금형 표면 온도 제어가 박육 Film Insert Molding 공정에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

Film Insert Molding(FIM)은 금형 내 한쪽 벽면에 film이 삽입되어 있는 상태로 수지가 충진되는 사출성형 공정이다. FIM 공정에서는 film이 단열재 역할을 하여 금형 내 캐비티(Cavity) 표면의 비대칭 열전달 문제를 일으킨다. 금형 내 비대칭 열전달 문제는 용융된 수지가 충진되는 동안 유동선단의 중심을 한쪽으로 치우치게 하며 상대적으로 더 큰 전단응력을 받는 film면의 결함을 발생시킨다. 이와 더불어 금형 내 유로에서 양쪽 벽면의 고화층 생성시기 차이 발생과 film과 금형의 서로 다른 열전도도에 의한 냉각속도의 차이로 제품의 휨변형을 일으키게 된다. 본 연구에서는 FIM 공정 중 발생하는 비대칭 열전달 문제를 개선하기 위해 금형 표면 온도를 조절할 수 있는 FIM 금형을 설계하고 제작한 후 금형온도를 조절하며 실험하였다. 가동측 금형에는 국부적인 급속가열이 가능한 고성능의 ceramic heater를 삽입하여 금형 표면 온도를 제어하도록 하였다. Heater의 제한된 성능을 극대화하여 금형 표면까지 효과적인 열전달을 할 수 있도록 ceramic heater가 삽입되는 core block과 mold base의 접촉면에는 접촉면적을 줄인 단열면(Insulated surface)을 설계하였다. 단열설계는 heater의 에너지를 가능한 효과적으로 금형 표면에 전달시키기 위한 것이다. Heater가 삽입된 core block 표면의 승온속도가 초당 10℃가 넘었다. Core block 표면 온도가 70℃에 도달하는 시점에서 mold base의 온도가 상승하기 시작하였다. 이를 통해 국부적인 급속가열을 위한 core block 단열면의 열전달 제어 효과를 확인하였다. FIM 공정에 급속가열을 적용하였을 경우 제품의 deflection 값이 80%이상 감소하였다.