고분자는 우리가 필요로 하는 형태의 물체로 만들어서 사용됩니다. 이런 필요한 물체,
즉, 성형물을 만드는 방법은 다양합니다. 아래의 8 가지 방법을 차례로 살펴봅시다.
1. 주형 (casting)
2. 압축성형 (compression molding)
3. 사출성형 (injection molding)
4. 중공성형 (blow molding)
5. 열성형 (thermoforming)
6. 회전 몰딩 (rotating molding)
7. 백 몰딩 (bag molding)
8. 파이프 또는 튜브 제조 (pipe extrusion or tube fabrication)
이 방법들은 고분자에만 적용되는 고유한 방법이 아나라 대부분 인류가 오래전부터 금속,
천연물 등을 이용하여서 성형물을 만드는 방법들을 고분자에 응용한 것입니다. 그러므로
이런 방법들에 대해서는 이미 이해를 하고 있거나 실제로 응용해 본 경험도 있을 것입니다.
예) 주형: 무쇠솥: 쇳물을 틀에 부어서 만듭니다.
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1. 주형 (casting) |
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적당한 틀 (mold) 속에 단량체 (monomer)나 프리폴리머 (prepolymer)를 넣고
틀 속에서 대기압아래에서 중합하는 방법입니다. 주형에는 다시 여러 가지 주형 방법이 있습니다.
(1). Simple casting
(2). Dip casting
(3). Encapsulating
(4). Potting
(5). Rotational casting
(6). Slush casting
장점: 장치, 연장, 틀의 값이 비교적 싸다.
성형 방법이 간단하다.
성형물이 받는 스트레스가 없거나 적다.
복잡한 형태의 성형물도 쉽게 만들 수 있다.
단점: 고분자의 수축과 반응열의 처리 문제로 큰 성형물은 만들기 힘든다.
생산 속도가 느리다.
치수가 정밀하지 못하다.
공기 방울이나 습기 등이 문제가 될 수 있다.
용매나 다른 첨가제가 해로울 수 있다.
응용:
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그림 1. 간단한 주형 방법 (simple casting). |
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2. 압축성형 (compression molding) |
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일반적으로 열경화성 수지를 이용하여서 성형물을 만드는데 사용합니다.
단점: 경화하기위해 틀 속에 머무는 시간이 길다.
트랜스퍼 몰딩 (transfer molding) - 전통적인 압축몰딩보다 몰드 마모가 적다.
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그림 2. 압축성형. |
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3. 사출성형 (injection molding) |
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열가소성 및 열경화성 고분자들을 이용해서 빠른 속도로 성형물을 만드는데
사용합니다 (그림 3). 용융점 또는 연화점 이상으로 가열된 고분자 액체를 사출기를
이용하여 몰드속으로 사출합니다. 몰드 속에서 고분자가 성형된 다음 냉각된 뒤
몰드가 개봉되어서 성형물을 분리합니다.
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그림 3. 사출성형 그림. |
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4. 중공성형 (blow molding) |
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이 방법은 여러종류의 음료수 병(bottle), 화장품 용기, 장난감, 물탱크,
저장 용기 등을 만드는데 사용합니다. 그림 4에서 보이는 것과 같이 (1) 압출기에서
튜브 모양의 고분자를 뽑아낸 다음 (패리손, parison), (2) 틀속에서 밑을 봉하고
틀을 닫고 (3) 압축공기 (25-100 psi)를 불어넣어서 성형한 다음, (4) 틀을 식힌다.
(5) 그 다음, 성형물을 제거하고 다시 (1)의 방법을 반복합니다.
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그림 4. 압출 중공성형 (extrusion blow molding)의 공정도 (1). parison 이 압출되어 금형 사이로 나온다. (2). 금형을 닫고, 가압공기로 패리슨을 팽창시킨다. (3). 냉각시켜서 성형물이 식도록 한다. (4). 금형을 열고 성형물이 금형으로부터 나오게한다. (5). 필요없는 부분을 절단하고 성형품을 완성시킨다. |
이 방법의 한 변형 방법: 미리 패리손을 사출 성형 등으로 만든 다음 이것을
가열하여서 중공성형하는 것입니다 (그림 5).
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그림 5. 미리 만든 패리손을 사용하여서 중공성형하는 방법. |
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5. 열성형 (thermoforming) |
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열성형은 열가소성 고분자판, sheet 또는 film 을 연화온도 이상으로 가열한 다음
진공이나 압력을 가하여 틀 모양으로 만드는 방법입니다 (그림 6)
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그림 6. 진공을 이용하는 열성형 방법 (straight vacuum forming). |
종류:
1. straight vacuum forming
2. Drape forming
3. Matched-mold forming
4. Pressure-bubble plug-assist vacuum forming
5. Plug-assist vacuum forming
6. Plug-assist pressure forming
7. Vacuum snap-back forming
8. Pressure-bubble vacuum snap-back forming
9. Trapped-sheet contact-heat pressure forming
10. Free forming
11. Mechanical forming
사용되는 재료:
장점:
응용 예:
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6. 회전 몰딩 (rotating molding)
또는 회전 주형 (rotational casting) |
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용기, 작난감, 연료탱크, 부표 등 가운데가 빈 물체를 만드는데 사용하는 방법입니다.
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7. 백 몰딩 (bag molding) |
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고강도 고성는 구조가 요구되는 큰 성형품을 소량 생산하는 경우 사용됩니다.
항공기나 미사일의 앞부분을 이 방법으로 제조합니다.
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8. 파이프 또는 튜브 제조 (pipe extrusion or tube fabrication) |
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제조 방법: 고리형 틀을 통해서 가열된 고분자를 압출기로 압출하여 제조합니다.
사용되는 고분자: PE, PP, PVC, 나일론, ABS, 고무 등
응용: 수도관, 배수관, 용수관, 가스관, 전기 및 전화 도관