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탄소섬유 - 특허통계 분석 보고서

Ⅰ. 개요탄소섬유(Carbon Fiber)는 탄소가 주성분인 무기섬유로, 미세한 흑연 결정구조를 가진 섬유상의 탄소 물질을 의미한다. [1] 1880년 T. A. Edison이 전구 필라멘트에 최초로 사용하면서 알려지기 시작한 탄소섬유는 1959년 Union Carbide 사에서 Rayon으로부터 초기 탄소섬유의 개발과, 1964년 일본과 영국에서 연속 상 탄소섬유에 성공하기까지 미국, 일본, 유럽과 같은 기술 선진국에서 많은 연구개발을 이루었으며, 1971년에 일본 Toray 사가 아크릴섬유로부터(Polyacrylonitrile, PAN) 고강도·고탄성 구조재료용 탄소섬유를 제조하는 데 성공하였다. 탄소섬유는 제조 방법과 출발 원료에 따라 PAN계, Pitch계와 Rayon계로 분류한다. [2] 탄소섬유는 전구체의 종류와 최종 열처리 온도 등에 의해 크게 화학조성 및 기계적 물성이 크게 달라진다. 그림 1에 원료별 탄소섬유 제조 과정을 나타내었다. [3]PAN계 탄소섬유PAN을 공기 중에서 200~300℃로 가열하면 사다리 형태의 고리 구조를 형성하게 되고, 산화반응에 의해서 방향족 고리 구조를 가진 polyquinizarine으로 변환되며, 이를 비활성 분위기에서 1,000~3,000℃까지 가열하면 흑연구조를 지닌 탄소섬유가 제조된다.PAN 기반 탄소섬유는 전체 생산량의 90%를 차지하고 있을 정도로 가장 널리 사용되고 있으며, 앞으로도 수요량이 지속해서 증가할 것으로 예측된다.PAN 기반 탄소섬유는 다른 전구체 기반 탄소섬유보다 높은 인장강도를 보여주며 현재 Toray 사의 T-1100G급 탄소섬유는 6.4 GPa의 인장강도를 나타내고 있다.Pitch계 탄소섬유석탄계 콜타르와 석유계 잔사유를 원료로 pitch를 제조하고 용융방사, 안정화 탄화 공정을 거쳐 pitch 기반 탄소섬유를 제조한다.Pitch의 물성에 따라 등방성과 이방성 탄소섬유로 구분되며, 이방성 pitch 기반 탄소섬유가 등방성 탄소섬유에 비하여 높은 인장강도와 탄성률을 나타낸다.축합 다환 방향족 탄화수소의 혼합물인 피치는 등방성이기 때문에, 불활성 가스 분위기하에서 적당한 온도(350~500℃)로 가열하여 광학적으로 이방성을 보이는 메소페이스 pitch(이방성 pitch)로 전환시켜 탄소섬유를 제조한다.PAN 기반 탄소섬유에 비해 인장강도는 높지 않지만, 탄성률이 높은 탄소섬유 제조가 가능하여 우주 분야 등의 특수한 용도로 사용되고 있다.Rayon계 탄소섬유가장 먼저 탄소섬유 제조에 사용된 셀룰로오스 전구체는 1950~1970년대에 활발한 연구가 진행되었으나, 낮은 수율 및 물성, 높은 연신·열처리 공정비용 등의 문제점들을 개선하지 못하면서 관련 연구와 생산량은 급격하게 감소하였다.재생 셀룰로오스인 rayon 섬유 기반 탄소섬유의 생산은 활발하지 않고 구조용 소재로 사용하기보다 활성탄소섬유 용도 등의 기능성이 부여된 탄소섬유로 연구 및 개발이 진행되고 있다.현재 셀룰로스 기반 탄소섬유는 전체 탄소섬유 생산의 약 1.2%를 차지하고 있으나 지속적으로 수요량이 감소하고 있다.1. 국외 산업 및 기술개발 동향세계 탄소섬유 수요는 2010년 이후 꾸준히 증가하고 있으며, 2016년 63,500톤으로, 2015년(58,000톤) 대비 9.5%의 성장률로 증가하였다. 2022년까지 연평균 10%의 성장률을 나타낼 것으로 예상하며 100,000톤을 넘어설 것으로 판단된다. AVK & CCeV에 따르면, 2016년 탄소섬유 매출액은 약 23억 달러며, 10%의 성장률을 가정할 경우 2022년에는 약 36억 달러 규모를 형성할 것으로 추정했다. [4]2017년 7월 기준 탄소섬유 생산기업으로는 Toray 사가 Zoltek을 인수하여 42,600톤의 생산능력을 보유해 가장 높은 점유율을 기록했으며, 다음으로 독일의 SGL, 일본의 Toho Tenax, Mitsubishi Chemical Carbon Fiber and Composites(MCCFC) 순으로 나타났다.AVK & CCeV에 따르면, 2017년 세계 탄소섬유 생산능력은 연간 136,500톤으로, 수요량을 웃돌고 있다. 북미 지역은 48,700톤으로 전체의 36%, 유럽 지역은 20%, 아시아 중 일본의 경우 시장을 선도하는 탄소섬유 생산업체를 기반으로 27,100톤의 높은 생산능력을 차지하고 있다. 중국은 2017년 약 13,300톤으로 10%의 비중을 차지하며 생산능력이 확대되었으며, 그 외 독일 및 프랑스, 영국은 각각 4%, 4%, 4%의 점유율을 차지하였다.탄소섬유 제조기술은 업체 고유의 사용 용매와 방사 공법(프리커서 제조기술)에 따라 특성 및 품질 수준에 차이가 있다. 세계 시장의 70% 점유율을 차지하는 일본의 Toray, Toho Tenax, Mitsubishi Chemical Carbon Fiber and Composites(MCCFC)는 각 기업의 의류용 아크릴섬유 제조공법을 승계하여 프리커서 중합 및 방사 공법을 개발하였다.최근에는 약 5.5 GPa의 고강도 성능의 T-700급 탄소섬유 제조가 가능한 “Air-Gap 방사” 공법 기술개발을 위해 노력하고 있는데, 현재까지는 상업적으로 DMSO 용매를 사용한 방사에서만 Air-Gap 방사 기술이 개발되어 있어, 많은 업체에서 용매를 전환하려는 움직임을 보이고 있다. 또한, 제조공정 상의 원가 절감을 위해 microwave 또는 plasma를 이용한 산화·탄화 신공정 개발과 신규 프리커서 개발도 진행되고 있다.  2. 국내 산업 및 기술개발 동향국내 탄소섬유는 1990년대 초반 화학업계 및 섬유업계를 중심으로 개발이 진행됐으나, 시장 미성숙, 기술력 부족 및 선진업체의 견제 등으로 인해 관련 연구가 확대되지 못하였다. 2000년대 이후 정부 지원정책 수립 및 시장 상황 변화에 따라 기술개발이 이루어지고 있다.현재 국내 탄소섬유 산업은 섬유의 품질 균일도 향상이 필요하지만, 소규모 장비를 독일 등에서 도입하여 연구를 진행하는 경우가 많았으며 최근에는 장비 국산화에 관한 연구가 진행되고 있다. 또한, 여러 산업에서 탄소 복합재 요구가 증가하고 있으나 국내 수요가 많지 않으며, 응용과 가공기술 단계가 미흡한 것으로 평가된다.2020년 현재 국내 PAN계 탄소섬유를 일본계 기업인 Toray 첨단소재 한국지사를 포함 3개 회사에서 약 8,200톤을 생산하고 있다. 각 회사별 생산능력은 Toray 첨단소재 4,700톤, 효성 2,000톤, 태광 1,500톤 수준이다.1. 특허통계 산출범위 및 기준분석범위: 분석대상 특허 검색 DB 및 검색범위검색식: 탄소섬유 제조 및 프리프레그 대상 건수: 20년 IP5(韓·美·日·中·EU) 특허 문헌 35,343건 2. 관점별 특허통계 동향 및 분석2.1 글로벌 특허 동향IP5(韓·美·日·EU·中) 특허청을 대상으로 출원·등록된 특허 건수를 시계열적으로 분석하여 글로벌 기술시장의 동향(연구개발 현황 및 기술 성숙도 등)을 분석하였다.IP5 전체 출원·등록 건수 및 연도별 추이발행국가별 특허기술 성장단계(출원 건수 기준)2.2 국가별 IP 경쟁력2.3 우리 기업의 IP 경쟁력탄소섬유는 미국, 일본과 영국 등 기술 선진국에서 많은 연구개발을 이루었으며, 1971년에 이르러 일본 Toray 사에 의해 아크릴섬유로부터(Polyacrylonitrile, PAN) 고강도·고탄성 구조재료용 탄소섬유를 제조하는 데 성공하였다. 세계 탄소섬유 수요는 항공 우주 분야, 자동차 분야를 중심으로 꾸준한 성장이 예상되며, 2022년에는 100,000톤을 넘어설 것으로 판단된다. 탄소섬유 매출 규모도 2022년에는 약 36억 달러 규모를 형성할 것으로 예상된다.탄소섬유에 대한 특허를 출원일을 기준으로 2000년~2019년의 20년 동안 한국(KIPO), 미국(USPTO), 일본(JPO), 유럽(EPO), 중국(CNIPA)의 출원과 등록을 조사한 결과 35,343건이 집계되었다.IP5(韓, 日, 美, EU, 中) 출원 건수는 지속적으로 증가하였으나, 2016년 3,636건을 정점으로 다소 줄어들고 있다. IP5 등록 건수는 지속적으로 증가 추세이며, 2018년 2,000건 등록되었다. IP5에서 출원 건수 기준으로 CNIPA가 13,701건(37.02%)으로 가장 많고, 등록 건수 기준으로도 CNIPA가 5,377건(29.9%)으로 가장 많은 것으로 나타났다. KIPO는 1구간(’01~’04)~4구간(’13~’16) 사이에 前 구간 대비 특허수 평균 1.7배 출원인 수 평균 1.4배 증가하고 있는 성장단계에 있고, CNIPA도 1구간(’01~’04)~4구간(’13~’16) 사이에 前 구간 대비 특허수 평균 2.4배 출원인 수 평균 2.2배 증가하고 있는 성장단계에 있다.IP5 전체에서 출원인 국적별 출원 점유율은 CN(30.3%) > JP(25.9%) > US(18.1%) > EP(12.2%) > KR(10.7%) 순이었다. 발행국별 출원 점유율은 IP5 모두 자국 출원인 비율이 가장 높으며, 외국인 출원인 건수가 가장 많은 USPTO에서는 US, EP, JP 국적 순으로 점유율이 높았다.KR 국적 출원인 TOP 5의 연도별 출원 동향은 2008년 이후부터 출원 활동이 활발하였다. 국내 출원하는 자국 출원인 등록건 기준 TOP 5는 LG, HYUNDAI MOTOR, HYOSUNG, KITECH, KIMM이고, 이전 대비 최근 5년(’16~’20) LG의 등록 활동이 활발하고 이외 출원인은 둔화 또는 감소하였다.
취재부 2021-08-31
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사출성형 금형에 대하여 - 3단 금형

자료제공: 우진플라임 기술교육원 / 교수 한선근1. 3단 금형기본적인 명칭과 용도는 2단 금형과 동일하며, 아래에 열거된 부품이 추가된다.① 서포트 핀 (Support Pin)가이드 핀과 함께 런너 스트리퍼 판, 고정측 형판, 가동측 형판의 위치를 잡아 주는 역할② 풀러 볼트 (인장볼트, Puller Bolt)금형이 열릴 때 런너 스트리퍼 판을 당겨 주는 기능과 고정측 형판과 가동측 형판 사이를 열어 성형 제품을 뽑기 위한 파팅 기능을 한다.③ 런너 스트리퍼 플레이트 (Runner Stripper Plate)3단 금형에서 고정측 설치판과 고정측 형판 사이에 설치한 것으로, 스푸루 부시에 있는 스푸루를 뽑아내는 기능을 한다. 1-1. 3단 금형의 특징① 게이트의 위치 선정이 자유롭다. (게이트의 이상적 위치 선택)② 핀포인트 게이트를 채용할 수 있다. (게이트를 절단하는 후가공이 불필요)③ 성형품과 스푸루, 런너, 게이트를 각각 취할 수 있다.④ 형개 스트로크가 큰 성형기가 필요하다.⑤ 구조가 복잡하여 내구성이 떨어진다.⑥ 금형비가 비싸다.⑦ 성형 사이클이 길다.1-2. 3단 금형의 선택 이유① 게이트 처리의 공정을 생략하기 위해② 성형품의 가장자리 이외에 핀포인트 게이트를 사용하고자 할 때③ 사이드 게이트를 채용하는 경우 흐름의 균형을 고려하여 런너를 다른 플레이트에 설치하고자 할 때1-3. 3단 금형 몰드 베이스 (Mold Base)1-4. 3단 금형의 구조① 사용 빈도가 많은 형대의 몰드 베이스는 표준으로 하여 상품화하여 판매하고 있다. ② 코스트 다운, 납기 단축③ 게이트 방식에 의해 P(핀 게이트) 시리즈: 8타입④ 플레이트 수에 의해 3 플레이트 타입: DA, DB, DC, DD, EA, EB, EC, EH, 기타(DE, DF) 타입1-5. 3단 금형의 작동 순서캐비티를 만드는 가동형 금형(코어 금형)과 고정형 금형(캐비티 금형)의 기본 구조에서 고정형 금형 위에 한 개 금형(판)이 더 추가된 금형 구조- 1 단계 : 가동측 전진(금형 닫힘) → Nozzle 전진 → Injection(사출) → Cooling(냉각)- 2 단계 : Parting Line 1 열림- 3 단계 : Parting Line 1이 완전히 열림 → Puller Bolt로 인하여 P/L 2 열림- 4 단계 : Parting Line 3 열림- 5 단계 : Ejector Rod 전진 → 제품이 Core 면에서 이탈 → Runner 취출- 6 단계 : Ejector Rod 후진 → 밀판 후퇴 → 금형 닫힘2. 특수금형2-1. 슬라이드 코어 금형2-2. 핫런너 금형사출성형기에서 금형의 Cavity에 이르는 수지의 흐름 부위(Sprue와 Runner)에 열을 가하는 방법으로 수지가 항상 용융된 상태를 유지하도록 함으로써 Sprue나 Runner의 생성 없이 계속해서 사출을 가능케 하는 부품- 장점 ① 런너 형상이 없음으로 사이클 타임 단축② 형개 거리 단축 등을 통한 생산성 향상③ 런너에 의한 수지 손실이 없음④ 제품과 게이트가 분리되어 제품 후가공이 필요 없음⑤ 금형 내압이 감소하여 사출 속도 증가 가능⑥ 다점 게이트 제작이 용이⑦ 게이트 온도조절을 통해 유동을 자유로이 조절할 수 있다.- 단점① 금형 온도제어가 필요하다.② 사출 제품 색상 교환이 어렵다.③ 온도에 민감한 수지와 온도 변화에 대하여 점도가 급격히 변하는 수지를 사용하는 금형은 게이트 설계에 신중을 기해야 한다- 시스템 구성도2-3. 스텍 몰드(Steak Moid)성형기는 깊은 성형품도 성형되도록 형개 스트로크를 설정하고 있는데, 접시와 같이 얇은 성형품은 투영 면적에 비해 형체력에는 여유가 없으나, 스트로크는 여유가 너무 많은 상태로 된다. 이와 같은 경우에 성형기의 형체 능력을 2배로 해서 사용하려고 설계된 것이 스텍 몰드(Steak Mld) 이다.- 구동 시스템스텍 몰드(Steak Mold)는 런너 플레이트가 2단인 캐비티의 중앙에 배치되기 때문에 양쪽의 성형품을 배출하기 위해서는 양쪽의 캐비티는 가동 프라텐의 1/2 비율로 열려야 한다.- 구동 시스템의 종류① 랙과 피티언을 사용한 것② 토글 장치를 사용한 것 ③ 유압 실린더에 의한 방법- 스텍 몰드(Steak Mold)의 장점① 성형기의 형체력에 대해 2배의 투영 면적이 취해지기 때문에 기계 설비가 다소 적어도 된다.② 성형기의 설치 면적이 1/2로 된다.③ 형 개폐에 관한 전력이 절감된다.- 스텍 몰드(Steak Mold)와 일반 Mold(1단 빼기)의 생산성일반적으로 1단 빼기와 비교하면, 성형 사이클은 약간 늘어나므로 생산량은 약 80% 정도 증가한다.
취재부 2021-08-31
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햇빛 받아 수소 만드는 인공 나뭇잎 효율, 신종 도핑 물질로 높인다!

- UNIST 장지현 교수팀, 인공 나뭇잎 원료(산화철)에 게르마늄 도핑 효과 극대화- 햇빛과 물만으로 청정수소 생산 가능… Nature Communications 게재‘인공 나뭇잎’의 수소 생산 효율을 극대화하는 기술이 개발됐다. 인공 나뭇잎은 식물 광합성 원리를 본떠 물속에서 햇빛을 받아 수소를 만드는 장치다. 탄소가스 배출 없이 청정 연료인 수소 생산이 가능해 탄소중립 시대를 앞당길 기술로 기대를 모으고 있다.UNIST(총장 이용훈) 에너지화학공학부 장지현 교수팀은 게르마늄을 인공 나뭇잎에 도핑(doping)해 수소 생산 효율을 높이는 제조 기술을 개발했다. 게르마늄은 이론상 뛰어난 도핑제(dopant)지만 실제로는 다른 도핑제보다 효과가 떨어졌는데, 연구팀이 그 이유를 찾아내 기존보다 효율을 3배 이상 높였다.인공 나뭇잎 시스템의 핵심은 광촉매다. 식물 엽록소처럼 햇빛을 받아 전자를 만드는 역할을 한다. 광촉매 주재료로는 철의 녹 성분인 산화철이 꼽힌다. 값도 싸고 무엇보다도 물속에서 안정적이기 때문이다. 하지만 산화철은 전기전도도가 낮아 이를 높여 줄 첨가제(도핑제)가 필요하다.* 도핑(doping): 특정 성능을 얻기 위해 물질에 다른 물질(이종 물질)을 첨가하는 기술. 반도체 제조 등에 주로 쓰인다.게르마늄도 주요 도핑제 후보 중 하나다. 하지만 이론상 기대치에 비해 실제로는 효과가 크지 않은 의문점이 있어 널리 연구되지 않은 물질이다.연구팀은 광촉매 전극 제조과정에서 그 원인을 찾아냈다. 주석(Sn) 성분이 고온의 열처리를 거치면서 광촉매 속으로 침투해 내부 구조를 훼손하는 것이다. 주석은 광촉매에 붙여 쓰는 투명 전극(FTO)에 포함된 성분이다.광촉매 내부에 게르마늄과 주석이 함께 있으면 내부 구조를 크게 훼손한다는 사실이 이번 연구로 새롭게 밝혀졌다.장 교수팀은 열처리 때 주석이 함께 도핑되는 것을 막는 산화 게르마늄 막 코팅법을 개발했다. 광촉매 표면적이 열처리 후에 주는 문제도 함께 해결돼 수소 생산 효율이 3배나 높아졌다.제1저자인 윤기용 UNIST 에너지화학공학과 박사과정 연구원은 “간단한 표면 처리로 산화철 광촉매 기술의 문제점이었던 낮은 전기전도도와 열처리 후 표면적 감소 현상을 단번에 해결할 수 있게 됐다”고 밝혔다.또 개발된 코팅법은 미량의 게르마늄 용액에 담갔다 빼기만 하면 될 정도로 과정이 간단해 상업화에도 유리하다.장지현 교수는 “기존의 단일 산화철 전극으로 구성된 인공 나뭇잎 기술은 수소 생산 효율이 대부분 1~3%에 머물던 한계가 있었다”며, “이번 연구에서 입증한 5% 효율은 기존 기술과 비교하면 세계 최고 수준이다”라고 설명했다.장 교수는 이어 “산화철은 이론적으로 15%의 수소 생산 효율을 낼 수 있는 물질이라 가격적인 측면에서뿐만 아니라, 기술적 잠재력도 우수한 광촉매 후보”라며, “더욱 정교한 제조 기술을 개발해 수년 내에 상용화를 이루는 것이 목표”라고 밝혔다.이번 연구는 UNIST 에너지화학공학과 석상일 교수와 이준희 교수가 함께 참여했다.연구성과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 7월 14일 자로 공개됐다.연구 수행은 한국연구재단(NRF)의 ‘중견 연구자 지원 사업’과 ‘온사이트 수소충전소를 위한 광전기화학 수소생산기술 및 시스템 개발 사업’, 그리고 S-Oil의 지원을 받아 이뤄졌다.* 논문명: NiFeOx decorated Ge-hematite/perovskite for an efficient water splitting system문의: 에너지화학공학과 장지현 교수 052-217-2922
취재부 2021-08-24
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소각되는 폐 난방용 파이프, 업사이클링 제품으로 재탄생

- 연속식 이축 압출 공정에 친환경 초(아)임계 기술을 접목- 폐플라스틱 재활용 및 이산화탄소 저감으로 2050 탄소중립에 기여난방용 파이프(가교 폴리에틸렌 파이프)는 내열성 및 내구성이 높아 꾸준히 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 난방용 파이프를 제조할 때 발생하는 약 10%의 불량품, 스크랩(부산물)과 사용 후 폐기물도 매년 증가하는 추세에 있으나, 열경화성 수지이기 때문에 재가공이 어려워 대부분을 매립 혹은 소각한다.한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 물질구조제어연구센터 홍순만 박사팀은 산·학·연 협력 연구를 통해 친환경 초(아)임계 유체 공정을 적용한 폐 난방용 파이프의 재활용 기술개발에 성공하였다고 밝혔다.연구팀은 연속식 이축 압출 공정에 친환경 초(아)임계 기술을 접목, 선택적 탈 가교 반응을 통해 재생 폴리에틸렌 생산에 성공하였다. 초(아)임계 유체는 기체의 확산성과 액체의 용해성을 동시에 가지므로 난방용 파이프 소재인 가교 폴리에틸렌 사이의 결합에 침투하여 빠른 탈 가교 반응을 유도하고, 높은 열과 압력을 동시에 적용하여 가교 폴리에틸렌의 분자 사슬을 선택적으로 절단할 수 있기 때문에 폴리에틸렌 고유의 물리·화학적 특성은 보전한다.1) 가교 폴리에틸렌(PEX, Cross-Linked Polyetheylene): 폴리에틸렌의 내열성 한계를 극복하기 위하여 분자구조를 변형시킨 개질 폴리에틸렌 수지의 일종2) 초(아)임계 유체: 초임계 유체는 액체와 기체가 구분되는 임계점 이상의 온도 및 압력에서 존재하는 물질의 상태를 의미하며, 용해 능력은 액체에 가깝고 확산성은 기체에 가까운 성질을 가진다. 한편, 임계점을 넘어가지는 않았으나 임계점에 근접했을 때를 아임계라 한다.3) 이축 압출 공정: 플라스틱을 가열하면서 압출(성형)하는 스크루가 두 개로 구성된 공정이렇게 생산한 재생 폴리에틸렌은 신재 폴리에틸렌과 유사한 분자량과 물성(분자량 Mw 180,000 이상)을 가져 건물 경량화 및 층간소음 방지용 슬라브 볼과 전선 보호용 CD(Combine Duct)관 제품으로 업사이클링할 수 있다. 또한, 폐 난방용 파이프를 수거해 활용함으로써 원가 절감이 가능하다.이번 연구성과로 소각처리되던 폐 난방용 파이프를 재활용함으로써 이산화탄소 저감이 가능할 것으로 기대되며, 이를 통해 2050년 탄소중립 달성에 이바지할 수 있을 것으로 전망된다. 또한 초(아)임계 유체를 이용한 공정은 인체 및 대기에 해로운 VOC를 유발하는 유기용매 대신 물이나 알코올과 같은 저독성 용매를 사용하며, 사용 후 추가적인 분리 공정이 없이 용매를 회수할 수 있어 친환경적이기도 하다.KIST 홍순만 박사는 “본 기술은 원천기술로서 전량 폐기되고 있는 열경화성 플라스틱의 재활용은 물론, 재생 플라스틱의 급격한 물성 저하를 극복할 수 있는 원료(단량체) 재생기술로 확장 적용이 가능하다”라고 전망했다. 또한 “전 지구적 극복과제인 플라스틱 쓰레기 처리 및 미세플라스틱 오염 문제를 해결하는 방안을 제공할 수 있기를 바란다”라고 이번 개발의 의의를 밝혔다. 기술개발에 참여한 ㈜동명 배성규 품질개발실장은 “향후 스케일업 및 제품 양산화 공정을 거쳐 사업화를 추진할 예정”이라고 밝혔다. 본 연구는 환경부(장관 한정애)의 지원을 받아 ㈜동명(대표 김창완), 세명대학교 조항규 교수, ㈜그린폴(대표:김명기)과의 산·학·연 협력 연구를 통해 한국환경산업기술원 생활폐기물 재활용 기술개발 사업으로 수행되었다.4) VOC(Volatile Organinc Compounds): 휘발성유기화합물. 대기 중에서 질소산화물(NOx)과 함께 광화학반응으로 오존 등 광화학산화제를 생성하여 광화학스모그를 유발하기도 하고, 벤젠과 같은 물질은 발암성물질로 인체에 유해하며, 스티렌을 포함한 대부분의 VOC는 악취를 일으키는 물질로 분류함.
취재부 2021-08-24
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사출성형조건의 기본원칙과 체계적인 금형 시험 Injection Molding Basic & Systematic Mold Proving

3. 사출성형조건의 기본원칙1) 쿠션과 보압절환점사출성형기의 사출성형에서는 사출장치의 스크류 직경(㎜)이 제일 중요하다.즉, 이 스크류 직경(D)과 스크류(계량) 스트로크(S)에 의해서 이론 사출 용적이 계산된다. 그리고 사출성형에서 더욱 중요한 사출 압력과 사출 속도도 이 스크류 직경에 의해서 결정되고 변경된다. 이 사출 압력은 일반적으로 설정하는 유압 압력이 아니라 사출 실린더와 스크류 직경과 유압 압력에 따라서 변경되는 스크류 선단에 걸리는 이론 사출 압력을 의미한다. 하지만 이 스크류 직경이 누구나 다 알고 있는 위에서 언급한 내용 만에 국한되지 않는다.쿠션은 사출 충진이 진행되고 보압이 완료되는 시점에서의 스크류의 최종위치를 뜻한다. 간단히 얘기하면 이 쿠션 위치도 스크류 직경(D)에 의해서 결정된다. 즉, 스크류 직경의 10~20% 사이에 위치하는 것이 좋다. 한 예로 스크류 직경이 50㎜이면 5~10㎜ 사이에서 쿠션이 잡히면 좋다는 것이다.그러나 더욱 중요한 것이 있다. 스크류 위치로 표시하는 보압절환점(위치)이다. 사출 충진이 시작된 후 보압절환을 스크류의 어느 시점(위치)에서 시작하여 보압이 진행되고, 종료된 후 쿠션이 완료되는지가 관건이다. 계량량(사출량)을 중량으로 따졌을 때 98%는 사출 충진으로, 나머지 2%는 보압으로 제품의 치수와 중량, 그리고 수축 등을 잡으면서 원하는 품질을 만들고 재현성을 유지하는 것이다. 즉, 사출 중량의 98%는 사출로 충진시키고 난 후 보압절환점(위치)에 의해서 보압절환이 이루어진 후, 나머지 2%의 량으로 보압을 진행해야 한다는 것이다.사출량의 98%에 상당하는 보압절환점을 알아내는 방법으로는, 사출물의 중량을 측정하여 스크류의 거리로 환산하는 방식과 시험 초기에 보안 동작 없이 보압절환점(위치)을 점진적으로 줄이면서 사출하는 방식인 부분 사출을 병행으로 실시하여 98%에 상당하는 보압절환점(위치)을 결정한다.예로 스크류 직경이 50㎜인 경우 사출 중량의 쇼트 사이즈가 100㎜이고, 쿠션을 스크류 위치 8㎜에서 유지하려고 한다면 계량 완료 위치는 8+100 = 108㎜가 되어야 100㎜의 양을 사출하고 계량할 수 있다. 여기서 사출 중량과 스크류 거리의 백분율은 일치한다. 즉, 토털 쇼트 사이즈 100㎜의 98%는 98㎜이고 2%는 2㎜가 되므로, 원하는 쿠션량 8㎜에 2%의 중량 2㎜를 더하면 최적의 보압절환 위치는 10㎜가 된다.보압절환 위치를 10㎜에 설정하게 되면 108㎜에서 사출을 시작하여 보압절환 위치 10㎜까지 98%인 98㎜가 충진된 후에 보압으로 절환되어 나머지 2%인 2㎜ 정도 설정한 보압 시간과 압력으로 사출 중량을 보충하면서 제품의 중량과 치수, 그리고 수축 등으로 외관 품질을 최종 보완하는 사출 보압 공정이 종료되는 것이다.쿠션이 방석을 뜻하는 것처럼 변화가 있다는 것을 의미한다. 이 쿠션의 변화는 재료, 금형과 가열 실린더 등의 온도 변화에 대해서 사출성형기의 사출 압력의 변화로서 일정한 중량과 치수 등의 재현성 있는 성형품을 만들어 주기 위한 것이다. 따라서 성형품 중량의 크기에 따라서 쿠션의 변화량도 커지는 것은 당연한 것이다.(성형품 중량을 기준으로 허용 편차가 만약 사출 중량 대비 1.0%의 허용치를 갖고 있다면, 스크류 직경 50㎜와 계량 스트로크(쇼트 사이즈) 100㎜인 성형품의 사용재료 PC(배출률 1.04(g/㎤)) 기준으로 성형품의 중량을 산출하면 204g(= π(3.1416) × 2.5(㎝) × 2.5(㎝) × 10(㎝) × 1.04(g/㎤))이므로 허용치 1.0%는 대략 2g 이내의 편차가 발생되어야 한다.)2) 석백량과 배압의 중요성여기에 마지막으로 가장 중요한 계량 후 석백량을 스크류 직경의 10%만큼 설정해 주어야만 매 쇼트마다 NRV(Screw Head Assembly) CHECK RING의 동작과 위치를 동일하도록 하여 일정한 계량량과 사출량을 유지하여 쿠션량의 편차를 줄여 줄 수 있다. 한 예로 스크류 직경이 50㎜이면 계량 완료 후 석백량을 최소 5㎜로 설정해 주어야 한다. 계량과 석백 후 스크류의 최종위치는 계량량 108㎜에 석백량 5㎜를 더하면 113㎜이고, 여기서부터 사출이 시작되는데 석백량은 제품의 중량에는 영향을 미치지 않는다.특수한 플라스틱재료(특히 재생품 혹은 GF 같은 첨가제 사용)나 핫런너와 밸브 게이트를 사용하는 금형과 이에 관련된 온도 등 여러 요인으로 쿠션량의 변화가 심할 때 위에서 언급한 계량 후 석백량을 스크류 직경의 10%만큼 설정해 주면 탁월한 효과를 볼 수 있다. 밸브 게이트를 사용하는 경우 일반적으로 석백을 사용하지 않는 것으로 알고 있으나, 성형품의 중량과 쿠션의 변화를 적게 하기 위해서는 석백량을 반드시 설정해야 한다.마지막으로, 계량 중 동시에 동작하는 배압은 전혀 사용하지 않는 것보다는 배압이 필요 없는 경우에라도 어느 정도 즉 3~5kg/㎠(bar)를 사용하는 것이 계량량을 일정하게 해주고 가스를 방출시켜주는 등 주요한 역할을 해 준다. 물론 가장 중요한 재료의 용융과 믹싱 효과를 상승시켜주기 위해서는 당연히 배압을 최적으로 설정해 주어야 한다.위에서 언급한 내용은 사출기의 성능과 품질이 최적인 상태에서의 가장 기본적인 사출성형 조건설정의 원칙에 관해서 얘기한 것이다.하지만 쿠션량의 변화가 심한 것은 사출성형 중인 복잡한 특정 성형품의 금형에 장착된 많은 핫런너와 밸브 게이트의 Unbalance와 Control 등의 문제일 가능성도 배제할 수 없다. 3) 계량 스트로크의 중요성사출 성형품의 가장 기본적인 품질은 성형품의 중량과 치수를 일정하게 유지하는 것이 최우선이다. 즉, 일차적으로는 계량(중)량이 일정해야 한다. 이는 플라스틱 재료가 가열 실린더로 일정하게 공급되어야 한다는 것인데, 공급되는 플라스틱 재료 상태, 수지 공급부 온도와 실린더 및 금형의 온도, 그리고 그 프로파일이 제대로 설정되어 일정하게 유지되어야 하는 것은 가장 기본이 되는 사안이다.그리고 사출성형 프로세스의 기본원칙은 온도와 압력 간의 상관관계인데, 위에서 언급한 재료와 온도의 일정한 조건 하에서 계량과 사출에 필요한 적정 배압과 사출 압력의 설정 또한 중요하다. 사출과 계량 프로세스에서의 속도와 압력 등의 급격한 변화로 인한 전단 열을 줄여주는 것도 반드시 필요하다.결론은 계량량과 사출량을 매 쇼트마다 일정하게 해주어야 하는데, 여기서 가장 중요한 역할을 하는 부품이 NRV(Screw Head Assembly) CHECK RING의 동작과 위치의 재현성이다. 이 NRV CHECK RING의 위치가 매 쇼트마다 사출과 계량 시에 항상 동일한 위치에 있어야만 일정한 양이 계량되고 사출될 수 있는 기본 조건이 되는 것이다.더구나 사출 성형품의 중량과 치수 재현성을 확보하기 위해서는 최소 계량(사출)량이 스크류 직경의 1D 이상, 그리고 최대 계량(사출)량이 스크류 직경의 3D 이하가 되어야 한다는 것이 성형품의 재현성을 위한 중요한 프로세스 원칙 중의 하나임을 알고 있어야 한다.계량량은 한 사이클 내의 스크류의 전 스트로크이다. 이 선택한 계량 스트로크가 스크류 직경대비 상대적으로 너무 적거나 너무 큰 경우 열적 문제나 표면 불량이 발생할 수 있다.계량 스트로크가 스크류 직경보다 작은 경우의 단점(1D)  * 열적으로 민감한 플라스틱에 긴 체류시간을 제공  * 상대적으로 긴 반응시간이 소요되며, 역류방지밸브(CHECK RING)의 반응시간 편차 발생계량 스트로크가 스크류 직경보다 3배 이상인 경우의 단점(3D)  * 완전히 용융되지 않은 재료에 의한 줄 발생  * 기포 발생  * 열적으로 불 균일한 용융상태4) 가열 실린더 온도 설정 방법이 계량 스트로크와 관련하여 중요한 것이 가열 실린더의 온도인데 이는 가열 실린더의 길이 방향 구멍(런너 근처의 노즐에서) 근처에서 측정한 온도이다. 운전에 따라 재료용융에 필요한 에너지의 60에서 85%까지가 구동 에너지에 의해서 발생하지만, 이 용융온도는 실린더 벽 온도 특히 후열 2개 존에 의해서 강한 영향을 줄 수 있다.하지만 가열 실린더의 온도는 초기에 평균 추천 값으로 시작되어야 하나 아래와 같이 세 가지의 다른 설정 방법이 있다. 열적으로 민감한 플라스틱 재료에 있어 용융재료에 열을 적게 가하기 위해 노즐 방향으로 증가하는 온도 프로파일을 사용한다. 이 프로파일은 용융재료의 잔류시간이 긴 경우 유리하다.노즐 방향으로 증가하다 감소하는 온도 프로파일을 사용하는 경우는 오픈 노즐을 사용하는 경우 다음과 같은 현상을 방지하기 위해 사용한다.용융재료에 좀 더 많은 열을 전달하기 위해 호퍼 부에서 노즐 방향으로 약간 감소하는 온도 프로파일을 사용하는 경우는 다음과 같다.또한, 수지 공급부의 온도제어는 공급성능과 성형재료 이송의 안정성을 위해 결정적이다. 재료 입자와 실린더 벽 사이의 마찰률이 온도에 의존하므로, 이곳의 온도제어가 해당 운전조건과 마찰에 관한 환경에 적합해야 한다. 하지만 마찰 동작을 알지 못할 때 수지 공급부의 최적온도는 기계를 설정할 때 결정되어야 한다. 여기서 스크류 스트로크에 의한 공급성능의 가이드로서 일정한 계량 용량이 고려될 수 있다.이 수지 공급부 온도도 평균 추천 값으로 시작하고, 가소화 시간이 매 쇼트 별로 일정한지 점검할 것을 추천한다. 그렇지 않을 경우엔 가능한 수지 공급부 온도의 점진적 변화가 보다 좋은 기계 설정을 유도한다.
편집부 2021-08-16
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식품 포장용 고분자 필름 기술개발 동향

Ⅰ. 서론1.1 기술 개요현대 사회에 접어들면서 1인 가구가 증가함에 따라 간편하게 식사를 해결할 수 있는 식품에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 특히 2016년부터 성장이 가속화되고 있다. 소비자들은 간편 식품 중에서도 즉석 섭취가 가능하고 조리가 간편한 가정 간편식(HMR) 레토르트 식품을 선호한다. 이러한 수요에 따라 관련 기업에서는 즉석식품 포장 기술개발에 박차를 가하고 있다. 즉석식품 포장재로 사용하기 위해 재료가 갖춰야 할 특성으로는 파손 및 변형에 견딜 수 있는 기계적 물성과 전자레인지에 조리하기에 적합한 열적 안정성, 내용물의 변성이나 부패를 방지하여 신선도를 유지하기 위한 기체, 수분, 자외선 차단성 등이 있다. 1 식품 포장재의 조건을 만족시키는 재료 중 가장 상용화된 재료는 고분자 필름이다. 하지만 사용 가능한 고분자 단일 필름 중 위 특성을 모두 만족하는 필름이 존재하지 않기 때문에 여러 가지 방법을 통해 개질된 형태의 필름을 사용한다.따라서 본 고에서는 식품 포장용 필름으로 사용하기 위해 갖춰야 할 특성을 설명하고 그러한 성질을 부여하기 위한 기술 동향을 제시하였다.1.2 포장용 고분자 필름식품을 포장하기 위한 소재로는 종이, 유리, 금속 등 여러 가지 물질이 사용되고 있다. 이 중 현재 가장 대중적으로 이용되고 있는 것은 플라스틱 즉 고분자 필름으로 제작된 포장재이다. 고분자 필름은 타 재료에 비해 가공이 우수하며 값이 저렴하다는 장점을 가지고 있고, 여러 가지 종류로 인해 용도별로 선택할 수 있는 폭이 넓기 때문에 산업용 재료부터 일회용 소모품에 이르기까지 없어서는 안 될 만큼 많이 사용되고 있다. 현재 널리 이용되고 있는 고분자 필름은 폴리에틸렌 (PE), 폴리스타이렌 (PS), 폴리염화비닐 (PVC), 폴리프로필렌 (PP), 에틸 비닐알코올 중합체 (EVOH) 등이 있다. 1.2.1 고분자 배리어 필름현재 상용화되고 있는 여러 가지 고분자 필름 중 식품 포장재로 사용할 수 있는 필름은 매우 제한적이다. 그 이유는 식품 포장재로 사용하기 위해서는 기체 차단성, 수분 차단성 등 외부에서 유입되는 물질들을 차단할 수 있는 특성을 갖춰야 하기 때문이다. 냉장을 필요로 하는 식품의 유통기한을 쉽게 연장시킬 수 있는 필름, 이러한 필름을 배리어 필름이라고 부른다. 고분자 필름의 배리어 특성은 분자구조, 배열 그리고 내부에 혼합된 입자들 등에 기인한다. 배리어 필름은 식품 포장용뿐만 아니라 항균, 에틸렌 흡착제 및 흡수와 같은 역할로 인해 많은 분야에 사용되고 있으며, 가장 대표적으로 디스플레이 분야에 사용되고 있다. 따라서 고분자 필름에 원하는 특성을 부여하기 위한 처리 방법이 각 분야에서 지속적으로 개발되고 있다. 배리어 필름에는 다양한 재료가 사용될 수 있으며 이 재료들은 필름에 고유한 특성을 부여하며, 이를 통해 사용 목적에 맞는 식품 포장재를 만들 수 있다. 현재 시중에 널리 사용되고 있는 배리어 필름 소재는 [표 1]에 나타냈다.1.2.2 고분자 필름의 단점 플라스틱은 현대 사회에서 인간에게 많은 편의성을 제공하며 내구성, 가공성, 경제성이 뛰어나 기업 차원부터 개인적인 차원까지 널리 이용되고 있다. 그러나 플라스틱 대부분은 자연에서 쉽게 분해되지 않고 반영구적으로 존재하기 때문에 플라스틱 쓰레기 처리를 위해서는 소각 또는 매립을 해야 하며, 이로 인해 대기, 토양, 하천이나 바다 등에 심각한 오염을 야기하고 있다. 특히 국내 플라스틱 쓰레기 하루 발생량은 2017년 기준 43만 톤으로 세계에서 가장 많은 수준을 기록했으며, 플라스틱 사용량은 해마다 증가하는 추세를 보인다. 2 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 기업에서는 재활용이나 생분해가 가능한 플라스틱을 제조하는 기술을 개발하고 있다. 3II. 식품 포장용 필름2.1 식품 포장의 목적식품 포장용 필름으로 사용하기 위한 요구 조건과 그에 따른 개질 방법을 이해하기 위해서는 목적을 정확히 파악해야 한다. 내용물의 종류에 따라 추구하는 특성과 포장 목적이 다르지만, 식품 포장의 가장 핵심적인 목적은 내용물 즉 식품의 부패나 변질을 방지하여 품질을 보존하는 것이다. 식품은 우리가 섭취하여 인체 내에서 여러 작용을 통해 직접적인 영향을 미치므로 기체나 습기 등 여러 가지 요인에 의해 변질하는 것을 막아야 한다. 또한 부가적인 목적으로는 식품 생산 과정에서 합리적인 인력 절약, 생산비용 절감 그리고 소비자의 구매를 유도하기 위한 디자인을 통해 상품의 가치를 향상시키는 것이 있다.2.2 요구 특성식품 포장용 필름으로 사용하기 위해서는 기본적으로 국가적 차원에서 정한 규정에 부합되는 재료를 사용하여야 한다. 대한민국은 이러한 규격을 식품의약품안전처에서 규정하고 있으며, 고분자 필름 관련 내용은 [표 2]에 나타냈다.1) 수분 차단성내용물의 변성을 방지하기 위해서 식품 포장재는 수분을 차단할 수 있는 능력을 갖춰야 한다. 특히 건조식품의 경우 자체 수분함량이 적고 외부에서 유입된 습기를 흡수하여 변형, 변질이 일어날 가능성이 있기 때문에 특히 주의하여야 한다. 수분 차단성 역시 수분 투과도(WVTR)을 이용하여 측정한다.2) 기체 차단성수분 차단성과 동일하게 내용물이 부패되는 것을 방지하기 위해서는 외부의 산소, 이산화탄소와 같은 기체가 포장 내부로 들어가면 안 된다. 산소는 분자 간 결합에 의해 비가역적으로 흡착되므로 특히 유의하여야 한다. 기체 투과도는 고분자의 일차구조나 이차구조에 의존한다. 고분자 구조는 결정 영역과 무정형 영역으로 구분되는데 기체 투과는 주로 무정형 부분에서 일어난다. 무정형 부분에는 수분이나 기체분자의 크기보다 큰 자유 체적이 많이 존재하며 이로 인해 필름 외부에서 내부로의 침투가 발생한다. 기체 차단성은 습도에 의해서도 영향을 받는데, PVA 및 EVOH와 같이 –OH기를 포함하는 고분자는 건조 상태에서는 양호한 기체 차단성을 보이지만, 습도가 높은 조건에서는 차단 성능이 저하되는 경향을 보인다. 4, 5 많은 기체 중 대표적으로 산소 차단 성능은 산소 투과도(OTR)를 이용하여 측정한다. 기체 차단성이 좋은 고분자 필름으로는 PVA, EVOH, 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 등을 사용한다.3) UV 차단성자외선이 내부로 조사되면 내용물이 변질될 수 있다. 따라서 필름은 충분한 자외선 차단 성능을 가져야 하며, 외부에서 내부의 내용물이 보일 수 있도록 가시광선에 대한 투과성이 좋아야 한다.4) 내열성식품용 포장재로 사용하기 위해서 필름은 멸균과정을 거쳐야 한다. 멸균과정 중 대부분은 100℃ 이상의 고온에서 진행되기 때문에 이 온도를 견딜 수 있는 내열성이 필요하다. 또한 즉석식품의 가장 큰 장점은 간편한 조리가 가능하다는 것이다. 끓는 물 또는 전자레인지를 통한 간편한 조리가 가능해야 하기 때문에 포장 용기는 물론, 필름 또한 내열성을 가지고 있어야 한다. 내열성은 DSC, TGA, DMA를 이용하여 측정할 수 있으며 대표적 예로는 PET, PP 등이 있다.5) 생체 안정성식품 포장용 필름은 우리가 섭취하는 식품과 접촉되어 있기 때문에 식품에 물리적, 화학적인 영향을 끼칠 수 있고, 극단적일 경우에는 실수로 섭취하는 일도 발생할 수 있다. 일반적으로 합성고분자의 경우 분자량이 크기 때문에, 인체 내에서 소화, 흡수가 되지 않으므로 비교적 안전하다고 생각할 수 있으나, 합성고분자의 형성 과정에서 발생된 미 반응 물질이나, 촉매 등으로 인해 인체 내에서 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 필름은 사용조건이 모사된 환경에서 용출시험을 통하여 독성물질의 용출량을 측정하여 안전성이 보장되는지 여부를 확인하여야 한다. 66) 기계적 특성식품 포장용 용기, 필름은 운송이나 보관 중 외부 충격에 견딜 만한 기계적 특성을 지녀야 한다. 특히 필름은 두께가 얇아 파손되기 쉽고, 조그마한 균열이 생길 경우 그 틈으로 산소나 수분이 유입되어 내용물이 변성될 수 있기 때문에 기계적 특성을 충분히 갖추고 있는지 확인하는 것이 굉장히 중요하다. 필름의 기계적 특성은 인장강도, 충격강도 등을 이용하여 평가한다.7) 간편성가정 간편식은 바쁜 현대인, 1인 가정인구 등과 같이 조리 시간의 단축과 과정의 간편화가 필요한 사람들의 수요가 많다. 때문에 포장재는 유통이나 사용과정에서의 간편성을 충족시켜야 한다. 간편성에는 포장의 소형화, 경량화, 이동성, 편리성 등이 포함된다. 특히 포장용 고분자 필름은 대부분 포장 용기에 열로 접착하는 방식을 사용하기 때문에 유통 시에는 내용물이 부패되거나 새어 나오지 않도록 확실히 밀봉이 되어야 하는 반면에 사용자가 내용물을 꺼내거나 섭취할 때는 쉽게 제거할 수 있어야 한다. 이러한 필름을 이지필 필름이라고 한다. 이지필 필름에 사용되는 대표적인 고분자로는 PP, PET 등이 있으며, 각 재료마다 열 접착온도가 달라 접착 시에 유의하여야 한다.8) 친환경성환경문제가 사회적으로 중요하게 인식됨에 따라 친환경성 소재를 이용한 포장재 개발이 필수 불가결해졌다. 특히 플라스틱 쓰레기를 매립, 소각하는 과정에서 유발된 환경오염이 전 세계적으로 이슈화되면서 소비자의 인식 또한 크게 변화하고 있다. 2017년 진행된 한 연구에 따르면, 플라스틱 폐기물 발생량 중 포장재의 비율이 54%에 육박하는 것을 보여준다. 비 섬유 플라스틱 폐기물의 비율은 [그림 1]에 나타냈다. 따라서 국내·외로 많은 기업이 재사용, 재활용이 가능한 식품 포장 용기, 필름의 개발에 힘쓰고 있다. 8Ⅲ. 식품 포장용 필름 기술 동향 식품 포장용 필름은 내용물의 변질을 방지하고 빛과 향을 차단하는 등 상기 제시된 바와 같이 여러 가지 역할을 해야 한다. 따라서 각각의 특성을 가지고 있는 필름을 적층하여 라미네이트 필름을 만들어 사용하거나 성능이 우수한 고분자를 필름에 블렌딩 하여 사용한다.3.1 라미네이트 필름라미네이트 필름을 제작하는 방법에는 크게 드라이 라미네이션, 압출 라미네이션, 공압출 라미네이션 등이 있으며, 필름의 요구 특성에 맞춰 각 방법이 사용된다. 고분자 필름을 차단층으로 사용하기 위하여 여러 가지 처리를 하는데, 기체 차단용 필름으로 사용하기 위한 처리 방법은 PET, PP, 나일론과 같은 필름 위에 기체 차단성이 우수한 재료를 용액상으로 제조하여 균일하게 도포해 코팅하는 방법이 대표적이다. 4 또한, 수분 차단성을 부여하는 기술의 대표적인 예로 EVOH는 고분자 수지중에서도 우수한 기체 차단 성능을 보여준다. 에틸렌의 함량에 따라 상이한 기체 투과도를 보이며 함량이 50mol %를 초과할 경우 높은 산소 투과도로 인해 차단성 수지로 사용할 수 없다. 이렇게 기체 차단에 대해서는 충분한 차단성을 보이지만, 수분 차단성은 조건에 미치지 못한다. 따라서 우수한 수분 차단성을 보여주는 폴리올레핀 계열의 고분자와 복합필름을 제작하여 사용한다. 9라미네이트 필름 기술개발의 필수적인 요소로 코팅 면을 접합할 수 있게 하는 접착성 필름과 접착제가 있다. 일반적으로 사용되는 접착성 필름은 PE, LLDPE, EVA, PVA 등이 있으며, 상기 제시된 제작 방법에 따라 각각의 특성을 가진 접합 필름이 사용된다. 접합 필름을 효율적으로 사용하기 위해서는 여러 가지 표면처리가 필요하다. 효율성을 높이기 위한 고분자 기질 표면처리 방법으로는 코로나방전, 가스의 전기적 이온화에 의한 플라즈마 처리, 표면과 코팅 면 사이의 공유 결합에 의해 형성되는 UV 경화성 프라이머 처리, 아크릴 우레탄 PVOH 등으로 사전 코팅 및 증착을 통한 표면처리 등이 있다. 10, 11접착성 필름에 사용되는 접착제는 생체친화성을 가져야 하며 단순한 접착뿐만 아니라 라미네이팅된 각각의 필름이 성공적으로 성능을 발현할 수 있도록 돕는 역할을 해야 한다. 접착제는 기질의 종류나 요구 특성에 따라 여러 종류가 존재한다. 대표적인 수용성 접착제의 예로는 비닐아세테이트, 아크릴, 폴리우레탄 등이 있다. 12 라미네이트 필름의 기본 구조는 외부부터 순서대로 바깥층, 차단층, 보호층, 식품 접촉 층으로 구성되는 것이 가장 일반적이다. 일반적인 식품 포장용 라미네이트 필름의 구조는 [그림 2]에 나타냈다. 3.2 블렌딩먼저 고분자 블렌딩은 성능이 우수한 물질을 고분자 기질과 혼합하여 기질의 차단성을 향상시키는 방법이다. 예를 들어 우수한 산소 차단 성능을 보여주는 EVOH를 PP나 폴리아마이드와 혼합하여 수분 차단성 또한 우수한 필름을 제작하려고 한 연구가 있다. 13, 14 하지만 고분자 물질을 혼합할 시 재활용이 어렵기 때문에 환경적인 문제가 제기될 수도 있다는 단점을 가지고 있다. 따라서 우수한 차단 성능을 가지고 있는 천연고분자를 기질과 블렌딩 하여 사용하고자 하는 노력이 계속되고 있다. 대표적으로 폴리카프로락톤(PCL), 셀룰로오스, 리모넨 같은 다양한 천연고분자와의 블렌딩이 시도되고 있다. 153.3 바이오 플라스틱플라스틱으로 인해 발생하는 환경문제로 인해 세계적 차원에서 많은 규제가 생기고 개발자, 소비자의 인식도 점차 변화하고 있다. 이에 따라 바이오 플라스틱 소재에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다. 바이오 플라스틱이란, 재생 가능한 재료로 만들어진 플라스틱을 뜻한다. 자연에서 잘 분해되지 않는 기존 플라스틱의 단점을 대체하기 위해 옥수수, 사탕수수, 콩 등을 이용하여 플라스틱을 제작하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 바이오 플라스틱은 기존 플라스틱과 비슷한 성질을 띠지만, 일정 시간이 지나면 완전히 분해되어 물과 이산화탄소로 되는 특성을 가진다. 15현재 개발된 바이오 플라스틱의 대표적인 예로는 폴리락산(PLA), 폴리글리코산(PGA), PCL, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT) 등이 있다. 하지만 이러한 바이오 플라스틱은 기존에 사용되던 플라스틱보다 약한 물성, 내구성을 보이기 때문에 기존 플라스틱에 20%~40%의 바이오 플라스틱을 혼합하여 사용하고 그 비율을 점차 높여가는 중이다. 16Ⅳ. 시장현황 및 전망가정 간편식 시장의 규모는 꾸준히 성장하였으며, 특히 2017년 이후 급증하는 추세를 보였다. 또한 전문가들은 이러한 상승세가 계속되어 2022년에는 시장규모가 5조 원에 육박할 것이라고 예상하고 있다. 국내 가정 간편식 시장의 규모와 비중은 [그림 3]에 나타내었다.가정 간편식 유통에 있어 고기능성을 가진 필름(배리어 필름)은 필수적인 요소이고, 기능성 고분자 필름은 식품 포장뿐만 아니라 반도체, 공업용/자동차, 에너지, 건축 등 다양한 분야에 응용되기 때문에 그 수요가 꾸준히 증가하고 있다. 시장조사 전문기관의 조사 자료에 따르면, 기능성 필름 시장의 규모는 2020년 기준으로 약 32조 원에 도달할 것으로 예상된다. 17, 18 그에 따라 국내외로 다양한 기업에서 식품 포장재 개발에 관심을 두고 개발, 투자를 아끼지 않고 있다. 대표적인 기업으로는 국내: 동원시스템즈(주), (주)남경, (주)동서, (주)뉴팩 코퍼레이션, ㈜비앤피케미칼, 해외기업으로는 Dupont, International Paper company, Toyobo, WestRock, DNP, Toray Film, Reiko 등이 있다.식품 포장재 중에서도 자연적으로 분해가 가능한 바이오 플라스틱 관련 연구가 가장 활발하게 진행되고 있다. 바이오 플라스틱의 적용 분야는 다양하지만, 2017년 기준 글로벌 바이오 플라스틱 생산량 중 포장재로 사용되는 비율이 58%를 차지하는 것으로 보아 바이오 플라스틱 연구와 시장이 패키징 기술의 연구나 시장규모와 비례한다고 해도 과언이 아닐 것이다. 바이오 플라스틱 생산량 중 응용제품 분야별 비율을 [그림 4]에 나타내었다.바이오 플라스틱의 연구는 국내 기준 1980년부터 플라스틱으로 인한 여러 가지 환경문제를 해결하기 위해 시작되었으며, 1990년대 중반 이후 환경문제로 인한 규제가 강화되면서 현대까지 점차 수요가 증가하는 경향을 보인다. 현재 국내 플라스틱 사용량에 비해 작은 산업 규모로 인해 사업을 보류하거나 중단하는 등 어려움을 겪고 있다. 기존의 연구는 대기업, 대학, 공공기관 등을 중심으로 연구개발을 하였으나, 규모가 축소되어 최근에는 기술력을 갖춘 중소기업을 위주로 연구가 진행되어가고 있다. 하지만, 현재 국내기업들은 외국 기업과 비교해 상대적으로 기술력이 우위에 있으며, 신소재 개발보다는 실제 제품에 적용할 수 있는 기술을 연구하고 있어, 기존 플라스틱을 대체할 수 있는 제품들이 출시되고 있다. 해외시장 동향으로 세계적으로 상용화되어 많이 사용되고 있는 바이오 플라스틱은 전분계 수지 폴리젖산(PLA), 폴리하이드록시알카노에이트(PHAs) 등이 대부분을 차지하고 있다. 바이오 플라스틱의 시장은 환경에 대한 규제가 강력한 유럽, 미국, 일본을 중심으로 형성되어 있으며, 세계적으로 규모가 빠르게 커지고 있다.유럽은 바이오 포장재 소비시장의 31%를 차지하고 있는 가장 큰 시장이다. 연구 및 개발 작업의 선구자 위치에 있지만, 바이오 플라스틱의 생산 능력은 10% 미만에 머물고 있는 실정이다. 현재 계획 중인 대량생산 시설은 태국, 인도, 중국 등에서 이루어지고 있다. 2017년 기준 전 세계 지역별 바이오 플라스틱의 생산량은 [그림 5]에 나타내었다. 바이오 플라스틱의 시장 성장률은 매년 20~100%를 기록하고 있다. 생산량 또한 빠르게 증가하고 있어 2016년 420만 톤에서 2021년 610만 톤으로 증가할 것이라 예측하고 있다. 특히 생분해성 플라스틱 시장의 성장률에 비해 바이오 플라스틱의 시장 성장률은 훨씬 더 빠를 것이라 예측하고 있다. 현재, 바이오 플라스틱 생산량의 대부분은 bio-based PE 및 bio-based PET가 차지하고 있다. Progressive Markets의 보고서에 따르면, 세계 바이오 플라스틱 시장은 2017년부터 2025년까지 연평균 19.2% 성장할 것으로 전망하고 있다. 이 성장의 주된 요인으로는 소비자들의 환경에 대한 인식 변화, 산업계와 생산자들의 생분해성 재료에 대한 관심, 포장 분야에서 바이오 플라스틱의 적용 등이 있다. 바이오 플라스틱은 옥수수, 셀룰로오스, 사탕수수 등 재생이 가능한 원료를 이용하여 만들어진다. 구하기가 매우 쉽고 많은 분야에 사용할 수 있다는 장점으로 인해 세계적으로 시장이 성장하는 요인이 된다. 여러 가지 정부의 정책이나 산업체에서의 제조기술력 향상 또한 이 시장이 성장하는 데에 큰 요인이라고 볼 수 있다. 바이오 플라스틱의 종류별 생산량은 [그림 6]에 나타낸 바와 같이 바이오 물질 바탕의 플라스틱이 57.1%를 차지하고, 생분해성 플라스틱이 42.9%를 차지한다. 이 중 바이오 베이스 플라스틱의 생산량은 PET가 가장 많고, 다음으로는 PA가 많다. 생분해성 플라스틱 생산량은 전분을 블렌딩한 제품이 가장 많다.Ⅴ. 결론전술한 바와 같이 즉석식품 시장의 규모는 꾸준히 성장하고 있으며, 즉석식품이 고급화되고 편의성이 증대됨에 따라 앞으로도 수요는 증가세를 보일 것이라고 예상된다. 그에 따라 즉석식품 포장에 대한 기술개발이 필수적으로 요구된다. 현재 사용되고 있는 합성 고분자 필름은 여러 가지 개선해야 할 점을 가지고 있다. 특히 친환경성은 가장 활발히 연구되고 있는 분야이다. 일본경제신문에 따르면, 세계적으로 2000년에 930억 엔 정도였던 생분해성 플라스틱 시장이 2020년에는 1조 3,828억 엔으로 성장할 것으로 예측하기도 하였다. 8, 19 이처럼 생분해성 플라스틱은 플라스틱의 대체재로서 주목을 받고 있으며, 분해 기간 조절, 표준화 및 규격 기준 제정 작업, 내열성, 내충격성 등의 문제점을 보완한다면 앞으로 빠르게 확대될 것으로 예상된다. 이러한 필름을 대체하기 위한 생분해성, 재사용 가능한 식품 포장재를 개발해야 하며, 또한 알루미늄이나 유리와 같은 차단성이 우수한 물질을 대체할 수 있는 소재를 연구하는 것이 중요하다.Ⅵ. 감사의 글“본 연구는 한국식품산업클러스터의 중기기술지원사업(최신 트랜드)의 지원을 받아 수행되었음.”Ⅶ. 참고문헌
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사출성형 금형에 대하여 - 2단 금형

자료제공: 우진플라임 기술교육원 / 교수 한선근1. 사출 금형 구조1) 금형의 개요재료의 소성(Plasticity), 전연성(Malleability, Ductility), 유동성(Fluidity) 등의 성질을 이용하여 재료를 가공 성형, 제품을 생산하는 도구. 정의를 내리면 “동일형상, 동일 규격의 제품을 대량 생산하기 위한 모체가 되는 틀”이라고 할 수 있다. 우리나라에서는 다이(Die)와 몰드(Mould)를 통칭하는 의미로서 “금형” 또는 “형”이라 하고 중국, 대만, 홍콩, 싱가포르 등 중화 경제권에 속하는 국가에서는 “모구”라 말한다. 또한 영국을 비롯한 독일, 프랑스, 미국 등 서방 선진국에서는 “Special Tooling”이라 한다. (1) 금형의 장점① 대량 생산이 가능하다.② 생산제품, 부품의 치수 정밀도가 높다.③ 제품규격이 동일하여 호환성이 있고 조립 생산이 쉽다. ④ 제품생산 시 금형을 이용하면 특수기술이나 숙련 기술 없이도 제품을 만들 수 있다. ⑤ 제품의 외관이 깨끗하고 모델의 변경이 쉽다.⑥ 신제품의 개발 또는 모델의 변경이 쉽다.⑦ 제품의 생산시간이 단축된다.⑧ 다른 생산 방법보다 종업원 수를 줄일 수 있어 인건비가 절약된다. ⑨ 두께가 얇은 제품의 생산이 가능하고 무게도 줄일 수 있다.(2) 금형의 단점① 금형 가격이 높다.② 성형 사출기 및 부대 장치의 가격이 높다. ③ 성형품의 품질을 빠르게 결정할 수 없다.④ 사출성형 기술이 필요하다.2) 금형의 분류3) 사출성형 금형(Injection mould)열가소성 플라스틱의 성질(경화시키기 위해 용융상태로 가열하였다가 냉각시키더라도 그 구조상 물리적 변화만 생긴다)을 이용하여 실린더 안에서 가열된 재료가 녹게 되면 플랜저가 그 용해된 재료를 노즐을 통하여 고압으로 압입하면 용융 수지는 스프루, 런너, 게이트를 지나서 캐비티 부에 충전되고, 냉각된 금형에 의해서 냉각·고화되므로 성형이 된다. 사출 플랜저가 후퇴하고 금형이 파팅 라인을 따라 열리면 성형품이 금형으로부터 떨어지도록 이젝터 기구를 작동시킨다.4) 사출성형 금형의 분류5) 사출성형 금형의 구성(1) 보통 금형         코어와 캐비티로 구성되어있으며 형체 방향으로 여닫음의 운동만으로 사출품을 얻고 빼낼 수 있도록 구성되어 있는 금형- 2단 금형 (2장 구성 금형, 2매 판 금형, 2단 금형) 표준타입, 스트리퍼 플레이트 타입- 3단 금형 (3장 구성 금형, 3매 판 금형, 3단 금형) 표준타입, 스트리퍼 플레이트 타입(2) 특수금형금형이 형체 방향의 움직임뿐만 아니라, 금형을 구성하는 부품이 형체 방향의 직각 방향으로 움직이면서 금형을 여닫음으로써 사출품을 얻고 빼낼 수 있도록 구성되어있는 금형- 슬라이드 코어 타입- 분할형 타입- 나사 붙이 금형- 기타 등(3) 금형의 기본구조사출 금형의 구조는 금형의 본체인 몰드 베이스에 캐비티와 코어를 만들고, 런너, 게이트, 성형품의 돌출장치, 냉각 채널 등을 만들어 몰드 베이스의 양 끝에 붙어있는 부착판(취부판)을 사출기의 고정 반과 가동 반에 부착하여 성형작업을 한다.(3.1) 2단 금형(3.1.1) 2단 금형 몰드 베이스(Mold Base)① 사용 빈도가 많은 형대의 몰드 베이스는 표준으로 하여 상품화하여 판매하고 있다.코스트 다운, 납기 단축② 게이트 방식에 의해 S(사이드 게이트) 시리즈: 4타입③ 프레이트 수에 의해 2 플레이트 타입: S 타입(3.1.2) 2단 금형의 구조(3.1.3) 2단 금형의 작동순서스푸루, 런너, 게이트가 캐비티와 동일면에 있는 2개의 금형(코어, 캐비티)으로 구성된 금형- 1단계: 가동 측 전진(금형 닫힘) → Nozzle 전진 → Injection(사출) → Cooling(냉각)- 2단계: 가동 측 후진(금형 열림) - 3단계: Ejector rod 전진 → 제품이 Core 면에서 이탈 → 제품 수취 → Gate 절단- 4단계: Ejector rod 후진 → 밀판 후퇴 → 금형 닫힘(3.1.4) 2단 금형의 특징① 구조가 간단하고 자유낙하 성형에 적합② 내구성이 뛰어나며 성형 사이클이 빠르다③ 금형 제작비가 싸다④ 게이트의 형상 및 위치를 비교적 임의로 결정할 수 있다⑤ 다이렉트 게이트 이외는 특별한 공작을 하지 않는 한 게이트 위치는 성형품의 가장자리로 한정된다⑥ 성형 후 게이트의 절단 작업이 필요하다(서브마린 게이트는 제외)< 금형 각 부분의 명칭과 설명 >1) 2단 금형 ① 고정측 취부판(고정측 플레이트, Top Clamping Plate)금형의 고정측 부분을 사출기의 다이 플레이트(Die Plate)의 고정 플레이트(고정반)에 부착하는 플레이트② 로케이트 링(스푸루 부싱 리테이너 링, Lacate ring, Sprue Bushing Retainer Ring)노즐의 위치가 스푸루 부시의 중심에 잘 맞도록 해주는 링③ 고정측 형판(Cavity Retainer Plate)금형의 고정측 부분으로 캐비티를 구성함. 스푸루 부시, 가이드 부시 등이 끼워져 있다④ 가동측 형판(Core Retainer Plate)금형의 가동측 상부 판으로 코어를 구성하고 있고 가이드 핀 등이 설치되어 있다. 고정측 형판과 함께 파팅 라인을 형성함⑤ 받침판(Support Plate)가동측 형판을 받쳐 주는 플레이트⑥ 가동측 취부판(가동측 고정 플레이트, Bottom Clamping Plate)금형의 가동측 부분을 사출기의 다이 플레이트의 이동 플레이트(이동반)에 부착하는 플레이트⑦ 스페이서 블록(Spacer Block)받침판과 하부 취부판 사이에 위치하며, 이젝팅 핀이 움직일 수 있는 공간을 제공해줌⑧ 이젝트 플레이트 - 상(Ejector Plate - Upper)이젝트 핀, 이젝트 리턴 핀, 스푸루 록 핀 등이 끼워질 수 있도록 카운터 보어가 만들어져 있다.⑨ 이젝트 플레이트 - 하(Ejector Plate - Lower)이젝트 핀, 이젝트 리턴 핀, 스푸루 록 핀 등을 받치며, 고정시키는 받침판으로 상부 이젝트 플레이트와 볼트로 체결되어있다.⑩ 스푸루 부시(Sprue Bush)원뿔 모양으로 고정측 취부판에 고정되어 있으며, 여기에 사출기의 노즐이 밀착되어 용융 수지를 주입한다.⑪ 가이드 핀(Guide Pin)주로 가동측 형판에 고정되어 있으며, 고정측 형판과의 정확한 결합이 되도록 가이드해 준다. 상대 금형의 가이드 핀 부시에 결합된다.⑫ 가이드 핀 부시(Guide Pin Bush)주로 고정축 형판에 고정되어 있으며, 이동측 형판과의 정확한 조립이 되도록 가이드 핀이 들어오는 홀을 제공해준다.⑬ 이젝터 핀(Ejector Pin, Knockout Pin)금형이 열리고 나서 제품이 빠지도록 제품을 밀어내는 핀. 이젝터 플레이트들에 부착되며 이들과 함께 움직인다.⑭ 스푸루 록 핀(Sprue Lock Pin, Sprue Puller Pin)성형 후 금형이 열릴 때 스푸루를 부시에서 빠지게 하도록 스푸루를 잡도록 만든 핀.⑮ 리턴 핀(Return Pin)이젝터 핀이 제품을 밀어낸 다음 제자리로 돌아가도록 하는 핀으로 이젝터 플레이트에 부착되어 있다. 금형이 닫힐 때 고정측 형판(캐비티 금형)에 닿아서 뒤로 움직인다.⑯ 캐비티(Cavity)용융 수지가 들어가도록 고정측 형판(금형)에 오목하게 만들어진 빈 공간. 캐비티를 갖는 금형을 캐비티 금형이라 함. (고정측 형판 = 캐비티 금형)⑰ 코어(Core)가동측 형판(금형)에 볼록하게 만들어진 형상. 코어를 갖는 금형을 코어 금형이라 함. (가동측 형판 = 코어 금형) 금형이 닫히면서 캐비티와 코어가 결합되어 제품의 형상을 만들 수 있는 공간을 제공해준다. 이렇게 만들어진 공간을 “캐비티”라 부른다.
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사출성형조건의 기본원칙과 체계적인 금형 시험 Injection Molding Basic & Systematic Mold Proving

1. 서론인류의 삶에 지대한 영향을 끼친 20세기의 기적의 소재, 플라스틱의 개발과 사출성형기의 개발로 다양한 제품 개발과 산업 발전에 기여한 공이 어마어마하게 큰 반면에 국내에서는 성형품을 양산하는 사출성형기술은 금형처럼 뿌리산업으로 지정된 것도 아니고 다른 산업과 달리 체계적인 교육 기관인 전문기관이나 교육과정 등이 아예 없거나 부족하고, 특히 전문가 자격증을 부여하는 기사나 기술사 시험도 없는 것 같아 야속하기만 했는데, 이번에 정부에서 뿌리산업법을 전면 개정해서 하기 도표와 같이 기존 6개에서 사출·프레스를 포함해 8개가 뿌리산업에 추가되어 변화를 기대해볼 만하다. 기존의 뿌리 기술은 금속 소재를 활용한 주조, 금형 등 6대 공정기술이었는데, 신소재 등장, 경량화 추세 등 4차 산업혁명에 대응한 뿌리산업 디지털화 확산, 글로벌 밸류체인(GVC) 진출 확대를 위한 수요 맞춤형 고부가가치화, 기업 경쟁력 제고 및 차세대 뿌리 기반조성을 확대해 나간다는 전략이다.이에 따라 정부는 노동집약적, 低부가형 산업구조에서 탈피해 “미래형 구조로의 전환을 위한 뿌리산업 육성”이라는 비전하에 하기 표와 같은 4대 분야를 중심으로 “2021년도 뿌리산업 진흥 실행계획 추진 과제”를 마련하고, 정부 자금을 투입하여 적극적으로 육성해 나갈 예정이다.하지만 이와 별도로 사출성형산업에서는 기술을 터득한 성형기술자들이 정당하게 인정도 못 받는 현실이 된 지 오래고, 언제부터인가 제조업 대부분이 어렵고(Difficult), 더럽고(Dirty), 위험한(Dangerous) 3D 업종으로 취급되어 유망한 젊은이들이 신규 진입하지 않고 단기 체류 외국인들로 대체되고 있어 이번에 뿌리산업으로 지정된 중소 사출성형회사들을 더욱 안쓰럽게 하고 있는 것이 사실이다. Industry 4.0, 즉 스마트시대로 일컫는 4차산업 시대에도 제품을 개발하는 데 가장 중요한 역할을 하는 플라스틱 사출성형기술과 전문인력이 필요한데 현실이 뒷받침되지 않고, 더욱이 근래의 글로벌화에 편승하여 기업들이 해외로 빠져나가고 있지만 사출성형공장을 제대로 운영할 좋은 인재를 구하는 것이 하늘의 별 따기처럼 어려운 현실이 되고 있다.너무 잘 아는 것처럼 양품의 성형품을 양산하기 위한 사출성형의 조건과 공정이 어느 하나 쉬운 것이 없다. 그리고 사출 업체의 성형기술자들은 그동안 선배로부터 배우고 시행착오를 통한 경험한 대로 각자 다르게 성형조건을 설정하여 성형품을 생산하고 있는 것이 현실이다. 즉 사출성형조건의 설정에는 원칙이 없다는 것이 정설로 되어있다.사용 수지의 특성과 성형품의 디자인, 금형과 사출성형 기계 등에 의한 사출성형해석에 의해서 산출된 사출 조건을 사출성형기와 연동해서 자동으로 조건 설정이 가능하고, 여기에 상기 그림과 같이 Industry 4.0에 부합한 AI(인공지능), Deep & Machine Learning, Big Data에 의한 최적의 사출 조건이 더해져서 양품을 양산할 수 있는 시스템이 구축되고 사출성형기는 사출성형조건이 변화할 때 적응제어(Adaptive Control)가 가능하여 더이상 불량품을 생산하지 않는 그 날이 그리 멀지 않을 것 같다는 희망을 품어본다.그날이 오기를 기다리면서 이러한 것들을 종합적으로 처방할 수 있는 이 연재 자료에서 서술하고 있는 “사출성형조건의 기본원칙과 체계적인 금형 시험”을 사출성형공정에 적극 활용하여 추후 불량품 생산을 최소화할 수 있는 기반을 구축할 수 있기를 기대한다.2. 사출성형공정기계 변수는 요구하는 특성의 성형품을 얻기 위해서 사출성형기나 추가 장치에 직접 입력하는 설정값이다. 기계 변수는 다른 기계로의 생산조건과 성형품 특성 사이의 절대적으로 동등한 상호 데이터의 전송이 가능하지 않다. 기계 변수와 성형품 공정데이터 사이의 관계는 경향적으로는 같지만, 기계에서 기계는 절대적으로 다르고, 더구나 스크류나 스크류 팁과 유압 부품의 마모 이유로 시간이 지남에 따라 변할 수 있다.공정변수는 용융재료의 압력과 온도 및 시간과 금형 벽 온도 같은 금형 캐비티 내에서 성형품 생산 관점으로 본 사출성형공정을 뜻한다. 공정변수는 기계의 독립적인 용어로 실제로 발견되고 전달될 수 있다. 공정변수가 재현성을 가질 때만 성형품이 동일한 특성을 갖는다. 내부특성은 원재료의 분자량, 배향, 내부응력, 결정화도, 첨가제의 분포와 배향 같은 성형품의 내부구조에 대한 정보이다. 성형품의 외부특성은 치수와 공차, 형상, 표면 정도, 그리고 성형품의 기계적, 광학적, 전기적 특성 같은 기능적인 특성이다. 특정 기계의 사출성형공정에서 공정데이터는 설정값과 사출 금형, 그리고 사용된 플라스틱 재료로부터 얻는 중요한 결과이다. 그들은 개별작업단계에서 측정하여 저장되어 추가 평가와 감시를 위해 활용될 수 있다. 사출성형공정에서 가장 잦은 방해 요소로는,• 온도와 점도 변화 • 계량에서의 양 변화• 스크류 팁의 부정확한 동작 등인데, 이 요소들이 공정데이터에 의해 기록될 수 있고, 성형품의 품질확보를 위해 사용된다. 공정변수가 상응하게 평가되고 방해 요소에 대한 결론을 알기 위해서 언제 어디서 어떻게 측정되는지 반드시 알아야 한다. 그래서 작업과 금형 및 사출성형기의 기능을 좀 더 세밀하게 조명하는 것이 필요하다.
편집부 2021-07-12