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제목 일관된 충전시간의 중요성 (Ⅰ)
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2019/03/01 14:08

 

 

 

동일한 부품을 만들기 위해서는 충전시간을 일정하게 유지해야 한다. 매번 공정에서, 숏마다, 여름이든 겨울이든, 어떤 사출기를 사용하든, 해당 금형에 대해 충전시간을 동일하게 유지해주면 공정의 일관성 확보가 훨씬 쉬워진다.

 

사출성형은 복잡한 공정이다. 이 점이 의심스럽다면 사출성형기에 필요한 설정값 가짓수, 다양한 제어장치의 복잡성, 공정상 변수의 가짓수, 그리고 동일한 설정만으로 반드시 동일한 결과가 나오는 것이 아니라는 중요한 사실을 고려해야 한다. 그렇다면 어디서 시작할 것인가?

제어하고자 하는 변수를 선택해 우선순위를 매기는 것이 먼저일 것이다. 어떤 변수들을 가장 우선적으로 살펴봐야 하는지에 관해 일치된 의견이 있으면 좋겠지만, 아직 그런 것을 본 적이 없다. 시도해볼 수 있는 한 가지 전략은 가능한 한 많은 변수를 꼼꼼히 기록해 살펴보는 것이지만, 그렇게 많은 데이터를 종합해 제대로 해석해낼 수 있는 사람은 거의 없다.

필자는 품질관리이론의 대가인 미국 에드워드 데밍(W. E.Deming) 박사의 ‘적을수록 좋다(Fewer is better)’는 전략을 따른다. 일관된 기능을 지닌 부품 생산을 위한 필자의 목록 맨 앞에 나오는 것은 충전시간이다.

충전시간은 사출 개시부터 스크류가 이송 위치에 도달해 부품이 체적 기준으로 90~99.9% 충전완료되는 시점까지의 시간이라 정의할 수 있다. 분명히 해야 할 것은 충전시간이 설정값이 아니라 ‘결과’라는 점이다.

충전시간 제어가 어째서 중요한 것인가? 기본적으로 생산 도중 플라스틱의 점도가 변하기 때문이다. 동일한 부품을 만들기 위해서는 플라스틱 수지가 동일하게 유동하고, 부품 하나하나마다 동일한 방식으로 충전되는 것이 이상적이다.

점도가 변화하면 유동패턴 및 부품충전 균형 또한 바뀌게 된다. 부품도 따라서 달라지게 된다. 충전시간을 동일하게 유지시키면 점도 변화가 줄어든다.

그래서 충전시간 제어가 아주 중요하다. 충전시간 제어방법을 알아보기에 앞서, 점도 변화의 원인을 살펴봐야 한다. 이 가운데 어떤 것은 제어가 가능하고, 어떤 것은 불가능하다. 점도 변화는 다음과 같은 원인으로 발생한다:

1. 충전시간: 플라스틱은 전단에 민감하다. 다시 말해, 수지는 사출속도 변화에 따라 점도가 극적으로 변화된다. 동일한 성형품을 얻기 위해서는 충전시간을 일정하게 유지해야 한다. 믿거나 말거나, 전단력은 수지점도에 온도보다 큰 영향을 미친다.

2. 수지온도: 배럴히터 또는 핫러너로 인해 용융온도에 조금만 변화가 일어나도 용융수지 점도가 변하게 된다.

3. 수분함량: 사슬 열화(劣化)를 겪게 된다. 그로 인해 발생되는 문제는 단지 스플레이(splay) 불량에 그치지 않는다. 극미량의 잔류 수분도 이 같은 원료들의 점도에 커다란 영향을 미치게 된다.

이 같은 작용을 하는 수분의 양은 매우 작아서 성형품에 스플레이가 발생하거나 노즐에 거품이 발생하지는 않아도 여전히 폴리머와 반응해 폴리머사슬을 끊어놓는 작용을 할 수 있다.

이 같은 반응과정은 실제로 수분을 소비하며 이뤄지고, 점성을 감소시켜, 보기에는 양품으로 보이지만, 최종 사용시점에서 불량을 드러낼 가능성이 큰 성형품을 낳게 된다.

4. 롯트 변경: 적정사양 범위에 들면서 품질인증까지 받았다고 해도, 수지는 롯트마다 점성이 다를 수 있으며, 실제로 다른 경우가 흔하다.

5. 스크류 회전시간: 플라스틱을 녹이는 에너지 대부분은 스크류 형상과 회전속도(rpm)의 메커니즘에서 비롯되므로, 스크류 회전시간의 변화는 설정값이 아니라 결과로서 점도 변화의 원인이 된다.

6. 첨가물의 종류와 양: 안료, 충전제, 이형제, 유동보조제, 대전방지제, 산화방지제, 분쇄 재생재 등 첨가물 사용은 점도에 영향을 미친다. 이런 첨가물들의 양, 종류, 크기, 혼합 정도 등이 모두 복잡하게 용융점도에 영향을 주게 된다.

7. 금형온도: 금형온도가 올라가거나 내려가면 용융수지는 마치 점도 변화가 있을 때와 같은 모습을 보인다. 점도에 변화를 주는 모든 변수와 함께, 충전시간을 일정하게 유지하면 이들이 성형품에 미치는 영향을 최소화하고 보다 안정적인 공정을 구축함으로써 일관된 부품 품질을 얻을 수 있다.

처음에는 수지 점도가 다르게 시작할 수 있으나, 동일한 전단속도로 가공하면 점도 변화가 최소화돼 보다 일관된 공정을 구현할 수 있다. 양품을 만들 수 있는 적정 충전시간을 한 번 찾아내면, 이 시간을 금형의 수명이 다할 때까지 계속 사용해야 한다.

그렇다면 어떻게 이 충전시간을 유지할 수 있을까? 이를 두고 업계에는 여러 가지 견해가 존재한다. 이 칼럼에 이어질 2부에서는 충전시간을 일정하게 유지하는 방법을 사출기 점검절차와 함께 다뤄볼 예정이다.

요점 정리: 매번 공정에서, 매 숏마다, 여름이든 겨울이든, 어떤 사출기를 사용하든, 해당 금형에 대해 충전시간을 동일하게 유지해주면 공정의 일관성 확보가 훨씬 쉬워진다.

  

   

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