플라스틱 수지는 금형 속에서 냉각되면서 수축을 한다. 따라서 실제 설계된 치수의 성형품을 얻기 위해서는 캐비티를 플라스틱 수지의 수축률을 고려하여 그만큼 크게 만들어야 한다. 이것을 금형 가공 수축률이라 한다.
그런데 여기에는 두 가지 문제가 있다. 첫 번째는 플라스틱의 수축률이 위치에 따라서 방향에 따라서 다르다는 것이다. 게이트에 가까운 부분과 먼 부분, 두꺼운 부분과 얇은 부분 그리고 배향된 방향과 그 직각 방향으로 수축률이 모두 다르기 때문이다. 두 번째 문제는 체적 수축률로 선형 수축률을 예측할 수 없다는 것이다. 금형 구속으로 인하여 길이 방향 수축과 두께 방향 수축이 다르기 때문이다. 따라서 게이트의 수가 적을수록, 성형품의 두께 편차가 클수록, 방향성을 갖는 충전제를 가지는 수지일수록 마지막으로 형상이 복잡할수록 금형 가공 수축률을 예측하기 힘들다.
일반적으로 모든 방향으로 동일한 조건이라면 선형 수축률은 이론적으로 체적 수축률의 1/3이다. 그러나 앞에서도 언급하였듯이 사출성형에서는 금형 구속으로 인하여 모든 방향이 동일 조건이 아니다. 두께 방향이 길이 방향에 비하여 수축이 보다 용이하기 때문에 실제로 선형 수축률과 체적 수축률의 비는 1/3~1/5 정도 일 것으로 판단된다.
앞에서 설명한 여러 가지 이유로 금형 가공 수축률은 캐비티 위치에 따라 달라야 하지만 실제로는 그렇게 금형을 가공할 수 없다. 다만 방향에 따라 다르게 설정하는 것은 가능하다. 따라서 금형 가공 수축률을 적합하게 설정하여도 성형품의 치수가 큰 부분과 작은 부분이 존재할 수밖에 없다는 것이다. 금형 가공 수축률의 절대적 크기에 가장 크게 기여하는 것은 바로 수지 자체의 수축률이다. 일반적으로 비결정성 수지는 5/1000, 결정성 수지는 15/1000 정도이다. 플라스틱 수지의 금형 가공 수축률의 상대적 크기를 비교하는 가장 좋은 방법은 PVT를 이용하는 것이다.
사출 성형 과정에서의 플라스틱 수지의 온도 변화를 예측하기 위해서는 플라스틱 수지의 열적인 물성 (비열, 열전도도, 밀도)이 필요하다. 충전과정에서는 금형으로의 열손실과 전단율에 의한 열 발생이 비슷하여 플라스틱 수지의 온도가 보존되지만, 보압 냉각 과정에서는 열손실만 존재하여 플라스틱 수지의 온도가 내려간다. 플라스틱 수지의 온도가 특정 온도에 도달하면 더 이상 흐를 수 없는 상태가 되고, 더 내려가면 취출 해도 문제없을 만큼 충분히 단단한 고체가 된다. 이 온도를 각각 천이온도(transition temperature)와 취출 온도(ejection temperature)라 한다. 따라서 플라스틱 수지의 열적인 특성은 사출 성형 공정 전체에 영향을 미친다.
열 확산도는 열이 재료를 통하여 확산되는 속도를 말한다. 열 확산도는 열전도도를 밀도와 비열로 나눈 것이다. 열 확산도가 클수록 플라스틱 수지의 냉각 속도는 빨라진다.
비열(specific heat(Cp)) : 단위 질량의 수지의 온도를 단위 온도 상승시키는데 필요로 하는 열량을 표시하는 것으로 물질의 열량을 나타내는 척도다. 이것은 결국 공급된 열량을 수지의 온도로 변화시키는 능력을 말한다. 비열이 클수록 플라스틱의 온도 변화가 느리게 발생한다. 따라서 비열이 클수록 플라스틱 수지의 냉각속도가 느려 사이클 시간이 길어진다.
DSC(Differential Scanning Calorimeter)를 이용하여 온도에 따른 비열을 측정하여 보면 결정성과 비결정성 플라스틱 수지에 대하여 상당한 차이를 발견할 수 있다. 결정성의 경우는 용융 온도(Tm) 영역에서 큰 변곡점이 나타나고, 비 결정성의 경우는 유리 전이 온도(Tg) 영역에서 큰 변곡점이 나타난다.
열전도도(thermal conductivity (k)) : 단위 길이만큼 열량을 전달하는 능력을 말한다. 즉 이것은 열을 얼마나 효과적으로 전달하느냐를 의미한다. 플라스틱은 열전도도가 금속보다 훨씬 작아서 단열적인 특성이 높다. 열전도도가 클수록 성형품의 냉각 속도는 짧아 사이클 시간이 짧아진다. 열전도도도 결정성의 경우는 용융 온도(Tm) 영역에서 큰 변곡점이 나타나고, 비 결정성의 경우는 유리 전이 온도(Tg) 영역에서 큰 변곡점이 나타난다.
밀도(density) : 밀도는 고체 밀도와 액체 밀도가 있다. 고체 밀도는 상온에서의 밀도이고 액체 밀도는 성형 온도에서의 밀도이다. 두 밀도의 차이가 플라스틱 수지의 수축률이 된다. 이러한 밀도는 PVT 측정을 통하여 그 값을 얻을 수 있다. 플라스틱 수지의 밀도가 높을수록 성형품의 냉각 속도는 길어져 사이클 시간이 길어진다.
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