[논문]LDPE, EVA 및 발포제 혼합재료의 초미세 발포 공정 적용과 각 인자의 영향성 평가

박대근; 차성운; 황윤동

LDPE, EVA 및 발포제 혼합재료의 초미세 발포 공정 적용과 각 인자의 영향성 평가
Application of a Microcellular Foaming Process of Mixed Materials of LDPE, EVA and Foaming Agent and Estimation of Influence of Each Factor 원문보기

박대근 (연세대학교 기계공학과) , 차성운 (연세대학교 기계전자공학부) , 황윤동 (연세대학교 대학원 기계공학과)

Generally, mixed materials of LDPE, EVA and foaming agent are manufactured by crosslinking foaming or chemical foaming process. Above materials were used in a microcellular foaming injection molding process. Influence of each factor such as injection type, temperature of barrel, rate of mixed materials and contents of foaming agent was estimated by DOE(Design of Experiments). As a result of experiments, injection type and rate of LDPE, EVA have an influence on foaming rate. This data can be used in field of application of LDPE and EVA.

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문제 정의

한다. 그리고 대량생산 공정인 사출공정에적용하는데 큰 의의를 두겠다.
못하였다. 다음 실험에서는 이 실험결과를 바탕으로 재료의 혼합비, 발포제 함량 등의 최적값을 찾고 유연성, 표면품위, 수축률 등의 다른 물성치의 실험으로 실제 산업 적용의 타당성 여부를 검토하는 방향으로 진행하려고 한다.
본 연구는 기존의 가교 발포성형이나 화학적발포 공정으로 제조되는 LDPE, EVA, 발포제 혼합재료를 일반사출이나 최신의 초미세 발포 사출성형에 도입하는데 큰 의의를 두었다. 처음 시도하는 실험이라 발포율을 측정하는데 연연하지 않고 우선적으로 각 인자 즉 사출방식, 베럴의 온도, 재료혼합비, 발포제 함량의 영향성을 평가하였다.
이번 연구에서는 일반적으로 가교 발포성형과화학적 발포로 제조되는 LDPE, EVA, 발포제 혼합재료의 발포율 측정을 위해 실험계획법에 의한실험과 통계적 분석에 의한 DATA처리로 발포제함량과 가스주입량 등의 인자의 영향성을 평가하고자 한다. 그리고 대량생산 공정인 사출공정에적용하는데 큰 의의를 두겠다.

제안 방법

그 후 발포율을 측정하고 평균분석에 의하여 각각의 인자의 영향성을 평가한다. 사출기의 정밀성이 낮은 관계로 각각의 실험에 대하여 10 번의 실험을 하고 평균값을 실험결과에 기입하였다.
따라서 발포제 함량과 베럴의온도를 실험조건에서 제외하였다. 따라서 사출방식과 재료혼합비의 인자로 Via Predictive Model을 설정하였다.
또한 각각의 인자에 대하여 평균을 구하였다.
그 후 발포율을 측정하고 평균분석에 의하여 각각의 인자의 영향성을 평가한다. 사출기의 정밀성이 낮은 관계로 각각의 실험에 대하여 10 번의 실험을 하고 평균값을 실험결과에 기입하였다. 최적의 실험조건을 찾은 다음 반복실험을 하여 쵝대 발포율의 최적값을 찾는다.
이는 제품의 무게 감소량과 상응하는 값이된다. 실험인자(Factor)로는 사출방식 (일반사출, 초미세발포사출), 베럴의 온도, LDPE와 EVA혼합소재의 비율, 발포제함량으로 정하였다. 그리고각 인자의 수준은 2수준으로 하였다.
위의 Predictive Model을 일반화하기 위하여 최적의 조건을 5회 반복 실험을 하였다.
위의 최적의 조건(실험 #7)에서의 발포율이 기대치만큼 도달하지 않았으므로 같은 조건에서 제품의 형상이 유지되는 한도에서 계량을 줄이면서 10회 반복 실험을 하였다. 그 결과 최대 발포율을 측정할 수 있었다.
도입하는데 큰 의의를 두었다. 처음 시도하는 실험이라 발포율을 측정하는데 연연하지 않고 우선적으로 각 인자 즉 사출방식, 베럴의 온도, 재료혼합비, 발포제 함량의 영향성을 평가하였다. 실험한 결과를 바탕으로 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

대상 데이터

본 실험에서는 LDPE, EVA 및 발포제 혼합재료를 사용하였다.
실험에 사용된 금형은 외경 98mm 내경 16mm 두께 3mm 인 평면 디스크 형상을 사용하였다.

데이터처리

LDPE, EVA, 발포제 혼합소재에서의 발포제의영향성을 평가하기 위하여 실험계획법에 의한 실험과 평균분석에 의하여 DATA를 처리하였다.
47g 이다. 이 측정값을 기준으로 하여 직교배열표를 작성하고 각각의 실험을 수행하였다.

이론/모형

직교배열표(Orthogonal Array)를 이용하여 실험횟수를 증가시키지 않고 실험을 하였다. 실험의특성치(Target Value)로는 최대 발포율로 정하였다.

성능/효과

(1) 위의 직교배열표에서 보는 바와 같이 베럴의 온도나 발포제 함량은 발포율에 큰 영향을 끼치지 않았다. 기존의 발포성형에서는 발포제 함량을 2~7% 값으로 한다.
(2) 사출방식의 경우 일반사출보다 가스사출에서 평균적으로 3.66%의 발포효과가 있었다. 폴리프로필렌, ABS 수지의 경우 보통 20~30%의 효과가 있는 것에 , 비해 적은 수치가 나왔다.
(3) 재료의 혼합비에서는 LDPE, EVA를 50:50으로 섞은 재료에서 발포효과가 크게 나왔다. 이는 재료의 밀도에 의한 것이다.
(4) 이번 연구에서의 최적값은 가스사출, 재료혼합비가 50:50 일 때 최대의 발포율을 얻을 수 있었다.
020 크므로 무게가 더 크게 된다. EVA 100%의 경우를 따로 비교하면 일반사출의 경우 발포제 함량에 상관없이 같은 값이 나왔지만 가스사출의 경우는 오히려 발포제함량이 10%일 때 더 높은 발포율이 나왔다.
반복 실험을 하였다. 그 결과 최대 발포율을 측정할 수 있었다. 결과를 Table 6 에 나타내었다.
32%의 발포율을 얻을 수 있었다. 이 결과에서는 가스사출에 의한 것보다 발포제가 발포율에조금 더 큰 영향을 주었다.
따라서 기대만큼의발포효율을 얻을 수 없었다. 제품의 형상이 유지되는 한도에서 계량을 줄이고 그만큼의 양을 가스를 용해시켜 사출한 결과 최적의 조건에서 23.32%의 발포율을 얻을 수 있었다. 이 결과에서는 가스사출에 의한 것보다 발포제가 발포율에조금 더 큰 영향을 주었다.

후속연구

기존의 성형방식에 비하여 큰 발포율을 얻을 수 없었지만 대량생산과 인력감소효과, 환경적 측면에서 초미세 발포 사출 성형 방식을 도입하는 것도 좋은 결과가 나올 것 같다.
본 연구에서는 각 인자의 경향을 파악하였지만재료의 혼합비와 발포제 함량의 최적의 값을 얻지 못하였다. 다음 실험에서는 이 실험결과를 바탕으로 재료의 혼합비, 발포제 함량 등의 최적값을 찾고 유연성, 표면품위, 수축률 등의 다른 물성치의 실험으로 실제 산업 적용의 타당성 여부를 검토하는 방향으로 진행하려고 한다.

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