웰드라인을 가진 사출 성형품의 구조 설계 방법론 개발

Abstract

플라스틱을 활용한 제품 생산이 증가하면서 재질 특성에 따른 기계적 강도에 대한 필요성이 증가하고 있다. 그러나 플라스틱의 대표적 열화현상인 웰드라인으로 인한 국부적인 기계적 강도 저하로 제품 불량이 발생하고 있다. 이와 관련된 선행 연구들에서는 실험적 방법으로 웰드라인의 강도 저하에 영향을 미치는 요인을 분석하고 강도 저하 수준를 예측하는 연구가 있었지만 제품 설계 단계에서 예측하고 보완 할 수 있는 방법적 연구가 미진한 실정이다. 본 연구에서는 사출 성형 공정에서 웰드라인의 경계면에서 나타나는 확산에 영향을 미치는 주요인자를 알아보았다. 수지 온도와 금형 온도, 보압, 접촉 시간 중에 수지 온도가 웰드라인의 기계적 강도 저하에 가장 큰 영향을 미치는 변수로 나타났다. 금형 온도도 영향이 있지만 실제 적용 가능한 온도 범위 내에서는 영향도가 무시할 만 하였다. 플라스틱 재질의 연성과 취성 특성을 모두 고려한 기계적 물성 저하 판단기준으로서 인성을 선택하여 재질 구분 없이 공통적으로 적용할 수 있도록 하였다. 규격 시편의 인장시험을 통해 수지 온도에 따른 weldline factor를 확산 이론을 기반으로 한 sigmoid 함수로 근사화하여 ABS 재료와 PS 재료의 기계적 물성 저하를 위한 식을 각각 도출하였다. 해당 식을 적용하여 실제 제품과 비교 검증을 수행하였다. 이로써 제품 설계 단계에서 웰드라인 강도를 고려한 구조해석을 할 수 있는 방법론을 개발하였다.