플라스틱성형문제와 원인

사출성형에서는 각종 성형불량이 발생한다.
이들 불량현상을 해결하기 위해서는 우선 현상자체를 물리·화학적으로 잘 이해해 둘 필요가 있다.  계속해서 그 원인을 계통적으로 정리해 두는 것이 중요하다.

이같은 태도는 성형불량을 미연에 방지하기 위해서는 대단히 중요한 문제이다.
그렇지만 개개의 경우에 대해서 신속히 그 원인을 규명해서 적절한 대책을 세우는 것은 쉬운 일이 아니다.  원인이 되는 요인이 몇가지가 복잡하게 동시에 얽혀서 나오기도 하고, 한가지 불량현상의 대책을 세우는 것에 의해서 다른 불량현상을 해결하기도 한다. 이와 같은 상황에 대처하기 위해서는 경험 또한 상당히 중요하다.

이하에 사출성형의 중요한 불량현상과 그 직접적인 원인에 대해서 설명해 그들 원인에 직결하는 요인을 대략적으로 정리하였다. 
 

1. 쇼트숏

쇼트숏(Shot Shot)은 금형 내에서의 원료 플라스틱의 충전량이 부족함으로 인해 발생한는 상태이다. 게이트로부터 떨어진 부분에서 발생하는 잔물결의 주름도 쇼트숏 현상이다. 직접적인 원인은 원료 공급불량, 충전압력 부족, 금형 내 유동중의 원료고화, 금형 내의 공기 저항 등으로 분류할 수 있다. 이들 원인은 싱크마크, 플로우마크 등의 현상원인과 공통으로, 특히 싱크마크와 쇼트숏은 현상적으로 구별하기 어려운 일도 있다. 

성 형 기	금 형	재 료
1.사출능력(용량, 가소화능력) 부족 2.재료공급량의 부족 3.사출압력의 저하 4.수지온도저하로 유동성 부족 5.낮은 사출속도    (특히 얇은 제품의 경우) 6.노즐부의 저항이 커 압력손실 큼 7.재료의 낙하불량, 스크류쪽으로 투입불량	1.게이트 균형불량 2.배기불량 3.게이트, 러너, 스프루의    과소 4.금형온도 저하 5.콜드 슬래그가 발생함 6.캐비티의 두께가 얇다. 7.금형냉각이 부적당	1.재료의 유동성저하 2.윤활처리가 부적당

 

2. 플래시

플래시(flash)는 금형의 성형품 주입부 이외의 부분으로 용융 플라스틱이 유출되어 고화하는 현상이다. 금형의 접합부에서 발생한다. 

성 형 기	금 형	재 료
1.사출압력이 크다. 2.형체력이 부족 3.재료공급량이 많다. 4.수지온도가 높다. 5.압출압력 유지가 길다.	1.금형접합부의 불량 2.금형사이 이물질 부착 3.캐비티의 투영면적 과대	1.성형시의 수지점도가 낮다.

 

3. 싱크마크

싱크마크(Sink Mark)는 성형품 표면에 발생하는 함몰현상이다.
전형적인 싱크마크는 부분적으로 두꺼운 부분에 생기는 것으로 금형내에서 압축되어진 용융 플라스틱의 온도 저하에 의한 체적의 감소와 압력 저하에 동반하는 체적의 증가 균형이 깨지는 것이 직접원인이다. 원리적으로는 성형수축성의 문제와 같다.

부분적으로 큰 성형수축이 일어나서 그것이 성형품 표면에 존재한다면 싱크마크가 되고 성형품 내부가 되면 공동이 된다. 더욱 싱크마크는 전형적인 함몰외관이 다른 선상에로 들어가 얕은 요철이 다수 생기는 등 여러 가지 모습으로 나타나는 경우도 있다.

성 형 기	금 형	재 료
1.사출압력이 작다. 2.사출압력 유지시간이 짧다. 3.사출속도가 느리다. 4.재료공급량이 적다. 5.수지온도가 높다. 6.노즐부의 저항이 커 압력    손실이 크다. 7.금형개발속도가 빠르다.	1.금형온도가 높거나 불균일 2.게이트가 작다. 3.러너, 스프루가 가늘어 저항이 크다. 4.캐비티내 두꺼운 부분이 있다. 5.돌출이 부적당	1.수지의 유동성 부족 2.재료의 수축률이 크다.

4. 플로우마크

플로우마크(Flow Mark)는 성형품 표면에 게이트를 중심으로 동심원상의 광택 또는 표면이 거칠어짐을 발생시키는 현상이다. 이것은 용융원료가 금형 내를 주름상으로 파동하면서 흘러서 금형면과 보다 많이 접촉한 부분이 앞서 고화되기 때문에 일어나는 것이라고 생각할 수 있는데 아직 충분히 해명되고 있지 않은 점도 있다. 금형유동시 수지의 점도가 크면 발생하기 쉽다.  

성 형 기	금 형	재 료
1.수지온조저하로 유동성이 낮다. 2.사출속도가 느리다. 3.노즐이 작다. 4.사출유지압이 부족. 5.유지시간이 짧다. 6.재료의 쿠션량이 부족.	1.금형온도가 낮다. 2.금형의 냉각이 부적당 3.슬래그 고임이 너무 적다.	1.수지의 유동성이 나쁘다.

 

5. 은조흔

은조흔(Silver Streak)은 성형품의 표면에 원료가 흐르는 방향을 따라서 은백의 조흔(條痕)이 생기는 현상이다. 이것은 성형품이 고화되기 전에 그 표면을 가스가 지나가 흔적이다. 

성 형 기	금 형	재 료
1.사출용량, 가소화능력의    부족 2.수지가 과열분해 되었다. 3.실린더내의 체류로 부분적 과열 4.사출속도가 빠르다. 5.사출압력이 높다. 6.스크류가 공기를 내포한다. (배압, 압력비의 부족)	1.금형온도가 낮다. 2.배기불량 3.게이트의 위치불량 4.캐비티의 설계불량 (리브 등을 유동성이 횡단하거나 두께의 급격한 변화가 있다.) 5.게이트, 러너, 스프루의 과소 6.슬래그 배출능력 부족 7.금형면에서 수분이나 윤활제  접촉	1.재료중에 수분이나 휘발분이    있다. 2.재료에 공기가 혼합    (펠릿형상 등)

플라스틱을 금형내에서 사출할 때 공기를 비롯해 수증기, 원료중의 휘발분 등이 동시에 방출되어지는 가스가 그 원인이 된다.
　

6. 광택불량

광택불량과 흐름(Dull Surface)은 성형품의 표면이 일면에 광택이 나쁘게 되기도 하고 무색 투명품에서는 유백의 흐림을 일으키는 현상이다. 이들은 금형면에 플라스틱이 충분히 압착되지 못하기도 하고 노즐로부터 배출된 가스(수증기, 휘발분 등)가 금형표면에 응축해서 플라스틱 층과 금형면의 직접 접착을 방해하는 것이 원인이다. 금형에 이형제를 너무 도포해도 마찬가지이다.  

성 형 기	금 형	재 료
1.수징용융이 불균일한   곳의 과열 2.노즐의 냉각 3.노즐의 과소. 4.사출속도가 빠르거나    느리다. 5.수지의 과열분해. 6.쿠션량의 부족.	1.금형온도가 적절치 못함 2.게이트, 러너, 스프루의 과소 3.금형면에 수분성분. 4.배기부족 5.이형제의 사용이 많다.	1.재료중의 수분이나 휘발분 내포 2.윤활제중에 휘발성분이 있음. 3.다른 재료 혼입

 

7. 웰드라인

웰드라인(Weld Line)은 금형 내에서 용융 플라스틱의 두 개 유동선단이 합류하여 용착한 부분에 발생하는 가는 선이다. 성형품에 빈틈부가 있는 경우 두께의 변화가 있어 두꺼운 부분으로부터 엷은 부분으로 일방적으로 원료를 흐르게 하지 않는 경우 게이트가 2개 이상있는 경우에는 웰드라인의 발생은 피할 수 없다. 불량현상으로써 웰드라인은 이들 유동선단이 융착불량에 의해서 외관적으로 눈에 띄고 강도도 현저하게 저하된다. 

성 형 기	금 형	재 료
1.수지온도가 낮아   유동성 저하 2.사출압력 저하 3.사출속도가 늦다. 4.노즐이 냉각	1.게이트에서 웰드부분까지 너무 길다. 2.금형온도가 낮다. 3.게이트의 위치나 수량 부적당 4.게이트, 러너의 과소 5.배기불량.	1.재료중에 수분이나 휘발분이 있다. 2.수지의 유동성이 낮음. 3.재료의 고화가 빠르다. 4.윤활제량이 부적당.

 

8. 기포

기포(Bubble)는 성형품 내부에 공동을 일으키는 현상이다. 직접적인 원인은 은조흔의 경우와 마찬가지로 가스이다. 다량의 가스가 노즐로부터 방출되어지기도 하고 금형 내에서 용융 플라스틱에 충분한 압력이 작용하지 않는 경우에 발생한다. 

성 형 기	금 형	재 료
1.사출압력이 낮다. 2.사출유지압이 부족. 3.유지시간이 짧다. 4.사출속도 부적당. 5.수지온도가 낮아 유동성이 부족. 6.수지온도가 높아 가스발생. 7.수지온도가 낮아 유동성 저하	1.배기불량. 2.Cavity Design 불량. 3.게이트의 위치 부적당. 4.게이트, 러너, 스프루의 과소. 5.과냉각. 6.금형온도가 낮다.	1.재료의 수축률이 크다. 2.재료중에 수분이나 휘발분 있음. 3.재료에 공기가 혼입.    (펠릿형상 등)

또한 싱크마크에서 서술한 성형수축으로부터 오는 공동도 있다. 이 구멍은 진공포라고 일컬어진다. 양자는 공동부분을 가열해서 보면 구별할 수 있다. 기포의 경우에는 플라스틱이 연화되면 팽창한다. 특히 스크류 공전에 의한 공기의 함유에 주의를 요한다.

9. 탄화 및 흑조흔

탄화 및 흑조흔(Black Streak)은 플라스틱의 과열에 의한 변색 내지 부분 연소의 현상이다.
어느 부분에서 과열이 일어났는가에 따라 여러 가지 외관이 나타난다. 자주 경험하는 '탄화'의 원인은 다음과 같은 것이 있다.

ⓐ 실린더내에 포함된 공기를 호퍼부분으로부터 다 빼지 않고 단열압축시키면 고열이 발생한다.
ⓑ 실린더 내에서 일부 원료가 걸려서 장시간 체류한 뒤에 나온다.
ⓒ 노즐, 게이트 등에서 큰 마찰 저항을 받아서 발열한다.
ⓓ 금형 내를 유동하는 플라스틱에 의해서 금형 내의 공기가 급격히 압축되면 고열이 발생한다.
ⓐ, ⓒ의 경우는 게이트로부터 방사상으로 흐르는 변색내지는 탄화가 발생한다.
ⓑ의 경우는 이물상의 흑점이 되어서 나타난다.
ⓓ의 경우에는 성형품의 말단, 웰드라인 등에서 발생한다.

성 형 기	금 형	재 료
1.수지가 실린더내에 체류하여    부분적으로 과열. 2.노즐의 취부불량. 3.실린더내 공기의 마찰이나 공기의 단열압. 4.호퍼취부 냉각불량. 5.실린더의 온도가 높다. 6.사출압력이 높다. 7.사출속도가 빠르다. 8.재료의 실린더 내에서의    체류시간이 길다.	1.금형내에 그리스 침투 2.게이트 부근의 마찰과열 3.배기불량.	1.윤활제 과다. 2.재료중에 휘발성분 내포

 

10. 크레이징과 크래킹

크레이징(Crazing)과 크래킹(Cracking)은 성형품의 표면에 상당히 가는 것에서부터 어느 정도 큰 것까지 균열이 발생하는 현상이다. 성형품은 단순히 방치하고 있을 뿐이며 외력을 가하지 않는데서 발생한다. 이것은 성형품에 남아있는 잔류 변형(응력)이 원인이다. 잔류 변형을 일으키게 하는 것으로는 유동배향, 열적 불균일성, 금형 내에의 충전과다, 이형불량 등이다. 또한 어떤 종류의 화학성분에 접촉시키면 그 재료의 탄성한계(임계변형)를 저하시키지 않는 응력으로 크랙(Crack)을 일으키는 일도 있다. 이 경우를 화학적 스트레스 크랙(chemical stress crack)이라고 부르고 보통 크랙과 구별하고 있다. 

성 형 기	금 형	재 료
1.사출압력이 높다. 2.수지온도 저하로 유동성 낮음. 3.사출 유지압력이 크다. 4.유지시간이 길다.	1.게이트가 너무 넓다. 2.금형온도가 낮다. 3.이형 불량. 4.이형시 코어가 진공으로 됨. 5.Cavity의 Design 불량. (내부응력의 발생, 집중을 피한다.)	1.어닐링의 부적당.

 

11. 변형 또는 휨

변형 또는 휨(Warpage)의 직접원인은 성형품의 잔류응력이다. 따라서 크레이징의 경우와
완전히 같은 원인에 의해서 그 영향이 치수 변화와 함께 나타난 경우이다. 일반적으로 성형수축률이 크고, 그 수치가 불균일한 두께에 따른 냉각속도의 차이 등으로 인해 부분적으로 상당히 변화하는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등에서는 특히 문제가 되는 일이 많다. 성형품의 설계면에서는 배려가 중요하다.

성 형 기	금 형	재 료
1.사출압력이 높다. 2.사출유지 압력이 크다. 3.유지시간이 길다. 4.수지의 용융부족. 5.수지온도가 저하. 6.사출속도가 느리다.	1.이형불량. 2.돌출 부적당. 3.냉각의 불균일 및 불충분. 4.금형온도가 높다.	1.어닐링의 부적당

 

12. 제팅

제팅(Jetting)현상은 좁은 게이트로부터 금형내에 처음으로 사출되어진 수지가 빠른 속도로 금형에 도달하여 그대로 냉각, 고화하여 뒤에 유입해 오는 수지층과 일체화가 되지 않고 경계선이 눈에 띄는 것이다.
이것을 막는 데는 용융플라스틱을 게이트로부터 유입한 후 즉시 금형 내벽면에 충돌시키고 분산시키는 것처럼 게이트의 위치를 조정하거나, 게이트를 크게 하여 유속을 저하시키는 것 등이 유효하다. 특히 게이트 디자인으로는 탭게이트가 효력을 발휘한다.
　

13. 강도불량

강도불량은 주로 내충격성의 저하로써 나타나는 경우가 많다. 그 원인은 대개 다음과 같이 분류할 수 있다. 즉

ⓐ 성형시의 잔류배향에 기인하는 성형품의 기계적 성질의 이방성
ⓑ 배향성형시의 냉각속도의 불균일로부터 오는 열적 요인, 혹은 이형시 등의 외력에 의한 과대한 잔류 변형
ⓒ 성형품의 코너 부분의 라운딩의 불충분으로부터 오는 응력집중
ⓓ 상용성(相容性)이 부족한 플라스틱의 혼입
ⓔ 폴리머의 분해에 의한 분자량의 저하 등이다.

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[출처] 플라스틱성형문제와 원인|작성자 yhkim0512