나일론 사출 성형: 공정, 장점 및 고려 사항

나일론 사출 성형

사출 성형 기술은 다양한 고성능 고분자 소재를 가공하여 원하는 부품을 생산하며, 나일론도 예외는 아닙니다. 많은 응용 분야에서 나일론은 금속 및 합금을 대체할 수 있는 경량 소재로 여겨집니다.

이 폴리아미드 소재는 물리적, 기계적, 화학적 특성이 균형 있게 분포되어 있습니다. 구조적 강도, 인장 강도, 인성뿐만 아니라 화학적 저항성도 뛰어나 강합니다. 또한 나일론은 마찰 계수가 낮고 열 안정성이 우수합니다. 

많은 장점이 있음에도 불구하고, 나일론 사출 성형 나일론의 높은 용융 온도, 수분 흡수, 수축 및 유동성 변동성을 해결하기 위해서는 엄격한 공정 제어가 필요합니다. 나일론 사출 성형은 고성능, 저마찰, 내식성 및 내구성이 뛰어난 부품을 생산하기 위해 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 예를 들어 자동차 엔진 매니폴드, 전기 장치 하우징, 기어, 패스너 및 스포츠 용품 등이 있습니다. 

이 글에서는 나일론 소재(나일론 6, 66, PA 12 등)의 장점, 단점, 사출 성형 공정, 금형 및 부품 설계 팁, 그리고 나일론 플라스틱 사출 성형 시 고려해야 할 주요 요소에 대해 논의합니다. 

 

나일론이란?

나일론 사출 성형 펠릿

나일론은 1930년대 듀폰에서 처음 개발된 합성 폴리아미드(PA) 열가소성 고분자입니다. 시간이 흐르면서 더욱 발전하고 널리 사용되어 왔으며, 많은 산업 분야에서 선호되고 있습니다. 사출 성형 재료 강하고 내마모성이 뛰어나며 내구성이 좋고 마찰이 적은 부품으로 구성되어 있기 때문입니다. 따라서 내열성 및 내화학성 부품에도 적합한 선택입니다.

나일론은 지방족 탄소 사슬을 특징으로 하는 연속적인 –CONH– 결합으로 구성되어 있습니다. 이러한 구조는 강성, 경도, 내열성 및 기타 유용한 특성을 제공합니다. 

나일론 재료 특성 

나일론은 다재다능하고 고성능 소재로, 뛰어난 인장 강도, 굽힘 강도 및 굴곡 강도를 제공할 뿐만 아니라 산, 알칼리, 연료, 윤활유 및 기타 화학 물질에 대한 내성도 우수합니다.

다음으로, 나일론 소재의 주요 특성을 살펴보겠습니다. 

탄력

나일론은 본질적으로 탄성이 있어 부품이 높은 응력을 견딜 수 있고 하중이 제거된 후 원래 형태로 되돌아갈 수 있습니다. 또한 신축성이 요구되는 제품에도 적합합니다.

강성 및 인장 강도

나일론은 높은 하중을 견딜 수 있는 강한 고분자입니다. 특히, 유리 섬유가 40% 함유된 나일론과 같은 복합재료는 높은 인장 강도를 제공합니다. 

부식 저항 

나일론은 부식에 강한 소재입니다. 수분 흡수율이 높지만, 습하고 가혹한 환경에서도 그 특성을 잃지 않고 견딜 수 있습니다. 

물 흡수 

나일론은 흡습성 소재로, 등급에 따라 수분 흡수율은 0.25%에서 10%까지 다양합니다. 하지만 나일론은 빠르게 건조됩니다. 

내 화학성

나일론은 여러 산, 알칼리, 기름, 연료 및 용제에 대한 내성이 있습니다. 

나일론 특성 개요 

아래 표는 다양한 나일론의 특성과 그에 상응하는 값을 보여줍니다. 

부동산	나일론 11	나일론 12	나일론 46	나일론 66	유리로 채워진 66
밀도 (g / cm³)	1.04	1.31	1.2	1.17	1.38
금형 수축률(cm/cm)	0.0083	0.00694	0.019	0.0139	0.0044
인장 강도 (MPa)	37.1	46.1	73.9	72.5	155
신장률 (%)	119	67.4	43.4	47.1	4.03
굴곡 탄성률(GPa)	0.948	5.66	2.64	3.09	7.96
금형 온도(° C)	48.9	70.7	103	74.9	86.1

제시된 값은 근사치이며 공급업체에 따라 약간의 차이가 있을 수 있습니다. 

 

나일론 사출 성형 공정 

나일론 사출 금형

사출 성형은 설계, 재료 선택, 금형 제작, 사출, 금형 냉각 및 부품 배출을 포함한 여러 단계를 거치는 나일론 제조 방법 중 하나입니다.

각 단계를 간략하게 설명해 드리겠습니다.

1단계: 부품 및 금형 설계

먼저 AutoCAD와 같은 소프트웨어를 사용하여 부품의 모양, 기하학적 형상, 방향, 특징 및 기타 특성을 정의하여 부품을 설계합니다. 그런 다음 기계 가공, 방전 가공(EDM) 또는 기타 적절한 방법을 사용하여 해당 부품의 사출 금형을 제작합니다. 

2단계: 재료 선택

나일론에는 여러 등급이 있으므로 필요한 기능과 성능에 맞는 등급을 선택하십시오. 나일론 66, 나일론 12, 나일론 46 및 유리 섬유 강화 나일론은 사출 성형에 일반적으로 사용되는 등급입니다.

나일론 등급	언제 사용 하는가?	예
나일론 66	일반 용도 나일론, 강도 및 내마모성	기어, 커넥터, 하우징
나일론 12	로 내충격성 플라스틱그리고 유연성을 위해서	튜빙, 호스, 케이블 재킷
나일론 46	내열성이 중요한 경우	엔진룸 내부 부품, 클립, 센서
유리로 채워진 66	유리 섬유 강화 나일론 사출 성형은 강성/강도가 우수하고 수축률이 낮습니다.	브래킷, 커버, 프레임

3단계: 공구 및 기계 설정 

사출 성형기에 금형의 두 부분을 클램핑하여 단단히 고정합니다. 또한 용융 온도, 사출 압력, 사이클 시간 등을 설정합니다. 

4단계: 나일론 펠릿 건조 

나일론은 흡습성(수분을 흡수하고 방출하는 성질)이 있으므로, 펠릿에서 수분을 제거하기 위해 건조시켜야 합니다. 진공 건조가 가장 좋은 결과를 가져오는 경우가 많습니다. 

5단계: 주입 과정 

나일론이나 폴리아미드 성형 사출 과정에서 스크류는 건조된 펠릿을 노즐로 밀어 넣어 최종적으로 금형 캐비티 안으로 주입합니다. 그런 다음 압력을 가하여 완전히 채워지도록 합니다. 

6단계: 금형 냉각 

금형의 크기와 복잡성, 그리고 나일론의 종류에 따라 정해진 시간 동안 금형을 식히십시오. 

7단계: 부품 배출 및 후처리 

금형이 식으면 이젝터 핀이나 금형에 있는 다른 메커니즘을 사용하여 금형을 열고 조심스럽게 꺼냅니다. 그런 다음 필요에 따라 2차 가공 및 표면 마감을 진행합니다.

나일론 플라스틱 사출 성형의 장점은 무엇인가요? 

내열성, 내화학성, 내마모성, 낮은 마찰력 및 낮은 용융 점도는 나일론 사출 성형의 주요 장점 중 일부입니다. 

나일론 소재의 주요 특성을 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

• 인장 및 굴곡 강도: 유리섬유 강화 나일론 사출 성형 부품, 나일론 66 부품 및 기타 나일론은 높은 인장 강도와 굴곡 강도를 제공합니다. 
• 열 안정성: 나일론은 최대 120°C의 고온에서도 본래의 특성을 유지합니다. 또한 나일론의 종류에 따라 180°C 이상의 높은 융점을 가지고 있습니다. 
• 화학적 내성: 나일론은 여러 산, 알칼리, 기름 및 용제에 대한 내성이 있습니다. 
• 마찰이 적음: 나일론 표면은 마찰이 적어 움직이거나 회전하는 부품에 적합합니다. 
• 내마모성: 나일론 소재 부품은 다음과 같은 특징을 제공합니다. 내마모성과 마찰이 적은 표면은 모든 종류의 마모를 방지하여 내구성과 신뢰성을 높여줍니다.
• 낮은 용융 점도: 이는 용융된 나일론이 금형 내부에서 쉽게 흐른다는 것을 의미하며, 얇은 벽과 복잡한 형상을 성형하는 데 유리합니다. 

 

나일론 사출 성형 설계 모범 사례 

나일론 성형 부품 설계 

나일론 사출 성형 부품을 설계할 때 제조 업계에는 벽 두께, 벽 균일성, 모서리 반경, 드래프트 각도, 수축률, 리브 및 게이트 위치와 같은 몇 가지 특정 표준 관행이 있습니다.

1. 최소 벽 두께

나일론 부품의 벽 두께는 등급에 따라 최소 0.76~2.92mm, 최대 6mm여야 합니다. 이는 유동성을 향상시키고 수축을 방지하기 위함입니다.

2. 균일한 벽과 전환 

균일한 벽 두께는 금형 충진 및 부품 강도에 중요합니다. 부품에 두께가 다른 부분이 필요한 경우, 전환 부분에 10~15%의 추가 두께를 두어야 합니다.

3. 모서리 반지름 추가

모서리 부분에는 최소 0.5mm 또는 벽 두께의 0.6~0.75배의 반경을 적용하십시오. 이렇게 하면 날카로운 모서리 부분에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있습니다.

4. 기울기 각도

치수 정확도를 유지하고 결함을 방지하기 위해 각 측면당 0.5~1°의 오차가 허용됩니다. 

5. 갈비 살

공칭 벽 두께의 40~60%를 사용하면 나일론 사출 성형 부품의 강성이 향상됩니다. 

6. 나일론의 수축률 

다른 열가소성 수지에 비해 나일론의 수축률은 약 0.7~2.0%로 높은 편입니다. 따라서 치수 정확도를 확보하고 성형 결함 발생 위험을 줄이려면 이 점을 고려해야 합니다.

 

나일론 사출 성형 공정에서 고려해야 할 요소

성공적인 나일론 플라스틱 사출 성형을 위해서는 나일론 점도, 수분 함량, 용융 온도, 금형 온도, 사출 속도 및 압력, 그리고 이물질 끼임 위험과 같은 요소를 고려해야 합니다. 

이에 대해 좀 더 자세히 설명해 보겠습니다.

용융 나일론의 점도

액체 나일론의 낮은 점도는 유동 제어가 제대로 되지 않을 경우 제약 요인이 될 수 있습니다. 따라서 금형 캐비티의 깊이와 복잡성을 고려하여 적절한 사이클 시간을 확보해야 합니다. 

펠릿의 수분 함량

나일론 펠릿 건조 시 이상적인 수분 함량은 0.10~0.15% 사이입니다. 이보다 높으면 강도와 치수 안정성이 저하됩니다. 

용융 및 금형 온도 

용융(또는 사출 배럴) 온도는 250~280°C 사이여야 합니다. 300°C를 초과하면 나일론의 강도와 강성이 저하됩니다. 따라서 권장 금형 온도는 60~80°C입니다.

사출 속도 및 압력 

나일론의 높은 유동성 덕분에 사출 속도가 빨라집니다. 따라서 사출 압력은 일반적으로 7~140MPa, 배압은 3~10MPa입니다.

가스 포획 

표면 결함 및 기포 발생을 방지하려면 금형 내부에 생성 및 갇힌 가스가 제대로 배출되도록 해야 합니다.

나일론 사출 성형에 사용되는 첨가제는 무엇입니까?

첨가제와 강화제는 사출 성형에서 강도, 유동성, 내열성, 가소성, 자외선 저항성 및 심미성과 같은 특성을 향상시키는 데 사용됩니다. 아래 목록은 나일론 플라스틱 사출 성형에 일반적으로 사용되는 첨가제와 사용 시기를 설명합니다. 

• 유리섬유(GF) 보강재: 강도와 강성을 높이기 위해.
• 탄소 섬유 충전재: 이러한 소재는 무게 대비 강도가 더 중요할 때 사용됩니다.
• 난연제: 알루미늄 디에틸 포스피네이트, 멜라민 폴리포스페이트 및 기타 난연제는 UL94 V-0 및 기타 표준을 준수합니다. 
• 열 안정제: 페놀, 구리염 및 기타 첨가제를 사용하여 나일론 부품의 내열성을 향상시킵니다.
• 공정 첨가제: 마찰을 줄이고 용융 나일론의 유동성을 높이기 위해. 

 

사출 성형 나일론 부품의 종류

나일론 부품의 종류

사출 성형 나일론 부품은 최종 용도 및 적용 산업에 따라 기어 및 부싱, 전기 부품, 패스너, 공구 하우징, 의료 부품 및 자동차 부품 등 여러 유형으로 분류할 수 있습니다.

좀 더 자세히 설명해 드리겠습니다. 

기어 및 부싱

마찰이 적고 내마모성이 뛰어나며 피로 저항성이 높은 기어. 예: 전동 공구, 프린터, 자동차, 컨베이어 등에 사용되는 기어 및 부싱.

자동차 부품

고온, 고온, 고온 및 고온 내성을 갖춘 부품. 예: 엔진 커버, 흡기 매니폴드, 라디에이터 탱크.

전기 구성 요소

단자대, 회로 하우징, 커넥터와 같은 난연성 및 전기 절연 부품

패스너 및 클립

스냅핏, 케이블 타이, 플라스틱 리벳과 같은 경량 패스너 및 클립.

산업 부품

밸브 본체, 펌프, 컨베이어 시스템과 같은 고강도 기계 부품. 

도구 하우징

높은 충격 강도와 맞춤형 마감 처리가 적용된 소비자 가전 및 전동 공구 하우징

의료 부품

나일론 부품은 살균이 용이하고 위생적이며 세척이 간편합니다. 의료 산업 분야에서는 수술 기구, 튜브 연결 부품, 진단 기기 부품 등에 사용됩니다.

 

나일론 사출 성형 vs 고무 사출 성형 

고무 부품과 나일론 부품

고무 사출 성형은 유연한 부품, 금속 오버몰딩 및 밀봉 부품에 사용됩니다. 엘라스토머, 실리콘 고무, 니트릴, 액상 실리콘 고무 및 기타 재료를 사용할 수 있습니다.  

또한 아래 표는 나일론 사출 성형과 고무 사출 성형을 비교한 것입니다. 

제품 특장점	나일론 사출 성형	고무 사출 성형
자료 유형	열가소성 폴리머	천연 및 합성 고무
처리	용융 및 냉각	화학적 경화, 가황
금형 온도	일반적으로 60~120°C	일반적으로 160~200°C
재활용 성	재용융 및 재활용 가능	일반적으로 경화 후에는 재활용이 불가능합니다.
등록	단단하고 강한 엔지니어링 플라스틱	유연하고 탄력 있는 소재
예	기어, 베어링 및 전기 커넥터	씰, 개스킷, 오링

합산

나일론은 가전제품 기어, 컨베이어 베어링, 클립, 스냅핏, 펌프 부품 등 다양한 용도에 사용되는 강하고 내마모성이 뛰어나며 내구성이 좋고 마찰이 적은 부품을 사출 성형하는 데 가장 적합한 소재입니다. 

하지만 정밀하고 결함 없는 부품을 생산하려면 부품 설계, 금형 제작, 공급 원료의 수분 함량, 나일론의 점도, 사출 속도 및 압력, 그리고 기타 여러 요소를 고려해야 합니다.

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참고 자료

https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/carotherspolymers.html