성플뉴스

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원리는 주사기

플라스틱 성형품을 만드는 성형 가공 기술 중에서 가장 널리 쓰이고 있는 것이, 이 사출 성형이다.

텔레비전의 캐비넷, 자동차 범퍼, 버킷이나 세면기 등, 우리들 주변에 널려 있는 다양한 제품이 사출성형에 의해서 대량 생산되어 공급되고 있는 것이다.

사출성형, 이것은 영어로는 인젝션 몰딩(Injection Molding)이라고 불린다. 인젝션이란 주사하거나 주입한다는 의미로서 사출성형은 주사기와 유사한 원리를 응용하여 성형품을 만드는 방법이다.

주사기의 본체는 사출 성형기이고 주사액은 녹여진 플라스틱 원료, 가해지는 손가락의 힘은 유압으로 행해지고 그 힘은 경우에 따라서는 1평방센티미터에 대하여 2톤을 초과하는 세기이다. 이 강력한 사출압력에 의해서 미리 만들어진 금형에, 가늘고 좁은 게이트라고 불리는 구멍을 통하여 원료를 부어 형을 만들어 내는 것이다.

원료에 열을 가하면 녹은 열가소성 플라스틱 [예를들면, 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene), 아크릴 수지 등]이 일반적으로 쓰이고 쌀 알 크기만한 펠렛(pellet)이라고 불리는 원료를 약 50도 전후로 가열·용융하고 형에 충전한 다음 이것을 냉각·경화시키고 금형을 열어 성형품을 얻는 것이다.

고속으로 대량 생산

이와 같이 쓰면 완성될 때까지 대단히 시간이 걸리는 것처럼 생각되지만 원료 투입에서부터 용융, 사출, 성형품 취득까지의 시간은 버킷(bucket)이 약 20초, 작은 의자가 60초, 욕조 같은 대형 성형품이라고 해도 4분 만에 완성시킬 수 있다. 사출 성형의 특징은 이와 같이 짧은 시간에, 같은 품질의 성형품을 대량으로 생산할 수 있다는 점과 원료 투입에서부터 성형품 취득까지, 완전 자동으로 할 수 있다는 것이다. 자동화할 수 있다는 것은 기계의 무인운전을 할 수 있다는 것이므로 이것은 제품의 코스트를 떨어뜨리는 데에 크게 도움이 된다.

플라스틱 성형 가공 중에서, 높은 치수 정밀도와 복잡한 구조의 성형품을 만들 수 있는 점도 이 사출성형의 특징이다.

시계의 톱니 바퀴나 비디오 카메라의 렌즈, 카메라의 바디(body), 차량이나 전기, 전자기기, 의료기기 등의 부품이 수없이 많이 만들어지고 있는 것도 이러한 이유 때문으로 금속 제품에서 보통 천분의 1밀리미터라고 하는 치수 정밀도가 요구되는 콤팩트 디스크도, 이 사출 성형에 의해서 만들어지는 것이다.

성형품에 대한 착색은 성형과 동시에 금형 내에서 이루어지고 대리석 모양이나 진주 착색도 간단해서 표면에 입체적인 모양이나 나무결 무늬, 유리 같은 다이아몬드 커팅을 만드는 것도 가능하다. 나무나 금속 제품에서 후가공으로서 이루어지고 있는 공정이 사출성형에서는 필요가 없게 된 것이다. 또한 이 성형법에서는 겨자씨 정도의 작은 기계부품으로부터, 욕조 같은 대형 성평품까지 만들 수 있다. 그리고 하나의 금형에서 10만개 이상이나 되는 성형품을 만들 수 있다.

슬퍼지는 단계는 금형이 비싸다는 점

이와 같이 많은 특징이 있는 사출 성형이라도 울고 싶을 때가 있다. 그것은 설비에 돈이 많이 들고 또한 금형이 대단히 비싸다는 점이다. 버킷의 금형이라도 800만엔 정도가 들고, 대형이고 복잡해지면 1000만엔이 넘는 것도 그렇게 진귀한 일이 아니다. 금형이 비싸다는 점을 생각해 볼 때 소량 생산에는 적합하지 않은 생산 기술이라는 것을 알 수 있다.

사용되는 재료는 모든 열가소성 수지 외에 일부의 열경화성 수지도 가능하다. 이외에도 목적으로 하는 제품이 플라스틱 단체로서 약할 경우에는, 유리 섬유나 카본(cabon) 섬유로 강화된 원료를 이용하고 금속 등의 이종재료를 플라스틱과 동시에 성형하여 부분적으로 보강하는 것도 가능하다.

버킷의 탄생

사출 성형에 의해 버킷(bucket)이 만들어지는 과정을 예로 들어 좀더 자세히 설명해 보기로 한다.

우선 처음에 강력한 사출 압력을 견디도록 하는 금형이 필요하다. 이 금형은 버킷(bucket)의 안쪽면을 만들기 위한 웅형과, 외측면을 만들기 위한 자형의 두가지 형으로 구성되어 있고, 이것을 우선 사출 성형기에 설치한다.

사출 성형기는 크게 나누어 원료를 모으고, 이것을 자동적으로 기계 안으로 보내주는 호퍼(hopper)라고 불리는 부분 ①과, 쌀알 크기의 펠렛(pellet)라고 불리는 고형 원료를 가열하여 녹이기 위한 가열통 부분 ②, 원료를 사출하기 위한 유압 실린더(cylinder) 부분 ③으로 구성되어 있다. 그리고 가열통의 선단에는 주사 바늘에 대응하는 노즐(nozzle)이라고 불리는 쇠장식이 붙여져 있고 여기에 자형 ④에 열려진 게이트라고 불리는 원료 주입구멍을 합쳐 고정하는 것이다.

한편, 웅형 ⑤는, 완성된 성형품의 취득을 가능하게 하기 위해서 이동할 수 있도록 설치하는데 이것으로서 성형을 위한 준비는 완료된다. 성형은 우선 웅형과 자형이 합쳐지고, ③의 유압 실린더가 오른쪽으로 움직여지며, 이것으로서 ②안의 녹은 플라스틱은 노즐(nozzle)의 끝에서 게이트의 가능 구멍을 통하여 금형 안으로 순간적으로 들어간다.

녹은 플라스틱은 이 금형 안에서 냉각수에 의해서 열을 빼앗기고, 경화되며 다음 단계에서 금형이 열리고 버킷(bucket)이 탄생된다.

<출처 - 플라스틱넷, https://plasticnet.kr/>