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[기술특집]리브가 있는 사출성형 평판의 싱크 감소 메커니즘에 관한 연구

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[첨단 헬로티]


세토 마사히로 (瀨戶 雅宏), 야마베 마사시 (山部 昌)   金澤공업대학


1. 서론


플라스틱 사출성형품의 강성 향상이나 부품의 고정을 목적으로 반의장면에 리브나 보스가 설정된다. 그러나 이 리브나 보스의 접촉 부분은 다른 부위보다도 필요적으로 판두께가 두꺼워지고, 냉각 시의 수축에 의해 의장면에 싱크가 생기기 쉬워, 외관 품질 상의 큰 문제로 되어 있다.


一柳 등은 리브가 있는 사출성형 평판의 리브 안쪽면에 생기는 싱크량에 대해, 형상 인자나 성형 조건과의 상관을 조사해 리브 두께 및 보압이 리브 싱크량의 지배 인자인 것을 명확하게 하고 있다. 그러나 의장면에 생기는 리브 싱크를 완전히 억제하는 것은 불가능하다.

 


이번 연구에서는 리브 싱크의 새로운 영향 인자로서 수지유동과 금형 온도에 주목해, 이들 조건이 리브 싱크량에 미치는 영향을 명확하게 하는 동시에 리브 싱크량 저감 메커니즘에 대해 검토하는 것을 목적으로 했다.


2. 실험 방법


(1) 샘플 형상 및 성형 조건


이번 연구에 사용한 성형품을 그림 1에 나타냈다. 성형품은 길이 100mm, 폭 50mm, 두께 3mm의 평판 중앙부에 높이 22mm, 두께 1.5mm의 리브를 가지는 형상이다.


성형품의 성형에는 형체력 1,764kN, 스크류 지름 ø40mm의 전동 서보 사출성형기(東洋기계금속제, Si-180Ⅲ)를 사용, 표 1에 나타냈듯이 사출 속도 및 금형 온도를 변화시켜 성형을 했다. 공시재료는 폴리프로필렌(프라임폴리머, J-3021 GR)을 사용했다.

 


(2) 리브 싱크량의 측정 방법


리브 싱크량의 측정은 레이저 변위계(키엔스제, LJ-V7060)를 사용했다. 측정 위치는 그림 1에 나타낸 리브 안쪽면의 성형품 측면부에서 5mm의 위치로, 리브를 중심으로 16mm의 범위에서 레이저 변위에서부터 성형품 표면까지의 거리를 측정했다.

 


(3) 성형 중의 수지유동 거동의 관찰


싱크량에 주는 수지유동의 영향을 상세하게 검토하기 위해 그림 2에 나타낸 금형 캐비티의 측면부에 관찰용 유리 블록을 설치한 가시화 금형을 사용해 캐비티 내를 흐르는 수지의 유동 거동을 고속도 카메라로 관찰했다. 관찰 위치는 성형품 측면의 리브 접촉부이다.


공시재료로서 사용한 폴리프로필렌은 용융 시에는 투명하기 때문에 그대로는 수지의 유동을 관찰할 수 없다. 그렇기 때문에 수지에 직경 150µm의 동분을 섞어, 그 동분의 움직임을 고속도 카메라로 촬영한 수지유동 거동을 관찰했다.

 


3. 결과 및 고찰


레이저 변위계에 의해 측정된 변위계에서부터 성형품까지의 거리 최대값과 최소값 차이를 최대 싱크량으로 정의하고, 각 성형 조건의 최대 싱크량 변화를 구했다. 그 결과를 그림 3에 나타냈다. 동 그림 (a)에 나타낸 사출 속도를 변화시킨 조건에서는 사출 속도가 높아짐에 따라 최대 싱크량이 커지고 있다.


또한 동 그림 (b)에 나타낸 금형 온도를 변화시킨 조건에서는 금형 온도가 높아지면 싱크량도 커지는 경향을 볼 수 있다는 것을 알 수 있었다. 사출  속도의 변화에 의해 리브 싱크량이 변화하고 있기 때문에 온도 인자만이 아니라 수지의 유동 거동도 리브 싱크에 영향을 주고 있다는 것이 관찰됐다.


(2) 리브 싱크량에 주는 수지유동 거동의 영향


앞에서 서술했듯이 사출 속도나 금형 온도가 리브 싱크에 영향을 주는 것이 확인됐다. 이 원인을 검토하기 위해 각 조건의 성형 중 수지유동 거동을 가시화 관찰하고, 수지 충전 완료 시의 고화층 두께를 구했다. 그 결과를 표 2에 나타냈다. 사출 속도나 금형 온도를 변화시킴으로써 충전 완료 시의 고화층 두께가 변화한다는 것을 알 수 있다.

 


또한 고화층 두께와 최대 싱크량을 비교하면, 고화층 두께가 얇아지면 최대 싱크량이 크고 고화층 두께가 두꺼워지면 최대 싱크량은 작아지고 있다. 이 결과는 수지유동 중의 고화층 두께를 제어함으로써 성형품의 리브량을 제어할 수 있다는 것을 시시하고 있다.


4. 맺음말


이번 연구에서는 사출성형품의 리브 싱크량에 주는 수지유동의 영향에 대해서 검토했다. 그 결과, 사출 속도 및 금형 온도의 조건에 따라 리브 싱크량이 변화한다는 것을 알 수 있었다.


수지유동 완료 시의 고화층 두께를 가시화 실험에 의해 측정해 리브 싱크량과 비교한 결과, 고화층 두께가 두꺼워지면 리브 싱크량이 작아지고 고화층 두께에 따라 리브 싱크량을 제어할 수 있다는 것이 시사됐다.


세토 마사히로 & 야마베 마사시 : 공학부 기계공학과 준교수 & 동 교수










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