실리콘 사출 성형

실리콘 사출 성형은 의료 기기, 자동차, 가전 제품 및 항공 우주 산업 등에서 널리 사용되는 실리콘 제조 방법입니다.

이 글에서는 실리콘 사출 성형에 대한 포괄적인 개요를 제공하며, 정의, 공정, 장점, 단점, 응용 분야, 그리고 제품 품질과 제조 효율성에 영향을 미치는 주요 기술적 고려 사항을 다룹니다.

실리콘 사출 성형이란?

실리콘 사출 성형은 액체 실리콘 고무를 고압으로 가열된 금형에 주입하는 실리콘 제조 공정입니다. 실리콘은 금형 내부에서 경화되어 복잡한 형상과 정밀한 공차를 가진 유연하고 내구성이 뛰어난 부품을 형성합니다.

이 공정은 높은 정밀도, 일관된 품질 및 안정적인 성능이 요구되는 응용 분야에 특히 적합합니다. 따라서 실리콘 사출 성형은 의료 기기, 자동차 시스템, 가전 제품 및 항공 우주 부품에 널리 사용되고 있습니다.

실리콘 사출 성형 공정

실리콘 사출 성형은 뛰어난 일관성과 반복성을 갖춘 고성능 실리콘 부품을 생산하기 위해 고안된 고도로 제어된 제조 공정입니다. 각 단계를 정밀하게 관리함으로써 제조업체는 안정적인 재료 특성과 신뢰할 수 있는 부품 품질을 얻을 수 있습니다.

재료 준비

액상 실리콘 고무 사출 성형에서 재료 준비는 매우 중요한 단계입니다.

구성 요소 A와 구성 요소 B는 혼합 전에 조기 경화를 방지하기 위해 별도로 보관됩니다.

A 구성요소는 주로 탄성과 유연성을 제공하는 실리콘 폴리머로 구성됩니다. B 구성요소는 일반적으로 경화 과정에서 가교 반응을 시작하는 백금계 촉매를 포함합니다.

이 두 구성 요소는 자동 투입 장비를 사용하여 일반적으로 1:1 비율로 정확하게 계량됩니다.

측정된 재료는 정적 믹서에서 완전히 혼합됩니다. 이 단계에서는 조기 가황을 방지하고 재료의 안정적인 점도를 유지하기 위해 온도 제어가 필수적입니다.

주입

한 번 LSR 실리콘 혼합물이 적절히 혼합되면 사출 성형기에 투입됩니다. 사출 성형기는 배럴, 스크류 또는 플런저 시스템, 믹서 및 노즐로 구성됩니다. 실리콘 혼합물은 일반적으로 250°F~300°F(121°C~149°C) 사이의 제어된 온도로 가열되어 원활하게 흐르게 됩니다.

가열된 실리콘은 고압으로 가열된 금형 캐비티에 주입됩니다. 금형 설계는 최종 부품의 형상을 결정하며, 복잡한 특징과 미세한 디테일을 구현할 수 있도록 합니다.

주요 가공 매개변수는 제품 품질에 상당한 영향을 미칩니다. 이러한 매개변수는 부품 설계 및 장비 성능에 따라 최적화되어야 합니다.

• 금형 온도: 일반적으로 150°C에서 200°C 사이의 온도에서 경화가 진행되며, 이는 경화 속도와 최종 재료 특성에 영향을 미칩니다.
• 사출 압력: 일반적으로 50~150MPa 범위이며, 금형 충진 및 부품 밀도에 영향을 미칩니다.
• 주입 속도: 일반적으로 10~50mm/s 사이의 풍속은 공기 포집 및 생산 효율에 영향을 미칩니다.

경화(가황)

사출 후, 금형은 가황 반응을 시작하기 위해 제어된 온도로 유지됩니다. 경화 과정에서 실리콘 폴리머 사슬이 가교되어 단단하고 탄성 있는 구조를 형성합니다.

완전한 가황을 보장하기 위해 경화 온도와 시간을 정밀하게 제어합니다. 일반적인 경화 온도는 250°F~300°F(121°C~149°C)이며, 경화 시간은 부품의 두께와 복잡성에 따라 수분에서 30분 이상까지 다양합니다.

후처리

경화가 완료되면 금형을 냉각시키고 완성된 부품을 배출합니다. 후처리에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• 트리밍 및 디플래싱을 통해 과도한 재료를 제거합니다.
• 고온에서의 후경화 처리를 통해 기계적 특성을 향상시킵니다.
• 플라즈마 처리, 코팅 또는 접착과 같은 표면 처리
• 치수, 기계적 성능 및 외관을 확인하기 위한 품질 검사

이러한 단계를 통해 최종 제품은 모든 설계 및 성능 요구 사항을 충족하게 됩니다.

실리콘 사출 성형 시 설계 고려 사항

실리콘 사출 성형은 복잡한 형상 구현이 가능하지만, 안정적인 생산, 치수 정확도 및 장기적인 성능을 위해서는 적절한 부품 설계가 필수적입니다. 열가소성 수지와 달리 실리콘은 경화 과정에서 매우 탄성이 강한 소재처럼 작용하므로 설계 세부 사항에 더욱 신경을 써야 합니다.

균일한 유동성과 고른 경화를 위해서는 벽 두께가 가능한 한 균일해야 합니다. 두께가 급격하게 변하면 불균일한 가황, 내부 응력 또는 표면 결함이 발생할 수 있습니다. 두께 변화가 불가피한 경우에는 재료의 안정성을 유지하기 위해 점진적인 두께 변화를 권장합니다.

실리콘 부품은 유연하지만, 드래프트 각도 또한 중요합니다. 적절한 드래프트 각도는 탈형 저항을 줄이고, 표면 손상을 최소화하며, 금형 수명을 연장합니다. 기능적 또는 미적 표면에 눈에 띄는 이음매가 생기지 않도록 분할선 위치를 신중하게 계획해야 합니다.

게이트 위치는 재료 흐름, 압력 균형 및 공기 배출에 직접적인 영향을 미칩니다. 게이트 설계가 부적절하면 불완전한 충전이나 공기 갇힘 현상이 발생할 수 있습니다. 따라서 특히 얇은 벽이나 복잡한 부품의 경우 통풍이 매우 중요합니다. 실리콘의 유연성 덕분에 언더컷이 가능하지만, 찢어짐이나 변형을 방지하기 위해 부품 형상 및 탈형 방법을 고려하여 언더컷 여부를 평가해야 합니다.

공구 및 금형 설계

실리콘 사출 성형에서 금형 설계는 가장 중요한 요소 중 하나이며 초기 프로젝트 비용에 큰 영향을 미칩니다. 실리콘 금형은 일반적으로 고온, 고압 및 반복적인 생산 주기를 견딜 수 있도록 경화강으로 제작됩니다.

핫 러너 시스템은 실리콘 사출 성형에서 콜드 러너를 없애고 재료 낭비를 줄이기 위해 널리 사용됩니다. 또한 공정 일관성을 향상시키고 사이클 시간을 단축합니다. 대량 생산의 경우, 다중 캐비티 금형은 캐비티 간 치수 반복성을 유지하면서 생산량을 크게 증가시킵니다.

진공 보조 금형 설계는 사출 전에 금형 내부에 갇힌 공기를 제거하는 데 자주 사용됩니다. 이는 기포나 공극이 허용되지 않는 의료 및 정밀 부품에 특히 중요합니다. 또한 금형 전체에 걸쳐 정확한 온도 제어를 통해 균일한 경화를 보장하고, 사이클 변동을 줄이며, 금형 수명을 연장할 수 있습니다.

품질 관리 및 테스트

실리콘 사출 성형, 특히 의료용 실리콘 사출 성형에서 품질 관리는 매우 중요한 역할을 합니다., 식품 등급, 안전성과 신뢰성이 매우 중요한 산업 분야에서 특히 그렇습니다. 제조업체들은 일반적으로 최종 검사에만 의존하는 것이 아니라 전체 생산 공정에 걸쳐 품질 검사를 실시합니다.

치수 검사를 통해 부품이 도면 사양 및 허용 오차 요건을 충족하는지 확인합니다. 쇼어 경도 시험을 통해 재료의 균일성과 경화 품질을 확인합니다. 인장 강도, 연신율, 인열 저항과 같은 기계적 시험을 통해 부품이 기능적 성능 요건을 충족하는지 확인합니다.

표면 결함, 오염 또는 플래시가 밀봉 성능이나 외관에 영향을 미칠 수 있으므로 육안 검사 또한 필수적입니다. 규제 산업의 경우, 배치 추적성, 재료 인증 및 공정 문서화를 통해 일관된 품질과 규정 준수를 더욱 확실하게 보장할 수 있습니다.

공차 및 부품 정밀도

실리콘 사출 성형은 적절하게 제어될 경우 뛰어난 치수 안정성을 보이는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 달성 가능한 공차는 부품 형상, 벽 두께, 재료 조성 및 금형 정밀도에 따라 달라집니다.

얇은 벽 부분과 복잡한 형상은 사출 압력, 온도 및 경화 시간에 대한 더욱 정밀한 제어가 필요합니다. 이러한 매개변수의 변화는 치수 편차 또는 변형을 초래할 수 있습니다. 금형 설계의 정확성과 온도 균일성 또한 최종 부품 치수에 직접적인 영향을 미칩니다.

열가소성 수지와 비교했을 때, 실리콘은 탄성이 뛰어나 부품 손상 없이 쉽게 탈형할 수 있습니다. 하지만 이러한 탄성 때문에 탈형 후 부품이 일시적으로 변형될 수 있습니다. 적절한 설계와 후경화 과정을 통해 부품이 원래의 치수로 복원되고 장기적인 치수 정확도를 유지할 수 있도록 해야 합니다.

실리콘 사출 성형의 장점

실리콘 사출 성형은 까다로운 응용 분야에 적합하게 만드는 몇 가지 중요한 이점을 제공합니다.

• 정도 그리고 반복성: 이 공정은 대규모 생산 과정에서 엄격한 공차와 일관된 품질을 갖춘 복잡한 부품을 생산할 수 있도록 합니다.
• 재료 낭비 최소화: 자동 투입 및 밀폐형 러너 시스템은 스크랩 및 트리밍을 줄여 재료 효율을 향상시킵니다.
• 짧은 사이클 시간: 정밀한 온도 및 압력 제어를 통해 빠른 경화와 높은 생산 효율을 실현할 수 있습니다.

이러한 장점 덕분에 실리콘 사출 성형은 정밀 실리콘 부품의 대량 생산에 있어 신뢰할 수 있고 비용 효율적인 솔루션이 되었습니다.

실리콘 사출 성형의 단점

실리콘 사출 성형은 여러 장점이 있지만, 프로젝트 계획 시 고려해야 할 몇 가지 한계점도 있습니다.

복잡한 금형 구조, 핫 러너 시스템, 엄격한 가공 공차로 인해 초기 툴링 비용이 상대적으로 높습니다. 따라서 소량 생산이나 시제품 생산에는 경제성이 떨어집니다.

실리콘 사출 성형에는 주로 액상 실리콘 고무(LSR)가 사용됩니다. LSR은 뛰어난 성능을 제공하지만, 모든 응용 분야의 특정 기계적 또는 화학적 요구 사항을 충족하지 못할 수도 있습니다. 따라서 신중한 재료 선택이 필수적입니다.

다른 실리콘 성형 방법과의 비교

실리콘 압축 성형과 비교했을 때, 사출 성형은 자동화 수준이 높고, 반복성이 우수하며, 치수 정밀도가 향상되었습니다. 압축 성형은 단순한 형상과 낮은 금형 제작 비용에 더 적합합니다.

트랜스퍼 성형은 압축 성형에 비해 재료 흐름 제어가 향상되지만, 대량 생산에 있어서는 사출 성형만큼 속도와 효율성이 떨어지습니다. 압출 그리고 캘린더링 연속적인 프로파일이나 평판에 더 적합한 반면, 사출 성형은 정밀한 공차를 가진 복잡한 3차원 부품을 생산하는 데 탁월합니다.

흔히 발생하는 결함과 이를 피하는 방법

실리콘 사출 성형에서 흔히 발생하는 결함으로는 기포, 플래시, 불완전한 충진, 불균일한 경화 등이 있습니다. 이러한 결함은 금형 통풍 문제, 부적절한 사출 매개변수 또는 불충분한 온도 제어와 관련이 있는 경우가 많습니다.

게이트 및 벤트 설계 최적화, 진공 보조 금형 사용, 사출 압력 및 경화 조건의 미세 조정은 불량률을 크게 줄일 수 있습니다. 정기적인 금형 유지 보수 또한 안정적인 생산 품질 유지에 중요한 역할을 합니다.

실리콘 사출 성형의 응용 분야

실리콘 사출 성형은 의료 기기, 자동차 밀봉 시스템, 가전 제품, 항공 우주 부품 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 유연성, 내열성, 생체 적합성 및 장기 내구성 덕분에 기능성과 안전성이 중요한 용도 모두에 적합합니다.

환경 및 규제 고려 사항

실리콘 사출 성형 제품은 엄격한 규제 요건을 준수하는 경우가 많습니다. FDA, LFGB, RoHS 및 REACH 규정을 준수합니다. 의료용 실리콘은 USP Class VI 기준도 충족할 수 있습니다.

실리콘 소재는 화학적으로 안정적이고 독성이 낮으며 시간이 지나도 분해되지 않습니다. 이러한 특성 덕분에 긴 수명을 보장하며, 환경을 고려한 규제 대상 분야에 적합합니다.

사출 성형에 사용되는 실리콘의 종류

성능 및 생산 요구 사항에 따라 다양한 실리콘 소재가 선택됩니다.

• 액상 실리콘 고무(LSR): 고정밀, 완전 자동화 및 대량 생산에 이상적인 2액형 액상 시스템입니다. 탁월한 유동성, 빠른 경화 및 일관된 품질을 제공합니다.
• 고점도 고무(HCR): HCR은 LSR에 비해 더 단단하고 반죽 같은 재질로 사출 성형이 가능합니다. HCR은 LSR과는 다른 기계적 특성을 제공하지만 일반적으로 수작업 처리가 더 많이 필요합니다.

자주 묻는 질문

실리콘 사출 성형은 소량 생산에 적합한가요?

기술적으로는 가능하지만, 높은 금형 제작 비용 때문에 중대형 생산에 더 경제적인 공정입니다.

LSR 사출 성형과 HCR 사출 성형의 차이점은 무엇입니까?

LSR은 더 높은 자동화 수준과 더욱 엄격한 공정 제어를 지원하는 반면, HCR은 특정 용도에 맞는 대체 기계적 특성을 제공합니다.

실리콘 사출 금형은 얼마나 오래 사용할 수 있나요?

적절한 설계와 유지 관리를 통해 실리콘 사출 금형은 수십만 회의 사출 사이클 동안 사용할 수 있습니다.

결론

실리콘 사출 성형은 정밀도, 효율성 및 소재 성능을 결합한 고도의 제조 공정입니다. 복잡하고 고품질의 부품을 생산할 수 있는 능력 덕분에 성능 요구 사항이 엄격한 산업 분야에 필수적입니다.

제조업체는 공정, 설계 고려 사항, 재료 옵션 및 한계를 이해함으로써 실리콘 사출 성형을 최대한 활용하여 신뢰할 수 있고 혁신적인 제품을 만들 수 있습니다.