사출성형이란?
사출성형(射出成型)은 용해된 물질을 주형에 주입시킴으로써 여러 부분을 만들기 위한 제조 공정입니다. 금형을 이용한 성형법 중 하나로, 합성 수지(플라스틱) 등의 재료를 가열해서 녹이고 금형에 주입한 뒤 냉각시켜 원하는 성형을 실행합니다.
사출성형 불량의 종류 6가지와 원인 및 해결 방법
사출 성형 불량의 종류는 다음이 있습니다.
1. 충전부족(Short Shot=미성형)
사출성형 불량인 Short Shot는 성형품의 형상이 불완전하게 충전된 상태를 말합니다. Short Shot는 미성형이라고도 합니다.
충전부족(Short Shot=미성형) 원인
Short Shot는 다음과 같은 원인으로 발생합니다.
- 수지의 유동성이 부족하거나 수지의 계량값이 너무 작은 경우
- 사출 압력이 부족한 경우
- 사출 속도가 지나치게 빨라서 Gas Vent가 제대로 이루어지지 않거나 막힌 경우
- Nozzle 선단을 지나 Sprue → Gate → Cavity를 지나면서 사출 압력이 떨어지는 경우
- Rib, boss, 밑단 등에서 수지가 완전히 제품의 형상을 이루지 못하는 경우
충전부족(Short Shot=미성형) 해결 방법
Short Shot를 해소하기 위해서는 다음과 같은 방법을 시도해볼 수 있습니다.
- 금형온도와 가열실린더 열(특히 노즐온도)을 올려 수지가 쉽게 유입될 수 있도록 한다.
- 유동성이 좋은 수지로 교환을 한다.
- 금형온도, 수지온도, 사출압력과 속도를 높여 충전시킨다.
2. 흑줄(Black streak=블랙 스트리크)
사출성형 불량인 블랙 스트리크(Black Streak)는 성형품에 검은 줄이 생기는 현상입니다. 성형품 내부에 흑색 안료가 불규칙하게 분산되는 듯한 상태를 나타냅니다.
흑줄(Black streak=블랙 스트리크) 원인
블랙 스트리크는 다음과 같은 원인으로 발생할 수 있습니다.
- 수지가 높은 온도 또는 실린더 내에서 과도한 정체시간 때문에 열적으로 손상
- 재료 속의 가열성 휘발분 혹은 윤활제 등이 열분해하거나, 혼입된 공기가 연소
- 금형표면에 기름 및 기타 이물질이 부착되어 있는 경우
- 가스 빼기 불량으로 수지가 열화되어 발생
- 분활제 및 이형제로 인해 발생
- 핫트런너의 색상교체 불량의 경우 금형의 manifold내 체류
흑줄(Black streak=블랙 스트리크) 해결 방법
블랙 스트리크를 해결하기 위한 대책으로는 다음과 같은 것들이 있습니다.
- 사출압력을 낮춘다
- 수지 온도, 금형 온도 올린다
- 배압, RPM을 조절한다
- 수지 건조를 충분히 한다
3. 크랙(Crack)
사출성형에서 발생하는 크랙은 플라스틱 제품에서 흔히 발생하는 결함입니다. 크랙은 응력과 변형이 주된 원인으로, 잔류응력, 외부응력, 외부환경에 의한 응력변형 등이 원인이 될 수 있습니다.
크랙(Crack)의 원인
크랙의 원인은 다음과 같습니다.
- 수지의 유동성이 부족할 때
- 금형온도를 높임
- 성형품의 일부에(특히 게이트 부근에) 사출 압력이 너무 높게 걸리거나 과충전일 때
- Annealing을 하여 Crack/Crazing을 방지함
크랙(Crack)의 해결 방법
크랙의 대책은 다음과 같습니다.
- 어닐링: 성형품의 열변형 온도보다 5~10℃ 낮은 온도에서 충분한 시간을 줍니다. 성형품을 항온기에서 보관하여 일정 시간 후 꺼냅니다.
- 금형 온도를 높입니다: 융합을 개선합니다.
- 수지 온도를 높입니다: 접합부까지 흐름이 떨어지지 않도록 빠르게 주입시킵니다.
- 웰드부의 두께를 증가시킵니다: 수지의 흐름을 좋게 해줍니다.
- 유동성이 좋은 수지로 교환해서 성형합니다.
- 게이트의 단면적을 크게 합니다: 게이트를 통과하는 수지의 유속이 내려갑니다.
- 사출속도를 낮춥니다: 공기가 빠져나갈 시간을 줍니다.
- 호퍼부 온도를 낮추거나 냉각수를 사용합니다.
- 금형 표면을 깨끗한 상태로 유지합니다.
4. 플래시(Flash, Burr)
사출 성형 불량인 플래시(Flash)는 금형의 성형품 주입부 이외의 부분으로 용융 플라스틱이 유출되어 고화하는 현상입니다. 금형의 접합부에서 발생합니다.
플래시(Flash, Burr) 원인
플래시가 발생하는 원인은 다음과 같습니다.
- 사출 압력이 필요 이상 높다
- 성형기의 능력 부족
- 금형의 강도 부족
- 정밀도 불량인 경우
- 사출기의 형체력이 불충분하거나 낮다
- 금형의 내부 압력이 너무 높다
- 수지의 점도가 너무 낮다
- 충치의 분포가 불합리하다
- Parting면에 흠집 또는 먼지가 있거나 정밀도가 나쁜 경우
플래시(Flash, Burr) 해결 방법
플래시가 발생했을 때 대책은 다음과 같습니다.
- 사출압력을 낮춘다
- 수지 온도, 금형 온도를 올린다
- 배압, RPM을 조절한다
- 수지 건조를 충분히 한다
5. 플로우 마크(Flow Mark)
플로우 마크(Flow Mark)는 사출성형에서 발생하는 성형 불량 중 하나입니다. 플로우 마크는 주로 얇고 평평한 성형품의 사이드 게이트(Side Gate)에서 잘 나타납니다.
플로우 마크(Flow Mark)의 원인
플로우 마크의 원인은 다음과 같습니다.
- 수지온도 및 금형 온도가 너무 낮고, 사출속도가 느려서 냉각속도가 너무 빠른 것
- 충전 도중에 급격한 속도 변화에 의해 유동 압력이 상승하여 스킨층이 미끄러짐이나 깨짐을 일으키는 것
- 수지온도가 너무 낮아 고화층이 쉽게 형성되고, 유동성이 저하되어 수지 흐름 자국이 생기는 것
플로우 마크(Flow Mark)의 해결 방법
플로우 마크(Flow Mark)의 대책은 다음과 같습니다.
- 금형온도를 높게 설정합니다.
- 노즐부의 온도를 높게 합니다.
- 사출 속도를 빠르게 합니다.
- 수지의 흐름을 좋게 하기 위해 웰드부의 두께를 증가시킵니다.
- 유동성이 좋은 수지로 교환해서 성형합니다.
- 게이트부에서 웰드 라인이 발생하는 부위까지 거리를 짧게 합니다.
- 가스 빼기를 설치하고 이형제를 사용하지 않습니다.
6. 젯팅(Jetting)
사출성형 불량 중 하나인 제팅(Jetting)은 성형품의 표면에 뱀이 지나가는 것과 같은 구불구불한 모양의 용융수지 흐름 자국이 생기는 현상입니다. 플로우마크(Flow mark)의 일종으로, 수지의 유입 속도가 지나치게 빠르거나 스프루에서 게이트까지 유로가 너무 길면 생기기 쉽습니다.
젯팅(Jetting)의 원인
젯팅의 원인은 다음과 같습니다.
- 캐비티 내에 먼저 들어간 수지와 뒤에 들어간 수지의 융합이 나빠서 뱀의 모양과 같은 유동 흔적이 표면에 남은 상태로 냉각 고화해버리는 현상
- 일반적으로 수지의 유동선단은 사출기 노즐에서 시작되어 게이트를 통과하여 캐비티 내로 흘러 들어 간다. 이때 어느정도 냉각되어 나머지 수지와 균일하게 용융되지 못해서 발생
- 게이트 주위의 사출 속도차에 의해 발생
- 금형 Cavity 내 수지 유동 선단이 미처 생성되지 못하여 발생하는 현상
젯팅(Jetting)의 해결 방법
젯팅의 대책은 다음과 같습니다.
- 금형 파팅면 불량에 의한 경우: 금형 파팅 면의 보수 필요
- 과도한 사출 압력과 사출속도
- 형체압이 부족한 경우
- 성형기의 보수 관리가 나쁜 경우
마무리
오늘은 사출성형 불량의 종류 6가지와 원인 및 해결 방법에 대해 알아보았습니다.
그 밖에 불량들을 아래에 간단히 정리합니다.
사출성형 불량의 원인은 다음과 같습니다.
- 성형기: 사출압력이 높거나 유지시간이 길다.
- 금형: 이형불량, 돌출 부적당, 냉각의 불균일 및 불충분, 금형온도가 높다.
- 재료: 어닐링의 부적당.
- 용융물에 공기, 수분, 가스 등이 섞여 크레이징이나 기포 등 다양한 형태의 성형 불량이 발생.
- 성형기의 기능 부족: 작동유, 오일 쿨러 관리 부족.
- 성형조건의 부적절: 온도, 속도, 압력, 배압.
- 금형 자체의 결함: 랩핑 불량, 조립 불량, Gas vent, Cold Slug – Well.
- 원료(수지)의 결점.
- 제품 설계상의 결함.
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