This study investigates property variations of biodegradable composite materials (PLA/PHA/PBAT) during the scale-up of the twin-screw extrusion process and proposes optimized processing strategies. Using Ludovic® simulations for screw diameters of 32, 48, 58, and 75 mm, key process parameters—including shear rate, specific mechanical energy (SME), residence time, and fill ratio—were derived and compared with pilot-scale experimental data. The results indicated that as screw diameter increased, heat transfer efficiency decreased, mixing performance deteriorated, and pressure and temperature distributions became non-uniform, all of which contributed to property degradation. The proposed optimized process conditions effectively addressed these issues and improved property uniformity across scales, providing valuable guidance for designing robust scale-up strategies for biodegradable composite extrusion.

본 연구에서는 생분해성 기반 복합소재(PLA/PHA/PBAT)의 이축 스크류 압출공정 스케일업 과정에서의 물성 변화를 분석하고, 최적화 방안을 제시하였다. Ludovic® 시뮬레이션을 통해 32 mm, 48 mm, 58 mm, 75 mm 스크류 직경별 공정 변수(전단속도, SME, 체류시간, 충진율 등)를 도출하고, 파일럿 공정 데이터와 비교 분석하였다. 그 결과, 스크류 직경 증가 시 열 전달 효율 저하, 혼련 성능 감소, 압력 및 온도 분포의 불균일성이 물성 저하의 주요 원인으로 나타났다. 최적화된 공정 조건은 이러한 문제를 효과적으로 개선하고 물성의 스케일 간 균일성 확보에 기여할 수 있음을 시사하였다

Keywords: 생분해성 복합소재(Biodegradable composites), 공정 스케일업(Process scale-up), 이축 스크류 압출기(Twin-Screw Extruder), 혼련 최적화(Mixing optimization), 스크류 구조설계(Screw Profile Design)