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POM은 화학적으로는 폴리아세탈 코폴리머로 불리는 결정성이 높은, 열가소성의 엔지니어링 플라스틱이다. 이는 뛰어난 기계적 특성과 양호한 성형 가공성으로 모든 산업 분야에 폭 넓게 사용되어 더욱 그 응용 범위를 넓히고 있다. POM의 성형 가공법으로서는, 사출 성형, 압출 성형, 블로우 성형법이 있지만, 일반적으로는 사출 성형법이 가장 널리 이용되고 있다. 여기에서는, POM의 사출 성형법과 POM을 이용하는데 있어서, 그 높은 강도 특성이나 치수 정도를 100% 발휘시키는 합리적이고 경제적인 사출 성형 기술을 소개한다.
1. 사출성형기의 선정
POM의 성형에는, 일반적으로 판매하는 사출성형기를 사용할 수 있어 특별한 사양의 성형기는 필요하지 않다. 또, 성형기를 선정할 경우에는 성형품의 1 쇼트의 사출량과 투영 면적으로부터 성형기의 크기를 결정하는 것이 필요하다. 즉 다음의 두 가지 점을 기준으로 선정한다.
1 쇼트의 사출량=사출 용량×20~80%(가능하면 30~50%)
형체력 = 성형품의 투영 면적×49~69 MPa(500~700 kgf/㎠)
(1)가소화
스크류 구조로서는, 수지 온도 분포가 가능한 좁아지는 혼연이 좋은 것이 바람직하지만, POM의 경우는 주로 범용 스크류가 사용되어 일반적으로는 스크류 구조까지 지정할 필요는 없다.
스크류 구조에서 가장 중요한 것 중의 하나로 「역류 방지변」이 있다. 이것은 보압 공정중에 용해 수지가 호퍼 측에 역류하는 것을 막아, 캐비티에 충분히 압력을 가하기 위한 것이다. 수지의 역류는 기포, 치수 격차, 강도 저하 등의 원인이 되기 때문에 주의가 필요하다.
(2)사출
사출기구에서 문제가 되는 것으로, 사출율과 사출 속도의 패턴 컨트롤이 있다.
성형품의 두께가 얇을 때나, 얇은 런너로 많은 수량을 취출하는 경우에는, 사출율이 큰 성형기가 필요하게 되는 일이 있지만, 모든 경우에 필요한 것은 아니다. 성형품의 형상에 의해 최적의 사출 속도가 정해진다. 예를 들면 플로우 마크 대책을 위해서는 게이트를 통과할 때의 속도는 늦게 하는 편이 좋은 결과를 얻을 수 있다.
(3)노즐 구조
노즐에는 오픈 타입과 밸브 타입이 있다. POM은 일반적으로 오픈 타입 노즐로 문제 없이 성형할 수 있다. 오픈 타입 노즐에서는, 때로 수지의 흐름 현상이 문제화되는데, 역테이퍼 노즐이나 밸브 타입 노즐을 사용하는 것으로 방지할 수 있다. 밸브 타입 노즐에는 여러 가지의 형식이 있는데, 사출 시에 실린더 내에서 발생하는 수지 압력으로 밸브가 열리는 기구라면 문제 없다.
(4)예비 건조
POM은 흡수율이 작고 방습을 고려한 포장을 하고 있다. 성형 전에는 예비 건조를 해야 한다. 성형시의 펠렛의 흡습율은 0.1%이하가 기준이다.
표준：80~90℃×3~4시간
몰드 디포지트가 문제시 될 때：100~120℃×3~4시간
선반식 건조기를 사용할 때 ： 펠렛 두께는 25 mm이하로 한다.
호퍼 드라이어를 사용할 때 ： 펠렛의 온도가 추천 온도가 되도록 열풍 온도·풍량을 조절하고 호퍼 내 체류시간이 3~4시간보다 짧아서는 안된다.
(5)실린더 온도
POM의 융점은 약 165℃이지만, 실제로 성형을 할 경우의 수지 온도는 190~210℃(가능하면 200~210℃)가 적당하다. 수지 온도는 일반적으로 실린더 설정 온도보다 10~15℃ 정도 높아진다.
후부(호퍼측) ：150~170℃
중부 ：170~190℃
앞부분 ：180~200℃
노즐 ：190~210℃
또, 수지 온도가 부적정인 경우에는 다음과 같은 문제가 있다.
수지 온도가 너무 높을 때：재료의 분해, 변색 등
수지 온도가 너무 낮을 때：가소화가 안된 물질의 혼입 등
(6)체류에 의한 변색
성형품의 변색은 수지 온도와 실린더 내 체류 시간 때문에 발생한다. 각종 그레이드에 따라 약간의 차이는 있지만, 허용 체류 시간은 물성 저하보다 변색의 여하로 결정된다.
(7)금형 온도
POM을 성형할 때의 표준적인 금형 온도는 60~80℃이다. 성형품의 물성, 표면 상태, 사용중에 있어서의 치수 변화, 성형 사이클등의 요구 품질에 따라 금형 온도를 설정해야 한다. 예를 들면, 성형품의 사용 온도가 높은 경우, 치수 변화를 일으키지 않기 때문에 금형 온도를 사용 온도보다 높게 하는 어닐링 처리를 할 필요가 있다.
또, 경면성이 필요한 경우는 약 120℃정도가 높은 금형 온도로 성형하는 경우가 있다. 성형 사이클을 단축하기 위해서 30~40℃에서 하는 저온 금형 온도를 설정하는 경우도 있는데, 그 때는 다음을 주의할 필요가 있다.
·잔류 응력이 남기 쉽다.
·외관은 내기 힘들다.
·사용 온도가 높은 경우는, 후 수축이 일어난다.
·MD가 부착하기 쉬워진다.
·short shot를 일으키기 쉽다.
더불어 휨 변형을 방지하는데 있어서는, 금형 온도 분포의 균일화도 고려할 필요가 있다.
(8)사출 압력
POM의 일반적인 사출 압력은 다음과 같다, 사출 압력은 유동성, 수축율, 성형품의 물성등의 영향을 고려해 결정할 필요가 있어, 주로 성형품의 외관, 치수를 보면서 결정한다.
사출압력의 설정예 사출압력 98 MPa(1,000kgf/㎠) 이상
보압력 49~98 MPa(500~1,000kgf/㎠) 사출 공정으로부터 보압 공정에의 변환점：캐비티의 80~90%가 충전된 시점에 사출 압력과 보압력의 구별을 상기의 사출 압력 설정의 예와 같게 하지 않고, 사출 압력이 부적정인 경우에는 다음과 같은 문제가 일어날 가능성이 있다.
·사출 압력이 너무 높을 때：바리의 발생 등
·사출 압력이 너무 낮을 때：short shot, sink marks, wrinkles, 기포 등
(9)사출 속도
일반적으로, 사출 속도는 5~50 mm/s(0.3~3 m/min)로 하지만, 사출 속도는 성형 인품과 용모장, 두께, 요구 품질, 런너의 굵기, 게이트 사이즈 등을 고려해 결정할 필요가 있다.
·빠른 것이 좋은 경우 ：엷은 살색 성형품이나 다수 캐비티로 치수 정도가 어려운 것
·늦은 것이 좋은 경우 ：두꺼운 성형품으로 보이드가 문제가 될 때나 플로우 마크가 문제로 여겨지는 것
또, 사출 속도가 부적정인 경우에는 다음과 같은 문제가 일어날 가능성이 있습니다.
·사출 속도가 너무 빠를 때 ：제팅, 플로우 마크, 발리, 탄화 발생 등
·사출 속도가 너무 늦을 때 ：short shot, wrinkles 등
(10)스크류 회전수와 배압
용해 수지의 온도 격차에 관해서는, 스크류 회전수는 늦고, 배압은 높게 하는 것이 이상적이지만, 생산성도 고려하면 다음과 같은 설정이 일반적이다.
스크류 회전수와 배압의 설정 예
스크류 회전수：100~150rpm
배압(게이지압)：0.5~1.0MPa (5~10kgf/㎠)
배압이 너무 낮은 경우는, 에어가 말려 들어 계량 불안정이 되고, 너무 높은 경우는 노즐로부터의 수지 흐름의 발생, 가소화 시간이 연장 되기 때문에, 주의가 필요하다.
(11)사출 보압시간
사출 시간과 보압 시간은, 그 합계가 게이트 씰 시간 보다 약간 긴 값이 되도록 설정한다. 여기서 말하는 게이트 씰 시간은 성형품의 중량이 일정화 되는 최단 시간을 나타낸다. 사출 보압 시간이 게이트 씰 시간보다 짧은 경우에는 다음과 같은 문제가 일어날 가능성이 있다.
·성형 수축율이 커진다.
·치수 불규칙해진다.
·보이드, sink marks가 발생한다.
·변형이 커진다.
(12)냉각 시간
일반적으로 안정된 성형품을 얻기 위해서는, 보압 시간을 게이트 씰 시간보다 길게 하는 것이 바람직하다. 냉각 시간은 가소화 시간과 더불어 성형품의 보압 시간과 냉각 시간을 고려해 결정하는 것을 추천한다. 또한 성형품 두께가 두꺼울 때, 홀쭉한 코어와 같이 축열 부분이 있을 때, 변형이 문제가 될 때 등의 경우에는, 보다 긴 냉각 시간을 필요로 하는 경우도 있다.
(13)몰드 디포지트 대책
POM을 장시간에 걸쳐서 성형하면, 성형품 표면에 벌레 먹은 듯한 모양이 나오거나 치수 공차의 벌어짐이나 이형불량이 나타나는 경우가 있다. 이것을 몰드 디포지트라고 하는데, 몰드 디포지트 발생의 억제 혹은 부착을 막기 위해서는 다음과 같은 방법이 있다.
· 재료의 예비 건조 온도를 올려 (통상 60~80℃이지만, 100~120℃으로 한다), pellet중에 잔존하고 있는 수분, 포르말린을 제거한다 (도전 그레이드 등 특수 그레이드는 제외).
· 수지 온도는 190~210℃이 일반적이지만, 이 범위에서 낮은 설정을 실시, 가스의 발생을 억제한다.
· 실린더 내 체류 시간이 길어지지 않도록, 성형기의 용량과 1 쇼트 중량과의 밸런스를 고려한다.
· 저온 금형은 디포지트가 부착하기 쉽기 때문에, 금형 온도는 높여(60℃이상)로 설정한다.
· 금형에 가스벤트를 붙이는 것은 매우 효과가 있지만, 런너에도 가스벤트를 마련한다.
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