Microsoft PowerPoint - Lecture_03_사출성형

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용선 엽
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1 Lecture 03. 사출성형 노명재 1

2 본강의목표 1. 사출성형의특성에대해알아본다. 2. 사출공정을이해한다. 3. 사출성형용수지의종류및특징에대해배운다. 2

3 사출성형의특성 (1) 사출성형의기원과적용범위 사출성형은플라스틱원료를가공하는중요한성형공법중의하나로서, 사용되는원료는열가소성수지와열경화성수지로구분되어있다. 사출성형은 1872년에 John과 Isaiah Hyatt에의해서셀룰로오스원료를성형하기위해서처음으로고안되었으며, 근대적사출성형은 1930년대후반에발달하였고, 제2차세계대전이후왕복회전식스크류타입사출기의출현과함께사출성형기술이급격히발전하였다. 사출성형에의해서가공된플라스틱제품들이우리의생활주변에밀접하게관계되어있으며, 더나아가서는최첨단산업의필수적인부품으로도이용되고있고이것은용도에따라서적용범 위가무한하다는것을의미한다. 3

4 사출성형의특성 (2) 사출성형공정 : 금형으로플라스틱제품을연속적으로생산하는반복되는공정 열가소성사출공정의 6단계 1) 가소화 ( 계량 ) 단계 2) 충진단계 (1차가압 ) 3) 보압단계 (2차보압 ) 4) 냉각단계 5) 성형품이형단계 6) 재료재공급단계 ( 계량 ) 열경화성사출공정의 6단계 1) 가소화 ( 연화 ) 단계 : 조기경화방지 (100 미만 ) 2) 충진단계 (1차가압 ) 3) 보압단계 (2차보압 ) 4) 경화단계 ( 금형온도높게유지 ) 5) 성형품이형단계 6) 재료재공급단계 4

5 사출성형의특성 (3) 1) 가소화 펠릿 (Pellet) 이나분말상태로된플라스틱원료는중력에의해서호퍼를통하여회전하고있는스크류의후부날개부분으로이송되고, 스크류가회전하면서후퇴하는동안실린더의선단부분으로이송원료가실린더의선단부분으로이송되는동안딱딱한상태의원료는실린더를에워싸고있는밴드히터로부터전도된열과원료에작용되는전단력에의해서발생되 는마찰열에의해글라스전이온도 (Glass Transition Temperature : Tg) 이상으로되면서연화된후용융상태로상이바뀌게되는것 ( 可塑化, plasticization, 재료에소성을부여하여유동하기쉽게하는것 ) 펠릿 (Pellet) 5

6 사출성형의특성 (4) 2) 충진 사출은크게는충진단계와보압단계로나뉜다. 스크류의후부부분에부착된유압실린더의힘으로스크류가앞으로전진이때실린더의선단부분에있는용융된원료는금형의캐비티내부로신속히흘러들어가캐비티를충진시키게된다. 6

7 사출성형의특성 (5) 3) 보압 용융원료로금형이충진되면서, 금형내부의압력은급격히증가되고성형된제품은표면부터냉각되기시작, 냉각이되면서수축이발생하고, 수축으로줄어든체적을보상하기위해서스크류가앞으로더전진, 사출압력이유지되는동안게이트가굳어질때까지용융원료는캐비티내로흘러들어가게된다. 이것을패킹이라하며가해지는힘을보압이라함 가소화단계 1 차가압, 충진단계 2 차보압단계 7

8 사출성형의특성 (6) 4) 냉각 - 성형이완료된후고온의수지를냉각시키기위해냉각매체 ( 물, Oil) 를공급하는과정 - 보압이끝난후게이트가응고하게되고스크류가후진하기시작함, 더이상의열량공급이없으며, 수지의열이금형을통하여냉각채널내냉각수로전달되어수지가냉각됨 - 생산성향상을위한냉각효과및제품의균일한온도분포유지의 2가지측면고려 -실제성형시제품의온도가완전히균일해질때까지기다리지않음 ( 제품이냉각되어자중에의하여굽힘변형이발생하지않을정도의강성을갖게되면캐비티에서취출함 ) 냉각매체, 냉각단계 8

9 사출성형의특성 (7) 5) 이형 성형된제품이변형온도이하로충분히냉각된뒤금형이열리면서제품이금형으로부터빠져나오게되는것 성형품이형단계 9

10 사출성형의특성 (8) 6) 재공급 ( 계량 ) 금형이열려있는동안 ( 이형전부터진행됨 ) 스크류가회전하며뒤로후진하는데이때성형재료 (Pellet) 가호퍼로부터가열실린더로공급되는것을계량이라하며, 이형후금형이닫히며금형조임 (Mould Clamping) 에들어가게되면앞공정을계속반복하는것이사출공정이다. 재료의방향 스크류의방향 재료의재공급단계 10

11 사출성형의특성 (9) 1 공정시금형내압력변화 11

12 사출성형의특성 (10) 사출공정위치별압력변화 12

13 사출성형의특성 (11) 열가소성수지와열경화성수지의사출성형의주요차이점 1) 온도제어 : 열경화성수지는사전경화를방지하기위해가열실린더가이중구조 ( 자켓구조 ) 밴드히터 가열매체 ( 물혹은Oil) 2) 스크류형태 : 열가소성 > 압축비적용, 열경화성 > 동일형상 13

14 사출성형의특성 (12) 열경화성수지의사출성형금형요점 1) 스프루, 런너및게이트를열가소성수지용금형보다더굵게설계한다 ( 낮은온도유동성 ). 2) 게이트위치선정 3) 충분한에어벤트 4) 플래쉬 (Flash) 제거가용이한금형표면상태 5) 금형면부식방지처리 6) 금형의균일한가열 ( 열가소성의균일한냉각과유사 ) 14

15 사출성형의특성 (13) 사출성형의주요공정변수 1온도관련공정변수 : 스크류 / 실린더온도, 수지온도, 금형온도, 건조온도, 유압온도, 주변온도 2압력관련공정변수 : 충진압력, 보압, 배압 ( 계량시발생하는압 ), 이형압력, 형개압력, 형체압력 3시간관련공정변수 : 충진시간, 보압시간, 냉각시간, 건조시간 4속도관련공정변수 : 사출속도, 회전 ( 스크류 ) 속도, 형개속도, 이형 ( 이젝팅 ) 속도 5 양관련공정변수 : 계량, 이형량, 쿠션량 15

16 사출성형용수지특성 (1) 사출성형용수지의종류 가. 열가소성수지 (1) 결정성수지 1) 폴리에틸렌 (Polyethylene : PE) PE( 폴리에틸렌 ) 은결정성의대표적인범용플라스틱의하나이다. 균형맞춘기계적물성, 우수한성형성을나타내, 폭넓은분야에서사용되고있다. 유백색불투명또는반투명납상태이며, 고밀도폴리에틸렌 (HDPE) 과저밀도폴리에틸렌 (LDPE) 으로크게구분된다. 1제법의종류 : 고압법, 중압법, 저압법, 기상법 2특성 : 결정화, 인장강도, 연신율 3용도 : 전선피복, 고주파부품 ( 절연재 ), 용기, 식기, 주방용품, 완구, 화장품병, 파이프, 포장재, 방충망, 어망, 샤워커튼, 끈등 4금형설계시유의사항 : 수축율이커서변형이심하므로냉각회로설계철저 16

사출성형용수지특성 (2) 2) 폴리프로필렌 (Polypropylene : PP) PP( 폴리프로필렌 ) 은결정성의대표적인범용플라스틱이다. 비중이 0.9로범용플라스틱중에서도가장가볍고, 내약품성, 내가수분해성, 전기적특성에도뛰어나응용범위가넓은플라스틱으로폭넓은분야에서사용되고있다.

17 사출성형용수지특성 (2) 2) 폴리프로필렌 (Polypropylene : PP) PP( 폴리프로필렌 ) 은결정성의대표적인범용플라스틱이다. 비중이 0.9로범용플라스틱중에서도가장가볍고, 내약품성, 내가수분해성, 전기적특성에도뛰어나응용범위가넓은플라스틱으로폭넓은분야에서사용되고있다. 최근에는다이옥신발생으로문제가되고있는 PVC( 폴리염화비닐 ) 의대체재료로도자주사용된다. 1특성 : PE와유사하나투명성과표면광택이더좋고수축률이작다. 2용도 : 식기, 목욕용품, 가정용품, 완구, 공업용품, 맥주상자, 커튼, 어망, 이불솜, 식품포장용투명필름, 일체형힌지기능을가진각종제품 ( 반찬그릇 ) 등 3 금형설계시유의사항 : 일체형힌지를성형할경우게이트위치주의, 재료흐름이힌지와직각이되도록 17

18 사출성형용수지특성 (3) 3) 폴리아미드 (Polyamide : PA = Nylon) PA6( 폴리아미드6= 나일론6) 는결정성엔지니어링플라스틱이다. 강인한재료로마찰계수가작으면서도내마모성으로자기윤활성에뛰어나다. 내유성, 내약품성도좋아기계재료에최적인재료이지만흡습성이높아설계상한번은더생각해봐야만하는문제점도있다. PA6-6( 폴리아미드66= 나일론66) 는결정성엔지니어링플라스틱이다. 강인한재료로마찰계수가작으면서도내마모성으로자기윤활성에뛰어나다. 내유성, 내약품성도좋아기계재료에최적인재료이지만흡습성이높아설계상한번은더생각해봐야만하는문제점도있다. 1특성 : 결정화도 PA6은 20~25%, PA66은 30~50%, 결정화도가클수록강성의증가함, 습기에약함유리섬유강화 PA는극적인강성증가를보인다. 2용도 : 방직기부품 ( 기어, 캠등 ), 자동차부품 ( 기어, 연료탱크등 ), 일반기계품 ( 기어, 캠, 체인등 ), 전기통신부품 ( 스위치부품, 기어, 캠, 전지케이스등 ), 건재부품 ( 샤시부품, 롤러, 커튼부품 ), 운동용품 ( 헬멧등 ), 잡화부품 ( 매직잉크용기, 단추등 ), 치솔및붓의강모, 의료용섬유, 로프등 3 금형설계시유의사항 : 충분한열용량성형기가필요, 엄밀한온도조절필요, 용융점도가낮기때문에노즐에서새는것을방지하기위해역류방지성형기필요, 충분한건조, 치수정밀도우수한정밀금형필요 18

19 사출성형용수지특성 (4) 4) 폴리아세탈 (Polyacetal=Polyoxymethylene : POM) POM( 폴리아세탈 ) 은결정성엔지니어링플라스틱이다. 균형잡힌기계적성질을가지며우수한내피로성, 내크리프성, 마찰마모특성, 내약품성을갖춘데에서금속의대체재료로서전기 자동차 각종기계 건축재료등의분야에넓게사용된다. 1특성 : 비중이 1.41~1.43으로매우큼, 강성 ( 인장강도, 굽힘강도, 압축강도 ) 큼, 상온에서모든유기용제에녹지않음, 자외선에약함. 2용도 : 전기, 전자기계부품, 자동차부품, 건축자재, 일반기계및전기기계부품등 3 금형설계시유의사항 : 수축율 (1.5~3.5%) 이매우큼, 과열시냄새가심하게남, 유동성이떨어지므로런너는짧게설계하고게이트도너무작게하지말것, 온도관리에주의, 가스가잘배출되는금형구조설계필요 19

20 사출성형용수지특성 (5) 5) 불소수지 (Fluorocarbon Resin) 1특성 : 내열성이뛰어남, 흡수율과투습성이 0에가까움, 자외선에안정 ( 내후성 ), 내약품성, 비쌈 2용도 : 화학용기구, 부식방지라이닝, 3 금ester형설계시유의사항 : 굵고짧은런너와게이트, 고압사출성형기필요 6) 포화폴리에스테르 (Saturated Polyester) > PET or PBT 1특성 : 표면평활성이풍부, 광택이있는외관, 뛰어난치수안정성, 2용도 : 전기, 전자부품 ( 커넥터, 플러그, 소켓, 스위치, IC캐리어, 반도체케이스, 헤드폰등 ), 기계부품, 자동차부품, 용기류 ( 폴리에틸렌테레프탈레이트 :PET-Polyethylene Terephthalate 화장품, 세제, 샴푸, 맥주, 간장, 탄산음료용기 ), 의료기구, 필름, 테이프류 3 금형설계시유의사항 : 충분한예비건조필요 20

21 사출성형용수지특성 (6) (2) 비결정성수지 1) 폴리스티렌 (Polystyrene : PS) 1특성 : 내광성이약함 ( 황화현상 ), PS 자체로는강성이매우약하나연신하면강도가센필름소재가됨항산화제를배합한내광성폴리스티렌은조명제품에사용함유리섬유배합한폴리스티렌은강성증가및치수안정성높은성형재료가됨발포성폴리스티렌은방음방열제로냉동공업및건축재료로널리사용됨 2용도 : TV, 냉장고, 에어컨, 유산균음료, 주방용품, 컵, * 발포체 : 평판형 냉동창고, 선박, 일반건물벽, 지붕등의단열재시트형 생선상자, 과일, 정밀기기의포장완충재 3금형설계시유의사항 : 수축율 0.4~0.7% 로치수정도가뛰어남, 용융온도범위가넓어취급이용이얇은성형품가능, 이젝팅시균열유의, 언더컷금형은피함 21

22 사출성형용수지특성 (7) 2) AS 수지 (Acrylonitrile Styrene : AS) 1특성 : 폴리스티렌의특성 ( 투명성 ) 에강성이현저히증가함, 예비건조필요 2용도 : 선풍기날개, 자동차부품, 문방구 ( 만년필, 볼펜의축 ), 치솔의자루등 3금형설계시유의사항 : 수축율 0.3~0.5% 로치수정도가뛰어남, 이젝팅시균열유의, 언더컷금형은피함 3) ABS 수지 (Acrylonitrile Butadiene Styrene : ABS) 1제법의종류 : 블렌드법, 그래프트법, 그래프트블렌드법 2특성 : 스티렌의광택, 전기적성질, 성형성아크릴로니트릴의내열성, 강성, 내유성, 내후성부타디엔의내충격성이결합됨 ( 함유량에따라조절가능 ) 플라스틱중에서가장도금하기쉬움, 다른재질의보강재로사용가능, 내후성및투명도는약함 3용도 : 전기기구, 차량용, 일반기기, 잡화, 다른수지의재질보강제 4금형설계시유의사항 : 수축율 0.4~0.8% 정도, 유동성이떨어지므로런너굵고짧게설계, 고압사출시큰빼기구배, Weld line에대한 Gate 위치선정주의 22

23 사출성형용수지특성 (8) 4) 아크릴 (Polymethyl Methacrylate : PMMA) 1제법의종류 : 괴상중합, 용액중합, 현탁중합, 유화중합 2특성 : 가시광선투과율이높아투명서이가장뛰어남, 비중은유리의 50%, 내충격강도는유리의 10배이상내후성이좋음, 판재의절단, 천공, 굽힘가공이용이, 색주에자유로움 3용도 : 간판, 디스플레이, 건축, 조명, 광학렌즈, 일용잡화등 4금형설계시유의사항 : 수축율 0.1~0.4% 정도, 흡습성으로충분한예비건조필요유동성이나빠충전부족, Flow Mark, Sink Mark 발생등으로고압사출필요특히광학적용도의성형품은다른재료와섞이는등에주의를요함빼기구배, 유로설계, 수지온도, 금형온도 5) 폴리카보네이트 (Polycarbonate : PC) 1제법의종류 : 포스겐법 ( 용제법 ), 에스테르교환법 ( 용융법 ) 2특성 : 내충격성가장뛰어남, 내열성우수, 전기적성질양호, 내후성은양호 ( 표면에서만열화함 ) 3용도 : 전자전기부품, 기계부품, 필름, 시트류, 잡화류 4금형설계시유의사항 : 수축율 0.5~0.7% 정도, 장시간에걸친치수변화도가적음유동성이나빠충전부족, Flow Mark, Sink Mark 발생등으로고압사출필요 23

24 사출성형용수지특성 (9) 6) 폴리염화비닐 (Polyvinyl Chloride : PVC) 1제법의종류 : 현탁중합, 유화중합, 용액중합 2특성 : 내수성, 내산성, 내알칼리성, 무독성, 난연성, 전기절연성좋음, 가소제를첨가하면사출성이좋아짐 ( 연질 PVC) 3용도 : 경질 PVC 평판, 시트, 파이프, 완구, 병, 컵등연질 PVC 필름, 시트, 레저, 전선피복, 장화, 구두창등 4금형설계시유의사항 : 수축율경질 PVC 0.1~0.5% 정도, 연질 PVC 1.0~5.0% 수지온도관리유의 ( 성형온도가분해온도에근접 ), 유동저항적은유로설계필요 24

25 사출성형용수지특성 (10) 가. 열경화성수지 1) 페놀수지 (Phenol Formaldehyde : PF) 페놀수지는 1909년에 L.H.Baekland( 미 ) 에의해발명된역사적으로가장오래된플라스틱이다. 내열내구성이양호하며, 전기절연성에뛰어나다. 1특성 : 고온에서강성을유지내크리프성이우수, 공기에장시간노출시변색, 내충격성은약함산에는강하나알칼리에는약함, 페놀수지발포체는내연성이뛰어남 건축항공기용단열재 2용도 : Insert 성형의용이성과전기적특성이좋아전기통신분야절연재료, 자동차부품, 냄비뚜껑손잡이, 인쇄회로 (PCB: Printed Circuit Board) 기판, 항공기보강재, 당구공, 각종구조재 2) 멜라민수지 (Melamine Formaldehyde : MF) 멜라민수지는착색자유로표면경도가높고, 내수성이뛰어나식기에이용되고있다. 또한, 내트래킹성 내염성 내열성에도우수해고도의전기안전성을필요로하는스위치하우징등에사용되고있다. 25

26 사출성형용수지특성 (11) 3) 불포화폴리에스테르 (Unsaturated Polyester : UP) 불포화폴레에스테르수지는상온에서투명한경화물을얻을수있어, 도료 주형 버튼제조에이용되고있다. 단독으로는딱딱하고약하지만, 유리섬유등의보강재와결합해유리섬유강화플라스틱 (FRP) 으로파판 보드 욕조 정화조 자동차부품 전기부품 헬멧에서마네킹이나각종스포츠용품에이르기까지폭넓게사용되고있다. 4) 에폭시수지 (Epoxy Resin : EP) 에폭시수지란 1개의분자중에 2개이상의에폭시기반을가지는화합물을말한다. 경화제나충전제를조합해상온또는가열하는것으로다양한특성을가지는경화수지를얻을수있다. 주요용도는도료나접착제이외에항공기의구조재나반도체봉지수지등일상재료에서선단재료까지폭넓게사용되고있다 26

27 사출성형용수지특성 (12) 5) 요소수지 (Urea Formaldehyde : UF) 압축성형및트랜스퍼성형을하고, 성형품은단단하고, 내용제성, 내약품성이양호하다. 선명한색상을만들수있어, 화장품용기, 단추, 마작패, 버스손잡이등에쓰인다. 뛰어난내아크성으로스위치류난조명기구갓등의전기부품에사용된다. 접착제로사용될시목공용으로적합하다. 6) 폴리우레탄 (Polyurethane : PUR) 탄성, 인장강도가크고내마모성이뛰어나다. 산과알칼리에약하다. - 연질발포체 : 쿠션재-매트, 차량및가구의시트, 융단깔개재료, 포장재료, 흡음재, 에어필터등 - 경질발포체 : 단열재, 구조재-건축재료, 냉장고단열재, 파이프단열피복등 - 탄성체 : 구두창, 리드타이어, 롤, 벨트, 스노우모빌의부품, 패킹등 -도료 - 접착제 - 합성피혁 : 구두재료, 가방재료, 의류등 - 스판덱스 : 수영복, 스키바지, 양말등 27

28 사출성형용수지특성 (13) 28

29 사출성형의장단점 장점 1) 생산성 2) 큰부피성형가능 3) 자동화 4) 성형품마무리작업간단 5) 자유로운형상 6) 다른재료 Insert성형가능 7) 보강재혼합가능 단점 1) 높은금형비용 2) 사출성형기등부대비용이높음 3) 성형품의품질결정이늦음 4) 성형과정지식이꼭필요 5) 사출성형과정제어가어려움 ( 성형해석 [CAE] 으로제어기능향상됨 ) 29

30 Report 없음. * Remark : 반드시 Report 는손으로직접써서제출할것 30

31 참조출처 내용참조 1 : 사출성형금형설계, 김재원외 2인, 선학출판사 내용참조 2 : 사출성형해석개론, David Lee 외 1인, Moldflow Plastics Advisers 내용참조 3 : 사출금형설계, 조선대학교윤천한박사수업자료 내용참조 4 : 사출성형의이해, 인하공업전문대학교정태성교수수업자료 내용참조 1 : 사출성형해석개론, David Lee 외 1인, Moldflow Plastics Advisers 삽화출처 2 : 사출금형설계, 조선대학교윤천한박사수업자료 삽화출처 3 : 사출성형의이해, 인하공업전문대학교정태성교수수업자료 삽화출처 4 : 삽화출처기타 : 다음검색 31

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<4D F736F F F696E74202D204C F30365FBBE7C3E2B1DDC7FCC0C720B1B8C1B6BFCD20B1E2B4C9> Lecture 06 사출금형의구조와기능 2018 노명재 1 본강의목표 1. 사출금형의기본구조와명칭을배운다.(1강리뷰 ) 2. 사출금형의각부위기능을알아본다.(1강리뷰 ) 3. 사출금형의종류를알아본다.(1강리뷰 ) 4. CAD, CAE, CAM에대해알아본다. 5. 실제업체사출금형부품카다로그를보면서금형구조와기능을이해한다. 2 학습순서 1. 사출금형의구조 2. 사출금형의각부위기능