플래시 방지를 위한 열경화성 액상 실리콘 고무 사출성형 기술에 대한 연구
- 주제(키워드) LSR , injection molding , flash , molding process
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이병옥
- 발행년도 2017
- 학위수여년월 2017. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000024898
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
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.
more초록/요약
Liquid silicone rubber (LSR) injection molding is suitable for mass production of complex shape products with excellent properties of materials so that it expands the range of products such as electronics and medical products. However, when a low viscosity LSR is injected into mold, the material flows into an unintended gap to cause the flash defect. In order to prevent the flash, precisely machined LSR mold is required. Due to the barriers of high precision in mold machining and extremely high mold cost, the LSR injection molding has a difficulty to be prevalent. In this study, a process strategy to prevent the flash by optimizing pressure and viscosity of LSR during mold filling was studied. The curing behavior and the viscosity of LSR with temperature were analyzed, and the process strategy was devised from the viscosity change during the process. An optimal process design method to prevent the flash was proposed. Especially, in order to prevent the flash defect that the material flows through the vent of the mold, a ceramic heater was used to increase the local temperature rapidly, which accelerated the curing and increased the viscosity to prevent the flash. The curing behavior was analyzed using a differential scanning calorimeter, and the curing start temperature was measured. Viscosities below and above the curing temperature were also observed. Below the curing temperature, the viscosity decreased as the material temperature increased, which might increase the possibility of the flash. Although the material temperature was higher than the curing temperature, the viscosity did not increase immediately. According to the result of small-amplitude oscillatory shear (SAOS) test, a curing latent period was observed. In the period, the storage modulus did not change significantly even though the temperature was higher than the curing temperature. If pressure is applied to the material during the curing latent period, the low viscosity may cause the flash generation. According to the viscosity variation, an optimum process was proposed to avoid the flash defect. The pressure is released when the filling pressure goes over the limit pressure. The limit pressure during mold filling was determined by the viscosity during the curing latent period. After the mold is completely filled, the material in the cavity is not pressurized to prevent the flash by the pressure increase due to thermal expansion. The mold vent is rapidly heated by the ceramic heater to cure for longer than the curing latent period. After the material at the vent has a high viscosity enough to hold pressure, a proper packing pressure is applied to compensate the shrinkage due to cooling. By the proposed process, prototype products without the flash defect could be made. The proposed processing method was proved to be feasible for the flash prevention of LSR.
more목차
제 1장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 동향 6
1.3 연구 범위 및 방법 10
제 2장 유변물성 분석을 통한 경화거동 분석 12
2.1 공정 간 재료의 점도 변화 12
2.2 경화 반응 15
2.3 점도모델 19
2.4 실험장치 27
2.4.1 점도측정기 27
2.4.2 SAOS test 이론 31
2.4.3 실험방법 35
2.5 실험 결과 및 분석 38
2.5.1 DSC를 이용한 경화온도 확인 38
2.5.2 전단속도 및 온도에 의한 점도 변화 41
2.5.3 온도 상승에 따른 전단점도 거동 43
2.5.4 SAOS test 48
2.5.5 공정제어 전략 54
제 3장 공정제어를 통한 플래시 방지 57
3.1 공정제어 방법론 57
3.2 실험장치 59
3.2.1 금형 및 주입장치 59
3.2.2 Ceramic heater 가열성능 분석 64
3.3 LSR 성형 실험 결과 및 분석 67
3.3.1 실험 방법 67
3.3.2 재료 충전 완료 시점 결정 68
3.3.3 벤트 깊이에 따른 플래시 패턴 74
3.4 공정 전략에 따른 플래시 패턴 76
3.4.1 공정전략 case-1 76
3.4.2 공정전략 case-2 78
3.4.3 공정전략 case-3 80
3.4.4 공정전략 case-4 83
3.4.5 공정전략 case-5 85
제 4장 결 론 93
참 고 문 헌 96
Abstract 105
