사출 불량 쇼트 샷, 왜곡, 워핑 원인과 해결 방법

 

 

 

 

 

 

 

 

 사출 성형에서 쇼트 샷, 왜곡, 워핑은 제품의 기능성과 조립 정밀도에 직접적인 영향을 미치는 형상 불량입니다. 이 세 가지 불량 현상은 모두 수지의 유동과 냉각 과정에서 발생하는 흐름 저항·응력 불균일·수축 불균일에서 기인하며, 발생 원인을 한 번에 이해하고 해결책을 단계별로 적용해야 완전한 품질 개선이 가능합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

쇼트 샷(Short Shot)

 

 

 

 

 

 

 용융 수지가 금형 캐비티를 끝까지 채우지 못해 일부가 결손되는 쇼트 샷은 주로 흐름 저항 과다→충진 중단의 순서로 발생합니다. 용융 수지의 흐름 저항이 커지는 첫 번째 요인은 재료의 흐름성 저하인데요 수지 점도가 높거나 수분 함량이 많으면 내부 마찰이 증가해 흐름이 어려워지고, 분말 충진형·충진제 첨가 소재는 입자 응집으로 인해 더욱 흐름이 저하되기도 합니다.

 사출기 설정 불량도 원인이 됩니다. 사출 압력·속도가 낮으면 충분한 충진력이 나오지 않아 멀리 떨어진 캐비티 말단까지 수지가 도달하지 못하고, 특히 큰 면적 제품·두께 편차가 큰 제품일수록 미성형 부위가 넓어지죠. 
 
 마지막으로 금형 설계 및 온도 조건도 영향을 줍니다. 게이트 단면이 너무 작으면 압력 손실이 크고, 러너·게이트 내부의 공기가 배출되지 않으면 '공기 갇힘'으로 수지 유동을 막습니다. 배럴·금형 온도가 낮으면 수지가 조기에 응고되어 역시 캐비티를 채우지 못합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

이러한 복합 원인을 해결하기 위해,
첫째, 재료 측면에서는 수분 완전 건조 및 필터 교체로 순수 수지만 투입하고, 점도가 과도한 재질은 MFI(용융 지수)에 맞는 등급으로 변경합니다.
둘째, 기계 설정을 최적화할 때는 사출 압력을 단계별로 10%씩 올려 보며 충진 완료 여부를 확인하고, 사출 속도·보압 시간을 조정해 수지 유동을 원활히 합니다.
셋째, 금형에서는 게이트 크기를 약 20% 확대하여 압력 손실을 줄이고, 러너·게이트 내부 배기를 강화하며, 배럴·금형 온도를 소재 권장 범위 상한으로 설정해 수지의 흐름성을 최대화합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

왜곡(Distortion): 냉각 불균일에서 비롯된 뒤틀림

 

 

 

 

 

 금형에서 나온 후 제품이 설계 형상에서 비틀리는 왜곡은, 핵심적으로 냉각 속도와 수축율의 불균일 때문에 발생합니다. 제품 두께가 두꺼운 부분은 느리게 냉각되어 더 많이 수축하고, 얇은 부분은 빠르게 냉각돼 미리 수축이 끝나버리면서 서로 다른 수축량 차가 잔류 응력을 만들고, 이 응력이 수지를 비틀어 놓습니다.

 또한 사출 압력·보압 조건의 부적절도 왜곡을 악화시킵니다. 과도한 압력이나 지나치게 긴 보압 시간은 수지 내부에 과도한 분자 배열(분자 정렬)을 유발하여 차후 냉각 중 비정상적인 방향 수축을 초래합니다.
여기에 냉각 채널 배치의 불균형이 더해지면 온도 분포가 금형 내에서 들쭉날쭉해져, 국부 과냉각 지역이 생기거나 반대로 부족 냉각 지역이 발생해 전체 부품이 고르게 굳지 못합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

따라서 왜곡을 줄이기 위해서는,
첫째, 사출 압력은 “충진 완성 압력”과 “변형 최소 압력” 사이에서 최적값을 찾아 단계별로 낮추고, 보압 시간은 제품 치수 편차가 허용범위 내에 있도록 짧게 설정합니다.
둘째, 분자 배열을 최소화하기 위해 용융 온도는 높은 쪽 권장 범위보다 5~10℃ 낮게, 배럴 온도는 소재 권장 범위 중간값으로 조정하여 흐름 전단 응력을 낮춥니다.
셋째, 금형 냉각 채널은 제품 두께별로 균일 냉각이 가능하도록 재배치하고, 냉각 매체 유속을 조정해 모든 영역이 비슷한 냉각 속도를 갖도록 설계 수정합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

워핑(Warping): 수축 불균일이 만든 휨 현상

 

 

 

 

 

 

 워핑은 왜곡과 유사하지만, 방치할 경우 부품 끝단이 들리거나 중간이 볼록해지는 등 치수·조립 오차를 크게 확대합니다. 발생 원인은 수축률 차이와 잔류 응력입니다. 특히 결정성 수지(폴리프로필렌, 폴리아미드)는 비결정성 수지보다 수축률이 크고, 격자 결정을 형성하며 부피가 더 크게 줄어들어 수축 불균일이 심화됩니다.
 
 또한 냉각 과정에서 관성력이 작용해 단면이 큰 플랜지나 리브 주변은 상대적으로 더 느리게 냉각돼, 부품이 금형에서 빠져나올 때 내부 응력 해소가 불균등하게 이뤄져 휨이 발생합니다.

 

 

 

 

 

 

워핑 방지를 위해서는
첫째, 사출 압력·보압은 왜곡과 동일하게 최적화하면서, 보압 단계를 두 단계 이상으로 나누어 압력 완화 정도를 점진적으로 줄여 잔류 응력을 분산시킵니다.
둘째, 냉각 프로토콜을 개선해 초반에는 빠르게, 후반에는 천천히 냉각하는 “가변 냉각”을 도입하여 제품 전체 수축을 균일화합니다.
셋째, 소재 선택 시 결정성 수지의 경우에는 충진 온도를 높여 결정화 속도를 늦추고, 비결정성 수지처럼 균일 냉각에 가깝게 조건을 맞추거나, 충진 후 후처리(어닐링)로 잔류 응력을 낮추는 방법을 고려합니다.

 

 

 

 

 

 쇼트 샷, 왜곡, 워핑 모두 수지의 유동성과 냉각·수축 과정에서 발생하는 압력·온도·설계 불균일이 결합되어 나타납니다. 원인을 한 번에 이해하고, 재료 건조→기계 설정 최적화→금형 냉각 균형화→보압 프로토콜 순으로 방법을 찾다보면 불량을 개선할 수 있을 것입니다.

 

 

 

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사출 성형에서 자주 발생하는 표면 불량 특징과 개선 방법

 

 

 

사출 성형 불량률 감소를 위한 온도·압력·속도별 파라미터 최적화 관리 방법