성형 플라스틱 부품의 코팅 불량: 크레이터, 피시아이 등

성형 플라스틱 부품의 코팅 불량: 크레이터, 피시아이 등

핵심 요약

• 먼저 불량을 정확하게 명명하십시오. 크레이터, 핀홀, 블러시, 드라이 스프레이는 팔 길이 거리에서는 비슷해 보이지만 근본 원인은 매우 다릅니다.
• 모든 원인을 네 가지 범주로 나누십시오. 기재 및 성형, 표면 준비, 코팅 재료, 도포 및 경화로 나누면 가장 뻔한 용의자에서 조사가 멈추는 것을 막을 수 있습니다.
• 의견이 아니라 측정으로 확인하십시오. 접촉각 또는 다인 점검, 표면 분석, 단면 관찰, 용제 응력 시험, 통제된 시험이 가설을 근본 원인으로 바꿉니다.
• 예방은 사양에 있습니다. 이형제 규칙, 건조, 전처리 검증, 환경 한계, 변경 관리가 해결된 불량의 재발을 막아 줍니다.

도장 및 코팅된 사출 성형 부품이 외관 검사에서 불합격하는 이유는 놀랄 만큼 적지만, 같은 불량이 금형, 전처리 라인, 코팅 자체, 스프레이 부스 어디에서든 비롯될 수 있습니다.

이 가이드는 코팅된 플라스틱 부품에서 가장 자주 나타나는 불량을 차례로 살펴봅니다. 각 불량마다 어떻게 보이는지, 원인이 대개 어디에 있는지, 실제로 어떤 원인이 책임이 있는지 확인하는 방법을 설명합니다.

표면 오염 불량: 크레이터와 피시아이

외관. 크레이터는 젖은 코팅이 한 지점에서 물러나면서 생기는 작고 둥근 함몰로, 중앙에 얇은 막이나 노출된 기재가 남고 가장자리가 솟아 있는 경우가 많습니다. 피시아이는 같은 메커니즘이 더 큰 규모로 나타난 것으로, 코팅이 한 영역에서 수축해 뚜렷한 가장자리를 가진 원형 또는 불규칙한 빈 공간을 남깁니다. 무작위로, 군집으로, 또는 부품의 특정 위치에 연관된 반복 패턴으로 나타날 수 있습니다.

메커니즘. 액상 코팅은 기재의 표면 에너지가 코팅의 표면 장력보다 충분히 높을 때만 표면을 적십니다. 저표면에너지 물질이 있는 국부적인 지점은 표면 장력 구배를 만들고, 젖은 막은 그곳에서 밀려납니다.

일반적인 근본 원인.

• 기재 및 성형: 실리콘 또는 기타 외부 이형제, 가소제, 슬립제, 정전기 방지제 또는 기타 첨가제의 표면 이행, 이젝터 핀과 슬라이드의 윤활제.
• 표면 준비: 불완전한 세정, 오염된 세척수 또는 린스수, 지문과 핸드로션, 실리콘 함유 장갑 또는 포장재, 블로우 오프에 사용하는 압축 공기에 섞인 오일이나 물.
• 코팅 재료: 부적합한 첨가제, 오염된 신너, 또는 공용 장비에서 다른 코팅과의 교차 오염.
• 도포: 부스 근처에서 사용하는 실리콘 함유 스프레이, 윤활제, 세정제, 그리고 분무 공기 중의 오일.

확인 방법. 다인 용액 또는 접촉각 측정으로 부품 전체의 젖음성을 지도화하고, 불량 부위를 양호한 부위와 비교하며, 프레스에서 막 나온 부품을 취급을 거친 부품과 비교하십시오. 오염 물질을 규명해야 할 때는 불량 부위와 와이프 시료에 FTIR-ATR, XPS, 비행시간형 SIMS 같은 표면 민감 분석을 적용하면 실리콘을 탄화수소 오일이나 이행된 첨가제와 구분할 수 있습니다. 압축 공기는 깨끗한 흰 천이나 거울에 불어서 점검할 수 있으며, 외부 이형제 없이 성형한 부품으로 로트를 나눠 시험하는 것이 결정적인 경우가 많습니다.

유동 및 막 불량: 오렌지 필, 드라이 스프레이, 흐름, 처짐

오렌지 필과 불량한 유동

외관. 감귤 껍질을 닮은 움푹 들어간 질감 있는 외관으로, 고광택 마감에서 반사광에 가장 잘 보입니다. 코팅은 부품에 도달했지만 유동성을 잃기 전에 평탄화되지 못했습니다.

일반적인 근본 원인. 대부분의 원인은 코팅과 그 도포에 있습니다. 점도가 너무 높음, 용제 조합이 너무 빠름, 미립화 부족(유체 압력과 공기 압력의 불균형), 건과의 거리가 너무 멂, 평탄화에 비해 막 두께가 너무 낮음, 플래시 시간이 너무 짧거나 플래시 온도가 너무 높음, 과도한 부스 공기 속도가 원인입니다. 기재 쪽에서는 금형 텍스처, 플로 라인, 싱크가 얇은 막을 통해 드러나 오렌지 필로 오인될 수 있습니다.

확인 방법. 실제 재료 온도에서 유출 컵(efflux cup)으로 건에서의 점도를 측정하고, 습윤 및 건조 막 두께를 측정하며, 모든 도포 파라미터를 코팅 공급업체의 기술 데이터시트와 비교하십시오. 양산 부품과 함께 매끄러운 기준 패널도 코팅하십시오. 패널은 매끄러운데 부품은 그렇지 않다면 기재 표면이 영향을 주고 있는 것입니다.

드라이 스프레이

외관. 분무된 액적이 일부 건조된 상태로 도달해 서로 흘러 합쳐지지 못한, 거칠고 모래 같으며 광택이 낮은 표면입니다. 가장자리, 부품의 먼 쪽, 오버스프레이를 받는 부위에 집중되는 경우가 많습니다.

일반적인 근본 원인. 건이 부품에서 너무 멀리 유지됨, 분무 압력이 너무 높음, 부스 온도에 비해 용제가 너무 빠름, 높은 공기 흐름, 인접한 패스의 오버스프레이에 부품이 노출되는 지그 구성. 스프레이 경로에 대한 불량 발생 위치를 지도화하고 건 거리와 용제 조합을 통제하며 바꿔 보면서 확인하십시오.

흐름과 처짐

외관. 젖은 막이 굳기 전에 중력으로 흘러내려 수직면에 커튼, 방울, 하단 가장자리의 두꺼워짐이 생긴 것입니다.

일반적인 근본 원인. 과도한 막 두께, 너무 낮은 점도, 너무 느린 용제, 건이 너무 가깝거나 패스 중첩이 과도함, 막이 유동 상태로 남는 시간을 늘리는 차가운 부품이나 차가운 재료. 부품 형상도 중요합니다. 오목부, 리브, 날카로운 내부 모서리에는 재료가 고입니다. 처진 곳과 인접한 양호한 부위의 막 두께를 측정한 다음 한 번에 하나의 파라미터만 조정하여 확인하십시오.

기재 기인 불량: 솔벤트 팝핑, 핀홀, 가스 방출

외관. 작은 물집, 바닥에 핀 포인트 구멍이 있는 크레이터 또는 열린 핀홀로, 보통 플래시 후나 베이크 중에 나타납니다.

• 코팅 및 경화: 막 두께가 두껍거나, 플래시가 짧거나, 베이크 온도로 너무 빨리 올려서 표면이 너무 빨리 피막을 형성해 그 아래에 용제가 갇힌 경우입니다. 전형적인 솔벤트 팝핑입니다.
• 기재 및 성형: 부품 자체에서 가스가 빠져나오는 경우입니다. 나일론, 폴리카보네이트, ABS 같은 흡습성 수지는 수분을 흡수하며, 코팅된 부품이 가열될 때 이것이 방출됩니다. 보이드, 다공성, 스플레이, 니트 라인 또는 환기가 불량한 부위에 갇힌 가스도 젖은 막을 통해 가스를 방출할 수 있습니다.

확인 방법. 불량 부위를 단면 절단해 확대 관찰하십시오. 기재 계면에서 시작되는 보이드는 가스 방출을, 막 내부에 국한된 기포는 용제 갇힘을 가리킵니다. 코팅하지 않은 부품을 동일한 사이클로 베이크한 뒤 표면 파손 여부를 검사하십시오. 코팅 전에 부품을 건조 또는 예열한 시험과 플래시를 연장한 시험을 각각 수행하면, 그 반응으로 기재 수분과 용제 갇힘을 구분할 수 있습니다. 불량 위치를 니트 라인, 게이트, 충전 말단 영역과 연관시켜 보면 성형 공정이 원인임을 알 수 있습니다.

환경 불량: 블러시와 먼지 혼입

블러시

외관. 투명 또는 유색 코팅에 나타나는 우윳빛, 흐릿하거나 희끄무레한 색조로, 보통 국부적이 아니라 표면 전체에 균일합니다.

메커니즘과 원인. 용제가 빠르게 증발하면 젖은 막이 냉각됩니다. 막이 주변 공기의 이슬점 아래로 떨어지면 수분이 막 안으로 응축되어 코팅 성분이 석출되거나 물을 가둘 수 있습니다. 높은 습도, 빠른 용제 조합, 차가운 부품, 강한 공기 흐름이 모두 원인이 됩니다.

확인 방법. 발생 시점을 기록된 부스 온도, 상대 습도, 이슬점과 상관시켜 보십시오. 같은 조건에서 더 느린 용제 조합이나 리타더(retarder)로 시험하면 대개 결론이 납니다. 진정한 블러시를 기재 자체의 백화와 구별하십시오. 기재 백화는 아래에서 다루는 용제 침해 문제입니다.

먼지 혼입

외관. 막 안이나 아래에 박힌 돌출된 점, 섬유 또는 입자입니다.

일반적인 근본 원인. 대부분의 플라스틱은 전기 절연체여서 쉽게 정전기를 띠어 공기 중의 먼지를 끌어당깁니다. 원인으로는 포장재, 골판지, 의류 섬유, 열화된 부스 필터, 스프레이 장비, 코팅 자체의 겔 입자나 여과되지 않은 재료가 있습니다. 금형 플래시나 열화된 수지도 이물로 나타날 수 있습니다.

확인 방법. 현미경으로 이물을 관찰하고 필요하면 단면을 절단하십시오. 입자가 막 아래에 있는지 내부에 있는지, 섬유인지 도료 겔인지 폴리머 조각인지에 따라 출처를 알 수 있습니다. 부스로 들어가는 부품의 정전기를 측정하면 이온화 에어 블로우 오프가 작동하는지 알 수 있습니다.

접착 불량: 불량한 접착과 가장자리 들뜸

외관. 크로스해치 테이프 시험에서 불합격하거나, 취급 시 벗겨지거나, 부품의 가장자리, 모서리, 구멍 주변에서 먼저 들뜨는 코팅입니다.

일반적인 근본 원인. 낮은 기재 표면 에너지, 3차원 부품의 가장자리, 오목부, 뒷면에 닿지 않는 전처리, 오염, 수지에 맞지 않는 코팅 화학 조성, 미경화, 그리고 막이 얇거나 날카로운 반경 때문에 코팅이 적게 남는 가장자리에 집중되는 코팅 수축 응력.

확인 방법. 파손 계면을 찾고, 면 대비 가장자리의 표면 에너지를 확인하며, 경화를 검증하십시오. 접착 손실 조사는 당사 가이드 플라스틱 부품에서 도료와 잉크가 박리되는 이유에서 단계별로 다루며, 전처리 선택은 플라스틱 표면 전처리에서 다룹니다.

용제 침해: 백화, 크레이징, 응력 균열

외관. 서리 같은 백화, 미세한 크레이즈 네트워크, 또는 코팅 아래나 부근의 기재에 보이는 균열입니다. 균열은 플래시 중, 베이크 후, 또는 사용 중 며칠에서 몇 주 뒤에 나타날 수 있으며, 게이트, 니트 라인, 날카로운 모서리, 보스, 성형 인서트 부근에 집중되는 경우가 많습니다.

메커니즘. 폴리카보네이트, ABS, PC/ABS 블렌드, 아크릴, 폴리스티렌 같은 비정질 수지는 코팅 속 용제에 취약합니다. 용제가 표면을 가소화하며, 성형, 조립, 하중으로 인장 응력을 받는 부위에서는 건조 소재가 견딜 수 있는 수준보다 훨씬 낮은 응력에서 크레이즈와 균열이 시작됩니다. 이는 환경 응력 균열의 한 형태입니다.

일반적인 근본 원인. 성형 측면에서는 낮은 용융 온도 또는 금형 온도, 높은 보압, 불균형한 냉각, 날카로운 모서리, 게이트 위치로 인한 높은 성형 잔류 응력이 있습니다. 코팅 측면에서는 강한 용제, 긴 젖음 유지 시간, 용제를 표면에 붙잡아 두는 두꺼운 막이 있습니다.

확인 방법. 수지를 크레이징시키는 것으로 알려진 시약에 정해진 응력 수준으로 부품을 노출하는 용제 응력 침지 시험은 성형 잔류 응력이 집중된 곳을 드러냅니다. ABS에는 빙초산 침지가 오랜 관행이며, 수지 공급업체는 다른 소재에 대해서도 유사한 방법을 공개합니다. 투명 부품은 교차 편광판 사이에서 관찰할 수 있습니다. 어닐링 시험도 유용합니다. 부품 한 세트를 수지의 열변형 온도 아래에서 어닐링하고, 어닐링하지 않은 대조군과 함께 코팅한 뒤 비교하십시오. 어닐링한 부품이 균열에 저항한다면 성형 잔류 응력이 원인이며, 지속적인 해결책은 금형 또는 공정에 있고 더 약한 코팅 시스템과 병행할 수도 있습니다.

체계적인 문제 해결 순서 만들기

코팅 불량 조사는 여러 가지를 한꺼번에 바꾸거나 처음 그럴듯해 보이는 설명에 따라 행동하는 경우에 가장 자주 잘못됩니다. 규율 있는 순서가 이 두 가지를 모두 피하게 해 줍니다.

• 불량을 문서화하십시오. 확대 촬영하고 부품상의 위치, 발생 빈도, 시작 시점을 기록하십시오. 같은 기간의 불량품과 양품을 보관하십시오.
• 층별로 분류하십시오. 단면 관찰로 불량이 막 내부, 계면, 기재 중 어디에 있는지 판단하십시오. 이것만으로도 원인의 전체 범주가 제거됩니다.
• 무엇이 바뀌었는지 물으십시오. 수지 로트, 착색제, 리그라인드 비율, 이형제, 금형 정비, 전처리 설정, 코팅 배치, 신너, 부스 필터, 날씨, 인력 배치가 모두 후보입니다.
• 표면을 측정하십시오. 성형 직후, 취급 후, 전처리 후의 부품에서 표면 에너지를 확인하십시오.
• 데이터시트에 비추어 도포를 점검하십시오. 점도, 온도, 막 두께, 플래시 시간, 경화 스케줄, 환경을 확인하십시오.
• 통제된 시험을 수행하십시오. 한 번에 한 변수만 바꾸고, 대조군을 포함하며, 불량률이 정상 편차를 넘어 움직이는 것을 볼 수 있을 만큼 충분한 수의 부품을 사용하십시오.
• 원인을 입증하십시오. 가장 강력한 확인은 의심되는 변수를 바꿔서 불량을 껐다가 다시 켤 수 있는 것입니다.

성형 부품의 세정, 전처리, 코팅 선택에 대한 추가 배경은 도장 전 플라스틱 준비를 참조하십시오.

사양과 공정 관리를 통한 재발 방지

수정되었지만 사양에 반영되지 않은 불량은 공급업체, 작업자 또는 소재가 바뀔 때 되돌아옵니다. 지속적인 예방에는 보통 다음이 포함됩니다.

• 기재 요건: 외부 이형제를 금지하거나 관리하고, 허용 가능한 첨가제 패키지를 정의하며, 리그라인드를 제한하고, 흡습성 수지의 건조를 명시하며, 취약한 수지에 용제계 코팅을 사용하는 경우 성형 잔류 응력 합격 시험을 설정합니다.
• 표면 준비 관리: 정의된 세정 공정, 측정된 표면 에너지 또는 접촉각 목표를 가진 전처리 파라미터, 검증 빈도.
• 공장 위생: 코팅 구역의 실리콘 프리 정책, 깨끗한 장갑과 포장재, 압축 공기의 여과와 건조 및 주기적 점검.
• 도포 창: 문서화된 점도, 막 두께, 플래시 및 경화 한계, 그리고 기록되는 부스 온도, 습도, 이슬점.
• 변경 관리: 수지, 착색제, 첨가제, 이형제, 코팅 배합의 변경 통보를 요구하고 양산 전에 재검증합니다.

코팅 선택도 중요합니다. 수지, 형상, 사용 환경에 맞는 시스템은 산업용 코팅 페이지에서 설명하듯 더 넓은 공정 창을 남깁니다.

도움이 필요하십니까?

The Sabreen Group은 성형 플라스틱 부품의 코팅 불량 근본 원인 분석, 표면 전처리, 코팅 공정 개발에 대한 독립적인 엔지니어링 지원을 제공합니다. 당사 엔지니어링 서비스 팀은 제조업체와 함께 공정 개발, 소재 검증, 양산 문제 해결을 수행합니다. 귀사의 적용 사례에 대해 논의하려면 문의해 주십시오.

자주 묻는 질문

오염에 의한 크레이터와 솔벤트 팝을 어떻게 구분합니까?

오염 크레이터는 보통 코팅이 아직 젖어 있는 동안 형성되며 막이 한 지점에서 물러난 모습을 보이고 가장자리가 솟아 있는 경우가 많습니다. 솔벤트 팝과 가스 방출 불량은 보통 플래시 또는 베이크 중에 나타나며 중앙에 핀홀이나 물집이 있는 경우가 많습니다. 불량이 기재에서 시작되는지 막 내부에서 시작되는지 보여 주는 단면과 부품의 젖음성 지도를 함께 보면 대개 둘을 구별할 수 있습니다.

부품이 깨끗해 보여도 이형제가 코팅 불량을 일으킬 수 있습니까?

그렇습니다. 실리콘과 기타 이형제는 육안으로 보이지 않는 매우 낮은 표면 농도에서도 영향을 줄 수 있습니다. 접촉각 또는 다인 점검과 표면 분석은 육안 검사로 찾을 수 없는 이형제를 검출합니다. 이형제 도포를 중단한 뒤에도 잔류물이 금형에서 이후 샷으로 옮겨 갈 수 있습니다.

균열이 코팅 직후가 아니라 며칠 뒤에 나타나는 이유는 무엇입니까?

막에 남았거나 기재에 흡수된 용제는 부품이 라인을 떠난 뒤에도 응력이 걸린 영역에 계속 작용할 수 있으며, 조립이나 사용 중의 하중이 응력을 더합니다. 환경 응력 균열은 시간 의존적이므로 최종 검사를 통과한 부품도 나중에 크레이징이나 균열이 생길 수 있습니다. 용제 응력 시험과 어닐링 시험은 성형 잔류 응력이 원인인지 밝히는 데 도움이 됩니다.

블러시는 코팅의 문제입니까, 부스의 문제입니까?

보통 둘 다입니다. 블러시는 증발하는 용제가 막을 이슬점 아래로 냉각시켜 수분이 막 안으로 응축되면서 생기므로 습도와 온도 관리가 핵심입니다. 더 느린 용제 조합이나 리타더는 공정 창을 넓힐 수 있지만, 부스의 이슬점을 기록하는 것이 재발을 막는 가장 확실한 방법입니다.

불량을 예방하려면 성형 부품의 코팅 사양에 무엇이 포함되어야 합니까?

이형제 제한, 건조 및 리그라인드 한도 같은 기재 요건, 측정 가능한 표면 에너지 목표를 가진 표면 준비, 막 두께와 경화를 포함한 코팅 도포 창, 부스의 환경 한계, 수지, 첨가제, 코팅 배합에 대한 변경 관리 요건을 다뤄야 합니다. 합격 판정이 객관적이 되도록 외관 기준과 접착 시험 방법을 정의해야 합니다.

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