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사출성형 현장에서 자주 사용하는 사출 용어에 대하여

자료제공: 우진플라임 기술교육원 / 교수 한선근사출현장에서 사용되고 있는 용어들이 잘 정리되어 있지 않아, 서로 원활한 소통을 위하여 기본적인 사출 용어를 숙지하고 있는 것이 바람직합니다.1) 형체력, 형체결력 – clamping force사출 압력에 금형이 열리지 않게 버틸 수 있게 금형을 닫아주는 힘2) 형판 – die plate일반적인 유압식 사출 성형기(소형, 중형)는 형판이 고정측, 이동측, 후판 등 3개가 있습니다. 고정측 형판과 이동측 형판 사이에 금형을 체결하고 후판은 금형의 크기에 따라 조절하는 형판을 말하는 것입니다. 대형 사출 성형기는 형판이 2개로 이루어져 있습니다. 즉 two plate 방식입니다.3) 클램프 – clamp금형을 고정측 형판과 이동측 형판에 설치 시 금형을 고정하는 도구입니다. 클램프 고정용 라쳇렌치를 이용하여 금형을 고정합니다. 다만 대형 금형은 유압을 이용하여 금형을 고정하기도 하고, 클램프의 사용이 불필요한 마그네틱 형판을 사출 성형기에 부착해서 사용하는 사출현장도 있습니다.4) 형후 조정 장치 – mold adjustment part금형의 두께에 따라 조정 및 형체력 설정을 위한 역할을 하는 장치입니다.유압 모터 및 전동 모터가 장착되어서 기어를 움직여서, 또는 유압 실린더의 전·후진 동작으로 금형의 두께에 따라 조정이 되게 하는 기구입니다.5) 토글 – toggle작은 조작력으로 큰 힘을 얻는 데 쓰이는 링크 기구의 하나로, 관절 운동으로 큰 힘을 얻을 수 있는 기구입니다. 6) 타이바 – tie bar사출 성형기 가동측 판이 금형 형개/폐 운동을 할 때 가이드 역할을 하고 형체력을 발생시키는 긴 봉의 형태입니다.(형체력은 타이바의 복원력에 의하여 발생함)7) 에젝타 – ejector금형 안에 제품을 측 코어부에 있는 제품을 취출하기 위하여 금형 안에 있는 제품을 밀어주는 장치입니다. 에젝타 방식은 제품에 따라 여러 가지가 있을 수 있습니다.8) 금형 보호 – mold protect금형을 닫을 때 이물이나 제품이 취출되지 않은 상태로 금형에 끼어 있을 때 금형을 파손되지 않게 하려고 일정 구간을 압력, 시간, 위치 등으로 설정하여 금형의 손상을 막는 사출 성형기의 기능입니다.9) 계량 – plastic cutting, charging사출성형에서 한 행정이 끝난 후 다음 사출을 하기 위한 동작으로 재료를 용융하는 과정과 수지를 가열 실린더 선단으로 이송하는 과정의 진행을 말하는 것입니다.10) 배압 - back pressure수지가 계량되어 screw 선단에 쌓이면 screw를 뒤로 후퇴하게 만드는데, 그 후퇴를 조절함으로 배럴 안에 있는 수지의 밀도를 조절하는 압력을 배압이라고 합니다.11) 슬러그 웰 – slug well사출 성형기의 노즐을 통해 금형 안으로 유입되는 수지가, 즉 식은 수지(노즐 앞쪽에 남아있던) 재료가 스프루, 런너, 게이트를 통해 캐비티로 유입 되기전에 담길 수 있게 만든 공간을 말하는 것입니다.12) 점도 – Viscosity점성이라는 것은 흐름을 방해하려는 플라스틱의 성질을 뜻하는 것으로 점성 계수에 의해 정도를 나타내는데, 이 점성 계수를 점도라고 하고, 플라스틱의 끈적함 정도에 따라 플라스틱의 속도가 변화하기도 합니다.
편집부 2021-06-10
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KIST, 열 영상 센서 저가화 기술 개발, 100℃에서도 물체의 온도 식별 가능

- 휴대폰 및 자율주행 자동차용 열 영상 센서 분야 적극 활용 기대   인체나 물체의 온도를 검지하여 영상화하는 열 영상 센서1)는 최근 코로나19로 인해 수많은 건물의 출입구에서 비접촉식으로 얼굴의 온도를 체크하는 열 영상 온도계로 이용되고 있다. 이러한 상황에서 스마트폰 업계에서는 열 영상 센서를 휴대용 센서로 적용하여 실시간으로 온도를 측정할 수 있는 부가 기능 만드는 것을 적극적으로 고려하고 있다. 또한, 이를 자율주행 자동차에 적용하여 활용하면 더 안전한 자율주행이 가능할 것으로 보인다. 열 영상 센서(Thermal Image Sensor): 인체나 물체의 온도에 따라 방사되는 열을 검지하여 영상화하는 센서   한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 광전소재연구단 최원준 박사팀이 전자재료연구단 백승협 박사팀, 성균관대학교 백정민 교수 연구팀과의 융합연구를 통해 기존의 가격과 작동온도 문제를 극복한 열 영상 센서 소자를 개발했다고 밝혔다. 개발한 열 영상 센서는 100℃에서도 냉각소자 없이도 동작할 수 있어 기존 센서의 가격 문제를 극복하고, 스마트폰과 자율주행 자동차에 적용할 수 있을 것으로 보인다.스마트폰 및 자율주행 자동차의 부품으로 사용되기 위해서는 각각 85℃ 및 125℃의 고온에서도 문제없이 안정적으로 동작해야만 한다. 이를 위해 기존의 열 영상 센서는 별도의 냉각소자가 필수적이어서 고 사양 소자의 경우 가격이 이백만 원을 넘고, 냉각소자가 있어도 85℃ 이상에서는 작동하지 못하기 때문에 이들 분야에 적용되지 못하고 있었다.KIST-성균관대학교 공동 연구진은 열 영상 센서 원가의 10% 이상을 차지하고, 전력 소모가 큰 냉각소자를 없애기 위해 100℃ 이상에서도 안정적인 이산화바나듐(VO2)-B2) 박막을 이용하여 열에서 발생하는 적외선을 감지하여 전기신호로 바꾸는 소자를 제작했다. 이산화바나듐(VO2): 상온 및 고온에서 반도체 성질을 갖는 산화물 반도체. 결정상태에 따라 특정 온도에서 급격하게 금속을 특성을 보이기도 하나 B 상의 경우 고온까지 안정된 반도체 특성을 보여줌.   연구진이 개발한 볼로메터 소자의 주사전자현미경 이미지(왼쪽)과 모식도(오른쪽)   제작된 소자는 100℃에서도 상온에서와 동일한 수준으로 적외선 신호를 얻을 수 있었다. 또한, 외부의 원적외선을 최대한 흡수할 수 있는 흡수체를 제작해서 함께 사용한 결과 물체의 열을 3배 더 민감하게 감지하여 전기신호로 변환할 수 있었다. 특히 응답속도는 기존 초당 30~40프레임 수준을 뛰어넘어 100프레임의 화상의 촬영이 가능하여 자율주행 자동차 부품으로 사용할 수 있을 것으로 보인다.KIST 최원준 박사는 “융합연구를 통해 개발한 소자 기술로 열 영상 센서의 제작가격을 획기적으로 낮출 원천기술을 확보했을 뿐만 아니라 기존 소자보다 민감도 및 동작 속도가 우수하다”라고 말하며, “앞으로 열 영상을 이용하는 군수용 산업 및 향후 전개될 열 영상 센서의 스마트폰 및 자율주행 자동차용 센서로의 활용이 가속화될 것으로 기대한다”라고 밝혔다.본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받은 KIST 주요사업과 KIST-UNIST-울산시가 공동으로 지원하는 융합신소재연구센터사업으로 수행되었으며, 연구결과는 박막 분야의 저널인 ‘Applied Surface Science’(JCR 분야 상위 2.38%) 최신 호에 게재되었다.* 논문명: Wide-temperature (up to 100℃) operation of thermostable vanadium oxide based microbolometers with Ti/MgF2 infrared absorbing layer for longwavelength infrared (LWIR) detection - (제1저자) 한국과학기술연구원 이혜진 학생연구원 - (제1저자) 한국과학기술연구원 왕다솜 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 최원준 책임연구원 - (교신저자) 성균관대학교 백정민 교수   [ 연구진 이력 사항 ]백승협 박사(공저자)○ 소속: 한국과학기술연구원 차세대반도체연구소 전자재료연구단 책임연구원○ 전화: 02-958-5382○ e-mail: shbaek77@kist.re.kr 최원준 박사(교신저자)○ 소속: 한국과학기술연구원 차세대반도체연구소 광전소재연구단 책임연구원○ 전화: 02-958-5783○ e-mail : wjchoi@kist.re.kr 백정민 교수(교신저자)○ 소속: 성균관대학교 신소재공학부 (교수)○ 전화: 031-290-7409○ e-mail: jbaik97@skku.edu   문의: 광전소재연구단 최원준 책임연구원(T.02-958-5783, 010-8959-0673)
편집부 2021-04-21
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실내조명으로 충전되는 고효율 배터리 시스템 개발!

- UNIST 연구진, 전극 물질 성능 개선으로 13.2% 에너지효율 기록- 리튬이온배터리 고속 충전에도 응용 가능… ACS Energy Lett. 표지 선정 버려지는 실내조명(빛)으로 배터리를 충전해 쓰는 에너지 재활용 시대가 앞당겨질 전망이다. 조명 불빛의 충전 효율을 크게 끌어올린 전극 소재가 새롭게 개발됐기 때문이다.  UNIST(총장 이용훈) 송현곤·권태혁 교수 연구팀은 실내조명을 이용한 에너지효율을 13.2%까지 끌어올린 배터리 시스템을 개발했다. 이는 이제껏 개발된 광 충전 시스템 중 최고 기록인 11.5%를 훌쩍 뛰어넘는다.* 에너지효율: 외부로부터의 빛 에너지를 화학 에너지로 저장했다가, 다시 전기 에너지로 변환하여 사용하는 효율. (=에너지 변환·저장 효율) 태양전지의 광전변환 효율과 구분된다. 전기화학적 자극을 통한 결정 정렬 및 입자 크기 향상결정(입자) 정렬 및 크기 증가로 충전성능이 좋아진다. 입방정계(cubic)와 정방정계(tetragonal) 사이의 결정 구조 변화가 있는 3V 반응에서만 결정 정렬이 일어난다. 연구진은 전극 소재인 리튬 망간 산화물(LiMn2O4)에 리튬이온을 더 빠르게 집어넣는 방법으로 충전 효율을 높였다. 리튬 망간 산화물에 전기화학적 자극을 줘 입자들을 한 방향으로 정렬시키고 그 크기를 키움으로써, 리튬이온이 전극에 더 많이, 더 빨리 저장될 수 있도록 했다. 투과전자현미경 사진으로 입자의 방향 정렬성과 크기 개선이 확인됐다. 특히 입자 하나의 크기가 기존 26㎚(나노미터, 10-9)에서 34㎚로 커졌다. 결정이 정렬된 전극을 적용한 광 충전 배터리와 이차전지 리튬이온전지의 성능결정이 정렬된 LMO(L34 및 L34*)를 사용한 경우 실내조명에서의 효율이 그렇지 않은 경우에 비해 모든 조명에서 높은 효율을 보여준다. 빛 세기가 약할수록 결정 정렬의 효과가 크다. 또한, LIB(리튬이온배터리)의 율속 특성을 보면, 4VLi/Li+ 반응과 3VLi/Li+ 반응 모두 빠른 속도로 리튬이 삽입되는 상황에서 우수한 성능을 보여준다. 개발된 광 충전 이차전지 시스템은 염료감응 태양전지(발전기)와 발전으로 얻은 전력을 저장하는 배터리가 합쳐진 시스템이다. 리튬이온이 배터리 전극에 단위 시간당 더 많이 저장될수록 충전 효율이 높다. 연구진은 이 같은 시스템을 선행연구를 통해 개발하고, 11.5%의 높은 에너지 변환·저장 효율을 기록한 바 있다.* 염료감응 광(태양)전지: 일반적인 실리콘 태양전지 등과 달리 어두운 밝기(저조도) 빛을 통해서도 전기 생산 효율이 높다. 빛이 있을 때만 발전하기 때문에 이를 저장해 안정적으로 쓸 수 있는 배터리 시스템이 필요하다. 식물이 광합성을 할 때 식물 잎의 엽록소라는 염료가 빛을 흡수해 전자를 만드는 원리에서 착안한 전지다. 염료감응형 광 충전 이차전지(Dye-sensitized photorechargeable battery, DSPB)의 구조 및 작동 원리.빨간색 화살표는 빛으로 인해 광 전극(PE)에서 전자가 생성되고 저장 극(SE)에 저장되는 흐름을, 파란색은 방전 시 방전 전극(DE)으로의 전자의 흐름을 나타낸다. 제1 저자인 이명희 UNIST 에너지화학공학과 박사는 “리튬 망간 산화물은 일반적 리튬이온배터리에서 일어나는 반응 외에 리튬이온을 저장하는 또 다른 반응 경로가 있는데, 이를 이용하여 결정 구조를 정렬시킬 수 있었다”고 설명했다.공동 제1 저자인 김병만 UNIST 화학과 연구조교수는 “실제로 리튬이온을 추가로 넣는 반응에서는 결정 구조가 정육면체 구조(cubic)에서 정방정계 구조(tetragonal)로 바뀌게 된다”며, “충·방전으로 이런 변화가 반복되면서 입자를 정렬시키는 것”이라고 설명했다.* 리튬이온배터리: 리튬이온의 산화 환원 반응을 이용해 전기 에너지를 저장하는 장치. 각종 전자기기나 전기차의 배터리로 쓰이고 있다. 한편, 염료감응 태양전지를 이용한 실내조명 발전은 실리콘 태양전지 등과 달리 어두운 밝기(저조도) 빛으로 전기 생산이 가능하지만, 빛이 없는 조건에서도 안정적으로 쓰기 위해서는 생산된 전력을 저장하는 배터리 시스템이 함께 필요하다.권태혁 교수는 “실내조명 발전은 조명으로 버려지는 전기 에너지를 재활용하는 기술일 뿐만 아니라 태양광발전과 달리 장소, 날씨, 시간 제약이 없다는 장점이 있다”며, “개발된 일체화된 시스템 사용할 경우 실내조명으로 생산된 전기를 효율적으로 쓸 수 있을 것”이라고 기대했다.송현곤 교수는 “간단한 전기화학적 자극만으로도 저장 전극 물질의 동역학 성질을 개선해 배터리의 충전 효율을 증가시킨 것이 주효했다”며, “이 물질은 리튬이온배터리의 고속 충전 등에서도 응용될 수 있을 것”이라고 설명했다.이번 연구는 에너지 분야의 권위 학술지인 ACS Energy Letters의 표지 논문(supplementary cover)으로 선정돼 출판될 예정이다. 연구 진행은 ㈜한국전력공사(KEPCO)와 한국연구재단의 지원으로 이뤄졌다.* 논문명: Electrochemically Induced Crystallite Alignment of Lithium Manganese Oxide to Improve Lithium Insertion Kinetics for Dye-Sensitized Photorechargeable Batteries 자료문의: 에너지화학공학부: 이명희 박사 052-217-2962 
관리자 2021-04-20
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우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 33

편집부 2021-04-06
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전자기기용 고내열성 폴리이미드 수지 기술 동향

Ⅰ. 전자기기용 고내열성 폴리이미드 수지 고분자의 반복 단위 내에 이미드기를 갖는 고분자인 폴리이미드(PI)는 불용/불융의 성질 때문에 전구체인 폴리아믹산(PAA) 바니쉬 상태로 가공하게 된다. 이러한 폴리이미드 수지는 분자구조에 따라 전방향족(wholly aromatic polyimide), 열가소성방향족(partially aromatic polyimide), 그리고 열경화성(thermosetting polyimide)으로 분류된다. ① 전방향족 폴리이미드(wholly aromatic polyimide)1962년 DuPont 사에서 개발된 제품으로 불용/불융의 성질을 갖는다. 사출 성형이 불가하고, 분말 압축 소결로 성형이 가능하다. Ube에서 개발된 UpimolⓇ의 경우 단량체로 biphenyl tetracarboxylic acid dianhydride(BPDA)를 사용하여 우수한 내알칼리성, 치수 안정성 및 저흡수성을 갖는다.뛰어난 내열성, 기계적 특성으로 반도체 소자나 고밀도 PCB의 절연막을 비롯한 첨단기술 분야에서 사용되고 있는 대표적인 내열성 고분자이다. 특히, 필름, 성형품, 바니쉬, 접착제로서의 용도가 있으며, DuPont의 KaptonⓇ은 뛰어난 특성 때문에 현재도 널리 이용되고 있다. ② 열가소성 방향족 폴리이미드(partially aromatic polyimide)열가소성으로 사출 성형이 가능하다. 1970년 Amoco Chemical 사에서 변성 polyimideimide TorlonⓇ을 개발하고, 1982년 GE에서 저가의 사출성형용 polyetherimide UltemⓇ을 개발하고 시판하였다.③ 열경화성 폴리이미드(thermosetting polyimide)미국 NASA를 중심으로 개발되어 Nasanic acid의 부가반응을 이용한 부가 경화형 폴리이미드 수지가 개발되었다. 1968년 미국 TRW 사에서 P13N을 개발하고, 단량체로부터 직접 중합한 in-situ polyimide인 PMR-15, 저온 성형형 폴리이미드인 Kerimid(bismaleimide based PI), 그리고 acetylene functional group이 말단에 도입된 Thermid 600, Thermid IP-600 등이 개발되고 판매되었다.폴리이미드는 일반적으로 불용/불융 성이기 때문에 그 가공을 위해서는 전구체인 폴리아믹산 단계에서 가공하는 방법이 취해지고 있지만, 고온 경화와 수분의 영향으로 폴리이미드 특성을 변화시키는 것이 문제로 대두된다. 따라서 내열성이나 내약품성 등 특징을 크게 훼손시키지 않고 가공성 개선을 목적으로 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 용융 성형이 가능한 폴리이미드 또는 유기용매 가용성 폴리이미드 등 다양하게 개발되고 있다.Ⅱ. 폴리이미드 산업 기술 동향1. 폴리이미드 필름 UPILEXⓇ (UBE Industry)폴리이미드 필름은 차량용 혹은 산업용 모터 코일, 항공기 전선이나 초전도선 등에 사용된다. 전자기기 분야에서도 유연 회로기판(Flexible printed circuit board)이나 반도체 실장용 베이스 필름에 사용되고 있다. Ube industry의 UPILEXⓇ는 전방향족 폴리이미드(wholly aromatic polyimide)의 하나로 “BPDA(Biphenyl tetacarboxylic dianhydride)” 모노머에서 생산된 초내열성 폴리이미드 필름으로, 치수 안정성과 내화학성이 우수하고 수분 흡수율이 낮아 응용범위가 넓다.BPDA형 폴리이미드 UPILEX와 DuPont 사의 PMDA형 폴리이미드 필름의 물성을 비교할 경우 상온에서 인장 강도가 40㎏f/㎟로 PMDA형 폴리이미드의 2배 가까운 값을 나타내며, 인장 탄성률도 UPILEXⓇ가 900㎏f/㎟로 PMDA형 폴리이미드의 3배에 달한다. 열분해 시작온도 역시 520℃ 이상이며, UDT 290°C이다.① UPILEXⓇ-SUbe 폴리이미드 “UPILEXⓇ”의 표준등급으로 표면 평활도, 내화학성이 우수하고 강성이 높으며 내열성이 뛰어나다. Outgassing이 낮아 사용이 용이하다.또한, 절연파괴 전압이 높고 유전율이나 유전손실도 비교적 낮은 값을 나타내 넓은 온도 범위 및 주파수 대역에 걸쳐 안정적이다. 대부분의 유기용제에 불용하며, 에칭액, 도금액 등에 대해서 내성을 갖는다. 치수 안정성 확보로 전자부품 등의 가공 공정 안정성이 있어 높은 정밀도를 요구하는 회로 형성에 적합하다.② UPILEXⓇ-RN“UPILEXⓇ-RN”은 성형 가공성 및 환경 저항성 등이 보완된 소재로 엠보싱, 스피커 다이어프램, 항공 우주 응용 분야 등에 사용된다. 산 및 유기용매뿐 아니라 알칼리에도 탁월한 내성을 가지며, 내열성, 전기적 특성 그리고 방사선 저항성이 우수하다. Hot-press를 통한 연신율이 우수하며 인발 공정으로 성형품을 얻을 수 있다. “UPILEX®-S”에 비해 모듈러스가 낮고 유연성이 높기 때문에 코일과 같은 도체에 리본 권선으로 사용되어 우수한 절연층 형성이 가능하다.③ UPILEXⓇ-SGA“UPILEXⓇ-S”의 양면에 표면처리를 통해 접착특성이 개선된 폴리이미드 필름이다. 높은 표면 접착력으로 스퍼터링 또는 도금 공정에 적합하여 고성능 전자회로의 FPCB 소재로 유용하다. LOC 패키징용 접착테이프의 기재로도 주목되고 있다. 박리 강도가 높고 표면 평활도가 우수하면서도 낮은 흡수성, 우수한 치수 안정성 및 높은 내열성을 나타낸다.④ UPILEXⓇ-VT, NVTUPILEXⓇ-S 양면에 열융착으로 금속(Cu, SUS, Al) 호일 층을 갖는 고품질의 flexible 회로 제작이 가능한 소재이다. Hot press 공정이 가능하면서도 높은 인장 강도 및 인열 강도를 가지며, 수분 흡수율, 치수 안정성, 내열성 등이 UPILEXⓇ-S와 동등의 수준을 유지한다.2. 저온 경화 폴리이미드 수지  “ケミタイト” (Toshiba Chemical)폴리이미드 필름은 전기/전자 디바이스의 층간 절연막 또는 보호막으로 반드시 필요한 재료이나 경화온도가 300~350°C 이상으로 에폭시 수지와 비교하여 매우 높은 단점이 있다. 따라서 저온 경화에 대한 요구가 높아지고 있다.Toshiba Chemical 사에서 개발한 ケミタイト CT 4112는 저온 경화 타입으로, 일반적인 이미드화 온도가 250℃ 이상인 반면 ケミタイト CT 4112는 약 180℃에서 이미드화가 시작된다. 이러한 특성은 경화의 온도 및 시간 조건을 매우 유리하게 설정할 수 있는 장점이 된다. 경화온도를 180℃로 낮추더라도 300℃에서 경화된 것과 동등한 특성을 나타내며 폴리이미드 수지의 특성을 모두 나타낸다.ケミタイト CT 4112의 밀착성은 웨이퍼에 코팅하여 경화 후 박리시험을 수행한 결과 경화온도와 상관없이 양호한 결과를 나타내었다. 흡습 및 방습 특성도 일반 폴리이미드나 DuPont 사의 제품과 비교했을 때 흡수율이 약 40% 이상 저감되는 결과가 보고되고 있다.3. 경화 촉진제를 사용하는 저온 경화형 폴리이미드 (Toshiba)Toshiba는 폴리이미드 패턴 가공 프로세스의 단축 목적으로 포토레지스트를 이용하기보다는 positive 감광성 폴리이미드의 검토 과정에서 용해 억제제로 사용한 m-Hydroxybenzo polyamic acid가 저온 경화에 영향이 있다는 것을 발견한 것이다. 이 화합물의 분자구조 및 반응성으로부터 Oxycarboxylic acid가 경화 촉진제로 검토되었다. Polyamic acid는 PMDA(1mol), 4,4’-diaminodiphenyl ether (ODA, 0.94mol) 및 1,3-bis (-aminopropyl) tetramethyldisiloxane (0.06mol)로부터 합성된 것이며, polyamic acid 1mol에 대해 경화 촉진제가 2mol 함유된 polyamic acid 필름을 100°C에서 60분간 열처리하고 적외선 흡수 스펙트럼으로 평가한다. 이들 경화 촉진제 중 m-hydroxybenzoic acid, p-Hydroxyphenyl acetic acid, p-phenolsulfonic acid 등이 저온 경화 성능이 높은 것으로 나타났다. 유효한 경화 촉진제는 2개 이상의 극성기를 갖는 공통점이 있으며, polyamic acid가 카르복실기와 아미드기의 두 가지 작용기를 가지는 것과 연관성이 있다고 생각된다. 4. 저온 경화형 폴리이미드 잉크 “Yupicoat” (Ube Industry)폴리이미드 잉크 “Yupicoat”는 TAB의 overcoat 용으로 개발되어 상품화되었다. Yupicoat는 폴리이미드 잉크와 같은 높은 열처리 온도를 필요로 하지 않는 것과 에폭시계 잉크에서 발생하는 휨 방지 등의 많은 장점을 지니고 있다. 폴리이미드 잉크는 Polyamic acid을 용제에 녹인 상태이며 폴리이미드 막을 얻기 위해서는 250~350°C의 고온 가열로 이미드화 해야 한다. Polyamic acid을 녹이는 용제로는 N-methylpyrrolidone이나 dimethylacetamide 등의 흡습성이 높은 용제가 필요해, 스크린 인쇄 작업은 용이하지 않다.Yupicoat FS-100L의 베이스 수지는 불규칙성이 높은 특수한 산무수물을 사용하며, 아민 성분에는 가소성 높은 것과 기능기가 다양한 디아민을 사용한다. 저온 160℃에서 열처리하여 요구특성을 만족시킬 수 있기 때문에 기존의 폴리이미드 잉크나 에폭시 잉크의 문제점을 해결할 수 있다. 열처리 온도가 150~160℃ 정도로 낮아 TAB 테이프로서의 폴리이미드 필름, 동박을 접착하는 접착제, 그리고 동배선 성능에 영향을 미치지는 않는다. 잉크 용제에는 흡습성이 적은 Dimethyl triglyme을 이용할 수 있는 것으로 일반적으로 가습된 환경(23°C, 65% RH 이하)에서 스크린 인쇄 작업이 가능하다. 고형물 농도가 50%로 일반적인 폴리이미드 잉크보다 높아 커버링이 우수하다. 잉크의 보관은 5℃ 이하에서 냉장 보관을 권장하고 있다. FS-100L의 경우 잉크의 베이스 폴리머는 폴리이미드의 아민 성분에 soft segment가 있는 di-amine을 도입하고 있으며, 경화된 막의 신율은 65%이고, 초기 탄성률은 40.6㎏f/㎟로 높고, 고무와 같은 부드러운 수지 막을 형성하며, 열분해 온도가 461℃로 높은 내열성을 지닌다. 체적 저항은 약 1000Ω-cm로 높은 절연성을 갖고 유전율은 3.2로 뛰어난 전기적 특성을 가지고 있다.5. 용제 가용형 폴리이미드 “RIKACOAT” (新日本理化)폴리이미드 수지는 불용/불융 특성으로 가공성이 나쁘기 때문에 활용 범위를 넓히기가 어렵다. 폴리이미드 수지의 우수한 특성을 유지하면서 가공성을 개선할 수 있는 방안의 개발로 용제 가용형 폴리이미드와 열가소성 폴리이미드가 개발되고 있다. 일본의 신일본이화(주)에서는 3,3’, 4,4’-diphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride(DSDA)를 산업화하여 다양한 용제에 녹이고, 열가소성을 갖는 폴리이미드 수지를 개발하였다.방향족 폴리이미드 수지에 용제 가용성이나 열가소성 등의 기능성을 부여하여 가공성을 개선하기 위해 분자설계 시 방향족 이미드기의 응집력과 배향성을 저하시키기 위해 ① 이미드기 이외의 열적 안정성이 있는 작용기와 방향족계 원자단을 스페이서로 도입하고 이미드기를 줄여나가는 방법과 ② 메타 결합기를 도입하여 분자 사슬에 굴곡성을 부여하거나, ③ 입체효과를 크게 하기 위해 bulk 치환기를 곁사슬에 도입하여 분자 간 응집을 억제하는 등의 방법이 제안되고 있다.신일본이화(주)에서는 슬폰기의 내열성, 극성, 굴곡성 등에 주목하고 이를 스페이서로 사용한 DSDA 제조기술을 개발하였다. DSDA와 방향족 di-amine의 반응을 검토하여, 경제성과 물성 최적화 과정을 통해 방향족 폴리이미드 바니쉬 “RIKACOAT” 시리즈가 생산되고 있다. DSDA는 “RIKACID”로 판매되고 있다.“RIKACOAT”는 DSDA과 방향족 di-amine 축합반응에 의해 이미드화된 폴리이미드 수지를 N-methyl-2-pyrrolidone(NMP)에 용해시킨 바니쉬이다. 수지 조성에 따라 SN-20, PN-20, EN-20 등으로 분류된다. Polyamic acid 바니쉬와 달리 “RIKACOAT”는 저장 안정성이 양호하여 저온 보존할 필요가 없으며, 3개월 이상의 실온 저장에서도 점성 및 품질 변화가 없는 것으로 보고되고 있다. 이미드화 과정에서 고온 열처리가 불필요하여 용제를 제거하는 것만으로 폴리이미드 필름이 형성된다. 비교적 저온에서 용제를 제거할 수 있어 void 발생을 억제할 수 있고, 필름 표면의 평활도가 우수하여 열화도 방지할 수 있다. 또한, 분자량 제어, 농도 변화가 용이하고, 용도별로 맞춤형 재료 설계가 가능하여 다양한 필러 및 도료 원료 등의 혼합으로 응용범위를 넓힐 수 있다. 이렇게 제조된 필름은 고온 스퍼터링 등의 공정에도 견딜 수 있으며, 열가소성이기 때문에 Tg 이상의 온도에서 필름 압착, 융착이 가능하고, 200°C 이상의 장기 연속 사용도 가능하다고 보고된다. 전기·전자 재료 분야에서 이 필름은 전선 피복재, FPC, CCL 등의 접착제, 보호막, 층간 절연막 등 다양한 용도로 이용된다. 또한, 내열도료 분야에 있어서는 각종 under coat, 극저온용 보호 도료, 내 방사선 보호 도료로도 사용되고 있다.6. 열가소성 폴리이미드 “AURUMⓇ”（Mitsui Chemicals) 폴리이미드의 성형 가공성 개선을 위해 폴리아미드이미드 계열의 “ToronⓇ”, 폴리에테르이미드 계열의 “UltemⓇ”, 그리고 열가소성 폴리이미드 “AURUMⓇ”이 시판되고 있다.“AURUMⓇ”은 순수한 폴리이미드 수지로 높은 내열성을 갖는다. Tg는 250℃, 녹는점은 388℃로 사출/압출 성형이 가능한 수지중에서 가장 높은 내열성을 갖는다. ① 내열성열가소성 수지 중에서 가장 높은 250°C의 Tg을 가지므로 고온에서도 탄성률 저하가 나타나지 않는다. 열분해성 평가 시 “AURUMⓇ”은 500℃ 부근까지 거의 무게 감소가 나타나지 않는다. 일반적으로 성형에서는 결정화되지 않기 때문에 탄소섬유 강화 그레이드(열변형온도: 250°C)를 사용하지만, 결정화 그레이드는 성형 후 열처리로 쉽게 결정화할 수 있어 열변형 온도가 330℃까지 올라간다. 따라서 300℃ 이상의 장기내열이 확보된다.② 내약품성각종 유기용제, 산, 알칼리 및 오일류에 강한 내성을 나타낸다. “AURUMⓇ”은 결정성으로 성형 후 열처리 단계에서 내열성과 내약품성을 더욱 향상시킬 수 있다.③ 난연성“AURUMⓇ”은 수지 자체의 난연성이 높다. 한계산소지수는 47%(두께 3.2㎜)로 높은 난연성을 갖는다. 난연제를 첨가 없이 UL-94: V-0(두께 0.4㎜)이고, 강제 연소 시 발생 가스가 적고 독성이 낮기 때문에 안전성이 높다. ④ 마찰특성시간 경과에 따른 동적 마찰 계수 측정 결과가 매우 안정적으로 보고되고 있다. 충전재로 강화된 그레이드는 내마모성이 뛰어나고 높은 내열성을 가지므로 동적 마찰특성이 요구되는 분야의 응용이 가능하다.“AURUMⓇ”은 우수한 특성과 성형성으로 넓은 응용 분야를 갖는다. 사출성형부품으로는 내열성, 내마모성, 성형성 등의 장점으로 OA 기기부품, 기계부품 및 고온에서의 강도가 요구되는 자동차 부품에 사용된다. 고온 내구특성으로는 전자기기 제조공장의 건조나 열처리 공정용 치구에 사용되며, 내방사선성으로 원자력 관련 기기 용도로도 주목받고 있다. 또한, 치수안정성으로 성형 수축률이 작아 정밀 성형이 가능하기 때문에 기어 등 정밀 부품에의 응용도 고려되고 있다.기존 폴리이미드 수지는 용액 캐스트 법으로 필름 제조할 수 없어 필름 두께를 조절하는데 제한이 있었다. 10μm 이하 또는 100μm 이상의 필름 제조는 경제성을 확보하기 어려웠다. 그러나, “AURUM®”은 용융 압출 공정의 적용이 가능하기 때문에 다양한 두께의 필름 제조가 가능해졌다. “AURUM®”을 사용한 압출 필름 “REGULUS”가 시판되고 있다.Ⅲ. 결 언폴리이미드는 우수한 물질 특성에도 불구하고 경화 공정 및 가공성의 문제로 응용범위가 쉽게 확대되지 못하고 있다. 그러나, 다양한 functional group과 첨가제 등을 이용하여 우수한 특성을 유지하면서 공정 용이성을 확보하고자 하는 시도들이 많이 진행되고 있다. 그러나, 본 고에서도 소개한 바와 같이 대부분 일본 기업들의 연구개발에 의한 판매가 수행되고 있는 것이 실정이다. 최근 이슈가 되고 있는 주요 소재 및 부품의 수입경로 문제로 국내 기술 개발에 관심이 높아지고 있으나, 기반 기술의 부재와 단기간의 연구개발로 결실을 맺기 어려운 게 현실이다. 이 보고서를 계기로 우리나라 주요 소재 기술 개발의 방향성이 원천기술 확보로부터 사업화할 수 있는 분위기로 자리 잡기를 희망한다. 
편집부 2021-04-06
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사출성형 설비의 점검과 보전방법

자료제공: 우진플라임 기술교육원 (http://www.woojinplaimm.or.kr) 교수 한선근목표1. 매뉴얼에 따라 설비의 성능을 유지하기 위하여 사출 성형기, 금형, 주변 설비를 점검하고 보수할 수 있어야 한다.2. 사출 성형기의 관리 매뉴얼에 따라 누유, 누수가 없도록 청결한 환경을 유지할 수 있다.3. 사출 성형기의 관리 매뉴얼에 따라 소모성 부품의 마모와 손상 여부를 점검하고 관리할 수 있다.유지관리의 필요성• 이용자의 안전 – 안전관리 소홀로 인한 사고 예방• 기계 설비의 수명 및 성능 유지 – 관리 소홀로 인한 기계 수명 단축• 생산제품 품질의 유지 – 성능 부족으로 인한 품질의 저하 사출 성형기 유지보수 기준서 개요• 정의사출 성형기 유지보수 관리에서 기본적으로 실행해야 하는 항목이다.    • 사출 성형기 유지보수 기준서란?사출 성형기 유지보수 기준서란, 양산 협력사에서 관리하는 모든 사출 성형기에 대해서 유지보수 방법, 점검 사항 등에 대한 기본 원칙에 대한 설명서이다.• 사출 성형기 유지보수 기준서의 목적 및 대상사출 성형기의 유지보수 기준서는 양산 협력사에게 사출 성형기 유지보수 업무에 대한 기본원칙을 제시하여 사출 성형기의 기초 품질을 지속유지하도록 관리 방안을 규정하여 제품의 생산성 및 품위품질을 향상시킨다.설비 관리는 청소, 청결, 습관화• 청소장비의 정기적인 청소를 통한 깨끗한 환경은 기계의 수명과 고품질 제품 생산에도 영향을 줄 수 있고 작업자에게 쾌적한 환경 제공을 하여 생산능률도 향상된다.▶ 슬라이딩부 청결▶ 타이바, 부스터 실린더 로드, 사출이나 노즐 피스톤 로드 등의 부위의 오일 제거사출 성형기의 그리스나 오일이 공급되는 부위는 늘 청결한 오일과 그리스가 공급되어야 한다. 기존에 경화되어 고착된 이물질은 반드시 제거하는 것이 좋다.▶ 윤활유 및 그리스 자동 공급 장치윤활유 및 그리스는 현장에 맞게 공급되는 시간과 양을 적절히 조정할 수 있다. 형체 측과 사출 측의 공급량을 알맞게 설정하는 것이 중요하다. 또한, 수동으로 구동하는 장치는 기준서와 표준서를 비치하여 정기적으로 공급과 그에 따른 확인이 필요하다.▶ 유압 작동 유 및 필터 점검유압식 사출 성형기는 유압 작동유의 관리가 매우 중요하다. 유압 작동유는 온도가 항상 적정 온도를 유지되어야 하며 청정도 또한 유지되어야 하기에 분기별로 점검을 하고 관리 기준을 마련 해두어야 한다.작동유 온도는 35~45℃로 유지해야 하며 작동유 온도가 낮으면, 작동유 점도가 높아지고 펌프 흡입 유량이 부족해 각 유압장치의 작동이 원활하지 못하거나 압력손실, 동력 소비가 증가한다.작동유 온도가 높으면, 점도가 낮아지게 되고 펌프 효율이 감소하여 운동부의 전단 마찰이 가속되어 유압장치의 동작 정밀도가 떨어진다.▶ 호퍼 밑 온도를 관리하자Hopper throat의 온도 관리는 사용하는 수지 융점(Melting Point) 보다 낮게 해야 한다. 일반적으로 70~80℃로 관리한다.Hopper throat 부위가 융점 이상이 되면, 수지가 Pellet 형태에서 덩어리 형태로 변화되므로 수지 이송이 원활하게 않게 된다.
편집부 2021-04-05
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제조혁신 위해 국내 최초로 금형 수명 정량적 예측 기술 개발

- 생기원, 금형의 한계수명 예측해 제조공정 원가와 품질 경쟁력 모두 확보- 차량부품 전문 제조업체 ㈜이화테크원에 구축, 조향 부품 생산에 활용 중   밀폐된 공간에서 소재를 금속 틀(금형)에 넣고 반복적으로 높은 힘을 가해 제품을 만드는 ‘냉간단조’ 기술은 주로 자동차 부품을 생산하는 데 사용된다. 소재에 열을 가하지 않기 때문에 강도가 우수하고 표면도 깨끗한 완성품을 얻을 수 있으며, 원하는 치수대로 정밀하게 가공할 수 있다. 하지만 작업자가 금형을 언제까지 사용할 수 있는지 알 수 없어 제때 교체되지 못할 경우, 불필요한 공정비용이 들거나 품질이 떨어지는 문제점이 있었다.한국생산기술연구원(이하 생기원, 원장 이낙규)이 부품 산업의 제조혁신을 위해 국내 최초로 금형의 한계수명을 정량적으로 예측하고, 품질 검사를 자동화하는 시스템을 개발했다. 냉간단조 금형에는 탄화텅스텐 소재가 많이 쓰이는데, 가격이 높은 데 반해 압력을 받다 보면 수명이 다해 잘 깨지는 특성이 있다. 개발된 기술은 압력이 반복적으로 가해질 때 금형이 단위 면적 당 받는 하중을 측정하고 분석해서 파손이 예상되는 부분을 찾아낸다. 한계수명이 예측 가능해지면 금형이 파손되기 전에 최대한 사용하고 교체하기 때문에 공정비용을 절약할 수 있고, 불량 발생도 줄일 수 있다.   냉각단조 금형의 한계수명 예측 및 모니터링 장비를 개발한 한국생산기술연구원 서영호 박사(左)와 (주)이화테크원 관계자(右)   생기원 스마트모빌리티소재부품연구그룹 서영호 박사는 작업자가 쉽게 금형 파손 시점을 감지할 수 있도록 반복적 하중에 의한 수명을 시각화하는 모니터링 시스템을 구현해냈다.   ㈜이화테크원에 구축된 냉각단조 공정 및 금형 수명 모니터링 장비   기존 방식은 이상적 공정 상황에서의 하중치를 고정값으로 활용해 수명을 예측하는 방식이라 환경변수를 고려하지 못하고, 공정 중 발생하는 편차도 예측 불가능했다. 반면, 생기원에서 개발한 모니터링 시스템은 금형에 피에조* 센서를 설치, 힘이 가해질 때 발생하는 전기신호를 실시간으로 변환하여 그래프로 표현하기 때문에 환경변수와 편차 모두 반영할 수 있다.* 피에조: 압력이 가해졌을 때 전압을 발생시키는 전기 회로   냉각단조 공정을 통해 생산된 자동차 부품(Ball Stud)   해당 시스템은 현재 자동차 부품 전문 제조업체인 ㈜이화테크원에 구축돼 자동차 조향장치에 사용되는 ‘볼스터드(Ball Stud)’ 부품 생산에 활용되고 있다.나아가, 연구팀은 공정에서 생산된 제품의 품질 검사를 자동화하기 위해 비전 센서를 시스템에 적용할 수 있는 알고리즘도 개발했다. 비전 센서는 산업용 카메라로 검사대상의 형태, 크기, 문자, 패턴 등을 판별해 양품과 불량품을 구분하는 센서인데, 사람보다 정확도가 높다. 작업자가 눈으로 확인할 경우 1개당 1분이 소요되었지만, 센서를 이용하면 개당 6초로 검사시간이 대폭 단축되고, 검사에 필요한 인건비도 절감할 수 있다.서영호 박사는 “제조산업 지능화를 위한 첫걸음으로써 현재 실제 현장에 적용 가능한 단일공정기술이 개발 완료된 상태”라며, “향후 대규모 제조업체들과 공정 간 연계와 모듈화 작업을 추진해 글로벌 대응에 힘을 합칠 예정”이라고 밝혔다.한편, 이번 성과는 생기원 제조혁신지원사업(2020년~2022년 예정)을 통해 수행된 ‘키-테크(Key-Tech)*’ 성과 중 하나로, 올해 2차연도 연구가 진행 중이며, 현재 관련 특허 1건이 출원된 상태다.* 키-테크(Key-Tech): 국가 R&D 혁신을 주도하고 소·부·장 독립을 뒷받침할 수 있는 생기원 대표기술로, 뿌리산업 등 전통 제조업의 공정개선부터 4차 산업혁명 기반의 차세대 생산시스템까지 다양한 분야의 143개 기술로 구성   이번 기술은 산업부의 ‘글로벌품질대응뿌리기술개발사업’과도 연계되어 있으며, 자동차 부품 전문 제조업체인 ㈜이화테크원, 태양금속공업㈜, 프라이맥스와 한국재료연구원이 공동 참여 중이다.   문의: 한국생산기술연구원 스마트모빌리티소재부품연구그룹 서영호 박사(062-600-6200 / yhseo@kitech.re.kr)
편집부 2021-03-23
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화학연, 수소차 연료전지 핵심 소재 제조공정 개발 성공, 국산화 위한 기술이전 계약체결

- 한국화학연구원, ㈜켐트로스와 수소차 연료전지의 핵심 소재인 전해질막(과불화술폰산 이오노머(PFSA) 공정 기술이전 계약체결   한국화학연구원(원장 이미혜)은 ㈜켐트로스(대표 이동훈)와 3월 16일, 화학연 중회의실에서 수소차 연료전지의 핵심 소재인 과불화술폰산 이오노머(PFSA*)를 국산화하기 위한 기술이전 계약을 체결했다. * Perfluorosulfonic acid: 전체가 불화탄소(C, F)로 된 구성된 고분자로, 수소이온(H+) 전달 역할을 하는 소재   이날 행사에는 한국화학연구원 이미혜 원장, 윤성철 화학소재연부본부장, 손은호 계면재료화학공정연구센터장, 박인준 책임연구원(연구책임자), ㈜켐트로스 이동훈 대표이사, 곽주호 연구소장, 전상현 상무, 진유식 부장 등 관계자 10여 명이 참석했다.과불화술폰산 이오노머는 수소차, 에너지 저장장치(ESS), 분산전원, 전해조 등에 사용*된다. 특히 수소차는 환경오염 물질을 배출하지 않아 탄소중립을 실현할 수 있는 차세대 운송 수단 중 하나로 꼽혀 정부에서도 수소차 산업을 육성할 예정**이다. 2019년 산업통상자원부의 수소경제 활성화 로드맵에 따르면, 우리나라 수소차 생산 규모를 연간 2022년 8.1만대, 2040년 620만대로 확대할 계획***이다.* 분산전원: 태양광이나 풍력과 같은 신·재생에너지 자원을 이용한 소규모 발전 설비/전해조: 전기분해를 하는 장치** 탄소중립 산업전환 추진위원회 4차 실무회의(2021.3.9.) *** 산업통상자원부, 수소경제 활성화 로드맵(2019.1.17.)   수소차는 연료전지에서 수소와 산소의 화학적 반응으로 물이 배출되고 전기가 생성되는 원리로 움직인다. 따라서 연료전지 내의 수소이온을 통과시켜 산소와 반응을 일으키게 하는 전해질막이 중요하다. 전해질막인 ‘과불화술폰산 이오노머(PFSA)’ 제조공정은 불소 화학의 모든 기술이 집약된 기술로, 수분, 온도, 폭발성 등 여러 민감한 변수가 있고 제조공정이 매우 까다롭고 길어* 듀폰, AGC, Solvay 등 일부 글로벌 기업만 제조할 수 있다. 현재 국내에서는 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. * 기초원료인 사불화에틸렌(TFE), 산화육불화프로펠렌(HFPO), 중간물질인 불화산(-COF) 화합물, 과불소술폰산 단량체, 불소계 개시제, 최종 소재(불소고분자) 제조 기술과 신뢰성 검증 기술 등을 모두 확보해야 한다.     화학연 “불소화학소재공정 국가연구실(19F-N-LAB*)”은 30년 이상 축적한 불소 화합물 연구역량을 바탕으로 2018년 국내 최초로 과불화술폰산 이오노머 합성기술을 개발했으며, 이후 상업화를 위한 생산공정을 계속 연구해왔다.* N-LAB: 과학기술정보통신부가 소재 부품 장비 기술력 향상을 위해 지정한 출연연과 대학 소속 연구실     연구실은 과불화술폰산 이오노머의 기초원료 제조공정, 단량체로부터 과불화술폰산 이오노머 제조공정 등 상업화에 필요한 제조공정 총 9단계를 최적화하여 ㈜켐트로스에 기술이전을 했다. 연구실은 현재 ㈜켐트로스와 함께 2022년 상반기 생산 개시를 목표로 100톤/년* 규모의 상업 생산 공장 설계 및 건설, 시제품의 장기 안정성 평가 등을 추진하고 있다.* 승용차 기준 10만대/년 소요량(1Kg/대 × 100,000대=100톤)     화학연 이미혜 원장은 “과불화술폰산 이오노머의 제조와 활용기술은 수소차, 에너지저장장치 등 다양한 곳에 쓰일 수 있어 국가전략산업인 그린뉴딜 및 수소산업 발전, 탄소중립 실현에 기여할 수 있다. 또한, 소재·부품·장비의 핵심 소재로서 그동안 일본 등 해외에서 전량 수입해온 소재를 국산화하여 관련 산업을 육성할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 박인준 연구책임자는 “PFSA 제조공정은 진입장벽이 높아 미국, 일본, 벨기에 등 단 몇 개 선진국만 보유하고 있다. 이를 국내 독자 기술로 개발해 의미가 있으며, 향후 상용화가 잘 진행될 수 있도록 기업과 후속 연구를 진행하겠다”고 말했다. 한편, 본 연구는 한국화학연구원 주요사업 및 한국에너지기술평가원 에너지기술개발사업의 지원으로 수행되었다.   < 연구진 소개 >○ 인적사항 - 박인준(朴仁濬, In Jun Park) - 1960년 9월 7일생 - 한국화학연구원 화학소재연구본부 계면재료화학공정센터 - 연락처: 042-860-7537 - 이메일: ijpark@krict.re.kr   문의: 화학소재연구본부 박인준 박사(042-860-7537) 화학소재연구본부 소원욱 박사(042-860-7534)  
편집부 2021-03-22