현대전기기계공업(주)이 Air BPS 사출시스템을 개발하며 사출성형 업계에 새로운 패러다임을 제시했다. 종래의 시스템에서 발생되던 문제점들을 해결하며 플라스틱 합리화기기 분야의 새로운 지표를 제시한 것이다. 본지에서는 이번 에어 비트 사출시스템의 요체인 사출공기 가압 성형장치를 소개한다.
▲ Air BPS 가압 사출성형 장치
새로운 메커니즘의 사출성형 공법 제안
현대전기기계공업(주)(이하 현대전기기계공업)이 A i r B P S 사출시스템을 개발하며 사출성형 업계에 새로운 지표를 제시했다. Air Booster Pressurization Control System을 의미하는 이 Air BPS 사출 공법은 금형 내의 용융 수지 속에 고압의 에어를 주입함으로써 수지의 충진 및 보압을 수행하는 특수 공법으로, 임계온도 변화를 통한 기화 억제로 일반 사출성형의 취약점인 가스와 수분, 수축, 미성형 등을 해결한 새로운 메커니즘의 성형 공법이다.
이산화탄소나 암모니아와 같은 기체는 상온에서 압력을 가해도 쉽게 액화되지만, 산소나 질소 등의 기체는 상온에서 아무리 압력을 가해도 액화가 쉽게 일어나지 않는다. 이러한 기체를 액화하기 위해서는 임계온도 이하로 온도를 낮춘 후 압력을 높여야 하는데, 여기서 임계온도란 액화시키기 위한 최고 온도를 말한다.
현대전기기계공업은 이처럼 임계온도의 변화를 이용한 사출공기 가압 성형장치를 개발, 사출성형 합리화기기 분야를 선도하는 기술력을 다시 한 번 증명했다.
▲ Air BPS 가압 사출성형 장치 구조도
사출공기 가압 성형장치 개발!
현대전기기계공업이 개발한 사출공기 가압 성형장치는 충분한 압력으로 공기를 용이하게 승압시켜 공기탱크에 저장할 수 있을 뿐만 아니라 공기탱크의 급격한 압력 저하 시 증압기를 통한 순간적인 압력보충을 이루도록 함으로써 금형작업에 따른 불량 방지는 물론, 작업에 지연이 생기는 것을 방지할 수 있으며, 압축공기에 포함된 수분 제거를 통해 증압기의 고장발생을 방지하고, 간편한 유지보수를 실현한다.
이 장치의 원리는 공기탱크 내부로 공급되는 압축공기에 포함된 수분을 원심력으로 분리시키고, 하부의 수분은 배출 밸브를 조작해 드레인으로 배출하는 것으로, 수분이 포함되지 않은 상부의 압축공기만을 충전라인을 통해 금형으로 충전함으로써 사출되는 성형제품의 완성도를 높일 수 있다.
한편 현대전기기계공업 관계자는 “일반적으로 열가소성 수지를 성형할 때, 성형품의 강도를 향상시키기 위해 제품 구조상 두꺼운 부위가 존재하는 경우가 있다. 이 두꺼운 부위는 얇은 부위에 비해 상대적으로 많은 열량을 가지기 때문에 고화가 늦어 표면에 씽크마크, 뒤틀림 등과 같은 여러 문제점이 발생된다.”며 “이러한 문제점을 해결하기 위해 기존에는 사출충전 완료 직후 보압으로 수지의 수축력을 상쇄시키는 방법을 사용했으나, 상대적으로 크고 복잡한 성형품에는 최대의 효과를 기대하기 힘들었다.”고 사출공기 가압 성형장치를 개발하게 된 동기를 전했다.
실제로 부피가 크고, 형상이 복잡한 성형품의 경우에는 두꺼운 부분의 씽크마크 등을 없애기 위해 발포(Foaming) 기법이 사용되기도 했으나, 이와 같은 발포기법은 발포 셀로 인해 표면에 발포 가스 흐름자국(Swirl Mark)이 발생하는 문제가 있어 2차 가공을 해야 되는 불편함이 있었다.
그러나 동사가 개발한 사출공기 가압 성형장치는 이러한 불편함을 해소함으로써 향후 플라스틱 사출성형 시장에 새로운 반향을 불러일으킬 것으로 기대되고 있다.
▲ Air BPS 가압 사출성형 장치 기술개요
원심력으로 압축공기와 수분을 분리하다
Air BPS 가압 사출성형 장치는 공기를 승압시키는 승압부와, 공기 승압을 위한 압력을 충전하는 충전부, 압력을 조절하는 레귤레이터 및 필터부, 공기탱크, 증압기와 더불어 공기탱크 내부의 수분을 외부로 배출시키는 드레인 등으로 구성되어 있다.
전송라인 끝단이 공기탱크의 내벽 방향으로 위치되어 원심력을 통해 압축공기와 수분을 공기탱크 내부에서 상·하로 분리시키키는 이 장치는 제1, 2레귤레이터가 설치된 제1, 2공급라인을 통해 압력이 조절된 공기를 부스터의 승압부와 충전부로 각각 공수할 수 있을 뿐만 아니라, 공기탱크의 급격한 압력 저하 시 증압기를 통한 순간적인 압력 보충을 이룰 수 있어 금형 작업에 따른 불량 방지는 물론, 작업이 지연되는 상황 또한 방지한다.
아울러 증압기로 공급되는 공기는 파티클 필터와 오일제거 필터, 선드라이어로 이루어진 필터부를 순차적으로 거침으로써 공기 내에 포함된 이물질과, 유분 및 수분을 배출할 수 있고, 이로 인해 장시간 사용에도 증압기의 고장이 방지되어 유지보수가 간편해진다.
한편 회사 관계자는 “Air BPS 가압 사출성형 장치는 전송라인을 통해 공기탱크 내부로 공급되는 압축공기에 포함된 수분을 원심력을 이용해 압축공기와 수분을 분리시킬 수 있다”라며 “하부의 수분은 배출밸브의 조작으로 드레인을 통해 배출되고, 수분이 포함되지 않은 상부의 압축공기만을 충전라인을 통해 금형으로 충전, 사출되는 성형품의 완성도를 높일 수 있다”라고 밝혔다.
현대전기기계공업의 Air BPS 공법의 기대효과
현대전기기계공업의 Air BPS 가압 사출성형 장치는 ▲제습 건조기 설치 ▲복잡한 금형 구조 ▲엔지니어링플라스틱 제품의 한계 ▲수분기화로 인한 기포 ▲열화 및 가수분해로 인한 강도 부족 ▲휘발성분 및 착색제로 웰드라인(Weld Line) 발생 등의 불편함을 해소했다.
▲ 기존 사출성형 공정도와 불량사례
이 공법은 가압장치와 제어신호를 이용하기 때문에 별도의 제습 장치가 필요 없고, 또한 우수한 품질과 필연성, 커스터마이징 등의 강점도 지니고 있다.
현대전기기계공업 관계자는 “박막, 초정밀 사출성형물의 표면 개선 및 불량률 감소, VOC와 이산화탄소 감소로 인한 환경 개선은 물론 제습기를 사용하지 않음으로써 전기를 절감하고, 재활용률을 개선해 재료비 절감에 이바지하며, 폐기물 및 금형 청소 등 생산관리 측면에서도 긍정적인 효과를 기대할 수 있다”라고 소개했다.
▲ PC, ABS 외 분쇄재 및 신재 등 무건조 작업에 용이하다.
현대전기기계공업은 재료 및 성형품의 가격이 높고, 성형 조건이 난해한 분야를 Air BPS 가압 사출성형 장치의 주요 수요 타깃으로 삼아 시장을 공략할 계획이다.
현대전기기계공업(주) www.hdem.co.kr