기술강좌
 
홈으로로그인회원가입사이트맵이메일
 
HOME 기술강좌 사출성형
전시회 일정
국내전시일정
해외전시일정(상반기)
해외전시일정(하반기)
관련링크
관련협회
연구소
관련도서
관련 채용정보
제목 배압 조절이 숏사이즈에 미치는 영향
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2018/08/05 08:44

배압 조절이 숏사이즈에 미치는 영향

배압을 높이면 숏사이즈가 늘어나고, 이는 여러 가지 다른 문제들을 초래할 수 있다. 배압의 변화가 성형공정에 어떤 변화를 초래하는 것인가? 플라스틱가공 공정은 단지 성형기계를 잘 이해한다고 되는 것이 아니다. 훌륭한 가공기술자는 플라스틱 거동을 잘 알고 있어야 한다.

요즘에는 플라스틱 가공업체가 사출성형기에 관해 손에 넣을 수 있는 지식이나 정보가 방대하다. 정보 형태도 적용에 별 어려움이 없이 간단하다. 특히 사출기의 파라미터를 한 번에 하나씩 변경하고자 할 때는 문제가 없다. 문제는 사출기 제어장치에서 설정값 한 가지를 바꾸어주면 이로 인해 두 세 가지 다른 공정 조건들이 영향을 받게 된다는 점이다.


지난 4월호에 기고한 기사<배압은 용융수지 온도를 상승시키지 않는다>에서 중요한 공정상의 변화를 한 가지 빠뜨리는 실수를 했다. 더욱 심각한 잘못은 그 기사에서 “배압이 어째서 필요한가”에 대한 이유를 들면서 이 부분을 포함시키지 않은 것이다.


그래서, 보다 완벽한 정리를 위해, 어째서 배압이 필요한가를 다시 한 번 정리한다.

● 적절한 용융수지 온도 조절(용용수지 온도 상승 방지)
● 점도와 온도 양쪽에서 용융수지의 균일성 유지
● 안료와 첨가제 혼합 성능 향상(제대로 설계된 스크류를 갖춘 사출기를 사용하고 있다는 전제 하에)
● 적절한 숏 사이즈 위치 조절
● 스크류의 골 지름과 플라이트가 만나는 지점에서 흑점과 열화(劣化)가 생기는 것을 예방하기 위해 플라이트 부위에 용융 플라스틱이 더 효과적으로 채워지도록 해준다.
● 펠렛이 플라이트랜드(flight land)와 피드스롯 사이에 끼여 움직이지 않아서 스크류에 부하가 걸리는 것을 막아준다.
● 숏 사이즈 조절(이것이 지난 번 컬럼에서 빠트린 항목이다)

배압이 어떻게 숏사이즈를 조절해 주는가, 그리고 배압의 변화가 성형공정에 어떤 변화를 초래하는 것인가? 플라스틱가공 공정은 단지 성형기계를 잘 이해한다고 되는 것이 아니다. 훌륭한 가공기술자는 플라스틱의 거동을 잘 알고 있어야 한다. 이 경우에서는 용융 플라스틱이 압축 가능하다는 사실을 이해하고 있어야 한다.


예를 들어, HDPE의 실온 밀도 혹은 고형 밀도는 0.957g/cc다. 반면 용융 밀도는 0.759g/cc 또는 고형 밀도의 80% 수준이다. 이는 폴리머 분자가 용융상태에서는 서로 훨씬 멀리 떨어져 있으며, 통상적인 배압 아래서 용융상태의 HDPE 압축이 가능함을 뜻한다.


대부분의 수지에서 통상적인 배압(유압이 아니라 플라스틱의 압력) 범위는 약 300~1500psi(20~103bar)다. 이 범위의 압력으로 용융수지의 압축이 이루어진다. 이 효과를 예를 들어 설명하기 위해 현장에서 흔히 마주치는 문제인 숏 부족을 살펴보도록 하자.


공정이 아무 문제 없이 돌아가다가, 새로운 안료를 추가하거나, 시스템 상의 크고 작은 다른 변화가 있었을 때, 주기적으로 사출 숏 부족이 발생하는 일이 흔하다. 4월호 기사에서 지적한 바와 같이 현장 경험이 좀 있다는 가공기술자들은 숏 부족을 해결하기 위해 용융수지 온도를 올리는 방법을 써야 한다고 할 수도 있다.


그리고 온도를 더 빨리 올리기 위해 배압을 더 올리려 할 것이다. 그렇다면 배압이 용융수지 온도를 상승시키지 않음을 명확히 보여주는 자료가 나와 있는 4월호 기사를 읽어보지 못했다는 것이다. 숏 부족 증상이 멈추기 때문에 배압을 올리면 온도도 올라간다고 보일 수도 있다. 온도를 올리면 점도가 낮아지고 그 결과로 숏 사이즈 부족이 사라진다는 논리다.


하지만 실제는 그렇지 않다. 수지가 가득 충전된 것은 맞지만 용융수지 온도의 상승이나 낮아진 점도 때문이 아니라 같은 숏 사이즈에 더 많은 플라스틱이 보다 높은 밀도로 채워져 그런 것이다(그림 참조).


밀도가 높으면 같은 부피 또는 같은 숏 사이즈 안에 더 많은 양의 플라스틱이 존재한다. 온도가 만들어 내는 효과가 아니라, 같은 숏 부피 안에 더 많은 플라스틱이 들어가 밀도가 높아진 것이다. 다시 말해, 스크류 위치의 변동 없이 숏 사이즈가 변화한 것이다.


미심쩍게 생각된다면, 직접 확인해 보시라. 2단계의 완전충전(패킹) 및 보압단계를 건너 뛰고 배압에 변화를 주면서 캐비티가 얼마나 충전 되는지 확인해 보라. 최적의 압력을 조정해가며 사출품에 필요한 같은 충전량을 새로 확정해주어야 할 가능성이 크다. 이것이 채산성에 이익이 되는지 손해가 되는지를 위해 일일이 대조해보는 것은 매우 중요하다.


왜 그럴까? 위의 예에서 보듯, 어떻게 하면 원하는 것, 즉 완전히 충전된 성형품을 얻는 것이다. 문제는 숏 사이즈를 바꾸면 1단계 충전에서 추가로 주입된 원료로 1단계에서 사출품이 완전충전 될 수 있다는데 있다. 이는 캐비티에 과도한 압력을 가하게 되고, 그 결과 파팅라인에 마모를 초래하여 결국 수지의 플래쉬(flash)가 발생한다.


이제 더 심각한 문제가 생기는 것이다. 핵심사항은 늘 모든 사항을 철저히 살피는 것이 중요하다. 공정 파라미터 한 가지를 변경할 때마다 반드시 아래의 4가지 질문을 던져보는 것을 잊지 말라:
1. 이로 인해 용융수지 온도 또는 금형 온도가 바뀌는가? 그로 인해 어떤 결과가 초래될 것인가?
2. 이로 인해 용융수지의 플라스틱 압력이 바뀌는가? 그로 인해 어떤 결과가 초래될 것인가?
3. 이로 인해 플라스틱의 유동 속도가 바뀌는가? 그로 인해 어떤 결과가 초래될 것인가?
4. 이로 인해 냉각 속도 또는 냉각 시간이 바뀌는가? 그로 인해 어떤 결과가 초래될 것인가?

작성자   비밀번호
18121   툴링 - 스프루풀러 설계의 기본 ① 플라스틱코리아
18186   체류 시간을 계산하는 실용적 방법 플라스틱코리아