사출성형가이드

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1 사출성형가이드

2 목차 소계 2 경쟁이치열해지는오늘날고객은첨단원료공급업체가단순한물건공급이상의것을제공해주기를기대합니다. 적절한제품선택, 최적의가공조건과함께제품설계까지고려된고기능성폴리머의제공은가장저렴한부품비용으로제품의적용가치를극대화하고, 높은생산성을이루도록합니다. 제품의설계및원료선택과함께공정최적화는고객의제품품질과생산성을더욱증대시키는데중요한요소입니다. 일반공정준비 2 취급 2 건조 2 재연삭 3 열안정성 3 유동성및가공성 3 퍼징 4 기계설계 5 금형재질 5 배럴히팅 5 배럴용량 5 노즐및정지시스템 6 조임압력 6 스크류 6 금형설계 7 금형재질 7 배기 7 히팅 7 스프루 8 게이팅 8 핫런너 8 기계환경설정 8 온도설정 8 스크류속도 9 배압 9 사출압력 9 보압 9 수축 9 허용오차 10 금속인서트 10 운전시간 / 냉각시간 10 빅트렉스폴리머솔루션즈는 30년이상의경험을바탕으로고객들이폴리아릴에테르케톤 (Polyaryletherketones, PAEK) 폴리머제품들을최대한활용할수있도록도와줄수있는유일한업체입니다. 광범위한온도와극한환경에서우수한성능을제공하는다양한빅트렉스 PEEK 폴리머제품을선보이고있습니다. 그리고각제품은표준장비로쉽게가공할수있습니다. 빅트렉스폴리머솔루션즈는고객들에게폴리아릴에테르케톤을위한설계, 소재선정, 공정지원을아우르는뛰어난기술력을제공합니다. 이러한노력의일환으로, 이가이드를통해고객들이압출공정조건을최적화하는데도움을주고자합니다. 그리고전세계빅트렉스기술팀은고객의시제품개발과적용상품개발, 설계및시뮬레이션을도울뿐아니라빅트렉스제품으로금속을대체해사용할수있도록지원하고있습니다. 빅트렉스는기술센터를계속늘려, 빅트렉스 PEEK 폴리머전제품을시험할수있도록지원하는가공장비를갖추고실제가공훈련과다양한소재분석및특성파악서비스를제공하고있습니다. 그리고특정응용프로그램에맞춘데이터를작성하고, 계속늘어나는광범위한제품및응용제품을토대로데이터세트를개발하고있습니다. 또한지식을넓히고고객들을위한더욱창조적인솔루션을개발하는데도움을받기위해학계와협력하여많은업계주도의연구프로젝트에참여하고있습니다. 공정시뮬레이션 10 첨단성형기술 11 문제해결 12

3 내열성이더욱우수한변형물, 빅트렉스 HT 폴리머, 빅트렉스 ST 폴리머와함께빅트렉스 PEEK 폴리머는세계최고의열가소성소재중하나로여겨집니다. 제품은용융여과된입상, 가공된미세분말또는다양한기능성보강재와강화재가포함된화합물등다양한형태로제공되고있습니다. 이러한소재들은고기능제품을설계, 생산할때금속이나다른소재를대체하여제품의성능을개선하고설계의유연성을높이며시설비를절감하고있습니다. APTV 필름은빅트렉스 PEEK 폴리머의모든특성을얇고유연한필름형태로제공합니다. 열성형가능성과우수한음향성능을포함한다양한특성은고기능다목적성열가소성필름을만들수있게합니다. APTIV 필름은시설비를절감하고제품성능을향상시키면서설계의유연성을높이고가공을용이하게하는기술을실현시킵니다. VICOTE 코팅은빅트렉스 PEEK 폴리머로만든다양한친환경고기능코팅전용제품입니다. 분말및액상분말방식은우수한내열성, 내스크래치성, 내마모성, 고강도, 내구성을높입니다. 기존의코팅기술과비교할때, 이코팅기술은성능을높이고제품의수명을연장시키며다양한설계를가능하게하고시스템비용을절감시킬수있습니다 VICTREX Pipes 는빅트렉스 PEEK 폴리머에서압출성형된내구성있는경량파이프및튜브로, 우수한내열성과독특한물성조합을이루고있습니다. 금속과저기능폴리머를대신할수있는 VICTREX Pipes 는폴리머로만든파이프와튜브에내화학성, 내부식성, 개투과성, 내마모성, 내충격성의효과를줍니다. 우수한내열성 260 의온도에서지속적으로사용할수있는우수한내열성을갖춰, 수명을늘리고신뢰도를향상시키며극한환경에서의안전마진을높입니다. 기계적물성및치수안정성빅트렉스소재의우수한강도, 인성, 장기크리프, 피로특성때문에내구성과강도가높은경량부품을설계할수있게합니다. 내마모성습하거나건조한환경에서마찰계수가낮고내마모성이우수해부품의수명과온전성을유지하는데도움을줄수있습니다. 내화학성다양한산성, 염기, 탄화수소, 유기용매에내구성이높아, 더높은온도에서도부식되지않습니다. 내가수분해성빅트렉스소재는수분흡수율과침투성이낮아고온에서도물, 증기또는해수에가수분해되지않기때문에부품의신뢰도를높이는데유용하게사용될수있습니다. 전기적성능다양한주파수와온도범위에서우수한전기적특성을유지해어려운전기및전자공학의요구사항을충족시킵니다. 연기및유독가스배출최소화첨가물을사용하지않고본래자기소화성 (self extinguishing) 을지녀유해가스를적게방출합니다. 순도가스방출과입자발진이상당히적어보다깨끗한환경에서제품생산이가능합니다. 환경친화성 100% 재활용가능하고할로겐을포함하지않으며, RoHS와 REACH 인증마크를획득했습니다. 품질보장및공급안정성모든생산공정은 ISO 9001:2008 등록및 EU 안전및환경보호법률에따라진행됩니다. 빅트렉스는각폴리머제품군마다 50회이상의시험을실시하는등세부적인부분까지꼼꼼하게신경써고객들에게우수한품질의일관된제품을제공합니다. 빅트렉스는수직통합형폴리케톤용액을공급하는세계유일의업체로써, 폴리머의품질을일관되게유지하는데필수적인주요원자재를완벽하게관리하고있습니다. 수요보다생산능력을늘리는정책으로고객들에게제품을안정적으로공급해줄수있는탁월한능력을갖추고있습니다. 빅트렉스는독립적으로운영되는 2개의폴리머공장을가동하고있어, 중앙물류시스템과각국배급창고를통해보통 7일이내에전세계어디라도신속하게납품할수있습니다. 1

4 소개 빅트렉스소재는선형방향족결정성열가소성물질로, 일반적인열가소성수지의가공장비에서가공될수있는최고의고기능소재로널리알려져있습니다. 결정성폴리머에적용되는모든일반성형지침이빅트렉스소재의사출성형에도적용됩니다. 빅트렉스소재는용융점이더높아몇가지특별한주의를기울여야합니다. 이내용은아래에서간략하게설명하고있습니다. 온도 : 가소화장치는빅트렉스 PEEK 폴리머가공시최대 400, HT와 ST 가공시최대 430 로조절하며작동할수있어야합니다. 원하는소재기능을갖춘표준결정화도의부품을생산하려면금형표면온도가최저 170 에도달해야합니다. 함수율 : 빅트렉스소재는흡습성은갖고있지않지만성형전에건조시켜야합니다. 청결 : 오염되지않아야합니다. 건조를위한전용트레이드와망을추천드립니다. 게이트및런너 : 여기에서는다른엔지니어링폴리머나고기능폴리머를성형하는데사용되는것보다더큰게이트와런너를사용합니다. 이내용은다음섹션에자세히설명되어있습니다. 부품설계는본문서에서다루지않는사항이지만, 일반적인플라스틱설계지침이다른열가소성소재에적용되는것처럼빅트렉스소재에도적용됩니다. 기술팀의설계도움을받으려면빅트렉스담당자에게문의하십시오. 일반공정준비 취급빅트렉스소재는단단한하드보드박스안에폴리에틸렌백으로밀봉하거나팔레트팔각박스상태로공급됩니다. 이소재는운반및보관중에도원래의밀봉포장상태로유지되어야합니다. 사용할때에는반드시깨끗한장소에서개봉하고이물질에오염되지않도록주의해야합니다. 사용후남은소재는즉각재밀봉하고표준조건하에보관해야합니다. 표준조건이란밀봉된상태로습기없는장소에직사광선을피해쾌적한온도에서보관하는것을의미합니다. 빅트렉스소재는표준조건에서 10년이상보관할수있습니다. 건조빅트렉스소재는원래포장시건조된상태로공급됩니다. 그러나대기수분을흡수할수있습니다. 최적의가공및성능을얻으려면펠렛을건조시켜수분함유도를 0.02% 이하로낮추어야합니다. 빅트렉스소재는표준공기순환오븐에서쉽게건조할수있고, 150~160 에서 2~3시간이면건조된것으로간주할수있습니다. 트레이에건조할때펠렛의깊이는 25mm를넘지않아야합니다. 그림 1처럼진공오븐이나제습건조기를사용하면더빨리건조할수있습니다. 제습건조기는 -40 의이슬점이나포화온도를유지할수있어야합니다. 소재의교차오염을예방하려면빅트렉스소재전용장비를사용하는것이바람직합니다. 전용장비를사용하는것이여의치않거나여러소재를동시에오븐에건조해야하는경우잘관리하고적절히격리하는것이좋습니다. 그림 1: 몇가지온도에서제습건조기에 ( 이슬점 -40 ) 빅트렉스 PEEK 450G 건조 0.25 Moisture 함수율 Content / % / % Drying 건조시간 Time / 시/ h 150 C 140 C 120 C 2

5 분쇄대부분의열가소성소재는사용을최적화 / 극대화하는것이일반적입니다. 즉분쇄된스프루, 런너, 불량부품은항상재사용한다는의미입니다. 빅트렉스소재는권고한가공조건에서가공할경우열안정성이우수해이렇게재사용하기에적합합니다. 따라서열적분해라는역효과를야기하지않고비보강제품군에서연삭된소재를회수할수있습니다. 섬유로보강된제품군의경우, 재사용하면섬유길이가짧아지고이에따라기계적성능에역효과를야기할것입니다. 분쇄품사용의일반지침은, 비보강폴리머의경우중량기준 30% 로제한하고보강화합물의경우중량을최대 10% 로제한하는것입니다. 그러나이는고객이검증하는것이바람직합니다. 또한재사용할때다른폴리머와분쇄장비에서외부및교차오염이발생할수있다는것을기억해야합니다. 빅트렉스소재는고온에서가공하기때문에오염되면흑점이생겨생산된부품의품질에상당한영향을미칠수있습니다. 그래서전용분쇄된장비를사용하는것이가장바람직합니다. 열안정성빅트렉스소재의열안정성은폴리머와구성별로광범위하게구분될수있습니다. PEEK, HT, ST는용융점과가공온도가높아열안정성이낮습니다. 그리고유리섬유로보강된제품은열안정성이더낮습니다. 유동성및가공성대부분의열가소성소재처럼, 빅트렉스소재의용융점도는온도에따라다르고전단담화현상을보입니다. 빅트렉스소재와다른여러엔지니어링플라스틱의경우전단속도 1000s -1 에서용융점도의상대적구성은그림 2와같습니다. 빅트렉스소재는가장가공온도가높은소재중하나이지만, 이들의용융점도는폴리카보네이트 (PC) 용융범위에있습니다. 또한빅트렉스는 PA 소재와유사한점도의박막성형을위한다양한고유동소재를갖추고있습니다. 그림 2: 여러열가소성소재의일반가공온도에서전단속도 1000s -1 에서의전단점도 -1 Viscosity 점도 (1000s [ ) s / Pa.s ] / Pa.s PA66 (280 C) PA6T (320 C) PC (340 C) PES (390 C) LCP (300 C) 150G (380 C) 381G (380 C) 450G (380 C) 650G (400 C) HT G22 (400 C) ST G45 (410 C) 이러한제품을고온에장시간있게하지않는것이바람직하지만, 어쩔수없는상황에서는다음지침을따라야합니다. 가공중단시간작업이중단되는경우, 원료는큰열적분해없이용융점이상의낮은온도에서유지될수있습니다. PEEK와 HT의경우에는각각약 360 에서 1시간또는 380 에서 30분동안유지될수있고, 유리섬유보강제품을성형하는경우시간이 50% 더줄어야합니다. ST 제품을성형할때는가동중단이 5~10분을넘어서는안되고, 특히유리섬유보강제품을가공할때더욱그렇습니다. 작업이최대 1~2시간동안지연될것으로예상되는경우, 온도는소재의용융점에서약간낮춰야합니다. 즉, PEEK는 340, HT는 370 로낮춰야합니다. ST기반의제품은더오랜시간동안배럴안에서그온도에남아있어서는안됩니다. 더오래지연되는경우, 배럴을완전히퍼징하고철저히세척해야합니다. 공정중단상황이종료되면, 배럴온도는권장온도로회복되어야합니다. 배럴은용융물이깨끗해질때까지새로운물질로퍼징해야합니다. 처음몇번의성형물은버리는것이낫습니다. 제품에관한권장사항은빅트렉스담당자가제공하는제품데이터시트에서확인할수있습니다. 최첨단시험장비를이용해전단점도측정합니다. 3

6 퍼징빅트렉스소재와혼합물은완전히깨끗한장비에서가공하는것이이상적입니다. 사출성형기의경우, 기계적세척을위해배럴의스크류를제거해야할것입니다. 스크류제거가불가능한경우, 퍼징작업이중요합니다. 적절한퍼징소재는최대 380 에도안정성을유지하는소재입니다 ( 적절히주의하여 PES와 PEI를사용할수있음 ). 그렇지않으면, 빅트렉스소재의가공온도에서사용하도록고안된퍼징재료를구매해사용할수있습니다. 작업전퍼징요령빅트렉스소재를가공하기전에다른폴리머의잔류물을장비에서제거해야합니다. 빅트렉스소재는고온에서가공하므로, 다른폴리머에서발생하는교차오염은변성을일으키고흑점을생성시킬것입니다. 퍼징은제거할소재의가공온도에서해야합니다. 정확한공정조정을통해고품질성형물을얻을수있습니다. 제거하는소재의흔적이보이지않을때까지퍼징원료를주입합니다. 퍼징원료주입을중단하고스크류를비웁니다. 배럴히터를빅트렉스소재가공온도에맞게설정합니다. PEEK 450을기반으로한소재들은 PEEK 150과 PEEK 90을기반으로한소재보다점도가더높습니다. 빅트렉스폴리머를유리섬유또는탄소섬유와혼합하면보강재유형과함량에따라점도가높아집니다. 그결과 1mm 두께의스파이럴금형에비보강소재와 30% 보강된혼합물의흐름길이는그림 3과같습니다. 그림 3: 권장가공조건에서다양한빅트렉스소재의스파이럴흐름길이 ( 단면 1mm x 6mm) Flow 흐름 Length 길이 / mm / mm 가공온도에도달하면, 빅트렉스소재를스크류에넣고깨끗한용융물이나올때까지압출합니다. 작업후퍼징요령다른원료를가공하기전에빅트렉스소재를가공장비에서제거해야합니다. 질화물층이있는장비를사용하는경우이작업은중요합니다. 빅트렉스소재가금속위에서굳으면질화물층이벗겨질수있습니다. 빅트렉스소재의호퍼와배럴을비웁니다. 제거하는소재의흔적이보이지않을때까지퍼지를주입합니다. 모든배럴부의설정을퍼징원료에적합한안정적온도로낮춥니다. 실제배럴온도가 300 이하가될때까지퍼징원료를계속주입합니다. 퍼징원료주입을중단하고스크류를비웁니다. 0 PEEK 90G PEEK 150G PEEK 450G HT G22 ST G45 비보강 unfilled 30%-filled 보강 4

7 기계설계 배럴히터밴드가고온가공이가능하다면, 빅트렉스소재는다목적사출성형기에서쉽게가공될수있습니다. 가장바람직한방법은세라믹히터밴드와배럴덮개를사용하는것입니다. 공차가엄격한부품을성형할때, 전기사출장치가있는기계는전통적인유압기계보다더세심하게제어해가공할수있습니다. 금형재질모든열가소성소재에있어기계장비의마모문제는흔히발생하며특히섬유가보강된원료를사출또는압출할때그마모는더욱심각합니다. 이러한작업에서기계의마모를최소화하기위해서는스크류, 다이그리고배럴을반드시경화시켜야합니다. 금형공구강을경화시키는가장일반적인방법은질화물로코팅하는것입니다. 이기술은금형표면을경화하여고온에서과도한마모를막아줍니다. 질화물코팅과접촉해빅트렉스소재가식거나굳지않도록주의를기울여야합니다. 폴리머와질화물코팅사이의접착은종종철재질에서질화물층을뜯어낼정도로강합니다. 다음은빅트렉스소재에적합한가공장비에쓰이는금형재질입니다. D2 공구강 ( 마르텐사이트계크롬공구강 ) WEXCO 777 CPM-10V CPM-9V 배럴히팅실린더히터는 PEEK 폴리머와그혼합물을성형할때 400 또는 HT와 ST 및그혼합물을성형할때 430 에도달해그온도를유지할수있어야합니다. 대부분의사출성형기는수정하지않고도이러한온도에도달할수있습니다. 수정이필요한경우에는보통히터밴드와제어기또는둘중하나를업그레이드합니다. 바람직한세라믹히터밴드는운모히터밴드와비교해가장일관된가공과균일한사출 (shot) 반복을가능하게합니다. 뿐만아니라배럴덮개는가공및비용절감효과가있어사용을권장합니다. 스크류와배럴에서호퍼까지열전도는원료주입효율성을낮출수있습니다. 올바르게호퍼에원료를주입하려면, 주입구온도를 70~100 로유지시켜야합니다. 수냉각법으로열을식힐수있지만, 후부온도를유지하려면주의를기울여야합니다. 배럴용량모든폴리머가공과마찬가지로, 체류시간을가능한짧게유지하는것이좋습니다. 이상적인배럴용량은스프루와런너를포함한총사출중량의 2~5배여야합니다. 배럴의사출용량이큰기계에서빅트렉스소재를성형해야하는경우, 온도는권고한온도보다 10~20 낮게해야합니다 ( 문제해결섹션참조 ). HT와 ST 소재는노즐에서더쉽게냉각될수있으므로성형시온도를낮출때더세심한주의를기울여야합니다. S ( 스테인리스스틸 ) 일반적으로요구되지는않지만, 내부식성을가진 2개금속의합금으로된스크류와배럴을사용하는것이더효율적입니다. 구리와구리합금은빅트렉스소재가공온도에서변성이생길수있으므로사용하지않는것이좋습니다. 용융물과접촉하는금속부품의표면마감은매끄럽고광택이있어야합니다. 부품의표면이거칠면부분적으로달라붙어체류시간이증가되고흑점이발생할수있으며폴리머흐름을방해하게됩니다. 성형기계는생산할부품에맞는적절한크기여야합니다. 5

8 노즐및정지시스템정상작업시노즐은사출시간의상당부분동안스프루- 부싱과접촉하고, 스프루-부싱의온도는용융물과노즐온도보다훨씬낮습니다. 빅트렉스소재는응고점 Tc이높고, 용융온도가 Tc 이하로떨어지면빨리굳어집니다. 따라서대부분의노즐에열을가해줄많은히터를설치해냉각과냉각슬러깅을방지하는것이중요합니다. 빅트렉스소재는노즐에서응고되거나변성될위험이높기때문에연장된노즐에는사용하지않는것이좋습니다. 빅트렉스소재는권장작업온도에서보통개방형노즐시스템에서사용할수있을정도로점도가높습니다. 차단형노즐은자주용융사각지대가빈번하게발생하고사출압력을제한하기때문에권하지않습니다. 다이에서원료가과도하게흐를경우, 가벼운용융감압을수행할수있지만캐비티내외적절한배기가필요합니다. 빅트렉스폴리머는반결정성특징과높은가공온도에도불구하고복잡한기하학적구조로된평면부품을만들수있습니다. 형체력성형품과런너의투영면적은금형이사출압력으로열리지않도록하는데필요한형체력을결정합니다. 사출압력은박막부품, 특히강화된빅트렉스소재는 2000바를초과할수있습니다. 스크류대부분다목적스크류와나일론스크류는빅트렉스소재를가공하는데적합합니다. 길이대비직경비율 (L/D 비 ) 은그림 4와같습니다. 최저권고 L/D비스크류는 16:1이고, 18:1과 24:1 사이의 L/D 비가가장이상적입니다. 압축부에용융되지않은펠렛의밀집을방지하려면공급부가길어야합니다. 압축비는 2:1과 3:1 사이여야합니다. 체크링은항상스크류팁과맞춰사출압력이충분히지속적으로공급되도록해야합니다. 링유격은중형사출기의경우스크류팁직경에서유격이보통 3mm인스크류가전진하면서원료가잘흐르게해야합니다. 그림 4: 권장스크류종류 L 계량부 압축부 공급부 5 L/D 6 L/D 9 L/D 다목적스크류 D 계량부 압축부 공급부 6 L/D 2 L/D 12 L/D 나일론스크류 6

9 금형설계 빅트렉스소재는표준금형기술로쉽게사출성형될수있습니다. 그러나높은용융온도 ( 400 ) 와높은금형온도 ( 200 ) 때문에다음과같은설계기준을고려해야합니다. 금형재질일반적으로금형의경도는 52~56HRc 이어야합니다. 대부분의빅트렉스소재가공에보통사용되는내열감은우수한내열성, 인성, 연성, 절삭성을갖춘 BS BH13입니다. 이재질은 54~56HRc까지경화될수있습니다. 소물유의유리또는탄소섬유로보강된제품군을가공하는데사용되는금형은 BH13으로만든게이트인서트가사용될수있습니다. 섬유또는탄소섬유보강된제품군을장시간가공할때사용하는금형의경우, 경도가 56~60HRc인 BS BD3이나 BD6 와같은금형공구강사용을고려할수있습니다. 조형금형또는운전시간이짧은금형의경우, BP20이유용한 것으로증명되었습니다. 또한 BH13의캐비티공동부및코어가 있는 BP20의형판을사용하는것이일반적입니다. 표 1: 자주사용된금형공구강 BS AISI W.-No. DIN JIS HRc BD2 D X155CrVMo121 SKD BH13 H X40CrMoV5-1 SKD BD3/BD6 D3 ~ D X210CrW12 SKD BP20 P CrMMo 배기 충진성을높이고버닝을방지하려면충분히배기시키는것이 중요합니다. 쉽게흐르는 PEEK 90G는 8μm깊이의슬롯또는 표준제품군은 10~15μm깊이의슬롯이버가생기지않고 배기시킬수있습니다. 배기위치는부품설계에따라크게 달라집니다. 가장간단하게는금형파티면이나이젝터핀을 따라배기할것입니다. 여전히충분히배기되지않으면, 슬롯 크기는단계적으로더커질수있고, 희생탭 (sacrificial tabs) 을 이용하는방법도있습니다. 히팅빅트렉스소재성형기에는전기히터나온유기가장착되어있을수있습니다. 고압급탕법은선택사항이지만고압요건과이와관련한안전문제때문에빅트렉스제품에는흔하게사용되지않습니다. 전기히터는경제적이고상대적으로통합하고작업하기쉽습니다. 전력소요량에따라승온시간 (heat up time) 이비교적짧을수있습니다. 냉각이어려운부분이자주관찰되고, 이러한히팅방법은작은부품에적용하기가장적합합니다. 온유기는설계와실행이더어렵습니다. 석유히터만의장점은더큰사출양을성형하거나코어가크고깊은금형을사용하기위해요구되는열방출능력이있다는점입니다. 시간이지남에따라제어한온도분포를유지시키면서빠른가열을위해전기히터와온유기를조합하여사용하는것을고려할수있습니다. 대형금형은히팅에더욱결정적인제어가필요할것입니다. 금형과기계의형판사이에절연판을사용하는것이좋습니다. 또한일정한온도분포를유지하고비용절감을위해금형을단열재로싸는것이일반적입니다. 온유기의경우직경이큰단열라인을가능한짧게사용하는것이바람직하고, 냉각은보통 40 로높을때나타납니다. 항상금형표면온도는기계와공정의환경을설정을할때최소 170 인지확인해야합니다. 온유기에서냉각라인을통해열손실이있다는것은히터의설정온도가금형표면에실제온도보다훨씬높을수있다는의미입니다. 7

10 스프루스프루는두께가최소 4mm이고구배각이최소 2 으로가능한짧아야합니다. 넉넉한크기의콜드슬러그웰을사용할것을권고합니다. 직경이큰스프루는복잡한금형을충진하는데도움을주는것으로나타났습니다. 더큰부품의다이렉트게이팅을위해스프루는부품두께의 1~1.5배이어야합니다. 게이팅금형에적합한게이트의크기와스타일은부품용적, 캐비티수, 부품의기하학적구조에따라다를것입니다. 빅트렉스소재는결정성열가소성소재로, 무정형폴리머보다수축이더심합니다. 수축과과도한응력증강을줄이기위해, 게이트는가능한크게만들어야합니다. 게이트크기는부품두께와함수관계에있고, 비보강소재는최소 1mm, 혼합물은 2mm, 두꺼운부품은부품벽두께의 2/3두께여야합니다. 스프루게이트는금형두께의 1~1.5배여야합니다. 대부분의게이트설계는빅트렉스소재를성형하는데적합합니다. 탭, 사이드, 또는팬게이트가가장일반적입니다. 서브마린또는터널게이트는벽이얇거나크기가작은부품에만사용됩니다. 싱크마크 / 기포를최소화하기위해빅트렉스소재의게이트설계시지켜야할주요원칙은게이트가가능한오랫동안원료흐름을유지시킬만큼크기가커야한다는것입니다 ( 최대부분두께의 2/3를권고 ). 핫런너빅트렉스소재는핫런너시스템으로가공할수있습니다. 대부분의경우, 스프루스타일의노즐팁으로공급되는외부가열매니폴드를사용하면가장넓고유연한가공범위를만들어내므로최상의가공물을얻게됩니다. 어뢰스타일팁은주변금형캐비티로열이흐르기때문에문제가되곤합니다. 게다가한가지일반적인방법은재료절약및가공의용이성을위해작은콜드러너시스템에주입하고가공이용이한핫런너시스템을활용하는것입니다. 또한핫스프루부싱은벽이두꺼운부품에 2차보압을높이는측면에서가공범위를넓게하는경향이있어, 이방법이이용될수있습니다. 기계환경설정 온도설정각사출성형기계와금형의운전조건은여러변수에따라달라질것입니다. 그림 5는빅트렉스소재를성형할때온도설정에대해개략적으로보여줍니다. 호퍼를상대적으로낮은온도로유지시켜펠렛이스크류로적절히공급되게해야합니다. 호퍼다음으로, 펠렛이압축부에도달하기전에용융되도록열을가해야합니다. 그림 5에서는비보강 PEEK, HT, ST 성형을위한일반적인배럴온도를보여줍니다. 이들소재의높은용융점때문에이온도는높아집니다. 이러한폴리머의고점도혼합물은높은배럴온도가필요합니다 ( 보통충진재유형과충진재수준에따라 사이 ) PEEK, HT, ST로성형된결정성부품을만들기위해권고된금형온도는각각 170, 190, 200 입니다. 더높은금형온도는특히보강된제품군의캐비티충진을돕거나고온에노출된부품의치수안정성을높이는데유용할수있습니다. 이로인해운전시간은길어지지만폴리머를손상시키지는않을것입니다. 관련소재의물성과권장기계환경설정을명시한각제품의데이터시트는빅트렉스담당자에게요청하거나 com에서다운받을수있습니다. 그림 5: 비보강빅트렉스소재가공을위한일반적인온도설정 70 C 100 C Victrex Polymers T / C T / C 380 ST HT PEEK 150 PEEK HT ST 340 금형배럴호퍼 8

11 스크류속도빅트렉스폴리머의우수한열안정성은폴리머를손상시키지않고다양한스크류속도를가능하게합니다. 비보강빅트렉스소재가공에는분당 5~10m의스크류팁속도가바람직하고, rpm의스크류속도와상관관계는그림 6과같습니다. 빅트렉스혼합물의경우, 분당 5m 초반으로유지하는것이바람직합니다. 그리고전단효과는더빠른스크류속도에서과도한섬유절단을야기할수있어기계적성능을악화시킬수있습니다. 그림 6: 스크류직경과비례한스크류속도 ( 회전수 / 분, rpm) Screw 스크류속도 Speed / / rpm rpm Screw 스크류 Diameter 직경 / mm / mm w W=10m/ = 10m/min 분 ( 비보강 (unfilled) ) w W=5m/ = 5m/min 분 ( 비보강 (compounds) ) 배압빅트렉스소재에균일한가소성을부여하려면약 20~50바의배압이적합합니다. 섬유보강혼합물은섬유파손을줄이기위해더낮은배압에서가공되어야합니다. 사출압력사출압력은시스템에따라다르고, 가공시뮬레이션소프트웨어를사용해추정할수있습니다. 설계, 용융온도, 사출속도, 금형온도에따라최대 2000바의압력을낼수있습니다. 어떤경우에는온도를높이고 ( 게이트고화시간을늘림 ) 사출속도를낮추며 / 거나섹션에걸친흐름경로 ( 스프루, 런너, 게이트 ) 를늘려관리할수있습니다. 보압 (holding pressure) 보압은보통사출압력보다낮고게이트고화시간전체에유지되어싱크마크와기포발생을피해야합니다. 수축열가소성소재는금형에서냉각되는동안수축합니다. 빅트렉스소재의경우, 열수축과결정화과정에서수축이발생합니다. 금형수축은성형조건에따라큰영향을받으므로단순한소재의특성이라기보다기술상의특성으로여겨집니다. 사출압력과보압이높아지고유지시간이길어지면보통수축이줄어드는한편, 배럴과금형온도가높아지면일반적으로금형수축이늘어납니다. 더나아가부품의기하학적구조와치수뿐아니라유동적특징 ( 게이팅 ) 은수축률에영향을미칠것입니다. 수축은권고한성형조건을이용해만든팬게이트시편 (fan gated plaques) 에서더심하게나타납니다. 그결과는표 2 에서처럼 2mm 두께와 6mm 두께의성형으로분류될수있습니다. 강화충진재를높은비율로추가하면보통수축이줄어들어, 상당한비등방성거동이생깁니다. 항상금형가공시이러한점을세심히살펴보아야합니다. 표 2: 권고한가공조건에따라성형된팬게이트시편의일반수축률 수축 수축 2mm 두께 6mm 두께 제품군 흐름방향 직각방향 흐름방향 직각방향 (%) (%) (%) (%) 비보강제품군 GL30 보강제품군 CA30 보강제품군 FC30 마모제품군 소재특성과성형조건모두금형수축에상당한영향을미칩니다. 9

12 허용공차일반허용공차는표준성형조건에서약 0.05% 입니다. 치수허용공차는부품및금형설계와구체적인가공조건등많은요인에따라결정됩니다. 표 3은충분한치수에팬게이트로성형된 2mm 두께와 6mm 두께의시편에결정된오차값을보여줍니다. 다양한빅트렉스소재의제품두께대비예상냉각시간은그림 7과같습니다. 냉각시간은기계의환경설정과소재특성뿐아니라금형설계에따라차이가있습니다. 이젝터핀의수, 그크기및위치등취출시스템을향상시킴으로써, 그림 7에표시된것보다냉각시간이비보강소재의경우약 15% 줄어들고 10 더높은온도에서취출할수있습니다. 표 3: 빅트렉스소재의치수허용오차 허용오차 2mm 두께 허용오차 6mm 두께 제품군 흐름방향 직각방향 흐름방향 직각방향 (%) (%) (%) (%) 비보강제품군 GL30 보강제품군 CA30 보강제품군 FC30 마모제품군 금속인서트차가운금속인서트를중첩성형하면금속과접촉하는소재층내에결정화도가낮아집니다. 따라서금속인서트를금형온도로사전예열하는것이좋습니다. 이렇게하면웰드라인강도가향상되고수축차때문에응력균열가능성을낮추며표준결정화도를얻게합니다. 운전시간 / 냉각시간많은경우에있어빅트렉스소재는공차가엄격한적용제품이나구조적부품에사용됩니다. 따라서싱크마크나기포없는치수안정적부품을생산하는것이중요합니다. 그러므로부품의품질은전반적인운전시간동안중요하고냉각시간에큰영향을받습니다. 그림 7: 금형온도 180 에서벽두께대비예상냉각시간 Cooling 냉각시간 Time / 초 / s Thickness 두께 / mm / mm Unfilled 비보강 C Unfilled 비보강 C GL30: 220 C 220 CA30: CA39: 230 C 230 공정시뮬레이션 금형을가공하기전에 CAE를이용한공정시뮬레이션을권고합니다. 시뮬레이션은제품이사출기에서충분히가능한압력을채우도록게이트위치를결정하는데사용되어야합니다. 시뮬레이션은게이트를위치시켜성형물이균형있게흐르고닛트라인을최소화하며배기가필요한곳을결정하도록하는데이용되어야합니다. 또한공정시뮬레이션은성형문제와부품성능문제를해결하는데매우유용한도구입니다. 공정시뮬레이션으로최적의게이트위치를확인할수있습니다. 10

13 첨단성형기술 빅트렉스소재는결정성열가소성소재입니다. 따라서다른결정성열가소성소재에적합한모든기술로가공될수있습니다. 가스의도움을받는사출성형, 포밍, 블로우몰딩, 마이크로사출성형뿐아니라금형표면에유도가열등 PEEK 폴리머에많은기술을연구했습니다. 구체적인내용은현지빅트렉스담당자에게문의하여확인할수있습니다. 공차가매우엄격한부품은사출성형으로얻을수있습니다. 기술지원빅트렉스폴리머솔루션즈는폴리아릴에테르케톤 (Polyaryletherketones) 제품을생산하고다양한품질과기술로안정적인서비스를제공하고있습니다. 오늘날과같은경쟁적환경에서는첨단기술과가장심층적이고대응적인기술서비스를제공하는최고의공급업체와협력하는것이성공의열쇠입니다. 더많은정보나지원을원하는경우빅트렉스폴리머솔루션즈담당자에게문의하거나 11

14 문제해결 그동안가장일반적인공정상문제는부족한금형온도, 생산할부품에비해너무작게설계된게이트, 불충분한퍼징으로인한오염과관련되어있습니다. 아래표에서는자주발생하는결함, 그원인, 교정권장사항에대해간략히설명하고있습니다. 흙갈색 / 투명에지또는어두운색의모든부품 ( 자연색제품군에서만보임 ): 미성형 : ( 계속 ) 부정확한설계배기차단또는부재부정확한소재선택가소화장치에누출 게이트, 스프루또는런너크기를높입니다. 게이트위치를변경합니다. 가스빼기증가 용융점도가더낮은제품군을선택합니다. 스크류, 배럴, 제한링의마모를확인합니다. 낮은금형온도 금형온도를높입니다. ( 비정형부위 ) 고르지않은부품의경우, 공동부에냉점을확인합니다. 열분해배럴온도를낮춥니다. 흑점 ( 자연색제품군에서만보임 ): 교차오염 취급및펠렛건조를위한장비는티끌하나없이깨끗해야합니다. 분쇄기확인 / ( 분쇄한경우 ) 빅트렉스소재성형전빅트렉스권고사항에따라철저히불충분한퍼징장비를퍼징합니다. 스크류를빼내고브러시를사용해스크류와배럴을세척합니다. 사각지대나손상된표면에용융흐름영역을살펴봅니다. 부서지기쉬운성형물 : 배럴에과열배럴온도를낮춥니다. 운전시간을줄입니다. 스크류속도를줄입니다. 성형된응력배럴온도를높입니다. 사출압력을낮춥니다. 운전시간을줄입니다. 금형온도를높입니다. 게이트, 스프루또는런너크기를늘립니다. 웰드라인사출속도를높입니다. 금형온도를높입니다. 게이트설계나위치를바꿉니다. 가스빼기를향상시킵니다. 젯팅사출속도를줄입니다. 게이트위치와 / 나유형을바꿉니다. 너무높은배럴및노즐온도배럴및노즐온도를낮춥니다. 너무긴체류시간 샷크기와장비크기를더잘맞춥니다. 폴리머에콜드슬러그 : 미성형 : 불충분한사출소재샷크기를높입니다. 용융물의부적절한흐름사출압력을높입니다. 배럴온도를높입니다. 금형온도를높입니다. 사출속도를높입니다. 게이트, 스프루또는런너크기를높입니다. 노즐에서고화된소재콜드슬러그를잘추가합니다. 노즐히터가노즐을완전히커버하는지확인합니다. 감압합니다. 스프루브레이크를사용합니다. 기포및표면함몰 : 보유단계에불충분한 사출압력을높입니다. 시간또는압력 보유시간 / 보압을높입니다. 배럴온도를낮춥니다. 부정확한금형설계 게이트, 스프루또는런너크기를늘립니다. 12

15 표면마감불량 : 휨또는뒤틀림 : 줄무늬생성 : 과열된소재배럴및노즐온도를낮춥니다. 체류시간을줄입니다. 사출속도를줄입니다. 스크류속도를줄입니다. 축축한소재소재를건조시킵니다. 금형내온도차이 섹션대칭불량 금형의양쪽온도가같아지도록온도를조절합니다. 캐비티, 런너, 게이트재설계를고려합니다. 대칭을맞추기위해금형온도를반반씩다르게사용합니다. 배럴내사각지대 배럴및노즐을유선화합니다. 스크류, 배럴, 노즐을세척합니다. 손상, 피팅등을확인합니다. 조기방출 고정냉각장치나냉각지그를사용합니다. 냉각시간을늘립니다. 금형온도를낮춥니다. 표면결빙 ( 강화된제품군 ): 불충분한사출속도사출속도를높입니다. 배럴온도를높입니다. 너무낮은금형온도금형온도를높입니다. 용융물의과전단스크류속도를낮춥니다. 탄자국 : 공동부에갇힌공기사출압력을줄입니다. 사출속도를줄입니다. 가스빼기가차단되어있지않은지확인합니다. 가스빼기를향상시킵니다. 게이트위치, 크기또는형태를바꿉니다. 원료내섬유의편향게이트위치를바꿉니다. 사출속도를줄입니다. 불충분한견고성부품설계를바꿉니다. ( 예, 리브 (ribs) 추가 ) 섹션두께를증가시킵니다. 섬유로강화된제품군사용을고려합니다. 취출시스템을점검합니다. ( 더큰 / 많은이젝터핀 ) 과대수축 : 가공조건금형온도를높입니다. 사출압력을높입니다. 보유시간 / 보압을증가시킵니다. 작은게이트게이트크기를증가시킵니다. 플래시또는금형열림 : 부적절한형체력사출압력을줄입니다. 사출속도를줄입니다. 배럴온도를낮춥니다. ( 균형이필요 : 점도와압력모두높임 ) 금형온도를낮춥니다. 속도설정을낮춥니다. 형체력를높입니다. 부정확한금형의조합조합면을재연삭하고또는구부러짐재정렬시킵니다. 무거운받침대를설치합니다. 플레이트사이에이물질을확인합니다. 생산된부품불량 : 불충분한부품견고성냉각시간을늘립니다. 금형온도를낮춥니다. 불충분한구배각구배각을늘립니다. 부적절한취출시스템 더많은핀을사용하거나치수를늘려이젝터핀의교차부분을늘립니다. 부적절한금형표면마감취출방향으로라인광택이생깁니다. 넓은표면을가진부품은진공형성을피하기위해가스빼기가필요할수있습니다. 기둥지지불충분지지기둥을추가합니다. 13

16 빅트렉스계열사인빅트렉스폴리머솔루션즈는폴리아릴에테르케톤 (Polyaryletherketones) 을비롯한고기능폴리머를제조하는선도적, 세계적제조업체로, 빅트렉스 PEEK 폴리머, VICOTE 코팅, APTIV 필름, VICTREX Pipes 과같은브랜드를판매합니다. 빅트렉스의시장개발, 영업, 기술지원전담팀은영국및전세계세계 30개국이넘는나라에설치된영업및유통센터지원설비를토대로오랫동안최종사용자 (OEMs), 설계자, 제조업체들과긴밀하게협력하여공정, 설계, 응용분야개발부문에서비용절감, 품질및성능개선을실현할수있도록지원하고있습니다. 빅트렉스코리아 서울시강남구수서동 713 번지수서현대벤쳐빌 1324 호전화 : (02) 팩스 : (02) 이메일 : krsales@victrex.com Victrex Euro 09/11 Design: Victrex plc believes that the information contained in this brochure is an accurate description of the typical characteristics and/or uses of the product or products, but it is the customer s responsibility to thoroughly test the product in each specific application to determine its performance, efficacy and safety for each end-use product, device or other application. Suggestions of uses should not be taken as inducements to infringe any particular patent. The information and data contained herein are based on information we believe reliable. Mention of a product in this documentation is not a guarantee of availability. Victrex plc reserves the right to modify products, specifications and/or packaging as part of a continuous program of product development. Victrex is a registered trademark of Victrex Manufacturing Limited. VICTREX PIPES is a trademark of Victrex Manufacturing Limited. PEEK-ESD, HT, ST and WG are trademarks of Victrex plc. VICOTE and APTIV are registered trademarks of Victrex plc. VICTREX PLC MAKES NO WARRANTIES, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING,WITHOUT LIMITATION, A WARRANTY OF FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE OR OF INTELLECTUAL PROPERTY NON-INFRINGEMENT, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO PATENT NON-INFRINGEMENT, WHICH ARE EXPRESSLY DISCLAIMED, WHETHER EXPRESS OR IMPLIED, IN FACT OR BY LAW. FURTHER, VICTREX PLC MAKES NO WARRANTY TO YOUR CUSTOMERS OR AGENTS, AND HAS NOT AUTHORIZED ANYONE TO MAKE ANY REPRESENTATION OR WARRANTY OTHER THAN AS PROVIDED ABOVE. VICTREX PLC SHALL IN NO EVENT BE LIABLE FOR ANY GENERAL, INDIRECT, SPECIAL, CONSEQUENTIAL, PUNITIVE, INCIDENTAL OR SIMILAR DAMAGES, INCLUDING WITHOUT LIMITATION, DAMAGES FOR HARM TO BUSINESS, LOST PROFITS OR LOST SAVINGS, EVEN IF VICTREX HAS BEEN ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES, REGARDLESS OF THE FORM OF ACTION.

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