플라스틱 성질

공학박사 윤 천 한

사출금형설계

플라스틱 성질

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중합이라고 하는 공정을 통해서 에틸렌 분자 속에서 탄 소 원자들의 원자가 결합에 의해서 에틸렌 분자의 사슬 이 형성

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따라서 폴리에틸렌이란 명칭은 고분자량 플라스틱을 가스 상태의 상대물，즉 중합이 되는 단량체 상태의 에 틸렌과 구별하기 위해서 사용

플라스틱이란?

‘폴리(poly)’ 란 폴리에틸렌 플라스틱 분자를 형성하 기 위해서 결합되는，블럭 분자나 단량체를 생성하 는 에틸렌이 ‘여러 개’ 라는 뜻

‘수지(resin)’라는 용어는 플라스틱 원료의 핵심 분자 를 설명하기 위해서 빈번하게 ‘고분자(polymer)’라 는 용어와 혼용

하지만, 수지는 때로 천연 과 합성의 원천 양쪽 모두 의 끈적한 액상을 설명하기 위해서 사용

완제품 상태에서 플라스틱은 고분자만으로 구성되었 다고 할 수는 없으며，충진제，안료，안정제 및 성 형 조제와 같은 다른 혼합물을 포함

그렇지만 플라스틱 원료나 성형 컴파운드의 명칭은 항상 고분자 명칭에서 유래

고분자는 수백 종의 단량체가 화학적으로 서로 결합된 물 질로서 분자량 증가에 따라 물리적 성질이 변화하는 특성 을 가짐고분자물질은 @분자의 형상，@산출형태，@열적 성질，

@기계적 성질 등에 의해 다음과 같이 분류

고분자 재료

1) 분자의 형상

@ 선상 고분자{linear polymer)-1 차원 : 합성 고분자

@ 판상 고분자{sheet polymer)-2 차원 : 벤젠，안트라센，

흑연@ 망상 고분자{network polymer)-3 차원 : 요소 수지페놀 수지，다이아몬드，석영

2) 산출형태

@ 천연 고분자 - 무기 고분자 : 석면, 운모, 흑연, 다이아몬드

- 유기 고분자 : 셀룰로오스, 녹말

@ 합성 고분자 - 플라스틱, 합성 고무, 섬유 3) 열적 성질

@ 열가소성 수지 - 상온에서는 금속과 같은 고용체 상태 로서 열에 민감한 원료. 가열되는 즉시 연화하기 시작하 여 점차적으로 용융점에서 액상까지 도달. 용융점 이하로 냉각시키면 다시 응고. 가열과 냉각이 연속적으로 반복될 수 있는 ‘열가소성(thermoplastic)’이다. 예) PVC，PP，

PE，ABS 등

@ 열경화성 수지 - 중간체로 열가소성을 띠는 단계 를 프리폴리머(prepolymer)라고 함

이 단계의 것을 성형용 금형 속에서 다시 가열하면 화학 반응이 일어나 3차원 망상 구조를 가진 불용, 불 융의 성형물을 만듦.

경화된 후에는 안정된 상태로서 초기 상태로 되돌아 갈 수 없는 ‘열경화성(thermoset)’ 상태로 남음

예) 페놀 수지，요소 수지，멜라민 수지 등 4)기계적 성질

@ 섬유 - 기계적 강도가 가장 큼

@ 고무 - 기계적 강도가 가장 작음

@ 플라스틱 - 기계적 강도가 중간임

@ 폴리머(polymer)의 극성을 저하시켜 분자간 응집 력을 작게

@ 폴리머의 중합도를 내린다

@ 흐름이 좋은 폴리머를 첨가

@ 활제, 가소제와 같은 활성(滑性)을 주는 것을 첨가

@ 가공 온도를 높인다

@ 성형기의 표면 미끄럼 정도를 좋게

플라스틱의 성형가공성 향상을 위한 흐름을 원활케 하는 방법

@ 가볍다

@ 내식(耐蝕)성이 크다

@ 완충(緩衝)성이 크다

@ 자기 윤활(自己潤滑)성이 풍부

@ 성형(成型)성이 우수

@ 색채(色彩)가 다양

@ 복합화에 의한 재질의 개량이 가능

@ 저내열(耐熱)성(융점;120~325℃),

열변형 온도;50~200℃

@ 치수가 불안정

@ 기계적 강도가 낮다(인장강도;1~9kg/mm, 연강의 1/100 수준)

@ 내구(耐久)성이 낮다(시간이 지나면 화학적 변화에 의해 취약, 옥외 노출 시에는 자외선 열화(劣化)

플라스틱 재료의 일반적인 특성

고분자의 물리적, 열적 및 화학적 성질을 결정하는 인자는 ① 분자 구조의 유연성과 ②분자 간의 결합력이다. 분자의 운동 (진동，회전 등)이 원활하게 이루어질수록, 즉 유연성이 큰 고 분자 재료일수록 그리고 분자간의 결합력이 작을수록 물리적, 열적 성질이 저하

1) 분자의 유연성 : 고분자를 구성하는 성분 중 벤젠 고리는 회전이 곤란하여 분자의 유연성이 떨어짐.

따라서 벤젠 고리가 있는 PS 및 엔지니어링 플라스틱에 해당 하는 PC, MPPO, PET/PBT 등은 분자의 유연성이 작기 때문 에 이러한 고분자재료는 기계적 성질이 양호

2) 분자 간의 결합력 : 고분자의 성질은 그 결합 구조와 결합 력을 통하여 알 수 있고 기계적, 열적 및 화학적 성질이 이 결 합력에 의하여 정해진다는 것을 알 수 있음

(3) 고분자의 구조와 특성

기계적 강도 및 내열성，결정의 유무 등에 의해 다음과 같이 분류

1) 기계적 강도 및 내열성

@ 범용 플라스틱 : PVC，PE，PP，PS，ABS，PMMA 등

@ 엔지니어링 플라스틱

- 범용 : 나일론, 아세탈, PC, PET/PBT, MPPO - 특수 : PPS，PEEK 등

2)결정의 유무

@ 비결정성 플라스틱-결정화도가 작은 수지: PS，PVC，

PMMA，

CA，PC 등이 있고, 투명성이 좋고 수축률이 작다.

@ 결정성 플라스틱-결정화도가 큰 수지: PP，PE，POM，

PTFE，PETIPBT，PA 등이 있고, 불투명하고 수축률이 큼

(4) 플라스틱의 분류

(1) 열가소성 플라스틱 1) ABS

2) 아세탈(Acetal) 3) 아크릴(Acrylic)

4) 셀룰로오스 아세테이트(Cell 비ose Acetate)

5) 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(Cellulose Acetate Butyrate) 6) 셀룰로오스 프로피오네이트(Cellulose Propionate)

7) 불화탄소(Fluorocarbons: FEP，CTFE，PTFE，PVF) 8) 나일론(Nylon)

9) 폴리카보네이트(Polycarbonate)

10) 열가소성 폴리에스테르(Thermoplastic Polyester) 11) 폴리염화비닐(PVC)

12) 폴리에틸렌(Polyethylene) 13) 폴리프로필렌(Polypropylene) 14) 폴리스티렌(Polystyrene)

15) 폴리페닐렌 옥사이드(Polyphenylene Oxide 16) 폴리설폰(Polysulfone)

1.2 플라스틱 원료의 식별

(2) 열경화성 플라스틱

1) 디알릴 프탈레이트(DAP: diallyl pthalate) 2) 에폭시(Epoxy)

3) 페놀 포름알데히드(Phenol Formaldehyde) 4) 우레아 포름알데히드(Urea Formaldehyde)

5) 멜라민 포름알데히드(Melamine Formaldehyde) 6) 폴리에스테르(Polyester)

7) 실리콘(Silicone)

(1) 열가소성 [熱可塑性 , thermoplastic]

열을 가하면 부드럽게 되고 모양을 누르면 그 모양 대로 찍힌다.

열을 식히면 찍힌 모양 대로 굳어지는데, 다시 열을 가하 면 부드럽게 되어 마음대로 다른 모양으로 바꿀 수 있는 성질

(2) 열경화성 [熱硬化性 , thermosetting property]

열을 가하면 경화하는 성질로 어떠한 온도에서도 다시 처음대로 될 수 없고 부서지게 된다. 플라스틱의 성질 중 처음에는 소성(변형하여 원래의 상태로 되돌아가지 않는 성질)을 나타내어도 가열하면 굳어지고 그 뒤는 다시 유 연해지는 것을 말함

기계적 성질

(1) 폴 리 프 로 필 렌 (PP:

polypropylene) : 결정성 열 가소성 플라스틱으로서 내화 학성과 저온 충격 강도가 우수 하며, 가볍고 우수한 성형성 외에도 다른 플라스틱에 비해 가격이 저렴

다목적용 PP 코폴리머 수지는 자동차 외장재, 가정 용기, 의 료 용품, 포장용 등 여러 가지 제품에 광범위하게 사용

1.5 플라스틱 재료의 특성 및 물성

@ 고 효율 충격 보강제 : 충격 보강이 주요 관심인 불투명 컴파운딩에 사용

@ 투명 충격 보강제 : 투명성과충격 물성이 요구되 는 곳에 사용

@ 열변형 보강제 : PVC 컴파운드의 사용 온도 범위 를 증대시키기 위해 사용

@ 일반용 보강제 : 충격，열적 강도 및 저온 굴곡성 의 몇 가지 기본적인 개선을 위해서 사용

@ 내후성 보강제 : 실외 적용물에 사용되고，자외선 에 대한 저항성을 줌

@ 성형 조제 : 융해 시간을 단축시킴으로써 PVC 의 용융물성을 개선

(1) 첨가제

많은 금속을 특수 합금강으로 만들기 위해서 종종 철강석이 첨가되듯이 플라스틱에도 특수하고 뛰어난 물리적 특성을 얻 기 위해서 수많은 성분들을 첨가

1) 수지 : 그 자체로서 플라스틱이 열경화성인가 열가소성인 가가 결정. 명사로서 ‘플라스틱’ 이나 ‘수지’는 가끔 호환 성 있게 사용되고 있으나 수지는 중합 과정을 거쳐서 제 품이 ‘완성 상태’에 도달할 때까지는 플라스틱으로 되지 플라스틱은 합성 고무처럼 탄성이 우수하지는 않는 반면에못함 폴리머는 가소성과 탄성을 갖고 있음

2) 충전제 : 충전제는 수지에 따라서 유기물이나 무기물 첨가 제로 될 수 있음

충전제는 수지에 첨가되어 부피를 증가시키고, 보다 값비싼

(2) 충전제

플라스틱은 다른 물질이 흉내 낼 수 없는 성질，즉 광범위한 색상 을 나타낼 수 있기 때문에 넓은 범 위의 용도를 지니고 있다. 플라 스틱의 배합에 사용되는 4 가지 기본적인 착색제는 염료，유기 안 료， 무기 안료，특수 효과 안료

안료와 염료의 기본적인 차이의 하나는 용해성이고, 염료는 좀더 복잡하고 분자와 화학적 결합을 취함으로써 물질을 착색

염료는 우수한 투명도와 광학적 성질을 가지고 있지만 열에 약하 고 빛 안정성이 떨어진다. 수천 개의 염료는 플라스틱 용도에서는 콜타르 화학 제품으로부터 합성

안료는 일반 용제나 수지에 용해되지 않음. 안료는 수지와 혼합되 어야 하고 고르게 분산되어야.

제품의 수명 기간 동안이나 성형 중에 착색제의 박리 현상이나 ‘브 리밍(고무가 하얗게 변하는 현상)’ 현상은 제품 표면에 치명적인 색 상 불량을 나타낼 수 있음

색상 브리밍은 피부와 접촉되었을 경우 얼룩 이나 알레르기 현상을 유발할 수도

(3) 착색제

Boys be ambitious!