(주)우진플라임 기술교육원이 [월간 플라스틱기계산업] 독자들을 위해 사출성형기 운영에 필수적인 교육 정보를 매월 연재 형식으로 제공한다. 이번 호에서는 사출 성형을 통해 제품을 생산하는 과정 중 발생하는 다양한 사출 성형품 트러블에 대한 발생 원인을 분석하고, 그 분석을 통한 해결책을 제시한다.

※ 자료 : (주)우진플라임 기술교육원(www.woojinplaimm.or.kr)

 

성형 불량의 원인

 

1. 성형기의 기능 부족
- 작동유, 오일쿨러 관리 부족
- 유압 밸브, 펌프의 이상
- 체크링의 이상
- 성형기의 기능(속도, 압력, 용량) 부족

 

2. 성형 조건의 부적절
- 온도, 속도, 압력, 배압

 

3. 금형 자체의 결함
- 랩핑 불량, 조립 불량, Gas Vent, Cold Slug–well

 

4. 원료(수지)의 결점
- Lot별 물성 차이 발생, 건조 전후 수분률 관리의 미흡

 

5. 제품 설계상의 결함
- Gate 위치 및 개수, 살 두께 등

 

성형품에 나타날 수 있는 불량의 종류

 

1. Short Shot(짧은 발사/미성형)
제품의 형상이 불완전한 성형품을 Short Shot 또는 미성형이라고 한다.
이러한 종류의 결함은 흔히 유로가 길거나 살 두께가 얇은(Rib, 창살) 경우 Gate에서 멀리 떨어진 곳에 나타난다.
미성형의 원인은 사출되는 수지량이 너무 적거나, 사출 압력이 충분하지 않고 사출 속도가 느려서 충진 시 유로의 고화가 빠르게 발생해 생기기도 하며, 금형 온도가 낮은 것도 원인이 된다. 또한 금형에 Air Vent가 충분하지 않아서 발생하기도 한다.

 

 

- 문제점 분석
먼저 금형 부분에 문제점이 있는지 알아보는 것이 우선시 되어야 하는데 Sprue, Runner, Gate의 통과 면적이 작지는 않은지, Cavity에 수지가 저항을 받을 수 있는 이유가 있는지를 확인해 개선책을 마련해야 한다.
금형 부분에서 문제점이 도출되었다면 다음에는 사출 조건에 대한 문제점을 찾아봐야 한다.
수지 온도는 낮게 작업하는 것이 좋지만 너무 낮으면 Cavity에 수지가 충분히 충진되기 전에 고화가 진행되어 미성형이 발생한다.
즉, 미성형에 대한 조건의 대책은 Cavity에 수지가 충분히 충진되기 위한 높은 압력, 빠른 속도, 적절한 온도가 필요하고, 이때 금형에 잔류할 수 있는 Gas를 빼낼 수 있는 Vent가 만들어져 있어야 한다. 기계적으로는 스크류와 체크링의 마모 상태를 체크해 보는 것도 필요하다.

 

2. Flash / Burr
금형의 맞닿는 Parting Line 부분에 성형품 형상 이외에 형상이 만들어지는 것을 Flash / Burr라고 한다.

 

 

- 문제점 분석
금형의 Parting Line 면에 흠집 또는 먼지 등 이물질이 있어서 정밀도가 좋지 않은 경우 발생할 수 있으면, 금형 설치판(고정/이동 측 플레이트)에 흠집이 있거나 기계적으로는 타이바의 변형 또는 터글의 편마모가 있을 때 발생할 수 있다.
금형 부분의 문제점이 개선되었다면 사출조건 상으로 형체력을 올릴 수 있을 경우 형체력을 올리고 사출 압력과 보압을 낮추며 사출 속도, 수지 온도 등을 내리는 것으로 개선이 가능하다.

 

3. Sink Mark(함몰 자국/수축)
제품의 두꺼운 부분이나 Rib, Boss 등의 외측 벽이 불충분한 냉각과 두꺼운 곳에서 열 수축이 보상될 수 없을 때, 성형품의 표면상에 바깥쪽 층이 안쪽으로 빨려 들어가 오목하게 나타나는 현상을 말한다.

 

 

- 원인 및 분석
Sink Marks 수축은 냉각 과정 중 제품의 어떤 특정한 부위에서 열 수축을 보상할 수 없을 경우 발생한다. 고체의 수지가 가소화 장치에서 액체화하고 금형 내에 주입되어 고체화하는 과정에서 발생하는 체적 수축이 성형품 외관에 나타나는 결함이다.

- 주의 사항
최적의 보압 전달을 위해 성형품 가장 두꺼운 단면에 Gate를 설치해야 하고, Sprue & Gate의 조기 냉각을 피하기 위해 충분한 크기가 요구된다.

 

 

- 대책                   
계량 거리를 증가시키고 잔량의 산포가 심하다면 스크류 및 체크링의 마모를 의심해 볼 수 있으니 스크류의 역류 테스트를 해보는 것이 좋다.

 

 

4. Flow Mark(흐름 자국)
Cavity로 최초에 유입된 수지의 냉각이 너무 빨라서 다음에 유입되는 수지와의 경계가 생겨 일어나는 것으로, 용융 수지의 흐름 흔적이 줄 무늬 모양, 파상 또는 흐름 줄 무늬로 나타나는 현상이다.

 

 

- 원인
Flow Mark는 수지 온도 및 금형 온도가 너무 낮고, 사출 속도가 느려 냉각 속도가 너무 빠른 것이 큰 요인이다. 금형으로 유입되는 수지는 분수유동을 하게 되어 금형의 외벽을 따라 유동을 하게 되며 이때 점성이 높은 수지나 낮은 금형 온도는 성형품의 외벽 즉, Skin층을 형성하는데, 이때 유동이 좋지 않다면 더 많은 흐름 자국이 만들어질 수 있다.

 

 

- 분석 및 대책
불충분한 금형 온도로 인한 흐름 자국이 발생한다면 금형 온도를 올려주어야 하고, 냉각 라인이 부족하다면 추가적인 라인을 설치하는 적극적인 대처가 필요하다. Gate 주변에 발생할 경우에는 Gate의 통과 위치의 사출 속도를 올리거나 다단 사출로 조건을 설정해 저속, 또는 고속으로 변경하는 것으로 흐름 자국 또는 Smog 현상을 개선할 수 있다.
가열 실린더의 온도를 올려서 수지의 유동을 원활하게 해주어야 하다면 수지의 물성표를 참조해 금형온도 용융수지 온도를 올바르게 설정해야 한다. 금형에서는 Gate의 크기 및 위치를 잘 선정해야 하며 Sprue 끝이나 주 Runner로 분기한 곳에 Slag-well을 설치하는 것이 좋다.