플라스틱을 초월한 물질, 엔지니어링 플라스틱에 대해 알아보자

플라스틱을 초월한 물질,

엔지니어링 플라스틱에 대해 알아보자

플라스틱을 초월한 물질, 엔지니어링 플라스틱에 대해 알아보자

- 플라스틱은 성형성이 좋고, 양산성이 좋고, 저렴하여 산업계 전반에 쓰이고 있음
- 하지만 기계적 강도가 금속대비 떨어지고 내열성이 좋지않은 한계가 존재
- 플라스틱의 내연성과 기계적 성질을 개선한 엔지니어링 플라스틱(EP), 수퍼 엔지니어링 플라스틱(SEP)이 다양한 분야에 적용중

 

복습하기 : 산업에 플라스틱이 왜 필요하지? (플라스틱의 적용분야/플라스틱의 장단점)

지난 시간 사출 몇 차례에 걸쳐서 사출과 레진에 대해 소개하는 글이 있었는데요, 다시 복습해보는 시간을 가지려고 합니다.복습이 필요한 분들께는 아래 링크를 제공해드립니다.

사출성형에 대해 알아보자(클릭)
사출의 재료, 레진에 대해 알아보자(클릭)

지금 당장 주변에 플라스틱이 얼마나 많은지 둘러볼까요?

당장 우리 손목에 채워진 스마트워치, 무선 이어폰 등 웨어러블 기기의 외관, 스마트폰의 외관, 버튼 등 기구물, 자동차의 범퍼, 내장재 등 제품의 내/외장재로 널리 쓰이고 있어 우리 주변에 플라스틱이 아닌 것을 쉽게 찾아보기 힘듭니다. 이처럼 플라스틱은 대량생산으로 모두에게 저렴한 가격으로 제품을 이용하게끔 해준 자본주의의 상징과도 같은 물질이라고 말씀드리고 싶습니다.
플라스틱의 장점은 다양한 형태로 ① 가공이 용이하고 ② 경량화가 가능하며, 사출기를 통해 반복적으로 ③ 대량생산이 가능하여, ④ 가격이 저렴하다는 장점이 있습니다. 그 외에 물성적인 특징으로는 내산성(산성용액 등에 잘 녹지 않도록 하는 성질)등이 있습니다.
하지만 플라스틱의 한계가 존재했으니, 철이나 알루미늄 같은 금속대비 강성이 떨어지고 내열성이 떨어져서 고온에 노출될 경우 뒤틀림이나 변형이 발생되는 등 한계가 있었습니다.

이런 플라스틱의 한계를 돌파할 방법은 없을까요?

 

플라스틱의 한계를 돌파하다! 엔지니어링 플라스틱

통상적으로 많이 사용되는 플라스틱은 PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌), PVC(폴리비닐 클로라이드), PUR(폴리우레탄), PS(폴리스티렌), PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌)등이 있습니다.

EU 플라스틱 사업자의 레진 종류별 수요(2021년)

플라스틱이 대체불가할 것 같은 금속재료의 영역에도 한계는 존재했습니다. 금속은 플라스틱보다 통상적으로 강성이 더 좋은 대신 중량도 더 나가고, 가공 방법에 있어서도 상대적으로 불리함이 있습니다. 일례로 최근 자동차는 경량화로 연비를 좋게하면서도 안전성(탑승자와 보행자 모두)을 확보하기 위해 기존 금속류 부품을 엔지니어링 플라스틱으로 대체하여 자동차 차체, 엔진커버, 기어 등이 (엔지니어링) 플라스틱으로 쳐워져 가고있습니다.
 

주요 엔지니어링 플라스틱 소개

오늘 글의 주제라고 할 수 있는 엔지니어링 플라스틱에 대한 소개입니다.

엔지니어링 플라스틱은 기존의 플라스틱의 취약점인 내열성을 개선하여 100~150도의 내연성을 갖춘 플라스틱입니다.
우리가 보통 엔지니어링 플라스틱 하면 다른 차원의 소재를 생각하기 쉽지만, 놀랍게도 우리에게 너무 익숙해서 별 것 아니라 생각했던 소재가 엔지니어링 플라스틱이라면 어떨까요.

 
바로 나일론(Nylon)이 우리가 아는 대표적인 엔지니어링 플라스틱입니다. 나일론은 정식명칭은 폴리아미드(PA : Poly Amide)로 나일론은 미국의 세계적인 화학기업(DuPont)에서 출원한 상표명입니다. 이는 우리에겐 합성섬유로서 옷감에 들어가는 재료, 스타킹 등의 재료로만 생각하지만 나일론은 질기고, 내마모성, 내유성, 방수 등의 장점이 있어 전자부품, 기계부품 등에도 많이 사용되고 있습니다.

PA6/PA66, 기계적 특성이 뛰어나 일부 기계적 특성을 대체할 수 있음

- PC(Poly Carbonate) : PC의 특징은 기본적으로 투명성이 뛰어난데다 강도가 높고 내열성도 좋아 카메라 렌즈 등 광학부품에 주로 쓰이고 방탄유리 등을 제조하는데에도 활용됩니다.

PC, 강도가 높고 내열성이 탁월하여 카메라 렌즈, 방탄유리 등에 적용

- POM(Poly Oxy Methylene, 폴리아세탈) : POM 또한 미국의 DuPont사가 개발한 소재로써 치수안정성이 좋고 내마모성, 내피로성 등으로 인해 기어류에 주로 쓰이고 금속을 POM으로 대체하는데 많이 쓰이기도 합니다.

POM, 치수안정성이 탁월하고 내마모성, 내피로성이 좋아 기어류에 주로 적용

- PBT(Poly Butylene Terephalate) : 미국의 Celanease에서 개발한 소재로서, 난연성, 절연성이 좋아 전자제품 모터 등의 난연 소재, Housing 등에 많이 활용되고 있습니다.

PBT, 모터 등 난연소재에 적용가능

 

귀하신 몸, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱(Super Engineering Plastic)

엔지니어링 플라스틱보다 더 높은 내열강도(150도 이상)와 기계적 특성을 부여하여 산업계 활용도를 높이기 위한 노력의 결과 1960년대부터 수퍼 엔지니어링 플라스틱도 개발이 되고 있습니다. 주로 쓰이는 수퍼 엔지니어링 플라스틱은 PEEK, PPS, PI, GF(Glass fiber, 유리섬유)  합성 소재 등이 있습니다.

- PEEK(Polyether ether ketone) : 영국 빅트렉스(Victrex) 사에서 발명한 수퍼 엔지니어링 플라스틱 소재로 금속보다 무게는 30% 가벼우면서 내구성이 좋아 전자, 기계, 우주, 항공 등 각분야에 적용가능하며 독성이 적어 인공척추, 인공관절 등 인체에도 적용가능한 비싼 몸값의 재료입니다.

PEEK 적용 Impeller 부품, 내마모성+경량화

- PPS(Poly Phenylene Sulfide) : Philips Petroleum에서 개발한 수퍼 엔지니어링 플라스틱 소재로서, 열변형온도 270도의 내연성을 갖고 있어 열충격에 강하며 전기적 성질과 기계적 성능이 좋아 주로 자동차 기능부품에 주로 쓰이며, 주로 발전기, 모터 등 고온에 노출되는 전기부품에도 채택 됩니다.

PPS, 내열성이 탁월하여 고온에 노출되는 전기부품에 적용

- PI(Polyimide):폴리이미드 또한 미국의 Dupont사에서 발명한 수퍼 엔지니어링 플라스틱 소재로서 기계적 강도, 내화학성, 내후성, 내열성 등 전반적인 물성이 탁월하여 반도체, 배터리, 폴더블 디스플레이 등 전 분야에 두루 쓰이는 필수 첨단소재입니다. 주로 필름이나 테이프 형태로 공급됩니다. 생산하는 기업은 PI 첨단소재(한), 가네카(일), 도레이(일), 듀퐁(미) 등이 있습니다.

사실 폴리이미드는 지난 2019년 일본 수출규제로 인해 전 국민에게 유명해진 소재입니다. 당시 일본에서는 한국경제에 타격을 주기위해 폴리이미드, 불화수소, 포토레지스트의 3대 소재에 규제를 걸 정도로 중요한 물질입니다.
 

PI, 반도체/배터리/폴더블 디스플레이 등 첨단소재로 활용

오늘은 플라스틱의 한계를 돌파한 엔지니어링 플라스틱, 거기서 내열성(150도)을 개선한 수퍼 엔지니어링 플라스틱의 개념과 종류, 쓰임새 등을 알아봤습니다.

모두 오늘의 글을 통해 우리 주변을 둘러싼 산업, 공학에 대한 관심이 더욱 깊어지길 기대해봅니다.

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