LCP의 사출성형기-금형설계[Design of Injection Molding Machine and Tools for LCP]


사출성형기의 선정[Selection of Injection Molding Machinery]
SUMIKASUPER LCP는 통상의 인라인 타입의 사출성형기나 plunger type 사출성형기로 성형하는 것이 가능합니다.
E4000, E6000 and E7000 series는 성형온도가 ＜ 400℃ 이기 때문에 일반적인 사출성형기에서도 히터 용량의 문제는 없습니다만,
E5000 series는 성형 온도가 최고 420℃가 되기 때문에 고온 사양(450℃사양) 이 필요합니다.
스크류 and 실린더 [Screws and Cylinders]
● SUMIKASUPER LCP의 일반 Grade는 , 유리 섬유등을 많이 충전하고 있기 때문에, 내마모성의 재질이 바람직하다.
● Screw design은 , 표준적인 full flight 타입이 적합하다. SUB Flight screw나 High mixing screws 사용은,
     계량 시간이 길어지기 때문에, 바람직하지 않다.
● screwhead는 , 역류 방지 기구를 가진 screwhead를 추천 한다.
● SUMIKASUPER LCP의 유동 특성은, 온도에 민감하기 때문에, 실린더의 온도 제어는 , 제어성이 양호한
     PID제어 방식이 바람직하다.
노즐[Nozzles]
● 재질은, 스크류, 실린더에 준한다.
● 오픈 노즐 사용이 적합하다. Shut-off nozzles은 dead space가 많아, 수지가 체류 하기 쉽기 때문에 바람직하지 않다.
● 노즐 히터는, 독립된 온도 제어기를 사용해야 하며 , 제어성이 양호한 PID제어 방식이 바람직하다.
● 연장 노즐[extension nozzles]을 사용하는 경우는, 온도 분포가 균일하게 되도록 충분히 고려된 것을 사용한다.
사출 유닛 및 제어시스템[Injection Unit and Control System]
● SUMIKASUPER LCP는, 일반적인 오픈루프제어 타입이나 클로즈드 룹 제어 타입의 성형기가 사용 가능합니다.
● 얇은 성형품의 경우는, SUMIKASUPER LCP가 용해 점도의 전단 속도 의존성이 크고 고체화 속도가 빠르기 때문에,
     사출 첫 시작 응답성이 우수한 성형기를 이용하는 것이 바람직하다.
성형기 용량[Molding Machine Capacity]
● 일반적으로는, 계량치가 Total 사출 용량의 1/3~3/4 되는 성형기를 선정하는 것이 바람직하다.
     계량치가 작으면 불필요한 수지 체류로부터 여러가지 성형 불량이 발생하는 일이 있다.

수지 온도 관리[Resin Temperature Control]
일반적으로, SUMIKASUPER LCP를 포함해, LCP는 기계적 물성이나 용해점도 등 의 여러 가지 물리적 성질의 온도 의존성이 크고,
온도 관리를 잘못하면 충분한 특성을 얻을 수 없는 경우가 있습니다. 사출 성형기는 범용 수지의 성형 온도(~300℃) 에서는,
실린더내의 수지 온도와 설정 온도가 비교적 가깝게 되도록 설계되고 있습니다만, SUMIKASUPER LCP의 성형 온도 영역(320~400℃)
에서는, 설정 온도와 수지 온도에 차이가 생기는 경우가 있습니다.
이상으로 부터, SUMIKASUPER LCP의 성능을 발휘하려면 실린더내의 수지 온도를 파악해, 각각의 그레이드의 최적인 온도에 컨트롤
할 필요가 있습니다. 상기 언급한 수지 온도의 측정에는, 미소 면적(Strand의 지름 이하)의 온도 측정을 할 수 있는, Spot Type의
비접촉 적외선 방사 온도계를 사용하면 간편하게 측정할 수 있습니다.

고속사출성형기술[High-speed Injection Molding Technology]
SUMIKASUPER LCP는, 성형시의 용해 점도가 낮고, 고체화 속도가 빠르기 때문에 Flash가 나오기 어려운 특징이 있습니다.
다만, 매우 얇은[ultra thin-walled] 제품의 성형(< 0.2 mmt)에 대해서는, 얇은 부분에서 수지가 고체화 해 충분한 유동장을 얻을 수 없는
경우가 있습니다. 이러한 경우, 대책으로서 누산기부와 같은 사출시의 첫 시작 특성이 뛰어난 성형기의 적용이 유효합니다.
Figure 1 Maximum Flow Length which Accompanies No Flash (0.2mmt)
Hydraulic injection molding machine :UH-1000 (Nissei Jushi Kogyo)
SG series (Sumitomo Juki Kogyo)
Power driven injection molding machine :Roboshot α-C series (Fanac)
Panajection PJ-30 (Matsushita Densan)
Figure 2 Comparison of Pressure Wave Form
(As shown above, when compared to Conventional molding machine, the high speed molding machine provides the high injection speed in the initial period and thereafter molding is performed at the specified injection speed.)
Flow length measuring mold : The one shown in Fig3 is used.
Molding temperature :
 360 °C
Grade used : E6008
High speed molding machine : Nissei Jushi Kogyo UH-1000
Injection speed 600mm/sec
V-Pchange over pressure 60MPa(ca.600kg/cm2)
Conventional molding machine :
 		 Nissei Jushi Kogyo PS-40E5 ASE
Injection speed 90%
Injection pressure 90MPa(ca.900kg/cm2)

금형설계[Mold Design]
SUMIKASUPER LCP는 사출 성형하는(전단을 걸친다) 것에 따라, 분자가 용이하게 흐름방향으로 배향하는 것으로부터,
뛰어난 유동성과 함께 고강도, 고탄성을 얻을 수 있습니다만, 한편으로 이방성이 발생합니다.
금형의 설계에 대해서는, 캐비티내의 유동 패턴과 이방성을 충분히 고려할 필요가 있습니다.
Sprue
● Sprue의 빼기구배가 1°- 2°(per side) 적당하다.
● Sprue 끝에는 cold slug류를 마련한다 (4~5mmφ×5mm이상).
● Sprue 제거를 더 잘하기 위해, Sprue lock를 마련한다.
Runners
● 일반적인 원형, 반원, 사다리꼴의 단면 형상의 Runner를 적용할 수 있지만, 압력 손실과 가공성 등에 의하여
원형 혹은 사다리꼴을 추천 한다.
SUMIKASUPER LCP는, 뛰어난 유동성을 가지고 있기 때문에, Runner 지름을 가늘게 할 수가 있다.
Standard runner diameter:2~5mmφ
Guideline for runner diameters:PPS,PBT의2/3~1/2(최소2mmφ)
Figure 3 Tool to Measure Thin-Wall Flow Length
 

제품 두께：0.3mm　flow length 4 cavities.
Figure 4 Runner Diameter Dependence

●When using multi-cavity tool, 개개의 캐비티에 수지가 동시 충전하도록 Runner Balance를 잡는 것을 추천 한다.
● Runner 말단에도 Cold Slug wells를 마련한다.
Gates
SUMIKASUPER LCP는, Weld Strength가 다른 엔프라에 비해 낮기 때문에, 가능한 한 Weld가 발생하지 않게,
게이트는, 1~2점으로 해, 게이트 위치를 충분히 고려할 필요가 있다.
● Side gate land length는 1mm이하 , 폭은5mm이하가 적당하다.
랜드 깊이는,0.7×성형품 두께를 기준으로 해,최소0.2mm가 적당하다.
● Pinpoint Gates의 게이트 지름은,0.3~1.5mm, 랜드 길이는 1mm이하가 적당하다.
게이트 지름을 굵게 하면, threading and gate warpage의 원인이 된다.
● Submarine (Tunnel) Gates 게이트 지름은, 0.3~1.0mm가 적당하다.
● film gates, ring gate를 이용하는 것도 가능하지만, LCP성형에는 일반적이지 않다.
Extraction Taper
● Extraction Taper는, 성형품 두께가 얕은 것은0.5°(1/90) ~1°(1/60) , 깊은 것은 ,1°(1/60) ~2°(1/30) 취하는 것이 바람직하다.
● MR Grade는, 일반 Grade에 비해 이형 저항은 약1/2이지만, 성형품의 깊이가 큰 것으로는, extraction taper를 크게 할 필요가 있다.
Gas 빼기[Air Venting (Gas Drainage)]
● SUMIKASUPER LCP의 성형에서는, 고속 사출 조건인 경우가 많기 때문에, 제품부의 공기를 효율적으로 배제하기
위해서, Air Venting을 추천 한다.
● 얇은 제품이나 유동 말단이 Weld인 경우 , Short shot가 되기 쉽기 때문에, Air Vent를 마련한다.
● SUMIKASUPER LCP는, 용해 점도가 낮아 유동성이 뛰어나지만, 고체화 속도가 매우 빠르기 때문에,
Air Vent를 마련해도 Flash는 발생하기 어렵다.
● Air vents ranges는 ,0.005~0.02mm가 적당하다.
이방성[Anisotropy (Mold Shrinkage)]
● LCP의 성형 수축율은, Molding direction(MD)과 그 transverse direction(TD)의 차이(이방성)가 크기 때문에,
MD와 TD의 값의 중간치를 베이스로, 수정이 가능한 방향으로 성형 수축율을 설정한다.
● 얇은 소형 제품의 경우, 긴 방향의 수축율은,0%로서 설계하는 것을 추천 한다.

Table 1 이방성[Anisotropy]
구 분 Unit
E5008L
E5008
E4008
E6008
E6006L
E7008
E7008L
Molding shrinkage rate
3mmtMD
%
0.05
0.08
0.1
0.18
0.19
0.17
0.14
TD
%
0.81
1.25
1.32
1.16
0.74
1.05
0.79
1mmtMD
%
0.13
0.05
0.06
0.09
0.1
0.09
0.06
TD
%
0.43
0.7
0.78
0.8
0.49
0.71
0.65
Flexural strength
3mmtMD
 MPa
137
130
138
136
156
141
150
TD
 MPa
58
56
57
61
92
72
76
Flexural modulus
3mmtMD
 GPa
13.4
12.6
12.7
12.2
11.4
12.5
12.2
TD
 GPa
3.7
3.3
3
4.4
4.7
4.3
4

Figure 5 성형수축율[E6008]
Figure 6 성형수축율[E5008]

금형재질[Tool Material]
● SUMIKASUPER LCP의 모든 표준 Grade는, 유리 섬유가 충전되어 있기 때문에, 고치수 정밀도가 요구되는 금형이나
양산형에서는, 경도가HRC55~62의SKD11상당품(HPM31,PD613,RIGOR등) 이나 그 이상의 강재의 사용을 추천 한다.
● SUMIKASUPER LCP는, 부식성 가스가 거의 발생하지 않기 때문에, 금형을 부식하지 않으며, 일반적인 금형 재질을 사용할 수 있다

Hot Runner의 적용[Usage of Hot Runners]
SUMIKASUPER LCP의 hot runner화에 대해서는, 이하의 점에 주의가 필요합니다.
일반적으로 수지는 장기연속성형시 성형기내의 dead spaces부에 체류해,체류 수지가 열화,착색하는 일이 있습니다
용해 점도가 지극히 낮은 액정성 폴리머 LCP 에서는, 이 dead spaces부의 체류가 일어나기 쉽다고 생각됩니다.
이 때문에, LCP에는, 이것들을 고려한 hot runner가 바람직하고, 특히, 수지의 체류에 의한 흑점, cold slug의 발생에
충분한 주의가 필요합니다.
SUMIKASUPER LCP Hot Runners 적용 주의사항
● 고온 가열이 가능해 시스템내의 온도 분포가 균일할 것.
히터 일체형이 바람직하다. 과도하게 매니폴드, 노즐의 온도는 높게 하지 않을 것.
금형과의 접촉부(게이트 부분)의 온도를 고온으로 유지할 수 있을 것.
구 분 Hot Runner의 온도 사양[Temperature specification of hot-runner(MAX)]
E7000series
E6000series
E4000series
E5000series

- 350 °C
- 380 °C
- 400 °C
- 420 °C
● Flow channels에 dead space가 불가능한 구조인 것.(체류에 의한 흑점의 발생에 주의가 필요합니다 )
가열 방식은, 내부 가열 방식보다 외부 가열 방식이 좋고 ,유로는 가는 것이 양호합니다.
● cold slug가 수지로 혼입하기 어려운 구조인 것(제품의 cold slug의 혼입에 주의가 필요합니다)
오픈 게이트의 경우는 sub-runners의 설치를 고려하는 것이 좋다 (sprue-less molding).
Usage of Hot Runners with SUMIKASUPER LCP
아래 table은 SUMIKASUPER LCP의 Hot Runner의 적용을 나타냅니다.
구 분 Runner section Gate seal Application to SUMIKASUPER LCP Remarks
Internal heating External heating Thermally constant ON,OFF
at every heat shot		 ON,OFF
at every heat shot		 Complete hot-runner Sprue-less molding  
Juuo
614 system		       φ4
Electromagnetic induction heating
Meisei Kinzoku
Mini-Runner 		        - *1
Seiki Kogyo
Spear System
B type
(conventional) 		       
EH type       *2
Mold Master
Master Shot		       -  
Saito Koki
Plagate System		        
: SUMIKASUPER LCP 적용사례 있음.
: SUMIKASUPER LCP 적용 가능
: SUMIKASUPER LCP 적용 사례 없음.
: SUMIKASUPER LCP 적용 불가.
*1 :
 		 multi-point gate and mini-runner용 연장 노즐을 이용하는 경우, 연장노즐을 개개의 온도 컨트롤 하는 편이 바람직하다.
성형 온도가 높은 E5000계도 각 노즐을 개별적으로 온도 컨트롤 하는 편이 바람직하다.
*2 : For tip section, internal heating system is employed.