플라스틱 장식 및 마감

장식 및 마감

컨셉부터 상업화까지의 탁월한 공정 역량

훌륭한 외관의 제품은 저절로 만들어지지 않습니다! SABREEN은 1992년부터 34개국 525개 기업의 플라스틱 제조 문제를 해결해 왔습니다. 당사의 혁신적인 기술은 국제우주정거장(ISS)과 제약 제품에서부터 수중 액션 카메라에 이르기까지, 오늘날 가장 널리 알려진 군용 및 상업용 제품 다수의 제조에 활용되고 있습니다. SABREEN의 엔지니어링은 스미소니언 국립박물관에 소장된 올해의 제약/의료 포장 제품을 포함하여 고객사에 다수의 업계 최고 권위 상을 안겨 주었습니다. 당사는 프로젝트 초기 단계부터 참여함으로써 일정을 단축시킵니다.

SABREEN의 혁신적인 공정은 제조 비용 절감, 식스 시그마 품질, 결정적인 시장 경쟁력을 실현합니다. 귀사를 위한 역동적인 외관의 제품을 함께 만들어 보십시오.

폴리올레핀의 밀폐 실링을 위한 맞춤형 접착 및 경화 기술

백라이트 '주간/야간' 자동차 버튼 도장 및 레이저 애블레이션

윤곽 표면 원통형 펜에 대한 디지털 인쇄(잉크젯)

PPS 잠금장치 다이얼에 대한 360° 패드 인쇄, 60° 구배각

열가소성 엘라스토머 및 고무에 대한 디지털 컬러 잉크젯 인쇄 및 레이저 마킹. 대량 맞춤화.

제품 정보 및 제품 보안을 위한 서브서피스 레이저 마킹

대량 맞춤화를 위한 디지털 인쇄

접착력 및 고내충격성을 위한 특수 투명 톱코트

식기세척기 사용 안정성을 위한 FDA 내화학성 투명 톱코트 적용 풀컬러 디지털 인쇄

수상 경력의 제약/의료용 패셔너블 피임 기구 휴대 케이스

슬레이트, 삼나무 지붕널을 재현하도록 장식/코팅된 폴리머 지붕재, 40년 보증 내광성, 내화 및 내풍성

소프트터치 및 우드그레인을 재현하는 맞춤형 장식 및 특수 효과 톱코팅

가공업체는 용기 및 기타 플라스틱 부품에 눈길을 끄는 효과를 내기 위해 다양한 2차 가공 공정을 활용합니다. 또한 특수 효과 착색제를 플라스틱 부품에 몰딩하여 그 자체로 매력적인 외관을 구현할 수도 있습니다. 더 나아가 이러한 착색제를 스프레이 도장, 패드 인쇄, 하이드로그래픽, 레이저 마킹, 금속화 등 2차 공정과 결합하면 독특한 시각적·촉각적 특수 효과를 얻을 수 있습니다.

특수 효과 착색제의 종류

표 1은 특수 효과 안료 및 염료의 6대 주요 분류를 정리한 것입니다. 모두 중금속 무함유 제품으로 제공되며, 일부는 FDA 플라스틱 규정을 준수합니다.

표 1은 특수 효과 안료 및 염료의 6대 주요 분류를 정리한 것입니다. 모두 중금속 무함유 제품으로 제공되며, 일부는 FDA 플라스틱 규정을 준수합니다:

펄 안료. 도료, 잉크, 플라스틱에 사용되는 주요 펄 안료는 이산화티타늄으로 코팅된 운모 박편을 기반으로 합니다. 코팅 두께가 증가함에 따라 색상은 은백색에서 황색, 적색, 청색, 녹색으로 변화합니다. 산화철(골드 및 베이지) 또는 산화크롬(녹색)으로 2차 코팅을 추가하면 다른 색상을 얻을 수 있으며, 이산화티타늄을 산화철로 대체하면 브론즈 및 코퍼 등 다양한 금속 색상을 구현할 수 있습니다.

메탈릭 안료. 메탈릭 안료는 구리 합금 및 알루미늄으로 제조되며 다양한 색상과 입자 형태로 제공됩니다. 구리 계열은 밝은 녹황금색에서 적금색까지 다양합니다. 알루미늄 계열은 은색 및 은회색을 띱니다. 원래는 광택을 극대화하기 위해 대부분 박편 형태로 제공되었습니다. 펄 안료와 마찬가지로 플라스틱 가공업체는 입자 형태를 보존하기 위해 전단력을 최소화하는 데 주의를 기울여야 하며, 일반적으로 컬러리스트는 서로 다른 입자 크기의 안료를 배합하여 원하는 광택과 은폐력의 균형을 맞춥니다. 작은 입자는 은폐력을, 큰 입자는 광택을 제공합니다. 메탈릭 안료는 열과 전기를 전도하기 때문에 장식 목적 외에 다른 기능적 특성을 부여하는 데에도 자주 사용됩니다.

형광 염료 및 안료. 흔히 '주간 발광' 색상이라고 불리는 형광 색상은 이른바 '이쪽에서 빌려 저쪽에 갚는' 방식으로 작동합니다. 일광은 자외선, 가시광선, 적외선으로 구성됩니다. 일반 안료의 경우 우리가 보는 색상은 물체에 닿은 가시광선 중 특정 파장이 반사되어 나타납니다. 형광 안료 및 염료는 가시광선뿐 아니라 자외선도 활용합니다. 이들의 화학적 구성상 흡수한 자외선의 일부를 가시광선으로 방출할 수 있습니다. 이렇게 방출된 빛이 반사된 가시광선에 더해져 훨씬 더 밝고 발광하는 듯한 색상을 만들어냅니다. 상업용 형광 조명에서도 유사한 효과가 나타납니다. 껌부터 세탁 세제에 이르기까지 다양한 소비재 제품이 구매자의 시선을 끌기 위해 형광 용기에 포장되어 왔습니다.

축광 안료. '어둠 속에서 빛나는' 안료라고도 불리는 축광 안료는 조명 스위치, 다이얼, TV 리모컨 버튼, 완구 등 다양한 용도에 점점 더 많이 적용되고 있습니다. 일반 안료는 빛을 흡수하는 만큼 빠르게 방출하는 반면, 축광 안료는 광원과 다르게 상호작용합니다. 이 안료는 넓은 파장 범위에 걸쳐 빛을 쉽게 흡수하지만 매우 서서히 시간을 두고 재방출합니다. 원래 이러한 안료는 황화카드뮴 화학에 의존했지만, 오늘날 여러 업체가 중금속 무함유 제품을 제공하고 있습니다. 이러한 안료로 착색된 제품은 가시광선(일반 백열전구로도 충분함)에 노출시켜 '충전'하면 광원에서 제거된 후에도 몇 시간 동안 발광합니다.

서모크로믹 및 포토크로믹 착색제. 이러한 착색제는 인상적인 색상 변화 효과를 제공합니다. 이름에서 알 수 있듯이 서모크로믹 착색제는 온도 변화에 반응하여 색이 변합니다. 이는 염료, 활성제, 용제로 구성된 복합 착색제입니다. 용제의 융점이 색상 변화가 일어나는 온도를 결정하며, 염료가 색상을 결정합니다. 서모크로믹은 '연질 플라스틱'에서 가장 효과적입니다. 예를 들어 PP, 크리스탈 폴리스티렌, 경질 PVC보다 PE, 내충격 폴리스티렌, 연질 PVC에서 더 효과적입니다. 이는 연질 플라스틱이 필요한 3가지 성분을 모두 수용할 수 있는 자유 체적을 더 많이 갖고 있기 때문입니다. 시판되는 서모크로믹 제품은 가격 편차가 크지만, 뚜렷한 색상 변화 효과를 얻으려면 모두 상당히 높은 함량으로 사용해야 합니다. 포토크로믹 착색제는 햇빛에 노출되면 분자 구조가 변하는 염료를 기반으로 합니다. 포토크로믹은 낮은 함량(약 0.5% 이하)으로도 사용할 수 있으며 투명 플라스틱에 잘 적용됩니다.

장식용 수성 코팅은 뛰어난 외관, 기능성, 가치를 제공하며 친환경적입니다. 수성 코팅은 물을 매개체로 사용하여 플라스틱 표면에 코팅을 전달하는 빠르게 발전 중인 기술로, 다수의 용제형 코팅을 대체하며 새로운 표준으로 자리 잡고 있습니다. 오늘날의 수성 화학 기술은 많은 용도에서 용제형 코팅과 동등하거나 그 이상의 외관 및 물성 성능을 제공할 수 있습니다.

고성능 수성 코팅은 초고급 장식 마감 기준을 달성하며 다양한 도장 및 코팅 시장 부문에서 빠르게 자리 잡고 있습니다. 수성 코팅은 환경 친화적('그린')이며 엄격한 배출 규제를 충족하므로, 제조업체는 여러 용도에서 용제형 도장 시스템에서 전환할 수 있게 되었습니다. 수성 코팅은 독성이 낮고 VOC 함량이 낮으며 인화성도 낮습니다. 이를 사용하면 대기 배출을 줄이고 근로자의 건강과 안전을 개선할 수 있습니다.

수성 코팅은 a) 증발 건조, b) 오븐 베이크, c) UV 경화 등 다양한 경화 방식으로 제공됩니다. 최근 몇 년간 자동차, 해양, 건축 OEM 업계에서는 안료가 함유된 수성 코팅 및 클리어코트(톱코트) 수성 코팅의 사용을 크게 늘려 왔습니다.

용제형 코팅에서 유동화 매체는 유기 용제 또는 유기 용제의 혼합물(MEK, MIBK, 자일렌, 톨루엔 등)입니다. '수성' 코팅으로 분류되려면 물이 중요하거나 주된 유동화 매체여야 합니다. 수성 코팅으로 분류되는 대부분의 코팅에는 유동화 매체에 일부 유기 공용제도 포함됩니다. 이는 대체로 저분자량의 극성 케톤, 알코올, 에스터 계열입니다. 일반적인 화학 조성은 물 약 50%, 고형분 약 45%, 공용제 약 5%(유동화 매체 중 2~20% 범위)입니다.

공정 적용

일반적인 적용 공정을 수성 코팅에도 사용할 수 있으며, 여기에는 다양한 스프레이 방식과 딥 코팅이 모두 포함됩니다. 이 점은 점도가 높아 딥 코팅이 불가능한 고형분 도료에 비해 수성 공정이 갖는 장점입니다. 스프레이 방식에는 전통적인 공기 무화, HVLP, 무공기(에어리스), 공기 보조 무공기 방식이 포함됩니다. 스프레이건은 페인트 시너나 아세톤 대신 물 또는 수용성 용액으로 세척할 수 있습니다.

건조 시 고려 사항

수성 코팅의 경화 시간은 용제형 코팅에 비해 훨씬 깁니다. 강제 건조 또는 코팅 베이킹 시에는 스프레이 부스와 오븐 사이에서 충분한 플래시오프 시간을 확보해야 합니다. 그렇지 않으면 용제 팝핑이 발생할 수 있습니다. 또한 부품 표면 온도가 이슬점보다 높도록 하여 응축이 형성되지 않도록 해야 합니다. 이는 일반적으로 따뜻한 계절에는 문제가 되지 않지만 추운 계절에는 유의해야 할 사항입니다.

습도가 높은 따뜻한 날씨는 플래시오프 및 건조 시간을 늘릴 수 있습니다. 습도가 높으면 건조 중 방출된 수증기가 빠져나갈 곳이 없어 도막이 경화되지 않습니다. 적절한 공기 흐름과 온도 상승을 통해 코팅에 신선한 공기를 지속적으로 공급하면 공기가 더 많은 수분을 보유할 수 있는 여력이 생깁니다. 부품이 빙점 이하 온도에 노출되기 전에 코팅에서 모든 수분을 제거해야 합니다. 이를 이행하지 않으면 남아 있는 수분이 동결 시 팽창하면서 접착력 저하가 발생할 수 있습니다.

경화된 코팅 및 잉크의 접착력과 내마모성은 두 가지 핵심 성능 특성이며, 이를 측정하고 관리하는 것은 견고한 제조를 위해 필수적입니다. 접착력과 내마모성은 서로 별개의 물리적 특성이며 고장 모드 분석 시 흔히 오진되곤 합니다. 접착력 및 내마모성 불량은 현장 고장, 스크랩 및 재작업, 수익성 저하, 고객 불만족의 주요 원인입니다. 이러한 특성을 측정하는 기법이 존재합니다.

접착 대 마모

플라스틱 기재에 대한 경화된 코팅 및 잉크의 최적 접착력과 내마모성(저항성)은 제조 과정에서 확보되어야 사용 수명 내내 견디는 고품질 제품을 생산할 수 있습니다. 이러한 특성은 서로 연관되어 있을 수도 있지만 종종 상호 배타적입니다. 즉, 경화된 코팅 및 잉크는 접착력은 우수하지만 내마모성은 떨어지거나, 반대로 접착력은 떨어지지만 내마모성은 우수할 수 있습니다. 접착력과 내마모성에 대한 올바른 시험과 이해는 사양 준수를 보장하며 코팅 및 인쇄 문제 해결에 매우 유용합니다. 고장 메커니즘이 접착(응집), 마모, 혹은 둘 다인지 파악하면 엔지니어링 공정 해결책이 결정됩니다. 이러한 특성을 측정하고 분석하기 위한 전통적인 시험 방법과 새로운 계측 장비가 존재합니다.

접착 시험 방법

ASTM D 3359 접착력 측정을 위한 테이프 시험 표준 시험법은 간편성과 저비용으로 인해 코팅 및 잉크의 접착력을 시험하는 방법 중 역사적으로 가장 잘 알려져 있고 널리 사용되는 방법입니다. 테이프 시험을 수행하는 가장 기본적인 절차는 다음과 같습니다:

• 사용할 테이프에 대한 합의.
• 코팅 및 잉크는 시험 전에 완전히 경화되어야 합니다.
• 시험의 방법 A에 따라 도막에 X자형 절개를 내거나, 방법 B에 따라 각 방향으로 6개 또는 11개의 절개선으로 격자 패턴을 만듭니다.
• 롤 디스펜서에서 테이프 두 겹을 떼어내어 버립니다.
• 손가락으로 테이프를 밀착시킨 후 연필 끝의 지우개 등으로 단단히 문지릅니다. 테이프 아래로 비치는 색상은 완전한 밀착을 나타내는 좋은 지표입니다.
• 도포 후 60~120초 이내에, 자유단을 가능한 한 180도에 가까운 각도로 자체 방향으로 빠르게(잡아채지 않고) 잡아당겨 테이프를 제거합니다.
• 절개 부위를 살펴 기재로부터 코팅이 제거되었는지 확인하고, 사전에 정의된 설명 및 도해 등급(0B, 1B, 2B, 3B, 4B, 5B)에 따라 접착력을 평가합니다.

설계자는 금형 표면에 텍스처를 추가하여 접착력을 향상시킬 수 있습니다. 텍스처는 요철을 만들어 기계적 맞물림 접착을 제공합니다. 텍스처는 금형 공구 내에서 형성하거나, 수작업으로 스카치브라이트 패드와 용제 세정을 통해 구현할 수 있습니다. 몰드인 텍스처는 추가적인 인건비/화학 비용 없이 표면 특성을 유지할 수 있어 선호됩니다. 예를 들어 NTMA 금형 캐비티 마감 '40-다이아몬드 버프 1200방'은 마감 '10-파인 다이아몬드 8000방'(0~3마이크론 범위)에 비해 결합 강도를 향상시킬 가능성이 높습니다. 그림 4 SPI 금형 표면 마감을 참조하십시오. 약간의 텍스처만 있어도 유리합니다. 커넥터와 같이 홈이 있는 구멍 용도의 경우, 금형에 에칭 코어 핀을 사용하는 것이 매우 효과적입니다.

잉크-폴리머 기재 적합성 — 잉크젯 인쇄가 가장 까다로운 폴리머로는 아세탈(POM), 폴리아미드(나일론), 폴리올레핀, 폴리에스터(PET), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드 '캡톤'(PI), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리우레탄(PUR) 등이 있습니다. 설계자는 경량 금속 대체, 강성 및 강도, 내화학성, 고온 사용 환경에서의 물성 등을 이유로 이러한 저표면에너지(LSE) 소재를 선택합니다.

성공적인 인쇄 및 장식을 위해서는 잉크와 코팅이 폴리머 표면에 장기적인 접착력을 확보해야 합니다. 접착력은 대부분 표면 현상에 좌우됩니다. 즉, 고온 상태의 잉크가 프린트헤드에서 원활히 분사되어 기재와 적절히 상호작용해야 합니다. 잉크는 폴리머 기재 표면과 밀접하게 접촉할 수 있어야 합니다. 이러한 밀접 접촉을 습윤(웨팅) 또는 표면 습윤이라고 하며, 이는 잉크가 표면에 퍼지는 능력을 의미합니다. 대부분의 폴리머 표면은 본질적으로 소수성이어서 습윤에 저항합니다. 이러한 플라스틱은 특징적으로 화학적으로 불활성이고 다공성이 없는 표면으로 표면 에너지가 낮아, 인쇄 접착이 거의 불가능합니다. 표면 에너지란 고체의 (벌크가 아닌) 표면에 존재하는 잉여 에너지입니다. 표면의 분자는 벌크 내부의 분자만큼 많은 동종 이웃 분자와 상호작용할 수 없기 때문에 이러한 잉여 에너지가 존재하며, 따라서 잉여 상호작용 에너지를 갖게 됩니다.

예를 들어 — 흔히 나일론으로 알려진 폴리아미드는 반결정성 폴리머입니다. 가장 일반적인 등급은 나일론 6과 나일론 6/6입니다. 나일론 폴리머는 소수성이고 화학적으로 불활성이며 표면 습윤성이 낮기(즉, 표면 에너지가 낮기) 때문에 본질적으로 접착이 어렵습니다. 또한 나일론은 흡습성이 있어 대기 중 수분을 자체 질량의 3% 이상 흡수할 수 있습니다. 수분 자체가 접착 문제를 일으킵니다. 나일론 수지의 적절한 건조 절차는 가공 및 부품 성능에 매우 중요합니다. 특히 나일론의 소수성 거동은 표면 특성이며, 친수성 거동은 벌크 특성이라는 점에 주목해야 합니다. 나일론은 유기 폴리머이므로 표면 에너지가 비교적 낮습니다. 이는 폴리머 및 기타 유기물의 표면 화학 및 표면 물리학에 따른 결과입니다. 그러나 나일론 사슬 내 아마이드기는 물을 끌어당기며, 이로 인해 벌크 수분 흡수와 관련하여 이 소재의 친수성 거동이 나타납니다. 따라서 벌크 상태에서 나일론은 친수성 소재처럼 거동할 수 있지만, 표면에서는 소수성 거동을 나타낼 수 있습니다.

폴리페닐렌 설파이드(PPS)는 첨단 엔지니어링 플라스틱 중 부식성 물질에 대해 가장 폭넓은 저항성을 제공합니다. PPS 제품은 흡습성이 없으므로 나일론(폴리아미드)과 같은 치수 팽창 문제가 발생하지 않습니다. 그러나 성형 부품에는 건조된 수지를 사용하는 것이 중요합니다. 수분 자체가 문제를 일으킵니다. 수분 함량이 높으면 기공이 생길 수 있으며, 이는 부품 성능에 악영향을 미치고 접착력에 영향을 주며 외관을 저해할 수 있습니다. 건조와 가공 사이의 시간은 최대한 짧아야 합니다. PPS는 제습 호퍼 건조기에서 건조해야 합니다. 열풍 오븐은 일반적으로 권장되지 않습니다. 완전한 결정 상태를 얻으려면 최소 275~300°F의 금형 온도가 필요합니다. PPS를 275°F 미만에서 성형하면 성형품은 비정질 또는 반결정 상태가 되며, 더 높은 사용 온도(열경화 포함)에 노출될 때까지 이 상태를 유지합니다. 사용 온도가 성형 온도를 초과하면 부품은 더 결정화되어 치수 및 물성 변화가 발생합니다. 예를 들어, 비결정 상태로 성형된 40% 유리섬유 충전 PPS의 열변형온도(HDT, @264psi/1.8MPa)는 350°F에 불과하지만, 결정 상태에서는 500°F(260°C) 이상으로 상승합니다. 또한 금형 온도는 표면 외관에 큰 영향을 미칩니다.

실리콘, 이형제, 방활제, 공정 첨가제와 같은 저분자량 물질은 잉크가 접착에 필수적인 밀접 접촉을 이루며 흐르는 능력을 저해합니다. 안료 및 염료 착색제에 사용되는 특정 가용성 또는 불용성 배합제는 접착력에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 성형 표면의 화학적 구성, 텍스처, 다공성은 잉크의 흐름과 접착력에 큰 영향을 미칩니다. 처리 및 접착의 정도나 품질은 플라스틱 표면의 청결도에 영향을 받습니다. 최적의 전처리 및 이후 잉크 접착을 달성하려면 표면이 깨끗해야 합니다. 실리콘 이형제, 먼지, 분진, 그리스, 오일, 지문과 같은 표면 오염은 처리를 저해합니다.

소재의 순도 또한 중요한 요소입니다. 처리된 플라스틱의 저장 수명은 수지 종류, 배합, 보관 장소의 주변 환경에 따라 달라집니다. 처리된 제품의 저장 수명은 산화방지제, 가소제, 활제, 대전방지제, 착색제 및 안료, 안정제 등 저분자량 산화 물질(LMWOM)의 존재로 인해 제한됩니다. 처리된 표면이 고온에 노출되면 분자 사슬 이동성이 증가하며, 사슬 이동성이 높을수록 처리 효과의 노화가 빨라집니다. 처리된 소재의 폴리머 사슬 이동성으로 인해 처리 과정에서 형성된 결합 부위가 표면에서 멀어지게 됩니다. 이러한 성분은 결국 폴리머 표면으로 이동할 수 있습니다.

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