기본 장비사출 성형사출 성형기 및 사출 금형입니다. 그림 1-2는 스크류형 사출성형기의 사출성형 공정을 보여준다.
사출 성형 원리
원리는 입상 또는 분말 형태의 플라스틱을 사출성형기 배럴에 넣고 가열하여 녹인 후, 사출성형기 스크류의 고압, 고속으로 용융된 플라스틱을 배럴 전단에 있는 노즐을 통해 밀어 넣어 폐쇄된 금형 캐비티에 빠르게 주입하는 것입니다[그림{0}(a)]. 캐비티를 채우는 용융물은 캐비티에 의해 주어진 형상을 유지하기 위해 압력 하에서 냉각 및 응고됩니다[그림. 1-2(b)]. 그런 다음 금형을 열고 제품을 꺼냅니다[그림. 1-2(c)]. 사출 성형 과정에서 플라스틱은 연화, 용융, 유동, 성형, 응고 등 일련의 변화를 겪습니다.
(그림 1-2 스크류형 사출기의 사출성형 원리)
연화 및 녹기:
그림 1-4는 사출성형기의 배럴과 스크류 구조를 보여준다. 배럴 외부에 원형 히터가 장착되어 있어 스크류의 회전에 따라 플라스틱이 전진하면서 플라스틱이 녹아 최종적으로 노즐을 통해 금형 내부로 주입됩니다.
(L1-급식 섹션; 엘2-압축 섹션; 엘3-측정 섹션; 시간1/h2-압축 비율; D-나사 직경)
플라스틱은 금형 충전 과정에서 다음과 같은 변화를 겪습니다.
나사가 회전하기 전(L2), 금형 캐비티(L)에 들어가는 재료로 인한 용융량 감소로 인해 스크류 로드의 온도와 압력이 상대적으로 낮습니다.1). 나사가 회전한 후(L3), 플라스틱 온도가 용융 온도에 도달하여 용융되었습니다. 제품 품질을 보장하려면 플라스틱을 다시 녹이기 전에 완전히 녹여야 합니다.- 이때 플라스틱이 이미 어느 정도 융합된 압축 단계에 진입했다면 탈기 효과는 큰 영향을 받게 됩니다.
수량(L)이 있어도3)은 동일하게 유지됩니다. 나사 홈 깊이 h₀가 다르기 때문에 플라스틱은 나사 회전 과정에서 전단 작용의 정도가 달라지므로 가소화 정도도 달라집니다.
요약하자면, 동일한 성형 주기에서 플라스틱 용융 정도와 품질은 스크류의 가스 함량과 용융 품질에 영향을 받습니다.
① 나사의 유효 길이는 정비례합니다(증가): L/D=22-25.
② 스크류의 압축비 : h₁/h²=2.0-3.0 (일반적으로 2.5).
③ 나사의 압축부분은 L₁/L²=40%-60%로 상대적으로 비례합니다.
값이 너무 크면 재료의 체류 시간도 증가하고 스크류 회전으로 인해 용융된 플라스틱이 지속적으로 앞으로 이동합니다. 이때 플라스틱은 압력을 받아 금형 캐비티에서 계속 흐르다가 한 번의 성형 주기 동안 계속 흐릅니다(나사가 앞으로 움직이기 시작하기 전에 외부 개입 없이). 나사가 회전한 후 기계적 힘의 작용으로 앞으로 이동하여 점차적으로 플라스틱을 압축하여 금형 캐비티에 주입합니다. 그 직전에 용융물은 급속 압축(순간 압축이라고 함)을 받게 되는데, 이로 인해 쉽게 결정화가 발생하고 결함이 발생할 수 있습니다. 느린 주입을 사용하면 결정화(완전한 결정화, 급속 냉각으로 인해 완전히 비정질화)를 피할 수 있습니다.
흐름:
용융물이 고압 및 고속으로 금형 캐비티에 주입되면 주입 과정에서 두 가지 현상이 발생합니다. 하나는 용융 상태에서 금형 벽과 접촉한 플라스틱이 금형 캐비티 표면과의 접촉으로 인한 급속 냉각으로 인해 응고되어 얇은 층을 형성한다는 것입니다. 이 얇은 층을 고화층(또는 순간 고화층이라고 함)이라고 하며, 이로 인해 용융된 플라스틱 자체의 온도가 감소합니다(주로 결정화 잠열 손실의 영향으로 인해). 예를 들어, 폴리에틸렌의 경우 금형 벽을 통한 용융물의 냉각 과정에서 방출되는 결정화 잠열은 50도 이상에 도달할 수 있습니다. 따라서 용융물이 금형 캐비티 전체를 채우고 긴급 상태로 돌아온 후에는 온도가 감소합니다. 두 번째는 용융된 플라스틱의 더 많은 부분이 흐름 방향을 계속 유지하고 역류를 겪게 된다는 것입니다.
그림 1-5에서 볼 수 있듯이, 용융물이 금형 캐비티 벽과 접촉하면 고화층이 생성되고 캐비티에서 멀어지는 중앙 부분에서 더 빠른 유속이 생성됩니다. 플라스틱은 고화층과 와동벽 사이의 영역에서 층을 이루며 흐릅니다. 이러한 상태에서 플라스틱을 통과한 후 냉각되어 제품으로 성형된 후에도 성형품에는 평행방향과 수직방향으로 층상이 여전히 존재하게 되어 제품의 강도와 인성의 차이가 발생하게 되는데, 이는 성형품의 이형 및 성형단계에서 존재하게 됩니다.
1 - 사출 성형기; 2 - 수지 사출 금형(실제로는 메인 러너와 게이트로 구성됨);
3 - 금형(캐비티 내부); 4 - 중앙에서 유속이 빠른 부분;
5 - 캐비티 벽을 따라 유속이 매우 느린 부품. 6 - 방향이 있고 늘어나는 수지 분자;
7 - 서로 얽혀 있는 수지 분자입니다.
성형 및 경화:
용융된 플라스틱을 주입하면 노즐을 통해 금형에 들어가 형태를 이루고 냉각·고화되어 완제품이 됩니다. 그러나 용융된 플라스틱이 금형에 채워지는 데 걸리는 실제 시간은 몇 초에 불과해 충전 과정을 관찰하기가 매우 어렵습니다.
미국 엔지니어 Stevenson은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 두 개의 게이트가 있는 핫 러너 금형을 사용하여 성형되는 폴리프로필렌 자동차 도어의 충전 공정을 묘사하고 사출 시간(즉, 충전 시간), 용접선 및 필요한 조임력을 계산했습니다. 그림 1-6은 시뮬레이션에서 얻은 모델을 보여줍니다. 그림 1-6의 용융물의 흐름과 충전상태는 상상했던 것과 크게 다르지 않으며, 실제 자동차 도어의 충전과정을 정확하게 반영할 수 있을 것이다.
사출 성형 공정의 흐름을 시뮬레이션하는 방법에는 FAN 방법, CAIM 시뮬레이션 시스템, Moldflow 시뮬레이션 시스템 등이 있습니다. 이러한 시뮬레이션 방법은 현재 보다 합리적인 금형 설계와 게이트 위치 또는 유형 선택을 목표로 금형 내 용융 플라스틱의 충전 과정을 예측하는 데 사용됩니다.
용융된 플라스틱이 성형된 후 응고 과정에 들어갑니다. 응고 중에 발생하는 주요 현상은 냉각과 결정화로 인해 동시에 발생하는 수축입니다. 그림 1-7은 온도가 감소함에 따라 결정성이 다른 세 가지 유형의 폴리에틸렌의 수축을 보여줍니다.
(a-상대 밀도가 0.9645인 PE; b-상대 밀도가 0.95인 PE; c-상대 밀도가 0.918인 PE; d-냉각 속도 곡선: C1, C2, C3-세 가지 모두 냉각 속도가 동일합니다.)