HANDLER

기술과 솔루션

news 기술과 솔루션

우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 31

작성자 : 취재부 2021-01-31 | 조회 : 2017

기고 : LS엠트론 김영기 고문

010-6603-8210 / ykkim2025@gmail.com

4. 용융온도

가소화 장치의 역할은 열적으로, 그리고 기계적으로 균질의 용융재료를 생산하는 것이며, 일정한 사출량을 공급하기 위한 것이다.

용융온도에 영향을 미치는 요인

* 실린더 내에서 영향을 미치는 인자

- 실린더 내벽 온도

- 배압

- 스크류 회전속도

- 실린더 내에서의 용융재료의 체류 시간

* 금형 내에서 영향을 미치는 인자

- 핫 런너 내에서의 용융재료의 체류 시간

- 핫 런너 설정 온도

- 금형에 충진 시 발생 되는 전단열

- 금형 벽 온도

용융온도가 증가하게 되면……

용융온도가 증가하게 되면 다음과 같은 현상이 나타난다.

- 웰드라인의 발생이 감소하게 된다.

- 결정화도가 증가하게 된다.

- 재료 점도가 감소하게 된다.

- 배향 정도가 감소하게 된다.

- 금형 내에서 압력손실이 감소하게 된다.

- 용융재료의 열적응력이 증가하고 열분해에 의한 가스 방출을 향상시킨다.

- 노즐 스프루 게이트 시스템에서 분자 체인의 파손과 금형에서의 수많은 바이패스와 좁은 단면적에 의해서 용융재료의 기계적 응력(전단)이 감소하게 된다.

- 냉각시간이 약간 증가하게 된다. (대략 0.3% / ℃)

용융온도와 압력의 측정을 위해선 하기 그림과 같이 바렐에 측정을 위한 플렌지를 장착할 수 있다.

4.1. 실린더 온도

실린더 온도는 가열 실린더의 길이 방향 구멍(용융 채널 근처의 노즐에서) 근처에서 측정한 온도이다. 운전하는 경우에 따라 재료용융에 필요한 에너지의 60에서 85%까지 구동 에너지에 의해서 발생하지만, 용융 온도는 실린더 벽 온도 특히 후열 2개 존에 의해 강한 영향을 줄 수 있다.

그것은 초기에 평균 추천 값으로 시작되어야 한다.

열적으로 민감한 플라스틱 재료에 있어 용융재료에 열을 적게 가하기 위해 노즐 방향으로 증가하는 온도 프로파일을 사용한다. 이 프로파일은 용융재료의 잔류시간이 긴 경우 유리하다.

- 냉각시간이 매우 긴 경우

- 계량스트로크가 매우 작은 경우

- 스크류 채널 또는 핫 런너 내에 큰 재료용적을 가지는 경우

노즐 방향으로 증가하다 감소하는 온도 프로파일을 사용하는 경우는 오픈 노즐을 사용하는 경우 다음과 같은 현상을 방지하기 위해 사용된다.

- 늘어짐(Stringing: 실바리) 현상을 방지하기 위한 경우

- 많은 양의 누출 손실을 방지하기 위한 경우

용융재료에 좀 더 많은 열을 전달하기 위해 호퍼 부에서 노즐 방향으로 약간 감소하는 온도 프로파일을 사용하는 경우는 다음과 같다.

- 큰 계량스트로크에 의해 많은 양의 수지가 충진되며, 짧은 냉각시간을 가지는 경우

- 날이 깊은 스크류 또는 베리어 스크류를 사용하는 경우

수지공급부의 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 수지공급 부의 최적 온도는 기계를 설정할 때 결정돼야 한다. 여기서 스크류 스트로크에 의한 공급성능의 가이드로서 계량용량의 일정함이 고려될 수 있다.

평균 추천 값으로 시작하고 가소화 장치가 쇼트별 일정한지 점검하는 것을 추천한다. 그렇지 않을 때 가능한 수지공급 부 온도의 점진적 변화가 보다 좋은 기계 설정에 인도한다.

4.1.1. 실린더 히팅

실린더와 노즐 가열을 위한 열가소성 플라스틱의 성형을 위한 사출성형기에서 운모나 운모절연 히터가 사용된다.

좋은 기계의 온도상승을 위해 히터밴드가 고정볼트에 의해서 장착된다. 그렇지 않으면 이른 파손이 나쁜 열전도 때문에 일어난다. 실린더표면의 표준 히팅 용량은 3~3.5 Watt/㎠이다. 일반적으로 공급 존에서 스크류 팁까지 온도가 올라가는 프로파일이 설정된다.

특수장비로 용융온도와 압력측정을 위한 측정용 플렌지가 추천되는데, 이는 중요한 공정변수로 표시되고 평가될 수 있다.

실린더 히팅 작업이 성형제품에 미치는 영향

- 흑줄 (과열에 의한 재료의 열 손상)

- 완전히 용융되지 않은 재료 입자 (매우 작은 이송에너지)

- 늘어짐 (실 바리: 스프루와 노즐 사이의 제한된 용융상태 유지)

4.2. 계량

스크류의 회전에 의해서 재료가 스크류 채널로 공급되고, 압축되면서 열에 의해 계량된다. 용융의 추가적인 가열의 원인이 되는 전단력이 나타난다.

용융재료가 스크류 전방의 공간으로 전송되고, 조정 가능한 배압하에서 스크류를 뒤로 미는 승압, 그리고 설정한 사출량에 상응하는 계량된 재료를 스크류 전방의 공간에 채운다. 이 공정에서 사출장치는 전진되어 있다.

노즐이 금형에 접촉되어 계량공정 중 실린더로부터 수지가 새는 것을 방지한다.

계량공정이 성형제품에 미치는 주요한 영향

- 색줄 (스크류에 의한 안료의 불 충분한 분산)

- 흑줄 (가소화 실린더 내에서 플라스틱 재료의 열 손상)

- 완전히 용융되지 않은 재료 입자 (매우 작은 이송에너지, 매우 작은 체류 시간)

- 미충전된 성형제품 (너무 작은 계량량)

계량을 위해 5단계의 계량속도와 배압의 프로파일을 설정할 수 있다. 각각의 계량속도와 배압이 계량스트로크를 5 등분하여 동작한다.

설정값은 그래픽 이미지에서 배압과 계량속도 절환 위치를 수동으로 변화할 수 있다. 그리고 5등분으로의 자동분할은 계량스트로크 C1에 같은 값을 두 번 입력하면 가능하다.

4.2.1. 계량스트로크

계량스트로크는 한 사이클 내의 스크류의 전 스트로크이다. 선택한 계량스트로크가 스크류 직경 대비 상대적으로 너무 적거나 너무 큰 경우 열적 문제나 표면 불량이 발생할 수 있다.

계량스트로크가 스크류 직경보다 작은 경우의 단점(1D)

- 열적으로 민감한 플라스틱에 긴 체류 시간을 제공

- 상대적으로 긴 반응시간이 소요되며, 역류 방지 밸브의 반응시간 편차 발생

계량스트로크가 스크류 직경보다 3배 이상인 경우의 단점(3D)

- 완전히 용융되지 않은 재료에 의한 줄 발생

- 기포 발생

- 열적으로 불 균일한 용융상태

보압절환점에 의해 금형 캐비티를 충진하기 위해선 초기에 스크류 전방 공간에 충분한 용융량이 어느 정도 큰 계량스트로크의 설정에 의해서 확보되어야 한다. 충진 상태를 확인하기 위해선 초기에 적은 계량스트로크를 설정해서 조금씩 증가해야 한다.

4.2.2. 배압

배압은 스크류가 계량시간 동안 전달하는 스크류 전방공간에 용융재료에 작동하는 압력이다. 유압실린더의 출구에서 압력을 변화시킴으로써 바꿀 수 있다.

배압의 역할은 다음과 같다.

- 용융재료의 열적 균질화를 제공한다. 특히 스크류의 전단 작용에 의해 용융되지 못하여 입자 상태로 존재하는 플라스틱에 있어 반드시 필요로 한다.

- 기계적인 동질성, 예를 들어 안료 또는 첨가제를 고르게 분산시키게 된다.

- 입자 상태의 플라스틱 재료와 함께 침투한 공기를 호퍼 방향으로 배출시킨다.

- 계량공정 중 유효 스크류 길이의 감소에 따라 발생하는 온도감소에 대해 축 방향의 온도 프로파일을 상승시켜 보상하게 된다.

- 갇힌 공기에 의해 매 쇼트마다 발생하는 재료 잔량(쿠션량)의 편차를 감소시키게 된다.

배압이 증가하면 계량용량은 떨어진다. 즉 계량시간이 늘어난다. 요구되는 배압의 크기는 사용 플라스틱 재료의 용융 점도와 열적 민감도에 따라 다르다. 초기에는 적은 배압으로 시작해야 한다.

4.2.3. 계량속도

계량속도는 분당 스크류의 회전수이다. 스크류 원주 속도는 회전수를 곱하는 스크류 원주와 시간의 비율이다. (v=d×p×n) 원재료에서 용융으로의 계량이 스크류의 회전에 의해서 일어난다. 회전에 대한 기준은 스크류의 원주 속도다.

너무 높은 스크류 회전속도는 종종 다음과 같은 불량을 일으키게 된다.

- 용융재료의 열적 손상

- 유리섬유의 길이 감소

- 스크류와 실린더의 마모 증대

계량에서 전체의 가용시간이 사용되어야 한다. 계량용량이 증가하는 것에 대해선 감소하는 계량시간이 말해준다. 사이클 시간을 결정하는 계량시간을 줄이기 위해선 배압을 줄일 수 없을 때 계량용량을 증가시키기 위해선 깊은 골을 가진 스크류나 직경이 큰 스크류를 사용하는 것이 정확하지 않을 땐 안전하다.

열적으로 민감한 패키징처럼 흐름이 아주 좋은 재료에서의 최대 원주 속도인 0.1m/s까지는 재료와 기계 제조업체의 공정데이터 표에서 얻을 수 있다. 하지만 최대속도의 적용은 전단력에 민감할 수 있는 안료나 난연제 같은 첨가제에 의해서 제한된다.

허용 가능한 최대 원주 속도(v) 0.1m/s인 재료에 직경 40㎜의 스크류가 장착된 기계에서 허용되는 계량속도는 하기와 같이 계산한다.