폴리스티렌 사출 성형또는 PS 사출 성형은 일반적인 제조 기술이며, 동일한 부품을 빠른 속도로 대량으로 제작할 수 있는 것으로 유명합니다. 폴리스티렌은 매우 적합한 열가소성 플라스틱입니다. 가격이 저렴하고 쉽게 성형할 수 있으며 다양한 분야에서 다양하게 응용할 수 있기 때문입니다. 이 글에서는 폴리스티렌 사출 성형에 사용되는 재료, 설계 지침, 가공 파라미터의 세부 사항, 이 방법의 장단점 등의 영역과 함께 폴리스티렌 사출 성형 절차를 설명합니다.
폴리스티렌 몰딩이란 무엇인가요?
폴리스티렌 성형은 성형 기술 중 하나입니다. 폴리스티렌는 다양한 용도로 사용되는 열가소성 폴리머입니다. 이는 일반적으로 사출 성형 공정을 통해 이루어집니다. 여기서 용융된 폴리스티렌을 금형 캐비티에 주입하여 높은 정확도로 복잡한 모양을 형성합니다. 폴리스티렌 사출 성형은 재료가 저렴하고 비교적 가공이 쉽기 때문에 많은 산업 분야에서 인기가 있습니다. 이 외에도 강성 및 선명도와 같은 원하는 특성을 가지고 있습니다. 공정이 일관되고 집약적이어서 대량 생산에 적합합니다.
폴리스티렌이 널리 사용되는 이유는 무엇인가요?
폴리스티렌의 광범위한 사용은 여러 가지 요인에 기인할 수 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다;
- 비용 효율성: PS는 제조 비용이 저렴하고 대규모로 생산할 경우 생산 비용이 상당히 낮습니다.
- 다용도성: 여러 가지 형태로 쉽게 성형할 수 있습니다. 따라서 캔이나 기타 내구 소비재와 같은 제품 넛지에 적용할 수 있습니다.
- 명확성 및 엄격성: PS는 선명하고 밝고 광택이 나는 마감 처리를 합니다. 이 마감은 견고하지만 매우 가볍습니다.
- 처리의 용이성: 녹는점이 낮고 흐름 특성이 우수합니다. 따라서 사출 성형에서 쉽게 가공할 수 있습니다.
- 재활용 가능성: PS는 재활용이 가능하므로 지속 가능한 제조 시스템을 촉진합니다.
폴리스티렌(PS)의 특성
다음 표는 폴리스티렌의 다양한 특성을 보여줍니다.
| 속성 | 범용 폴리스티렌(GPPS) | 고충격 폴리스티렌(HIPS) |
| 밀도 | 1.04 - 1.06 g/cm³ | 1.03 - 1.06 g/cm³ |
| 인장 강도 | 30 - 60 MPa | 15 - 35 MPa |
| 굴곡 강도 | 70 - 110 MPa | 25 - 55 MPa |
| 충격 강도(노치 이조드) | 20 - 35 J/m | 150 - 300 J/m |
| 휴식 시 연신율 | 1 – 2% | 30 – 50% |
| 녹는점 | 210°C - 250°C | 200°C - 230°C |
| 수축 | 0.4 – 0.7% | 0.3 – 0.8% |
| 수분 흡수(24시간) | 0.03% | 0.03% |
| 투명성 | 투명 | 불투명 |
| 애플리케이션 | 포장, 일회용 식기류 | 자동차 부품, 완구 |
폴리스티렌 사출 성형(PS 사출 성형)의 단계별 공정
폴리스티렌을 사용한 사출 성형은 바디 폴리스티렌(PS) 소재로 만든 세부 부품을 대량 생산하는 표준 절차입니다. 이 공정은 몇 가지 중요한 단계로 구성됩니다. 여기에는 재료 준비, 재료 용융 및 최종 부품 배출이 포함될 수 있습니다. 다음은 폴리스티렌 사출 성형 공정의 각 단계에 대한 자세한 설명입니다:
1. 자료 준비
이 단계는 주로 하위 프로세스로 구성됩니다. 이제 각 단계에 대해 간략하게 설명하겠습니다.
- 원재료 선택: 최종 제품에 따라 과립 또는 폴리스티렌 펠릿을 선택합니다. 예를 들어 투명 제품용 폴리스티렌(GPPS)이나 날카로운 충격을 받는 제품용 고충격 폴리스티렌(HIPS)이 여기에 포함될 수 있습니다.
- 건조 중입니다: 일반적으로 폴리스티렌은 물을 흡수하지 않는 경향이 있습니다. 그러나 습도가 높은 경우 성형 공정에서 수분 결함을 방지하기 위해 약간의 건조만 하면 됩니다. 필요한 경우 재료에서 수분을 제거하기 위해 재료를 건조시킵니다.
2. 폴리스티렌 녹이기
마찬가지로 이 단계에는 다음과 같은 특정 하위 프로세스도 포함됩니다;
- 호퍼 로딩: 여기서 펠릿을 건조시킨 다음 호퍼를 통해 사출 성형기로 차례로 공급합니다. 피더 위에는 기계의 배럴에 재료를 공급하는 호퍼가 있습니다.
- 가열 및 녹이기: 폴리스티렌을 연화 상태, 즉 약 200°C~250°C로 녹이기 위해 가열 코일이 제공됩니다. 스크류가 회전하면서 재료를 앞으로 밀면서 동시에 폴리머를 균일하게 혼합하고 녹입니다.
3. 주입 단계
이 단계에는 다음과 같은 프로세스가 포함될 수 있습니다;
- 주입: 폴리스티렌은 두 번째 단계를 거쳐야 합니다. 여기서 폴리스티렌이 녹고 균일하게 혼합되어 균질화됩니다. 그런 다음 스크류가 빠르게 앞으로 이동하여 용융물을 금형 캐비티 안으로 밀어 넣습니다. 압력을 통해 용융된 폴리스티렌이 금형 캐비티를 아주 세밀한 부분까지 채우도록 합니다. 따라서 각 부품 모양을 쉽게 얻을 수 있습니다.
- 몰드 채우기: 몰드는 몰드의 코어 절반과 캐비티 절반인 두 개의 반쪽으로 만들어집니다. 그런 다음 이 두 반쪽을 서로 단단히 눌러야 합니다. 그런 다음 용융된 폴리스티렌을 금형의 한계까지 캐비티에 주입합니다. 이 설계는 게이트, 러너 및 통풍구가 적절하게 설계되어야 함을 나타냅니다. 그래야 폴리머 용융물이 고르게 채워지고 흐르게 할 수 있습니다.
4. 냉각 및 응고
주요 프로세스는 다음과 같습니다;
- 냉각 단계: 몰드 캐비티가 재료로 채워지면 냉각 및 응고되어야 합니다. 이때 냉각수, 즉 수로를 사용하여 온도를 유지합니다. 따라서 폴리스티렌이 빠르게 냉각될 수 있습니다.
- 고형화: 폴리스티렌이 냉각되면 물리적 상태가 용융 상태에서 고체로 바뀌고 금형의 모양을 갖추게 됩니다. 냉각 시간은 최종 제품의 형상과 표면 마감에 영향을 미치기 때문에 중요합니다.
5. 성형 부품 제거
- 몰드 열기: 부품이 충분히 냉각되고 응고되면 금형 반쪽(코어와 캐비티)이 효과적으로 분리됩니다.
- 퇴장: 코어 핀 또는 플레이트는 완성된 부품을 금형 캐비티에서 강제로 배출하는 데 사용됩니다. 부품이 어떤 식으로든 손상되지 않고 배출되도록 특별한 주의를 기울여야 합니다.
6. 후처리
- 트리밍 및 마무리: 조여져 있고 배출 후 일반적으로 깎아내는 스프루나 러너와 같은 여분의 재료가 있습니다. 이 작업은 수동으로 수행하거나 자동화된 장비를 사용하여 수행할 수 있습니다.
- 검사 및 품질 관리: 성형된 부품은 약간의 뒤틀림, 피부 사이로 보이는 싱크 자국, 부적절하게 채워진 부분이 없는지 검사합니다. 품질 관리를 통해 입고된 각 부품이 전체 제품을 완성하는 데 필요한 표준에 부합하는지 확인합니다.
7. 스크랩 재활용
- 다시 갈기: 트리밍 후 남은 재료나 결함이 있는 부품은 분쇄하여 용융물에 사용할 수 있습니다. 또한 순수한 폴리스티렌 펠릿과 혼합하여 성형 공정에 재사용할 수 있으므로 재료 낭비가 거의 없습니다.
폴리스티렌 사출 성형 설계 가이드라인
폴리스티렌 사출 성형 설계는 품질과 기능을 보장하기 위해 세부 사항에 주의를 기울여야 합니다: 따라서 다음 가이드라인에 집중하세요;
- 벽 두께: 벽에는 항상 표준 두께가 있어야 합니다. 그래야 뒤틀림이나 구조물이 가라앉는 것을 방지할 수 있습니다. 2~4mm 사이면 충분하지만 최종 두께는 제조업체의 재량에 따라 결정됩니다.
- 초안 각도: 구배 각도는 금형에서 부품을 빠르게 제거할 수 있도록 1-2° 범위로 포함해야 합니다.
- 갈비뼈와 보스: 얇은 부분을 지지하기 위해 리브를 추가하고 나사를 장착할 보스의 위치를 준비해야 합니다. 이렇게 하면 나사가 지지력을 확보할 수 있습니다.
- 모서리 반경: 디자인 부분에서 모서리 반경이 큰 모서리를 사용합니다. 따라서 디자인에서 소재의 급격한 변화를 최소화할 수 있습니다.
- 게이트 위치: 제품의 가장 넓거나 가장 두꺼운 부분에 위치 게이트를 배치합니다. 이렇게 하면 금형이 가장자리까지 채워지고 수축을 최소화할 수 있습니다.
폴리스티렌 소재 특성 및 다른 소재와의 비교
다음은 폴리스티렌 및 기타 재료에 대한 자세한 비교를 제공하는 자세한 표입니다. PP, PE, ABS 등이 포함되며 최상의 선택 방법으로 이동할 수 있습니다. 사출 성형 재료 페이지에서 더 많은 플라스틱 소재에 대해 알아보세요.
| 속성 | 폴리스티렌(PS) | 폴리프로필렌(PP) | 폴리에틸렌(PE) | ABS |
| 밀도(g/cm³) | 1.04 – 1.06 | 0.90 – 0.91 | 0.91 – 0.96 | 1.03 – 1.06 |
| 녹는점(°C) | 240 | 160 – 170 | 130 – 145 | 220 – 230 |
| 인장 강도(MPa) | 40 – 60 | 25 – 35 | 20 – 30 | 40 – 50 |
| 내충격성 | 낮음 | 높음 | Medium | 높음 |
| 비용 | 낮음 | 낮음 | 낮음 | Medium |
폴리스티렌 사용의 장점과 단점
장점:
다음은 몇 가지 장점입니다;
- 비용 효율적이고 쉽게 사용할 수 있습니다.
- 완전히 투명한 작업을 위한 매우 높은 선명도.
- 복잡하지 않고 많은 양의 에너지를 처리하는 데 시간이 걸리지 않습니다.
- 가볍고 치수 안정성 등급이 우수합니다.
- 환경 친화적인 바구니에 넣을 수 있는 일종의 재활용 가능한 소재입니다.
단점:
마찬가지로 다음은 폴리스티렌의 한계 또는 단점입니다.
- 충격 강도가 약하고 균열에 매우 취약합니다.
- 내열성이 없습니다. 따라서 고온에서 부드러워집니다.
- 자외선 저항성이 낮고 쉽게 변색됩니다.
- 이것은 부서지기 쉬운 재료이며 압력을 받으면 쉽게 부서집니다.
- 생분해되지 않으므로 폐기하거나 재활용하지 않으면 환경에 위협이 됩니다.
PS 사출 성형 시 주의 사항:
PS 사출 성형 시 주의 사항은 다음과 같습니다:
- 건조 중입니다: 습기로 인한 오염을 방지하기 위해 PS에 습기가 없는지 확인합니다.
- 온도 제어: 재료의 열화를 방지하기 위해 가공 온도를 일정하게 유지하는 것도 중요합니다.
- 몰드 디자인: 구조를 설계할 때 구배에 직각을 반영하세요. 이 외에도 건물에 결함이 발생하지 않도록 환기 방법에 대한 좋은 규정을 마련하세요.
- 퇴장: 부품 변형력이 우려되므로 정확한 양의 압출력을 가해야 합니다.
- 냉각 시간: 뒤틀림과 수축은 부품이 냉각되는 시간에 영향을 받습니다. 따라서 부품에 영향을 미치지 않도록 균형을 잘 맞춰야 합니다.
사출 성형 시 폴리스티렌 가공 온도
사출 성형에 사용되는 온도는 일반적으로 폴리스티렌을 가공하기 위해 200~250°C입니다. 이는 재료의 적절한 흐름을 돕고 관리할 수 없는 수준까지 재료가 저하되는 것을 방지합니다. 폴리스티렌의 온도가 너무 낮으면 재료가 제대로 녹지 않을 수 있습니다. 따라서 금형이 최적으로 채워지지 않아 숏샷이나 부품 부족과 같은 결함이 발생할 수 있습니다.
반면 온도가 높으면 재료가 깨지거나 색이 변하고 기계적 특성이 떨어지며 유독 가스가 배출되는 경향이 있습니다. 성형 온도를 잘 조절하여 재료가 캐비티 안으로 잘 흘러 들어갈 수 있도록 합니다. 따라서 부품 디자인을 재현하고 고품질의 제품을 제공합니다.
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결론
폴리스티렌 사출 성형 는 비교적 효율적이고 합리적인 가격의 제조 공정입니다. 많은 제품에 적용됩니다. 이 외에도 PS 성형은 적절한 금형 설계 및 가공을 통해 높은 수준의 선명도와 강성을 갖춘 우수한 부품을 제공합니다. 그러나 낮은 충격 강도 및 재료의 열 안정성과 같은 몇 가지 편견이 있습니다. 설계 지침을 사용하면 폴리스티렌 사출 성형 공정을 유용하게 활용할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
Q1. 폴리스티렌의 온도 범위는 어떻게 되나요?
폴리스티렌의 처리 온도는 일반적으로 200°C~250°C 사이입니다.
Q2. 사출 성형에 폴리스티렌을 사용하는 이유는 무엇인가요?
가격이 저렴하고 가공이 쉽기 때문에 주로 사용됩니다. 강성과 향상된 선명도를 제공하기 때문입니다.
Q3. 소재로서 폴리스티렌의 주요 약점은 무엇인가요?
가장 큰 단점은 리바운드 지수가 낮다는 것입니다. 따라서 열에 견디지 못하고 매우 부서지기 쉽습니다.
Q4. 폴리스티렌을 재활용할 수 있나요?
물론 예! 폴리스티렌은 재활용이 가능하므로 이러한 제품의 생산은 환경 친화적인 공정으로 간주될 수 있습니다.
Q5. 폴리스티렌의 광범위한 용도는 무엇인가요?
포장, 소비재, 단열재, 의료용 애플리케이션, 자동차 부품 등에 사용됩니다.
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