고분자 가공
무기공업화학
동기유발
플라스틱 제품들은 어떻게
만들어지는 것일까요?
간단히 말하자면...
떡방앗간에서 가래떡 뽑기를 생각해 보세요
원료를 가열해서… 일정모형의 틀에 의해 특정 모양으로 만듭니다.
고분자 가공은 수학, 물리, 화학, 화학공학, 재료공학 등 여러 학문과 기술이 복합화된 첨단 학문 (기술)
복잡하게 말하자면...
고분자 가공
고분자 가공이란?
2) 가공 관련 요소
Materials Compounding Fabrication (Structuring) End-products Chip
Bead Powder Mixture
Melting Dissolving
Gelation Dispersing
Melt Solution Gel-state Solid-state Amorphous
Desired structure:
Orientation Grainy structure
1) 고분자 가공이란?
① 고분자가공 (polymer processing)
- 합성된 고분자를 필요한 형태의 생산품으로 변환시키는 것
② 중요 요인
- 정확한 형상구조 (superstructure)의 조절 중요
- 결정크기 (crystal size), 결정화도 (crystallinity), 배향 (orientation)
③ 생산형태
- 섬유 (Fiber), 필름 (Film), 각종 성형품 (Molding product)
고분자 가공
1) 재료(생산품 형태)에 따른 가공법
① 열가소성 재료의 성형방법
- 압출성형 (Extrusion molding) - 사출성형 (Injection molding) - 중공성형 (Blow molding) - 진공성형 (Vacuum molding) - 카렌다 성형 (Calender molding) - 압축성형 (Compression molding) - 회전성형 (Rotating molding)
- 파이프/튜브 제조 (Pipe extrusion or tube fabrication)
② 열경화성 재료의 성형방법
- 압축성형 (Compression molding) - 이송성형 (Transfer molding)
- 사출성형 (Injection molding) - 적층성형 (lamination molding) - 주형성형 (Casting molding) - FRP성형 (FRP molding)
2) 구조/형상에 따른 가공법
- 필름 가공 (Film process)
- 성형품 가공 (Molding process) - 섬유가공 (Fiber process)
- 표면코팅 (Surface coating) - 발포가공 (Foam process)
- 강화수지 및 복합재료의 성형 (Reinforced resin and composite molding)
고분자 가공법
- 컴파운딩 (Compounding) - 열성형 (Thermoforming) - 소결 (Sintering)
- 용접 (Welding)
3) 전공정 또는 후공정 가공법
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고분자 가공학
① 고분자 공정 (Polymer Processing)
· 고분자 공정 및 다이/금형
② 압출 및 사출 공정
· 압출성형공정 및 공정조건 설정
· 사출성형공정
· 사출금형의 구성 및 공정조건 설정
③ 고분자의 섬유가공
· 고분자재료 섬유화 가공기술
· 나노섬유의 특성과 제조방법
④ 고분자재료의 필름가공 기술
· 고분자 소재의 개발과 필름 제조공정
⑤ 고분자 블렌드 및 복합체 공정
· 첨가제 (기계적, 화학적, 가공물성 개선)
· 복합체 공정 및 마스터배치
1) 수치적 접근 2) 실질적 접근
① 고분자 유변학 (Polymer Rheology)
· 고분자의 공정 또는 자체 물성 계산 및 실제공정 조건 예측
② 공정에서 유변학
· 압출공정에서 고분자의 유변물성
· 사출공정에서 고분자의 유변물성
· 필름공정에서 고분자의 유변물성
· 섬유공정에서 고분자의 유변물성
③ 복합체 공정에서 유변학
· 다성분계 고분자 (고분자 블랜드 및 복합체)에서 고분자의 물성 유변학적 물성 및 공정 조건 해석/예측
④ 후가공에서 유변학
· 고분자재료의 추가 가공시 공정 조건의 유변학적 예측
고분자 가공
1. 성형 가공 2. 필름 가공 3. 기타 가공
고분자 가공
사출성형 (Injection molding)
성형 가공 (Molding process)
- 열가소성 및 열경화성 고분자를 이용, 빠른 속도로 성형물을 만드는데 사용하는 성형 공정
1) 사출 성형이란?
2) 사출 성형공정의 특징
① 공정상 특징
• 높은 압력으로 용융수지를 금형으로 주입
• 높은 압력을 견디기 위한 금형의 높은 강도 때문에 높은 가격의 금속을 사용, 금형비용이 높음
② 경제성
• 대량생산에 적합하고 자동화가 가능
• 짧은 성형시간, 복잡한 형태의 제품 성형
③ 보편성 (널리 사용되는 성형법)
• 자동차 부품 생산에 최근 급격한 증가
• 각종 가전기기 외관, 정밀기계부품 등
④ 가공 고분자
• 주로 열가소성수지를 사용하나 열경화성수지도 성형 가능
사출성형 (Injection molding)
성형 가공 (Molding process)
3) 사출 성형기
• 용융점 또는 연화점 이상으로 가열된 고분자 액체를 사출기 통해 몰드속으로 사출. 이후 몰드 속에서 고분자 성형, 냉각후, 몰드가 개봉돼 성형물 분리
① 사출 성형 공정
- 플랜저형 사출성형기
- 스크류형 사출성형기
② 사출 성형기 종류
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사출성형 (Injection molding)
성형 가공 (Molding process)
4) 성형 공정
① 가소화 (plasticization) ② 사출 (Injection)
③ 보압 (Holding) ④ 냉각 (Cooling)
⑤ 노즐후퇴 (Nozzle retreat) ⑥ 형개와 이형 (Mold opening & Ejection)
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사출성형 (Injection molding)
성형 가공 (Molding process)
5) 사출성형 공정
https://www.youtube.com/watch?v=b1U9W4iNDiQ
중공성형 (Blowing molding)
성형 가공 (Molding process)
① 중공성형: 압출기로부터 성형 재료를 튜브상으로 압출후, 바로 금형에 끼워 내부에 공기를 불어넣어 중공품(中共品)을 성형하는 공정
② 중공성형 종류: 압출식, 사출식, 다층식, 연신 블로우성형
1) 중공 성형이란?
2) 중공 성형 공정 특징
① 중공성형 사용수지
• 압출온도에서 강도와 우수한 연신도 나타냄.
• 사출용 수지 대비 고점도 수지 (polyethylene, polypropylene 등) 사용.
② 중공성형 용도
• 플라스틱 용기류, 대형 탱크 및 장난감 등 속이 비어 있는 제품 생산 활용
중공성형 (Blowing molding)
성형 가공 (Molding process)
3) 중공 성형 공정
① 압출식 중공성형 (Extrusion blow molding)
• 주로 한쪽만 뚫린 용기를 제작하는데 사용하는 성형법
• 압출성형으로 만들어진 패리슨(parison)을 금형이 붙잡고 압축공기 불어 넣음
• 성형 과정: 패리슨 압출돼 금형 사이로 나옴 → 금형 닫고, 가압공기로 패리슨 팽창 → 냉각시켜서 성형물 고형화 → 성형물을 금형으로부터 분리 → 필요 없는 부분 절단 및 성형품 완성
(25-100 psi)압축공기
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중공성형 (Blowing molding)
성형 가공 (Molding process)
3) 중공 성형 공정
② 사출식 중공성형 (Injection blow molding)
• 기계적 성질이 높은 수지를 사용하여 용기를 제작할 때 사용하는 성형법
• 사출로 만든 프리폼을 재가열하여 금형에 넣고 압축공기를 불어 넣어 제작
중공성형 (Blowing molding)
성형 가공 (Molding process)
3) 중공 성형 공정
③ 다층 중공성형 (Multilayer blow molding)
• 자동차 연료탱크 같이 투과 방지용 배리어제를 구성하는 다층 결합 수지의 종류별 층수를 갖도록 하는 성형
④ 연신 중공성형 (Stretch blow molding)
• 음료, 화장품, 의약품 등에 폭넓게 사용되는 플라스틱 용기 성형에 적합
• 패리손을 장력을 가하거나 지름이 커지도록 내압을 넣어 분자가 종횡으로 배열을
이루도록 하는 성형법
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중공성형 (Blowing molding)
성형 가공 (Molding process)
4) 중공성형 공정
https://www.youtube.com/watch?v=WLyaZbT97EI
압축성형 (compression molding)
성형 가공 (Molding process)
① 압축성형: 분말상의 수지를 예열된 금형에 투입하고 고온, 고압으로 압축해 제품생산공정. 열경화성 수지 성형이나 충전제 함량 큰 경우에 사용
② 압축성형 용도: 열가소성과 열경화성 수지 모두에 적용되며, 열가소성 수지는 재활용 수단으로 많이 활용. 대형화분, 물탱크, 농약통에 적용
1) 압축 성형이란?
2) 압축 성형 공정 특징
① 압축성형공정
• 열경화성 수지는 원하는 수지에 충전재, 강화재, 경화제, 이형제, 안료 등 배합해 가열, 혼련후, 냉각성형.
② 압축성형원료
• 분체나 분말 형태의 원료는 계량해 고주파 예열 → 수분, 휘발분 제거후, 예비적으로 경화, 금형 투입해 가압 성형
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압축성형 (compression molding)
성형 가공 (Molding process)
3) 압축성형용 재료와 조건
① 열가소성수지: 성형 후 금형을 식힌 후 압력제거
② 열경화성수지: 성형 후 바로 성형품 꺼냄. 압축성형은 주로 열경화성수지 사용
③ 압축성형용 수지 및 성형조건
③ 압축성형 공정 특징
• 원료수지가 연화되거나 일부만 용융된 상태에서 성형 발생 가능
• 초고분자량 수지 또는 충전제 함량이 높아 용융가공이 어려운 고분자 성형
• 경화 (가교화)위해 틀 속에 머무는 시간이 길다. (생산성 낮음)
2) 압축 성형 공정 특징
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압축성형 (compression molding)
성형 가공 (Molding process)
4) 압축성형 공정
https://www.youtube.com/watch?v=VscL0Uw7GRI
주형 (Casting)
성형 가공 (Molding process)
1) 주형이란?
① 주형: 틀 (금형) 속에 액상 단량체나 프리폴리머 (prepolymer)를 주입하고, 틀 내부의 대기압아래 조건에서 중합
② 주형법의 종류: Simple casting, Dip casting, Encapsulating, Potting, Rotational casting, Slush casting
③ 주형의 수지: 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 폴리메타크릴수지, 폴리이미드수지
2) 주형 공정 특징
① 주형 공정의 장점
• 장치, 연장, 틀의 값이 비교적 싸고, 성형 방법 간단
• 성형물의 스트레스가 없거나 적고, 복잡한 형태 성형물도 쉽게 제작 가능
② 주형 공정의 단점
• 고분자 수축과 반응열 문제로 큰 성형물은 만들기 어려움
• 생산 속도가 느리고, 치수가 정밀하지 못함
• 공기 방울이나 습기 등이 문제 발생 가능
• 용매나 다른 첨가제가 해로울 수 있음
Summary
1) 성형 가공
- 사출성형, 중공성형, 압축성형, 주형
2) 필름 가공
- 압출 성형, 카렌다 성형 3) 기타 가공
- 열성형, 진공성형, 연신성형, 압출코팅, 플라스틱 용접
정리
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