플라스틱 재료의 책 37 공중합에 의한 열용융 성형 가능한 grade의 다양화

[YDfamily]

37. 불소수지

에틸렌의 4개의 수소가 불소로 치환된 것이 4불화 에틸렌으로 이것을 중합한 것이 결정성의 4불화 에틸렌 수지(PTFE)이다. 1936년에 미국에서 발견되어, 1950년에 본격적으로 생산이 시작되었다. 일본에서는 55년에 생산이 개시되었다. PTFE의 융점은 327℃인데, 이 온도에서는 투명한 gel화 상으로만 되어 융점 유동이 없기 때문에, 소결(燒結)법이나 PTFE의 미분말로 naphtha 등의 유기용제를 가하여 paste 상으로 한 것으로 성형하고, 용제를 휘발시킨 후 소성하는 방법으로 성형된다. 필름은 소성법으로 성형한 블록의 기계 절삭이나 dispersion(미립자의 분산액)을 류연(流延, melt casting)한 것을 소성하여 만들어진다. 중합 기술의 진보에 따라 각종 공중합 grade가 있다.

① FEP(tetrafluoroethylene과 hexafluoropropylene의 공중합체)는, PTFE보다 약간 내열성은 저하되는데, 다른 성질은 동등하여 열에 용융하여 성형이 가능하고, 절연 피복에 많이 사용되고 있다.

② PFA(tetrafluoroethylene과 per-fluoroalkyl vinyl ether의 공중합체)는. PTFE에 필적하는 성질이 있고, 열로 용융하여 성형 가능하기 때문에, 반도체 제조 공정에서의 wafer carrier, 이음매, 약액 튜브 등의 부품에 사용된다.

③ ETFE(tetrafluoroethylene과 ethylene의 공중합체)는, 역학적 강인성, 전기 절연성, 내방사선성 등에 의한 전선 피복이나 배선용 케이블의 용도가 있다.

④ PVDF(polyvinylidene fluoride)는 역학적 강도, 내후성, 내마모성 등에 의해, 화학 plant의 밸브, 펌프, lining, 도료 등에 사용되고 있다.

⑤ PCTFE(polychlorotrifluoroethylene)은 광학적 성질, 내마모성, 가스 차단성이 좋고, 고압용 gasket, 밸브 소재, 투명성을 필요로 하는 배관, 레벨 게이지 등의 용도가 있다.

요점 BOX
불소 수지는 4불화 에틸렌 수지만은 아니다.
열로 용융하여 사출 성형이나 압출 성형 가능한 많은 grade가 있다.

* 소결법: 분말과 같은 비표면적이 넓은 입자들을 더욱 치밀한 덩어리로 만들기 위해 충분한 온도와 압력을 가하는 공정

* Stick slip: 서로 맞닿은 두 물체가 미끄러지다가 한쪽이 갑자기 확 움직이는 현상

<불소수지의 특징>

① 연속 내열 온도는 PTFE와 PFA가 가장 높은 260℃
② 저온성도 양호하여, PTFE는 -268℃까지 사용 가능
③ 내약품성이 매우 우수. 대부분의 유기 약품, 무기 약품에 침투되지 않는다. 단 grade에 따라서는 염소계 용제, 방향족계 용에 등에 팽윤한다.
④ 전기적 성질이 우수, 절연 파괴 강도가 크고, 넓은 주파수 범위에서 우수한 유전성을 갖고 있다.
⑤ 마찰계수가 작고, stick slip 현상은 없다.
⑥ 흡습률, 흡수율은 작다.
⑦ 내후성에 우수
⑧ 산소지수는 PTFE에서 95% 이상.

		단위	PTFE	PFA	FEP	PCTFE	ETFE	PVDF
융점		℃	327	310	260	220	220~260	155~175
비중			2.14~ 2.20	2.12~ 2.17	2.12~ 2.17	2.10~ 2.20	1.73~ 1.74	1.75~ 1.78
인장 강도		MPa	20~35	25~35	20~30	31~41	38~42	25~60
인장 신율		%	200~400	300~350	250~330	80~250	300~400	200~430
인장 탄성율		GPa	0.40~ 0.60	0.31~ 0.35	0.32~ 0.36	1.03~ 2.10	0.70~ 0.85	0.80~ 2.48
Izod 충격강도		J/m	150~160	파단 없음	파단 없음	135~145	파단 없음	165~375
하중 휨 온도	1.82MPa	℃	55	50	50	90	74	87~115
	0.45MPa	℃	121	74	72	126	104	138
최고 사용 온도		℃	260	260	200	170~200	150~180	120~150