사출성형 불량을 고분자 관점에서 원인분석: 웰드라인, 수축/뒤틀림, 은줄, 기포, 번짐(플로마크)

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사출성형 불량은 “기계 조건이 나빠서”만 생기지 않습니다. 같은 금형, 같은 조건처럼 보여도 수지의 분자량/분자량분포(MWD), 수분, 휘발분, 결정화 거동, 첨가제 패키지, 그리고 용융 점도(레올로지)가 달라지면 불량 패턴이 완전히 바뀝니다. 특히 웰드라인, 수축·뒤틀림, 은줄, 기포, 번짐(플로마크)은 고분자 관점으로 원인을 잡으면 재발 방지까지 훨씬 빨라집니다.

이 글은 “현장에서 바로 써먹는 분석 구조”로 정리했습니다. 먼저 불량별로 (1) 고분자/재료 원인, (2) 공정 원인, (3) 금형/설계 원인, 그리고 (4) 우선순위 조치(빠른 테스트) 순서로 제시합니다. 마지막에는 체크리스트와 FAQ로 검색 유입과 실무 적용성을 동시에 잡았습니다.

목차

  1. 불량 분석의 기본 프레임: “재료-공정-금형”을 분리하라
  2. 웰드라인: 왜 약해지고 왜 눈에 띄는가
  3. 수축/뒤틀림: 결정화와 배향이 만든 치수 불량
  4. 은줄(실버 스트릭): 수분·가스·전단 열화의 신호
  5. 기포/공극: 공기 포집 vs 가스 발생 vs 수축공
  6. 번짐(플로마크): 유동 불안정과 냉각 불균일
  7. 현장 체크리스트: 불량 재현/차단용 빠른 점검
  8. FAQ

1) 불량 분석의 기본 프레임: “재료-공정-금형”을 분리하라

같은 증상이라도 원인이 다르면 처방이 정반대가 되는 경우가 많습니다. 그래서 불량 분석은 아래 순서로 쪼개서 접근하는 것이 안전합니다.

  1. 재료(수지): 분자량/MWD, 수분, 휘발분, 열안정성, 충전재, 첨가제, 재생원료 혼입
  2. 공정: 용융 온도, 사출 속도(전단), 보압/보압시간, 금형 온도, 냉각, 배기, 체류시간
  3. 금형/설계: 게이트 위치/크기, 유동 길이, 두께 편차, 리브/보스, 코너 R, 배기 구조

실무 팁은 “한 번에 여러 변수를 바꾸지 않는 것”입니다. 한 번에 한 변수만 바꾸고, 불량이 줄어든 방향을 기록해야 원인이 좁혀집니다.

2) 웰드라인: 왜 약해지고 왜 눈에 띄는가

2-1. 웰드라인의 고분자적 원리

웰드라인은 용융 수지가 둘로 갈라졌다가 다시 만나면서 생깁니다. 이때 만나는 면에서 사슬 얽힘(entanglement)과 분자 확산이 충분히 일어나야 강도가 나옵니다. 그런데 “온도가 낮거나”, “표면이 이미 식었거나”, “가스/오염층이 끼거나”, “유리섬유가 경계에 정렬”되면 사슬 간 결합이 약해져 웰드라인이 약점으로 남습니다.

2-2. 재료(고분자) 원인

  • 높은 점도(낮은 MFR): 합류면에서 확산이 부족해 웰드 강도 저하
  • 결정화가 빠른 수지(PP, POM 등): 합류 전에 표면이 빨리 굳어 결합 약화
  • 유리섬유 강화: 섬유가 경계면을 가로지르지 못하고 정렬되면 취약
  • 오염/이형제/과다 첨가제: 경계면에 약한 층 형성

2-3. 공정 원인

  • 용융온도/금형온도 낮음: 합류 시점 온도 부족
  • 사출 속도 너무 느림: 전면이 식으면서 합류
  • 보압 부족: 경계면 밀착/압착이 약해 공극 잔류
  • 가스 배출 불량: 합류부에 공기/가스가 끼어 결합 방해

2-4. 금형/설계 원인

  • 게이트 위치: 합류가 응력 집중 부위에서 발생
  • 두께 급변: 냉각 속도 차로 합류면이 더 약해짐
  • 배기 부족: 웰드라인 위치에 배기가 없으면 악화

2-5. 우선순위 조치(빠른 테스트)

  1. 금형온도 소폭 상승 → 웰드 외관/강도 변화를 확인
  2. 사출 속도 상승(단, 전단열화 주의) → 합류 온도 확보
  3. 보압/보압시간 조정 → 합류부 밀착 개선
  4. 배기 상태 점검(막힘, 오염) → 가스 포집 제거

3) 수축/뒤틀림: 결정화와 배향이 만든 치수 불량

3-1. 고분자 관점 핵심: “결정화 + 배향 + 냉각 불균일”

수축은 단순히 “식으면서 줄어드는 현상”이 아니라, 반결정성 수지(PP, PE, PA, POM 등)에서는 결정화로 밀도가 증가하면서 부피 수축이 커집니다. 여기에 유동 배향이 더해지면 방향별 수축이 달라져 뒤틀림(워페이지)으로 이어집니다.

3-2. 재료 원인

  • 반결정성 수지: 결정화도 상승 → 수축 증가
  • 핵제/충전재 변화: 결정화 속도/결정 구조 변화 → 변형 패턴 변화
  • 유리섬유 강화: 섬유 방향성으로 수축 이방성 증가(뒤틀림 악화 가능)
  • 로트/공급사 변경: MWD/첨가제 차로 결정화 거동이 달라질 수 있음

3-3. 공정 원인

  • 금형온도: 높으면 결정화가 진행되어 수축이 커지거나, 균일화되기도 함(제품별 판단)
  • 보압 부족/짧은 보압시간: 게이트 동결 전 보충이 부족 → 체적 수축/싱크/뒤틀림 증가
  • 냉각 불균일: 좌우/상하 온도 편차 → 뒤틀림
  • 사출 속도: 배향이 커지면 방향성 수축 차가 커질 수 있음

3-4. 금형/설계 원인

  • 두께 편차: 두꺼운 곳은 늦게 식어 수축 차 발생
  • 리브/보스 설계: 국부 체적 수축과 응력 집중
  • 게이트 위치: 유동 방향과 배향 분포가 변형 방향을 결정

3-5. 우선순위 조치(빠른 테스트)

  1. 보압/보압시간 증가(게이트 동결 시간 확인) → 체적 수축 감소
  2. 금형 온도 균일화(냉각 회로/유량) → 뒤틀림 패턴 개선 여부 확인
  3. 사출 속도 조정으로 배향 변화 확인
  4. 두께/리브 설계 수정 또는 게이트 변경(근본 대책)

4) 은줄(실버 스트릭): 수분·가스·전단 열화의 신호

4-1. 은줄이 생기는 고분자적 원리

은줄은 표면에 “은색 줄무늬”가 보이는 현상으로, 대체로 용융 수지 내부의 수분/휘발분/가스가 전단 흐름 중 미세 기포로 늘어나면서 생깁니다. 또한 과도한 전단 또는 과열로 분해가 진행되면 휘발성 분해물이 생겨 은줄로 나타날 수 있습니다.

4-2. 재료 원인

  • 흡습 수지 건조 불량: PA, PC, PET, ABS(등급에 따라) 등에서 빈번
  • 재생원료/PCR: 오염·수분·휘발분 증가 가능
  • 첨가제/가소제/난연 패키지: 휘발 성분 또는 분해 민감도 변화

4-3. 공정 원인

  • 배럴 온도 과열 또는 체류시간 과다: 열분해로 가스 발생
  • 사출 속도 과다: 전단열 증가, 기포 신장
  • 배기 불량: 금형 내 공기 잔류가 표면 결함으로 드러남

4-4. 우선순위 조치(빠른 테스트)

  1. 건조 조건(온도/시간/노점) 재점검 및 건조 후 즉시 성형
  2. 배럴 온도/노즐 온도 소폭 하향, 체류시간 감소(퍼지 포함)
  3. 사출 속도 단계 제어(초기 저속-중속-고속 등)로 전단 완화
  4. 금형 배기/벤트 청소 및 추가 검토

5) 기포/공극: 공기 포집 vs 가스 발생 vs 수축공

5-1. 기포 원인을 3가지로 나눠야 빨리 해결된다

  • 공기 포집: 금형 배기 부족, 유동 전면이 공기를 가두는 경우
  • 가스 발생: 수분/휘발분/열분해로 용융 중 가스가 생기는 경우
  • 수축공(보이드): 두꺼운 부위가 식으며 내부가 비는 경우(싱크와 동반)

5-2. 재료 원인

  • 흡습/휘발 성분이 있는 수지의 건조 불량
  • 열안정성이 낮거나 과열에 민감한 등급
  • 충전재/재생원료로 인해 가스/이물 증가

5-3. 공정/금형 원인

  • 배기 부족: 공기 포집형 기포
  • 보압 부족: 수축공형 보이드
  • 용융온도 과다: 가스 발생형 기포
  • 두꺼운 형상: 내부 냉각 지연 → 수축공 가능성 증가

5-4. 우선순위 조치(빠른 테스트)

  1. 기포 위치/모양으로 유형을 분류(표면 근처 vs 중심, 특정 유동 말단 vs 두꺼운 중심)
  2. 배기 점검(공기 포집 의심)과 보압/보압시간 점검(수축공 의심)을 분리 실행
  3. 건조/온도/체류시간 점검(가스 발생 의심)

6) 번짐(플로마크): 유동 불안정과 냉각 불균일

6-1. 플로마크의 고분자적 원리

플로마크(Flow mark)는 유동 전면이 “끊기듯 진행”하거나, 표면이 부분적으로 먼저 얼고 그 위를 다시 덮으면서 표면에 무늬가 남는 현상입니다. 점도 변화, 전단 조건, 금형 온도, 게이트 설계, 그리고 결정화 거동이 함께 작동합니다.

6-2. 재료 원인

  • 점도/레올로지 차: MWD 변화로 유동 안정성 변화
  • 결정화 빠른 수지: 표면 동결이 빨라 흔적이 남기 쉬움
  • 안료/충전재: 유동 흔적이 더 도드라져 보일 수 있음

6-3. 공정/금형 원인

  • 사출 속도 부족: 전면이 식으면서 유동 끊김 발생
  • 금형온도 낮음: 표면 동결이 빨라 무늬가 남음
  • 게이트가 작거나 위치가 불리: 제팅/유동 불안정 유발
  • 두께 변화: 유동 전면 속도 변화 → 표면 무늬

6-4. 우선순위 조치(빠른 테스트)

  1. 사출 속도/충전 패턴 조정(초기 제팅 방지 포함)
  2. 금형온도 소폭 상승 또는 표면 온도 균일화
  3. 게이트 설계/러너 밸런스 점검
  4. 필요 시 점도/분포가 다른 등급 비교(동일 MFR이라도 분포 차 확인)

7) 현장 체크리스트: 불량 재현/차단용 빠른 점검

  • 불량이 표면 결함인지 내부 결함인지 먼저 분류했는가
  • 흡습 수지라면 건조(온도/시간/노점)를 가장 먼저 의심했는가
  • 배기(벤트) 막힘/오염을 점검했는가(웰드, 은줄, 기포 공통)
  • 보압/보압시간이 게이트 동결 시간보다 충분한가(수축/보이드 공통)
  • 용융온도/체류시간이 과도해 열분해가 발생할 조건인지 확인했는가
  • 로트 변경, 재생원료 혼입, 색상/첨가제 변경이 있었는가
  • 반결정성 수지의 경우 금형온도/냉각이 결정화 거동을 바꿨을 가능성을 점검했는가

FAQ

Q1. 웰드라인 강도는 올리면서 외관은 덜 보이게 할 수 있나요?

가능합니다. 합류 시점의 온도를 올리고(금형온도/사출속도/용융온도), 배기를 개선하며, 합류 위치를 응력 집중 부위에서 벗어나게(게이트 위치 조정) 하면 강도와 외관이 함께 개선되는 경우가 많습니다. 다만 과도한 속도/온도는 은줄·번짐·열화로 이어질 수 있어 균형이 필요합니다.

Q2. 은줄과 기포는 같은 원인인가요?

겹치는 부분이 많습니다. 은줄은 미세 기포가 전단 흐름으로 늘어나 표면 줄무늬로 나타나는 경우가 흔하고, 기포는 내부에 남아 공극으로 관찰되는 경우가 많습니다. 둘 다 수분/휘발분/열분해/배기 불량과 관련될 수 있어 “건조-온도/체류-배기” 순으로 점검하면 효율적입니다.

Q3. 수축/뒤틀림은 보압만 올리면 해결되나요?

보압은 매우 중요한 변수지만, 결정화 거동과 냉각 불균일, 배향 이방성(특히 GF 강화), 두께 편차 같은 구조 요인이 있으면 보압만으로는 한계가 있습니다. 보압으로 체적 수축을 줄인 뒤에도 뒤틀림이 남으면 금형 온도 균일화와 설계 개선이 필요할 수 있습니다.

Q4. 플로마크는 왜 특정 로트에서만 심해지나요?

같은 MFR 표기라도 분자량분포(MWD), 첨가제 패키지, 결정화 속도(핵제 영향)가 달라지면 유동 전면 거동과 표면 동결 특성이 바뀌어 플로마크가 더 도드라질 수 있습니다. 공정 조건이 동일했다면 로트 간 레올로지/결정화 차이를 의심해볼 만합니다.

Q5. 불량 분석에서 가장 먼저 해야 할 “한 가지”가 있다면?

불량을 유형화하고(표면/내부, 위치, 반복성), 한 번에 한 변수만 바꿔 재현/개선을 확인하는 것입니다. 그 다음 재료 요인(건조/로트/재생원료/첨가제)과 공정 요인(온도/속도/보압/배기)을 순서대로 분리하면 빠르게 원인을 좁힐 수 있습니다.