바람만 있다면 뭐든지 만들 수 있어, 블로우금형

플라스틱 제품/금형 개발 엔지니어와 협업하는 사람들을 위한 글

 이번에는 한 단계 더 나아가서 블로우 금형에 대해 알아보자. 

 단어에서 벌써 유추한 분들도 있을 것 같은데, 말 그대로 바람을 불어 제품을 성형하는 금형이라고 보면 된다. 우리 생활 주변에서 자주 볼 수 있는 음료 병(a.k.a. 페트병)이 이 블로우 금형으로 성형된 것이다. 

 블로우성형(Blow Molding)의 사전적 의미를 살펴보면, 

‘병과 같은 중공 플라스틱 성형품을 만드는 방법. 압출 성형기에 의해 가열 용융한 열가소성 수지를 그림과 같이 둘로 나눈 중앙부에 밀어넣어 거푸집을 닫고 용융 수지의 파이프 안에 압축 공기를 보내 팽창시키고 이것을 차가운 금형 표면에 눌러 성형 고화시켜 뽑아낸다.*’라고 한다.

 말이 조금 더 어려운 것 같으니 다른 사전의 표현을 한번 더 보자. 

‘열 가소성 수지를 중공 용기 등으로 하기 위한 성형법. 블로 성형, 중공 성형이라고도 한다. 융해한 튜브상의 수지를 자루모양으로 하여 합친 금형에 넣은 후 압축공기를 밀어 넣어 금형에 밀착시켜 냉각한다.**’ 이게 표현이 조금 더 쉬운 것 같으니, 이 버전으로 한번 풀이를 해보자. 

 첫 문장부터 살펴보자. [열 가소성 수지를 중공 용기 등으로 하기 위한 성형법] 처음부터 어려운 단어가 나오는데, ‘열 가소성 수지’는 쉽게 말하면 열을 가하여 변형시킬 수 있는 수지를 말한다. 일단 그냥 '플라스틱'이라고 이해하자. 그럼 첫 문장은 ‘플라스틱을 가운데 공간이 비어있는 용기로 만들기 위한 성형법’이라고 해석하면 되겠다.

 두 번째 문장인 [블로 성형, 중공 성형이라고도 한다.]에서 느낄 수 있는 것은 한가지의 단어를 표현하는 방법이 참 많다는 것이다. 특히 금형분야가 그러한 것 처럼 느껴진다. 사전을 찾아보면 영어로는 Blow Molding 한가지인데, 이것을 한글로 표현하는 방법이 여러가지이다. 블로 몰딩, 블로 성형, 블로우 성형, 중공 성형, 취입 성형, 불기식 성형 등.. 어쨌든 뜻은 다 통하니 일반적으로 많이 사용하는 블로우 성형이라 하자.

 세 번째 문장은 [융해한 튜브상의 수지를 자루모양으로 하여 합친 금형에 넣은 후]이다. ‘플라스틱을 가운데가 비어있는 파이프 모양 혹은 빨대모양으로 녹여서 금형 안에 넣는다’ 정도로 쉽게 풀어볼 수 있겠다. 여기서 가운데가 비어있는 파이프 모양의 플라스틱을 패리슨 Parison 이라 한다. 

 마지막 문장은 [압축 공기를 밀어 넣어 금형에 밀착시켜 냉각한다.]이다. 쉽게 말해 ‘플라스틱 파이프 안에 바람을 불어넣어서 그 바깥을 감싸고 있는 금형에 밀착되게 성형한다’는 말이다. 

 전체 문장으로 이어서 읽어보면 ‘플라스틱을 가운데가 비어있는 용기로 만들기 위한 성형법으로, 플라스틱을 가운데가 비어있는 파이프 모양으로 녹여서 금형 안에 넣은 후, 플라스틱 파이프 안에 바람을 불어넣어서 그 바깥을 감싸고 있는 금형에 밀착되게 성형한다.’라고 표현할 수 있겠다.

 이해가 좀 되는가? 아무래도 글로 이해하려니 이해가 어려운 부분이 있을 것 같다. 더 쉽고 간단하게 이야기 하자면, ‘바람을 불어 가운데가 비어있는 플라스틱을 성형하는 방법’이라고 생각하면 될 것 같다. 

 이번에도 영상을 보면서 프로세스를 이해해보자. 첫 번째 영상은 블로우 성형을 애니메이션으로 간단하게 표현했고, 두 번째 영상은 실제 블로우 공장의 영상이다.

*블로우 성형 애니메이션 https://youtu.be/236PlbUf2HQ

*블로우 공장 영상 https://youtu.be/-9TWxP3TB1I

영상을 보면 조금 더 직관적으로 이해가 될 것이다. 프로세스를 간략하게 정리해보자면 아래와 같다.

① 만들어놓은 블로우 금형을 블로우 기계에 걸어두고

② 작은 알갱이 형태의 플라스틱 원재료를 블로우 기계에 넣어준다.

③ 플라스틱 알갱이를 녹여서 액체 형태로 만들어주고

(여기까지는 사출금형과 동일하다.)

④ 녹은 플라스틱을 가운데가 비어있는 형태의 패리슨으로 만들어 아래로 쭉 늘어뜨려준다.

⑤ 패리슨이 아래까지 내려오면, 금형을 닫아준다.

⑥ 금형을 닫은채로 입구에 바람을 불어주면, 플라스틱이 금형쪽으로 달라붙는다.

⑦ 플라스틱이 굳으면 금형을 열어서 제품을 꺼내준다.

⑧ 위 아래에 남아있는 플라스틱 찌꺼기를 제거해준다

 여기까지 잘 따라왔다면, 추가적인 개념을 하나 더 배워보자. 블로우 성형에도 여러 종류가 있는데, 대표적으로 다이렉트 블로우와, 인젝션 블로우 두가지로 나눌 수 있다. 

다이렉트 블로우는 앞에서 배운 블로우 성형 방식이다. 다른 말로는 익스트루젼 블로우(Extrusion Blow), 압출 블로우 등으로 부른다. 

 다음으로 배워볼 것은 인젝션 블로우 방식이다. 앞에서 배운 다이렉트 블로우와 유사하지만, 가장 큰 차이점은 프리폼 Preform이라는 개념이 등장한다는 것이다. 다이렉트 블로우에서는 패리슨이라고 하는 가운데가 비어있는 플라스틱에 바람을 불어 성형했다면, 인젝션 블로우에서는 사출금형을 통해 1차로 제품을 성형해 놓고, 그것을 다시 녹여 바람을 불어 성형해주는데, 이 때 1차로 성형해 놓은 제품을 프리폼이라 한다.

 이번에도 영상을 통해 천천히 살펴보자.

*인젝션 블로우 https://youtu.be/AAvOYz7qOsw

프로세스를 간략하게 정리해보자면 아래와 같다.

① 사출금형을 통해 프리폼을 성형해준다.

② 만들어진 프리폼을 블로우 금형 안에 넣어준다.

③ 프리폼을 가열해서 늘어날 수 있도록 녹여준다.

④ 프리폼 안에 바람을 불어 블로우 금형 벽면에 달라붙게 만들어준다.

⑤ 플라스틱이 굳으면 금형을 열어서 제품을 꺼내준다.

 처음에 배웠던 다이렉트 블로우와, 방금 배운 인젝션 블로우의 공정상 차이점에 대해서는 이제 어느정도 이해가 될 것이다. 그렇다면 각 공정에서 만들어진 제품에는 어떤 차이점이 있을까?

 다이렉트 블로우는 상대적으로 단순한 공정으로 이루어지기 때문에 초기 투자비용이 인젝션 블로우보다 저렴하다.

  일반적으로 다이렉트 블로우는 소량생산, 인젝션 블로우는 대량생산에 더 적합하다고 보는 경우가 많다. (물론 이는 설비를 어떻게 세팅하느냐에 따라 달라질 수 있는 부분이다.)

 가장 큰 차이점은 사용할 수 있는 플라스틱 재질의 차이인데, 다이렉트 블로우는 PP,PE 등 비교적 연질의 재료들을 적용할 수 있고, 인젝션 블로우는 페트병이라 이야기하는 PET 재질을 주로 사용한다.

 성형물의 외관에서 다이렉트 블로우와 인젝션 블로우를 구분하는 방법은 바닥면의 상태로 구분할 수 있다. 바닥면의 가운데에 동그랗게 플라스틱 주입구 자국이 있다면, 한번 사출을 해주고 블로우 성형을 한 인젝션 블로우 성형물이고, 일자로 길게 잘라낸듯 한 자국이 있다면 패리슨을 금형으로 집어서 성형한 후 잘라낸 다이렉트 성형물이다. 일반적으로 많이 볼 수 있는 페트병은 인젝션 블로우 방식으로 만들어진 성형물이다.

 이렇듯 재질, 외관, 투자비용 등 여러가지 차이점이 있는 블로우 성형법은 어느것이 더 좋다고 할 수 없는만큼, 상황에 맞게 잘 선택해서 사용해야 한다.

 처음에는 어려운 듯 보였지만, 풀어서 보니 어느 정도 이해가 되지않는가? 이제 어려운 개념은 어느정도 마무리 되었고, 상대적으로 단순한 컨셉의 금형이 몇가지 더 있으니 다음 글에서 계속 살펴보도록 하자.

*화학대사전 세화

**화학용어사전 일진사

페트병 이미지 - Adobe Stock