Transcript 금형 온도가 부적절한 경우

사출성형에 있어서 성형불량의 원인과 대책
◆ 충전 부족 (Short Shot)
◆ 젯 팅 (Jetting)
◆ 흑 줄 (Black Streak)
◆ 싱크 마크 (Sink Mark)
◆ 크 랙 (Crack)
◆ 은 줄 (Silver Streak)
◆ 플래시 (Flash, Burr)
◆ 휨 / 변형 (Warpage)
◆ 플로우 마크 (Flow Mark)
◆ 웰드 라인 (Weld Line)
1
사출성형 Cycle
고속
형체
저압 ·저속
형체
금형 보호
고압
형체
고압 형체력
유지
형개
저속
고속
형개
형개
저속
금형정지
승압 확인 입력
초기 형개시간
안전
Door
Close
사출
장치
전진
사출
장치
후퇴
노즐
Touch
이젝터 이젝터
전진
후퇴
승압 확인
사출
계량
사출시간
후퇴
냉각 시간
2
사출 조건의 설정
4속 3압 사출기의 경우
계량
95~98% 충전
0 mm
S4
S3
S2
S1
SM
SD
Screw Position
V4
제품 말단
Cushion양
P3
V3
V2
V1
90% 충전
Gate
Sprue
Runner
P1
P2
VS
계량 속도는 냉각시간을
고려하여 설정
3
사출성형 시 사출속도의 설정 (예)
3
1
4
2
충전 종료
Gate
1: 중속 ~ 고속
2: 게이트 통과 시 저속 (젯팅, 실버 스트리크 등 방지)
3: 고속 (플로우 마크, 웰드라인 방지)
4: 중속 ~ 저속 (가스 탄화, Burr 방지)
4
사출성형 시 보압의 설정 (예)
금형 내
압력
◆ 감압 보압 :
두꺼운 성형품의
잔류응력 방지
◆ 수축, Burr 방지
적은 형체력으로
큰 성형품을
성형할 때
사출시간
5
성형품 두께와 사출압의 관계
사
출
압
력
얇은 성형품
표준 두께의 성형품
두꺼운 성형품
시간
6
충전 부족 (Short Shot)
수지가 캐비티에 완전히 충전되지 않고 냉각 고화하는 현상
미성형 발생
다수개빼기의 경우 일부가 충전 불량일 때
수지의 유동성 부족
게이트 밸런스 불량이므로 게이트 밸런스 보정
사출온도를 높이거나 사출압력 또는 속도를 높임
유동성이 높은 수지 선정
7
사출기 용량에 비해 금형이 큰 경우
금형 내 유동 저항이 큰 경우
사출기 용량이 큰 것으로 교체
유동저항을 크게 받는 부분의 직경을 증가시킴
캐비티 내 공기가 빠지지 않음으로써
사출속도를 낮춤으로써 공기가 빠져 나갈
생기는 경우
시간을 준다
호퍼에서의 수지 공급 부족
A. 호퍼부의 과열로 호퍼에 Pellet이
붙어 낙하하지 않음
B. 윤활성이 과다한 Pellet으로 스크류가
A. 호퍼부 온도를 낮추거나 냉각수를 사용
호퍼부 온도를 떨어뜨린다
B. 윤활성이 적은 Pellet 사용
Pellet을 앞으로 보내지 못함
8
흑 줄 (Black Streak)
성형품에 흑갈색의 흐름 모양이 나타나는 현상
금형 표면에 기름, 그리이스가 묻어 있거나
금형 표면에 기름 등이 부착되어 있는 경우
이젝터 핀에서 기름, 그리이스 등이 나오는 경우로
금형표면을 깨끗한 상태로 유지하도록 한다
Hot-Runner의 색상 교체 불량인 경우 :
Manifold 내에 체류 된 수지가 남아 있어
Gate 부근에 흑줄 발생
기존 수지가 체류 되지 않도록 Manifold의
구조 변경
실린더 내의 체류 시간을 적게 하거나 과열을 방지
수지의 열분해에 의한 경우
수지 온도를 내리고 사출속도를 느리게 한다
때때로 퍼징을 하는 것도 좋다
9
호퍼 부근의 냉각의 불충분한 경우 :
수지가 공급될 떄 공기가 같이 들어가면
호퍼부의 냉각수 양을 늘리고
호퍼 다음의 실린더 온도를 낮춘다
이 공기에 의해 수지가 타게 되어 발생
사출기 손상에 의한 경우 :
실린더 배부나 역류방지 밸브 등이 타서
부서진 경우 발생
이 경우 노즐의 조임 부분 등에서 탄 수지가
많이 나오므로 신속한 교체 필요
10
크 랙
(Crack)
성형품 표면에 금이 가는 현상
캐비티 과충전에 의한 경우
불균일한 살 두께에 의한 경우
잔류 응력에 의한 경우
이형 시에 발생하는 경우
인서트 주위에 발생하는 경우
금형온도 또는 수지 온도가 부적당한 경우
성형품 형상 불량에 의한 응력의 집중
외부 응력에 의한 경우
후 가공 시 외부응력에 의한 경우
반복 / 진동 하중에 의한 경우
열팽창 수축에 의한 경우
화학약품에 의한 경우
환경 응력에 의한 경우
열에 의한 경우
자외선에 의한 경우
11
금형의 빼기 구배 부족인 경우
금형면의 연마 불량
캐비티 과충전에 의한 경우 :
가장 많은 압력이 걸리는 게이트 부근에
크랙 발생
금형 온도가 부적절한 경우
불균일한 제품 두께에 의한 경우 :
두꺼운 부분의 냉각이 불충분한 상태에서
취출 시 이젝터 핀 주위에 발생
금형 수정이 필요함
수지의 유동성을 높여 낮은 사출압력으로 성형
실린더 온도를 높이거나 사출속도를 빠르게 한다
금형 온도가 불균일한 경우 냉각차에 의한
응력이 발생한다
충분한 냉각시간을 주거나 성형품의 두께가
변하는 부위에 R 또는 테이퍼 처리를 한다
사출조건에 의해 해결이 불가능한 경우 강도, 분자량이 높은 수지로 재료 변경 필요
12
플래시 (Flash or Burr)
금형의 파팅면 등의 틈에 수지가 흘러 정상 성형품 보다
면적이 넓어지거나 중량이 늘어나는 것
Burr 발생
금형 파팅 면 불량에 의한 경우
금형 파팅 면의 보수 필요
13
과도한 사출 압력과 사출 속도
:
냉각 시 압력이 가장 높은 게이트 부나
사출 압력과 사출 속도를 낮춘다
런너 부근에 발생
형체압이 부족한 경우 :
성형품 투영 면적에 비해 형체력이
높은 형체력을 갖는 사출기로 교체 필요
작은 경우
성형기의 보수 관리가 나쁜 경우 :
유지 관리가 불량하면 형체력에 좌우,
주기적으로 성형기 점검이 필요
상하 불균형이 생겨 발생
14
플로우 마크 (Flow Mark)
게이트를 중심으로 동심원 모양이 표면에 나타나는 것
유동성이 낮은 수지가 캐비티에 접촉되어 반 고화상태에서
연속적으로 들어가면서 흐름에 직각방향으로
무늬가 생기는 현상
게이트 부가 필요 이상으로 냉각되는 경우 :
수지 온도 저하가 현저해 지고
금형 파팅면의 보수 필요
고점도가 된다
15
수지 점도가 높은 경우 :
수지 온도와 금형 온도를 높이고
수지 점도가 너무 높으면 충분한
사출 속도를 빠르게 함으로써
사출압력을 전달할 수 없다
수지 점도의 증가를 막는다
금형 온도가 낮은 경우 :
수지 냉각이 빠르게 일어나
수지 점도가 급격히 증가한다
사출 속도가 느린 경우 :
캐비티 충진 속도가 늦어진다
금형 온도 제어기를 이용하여
적절한 온도로 금형 온도를 유지한다
금형온도, 수지온도를 높여서
늦은 사출 속도로 인하여 충진 도중 수지가
빼앗기는 열량을 보충한다
16
젯 팅
(Jetting)
성형품 표면에 케이트로 부터 리본 모양의 흐름 자국
젯팅의 발생 단계
정상적인 충전 모습
갑자기 유속이 빨라지는 경우
완전히 충전된 후에도 먼저 냉각된
이 형태의 자국이 남아 있게 됨
17
게이트 구조 불량 :
게이트가 작거나 얇은 부분에 사출된 수지의
유속이 갑자기 빨라져 발생
게이트이 단면적을 넓힌다
게이트 단면적 × 유속 ＝ 사출량
게이트의 가로와 세로비는 1:3~1:2 가 적당하다
콜드 슬러그 웰이 작거나 없는 경우 :
노즐 통과 시 냉각된 수지가 런너에서
콜드 슬러그 웰을 만들거나
다시 냉각되어 캐비티에 사출되어
너무 작은 경우 크기를 크게 한다
그대로 냉각되면서 발생
금형 온도가 낮은 경우 :
금형 내에서 수지가 급냉되어 발생
금형온도는 사용 수지의 열변형 온도 보다
20℃ 정도 낮은 온도가 적당하다
수지 점도가 높은 경우 :
수지 점도에 비해 사출 온도가
노즐 부분의 온도를 높인다
낮은 경우
18
싱크 마크 (Sink Mark)
제품의 두꺼운 부분이나 리브(Rib), 보스(Boss) 등의
외측면이 불충분한 냉각에 의해 안쪽으로 빨려 들어오는 현상
Sink 발생
구조 개선
19
스프루, 런너, 게이트가 작은 경우 :
냉각 고화가 빨리 일어나 압력강하가
압력 전달이 충분이 될 수 있도록
커지고 캐비티 내에 압력을 충분히
케이트, 런너의 크기를 크게 한다
전달할 수 없다
금형 온도가 부적절한 경우
:
성형품의 두께가 두꺼운 부분이나
리브 부분이 충분히 냉각될 수 있도록
리브 부분은 다른 부분에 비해 냉각이
구조를 조절한다
늦으므로 안으로 함몰된다
A. 사출압을 증가시킨다
사출 조건상의 원인
:
A. 사출압이 낮은 경우
B. 수지의 열 수축이나 역류가 일어나지 않도록
보압 유지 시간을 길게 한다
C. 쿠션량이 너무 적으면 압력이 전달되지
B. 사출압 유지 시간이 짧은 경우
C. 쿠션량이 부적절한 경우
않으며, 너무 많은 경우에는 압력이 실린더
전부에 있는 수지에 흡수되어 버리므로
적절한 양을 유지한다 (3 ~ 5 mm)
20
은 줄 (Silver Streak)
재료의 유동 방향으로 은백색의 줄이 생기는 현상
게이트 구조 불량 :
게이트가 작거나 얇은 부분에서 수지의
엔지니어링 플라스틱의 주요 발생 원인
유속이 갑자기 빨라지고 압력이 높아져
게이트의 단면적을 넓힌다
수지가 분해를 일으켜 발생
21
금형 표면 불량 :
표면의 수분, 유분, 이형제 등이
용융수지 열에 의해 증발하여 가스가
금형 표면을 알코올, 용제 등으로 청소
되어 성형품에 발생
사출압이 높거나 속도가 빠른 경우 :
급격한 살 두께의 변화가 있을 떄
유동 중 압축된 수지가 급격히 감압되어
팽창하면서 휘발분이 가스화 되었다가
사출압을 낮추고 속도를 느리게 하여
휘발 가스가 충분히 배기 되도록 한다
금형면과 접촉 시 액화 되면서 발생
수지온도, 금형온도가 너무 낮은 경우 :
수지의 냉각 고화가 빨라서 배기가
불충분하기 때문에 발생
수지와 금형 온도를 높여 냉각 고화를
느리게 한다
22
수지의 열분해에 의한 경우 :
불균일한 가소화나 체류에 의해 발생하므로
수지 자체 또는 안정제,안료 등 첨가제가
성형기 최대사출용량의 30 ~ 60% 범위에서
분해되어 발생
조작되도록 한다
배압이 없는 경우 혼입되기 쉽다
스크류 내에 공기가 혼입된 경우
호퍼 하부의 냉각을 충분히 하고
실린더 후부 온도와 스크류 회전 수를 내린다
SUCK BACK 양을 줄인다
성형 전 충분한 건조로 수분이나 휘발분 제거
수지의 수분 및 휘발분에 의한 경우
장마 때와 같이 공기 중에 수분이 높은 경우
호퍼에 수분이 맺혀 발생하기 쉽다
재생 수지 사용에 의한 경우 :
불균일한 형태의 재료가 혼입될 때
재료 사이의 공극으로 공기가 혼입
재생 수지를 사용할 경우 입자 크기를
균일하게 한다
23
휨 / 변형
(Warpage)
성형품 각 부분의 수축율 차이에 의해 발생
High ejection Temp.
Low Modulus Material
Hot Surface
휨 / 변형 발생
Low ejection Temp.
High Modulus Material
Cold Surface
내부 응력이 남음
24
냉각이 불균일한 경우 :
성형품 부분간 냉각속도가 다를 때 발생
빨리 냉각되는 곳은 수축이 작고
늦게 냉각되는 곳은 수축이 크므로 발생
부적절한 게이트 :
같은 속도로 냉각이 되도록 냉각라인 설치
게이트에서 멀 수록 수지온도가 낮아지므로
냉각 라인은 게이트 부근에서 먼 곳으로 향하게 한다
게이트 위치 변경
게이트 위치가 부적절하여 캐비티
먼저 충전된 부분과 나중에 충전된 부분의
내의 충전시간에 차이가 큰 경우
수축율이 틀려서 발생
25
사출 성형 조건이 수축에 미치는 영향
수
축
량
수
축
량
보압 시간
수
축
량
수
축
량
사출 온도
수
축
량
보압
사출 속도
수
축
량
금형 온도
살 두께
26
웰드 라인 (Weld Line)
캐비티내에서 2개 이상의 분류된 흐름이 다시 합류할 때
완전히 융합되지 않고 실모양의 가는 선으로 나타나는 현상
Weld Line (Cold Weld)
Meld Line (Hot Weld)
웰드 라인의 수 [N] = H + ( G - 1 )
( H : Hole의 개수, G : Gate의 개수)
웰드 라인은 그 수가 최소화 되도록 금형 설계 시 미리 고려되어야 한다
되도록 눈에 띄지 않는 부분, 많은 힘을 받지 않는 부분에 위치되도록 설계한다
27
런너, 게이트가 너무 작을 경우
수지가 금형에 충전될 떄 유동저항이 커서
유동성이 떨어지게 되므로 크기를 크게 한다
게이트에서 웰드부 까지의 거리가
수지의 온도 저하가 크게 되므로
긴 경우
게이트를 추가하거나 위치를 변경한다
가스 빼기 불량인 경우 :
사출된 용융 수지는 금형 캐비티 내의
이젝터 핀과 이젝터 핀 구멍의 틈새를
공기를 밀어내면서 충전되는데
이용하거나 파팅 라인에 Air Vent를 설치하여
충분한 가스 빼기가 되지 않으면
충분한 가스 빼기를 해 준다
이 가스가 웰드부에 위치하게 된다
28
수지 온도나 금형 온도가 낮은 경우 :
수지 점도가 높아져 유동성이 떨어지므로
웰드라인이 심해지게 된다
수지나 금형 온도를 높여서 유동성을
좋게 한다
사출속도가 느린 경우 :
수지 유입 속도가 늦어져 융합 시
사출 속도를 빠르게 해 수지가 충분히
온도가 낮게 되므로 웰드 부에서의
융합이 가능한 온도에서 만나게 한다
융합이 불완전하게 된다
29
압출성형에 관한 기초 기술
◆ 압출기 스크류의 구조
◆ 혼련의 종류
◆ 스크류 내 구조 예시
◆ 시트 압출 성형 조건
◆ 이축 압출기의 구분
◆ 압출 불량의 원인 및 대책
30
여러 가지 압출 제품들
31
압출기 스크류의 구조
계량화부
성형
압출부
용융수지
이송 및 혼련
공급부
가소화
고형수지 이송
32
압출기 실린더 구조
후부온도
중앙부온도
전부온도
Hb(5mm)
Ha(10mm)
8D
h
9D
D = 120mm
8D
33
이축 압출기의 구분
Co-rotating
동방향 회전
Non-intermeshing
분리형
Counter-rotating
역방향 회전
Tangential
접촉형
Inter-meshing
치합형
34
혼련의 종류
분산 혼련 (Dispersive Mixing)
◆ 강한 전단 응력을 가함으로써 서로 다른 재료들이 균일하게 분산되도록
하는 작용
분배 혼련 (Distribute Mixing)
◆ 수지에 첨가제나 안료 등이 고르게 퍼지도록 하는 작용으로 분산 혼련처럼
강한 전단 응력은 필요로 하지 않으며 수지의 흐름을 조절하여 잘 섞이도록
유로를 설계함
35
시트 압출 성형 조건
폴리에틸렌
폴리프로필렌
염화비닐 수지
폴리스티렌
ABS 수지
폴리카보네이트
160~210
180~210
130~150
150~190
170~190
240~270
200
210~230
140~160
190~200
200~220
250~280
200~240
220~240
150~170
190~210
200~230
250~290
다이 온도 (℃)
195~220
200~220
~180
180~220
200~225
250~310
광택롤 온도 (℃)
70~100
~120
40~80
70~90
60~105
130~150
L / D
18~20
18~24
18~
20~24
20~24
20~
압 축 비
4
2~4
2~
3~
2~3
2~3
원 료 예 비 건 조
불필요
불필요
불필요
80℃,1hr
90℃,3hr~
120℃,3hr~
실린더
(후
부)
온도
(중앙부)
(℃)
(전
부)
36
압출량이 감소하는 경우
◆ 압출 성형 도중에 압출량이 점차로 감소하는 현상
◆ 재료에 배합되어 있는 첨가제 또는 기타 입자들에 의해 스크린이 막히는 경우 발생
◆ 또는 호퍼에서의 재료의 투입이 불량한 경우 발생
◆ 원료와 가소제의 밀도차에 의한 발생
호퍼 내에서의 재료의 흐름
V=0
V=0
V=0
Mass Flow
Tunnel Flow
Arching
Piping
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샤크 스킨 (Shark Skin) 현상
◆ 압출물 표면에 흐름 방향과 수직으로 요철이 형성되거나
망사형의 표면이 형성되는 것
◆ 압출물이 다이를 빠져 나올 때 발생하는 표면 층의 급격한 가속에 의해 발생
◆ 대 책
- 압출 속도를 낮춘다
- Die Land 부분의 온도를 높인다
- 분자량 분포가 넓은 수지를 사용한다
- 호퍼 부위의 온도를 내린다
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Melt Fracture
◆ 용융된 수지의 흐름이 불안정하여 발생하는 현상
◆ 대 책
- DIE 내 곡면을 유선형화 한다
- Die Land 부분의 온도를 높인다
- 토출량을 낮춘다
- 저점도의 수지를 사용한다
- 외부활제를 첨가한다
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