사출성형 금형시스템사출성형 금형시스템사출성형 금형시스템사출성형 금형시스템PreformPreformPreformPreform

설계 및 제작기술지원설계 및 제작기술지원설계 및 제작기술지원설계 및 제작기술지원

2004. 9. 302004. 9. 302004. 9. 302004. 9. 30

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

지원기업 코 리 아 주지원기업 코 리 아 주지원기업 코 리 아 주지원기업 코 리 아 주: T W I ( ): T W I ( ): T W I ( ): T W I ( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀하산 업 자 원 부 장 관 귀하산 업 자 원 부 장 관 귀하산 업 자 원 부 장 관 귀하

본 보고서를 사출성형 금형시스템 설계 및 제작 기술지원 지원기간“Preform ”( :

과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다2003.6.1~ 2004.8.31) .

2004.9.302004.9.302004.9.302004.9.30

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

대표자 김 기 협대표자 김 기 협대표자 김 기 협대표자 김 기 협( )( )( )( )

지원기업 코리아 주지원기업 코리아 주지원기업 코리아 주지원기업 코리아 주: TWI ( ): TWI ( ): TWI ( ): TWI ( )

대표자 김 무 일대표자 김 무 일대표자 김 무 일대표자 김 무 일( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 이 성 희이 성 희이 성 희이 성 희

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 김 무 일 지원기업김 무 일 지원기업김 무 일 지원기업김 무 일 지원기업( )( )( )( )

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 이 장 오 지원기업이 장 오 지원기업이 장 오 지원기업이 장 오 지원기업( )( )( )( )

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 이 춘 만 지원기업이 춘 만 지원기업이 춘 만 지원기업이 춘 만 지원기업( )( )( )( )

- 3 -

목 차목 차목 차목 차- -- -- -- -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

지원대상기술의 개요지원대상기술의 개요지원대상기술의 개요지원대상기술의 개요1.1.1.1.

기술지원의 중요성기술지원의 중요성기술지원의 중요성기술지원의 중요성2.2.2.2.

해외기술 및 제품사양분석해외기술 및 제품사양분석해외기술 및 제품사양분석해외기술 및 제품사양분석3.3.3.3.

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 사출성형 기술 지원제 절 사출성형 기술 지원제 절 사출성형 기술 지원제 절 사출성형 기술 지원1 (Injection Molding)1 (Injection Molding)1 (Injection Molding)1 (Injection Molding)

사출성형의 원리사출성형의 원리사출성형의 원리사출성형의 원리1.1.1.1.

각종 사출성형용 수지의 종류 및 특성각종 사출성형용 수지의 종류 및 특성각종 사출성형용 수지의 종류 및 특성각종 사출성형용 수지의 종류 및 특성2.2.2.2.

수지 개요 종류 및 특성수지 개요 종류 및 특성수지 개요 종류 및 특성수지 개요 종류 및 특성3. PET ,3. PET ,3. PET ,3. PET ,

제 절 블로우 성형 기술의 개요제 절 블로우 성형 기술의 개요제 절 블로우 성형 기술의 개요제 절 블로우 성형 기술의 개요2 (Blow Molding)2 (Blow Molding)2 (Blow Molding)2 (Blow Molding)

중공성형의 원리중공성형의 원리중공성형의 원리중공성형의 원리1.1.1.1.

중공성형의 종류 및 적용중공성형의 종류 및 적용중공성형의 종류 및 적용중공성형의 종류 및 적용2.2.2.2.

연신 블로우 성형연신 블로우 성형연신 블로우 성형연신 블로우 성형(1)(1)(1)(1)

하이테크 블로우 성형기술하이테크 블로우 성형기술하이테크 블로우 성형기술하이테크 블로우 성형기술(2)(2)(2)(2)

자동차 부품의 블로우 성형자동차 부품의 블로우 성형자동차 부품의 블로우 성형자동차 부품의 블로우 성형(3)(3)(3)(3)

개요개요개요개요3. PET Bottle CAE3. PET Bottle CAE3. PET Bottle CAE3. PET Bottle CAE

제 절 금형시스템 설계 기술 지원제 절 금형시스템 설계 기술 지원제 절 금형시스템 설계 기술 지원제 절 금형시스템 설계 기술 지원3 Multi-Cavity Preform3 Multi-Cavity Preform3 Multi-Cavity Preform3 Multi-Cavity Preform

금형부품 설계개요 기술지원금형부품 설계개요 기술지원금형부품 설계개요 기술지원금형부품 설계개요 기술지원1.1.1.1.

금형설계의 조건금형설계의 조건금형설계의 조건금형설계의 조건(1)(1)(1)(1)

금형설계순서와 검토사항금형설계순서와 검토사항금형설계순서와 검토사항금형설계순서와 검토사항(2)(2)(2)(2)

금형설계검토사항금형설계검토사항금형설계검토사항금형설계검토사항(3)(3)(3)(3)

용 핫런너 부품 설계기술 지원용 핫런너 부품 설계기술 지원용 핫런너 부품 설계기술 지원용 핫런너 부품 설계기술 지원2. Multi-Cavity Preform2. Multi-Cavity Preform2. Multi-Cavity Preform2. Multi-Cavity Preform

핫런너 시스템핫런너 시스템핫런너 시스템핫런너 시스템(1) (Hot Runner)(1) (Hot Runner)(1) (Hot Runner)(1) (Hot Runner)

- 4 -

핫런너 부품 제작 기술핫런너 부품 제작 기술핫런너 부품 제작 기술핫런너 부품 제작 기술(2)(2)(2)(2)

핫노즐 밸브의 최적화 기술핫노즐 밸브의 최적화 기술핫노즐 밸브의 최적화 기술핫노즐 밸브의 최적화 기술(3)(3)(3)(3)

금형설계기술 지원금형설계기술 지원금형설계기술 지원금형설계기술 지원3. Multi-Cavity Preform3. Multi-Cavity Preform3. Multi-Cavity Preform3. Multi-Cavity Preform

설계 및 성형기술지원설계 및 성형기술지원설계 및 성형기술지원설계 및 성형기술지원(1) Preform(1) Preform(1) Preform(1) Preform

가공 및 제작공정 개선가공 및 제작공정 개선가공 및 제작공정 개선가공 및 제작공정 개선(2) Cavity & Core(2) Cavity & Core(2) Cavity & Core(2) Cavity & Core

기술기술기술기술(3) Process Flow(3) Process Flow(3) Process Flow(3) Process Flow

제 절 품질평가 및 문제점 해결 기술지원제 절 품질평가 및 문제점 해결 기술지원제 절 품질평가 및 문제점 해결 기술지원제 절 품질평가 및 문제점 해결 기술지원4444

측정검사의 기준 확립측정검사의 기준 확립측정검사의 기준 확립측정검사의 기준 확립1.1.1.1.

금형의 품질검사금형의 품질검사금형의 품질검사금형의 품질검사2.2.2.2.

금형온도의 모니터링금형온도의 모니터링금형온도의 모니터링금형온도의 모니터링3.3.3.3.

제품 측정제품 측정제품 측정제품 측정4.4.4.4.

제 절 금형시스템 제작 및 사출성형제 절 금형시스템 제작 및 사출성형제 절 금형시스템 제작 및 사출성형제 절 금형시스템 제작 및 사출성형5 Preform5 Preform5 Preform5 Preform

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

부록부록부록부록

일반가전제품 플라스틱 부품의 대체 기술지원일반가전제품 플라스틱 부품의 대체 기술지원일반가전제품 플라스틱 부품의 대체 기술지원일반가전제품 플라스틱 부품의 대체 기술지원1. PET1. PET1. PET1. PET

프리폼 성형관련 국내외 정보프리폼 성형관련 국내외 정보프리폼 성형관련 국내외 정보프리폼 성형관련 국내외 정보2.2.2.2.

국내 고분자 수지 제조사 및 생산품목국내 고분자 수지 제조사 및 생산품목국내 고분자 수지 제조사 및 생산품목국내 고분자 수지 제조사 및 생산품목3.3.3.3.

와 의 특징 비교와 의 특징 비교와 의 특징 비교와 의 특징 비교4. PP PET4. PP PET4. PP PET4. PP PET

- 5 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

대상 지원 기술 개요대상 지원 기술 개요대상 지원 기술 개요대상 지원 기술 개요(1)(1)(1)(1)

◎ 프리폼 은 블로우 성형에서만 사용되는 단어로서 블로우 성형에 사용(Preform)) ,

하는 부풀기 전의 튜브 상태 파이프 상태 바닥이 없거나 있음 재료를 의미한다, ( ) .

압출성형 또는 사출성형으로 만든다 이와 같이 프리폼이란 형틀 속에서 부풀기 이.

전 상태의 재료를 가리키는 블로우 성형에 있어서의 독특한 용어이다.

각종 플라스틱 예각종 플라스틱 예각종 플라스틱 예각종 플라스틱 예Fig. 1.1 PREFORMFig. 1.1 PREFORMFig. 1.1 PREFORMFig. 1.1 PREFORM

◎ 이때 성형공법중의 사출성형이란 플라스틱 소재를 이용하여 열을 가하여 녹인

용융된 재료가 정해진 틀로 주입되어 일정한 시간을 거치면서 원하는 형상의 제품

을 얻는 생산방식이다 우리주변에는 플라스틱이라고 불리는 제품이 많다 이러한. .

플라스틱 대부분은 열을 가하면서 부드러워지고 결국에는 녹기도 한다 그리고 그, .

것들을 형틀에 밀어 넣거나 형틀의 벽면에 밀착시키면 형틀의 형상에 따라 여러,

가지 형태가 만들어 지고 식히면 그대로 굳어져 버린다는 사실을 이미 잘 알고 있,

을 것이다 물질의 이러한 성질을 역가소성 이라고 말하며 이것은 플라스틱뿐만 아. ,

니라 금속이나 유리 엿 등도 이리한 성질을 가지고 있다 이러한 물질은 보통 고, . ,

체에서 액체가 되는 동안에 누르거나 잡아당기면 구부러지기도 하고 늘어나는 단,

계가 있는데 이러한 상태를 가소화 상태에 있다고 부른다, .

- 6 -

사출성형을 위한 금형 및 사출기 예사출성형을 위한 금형 및 사출기 예사출성형을 위한 금형 및 사출기 예사출성형을 위한 금형 및 사출기 예Fig. 1.2Fig. 1.2Fig. 1.2Fig. 1.2

사출성형과정을 통한 프리폼 성형 및 블로우 성형과정 개념도사출성형과정을 통한 프리폼 성형 및 블로우 성형과정 개념도사출성형과정을 통한 프리폼 성형 및 블로우 성형과정 개념도사출성형과정을 통한 프리폼 성형 및 블로우 성형과정 개념도Fig. 1.3Fig. 1.3Fig. 1.3Fig. 1.3[1][1][1][1]

◎ 블로우 성형 진공성형 압공 성형 등으로 불리는 성형법은 이 상태에서 공기 등, ,

의 유체 압력을 가하거나 반대로 진공 상태로 잡아당기기도 해서 형틀의 벽면에, ,

가소화한 물질을 밀착하여 벽면의 형상을 전사하는 성형법이다 이러한 성형법이기, .

때문에 블로우 성형 압공성형은 오래 전부터 실시되어 왔다 예를 들어 녹은 유리, , .

를 파이프 끝에 매달아 부풀리면서 여러 가지 형태로 마무리해 가는 공정은 잘 알

려져 있는데 초산섬유소 판이나 파이프를 따뜻하게 데워 형틀에 끼우고 주사바늘, ,

과 같은 중공 바늘을 사용하여 속에 공기를 불어넣어 탈이나 인형 배나 원 모양의, ,

완구 등을 만드는 것도 널리 이루어졌었다 그러나 이러한 성형법이 비약적으로 발.

전한 것은 전쟁 후 플라스틱화 시대에 들어가고 나서부터이다, .

- 7 -

따라서 넓은 의미에서 유리병을 만드는 것도 블로우 성형에 속한다 그러나 현재.

블로우 성형이라고 하면 열가소성 플라스틱을 패리슨 이라는 형틀로 예비, (Parison)

가공을 한 후에 공기 등을 불어넣고 맞추어 금형의 내벽에 밀착시켜 성형하는 가, ,

공법을 가리키고 있다.

◎ 넓은 의미에서 블로우 성형 자체는 오래전부터 실시되어 왔다 그러나 현재 블로.

우 성형이라고 말할 때에는 범위를 한정하여 열가소성 수지로 만든 파이프 바닥이(

있는 것이나 또는 바닥이 없는 것 또는 서로 장의 대향시트 이것들을 패리슨 이) , 2 (

라고 한다 를 맞춤 틀에 끼우고 그속에서 공기 등을 압입하고 부풀려 맞춤형틀을) ,

내벽에 밀착시킨 후 냉각하여 꺼내는 성형법을 가리키고 있다 이러한 성형법이므, .

로 블로우 성형으로 만들어진 제품은 원칙적으로 외벽의 형상만 규제 할 수 있다, .

블로우 사출 설형을 이용한 다양한 생산품블로우 사출 설형을 이용한 다양한 생산품블로우 사출 설형을 이용한 다양한 생산품블로우 사출 설형을 이용한 다양한 생산품Fig. 1.4Fig. 1.4Fig. 1.4Fig. 1.4

- 8 -

기술지원의 중요성기술지원의 중요성기술지원의 중요성기술지원의 중요성(2)(2)(2)(2)

◎ 앞에서도 살펴보았듯이 블로우 성형법으로 제작되는 각종 제품은 우리의 생활과

밀접한 관계가 있는 제품군들이다 이러한 블로우 성형은 흡입성형 이라고도 불린.

다 때로는 중공 성형이라고 불리는 경우도 있지만 앞에서 언급하였듯이 중공성형. ,

이라고 하는 것은 블로우 성형까지 포함한 더 넓은 범위의 성형법을 말하는 총칭이

다 블로우 성형에서는 프리폼의 제작이 우선되어야 하는데 이는 완제품의 품질 절.

대적인 영향을 미치나 블로우 성형시 균일한 두께의 제품이 생산되기 위하여 프리,

폼 제작 단계에서부터 정밀한 금형의 설계와 제작이 이루어져야 한다 또한 프리폼.

의 제작에서 금형이 제작되면 한번의 사출성형에서 생산 할 수 있는Multi-Cavity

프리폼의 개수를 증가 시킬 수 있기 때문에 생산성을 극대화 할 수 있다.

◎ 현재 국내업체에서는 기술적인 문제로 인하여 약 정도의 수준에 머무24 Cavity

르고 있다 이는 날로 증가하는 원가와 비교하여 볼 때 가격경쟁력의 약화로 이어.

져 국내의 블로우 성형 및 프리폼 제작 업체들의 대외 기업경쟁력에 뒤져지고 있는

추세이다 개 이상의 프리폼 성형기술을 개발하기 위하여 다양한 선. 24 Multi-Cavity

결과제가 있는데 우선 사출 유동해석이다 이는 실제 프리폼 금형의, . Multi-Cavity

시제작 이전 단계에서 금형의 주요 파라메터 를 최적화 하고 설계에 반(Parameter)

영하여 궁극적으로 완성된 금형에 제작을 가능하게 한다 이를 위하여 런너 시스템.

의 최적화 게이트의 최적화 등 여러 가지 구체적인 사출성형형기술의 개발에 요구,

되고 정밀 금형가공 및 큰 파급효과를 가지고 올 수 있으며 프리폼, Multi-Cavity

성형에서 생산성의 극대화를 꾀할 수 있다.

해외 기술 및 제품사양 분석해외 기술 및 제품사양 분석해외 기술 및 제품사양 분석해외 기술 및 제품사양 분석(3)(3)(3)(3)

국내 기술 수준은 프리폼 성형에서 정도의 수준에 머무르Multi-Cavity 12-Cavity

고 있다 그 이상의 프리폼 성형을 위하여 전량 수입에 의존하는. Multi-Cavity 100%

실정이다 해외기술 수준을 볼 때 대표적인 기업은 이다 는 사출성형. Husky . Husky

시장에서 세계 대 메이커 중의 하나로서 사출성형기와 프리폼 성형 그리고3 PET

와 로봇을 생산하고 있다Hot Runner .

- 9 -

특히 프리폼 성형부분에서는 생산과 기술부분에서 선두주자로서 전체 프리폼, PET

시장의 이상을 점유하고 있다 의 기술수준은 국내의50% . Husky 12-cavity Preform

을 기초로 하여 16-cavity Preform molds, 32, 48, 72, 96 cavity Preform

등을 개발하여 프리폼 및 블로우 성형용 전용사출기를 개발하여 판매하고systems

있다.

사의 금형사의 금형사의 금형사의 금형Fig. 1.5 HUSKY Multi-Cavity PreformFig. 1.5 HUSKY Multi-Cavity PreformFig. 1.5 HUSKY Multi-Cavity PreformFig. 1.5 HUSKY Multi-Cavity Preform

사의 사출 시스템사의 사출 시스템사의 사출 시스템사의 사출 시스템Fig. 1.6 HUSKY Multi-Cavity PreformFig. 1.6 HUSKY Multi-Cavity PreformFig. 1.6 HUSKY Multi-Cavity PreformFig. 1.6 HUSKY Multi-Cavity Preform

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(a) In-ling post-mold cooling (PMC) device(a) In-ling post-mold cooling (PMC) device(a) In-ling post-mold cooling (PMC) device(a) In-ling post-mold cooling (PMC) device

(b) CoolJet(b) CoolJet(b) CoolJet(b) CoolJetTMTMTMTM

사의 제조를 위한 차세대 시스템사의 제조를 위한 차세대 시스템사의 제조를 위한 차세대 시스템사의 제조를 위한 차세대 시스템Fig. 1.7 HUSKY Multi-Cavity Preform INDEXFig. 1.7 HUSKY Multi-Cavity Preform INDEXFig. 1.7 HUSKY Multi-Cavity Preform INDEXFig. 1.7 HUSKY Multi-Cavity Preform INDEX

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사의 제조 시스템사의 제조 시스템사의 제조 시스템사의 제조 시스템Fig. 1.8 HUSIY Multi-Cavity PreformFig. 1.8 HUSIY Multi-Cavity PreformFig. 1.8 HUSIY Multi-Cavity PreformFig. 1.8 HUSIY Multi-Cavity Preform

사사사사Fig. 1.9 HUSKY PREFORM FACTORYFig. 1.9 HUSKY PREFORM FACTORYFig. 1.9 HUSKY PREFORM FACTORYFig. 1.9 HUSKY PREFORM FACTORY

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제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

◎ 사출성형을 위한 금형부품 및 금형시스템 제작을 위한 최적의 설계와Preform

제작기술의 기술 지원을 통하여 제품의 품질을 해외의 선두업체 제품과 비교하여

상대우위를 점유할 수 있도록 한다.

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

◎ 지원기업의 경우 사출성형용 금형시스템 개발을 위하여Multi-Cavity Preform

설계 및 제작과 관련된 해석 및 기술지원이 요구되고 있다Engineering . Preform

사출성형을 위한 금형부품 및 금형시스템 제작은 생산성의 극대화를 목표로

사출성형의 기법이 요구된다 이러한 금형시스템을 구성하는 금형부품Multi-Cavity .

들의 개발을 위하여 설계 및 제작기술의 개발이 기술지원의 주 아이템이다.

○ 사출성형용 금형부품 설계 및 제작을 위한 방법제시Multi-Cavity Preform

○ 핫런너 부품들의 최적설계를 위한 설계방법 제시

○ 생산 공정의 개선을 통한 품질개선 및 생산성 향상

◎ 본 기술 지원을 통하여 사출성형용 금형부품 설계 및 제Multi-Cavity Preform

작을 위한 기술지원을 바탕으로 가격대비 해외 수입품과 상대적으로 우위를 점유하

여 국내시장 및 해외시장에서 매출을 극대화할 수 있는 기틀을 마련한다.

구 분 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 금형내 개수Cavity 개수 구현여부24-Cavity

2 성형오차Preform 성형오차량 이하0.1mm

3 블로우 성형 성공률 비율 이상80%

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 사출성형 기술 지원제 절 사출성형 기술 지원제 절 사출성형 기술 지원제 절 사출성형 기술 지원1 (Injection Molding)1 (Injection Molding)1 (Injection Molding)1 (Injection Molding)

사출성형의 원리사출성형의 원리사출성형의 원리사출성형의 원리1.1.1.1.

사출 성형 이란 수지 를 가열해서 유동 상태로 된 재료를(Injection molding) ( )樹脂

닫혀진 금형의 공동부 에 가압주입 하여 금형 내에서 냉각( =Cavity) ( )空洞部 加壓注入

시킴으로써 금형 공동부에 상당하는 성형품을 만드는 방법이다.

금형이 닫혔을 때금형이 닫혔을 때금형이 닫혔을 때금형이 닫혔을 때(a)(a)(a)(a) 금형이 열렸을 때금형이 열렸을 때금형이 열렸을 때금형이 열렸을 때(b)(b)(b)(b)

사출성형의 원리사출성형의 원리사출성형의 원리사출성형의 원리Fig. 2.1.1.1Fig. 2.1.1.1Fig. 2.1.1.1Fig. 2.1.1.1

사출성형에는 열가소송 수지가 사용되며 이때 사용되는 금형을 사출 금형이라고,

한다 는 사출 성형의 원리를 간단히 설명한 것으로서 잘 건조한 수. Fig. 2.1.1.1(a)

지를 성형기의 호퍼 에 넣어 가열 실린더 안으로 일정량을 보내서 용융시(Hopper)

킨다 용융된 수지는 플런저 에 의하여 노즐로 분사시켜 밀착된 금형 안의. (Plunger)

캐비티 속을 채우게 된다 그리하여 용융된 재료는 상대적으로 차가운 금형 안에서.

냉각되어 고체 상태로 굳어지는 것이다 위의 과정이 끝나면 와 같. Fig. 2.1.1.1(b)

이 플런저가 후퇴하고 금형이 파팅 라인 을 따라 열리면 스프루 로크, (Parting line)

핀 은 스프루를 잡아당겨 스프루 부시로부터 빠져 나오게 하고 이(Sprue lock pin) ,

젝터 핀 은 금형으로부터 성형품을 밀어내어 떨어지게 한다 성형품과(Ejector pin) .

러너 게이트 스프루는 금형에서 일체로 떨어져 나오는데 성형품은(Runner), (Gate), ,

두께가 얇은 게이트에서 런너와 분리된다.

- 14 -

금형이 열려 있는 동안 재료는 실린더에 공급되고 그 과정이 끝나면 금형이 다시,

닫히면서 위와 같은 과정이 반복된다 이 한 공정을 사이클 이라고 한다 실. 1 (cycle) .

제 금형과 사출기 예 및 종류는 각각 에서 보여주고 있다Fig.2.1.1.2 .

형 사출기형 사출기형 사출기형 사출기(a) Stuffing plunger(a) Stuffing plunger(a) Stuffing plunger(a) Stuffing plunger

형 사출기형 사출기형 사출기형 사출기(b) Reciprocating-screw(b) Reciprocating-screw(b) Reciprocating-screw(b) Reciprocating-screw

사출 금형을 이용하면 넓은 범위에 걸친 열가소성 플라스틱 재료로 매우 효과적이

고 경제적으로 제품을 대량 생산할 수 있으며 응용범위로는 생활품에서부터 전자,

부품 자동차부품 최첨단 항공소재에 이르기까지 플라스틱을 빼놓고는 말할 수 없, ,

을 정도로 플라스틱은 이미 우리생활 속의 큰 축으로 자리 잡고 있다 이렇듯 고.

부가가치의 상품개발에 있어 원하는 형상을 쉽게 형상화하는 과정에서는 타 재료에

비해 플라스틱을 이용한 사출성형방식이 절대적으로 유리하고 대량생산에 있어서,

의 유리함 저렴한 개발비용 등 타 재료 타 생산방식에 비해 월등한 우수성으로 다, ,

수의 기업에서 많은 관심을 가지고 접근함으로 추후 사출성형분야의 급속한 발전이

예상된다.

- 15 -

한편 에서와 같이 사출성형기에 금형을 장착하여 성형품을 얻는 공정은Fig. 2.1.1.1

재료의 계량 → 가열용융 → 사출 → 냉각 → 취출하는 동작으로 이루어지며 이러

한 각 관계에 있어서 사출성형기의 기본동작은 다음과 같다.

1) 금형 닫힘 단계에서 형체 실리더 저속발진 고속발진 저속형체가 부드→ →

럽게 이루어진다.

2) 사출단계에서 전진NOZZLE 스크류 전진 사출이NOZZLE TOUCH→ → →

이루어지며

3) 냉각단계에서 사출 에 의해 냉각 가 작동되며TIMER LIMIT SWITCH

4) 금형 저속개방 고속후퇴 저속후퇴 되어 금형이 열리게 된다.→ →

이러한 싸이클에서 수지온도 사출속도와 압력 균일한 냉각은 최종 성형품의 품질, ,

에 직접적인 영향을 주게 된다 각각은 서로 연관되어 있어 성형품의 형상 크기. , ,

사용 재료에 따라 성형성은 더욱 복잡하게 되므로 각 성형품별로 표준화를 작성하

지 않으면 안된다 그러나 일반적으로 맨처음 사출을 수행하게 되는 경우는 온도를.

일정하게 하고 저압 고압 저속 고속 압력을 일정하게 하고 고온 저온 고속( ) ( ), ( )

저속 온도를 일정하게 하고 고온 저온 고압 고압 의 순으로 조합을 이루어 사( ), ( ) ( )

출조건을 정한다.

각종 사출성형 수지의 종류 및 특성각종 사출성형 수지의 종류 및 특성각종 사출성형 수지의 종류 및 특성각종 사출성형 수지의 종류 및 특성2.2.2.2.

일반적으로 고분자 수지에 대한 기술지원을 위해서는 사전에 플라스틱의 구조 분,

류 특징과 결정성 및 비결정성 수지의 특징 등에 대한 지식이 필요하다 그러나 이, .

러한 내용은 다분히 화학 이론적인 내용을 포함하므로 본 지원사업에서는 되도록,

이론적인 부분은 배제하고 현상에서 적용 가능한 고분자수지의 종류 및 간단한 특,

징 용도/ [2]에 대해서 언급하고 마지막으로 프리폼용 수지인 에 대해서 언급하기, PET

로 한다.

스티렌게1) (PS, GPPS, HIPS/Polystyrene)

는 용융 후의 유동성이 매우 좋기 때문에 사출성형에 적합하고 가격이 싸며PS , ,

사출성형으로는 가장 기본적인 플라스틱이다.

- 16 -

용 도< >

분자구조분자구조분자구조분자구조Fig. 2.1.2.1 PSFig. 2.1.2.1 PSFig. 2.1.2.1 PSFig. 2.1.2.1 PS

우수한 성형성을 사리고 또 전기 특성 외관요소 등,

을 살린 것이 많고 일용품에서 통신기기 부품에 이,

르기까지 넓은 용도에 쓰인다 또 발포시킨 것은 단.

열재 건축 가구 합성목재 재 포장재 절연재 등으로, , ( ) , ,

역시 넓은 용도에 사용된다.

일반용 인 는 무색 투명하고 딱딱하여 굴PS GPPS (General Purpose Polystyrene) ,

절율도 높다 또 전기 절연성이 우수하고 성형품의 칫수 안정성도 좋으며 착색이.

자유롭고 더구나 도장과 인쇄 등의 표면처리도 용이하다 한편 잘 부숴지고 열에.

약하며 용제의 약한 결정도 있다 잘 깨지는 것을 보완하기 위해 합성고무 를. (SBR)

첨가한 것이 이다 는 충격성은 향상 되지만HIPS(High Impact Polystyrene) . HIPS

투명성이 떨어지고 또 배합량이 많을수록 성형성 표면경도 인장강도 열 변형온, , , ,

도는 저하한다 와 는 자기 블랜드도 가능하다 예를 들면 인. GP HI . GP70%, HI30%

것을 라고 한다 일반적으로 가 많이 쓰이고 있다 스티렌30%HIPS . 20~30% HIPS .

은 다른 폴리머와 대단히 상용성이 좋기 때문에 여러 가지 폴리머에 의한 개질 그

레이드가 많이 생성되고 있다 예를 들면 폴리아미드에 의한 내열성 그레이드 부타. ,

니엔에 의한 내충격성이 개량된 그레이드 아크릴니투릴 아크릴고무 스티렌에 의, , ,

한 내충격성과 내후성 개선 그레이드 아크린니트릴과의 등 외에 나 성형, SAN PPO

가공성 개량용 등에도 사용된다(PPE) .

아크릴2) (PMMA/Polymethyl Methacrylate)

아크릴 또는 메타크릴은 아크릴산 및 유도체를 종합해서 만든 플라스틱의 총칭이

다 의 최대의 특징은 유기유리라고 부르는 것처럼 비교할 수 없는 투명성에. PMMA

있다 내후성도 우수하며 내열 내산 내알카리성 내유 내가솔린성도 갖고 있으며. , , , ,

기계 가공성이 좋다 결점으로는 잘 긁히기 쉽고 또 그 자국이 눈에 띄기 쉬우며. ,

내마모성이 떨어지는 점 등을 들 수 있다 특히 내마모성이 나쁜 것은 기계부품으.

로서의 사용에 장애가 되고 있다.

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용 도< >

분자구조분자구조분자구조분자구조Fig. 2.1.2.2 PMMAFig. 2.1.2.2 PMMAFig. 2.1.2.2 PMMAFig. 2.1.2.2 PMMA

유리보다 강하고 우수하여 내후성이 있는 투명성을

살린 것이 많다 콘택트렌즈 시계의 유리 투명모. , ,

형 등이 그 대표적인 것이다 또 사출성형의 특징을.

살린 샹데리아 등의 조명기구에도 많이 사용되고

있다.

스티렌 아크릴로니트릴3) (SAN/Styrene Acrylonitrile Copolymer)

투명성을 유지한 체 아크릴니트릴 성분을 첨가시킴에 따라 의 결점을 보완하GPPS

는 것을 목적으로 개발된 공중합체이다 보통 아크릴니트릴의 성분은 이. 20-30%

다 에 비해서 기계적 성질 내후성 내유 내약품성 내열성이 개선되었다. GPPS , , , , .

반면 유동성과 열 안정성이 나빠지고 성형성이 조금 저하된다 은 엷은 갈색, . SAN

또는 청자색을 띤 투명한 것으로 착색하여 사용하는 경우가 많다.

용도 용도로는 선풍기의 날개 잡화품 전기부품 등에 사용한다< > : , , .

아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌4) (ABS/Acrylonitrile Butadiene Styrene)

에 을 첨가해서 이 에 다시 합성고무 가 첨가되기 때문에 탄GPPS AN SAN, SAN B( )

성이 증가하고 점성이 늘기 때문에 충격에도 강하고 또 저온에서도 사용할 수 있, ,

다 저온에 있어서 최고의 내충격 강도를 자랑하고 있다 특징으로는 표면경도 냉. . ,

열온도 내약품성이 개선되고 칫수 안정성과 성형성도 나쁘지 않다 또 도금특성이, .

좋다 결점으로는 에 비해 투명성이 약간 떨어지는 정도이다. GPPS, SAN .

용 도< >

분자구조분자구조분자구조분자구조Fig. 2.1.2.3 ABSFig. 2.1.2.3 ABSFig. 2.1.2.3 ABSFig. 2.1.2.3 ABS

많은 밸런스를 이룬 특성을 갖고 있기 때문

에 일용 잡화품에서 공업용품 까지 경질 성,

형품 분야에서 용도범위가 더욱 확대되고

있다 과 비교해서 충격과 강도. GPPS, SAN

를 필요로 하는 기계적 공업부품에 많이 진

출하고 있다.

- 18 -

폴리프로필렌5) (PP/Polypropylene)

의 특성은 유사한 플라스틱과 비교하여 가장 현저한 것은 비중 기계적 강도 굽PP , ,

힘 피로성 내열성 전기적 특성 내약품성 등이다 비중은 다음으로 가볍고, , , . TPX ,

정도이다 화학적으로는 황산 질산을 제외하고는 안정하다 원색은PVC 60% . , . PE

와 같이 불투명한 유백색이다 의 최대특징은 반복 휨이 강해서 본체와 뚜껑을. PP

하나로 성형하는 힌지를 만들 수 있다 결점은 에 비해 저온에서의 충격에 약한. PE

것 자외선에 약한 점이다 이 결점을 보완하기 위해 합성고무와 와의 공중합체, . PE

도 개발되고 있다.

용 도< >

분자구조분자구조분자구조분자구조Fig. 2.1.2.4 PPFig. 2.1.2.4 PPFig. 2.1.2.4 PPFig. 2.1.2.4 PP

저온에서의 사용을 제외하고 의 용도로 더욱 기, PE

계공업 부품의 진출이 가능하게 되었다 또 힌지 성.

형품은 거의 이며 이 에 의해 성형되고 있100% PP

다 가 표면 경도가 있고 딱딱한 플라스틱에서. ABS

밸런스를 잘 이루고 있는 것에 비해 는 유연성을PP

갖춘 내열성의 균형을 이룬 플라스틱의 대표적이다.

폴리아미드6) (PA/Polyamide)

상품명 나일론으로 알려져 있지만 플라스틱명은 폴리아미드이다 일반적으로 산아.

미드 결합을 갖고 있는 고분자 화합물을 폴리아미드라 한다. PA-4, 6, 6-6, 6-10,

등 종류는 아주 많지만 사출성형품으로 많이 사용되는 것은 다음7, 8, 9, 11, 12

의 종류이다 또 숫자는 반복단위내 디아민의 탄소수 염기산의 탄소수를 나타5 . , 2

낸다 는 내마모성 내약품성 무음성 충격흡수성 내열 내한성 내유성 강인. PA , , , , , , ,

성 자기 윤활성 등 아주 많은 특성을 갖고 있다 결점은 아미노기에 의한 흡습서이, .

커서 칫수 안정성이 부족한 점이다 도 전형적인 결정성 플라스틱으로는. PA PE,

과 같은 상태의 결정화도에 의해 물성이 크게 좌우한다PP, POM .

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용 도< >

은 범용 로 내열성이 필요할 때는 을 사용한다 는 높은PA6, 6-6 PA PA6-6 . PA11, 12

칫수 정밀도를 목표로 할 때 또 은 이중간 용도에 쓰인다 공업부품에 많은 수, PA6-10 .

요가 있지만 가장 특징적인 것은 미끄러운성 무음성 자기 윤활성을 이용한 슬라이딩, ,

부품 베어링 기어 캠류 이 있다( , , ) .

의 분자구조의 분자구조의 분자구조의 분자구조Fig. 2.1.2.5 PAFig. 2.1.2.5 PAFig. 2.1.2.5 PAFig. 2.1.2.5 PA

폴리 아세탈7) (POM/Polyoxymethylene, Polyacetal)

내피로성 내크리프성 내마모성이 우수하며 인장 압축 휨 등의 기계적 성질은 열, , , , ,

가소성 플라스틱에서는 등과 함께 가장 높은 수준에 위치한다 와 비교해서PC . PC

탄성이 있고 와 비교하면 고온다습에서 치수 안정성이 좋다 결점은 와 같이PA . PC

자외선에 약하고 열분해하면 포르말린이 발생하며 또 연쇄 반응적으로 단 시간에

대량의 가스를 동반하여 분해하는 등 성형성이 아주 나쁘다 은 결정성 수지이. POM

며 융점이 높다.

용 도< >

Fig. 2.1.2.6 POMFig. 2.1.2.6 POMFig. 2.1.2.6 POMFig. 2.1.2.6 POM

분자구조분자구조분자구조분자구조

철강의 대용품으로 특히 내식성이 우수하기 때문에 강도

가 요구되는 기계적 공업 부품 화학 공업에 있어서의 내,

식재 방식재로 중요시되고 있다 와 비슷하고 보다, . PA PA

내마모성은 떨어지지만 흡습성이 적어 칫수 안정성은 더

좋다 이 때문에 정밀도가 요구되는 기계루의 기어 캠. , ,

베어링 등의 기어 등에 사용된다 또 산 이외의 약품에.

강하고 무독성이므로 에어졸 용기 완구 가정용품에도 사, ,

용된다.

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폴리카보네이트8) (PC/Polycarbonate)

의 최대 특징은 기계적 특성이 우수하고 특히 충격에 강하다 그 밖에 저온 특PC .

성 내열성 전기특성 치수 안정성 등 구조 부품에 요구되는 성능을 거의 모두 갖, , ,

추고 있다 결점은 자외선에 약하고 알카리 방향족계 용제 염소화 탄화수소에 조. , , ,

금 약하다 또 성형성이 나빠서 고압에 의한 스트레스 크랙킹이 발생하기 쉽다. .

용 도< >

분자구조분자구조분자구조분자구조Fig. 2.1.2.7 PCFig. 2.1.2.7 PCFig. 2.1.2.7 PCFig. 2.1.2.7 PC

과 함께 대표적인 것으로 앞에서든PA, POM

장점을 살려 광범위하게 사용된다 기계적 특.

성을 살린 기계부품 내열성을 살린 의료기,

구 전기기기 부품 육아기구 가정용품 등이, , ,

있고 특징은 역시 내충격성을 살린 것이다.

또 보다 흡수성이 작아 치수 안전성PA, POM

이 좋다.

폴리염화비닐9) (PVC/Polyvinyl Chloride)

란 원래 투명하고 딱딱한 플라스틱이다 플라스틱 중에서 가장 점도가 높고 또PVC . ,

열안정성이 나쁘다 따라서 성형가공이 어렵기 때문에 약간의 물성저하가 있어도.

여기에 열안정제와 가소제를 첨가해서 연화시킬 수 있다 이 가소제의 첨가량에 따.

라 일반적으로 다음의 두 가지로 나눈다.

경질 가소제가 없다 또는 가소제가 이하a. PVC : 20%

연질 가소제가 이상 첨가된 것b. PVC : 30%

자원은 국내에도 풍부하고 또 가격이 싸고 물성도 비교적 좋으며 우리나라에PVC

서 가장 대량으로 사용되고 있는 플라스틱이다 압출성형에 의한 것이 많다. ( ) PVC

의 주된 특징은 화학적 성질과 물리적 성질이고 또한 자소성이 비교적 좋다 또, .

내노화성이 우수하다 결점은 물성적으로 내열 및 내한성이 약하다 또 성형가공상. .

범용 플라스틱중 가장 열분해를 잘 일으키며 경질 는 가장 용융점도가 높다, PVC .

따라서 성형기와 금형 성형기술에 특별한 배려가 필요하다 연질 의 성형성은, . PVC

비교적 좋다.

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용 도< >

분자구조분자구조분자구조분자구조Fig. 2.1.2.8 PVCFig. 2.1.2.8 PVCFig. 2.1.2.8 PVCFig. 2.1.2.8 PVC

는 아주 넓은 용도에 쓰이지만 사출 성형품에서PVC

는 다음과 같은 곳에 쓰인다.

경질 파이프 배관부품 전기부품등a. PVC : , ,

연질 각종 쿠션재 샌달 장화 등의 신발류b. PVC : , , ,

타이어 등 고무 분야

이 밖에 는 난연성 등의 특성을 살려 다른 플라PVC

스틱과 공중합시켜서 질을 개선한다.

한편 사출성형시 사용되는 각종수지의 성형온도 조건표를 에 제시하Table 2.1.2.1

였으며 이에 준하여 성형작업이 진행되는 것이 바람직하다 표에서 보듯이 수, . PET

지의 경우가 다른 수지에 비해 금형온도를 높게 설정해아 함을 알 수 있으며 이러,

한 이유에 대해서는 다음절에서 자세히 살피기로 한다.

수지별 성형온도 조건표수지별 성형온도 조건표수지별 성형온도 조건표수지별 성형온도 조건표Table 2.1.2.1Table 2.1.2.1Table 2.1.2.1Table 2.1.2.1

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수지 개요 종류 및 특성수지 개요 종류 및 특성수지 개요 종류 및 특성수지 개요 종류 및 특성3. PET ,3. PET ,3. PET ,3. PET ,

제조법제조법제조법제조법(1)(1)(1)(1)

폴리 에틸렌 테레프탈레이트 의 제조법은 에 나타난 바와 같이(PET) Fig. 2.1.2.9

단계 반응에 의해 가능하다 첫 번째 단계는 디메틸테레프탈레이트2 . (dimethyl-

와 에틸렌 글리콜 을 로 가열하고 에스테terephthalate) (ethylene glycol) 150~200℃

르 교환반응 시켜 메탄올을 제거하여 비스 (β 히드록시에틸 테레프탈레이트- ) [bis

( 의 올-hydroxyethyl)terephthalate]β 리고머 를 만든다 두 번째 단계에서(oilgomer) .

는 비스 (β 히드록시에틸 테레프탈레이트를 이하로 하여 로 가열- ) 1torr 260~300℃

하면 축합중합이 진행되고 에틸렌 글리콜을 증류시키면 폴리 에틸렌 테레프탈레이

트 가 얻어진다 반응을 촉진시키기 위하여 첫 번째 단계의 에스테르 교환 반(PET) .

응에서는 칼슘 망간 코발트 화합물 등이 또한 두 번째 단계의 축합중합반응에서, , ,

는 안티몬 화합물 등이 촉매로서 사용된다.

디메틸레레프날레이트와 에틸렌 글리콜의 에스테르 교환반응디메틸레레프날레이트와 에틸렌 글리콜의 에스테르 교환반응디메틸레레프날레이트와 에틸렌 글리콜의 에스테르 교환반응디메틸레레프날레이트와 에틸렌 글리콜의 에스테르 교환반응(a)(a)(a)(a)

고분자량 종합물과 부산물로서 에틸렌 글리콜 제조를 위한 고온고분자량 종합물과 부산물로서 에틸렌 글리콜 제조를 위한 고온고분자량 종합물과 부산물로서 에틸렌 글리콜 제조를 위한 고온고분자량 종합물과 부산물로서 에틸렌 글리콜 제조를 위한 고온(b)(b)(b)(b)

에스테르화반응에스테르화반응에스테르화반응에스테르화반응

폴리에틸렌 테레프탈레이트의 단계 중합과정폴리에틸렌 테레프탈레이트의 단계 중합과정폴리에틸렌 테레프탈레이트의 단계 중합과정폴리에틸렌 테레프탈레이트의 단계 중합과정Fig. 2.1.2.9 2Fig. 2.1.2.9 2Fig. 2.1.2.9 2Fig. 2.1.2.9 2[3][3][3][3]

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의 일반적 성질 및 특성의 일반적 성질 및 특성의 일반적 성질 및 특성의 일반적 성질 및 특성(2) PET(2) PET(2) PET(2) PET

폴리에틸렌 테레프탈레이트 는 강성이나 내열성에 좋은 장점을 갖고 있고 고온(PET)

하에서 장기폭로 해도 인장강도의 저하는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 보다 상당히

적은 것을 알 수 있다 예를 들면 폴리부틸렌 테레프탈레이트 유리 섬유로 혼. 30%

합한 성형재료로서의 성형시료를 고온하에서 장기폭로한 후의 인장강도의 반감기는

폴리에틸렌 테레프탈레이트의 경우 에서 일이고 폴리부틸렌테레프탈레이190 140℃

트 경우는 에서 일 이었다 또한 고온하에서 장기폭로한 뒤의 절연내력의170 30 .℃

반감기는 같은 성형시료에 대해 조사한 결과 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 경우

에서 일 이상이었고 폴리부틸렌테레프탈레이트의 경우 에서 일190 200 170 50℃ ℃

이었다 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 분자쇄속에 에스테르결합을 갖고 있기 때문.

에 성형된 제품이 높은 온도나 장기간에 걸쳐 산과 알카리에 잠기면 변화되기 쉬운

경향이 있다 폴리에틸렌 테레부탈레이트는 결정성플라스틱에 속하기 때문에 디젤.

유화 같은 기름에 대한 내성이 좋다 에 폴리에틸렌테레프탈레이트. Table 2.1.2.2

성형자료의 내유성이 대한 이례를 나타낸다.

폴리에틸렌네레프탈레이트 의 주요한 특성폴리에틸렌네레프탈레이트 의 주요한 특성폴리에틸렌네레프탈레이트 의 주요한 특성폴리에틸렌네레프탈레이트 의 주요한 특성Table 2.1.2.2 (PET)Table 2.1.2.2 (PET)Table 2.1.2.2 (PET)Table 2.1.2.2 (PET)

((((http://www.kopla.comhttp://www.kopla.comhttp://www.kopla.comhttp://www.kopla.com))))

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굽힘강도의 온도특성굽힘강도의 온도특성굽힘강도의 온도특성굽힘강도의 온도특성(a)(a)(a)(a) 굽힘탄성계수의 온도특성굽힘탄성계수의 온도특성굽힘탄성계수의 온도특성굽힘탄성계수의 온도특성(b)(b)(b)(b)

굽힘강도 및 굽힘탄성계수의 온도특성굽힘강도 및 굽힘탄성계수의 온도특성굽힘강도 및 굽힘탄성계수의 온도특성굽힘강도 및 굽힘탄성계수의 온도특성Fig. 2.1.2.10Fig. 2.1.2.10Fig. 2.1.2.10Fig. 2.1.2.10

포화 폴리에스테르의 성질은 그 구조에 의해 변하는데 일반적으로 표면 윤활성이

풍부하고 광택이 있는 외관을 띄고 있다 와 는 높은 융점 결정화도를 갖. PET PBT ,

고 흡수율이나 선팽창계수 낮기 때문에 우수한 치수안정성을 나타낸다 에서는. PET

후술하는 바와같이 그 결정화 특성에 기인하여 내충격성 내열성에 어려운 점을 남,

기고 그 밖의 기계적 성질은 기타의 포화 폴리에스테르와 같은 형태로 대단히 우수

하다 또한 전기적 성질 내후성이 양호한 등 균형이 잡힌 성질을 갖고 있는 수지. , ,

라고 말할 수 있다.

가 결정화 특성가 결정화 특성가 결정화 특성가 결정화 특성....

수지의 결정화 특성은 물성에 크게 영향을 미친다 기계적강도가 우수한 성형품을.

이용하는 입장에서 생각하면 역시 결정화도가 높은 것이 바람직하다 의 결정. PET

화영역 온도는 로 특히 부근에서 최대 결정화 속도를 나타낸다120~220 190 .℃ ℃

분자량이나 잔존 촉매에 다라 조금 다르지만 조나 에 비해POLYAMID POLYACETAL

결정화가 늦고 이와 같은 의 결정화 특성은 사출성형에 적합하지 않다 그래서PET .

통상 조핵제를 첨가하여 결정화를 촉진시키기도 하고 결정을 미결정으로 하는 등의

개량이 행하여 진다 그러나 그것도 결정성이 높은 제품을 얻기 위해서는. 120~14

의 금형온도가 필요하다 무정형의 투명성형품을 얻는다는 관점에서 보면 금형0 .℃

온도를 유리 전이점 이하로 하여 성형품을 급냉하면 좋다 이 성질을 이용하면 투.

명한 흡입 성형병이 만들어 진다.

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한편 는 같은 결정성수지이지만 보다 결정화 영역이 저온측에 있어 결정화PBT , PET

가 빠르다 더구나 용융시의 점도가 낮고 금형내에서의 유동성이 좋으므로 성형재.

료로서 우수하다 폴리에틸렌 테레프탈레이트 의 결정화 온도 영역은. (PET)

이고 특히 부근에서 최대 결정화속도를 나타내며 폴리아미드나120~220 , 190 ,℃ ℃

폴리아세탈에 비해서 결정후 속도가 늦다 이와 같이 은 결정화특성은 사출성. PET

형에 적합하지 않다 따라서 일반적으로 조핵제를 첨가하여 결정화를 촉진한다든. ,

지 구정 을 미 결정으로 하는 개량이 이루어 진다 그러나 그렇다고 하더, ( ) ( ) . ,球晶 薇

라도 결정성이 높은 제품을 얻기 위해서는 정도의 금형온도가 필요하120~140℃

다 는 성형성 내충격성 내열성에 문제가 있기 때문에 엔지니어링 플라스틱으. PET , ,

로서의 이용은 곤란하지만 유리섬유 강화 는 기계적 강도 치수안정성이 매우, PET ,

뛰어나기 때문에 엔지니어링 플라스틱으로서 사용되고 있다 특히 의 축연신. , PET 2

필름은 투명성 가요성 인열강도 충격강도 굽힘강도에 뛰어나기 때문에, ( ), , ,可撓性

플라스틱 필름 중에서 최고의 부류에 속한다 용융점은 로 높고 유리전. PET 250 ,℃

이점은 이다 유리섬유 강화 는 유리섬유의 강화효과에 의해서 내열성이70 . PET℃

현저히 상승하여 열변형 온도가 로 높다 또한 는 연소하기 때문에 난연240 . , PET℃

화 변성을 필요로 한다 는 비교적 잦은 체적저항 유전정접 및 뛰어난 절연파. PET ,

괴강도 내아크성 등의 전기특성을 나타내기 때문에 절연재료로서 양호한 플라스틱,

이다 또한 광범위한 약품에는 견디고 특히 가솔린 오일류 그리스 에 침. , , , , (grease)

식되지 않지만 불화 초산 페놀 크레졸 염소화 탄화수소 등에는 팽윤 내지 용해, 3 , , ,

하기 때문에 주의하여야 한다 특히 녹황산 농길산에서는 분해 한다 기체투과도. , , .

는 일반적으로 매우 낮다.

나 기계적 특성나 기계적 특성나 기계적 특성나 기계적 특성....

비강화 는 내충격성 문제가 있고 엔지니어링플라스틱으로의 이용은 어렵지만PET ,

유리섬유 강화 는 기계적 강도 치수 안정성이 향상되어 우수한 엔지니어링 플PET ,

라스틱으로 사용되고 있다 는 에 비해 기계적 강도는 약간 떨어지지만 비. PBT PET

강화물로서도 강인성이 풍부한 수지로 고온에서도 우수한 기계적 성질을 갖고 있

다 는 엔지니어링 플라스틱으로서의 기계적성질을 충분히 갖추고. POLYARYLATE

있는데 게다가 굴곡회복특성이 대단히 우수하다 또한 필름은 강인한데 특히. PET

의 이축연신필름은 투명성 가소성 인열 출격 굴곡강도가 우수하고 플라스틱 필, , , ,

름 중에서 최고의 위치에 속한다.

- 26 -

다 열적특성다 열적특성다 열적특성다 열적특성....

와 의 융점은 제각기 와 로 높고 또한 유리 전이점도 와PET PBT 256 228 70℃ ℃ ℃

다 열변형 온도는 편이 높은데 도 유리 섬유강화에 의해 현저히 상40 o! . PET PBT℃

승한다 이를테면 유리 점운강회 는 열변형 온도가 로 높고. 30% PBT 212 , 150℃ ℃

이하에서 충분히 장기사용에 견딘다고 할 수 있다 또한 비강화 의 열. POLYARLATE

변형 온도는 로 높다 한편 와 는 연소하므로 난연화 특성을 필요로175 . PET PBT℃

하는데 는 폴리머자체가 난연성이다 강화 는 다음과 같은 특징POLYARYLATE . PET

을 갖고 있다.

ㆍㆍㆍㆍ 열가소성수지 가운데 최고의 내열성을 갖고 있다.

ㆍㆍㆍㆍ 탄성율이 크고 크리프가 작아서 피로강도가 우수한다.

ㆍㆍㆍㆍ 전기특성이 우수해서 온도 습도의 영향이 적다, .

ㆍㆍㆍㆍ 유기용제 유류에 대한 저항성이 크다, .

ㆍㆍㆍㆍ 흡수성이 적고 치수안정성이 우수하다.

ㆍㆍㆍㆍ 응력크랙의 염려가 없고 사용에 있어서 다음과 같은 배려가 필요하다.

ㆍㆍㆍㆍ 유리섬유의 배향 방향에 따라 여러 가지로 물성이 변한다.

ㆍㆍㆍㆍ 웰드부의 강도가 저하 된다.

ㆍㆍㆍㆍ 알카리 비수 수증기하에서는 가수분해에 주의, , .

ㆍㆍㆍㆍ 미려한 외관을 목적으로 한 것은 금형온도를 약130℃로 성형하고 최근엔 결정,

이 쉽게 되는 그레이드도 있다.

ㆍㆍㆍㆍ 성형온도 70℃이하에서 성형한 성형품을 고온하 중에서 사용하면 변형되는 것

이 있다.

이 결정성강화 에 대해서 는 폴리머의 분자쇄가 동결상태에서 분자쇄주위를PET TG

움직일 수 있는 온도이다 즉 이 온도 영역을 지나면 폴리머쇄가 보다 쉽게 움직이. ,

게 되고 고무 탄성으로 된다 비결정성 폴리머 또한 일단 결정화하면 열안정성이. ( )

비약적으로 향상된다.

- 27 -

는 동시에 결정성 폴리머이고 가 인 는 저온에서도 충분히 결PET, PBT TG 22 PBT℃

정화되지만 가 인 는 이상으로 되지 않으면 결정화가 되지 않는TG 69 PET 120℃ ℃

다 수지가 내열성인 점에서 은 높고 결정화 속도인 점에서 는 낮은 편이 바. TM TG

람직하지만 와 의 사이에는 경험적인 관계가 있다, TG TM .

용도용도용도용도(3)(3)(3)(3)

는 성형기술에서는 특징을 최대한 발휘시킨 압출성형에 의한 축연신필름과 연PET 2

신취입성형에 의한 용기가 그 투명성 광택 위생성 내약품성 강인성 전기 절연, , , , ,

성 치수안정성으로 주목을 받고 있다 유리섬유 강화 는 우수한 내열성 전기, . PET ,

적 특성 기계적 특성을 가진 엔지니어링 플라스틱으로서 전기 전자기기 부품 조, ,ㆍ

명기구 열기구 자동차 전장품 등에 사용되고 있다, , .

종류종류종류종류(4) ((4) ((4) ((4) (http://chemicals.hyosung.co.krhttp://chemicals.hyosung.co.krhttp://chemicals.hyosung.co.krhttp://chemicals.hyosung.co.kr))))

PEN/coPEN◎

은 우수한 물리적 화학적 특성을 가지는 폴리에스PEH(PolyEthylene Naphthalate) ,

터수지로써 가 단량체로 사용되어 수지 가격2,6-NDC(Naphthalene DiCarboxylate)

은 높지만 포장재료 필름 타이어코드 등의 응용분야에 점점 그 사용영역을 넓혀가, ,

고 있는 고기능성 수지이다 한편 의 성형 및 가공성을 향상시키기 위해. PEN PEN

과 구조적으로 유사하며 가공이 용이한 를 하거나 공중합 하는데PET blend (CoPEN)

이러한 공중합체 폴리에스터 수지는 보다 저렴한 가격에 일반 보다 향상된PEN PET

열적 기계적 성질을 발현 할 수 있다, .

종 류①

수지- PEN homopolymer

공중합체 저 함량 고 함량 수지- PEN-PET ( NDC , NDC )

블렌드 수지- PEN-PET

- 28 -

특 성②

높은 차단성 및 내방사선성- UV

우수한 가스차단성 차단성은 의 배 의 차단성은 의 배- (O2 PET 5 , CO2 PET 9 )

높은 내열성-

내화학성 내가수분해서- ,

뛰어난 기계적 물성-

높은 투명성-

우수한 전기적 성질-

물성비교물성비교물성비교물성비교Table 2.1.2.3Table 2.1.2.3Table 2.1.2.3Table 2.1.2.3

음료용 용기로의 응용분야

내열용 과즙음료 스포츠 음료 은 높은 내열성을 가지고 있는 수지로써Bottle( , ) PEN用

열변형온도가 높기 때문에 내열용 에 적합하며 보통 을 와 블bottle 30~40% PEN PET

렌드하여 내열 을 만들 수 있다 가스 차단성 맥주 탄산음료 맥주 탄bottle . Bottle( , ) ,用

산음료의 맛과 향기는 와 에 민감하다 혹은 수지로 만든 은O2 CO2 . PEN CoPEN bottle

높은 가스차단성을 가지고 있어 음료 고유한 향을 오래 보존 시켜준다 차단성. UV

의 구조는 를 흡수해 무해한 빛으로 형광시키는 특징이 있어Bottle PEN naphthalate UV

유성식품 및 향 색소 등 에 민감한 물질 식품포장용기로 적합하다 젖병 및 유아용, UV .

식품용기 의약품 및 확장품 용기에 사용가능하다.

- 29 -

◎ PETG

는 를 통칭하며 단량체로PETG Glycol modified PolyEthylene Terephthalate

을 사용하여 제조된 기능성 폴리에스터 수지로써CHDM(CycloHexaneDiMethanol)

우수한 투명성과 가공성으로 인하여 현재 사용되고 있는 를 대체PC, PMMA, PVC

할 수 있는 고기능성 수지이다.

특 성①

높은 투명성 및 광택성-

우수한 가공성-

비 결정성-

우수한 내화학성-

우수한 강인성-

물성물성물성물성Table 2.1.2.4Table 2.1.2.4Table 2.1.2.4Table 2.1.2.4

Unit Values

Specific gravity - 1.27

Water absorption % 0.2

Tensile strength at yield MPa 50

Flexural strength at yield MPa 73

Glass transition Temp ℃ 80

Heat distortion Temp ℃ 70

Haze % 1

Total Transmittance % 91

Dielectric strength KVmm 15

응용분야

를 압출가공하여 만들어진 는 투명성 광택이 우수한 특징Film, Sheet PETG film, sheet

을 가지고 있다 내응력백화성 내방사선성이 있으며 의 재사용 또한 용이한 장점. , scrap

이 있다 장난감 의료용 소재 보호커버 브러시 디스플레이 창 를 사출성형하여. , , , , PETG

다양한 모양을 가지면서 투명하며 우수한 강인성을 가지는 제품을 만들 수 있으며 특히

내방사선성이 있어 의료용 재료로 유용하다 세제 화장품 샴푸 비누 오일 등 생활용. , , , ,

품용 압출성형하여 제조하는 제품으로 우수한 내화학성 광택성이 필요한 화장Bottle , ,

품용 용기로 유용하며 특히 환경친화적인 생활용품 로도 많이 응용되고 있다, bottle .

- 30 -

◎ 저 올리고머 PET

섬유나 필름은 가열하거나 용매에 노출되면 표면에 결정성 석출물이 형성된PET

다 이 표면 석출물은 열처리 과정에서 내부로부터 확산되어 표면에 육각형상. PET

으로 석출되어 외견상 문제뿐만 아니라 가공공정에서 불량의 원인이 되며 폴리에스

터 수지가 가지는 문제점중의 하나이다 을 블로우 성형하는 과정에서도. PET bottle

올리고머가 석출되어 투명성을 떨어뜨리고 에 붙어 가공성을 떨어뜨립니다 따mold .

라서 저 올리고머 수지가 선호되고 있으며 보다 올리고머 함량이 적은 폴리에스터

수지의 개발에 연구들이 진행되고 있다.

Multi Layer①

의 중간에 성 소재를 하나의 층으로 형성하여 특유의PET bottle barrier PET bottle

투명성을 살리면서 대비 우수한PET O2 성과barrier CO2 성을 향상시키기Barrier

위한 방법이다 다층의 을 사출하는 것이 핵심 기술이며 플라스틱 맥주병. Preform ,

으로 용도 전개 중이며 온장고와 같은 특수병 전개가 가능하다, .

성 수지Barrier②

등EVOH, MXD6, PVDC, Nylon6, nano-composite

소재별 특성소재별 특성소재별 특성소재별 특성Table 2.1.2.5 BarrierTable 2.1.2.5 BarrierTable 2.1.2.5 BarrierTable 2.1.2.5 Barrier

MXD Blend③

는 성 및 강도가 종고 성형가공성이 우수한 계 수지이다MXD6 gas barrier , nylon .

와의 상용성이 우수하여 가 비교적 용이하다 현재는 일본에서 를PET blend . MXD6

소량 첨가하여 온장고용 차류 음료 등 에 적용되어 겨울철에 매우 인기가 높bottle( )

은 상품이다.

- 31 -

CoPEN Blend④

은 특유의 내열성 및 차단성을 가지고 있다 의 함량에 따라 다양한 용PEN UV . PEN

도의 이 적용될 수 있으며 매우 소량을 첨가하여 차단효과를 이용하거나bottle , UV ,

비교적 다량 첨가하여 내열성 향상에 기여할 수 있다.

Coating⑤

기존의 내벽 또는 외벽에 을 함으로써PET bottle coating O2 성을 증대시키barrier

는 기술이다 온장고용 또는 맥주병용으로 용도가 전개되고 있다. bottle .

제 절 블로우 성형 기술의 개요제 절 블로우 성형 기술의 개요제 절 블로우 성형 기술의 개요제 절 블로우 성형 기술의 개요2 (Blow Molding)2 (Blow Molding)2 (Blow Molding)2 (Blow Molding)

중공성형의 원리중공성형의 원리중공성형의 원리중공성형의 원리1.1.1.1.

중공성형 은 압출이나 사출에 의해 튜브상으로 예비성형 을(Blow Molding) (Parison)

하여 이것을 금형에 끼워서 내부로 공기를 불어 넣어 부풀게 해서 냉각 고화시켜,

특정한 형태의 고형물을 만드는 방법이다 넓은 의미에서 블로우 성형. (Blow

자체는 오래 전부터 실시되어 왔다 그러나 현재 블로우 성형이라고 말할Molding) .

때에는 범위를 한정하여 열가소성 수지로 만든 파이프의 일종인 프리폼, (Preform)

또는 서로 장의 대향 시트인 패리슨 을 맞춤형틀에 끼우고 그 속에 공기, 2 (Parison) ,

등을 압입하고 부풀려 맞춤형틀 내벽에 밀착시킨 후 냉각하여 꺼내는 성형법을 가,

리키고 있다 따라서 블로우 성형으로 만들어진 제품은 원칙적으로 외벽의 형상만.

규제할 수 있다.

블로우 성형은 흡입 성형이라고도 불린다 때로는 중공 성형이라고 불리는 경. ( )中空

우도 있지만 앞에서 언급하였듯이 중공 성형이라고 하는 것은 블로우 성형까, ( )中空

지 포함한 더 넓은 범위의 성형법을 말하는 총칭이다 블로우 성형의 특징은 프리. ,

폼 이라고 하는 예비 성형체 속에 고압의 기체를 압입하여 부풀리고 맞춤(Preform) ,

형틀 분할형 의 내벽에 밀착시켜 제품형상을 만드는 성형법이므로 반드시 고압 기( ) ,

체를 빼내는 공정이 있다.

- 32 -

이때에 쓰이는 기체는 공기가 일반적이지만 때로는 액체 질소와 같이 압입한 후,

즉시 기화하는 액체를 쓰는 경우도 있다 그러나 도중에 기화되지 않고 액체인 채. ,

금형 내벽면에 소재를 눌러 확대시키는 성형법은 액압 프레스 라고 하는데( )滾壓「

다른 장르이다 또한 이 경우에는 눌러서 확대되는 소재를 블랭크라고 부르고 있다. .

프리폼 이라는 단어는 블로우 성형에서만 사용되는 단어조서 블로우 성형(Preform) ,

에 사용하는 부풀기 전의 튜브 상태 파이프 상태 바닥이 없거나 있음 재료를 가, ( )

리키며 압출성형 또는 사출성형으로 만든다 이와 같이 프리폼이란 형틀 속에서, . ,

부풀기 이전 상태의 재료를 가리키는 블로우 성형에 있어서의 독특한 단어이다.

앞서 언급한 바와 같이 중공성형은 그 기법에 따라 여러 가지 타입으로 나누는데

현재 본 지원과제에서 다루고자 하는 성형방법은 연신중공성형(Stretching Blow

이다 이 방법은 을 복사열로 가열한 후 를 이용하Molding) . Preform Stretching Rod

여 금형 내에서 연신을 시키면서 중공성형을 하는 방법이다 완제품의 형상 길이.

가 폭보다 상대적으로 길 경우 중공성형에 의하여 연신 되는 부분을 균일하게 하여

주는 장점이 있기 때문에 현재 많은 생수병의 제작에 이용되고 있는 중공성형 방법

이다.

은 연신중공형에서 금형과 다른 금형 시스템과 관련된 부품의 형상을 보Fig.2.2.1.1

여주고 있다 연신중공성형을 위한 의 형상설계를 위하여 여러 가지 기법이. Preform

있는데 실험적인 기법과 해석적인 기법이 있다 뿐만 아니라 그 동안 지원기업. (

주 코리아 에서 개발하여 왔던 형상의 기술적인 노하우를 토대로( )TWI ) Preform

설계를 가능하게 할 수 있다 은 압출중공성형과 연신중공성형Preform . Fig. 2.2.1.2

의 금형 시스템의 개요를 그림으로 설명하고 있다 이러한 중공성형공정의 차이는.

중공성형용 금형시스템의 구조를 다르게 하여야 할 뿐만 아니라 자체도 타Preform

입이 완전히 틀리게 된다.

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프리폼제작과 연신중공성프리폼제작과 연신중공성프리폼제작과 연신중공성프리폼제작과 연신중공성Fig. 2.2.1.1Fig. 2.2.1.1Fig. 2.2.1.1Fig. 2.2.1.1[1][1][1][1]

과정과정과정과정Fig. 2.2.1.2 Stretching Blow MoldingFig. 2.2.1.2 Stretching Blow MoldingFig. 2.2.1.2 Stretching Blow MoldingFig. 2.2.1.2 Stretching Blow Molding [1][1][1][1]

- 34 -

중공성형의 종류 및 적용중공성형의 종류 및 적용중공성형의 종류 및 적용중공성형의 종류 및 적용2.2.2.2.

연신블로우 성형연신블로우 성형연신블로우 성형연신블로우 성형(1)(1)(1)(1)

스트레치 블로우 라든지 축 연신 블로우 라든지 또는 배양 블로우라고 부르는 경, 2

우도 있다 열가소성 수지 특히 결정성 열가소성 수지를 융점 이하의 온도에서 기. ,

계적으로 연신하면 연신 방향을 따라 분자 배향에 생겨 기계적인 특성이 향상된, ,

다 특히 가로세로 방향으로 균형있게 연신한 필름은 축 연신 필름이라고 불리. 2 2

며 강도적으로 매우 우수한 성질을 가질 뿐만 아니라 양호한 투명성도 갖출 수 있, ,

게 된다 연신블로우 성형은 결정성 수지의 이러한 특성을 이용한 것이다. , .

원래 블로우 성형은 다이에서 패리슨이 압출될 때 다이와의 사이에 생기는 밀림, [

응력 에 의해서 조금은 압출 방향으로 배향하는 성질이 있지만 원칙직으로 패리슨] , ,

의 압출 방향에 대한 직각방향 즉 원주 방향에 대한 연신 성형이다 따라서 균형있, .

는 연신 블로우 성형을 하기 위해서는 원주방향의 연신에 대응하는 만큼 압출 방,

향에 대한 연신을 부가해 주면된다 연신 블로우에는 유저 패리슨을 사용하는 경우.

가 많아 연신에 적합한 온도로 가열한 패리슨의 입부분 안쪽을 치구로 고정하고, ,

이어서 금형을 닫음으로 입부분 바깥쪽도 고정한다 다음으로 입부분 안쪽을 고정.

한 치구의 중앙으로부터 절굿공이 모양의 돌출 막대를 밀어내서 패리슨의 바닥 부, ,

분을 찌르고 늘려 제 차 연신을 완료시킨다 이때 약간의 프리 블로우를 병용하1 . ,

는 경우가 많다 이어서 본격적인 공기 취입을 함으로써 원주방향의 연신을 하고. ,

성형을 완료한다 냉각 후 금형을 열고 제품을 꺼낸다. , .

현재 연신 블로우 제품의 수요는 음료나 식품을 중심으로 한 투명용기 분야에서 크

게 신장되고 있으며 재료는 가 주류이다 일반적으로 연신 성형한 제 용기, PET . PET

는 상태에서 고온의 액체를 충전하면 수축되어 버린다 따라서 그러한 용도에는 히.

트세트라고 하여 공기압을 가한 채 금형 속에서 열처리를 할 필요가 있다 또한, . ,

히트세트 없이 고온 충전을 가능하게 하기 위해서 내열성이 있는 수지와 조합시켜,

층 또는 층의 구조로 한 제품도 있다2 3 .

- 35 -

생산 제조공정 및 연신 제조공정 과정 효성케미칼생산 제조공정 및 연신 제조공정 과정 효성케미칼생산 제조공정 및 연신 제조공정 과정 효성케미칼생산 제조공정 및 연신 제조공정 과정 효성케미칼Fig. 2.2.2.1 Preform ( )Fig. 2.2.2.1 Preform ( )Fig. 2.2.2.1 Preform ( )Fig. 2.2.2.1 Preform ( )

완성품과 캐비티금형완성품과 캐비티금형완성품과 캐비티금형완성품과 캐비티금형Fig. 2.2.2.2Fig. 2.2.2.2Fig. 2.2.2.2Fig. 2.2.2.2

하이테크 블로우 성형기술하이테크 블로우 성형기술하이테크 블로우 성형기술하이테크 블로우 성형기술(2)(2)(2)(2)[4][4][4][4]

가 이중벽 블로우 성형기술.

- 36 -

블로우 성형에서 이중벽 블로우는 년대 중반에 개발된 비교적 새로운 성형가1960

공법이다 년대 상업적 생산을 시작한 종래의 블로우 성형은 와 의 블로. 1950 PE PP

우 성형용기 보틀과 탱크 의 제조법으로 확립된 것인데 년 종래의 블로우 성( ) , 1965

형의 개념을 타파하는 새로운 성형가공법인 이중벽 블로우 성형 개발에 착수, 1967

년에 이중벽 블로우 성형 기술을 도입하고 이것들의 기술을 융합 집결한 이중벽,

블로우 제품은 전동공구 비디오 카메라 퍼스널 컴퓨터등을 수납하는 이중벽케이스, ,

로 또한 자동차용 냉온장고 콘솔 등으로 그 기능 특성을 활용하여 폭넓은 용도의, , ,

제품에 채용하고 있다 그리고 최근에는 플라스틱 재료와 성형기술의 혁신으로 초.

대형 이중벽 블로우와 엔지니어링 플라스틱에 의한 이중벽 블로우가 개발되어 OA

기기 의료기기의 판넬과 하우징으로 고품질 고외관 구조부재로 이중벽 블로우 성, ,

형은 급속하게 확대되고 있다 이중벽 블로우 성형의 개요 특징 용도 등은 다음과. , ,

같다.

◎ 이중벽 블로우 성형기술

이중벽 블로우 제품은 내부에 중공부를 가진 상호 대항하면서 사이가 떨어진 내벽

과 외벽의 이중벽의 일체구조로 된 편평상 중공구 조체이다 그 대표적인 제품은.

인테그럴 힌지가 있는 이중벽 케이스에 나타난 판넬상의 이중벽 구조이다.

성형과 제조설비①

이중벽 블로우의 성형과정은 종래의 보틀과 탱크를 제조하는 통상의 블로우 성형

과정에 비해 상당히 다르다 그 대부분은 종래의 블로우 성형과는 구성 구조를 달. ,

리하는 성형금형을 사용하는 것에 유래하고 있다 종래의 블로우 성형은 패리손의.

내측에 압축 공기를 불어넣어 팽창시키는 것에 대하여 이중벽 블로우 성형에 나타

난 것과 같이 패리손의 전체둘레를 블로우 성형 금형에서 짓누르듯이 끼우고 패리

손내에 미세한 공간에 압축공기를 불어넣어 성형하는 것으로 이른바 블로우 레시오

가 매우 작은 특징이다.

이중벽 블로우 성형의 제조장치는 압출기 어규물레이터 다이헤드 형체기 성형금, , , ,

형인데 균일한 두께에서 고품질 고외관의 제품을 하이 사이클로 제조하기 위해서,

는 가장 적절한 디자인과 종래의 블로우 성형 제조장치에 비해 각 장치의 사이즈,

스피드 정밀도를 향상 시킨 장치가 필요하다 그러나 경합하는 성형가공법인 인젝, .

션 과 비교하면 제조장치 성형금형의 초기 설비투자 비용이 저렴하고 블, SF, RIM ,

로우 성형의 특색을 갖추고 있다.

- 37 -

이중벽 블로우의 성형 프로세스와 제조 설비의 개발과 기술혁신은 이중벽 블로우의

사용재료 범위를 확대시킴과 함께 이종 기능재료를 결합시킨 다충성형 색성형, 2 , 2

구분성형 제품의 표면에 퍼블릭을 일체로 적층하는 라미네이트 성형 깊은, (FLP),

물품의 성형 발포성형 대형성형을 실현해 실용화 되고 있다 또 도장 기술의 개발, , .

로 스포일러 등의 고외관 고기능 제품을 가능하게 하였다, .

이중벽 블로우 제품의 특징②

이중벽 블로우 제품은 내부에 중공부를 가지며 내벽과 외벽 이중벽으로 된 중공이

중벽 구조체로 많은 특징을 가지고 있다 내벽은 수납품을 피드하는 현상으로 외벽.

은 상품이미지를 향상 시키는 디자인으로 성형할 수 있다.

중공구조로 경량 강성이 있으며 치수 안정성이 뛰어나다 종래의 단일벽 구조I. , . :ㆍ

품에 비해 경량으로 강성이 높은 제품을 얻을 수 있으며 중공부는 충격흡수와 열ㆍ

음을 차단하는 효과를 가지며 완충 보온 보냉 방음 흡음을 필요로 하는 용도에ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ

적합하다.

또 치수 안정성이 뛰어나 휨과 뒤틀림이 없이 표면의 평면성 평탄성이 요구되는ㆍ

판넬등의 제품에 적합하다.

중공부를 활용할 수 있다 중공부에 케이블과 파이프를 배설하는 등 중공부를II. . :

활용할 수 있고 단열재 축냉재 보냉재 등을 충진하여 제품의 기능을 높일 수 있, ,

다.

일체설형 일체구조로 저렴하고 단납기이다 복잡성형의 제품을 한번에 성형III. , . :ㆍ

할 수 있고 조립가공이 불필요해 저렴 단 납기에 제작할 수 있으며 또 일체구조로ㆍ

박리와 파손이 없으며 견고하다.

디자인의 자유성 곡면구성과 복잡한 형상이 가능 또 인서트 도장 인쇄도IV. : . , ㆍ

가능하고 디자인의 자유성이 크다 또한 소형제품에서 대형 제품까지 범용 플라스.

틱에서 엔지니어링 플라스틱 까지 적용범위가 광범위하다.

성형재료③

- 38 -

이중벽 블로우용의 재료는 기본적으로는 블로우 성형이 가능한 플라스틱은 모두 사

용가능하다 그러나 재료의 선정에 있어서는 가공특성과 제품특성의 양면을 가미하.

는 것이 필요하다 가공특성 면에서는 이중벽 블로우의 특수한 성형이기 때문에 종.

래의 블로우 성형용 재료에 비해 고점도 고분자량으로 개량된 재료가 사용된다.ㆍ

이중벽 블로우는 를 중심으로 하는 케이스 용도로 전개 되었다 는 뛰어난 가PE . PE

공특성 물리적 특성 그리고 가격이 저렴하기 때문에 케이스에 요구되는 특성을 갖, ,

추고 또 일체성형품으로 적당한 강도와 힌지 강도를 가진 최적 재료이다 그 후 외.

관성 강성을 향상하는 용도로 가 소프트감을 향상하는 용도로 아이오노PP , EVA,ㆍ

모 각종 엘라스토머가 투명성을 향상시키는 용도로 와 그 제품특성 면에서, AS, PS

사용하는 재료의 범위는 넓어졌다 최근 이중벽 블로우는 다양화 개성화 고급화. , ,

하는 시장 요구에 대응하여 및 이들 알로이 등의 엔지니어링ABS, PPE, PC, PA

플라스틱이 구조체로서 또 고내열성 용도로 폴리설폰 등의 슈퍼엔지니어링PPS,

플라스틱이 사용된다.

응용과 용도④

이중벽 블로우 제품은 광범위한 분야에서 사용되고 있다 예를 들면 전동 공구 캐. ,

링 케이스로 전동드릴 전동드라이버 임펙트 렌치 진동드릴 등 전동 공구용, , ,

케이스 내벽은 몸체 충전기 부속품에 따른 형상으로 말끔하고 콤팩트AIRMOLD , , ,

하게 수납되어 외벽은 손잡이를 일체 성형한 스마트한 디자인 종래의 스틸게이스,

에 비해 경량으로 수납품의 보호 완충성이 뛰어나 디스플레이 효과도 있다 손잡, .

이 라치 힌지를 일체화 하여 코스트다운을 도모 한다 사용재료는 충격에 강한 무, , .

거운 를 사용한다PE, PP .

자동차 부품의 블로우 성형자동차 부품의 블로우 성형자동차 부품의 블로우 성형자동차 부품의 블로우 성형(3)(3)(3)(3)

세계적인 자동차 수요를 보면 세계 판매량의 를 차지하는 아시아의 의미를 인22%

식하는 것이 중요하고 또 아시아에서 수용의 절반을 차지하는 것이 일본이라는 사

실을 언급하는 것도 중요하다 세계수요의 상당한 부분을 차지하고 있는 일본의 해.

외 자동차 제조업체와 함께 자동차 시장의 동향에 큰 영향을 주고 있다는 것을 이

해하는 것이 중요하다.

- 39 -

자동차 부품의 응용 사례자동차 부품의 응용 사례자동차 부품의 응용 사례자동차 부품의 응용 사례TABLE 2.2.2.1TABLE 2.2.2.1TABLE 2.2.2.1TABLE 2.2.2.1

분 야 용 도 예

자동차

에어인 테크 닥트 냉온장고 어린이 시트 콘솔박스 인스투루먼- , , , ,

트 판넬 글로브 박스 시트레그커버 팔걸이 에어스포일러 에어로, , , , ,

커튼 후론트 가드바 사이드 거닛슈, ,

기기OA

복사기용 판넬 원고 테이블 배기트레 형상기용 천판 샷시 프- , , ,ㆍ ㆍ

린터 커버 플로터 스탠드 인쇄기 칼라 드럼케이스 워드프로세스, , ,

노트북 컴퓨터 운반 케이스 운반케이스 플로피도전 케이, OHP ,ㆍ ㆍ

스 용 디스크 테이블 운반차 용 전기청소기 하우징, OA , OAㆍ ㆍ

일레트로닉스비디오 카메라 시스템케이스 비디오테크게이스 머린킷케이스- , , ,ㆍ

라이도 안테너 키트 마이크로 폰, BS ,

산업용기기전동공구 측정기 현미경 수분계 케이스 건설기계용 캬노피루- , , , ,

프 간이 하우스 파렛트 콘테너, ㆍ

메디칼

혈압계 하우징 캐링케이스 파이바 스콥 케이스 의료기기용 판- , , ,

넬 운반차 의료분석기기 항온기기의 도어 커버 판넬 치과 진료, , , ,ㆍ

용 트레

레져 취미&악기 플롯 기타 키보드 케이스 카메라 쌍안경 그림도구 케이( , , ) , , ,

스 루프 트렁크,

의 개요의 개요의 개요의 개요3. PET Bottle CAE3. PET Bottle CAE3. PET Bottle CAE3. PET Bottle CAE[5][5][5][5]

성형 방법은 크게 직접 연신 성형법과 간접 연신 성형법 두 가지로 대PET Bottle

별되며 이 공정은 다음의 가지 공정으로 나눌 수 있다, 3 .

수지를 튜브 모양의 으로 사출한다PET Preform .○

비결정 상태의 을 유리전이온도이상으로 가열하고 몰드 안으로 이송한다Preform .○

원하는 형태를 성형하기 위하여 을 팽창 인장시켜 성형한다Preform , .○

이와 같이 생산된 의 두께 분포와 배향상태는 의 모양과 온도PET Bottle Preform

그리고 연신 속도에 하여 결정된다 다시 말해서 의 두께 의 투명. , PET bottle , PET

도 기계적 물성은 초기 의 모양 초기 의 온도 에 의한, Preform , Preform , stretch rod

인장과 속도의 밸런스에 의해 지배된다blowing .

- 40 -

이러한 복잡한 고분자 수지의 특성과 고분자 공정을 이해하고 최적화하기 위해서는

다양한 실험은 물론 수많은 를 수행해야 하는 바 이를 극복하기 위Trial-and-Error ,

해 현재 전세계적으로 의 이용이 점차 증가되고Computer Aided Engineering(CAE)

있다 의 이점은 컴퓨터를 이용하며 적은 비용으로 공정 조건을 설정하. Simulation

고 다양한 변수들을 을 통하여 변화시켜서 다양한 연구를 수행할 수 있, simulation

다는 것이며 이는 시간과 설비 투자비를 절약하고 값비싼 원자재와 설비투자, , , ㅋㅋ

비용을 줄일 수 있다 게다가 공정에서 관찰하거나 측정할 수 없는 결과들을.

을 이용하여 시각적으로 확인할 수 있으며 을 통하여 전체 공simulation , simulation

정의 연구와 이해가 가능하게 한다 를 이용한 공정의 은 성. CAE Blow simulation PET

형 공정 중 하는 공정을 컨트롤하는 분야이다Stretch/Blow .

가. Cracking Solution

전 세계적으로 은 탄산음료 시장에서 가장 이슈가stress cracking PET (CSD) bottle

되고 있는 문제이다 탄산음료가 충진된 에서 가장 문제가 되는. bottle stress

은 내용물의 높은 와 중의 윤활제에 의해서 확대되어 생기는cracking PH filling line

것과 내부의 압력과 불완전한 영역에서 발성된다 용기의bottle orientation . PET

사출 게이트는 기본적으로 예각을 이룬 복잡한 구조로 덜 배향되어 있고, Stress

인자에 의해서 쉽게 공격당할 수 있다 또한 근처에서도 발생 가능cracking . neck

성이 있으나 벽면에서는 이 발생될 수 없다 원인stress cracking . Stress cracking

이 되는 요소에 노출시간 높은 온도 등은 을 가속화시킨다 또 다, Stress cracking .

른 요소로는 특히 작은 반지름과 급격한 반지름 변화 용기의 크기bottle design( ), (

직경의 용기는 더욱 에 약함 의 생산 후 보존기간 오래된stress cracking ), preform (

것일수록 영향받기 쉬움 사출 공정과 공정 등이 있다 이러한 요소들을 결), blow .

합하여 문제를 해결하고자 할 때 을 최소화 할 수 있다 이러한 이stress cracking .

유로 를 이용하여 을 최소화 할 수 있는 과CAE stress cracking bottle design blow

공정 조건 등을 해석하여 문제를 해결해 나가는 시간과 비용을 절감할 수 있다.

- 41 -

Fig. 2.2.3.1 Stress Cracking ProcessFig. 2.2.3.1 Stress Cracking ProcessFig. 2.2.3.1 Stress Cracking ProcessFig. 2.2.3.1 Stress Cracking Process

나. Special Design

일반적으로 은 디자인 또는 을 상세하게 보기를 원할 때 최적화 작업bottle outline ,

이 요구되어진다 한 예로 선택된 모양과 고분자 수지는 제품 특성과 생산. , bottle

방법에 고려하여 결정하며 이때 가장 경제적으로 최선의 방법을 선택한다 일반적, .

인 공정의 최적화는 다음과 같다.

ㆍㆍㆍㆍ낮은 변형특성

ㆍㆍㆍㆍ최소한 성분 중량

ㆍㆍㆍㆍ저 상품 가격

또한 상품성과 공정성에 부합하는 조건을 선택하여야 하며 가능성 있는 최적화 방, ,

법은 기존의 사출 의 두께와 초기 온도를 개량하는 것이다preform . Blow molding

공정 중 압력의 변화 속도는 가장 중요한 요소이다 압력의 변화 속도가 크면 클수.

록 에 적용되는 는 더욱 커지게 되며 압력은 의 최종 두께 분포, bottle stress , bottle

에 중대한 영향을 미친다 성형시 의 처짐 현상 또한 제품의. Blow molding preform

최종 물성에 중대한 영향을 끼친다 이러한 은 상용 프로. Blow molding Simulation

그램 예 등 의 수행하여 얻어지며 의( : Polyflow, SimblowF-1, ) , Blow molding

은 고분자 수지 의 탄성 점성 점탄성 모델을 이용하여computer simulation (PET) , ,

수행되어진다 탄성과 점성 모델을 사용할 경우 공정 결과. Blow molding simulation

가 미진하기 때문에 주로 시간 의존성을 가지고 있는 점탄성 모델이 적용K-BKZ

되어진다.

- 42 -

블로우 몰딩 시뮬레이션블로우 몰딩 시뮬레이션블로우 몰딩 시뮬레이션블로우 몰딩 시뮬레이션Fig. 2.2.3.2Fig. 2.2.3.2Fig. 2.2.3.2Fig. 2.2.3.2

제 절 금형시스템 설계 기술지원제 절 금형시스템 설계 기술지원제 절 금형시스템 설계 기술지원제 절 금형시스템 설계 기술지원3 Multi-Cavity Preform3 Multi-Cavity Preform3 Multi-Cavity Preform3 Multi-Cavity Preform

금형부품 설계개요 기술지원금형부품 설계개요 기술지원금형부품 설계개요 기술지원금형부품 설계개요 기술지원1.1.1.1.

일반적으로 금형설계를 위하여 일련의 공학적인 과정이 요구된다 즉 제품의 형상. ,

과 사출조건 금형시스템의 타입 등 다양한 사양이 고려되어야 한다, .

금형설계 조건금형설계 조건금형설계 조건금형설계 조건(1)(1)(1)(1)

사출성형 금형 이라고 하는 것은 성형품의 최후 형상을 부여하고 구체적인 치(Mold)

수를 유지하도록 하므로 사출성형의 능률 및 성형품은 품질을 결정하는 중요한 기

능을 가진 장치라고 말할 수 있다 따라서 사출성형금형이 이와 같은 기본기능을.

갖추기 위해서는 성형품의 형상과 사용되는 플라스틱의 특성을 고려하여야 하지만

우수한 금형을 설계하는 데는 다음의 조건이 필요하다 즉 성형품에 요구되는 형상.

과 치수정밀도를 주는 구조이어야 한다 성형능률이 좋은 금형구조이어야 하며 자. ,

동화가 가능할 것 성형 사이클의 단축화를 위한 냉각방식일 것 런너 게이트의 제, , ,

거가 용이할 것 이젝터가 신속하고 확실하게 이루어질 것 그리고 성형품의 다듬질,

작업 또는 차가공이 적어야 한다 이 조건이 만족되는 것은 좋지만 성형품의 원가2 .

면에서 총생산량이 적은 경우 오히려 차 가공을 필요로 하는 금형이 최적설계 금2

형인 경우도 있다 또한 제작이 용이하고 금형제작 비용이 저렴하여야 한다 그리. , .

고 제작이 쉽고 가장 적은 공정수 로 가공할수 있는 금형구조가 최적의 금( )工程數

형설계라고 할 수 있으며 가공성을 고려한 설계이어야 한다.

- 43 -

이상과 같은 조건들을 갖춰야 하겠지만 사출성형금형은 열에 의해 가소화된 플라스

틱이 금형내로 사출되어 압력이 가해진 상태로 냉각되어 상품으로 인정되는 성형품

을 만드는 기구이다 플라스틱 재료가 금형 안에서 충분히 굳어지면 금형의 압축이.

열리도록 사출기가 작동 한다 따라서 성형품은 금형으로부터 밀려나온다 성형품의. .

품질과 제조 가격은 금형설계와 제작 및 숙련도에 많은 영향을 받는다 플라스틱.

성형품을 생산함에 있어서 가장 중요한 가지 단계는 성형품의 설계와 이에 따른2

금형의 설계이다 금형설계의 불량은 생산성저하 높은 금형보전비용과 성형품 품질. ,

저하 요인이 된다 잘 작동하지 않는 금형은 공장의 관리비 상승과도 직결된다 따. .

라서 성형업자나 금형메이커 또는 때때로 성형품구입처에서 설계시에 최대의 주의

를 경주하도록 하여야 한다.

금형설계순서와 검토사항금형설계순서와 검토사항금형설계순서와 검토사항금형설계순서와 검토사항(2)(2)(2)(2)

우수한 사출성형금형설계를 위하여 금형설계를 어디서부터 어떤 순서로 실행하느냐

는 매우 중요한 일이다 성형제품 도면으로부터 금형설계 도면작성까지 설계순서도.

와 설계 중 고려하여야 할 사항을 설명한다.

사전검토

↓↓↓↓

금형구조설계

↓↓↓↓

금형의 개략치수 결정

↓↓↓↓

금형구조설계의 승인

↓↓↓↓

금형설계 완료 및 예정

↓↓↓↓

재료 및 주요부품의 가공도

↓↓↓↓

부품도작성

↓↓↓↓

금형제작사항

↓↓↓↓

금형설계 재검토

- 44 -

가 사전검토( )

수지○

금형설계자는 각 수지가 금형설계에 주는 제약과 그에 대한 금형설계상의 배려를:

분명히 해둘 필요가 있다.

○ 수축률

수지 메이커 색에 따라 같은 종류의 수지에서도 수축률이 크게 변하고 흐름 방향: ,

과 직각방향에서 수축률이 큰 차이가 난다 여러 가지 요인에 의해 수축률이 변하.

므로 수축률 결정은 발주자와 사전에 충분히 협의할 필요가 있다.

○ 투명도

투명수지인가 아닌가에 따라 금형의 연마 정도에 큰 차이가 생긴다: .

○ 치수공차

금형치수가 소정의 수축률을 예상한 치수로 되어 있으며 알맞은 것인지 성형품에:

서 소요공차내에 들어 있어야만 하는지를 제작착수 전에 명확히 해두어야 한다.

○ 다듬질 작업 정밀도

다듬질 작업정도는 캐비티측과 코어측을 따로따로 명기해야 한다 투명수지를 사: .

용할 때는 캐비티측과 코어측의 구별없이 양쪽을 같은 정도로 한다.

○ 성형품 조립시 외관 및 사용목적

파팅라인 게이트 위치 등 외관을 손상시킬 우려가 있는 것을 보이지 않게 하기:

위하여 조립했을 때 해당 성형품의 어느 부품이 외부에서 보이는지 명확히 해야 한

다.

변○ 형

성형후 휨 변형의 허용치도 분명히 하여야 한다, .

○ 사용성형기

성형기의 형식 사출량 형체력 사출압력 및 사출속도 다이플레이트의 크기 및: , , , ,

타이바 간격 최대형 두께 최소형 두께 치수 최대 다이플레이트 간격 형체스트로, , , ,

크 치수 다이플레이트의 부착 볼트 구멍 피치 나사지름 이젝터 스트로크 치수, , , ,

압출 로드 지름 및 로드위치 노즐선단의 구멍지름 및 구면의 치수 로케이트 링, R ,

치수

- 45 -

나 금형 구조설계( )

○ 고정축이 캐비티 형판이냐 코어형판인가를 결정

성형품의 외관 품질로 인하여 케이트 흔적의 허용장소 이젝터 흔적의 허용장소: ,

성형품형성 사용수지가 제약을 받고 캐비티 수량에 의하여 게이트 형식이 제약을

받아 어느 현판을 고정측에 가져올 것인가 결정된다 은 캐비티측에. Fig. 2.3.1.1

게이트 자국이 허용될 때 는 코어측에 게이트 자국이 허용될 때를 나타, Fig.2.3.1.2

낸다.

캐비티측에 게이트 자국이 허용될 때캐비티측에 게이트 자국이 허용될 때캐비티측에 게이트 자국이 허용될 때캐비티측에 게이트 자국이 허용될 때Fig. 2.3.1.1Fig. 2.3.1.1Fig. 2.3.1.1Fig. 2.3.1.1

코어측에 게이트자국이 허용될 때코어측에 게이트자국이 허용될 때코어측에 게이트자국이 허용될 때코어측에 게이트자국이 허용될 때Fig. 2.3.1.2Fig. 2.3.1.2Fig. 2.3.1.2Fig. 2.3.1.2

○ 파탕 라인을 결정

파팅라인은 성형품의 표면에 나타나므로 사용목적에 합치할 만한 위치에 만드는:

것이 당연한데 될 수 있는 한 단순형상으로 해야 하며 복잡한 것일수록 금형가공이

어려워진다 또한 플래시가 발생했다고 해도 성형품의 다듬질 작업이 용이해질 만.

한 위치를 선택함과 동시에 게이트의 위치 및 그 현상을 고려할 것과 언더컷이 없

는 곳에 만드는 것이 필요하다.

○ 캐비티 수량을 결정

금형사용자로부터 희망 캐비티수가 제시되는 경우가 일반적인데 금형 설계자는:

사용예정인 성형기의 형체력 최대사출량 캐비티내의 수지압 성형품의 투영면적 등,

에 의해 체크할 필요가 있다.

○ 캐비티 코어는 일체식인지 분할조합식인지 결정,

- 46 -

성형품은 형상과 캐비티 코어의 가공 등을 고려한다: .

○ 캐비티를 분할식으로 할지 어떤지를 결정

캐비○ 티 코어에 부분코어를 만들지를 결정,

○ 캐비티 배열을 결정

캐비티 수량 성형품의 치수 소요 정밀도 성형품형상에 따라 원형배열 직선배열: , , , ,

형열 등으로 결정된다H .

○ 런너 방식을 결정

콜드런너로 할 것인가 런너리스로 할 것인가는 금형사용자가 성형품의 원가를 고:

려하여 결정하는 것이 일반적이다.

○ 게이트의 종류와 위치를 결정

성형품형상 성형품기능 성형품외관 품질 사용수지 성형변형 성형품치수 캐비: , , , , ,

티 생산성 등에 대해서 검토하고 게이트방식을 결정한다, .

매2○ 금형구조 매 금형구조 방식을 결정, 3

공○ 기빼기 방식을 결정

○ 언더컷 처리방식을 결정,

○ 이젝터 방식을 결정

○ 온도 컨트롤 방식을 결정

성형품 중량 사용수지 수지온도 금형온도 쇼트사이클 금형강재 사용냉매를: , , , , , ,

결정함에 따라 냉각구멍의 크기 구멍위치 냉매입구온도 유량을 결정한다, , , .

○ 형합 방식을 결정( )型合

고정형판과 가동형판과의 형합 정밀도과 높아야 하며 일반적으로는 가이드핀과:

가이드핀 구멍에 의해 행해진다.

○ 스프루 로크형식을 결정

형 역테이퍼형 홈형 등의 로크형식을 결정한다: Z , , .

○ 캐비티 코어 고정방식을 결정한다, .

다 금형의 개략치수 결정( )

○ 캐비티 측벽 두께의 결정

○ 가동판 두께의 결정

○ 캐비티 분할을 할 경우의 캐비티 바닥 두께의 결정

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○ 금형 두께 및 형판크기의 검토

라 금형구조설계의 승인( )

○ 금형설계에 대하여 사용자의 승인을 얻는다.

마 금형 설계 완료 및 예정( )

○ 금형설계 완료 및 예정을 결정한다.

바 재료 및 주요부품의 가공도( )

○ 재료 및 주요부품 대략적인 가공도를 작성한다.

사 부품도작성( )

○ 주요부품도 일반부품도 순서로 도면을 작성한다.

아 금형제작사항( )

○ 금형제작상 지켜야 할 사항을 명확히 한다.

자 금형설계 재검토( )

○ 금형제작의 용이화를 위해 설계를 재검토한다 각 부품의 기계가공 다듬질 작업.

가공 조립조정의 관점에서 작업이 용이해지도록 재검토한다.

금형설계체크사항금형설계체크사항금형설계체크사항금형설계체크사항(3)(3)(3)(3)

가 품질( )

금형의 재료 경도 정밀도 구조 등 수요자의 명세는 충분히 검토되었는가: , , , .

나 성형품( )

싱크마크 재료의 흐름 드래프트 웰드 크랙 등 성형품의 외관에 영향을 미치는: , , , ,

사항에 관하여 검토되었는가 성형품의 기능 외장 등에 지장이 없는 범위 내에서. , ,

금형 가공이 쉽도록 검토되었는가 성형재료의 수축률은 정확한가. .

다 성형기계( )

성형기의 사출량 사출압력 형체력은 충분한가 지정된 성형기의 금형은 정확하: , , .

게 설치될 수 있는가 즉 장치나사의 위치 로케이트 링의 지름 노즐 스프루, , , , R,

구멍의 지름 이젝터봉 구멍의 위치 크기 두께 기타, , , ,

라 기본구조( )

파팅 라인 파팅 라인의 위치는 적정한가 금형가공 성형품의 외관 끝손질 성- : . . , ,

형품을 금형의 어느 쪽에 다는가.

- 48 -

이젝션 성형품에 적당한 돌출방법이 선택되었는가 핀 플레이트 슬리이브 에- : , , , ,

어 기타 핀 슬리이브의 사용위치와 수는 적당한가. , .

온도컨트롤 가열용 히터류의 사용법 용량은 적정한가 온유 온냉수 냉각액 등- : , . , ,

이 어떠한 구조에 의해서 순환되는가 냉각용 구멍의 크기 수 위치는 적정한가. , , .

언더컷 구멍 기타 안더컷 빼내는 기구는 적당한가 사이드 코어 언더컷 핀 랙- : , . , ,

피니온 에어실린더 기타 그들의 기구는 무리없고 사고 없이 작동이 되도록 고려, . ,

되어 있는가.

런너 게이트 케이트의 선택은 적절한가 스프루 런너 크기는 적정한가 게이트- , : . , .

의 위치 크기는 적정한가.

마 조립도( )

금형의 크기는 낭비 없고 적절한 내구력을 가지고 있는가 각 부품의 배치는 적: , .

정한가 조립도는 적정한 배치로 그려져 있는가 부품의 조립위치가 명시되어 있는. .

가 필요한 부품이 빠짐없이 기입되어 있는가 표제란 기타 필요한 명세란은 기입. . ,

되어 있는가.

바 부품도( )

부품 번호가 명확하게 기입되어 있는가- .

부품 명칭은 적당한가- .

개수는 기입되어 있는가-

사내 재작 사내 제고 시판품 구입 등의 구별이 기입되어 있는가- , , .

지장이 없는 한 표준 부품이 이용되어 있는가-

시판되는 부품이 이용되도록 고려되어 있는가-

필요한 위치의 정도 끼워 넣기 기호가 기입되어 있는가- , .

도금을 할 경우의 도금자리는 기입되어 있는가- .

성형품에 있어서 특히 엄격한 정도가 요구되는 개소는 수정이 되도록 고려되어- ,

있는가.

필요 이상의 정도가 기입되어 있는 것은 없는가- .

각 부품의 기능에 알맞은 재료가 사용되고 있는가-

필요한 개소의 열처리 표면처리의 지시가 있는가- ,

형이 여러 개수로 나누어지는 것일 때 각각 번호가 표시되어 있는가-

- 49 -

사 도면 작성법( )

도면은 현장작업자에게 보기 쉽도록 걸려 있는가 도면에는 불필요한 것이 없고: . ,

필요한 것은 충분히 나타나 있는가.

아 치수( ))

현장에서는 복잡한 계산을 하지 않아도 되도록 되어 있는가 숫자는 적정한 위치: .

에 명료하고도 착오 없이 기입되어 있는가.

자 가공에 대한 고려( )

적정한 품질로서 싸고 빨리 제작할 수 있도록 충분히 고려되어 있는가.①

공작은 가능하며 또한 쉬운 것인가.②

가능한 것이어도 극도로 곤란한 것은 쉽게 설계할 수 없는가③

원 블록으로부터의 깎아내기와 끼워 넣는 방식의 가부가 검토되었는가.④

가공방법이 검토되고 그에 적응한 구조로 되어 있는가.⑤

가공 조립의 기준면은 고려되어 있는가, .⑥

특수 공정인 경우 공정지시는 적절한가.⑦

현물 맞추기의 개소는 명시되어 있는가.⑧

맞대어 보기 조정 여유의 지시는 있는가, .⑨

조립에 관해서 주의할 사항이 있으면 기입되어 있는가.⑩

조립 운반 일반작업이 편리한 위치에 적정한 크기의 후크 구멍의 지시가 있는, ,⑪

가.

조립 분해가 용이하도록 홈 빼기 구멍 공칭나사 등의 지시가 있는가 담금질, , , . ,⑫

그 밖의 가공에 의한 변형이 최소에 그치도록 고려되어 있는가.

용 핫런너 부품 설계 기술지원용 핫런너 부품 설계 기술지원용 핫런너 부품 설계 기술지원용 핫런너 부품 설계 기술지원2. Multi-Cavity Preform2. Multi-Cavity Preform2. Multi-Cavity Preform2. Multi-Cavity Preform

사출금형에서 스프루 과 런너 를 가열하여 가소화된 수지를 항상 일(Sprue) (Runner)

정한 온도(200℃~300℃ 의 용융 상태로 유지시켜 제품만 연속적으로 사출 할 수)

있도록 고안된 방법이 핫런너 이다 은 핫런너 금(Hot Runner System) . Fig. 2.3.2.1

형구조를 나타낸다.

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핫런너 금형의 구조핫런너 금형의 구조핫런너 금형의 구조핫런너 금형의 구조Fig. 2.3.2.1Fig. 2.3.2.1Fig. 2.3.2.1Fig. 2.3.2.1

◎ 핫런너 시스템을 이용할 경우 원료를 제품화 할 수 있으며 항상 신재300% , (新

만을 사용할 수 있기 때문에 이물질에 의한 불량이나 트러블이 방지된다) .材

◎ 게이트까지는 항상 수지가 용융된 상태이므로 용융된 수지는 만 충전시키cavity

면 되므로 스프루와 런너의 양만큼 사출 계량 냉각 형 개폐시간이 단축된다, , , .

◎사출 성형기의 사출압력이 직접 로 전달되므로 제품수축 내부응력에cavity , weld,

의한 변형 등의 문제가 해결되어 제품품질의 향상을 꾀할 수 있다.

◎ 또한 스프루 런너의 양만큼 사출용량 압력 형개거리 등이 작아져도 되므로 성, , ,

형기의 효율이 향상되어 기계효율 증대를 이룰 수 있다 사출압력이 감소되어 금형.

내에서 받는 압력이 줄어들고 특히 대형의 삼단금형은 을 적, Hot Runner System

용할 경우 단 금형으로 할 수 있으므로 단 금형에서 발생 될 수 있는 을2 3 Trouble

방지할 수 있다 따라서 금형수명의 연장을 이룰 수 있다. .

- 51 -

◎ 하지만 결점으로는 구조가 복잡하다 온도컨트롤에 필요한 온도감지장치 온도컨. ,

트롤 장치를 설치하여야 하고 매니폴드의 열이 금형과 성형기에 전달되지 않도록

단열시켜야 하므로 금형구조가 복잡해진다 금형비가 높아진다 히터 컨트롤 시스. . ,

템 단일구조 기타 금형비가 높아지는 요소가 많다 세심한 온도 컨트롤이 필요하, , .

다 금형의 전체 높이가 높아진다 보수가 복잡하다 매니폴더 블록과 고정형판과의. . .

열팽창 차에 주의하여야 한다 수지중에 이물질을 완전히 제거하여야 한다 색 교환. .

이 곤란한 경우가 있다.

핫런너 시스템핫런너 시스템핫런너 시스템핫런너 시스템(1) (Hot Runner)(1) (Hot Runner)(1) (Hot Runner)(1) (Hot Runner)[6][6][6][6]

기본적으로 핫런너는 스프루우 부시에 의하여 가소화 실린더와 연결된 핫매니폴드로

구성된다 핫매니폴드내의 런너 시스템은 각 노즐과 스프우루 부시를 연결시키다. .

핫매니폴드는 내측이나 또는 외측에서 가열할 수 있다 가열은 용융수지 런너 내부.

에 토피도로서 얻을 수도 있다 노즐은 항상 열려 있거나 또는 니들 밸브에 닫혀 있.

을 수도 있다 이것들은 동시에 하나 또는 세 개의 게이트를 작동시킬 수 있다. .

핫런너핫런너핫런너핫런너Fig. 2.3.2.2 Lay outFig. 2.3.2.2 Lay outFig. 2.3.2.2 Lay outFig. 2.3.2.2 Lay out

가 핫런너의 사용방법과 다가 핫런너의 사용방법과 다가 핫런너의 사용방법과 다가 핫런너의 사용방법과 다른른른른 게이게이게이게이팅팅팅팅과의 비교과의 비교과의 비교과의 비교....

금형캐비티의 중앙 게이팅 핫런너의 가장 간단한 형태는 종래의 게이팅 부시 특- :

히 대기실 핀 게이트를 가열 스프루우 부시나 가열 노즐로 대체한 것이다 이들은, .

성형품에서 바로 또는 보롱 런너에서 끝날 수도 있다 이러한 방법을 직접 또는 간.

접 혹은 조합충전이라 부른다 이것은 대기실 핀 게이트와 비교하면 다음과 같은.

잇점을 가진다 온도의 조절이 가능하여 성형수지나 사이클로부터 독립성이이 크고. ,

어느 부위라도 도달 될 수 있으므로 대형금형에도 널리 사용될 수 있으며 제품이

분리될 때 면이 깨끗하고 노즐의 설계에 따라 압력 손실이 작다, .

- 52 -

단일 캐비티 금형의 사이드 게이트 비교적 큰 제품이기 때문에 단지 단일 캐비- :

티 금형만 허용되는 경우 예를 들면 성형품의 중심에 스프루우의 자국이 허용되지,

않거나 특정한 방향성이 필요하면 사이드게이트를 사용하여야 할 경우에는 핫런너

가 수지를 금형의 중앙 즉 사출기 노즐로부터 사이드 게이트까지 안내한다 더 유, .

리한 장점은 파팅면을 통해 충전하든가 가소화 장치를 옆으로 움직일 수 있는 기계

에서만 가능하다.

다수금형 캐비티의다수금형 캐비티의다수금형 캐비티의다수금형 캐비티의 충충충충전전전전a)a)a)a)

다수 캐비티 내에서의 수지의 통로다수 캐비티 내에서의 수지의 통로다수 캐비티 내에서의 수지의 통로다수 캐비티 내에서의 수지의 통로b)b)b)b)

하나의 성형품에 다수하나의 성형품에 다수하나의 성형품에 다수하나의 성형품에 다수충충충충전전전전c)c)c)c)

다수의 캐비티 금형에서 성형품의 측다수의 캐비티 금형에서 성형품의 측다수의 캐비티 금형에서 성형품의 측다수의 캐비티 금형에서 성형품의 측면 충면 충면 충면 충전전전전d)d)d)d)

다단 금형에서 수지 통로다단 금형에서 수지 통로다단 금형에서 수지 통로다단 금형에서 수지 통로e)e)e)e)

- 53 -

다수 캐비티 금형에서의 수지 통로 핫트런러는 특히 용융수지를 파팅면 바깥쪽- :

으로 분배해야 하는 경우 한 금형안의 다수의 캐비티를 중앙에서 충전시킬 필요가,

있거나 또는 금형의 캐비티를 통해 수지를 통과 시켜야 하는 경우에 특히 많이 사

용한다 상대적으로 취출이 어렵고 비교적 복잡한 반경 방향 런너 시스템을 가진. 3

단 금형과 비교하여 중요한 점은 수지의 절약과 분쇄하는 비용을 절감 할 수 있다

는 것이다 핫런너의 또 다른 장점은 압력강하가 낮고 압력 전달 시간이 길며 사이.

클 시간이 짧다는 것이다.

성형품의 다수충전 긴 유로와 살두께의 비를 가긴 성형품과 안전한 살두께를 얻- :

고 균일한 금형충전을 얻기 위해 대형제품은 다수 게이트를 요한다 즉 금형의 파, .

팅면에서 용융수지는 또 다시 성형품을 통과하여야 한다 이것은 예컨데 라디오 캐.

비니트의 스피커 구멍의 경우이다.

다수캐비티 금형에서 금형캐비티의 측면 충전 이런 종류은 핫런너는 성형기의- :

체결력을 실링하는 힘으로 사용할 수 없으므로 실링이 매우 곤란하므로 자주 사용

되지 않는다 취출시 게이트 플래시가 간섭을 일으키므로 문제가 일어나지 않는 다.

른 게이팅 방법이 사용된다 대부분의 경우에 금형의 파팅면에서 고화 런너를 통한.

측면 게이트나 터널게이트를 사용 할 수 있다.

특수한 경우 가열된 런너에서 용융수지의 운반에는 여러 가지 유로를 선택할 수- :

가 있다 예를 들면 용융수지를 이젝터쪽이나 금형외부에서 캐비티쪽으로 안내할.

수도 있다.

나나나나 경경경경제성제성제성제성....

종래의 게이팅 방법 흔히 단금형 대신에 핫트런너를 사용하는 결정은 궁극적으로- ( 3 )

는 경제성 관점에서 고찰되어야 한다 장점과 단점을 이 표기 하였다. Table 2.3.2.1 .

또한 생산비용을 보통 런너 금형과 핫런너 금형 자동생산에서 비교 계산한 결과-

를 에 나타내었다 핫런너의 경우에는 투영된 런너의 표면을 계산되Table 2.3.2.2 .

지 않기 때문에 소형기계를 사용할 수 있고 시간당 기계비용도 낮다 생산임금에.

대한 중요한 요인은 보통 런너의 경우 한사람이 동시에 두 대의 기계를 관리 할 수

있다는 것이다 여기서 관리의 의미는 기계를 감시하고 재료를 호퍼에 충전하고 성.

형품과 런너를 취출하고 분쇄하는 것 등이다.

- 54 -

핫트런너의 장점은 한 사람이 동시에 대의 기계를 관리 즉 감시하고 재료를 충- 5

전하고 성형품을 취출할 수 있다는 것이다 비교조건을 일치시키기 위해 핫런너 시.

스템을 가진 금형과 자동이 아닌 보통 런너를 비교하는 것은 의도적으로 피했다.

금형의 제작 비용은 핫런너 방식이 더 높다 이것은 주로 블록 히터 열전대 조절기.

등과 같은 추가 부품 그러나 다른 금형에도 사용할 수 있다 때문이며 이로서 노즐( .)

쪽 온도제어를 개선 할 수 있다 사이클 타임은 핫트런너의 경우가 보통 짧으나 양.

쪽 금형에서 모든 같은 것으로 가정한다.

핫런너의 장단점핫런너의 장단점핫런너의 장단점핫런너의 장단점Table 2.3.2.1Table 2.3.2.1Table 2.3.2.1Table 2.3.2.1

장 점 단 점

스프루우 재료의 절감 스프루우 재처리/○

비용 절감작업개시 시 스크랩 비중이 높음○

사이클 타임 단축 반경방향 런너 취출:○

시간 불필요 스프루우가 천천히 고화됨에,

따른 냉각시 시간 영향 없음 노즐 분리 필.

요 없음

작업이 어려워 우수한 작업자 필요○

소형기계사용 가능 런너가 금형을 열려:○

고 하는 힘을 발생시키지 않음 런너의 체적.

만큼 사출량 감소 단금형 보다 여는 스트, 3

로크 짧음

고장이 잦음 예컨대 누설 히터 손상 추,○

가 장비 필요 다른 금형에도 사용할 수 있(

으나 히터 온도 조절기 온도센서 필요, , )

공정상 잇점 게이트 선정 폭이 넓음 런: .○

너직경이 고화 스프루우의 플라스틱 코어보

다 크므로 압력손실이 작음 고화시간이 포,

함되지 않음 가압시간이 길어짐 온도제어. ,

로 다수의 캐비티 금형에서 각 캐비티 충전

이 균형을 이룸

공정단 단점 열적 손상 불균일한 수지: ,○

온도 따라서 충전 불균일 고화된 게이트의

압력제어 작용 불가

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단금형과 핫트런너 금형의 생산비의 비교계산단금형과 핫트런너 금형의 생산비의 비교계산단금형과 핫트런너 금형의 생산비의 비교계산단금형과 핫트런너 금형의 생산비의 비교계산Table 2.3.2.2 3Table 2.3.2.2 3Table 2.3.2.2 3Table 2.3.2.2 3[6][6][6][6]

- 56 -

다 핫런너의 설계다 핫런너의 설계다 핫런너의 설계다 핫런너의 설계....[7][7][7][7]

핫런너 금형을 설계할 경우 핫 노즐부를 포함한 전부를 자사에서 설계 제작하는- ,

경우와 시판되는 핫런너 시스템을 사용하여 금형 설계하는 경우가 있다 또한 후자, .

의 경우에도 핫 노즐부 만을 구입하고 그 밖에 것을 자사에서 설계 제작하는 것으,

로부터 캐비티부를 제외한 고정측 전체를 핫 런너 시스템 메이커에 의로하는 경우,

까지 여러 가지 경우가 발생할 수 있다 본 지원사업에서는 핫 노즐 부만을 구입하.

고 매니폴드부를 주체로 하는 고정측 금형을 자사에서 설계제작 하는 경우를 상정,

하여 핫런너 설계에서의 일반적인 주의점 설계상 포인트를 살펴보기로 하겠다, .

시스템의 선정①

↓↓↓↓

게이트의 절단성②

↓↓↓↓

열팽창 대응③

↓↓↓↓

온도제어④

↓↓↓↓

수지의 체류⑤

↓↓↓↓

단열구조⑥

시스템의 선정①

시판되는 핫런너 시스템을 선정할 경우 가격이나 서비스 체제 등 기술 이외의- ,

인자도 중요 하지만 기술적 평가에 관해서는 가열방식이나 게이트 실링 방식의 특,

징을 토대로 하고 이하 여러 가지 항목을 체크하여야 한다, .

성형재료와 적성 성형재료에는 핫런너화 하기 쉬운 재료와 하기 어려운 재료가- : ,

있다 일반적으로 성형 가능한 온도역이 광범위하고 열안정성이 높은 수지는 핫런. ,

너화 하기 쉽고 그 반대의 경우는 핫런너화 하기가 어렵다 시스템, (Table 2.3.2.3).

에 따라서는 재료의 종류에 대응한 핫칩을 정비하고 있는 메이커도 있으므로 시스

템 선정시에 충분한 검토가 필요하다.

- 57 -

성형재성형재성형재성형재료료료료와 핫 런너화의와 핫 런너화의와 핫 런너화의와 핫 런너화의 난난난난이도이도이도이도Table 2.3.2.3Table 2.3.2.3Table 2.3.2.3Table 2.3.2.3

핫런너화 난이도 수지명 이 유

용이한 수지PE, PP, PS

ABS

성형 가능한 온도역이 광범위하고 열안정성,

이 높다.

약간 용이한 수지 PMMA,SAN(AS)열안정성이 약간 나쁘고 체류에 의한 그을음,

등이 눈에 띄기 쉽다.

약간 어려운 수지

POM, PBT 열안정성이 나쁘다.

변성 PPE, PC 성형온도가 높고 형온과의 차가 크다, .

PA, PET 게이트부의 고화가 빠르다.

어려운 수지

경질 PVC, LCP 열안정성이 나쁘다.

PPS, PEEK 성형온도가 높고 게이트부의 고화가 빠르다, .

PES, PEI 성형온도가 높고 형온과의 차가 크다, .

게이트의 절단성②

오픈 게이트 보다 런너 게이트 쪽이 게이트 절단성이 좋고 오픈 게이트도 상시- ,

가열타입보다 성형기의 사출 타이밍과 동기시켜 주기 간헐 가열하는 타입이 게이( )

트 절단성이 좋다.

열팽창 대응③

핫런너의 매니폴드와 금형온도가 다르고 이 온도차 및 게이트 피치가 커질수록- ,

열팽창차가 커져 게이트 중심과 매니폴드 유로 중심의 중심 차이량이 커진다 이러, .

한 중심 차이에 대하여 어떤 구조로 이것을 흡수할지를 체크 하여야 한다 일반적.

으로 매니폴드와 핫노즐의 접속부에서 이 열팽창차를 흡수하는 구조, (Fig. 2.3.2.3)

가 많다 이 경우에도 접속부에서의 수지 누설 방지 대책이 어떻게 강구되고 있는.

지를 체크한다.

열열열열팽창팽창팽창팽창차차차차 흡흡흡흡수구조의 예수구조의 예수구조의 예수구조의 예 카카카카탈로탈로탈로탈로그그그그Fig. 2.3.2.3 (Husky )Fig. 2.3.2.3 (Husky )Fig. 2.3.2.3 (Husky )Fig. 2.3.2.3 (Husky )

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일반적으로 매니폴더 블록의 열팽창에 관해 주의 사항은 다음 가지가 있다 즉- 2 . ,

매니폴더 블록의 길이 방향의 열팽창과 매니폴더 블록의 두께방향의 열팽창이다.

모두다 형판과의 온도차가 문제가 된다 길이 방향의 열팽창에 의해 발생하는 문제.

중 중요한 것으로 금형 게이트 중심과 매니폴더 블록 노즐 중심과의 어긋남이 있

고 그 대책은 금형구조에 의해 차이가 있다 매니폴더 블록과 노즐 배면과의 사이, .

에서 미끄럼을 발생시키는 방법으로 에 표시한 것과 같은 경우 상온시Fig. 2.3.2.4 ,

금형게이트와 노즐 중심과는 완전히 일치한 상태로 제작된다 스텐리스 링에 의해. O

노즐 배면과 매니폴더 사이에 수지흐름이 방지된다 이 경우 노즐이 완전히 형판측.

에 놀지 않고 감합되어 있어야 한다 감합상태가 나쁘면 매니폴더 블록의 미끄러지.

는 힘에 의해 노즐이 쓰러지게 되고 수지가 새어 나오는 원인이 된다.

고정고정고정고정식식식식 노즐 예노즐 예노즐 예노즐 예Fig. 2.3.2.4Fig. 2.3.2.4Fig. 2.3.2.4Fig. 2.3.2.4

상온시에는 노즐중심과 게이트 중심은 벗어나게 해 놓고 연속성형시 노즐 중심과-

게이트 중심이 완전히 일치하도록 하는 방법으로 에 표시한 것과 같Fig. 2.3.2.5~7

이 노즐을 매니폴더 블록에 고정하는 경우 채용되는 방법이다 이 경우에는 매니폴.

도 블록과 형판과의 열팽창 차만큼 매니폴더 블록의 노즐 중심거리를 짧게 해 놓는

것이 필요하다 설계식은 다음과 같다. .

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매매매매니폴니폴니폴니폴더더더더 구구구구멍피치멍피치멍피치멍피치와 게이트와 게이트와 게이트와 게이트 피치피치피치피치와의 관계와의 관계와의 관계와의 관계Fig. 2.3.2.5Fig. 2.3.2.5Fig. 2.3.2.5Fig. 2.3.2.5

온도차에 의한 중온도차에 의한 중온도차에 의한 중온도차에 의한 중심심심심Fig. 2.3.2.6Fig. 2.3.2.6Fig. 2.3.2.6Fig. 2.3.2.6

벗벗벗벗어어어어남남남남에 대한 대책에 대한 대책에 대한 대책에 대한 대책

노즐과 스프노즐과 스프노즐과 스프노즐과 스프루루루루 부시부시부시부시Fig. 2.3.2.7Fig. 2.3.2.7Fig. 2.3.2.7Fig. 2.3.2.7

여기서

l2 상온시 매니폴도 블록 노즐중심과 중심내기 원반심과의 거리: :

l2 상온시 형판게이트중심과 중심내기 일반 중심과의 거리:

매니폴더블록재질의 열팽창계수 참조a1 : (Table 2.3.2.4 )

형판재질의 선팽창 계수a2 :

성형시 매니폴더 블록의 온도T1 :

성형시 형판의 온도T2 :

- 60 -

열열열열팽창팽창팽창팽창 계수계수계수계수Table 2.3.2.4 (Table 2.3.2.4 (Table 2.3.2.4 (Table 2.3.2.4 (××××10101010-6-6-6-6//// ))))℃℃℃℃

온도제어 및 가열시스템④

요구품질이 그다지 엄격하지 않고 열안정성이 높은 등의 범용수지- , PE, PP, PS

제품에서는 간단한 오픈 루프의 전압 수동조정 슬라이덕 방식의 온도 콘트롤러도( )

성형가능하다 그러나 엔지니어링 플라스틱계의 재료를 핫 런너로 성형하는 경우는. ,

정밀한 온도제어가 필요해진다 온도 콘트롤러는 각 사 모두 비례 적분미분. PID ( )

제어방식이 일반적이라서 우열을 가리기 어려워졌다 최근에는 게다가 제어정, . PID

수를 자동 선택하는 오토튜닝 방식을 채용한 시스템도 있기 때문에 정밀한 온도컨

트롤이 가능할 뿐만 아니라 간편한 취급성도 하나의 평가 척도로 보면 좋다, .

핫 런너 금형에서 가열방식은 현재 여러 가지 명칭으로 판매되고 있다- . INCOE

시스템 런너리스 시스템 런너리스 시스템 등이 있다 은, Dupont , DME . Fig. 2.3.2.8

시스템으로 핫 팀 부싱 종 단면도이며 는 핫 립 부싱의INCOE , Fig. 2.3.2.9 INCOE

부품을 나타낸다 가소화된 수지는 성형기 노즐 접촉부 또는 샹크 입구로 들어가.

가열된 토피드의 주위를 통해 최후 게이트로부터 금형캐비티에 사출된다. Fig.

은 매니폴더 구조를 나타낸다2.3.2.10 INCOE .

- 61 -

핫핫핫핫 팁팁팁팁 부부부부싱싱싱싱 종 단종 단종 단종 단면면면면도도도도Fig. 2.3.2.3 INCOEFig. 2.3.2.3 INCOEFig. 2.3.2.3 INCOEFig. 2.3.2.3 INCOE 핫핫핫핫 팁팁팁팁 부부부부싱싱싱싱의 부품의 부품의 부품의 부품Fig. 2.3.2.9 INCOEFig. 2.3.2.9 INCOEFig. 2.3.2.9 INCOEFig. 2.3.2.9 INCOE

매매매매니폴니폴니폴니폴드드드드Fig. 2.3.2.10 INCOEFig. 2.3.2.10 INCOEFig. 2.3.2.10 INCOEFig. 2.3.2.10 INCOE

은 런너리스 시스템을 나타낸다 이 시스템은 아세탈 나일- Fig. 2.3.2.11 Dupont . ,

론등 엔지니어링 플라스틱용으로 개발된 것이다 런너는 보조적으로 카트리지히터.

에 의해 가열되는데 카트리지히터는 런너 부시에 삽입하였다 폐쇄 프로브는 내부.

가열되고 있지만 코흘림 문제가 없으므로 성형가능 온도 유지만 하면 되고 온도 컨

트롤은 단순하다 폐쇄 프로브는 스프링에 의해 밀리고 런너 중의 수지압이 높으면.

프로브 전면에 작용하는 수지압에 의해 위로 올라가 게이트가 열린다. Fig.

는 히트 파이프 스프루 부싱 구조를 나타낸다2.3.2.12 Kenico co. “Hot shot” .

- 62 -

런너리스 시스템런너리스 시스템런너리스 시스템런너리스 시스템Fig. 2.3.2.11 DupontFig. 2.3.2.11 DupontFig. 2.3.2.11 DupontFig. 2.3.2.11 Dupont

히히히히트트트트 파파파파이프 스프이프 스프이프 스프이프 스프루루루루 부부부부싱싱싱싱Fig. 2.3.2.12 Kenico co.Fig. 2.3.2.12 Kenico co.Fig. 2.3.2.12 Kenico co.Fig. 2.3.2.12 Kenico co. """"Hot shotHot shotHot shotHot shot""""

히트 파이프는 중관으로 상부의 밴드 히터의 열을 노즐 첨단까지 전달한다 밴- 2 .

드 히터는 알루미늄 슬리브에 부착되고 열 확산을 좋게 하여 밴드 히터 수명 연장

을 도모하였다.

- 63 -

런너리스 몰런너리스 몰런너리스 몰런너리스 몰드드드드 시스템시스템시스템시스템Fig. 2.3.2.13 DMEFig. 2.3.2.13 DMEFig. 2.3.2.13 DMEFig. 2.3.2.13 DME

은 런너리스 몰드 시스템 단면을 나타낸다 이 시스템 구성은- Fig. 2.3.2.13 DME .

디스트리뷰터 시스템과 컨트롤 시스템으로 되어 있다 디스트리뷰터 시스템은 프로.

브 밸브 게이트 방식 개방 게이트 방식 디스리뷰터 블록 디스리뷰터 튜브 서모( , ) , ,

카를 카트리지 히터 노즐 로게터로 구성되었고 컨트롤 시스템은 컨트럴모듈 프, , , ,

레임 도선 유닛 등으로 구성되어 있다, .

수지의 체류⑤

성형기 노즐로부터 사출된 용융수지는 장애물이 없는 원활한 유로로 게이트에- ,

도발하는 핫런너가 이상적이다 내부가열 방식은 구조적으로 수지에 의한 단열층을.

가지기 때문에 유동층과의 경계부에 체류가 발생하기 쉬운 결점을 가진다 외부 가.

열 방식의 직접 가열 시스템은 사기 이상에 가까운 방식이라고 할 수 있다.

단열구조⑥

오픈 게이트방식을 전제로 한 경우 융점이 불명확하고 게이트부의 고화가 느린- ,

비성상 수지는 실늘어짐 이나 흐름 방지 관점에서 핫칩부를 비교적 고온으로“ ” “ ”

유지하는 단열구조가 필요하다.

- 64 -

마마마마 구조설계구조설계구조설계구조설계....

플레이트 구성 핫런너 금형에서의 고정측 플레이트는 고정측 설치판 매니폴드- : , ,

스페이서 블록 고정측 받침판 고정측형판 구성이 되는 것이 일반적이다 고정측, , .

받침판을 없애고 고정측 형판에 캐비티를 직접 조각한 구조도 보이지만 매니폴드, ,

와 캐비티와의 단열이 안좋아지고 최악의 경우는 캐비티를 파손시킬 위험이 있으,

므로 피하여야 한다 조각 깊이를 정밀하게 가공할 수 있는 경우는 스페이서 블록.

과 고정측 받침판 또는 고정측 설치판을 일체화한 매니폴드 박스 플레이트로 하여

야 한다 말이 필요없이 일체화 하는 것으로 금형의 강성이 크게. (Fig. 2.3.2.14)

향상한다 또한 이들 매니폴드를 둘러싼 플레이트류는 전부 냉각회로를 마련하는.

것이 기본이다.

고정에고정에고정에고정에 받침판받침판받침판받침판 조각에 의한 고강성화의 예조각에 의한 고강성화의 예조각에 의한 고강성화의 예조각에 의한 고강성화의 예Fig 2.3.2.14Fig 2.3.2.14Fig 2.3.2.14Fig 2.3.2.14

카카카카탈로탈로탈로탈로그그그그(MOLDMASTERS )(MOLDMASTERS )(MOLDMASTERS )(MOLDMASTERS )

매니폴드①

매니폴드 설계의 기본a.

매니폴드는 사출된 수지의 온도를 떨어뜨리지 않고 또한 압력손실을 될 수 있는,

한 작게 각각의 핫 노즐에 분배하기 위한 분기로이다 이 유로의 레이아웃 설계에, .

서의 기본은 용융수지가 각 핫 노즐까지 동시 도달하는 것이고 또한 형상 설계에,

서의 기본은 분기점이나 굴곡점에서의 체류가 없는 원활한 유로로 하는 것이다 따, .

라서 최근에 다수개 캐비티 핫 런너금형에서는 층구조의 매니폴드도 신기하지가2

않다.

- 65 -

원원원원활활활활한한한한 유유유유로로 만로로 만로로 만로로 만든 매든 매든 매든 매니폴니폴니폴니폴드드드드 설계의 예설계의 예설계의 예설계의 예Fig. 2.3.2.15Fig. 2.3.2.15Fig. 2.3.2.15Fig. 2.3.2.15

카카카카탈로탈로탈로탈로그그그그(MOLDMASTERS )(MOLDMASTERS )(MOLDMASTERS )(MOLDMASTERS )

유로지름b.

유로지름은 금형 크기나 사출량에 따라 ø 4 - ø 의 사이에서 결정되지만 결정하16 ,

기위한 주된 요소는 부품성형에 필요로 하는 회의 사출량 압력손실과 체류시간이1 ,

다 압력손실의 정확한 부분은 에 의한 것 말고는 시스템에 따라서는 매니폴드. CAE

의 크기마다 표준화 되어 있기 때문에 참고로 하면 좋다 또한 열안정성이 좋지 않.

은 등의 경우는 압력손실을 감안하면서 매니폴드 내의 체류하는 시간을 될POM ,

수 있는 한 짧게 하는 유로 지름으로 하여야 한다 런너직경 은 다음 식으로 계. (R)

산한다.

여기서

런너길이L : (cm)

사출률Q : (cm3/sec)

런너직경R : (cm)

- 66 -

회의 사출용량V : 1 (cm2)

압력차Jp : (kg/cm2)

사출시간t : (sec)

전단속도r :

외관점도u : (kg, sec/cm2)

열안정성이 나쁜 수지에 대해서는

위식을 만족하게 을 조절하여야 한다R .

매니폴드 형상c.

매니폴드의 형상을 결정하는 큰 펙터로서 히터의 종류가 있다 막대상의 카트리지

히터는 염가이고 유지보수성도 좋지만 게이트 점수가 점 이상이 되면 상대거리가, 4

일정해지지 않기 때문에 유로의 균일 가열이 균일해지고 매니폴드의 형상도 유로에

따른 필요 최소한의 크기로 할 수 있다.

X TypeX TypeX TypeX Type

(a)(a)(a)(a)

H TypeH TypeH TypeH Type

(b)(b)(b)(b)

Plate TypePlate TypePlate TypePlate Type

(c)(c)(c)(c)

Y TypeY TypeY TypeY Type

(d)(d)(d)(d)

2 Level Ty2 Level Ty2 Level Ty2 Level Ty

(e)(e)(e)(e)

I TypeI TypeI TypeI Type

(f)(f)(f)(f)

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점 단점 단점 단점 단1 , 1 MANIFOLD1 , 1 MANIFOLD1 , 1 MANIFOLD1 , 1 MANIFOLD 점 단점 단점 단점 단15 , 1 MANIFOLD15 , 1 MANIFOLD15 , 1 MANIFOLD15 , 1 MANIFOLD

점 단점 단점 단점 단6 , 1 MANIFOLD6 , 1 MANIFOLD6 , 1 MANIFOLD6 , 1 MANIFOLD 점 단점 단점 단점 단24 , 1 MANIFOLD24 , 1 MANIFOLD24 , 1 MANIFOLD24 , 1 MANIFOLD

점 단점 단점 단점 단6 , 2 MANIFOLD6 , 2 MANIFOLD6 , 2 MANIFOLD6 , 2 MANIFOLD 점 단점 단점 단점 단11 , 2 MANIFOLD11 , 2 MANIFOLD11 , 2 MANIFOLD11 , 2 MANIFOLD

여여여여러러러러 가지가지가지가지 매매매매니폴니폴니폴니폴드드드드 형상 및 상용제품 예형상 및 상용제품 예형상 및 상용제품 예형상 및 상용제품 예Fig. 2.3.2.16Fig. 2.3.2.16Fig. 2.3.2.16Fig. 2.3.2.16[8][8][8][8]

- 68 -

매니폴드의 고정방법d.

매니폴드의 고정 방법으로는 고정측 받침판에 볼트 조임 하는 방법과 노즐 하우징

이나 받침패드를 끼우고 고정측 받침판과 고정측 설치판 사이에 끼우는 방법이 있

다 고정측 받침판에 볼트조임 하는 방법이 구조적으로 간단하지만 볼트 조임분만.

큼 매니폴드의 평면 사이즈가 커지는 경우가 있다 또한 고정측 받침판과 고정측. ,

설치판 사이에 끼우는 방법일 경우는 열팽창 계산을 정확하게 하며 열팽창시의 방“

해 를 적정히 설정하지 않으면 수지누설이나 받침 패드에 의한 고정(interference)” ,

측 설치판 오목한 부분에 어떤 불량이 발생한다.

매니폴드 위치결정e.

매니폴드의 위치 결정은 고정측 받침판의 노즐 터치력을 받는 금형중심 위치에 노

크핀과 링 모양 받침패드 또는 전용 로케이터로 센터하고 장수 방향의 중심선상에,

회전 브레이크를 위한 녹핀 을 설치하는 것이 일반적이다 또 이 회전(Knock Pin) . ,

브레이크 때문에 매니폴드로 밝혀진 녹핀 구멍은 열팽창을 고려하여 길다란 구멍으

로 한다.

매니폴드가열f.

너무 큰 히터를 사용할 수 없는 경우도 있다 소정의 시간으로 소요수지온도까지.

상승시키는데 필요한 열량을 단열 등에 의해 열효과를 상승시켜 가능한 작게 하는

것이 중요하다 다음 식은 소요전력 계산식을 나타낸다. .

여기서

소요전력P : (KW)

소요 매니폴더 블록의 온도 온도의 기점은 로 한다t : ( ), O .℃ ℃

매니폴더 블록의 중량W : (kg)

에서 까지 되는 상승시간T : O t (hr)℃ ℃

η 효율 히터의 밀착도 단열상태에 따라 변화고 시간으로 할 때 이: ( , T=1 O2~O.3

실제적이다 강의 비열). =0.115 (kcal/kg )℃

- 69 -

매니폴더 중량을 상승시간 으로 하면W=1kg, T=1hr

으로 된다 은 위식을 노모그래프 시킨 것이며 매니폴더 당 소요전. Fig. 2.3.2.17 1kg

력 이 구해진다(W) .

히히히히터용량산출 노모터용량산출 노모터용량산출 노모터용량산출 노모그래그래그래그래프 강제프 강제프 강제프 강제 매매매매니폴니폴니폴니폴더더더더Fig. 2.3.2.17 ( )Fig. 2.3.2.17 ( )Fig. 2.3.2.17 ( )Fig. 2.3.2.17 ( )

스풀 부시②

핫런너 금형의 스풀부시는 매니폴드에 설치된다 볼트에 따라 설치하는 방법도 있.

지만 직접 밀어 넣는 방법이 일방적이다 스풀부시의 노즐 터치부는 크게 나누어.

콜드 런너 금형과 같은 노즐 대응 타입과 핫런너 부의 잔류 수지압을 뽑을 목적R

의 실린더 노즐 대응 타입으로 나누어진다 노즐 대응 타입의 경우는 성형기의. R ,

색백기능에 의해서 핫런너부의 잔류 수지압을 뽑게 되고 사용하는 핫 런너 시스템,

이나 성형재료 성형기의 사양 등으로부터의 전열로 승온 시키기 때문에 일반적으,

로 히터를 설치할 수는 없지만 목표로서 이상의 길이가 될 경우는 외주부, 30mm

에 밴드 히터를 설치하는 편이 좋다.

- 70 -

실린더실린더실린더실린더 노즐 대응 스노즐 대응 스노즐 대응 스노즐 대응 스풀풀풀풀부시 사용의 예 미부시 사용의 예 미부시 사용의 예 미부시 사용의 예 미쓰쓰쓰쓰비시비시비시비시Fig. 2.3.2.18 ( material Catalog)Fig. 2.3.2.18 ( material Catalog)Fig. 2.3.2.18 ( material Catalog)Fig. 2.3.2.18 ( material Catalog)

밸브게이트③

는 핫 런너 금형에 사용되는 스프링에 의해 작동되는 밸브 게이트 금Fig. 2.3.2.19

형설계를 표시한다 니들 는 스프링 에 의해 가이드 부시 내를 슬라이딩한다. (c) (g) .

가이드 부시내의 홈을 파 조립된 유출 파이프 로부터 모인 수지는 금형 밖으로(h)

유출한다 압축실린더로 노즐에 대한 수지압을 받고 의 체결 여유. (a) 0.05~0.02mm

를 준다 는 막히는 것을 방지하는 링을 는 동으로 만든 노즐을 표시한다. (b) , (d) .

은 니이들의 작동을 유압실린더에 의해 행하여지는 유압실린더 방식Fig. 2.3.2.20

밸브 게이트를 나타낸다.

스프링스프링스프링스프링식 벨식 벨식 벨식 벨브게이트브게이트브게이트브게이트Fig. 2.3.2.19Fig. 2.3.2.19Fig. 2.3.2.19Fig. 2.3.2.19

- 71 -

유압실린더 벨유압실린더 벨유압실린더 벨유압실린더 벨브게이트브게이트브게이트브게이트Fig. 2.3.2.20Fig. 2.3.2.20Fig. 2.3.2.20Fig. 2.3.2.20

핫런너용핫런너용핫런너용핫런너용 벨벨벨벨브게이트 노즐브게이트 노즐브게이트 노즐브게이트 노즐Fig. 2.3.2.21Fig. 2.3.2.21Fig. 2.3.2.21Fig. 2.3.2.21

밸브게이트의 특징으로는 수지가 처음부터 압축되어 있으므로 압력이 일때의 수지0

량은 보통성형법 보다 많고 동일한 크기의 사출기의 성형용적이 크게 된다 수지가.

처음부터 압축되어 있으므로 밸브가 열렸을 때의 용융수지의 팽창이 매우 빠르므로

고속사출이 되고 금형 충전까지의 수지온도 저하가 적고 웰드라인은 최소로 된다.

수지온도가 낮아도 좋으므로 실린더 중에 과가열에 의해 수지열화 기회가 작다 성.

형품의 물성 특히 저충격성이 개량된다 응력과 변형이 작아 성형품에 뒤틀리는 불.

량현상을 감소시킬 수 있다 내부응력이 작기 때문에 게이트 주변에 발생하는 약점. ,

스프루 주변의 크랙은 거의 없게 된다 성형온도가 낮아도 좋으므로 성형사이클을.

단축할 수 있고 고속사출을 할 수 있다 수지 코흘림을 방지되므로 대부분의 수지, .

를 핀 게이트로 할 수 있다 게이트 밸런스가 취해진다 은 핫런너용. . Fig. 2.3.2.21

밸브게이트 노즐 구성과 단면을 나타낸다.

- 72 -

핫런너에서 일본의 차별화 기술④

핫런너는 일본에 비하여 구미쪽이 훨씬 보급되어 있지만 일본에선 개발된 시스템,

도 있다 세기의 스피아나 는 오래전부터 실적이 있는 일본산 시스템이다 본. TGK .

지원사업에서는 비교적 독특한 십왕의 시스템과 간편한 명성의 미니런너를 소614

개한다.

▶ 십왕 시스템 소개614 ◀

◎ 특징 밥솥처럼 고주파 유도전류에 의해서 매니폴드나 핫 노즐부를 직접 발: IH

열시키는 외부가열 오픈 게이트 방식 핫런너이다 유로에 장애물이 없기 때문에 체, .

류 걱정이 없고 또한 열 응답성이 대단히 좋기 때문에 게이트부를 간헐 가열하는,

것으로 지름이 큰 게이트라도 실 늘어짐 따위가 잘 생기지 않는 이점이 있다 단“ ” .

게이트마다 충전량을 조정하는 것이 어렵기 때문에 게이트 점수가 많은 다수개 캐

비티 성형에 대한 적용에 한도가 있고 또한 값비싼 고주파 발생장치를 필요로 하,

는 문제도 있다.

◎ 용도 오픈 게이트 방식이라서 밸브 게이트를 필요로 하는 게이트 흔적이 눈에:

띄지 않는 외관부품용은 아니지만 범용 엔지니어링 플라스틱이나 수퍼 엔지니어링,

플라스틱 뿐만이 아니라 프라마그나 등 특수한 성형재료에도 대응 할 수 있. , MIM

기 때문에 정밀기구 부품에 대한 용도에 이용되고 있다 또한 오픈게이트 방식이라, .

도 게이트 절단성이 좋기 때문에 지름이 큰 게이트를 사용할 수 있어 충전성의 장, ,

점을 살린 대형 성형품에 적용이나 저압성형에 의한 저 캠버 저 왜곡 성형에 대한,

적응을 검토하면 좋다.

▶ 명성 미니런너 소개 ◀

◎ 특징 안전한 런너레스 금형이 아니라 작은 콜드런너를 가진 세미 핫런너이다: , .

- 73 -

핫 노즐부에 히터 등의 가열기구는 없지만 열전도성이 좋은 동합금을 사용하므로,

써 매니폴드의 열을 노즐 선단부 까지 전달하는 구조로 되어 있다 따라서 길다란. ,

핫 노즐이 필요한 깊은 성형품에는 대응 할 수 없지만 원래 작은 스풀을 가진 시,

스템이기 때문에 스풀을 길게 하면 대응 할 수도 있다 또한 구조상 게이트 발란스.

의 미세조정은 불가능 하지만 미니 런너가 일종의 밸런스 완충부로 되어 있기 때문

이 다수개 캐비터 성형에도 대응이 가능하다.

◎ 용도 구조가 간단하고 가격도 싸고 전용 온도 콘트롤러를 필요로 하지 않기 때: ,

문에 핫런너 금형 설계제작이나 사용경험이 없더라도 히터를 사용한 콜드런너의 감

각으로 손쉽게 도입 할 수 있다 따라서 핀포인트 게이트로 몇 점의 서브 런너에.

게이트를 떨어뜨리는 단 게이트의 금형은 이 세미 핫런너를 사용하는 금형으로2 ,

개조하면 확실히 큰 상이클 단축 효과를 기대 할 수 있다 또한 다수개 캐비티의. ,

소품 부품으로 미니 런너를 재생 사용할 수 있는 제품이나 직접 제품 표면에 게이,

트 흔적을 남기지 않는 사이드 게이트나 서브마린 게이트가 요구되는 제품에는 이,

방식이 대응하고 있다.

전차전차전차전차유유유유도 가열핫노즐 원리도와도 가열핫노즐 원리도와도 가열핫노즐 원리도와도 가열핫노즐 원리도와 매매매매니폴니폴니폴니폴드드드드 외관의 예외관의 예외관의 예외관의 예 십왕 카달십왕 카달십왕 카달십왕 카달로로로로그그그그Fig. 2.3.2.22 ( )Fig. 2.3.2.22 ( )Fig. 2.3.2.22 ( )Fig. 2.3.2.22 ( )

세미 핫런너의 예세미 핫런너의 예세미 핫런너의 예세미 핫런너의 예 명명명명성금성금성금성금속속속속공업소공업소공업소공업소 카달카달카달카달로로로로그그그그Fig. 2.3.2.23 ( )Fig. 2.3.2.23 ( )Fig. 2.3.2.23 ( )Fig. 2.3.2.23 ( )

- 74 -

핫런너 부품 제작 기술핫런너 부품 제작 기술핫런너 부품 제작 기술핫런너 부품 제작 기술(2)(2)(2)(2)

가 핫런너 부품가 핫런너 부품가 핫런너 부품가 핫런너 부품....

핫핫핫핫러러러러너 부품의너 부품의너 부품의너 부품의 명칭명칭명칭명칭Fig.2.3.2.24 (Fig.2.3.2.24 (Fig.2.3.2.24 (Fig.2.3.2.24 (www.hotsys.co.krwww.hotsys.co.krwww.hotsys.co.krwww.hotsys.co.kr))))

수지 역류 홈 설치ⓑ

의 작동이 원활- PIN

시 방지- VALVE PIN SHUT-OFF HIGH GATE

성형시 안정성 확보-

중 구조 특허2 PIN GUIDE (HOT-SYS )ⓒ

가 아주 미려한 제품 생산- GATE-MARK

금형의 수명의 장수명-

특수 구조의 방식PIN GUIDEⓓ

이 필요없는 구조- O-RING SEALING

특수 구조의 유로구조ⓔ

을 중심으로 한 전주방향 수지유입 유로구조- PIN

잔류 및 체류수지가 없는 구조-

수지흐름 고속 의 관성력을 상쇄하여 제품표면에 미세 형성을 억- ( ) , WELD LINE

제(FLOW MARK)

유로의 특징MANIFOLDⓕ

유로방향의 변경부는 체류 수지가 없는 구조로 설계-

- 75 -

최적의- HEATING BALANCE

최적의 압력 설계 및 최적의 압력 설계- LOSS BALANCE

금형 가공 및 조립성 우수HOT-RUNNER SYSTEMⓖ

전선 도피홈이 필요 없는 구조-

조립시 배선 방향을 자유롭게 할 수 있는 편리성-

편유로 방식에서는 필요한 회전방지 가 필요없음- Key

안착부가 면상에 있으므로 정밀도 및 가공성 확보- NOZZLE PLATE

HEATER & SENSORⓗ

일도 편차 이내 확보- WATT ±3%

고 열효율과 장수명 히터-

핫 런너핫 런너핫 런너핫 런너 치치치치수수수수Fig. 2.3.2.25Fig. 2.3.2.25Fig. 2.3.2.25Fig. 2.3.2.25

나 핫런너의 문제점나 핫런너의 문제점나 핫런너의 문제점나 핫런너의 문제점....

적절하지 못한 핫런너 시스템을 사용하는 경우①

적절하지 못한 핫 런너 시스템은 대개 큰 압력 손실을 초래한다 핫 런너 시스템- .

을 사용하는 경우 매우 고온에서만 다루어야 한다 이로 인해 대체로 폴리머가 디.

그레이드되며 여러 문제점이 발생된다 부분적 과열로 인해 스트리크 변색 표면, . , , ,

결함도 발생된다 성형 화합물의 분해는 디그레이드 산물에 의한 다른 부작용을 초.

래한다.

- 76 -

고려해야 할 사항②

각각의 수지에 대해 권장되는 용융액 온도와 고체화 온도 등을 사용해야 한다- .

또한 핫런너를 런너 및 노즐로부터 효과적으로 단열시켜야 한다 노즐은 자연적으.

로 균형을 이룬 런너를 사용할 수 있도록 설계해야 한다 이것이 모든 금형 캐비티.

에서 압력 손실이 일정하고 용융액 체류시간이 동일하도록 하는 유일한 방법이다.

토출 중량이 작은 경우 직접적 게이트보다 간접적 게이트가 낳은데 특히 유리- , ,

섬유 강화재료를 사용하는 경우에 그러하다 성형 화합물에 적용되는 열을 관리하.

기 쉽도록 노즐당 재료 처리량을 증가시킨다 핫 런너 노즐을 위한 게이트는 커도.

되며 성형품의 게이트는 통상적인 케이트를 거쳐 작게 둔다 냉각 슬러그 개입 장, .

치는 언제나 핫 런너 노즐을 향하도록 배치해야 한다 이것이 노즐을 거쳐 성형품.

으로 들어가는 냉각 물질을 방지하는 한 가지 방법이다.

열적으로 민감한 설형 화합물에 대해 모든 성형품이 개별적으로 균형을 이룰 수-

있도록 핫 런너의 입구 런너 각 노즐을 별도로 조절할 수 있어야 한다 전원 공급, , .

장치 예를 들면 를 통해 일정한 온도가 유지되도록 하는 조절 장치가 있어야( PID)

한다 사출기 시스템의 동일한 방식으로 핫 런너 시스템을 기계적으로 지원해야 한.

다 핫 런너 노즐의 바로 옆에 있는 개별 가열 회로는 금형 표면 온도를 별도로 올.

바르게 설정할 수 있도록 한다.

Recommended nozzle designRecommended nozzle designRecommended nozzle designRecommended nozzle design Thermal isolationThermal isolationThermal isolationThermal isolation Separ ate heatingSepar ate heatingSepar ate heatingSepar ate heating Indirect gatingIndirect gatingIndirect gatingIndirect gating

핫런너의 문제점 개선핫런너의 문제점 개선핫런너의 문제점 개선핫런너의 문제점 개선Fig. 2.3.2.26 1 (Source: Dupont &Fig. 2.3.2.26 1 (Source: Dupont &Fig. 2.3.2.26 1 (Source: Dupont &Fig. 2.3.2.26 1 (Source: Dupont &

http://engpolymer.co.krhttp://engpolymer.co.krhttp://engpolymer.co.krhttp://engpolymer.co.kr))))

핫런너와 노즐의 선정 기준③

- 77 -

전체 단면도를 포함하고 열 전도체가 대칭적으로 결합된 런너가 최적의 방안이-

다 고리형 단면만 있어서 내부적으로 가열되는 시스템은 압력의 손실이 심하므로.

가능하면 피해야 한다 이나 내연성 화합물같이 열감도가 높은 재료의 경우. POM ,

런너 내부 지류가 최대한 완전해야 한다.

노즐은 개방되고 완전한 단면을 가진 외부적으로 가열되는 시스템이어야 한다- , .

게이트 부위에서 용융수지 플로우가 여러 갈래로 분할되는 것은 피해야 한다 연결.

된 로드를 조합된 상태의 조건에 맞도록 분산하여 균등한 온도 분포가 이루어지도,

록 해아 한다 연마재를 다루어야 하는 경우 교체 가능한 노즐 탭을 사용하는 것이.

좋다 그리고 필요하면 작은 뇌관으로 대체하는 것도 가능하다. .

을 다룰 때 차단형 노즐을 쓰는 것은 일반적으로 바람직하지 못하다 다른- POM .

종류 화합물을 사용하여 니들밸브 노즐을 사용해야 하는 경우 압력 손실을 최소화,

하도록 노즐과 니들을 결합하여 사용해야 한다 여러 가지 다양한 핫 런너 시스템.

이 상용화되어 있어서 위에서 언급한 권장사항을 지킨다면 좋은 결과를 가져온다, .

Turn of melt streamTurn of melt streamTurn of melt streamTurn of melt stream Nozzle arrangementNozzle arrangementNozzle arrangementNozzle arrangement Flow cross-section inside manlfoldFlow cross-section inside manlfoldFlow cross-section inside manlfoldFlow cross-section inside manlfold

핫 런너의 문제점 개선핫 런너의 문제점 개선핫 런너의 문제점 개선핫 런너의 문제점 개선Fig. 2.3.2.27 2 (Source: Dupont &Fig. 2.3.2.27 2 (Source: Dupont &Fig. 2.3.2.27 2 (Source: Dupont &Fig. 2.3.2.27 2 (Source: Dupont &

http://engpolymer.co.krhttp://engpolymer.co.krhttp://engpolymer.co.krhttp://engpolymer.co.kr))))

핫런너 시스템YUDO④

- 78 -

국내에서 핫러너 시스템관련 가장 많이 사용되고 있는 제품의 예를 에Fig. 2.3.2.28

제시하였다 그림에서 보듯이 핫러너 노즐 및 매니폴드 등의 표준부품 상세도를 볼. ,

수 있으며 에 각부의 자세한 명칭을 제시하였다 특히 매니폴드 같은, Table 2.3.2.5 .

경우는 용융된 수지가 흐르는 런너를 포함하고 용융수지의 균일한 온도 유지를 위,

한 가열시스템이 존재하므로 상대적으로 금형측 보다는 넓은 온도 사용조건을 가,

져 그림에서처럼 열전달 및 이로 인한 열응력에 의한 파손을 방지하고자 금형과 매

니폴드사이에 공기가 존재 할 수 있는 구조로 설계 되어 있음을 알 수 있다.

핫런너와 주핫런너와 주핫런너와 주핫런너와 주변변변변 표준부품 상세도표준부품 상세도표준부품 상세도표준부품 상세도Fig. 2.3.2.28Fig. 2.3.2.28Fig. 2.3.2.28Fig. 2.3.2.28[8][8][8][8]

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핫런너와 주핫런너와 주핫런너와 주핫런너와 주변변변변 표준부품표준부품표준부품표준부품Table 2.3.2.5 Part ListTable 2.3.2.5 Part ListTable 2.3.2.5 Part ListTable 2.3.2.5 Part List

구분 No Description 구분 No Description

Mold

부

1 Locating Ring 31 Gate Bush

2 Socket head Cap Bolt

Pistion

부

32 Cylinder Cover

3 Clamping Plate 33 Housing

4 spacer Plate 34 Piston Out

5 Holding Plate 35 Piston In

6 Cavity Plate 36 Snap Ring

7 MODU Assy Bolt(B2) 37 O Ring

8 Mold Assy Bolt(B1) 38 Glyd Ring

9 Socket head Cap Bolt 39 Wear Ring

10 Center Pin Cover 40 Valve pin

매

니

폴

드

부

11 Center Pin

Hea ter

센서&

41 Power +T/C Connector

12 Nozzle Locator 42 Solenoid Valve

13 Socket head Cap Bolt 43 Signal Connector

14Pin Guide Bush support

Pad44 Air (Oil) Nipple

15 Pin Guide Bush 45 Silencer

16 Upper Insulation Pad

17 Manifold Thermocouple

18 Manifold Block

19 Socket Head Cap Bolt

20 Lower Insulation Pad

21 Dowel Pin

22 Dowel Pad

23 Lock Pin

24 Sheath Heater

Pin

Guide

25 Seal ring

26 Nozzle Body

27 Tube Heater

28 Snap Ring

29 Nozzle Tip

30 Nozzle Thermocouple

- 80 -

설계 및 제작설계 및 제작설계 및 제작설계 및 제작되되되되어 사용어 사용어 사용어 사용된된된된 핫런너 시스템핫런너 시스템핫런너 시스템핫런너 시스템Fig. 2.3.2.29Fig. 2.3.2.29Fig. 2.3.2.29Fig. 2.3.2.29

- 81 -

핫노즐 밸브의 최적화 기술 지원핫노즐 밸브의 최적화 기술 지원핫노즐 밸브의 최적화 기술 지원핫노즐 밸브의 최적화 기술 지원(3)(3)(3)(3)

가 핫런너 노즐가 핫런너 노즐가 핫런너 노즐가 핫런너 노즐....

핫런너 노즐은 핫런너 시스템에서 가장 중요한 부분이다 이것은 금형 캐비티와 런.

너를 연결하는 것이며 다수의 조건을 충족시켜야 한다 즉 게이트로의 열전도측면.

에서 용융수지를 가급적 등온상태로 게이트 부속에서 온도가 많이 상승되지 않아야

한다 또한 용융상태로 있는 런너와 고화된 성형품사이에서 취출시에 깨끗하고 재.

현성에 있는 분리가 수행될 수 있도록 되어야 한다.

나나나나 간접충간접충간접충간접충전 오전 오전 오전 오픈픈픈픈노즐노즐노즐노즐....

부정확한 유동 때문에 생기는 결함이 없게 캐비티를 충진하려고 하면 때로는 스-

프루우 게이트 다이어프램 게이트 디스크 게이트 또는 링 게이트를 사용하여 얻, , ,

을 수 있는 유동패턴이 필요하다 이런 경우 성형품을 핫런너를 이용하여 직접 충.

전하는 것 보다는 간접적인 충전이 필요하다 이것은 핫런너가 금형 캐비티의 바로.

위에 설치 될 수 없다는 것을 뜻 한다 그 대신 보통의 고화되는 런너를 짧게 하여. ,

사용한다.

(a)(a)(a)(a) (b)(b)(b)(b)

간접충간접충간접충간접충전 오전 오전 오전 오픈픈픈픈 가열노즐가열노즐가열노즐가열노즐Fig. 2.3.2.30 1Fig. 2.3.2.30 1Fig. 2.3.2.30 1Fig. 2.3.2.30 1

가열노즐①

노즐은 대형금형에서 핫런너 노즐 그리고 스프루우 부시를 통- Fig. 2.3.2.30 (a) ,

하여 수지 가 보통 런너로 어떻게 충전되는지 나타낸다 이 설계는 성형기 노즐에.

서 보통의 가열되지 않는 스프루우 부시로 변환되지 않는 것과 거의 같다 여기서.

노즐의 열팽창에 대한 보정은 컵 스프링에 의한다 핫런너가 팽창하면 노즐이 부시.

상에서 미끄러지게 한다 노즐의 직경은 부시의 직경보다 작고 이는 미끄럼이 노즐.

입구를 부분적으로 실링하지 않음을 의미 한다.

- 82 -

노즐은 노즐과 부시가 일체로 만들어져 있다는 깃이 다르다- Fig. 2.3.2.30 (b) .

틈새 가 단열을 시키며 반면에 틈새 는 열팽창을 보정한다 런너를 열팽창에서A c .

미끄러질 수 있다 다수의 터널 게이트와 결합은 흥미 있는 조처로 간접충전의 경.

우에도 스프루를 자동 취출 할 수 있는 간단한 방법을 나타낸다.

간접충간접충간접충간접충전 오전 오전 오전 오픈픈픈픈 가열노즐가열노즐가열노즐가열노즐Fig. 2.3.2.31 2Fig. 2.3.2.31 2Fig. 2.3.2.31 2Fig. 2.3.2.31 2

는 핫런너와 스프루에 의하여 두꺼운 살두께를 갖는 제품의 충전Fig. 2.3.2.31 (c)

에 유용하다는 것이 입증되었다 열전대의 최적위치와 절단부위의 설계가 흥미롭다. .

간접충전에서의 절단은 직접 충전 방식보다 덜 위험하다 그러나 특히 투명제품에.

서는 유동 줄무늬와 그림자와 같은 희미한 자국을 일으킨다 노즐 출구의 단면 의. K

자연스러운 감소는 날카로운 노치 작용을 가져 쉽게 절단 되도록 한다 거친 가공.

을 한 제한 플레이트 는 어떠한 고화 표면이라도 억제하며 팽창부 는 느린 사출S E

의 경우에 흐름전면에 공간을 생성한다 이것은 파단시 에서 고화된 표면이 파단. K

되게 한다 이 표면은 금형 캐비티로 들어가지 않아 결함을 일으키지 않는다 단일. .

캐비티 금형의 경우 핫런너는 단순히 가열 스프루우 부시로 생각 할 수 있는 노즐

로 구성 된다 는 핫런너의 설계의 예를 보인다. Fig. 2.3.2.31 (d) .

- 83 -

간접 충간접 충간접 충간접 충전 대기전 대기전 대기전 대기실실실실을 가을 가을 가을 가진진진진 오오오오픈픈픈픈 열전도 노즐열전도 노즐열전도 노즐열전도 노즐Fig. 2.3.2.32Fig. 2.3.2.32Fig. 2.3.2.32Fig. 2.3.2.32

다 대기다 대기다 대기다 대기실실실실을 가을 가을 가을 가진진진진 열전도 노즐열전도 노즐열전도 노즐열전도 노즐....

앞에서 설명한 노즐 방식은 밴드 히터 또는 카트리지 히터에 의하여 가열된다 소.

위 열전도 노즐이라 하는 것은 별도의 열 공급이 없다 이 노즐은 노즐에 매우 높.

은 열전도도를 갖는 재료를 사용하여 핫런너에서 게이트로의 열 유동을 보강한 것

이다 그러나 이 노즐은 충분히 가열된 상태이어야 하며 이는 노즐에서 금형으로의.

열 손실을 가급적 낮추도록 양호한 열절연에 의하여 얻어진다 이것은 대기실이라.

고 하는 것에 의하여 수행된다 대기실은 내부가 플라스틱으로 채워져 낮은 열전도.

도를 갖는다 열절연을 위해 외부로부터 부시내에 에어 포켓을 기계가공 한다 부시. .

는 또한 주위로부터 노즐을 실링하는데 도움을 준다 노즐 와. Fig.. 2.3.2.30 (a) (b)

를 비교하면 다음과 같은 차이점을 알 수 있다 노즐의 대기실은. Fig. 2.3.2.30 (a)

성형품에 닿을 때까지 금형내로 들어가고 따라서 취출시 성형품에 자국을 남긴다.

이것이 필요 없으면 와 같이 대기실의 길이를 짧게 한다 이렇게Fig. 2.3.2.30 (b) .

하면 열절연이 나빠지지만 노즐의 작은 테이퍼 형상에 의하여 보정될 수 있다 단.

면이 넓으면 열유동이 향상된다 또 다른 차이점은 두 대기실의 스프링 특싱에서.

찾을 수 있다 의 노즐은 금형조립시 플랜지 부분만 예압 약. Fig. 2.3.2.30 (a) (

압축되나 의 노즐은 대기실 전체가 압축된다 예압0.05mm) Fig. 2.3.2.30 (b) .(

강한 볼트를 사용하여 얻는 힘이 연결부에 누설을 일으키지 않아야 하고0.2mm))

일체형보다는 탄성노즐은 충분히 커야 한다 또 일체형 노즐은 시스템내에서 부정. ,

확한 예압 길이의 변화에 대해 민감한 반응을 보인다 대기실 없이 외부에서 가열, .

되는 노즐과 비교하여 대기실을 갖는 열전도 노즐은 다음과 같은 장점 및 단점을

갖는다.

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장점 가격이 싸다 별도의 가열장치 온도측정 및 조절 장치등이 불필요하다- : . ( , .)

노즐과 금형 사이에 열절연이 매우 좋다 작은 공간을 차지한다. .

단점 금형을 열려는 힘이 크다 대기실내에 적체된 수지가 서서히 분해된다 장- . .

기 적체된 수지가 캐비티내로 유입되면 결함이나 취약을 유발한다 이러한 이유로. ,

외관상 중요한 제품이나 열에 민감한 제품의 경우에는 대기실의 사용을 제외하는

경향이 있다.

대기실을 갖는 열전도 노즐은 직접충전의 게이트 부분 설계는 특히 중요하다 대기.

실 부시의 게이트 구멍은 원통형이나 원추형이며 부분적으로 돌출된 형상을 가진

다 이것이 성형품에 구형 오목부를 만들어 간섭을 주지 않는다 이러한 오목부를. .

모두 배제하고 싶으면 둥근 고리모양의 틈새 또는 니들 실 노즐이 바람직하다 한- .

편 돌출부는 의 사출에서 대기실 부시의 통로를 반대쪽으로 원추형으로 하면 쉽P.E

게 피할수 있다 취출시 대기실내에 남는 돌출부는 냉각 되어 다음. 사출 에서 밀려

난다.

여여여여러러러러 가지 노가지 노가지 노가지 노존 팁존 팁존 팁존 팁의 형상의 형상의 형상의 형상Fig. 2.3.2.33Fig. 2.3.2.33Fig. 2.3.2.33Fig. 2.3.2.33

보통 핀포인트 게이트 제품에 작은 스프루우가 남은A,B :

평 핀포이트 게이트 스프루우가 약간 돌출됨C :

잠김 핀포이트 게이트 전혀돌출 되지 않음D :

환상 게이트 게이트간 돌출되는 경우는 거의 없음E :

형상 게이트 둥근고리 형상 성형품G :

라라라라 직접충직접충직접충직접충전 환상의전 환상의전 환상의전 환상의 갭갭갭갭 노즐노즐노즐노즐....

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오픈 노즐의 단점은 작은 스프루우가 남는다는 것과 실뽑기가 생긴다는 것이다 실.

뽑기가 없이 비교적 작은 스프루 자국이 생기게 하는 것은 팁을 원래 노즐의 원형

출구 오리피스로부터 둥근 고리형상의 틈새로 변환하여 노즐의 구멍으로 돌출되게

하면 가능하다 팁은 단순한 니들 토피토 또는 내부에서 가열되는 멘드렐이다 이. , .

런 팁의 다른 또 다른 장점은 열이 직접 게이트부에 전도되어 게이트가 열린 상태

를 유지한다는 것이다 팁의 길이와 형상을 변화 시키면 절단을 조절하고 실뽑기를.

피하는데 도움을 준다.(Fig. 2.3.2.33).

금형 설계기술금형 설계기술금형 설계기술금형 설계기술3. Multi-Cavity Preform3. Multi-Cavity Preform3. Multi-Cavity Preform3. Multi-Cavity Preform

설계 및 성형기술지원설계 및 성형기술지원설계 및 성형기술지원설계 및 성형기술지원(1). Preform(1). Preform(1). Preform(1). Preform

가가가가 실험실험실험실험적적적적인인인인 방법에 의한 프리폼 형상설계방법에 의한 프리폼 형상설계방법에 의한 프리폼 형상설계방법에 의한 프리폼 형상설계....

단면형상 설계는 최적의 완제품을 생산하기 위한 가장 중요한 요인중의Preform

하나로서 업체에서는 최대한 실험과 설계변경에 따른 반복적인 방법, (Trial and

방식 의 횟수를 최대한 줄이고자 한다 실험적인 방법이란 중공성형Error ) . Preform

설계를 위한 실험적인 방법을 위하여 형상에서 중요한 를 결정하여Preform Factor

이것을 변화시켜서 다양한 조건의 형상을 결정하고 중공성형의 결과를 비Preform

교하여 의 형상을 결정하는데 기술적인 데이터로 이용하는 방법이다Preform .

형상 설계 및형상 설계 및형상 설계 및형상 설계 및 실험실험실험실험과정과정과정과정Fig. 2.3.3.1 PreformFig. 2.3.3.1 PreformFig. 2.3.3.1 PreformFig. 2.3.3.1 Preform

에서 중요한 단면 형상의 는 에서 보는 바와 같이Preform Factor Fig. 2.3.3.1 Preform

의 내경 과 외경 이 있다 이는 단면위치에서의(Inside diameter) (Outside diameter) .

를 결정하어 주기 때문에 매우 중요한 요인이 된다 뿐만 아Preform wall thickness .

니라 전체길이 와 축방향 길이 도 중요한 요인이다(Overall length) (Axial length) .

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이들의 여러 가지 조합을 통하여 실험의 효율적인 계획을 정하고 실험을 수행하여

이들의 기술적인 데이터를 설계에 반영하여야 한다 본 지원사업에서 설계Preform .

된 프리폼의 형상 및 치수 결과를 에 제시하였다 그림에서 치수부는 업Fig.2.3.3.2 .

체의 기밀사항이므로 으로 표시하였다DIM .

설계설계설계설계된된된된 프리폼프리폼프리폼프리폼 삼삼삼삼차원 모차원 모차원 모차원 모델델델델 국부국부국부국부치치치치수 및 중립수 및 중립수 및 중립수 및 중립면 취면 취면 취면 취출 프리폼 서출 프리폼 서출 프리폼 서출 프리폼 서피피피피스 모스 모스 모스 모델델델델Fig. 2.3.3.2 ,Fig. 2.3.3.2 ,Fig. 2.3.3.2 ,Fig. 2.3.3.2 ,

나 해석적나 해석적나 해석적나 해석적인인인인 방법에 의한 프리폼 성형기술방법에 의한 프리폼 성형기술방법에 의한 프리폼 성형기술방법에 의한 프리폼 성형기술....

해석적 방법으로는 가상적으로 사출과정을 통해 프리폼 제품을 성형하는 것과 실제

의 연신준공성형 과정을 수행하지 않고 초기의 형상을 바탕으로 최종적으Preform

로 어떠한 중공성형이 이루어지는지를 예측하는 수치 해석적 방법이 있다 이러한.

일련의 과정을 토대로 의 최적화 설계 및 성형이 가능하게 할 뿐만 아니Preform

라 이와 연계된 중공성형의 공정조건도 최적화 할 수 있다 수치해석적인 방법의.

성공여부는 얼마나 실제와 가까운 형태로 중공성형을 예상하는가에 달려있다 이.

를 위하여 시뮬레이션을 다양한 물성치나 공정조건의 정확도가 생명이며 더 나아가

수치해석 자체의 기법이 어떤 것이 이용되었는가에 많은 영향을 받는다 현재까지.

프리폼 사출성형을 위한 수치해석 시스템은 가 가장 널리 알려져 있으MOLDFLOW

며 이외에도 국내의 일본의 대만의 등의 해, CAPA & MAPS3D, Timon, MODEX3D

석 프로그램이 있다.

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한편 중공성형을 위한 수치해석 시스템은 가 가장 널리 알려져 있으나 중Polyflow ,

공성형의 경우는 중공성형의 공정자체가 매우 보편화되어 있는 공정이 아니기 때문

에 많은 다양한 해석 이 개발되어 있지 않다 본 지원사업의 경우에는 사출전Tool .

용 해석 프로그램인 MOLDFLOWTM

를 사용하여 최적화 성형기술을 지원하였다.

우선 앞에서 제시된 기하학적 모델을 사용하여 유한요소 메쉬를 생성하였으며 사,

출시간의 변화에 따른 프리폼에 작용하는 최대 압력의 변화를 살펴보았다

본 지원사업에서 다루는 프리폼 모델은 시스템이지만(Fig.2.3.3.3). Multi-Cavity

가소화된 용융수지를 프리폼 모델까지 이송하는 을 핫런너 시스템delivery system

으로 설계하였기 때문에 해석상에서는 이부분의 효과가 큰다 왜냐하면 핫런너 부.

분에서의 용융수지는 이상적으로 일정한 온도를 유지한다고 가정되기 때문이다 따.

라서 해석의 효율성을 높이기 위해서는 과 같은 단일한 모델에 대해 해Fig.2.3.3.3

석을 수행한 후 전체 시스템 결과를 예측하는 것이 바람직하다.

프리폼의 사출시프리폼의 사출시프리폼의 사출시프리폼의 사출시간간간간 대비대비대비대비 압력압력압력압력결과를 통한결과를 통한결과를 통한결과를 통한 충진충진충진충진시시시시간간간간 최적화 결과최적화 결과최적화 결과최적화 결과Fig.2.3.3.3Fig.2.3.3.3Fig.2.3.3.3Fig.2.3.3.3

한편 의 결과에서 보듯이 동일한 제품의 경우에도 사출시간의 변화만으Fig. 2.3.3.3

로도 제품에 걸리는 압력이 크게 변함을 볼 수 있다 일반적으로 프리폼과 같은 제.

품은 투명성을 요구할 뿐만 아니라 추후 중공성형의 과정을 거치게 되므로 가능한

한 제품내에 잔류응력이 발생되지 않는 것이 바람직하다.

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특히 이러한 잔류응력은 게이트 부분에서 적게 발생되어야 한다 왜냐하면 마찬가.

지로 중공성형과정에서 이부분이 큰 압력을 받게 되기 때문이다 실제 제품의 성.

형과정에서 발생된 잔류응력은 육안으로는 확인이 불가능하다 하지만 광탄성 측정.

장비와 같은 실험장비를 이용하면 에서와 같이 투명한 제품내에 응력이Fig. 2.3.3.4

걸려 있음을 확인 할 수 있게 된다 이러한 충진시간의 최적화를 수행한 후는 순차.

적으로 보압해석 냉각해석 및 변형해석을 수행하게 된다 보압해석의 경우는 제품, .

의 균일한 수축을 발생시키기 위해 보압프로파일 최적화가 필요하게 되며 냉각해,

석 최적화를 통해 제품의 양질화 및 생산성을 확보할 수 있게 된다 왜냐하면 일반. ,

적으로 사출성형에서 전체 사이클의 상당한 부분을 냉각시간이 차지하기 때문이다.

광광광광탄성측정을 이용한 사출성형탄성측정을 이용한 사출성형탄성측정을 이용한 사출성형탄성측정을 이용한 사출성형 후후후후 제품의 시제품의 시제품의 시제품의 시간변간변간변간변화에화에화에화에 따른따른따른따른Fig. 2.3.3.4 PreformFig. 2.3.3.4 PreformFig. 2.3.3.4 PreformFig. 2.3.3.4 Preform

잔잔잔잔류응류응류응류응력력력력의의의의 변변변변화 서화 서화 서화 서울울울울산업대 류산업대 류산업대 류산업대 류민영민영민영민영교수교수교수교수 발발발발표자표자표자표자료료료료중중중중 발췌발췌발췌발췌[ ][ ][ ][ ]

한편 에서 얻어진 최적 사출시간을 적용하여 얻어진 해석 결과들을Fig. 2.3.3.3

에 제시하였다 는 충진패턴 결과를 보여주고 있으며Fig. 2.3.3.5~8 . Fig. 2.3.3.5 ,

그림에서 보듯이 핫런너 부분은 이미 충진이 되었다는 가정하여 해석이 진행되었음

을 알 수 있다 제품의 단순한 특성상 충진을 비교적 양호하게 진행되었음을 볼 수.

있다.

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최적사출시최적사출시최적사출시최적사출시간으간으간으간으로 성형시의로 성형시의로 성형시의로 성형시의 충진패턴충진패턴충진패턴충진패턴결과결과결과결과Fig. 2.3.3.5 (Mid-surface mesh)Fig. 2.3.3.5 (Mid-surface mesh)Fig. 2.3.3.5 (Mid-surface mesh)Fig. 2.3.3.5 (Mid-surface mesh)

최적사출시최적사출시최적사출시최적사출시간으간으간으간으로 성형시의 프리폼의로 성형시의 프리폼의로 성형시의 프리폼의로 성형시의 프리폼의 유유유유동선단의동선단의동선단의동선단의Fig. 2.3.3.6Fig. 2.3.3.6Fig. 2.3.3.6Fig. 2.3.3.6

온도분온도분온도분온도분포포포포결과결과결과결과(Mid-surface mesh)(Mid-surface mesh)(Mid-surface mesh)(Mid-surface mesh)

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에서는 최적사출시간으로 성형시의 프리폼의 유동선단의 온도분포결과를Fig.2.3.3.6

보여주고 있으며 해석 결과에서 보듯이 충진 시작시점과 완료시점에서의 유동선단,

의 온도차가 거의 없는 것을 볼 수 있다 만약 제품의 얇은 부분에서 유동선단의.

온도가 너무 낮게 되면 또는 이 발생될 수 있다hesitation short shot .

반대로 유동선단의 온도가 너무 높게 되면 재료의 변질 또는(material degradation)

제품 표면의 결함이 발생될 수 있다 따라서 성형결과에서 유동선단의 온도는 항상.

사용된 수지가 제안하는 온도 범위내에 존재해야 하는데 결과에서 보듯이 거의 용,

융수지온도와 비슷함을 볼 수 있다 즉 미충진 또는 재료변. , hesitation, (short shot)

질이 발생되지 않을 것으로 판단할 수 있다.

에서는 사출성형과정에서 발생된 프리폼 내부의 압력결과를 보여주고 있Fig.2.3.3.7

으며 결과에서 보듯이 매우 낮은 압력이 발생되어 있음을 알 수 있다, . Fig. 2.3.3.8

에서는 충진완료시점에서의 이후 결과를 보여주고 있다Bulk temperature( BT) .

는 특정위치에 전달된 에너지로 간주될 수 있다 용융수지 의 온도BT . (polymer melt)

는 시간과 위치에 따라 변할 뿐만 아니라 전체 공정 사이클 동안 두께에 따라서도,

변한다 이러한 변화 결과를 하나의 결과로 표현하는 것은 매우 힘들다 따라서 이. .

를 위해 두께에 대해 가중 평균화된 가 사용된다 이러한 는 유동과정에서의BT . BT

단순 평균온도보다 물리적으로 중요한 의미를 갖는다 즉 는 고분자가 흐를 때. , BT

속도 성분이 포함된 가중평균온도이며 단순 평균온도는 유동이 없을 때의 온도를,

의미한다.

각 요소에 대해 에서 평균온도로의 전환를 보여주는 시간대별 플롯 결과는 부BT BT

드러운 곡선을 제시한다 이때 충진과정에서의 균일한 가 되도록 금형을 설계하. BT

는 것이 바람직하다 또한 는 유동 분포를 조사하기위한 또다른 방법을 나타낸. BT

다 연속적인 유동 지역은 전형적으로 높은 를 보이며 유동이. (heat convection) BT ,

멈추는 지역에서는 급격한 온도 감소가 발생한다 만약 최대 가(Fig.2.3.3.8 (b)). BT

온도에 도달하면 부근에서의 제품형상설계 변경을 고려하거degradation , hot sopt

나 공정조건의 변경을 시도해야 한다 또한 이러한 온도의 편차는 비균일 수축과, .

변형도 발생시킬 수 있다.

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최적사출시최적사출시최적사출시최적사출시간으간으간으간으로 성형시의로 성형시의로 성형시의로 성형시의 충진충진충진충진완완완완료료료료시점에서의시점에서의시점에서의시점에서의 압력압력압력압력분분분분포포포포Fig. 2.3.3.7Fig. 2.3.3.7Fig. 2.3.3.7Fig. 2.3.3.7

결과결과결과결과(Mid-surface mesh)(Mid-surface mesh)(Mid-surface mesh)(Mid-surface mesh)

(a)(a)(a)(a) (b)(b)(b)(b)

최적사출시최적사출시최적사출시최적사출시간으간으간으간으로 성형시의 결과로 성형시의 결과로 성형시의 결과로 성형시의 결과Fig. 2.3.3.8 Bulk Temperature (Mid-surface mesh)Fig. 2.3.3.8 Bulk Temperature (Mid-surface mesh)Fig. 2.3.3.8 Bulk Temperature (Mid-surface mesh)Fig. 2.3.3.8 Bulk Temperature (Mid-surface mesh)

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가공 및 제작공정 개선가공 및 제작공정 개선가공 및 제작공정 개선가공 및 제작공정 개선(2) Cayity & Core(2) Cayity & Core(2) Cayity & Core(2) Cayity & Core

멀티 캐비티 프리폼 금형의 가공 및 제작에 있어서 많은 어려운 부분들이 있으나,

본 지원사업에서는 개별코어의 가공 및 멀티 금형시스템일 경우의 가공 제작 후 발

생 문제점 등에 대한 기술 지원을 수행하였다 각각의 내용은 최종 제품의 품질을.

좌우하는데 핵심부분이라고 할 수 있다 우선 개별 코어부분의 가공에 있어서는 코.

어 형상의 고세장비 특성으로 인한 가공시 발생될 수 있는 코어축의 휨 축에 수직,

한 단면의 진원도 특성 핫런너 사용에 따른 가열시 정렬위치 변경 등 많은 문제점,

이 있었다 우선 설계된 코어 결과를 에 제시하였다 결과에서 중요부. Fig. 2.3.3.9 .

치수는 삭제 표시하였다 설계 결과에서 보듯이 고세장비 형태를 보이고 있다. .

코어 설계 도코어 설계 도코어 설계 도코어 설계 도면면면면Fig. 2.3.3.9 Multi-preformFig. 2.3.3.9 Multi-preformFig. 2.3.3.9 Multi-preformFig. 2.3.3.9 Multi-preform

또한 핫런너의 작동시 온도상승에 따른 매니폴드 블록의 열적팽창을 고려한 설계

결과를 에 제시하였다 설계 결과에서 보듯이 공기갭이 존재함을 볼Fig. 2.3.3.10 .

수 있다 또한 프리폼의 성형에서 중요한 설계 요소중의 하나인 냉각에 관한 설계.

결과를 에서 보여주고 있다 이상적인 냉각채널은 제품의 두께에 대하Fig. 2.3.3.11 .

여 균일한 수축을 발생시킬 수 있는 회로설계이다 제품형상의 특성상 원형형태의.

냉각채널 가공이 필요한데 이리한 가공은 거의 불가능하므로 코어블럭을 사용하여, ,

제품의 외측에는 원주방향의 냉각회로를 설계 하였으며 제품 내측은 배플 형태로,

설계하였다.

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설계설계설계설계된된된된 금형의금형의금형의금형의 매매매매니폴니폴니폴니폴드드드드 부부부부Fig. 2.3.3.10 Multi-preformFig. 2.3.3.10 Multi-preformFig. 2.3.3.10 Multi-preformFig. 2.3.3.10 Multi-preform

의의의의 삼삼삼삼차원 설계 결과차원 설계 결과차원 설계 결과차원 설계 결과Fig. 2.3.3.11 24-Multi-Cavity PreformFig. 2.3.3.11 24-Multi-Cavity PreformFig. 2.3.3.11 24-Multi-Cavity PreformFig. 2.3.3.11 24-Multi-Cavity Preform

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설계 제작설계 제작설계 제작설계 제작된된된된 금형의금형의금형의금형의Fig. 2.3.3.12 24-Multi-Cavity Preform Cavity & CoreFig. 2.3.3.12 24-Multi-Cavity Preform Cavity & CoreFig. 2.3.3.12 24-Multi-Cavity Preform Cavity & CoreFig. 2.3.3.12 24-Multi-Cavity Preform Cavity & Core

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앞서 언급된 및 금형 시스템의 전반적인 기술적Hot Runner Multi-Cavity Preform

고찰 및 지원내용을 통해 사출성형 금형시스템 설계 및 제작기술을 지원Preform

하였으며 지원 결과로 수정 또는 생성된 시스템 관련 대표적 설계 및 제작결과를,

에 제시하였다Fig. 2.3.3.13~18 .

는 시스템을 보여주는 도면이Fig. 2.3.3.13 12-Multi-Cavity Hot Runner Manifold

다 수지 주입구와 런너와의 길이를 동일하게 하여 을 맞추었다. Balancing .

에 가 모두 장착되도록 설계하였다 그러나 를One-Plate 12-cavity . 24-Multi-Cavity

위해서는 게이트 노즐부가 씩의 분리형으로 설계되었다6-cavity (Fig. 2.3.3.14).

씩의 매니폴더 부위는 런너의 길이가 위상학적 으로 축대칭이6-cavity (Topological)

되도록 설계하여 자연스럽게 게이트 벨런싱 이 이루어지도(natural gate balancing)

록 하였다 은 를 보여주고 있다. Fig. 2.3.3.15 24-cavity Hot Runner Manifold . Fig.

은 과 의 형상을 결정하는 코어2.3.3.16 24-Multi-Cavity cooling Channel Preform

와 부분을 보여주고 있다 설계 결과에서 보듯이 제품의 두께에 대하여 시출cavity .

성형시 균일한 냉각이 발생될 수 있도록 냉각채널을 이상적으로 설계 하였으며 가,

공성을 고려하여 분할형태로 제작하였다.

한편 에서는 최종적으로 설계된 금형의 유동적Fig. 2.3.3.17 Multi-Cavity Preform

측면에서의 삼차원 설계 곁과를 보여주고 있다 결과에서 보듯이 비록 각각의.

제품에 대해서는 용융수지의 충진 측면에서 이 고려되어Preform Natural Balancing

설계 되어 있지만 열적인 측면에서 전체 형상에 대해 내측 부분의 제품이, Preform

상대적으로 금형의 외측부분에 있는 제품에 비해 많은 열을 받을 것으로 사료된다.

따라서 이를 고려한 성형조건의 조절도 필요할 것이다 설계된 자료를 기초로 제작.

된 금형시스템을 에 제시하였다Fig. 2.3.3.18 .

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Fig. 2.3.3.13 12-cavity Hot Runner ManifoldFig. 2.3.3.13 12-cavity Hot Runner ManifoldFig. 2.3.3.13 12-cavity Hot Runner ManifoldFig. 2.3.3.13 12-cavity Hot Runner Manifold

분리형분리형분리형분리형Fig. 2.3.3.14 24-cavity Hot Runner Manifold( )Fig. 2.3.3.14 24-cavity Hot Runner Manifold( )Fig. 2.3.3.14 24-cavity Hot Runner Manifold( )Fig. 2.3.3.14 24-cavity Hot Runner Manifold( )

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Fig. 2.3.3.15 24-cavity Hot Runner ManifoldFig. 2.3.3.15 24-cavity Hot Runner ManifoldFig. 2.3.3.15 24-cavity Hot Runner ManifoldFig. 2.3.3.15 24-cavity Hot Runner Manifold

Fig. 2.3.3.16 24-cavity cooling ChannelFig. 2.3.3.16 24-cavity cooling ChannelFig. 2.3.3.16 24-cavity cooling ChannelFig. 2.3.3.16 24-cavity cooling Channel

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금형의금형의금형의금형의 삼삼삼삼차원 형상차원 형상차원 형상차원 형상Fig. 2.3.3.17 24-Multi-Cavity PreformFig. 2.3.3.17 24-Multi-Cavity PreformFig. 2.3.3.17 24-Multi-Cavity PreformFig. 2.3.3.17 24-Multi-Cavity Preform

제작제작제작제작된된된된 금형금형금형금형Fig. 2.3.3.18 24-Multi-Cavity PreformFig. 2.3.3.18 24-Multi-Cavity PreformFig. 2.3.3.18 24-Multi-Cavity PreformFig. 2.3.3.18 24-Multi-Cavity Preform

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기술기술기술기술(3) Process Flow(3) Process Flow(3) Process Flow(3) Process Flow

가 프리폼 성형 요소( )

Fig. 2.3.3.19 Turn key unit project unit(Fig. 2.3.3.19 Turn key unit project unit(Fig. 2.3.3.19 Turn key unit project unit(Fig. 2.3.3.19 Turn key unit project unit(www.horawww.horawww.horawww.horaxxxx.com.com.com.com))))

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Fig. 2.3.3.20 Pet stretch blow molding maching unit(Fig. 2.3.3.20 Pet stretch blow molding maching unit(Fig. 2.3.3.20 Pet stretch blow molding maching unit(Fig. 2.3.3.20 Pet stretch blow molding maching unit(www.horawww.horawww.horawww.horaxxxx.com.com.com.com))))

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제 절 품질평가 및 문제점 개결 기술지원제 절 품질평가 및 문제점 개결 기술지원제 절 품질평가 및 문제점 개결 기술지원제 절 품질평가 및 문제점 개결 기술지원4444

측정검사의 기준확립측정검사의 기준확립측정검사의 기준확립측정검사의 기준확립1.1.1.1.

가 온도 및 압력의 측정( )

사출성형 측정기술은 높은 품질의 제품생산을 위해 필수적이다 그러나 많은 회사.

에서는 측정기술이 만족할 만한 수준에 와 있지는 못하다 일반적으로는 촉침식 온.

도계를 사용하여 용융수지의 온도를 측정한다 압력을 측정한다면 사출 실린더의.

유압을 측정하는 것이 고작이다 그러나 점차 높은 품질의 성형품이 요구됨에 따라.

생산되는 품질에 도달되기 까지는 이정도의 측정으로 충분하지 못하다 이를 위해.

서는 실제 성형과정의 조건이 측정 및 기록 되어야 한다 은 사출성형. Fig, 2.4.1.1

기에서 어느 부위의 압력과 온도가 측정될 수 있는지를 나타낸다 사출 실린더의.

유압 스크류 앞단에서의 용융수지의 압력 금형내부의 압력 실린더의 온도 스크, , , ,

류 앞단에서의 수지온도 금형온도가 측정될 수 있다 이 모든 조건이 성형풍의 품, .

질에 영향을 주며 따라서 이들을 측정해야 할 필요가 있다 에 각 목. Table. 2.4.1.1

적에 적당한 검출기를 나타냈다.

성형과정에서 측정 가성형과정에서 측정 가성형과정에서 측정 가성형과정에서 측정 가능능능능한 온도 및한 온도 및한 온도 및한 온도 및 압력압력압력압력Fig. 2.4.1.1Fig. 2.4.1.1Fig. 2.4.1.1Fig. 2.4.1.1

목적에목적에목적에목적에 따른따른따른따른 검출기의 종류검출기의 종류검출기의 종류검출기의 종류Table 2.4.1.1Table 2.4.1.1Table 2.4.1.1Table 2.4.1.1

성 형 조 건 측 정 개 소 검 출 기

실린더 온도 가소화 실린더 열전대 저항소자,

수지온도 스크류 압쪽 공간 열전대

금형온도 금형 열전대

유압 사출실린더 피에조 전기 검출기

수지압력 스크류 압쪽 공간 또는

금형내부압력 검출기DMS

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온도의 측정①

실제의 경우 온도는 열전대에 의해 측정되거나 저항소자에 의해 측정된다 이것은.

간단한 방법이다 설치가 간단하고 가격이 싸므로 열전대가 더 많이 사용된다 가장. .

중요한 수지온도와 금형온도는 대개의 경우 간접적인 방법으로 측정된다 예 실린. ( ;

더 온도 냉매의 토출온도 물론 이 방법에는 편차가 있을 수 있으며 측정된 매체, )

에서의 오차가 생길 수도 있다 직접적인 방법이 더 정확하나 비용이 많이 든다 금. .

현 내에서의 용융수지의 온도를 측정하는 것은 오늘날에도 까다로우며 스크류 앞,

단에서 견고한 열전대를 이용하여 측정할 수 있을 뿐이다 실제의 경우 이 열전대.

수명은 제한된다 이는 용융수지의 높은 압력과 점도를 의한 것이다(Fig. 2.4.1.2). .

물론 금형내에 열전대를 설치하여 직접 측정하는 것이 냉매의 출구 온도를 측정하

는 것 보다 훨씬 효과적이다 여기서 금형내에 열전대를 설치하는 위치를 알아볼.

필요가 있다.

열전대열전대열전대열전대Fig. 2.4.1.2Fig. 2.4.1.2Fig. 2.4.1.2Fig. 2.4.1.2

측정부위측정부위측정부위측정부위Fig. 2.4.1.3Fig. 2.4.1.3Fig. 2.4.1.3Fig. 2.4.1.3

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일반적으로 열전대는 캐비티 표면에 근접할수록 좋다 만일 제어 장치를 위해 금형.

온도를 측정하려고 한다면 온도의 변동이 작은 표면으로부터 가장 가까운 위치에

설치하는 것이 좋다 간단한 방법은 캐비티와 냉각 회로의 중간에 열전대를 설치하.

는 것이다.

열전대와 캐비티 표열전대와 캐비티 표열전대와 캐비티 표열전대와 캐비티 표면간면간면간면간의의의의 거거거거리에리에리에리에 따른따른따른따른 온도온도온도온도 변변변변화화화화Fig. 2.4.1.4Fig. 2.4.1.4Fig. 2.4.1.4Fig. 2.4.1.4

압력의 측정②

유압 및 캐비티 내의 압력은 사출성형에서 가장 중요한 조건이다 수지의 특성과.

성형과정 중위 압력 변화로부터 금형의 형상에 대한 자료를 수집 할 수가 있을 것

이다 이러한 자료로부터 다른 성형조건 예 용융온도 과 성형품의 품. Fig. 2.4.1.5 ( : )

질에 대한 결론도 얻어낼 수 있다 유압의 측정은 절환 충전에서 보압으. hysteresis(

로 또는 절환의 최고점과 같은 유압회로의 이상을 알아내거나 충전과정의 재현성)

에 관한 상태를 아는데 매우 중요하다 따라서 노즐 런너 시스템과 캐비티내 에서. -

의 유동저항이 가시화 되면 성형 불량들도 알아 낼 수 있다.

성형과정 중의성형과정 중의성형과정 중의성형과정 중의 압력변압력변압력변압력변화화화화Fig. 2.4.1.5Fig. 2.4.1.5Fig. 2.4.1.5Fig. 2.4.1.5

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유압측정을 위한 검출기로서는 피에조 저항체나 를 사용한다 이들은 직접 유DMS .

압 파이프에 설치한다 최신의 성형기에서는 어댑터가 설치되어 검출기의 설치를.

간단 할 수 있으므로 시간이 걸리지 않는다.

유유유유체체체체 압력압력압력압력검출기검출기검출기검출기Fig. 2.4.1.6Fig. 2.4.1.6Fig. 2.4.1.6Fig. 2.4.1.6

금형 캐비티금형 캐비티금형 캐비티금형 캐비티 압력압력압력압력 검출기검출기검출기검출기Fig. 2.4.1.7Fig. 2.4.1.7Fig. 2.4.1.7Fig. 2.4.1.7 동적 검출기동적 검출기동적 검출기동적 검출기Fig. 2.4.1.8Fig. 2.4.1.8Fig. 2.4.1.8Fig. 2.4.1.8

물론 유압측정으로부터 캐비티내의 압력에 관한 자료를 얻을 수도 있으나 이것은

간접적인 방법이다 캐비티 압력은 매우 중요한 성형조건중의 하나이므로 캐비티내.

에 직접 검출기를 설치하는 것이 바람직하다 이렇게 되면 적당한 캐비티 압력을.

빠르고 쉽게 얻을 수 있다 또한 성형과정의 재현성이 캐비티 압력을 측정하므로써.

정확하게 이루어진다 따라서 높은 품질의 제품생산에서 캐비티 압력은 기계의 작.

업조건을 설정하는 동안 가급적 자주 측정해야 하며 생산을 하는 동안 조정 하여야

한다 측정은 및 피에조 저항체 검출기로 로 할 수 있으며 후자. DMS (Fig. 2.4.1.7)

와 측정범위가 넓고 지시가 빠른 장점이 있다.

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압력 검출기의 설치위치는 효율이 큰 영향을 미친다 게이트로부터 멀리 설치하는.

경우에는 충전되기 전에는 아무런 정보도 주지 않으므로 금형내 압력을 이용하여

절환할 경우에 사용된다 충전과정을 제어하려고 하는 경우에는 게이트에 가깝게.

설치하는 것이 좋다 따라서 전반적인 성형과정 즉 충전과 보압과정에 대한 기록이.

가능하다 그러나 금형용 압력 검출기는 이젝터의 밑에 설치하고 분. (Fig. 2.4.1.8)

해가 용이하며 다양하게 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다 계속적인 생산의 경.

우 동적 검출기는 이젝터핀의 안내가 정확해야 하므로 약간의 단점이 있다 또한.

핀에 대한 마찰 때문에 측정결과에 오차를 유발한다 따라서 이 방법은 제한된 목.

적으로 사용되며 값싼 방법이다.

나 몰드 마샬링( ) (http://www.kishin.com)

사출 성형시 금형 내부의 수지 압력을 계측하여 압력 파형의 표시 해석 감시하는, ,

시스템이다 감각이나 경험에 의존하던 금형설계의 지침을 과학적으로 파악할 수.

있게 하는 장점이 있다 에너지 및 자원의 절약에 공헌할 수 있다 플라스틱 성형품. .

의 정밀화 소형화 고품질화로 사출 성형 기술뿐만 아니라 새로운 수지의 개발과, ,

새로운 성형 방법의 확립을 위해서는 금형 내부 정보의 파악이 중요하고 수지의 압

력 측정이 필수적이다.

몰몰몰몰드 마샬드 마샬드 마샬드 마샬링 시스템의 구성도링 시스템의 구성도링 시스템의 구성도링 시스템의 구성도Fig. 2.4.1.9Fig. 2.4.1.9Fig. 2.4.1.9Fig. 2.4.1.9

센서EP①

이젝터 핀 형상을 하고 있으면서 장착이 간단하고 비용이 적게 드는 장점이 있다.

금형에 센서를 조립하기 위한 특별한 가공이 필요가 없고 기존금형의 이젝터 핀을,

센서로 교체가능하고 소형이므로 배치가 용이 하다 직접형 센서에 비해서 성EP , .

형품에는 이젝터 핀의 자국 밖에 나지 않는다.

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센센센센서서서서Fig. 2.4.1.10 EPFig. 2.4.1.10 EPFig. 2.4.1.10 EPFig. 2.4.1.10 EP

계측원리 및 구조②

금형내의 기존의 이젝트 핀은 빼내고 빼낸 이젝트핀의 길이에 맞추어서 장착할, EP

센서의 핀 부분을 절단 하고 이젝트 플레이트 상과 하 사이에 센서를 장착하고, EP

플레이트를 고정 한다.

조립구조조립구조조립구조조립구조Fig. 2.4.1.11Fig. 2.4.1.11Fig. 2.4.1.11Fig. 2.4.1.11

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캐비티내로 수지가 흐르게되면 그 압력이 이제트핀에 전달이 된다.

계측원리계측원리계측원리계측원리Fig. 2.4.1.12 1Fig. 2.4.1.12 1Fig. 2.4.1.12 1Fig. 2.4.1.12 1

압력이 이젝트 핀에 미치고 그 변화가 압력 감지부의 스트레인 게이지에 변화를 주

므로서 저항이 증가 하여 모니터에 그 값이 출력이 된다.

계측원리계측원리계측원리계측원리Fig. 2.4.1.12 2Fig. 2.4.1.12 2Fig. 2.4.1.12 2Fig. 2.4.1.12 2

이제 까지 볼 수 없었던 금형 내부의 압력치 압력의 변화 상황이 보이도록 된다, .

그 결과로서 양산 성형품의 품질관리 비용의 삭감과 트라이 때의 성형 조건 설정시

간이 단축 될 수 있으며 금형의 수정 비용이 줄어들고 금형관리 비용이 절약되며, ,

성형기가 바뀐 경우의 성형조건 설정 시간 양산 성형품의 품질 관리 비용이 절약,

된다 성형조건 설정시 금형 내부 압력 파형을 볼 수 있다 따라서 조건 변형에 따른. .

변형의 변화 상황 등을 확인 할 수 있게 되어 각 성형조건을 어떻게 변경할 지를,

파악 할 수 있다.

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센센센센서 장서 장서 장서 장착착착착도도도도Fig. 2.4.1.14Fig. 2.4.1.14Fig. 2.4.1.14Fig. 2.4.1.14

직접직접직접직접측정측정측정측정 센센센센서와서와서와서와 간접간접간접간접 측정측정측정측정센센센센서의 비교서의 비교서의 비교서의 비교Table 2.4.1.2Table 2.4.1.2Table 2.4.1.2Table 2.4.1.2

구 분 직접 측정센서 간접 측정센서

장 점

정밀한 측정이 가능하다- .

금형에서 원하는 위치에 설치가 가-

능하다.

센서의 설치 및 제거가 간단하다- .

필요한 공간이 적다- .

밀핀 밑에 설치하므로 냉각관 등과-

의 간섭이 없다.

단 점

센서 설치 부분에 대한 추가 적인-

금형 가공이 필요하다.

센서 설치에 필요한 공간이 커서-

밀핀 냉각관 등과 간섭이 발생할 수,

있다.

센서 설치 및 제거를 위해서는 금-

형을 분해해야 한다.

직접 측정법에 비해 측정 정밀도가-

떨어진다.

밀핀의 변형 밀핀 주변의 오염등- ,

에 의해 측정값이 변할 수 있다.

다 금형 내압측정 장치의 종류( )

금형내압의 압력을 측정 하기위한 장비로는 압력 센서 증폭기 등의 측정을 위한,

장비와 등과 같은 결과 표시 및 저장 장비가 있다 압력센서는 크게 석영 결정PC .

을 사용한 압전 방식과 박막을 사용한 방식으로 나누어 볼 수 있다Strain gauge .

압력 센서의 부착 방법은 금형 표면에 직접 압력 센서를 부착하는 직접 측정법과

밀핀 밑에 압력 센서를 부착하는 간접 측정법이 있다.

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압전 방식센서①

압전소자를 사용하여 압력을 전하량으로 측정한 후 이 전하량을 전압으로 바꾸기,

위하여 를 사용한다 장점은 스트레인 게이지 방식에 비해 소형화가 용charge amp .

이하며 사용 가능한 압력 및 온도 범위가 넓고 견고하며 금형표면과 함께 가공할, ,

수도 있다 또한 응답속도가 빨라 순간적인 변화도 모두 측정할 수 있다 단점은 기. .

본 특성상 시간에 따라 영점이 변환되므로 일정한 주기마다 영점을 리셋을 시켜주

어야 한다 또한 기본적으로 동적 압력만 측정한다. .

여여여여러러러러 가지가지가지가지 압압압압전 방전 방전 방전 방식식식식의의의의 센센센센서서서서들들들들Fig. 2.4.1.15Fig. 2.4.1.15Fig. 2.4.1.15Fig. 2.4.1.15

압전방식센서의 작동원리-

힘 가 가해지면 그림에서 파란 색으로 표시된 압전 소자에 그 힘이 전달된다 전F .

달된 힘에 의해 압전 소자에서 전하 가 발생된다 발생된 전하는 내부배선을 따라Q .

센서의 출력 단자에 전달된다.

압압압압전 방전 방전 방전 방식 센식 센식 센식 센서의 작동원리서의 작동원리서의 작동원리서의 작동원리Fig. 2.4.1.16Fig. 2.4.1.16Fig. 2.4.1.16Fig. 2.4.1.16

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표준적인 센서 표면의 크기는 Ø 이며 제작사에 따라6 , Ø2.5 - Ø1 의 다양한 제품2

이 있다 일반적인 최대 허용압력은 정도이다 는 압전 방식. 2,000bar . Charge Amp

센서에서 나온 전하량을 전압으로 변환시키는 장치이다 센서와 측정 결과 표시 및.

저장장치의 중간에 위치하며 표시 및 저장 장치에 맞는 전압 출력 결과를 공급하,

는 역할을 한다 압전소자의 특성이 제작사에 따라 다른 경우가 많으므로 센서 특. ,

성에 맞는 를 사용하여야 한다Charge Amp .

방식 센서- Strain Gauge

얇은 금속판이 압력에 따라 변형되는 정도를 부착된 로 측정하는 방식Strain gauge

으로 를 사용하여 값을 측정한다 장점은 압전 방식의 현상Wheatstone bridge . drift

이 없으며 일반적으로 의 가격이 압전 소자 방식보다 구입이 용이하며 저렴하, amp

다 단점은 오래 사용하는 경우 금속판이 변형되는 문제가 발생할 수 있으며 금형. ,

장착등에 있어서 압전방식 센서에 비해 조심스럽게 취급하여야 한다.

방방방방식식식식이이이이 센센센센서 구성도서 구성도서 구성도서 구성도Fig. 2.4.1.17 Strain gaugeFig. 2.4.1.17 Strain gaugeFig. 2.4.1.17 Strain gaugeFig. 2.4.1.17 Strain gauge

방식의 압력 센서는 크게 박막 전기회로로 나누어 볼Strain gauge , Strain gauge,

수 있다 박막은 일반적으로 금속으로 제작되며 그 위에 가 부착된다. Strain gauge .

는 늘어나는 정도에 따라 저항값이 변하는 얇은 판 형태의 센서로 측Strain gauge

정 방향 늘어나는 정도 등에 따라 각기 다른 이 인쇄된다 에, pattern . Strain gauge

서 발생하는 저항 변화는 매우 적은 값으로 이러한 변화를 측정하기 위해서

회로를 사용한다Wheatstone bridge .

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회회회회로로로로Fig. 2.4.1.18 Wheatstone bridgeFig. 2.4.1.18 Wheatstone bridgeFig. 2.4.1.18 Wheatstone bridgeFig. 2.4.1.18 Wheatstone bridge

정밀한 저항 측정을 위해 쓰이는 방법으로 저항값을 아는 개의 저항과 개의 가변2 1

저항 그리고 측정하려는 저항으로 구성되어 진다 아래 그림에서 가변 저항을 변화, .

시키 이 되도록 하면 측정하려는 저항 값 를 계산할 수 있다Vout=0 Rg .

라 사출성형에 사용되는 측정기기들( )[9]

사출성형에 적용사출성형에 적용사출성형에 적용사출성형에 적용되는되는되는되는 측정 기기측정 기기측정 기기측정 기기들들들들Fig. 2.4.1.19Fig. 2.4.1.19Fig. 2.4.1.19Fig. 2.4.1.19

◎ 직접식 케비티 압력 측정

캐비티 압력 센서는 가능하면 게이트에 가깝게 설치되어야 하며 이것은 성형제품-

이 일으키는 최고 압력이 존재하기 때문이다 또한 게이트에 가깝게 설치하면 많은.

정보를 획득 할 수 있다 게이트가 아닌 캐비티에 센서를 설치하여야 하며 그렇지.

않을 경우 게이트가 밀폐된 후 또는 수축이 시작될 때 냉각 공종의 측정 및 모니터

링이 불가능하다.

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센서는 가능하면 두꺼운 에 설치할 수 있는데 이것은 용융의 고형화cross-section

되는 마지막 부분이며 압력이 오래동안 지속되는 지점이기도 하다 제품이. critical

를 요구하는 경우 두 번째 센서를 게이트에서 먼flow distance/wall thickness ratio

곳에 설치하는 것을 추천한다 센서는 게이트 반대 지점에 설치할 수 없는데 이것.

은 다이나믹한 힘이 또한 측정될 수 있기 때문이다 이것은 캐비티 압력 신호를 겹.

치거나 왜곡할 수 있다 장점 정확한 측정 캐비티내의 이상적인 설치 위치 센서. : , ,

전면부 캐비티와 일치하기 위한 가공가능 설치 넛을 이용한 견고한 설치 고정한다, .

직접식직접식직접식직접식 캐비티캐비티캐비티캐비티압력압력압력압력 측정측정측정측정Fig. 2.4.1.20Fig. 2.4.1.20Fig. 2.4.1.20Fig. 2.4.1.20 간접간접간접간접적 캐비티적 캐비티적 캐비티적 캐비티 압력압력압력압력측정측정측정측정Fig. 2.4.1.21Fig. 2.4.1.21Fig. 2.4.1.21Fig. 2.4.1.21

◎ 이젝터 또는 측정핀을 이용한 간접식 측정

선택적으로 이젝터 핀 또는 측정 핀을 이용한 힘 측정으로 압력을 알아낼 수- “ ”

있는데 이것은 오직 직접신 센서를 설치하는 데 공간이 확보되지 않을 경우에 추천

할 수 있다 이젝터 핀의 마찰 휨 현상과 금형판의 변형 또는 오염된 에 의해. , bore

결과가 왜곡될 수 있기 때문이며 이것에 의한 공정 조정과 모니터링을 할 경우 심

각한 결과를 가질 수 도 있다 직접식은 일반 양산 조건에 훨씬 적합하다. .

◎ 노클 압력 측정 장치

영구적이고 신뢰성 있는 용융 압력 측정 용융과 비접촉 재료변화 품질저하 감- , , , ,

소 마모에 의한 영향이 없음 특별한 실린더 헤드 필요, ,

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노즐노즐노즐노즐 압력 센압력 센압력 센압력 센서 구성도서 구성도서 구성도서 구성도Fig. 2.4.1.22Fig. 2.4.1.22Fig. 2.4.1.22Fig. 2.4.1.22

마 측정을 위한 주변장치( )

실제의 경우 온도 및 압력의 측정만으로는 충분하지 못하다 따라서 기록과 서식화.

가 가능해야 한다 최신의 기계에서는 수치와 그림으로 나타내는 장치가 포함되어.

있다 구식기계는 이러한 사양을 갖지 못하며 여러 가지 측정 장치를 설치할 필요.

가 있다 예 자료의 기록과 통계. ( : X-Y Plotter, Light Point Plotter, Oscillograph)

의 해석을 위해서는 컴퓨터가 필요하다 이들을 기계에 연결하고 검출기를 인터페.

이스 시켜야 한다 기록과 해석은 두 가지가 되며 이 경우 온도와 압력의 측정은.

품질 및 생산성 향상을 위한 중요한 도구가 된다.

금형의 품질검사금형의 품질검사금형의 품질검사금형의 품질검사2.2.2.2.

금형은 사출기를 제외하고는 사출성형 작업과 생산된 제품에 가장 중요하므로 생산

성을 시작하기 전 금형을 검사하는 것이 절대적으로 필요하다 이 품질 검사에 대.

해서는 금형을 외주로 주었거나 자체 제작하거나 차이가 없다 어느 경우나 새로운, .

금형 검사는 생산부서 사람보다 품질보증서에서 수행하는 것이 적당하다 그 이유.

는 그들의 관심은 가급적 빨리 생산에 들어가려고 하기 때문이다 그러나 대부분의.

회사에서는 품질관리를 하는 사람들이 커다란 실수를 하고 있다 그들은 금형이 완.

성 되었을 때 확인을 하고 있는데 이는 너무 늦은 것이다 품질관리는 금형제작 전.

공정에 걸쳐서 해야하고 설계와 함께 시작 되어야 한다 여기서는 최적 제품설계에.

대해서 알아보자 물론 제품 설계는 최적과 필요사이에 타협에 의하므로 관계가 있.

다 그 첫단계는 현 제품도면이 금형을 제작하는데 필요한 사항이 포함되어야 한다.

는 것이다.

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게이트의 위치와 종류-

파팅면의 위치-

소요제품 표면-

제품치수 및 허용공차-

허용 구배각-

이제터 위치-

위의 사항을 가지고 금형제작자는 금형을 만들 수가 있다 이것이 품질 검사 할 그.

다음 사항 이다 도면으로부터 제품이 요구하는 시험을 할 수 가 있다 필요한 것은. .

금형 본체 및 코어의 강도-

상하금형의 중심 맞춤-

슬라이드 안내 및 안내요소-

제품의 이형 가능성 및 스프루-

이 시점에서의 수정은 아주 용이하고 비용이 들지 않는다 그 이후에서는 수정에.

더 많은 비용이 든다 품질관리 부서에는 승인이 나면 금형제작자는 금형을 만들.

수가 있다 완성된 금형에 대해서는 다음 세단계로 검사한다. .

금형의 형합-

금형의 작동 가능-

제품의 치수-

가 금형의 형합( )

이는 형합 프레스상에서 형합 잉크를 사용하여 수행한다 이 잉크로서 금형이 닫혔.

을 때 상하 금형이 어디에서 접촉하는지 알수가 있다 만일 닿지 않는 부분이 있으.

면 이 위치에서 플래시가 발생할 우려가 있다.

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그 다음 확인해야 할 것은 단위 면적당 압력이다 이에 대한 기준은. 1000 bar/cm2

이다 그리고 접촉면적을 계산된 체결적으로 나누어야 한다 단위 면적당 최적 압력. .

을 얻는 가장 좋은 방법은 실링 옆부분의 면적을 몇 로 줄이는 것이다mm .

금형의 형합금형의 형합금형의 형합금형의 형합Fig. 2.4.2.1Fig. 2.4.2.1Fig. 2.4.2.1Fig. 2.4.2.1

나 금형의 기능( )

금형을 사출성형기에 설치하고 드라이 사이클을 시작한다 그리고 금형 한쪽의 중.

심과 안내요소를 확인한다 이때는 가열된 금형 생산시 금형온도 으로 하여야 한. ( )

다 금형을 열고 닫는 동안 삐걱거리는 소리 불합리한 작동 및 마찰이 있어서는 안. ,

된다 이젝터의 경우도 마찬가지다 생산의 안전을 위해서는 금형 한쪽의 온도를. .

만 변화시키는 것이 현명한 방법이다 이제 금형을 충전시킨다 제품을 반10-20 . .℃

쯤 충전시켜 유동의 균형여부를 확인한다 유동이 균형을 이루지 못하면 런너와 게.

이트를 수정한다 계통이 균형이 잡힐 경우에만 완전히 성형시키는 것이 좋다 다음. .

확인할 사항은 금형의 가스빼기이다 사출하는 과정에서 공기는 캐비티 외부로 빠.

져나가야 한다 그렇지 않으면 제품이 탄자국이 생긴다 디젤효과 그렇지 않으면. . ( )

정확한 반쪽에 또한 제품의 장탈로 확인하여야 한다 표면에 부스러기가 있는가. ?

핀 면적을 크게 하고 사상 및 코어에 빼기 구배를 크게 줌 이 최종적인 확인을( )

거쳐 작동이 정확한 사이클 시간내에 이루어지는지 확인하므로서 냉각 능력도 확인

한다 이러한 확인이 모두 만족스러우면 치수를 검사하기 위한 제품을 뽑는다. .

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다 제품치수( )

제품생산과 제품측정 사이에는 적어도 시간이 경과되어야 한다 시간을 절약하기24 .

위해 다른 조건으로 작업을 택하고 취출후 측정하여야 한다 그 이유는 제품을 장.

탈한 후에 치수와 시간 경과후의 치수관계는 상대적으로 일정한 관계가 있기 때24

문이다 수정이 필요하다면 이를 예상하여 다음번에 많은 시간을 줄일 수 있기 때.

문이다 만일 모든 치수가 허용 공차내에 있으면 생산 안전을 향상 시키기 위하여.

기계능력 분석과 마찬가지로 금형능력의 검토할 수 있게 된다 이러한 검토 결과를.

통하여 금형은 마음놓고 생산을 할 수 있게 된다.

금형온도의 모니터링금형온도의 모니터링금형온도의 모니터링금형온도의 모니터링3.3.3.3.

가 금형의 열팽창( )

사출성형에서 금형에는 여러 가지 열이 있다 금형은 폐호로 방식으로. Fig. 2.4.3.1

생각할 수가 있다 이는 에너지의 총합은 과 같다는 것을 의미한다 열의 총합은. 0 .

다음과 같이 나뉘어 진다.

금형과 주위사이의 열교환-

ㆍㆍㆍㆍ 열복사

ㆍㆍㆍㆍ 열대류

ㆍㆍㆍㆍ 열전도

수지에 의한 열유입 및 방출-

가열 냉각매체에 의한 열유입 및 방출- /

금형에서의 열금형에서의 열금형에서의 열금형에서의 열Fig. 2.4.3.1Fig. 2.4.3.1Fig. 2.4.3.1Fig. 2.4.3.1

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계산의 기준을 얻기 위해 모든 열 유입은 정 으로 하고 모든 방출은 부 로 하( ) ( )正 負

여야 한다.

나 주위와의 열교환( )

이 열은 복사 대류 전도의 총합이다 복사는 통상 무시되지만 여기서는 상대적인, .

비교를 위해 설명한다 대류도 일부가 되기는 하지만 열전도가 금형과 주위의 열교.

환에 중요한 역할을 한다.

다 열복사( )

볼츠만의 법칙능을 사용하여 계산하면

열반사표면적As :

Twa 금형외측의 온도:

Twu 주위의 온도:

Cs 흑체의 복사 정수:

ε 방출계수:

방출계수에 대한 값이 에 주어져 있다 에 대한 값은Table 2.4.3.1 . Cs 20.78kJ/m2hk

4

이다.

재재재재료료료료별 방출계수별 방출계수별 방출계수별 방출계수Table 2.4.3.1Table 2.4.3.1Table 2.4.3.1Table 2.4.3.1

재 질 방 출 계 수

동 0.037

강 0.128

알루미늄 0.039

유리 0.940

종이 0.920

목재 0.935

- 118 -

라 열대류( )

이는 공기의 흐름에 의해 교환되는 열량이다 다음 식으로 계산된다. .

여기서 열전달 계수는 수직 및 수평표면에 대해 다른 값을 가지므로 중간 값을 택

할 필요가 있다.

열전도5)

이는 기계의 금형설치 판상에 대한 결과로 다음 공식으로 계산된다.

보통은 사출성형기에서는 금형에 비해 금형고정판은 아주 크며 부피가 크므로 등온

으로 취급할 수가 있다 이 경우. λ 는 비례 상수에 의해 대체된다 이들 값에 대/h .

해서는

비 합금강 393.9 kj/m2hk

고 합금강 301.7 kj/m2hk

온도가 높아질수록 전도의 차이는 커진다 따라서 기계와 금형 두 판 사이에는 절.

연판을 사용하는 것이 현명하다 다음식에 의해 전도가 계산된다. .

여기서 hi 절열판재의 두께: , λi 절연판재의 열전도도 열전도도의 값으로서: , 0.838k

를 사용할 수 있다kj/mhk .

마 재료 수지 에 의한 열유입량 및 방출량( ) ( )

- 119 -

금형내에서 냉각되는 열가소성 수지와 금형에서 가열되는 열경화성 수지 및 합성고

무는 구분 되어야 한다 여기서 열경화성 및 탄성수지는 금형의 가열이 충분하므로.

더 설명하지 않겠다 열경화성 수지의 금형의 치수는 으로 계산될 수 있. 40W/kg

다 열가소성 수지에서는 훨씬 다르다 여기에서 수지와 금형사이의 열교환이 열평.

형에 중요한 위치를 차지한다 뜨거운 수지는 이젝션 온도까지 될 수록 빠른 시간.

내에 냉각되어야 한다 제거되어야 할 열량은 폴리머의 엔탈피 차이이다 이 엔탈피. .

는 하나의 온도하에서 에너지 소모 값이다 그래서 사출온도와 이젝션 온도사이에.

차이가 생긴다 수지에 의한 유입열량에 대한 공식은.

여기서 캐비티 수 런너부를 포함한 제품 한개의 무게, n : , m : , Δ 엔탈피차h : , tz

사이클 타임을 의미한다: .

용용용용융융융융수지와 이수지와 이수지와 이수지와 이젝팅젝팅젝팅젝팅 온도온도온도온도간간간간의의의의 엔엔엔엔탈탈탈탈피피피피 차차차차Table 2.4.3.2Table 2.4.3.2Table 2.4.3.2Table 2.4.3.2

바 가열 냉각 매체에 의한 열유입 및 제거량( ) /

이 열량이 열평형과 같은 부분이다 열경화성 및 합성수지에 대해서는 앞서 설명한.

바와 같다 가열방법은 용량의 전기이다 열가소성 수지가 냉각됨에 따라. 40W/kg .

실온에 비해 냉각 또는 가열될 수 있다 이는 열평형 계수에 의해 좌우되며 선택된.

금형온도에 따라서 다르다.

- 120 -

제품측정제품측정제품측정제품측정4.4.4.4.

사출 성형 후에는 제품을 측정하여야 한다 제품이 요구되는 품질을 가지는지 알아.

보아야 한다 제품의 품질을 세가지 형태로 구분 할 수 있다. .

치수 및 형상편차 변형- ( )

표면 결함-

기계적 성질-

이들에 대해서는 다음의 중요사항이 적용되어야 한다 품질은 가급적 최소가 되어.

야 하나 제품도면에서 정해진 요구사항을 만족 시켜야 한다 시험에는 정확한 측정.

이 사용되어야 한다 예컨대 치수공차를 가지는 제품을 의 감도를. 0.01mm 0.05mm

가지는 측정기로 측정하는 것은 의미가 없다 이것은 물론 다른 항목에 대해서도.

마찬가지다.

가 제품치수와 형상편차 변형( ) ( )

플라스틱상에서 치수측정을 하는데 있어 오차를 없게 하려면 플라스틱의 전형적인

단점을 이해할 필요가 있다 여기에는 성형후 수축과 탄성계수가 있다 정확한 치수. .

를 얻기 위해서는 다음사항을 확인하고 정확하지 않으면 수정한다.

제품수축의 정도-

제품내의 수분 함량-

측정온도-

측정장치-

제품표면의 거칠기-

정확한 제품측정에서 커다란 문제는 제품수축 영향에 의해 계속변화 한다는 것이

다 이 문제는 공차가 크거나 성형변수가 양호하면 큰 문제가 되지 않는다 최적 성. .

형조건은 낮은 수축 때문에 치수 편차도 작아지게 된다 온도와 습도의 영향을 피.

하기 위해서 제품은 일정시간 동안 표준 환경 습도 에 저장해 두어야(23 , 50%)℃

한다 낮은 플라스틱의 탄성계수는 특별한 측정 장치를 필요로 한다 일반적으로 금. .

속제품에는 버어니어 캘리퍼스 및 마이크로미터가 사용된다.

- 121 -

높은 정밀도를 가진 제품에는 마이크로미터를 사용할 수 있다 그러나 이것도 플라.

스틱에는 사용할 수 없고 재질이 연하면 측정력 때문에 측정오차가 생긴다 이 경.

우 측정력을 최소화 시켜야 한다 이런 경우 낮은 스프링 힘을 가진 다이얼 게이지.

를 사용하거나 광학측정 방법으로 비접촉 측정방법을 사용할 수 있다(Fig. 2.4.4.3) .

최신 측정실에서는 차원 측정기를 사용한다 이 기계로서 많은 치수를 자동으로3 .

측정 할 수 있다.

버버버버니어니어니어니어 캘캘캘캘리리리리퍼퍼퍼퍼스스스스Fig. 2.4.4.1Fig. 2.4.4.1Fig. 2.4.4.1Fig. 2.4.4.1

마마마마이크로미터이크로미터이크로미터이크로미터Fig. 2.4.4.2Fig. 2.4.4.2Fig. 2.4.4.2Fig. 2.4.4.2

다이다이다이다이얼얼얼얼 게이지게이지게이지게이지Fig. 2.4.4.3Fig. 2.4.4.3Fig. 2.4.4.3Fig. 2.4.4.3

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더욱 복잡한 것은 위치 공차이다 이러한 높은 품질의 제품을 위해 평면도 평행도. ,

를 측정하려면 또는 측정기가 필요하다 진직도 측정을 위해 특수한 장치를. Fig.

에 나타낸다2.4.4.4 .

진직진직진직진직도 측정장도 측정장도 측정장도 측정장치치치치 예예예예Fig. 2.4.4.4Fig. 2.4.4.4Fig. 2.4.4.4Fig. 2.4.4.4 차원 측정장차원 측정장차원 측정장차원 측정장치치치치Fig. 2.4.4.5 3Fig. 2.4.4.5 3Fig. 2.4.4.5 3Fig. 2.4.4.5 3

근래에 와서 기계에 대한 기능 성능 품질의 향상을 요구하는 수요가 높아지고 있, , ,

으며 또한 각 기계의 종류가 다양화 하여 그 생산 효율의 향상이 점차 강하게 요망

되고 있다 이러한 상황 하에서는 종래법에 의한 측정 검사로는 측정의 정밀도 속. , ,

도 모두에서 만족할 만한 결과를 얻을 수 있다 이러한 상황에 대처할 수 있는 측.

정기로서 앞으로 점차 중요성을 높혀 갈 것으로 생각되는 것은 차원 측정기이다3 .

차원 측정기에서는 측정 대상부품 표면은 형상 데이터를 얻고 그 데이터를 처리하3

여 측정 대상에서 필요로 하는 형상 정보를 얻는다.

나 표면 결함( )

오늘날 이 품질에 대해서는 항시 검사관의 육안검사에 의한다 표면결함은 여러 가.

지 원인이 있다 이는 뿌연 표면 은줄 젯팅 기타와 같이 기계 셋업 불량일 수도. , ,

있고 디젤효과 이젝팅 자국과 같은 결함은 또 다른 표면 결함이다 품질요구에 따, .

라 전수검사 또는 랜덤 검사가 필요하다 그래서 비용이 높아질 수가 있다 미래에. .

는 컴퓨터 모니터링이 의한 시각적 제품검사가 수동검사를 대체하게 될 것이다 그.

래서 품질검사 비용을 줄일 수 있으나 이것은 어디까지나 미래의 관점에서 생각해

본 것일 뿐이다.

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기계적 성질3)

성형품의 기계적인 치수 측정과 열적 전기적 성질 검사는 아주 복잡한 일이다 여, ,

기서 이런한 모든 것을 취급하기에는 지면이 많이 요구되어 생략한다 따라서 제품.

도면에 지정된 기준을 참조하는 것이 좋을 것이다 일반적으로 규격은 독일 규격, .

또는 미국규격 이 있다 측정기를 결정하기 쉽기 때문에 주요 국가의 규DIN ASTM .

격을 사용하는 것이 좋다.

제 절 금형시스템 제작 및 사출성형제 절 금형시스템 제작 및 사출성형제 절 금형시스템 제작 및 사출성형제 절 금형시스템 제작 및 사출성형5 Preform5 Preform5 Preform5 Preform

지금까지 사출성형 블로우성형 및 금형시스템 설계와 관련하, Multi-Cavity Preform

여 제반사항에 대해 조사하고 기술지원을 수행하였다 또한 좀더 기술적으로 프리.

폼 금형부품의 설계 방법 핫런너 핵심부품의 설계 방법 및, Multi-Cavity Preform

금형설계결과의 가공 및 제작에 대해서도 기술적 지원을 수행하였다 또한 성형된.

제품의 측정을 위한 방법에 대해서도 여러 가지 내용에 대한 기술지원을 수행하였

다 한편 본 절에서는 앞에서 언급된 내용에 대한 실제 금형시스템의 운용적인 측.

면에서 살펴보기로 한다.

우선 프리폼의 사출성형을 위한 수지를 에서 보여주고 있다 한편 가공Fig. 2.5.1 .

제작된 금형 시스템이 사출기에 장착된 결과를 에Multi-Cavity Preform Fig. 2.5.2

제시하였다 그림은 금형이 열려 있을 때를 나타내는 것으로 와 부를 좀. Cavity Core

더 자세히 나타내기 위한 그림을 에 제시하였다 또한 이러한 부와Fig. 2.5.4 . Cavity

부가 닫힌 상태를 에서 보여주고 있다 일단 와 같이 금형Core Fig. 2.5.4 . Fig. 2.5.4

이 닫힌 순간부터는 앞에서도 언급되었듯이 용융수지가 금형 안으로 들어가게 되,

고 각각 충진 보압 및 냉각 등의 과정을 겪게 된다 하지만 이러한 과정은 금형자, , .

체가 투명하지 않는 한 볼 수 없는 과정이다 따라서 실제 용융수지가 금형내에서.

충진되는 과정을 표시하기 위해 에 본 사업에서 지원된 삼차Fig. 2.5.5~Fig. 2.5.8

원 유동해석 결과를 제시하였다 이러한 의 장점은 바로 보이지 않는 부CAE . CAE

분의 결과를 보여준다는 데 있으며 결과에서 보듯이 실제 현장에서는 볼 수 없는,

결과를 가상적으로 보여준다.

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물론 의 곁과는 이러한 충진결과 이외에도 충진압력결과 온도분포결과 수축CAE , , ,

결과 웰드라인 결과 방향성 등의 훨씬 더 많은 결과를 제공한다 또한 제품의 잔, , .

류응력도 평가 될 수 있으므로 는 매우 유용한 도구라고 할 수 있다 실제 육, CAE .

안으로 확인하기 힘든 부분의 결과를 보여주는 것 이외에 보다 큰 이점은 아마도

설계자가 원하는 설계변경을 손쉽게 할 수 있다는 사실일 것이다 현장에서는 한번.

수정 작업을 위해서는 많은 시간과 비용이 발생되나 의 경우는 간단한 작업에, CAE

의해 설계 변경이 가능하기 때문이다 예를 들면 게이트의 위치 및 크기 변경 등을.

들 수 있다 에 제시된 결과도 여러 차례의 시도를 통해 얻어. Fig. 2.5.5~Fig. 2.5.8

진 최적 결과중의 하나이다 앞에서도 언급되었던 단일 프리폼의 성형결과와 거의.

동일한 결과를 줌을 볼 수 있다 이렇게 금형내에서 충진과정을 거치고 나면 금형.

은 열리게 되는데 금형이 열렸을 때의 그림을 에서 보여주고 있다 그림Fig. 2.5.9 .

은 금형이 열린 후 제품을 취출하기 위해 취출부가 작동하기 바로 직전에 촬영된

결과이다 이후 취출부가 작동되면 제품은 자유낙하방식으로 아래로 떨어지게 되면. ,

성형된 제품이 이송되는 과정을 에서 보여주고 있다 경우에 따라서는Fig. 2.5.10 .

자동 취출 장치 로봇을 사용할 수 도 있다 켄베어 시스템에 의해 이송된 제품은.

포장박스로 가기전에 에서와 같이 육안으로 선별되기도 한다 마지막으Fig. 2.5.11 .

로 본 지원사업을 통해 성형된 프리폼 제품을 에 제시하였다 제시Fig. 2.5.12~14 .

된 제품은 측정 결과 허용공차를 만족하는 제품이다.

- 125 -

성형용 수지성형용 수지성형용 수지성형용 수지Fig. 2.5.1 Preform PETFig. 2.5.1 Preform PETFig. 2.5.1 Preform PETFig. 2.5.1 Preform PET

사출성형용 금형 및 사출기 열사출성형용 금형 및 사출기 열사출성형용 금형 및 사출기 열사출성형용 금형 및 사출기 열림림림림Fig. 2.5.2. Multi-Cavity Preform ( )Fig. 2.5.2. Multi-Cavity Preform ( )Fig. 2.5.2. Multi-Cavity Preform ( )Fig. 2.5.2. Multi-Cavity Preform ( )

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사출성형용 금형 열사출성형용 금형 열사출성형용 금형 열사출성형용 금형 열림림림림Fig. 2.5.3 Multi-Cavity Preform ( -Cavity & Core View)Fig. 2.5.3 Multi-Cavity Preform ( -Cavity & Core View)Fig. 2.5.3 Multi-Cavity Preform ( -Cavity & Core View)Fig. 2.5.3 Multi-Cavity Preform ( -Cavity & Core View)

사출성형용 금형 및 사출기 닫힘 성형과정사출성형용 금형 및 사출기 닫힘 성형과정사출성형용 금형 및 사출기 닫힘 성형과정사출성형용 금형 및 사출기 닫힘 성형과정Fig. 2.5.4 Multi-Cavity Preform ( - )Fig. 2.5.4 Multi-Cavity Preform ( - )Fig. 2.5.4 Multi-Cavity Preform ( - )Fig. 2.5.4 Multi-Cavity Preform ( - )

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금형내 수지금형내 수지금형내 수지금형내 수지 충진충진충진충진과정 모사결과과정 모사결과과정 모사결과과정 모사결과Fig. 2.5.5 Multi-Cavity Preform PET (Step 1)Fig. 2.5.5 Multi-Cavity Preform PET (Step 1)Fig. 2.5.5 Multi-Cavity Preform PET (Step 1)Fig. 2.5.5 Multi-Cavity Preform PET (Step 1)

금형내 수지금형내 수지금형내 수지금형내 수지 충진충진충진충진과정 모사결과과정 모사결과과정 모사결과과정 모사결과Fig. 2.5.6 Multi-Cavity Preform PET (Step II)Fig. 2.5.6 Multi-Cavity Preform PET (Step II)Fig. 2.5.6 Multi-Cavity Preform PET (Step II)Fig. 2.5.6 Multi-Cavity Preform PET (Step II)

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금형내 수지금형내 수지금형내 수지금형내 수지 충진충진충진충진과정 모사결과과정 모사결과과정 모사결과과정 모사결과Fig. 2.5.7 Multi-Cavity Preform PET (Step III)Fig. 2.5.7 Multi-Cavity Preform PET (Step III)Fig. 2.5.7 Multi-Cavity Preform PET (Step III)Fig. 2.5.7 Multi-Cavity Preform PET (Step III)

금형내 수지금형내 수지금형내 수지금형내 수지 충진충진충진충진과정 모사결과과정 모사결과과정 모사결과과정 모사결과Fig. 2.5.8 Multi-Cavity Preform PET (Step IV)Fig. 2.5.8 Multi-Cavity Preform PET (Step IV)Fig. 2.5.8 Multi-Cavity Preform PET (Step IV)Fig. 2.5.8 Multi-Cavity Preform PET (Step IV)

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사출성형용 금형 열사출성형용 금형 열사출성형용 금형 열사출성형용 금형 열림림림림 프리폼 성형프리폼 성형프리폼 성형프리폼 성형후후후후Fig. 2.5.9 Multi-Cavity Preform ( - )Fig. 2.5.9 Multi-Cavity Preform ( - )Fig. 2.5.9 Multi-Cavity Preform ( - )Fig. 2.5.9 Multi-Cavity Preform ( - )

사출 성형사출 성형사출 성형사출 성형된된된된 의 자의 자의 자의 자유낙유낙유낙유낙하하하하 후후후후 이이이이송송송송과정과정과정과정Fig. 2.5.10 PreformFig. 2.5.10 PreformFig. 2.5.10 PreformFig. 2.5.10 Preform

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사출 성형사출 성형사출 성형사출 성형된된된된 의 자의 자의 자의 자유낙유낙유낙유낙하하하하 후후후후 이이이이송송송송 중 분류과정중 분류과정중 분류과정중 분류과정 육안육안육안육안검사검사검사검사Fig. 2.5.11 Preform ( )Fig. 2.5.11 Preform ( )Fig. 2.5.11 Preform ( )Fig. 2.5.11 Preform ( )

사출 성형사출 성형사출 성형사출 성형된된된된 제품 사제품 사제품 사제품 사진진진진Fig. 2.5.12 Preform IFig. 2.5.12 Preform IFig. 2.5.12 Preform IFig. 2.5.12 Preform I

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사출 성형사출 성형사출 성형사출 성형된된된된 제품 사제품 사제품 사제품 사진진진진Fig. 2.5.13 Preform IIFig. 2.5.13 Preform IIFig. 2.5.13 Preform IIFig. 2.5.13 Preform II

사출 성형사출 성형사출 성형사출 성형된된된된 제품 사제품 사제품 사제품 사진진진진Fig. 2.5.14 Preform IIIFig. 2.5.14 Preform IIIFig. 2.5.14 Preform IIIFig. 2.5.14 Preform III

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 기술지원 사업 사출성형 금형시스템 설계 및 제작 기술지원 을 통해서(“Preform ”)

아직까지 개념이 정립되어 있지 않았던 지원기업 주 코리아 의 관련 금(( )TWI ) Preform

형 설계 제작 및 성형과 관련된 제반 지식을 한층 더 업그레이드 할 수 있었다, .

국내의 경우 멀티 캐비티 프리폼 금형 및 성형을 수행할 수 있는 업체의 수는 몇

개에 지나지 않는 것이 현실이며 이러한 기업들도 아직까지는 현장적인 시행 착오,

적 접근 방식을 사용하고 있다 이로 인해 문제점 발생시 방향성 없는 접근이 이루.

어지고 있으며 매우 비효율적인 작업이 진행되고 있는 것이 현실이다 이러한 현실, .

은 지원기업의 경우도 마찬가지였다 비록 국내에서 프리폼 성형관련해서는 가장.

기술력이 있는 중소기업 중에 하나이지만 앞에서 언급된 문제는 동일한 상황이었,

다 따라서 이러한 국내 중소기업의 고질적인 문제를 조금이나마 해결하고자 상기.

와 같은 본 지원사업이 수행되었다.

본 기술지원 사업의 최종 기술지원 목표를 달성하기 위해서는 사출성형을Preform

위한 금형부품 금형시스템 제작 및 사출성형의 기법이 요구되므로, Multi-Cavity ,

본 지원사업에서는 다음과 같은 구체적인 기술지원 내용을 수행하였다.

Mul◎ 사출성형용 금형부품 설계 및 제작을 위한 방법제시ti-Cavity Preform

◎ 핫런너 부품들의 최적설계를 위한 설계방법 제시

◎ 생산 공정의 개선을 통한 품질개선 및 생산성 향상

상기의 내용을 수행한 결과 지원기업은 금형시스템의 개발을 위한 기초적Preform

인 금형설계와 관련된 자료조사 및 연구를 통하여 금형시스템의 개발을 위한 기술

적인 숙지력 배양이 가능하였고 더 나아가 금형시스템 개발의 기술적인 노하우를,

효율적으로 축적하는데 기초적인 준비가 가능하였다.

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또한 금형시스템의 설계 및 제작을 위해 도입된 핫런너 시스Multi-cavity preform

템의 기본적인 자료조사 및 기초 연구를 통하여 핫런너 시스템의 설계를 위한 기술

적인 접근이 가능하였으며 핫런너 매니폴더의 위상학적 균형을 유지, (Topologjcal)

하면서 설계 및 시제작을 수행하여 성공적인 금형시스템의 개발의 근간을 이룰 수

있었다 그리고 최종 중공성형제품의 품질을 좌우하는 프리폼의 단면설계 및 성형.

최적화 수행을 위해 사출전용해석프로그램을 통한 기술지원을 수행하여 다양한 관

점에서의 해석결과를 도출하였으며 이러한 결과를 사출성형 및 금형시스, Preform

템 설계 및 제작에 중요한 기술적 데이터로 활용되도록 하였다 마지막으로 앞서.

언급된 일련의 과정을 수행하여 궁극적으로 를 사출하는 금형Multi-cavity Preform

시스템을 개발하였고 제작을 성공적으로 수행하였으며 이 시스템을 이용하여 시사, ,

출 및 양산사출을 성공적으로 수행할 수 있도록 기술지원을 수행하였다 이러한 프.

리폼 관련 기술지원 결과 지원업체의 제품의 양산성을 확보시켰을 뿐만 아니라 지,

원기업의 새로운 제품에 대한 금형 및 성형기술 접근 방법을 혁신적으로 변화시켰

다 또한 부가적으로 이러한 엔지니어링 접근 방식을 통해 지원 기업의 위상 및 대.

외이미지 제고에 큰 역할을 하였다 한편 본 지원사업에서 제시된 지원사업의 내용.

이외에도 아래와 같은 대표적인 지원이 부가적으로 수행되었다.

일반가전제품 플라스틱 부품의 대체 기술지원1. PET

프리폼 성형관련 국내외 정보2.

국내 고분자 수지 제조사 및 생산품목3.

와 의 특징 비교4. PP PET

이에 대해서는 대표적인 내용만 부록에 제시하였으며 최종적으로 본 지원사업을,

통하여 주 코리아는 그 동안 노력을 경주하여 왔던 금형시스템의 개( )TWI Preform

발 및 제작과 관련하여 기술적인 수준을 한층 더 증대시킬 수 있었으며 시사출 및,

양산화에도 성공을 거둘 수 있었다 현재 주 코리아는 지원결과를 바탕으로 하. ( )TWI

여 사출성형업체로 업종을 다변화할 수 있었으며 더 나아가 더 많은 수의Preform ,

를 사출할 수 있는 금형시스템의 개발에 자신감을 갖게 되었다cavity .

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