압축성형가이드
목차 소개 2 경쟁이치열해지는오늘날고객은첨단원료공급업체가단순한물건공급이상의것을제공해주기를기대합니다. 적절한제품선택, 최적의가공조건과함께제품설계까지고려된고기능성폴리머의제공은가장저렴한부품비용으로제품의적용가치를극대화하고, 높은생산성을이루도록합니다. 제품의설계및원료선택과함께공정최적화는고객의제품품질과생산성을더욱증대시키는데중요한요소입니다. 장비및금형요건 2 압축성형 7 단계공정 2 부품특성 3 문제해결 5 빅트렉스폴리머솔루션즈는 30년이상의경험을바탕으로고객들이폴리아릴에테르케톤 (Polyaryletherketones, PAEK) 폴리머제품들을최대한활용할수있도록도와줄수있는유일한업체입니다. 광범위한온도와극한환경에서우수한성능을제공하는다양한빅트렉스 PEEK 폴리머제품을선보이고있습니다. 그리고각제품은표준장비로쉽게가공할수있습니다. 빅트렉스폴리머솔루션즈는고객들에게폴리아릴에테르케톤을위한설계, 소재선정, 공정지원을아우르는뛰어난기술력을제공합니다. 이러한노력의일환으로, 이가이드를통해고객들이압출공정조건을최적화하는데도움을주고자합니다. 그리고전세계빅트렉스기술팀은고객의시제품개발과적용상품개발, 설계및시뮬레이션을도울뿐아니라빅트렉스제품으로금속을대체해사용할수있도록지원하고있습니다. 빅트렉스는기술센터를계속늘려, 빅트렉스 PEEK 폴리머전제품을시험할수있도록지원하는가공장비를갖추고실제가공훈련과다양한소재분석및특성파악서비스를제공하고있습니다. 그리고특정응용프로그램에맞춘데이터를작성하고, 계속늘어나는광범위한제품및응용제품을토대로데이터세트를개발하고있습니다. 또한지식을넓히고고객들을위한더욱창조적인솔루션을개발하는데도움을받기위해학계와협력하여많은업계주도의연구프로젝트에참여하고있습니다.
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
소개 압축성형공정은소량생산이나대형부품, 예를들면석유제품과가스제품을위한지름이큰씰링또는프로젝트초기단계에조형부품의기계가공을위한형상을생산할때아직도매우유용하고비용효과적인전통적기법입니다. 사출성형과비교했을때압축성형은다음과같은장점이있습니다. 장비와금형에대한설비투자비용이적음 크고두꺼운부품 ( 사출성형은최대 15~20mm 두께까지가능 ) 을성형할수있음압축성형의가장중요한단점은생산성이낮다는점입니다. 빅트렉스 PEEK 폴리머, 빅트렉스 HT 폴리머, 빅트렉스 ST 폴리머와같은열가소성소재의경우, 운전시간이보통몇시간이상걸립니다. 장비및금형요건 유압프레스는무기포성형을위해충분한압력을가할수있어야합니다. 충진단계에서는금형부내에보통 350바의압력이필요합니다. 유압프레스는 PEEK 또는 HT의경우최대 400 까지, ST는최대 450 까지금형에열을가할수있는열판두개가있어야합니다. 성형하는동안냉점이없도록금형주변에독립적으로제어되는히터밴드를설치하는것이좋습니다. 긴금형일경우특히더사용을권고합니다. 보통이러한금형은완성된성형물보다두배이상길기때문에프레스가금형을가능하게할만큼데이라이트 ( 형판사이의간격 ) 가충분하도록해야합니다. 금형은로크웰경도가 50HRc 이상인내열성및내부식성금속 ( 예, H13) 으로생산되고최대 400 ( 또는 ST의경우 450 ) 까지많은가열 / 냉각작업후에도특성이유지되어야합니다. 금형을설계할때는강철이균열발생의위험없이가공시적용되는고압을충분히견딜수있을만큼두껍게만들도록주의를기울여야합니다. 대부분의압축성형물은벽이두꺼워냉각시에고압이유지되어야합니다. 오랜시간동안용융온도에서고압을유지하려면, 움직이는부품사이로용융물이과도하게흐르지않도록공차를엄격히해봉인하고가동하는것이좋습니다. 씰링과움직이는부품사이의유격은 50μm미만이어야합니다. 압축성형 7 단계공정 1. 모든부품을철저히세척하고금형을조립합니다. 내부표면을깨끗이닦아성형물에흑점이생기지않게해야합니다. 미세분말형태의빅트렉스소재는성형전에건조시켜야합니다. PEEK 450PF와 HT P45PF는 150 에서 3시간동안건조시키고, ST P45PF는 180 에서 3시간동안건조시켜야합니다. 건조및공정의모든단계에서빅트렉스소재는깨끗하게유지되어야하고오염되지않게해야합니다. 2. 표면과접촉한모든용융물은금형이형제로코팅하고건조시킵니다. 3. 금형에원료를채우고충진합니다. 부품생산에필요한분말의양은대략다음과같을수있습니다. 분말중량 = 부품부피 x 밀도 x 102% 금형에분말을채우고상단에씰링을놓고고압을가해 (350바공동압력 ) 분말을충진합니다. 분말을더추가하고금형이필요한양의분말로채워질때까지다시충진합니다. 4. 형판과금형을위한히터를필요한온도로설정하고 ( 보통 PEEK 450PF 또는 P45PF는 400, ST P45PF는 420 ), 금형내압력은적게가하면서 ( 20바) 가능한빨리열을가합니다. 5. 시스템이설정온도에도달하면, 일정한온도와압력 ( 성형크기에따라다름 ) 을한동안유지시켜용융물이균일해지도록합니다. 6. 고압을가하고가열장치를끈후시스템이자연스럽게실온으로식게합니다. 7. 취출 : 금형을열어 PAEK 성형물을꺼냅니다. PEEK 450PF의일반적인압축성형압력과온도는그림 1과같고, 자세한사항은도구와부품설계에따라다를수있습니다. 그림 1: 시간대비 PEEK 450PF 의일반압축성형과정에압력과온도 Pressure 압력 / bar / bar 400 450 350 400 300 350 300 250 250 200 200 150 150 100 100 50 50 Temperature 온도 / / C 쉽게취출하기위해금형이형제사용을권고합니다. 이이형제는가공시에도달한최고온도이상에서도안정을유지해야합니다. 0 시간 Time // 분min P P (bar) [bar] T T ( ) [ C] 0 2
부품특성 압축성형공정은사출성형공정보다냉각이훨씬느리게진행됩니다. 그래서제품이사출성형물 (~20%~30%) 과비교해압축성형물 ( 35%) 에서더높은결정화도에이릅니다. 이는빅트렉스소재의기계적물성에영향을줍니다. 그림 2: 압축성형된 PEEK 450PF 부품과비교해사출성형된 PEEK 450G 부품의일반적인결정화도 37 36 35 Crystallinity 결정화도 / % / % 34 33 32 31 30 29 28 Injection 사출성형된 Moulded PEEK PEEK 450G 450G Compression 압축성형된 Moulded PEEK PEEK 450PF 450PF 깨끗하게세척한금형에정확한양의빅트렉스 PAEK 분말을조심스럽게채워야합니다. 압축성형된비보강 PEEK 폴리머를기계가공한샘플은사출성형된샘플보다강도와강성이더우수합니다. 마찬가지로인장특성도높습니다. 그림 3: 사출성형된부품과비교해압축성형된부품의일반적인굴곡특성 최고의부품성능을얻으려면미세분말형태의빅트렉스제품군을사용해야합니다. 압축성형공정에서전단력이부족하다는것은펠렛성형에적합하지않다는의미입니다. 그결과얻은부품은압축된펠렛사이에입자경계가생겨웰드라인과비슷하게기계적성능을낮출것입니다. 게다가금형에동일하게높은충전밀도를얻기더힘들어부품전반에기포가생길수있습니다. Flexural 굴곡강도 Strength / MPa / MPa 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 2 4 6 Strain 변형 / %/ % 8 10 12 Compression 압축성형된 450G moulded 450G Injection 사출성형된 moulded 450G 450G 굴곡시험을수행해압축성형부품의품질을모니터할수있습니다. 3
마찬가지로압축성형된섬유강화입상재료를사용할때, 전단력이부족하면다시펠렛사이에웰드라인형태의경계가생길것입니다. 그리고그기계적성능은보통비보강사출성형부품의기계적성능보다낮을것입니다. 게다가입자경계사이에부품의갈라짐이자주나타납니다. 강화된부품을성형하는바람직한방법은 PAEK 미세분말과가공섬유를혼합하는것입니다. 그동안의경험에의하면이기법으로우수한기계적물성을지닌부품을얻을수있었습니다. 그림 4처럼압축성형된섬유강화입상재료로만든샘플은굴곡강도와인성이같은제품군의사출성형된시험샘플보다매우낮습니다 ( 인장거동은비슷할것입니다 ). 그러나 PEEK 450PF와가공섬유의혼합분말로만든압축성형물의특성은압출한판재나봉제 (stock shape) 에서얻게되는특성과비슷하게크게향상되었습니다. 그림 4: 가공한섬유 / 분말혼합물의입상과비교한압축성형및사출성형된 450CA30 입상의굴곡특성 빅트렉스미세분말제품군을사용할때최고성능의부품을얻습니다. 120 Relative 상대적 Flexural 굴곡강도 Strength / % / % 100 80 60 40 20 0 Injection Moulded 사출성형된 Granules 입상 Compression Moulded Compression Moulded 압축성형된압축성형된 Granules Filler/Powder Blend 입상섬유 / 분말혼합물 분명, 강도는여전히사출성형한샘플보다낮습니다. 그이유는섬유배향효과때문입니다. 사출성형물은흐름방향으로섬유가잘정렬되어섬유 / 흐름방향으로우수한기계적물성을주는한편, 흐름반대방향으로의기계적물성은크게줄어듭니다. 압축성형물로기계가공한샘플은공정에서전단력이부족해더큰등방성을갖습니다. 향후사출성형품의시제품을만들때는압축성형을이용해가공된부품의물성과매우다르기때문에많은주의를기울여야합니다. 특히가공된섬유보강압축성형품의얇은부품은사출사출성형비교하여매우약해질수있습니다. 기계가공과같은 2 차공정은이전기도금링에서볼수있듯이압축성형된부품에수행할수있습니다. 4
문제해결 그동안가장일반적인가공문제는부정확한가공조건이나불충분한청결이원인이었습니다. 아래표에서는자주발생하는결함, 그원인, 교정권장사항에대해간략히설명하고있습니다. 결함 기포 분해 가능한원인 가능한원인 냉각시불충분한압력과도한플래싱너무빨리냉각전체냉각주기동안압력이유지되지않음표면에흑점가능한원인금형표면의오염대량흑점가능한원인분말의오염 압력을증가 금형실링을확인 냉각속도를낮춤 취출할때까지압력유지 금형을더철저히세척 ( 보푸라기없는천을이용 ) 건조오븐의청결상태와다른오염원가능성을확인 과도한온도온도설정을낮추고, 설정온도의정확성을확인 과도한유지시간 너무낮은가열시스템 금형내너무많은공기잔존 녹지않은분말 가능한원인 불충분한온도 불충분한유지시간 불균형한금형 공정을최적화 히터전력을높이거나가능한경우히터를추가할지고려 최초충전공정을조정 설정온도를높임 유지시간을높임 금형에냉점을확인 상당한변색과흑점 가능한원인 고온에서과도한유지시간 온도와시간을최소화하도록공정을수정 기술지원빅트렉스폴리머솔루션즈는폴리아릴에테르케톤 (Polyaryletherketones) 제품을생산하고다양한품질과기술로안정적인서비스를제공하고있습니다. 오늘날과같은경쟁적환경에서는첨단기술과가장심층적이고대응적인기술서비스를제공하는최고의공급업체와협력하는것이성공의열쇠입니다. 더많은정보나지원을원하는경우빅트렉스폴리머솔루션즈담당자에게문의하거나 www.victrex.com/kr을방문하십시오. 5
www.victrex.com 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) 2182-1200 팩스 : (02) 2182-1212 이메일 : krsales@victrex.com 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.