슈퍼 엔지니어링 플라스틱

＊슈퍼 엔지니어링 플라스틱(SEP)

 

엔지니어링 플라스틱의 기능을 강화한 수지로 열에 약한 플라스틱의 본질적인 특성을 개선한 내열성이 높은

3세대 합성수지이다.

일반적으로 SEP는 높은 내열성과 뛰어난 강도, 내약품성, 내마모성, 기계적성질을 지니고 있어

엔진 및 엔진관련 고내열 부품, 전기전자 정밀부품, 펌프 및 배기가스 밸브 부품등에 사용된다.

 

 

 

1. PEEK   1) 2) 3) 4)

PEEK의 기본 특성

“PEEK”의 기본 색상은 두 가지(아이보리/검정)으로 나뉜다.

수분흡수율과 내화학성이 우수하고 내마모성, 내증기성이 뛰어나 가혹한 환경의 조건에서 사용할 수 있다.

생산되는 품목은 기본적으로 판재, 환봉의 형태이다.

최근에 등장하는 플라스틱 중 단연 최고의 가격으로 1kg당 100달러 넘는 가격에 판매되고 있다.

 

1) 열적 특성

 

PEEK의 융점은 340도로 매우 높으며 250도의 온도에 간접적으로 노출되었을때도 약 2만 시간가량을 물성의

변화 없이 사용할 수 있다.

PEEK의 열전도도는 0.25W/K.m이며, 선열 팽창계수가 매우 낮아 열을 가했을때 변화량이 매우적음(마이크로미터 단위)
PEEK의 난연 평가 기준인 UL94 등급중 최고 등급인 V-0의 등급을 지니고 있어 불꽃에 노출시 매우 적은양의

연기나 유독가스를 방출한다.

UL94＊HB < V-2 < V-1 < V-0 < 5V (오른쪽으로 갈수록 불에 잘 안탐)

 

 ① PEEK + Glass Fiber 30%(PEEK GF30)

PEEK 제품에 Glass Fiber 30%가 함유된 제품으로 녹는점 및 연속 사용온도는 변화없지만, Glass Fiber의 열전도도가 높기에 PEEK GF30의 열전도도 또한 0.43으로 높아짐(PEEK 열전도도 0.25)

이에 비해서 유리의 특성으로 선열 팽창계수(130→65)가 낮아지면서 변형이 줄어들고,

하중 굴곡 온도(160도→230도)는 상승하게 된다.

 

② PEEK + Carbon Fiber 30%(PEEK GF30)

PEEK 제품에 Carbon Fiber 30%가 함유된 제품으로 녹는점 및 연속 사용온도는 변화없지만, 카본의 강력한 결합력으로 인해 PEEK CF30의 열전도도가 0.92로 높아진다.

카본으로인해 선열 팽창계수(130→55)가 낮아져 변형이 줄어들고, 하중 굴곡 온도(160도→260도)는 상승하게 된다.

(하중 굴곡 온도시 적용되는 일정 하중은 1.8MPa, 264psi 조건)

 

2) 기계적 특성

 

 ① PEEK

PEEK는 규칙적인 분자구조(반결정성)를 갖고 있는 대표적인 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 제품이다.

넓은 온도 번위에서 사용이 가능하며 동시에 우수한 기계적 강도와 강성 및 내구성을 지니고 있다

유리섬유 및 카본 섬유와 복합 소재 또한 생산이 가능하여 기존 PEEK의 원료의 특성을 보완할 수 있는 특징이 있다.

 

 ② PEEK + Glass Fiber 30%(PEEK GF30)

PEEK GF30은 일반 PEEK와 비교해 압축강도 및 전단강도가 높아짐을 확인 할 수 있다.

 

 ③ PEEK + Carbon Fiber 30%(PEEK CF30)

PEEK CF30은 일반 PEEK와 비교해 인장강도, 전단강도, 압축강도, 굴곡강도 경도 모두 높아짐을 확인 할 수 있다.

기계적 강도의 향상만으로 보면 유리나 카본 강화 플라스틱을 사용하는 것이 좋아 보이지만

상대적으로 기계적 강도가 높아지는 대신에 취성이 생겨 가공성이 안 좋아지고 툴 마모가 심하여

제품의 정확한 용도를 확인 후 적용해야 한다.

 

3) 전기적 특성

 

PEEK의 유전상수는 3.2이며 다른 소재에 비해 경쟁력 있는 유전상수를 갖고 있다.

공기의 유전상수는 1.0005, 종이의 유전상수는 3, 물의 유전상수는 80인걸 감안한다면

물에서 전기가 잘 통한다는 걸로 유전상수를 이해할 수 있다.

 

※ 유전률과 유전상수란?

 유전율은 외부에서 부도체에 전기적 힘을 가했을 때 부도체 내부의 전하가 얼마나 편극 되는지 척도를 나타낸다.

편극이란 전자가 한쪽으로 모이는 현상인데 유전율이 높아서 편극의 강도가 커질수록 전류가 잘 흐르게된다.

유전율은 진공에서의 유전율에 소재 고유의 유전상수를 곱한 값니다.

  * (유전율 = 진공에서의 유전율 X 유전상수 )

 

＊ 유전상수가 높을수록

    전기가 잘 통한다.

   -유전상수 비교-

    공기 : 1.0005

    종이 : 3.0

    물  : 80

 

4) 사용예

 

예) 트랜스 미션용 오일 실링

     엔진/베어링 열수메터 부품

     열수펌프 등

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2. PPS  1) 2) 3) 4)

PPS의 기본 특성

PPS는 규칙적인 분자구조로 이루어져 있는 반결정성 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이다.

PPS는 기본적으로 아이보리색이며, Glass Fiber가 40% 함유된 PPS GF40은 검정색이다.

비중은 1.4이며 생산되는 품목은 판재와 환봉 형태이다.

 

1) 열적 특성

 

PPS는 PEEK의 높은 단가적인 측면을 대체할 제품으로 개발되어 PEEK보다는 약간 낮은 내열 특성을 갖지만

저온에서 사용할 때 PEEK보다 이상적인 소재이다.

녹는점 278도, 하중 굴곡온도는 112도이며, 연속사용 온도는 220도로 200도가

넘는 조건에서도 좋은 기계적 강도를 갖는다.

PPS의 열전도도는 0.5W/m.K리며 선열팽창계수가 낮아 정밀한 가공에 이상적이다.

PPS 또한 난연성 제품으로 플라스틱 난연평가 기준인 UL94 등급중 PEEK와 같이 V-0등급니다.

 

2) 기계적 특성

 

PPS는 PEEK 소재보다 경도가 조금 높아 가공 시 약간의 취성이 있다.

강도 면에서는 PEEK 보다는 조금 떨어지지만 증기, 강 염기, 염료, 산에서 불활성을 띄는 우수한 내화학성 및

낮은 수분흡수율, 낮은 열팽창계수의 특징을 갖고 있어 일부 산업군에서는 PEEK의 대체 소재로 사용한다.

 

3) 전기적 특성

 

PPS의 유전상수는 3.6이다.

어느정도 평이하고 준수한 유전상수를 가지고 있으며 PEEK의 대체품으로 가장 추천되는 소재이다.

PEEK와 비교했을때 PEEK의 유전상수보다 높은 유전상수를 가지고 있어서 PEEK보다 좋은 전기적 특성을

보유하고 있지는 않지만 통상적으로 무난하다고 평가할 수 있다.

 

4) 사용예

 

PPS는 항공 우주 산업에서 고온 및 단열에 대한 다양한 고성능을 요구하는 부품으로 사용된다.

예) 배기가스 밸브/필터

     정밀 전기 커넥터

     고강도 하우징

     고속 모터 부품

     EV용 베터리 관련 부품

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3. PI  1) 2) 3) 4)

 

PI의 기본 특성

PI의 소재 개발 배경은 우주 항공 분야에서 무게가 가벼우면서 내열온도가 높은 소재 부품을 개발하기 위함이었다.

PI의 비중은 1.43이며 색상을 갈색이고, 제품의 이온 불순물이 낮아 고순수성을 가져 강한 내플라스마성을 갖게 되어

반도체 디스플레이, 진공장치 및 소켓 파트의 부품으로 사용된다.

또한 수분흡수율이 낮으며 좋은 내화학성 및 치수안정성을 갖는다.

PI또한 PEEK, PPS와 마찬가지로 기본적으로 판재, 환봉의 형태로 생산된다.

 

1) 열적 특성

 

PI는 내열특성이 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 중 가장 높은 군에 속한다.

특히 극한 조건에서 최적화 된 플라스틱이라 볼 수 있는 점은 300도가 넘는 고온 뿐만 아니라 극저온에서도

사용이 가능하다는 점이다.

PI의 연속사용온도는 315도이며, 순간적으로 열을 받는 환경에서는 482도까지 사용이 가능하다.

선열팽창계수와 열전전도가 좋아 고온에서 매우 낮은 변형률을 갖으며 난연 평가 등급은 UL94도 V-0등급이라

불꽃에 노출이 되었을때 연기나 유독가스가 거의 발생하지 않는다.

 

2) 기계적 특성

 

기계적 강도 부분만 고려해보면 PEEK, PEI, PAI 중에서 가장 평균 성능이 낮다.

따라서 기존 PEEK, PEI, PAI를 사용하여 기계적 강도를 요구하는 구조물이나 하중을 받는 부품에 대한

대체 소재로는 적합하지 않다.

그러나 PEEK, PEI, PAI 중에서 내열특성 및 전기적 특성 부분은 가장 높은 성능을 지니고 있다.

 

3) 전기적 특성

 

유전상수는 3.15로써 PEEK, PPS와 유사하다.

 

4) 사용예

 

PI는 타소재에 비해 가볍고 잘 휘어지는 유연성을 갖추고 있어 제품의 경량화 소형화가 가능해

디스플레이 제조 시 기판이나 커버 원도우 등 다양한 곳에 사용한다.

일반적인 디스플레이의 경우 제조 과정에서 유리 기판을 사용하는데, 휘어져야 하는 플렉시블 OLDE는

딱딱한 유리기판 대신 유연한 폴리이미드를 사용하여 제조한다.

플렉시블 OLED 제조공정 중에서 디스플레이 기판은 고온에서 제조하는 공정기술을 견뎌야 하기 때문에

내열성이 중요해 영하 273도 ~ 영상 400도 까지 물성이 변하지 않는 내열성이 뛰어난 PI를 사용한다.

그 외에도 상공우주용 내열구조 부품, 공업용 모터/PCB 절연재료 등이 있다.