성형 가이드

자이텔 GRZ

나일론 수지

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목차 제 1 부 페이지 개요 ................................................................................................................. 2 제품 설명 ........................................................................................................... 2 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 물성........................................................................ 2 구성 : 제품 라인 설명 ........................................................................................... 2 고강도 70G 시리즈 ............................................................................................... 2 충격 개선 71G 시리즈 ........................................................................................... 2 고충격 80G 시리즈 ............................................................................................... 2 저흡습성 77G 시리즈 ............................................................................................ 2 유색 유리강화 구성............................................................................................... 2

제 2 부

성형기의 요건...................................................................................................... 3 기계 용융 용량 .................................................................................................... 3 배럴 ................................................................................................................. 3 스크류 설계 ........................................................................................................ 4 스크류 체크 밸브.................................................................................................. 4 노즐 ................................................................................................................. 4 기계 관리 ........................................................................................................... 5

제 3 부

기계 작동 조건 .................................................................................................... 5 유동학 및 유동 데이터........................................................................................... 5 실린더 온도 ........................................................................................................ 5 노즐 온도 ........................................................................................................... 6 성형 온도 ........................................................................................................... 7 성형 사이클 ........................................................................................................ 7 사출 속도 ........................................................................................................... 7 사출 압력 ........................................................................................................... 8 스크류 속도 ........................................................................................................ 8 역압 ................................................................................................................. 9 성형 방출 ........................................................................................................... 9 작업 개시 ........................................................................................................... 9 작업 정지 ........................................................................................................... 9 세정 ................................................................................................................. 9

제 4 부 유리강화 수지의 취급 ............................................................................................ 10 혼합 ................................................................................................................. 10 재생 ................................................................................................................. 10 건조 ................................................................................................................. 10

제 5 부

금형의 설계 ........................................................................................................ 12 스프루와 러너...................................................................................................... 12 게이트 ............................................................................................................... 12 벤트 ................................................................................................................. 12 언더컷과 테이퍼 ................................................................................................... 12 허용 오차 ........................................................................................................... 12 마모 ................................................................................................................. 12

제 6 부

성형 수축 ........................................................................................................... 14

제 7 부 휨 .................................................................................................................... 15

제 8 부

문제 해결 가이드.................................................................................................. 16

제 9 부

스크류, 금형 및 배럴의 마모를 줄이는 요인 ................................................................ 17 유리섬유의 길 .................................................... 17

이에 영향을 주는 가공 조건...............

제 1 부 개요

제품 설명

당사의 유리강화 자이텔 나일론 수지는 효과적인 유

리와 나일론의 결합을 위해 결합제로 특수 처리하여

균일 분산된 단유리섬유를 포함하고 있다.

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 물성 유리섬유로 보강한 ‘자이텔’ 나일론 수지는 특히

다음과 같은 점이 개선되었다.

1. 장력 및 내충격성 : 고온에서도 장력과 내충

격성이 상당히 유지된다.

2. 부하가 있을 때의 크립 저항성을 포함한 치수

안정성

3. 충격 특성

4. 내피로성

이밖에도 기타 비강화 나일론 수지에 비해 성형

수축, 수분 성장 및 열팽창이 감소하였다.

모든 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 섬유 길

이는 보강에 필요한 임계 유리섬유 길이보다 4

∼6 배 정도 길기 때문에, 물성이 극대화되면서

도 가공성이 우수하다.

구성 : 제품 라인 설명 표 1 에서 보듯이 당사에서 공급하는 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지는 고강도 70G 시리즈, 충격 개선 71G 시리

즈, 고충격 80G 시리즈 및 저흡습성 77G 시리즈가 있다.

고강도 70G 시리즈 ‘자이텔’ 70G13L, 70G33L 및 70G43L 은 각각 13%,

33%, 43%의 단유리섬유로 강화시킨 66 나일론이

다. ‘자이텔’ 70G13HS1L 및 70G33HS1L 은 열안정

66 나일론으로서 각각 13%, 33%의 유리섬유를

함유하고 있다. ‘자이텔’ 70G33HRL 은 열수 및

산화에 대한 저항력이 특히 크다. 이상의 70G

시리즈는 강도, 내충격성, 크립 저항성, 내피로

성 및 치수 안정성이 우수하다.

또한, 이와 같은 물성은 넓은 온도 및 습도 범위에

서 유지된다. 물성 요건이 허용된다면 13% 유리강

화 수지가 33% 유리강화 수지에 비해 고유 비중이

낮고 가격도 싸므로 경제적이다.

충격 개선 71G 시리즈 충격 개선 71G 시리즈에는 ‘자이텔’ 71G13L,

71G13HS1L, 71G33L 이 있으며, 13% 및 33%의 단

유리섬유로 강화한 66 나일론 수지이다.

71G 시리즈는 70G 시리즈에 비해 치수 안정성이

뛰어난데, 이것은 흡습성과 선형 열팽창 계수가

낮기 때문이다.

고충격 80G 시리즈 고충격 80G 시리즈에는 ‘자이텔’ 8018, 8018HS, 80G33L, 80G33HS1L, 80G43HS1L 이 있으며, 내충

격성과 관련된 충격 강도가 뛰어나다.

80G 시리즈는 충격 부하 및 최대 내충격성이 요

구되는 분야에 이용하기 위하여 특별히 제작된

것이다. 이들은 70G 시리즈에 비해 기계적 특성

및 부하 특성의 저하는 거의 없으며 충격 저항

성은 더 뛰어나다.

저흡습성 77G 시리즈 612 나일론 수지를 베이스로 제작한 유리강화

구성으로서, 33% 및 43%의 단유리섬유를 함유하며,

‘자이텔’ 77G33L, 77G33HS1L, 77G43L이 있다.

77G 시리즈는 70G 및 71G 시리즈에 비해 흡습성이

상당히 낮으며, 따라서 광범위한 습도 범위에서

치수 안정성이 매우 뛰어나다. 77G 시리즈는 70G

및 71G 시리즈에 비해 비싸지만 다습한 환경에서

우수한 물성을 요구하는 분야에서 널리 사용되고

있다. 77G 시리즈는 상대 습도 100%에서 70G 및

71G 시리즈에 비해 장력이 높다.

유색 유리강화 구성 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지는 큐브 칼라 블

렌드의 형태로 검은색 및 기타의 색깔을 띤 제

품으로 생산되고 있다. 유색 수지에 관한 구체

적인 사항은 가까운 듀폰 공업용 플라스틱 판매

영업소로 문의하기 바란다.

2

표 1. 유리강화 자이텔 나일론 수지

명칭 특성

고강도 70G 시리즈(베이스 : 66 나일론 )

‘자이텔’ 70G13L

‘자이텔’ 70G13HS1L

‘자이텔’ 70G33L

‘자이텔’ 70G33HS1L

‘자이텔’ 70G43L

‘자이텔’ 70G33HRL

범용, 13% 유리강화, 윤활 처리

13% 유리강화, 열안정 처리, 윤활 처리

범용, 33% 유리강화, 윤활 처리

33% 유리강화, 열안정 처리, 윤활 처리

43% 유리강화, 강도 극대화, 윤활 처리

33% 유리강화, 열수 및 산화 저항성 높음, 윤활 처리

충격 개선 71G 시리즈(베이스 : 개질 66 나일론 )

‘자이텔’ 71G13L

‘자이텔’ 71G13HSL

‘자이텔’ 71G33L

13% 유리강화, 강도 개선, 윤활 처리

13% 유리강화, 강도 개선, 열안정 처리, 윤활 처리

33% 유리강화, 강도 개선, 윤활 처리

고충격 80G 시리즈

‘자이텔’ 8018

‘자이텔’ 8018HS

‘자이텔’ 80G33L

‘자이텔’ 80G33HS1L

‘자이텔’ 80G43HS1L

14% 유리강화, 충격 강도 우수

14% 유리강화, 충격 강도 우수, 열안정 처리

범용, 33% 유리강화, 충격 강도 우수, 윤활 처리

33% 유리강화, 충격 강도 우수, 열안정 처리, 윤활 처리

43% 유리강화, 충격 강도 우수, 열안정 처리, 윤활 처리

저흡습성 77G 시리즈(베이스 : 612 나일론 )

‘자이텔’ 77G33L

‘자이텔’ 77G33HS1L

‘자이텔’ 77G43L

33% 유리강화, 윤활 처리, 치수 안정성 우수

33% 유리강화, 열안정 처리, 윤활 처리

43% 유리강화, 유리강화 나일론 수지 중 치수 안정성이 가장 뛰어남, 윤활 처리

제 2 부 성형기의 요건

유리강화 자이텔 나일론 수지의 성형에는 스크류

형 열가소성 사출 성형기가 가장 좋다. 비강화

‘자이텔’ 나일론 수지의 성형기 요건은 ‘듀폰 자이

텔 나일론 수지의 성형’ 책자에 자세히 설명되어

있다. 여기에서는 비강화 ‘자이텔’ 나일론 수지와

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 성형기 요건상의

차이점을 주로 설명하기로 하겠다.

기계 용융 용량 스크류 사출 성형기의 최대 용융 용량은 샷 규모

와 수지 성형시 스크류의 회수율에 의해 결정된다.

샷 중량 샷 규모는 사출시 스크류에 의해 대치되는 부피를

말한다. 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 용융 밀

도는 정상 가공 온도 및 압력 하에서 폴리스티렌

용융 수지보다 약 12%(유리 함량이 13%인 경우),

25%(유리 함량이 33%인 경우), 35%(유리 함량이

43%인 경우) 높다. 따라서 성형기의 성형 중량도

폴리스티렌의 경우보다 크다.

스크류 회수율 스크류의 후퇴(회수)는 사이클 시간, 스크류 설

계, 스크류 속도, 역압, 그리고 특히 스크류와

배럴의 마모에 의해 결정된다. 대개 스크류 마

모가 악화되면 스크류 후퇴 시간은 크게 증가한

다(스크류의 나사산 마모가 심하고 정기적으로

청소해 주지 않으면 성형시 누출로 인해 용융

수지 방출량이 줄어들 수 있다). 유리강화 수지

에 알루미늄 디스티어레이트나 ‘Acrawax’ C 로

약간의 표면 코팅을 해 주면 배럴과 스크류의

마모를 줄일 수 있으며, 스크류 속도가 빠르고,

샷 사이클이 짧으며 및 사출 스트로크가 길어야

하는 경우에는 특히 유용하다.

배럴

일반 사항 정밀한 온도 조절과 빠른 생산 속도 유지를 위하여 배

럴의 가열은 스크류의 세 기능부에 따라 세 가지로 구

분, 통제해야 한다. 각각의 경우에 노즐의 온도는 서

로 독립적으로 정밀하게 조절하여야 한다. 배럴의 길

이는 직경의 20 배 이상이 되어야 고속 고속 생산시

균일한 용융 온도를 얻을 수 있다.

마모 Xaloy 100/101 또는 800 형 바이메탈 배럴 라이

너를 사용하면 마모에 대한 저항성이 매우 향상

된다. 반면에, 배럴 표면에 질화처리를 하여도

유리강화 나일론 수지에 의한 마모 저항성이 크

지 않으며 경우에 따라서는 단기간 사용시 깨짐

(표면이 벗겨지는 것)이나 과도한 직경 마모가

발생하기도 한다. 따라서, 유리강화 나일론의

연속 성형시 질화처리는 바람직하지 않다.

어떤 경우에는, 마모된 부위에 고마모 고경화 슬리브를

특별히 설치하여 사출 실린더를 개수할 수도 있다.

3

표 2. 유리강화 자이텔 나일론 수지용 범용 스크류

스크류 직경, DS(mm(인치)) 공급부 깊이, hF (mm(인치)) 계량부 깊이, hM (mm(인치))

1.5 .300 .070-.080

2.0 .320 .080-.100

2.5 .380 .100-.120

3.5 .440 .120-.140

4.5 .500 .140-.150 일반적으로 랜드 폭 e 는 나사산 사이의 거리의 1/10 이며, 반지름의 공차는 스크류 직경의 1/1000 이다.

*L/D 20 인 스퀘어 피치의 경우 공급부, 전환부, 계량부의 수는 각각 10:4:6 이다.

일반 사항 유리강화 나일론 수지의 성형에는 일반적으로

범용 그래주얼 컴프레션 스크류를 장착한(OEM)

성형기가 적합하다. 고속 생산시에는 표 2(3 페

이지)에 제시된 스크류를 사용하면 용융 온도도

균일해지고 미용융 수지도 남지 않게 된다.

마모 나사산의 랜드와 측면에서 마찰에 의한 마모가

가장 빈번하게 발생하며, 시간이 흐르면 전환부

와 계량부의 루트도 마모된다(공급부의 마모는

보통 작업 처리량에 비해 후부 지역의 온도가

너무 낮을 때 발생한다). 나사산 랜드를

‘Stellite’(합금 6) 합금 등으로 표면 경화 처리

하는 경우 불꽃 경화 처리 또는 질화처리하는

경우보다 유리강화 수지의 연속 가공시 내마모

성이 우수해진다. 스크류 표면을 경화 크롬 도

금하는 것도 괜찮은 방법이다(마모 방지가 매우

중요한 경우에는 스크류 전체를 내마모 코팅할

수도 있다). 마모에 대한 보다 자세한 사항은

제 9 부를 참고하라.

스크류 체크 밸브

일반 사항 ‘자이텔’ 나일론 수지의 가공에는 경화 체크(역

류 방지) 밸브를 사용해야 한다. 링 체크식이나

볼 체크식 모두 가능하며, 특히 볼 체크식의 경

우 체류 방지를 위하여 유동 통로의 모양을 유

선형으로 하여야 한다. 사출시 샷 간의 캐버티

압력과 부분 하중을 일정하게 유지하려면 체크

밸브를 사용하여야 한다. 따라서, 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 정밀 성형시 비닐형(스미

어 헤드) 사출 스크류는 좋지 않다.

마모 슬라이딩 형의 링 체크 밸브(역류 방지 밸브)는

유리강화 나일론 수지를 사용하는 경우 마모가

매우 빠르게 일어나는데, 경화 처리를 하지 않

은 경우 그 정도가 더욱 심하다. 적절한 표면

경화 처리를 한 경우에도, 사용한 지 3, 4 개월

정도 지나면 성능 시험을 해 보아야 한다. 따라

서, 마모된 시트와 링 슬리브는 미리 재연마하

거나 교체하여 사출시 패드(쿠션)가 유지되도록

해 주어야 한다. 질화 처리를 하면 체크 링의

수명이 연장되는데, 대표적으로 이용되는 재질

은 Nitralloy 135M 이다. 일반적으로 슬리브보

다 시트의 경도가 높아야 하며, 통상적으로 시

트는 Rc62, 슬리브는 Rc55 를 이용한다. 역류

방지 밸브가 제대로 작동하지 않는 경우 스크류

의 마모가 심해지고, 체크 밸브의 성능이 떨어

지면 그만큼 스크류의 상태도 나빠지게 된다.

노즐 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 성형에는 열처

리한 역테이퍼 노즐(그림 1)을 사용하는 것이

좋다. 유리강화 나일론 수지는 용융 점도가 높

기 때문에 노즐 구멍 직경은 비강화 나일론에

비해 25% 정도 커야 한다. 역테이퍼 노즐의 기

능에 대한 보다 자세한 사항은 앞에서 언급한

성형 소책자를 참고하라. 그다지 권장할 만한

것은 못 되지만 적절한 온도 조절이 가능한 경

우 양성 셧오프 노즐을 사용할 수도 있다.

4

기계 관리 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 가공의 경우

특별히 요구되는 장치는 없다. 온도 조절 및 유

압 기능에 관한 사항은 비강화 ‘자이텔’ 나일론

수지의 경우와 같다. 전기 스크류 구동 또는 유

압 스크류 구동을 이용한 토글식 및 유압식 클

램프 장치로 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지를

가공할 수 있다. 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지

의 성형에는 1 평방인치의 투영 샷 면적에 대하

여 5 톤(40∼70MPa)의 클램프 압력이 필요하다.

그림 1. 성형시 이용되는 (역테이퍼)노즐

제 3 부 기계 작동 조건

유리강화 자이텔 나일론 수지의 물성을 최적화

하려면 기계 관리를 정밀하게 해야 한다. 유리

강화 자이텔 나일론 수지의 용융 유동 특성은

성형 성능에 있어 중요한 역할을 한다. 또한,

가공 조건에 따라 성형품의 유리섬유 길이도 달

라진다는 점도 중요하다.

유동학 및 유동 데이터 그림 2 및 그림 3은 555℉ 및 590℉의 용융 온도에

서 여러 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 외관상

용융 점도와 전단률과의 관계를 보여준다.

a. 용융 유동 특성은 유리섬유의 함량 및 나일

론 수지 베이스의 종류에 따라 달라진다.

b. 사출 성형기의 낮은 엔드 범위의 전단률(1

×102∼5 ×103sec-1)에서는 ‘자이텔’ 70G 시리즈 및 ‘자이텔’ 71G 시리즈의 용융 점도가

비강화 ‘자이텔’ 101 및 ‘자이텔’ 408 시리

즈보다 높다. 그러나, 그 이상의 전단률

(104sec-1)에서는, 유리섬유의 함량과 무관

하게 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 성형

충진 특성은 비강화 ‘자이텔’ 101 및 ‘자이

텔’ 408 시리즈의 유동 특성과 유사하다.

c. 금형 개방 시간 동안, 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 용융 점도가 높으면 노즐의 드

룰링 문제가 줄어든다.

d. 유동 길이. 그림 4 및 그림 5(7 페이지)에

는 압력이 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의

유동성에 미치는 영향이 나와 있다. 두께

조절이 가능한 ‘스네이크 플로우’ 금형을 이

용하여 다음의 효과를 측정할 수 있다.

• 압력이 유동성에 미치는 영향

사출 압력을 1000psi 증가시키면 유동성

이 약 5% 정도 증가한다.

(유리섬유 함량이 같을 때) 약 25 배의 압

력을 더 필요로 한다.

실린더 온도 표 3(6 페이지)에는 여러 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 전형적인 온도 프로필이 나와 있다.

다음과 같은 목적을 달성하려면 후부 실린더 온

도를 570℉로 증가시켜야 한다.

• 후퇴 속도 증가

• 유리섬유 손상 감소

• 미용융 입자와 스크류 및 배럴과의 마찰에

의한 마모 감소. 후부 실린더 온도가 높아

도 브릿징 문제는 일어나지 않는다. 온도가

높으면 스크류의 토크 부하도 감소하며, 따

라서 고속 사이클시 스크류의 정지나 손상

을 줄일 수 있다.

5

노즐 온도

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지 성형시 역테이퍼 노

즐의 온도는 530∼560℉(275∼295℃)이어야 한다.

그러나, 매우 온도가 낮은 콜드 금형의 경우 노즐

온도를 높여서 영구 동결을 방지해야 한다.

그림 2. 외관 용융 점도와 전단률

• 두께가 유동성에 미치는 영향

부품의 두께를 0.040 인치에서 0.100

인치로 증가시키면 유동성이 4∼5 배

향상된다.

• 유리섬유 함량 및 수지의 종류가 유동

성에 미치는 영향

수지의 유리섬유 함량을 증가시키면 캐버티 충진시

필요한 압력이 현저하게 증가한다. 또한, 동일한 유

동 길이에 대해 ‘자이텔’ 71G 시리즈는 ‘자이텔’ 70G 시리즈보다

그림 3. 외관 용융 점도와 전단률

표 3. 통상 성형 온도 및 실린더 온도

통상 실린더 온도* 수지

후부 중앙 전부 통상 용융 온도

‘자이텔’ 70G 시리즈

‘자이텔’ 71G 시리즈

550-570℉

(290-300℃)

530-540℉

(275-280℃)

520-530℉

(270-275℃)

550-580℉

(290-305℃)

‘자이텔’ 77G 시리즈 540-560℉

(280-295℃)

520-530℉

(270-275℃)

510-520℉

(265-270℃)

540-570℉

(280-300℃)

‘자이텔’ 80G 시리즈 550-570℉

(290-300℃)

530-540℉

(275-280℃)

520-530℉

(271-275℃)

550-580℉

(290-305℃)

* 괄호 안의 숫자는 영국 및 SI 단위이다.

6

표 4. 부품 두께에 따른 추정 전체 사이클 시간

용융 온도 : 555℉, 성형 온도 : 210℉

전체 사이클 시간(초)

부품 두께(인치) ‘자이텔’ 70G-33/43

‘자이텔’ 71G-33

‘자이텔’ 70G-13

‘자이텔’ 71G-13 ‘자이텔’ 77G-33/43

1/32 6-8 8-10 10-12

1/16 10-12 12-15 15-20

1/8 15-20 20-25 25-30

1/4 30-40 35-45 40-50

1/2 60-75 76-90 85-100

성형 온도

유리강화 나일론 수지는 광범위한 성형 온도에

서 성형이 가능하다. 그러나, 부품의 표면 외관

을 좋게 하려면 성형 온도가 높아야(보통 210∼

250℉) 한다. 그림 6 은 가공 조건이 표면 외관

에 미치는 영향을 보여준다. 성형 온도가 높으

면 표면 마무리 및 금형 충진이 좋아지고, 표면

흠(프로스팅) 및 두꺼운 부품의 빈틈이 줄어들

게 된다. 때로는 오일 히터를 사용해야 하는 경

우도 있다. 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지는 빨

리 굳기 때문에 성형 온도를 증가시켜도 전체

사이클 시간은 크게 늘어나지 않는다. 또한, 유

리강화 나일론 부품은 온도 내충격성이 높기 때

문에 금형에서 사출시 변형 없이 용이하게 가공

할 수 있다. 특히 다중 캐버티 금형의 경우, 성

형 부품의 치수 안정성 조절을 위해서는 캐버티

표면의 온도가 균일해야만 한다.

성형 사이클

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지는 셋업이 빠르기

때문에 전체 성형 사이클이 보통 비강화 나일론

수지에 비해 빠르다(10∼30% 정도). 표 4 는 부

품 두께에 따른 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지

의 통상 전체 사이클 시간을 추정한 것이다.

사출 속도

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지는 비강화 나일론

수지보다 빨리 굳기 때문에 충진 속도(사출 속

도)가 빨라야 한다. 응고가 너무 빨리 일어나면

표면 마무리(프로스팅)가 나빠질 수 있으며, 충

진 속도가 너무 느리면 유리섬유 분산 불량 또

는 흡습 수지(스플레이)와 비슷해 보이는 표면

외관(그림 6 참조)을 가지게 된다. 표 5(7 페이

지)에는 주어진 조건에서의 최소 충진 시간이

제시되어 있다.

7

그림 4. 유동성과 압력

두께 : 0.100 인치

용융 온도 : 555℉(290℃)

성형 온도 : 210℉(99℃)

부품 두께 : 0.100 인치(0.25 ㎝)

그림 5. 유동성과 압력

두께 : 0.040 인치

용융 온도 : 555℉(290℃)

성형 온도 : 210℉(99℃)

부품 두께 : 0.040 인치(0.100 ㎝)

표 5. 최적의 표면 외관을 위한 최대 권장 사출 시간

용융 온도 : 555℉

성형 온도 : 210℉

부품 두께(인치) 권장 사출 시간(초)

1/32 0.5

1/16 2.0

1/8 3.0

성형 배기 장치를 적절히 설치하여 연소를 방지하여

야 한다.

사출 압력

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지는 용융 점도가

높기 때문에 사출 압력이 비강화 나일론 수지의

경우보다 높아야 한다.

스크류 속도

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 성형시 스크류

속도(RPM)는 스크류 후퇴가 용융 수지의 용융에

걸리는 시간의 75% 이상이 되도록 설정하여야

한다. 속도를 너무 높이면 유리섬유가 파손될

우려가 있다.

그림 6. 유리강화 ‘자이텔’ 7000 나일론 수지

가공 조건이 부품 표면에 미치는 영향

저속 사출 속도

콜드 금형 핫 금형

고속 사출 속도

8

역압

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 성형시 스크류

가 오거링하지 않는 경우(수지를 픽업하지 못하

는 경우)에는 역압을 가하지 말아야 한다. 역압

을 가하면 스크류 작동이 증가하여 유리섬유가

파손되고 성형 부품의 물성 저하가 발생한다.

이형성

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지는 비강화 나일론

수지보다 우수한 이형성(mold release)을 가지

고 있다. 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지 표면의

윤활제는 나사 기어 캐버티처럼 매우 복잡한 캐

버티에서도 부품의 방출이 용이하게 해 준다.

보강 재생재와 신재를 함께 사용하는 경우, 그

리고 부품의 모양상 방출이 곤란한 경우 0.05∼

0.10%의 알루미늄 디스티어레이트(표면 코팅)이

적당하다.

시험 성형 결과 ‘자이텔’ 71G 시리즈의 이형성이

‘자이텔’ 70G 시리즈보다 우수한 것으로 나타났다.

작업 개시

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지는 그 자체가 우

수한 세정제이므로 성형기가 비교적 깨끗한 상

태이면 성형 전에 따로 세정 수지를 넣어 줄 필

요가 없다.6 작업 개시 절차는 다음과 같다.

a. 실린더 온도는 최저 성형 온도보다 50℉ 낮

게, 노즐 온도는 작동 온도로 설정한다. 열

이 충분히 전달될 때까지 20 분 이상 기다

린다. 실린더 온도를 작동 온도까지 올린다

(표 3 참조).

b. 노즐의 온도를 확인한다.

c. 스크류를 조금 작동시켜 본다. 스크류가 회

전하지 않으면 실린더 온도가 더 올라갈 때

까지 조금 더 기다린다.

d. 스크류가 회전하기 시작하면 공급 슬롯을

조금 열었다가 닫는다. 스크류 드라이브의

부하를 확인하고, 부하가 너무 많으면 후부

지역의 온도를 더 높인다. 이때 노즐은 ‘개방’되어 있어야 한다.

e. 공급 슬라이드를 열고 스크류를 전진 위치

로 놓는다. 용융 수지를 압출하여 미용융

입자가 있으면 전부 지역의 온도를 높인다.

5. Witco Chemical Corporation 의 제품명 6 열적으로 안정한 수지(아세탈, PVC 등)를 세정할 때에는 폴리스티

렌 또는 고밀도 폴리에틸렌 세정제를 저온에서 사용하여 유리강화

나일론 첨가 전의 기체 발생을 최소로 하는 것이 좋다.

f. 샷 중량에 맞게 스트로크를 조절한다. 적절

한 전체 사이클에서 공기 샷을 수차례 시행

한 뒤 검침 고온계로 용융 온도를 측정한다.

권장 용융 온도가 되도록 실린더 온도를 조

절한다(사이클에 중요한 변경이 있는 경우

이 과정을 반복해야 한다).

g. 사출 실린더를 전진 위치로 하고 낮은 사출

압력(샷 시간이 짧아서 부분 방출이 발생하

는 경우는 예외로 함)에서 성형을 시작한

뒤 성형 조건을 조절하여 부품 외관이 최대

가 되도록(최대 샷 중량) 한다. 대개는 고

속 충진이 필요하다.

작업 정지

폴리스티렌이나 폴리에틸렌으로 기계를 완전히

세정하여 다음 작업 개시까지의 시간과 오염 문

제를 줄이도록 한다. 작업 정지 절차는 다음과

같다.

a. 호퍼 공급 슬라이드를 닫고, 성형은 사이클

에 따라 계속 진행한다.

b. 호퍼를 비우고 일정량의 폴리스티렌이나 폴

리에틸렌을 가한 후 스크류 펌프가 건조해

질 때까지 압출한다.

c. 스크류를 전진 위치로 한다.

d. 전원을 끈다.

세정

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지를 효과적으로 제

거할 수 있는 세정제로는 보통 폴리스티렌, 캐

스트 아크릴 폴리에틸렌(세정시 노즐을 제거해

야 함), 고밀도 폴리에틸렌(유리강화 폴리에틸

렌을 사용한 후 고밀도 폴리에틸렌으로 세정하

는 방법도 있다)이 널리 쓰인다. 유리강화 나일

론 수지의 세정 절차는 다음과 같다.

a. 사출 장치를 스프루 브루싱에서 후퇴시키고

스크류를 전진 위치에 놓는다.

b. 스크류를 고속으로 작동시켜 용융 온도에서

가능한 한 많은 양의 수지가 분출되도록 한다.

압출물이 깨끗해질 때까지 세정제를 가한다.

사용하는 세정제의 종류에 따라 실린더 온도

를 조절해 주어야 하는 경우도 있다.

c. 다른 수지로 작업하기 전에 고속 사출 속도로

공기 샷을 수차례 시행하여 실린더 벽을 깨끗

이 해 두는 것이 좋다. 이 경우 용융 수지가

튀는 것을 주의하여야 한다.

9

제 4 부 유리강화 수지의 취급

유리강화 자이텔 나일론 취급시의 주의 사항은

비강화 나일론 수지와 다르지 않다. 비강화 나

일론 수지 취급시의 주의 사항은 ‘듀폰 자이텔

나일론 수지의 성형’ 안내서 제 5 부(수지 성형

취급)에 자세히 나와 있으며, 본 안내서는 당사

로 문의하면 구할 수 있다.

혼합 큐브 블렌드의 물성은 유리섬유 함량이 같은 통

상의 용융 블렌드 제품에 비해 약간 떨어진다.

예를 들어, 유리섬유 함량이 13%인 경우 큐브

블렌드의 장력 및 굴곡률과 같은 물성은 용융

블렌드에 비해 5∼10% 정도 떨어지며, 상대 습

도 100%에서도 물성이 떨어진다. 혼합이 가능한

경우 적절한 비강화 수지를 이용하여 ‘자이텔’ 70G 시리즈 수지의 유리섬유 함량을 줄여야 한

다(표 1 참조). 그림 7 을 이용하면 43% 유리강

화 ‘자이텔’ 70G 시리즈 나일론 수지의 혼합시

유리섬유의 함량을 줄일 때 도움이 될 것이다.

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 큐브 블렌딩에

는 표준 알갱이 혼합 장치가 적합하다. 예를 들

면, 텀블 블렌더나 롤 블렌더, 혹은 시멘트 믹

서 등을 이용할 수 있다. 비례식 급송기(재생재

공급시 사용하는 것과 같은)를 이용하여 수지를

혼합하는 것도 편리한 방법이다. 수지 혼합시에

는 대기 노출을 최대한 줄여 수분 흡수를 막아

야 한다.

그림 8 을 이용하여 ‘자이텔’ 70G33 및 ‘자이텔’ 101 을 혼합할 수 있다. 그림 8 은 혼합시 유동

특성을 유지하는 용융 온도의 조절 방법을 여러

유리섬유의 함량에 대하여 나타낸 것이다. 예를

들면, 유리 함량이 20%인 ‘자이텔’ 70G33 과 ‘자이텔’ 101 의 큐브 블렌드의 용융 온도는 560℉

로, ‘자이텔’ 70G33(575℉)의 용융 온도보다 낮

고, 용융 유동 특성은 같다.

재생재

그림 9 와 그림 10 은 최대 권장 비율(25%)의 재

생재가 사출 성형기를 통과한 회수와 그에 따른

‘자이텔’ 70G33 의 건조 장력 및 이조드 노칭 특

성 영향을 나타낸 것이다. 물성 변화는 무시할

수 있는 정도이지만, 재생재의 비율을 증가시키

면(특히 100%인 경우) 성형시 유리섬유의 길이

가 짧아져 강도가 상당히 감소하게 된다. 따라

서, 유리섬유의 손상을 방지하고 최고의 물성을

유지하기 위해서는 재생재를 가능한 한 적게,

가능하다면 25% 이하로 첨가하는 것이 좋다. 재

생재는 항상 고온에서 그라인딩하여 유리섬유의

파괴를 방지하여야 한다. 또한, 그라인더 스크

린의 홀 크기는 5/16 인치 이상이어야 하며 커

팅 블레이드를 예리하게 유지하여 미분의 발생

을 줄여야 한다. 현재까지의 경험에 의하면 카

바이드로 끝처리한 블레이드가 내구성 면에서

우수하다.

건조

나일론 재생재의 건조는 앞에서 언급한 책자에

자세하게 설명되어 있으며, 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 경우에도 동일한 주의 사항이 요

구된다. 따라서, 재생 유리강화 ‘자이텔’ 나일론

은 성형 전에 수분 함량이 0.2% 이하가 되도록

건조시켜야 한다. 특히 상대 습도가 50% 이상인

환경에서 수지가 1∼2 시간 이상 노출되었을 때

는 더욱 그렇다.

그림 7. 혼합

10

그림 8. 블렌드의 사출 성형

그림 9. 기계 통과 횟수에 따른 장력의 감소

그림 10. 기계 통과 횟수에 따른 이조드 노칭의 감소

11

제 5 부 금형의 설계 유리강화 자이텔 나일론 수지의 성형에는 여러

종류의 금형이 사용되고 있는데, 단열 핫 러너

금형이 적합하다. 스테인리스강(400 시리즈) 및

크롬 착색 도구강으로 만든 캐버티 인서트를 이

용하면 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 동결

및 프로스팅을 줄일 수 있어 효과적이다. 깨끗

한 캐버티를 사용하면 성형 부품의 표면 광택이

좋아진다. 사출 속도를 높이고 부품의 표면 성

질을 향상시키려면 용용 수지의 흐름이 방해를

받지 않아야 한다.

스프루와 러너

스프루의 직경은 9/32∼11/32 인치 사이여야 한

다. 러너는 완전한 원형 또는 사다리꼴이어야

하며, 최소 직경이 5/16 인치 이상이어야 한다.

러너의 길이는 가능한 한 짧은 것이 좋고, 러너

의 배치는 균형 있게 설계하여 용융 수지가 원

활하고 균일하게 이동할 수 있어야 하며 곡률

반경이 충분해야 한다.

게이트

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지에는 어떤 게이트를

사용해도 좋다. 게이트의 크기와 수 및 위치는 중

요한 사항이다. 게이트 직경이 0.020 인치 이상인

경우 터널 게이트를 사용해도 좋다.* 게이트 랜드

의 길이는 짧아야 하며, 게이트의 두꼐는 부품 두

께의 1/2 이상(2/3 가 되면 좋음)이어야 한다. 유

리섬유의 배향이 유동 방향으로 되는 경향이 있기

때문에, 성형 후 부품의 왜곡을 최소화하려면 게

이트의 위치가 특히 중요하다.

다중 게이트를 사용하면 성형 부품의 유리섬유

배향을 최소로 하고 유동 길이를 줄일 수 있다.

고속 사출시 유리강화 ‘자이텔’ 나일론의 접합력

은 큰 문제가 되지 않는다.

벤트

성형 부품의 부분적 연소와 금형 손상, 접합 라

인 강도의 약화를 방지하고 캐버티가 잘 충진되

도록 하려면 금형을 적절히 배기시켜 주어야 한

다. 표면 품질을 좋게 하려면 충진 속도가 빨라

야 하기 때문에 캐버티 벤트의 깊이는 1∼2 ㎜

* 3 단 금형에 직경이 0.090 인치 이상인 터널 게이트를 사용하는

경우, 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 강도가 강하기 때문에 자동

제동이 어려워진다.

(폭은 넓을수록 좋음) 정도 되어야 한다. 벤트

의 랜드는 0.03 인치(0.76 ㎜) 정도로 짧아야 하

고, 적어도 금형 끝에서 0.03 인치(0.76 ㎜) 이

상의 깊이에서 완화해 주어야 한다. 배기를 충

분히 해 주면 금형 충진 및 접합력이 향상된다.

강화 나일론은 빨리 굳고 용융 점도가 높기 때

문에 금형 플래싱의 문제는 거의 없다.

언더컷과 테이퍼

유리강화 나일론은 신장률이 낮기 때문에 3% 이

상의 언더컷은 피해야 한다. 립, 보스, 사이드

및 스프루 상에 1/4∼1。의 테이퍼(드래프트)를

설치하면 된다.

허용 오차

유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지 성형 부품의 허

용 오차는 설계의 복잡성 및 벽 두께에 따라 크

게 좌우된다. 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의

성형 수축은 비강화 나일론보다 훨씬 작기 때문

에 치수 균일성을 예측하기가 더욱 어렵다. 유

리강화 수지의 치수 균일성은 부품 내의 유리섬

유 배향에 따라 크게 달라진다. 유리강화 ‘자이

텔’ 나일론 수지의 성형 허용 오차는 비강화 나

일론 수지에 대해 플라스틱 공업회(SPI)에서 지

정한 통상 허용 오차 및 정밀 허용 오차 사이의

절충값으로 결정되는 경우가 많다. 아직까지는

데이터가 충분하지 않기 때문에 그림 11(SPI 포

맷에 따름)은 참고로만 이용해야 할 것이다.

마모

지금까지의 경험에 의하면, 도구강 캐버티, 코어,

러너 시스템 및 스프루 부싱을 적절히 경화하면

마모의 감소를 최소화할 수 있다. 열 막힘 효과와

갇혀 있는 고온 기체에 의한 손상을 줄이려면, 캐

버티의 접합점에서 배기시켜 주어야 한다. 또한,

유리강화 나일론의 가공은 사출 속도가 빠르기 때

문에, 게이트(블록)에 상당한 양의 열이 축적되고

경도가 떨어질 수 있다. 터널 게이트는 부식될 염

려가 있으므로 정기적으로 점검해 주어야 한다.

베릴륨 카퍼나 마그네숨 또는 알루미늄 합금(임시

세공에 사용되는 금속) 등 부드러운 금형 재질의

마모는 단기 작동에서는 괜찮은 것으로 보인다.

경화 크롬 도금(0.001∼0.002 인치) 처리를 하면

대부분의 금형 강의 마모 특성이 좋아지고 녹도

방지할 수 있다.

12

그림 11. 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 허용 오차

13

제 6 부 성형 수축 성형 수축에 영향을 주는 요인은 다음과 같다.

• 유리의 함량

• 유리섬유의 배향

• 부품의 두께

• 가공 조건

일반적으로, 유리강화 자이텔의 선형 성형 수축

은 비강화 ‘자이텔’ 101 에 비해 50∼90% 정도

작다. 표 6 에는 상업용 유리강화 ‘자이텔’ 나일

론의 성형 수축이 나와 있다. 시험 결과에 의하

면 유리강화 ‘자이텔’ 나일론 수지의 성형 수축

에 영향을 주는 요인은 비강화 나일론 수지의

경우와 같으나, 이방성 편차가 더 크다는 점에

서 차이가 있다. 즉, 유리섬유의 배향에 의해

부피 변화가 비균일하게 된다는 것이다. 일반적

으로 다중 게이트를 사용하면 유리섬유의 배향

이 임의로 되어 성형 수축이 균일해진다. 게이

트 위치를 신중히 결정하여 유리섬유의 유동 배

향을 조절함으로써 치수 조절을 할 수도 있다.

유동 방향보다 횡단 방향의 수축이 더 큰데, 이

것은 비강화 핵 나일론 수지의 이방성 조건과

정반대의 현상이다.

표 6 은 특정 조건에서의 성형 수축을 나타낸

것이다. 그림 12∼그림 15 는 부품의 두께와 성

형 온도가 성형 수축에 주는 영향을 보여준다.

복잡한 정밀 부품의 경우 정확한 치수 데이터를

얻으려면 기본 금형(캐버티)를 사용해야 한다.

표 6. 성형 수축

봉 엔드 게이트

5 × 1/2 × 1/8 인치

디스크 중앙 게이트

2 × 1/8 인치

플라크 엔드 게이트

6 × 3 × 1/8 인치

구성 단위 길이 직경 유동 길이 횡단 폭

‘자이텔’ 70G13 밀리미터/인치 4-5 8 6 13

‘자이텔’ 70G33 밀리미터/인치 1-2 4 4 11

‘자이텔’ 70G43 밀리미터/인치 1-2 3 3 8

‘자이텔’ 71G13 밀리미터/인치 5-6 11 8 14

‘자이텔’ 71G33 밀리미터/인치 2-3 6 4 12

‘자이텔’ 77G33 밀리미터/인치 1-2 3 2 6

‘자이텔’ 77G43 밀리미터/인치 <1 2 1 5

‘자이텔’ 8018 밀리미터/인치 - - 9 13

‘자이텔’ 80G33 밀리미터/인치 - - 4 12

‘자이텔’ 101 밀리미터/인치 15 17 17 18

그림 12. 성형 수축과 유리 함량

두께 : 0.125 인치(0.318 ㎝)

용융 온도 : 555℉(291℃)

성형 온도 : 210℉(99℃)

금형 : 3 × 6 × 0.125 인치 플라크(7.62 × 15.24 × 0.32 ㎝)

그림 13. 성형 수축과 유리 함량

두께 : 0.075 인치(0.19 ㎝)

용융 온도 : 555℉(291℃)

성형 온도 : 210℉(99℃)

금형 : 3 × 6 × 0.075 인치 플라크(7.62 × 15.24 × 0.19 ㎝)

14

그림 14. 성형 수축과 유리 함량

두께 : 0.075 인치(0.19 ㎝)

용융 온도 : 555℉(291℃)

성형 온도 : 80℉(27℃)

금형 : 3 × 6 × 0.075 인치 플라크(7.62 × 15.24 × 0.19 ㎝)

그림 15. 성형 수축과 유리 함량

두께 : 0.025 인치(0.64 ㎝)

용융 온도 : 555℉(291℃)

성형 온도 : 210℉(99℃)

금형 : 3 × 6 × 0.025 인치 플라크(7.62 × 15.24 × 0.64 ㎝)

제 7 부 휨

유리강화 자이텔 나일론 수지 성형 부품의 휨은

주로 부품 두께의 차이와 유리섬유 배향에 따른

비균일 수축에 의해 발생한다. 부품 두께의 차

이는 비강화 나일론 수지의 경우에도 발생하며,

유리섬유의 배향은 유리섬유가 유동 방향으로

정렬하려는 경향에 의한 것이다. 이러한 유리섬

유의 배향은 이방성 수축, 즉 유동 방향과 횡단

방향의 수축이 달라지는 결과를 가져와 냉각시

부품의 휨을 일으키는 것이다. 표 6 에 나타나

있는 것처럼 언제나 유동 방향의 성형 수축이

더 작으며, 횡단 방향은 비강화 나일론과 거의

같다.

금형 캐버티 충진시 용융 유동을 급격히 변화시

키면 유리섬유의 분포가 무작위로 되어 휨성이

상당히 줄어드는 경우가 있다. 이것이 불가능한

경우에는 다중 게이트를 이용하여 적절한 위치

에서(코어에서 용융 수지를 충돌시키거나 함)

유동 패턴을 분산시키면 효과가 있다. 휨을 줄

이는 가공 요인은 문제 해결 가이드(15 페이지,

제 8 부)에 정리되어 있다.

사출 전의 불균일 냉각을 최소로 하려면 성형

온도의 조절과 캐버티의 열 균형이 매우 중요하

다. 부품 모양을 정밀히 설계하는 것도 중요하

며, 특히 벽 두께가 균일해야 한다. 모양이 복

잡한 경우 수축에 제한이 없어야 한다. 두꺼운

부위의 코어링은 물론 돌출부 상의 립도 국소적

인 변형을 최소화할 수 있도록 고려해야 한다.

원형 부품은 게이트를 중앙에, 얇은 사각형(두

께 1/16 인치 이하) 부품은 가장 끝에, 그리고

길이가 긴 유동 부품은 게이트를 끝에 하는 것

이 가장 좋으며, 비강화 나일론의 경우보다 더

긴 게이트(약 50% 정도 길어야 함)를 사용해야

한다. 휨이 너무 심한 경우에는 당사로 문의하

여 대체 수지의 선택에 대한 자문을 구하는 것

이 좋다. 많은 경우 유리섬유의 함량을 낮추어

큐브 블렌딩을 하면(최종 목적과 설계면에서 이

것이 가능한 경우) 휨성을 줄일 수 있다.

15

제 8 부 문제 해결 가이드 문제점

대책* 샷이 짧음 연소

표면 마무리

불량 휨

부품 내 빈

틈 접합력 부족

사출 압력 증가 2 3 3 3 2

사출 압력 줄임 6

스톡 온도 증가 4 5 5 5

스톡 온도 낮춤 2

보유 시간 및 압력

증가 2

사출 속도 증가 3

사출 속도 감소 3 1 4 1

노즐 구멍 확장 6 5 6

용융 온도 증가 5 2 4

용융 온도 균형 4

용융 온도 낮춤 2**

게이트 크기 증가 8 4 5

금형 벤트 확장 7 1 4 3

재료 건조 7 6

공급 증가 1 1

금형 충진 균형 7

공급 줄임 6

다중 게이트 사용 9 1

금형 청소 6

*순서대로 시도해 볼 것

**표면 외관이 더 나빠질 수 있음

16

제 9 부 스크류, 금형 및 배럴의 마모

를 줄이는 요인

유리강화 나일론 수지 가공시 장비의 마모를 줄

이려면 다음과 같이 하는 것이 좋다.

배럴

‘Xaloy’ 101(Xaloy 100 이나 900 도 좋음) 같은

바이메탈 라이너를 사용할 것. 배럴을 개수하여

사용하는 경우 내마모 라이닝을 해야 함.

스크류와 팁

응력 완화 AISI 4140 강, ‘Stellite’(합금 6) 등

으로 표면 경화 처리한 나사산 랜드 사용. 기계

가공 후 스크류와 팁 전체를 크롬 도금 경화할

것(0.001∼0.015 인치).

체크 밸브

링 슬리브와 시트는 ‘Nitralloy’ 135M(0.15∼

0.20 인치)으로 하여 수명을 늘릴 것.

금형

AISI 형 A-2, D-2 등의 내마모강이 좋음. 캐버

티가 H13, L6 등인 경우 이 금속을 삽입한 터널

게이트를 사용. 모든 강에는 적절히 경화 처리

하거나 질화 처리, 크롬 도금할 것.

가공

1. 권장 후부 지역 온도(고온)을 이용하여 실

린더 내의 수지 드래그를 줄인다.

2. 스크류 속도는 전체 사이클에 맞는 한도 내에서

최소로 한다.

3. 역압을 가하지 않는다.

4. 체크 밸브의 성능을 자주 점검한다. 사출시

패드(쿠션)를 유지할 수 없으면 링 슬리브

와 시트를 즉각 수리하거나 교체하여야 한

다. 체크 밸브가 새는 경우, 스크류의 마모

가 심해진다.

5. 터널 게이트나 소형 엣지 게이트의 마모를 줄

이려면 게이트에 내마모재를 삽입해야 한다.

유리섬유의 길이에 영향을 주는 가공

조건 유리섬유의 길이를 최대로 하면서 성형품의 물

성을 최대로 하려면 다음과 같이 하는 것이 좋

다.

• 후부 실린더의 온도를 높인다.

• 작동 사이클에 맞는 한도 내에서 스크류 속

도를 최저로 한다.

• 역압은 거의 없거나 0 으로 한다.

• 재생재의 비율은 25% 이하로 한다.

주의 : 자세한 내용은 ‘강화 66 나일론 – 성형

요인, 섬유 길이 및 물성’(SPE Journal, 1969 년

1 월, 제 25 권, 65∼69 페이지를 참고하라.

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