사출 성형에 작은 게이트를 사용할 때의 장점은 무엇인가요?

게이트는 게이팅 시스템에서 재료 흐름 채널의 핵심 부분입니다. 메인 러너형 게이트를 제외하면 대부분의 게이트는 게이팅 시스템에서 단면적이 가장 작으며, 그 값은 일반적으로 분기 러너 단면적의 3%~9%에 불과합니다.

뉴턴 유동 법칙을 따르는 플라스틱 용융물은 점도가 전단율과 무관하므로, 게이트 단면적을 크게 하면 유동 저항을 줄이고 용융물의 유동 속도를 높일 수 있어 금형 충전과 성형 품질에 더욱 유리합니다.

뉴턴 유동 법칙을 따르지 않는 대부분의 플라스틱 용융물은 게이트 단면적을 줄이면 용융물의 전단율이 증가하는 경우가 많습니다. 전단 발열 효과로 인해 용융물의 겉보기 점도가 크게 낮아지므로, 단면적이 큰 게이트보다 금형 충전에 더 유리할 수 있습니다.

작은 게이트를 사용해 성형할 때 유동 저항 증가로 발생하는 압력 강하는 일정 범위 내에서 사출 압력을 높여 보상할 수 있습니다.

일반적으로 사출 성형에 작은 게이트를 사용하면 다음과 같은 장점이 있습니다.

①. 작은 게이트의 전후단에는 큰 압력 차가 발생하여 용융물의 전단율을 효과적으로 높이고 큰 전단열을 발생시킵니다. 그 결과 용융물의 겉보기 점도가 낮아지고 유동성이 증가하여 금형 충전에 유리합니다.

작은 게이트의 이러한 특성은 박육 제품이나 미세한 패턴이 있는 제품의 성형뿐 아니라, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS)처럼 점도가 전단율에 민감한 플라스틱 성형에도 큰 도움이 됩니다.

②. 사출 성형 공정에서 보압 및 수축 보상 단계는 일반적으로 게이트의 용융물이 고화될 때까지 계속되어야 합니다. 그렇지 않으면 금형 캐비티 내부의 용융물이 캐비티 외부로 역류할 수 있습니다.

게이트 크기가 크면 보압 및 수축 보상 시간이 오래 지속됩니다. 따라서 고분자의 배향도와 유동 변형이 증가하여 제품, 특히 게이트 주변에 큰 수축 보상 응력이 발생하고 제품이 뒤틀릴 수 있습니다.

작은 게이트를 사용하면 시험 금형이나 금형 수리를 통해 작은 게이트의 체적을 조정할 수 있습니다. 이에 따라 보압 과정에서 게이트의 용융물이 적시에 고화되도록 하여 수축 보상 시간을 적절히 제어하고 위와 같은 현상을 방지할 수 있습니다.

③. 작은 게이트는 체적이 작고 빠르게 고화되므로, 일부 제품을 생산할 때는 작은 게이트가 고화된 후 제품 내부 전체가 고화될 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 외부 고화층이 충분한 강도와 강성을 갖추기만 하면 제품을 탈형할 수 있으므로 성형 사이클을 단축하고 생산 효율을 높일 수 있습니다.

④. 다수의 캐비티가 있는 불균형 게이팅 시스템에서 작은 게이트를 사용하면 플라스틱 용융물에 대한 게이트의 유동 저항이 러너 내 다중 용융물의 유동 저항보다 훨씬 커집니다. 따라서 용융물이 러너를 채우고 충분한 압력을 형성한 후 각 캐비티에 거의 동시에 공급되고 충전될 수 있습니다.

따라서 작은 게이트는 다수 캐비티 금형에서 각 캐비티의 공급 속도를 균형 있게 하여 게이팅 시스템의 균형에 유리합니다.

⑤. 더 큰 게이트를 사용해 제품을 성형하고 제품 표면 품질을 높게 요구하는 경우, 게이트 자국을 제거하기 위해 적절한 공구나 공작 기계로 제품을 후가공해야 하는 경우가 많습니다. 특히 게이트가 너무 크면 톱질, 절단 등의 방법으로 게이트 응축물을 제거해야 합니다. 그러나 작은 게이트를 사용하면 이러한 번거로움을 피할 수 있습니다.

예를 들어 작은 게이트 응축물은 손으로 빠르게 절단하거나, 탈형 시 특수 금형 구조를 통해 자동으로 절단할 수 있습니다. 또한 작은 게이트를 절단한 후 남는 자국이 작아 일반적으로 마무리 및 연마 작업이 필요하지 않거나 조금만 하면 됩니다.

따라서 작은 게이트의 사용은 게이팅 시스템의 응축물을 제품에서 분리하는 데 유리할 뿐만 아니라 제품의 마무리 가공에도 유리합니다.

그러나 작은 게이트에는 위와 같은 장점이 있지만, 게이트가 지나치게 작으면 유동 저항이 크게 증가하여 공급 및 충전 시간이 길어질 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 점도가 높거나 전단율이 겉보기 점도에 미치는 영향이 작은 일부 플라스틱 용융물(예: 폴리포메이트 및 폴리설폰)의 경우에는 작은 게이트를 사용한 성형이 적합하지 않습니다.

또한 대형 제품을 성형할 때는 게이트 단면적도 그에 맞게 확대해야 합니다. 경우에 따라 용융물의 유동성을 높이기 위해 게이트 단면 높이를 제품의 최대 두께에 가깝게 확대해야 할 수도 있습니다.

위의 경우 외에도 벽 두께가 더 두껍고 수축률이 큰 제품은 일반적으로 충분한 수축 보상 시간이 필요하므로, 이 경우 게이트 단면적을 지나치게 작게 설계해서는 안 됩니다.