기술과 솔루션
고급 표면마감 성형을 위한 One-Shot 프로세스 테크놀로지
작성자 : 이용우
2018-03-05 |
조회 : 4438
사출성형기술과 반응성형기계를 결합, 금형 내에서 직접 코팅하는 혁신적인 원-스텝 생산 방식
세계 여러 브랜드 제조업체가 생산하는 자동차, 핸드폰, 청소기, TV 등은 종종 기술적인 면뿐만 아니라 기능면에서도 비슷한 수준을 보여준다. 이럴 경우, 디자인이 구매결정의 주요한 요소가 된다. 이러한 트렌드는 추가적인 원가상승 없이 특수한 표면 마무리를 포함한 고품질의 플라스틱 표면처리에 대한 새로운 공정기술 개발을 요구하는데, 최근 주목받고 있는 표면마감 솔루션으로 열가소성 플라스틱 기반 성형물을 폴리우레아(PUA) 원료로 코팅하는 공정이 있어 화제다.
폴리우레아 코팅은 폴리우레아 기반의 원료에 여러 가지 성분을 첨가하여 제품표면에 다양한 물성을 구현하는 한편, 블랙, 투명, 메탈릭, 유광, 무광 등 뚜렷한 색상과 표면질감을 조성하는 반응성형 기술을 사출성형기에 통합한 다중사출 방식이다.
이 신기술 공정은 수년간 개발되어, 세계 최초로 Peugeot SUV 3008의 우아한 피아노블랙 A필러 트림을 도장 대신, 솔벤트나 이형제 없이 금형내 원-샷 프로세스로 시리즈 생산을 시작하며 성공적으로 시장에 런칭되었다. 또한 Opel의 외장부품 양산에도 적용 중이며, 그 외 유수의 글로벌 자동차 내·외장 부품과 산업용 기기, 가전제품, 의료장비, 측량기기 케이스 등 다양한 분야에서 해당 기술의 채택이 날로 확대되고 있다.
폴리우레아(PUA)란 무엇인가?
폴리우레아(Polyurea)는 1980년대 초 미국 Texaco社에서 개발한 최첨단 재료로써, 큰 개념에서 볼 때는 폴리우레아가 폴리우레탄 범주에 포함되지만, 분자구조에서는 매우 큰 차이가 있다.
활성수산기(-OH)를 갖고 있는 Alcohol과 이소시아네이트(Isocyanate)가 부가중합반응에 의하여 폴리우레탄 결합을 형성하는 것과는 다르게, 폴리우레아는 아민(Amine)과 이소시아네이트(Isocyanate)의 연쇄반응으로 생성되며, 반응속도가 매우 빨라 촉매가 필요 없는 것이 특징이다.
폴리우레아는 내화학성이 뛰어나며, 인장강도와 내구성이 우수하여 기존의 건설, 산업, 선박 등의 분야에 널리 사용되고 있다. 또한 폴리우레아는 경화속도가 빨라서 시공기간을 단축시킬 수 있고, 폴리우레탄이나 에폭시와는 달리 물과의 친화력이 적은 소수성을 가지고 있기 때문에 표면에 습기가 있거나 낮은 온도의 표면에도 직접 분사가 가능하고, 열에도 매우 강한 특징이 있어 그 적용범위가 점차 확대되어 가는 추세다.
이형제가 필요 없는 폴리우레아 코팅제의 장점
독일 파나두어(Panadur)사는 반응성형 코팅 솔루션 전문기업으로, 탁월한 물성을 가진 폴리우레아를 개발·시스템화하여 유럽 및 북미 유수의 자동차 내·외장 부품에 사용 가능한 인증을 받았다.
폴리우레아 코팅은 기존의 도장을 대체할 수 있으며, 라커 도장에 수반되는 전·후처리 공정이 필요 없다. 또한 이형제를 사용하지 않고 용제나 유연제(Softening Agent)가 불필요하며, 중금속 등 기타 유해물질을 배출하지 않아 친환경적으로 원하는 도장 색상의 우수한 표면 품질이 구현된다.
폴리우레아 기반에 탄소나노튜브나 이산화규소, 은 성분을 첨가하여 항균효과, 난연성, 내스크래치성, 적외선 흡수, 열전도성 솔루션 등 원하는 다양한 물성을 제품표면에 구현할 수도 있다. 한편, 입체감의 고광택 투명 또는 피아노블랙 색상을 포함한 클래식 컬러뿐만 아니라 펄 안료, 알루미늄 파티클 등을 혼합하여 열가소성 플라스틱에서는 구현이 어려운 메탈릭 또는 반투명 색상도 구현이 가능하며, 유광, 무광 등 다양하고 뚜렷한 색상과 질감으로 표면을 마감할 수 있다.
또한 필요에 따라 표면경도의 조절이 가능하고, 60°C 온도에서 2시간 처리 시, 스크래치가 복원(테스트 방법 : ERICHSEN LINEARTESTER 249)되는 자가 복원력(Reflow-effect) 기능을 추가할 수 있으며, 온도 90°C, 습도 95%에서 72시간이상 표면 변성이 생기지 않는 뛰어난 내가수분해성을 향상시킬 수도 있다.
폴리우레아 코팅은 뛰어난 경도, 내스크래치성, 내충격성, 열변형내성, 내화학성, 내광성, 부식내성, 고광택, 다양한 컬러 등의 물성을 보이고, 공정상에서도 이형제나 솔벤트 사용 없이, 저점도, 낮은 가공온도, 빠른 사이클 타임, 보관상 안정성, 크기조절 가능한 다양한 입자 및 컬러, 코팅두께 조절기능 등 매우 뛰어난 이점들이 있다.
사출성형과 폴리우레아 반응성형의 혁신적인 공법
폴리우레아 코팅공법은 사출성형 후 별도로 이루어지던 도색과정 일체를 하나의 프로세스로 통합한 것으로, 사출성형 기술과 반응성형 기계를 결합하여 금형 내에서 직접 코팅할 수 있도록 하는 혁신적인 원-스텝 생산 방식이다.
첫 번째 사이클에서 열가소성 플라스틱 소재 베이스 성형물을 사출하고, 두 번째 사이클에서는 금형 안의 성형물 표면 위에 안료와 혼합한 아민(Amine) 주재와 ISO경화제를 별도의 노즐로 주입하여 반응 생성된 열경화성 폴리우레아로 플로우 코팅을 입힌다.
사출금형 안으로 열경화성 소재를 주입함으로써, 착색과 광택처리가 끝난 완제품이 곧바로 사출되는 원리로, 작업처리 사이클이 단축되고 불량률이 낮아진다.
특히 이 설비를 처음 사용하는 업체에서는 기존 도장 및 전후처리 공정이 필요 없어 시설투자비를 절약할 수 있으며, 중간 완충용 저장장치와 비용이 수반되는 후속 물류장치가 불필요하여 물류체계를 효율화할 수도 있다. 또한 스크랩 발생을 감소시키고, 제품 이송을 쉽게 할 수 있다. 이로써 스프레이, 코팅 등의 별도 후공정으로 이루어지던 종래의 방식보다 최대 30%까지 원가를 절감할 수 있다.
일반적으로 열경화성 폴리우레아 코팅제는 2액형(안료 혼합된 아민(Amine) 주재와 ISO경화제)으로 생성하는데, 여기서 새로 개발된 믹싱헤드를 사용하면 안료를 별도로 한 3액형으로도 구현이 가능하며, 빠르게 안료를 교체할 수 있다. 안료 교체를 위해서 믹싱헤드에 장착된 안료 모듈을 몇 분 안에 교체만 하면 된다.
안료는 안료 모듈 내의 닫힌회로를 통해서만 순환하고 믹싱헤드를 통과하지 않도록 설계되었기 때문에 헤드 안에 안료가 남아 색상이 섞일 염려가 없고, 안료 노즐은 안료를 토출할 때만 개방되어 안료는 믹싱 챔버로 바로 투입된다. 뿐만 아니라, 새로운 믹싱헤드 시리즈는 적은 양의 PU소재를 안정적이고 균일하게 믹싱하기에 특히 적합하다.
작업안전용 하우징을 포함하여 로봇 시스템과 모든 자동화 장치를 이동 가능한 로봇 플랫폼 위에 추가적으로 설치하면 간단한 조립까지 완성할 수 있게 된다.
금형 내에 프로세스가 완료되면 한 기계에서 가공이 완성되고, 쉽고 신속하게 완성된 고품질 표면마감 부품이 생산되는 것이다.
