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플라스틱 성형 길잡이

성형 문제 해결

제2장 너무 작은 유입 시스템

     

오늘날에는 컴퓨터 지원 설계, 정형 원소 분석,성형 플로우 계산과 같은 복잡한 방법을 동원하여 엔지니어링 폴리머로 된 부품을 설계한다. 그러한 방법들이 유용한 것임은 분명하지만, 유입 시스템을 정확히  설계하는 것이 중요하다는 것을 충분히 고려하지 못하는 경우가 있다. 이 자료에서는 결정성 폴리머를 위한 올바른 유입 시스템의 기본 요소를 다룬다. 그러나 이러한 요소뿐만 아니라 게이트의 위치가 정확하고 체류 시간도 적절해야 한다.

 

 

결정성 수지의 특징

결정성 열가소성 물질은 용융 상태에서 고체(결정)상태로 전이되면서 부피가 줄어든다. 이러한 수축은 수지의 유형에 따라 14%까지도 일어날 수 있으며, 체류 시간동안 성형 캐비티에 추가로 용융 상태의 물질을 공급해 주어야 한다. 이는 체류 상태 중 액체 중심이 존재하도록 하는데 게이트의 교차 영역이 적절한 경우에만 가능하다.

 

결과 파악

게이트 시스템이 너무 좁은 경우(예제 참조), 의도한 체류 시간 이상으로는 체류 압력을 효과적으로 유지할 수 없다. 그런 경우, 부피 수축을 적절히 보충할 수 없어서,(강화 화합물인 경우) 바늘구멍 뿐만 아니라, (비강화 화합물인 경우 특히)공동(void)과 패인 곳이 생기게 된다. 현미경으로 이러한 증상을 관찰할 수 있다. 그 결과 성형품의 치수 안정성도 현저하게 변할 것이며, 수축이 과도하게 일어나고 휘는 경향도 더 심할 것이다.
공동과 바늘구멍은 놋치로 작용하여 파단시 신율과 충격 강도를 급격히 저하시키므로 기계적 특성에 부정적인 영향을 준다. 섬유 강화 화합물의 경우, 게이트가 너무 좁으면 섬유가 손상을 입어 짧아지게 되고, 이로 인해 성형품을 약화시킬 것이다.
사출 압력이 높고 성형 충진시간이 긴 게이트가 너무 좁음을 나타내는 지표가 될 수 있다. 예를 들면, 사출 속도를 달리 설정하여도 성형 충진 시간에 별로 영향이 없는지 확인함으로써 이를 알 수 있다.
게이트가 너무 좁으면, 표면 결함이 발생할 수도 있다. 과도한 전단 변형으로 인해 충격 완화제, 안료, 내염제, 분리 섬유와 같은 첨가물을 필요로 할 수 있다. 너무 좁은 게이트로 인해 스트리크, 흐릿한점, 바블효과를 초래하는 분출이 일어나거나, 게이트 주위에 일종의 후광이 형성되기도 쉽다. 성형 침전물이 형성되는 경향도 증가되고 있다.

유입 시스템의 설계

유입 시스템을 설계할 때, 고려해야 할 첫번째 포인트는 성형품의 벽면 두께이다.(아이어그램 참조)어느 곳이든 런너의 직경이 사출 성형의 벽면 두께보다 작아서는 안된다. 게이트로부터 출발하여 각 분기점에서 런너의 직경을 넓혀, 거의 일정한 전단 변형율이 유지되도록 할 수 있다.

불가피하게 생기는 냉각 슬러그가 사출 노즐로부터 성형품에 도달하는 것을 막기 위해, 냉각 슬러그를 차단할 수 있도록 게이트를 항상 연장해야 한다. 이렇게 연장된 부분은 냉각 슬러그를 가둬둘 수 있도록 게이트와 거의 동일한 직경을 가져야 한다.

약간은 결정성인, 비강화 폴리머를 성형할 때, 게이트의 두께가 최소한 성형 부품 벽면 두께의 50%는 되어야 한다. 이는 강화 화합물에도 적당하다. 섬유의 손상 위험을 최소화하기 위해, 그리고 이러한 화합물의 점성이 더 높은 점을 염두에 둘 때, 게이트 두께는 성형 부품 벽면 두께의 75%이내 이어야 한다. 게이트 길이는 특히 중요하다. 스프루의 이른 고형화를 방지하기 위해 길이가 1mm이하이어야 한다. 체류 압력이 가장 효과적이 되도록, 성형시 게이트 주위를 가열할 것이다.

기본 규칙을 요약하면 다음과 같다.

  • 냉각 슬러그를 걸러내기 위한 수단을 항상 제공한다.
  • 러너의 직경이 성형 부품의 벽면 두께보다 크게 한다.
  • 게이트 두께가 적어도 성형 부품 벽면 두께의 50%는 되어야 한다.

이 원칙들은 엔지니어링 폴리머의 결정화 과정에만 적용한다. 성형 충진 과정을 산정하길 원하는 경우, 폴리머의 플로우 길이에 대한 자료를 사용할 수 있고 필요에 따라 플로우 계산을 해야 한다. 여러 가지 이유로 인해 게이트 설계가 이러한 권장사항을 준수하지 않는 사례가 있을 것이다. 이점에 대해서는 일반적으로 품질과 비용 효율 사이의 절충이 이루어져야 할 것이다.