투명 Multi layer 사출공정에서 표면상태와 공정조건이 계면 접합에 미치는 영향

Abstract

다층 사출공정(Multi layer injection molding)은 두꺼운 광학부품을 생산하기 위해 개발된 사출공정으로서, 일반 사출공정과 비교하여 냉각시간이 더 짧고 제품의 형상정확도가 더 높은 장점이 있다. 투명한 재료를 이용하여 다층 사출공정으로 생산된 사출품은 내부에 층간 계면을 가지게 된다. 층간 계면접합이 좋지 않을 경우 층간 계면은 제품의 결함이 될 수 있다. 따라서 계면접합에 영향을 미치는 공정변수를 연구하고, 계면접합을 향상시키기 위한 방안을 실험을 통해 알아보고자 했다. 1차 층의 표면조도, 표면온도 그리고, 2차 층 사출 시의 용융수지 온도, 사출속도, 보압이 계면 접합에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 본 연구에서는 층간 계면의 관찰을 위한 다층 시편을 설계하였다. 1차 성형품 표면 조도 변화를 위해 1차 성형품 표면을 다양한 조도를 가지는 연마지로 가공하는 방법으로 표면조도를 조절하였다. 이와 같이 제작된 1차 층 시편을 이용하여 다양한 공정변수를 변화하면서 실험을 진행하였다. 시편 옆면을 촬영 한 후, 계면 근처의 Intensity graph를 구하여 층간 계면의 빛의 밝기차이를 이용해 계면접합을 평가했다. 2차 층 용융수지가 1차 층의 표면상에 존재하는 미세 구조를 완전히 채우지 못하면, 미세한 기공면에서 산란하는 빛이 계면 근처의 빛의 밝기에 변화를 줄 것이다.

실험 결과로서, 층간 계면접합은 1차 층의 표면조도에 의해 가장 큰 영향을 받았다. 1차 층의 표면조도(Ra)가 낮을수록 Intensity 값이 감소하였다. 즉 접합면의 표면조도가 낮을수록 계면의 접합이 우수해지며 계면을 육안으로 확인하기가 어려웠다. 1차 층의 표면이 Ra=0.9㎛ 이상의 거칠기를 가질 경우, 1차 층 시편 표면의 온도, 2차 층 사출 시 용융수지의 온도, 사출속도, 보압 등 공정변수들은 층간 계면접합에 거의 영향을 미치지 않았다.