제3장
벽 두께
가능한 한 많이, 가능한 한 적게

벽 두께
엔지니어링 플라스틱 부품 설계시 얻어진 경험을 바탕으로 간단한 설계 지침이 형성되었는데 그 중 하나가 벽 두께 설계로 제품의 품질에 지대한 영향을 준다.

부품의 spec. 기준에 미치는 영향
부품의 벽 두께를 변경하면 다음과 같은 주요 물성에 큰 영향을 준다.

□ 부품중량
□ 금형내의 유동 길이
□ 부품의 생산 사이클 시간
□ 성형 부품의 강성
□ 허용 오차
□ 표면 마무리, 휨, 보이드 등의 부품 품질

유동 통로와 벽 두께의 비율
초기 설계 단계에서는 주어진 재료로 원하는 벽 두께를 얻는 것이 가능한지를 확인 해야 한다. 유동 통로와 벽 두께의 비율은 사출 성형 공정의 금형 캐비티 충진에 매우 큰 영향을 준다. 유동 길이가 길고 벽 두께가 얇은 부품을 성형할 때는 용융 점도가 비교적 낮은(용융 유동이 용이한) 수지를 사용해야 한다. 용융 수지의 유동 특성을 알려면 특수 금형을 이용하여 유동 길이를 측정하면 된다(그림 1~2 ).
 

그림. 1

그림. 2

벽 두께와 굴절률  
평형한 시트의 굴곡 강도는 재료의 고유 탄성률과 시트 단면의 관성 모멘트에 따라 결정된다. 플라스틱 부품의 강도를 증가시키려고 무턱대고 벽 두께를 증가시키면, 특히 결정성 재료의 경우 심각한 문제가 발생할 수 있다. 유리섬유 강화 재료의 경우, 벽 두께를 변화시키면 유리섬유의 배향에도 영향이 있다. 즉, 금형 벽 쪽에 가까운 유리섬유는 유동 방향의 배향을 가지는 반면, 벽 단면의 중심부 쪽의 유리섬유 배향은 임의 배향이 되는 것이다.
벽 두께를 늘리면 유리섬유가 임의로 배향된 단면의 면적이 증가하게 된다. 반면, 유리섬유가 유동방향으로 배향된 쪽의 두께는 거의 변하지 않는다(그림 3 ).
이와 같이 유리섬유 강화 플라스틱 부품의 강성을 결정하는 경계 지역은 벽 두께에 비례하여 감소하게 되며, 이 때문에 그림 4에서와 같이 벽 두께가 증가하면 굴곡률은 감소하게 되는 것이다. 따라서, 표준 시험용 바(3.2mm)로 측정한 강도값은 벽 두께가 다른 경우 직접 적용할 수가 없다. 부품의 특성을 예측하려면 안전 계수를 사용해야 한다. 따라서 무턱대고 벽 두께를 증기시키면 강성의 향상은 별로 없는 반면, 재료비와 생산비만 증가하게 된다.

벽 두께를 늘릴 것인가?
벽 두께를 증가시키면 기계적 특성뿐 아니라 마무리 제품의 품질도 변화한다. 플라스틱 부품 설계시에는 벽의 두께를 균일하게 하는 것이 중요하다. 동일 부품 내에서 벽 두께가 다른 경우 수축률에 차이가 생기는데 그렇게 되면 부품의 강성에 따라 심각한 휨 현상이나 치수 정확성이 떨어지는 문제를 야기한다(그림 6 ). 벽 두께를 균일하게 하려면 두꺼운 벽 부분을 코어처리하여야 한다(그림 5 ). 이렇게 하면 빈틈이 생기는 것을 막고 내부 스트레스를 줄일 수 있으며 휨성도 최소화된다. 부품 내에 보이드나 미세한 구멍이 있으면 단면이 좁아지고, 내부 스트레스가 커지며, 경우에 따라서는 노치 효과가 생겨 기계적 특성이 현저하게 나빠진다.

그림. 3 

그림. 4