플라스틱 사출 성형 불량 2. 미성형(Short Shot) 원인과 해결 방법 완벽 가이드

미성형(Short Shot)은 사출 성형 공정에서 가장 흔히 발생하는 대표적인 품질 불량 중 하나입니다. 금형에 성형 모양이 정상적으로 조형되어 있음에도 불구하고, 용융 수지가 금형 내부를 완전히 채우지 못해 제품이 불완전하게 성형되는 현상을 말합니다.

이 불량은 주로 용융 수지가 금형 내부를 완전히 채우기 전에 고화되어 발생합니다. 품질 관리와 생산성 유지를 위해 미성형의 원인을 이해하고 효과적인 해결책을 적용하는 것이 중요합니다.

 

사출 성형 불량 - 미성형(Short Shot) 원인과 해결 방법

1. 미성형의 주요 발생 원인

미성형(Short Shot)은 다양한 요인에 의해 발생할 수 있으며, 효과적인 해결을 위해서는 정확한 원인 분석이 필수적입니다:

• 수지 압력 부족 : 금형 내부에 수지를 완전히 채우기에 충분한 압력이 가해지지 않는 경우
• 높은 수지 점도 : 수지의 점도가 높아 유동성이 저하되어 금형 내부를 완전히 채우지 못하는 경우
• 제품 설계 문제 : 특정 부위가 너무 얇게 설계되어 수지 유동이 어려운 경우
• 금형 온도 불균형 : 금형 온도가 너무 낮아 수지가 빠르게 고화되는 경우
• 느린 충진 속도 : 사출 속도가 너무 느려 수지가 금형을 채우기 전에 고화되는 경우
• 가스 배출 문제 : 금형 내부의 공기나 가스가 효과적으로 배출되지 않아 수지 유동을 방해하는 경우

이러한 기본적인 원인들은 적절한 공정 조건 조정과 금형 설계 개선을 통해 효과적으로 해결할 수 있습니다. 다음 섹션에서는 미성형이 발생하는 패턴에 따른 구체적인 해결 방법을 살펴보겠습니다.

2. 연속적으로 발생하는 미성형 해결 방법

동일한 패턴으로 연속적으로 발생하는 미성형은 공정 조건이나 금형 설계의 체계적인 문제를 나타냅니다. 이러한 유형의 미성형은 다음과 같은 방법으로 해결할 수 있습니다:

2.1 형체력을 낮춰 내부 가스 배출

이전 포스팅인 '서슬(Flash) 불량 해결 방법'에서 설명한 것과 유사한 원리를 적용할 수 있습니다.

캐비티 내의 공기나 가스가 효과적으로 배출되지 않으면, 용융 수지가 금형의 모든 부분을 채우는 것이 물리적으로 불가능해집니다. 이런 상황에서 무리하게 사출 속도나 보압을 높이면 오히려 수지의 탄화 현상이 발생할 수 있습니다.

해결 방법: 형체력을 적절히 낮추어 가스 배출을 위한 미세한 공간을 확보함으로써 내부 공기 및 가스의 배출을 용이하게 만들어 미성형 불량을 해결할 수 있습니다.

2.2 가스 배출을 위한 배출구 설계

형체력 조절만으로는 해결되지 않는 경우, 적절한 가스 배출구를 설계하는 것이 효과적입니다:

• 설계 단계 고려 : 미성형이 발생할 가능성이 높은 부위는 대부분 설계 단계에서 예측 가능합니다. 이러한 부위에 가스 배출용 더미 핀(dummy pin)을 설계하는 등의 방법으로 가스 배출을 촉진할 수 있습니다.
• 에어 포켓(Air Pocket) 활용 : 금형 구조상 외부까지 가스 배출구 연결이 어려운 경우, 내부에 별도의 에어 포켓을 설치하면 더 낮은 압력에서도 가스 배출이 가능해집니다.

적절한 가스 배출 시스템은 사출 압력을 낮출 수 있어 미성형뿐만 아니라 다른 유형의 불량도 예방할 수 있는 장점이 있습니다.

2.3 사출 속도 감소를 통한 가스 배출

가스 배출구가 있음에도 불구하고 가스 배출이 효과적이지 않은 경우, 사출 속도를 조절하는 방법이 있습니다:

• 사출 속도 최적화 : 수지 유입 속도가 너무 빠르면 공기나 가스가 배출될 충분한 시간이 없습니다. 특히 복잡한 형상에서는 사출 속도를 적절히 낮추어 가스 배출을 촉진할 수 있습니다.
• 유동 말단 조절 : 유동 말단 부분에서 미성형이 발생하는 경우, 최종 단계의 사출 속도와 압력을 낮게 설정하고 자연 유동(natural flow)에 의해 사출 속도가 점진적으로 감소하도록 조절하는 것이 효과적입니다.

2.4 사출 속도 감소를 통한 유동 패턴 변경

동일한 제품이라도 사출 속도에 따라 용융 수지의 유동 패턴이 달라질 수 있습니다:

• 고속 충진의 문제점 : 사출 속도가 너무 빠르면 용융 수지가 모서리 부분을 완전히 채우지 못하고 선단 방향으로 먼저 흐르게 됩니다. 이로 인해 유동 부하 압력이 증가하고, 모서리 부분의 수지가 채워지기 전에 표면 고화가 시작되면 미성형이 발생합니다.
• 부분적 속도 조절 : 전체 사출 속도를 낮출 수 없는 경우, 특정 스트로크 구간에서만 선택적으로 사출 속도를 낮추는 방법으로 미성형이 발생하는 부분의 충진 패턴을 최적화할 수 있습니다.

3. 불규칙적으로 발생하는 미성형 해결 방법

불규칙적으로 발생하는 미성형은 공정의 일시적인 불안정성이나 재료 관련 문제와 연관되어 있을 가능성이 높습니다:

3.1 게이트 막힘으로 발생하는 미성형

게이트가 일시적으로 막혀 정상적인 수지 주입이 방해받는 경우 미성형이 발생할 수 있습니다:

• 이물질에 의한 게이트 막힘 : 특히 재생 수지를 사용할 때 금속 등의 이물질이 혼입되어 게이트를 막을 수 있습니다.
  • 해결책 : 원료 공급 호퍼에 강력 자석을 설치하거나 노즐 체크 필터를 사용하여 이물질을 선별해야 합니다.
• 노즐 고화 문제 : 노즐 터치(nozzle touching) 방식에서는 노즐 선단에 고화된 수지가 다음 사출 시 게이트를 막을 수 있습니다.
  • 해결책 : 가소화 종료 후 노즐을 후퇴시키거나, 노즐 선단부에 단열재를 설치하는 방법이 효과적입니다. (상세한 내용은 향후 '스트링(String) 불량 개선 대책' 포스팅에서 다룰 예정입니다)
• 불완전 용융 : 가소화 시간 단축을 위해 스크류 회전 속도를 과도하게 높이면 펠릿이 완전히 용융되지 않은 상태로 사출될 수 있습니다.
  • 해결책 :
    • 스크류 배압 증가
    • 스크류 회전 속도 감소
    • 호퍼 측 실린더 온도 상승 (필요시 용융점 이상으로도 설정 가능)
    • 호퍼 브리지(hopper bridge) 현상 방지를 위한 호퍼 하단 냉각수 순환
    • 호퍼 하단 온도 센서 설치를 통한 경보 시스템 구축

3.2 가는 런너 사용에 따른 수지 온도의 안정

런너 설계는 수지 온도의 균일성과 안정성에 큰 영향을 미치며, 이는 미성형 발생과 직접적인 연관이 있습니다:

• 런너 직경과 온도 균일성 : 용융 수지가 런너를 따라 흐를 때 중심부와 표층 간에 온도 차이가 발생하고, 이로 인해 유동 저항이 달라집니다.
• 가는 런너의 장점 : 가는 런너는 초기에는 유동 저항이 크지만, 통과하는 동안 발생하는 전단열(shear heat)로 인해 온도가 낮은 부분(표층)의 온도가 상승하여 전체적인 온도 균일성이 향상됩니다.
  • 온도가 낮은 부분(점도가 높음) : 큰 저항 → 높은 발열량 → 온도 상승
  • 온도가 높은 부분(점도가 낮음) : 작은 저항 → 낮은 발열량 → 온도 유지

경제적 이점: 런너를 가늘게 설계하는 것은 성형 안정성 향상뿐만 아니라 원료 소비 감소를 통한 원가 절감에도 효과적입니다.

4. 종합적인 미성형 방지 전략

미성형 문제를 효과적으로 해결하기 위한 종합적인 접근 방법을 제시합니다:

• 정확한 원인 분석:
  • 미성형 패턴 분석 (연속적 vs 불규칙적)
  • 발생 위치와 형태 확인
  • 공정 조건과의 상관관계 파악
• 공정 조건 최적화:
  • 수지 온도 및 금형 온도 조절
  • 사출 속도 및 압력 프로파일 최적화
  • 보압 조건 최적화
• 금형 설계 개선:
  • 적절한 게이트 위치 및 크기 선정
  • 효과적인 가스 배출 시스템 설계
  • 런너 시스템 최적화
• 재료 관리:
  • 수지 품질 및 상태 관리
  • 재생 수지 사용 시 적절한 필터링 시스템 적용
  • 수지 건조 조건 최적화
• 예방적 유지 관리:
  • 노즐 및 게이트 청소 일정 수립
  • 금형 파팅 라인 점검 및 유지 관리
  • 스크류 및 배럴 상태 정기 점검

5. 자주 묻는 질문

Q: 미성형과 수축(싱크 마크)의 차이는 무엇인가요?

A: 미성형은 금형이 완전히 채워지지 않은 상태인 반면, 수축(싱크 마크)은 금형은 완전히 채워졌으나 냉각 과정에서 불균일한 수축으로 표면이 함몰된 상태입니다.

 

Q: 여러 가지 미성형 대책을 동시에 적용해도 될까요?

A: 미성형의 정확한 원인을 파악한 후 가장 효과적인 대책을 선택적으로 적용하는 것이 좋습니다. 모든 대책을 동시에 적용하면 다른 유형의 불량이 발생할 수 있습니다.

Q: 사출 압력을 높이는 것이 항상 미성형 해결에 효과적인가요?

A: 아니요, 단순히 사출 압력을 높이는 것은 가스 배출 문제가 있는 경우 오히려 상황을 악화시킬 수 있습니다. 원인에 따른 적절한 대책을 적용하는 것이 중요합니다.

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사출 성형 공정에서 미성형(Short Shot) 불량은 적절한 이해와 체계적인 접근을 통해 효과적으로 해결할 수 있습니다. 본 포스팅에서 제시한 다양한 해결 방법을 참고하여 귀사의 사출 성형 공정을 최적화하시기 바랍니다.

여러분은 어떤 미성형 문제를 경험하셨나요? 어떤 방법으로 해결하셨는지, 또는 이 포스팅에서 도움이 되었던 부분은 무엇인지 댓글로 공유해 주세요!

 

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