플래시 방지를 위한 열경화성 액상 실리콘 고무 사출성형 기술에 대한 연구

Abstract

액상 실리콘 고무(liquid silicone rubber, LSR) 사출성형은 재료가 가지고 있는 우수한 성질을 바탕으로 복잡한 형상을 가진 제품을 대량생산하는 데 적합하여 전자기기, 의료용품 등에 이르기까지 제품의 적용 범위를 계속하여 확장하고 있다. 하지만 낮은 점도의 LSR을 금형에 주입할 때, 의도하지 않은 틈으로 재료가 흘러가는 플래시(flash) 불량이 발생한다. 이를 방지하기 위하여 정밀 가공된 LSR 전용 금형을 사용하여 제품을 성형하지만, 금형 가공에 필요한 높은 기술력과 그에 따라 상승하는 제작비 등 기술적 진입 장벽으로 인하여 LSR 성형에 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 금형에 유입되는 재료의 압력과 점도를 최적화하는 방법을 통하여 플래시 불량을 방지하는 방법을 연구하였다. 이를 위하여 온도에 따른 재료의 점도 및 경화 거동을 분석하고, 충전 중 점도 변화를 바탕으로 공정 전략을 구상하였으며, 플래시 불량을 방지하기 위한 최적 공정 설계 방법을 제시하였다. 특히 재료가 금형의 벤트로 흐르는 플래시 불량을 막기 위하여 해당 부위에 세라믹 히터를 설치하고 급속가열을 통하여 점도를 상승시켜 플래시를 막는 방법을 개발하였다. 충전 중 재료 온도에 따른 경화 및 점도 거동을 분석하기 위하여, 시차주사열량계를 이용하여 경화 거동을 분석하였으며, 회전식 점도 측정기를 이용하여 경화 과정 동안 온도에 따른 점도 상승 및 점탄성 거동을 측정하였다. 재료 온도가 경화온도보다 높은 조건에서, 즉각적인 점도 상승이 나타나지 않고 일정 시간 경과 후 점도가 상승하는 구간이 나타났으며, Small-Amplitude Oscillatory Shear (SAOS) 시험을 통해 탄성률 거동을 분석한 결과, 경화온도보다 높음에도 불구하고 저장 탄성률의 변화가 미미한 경화 잠복기가 나타났다. 이것은 경화를 위하여 금형 온도를 상승시켰을 때, 재료는 최저 점도를 가진 후 상승하게 되며, 경화 잠복기에 재료에 가해진 압력은 플래시 발생을 가속한다고 예측할 수 있다. 이와 같은 온도에 따른 점도 변화를 바탕으로 하여 플래시 발생을 최소화할 수 있는 공정 전략을 구상하였다. 충전 중 제한 압력을 초과한 압력은 해제되도록 한다. LSR 재료의 경화 잠복기의 점도에 근거하여 충전 중 제한 압력을 결정한다. 충전 완료 후 경화잠복기보다 긴 시간동안 벤트부에 설치된 세라믹 히터로 금형을 부분 급속가열하여 벤트부 재료가 경화에 의해 플래시를 견딜 만큼의 점도가 되면 냉각에 의한 재료의 수축을 보상하기 위한 보압을 가한다. 이와 같은 방법을 이용하여 플래시가 발생하지 않은 시제품을 얻을 수 있었다. 본 연구에서 제안된 공정방법이 일반적인 정밀도의 금형에서 LSR을 사출할 때 플래시 발생을 효과적으로 방지하여 주는 것을 확인하였다.