[논문]필름 인서트 사출성형 평판의 휨 변형에 관한 실험적 연구

유영길; 이호상

doi:10.5228/kstp.2012.21.1.30

[국내논문] 필름 인서트 사출성형 평판의 휨 변형에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on the Warpage of a Film Insert Molded Plate 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.21 no.1, 2012년, pp.30 - 35

유영길 (충주대학교 대학원) , 이호상 (충주대학교 항공기계설계학과)

Abstract ▼ AI-Helper

FIM(Film Insert Molding) is an innovative method of producing decorated parts for a wide range of products. Because it requires fewer steps when compared to conventional production methods, the time and cost of manufacturing high quality components can be reduced considerably. In this paper, the effects of processing conditions on the warpage of film-insert molded plate were investigated by using a design of experiments. The dominant factors affecting warpage were mold temperature and holding pressure. Warpage increased with the temperature difference between stationary mold and fixed one. Even when the mold temperature difference was zero, the plate with a film was bent after ejection such that the film side protruded. As holding pressure increased, warpage decreased significantly. In addition warpage increased with time increment for the film-insert molded plates.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그 이유는 실험에서 설정한 금형온도는 가동측 금형의 온도를 나타낸 것으로 필름이 설치된 고정측 금형의 온도는 실험에서 고려되지 않았기 때문이다. 따라서 금형의 온도보다 고정측 및 가동측의 온도차이가 휨변형에 미치는 영향을 고찰하는데 더욱 적절한 인자가 될 것으로 판단하였다.
필름인서트 사출 성형에서 휨변형은 수지의 점탄성 특성뿐만 아니라 필름의 물성에 의하여 크게 달라지므로 이론적으로 정확하게 규명하기는 아직까지 많은 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 사출성형 조건이 필름 인서트 성형품의 휨 변형에 미치는 영향을 연구하고, 최적의 공정조건을 도출하기 위하여 실험계획법을 적용하였다.
본 논문에서는 사각평판 형상을 갖는 필름인서트 성형품에 대하여 다양한 공정조건이 휨변형 거동에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 필름을 사용하지 않은 사출성형품의 휨변형 거동과 차이점을 비교하였다.
일반적으로 사출성형에서 발생하는 휨 변형은 온도차이, 체적수축율차이, 분자배향 및 결정화도 차이 등에 의하여 크게 영향을 받는다. 본 논문에서는 필름을 금형에 인서트 한 경우에 발생하는 휨변형이 필름이 없는 경우에 비해 어떠한 차이가 있는지를 실험적인 방법으로 고찰하였다.

제안 방법

가동측 금형온도(T_m)와 고정측 금형온도(T_s)를 뺀 값을 금형온도 차이( ΔT )로 정의하였다. 가동측 또는 고정측 금형에서 낮은쪽의 금형표면온도를 38℃로 유지하였으며, 반대쪽의 금형에 대하여 높은 온도로 다르게 설정하여 양 금형의 온도 차이가 휨변형에 미치는 영향을 고찰하였다. 이때 금형간의 온도 차이를 -20℃에서 +20℃ 구간에 대하여 10℃씩 변동을 주면서 실험을 수행하였다.
다구찌 방법의 L₉ 직교배열표에 따라 각각의 성형조건에 대하여 균일한 성형품을 얻을 수 있을 때까지 성형한 이후에 각각의 조건에 대하여 3개의 성형품을 샘플로 선택하여 휨변형량을 측정하였다. Table 2는 직교배열표에 따라 성형하고 측정한 휨변형량과 망소 특성으로 간주하여 계산한 SN비를 나타낸다.
1과 같이 평판 안쪽에 밀핀과 접촉되는 부형상을 설치하였으며, 터널게이트를 적용하여 백몰딩이 이루어지도록 금형을 설계하였다. 또한 고정측과 가동측에 지름 10mm를 갖는 직선형 냉각채널을 각각 2개씩 설치하였다.
본 논문에서는 사각평판 형상을 갖는 필름인서트 성형품에 대하여 다양한 공정조건이 휨변형 거동에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 필름을 사용하지 않은 사출성형품의 휨변형 거동과 차이점을 비교하였다.
실험계획법 적용을 통하여 보압크기가 필름인서트 성형품의 휨변형에 영향을 크게 미치는 것으로 판단되어, 좀더 정밀한 실험을 수행하였다. 보압크기를 제외한 공정조건은 위에서 다구찌 방법으로 도출된 최적의 사출성형 조건으로 일정하게 유지하고 보압크기를 400bar부터 850bar까지 네 구간으로 나누어 변동시켰다.
본 논문에서는 두께 2.2mm를 갖는 평판 형상의 필름인서트 성형을 위하여 고정측 형판에 필름을 설치하고 Fig.1과 같이 평판 안쪽에 밀핀과 접촉되는 부형상을 설치하였으며, 터널게이트를 적용하여 백몰딩이 이루어지도록 금형을 설계하였다. 또한 고정측과 가동측에 지름 10mm를 갖는 직선형 냉각채널을 각각 2개씩 설치하였다.
실험계획법 적용을 통하여 보압크기가 필름인서트 성형품의 휨변형에 영향을 크게 미치는 것으로 판단되어, 좀더 정밀한 실험을 수행하였다. 보압크기를 제외한 공정조건은 위에서 다구찌 방법으로 도출된 최적의 사출성형 조건으로 일정하게 유지하고 보압크기를 400bar부터 850bar까지 네 구간으로 나누어 변동시켰다.
실험계획법을 적용하여 공정조건이 필름인서트 사출성형한 평판의 휨변형에 미치는 영향에 대하여 고찰하였으며, 이로부터 얻어진 결론은 다음과 같다.
실험계획법을 적용한 휨변형을 연구하기 위하여 선정한 제어인자로서 금형온도, 수지온도, 사출속도, 보압크기 등 4가지 공정조건을 선정하였으며, 각 인자에 대하여 3수준을 사용하였다. 실험에 사용된 인자와 각각의 수준은 Table 1과 같다.
위에서 고찰한 바와 같이 금형온도보다 고정측 및 가동측 금형의 온도차이가 휨변형에 중요한 영향을 미칠 것으로 판단하여 재실험을 수행하였다. 금형온도를 제외한 공정조건은 위에서 다구찌 방법으로 도출한 최적의 사출성형 조건으로 일정하게 유지하였다.

대상 데이터

실험에 사용한 필름은 Avery Dennison사에서 제조한 두께 0.5mm를 갖는 ABS적층필름이며, 수지는 LG화학에서 생산하는 ABS XR 404이다. 사출성형 실험을 위하여 Engel사에서 제조한 180톤 사출성형기를 사용하였으며, 성형품의 휨변형을 측정하기 위하여 Brown & Sharpe(Hexagon Metrology)의 Global Performance 3차원측정기를 사용하였다.

이론/모형

사출성형 실험을 위하여 Engel사에서 제조한 180톤 사출성형기를 사용하였으며, 성형품의 휨변형을 측정하기 위하여 Brown & Sharpe(Hexagon Metrology)의 Global Performance 3차원측정기를 사용하였다.
성형조건과 휨변형과의 관계 규명 및 최적화에 사용될 실험 방법은 실험 횟수를 최소화하여 시간과 경제적 부담을 줄여야 하며, 실험에서 결정되는 성형조건이 잡음에 대하여 강건하여야 한다. 이러한 실험 요구 조건을 만족시키기 위한 대표적인 실험계획법으로 다구찌 방법을 사용하였다[5]. 다구찌 방법에서는 교란 인자의 영향으로부터 품질을 강건하게 유지하기 위하여 SN비(signal-tonoise-ratio)를 사용한다.

성능/효과

(1) 필름인서트 성형 평판의 휨변형에 가장 크게 영향을 미치는 공정조건은 금형온도와 보압크기였다.
(2) 고정측 금형온도가 가동측 금형온도보다 10℃이상 큰 경우에는 필름쪽으로의 휨변형이 발생하였으나, 그외 온도차이에서는 반대로 필름반대쪽으로의 휨변형이 발생하였다.
(3) 고정측 금형온도가 가동측보다 큰 경우에는, 휨변형이 금형온도차이에 민감하지만, 반대로 가동측 금형 온도가 고정측보다 더 큰 경우에는 휨 변형이 금형온도 차이에 따라 크게 변하지 않음을 알 수 있었다.
(4) 성형 후 상온에서 72시간이 지난 이후에 휨 변형을 다시 측정하였으며, 필름이 없는 경우에는 변형량의 차이가 거의 없으나, 필름이 있는 경우에는 필름 반대쪽으로의 휨변형이 지속적으로 발생하였다.
(5) 필름이 있는 경우에는 보압크기가 커질수록 휨변형량이 거의 선형적으로 감소하는 것을 알 수 있었다.
가법모델에 의한 예측결과를 확인하기 위하여 앞에서 선정한 최적의 사출성형 조건을 적용하여 확인실험을 수행한 결과 휨변형량은 0.46mm로서 예측치보다 더욱 좋은 결과를 얻을 수 있었으며, Table 2에서 보여진 9가지 실험조건의 어느 경우보다 휨변형량을 더욱 감소시킬 수 있었다.
한편, 본 논문에서 적용한 다구찌 방법에 따라 휨변형이 적게 발생되는 최적의 공정조건은 금형 온도 54℃, 수지온도 250℃, 사출속도 70mm/s, 보압크기 700bar로 하였으며, 가법모델을 적용하여 예측한 결과 SN비는 5.187dB로서 Table 2에서 실험한 결과에서 가장 높은 3번 실험조건에서의 SN 비 4.388dB보다 높은 결과를 기대할 수 있으며, 휨변형량은 0.55mm정도 될 것으로 예상하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수압전사 방법의 단점은 무엇인가?	수압전사 방법은 박막질에 도료 또는 잉크를 사용하여 패턴을 인쇄하고, 박막질의 패턴 인쇄면을 위로하여 액체상에 띄우고 박막질에 물체를 눌러 액압에 의해 패턴을 제품 표면에 전사하는 방식으로서, 곡선이 형성된 부분이나 각진 부위에서 박막이 찢어지거나 무늬패턴에 따른 백화현상으로 색상변화가 발생하는 한계를 안고 있다.
	수압전사 방법은 무엇인가?	수압전사 방법은 박막질에 도료 또는 잉크를 사용하여 패턴을 인쇄하고, 박막질의 패턴 인쇄면을 위로하여 액체상에 띄우고 박막질에 물체를 눌러 액압에 의해 패턴을 제품 표면에 전사하는 방식으로서, 곡선이 형성된 부분이나 각진 부위에서 박막이 찢어지거나 무늬패턴에 따른 백화현상으로 색상변화가 발생하는 한계를 안고 있다.
	Film Insert Molding 공법의 장점은 무엇인가?	최근에는 인쇄된 필름을 미리 원하는 형상으로 성형하고 금형에 삽입한 후 사출성형 공정을 적용하여, 플라스틱 제품과 필름을 일체형으로 성형하는 FIM(Film Insert Molding) 기술이 새로운 플라스틱 장식기술로 각광을 받고 있다. FIM 공법에서는 사전에 인쇄된 인서트 필름을 사용하기 때문에 패턴 형상 및 색상의 유지가 용이하고 유기화합물이 배출되지 않는 친환경 성형 공법이라는 장점을 갖고 있다.

참고문헌 (5)

S. C. Chen, H. M. Li, S. T. Huang, Y. C. Wang, 2010, Effect of Decoration Film on Mold Surface Temperature During In-molded Decoration Injection Molding Process, Inter. Comm. Heat Mass Trans., Vol. 37, No. 5, pp. 501-505.

상세보기
S. Y. Kim, S. H. Lee, S. J. Baek, J. R. Youn, 2008, Thermoviscoelastic Behavior of Film-insert-molded Parts Prepared under Various Processing Conditions, Macromol. Mater. Eng., Vol. 293, No. 12, pp. 969-978.

상세보기
H. J. Oh, Y. S. Song, S. H. Lee, J. R. Youn, 2009, Development of Warpage and Residual Stresses in Film Insert Molded Parts, Poly. Eng. Sci., Vol. 49, No. 7, pp. 1389-1399.

상세보기
S. Y. Kim, S. H. Kim, H. J. Oh, S. H. Lee, S. J. Baek, J. R. Youn, S. H. Lee, S.-W. Kim, 2009, Molded Geometry and Viscoelastic Behavior of Film Insert Molded Parts, J. Appl. Poly. Sci., Vol. 111, No. 2, pp. 642-650.
M. S. Phadke, 1999, Quality Engineering Using Robust Design, AT&T Bell Lab., Prentice Hall.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증