안녕하십니까? 한국폴리텍대학 푸른 교수입니다.

이번 시간에는 지난 시간에 이어 성형 조건 및 성형 불량 원인과 대책에 대해 배워보겠습니다. 예, 내용은 사출 금형 교육에 있어서 중요합니다.

잘 숙지하시기 바랍니다. 웰드 라인은 용융된 수지가 금형 캐비티 내에서 분리되어 흐르다가 합류한 부분에 생기는 가는 선을 말합니다. 1개의 게이트로 흐르게 해도 도중에 구멍이 있거나 인서트가 있을 때 발생합니다.

웰드 라인 부분은 온도차로 인해 수지가 완전하게 합쳐지지 않아서 강도가 저하되므로 설계 시 고려해야 합니다. 웰드 라인은 공기나 가스가 들어가서 발생하는 경우가 많으므로, 합류 부분에 에어 벤트를 설치하는 것이 좋습니다.

또한 게이트 위치를 바꿔서 웰드 라인이 생기지 않는 위치로 이동시키는 외에, 사출 속도를 빠르게 하거나 금형 온도, 수지 온도, 사출 압력을 올려서 웰드 라인을 최소화시켜야 합니다.

플로 마크는 용융 수지가 캐비티를 충전되면서 유동 경계의 줄무늬가 생기는 현상입니다.  게이트를 중심으로 동심원 모양으로 발생합니다.

이는 금형 내 최초로 유입된 수지의 냉각이 너무 빠르고, 그 다음에 흘러들어오는 수지의 온도차로 인해 경계가 생겨서 발생합니다.

대책으로 수지 온도, 금형 온도를 올려서 수지의 점도를 낮추고, 동시에

사출 속도를 조절하여 최소화할 수 있습니다.

유동성을 좋게 하여 사출 속도를 빠르게 해야 합니다.

또한 수지가 너무 빨리 냉각되는 것을 막고, 런너와 게이트를 크게

하고 슬라이드 핀을 붙이면 좋습니다.  금형 내에 공기가 다녀갈 수 있도록 압축되면서 그 열로 수지가 타는 현상을

말합니다. 용융 수지가 금형 내에 채워질 때 공기가 빠지지 못하는 곳이나 웰드라인이 발생하는 곳에 에어벤트가 없을 때, 급격한 압축에 의한 온도

상승으로 용융된 플라스틱이 타게 됩니다.

이 현상은 공기가 압축되어 타는 현상으로, 탄 부분에 에어벤트,

즉, 공기 배출구를 설치하면 압축이 되지 않아 타는 현상을 쉽게

제거됩니다. 또 수지 온도를 내리고 사출 속도를 늦춰서 금형 내에 공기가 밖으로

빠져나갈 수 있도록 하는 것도 좋습니다. 강태분량은 성형품의 표면이 수지 본래 광택과 다르고, 뿌연

막이 덮여서 안개가 낀 것 같은 상태가 되는 현상을 말합니다.

대책으로는 금형 면을 연마하고 크롬 도금을 하는 것이 좋습니다.

그리고 온도를 높일수록 광택은 좋아집니다.

[음악] 윤활제나 이형제를 과도하게 사용하면 수지 온도로 인해 캐비티 면에

응착해서 흐르게 됩니다. 금형과 수지의 밀착이 잘 안되면 강태분량이 되므로 윤활제나 이

형제는 적당한 양을 사용해야 합니다. 왼쪽, 오른쪽 상형 폰 표면에 수지 흐름 방향으로 발생하는 매우 가는 선들을

말합니다. 투명 재료에서는 은색 선으로 흔히 보이는 현상입니다.

[음악] 수지 중의 습기나 휘발분은 융착되는 주범이기 때문에 재료를

충분히 건조시켜야 합니다. 건조는 재료가 열에 의해 변형되지 않는 온도에서 하는 것이 중요합니다.

일반적으로 80~85도에서 하며, 3시간에서 4시간이 적당합니다.

또한 실린더의 이종 재료 혼입에 주의해야 합니다.

수지 온도를 내리고 금형 온도를 올려

윤활제 사용량을 조절하며, 가스도 충분히 빼야 합니다.

푹 찌그러진 사출 성형품. 높은 온도로 인해 캐비티에서 수지나 수지 중의

윤활제가 열분해되어 나타나는 현상입니다.

또한 공기가 빨려 들어가면서  타원형과 같이 단열 압축으로 타면서 검은 줄

모양으로 나타나는 현상도 있습니다. 단열 압축되어 타는 현상이라면 타는 부위에 공기를 빼주거나 사출 압력을

내려야 합니다. 높은 열로 인해 수지나 첨가제가 열분해되는 현상이라면 사출 속도를

늦추고 수지 온도 및 사출 압력을 내려야 합니다.

[음악] 기포는 성형품 내부에 생기는 공간입니다.

그 생성 과정에 따라 성형품에 비교적 두꺼운 부위에 생기는 진공 수축과

수분이나 휘발분에 의해 발생하는 기포가 있습니다.

왼쪽 그림은 진공 수축이 성형품이 식어서 수축될 때 두꺼운 부위의 외측이

먼저 응고하고 중심은 늦게 응고되면서 수지가 부족하게 되므로 공간이 생기게 됩니다.

이 공간을 단순히 기포와 구분해서 일반적으로 보이드라고 합니다.

오른쪽 그림은 생성 과정에서 봐서 수축 때문에 발생하며 수축이 큰 수지일수록 많이

생깁니다. 보이드와 기포는 투명한 성형품에서는 불량이 되지만, 착색 제품이나 불투명

제품에서는 지장이 없는 경우가 많습니다. 보이드 개선에는 런너와 게이트 단면적을 크고 짧게 설계하는 것이

중요합니다. 플래시가 발생하지 않는 범위 내에서 사출 압력을 높이고 충분히 유지

시간을 줍니다. 유동성이 나쁜 재료는 금형 온도를 높이면 좋습니다.

기포의 대책으로는 재료를 건조시켜서 수분이나 휘발분을 제거해서 사용

함과 동시에 윤활제나 이형제 사용을 피하고 캐비티 내 공기를 충분히

빼주면 좋습니다. 쇽(쇼트)는 캐비티에 들어가는 수지가 급격히 고화되어 성형품

표면에 부족한 부분, 즉 빈 공간이 나타나는 현상을 말합니다.

이 현상은 처음 들어오는 수지 온도가 낮고 게이트에서 캐비티로 유입하는

수지의 유속이 너무 빠를 때 나타나는 현상입니다.

대책으로, 처음 들어오면서 차가운 수지가 캐비티 안으로 들어가는 것을

방지하기 위해 그림과 같이 직원 수지(혹은 콜드 슬러그)를 설치하는 것이

좋습니다. 채팅(이는) 수지의 유속이 너무 빠를 때 나타나기 때문에 유속을 느리게

하기 위해 게이트 단면적을 넓히거나, 주입 속도를 낮춰야 합니다.

[음악] 크랙은 성형품 표면에 섬 모양의 금이나 균열이 가는 것을 말합니다.

이 현상은 급격한 냉각이나 냉각 불균일에서 잘 발생하기도

합니다. 크레이징은 용융 수지가 캐비티를 충전될 때, 그 표면은 냉각되어 고압

또는 고점도 층이 되지만, 중심부는 온도가 높아 저점도 층이 됩니다.

그 사이에 전달력이 생기면서 잔류 응력의 발생으로 생기는 현상입니다.

투명한 성형품에 섬유상의 선을 볼 수 있으며, 무지개 모양의 줄무늬로 볼 수가

있습니다. 잔류 응력을 이용하여 균열 변형의 크고 작음을 판정하면서 대책을

세우면 효과적입니다.  크레이징의 원인은 제품 설계가 부적절하고 급격한 두께 변화, 코너 부의 날카로운 각

이나 재료의 흐름이 갑자기 바뀌는 곳이 있으면 난류를 일으켜 응력이

생겨 크레이징의 원인이 됩니다. 두께는 서서히 변화시키고 코너 부분은 곡률을 충분히 줘야 합니다.

금형 표면 상태가 나쁘거나, 구배가 부족하거나 언더컷이 있을 때는

제품을 빼내기 어렵습니다. 이젝터 핀에 의해 밀리는 부분이 파손이나 크랙을 일으키는 경우가 있을

때는 문제가 발생하지 않도록 금형을 수정해야 합니다.

성형품의 변형은 수지 수축, 성형 조건, 냉각 등에 의해 발생하는 여러 요인의

영향을 받아 발생합니다. 크랙 발생도 같은 원리입니다.

이젝팅 불량은 성형품이 금형 고정부

에 고정되어 이젝팅되지 않는 경우에 발생합니다.

성형품이 고정부에 붙는 경우에는 일반적으로 제품 빼내는 장치가 없기 때문에

양산이 불가능하므로 그 원인을 잘 분석하여 대책을 세워야 합니다.

[음악] 이젝팅 불량은 러너나 스프루에 생기는 경우도 있습니다.

이젝팅 불량은 성형품의 변형, 웰딩, 크랙 및 백화 현상을

동반하는 경우가 있습니다. 대책으로는 게이트, 런너, 스프루 등이 잘 빠질 수 있도록 수지의

유로를 잘 연마하고, 구배를 크게 주어 제품이 쉽게 빠질 수 있도록

해야 합니다. 또한 사출 압력, 수지 온도, 금형 온도를 낮추고 급냉을 피하는

것이 좋습니다. 표면 박리 현상은 성형품이 얇은 부분에서 벗겨지는 현상을

말합니다. 원인은 서로 다른 재료의 혼입입니다. 즉, 서로 다른 재료가 잘 섞이지 않거나, 같은 성형기로 상호 성형 시 나쁜

수지를 교차 사용할 때 발생합니다. 특히, 교차 사용할 때는 실린더, 스크류, 노즐 부분에 붙어 있는 것이

성형 중에 간헐적으로 벗겨져서 혼입되기 쉬우므로 충분하게 청소를 해야

합니다. 또한, 용융 수지 온도가 극단적으로 낮은 경우에는 같은 종류의 재료라도

용융 표면층과 내부가 엇갈림이 생겨서 표면 박리가 생기는 경우가

있으므로 성형 온도 관리를 잘 해야 합니다.

이번 시간에는 성형 조건 및 성형 불량 원인과 대책에 대해

배웠습니다. 핵심 포인트는 보시는 바와 같으며, 중요한 만큼 숙지하시기 바랍니다.

지금까지 시청해 주셔서 감사드립니다.

저는 한국폴리텍대학 푸른 교수였습니다.

사출금형_5장_성형불량_2

푸른교수

웰드 라인 및 플로 마크 발생 원인 및 대책

웰드 라인: 용융 수지가 분리되어 흐르다 합류 시 발생, 강도 저하, 에어 벤트 설치 권장

웰드 라인 대책: 게이트 위치 변경, 사출 속도 증가, 금형/수지 온도 및 사출 압력 증가

플로 마크: 용융 수지 유동 경계의 줄무늬, 게이트 중심 동심원 모양

플로 마크 대책: 수지/금형 온도 증가, 사출 속도 조절, 런너/게이트 크게 하기, 슬라이드 핀 부착

용융 수지의 타는 현상 및 강태분량 발생 원인과 대책

용융 수지 타는 현상: 공기 압축으로 인한 온도 상승, 에어벤트 설치 필요

대책: 에어벤트 설치, 수지 온도 감소, 사출 속도 감소

강태분량: 표면 광택 저하, 뿌연 막 발생

강태분량 대책: 금형 연마 및 크롬 도금, 온도 증가, 윤활제/이형제 적당량 사용

은색 선: 수지 습기/휘발분 제거, 재료 충분히 건조(80~85도, 3~4시간)

은색 선 대책: 수지 온도 감소, 금형 온도 증가, 윤활제 사용량 조절, 가스 배출

찌그러짐: 고온 열분해, 공기 흡입으로 인한 타원형 검은 줄 발생

기포: 진공 수축, 수분/휘발분에 의한 기포 발생, 보이드(진공 수축)와 구분

기포 대책: 재료 건조, 윤활제/이형제 사용 지양, 공기 배출

쇼트: 수지 고화로 인한 표면 빈 공간 발생, 직원 수지 설치, 게이트 단면적 확대, 주입 속도 감소

크랙/크레이징: 급격한 냉각, 냉각 불균일, 잔류 응력 발생, 두께 완만하게 변화, 코너 부분 곡률 충분히 주기

이젝팅 불량: 성형품 금형 고정, 제품 빼내는 장치 부재, 양산 불가능

이젝팅 불량 대책: 유로 연마, 구배 증가, 사출 압력/수지 온도/금형 온도 감소, 급냉 방지

표면 박리: 얇은 부분 벗겨짐, 서로 다른 재료 혼입, 실린더/스크류/노즐 청소, 용융 수지 온도 관리