펄프 성형은 친환경 포장의 대표적인 방식으로 브랜드 소유주들에게 인기가 높습니다. 펄프 성형 제품 생산 과정에서 핵심 부품인 금형은 개발 및 설계에 있어 높은 기술적 요구 사항, 막대한 투자 비용, 긴 생산 주기, 그리고 높은 위험 부담을 수반합니다. 그렇다면 종이 플라스틱 금형 설계 시 핵심 사항과 주의 사항은 무엇일까요? 아래에서는 포장 구조 설계 경험을 공유하여 펄프 성형 금형 설계에 대한 학습과 탐구를 돕고자 합니다.
01성형 금형
이 구조는 볼록형 금형, 오목형 금형, 메쉬 금형, 금형 시트, 금형 후면 캐비티 및 공기실로 구성됩니다. 메쉬 금형은 금형의 본체입니다. 메쉬 금형은 직경 0.15~0.25mm의 금속 또는 플라스틱 와이어로 짜여지기 때문에 자체적으로 성형할 수 없으며, 작동을 위해서는 금형 표면에 부착해야 합니다.
금형의 후면 공동은 금형 시트에 대해 금형의 작업면과 완벽하게 일치하는 특정 두께와 형상을 가진 공동입니다. 볼록형 및 오목형 금형은 일정한 벽 두께를 가진 쉘 구조입니다. 금형의 작업면은 균일하게 분포된 작은 구멍들을 통해 후면 공동과 연결됩니다.
금형은 금형 시트를 통해 성형기의 템플릿에 설치되고, 템플릿의 반대쪽에는 공기실이 설치됩니다. 공기실은 후면 캐비티와 연결되어 있으며, 압축 공기와 진공을 위한 두 개의 채널도 있습니다.
02성형 금형
성형 금형은 성형 후 젖은 종이 원료에 직접 삽입되는 금형으로, 가열, 가압 및 탈수 기능을 갖추고 있습니다. 성형 금형으로 제조된 제품은 표면이 매끄럽고 치수가 정확하며 견고하고 강성이 뛰어납니다. 일회용 식기류는 이러한 금형을 사용하여 만들어집니다. 산업 포장에서는 작고 정밀하며 대량으로 생산되는 소형 제품을 층층이 포장하는데, 이때 각 층 사이에 포장재를 사용하여 제품을 고정합니다. 펄프 성형 제품을 사용하는 경우, 성형 금형을 이용하여 제조해야 합니다.
하지만 대부분의 산업용 포장 제품은 한쪽 면만 성형하고 열처리가 필요하지 않아 바로 건조할 수 있습니다. 성형 금형의 구조는 볼록 금형, 오목 금형, 메쉬 금형 및 발열체로 구성됩니다. 메쉬 금형이 있는 볼록 또는 오목 금형에는 배수구와 배기구가 있습니다. 작동 중에는 젖은 종이 원료가 성형 금형 내부에서 먼저 압착되어 수분의 20%가 제거됩니다. 이때 젖은 종이 원료의 수분 함량은 50~55%가 되며, 금형 내부에서 가열된 후 남은 수분이 증발하여 제거됩니다. 젖은 종이 원료는 압착, 건조 및 성형 과정을 거쳐 제품이 완성됩니다.
성형 금형의 메쉬 구조는 제품 표면에 메쉬 자국을 남길 수 있으며, 잦은 압출 과정에서 메쉬 금형 자체가 쉽게 손상될 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 금형 설계자는 구리 기반 구형 분말 야금법으로 제작된 메쉬 없는 금형을 설계했습니다. 지난 2년간 여러 차례의 구조 개선과 적절한 분말 입자 크기 선정을 통해 생산된 메쉬 없는 성형 금형은 기존 메쉬 금형의 10배에 달하는 수명을 가지며, 비용은 50% 절감되었습니다. 이 금형으로 생산된 종이 제품은 높은 정밀도와 매끄러운 내외부 표면을 자랑합니다.
03열압착 금형
건조 후, 젖은 종이 블랭크는 변형 과정을 거칩니다. 일부 부품이 심하게 변형되거나 제품 외관에 높은 정밀도가 요구되는 경우, 제품은 성형 공정을 거치게 되며, 이때 사용되는 금형을 성형 금형이라고 합니다. 이 성형 금형에도 가열 장치가 필요하지만, 메쉬 금형 없이도 제작이 가능합니다. 성형이 필요한 제품은 성형을 용이하게 하기 위해 건조 과정에서 25~30%의 수분 함량을 유지해야 합니다.
실제 생산 과정에서 수분 함량을 제어하기 어렵기 때문에 제품이 품질 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. 이에 한 제조업체는 스프레이 성형 금형을 설계하고, 성형이 필요한 부분에 맞춰 금형에 스프레이 구멍을 뚫었습니다. 작업 시, 제품을 완전히 건조시킨 후 성형 금형에 넣습니다. 동시에 금형의 스프레이 구멍을 이용하여 제품에 스프레이 열압착을 실시합니다. 이 금형은 의류 산업에서 사용하는 스프레이 다리미와 유사한 원리로 작동합니다.
04금형 옮기기
이송 금형은 전체 공정의 마지막 작업대이며, 주된 기능은 일체형 보조 금형에서 수용 트레이로 제품을 안전하게 이송하는 것입니다. 이송 금형은 구조적으로 최대한 단순하게 설계되어야 하며, 제품이 금형 표면에 매끄럽게 흡착될 수 있도록 흡착 구멍이 고르게 배치되어야 합니다.
05트리밍 몰드
종이 성형 제품을 깔끔하고 아름답게 만들기 위해, 외관 품질이 중요한 제품에는 모서리 절단 공정이 적용됩니다. 다이 커팅 금형은 종이 성형 제품의 거친 모서리를 다듬는 데 사용되며, 이를 모서리 절단 금형이라고도 합니다.
게시 시간: 2023년 10월 20일