취출 온도(ejection temperature)는 성형품을 취출 할 수 있는 플라스틱 수지의 기준 온도가 된다. 플라스틱 수지의 온도가 충분히 낮아지면 강성이 증가하여 금형 밀핀에 의하여 취출 되었을 때 심각한 밀핀 자국이 발생하지도 않고, 취출 과정에 의한 변형이 발생하지도 않는다. 이 온도를 취출 온도 또는 고화 온도라 정의한다. 취출 온도는 성형 사이클 시간 계산에 중요한 역할을 한다. 두께 방향으로 제품이 80~90%가 취출 온도에 도달하고 런너가 50~60% 취출 온도에 도달하면 성형품의 취출이 가능하기 때문이다. 일반적인 PP와 ABS의 취출 온도는 90~110˚C, PC는 110~130˚C이다.
천이 온도(transition temperature)는 플라스틱 수지가 더 이상 흐를 수 없는 플라스틱 수지의 기준 온도가 된다. 플라스틱 수지의 온도가 낮아지면 수지가 액상에서 고상으로 천이되어 점도가 크게 증가하여 압력에 의하여 더 이상 전진하기 어려운 상태가 된다. 이 온도를 천이 온도라 정의한다. 천이 온도는 일반적으로 취출 온도에 비하여 10~20˚C 정도 높다. 그러나 몇몇 결정성 수지 (ex, PA 또는 PBT)의 경우는 취출 온도와 천이 온도의 편차가 70~100˚C에 달한다. 이것은 이들 수지가 상당히 높은 온도에서 결정화를 하기 때문에 수지의 온도가 조금만 낮아져도 흐를 수 없는 상태에 도달하기 때문이다. 천이 온도는 캐비티의 얇은 부분에서의 수지의 흐름 정체에 의한 미성형을 판단하거나, 보압의 적절한 시간 예측을 위한 게이트의 고화 시간을 판단하는데 중요한 역할을 한다.
사출성형 과정에서 발생한 잔류 응력을 이용하여 성형품의 변형을 계산하는 변형 해석을 수행한다. 변형 해석을 위해서는 플라스틱 수지의 기계적 물성을 필요로 한다. 변형 해석을 위해 필요한 기계적 물성에는 탄성계수(elastic modulus (E)), 전단 계수(shear modulus (G)), 푸아송 비(poisson's raito), 열팽창 계수(thermal expansion) 등이 있다.
탄성계수와 푸아송 비는 인장시험을 통하여 확인할 수 있다. Hooke의 법칙(Hooke's law)에 의하여 탄성 영역에서의 응력과 변형의 기울기가 탄성계수가 되고 그 인장 방향의 길이 변화에 대한 그 수직 방향의 길이 변화가 푸아송의 비가 된다.
일반적으로 플라스틱 수지는 금속에 비하여 약 1/10 정도의 상당히 낮은 탄성계수 값을 갖는다. 즉 동일 응력에 대하여 변형이 크다는 것이다. 그러나 유리섬유 또는 카본 섬유 등의 파이버가 포함된 복합수지의 경우는 금속의 약 1/4~1/2까지로 높다. 그러나 파이버가 포함된 플라스틱 수지의 경우는 취성이 아주 커지고 기계적 물성이 이방성이 된다는 단점이 있다. 물론 파이버의 배향에 의한 잔류 응력이 증가하는 것도 역시 단점이다.
물론 플라스틱 수지는 파이버가 포함되어 있지 않아도 기계적 물성의 이방성을 가진다. 충전과정의 전단 흐름에 의한 고분자 배향에 의하여 고분자의 배향 방향과 그 직각 방향이 이방성을 나타내며, 두께 방향으로도 서로 냉각되는 속도가 달라서 조직이 서로 달라 이방성을 나타낸다. 성형품 표면에서는 강한 배향성으로 인하여 배향 방향과 그 직각 방향의 탄성계수가 차이가 나고, 중심부에서는 배향성이 없으므로 배향 방향과 그 직각 방향의 차이가 없다. 그러나 전체적으로 표면 부분이 탄성계수가 크고 중심부는 작다. 이것은 표면과 중심부의 조직이 다르기 때문이다. 결정성 수지의 두께 방향의 조직과 그 결정의 구조를 나타낸다. 표면은 배향 방향으로 작고 긴 막대 형상의 결정이 형성되고 중심은 큰 구형의 결정이 형성된다. 따라서 사출 성형 플라스틱은 이방성의 기계적 물성을 가진다. 그러나 일반 플라스틱 수지의 기계적 물성의 이방성은 크지 않아서 평균값을 사용하여도 변형 해석에서는 큰 문제가 없다. 그러나 파이버가 포함된 복합수지의 경우 기계적 물성의 이방성이 아주 커서 반드시 파이버 배향 해석을 통하여 배향 방향과 그 직각 방향의 이방성을 변형 해석에서 고려하여야 한다.
배향 방향의 탄성 계수를 E1 (Elastic modulus, 1st principal direction (E1)) 그리고 그 직각 방향의 값을 E2 (Elastic modulus, 2nd principal direction (E2))라 한다. 일반적인 플라스틱 수지의 경우는 E1과 E2의 평균값을 사용하고, 파이버가 포함된 복합 수지의 경우는 E1과 E2를 다르게 사용한다.
댓글