원료 수지에서 완제품까지: 플라스틱 가공 공정 완전 정복

플라스틱 가공은 합성 수지나 플라스틱을 플라스틱 제품으로 전환하는 다양한 공정의 총칭으로 플라스틱 산업 최대 생산 부문입니다. 플라스틱 가공은 일반적으로 배합, 성형, 기계 가공, 접합, 트리밍, 조립을 포함합니다. 뒤의 네 공정은 플라스틱이 성형돼 완제품이나 반제품이 된 뒤 수행되므로 2차 플라스틱 가공이라고도 합니다.

플라스틱 가공의 역사

많은 플라스틱 가공 기술은 고무, 금속, 세라믹 가공에서 차용했습니다. 역사는 1890년대까지 거슬러 올라갑니다. 초기에는 플라스틱 소재가 인화성이라 성형으로 블록을 만든 뒤 기계 가공으로 시트를 만들었습니다. 일반 플라스틱 시트는 열성형으로 가공 가능했습니다.

기술 발전에 따라 더 많은 성형 기술이 플라스틱 부품 제조에 적용되었습니다. 주조 성형은 페놀 수지 등장과 함께 성공적으로 연구되었고, 사출 성형은 1920년대 셀룰로오스 아세테이트와 폴리스티렌 가공에 시작되었습니다. 1930년대 중반 연질 폴리염화비닐 압출 성형이 성공하고 플라스틱 전용 단일 스크류 압출기가 나왔으며, 1938년 이축 압출기도 생산에 투입되었습니다.

1980년대에는 고효율, 고속, 고정밀, 에너지 절약, 대형화 또는 초소형·초박형 방향으로 발전했습니다. 컴퓨터 기술이 이 분야에 진입하면서 플라스틱 가공 기술 전체가 새로운 차원으로 도약했습니다.

대표적인 9대 플라스틱 가공 솔루션

1. 사출 성형

사출 성형은 산업 제품 형상을 생산하는 공법입니다. 보통 고무나 플라스틱을 사용하며 사출 성형과 다이캐스팅으로 나뉩니다. 사출 성형기(사출기)는 열가소성 또는 열경화성 수지를 플라스틱 금형으로 다양한 형상의 플라스틱 제품으로 만드는 주 성형 장비입니다. 사출 성형은 사출기와 금형으로 구현됩니다.

2. 압출 성형

압출기 배럴과 스크류 사이에서 소재가 가열·가소화되면서 스크류에 의해 전진하고 다이를 통해 연속적으로 다양한 단면 형상의 제품이나 반제품을 만드는 가공법입니다.

3. 회전 성형

계량된 플라스틱(액체 또는 분말)을 금형에 넣고 밀폐한 뒤 두 수직 축을 따라 회전시키면서 가열합니다. 중력과 열에너지 작용으로 금형 내 플라스틱이 캐비티 전체 표면에 고르게 도포·용융·부착돼 캐비티와 같은 형상을 만들고 냉각·성형·탈형해 원하는 형상의 제품을 얻습니다.

4. 블로 성형

블로 성형은 급속히 발전하는 플라스틱 가공법입니다.

열가소성 수지를 압출 또는 사출로 튜브형 파리슨을 만들어 뜨거운 상태(또는 연화 상태로 가열)로 분할 금형에 넣습니다. 금형 닫자마자 압축 공기를 파리슨에 불어넣어 팽창시켜 금형 내벽에 밀착시킵니다. 냉각·탈형 후 중공 플라스틱 제품을 얻습니다.

5. 압축 성형

분말·입상·섬유상 플라스틱을 성형 온도에서 금형 캐비티에 넣고 밀폐·가압해 성형·고화시킵니다. 열경화성, 열가소성, 고무 소재 모두 적용 가능합니다.

6. 발포 성형

발포제(PVC, PE, PS 등)에 적절한 발포제를 첨가해 플라스틱에 미세 기포 구조를 만드는 공정입니다. 산업 생산에서 거의 모든 열경화성·열가소성 플라스틱을 발포 플라스틱으로 만들 수 있으며 발포 성형은 플라스틱 가공에서 매우 중요한 공정이 되었습니다.

기포 구조에 따라 발포 플라스틱은 두 가지로 나뉩니다:

대부분 기공이 연결돼 있으면 개방 세포 발포, 대부분 기공이 서로 분리돼 있으면 폐쇄 세포 발포입니다. 개방/폐쇄 세포 구조는 제조법에 따라 결정됩니다.

(1) 화학적 발포: 특수 첨가 발포제의 열분해 가스나 원료 성분 간 화학 반응 가스로 플라스틱 용융물이 기공을 채웁니다. 발포제 가열 시 발생 가스는 이산화탄소, 질소, 암모니아 등입니다. 폴리우레탄 발포 생산에 흔히 쓰입니다.

(2) 물리적 발포: 기체나 액체를 플라스틱에 용해시킨 뒤 팽창 또는 기화시키는 방법입니다. 물리적 발포에 적합한 플라스틱 종류가 많습니다.

(3) 기계적 발포: 기계적 교반으로 기체를 액체 혼합물에 혼입시킨 뒤 성형 공정으로 기공을 형성하는 발포법. 요소포름알데히드 수지에 흔히 쓰이며 폴리비닐포름알데히드, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐클로라이드 솔 등에도 적용 가능합니다.

7. 레이저 쾌속 조형(SLS 3D 프린팅 기술)

CAD, CAM, CNC, 레이저, 정밀 서보 드라이브, 신소재 등 첨단 기술이 통합된 신제조 기술입니다.

전통 제조법 대비 특징: 시제품 재현성·호환성 우수, 제조 공정이 시제품 형상에 무관, 공정 주기 단축·비용 절감(일반 제조비 50% 절감, 공정 주기 70% 이상 단축), 고기술 통합으로 설계·제조 일체화 실현.

다양한 열가소성 플라스틱 제품뿐 아니라 금속 소재 성형도 가능하며 최근 급속히 발전한 가공법입니다. 신제품 개발, 의료, 항공우주 등 소량 생산 분야에 널리 쓰입니다.

8. 용적 적층 조형(FDM 3D 프린팅 기술)

용적 적층 조형(FDM)은 열가소성, 왁스, 금속 등 필라멘트 소재를 가열 노즐로 압출하면서 각 층의 소정 궤적을 일정 속도로 적층하는 공정입니다.

공정이 매우 단순하고 장비 크기를 신발 상자 수준으로 줄일 수 있어 가정용과 과학교육용으로 적합합니다. 출력량과 보급률이 가장 높은 3D 프린팅 기술입니다.

9. CNC 가공 공정(CNC)

CNC 가공은 프로그램 제어 시스템을 갖춘 자동 공작기계로 제품을 가공하는 공정입니다.

제어 시스템은 제어 코드나 기호 지시로 지정된 프로그램을 논리적으로 처리·디코딩해 공작기계를 움직여 부품을 가공합니다.

3D 프린팅은 집을 짓듯 층층이 쌓아 올리는 적층 가공 원리입니다. CNC는 정반대로 고체에서 불필요한 부분을 깎아내는 절삭 가공으로 최종 부품을 얻습니다.

중국의 전문 CNC 가공 및 플라스틱 부품 가공 공급업체인 JTR은 전 세계 고객의 플라스틱 부품 가공 문제를 해결해 왔습니다. 엔지니어들이 고객에게 더 나은 가공법(CNC, 사출, 3D 프린팅)을 제안합니다. 저렴하고 고품질인 플라스틱 부품 생산 고민을 덜어드립니다.

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