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오늘은 인젝션 블로우에 대해서 알아보려고 합니다. 블로우 방식에는 두 가지가 있는데 다이렉트와 인젝션 방식이 있습니다. 두 방식은 생산 방식의 차이, 쓰임새, 단가 등에 차이가 있습니다. 두가지를 다 나열하기에는 너무 방대한 내용이어서 우선 인젝션 블로우에 대해서만 구체적으로 설명해보고자 합니다.
< 인젝션 블로우 사용예, 출처: 헤라 하이드로 리플렉팅 토너 >
인젝션 블로우 사출 성형(Injection Blow Molding, IBM)은 주로 플라스틱 용기와 병을 제조하는 데 사용되는 공정입니다. 이 방식은 세 단계로 이루어집니다: 사출 성형, 블로우 성형, 그리고 제품 방출. 각 단계는 특정 목적을 가지고 있으며, 완성된 제품의 품질에 큰 영향을 미칩니다.
- 사출 성형 단계: 먼저, 플라스틱 레진을 가열하여 용융 상태로 만든 후, 사출 성형기를 사용해 프리폼(preform)으로 사출합니다. 이 프리폼은 제품의 목 부분과 기본 형태를 포함하고 있습니다.
- 블로우 성형 단계: 프리폼이 블로우 몰드로 이동한 후, 내부에 고압의 공기를 주입하여 플라스틱을 몰드 벽에 밀착시켜 최종 제품의 형태로 만듭니다.
- 제품 추출 단계: 블로우 몰드에서 제품이 식은 후, 완성된 플라스틱 병이나 용기가 몰드에서 추출됩니다.
<성형 단계, 출처 : IQSdirectory.com >
장점
- 정밀도: 인젝션 블로우 사출 성형은 매우 정밀한 제품을 생산할 수 있어, 병목과 같은 정밀한 부분이 요구되는 제품에 적합합니다.
- 재료 손실 최소화: 프리폼을 사용하기 때문에 재료 손실이 적고, 불량률도 낮습니다.
- 일관된 벽 두께: 블로우 성형 과정에서 고르게 압력이 분포되어 제품의 벽 두께가 일관되게 유지됩니다. 안료를 넣어 성형할 경우, 고르게 퍼져서 색상이 자연스럽게 잘 나옵니다.
- 단가: 한 사이클에 여러개를 뽑아낼 수 있어서 단가가 일반적인 화장품 용기에 비해서 저렴한 편입니다. 그래서 주로 음료수병은 대부분 인젝션 블로우 방식으로 생산합니다.
단점
- 투자비용: 인젝션 블로우 사출 성형은 고가의 기계와 몰드가 필요하며, 초기 투자 비용이 높습니다. 특히 몰드를 프리폼 파트, 블로우 파트로 2가지를 만들어야 하며 전체 금형비는 약 3천만원 정도 됩니다.
- 재질과 색상: 프리폼 사출부터 블로우 파트까지 연결되기 때문에 재질을 변경하면 설비 세척 과정이 복잡합니다. 그래서 일반적으로 PET 재질만 생산하며 안료를 넣으려면 기본적인 생산수량이 많아야 합니다.
- 수량: 한 사이클에 여러개가 나오기 때문에 기계를 작동시키면 순식간에 많은 양이 쏟아집니다. 그래서 기본 moq가 높은 편입니다. 일반적으로 화장품은 1만개가 moq입니다.
주의해야할 점
- 병목 단차 : 프리폼을 블로우 파트로 연결하여 성형할 때 필요한 부위가 있습니다. 병목 아래로 약 2mm 정도의 단차가 있어야 블로우 파트로 연결이 되며 이는 디자인 방향에 큰 문제점으로 보여질 수 있습니다. 이를 해결하고자 일부 업체에서는 일부 조작을 통해서 단차를 만들었다가 안쪽으로 집어넣는 과정을 추가하는데, 이렇게 하면 병목 안쪽 살두께가 아래로 쳐져서 안쪽 어깨라인이 더 위로 올라가게 됩니다. 문제는 내용물을 털어서 쓰는 방식에는 이러한 용기를 사용하면 내용물을 끝까지 다 못쓰는 문제가 생긴다는 점입니다.
- 공용 프리폼: 프리폼의 금형비가 비싸기 때문에 일부 업체는 프리폼을 공용으로 사용하는 경우가 있습니다. 블로우 파트의 디자인이 큰 차이가 없다면 공용으로 사용해도 되지만 차이가 있다면 거친 표면이나 일정하지 않은 살두께가 발생할 수 있습니다.
- 바닥 배꼽 관리: 바닥 배꼽 부분은 프리폼에서 블로잉할 때 발생하는 가스가 배출되는 공간입니다. 배꼽 부분이 지저분할 수 밖에 없지만, 심한경우 투명용기가 하얗게 가스줄이 발생하는 경우가 있습니다.
<병목단차 예시, 출처: 스킨알엑스 A24 네츄럴리즘 아쿠아퍼밍세럼 >
인젝션 블로우 사출 성형은 특히 의료 및 식품 산업에서 안전하고 위생적인 플라스틱 용기를 제조할 때 많이 사용됩니다. 초기 비용은 높지만, 장기적으로는 높은 품질과 낮은 불량률로 비용 효율성을 제공할 수 있습니다.
인젝션 블로우 사출 성형으로 제작된 플라스틱 제품은 몇가지 후가공 처리를 할 수 있습니다. 이번에는 후가공 방식에 대해 알려드리고자 합니다.
- 물리적 처리
- 연마 및 버핑: 표면의 작은 결함이나 기스를 제거하고, 더욱 매끄럽고 광택 있는 마감을 제공합니다. 이 과정은 특히 투명 또는 반투명 제품에 중요할 수 있습니다.
- 플라즈마 처리: 표면의 에너지를 증가시켜 인쇄 또는 접착의 부착력을 향상시킵니다. 플라즈마 처리는 표면을 깨끗하게 하고 활성화시켜 추가 코팅이나 인쇄가 더 잘 붙도록 합니다.
2. 화학적 처리
- 화학 에칭: 표면을 약간의 화학 물질로 처리하여 표면의 일부를 제거하거나 변형시킵니다. 이는 표면의 조직을 변경하여 접착이나 추가 코팅의 부착을 개선할 수 있습니다.
- 코팅: UV 보호 코팅, 스크래치 방지 코팅, 항균 코팅 등 다양한 기능성 코팅을 적용할 수 있습니다. 이러한 코팅은 제품의 내구성을 향상시키고, 특정 환경에서의 사용에 적합하게 만듭니다.
3. 열처리
- 화염: 표면에 열을 가하여 추가적인 물리적 또는 화학적 변화를 유도합니다. 이는 특히 폴리머 구조를 강화하고 제품의 기계적 성질을 향상시키는 데 사용될 수 있습니다. 그래서 일반적으로 표면 코팅을 하거나, 실크스크린 인쇄, 라벨을 붙이고자 할 때는 대부분 열처리를 진행합니다.
<화염처리 예시, 출처 : ECeng machinary >
이러한 후가공 중에 일반적으로 화장품에서는 열처리와 코팅처리만 진행합니다. 열처리는 사출 생산 후, 라벨을 붙이기 전이나 실크 스크린 인쇄 전에 작업하는 경우가 많으며 일반적으로 진행하는 방식입니다. 코팅처리의 경우 UV코팅을 많이 진행하며 특히 용기의 살두께가 얇다면 코팅을 진행해서는 안되며 코팅을 하면 작은 충격에도 쉽게 깨질 수 있습니다.
인젝션 블로우 성형 기계의 종류
인젝션 블로우 성형 기계(Injection Blow Molding Machines, IBM)는 크게 두 가지 주요 종류로 나뉩니다: 수직 타입과 수평 타입. 이 두 가지 시스템은 제품을 생산하는 방식과 공간 배치에서 차이를 보입니다.
1. 수직 인젝션 블로우 성형 기계
수직 인젝션 블로우 성형 기계는 주로 작은 크기의 제품을 대량으로 생산할 때 사용됩니다. 이 기계의 특징은 사출 성형과 블로우 성형이 수직으로 이루어진다는 점입니다. 일반적인 화장품은 대부분 수직 성형 방식을 사용합니다.
장점:
- 공간 효율성: 수직 구조는 공간을 절약할 수 있어 작은 제조 시설에서 유리합니다.
- 정밀성: 수직으로 이루어지는 사출로 인해 부품의 정밀성이 향상될 수 있습니다.
- 생산 효율: 수직 배치는 자동화 및 로봇 작업과의 통합이 용이하며, 작업 공정의 통합이 비교적 쉽습니다.
단점:
- 접근성 제한: 수직 구조는 기계의 하부에 접근하기 어려울 수 있으며, 유지보수가 더 복잡할 수 있습니다.
- 제한된 제품 크기: 일반적으로 작은 제품에 적합하며, 큰 제품을 생산하기 어려울 수 있습니다.
2. 수평 인젝션 블로우 성형 기계
수평 인젝션 블로우 성형 기계는 더 큰 제품과 복잡한 형태의 제품을 효율적으로 생산할 수 있게 설계되었습니다. 이 기계는 모든 작업이 수평으로 이루어집니다.
장점:
- 대형 제품 생산 가능: 수평 기계는 더 크고 복잡한 제품을 취급할 수 있는 능력이 있습니다.
- 유지보수 용이성: 수평 배치는 기계의 모든 부분에 쉽게 접근할 수 있어 유지보수 작업이 더 간편합니다.
- 생산 속도: 수평 기계는 일반적으로 더 빠른 생산 속도를 제공합니다.
단점:
- 공간 요구량: 수평 구조는 더 많은 공간을 차지할 수 있어, 큰 제조 시설에서 주로 사용됩니다.
- 비용: 수평 성형 기계는 일반적으로 수직 기계보다 비용이 더 많이 들 수 있습니다.
수직 기계는 작은 제품을 높은 정밀도로 대량 생산하는 데 유리한 반면, 수평 기계는 크기와 복잡성이 큰 제품을 더 효과적으로 생산할 수 있습니다. 수직 기계는 공간 효율성이 뛰어나고 작업 공정의 자동화 통합이 쉽지만, 접근성과 유지보수 측면에서는 불편할 수 있습니다. 반면, 수평 기계는 더 큰 유지보수 용이성과 빠른 생산 속도를 제공하지만, 초기 설치 비용과 공간 요구량이 더 큽니다.
수직 인젝션 블로우 성형 기계를 제조하는 주요 회사로는 여러 글로벌 브랜드가 있습니다. 여기에서는 몇 가지 대표적인 제조사를 소개하고 그들의 기계의 특성을 비교해보겠습니다.
1. Nissei ASB Machine Co., Ltd.
소개: 일본에 본사를 둔 Nissei ASB는 플라스틱 인젝션 블로우 성형 기계 분야에서 선도적인 위치를 차지하고 있습니다. 이 회사는 특히 PET 및 기타 플라스틱 용기 제조를 위한 기계를 제공합니다.
특징:
- 혁신성: Nissei ASB는 고성능 및 에너지 효율적인 기계로 유명합니다.
- 다양성: 소형에서 대형 시리즈까지 다양한 크기의 기계를 제공합니다.
- 애프터서비스: 강력한 글로벌 서비스 네트워크를 제공합니다.
2. Milacron Holdings Corp.
소개: 미국 기반의 Milacron은 플라스틱 가공 기계, 몰드, 주변 장비의 광범위한 포트폴리오를 제공하는 선도적인 제조사입니다.
특징:
- 기술적 강점: 고정밀도 및 고속 사이클 작업이 가능한 기계를 제공합니다.
- 사용자 친화성: 사용자 인터페이스가 직관적이며 쉽게 조작할 수 있습니다.
- 사용자 맞춤형 솔루션: 다양한 산업 분야에 맞춘 맞춤형 기계 옵션을 제공합니다.
3. Sumitomo (SHI) Demag
소개: Sumitomo Demag는 독일과 일본에 기반을 둔 다국적 기업으로, 고성능 사출 성형 기계의 주요 제조업체 중 하나입니다.
특징:
- 에너지 효율성: 에너지 절약형 모델을 많이 보유하고 있습니다.
- 정밀도: 매우 높은 정밀도와 반복성을 제공합니다.
- 강력한 기술 지원: 전 세계적으로 강력한 기술 지원 및 서비스를 제공합니다.
4. 비교
- 혁신성 및 기술력: Nissei ASB는 특히 PET 용기 제조에 특화된 혁신적인 기술을 제공하는 반면, Sumitomo Demag는 일반적인 사출 성형에서의 정밀도와 에너지 효율성에 더 중점을 두고 있습니다.
- 사용자 경험: Milacron은 사용자 친화적인 인터페이스와 맞춤형 솔루션으로 미국 시장에서 강세를 보이며 사용자의 특정 요구를 충족시키는 데 강점이 있습니다.
- 서비스 및 지원: 모든 세 회사가 강력한 글로벌 서비스 네트워크를 제공하지만, Nissei ASB와 Sumitomo Demag는 특히 아시아 및 유럽 시장에서 더 강력한 지원을 제공합니다.
일반적으로 국내 업체들은 대부분 Nissei 설비를 사용하고 있으며 세부 스펙에 따라 제품 사용의 특징이 다릅니다. 예를 들면, 해비브로우의 경우 Nissei 중에서도 특정 제품만 가능하며 일본 본사와의 협력이 없으면 만들 수 없는 경우가 많습니다.
인젝션 블로우 재질
인젝션 블로우 성형에서 사용되는 재료는 주로 플라스틱이며, 그 종류에는 여러 가지가 있습니다. 각각의 특성과 용도에 따라 선택되며, 다음은 가장 흔히 사용되는 플라스틱 재료들과 그 장단점에 대한 개요입니다.
1. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)
장점:
- 투명성: 높은 투명도를 가지고 있어 내용물을 볼 수 있음.
- 강도와 내구성: 높은 기계적 강도와 내충격성을 가지고 있어 내용물 보호에 우수.
- 재활용 용이성: 재활용이 용이하여 환경 친화적.
단점:
- 열에 민감: 고온에 약해 변형이 생길 수 있음.
- 가스 장벽성: 산소와 이산화탄소의 투과성이 비교적 높아 일부 응용에는 적합하지 않을 수 있음.
2. 폴리에틸렌 (PE)
- 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE)
- 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE)
장점:
- 화학 저항성: 대부분의 화학 물질에 대해 우수한 저항성.
- 가공 용이성: 낮은 온도에서도 가공이 용이함.
- 비용 효율성: 비교적 저렴하고 널리 사용됨.
단점:
- 투명도: HDPE는 투명도가 낮아 내용물 확인이 어려움.
- 강도: LDPE는 낮은 강도로 인해 일부 용도에는 적합하지 않을 수 있음.
3. 폴리프로필렌 (PP)
장점:
- 열 저항성: 고온에 강해 식품 포장에 적합.
- 경직성: 높은 경직성과 내구성.
- 화학 안정성: 많은 화학 물질에 대해 안정적.
단점:
- UV 저항성: UV에 약해 장기간 야외 노출 시 문제가 발생할 수 있음.
- 낮은 감성 투과성: 향기나 기체의 장벽성이 낮음.
4. 폴리카보네이트 (PC)
장점:
- 충격 저항성: 매우 높은 충격 저항성을 가지고 있어 안전성이 중요한 용도에 적합.
- 투명도: 매우 높은 투명도를 제공하여 광학적 용도에 적합.
- 열 안정성: 높은 온도에서도 사용 가능.
단점:
- 비용: 다른 재료에 비해 비용이 높음.
- 화학 저항성: 특정 화학 물질에 대한 저항성이 낮을 수 있음.
이 재료들은 각각 특정 용도에 맞게 선택되며, 제품의 요구 사항과 환경적 요인을 고려하여 최적의 재료를 결정합니다. 예를 들어, 음료수 병에는 PET가, 화학 물질을 담는 컨테이너에는 PE가, 의료 기기에는 PP 또는 PC가 사용될 수 있습니다. 일반적으로 화장품 용기는 대부분 PET로만 진행하며 일부 샴푸 용기의 경우 고광택 표면을 위해 PP를 첨가하는 경우가 있습니다.
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