성형 수지의 종류에 따른 온도 조절 방식
성형에 사용되는 수지는 크게 두 가지로 나뉩니다.
| 수지 종류 | 특징 | 온도 조절 방식 |
|---|---|---|
| 경화성 수지 (열경화성) | 열을 가하면 굳어지는 수지 | 히터(Heater)로 가열하여 경화 |
| 가소성 수지 (열가소성) | 열을 가하면 녹고, 식으면 굳는 수지 | 냉각(Cooling)으로 고체화 |
경화성 수지는 히터로 열을 가해 화학 반응을 일으켜 굳히는 방식이고, 가소성 수지는 냉각수 등을 이용해 온도를 낮춰 굳히는 방식입니다. 우리가 일상에서 접하는 대부분의 플라스틱 제품은 열가소성 수지로 만들어지므로, 냉각 방식이 훨씬 많이 사용됩니다.
사출 성형에서의 온도 범위
플라스틱 용융 온도와 취출 온도
사출성형기 내부에서 플라스틱 원료가 녹는 온도, 즉 용융온도는 대략 170도에서 350도 사이입니다. 수지의 종류에 따라 녹는 온도가 다르기 때문에 이렇게 넓은 범위를 가집니다.
반면, 성형이 완료된 제품을 금형에서 꺼낼 수 있는 온도, 즉 취출온도는 대략 50도에서 90도 사이입니다. 170도 이상의 뜨거운 액체를 50도에서 90도까지 식혀야 하는 것이니, 온도 조절이 얼마나 중요한지 알 수 있습니다.
사출성형기 노즐의 온도 구간
사출성형기의 배럴(원통형 가열 장치)에는 여러 개의 히터가 설치되어 있습니다. 원료 투입구 쪽부터 노즐(수지가 나오는 끝부분) 쪽까지 H1, H2, H3, H4, NH(노즐 히터) 순서로 배치됩니다.
각 히터는 독립적으로 온도를 설정할 수 있어서, 수지가 점차적으로 녹으면서 이동할 수 있도록 단계별 온도 관리가 가능합니다. 이렇게 하는 이유는 수지가 한꺼번에 급격히 가열되면 품질에 문제가 생길 수 있기 때문입니다.
사출 금형 온도 조절의 필요성
금형의 3대 밸런스
사출 금형에서 온도 조절은 ‘금형의 3대 밸런스’ 중 하나입니다. 그만큼 금형 설계와 성형 과정에서 핵심적인 요소라는 뜻입니다.
성형 과정에서 온도 조절은 성형품의 성형성(잘 만들어지는 정도), 성형 능률(생산 속도), 제품 품질, 성형품의 불량 등에 중대한 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다.
온도 조절이 영향을 미치는 4가지 핵심 요소
| 영향 요소 | 설명 |
|---|---|
| 성형 사이클 단축 | 적절한 냉각으로 제품이 빨리 굳어 생산 속도가 빨라집니다 |
| 성형품의 표면 불량 개선 | 온도를 균일하게 유지하면 표면 결함이 줄어듭니다 |
| 성형품의 물리적 성질(강도) 개선 | 적정 온도에서 냉각하면 제품의 강도가 향상됩니다 |
| 성형품 형태와 치수 불량 개선 | 균일한 냉각은 제품의 변형과 치수 오차를 줄여줍니다 |
쉽게 말해, 온도 조절을 잘하면 더 빠르게, 더 좋은 품질의 제품을 만들 수 있다는 것입니다.
사출 금형의 온도 조절 방법
수냉, 공냉, 유냉
금형의 온도를 조절하는 방법에는 크게 세 가지가 있습니다.
| 방법 | 한자 | 매체 | 특징 |
|---|---|---|---|
| 수냉 | 水冷 | 물 | 금형에서 가장 많이 사용되는 냉각 방식입니다 |
| 공냉 | 空冷 | 공기 | 대기 중의 공기로 자연스럽게 냉각시키는 방식입니다 |
| 유냉 | 油冷 | 기름(오일) | 기름으로 냉각하는 방식으로, 금형의 온도를 올리기 위해 온도조절기(일명 온조기)에 많이 사용합니다 |
수냉이 가장 보편적인 이유는 물이 열을 흡수하는 능력(비열)이 높고, 구하기 쉬우며, 비용이 저렴하기 때문입니다. 유냉은 냉각보다는 오히려 금형 온도를 일정 수준 이상으로 올려야 할 때, 즉 가열 목적으로 더 많이 사용됩니다.
전도체(히터)와 기타 방법
냉각 외에 다른 온도 조절 방법도 있습니다.
전도체 방식은 일명 히터(Heater)라고 불리며, 전기로 열을 가하는 방식입니다. 주로 열경화성 성형 재료의 금형 설계에 사용됩니다. 열경화성 수지는 열을 가해야 굳는 특성이 있기 때문에, 금형에 히터를 설치하여 필요한 온도까지 가열합니다.
기타 방법으로는 베크라이트(Bakelite) 같은 비전도체 소재를 사용하는 것이 있습니다. 이 소재들은 금형의 열이 외부로 빠져나가지 못하도록 단열재 역할을 합니다. 금형 온도를 일정하게 유지하는 데 도움을 주는 보조적인 방법입니다.
이번 편 핵심 정리
이번 1편에서는 사출 금형 온도 조절기구의 기본 개념을 알아보았습니다. 사출성형에서 플라스틱 수지는 170도에서 350도로 녹인 후 금형에 주입하고, 50도에서 90도까지 냉각해야 제품을 꺼낼 수 있습니다. 온도 조절은 생산 속도, 제품 품질, 표면 상태, 치수 정확도에 모두 영향을 미치는 핵심 요소이며, 수냉, 공냉, 유냉, 히터 등 다양한 방법이 사용됩니다.
다음 2편에서는 사출 금형의 냉각 회로에 대해 자세히 알아보겠습니다. 냉각 회로의 치수, 종류(일렬식, 병렬식, 배플, 버블러 등)와 냉각수 입출구 온도 관리에 대해 다룹니다.
