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실리콘 고무 압축 성형 인사이트
실리콘 고무 압축 성형 기술을 마스터하여 내구성이 뛰어난 고품질 제품을 제작하세요. 공정 팁과 이점을 살펴보세요. 지금 자세히 알아보세요!
실리콘 고무 압축 성형에 대한 완벽한 가이드
실리콘 고무 압축 성형이란 무엇입니까?
실리콘 고무 압축 성형은 실리콘 고무로 3차원 부품을 만드는 데 사용되는 열경화성 제조 공정입니다. 핵심 원리는 경화되지 않은 고일관성 실리콘 고무(HCR)의 정확한 무게와 모양을 갖춘 프리폼을 가열된 몰드 캐비티에 넣는 것입니다. 그런 다음 유압 프레스가 몰드를 닫으면서 엄청난 압력(일반적으로 1,000~2,000 PSI)을 가합니다. 이 압력으로 인해 가단성 실리콘이 흐르면서 몰드 캐비티의 모든 디테일을 채우게 됩니다.
지속적인 열과 압력의 조합은 가황 또는 경화라는 화학 반응을 시작합니다. 이 비가역적인 공정은 실리콘 내의 폴리머 사슬을 교차 연결하여 유연하고 반죽과 같은 재료에서 단단하고 안정적이며 탄력 있는 고무 부품으로 변환합니다. 설정된 경화 시간이 지나면 프레스가 열리고 완성된 부품이 배출됩니다.
압축 성형의 분류 및 유형
기본 원리는 동일하지만 압축 성형은 여러 가지 요소에 따라 분류할 수 있으며, 이를 통해 다양한 생산 요구 사항에 대한 적응성을 드러냅니다.
1. 프로세스 변형에 따른 분류:
표준 압축 성형: 위에서 설명한 가장 일반적인 유형으로, 프리폼이 메인 몰드 캐비티에 직접 배치되는 방식입니다.
전송 몰딩: 프리폼이 금형 캐비티 위의 별도의 챔버("포트")에 배치되는 밀접한 관련 공정입니다. 플런저는 가열된 재료를 채널("스프루"와 "러너")을 통해 밀폐된 캐비티로 밀어 넣습니다. 이 방법은 재료 흐름을 더 잘 제어하고 플래시를 줄이기 때문에 더 복잡한 부품이나 오버몰딩 인서트에 자주 사용됩니다.
압축 사출 성형: 압축 성형과 사출 성형의 특징을 결합한 하이브리드 방식으로, 일반적으로 정밀도가 요구되는 특정 대량 애플리케이션에 사용됩니다.
2. 자료 형태별 분류:
원재료인 실리콘은 성형 전에 다양한 형태로 준비됩니다:
사전 양식: 가장 일반적인 방법으로, 경화되지 않은 실리콘 화합물을 특정 모양과 무게(예: 퍽, 스트립 또는 시트)로 절단, 압출 또는 성형하여 최종 부품의 부피에 근접하도록 합니다.
벌크 컴파운드: 일부 애플리케이션의 경우, 성형되지 않은 원시 실리콘 화합물을 측정된 양을 금형에 직접 넣습니다.
3. 자동화 수준별 분류:
수동/반자동: 작업자는 프리폼을 로드하고 프레스 사이클을 시작하며 완성된 파트와 관련 플래시를 수동으로 제거해야 합니다. 이는 소량 실행 및 대형 부품에 일반적입니다.
완전 자동: 로봇 시스템은 재료 적재, 부품 배출, 때로는 디플래싱까지 처리할 수 있어 소형 부품의 대량 생산에 적합합니다.
일반적인 애플리케이션 시나리오 및 사용 사례
실리콘의 재료 특성과 압축 성형의 비용 효율성 덕분에 실리콘은 다양한 분야에서 필수적인 소재가 되었습니다.
자동차 산업: 극한의 온도, 엔진 오일, 지속적인 진동을 견뎌야 하는 견고한 씰, 개스킷, 오링을 만드는 데 필수적입니다. 밸브 커버 개스킷, 점화 플러그 부츠, 진동 감쇠 부싱 등이 그 예입니다.
의료 및 헬스케어: 의료용 실리콘의 생체 적합성이 핵심입니다. 압축 성형은 수술용 매트, 재사용 가능한 호흡 마스크, 의료용 펌프용 다이어프램, 바이알용 마개, 진단 장비용 씰 등에 사용됩니다.
소비재 ③ 소비재: 유연하고 내구성이 뛰어나며 식품에 안전한 제품에 널리 사용됩니다. 일반적인 예로는 실리콘 베이크웨어, 주걱, 얼음 트레이, 유연한 시계 밴드, 전자제품 보호 케이스 등이 있습니다.
전자 및 전기: 실리콘의 우수한 유전체 특성으로 인해 민감한 전자 제품을 습기와 먼지로부터 보호하는 실외 인클로저용 전기 절연체, 커넥터 씰 및 개스킷에 이상적입니다. 전도성 실리콘 키패드도 주요 응용 분야입니다.
산업 및 항공우주: 열악한 작동 조건에서도 안정적으로 작동하는 고성능 씰, 펌프 다이어프램, 산업용 개스킷 및 충격 마운트가 필요한 고강도 애플리케이션에 사용됩니다.
장점과 단점 비교
모든 제조 공정에는 장단점이 있습니다. 다음은 실리콘 압축 성형에 대한 균형 잡힌 분석입니다.
1. 주요 이점:
낮은 툴링 비용: 압축 성형용 금형은 사출 성형용 금형에 비해 설계가 더 간단합니다. 복잡한 러너와 게이트 시스템이 필요하지 않으므로 툴링에 대한 초기 투자 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 따라서 시제품 제작 및 중소량 생산에 매우 매력적입니다.
크고 부피가 큰 부품에 이상적입니다: 이 공정은 사출 성형으로는 제작이 엄청나게 어렵거나 비용이 많이 드는 대형 개스킷이나 매트와 같은 대형 부품을 생산하는 데 탁월합니다.
뛰어난 소재 활용성: 점도가 매우 높은(퍼티와 같은 일관성) 고점도 고무(HCR)에 완벽하게 적합합니다. 재료를 금형에 직접 배치하면 응력과 열화를 최소화하여 재료의 특성을 보존할 수 있습니다.
재료 낭비 최소화(러너로부터): 재료가 캐비티에 직접 배치되기 때문에 사출 성형에서 폐기물의 주요 원인인 스프루나 러너가 없습니다. 플래시가 생성되기는 하지만 전체적으로 재료 낭비가 적습니다.
중저용량에 비용 효율적입니다: 낮은 툴링 비용과 간단한 설정의 조합으로 사출 성형 툴의 높은 비용을 감당할 수 없는 생산 공정에 가장 경제적인 선택이 될 수 있습니다.
2. 주요 단점:
더 긴 주기 시간: 경화 공정은 가장 시간이 많이 걸리는 단계로, 부품 두께에 따라 사이클당 몇 분이 소요될 수 있습니다. 따라서 사이클 시간이 초 단위로 측정되는 LSR 사출 성형보다 훨씬 느립니다.
높은 인건비: 이 공정은 수작업으로 프리폼을 로딩하고, 부품을 탈성형하고, 2차 디플래싱 작업을 해야 하는 등 노동 집약적인 경우가 많습니다. 따라서 대량 생산 시나리오에서는 부품당 비용이 증가할 수 있습니다.
제한된 기하학적 복잡성: 매우 복잡한 디테일, 얇은 벽 또는 복잡한 언더컷이 있는 부품에는 적합하지 않습니다. 고점도 소재는 액체 실리콘 고무처럼 미세한 부분으로 쉽게 흐르지 않습니다.
플래시 생성: 금형의 파팅 라인에서 압착되는 여분의 재료로 이루어진 얇은 필름인 플래시가 생기는 것을 피하는 것은 거의 불가능합니다. 이 플래시는 2차 작업(트리밍 또는 극저온 디플래싱)을 통해 제거해야 하므로 시간과 비용이 추가됩니다.
파트 간 일관성: 작업자의 정확한 프리폼 배치에 크게 의존합니다. 사출 성형의 반복성이 높은 특성에 비해 배치가 달라지면 벽 두께나 부품 치수에 약간의 불일치가 발생할 수 있습니다.
3. 액상 실리콘 고무(LSR) 사출 성형과의 비교:
| 기능 | 실리콘 압축 성형 | 액상 실리콘 고무(LSR) 사출 성형 |
|---|---|---|
| 사용된 재료 | 고탄성 고무(HCR/HTV) | 액상 실리콘 고무(LSR) |
| 툴링 비용 | 낮음 | 높음 |
| 주기 시간 | Long (분) | 빠른 (초) |
| 생산량 | 이상적인 대상 중저가 볼륨 | 이상적인 대상 높음 볼륨 |
| 부품 복잡성 | 간단한 부품에서 중간 정도의 복잡한 부품에 적합 | 섬세한 디테일이 있는 복잡하고 복잡한 부품에 적합 |
| 인건비 | 높음 (종종 수동) | 낮음 (고도로 자동화된) |
| 플래시 | 중요, 트리밍 필요 | 정밀 툴링으로 플래시를 최소화하거나 사용하지 않음 |
| 최상의 대상 | 대형 부품, 프로토타입, 저비용 툴링 | 중소형 부품, 엄격한 공차, 대량 실행 |
압축 성형 실리콘의 주요 특성 및 특성
압축 성형으로 제작된 부품은 사용된 고온 가황(HTV) 실리콘 고무의 뛰어난 특성을 그대로 이어받습니다.
탁월한 열 안정성: 표준 등급은 일반적으로 -55°C ~ +230°C(-67°F ~ +446°F)의 광범위한 온도 범위에서 안정적으로 작동합니다. 특수 등급은 이러한 한계를 더욱 확장할 수 있습니다.
뛰어난 환경 및 내화학성: 실리콘은 오존, 자외선, 습기, 풍화에 대한 내성이 강해 실외용으로 적합합니다. 또한 많은 오일, 용제 및 화학 물질에 대한 내성이 있지만 특정 호환성을 항상 확인해야 합니다.
우수한 생체 적합성: 의료용 실리콘은 무독성, 저자극성이며 미생물 성장을 지원하지 않습니다. 다양한 방법(오토클레이브, EtO, 감마 방사선)으로 멸균할 수 있으며 피부 접촉(USP 클래스 VI) 및 이식용으로도 인증받았습니다.
높은 전기 절연성: 실리콘 고무는 유전체 강도와 체적 저항률이 높아 전기 절연체 및 커넥터에 가장 적합한 소재입니다.
사용자 지정 가능한 속성: 기본 실리콘에 첨가제를 혼합하여 향상된 난연성(UL 94 V-0), 전기 전도성(탄소 또는 금속 입자 추가) 또는 다양한 색상과 같은 특정 특성을 달성할 수 있습니다.
⑥ 기계적 내구성: 실리콘은 인장 강도, 연신율, 인열 저항성이 매우 뛰어납니다. 유연성이 뛰어나고 압축 설정 저항성이 우수하여 압축 후 원래 모양으로 돌아갑니다. 경도는 일반적으로 20~80 Shore A 경도계의 넓은 범위에서 지정할 수 있습니다.
핵심 프로세스 워크플로: 단계별 분석
압축 성형 공정은 품질과 반복성을 보장하기 위해 정밀하게 제어해야 하는 체계적인 워크플로입니다.
재료 배합 및 준비: 공정은 원시 HTV 실리콘 껌으로 시작됩니다. 이를 2롤 밀 또는 내부 믹서에서 경화제(일반적으로 과산화물 기반 촉매), 강화 필러(예: 흄드 실리카), 색상 안료 및 기타 필요한 첨가제와 혼합합니다. 그런 다음 최종 화합물을 특정 모양과 정확한 무게의 프리폼으로 가공합니다.
금형 준비: 스틸 몰드는 이전 사이클에서 잔여물을 제거하기 위해 철저히 세척됩니다. 경화된 부품이 달라붙는 것을 방지하기 위해 캐비티 표면에 이형제를 도포하여 쉽게 이형할 수 있도록 합니다.
금형 가열: 금형의 양쪽 절반은 일반적으로 150°C~200°C(300°F~392°F) 사이의 정밀하고 균일한 온도로 가열됩니다. 이 온도는 가황 공정을 효율적으로 시작하고 완료하는 데 매우 중요합니다.
실리콘 프리폼을 로드합니다: 프레스가 열린 상태에서 작업자는 계량이 완료된 실리콘 프리폼을 가열된 금형 캐비티의 아래쪽 절반에 조심스럽게 배치합니다. 이 배치는 금형이 닫힐 때 재료가 흐르면서 모든 영역을 채우고 통풍구를 통해 공기를 밀어낼 수 있도록 전략적으로 이루어집니다.
금형 폐쇄 및 압축: 유압 프레스가 닫히면서 두 개의 몰드 반쪽이 합쳐집니다. 높은 클램핑 압력이 가해져 이제 부드러워진 실리콘이 캐비티의 모양에 맞게 흐르도록 합니다.
⑥ 경화(가황): 부품은 미리 정해진 경화 시간 동안 열과 압력을 받습니다. 이 시간은 부품의 두께, 실리콘 배합 및 금형 온도에 따라 1분에서 10분 이상까지 다양합니다. 이 단계에서 열경화성 반응이 일어나 부품의 모양이 영구적으로 굳어집니다.
탈성형: 경화 사이클이 완료되면 프레스가 열립니다. 그런 다음 작업자는 완성된 부품을 금형에서 조심스럽게 제거합니다. 이 작업은 수동으로 수행하거나 금형에 내장된 압축 공기 분사기 또는 기계식 이젝터 핀의 도움을 받아 수행할 수 있습니다.
⑧ 후처리: 부품이 금형에서 바로 완성되는 경우는 거의 없습니다.
- 플래싱 해제: 분리선 주변의 과도한 플래시는 칼날로 수동으로 잘라내거나 극저온 디플래싱(부품을 얼려 플래시가 부서지기 쉽도록 하는 작업) 또는 정밀 다이 커팅을 통해 잘라냅니다.
- 경화 후: 많은 고성능 부품은 2차 후경화 공정을 거칩니다. 과산화물 경화에서 잔류하는 부산물을 제거하고 재료의 최종 물리적 특성을 안정화 및 향상시키기 위해 순환 열풍 오븐에 몇 시간(예: 200°C에서 4시간) 동안 넣습니다.
실리콘 고무 압축 성형에 대한 완벽한 가이드
설계 및 제조 시 주요 고려 사항
압축 성형의 성공 여부는 몇 가지 중요한 요소에 대한 세심한 주의에 달려 있습니다.
재료 선택: 이것이 가장 중요한 첫 번째 결정입니다. 실리콘 등급 선택은 경도(경도계), 온도 범위, 내화학성, 색상 및 특수 인증(예: FDA, USP Class VI)에 대한 애플리케이션의 요구 사항을 기반으로 해야 합니다.
프리폼 디자인 및 제어: 프리폼의 무게는 매우 정확해야 합니다. 재료가 너무 적으면 '쇼트 샷'(불완전한 부분)이 발생하고, 재료가 너무 많으면 제거하기 어려운 과도한 플래시가 생성됩니다. 프리폼의 모양과 배치 또한 적절한 재료 흐름을 보장하고 공기 유입을 방지하기 위해 매우 중요합니다.
프로세스 매개변수 제어: 일관된 결과를 얻으려면 온도, 압력, 시간의 '철의 삼각형'을 엄격하게 제어하고 각 특정 부품과 재료 조합에 맞게 최적화해야 합니다.
금형 설계 및 시공: 잘 설계된 금형은 필수입니다. 주요 설계 요소에는 파팅 라인의 위치, 부품을 쉽게 제거할 수 있는 충분한 구배 각도 포함, 갇힌 공기가 빠져나갈 수 있는 효과적인 환기, 공구강 및 표면 마감의 품질 등이 포함됩니다.
설계 및 구현 모범 사례
압축 성형에 대해 확립된 제조 설계(DFM) 원칙을 따르면 비용이 많이 드는 오류를 방지하고 최종 부품 품질을 개선할 수 있습니다.
부품 설계 모범 사례:
균일한 벽 두께를 유지합니다: 벽 두께의 급격한 변화는 고르지 않은 경화, 내부 응력 및 잠재적인 뒤틀림으로 이어질 수 있습니다. 가능한 한 균일한 두께를 목표로 하세요.
넉넉한 반경과 필렛을 통합합니다: 날카로운 내부 모서리는 응력이 집중되는 지점이며 재료 흐름을 방해할 수 있습니다. 둥근 모서리와 필렛을 사용하여 내구성과 몰드 충진을 개선합니다.
적절한 구배 각도를 사용합니다: 구배 각도는 수직 벽에 적용되는 약간의 테이퍼입니다. 일반적으로 1~3도의 구배는 부품이 손상 없이 금형에서 제거될 수 있도록 하기 위해 권장됩니다.
이별 라인을 계획합니다: 두 개의 금형 반쪽이 만나는 위치(파팅 라인)에는 항상 증인 마크가 남으며 플래시가 형성되는 곳입니다. 부품의 중요하지 않거나 눈에 잘 띄지 않는 표면에 배치합니다.
현실적인 허용 오차를 지정합니다: 압축 성형은 사출 성형보다 정밀도가 떨어집니다. 한계를 이해하고 공정에서 달성할 수 있는 허용 오차를 지정하여 불필요한 비용을 피하세요.
프로덕션에서 흔히 발생하는 문제와 해결 방법
잘 설계된 부품이라도 생산 과정에서 문제가 발생할 수 있습니다. 다음은 일반적인 문제와 문제 해결 단계입니다.
| 문제 | 잠재적 원인 | 솔루션 및 완화 전략 |
|---|---|---|
| 쇼트 샷 / 비 채우기 (불완전한 부분) | - 재료 부족(중량 미달 프리폼) - 조기 경화(그을림) - 재료 흐름을 방해하는 갇힌 공기 - 성형 압력 부족 | - 프리폼 무게를 확인하고 필요한 경우 늘립니다. - 더 나은 흐름을 위해 프리폼 배치를 최적화합니다. - 금형 온도를 약간 낮추거나 압력을 가하기 전 시간을 줄입니다. - 곰팡이 통풍구를 점검하고 청소하며, 필요한 경우 통풍구를 추가합니다. |
| 과도한 플래시 | - 너무 많은 자료(과체중 프리폼) - 프레스의 클램핑 력 부족 - 금형 파팅 라인 면이 마모되거나 손상됨 - 금형 온도가 너무 높아 점도가 너무 많이 감소합니다. | - 프리폼 무게를 목표 사양으로 줄입니다. - 프레스 클램핑 압력을 높입니다. - 금형의 마모 여부를 검사하고 유지보수/수리를 수행합니다. - 금형 온도를 약간 낮춥니다. |
| 에어 트랩 / 보이드 / 다공성 | - 공기를 가두는 부적절한 프리폼 배치 - 부적절하거나 막힌 곰팡이 통풍구 - 실리콘 화합물의 수분 - 공기가 빠져나가기 전에 재료 경화 | - 프리폼 모양 또는 몰드 내 위치를 변경합니다. - 사이클 초반에 프레스를 '범프'(빠르게 열고 닫음)하여 공기가 빠져나가도록 합니다. - 통풍구가 깨끗하고 적절한 크기인지 확인하세요. - 습기가 의심되는 경우 재료를 예열하거나 건조시킵니다. |
| 부품 표면의 물집 또는 기포 | - 언더 경화(부품이 탈성형되면서 가스가 계속 발생함) - 갇힌 휘발성 부산물 | - 경화 시간 또는 경화 온도를 높입니다. - 적절한 사후 치료 주기를 수행해야 합니다. - 곰팡이 환기 개선. |
| 금형에 부품 부착 | - 이형제가 부적절하거나 마모된 경우 - 거칠거나 손상된 금형 캐비티 표면 - 덜 경화되어 부품이 "촌스러운" 상태로 남음 | - 이형제를 세척하고 다시 도포하는 일관된 일정을 수립하세요. - 몰드 캐비티를 매끄럽게 마무리합니다. - 경화 매개변수를 확인하고 필요한 경우 경화 시간을 늘립니다. |
의사 결정 지원: 압축 성형 대 LSR 사출 성형
이 빠른 가이드를 사용하여 프로젝트에 어떤 프로세스가 더 적합한지 결정하세요:
1. 1. 실리콘 압축 몰딩을 선택합니다:
생산량이 중소규모(예: 수백 개에서 수천 개)입니다.
부품이 크거나 두껍거나 형상이 단순하거나 중간 정도입니다.
툴링 예산이 주요 제약 조건입니다.
프로토타이핑 또는 초기 출시 단계에 있습니다.
필요한 재료는 고내구계 또는 특수 HTV/HCR 컴파운드입니다.
2. 2. 다음과 같은 경우 LSR 사출 성형을 선택합니다:
생산량이 많은 경우(예: 수만 개에서 수백만 개의 부품).
부품이 작거나 벽이 얇거나 복잡한 디테일이 있는 복잡한 형상인 경우.
대량 생산 시 사이클 타임과 부품당 비용이 주요 요인입니다.
매우 엄격한 허용 오차와 부품 간 높은 일관성이 필요합니다.
최소한의 노동력으로 프로세스를 완전히 자동화해야 합니다.
관련 기술 및 개념
액체 실리콘 고무(LSR) 사출 성형: 앞서 설명한 바와 같이, 이것은 주요 대량 대안입니다. 자동으로 혼합되어 금형에 주입되는 두 가지 성분의 액체 재료를 사용하여 매우 빠른 사이클과 높은 정밀도를 제공합니다.
실리콘 트랜스퍼 몰딩: 압축 성형과 사출 성형 사이의 가교 역할을 합니다. 표준 압축 성형보다 제어력이 뛰어나며 재료가 금형에 더 부드럽게 흐르기 때문에 전자 부품이나 금속 인서트를 오버몰딩하는 데 탁월합니다.
실리콘 압출: 튜브, 코드, 스트립 및 복잡한 단면 모양과 같은 선형 프로파일을 만드는 데 사용되는 연속 공정입니다. 실리콘을 다이를 통해 밀어 넣어 프로파일을 형성한 다음 인라인으로 경화합니다.
실리콘 캘린더링: 정밀한 두께의 연속 실리콘 고무 시트를 생산하는 공정입니다. 실리콘 화합물은 일련의 가열 롤러를 통과하여 얇고 균일한 시트로 압착됩니다.
고탄성 고무(HCR): HTV(고온 가황) 실리콘이라고도 하는 이 실리콘은 압축 성형의 원료입니다. 점도가 높고 퍼티나 반죽과 비슷한 농도를 가지고 있어 가공을 위해 밀 또는 믹서가 필요합니다. 저점도의 펌핑 가능한 LSR과 구별됩니다.
가황: 실리콘에 최종적인 고무 특성을 부여하는 기본적인 화학 공정입니다. 다양한 촉매 시스템에 의해 시작될 수 있습니다:
과산화물 치료: 압축 성형에 사용되는 일반적이고 비용 효율적인 시스템입니다. 후 경화 과정에서 제거되는 산성 부산물이 남을 수 있습니다.
⑧ 플래티넘 치료(추가 치료): 부산물을 생성하지 않는 클리너 시스템으로, LSR 및 고순도 의료용 애플리케이션에 자주 사용됩니다. 오염에 더 민감합니다.
What are the Factors Affecting the Warpage Deformation of Injection Molded Products?
Warpage in injection molded products is influenced by various factors, which affect the final quality and functional performance of the products. Warpage is primarily influenced by mold design, material selection,
How to Reduce the Cost of Injection Molded Products?
Reducing the cost of injection molded products requires strategic material selection, optimized mold design, and efficient production processes to minimize waste and maximize efficiency. To reduce injection molding costs, focus
What is Mold Flow Analysis?
Mold flow analysis simulates the injection molding process to predict potential defects and optimize part design, enhancing efficiency and quality in production. Mold flow analysis aids engineers in detecting issues
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