엔지니어링 플라스틱 개요

엔지니어링 플라스틱(engineering plastics, EP)은 1956년말 "금속에 도전하는 플라스틱"으로서 미국의 듀폰 사가 폴리 아세탈의 단 중합체인 Delrin을 개발하여 1960년부터 생산, 판매를 시작한 이래 약 40년밖에 경과하지 않았으나 그 성장률은 경이적이다. 또한 용도가 공업제품 중심임으로 산업계에 있어서는 필수적인 것으로 되어 있으며, 금후도 그 우수한 특성을 살려 성장할것으로 기대되고 있다.

엔지니어링 플라스틱의 정의와 종류

엔지니어링 플라스틱의 정의는 여러가지가 있으나 아직 확립된 것은 없다. 다음에 정의를 몇가지 소개한다. 즉 "구조용및 기계 부품에 적합한 고성능 엔지니어링 플라스틱으로서 주로 금속 대체를 목표로 한것, 또는 자동차 부품이나 기계부품,전기,전자부품과 같은 공업적 용도에 사용되는 플라스틱이며, 500kgf/cm2(MPa)이상의 인장강도 20000kgf/cm2 (2Gpa)이상의 굴곡 탄성율,100℃이상의 내열성을 갖는 것 그리고 내열성이 더욱 높아 150℃이상의 고온에서도 장기간 사용 할수 있는 것을 특수 엔지니어링 플라스틱 또는 수퍼 엔지니어링 플라스틱이라고 한다.

엔지니어링 플라스틱의종류와 생산년도를 다음과 같다.

엔지니어링 플라스틱의 종류와 생산 개발연도
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1.범용 엔지니어링 플라스틱 생산년도 생산회사
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① POLYAMIDE (PA ) 1939 듀폰
② POLYACETAL (POM) . 1956 듀폰
③ POLYCARBONATE (PC) 1958 베이어
④ MODIFIED POLYPHENYLEN OXIDE (M-PRO) 1966 GE
⑤ POLYBUTYLENE TEREPHTHALATE. 1970 Celanese

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2.수퍼 엔지니어링 플라스틱
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① POLYIMIDE (PI) 1964 듀폰
② POLYSULFONE (PSF) 1965 UCC
③ POLYPHENYLENE SULFIDE (PPS) 1968 필립스
④ POLYAMIDE IMIDE (PAI) 1971 AMACO
⑤ POLYACRYLATE (PAR) 1971 CARBORUNDAM
⑥ POLYETHER SULFONE (PES) 1972 ICI
⑦ POLYETHER ETHER KETONE (PEEK) 1980 ICI
⑧ POLYETHER IMIDE (PEI) 1981 . GE
⑨ LIQUID CRYSTAL POLYESTER (LCP). 1984 DARCO Mfg.
⑩ POLYETHER KETONE (PEK). 1986 ICI


열가소성 플라스틱은 가격, 시장현황, 내열성, 기계적 특성 등의 차이로 범용 플라스틱과 엔지니어링플라스틱으로 분류되며 엔지니어링 프라스틱도 같은 분류법으로 범용 엔지니어링 플라스틱 과 수퍼 엔지니어링 플라스틱으로 분류된다. 범용 플라스틱중 폴리 아미드(PA), 폴리 아세탈(POM), 폴리 카보네이트(PC), 변성 폴리페닐렌 옥사이드(M-PRO), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT)등 다섯가지 플라스틱은 그 우수한 특성 때문에 각종 산업에 침투하고 있다.

수퍼 엔지니어링플라스틱은 1964년 폴리이미드(PI)가 개발된것을 시작으로, 1960년대에는 폴리술폰(PSF)이, 1970년대에는 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 액정폴리 에스테르(LCP), 폴리에테르케톤(PEK)등이 개발되고 있다.

엔지니어링 플라스틱은 인장강도는 금속보다 낮으나 인장강도를 밀도로 나눈 비강도는 비강화 엔지니어링 플라스틱이라도 금속과 대동하거나 크다.

강화재로는 유리섬유가 가장 많이 사용되고 있으며 대략 무게로 30-40%정도이다. 이밖에 아라미드나 탄소섬유등이 초강력 강화제로 최근 각광을 받고 있다. 보강및 충진재로는 카보네이트가 주종을 이루고 있고, 여러 무기물도 이용되고 있다. 엔지니어링 플라스틱은 전기나 열의 전도성이 나쁘고 금속이나 세라믹에 비해 내열성과 난연성이 뒤떨어진다. 플라스틱의 외적 조건중 특히 온도의 영향을 크게 받으며, 비교적 내열성이 우수한 엔지니어링플라스틱도 강도변화를 나타낸다. 그리고 충격강도는 온도가 상승하면 어느정도 증가하나, 온도가 높아지면 저하한다.

화학적 성질은 온도가 상승하면 현저히 저하하여 耐溶劑性은 약화된다. 그리고 산화, 열분해가 일어나기 쉽다. 엔지니어링 플라스틱은 범용플라스틱보다 내 약품성도 우수하며 고온에서도 분해하지 않는 안정성이 있으므로 최근 일용품, 용기등에도 사용되고 있다.

전기저항도 온도가 상승하면 분자 운동이 격렬해져 저하된다. 이와같은 경향은 극성이 없는 플라스틱에서는 적으나, 모든 플라스틱에서 볼수 있다.

연속 사용시는 열에 의한 노화가 문제로 된다. 플라스틱은 장기간 가열 함으로서 경화하는 것과 연화하는 것이 있다. 예를 들면 폴리에테르술폰을 150℃에서 가열하면10일 정도까지는 인장강도가 서서히 신장하고 그후 일정치로 된다. 그리고 염화비닐수지나 고무, 열경화성 플라스틱에서는 화학변화, 가교가 일어나 강도는 상승하게 된다. 그러나 반대로 신장률은 현저히 저하하여 약화하게 된다.

그러나 일반적으로 가열 열화로서 강도는 저하한다. 이와 같이 열노화(HEAT AGING)에서의 인장강도는 열화의 방향을 표시한다. 즉 강도가 저하하는 것은 분자쇄가 절단되고 있음을 의미한다.

엔지니어링 플라스틱은 열노화에 대해서도 저항이 강하며 200℃ 의 장기열노화시험에서도 인장강도의 변화가 작은 것이 많다.

 

가장 생산량이 많은 대표적인 엔지니어링 플라스틱

폴리아미드 수지 (PA)

강도, 내약품성,가공성이 뛰어나며, 엔지니어링 플라스틱중에서 가장 생산량이 많다.

폴리 아미드는 1939년 미국의 화학회사인 듀퐁사에서 개발하여 현재는 5대 엔지니어링 플라스틱(EP)중에서 가장 생산량이 많은 품목이다. 그 수요의 태반은 나일론6*,나일론 66**이며, 특히 나일론 6이 전체의 약 70%를 차지하고 있다.

또 폴리 아미드는 기계적 강도, 내열성,내마모성, 내약품성, 자기소화성,(난연성)등 우수한 특성을 갖고 있으며, 가공성이 우수하기 때문에 공중합과 다른 재료와의 복합화로 600종 이상의 개량 그레이드가 개발되고 있다. 예컨데 나일론을 유리섬유(GF)로 복합하면, 탄성률의 2-3배가 되고, 열변형 온도는 190℃ 로 상승하기 때문에 내열재료로 이용되고 있다.

응용과 전망 : 폴리 아미드는 그 뛰어난 특성을 살려 자동차 부품, 전기, 전자품, 기계부품,건재부품, 의료용품, 가정용품등 폭넓은 분야에 이용되고 있다. 수요는 자동차 분야, VCR, OA기기등 전기 전자분야에서 늘어나는 경향이 있으며, 특히 나일론 66은 물성면이 뛰어나기 때문에 수요가 늘어나고 있다.

* 나일론 6,나일론 66 : 6이라든가 66은 분자구조상 붙인 명칭이고, 정식명칭은 모두 폴리아미드이다, 흔히 나일론 수지라고도 하며, 나일론 66은 미국의 듀퐁사가 나일론6은 일본 국제기술에서 개발하여 아밀란이라 불리워진 것이다. 6과 66은 모두 강도가 우수 하지만 6의 경우 흡수율이 높기 때문에 치수 변화가 큰것이 결점이다. 6, 66이외에 최근 나일론 12와 광섬유의 코팅재 응용이 주목을 끌고 있다.

금속 기계부품과의 대체가 한창인

폴리 아세탈 수지 (POM) : POLY ACETAL RESIN

강도, 치수 안정성, 내마모성등이 뛰어나, 엔지니어링 플라스틱중에서 가장 금속에 가까운 것으로 평가받고 있다.

폴리 아세탈은 포름 알데히드*(CH2O)와 트리옥산*(CH2O)3을 중합하여 제조하는 유백색 열가소성 수지로, 1958년 미국의 화학회사인 듀퐁사가 처음으로 상품화 했으며 크게 나누어 호모 폴리머와 고폴리머* 두종류가 있다.

폴리 아세탈은 결정성이 높고, 굽힘강도등 기계적특성이 우수 할뿐만 아니라 치수 안정성,내피로 특성, 내마모성이 뛰어나기 ?문에 엔지니어링 플라스틱 중에서 가장 금속에 가까운 성질을 갖고 있어 금속기계부품과 많이 대체되고 있다.

응용과 전망 : 폴리 아세탈은 VCR,오디오 같은 전기,전자부품,각종 기어와 볼트 너트 등 기계부품, 자동차 부품,견제,배관부품 등에 이용되고 있다.특히 자동차 부품분야에서는 도어록,와이퍼 탱크용 캡, 등 차 1대당의 폴리 아세탈 사용 부품이 늘어나고 있다.

 

* 포름 알데히드(FORMALDEHYDE) : 자극적인 냄새가 있는 무색기체이다. 융점 -92℃,비점 -21℃,로 물에 잘 녹는다. 포르말린이라고도 하며 살균 방부제로 쓰이고 있다.

* 트리옥산(TRIOXANE) : 포름알데히드의 환상 3량체이다. 융점 63-64℃이고 비점 114.25℃이며 물에 대한 용해도는 21.1G/100ml(25℃)이다. 비교적으로 안정되어 224℃에서 6시간 가열해도 열분해되지 않는다.

* 호모 폴리머와 코 폴리머 : 전자는 '델루린' 후자는 슈라콘 이라는 상품명으로 알려져 있다. 내열성은 코 폴리머 쪽이 좋고 호모 폴리머는 연속 사용온도가 85˚C인데 비해 코 포리머는 105도씨, 단시간 사용하면 150도씨에도 견딘다.

광학 정보분야에 이용이 기대되는

 

폴리 카보네이트 수지(PC)

강도 내열성, 내환경 변화등에 우수한 투명한 엔지니어링 프라스틱으로 정밀기계부품에 대한 진출이 현저하다.

폴리 카보네이트는 비스페놀 A와 포스겐등을 반응시켜 제조하는 열가소성 수지로 비경정성이기 때문에 투명하다. 기계적 강도가 높고 내열성 전기절연성이 뛰어나며 충격강도는 열가소성 수지중 가장 높다. 또 흡습으로 인한 치수 변화가 대단히 적고 온도 변화에 따른 물리특성이 안정된 여러가지 특성을 가지고 있어 환경 변화에 강한 엔지니어링 플라스틱이다. 결정은 유기용제 에 약하고 성형시에 큰 일그러짐이 있으면 변형하여 금이 가는 것등이다.

응용과 전망 : 폴리 카아보네이트는 VCR과 OA기기등 전기 전자분야 자동차 범퍼 카메라 시계등의 기계분야, 인공장기 같은 의료분야에 이용되고 있다. 앞으로는 투명성, 내열성 치수 안정성을 살린 정보분야에 이용이 기대된다.

* 비스페놀 A : 2,2-비스(4'-히드록시페닐)프로판에 해당하는 2가 페놀 백색 針狀晶이며 융점은 155-156도씨 이다. 아세톤과 페놀을 황산 또는 농황산 촉매로 축합하여 얻는다.

* 포스겐 : COCl2 염화카르보닐이라고도 한다. 무색이나 자극적인 냄새가 나고, 유독한 질식성 기체이다. 융점 -128도씨, 비점 7.5도씨로 일산화 탄소와 염소가스를 활성탄 같은 촉매를 넣고 가열하여 만든다.

* 열가소성 수지 : 열가소성 을 지닌 합성수지를 말한다. 합성수지를 가공적 관점에서 크게 나눈 하나로 열경화성 수지에 대응된다. 화학구조적으로는 선형 고분자이다.

 

OA기기등 전기 전자분야에 이용이 확대되는

변성 폴리페닐렌 옥시드 (변성 PPO)

강도, 치수 안정성, 전기적 특성, 특히 내열성이 뛰어난 복합형 엔지니어링 플라스틱이다.

변성 PPO는 메탄올과 페놀을 원료로 하여 만드는 PPO에 폴리스티렌 수지를 가해서 제조하는 복합 폴리머이다. PPO단독으로는 성형이 어려웠으나복합화함으로서 성형 가공성이 크게 개량되어 급속도로 보급되고 있다.

변성 PPO는 강도,내열성,전기 절연성이 뛰어나며, 비중이 작고 가벼워 균형이 잡힌 기계적 성질을 갖고 있다. 결점으로는 내후성,내약품성에 다소 난점이 있어 앞으로 개선이 기대되고 있다.

응용과 전망 : 변성 PPO는 커넥터,스위치등의 전기,전자부품,호일커버,휴유즈 박스 같은 자동차 부품등에 이용되고 있다. 앞으로는 내약품성 등 결점의 개선과 함께 더욱 다기능화 함으로서 발전할것으로 기대된다.

* 메탄올: CH3OH 무색 투명,에틸알콜과 같은 냄새와 탄 맛을 지닌 액체이다. 융점 -94도씨 비점 64.56도씨로, 유독하며 보통 8-20g에서 실명하고 30-50g이면 죽게 된다.

* 페놀: C6H5OH 석탄산이라고도 부르는 무색의 결정 덩어리이다. 융점 42도씨, 비점 180도씨로 독특한 냄새가 나며 유독하다.

뛰어난 특성이 평가되어 생산량이 급성장한 엔지니어링 프라스틱

 

 

폴리 브틸렌 테레프탈레이트 (PBT)

강도,내열성,전기 절연성 등이 뛰어난 엔지니어링 플라스틱으로 전기 자동차 부품으로 사용된다.

PBT는 테레프탈산 또는 테레프탈산 다이메틸과 1,4-브타디올로 합성된 엔지니어링 플라스틱으로 1970년 미국의 Celanese사에서 최초로 개발했다. 치수 안정성, 난연성, 전기 절연성, 내마모성 등 뛰어난 특성이 편가되어 불과 10년남짓한 사이에 폴리 아미드, 폴리 아세탈, 폴리카보네이트,변성 PPO에 다음가는 엔지니어링 플라스틱으로 선둁장했다. (5대 엔지니어링 플라스틱의 하나이다.)

또 PBT의 원료인 테레프탈산은 폴리에스테르섬유의 원료이기도 하므로 PBT의 합성은 기존 폴리 에스테르 섬유용의 합성장치를 이용할수 있다. 이때문에 일본의 경우 많은 합성 메이커가 참여하여 각종 엔지니어링 플라스틱 중에서 메이커가 가장 많은 것도 특색이다.

응용과 전망 : PBT수지는 커넥터와 스위치,오디오부품 등의 전기 전자부품 와이퍼암과 캐브레이터,커넥터 등 자동차 부품에서 사용되고 있다. 나일론 등으로부터 재료 전환이 진행되고 이덷므로 앞으로도 용도가 확대되고 생산량이 늘어 날것으로 전망된다.

* 테레프탈산 : C8H6O4의 프탈산, 이소프탈산의 이성체로 융점 425도씨, 300도씨에서 승화한다.

 

최근 맥주병등 비 섬유분야에서 용도가 늘어나고 있는

폴리에티렌 테레프탈레이트(PET)

대표적인 합성섬유 소재로서 최근 필름과 병등 비섬유 등 비섬유 분야에 용도가 확대되고 있다.

폴리 에틸렌 테레프 탈레이트는 1941년 영국의 JR Whinfield등에 의해 테레프탈산 디메틸과 에틸렌글리콜에서 합성되는 것이 발견되어 1948년 ICI사,듀폰사에 의해 섬유로 공업화 되었다. 일본에서는 1958년 데이진,도오레이가 처음으로 합성섬유로 만들기 시작했다.

PET는 강도 내열성,내후성,내약품성등이 뛰어나며, PET필름과 PET볼트 등 비섬유 분야에서도 사용이 늘어나고 있다.

응용과 전망 : PET는 용융방사로 의류용폴리에스테르 섬유를 만드는외에 비디오 테이프와 마이크로 필름용을 위해 필름상태로 하거나 맥주나 간장을 넣는 병처럼 성형품으로 사용하고 있다.

앞으로는 오디오 VCR,컴퓨터용의 자기테이프,플로피 디스크등의 기재로 널리 쓰이는 한편 가볍고 깨지지 않는재료이기 ?문에 병으로 사용되는 등 용도가 광범위하게 늘어 날것으로 전망된다.

* VCR에 대한 응용 : 고정도 경량화가 요구되는 VCR는 엔지니어링 플라스틱이 많이 사용되고 있는 좋은 예이다. 즉 PET를 비롯한 커넥터등에는 PBT가 메터류 커버에는 PC가, 케이스로는 PPO등, 전체적으로 대단히 많은 엔지니어링 플라스틱이 사용되고 있다.

성형성과 착색성등 2차 가공성이 뛰어나 다른 소재와의 복합화가 추진되는

ABS수지 (acronitrile-butadiene-styren resin)

뛰어난 성형성과 2차 가공성을 갖고 있으며 용도에 따라 많은 그레이드(종류)로 나누어지고 있다.

ABS수지는 아크로니트릴(A),부타디엔(B)부타디엔(S)의 세가지 성분으로 되어 있으며, 스티렌-아크로니트릴의 공중합체를 SBR과 NBR같은 고무나 부타디엔과 그래프트 중합시켜 제조한다.

ABS수지는 내충격성,내약품성,내후성등이 뛰어나고 특히 사추렁형,압출성형등의 성형성과 착색등 2차 가공성이 우수하고 다른 수지와의 상용성이 좋고 염화비닐과 폴리카보네이트 등과의 브렌드도 실시되고 있다.

응용과 전망 : ABS수지는 VCR,텔레비젼,라디오 같은 가전 부품,프론트그릴,클럽커버 같은 자동차 부품,사무기기잡화등에 이용되고 있다. ABS는 수출비율이 높고 세계 경기의 회복세에 힘입어 일렉트로닉스 기기를 중심으로 무역환경이 호전되어 있기 때문인 것으로 추정된다. 앞으로 더욱 고품위화 고기능화되어 다른 소재와의 복합화가 전개될것으로 전망된다.

 

가장 역사가 긴 엔지니어링 플라스틱

페놀수지

플라스틱 중에서 가장 역사가 오래된 재료로 유리와 고무 등 각종 충전재료와 범용하는 경우가 많다.

페놀수지는 페놀과 포름 알데히드로 제조되는 열경화성수지로 종전부터 공업화 되었으며 엔지니어링 플라스틱 중에서 가장 역사가 오래 되었다. 열결화성 수지 중 우레아 수지 다음으로 많이 생산되고 있다. 페놀수지는 내열성,내약품성,치수 안정성등이 뛰어나고 그 특성과 코스트의 밸런스가 잡혀있기 때문에 꾸준한 수요를 갖고 있다. 또 각종 충전제와 융화가 잘 되기 때문에 단독으로 사용하기 보단 고무와 유리같은 유기,무기 충전제와 복합해서사용하는 경우가 많다. 결점으로는 알칼리에 약하고 착색이 자유롭지 못한 점을 들수 있다.

응용과 전망 : 페놀수지는 전기 전자제품,기계부품등의 성형재료,판,막대,관등의 적층품 그리고 일용잡화에 이르기 까지 폭넓은 분야에 이용되고 있다. 앞으로는 그 내열성,치수 안정성,코스트의 좋은 밸런스와 함께 일렉트로닉스,자동차 등의 높은 부가가치 재료로 더욱 용도가 확대될것으로 전망된다.

* 우레아 수지 : 우레아 수지는 셀룰로오스계 플라스틱,페놀수지 다음으로 오랜사를 갖는 폴리머로, 풍부한우레아와 포르말린이 원료이기 때문에 값도 싸고, 성형재료와 접착제,도료등 용도도 넓다. 특히 색채가 풍부하고 광택도 좋을뿐만 아니라 사출성형이 가능하기 때문에 열경화성 수지 중 최대의 생산량을 자랑하고 있다.

내식성이 뛰어나 구조재 등으로 용도가 확대되는 불소수지

불소 수지

내약품성,내열성,윤활성이 특히 우수한 불소를 함유한 엔지니어링 플라스틱의 총칭으로, PTFE의 생산량이 많다.

불소수지는 분자안에 불소를 함유한 수지를 총칭하는 것으로서 폴리테트라 플르오로 에틸렌(PTFE), 폴리클로트리플르오로 에틸렌(PCTFE), 폴리비닐리덴플로라이드(PDVF)등이 있으며 그 생산량의 약 80%는 PTFE가 차지하고 있다. 불소수지는 내열성,내약품성,전기절연성등이 뛰어나고 특히 마찰계수가 작을뿐 아니라 접착,점착성이 없는 특징도 갖고 있다. 또 PTFE는 용융상태로 하여도 점도가 높고,보통 성형가공법인 용융성형이 되지 않기 때문에 분말을 예비성형한 후에 소결하는 방법으로 성형을 하고 있다.

응용과 전망 : 불소수지는 전기 전자재료,기계재료외에 화학 플랜트의 탱크,밸브등 내식성을 필요로 하는 화학분야,프라이 챁내과 핫플레이트같은 가정용품에 널리 이용되고 있다.

앞으로는 체육관등 대형 구조물지붕재와 스키웨어용방수 통기성의 다공질 필름으로 용도가 확대될것으로 전망된다.

 

전기 전자 분야에 이용확대가 기대되는

에폭시 수지

내열성 전기 절연성 등이 뛰어나며 경화제와 충전제,보강제등과 조합하여 사용된다.

에폭시 수지란 분자내에 에폭시기를 갖는 열경화성 수지의 총칭이다. 현재 가장 많이 보급되고 있는 형은 비스페놀 A와 에피크롤히드린의 축합물이며 총 수요의 약 90%를 차지하고 있다. 에폭시 수지는 내열성,접착성,전기절연성,내약품성,내수성등이 뛰어난 특성을 갖고 있지만, 단독으로 사용되는 경우는 거의 없고 경화제와 함께 사용된다. 또 무기물과의 융화력이 좋기 때문에 실리카와 산화티탄 같은 충전제,보강제와 조합하여 사용하는 경우가 많다. 에폭시 수지는 이들 경화제와 충전제,보강제의 차이에 따라 물성이 크게 달라지기 때문에 폭넓은 용도가 개발되고 있다.

응용과 전망 : 에폭시 수지는 그 접착성을 살린 도료,프린트 배선기판과 IC봉지(封止)재료등의 전기 전자부품,접착제 등에 이용되고 있다. 컴퓨터기기,VCR같은 전기 제품의 신장이 배경이 되고 있으며,프린트배선 기반과 IC봉지재의 경우 30%이상의 신장을 기록했다.

* 경화제 : 에폭시 수지는 경화재에 따라서 그 특성이 좌우된다. 에폭시수지의 경화재료는 아민류,산무수물이 있다. 이들은 효과적으로 사용함으로써 강인하고 우수한 재료가 되지만 반면, 내충격성이 결핍되기도 한다. 이결점은 희석제등을 사용하여 보충하여 사용여하에 따라 장점을 살릴수 있는 재료이기도 하다.

아라미드 섬유등의 강화재와 함께 FRP에 사용되는

불포화 폴리 에스테르 수지 (UP)

우레아수지와 함께 대표적인 FRP의 매트릭스로, 자동차와 요트의 보디등 많은 용도에 사용되고 있다.

불포화 폴리에스테르수지는 무색 투명한 열경화성수지로,무수 말레인산과 푸마르산같은 불포화 다이카르본산 및 2가 알콜을 반응시켜 제조한다.

뛰어난 내열성,내식성을 갖고 있으며 그 대부분이 FRP(섬유강화플라스틱)의 매트릭스로 사용되고 있다. 최근에는 아라미드섬유 같은 새로운 강화재가 개발됨에 따라 고강도의 FRP가 실현되었기 때문에 그 용도는 더욱 확대되고 있다.

응용과 전망 : 불포화 폴리 에스테르수지는 FRP의 매트릭스로서, 욕조와 자동차 보디,요트의 선체,가솔린 탱크,모터용 절연판,극장과 스타디움의 의자 등 많은 분야에 용도가 뻗어나고 있다.

앞으로는 특히 내열성의 향상과 함께 프론트 그릴등의 자동차 부품과 프린트 배선 기반등에 용도가 확대 될것으로 기대되고 있다.

* FRP용 수지 : FRP용 열경화성수지의 대표가 상온,상압에서 성형할수 있는 불포화 폴리에스테르이다, 기타 에폭시 (성형수축이 적지만, 다소 비싸다), 페놀등이 있다. 또 열가소성 수지로서는 폴리 카보네이트를 비롯한 엔지니어링 플라스틱외에 거의 모둔 종류가 사용된다.

항공우주 분야에 용도확장이 기대되고 있는

 

 

폴리 이미드 수지

내열성이 특히 뛰어난 수지로 고가임에도 불구하고 항공기와 컴퓨터용 부품으로 중요한 재료가 되고 있다.

폴리이미드수지는 주된 고리중에 이미드 결합-N(CO2)을 갖고 특히 내열성이 뛰어난 고분자로 1959년 미국의 듀폰사가 항공 우주용으로 개발했다.용융점이 700 도씨로 대단히 높기 때문에 이수지로 만든 부품은 극저온에서 260도씨에 걸쳐 광범위하며, 장시간 사용에 견딜수 있다.

또 기계적 강도,전기적 특성,내화학약품성, 내방사선성등에도 뛰어나서 성형재료,복합재료,필름등 여러가지 형태로 이용되고 있다. 앞으로는 양산화에 의해 코스트 다운이 실현되면 컴퓨터,카메라,vcr등 일반 용도에 까지 이용이 예측된다.

응용과 전망 : 폴리 이미드필름은 고부하가 걸리는 공업용 모터둁의 절연재료와 카메라,탁상전자 계산기의 프린트 회로 기판등에 사용되고 있다. 또 탄소 섬유와의 복합재료는 항공우주용의 내열구조부품에 이용되고 유리섬유직물과의 적층판은 대형 컴퓨터의 다층회로기판으로 사용되고 있다. 그 밖의 성형품으로는 제트 엔진부품,전자렌지의 회전부품등 극한 환경하의 기계부품으로 사용되고 있다.

투명성이 높기 때문에 조명분야에 널리 이용되고 있는

메타크릴 수지 (PMMA) -methacrylic resin

플라스틱중에서 무색 투명성이 가장 높고 외관도 매우 아름답기 때문에 플라스틱의 여왕으로 불리워지고 있다.

메타크릴수지는 아세톤과 청산또는 이소 브틸렌과 메탄올에서 유도되는 메틸메타크릴레이트(MMA)의 중합으로 제조되는 열가소성수지로 일본에서는 1938년에 공업생산이 시작되었다.

메타크릴수지는 무색상태에서는 가시광선을 전 파장에 걸쳐 거의 흡수하지 않고 플라스틱중에서는 최고의 투명성과 발군의 내후성을 갖고 있다. 또 착색성,성형성,강도등도 우수하여, 광범위한 용도에 사용하고 있다. 결점으로는 표면에 상처가 나기 쉽고,열과 흡수로 인한 팽창이 크며 유기용제에 침범되는 점 등을 들수 있으며,여러가지 개량이 시도되고 있다.

응용과 전망 : 메타크릴수지는 자동차 테일램프카버와 조명기구,광고 표시판,형광등 카버등 조명관계 용도에 널리 사용되고 있다. 잘 깨지지 않기 때문에 최근 파열되지 않는 유리로서 각광을 받고 있으며 앞으로도 창틀 재료로 큰 수요가 디대되고 있다.

기계부품등에 대한 용도 개발이 앞으로의 과제인

 

 

폴리에텔르에테르 케톤(PEEK)

내열성이 특히 뛰어난 열가소성 수지로, 폴리이미드에 비해 성형 가공이 용이하다.

PEEK은 내열성이 뛰어난 열가소성 수지로 1980년 영국의 ICI사가 처음으로 발매했다. PEEK의 연속 사용온도는 240도씨정도이고 유리섬유등으로강화하면 300도씨의 정도이어서내열성면에서는 폴리이미드수지에 미치지 못하지만 폴리이미드와는 달리 고온으로 가열하면 녹기 때문에 다른 수지와 마찬가지로 용이하게 성형가공할수 있고생산 코스트면에서는 폴리 이미드 수지보다 유리하다. 또 내약품성,내충격성,착색성등도 뛰어나기 때문에 앞으로 수요 확대가 기대된다.

응용과 전망 : PEEK은 원자력 발전용재료와 복사기 부품,식품기계부품,레제용품등에 사용되고 있다. 유리섬유와 잘조화를 이루며 내열성이 더욱 향상되기 때문에 복합재료로 항공우주분야에 대한 사용도 예상된다.

경질 폴리우레탄 폼

유리섬유의 약 2배의 단열성을 가지고 있으며 최근의 전기냉장고에는 대부분 사용되고 있다.

경질 폴리우레탄 폼은 고분자 단열재의 일종인데, 단열재중에서 가장 높은 단열성을 갖고 있다. 이 단열효과는 발포제로 사용하는 프론가론에서 비롯되는 것으로, 성에너지형 주택의 증가와 함께 근년에 생산량이 늘어나고 있다. 또 경질 폴리우레탄 폼은다른 재료와의 접착성이 뛰어나기 때문에 철판 패널과 접착시켜서 사용하는 경우도 있다. 과제는 난연성의 향상에 있으므로 유리섬유등의 난연성에 버금 할수 있도록 연구를 진행하고 있다.

 

응용과 전망 : 경질 폴리우레탄폼은 그 뛰어난 단열성을 살려 전기 냉장고와 주택용재료 냉동선, LNG탱커,석유 플랜트등 다양한 분야에 사용되고 있다. 앞으로도 성에너지 기술과 저온 기술에 불가결한 재료로 용도의 확대가 추진할것으로 믿어진다.

* 폴리 우레탄 : 폴리우레탄 결합이라는 구조를갖고 있기 때문에 이렇게 부르고 있다. 매우 강인한 것이 특징이며,고무 탄성을 갖고있다. 이때문에 발포체로 하여 우레탄 폼으로 사용될 뿐만 아니라 합성섬유와 합성고무로 사용되고 있다.

근년에 급성장하는 특수 엔지니어링 플라스틱

폴리 페닐렌 설파이드 (PPS)

강도 내열성,내약품성등이 우수한 엔지니어링 프라스틱으로 성능대신에 가격이 싼것이 매력이다.

폴리페닐렌 설파이드(PPS)SMS 1968년 미국의 필립스석유가 개발한 엔지니어링 플라스틱으로 강도 내열성 내약품성 치수 안정성이 우수하다, 열가소성수지이기 때문에 성형이 용이하고, 또 그 뛰어난 성능에 비해서는 가격이 싸기 때문에 자동차용 부품등으로 수요가 급격히 늘어나고 있다.

근년 일본에서도 메이커의 신규참여가 활발하며 양산화가 추진될것으로 전망된다.

응용과 전망 : 폴리 페닐렌 설파이드는 자동차용 배기가스밸브,안개등렌즈,각종 센서,전기 전자부품 전자렌지 스팀 다리미등 내열성이 요구되는 많은 분야에 사용되고 있다. 이중에서 자동차 부품,전기,전자 부품으로 사용하는 경우가 전체의 약 70% 가까이 된다.

대표적인 합성고무이지만 전기 전도성등 기능을 부가하는 연구가 한창인

스티렌 부타다이엔고무(STYREN-BUTADIENE RUBBER)

대표적인 합성고무의 일종으로 자동차 타이어를 중심으로 많은 용도에 사용되고 있다.

SBR은 합성고무(SR)중에서도 대표적인 것인데,스티렌과 부타다이엔을 1대3의 비율로 유화제를 사용하여 공중합한것이다. SBR은 천연고무(NATURAL RUBBER)에 비해 균일한 품질을 얻을수 있고 내열성,내노화성,내마모성이 뛰어나다.

응용과 전망 : SBR은 전 합성고무생산의 약 50%를 차지하고 있다. 최대의 용도는 자동차 타이어용이고, 그밖에는 옷감,공업용 재료 등으로 널리 사용되고 있다.

자동차 타이어의 주요 재료가 되는

브타디엔 고무 (BUTADIENE RUBBER)

브타디엔을 용액 중합하여 제조한다. 분자구조가 입체규칙성을 지닌 합성고무로 다른 고무와 혼합하여 사용한다,

브타디엔 고무(BR)은 일반적으로 브타디엔을 지글러촉매,유기 금속화합물 촉매로 하여 탄화수소 중에서 용액중합한것으로 분자구조의 특색상 스테레오러버 (입체규칙성 고무)라고도 부른다.

BR은 내마모성,반발탄성,내노화성이 뛰어나지만 가공성,인장강도등에 문제가 있어 천연고무와 스티렌,부타디엔고무등 다른 고무와 혼합하여 사용하고 있다.

응용과 전망 : 용도의 대부분은 자동차 타이어 용이었고 따라서 수요가 자동차 공업경기에 좌우되는 경향이 있다.

자동차 부품, 가전 부품등 이용범위가 넓은

 

 

열가소성 엘라스토머

고무와 플라스틱 두성질을 갖고 있는 고분자 재료로서 고무부품의 대체품으로 사용되고 있다.

열가소성 엘라스토머는 상온에서는 고무의 기능을 갖고 있지만 고온에서는 가소화(압력에 따라 변형되는 성질을 갖는것)되어 각종 성형가공이 가능한 고분자 재료인데, 고무와 플라스틱 두가지 성질을 갖고 있다.

그 주요 특징은 1)플라스틱성형기로 가공할수 있으므로 고무제조에 비해 공업합리화를 도모 할수 있다. 2)가황고무로 부터일반 플라스틱 범위의 용도에 까지 사용할수 있으며 시장수요의 다양화에 대응할수 있고, 3)열가소성이므로 스크랩의 회수,재이용이 가능한 점이다.

주요 열가소성 엘라스토머로서는 폴리스티렌계,폴리올레핀계,폴리 우레탄계,폴리 에스테르계,염화비닐등이 있다.

응용과 전망 : 열가소성 엘라스토머는 범퍼사이드와 덕트호스등의 자동차 부품,가전 부품,스포츠 용품,호스케이블등에 사용되고 있다. 앞으로도 고무부품대체용으로 새로운 용도가 개척될것으로 전망된다. 근년, 합성고무 메이커 부티렌,부타다이엔계 열가소성 엘라스토머의 개발,기업화를 도모하는 등 이 분야에의 참여가 활발해져 앞으로 각사의 경쟁이 격화 될것으로 보인다.

* 가황(VULCANIZATION) : 생고무에 가황제를 섞어서 고무분자사이에 가교구조를 형성케하는 조작을 말한다. 이조작으로 고무의 탄성을 증가 시킬수 있다.

 

오피스와 가정의 정보화에 이용되는

 

 

플라스틱 광 파이버

석영유리제 광파이버에 비해 전송가능거리가 짧지만 취급이 간단하여 단거리 통신용으로 실용화가 추진되고 있다.

플라스틱 광섬유는 석영유리제 광섬유에 비해 굵기가 5-10배가 되고 신호의 전송거리도 200M정도로 짧지만 섬유의 가느다란 석영유리제는 광섬유 상호간의 연결에 고도의 기술이 필요한데 비해플라스틱제는 아마츄어라도 쉽게 위치를 맞추거나 연결할수 있다. 또 가공성이 좋고 전기적인 잡음의 영향을 잘 받지 않기 때문에 단거리 통신에 사용되고 있다.

코어(심)부분의 재료로서는 폴리스티렌,PMMA,폴리카아보네이트등이 사용된다.

응용과 전망 : 플라스틱 광섬유는 공장내와 오피스내 가정에서의 단거리통신에 실용화되고 있다. 또 자동차,항공기,로케트등의 내부 신호용에도 이용되고 있으며, 앞으로 이용분야가 더욱 늘어날것으로 전망된다.

 

엔지니어링 플라스틱은 전기전자분야와 기계분야등 넓은 범위에 이용되고 있다. 수요의 신장도 범용 플라스틱이 연간 4-5%인데 비해 엔지니어링 플라스틱은 15-30%의 비율로 늘어나고 있다. 이것은 EP를 대량으로 사용하는 VCR등 신제품의 등장과 자동차용 부품으로서 이용하는 EP시장이 늘어났기 때문이다. 앞으로도 자동차용 부품 등을 중심으로 시장의 확대가 기대되며 수요의 신장률도 10%를 넘는 성장이 기대된다.