분야에서 폴리머 응용 분야 , 수축 비율은 엄청난 영향을 미치는 중요한 매개변수입니다. 치수 정확도, 성능 및 최종 적용 결과 폴리머 제품.

일상적인 플라스틱 제품이든 첨단 산업 분야에 사용되는 정밀 부품이든, 폴리머 소재의 수축을 이해하고 제어하는 것은 제품 품질과 기능을 보장하는 데 필수적입니다.

이 기사에서는 다음 내용을 자세히 살펴보겠습니다. 핵심 요소 폴리머 수축에 영향을 미치고 탐색 효과적인 방법 수축을 줄이려면.

1. 고분자 재료의 수축률 정의
고분자 재료의 수축률은 플라스틱 부품을 성형 온도에서 치수와 금형에서 꺼내 실온으로 냉각한 후 치수의 백분율 차이를 나타냅니다. 이는 금형 외부에서 냉각된 후 플라스틱 부품의 치수 감소 정도를 직접적으로 반영합니다.

간단히 설명하자면, 고온의 플라스틱 모형을 성형을 위해 금형에 넣는 것과 같습니다. 냉각되면 모형의 크기는 금형 내부의 성형 온도에서의 크기보다 작아집니다. 이 감소율이 바로 수축률입니다.

수축률은 다음 공식으로 계산됩니다.

여기서 R은 성형 온도에서의 치수이고, R은 실온으로 냉각한 후의 치수입니다.

분자 구조, 화학 조성 및 기타 요인의 차이로 인해 다양한 고분자 재료는 서로 다른 수축률을 보입니다. 따라서 재료 선택 및 성형 공정 설계 시 수축률을 고려하는 것이 특히 중요합니다.

2. 고분자 재료의 수축률에 영향을 미치는 요인
원자재의 영향

1. 다양한 유형의 원자재

수축률은 폴리머 재료의 종류에 따라 상당히 다릅니다.

예를 들어, 장섬유 강화 개질 소재의 수축률은 일반적으로 약 1.2%~1.5%입니다.

PP 호모폴리머 40% 장섬유 강화

2. 원료의 결정성
재료의 결정도가 높을 때 분자 사슬은 조밀하고 규칙적으로 배열됩니다. 냉각 과정에서 분자 사슬은 무질서한 용융 상태에서 규칙적인 결정 상태로 변하여 상당한 수축을 유발합니다. 결정 영역에 조밀하게 뭉쳐진 분자 사슬은 재료의 부피를 줄여 수축률을 높입니다. 이와 대조적으로, 비정질(비결정질) 재료는 일반적으로 수축률이 낮습니다.

간단한 비유로 나무를 쌓는 것을 들 수 있습니다. 나무를 무작위로 쌓으면 공간을 더 많이 차지하지만, 나무를 깔끔하게 쌓으면 부피가 줄어듭니다.

3. 원료의 분자량
분자량이 높으면 사슬 사이의 분자간 힘이 강해져 사슬의 움직임이 더 어려워집니다. 성형 및 냉각 과정에서 사슬이 쉽게 재배열되고 촘촘하게 뭉쳐지지 않아 수축률이 낮아집니다. 반대로 분자량이 낮은 재료는 유동성이 더 큰 사슬을 가지고 있어 냉각 과정에서 더 쉽게 재배열되고 응집될 수 있어 수축률이 높아집니다.

성형 공정의 영향
1. 성형 온도
성형 온도를 높이면 분자 사슬의 이동성이 증가하고 용융물의 흐름이 개선되어 더 많은 용융물이 금형 캐비티를 채울 수 있습니다. 그러나 온도가 높아지면 냉각 중 수축의 원동력도 증가합니다. 반면, 고온에서 게이트 밀봉 시간이 길어지면 더 많은 용융물이 캐비티로 유입되어 성형 밀도가 증가합니다. 전반적으로 이러한 복합적인 효과는 수축률 감소로 이어지는 경우가 많습니다.

2. 압력 유지
성형 중 보압이 높을수록 더 많은 용융물이 캐비티로 압축되어 냉각 수축으로 인한 부피 감소를 상쇄하고 수축률을 감소시킵니다. 결정질 재료의 경우, 보압이 수축률에 미치는 영향은 곡선형 하향 추세를 보이는 반면, 일부 비정질 재료의 경우, 수축률은 보압이 증가함에 따라 선형적으로 감소합니다.

3. 용융 온도
용융 온도가 높을수록 분자 열 운동이 증가하고 유동성이 향상되어 금형 캐비티를 완전히 채우기가 더 쉬워집니다. 결정질 재료의 경우, 결정화 거동에도 영향을 미쳐 수축에 영향을 줄 수 있습니다. 일반적으로 용융 온도를 높이면 수축이 감소하지만, 너무 높으면 재료의 열화가 발생할 수 있습니다.

4. 금형 온도
금형 온도가 낮으면 용융물이 더 빨리 응고되어 냉각 시간이 단축되고 수축 반응이 감소하여 수축률이 낮아집니다. 금형 온도가 높으면 냉각 속도가 느려져 수축이 더 많이 발생합니다.

5. 보류 시간
유지 시간이 길어지면 용융물이 가압 하에서 냉각 수축으로 인해 발생한 틈을 계속 메워 수축률을 줄일 수 있습니다. 그러나 유지 시간이 너무 길어지면 성형 사이클이 길어지고 제품에 응력이 집중될 수 있습니다.

6. 금형 내 냉각 시간
두꺼운 벽을 가진 대형 플라스틱 제품의 경우, 완전한 냉각 및 응고를 보장하기 위해 충분한 금형 내 냉각 시간이 필요합니다. 이는 분자 사슬이 최종 배열에서 안정화되도록 도와 수축률을 안정적으로 유지하거나 감소시킵니다. 냉각 시간이 부족하면 탈형 후에도 수축이 지속되어 치수 편차가 발생할 수 있습니다.

7. 사출 속도
얇은 두께의 제품의 경우, 사출 속도가 높을수록 용융물이 캐비티를 빠르게 채울 수 있지만, 전단 응력이 높아져 분자 사슬 배향 및 이방성 수축이 발생할 수 있습니다. 사출 속도가 느리면 충진이 고르지 않게 되어 수축에도 영향을 미칩니다.

구조의 영향
1. 플라스틱 제품의 벽 두께
벽 두께가 증가하면 내부 냉각 속도가 느려져 결정화가 더욱 완전해지고 결정화도가 높아져 수축이 증가합니다. 일부 비정질 재료의 경우, 벽 두께가 수축에 미치는 영향은 명확한 패턴을 보이지 않습니다.

2. 사출 성형 부품에 인서트가 존재하는 경우
사출 성형 부품에 금속 인서트가 포함된 경우, 금속과 폴리머 사이의 열팽창 계수 차이로 인해 냉각 중 수축이 불균일해져 내부 응력이 발생할 수 있습니다. 이로 인해 인서트 주변의 수축이 불균일해져 휨, 균열 또는 기타 결함이 발생할 수 있습니다.

3. 사출 성형 부품의 모양
얇은 벽과 두꺼운 벽 사이에 경계가 있는 부품, 리브, 보스 또는 기타 형상과 같이 복잡한 형상은 불균일한 수축을 초래할 수 있습니다. 얇은 부분은 빠르게 냉각되어 수축이 적지만, 두꺼운 부분은 느리게 냉각되어 수축이 더 많아 동일 부품 내에서도 수축률 차이가 발생합니다. 비대칭 부품은 또한 불균일한 수축이 발생하기 쉽습니다.

4. 길이 방향 대비 두께 방향의 수축
사출 성형에서 용융물 내 분자 사슬은 흐름 방향(길이 방향)으로 더 배향되어 상대적으로 수축률이 낮아집니다. 흐름 방향(두께 방향)에 수직인 방향에서는 분자 사슬의 배향률이 낮아 상대적으로 수축률이 높아집니다.

금형 구조의 영향
1. 게이트 크기
사출 성형에서 게이트 크기가 클수록 용융 유동 저항이 감소하고, 더 많은 재료가 캐비티로 유입되며, 압력 분포가 균일해지고, 성형 밀도가 증가하여 수축률이 낮아집니다. 반대로 게이트 크기가 작을수록 수축률이 증가합니다.

2. 게이트에 평행하고 수직인 방향의 수축
흐름(평행) 방향에서는 분자 사슬의 배향이 더 강해 냉각 중 수축이 더 적습니다. 게이트에 수직인 방향에서는 분자 사슬의 배향이 더 약해 수축이 더 심해지고 휨이나 변형이 발생할 가능성이 있습니다.

3. 게이트 근처와 먼 곳 사이의 수축 차이
대형 금형의 경우, 게이트에서 멀리 떨어진 부분은 용융 압력이 낮고, 충전이 늦어지며, 유지력이 약해져 수축률이 상대적으로 높습니다. 게이트 근처 부분은 일반적으로 수축률이 낮습니다.

고분자 재료의 수축을 줄이는 개질 방법
섬유 강화
폴리락틱산(PLA)을 예로 들어, 단섬유 유리섬유를 첨가하면 성형 수축을 크게 줄일 수 있습니다. 유리섬유 함량이 일정 비율에 도달하면 PLA 복합재의 수축이 눈에 띄게 감소합니다. 단섬유 유리섬유와 비교했을 때, 긴 유리 섬유 강화 폴리머 전시하다 수축률 감소 , 세로 및 가로 방향 모두 일정한 수축률을 보입니다. 수염 강화 폴리머는 또한 낮은 수축률을 보입니다. 예를 들어, 황산칼슘 수염으로 강화된 PLA는 유리 섬유로 강화된 PLA보다 수축률이 낮습니다.

장섬유 강화 폴리머