📘 Chapter 3. 습지 형성 (Sheet Forming) – 섬유에서 시트로

📘 Chapter 3. 습지 형성 (Sheet Forming) – 섬유에서 시트로

3.1 개요: 종이의 ‘모양’을 만드는 핵심 단계

습지 형성(Forming)은 펄프 슬러리(물에 분산된 셀룰로오스 섬유)를 평평한 시트(sheet) 형태로 만드는 공정이다. 이 단계에서는 물을 빠르게 제거하면서, 섬유들이 평면 위에서 서로 얽혀 안정적인 구조를 형성하게 된다.
이때 시트의 두께, 균일도, 평탄도가 결정되기 때문에 제지 공정의 성패를 가르는 매우 중요한 과정이다.

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3.2 공정 장치의 구조 – 포드리니어 머신(Fourdrinier machine)

현대 공정에서 가장 널리 사용되는 장비는 포드리니어 머신이다. 주요 구성은 다음과 같아:

1. 헤드박스(Headbox): 균일하게 분산된 펄프 슬러리를 천 위로 분사
2. 와이어 섹션(Wire section): 섬유가 천 위에서 배수되며 시트 형성
3. 셔킹(Shaking) 및 진공 배수(Vacuum dewatering): 수분 제거 + 섬유 정렬
4. 쿠치 롤(Couch roll): 반건조 상태의 시트를 다음 공정으로 전달

☑ 참고: 시트 형성 중에는 유체역학 + 유변학이 동시에 적용됨 → 펄프의 점도, 흐름 속도, 와이어 진동 등이 섬유 정렬에 직접적 영향을 미침

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3.3 섬유 네트워크 형성 메커니즘

종이의 기계적 물성과 인쇄 적합성 등은 결국 섬유의 배향 및 분포에 따라 달라지게 된다.

• 수평 정렬(fiber alignment): 와이어의 흐름 방향(MD)과 수직 방향(CD) 균형 필요
• 랜덤 망상 구조: 강도에는 불리하지만 표면 평탄도와 인쇄성에는 유리
• 혼합배향 구조: 고품질 인쇄용지, 고강도 필터 등에 적합

☑ 이때 텐션이 개입되기 시작함 → 수분 제거 도중에도 섬유가 수축하거나 뭉치지 않도록 적절한 장력이 유지되어야 함

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3.4 형성 품질 평가 요소

항목설명

균일도 (Formation)	섬유 분포의 균일성. 광학적 분석 또는 전산 분석으로 측정
평탄도 (Flatness)	시트의 표면 높낮이 차이
기공도 (Porosity)	코팅 적합성, 잉크 흡수성에 영향
MD/CD 강도 비율	섬유 배향 불균형을 반영하는 지표

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3.5 연구자 입장에서 주의할 점

• 펄프 농도(Consistency)에 따라 형성 품질이 민감하게 달라짐 → 0.5–1% 농도 조건 실험 추천
• 와이어 진동 및 펄프 유량이 미세하게 시트 두께와 배향에 영향
• 슬러리 점도 및 전하 분포도 섬유 응집에 관여함 → 전해질 농도 또는 pH 조절 필요

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다음 예고: 프레스 & 건조 – 종이를 종이답게

다음 단계는 “반건조 시트”를 물리적으로 압착하고 완전히 건조시키는 **프레스(Pressing)**와 건조(Drying) 공정이야. 여기서부터는 수축, 잔류 응력, 텐션 제어가 더 본격적으로 중요해지기 때문에, 실험자 입장에서 세밀하게 살펴볼 가치가 있어.