휨(Warpage)현상의 방지 및 수정방법

  휨 현상은 불균일한 수축에 의해 발생되며, 대부분의 성형품에 있어 중요한 문제이다.
휨의 정도를 예측하는 것은 그 요인이 너무 많아 불가능하지만, 설계가 잘못 되거나 성형 기술이 부적절한 경우에 발생한다는 것은 예측 가능하다.
이 현상은 내부 응력에 의해 발생되는 변형에 국한되며, 외부적 변형 요인은 성형시 항상 주의하여 제거해야 한다.

차등 수축의 주 원인들
휨 현상을 수정 또는 방지하기 위해서는 금형온도, 냉각속도, 용융수지온도, 흐름의 방향성, 살 두께의 차이, 캐비트의 압력, 공기빼기의 부족, 등등 차등 수축을 일으키는 요인들을 이해하여야 한다.
■ 제 1 요인 : 냉각 속도
성형품에서 금형의 불 균일한 열 전달이 변형의 주요 원인이 된다.

1.금형 온도 :
금형온도가 높으면 냉각이 느려지고, 응력이완이 커지며, 수지의 밀도가 높아져 성형품의 수축이 커진다. 성형품의 한쪽면이 다른 쪽보다 뜨거우면 뜨거운 쪽이 천천히 냉각되므로 수축이 커져서 뜨거운 쪽이 오목하게 휘게 된다. (그림 1)

그림1

2.열 전달 용량 :
열 전달 경로의 특성에 의해 열 전달량이 제한될 수 있다.  예를 들면 긴 코어판의 끝에서 몰드 베이스로 열을 전달할 기회는 거의 없다. (그림 2)
냉각 코어를 넣지 않으면  돌출된 핀은 금형의 다른 부위보다 30~60℃만큼 더 뜨거워지기 쉽다.  
이로 인해 휨현상, 금형에 달라붙는 현상 및 취출문제를 발생시킬 수 있다. 

그림2

그림3

또다른 열유동 장애는 그림 3과 같은 리브(Rib)에서 발생한다.  벽과 리브가 만나는 부위에서는 반대편보다 냉각속도가 느려지며 리브 주위에서 높은 수축이 발생되게 된다.  그리하여 아래와 같은 휨현상이 생긴다.
3.금형재질 :
각기 다른 열전도율을 가진 재질을 사용한 금형의 경우 휘임현상이 나타난다. 이때 나타나는 결과는 "금형온도" 항목에서 설명한 바와 거의 같다. 따라서 금형 양쪽의 온도가 똑같더라도 휨현상이 나타날 수 있다. 

 ■ 제 2 요인 : 단면의 두께
 단면의 두께가 불균일하게 설계된 제품은 각 부위가 독립적으로 수축되지 않는 한 휨현상이나 잔류응력이 남게 된다.  이것이 변형의 주원인 되며 다시 설계하지 않는 한 해결방법이 없다.

■ 제 3 요인 : 흐름의 방향성
캐비티 충진과정에서 반쯤 고화된 수지흐름의 先端표면은 접성전단을 일으켜 게이트에서부터 방사형으로 응력을 형성한다. (그림 4)
이러한 국부적인 응력은 수축분포에 영향을 주어 그림 4에서 보는 바와 같이 흐름직각 방향보다 흐름방향으로 수축이 커진다.  이러한 영향으로 측면게이트를 가진 기어가 흔들림이 커지고, 막대기 형태의 센터게이트를 가진 제품이 휘이게 된다.(그림5)

그림4

그림5

■ 제 4 요인 : 압력분포
얇고 긴 제품은 압력강하 현상에 의해 게이트 부근에 높은 압력이 발생되어 게이트 주위의 수축을 작게된다. 스프루 게이트를 가진 디스크는 감자칩 형태로 휘게 된다.  그 이유는 바깥쪽(압력이 낮은 부위)의 수축이 중앙(압력이 높은 부위)의 수축보다 크기 때문이다. (그림6)

그림6

■ 제 5 요인 : 불균일한 용융수지온도
  용융수지가 차지하는 체적은 온도에 따라 증가한다.  그러므로 냉각수축은 용융수지온도에 따라 달라지며, 한 쇼트의 처음 부분과 마지막 부분의 온도 편차가 있으면 수축의 차이에 의해서 휨현상이 생긴다.  

정확한 원인의 확인
휨현상은 정확한 원인을 알게되면 90%이상 해결된다.  제일 먼저 검토해야 할 곳은 설계단계이다.  잘못 설계된 제품에서 휘임문제를 해결하는 것은 매우 어려운 일이다.  그 외에도, 휨현상을 수정하기 위해 성형조건을 바꿈으로서 완제품 물성에도 영향을 미칠 수 있다. 

 

편집 : 이엔지폴리머