플라스틱 가공이란
플라스틱 가공은 플라스틱을 가열하여 녹인 후 금형에 주입하여 냉각이나 압축으로 굳혀 성형하는 방법입니다.
플라스틱 가공의 주요한 방법으로는 성형가공, 절삭가공, 3D프린터 가공 등이 있으며, 아래는 성형가공에 대한 내용을 다루겠습니다.
플라스틱의 성질
전기절연성과 내식성이 우수하며, 쉽게 연소되지는 않지만 금속에 비해 내열성이 낮습니다.
가볍고 무색이다. 임의로 착색이 가능하지만, 장기간 햇볕에 노출되면 색이 변하고 표면이 거칠어져 강도가 감소합니다.
열가소성수지
선모양의 고분자로 이루어지며, 가소성을 가지므로 다양한 형상으로 성형이 가능합니다.
열을 가하면 녹고 냉각하면 고체가 되는 재가공이 용이한 플라스틱입니다. 열가소성수지는 고분자 사슬의 결합이 약하여 고온에서 이동이 자유롭기 때문에 변형에 용이하고, 재활용 또한 가능합니다.
열경화성수지
액상이나 분말형태의 반제품으로 생산한다. 가열하면 경화되어 불용융성 물질이 됩니다.
열경화성 수지는 열을 가해 경화한 후 다시 열을 가해도 형태가 변하지 않는 수지입니다.
열경화성 수지는 열 또는 압력을 가해도 녹지 않고 변형이 일어나지 않으며, 내열이 강하고 단단하여 성형이 어렵습니다. 따라서 주로 강함이 요구되는 용도로 사용됩니다.
플라스틱 가공 방법
1. 성형가공법
성형가공은 가열하여 녹인 수지를 금형에 주입한 후 냉각이나 압축으로 굳혀 성형하는 방법으로, 대량생산에 적합합니다.
열가소성수지
재료에 유동성을 주는 가소화과정, 재료의 금형충전과정, 제품 경화의 완성과정으로 분류됩니다.
성형사이클은 열경화성수지의 경우보다도 짧고 동일형상의 성형품의 대량생산에 적용할 수 있으며, 스크랩이나 성형불량품을 재사용하는 것도 가능합니다.
열가소성수지의 종류
| 열가소성수지의 종류 | 약어 |
|---|---|
| 아세탈 | POM |
| 폴리에틸렌 | PE |
| 폴리프로필렌 | PP |
| 폴리에틸렌 테레프탈레이트 | PET |
| 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 | ABS |
열가소성수지의 대표적인 종류로는 아세탈(Acetal=POM), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), PET, ABS 등이 있습니다.
열경화성수지
시간에 따라 예열, 용융, 경화 단계로 구분됩니다.
열경화성 수지는 일반적으로 공기와 접촉하여 경화되며, 냉각될 때까지 완전히 경화됩니다. 경화 후 재가열될 경우 점화 또는 연소를 위해 사출 성형에서만 재사용할 수 있습니다.
열경화성수지의 종류
| 열경화성 수지의 종류 | 약어 |
|---|---|
| 폴리아미드 | PA |
| 폴리우레탄 | PU |
| 폴리에스테르 | P |
| 실리콘 수지 | Silicone / SI |
| 폴리카보네이트 | PC |
| 에폭시 수지 | Epoxy / EP |
| 멜라민 수지 | MF |
| 페놀 수지 | PF |
| 고무 | – |
| 아미노 수지 | – |
| 불포화폴리에스터 | UP |
열경화성 수지의 대표적인 종류로는 폴리아미드(PA), 폴리우레탄(PU), 폴리에스테르(P), 실리콘 수지(Silicone / SI), 폴리카보네이트(PC), 에폭시 수지(Epoxy / EP), 멜라민 수지(MF), 페놀 수지(PF), 고무, 아미노 수지, 불포화폴리에스터(UP) 등이 있습니다.
압축성형
분말이나 입상 재료를 금형에 넣고 가열한다. 열가소성수지는 성형종료 후 금형을 식히고 압력을 제거합니다.
가열한 금형의 캐비티에 분말 상태의 성형 재료를 넣고 유동상태가 되면 높은 압력을 주어 가압한 후 일정 시간을 유지하게 되면 화학반응에 따른 경화현상이 일어나면서 제품의 형상이 만들어지는 원리를 사용하는 방식입니다.
2. 이송성형(Transfer molding)
가소화된 재료를 폐쇠된 금형에 공급하고 가압한다. 성형시간이 짧고 복잡한 형상도 성형할 수 있습니다.
열경화성 재료를 외부에서 열과 압력을 받은 후 폐쇄된 금형 공소에 주입하여 경화시키는 공정입니다.
이송성형을 이용한 섬유강화플라스틱 성형방법
1) 상부 성형몰드와 하부 성형몰드 중 적어도 하나의 상면에 캐비티 영역의 중앙부에 한 개 이상의 수지배출구를 형성합니다.
2) 캐비티 영역의 가장자리 영역의 복수 개의 지점에 복수 개의 수지주입구를 형성합니다.
3. 적층성형
얇은 플라스틱과 종이, 직물, 매트 등을 서로 겹쳐 쌓은 상태에서 가열, 가압 경화시켜 단일체로 성형합니다.
3D 프린팅 공법으로, 용융압출 적층조형 방식으로 가공하는 것을 말합니다. 적층성형은 프로토타입 틈새시장을 넘어 자동차 및 의료 기술 산업으로 확대되었으며, 개별 부품의 효율적인 생산과 소규모 생산에 적합합니다.
4. 사출성형(Injection molding)
사출성형은 가장 보편적인 성형 가공 방법으로, 금형 안에 원재료 수지를 넣어 틀 모양과 동일한 제품을 찍어내는 방법입니다.
사출성형은 복잡한 형상을 포함해 다양한 형태의 부품을 연속해서 신속하게 대량으로 제조할 수 있습니다.
고온챔버식 다이캐스팅과 유사하며, 용융된 소재가 분할다이의 공동부로 사출된다. 다이캐스팅처럼 양호한 치수정밀도와 함께 복잡한 형상을 얻는다. 열경화성수지도 성형되며 대량생산이 가능하다.
성형온도가 높아지면 급격히 강화되어 유동성을 잃고 성형이 어려워지고, 온도가 낮아지면 제품표면에 주름이 발생한다.
소형제품부터 텔레비전, 냉장고문 등 대형제품까지 모두 가공할 수 있다.
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5. 압출성형
압출기에서 가열, 연화한 열가소성수지를 다이와 같은 단면을 갖도록 연속 압출합니다.
가래떡을 뽑는 것과 유사한 압출의 원리를 사용한 성형 가공방식입니다.
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6. 취입성형(Blow molding)
압출과 사출성형을 병용하며, 관상의 성형품을 다이속에 넣고 가열후 속에 공기를 불어넣어 중공품을 만듭니다.
바람의 힘을 활용하는 성형 방식으로 중공 성형 방식으로도 불립니다.
마무리
오늘은 플라스틱 가공 방법(성형, 이송, 적층, 사출, 압출, 취입)에 대해 알아보았습니다.
플라스틱 가공은 플라스틱을 가열하여 녹인 후 금형에 주입하고 냉각이나 압축으로 굳혀 성형하는 과정입니다. 이 과정에는 성형가공, 절삭가공, 3D 프린터 가공 등의 다양한 방법이 포함됩니다.
플라스틱은 전기절연성과 내식성이 우수하지만 내열성이 낮고, 색이 변하며 강도가 감소할 수 있습니다. 플라스틱은 열가소성수지와 열경화성수지 두 종류로 나뉘며, 각각 재가공이 용이하거나 경화 후 형태가 변하지 않는 특성을 가집니다.
가공 방법으로는 성형가공, 이송성형, 적층성형, 사출성형, 압출성형, 취입성형 등이 있으며, 각기 다른 특성과 용도를 가지고 있습니다. 이러한 가공 방법은 플라스틱의 다양한 특성을 활용하여 필요한 제품과 형태를 만드는 데 사용됩니다.
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