미술 수업시간이나 화방, 혹은 구둣방에서 볼 수 있는 브러시. 그런 브러시를 공장에서도 사용한다? 게다가 그 역할 및 쓰임새가 다양하다? 산업현장에서 브러시는 장치를 보호하고, 물건을 이송하며, 장치를 세척하고, 표면을 마감하는 등 많은 일을 하고 있다. 브러시가 산업현장 중 어디에서 쓰이고 있는지, 브러시의 재질로는 무엇이 있는지, 그리고 다양한 작업에 사용할 수 있는 비결은 무엇인지 알아보자.
Q. 브러시는 어디에 사용되나?
A. 브러시는 기본적으로 압력을 흡수하거나 압력을 가하는 원주형 재질(Columnar Material)로 구성된다.
이 원주형 재질은 보통 필라멘트로 알려져 있으며, 지름·모양·길이·재질 등이 각기 다르다. 또한 원하는 결과를 만들어내기 위해 각각의 변수들을 자유롭게 변경할 수 있다. 무한정 필라멘트 처리 방식(Unlimited Filament Arrangement)을 구현하는 것 역시 원주형 재질의 특징이다.
변수가 다양하다는 특성 덕에, 지금도 브러시 분야에서는 새로운 응용사례가 끊임없이 개발되고 있다. 오늘날 브러시를 사용하는 주요 분야로는 밀봉(Seal)·보호(Shield)·안내(Guide)·운반(Convey)·지지(Support)·완충(Cushion)·세척(Clean)·데버링(Deburr)·표면 마감 등이 있다. 이 외에도 각종 특수한 응용사례에서 역시 중요한 역할을 하고 있다.
재질 선정에 충분한 주의를 기울이면, 브러시는 다양한 환경에서 효과적인 작업을 보장한다. 저온 및 극저온 응용사례는 물론이고 주조 공정을 비롯한 고온 환경에서도 쓰인다. 지속적인 부식이 우려되는 환경에 적합한 재료를 선택할 수도 있다.
Q. 브러시 구성에는 어떤 종류가 있는가?
A. 금속 백 스트립 브러시는 권선 주변의 필라멘트가 구부러지는 것이 특징이다. 금속 채널이 필라멘트를 제자리에 고정시킨다. 필라멘트는 밀도가 높은 선형 장벽층(Linear Barrier)을 형성한다. 장벽은 다양한 모양으로 만들 수 있는데, 나선형·컵 모양·호(弧) 모양은 물론, 불규칙하고 고르지 않은 형태를 띨 수도 있으며, 사용자가 형태를 직접 지정할 수도 있다.
플렉서블 백 스트립 브러시 또한 밀도가 높은 선형 장벽층을 자랑한다. 현장에서 쉽게 조작할 수 있다는 점 역시 매력적이다.
스테이플 셋 스트립 브러시는 구성 및 설정 측면에서 가장 유연한 브러시다. 이 브러시는 필라멘트 묶음이 스테이플에 감겨 있는 형태를 취한다(이를 술 혹은 다발Tuft이라고 부른다). 술은 관·원반·막대·육면체 등 다양한 모양으로 구성할 수 있다. 스테이플 셋은 술을 활용한 유연함이 특징으로, 작업에 최적화된 구성 및 배치를 자랑한다.
브러시 설계에 따른 응용사례는 무궁무진하다. 제작 방식 및 구성에 따라, 그리고 필라멘트 구성과 조합에 따라 변화할 수 있는 여지가 다양하다. 술 패턴은 복합적인 작업을 동시에 수행할 수 있다. 실린더와 술을 결합한 V자형(셰브런) 패턴은 표면을 말끔하게 청소하는 데 적합하며, 실린더의 중앙을 통해 성기고 얼기설기 놓인 물질을 운송한다. 진공청소기에 사용되는 브러시가 대표적인 예다. 스트립 스테이플 셋 브러시는 기존 스트립 브러시와 필적할 정도의 씰을 제공하며, 방열 및 방음 측면에서는 스트립 브러시를 능가한다.
Q. 필라멘트에는 어떤 종류가 있는가? 특징은?
A. 필라멘트에는 일반적으로 금속·플라스틱·천연섬유 등의 재질을 사용할 수 있다. 필라멘트의 재질에 따른 강성은 필라멘트의 지름 및 트림 길이의 조합에 따라 다양하게 변화한다.
금속 재질의 필라멘트로는 황동·스테인리스강·탄소강·알루미늄·구리 등의 재질이 있다. 이 중 가장 인기 있는 것은 황동 필라멘트 및 스테인리스강 필라멘트이다. 황동 재질은 표면이 단단해 긁힘이 생기지 않으며, 작업 도중에 스파크를 만들지도 않는다. 스테인리스강 재질은 부식 및 기계적 마모에 강한 내성을 가지고 있다.
고온 응용사례에는 비금속 재질, 그 중에서도 나일론 및 폴리에스테르 등의 재질을 눈여겨봄직하다. 나일론 재질은 알칼리성 용액에 강세를 보이며, 폴리에스테르는 산성 용액 응용사례에 적합하다.
내화학성이 필요한 응용사례라면 폴리프로필렌 재질을 선택하는 것이 일반적이다. 습도가 높은 환경에서는 폴리프로필렌·피비티수지·나일론 610/612 등의 재질이 적합하다. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 흡습률이 매우 낮거나 아예 없다.
합성 필라멘트는 탄화규소 혹은 산화알루미늄 등의 연마재를 포함한다. 필라멘트는 보통 표면 다듬기·광택·표면 마감 등의 작업에 활용한다.
천연섬유 필라멘트는 말 털이나 산양 털 등의 동물성 섬유와 탐피코 등의 식물성 섬유로 나뉜다. 상대적으로 거친 말 털과는 달리 촘촘하고 부드러운 산양 털은 까다롭고 섬세한 먼지 청소와 세척 그리고 연마 등에 사용한다.
천연섬유는 정전기를 만들지 않으므로 표면의 수분을 빨아들여 습기를 없애거나 반대로 표면에 습기를 머금게 할 수 있다. 천연 필라멘트를 합성 필라멘트 혹은 금속 필라멘트와 혼합해 사용함으로써 다양한 특징을 결합·혼용할 수도 있다.
Q. 어떻게 브러시를 완충·안내·운반 등에 사용하는가?
A. 브러시의 여러 필라멘트가 각기 다른 탄성을 가지고 있다고 가정하자. 여기에 작용하는 힘은 브러시 표면의 마찰을 기반으로 하며, 위치에너지는 필라멘트의 각 가닥으로 옮겨진다.
필라멘트의 재질·모양·길이 등의 조합에 따라 각 부품이 접촉면의 표면적·무게·질량 중심 등에 대해 어떤 반응을 일으키는지를 계산 및 분석할 수 있다.
브러시 장치는 표준형 강체에 비해 보다 정적이며(Static), 부품을 적절한 위치에 정교하고 정확하게 안내할 수 있다. 부품 표면 혹은 부품 자체의 손상 없이 부품을 옮길 수도 있다. 경우에 따라 부품을 이송하는 표면으로부터 들어 올리지 않고 옮길 수도 있는데, 이 경우 청소와 운반 작업을 동시에 수행하기도 한다.
Q. 브러시를 장치 보호나 밀봉에 사용하는 경우가 있다면?
A. 표면이 움직이는 장치를 밀봉하고자 하는 경우에는 브러시가 최선의 선택이다. 브러시는 고무나 플라스틱에 비해 수명이 길다. 속이 차 있는 씰 혹은 개스킷과 달리 브러시 본체와 움직이는 표면 간의 마찰이 적기 때문이다.
Q. 정전기를 없애기 위해 브러시를 사용하기도 한다던데?
A. 브러시는 설비 투자를 필요로 하는 이온화 장치에 비해 상대적으로 가격이 저렴하다.
브러시는 전도성이 있는 필라멘트를 사용함으로써 정전기를 제거하는 데 도움을 준다. 전도성을 띤 필라멘트를 장착한 브러시는 표면을 가로질러 그라운드에 직접 닿음으로써 정전기를 만들지 않는다.
적절히 설치한 브러시는 정전기를 분산시키는 역할을 함으로써 단일 경로에서 정하중(靜荷重)을 절반으로 줄일 수 있다. 단, 브러시는 금속 표면과 완전히 접촉해야 하며, 플라스틱 표면에서 3㎜가량 떨어져있는 것이 적절한 설치법이다.
제조 과정에 있어 가장 어려운 점은 필라멘트에 어떤 고유한 저항을 부여할지를 정하는 것이다. 저항이 낮은 재질을 선택하면 개발비용을 낮출 수 있는 효과를 낳는 반면, 정전 방전(Electric Discharge, ESD)에 대한 위험 역시 내포하게 된다. 방전이 장비나 부품에 손상을 입힐 수 있는 응용사례라면 보다 높은 저항을 가진 필라멘트 재질을 사용해야 한다.
