스크랩 사출성형의 불량 및 해결방안

[연극영화]

사출성형

  사출성형 문제유형별 해결방안

   1) 충진부족

충진 부족 (쇼트 숏, Short shot)은 말 그대로 금형 내 수지가 완전히 들어 차지 못한 것이다. 충진 부족이 발생하는 가장 큰 원인은 금형의 형태와 수지의 유동성 문제이다. 해결 방안은 더 많은 양의 수지가 보다 쉽게 흐르도록 온도와 압력을 올려 주고, 게이트 등을 키워 수지 흐름에 대한 저항성을 줄이는 것이다.

원 인	해 결 책
사출 압이 너무 낮다.	사출 압을 증가 시킨다.
수지의 흐름이 너무 느리다.	실린더의 온도를 높인다.사출 속도를 증가 시킨다.
금형 온도가 낮아 수지 점도가 높다.	금형 온도를 높인다
수지의 공급이 부족하다.	수지 계량을 늘린다.
스프루, 러너, 게이트에서 흐름의 저항이 너무 크다.	게이트, 스프루, 러너의 단면적을 늘리고, 길이는 줄인다.스프루, 러너, 게이트 등의 표면을 매끄럽게 손질한다.
캐비티 내 흐름에 대한 저항이 크다.	게이트 위치를 바꾼다.금형 캐비티의 두께를 키우고 흐름이 개선될 수 있도록 설계를 수정한다.

   2) 이형불량

원 인	해 결 책
수지의 냉각이 충분하지 않다.	금형 온도를 낮춘다.냉각 시간을 늘린다.
수지가 과다하게 충진 되었다.	사출압력을 줄여준다,수지 온도를 낮춘다,금형 온도를 낮춘다 보압을 감소 시킨다
캐비티, 스프루, 런너, 게이트 등의 표면이 불량하다.	캐비티, 스프루, 런너, 게이트의 표면을 개선한다
빼기 구배가 부족하다	빼기 구배를 증가 시켜 이형 저항을 감소 시킨다
기타	코아 - 이젝터 핀을 늘린다, 이젝터 핀 사이즈를 증가 시킨다. 언더 커트 - 언더 커트 빼기 각도를 줄여 준다. 캐비티 - 이형제를 사용한다

만일 스프루가 빠지지 않는 경우에는 아래의 방법으로 해결한다.

원 인	해 결 책
스프루 부분의 냉각이 충분하지 않다.	스프루에 냉각 채널을 보강한다, 냉각 시간을 연장한다.
금형 노즐 라운딩과 사출 성형기 노즐 라운딩이 맞지 않는다.	스프루의 선단 직경을 사출 성형기의 노즐 직경보다 크게 한다. 노즐의 라운딩을 개선한다
스프루 부분의 청소가 불량하다.	스프루의 청소를 철저히 한다.

접시 모양의 고화된 플라스틱이 생성되어 스프루가 빠지는 것을 막고 있는 것이 관찰되기도 한다.

   3) 웰드라인

웰드 라인 (Weld Line)은 금형 내에서 두 갈래의 수지 흐름이 만나는 장소에 생기는 가는 선이다.
수지의 온도가 낮은 상태로 합류하므로 완전한 용융 접합이 이루어 지지 않아 발생한다.
웰드 라인을 완전히 제거하기는 어려우므로, 잘 보이지 않고 강도에 영향을 주지 않는 곳에 생기도록 금형 설계를 하는 것이 핵심이다.

원 인	해 결 책
용융 수지의 흐름이 느리다.	실린더 온도를 높인다.
사출 압이 낮다.	사출 압을 증가 시킨다.
금형의 온도가 너무 낮다.	금형 온도를 증가 시킨다.
캐비티의 공기 배출구가 부족하다.	공기 배출구를 증가 시킨다
게이트와 캐비티의 모양이 적절하지 않다.	웰드 라인 발생 부분을 두껍게 해본다.오버 플로 탭을 설치해 본다.게이트의 위치를 변경한다
외부 윤활제와 이형제의 과다 사용	사용량을 줄인다.

   4) 플로마크

게이트를 중심으로 수지가 흐르는 자국이 얼룩 무늬처럼 나타나는 것이 플로 마크 (Flow Mark)이다.
초기에 금형으로 들어온 수지의 냉각이 매우 빨리 일어나는 경우 그 후에 들어온 수지와 경계를 형성하면서 발생한다.
수지의 점도가 높고, 수지 온도, 금형 온도가 균일하지 않으며, 두께 변화가 심할 때 자주 나타난다.

   5) 싱크마크

싱크 마크 (Sink Mark, 히게, ヒケ)란 성형품의 표면이 오목하게 들어가는 현상이다.
성형품의 불량 중에 가장 많이 발생하는 것 중의 하나로, 부분적으로 두께가 두꺼운 리브 또는 돌기부 이면에 주로 나타난다.
수지가 냉각될 때 감소하는 부피를 채워 주지 못하는 경우 발생한다.
때로는 이러한 부피 감소로 내부에 기포가 발생하기도 한다.
수지가 냉각되는 동안 부피 감소 부분을 보충해 줄 수 있도록 보압을 충분히 주는 것이 중요하며, 금형을 설계할 때 벽면의 두께 차이가 나지 않고 균일하도록 고려한다.

원 인	해 결 책
사출 압이 낮다.	사출 압과 시간을 늘린다. 보압을 증가 시킨다.
냉각 시간이 짧다.	금형 온도를 낮추고 냉각 시간을 늘린다.
수지가 냉각되며 수축이 심하게 발생한다.	실린더 온도를 낮춘다. 재료에 무기물 첨가제를 혼합하여 수축을 줄인다.
금형 온도가 높다.	금형 온도를 낮춘다.
1 숏 당 수지 양이 부족하다.	수지 계량을 약간 늘린다. * 플래시가 발생하지 않도록 주의
성형품의 두께가 두껍다.	두꺼운 것이 강도 보강을 위해서 라면 두께를 줄이고 대신 리브를 설치한다. 제품의 두께를 가능한 균일하게 설계하고 급격한 변화를 주지 않는다. 리브, 보스는 가능한 작고 얇게 설계한다.
게이트, 스프루, 러너의 크기가 작다.	크기를 증가 시켜 압력이 금형 끝까지 골고루 전달되게 한다.
게이트 위치가 적합하지 않다.	게이트는 금형의 두꺼운 부분에 위치 시킨다.
게이트가 너무 크다. (수지가 캐비티로부터 역류하는 경우)	게이트 크기를 줄인다.보압 시간을 증가 시킨다.

※ 잠깐, 금형 온도는 높은 것이 좋을까요? 아니면 낮은 것이 좋을까요?

PE, PP는 소위 결정성 고분자입니다.
즉, 냉각하면서 내부에 결정이 생성되는 물질입니다.
결정이 얼마나 발생하였는가를 결정화도라고 하는데, 이 결정화도는 냉각 속도에 크게 좌우됩니다.
만일 금형 온도를 높게 하면, 수지의 냉각은 천천히 일어나고, 결정화가 충분히 진행되어 (결정이 많이 생겨서) 밀도가 커지게 됩니다.
이 경우 성형품의 강성은 높아지고, 충격 강도는 낮아지게 됩니다.
반대로 금형 온도를 낮게 설정하면, 성형 사이클은 단축되지만 수지의 배향이 크게 되고, 성형 수축 불균형이 커지고, 표면 광택이 나빠지는 등 성형품의 품질이 저하될 수 있습니다.
성형 사이클의 단축이 중요하기는 하지만, 제품의 물성이 저하되지 않는 한도 내에서 짧게 하도록 합시다!

   6) 제팅

제팅 (Jetting)이란 게이트로부터 제품 표면에 지렁이가 지나간 것 같은 흔적이 나타나는 것이다.
콜드 슬러그 웰이 작은 금형의 경우, 사출 성형 초기에 노즐로부터 나온 차가운 수지가 금형 면에서 먼저 고화된 후 뒤에 유입된 수지와 일체화 되지 않고 뜨거운 수지에 밀려가면서 경계선이 눈에 띄는 것이다.
게이트의 위치를 조절하거나, 게이트를 크게 하여 유속을 저하시키는 방법으로 해결한다.
또는 게이트를 탭 게이트로 바꾸어 주는 것도 한 방법이다

원 인	해 결 책
사출 속도가 빠르다.	사출 속도를 낮춘다.
금형 설계가 나쁘다.	콜드 슬러그 웰을 크게 한다. 게이트의 단면적을 늘린다.
수지의 점도가 높다.	노즐 온도를 높인다. 수지 온도를 높인다. 노즐의 히터 용량을 키운다.
금형 온도가 낮다.	금형 온도를 높인다. (수지 열변형 온도에서 20도 낮은 온도로 설정)

   7) 은줄

은줄 (은조, 은선, 실버 스트리크, silver streak, 실버 라인, silver line)은 제품 표면에 재료가 흐르는 방향으로 생긴 은백색의 줄을 일컫는 것이다.
재료가 충분히 건조되지 않아 수분이 많거나 재료 내 휘발 성분이 많은 경우 성형 과정 중에 발생한 기체 성분이 성형품이 굳기 전에 표면으로 지나가면서 발생한다.
수지를 잘 건조 시키고, 휘발 물질이 발생하지 않도록 한다.

원 인	해 결 책
수지 등에서 수분과 휘발성 물질이 증발한다.	수지 등을 잘 건조 시킨 후 사용한다. (80 ~ 85 도에서 3 ~ 4 시간)
이물질의 혼합	사출 재료를 다룰 때 주의하고 실린더 청결에 신경 쓴다. 작업 전에 퍼징을 충분히 한다.
열 분해에 의해 휘발성 물질이 생성 된다.	실린더 온도를 낮추고 성형 사이클을 짧게 한다.
금형에 공기 빼기가 부적절 하다.	공기 빼기를 추가 한다.
냉각수나 금형 분리제가 유출되어 금형 표면에 묻는다.	금형 표면을 깨끗이 한다.
사출 속도가 너무 빠르다.	사출 속도를 늦춘다.
사출 압이 너무 높다.	사출 압을 낮춘다

   8) 플래쉬

플래시 (Flash, 바리, バリ)란 금형의 성형품 주입부 이외의 부분 (금형 접합 부분, 슬라이드 부분, 인서트의 틈새, 이젝터 핀의 간격 등)에 수지가 흘러 들어가서 고화된 것이다. 수지가 유동성이 너무 좋거나 금형 등에 틈이 있는 경우에 발생한다. 우선 사출 온도를 낮추어 수지의 유동성을 작게 하고, 충진 되는 수지의 양을 줄여 본다. 그리고 금형에 이상이 있는지 확인하고 보수한다.

원 인	해 결 책
형 조임력이 부족하다..	형 조임력을 높인다. 사출 압력을 내린다.
수지의 유동성이 너무 좋다.	수지 온도와 금형 온도를 낮춘다. 사출 압력과 사출 속도를 낮춘다.
금형의 밀착이 나쁘다.	금형 면의 이물질을 제거한다. 금형의 평행도, 형 조임 장치의 조정 상태 등을 점검한다. 금형 면의 다듬질 상태를 점검한다.
수지 충진 과다	수지 계량이 과다한지 체크 한다
금형이 휘어 있다.	금형 받침을 한다. 금형의 두께를 늘린다.

* 플래시가 도저히 없어지지 않는다면 사출기를 바꿔야 하는 경우도!
   - 형체력 ³ 투영 면적 ´ 캐비티 내압력(캐비티 내압력은 일반적으로 200 ~ 400 kg/cm2, 투영 면적은 런너 포함)
* 위 식대로 계산해 본 결과 성형품의 투영면적에 걸리는 압력이 사출기의 형체력보다 큰 경우에는 기기를 용량이
   큰 것으로 변경해야 할 필요가 있다.

   9) 크레이징, 균열

성형 제품의 표면에 가는 선 모양으로 갈라짐이 발생하는 것이 크레이징 (Crazing)이나 크랙 (Crack)이다. 용융 수지가 캐비티에 채워질 때 표면은 빨리 냉각되어 굳은 반면 중심부는 아직 용융 상태를 유지하게 된다. 이 두 부분 사이에 경계를 형성하며 굳는 경우 여기에 잔류 응력이 남게 된다. 여기에 제품의 강성 한계를 넘어서는 스트레스가 가해지면 가느다란 선 모양의 크레이징이 발생하고, 이것이 진행하여 확대된 것이 크랙이다. 해결은 응력을 제거하기 위해 압력을 낮추고, 수지의 양을 줄이는 것이다.

원 인	해 결 책
높은 사출 압에 의해 잔류 응력이 발생하였다.	사출 압을 낮춘다.
높은 보압에 의해 잔류 응력이 발생하였다.	보압을 낮춘다.
1 숏 당 수지의 양이 너무 많다.	양을 줄인다.
금형 온도가 낮다.	금형 온도를 높인다.
제품의 구조 자체에 변형이 일어나는 원인을 가지고 있다.	제품 디자인에서 두께의 급격한 변화와 뾰족한 모서리를 없앤다.
금형 표면에 바른 금형 분리제 내의 용매에 의해 문제 발생	금형 분리제를 사용하지 않거나, 크레이징을 발생시키지 않는 다른 제품으로 교체한다.
금형 분리가 잘 이루어지지 않아 응력이 특정 부위에 집중된다.	뽑기 구배를 조절한다. 언더 컷 사용 시에는 이젝터 핀에 의한 크랙 발생을 주의한다. 적절한 금형 분리제를 사용한다. 금형의 표면 상태를 개선한다.

ESCR (Environmental Stress Crack Resistance)란?

- PE, PP가 특정 화학 성분과 접촉할 때에는 물질의 탄성 한계보다 낮은 응력에서도 크랙이 발생할 수 있습니다.
   이런 외부 환경에 의한 크랙 발생에 대한 저항성을 측정하는 지표가 바로 내환경응력저항성, ESCR입니다.
   ESCR은 밀도가 높고, MI가 높을수록 낮아집니다.

   10) 탄화자국

탄화 자국 (흑줄, 흑조, black streak)이란 성형품에 나타나는 흑갈색의 흔적을 말한다.
탄화 자국은 발생하는 위치와 모양에 의해 원인을 파악할 수 있다.
먼저 (1) 게이트로부터 방사상으로 나타나는 경우에는 실린더 내에 포함된 공기가 호퍼 부분으로 다 빠지지 못하고 단열 압축되어 발생하는 고열로 열분해가 일어나거나 노즐, 게이트에서의 마찰 저항이 커서 열분해가 발생한 것이다.
(2) 성형품 내에 까만 점의 형태로 발생한 경우에는 실린더 내에 원료가 걸려서 장시간 체류하면서 열분해가 일어난 것이다.
마지막으로 (3) 성형품의 끝 부분이나 웰드 라인 부분에 탄화 자국이 발생하는 것은 수지의 유입에 의해 금형 내의 공기가 급격히 압축되고 고열이 발생하는 경우이다.

원 인	해 결 책
공급부 온도가 높다.	실린더 온도를 낮춘다.
실린더 내부에 수지가 장시간 체류한다.	실린더 내면의 긁힌 자국 등이 없게 조치한다. 실린더 내부에 이물질을 제거해 준다.
금형 내 공기 배출이 적절히 이루어지지 않는다.	공기 빼기를 늘려 준다. 공기 빼기를 청소해 준다.
실린더와 스크류에서 기체가 갇힌다.	호퍼 밑부분을 충분히 냉각한다. 실린더와 스크류의 구조를 수정한다.
과다 사용한 윤활제가 열분해되고 있다.	윤활제의 사용량을 줄인다.

잠깐, 수지의 열분해를 의심하기 전에…

- 전 작업 후 퍼징은 충분했는지 점검해 봅시다. 특히 전 작업에서 칼라 마스터배치를 사용했다면…

   11) 기포, 핀홀

원 인	해 결 책
휘발 성분이 있다.	수지를 충분히 건조 한다. 윤활제, 이형제의 사용량을 작게 한다. 실린더 온도를 내리고 실린더 내 수지의 체류 시간을 줄여서 열 분해에 의한 휘발 성분 발생을 줄인다. 배압을 높이고 호퍼 밑부분을 충분히 냉각해 준다.
금형에 공기 빼기가 부족하다.	금형에 공기 빼기를 설치 한다.
압축이 부족하다.	사출 압력을 높인다. 보압 시간을 충분히 준다. 사출 속도를 느리게 한다. 스프루, 런너, 게이트의 지름은 크게, 길이는 짧게 한다.

기포 발생 위치로 원인을 파악 하자!

- 성형 제품의 두꺼운 부분, 특히 내부에 기포가 발생하는 경우가 있다.
이것은 싱크 마크로서 수지가 냉각하면서 수축되는 것을 채워주지 못하는 경우이다.
이 때는 위 해결책 중 마지막 해법을 이용해야 한다.
반면 기포 발생의 위치가 두꺼운 부분에 국한되지 않은 경우는 휘발 성분에 의한 것이라고 의심해 볼 수 있다.

   12) 광택, 투명도 불량

성형 제품의 표면에 수지 본래의 광택과는 다른 우유 빛 막이 있는 것이다. 주로 금형 연마도가 좋지 않거나, 과다 사용한 윤활제, 이형제가 기화하여 금형과 수지의 밀착을 방해하여 발생한다.

원 인	해 결 책
금형의 연마도가 나쁘다.	금형을 연마하고 크롬 도금 처리한다.
윤활제, 이형제의 과다 사용	사용량을 줄이도록 한다.
수지의 유동성이 부족하다	실린더 온도를 높이고 사출 속도를 증가 시킨다.
휘발분	기포, 핀 홀의 휘발분 참고
금형 온도가 적당하지 않다.	특정 온도 이상에서 광택이 좋아지는 수지가 있으므로 이 경우 온도를 올린다.

   13) 얼룩

얼룩의 발생 위치에 따라 아래와 같이 안료, 수지의 열 안정성, 착색제 등으로 원인 및 대책을 달리 생각할 수 있다.

원 인	해 결 책
게이트 부근 얼룩- 안료의 분산이 나쁘다.	배압을 높이고, 사출 속도를 늦춘다. 믹싱 노즐, 믹싱 스크류를 사용한다.
성형품 전체에 발생- 열 안정성이 부족하다.	수지 온도를 낮추고, 체류 시간을 줄인다. 스프루, 런너, 게이트를 넓힌다.
웰드 부분, 게이트 부근- 착색제	금형 온도, 수지 온도를 높인다. 사출 속도를 가능한 낮춘다.

   14) 편육

편육 (Deflection)이란 균일해야 할 살 두께가 불균일하게 형성되는 것으로 대부분 금형 구조 상의 문제로 발생한다.

원 인	해 결 책
사출 압력에 의한 금형의 변형	게이트 위치 변경으로 수지 흐름을 균일하게 한다.
제품 형상이 불균일	흐름이 나쁜 쪽 게이트를 두껍게 한다.
금형의 편육	수지 온도를 높인다. 사출 압력을 낮춘다.

   14) 휨,굽힘,뒤틀림에 의한 변형

상자 모양의 성형품, 리브를 가진 제품에서 나타나는 휨 (소리, ソリ)은 수지의 냉각 속도 차이에서 기인한 수축율 차이에 의해 발생한다.
금형 온도가 높은 부분, 성형품의 두께가 두꺼운 부분 등은 수지가 천천히 식으면서 결정화 정도가 커지게 되므로 수지가 급히 식은 부분 보다 수축율이 크게 된다. 따라서 이런 부분에 냉각 라인을 추가하는 것이 좋다.
가늘고 긴 형상의 제품을 사출 성형할 때 흔히 발생하는 굽힘 (曲がり) 변형은 유동성이 좋은 수지를 고온에서 낮은 압력으로 작업하여 해결할 수 있다.
팬 게이트나 서브마린 게이트 등을 사용하는 것도 좋다.
뒤틀림 (네지레, 히네레, ねじれ, ひねれ)은 HDPE으로 게이트가 중심에 위치한 판 모양의 제품을 사출할 때 주로 발생한다.
이는 수지가 흐르는 방향의 수축율과 수지 흐름의 직각 방향의 수축율이 다르기 때문이다.
PP는 강성이 있고, LDPE는 밀도가 낮아 수축이 적기 때문에 문제가 크지 않다. 과충진에 의한 경우가 많으므로 충진 부족이 발생하지 않는 한도 내에서 계량을 최소화한다.

원 인	해 결 책
냉각이 부족하거나 균일하지 않다.	냉각 시간을 늘려 금형 내에서 완전 고화된 후 빼낸다.
이젝터 핀에 의한 변형이 발생한다.	금형을 재연마하여 빠지기 쉽게 한다. 이형제를 사용한다. 빼기 구배를 크게 한다. 이젝터 핀 개수를 늘린다
성형에 의한 변형	금형 온도와 수지 온도를 높인다. 사출 압력을 내린다.
부적당한 제품 디자인	가능한 대칭적인 디자인으로 한다.
부적당한 게이트 위치	게이트를 여러 개 설치 한다. 게이트 위치를 바꾼다.