아세탈 사출 성형 또는 POM 사출 성형 고도로 가공된 열가소성 소재인 폴리옥시메틸렌(POM)으로 제조된 부품입니다. POM은 호모폴리머 또는 코폴리머 아세탈 형태를 취할 수 있습니다. 호모폴리머 아세탈은 결정 구조로 인해 높은 강도를 나타냅니다. 그러나 녹는점이 매우 높기 때문에 문제가 될 수 있습니다. 공중합체 아세탈은 가공 창이 더 넓기 때문에 성형이 더 쉽습니다. 결정 구조가 덜 정렬되어 있기 때문에 이전 소재보다 기계적으로 덜 강합니다.
일부 유명 공급업체는 코폴리머 아세탈을 제공합니다. 반면, 유명한 소재 공급업체인 듀폰은 향상된 특성을 지닌 동중합체 Delrin®만을 제공합니다. Delrin® 등급은 강도, 강성, 점도 및 저항성에 따라 분류됩니다. 사출 성형 및 CNC 가공 모두에 호환됩니다. 아세탈 몰드 제품/부품은 자동차, 의료 및 유체 취급 부문에서 필수적으로 사용됩니다.
이 문서에서는 주로 아세탈 플라스틱 사출 성형, POM 특성, 장점 및 POM으로 부품을 제작하기 위한 설계 지침에 중점을 둡니다. 또한 사출 성형 설계 가이드, 특정 제안 사항 및 아세탈 사출 성형 프로젝트의 최적 결과를 위한 권장 사항을 제공합니다.
아세탈이란 무엇인가요?
폴리옥시메틸렌(POM)으로도 알려진 아세탈은 견고한 고성능 열가소성 플라스틱입니다. 일반적으로 엔지니어링 분야에 사용되는 반결정성 소재입니다. 아세탈 폴리머는 분자식 CH2O의 긴 사슬을 연결하여 형성됩니다. 일부 공중합체 모노머는 추가 기능을 제공하기 위해 통합되기도 합니다. 아세탈은 구조에 따라 본질적으로 단일 중합체 또는 공중합체일 수 있습니다.
가장 잘 알려진 호모폴리머 아세탈은 듀폰™ 델린®입니다. 아세탈 플라스틱은 강도와 강성이 높기 때문에 강도는 높지만 휘어짐이 적은 용도에 이상적입니다. 또한 이 플라스틱은 마찰이 적고 마모율이 높습니다. 아세탈은 수분 흡수율이 낮기 때문에 치수 변화에 대한 저항성이 뛰어납니다. 이러한 이유로 아세탈은 다양한 용도로 금속 대신 사용됩니다.
아세탈/POM 소재 속성
표: 다양한 아세탈 등급의 특성
| 속성 | Delrin® 100 BK602 | 듀라콘® M90-44 | Celcon® M90 | Kepital® F20-03 | Hostaform® C9021 |
| 물리적 | |||||
| 밀도(g/cm³) | 1.42 | 1.41 | 1.41 | 1.41 | 1.41 |
| 수축률(%) | 1.9-2.2 | 2.1-2.3 | 1.9-2.2 | 2.0 | 1.8-2.0 |
| 로크웰 경도 | 120 R | 80 M | NA | NA | NA |
| 기계 | |||||
| 인장 강도(MPa) | 72 | 62 | 66 | 65 | 64 |
| 수율 연신율(%) | 23 | 35 | 10 | 10 | 9 |
| 굴곡 탄성률(GPa) | 2.9 | 2.5 | 2.55 | 2.55 | NA |
| 굴곡 강도(MPa) | NA | 87 | NA | 87 | NA |
| 사출 성형 | |||||
| 건조 온도(°C) | 80-100 | NA | 80-100 | 80-100 | 120-140 |
| 건조 시간(시간) | 2-4 | NA | 3 | 3-4 | 3-4 |
| 용융 온도(°C) | 215 | 200 | 205 | 180-210 | 190-210 |
| 금형 온도(°C) | 80-100 | 80 | 90 | 60-80 | 85 |
위 표에는 위에 언급된 POM 상품명과 그 특성이 나와 있습니다. 호모폴리머 Delrin® 100은 폴리머의 결정성이 높기 때문에 인장 강도가 가장 높습니다. POM은 인장 및 굴곡 강도는 매우 우수하지만 수축률이 높다는 특징이 있습니다. 적용 요건에 따라 특정 POM 등급에는 강도, 내식성 또는 자외선 저항성을 향상시키기 위한 필러가 포함될 수 있습니다.
POM 사출 성형의 장점
아세탈은 바람직한 엔지니어링 특성을 지닌 고성능 소재입니다. 이 소재는 응력을 받았을 때 높은 피로 및 크리프 강도를 제공합니다. 기계적 강도가 높아 항공우주, 자동차 등 정밀도가 요구되는 다양한 분야에 최적입니다. 마찰이 적기 때문에 POM은 장기간 사용해도 마모가 매우 적습니다. 또한 아세탈은 녹슬거나 부식되지 않으며 고온에서도 작동할 수 있습니다.
피로 저항
아세탈 사출 성형 부품은 반복적인 응력 사이클에 노출될 때 우수한 성능 특성을 갖습니다. 기어와 같이 하중이 일정한 상황에서 가장 적합합니다. 따라서 호모폴리머 POM은 코폴리머보다 피로 강도가 우수합니다. 이러한 특이한 특성 덕분에 높은 응력 조건에서 장기적인 신뢰성을 확보할 수 있습니다. 피로 강도가 높기 때문에 POM은 기계 부품이 필요한 분야에 사용하기에 적합합니다.
크리프 저항
POM 성형 부품은 장기적으로 기계적 하중을 받을 때 치수 안정성을 나타냅니다. 지속적인 응력을 받는 경우에도 영구적인 변형이 발생하는 경향이 매우 낮습니다. 이러한 특성으로 인해 POM은 하중을 견디는 용도에 사용하기에 적합합니다. 또한 이 소재는 크리프가 없어 구조용 애플리케이션에 이상적입니다. 이것은 POM의 압력 하에서 매우 안정적인 성능 영역입니다.
높은 강도
POM 사출 성형 부품은 최고의 인장 및 굴곡 특성을 제공합니다. 이 소재는 고성능 기계 부품에 필요한 강성을 제공합니다. 호모폴리머 버전의 POM은 코폴리머에 비해 훨씬 더 높은 강도를 보여줍니다. 일반적으로 컨베이어 및 안전 관련 부품에 사용됩니다. POM의 기계적 특성은 매우 다재다능하여 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.
낮은 마찰
POM의 낮은 마찰은 슬라이딩 부재의 마모를 줄여줍니다. 이 소재는 약간의 움직임 변화가 있는 영역에서 사용하기에 적합합니다. 마찰을 줄이는 자연스러운 경향으로 인해 최소한의 유지보수가 필요합니다: 마모에 강한 POM의 특성 덕분에 성형 부품의 수명이 상당히 길어집니다. 따라서 낮은 마찰이 필요한 곳에 자주 사용됩니다.
식품 안전
고급 POM 식품 등급 소재는 식품 접촉 제품에 적용되는 안전 기준을 충족합니다. POM은 식품 가공 기계 및 장비 제조업체에서도 사용할 수 있습니다. FDA, USDA 및 엄격한 안전에 대한 모든 법적 및 규제 요건을 준수합니다. 아세탈 사출 성형 부품은 신뢰성과 신뢰성으로 인해 식품 가공 장비에 널리 사용되고 있으며, 무독성으로 인해 이러한 분야에서 사용하기에 적합합니다.
치수 안정성
아세탈 사출 성형 제품은 성형 공정에서 냉각된 후 정확한 치수로 구성됩니다. 성형 중에는 수축률이 상대적으로 높지만 이후에는 거의 균일하게 유지됩니다. 자동차 및 전자 제품과 같은 분야에서는 치수 안정성이 중요합니다. POM 사출 성형 부품은 기계적 적용과 압력을 받는 동안 치수 안정성을 유지합니다. 이러한 특성은 정밀 부품의 전제 조건입니다.
내식성
POM은 연료 및 용제와 같은 대부분의 화학 물질에 비교적 내성이 있습니다. 화학 물질과 접촉할 수 있는 장소에서 사용하는 것이 가장 좋습니다. 예를 들어 원통형 저장 탱크가 있습니다. 그러나 이 소재는 강산과 염기의 영향을 받습니다. POM은 화학적 공격에 잘 견디기 때문에 유체 관리에 사용하기에 적합한 소재입니다. 또한 내화학성이 우수하고 안정적이며 열악한 환경에서도 수명이 길다는 장점이 있습니다.
내열성
POM은 최대 105°C의 고온 영역에서 견딜 수 있습니다. 호모폴리머 등급은 공중합체보다 더 높은 열을 견뎌냅니다. 이러한 특성은 다양한 온도 조건에 노출되는 부품에 매우 중요합니다. 이러한 특성으로 인해 POM은 고온에 대한 내성이 뛰어나 산업 분야에서 사용하기에 적합합니다. 사용되는 소재의 올바른 선택은 열악한 기후를 견딜 수 있는 능력을 의미합니다. 대상 고온 플라스틱 고온 소재에 대해 더 알아보세요.
POM 사출 성형 설계의 주요 고려 사항
사출 성형 아세탈 는 스테인리스 스틸 몰드 사용을 선호합니다. 사용되는 재료는 부식성이 있습니다. 따라서 사용되는 금형은 강하고 내성이 강해야 합니다. 높은 수축은 정밀한 부품을 얻기 위해 예리한 금형 설계가 필요합니다. POM은 자동차, 산업 및 의료 부품에 널리 적용됩니다. 따라서 성형은 올바른 방식으로 이루어져야 하며, 이 경우 정밀도와 품질이 높은 결과물을 얻을 수 있습니다. POM 사출 성형 설계 시 몇 가지 특징을 고려하는 것이 중요합니다.
벽 두께는 0.030~0.125인치 범위여야 합니다. 두께 편차를 최소한으로 유지함으로써 부품의 균일한 두께를 얻을 수 있습니다. POM의 경우 수축률이 높기 때문에 공차 관리가 매우 중요하며, 이는 POM의 사례에서 잘 드러납니다. 특히 응력이 최대로 발생하는 영역에서 반경을 최소화해야 합니다. 0.5~1도 범위의 구배 각도는 배출이 원활하기 때문에 이상적입니다.
벽 두께
벽의 두께는 사출 성형된 POM 부품의 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 섹션이 두꺼우면 부품이 어떤 식으로든 휘거나 줄어들 수 있으며 이는 바람직하지 않을 수 있습니다. 이렇게 하면 전체 구조가 개선되고 일정한 두께를 유지할 수 있습니다. 그러나 매우 얇은 벽은 어렵더라도 일정한 한도 내에 있어야 합니다. 벽 두께는 구조물 제작에서 중요한 역할을 하며, 잘만 관리하면 고압을 안정적으로 견딜 수 있습니다.
허용 오차
POM은 수축률이 높기 때문에 허용 오차 범위 내에 있어야 하는 POM 성형 부품을 작업할 때 문제가 될 수 있습니다. 특히 벽이 두꺼울수록 공차 편차가 발생할 확률이 높아지는 것으로 나타났습니다. 동일한 치수를 보장하도록 설계하는 것은 치수가 일관성을 유지하도록 보장하므로 나쁜 생각이 아닙니다. 항상 올바르게 성형하는 방법이 있으며 이를 통해 공차가 허용 한도 내에 있는지 확인할 수 있습니다. 치수 변경으로 인한 문제는 계획과 관리를 통해 잘 관리할 수 있습니다.
반지름
부품 설계의 반경은 부품 사용 시 응력 집중을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 날카로운 모서리는 구조물의 내구성을 떨어뜨릴 수 있는 지점이기 때문에 항상 문제가 됩니다. 반경을 포함하면 이러한 고응력 영역을 최소화하여 부품의 수명을 늘릴 수 있습니다. 반경은 파이프 벽의 공칭 두께의 0.25배 이상이어야 합니다. 반경이 작을수록 응력이 감소하지만, 최대 75%까지 반경이 클수록 응력 분포가 개선됩니다.
구배 각도
최소한의 구배 각도로 높은 POM 부품 배출을 달성할 수 있습니다. POM은 마찰이 적고 드래프트 각도가 0.5도일 가능성도 있습니다. 기어와 같은 부품의 경우 설계 사양을 충족하기 위해 드래프트 제로가 필수적이지 않을 수 있습니다. 드래프트는 부품을 금형에서 분리하는 데 어려움을 겪지 않거나 최소화하는 데 도움이 됩니다. 구배 설계가 우수하면 효율적인 생산이 가능하고 생산되는 부품의 품질이 향상됩니다.
POM 재료 처리 과제
POM을 처리하기 어려운 이유는 무엇인가요? 특정 결정 요인에 따라 최적의 기능이 결정됩니다. POM은 높은 열 조건에 대한 내성이 약간 또는 낮기 때문입니다. 사출 성형 시 금형 작업자는 몇 가지 요소를 고려합니다. 이러한 요소로는 열 제어, 수분 수준, 성형 매개 변수 및 수축이 있습니다. 이러한 요소는 고품질 POM 사출 성형 부품을 성공적으로 생산하기 위해 중요합니다.
열
POM 사출 성형에서 관리해야 할 가장 중요한 측면 중 하나는 열입니다. 210°C 이상의 온도에서 가열하면 소재는 열 열화를 겪습니다. 이러한 분해로 인해 부식성이 있는 부산물이 형성되어 결국 사출 금형에 영향을 미칩니다. 최상의 결과를 얻으려면 금형 온도가 60~100°C 사이여야 합니다. 또한 가열 주기가 짧으면 재료에 너무 많은 스트레스를 주지 않기 때문에 이점이 있습니다. 온도가 상승하면 품질을 달성하기 위해 체류 시간이 감소해야 합니다.
수분
POM의 수분 흡수율은 매우 낮으며 0.2~0.5% 사이입니다. 그러나 최상의 결과를 얻으려면 가공 전에 POM 수지를 건조하는 것이 좋습니다. 건조 시간은 일반적으로 POM 등급에 따라 3~4시간입니다. 이는 성형 중 수분 수준을 낮추어 결함 발생을 줄이기 위해 중요합니다. 주의 깊게 준비하면 사출 중 수분과 관련된 문제를 방지할 수 있습니다.
성형 파라미터
POM 사출 성형에는 올바른 성형 파라미터를 유지해야 합니다. 실험의 우수한 반복성을 보장하기 위해 확인된 성공적인 사출 압력은 70~120MPa입니다. 또한 부품의 원활한 생산을 위해서는 중간에서 높은 사출 속도가 바람직합니다. 성형 부품을 제어하려면 성형 부품이 특정 사양을 충족하도록 적절한 파라미터 제어가 필요합니다. 이러한 파라미터를 면밀히 추적하면 최종 제품의 품질을 향상시킬 수 있습니다.
수축
수축은 Delrin®을 포함한 POM 소재의 일반적인 문제입니다. 수축률은 일반적으로 사이클의 냉각 단계에서 2 ~ 3.5%입니다. 대부분의 수축은 부품이 아직 금형에 있을 때 발생하고 나머지는 사출 후 발생하는 수축입니다. 비강화 호모폴리머 POM은 코폴리머 소재보다 더 큰 수축을 나타냅니다. 원하는 치수를 충족하려면 금형 설계 시 이러한 수축률을 고려해야 합니다.
아세탈 사출 성형의 단점
아세탈 몰딩은 여러 가지 이점을 제공합니다. 하지만 한계와 단점도 있습니다. 또한 아세탈 금형에는 많은 어려움이 있습니다. 기업이 우수한 품질의 최종 사용 제품을 얻으려면 성형 공정 중에 이러한 제한 사항을 신중하게 고려해야 합니다.
열악한 내후성
아세탈은 분해에 매우 취약합니다. 일반적으로 자외선이나 자외선에 노출되는 상황에서는 더욱 그렇습니다. 지속적으로 노출되면 색상이 크게 변하고 결국 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 자외선은 미적 가치를 떨어뜨리고 소재를 물리적으로 약화시킵니다. 또한 자외선은 폴리머의 구조를 벗겨냅니다. 따라서 아세탈의 내후성을 강화하기 위해 안정제를 사용해야 합니다. 이러한 안정제는 실외에서 오랜 기간 동안 분해되는 것을 완전히 방지하지 못할 수 있으므로 아세탈을 실외용으로 사용하는 데 방해가 될 수 있습니다.
취성
아세탈은 고체 상태에서는 저항성이 강하고 강성이 높지만 특수한 상황에서는 부서지기 쉽습니다. 온도 낮은 온도는 아세탈의 재료 특성에 영향을 미쳐 충격을 받으면 균열이나 파손이 발생하기 쉽습니다. 그러나 이러한 취성은 특히 저온에서 높은 충격 강도가 요구되는 모든 응용 분야에서 단점이 됩니다. 아세탈로 성형된 제품이 파손되지 않고 충격을 견딜 수 있도록 설계하는 데에는 상당한 어려움이 있습니다.
아세탈 성형 공정이 부품의 기계적 특성에 미치는 영향에 대해서는 다음과 같은 사항을 고려해야 합니다.
아세탈 사출 금형 설계
아세탈 소재를 사용하여 애플리케이션을 설계할 때는 최종 제품의 품질과 안정성을 결정하기 때문에 금형을 올바르게 제작하는 것이 중요합니다. 다음은 따라야 할 몇 가지 주요 설계 지침입니다:
- 러너 지름: 러너 직경은 사출 시 재료가 쉽게 흐를 수 있도록 3~6mm 사이를 권장합니다.
- 게이트 길이: 재료의 처리량을 적절히 조절하려면 게이트 길이가 0.5mm 정도인 것이 이상적입니다. 금형에 재료를 채울 때 결함이 생기지 않도록 금형의 균일성을 향상시킵니다.
- 원형 게이트 직경: 이는 성형되는 부품 두께의 절반에서 6배 사이여야 합니다. 게이트의 크기를 적절히 조절하면 숏샷이나 용접 라인과 같은 문제를 방지할 수 있습니다.
- 직사각형 게이트 너비: 설계상 직사각형 게이트의 폭은 제품 두께의 최소 두 배를 측정해야 합니다. 이는 용기의 구조적 보강에 관한 한 벽 두께의 약 0.6배가 되는 것이 이상적입니다.
- 초안 각도: 표면에 마모 없이 성형된 부품을 쉽게 제거할 수 있도록 40 ~ 1 30의 금형 각도를 제안합니다.
사전 건조 아세탈 소재
수분 흡수율이 높더라도 아세탈 부품은 사출 성형 전에 미리 건조하여 수지를 사출 성형하는 것이 좋습니다. 사전 건조는 또한 공극이나 기포의 형성과 같은 파괴적인 수분의 존재를 줄여줍니다. 건조 과정은 80~100°C의 온도에서 2~4시간 정도 소요됩니다. 올바른 건조는 재료의 다양한 특성을 유지하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 원활한 성형이 가능하기 때문에 매우 중요합니다.
아세탈 성형 온도 제어
아세탈 사출 성형의 경우 향상된 결과를 위해 수분과 용융 온도를 모두 유지하는 것이 매우 중요합니다. 금형 온도는 75~120℃, 용융 온도는 190~230℃(각각 화씨 374~446도) 사이로 유지해야 합니다. 정확한 온도 조절과 같은 매개변수는 왜곡 수축이나 표면 마감 불량과 같은 문제도 관리합니다. 열 조건을 정확하게 조절하면 균일하게 냉각할 수 있으므로 최종 제품의 치수 특성을 개선할 때 응력을 최소화하는 데 도움이 됩니다.
사출 압력
각 소재는 특정 부품 품질을 제공하기 위해 달성해야 하는 특정 사출 압력이 필요합니다. 압력 범위는 아세탈의 용융 유속과 러너 게이트 및 부품의 두께와 크기에 따라 40-130MPa 범위입니다. 압력이 낮으면 금형이 불충분하게 채워질 수 있고, 압력이 높으면 플래시 또는 기타 결함이 발생할 수 있습니다. 최적의 압력은 적절한 부품 형성과 결함 제거를 위해 중요합니다.
사출 성형 속도
사출 속도 또한 아세탈 성형 공정에 큰 영향을 미치는 또 다른 요소입니다. 퍼들 형성에 따라 금형 사출 속도는 보통에서 빠른 속도까지 다양하며, 금형이 채워질 때 결함이 생기지 않도록 합니다. 속도가 느린 경우 표면에 흐름 자국이나 표면 결함이 나타납니다. 반면에 속도가 빠르면 분사 또는 전단 과열로 인해 대부분의 부품의 강도와 표면 마감에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있습니다. 사출 속도를 조절하면 성형 결함을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 성형 생산성을 향상시킬 수 있습니다.
이러한 고려 사항을 통해 제조업체는 파라미터와 발생되는 문제를 제어하여 아세탈 사출 성형 부품의 효율성을 높일 수 있습니다. 아세탈의 긍정적인 특성을 최대한 활용하면서 단점을 피하려면 금형 설계, 재료 취급 및 공정의 특정 측면을 세밀하게 조정해야 합니다.
결론
아세탈 또는 폴리옥시메틸렌 은 사출 성형된 반결정성 열가소성 플라스틱의 일종입니다. 이 소재는 일반적으로 부싱, 베어링, 기어, 스프로킷과 같은 기계 부품에 사용됩니다.
아세탈은 금속 및 기타 플라스틱에 비해 마찰 계수가 낮고 강성이 높습니다. 이러한 특성 덕분에 마모 특성이 크게 개선되어 제품의 수명이 길어집니다.
이러한 특성으로 인해 아세탈은 많은 엔지니어링 응용 분야에서 선택되는 소재입니다. 장비의 적절한 가공과 설계는 다양한 산업 분야에서 장비의 효율성과 내구성을 향상시킵니다.
아세탈을 생산 공정에 도입하면 기계 장비의 효율성이 높아지고 유지보수 빈도가 낮아질 수 있습니다.