불완전 연소의 특징을 알고 주조를 진행하자!!
레진은 고분자, 저분자, 광개시제등의 화학적 혼합물입니다.
No ash라는 표현이 있지만, 대기중에서 불완전 연소되어서 날아가는 그을음이 있다는 말은 없고, 여기 놓여있던 축력물을 태웠더니 남은 것이 없더라라는 표현일 뿐 입니다.
그럼, Wax에서는 이런 현상이 없을까요?
Wax에도 있습니다. 석고를 털어 낸 주조 겉면을 보면 까맣게 된 부분을 볼 수 있는데, 이것이 Wax의 불완전 연소 찌꺼기입니다.
Wax에서도 불완전 연소가 일어나는데, 레진에선 더 심할 것이라는 것을 미뤄 짐작해 볼 수 있습니다.
다만, 이 부분이 최소화되었고, 세공에서 처리 가능한 수준까지 발전했다는 것이고, 최선의 방법으로 이 부분을 최소화하는 것이 레진으로 좋은 주조 결과를 얻는 방법입니다.
노출 연소실험 만으로도 어느정도는 알 수 있다.
레진에 따라서 약간 다른 연소 특징을 갖고 있지만, 우리 레진은 No ash와 잔여물을 남기지 않기 위해서 용융과 열분해 속성이 병합된 물질이 될 수 있도록 개발되었습니다.
석고에 출력물이 메몰된 상태라고 상상하고, 그 속에서 일아나는 출력물의 변화를 생각해 보면 이렇습니다. 석고의 온도가 100℃정도에 도달하면서 Wax로 된 뽕대는 녹아서 흘러나올 것 입니다. 400℃정도에 도달할 때까지 Wax로 된 부분은 모두 흘러내리고, 출력물의 조직이 느슨해 지면서 흘러내릴 준비를 할 것 입니다. 400℃ ~600사이에서 용융화된 레진이 흘러나오고, 열분해가 시작되면서 레진의 대부분은 기화되어 날라갈 것 입니다. 700℃에 다다르면 석고와 밀착된 레진의 잔여물이 최종적으로 산화되는 과정에 도달 할 것 입니다.
이런 상상의 과정을 노출 연소 실험으로 확인해 볼 수 있습니다.
먼저, 스텐레스 재말 받이 위에 출력물을 올려놓고, 손잡이 쪽은 플라이어와 같은 열전달을 견딜 수 있는 집게로 고정합니다. 작은 토치로 스텐레스 재말받이 밑 부분을 가열하는데, 출력물에 불이 붙지 않을 정도까지만 가열될 수 있도록 주의하여 열을 가 합니다. 이 상태로 열이 가해지는 것을 유지하면서 출력물을 관찰해 봅니다.
열분해의 특성이 없는 레진은 원 상태를 유지하면서 색상의 변화만 일어날 수 있습니다. 이런 레진은 주조에서 큰 결함이 발생될 수 있으므로 가급적 사용하면 안됩니다.
반면, 우리 레진은 열분해 특성이 좋아 어느 정도 열이 올라가면, 가장 열이 많이 받는 받침부분과 맞닿은 면이 녹아 내리면서 출력물이 움직이기 시작합니다. 이 특징을 바탕으로 추정해 보면, 석고에 메몰된 상태에서 약 400℃ ~ 600℃ 사이에서 레진에 녹아내리면서 흘러 나올 것이라는 것을 예상할 수 있습니다. 흐름이 생기는 온도를 넘어서면 출력물이 열분해되면서 기화가 되는 것을 확인할 수 있습니다. 이 상태를 유지하면 최종 잔여물까지 기화가 진행되면서 No ash 상태가 되는 것을 스텐레스 재말받이 위에서 확인해 볼 수 있습니다. 이 특징을 바탕으로 매몰된 상태의 출력물의 변화를 추정해 보면, 유동성으로 대부분의 출력물은 액체가 되어 빠져나오고, 그 다음 온도에서는 기화가 일어나면서 석고에 접착된 레진이 열분해되면서 기체로 기화되는 과정을 통해서 잔여물이 남지 않을 것이라는 것을 예상할 수 있습니다.
이렇게 재말받이 위의 연소실험을 통해서 레진의 특징을 파악할 수 있습니다.
위의 긴 설명을 요약하면,
노출 연소 실험으로 - 불이 붙어서 산화가 되어야 하는 레진은 필연적으로 불연소 잔여물이 남아 주조에 결함을 발생시킬 가능성이 높다.
노출 연소 실험으로 - 산화가 되기 전에 유동성이나 열분해로 기화가 되는 레진은 훨씬 안정적인 주조 결과를 얻을 수 있다.
이상이 우리가 얻은 노출 연소 실험의 결과입니다.
조금 비싸더라도.....
일반 석고에 비해 석고 결합 강도가 좀 더 높습니다. Wax를 베이스로하는 일반 석고가 많이 부드러운 편이라면, 레진용 석고는 입자고 곱고 결합 강도도 좀 더 강합니다.
이 특징을 잘 생각해보면, Wax는 80℃ 정도에서 유동성이 생기면서 미세한 부분까지 액체가 되어 다 빠져 나옵니다. 반면, 레진은 적어도 400℃ 이상부터 반응하고, 액체화된다 하더라도 Wax에 비해 훨씬 표면장력이 높은 상태로 유동될 것이기 때문에 좀 더 단단한 형상이 되어야 출력물에 표현된 미세한 부분을 구현해 낼 수 있을 것 입니다.
이러한 예측은 일반 석고와 레진용 석고로 주조된 결과를 확인해 보면 금방 알 수 있습니다.
따라서, 출력물의 주조는 좀 더 단단하게 출력물을 잡을 수 있는 레진용 석고를 사용하시기 바랍니다.
흘러나오고, 기화된 가스가 빠져나올 수 있도록
Wax에 비하면, 상당히 높은 온도에 유동성이 생기고, 열 분해가 일어나면서 가스가 발생하는 것이 특징입니다.
이 특징을 잘 이용하기 위해서는 가급적 플라스크의 밑 부분에 공간이 생길 수 있도록 받침을 만들고, 전기로의 정 중앙에 위치시키는 것을 추천드립니다.
최종 잔여물까지 기화시킨다.
석고에 메몰된 출력물이 외부 산소의 공급을 받아 산화될 것이고 기대하는 것은 다소 무리가 있습니다. 1000℃가 올라간다 하더라도 외부 산소의 유입이 없으면 불이 붙지 않을 것 이기 때문입니다. 주물 입구가 밑으로 된 상태이고, 프라스크 전체가 가열된 상태라면, 주조 물줄기와 연결된 출력물이 재말받이 위의 연소실험처럼 잘 타서 없어지는 레진이 프라스크 안에서도 재가 남지 않고, 잘 타서 없어질 것이라고 예상하기는 어렵습니다.
우리 레진처럼 유동성과 열분해 기화 특성을 갖고 있는 레진일지라도, 밀폐된 미세한 공간네에서 충분히 기화되고, 기화된 기체가 잘 빠져 나올 수 있도록 시간을 유지시켜 주는 것이 좋습니다.
어떤 작업자는 이틀에 걸쳐서 주조를 진행하는 사람도 있습니다. 하루 전기로에서 가열하고, 다음날 또 가열한 후에 주조를 진행하는 사람도 있습니다. 참고하시기 바랍니다.
플라스크 속의 미세 잔량도 없앤다.
주조 방법에는 원심주조와 흡입주조가 있습니다.
흡입 주조는 강력한 진공펌프로 석고의 미세한 틈으로 공기를 흡입하면서 금속을 빨아 당기는 방식으로 미세한 형상까지 주조가 이뤄지는 방식을 택하고 있습니다.
이 특징을 이용하여, 주조 플라스크를 거꾸로 뒤집어 흡입기에 안착시키고 2~3번 흡입 과정을 반복하여 플라스크 내의 잔여물을 빨아내는 것도 혹시 남아 있을 잔여물을 제거하는 좋은 방법입니다.