플라스틱 기초 지식

플라스틱의 기원

영어의 "Plastics" 또는 "Plastic"은 그리스어 "plastics"에서 유래했으며, 이는 "성형" 및 "발전"을 의미합니다.

플라스틱(Plastic)이라는 명칭은 "자유롭게 형태를 만들 수 있다"는 플라스틱 자체의 특성에서 따온 것입니다.

플라스틱의 분류

1. 응용 분야에 따른 분류

(1) 범용 플라스틱: 비구조용 재료로만 사용 가능하며, 생산량이 많고 가격이 비교적 저렴하며 성능이 보통이고 제조사가 많습니다.

(2) 엔지니어링 플라스틱: 우수한 기계적 성질, 전기적 성질, 내열성, 내화학성, 치수 안정성 및 가공성 등을 갖추어 구조용 재료로 사용될 수 있습니다.

(3) 일반 엔지니어링 플라스틱과 특수 엔지니어링 플라스틱으로 나눌 수 있습니다. 후자는 성능이 더 높고 생산량이 적으며 제조사가 적고 판매 가격이 더 높습니다.

1. 플라스틱의 물리화학적 성질에 따른 분류:

(1) 열가소성 플라스틱: 가공 과정에서 일반적으로 물리적 부피만 변화합니다. 즉, 특정 온도 범위 내에서 반복적으로 가열하여 연화시키고 냉각하여 경화시킬 수 있는 플라스틱입니다. (일반적인 예: 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, ABS, SAN, 나일론, 폴리포름알데히드, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌 에테르, 폴리메타크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 에스테르)

(2) 열경화성 플라스틱: 가공 중에 화학적 변화가 일어납니다. 가열하면 연화되기 시작하여 어느 정도의 가소성을 갖게 됩니다. 그러나 계속 가열하면 수지가 경화되고 형태가 고정됩니다. 다시 가열해도 일반적으로 재성형이 불가능하며, 분쇄하여 충전제로만 사용할 수 있습니다.

열가소성 플라스틱은 결정성 플라스틱과 비결정성 플라스틱으로 나뉩니다.

• 플라스틱의 응용: 결정성 플라스틱: 필름, 세탁기, 기어, 파이프, 안전모, 섬유 제품, 스키 부츠 본체
• 비결정성 플라스틱: TV 케이스, 사무용품, 파이프, 판재, 프로파일, 팬 블레이드 및 휴대폰
• 열경화성 플라스틱: 포장재, 접착제, 트레이, 당구공, 욕조 등.
• 엘라스토머 플라스틱: 폼 바디, 벨트, 로프, 필름, 볼링공 등 (엘라스토머도 열가소성 플라스틱의 일종입니다)
• 결정성 재료와 비결정성 재료는 분자 구조의 차이로 구분됩니다.

(1) 결정성 플라스틱: PA, PP, PE, POM, PBT, PET, PPO;

(2) 비결정성 플라스틱: PC, ABS, PS, PVC, PMMA.

결정성 플라스틱은 뚜렷한 녹는점을 가지며, 고체 상태일 때 분자가 규칙적으로 배열됩니다. 규칙적으로 배열된 영역을 결정 영역, 무질서하게 배열된 영역을 비결정 영역이라고 하며, 결정 영역의 비율을 결정화도라고 합니다. 일반적으로 결정화도가 80% 이상인 고분자를 결정성 플라스틱이라고 합니다.

결정화에 영향을 미치는 요인

(1) 고분자 사슬 구조: 대칭성이 좋고 가지가 없거나 적으며, 곁사슬이 작고 분자 간 힘이 큰 고분자는 서로 밀착되기 쉬워 결정화가 잘 일어납니다.

(2) 온도: 고분자는 무질서한 코일 상태에서 성장하는 결정 표면으로 이동합니다. 금형 온도가 높을수록 고분자의 이동성이 증가하여 결정화가 가속화됩니다.

(3) 압력: 냉각 과정에서 외력이 가해지면 고분자의 결정화를 촉진할 수 있습니다. 따라서 생산 중에 사출 압력과 보압을 높여 결정성 플라스틱의 결정화도를 제어할 수 있습니다.

(4) 핵제: 저온은 빠른 핵 생성을 돕지만 결정 성장을 늦춥니다. 따라서 이러한 모순을 해결하기 위해 성형 재료에 핵제를 첨가하여 플라스틱이 높은 금형 온도에서도 빠르게 결정화되도록 합니다.

결정화가 플라스틱 성질에 미치는 영향

(1) 기계적 성질: 결정화는 플라스틱을 취성(충격 강도 감소) 있게 만들고, 강한 인성을 부여하며, 연성을 떨어뜨립니다.

(2) 광학적 성질: 결정화는 결정 영역과 비결정 영역 사이의 계면에서 빛의 산란이 발생하기 때문에 플라스틱을 불투명하게 만듭니다. 구정(spherulite)의 크기를 일정 수준으로 줄이면 플라스틱의 강도가 증가할 뿐만 아니라(입자 간 결함 감소), 투명도도 향상됩니다(구정 크기가 빛의 파장보다 작으면 산란이 발생하지 않음).

(3) 열적 성질: 결정성 플라스틱은 온도가 상승할 때 고탄성 상태가 나타나지 않습니다. 온도가 녹는점(TM)까지 상승하면 점성 유동 상태를 나타냅니다. 따라서 결정성 플라스틱의 사용 온도는 Tg(유리 전이 온도)에서 TM(녹는점)까지 증가합니다.

(4) 내용제성, 투과성 등은 결정 성분이 더 밀접하게 배열되어 있기 때문에 향상됩니다.

사출 성형기 및 금형을 위한 결정성 플라스틱

(5) 결정성 플라스틱은 녹을 때 결정 격자를 파괴하기 위해 더 많은 에너지가 필요하므로 고체에서 용융 상태로 변환할 때 더 많은 열을 입력해야 합니다. 따라서 사출 성형기의 가소화 용량이 커야 하며, 최대 사출량도 이에 따라 커야 합니다.

(6) 결정성 플라스틱의 녹는점 범위는 좁습니다. 노즐 온도가 낮아질 때 고무 결정이 노즐을 막는 것을 방지하기 위해 노즐 구경을 적절히 확대하고, 노즐 온도를 독립적으로 제어할 수 있는 가열 링을 설치해야 합니다.

(7) 금형 온도가 결정화도에 중요한 영향을 미치므로, 성형 중 균일한 금형 온도를 보장하기 위해 금형 내에 가능한 한 많은 수로(water channel)가 있어야 합니다.

(8) 결정화도는 결정화 과정에서 큰 부피 수축을 겪으며, 이로 인해 큰 성형 수축이 발생합니다. 따라서 금형 설계 시 성형 수축을 신중하게 고려해야 합니다.

(9) 상당한 이방성과 큰 내부 응력으로 인해 게이트의 위치와 크기, 금형 설계 시 보강 리브의 위치와 크기에 주의를 기울여야 합니다. 그렇지 않으면 뒤틀림 변형이 쉽게 발생하며, 성형 공정을 통해 이를 개선하기가 매우 어렵습니다.

(10) 결정화도는 플라스틱 부품의 벽 두께와 관련이 있습니다. 벽 두께가 두꺼우면 냉각이 느려 결정화도가 높고 수축이 크며, 수축 구멍과 기공이 발생하기 쉽습니다. 따라서 금형 설계 시 플라스틱 부품의 벽 두께를 제어하는 데 주의를 기울여야 합니다.

결정성 플라스틱의 성형 공정

(1) 냉각 중 방출되는 열이 크므로 충분히 냉각해야 합니다. 높은 금형 온도에서 성형할 때는 냉각 시간 제어에 주의하십시오.

(2) 용융 상태와 고체 상태 간의 비중 차이가 커서 성형 수축률이 높고 수축 및 기공이 발생하기 쉽습니다. 보압 설정에 주의하십시오.

(3) 금형 온도가 낮으면 냉각이 빠르고 결정화도가 낮으며 수축이 작고 투명도가 높습니다. 결정화도는 플라스틱 부품의 벽 두께와 관련이 있습니다. 플라스틱 부품의 벽 두께가 두꺼우면 냉각이 느리고 결정화도가 높으며 수축이 크고 물리적 성질이 우수합니다. 따라서 결정성 플라스틱의 금형 온도는 요구 사항에 따라 제어되어야 합니다.

(4) 이방성이 뚜렷하고 내부 응력이 큽니다. 결정화되지 않은 분자는 탈형 후에도 계속 결정화되려는 경향이 있습니다. 이들은 에너지 불균형 상태에 있어 변형 및 뒤틀림이 발생하기 쉽습니다. 재료 온도를 적절히 높이고 금형 온도를 중간 정도로 높여야 합니다. 사출 압력과 사출 속도도 고려하십시오.

후처리 차이

(1) 결정성 플라스틱의 표면은 매끄러워 도장이나 크롬 도금이 불가능합니다. 표면 장식이 어렵습니다. 현재 도장된 색상은 오래 지속되지 않고 쉽게 벗겨집니다. 예를 들어 포장재에 스프레이, 인쇄 또는 착색을 할 때 일반적으로 고전류 전자 코로나 방전을 사용하여 색상을 인쇄하지만, 지속성이 떨어지고 적절한 접착제를 찾기 어렵습니다.

(2) 비결정성 플라스틱의 표면은 잉크, 크롬 도금, 스프레이 코팅 등 다른 분자를 흡수할 수 있습니다. 따라서 일반적인 제품 케이스, 시계 케이스, TV 케이스 등은 장식이 쉽고 잘 벗겨지지 않는 비결정성 플라스틱으로 만들어집니다.