플라스틱 사출 성형 13대 난제와 해결 방안

플라스틱 사출 성형의 장점은 빠른 생산 속도, 고효율, 자동화 운전, 형상과 크기 유연성입니다. 게다가 사출 성형 제품은 치수가 정확하고 교체하기 쉬우며, 금형 부품은 복잡한 형상으로 성형 가능합니다. 이 친환경 공법은 대량 생산과 복잡한 형상 제품 같은 성형 가공 분야에 적합합니다.

하지만 작업자들이 특정 기계와 사출 공정 운용 숙련도가 있어도, 금형 설계와 소재에서의 다양한 신속 사출 성형 결함은 불가피합니다. 이 글은 플라스틱 사출 성형 문제와 해결책을 분석하며, 주요 내용은 다음과 같습니다:

원자재, 플라스틱 부품, 금형 설계, 성형 공정 등에서 발생하는 문제 원인을 분석하고 관련 해결책을 제안합니다.

1. 쇼트 샷 (Short Shots)

쇼트 샷은 금형 캐비티가 완전히 채워지지 않는 현상입니다.

원인: (1) 금형 온도, 소재 온도, 사출 압력 또는 속도가 너무 낮음 (2) 원료 불균일한 가소화 (3) 불량한 배기 (4) 원료 유동성 부족 (5) 부품이 너무 얇거나 게이트 크기가 너무 작음 (6) 비합리적 구조 설계로 폴리머 용융물이 조기 경화

대책: 소재: 더 유동성 좋은 소재 사용. 금형 설계: (1) 얇은 벽 전에 두꺼운 벽을 채워 체류 현상 방지. (2) 게이트와 러너 크기 적절히 늘려 공정 비율과 유동 저항 감소. (3) 배기구 위치와 크기 적절히 설정해 불량 배기 방지.

설비: (1) 체크 밸브와 실린더 내벽 마모 심각 여부 확인. (2) 공급구에 소재 있는지, 브리징 현상 있는지 확인.

공정: (1) 사출 압력과 속도 높여 전단열 증가. (2) 사출량 증가. (3) 실린더 온도와 금형 온도 상승.

2. 에어 트랩 (Air Traps)

에어 트랩은 공기가 캐비티에 갇혀 부품에 기포를 만드는 현상입니다.

원인: 두 용융 전선이 만날 때 파팅 면, 램, 또는 벤트에서 공기가 빠져나가지 못해 발생.

대책: 구조 설계: 두께 불균일 줄이고 균일한 벽 두께 유지 노력. 금형 설계: (1) 마지막 채워지는 곳에 벤트 추가. (2) 게이트와 러너 시스템 재설계. 공정: (1) 마지막 단계 사출 속도 감소. (2) 금형 온도 상승.

3. 취성 (Brittleness)

취성은 플라스틱 부품이 특정 부위에서 쉽게 갈라지거나 부서지는 현상입니다.

원인: (1) 건조 조건 부적합; 과도한 재생 소재 사용 (2) 사출 온도 설정 오류 (3) 게이트와 러너 시스템 설정 부적절 (4) 용융선 강도 낮음

대책: 소재: (1) 사출 전 적절한 건조 조건 설정. (2) 재생 소재 사용 줄이고 원료 비율 높임. (3) 고강도 플라스틱 사용. 금형 설계: 메인 러너, 분지 러너, 게이트 크기 확대.

설비: 온도 분포를 균일하게 하는 잘 설계된 스크류 선택. 공정: (1) 실린더와 노즐 온도 낮춤. (2) 백프레셔, 스크류 속도, 사출 속도 낮춤. (3) 소재 온도와 사출 압력 높여 용융 강도 개선.

4. 번 마크 (Burn Marks)

번 마크는 캐비티 내 가스가 제때 제거되지 않아 흐름 끝단에서 검게 변하는 현상입니다.

원인: (1) 캐비티 내 공기 제때 제거 못 함. (2) 소재 열화: 과도한 용융 온도; 과도한 스크류 속도; 러너 시스템 부적절 설계

대책: 금형 설계: (1) 배기 가스 쉽게 생기는 곳에 배기 시스템 추가. (2) 러너 시스템 크기 확대. 공정: (1) 사출 압력과 속도 낮춤. (2) 실린더 온도 낮춤. (3) 히터와 열전대 정상 작동 여부 확인.

5. 플래시 (Flash)

금형 파팅 라인이나 이젝터 부위에 과잉 플라스틱이 생기는 현상입니다.

원인: (1) 클램핑 힘 부족 (2) 금형 결함 (3) 성형 조건 불합리 (4) 배기 시스템 부적절 설계

대책: 금형 설계: (1) 금형 닫힐 때 제대로 닫히게 금형 합리적 설계. (2) 배기구 크기 확인. (3) 금형 표면 청소. 설비: 적정 크기 기계 설정. 공정: (1) 사출 시간 늘리고 사출 속도 낮춤. (2) 실린더와 노즐 온도 낮춤. (3) 사출 압력과 보압 낮춤.

6. 딜라미네이션 (Delamination)

부품 표면이 층층이 벗겨지는 현상입니다.

원인: (1) 타 부적합 폴리머 혼입 (2) 성형 중 과도한 이형제 사용 (3) 수지 온도 불일치 (4) 과도한 수분 (5) 게이트와 유로에 날카로운 모서리

대책: 소재: 원료에 부적합 불순물이나 오염된 재생 소재 혼입 방지. 금형 설계: 날카로운 모서리의 모든 러너와 게이트에 챔퍼링. 공정: (1) 실린더와 금형 온도 상승. (2) 성형 전 소재 적절히 건조. (3) 이형제 과다 사용 자제.

7. 제팅 (Jetting)

용융물이 너무 빨리 흘러 생기는 분무 자국, 일반적으로 뱀 모양입니다.

원인: (1) 게이트 크기가 너무 작고 큰 단면적의 제품 표면을 향함 (2) 충전 속도 너무 빠름

대책: 금형 설계: (1) 게이트 크기 확대. (2) 사이드 게이트를 랩 게이트로 변경. (3) 게이트 앞 핀(스톱 핀) 추가.

8. 플로우 라인 (Flow Lines)

플로우 라인은 용융물 느린 흐름으로 인한 개구리 뛰기 같은 물결 무늬가 제품 표면에 생기는 성형 결함입니다.

원인: (1) 금형 온도와 소재 온도 너무 낮음 (2) 사출 속도와 압력 너무 느림 (3) 유로와 게이트 크기 너무 작음 (4) 제품 구조 탓에 충전 흐름 시 가속도 너무 큼

대책: 금형 설계: (1) 유로 내 콜드 웰 크기 확대. (2) 러너와 게이트 크기 확대. (3) 메인 채널 길이 단축 또는 핫 러너로 전환. 공정: (1) 사출 속도 증가. (2) 사출 압력과 보압 증가. (3) 보압 시간 연장. (4) 금형 온도와 소재 온도 상승.

9. 포그 (Fog)

게이트 근처에 구름 같은 변색이 생깁니다. 원인은 용융 파단입니다.

원인: 게이트가 너무 작거나 접착부 캐비티가 너무 얇으면 용융물 유속이 크고, 파단 면적이 작아 전단율과 전단 응력이 커져 용융 고무가 파단되고 포그 시프트가 발생합니다.

대책: 몰드플로우 시뮬레이션. 위 좁은 구간을 지나는 용융물의 온도, 전단율, 전단 응력 예측 가능. 몰드플로우는 다양한 플라스틱 소재의 온도, 전단율, 전단 응력 상한을 제공. 몰드플로우 엔지니어는 분석 결과에 기반해 적절한 게이트 크기와 접착부 캐비티 벽 두께를 조정해 포그 제거.

10. 스트릭 (Streaks)

스트릭은 물, 기체, 탄화물이 흐름 방향을 따라 부품 표면에 분포된 현상입니다.

원인: (1) 원료 수분 함량 과다 (2) 원료에 공기 혼입 (3) 폴리머 열화: 소재 오염, 실린더 온도 과다; 사출량 부족

대책: 금형 설계: 배기 위치 충분한지 확인. 공정: (1) 적절한 사출 성형기와 금형 선택. (2) 소재 교체 시 실린더 내 구소재 완전 청소. (3) 배기 시스템 개선. (4) 용융 온도, 사출 압력 또는 사출 속도 낮춤.

11. 싱크 마크 (Sink Marks)

부품 표면이 벽 두께 부위에서 오목하게 들어가는 현상입니다.

원인: (1) 사출 압력 또는 보압 너무 낮음 (2) 보압 시간 또는 냉각 시간 너무 짧음 (3) 용융 온도 또는 금형 온도 너무 높음 (4) 부품 구조 설계 부적절

대책: 설계: (1) 덴트 생기기 쉬운 표면에 골파형 표면 적용. (2) 공작물 두꺼운 벽 크기 줄이고, 종횡비 최소화, 인접 벽 두께 비율 1.5~2로 제어, 부드러운 전이 추구. 리브, 카운터보어, 리브 두께 재설계. 일반적으로 기본 벽 두께의 40~80% 권장.

공정: (1) 사출 압력과 보압 증가. (2) 게이트 크기 확대 또는 게이트 위치 변경.

12. 웰드 라인 (Weld Lines)

웰드 라인은 두 용융 흐름이 합쳐지며 생기는 표면 결함입니다.

원인: 제작 부품에 구멍, 인서트, 다중 게이트 사출 방식이 있거나 부품 벽 두께가 불균일하면 웰드 라인 발생 가능.

대책: 소재: 플라스틱 용융물 유동성 증가. 금형 설계: (1) 게이트 위치 변경. (2) 벤팅 슬롯 추가. 공정: (1) 용융 온도 상승. (2) 이형제 사용량 감소.

13. 휨 (Warpage)

플라스틱 부품 설계와 생산에서 해결하기 가장 어려운 문제가 휨입니다.

원인: (1) 금형 구조: 게이팅, 냉각 시스템, 이젝션 시스템 (2) 제품 구조: 플라스틱 부품 벽 두께 변화, 곡면이나 비대칭 형상, 리브와 보스 기둥 설계 불합리 (3) 생산 공정: 플라스틱 부품 완전 냉각 안 됨, 사출과 보압 곡선 불합리 (4) 플라스틱 소재: 필러 미첨가, 수축률 크기

대책: (1) 금형 온도 불안정. 냉각/가열 균형 잡힌 금형 제공. (2) 불규칙 단면 두께. 수지 특성에 맞춰 제품 형상과 크기 재설계.

WayKen에서는 프로토타입 사출 성형 사례에서 많은 유사한 플라스틱 사출 성형 문제와 해결책을 마주했습니다. 고객을 위해 사출 성형 제품을 만들기 위해, 우리는 부품 제조 전과 사출 성형 공정 중에 사출 성형기 부품 디테일과 사출 성형 단계별 공정을 매우 중요하게 다룹니다.