면 멜트 프랙처(melt fracture)는 다이 내부 유동 불안정으로 표면에 주름·상어피(Sharkskin) 등이 나타나는 현상이며, 축적물 형성 자체가 본질이 아니다.
다이 라인(die line)은 다이 갭 내 흠집·오염·유동 불균일로 생기는 연속 선형 결함이며, 드룰과 동반될 수 있으나 동일 현상은 아니다.
주의 : 다이 출구 외부 축적물을 단순히 “청소 문제”로만 보면 원인 규명이 실패하다. 축적물의 성상(끈적임, 왁시함, 고무상, 탄화성, 분말성)을 분류하는 것이 진단의 출발점이다.
2. 다이 드룰이 생기는 근본 메커니즘
다이 드룰은 크게 ① 표면 젖음·부착 증가, ② 저분자 또는 분해물의 이행·블리드, ③ 다이 립 주변의 정체·사각지대에서의 체류 및 열분해, ④ 압력·전단 조건 변화로 인한 미세 누출 경로 형성, ⑤ 금속 표면 상태 변화로 설명되다.
2.1 표면 젖음·부착 증가
수지가 다이 표면을 잘 젖게 되면 립 주변에 얇은 막이 형성되고, 이 막이 외부로 끌려나오며 축적물이 성장하다.
특히 극성 첨가제, 저분자 윤활제, 분해로 생성된 산성·극성 종이 존재하면 젖음이 증가하다.
2.2 저분자 성분의 이행·블리드
가공 중 저분자 성분이 표면으로 이동하는 현상은 다이 출구 주변에서도 동일하게 발생하다.
윤활제, 슬립제, 항블로킹제, 가소제, 잔류 용매, 잔류 모노머, 올리고머가 대표적이며, 이행된 성분이 수지와 혼합되어 끈적한 드룰을 만들다.
2.3 체류·열분해 및 탄화물의 성장
다이 립 근처의 미세 틈, 데드존, 모서리, 표면 흠집은 체류를 증가시키다.
체류된 수지는 장시간 열을 받아 산화·열분해되고, 탄화물 또는 고점도 겔로 변해 립에 걸리며 드룰의 핵으로 작용하다.
2.4 압력·전단 조건 변화와 미세 누출 경로
다이 갭, 다이 볼트 체결력, 열팽창, 스웰(swell) 변화, 압력 맥동이 결합되면 립 주변에 미세한 누출 경로가 형성되다.
이 경로는 눈에 보이지 않더라도 시간이 지나면 축적물이 외부로 나타나다.
2.5 금속 표면 상태와 화학적 상호작용
다이 소재의 표면 거칠기, 코팅(크롬, 니트라이딩, DLC 등), 산화막, 오염막은 부착력을 크게 좌우하다.
특정 첨가제는 금속 표면과 반응하거나 금속 이온을 촉진하여 분해를 가속할 수 있다.
3. 원인 분류: 소재·첨가제·공정·설비 관점에서의 체크리스트
| 구분 | 대표 원인 | 관찰되는 드룰 성상 | 현장 힌트 |
|---|---|---|---|
| 소재 | 올리고머/저분자 함량, 잔류 용매, 수분, 불안정 말단 | 끈적임, 왁시함, 투명 젤 | 원료 Lot 변경 시 급증하다 |
| 첨가제 | 슬립제/윤활제 과다, 상용성 부족, 과도한 마이그레이션 | 기름막, 미끄러운 막, 백탁 잔사 | 표면 에너지 감소와 동반하다 |
| 열이력 | 과열, 체류시간 증가, 산소 유입, 열안정제 부족 | 갈변, 탄화물, 블랙스펙 | 라인 스톱 후 재가동 시 악화하다 |
| 유동/압력 | 전단 과다, 압력 맥동, 다이 갭 불균일, 누출 | 립 끝에 줄무늬성 축적, 가장자리 두꺼움 | 스크린팩 교체 주기와 연동하다 |
| 설비 | 다이 립 흠집, 데드존, 표면 거칠기, 코팅 열화 | 특정 위치만 반복 발생하다 | 좌우 비대칭이 지속되다 |
4. 현장 진단 순서: “증상 기반”으로 빠르게 좁히는 방법
4.1 1단계: 발생 위치와 성장 속도 기록
드룰이 좌측/우측/중앙 어디에서 시작하는지, 일정 온도·유량에서 몇 분 만에 눈에 띄는지 기록하다.
특정 립 구간에서만 반복되면 설비 요인이 우선이다.
4.2 2단계: 축적물 성상 분류
축적물을 닦았을 때 기름막처럼 번지면 저분자·첨가제 이행 가능성이 높다.
고무상으로 늘어나거나 젤이 섞이면 올리고머·부분 가교·열분해 부산물 가능성이 높다.
갈색·검은 탄화물이면 체류·과열·산화 문제가 우선이다.
4.3 3단계: 공정 변수의 “단일 변화” 테스트
온도, 스루풋, 스크린팩, 다이 온도 균일도, 립 히터 출력을 한 번에 하나씩만 변경하다.
변경 후 일정 시간 관찰하여 드룰의 성장 속도가 둔화되는지 확인하다.
주의 : 여러 변수를 동시에 바꾸면 원인-결과 관계가 붕괴하다. 드룰은 누적 현상이라서 관찰 시간을 확보하지 않으면 잘못된 결론으로 이어지다.
4.4 4단계: 라인 스톱·재가동 이력과 연동 확인
라인 스톱 후 재가동 시 드룰이 급격히 증가하면 체류·열분해 또는 산소 유입이 핵심이다.
이 경우 퍼지 절차, 스톱 시 온도 유지 전략, 재가동 시 저속 안정화 루틴을 재설계하다.
5. 주요 원인별 상세 해설과 개선 레시피
5.1 저분자·올리고머·잔류 용매 기인 드룰
수지의 분자량 분포가 넓거나 올리고머 비율이 높으면, 가공 중 저분자 성분이 다이 표면으로 이동하다.
잔류 용매가 있으면 점도 저하와 젖음 증가가 동반되어 드룰이 가속하다.
개선 포인트
- 원료 건조 조건을 표준화하고 수분 편차를 줄이다
- 원료 Lot별 휘발분, 저분자 함량, 용융지수(MI) 편차를 관리하다
- 가능하면 저분자 저감 등급 또는 공정 안정화 등급으로 변경하다
5.2 슬립제·윤활제·가공조제 상용성 문제
슬립제는 표면으로 이동해 마찰을 낮추는 역할을 하며, 이 특성 때문에 다이 립에서도 축적을 만들다.
상용성이 낮거나 투입량이 과다하면 이행이 과속되고, 다이 출구에 기름막 형태의 드룰이 형성되다.
개선 포인트
- 슬립제 종류를 변경하거나 투입량을 단계적으로 낮추다
- 복합 첨가제 간 상호작용을 점검하고 불필요한 중복 처방을 제거하다
- 안정화제 패키지를 보강하여 첨가제 분해 부산물을 줄이다
5.3 열분해·산화·탄화물 기인 드룰
다이 내부 또는 립 인근 데드존에서 체류된 수지가 산화·열분해되면 탄화물이 생성되다.
이 탄화물은 립에 걸려 제품으로 끌려나오거나, 립 외부에 누적되어 드룰로 성장하다.
개선 포인트
- 다이 온도를 필요 이상 높이지 않고 최소 안정 온도로 운전하다
- 스톱 시 퍼지 루틴을 표준화하여 체류 수지를 줄이다
- 가능하면 산소 유입 경로를 차단하고 호퍼·배럴 구간의 공기 혼입을 줄이다
주의 : “온도를 올리면 표면이 좋아진다”는 단기 효과에 의존하면 장기적으로 탄화가 누적되다. 드룰은 장기 안정성 관점에서 온도 최적화가 필요하다.
5.4 압력 맥동·유동 불안정·스크린팩 요인
스크린팩 막힘이 진행되면 압력이 상승하고 맥동이 커지다.
이 과정에서 립 주변 미세 누출, 유동 분포 변화가 발생하여 드룰이 증가하다.
개선 포인트
- 스크린팩 교체 주기를 압력 상승률 기반으로 재설정하다
- 기어펌프 사용 시 맥동을 줄이고 유량 안정성을 확보하다
- 필터 메쉬 조합을 재구성하여 급격한 막힘을 완화하다
5.5 다이 립 표면 상태·가공 정밀도 요인
립에 미세 흠집이 있으면 국부 정체가 생기고, 그 부위에 축적물이 성장하다.
또한 다이 볼트 체결 불균일, 열팽창 차이로 갭 편차가 생기면 특정 구간에서만 드룰이 반복되다.
개선 포인트
- 립 표면 거칠기와 평탄도를 정기 점검하고 폴리싱·리페어를 수행하다
- 다이 체결 토크를 표준화하고 열간 상태에서의 갭 균일도를 확인하다
- 코팅 적용 시 공정 온도와 수지 조성에 적합한 코팅을 선정하다
6. 공정 조건 튜닝 가이드: 우선순위와 권장 접근
6.1 온도 세팅
다이 드룰은 “너무 낮은 온도”에서도 발생하다.
점도가 높아지면 립 부근 전단·응력이 증가하고, 표면이 찢기거나 미세 누출이 촉진될 수 있다.
따라서 온도는 낮추기만 하는 방식이 아니라, 드룰 성장 속도가 최소가 되는 창(window)을 찾는 방식이 유효하다.
6.2 스루풋과 전단
스루풋을 올리면 전단이 증가하여 멜트 프랙처 위험이 커지지만, 체류시간은 감소하다.
반대로 스루풋을 낮추면 체류시간이 증가하여 탄화·열분해 기반 드룰이 악화하다.
따라서 드룰 유형이 탄화형인지 이행형인지에 따라 스루풋 조정 방향이 달라지다.
6.3 퍼지 절차 표준 예시
아래 예시는 현장에서 많이 쓰는 퍼지 루틴의 형태이며, 실제 적용 시 수지 특성 및 설비 내열 조건에 맞게 조정하다.
# die drool 저감을 위한 퍼지 루틴 예시이다 # 목표는 체류 수지 감소와 데드존 세정이다
스루풋 30~50%로 낮추고 압력 안정화하다
다이 온도를 5~15°C 범위에서 일시적으로 올려 점도 저감하다
퍼지용 수지(또는 전용 퍼지 컴파운드)를 투입하고 10~30분 유지하다
스크린팩을 교체하고 초기에는 저속으로 표면 안정화하다
정상 스루풋으로 단계적으로 복귀하다주의 : 퍼지용 소재가 기존 처방과 상용성이 낮으면 오히려 겔·분리물을 만들어 드룰이 악화하다. 퍼지 소재 선정은 상용성과 잔류성을 함께 고려하다.
7. 제품군별 빈발 포인트: 필름·시트·코팅·컴파운딩
7.1 필름(블로운·캐스트) 공정
필름은 슬립제, 항블로킹제 사용 빈도가 높아 이행형 드룰이 흔하다.
특히 가장자리 트리밍 구간에서 립 오염이 축적되면 두께·연신 불안정으로 이어지다.
7.2 시트·프로파일 공정
시트·프로파일은 두께가 두꺼워 열이력과 체류 영향이 커서 탄화형 드룰이 빈발하다.
다이 내부 데드존 관리, 스톱 절차가 핵심이다.
7.3 컴파운딩 및 펠릿 제조
컴파운딩은 첨가제 조합이 복잡하고 분산제가 포함되기 쉬워 표면 젖음과 이행이 증가하다.
또한 충전재의 미세 분말이 다이 립 주변에 쌓여 드룰처럼 보이는 오염을 만들 수 있다.
8. 예방 관리: “발생 후 청소”에서 “발생 전 관리”로 전환
8.1 정기 점검 항목
| 점검 항목 | 점검 방법 | 권장 주기 | 목표 상태 |
|---|---|---|---|
| 다이 립 표면 | 확대경 육안, 손상 지도 작성 | 라인별 월 1회 | 흠집·찍힘 없음이다 |
| 다이 온도 균일도 | 히터 존별 편차 기록 | 분기 1회 | 존 편차 최소화하다 |
| 압력 트렌드 | 스크린팩 전후 압력 상승률 모니터링 | 상시 | 교체 기준 명확하다 |
| 원료 휘발분·수분 | Lot별 내부 기준 시험 | Lot마다 | 편차 관리되다 |
| 스톱·재가동 절차 | 표준서 준수 여부 점검 | 상시 | 체류 최소화하다 |
8.2 청소 방식의 기준
드룰 제거는 단순히 닦는 작업이 아니라, 금속 표면 손상을 최소화하는 방식으로 표준화되어야 하다.
금속 표면에 미세 흠집을 만들면 이후 드룰 핵이 더 쉽게 성장하다.
주의 : 금속 스크래퍼, 거친 연마재 사용은 단기적으로 깨끗해 보이지만 장기적으로 반복 불량을 고착화하다. 청소 도구와 접촉 압력을 표준화하다.
9. 원인-대책 매핑: 현장에서 바로 쓰는 요약표
| 관찰 증상 | 가능성이 큰 원인 | 우선 조치 | 근본 대책 |
|---|---|---|---|
| 기름막처럼 번지는 끈적임이다 | 슬립제/윤활제 이행, 저분자 블리드이다 | 다이 온도 소폭 하향 또는 존 균일화하다 | 첨가제 처방/상용성 재설계하다 |
| 갈변·탄화물 동반이다 | 체류·과열·산화이다 | 스루풋 조정 및 스톱 절차 개선하다 | 데드존 저감, 안정화제 보강, 산소 유입 저감하다 |
| 특정 위치만 반복이다 | 립 흠집, 갭 편차, 히터 불균일이다 | 립 상태 점검, 체결 토크 확인하다 | 리페어/폴리싱/코팅 및 구조 개선하다 |
| 스크린팩 교체 전후로 악화하다 | 압력 맥동, 막힘, 오염 유입이다 | 교체 주기 재설정, 필터 조합 수정하다 | 전단·압력 안정화 설계, 원료 청정도 관리하다 |
| 라인 스톱 후 급격히 증가하다 | 체류 수지 분해, 재가동 루틴 미흡이다 | 재가동 초기 저속 안정화하다 | 퍼지 표준서 확립 및 교육하다 |
FAQ
다이 드룰과 멜트 프랙처를 현장에서 어떻게 빠르게 구분하나?
다이 드룰은 다이 출구 외부에 축적물이 생성되고 시간이 지날수록 성장하는 누적형 현상이다.
멜트 프랙처는 축적물 없이도 제품 표면에 주름·거칠음이 즉시 나타날 수 있는 유동 불안정 현상이다.
따라서 립 주변에 닦아낼 수 있는 물질이 존재하는지와, 청소 후 재발 시간의 패턴을 보는 것이 실무적으로 유효하다.
온도를 내리면 항상 다이 드룰이 줄어드나?
온도 하향은 이행형 드룰에는 도움이 될 수 있으나, 점도 상승으로 전단이 커져 다른 불안정을 유발할 수 있다.
탄화형 드룰에서는 스루풋 저하로 체류가 늘어나 악화될 수도 있다.
따라서 온도는 단방향 조정이 아니라 드룰 성장 속도가 최소가 되는 운전 창을 찾는 방식이 필요하다.
슬립제를 줄이면 블로킹이 걱정되는데 현실적인 접근이 있나?
슬립제 저감은 마찰과 블로킹 위험을 높일 수 있으므로 단계적 저감과 대체 조합 검토가 필요하다.
항블로킹제의 입도·함량 조정, 표면 처리된 충전재 적용, 공정 냉각 조건 최적화로 슬립제 의존도를 낮추는 접근이 유효하다.
드룰 청소를 자주 하면 더 나빠지는 경우가 있는데 이유가 무엇인가?
부적절한 도구로 립 표면을 손상시키면 미세 흠집이 데드존을 만들고, 그 부위가 드룰의 핵 생성 지점이 되다.
또한 청소 과정에서 남은 잔사가 다음 축적의 씨앗이 될 수 있다.
따라서 표면 손상을 최소화하는 청소 표준과 주기적 리페어가 함께 필요하다.