사출 성형 불량과 대책 (trouble shooting) ①

구체적 원인 파악

표면 결함을 신속히 제거하고 경제적으로 해결하기 위해서는 결함의 원인에 대한 지식이 필수적이다. 성형 작업자는 이러한 지식으로써 어떠한 대책이 가장 유용하고 무엇을 변화시켜야 하는지 결정할 수 있다. 또한 구체적인 원인에 대한 지식을 가지면 흐름도를 이해하는데 도움이 될 것이다. 아울러 이 장에서는 신속하고 경제적으로 성형작업을 최적화하고 결함을 방지하는 방법에 대해 제시한다. 이 가이드에서는 원인을 간략하게 설명하고 구체적인 배경에 대해서는 자세한 설명을 하지 못함을 유의하기 바란다.

 

트러블 대책에 대한 흐름도

표면 결함을 제거하는 것은 여러 가지 원인 때문에 어려운 일이 될 것이다. 성형 작업자에게 도움을 주기 위해 이 장에는 결함을 제거하는 방법을 체계적으로 나타내기 위해 흐름도가 포함되어 있다. 이 목적은 성형 조건을 변화시켜 요구된 품질에 도달되게 하는 것이다. 이용을 하는 데 있어, 하나의 결함에 대해 질문에 따라 다이어그램 슬라이드가 다른 가지를 따라감에 유의하여야 한다. 상호 영향을 피하기 위해서 하나의 성형 조건만 변경시켜야 한다. 그다음 안정된 작업 여부를 확인하기 위해 여러 사이클을 수행 완료해야 한다. 경우에 따라 여러 가지 해결책이 있을 수 있으나 (+) 또는 (-)의 경향이 주어진다.
하나의 성형조건을 변화시켜 실패하면 질문을 다시 거쳐 적용하고 가급적 한 가지 대책씩 진행해 나간다. 물론 이들 다이어그램이 실제 조건을 고려하지만 방안을 제안하는 것일 뿐 성형 과정 중 일어날 수 있는 결과를 모두 고려한 것은 아니다. 또한 이들은 특수조건에 쉽게 적응시킬 수 있거나 여러분 자신의 지식으로 해결할 수 있을 것이다. 이 다이어그램은 결함을 제거하기 위해 기계의 세팅값을 변경하거나 금형 또는 제품을 변경시켜는 것을 결정하는데 도움이 될 것이다.

 

플래시(Flash)

1. 구체적 원인
여러 가지 해결책을 네가지 주요 그룹으로 나눌 수 있다.
1) 갭의 너비가 커지는 것을 허용한다.
   - 금형 체결이 불충분 하고, 가공 공차가 너무 크다. 또는 실링 표면이 파손됨
2) 기계의 체결력이 불충분 하거나 낮다.

   - 금형을 여는 힘이 체결력 보다 커서 닫히지 않음. 체결력이 금형 설치판 및 금형을 변형시킴.
3) 금형 내부압력이 너무 높다.
   - 갭에서 성형압력이 너무 높아 수지가 아주 작은 틈새까지도 밀고 들어간다.
4) 수지의 점도가 너무 낮다.
   - 높은 금형내 압력과 유동 저항이 낮아 플래시가 형성되기 쉽다.

 

2. 대책 흐름도

기계 셋팅값을 확인 및 변경, 금형 또는 수지를 변경하고 새로운 사이클을 시작하여 다시 다이어그램을 따라 진행한다.

(질문 1의 NO는 질문 2이며, 질문 2의 NO는 질문 3이다.)

▶질문
1) 체결력을 증가시킬 수 있는가?

   →YES: ① 체결력을 증가시킨다.
2) 금형의 변형이 심한가?

   →YES: 금형 내에서 급격한 압력 상승을 피한다. ① 절환점을 최적화한다. ② 보압을 감소시킨다. ③ 체결력을 변경시킨다. ④ 금형을 보강한다. 

3) 게이트 주변에 플래시가 발생되는가?

   →YES: ① 사출 속도를 낮추거나 사출 구배를 천천히 빨리 한다.

   →NO: ① 보압으로 일찍 절환 한다. ② 사출 속도를 낮추거나 사출 구배를 천천히 빨리 한다. ③ 수지 온도를 낮춘다. ④ 금형 온도를 내린다.

 

※ 주의
플래시 형성은 실링 표면(파팅면)을 아주 신속하게 (몇 사이클만에) 손상시킬 수 있다.

 

싱크 마크

1. 구체적 원인
싱크 마크는 냉각 과정 중 플라스틱의 열 수축(수축)이 어떤 부위에서 보상될 수 없을 경우 발생한다. 성형품의 외측 벽이 불충분한 냉각 때문에 충분히 안정되기 못하면 냉각 응력에 의해 바깥쪽 층이 안쪽으로 빨러 들어온다.
여기에는 세 가지 기본적인 경우가 있다.
1) 고화가 너무 늦다. 
2) 유효 보압 시간이 너무 짧다. 
3) 금형 내의 유동 저항이 너무 높기 때문에 충분한 보압이 전달되지 못한다.

2. 대책 흐름도
기계 세팅값을 확인 및 변경, 금형 또는 수지를 변경하고 새로운 사이클을 시작하여 다시 다이어그램을 따라 진행한다.
(질문 1의 NO는 질문 2이며, 질문 2의 NO는 질문 3이다.)

▶질문 
1) 스크루 수지 쿠션이 너무 작다.
   →YES: ① 계량 스트로크를 증가시킨다. ② 체크링을 확인한다.
2) 게이트 주변 또는 두꺼운, 단면 상의 싱크 마크?
   →YES: ① 보압 시간을 조절한다. ② 보압을 올린다.(짧은 플래시 발생 가능) ③ 금형 온도 조절(-) ④ 수지 온도 조절(-) ⑤ 사출 속도 조절(-)
3) 게이트 또는 얇은 단면 부위에서 떨어진 위치에 싱크 마크?
   →YES: ① 보압 시간을 조절한다. ② 보압을 올린다.(짧은 플래시 발생 가능) ③ 금형 온도 조절(+) ④ 수지 온도 조절(+) ⑤ 사출 속도 조절(+)
4) 이형 직후에 싱크 마크 발생?
   →YES: ① 벤팅 확인 ② 스프루우 및 게이트 크기 확인 ③ 수지 상태 확인 ④ 금형 온도 조절 ⑤ 성형품의 살빼기 ⑥ 살두께/리브 비 고려 ⑦ 발포제 첨가 ⑧ 낮은 수출률 수지 사용
   →NO: ① 냉각시간 연장

 

※ 주의

1) 싱크 마크 제거 후 성형품에 기공(Void) 확인
2) 스크루 쿠션은 적어도 2~5mm 이상이어야 함

3) 최적의 보압 전달을 위해서 성형품은 가장 두꺼운 단면에 게이트를 설치해야 한다. 스프루 및 게이트의 조기 냉각을 피하기 위해서는 충분한 크기가 요구된다.

게이트 위치

 

웰드라인

1. 구체적 원인

웰드 라인(노치가 보이거나 색상이 달라짐)은 두 개 이상의 유동이 만날 때 발생한다. 수지 흐름의 볼록한 유동 선단은 서로 접촉하여 납작해지고 서로 붙는다. 이 과정은 이미 높아진 점성을 가진 유동선단의 퍼짐이 요구된다. 온도와 압력이 충분치 못하면 유동선단의 모서리는 충분히 퍼지지 못하고 노치를 형성한다. 또한 유동선단은 더 이상 균일하게 용융되지 못하고 약한 지점을 만든다. 첨가제가 포함된 (예, 안료) 수지를 사용할 경우 웰드 라인 주변에서 이들 첨가제의 심한 방향성이 생길 수 있다. 이로서 웰드라인 주변에서 색상이 달라지는 것을 유발한다.

2. 대책 흐름도
기계 세팅값을 확인 및 변경, 금형 또는 수지를 변경하고 새로운 사이클을 시작하여 다시 다이어그램을 따라 진행한다.
(질문 1의 NO는 질문 2이며, 질문 2의 NO는 질문 3이다.)

▶질문

1) 웰드 라인 근처에서 색이 달라짐
   →YES: ① 미세한 안료를 사용한다. ② 구형의 안료를 사용한다. ③ 가벼운 수지를 사용한다.
   →NO: ① 금형 온도를 올린다. ② 사출 속도를 높인다. ③ 수지 온도를 높인다. ④ 보압을 올린다. ⑤ 벤팅을 확인한다. ⑥ 금형 표면의 거칠기를 좋게 한다. ⑦ 게이트를 옮긴다.(웰드 라인을 안 보이는 곳으로 옮긴다.)

 

※ 금형 온도를 높히면 결함은 크게 감소되나 긴 사이클 타임이 요구된다. (약 2%/°C). (2)~(4)항을 변경하면 영향은 아주 적다.

 

※ 주의
가장 중요한 개선 방법은 금형 온도를 높히는 것이다. 금형온도를 올리면 사이클 타임은 약 2%/°C 만큼 길어진다.

 

표면층 박리

1. 구체적인 원인
표면층의 박리는 이웃하는 표면층의 결합이 충분하지 못하기 때문이다. 여러 층이 단면을 따라 다른 유동 효과와 냉각 조건에 따라 형성된다. 전단응력과 불균일성 때문에 이들 층이 어느 정도 결합을 약화시켜 하나의 표면층이 박리되기 시작한다.

 

높은 전단응력 및 열손상은 다음의 원인에 의해 발생될 수 있다.
1) 사출 속도가 높다.
2) 수지 온도가 높다.

 

불균일성은 다음 원인에 의해 발생될 수 있다.
1) 불순물 또는 입자 중 다른 재료 포함
2) 상호 혼합이 안 되는 착색제 또는 마스터 배치
3) 입자내의 습기
4) 수지의 용융 불량

 

2. 대책 흐름도
기계 세팅값을 확인 및 변경, 금형 또는 수지를 변경하고 새로운 사이클을 시작하여 다시 다이어그램을 따라 진행한다.
(질문 1의 NO는 질문 2이며, 질문 2의 NO는 질문 3이다.)

▶질문
1) 재료 또는 색상의 변경 후에 결함이 발생하는가?
  →YES: ① 입자에 다른 재질 불순물이 포함되어 있지 않은가? ② 착색제의 상호 용융성을 확인한다. ③ 수분함량을 확인한다. ④ 수지의 균일성 및 가소화 성능을 확인한다.
  →NO: ① 사출 속도를 낮춘다. ② 수지 온도를 낮춘다. ③ 금형 온도를 올린다.

 

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