서론: 사출 성형은 화장품 포장재 제조에서 가장 중요한 공정입니다. 첫 번째 공정인 사출 성형은 제품 품질과 생산성을 직접적으로 좌우합니다. 사출 성형 공정 설정 시에는 수축률, 유동성, 결정성, 열에 민감한 플라스틱 및 가수분해가 용이한 플라스틱, 응력 균열 및 용융 파단, 열적 특성 및 냉각 속도, 수분 흡수율 등 7가지 요소를 고려해야 합니다. 본 글은 다음 저자가 작성했습니다.상하이 레인보우 패키지유핀 공급망에 있는 친구들이 참고할 수 있도록 이 7가지 요소와 관련된 내용을 공유하세요.
사출 성형
사출 성형은 사출과 성형을 결합한 성형 방법입니다. 사출 성형의 장점은 빠른 생산 속도, 높은 효율성, 자동화 가능성, 다양한 색상, 단순한 형태부터 복잡한 형태까지 다양한 형상 구현, 크고 작은 다양한 크기 제작, 정밀한 제품 크기, 손쉬운 제품 업데이트, 복잡한 형상 제작 등입니다. 사출 성형은 복잡한 형상의 제품 등 대량 생산 및 성형 가공 분야에 적합합니다. 특정 온도에서 완전히 용융된 플라스틱 재료가 스크류에 의해 교반되어 고압으로 금형 캐비티에 주입되고, 냉각 및 경화되어 성형품을 얻습니다. 이 방법은 복잡한 형상의 부품 대량 생산에 적합하며 중요한 가공 방법 중 하나입니다.
01
수축
열가소성 성형품의 수축에 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다.
1) 플라스틱 종류: 열가소성 플라스틱은 성형 과정에서 결정화, 강한 내부 응력, 플라스틱 부품에 잔류하는 큰 응력, 강한 분자 배향 등의 요인으로 인해 부피 변화가 계속 발생하므로 열경화성 플라스틱에 비해 수축률이 크고 수축 범위가 넓으며 방향성이 뚜렷합니다. 또한, 성형 후 열처리 또는 습도 조절 후의 수축률은 일반적으로 열경화성 플라스틱보다 큽니다.
2) 플라스틱 부품의 특성. 용융된 재료가 캐비티 표면에 닿으면 외층은 즉시 냉각되어 저밀도의 고체 껍질을 형성합니다. 플라스틱의 낮은 열전도율로 인해 플라스틱 부품의 내층은 천천히 냉각되어 수축률이 큰 고밀도 고체층을 형성합니다. 따라서 벽 두께, 서늘한 냉각, 그리고 고밀도 층의 두께가 수축률보다 클 수 있습니다.
또한, 인서트의 유무, 인서트의 배치 및 수량은 재료 흐름 방향, 밀도 분포 및 수축 저항에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 플라스틱 부품의 특성은 수축 및 방향성에 더 큰 영향을 미칩니다.
3) 공급 유입구의 형태, 크기, 분포와 같은 요소는 재료 흐름 방향, 밀도 분포, 압력 유지 및 수축 효과, 성형 시간에 직접적인 영향을 미칩니다. 직접 공급 포트와 단면적이 큰(특히 두꺼운) 공급 포트는 수축률은 낮지만 방향성이 뛰어나고, 폭과 길이가 짧은 공급 포트는 방향성이 떨어집니다. 공급 유입구에 가깝거나 재료 흐름 방향과 평행한 포트일수록 수축률이 더 큽니다.
4) 성형 조건 금형 온도가 높고 용융 재료가 천천히 냉각되며 밀도가 높아 수축률이 큽니다. 특히 결정질 재료의 경우 결정화도가 높고 부피 변화가 커서 수축률이 더욱 커집니다. 금형 온도 분포는 내부 및 외부 냉각, 플라스틱 부품의 밀도 균일성과도 관련이 있으며, 이는 각 부품의 수축 크기와 방향에 직접적인 영향을 미칩니다.
또한, 유지 압력과 시간은 수축에 큰 영향을 미치는데, 압력이 높고 유지 시간이 길수록 수축량은 작아지지만 수축 방향성은 커집니다. 사출 압력이 높으면 용융 점도 차이가 작아지고 층간 전단 응력이 작아지며 탈형 후 탄성 반발력이 커지므로 수축량을 적절히 줄일 수 있습니다. 재료 온도가 높으면 수축량은 크지만 수축 방향성은 작아집니다. 따라서 성형 중 금형 온도, 압력, 사출 속도 및 냉각 시간을 조절하면 플라스틱 부품의 수축량을 적절하게 변경할 수 있습니다.
금형을 설계할 때, 다양한 플라스틱의 수축 범위, 플라스틱 부품의 벽 두께 및 형상, 유입구 형상의 크기 및 분포, 플라스틱 부품 각 부분의 수축률을 경험적으로 결정한 후 캐비티 크기를 계산합니다.
정밀 플라스틱 부품의 경우, 수축률을 파악하기 어려울 때 일반적으로 다음과 같은 방법을 사용하여 금형을 설계해야 합니다.
플라스틱 부품의 외경에는 더 작은 수축률을, 내경에는 더 큰 수축률을 적용하여 시험 금형 제작 후 수정 여지를 남겨두십시오.
시험용 금형을 사용하여 게이팅 시스템의 형태, 크기 및 성형 조건을 결정합니다.
후처리될 플라스틱 부품은 크기 변화를 측정하기 위해 후처리 과정을 거칩니다(측정은 탈형 후 24시간 후에 해야 합니다).
실제 수축률에 따라 금형을 수정하십시오.
금형을 다시 제작하고 공정 조건을 적절히 변경하여 수축률 값을 약간 조정함으로써 플라스틱 부품의 요구 사항을 충족시키십시오.
02
유동성
1) 열가소성 수지의 유동성은 일반적으로 분자량, 용융 지수, 아르키메데스 나선 흐름 길이, 겉보기 점도 및 유동비(공정 길이/플라스틱 부품 벽 두께)와 같은 일련의 지표를 통해 분석할 수 있습니다.
분자량이 작고, 분자량 분포가 넓으며, 분자 구조의 규칙성이 떨어지고, 용융 지수가 높고, 나선형 유동 길이가 길고, 겉보기 점도가 낮고, 유동비가 높으며, 유동성이 좋은 플라스틱의 경우, 동일한 제품명을 가진 플라스틱이라도 사출 성형에 적합한지 여부를 확인하기 위해 제품 설명서를 참조해야 합니다.
금형 설계 요구사항에 따라 일반적으로 사용되는 플라스틱의 유동성은 크게 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
유동성이 좋은 PA, PE, PS, PP, CA, 폴리(4) 메틸펜텐;
중간 유동성의 폴리스티렌 계열 수지(ABS, AS 등), PMMA, POM, 폴리페닐렌 에테르;
유동성이 낮은 PC, 경질 PVC, 폴리페닐렌 에테르, 폴리설폰, 폴리아릴설폰, 불소수지.
2) 다양한 플라스틱의 유동성은 다양한 성형 요인에 따라 달라집니다. 주요 영향 요인은 다음과 같습니다.
①재료 온도가 높을수록 유동성이 증가하지만, 플라스틱 종류에 따라 유동성이 다릅니다. 예를 들어 PS(특히 충격 저항성이 높고 MFR 값이 높은 제품), PP, PA, PMMA, 변성 폴리스티렌(ABS, AS 등), PC, CA 등의 플라스틱은 온도에 따라 유동성이 크게 달라집니다. PE와 POM의 경우 온도 상승 또는 하강이 유동성에 미치는 영향이 미미합니다. 따라서 PE의 경우 성형 과정에서 온도를 조절하여 유동성을 제어해야 합니다.
②사출 성형 압력이 증가하면 용융 재료는 더 큰 전단 효과를 받게 되고 유동성도 증가하는데, 특히 PE와 POM은 더욱 민감하므로 성형 중 유동성을 제어하기 위해 사출 압력을 조정해야 합니다.
③ 금형 구조의 형태, 크기, 배치, 냉각 시스템 설계, 용융 재료의 유동 저항(표면 마감, 채널 단면 두께, 캐비티 형상, 배기 시스템 등) 및 기타 요소는 캐비티 내부의 용융 재료의 실제 유동성에 직접적인 영향을 미칩니다. 용융 재료를 가열할 때 온도가 낮아지고 유동 저항이 증가하면 유동성이 감소합니다. 금형 설계 시 사용되는 플라스틱의 유동성을 고려하여 합리적인 구조를 선택해야 합니다.
성형 과정에서 재료 온도, 금형 온도, 사출 압력, 사출 속도 등의 요소를 제어하여 성형 요구 사항에 맞게 충진 조건을 적절히 조정할 수 있습니다.
03
결정성
열가소성 수지는 응축 과정에서 결정화가 일어나지 않는지에 따라 결정성 플라스틱과 비결정성(또는 비정질) 플라스틱으로 나눌 수 있다.
소위 결정화 현상이란 플라스틱이 용융 상태에서 응축 상태로 변할 때 분자들이 독립적으로 움직이지 않고 완전히 무질서한 상태에 있다가, 어느 순간 움직임을 멈추고 약간 고정된 위치에 눌리면서 규칙적인 분자 배열을 형성하려는 경향을 보이는 현상을 말합니다.
이 두 종류의 플라스틱을 판단하는 외관 기준은 두꺼운 벽 플라스틱 부품의 투명도로 결정할 수 있습니다. 일반적으로 결정질 재료는 불투명하거나 반투명하고(예: POM 등), 비정질 재료는 투명합니다(예: PMMA 등). 그러나 예외도 있습니다. 예를 들어, 폴리(4)메틸펜텐은 결정질 플라스틱이지만 투명도가 높고, ABS는 비정질 재료이지만 투명하지 않습니다.
결정성 플라스틱의 금형을 설계하고 사출 성형기를 선택할 때 다음과 같은 요구 사항과 주의 사항에 유의해야 합니다.
재료의 온도를 성형 온도까지 올리는 데 필요한 열량은 상당하며, 대용량 가소화 설비가 필요합니다.
냉각 및 재변환 과정에서 많은 열이 방출되므로 충분히 냉각해야 합니다.
용융 상태와 고체 상태의 비중 차이가 크기 때문에 성형 수축률이 크고, 수축 및 기공 발생 가능성이 높습니다.
빠른 냉각, 낮은 결정화도, 작은 수축률 및 높은 투명도. 결정화도는 플라스틱 부품의 벽 두께와 관련이 있으며, 벽 두께가 두꺼울수록 냉각 속도가 느리고 결정화도가 높으며 수축률이 크고 물리적 특성이 우수합니다. 따라서 결정성 재료의 금형 온도는 요구 사항에 맞게 제어해야 합니다.
이방성이 크고 내부 응력이 높습니다. 탈형 후 결정화되지 않은 분자는 계속해서 결정화되려는 경향이 있으며, 에너지 불균형 상태에 있고 변형 및 뒤틀림이 발생하기 쉽습니다.
결정화 온도 범위가 좁아 녹지 않은 재료가 금형에 주입되거나 공급구를 막기 쉽습니다.
04
열에 민감한 플라스틱 및 쉽게 가수분해되는 플라스틱
1) 열감수성이란 일부 플라스틱이 열에 민감하다는 것을 의미합니다. 이러한 플라스틱은 고온에서 장시간 가열되거나 공급 개구부가 너무 작을 경우, 전단 효과가 커져 재료 온도가 쉽게 상승하고 변색, 열화 및 분해가 발생할 수 있습니다. 이러한 특성을 가진 플라스틱을 열감수성 플라스틱이라고 합니다.
경질 PVC, 폴리염화비닐, 아세트산비닐 공중합체, POM, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 등과 같은 열에 민감한 플라스틱은 분해 과정에서 단량체, 가스, 고체 및 기타 부산물을 생성합니다. 특히, 일부 분해 가스는 인체, 장비 및 금형에 자극성, 부식성 또는 독성 영향을 미칠 수 있습니다.
따라서 금형 설계, 사출 성형기 선정 및 성형 과정에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 스크류 사출 성형기를 사용해야 하며, 주입 시스템의 단면적은 충분히 커야 합니다. 금형과 배럴은 크롬 도금을 하고, 열 민감도를 낮추기 위해 안정제를 첨가해야 합니다.
2) PC와 같은 일부 플라스틱은 소량의 수분을 함유하고 있더라도 고온 고압 조건에서 분해됩니다. 이러한 성질을 가수분해 용이성이라고 하며, 따라서 사전에 가열 및 건조 과정을 거쳐야 합니다.
05
응력 균열 및 용융 파괴
1) 일부 플라스틱은 응력에 민감합니다. 성형 과정에서 내부 응력이 발생하기 쉽고, 취성이 강하여 균열이 생기기 쉽습니다. 플라스틱 부품은 외부 충격이나 용제에 의해 균열이 발생할 수 있습니다.
이러한 이유로, 균열 저항성을 향상시키기 위해 원료에 첨가제를 넣는 것 외에도 원료 건조에 주의를 기울여야 하며, 내부 응력을 줄이고 균열 저항성을 높이기 위해 성형 조건을 합리적으로 선택해야 합니다. 또한, 플라스틱 부품의 형상을 적절하게 선택하고, 응력 집중을 최소화하기 위해 인서트 설치 등의 조치를 취하지 않는 것이 좋습니다.
금형 설계 시 탈형 각도를 넓히고 적절한 공급 입구와 배출 메커니즘을 선택해야 합니다. 성형 과정에서는 재료 온도, 금형 온도, 사출 압력 및 냉각 시간을 적절히 조절하고, 플라스틱 부품이 너무 차갑고 취성이 있는 상태에서 탈형하지 않도록 해야 합니다. 또한 성형 후에는 균열 저항성을 향상시키고 내부 응력을 제거하며 용제와의 접촉을 방지하기 위해 후처리를 해야 합니다.
2) 일정한 용융 유속을 가진 고분자 용융물이 일정한 온도에서 노즐 구멍을 통과할 때, 유속이 특정 값을 초과하면 용융물 표면에 뚜렷한 측면 균열이 발생하는데 이를 용융 파단이라고 하며, 이는 플라스틱 부품의 외관 및 물리적 특성을 손상시킵니다. 따라서 용융 유속이 높은 고분자를 선택할 경우, 노즐, 러너 및 공급 개구부의 단면적을 증가시켜 사출 속도를 줄이고 재료 온도를 높여야 합니다.
06
열 성능 및 냉각 속도
1) 다양한 플라스틱은 비열, 열전도율, 열변형 온도와 같은 열적 특성이 서로 다릅니다. 비열이 높은 플라스틱을 가소화하려면 많은 열이 필요하므로 가소화 용량이 큰 사출 성형기를 사용해야 합니다. 열변형 온도가 높은 플라스틱은 냉각 시간이 짧고 탈형이 빠르지만, 탈형 후 냉각 변형을 방지해야 합니다.
열전도율이 낮은 플라스틱(예: 이온성 고분자 등)은 냉각 속도가 느리기 때문에 금형의 냉각 효과를 높이기 위해 충분한 냉각이 필요합니다. 핫러너 금형은 비열이 낮고 열전도율이 높은 플라스틱에 적합합니다. 비열이 크고 열전도율이 낮으며 열변형 온도가 낮고 냉각 속도가 느린 플라스틱은 고속 성형에 적합하지 않습니다. 따라서 적절한 사출 성형기와 향상된 금형 냉각 시스템을 선택해야 합니다.
2) 다양한 플라스틱은 종류, 특성 및 플라스틱 부품의 형상에 따라 적절한 냉각 속도를 유지해야 합니다. 따라서 금형은 성형 요구 사항에 따라 가열 및 냉각 시스템을 갖추어 일정한 금형 온도를 유지해야 합니다. 재료 온도가 상승하여 금형 온도가 높아지면, 탈형 후 플라스틱 부품의 변형을 방지하고, 성형 주기를 단축하며, 결정화를 줄이기 위해 냉각시켜야 합니다.
플라스틱 폐열만으로는 금형을 특정 온도로 유지하기에 충분하지 않을 경우, 금형에 가열 시스템을 장착하여 금형을 특정 온도로 유지함으로써 냉각 속도를 제어하고 유동성을 확보하며 충진 조건을 개선하거나 플라스틱 부품의 서냉을 유도해야 합니다. 또한, 두꺼운 벽면의 플라스틱 부품에서 내외부 냉각 불균형을 방지하고 결정화를 촉진할 수 있습니다.
유동성이 좋고 성형 면적이 넓으며 재료 온도가 고르지 않은 경우, 플라스틱 부품의 성형 조건에 따라 가열 또는 냉각을 번갈아 가며 하거나 부분적으로 가열 및 냉각해야 할 때가 있습니다. 이를 위해 금형에는 적절한 냉각 또는 가열 시스템이 장착되어 있어야 합니다.
07
흡습성
플라스틱에는 다양한 첨가제가 함유되어 있어 수분에 대한 친화도가 제각기 다르기 때문에, 크게 수분 흡수성, 수분 부착성, 그리고 수분 비흡수성 및 비점착성 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 재료 내 수분 함량은 허용 범위 내로 관리해야 합니다. 그렇지 않으면 수분이 고온 고압 조건에서 가스화되거나 가수분해되어 수지가 거품을 발생시키고 유동성을 저하시키며 외관 및 기계적 특성이 불량해집니다.
따라서 흡습성 플라스틱은 사용 중 수분 재흡수를 방지하기 위해 필요한 적절한 가열 방법 및 사양에 따라 예열해야 합니다.
상하이 레인보우 산업 유한회사는 화장품 포장재 전문 제조업체로서, 원스톱 화장품 포장 솔루션을 제공합니다. 저희 제품에 관심이 있으시면 언제든지 연락주세요.
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게시 시간: 2021년 9월 27일