[논문]유리섬유가 첨가된 수지에서 사출성형품의 성형수축에 관한 연구

모정혁; 류민영

문제 정의

그리고 D2 시편은 수지의 흐름 방향성을 일관되게 하기 위해 필름 게이트를 사.용호]" 여 Disk 시편과 마찬가지로 흐름방향과 흐름 직각 방향의 수출률을 비교해 보고자 하였다. 마지막으로 Hole이 있는 시편은 Gate의 거리에 따른 성형수죽률을 비교해 보고자 하였다.
2 mm 의 판 모양에 지름 30 mm 인 Hole 이 두개 있는 형상(이 하 Hole 시편)을이용하여 실험 하였다. Bar 시편에서 Gate 는 폭이 10mm 이고 두께를 1.6mm 와 3.2nnn로 각각 변화를 주워 게이트 크기에 따른 성형 수축률을비교해 보고자 하였고, Disk 시편은 수지의 흐름 방향과 흐름직각방향에 대한 수축률을 비교해 보고자 하였다. 그리고 D2 시편은 수지의 흐름 방향성을 일관되게 하기 위해 필름 게이트를 사.
용호]" 여 Disk 시편과 마찬가지로 흐름방향과 흐름 직각 방향의 수출률을 비교해 보고자 하였다. 마지막으로 Hole이 있는 시편은 Gate의 거리에 따른 성형수죽률을 비교해 보고자 하였다. 시편의 성형 수축은 시편 성형 후 24시간 후에 측정 하였다.
본 연구는 사출성형에서 공정변수와 수지에 따른 성형수축률에 대해서 알아 보았다. 사출 온도에 따른 성형 수축률은 본 연구의 실험온도 범위에서 온도가 높을수록 성형수출률이 증가하였다.
본 연구에서는 다양한 재료에 대해서 사출성형공정변수에 따른 성형수축을 조사하였으며 보강제로 사용되는 유리섬유 (GF, Glass Fiber)가 첨가 되었을 때 성형수축률의 변화에 대해서도 관찰하였다. 성형 수축률은 수지의 흐름방향과 흐름 직각 방향으로 다르기 때문에 모든 경우에 이 두 방향의 성형수축률을 고려하여 연구 하였다.
성형 수축률은 수지의 흐름방향과 흐름 직각 방향으로 다르기 때문에 모든 경우에 이 두 방향의 성형수축률을 고려하여 연구 하였다. 본연구에서 사용한 재료는 결정성 수지인 PBT

가설 설정

4(a)) GF 첨가량에 따른 수축률 편차가 일정하게 나타나나 PBT 의 경우는 (Fig. 4(b)) GF 를 첨가했을 때 GF 의 양에 관계 없이 유사한 수축량을 보였다.

제안 방법

(polybutylenes terephthalate)와 비결정성 수지인 polycarbonate (PC)에 첨가제인 GF 를 첨가하여 사용하였으며 GF 함유량에 따라서, 그리고 사출 온도, 금형온도, 사출압력 그리고 게이트 크기에 따라서 유동수지의 흐름방향과 흐름 직각 방향에 따라 나타나는 성형수축에 대하여 조사 하였다.
각 수지별로 적합한 사출온도를 세 가지씩 설정하여 사출 온도에 따른 성형수축을 측정하였다. 이때 사줄 온도는 사줄 시 노즐의 온도를 의미하며 수지 온도와 같다.
5 는 동일한 실험조건 하에서 게이트 크기에 따른 수축률을 GF 의 첨가량에 따라 보여주고 있다. 게이트의 크기를 변화 시키기 위하여 10 mm 의 동일한 게이트 폭에 두께를 1.6 mm 와 3.2 mm 로 변화를 주었다. PC 와 PBT 모두 게이트 크기가 1.
최대 사출압력은 사출 성형기 노즐의 압력이다. 그리고 금형 온도 조절기 (대한전기공업 DHM-30)를 사용하여 금형의 온도를 40, 60, 80°C 로 설정하여 금형온도에 따른 성형수축을 측정하였다. 각 수지에 따른 여러 가지 성형 조건을 Table 1 에 정리 하였다.
이때 사줄 온도는 사줄 시 노즐의 온도를 의미하며 수지 온도와 같다. 또한 사출기의 최대 사출압력(1550 kg/㎠)에 각각 30, 45, 55, 60, 65 %에 해 당하는 압력으로 사출하여 사출압력에 따른 성형수축을 측정하였다. 최대 사출압력은 사출 성형기 노즐의 압력이다.
PC 와 PBT는 삼양사의 TRIREX 3020HF 와 TRIBIT 1700S 를 각각사용하였다. 또한 수지의 첨가물에 따른 성형수축률을 알아보기 위하여 PC 에 GF 를 0 %, 10 %, 30 %씩 첨 가하였고 PBT 에는 0 %, 15 %, 30 %를 각각 첨가하여 첨가물의 함유량에 따른 성형수축률을 관찰하였다. 첨가한 GF 의 Grade는 오웬스 코닝사의 CS05-473 이다.
마지막으로 Hole이 있는 시편은 Gate의 거리에 따른 성형수죽률을 비교해 보고자 하였다. 시편의 성형 수축은 시편 성형 후 24시간 후에 측정 하였다.
따라서 일반적으로 결정성 수지가 비결정성 수지에 비해 사출공정에서 체적의 변화가 크다. 이렇게 차이가 있는 현상을 관찰하기 위해 본 연구에는 결정성 수지와 비결정성 수지를 사용하였다. 결정성 수지로는 PBT, 비결정성 수지로는 PC 를 사용하였다.

대상 데이터

결정성 수지로는 PBT, 비결정성 수지로는 PC 를 사용하였다. PC 와 PBT는 삼양사의 TRIREX 3020HF 와 TRIBIT 1700S 를 각각사용하였다. 또한 수지의 첨가물에 따른 성형수축률을 알아보기 위하여 PC 에 GF 를 0 %, 10 %, 30 %씩 첨 가하였고 PBT 에는 0 %, 15 %, 30 %를 각각 첨가하여 첨가물의 함유량에 따른 성형수축률을 관찰하였다.
이렇게 차이가 있는 현상을 관찰하기 위해 본 연구에는 결정성 수지와 비결정성 수지를 사용하였다. 결정성 수지로는 PBT, 비결정성 수지로는 PC 를 사용하였다. PC 와 PBT는 삼양사의 TRIREX 3020HF 와 TRIBIT 1700S 를 각각사용하였다.
2 mm 의 표준 시편(이하 D2 시편)을 사용하였다. 또한 자체 설계한 시편으로 폭 90 mm, 길이 126 mm, 두께 3.2 mm 의 판 모양에 지름 30 mm 인 Hole 이 두개 있는 형상(이 하 Hole 시편)을이용하여 실험 하였다. Bar 시편에서 Gate 는 폭이 10mm 이고 두께를 1.
사출 성형된 제품에서 성형 수축률을 알아보기 위해 Fig. 1 에 나타나 있는 것처럼 다양한 시편을 사용하였다. 시편의 형상은 ASTM D 955 에명시되 있는 Bar 모양의 길이, 넓이, 두께가 각각127 mm X 12.
사출성형을 수행하기 위해 LG 사출 성형기 (IDE 140 ENII)를 사용하였으며 사출기의 형 체력은 140 ton 이고 최대사출용량은 10 oz 이다. 각 수지별로 적합한 사출온도를 세 가지씩 설정하여 사출 온도에 따른 성형수축을 측정하였다.
1 에 나타나 있는 것처럼 다양한 시편을 사용하였다. 시편의 형상은 ASTM D 955 에명시되 있는 Bar 모양의 길이, 넓이, 두께가 각각127 mm X 12.7 mm X 3.2 mm (5 in X 1/2 in X1/8 in)의 표준 시편 (이하 Bar 시편)과 Disk 모양의 지름 102 mm (4 in) 두께 3.2 mm (1/8 in)인 표준시편 (이하 Disk 시편), 그리고 사각형 모양으로 필름 게이트를 사용한 가로, 세로, 두께가 60 X 60 X 3.2 mm 의 표준 시편(이하 D2 시편)을 사용하였다. 또한 자체 설계한 시편으로 폭 90 mm, 길이 126 mm, 두께 3.
3 는 PC 와 PBT 에 대한 Bar 시편의 금형 온도에 따른 수축률을 GF 의 첨가량에 따라 나타낸 것이다. 여기서 사용한 게이트의 폭과 두께는 10 mm X 3.2 mm 이고 사줄압력은 45 %, 사출온도는 PC 280 °C, PBT 250 °C이다. 일반적으로 금형온도가 높아지면 사출온도가 같더라도 금형내의 용융 수지의 온도는 금형온도가 낮을 때 보다 높아져 성형 전후의 온도차이가 커지며 성형수축률도 크게 나타난다.
또한 수지의 첨가물에 따른 성형수축률을 알아보기 위하여 PC 에 GF 를 0 %, 10 %, 30 %씩 첨 가하였고 PBT 에는 0 %, 15 %, 30 %를 각각 첨가하여 첨가물의 함유량에 따른 성형수축률을 관찰하였다. 첨가한 GF 의 Grade는 오웬스 코닝사의 CS05-473 이다.

성능/효과

⑺ 하지 만 PC 의 경 우 (Fig. 3(a)) 금형 온도가 높을수록 성형수죽률이 줄어드는데 이는 금형 온도가 높으면 팩킹이 원활하여 성형 시 발생되는 수축을 잘 보상해주어서 성형수축이 감소되었다 판단된다. 또한 GF 첨가 시에도 같은 경향을 보이며 첨가량이 증가 할수록 성형수축률은 감소하고 있다.
PC 의 경우 (Fig. 2(a)) 사출 온도가 260 °C, 280 °C로 증가할수록 GF 를 함유하지 않은 경우 수축률은 증가하는 경향이 있는데 이는 사출온도가 높을수록 열팽창이 커졌다가 냉각 고화되기 때문에 많은 수축을 일으키게 된다. 그리고 사출온도가 300 °C 일 때 성형수축률이 280 °C에 비해 감소하고 있는데 이는 사출 온도가 높으면 수지의 유동성이 향상되고 이로 인해 압력전달이 용이 해져 수축률이 감소하고 있다고 판단된다.
금형내 용융 수지의 흐름방향과 흐름직각방향에 따른 성형수축은 흐름직각방향의 성형수축이 더 큰 것으로 나타났다. GF 첨가량이 증가함에 따라 PC, PBT 모두 선형적으로 감소하였으며 흐름 방향과 흐름의 직각방향의 수축의 차이는 다소 증가하거나(PC) 크게 변함이 없었다(PBT).
게이트 단면적이 커질수록 성형수축이 감소하는데 이 역시 게이트 단면적이 클수록 캐비티내의 압력전달이 원활하여 패킹의 증가로 나타나는 결과이다. 금형내 용융 수지의 흐름방향과 흐름직각방향에 따른 성형수축은 흐름직각방향의 성형수축이 더 큰 것으로 나타났다. GF 첨가량이 증가함에 따라 PC, PBT 모두 선형적으로 감소하였으며 흐름 방향과 흐름의 직각방향의 수축의 차이는 다소 증가하거나(PC) 크게 변함이 없었다(PBT).
사출 온도에 따른 성형 수축률은 본 연구의 실험온도 범위에서 온도가 높을수록 성형수출률이 증가하였다. 금형 온도에 따른 수축률은 비결정성 수지인 PC는 금형 온도가 높을 수록 수축률은 감소하나 결정 성수지인 PBT는 금형온도가 높으면 성형수죽률증가한다.

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