성형품질관리 개선방안
부품결함 및 제품반환으로 인한 부가비용은 제품업체가 성형업체에 더욱더 품질 보증을 요구하게 됩니다.
특히 자동차 제조회사 및 관련부품 제조업체들은 소비자의 품질에 대한 인식을 높이기 위한 노력의 방편으로 조립 및 후 가공뿐만 아니라 내구성과 신뢰성에 대해서도 부품 공급업체에 많은 책임을 요구합니다. 일반적으로 성형업체는 최종 부품 공급 처이므로 사용자가 원하는 품질을 만족시킬 수 있는 능력 중 상당한 부분이 성형업체에 의해 좌우됩니다. 또한 제품의 불합격을 예상하는 것도 경상비용의 견지에서 유리합니다.  

품질은 가격과 밀접한 관계를 가지고 있습니다.
성형업체는 다양한 업무에 대해 어떻게 품질 관리를 하고 이윤을 지속적으로 추구할 수 있을까요?
그 중 한가지 방법은 불필요한 시험이나 최종사용에 관계없는 시험을 제외하는 것입니다.
예를 들면 실사용 시 보이지 않는 부분의 미려한 색상 또는 광택 측정 같은 시험입니다. 또한 성형업체는 사용자가 요구하는 품질관리의 시험은 견적 시 비용에 포함시켜야 합니다.
원가 및 품질을 판단하는 중요한 요소들은 사용자와 충분히 의논하여 규격 표, 절차, 기간을 포함하여 품질 관리 시험 및 관리 한계를 설정 시 충분히 검토하여야 합니다.
추가로 장기 계약의 유리한 점을 성형업체와 사용자 모두 고려하여야 됩니다. 또한 사용자는 성형업체에 품질보증 요구보다도 가격에만 집착하여 갑작스러운 금형철회 또는 성형업체를 바꾸는 시도는 지양하여야 합니다. 왜냐하면 사용자의 목적이 제품 불량 및 보증 취소를 피하기 위한다면 가격에 우선을 두는 행위는 비경제적일 수도 있습니다.
성형업체 또한 자신의 확실한 자산인 품질을 유지하기 위한 작업 기술의 경험을 사용자에 알리는 의사교환의 기회를 추구하시고 비가동 시간을 줄여 최종 제품 가격을 조절하여야 합니다.

시험을 위한 행동원칙
어떤 특정한 시험의 선택은 다음에 따르는 기준에 따라 성형업체가 검토하여야 합니다.
1) 사용자의 규격과 관련이 있어야 하며
2) 적용이 간편하고 경제적이며
3) 성형 시 잘못된 현상 즉 수지의 오염 상태, 첨가제 및 성형조건의 변동사항을 즉시 파악할 수 있어야 합니다.

성형업체 자신이 간단하고 경제적이며 의미 있는 품질시험을 판단하여 결정하면 품질관리는 아주 쉬어집니다. 이러한 품질 관리 시험은 정기적으로 실시하여 시험결과를 기록하여 사출 성형조건에 반영되어야 합니다. 또한 이러한 시험절차는 가능한 한 완제품의 경우에도 적용되어야 합니다.

다음 사항은 성형업체의 품질보증 시험을 위한 근본으로 사용할 수 있는 일반적이고 실행 가능한 시험 절차입니다. 성형업체는 자신이 조절하는 가장 큰 요소인 성형조건이 제품의 물리적 성능에 어떠한 영향을 주는가를 관련하여 고려해야 합니다.
내화학성, 전기적 특성 같은 시험은 성형 공정보다 소재 선택에 더 관련되므로 여기서 제외하고 이러한 특정시험은 사용자측에서 실시하여야 합니다.
소재사용에 있어 수지의 기능적 특성에 대한 의문 외에도 성형 공정상 수 많은 변수가 있습니다. 수지 제조업체는 통상 우수한 시험기기를 보유하고 있으며 특수한 시험 방법에 숙련된 인력이 있습니다.
그러나 수지 문제를 검사할 주요한 이유가 있거나 분석을 위해 수지 제조업체에 견 품을 보낼 시간이 없을 경우에 성형업체는 필요한 시험 절차를 알아야 합니다. 뒤에 설명하겠지만 수지 수분율 또는 검사자는 수지의 성형안정성에 통달하여야 합니다. 색상, 펠렛(pellet) 크기의 일치성 그리고 오염상태(수지미립자 사이)의 검사는 간단하며 성형기능을 예상할 수 있습니다.
때때로 어떠한 수지가 사용되었는가를 판별하는 시험이 필요한 경우도 있습니다. 가열, 태움, 용융점 및 비중시험은 수지 제조업체에서 분석하여 수지 판별에 도움을 드립니다. 그러나 이러한 시험은 수지 제조회사에서 실시하는 것이 적합합니다. 그러므로 성형업체의 품질관리를 위한 최종 검사는 성형 된 부품에 한하여 실시해야 합니다.

실용시험의 종류
적절한 품질확인시험을 위한 첫 단계는 아래 세 가지의 근본적인 시험절차의 검토를 포함시켜야 합니다.

문제 해결(Troubleshooting) :
지속적인 외관검사와 기계부분시험, 특히 새 금형의 작동 또는 금형에 관련된 시험은 다른 분류의 시험으로 변경해야 합니다.
품질시험관리(QC Tests) :
품질관리의 체계적인 시험방법은 성형결과를 반영하여 품질을 보증하는 것입니다. 변경된 성형조건은 부품시험에 대하여 도표화 해야 하며 이는 사용자 시험과 연관되어야 하나 중복할 필요는 없습니다.
사용자 시험(End Use Testing) :
최종 적용 요구의 전체 또는 부분이 부품조립 시와 완제품상태에서의 시험은 아마 중복될 것입니다.

사출성형의 물리적 관점인 가열, 수지흐름, 보압 및 냉각은 부품의 기능적 성능의 문제점을 풀 수 있는 실마리로 남아 있습니다. 외관 검사에 의한 문제점의 조기발견은 차후의 품질보증측정의 노고를 덜어줍니다.
금형에 의한 문제점은 제일 먼저 나타나므로 새 금형의 시작 동 동안 부품 검사 절차에 의거 문제점 발견 시 금형을 즉시 수정하는 것은 사업상 제일 중요합니다.
금형의 흠집은 성형 품에 선명하게 비치거나 확대되어 나타납니다. 오염 및 공동(void)은  발광기 C(illuminant)같은 일반 램프나 투과된 빛에 의해 감지할 수 있습니다. 10에서 100배 확대되는 질체 현미경(stero microscope)은 작은 흠집을 볼 수 있을 뿐만 아니라 성형품의 문제점을 관찰할 수 있습니다. 예를 들면 게이트 부근 웰드라인 및 두꺼운 성형품의 한 부분을 절삭하여 관찰하므로 써 문제점을 파악할 수 있습니다.
문제점들은 종종 나타났다가 없어지기도 하는데 예를 들면 수분 함유 율이 높은 재생 재 사용 또는 성형조건의 변경에 따라 표면에 나타나는 스프레이(spray)입니다. 그러므로 성형품의 검사는 정기적으로 계속해야 합니다.

8가지 실용시험
간단한  기계방면  시험은 품질보증 시험 중 핵심입니다. 몇몇 시험은 체계적 운영에 의하여 품질관리시험으로 채택되어 결과를 관리도표로 작성하거나 통계방법을 이용하여 시도하지만 대부분은 문제해결(troubleshooting)의 형태입니다. 열가소성 엔지니어링 플라스틱에 널리 사용되고 있는 실용적인 8가지 시험 방법들이 다음에 소개되어 있습니다.

1. 무게 ( Weight)
성형품의 무게측정은 충진 상태를 파악할 수 있는 가장 편리하고 빠른 방법입니다. 또한 성형품의 치수안정성, 기계적 강도 및 휨 현상을 알 수 있는 적절한 방법입니다. 성형품의 무게 측정은 캐비티 간의 변동 원인인 복잡한 런너시스템을 가진 다수 캐비티 성형 품에 널리 사용됩니다. 정확한 성형 무게 측정을 위해서 0.1g까지 측정 가능한 삼각 받침 저울이 적당합니다. 저울에 미리 무게를 고정한 후 초과 미달을 측정함으로써 일을 빨리 할 수 있습니다. 이때 저울의 일정한 유지가 중요합니다.

2. 밀도 (Density)
캐비티의 크기에 의해 성형품의 최대 부피가 결정되기에 밀도측정은 성형품의 무게 균일성을 알 수 있습니다. 그러나 밀도 측정은 무게 측정보다 정교하여 쉽게 행하기에 다소 어려움이 따릅니다.
밀도 측정이 규정된 규격이라면 잘 알려진 고기술 및 저기술 방법이 있습니다. 일반적인 방법은 밀도가 서로 다른 두 용액 관에 성형 품을 집어 넣어 뜨고 가라앉는 것을 관찰하는 것입니다. 물 치환 방법과 미각제 튜브(gradient tube)는 성형품의 재질을 판별하는데도 사용됩니다.

3. 유동성 (Flow Tendency)
열가소성 엔지니어링 플라스틱의 흐름에 대한 저항(viscosity)은 소재의 분자량을 표시하며 이는 물리적 특성과도 관계가 있습니다. 용융수지의 상대 점도(relative viscosity) 측정기기와 용융지수 측정기기는 수분, 열분해 특히 재생재가 수지에 미치는 영향을 알 수 있습니다. 시험 및 해석은 수지 제조업체에서 알려드립니다. 금형 내에서의 수지의 흐름은 성형품의 균일한 물성을 위해 매 사출마다 일정해야 합니다.  성형업체에서 가능한 유동시험은 런너의 끝에 유동 탭(flow tab)을 설계하는 것입니다. 유동 탭의 길이를 측정하여 흐름의 변화를 감지할 수 있으며 사출조건 변경이나 수지 분해의 가능성을 알 수 있습니다.

4. 수분 (Moisture)
나이론, 폴리에스터, 폴리카보네이트 같은 열가소성 엔지니어링 플라스틱은 수분 함유량이 높으면 물성에 중대한 영향을 미칩니다. 특히 강도가 약해져 잘 깨어지며 치수변화가 심합니다. 이렇게 수분에 민감한 고분자는 미건조 시 성형 품 표면에 스프레이(spray) 또는 버블(bubble)현상을 막을 수 없습니다. 이러한 현상을 사전에 예방할 수 있는 효과적이고 간편한 수지의 수분 함유량을 측정하는 기기들이 있습니다. 듀폰사의 수분 분석기는 전기 전지의 전도성을 이용하여 수분함유량을 측정합니다. 이러한 수분 분석기는 수분함유량을 측정하며 특히 재생수지의 수분함유량 및 건조기의 기능을 확인할 수 있습니다.

5. 오븐가열 (Oven-Heating)
성형품의 잘 보이지 않는 흠도 간단히 오븐가열에 의해 종종 나타납니다. 가열에 의해 성형품의 물성 및 치수가 변하는데 아크릴(acrylic), 폴리카보네이트(PC)같은 비결정성수지의 경우는 응력의 배향성과 이완 때문입니다. 결정성 수지(나이론, 아세탈, 폴리에스터) 경우의 변화는 수지의 결정화도가 더 높아지기 때문입니다. 두 가지 수지 모두 오븐에 가열하는 것은 고온에서의 부품 사용 시 치수안정성, 휨 현상을 검토하는데 가치가 있으며 이러한 아닐링(annealing)의 필요 유무는 응력 완화 또는 결정화의 가속의 필요성에 따릅니다. 또한 부품의 오븐 가열은 낮은 금형 온도 사용, 낮은 용융온도, 불 균일한 용융 및 응력에 의한 균열을 조절하는데 도움이 됩니다. 더욱더 정밀한 화학시험은 응력에 의한 균열을 방지하는 것이 기능상 중요한 요소일 경우 필요합니다.
오븐가열의 적정온도 및 시간은 열가소성 수지의 종류에 의해 결정되지만 경험상 성형 품은 148℃ 또는 완제품의 최고 사용 온도보다 10℃ 높은 온도에서 적어도 30분간은 가열해야 합니다. 모든 플라스틱은 열팽창에 의해 가열동안 분명히 치수가 변하므로 가열 전후의 치수를 기록하여야 합니다.

6. 편광타성검사 (Photoelastic Inspection)
위에서 언급한 잔류응력 때문에 실사용 시 종종 실패를 합니다. 이러한 현상은 제품설계(날카로운 모서리, 구멍, 리브 등등)뿐만 아니라 성형 시 충진 불량에 의해서도 발생합니다. 특히 비결정성수지의 얇은 부분에 잘 나타납니다.
투명한 수지 (아크릴, 폴리카보네이트, 폴리스티렌(PS))의 성형 품은 간단한 기술로 응력분포의 정도를 알 수 있습니다. 투명한 성형 품은 편광(극성을 가지고 여과기를 통과한 백광)을 통해 무지개 색의 응력분포를 표시합니다. 응력은 검은색, 회색, 노란색, 빨간색, 녹색의 순으로 증가합니다. 계속되는 빨간색 및 녹색밴드는 응력집중이 매우 높다는 것을 나타냅니다. 또한 불 균일한 색상은 불규칙한 응력분포를 표시합니다. 이러한 응력을 관찰하기 위해서는 수고정 편광기가 편리합니다.

7. 충격강도시험 (Impact Tests)
충격강도는 성형 품에서 가장 많이 요구되는 물성 중 하나이며 명확한 정의가 필요합니다. 충격강도는 우연히 콩크리트 바닥에 떨어뜨렸을 때 견딜 수 있는 정도를 넘어야 합니다.  이를 위해서 강도는 충격에 대해 견디어야 합니다. 성형 품을 파괴시키는 최대에너지는 성형공정을 검사하는데 유용합니다. 여기서 열가소성 엔지니어링 플라스틱의 충격강도시험은 낙구시험 및 진자 충격시험에 한합니다.
성형품의 기하학적 형태에 따라 충격강도 시험 결과는 상당히 차이가 있으며, 어떠한 시험을 선택할 것인가를 제시합니다. 일반적으로 낙구시험은 불규칙하고 경제적이며, 진자 충격시험은 각 시편으로부터 파단 시 에너지를 알 수 있습니다.
잘 알려진 아이조드(Izod), 샤피(Charpy), 인장충격(tensile impact) 시험은 진자 충격시험의 형태입니다. 물론 이러한 시험들은 ASTM 및 기타 규격에 정의된 시편으로 충격강도를 측정합니다. 이런 규격의 원리인   파단 시 에너지 를 성형 된 부품이나 한 부분을 실사용에 적용할 때 제품의 품질 정도를 예상하는데 도움이 됩니다.

- 파단에너지 충격시험(Energy to Break Impact Test) :
ETB 시험은 성형품의 사용 시 충격을 알기 위한 것에만 한해서는 안됩니다. 왜냐하면 성형품의 충격에 대한 민감성은 성형품의 품질에 중대한 영향을 미치기 때문입니다.  ETB는 최종제품 또는 부품의 일부분에 파단 시 흡수되는 전체에너지를 측정하는 것이며, 시험은 진자 충격방식입니다. 진자의 헤드(head)는 진자가 떨어지는 가장 낮은 위치에 고정축 또는 바이스(vice)에 고정되어 있는 시편을 파괴 시킬 수 있을 만큼 충분히 무거워야 합니다. 진자에 의해 시편이 부러지고 올라간 최고 높이를 측정하여 파단 에너지를 알 수 있습니다. 에너지는 설비의 지시계에 인치 또는 푸트 파운드 (inch or foot-pounds)로 표시되며 이 측정치는 빠른 시간에 얻을 수 있습니다.
시행결과에 대한 판정을 위해서는 수치의 통계적 처리 또한 대단히 중요합니다. 충격강도 결과는 항상 약간의 변동사항이 있는데 이는 성형조건의 갑작스러운 변경 또는 대표치로부터 벗어난 수치로부터 경향을 파악 할 수 있습니다. 성형 후 시험 시 간격은 중요하지는 않지만 일관성은 있어야 합니다. 일반적으로 성형 후 1시간 후가 적당합니다. 충격강도 시험기기는 성형업체에서 성형품의 여러 부위에 사용 가능합니다. 교체 가능한 진자 추, 조절되는 바이스 및 각개 부분의 고정은 다방면의 시험을 가능하게 합니다.

- 작은 부품의 ETB :
손잡이, 스위치, 콘넥터 등과 유사한 부품은 시험기기에 직접 고착 시킬 수 있습니다.  복잡한 형태의 부품에 충격을 가하는 위치는 시험결과에 영향을 주므로 일정해야 합니다. 이와 다른 경우에 사용자의 요구에 의해 부품의 일부분만 중요하다면 충격을 받는 부분은 고정 축 바로 위에 위치해야 합니다. 성형업체에서는 매 시험마다 성형 품이 견고하게 고정되어 있는지를 확인하고 정기적으로 고정부위를 검사해야 합니다.


- 큰 부품의 ETB :
덮개(shrouds), 하우징(housing), 자동차 몸체 부품 또는 이와 유사한 큰 성형 품은 1차 런너의 끝에 충격 강도 탭(tab)을 설계합니다. 적절하게 설계한 게이트와 함께 탭은 성형 품과 거의 같은 조건으로 충진 되며 비교적 정확한 ETB 수치를 얻을 수 있습니다. 충격 탭은 플로우 탭(flow tab)과 마찬가지로 런너의 편리한 부분에 위치하면 됩니다. 이 방법은 성형 품으로부터 직접 시편을 떼어내므로 제품으로부터 시편 절삭의 수고를 덜어줍니다. 이 탭은 충격강도기기에 고정되어 좁은 부위를 가격하게 됩니다. 다시 강조하지만 가격 부위는 매 시험마다 일관성이 있어야 합니다.

- ETB 탭 설계 (Tab Design) :
탭의 길이 및 폭은 금형의 여유공간에 의존합니다. 탭의 두께는 성형품의 벽두께와 똑같아야 합니다. 경험에 의하면 탭의 폭은 제품두께의 2~4배, 길이는 5~7.5㎝정도가 충격시험기기에 고정하기가 좋습니다. 탭의 게이트는 앤드게이트(endgate)를 사용해야 하며 사각게이트인 경우 게이트 두께는 탭 두께의 50%, 게이트 폭은 탭 두께의 1.5~2배 정도가 추천합니다.

8. 최종사용시험 (End-Use Testing)
성형업체를 제품반환으로부터 보호하기 위해서는 설계를 잘해야 하며 가능하다면 부품의 작동 시 최종상태와 중복되는 기능시험이 좋습니다. 기능시험은 일반적으로 동적이며 주기시험, 접촉시험 및 반 조립 시 상호작용시험을 포함시켜야 합니다.
또한 시험은 실사용 시 발생하는 조건 외에 하중, 속도, 온도에 관해서도 실시해야 합니다. 예를 들면 전기 콘넥터는 평상조건보다 빠른 속도 및 큰 힘으로 연결하는 시험을 해야 합니다.
때때로 성형업체에 주어진 최종 사용보증을 위해서 설비를 공급하기도 합니다. 결국 성형업체와 사용자는 고품질의 제품을 위해 상호 협동하여야 합니다.
최종사용시험의 단점은 인력부족, 설비비(사용자가 공급하지 않는 경우), 기계조작의 미숙 및 가공 조건을 조절하는데 사용되는 데이터의 부족 등입니다.  
그러나 앞에서 언급한 시험들을 제외하지 않는다면 최종사용시험은 완전한 품질보증계획의 마지막 단계입니다.

통계적 고려(Statistical Considerations)
어떤 형태의 품질 시험일지라도 만들어진 데이터는 마찬가지입니다.  결과의 형태는 성형 품 결점의 원인인 가장 큰 문제점들을 성형업체가 해결해야 합니다.
부품에 적용되는 시험이 비현실적이며 비경제적이면 부품의 기능을 약간 변경해야 합니다.  
통계는 데이터에 의해서만 확실한 결론을 내릴 수 있습니다. 확률에 의한 샘플링은 양이 많고 작은 제품을 평가하는데 사용됩니다. 샘플 크기가 품목 크기로 지정되고 위험부담이 적다면 ASTM 규격 절차에 따르면 됩니다.  

장기적인 시험결과 도표작성은 부품기능의 경향을 알 수 있습니다.

다음과 같이 간단한 단계에 의하여:

1	최소한 20개의 샘플을 측정하여 5개의 그룹으로 나누어 기록합니다.
2	각 그룹의 수치를 합산한 값에 0.2를 곱하여 각 그룹의 그룹평균을 구합니다.
3	모든 그룹의 평균치를 합산한 후 그룹수로 나누어서 관리도표(X)의 중심선을 구합니다.
4	각 그룹에서 가장 큰 수치에서 작은 수치를 감산하여 범위를 설정합니다.
5	각 그룹의 범위를 합산하고 그룹수로 나누어서 평균범위(R)를 구합니다.
6	평균 범위(R)에 0.577을 곱합니다.
7	6번 단계에서 얻은 수치와 X를 합산하여 상한조절선을 결정합니다.
8	6번 단계에서 얻은 수치를 X에 감산하여 하한 조절선을 결정합니다.

다른 간단한 방법은 관리도표를 이용하는 것입니다. 위의 절차 및 도표는 정기적으로 채택하여 계속 도표작성을 하시면 부품 기능의 방향을 알 수 있으며 또한 제한선을 벗어난 점들을 관찰함으로써 사전예방조치를 할 수 있습니다.
도표의 관리 경계선은 계산하여 구할 수 있습니다. 그림에서 5개의 시험결과가 상한/ 하한선상에 있는데 이는 양질의 품질을 표시합니다. 관리도표의 시험 데이터 빈번 도를 증가하여 보강해야 하며 시험은 장기간 실행해야 합니다.
시험결과의 점들이 경계선을 이탈했을 경우 성형조건을 변경해야 하며 기타 필요한 행동이 요구된다는 것을 명백히 알 수 있습니다.
여기서 시험빈도는 경험에서 의해 결정됩니다.  : 불규칙한 점은 시험의 빈도수의 필요성을 의미하고 중심선에 가까운 점들은 시험빈도수를 줄여도 된다는 것을 나타냅니다.

관리도표를 효과적으로 사용하는 열쇠는 단지 주어진 사용자 규격을 인식하고 불필요한 물성의 검사를 피하는 것입니다.