공학박사 윤 천 한
사출금형설계
성형조건과 성형
최적 성형을 위해서는 사용되는 성형 수지의 물성이나 특 성은 물론 그 제품의 가공 공정에 따른 이점과 한계성을 명확히 파악해야 한다. 이와 같은 문제점을 극복하기 위한 몇 가지 특징적 사항들을 소개한다.
1) 두께의 단차(thick/thin section): 제품의 두께가 균일하 지 않은 경우，즉 두께의 단차가 큰 경우，용융 수지는 흐 름에 제한을 받지 않는 곳으로 우선적으로 흐르고 금형 냉 각도 불균일하게 되어 싱크 마크，내부 기포，뒤틀림，성 형 응력，미성형 등과 같은 문제점이 발생한다.
두꺼운 부분의 수지 내부층은 밟은 부분과 게이트가 응 고된 뒤에도 냉각이 이루어지므로 수축이 계속된다.
(6) 제품 형상과 성형의 관계
2) 뾰족한 모서리 (sharp corner): 뾰족한 모서리는 수지 흐름에 장애가 되어 응력 집중 현상이 나타나며 그 부분은 깨지기 쉽다.
그림 3 .47 에서 응력 집중을 완화시키기 위한 필렛(fillet) 반경 은 최소 0.4이상이 되어야 한다.
3) 게이팅(gating) : 게이트의 크기와 위치는 수지의 흐름과 웰 드 라인의 위치에 매우 중요하다.
그림 3 .48은 게이트가 너무 작을 경우 제품이 완전히 성형되기 전에 원료가 응고된 것을 나타낸다. 게이트가 너무 큰 경우는 완 전성형이 끝난 뒤 원료가 응고되기 전에 역류현상이 발생한 게 이트가 너무 크면 성형품에서 절단하는 데도 어려움이 크다. 게 이트가 너무 작으면 그림3 .49 에서와 같이 게이트 얼룩(gate blush) , 콜드 플로우(cold flow) , 제팅(jetting) 현상이 발생한다.
제팅 현상은 수지가 좁은 게이트를 통과할 때 금형의 표면에 접
플라스틱 원료는 수분의 영향을 받는 형태에 따라서，흡수성 수지와 비흡수성 수지 두 종류로 구분된다. 비흡수성 수지에는 수분이 침투하지 못하고 펠렛의 표면에만 묻는다. 표면의 수분 은 수지에 뜨거운 공기를 가함으로써 제거될 수 있다. 뜨거운 공기가 수지 위를 유선형으로 통과할 때 물을 흡수하므로，수 분이 펠렛의 표면을 떠나 뜨거운 공기 쪽으로 이동되면서 수지 가 건조된다.
흡수성 수지는 비흡수성 수지와는 달리 펠렛 속으로 수분이 흡수된다. 흡수된 수분이 제거되지 못한 상태에서 성형이 되면，
제품의 강도와 외관 품질이 크게 떨어진다.
수분 제거에는 건조 공기와 열이 필요하고，원료 건조기는 열을 공급하는 것 외에도 공기중의 수분 함량도 줄일 수 있어 야 한다.
3.3 수지의 성형 온도와 건조 조건
온도
이슬점
공기의 체적
초기와 최종 수분함량
원료의 형태 등
그 중에서도 온도는 플라스틱 원료를 건조시키는 데 있 어서 필수적인 요소이다.
온도가 높을수록 수지의 건조에는 탁월한 효과가 있다.
실험에 의하면，700℃ 에서의 건조 시간은 900℃에서보 다도 5배가 더 길게 소요된다.
바꿔 말하면，물성에 영향을 주지 않는 범위 내에서 건 조온도가 높을수록 건조시간이 짧아짐을 의미한다.
원료건조에 영향을 주는 조건
이슬점이 낮은(건조) 공기가 습한 공기보다도 수분을 더 많이 흡수하게 된다.
그러므로 수분 제거에는 낮은 이슬점이 요구된다.
이것은 흡수성 수지를 건조시키는 데 있어서 이슬점의 영향이 크다는 것을 의미한다.
수지의 수분 함량을 0.02% 미만까지 건조시키기 위해 서는 이슬점이 -400℃가 되는 건조 공기가 바람직.
PET 처럼 흡수성이 높은 수지에 적합한 이슬점의 범 위는 -40 ~ -45 0C 이다.
(2) 사출 성형 조건
1) 가공요소:사출성형 조건은 사출성형 시 폴리머의 용 융상태에서의 물성에 달려 있다.
2) 실린더 온도: 실린더에서 조정되는 온도는 용융 온도，
즉 용융 수지의 점도에 영향이 크며 온도가 너무 낮으면 흐름에 저항을 받게 되고，캐비티에 충진시키기 위해 고 압을 걸게 되는데 이 때문에 발생되는 내부 응력은 제품 을 취약하게 한다.
3) 금형 온도: 수지 흐름에 영향을 주는 중요한 요소이며，
나일론의 높고 예민한 용융점 때문에 비록 수지 점도가 낮을지라도 좁은 캐비티는 충진시키기 어려운 경우가 있 으므로 용융물의 빠른 경화를 막기 위하여 금형 온도를 상대적으로 올릴 필요가 있다.
4) 사출 압력: 사출 단계에서 실린더，노즐，스프루，런너，
게이트 등，특히 게이트에서 일어나는 압력 손실을 극복하기 위하여 충분한 사출 압력, 경우에 따라서는 기계의 최대 능력 까지 사용하는 것도 있다. 나일론은 예민한 용융점 때문에 재 료가 쉽게 고화하는 경향이 있고 이는 용융물 통과 시 저항을 증가시키는 원인이 되어 불충분한 사출압은 금형에 작은 압력 만 전달하게 되어 기포 현상(VOID) 이나 과도한 싱크 마크 및 웰드 라인 등과 같은 불량의 원인이 되기도 한다.
5) 사출 속도: 일반적으로 밟은 부분은 빠르게 하고 두꺼운 부 분은 기포 현상의 발생을 막기 위하여 사출 속도를 느리게 할 펼요가 있다.
6) 배압: 나일론의 경우 배압을 걸지 않아도 정상으로 성형이 가능하다. 단 균일한 가소화를 위해 약간의 배압을 걸어 주는 편이 좋은 경우도 있다. 과다한 배압은 전단열을 과다하게 발 생시켜 그로 인해서 열화를 일으킬 가능성이 있다.
7) 멜트 디컴프레션 (melt decompression, vacuum suck back): 정상적인 작업에서는 노즐에서 재료가 새는 것을 방지하기 위해서 단 몇 mm 의 suck back 또는 디 컴프레션을 해 준다.
과도한 suck back 의 사용은 노즐을 통해 공기를 유입시 키는 결과가 되어 성형품에는 변색 상태로 나타나는 재 료의 산화에 원인이 된다.
8) 형체력: 형체압이 비교적 높으며, PA66 에 비해 PA6 은 약간 낮은 압력을 필요로 한다. 마라닐 나일론은 높은 사출 압력과 빠른 사출 속도가 요구되고，낮은 용융 점 도 때문에 형체 압력을 충분하게 하는 것이 중요하다.
9) 스크류속도: 스크류의 속도는 회전수로 나타내고，대 부분의 경우 80~150 RPM 이 적당하다.
느린 속도는 큰 기계에서 사용되며，빠른 속도는 미용융 상태의 입자가 제품에 혼입될 수도 있으나 빠른 소형 기계 에서 사용된다. 온도 변동을 최소화하기 위해서는 냉각 사 이클을 적절하게 설정하는 것이 좋다.
1 이 사이클 타임: 용융점도가 낮기 때문에 짧은 시간 내 에 사출이 가능하며, 예민한 용융점을 갖고 있기 때문에 캐비티 내에서의 고화가 빠르게 된다.
일단 재료가 고화되면 상당히 단시간 내에 이형이 가능 할 정도로 굳어지는데 유리 섬유 강화 나일론의 경우는 더 빠른 시간에 고화된다. 냉각 시간을 짧게 하면， 특히 백 색 제품인 경우 고온의 성형품이 공기와 접촉하여 변색이 되기도 하는데 이러한 산화 현상은 금형에서 성형품을 꺼 내는 즉시 온수에 침적시킴으로써 방지할 수 있다.
