에어벤트

왜 배우는가: 사출금형에서 공기와 가스가 빠지지 못하면 충진 불량과 외관 불량이 생기므로, 에어벤트 설계는 금형 설계의 기본 요건이다. 1교시 용어 문제와 2~4교시 논술 문제에 반복해서 나오는 항목이다.

출제 이력: 제133회 1교시 6번, 제127회 4교시 6번, 제118회 2교시 2번, 제109회 2교시 5번, 제100회 1교시 11번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

에어벤트는 캐비티 내 공기와 가스를 금형 밖으로 배출하는 미세 배기 통로이다.

사출금형에서 용융 수지가 캐비티를 채우면 캐비티 안에 있던 공기가 수지 선단에 밀려 압축된다. 공기가 빠져나갈 통로가 없으면 이 압축 공기는 충진을 방해하고 성형품에 여러 불량을 남긴다. 캐비티 안의 공기는 크게 세 가지 경로로 생긴다. 첫째는 사출 전에 캐비티에 들어 있던 공기이고, 둘째는 사출 중 런너와 게이트를 통해 혼입되는 공기이며, 셋째는 성형재료에 포함된 휘발성 물질이 열에 의해 기화한 가스이다. 에어벤트는 이 세 가지를 모두 금형 밖으로 빼내는 가장 기본적인 배기 장치이다.

대표적인 설치 위치는 파팅라인의 말단, 밀핀 주변, 리브와 보스의 끝부분처럼 수지가 마지막에 닿는 곳이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 에어벤트(air vent): 캐비티 안의 공기와 가스를 배출하도록 금형에 설치한 미세 통로이다.
• 캐비티(cavity): 성형품의 형상에 해당하는 금형 내부 공간이다.
• 휘발 가스: 성형재료에서 열에 의해 발생하는 기체 성분이다.
• 파팅라인(parting line): 코어와 캐비티가 맞닿는 금형의 분할면이다.
• 충진: 용융 수지가 캐비티 구석구석을 채우는 과정이다.
• 미성형: 충진이 끝나지 않아 성형품 형상이 완전하지 않은 불량이다.
• 기포: 공기가 수지 내부에 갇혀 생기는 빈 공간이다.

2. 개념 풀이

에어벤트를 정식으로 정의하면, 성형재료의 충전에 따라 캐비티 내의 공기 또는 가스를 배출하기 위해 공기가 빠지기 어려운 장소에 설치하는 구멍이나 틈이다. 즉 에어벤트는 성형품 형상을 가공하는 요소가 아니라, 형상 밖에 미세한 틈을 만들어 공기 통로를 확보하는 기능 요소이다.

원리는 압력 해소에 있다. 수지가 빠르게 들어오면 공기는 배출되지 못하고 선단 앞에서 압축된다. 이 압축은 공기 온도를 올리고 충진 저항을 키운다. 에어벤트는 압축 공기를 대기로 해소하여 수지가 설계된 흐름 경로를 따라 충진되도록 한다. 배기 면적이 작으면 공기가 충분히 빠지지 못하고, 면적이 크면 수지가 새므로 두 조건을 함께 고려해야 한다.

배기 틈의 치수에도 원리가 있다. 틈은 공기만 통과시키고 수지는 막을 만큼 좁아야 하며, 배기 틈은 보통 0.02mm 이하로 잡는다. 틈이 이보다 크면 수지가 새어 플래시가 생기므로, 배기 능력과 플래시 방지를 동시에 만족하는 치수가 설계 기준이 된다.

배기 틈은 공기만 통과시키고 수지는 막을 만큼 좁아야 한다.

에어벤트의 위치 원리도 중요하다. 수지 흐름의 선단이 마지막으로 닿는 곳은 공기가 가장 늦게 빠져나가는 곳이므로 에어벤트를 우선 배치한다. 배기가 잘 되는 위치에 설치해야 효율이 높아진다는 것이 이 원리의 결론이다.

핵심 용어를 풀이하면 다음과 같다.

• 단열 압축: 공기가 빠르게 눌리면서 열을 외부로 내보내지 못해 온도가 올라가는 현상이다. 충진 속도가 배기 속도를 넘을 때 선단부에서 일어난다.
• 플래시(flash): 파팅라인의 벌어진 틈으로 수지가 새어 나와 얇게 굳는 불량이다.
• 가스 잔류: 배출되지 못한 가스가 성형품 내부나 표면에 남는 현상이다.

3. 등장 배경과 필요성

사출성형에서 충진 속도가 빨라질수록 배기되지 못한 공기의 압축은 강해진다. 생산 사이클을 줄이고 얇은 성형품을 만들려는 요구가 커지면서 충진 속도는 높아지는 추세이므로, 에어벤트의 중요성도 함께 커졌다. 배기 설계가 부족한 금형은 충진 불량이 늘어나 사이클 시간마저 길어진다.

금형 제작 후 시사출 단계에서 미성형, 플래시, 가스 연소가 나타나면 에어벤트의 위치와 치수를 수정하는 경우가 많다. 이는 배기 설계가 금형 완성 뒤에 보완하기 어려운 요소라는 뜻이다.

에어벤트가 불충분하면 다음과 같은 문제가 생긴다.