사출 성형 수축 및 솔루션
사출 성형 중, 금형 캐비티의 특정 영역에 압력이 충분하지 않으면 용융물이 냉각되기 시작하면서 플라스틱 부품의 두꺼운 영역이 더 천천히 수축되어 인장 응력이 발생합니다. 부품의 표면 경도가 불충분하고 용융 보충이 없으면 부품 표면이 응력을 받아 늘어납니다. 그림 3-8과 같이 이 현상을 수축이라고 합니다.
수축은 종종 금형 캐비티에 용융물이 축적되는 영역과 강화 리브, 지지 기둥 및 부품 표면 사이의 접합부와 같이 부품의 두꺼운 벽 영역에서 발생합니다.{0}}
사출 성형 부품 표면의 수축은 외관에 영향을 미칠 뿐만 아니라 강도도 감소시킵니다. 수축은 사용된 플라스틱 유형, 사출 성형 공정, 부품 및 금형의 구조와 밀접한 관련이 있습니다.
그림 3-8 제품의 수축 현상
플라스틱 원료:
플라스틱마다 수축률이 다릅니다. 일반적으로 수축되기 쉬운 원료는 대부분 결정성 플라스틱(나일론, 폴리프로필렌 등)입니다. 사출 성형 과정에서 결정성 플라스틱이 가열되어 유체가 되면 분자가 무작위로 배열됩니다. 더 차가운 금형 캐비티에 주입되면 플라스틱 분자가 점차 깔끔하게 정렬되어 결정을 형성하여 부피가 크게 수축됩니다. 그 크기가 지정된 범위보다 작습니다. 이를 -'수축'이라고 합니다.
사출 성형 공정:
보압이 부족하거나, 사출 속도가 느리거나, 금형이나 재료 온도가 낮거나, 보압 시간이 부족하면 사출 성형, 수축이 발생할 수 있습니다.
따라서 사출 성형 공정 변수를 설정할 때 성형 조건이 올바른지, 보압이 수축을 방지하기에 충분한지 확인하는 것이 필수적입니다. 일반적으로 유지 시간을 연장하면 제품이 냉각되어 용융물을 보충할 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있습니다.
플라스틱 부품 및 금형 구조
수축의 근본 원인은 플라스틱 제품의 벽 두께가 고르지 않기 때문입니다. 대표적인 예로 보강리브와 지지기둥의 표면에 수축이 발생할 확률이 매우 높다는 것이다. 또한 금형의 러너 설계, 게이트 크기 및 냉각 효과도 제품에 큰 영향을 미칩니다. 플라스틱은 열 전달 용량이 낮기 때문에 캐비티 벽에서 멀어질수록 냉각 속도가 느려집니다. 따라서 해당 지점에서 충분한 용융물이 캐비티를 채워야 합니다. 이를 위해서는 사출 또는 유지 중에 역류 및 압력 감소를 방지하기 위한 사출 성형 기계 나사가 필요합니다. 또한, 금형의 러너가 너무 좁거나 너무 길거나 게이트가 너무 작고 냉각이 너무 빠른 경우 반고형 용융물이 러너나 게이트를 막아 캐비티 압력이 떨어지고 제품이 수축됩니다.
실제로 플라스틱마다 수축률이 다릅니다. 표 3-2는 일반 플라스틱의 수축률을 보여줍니다.
표 3-2 일반 플라스틱의 수축률:
| 암호 | 소재명(영문) | 수축률(%) | 암호 | 소재명(영문) | 수축률(%) |
|---|---|---|---|---|---|
| GPPS | 범용 폴리스티렌(PS) | 0.5 | 택시 | 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트 | 0.5 ~ 0.7 |
| 엉덩이 | 고충격 폴리스티렌 | 0.5 | 애완 동물 | 폴리에틸렌 테레프탈레이트(폴리에스테르) | 2.0 ~ 2.5 |
| SAN | 스티렌 아크릴로니트릴(AS) | 0.4 | PBT | 폴리부틸렌 테레프탈레이트 | 1.5 ~ 2.0 |
| ABS | 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 | 0.6 | PC | 폴리카보네이트 | 0.5 ~ 0.7 |
| LDPE | 저밀도 폴리에틸렌 | 1.5 ~ 4.5 | PMMA | 폴리메틸메타크릴레이트(아크릴) | 0.5 ~ 0.8 |
| HDPE | 고밀도 폴리에틸렌 | 2 ~ 5 | PVC硬 | 경질 PVC | 0.1 ~ 0.5 |
| PP | 폴리프로필렌 | 1 ~ 4.7 | PVC 자동차 | 유연하고 부드러운 PVC | 1 ~ 5 |
| PA66 | 나일론 66 | 0.8 ~ 1.5 | PU | 폴리우레탄(PU 폼, 구조용 폼) | 0.1 ~ 3 |
| PA6 | 나일론 6 | 1.0 | 에바 | 에틸렌비닐아세테이트 | 1.0 |
| PPO | 폴리페닐렌 산화물(변형 PPO) | 0.6 ~ 0.8 | PSF | 폴리설폰 | 0.6 ~ 0.8 |
| 포엠 | 폴리옥시메틸렌(아세탈) | 1.5 ~ 2.0 |
수축의 원인과 해결책은 표 3-3에 나와 있습니다.
| 문제 분석(결함 현상) | 솔루션 방법 |
|---|---|
| ① 금형 충진 부족(Short Shot) | ① 용융 유동성 증가 |
| 에이. 수지 온도가 너무 낮음 | 에이. 배럴 온도를 높이세요 |
| 비. 사출압력이 부족하다 | 비. 사출압력을 높인다 |
| 기음. 사출 속도가 너무 느리거나 정지 위치가 너무 빠릅니다. | 기음. 사출 속도 증가 / 체류 시간 연장 |
| 디. 금형 온도가 너무 낮음 | 디. 금형 온도를 높이거나 냉각 시간을 연장하십시오. |
| 이자형. 러너/게이트가 너무 작거나 너무 얇음(과도한 저항) | 이자형. 러너와 게이트를 확대하거나 러너 길이를 줄입니다. |
| 에프. 공기가 막히거나 통풍이 잘 되지 않음 | 에프. 환기 슬롯 추가 또는 환기 개선 |
| g. 과도한 이형제 또는 오염 | g. 금형 캐비티 청소, 과잉 이형제 제거 |
| 시간. 배압을 줄이거나 스크류 속도를 낮추십시오. | |
| ② 플래시(버) | ② 용융유동성 감소 |
| ③ 싱크마크/보이드(표면 함몰) | ③ 결정성 조절(냉각) |
| ④ 웰드라인이 너무 뚜렷함(웰드라인이 약함) | ④ 웰드라인 형성 시 용융온도를 높인다 |
| ⑤ 뒤틀림/변형(부분 휘어짐) | ⑤ 유지 및 냉각 시간 연장 |
| ⑥ 물파문 / 은색줄 (흐름자국) | ⑥ 레진을 적절하게 건조시킵니다. |
| 7 취성 / 충격강도 낮음 | ⑦ 두께 불균일 감소(밸런스 가스 배출 테스트) |
| ⑧ 스크류 또는 배럴 마모(과도한 전단) | ⑧ 수지의 수분함량 조절 및 검증 |
| ⑩ 치수정확도가 낮다. (사이즈가 불안정하다) | ⑩ 금형 배기 재확인 및 개선 |
| ⑩ 과도한 수축 또는 사후-수축 | ⑩ 배럴 온도, 배압, 스크류 속도, 계량 표준화 |
범프 및 솔루션
제품이 탈형된 후 그림 3-9와 같이 특정 위치에서 국부적인 부피 증가와 팽창이 발생했습니다.
플라스틱 부품에 기포가 발생하는 이유는 불완전하게 냉각되고 경화된 플라스틱이 내부 압력 하에서 가스를 방출하여 부품이 팽창하기 때문입니다. 이 결함을 개선하기 위해 다음 조치를 취할 수 있습니다.
① 효과적인 냉각. 방법에는 금형 온도를 낮추고, 금형 개방 시간을 연장하고, 플라스틱의 건조 및 가소화 온도를 낮추는 것이 포함됩니다.
② 금형 충전 속도를 줄이고 성형주기를 단축하며 유동 저항을 줄입니다.
③ 보압을 높여 보압시간을 늘린다.
④ 국부적으로 과도한 두께가 발생하거나 두께가 크게 변동되는 부분을 방지하기 위해 부품 구조를 개선합니다.
③ 부품 구조 설계 측면에서: 두께 불일치를 줄이고 벽 두께를 최대한 균일하게 유지합니다. 공기가 갇히는 것을 방지하려면 날카로운 모서리를 피하십시오.
금형 설계 측면에서 최종 용융물 충전 지점에 환기 채널을 추가합니다. 게이팅 및 러너 시스템을 재설계합니다. 가스가 빠져나갈 수 있는 충분한 시간과 공간을 확보할 수 있을 만큼 통풍구가 충분히 큰지 확인하십시오.
공정 조건: 최종 사출 속도를 줄입니다. 합리적인 금형 온도를 설정하고 금형 개방 시간을 연장하십시오. 주입 압력과 유지 압력을 최적화합니다. 스크류 후퇴를 줄여 후퇴 중에 공기가 흡입되어 다음 성형 사이클로 운반되는 것을 방지하고 재료 온도를 낮춥니다.
수축(진공 기포) 및 그 해결책
진공 기포 또는 공극이라고도 알려진 수축 공동은 일반적으로 다량의 용융물이 축적되는 플라스틱 부품 영역에 나타납니다. 이는 냉각 및 수축 중 용융 보충이 부족하여 발생합니다. 그림 3-10에 표시된 것처럼 수축 공동은 강화 리브 또는 지지 기둥과 부품 표면의 교차점과 같이 플라스틱 부품의 벽이 두꺼운 영역에서 종종 발생합니다.
그림 3-10 플라스틱 부품에 나타나는 수축 구멍
플라스틱 부품에 수축 공동이 발생하는 이유는 용융물이 응고될 때 부피가 두꺼운 부분에서 더 느리게 수축되어 인장 응력이 발생하기 때문입니다. 부품의 표면 경도가 불충분하고 부품을 보충할 용융물이 없으면 내부에 공극이 형성됩니다. 수축 공동의 원인은 수축(또는 공동화)의 원인과 유사하지만 수축으로 인해 표면 함몰이 발생하는 반면 수축 공동은 내부 공극을 형성한다는 차이점이 있습니다. 수축 공동은 일반적으로 벽이 두꺼운- 영역에서 발생하며 주로 금형의 냉각 속도와 관련이 있습니다. 금형 내 용융물의 냉각 속도가 다르면 위치에 따라 수축 정도가 달라집니다. 금형 온도가 너무 낮으면 용융수지 표면이 빠르게 냉각되어 두꺼운 벽의 더 뜨거운 용융수지를 주변 표면 쪽으로 끌어당겨 수축 공동이 발생합니다.
플라스틱 부품의 수축 공동은 부품의 강도와 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 부품이 투명한 경우 수축 구멍도 모양에 영향을 줄 수 있습니다. 수축 공동 개선의 핵심은 금형 온도를 제어하는 것입니다.
수축 공동의 원인과 해결책은 표 3-4에 나와 있습니다.
| 문제분석(불량원인) | 솔루션 방법 |
|---|---|
| ① 금형 온도가 너무 높음 | ① 금형 온도 조절기를 적절하게 사용하여 금형 온도를 낮춘다. |
| ② 제품 벽이 너무 얇거나 리브/보스가 너무 두꺼움 | ② 제품 디자인 수정, 벽 두께가 균일한지 확인 |
| ③ 게이트 크기가 너무 작거나 위치가 적절하지 않음 | ③ 게이트를 확대하거나 게이트 위치를 변경합니다. (벽면적을 두껍게 사용) |
| ④ 러너가 너무 길거나 너무 얇음(과도한 용융 냉각) | ④ 런너 길이를 줄이거나 런너 직경을 늘리십시오. |
| ⑤ 사출압력이 너무 낮거나 사출속도가 너무 느림 | ⑤ 사출압력이나 사출속도를 높인다 |
| ⑥ 보압이 너무 낮거나 보압시간이 부족함 | ⑥ 보압을 높여 보압시간을 연장 |
| 7 재료 흐름 길이가 너무 길거나 부족합니다. | ⑦ 냉각 구멍을 늘리거나 냉각수 구멍을 늘리십시오. |
| ⑧ 용융 온도가 너무 낮거나 배럴 온도가 부족합니다. | ⑧ 용융 온도를 높이거나 가열 구역 온도를 높입니다. |
| ⑩ 냉각시간이 너무 길다 | ⑩ 내부 냉각시간 단축, 금형내 급속냉각 활용 |
| ⑩ 냉각수 온도가 너무 낮음(과냉각) | ⑩ 수온을 높여 곰팡이의 과냉각을 방지한다. |
| ⑪ 배압이 낮음(수지 밀도가 낮음) | ⑪ 배압을 적절히 높여 수지 밀도를 높인다. |
| ⑫ 과도한 나사 전단 또는 수지 열화 | ⑫ 나사와 배럴을 제거/청소하고 온도를 재보정합니다. |
엣지 플래시(버, 트리밍) 및 솔루션
용융된 플라스틱이 금형의 분할 표면에서 압출되어 완제품의 가장자리에서 벗겨지는 현상을 플래시라고 하며, 그림 3-11에 표시된 것처럼 버(burr)라고도 알려져 있거나 간단히 플래시라고 합니다.
그림 3-11은 플라스틱 부분의 오버플로 현상을 보여줍니다.
플래시는 사출 성형에서 심각한 품질 문제입니다. 플래시가 분리되어 금형의 분할 표면에 부착되고 시간 내에 청소되지 않으면 후속 금형 잠금으로 인해 분할 표면이 심각하게 손상되어 새 플래시로 이어집니다. 따라서 사출성형 공정 중 플래시 발생에 각별한 주의가 필요합니다.
과도한 사출 압력, 지나치게 빠른 최종-사출 속도, 불충분한 조임력, 이젝터 핀 구멍 또는 슬라이드 블록의 마모, 고르지 않은 금형 분할 표면(간극 있음), 점도가 너무 낮은 플라스틱(예: 나일론) 등 사출 성형 중에 플래시가 발생하는 이유는 많습니다.
표 3-5 오버플로 원인 및 해결 방법:
| 문제분석(불량원인) | 솔루션 방법 |
|---|---|
| ① 용융온도 또는 금형온도가 너무 높음 | ① 용융온도와 금형온도를 낮춘다. |
| ② 사출압력이 너무 높거나 사출속도가 너무 빠르다. | ② 사출압력을 낮추거나 사출속도를 줄인다 |
| ③ 보압이 너무 높음(과밀포장) | ③ 보압을 낮추다 |
| ④ 금형판의 끼워맞춤 불량 또는 금형 정밀도 불량 | ④ 금형 점검/수리 또는 금형 체결 정밀도 향상 |
| ⑤ 체결력이 부족함 (제품 파팅라인에 버가 있음) | ⑤ 클램핑력 증가 |
| ⑥ 제품 표면에 과도한 응력이 가해 성형-됨 | ⑥ 체결력이 큰 성형기를 사용한다 |
| ⑦ 게이트 불균형으로 인해 충전이 고르지 않게 발생 | ⑦ 게이트의 균형을 맞춥니다 |
| ⑧ 금형 변형 또는 파팅면 손상(찌그러짐 등) | ⑧ 금형 캐비티를 수리하거나 금형 두께를 늘리십시오. |
| ⑩ 과도한 게이트 커팅(게이트 위치가 너무 낮음) | ⑩ 게이트 커팅 위치를 올려 주입한다. |
| ⑩ 금형 소재의 손상 또는 마모 용이 | ⑩ 내마모성-이 높은 금형 재료를 선택하고 열처리를 수행합니다. |
| ⑪ 플라스틱 수축률이 너무 낮음(예: PA, PP 소재) | ⑪ 수축률이 높은 수지로 변경하거나 충진제를 첨가합니다. |
| ⑫ 금형 캐비티 내부에 이물질이나 스크래치가 있음 | ⑫ 금형 캐비티 청소 및 손상된 부분 수리/교체 |