Embed Size (px)
Citation preview
-----> 성형 가이드
성형문제 해결 (Tpo 10)
성형시 발생되는 문제를 10 가지로 분류
노즐에 대해서
일반적으로 중요성이 잘 알려지지 않아 사출 성형시 무시되고 있는 Injection screw의 앞쪽부터 금형의 runner 사이의 통로를 주의 깊게 살피면 제품의 질과 양의 향상...
플라스틱의 대표적 성형조건
각종수지의 대표적인 성형조건을 찾을 수 있다.
성형품 문제 해결 안내
성형시 발생되어지는 문제점들을 해결하기 위한 문제 해결 방법
성형품질관리 개선 방안
부품결함 및 제품반환으로 인한 부가비용은 제품업체가 성형업체에 더욱더 품질
보증을 요구하게 됩니다. 특히 자동차 제조회사 및 관련부품 제조업체들은...
수지의 올바른 성형안내
수지를 사용하는 업체는 균일한 성형성이나 제품을 원할 경우, PBT 나 나일론과
같은 일반 엔지니어링 플라스틱의 성형시보다 더욱 많은 주의를 기울여야 합니다.
용융수지의 품질
기계적 물성을 높게 유지하려면 사출성형기의 조건을 정밀하게 콘트롤하여야 할뿐
아니라 용융수지의 품질을 일정하게 유지하여야 한다.
왜 아세탈은 분해 되는가 ?
모든 아세탈 수지는 포름알데히드 단량체의 중합에 의해서 합성된다. 성형조건이 잘못
되었을 경우 포름알데히드의 긴 사슬이 분해되어 포름알데히드 단량체 가스 형태로
대기중에 확산되어 냄새가 나게 된다.
제품외관을 손상시키는 문제
좋은 품질의 외관을 가진 사출물을 성형하기 위해서는 장비,금형 및 올바른 수지
선택과 이것을 기초로 하는 적정한 사출조건 및 수지에 대한 이해가 필요하며...
스크류 전진 시간 (SFT)
높은 품질의 성형품을 생산하기 위해서는 올바른 수지, 적절한 성형기, 금형설계의
선택 및 최적의 작업조건 등이 갖추어져야 한다. 최적 작업조건의 일부로서...
고품질 성형을 위한 부품
스크류, 체크링, 어댑터 및 노즐과 같은 사출 유니트의 각 부품들은 열가소성
엔지니어링 플라스틱 뿐만 아니라, 모든 플라스틱 성형에 있어서 고도의 품질과...
플라스틱의 어닐링
플라스틱의 어닐링이란, 제품 소재의 용융점(Tm)과 유리전이온도(Tg) 사이의 온도로
일정 시간 가열 함으로써 성형품의 결정화를 증가시켜 결정화도를 높이는 방법입니다.
물이 플라스틱에 미치는 영향
흡습이 충분히 이루어 지면 셀룰로즈(나무 또는 종이)같은 천연 고분자 물질에서 처럼
치수변화(부풀음)가 나타날 것이다.
1 장입자에 존재하는 수분
플라스틱 중에는 대기 중의 수분을 흡수하는 것이 많은데, 그 흡수 정도는 수지의 유형에 따라 다르다. 입자에
존재하는 수분은 그것이 표면 응축에 지나지 않는다 하더라도 엔지니어링 폴리머로 성형한 부품에 문제를
야기할 수 있다. 공정상 문제점,성형된 부품 표면의 조잡함, 기계적 특성의 손실을 포함한 여러 가지
바람직하지 않은 결과가 일어날 수 있다. 가시적인 검사만으로는 수분이 존재하는지 단정짓기가 어렵다. 저자들은 광범위한 플라스틱을 다루는 성형 업체들에게 수분에 민감한 폴리머를 다루는 방법에 관한 몇 가지
유용한 지침을 제공하고자 이 자료를 작성하였다.
플라스틱 재료의 건조
대부분의 엔지니어링 폴리머는 입자의 수분이 공정별 최대 수준 이하가 되어야 한다. 건조의 필요 여부는
원재료가 물에 얼마나 민감한가에 주로 좌우된다. 제공되는 재료의 수분 함량, 포장의 종류, 보관기간도
중요한 기준이 된다, 예를 들면, 폴리아마이드는 대개 알루미늄으로 층을 나눈 백에 포장하므로, 백에서
꺼내어 바로 사용할 수 있다. 그러나, 재료를 1 시간 이내에 사용하는 경우 건조가 불필요할지라도 수지를
건조하는 편이 대체로 나일론에 유리하다.
와 PBT 는 수분이 매우 중요하며 성형된 부품의 충격 강도에 영향을 주지 않으려면 항상
건조시켜야 한다. 또 다른 요인은 이러한 수지들이 건조 후 수분을 매우 빨리 흡수한다는 점이며,따라서 성형
업체에서는 이러한 수지가 호퍼에 체류되는 시간에 대해서는 물론이고 운송 중이거나 컨베이어 시스템에
있을 때 개방된 용기의 PET와 PBT 를 다룰 때 특별히 주의가 필요하다.기후조건이 좋지 않은 경우 PET 는 10 분 내에 성형을 위한 최대 허용 수분 함량인 0.02% 를 초과할
만큼의 수분을 흡수할 수 있다. 재생재와 완전 포화된 입자(예를 들면, 거의 개방된 상태로 둔 용기의 경우)를
건조하려면 특별한 주의가 필요하다. 이러한 경우 권장 건조 시간으로는 충분하지 않은 경우가 대부분이다, 완전히 포화된 폴리아마이드를 건조하려면 12 시간 이상이 필요하다. 이러한 처리법에서는 사실상
황변현상이 불가피하다. 따라서 다음 지침을 따른다.
스프루와 재생재은 항상 필폐된 용기에 보관한다.사용하고 남은 용기나 백은 밀폐한다.호퍼에 뚜껑을 덮는다.
우수한 성형 품질을 원한다면 올바른 건조 절차를 준수하는 것이 중요하다. 예를 들면, 폴리에스티를 건조할
때 여러 가지 형태의 단순 열기 건조기를 사용하는 것은 적절하지 않으며, 제습 공기 건조기 시스템을
사용하는 것이 바람직하다. 이를 통해서만 주변 기후 조건과 무관하게 일관성 있는 적절한 건조가 가능하다. 올바른 건조 온도를 준수하는 것과는 별도로 건조 공기의 이슬점이 -20℃이하가 되게 유지하는 것이
충진 높이와 벌크 밀도를 달리 하여 여러 용기를 설치하여 사용하는 경우, 각 용기에 공기량이
충분하도록 하는 것이 중요하다.
수분함량측정
입자의 수분은 상용화되어 있는 측정할 수 있는데 , 예를 들면 압력계나 Karl-Fischer 법을 사용할 수 있다. 오류의 소지를 없애기 위해, 표본은 호퍼의 깊숙한 곳에서 취해야 하며,적절한 용기에 넣어 봉해야 한다. PE와 알루미늄으로 코팅되어 가열 밀봉하는 특수 봉투나 밀봉이 가능한 실험실용 유리 용기가 적당하다.
2 장너무 작은 유입 시스템
오늘날에는 컴퓨터 지원 설계, 정형 원소 분석,성형 플로우 계산과 같은 복잡한 방법을 동원하여 엔지니어링 폴리머로 된 부품을 설계한다. 그러한 방법들이 유용한
것임은 분명하지만, 유입 시스템을 정확히 설계하는 것이 중요하다는 것을 충분히 고려하지 못하는 경우가 있다. 이 자료에서는 결정성 폴리머를 위한 올바른 유입
시스템의 기본 요소를 다룬다. 그러나 이러한 요소뿐만 아니라 게이트의 위치가 정확하고 체류 시간도 적절해야 한다. 이러한 주제는 다음 장에서 다룰 것이다
결정성 수지의 특징
결정성 열가소성 물질은 용융 상태에서 고체(결정)상태로 전이되면서 부피가 줄어든다. 이러한 수축은 수지의 유형에 따라 14%까지도 일어날 수 있으며
시간동안 성형 캐비티에 추가로 용융 상태의 물질을 공급해 주어야 한다. 이는 체류 상태 중 액체 중심이 존재하도록 하는데 게이트의 교차 영역이 적절한 경우에만
게이트 시스템이 너무 좁은 경우(예제 참조), 의도한 체류 시간 이상으로는 체류 압력을 효과적으로 유지할 수 없다. 그런 경우, 부피 수축을 적절히 보충할 수
강화 화합물인 경우) 바늘구멍 뿐만 아니라, (비강화 화합물인 경우 특히)공동(void)과 패인 곳이 생기게 된다. 현미경으로 이러한 증상을 관찰할 수 있다
그 결과 성형품의 치수 안정성도 현저하게 변할 것이며, 수축이 과도하게 일어나고 휘는 경향도 더 심할 것이다.공동과 바늘구멍은 놋치로 작용하여 파단시 신율과 충격 강도를 급격히 저하시키므로 기계적 특성에 부정적인 영향을 준다. 섬유 강화 화합물의 경우, 너무 좁으면 섬유가 손상을 입어 짧아지게 되고, 이로 인해 성형품을 약화시킬 것이다.사출 압력이 높고 성형 충진시간이 긴 게이트가 너무 좁음을 나타내는 지표가 될 수 있다. 예를 들면, 사출 속도를 달리 설정하여도 성형 충진 시간에 별로 영향이
없는지 확인함으로써 이를 알 수 있다.게이트가 너무 좁으면, 표면 결함이 발생할 수도 있다. 과도한 전단 변형으로 인해 충격 완화제, 안료, 내염제, 분리 섬유와 같은 첨가물을 필요로 할 수 있다
좁은 게이트로 인해 스트리크, 흐릿한점, 바블효과를 초래하는 분출이 일어나거나, 게이트 주위에 일종의 후광이 형성되기도 쉽다. 성형 침전물이 형성되는 경향도
증가되고 있다.
유입 시스템의 설계
유입 시스템을 설계할 때, 고려해야 할 첫번째 포인트는 성형품의 벽면 두께이다.(아이어그램 참조)어느 곳이든 런너의 직경이 사출 성형의 벽면 두께보다 작아서는
게이트로부터 출발하여 각 분기점에서 런너의 직경을 넓혀, 거의 일정한 전단 변형율이 유지되도록 할 수 있다.
불가피하게 생기는 냉각 슬러그가 사출 노즐로부터 성형품에 도달하는 것을 막기 위해, 냉각 슬러그를 차단할 수 있도록 게이트를 항상 연장해야 한다
연장된 부분은 냉각 슬러그를 가둬둘 수 있도록 게이트와 거의 동일한 직경을 가져야 한다.
약간은 결정성인, 비강화 폴리머를 성형할 때, 게이트의 두께가 최소한 성형 부품 벽면 두께의 50%는 되어야 한다. 이는 강화 화합물에도 적당하다. 섬유의 손상
위험을 최소화하기 위해, 그리고 이러한 화합물의 점성이 더 높은 점을 염두에 둘 때, 게이트 두께는 성형 부품 벽면 두께의 75%이내 이어야 한다. 게이트 길이는
특히 중요하다. 스프루의 이른 고형화를 방지하기 위해 길이가 1mm 이하이어야 한다. 체류 압력이 가장 효과적이 되도록, 성형시 게이트 주위를 가열할 것이다
기본 규칙을 요약하면 다음과 같다.
냉각 슬러그를 걸러내기 위한 수단을 항상 제공한다.러너의 직경이 성형 부품의 벽면 두께보다 크게 한다.게이트 두께가 적어도 성형 부품 벽면 두께의 50%는 되어야 한다.
이 원칙들은 엔지니어링 폴리머의 결정화 과정에만 적용한다. 성형 충진 과정을 산정하길 원하는 경우, 폴리머의 플로우 길이에 대한 자료를 사용할 수 있고 필요에
따라 플로우 계산을 해야 한다. 여러 가지 이유로 인해 게이트 설계가 이러한 권장사항을 준수하지 않는 사례가 있을 것이다. 이점에 대해서는 일반적으로 품질과
비용 효율 사이의 절충이 이루어져야 할 것이다.
제 3 장
잘못된 게이트위치
게이트의 위치는 플로우 선단 프로파일(flow front profile)과 체류 압력의 효과성, 그리고 결과적으로 성형
부품의 강도 및 기타 물성에 결정적이다.게이트의 위치는 대개 설계자와 성형 제작자가 정하기 때문에, 이 자료는 이 사람들을 특히 염두에 두고
작성하였다. 그렇지만, 예측 가능한 문제점들을 방지하기 위해서는, 사출 성형업체도 계획 단계부터
참여하여야 한다.
게이트의 위치를 잘못 정한 경우 예상되는 부작용
그렇지 않으면 잘 설계되었을 결정성 엔지니어링 폴리머로 만든 부품의 물성이 게이트의 위치가 올바르지
않아서 나빠질 수 있다. 이는 다음 증상을 통해 명확해질 것인데, 이는 비강화 유형 수지뿐만 아니라 강화
유형 수지에도 적용된다. flow front profile 로 인한 융착부(weld line)와 갇힌 공기가 부품의 표면 마감과, 섬유 강화 재료인 경우 특히, 기계적 특성에 영향을 줄 수 있다. 변경(modifying)공정의 조건은 이러한
고려사항에 영향을 주지 않는다.
게이트가 성형품의 얇은 부분에 위치하는 경우 성형품의 두꺼운 벽으로 된 부분에 패인 곳과 공동이
형성된다. 얇은 벽으로 된 부분보다 재료가 빨리 결정화되므로 체류 압력 시간이 더 길어야 하는 두꺼운
벽으로 된 부분에는 더 이상 용융수지을 공급할 수 없다(다이어그램 참조). 광학적 및 기계적 문제점
이외에도, 그 부분의 수축이 증가되어 비강화 등급의 경우에도 휨을 초래할 수 있다.
게이트가 너무 적고 위치가 적당하지 않은 경우, 플로우의 거리(flow distance)가 너무 길어지고 사출 충진
압력이 너무 높아질 수 있다. 가용한 성형 잠금력(mould locking force)이 불충분하거나 점성이 낮고 너무
느리게 결정화되는 폴리머를 사용하고 있는 경우, 이로 인해 바리(flash) 형성이 증가될 수 있다. 게다가, 공정 '창'이 매우 한정되어 있어서, 더 이상 성형 조건은 통해 내구성(tolerance)을 미세조정할 수 없다.
게이트의 최적 위치를 위한 권장사항
항상 벽면 두께가 가장 큰 부위에 게이트를 두려고 한다
매우 압력을 받는 부분 근처에 게이트가 있어서는 안된다. 가능하면, 특히 강화 성형 화합물의 경우, 긴 부품의 게이트는 가로지르거나 중앙에 두는 대신 세로로
두어야 한다. 2개 이상의 성형 캐비티가 있는 경우, 스프루에 대해 대칭으로 부품을 배열하고 게이트를 두어야
한다. 우수한 가동 특성을 얻기 위해서, 기어휠(gear-wheel), 디스크(disc), 추진기(impeller) 등과 같이
축에 대해 대칭인 부품들은 격벽 게이트를 사용하여 중앙에 게이트를 두거나, 3단 성형이 있는 다중
게이트를 사용해야 한다. 중요한 연결부위를 포함하는 부품은 융착부가 연결부위로부터 떨어지도록 게이트를 두어야 한다. 컵 모양 부품(예를 들면 소규모 틀(housing), 응축기(capacitor), 컵 등)은 공기가 갇히지 않도록
바닥 근처에 게이트를 두어야 한다. 튜브형 부품의 경우, 한 쪽 끝의 둥근 부분을 용융수지로 채운 다음 튜브 자체 길이를 채워야 한다.
이렇게 하면 비대칭적 플로우 선단 프로파일(flow front profile)을 방지할 수 있다. 코어 핀(core pin), 용융된 코어, 기타 금속 삽입물 (metal inserts) 주위에 성형물을 삽입할 때, 삽입물이 잘못 들어가는 것을 최소화하기 위해 용융수지가 삽입물 주위를 원형으로 흐르도록 해야
한다. 게이트 표시같은 눈에 보이는 흠이 없어야 하는 노출된 표면은 사출기 핀에 터널 게이트를 사용하여
유입시킴으로써 게이트가 이면으로 오게 할 수 있다. 가능한 한 충진 중 잠깐이라도 플로우 선단 멈춤(flow front stopage)(복잡한 성형품, 다양한 모양의
멀티 캐비티 금형 등)이 일어나지 않도록 게이트의 위치를 정해야 한다.
이러한 권장사항이 전체 응용 범위를 모두 포괄할 수 없는 것은 분명하다. 성형의 복잡성에 따라 항상 조정이
필요하다. 그럼에도 불구하고, 계획 단계에서 가능한 한 여기서 논의한 권장사항을 고려해야 한다.그러한
상황에서 가상 금형 충진 실험이 큰 도움을 줄 수 있다.
제 4 장너무 짧은 체류 시간
많은 사출 성형 업체들은 비결정성 폴리머에 대한 경험을 통해 작업하는데, 체류 압력
시간(holdpressure time)은 짧아지고 냉각 시간은 길어지는 경향이 있다. 불행히도 POM(아세탈), PA(나일론),PBT 및 PET(폴리에스터)와 같은 결정성
폴리머에도 이러한 방식을 적용하는 경향이 있다. 이 자료에서는 기계 조작 담당자가 가장 적절한 체류 압력
시간을 선택하는데 도움이 되는 가장 중요한 점에 대해 언급하겠다.
체류 압력 상태에 정확히 어떤 일이 일어나는가?
금형 캐비터(cavity)가 일단 충전되면, 폴리머 분자는 결정화되기 시작한다. 즉, 분자 사슬이 서로에 대해
정렬되어, 충전 밀도(packing density)가 높아진다. 이 과정은 바깥쪽에서 시작하여 벽면의 중심부에서
끝난다(다이어그램 참조). 이로 인한 부피 수축이 POM 의 경우와 마찬가지로 14%나 될 수 있으며,체류 압력
상태에서 금형 캐비터에 용융수지를 더 사출하여 다시 채워야 한다. 체류 압력 시간이 너무 짧으면 작은 공동
(void)이 형성되어 (미공성), 성형품의 물성에 다방면으로 역효과를 줄 수 있다.
체류 시간이 너무 짧은 알아내는 방법
이러한 방식으로 만든 성형품은 과도한 수축, 휨, 싱크 마크, 고동 그리고 때로는 기계적 특성의 큰 손실을
나타내는 경우가 많다. 게다가, 상당한 치수 변화가 있을 수 있다. 어떤 경우 냉각 시간을 증가시킴으로써
이러한 단점을 보완하고자 잘못된 시도를 하기도 한다. 이는 불필요하게 사이클 타임을 길게 한다.
비강화 성형 화합물에서, 부적절한 체류 압력 시간의 영향을 파악하는 방법 중 하나는 성형품에서 벽면두께가
최대인 곳을 자르는 것이다. 그리고 나서 잘려진 표면에 고동이나 바늘구멍이 있는지 검사하면 된다. 돋보기나 반사광 현미경으로 관찰하면 대략적 결과를 알기에 충분하다. 더욱 상세한 검사는 마이크로톰
절단면 제작을 통해 이루어진다(다이어그램 참조). 이렇게 하면 아무리 미세한 결점도 투과광 현미경
(transmitted-light microscope)으로 볼 수 있다.
강화 성형 화합물에 대해서는, 벽면 두께가 최대인 곳의 파면(fracture) 표면에서 쉽게 결점을 찾을 수 있다. 체류 시간이 너무 짧은 경우, 파면 부위에 거품과 같은 구조가 있을 것이며 파면 확대 현미경 사진을 보면
폴리머에 파묻히지 않고 노출된 섬유를 볼 수 있을 것이다. 또 다른 방법은 매끈한 부위의 현미경 사진을
제작하는 것인데, 이 부위에서 현미경으로 바늘구멍을 관찰할 수 있다.
다수의 성형물의 중량을 측정함으로써 사출 성형기의 효과적 체류 시간을 파악할 수 있다(표 참조). 이는
해당 벽면두께에 대해서만 적용되며 온도, 인공 첨가제(mucldating additives) 및 안료, 금형 충진 시간
등의 다른 용인에는 적용할 수 없다. 벽면이 얇을수록 수치가 낮아지고, 벽면이 두꺼울수록 수치가 높아질
것이다.
올바른 설정 절차
성형품의 최적 물성을 얻기 위해서는 중량법에 의해 체류 시간을 결정해야 하며, 냉각 시간은 필요한
최소한의 시간(흔히 플라스틱화 시간보다 약간 많음)으로 축소되어야 한다. 이는 게이트의 위치가 올바르고
잘 설계되었다는 것을 전체로 한다(이 자료의 2 장 및 3 장, Plastverarbeiter 46[1995]의 6 과 7 을참조). 체류 시간동안 압력을 일정하게 유지하는 것도 중요하다. 적절한 압력은 사용되는 재료에 따라 60Mpa 과
100Mpa 사이에서 다양하다.
제 5 장잘못된 용융수지 온도
결정성 엔지니어링 폴리머를 성형할 때 용융수지 온도(melt temperature)를 선택하는
것이 성형품의 품질에 매우 중요하다. 일반적으로 허용 한도가 비결정성 수지를 가공할
때보다 좁다. 성형기를 다루는 작업자는 최종 제품의 물성에 직접적인 영향을 준다. 이
자료의 5 장에서는 POM, PA, PBT 및 PET 를 성형할 때 용융수지 온도의 문제를 다루고
있다.
용융수지 온도가 잘못된 경우 어떤 일이 발생하는가?
용융수지 온도는 너무 높거나 너무 낮을 수 있는데, 양쪽 모두 잘못된 것이다. 그리고, 용융수지에서 온도의
분포도 고려해야 할 요인이다.
너무 높은 온도는 폴리머를 디그레이드(degrade) 시킨다. 즉, 분자 사슬을 파괴한다. 또 다른 결과는
용융수지에 있는 첨가물, 즉 안료, 충격 완화제(impact modifier) 등도 분해된다는 점이다. 그 결과 (분자
사슬이 짧아진 결과) 기계적 특성이 나빠지고, (분해 산물로 인해) 표면 결함이 생기고 불쾌한 냄새가 난다.
온도가 너무 낮은 경우, 균일성이 제대로 갖추어지지 않은 구조가 된다. 이는 충격 저항을 극적으로
감소시키며 대부분의 경우 물리적 특성에 상당한 변화를 초래한다.
용융수지 온도와는 별도로, 사출부(injection unit)에 폴리머가 머무르는 시간(dwell time)도 중요한 역할을
한다. 경험에 의하면 머무르는 시간은 2 분에서 9 분 사이가 정상인 것으로 보여진다. 머무르는 시간이 더
길면, 용융수지 온도가 정확하다 할 지라도 어떤 상황에서는 열 분해가 일어날 수 있다. 머무르는 시간이 너무
짧으면, 용융수지가 완전히 균일해질 시간이 없는 것이 보통이다.
용융수지 온도가 잘못된 것을 어떻게 알 수 있나?
POM 의 경우, 과도한 열적 스트레스는 분해 산물을 발생시켜서,용융액에 거품이 생기게 한다.이는
용융수지를 퍼지(purge)할 때 용융수지에서 선명히 관찰할 수 있다. 다른 증상은 금형 침전물의 증가와
불쾌한 냄새이다. 그러나, POM 호모폴리머(homopolymer)의 물리적 특성은 너무 높은 용융수지 온도에
거의 영향을 받지 않는다.
사출 노즐이 너무 뜨거워서 과열이 발생하는 경우를 포함하여, 극단적인 조건에서 PA 는 변색이 된다. PA형은 모두 기계적 특성 저하를 통해 열 분해를 파악할 수 있다. 실험실 환경에서는 용액의 점성으로 열 분해를
확인할 수 있지만, 일반적으로 성형기를 사용하는 곳에서는 이 방법을 적용할 수 없다.
PBT와 PET 는 과열에 훨씬 심하게 반응하여 강성(toughness)이 저하된다. 공정 중에는 흠집을 알아보기
어렵다. 적절한 품질 관리 검사를 거치지 않으면, 조립 단계가 되어야 손상이 드러나거나 성형품을 사용하는
중에 드러나는게 보통이다. 변색은 아주 심한 손상을 나타낸다. 실제로는 무작위로 표본을 추출하여 강성에
관계된 특성을 측정하는 테스트를 하는 것이 보통이다. 성형품의 점성에 관한 테스트를 하려면 시간이 너무
많이 걸리고 비용이 많이 든다.
비강화 PA 나 PBT 의 경우, 퍼지(purge)시 용융되지 않은 입자가 관찰되면, 용융수지 온도가 너무 높거나
극단적인 경우 토출량(shot size)이 과도함을 나타낸다.
올바른 용융수지 온도
각 엔지니어링 폴리머의 최적 용융액 온도 범위는 참고 자료를 통해 알 수 있다. 일반적으로 배럴(barrel) 가열 부위의 온도 설정만으로는 신뢰할 수 없는데 왜냐하면 히터 밴드로 인한 온도 상승과는 별도로 스크류
회전으로 인한 마찰도 열을 발생시키기 때문이다. 이렇게 발생되는 열이 얼마나 되는지는 스크류의 구조와
rpm, 그리고 배압(back pressure)에 달려 있다.
다음은 정확한 온도 측정을 위해 권장되는 사항이다.
용융수지 온도 탐침(probe)의 직경을 1.5mm이하로 한다. 탐침을 예열한다. 용융수지를 단열 용기에서 취한다. 측정하는 동안 잘 젓는다.
최초로 온도를 측정하거나 신뢰할 만한 기존 측정값이 없는 경우, 유입부(feed section)의 용융점보다 10-15℃ 높고 측정 부위에서 요구되는 용융수지 온도보다 약 5-10℃ 낮도록 온도 프로파일을 구성해야 한다. 측정하는 용융수지 온도에 따라 온도를 미세하게 조정한다. 머무르는 시간(dwell time)이 길고 측정시간이
짧은 경우, 일반적으로 상승 프로파일이 권장된다. 머무르는 시간이 짧고 측정 시간이 긴 경우 균일
프로파일이 최상의 결과를 주는 것이 일반적이다. 온도 영역을 해당 폴리머의 용융점보다 낮게 설정해서는 안
된다.
제 6 장잘못된 금형온도
POM(아세탈), PA(나일론), PBT 및 PET(폴리에스터)와 같은 반결정성
엔지니어링 폴리머를 성형할 때, 금형의 표면온도가 올바른지 여부가 중요하다. 최적
공정을 위한 기본 요건은 금형의 설계에 있다. 이 때문에 이후 단계에서 제작상 문제점을 피하려면 금형
설계와 계획단계에서의 밀접한 협력이 요구된다.
금형온도가 잘못된 경우 예상되는 부작용
가장 파악하기 쉬운 증상은 성형품의 표면 상태가 거칠다는 점이다. 금형의 표면온도가 너무 낮음으로 인한
경우가 많다.
반결정성 폴리머의 성형시 수축과 성형 후 수축은 금형의 온도와 성형품의 벽면 두께에 크게 좌우된다.따라서 금형의 열이 불규칙하게 손실되면 수축이 차별적으로 일어날 수 있다. 이는 결국 성형품의 허용한도가
유지돨 수 없게 한다. 최악의 경우 비강화 수지로 작업하건 강화 수지로 작업하건 간에 수축을 바로잡을 수
없게 될 것이다. 고온에서 사용되는 성형품의 치수가 사용시 줄어들 때, 이는 대개 금형 표면 온도가 너무
낮아서 이다. 이것은 금형 온도가 너무 낮으면 성형시 수축은 적어지나 실제적으로 성형 후 수축은 많아지기
때문이다.
치수가 확정되기 전에 스타트업 단계가 오래 필요하다면, 평형에 도달할 때까지 금형의 온도가 장시간 동안
상승하고 있는 것이므로, 금형의 온도 조절이 잘못되었음을 나타내는 것이다.금형의 특정 부분에서 열 손실이 잘못 일어나면 사이클 타임이 길어지게 되어, 성형 비용이 증가되는 결과를
초래한다.구조 분석(예를 들면 POM 의 경우), differential scanning calorimetry(DSC) 검사(예를 들면 PET 의 경우)와 같은 분석법을 통해 금형 온도가 잘못되었는지 여부를 성형품으로부터 알아내는 경우도 있다.
올바른 금형온도 설정을 위한 권장사항
금형은 점점 더 복잡해지고 있고, 그 결과 효과적인 금형 온도 조절을 위한 적절한 조건을 창출하는 것도 점점
더 어려워지고 있다. 단순한 성형품인 경우를 제외하면, 금형 온도 조절 시스템은 항상 여러 가지를 절충해야
하는 문제이다. 이러한 이유로, 다음의 권장사항을 대략적인 지침으로만 보아야 한다.
성형해야 할 모양의 온도 조절을 금형 설계 단계에서 고려해야 한다. 토출중량이 작고 규모가 큰 금형을 설계할 때, 열 전달이 잘 되는 구조 되도록 하는 것이 중요하다. 금형과 유입 파이프에서 플로우 단면의 치수를 정할 때 넉넉하도록 한다. 너무 꼭 맞게 하여 금형온도
조절액의 플로우를 제한하는 주요 원인이 되지 않도록 한다. 가능하면 압축된 물을 온도 조절 매체로 사용한다. 고압과 고온(8bar 와 130˚C 까지)을 지탱할 수
있는 유연한 파이프와 매니폴드를 사용한다. 금형에 맞는 온도 조절 장치의 성능을 규명한다. 금형 제작자가 제공한 참고 자료에 유속에 대한
필요한 수치가 있어야 한다. 금형과 기계 플래튼의 중간 부분 사이에 단열 판을 사용한다. 금형의 움직이는 부분과 고정된 부분에 별도의 온도 조절 시스템을 사용한다. 금형을 가동할 때 상이한 스타트업 온도로 작업하려면, 중심부와 주변부에 별도의 온도조절 시스템을
사용한다. 상이한 온도 조절 회로는 항상 병렬이 아니라 직렬로 연결한다. 회로가 병렬인 경우, 플로우 저항에서
조금만 차이가 나도 온도 조절 매체의 체적 유속이 달라져서, 직렬로 연결된 회로보다 더 큰 온도차가
날 수 있다. (이러한 직렬 연결은 금형의 입구와 출구 온도차가 5˚C 이하인 경우에만 제대로
작동한다.) 금형 온도 조절장치에 공급 온도와 반환 온도 표시기가 있으면 좋다. 공정제어를 위해서는 실제 가동 중 온도를 점검할 수 있도록 금형 내에 온도 센서를 두는 것을
권장한다.
사이클에서 토출이 여러 번 일어나고 나면 금형에 열적 평형이
이루어지는 데, 보통은 최소한 10번 정도의 토출이 일어나야 한다. 평형시 실제온도는 많은 요인에 좌우된다. 이렇게 플라스틱과 접촉된
금형 표면의 실제 온도는 금형 내부의 thermocouple 이나(표면으로부터
2mm 를 측정) 대개는 손으로 집는 고온계로 측정할 수 있다. 고온계의
표면 탐침은 신속히 재야 하며, 금형온도는 각 면에서 한번만 재는 것이
아니라 여러 군데에서 측정해야 한다. 금형의 온도를 기준치로 조정하기
위해 조절 장치의 설정 온도를 수정해야 할 수도 있다. 다양한 원재료에 관한 참고 자료에서는 항상
금형의 권장온도를 수정해야 할 수도 있다. 다양한 원재료에 관한 참고 자료에서는 항상 금형의
권장사항은 언제나 우수한 표면 상태, 기계적 특성, 수축 양상, 사이클 타임 간에 절충 가능한 최상의
상태를 나타낸다.
정교한 성형품과 정확한 광학적 또는 안전 위주 규정을 준수해야 하는 성형품을 성형할 때는(성형 후
수축이 적고, 표면이 더 매끄럽고, 단일한 특성을 가지도록) 더 높은 금형 온도를 사용하는 것이
보통이다. 가능한 한 최저 비용으로 제작해야 하는 기술적으로 덜 중요한 성형품은 다소 낮은 금형
온도에서 성형할 수도 있다. 그러나, 성형 업체에서는 이러한 선택 사항의 단점을 알고 있어야 하며
성형품을 철저히 테스트해서 고객의 요구사항이 충족되는지 확인해야 한다.
제 7 장. 제품의 외관에 나타나는 문제점
POM(아세탈), PA(나일론), PBT 및 PET(폴리에스터)와 같은 부분 결정성
엔지니어링 열가소성 물질은 주로 우수한 기계적, 열적, 전기적 특성 때문에
사용된다. 비결정성 물질보다 나은 점으로 우수한 화학적 저항성과 스트레스 크래킹 우려가 적은
점이 포함된다. 여러 가지 용도로 볼 때 우수한 품질의 표면 상태도 추가적 요건이 된다. 이자료는
표면 결함이 없도록 하는데 도움을 주고자 한다.
표면 결함의 위치 파악 및 정의
표면 결함에 관한 문제를 해결하기 위해서는 먼저 결함의 정확한 위치와. 실제로 언제 명확히 드러나는지를
조사해야 한다. 여기서는 실제 사출 성형 공정 중에 표면을 관찰할 것을 권한다. 규명해야 할 핵심을 아래에
나열하였다.
결함이 토출시마다 발생하는가 아니면 불규칙적으로 발생하는가? 결함이 항상 동일한 캐비티에서 발생하는가
결함이 항상 동일한 위치에서 발생하는가? 금형 충진 연구 중 이미 결함이 예견되었는가? 결함이 스프루상에서 이미 명확히 드러나는가? 새로운 묶음의 성형 화합물을 사용할 때 결함이 어떻게 반응하는가? 한 기계에서만 결함이 발생하는가 아니면 다른 기계들에서도 발생하는가
추정되는 표면 결함원인의 분석
표면 결함은 다음과 같은 여러 가지 다양한 요인에 기인할 수 있다.
합성 과정 : 건조, 화합물의 품질, 불순물의 존재
사출 성형 조건: 용융액 온도, 사출 속도, 변환점
예를 들면 마멸, 막힌 부분과 같은, 사출 부위의 조건
핫 런너 시스템(런너, 재료 개폐장치) 의 설계
금형 설계, 게이트의 위치 및 게이트 단면, 냉각 슬러그의 개입, 벤트등
안료와 같은 첨가제
성형 화합물에 포함된 폴리머
표면 결함으로부터 도출되는 결론
1. 규칙적 위치의 결함
표면 결함이 동일한 위치에서 규칙적으로 발생한다면 이는 사출 노즐이나 핫 런너의 노즐에 문제가 있음을
나타낸다. 런너, 게이트 또는 성형품의 형태 및 디자인 자체에도 문제가 있을 수 있는데, 예를 들면 날카로운
모서리, 벽면 두께의 급격한 변화 등이다. 또 다른 원인으로는 사출 프로파일이나 변환점 같은 성형 조건이
있을 수 있다.
2 불규칙적 위치의 결함
표면 결함이 다양한 위치에서 불규칙적으로 발생한다면, 합성과정(화합물의 품질, 먼지의 존재)을 조사해
보아야 한다. 용융액 온도, 배압, 스크류 속도, 스크류 후퇴와 같은 요인도 중요하다.
3. 넓은 범위에 걸친 표면 결함
이러한 유형의 결함은 흔히 성형품 전체에 걸쳐 나타나며 스프루에서 이미 볼 수 있는 경우가 많다. 이때는
용융액 분해가 일어났는지 조사해 보아야 한다. 이것은 토출된 용융액을 꺼내어 예를 들면 거품이 생겼는지
등을 관찰하면 된다. 핫 러너 시스템의 경우, 이 방법이 항상 성공적이지는 않다. 용융액 분해는 과열이나
체류 시간이 너무 길어서 박생하는, 폴리머의 디그레이드(degradation)나 첨가제의 분해에 기인한다. 흡습성 폴리머의 경우, 성형 화합물이 충분히 건조되지 않은 경우 가수분해성 디그레이드에 의해 발생하는
비중도 크다.
일반적인 권장사항
부분 결정성 엔지니어링 폴리머로 만들어지는 성형품은 완벽한 표면 상태가 중요한 경우 핫 런너 사출성형
방식으로 만들지 않는 것이 좋다. 성형품으로부터 노즐을 단열시키는 보조 런너를 사용하여 표면결함의
위험을 줄이는 것이 낫다. 사출이나 핫 런너 노즐로부터 생기는 냉각 슬러그는 스프루 반대편에서 특별한
장치를 통해 차단시켜서 성형품에 들어가지 않도록 해야 한다.다음 표는 다양한 표면 결함과 제거 방법 및 수단을 나타낸다. 그러나 실제로는 여러 가지 표면 결함이 동시에
나타나서, 그 원인과 제거 방법을 조사하기가 더욱 어려워진다.
제 8 장핫 런너에서 발생하는 문제점
부분 결정성 엔지니어링 열가소성 물질을 사출 성형할 때, 올바른 핫 러너 시스템을
선택하는 것이 금형의 기능과 성형품의 풀질을 결정한다. 여기서, 온도는 비결정성
재료를 사용할 때보다 훨씬 더 정확하게 조절해야 한다. 사용되는 핫 러너 시스템의
종류와 설치 상태가 완성품의 특성을 결정한다. 이 자료에서는 POM(아세탈), PA(나일론), PBT 및
PET(폴리에스터)에 가장 적절한 핫 런너 시스템을 선택하는데 있어 고려해야 할 가장 중요한 사항을 다룬다.
적절하지 못한 핫 런너 시스템을 사용하는 경우 어떤 일이 발생하는가?
적절하지 못한 핫 런너 시스템은 대개 큰 압력 손실을 초래한다. 핫 런너 시스템을 사용하는 경우 매우
고온에서만 다루어야 한다. 이로 인해 대체로 폴리머가 디그레이드되며, "잘못된 용융액 온도"라는 제목이
붙은 5 장에서 이미 설명한 모든 결과가 초래된다. 부분적 과열로 인해, 스트리크, 변색, 표면 결함도 나타날
것이다. 성형 화합물의 분해는 디그레이드 산물에 의한 다른 부작용을 초래한다.
고려해야 할 사항은 무엇인가?
위에 언급한 폴리머는 모두 권장되는 용융액 온도와 고체화 온도 사이에 어느 정도의 범위를 나타낸다. 따라서 핫런너를 런너 및 노즐로부터 효과적으로 단열시켜야 한다.
노즐은 자연적으로 균형을 이룬 런너를 사용할 수 있도록 설계해야 한다. 이것이 모든 금형 케비티에서 압력
손실이 일정하고 용융액 체류시간이 동일하도록 하는 유일한 방법이다.
토출 중량이 작은 경우, 직접적 게이트보다 간접적 게이트가 나은데, 특히 유리 섬유 강화재료를 사용하는
경우에 그러하다. 성형 화합물에 적용되는 열을 관리하기 쉽도록 노즐당 재료 처리량을 증가시킨다. 핫 런너
노즐을 위한 게이트는 커도 되며, 성형품의 게이트는 통상적인 게이트를 거쳐 작게 둔다. 냉각 슬러그 개입
장치는 언제나 핫 런너 노즐을 향하도록 배치해야 한다. 이것이 노즐을 거쳐 성형품으로 들어가는 냉각
물질을 방지하는 한 가지 방법이다.
열적으로 민감한 설형 화합물에 대해 모든 성형품이 개별적으로 균형을 이룰 수 있도록 핫 런너의 입구, 런너, 각 노즐을 별도로 조절할 수 있어야 한다. 전원 공급 장치(예를 들면 PID)를 통해 일정한 온도가 유지되도록
하는 조절 장치가 있어야 한다. 사출기 시스템과 동일한 방식으로 핫 런너 시스템을 기계적으로 지원해야
한다. 핫 런너 노즐의 바로 옆에 있는 개별 가열 회로는 금형 표면 온도를 별도로 올바르게 설정할 수 있도록
한다.
핫 런너와 노즐의 선정 기준
전체 단면도를 포함하고 열 전도체가 대칭적으로 결합된 런너가 최적의 방안이다. 고리형 단면만 있어서
내부적으로 가열되는 시스템은 압력의 손실이 심하므로 가능하면 피해야 한다. POM 이나 내연성 화합물같이
열 감도가 높은 재료의 경우, 런너 내부의 지류가 최대한 완전해야 한다.
노즐은 개방되고, 완전한 단면을 가진 외부적으로 가열되는 시스템이어야 한다. 게이트 부위에서 용융수지
플로우가 여러 갈래로 분할되는 것은 피해야 한다. 연결된 로드를 조합된 상태의 조건에 맞도록 분산하여, 균등한 온도 분포가 이루어 지도록 해야 한다. 연마재를 다루어야 하는 경우 교체 가능한 노즐 탭을 사용하는
것이 좋다. 그리고, 필요하면 작은 뇌관으로 대체하는 것도 가능하다.
POM 을 다룰 때 차단형 노즐을 쓰는 것은 일반적으로 바람직하지 못하다. 다른 종류의 화합물을 사용하여
니들밸브 노즐을 사용해야 하는 경우, 압력 손실을 최소화하도록 노즐과 니들을 결합하여 사용해야 한다. 여러 가지 다양한 핫 런너 시스템이 상용화되어 있어서, 위에서 언급한 권장사항을 지킨다면 좋은 결과를
가져 온다.
제 9 장휨
POM(아세탈), PA(나일론), PBT 및 PET(폴리에스터)와 같은 부분 결정성
물질은 비결정성 물질보다 훨씬 더 휘는 경향이 있다. 금형 및 성형품을 설계할 때 이점을 미리 고려해야
한다. 그렇지 않으면, 이후 단계에서 수정하기는 거의 불가능하다. 이 자료에서는 휨(warpage)의 원인과
그것을 방지하고 감소시키기 위한 방안을 논하고자 한다.
휨의 주요 원인은 무엇인가?
부분 결정성 물질은 비교적 많이 수축되어 여러 가지 요인에 영향을 받는다. 비강화 물질의 경우, 휨은 벽면
두께와 금형 표면 온도에 크게 영향을 받는다. 이는 벽면 두께에서의 큰 차이와 부적절한 금형 온도로 인해
성형품이 휜다는 결과가 된다. 유리 섬유 강화 물질의 경우 유리 섬유의 배향(orientation)으로 인해 완전히
다른 수축 특성이 나타날 것이다. 벽면 두께의 차이가 수축에 주는 효과는 비교적 미미하다. 여기서, 섬유의
세로축 배향과 플로우에 대해 수직인 방향과의 차이가 휨의 주요 원인이다. 휨은 주로 벽면 두께 분포, 게이트의 위치, 플로우 장애 및 지류(by-passes), 그리고 성형품 고유의 단단함(rigidity)에 기인한다.
휨의 원인이 이렇게 다양하므로, 재료의 섬유 강화 여부와 무관하게, 동일한 성형품에서 정반대로 휘는
현상이 자주 발생한다.
휨은 어떻게 방지할 수 있는가?
비강화 물질에는 벽면 두께가 단일해야 한다. 가능한 한 용융액 축적을 피해야 한다. 게이트를 여러 군데
두면 압력 차이를 크게 할 수 있어서 수축 편차가 최소화된다. 금형 가열 시스템은 가능한 한 열이 균일하게
분산될 수 있도록 설계해야 한다.(6 장 참조).유리 섬유 강화 물질인 경우, 벽면 두께의 단일성뿐만 아니라 성형품의 대칭성이 중요하다. 비대칭적인
성형품은 용융수지 플로우 따라서 배향을 저해하므로 결국 휨을 초래한다. 그러므로 비대칭적 성형품의
경우, 금형 계획 및 설계 단계에서 blind core 를 넣어 균형을 맞추어 주는 것이 필요하다. 게이트의 위치도
중요한데, 지류(by-pass)와 융착부(weld line)는 모두 휨의 원인이 될 수 있다.
성형업체에서 할 수 있는 것은 무엇인가?
성형품, 게이트, 금형이 모두 올바르게 설계되었다고 가정하면, 성형업체에서는 체류 압력과 금형온도를 통해
휨을 조절할 수 있다. 열 분산을 최적화하는 여러 가지 가열 회로를 사용하는 것이 일반적인 관례이다.강화 물질의 경우, 사출 속도를 변경하거나 금형 온도를 낮추는 것도 약간은 도움이 된다. 금형 및 성형품
설계 단계에서 이후에 휨이 일어날 가능성이 예상되지 않는 경우, 이후에 성형 조건을 변경하는 것으로는
바로 잡을 수 없다.
휨이 일어났을 때 어떻게 해야 하는가?
가장 중요한 단계는, 특히 유리 섬유 강화 물질의 경우, 금형 중진에 대한 조사 즉, 여러 단계에서 금형을
부분적으로 중진함으로써 조사하는 것이다. 용융수지 선단 프로파일을 조사함으로써, 섬유의 배향을
재구성할 수 있다. 강화 물질의 수축 곡선을 참조하여, 휨을 감소시키기 위한 조치를 취할 수 있는데, 예를
들면 플로우 보조기(flow aids)나 플로우 제한기를 사용할 수 있다. 이렇게 하면 용융수지 선단 프로파일이
변경되고, 따라서 휨에도 영향을 준다.이 방법은 풍부한 현장 경험을 요하며, 동시에 향후 예방 조치를 취할 수 있는 지식을 증대시킨다. 원재료의
특성과 물리적 조건 때문에 여기에도 제한 사항이 있다. 결정성 폴리머에 대해서는, 비결정성 폴리머에서와
동일한 평평함(flatness)을 얻을 수 없다. 이러한 맥락에서, 휨이 적은, 결정성 폴리머 블랜드가 언급된다. 이것은 화학적 변경이나 다양한 강화 요소의 조합으로 인해, 특성과 휨간의 절충을 나타낸다. 가장 비용이
많이 드는 마지막 방법은 금형을 변경하는 것으로 이루어진다. 유사한 성형품으로 이미해 본 경험이 있다면, 중요한 성형품을 위한 최상의 방안은 바로잡을 수 있게 하는 인서트(insert)이다.
제 10 장금형 표면의 침전물
이것은 거의 모든 열가소성 물질에서 발생할 수 있다. 최종 산물에
대한 요구가 증가할수록, 완화제(modifier), 난연제(flame retardant)등과 같이 포함되어야 하는 첨가제의 양도 증가한다. 이러한 첨가제로 인해 금형 캐비티(cavity) 표면에 침전물(deposit)
이 형성되는 경우가 많다.
금형 침전물 형성에 관련된 다른 원인도 많다. 가장 흔한 원인들은 다음과 같다.
열 분해
과도한 전단 변형(shear) 부적절한 벤트(vent)
그러한 침전물은 다양한 요인이 조합되어 발생하는 경우가 많고, 이러한 침전물이 형성되는 원인과 이를
방지하기 위한 방법을 정확히 규명하기 위해 처리해야 할 문제가 많다. 한 가지 문제점은 며칠이 지나서야
침전물이 생기는 경우가 많다는 것이다.
침전물의 유형
첨가제의 부류별로 독특한 유형의 침전물을 만들어낸다. 난연제는 고온에서 반응하며, 침전물을 만들게 될
분해 산물을 형성할 수 있다. 충격 완화제는 지나치게 높은 온도 뿐만 아니라 지나친 전단 병형에도 영향을
받는다. 불리한 조건에서 완화제는 폴리머로주터 분리되어 캐비티 표면에 침전물을 형성할 수 있다.
높은 용융수지 온도를 필요로 하는 엔지니어링 열가소성 물질에 포함된 안료는 성형 화합물의 열적 안정성을
감소시켜서, 폴리머의 디그레이드(degradation)산물과 분해된 안료로 이루어진 침전물을 형성할 수 있다.
(코어와 같이) 특히 뜨거워지는 금형의 부분에서, 완화제, 안정제 및 기타 첨가물이 표면에 들러붙어서
침전물을 형성하게 된다. 그러한 경우, 더 나은 금형 온도 조절을 위해서나 특별한 안정제를 사용하도록
조치를 취해야 한다. 다음 표에서 금형 침전물의 추정 원인과 이를 막기 위한 방법을 나열하였다.
추정원인 제거방법
열
분
해
너무 높은 용융수지 온도 너무
긴 체류 시간
용융수지 온도를 측정하여 권장 수준으로 낮춤
사출된 화합물에 대해 분해 조짐(예:거품형성, 용융수지내의 가스)이 있는지 검사
실린더 온도를 체류 시간에 맞춤
핫 러너의 단면, 온도 조절 상태 검사, 온도를 낮춤
노즐의 막힌 분분(dead spot).거의 비응답성(편도성)밸브.실린더의 마멸. 핫 러너의 막힌
부분(dead spot)
색깔 변화를 통해 막힌 부분(dead spot)를 표시. 클리닝 주기가 길면 퍼지(purge)가 잘 안됨을 의미함
막힌 부분(dead spot)이 있는지 의심이 가는 요소(노즐, 어댑터, 스크류, 핫 러너)를 검사하고 고치거나 교환함
열적 안정성이 부족한 폴리머나
첨가제
더 작은 실린더를 사용하여 체류 시간을 감소. 유입을 늦추어 작동, 용융수지의 쿠션(cushion)을 작게 함. 흡입된 공기를 통한 산화를 방지하기 위해 용융수지의
감압이 최소화함. 시험적으로(원화제, 안료 등이 없는)표준 제품을 사용
사전 건조시켜 휘발성 요소를 줄임
과
도
한
전
단
변
형
심한 전단 변형(shear) 스트레스를 초래하는 너무 얇은
벽면이나 너무 긴 플로우
디스턴스
벽면을 두껍게 하거나 플로우 보조기(flow aids)를 사용
게이트 수를 증가시켜 를로우 디스턴스를 줄임
게이트 시스템을 변경. 가능하면 핫 러너를 사용
용융수지 온도를 최대한 증가
너무 작은 게이트로 인한 심한
전단 변형
게이트 단면을 증가
게이트를 재설계
게이트 수를 증가
빠른 사출로 인한 심한 전단
변형
사출 충진 속도를 줄이거나 프로파일로 함
용융수지 온도를 증가
불충분한 벤트(venting)
개비티에 벤트를 만들거나 벤드 시스템을 개선
공기를 지속적으로 제거할 수 있도록 셀프클리닝 벤트를
설치
너무 높은 금형 표면 온도
스타트업 상태 후 용융수지 온도를 측정하여 권장
수준으로 감소시킴
금형 온도 제어기를 조정하여 코어의 과열을 줄임
갑자기 나타나는 침전물
침전물이 갑자기 나타난다면, 이는 변화된 성형 조건이나, 이전과 출처가 다른 성형 화합물 때문일 수 있다. 다음에 언급한 사항들이 도움이 될 것이다.
우선, 용융수지 온도를 측정하고 용융수지에서 분해의 조짐(예를 들면, 타버린 입자의 존재)이 있는지를
가시적으로 검사해야 한다. 성형 화합물이 불순물로 오염되었는지의 여부와, 맞지 않는 퍼지 화합물을
사용하지 않았는지도 점검해야 한다. 금형의 벤트도 검사해야 한다. 다음 단계에서는 자연 그대로이거나 연한
색이 들어간 성형 화합물(검정색은 안 됨)로 기계를 가동해야 한다. 그리고 나서 약 20 분간 성형후 기계의
스위치를 내린다. 그 다음, 노즐, 어댑터, 그리고 가능하면 스크류까지도 분해한다. 타버린 입자의 물질을
조사하고, 그 색을 원래 성형 화합물 색과 비교하면 문제의 근원이 속속 드러날 것이다.
이 기법은 많은 경우에 대해 드러난 약점을 가지지만, 소규모 기계에는 실제 적용이 가능하다.(즉, 스크류
직경이 40mm까지). 침전물을 제거하면 다른 재료를 다룰 때에도 뚜렷한 품질 개선을 가져올 것이다. 핫 러너
스스켐에도 유사한 절차를 사용한다.
금형의 관리
위에 언급한 방법에 의해 침전물이 형성되는 것을 방지할 수 없으면, 금형에 대한 특별한 관리와 주의가
필요하다.
초기 단계에서는 금형 표면의 침전물을 비교적 쉽게 제거할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서 캐비티와 벤트를
정해진 간격(예를들면 쉬프트(shift)가 끝날 때마다)으로 청소해야 한다. 일단 침전물이 두꺼운 층을 형성하면
이것을 제거하기가 매우 어렵고 시간이 많이 걸리게 된다.
침전물은 그 화학적 조성에 따라 매우 다양하므로 그것을 제거할 가장 적절한 용매를 찾기 위한 시도를 해야 한다. 전통적인 용매 외에, 흔히 사용되지 않는 제품(예를 들면, 오븐
스프레이나 카페인이 포함된 레모네이드)으로 문제를 해결할 수 있음를 알게 되는 때도 많다. 또 다른 방법은 모형 철도에서 사용되는 고무 지우개를 사용하는 것이다.
노즐, 히터밴드, Thermocouples 그리고 부싱에 대해서
일반적으로 중요성이 잘 알려지지 않아 사출 성형시 무시되고 있는 Injection screw 의 앞쪽부터 금형의
runner 사이의 통로를 주의 깊게 살피면 제품의 질과 양의 향상을 기대할 수 있습니다.
사출기를 처음 구입할 때, 설비 Maker 는 열적인 요구조건을 주의깊게 계산하였고, Heating 실린더에
있어서 Heater 및 Thermocouples, controller 의 위치를 명시하였습니다. 유사하게 금형 설계자는 금속
재료의 가공을 시작하기 전에 금형의 이상적인 온도 제어를 고려하여 냉각수 통로의 위치 및 size 를
결정하여야 합니다.
누가 노즐과 노즐히터를 선택했는지 생각해 보십시오?
누가 nozzle thermocouples 위치와 sprue bushing 을 지정했습니까?
우리는 아무도 모르고 단지 십중팔구 그냥 일어났습니다.
Nozzle records lacking
금형이 설치 될 때 그전에 사용되어진 nozzle 로 조작(작동)한 것은 이상한 게 아닙니다.
단지 노즐의 구멍이 금형에 대해 너무 크거나 작을 때 분명히 다른 노즐을 찾습니다.
왜냐하면 노즐의 번호와 그에 대한 사용 기록들이 전혀 없고, 노즐의 선택은 단지 최종적으로 장착되어
있다는 이유로 다시 사용되기 때문입니다.
노즐을 잡고, 제 위치에 조이고, frayed cord없는 heater band 를 찾고, wrench flat 부위의 홀에
thermocouples 을 넣고, molding 을 합시다.
먼저 했던 것처럼 성형 되지 않을 것이며, 당신은 틀림없이 수지 탓이거나, 압력을 바꾸고, 온도를 변화
시키라고 말할 것이다. 스프레이는 어디에서 발생하는가?
이러한 문제가 발생했을 때 우리는 아마도 nozzle, thermocouples, heater band 그리고 sprue bushing
을 자주 우리의 의심에서 배제 할뿐 아니라, 개선할 수 있는 지식이 부족합니다.
그림 1.일반적인 노즐
그림 2. Reverse taper, Restricted bore nozzle
그림 3. Continuous taper nozzle
그림 1,2,3 은 3 가지 다른 형태의 노즐의 횡단면입니다.
우리는 금형 변경시 set-up screw 에 대한 정보보다 더 많은 정보를 가지고 있습니다.
우리는 노즐의 형태를 알고 있어도 특히 bore 에 resin 이 채워져 있을 때에는 외부에서 관찰하는 것이
불가능합니다.
만약 고점도 원료를 성형하고자 하면(사출하기 힘든), 우리는 아마도 그림 2,3 과 같은 노즐은 흐름을 방해
(flow restriction)하기 때문에 선택하지 않을 것입니다.
히터밴드, thermocouples 의 위치가 금형 충진 영향을 주는지 쉽게 알 수 있다. Wrench flats 에 위치한
thermocouple 이 572 도(화씨)를 나타내어도 히터밴드의 앞쪽 노즐 내부의 실제온도가 725 도(화씨, 섭씨
400 도)를 넘을 수 있습니다.
그림 4와 같은 정렬은 저점도 수지의 경우 nozzle drooling 또는 변색을 가져올 수 있다. Hold-up spots 에
민감한 수지의 경우에는 사용을 피해야 합니다.
그림 4.Thermocouple not reading heater area
그림 5. Replaceable tip with narrow heater
적절한 장비의 사용을 보장하기 위해서 heating cylinder 에서부터 nozzle, adapter interface 에 이르는
유동 통로와 계속해서 노즐을 관통하여 sprue bushing 으로 진행되는 유동통로를 따라 떤 현상이 일어나는
지를 이해해야 합니다.
이상적으로 유동 통로는 완전히 유성형이어야 하며, 스크류의 전반부와 런너들의 입구사이에서 용융수지의
열의 가감이나 유동성의 제한을 최소한으로 해야 합니다.
런너가 없거나 hot sprue bushing 의 금형에서 노즐은 상대적으로 큰 bore 를 가져야 하고, 금형 sprue
bushing 과의 접점에서 열손실이 적어야 합니다.
그러나 모든 금형이 runnerless or hot sprue bushing 에 적합한 것은 아니다. 대신 대부분 냉각된 runner
와 sprue 를 사용합니다.
Hot nozzle seating 과 cooled sprue bushings system 은 다음과 같은 문제에 직면하게 됩니다.
노즐에서의 Drool 또는 Freeze-off
노즐에서의 Overheating 또는 국부적인 hot-spots
Sprue 취출시 Stringing
Overpacking 또는 sprue sticking
노즐과 sprue에서의 과도한 마찰 또는 압력 손실
그림 6. Straight Bore Nozzle
그림 6 과 7a 는 DELRIN 아세탈 수지의 Molding Guide 에서 발췌한 것입니다.
그림 6 의 Straight Bore Nozzle 은 drooling 경향을 가지지 않은 수지를 성형할 때나 automatic nozzle
retractor 가 장착된 설비가 사용될 때 일반적으로 지정되어집니다.
(note)히터밴드는 가능한 부싱 가까이에 있어야 합니다.
Isolating the nozzle
그림 7a 의 reverse taper 노즐은 두개의 heater band 가진 그림 7b 로 약간 변경되어져 왔고 보다 긴 노즐
타입에서 single band 는 중간 부위에 HOT SPOT 을 가지는 경향이 있습니다.
thermocouple 이 일상적으로 위치한 wrench flat 으로부터 이동되어져 있음에 유의십시오
wrench hex 부위는 열을 받지 않고 thermocouples 은 heater band 부위보다 차가울 것입니다.(효과적인
wrench 의 사용을 위해 이 부분의 최대길이를 결정해야 한다)
우리가 이야기하는 것은 sprue/sprue bushing interface 가 중요하다는 것입니다
우리는 hot pipe(nozzle) seating 에 대한 cold pipe(sprue bushing)에 대해 이야기하고 있습니다.
우리는 상업적으로 이용할 수 있는 몇 개의 hot sprue bushing 중의 하나를 사용할 수 있습니다.
하지만 거기에는 또 다른 가능성이 있습니다.
그림 7a.Reverse Taper Nozzle
그림 7b.Thermocouple Between Heaters Levels Temperature Profile
과거부터 우리는 sprue bushing 과 노즐을 차단시키는 여러 가지 방법에 대해 지금까지 테스트를 해오고
있습니다.
나일론 수지의 성형의 숙련자는 종종 nozzle 과 sprue bushing 사이에 glass fiber mat와 같은 절연물을
사용하기도 합니다. (위기 상황에서는 수지 포장지를 사용하기도 한다.)
이것은 잠시 일뿐 만족스럽지는 못합니다. 오랜 기간 사용을 위해서 Tranzisprue 라
불리는 insulated/heated sprue bushing 이 상업적으로 유용하고 더 좋은 해결책인 것 같다. 그림 8 은 위의
형태를 보여줍니다.
insulated 된 부분은 금형에로의 열 손실을 막아주고, the single heater band 가 온도 조절을 할 수 있도록
하여, 부싱이 마치 miniature insulated runner 처럼 작동하게 합니다. 수지의 고화는 노즐 내에서가 아니라
단지 부싱 내부에서만 일어납니다.
그림 8 Tranzisprue Design
결과적으로 노즐의 온도 설정을 낮출 수 있고, 노즐의 입구와 출구의 온도차이를 아주 적게 줄일 수 있다는
것입니다.
이것은 노즐을 잊을 수 있다는 얘기는 아닙니다.
아무 nozzle heater band 를 사용하거나 heating cylinder front zone 에 의해 조절되는 노즐 heater 를
사용할 수 있다는 의미는 아닙니다.
열 전달의 법칙이 적용되고, thermocouples 은 자신이 설치된 부위의 온도만을 알 수 있는 것입니다.
불행하게도 일부 controller 는 on-off 방식으로 작동하여, 그 결과 수지를 과열시키거나, drooling, freeze-
off 등의 현상을 나타냅니다.
결론적으로 가소화 실린더와 금형 사이의 유동 경로를 주의 깊게 살피고, insulated/heated sprue bushing
과 저발열 노즐 히터의 사용, heater band 사이의 thermocouples 로 온도의 제어를 제안합니다. 만약
thermocouples 의 위치가 적절치 않다면 variable transformer control 과 읽기 전용 thermocouple 을
이용하시기 바랍니다.
Nozzle, Heaters and Sprue bushing 의 세심한 선택은 성형성의 향상과 불량품 감소, 품질 수준의 향상을
가져다 줍니다.
침전물 방지에 대한 권장사항
열적으로 민감한 화합물을 핫 러너로 성형하는 경우, 체류 시간이 길어져서 디그레이드 산물로 이루어진
침전물의 위험이 더 커짐을 기억해야 한다.
전단 변형(shear)이 일어나기 쉬운 물질들은 항상 넉넉한 크기의 러너와 게이트를 사용하여 다루어야 한다. 다중 게이트는 플로우 디스턴스를 감소시켜서 성형기의 사출 속도를 줄일 수 있게 하므로 좋은 결과를
가져온다.일반적으로, 금형 벤트가 효율적이면 침번물 형성 경햐을 감소시킨다고 한다. 따라서 금형 설계 단계에서
적절한 벤트가 포함되어야 한다. 셀프클리닝 벤트, 또는 침전물이 쉽게 제거되는 벤트가 좋다. 벤트 시스템을
개선하여 금형의 침전물이 감소된 경우가 많다.
어떤 경우, 달라붙지 않도록 개비티 표면에 특별 코팅을 할 수도 있는데, 이는 침전물이 쌓이는 것을 막는다. 그러한 코팅의 효과를 평가하기 위해서는 테스트를 해야 한다. 티타늄 나이트리드를 사용하면(titanium nitriding)금형에 침전물이 쌓이는 속도가 감소된 경우가 많다.
노즐, 히터밴드, Thermocouples 그리고 부싱에 대해서
일반적으로 중요성이 잘 알려지지 않아 사출 성형시 무시되고 있는 Injection screw 의 앞쪽부터 금형의
runner 사이의 통로를 주의 깊게 살피면 제품의 질과 양의 향상을 기대할 수 있습니다.
사출기를 처음 구입할 때, 설비 Maker 는 열적인 요구조건을 주의깊게 계산하였고, Heating 실린더에
있어서 Heater 및 Thermocouples, controller 의 위치를 명시하였습니다. 유사하게 금형 설계자는 금속
재료의 가공을 시작하기 전에 금형의 이상적인 온도 제어를 고려하여 냉각수 통로의 위치 및 size 를
결정하여야 합니다.
누가 노즐과 노즐히터를 선택했는지 생각해 보십시오?
누가 nozzle thermocouples 위치와 sprue bushing 을 지정했습니까?
우리는 아무도 모르고 단지 십중팔구 그냥 일어났습니다.
Nozzle records lacking
금형이 설치 될 때 그전에 사용되어진 nozzle 로 조작(작동)한 것은 이상한 게 아닙니다.
단지 노즐의 구멍이 금형에 대해 너무 크거나 작을 때 분명히 다른 노즐을 찾습니다.
왜냐하면 노즐의 번호와 그에 대한 사용 기록들이 전혀 없고, 노즐의 선택은 단지 최종적으로 장착되어
있다는 이유로 다시 사용되기 때문입니다.
노즐을 잡고, 제 위치에 조이고, frayed cord없는 heater band 를 찾고, wrench flat 부위의 홀에
thermocouples 을 넣고, molding 을 합시다.
먼저 했던 것처럼 성형 되지 않을 것이며, 당신은 틀림없이 수지 탓이거나, 압력을 바꾸고, 온도를 변화
시키라고 말할 것이다. 스프레이는 어디에서 발생하는가?
이러한 문제가 발생했을 때 우리는 아마도 nozzle, thermocouples, heater band 그리고 sprue bushing
을 자주 우리의 의심에서 배제 할뿐 아니라, 개선할 수 있는 지식이 부족합니다.
그림 1.일반적인 노즐
그림 2. Reverse taper, Restricted bore nozzle
그림 3. Continuous taper nozzle
그림 1,2,3 은 3 가지 다른 형태의 노즐의 횡단면입니다.
우리는 금형 변경시 set-up screw 에 대한 정보보다 더 많은 정보를 가지고 있습니다.
우리는 노즐의 형태를 알고 있어도 특히 bore 에 resin 이 채워져 있을 때에는 외부에서 관찰하는 것이
불가능합니다.
만약 고점도 원료를 성형하고자 하면(사출하기 힘든), 우리는 아마도 그림 2,3 과 같은 노즐은 흐름을 방해
(flow restriction)하기 때문에 선택하지 않을 것입니다.
히터밴드, thermocouples 의 위치가 금형 충진 영향을 주는지 쉽게 알 수 있다. Wrench flats 에 위치한
thermocouple 이 572 도(화씨)를 나타내어도 히터밴드의 앞쪽 노즐 내부의 실제온도가 725 도(화씨, 섭씨
400 도)를 넘을 수 있습니다.
그림 4와 같은 정렬은 저점도 수지의 경우 nozzle drooling 또는 변색을 가져올 수 있다. Hold-up spots 에
민감한 수지의 경우에는 사용을 피해야 합니다.
그림 4.Thermocouple not reading heater area
그림 5. Replaceable tip with narrow heater
적절한 장비의 사용을 보장하기 위해서 heating cylinder 에서부터 nozzle, adapter interface 에 이르는
유동 통로와 계속해서 노즐을 관통하여 sprue bushing 으로 진행되는 유동통로를 따라 떤 현상이 일어나는
지를 이해해야 합니다.
이상적으로 유동 통로는 완전히 유성형이어야 하며, 스크류의 전반부와 런너들의 입구사이에서 용융수지의
열의 가감이나 유동성의 제한을 최소한으로 해야 합니다.
런너가 없거나 hot sprue bushing 의 금형에서 노즐은 상대적으로 큰 bore 를 가져야 하고, 금형 sprue
bushing 과의 접점에서 열손실이 적어야 합니다.
그러나 모든 금형이 runnerless or hot sprue bushing 에 적합한 것은 아니다. 대신 대부분 냉각된 runner
와 sprue 를 사용합니다.
Hot nozzle seating 과 cooled sprue bushings system 은 다음과 같은 문제에 직면하게 됩니다.
노즐에서의 Drool 또는 Freeze-off
노즐에서의 Overheating 또는 국부적인 hot-spots
Sprue 취출시 Stringing
Overpacking 또는 sprue sticking
노즐과 sprue에서의 과도한 마찰 또는 압력 손실
그림 6. Straight Bore Nozzle
그림 6 과 7a 는 DELRIN 아세탈 수지의 Molding Guide 에서 발췌한 것입니다.
그림 6 의 Straight Bore Nozzle 은 drooling 경향을 가지지 않은 수지를 성형할 때나 automatic nozzle
retractor 가 장착된 설비가 사용될 때 일반적으로 지정되어집니다.
(note)히터밴드는 가능한 부싱 가까이에 있어야 합니다.
Isolating the nozzle
그림 7a 의 reverse taper 노즐은 두개의 heater band 가진 그림 7b 로 약간 변경되어져 왔고 보다 긴 노즐
타입에서 single band 는 중간 부위에 HOT SPOT 을 가지는 경향이 있습니다.
thermocouple 이 일상적으로 위치한 wrench flat 으로부터 이동되어져 있음에 유의십시오
wrench hex 부위는 열을 받지 않고 thermocouples 은 heater band 부위보다 차가울 것입니다.(효과적인
wrench 의 사용을 위해 이 부분의 최대길이를 결정해야 한다)
우리가 이야기하는 것은 sprue/sprue bushing interface 가 중요하다는 것입니다
우리는 hot pipe(nozzle) seating 에 대한 cold pipe(sprue bushing)에 대해 이야기하고 있습니다.
우리는 상업적으로 이용할 수 있는 몇 개의 hot sprue bushing 중의 하나를 사용할 수 있습니다.
하지만 거기에는 또 다른 가능성이 있습니다.
그림 7a.Reverse Taper Nozzle
그림 7b.Thermocouple Between Heaters Levels Temperature Profile
과거부터 우리는 sprue bushing 과 노즐을 차단시키는 여러 가지 방법에 대해 지금까지 테스트를 해오고
있습니다.
나일론 수지의 성형의 숙련자는 종종 nozzle 과 sprue bushing 사이에 glass fiber mat와 같은 절연물을
사용하기도 합니다. (위기 상황에서는 수지 포장지를 사용하기도 한다.)
이것은 잠시 일뿐 만족스럽지는 못합니다. 오랜 기간 사용을 위해서 Tranzisprue 라
불리는 insulated/heated sprue bushing 이 상업적으로 유용하고 더 좋은 해결책인 것 같다. 그림 8 은 위의
형태를 보여줍니다.
insulated 된 부분은 금형에로의 열 손실을 막아주고, the single heater band 가 온도 조절을 할 수 있도록
하여, 부싱이 마치 miniature insulated runner 처럼 작동하게 합니다. 수지의 고화는 노즐 내에서가 아니라
단지 부싱 내부에서만 일어납니다.
그림 8 Tranzisprue Design
결과적으로 노즐의 온도 설정을 낮출 수 있고, 노즐의 입구와 출구의 온도차이를 아주 적게 줄일 수 있다는
것입니다.
이것은 노즐을 잊을 수 있다는 얘기는 아닙니다.
아무 nozzle heater band 를 사용하거나 heating cylinder front zone 에 의해 조절되는 노즐 heater 를
사용할 수 있다는 의미는 아닙니다.
열 전달의 법칙이 적용되고, thermocouples 은 자신이 설치된 부위의 온도만을 알 수 있는 것입니다.
불행하게도 일부 controller 는 on-off 방식으로 작동하여, 그 결과 수지를 과열시키거나, drooling, freeze-
off 등의 현상을 나타냅니다.
결론적으로 가소화 실린더와 금형 사이의 유동 경로를 주의 깊게 살피고, insulated/heated sprue bushing
과 저발열 노즐 히터의 사용, heater band 사이의 thermocouples 로 온도의 제어를 제안합니다. 만약
thermocouples 의 위치가 적절치 않다면 variable transformer control 과 읽기 전용 thermocouple 을
이용하시기 바랍니다.
Nozzle, Heaters and Sprue bushing 의 세심한 선택은 성형성의 향상과 불량품 감소, 품질 수준의 향상을
가져다 줍니다.
각종수지의 대표적 성형조건표
Product 실린더온도
(℃)수지온도
(℃)금형온도
(℃)건조온도
(℃)
성형수축율
GF 30%(%)
성형수축율
Base(%)
ABS 205-250 260 80 80 0.1-0.3 0.6
SAN 205-250 260 80 80 0.05-0.2 0.5
Polystyrene 190-240 245 65 80 0.05-0.2 0.5
Styrene Copolymer 235-300 280 85 100 0.1-0.3 0.5
MPPO 230-270 290 90 115 0.1-0.3 0.6
Polycarbonate 270-290 300 90 120 0.1-0.3 0.6
Polysulfone 300-325 335 150 135 0.2-0.4 0.6
Polyetherimide 300-335 345 150 150 0.2-0.4 0.7
Polyethersulfone/Polyarysulfone
300-335 345 150 150 0.2-0.4 0.6
Polypropylene 190-225 225 40 80 0.4-0.6 1.2
Polyethyene 190-225 220 40 80 0.4-0.6 1.5
Acetal 175-210 210 90 90 0.5-0.7 2.2
PBT 220-260 265 120 120 0.5-0.7 1.7
PET 250-290 295 100 120 0.4-0.6 -
Nylon 6 245-275 270 90 80 0.4-0.6 1.2
Nylon 66 250-290 295 100 80 0.4-0.6 1.4
Polyphthalamide(PPA) 300-310 320 110 80 0.3-0.5 1.7
Nylon 610 240-265 270 90 80 0.4-0.6 1.3
Nylon 612 240-265 270 90 80 0.4-0.6 1.1
Nylon 11 200-230 230 50 75 0.3-0.5 1.4
Nylon 12 180-225 230 80 75 0.4-0.6 1.6
Super Tough Nylon 250-290 295 100 80 0.4-0.6 1.6
Amorphous Nylon 250-290 295 100 80 0.3-0.5 0.4
Polyphenylene Sulfide 280-315 325 120 120 0.2-0.4 1.0
Polyetheretherketone 325-370 375 150 150 0.2-0.4 1.2
Thermoplastic Polyurethane 190-215 215 50 105 0.4-0.6 0.8
Polyester Elestomer 205-255 240 50 105 0.3-0.5 -
표면불량
순번 처방
1 금형온도 높임
2 사출압 변경
3 용융수지 온도 점검
4 사출속도 줄임
5 사출속도 높임
6 성형주기 변경
7 가스빼기 크기 늘임
8 게이트 크기 늘임
1. 용융온도
용융온도가 높으면 수지가 분해되어 가스가 발생하며 이는
제품표면에 스프레이(splay)마크 또는 스메어(smear)형상의
표면불량 및 기타 문제들을 야기시킵니다. 또한 캐비티내 미충진, 제팅현상, 게이트조기 고화, 깨짐 및 캐비티내 수지가 파동치며
유입되는 현상이 나타납니다.
2. 수분
나일론 수지는 수분함유량이 높으면 스프레이마크가 표면에
나타납니다. 라이나이트(PET)수지는 표면에 나타나지는 않는 반면에
분해로 인해 물성이 저하됩니다.
3. 사출압력
사출압력이 낮으면 캐비티 벽면까지 충분히 충진이 되지 않아
표면곰보 및 주름현상이 나타납니다.
4. 이형제
9 게이트 위치 변경
꼭 필요한 경우에만 사용하십시오. 이형제가 필요한 경우 각 수지에
맞는 이형제를 사용해야 합니다. 한 종류의 이형제로 모든 종류의
수지에 대해 사용하면 표면오염 현상이 일어납니다.
5. 금형구조
열전도율이 낮은 재질은 수지의 고화가 서서히 되기에 좋은 표면을
얻을 수 있습니다. 스테인레스 스틸(stainless steel)은 천천히
냉각되어 외관향상에 충분합니다. 금형에서의 저절한 가스빼기는
외관향상에 상당히 효과적입니다.
6. 충진속도
고속충진은 수지가 고화되기 전 캐비티내에 충진할 수 있습니다. 이는
좋은 표면과 고광제품을 얻을 수 있습니다. 그러나 충진이 너무
고속이면 수지가 타게 됩니다. 유리섬유 및 미네랄이 강화된
수지성형시 충분한 가스빼기는 필수적입니다.
깨짐
순번 처방
1 수지건조상태 점검
2 용융수지 온도점검
1. 충진속도
과도한 고속충진은 성형품의 깨지는 현상을 발생시키며 유동이
불규칙하게 됩니다. 또한 웰드라인에서 가스빼기가 잘 되지 않습니다. 성형품의 표면을 위한 경우에 고속충진을 하십시오.
2. 스프루, 런너, 게이트
스프루 및 런너 게이트의 크기가 작으면 캐비티내 충진이 완전히 되지
3 수지체류시간 줄임
4 재생재 혼입율 줄임
5 이물질오염상태 점검
않으며 이러한 불충분한 압력전달은 충격강도를 저하시킵니다. 다수
캐비티에서 런너크기가 작으면 불규칙한 유동 및 공동을 발생시키며
성형품의 깨지는 현상을 야기시킵니다.
3. 용융온도
최고의 강도를 위해서는 수지의 용융온도를 분해가 일어나지 않을
정도까지 높게하여 수지를 완전용융시켜야 합니다.
4. 이물질오염
특히 상용성이 없는 수지나 이물짐이 혼합되면 제품강도를
저하시킵니다.
5. 제품설계
가능한 제품의 벽두께 편차가 큰 설계와 날카로운 모서리는 제거해야
합니다. 불충분한 곡률반경은 충격에 대해 깨지는 현상의 가장 큰
원인입니다.
6. 금형표면온도
깨지는 현상은 제품의 형상 및 재질의 종류에 의존되지만 금형온도도
약간의 영향을 미칩니다. 통상적으로 제품두께가 얇은 경우 저온금형이
유리한 반면 두꺼운 제품은 좋지 않습니다. 용매에 의한 크랙 문제이거나
응력이 집중되는 경우 저온금형은 피해야 합니다.
미충진
순번 처방
1 패드(쿠숀)길이 점검
2 사출압 변경
3 사출속도 높임
4 용융수지 온도 점검
5 금형온도 높임
6 가스빼기 늘임
7 게이트 크기 늘임
1. 용융온도
완전용융 및 적당한 유동성을 위해 충분해야 합니다.
2. 사출압력
플래쉬 및 이형불량 문제가 없는 선까지 가능한 높아야 합니다.
3. 쿠숀(Cushon)성형기의 공급부내에 수지의 완전한 충진을 위해 적정거리의 쿠숀을
유지해야 합니다. 일반적으로 스크류가 전진해 있는 마지막 순간에 약
6cm 의 쿠숀이 있어야 합니다.
4. 가스빼기
금형에 필히 가스빼기를 설치하여 충진시 가스가 잘 빠져나가야
됩니다. 가스빼기가 사출기의 형체력에 의해 붕괴되었는지 또는
금형찌꺼기에 의해 막혔는지를 자주 점검하십시오.
5. 런너외경이 너무 작은 경우 외경을 키우고 가능한 원형런너를
사용하십시오. 캐비티 배열시 런너의 길이는 최소로 설계해야
합니다.
6. 게이트
케이트 길이(land)가 두께 또는 외경보다 1/2 이상되면 짧게
하십시오. 그래도 수지가 완전히 캐비티내에 충진되기 전에 게이트가
고화되면 게이트의 외경 또는 두께를 키우십시오.
7. 금형온도
가능한 올리십시오.
8. 사출양
스프루, 런너 및 캐비티를 포함한 사출무게가 성형기 한계보다 크면
안 되며, 성형주기가 상당히 짧은 성형은 성형기능력의 약 50%보다
작아야 합니다. 가능하면 한 단계 큰 성형기를 사용하십시오. 잘
설계된 스크류는 수지의 용융을 극대화 시켜줍니다.
9. 사출속도
사출속도가 느리면 캐비티내에 충진되기 전 수지가 고화되므로
가능한 고속사출을 하십시오. 그러나 사출속도가 너무 빠르면
표면불량 및 깨지는 현상이 나타납니다. 금형과 수지의 적절한 조화는
최적결과를 위한 이상적인 충진속도를 얻을 수 있습니다.
10. 충진형태
항상 같은 캐비티에 미성형이 발생하면 금형내 냉각이 서로 다르기
때문입니다. 이는 금형내 냉각수라인이 부분적으로 막혔거나 설계가
잘못된 경우 종종 나타납니다. 균일한 금형온도는 매우 중요합니다. 같은 캐비티 미성형의 다른 원인은 불균일한 게이트크기입니다. 게이트의 두께 및 랜드의 길이는 필히 같아야 합니다. 캐비티내
미성형이 불규칙하게 발생하면 수지의 미용융 및 이물질 오염으로
인한 게이트 일부분이 막혔는지를 점검하십시오.
공동(Void)
순번 처방
1 패드(쿠숀)길이 점검
1. 용융온도
수지온도가 높은 경우 분해되어 가스가 발생합니다.
2. 금형온도
성형품의 두꺼운 부위에서는 내부의 수지는 상당히 뜨거운 반면에
2 사출압 변경
3 사출보압 늘임
4 사출속도 높임
5 용융수지 온도 점검
6 게이트 크기 늘임
7 가스빼기 크기 늘임
표면은 고화되어 수축이 시작됩니다. 이는 수축공동(shrinkage void)의
원인이 됩니다. 고온금형에 성형주기를 길게 하면 균일한 냉각을 얻을 수
있습니다. (성형주기에 의해 금형온도 조절이 금형온도기의
열매체액온도 조절보다 좋습니다.)
3. 수분
과도하게 흡수되면 거품이 발생됩니다. 성형전 수지상태가 의심스러우면
성형안내에 명시된 방법으로 건조하십시오.
4. 사출압력
낮은 압력은 캐비키의 충진을 미진하게 하여 성형품내 공동을
형성시킵니다.
5. 런너, 게이트
런너 및 게이트가 너무 작으면 적절한 충진을 할 수 없어서 공동이
발생됩니다.
6. 사출, 보압시간
압력은 게이트고화전까지 충분히 주어져야 역흐름을 방지할 수
있습니다. 캐비티에서 게이트고화전에 압력이 역방향으로 진행되면
공동을 발생시키며 게이트주위에 내부응력이 높아집니다.
7. 충진속도
다단 속도 제어되는 사출기는 성형품내 가스를 잘 빠지게 하며 가스트랩
(trap)에 의한 공동을 피할 수 있습니다.
타는 현상
순번 처방
1 용융수지 온도 점검
2 가스빼기 크기 늘임
3 사출속도 줄임
4 성형주기 변경
5 게이트 크기 늘임
6 게이트 위치 변경
1. 용융온도
수지가 실린더내에서 과열되면 분해되어 제품외관에 탄자국이 남게
됩니다. 이 경우 실린더 설정온도를 낮추거나 수지체류시간을 짧게
하십시오. 한 개의 히터가 다른 히터보다 열전달이 좋으면 실린더내에
“핫스팟(hot spot)”의 원인이 되어 수지를 급격히 분해시킵니다.
2. 금형가스빼기
금형내에서 가열된 공기가 잘 빠지지 않으면 국부적으로 타는 현상이
발생합니다. 또한 이는 웰드라인의 강도를 저하시킵니다.
3. 실린더 설계
실린더 또는 노즐부위에 수지의 장시간 체류부위가 있으면 원인이
되어 타는 현상이 발생합니다. 실린더는 수지의 흐름이 원활한
라미나유동(laminar flow)이 되게 유선형이어야 합니다. 수지의
분해현상이 발생하면 체크링과 실린더를 점검하십시오. 노즐 및
어댑타에도 수지의 정체부위가 있어서는 안됩니다.
4. 용융수지의 체류시간
수지가 오랜 시간 동안 가열되면 분해가 일어나 타는 현상이
나타납니다. 가능한 실린더 온도를 낮추고 성형주기를 단축하거나
작은 성형기를 사용하십시오.
휨(Warpage)
순번 처방
1 금형온도 조정
2 사출압 변경
3 사출속도 줄임
4 성형주기 변경
5 게이트 위치 변경
6 용융수지 온도 점검
7 금형온도 내림
1. 이형시 성형품온도
이형시 성형품온도가 높으면 이젝타핀에 의해 쉽게 휘거나
내부응력완화시 휘게 됩니다. 금형에서 불균일한 냉각시 제품을
탁자위에 놓으면 냉각되면서 휘게 되며 이는 휨현상의 원인이
됩니다. 금형온도를 조절하여 이젝타핀 주위의 온도를 낮추거나
성형주기를 늘리십시오. 완전냉각되지 않은 제품을 제품박스에
넣게 되면 쌓여있는 제품에 열이 전달되어 제품이 찌그러지게
됩니다.
2. 금형온도
금형온도가 균일하지 못하면 성형품이 균일하게 냉각되지
못하므로 이형시 휘게 됩니다. 경우에 따라 불균일한 냉각이
필요합니다. 이 경우는 제품이 금형내에서 특정부위의 접촉면적이
큰 경우 필요하며 이때 열제거가 불균일하기 때문에 휨현상이
발생합니다.
3. 이젝타핀
동시에 고르게 자동하지 않던가 이젝타핀 크기가 작은 경우
이형시 제품을 휘게 합니다.
4. 금형내 언더컷
언더컷이 깊으면 제품 취출이 어려우며 이형시 휘게 됩니다.
5. 제품형상
제품의 두께가 균일하지 않거나 한면 전체에 리브가 있는 경우
이형시 휘게 됩니다. 유리섬유강화된 재질의 사용 경우
유리섬유의 방향성으로 인해 유동방향과 직각방향의 수축율차로
인해 휨현상이 일어납니다. 이 경우 게이트의 위치 및 수를
변경하십시오.
6. 용융온도
휨현상의 한 원인인 응력을 피하기 위해 수지온도는 균일해야
합니다.
(Weld line, Flow line)1. 용융온도
수지온도가 너무 낮으면 웰드라인에서 강도가 저하되며 플로라인이
나타납니다. 반면에 너무 높으면 수지가 분해되며 가스가
발생합니다.
2. 금형온도
금형온도가 너무 낮으면 수지가 캐비티내로 흐르면서 급격히
냉각되어 웰드라인의 강도를 저하시킵니다.
3. 사출압력
사출압력이 너무 낮으면 웰드라인에서 수지를 접착시키는 힘이 약해
강도가 저하됩니다. 사출압이 낮거나 런너 및 게이트의 크기가 작으면
캐비티내에 효율적인 압력전달이 안되기 때문에 과도한 압력손실이
일어나며 이는 웰드에서 수지의 접착력을 떨어뜨려 접착강도를
저하시킵니다.
4. 재질선정
경우에 따라 최종사용자가 동의하면 유동성이 좋은 수지를 선택해야
합니다.
5. 가스빼기
고속충진은 금형내 더 많은 가스가 발생하기에 더욱더 가스빼기에
주의해야 합니다.
1. 금형상태
금형에 언더컷, 버(burrs) 또는 표면이 손상된 것은 이형을 용이하게
하기 위해 수정되어야 합니다. 캐비티 표면 및 코아 핀을 너무
연마하거나 코아 및 캐비티의 빼기구배가 불충분하면 스티킹
(sticking, 금형에 붙는 현상)문제가 야기됩니다. 스프루 부싱에
충분한 테이퍼(taper)가 없는 경우 스프루 이형이 어렵습니다.
2. 코아 및 캐비티의 얼라이먼트(Alignment)코아 및 캐비티의 아다리가 맞지 않으면 금형개폐가 어려우며
제품취출이 어렵습니다.
3. 성형주기
성형주기가 너무 길면 수지가 캐비티내에 과충진이 되거나 제품의
코아부위가 수축이 많이 되어 제품이 금형에 붙어버리게 됩니다. 성형주기가 너무 짧으면 수지온도가 너무 높아 금형코아에
붙어버립니다. 일반적으로 유연한 재질은 이젝타핀의 면적을 넓게
해야 합니다.
4. 금형표면온도
금형온도가 너무 높으면 제품은 충분히 냉각되지 않거나 굳지않아
이젝팅시 표면에 핀자국이 나거나 또는 이젝팅이 잘 되지 않습니다.
5. 용융수지온도
용융된 수지가 과열되거나 체류시간이 긴 경우 수지는 분해되어
금형으로부터 이형이 어렵습니다. 이러한 현상이 나타나면 전체
성형주기를 줄여 수지의 체류기간을 줄이거나 작은 기계로 바꾸어야
합니다. 또한 수지의 온도를 낮추거나 배압 및 스쿠류속도를 줄이면
수지가 열분해 되는 것을 방지할 수 있습니다.
1. 사출시간
사출,보압시간을 늘임에 따라 제품무게가 계속 증가한다면 이는
게이트가 사출압력이 없어지기 전까지도 게이트가 고화되지 않음을
나타냅니다. 사출,보압시간은 게이트가 고화되기 전까지 충분히
주어야 합니다. 제품에 공동이 남아있다면 게이트가 너무 작기
때문입니다.
2. 사출압력
사출압력을 높임으로 문제가 해결된다면 캐비티내 불충분한 충진이
원인이 됩니다. 실린더온도를 올리거나 가능하면 게이트 및 런너
크기를 키우면 문제점을 해결할 수 있습니다.
3. 용융온도
수지온도가 너무 높거나 코아가 충분히 냉각되지 않으면 제품이형시
뜨거우며, 냉각되면서 수축은 더욱 커집니다. 성형주기가 짧은
연속성형에 있어 코아의 적당한 냉각은 금형에 있어 가장 중요한
요소입니다.
4. 게이트 설계
게이트 크기가 작거나 너무 길면 캐비티내 충분한 충진을 방해합니다. 성형품이 얇고 큰 경우 다수게이트 또는 게이트 크기를 크게 하여
많은 양의 수지를 캐비티내에 고속사출해야 합니다.
5. 게이트 위치
제품내에 두께차이가 있는 경우 좋은 표면 마무리를 원하면 통상 얇은
부위에 게이트가 위치하는 것이 좋습니다. 얇은 부위와 두꺼운 부위의
비율이 2배 이상되면 공동을 방지하기 위해 게이트는 필히 두꺼운
부위에 위치해야 합니다. 두꺼운 부위와 얇은 부위가 만나는 곳
근처에는 게이트가 있어서는 안됩니다.
1. 금형상태
금형에 언더컷, 버(burrs) 또는 표면이 손상된 것은 이형을 용이하게
하기위해 수정되어야 합니다. 캐비티 표면 및 코아 핀을 너무
연마하거나 코아 및 캐비티의 빼기구배가 불충분하면 스티킹
(sticking, 금형에 붙는 현상)문제가 야기됩니다. 스프루 부싱에
충분한 테이퍼(taper)가 없는 경우 스프루 이형이 어렵습니다.
2. 코아 및 캐비티의 얼라이먼트(Alignment)코아 및 캐비티의 아다리가 맞지 않으면 금형개폐가 어려우며
제품취출이 어렵습니다.
3. 성형주기
성형주기가 너무 길면 수지가 캐비티내에 과충진이 되거나 제품의
코아부위가 수축이 많이 되어 제품이 금형에 붙어버리게 됩니다. 성형주기가 너무 짧으면 수지온도가 너무 높아 금형코아에
붙어버립니다. 일반적으로 유연한 재질은 이젝타핀의 면적을 넓게
해야 합니다.
4. 금형표면온도
금형온도가 너무 높으면 제품은 충분히 냉각되지 않거나 굳지않아
이젝팅시 표면에 핀자국이 나거나 또는 이젝팅이 잘 되지 않습니다.
5. 용융수지온도
용융된 수지가 과열되거나 체류시간이 긴 경우 수지는 분해되어
금형으로부터 이형이 어렵습니다. 이러한 현상이 나타나면 전체
성형주기를 줄여 수지의 체류기간을 줄이거나 작은 기계로 바꾸어야
합니다. 또한 수지의 온도를 낮추거나 배압 및 스쿠류속도를 줄이면
수지가 열분해 되는 것을 방지할 수 있습니다.
플래쉬(Burr)
순번 처방
1 수지건조 상태 점검
2 사출압 변경
3 사출속도 줄임
4 용융수지 온도 점검
5 금형온도 내림
6 재생재 혼입율 줄임
7 금형수정
1. 용융온도
수지온도가 너무 높으면 온도를 낮추십시오. 노즐에서 “드룰
(drool,수지가 흐르는 현상)”이 일어나는지 관찰하십시오.
2. 사출압력
너무 높으면 낮추십시오.
3. 충진속도
케비티내에 거의 충진완료된 시점에서 낮추십시오.
4. 금형구조
금형캐비티의 균형을 점검하시고 필요시 수정하십시오. 충분한
가스빼기를 명심하십시오. 상하 원판의 휨정도를 점검하시고
필요시 수정하십시오. 이때 캐비티는 적절히 지탱되어야 합니다. 금형이 완전히 닫히지 않으면 성형기는 작동하지 않습니다.
5. 사출기
형체압 및 부스터 타임(booster time,증속 장치부착시 사용하는
조건)을 점검하십시오.
성형품 외관 개선 처방 원하는 결과 발생가능한 문제점
높은 금형 온도 유동용이
표면냉각(고화)늦춤
내부응력 감소
플래쉬
싱크(Sink)
휨(Warpage)
금형작동 불량
게이트고화 시간이 길어짐
제품이형불량
스프루이형불량
성형품 외관 개선 처방 원하는 결과 발생가능한 문제점
사출압 높임 스프레이(Spray)감소
싱크마크 및 수축감소
플래쉬
제품이형불량
스프루이형불량
제품무게증가
성형품 외관 개선 처방 원하는 결과 발생가능한 문제점
용융수지온도 높임 유동용이
표면냉각(고화)늦춤
내부응력 감소
스프레이
드롤링(Drooling)
물성저하
가스빼기 불량
체크링에서 샘
금형찌꺼기 발생
성형품 외관 개선 처방 원하는 결과 발생가능한 문제점
사출속도 줄임 타는 현상 감소
게이트와 가스빼기 부위에서의
플로마크 감소
싱크
공동(Void)
표면에 충진형상이 나타남
제품끝 모서리에충진불량
성형품 외관 개선 처방 원하는 결과 발생가능한 문제점
사출속도 높임 표면 고화전 캐비티내 충분한
압력전달
플래쉬
금형찌꺼기
유동형태
타는 현상
가스빼기불량
성형품 외관 개선 처방 원하는 결과 발생가능한 문제점
성형주기 늘임 용융수지 온도 균일화
금형온도 균일화
게이트주위 싱크감소
제조원가 상승
제품 또는 런너이형 불량
성형주기 증가
성형품 외관 개선 처방 원하는 결과 발생가능한 문제점
가스빼기 크기 늘임 모서리 타는 현상 감소
웰드라인 개선 또는 감소
싱크 및 파도무늬 감소
충진속도 향상, 충진균일성 향상
안개무늬 제거
벤트주위 플래쉬 발생
후가공 필요
성형품 외관 개선 처방 원하는 결과 발생가능한 문제점
게이트크기 늘임 제팅현상 제거
게이트 스메어 감소
충진속도 향상
싱크 및 공동 현상 감소
와류현상 감소(전단응력 감소)
게이트 후가공
게이트주위 싱크발생 가능성
성형품 외관 개선 처방 원하는 결과 발생가능한 문제점
게이트 위치변경 게이트마크를 줄임
게이트 흠집 감소
웰드라인 감소
유동형태 변경
휨현상 감소
휨 현상 증가
제조원가 상승
강도저하
성형품질관리 개선방안
부품결함 및 제품반환으로 인한 부가비용은 제품업체가 성형업체에 더욱더 품질 보증을 요구하게 됩니다.
특히 자동차 제조회사 및 관련부품 제조업체들은 소비자의 품질에 대한 인식을 높이기 위한 노력의 방편으로
조립 및 후 가공뿐만 아니라 내구성과 신뢰성에 대해서도 부품 공급업체에 많은 책임을 요구합니다.
일반적으로 성형업체는 최종 부품 공급 처이므로 사용자가 원하는 품질을 만족시킬 수 있는 능력 중 상당한
부분이 성형업체에 의해 좌우됩니다. 또한 제품의 불합격을 예상하는 것도 경상비용의 견지에서 유리합니다.
품질은 가격과 밀접한 관계를 가지고 있습니다.
성형업체는 다양한 업무에 대해 어떻게 품질 관리를 하고 이윤을 지속적으로 추구할 수 있을까요?
그 중 한가지 방법은 불필요한 시험이나 최종사용에 관계없는 시험을 제외하는 것입니다.
예를 들면 실사용 시 보이지 않는 부분의 미려한 색상 또는 광택 측정 같은 시험입니다. 또한 성형업체는
사용자가 요구하는 품질관리의 시험은 견적 시 비용에 포함시켜야 합니다.
원가 및 품질을 판단하는 중요한 요소들은 사용자와 충분히 의논하여 규격 표, 절차, 기간을 포함하여 품질
관리 시험 및 관리 한계를 설정 시 충분히 검토하여야 합니다.
추가로 장기 계약의 유리한 점을 성형업체와 사용자 모두 고려하여야 됩니다. 또한 사용자는 성형업체에
품질보증 요구보다도 가격에만 집착하여 갑작스러운 금형철회 또는 성형업체를 바꾸는 시도는 지양하여야
합니다. 왜냐하면 사용자의 목적이 제품 불량 및 보증 취소를 피하기 위한다면 가격에 우선을 두는 행위는
비경제적일 수도 있습니다.
성형업체 또한 자신의 확실한 자산인 품질을 유지하기 위한 작업 기술의 경험을 사용자에 알리는 의사교환의
기회를 추구하시고 비가동 시간을 줄여 최종 제품 가격을 조절하여야 합니다.
시험을 위한 행동원칙
어떤 특정한 시험의 선택은 다음에 따르는 기준에 따라 성형업체가 검토하여야 합니다.
1) 사용자의 규격과 관련이 있어야 하며
2) 적용이 간편하고 경제적이며
3) 성형 시 잘못된 현상 즉 수지의 오염 상태, 첨가제 및 성형조건의 변동사항을 즉시 파악할 수 있어야
합니다.
성형업체 자신이 간단하고 경제적이며 의미 있는 품질시험을 판단하여 결정하면 품질관리는 아주
쉬어집니다. 이러한 품질 관리 시험은 정기적으로 실시하여 시험결과를 기록하여 사출 성형조건에
반영되어야 합니다. 또한 이러한 시험절차는 가능한 한 완제품의 경우에도 적용되어야 합니다.
다음 사항은 성형업체의 품질보증 시험을 위한 근본으로 사용할 수 있는 일반적이고 실행 가능한 시험
절차입니다. 성형업체는 자신이 조절하는 가장 큰 요소인 성형조건이 제품의 물리적 성능에 어떠한 영향을
주는가를 관련하여 고려해야 합니다.
내화학성, 전기적 특성 같은 시험은 성형 공정보다 소재 선택에 더 관련되므로 여기서 제외하고 이러한
특정시험은 사용자측에서 실시하여야 합니다.
소재사용에 있어 수지의 기능적 특성에 대한 의문 외에도 성형 공정상 수 많은 변수가 있습니다. 수지
제조업체는 통상 우수한 시험기기를 보유하고 있으며 특수한 시험 방법에 숙련된 인력이 있습니다.
그러나 수지 문제를 검사할 주요한 이유가 있거나 분석을 위해 수지 제조업체에 견 품을 보낼 시간이 없을
경우에 성형업체는 필요한 시험 절차를 알아야 합니다. 뒤에 설명하겠지만 수지 수분율 또는 검사자는 수지의
성형안정성에 통달하여야 합니다. 색상, 펠렛(pellet) 크기의 일치성 그리고 오염상태(수지미립자 사이)의
검사는 간단하며 성형기능을 예상할 수 있습니다.
때때로 어떠한 수지가 사용되었는가를 판별하는 시험이 필요한 경우도 있습니다. 가열, 태움, 용융점 및
비중시험은 수지 제조업체에서 분석하여 수지 판별에 도움을 드립니다. 그러나 이러한 시험은 수지
제조회사에서 실시하는 것이 적합합니다. 그러므로 성형업체의 품질관리를 위한 최종 검사는 성형 된 부품에
한하여 실시해야 합니다.
실용시험의 종류
적절한 품질확인시험을 위한 첫 단계는 아래 세 가지의 근본적인 시험절차의 검토를 포함시켜야 합니다.
문제 해결(Troubleshooting) :
지속적인 외관검사와 기계부분시험, 특히 새 금형의 작동 또는 금형에 관련된 시험은 다른 분류의 시험으로
변경해야 합니다.
품질시험관리(QC Tests) :
품질관리의 체계적인 시험방법은 성형결과를 반영하여 품질을 보증하는 것입니다. 변경된 성형조건은
부품시험에 대하여 도표화 해야 하며 이는 사용자 시험과 연관되어야 하나 중복할 필요는 없습니다.
사용자 시험(End Use Testing) :
최종 적용 요구의 전체 또는 부분이 부품조립 시와 완제품상태에서의 시험은 아마 중복될 것입니다.
사출성형의 물리적 관점인 가열, 수지흐름, 보압 및 냉각은 부품의 기능적 성능의 문제점을 풀 수 있는
실마리로 남아 있습니다. 외관 검사에 의한 문제점의 조기발견은 차후의 품질보증측정의 노고를 덜어줍니다.
금형에 의한 문제점은 제일 먼저 나타나므로 새 금형의 시작 동 동안 부품 검사 절차에 의거 문제점 발견 시
금형을 즉시 수정하는 것은 사업상 제일 중요합니다.
금형의 흠집은 성형 품에 선명하게 비치거나 확대되어 나타납니다. 오염 및 공동(void)은 발광기
C(illuminant)같은 일반 램프나 투과된 빛에 의해 감지할 수 있습니다. 10 에서 100배 확대되는 질체 현미경
(stero microscope)은 작은 흠집을 볼 수 있을 뿐만 아니라 성형품의 문제점을 관찰할 수 있습니다. 예를
들면 게이트 부근 웰드라인 및 두꺼운 성형품의 한 부분을 절삭하여 관찰하므로 써 문제점을 파악할 수
있습니다.
문제점들은 종종 나타났다가 없어지기도 하는데 예를 들면 수분 함유 율이 높은 재생 재 사용 또는
성형조건의 변경에 따라 표면에 나타나는 스프레이(spray)입니다. 그러므로 성형품의 검사는 정기적으로
계속해야 합니다.
8 가지 실용시험
간단한 기계방면 시험은 품질보증 시험 중 핵심입니다. 몇몇 시험은 체계적 운영에 의하여
품질관리시험으로 채택되어 결과를 관리도표로 작성하거나 통계방법을 이용하여 시도하지만 대부분은
문제해결(troubleshooting)의 형태입니다. 열가소성 엔지니어링 플라스틱에 널리 사용되고 있는 실용적인 8
가지 시험 방법들이 다음에 소개되어 있습니다.
1. 무게 ( Weight)
성형품의 무게측정은 충진 상태를 파악할 수 있는 가장 편리하고 빠른 방법입니다. 또한 성형품의
치수안정성, 기계적 강도 및 휨 현상을 알 수 있는 적절한 방법입니다. 성형품의 무게 측정은 캐비티 간의
변동 원인인 복잡한 런너시스템을 가진 다수 캐비티 성형 품에 널리 사용됩니다. 정확한 성형 무게 측정을
위해서 0.1g까지 측정 가능한 삼각 받침 저울이 적당합니다. 저울에 미리 무게를 고정한 후 초과 미달을
측정함으로써 일을 빨리 할 수 있습니다. 이때 저울의 일정한 유지가 중요합니다.
2. 밀도 (Density)
캐비티의 크기에 의해 성형품의 최대 부피가 결정되기에 밀도측정은 성형품의 무게 균일성을 알 수 있습니다.
그러나 밀도 측정은 무게 측정보다 정교하여 쉽게 행하기에 다소 어려움이 따릅니다.
밀도 측정이 규정된 규격이라면 잘 알려진 고기술 및 저기술 방법이 있습니다. 일반적인 방법은 밀도가 서로
다른 두 용액 관에 성형 품을 집어 넣어 뜨고 가라앉는 것을 관찰하는 것입니다. 물 치환 방법과 미각제 튜브
(gradient tube)는 성형품의 재질을 판별하는데도 사용됩니다.
3. 유동성 (Flow Tendency)
열가소성 엔지니어링 플라스틱의 흐름에 대한 저항(viscosity)은 소재의 분자량을 표시하며 이는 물리적
특성과도 관계가 있습니다. 용융수지의 상대 점도(relative viscosity) 측정기기와 용융지수 측정기기는
수분, 열분해 특히 재생재가 수지에 미치는 영향을 알 수 있습니다. 시험 및 해석은 수지 제조업체에서
알려드립니다. 금형 내에서의 수지의 흐름은 성형품의 균일한 물성을 위해 매 사출마다 일정해야 합니다.
성형업체에서 가능한 유동시험은 런너의 끝에 유동 탭(flow tab)을 설계하는 것입니다. 유동 탭의 길이를
측정하여 흐름의 변화를 감지할 수 있으며 사출조건 변경이나 수지 분해의 가능성을 알 수 있습니다.
4. 수분 (Moisture)
나이론, 폴리에스터, 폴리카보네이트 같은 열가소성 엔지니어링 플라스틱은 수분 함유량이 높으면 물성에
중대한 영향을 미칩니다. 특히 강도가 약해져 잘 깨어지며 치수변화가 심합니다. 이렇게 수분에 민감한
고분자는 미건조 시 성형 품 표면에 스프레이(spray) 또는 버블(bubble)현상을 막을 수 없습니다. 이러한
현상을 사전에 예방할 수 있는 효과적이고 간편한 수지의 수분 함유량을 측정하는 기기들이 있습니다.
듀폰사의 수분 분석기는 전기 전지의 전도성을 이용하여 수분함유량을 측정합니다. 이러한 수분 분석기는
수분함유량을 측정하며 특히 재생수지의 수분함유량 및 건조기의 기능을 확인할 수 있습니다.
5. 오븐가열 (Oven-Heating)
성형품의 잘 보이지 않는 흠도 간단히 오븐가열에 의해 종종 나타납니다. 가열에 의해 성형품의 물성 및
치수가 변하는데 아크릴(acrylic), 폴리카보네이트(PC)같은 비결정성수지의 경우는 응력의 배향성과 이완
때문입니다. 결정성 수지(나이론, 아세탈, 폴리에스터) 경우의 변화는 수지의 결정화도가 더 높아지기
때문입니다. 두 가지 수지 모두 오븐에 가열하는 것은 고온에서의 부품 사용 시 치수안정성, 휨 현상을
검토하는데 가치가 있으며 이러한 아닐링(annealing)의 필요 유무는 응력 완화 또는 결정화의 가속의
필요성에 따릅니다. 또한 부품의 오븐 가열은 낮은 금형 온도 사용, 낮은 용융온도, 불 균일한 용융 및 응력에
의한 균열을 조절하는데 도움이 됩니다. 더욱더 정밀한 화학시험은 응력에 의한 균열을 방지하는 것이 기능상
중요한 요소일 경우 필요합니다.
오븐가열의 적정온도 및 시간은 열가소성 수지의 종류에 의해 결정되지만 경험상 성형 품은 148℃ 또는
완제품의 최고 사용 온도보다 10℃ 높은 온도에서 적어도 30 분간은 가열해야 합니다. 모든 플라스틱은
열팽창에 의해 가열동안 분명히 치수가 변하므로 가열 전후의 치수를 기록하여야 합니다.
6. 편광타성검사 (Photoelastic Inspection)
위에서 언급한 잔류응력 때문에 실사용 시 종종 실패를 합니다. 이러한 현상은 제품설계(날카로운 모서리,
구멍, 리브 등등)뿐만 아니라 성형 시 충진 불량에 의해서도 발생합니다. 특히 비결정성수지의 얇은 부분에 잘
나타납니다.
투명한 수지 (아크릴, 폴리카보네이트, 폴리스티렌(PS))의 성형 품은 간단한 기술로 응력분포의 정도를 알 수
있습니다. 투명한 성형 품은 편광(극성을 가지고 여과기를 통과한 백광)을 통해 무지개 색의 응력분포를
표시합니다. 응력은 검은색, 회색, 노란색, 빨간색, 녹색의 순으로 증가합니다. 계속되는 빨간색 및
녹색밴드는 응력집중이 매우 높다는 것을 나타냅니다. 또한 불 균일한 색상은 불규칙한 응력분포를
표시합니다. 이러한 응력을 관찰하기 위해서는 수고정 편광기가 편리합니다.
7. 충격강도시험 (Impact Tests)
충격강도는 성형 품에서 가장 많이 요구되는 물성 중 하나이며 명확한 정의가 필요합니다. 충격강도는 우연히
콩크리트 바닥에 떨어뜨렸을 때 견딜 수 있는 정도를 넘어야 합니다. 이를 위해서 강도는 충격에 대해
견디어야 합니다. 성형 품을 파괴시키는 최대에너지는 성형공정을 검사하는데 유용합니다. 여기서 열가소성
엔지니어링 플라스틱의 충격강도시험은 낙구시험 및 진자 충격시험에 한합니다.
성형품의 기하학적 형태에 따라 충격강도 시험 결과는 상당히 차이가 있으며, 어떠한 시험을 선택할 것인가를
제시합니다. 일반적으로 낙구시험은 불규칙하고 경제적이며, 진자 충격시험은 각 시편으로부터 파단 시
에너지를 알 수 있습니다.
잘 알려진 아이조드(Izod), 샤피(Charpy), 인장충격(tensile impact) 시험은 진자 충격시험의 형태입니다.
물론 이러한 시험들은 ASTM 및 기타 규격에 정의된 시편으로 충격강도를 측정합니다. 이런 규격의 원리인
파단 시 에너지 를 성형 된 부품이나 한 부분을 실사용에 적용할 때 제품의 품질 정도를 예상하는데 도움이
됩니다.
- 파단에너지 충격시험(Energy to Break Impact Test) :
ETB 시험은 성형품의 사용 시 충격을 알기 위한 것에만 한해서는 안됩니다. 왜냐하면 성형품의
충격에 대한 민감성은 성형품의 품질에 중대한 영향을 미치기 때문입니다. ETB 는 최종제품 또는
부품의 일부분에 파단 시 흡수되는 전체에너지를 측정하는 것이며, 시험은 진자 충격방식입니다.
진자의 헤드(head)는 진자가 떨어지는 가장 낮은 위치에 고정축 또는 바이스(vice)에 고정되어 있는
시편을 파괴 시킬 수 있을 만큼 충분히 무거워야 합니다. 진자에 의해 시편이 부러지고 올라간 최고
높이를 측정하여 파단 에너지를 알 수 있습니다. 에너지는 설비의 지시계에 인치 또는 푸트 파운드
(inch or foot-pounds)로 표시되며 이 측정치는 빠른 시간에 얻을 수 있습니다.
시행결과에 대한 판정을 위해서는 수치의 통계적 처리 또한 대단히 중요합니다. 충격강도 결과는
항상 약간의 변동사항이 있는데 이는 성형조건의 갑작스러운 변경 또는 대표치로부터 벗어난
수치로부터 경향을 파악 할 수 있습니다. 성형 후 시험 시 간격은 중요하지는 않지만 일관성은 있어야
합니다. 일반적으로 성형 후 1 시간 후가 적당합니다. 충격강도 시험기기는 성형업체에서 성형품의
여러 부위에 사용 가능합니다. 교체 가능한 진자 추, 조절되는 바이스 및 각개 부분의 고정은
다방면의 시험을 가능하게 합니다.
- 작은 부품의 ETB :
손잡이, 스위치, 콘넥터 등과 유사한 부품은 시험기기에 직접 고착 시킬 수 있습니다. 복잡한 형태의
부품에 충격을 가하는 위치는 시험결과에 영향을 주므로 일정해야 합니다. 이와 다른 경우에
사용자의 요구에 의해 부품의 일부분만 중요하다면 충격을 받는 부분은 고정 축 바로 위에 위치해야
합니다. 성형업체에서는 매 시험마다 성형 품이 견고하게 고정되어 있는지를 확인하고 정기적으로
고정부위를 검사해야 합니다.
- 큰 부품의 ETB :
덮개(shrouds), 하우징(housing), 자동차 몸체 부품 또는 이와 유사한 큰 성형 품은 1 차 런너의
끝에 충격 강도 탭(tab)을 설계합니다. 적절하게 설계한 게이트와 함께 탭은 성형 품과 거의 같은
조건으로 충진 되며 비교적 정확한 ETB 수치를 얻을 수 있습니다. 충격 탭은 플로우 탭(flow tab)과
마찬가지로 런너의 편리한 부분에 위치하면 됩니다. 이 방법은 성형 품으로부터 직접 시편을
떼어내므로 제품으로부터 시편 절삭의 수고를 덜어줍니다. 이 탭은 충격강도기기에 고정되어 좁은
부위를 가격하게 됩니다. 다시 강조하지만 가격 부위는 매 시험마다 일관성이 있어야 합니다.
- ETB 탭 설계 (Tab Design) :
탭의 길이 및 폭은 금형의 여유공간에 의존합니다. 탭의 두께는 성형품의 벽두께와 똑같아야 합니다.
경험에 의하면 탭의 폭은 제품두께의 2~4배, 길이는 5~7.5㎝정도가 충격시험기기에 고정하기가
좋습니다. 탭의 게이트는 앤드게이트(endgate)를 사용해야 하며 사각게이트인 경우 게이트 두께는
탭 두께의 50%, 게이트 폭은 탭 두께의 1.5~2배 정도가 추천합니다.
8. 최종사용시험 (End-Use Testing)
성형업체를 제품반환으로부터 보호하기 위해서는 설계를 잘해야 하며 가능하다면 부품의 작동 시 최종상태와
중복되는 기능시험이 좋습니다. 기능시험은 일반적으로 동적이며 주기시험, 접촉시험 및 반 조립 시
상호작용시험을 포함시켜야 합니다.
또한 시험은 실사용 시 발생하는 조건 외에 하중, 속도, 온도에 관해서도 실시해야 합니다. 예를 들면 전기
콘넥터는 평상조건보다 빠른 속도 및 큰 힘으로 연결하는 시험을 해야 합니다.
때때로 성형업체에 주어진 최종 사용보증을 위해서 설비를 공급하기도 합니다. 결국 성형업체와 사용자는
고품질의 제품을 위해 상호 협동하여야 합니다.
최종사용시험의 단점은 인력부족, 설비비(사용자가 공급하지 않는 경우), 기계조작의 미숙 및 가공 조건을
조절하는데 사용되는 데이터의 부족 등입니다.
그러나 앞에서 언급한 시험들을 제외하지 않는다면 최종사용시험은 완전한 품질보증계획의 마지막
단계입니다.
통계적 고려(Statistical Considerations)
어떤 형태의 품질 시험일지라도 만들어진 데이터는 마찬가지입니다. 결과의 형태는 성형 품 결점의 원인인
가장 큰 문제점들을 성형업체가 해결해야 합니다.
부품에 적용되는 시험이 비현실적이며 비경제적이면 부품의 기능을 약간 변경해야 합니다.
통계는 데이터에 의해서만 확실한 결론을 내릴 수 있습니다. 확률에 의한 샘플링은 양이 많고 작은 제품을
평가하는데 사용됩니다. 샘플 크기가 품목 크기로 지정되고 위험부담이 적다면 ASTM 규격 절차에 따르면
됩니다.
장기적인 시험결과 도표작성은 부품기능의 경향을 알 수 있습니다.
다음과 같이 간단한 단계에 의하여:
1 최소한 20 개의 샘플을 측정하여 5 개의 그룹으로 나누어 기록합니다.
2 각 그룹의 수치를 합산한 값에 0.2 를 곱하여 각 그룹의 그룹평균을 구합니다.
3 모든 그룹의 평균치를 합산한 후 그룹수로 나누어서 관리도표(X)의 중심선을 구합니다.
4 각 그룹에서 가장 큰 수치에서 작은 수치를 감산하여 범위를 설정합니다.
5 각 그룹의 범위를 합산하고 그룹수로 나누어서 평균범위(R)를 구합니다.
6 평균 범위(R)에 0.577 을 곱합니다.
7 6번 단계에서 얻은 수치와 X 를 합산하여 상한조절선을 결정합니다.
8 6번 단계에서 얻은 수치를 X 에 감산하여 하한 조절선을 결정합니다.
다른 간단한 방법은 관리도표를 이용하는 것입니다. 위의 절차 및 도표는 정기적으로 채택하여 계속
도표작성을 하시면 부품 기능의 방향을 알 수 있으며 또한 제한선을 벗어난 점들을 관찰함으로써
사전예방조치를 할 수 있습니다.
도표의 관리 경계선은 계산하여 구할 수 있습니다. 그림에서 5 개의 시험결과가 상한/ 하한선상에 있는데 이는
양질의 품질을 표시합니다. 관리도표의 시험 데이터 빈번 도를 증가하여 보강해야 하며 시험은 장기간
실행해야 합니다.
시험결과의 점들이 경계선을 이탈했을 경우 성형조건을 변경해야 하며 기타 필요한 행동이 요구된다는 것을
명백히 알 수 있습니다.
여기서 시험빈도는 경험에서 의해 결정됩니다. : 불규칙한 점은 시험의 빈도수의 필요성을 의미하고
중심선에 가까운 점들은 시험빈도수를 줄여도 된다는 것을 나타냅니다.
관리도표를 효과적으로 사용하는 열쇠는 단지 주어진 사용자 규격을 인식하고 불필요한 물성의 검사를
피하는 것입니다.
유리섬유강화 PET 수지의 올바른 성형안내
유리섬유강화 PET 수지는 많은 사출업체에 아직도 생소한 재질이며, 많은 사출업체들이 처음으로 PET
수지를 사용하고 있습니다.
PET 수지를 사용하는 업체는 균일한 성형성이나 제품을 원할 경우, PBT 나 나일론과 같은 일반 엔지니어링
플라스틱의 성형시보다 더욱 많은 주의를 기울여야 합니다.
건조된 재료를 사용하십시오
다른 많은 엔지니어링 플라스틱과 마찬가지로 PET 수지도 수분을 흡수합니다. 매우 적은 양의 수분을 흡수할
경우라도 사출중에 가수분해가 일어나고 분자량이 감소하게 됩니다. 분자량이 감소하게 되면 충격강도와
강성이 떨어지고 유동성이 증가하여 바리(flash)가 발생하며 제품과 런너의 이형이 어렵게 되고 노즐에서
수지가 흘러내리는 현상(Drooling)이 발생합니다.
PET 수지는 어떠한 흡습성 수지보다 더 수분에 민감하여 분해가 잘 일어납니다. 이를 방지하기 위한 몇가지
주의사항은 다음과 같습니다. 방습용 백이나 상자에 포장되어 공급되는 신재라도 성형전에는 항상
건조시켜야 합니다. 재생재나 이미 개봉된 신재는 더욱 많은 수분을 함유하고 있으므로 건조시간을 더 길게
할 필요가 있습니다.
용융상태에서 과도한 가수분해를 방지하기 위해 사출기에 투입되는 PET 수지의 수분함량이 0.02%를
초과해서는 안되며 오직 제습식 건조기만이 이 수준의 수분함류량까지 낮출 수 있습니다. 일반적인 제습식
건조식의 작동조건은 표 1 에 나타나 있습니다. 주어진 풍속에서 최대의 건조효율을 얻기 위해 135℃ 온도의
공기를 투입할 수 있는 장비를 갖추는 것이 바람직합니다.
잘 선택되고 제대로 작동하는 건조기를 갖추고 있을 경우 호퍼내 체류시간은 다음으로 중요한 사항입니다.
충분한 체류시간을 갖도록 하기 위해 호퍼크기를 결정하고, 수지의 투입량을 조절해야 합니다. 금방
개봉됐거나 또는 저장해 뒀던 재료의 각각의 다른 건조온도에서의 건조시간은 그림 1 에 나타나 있습니다.
신재와 재생재 및 기타 농축물 첨가제는 건조전에 잘 혼합하고, 가장 흡습을 많이 하는 것을 기준으로
건조시간을 결정해야 합니다. 그외에도 농축물 첨가제의 용융점이나 연화점도 호퍼 내에서의 가교 현상이나
서로 달라붙는 것을 방지하기 위해 고려 되어야 합니다.
그림 1. 0.02%의 수분함유량을 위한 표 1.PET 수지의 적정건조 조건
PET 의 건조시간
-공기온도 135℃
-이슬점 -18℃이하
-공기유속3.0~3.7㎡/hr
(수지 kg/hr 통과시)
-건조시간(135℃)
신재
재생재
2 시간
4 시간(최고 6 시간)
*기타 온도범위는 그림 1참조
너무 과도하게 건조하지 마십시오
PET 수지의 충분한 건조가 재질의 물성 및 성형성에 필수적이긴 하지만 과도한 건조는 피해야 합니다.
그림 1 에는 수지를 107℃에서 16 시간동안 건조해도 되지만 135℃에서는 6 시간 이상 건조해서는 안된다는
것을 보여주고 있습니다. 고온에서의 과도한 건조시간은 첨가제의 증발 및 손실과 표면 산화를 초래하며
고분자의 열분해가 일어나게 됩니다. 첨가제의 손실은 성형 싸이클 타임을 길게 하며 ,산화로 인한 수지의
변색을 가져옵니다.
열분해의 결과는 가수분해의 결과와 같으며 물성의 손실과 수지가 달라붙는 현상(sti-cking)과 같은 성형상의
문제를 일으키게 됩니다.
PET 수지의 모든 품질 및 성형상의 문제점들중 60%가 부적절한 건조에 의해 발생되고 있습니다. 주의깊게
관찰해야 할 건조조건은 이슬점(dewpoint), 유입공기의 온도, 풍량 및 호퍼내의 수지 양입니다.
양호한 용융수지 상태의 유지
용융 상태에서의 고분자의 분해는 가수분해와 열분해에 의해서 일어납니다. 모든 열가소성 수지는 어느
정도의 열분해가 일어나며 이런 반응은 주로 두 가지 요인 즉, 배럴내의 온도 및 체류시간에 따라 결정됩니다.
용융온도는 균일한 용융수지의 품질과 또한 금형내에 적절히 수지를 채우기 위해 가능한 낮추는 것이
좋습니다. 양호한 용융수지의 품질은 일정한 온도에서 분해없이 균일하게 용융된 수지를 말합니다.
여러 가지 표 2 에 나타나 있습니다. 종전에는 유리섬유강화 수지를 사출성형하는데 있어 빠른 시간내에
수지를 용융시키기 위해 배럴의 후반부 온도를 높였습니다. 그러나 표면외관 및 강도와 강성을 높이기 위해
실린더 온도를 낮추어 수지가 과도하게 열을 받는 것을 피해야 합니다.
그림 2. 일정한 수지의 용융온도를 위한 실린더온도
표 2.PET 의 용융수지온도
수지종류 온도범위,℃최고온도
6 분, ℃
-일반용 282~298 304
-칫수안정용 282~298 304
-난연용 271~287 293
-충격용 271~287 293
적절한 온도설정은 그림 2 에 나타난 대로 1 회 사출량(토출량) 및 배럴내 체류시간과 용융수지온도에 따라
결정해야 합니다. 예를 들어 최대 토출량의 80%만 필요한 제품에 대해서는 실린더의 온도를 후반부는 높게
전반부는 낮게 설정합니다.. 이럴 경우 고온의 후반부에서는 스크류가 후퇴하면서 수지가 앞으로 이동될 때
추가로 필요한 열을 공급할 수 있습니다.
그러나 만약 최대 토출량의 20%만이 사용될 경우 후반부 온도를 낮게 설정하여도 수지의 용융에 필요한 열은
스크류 회전에 의한 기계적 힘(에너지)으로 공급되고 열분해를 최소화할 수 있습니다. 그림에 나타난
온도설정 방법은 대부분의 사출기에 적용할 수 있지만 스크류 형태, RPM,또는 다른 기타 요인에 의해
배럴온도의 설정을 변경시킬 수 있습니다. 그러나 원하는 용융수지온도를 얻기 위해 배럴온도의 분포는
그대로 유지하는게 좋습니다.
체류시간의 최소화
실린더온도 및 용융수지온도를 적절히 설정한 후 토출량(Shot Size)은 체류시간을 최소화하기 위해 배럴의
용량에 따라 올바르게 설정해야 합니다. 그림 3 에는 체류시간과 수분율이 충격강도에 어떠한 영향을
미치는가에 대해 나타나 있습니다. 그림에서 나타난 바와 같이 수지가 적절히 건조된 경우라 하더라도 사출기
배럴의 용량 선택이 필요한 물성을 얻는데 있어 얼마만큼 중요한가를 알 수 있습니다.
배럴내 체류시간은 각각의 금형에 대해 측정돼야 하는데 그 이유는 용융수지의 안정성이 시간과 온도에
영향을 받기 때문입니다. 수지체류시간을 손쉽게 측정하는 방법으로 자연색의 수지에 안료를 넣어 측정하는
방법이 있습니다. 즉 다른 색상의 수지 펠렛을 몇 개 집어 넣은 후 제품에 섞여 나올 때까지의 사출횟수 또는
시간을 측정하면 됩니다. 이러한 결과와 그림 4 를 이용하여 주어진 싸이클 타임에서 최대로 가능한
용융수지온도를 결정할 수 있습니다. 체류시간이 너무 초과되어 수지의 분해가 일어나 작업이 곤란할 때는
실린더를 청소하고 신재로 다시 작업해야 합니다.
잘 설계된 런너레스 금형으로는 PET 수지의 성형에 문제가 없으나, 런너레스 금형이나 연장 핫노즐을 사용할
때는 고온에서의 체류시간이 길어지게 되므로 주의를 기울여야 합니다. 특히 난연 그레이드나 충격강화
그레이드사용시 주의가 요망됩니다.
그림 3.30%유리섬유강화된 PET 수지의 수분함유율과
체류시간이 충격강도에 미치는 영향
그림 4.PET 수지의 성형범위
사출기의 보수 유지
사출기의 각 부분 - 호퍼, 배럴, 스크류, 체크링, 어댑터 및 노즐은 용융수지의 품질에 직접적인 영향을
줍니다. 수지의 적절한 가소화를 위해 사출기의 각 부품은 최적의 조건에 맞춰져야 합니다. 적절히 보수유지
되지 않는 사출기는 열에 의한 영향으로 수지의 분해와 관련된 여러 가지 문제점들, 즉, 검은 반점,
스트리이크(Streak)수지의 불균일성 및 분자량의 감소로 야기되는 문제점과 유사한 문제점들을
발생시킵니다.
사출기를 올바르게 조립, 기계가공, 또는 보수유지를 안 할 경우 성형시 재료가 정체 됩니다. 노즐, 어댑터 및
체크링은 꼭 맞게 조립이 어렵고 마모가 잘되며 표면의 부식이 잘 일어나는 대표적인 정체 장소입니다.
이러한 장소에서는 정체된 수지의 분해가 촉진되며 사출장비의 부식을 일으키고, 가속화시키게 됩니다.
이러한 문제점들은 정체장소에 대한 정기적인 점검 없이는 미리 예측하기 어렵습니다.
금형온도의 중요성
용융수지의 가수분해 및 열분해를 방지하는 것 다음으로 중요한 단계는 금형내에서 수지의 최대 결정화도를
얻어내는 것입니다.
효과적인 PET 의 사출은 결정화도의 조절 및 용융수지의 냉각시 어떻게 고분자 사슬이 질서있게
배열하느냐에 따라 좌우됩니다. 높은 결정화도을 가진 제품은 쉽게 이형되며 표면 광택이 우수하고, 최고의
강도 및 열안정성, 치수안정성과 내화학성을 갖게 됩니다.
PET 수지는 오랜시간 동안 고온에서 냉각될 경우 더욱 완전한 결정화가 이루어집니다. 그러나 다른 많은
결정성수지와 비교해볼 때 일반 비강화 PET 수지는 낮은 유동성을 갖고 있고 따라서 높은 결정화도를 얻기
위해서는 용융점에 가까운 온도에서 결정화가 일어나야 합니다. PET 수지는 낮은 금형온도에서도 빠른
결정화가 일어나며 따라서 다른 열가소성 수지와 같은 금형온도에서 성형될 수 있습니다.
그러나 금형온도가 수지의 유리 전이온도(Tg)에 가깝게 되면 결정화 속도가 낮아져 성형이 어렵게 되는
온도영역이 있습니다. 반 결정성 수지인 PET 의 Tg 는 고체상태의 수지를 가열함에 따라 비결정성 부분이
연화되는 온도를 말합니다. Tg 에 가까운 온도에서 용융수지가 냉각될 때는 고분자의 유동성이 떨어져 결정화
속도가 매우 느려지게 됩니다.
결정화도의 중요성
우수한 성능을 가진 제품은 적절한 특성을 갖기 위해 높은 결정화도가 필요합니다. 이러한 제품을 경제적으로
생산하기 위해서는 가능한 단시간 내 최고의 결정화도를 얻어내야 합니다.
개량된 PET 수지의 성형에 있어 금형표면 온도에 의해 구분되는 3 가지 일반적인 영역이 있습니다.
영역 1 : 고결정화도의 제품을 생산키 위한 Tg이상의 온도
영역 2 : Tg부근
영역 3 : 제품이 비결정성 표면을 갖게 되는 Tg이하의 온도.
제품의 결정화온도는 최소 싸이클 타임을 결정하는 세가지 요인 즉, 강성, 금형표면에 대한 수지의 접착력 및
수축율에 영향을 줍니다. 금형 캐비티 온도와 제품두께에 의해 결정되는 제품의 냉각속도는 결정화 속도를
좌우하며 따라서 싸이클타임에 영향을 줍니다.
열가소성 수지의 강성은 온도에 의해 결정됩니다. 그림 5 는 각각 다른 결정화도에서 PET 수지의 이러한
온도의존성을 보여주고 있습니다. 낮은 결정화도의 제품이 67℃에서 강성이 급격히 떨어지는 지점은
유리전이온도의 영역을 나타냅니다.
용융수지가 Tg훨씬 이상의 금형온도에서 냉각될 때에는 Tg 부근에서 냉각될 때보다 더욱 많은 결정화가
일어나고 높은 강성을 갖게 됩니다. 높은 강성을 갖게 되면 제품을 변형없이 쉽고 빠르게 이형할 수 있으며 실
사용시에 높은 내열성을 갖게 됩니다.
그림 5.결정화도에 따른 상승온도에서의 굴곡탄성율
제품이 금형에 달라붙는 이유
금형 캐비티내에서 PET 수지가 달라붙는 것은 표면의 결정화와 관계가 있습니다. 만약 캐비티 온도가 Tg
근처까지 감소하면 제품 표면에서의 고분자와 유동성이 떨어져 PET 수지는 액체상태나 또는 Tg 온도
이상에서 비결정성 상태가 됩니다. 액체 상태의 이러한 표면의 일부분은 끈적끈적 해지며 금형으로부터의
이형을 어렵게 만듭니다.
수축은 Tg근처에서 제품에 중요한 요인인데 그 이유는 금형내 수축이 이형의 역할을 하기 때문입니다. 고
수축은 캐비티로부터의 이형을 쉽게 하고 저수축은 코아로부터의 이형성을 향상시킵니다. 이러한 기본개념과
금형의 형태 및 유리전이온도(Tg)의 관계를 명확히 이해하시면 이형에 문제점들이 없습니다.
예를 들어 가장 어려운 형태는 표면내 부피의 비율이 큰 하우징이나 여러개의 코아를 갖고 있는 경우 또는
넉아웃 핀을 사용하며 낮은 빼기 구배를 가진 금형들입니다. 그러나 평평하고 또한 코아핀이 없으며 표면대
부피의 비가 작은 형태는 유리전이 온도에서도 이형이 쉽게 됩니다.
제품이 쉽게 이형될 수 있는 경우라도 가끔 씩 너무 큰 스프루나 런너의 접착 때문에 싸이클 타임이 길어지게
됩니다. 이러한 현상은 PBT와 같이 점도가 높은 수지를 위해 설계된 금형에 PET 수지를 사용할 때 생기는
현상입니다. 두께가 얇은 제품은 쉽게 이형되지만 두꺼운 스프루나 런너는 천천히 냉각되기 때문에 필요한
충분한 냉각시간을 가질수 없게 됩니다. PET 는 우수한 유동성을 갖고 있으므로 스프루나 런너의 직경을
줄이거나 스프루풀러(puller)의 디자인을 개량하면 문제를 해결할 수 있으며 재생재를 줄일 수 있습니다.
만약 제품이 유리전이온도에서 성형되어 잘 떨어지지 않거나 변형되면 금형온도를 변경해야 합니다.
금형온도를 낮추는 것은 이러한 문제가 발생할 때 일반적으로 많이 사용하는 방법이긴 하나 너무 자주
사용하게되면 미충진, 표면불량 또는 칫수 불안정성과 같은 다른 문제를 일으키게 됩니다. 반면에 높은
금형온도는 적절한 싸이클 타임에서 고광택의 결정화된 제품 생산이 용이합니다.
냉각속도의 결정 요인
결정화도는 가공성 및 사용상의 물성을 좌우하며 냉각속도는 결정화도를 조절합니다. 냉각속도에 있어
중요한 요인은 금형 온도. 제품의 두께, 용융수지온도 입니다.
다행히 이러한 문제는 쉽게 해결될 수 있습니다. PET 수지의 결정화도를 조절하는 실제적인 가이드라인은
금형온도 및 제품두께에 달려 있습니다. 표 3 에는 이러한 두가지 변수와 예상되는 사출 결과에 따른 세가지의
금형온도 영역이 구분되어 있습니다.
1/8 인치 두께의 제품에 대해 적절한 결정화는 99℃나 그 이상의 온도에서 일어나고 1/8 인치 이하에서는
높은 표면 대 부피의 비율로 인해 용융수지가 급속히 냉각되므로 높은 금형온도가 요구됩니다. 0.030 인치와
0.030 인치 두께의 제품에 대해서는 각각 104℃와 110℃ 의 금형온도가 요구됩니다. 두꺼운 제품의 경우
약각 저온에서도 가능합니다. 즉 0.250 인치에 대해 87℃. PET 수지의 내충격 또는 고생산성 그레이드는 1/8
인치 두께의 경우 85℃의 금형온도에서 완전하게 결정화됩니다.
열전달 효과
금형내 열전달은 금형 캐비티 표면의 온도를 결정하며, 결정화도에 영향을 주게 됩니다. 여러 가지 요인이
열전달에 상호 연관되어 작용합니다. : 즉, 용융수지온도, 싸이클타임 및 금형설계.
용융수지온도를 높이거나 싸이클타임을 줄이는 것 모두 금형의 열제거의 부담을 증가시키게 됩니다. 냉각수
회로의 위치나 열전달 매체의 종류와 같은 냉각시스템의 설계가 열전달 효율을 결정하게 됩니다. 예를들어
오일의 열전도도는 물에 비해 낮으며 코아는 캐비티 보다 비효율적으로(느리게) 냉각됩니다.
스타트-업 할 때 어떤 금형의 경우 작동시키기 어려운데 그 이유는 금형표면이 충분히 뜨겁지 못하기
때문입니다. (PET 수지의 유리전이도에 너무 가까운 경우);그럴 경우는 몇번 싸이클을 작동하여 열이 금형에
충분히 전달된 후 온도조절기의 조절스위치를 작동해야 합니다. 이러한 표면 온도의 증가는 온도조절기가
열전달 매체의 온도를 조절할 뿐 금형자체의 온도는 조절하지 못하기 때문입니다. 따라서 설정온도는
금형온도에 대한 가이드라인 일뿐이며 캐비티 표면의 실제 온도는 표면 온도측정기로만이 측정가능합니다.
고려해야 할 제품의 물성
저 결정화도를 갖고있는 성형제품은 장기간 사용시 불리한 점이 있긴 하지만 합격품으로 받아들여지거나,
심지어 어떤 경우는 추천되기도 합니다. 표 3 에 나타난 바와같이 인장강도는 결정화도가 낮을 경우 약간
감소하지만 내충격성은 1/16 인치 두께에서 크게 증가할 수 있습니다. 이러한 물성들은 결정화도에 의존하며
특수하게 개량된 PET 컴파운드(라이나이트 HP 그레이드)는 일반 그레이드보다 약 14℃ 낮은 온도에서
이러한 변화를 보여줍니다.
표 3.금형온도 및 결정화도에 따른 물성변화
재질 금형온도℃ 결정화도%인장강도
kg/㎠신율%
노치없는
충격강도
kg.cm/cm
30%유리섬유
48 90.5 1337 2.1 96.2
85 94.7 1389 2.0 86.7
104 100 1442 2.1 71.2
15%유리섬유 48 89.9 868 3.8 101.2
충격용 85 100 903 4.0 87.3
고생산용 104 100 903 3.9 85.6
금형온도가 65℃이하인 경우에는 수축률이 낮고 금형 밖에 나왔을 때의 강성이 높아 이형하기 쉽습니다.
두꺼운 제품은 표면이 대부분 비결정성 부분이지만 내부는 결정성을 갖습니다. 제품의 표면은 사출속도,
금형온도, 제품두께 및 금형표면의 사상정도에 따라 거치른 것부터 광택을 가진 것까지 가능합니다.
그러나 저온 금형이 사출성형사의 어려움이나 칫수문제를 해결할 수 있는 방법의 전부는 아닙니다.
저온금형에서 만들어진 제품은 후결정화가 계속되며 후수축이 일어나고 또한 제품의 두께나 리브, 또는
비등방성과 같은 설계기준에 따라 사용온도 상승시 휨현상이 일어나므로 고온에서의 사용은 부적합합니다.
48℃에서 성형된 3×5×1/16 인치크기의 판을 어닐링하면 후수축이 일어나고 그림 6 에서 보이는 바와 같이
고온금형에서 성형된 것보다 휨현상이 심합니다. 이러한 변화는 사용온도에 따라 증가합니다.
표면의 균열(Surface Crazing)은 비결정성의 제품 표면이 솔벤트에 노출될 때 발생할수 있습니다. 솔벤트는
제품 표면을 공격하기도 하고 동시에 결정화시키기도 합니다. 이런 것은 백화현상의 원인이 되기도 하며
스트레스 크래킹(Stress Cracking)을 유발시킵니다.
용융수지의 품질
모든 고분자는 고온에서 작업될 때 가수분해되거나 열분해 될 수 있다. 이러한 수지의 분해의 결과가
스프레이 마크나, 분해에 따른 분자량의 감소로 인해 모든 물성이 영향을 받게 되며 특히 기계적 물성을 높게
유지하려면 사출성형기의 조건을 정밀하게 콘트롤하여야 할뿐 아니라 용융수지의 품질을 일정하게
유지하여야 한다.
용융수지의 품질은 작업온도에서 용융수지의 균일성 및 균질성으로 정의되며, 수지의 열적 및 성형조건과
직접적인 관계가 있다. 수지는 본질적으로 단열성이 있기 때문에. 성형기의 눈금이 일정하게 유지되더라도
수지내의 온도편차가 40-50℃ 정도나 변동되는 경우가 적지 않다. 이러한 경우는. 심지어 한쪽에서는
분해가 일어나며 다른쪽에서는 미용융상태가 생길 수도 있다. 이 경우는 당연히 기계적 물성이 떨어지는
불량품이(그림 1) 생산된다. 불량한 품질의 용융수지는 또한 충진문제. 표면불량. 변색 및 플래쉬(바리)를
발생시킬 수 있다.
그림 1
기계의 셋팅을 조절하여 평균용융수지 온도 및 금형온도를 쉽게 조절할 수 있다. 그러나 용융수지의 품질은
기계의 셋팅만으로는 관리될 수 없고. 사출조건과 사출기 설계의 복합적인 결과로서 관리되어야 한다.
여기서는 고품질의 성형품을 얻기 위한 필수조건인 용융수지의 품질을 얻기 위하여 관리해야할 사출조건 및
사출기 설계요인들을 설명하고자 한다.
사출성형기 설계 및 보수는 품질관리의 결정적인 요소이다. 수지의 취급,보관 및 건조 또한 품질에 상당한
영향을 주는 중요한 인자이다.
1.사출기
1) 호퍼 투입구
호퍼투입구의 온도와 호퍼의 냉각시스템은 거의 무관심하게 지나치거나 중요하지 않은
요소로 간주되곤 한다. 호퍼투입구의 온도는 단지 수지가 엉겨서 막히는 것만 방지할 정도면
충분하다고 여겨지고 있다. 그러나 실제로 수지가 사출성형기와 처음으로 접촉하는 곳도
호퍼이고. 품질관리가 시작되는 곳도 바로 사출성형기의 호퍼부터이다.
호퍼 투입구는 수지정체가 발생되지 않도록(그림 2) 설계되어야 한다. 수지정체 장소에서는
수지, 수지가루, 안료, 윤활제 또는 기타 첨가제가 정체될 수 있다. 예를 들면 수지 또는 수지
덩어리가 한덩어리씩 투입이 되면 수지의 토출량이 흔들리고, 스크류 후진시간이 변하며
따라서 용융수지의 품질이 영향을 받게 된다.
호퍼투입구의 냉각 시스템은 종종 위치가 잘못 선택되어 냉각효율이 떨어지는 수가 있다.(
그림 3A) 결과적으로 호퍼투입구의 온도가 100℃ 이상으로 올라가 호퍼투입구 아랫부분의
수지 알맹이가 연화되고 스크류에 도달했을 때는 이미 끈적끈적해져 버린다. 이러한 이유로
수지가 뭉쳐지거나 스크류에 달라붙게 되어 매 쇼트마다 토출량의 변화를 주거나. 스크류
후퇴시간의 변동을 초래해 용융수지의 품질에 영향을 주게 된다. 또한 호퍼 투입구의 온도가
너무 낮으면 대기중의 수분이 응축되어 수지의 가수분해, 거품발생 또는 스프레이 같은
성형상의 분제를 발생시킨다.
그림 3. 호퍼투입구의 냉각
2)실린더
사출기 실린더의열적 관성은 중요한 변수이며, 적당하 두께(50mm 직경 스크류으 경우 40~50mm)의
실린더와 온드 콘트롤 장치를 가짐으로써 최적화할 수 있다.
실린더 벽이 너무 얇으면 열적관성이 너무 낮아 히터밴드의 최고온도, 성형사이클의 중단 빛 주변환경의
변화에 매우 민감하게 된다. 따라서 실린더 온도와 용융수지 온도가 흔들리게 된다(그림 1)실린더 벽이 너무
두꺼우면 가열하는데 시간이 오래 걸리고 온도 평형에 도달하는데 또한 시간이 걸린다.
실린더 히터밴드는 정밀한 온도관리에 중요하며 잘맞는 열전대와 단단히 조정되어야 한다. 또한 실린더의
온도 공차가 너무 커도 안된다.
3)스크류
양호한 용융수지의 품질은 수지의 균일한 가소화에 의해서만 성취될 수 있다. 어떤 스크류가 생산할 수 있는
고품질 용융수지의 량은 스크류 설계, 수지의 열적 유동학적 거동, 그리고 성형조건 등에 좌우된다.
사출기에서 수지를 작업온도까지 가열하는 에너지는 실린더로부터의 열전도와 스크류가 수지에 가하는
전단력에 의해 발생되는 열로 구성된다.
전도열은 수지의 열전도율에 의해 제한된다. 따라서 실린더 온도는 수지의 열전도율에 제한되며 그 과정 또한
매우 느리다.
스크류에 의한 전단열은 수지의 점도와 전단속도에 의해 좌우된다. 비결정성 수지는 온도에 따라 점도가
점진적으로 변하고 작업온도에서의 점도가 높으므로 결정성수지에 비해 상대적으로 전단력이 덜 필요하며
날개 깊이가 깊은 스크류가 사용된다. 결정성수지는 이와 반대로 용융점에서 급격히 점도가 떨어진다. 충분한
전단열을 발생시키기 위해 많이 마찰을 시켜야 하며 따라서 계량부의 깊이가 얕은 스크류가 사용된다. 수지를
용융시켜야 하며 따라서 계량부의 깊이가 얕은 스크류가 사용된다. 수지를 용융시키기 위한 에너지는
온도상승에 필요한 열(비열)과 결정구조를 파괴하기 위한 열(용해열: 비결성 수지의 경우는 0)의 합계이다.
이러한 이유로 인해. 또한 최대 생산량으로 최선의 용융수지 품질을 성취하기 위해 스크류 설계는 수지의
타입별로 구별되어 사용해야 한다.
모든 스크류 칫수, 예를 들면 압축비, L/D 비율은 중요하다. 그러나 계량부의 깊이가 스크류설계에서 가장
중요한 값일 것이다.
그림 4. 고품질 용융수지의 생산
A. 양호한 설계의 스크류
B. 너무 깊은 스크류
C. 너무 얕은 스크류
계량부가 너무 깊은 스크류(그림 4 의 스크류 B)는 균일한 용융수지를 얻기 위한 충분한 전단력을 발생시키지
못하여 성형품에 미용융 입자를 남기기도 한다. 성형사이클이 짧은 경우는 이 현상이 더욱 심해진다. 실린더
온도를 조절해서 이 문제를 감소시킬수 있으나, 이 방법은 품질을 희생하는 첫걸음이다.
반대로, 스크류의 계량부 깊이가 너무 얕을 경우(그림 4 의 스크류 C), 과도한 전단력이 수지에 가해져
분자구조의 일부까지 파괴하게 된다.
4)체크링(백 홀로우 밸브)
체크링은 잘 설계되고 보수 유지되어야 한다. 체크링이 열렸을 경우 수지의 자유로운 흐름에 저항이 없어야
한다. 수지흐름에 저항이 있을 경우 스크류 후퇴시간이 지연된다.
5)노즐
노즐은 기계적 작용이 없으며, 강철과 접촉면에서는 수지흐름 속도가 제로가 되는 사출기의 한 부품이다.
이러한 이유로 인해 노즐이 양호하게 설계되지 않고, 온도 콘트롤이 제 위치에 있지 못하면(그림 5A와 B),
노즐막힘을 방지하기 위해 수지온도를 과도하게 올려야 한다. 따라서 수지의 분해로 인한 스프레이, 변색된
수지흐름선과 검은 반점이 국부적으로 발생된다.
일부분의 온도가 너무 낮으면 노즐내에 고화된 표층이 형성된다. 이 고화된 표층이 어느 단계에서 사출되면
표면 불량이 발생한다. 이러한 현상의 치료법은 적절한 노즐의 설계 및 가열장치의 적정 위치 배치이다(그림
5). 노즐의 기능은 용융수지를 전달하는데 있다. 노즐의 팁은 사출기에서 생성된 용융수지와 스프루의
고화된 수지의 변환점이다. 노즐 팁은 밸브 작용을 하도록 설계되어 있으며 수지가 항상 자유로이 흐를수
있도록 열려있어야 하나, 과도한 열은 수지를 분해시킨다.
또한 노즐 팁 온도가 너무 낮으면 고화된 덩어리가 사출되어 성형품의 물성을 떨어뜨리거나, 심한 경우
노즐이 막히기도 한다.
단면적이 작고, 금형과 직접 접촉하고 있기 때문에 노즐 팁은 열을 더 많이 필요로 한다. 반면에 노즐 바디는
실린더와 접촉하고 있고,단면적이 크므로 열을 거의 필요로 하지 않는다. 그래서 노즐 부위는 별도로
온도관리를 해야한다(그림 5C). 노즐의 길이가 너무 짧으면 실린더의 영향으로 노즐 온도관리가 어려워진다.
노즐은 일반적으로 골치거리로 여겨지나, 종종 성형품의 품질문제가 이곳에서 좌우된다.
그림 5. 노즐온도 관리
A.B : 불량한 설계 C : 추천되는 설계
2.실린더 온도관리
수지입자가 호퍼에서 금형의 캐비티까지 이동하는 시간이 “수지 체류 시간” 이다. 수지체류시간은 스크류
칫수와 설계, 성형사이클 그리고 토촐량과의 함수이다. 수지체류 시간동안 수지는 분해될수 있다. 따라서
적당한 크기의 실린더와 실린더 온도구배를 선택하여 수지의 분해와 용융수지의 불균일성을 최소화시키는
것이 중요하다.
수지체류 시간은 간단히 안료를 투입해서 측정해보거나 또는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있다.
최대 사출 스트로크
수지 체류시간= ------------------- × 2 × 성형사이클
실제 사출 스트로크
실린더 용량은 사출기의 칫수와 설계에 의해 결정된다. 일반적으로 실린더 용량은 최대 토출용량의 2배가
된다.
일정한 성형사이클에서 실린더 용량을 알게되면 수지가 얼마만큼의 시간동안 열을 받게 되는가 알 수 있다.
수지체류시간이 너무 길면 수지를 분해시킬 수 있다. 그러나 수지체류 시간이 너무 짧고 실린더 온도가
부적절하며 또한 스크류 계량부가 너무 깊으면 용융상태가 불균일해지고 심지어는 미용융상태가 발생할 수
있다.
이러한 이유 때문에. 필요할 때에만 수지가 열을 받고 가급적 적게 열을 받도록 실린더 온도를 관리하는 것이
좋다. 하나의 가이드라인으로서 표지에 있는 도표에 따라 온도 셋팅을 하는 것이 좋다.
그러나 실제적용시에는 수지종류, 스크류 설계등의 변수가 있으므로 표지 도표를 수정하여 적용해야 한다.
엔지니어링 플라스틱은 점점 더 높은 물성 및 화학적, 전기적 특성을 갖는 고기능 제품으로의 개발이
진행되는 추세이며 이러한 고기능 제품으로의 개발이 진행되는 추세이며 이러한 고기능 수지는 첨가제의
중량에 의하여 더욱더 분해에 민감해질 것이다. 따라서 앞으로 엔지니어링 플라스틱의 성형은 더욱
품질관리에 노력을 기울여야 할 것이다.
아세탈 성형시의 냄새 발생
수 많은 플라스틱 성형업자들이 경험하는 문제중의 하나가 아세탈(또는 POM)수지 성형시에 자주 발생되는
냄새 문제이다. 어떤 이는 이 현상을 수지선택의 잘못으로 돌리기도 하고, 또 어떤 이는 사출성형기계의
탓으로 돌리기도 하며 다른 사람들은 작업조건의 탓으로 돌린다. 여러 각도에서 냄새문제를 다루어 보았다.
서론
아세탈 수지는 1960년에 듀폰에서 최초로 개발되었다. 현재 시장에는 호모폴리머(Homopolymer)와
코폴리머(Copolymer) 두 가지 종류의 아세탈 수지가 있다. 델린은 듀폰에서 생산되는 호모폴리머 아세탈
수지이다. 호모폴리머와 코폴리머의 화학구조 차이로 인해서 고분자 과학자들은 호모폴리머 아세탈 수지가
융점, 인장강도, 탄성율 및 표면경도 면에서 대응 코폴리머 아세탈 수지보다 우수하다는 것을 공언하고 있다.
그러나 코폴리머는 강한 알칼리 용액에 저항력이 강하다.
아세탈수지의 냄새는 어디서 발생되는 것인가?
모든 아세탈 수지는 포름알데히드 단량체의 중합에 의해서 합성된다. 성형조건이 잘못 되었을 경우
포름알데히드의 긴 사슬이 분해되어 포름알데히드 단량체 가스 형태로 대기중에 확산되어 냄새가 나게 된다.
(- F - F - F - F - F - F - F - F - F.........F-)n
그림 1. 아세탈 호모폴리머 분자사슬의 도해
F = 포름알데히드 단량체
요약하면 아세탈의 냄새는 아세탈 분자가 성형작업 중 분해되어 발생된다.
포름알데히드 가스의 농도가 진할수록 냄새는 심해진다.
왜 아세탈은 분해되는가?
아세탈 수지가 분해되는 이유는 여러 가지가 있다.
사출성형기 실린더 내부에 남아있는 오염물질과 불순물이 그 한 가지 원인이다. PVC, 산성수지, 또는
부적절한 안료들이 전형적인 오염 물질이다. 많은 성형업자들이 경험했듯이 아세탈 수지는 극단적인 높은
온도에서 분해된다. 또한 정상작업 온도에서도 체류시간이 길 경우 분해가 일어난다.
그림 2 는 온도와 체류시간의 관계를 나타내고 있다.
그림 2 분해곡선
그림 2 에서 보듯이 아세탈 수지는 체류시간과 온도가 코폴리머 또는 델린 그래프의 위쪽 색칠한 부분에서
만나면 분해되어 냄새가 발생한다. 코폴리머와 비교하여 델린은 높은 작업온도, 긴 체류시간에도 안정하다. 코폴리머 곡선은 코폴리머 자료에서 발췌, 코폴리머는 분해곡선 바로 위에서는 물성저하는 일어나나
냄새는 거의 나지 않는다. 호모폴리머는 분해곡선 바로 위에서부터 냄새와 스프레이 마크가 발생
수지정체장소와 아세탈의 분해
그러나 몇몇의 아세탈 성형업자들은 오염물질의 제거되고, 체류시간 및 용융수지온도가 그림 2 의 곡선보다
아래쪽에 있어도 냄새가 발생되는 문제를 겪고 있다.
그 이유는?
아세탈 수지의 열안정성 또는 냄새발생문제의 절반이상이 사출 성형기의 부적절한 또는 결함 있는 기능에
의해서 발생되고 있다. 내부가 유선형으로 연결되지 못한 실린더, 체크링 또는 노즐은 부분적인 수지의 정체
상태를 발생시켜 부분적으로 수지를 과열시킨다.
부적절하게 결합된 노즐 또는 어댑터는 마찬가지로 부분적인 수지의 정체를 발생시키며 또한 결함 있는 히터
밴드 역시 아세탈을 분해시킨다.
그림 3. 양호한 설계의 어댑터와 체크링
그림 4A 그림 4B
그림 4C 그림 4D
요약
분해의 원인
PVC같은 오염물질
과도하게 높은 용융수지 온도
긴 체류시간
수지 정체 장소
히터 밴드 또는 온도 콘트롤 장치의 결함
수지 분해를 방지하는 방법
오염물질의 제거
용융수지 온도를 추천된 범위로 내린다.수지 정체 장소를 없앤다
온도 콘트롤 장치를 점검한다.
제품의 외관을 손상시키는 성형상 문제점의 해결책
소비자가 제품을 구입할 때나 품질관리를 위하여 제품의 표면은 대단히 중요한 요인이 되기도 합니다. 좋은
품질의 외관을 가진 사출물을 성형하기 위해서는 장비,금형 및 올바른 수지 선택과 이것을 기초로 하는 적정한
사출조건 및 수지에 대한 이해가 필요하며 앞으로 살펴볼 표면 및 외관의 결정요인이 가장 중요하다고
하겠습니다.
표면처리
이상적인 경우 사출물의 표면은 미시적인 부분까지 금형캐비티의 표면과 동일하게 복제돼야 합니다. 예로
비디오 디스크는 1cm 의 폭에 4,700 개의 홈을 파서 소리와 화상정보를 재현해야 하므로 매우 정밀한
사출성형이 요구됩니다. 우수한 품질의 표면을 갖기 위해 금형내로 흘러 들어가는 수지는 다음과 같은 사항을
지켜야 합니다.
■ 오염물질이 없어야 합니다. 공기, 수분, 비상용성 수지, 미용융 수지 및 착색재 덩어리와 먼지, 담배꽁초
그리고 작업장내의 오물이 섞여서는 안됩니다.
■ 수지가 적절히 흘러들어가도록 일정한 용융수지온도를 가져야 합니다.
■ 뜨거운 용융수지가 캐비티 표면과 잘 접촉되면서 공급될수 있도록 적당한 압력과 함께 수지의 흐름이
부드럽게 진행되야 합니다.
■
공기나 가스가 차거나 또는 이형제와 금형찌꺼기 같이 수지가 캐비티 표면에 접촉되는 것을 방해하는 것이
있어서는 안됩니다.
위와 같이 제품의 표면에 영향을 미칠 수 있는 원인 및 결과에 대하여 알아보면 아래와 같습니다.
■
실린더내 수지에 포함된 공기나 금형내의 비정상적인 수지의 흐름은 표면 위에 물집이나 플로우마크를
만들고 표면의 박리현상이 일어나기도 한다.나일론의 경우 수분은 용융수지 흐름의 전단부에서 증기상태가 되어 기포를 형성하며 캐비티 내의 압력에
의해 찌그러들면서 스플래이 마크나 실버스트리크(은줄)를 발생시키게 됩니다.
■
먼지나 다른 종류의 수지는 광택의 손실을 가져오거나 스트리크처럼 보이기도 하고 또 점의 형태로 표면을
거칠게 만들기도 합니다. 미용융수지는 주위의 용융수지가 냉각되면서 수축하므로 툭 튀어나온 것처럼
보이기도 합니다.
■
착색제가 수지와 잘 혼합되지 않았거나 분산되지 않았을 때는 표면의 거칠음, 스트리이크, 점 또는 색상의
불균형을 가져다 주게 됩니다. 비상용성 착색제는 수지의 안정성을 떨어뜨리거나 가스발생 또는 스플래이
마크 등을 만들게 됩니다. 염료도 마찬가지로 수지의 분해를 일으키거나 캐비티 표면에 금형 찌꺼기를
만들게 됩니다.
■
충진제나 강화제를 첨가하여 강성과 인장강도 및 열변형온도 등의 물성을 높일 수 있으나 표면처리 문제에
있어서는 큰 변화가 생기며 다른 형태의 게이트, 금형온도, 또는 사출속도가 요구되기도 합니다.
■ 불안정하거나 부적절한 용융수지 온도는 수지의 충진속도에 변화를 주어 표면에 영향을 주며 플로우 마크,
눈에 보이는 선명한 라인 및 게이트 주위의 빗살무늬 등은 다수 캐비티를 가진 금형에서 발생되는
문제입니다.
■ 캐비티 내의 압력의 변화는 수지의 흐름을 일시적으로 변화시켜 표면에 선이 나타나고 흐름의 속도가
변하는 곳에서는 표면굴전율의 변화가 일어납니다.
■
사출물의 두꺼운 부분과 얇은 부분사이에 위치한 게이트는 쉽게 채워지는 두꺼운 부분과 압력을 받아야
채워지는 얇은 부분의 수지흐름의 차이로 최적의 조건하에서도 플로우마크가 나타나며 최악의 경우
제품의 강도가 떨어지게 됩니다.
■
캐비티 내의 불충분한 보압으로 생기는 7)번과 유사한 유동성 문제는 젯팅현상 입니다.이는 초기사출시 일회사출량을 늘려가는 방법에서 흔히 볼수 있듯이 비교적 얇고 넓은 제품에서 발생이
많으나 적절한 게이트의 위치 및 크기는 수지의 충진을 쉽게하고 수지흐름 전단부의 움직임을 부드럽게
해주어 젯팅현상 방지에 큰 도움이 됩니다.
■
과도한 이형제나 금형표면의 수분은 제품표면에 지문무늬(smear mark)를 나타나게 하며 가스빼기가
적절치 않을 경우 캐비티 내부 또는 코아핀 뒤쪽에 가스가 차고, 이는 캐비티 표면과 접촉되면서 흘러
들어가는 방해하게 하여 물결모양의 표면이나 흐름 말단부에 꼬리자국 또는 거친 금형표면에 광택을 주게
됩니다.
이와 같이 성형시 많은 부분이 제품표면에 영향을 미치며 위와 같은 내용을 숙지하고 원인 및 그에 따른
제품의 현상을 이해할 때 소비자가 원하는 올바른 제품을 얻을 수 있습니다.
스크류 전진시간과 결정성 수지의 고품질 성형
서론
높은 품질의 성형품을 생산하기 위해서는 올바른 수지, 적절한 성형기, 금형설계의 선택 및 최적의 작업조건
등이 갖추어져야 한다. 최적 작업조건의 일부로서 스크류 전진시간(SFT)의 중요성에 대한 언급하고자 한다.
스크류 전진 시간이란?
스크류 전진시간은 사출시간과 유압에 의해 스크류가 전진되어있는 시간(보압시간)을 말한다.(그림 1)
그림 1.성형사이클
무엇이 최적의 SFT 를 결정하는가?
최적의 SFT 는 결정성 수지의 본질에 의해 좌우되며, 성형품의 두께 및 게이트 크기에 영향을 받는다.
용융된 수지가, 예를 들면 아세탈수지가, 사출되면 차가운 금형이 캐비티와 접촉하게 되며 결정화 과정이
시작된다. 용융된 아세탈수지(비중 1.14)가 고화되면(비중 1.42)금형내 수축이 발생하게 된다. 케비티 내에
적정한 수준으로 수지를 충진시키기 위해서는 결정화 과정이 끝나고 케이트 부위가 고화될 때까지 충분한
보압을 유지시켜야 한다.
다시말하면 결정화가 진행되어 수지가 수축할 때 SFT 가 불충분하게 유지되면, 싱크마크와 공동(Void)가
생기게 된다.
어떻게 SFT 를 결정하는가?
1)중량으로 판단하는 방법
SFT 를 증가시켜 가면서 성형품의 중량을 측정하여 어느 시간 이후로는 무게가 증가하지 않게 되는데
성형품의 무게가 일정하게 유지되기 시작하는 시간이 최적의 물성 및 최소의 치수공차를 유지하는 SFT 이다.
2)수지별 SFT 시간
수지SFT(초) : 게이트 mm
당
아세탈수지 16
나일론 66 수지 8
나일론 강화수지 5
PET 강화수지 6
SFT와 냉각시간
비결정수지와 달리 결정성수지는 냉각시간이 거의 필요치 않다. 스크류 전진시간 동안 결정화가 일어나면
성형품이 완전히 고화된다. 비결정성 수지는 냉각시간중 고화가 일어나나 결정성수지의 경우는 냉각시간이
중요하지 않다.
SFT와 성형주기(사이클 타임)
성형품의 용도가 까다롭지 않고, 제품의 물성이 사용자의 필요를 충족시킨다면 SFT 는 이상적인 경우보다
짧을 수도 있고, 게이트 크기도 제품두께의 절반이하가 될 수도 있다.
SFT, 런너의 크기, 게이트 위치 및 크기와의 상관관계
성형품의 케이트 설계가 적절한 경우에만 SFT 가 효과적인 기능을 발휘할 수 있다. 금형 캐비티가 충분히
충진되지 않은 상태에서 게이트가 고화된다면, 공동과 싱크마크가 없어지지 않는다. 결정성 수지 성형시에,
SFT 의 마지막 순간에 게이트가 고화되어야 한다.
체크링(백플로우 밸브), 노즐 및 어댑터;
고품질 성형을 위한 세가지 중요부품
실린더, 스크류, 체크링, 어댑터 및 노즐과 같은 사출 유니트의 각 부품들은 열가소성 엔지니어링 플라스틱
뿐만 아니라, 모든 플라스틱 성형에 있어서 고도의 품질과 성능이 요구되는 성형품을 생산시 중요한 역할을
수행하고 있다.
체크링, 어댑터 및 노즐과 같은 중요 부품들은 수지의 분해, 검은반점, 물성 저하, 칫수 불량, 금속부식 등의
방지에 매우 중요한 역할을 함에도 불구하고 종종 이들 부품이 불량하게 또는 잘못 유지되고 있다.
이 자료는 스크류 설계가 양호하여 수지의 용융상태가 만족스러운 상태에서, 높은 품질의 성형품을 얻기 위해
필요한 사출 유니트의 보수, 유지에 대해 살펴보고자 한다. 만족스러운 상태의 용융수지는 고생산성 하에서
정밀도와 품질이 높은 제품을 생산하기 위한 요소들 중의 하나이다. 경험에 의하면, 새로 교환/설치된
부품이라고 반드시 좋은 것만은 아니다. 두 부품이 모두 새것인 경우에도 교체 부품들이 원래의 기계와 잘
맞지 않는 경우가 종종 있다. 따라서 다음에 설명할 모든 사출 유니트의 부품들이 필히 검사되어야 한다.
최소 7~8년간의 사출성형기 수명에서 수많음 변경이 이루어질수 있다. 그러나 이 자료에서는 효율을
높이고, 새로운 또는 특수한 수지에 적합하고 특수한 시장요구와 새로운 금속, 금형설계에 적합하도록 사출
유니트를 개선하는 변경에 대해서만 검토하고자 한다.
체크링(백플로우 밸브)
열에 민감한(비강화,내충격,강화) 엔지니어링 플라스틱들은 특수한 타입의 체크링이 필요하다. 수지의 분해
및 강화섬유의 손상을 초래할 수 있는 수지흐름의 방해 또는 수지정체 장소가 없어야 하며 용융된 수지가
자유로이 스크류 선단으로 통과할 수 있어야 한다. 이러한 목적을 달성키 위해 체크링은 유선형이어야 하고
변형없이 왕복운동을 하며, 사출시 효과적인 씰링(밀봉)을 지속적으로 유지해야 한다. 새로운 또는 재생된
체크링은 조립전에 조심스럽게 관리되어야 한다. 만일 손상된 모서리 또는 표면이 있었다면, 포장상태나
취급에 문제가 있는 것이다.
그림 1. 링 백브 부품들
마모와 부식을 최소화하기 위해서 이 부품들은 고강도
합금으로 만들어 진다.
시트(Seat : 그림 1참조)링 밸브 부품중 시트(Seat)는 스크류 앞부분과 유선형을 이루지 못하는 경우가
빈번하다. 불량한 가공에 의해 직경이 약간 타원형이 될 수 있으며 이는 매우 보편적인 수지의 정체요인이
된다. 이 경우 정원(동심원)을 얻기 위해 스크류 선단부 약 5mm 를 갈아준다. 질화 처리된 표면을 약간 잃는
것이 주요문제의 발생 요인인 정체현상을 방치하는 것보다 낫다.
수정된 스크류 직경에 완전히 조화시키기 위한 시트 직경의 축소도 동시에 필요하다. 양쪽의 직경은 작은
직경 또는 모서리를 깍아낸 면이 야기할 수 있는 정체현상을 피하기 위하여 예리한 코너끼리 짝이 맞아야
한다. 스크류 앞부분이 스크류팁과 조립하는 동안 깍여질 경우도 동일한 방법을 적용할 수 있다. 이러한
현상은 질화 처리가 양호하지 못한 경우 또는 스크류 선단의 기계가공이 완전하지 못할 경우에 일어날 수
있다. 스크류에 대한 링 밸브의 압력에 의해서만 가끔 야기될 수 있는 이 문제를 피하기 위하여 스크류 선단
부위에서 약 5mm 정도를 질화 처리하지 않은 상태로 남겨두는 방법이 제안된다.
체크링은 고유의 설계와 수행되어야 하는 기능 때문에 사출 유니트중 가장 예민한 부품일 것이다. 따라서
체크링은 스크류에 조립하기 전에 다음 사항들이 조심스럽게 관리, 통제되어야 한다
체크링 관리
실린더 배럴의 내경과 체크링의 유격은 50mm 배럴의 경우 0.04mm이상이 되어서는 안된다. 이
작업을 위해서 실린더 직경의 마지막 100mm지점에서부터 관리하는 것이 바람직하다.
모서리가 깍였거나, 표면이 경화된 링은 교환한다.
사출 사이클의 시작단계에서 빠른 잠김이 유지되고, 또한 수지의 자유로운 통과를 위해서, 링
스트로크는 스크류 계량부 날개의 깊이보다 1~2mm더 깊어야 한다.
그림 2. 체크링 관리
스크류 팁과 링 시트 관리
팁과 시트는 완전한 유선형이어야 하며 깎여지거나 둥글게 된 면이 결합되어서는 안된다.
홈(flute)이 손상되거나 마모된 경우 스크류 팁은 교체되어야 한다. Flute의 마모로 인해 체크링의
이동간격이 변해서는 안된다. 특수한 경우 경도가 낮은 체크링을 사용하여 홈의 마모를 줄일 수 있다.
Flute가 링에 홈을 내지 않도록 곡률반경을 주어야 한다. 이 부위의 어떠한 홈도 잠재적인 수지정체
장소가 될 수 있다.
스크류 팁 지지 샤프트와 스크류 내부 구멍 사이의 유격은 팁의 확실한 지지와 사용중 휨을 방지하기
위해 최소가 되어야 한다. 만일 간격이 0.02mm를 초과하게 되면 스크류 구멍은 적절한 칫수로
재조정 되어야 한다. (나선홈 만으로는 스크류 회전중의 수직 휘임을 지지할 수 없다.)
스크류 팁과 스크류 자체의 나선홈(thread)은 서로 잘 맞아야 하며 부식되지 않아야 한다. 블로우 백
(Blow back) 같은 심각한 문제들은 약한 thread 때문에 발생될 수 있다.
노즐과 어댑터 관리
노즐과 어댑터의 짝을 이루는 모든 면은 조심스럽게 조정되고 유선형이 되어야 한다. 짝을 이루는
면을 그라인딩 할 때 쌍방이 서로 일치되도록 항상 각각의 내경을 점검해야 하며, 그렇지 않은 경우
수지 정체가 생길 수 있다,
노즐 구멍의 앞부분은 생산중, 특히 사출 유니트가 매 싸이클 마다 후퇴될 때 정기적으로 점검되어야
한다. 노즐 구멍은 변형되기 쉬우므로 자주 원래의 모양대로 구멍을 뚫어주어야 한다. 이 작업은
스프루가 노즐부위의 고화된 수지를 빼낼 수 있도록 도와주어 이미 고화된 수지가 다음 쇼트에
사출되는 것을 방지한다.
그림 3. 추천되는 노즐 / 어댑터 어셈블리
플라스틱의 어닐링 (Annealing)
정의
플라스틱의 어닐링이란, 제품 소재의 용융점(Tm)과 유리전이온도(Tg) 사이의 온도로 일정 시간 가열
함으로써 성형품의 결정화를 증가시켜 결정화도를 높이는 방법입니다.
효과
1)제품의 내부 응력 (Internal Stress)을 완화 시켜 크랙에 대한 저항력을 증가 시킵니다.
2)성형 후 발생하는 후수축(Post molding shrinkage)을 가속화 시킴으로 치수 안정성을 도모합니다.
방법
1.오일 어닐링 (Oil Annealing)
사용 오일의 종류
아세탈 수지
파라핀 계열의 정제된 어닐링 오일
Ex) Primol (Exxon), Chevron (Standard oil Co. of California), Nujol (Plough Inc), Ondina (Shell)
나이론 수지
Hydrocarbon계 오일 혹은 왁스류 (성형품에 이물이 남아도 좋을 경우)Ex) Glyco wax S932 (Glyco Chemical), Corning 500 (Dow)고융점 불활성 미네랄 오일.
2)어닐링 공정
분류 아세탈 나일론
온도 160± 3℃ 150± 3℃사용목적별 최종 사용온도보다 28℃높게
(150~177℃)사용하며 일반적으로
150±3℃가 널리 사용된다.
시간
오일온도를 80℃정도 승온 시킨 뒤
제품을 bath 에 넣는다.
15~20 분정도 가열하여 온도를 160℃에 고정한다.
160± 3℃로 고정 후 Y=X+5 공식에
적용하여 실시
Y=어닐링시간 (분)X=제품두께 (mm)
오일온도를 80℃정도 승온 시킨 뒤 제품을
bath 에 넣는다.
15 분정도 가열하여 온도를 150℃에
고정한다.
150± 3℃로 고정 후 Y=2.5X+8.5 공식에
적용하여 실시
Y=어닐링시간 (분)X=제품두께 (mm)
냉각어닐링 후 오일의 온도를 80℃까지 냉각 후 제품을 꺼낸다.(냉각없이 취출하면 표면응력 발생
세정
Trichloroethylene으로 오일을
세척한다.제품표면에 이물질 부착시 끓는 물로
세척한다.
보관 제품의 적재시 충분히 냉각 후 적재한다.
주의사항 성형 즉시 어닐링하는 것은 예기치 못한 성형수축이 발생할 수도 있다.
2.에어어닐링 (Air Annealing)
1) 설비: 공기 순환식 오븐 (질소를 충전할 수 있는 장치가 있으면 더욱 좋다)
2)공 정
에어어닐링에서 나일론은 추천하지 않음
아세탈 수지
온 도 : 160± 3℃시 간 : 제품을 오븐에 넣은 후 약 30분간 160± 3℃의 온도에서 어닐링 하며 제품 두께당 5분씩
추가하여 시간을 설정한다.
주의사항 : 1시간 이상씩 체류 시키는 것은 적당하지 않으며 충분히 냉각 한 후 취출한다.
참고 사항
1)어닐링이 항상 필요한 것은 아니며, 간혹 불필요한 어닐링은 제품의 수축율을 크게 하여 치수상의 문제를
일으킬 수도 있습니다.
2)어닐링이 항상 응력 완화의 해결책은 아닙니다. 예를 들면, 금속 인소트 된 제품의 경우 인서트 부위 주변의
플라스틱에 가해지는 응력이 실제 사용 온도에서 장기간 사용을 위한 필요 응력 이상 올라가게 되며 동시에
제품의 크기도 작아지게 되어 인서트 주변에 크랙이 발생 할 수도 있습니다.
3)양질의 제품을 얻기 위하여는 정확한 설계, 적절한 소재의 선택 및 성형 기술이 필요하며 이를 통해 성형
상의 오차를 줄이는 것이 필요하며, 가능한 한 후공정으로의 어닐링은 피하는 것이 좋습니다.
물은 플라스틱에 어떤 영향을 미치는가?
물이 플라스틱에 미칠 수 있는 영향에 관한 상황들은 수지제조업체들의 자료에 잘 나타나있다.
그러면 지금부터 물이 플라스틱에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 여러가지로 살펴보겠습니다.
표 1. 프라스틱 성형품에 의한 물의 영향
원인 결과 비고
흡습 치수변화 가역성
가소화 물성변화 가역성
가수분해 물성저하 비가역성, 매우느림
사용시 노출
1. 표1 에서와 같이 물이 흡습된 결과를 생각해 본다면 습기에 노출될 때 발생하는 몇가지 상황을 살펴보면
다음과 같다. 예를 들어 흡습이 충분히 이루어 지면 셀룰로즈(나무 또는 종이)같은 천연 고분자 물질에서 처럼
치수변화(부풀음)가 나타날 것이다.
따라서 흡수와 치수변화는 가역성이며 주위의 습도가 감소 될때에는 물은 탈수되고 제품은 수축하게된다.
예] 많은 양의 물을 흡수할 수 있는 플라스틱부품 (여름)?문틀에 끼어 뻑뻑함 (겨울)?자유롭게 열림
2. 물에 흡수된 플라스틱 제품들은 물에 의해 가소화가 진행된다.
이것은 물성의 변화 또는 연질화의 원인이 되고 PVC또는 다른 수지의 가소제 역할과 유사하다. 이것도 역시
가역성이며 플라스틱은 건조한 주위로 물이 탈수되면서 덜 부드러워지게 된다.(PVC를 연질화시키기 위해
사용되는 가소제들은 물보다 훨씬 휘발성이 약하고 매우 서서히 수분을 잃어 버리거나 탈수된다.)
3. 마지막 현상은 수분과 화학적으로 일어나는 가수분해반응이다.
이공정은 실내온도에서는 매우 천천히 일어나나 높은 사용온도에서는 문제될 소지가 다분히 있다. 그것은
분자량의 감소와 물성 특히 충격성의 대단한 저하를 가져올 수 있다.
가수분해는 분명히 비가역성이다 이것은 플라스틱이 건조된 후에도 물성이 거의 회복되지 않음을 의미한다.
몇 가지 고분자 제품에는 높은 사용온도에서 가수분해에 의한 물성저하를 억제하는 안정제가있다.
나일론66 수지로 만든 제품에 대한 물의영향
수분함량(%) 길이변화(%)굴곡탄성율
(kg/㎠)인장강도(항복시)
(kg/㎠)아이조드충격강도
(kg.cm/cm)
0.2 - 28,800 840 5.4
2.5 0.5 ~ 0.7 12,300 785 11.4
용융성형시에 나타나는 현상들
용융수지의 가소화는 수지의 흐름을 증진시키는 원인이 되며,물의기화작용은 충분한 물이 있을 경우
용융수지의 압력이 낮아질 때 발생된다.
일반적으로 가수분해는 용융온도에서 발생한다, 분자량감소의 결과는 현저한 물성격하와 용융점도의 감소를
야기시킨다.이것은 또한 flash,drool그리고 증가된 패킹으로 인한 치수변화를 나타낼 수 있다.
용융수지에 대한 물의영향
원인 결과 비고
가소화 흐름현상 가역성
기화작용 기포, 스프레이 가역성
가수분해 물성저하, 흐름증가 비가역성, 적은 양으로도 가능(수분)
1. 물에 대한 플라스틱들의 예민성
몇몇 플라스틱들은 상당히 많은 양의 물을 흡수하지도 않고 성형온도 또는 사용온도에서 물의 영향도 받지
않는다.이러한 그룹들은 오직탄소와 수소분자만을 갖고 있는 고분자와 아세탈과 탄화수소 염화물 같은 몇몇
고분자들을 포함한다.
물에 의해 분해되지 않는 동안 아직 다른 플라스틱들은 용융공정중 기화하기에 충분한 물을 흡수할 수 있다.
이것이 스프레이를 만드는 원인이 될 수 있으나 일반적으로 사용물성 또는 칫수에 영향을 미칠 만큼의 물을
흡수할 수는 없다.
플라스틱의 물에 대한 예민도
가수분해되지 않음
(건조불필요)흡습만 함
(건조필요)가수분해됨
(건조필요)
아세탈
폴리에틸렌
폴리플로필렌
폴리스티렌
PVC
아크릴
ABS
폴리카보네이트
셀로루즈부틸레이트
나일론
폴리에스터
폴리아릴레이트
폴리우레탄
2. 물의양의효과
사용온도에서 제품의 치수와 물성에 큰 변화를 일으킬 수 있는 물의 양은 약0.5%또는 그 이상으로서
상대적으로 높다. 그러나 용융상태에서 심각한 영향을 갖는데 필요한 물의양은 일 퍼센트의 1/100에서100
분의 수십까지 매우 적다.그러한 양 의 수분은 개방된 호퍼에서 짧은 시간 내에 쉽게 흡수될 수 있다. 몇몇
고분자 그룹들은 다른 것들보다도 더 빨리 가수분해된다.그런데 이러한 차이는 흡수된 물의 양에 의해
결정되는 것이 아니다.
표2는 물에 예민한 몇몇 플라스틱의 흡수량 비교를 보여준다.나일론66은 가장 높은 흡수량을 갖고 있으나
용융상태에서 가장 높은 퍼센트의 물을 용인할 수 있다. 그러나 이 수지에 대한 가수분해속도는 다른
것들보다 훨씬 낮다
표2.플라스틱별 흡습
구분
실내온도에서
"흡습(23℃)실내온도에서
흡습(23℃)최대흡습량
용융온도에서의
가수분해속도
50%RH 100%RH %
나일론 66 2.5 8.5 0.25 천천히
PET 0.26 0.6 0.02 빠르게
폴리에스터엘라스토머 0.15 0.7 0.10 보통
폴리아릴레이트 0.35 0.9 0.02 빠르게
폴리카보네이트 - 0.35 0.02 빠르게
