플라스틱 성형품에서 문제가 되는 것 중 하나로 잔류 응력이 있다. 그것은 성형할 때 폴리머를 용융 상태로부터 단숨에 소정의 형태에 고화시켜 버리기 때문에 선상(線状)의 폴리머 분자가 원래 안정된 둥근 상태가 되지 않고, 고압 하에서 무리한 형태 그대로 굳어져 성형품 내에 스트레인(Strain)을 남겨 버리는 것에서 기인한다.

그 때문에 성형품 중의 폴리머 분자에는 안정적인 모양이 되고자 하는 힘이 항상 작용한다. 플라스틱 성형품이 사용 중에 변형되거나 갈라짐, 깨짐이 생기기 쉬운 것도 이런 이유 때문이다.

이러한 스트레인(Strain)에는 성형품 표면에서 폴리머 분자가 플로우 방향으로 늘어나게 되어 만들어지는 배향 스트레인과 급격한 냉각에 의해서 굳어질 때 발생하는 열 스트레인이 주된 것으로 되어 있다. 그래서 성형 가공 공정에서는 이러한 스트레인을 줄이기 위해서 성형 조건 개선이나 성형 후에 후처리를 하고 있다.

성형 조건의 어느 것을 억제하면 잔류 응력이 줄어들까?

첫 번째 포인트는 금형 온도이다.

용융 폴리머가 금형이 차가운 금속면에 직접 닿는 일은 될 수 있는 한 피하도록 하는 것이 바람직하다. 다시 말하면 금형은 폴리머를 될 수 있는 한 빠르게 냉각 고화시키는 것이 중요해서 모순되는 대응이라고 할 수 있다.

따라서 금형에는 될 수 있는 한 높은 온도의 냉각수(또는 기름)를 고속으로 흘려보내서 냉각을 촉진하고 있다.

최근과 같이 성형품의 두께가 얇아져 있고 형온(型温)이 낮으면 폴리머가 충전되기 어렵다. 유리전이 온도보다도 훨씬 높은 형온으로 하고 싶겠지만 생산성이 나빠진다. 그래서 등장한 방법이 형 내의 폴리머 충전 시에는 용융 폴리머 온도에 가까운 곳까지 형온을 높여서 충전하면 급속히 냉각한다. 즉 형온의 급열과 급랭을 숏(Shot)마다 실시하는 방식이다.

유전(誘電) 방식이나 통전 방식에 의한 형온(型温)의 급상하나 형 내 냉각수로에 고온의 열매체와 저온의 열매체를 교대로 흘리는 방법 등이 검토되고 있다. 그러나 이 방법은 열량손실과 높은 장치 비용이 든다.

또 하나 방법은 금형의 캐비티면을 열의 불량도체로 얇게 커버하는 방식이다. 이러한 생각은 형 내면에 PB 필름 등을 부착해서 성형한 경우, 분자 배향 스트레인이 적고 광택이 뛰어난 성형품이 만들어지나, 유리섬유 혼입 수지라도 평활해서 유리섬유가 노출되지 않는 성형품이 만들어진다고 예견할 수 있다.

이 경우에도 당연히 냉각 시간이 길어지는 것은 피할 수 없지만, 실제로 걱정할 정도는 아니다. 폴리머 자체가 형 면에서 냉각되어 가는 과정은 두께의 폴리머층이라는 열의 불량전도를 통해서 이루어지는 것이므로 수μ～수십μ 정도의 형 내면 불량 열전도는 그다지 크게 영향을 주지 않는다. 

말하자면 단열 금형용의 형 내면 도장 재료에 몇 가지가 검토되고 있는데 세라믹, 테프론, 폴리이미드가 있다. 이 피막에 의해서 냉각 시간이 약간 길어져도 스트레인이 적은 성형품을 얻을 수 있다. 도막 형성의 기술 개발과 앞으로의 이용을 기대하고 싶다.