수지에 유리섬유를 첨가해 고광택 • 고강도 사출성형을 실현하기 위해서는 유리섬유가 골고루 분포될 수 있도록 유리전이 온도 이상으로 금형을 가열하고, 급격히 냉각시키는 기술이 요구된다. 기존에는 이를 위해 스팀을 활용한 스팀 사출 공법이 주로 사용되었는데, 현대전기기계공업(주)이 스팀 공법 대비 에너지 소모량을 줄이고 관리 • 운용 측면에서도 이점을 지닌 신공법을 공개했다.

스팀 사출이란?

스팀 사출(Steam Injection Molding) 공법은 고광택 디자인이 요구되거나 강도를 보강해야 할 경우에 주로 사용된다. 사출물 표면에 도장을 하지 않고도 고광택에 웰드라인이 없는 표면을 얻을 수 있고, 유리섬유(Glass Fiber, 이하 GF)를 첨가해 강도를 높이는 것이 가능하며, 하이사이클을 실현할 수 있어 생산성 향상에도 유리하다. 이 같은 강점으로 국내 유수 대기업을 포함해 여러 업체들이 스팀 사출을 선택하고 있다.

사출성형 작업에 있어 뚜렷한 장점을 지닌 스팀 사출이지만 그만큼 시스템 관리 및 운용에 있어 신경 써야 될 부분도 적지 않다. 금형 가열에 사용한 스팀을 재회수 및 활용하기 어려워 에너지 소모량이 크고, 스케일이 발생하지 않도록 초순수(初純水, Ultra Pure Water)를 생성하기 위한 RO(Reverse Osmosis) 장치가 구비돼야 한다. 또한 스팀 사출 시스템을 구축하기 위해 다양한 유틸리티 장치들이 요구되는 만큼 사용자의 입장에서는 체크해야 할 메인터넌스 포인트도 많아지게 된다.

획기적인 에너지 절감 가능한 사출 신공법 제안

현대전기기계공업(주)(이하 현대전기기계공업)은 기존의 스팀 사출이 지닌 다양한 문제점을 해결하기 위해 가압열수 급속 가열 복합 시스템 개발을 추진하고 있다. 이 시스템은 열수를 이용해 금형 온도를 유리전이온도(Glass Transition Temperature, 이하 Tg) 이상으로 높임으로써 GF가 한쪽에 몰리지 않고 금형 전 면적에 골고루 분포하도록 하는 기술이다.

이 기술의 가장 특징적인 부분은 스팀이 아닌 고온의 물을 사용해 Tg를 구현한다는 점이다. 이는 기존의 스팀 사출 방식이 지녔던 문제점들을 해소할 수 있다.

가장 큰 강점은 가압열수가 지속적으로 순환하기 때문에 열에너지 회수가 가능하다는 점이다. 이는 사출성형 시스템 운용에 있어 전력 소모량을 크게 절감시켜 준다. 사이클 상에서 사용된 가압열수를 다시 히터로 보내 손실한 열에너지만큼만 가열하면 되기 때문에 한 사이클에 사용된 스팀을 배출하고, 다음 사이클을 위해 초순수로 다시 스팀을 생성하는 종래의 방식 대비 에너지를 대폭 절감할 수 있다. 또한 스팀보다 비중이 높은 물로 금형을 가열하기 때문에 스팀보다 낮은 온도의 가압열수로도 빠르게 금형의 Tg를 달성할 수 있다.

저압물리발포사출성형 공법과의 융합

사출성형 업계에 경량화에 대한 이슈가 뜨거워지면서 부상하고 있는 공법 중 하나가 발포성형기술이다. 수지 내에 기포를 생성해 경량화, 단열성, 방음성, 내충격성 등을 확보하는 이 기술은 사용 수지를 절감하면서도 제품의 경량화를 실현할 수 있다는 장점이 있다. 특히 국내 사출기 제조사 (주)우진플라임(이하 우진플라임)이 기존의 화학적 방식을 이용한 발포사출이 아닌 저압물리 방식의 발포사출 공법 및 장비인 ‘Super Foam’ 양산에 성공하면서 탄소배출 저감, 수지 및 환경비용 감축 등의 성과를 거두고 있다.

최근 현대전기기계공업은 우진플라임과 함께 저압물리발포사출공법과 가압열수 급속 가열 메커니즘을 융합한 새로운 공법을 개발하는 데 성공했다. 이 기술은 우진플라임 Super Foam이 지닌 저압물리발포사출의 강점을 유지하면서 성형품의 외관까지 개선할 수 있는 사출성형 공법이다.

한편 양사는 현재 해당 신공법을 개발하고 양산 테스트를 전개하고 있는 상황으로, 성형품의 경량화와 표면 개선을 모두 요구하는 더 많은 사출 영역에 경량화 공법을 적용할 수 있게 됐다.

※ 자료제공 : 현대전기기계공업(주)(www.hdem.co.kr)