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재활용성 소재 자동차용 개발FRTP Head Lamp

최종보고서( )

1998. 11. 30

개발사업 주관기관 : 주 강 남 정 공( )위 탁 개 발 기 관 :자동차부품연구원

산 업 자 원 부

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제 출 문

산업자원부장관 귀하

본보고서를 재활용성 소재 자동차용 개발 개발 기간“ FRTP Head Lamp ” ( : 1996.

과제의 최종보고서로 제출합니다12. - 1998. 10.) .

1998. 11. 30.

개발사업 주관기관명 : 주 강남정공( )

개발사업 연구책임자 : 김영근

연 구 원 : 김원태

연 구 원 : 민재준

연 구 원 : 정경석

연 구 원 : 김영민

위탁사업 연구책임자 : 김영명

연 구 원 : 정선경

연 구 원 : 윤여성

연 구 원 : 노상호

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공업기반기술개발사업 보고서 초록

관리번호 B20-961-2202-07-2-2

과제명 재활용성 소재 자동차용 개발FRTP Head Lamp

키워드 재활용 반사광Reflector/FRTP/ /BMC/

개발목표 및 내용

최종 개발목표1.

재활용성 개발- Head Lamp Reflector

소재 개발 열경화성 특성 비교 및 금형 연구- FRTP ( )Molding

성형 요소 기술-

ᆞ경화속도 및 성형성 연구

ᆞ재활용성 연구

ᆞ 온도 및 사출 조건 화Mold data

성능평가 기술 개발-

당해연도 개발내용 및 결과2.

성형성 연구 제작을 통한 사출 가공성 양호- : Rear lamp

물성 연구 기존 제품보다 인장및 충격강도 우수- :

내열성 연구 시간 이상 물성 우수- : 200 C, 400⁰재활용성 연구 도장전 화까지 재활용 가능- : 5 100%

도장성 연구 기존 보다 반사광 우수- : BMC

기대효과3.

기술적 측면1)

고 내열성 소재의 개발- FRTP

재활용성 수지의 개발- FRTP

수지의 성형 기술 개발- FRTP

경제적 효과2)

수입 소재 국산화에 따른 원가 절감-

열경화성 제품에 비하여 생산효율 향상- 50%

경량화 달성- 20%

적용분야4.

자동차- Head Lamp Reflector

열가소성 재료의 정밀부품-

내열성 요구 자동차 부품에 활용 가능-

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요 약 문

제 목I.

재활용성 소재 자동차용 개발FRTP Head lamp

기술 개발의 필요성II.

수송기계의 경량화를 위해서 혹은 에너지 절감을 위해 차 오일쇼크이래 꾸준히 금1

속대체 재료로서 강화 플라스틱 이 수송기계 특히 자동차 분야(Reinforced plastic) ,

에 적잖게 이용되고 있다 그러나 최근 환경문제가 급격히 대두되면서 가능한 한.

재활용 재료를 선호하게 되었으며 또한 법에 따라 수출입 차량에 대해 매년 감시

대상으로 선정되기도 하였다 특히 중 는 열 경화성. Head lamp Reflector Plastic

인 로써 제조 증착 처리한 제품이 국내외 자동차에BMC(Bulk Molding Compound) ,

사용되고 있다.

본 연구에서는 이 열 경화성 즉 반사경을 열가소성Plastic , FRP Reflector

로 개발 재활용이 가능하고 경량화 및 보다 높은 생산성을 꾀할 수 있고Reflector , ,

수출규제를 능동적으로 대응할 수 있는 재료를 연구 생산의 최적화를 이루는 것이,

다.

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초기 자동차 및 수송기계의 즉 는 표면 도색된 금속Head lamp Housing Reflector

단조 제품 이였으며 그후 세대는 열경화성 으로 제조 증착처리한 제품이2 Plastic ,

오늘날까지 사용되고 있다 이것을 소위 라 하며. BMC(Bulk Molding Compound) ,

사출기 및 공법으로 제조하는데 이 는 열 경화성 수지 불Compress molding BMC (

포화폴리에스테르 수지 에 유리섬유 그리고 물성에 맞도록) (Chopped fiber), Filler,

각종 첨가제를 하여 열 경화성 사출기에서 성형 진공 증착하여 사용되고Kneading ,

있는 설정이다 최근 미국 독일등 선진국에서는 세대 제품인 형 개. , 3 FRTP Reflector

발이 규정 년 목표에 대응 연구중이며 아울러 생산성 증Green round (2002 ) 50%

대 재 활용율 달성하고 있으나 국내에서는 아직 전무한 상태이다 그동안, 95% . 2

세대 는 열 경화성 을 이용 전량 국산화한 상태며 국내 부품업체Head lamp Plastic ,

로써 개의 회사가 억 정도의 매출액을 분할 생산하고 있으며 완성차4-5 2,500 ,

로나 부품으로써도 수출을 활발히 확대하고 있는 실정이며 주 강남정Head lamp ( )

공 에서는 이들 개의 회사에 상태로 공급하고 있다 이들의 생산량은 년간4 BMC .

정도라 추정할 수 있다 따라서 선진 각국은 억 달러로 추산되는3,000Ton . 280

시장에 재활용이 가능한 형 재료로서 개발에 총력을 기울이고 있Head lamp FRTP

으며 미국의 사 독일의 사 일본의 도레이사 등에서 연구 개발을 시도하고GE , BASF ,

있으며 기술보호를 위해 아직까지 확실한 발표 문헌이 없을 정도이다 본 연구에서.

는 년부터 규제 대상인 재활용 자동차 부품 항목에 능동적으로 대응하고 년간2002

억 이상의 용 의 수입대체 효과를 거둘 수 있으며 수출 확대 품20 FRTP Head lamp

목으로 세계시장에서 국내개발 품목의 경쟁력을 키울 수 있다 따라서 본 연구는.

의 특성을 연구하여 내열성 및 칫수 안정성과 도장성이 함께 부합할 수Reflector

있는 수지 연구가 필수적이며 에서 사출시험을 거쳐 사출조Compound Pilot mold

건을 연구 최적화에 대한 를 축적하고 도장성을 연구 진공증착 도료를 개발, Data , ,

내후성 를 거쳐 실용 화 단계까지 연구하는 것이 목적이었다Test .

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세대 제품인 사출 도 개발초기 년도에는 국내 에서 전량 수입2 BMC Reflector 1970

하여 장착되곤 했던 쓰라린 역사를 생각할때 지금 개발하지 못하면 조만간 수출 환

경이 급격히 변할때 또 어쩔 수 없이 전량 수입해야만 하는 경우가 생길까 두려워

당사는 국내에서 처음으로 산업자원 부에서 시행한 공업기반 기술개발 자금으로 연

구 결과를 보고했으며 까지 모든 공정에 적합하도록 설계Rear lamp Reflector用

생산 성공했으며 으로는 개발과 증착 및 내후성Pilot Head lamp Reflector用 用

에 대단히 만족할만한 결과를 취득 생산 준비에 돌입하게 되었음을 밝혀둡니Test

다.

연구 개발의 내용 및 범위III.

본 연구는 세대 소재를 재활용 가능한 열가소성 강화 으로써2 BMC Plastic

를 제조하는 것이며 이에다른 열가소성 수지 선정과 보강제 및 와의Reflector Filler

함침을 최대한 높이기 위해 를 첨가 을 해서 기존 사출기에 맞도Interface kneading

록 사출연구 및 성형 연구를 동시에 수행했으며 궁극적으로 도장했을경우 내후 성

를 통해 증착 도료 개발까지 검토를 마쳤고 로써 열적 기계적 성질을Test Reflector ,

현재 수준보다 향상된 물성 연구를 하고 년 부터 시작될 구제BMC Reflector 2002

를 능동적으로 대처하기 위해 최적 생산 를 확보하는데 있었다Data .

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연구 개발의 결과 및 활용에 대한 건의.Ⅳ

본 연구결과 국내 생산이 가능한 재활용성 소재를 자동차용 에 적용하FRTP Lamp

여 시혐해 본 결과 좋은 결과를 얻었으며 이로써 선진국의 규제를 벗어날 수 있으

며 생산성 효율과 재활용에 따른 공정 감소등을 감안할 때 오히려 제품 단가가 저,

하될 수 있는 잇점이 있음을 알았고 선진국들의 물성과 거의 동일한 수준이면서 도

가격이 경쟁력을 가질 수 있음과 아울러 더욱 생산성을 높이는데 연구해야하며 이

같은 환경 친화적 소재를 이용 완성차 및 모 든 수송 기계의 를 국Lamp Reflector

내 스스로 대체할 수 있도록 지속적인 연구가 요망된다.

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Summary

I. Project Title

A study on the reflector with a recycleable material for the car Head lamp.

II, Objective and Importance

Among the advanced composite materials BMC has widened its application

capability in the wide industrial areas since its first adoptation in the electrical

industry in 1950’s. In these days the portion of this BMC in high performance

has depassed that of the traditional metallic materials.

Considering the trend in transportation(Vehicles) industries which can utilized

in the high speed vehicles require light-weight, high mechanical stringth,

fatigue endurance, thermal resistance and the safety during long service life.

Among advanced polymer composite materials, the BMC has its unique

properties.

BMC(reinforced unsaturated polyester) has been naturally used in

transportation, reflector on lamps by its charecterization of high excellent

strength and good stiffnes, lower cost to product to weight ratio.

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But recently will have to replace into FRTP material because tranditional BMC

material as reflector on lamps after year of 2002 can't use in the cars or all

kinds of vehicles.

As reflector material will have to replace recycleable materials.

The purpose of this research is preparation of FRTP reflector on Head lamp

available in various parameters to product of injection method with same

mechanical properties and stiffness to be used BMC reflector material.

Even more has been done to develspe the coating material to reflector with

FRTP.

FRTP material of this project based on PPS Resin includ all kind of fillers and

chopped glass fiber.

It is hoped that the choice of material for reflectors application will be

facilitated and that designers will be helped to its apprciate the main

advantages of the products.

The following comments apply to reflector in general

ᆞ Low specific gravity ranging from 1.6 to 1.8

ᆞ Good strenght/weight ratio at low stranins

ᆞ Good excellent thermal insulation

ᆞ Resistant to chemical attack. particularly in corrosive atmospheres

ᆞ Ease of fabrication with injection machining

ᆞ Good impact resistance

ᆞ Good coating facility

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Content and scopeⅢ

This project has been done to develop compound of PPS base resin with

suitable reinforcement(glass fibers) and all kind of filler about interface

problems.The abtained KC-1000 compound could be applied for injection

machine to product as reflector.

For the first year's work,plastic materials each have distinct properties and

they should be treated as separate entities. They each have their field of

application and should only be used where their combination of properties

make them eminently suitable and some definite advantage is to be gainned

either in process of manufacture.

KC-1000 material and preparation of compound were designed and put out in

our factory. With these compound could be prepared successfully and

machanical test were done which indicated the strength comparable to be

used BMC material.

For the second year's work, it is difficult to predict the be haviour of

machining under condition of exposure which are different from the normal

BMC injection to be used.In such cases, the only safe way is to carry out

practical trials under the given conditions were collected machining data for

injection, and accelerated tests in the practical labour.

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. Result and recommendⅣ

The goal of this project is to define the FRTP reflector requirements and

develop the capability to manufacture within 2002 year. The test can be

divided into 3 main areas:

Define requirement of FRTP reflector○

KC-1000 compound developed base on polyphenylenesulfide resin○

Machining data for injection instrument○

The obtained technology could be applied for any reflector

The material selection of KC-1000 compound has been

determined during this test thru complete.

The following results are that

1) KC-1000 compound could be applied to reflector as recycle material

2) This KC-1000 compound could be manufacture more slimed(30%) than

conventional BMC reflector.

3) The reflector made KC-1000 material could be 100% recycled before

coating process.

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4) KC-1000 material can show the normal injection molding conditions

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5) The mechanical,thermal,and electrical properties were tested as follow

Thermal properties○

* Heat distortion temp. ASTM D 648 °C 250

Electrical properties○

* Surface resistivity ASTM D 257 ῼ 10¹ ↑⁶

This KC-1000 compound and data base for injection machining has been

designed for the further continuous and commercial sales to consumer.The

further research work is need to develope the super performance materials

and design on reflector.

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목 차

자동차 소재 개발 및 성형 공정 개발I. Head Lamp Reflector

제 장 서 론1 .

제 절 연구개발의 목적 및 중요성1

반사경1-1 Head lamp

제 절 형 와 형2 FRP Reflector FRTP Reflector

제 장 국내외 기술 개발현황2 .

제 장 연구개발 수행내용 및 결과3 .

제 절 기존 세대 제조1 Reflector (2 Reflector)

총 론1-1

종류1-2 BMC

습식1) Primix

건식2)

제 절 제조 비교2 Process

원재료 및 조성2-1

수지2-1-1

저수축제2-1-2

충진제2-1-3

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강화제2-1-4

기타 첨가제2-1-5

제조 및 성형성 비교2-2 Compound

제조2-2-1 Compound

1) Batch

연속2)

사출성형 비교2-2-2

절 소재 사출기 선정2-2-3 KC-1000 Compound

제 절 세대 물성3 3 Reflector

수지 선택3-1

성형가공성 연구결과3-2

건조특성A)

금형 온도 특성B)

성형 실린더 온도 특성C)

열 안정성 특성D)

재 활용성 특성E)

도장성 연구F)

제 장 결 론4

제 장 연구 업적5

제 장 연구개발 목표달성도 및 대외기여도6

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제 장 연구개발 결과의 활용계획7

제 장 참고문헌8

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자동차 의 성능 평가 기술 개발ll. Head Lamp Reflector

제 장 서론1

제 장 성능평가 시험 내용 및 결과2

제 절 선진제품과의 물성 비교1

성분분석1-1

열적성질1-2

제 절 의 내열 특성2 Head Lamp Reflector

인장강도2-1

충격강도2-2

제 절 증착층의 부착성3 reflector

법3-1 cross sutting

내약품성3-2

제 절 의 반사성4 Reflector

제 절 재활용성5

제 절 완성차 업체의 요구물성6

단기내열성6-1

장기내열6-2

내열충격성6-3

제 장 결론3 .

제 장 참고문헌4

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자동차 소재 개발 및 성형공정 개발I. Head Lamp Reflector

제 장 서 론1

제 절 연구개발의 목적 및 중요성1

열경화성 재료란 차대전 전후에 불포화 수지에 을 희석시 켜(FRP) 2 polyester styrene

에 함침 경화 시킨 것이 최초라 할 수 있는 것으로써 그후glass chopped fiber

회사에게 년 상용화 시킨이래 실로 광범위하게Owens Corning fiber glass 1949

인류생활 공간에 이용 되고 있는 소재였다 그후 개념으로 독일 에. BMC/SMC BASF

서 이 규명되고 나서 표면의 미려함에 더욱 개발 진보되어 오늘Aging Mechanism

날까지 여러 이용면에서 탁월한 효과와 경량화 절연성 등으로 이용되고 있었다 소, .

위 복합 재료의 일부분으로써 항공 우주용 구조재 자동차 산업 건축용 구조재료, ,ㆍ ㆍ

각종 전자제품 부품 특수산업기기 레저 스포츠 등의 기존 소재를 새로운 첨단소, , ㆍ

재로 급속히 대체해 나가고 있으며 세기의 대 산업으로 전망되고 있는 산업의, 21 3

주축 분야로 주목받고 있고 미래 산업으로 부상하여 그 경제적 중요성과 소재분야

에 대한 기여도가 날이 갈수록 증가되어 지고 있다.

이러한 소재 혁신에 있어 가장 괄목한 만한 성장을 보인 부분은 고분자 분야라 할

수 있고 이러 한 고분자 물질은 초기에 단순한 용도에서 점차 고기능화 고강도화, ,

되어온 결과 그 활동영역을 크게 넓혀 왔다 그러나 구조용 재료로서의 단일 고분.

자 물질의 사용은 아직까지 많은 제약을 안고 있어서 결국 고분자 복합 재료의 형

태로 사용하게 된다.

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이러한 고분자 복합 재료는 지난 년대부터 항공기 및 우주기기에 도입되기 시작60

하였고 경량이면서도 고강도 재료의 개발이 각 종 고속 수송 수단에 있어서 필수

불가결한 요소가 됨에 따라 지속 적인 응용 발전을 도모한 결과 비약적인 발전을

거듭해왔다.

특히 수송기에 필요한 재료는 가벼우면서도 매우 높은 기계적 강도 와 내피로성,

내열 특성 및 장기간 사용시 안정성 등을 보장 할 수 있어야 한다.

따라서 자동차는 보다 고성능 보다 안전 보다 외관이 미려하고 보다 더 저렴한, , ,

가격의 방향으로 요구되며 특히 최근에는 이점이 더욱 중요하게 되고 있다,

플라스틱 재료는 금속에 비해 일반적으로 성형 가공성이 양호하고 형상 자유도가

크며 가볍고 녹슬지 않는 이점이 있기 때문에 자동차 부품에 채용이 증가되고 있, ,

다 이렇듯 재료는 가소성 플라스틱 보다 내열성 강성 촌법 정도를 위시하. BMC , ,

여 우수한 점을 가지고 있는 등 이런 장점을 능숙하게 활용한 부품이라고 생각되어

현재가지 만족했는데 뿐만 아니라 현재 일본에서는 연간 을 넘으리라, 50,000Ton

추정하고 구주 미국에도 증가 경향이 있었다 재료로 채용한 부품은. BMC SMCㆍ

재료 부품에 비해 촌법정도면에서 특히 정밀도를 요구하는 것이 많다 그러나 한 부

품당 중량이 정도의 신형 부품이 많아 에 비교 할 때 강도면에서200~800g SMC

충격강도가 약한 점도 있다 이전에는 성형법 성형법에 의한. Compression , Transfer

것으로 현재는 고촌법 요구에 대응하기 위해 또한 양적 생산이 요구되기 위해 성, ,

형 이 짧고 생산성이 좋은 성형법 이 대부분 이용 되고 있다cycle Injection .

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제 절 반사경1-1 Head lamp

당사 생산량 뿐만 아니라 국내에서도 사용량이 많은 부분이 반사BMC Head lamp

경인데 의 구조는 많은 종류가 있고 자동차의 고속주행 성능의 향상 고Head lamp ,

속도로의 변화 교통량의 증대 연료비의 가격변동 등 자동차를 중심으로 주변환경, ,

변화에 대응하면서 여러 가지로 변천되고 있었다 다음그림 참조. ( )

이들 변천 가운데 최근에는 차 뿐만 아니라 일반 승용차 에서도Sport type , truck

고속 주행시의 연료비 절감을 고려한 저항력에 저항하는 차체 설계 및 경향화 설계

가 각국에서 공히 진행되고 있기 때문에 삼차원 곡면으로 구성하는 가design car

대부분 많다 이런것에 맞춰 의 외관도 편차가 없는 차체에 면으로 구성. Head lamp

되는 것이 요구되고 있다 또한 동시에 로써의 기능성을 향상시켜 차의 전방의. lamp

안정성을 높여가는 것이 요구되고 있다.

반사경은 종래에는 주철판의 금속재료 유리재료가 사용되었으며 구조lamp , , lamp

가 여러가지 차의 에 맞도록 쉽게 설계하고 비교적 제작이 용아하기design Mold

때문에 재료가 현재까지 많이 사용되고 있다BMC .

금속재료는 내열성 강성 충격성에 우수하고 유리재료는 내열성 강성에 우수하다, , , ,

는 좋은 점을 가지고 있지만 반사경을 고정도의 입상으로 하는 것은 곤란하다.

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이런한 배경으로 반사경이 플라스틱화가 되었던 이유였으며 플라스틱은 성형 가공

성이 양호하여 설계의 자유도가 클 뿐만 아니라 유리제 보다 충격강도가 강하고,

금속재료보다 녹이 없고 비중이 작기 때문에 경량으로 할 수 있다는 잇점이 이미

밝혀진바와 같고 이들 수지 중 불포화폴리에스터 수지가 가장 이용면에 적합하여

생산 수율이나 공정에서 무난한 수지로써 각광을 받아 현재까지 사용되는 대표적인

수지였다 그러나 재활용이 되지못한 점이 크나큰 결함 이며 폐기물이 되었을 때.

공정 및 폐차시 산업 쓰레기가 되어 매몰이나 소각에도 부적합하여 소재로써 점( )

차 어려움을 직면하게 되었다 뿐만 아니라 년부터 세계 선진국의 무역 장벽중. 2002

하나인 에서 규정한Green round 자원 회수법“ ”의 제약을 받을 수 있는 소재가 되

어 특히 자동차 의 를 대체해야 하는 절박한 시점에 놓이게 되었다reflector BMC .

즉

ᆞ환경 친화적이지 못하고,

ᆞ표면 처리중 필요Base Coat

ᆞ표면 처리중 증착 불량.

ᆞ 비율이 높고Scrap

ᆞ원료 자동화 어려움이 있으며

ᆞ저장이 용이 하지 못함 요구(Air Contion )

ᆞ 이 길다Molding Cycle .

이러한 문제를 해결하기 위해서 여러 각도로 세계 각국에서 연구하고 있으나 반사

경은 재료나 열가소성 재료 로 제조하거나 유의점으로서는 성형촌법 정BMC (FRTP)

도 평면 정확성 내열성 굴곡강도 굴곡 탄성률 충격강도 성형가공성 및 시간, , , , , , ,

도료의 밀착성 재료의 저렴성등의 를 충분히 검토 재료배합을 해야 한다, Blance , .

특히 반사경의 특히 좋은점은 촌법정도가 좋기 때문에 설계가 비교적, BMC MOLD

용의했으나 형 반사경의 성형을 기존보다 촌법이 안정되지 못해 이 또FRTP MOLD

한 연구테마가 되고 있다.

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따라서 공정의 효율화 재료의 저가 사출 성형의 용이성 도장의 밀착성등에 부합, , ,

되어야 하고 당연히 재활용성 소재 개발과 기존 정도의 물성 개발BMC Reflector

이 되어야만 제작자들의 요구 조건에 부합되는 것이다lamp .

수송 기계의 의 분해상태를 다음 그림 에 나타냈다 그림 에서 보듯이lamp (1) . (1)

반사경 을 제외한 모든 소재는 재활용이 가능한 열가소성 이다reflector ( ) plastic .

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개발제품개략도*

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제 절 형 외 형 비교2 FRP Reflector FRTP Reflector

전장에서 설명했듯이 여년간 각부분에 사용되어온50 .FRP (Fiber reinforced

열경화성 강화프라스틱 중 의 우수한 품성으로 인해 복사Thermoset plastic ) BMC

기 프린터 부품 오디오 기기 및 전기부품 등 정밀공업부품 뿐만 아니라 수송기계, , ,

건축자재 토목장비 등 실로 헤아릴 수 없이 많은 분야에 이용되어지고 있는 이 소,

재가 재활용이 되지 못한다는 이유하나로 환경 친화적이 아니라는 것으로 다음 세,

기에는 점차적으로 사라질 운명에 놓이게 됨은 실로 안타까울 뿐이다 그래서.

반사경 로 사용되어지고 있는 이 소재를 대체하기 위해서 즉Reflector( ) BMC

열가소성 강화프라스틱 재료로써 갖추어야FRTP(Fiber Reinforced thermoplastic; )

할 요구 특성을 아래와 같이 요약할 수 있다 .

대체 재료의 요구 특성◆

재활용 가능 수지1) 내열성 및 강도 유지2)

성형성 양호3) 도장성 향상4)

진공 증착 우수5) 경량화6)

이 조건이 만족되어야만 현재 완성차에 사용하는 의 반사경Head lamp Reflector( )

로써 대체 가능하며 즉 요구 특성은 다음과 같다.

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의 특성Reflector◆

특 성 내 용

내 열 성 장기 사용 온도>180 ° C( )

기계적 강도외력 조립 사용중 에( , Test, )견디어야함.

칫수 안정성 열간 수축이 적어야 함

도 장 성 기존재료 와 비슷할 것(BMC)

표면결합 및 성형성 이 없을 것Sink/Weld Line

따라서 이와같이 의 특성을 이해 해야만 차세대 수지로써 가능성을 예측Reflector ,

연구 개발에 임할 수 있었으며 개발된 수지의 특성 비교는 다음과 같다.

나아가서 성형공정 및 도장 공정에 있어서도 차이점을 다음과 같이 구분 지을 수

있었다.

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기존 대비 의 장점BMC FRTP(KC-1000)◆

기존 BMC Reflector KC-1000 Reflector

재활용 불가능 재활용 가능

Air borne fibers,Unreached styerene

Direct metallization

생산수율 저하 경량화(20%)

More Work-in-Progress Design Flexibility tooling

저장성 이 짧음(Pot Life) - Mounting supports

- Guides and Channelfor Venting

이 김Molding cycle

를 위해Base coat표면처리 공정 필요

Push-fit bulb socketRetainers

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이런 차이점이 해결 되어야만 실제 현장 적용이 가능하며 년2002 자원 회수법“ ”이

발효될 때 즉시 생산 가능하며 지금 이 연구에서 생산 을 규명해 둠으parameters

로써 외국의 물량 공세에 이길수 있으며 역으로 수출 가능하고 완성차의 세계경쟁

력을 키울수 있다 사료된다 아울러 세계적 추세에 부응할 수 있으며 수출 차량에.

매년 씩 재활용 소재 사용증가 의무화에 맞추어 갈 수 있고 기존 소재 대체로10%

써 이상 경량화를 이룩하고 의 화에 따른 내열성 연구 역시 최적화20% lamp slim ,

를 생산업체에 제공 외국 기술의 도입을 저지 국산화에 기여 할 수 있다data , .

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제 장 국내외 기술 개발 현황2

열경화성 성형 재료인 는 주로 수작업BMC(Bulk Molding Compound) (Hand lay

에 의존 해오던 의 기계적 생산성을 향상up) FRP(Fiber Glass Reinforced Plastics)

시키고 치수 안정성을 높이기 위해 개발된 성형 재료이다.

아울러 는 불포화 풀리에스터 수지에 충진제 촉매 이형재 등을 균일하게 혼BMC , ,

합하고 매트릭스 보강재로써 섬유 주로 유리섬유 를 보강시킨뒤 화학적으로 점도를( ) ,

높여 점착성이 없고 성형성이 뛰어난 상 또는 상의 복합성형재료로Sheet Bulk FRP

널리 이용되고 있다.

는 치수안정성 기계적 강도 전기적 성능 내열성 내수성 등이 우수한 특징을BMC , ,

지니고 있어 형상이 복잡한것 두께변화가 있는것 강도적으로 중요하지 않은것 그, ,

리고 삽입물을 넣는 부품성형재료로 이용되고 있는데 현재 주요 적용분야로는 중,

전기 자동차 기기 등의 부품을 들 수 있다, , OA .

이와같은 분야에 이용되고 잇는 는 습식프리믹스 건식프리믹스 저수축 무수BMC , , ,

축 그리고 착색 무수축 순으로 개발 진보되어 온 것으로 알려졌다BMC, , BMC .

의 전신인프리믹스컴운드 가 처음 상시 된 때는 년으BMC (primix Compound) 1955

로 초기에는 전기부품을 중심으로 용도적용이 전개되어왔다 그리고 년에는 건. 1965

식프리믹스가 개발되었는데 이는 프리믹스의 작업성 성형성을 개량한 것으로 기계, ,

적 강도 수치 안정성 전기적 성능및 성형성이 우수해 페놀수지를 대체, , ,

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에 폭넓게 사용된 것으로 알려졌다 또한 건식프리 믹스의 개발에NonFuse Braker .

따라 펠릿상의 재료생산이 가능해 짐에 따라 다른 열경화성 재료와 균등하게 BMC

로도 사슬성형이 가능하게 되었다.

한편 년 경부부터 착색이 가능한 저수축타입의 와 착색이 불가능한 무수1965 BMC

측의 가 그리고 년 경에는 착색 무수축 가 개발되어 의 용도가BMC 1985 BMC BMC

확대 그 수요가 급속히 증대되기 시작한 것으로 알려졌다, .

다음장에서 더욱 자세한 공정 설명이 있겠으나 대부분 소규모 중소기업에서 생산하

고 있는 현실이므로 자동화나 정확한 자동계량이 되어있지 못해 외국처럼 균일한

품질이 어려운게 현재 한국의 현실이다.

아래 도표에서 보듯이 여러가지 와 수지 및 를 계량 하고filler glass fiber kneading

하는 것이 주 작업인듯 하지만 정확한 에 의한 균일화는 좀처럼 쉬운Formulation

일이 아니다.

- 30 -

의 제조방법 법[BMC (KNEADER )]

당사 주 강남정공 은 년초 일본 쇼와 고분자와 기술 제휴로 를 생산 현(( ) ) 1980 BMC

재 국내 수요의 이상 점유하고 있으며 더욱이 용 소재는50% lamp Reflector 80%

이상 점유하고 있어 국내 자동차 완성차 개 회사에 제품이 출하되고 있는 실정이4

다.

시기별 또는 연도별로 추정해보면 무릇 모든 선진국과 차이가 있듯이 생산 개발품,

이 늦어질뿐 극내 개발속도 및 생산량은 세계적인 추세에 도달했으며 특별한BMC

용도 개발을 제외하고 세계 경쟁력을 가진 소재라 사료된다.

아래 표는 용도별 분류와 생산 가능 품목 내지는 개발 품목을 예시해 보았다BMC .

대부분 선진국에서도 이런류의 부품에 사용되고 국내 또한 거의 상당수 모방하는

추세이며 이 또한 즉시 제품 규격에 도달 시킬 수 있는 능력이 있다고 본다.

- 31 -

강남정공 스와믹스의 용도[ . 〕

분 류 대 체 부 품 명

및VIDEO T. V

* MECHA BASE* BASE PLATE* CYLINDER BASE* CHASSIS* LOADING PARTS(RING ROLLER)* DRUM BASKET* CRT SOCKET* CONNECTOR* F.B.TRANS FORMER

CD PLAYER & CD-ROM

* MECHA CHASSIS* FRAME* ACTUATOR BASE* PICK-UP* DISC DRIVE

AUDIO

* PLAYER CABINET* PLAYER BOARD* TURN TABLE* SPEAKER BOX

전자 TYPE WRITER* FRAME* HOUSING

FDD & HDD* MECHA FRAME* BASE* MOTOR COVER

- 32 -

분 류 대 체 부 품 명

기기OA복사기(PPC)

현상부 측판*감광부 측판*

* LENSE HOLDER* MIRROR BRACKET* PC FRAME조립* BASE기타 부품*

PRINTER

* CHASSIS* FRAME* HEAD기타 부품*

FACSIMILE* OPTO FRAME* MECHA FRAME기타 부품*

COMPUTER* TAPE GUIDE가타 부품*

WORD PROCESSOR * MOTOR BRACKET

품ENCAPSUL ATION봉 지 품( )

* MAGNETIC HEAD* COIL* SOLENOID COIL* FLAT MOTOR* MOTOR* F. B. TRANSFORMER* ELECTRO-MAGNETIC VALVE

- 33 -

분 류 대 체 부 품 명

중전기 분야

* NO-FUSE BREAKER* POWER CIRCUIT BREAKER* BREAKER FRAME애자 및* STRUCTURE전선 지지대 및 부품*진공 차단기*저압 절연*통신기계 부품*각종 단자함*

* SWITCH BOX. BASE GEAR* MAGNETIC SWITCH전화용 단자 및 단자함* REPLAY

및* MOTOR SHAFT BRACKET전화회선의 보안기 부품*

자동차 분야

* LAMP REFLECTOR & HOUSING* ENGINE HEAD COVER* ENGINE MANIFOLD* FRONT COVER* GRILL OPENING PANEL* WATER PUMP HOUSING* COWL BAND* INGNITION COIL CASE기타* PARTS

기 타 전자 오븐용 식기류*

- 34 -

제 장 연구개발 수행 내용 및 결과3

제 절 기존 세대 열경화성 강화 제조1 Reflector (2 Reflector; Plastic)

제 절 총론1-1

현재 의 반사경 은 세계적으로 모두 를 이용 성형 가공하Head lamp Reflector( ) BMC

여 완성차에 쓰이고 있다 아마도 적어도 년까지는 생산자 입장에서 최대한 연. 2002

기하고 싶은 심정일 것이다.

이 는 전장에서 설명했듯이 불포화 수지BMC(Bulk Molding Compound) Polyester

를 주성분으로 하는 그렇기 때문에 재활용이 불가능해서 최근 환경적 측면에서 문,

제이지만 여기에 저수축제 경화제 충진제 이형제 등을 균일하게 혼합해서 보강제, , ,

로써 유리섬유를 사용 압축 성형이나 트랜스퍼 성형 성형등에 쓰이고 본, injection

연구에서 중점적으로 다룰 사출기에 사용되어지고 있다 간혹 유럽에서는.

라고 부르나 동일한 의미로써 현재는 미국 유럽DMC(Dough Molding Compound) ,

등과 같이 로 통일되어 가고 있는 중이다 현재는 도 초장기에는BMC . BMC PRIMIX

로써 저수축제가 배합되지 않아 성형 수축률이 되었고COMPOUND 0.5% PUTTY

상태일때 화학 증점을 시킨것이 유래가 되어 와 차이를 가젔으나 최근 특히DMC

용 는 건식으로 상온에서 고형으로 되고 상으로도 가능하게Reflector BMC PELLET

되어 용어가 통일 되었다 본다.

- 35 -

제 절 종류1-2 BMC

습식1) Primix

초장기 로써 거의 사라진 형태지만 계BMC STYRENE

와 계(CH = CH) BMC ALLYL (CH = CH - CH₂ ₂ 2 로 분류되고 용도는-) BMC

등 중전기분야 단자함 보안기등의 통신 분야에 사용된다 계Breaker, switch , , . allyl

도 계에 비해 치구 안정성이 양호하고 전기적 성능이 우수하여 보안성primlx stylen

이 좋기 때문에 전기적 용도에 쓰였다 그러나 현재는 이 습식 는 거의 사용. primix

하지 않는다.

건식2) primix

습식 프리믹스의 작업성 성형성을 계량하여 상온에서 고형인 건식 프리믹스가 개,

발됐다 기계적 강도 치수 안정성 전기적 성능 및 성형성의 우위성으로 페놀 수지. , ,

를 대치한 등에 넓게 사용되고 있다 또한 상의 재료가NON-Fuse Breaker . pellet

가능하여 타 열경화성 재료와 동등한 성형을 할 수 있다injection .

저수축 무수축3) , BMC

년 부터 시작된 저수축 무수축의 가 개발됐다 성형 수축률의 크기에 따1970 , BMC .

라서 저수축 과 무수축 으로 분류된다 저수축 은 착색가능하지만 무Type Type . Type

수축 은 착색 할 수 없는 것이 결점이다 저수축 은 치수안정성 표면 평활Type . type ,

성 성형외관 강도면 에서 우수하며 각분야에 사용하고있다 무수축 타입은, , , . type

치수안정성 내열성을 이용한 도장을 전재로 하여 자동차 분야에 응용이 되고 있으,

며 기술이 발달하여 더욱 용도가 광범위하게 되었다 또한 도, mold . reflector BMC

여기에 속한다.

- 36 -

착색무수축4) BMC

년 경에 의 특정인 치수 정밀도 고강성 내열성등이 인식 되어 기기등1980 BMC , , OA

정밀 부품에 응용되고 에 대체되어 넓게 사용되고 있다 더구나, Die casting . BMC

의 용도가 확대되어 광학관계를 중심으로한 색으로는 흑색이 기본이 되어 착색 불

가능한 로는 대응이 곤란하게 됐다BMC .

년때 착색 무수축 가 개발됐고 가 지니고 있는 음향 특성이 평가되1990 BMC , BMC

어 음향 기계관계를 중심으로 급속하게 수요가 확대 되고 있다.

의 종류도 더욱세분화 되어 생산 연구하고 있지만 점증 효과 및 저수축제와의BMC

관계등 아직 규명되지 못한 점이 있고 강도면에서 및 보강제의 함량을 대폭 증filler

가시킨 연구도 활발히 진행되고 있다.

- 37 -

제 절 제조 기존 비교2 process ( reflector)

기존 이용하던 를 대체하기 위해서는 최소한 기존 를 사용하BMC reflector process

면서 점차적으로 대체하는 방법이 실 생산자의 요구이므로 재료의 선택중 최소한

변경을 요하며 기존 물성 재료의 특성을 그대로 이용하면서 를 취합해야 한다data .

따라서 본장에서는 분석 및 방안을 설명하였다.

제 절 원재료 및 조성2-1

원재료로써 사용되는 일반적인 원료는 가지로 대별 할 수 있지만 이용도 특BMC 4

성에 따라 구별하기엔 너무나도 많은 가 있으므로 제조를 비교factor FRTP reflector

해 볼때 이용 가능한 를 얻기 위한 원재료를 고려해서 분석하고자 한다, data .

제 절 수지2-1-1

수지는 전장에서 설명 했듯이 불포화 로써 계수지 계수BMC polyester ISO , ortho用

지 계수지 계 계 수지 등으로 나누어 용도에 따라 선택 제조하, Terr , Bisphenol , HAT

지만 모두가 이 되지 못해 열가소성 수지로 를 제조하는데 대체해recycle reflector

야만 한다 이들 수지 분류에서 보듯이 불포화 수지를 제조하는데 원료인. polyester

포화 염기산의 종류에서 구별될 수 있으나 이들의 포화 정도에 따라 물성역시 달,

라질 수 있으며 의 종류 의 종류에 따라 뿐만아니라 불포화 염기Glycol , Monomer ,

산의 사용량과 종류에 따라 여러가지 수지 을 생산할 수 있으며 가 생(Resin) grade

길 수 있다 아래 원료의 특성과 종류들을 예시했다. .

- 38 -

Basic Building Blocks for Polyester Resins and the Properties They Bring to

Formulations

BuildingBlocks

Ingredients Characteristics

UnsaturatedAnhydrides andDibasic Acids

a. Maleic anhydride a. Lowest cost,moderately hogh HeatDistortionTemperature(HDT)

b. Fumaric acid B. Highest reactivityhighest HDT, morerigidity

SaturatedAnhydrides andDibasic Acids

a. Orthophtalicanhy

a. Lowest cost,moderatelyhigh HDT, highflexuralstrength, high tensilestrength

b. Isophthalic acidAdipic acid, azaleicacid, Sebasic acid,Chlorendic acid,tetrabromophthalicaicd, hexachloro,octahydromethanonaphthalenedicarboxylic acidNadicmethylanhydride

b. Higher tensile andflexural strenghts,betterchemical resistance,improvedwater resistanceFlexibility (tughness,resilience).Flame retardancyVery high HDT

C.

d.

e.

c.

d.e.

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BulidingBlocks

Ingredients Characteristics

Monomers

a. Styrene a. LOWEST COST, HIGHREACTIVITY, GOOD hdt, highflexural strength

b. Vinyltoluene b. Low volatility, more

c. Methylmethacrylate

c. Light stability, goodweatherability,fairly high HDT

d. Diallyl phthalate d. High heat resistance, longshelf life, low volatilityproperties

e. Triallyl cyanurate e. Very high HDT, highreactivity, high physicalproperties

f. Monochlorostyrene f. High reactity, slightflame retardancy

g. Alpha methylstyrene

g.Lower reactivity

- 40 -

Glycols

a. Propylene glycol a. Lowest cost, good saterresistance, flexiblity,compatibility withstyrene

b. Dipropylene glycol b. Flexibility and toughness

c. ethylene glycol c. High heatresistance,good tensile strenth, lowcost

d. Diethylene glycol d. Good toughness, impactstrength and flexibility

e. Bisphenol-A e. Corrosion resistance,high HDT, high physicalproperties

f. Neopenthyl glocol f. Corrosion resistance, lightcolor

g. Trimethylpentaneidiol

g. Corrosion resistance,lower reactivity

불포화 제조에서 사용 원재료의 종류와 에 따라 동일계polyester Resin Resin量

이라 할 지라도 아래와 같은 물성 변화를 가지므로 수지 선택이 아주 중요한 원인

이 될 수 있다 반면 경우 연구결과를 참조할 때 그리 큰 변수가 될 수 없고. FRTP

의 에 의함이 크다고 할수 있다 즉 의 의 정도가Monomer quality . Monomer linkage

영향을 주고 있다고 본다.

- 41 -

Formulation of Extensible Polyester Resins

다음표는 위 으로 제조된 의 물성 차이를 나타냈다formulation Resin .

Machnical Properties of Composites Using Tougher System (nominal

40% glass content)

- 42 -

제 저 수축제2-1-2

사용처에 알맞는 를 개발하기 위해서 제일먼저 고려해야 할 문제가 저수축제BMC

선정이라 할 수 있다 을 정확히 예측해야만 생산 공정에서 생기는. SHRINKAGE

율 이라든지 가 적어 경쟁력을 갖기 때문이다LOSS BURR .

이렇듯 대단히 중요한 제조 원료중 하나인데 개발하고져 하는 열가소성

에서는 사용 원료가 열가소성 수지이므로 크게 문제될 것 없지만reflector(FRTP)

소량 를 높이기 위해 사용하므로 이 역시 간과 해서는 알될 문제이WETTABILITY

며 세계 각국에서 이 용도에 맞도록 시판되고 있으며 국내에서는 국산화가 안된 품

목이다 따라서 앞으로 연구 개발 품목이며 국내 섬유화학의 개발로 기대되지만 가.

격 변동이 심하고 선진국의 수출규제 품목이기도 해서 가끔 수급문제 곤란을 받고

있는 품목이다 에서는 대부분 열가소성 수지로써 저수축제 역할을 담당하고. BMC

있고 그러나 사용할 때 장단점이 있으므로 선택에 주의를 해야한다.

아래 표는 사용되고 있는 저수축제를 예시해 보았다 표에서 보듯이. Carboxyl

의 존재여부를 파악 성형시 중요한 검증 현상을 조정하는 것을 잊지termination

말아야 한다.

- 43 -

An Outline Thermoplastic Additives

ItemThermoplasticFamily

PercentSolidsContent

CommercialMaterialDesignation

Vendor

Car-

boxylTermi-nation

Non-CarboxylTermi-nation

Remarks

1 Acrylic 40 ParaplexP-681

2 X Polymethylac-rylate/acryl-atecopoly

mer

2 Acrylic 40 ParaplexP-701

2 X Polymethylac-rylate/acryl-atecopoly

mer

3 Polyethylene 100 MicrotheneFN-510

4 X Medium-impactgrade,pellet-form

4 Polyethyrene 100 M9-C2 5 X

5 Polythyrene 35 LP-80 3 X Medium-impactgrade

6 Polycaprolactone 100 LPS-60 3 X

7 Vinyl 35 LP-35 3 X

8 Polyvinyl acetate 40 LP-40A 3 X

9 Polyvinyl acetate 40 LP-90 3 X

10 Cellulose acetatebutyrate

100 EAB-551-0

.08

1 X

11 Cellulose acetatebutyrate

100EAB-551-0

1 X

12 Cellulose acetatebutyrate

100 2

EAB-551-0.1

1 X

이들 저수축제 사용으로써 다음 그림과 같은 효과가 있으며 에 따라서도 예측ratio

- 44 -

한 바대로 수축효과가 있음을 알수 있다 그림. ( 1,2)

Fig. 1. Effect of percentage of thermoplastic additive on shrinkage.

- 45 -

Fig. 2. Thermal expnsion charateristics of various

thermoplastics is a function of temperature.

- 46 -

제 충진제2-1-3 (Filler)

뿐만 아니라 연구 테마인 에서도 중요한 인자이므로 비교 분석을 통해FRP FRTP

결과를 참조하였다 즉 로써 등에 옛부터 사용되어 왔고 제. filler organic polyester

일 중요한 연구 인자로써는 와 수지와의 분리를 어떻게glass fiber (segregation)

방지하느냐가 매우 시급한 과제였다 다행히 다음장에서 설명하겠지만 의 선택. filler

과 와의 결합력 증대를 주므로써 해결되었고 따라서 의 사용이 그만큼 중filler filler

요한 연구테마였다.

일반적으로 충진제 사용은(filler)

감소* Shrinkage

증가* modulus

증가* hardness

전기적 성능 향상*

이 주목적이며 아울러 저하 측면도 고려 할 수 밖에 없으므로 신중히 선택을cost

요했다 아울러 비중 및 분포도로 인한. , particle size packing density,

등이 대단히 중요한 였다 이들의 충진제 분류는 다음과 같oil absorption FACTOR .

다.

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An outline of Inorganic Fillers

A. Calcium Carbonate (chalk, whiting, marble dust)

1. Crystalline

(domestic) (limestone, calcite)

a. Wet ground

b. Dry ground

2. Amorphous chalk

a. Imported(English, French,Belgian)

3. Precipitaied

a. Uncoated

b. Coated

B. Silicates

1. Mica

2. Aluminum silicate(Kaolin)

3. Magnesium silicate

a. Talc

4.Calcium silicates

a. Wollastonite

b. Calcium metasilicate.

5. Aluminum magnesium silicates

6. Sodium magnesium silicates

7. Bentonite

- 48 -

C. Asbestos

1. Chrysotile

2. Anthopylitte

3. Crocidolite

D. Silica Products

1. Diatomaceous earth

2. Quartz

3. Ground silica

4. Pyrogenic silica

E. Metallic Oxides

1. Tabular alumina

2. Alumina trihydrste

3. Sappire whiskers

4. Titanium dioxide

5. Iron oside

F. Miscellaneous

1. Barium sulfate

2. Calcium sulfate

3. Magnesium carbonate

4. Powdered metals

이들 의 사용으로써 일반 에서뿐만 아니라 형 수지 에서도 독같은filler BMC FRTP

효과를 나타내므로써 다음 를 이용하게 되었다data .

- 49 -

- 50 -

반면 열경화성 에서는 용 전혀 문제가 되지 않아 도외시 했지BMC (FRP Reflector)

만 수지 수지 에서는 함침 문제가 쉽지 않았다 미함침으로 행KC-1000 (PPS BASE ) .

기는 문제 미성형 증가를 처리로Pin hold , , Sink/Weld ilne Organofunctional silane

써 해소할 수 있었으며 특허 출원증 이로 인해 기계 적강도 및 도장상 향상에 크( )

게 기여함을 알수 있었다.

즉 ○ 수지의 흡착수를 방지할 수 있어 효과적이며

○ 및 와 수지 의 결합을 강화시켜 물성이 향상되었으며Filler Fiber 20%

○ 가 증가됨을 알수 있었다Adhesion property .(Sealant coating)

참고로 이들의 은 아래와 같으며 의 을 위해 공기Mechanism Silane Condensation

부양법 으로 충분히 한 후 사용했다 사용량은 전체 충진제의 가 가장 효과Dry . 2%

적이다 여기서 결과적으로 은 저수축제 역할을 하며. KC 1000 RESIN ,

을 증가시키기 위해 열가소성 수지와의 관계도 처리를 하므로WETTABILITY Siliane

써 효과적이었는데 특히 일 때 가장 좋은 결과, Aluminum trihydrate(Al(OH)3) filler

를 가질 수 있었다.

- 51 -

Crosslinked Polymer Network

- 52 -

실로 이 두가지 처리 기술이 본 연구의 핵심이라 할 수 있으며 이로 인해 성형 문

제가 자연히 해결 될 뿐만 아니라 수율 향상에 지대한 영향을 주었고 을cost down

위해 첨가를 세계 선진국 수준 이상 조합할 수 있으며 기술에filler mold design

쉽게 접근 할 수 있었고 특허 신청을 하게 되었다 그림 은 이들의 물성. ( 3,4,5,6,7)

변화를 나타냈다.

- 53 -

Fig. 3. Packing ratio vs. percentage filler to give 1000P slurry viscosity.

- 54 -

Resin: GP Polyester

Filler : uncoated calcite (millicarb)

Glass fiber : none

Fig. 4. Shrinkage of an unreinforced composit as a

function of filler loading

- 55 -

Fig. 5. Effect of filler content on the flexural modulus of the composit

- 56 -

Fig. 6. Stress/strain curve of filled system

- 57 -

Fig. 7. Reaction of organofunctional thrihydrpxysilane

with a hydroxyl group of aluminum trihydrate.

- 58 -

제 강 화 제2-1-4 (reinforcement)

강화제는 기계적 강도를 높이는게 주목적이고 대게 를 이용하고 있다glass fiber .

이 재료는 단위 면적당 강도가 가장 높고 가격이 저렴하다는 이유이며 본 연구에,

서도 주로 를 이용됨을 알수 있다 특별히 요구되는 경우E-glass chopp . carbon

나 을 이용하지만 중심으로 본 연구를 향하였다fiber kevlar glass fiber .

일반 에서나 수지에서나 관과 해서는 안될 원료 처리중 하나인 유BMC KC-1000

리섬유의 표면 처리 종류가 최종 성형 조건 및 물성을 좌우한다는 사실을 증명하였

고 이들의 역할은 다음과 같았다 또한 도 여러 의 가 존. Glass fiber Type Diameter

재 하여 이에 따라 물성또한 차이가 생기므로 이용시 일정한 규격을 정해야 한다.

즉 의 유리섬유 직경의 인장강도는 의 유리섬유 직겨의 인장강도보다, 10 m 20 mμ μ

이상 높다는 것이 자료에 발표 되었기 때문에 주의를 요했으며 이들 유리섬유50%

직경에 따른 를 예시했다code .

- 59 -

Glass Filament Diameter Codes

- 60 -

국내 개 유리섬유 제조 회사에서는 각자의 표면 처리를 해서 시판하고 이 시판된4

유리섬유는 생산자가 종류를 알 수 없었으나 모 회사의 공동연구로 가지2 sizing

을 해주어 시험한 결과 확연한 결과 차이를 알수 있었고 에도 같은KC-IOOO Resin

결과를 보았다.

란 표면이 강하게 느낌을 주는 처리였으며 란 표면Insoluble size sizing Soluble sige

이 부드럽게 느끼는 이므로 소비자는 쉽게 구별할 수 있었다sizing .

결론적으로 의 선정 뿐만 아니라 처리액의 종류에 따라서 기존glass fiber sizing

나 열가소성 수지인 수지에서도 물성 변화를 볼수 있었다 그림BMC KC 1000 . (一

은 이들 물성의 변화를 예시했다8,9,10,11,12) .

- 61 -

Fig. 8. Impact strength of liass sizer

- 62 -

Fig. 9. Classification of glass fiber type by impact strength

- 63 -

Fig. 10. Effect glass fiber diameter and bundle tex on

the tensile strength of the composite.

- 64 -

Fig. 11. Impact Strength of BMC as a function of strand

length and mixing time using insoluble fibers.

- 65 -

Fig. 12. Tensile strength as a function of glass content

- 66 -

제 기타 첨가제 경화제 이형제 효과2-1-5 ( , )

전장에서 언급했듯이 성형재료에서의 경화 조건 및 이형제 선정은 전체BMC

중 중요하리만큼 여러 가지 자체 실험 를 갖는 것이 중요KNOWO-HOW , DATA內

하며 정확한 문헌이 발표되지 않은것도 이런 이유에서라 본다 다음은 각종 온도에.

맞는 경화제 선정을 다음 도표에 나타냈다.

- 67 -

뿐만아니라 현재 사용중인 이형제 물성과 사용할 때 주의점을 예시해 보pigment

았다.

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Melting Points of Several Metallic Steatates

The Effects of Pigments on the Cure Characteristics of Polyester Resins

Pigments Effect

Cadmium Salts Accelerators

Carbon Black Inhibitor

Iron Oxide Accelerator

Copper SaltsInhibitor/Accelerator(Depending on concentration)

Alumium Salts Accelerators

Titanium Dioxode Slight Accelerator

Phthalocyanine Green Slight Inhibitor

Orhanic Dyes and Pigments Inhibitors

Kaolin Clays Sligh Accelerators

- 69 -

제 절 제조 및 성형성 비교2-2 compound

이 의 성공여부는 여러차례 강조했지만 연구소 내에서 를 제조project compound

에서 성형하는것으로는 성공 여부를 판단할 수 없고 현장에서 성형가능pilot mold

사출의 모든 조건을 만족시키고 국내 성형 기술에 적합한 기술 개발과 동시에,

를 확보 소재가 국산화 되면 당사가 기존 원료를 공급 를 성형data , BMC Reflector

하여 완성차 업체에 판매하듯이 기술 차원까지 연구하여 고객만족에 부응service

하고 갑자기 닥쳐올 선진국의 수출입 제한의 파고를 언제든지 넘을 수 있도록 만반

의 태세를 갖추어 현장 교육까지 하여야 된다고 본다 따라서 현재의 성형 공정의.

비교가 철저해야 했으며 가능한 기자재의 이용을 고려 시설 투자가 새로이 부각,

되지 않은 범위를 찾고져 비교 분석을 하였다 그러므로써 원가절감을 꾀 할 수 있.

으리 라 사료된다.

- 70 -

제 절 제조 비교2-2-1 compound

일반 소재 제조는 식 으로 제조하는 것이 통상BMC Reflector COMPOUND BATCH

적이며 의 차이를 제외하고는 와 같은KNEADER KC-1000 COMPOUND

이 라 볼수 있다MECHANISM .

식 제조 방법1) BATCH

식은 통상 그림 에서 보듯이 여러 가지 를 가지는BATCH (13,14) BLADE KNEADER

를 사용하고 있다.

생산량이 작은 경우에는 원재료를 각각 계량하여 에 사업하는 것이며 생KNEADER ,

산성 향상과 간의 품질의 편차를 작게하기 위해 예상수량중 수지 저수축BATCH ,

제 등의 분체 성분과 충진제 이형제 등의 분체성분을 각각 적당하게 혼합, ,

에 자동계량 공급하는 방법이 채용되고 있다 에 공급된 제원KNEADER . KNEADERㆍ

료를 충분하게 균일하게 혼합한 다음 유리섬유 소정길이의 를( CHOPPED STRAND)

가능한 짧은 시간에 넣어서 유리섬유가 분산되어 균일하게 혼련되도록 일정한 시간

분 해서 를 제조한다(5-30 ) Kneading compound .

그림 에서는 유리섬유첨가후 훈련시간과 강도 관계를 표시했다 식은 연(15) . Batch

속식에 비해 배합비율은 정확하게 가지는 고품질의 제품을 얻을 수 있다.

용량이 클때는 정도 제로할 수 있다Kneader 1 Batch 1000kg .

- 71 -

SIGMA BLADE

DISPERSION BLADE

NOBBEN BLADE

HELIWING BLADE

Fig. 13. Several double arm mixer blade styles

- 72 -

Fig. 14. A 200-gallon double arm mixer having sigma

blades (Courtesy : Day mixing Co.)

- 73 -

혼련시간과 강도Fig. 15. Kneader

- 74 -

연속식 제조 방법2)

연속식은 통상 단축이나 축의 를 가지는 압출기2 screw (Continaous Mixer,

가 채용되고 있다Continous Kneader, Ko-Kneader) .

식과 같은 원료를 로 혼합하여 강화재를 동시에 혼련기에 공급하여 혼Batch mixer

련 배출을 연속적으로 하는 방법으로 소품 대량 생산에 적합하다 연속식에서 중요, .

한 것은 원료의 각성분의 배합 비율을 항상 일정하게 할 필요가 있고 이것으 위한

장치의 자동계량 정도가 품질에 중요한 다 또한 의 형식에 따라 혼련의point . screw

정도가 다르며 충분한 혼련을 할 때는 유리섬유의 파손이 일어나서 성형품의 강도

저하를 일으키는 상반되는 경향이 있다.

- 75 -

그림 에서 보듯이 일반 는 가열 가 필요없지만(15-1) BMC Kneader KC-1000

는 융용시킨 수지에 각종 첨가제를 투입 압출기에서 빼내고 도중에 수증compound

냉각을 하는 것이 다를 뿐이다 이렇게 제조된 을 다음 공정에서 투입 사출기. pellet

에서 제품이 된다 각종 성분이 초창기 부터 연구 개발 해온 결과. pellet project

약 여가지 을 가지게 되었으며 주 강남정공 설비에서 여톤 제조50 formulation ( ) 50

하였고 각종 제조 을 주어 타사에 의뢰 여 제조한 로 계속formulation 10 Ton Sample

연구했으며 이들또한 결과물의 조성비로 삼았다 이중 가장 좋은 조성이라 사료되.

고 성형성이 좋은 를 이라 명명하였다 특허제출compound KC-1000 .( )

성형품의 필요특성을 이미 초반부터 을 정해놓고 시작했기에Project Taget

사용환경 옥외 상태 햇빛상태 자외선 적외선 노출 수증기 부식점1) : , ( , , gas , )

사용온도2) :

사용하중 정적하중 동적하중3) ,

등은 여기서 고려하지 않고 주로 아래와 같이 설계 업무의 흐름에 따라 를project

수행하였다.

- 76 -

및 성형공정Fig. 15-1. FRTP Compounding

- 77 -

설계 업무의 흐름( )

- 78 -

최근의 성형 동향1)

성형품은 저수축화 무수축화 라고하는 타 성형제료와는 같지않는 특성과 성BMC ,

형성의 비약적인 향상으로 용도가 다양화 되고 확대되고 있다.

기계적 강도 전기적 특성 내열성 내약품성 촌법 인정성이 요구되는 분야 특히, , , , ,

전장부품에 사용되는 구조부품 예를 들면 브레이카 중단자함 음향기기에는 샤쉬, , , ,

텐테이블 사무기기의 자동차 부품 광학기기 관련부품 기기 관련 부품, housing, , ,OA

등의 정밀 부품을 포함한 주 대상품이며 기타 소형봉지 가 있다 소형봉지MORTOR .

는 용으로 저진동 정숙성이 높게 평가되어 급격히 보급이 되motor air conditioner ,

고 있다 또한 세탁기외 가전제품으로 용도가 확대되고 있다 봉지관련 제품으로. .

의 헤드 솔레로이드 코일 트랜스 등이 있다VTR , , .

성형 수단으로는 압축성형이나 이 사출 성형이 많이 채용되고 있으며 생산성 자동, ,

화나 생산공정의 절감으로 대응 품질의 균일 안정성이 요구되는 관점 에서COST , ,

는 필연적으로 사출 성형으로 이행되어 현재 사출성형이 주가 되고 있다.

사출 성형기에 요구되는 제요소2)

성형을 위한 사출 성형기로써 요구되는 내용으로써는 장치레벨로써 상세 사BMC

양과 사출장비

섬유의 손상율 저하(1) Glass

가 없는 사출량의 안정성(2) Back flow

- 79 -

의 온도 안정성이 좋아야 한다(3) Screw , Screw cylinder .

재료의 공급이 간단하고 확실해야 한다(4) .

사출압 속도가 안정성이 있어야 한다(5) , .

재료 공급부의 청소가 간단해야 한다(6) .

형 체결관계 로써는

구조적으로 고강성 이어야 한다(1) .

섬유 파손률은 작게하기위한 사출 채용이 쉬워야 하고(2) glass mold

성형기 전반으로써는

성능적으로 한층 고속성(1)

기계적 으로는 무인화자동화를 궁국적 목적으로 하는 자동화의 확대(2)

제어면에서는 적정조건의 고정도제어와 간단한 재현성(3)

성 면에서 효율적이여야 하고(4) energy

사용면의 조작 보수관리의 간단성과 안정성이다(5) , .

전용 사출 성형기3) BMC

식 사출 장치A) ps

유리섬유의 파손이 작고 가 없는 점이 사출 장치로써 가장 적합하, back flow BMC

며 가 시판되고 있다 소량의 사출장치로써850, 1500, 2500, 4000Cm² . In line

식 사출장치도 있다screw .

- 80 -

휨형 사출 성형기B)

일반적으로 보급된 형태다 자동화가 쉽고 천공 인발에 의한 고속 사출성형 사출. , ,

압축 성형을 하기 쉽고 가장 취급이 쉬운 것이다, .

형 사출 성형기C) SL

금형의 면에 사출하기 때문에 전용금형이 필요하며 안정성이 좋parting line Insert

고 봉지성형이나 성형에 사용된다 구조용부품 정빌부품 성형품의 빼기등Inside . , ,

기울기가 크지 않는 제품에는 성형품이 고정 형의 어느쪽이 만들어지는가 판, Guide

단이 되지 않는 경우가 있다 이 경우는 에서의 사출 때문에 고정 가동. parting line

형의 양법으로 제품이형용 돌출 장치를 설치하기 쉽고 기계장치측에서도 고정 가,

동반의 어느쪽에서도 유압식 장치를 간단하게 설치하여 정밀부품 성형이ejector

가능하다.

형 사출 성형기D) DL

형 사출기의 형체결 장치를 이연식으로한 사출장치가 좌우에서 이동하여 사출SL

성형되는 기계다 봉지 성형에 많이 이용되며 좌우 금형을 구별하여 성형 가능하며. ,

계량 사출압력 속도 등을 각각 조정하는 기구를 가지고 있다 두꺼운 성형품으로, , .

경화시간이 장시간 요구되는 성형품이나 봉지 성형 성형에 적합하다, Inside .

- 81 -

성형 기술4)

최근의 성형법

의 성형에는 구조부품으로한 촌법정도나 강도를 중요시 하는 성형과 봉입 성BMC

형에 의한 봉입된 의 단선이나 변형을 방지하기 위한 저압 성형이 있다coil .

강제A) VENT

나 열가소성 경화수지 를 성형하는 경우 의 배기 불완전BMC (KC-1000) air vent air

에 의한 불량 또는 재료의 흐름이 좋은 것이 원인이 되어 발생 흐름이 쉬, Voide ,

운 부분에서 흐름은 충전 불량을 만들기 쉽다.

종래는 사출속도를 서서히 하여 성형 불량을 방지하지만 내를 강제적으로 진cavite

공으로 하여 외변 주위의 면에 바킹을 넣어서 밀봉시키고 형을cavite Parting line

체결하여 노즐에 의한 스폴부를 진공으로 빨아 탈기시켜 성형품의 부와vent

사이에서 진공이 되며 내가 진공이 되는 시점에서 사출을 개시 하여ejector cavite

계속진공으로 빨아 충진불량이나 보이드 발생을 방지하는 방법이다 진공으로 되므.

로 탈기속도가 빨라 바킹을 면보다 높게하며 바킹이 상면에parting line 0.5~ 1mm

접촉하여 밀봉이 완료되면 진공 빨기가 개시된다 바킹은 탄성회복력이 큰 실리콘.

고무를 사용하는 것이 좋다.

- 82 -

강제 법을 다음과 같은 효과를 발휘한다Vent .

성형 의 단축(1) cycle

외관 광택이 양호하다(2) , .

강도 개선(3)

금형의 오염이 작게 된다(4) .

에너지가 절약된다(5) .

사출 압축 성형법B) ,

금형이 약간 열린 상태에서 소정의 재료를 사출하고 사출 완료후 금형을 고압에서

달아 재료를 압축 성형하는 방법이다 이 성형법은 재료가 게이트를 통과하. runner,

여 직접 에 사출되어 유리섬유의 파손이 작고 또한 압축공정에서 섬유도 불cavite ,

균일한 방향으로 되려는 배향이 개선되어 단순한 사출 성형품에 비해 강도가 향상

된다 이 성형법의 경우 재료에 압축력이 충분하게 전달되게 하는 금형구조와 바리.

대책에 충분한 주의가 필요하다 그래서 사출량의 편차를 알아서 펀차를 줄여 야.

한다 사출량 편차는 이하로 제어할 필요가 있다. 1% .

이 성형법의 진공빼기 금형구조는 일반적인 방법에 의한 면에 바킹을parting line

설체하여 형을 연 상태에서 사출은 불가능하다 이 방법은 금형가공이 어렵지만 진.

공 빼기 형태의 탈기가 고속으로 되어 진공도가 높은 성형이 가능하다.

- 83 -

C) Gate cut

게이트 컷트는 성형중에 금형내에서 게이트를 컷트하여 런너와 제품을 분리 취출하

고 방법으로 성형후 게이트 사상등 사상시에 발생하는 흠집 불량 방지가 주 목『 』

적이다 는 재료를 에 사출충진후 재료가 경화되는 직전에 스라이드. Gate cut cavlte

핀을 작동시켜 게이트를 절단하는 방법이다 기타 게이트 컷트 기술에는 다음과 같.

은 장단점이 있고 그 효과는 상당하다.

사출시에 케이트를 넓게 확보하여 게이트의 마모가 작게하고 유리섬유의 파손(1)

도 작다.

게이트에서 압력 손실이 없게 하게 위해 사출압을 작게하는 것이 가능하여 에(2)

너지 절감 대책이 된다.

사출압을 작게하는 한편 바리의 발생도 작게된다(3) .

에서 역류가 거의 없어 압력 유지시간에 필요없기 때문에 성형 을(4) cavite cycle

단축시킬 수 있다 이상의 효과가 있으며 특히 중 대형 제품의 소수 개별 취급 성. , ㆍ

형에 유효한 방법이다.

봉입 성형D)

봉입 성형은 봉입물의 내열도에 맞는 재료를 선택할 필요가 있다 봉입물의BMC .

파손방지 점에서 흐름성이 좋은 재료가 요망되며 흐름이 너무 좋아도 의‘ , Voide

발생원인이 되기 쉽다 봉입 성형용 재료로써 외관이 흐림을 발생하기 쉬운 재료도.

있어 이점을 고려하여 선택해야 한다 또한 이러한 저점도 재료를 사출할.

때 사출압력을 전후에서 하고 성형기로써는 상당한 저압영역으로 압력100kgf/cm²

제어와 그 재현성을 요구하므로 성형기의 선택도 중요한 다 봉입 성형에서도point .

진공 빼기에 의한 성형이 이상적이며 실제로는 선 등의 파손 기타 곤란한 점lead ,

도 있어 빼기가 쉬운 구조의 금형을 제작하는 것이 좋다 성형품의 두께가 지나air .

치게 얇아 붕입물의 일부가 표면에 노출되는 불량인 것이 있어 게이트나 벤트의 위

치를 충분히 고려하는 것이 좋다 봉입물의 예열도 필요하며 봉입물을 금형온도에. ,

가깝게 예열 하여 하는 것이 를 쉽게하고 경화시간의 단축도 된다 또한Insert Insert .

성형 의 단축에는 금형온도를 가능한 균일하게 하는것도 중요하다cycle .

- 84 -

의 위치는 형상이나 돌출 의 관계에 자유롭게 취부되는 통Heater cavite, core pin

로로 해야 하며 각각의 를 변환 형태로 하여 전압 조정하며 금형온도가 균, heater

일하게 되는 방법을 알아야 한다.

성형 재료의 자동공급E)

는 가소성 수지나 상의 경화성 수지와 달리 상을 하여 덩어리BMC powder putty

상태로 취급이 어려운것도 있다 그래서 사출 성형의 생산성은 재료의 투입. system

에 의해 크게 좌우된다 투입 방법에 따라 계량 정도에는 결함이 있어 불량률 문제.

도 발생한다 그래서 투입장치의 역할도 중요하다 일반적으로는 에 투입된. . hopper

재료를 브란쟈에서 암입되는 형식이 대부분이며 압력은 통상 로20~100kgf/cm²

재료는 의 부리부에 공급된다screw .

- 85 -

제 절 소재 사출기 실정2-2-3 KC-1000 Compound

전장에서 설명한 사출기와 사출기는 열경화성 재료와BMC KC-1000 Compound

열가소성 재료의 특성 때문에 사출내용이 다르며 후장에서 원료의 취급방법을 자세

히 설명하겠지만 처럼 간단한 방법으로 처리되어서는 아니된다BMC Feeding .

즉 의 가열 냉각 조건 및 의 가열과 상온에서 회전 보압의 여부등 차Mold , Screw

이점이 있으므로 당연히 사출조건도 다를수 밖에 없고 많은 시간을 통해 조건을

화 하는 것이 이 를 통해 성취한 결과라 생각한다data project .

그러나 무엇보다도 성형품의 완성도에는 기계 원료 및 디자인 등 가지 주, mold, 4

요 애 기인하므로 이중 하나라도 간과해서는 실패 확률이 크게된다Factor .

는 라 할지라도 사출성형 을 전제로 해야하며 이들Reflector KC-1000 Compound

의 대량 생산체제는 타의 방법으로는 도달할 수 없는 경우므로 사출기 연구를 병

행하게 되었다.

통계에 의하여 이에 사용되는 기계를 대별하면 약 가 스크류 식을 이용70% (screw)

하고 나머지가 플런저 식으로 되어 있다(plunger) .

사출 성형기에 있어서의 장단은 아래와 같은 것을 말할 수 있다.

- 86 -

가 사출성형의 장점( )

다량 생산이 가능하다.①

높은 생산성을 가지고 성형할 수 있다.②

상대적으로 개당 임금 배분비가 낮다.③

공정을 고도의 자동화로 할 수 있다.④

부품의 마무리 작업이 거의 필요하지 않다.⑤

여러 다른 표면 상태와 색상 및 다듬질 상태를 얻을 수 있다.⑥

좋게 장식된 제품을 만들 수 있다.⑦

여러 형사의 것을 이 방법을 이용하여 가장 경제적으로 생산할 수 있다 .⑧

다른 방법으로는 다량 생산이 거의 불가능한 아주 작은 부품도 생산 할 수 있다.⑨

런너 및 게이트와 같이 제품 이외의 수지도 다시 재분쇄하여 사용하므로 재료의⑩

손실률을 최소로 할 수 있다.

같은 제품으로서 수지만 다를 때에는 기계나 금형을 바꾸지 않고 수지만 교환함⑪

으로써 다른 재료의 같은 성형품을 생산할 수 있다.

정확한 치수 정밀도를 유지할 수 있다.⑫

금속성 또는 비금속성 인서어트 를 삽입하여 동시 성형할 수 있다(insert) .⑬

유리 석면 운모 탄소 등과 플라스틱을 혼합하여 성형할 수 있다, , , .⑭

재질 고유의 장점으로서는 중량에 비하여 높은 강도를 갖고⑮

있으며 내식성 강도 및 투명도가 좋다, .

- 87 -

나 사출성형의 단점( )

금형비가 높다.①

성형 기계와 부속 장치의 가격이 높다.②

공정관리가 용이하지 않다.③

기계장치가 일정하지 않기 때문에 완제품 생산에 직접적으로 관계없는 관리가④

존재한다.

숙련도에 예민하게 좌우한다.⑤

사출 직후 품질을 규정하기가 어렵다, .⑥

공정에 대한 기초지식이 결여될 경우 문제점이 생긴다.⑦

수지에 대한 성질을 이해하지 못하면 제품의 시효에 의한 장기적 품질에 문제가⑧

생긴다.

위의 문제들을 해결하기 위해서는 현장 와 자료 취합이 동시에 행하여져 많이data

해결 될 수 있었다.

사출 성형기 재료성형(1) (KC-1000 )

사출 금형의 가동측 및 고정측은 사출 성형기의 가동측 형판 과movable die plate)

고정측 형판 에 고정된다 대부분의 사출성형기는 수평식으로(stationary die plate) .

서 수평상태에서 작동된다 그림 에 예시했다. (16) .

- 88 -

사출기의 구조 가소화부Fig. 16. ( )

- 89 -

대부분의 사출기는 토글 장치를 사용하며 직압 장치가 사용되는 것도(toggle) ( )直壓

있다.

사출기의 스크류부와 토글기구를 나타내고 있다 그림. (17)

- 90 -

사출기의 구조 토글부Fig. 17. ( )

- 91 -

사출성형 장치(2)

가 사출성형 공정 재료 성형공정( ) (KC-1000 )

사출성형 의 가공공정인 성형재료 로 부터(injection moulding) (moulding compound)

성형완성품에 이르는 가공 순서를 도시하면 다음과 같다.

이들 각 공정을 설명하면 다음과 같다.

준비공정(perparing)①

성형재료는 그대로 성형기로 공급될 경우도 많으나 재료에 따라서는 흡습수분을,

없애기 위해 건조하거나 또는 공정을 단축하거나 균일한 가열을 가하기 위해 예열,

을 하는 경우도 있다 다음장에 별도로 자세히 설명하고져 하나 실패의 원인중 하.

나가 불안전 건조에 있어서 표면 불량을 들수 있고 역시 도장 공정에 실패가 많았

다.

측정과 공급 공정(measuring and feeding)②

일정한 성형가공속도에 대해서 매쇼트마다 일정량의 성형 재료를 공급하기 위하여

자동적으로 측정하여 기계로 보내는 것이 필요한데 이 칭량과 공급 두 공정을 조,

합해서 하는 경우가 많다.

- 92 -

가소화 공정 (plasticing and fluidifying)③

성형 재료를 금형안으로 주입하여 요구되는 형상으로 성형하기 위하여 흘러들어가

기 좋도록 고체상태인 수지를 용융시켜서 유동상태로 만드는 공정이다.

보통 성형재료는 가열해서 어느 온도 이상으로 되면 유동성을 나타내느데 일정한, ,

성형속도에 부합하고 또 가열 상태에서도 변질하지 않고 균일하게 유동화시키려고

하면 간단한 가열만으로는 충분하지 않다 따라서 토피드라든가 스크류등이 사용되,

게 한다.

사출과 부형공정(Injection and forming)④

가소화 되어서 유동상태로 된 플라스틱을 노즐에서 정해진 형상의 캐비티 를(cavity)

가진 금형내에 고압으로 충전하는 공장이다 가급적 빨리 그리고 균일한 상태로 금.

형 내에 충만시키기 위해서는 상당히 높은 압력을 필요로 하고 또 금형이 수지유,

로와 공기배출 금형의 형상 등을 적당히 설계하는 것이 필요하다, .

고화공정 (solidifying)⑤

금형내에 충만한 수지를 생산 속도를 가급적 빨리 연속적으로 균일하게 고화시키기

위해서는 열가소성 플라스틱에 대해서는 냉각 방법을 열경화성 플라스틱에 대해서,

는 가열 방법을 신중히 고려할 필요가 있다 그리고 재료에 따라서는 금형온도가.

낮으면 성형품 표면이 여러 가지 불량상태로 되고 또 너무 높으면 면수축 이(sink)

커지거나 굳는 시간이 길어져서 생산성이 떨어지므로 적당한 금형 온도를 선정하는

것이 중요하다.

- 93 -

빼내기 후처리 공정, (take up and after treatment)⑥

금형내에 굳어진 성형품을 손을 대지 않고 자동적으로 금형에서 빼내기 위하여 금

형에 밀핀 등을 설치하는 연구가 요구된다 그리고 금형에서 꺼낸 성(ejector pin) .

형품의 불필요한 부분 즉 게이트 런너 스푸루 및 거스러미 등을 제거하는 공정이, ,

필요하며 재료에 따라서는 성형한 채로 잔류하는 내부응력 등을 제거하기위해 어,

닐링 공정을 추가하는 경우도 있다(annealing) .

- 94 -

사출 성형기(3) (injection moulding machine)

이상의 여러 가지 공정을 기계적으로 일괄하여 수행하는 기계장치가 사출성형기이

다 현재 사용되고 있는 플라스틱용 사출성형기는 경금속용의 다이 캐스트 머신의.

발명을 그 원조로 하여 발달하였으며 년 독일의 과 가 수1919 Eichengrun Bucholz

동식 성형기를 만든 것을 위시하여 년 독일의 사 년 미국의1923 Eckert 1929

사에서 각각 자동사출성형기가 만들어졌다 그후 각종 개량과 개발에 의해Grotelite .

고속화와 대용량화 고정밀화 및 고장동화가 촉진되어 오늘날의 다양한 사출성형기,

로 되었다.

사출성형기의 종류와 그 구조 및 기능에 대해 설명하면 다음과 같다 그림. (18)

사출성형기를 분류하면 다음 개의 분류 기준에 의해 대별된다4 .

- 95 -

세로형(a)

가로형(b)

세로지출 가로형죔(c) 가로지출 세로형죔(d)

사출성형기의 형식Fig. 18.

- 96 -

가 작동 방향에 의한 분류( )

성형재료의 주사출방향 및 금형이 개폐방향 이 수평방향인 것( ) ( )注射出方向 開閉方向

과 수직방향인 것에 따라 다음 두 가지로 나뉜다.

가로형 그림에 그 예를 나타낸것과 같이 플런저의 작동방향( i ) (horizohtal type) ;

및 노즐이 수평방향의 것을 가로형이라고 한다 가로형은 형죔 사출이 모두 가로형. ,

의 조합으로 형죔측이 조작위치의 왼쪽에 있는 것이 보통이다.

특징으로는

성형품을 빼내기 쉽고 자동운전에 적합하다①

금형설치 조정이 용이하다, .②

가열실린더가 노즐의 손질을 하기 쉽다.③

고속화가 용이하고 생산성이 높다.④

기계의 높이가 낮으므로 원료 공급이나 보수에 좋다.⑤

- 97 -

세로형 가로형에서 기술란 부분이 모두 수직 방향의 것으로 그림(ii) (vertical type);

에 나타내고 있다 일반적으로 장소의 점유면적이 적어도 되는데 반하여 높이가 어.

느 정도 필요하고 또 조작하는데 있어서 지상에서는 할 수 없는 불편함이 있다.

형죔 사출 모두 세로형의 조합으로 보통은 형죔측이 아래가 된다 특징으로서는, .

인서어트를 사용할 때 조립한 인서어트의 안정도가 좋아 움직이는 일이 적다.①

기계의 설치바닥 면적이 작다.②

금형의 부착 스페이스가 커서 비교적으로 큰 금형이 부착된다.③

중력의 작용 방향으로 운동하므로 무거운 금형을 부착해도 안정성이 좋다.④

- 98 -

나 사출방식에 의한 분류( )

성형재료의 가소화 방식 사출방식에 따라 여러종류가 있으며 대표적으로 다음의 2

종류가 있다.

플런저식 플런저식 사출 장치에는 그림과 같이 호퍼( i ) (plunger type) ; (hopper)

에서 낙하하는 성형재료가 사출 플런저 에서 연결된 계량장치 에 의해서( )計量裝置

그 왕복운동을 이용해서 계량된다.

계량이 끝나고 사출 플런저가 더 전진하면 재료는 가열실린더 내면과 토피트

로 구성된 좁은 통로를 지나면서 여기서 충분히 가열되어 용융상태가 되(torpedo) ,

어서 노즐부로부터 금형안으로 용융된 수지가 밀려들어가게 된다 그림. (19)

- 99 -

직압식 사출성형기의 원리Fig. 19.

- 100 -

스크류식 사출성형기의 설명도Fig. 20.

- 101 -

스크류 인라인식( ii )

또는 그림 에서 나타내고 있는 것과(screw in-line type in-line screw type); 20

같이 스크류에 의해 가소화된 재료를 동일한 스크류의 압출 공정에서 사출하는 것

을 스크류 인라인식 이라고 한다 그림은 스크류식 성형기의 작동상태 순서를 나타.

내고 있다.

그림 (21)

다 형죔방식에 의한 분류( )

분할되어 있는 금형을 사출 성형시에 단단히 조합하여 사출압력에 견디어 내는 형

죔압력을 발생시키는 방식에 의해 분류하면 다음 가지가 있다3 .

직압식( )直壓式①

토글식(toggle)②

복합식( )複合式③

- 102 -

형죔연료 사출개시,①

사출완료②

성형품냉각 계량행정,③

금형열림 성형품 밀어내기,④

기호 명칭 기호 명칭 기호 명칭

A 가동측설치반 F 가열실린더 스크류/ M 성형품

B 가동측설치반 G 호퍼 P₁ 압력유유입 형죔( )

C 금형 H스크류구동용유압모니터

P₂ 압력유유입 형열림( )

D 고장측설치판 J 사출 실린더 P₃압력유유입 스크류(전진)

E 노즐 K 피스톤 n 입력없음

사출성형사이클의 설명도Fig. 21.

- 103 -

형죔장치(4) ( )型縮裝置

금형을 열고 닫고 조이는 형죔장치는 사출장치와 마찬가지로 사출성형기의 중요한

요소이다.

가 형죔장치의 기능과 종류( )

형죔장치의 가져야 할 기능으로서는 다음의 두가지가 있다.

사출 개시에서 성형품이 굳기까지의 사이에 금형내의 용융수지 압력에 의해 형①

이 열릴려고 하는 것을 억누르고 그 이상의 힘으로 죄고 있는 것 따라서 형죔 중,

에는 형죔력 이 요구된다 성형품의 굳은 후 그것을 빼내기에 필요한 스트로( ) .型締力

우크 만큼 빨리 열고 닫힐 것 형의 개폐 동작에는 성형품 밀어내기에 충분(stroke) .

한 스트로우크와 생산성 향상의 관점에서 형개폐속도의 고도화가 요구된다 이와같.

은 기능을 만족시킬 형죔장치로서는 구조적으로 여러 가지 방식이 있는데 직압식i)

토글식 복합식 의 가지로 크게 븐류할 수가 있다ii) iii) 3 .

각 형점장치의 구조 특징에 대해서는 다음 항에서 설명하며 다음 표에 특징 과 문

제점의 비교를 표시한다.

사출 성형기에 부착하는 금형을 제작하거나 이미 만들어진 금형 을 사용하려고 할

때에는 형죔력 금형 부착을 위한 간극 형죔 스트로우크 데이라이느 최, , , (daylight),

소 형두께 사출용적 가소화 능력 사출압력 사출률 등을 기계의 성능면에서 우선, , , ,

검토할 필요가 있으며 그와 함께 실제 금형 두께 부착볼트의 위치 밀어내기 로드, ,

위치 스트로우크 로케이트링의 지름 스푸르 부시의 오목하게 파인 구면 의, , , ( )球面

반지름 구령, (口徑)과 노즐선단의 형상 노즐에서의 사출량 등 구체적으로 금형이,

기계에 부착되는지 여부의 상세한 체크가 필요핟 사출성형기의 금형 부착 관계의.

치수에 대해서는 규격에 의해 규정되고 있다.

- 104 -

직압식과 토글식 성형기의 비교( )

속 도동 작

직 압 식 토 글 식

형죔 스트로우크 크다.형두께에 따라 바뀐다.

작다.형두께에 관계없이 일정

동작 속도금형 부착

일반적으로 늦다.쉽다.

일반적으로 빠르다.어렵다.

형죔의 조절 쉽다.확인 가능 안정,

어렵다.확인곤란 과부하, (Over

로 되기쉽다Load) .

형두께 조절 쉽다. 어렵다 형두께.조절장치를 요한다.

스트로우크 길이와 속도제어

어렵다.조정개소가 많다.

쉽다.조정개소가 적다.

내구성 마모 부품이 적다.특히 급유는 불필요.

마모 부품이 많다.급유 장치를 요한다.

경제성 대용량의 실린더 펌프 및,압력유지용 펌프가필요하고 유량 동력,비용이 크다.

소용량의 실린더 펌프로,가볍고 유량 동력 비용이,적다.

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나 직압식의 구조와 특성( )

그림 같이 액압 실린더 내의 램 에 이동 다이플레이트를 직결하여22 ( ) (rem) ,被壓

유체의 압력에 의해 직접 금형을 죄는 것으로 형죔력은 다음식에 의해 구해진다, .

형죔력F = (ton)

형죔 램 바깥지름d = (mm)

유체압력p = (kg/cm²)

기계적으로 힘을 증대하는 장치를 거치지 않고 유체 압력을 직접 이용하는 것에는,

일반적으로 직압식이라고 불리우고 있다 현재는 사용하는 유체는 일부 예외를 제.

외하고는 유압기기의 작동유이며 사용 압력과 펌프에 의해 기름의 종류를 선택한,

다.

직압식은 기구가 간단할 뿐만 아니라 다루기가 용이하다 특히 금형 교환에 있어서. ,

는 형죔제어 의 설정만으로 용이하게 조정이 가능하다 또 기구가 간단하기 때( ) .制御

문에 마모부품은 적고 , 보수관리도 편하다고 할 수 있다 형죔력의 조절은 릴리픔.

뱔브에 의해 정확하게 간단히 임의로 할 수 있다, , .

그러므로 금형의 필요 최소 한도의 형죔력으로 설정함으로서 금형의 수명이 연장되

는 등의 잇점이 있다 이 릴리프 밸브는 안전밸브의 작용을 하므로 각 엘리먼트에.

무리한 힘이 작용되지 않고 기계 수명도 늘어나는 등의 특징이 있다, .

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직압식 사출기의 형죔장치Fig. 22.

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직압식을 분류하면 부스터 램 타이프 보조 실린더 타이, (booster ram type),① ②

프 증압 실린더 타이프 키록 타이프 등이 있다, ( ) , (key lock) .增壓③ ④

다 토글식의 구조와 특정( )

토글 원리를 이용하여 유압 실린더 또는 그 밖의 동력원에서 발생하는 힘을 토글

기구에 의해 확대해서 큰 형죔력을 얻는 방식이다 그림 에 토글식 형죔장치를. (23)

나타낸다.

토글 기구에 있어서는 구성하는 링크 의 위치에 따라 힘의 확대율과 속도가(link)

변화한다.

형죔운동은 초기의 단계에서는 속도는 빠르나 힘의 확대율은 적고 형죔 완료에 가,

까워짐에 따라 급격히 속도가 감소하는 대신 힘의 확대율은 증가한다, .

그리고 형죔 완료 시점에서 속도는 무한소로 되고 힘의 확대율은 이론상 링크 기, (

구의 마찰손실이 없다고 하면 무한대가 된다) .

이러한 경향은 토글 기구가 가진 특징으로서 형죔장치로서 적합한 것이다 그림, . (

24)

토글식과 직압식에서는 형죔력 발생모양이 전혀 다르다.

직압식에는 형죔 실린더 내의 유압에 의해서 금형을 죄므로 타이바 는 그(tie-bar)

반력 을 지지하고