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플라스틱 성형 길잡이

성형 문제 해결

제9장 휨

 

POM(아세탈), PA(나일론), PBT 및 PET(폴리에스터)와 같은 부분 결정성 물질은 비결정성 물질보다 훨씬 더 휘는 경향이 있다.  금형 및 성형품을 설계할 때 이점을 미리 고려해야 한다. 그렇지 않으면, 이후 단계에서 수정하기는 거의 불가능하다.  이 자료에서는 휨(warpage)의 원인과 그것을 방지하고 감소시키기 위한 방안을 논하고자 한다.

 

휨의 주요 원인은 무엇인가?

부분 결정성 물질은 비교적 많이 수축되어 여러 가지 요인에 영향을 받는다.  비강화 물질의 경우, 휨은 벽면 두께와 금형 표면 온도에 크게 영향을 받는다.  이는 벽면 두께에서의 큰 차이와 부적절한 금형 온도로 인해 성형품이 휜다는 결과가 된다.  유리 섬유 강화 물질의 경우 유리 섬유의 배향(orientation)으로 인해 완전히 다른 수축 특성이 나타날 것이다.  벽면 두께의 차이가 수축에 주는 효과는 비교적 미미하다.  여기서, 섬유의 세로축 배향과 플로우에 대해 수직인 방향과의 차이가 휨의 주요 원인이다.  휨은 주로 벽면 두께 분포, 게이트의 위치, 플로우 장애 및 지류(by-passes), 그리고 성형품 고유의 단단함(rigidity)에 기인한다.  

휨의 원인이 이렇게 다양하므로,  재료의 섬유 강화 여부와 무관하게, 동일한 성형품에서 정반대로 휘는 현상이 자주 발생한다. 

 

휨은 어떻게 방지할 수 있는가?

비강화 물질에는 벽면 두께가 단일해야 한다.  가능한 한 용융액 축적을 피해야 한다.  게이트를 여러 군데 두면 압력 차이를 크게 할 수 있어서 수축 편차가 최소화된다.  금형 가열 시스템은 가능한 한 열이 균일하게 분산될 수 있도록 설계해야 한다.(6장 참조).
유리 섬유 강화 물질인 경우, 벽면 두께의 단일성뿐만 아니라 성형품의 대칭성이 중요하다.  비대칭적인 성형품은 용융수지 플로우 따라서 배향을 저해하므로 결국 휨을 초래한다.  그러므로 비대칭적 성형품의 경우, 금형 계획 및 설계 단계에서 blind core를 넣어 균형을 맞추어 주는 것이 필요하다.  게이트의 위치도 중요한데, 지류(by-pass)와 융착부(weld line)는 모두 휨의 원인이 될 수 있다.

성형업체에서 할 수 있는 것은 무엇인가?

성형품, 게이트, 금형이 모두 올바르게 설계되었다고 가정하면, 성형업체에서는 체류 압력과 금형온도를 통해 휨을 조절할 수 있다.  열 분산을 최적화하는 여러 가지 가열 회로를 사용하는 것이 일반적인 관례이다.
강화 물질의 경우, 사출 속도를 변경하거나 금형 온도를 낮추는 것도 약간은 도움이 된다.  금형 및 성형품 설계 단계에서 이후에 휨이 일어날 가능성이 예상되지 않는 경우, 이후에 성형 조건을 변경하는 것으로는 바로 잡을 수 없다.

휨이 일어났을 때 어떻게 해야 하는가?

가장 중요한 단계는, 특히 유리 섬유 강화 물질의 경우, 금형 중진에 대한 조사 즉, 여러 단계에서 금형을 부분적으로 중진함으로써 조사하는 것이다.  용융수지 선단 프로파일을 조사함으로써, 섬유의 배향을 재구성할 수 있다.  강화 물질의 수축 곡선을 참조하여, 휨을 감소시키기 위한 조치를 취할 수 있는데, 예를 들면 플로우 보조기(flow aids)나 플로우 제한기를 사용할 수 있다.  이렇게 하면 용융수지 선단 프로파일이 변경되고, 따라서 휨에도 영향을 준다.
이 방법은 풍부한 현장 경험을 요하며, 동시에 향후 예방 조치를 취할 수 있는 지식을 증대시킨다.  원재료의 특성과 물리적 조건 때문에 여기에도 제한 사항이 있다.  결정성 폴리머에 대해서는, 비결정성 폴리머에서와 동일한 평평함(flatness)을 얻을 수 없다.  이러한 맥락에서, 휨이 적은, 결정성 폴리머 블랜드가 언급된다.  이것은 화학적 변경이나 다양한 강화 요소의 조합으로 인해, 특성과 휨간의 절충을 나타낸다.  가장 비용이 많이 드는 마지막 방법은 금형을 변경하는 것으로 이루어진다.  유사한 성형품으로 이미해 본 경험이 있다면, 중요한 성형품을 위한 최상의 방안은 바로잡을 수 있게 하는 인서트(insert)이다.