플로트 유리

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1. 개요
2. 역사
3. 제조법
4. 특징 및 용도
5. 시장 현황
- 5.1. 세계 시장
- 5.2. 한국 시장
참조

1. 개요

플로트 유리는 모래, 소다회 등을 녹여 만든 용융 유리를 녹인 주석 위에 띄워 제조하는 판유리의 일종이다. 1950년대 알라스테어 필킹턴에 의해 개발되어, 기존 판유리 제조 방식보다 생산 비용이 저렴하고 표면이 매끄럽다는 장점을 가진다. 플로트 유리는 건축, 자동차, 가구 등 다양한 분야에서 널리 사용되며, 강화 유리, 접합 안전 유리 등 특수 유리의 기본 재료로도 활용된다. 2000년대 후반부터 AGC, NSG, 생고뱅, 가디언 인더스트리가 세계 시장을 주도하고 있으며, 한국에서는 KCC글라스 등이 주요 제조사로 활동하고 있다.

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플로트 유리
개요
종류	유리
제조 방식	필킹턴 공정 수직 드로잉 롤아웃 공정 기타
일반적인 두께	2 mm ~ 19 mm
밀도	2,500 kg/m³
용도	창문 자동차 건축 기타
상세 정보
정의	녹은 유리를 주석 위에 띄워 표면 장력을 이용하여 평평하게 만드는 유리
역사	1950년대 필킹턴 형제가 개발
특징	높은 표면 품질 평행도 우수 광학적 왜곡 감소
제조 공정
장점	대량 생산 가능 다양한 두께 및 크기 생산 가능 추가 가공 용이
단점	다른 유리 제조 방식보다 에너지 소비량 높음 주석 오염 가능성 존재
기타 제조 방식	압연 유리 인발 유리
참고 자료
참고 문헌	Pascal Richet, Encyclopedia of Glass Science, Technology, History, and Culture, John Wiley & Sons, 2021-02-05, pp. 73–74, ISBN 978-1-118-79939-0 Corky Binggeli, Materials for interior environments, Wiley, 7 October 2013, p. 86, ISBN 978-1-118-30635-2 Mikell P. Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems, John Wiley & Sons, 2021, p. 207, ISBN 978-1-119-70642-7 Ian Baker, Fifty Materials That Make the World, Springer, 2018-06-21, p. 66, ISBN 978-3-319-78766-4 James F. Shackelford, Introduction to Materials Science for Engineers, Pearson Education. Prentice Hall, 2005, p. 237, ISBN 978-0-13-142486-9 Jamal Khatib, Sustainability of Construction Materials, Woodhead Publishing, 2016-08-12, p. 80, ISBN 978-0-08-100391-6 Jan Wurm, Glass Structures: Design and Construction of Self-supporting Skins, Springer Science & Business Media, 2007, p. 37, ISBN 978-3-7643-7608-6
관련 링크	https://www.pilkington.com/en-gb/uk/about/heritage/the-story-of-pilkington-uk http://www.schott.com/fpd/english/lcd_glass/index.html

2. 역사

독일 예나에 있는 오래된 창문. 좌상단이 플로트 유리이다. 나무의 비선명함으로 보아 다른 유리는 플로트 유리가 아닌 것으로 보인다.

17세기 이전에는 창유리나 판유리를 크라운 유리(en)의 큰 원반(론델)에서 잘라내거나, 취입 유리 제조법으로 큰 원통형으로 만들어 잘라 평평하게 만들었다. 19세기 초에는 원통형으로 불어 만드는 방법이 주류였다.

19세기에는 유리 제조 자동화 시도가 있었다. 1848년 영국의 헨리 베세머는 롤러 사이에서 리본 형태로 유리를 만들어 평판 유리의 연속 리본을 생산하는 시스템에 대한 특허를 받았다.^[10]

20세기 초에는 콜번법과 같이 용융 유리에서 판 모양으로 유리를 끌어올려 판유리를 만드는 새로운 제조법이 개발되었다. 1920년대에는 띠 모양의 판유리에 흐름 작업으로 연마를 실시하는 제조법이 생겨 비용이 절감되었다.

1953년부터 1957년까지 영국의 알라스테어 필킹턴과 케네스 비커스태프가 용융 주석 조 위에 용융 유리를 띠 모양으로 띄워 유리를 제조하는 기술을 처음으로 실용화했다.^[34] 1960년에 플로트 유리가 수익성 있는 사업으로 성립되었다.

2. 1. 17세기 이전

16세기까지 창유리나 다른 평판 유리는 크라운 유리의 큰 원반(론델)에서 잘라냈다. 더 큰 판유리는 유리 불기로 큰 실린더를 만들어 잘라서 펼친 다음 판으로 만들었다. 19세기 초 대부분의 창유리는 실린더 방식으로 만들어졌다. 실린더는 약 1.83m에서 약 2.44m 길이에, 직경은 약 25.40cm에서 약 35.56cm여서 유리를 자를 수 있는 너비가 제한되었고, 창문은 가로대(transoms)로 나누어져 직사각형 패널을 이루었다.

2. 2. 19세기: 유리 제조 자동화 시도

19세기에는 유리 제조 자동화에 대한 여러 시도가 있었다. 1848년 영국의 기술자인 헨리 베세머는 롤러 사이에서 리본 형태로 유리를 만들어 평판 유리의 연속 리본을 생산하는 시스템에 대한 특허를 받았다.^[10] 하지만 이 시스템은 유리의 표면을 연마해야 했기 때문에 비용이 많이 드는 공정이었고, 상업적으로 성공하지는 못했다.

헨리 베세머의 특허는 유리 제조 자동화의 첫 번째 발전으로 평가받는다. 이후 용융된 주석 욕조에서 평판 유리를 형성하려는 시도가 있었는데, 이는 유리를 만드는 데 필요한 고온에서 잔잔하게 유지될 수 있는 유리보다 밀도가 높은 몇 안 되는 액체 중 하나였기 때문이었다. 특히 미국에서 이러한 시도가 활발하게 이루어졌고, 여러 특허가 부여되었지만,^[11]^[12] 당시에는 이 공정이 실행 불가능했다.

2. 3. 20세기 초: 판유리 연마 공정 도입

1920년대 초, 판유리의 연속 리본을 일련의 인라인 연마기 및 광택기를 통과시켜 유리 손실과 비용을 줄였다.^[13] 그 이전에는 더 큰 판유리 시트를 철 표면에 유리를 붓고 양면을 연마하는 방식으로 만들었는데, 이는 비용이 많이 드는 공정이었다.

20세기 초에는 콜번법과 같이 용융 유리의 풀에서 위로 롤러로 판 모양으로 유리를 끌어올려 판유리를 만드는 새로운 제조법이 개발되었다. 그러나 이 방법으로 만든 유리는 표면이 매끄럽지 않고 균일하지 않아, 후처리 공정으로 양면을 연마해야 했기 때문에 비용이 많이 들었다.^[33] 1920년대 초에는 띠 모양의 판유리에 흐름 작업으로 연마를 실시하는 제조법이 생겨 비용이 절감되었다.

2. 4. 플로트 공법 개발 (1950년대)

1953년부터 1957년까지 영국의 알라스테어 필킹턴 경과 케네스 비커스태프는 용융 주석 욕조 위에 용융 유리를 띄워 연속적인 유리 리본을 형성하는 플로트 공법을 개발했다.^[14] 이 공법은 용융 유리가 중력의 영향으로 방해받지 않고 흐르도록 하여 유리의 양과 표면 장력의 균형을 통해 평평하고 매끄러운 유리를 만드는 방식이었다.^[15]

플로트 공법의 성공 비결은 욕조에 공급되는 유리의 양을 신중하게 조절하는 데 있었다. 유리는 자체 무게에 의해 평평해질 정도의 양으로 공급되어야 했다.^[15]

1960년에 플로트 유리의 본격적인 상업 판매가 시작되었으며,^[16] 1960년대에는 이 공정이 전 세계적으로 라이선스되어 기존의 판유리 생산 방식을 대체하며 주요 생산 방식으로 자리 잡았다.

3. 제조법

플로트 유리의 제조는 크게 원료 배합 및 용융, 주석 욕조, 성형 및 서냉, 절단의 네 단계로 이루어진다.

플로트 유리는 모래, 소다회(탄산나트륨), 백운석, 석회석, 황산나트륨 등의 일반적인 유리 제조 원료를 사용하며, 착색제, 정련제 또는 유리의 물리적 및 화학적 특성을 조정하는 재료를 첨가하기도 한다.

3. 1. 원료 배합 및 용융

모래, 소다회(탄산나트륨), 백운석, 석회석, 황산나트륨 등의 일반적인 유리 제조 원료를 사용한다. 기타 재료로는 착색제, 정련제 또는 유리의 물리적 및 화학적 특성을 조정하는 데 사용되는 재료들이 있다. 원료는 배치 공정에서 혼합된 후, 조절된 비율의 파유리(폐유리)와 함께 용광로에 투입되어 약 1500°C로 가열된다.^[17] 일반적인 플로트 유리 용광로는 너비 9m, 길이 45m이며 1200ton 이상의 유리를 생산할 수 있다. 용융되면 유리의 온도는 균일한 밀도를 보장하기 위해 약 1200°C로 안정화된다.

3. 2. 주석 욕조

용융 유리는 용융 주석(폭 3-4m, 길이 50m, 깊이 6cm) 위에 부어진다.^[17] 주석은 밀도가 유리보다 크고, 유리와 섞이지 않으며, 높은 온도에서 안정적인 특성을 가지고 있어 플로트 유리 제조에 적합하다. 그러나 주석은 산화되어 이산화 주석(SnO₂)을 형성하기 쉽다. 이산화 주석은 유리 제조 과정에서 불순물로 작용하여 유리에 부착될 수 있다. 이를 방지하기 위해 주석조는 질소와 수소를 채운 가압 보호 분위기로 유지된다.^[36]

3. 3. 성형 및 서냉

용융 유리는 "주석조"라고 불리는 용융 주석 욕조(폭 3-4m, 길이 50m, 깊이 6cm)로 공급된다.^[17] 용융 주석 위에 유리가 부어져 흘러가면서 표면 장력에 의해 양쪽 면이 완벽하게 매끄럽고 균일한 두께를 가지게 된다. 유리가 주석조를 따라 흐르면서 온도는 1,100℃에서 약 600℃까지 점차적으로 감소하며, 이때 유리는 굳어져 롤러로 옮겨질 수 있게 된다.

유리 리본은 조절된 속도로 롤러에 의해 주석조에서 끌어 올려진다. 흐름 속도와 롤러 속도를 조절하여 다양한 두께의 유리판을 만들 수 있다. 용융 주석 위에 위치한 상부 롤러는 유리 리본의 두께와 너비를 조절하는 데 사용된다.^[17]

주석조에서 나온 유리판은 약 100m 길이의 열처리 가마를 통과하며, 여기서 서서히 냉각되어 변형 없이 어닐링되고 온도 변화로 인해 균열이 생기지 않는다. 즉, 열처리 가마를 통해 유리의 내부 응력이 제거되고 강도가 높아진다.

3. 4. 절단

주석조에서 꺼내진 판 유리는 약 100m 길이의 유리 소둔로를 통과하며, 그곳에서 금이 가지 않도록 서서히 냉각된다. 냉각된 판 유리는 절단 과정을 거친다.^[36]

4. 특징 및 용도

오늘날 플로트 유리는 가장 널리 생산되는 유리 형태이며,^[18] 수많은 상업적 용도로 사용된다.^[19] 추가적인 연마가 필요 없는 고품질^[20]과 생산 과정에서의 구조적 유연성으로 인해 가열된 시럽 상태에서 다양한 형태로 쉽게 성형하고 구부릴 수 있다는 장점이 있다.^[21] 이러한 특성 덕분에 플로트 유리는 다음과 같은 다양한 용도로 사용된다.

자동차 유리 (예: 앞 유리, 창문, 거울)^[22]
거울^[23]
가구 (예: 테이블과 선반)^[24]
단열 유리
창문^[25] 및 문

강화 유리^[26], 반투명 유리^[27], 접합 안전 유리^[28], 방음 유리^[29]와 같은 대부분의 특수 유리는 표준 플로트 유리를 추가 가공하여 만들어진다.

5. 시장 현황

2007년과 2009년 기준으로 아사히 글라스(AGC), 일본판유리(NSG/필킹턴), 생고뱅, 가디언 인더스트리 4개사가 세계 플로트 유리 시장을 거의 독점하고 있다.^[37]^[30] 이 외에 플로트 유리를 제조하는 기업으로는 Stewart Engineers, PPG, 중앙유리, Hankuk(한글라스), Visteon, Cardinal Glass Industries, 시세 캄 AS, 비트로, 칼렉스 글라스 등이 있다.^[30]^[37]

5. 1. 세계 시장

2007년 현재, 아사히 글라스(AGC), 일본판유리(NSG/필킹턴), 생고뱅, 가디언 인더스트리 4개사가 세계 플로트 유리 시장을 거의 독점하고 있다. 이 외에 플로트 유리를 제조하는 기업으로는 Stewart Engineers, PPG, 중앙유리, Hankuk, Visteon, Cardinal Glass Industries 등이 있다.^[37]

2009년 기준으로 중국과 러시아를 제외한 세계 플로트 유리 시장은 아사히 글라스, NSG/필킹턴, 생고뱅, 가디언 인더스트리 등 4개 회사가 주도하고 있다. 그 외 시세 캄 AS, 비트로, 이전의 PPG, 중앙 유리, 한글라스, 칼렉스 글라스, 카디널 글라스 인더스트리 등이 있다.^[30]

5. 2. 한국 시장

2007년 당시 아사히 글라스(AGC), 일본판유리(NSG), 생고뱅, 가디언 인더스트리 4개 회사가 세계 플로트 유리 시장을 거의 독점하고 있었다.^[37] 2009년 기준으로도 이들 4개 회사가 중국과 러시아를 제외한 세계 시장을 주도했다.^[30] 그 외 플로트 유리 제조 기업으로는 시세 캄 AS, 비트로, PPG, 중앙 유리, 한글라스, 칼렉스 글라스, 카디널 글라스 인더스트리 등이 있었다.^[30]^[37]

요약에 따르면, KCC글라스(구 한글라스)와 LX하우시스(구 LG하우시스) 등이 한국의 주요 플로트 유리 제조사로 활동하고 있다. 건축 및 자동차 산업의 발전과 함께 플로트 유리 시장도 지속적으로 성장하고 있으며, 친환경 및 고기능성 유리에 대한 수요 증가에 따라 기술 개발 경쟁이 심화되고 있다.

참조

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