[논문]성형조건과 수지의 종류에 따른 사출 성형품의 성형 수축

모정혁; 정완진; 류민영

성형조건과 수지의 종류에 따른 사출 성형품의 성형 수축
Shrinkage in Injection Molded Part for Operational Conditions and Resins 원문보기

엘라스토머 = Elastomer, v.38 no.4, 2003년, pp.295 - 302

모정혁 (서울산업대학교 대학원) , 정완진 (서울산업대학교 금형설계학과 정밀기계기술연구소) , 류민영 (서울산업대학교 금형설계학과 정밀기계기술연구소)

초록
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사출성형에서 성형품의 수축현상은 사출온도, 사출압력, 금형온도와 같은 성형공정에 따라 다르게 나타나며 게이트의 크기 등과 같은 금형설계에 따라서도 다르게 나타난다. 또한 수지의 결정화 유무에 따라 다르게 나타나고 있다. 본 연구에서는 여러가지 공정변수와 수지 특성에 따른 성형 수축률을 결정성수지인 poly(butylene terephthalate) (PBT)와 비결정성 수지인 polycarbonate (PC), poly(methyl methacrylate) (PMMA)를 사용하여 연구하였다. 결정성 수지가 비결정성 수지에 비해 약 3배 정도의 큰 수축률을 보였다. 사출 성형품의 성형 수축은 사출온도와 금형온도가 높을수록 그리고 사출압력이 작을수록 수축률은 커지는 경향을 보였다. 게이트의 크기가 커질수록 캐비티내의 압력전달이 원활하여 성형수축률은 작아 졌다. 또한 수지의 흐름방향과 흐름직각방향의 수축률 실험에서는 흐름방향의 수축이 더 작은 경향을 보였다. 게이트와의 거리에 따른 성형수축률은 게이트에서 가까운쪽의 수축이 먼쪽보다 더 큰 수축을 보였는데 이 현상은 잔류응력의 차이로 인하여 나타난 현상으로 해석된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The amount of shrinkage of injection molded parts is different from operational conditions of injection molding such as injection temperature, injection pressure and mold temperature, and mold design such as gate size. It also varies depending on the presence of crystalline structure in resins. In this study, part shrinkage was investigated for various operational conditions and resins. Poly(butylene terephthalate) (PBT) for crystalline polymer, and polycarbonate (PC) and poly(methyl methacrylate) (PMMA) for amorphous polymers were used. Crystall me polymer showed higher part shrinkage by about three times than that of amorphous polymers. Part shrinkage increased as melt and molt temperatures increased, and injection pressure decreased. Part shrinkage decreased as gate size increased since the pressure delivery is mush easier for larger gate sizes. Part shrinkage at the position close to the gate was larger than that or the position far from gate. This phenomenon might be occur by difference of residual stress.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

5 mm 이고 폭을 4 mm 와 6 mm로 각각 변화를 주워 게이트 크기에 따른 성형 수축률을 비교해 보고자 하였고, Disk 시편은 수지의 흐름방향과 흐름 직각 방향에 대한 수죽률을 비교해 보고자 하였다. 또한 Hole이 있는 시편은 Gate의 거리에 따른 성형 수축률을 비교해 보고자 하였다.
본 연구는 사출성형에서 공정변수와 수지에 따른 성형수축률에 대해서 알아 보았다. 사출 온도에 따른 성형 수축률은 본 연구의 실험온도 범위에서 온도가 높을수록 성형수출률이 증가하였다.
성형수축 측정을 위한 시편은 ASTM 시편과 자체 설계한 모양의 시편에 대해서 사출 실험하여 측정 하였다. 본 연구를 통하여 정량적으로 분석한 성형수축에 관한 결과는 정밀한 제품을 사출 성형하는 금형의 설계와 사출 성형기의 운전조건의 설정에 대해 가이드라인을 제시해줄 수 있다.
본 연구에서는 결정성 수지인 poly(butylene tere phthalate) (PBT)와 비결정성 수지인 polycarbonate (PC) 그리고 poly(methyl methacrylate) (PMMA)에대해서 사출온도 금형온도, 사출압력 그리고 게이트 크기에 따라 다양하게 나타나는 성형수축에 대해서 조사 하였다. 성형수축 측정을 위한 시편은 ASTM 시편과 자체 설계한 모양의 시편에 대해서 사출 실험하여 측정 하였다.

가설 설정

고분자 수지는 압축성 재료이기 때문이다. PC의 경우 (Figure 5(a)) 작은 사출압 영역에서 압력에 따른 수축률의 변화가 적으나 PBT의 경우는 (Figure 5(b)) 높은 사출압 영역에도 압력에 따른 수축률이 크게 차이를 보이고 있다.

제안 방법

Bar 시편에서 Gate는 두께가 1.5 mm 이고 폭을 4 mm 와 6 mm로 각각 변화를 주워 게이트 크기에 따른 성형 수축률을 비교해 보고자 하였고, Disk 시편은 수지의 흐름방향과 흐름 직각 방향에 대한 수죽률을 비교해 보고자 하였다. 또한 Hole이 있는 시편은 Gate의 거리에 따른 성형 수축률을 비교해 보고자 하였다.
최대사출용량은 10 oz이다. 각 수지별로 적합한 사출온도를 세가지씩 설정하여 사출온도에따른 성형수축을 측정하였다. 이때 사출온도는 사출시 노즐의 온도를 의미하며 수지온도와 같다.
따른 수축률을 보여주고 있다. 게이트의 크기를 변화 시키기 위하여 1.5 mm의 동일한 게이트 두께에 폭은 4 mm 와 6 mm 로 변화를 주었다. PC와 PBT 모두 게이트 크기가 4 mm보다 6 mm에서 보다 적은 성형 수축을 보이고 있다.
최대 사출압력은 사출성형기 노즐의 압력이다. 그리고 금형 온도 조절기 (대한전기공업 DHM-30)를 사용하여 금형의 온도를 40, 60, 80℃로 설정하여 금형 온도에 따른 성형수축을 측정하였다. 각 수지에 따른 여러 가지 성형 조건을 Table 1에 정리 하였다.
이때 사출온도는 사출시 노즐의 온도를 의미하며 수지온도와 같다. 또한 사출기의 최대 사출압력 (1550 kgf/cnf)에 각각 30, 45, 55, 60, 65 %에 해당하는 압력으로 사출하여 사출압력에 따른 성형수축을 측정하였다. 최대 사출압력은 사출성형기 노즐의 압력이다.
조사 하였다. 성형수축 측정을 위한 시편은 ASTM 시편과 자체 설계한 모양의 시편에 대해서 사출 실험하여 측정 하였다. 본 연구를 통하여 정량적으로 분석한 성형수축에 관한 결과는 정밀한 제품을 사출 성형하는 금형의 설계와 사출 성형기의 운전조건의 설정에 대해 가이드라인을 제시해줄 수 있다.
시편을 성형하기 위한 금형은 하나의 몰드 베이스에 시편 형상이 바뀜에 따라 Cavity를 교체식으로 삽입할 수 있는 형식, 일명 카세트 금형으로 금형을 설계하여 제작하였다. Figure 2에 카세트 금형의 구성을 보여주고 있다.
따라서 일반적으로 결정성 수지가 비결정성 수지에 비해 사출공정에서 체적의 변화가 크다. 이렇게 차이가 있는 현상을 관찰하기 위해 본 연구에서는 결정성 수지와 비결정성 수지를 사용하였다. 결정성 수지로는 PBT, 비결정성 수지로는 PC와 PMMA 를 사용하였다.

대상 데이터

Figure 1에 나타나 있는 것처럼 다양한 시편을 사용하였다. ASTM D 955에 명시되 있는 Bar 모양의 길이, 넓이, 두께가 각각 127 mm x 12.7 mm x 3.2 mm (5 in x 1/2 in x 1/8 in)의 표준 시편 (이하 Bar 시편)과 Disk 모양의 지름 102 mm (4 in) 두께 3.2 mm (1/8 in)인 표준 시편 (이하 Disk 시편), 그리고 자체 설계한 시편으로 폭 90 mm, 길이 126 mm, 두께 3.2 mm 의 판 모양에 지름 30 mm인 Hole이 두개 있는 시편(이하 Hole 시편)을 이용하여 실험 하였다.
결정성 수지로는 PBT, 비결정성 수지로는 PC와 PMMA 를 사용하였다. PC와 PBT는 삼양사의 TRIREX 3017PJ 와 TRIBIT 1700S 를 각각 사용하였으며, PMMA는 LG의 IG840을 사용하였다. 본 연구에서 사용한 수지는 모두 사출성형용 등급이다.
이렇게 차이가 있는 현상을 관찰하기 위해 본 연구에서는 결정성 수지와 비결정성 수지를 사용하였다. 결정성 수지로는 PBT, 비결정성 수지로는 PC와 PMMA 를 사용하였다. PC와 PBT는 삼양사의 TRIREX 3017PJ 와 TRIBIT 1700S 를 각각 사용하였으며, PMMA는 LG의 IG840을 사용하였다.
사출 성형된 제품에서 성형 수축률을 알아보기 위해 Figure 1에 나타나 있는 것처럼 다양한 시편을 사용하였다. ASTM D 955에 명시되 있는 Bar 모양의 길이, 넓이, 두께가 각각 127 mm x 12.
사출성형을 수행하기 위해 LG 사출성형기 (IDE 140 ENII)를 사용하였으며 사출기의 형체력은 140 ton이고 최대사출용량은 10 oz이다. 각 수지별로 적합한 사출온도를 세가지씩 설정하여 사출온도에따른 성형수축을 측정하였다.

성능/효과

5 mm X 4 mm로 동일한 현상이다. PC의 경우 (Figure 3(a)) 사출온도가 260 ℃에서 300 ℃로 높아짐에 따라 수축률도 증가함을 알수 있다. 이는 사출온도가 높을수록 열팽창이 커졌다가 냉각 고화되기 때문에 많은 수축을 일으키게 된다.
결정성 수지인 PBT, 비결정성 수지인 PC와 PMMA의 실험 결과를 통해서 결정성 수지인 PBT가 비결정성 수지인 PC와 PMMA 보다 수출률이 약 3배 가량 더 크며 수축의 경향은 유사함을 알 수 있다. 또한 결정성 수지인 PBT의 경우 금형 온도가 올라가면 성형수축률이 커짐을 알 수 있는데 이는 결정화도가 증가하여 더 많은 수축을 유발한 것이라 판단된다.
금형 내 용융수지의 흐름방향과 흐름 직각 방향에 따른 성형수축은 흐름직각방향의 성형수축이 더 큰 것으로 나타났다. 결정성 수지인 PBT는 비결정성 수지인 PC와 PMMA에 비해 성형수축이 약 3배 정도 크게 나타났다.
게이트 단면적이 커질수록 성형수축이 감소하는데 이 역시 게이트 단면적이 클수록 캐비티 내의 압력전달이 원활하여 패킹의 증가로 나타나는 결과이다. 금형 내 용융수지의 흐름방향과 흐름 직각 방향에 따른 성형수축은 흐름직각방향의 성형수축이 더 큰 것으로 나타났다. 결정성 수지인 PBT는 비결정성 수지인 PC와 PMMA에 비해 성형수축이 약 3배 정도 크게 나타났다.
본 연구를 통해서 수지마다 그리고 공정 변수마다 다른 성형수축을 보이는 것을 알 수 있었으며 연구의 결과는 정밀한 제품의 사출성형에 필요한 금형의 설계에 가이드 라인을 제공해 줄 수 있다.
사출 온도에 따른 성형 수축률은 본 연구의 실험온도 범위에서 온도가 높을수록 성형수출률이 증가하였다. 사출압력에 따른 성형수축률은 사출압력이 증가하면 수지의 패킹(Packing)이 원활하여 적은 수축량을 보이고 있다.

참고문헌 (13)

F. W. Billmeyer, Jr., ‘Textbook of Polymer Science’, John Wiley & Sons, NY, 1984
S. Han and K. K. Wang, ‘Shrinkage Prediction for Slowly-Crystallizing Theromplastic Polymer in Injec-tion MOulding‘, Intern. Polymer Processing, 12, 228 (1997)
R. Pantani and G. Titimanlio, 'Analysis of Shrinkage Development of Injection Moulded PS Samples', Intern. Polymer Processing, 16, 183 (1999)
R. Pantani, J. M. B. Jansen and G. Titomanlio, 'In-Moulded Shrinkage Measurements of PS Samples with Strain Gages', Intern. Polymer Processing, 12, 396 (1997)
M. Fujiyama and T. Wakino, 'Molecular Orientation in Injection-Molded Polypropylene Copolymers with Ethylene', Intern. Polymer Processing, 7, 159 (1992)
N. Prabhu, J. Schultz and S. G. Advani, 'Role of Coupling Microscopic and Macroscopic Phenomena During the Semicrystalline Polymers', Polymer engi-neering and Science, 41, 1871 (2001)

상세보기
R. Wimberger-Friedl, 'Molecular Orientation in Polycarbonate Induced by Cooling Stresses,' Intern. Polymer Processing, 6, 373 (1996)
N. Shah, S. McCarthy and D. Colford, 'Shrinkage and Filling Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE)', ANTEC, 1599 (1993)
H. Yaguchi, H. Hojo, D. G. Lee and E. G. Kim, 'Measurement of Planar Orientation of Fibers for Reinforced Thermoplastics Using Image Processing', Intern. Polymer Processing, 10 262 (1995)
K. M. B. Jansen, D. 1. van Dijk and E. V. Burgers, 'Experimental Validation of Shrinkage Predictions for Injection Molded Products', Intern. Polymer Pro-cessing, 8, 99 (1998)
D. H. Morton-Jones, 'Polymer Processing', Chapman and Hall, NY, 1989
Irvin I. Rubin, 'Injection Molding, Theory and Practice', John Wiley & Sons, NY, 1972
김현진, 김정화, 김화영, 모정혁, 류민영, 한국고분자학회, 추계학술대회연구논문초록집, 27(2). 284 (2002)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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