재료선택
나쁜 재료라는 것은 있을 수 있지만, 특정 용도에 맞지 않는 재료는
있게 마련이다. 따라서, 설계자들은 사출성형 부품에 영향을 주는 여러
재료의 물성을 속속들이 알고 있어야 한다.
기존의 열가소성 수지
사출성형에는 열가소성 수지가 널리 쓰이며, 비결정성 플라스틱과 반결정성
플라스틱으로 구분된다(그림1). 이 두 부류는 결정성 차이에 의해 분자구조
및 기타 물성에 차이가 생긴다(그림2). 일반적으로 결정성 열가소성
수지는 기계적 스트레스에 많이 노출되는 부품에 주로 사용되고, 비결정성
열가소성 수지는 휨성이 적기 때문에 하우징에 많이 이용된다.
그림. 1
충진재 및 강화재
열가소성 수지에는 비강화, 유리섬유 강화, 그리고 미네랄 및
유리구(Glassbead) 충진의 세 가지 형태가 있다. 유리섬유는 주로 강도,
강성 및 사용온도를 증가시키기 위해 사용되고, 미네랄 및
유리구 충진은 보강효과는 적으나 주로 휨성을 낮추기 위해 사용된다.
유리섬유는 가공, 특히 부품수축 및 휨성에 영향을 준다. 따라서,
유리강화 재료를 비강화 열가소성 수지나 보강재 함량이 적은 재료로
대체하면 치수 변화가 생기게 된다(그림3).
유리섬유의 배향은
유동방향에 의해 결정되며, 이에 따라 기계적 강도에 차이가 생긴다.
그림. 2
그림. 3
그림. 4
그림. 5
이와 같은 효과를 실증하기 위하여 수지흐름 방향과 직각 방향의 2가지 사출성형 시트로 시험용 바를 제작한 뒤, 각각의 기계적 특성 값을 장력 시험기로 비교하였다(그림4).
30% 유리섬유 강화 PET의 경우, 직각방향에서 장력 32%, 굴곡률 43%, 그리고 충격강도 53%의 손실이 있었다. 강도 계산시 안전 계수를 넣어 이와 같은 손실을 고려해 주어야 한다. 여러 열가소성 수지의 물성을 개선하기 위하여 다양한 보강재, 충진재 및 개질개가 첨가된다. 재료 선정시 이와 같은 첨가제에 의한 물성변화를 안내서나 데이터베이스(예:Campus)를 검색하거나 전문가에게 문의하여 정확히 파악하고 있어야 한다.
수분의 영향
PA6이나
PA66 같은 열가소성 수지는 수분을 흡수한다. 수분 흡수는 기계적 물성과
치수 안정성에 크게 영향을 미치므로 재료선택시 특히 주의를 기울여야
한다(그림6~7).
기타 선택 기준
가공 조건 및 조립도 고려해야 한다. 여러 기능을 한 부품에 통합하여
조립 비용을 줄일 수 있는지의 여부도 중요하다. 생산비 절감에는 이와
같이 원재료 비용 이외의 사항도 중요한 요인이 된다. 또한, 강성이
높은 재료를 이용하면 부품 벽 두께를 얇게 할 수 있으므로 사이클이
빨라진다는 점도 유념해야 한다.
이상의 모든 재료 선택기준을 체계적으로 평가해야
한다.
그림 8에는 개략적인 재료 선택 순서도가 제시되어 있다.
그림. 6
그림. 7
그림. 8
편집 : 이엔지폴리머