오랜 옛날 인간이 사용해 온 재료는 주로 돌, 청동, 철 등이었으나 근대에 와서 금속재료 외에도 요업재료, 천연유기재료 그리고 합성고분자재료를 사용하기 시작하였다. 과거에 사용하였던 천연재료들로 만들어진 상품은 대부분의 노동력과 시간을 깎고, 다듬고, 자르고, 갈고, 써는, 즉 가공 과정에서 다 써버려야 할 정도로 가공성이 훨씬 뒤쳐지는 것이다. 합성고분자재료(플라스틱)는 초기에 금속, 목재, 유리, 도자기, 피혁 등의 대용품으로 등장하였으나 경량성, 강인성, 내부식성, 착색성, 대량생산가능성 특히 탁월한 가공성의 장점 때문에 현대에는 전기, 전자, 기계, 건축, 기타분야에서 필수 불가결한 재료로서 대용품이 아닌 새로운 재료로의 자리를 확고히 차지하기에 이르렀다.
플라스틱은 가열이나 가압 또는 이 두가지 방법에 의해 만들어지는 성형이 가능한 재료나 이러한 재료를 사용한 성형품의 총칭으로 최종적으로 고형(固形)이고 분자량이 크며 제조과정중 유동성을 이용하여 원하는 형태를 만들게 된다. 최초의 플라스틱이라 불리우는 1909년 L. 베이클랜드에 의해 발명된 페놀포르말린수지가 외관상 송진(resin)과 비슷했기 때문에 일반적으로 합성수지(synthetic resin)라 불렸고 "성형하기 알맞다"라는 뜻을 지닌 그리스어 "plastikos"에서 유래되었다.
플라스틱은 "조물주가 세상만물을 창조할 때 유일하게 빠뜨린 물질"이라는 표현이 있을 만큼 오늘날의 인류에게 가져다 준 혜택은 무한하다. 플라스틱이 발견되지 않았다면 지구상의 나무와 쇠가 반으로 줄었든지 아니면 인구증가의 속도가 이처럼 빠르지 않았을 지도 모른다.
플라스틱의 탄생과정은 사실 인간의 실수와 우연에 의한 것으로 1846년 스위스 바젤 대학의 교수였던 쇤바인이 화학실험을 하던 중 실수로 왕수(염산과 질산이 3대 1로 섞인 용액)가 든 병을 바닥에 떨어뜨렸다. 그는 엉겁결에 주변에 있던 면 치마로 왕수를 닦아낸 뒤 이를 한쪽 구석에 처박아 두었는데, 몇 시간 뒤에 보니 왕수가 닿은 부분의 면 치마가 조금 녹으면서 투명하고도 끈적끈적한 물체가 생겨난 것을 확인할 수 있었다. 면 치마를 집어드니, 이 물체는 마치 바닥에 붙은 껌을 떼어내듯 실처럼 길게 늘어졌고, 얼마 뒤에는 그 형태 그대로 굳어지기까지 했다. 이러한 장면은 오늘날에는 껌이나 본드, 녹은 비닐, 플라스틱 등에서 흔히 볼 수 있는 현상이지만, 어떤 물질이 길게 늘어진다는 것은 당시로서는 매우 보기 드문 장면이었다. 쇤바인은 연구 끝에 면에 있던 "셀룰로오스 성분이 질산과 결합해서 질산셀룰로오스라는 새로운 물질로 변했기 때문"이라는 사실을 알아냈고, 이러한 발견은 즉각 유럽 전역으로 퍼져 프랑스에서는 이를 원료로 한 샤르도네 실크라는 인조비단을 뽑아내기에 이르렀다. 이후 1863년 당구공 원료인 상아의 품귀 현상이 일어나자 인쇄공 청년이었던 하이아트는 여러실험 끝에 질산셀룰로오스 용액에다 약장 안에 있던 캠퍼(장뇌 식물 성분으로 당시 피부약으로 사용되고 있었음)를 집어넣자 질산셀룰로오스가 서서히 굳어지기 시작하면서 딱딱하게 변하는 것을 발견했다. 지금은 각종 가소제(물체를 굳혀 형태를 유지토록 하는 촉매제의 일종)가 개발됐지만, 당시로서는 이 캠퍼의 성분이 가소제 역할을 했던 것이다. 오늘날 당구공뿐 아니라 단추, 사진 필름, 책받침, 틀니 등으로 널리 사용되는 투명한 플라스틱, 즉 셀룰로이드는 바로 이렇게 해서 탄생되었다. 셀룰로이드의 합성에 성공하자 이후 관련된 연구가 활발히 벌어지기 시작했고, 이 과정에서 1905년 베이클랜드가 포름알데히드와 페놀을 합성, '베이클라이트'(일명 석탄산수지)를 만들어 냈다. 이 물질은 열경화성 (가열하면 처음엔 물러졌다가 계속해서 높은 열을 주면 점점 단단해지는 성질)까지 갖추고 있어, 열만 가하면 원하는 형태의 물질을 만드는 데 제격이었다. 특히 베이클라이트는 셀룰로이드처럼 식물성 원료에다 특정한 물질을 넣어 만든 것이 아니라 광물성 물질들을 완전하게 결합, 새로운 성질을 만들어 낸 것이라는 점에서 일부에서는 베이클라이트를 최초의 플라스틱이라 부르기도 한다. 이후 플라스틱에 대한 연구가 활발해지면서 독일의 슈타우딩거는 이같은 물질들이 "수만 개의 분자 단위가 결합된 엄청난 크기의 분자"라는 '고분자론'을 내세웠지만 비웃음만 샀다. 그러나 하버드대 교수 출신으로 뒤퐁사에서 일하던 캐로더스는 그의 주장을 확신, 플라스틱 연구를 계속하다 1930년대에 '나일론 섬유' 와 '합성고무' 등을 잇달아 개발해 냈다. 특히 나일론은 뒤퐁사가 1940년 스타킹으로 처음 선보여 시판 첫날 4백만 켤레가 팔리는 대돌풍을 일으키기도 했다. 이와 함께 석유의 분해 과정에서 얻어지는 나프타를 통해 에틸렌, 프로필렌 등 각종 탄소화합물을 쉽게 분리할 수 있다는 사실이 밝혀지면서 이들 화합물의 합성 연구가 활발해졌다. 영국의 ICI사는 에틸렌 압축작업을 하던 중 여러 개의 압축기중 단 한 개의 압축기에서 이상한 물질이 생기는 현상을 발견, 이유를 찾던 끝에 압축기의 균열을 통해 들어온 산소가 촉매작용으로 에틸렌을 중합시켜 폴리에틸렌(오늘날의 저밀도 폴리에틸렌. 현재는 과산화수소를 촉매로 사용함)을 만든다는 사실을 발견하기도 했다. 이후 뒤퐁사가 1938년 테플론을, 독일 지글러가 '고밀도 폴리 에틸렌'의 합성에 각각 성공하는 등, 수많은 과학자들과 기업들이 석유화학에 집중적으로 몰리면서 플라스틱은 비로소 숨겨져 있던 엄청난 능력을 끊임없이 쏟아내기에 이르렀던 것이다.
한편, 80년대 들어 환경 문제가 강력히 대두되고 세라믹 등 신소재의 개발이 속속 이루어지자 어떤 이는 "플라스틱 시대는 이제 끝난다"라고 예견했다. 가공이 손쉽고 가벼우며 값이 싼 플라스틱의 장점은 불에 타기 쉽고 분해가 잘 안돼 환경 공해 물질이며 강도가 약한 단점을 더 이상 가릴 수 없다는 것이다. 그러나 최근 엔지니어링 플라스틱, 기능성 고분자로 표현되는 각종 특수 플라스틱이 등장하면서 오히려 '제2의 플라스틱 혁명'이 일어나고 있다. 대표적인 것이 전도성 플라스틱. 최초의 플라스틱인 베이클라이트가 절연체로 쓰였듯 전류 차단은 플라스틱의 핵심 성질이지만, 90년 펜실베이니아 대학 연구팀은 이마저 극복해버렸다. 그들은 플라스틱의 무수히 꼬인 고분자를 직선으로 편 뒤, 탄소분자들을 나란히 붙임으로써 전자들이 오고가게 할 수 있는, 즉 전류를 흐르게 하는 전도성 플라스틱을 개발해 냈다. 이는 이미 플라스틱 배터리와 플라스틱 콘덴서 등으로 응용되고 있는 상태다. 또 분자 결합의 강도를 매우 높여 섭씨 수백 도의 열에 견디는 플라스틱이 속속 등장하고 있는데, 일본 혼다사의 경우는 이를 이용해 경주용 자동차 엔진까지 만들고 있다. 이와 함께 미 뒤퐁사의 케블러 섬유, 국내 KIST에서 개발한 아라미드 섬유처럼 철사보다도 훨씬 인장 강도가 뛰어난 플라스틱 섬유도 등장하고 있다. 이 밖에 박막 형태로 만들어 표면을 종이처럼 가공한 플라스틱 종이, 목재의 비중인 0.7∼0.9에 맞춘 발포수지, 생분해·광분해성 성분을 섞지 않아도 분자 자체가 일정 조건이 부여되면 분해되는 차세대 플라스틱도 등장하고 있다.
(3) 플라스틱의 제조
플라스틱은 석유, 천연가스, 석탄으로부터 분자량이 작은 단량체(monomer)를 만들고 이를 고분자화한 유기화합물을 말한다. 저분자를 고분자화하는 반응에는 ① 중합반응(polymerization), ② 중첨가반응(polyaddition), ③ 중축합반응(polycondensation), ④ 첨가축합(addition-condensation), ⑤ 기타 고분자화반응이 있다.
나. 폐플라스틱
(1) 우리나라의 플라스틱 폐기물
국내의 경우 1930년 일제가 만든 베이클라이트 공장과 가내수공업 형태의 셀룰로이드 가공이 산업의 시작이었으나 미미한 수준이었고, 50년대 들어 부산의 화장품업체였던 락희화학이 폴리스티렌 사출기를 처음으로 도입, 화장품통, 칫솔 등을 생산하면서 플라스틱 산업이 형성되었다. 이후 67년 대한플라스틱의 준공, 72년 울산 석유화학단지 조성 등이 잇따르면서 본격적인 플라스틱 시대를 열게 되었다. 우리나라도 석유화학공업의 발전과 더불어 세계적인 추세와 함께 그 생산이 매년 상당한 비율로 늘어나고 있으며 그 생산량은 세계 5대 생산국에 포함될 수 있을 정도로 많은 편이다.
한편 '70∼'80년대의 급속한 산업의 발전과 더불어 발생하기 시작한 플라스틱 폐기물에 대해 우리나라가 관심을 가지고 법적으로 대처하기 시작한 것은 1979년 "합성수지 폐기물 처리사업법"의 제정에 따라 1980년 "한국자원재생공사"가 설립되면서부터 이며 1992년말 "자원절약과 재활용촉진에 관한 법률"의 제정과 1993년 총리령으로 "제품의 포장방법 및 포장재의 재질 등의 기준에 관한 법률" 등에서 발생원 감량화를 꾀하고 있다.
폐플라스틱의 발생량은 국내 실수요량의 함수이나 각 플라스틱의 품목별, 용도별로 사용기간 또는 회수에 소요되는 기간이 모두 다르기 때문에 그리 간단하지는 않다. 표 5.14.5는 우리나라의 6대 범용 폐플라스틱의 연도별 발생량 및 예측을 나타내고 있다.
'전국 폐기물 발생 및 처리 현황(환경부, 1997)'의 통계에 따르면 1996년에는 총발생 폐플라스틱류 중 88.1 %를 매립, 소각은 10.6 %이었고 나머지 1.4%만이 재활용되어, 발생량 저감이나 재활용의 효과는 아직 미미한 상태에 머무르고 있다.
( 범용 폐플라스틱의 년도별 발생량 및 예측 (단위:톤) )
연도
LDPE
HDPE
PVC
PP
ABS
PS
1988
301,875
109,244
196,247
179,953
31,959
71,123
1989
313,471
113,494
179,690
205,716
37,746
44,212
1990
341,520
159,870
178,567
233,670
50,466
48,070
1991
345,239
218,684
196,118
294,909
60,032
84,068
1992
333,739
297,732
244,269
369,173
69,321
143,704
1993
380,235
392,401
306,974
457,081
56,560
170,488
1994
441,724
489,971
317,387
538,266
46,424
183,966
1995
429,014
517,036
328,992
570,276
64,627
204,618
1996
448,488
582,674
353,409
631,461
68,194
229,143
1997
467,963
648,312
377,827
692,645
71,762
253,667
1998
487,438
713,950
402,244
753,830
75,329
278,192
1999
506,913
779,587
426,662
815,015
78,896
302,717
(2) 폐플라스틱의 재활용방법
폐플라스틱의 재활용방법을 간단히 정리하면 표 5.14.6과 같으며 표 5.14.7은 재생플라스틱의 사용분야를 설명한 것이다.
(3) 국내외의 폐플라스틱 처리기술
(가) 국내
국내의 폐플라스틱 재생업계는 대체로 영세하고 낙후되어 있어 기존의 방법을 답습하고 있다.
1) 단순 혼합재생 :
가) (주)신일산업 : 플라스틱 파렛트, 수로관, 플륨관, trough 등 생산
2) 보강제 이용 혼합재생 :
가) (주)동일레진 : 각종 혼합 폐플라스틱과 연탄재나 고지 등을 이용하여 토목이나 건축자재 생산
나) 한국파스콘(주) : 올레핀계 수지에 화력발전소의 플라이 애쉬를 첨가하여 각종 오수 받이, 맨홀, 아파트 옥상의 핏트나 주차장의 카 스토퍼를 생산
다) (주)한국재생 : 불연성과 가연성의 폐플라스틱에 슬러지, 연탄재, 폐모래, 생활 쓰레기를 혼합하여 벽돌, 하수관, 기왓장, 욕조 등 각종 건축자재 생산
3) 특수한 extruder를 이용하는 혼합재생 :
가) 고려수지 : 녹는 물질은 거의 모두 혼입하여 별다른 약품의 추가적 투입 없이 견고한 제품생산
4) 유화처리 :
가) 정경산업(주) : 폐타이어나 폐플라스틱류로부터 재생유를 생산
나) 국외
1) 상용화제
혼합 폐플라스틱의 직접 가공기술 및 가공기의 개발은 국외에서 오래 전부터 많은 연구가 진행되고 있는데 polymer alloy 및 blends의 개발 등이 그 예이다. 각종의 상용화제를 생산하고 있는 해외의 대표적인 업체들에는 Bennet BV, Shell, Dow Chemical, Rohm & Haas, Uniroyal, Du Pont, ARCO, Monsanto, 일본유지사, 동아합성화학공업(일본) 등이 있다. 그리고 현재 세계적으로 상업화되어 시판되고 있다.
-폐플라스틱의 재활용방법
재활용방법
내 용
재 생
이용법
용 융
재생법
○ 단일 또는 혼합 플라스틱 폐기물을 용융점이상으로 가열(110∼150℃) 용융후 냉각 또는 압축하여 재생품(고체제품)을 생산
○ 성형방법
- 압출(사출)가공법
·파쇄, 선별, 세정, 분리, 건조, 균질혼합, 가열압출, 제품화의 순
·금속, 유지류, 종이류 등의 이물질 혼합시에도 처리가능
·재생품 : 농업자재, 토목자재, 어업자재 등
- 압축가공법
·폐플라스틱을 가열용융후 냉각성형
·플라스틱성상이 균질이고 함유율이 높은 경우에 유리
·재생품 : 지주용항, 토관, 집성관 및 판상제품 등의 건설용 자재 등 재생품 특성에 따라 충전재의 선택
용 해
재생법
○ 열가소성 플라스틱을 폐유 등의 용제를 사용하여 용해시킨후 접착제를 첨가하고 충전재로서 모래, 점토등을 섞어 가압성형하여 건재 등을 제조
○ 일부 재생품이 도로포장에 사용되고 있으나 아직 연구개발단계
파 쇄
재생법
○ 폐플라스틱을 분쇄하여 토지개량재, 매립재료, 경량골재, 아스팔트골재, 연료 등으로 이용
○ 발포PS를 파쇄한후 접착제를 사용하여 시멘트와 혼합한후 블럭 또는 건물의 외벽, 칸막이벽 등에 이용되는 경량 보드를 생산
고체연료화법
○ Polyolefin계 폐합성수지에 왕겨, 톱밥 등을 혼합하여 압출기로 가압압출하여 고체연료화
분 해
이용법
열분해
○ 폐플라스틱을 공기를 차단한 상태에서 가열하여 가스, 오일등으로 전환
소각법
○ 각종 소각방법을 이용, 폐플라스틱이 지니는 열량을 회수
2) 특수한 extruder를 이용하는 복합재생
가) 벨기에의 ART(Advanced Recycling Technik GmbH의 약칭)사 : 혼합 폐플라스틱으로부터 목재 대용품 생산
3) 보강제를 이용한 복합재생
가) 미국의 Xymax 2006, Inc. : 볏짚과 폐플라스틱을 이용 각종 목재 대용품 생산
나) 일본의 아인엔지니어링(주) : 농업용 폐플라스틱을 공기건조세척 방법으로 이물질을 선별하여 목재분말과 혼합, 목재 대용품을 생산
다) 독일 : Planex나 Horn & Bauer 등 : 폴리올레핀계 플라스틱과 목분을 혼합, 건축자재, 고속도로 가드레일, 해안 경계목이나 장식용 생산
라) 기타 : Mobil Chemical사, Trimax사, The Plastic Lumber사, Advanced Environmental Recycling Technologies사, Seaward International사, Earth Care사, American Plastics Recycling사, Hammer's Plastic Recycling사, Innovative Plastic Products사, National Waste Technologies사, Plastic Recyclers사, Superwood사 그리고 Recycled Plastic Industries사 등.
4) 분리
가) 독일의 Bezner : 혼합 폐플라스틱에서 광전자 디텍터를 이용하여 PET를 포함한 PE, PP, PS, PVC를 분리.
나) 미국의 Magnetic Separation System사 : Single Line BottleSort라는 시스템에서 각종 폐플라스틱병을 재질별, 색상별로 분류
다) 독일의 Humboldt Wedag사 : 원심분리력을 이용하여 분리와 세정을 동시에 하는 Censor라는 시스템을 개발하여 보급. 물과 염수를 사용하여 금속 및 종이 등 이물질과 폴리올레핀계, PS, PVC 등을 분류.
라) 독일의 BFI Entsorgungstechnologie GmbH : 컴퓨터에 폐플라스틱병의 각종 정보를 입력시켜 통과하는 폐플라스틱병에 전자파를 보내어 용기의 재질별, 형상별, 색깔별로 자동 선별하는 시스템.
마) 미국의 Frankel Industries사 : Kiss Potlight라는 시스템을 이용. 컨베이어 벨트 밑에서 형광 X선을 조사하고 특수안경을 착용하고 통과하는 플라스틱을 재질별로 밝기에 따라 수작업분리.
다) LB&M사의 Conard Recycling Process : 폐타이어 유화의 변법으로 컴퓨터에 의하여 연속적으로 조작이 가능하며 열분해 온도가 높을 수록 C1∼C5의 기체상의 탄화수소까지 얻을 수 있으나 통상 최종 생성물의 70∼80 %가 재생유가 되도록 운용. 잔사는 탄소의 형태로 얻어지며, 그 양은 1∼3 % 정도.
라) 독일의 Kohleol - Anlage Bottrop GmbH : 현재 년간 4만 톤의 폐플라스틱을 유화처리하는 실증공장
마) 그 외에도 일본에는 (주)橫山폴리에틸렌공업 등 한국에 소개된 곳이 10 여개 이상이며 대표적인 공정은 三菱重工業의 회수법, 川崎重工業의 포리浴法, 三洋電機의 고주파법, 住友重機의 유동층법, 日揮의 유동층법, 三井造船의 분해로법, 神戶製鋼의 로타리 킬른법 등이 있다.
6) 기타
가) 혼합 폐플라스틱을 제철소의 환원제인 코우크스 대신 사용(독일의 RRR GmbH)
나) plasma를 이용한 재생처리의 방법 : Plasma의 초고열을 이용하여 혼합 폐플라스틱을 각 유용한 화학원료로 회수하고 같이 넣어 준 lime과 함께 불순물이나 잔사는 고화시켜 건축자재로 사용.
다. 플라스틱의 환경오염과 재활용의 문제점
(1) 폐플라스틱에 의한 환경오염
(가) 주변경관을 해침.
(나) 자연계에서 분해가 어려움.
(다) 바람을 따라 비산하여 옮겨다님.
(라) 물의 표면을 떠다님.
(마) 소각시 2차 오염물질을 유발함 (염화수소, 다이옥신 등).
(2) 폐플라스틱과 관련한 우리나라의 환경규제 동향
(가) 환경규제
1) 플라스틱 포장재의 과다사용 규제
2) 환경오염 부담금 부과 및 예치금 제도 실시
3) 일회용 포장재 사용규제
(나) 대처방안
1) 감량화 및 분해성 플라스틱 사용확대
2) 재활용유도
3) 2차 오염이 없는 소각·열회수시설 확대보급
(3) 주요국가의 플라스틱에 관한 규제 동향
-외국의 플라스틱 규제 동향 -
국 가
규 제 사 항
한 국
PVC로 라미네이션 또는 코팅한 포장재의 사용금지
완구, 인형 또는 종합제품을 포장할 때 발포PS 사용금지
이 태 리
비분해성 플라스틱의 쇼핑백에 대해 100리라의 과세
액체 식품용기의 재활용 의무화
생분해성 플라스틱 제품의 권장
독 일
PET병에 대해 50페니히의 데포지트 부과 혹은 80%의 재활용 의무화
지방에 따라 PVC 병의 사용금지
덴 마 크
원웨이 포장재료에 PVC 사용금지
재사용이 불가능한 음료병의 사용금지
스 위 스
PVC병 스틸 캔, 알루미늄 캔의 사용금지 법안
재활용체계가 불가능한 용기의 사용금지
오스트리아
PVC 포장재의 사용금지 법안
PET병, 알루미늄 캔의 데포지트
미 국
9개주에서 플라스틱병에 데포지트
16개주에서 음료수병에 생분해성 플라스틱의 사용허용
1개주에서 생분해성 백의 사용법안
(4) 우리나라 폐플라스틱 재활용의 문제점
(가) 기술 : 혼합 폐플라스틱의 효과적 재생의 가장 큰 문제점으로, 많은 방법과 기술이 연구되고 있고 실증화된 것도 있지만 완벽한 방법으로 제시된 기술이 없는 실정임.
(나) 경제 : 석유공업화학의 발달로 인한 대량생산으로 virgin resin의 가격이 낮아서 현재 재생산업의 채산성이 낮음.
(다) 제도 : 플라스틱 재질별로 분리수거만 실시할 뿐 적극적인 뒷받침이 부족하며 제도적 보완 필요. 이런 문제점을 극복하기 위해서는
① 우선 구매제도의 확대
② 분리수거 홍보
③ 생산 단계에서의 재료와 재생에 대한 재검토
④ 재생업체의 육성 등을 강구할 필요가 있다.
플라스틱성형의 종류
1. Aircushion forming(에어쿠션성형)
Plug assist성형의 개량법의 한가지이며, 가열 연화한 열가소성 플라스틱시트를 플러그로서 내웅형에 삽입할 때에 플러그와 형의 양쪽에서 가열 공기를 분출하여 플러그와 시트의 사이 및 형과 시트의 사이에 공기의 흐름을 만들고, 그 플라스틱 시트가 플러스형에 가능한 접촉하지 못하도록 고려하면서 플러스를 삽입하고, 그 삽입이 끝나면 동시에 형에 공기의 분출을 정지하고 반대로 진공에 당기는 형법이다. 이 방법을 드래그라인이 감소하여 또 면이 두꺼워지는 것도 방지한다.
2. Autoclave molding(오토클레이브 성형)
백 성형의(bag molding)의 일종인 가압성형의 한 방식이다. 경질의 웅형 또는 자형의 어느 것이나 1개를 사용하여 시트상의 적층성형재료를 소요의 두께로 얻기까지 적층한 뒤 그 위에서 고무 또는 그 외의 재료로 만든 탄성 있는 유연한 백(bag) 내지 시트로 덮고 그 전체 를 오토클레이브 안에 삽입하고 증기를 불어 넣어 가열 가공하거나 또는 압축공기를 송입하여 가압함으로써 플라스틱 재료를 경화시키는 방법이다. 주로 불포화 폴리에스테르수지와 유리섬유를 사용하는 강화플라스틱의 성형 응용한다.
3. Automatic compression molding(자동압축성형)
압축성형의 각 공정을 차례로 자동적으로 조작으로 조작하는 방식이다. 제품인 성형품의 품질의 균일화와 인력의 소멸 또는 다량생산의 향상이 기대된다.
4. bag molding(백성형)
강화플라스틱의 저압성형방법의 일종이며 웅형 또는 자형의 어느것이나 한쪽 편을 사용하여, 표면에 소요의 강화플라스틱용 적층 성형 재료를 레이업 한 뒤, 또 그 표면에 연질의 고무 또는 플라스틱 필름제의 자루를 덮고 그 자루에 공기압을 가하거나(가압백 성형) 또는 반대로 자루안의 공기를 빼냄으로써 직접 대기압으로 가압 (진공백성형)한다. 적층 성형 재료를 형의 표면에 밀착시켜서 경화하여 성형하는 방법이다. 또는 가압백성형에서 형 및 그것에 밀착시킨 적층성형재료를 연질고무 내지 플라스틱 필름으로 된 자루에 넣은 그대로 오토클레이브의 안에 넣어서 가열 가압 경화시키는 성형방법을 오토클레이브법이라 한다.
5. Blow molding(중공성형)
분할금형 내에 가열로서 연화하여 열가소성 플라스틱의 파리손 또는 시트를 공기압 등을 사용하여 부풀게 하고, 금형에 밀착시키면 동시에 냉각하여 공중체를 얻는 방법이다. 중공성형 또는 취입 성형이라 한다. 통상 가열 용융한 열가소성 플라스틱 성형재료를 압출하여 또는 사출방식에 따라 튜브상으로 예비 성형한 파리손 또는 2장 맞춘 시트를 블로성형용 금형 내에 삽입하여 가열 연화한 뒤 그런 내부에 공기를 취입하여 중공제품을 성형한다. 블로성형에는 파리손의 상태성형방식 등에 따라 여러 가지 형식이 있고 그 대표적인 것에 인젝션 블로성형, 압출블로성형, 시트블로법(시트 파리손법), 다이렉트 블로성형, 주사침식 블로성형 등이 있다.
6. Bottom blowing(하취법)
블로성형에서 다이에서 압출한 파리손의 하부에서 공기를 취입하여 성형하는 방법이다.
7. Casting(주형)
액상유지 수지용액 또는 배합고무 라텍스액 등을 개방형 또는 면에 유입하여 상압하에서 건조 또는 중합반응으로서 고화시키는 성형법이다. 열경화성 플라스틱에서는 초기 축합물이나 프리폴리머 열가소성 플라스틱에서는 모노머 내지 프리폴리머 또는 폴리머 용액으로 사용한다.
8. Centrifugal molding(원심성형)
회전할 수 있는 금형에 분말상 열가소성 플라스틱재료를 투입하는 동시에 가열로 내에 가열하며 고속 회전하는 금형의 벽을 통하여서 부열로서 용융상태로 된 열가소성 플라스틱 재료는 고속회전에 의한 원심력으로 금형내부에 압부되어 셩형된다. 또 압출기를 사용하여 용융 열가소성 플라스틱 재료를 노즐에서 저속회전하고 있는 예열금형 안에 소정량을 투입한 뒤 그 금형을 고속회전으로 바꾸어 탈포를 겸하여 금형 내면을 그 용융 플라스틱 재료로서 균일한 두께로 덮이도록 하고, 다음 공랭으로 이행하여 금형내면에 접촉하는 성형품 표층부에서 접촉 플라스틱 재료를 고화시켜서 성형한다. 풀리, 로터 등과 같이 대형 또한 두꺼운 성형품의 성형에 용융한다.
9. clam-sell vacuum forming(크림셀 진공성형)
2장의 동질 또는 이질의 플라스틱 시트를 합하여 가열한 뒤 금형 안에 끼워 넣고 진공성형함으로써 중공용품 등을 성형하는 방법이다.
10. Closed preform process(클로스 프리폼법)
강화 플라스틱 성형법의 일종이며, 밀폐한 설비내에서 목적으로 하는 성형품의 형상대로 조형한 스크린의 상면에 단섬유 길이의 유리섬유(chopped strand)를 산포하여, 또한 그 스크린의 외측면에 유리 단섬유 멧을 균일한 두께로 붙착시켜서 이것에 액상 열경화성 수지 바인더를 취부시켜서 형상을 고정한 성형품상의 매트기재를 만드는 방법이다. 헬멧을 등에 적용한다.
11. Cold dipping(냉침 성형법)
페스트가공의 일종인 ? 성형에서 상온의 금형을 플라스틱 졸형에 침지한 뒤 꺼내서 그 금형의 외측표면에 부착한 졸을 가열 용융한 뒤 냉각하고, 금형을 빼내서 플라스틱 제품을 얻는 방법이다. 1회의 냉침지로 금형 외표면에 부착하는 막두께는 플라스틱의 점도, 유동특성, 금형의 꺼내는 속도 등에 따라서 결정한다. 고점도에서 고항복치 졸일수록 막두께는 두꺼워진다. 또 꺼내기 속도가 빠를수록 두꺼워 진다. 그러나 통상0.5~1.5mm정도의 막두께 제품을 필요로 할 경우는 냉침지와 가열용액 및 냉각의 3가지 조작을 반복하여야 한다.
12. cold molding, room temperature molding(냉각성형)
냉경화성수지의 압축성형에서 상온의 고압을 걸어서 압축 성형한 뒤 형에서 꺼내고, 이어서 가열 경화하는 방법이다. 불소수지나 레지노이드 지석의 성형 등에 사용한다. 냉간가공과 혼동하지 말 것
13. cold press molding(콜드 프레스 성형)
프레스를 사용하여 하는 강화플라스틱 성형가공법의 일종이며, 상온 경화형의 고반응의 불포화 폴리에스테르 수지이나 에폭시 수지 등을 사용하고, 상온내지 수십도 이하의 저온에서 경화반응과 함께 반응열을 이용하여 성형한다. Matched die method과는 다르고, 특별한 가열가압을 할 필요가 없으므로 금형을 필요로 하지 않고, 오히려 열전도율이 나쁜 강화플라스틱형을 통상 사용한다.
14. Composite molding(복합성형)
압축성형과 트랜스퍼 성형의 조합으로써 2종 이상의 플라스틱 성형재료를 같은 금형 캐비티 내에 동시에 충전하는 성형방법이다.
15. Compression molding(압축성형)
플라스틱의 기본적인 성형방법의 한가지이고, 플라스틱 성형재료를 금형 캐비티에 넣은 뒤 프레스로서 가열가압하여 성형하여, 냉각고화 후에 꺼낸다. 보통은 열경화성 플라스틱의 성형에 이용하고 있지만, 특수한 열가소성 플라스틱성형에 사용한다. 플라스틱의 성형재료는 금형캐비티에 가열가압하여 연화하여, 유동상태로 되어 캐비티 전체에 충만하기만 열경화성 플라스틱의 경우에는 즉시 경화온도에 달하면 그것을 경화한다. 소정의 경화시간이 경화한 뒤 금형을 열어서 성형품을 꺼낸다. 열가소성 플라스틱 경우는 가열가압 후 적당한 기간이 경과한 뒤, 금형을 냉각하고서 개방하여 성형품을 꺼낸다. 보통 압축성형에 의하며, 사출성형이나 트랜스 성형에 의한 경우에 비교하여, 플라스틱 성형재료에 포함하고 있는 충전재나 플라스틱소재 고분자의 배향이 적고, 따라서 잔류 내부응력이적은 성형품을 얻기 쉽다.
16. Contract heating and vacuum forming(접촉가열진공성형)
소정의 온도를 유지하고 있는 열반을 웅형 사이의 열가소성 플라스틱 시트를 끼우고, 그 시트를 열반에 밀착시켜서 가열한 뒤 열반에 뚫어진 다수의 작은 구멍에서 압축공기를 불어내는 동시에 웅형 캐비티안을 배기감압진공으로하여 성형하는 방식이다.
열경화성 수지의 압축성형, 적층성형, 사출성형 등을 약간의 가압으로서 또 전열 가압하지않고 하는 것이다. 불포화에스테르수지, 에폭시수지 등과 같이 경화시에 탈수나 탈가스도 함께 하지 않는 합성수지의 성형법의 일종이다. 강화플라스틱의 핸드레이업, 스프레이업 등이 이것에 속한다.
18. dip molding, dipforming(딥 성형)
성형용 웅형을 플라스틱, 또는 고무의 라텍스, 플라스틱졸 또는 올가노졸으로서 된 페이스트 등의 안 함침한 뒤 꺼내서 그 웅형의 표면에 박막상으로 플라스틱, 또는 고무를 부착시켜서 건조 또는 더 가열하여 겔화시키거나 가류한 뒤 형에 떼내서 성형품을 얻는 방법이다.
19. Direct blow molding(다이렉트 블로성형)
블로성형에서 먼저 가열 용융한 열가소성 플라스틱재료를 튜브상으로 압출한 파리손을 냉각하지 않고 그대로 성형용의 금형에서 끼우고, 이어서 그 파리손의 내부에 공기를 흡입하여 공중제품을 성형하는 방법이다. 인젝션 블로 성형, 콜드 파리손법, 시트 블로법 등과의 대비에서 사용하는 용어이다.
20. Double rotation system powder molding(2축 회전법 분말 성형)
플라스틱 분말을 넣은 금형을 수평과 수직으로 동시에 회전하면서, 플라스틱 분말을 가열, 용융한 뒤 웅형하여 성형품을 꺼내는 방법이다. 금형내의 플라스틱 분말은 금형의 회전에 잇따라서 유동하므로 수평회전수의 수직회전수의 비를 금형의 형상치수에 따라서 적당히 선택하면, 균일한 두께의 성형품을 얻는다.
21. Double-shot molding molding(더블쇼트성형)
사출성형에서 일단 사출 성형한 성형품(부분)을 딴 금형 캐비티 안에 삽입하여 그 공간에 다시 이색 또는 이종의 플라스틱 용융재료를 사출 충전하여 일체 성형품을 만드는 방법이다. 사출성형기를 2대 사용하여 실시하는 경우, 또는 2색 사출성형기를 사용하는 경우도 있 다.
22. flexible plunger molding(연질 플린저 성형)
저압성형법의 일종이며, 백(bag)성형에서의 백(bag) 대신에 고무제의 연질 플린저를 웅형 내의 액상수지를 함침 강화적 층재의 위에 낙하시켜서 가압하여, 웅형내 면에 밀접한 자형 외면이 형성되어 균일할 수 있는 성형법이다.
23. Foaming, expansion molding(발포성형)
(1) 발포제를 사용하여 폼을 제조하는 공정이다.
-발포성형을 대별하면 1) 두꺼운 판을 제조하는 블록성형 2) 판상의 것을 제조하는 판물 성형 3) 형을 사용하는 제조하여 형물 성형이 있다. 또 연속적으로 폼을 제조하는 연속발포법과 불연속적으로 폼을 제조하는 뱃치발포법으로 분류하면 뱃치발포법에서 현재 주목하는 것은 스트럭츄얼폼의 성형법과 반응 사출성형(RIM) 특히 강화반응사출성형(R-ROM)이다.
(2) 발포제를 가하거나 기계적 포립, 그 외의 방법으로 다양의 거품(기포)을 만드는 것이다
24. Foil decorating, molded-in foil decoration(회부성형)성형품의 표면에 그림이나 모양 등을 붙이는 기술중 미리 그린 그림이나 모양을 인쇄한 필름을 사용하는 것이다. 각종 화장판, 멜라민수지회부식기 등에는 수지를 함침한 인쇄지를 사용하여(이것을 오나민 프로세스라고 한다) 압축성형하고, 열가소성 플라스틱(예컨대 폴리프로필렌)의 그림 붙이기 성형에는 인쇄한 플라스틱 필름을 사용하여 사출 성형한다.
25. Free blow molding(자유팽장성형)
열성형의 일종이며, 형을 사용하지 않고, 내외의 압력차만으로 성형하는 방법이다. 메타크릴 수지를 사용하여 항공기의 캐노피(canopy)등을 성형하는데 사용한다. 주위를 클램프한 메타크릴 수지판을 가열 연화하여, 압축공기를 취입하여 부풀게 하여 성형한다. 이 방법은 형을 사용하지 않으므로 투명성의 성형제품을 얻게 된다. 그러나 고도의 기술을 필요 로하는 특수한 성형법이다.
26. Heatronic molding(고주파예열성형)
열경화성 수지 성형재료를 고주파로서 예열하여, 압축 또는 트랜스퍼 성형하는 것이다. 성형사이클을 단축할 수 있고, 내부변형이 적고, 또한 전기적 성질 및 기계적 성질이 더욱 우수한 것으로 된다.
27. High expansion ratio foaming(고발포 성형)
보통 발포배율이 5배 이상의 발포 플라스틱을 성형하는 것이다.
28. High pressure laminating(고압적층성형)
적층 성형에서 50kgf/㎠이상, 통상 100~200kgf/㎠이상의 가압을 사용하여 성형하는 것이다. 페놀수지, 우레아수지, 멜라민수지 등의 축합형 열경화성 수지 적층품의 성형에 적합하다.
29. Inflatable flexible bag molding(가압백성형)
강화 플라스틱의 저압성형법의 1종이며, 웅형내에 적층 재료를 핸드 레이업한 뒤 그 다음 연질의 탄성고무 또는 플라스틱제의 자루를 포개서 실하여 그것을 고정한 다음 압축공기 또는 물 등을 넣어서 부풀게 하여 웅형에 대용을 하여 저압성형용 열경화성 플라스틱을 경화 시켜서 적층 제품을 얻는 방법이다.
사출성형에서 금형 내에 성형재료를 사출 충전한 뒤 아직 약간 열려져 있는 금형 또는 캐비티의 1부에 더 압축력을 가하여 냉각고화 또는 경화를 끝내는 방법이다. 곧 성형재료의 금형내의 충전은 사출성형방식으로 한다. 냉각고화 또는 경화를 압축성형방식으로서 하는 기구의 성형방법이다. 투명면적이 큰 성형품 또는 두꺼운 성형품에서 배향 변형이 적고, 치수 정밀도가 높은 것에 호적인 성형방법이다.
VACUUM FORMING
1.Vacuum forming? >열가소성 플라스틱의 열성형의 대표적인 일종이며, 자형 또는 웅형의 어느 것인가 한쪽 편만 사용하여 성형하는 방법이다. 열가소성 플라스틱 시트를 가열 연화한 뒤, 형의 위에 올려 놓고, 곧바로 혀와 시트의 간극을 진공으로 하여 시트를 형의 표면에 밀착시키는 동시에 냉각하여 성형품의 현상을 고정한 뒤, 반대로 공기를 흡입하여 성형품을 꺼낸다. 자형을 사용하는 경우는 스트레이트 포밍이라 하고, 웅형을 사용하는 경우는 드레이브 포밍이라 한다.
2.진공성형의 원리
>가열연화 된 Sheet와 형틀의 공간을 진공으로 만들어 Sheet를 금형에 밀착시켜 일정한 형태를 얻는 방법
3.Vacuum forming의 종류 1)싱글 스테이지 성형기 : 동시에 한 조작만 할 수 있는 성형기. 성형의 순서- 절단된 시트의 크렘프-시트의 가열구역으로 이동-히터를 시트로이동-시트의 가열-히터의 원위치-성형 2)더블 스테이지 성형기 : 동시에 두 가지의 조작을 할 수 있는 성형기로 두개의 성형부가 있어 히터가 양자 사이를 왕복하는 성형기, 시트의 가열시간이 길어서 두께가 두꺼운 시트의 성형에 적합하다. 3)로터리형 성형기 : 한 개의 기둥에서 뻗어나온 팔에 시트클렘프가 장치되어 있고, 그 기둥을 중심으로 단속적으로 회전하면서 성형 되는 것으로, 3개 이상의 스테이지가 있는 성형기 4) 일반용 연속 성형기 : 롤상의 시트를 사용하는 것으로 롤을 푸는장치, 가열부,성형부가 직선상에 나란히 있다.(일반성형기, 드럼식 성형기, 쉘식 성형기의 3가지가 있다) 5)접촉 가열 성형기 : 2축연신 PS시트의 성형에 유효하며, 성형의 원리는 시트를 가열판과 형 사이에 끼우고, 형 내를 가압 상태로 하여 시트를 가열판에 밀착시킨다. 이어 시트가 성형온도에 도달하면 형내의 공기를 뺌과 동시에 가열판의 다수의 작은 구멍을 통하여 기압을 주입해 성형하는 것이다, 또 형에 칼날을 설치해두고 성형종료 직후에 시트의 체부력을 늘려 제품의 구멍 뚫기를 행하는 성형기도 있다. 고속의 대량물량의 성형에 유효하다. 6)충진 포장용 성형기 : 일반용 연속성형기와 마찬가지 방법으로 원하는 모양을 성형한 후 상품을 내부로 충진하고, 그 위에 얇은 두께의 시트 또는 알루미늄 호일등으로 밀폐하고 필요없는 부분을 절취해내는 성형기이다. 종류로는 스킨팩킹기와 블리스터 팩킹기가 있다. 4.성형기의 기능에 따른 분류 1)크렘프 장치 가) 틀 형식의 상하이동 크렘프 : Stacking된 시트에 사용이 적당함 나) 체인에 의한 핀/클립식 수평이동 크렘프 : Roll 시트에 적당하다. 2)가열 장치 가) 가열방법에 따라 ① 복사가열 : 가장 일반적인 방법으로 300~600도의 범위의 열원에서 방사되는 적외선에 의한 가열 법
■ 히터의 종류 -씨이즈히터:금속관의 중앙에 코일상의 니크롬선을 넣어 그 주위에 열전도도 좋고, 고온에 있어서 전기 전열성이 높은 분말을 충진하고 고압 하에서 고형화 한 것, 사용온도는 최대800도이며, 보통은 250~450도로 사용한다. 적외선의 파장은 3~3.5마이크론(일반적으로 플라스틱에서 적외선의 흡수율이 3~3.5에서 높다) -석영관히터:일반적으로 텅스텐 선을 사용하며, 니크롬선도 사용된다. 사용온도 범위는 1400~2200도이며,1~1.2마이크론 히터의 효율성이 높은 반면 시트가 가열되기 쉽고 히터가 외부충격에 취약한 약점이 있다. -적외선히터:사용온도 범위는 300~500도,3~9마이크론의 원적외선어로 PE시트의 성형등에 사용함.
② 대류가열 :열풍 순환로 속에 시트를 넣고 열풍에서 전열에 의해 가열하는 방법으로 균일한 가열과 온도컨트롤이 뛰어난 반면, 방사가열에 비해 장시간을 요한다. 즉 장시간의 가열로 시트가 늘어지기 쉽고, 배향이 큰 시트의 경우는 시트의 치수 및 두께의 변화를 초래 할 수 있다. 따라서 이 방법은 가열시의 인장강도가 큰 수지에 의한 배향이 적은 시트의 가열로 한정된다. ABS수지와 PC의 후박판도 배향이 적은 경우 사용이 가능하다. ③ 접촉가열 :소정온도로 가열된 금속판에 플라스틱 시트를 접촉시켜 전열에 의해 가열하는 수법으로 열전도율이 약하므로 두께 0.5mm이하의 시트가열에 이용된다. 나) 히터판의 구성에 따라 ① 고정식 센드위치 히터판 :1쌍의 히터판을 시트의 사이에 고정배치하고 동시에 2히터판이 이동 할 수 있게한 장치 ② 분리형 센드위치 히터판 :1쌍의 히터판을 시트를 사이에 둘 수 있게 배치하고 각각의 히터판이 개별적으로 움직이는 장치. 3)형 테이블 >공압식과 유압식으로 나누어지며 양방식은 각각 켐식, 공압직압식, 유압직압식, 크렝크식, 유압토글식의 종류로 나?다. 4)기능제어 방식 >마그네틱 스위치 컨트롤 방식(MC 타입)과 프로그레머볼 컨트롤 방식(PC 타입)이 있다 5)진공장치 >700mm Hg이상의 진공도 사용(이때 대기압과의 차이는 0.95kg/cm2) 6)온도제어 방식 - 볼티지 볼륨과 볼트 지시계에 의한 아날로그식 온도제어 - 디자털식 제어 - 프로그레머블 디지털 자동온도 제어방식 5.진공성형기의 장/단점 (1) 장점 -저렴한 설비비용. -생산성 양호. -금형의 소재 다양성과 저렴한 비용. -얇은 두께의 성형이 가능. -장식보호, 마무리 가공이 양호함. -포장산업산업에 사용되는 경우 제품의 완전자동포장라인을 이룰 수 있다. (2) 단점 -정밀한 두께 조정이 어렵다. -후 가공 및 마무리 작업이 필요하고 scrap이 다량으로 발생한다. -시트의 선 제조를 필요로 한다
생산중의 취입성형 금형관리
생산을 개시했을 때 어떤 이유에서든 불량품이 발생하지 않는다고는 볼 수 없다. 그러므로 제품의 품질관리가 필요하다. 생산을 계속 중에 발생하는 불량의 원인으로서는 다음과 같은 것을 들 수 있다.
1) 수지의 차이 같은 그레이드의 수지라도 다소의 차이가 있으며 수축 등의 차이가 일어날 수 있다.
2) 금형상의 문제 장기간 사용하고 있으면 금형의 일부에 미세한 파손이나 분활면이 마모되어 플래시가 발생한다. 냉각회로가 물 때로 막혀 냉각수의 흐름이 나쁘게 되어 금형표면은 처음에는 깨끗했던 것이 부식되어 흐림이 발생한다. 그러므로 성형을 중단했을 때는 특히 이런 금형관리를 소홀히 하는 일이 없도록 각별한 점검과 취급이 필요하다.
3) 금형의 결로현상 금형온도를 5℃로 했다면 실내온도는 15~20℃ 이하로 유지해야 결로가 발생하지 않는다. 따라서 결로현상이 생기면 건조한 AIR CURTAIN등이 필요하지만 건조가 너무 심하면 정전기에 의한 마찰 등이 생기므로 ION공기가 필요하다. 따라서 금형온도와 실내온도의 차가 20℃이상이면 결로현상이 나므로 실내온도 유지를 위한 현장 나름대로의 조건을 맞추어야 한다. 일반적으로 성형실내온도는 23℃가 적정이다. 그러나 일단 성형이 끝난 후 결로는 성형유품에 하등의 물성상 영향은 미치지 못한다. 다만 손이 가야하는 번거로움이 따를 뿐이다
취입성형 금형용 강재와 요구특성
재료에 요구되는 주성능으로서는 아래와 같다. ① 내마모성 금형의 수명이나 정밀도 플래시 유무 등에 관계되는 중요한 인자이다. 일반적으로 경도에 비례하므로 담금질입 등의 열처리에 의해 개선된다. ② 경면연마성 연마성에 영향을 미치는 인자는 많다. 일반 강재에서는 핀 홀의 존재나 비금속 개재물의 함유 등의 이유로 연마성의 개선에는 한도가 있으므로 진공용해·진공주조한 전용의 강재를 사용하지 않으면 안된다. 결정입도를 세밀하게 하면 연마성이 향상된다. ③ 절삭가공성 이것은 경도에 비례하여 저하하므로 재료 선택이 더욱 곤란하다. ④ 열처리성 경도를 올리기 위한 열처리(담금질입, 담금질풀임)에 적합한 성능이란 처리효과가 큰 것만이 아니고 처리에 의한 변형을 적게 하기 위해서 공냉으로도 담금질입이 가능한 것으로 표면과 내부의 효과에 차이가 없는 것을 말한다. ⑤ 강도 사출성형과 같이 고압이 걸리는 경우에 특히 문제가 된다. 경도를 올리면 강도도 올라가지만 취약하게 되는 결점이 있다. ⑥ 내식성 PVC, 불소수지, ABS난연제 첨가재료와 같이 부식성 가스를 발생하는 재료의 성형에서는 이 부식성이 중요하다. 예를 들면 s50c나 s55c의 기계구조용 탄소강은 열처리를 하지 않으면 요구성능이 거의 떨어지지만 생산수가 적은 담금질입을 하면 금형제작 기간이 길게 된다. 따라서 금형내를 저렴하게 하고 싶다든지 고정밀도를 필요로 하지 않는 등의 경우에 있어서 이 재질이 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 내식성이나 내마모성을 특히 필요로 할 경우에는 SCM4(CROME MOLYHDENUM강)이나 SK7(탄소 공구강)등이 이용된다. 또 경도와 가공성을 양립시키고자 할 경우에는 PREHARDENEEL강이 많이 이용된다.이것은 담금질입에 의해 절삭가공한계 경도인 경도 HS40~50으로 한 합금 공구강으로 기계 가공후 일체의 열처리를 필요로 하지 않는 저코스트로서 내구성이 높은 재료이다. 또 이것에 상당하는 재질로서는 HPM1, HPM2 그리고 PSL 등이 있다. 한편 PREHARDERNED강이라도 경도가 불충분한 경우에는 적출경화강을 이용한다. 이것은 절삭가공후에 500℃전후에서 수시간 시효처리함으로서 경도가 HRC 40~50으로 대폭 향상한다. 그러나 흠이라면 고가가 된다. YAG등은 고용하처리가 되므로 경면 연마성이 뛰어나다. 내식성이 문제가 될 경우에는 SKD61이나 SKD11과 같은 합금 공구강 또는 스테인레스강이 이용된다. 더욱 고급인 재료는 열처리강이 있지만 이것에도 합금공구강을 이용한다. 그러나 블로우 성형용 금형재질로서는 이러한 강재는 거의 사용되고 있지 않으며 특별한 경우를 제외하고는 일반적으로 보통 주철이나 아연 또는 알루미늄재질이 사용된다.
가소성(可塑性:plasticity) 물질 또는 플라스틱스라고도 한다. 천연수지와 합성수지(synthetic resin)로 크게 구별되며, 보통 플라스틱이라고 하면 합성수지를 가리킨다. 플라스틱은 최종적인 고형(固形)이며 분자량이 많은 것이 되지만, 거기에 이르는 제조공정의 어떤 단계에서 유동성을 가지며, 이 때 성형이 이루어지는 것이라야 한다. 또 원칙적으로는 유기화합물로서 고분자화합물이 될 수 있는 것이지만, 이러한 것을 본질적 성분으로 하는 재료 전반을 포함해서 플라스틱이라고 한다. 1868년 미국 J.W.하이엇이 상아로 된 당구공의 대용품으로 발명한 셀룰로이드가 세계 최초의 플라스틱이다. 그 후 L.H.베이클랜드가 1909년 발명한 페놀포르말린 수지(베이클라이트)가 이를 대체하였으며, 이것이 외관상 송진(resin)과 비슷했기 때문에 일반적으로 합성수지라고 하였고, 이런 연유로 그 후 인조재료를 합성수지라고 하게 되었다. 그러나 천연수지와 다른 인조재료가 많이 출현함에 따라 점차 그리스어인 플라스티코스(plastikos:성형하기 알맞다는 뜻)에서 유래하는 플라스틱이라는 이름으로 불렸다. 플라스틱은 일반적으로 두 그룹으로 크게 구별된다. 하나는 고분자로서 가열에 의해서 유동성을 가지게 되어 성형이 되는 열가소성 플라스틱(열가소성수지)이고, 또 하나는 저분자이지만 형(型) 속에서 가열·가압되는 동안에 유동성을 가지고 화학반응에 의해서 고분자화되어 그 후 가열해도 유동성을 가지지 않는 열경화성 플라스틱(열경화성수지)이다. 플라스틱은 고분자 형태에 따라 대별할 수도 있다. 합성고분자 화합물로 사용되는 것에 합성섬유를 포함하는 화학섬유 및 고무가 있으며 선상고분자(線狀高分子)는 섬유·플라스틱·고무로 된다. 또 분자와 분자가 서로 끌어당기는 힘은 고무가 가장 약하고 섬유가 가장 강하다.
1. 선상고분자의 성질 고분자가 재료로서 사용 가능한 것은 분자량이 크기 때문이며, 플라스틱 ·고무 ·섬유는 수만 내지 수십만의 분자량을 가진다. 저분자는 대체로 저온에서 결정성인 고체이지만 가열하면 일정 온도에서 액체가 된다. 그러나 고분자화합물은 일부에 비결정성 부분을 포함하기 때문에 양상이 달라진다. 따라서 고분자화합물은 유리전이점(glass transition temperature)를 지나면 고분자가 마이크로브라운 운동(micro-Brawnian motion)을 할 수 있게 된다. 따라서 유리전이(Tg)점 이상에서 비로소 고분자의 모임에 힘을 가하면 형태를 변화시킬 수 있다. 어떤 형태를 지니는 고체에 작은 힘을 가해서 형태를 변화시킬 수 있는 성질을 가소성이라고 하는데, Tg점 이상에서 이 성질을 발휘시키는 것이 가능해진다. 온도를 더 올리면 녹는점에 도달하여 집합해 있던 분자가 흩어져서 자유로이 움직일 수 있게 되는(마이크로브라운 운동) 온도를 말한다. 따라서 고분자의 집합체는 작은 힘으로 마음대로 변형시킬 수 있다. 여기서 온도를 더 올리면 고분자이므로 점조(粘稠)한 액체가 된다. 플라스틱이라는 고분자재료를 성형하기 위해서는 어느 단계에서 유동성을 가지게 되어 형의 구석구석까지 침입해 들어가야 하는데(이것은 변형을 수반한다), 적어도 Tg를 넘은 곳, 작업을 위해서는 녹는점을 넘은 곳에서 행하여야 한다는 것은 명확하다. 가령 유리전위점인 Tg 이하에서 힘을 가한다면 여기는 마이크로브라운 운동이 불가능한 범위이므로 플라스틱은 파괴된다. 이것이 취화점(脆化點:brittle point)이라고 하는 점인데, 그 실측값은 Tg와 거의 같다. 그러므로 Tg라는 온도는 플라스틱에 있어 중요한 성질의 하나이다. 폴리에틸렌 ·아크릴은 수분(水分)을 흡수하지 않으므로 물에 젖어도 Tg는 거의 저하하지 않으나, 양모(수분흡수율 20%) ·무명(8%) ·레이온(12%)에서 Tg는 0℃까지 저하하므로, 비오는 날에 의복에 주름이 많이 지는 것은 이 때문이다. 고분자화합물의 기계적 성질도 중요하므로, 양쪽에서 Wkg의 힘으로 잡아당겼을 때의 예로서 시료의 단면적을 Acm2라고 할 때 변형력은 W/A(kg/cm2)로 표시된다. 변형은 처음 길이 1cm에 대하여 Δℓcm2 늘어났다고 했을 때 Δℓ/ℓ로 표시된다. 원점 O에서 P점까지는 직선이며, 가해진 변형력에 비례하여 늘어난다. 후크의 법칙에 따라 완전탄성(完全彈性)을 보이는 구간에서 힘을 제거하면 원래의 길이인 O점으로 돌아간다. 이 사이의 관계는 로서 표시되며, 이 E는 재료의 굳기[硬度]를 나타내는 것으로 생각해도 좋다(영률은 탄성률이라고도 한다). P점을 지나면 차차 작은 힘에 의해서도 늘어나기 쉽게 되고, E점에서는 그 힘에 저항하지 못하고 늘어난 채로 있게 된다. P점이 탄성한계로서 분자 사이의 어긋남이 일어나기 시작하며, E점에서 C점에 이르기까지 어긋날 수 있는 것은 모두 어긋나고 만다. 어긋난다는 것은 분자 상호간의 상대적 위치가 변하는 것을 말한다. 이 E점이 항복점(降服點:yield point)이며, 이것에 상당하는 변형력 S를 항복치(降服値)라고 한다. 따라서 P점 이상에서는 변형력을 제거해도 이제는 원점으로 돌아가지 않는다. 즉, 영구변형을 남긴다. C점부터는 또 얼마간의 힘이 필요하게 되며, 신도(伸度) εr에 해당하는 F점에서 절단되고 만다. 이에 상당하는 변형력 Sr는 파괴강도(ultimate strength)이며, 인장력(引張力)으로서 표시되는 것은 이 Sr이다. 위에서 말한 바와 같이 P점 이상, 예를 들면 D점에서 연신(延伸)을 중지하고 힘을 제거해도 εd만큼의 신장은 남는다(영구변형). 100% 모듈러스(modulus)라는 것은 Δℓ/ℓ이 1이 될 때(예를 들어 이것을 D라고 하면)의 DO직선과 가로축이 이루는 각의 탄젠트이다. 이상에서 항복점 E부터 이후 F까지 사이가 가소성을 나타내는 부분이며, 힘을 제거해도 εd의 변형이남는다. 이와 같이 약간의 힘에 의해서 변형이 생기는 것은 소성(塑性) 흐름(plastic flow)이 일어나기 때문이며, 빙엄유동이라고도 한다(E.C.빙엄이 1922년에 보고하였다). 이 변형은 분자간이 서로 미끄러지는 유동과 탄성이 조합되어 있으며, 이와 같은 선상고분자의 기계적 거동을 추구하는 과학을 점탄성(粘彈性)에 관한 과학, 즉 레올로지(rheology)라고 한다. 결정성의 대소도 성질과 크게 관계가 있다. 일반적으로 결정성이 커지면 비중이 커지고 단단해져서 연화점(軟化點)은 향상되고 인장력은 커지지만 신장은 작아지고 잘 부스러진다.
2. 제조 플라스틱이라는 인조재료는 대부분이 석유이고, 다음이 천연가스, 그리고 일부는 석탄을 원료로 사용한다. 이것들로부터 분자량이 작은 원료(이것을 단위체라고 하는 경우가 많다)를 먼저 합성하고, 이것을 고분자화하여 플라스틱 재료로 한다. 저분자를 고분자화하는 반응은 많으나, 대체로 다음 5종으로 나눌 수 있다.
① 중합반응(polymerization) : 폴리에틸렌·폴리프로필렌·폴리스티렌·폴리염화비닐·아크릴레이트계(系) 등 열가소성인 것의 대부분이 이 중합반응으로 제조된다. 중합반응에도 여러 가지가 있다. 반응열을 처리하기 위해서 물 속에서 행하는 에멀션 중합법[乳化重合法]과 서스펜션[懸濁]중합법은 특히 염화비닐의 경우에 흔히 사용된다. 또 용매(溶媒)를 사용하는 용액중합도 있다. 폴리에틸렌·폴리프로필렌이 특수한 치글러계 촉매를 사용해서 만들어지는데, 이것은 용액중합이라고 할 수 있다. 또 가압 하의 폴리에틸렌 제조나 어떤 종류의 폴리스티렌·아크릴레이트계는 그대로 개시제를 가해서 중합시킨다. ② 중첨가반응(polyaddition):우레탄계를 합성할 때 사용되는데 원자를 잃지 않고 첨가해간다. ③ 중축합반응(polycondensation):물이나 알코올과 같은 작은 분자를 방출하면서 고분자를 형성해 간다. 폴리카보네이트·불포화폴리에스테르·나일론 66 등이 이 방법으로 만들어진다. ④ 첨가축합(addition-condensation):페놀수지·요소수지 멜라민 수지·크실렌 수지 등 열경화성수지의 대부분이 이 방법으로 제조된다. ⑤ 기타 반응에 의한 고분자화:나일론 6 등 많은 내열성 수지의 제조 등은 여러 유기화학반응을 응용하여 고분자화된다. 고분자화합물 또는 고분자화될 수 있는 물질을 재료로 하여 성형함으로써 직접 사용되는 플라스틱 성형물이 된다. 이 성형재료는 목적에 따라 각종 혼합물로 이루어진다. 극단적인 예로서 폴리염화비닐로 만든 마루타일 등은 염화비닐수지 100, 충전제(석면과 점토계) 130, 가소제 9, 안료 5, 안정제 4(중량비율)의 혼합물을 수 mm의 두께로 한 것이다. 폴리에틸렌·폴리스티렌도 안료나 안정제가 반드시 혼입된다. 이들 혼합하는 것을 배합제(配合劑)라고 총칭한다.
3. 배합제 플라스틱 배합제 중 가소제(可塑劑:plasticizer)는 고분자 상호간에 침투하여 고분자 상호간의 강한 인력을 약하게 하여 마이크로브라운 운동을 하기 쉽게 만들기 때문에 가공온도는 저하하여 성형물이 말랑해진다. 또 가소제의 종류에 따라 내연성(耐燃性)·친수성(親水性)·내후성(耐候性) 등 성질의 변화를 기대할 수도 있다. 안정제(stabilizer)에는 열에 의해서 열화하는 성질을 향상시키는 것, 빛·산소·오존에 대해서 같은 작용을 하는 것으로서 내후성을 증가시키는 것, 산화방지제로서 특히 산소(공기)의 작용을 방지하는 것 등이 있다. 대전방지제(帶電防止劑)는 플라스틱이 대전되는 것(때로는 수만 V에 이른다)을 방지한다. 가공을 순조롭게 하기 위한 이형제(離型劑), 여기에 중량을 증가시키거나 새로운 성질을 부여하기 위한 충전제(充塡劑), 착색제(염료 및 안료), 곰팡이방지제 등도 중요한 배합제이다.
4. 성형가공 플라스틱의 성형방법에는 압축성형·압출성형(押出成型)·사출성형(射出成型)·캘린더법 외에 여러 방법이 있다. 트랜스퍼 성형이라고 하는 것은 종래는 압축성형법으로만 행하여졌던 열경화성 수지의 성형을 위해서 고안된 것으로서, 형에 주입하는 1회분의 양만을 가열하여 부드럽게 하고, 사출성형과 같이 작은 구멍으로부터 형 속으로 유입시키는 것이다. 또 얇은 필름을 만드는 데는 T다이법이나 인플레이션법이 있다. 전자는 T자형의 하부로부터 밀어내어 옆으로 길게 뻗은 틈새 부분에서 필름을 끌어낸다. 인플레이션법은 얇은 원통상의 것을 상부를 향해서 밀어내면서 동시에 공기를 불어넣어 팽창시켜서 소정의 두께로 만들고, 마지막으로 절단하여 필름으로 한다. 이 밖에도 여러 방법이 고안되어 있다.
5. 종류 플라스틱에는 다음과 같은 것들이 있다.
⑴ 혼성중합물(copolymer) : 플라스틱의 본체인 고분자화합물의 구조를 변화시킴으로써 새 플라스틱이 탄생한다. 에틸렌과 아세트산비닐로부터의 혼성중합물은 가공하기 쉽고 고무의 성질까지 띠는 것을 얻는다. 아세트산비닐을 15∼20% 정도 함유하는 염화비닐수지는 LP레코드를 만드는 데 있어서 불가결한 것이다. 아크릴로니트릴과 부타디엔을 함유하는 폴리스티렌은 ABS수지로서 내충격성(耐衝擊性)이 강한 플라스틱이며, 자동차의 차체까지 제조할 수 있다. 혼성중합물에는 교호(交互) 혼성중합체·블록 혼성중합체(block copolymer)·그라프트 혼성중합체(graft polymer) 3종의 것이 있다. 이 중에서 교호 혼성중합체는, 예를 들면 NBR(⇒합성고무)에서 아크릴로니트릴과 부타디엔을 교대로 배열시킴으로써 내열성을 향상시켰다. 블록 혼성중합체는 새로운 탄성재료(elastomer)를 출현시켰다. 스티렌과 부타디엔으로 제조되며, 예컨대 사출성형된 것은 고무탄성을 지니고 있다. 그라프트 혼성중합체의 예로는 폴리염화비닐에, 예컨대 폴리에스테르를 분지로 함으로써 내충격성이 큰 염화비닐수지가 제조되고 있다. ⑵ 블렌드폴리머 : 2종류 이상 고분자를 섞어서 반죽한 것으로서, 예컨대 염소화한 폴리에틸렌(염소 함유량 35% 전후가 많다)을 폴리염화비닐에 섞으면 염화비닐수지는 가공성이 향상하고 내충격성도 증가한다. ⑶ 복합재료 : 블렌드폴리머도 포함되지만 본래는 특히 강화(强化) 플라스틱을 가리킨다. 불포화 폴리에스테르를 유리섬유와 함께 중합시켜 경화시킨 성형물은 섬유강화플라스틱(FRP:fiber reinforced plastics)이라고 하며, 욕조·정화조, 5t 이하의 보트, 건축재료 등에 이용된다. 최근에는 FW(filament-winding)법에 의한 FRP가 고안되었으며, 그 인장강도는 1cm2당 9,000kg이나 되어 보통 강(鋼)의 9,500kg에까지 이르렀다. 그러면서도 비중은 강의 7.8에 대하여 불과 2에 지나지 않는다. 지름 2m가 넘는 이음매 없는 송유관도 제조할 수 있다. 유리섬유 대신에 합성섬유·무기충전물이 사용되는 것도 있다. ⑷ 플라스틱 합성지 : 플라스틱(폴리스티렌과 폴리에틸렌이 많다)을 불투명하게 하기 위하여 충전제를 섞어 박막(薄膜)으로 만들어 인쇄하기 좋도록 표면에 거친 구멍을 내거나, 이러한 것을 도포 또는 적층(積層)하는 방법과, 거품[發泡] 플라스틱의 얇은 것을 사용하는 방법이 있다. 현재는 특히 아트지 대용으로 쓰이고 있지만, 일반 지류(紙類)에도 적용될 수 있게 될 것이다. ⑸ 발포 플라스틱 : 기포가 있는 경량 플라스틱을 말한다. ⑹ 합성목재 : 비중이 0.7~0.9가 되도록 ABS수지를 약간 발포시킨 것이다. 난연성(難燃性)으로 하기 위해 같은 양의 폴리염화비닐과 혼합한 것과 또한 폴리스티렌도 원료가 된다. 가공법에 따라 나뭇결에 가까운 무늬를 낼 수도 있다. 세로축의 휨강도나 휨탄성률은 비중이 같은 목재의 1/5 정도라도 가로축의 휨강도나 휨탄성률은 거의 같다. 합성목재는 원하는 크기나 형태의 것을 쉽게 직접 성형할 수 있고, 접착에 의해서 짜맞출 수도 있으며 도장(塗裝)도 간단히 되는 이점을 가지고 있다. ⑺ 플라스틱 반도체 : 유기반도체의 하나로 전기의 전도도(傳導度)가 양도체(良導體)와 절연체의 중간값을 나타내는 플라스틱이다. ⑻ 감광성중합체 : 빛에 의해서 중합하여 그 부분만이 용제에 녹지 않고 잔존하는 것을 이용하는 것으로서, 인쇄판에 널리 사용된다. ⑼ 광전도성 중합체 : 빛이 조사된 곳만 전기전도성이 생기는 것으로서, 폴리비닐카르바졸계의 것이 많다. 전자사진계(電子寫眞系)의 인쇄에 유용하게 이용될 것으로 기대된다. ⑽ 내열 플라스틱 : 단시간이면 1,000℃에도 견디는 것이 제조되고 있다. 폴리이미드·폴리벤츠이미다졸·폴리아미드이미드 등으로 불리는 플라스틱이다. ⑾ 접착제에의 응용 : 고분자화학의 발달과 더불어 접착력이 강력해지고 응용범위도 넓어졌다. 시아노아크릴레이트계·에폭시계 등에 의한 철과 철의 접착은 접착면적 1cm2 당 250~300 kg이라는 큰 힘을 보이게 되었다. 부분적으로 용접(鎔接)을 대신할 수 있는 힘을 가지게 되었다고 할 수 있을 것이다.
6. 연소성 근래에 건설재로서 플라스틱이 대량으로 사용되면서부터 화재시의 연기와 유독가스의 발생이 문제로 대두되었다. 폴리에틸렌·폴리프로필렌은 불에 잘 타서 이산화탄소(탄산가스)와 물로 되기 쉬우나 폴리스티렌은 매연을 대량으로 방출하여 잘 연소하지 않고, 특히 사용량이 많은 염화비닐수지는 난연성이며 유독가스를 발생한다. 발생하는 연기는 먼저 연기를 구성하는 입자의 크기와 수가 문제로 되는데, 목재는 550℃에서 연소시켰을 때 평균 지름 0.6μm의 입자를 1,200개 발생시키고, 염화비닐수지는 1.87μm의 큰 입자를 1,150개 발생시킨다. 다른 실험에서의 발연량(發煙量)은 단위 1ft3당 파운드수로 목재 48~60, 염화비닐수지 86, 페놀수지 76, 폴리스티렌 58이었다. 또 900℃에서 1g당 발생하는 가스의 그램수를 얻은 실험도 있다. 염화비닐수지에서는 유독가스인 일산화탄소 CO, 염산 HCl, 이산화탄소 CO2 등이 대량으로 나온다. 나일론(아크릴로니트릴계에서도)에서는 시안화수소산[靑酸] HCN도 미량이지만 발생한다. 플라스틱이 대량으로 사용되면서 화재시에 발생하는 이들 유독 연기의 대책이 중요시되고 있다. 동시에 폐기되는 플라스틱 처리문제도 앞으로 중대한 공해대책이다. 플라스틱을 난연성으로 만든다는 것은 인간생활에 필요한 일인 동시에 이것들을 모아서 태워버리는 연소장치의 개발도 또한 불가결한 일이다.
(4) 플라스틱의 종류
플라스틱의 종류는 화학적 구조, 열적 성질, 사용원료에 의해 구분될 수 있다. 표 5.14.1∼표 5.14.2는 플라스틱의 화학적 구조 및 열적 성질에 따른 종류를 설명하고 있다. 원료별로 보는 플라스틱의 종류는 매우 많으나 보편적으로 많이 사용되어지는 원료별 플라스틱의 종류는 약 30가지 이내이며, 그 중에서 가장 많이 사용되어 생활폐기물의 90% 이상을 차지하는 것은 6대 범용플라스틱은 PE, PP, PVC, PS, PET, ABS로 분류된다.
-화학적 구조에 의한 플라스틱의 구분-
구 분
구 조
종 류
특 성
쇄상고분자
chain structure high polymer
긴 쇄상(鎖狀)의 분자
PE, PVC등
거의 열가소성이며 가열하면 연화, 용융됨
공간망상구조
space network high polymer
서로 입체적으로 망상(網狀) 결합
페놀수지, 에폭시수지 등
거의 열경화성이며 화학반응을 일으켜서 굳으면 가열하여도 재차 연화되지 않음. 무리하게 가열하면 수지는 분해·파손
가교고분자
cross linked high polymer
망상구조의 일종이나 쇄상고분자의 인위적 조작에 의한 가교형 구조
가교화된 PE 등
열가소성수지보다 내열성이 강하고 단단하게 되어 온돌용 파이프 등에 사용
-열적 성질에 의한 플라스틱의 구분-
구 분
특 성
종 류
열경화성수지
thermosetting resin
유동성을 띠는 고분자에 촉매 등을 가해서 가열하면 화학반응에 의해 경화된다. 경화된 수지는 재차 가열하여도 유동상태로 되지 않고 고온으로 가열하면 분해되어 탄화되는 비가역적 수지
HDPE 및 PP, PVC와 더불어 가장 많이 사용되는 플라스틱 중의 하나로 무색투명하고 내한성이 양호하며 절기절연성, 내약품성 등이 양호
HDPE
LDPE 및 PP, PVC와 더불어 가장 많이 사용되어지는 플라스틱 중의 하나로 성상은 LDPE와 거의 유사하나 조금 더 단단한 성질을 갖으며 용도도 거의 LDPE와 중복되지만 세부적인 차이는 있음
PP
PE 전체보다는 적지만 LDPE 및 HDPE의 각 분야보다는 더 많이 쓰이는 수지로 외관이 PE와 닮았지만 경질이며 고주파 전기절연성이 우수하고 인장강도, 반복 굽힘도 강하다. 그러나 충격에 약한 단점도 있음
PS
무색이나 착색이 자유롭고 상온에서 단단한 성질이 있으나 기계강도가 약하여 잘 부러지기 쉬운 약점이 있어 최근에는 물리적 성상을 증가시키는 강화제를 첨가하여 HIPS나 GIPS 등의 형태로 사용
ABS
유백 또는 착색을 하고 있는 탄성이 좋은 고급 수지로 튼튼하고 흠집이 생기기 어려움
PVC
상온에서는 단단하고 무색투명한 성질을 가지고 있으며 착색이 가능하다. 수지 자체에 염소가 포함되어 있어 연소시에는 염소화합물을 발생할 우려가 있으며, 단단한 성질을 연화시키기 위하여 사용되어지는 가소제, 열안정제 등이 유해할 수도 있으므로 주의를 요하는 수지이다. PVC는 투광성과 강인성이 좋아 일본에서는 농업용 필름에 많이 사용
PET
무색이며 단단하고 충격에도 비교적 강하다. 특히 배려성이 좋아 탄산음료용 용기에 매우 적절. 특히 PET는 폴리에스터라는 섬유의 원료와 매우 긴밀한 관계를 갖고 있음
-플라스틱의 종류와 용도-
플 라 스 틱 종 류
용 도
열
가
소
성
수
지
범
용
수
지
폴리에틸렌
포장, 식물용기, 농업용필름, 잡화, 컨테이너, 어망
폴리프로필렌
식품용기, 필름, 세면용품, 전기제품, 자동차부품, 컨테이너
P.V.C
농업용필름, 전선피복, 수도권, 타일, 호스, 인조피혁
폴리스티렌
T.V 및 라디오의 하우징, 식탁용품, 어상자, 완구, 단열재
ABS수지
자동차부품, 전기제품, 여행용가방
AS수지
식탁용품, 화장품용기, 전기제품, 일회용라이터
메타크릴수지
전기제품, 식탁용품, 자동차부품, 조명판, 착판, 방풍유리
E
N
G
수
지
폴리아미드
자동차부품, 기계부품, 의료용기구, 필름
폴리카보네이트
전기제품, 자동차부품, 보온병, 헬멧
폴리아세틸
전기부품, 자동차부품, 화스나
PBT
자동차 외장부품, 가전, OA기기하우징
MPPO
전기, 전자부품, 자동차부품, 사무기기
PET
식품용기, 필름, 카세트테이프
열
경
화
성
수
지
폴리우레탄
자동차부품(범퍼,시트), 전기제품(단열재), 밑창, 가구쿠션
페놀수지
프린트배선기판, 다리미, 주전자등의 손잡이, 합판접착제
우레아수지
전기제품(배선기구), 단추, 접착재
멜라닌수지
식탁용품, 화장판, 접착제, 도료
불포화에스테르수지
욕조, 보우트, 단추, 헬멧, 도료
에폭시수지
전기제품(IC대지재, 프린트 배선기판), 도료, 접착제
(5) 첨가제
플라스틱은 원료 또는 제품의 품질유지 및 퇴화방지를 위해서 각종 유기 또는 무기성 첨가제가 사용되며 이들은 플라스틱의 성상을 결정하는 중요한 역할도 하지만 재생과 소각처리시 중요한 인자가 될 수 있다.
(가) 가소제
가소제는 합성수지를 연화시켜 물성을 부드럽게 하는 첨가제이다. 가소제의 분자가 합성수지 속으로 들어가면 사슬고분자간의 인력이 약해져 연화하게 된다. 가소제의 종류는 용제형과 비용제형으로 나누어지는데 대개 프탈산디옥틸(DOP)이나 프탈산디부틸(DBP) 같은 유기화합물이 많이 사용되어진다. 가소제가 많이 쓰이는 대표적인 플라스틱이 PVC인데, 전선용의 경우, PVC 양의 60%까지, 그리고 시트용의 경우, PVC 양의 55% 정도가 사용되어진다.
(나) 열안정제
보통 플라스틱은 압출이나 사출성형, 칼렌더링 등의 가공을 거치는 동안 열에 의해 분해되거나 변질되기가 쉽다. 또 사용이나 보관 중에 분해해서 착색 변질하는 경우도 있을 수 있다. 특히 PVC는 가열하면 side chain의 염소가 절단되어 염산이 발생되고 일단 염산이 발생하면 이것이 촉매로 작용하여 분해를 촉진시켜서 분해반응이 연쇄적으로 일어난다. 그러므로 이를 방지하기 위하여 거의 모든 플라스틱에는 열안정제를 첨가하는데 열안정제는 대개 금속원소가 함유된 유기화합물로 현재 많이 사용되는 열안정제는 스테아르산납, 라우르산카드늄, 리시놀레인산바륨 등의 유기산의 중금속염이거나 알칼리토금속염 등으로 독성이 있어 재활용시 주의가 요구된다.
(다) 산화방지제
플라스틱 성형품도 유기화합물이므로 식품 같은 것들보다는 더디지만 역시 공기 중의 산소와 반응하면 산화되어 분해된다. 플라스틱에 공기 중의 산소가 작용하면 수소가 유리되어 유리 라디칼이 발생된다. 이 유리 라디칼이 다시 공기 중의 산소와 반응하여 과산화물 라디칼이 발생되고 이것이 다른 플라스틱에 작용하면 다시 유리 라디칼과 하이드로 퍼옥사이드를 생성하여 이 연쇄반응이 반복되어진다. 플라스틱의 산화방지제는 알킬페닐류, 아민류, 퀴논류 등이 사용되어지고 있다.
(라) 자외선 흡수제
플라스틱 성형품은 자외선에 의한 광열화 작용으로 분해되어지므로 자외선 흡수제를 사용한다. 자외선 흡수제는 300∼400nm의 유해한 자외선을 흡수하여 열로 변환시키는 것인데 주로 살리실산에스테르, 벤젠산에스테르 등이 사용되어진다.
(마) 충전제
충전제를 혼입하는 목적은 FRP처럼 성형품의 강도, 외관 등의 물성을 개량할 목적으로 첨가하는 경우와 증량하여 원가를 줄이려는 builder의 목적으로 첨가하는 경우가 있다. 일반적으로 목분, 셀룰로스, 유리섬유 등이 많이 사용되어지고 있으나 열가소성수지에는 충전제를 가하면 기계강도가 저하되기 때문에 섬유질 이외는 많이 가하지 않는다.
(바) 착색제
착색을 위하여 안료 및 염료가 사용되며 안료로는 카본 블랙, 티탄 화이트, 크롬 옐로 등이 쓰이고 있고, 염료에는 오일 옐로, 오일 블루, 오일 레드 같은 유용성 염료가 많이 사용된다.
(사) 연소방지제
PVC처럼 플라스틱이 건재나 전기 코드 등에도 사용되는데 플라스틱의 불연화, 난연화를 위해서는 첨가제를 가하는 경우와 고분자 물질 자체를 불연화시키는 방법이 있다. 첨가제로는 주로 염소함유 화합물, 프탈산계 화합물, 인산계 화합물을 많이 사용하며, 고분자 불연화는 분자의 일부에 염소를 가하여 염소화폴리에틸렌을 만드는 방법이 사용된다.
(아) 발포제
우레탄폼, 발포폴리스티렌, 발포폴리에티렌, 스폰지등의 플라스틱내에 발포를 형성하여 충격등을 완화시킬 목적으로 사용된다. 사용되는 성분으로는 CFCl12(CF2Cl2), FC11(CFCl3) 등이 있다.
(자) 활제
제조공정을 촉진하기 위한 윤활제로 HDPE, 알킬아민, 실리콘유, 금속비누(Zinc stearate) 등이 사용된다.
(차) 대전방지제
플라스틱 제품의 가공시 발생하는 정전기를 억제하고 이로 인한 위험을 방지하기 위하여 사용되며 아민 4차 암모늄 등이 사용된다.
(카) 기타 첨가물
그 외에는 요구되어지는 플라스틱의 성상과 물성에 따라 이형제(離型劑), 블로킹 방지제, 분해 촉진제 등이 사용되어 지기도 한다.
분 류 기 준
금 형 종 류
성형품의 관통유무에 의한 분류
관통금형 : 블랭킹·드로잉·압출금형, 인발다이
용기(바닥붙임)금형: 드로잉·플라스틱성형·다이캐스팅·
유리요업·분말야금·단조·롤금형
금형의 크기별
초대형·대형·중형·소형·초소형 금형
생산수량별
대량생산·중량생산·소량생산 금형
양산여부별
양산·간이금형
금형재질별
금속·초경·석고·목재·플라스틱·알루미늄·주조금형
정밀별
초정밀도·고무용·세라믹·복합재료 성형용 금형
성형품소재별
플라스틱용·고무용·세라믹·복합재료 성형용 금형
제품성형방법별
사출·압출·이송·압축·캘린더·블로·진공·침지·
발포·압공·적층·주입·유출성형·전단가공·드로잉·
성형가공·압축가공 금형
성형제품 또는 조립제품명별
자동차용·자동차범퍼·반도체용·완구·전화기케이스·
전자부품용·TV케이스금형 등
1. PP
폴리프로필렌은 그 제조기술에서 보더라도 또한 성능에서 보더라도 폴리에틸렌과 밀접한 관계에 있다. 고분자량, 결정성, 고융점의 폴리프로필렌(아이소택틱 폴리프로필렌)의 발명은 1954년, 이탈리아의 Natta에 의해 이루어졌다. 그 전년에 독일의 Ziegler가 알루미늄과 티타늄의 복합촉매로 저압에서 고밀도의 폴리에틸렌을 중합할 수 있다는것을 발견했는데 Natta는 Ziegler촉매를 약간 고친 촉매를 이용하여 폴리프로필렌의 중합에 성공하였다. 폴리프로필렌의 공업화는 1957년 이탈리아의 Montecatini사에 의하여 일찍이 개시되고 세계의 유력한 화학메이커가 앞을 다투어 기술을 도입하였다. 또한 Ziegler-Natta촉매에 제 3성분을 첨가한 독자적 촉매계에서의 공업화는 미국에서 이루어지고 일본에서도 Montecatini사로부터의 기술도입으로 1962년에 비로소 일산화가 이루어졌다.
1. 제법
원료의 폴리프로필렌은 에틸렌과 마찬가지로 석유(나프타)의 분해에 의해서 얻을 수 있다. 이 프로필렌을 저압법폴리에틸렌의 경우와 비슷한 방법으로 용액속에서 Ziegler-Natta촉매와 접촉시켜 상온∼80℃, 3∼10㎏/㎠에서 중합하면 입체 규칙성의 폴리프로필렌(아이소택틱 폴리프로필렌)을 얻을 수 있다.
폴리머 속에는 입체 규칙성을 갖지 않는 연화점이 낮은 아택틱 폴리프로필렌도 약간 포함되어 있기 때문에 이것을비등 펜턴을 사용하여 추출 분리하고, 입체규칙성 폴리머 함량(Tacticity)을 90∼95%정도로 한 것이 성형재료로서시판되고 있다. 중합법에는 위에 기술한 Ziegler-Natta촉매를 사용하는 방법 이외에도 갖가지 방법이 실시되고 있는데 모두가 입체규칙성 폴리머를 얻는 것을 특징으로 하고 있다. 또한 에틸렌, 기타의 올레핀 종류나 비닐 모노머를 공중합 시킨다든지, 다른 폴리머를 블렌드한 재료가 시판되고 있다. 2. 성질
폴리프로필렌은 각종 성질이 폴리에틸렌과 매우 비슷하지만 비중은 더욱 작아서(0.9∼0.92) 모든 플라스틱중에서 최소의 부류에 속한다. 점화하면 폴리에틸렌처럼 불타지만 특이한 냄새를 내기 때문에 폴리에틸렌과 간단히 구별할 수가 있다. 폴리프로필렌의 주된 특색을 간단히 기술하면 다음과 같다. 예컨대 고밀도 폴리에틸렌과 비교하면 연화온도가 현저하게 높고, (순수한 아이소택틱 폴리프로필렌에서는 융점 176℃), 인장강도, 굽힘강도, 강성등도 크지만 충격강도는 매우 뒤진다. 적당한 조건 하에서 연신을 가하면 인장강도, 강성, 충격강도 등은 더욱 향상되고 내굽힘피로성도 현저히개량된다. 또한 폴리에틸렌보다 성형품의 투명성, 표면광택은 양호하며, 성형수축률이 작기 때문에 외관 및 치수정도란 점에서 안성맞춤이다. 폴리프로필렌이 저온에서의 내충격성은 폴리에틸렌보다 뒤지는 것이 결점이지만 최근에는 폴리프로필렌의 저온취약성을 개량하기 위해서 에틸렌과 기타 올레핀계의 모노머를 블렌드한 품종이 성형재료로서 시판되게 되었다.
폴리프로필렌의 기계적 성질은 여러 가지 충전재의 배합에 의해서 상당히 개변할 수가 있다. 충전재료로서는 석면, 실리카 운모, 유리섬유 등이 잘 이용되지만 이것들을 적당량씩 첨가함으로써 굽힘탄성률이나 경도등을 광범위하게 바꿀 수가 있고 또한 열팽창률을 많은 열경화성 수지와 같은 정도까지 낮출 수도 있다. 전기적 성질 중에서 유전율이나 역률은 폴리에틸렌과 거의 같으며 내전압, 내아크성은 약간 뛰어나고 고주파 절연재료로서 우수한 성능을 갖고 있다. 폴리프로필렌의 내약품성은 고밀도 폴리에틸렌과 동등 내지 약간 우세한 정도인데 스트레스 크래킹에 대한 저항성이 폴리에틸렌 보다 각별히 뛰어난 것이 특징이다. 폴리프로필렌은 폴리에틸렌과 같이 방향족 탄화수소나 염화탄화수소에는 80℃이상에서 용해하고 상온에서는 겨우 팽윤하는 정도이다. 그러므로 접착가공이나 확실한 인쇄는 곤란하며 폴리에틸렌의 경우와 같은 표면처리를 할 필요가 있다. 폴리프로필렌 분자의 주쇄에는 메틸기를 부가한 제3급 탄소원자가 무수하게 포함되어 있다. 이 제3급탄소원자에 부가되어 있는 수소원자는 산소나 오존의 공격을 받기 쉬우므로 폴리프로필렌은 폴리에틸렌보다도 산화에 대한 저항성은 상당히 작다. 게다가 폴리프로필렌은 가공온도가 높기 때문에 산화방지의 문제는 특히 중요하다. 산화방지제로서는 알킬페놀과 유기황화합물, 혹은 아민 화합물과 조합해서 사용하면 상승효과가 있다는 것이 알려져 있다. 또한 자외선 열화에 대하여서는 폴리에틸렌의 경우와 같고 카본블랙이나 유기의 자외선 흡수제의 배합이 효과적이다. 폴리프로필렌의 투명성은 폴리에틸렌 보다도 매우 뛰어나다. 이것은 뛰어난 기계적 강도나 내열성과 더불어 필름등의 포장재료로서 사용하는데 특히 인기있는 성질이지만 더욱 투명도를 증가시키기 위해서는 결정조핵제의 첨가가 유효하다. 조핵제라는 것은 폴리프로필렌의 결정핵으로 되는 것이며 이것을 적당량 배합하면 용융 폴리머가 냉각할 때에 극히 미세한 구정의 생성을 촉진하기 때문에 투명도가 좋아지고 강인성이나 저온에서의 내충격성도 약간 향상되는 것이다. 조핵제로서 방향족 카르본산의 Na, Zn, Al등의 금속염이 유효하다고 알려져있다.
표. 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 필름의 기체투과도의 비율
기체
폴리프로필렌
폴리에틸렌
저밀도
고밀도
탄산가스
1.7
7
1
산소
2.4
7.1
1
수소
1.6
2
1
질소
1.5
7
1
메탄
1.3
8.9
1
폴리프로필렌 필름은 다음표에 나타내듯이 기체 투과율은 고밀도 폴리에틸렌 보다 약간 크기 때문에 화장품이나 식료품의 포장에 사용하는 경우는 냄새의 변화나 향로의 산일에 주의하지 않으면 안된다.
3. 성형가공
폴리프로필렌은 폴리에틸렌과 같이 대단히 성형성이 좋은 재료이며 보통 타입의 사출성형기나 압출기를 사용하여 각종 성형품, 봉, 파이프, 필름, 시트, 병, 모노필라멘트 등으로 가공할 수 있다. 성형 수축률은 고밀도 폴리에틸렌 보다 작고 또한 수축률의 방향성 정도도 작으므로 적당한 성형조건을 고르면 치수정도가 양호한, 잔류변형이 적은 성형품을 얻을 수가 있다. 폴리프로필렌을 연신하면 내굽힘피로성이 현저히 향상되지만 이 성질을 잘 이용하여 갖가지 용기의 덮개와 본체를 연결하는 일체성형 Hinge(경첩)을 사출성형을 하고 완전히 냉각하기 전에 뽑아내어 곧바로 Hinge부분을굽혀서 연신효과를 부여하면 이 부분의 내굽힘피로성이 향상되고 디자인과 성형조건이 적정하다면 0℃에서 300만번 이상의 개폐에 견딜 수 있는 것을 얻을 수 있다고 한다. 단 금형의 설계에 있어서 게이트 위치에 주의하고 성형재료가 Hinge부분을 직각으로 횡단해서 흐르게끔 성형할 일이 중요하다. 또한 폴리프로필렌의 연신효과를 이용하여 투명도 및 충격에 강한 중공(속이빈)제품을 얻는 연신 취입성형이라 불리는 성형기술은 성형된 패르손을 다시 가열하고 적당한 온도에서 연신함과 동시에 취입성형을 하는 방법으로 통기성도 보통의 취입성형품 보다 작은 것이 특색이다. 폴리프로필렌의 필름 및 라미네이트는 T다이법에 의한 경우는 폴리프로필렌용의 설비를 그대로 사용하여 제조할 수가 있다. 통상의 공냉 방식을 채용하고 있는 인플레이션법에서는 필름의 냉각속도가 늦기 때문에 취약하고 투명도가 나쁜 필름밖에 얻을 수 없다. 그러나 최근에는 수냉쟈켓을 이용한다든지 물을 직접 필름과 접촉시킨다든지 하는 급냉 방식이 개발되어 폴리프로필렌의 인플레이션 필름도 대량으로 생산되고 있다. 또한 폴리에틸렌, EVA, 폴리아미드, 폴리염화비닐리덴 등과의 복합 필름도 T다이법 혹은 인플레이션법에 따른 복합압축에 의해서 제조되고 있다. 폴리프로필렌 필름은 강인하고 투명성이 좋은 것이 특징이지만 이것을 다시 가열하면서 새로워 가로로 잡아늘리고 2축연신을 가하면 강도나 여러 물성이 각별하게 향상된다. 2축연신 방법으로서는 우선 세로 ?향으로 연신한 다음 텐터그립으로 양쪽 끝을 잡아쥐고 가로 ?향으로도 연신하는 방식과 튜브상의 필름에 가압공기를 불어넣어 종횡의 양방향을 동시에 연신하는 방식 등이 있다. 다음 표는 T다이법에 의한 롤캐스트 필름과 이것을 다시 2축연신을 가한 필름의 성능을 나타낸 것이다. 1축연신 필름은 세로 방향으로 찢기기 쉽기 때문에 약간 가로방향으로 신장하면서 기계적인 자극을 부여하면 불연속적인 균열을 무수히 넣을 수가 있다. 이 조작을 피브릴화라고 부르는데 이에 따라 섬유제품과 유사한 감촉을 갖는 테이프상의 제품을 얻을 수 있고, 다시 편직공정에 의해서 카펫트나 자루 주머니 등으로 가공하는일도 있다. 폴리프로필렌의 시트도 폴리에틸렌과 같은 방법으로 제조할 수 있는데 이것은 가공성이 좋기 때문에 진공성형, 기타의 시트 가공용 소재로서 사용되고 있다.
표. 캐스트 및 2축연신 폴리프로필렌의 성질
성질
단위
캐스트 필름
2축 연신 필름
인장강도
세로
㎏/㎠
400
1,830
가로
㎏/㎠
230
1,550
신 장
세로
%
425
80
가로
%
330
65
인열강도
세로
g/㎜
200
28
가로
g/㎜
2,200
28
충격강도
20℃
㎏-㎝/㎜
100∼150
250∼350
4℃
㎏-㎝/㎜
<10
180∼290
흐림(안개정도)
%
0.5~3.5
0.5~1.5
광택(45℃)
75~80
80
수증기 투과율 (100℉,90%RH)
g/100in2/ 24hr/mil
0.76
0.35
산소 투과율
cc/100in2 /24hr/mil/atm
245
2.PS
폴리스티렌은 1930년경 독일에서 먼저 공업화되고 이어서 1937년경부터 미국에서도 공업생산이 개시되었지만 본격적인 발전을 본 것은 제2차 세계대전 후, 즉 1964년 이후이다. 한편 일본에서는 독일, 미국에 비해 20년이상 뒤늦은 1957년에 겨우 수입 모노머에 의한 폴리스티렌의 일산화가 시작되었다. 또한 2년 후인 1959년에 스티렌 모노머의 생산이 개시되고 그후 1960년에는 폴리스티렌 발포제, 이어서 그 이듬해에는 AS수지의 생산이 잇따라 개시되었다. 현재는 이들 스티렌계 수지는 그 생산량도 대단히 많고 대표적인 열가소성 수지의 하나이다. 또한 폴리스티렌은 별명 스티롤 수지라고도 불려지고 있다.
1. 제법
1.1 모노머의 제법
스티렌 모너머의 원료는 벤젠과 에틸렌이다. 벤젠은 종래 일본에서는 주로 석탄에서 만들어졌는데 석유화학공업의 발전에 의해서 현재는 석유로부터의 것이 총생산량의 거의 90%를 점하고 있다. 한편 에틸렌은 더 말할 것도 없이 석유화학공업의 가장 중요한 중간 제품의 하나이며 일본에서는 1958년부터 생산되게 되었다. 이 원료 벤젠과 에틸렌에서 스티렌 모노머를 만드는 데는 우선 무수염화알미늄을 촉매로 하여 벤젠에 에틸렌가스를 불어넣어 에틸벤젠을 만든다. 다음에 이것을 Fe2O2, Cr2O3, CaO, K2O등의 혼합 촉매로 사용하여 600℃ 정도에서 탈수소 처리를 하면 특유의 자극성 방향을 갖는 스티렌 모노머를 얻을 수 있다. 또한 에틸벤젠은 아래와 같이 염화 알미늄을 촉매로 하는 액상법 이외에 불소계 촉매 등을 사용하는 기상합성법에의해서도 얻어지며 또한 합성에 의하지 않고 에틸벤젠 그 자체를 나프타의 개질에 의해서 얻어지는 개질유 속의 C8유분(혼합 Xylene)에서 분리하는 방법이 있으며, 이러한 여러 방법은 어느 것이나 공업적으로 실시되고 있다.
*모노머의 성질은 밀도 : 0.9019, 굴절률 : 1.5439, 비점 : 145.2℃, 응고점 : -30.6℃, 인화점 : 31℃등의 성질을 가지고 있다.
1.2 중합법
스티렌 모노머는 열, 빛, 촉매에 의해서 쉽사리 중합하여 무색투명의 수지가 된다. 시판 스틸렌 모노머에는 보통 10∼20ppm정도의 파라-터셜부틸카테콜 등의 중합금지제가 첨가되어 있는데 또한 냉암소에 보존하는 등 그 저장,수송에는 충분한 주의가 필요하다. 중합반응에는 라디칼 개시제로서 주로 유기과산화물이 사용되고 있다. 중합방법에는 다른 비닐화합물처럼
①모노머에 가용성의 촉매를 첨가하여 그대로 가열중합시키는 괴상중합법, ②모노머를 적당한 불활성 용제 중에 용해하고 용제가용의 촉매를 첨가하여 용액중에서 중합하는 용액중합법, ③수용성 촉매 및 유화제를 섞은 물 속에 모노머를 유화시킨 상태에서 중합시키는 유화중합법, ④적당한 현탁 안정제를 사용하여 모노머를 물 속에 현탁 분산시켜 모노머 가용성 촉매로 중합시키는 현탁 중합법 등이 있다.
이들 중합에는 어느 것이 좋은가는 한마디로 단정할 수 없다. 예컨대 괴상중합은 중합열의 제거가 곤란하기 때문에 중합반응의 제어가 힘들고 또한 점조한 중합물의 수송, 생성 폴리머의 뒤처리등에 난점이 있지만 투명성이 가장 좋은 제품이 얻어진다. 또한 유화중합은 중합열의 제거, 이를테면 반응속도의 조절이 용이하며 더욱이나 중합속도가 크고 또한 고중합도의 폴리머가 얻어지는데, 그 반면에 사용한 유화제의 완전제거가 곤란하며 그 때문에 투명성을 해치는결점이 있다. 현탁중합법은 이들 양자의 특징을 합쳐서 갖는 중간적 성격의 것이다. 현재 이들 중에서 현탁중합법과 연속 괴상중합법이 널리 채용되고 있다.
2. 종류와 성질
폴리스티렌은 무색투명하며 선명한 착색이 자유로우며 비중도 폴리프로필렌, 폴리에틸렌에 이어서 작다. 또한 뛰어난 전기적 성질을 갖고 특히 그 고주파특성은 폴리4불화에틸렌, 폴리페닐렌옥사이드에 버금 가는 것이다. 또한 빛 안정성도 방사선에 대한 저항력은 모든 플라스틱 중에서 가장 강하다. 정유 또는 케톤, 에스테르, 방향족 탄화수소등의 유기용제에 대해서는 연화 혹은 용해하지만 산, 알칼리, 염류, 광유, 유기산, 저급알코올 등에 대해서는 뛰어난 저항성을 갖고 있다. 폴리스티렌은 용해 때의 열안정성 및 유동성이 양호하기 때문에 성형가공성에 뛰어나다. 특히 사출성형에 적합하고, 성형수축이 작은 성형품의 치수안정성도 좋고 또한 싼 값이다. 이러한 특징이 폴리스티렌이 크게 신장한 주요 원인일 것이다. 폴리스티렌은 이상과 같이 많이 뛰어난 특징을 갖고 있는데 한편, 연화온도가 비교적 낮고 또한 굳지만 약하다는큰 결점이 있다. 따라서 폴리스티렌의 연구도 이 내열성과 내충격성의 향상을 중심으로 행해지며 현재는 이러한 결점도 상당히 개선되었다. 스티렌계 수지에는 대단히 많은 종류가 있으며 각 소재 중에서도 여러 가지 그레이드물이 준비되어 있기 때문에 이것들 중에서 특정한 용도에 최적은 재료를 선택할 수가 있다. 수지 선정에 있어서는 각 수지의 물성 및 성형성을 잘 알아두는 것이 중요하다.
2.1.1 일반용(GP) 폴리스티렌
스티렌의 단독중합체로서 이에 관해서는 이미 지금까지 기술한 대로인데 다시 그 중에 좁은 의미의 일반용, 좋은 유동성, 내열용 등의 품종이 있다. 또한 일반용 폴리스티렌은 General Purpose의 머릿 글자를 취하여 GP 폴리스티렌이라고 약칭한다. 좁은 의미의 일반용 폴리스티렌은 폴리스티렌의 가장 기본적인 타입의 것이며 더 설명이 필요없다. 좋은 유동성의 폴리스티렌은 좁은 의미의 일반용 수지의 유동성을 분자량 내지는 그 분포의 조절에 의해서 개량한 것으로서 좁은 의미의 일반용에 비해서 인장강도, 열변형 온도 등은 약간 낮지만 용해 때의 흐름이좋아서 고능률로 얇은 성형품을 만드는데 적합하다. 내열용 폴리스티렌은 고중합도의 폴리스티렌 또는 무수말레산(5mol%)과의 공중합체로서 열변형 온도, 인장강도는 일반용보다 약간 높지만 유동성을 약간 나빠진다. 그러나 내열성은 반드시 충분한 것은 아니다.
2.1.2 내충격성(HI)폴리스티렌
내충격성 폴리스티렌은 High Impact(고충격)의 머릿 글자를 취해서 통상 HI폴리스티렌이라고 약칭한다. 이 HI폴리스티렌은 폴리스티렌의 커다란 결점의 하나인 취약성을 개선하기 위해서 고무를 배합한 품종으로서 충격강도는 고무함량이 늘수록 커지는데 기타의 성질, 예컨대 인장강도, 내열성, 내광성, 성형성, 표면광택 등은 점점 저하한다. 또한 고무를 배합함으로써 폴리스티렌의 특징의 하나인 투명성도 잃게 되고 유백색 불투명이다. 현재 시판되고 있는 이 품종의 고무 함량은 보통 5∼20%이다. 폴리스티렌에 고무를 배합하는 데는 ①고무와 폴리스티렌, 이를테면 폴리머까지 기계적으로 Blend 하느냐, 또는양자를 라텍스 상으로 혼합하는 방법, ②스티렌모노머에 고무를 용해하여 중합시키는 방법의 두가지가 있다. 미리 고무를 용해한 스티렌 모노머를 중합시키면, 고무에 폴리스티렌의 측쇄가 달린 이른바 Graft 폴리머가 되기 때문에 고무와 폴리스티렌의 상용성이 증가하여 내충격성은 매우 양호해진다. 따라서 현재로서는 이 그래프트 중합법이 널리 채용되고 있다. HI 폴리스티렌의 합성고무를 배합함으로써 내충격성은 개선되는데, 그 반면 앞에서 기술했듯이 그밖의 여러 물성이 저하를 초래한다. 그래서 내충격성을 향상시킴과 동시에 내열성 혹은 강성의 저하를 어떻게 하면 적게 하느냐 하는 점에 대해서 개량 연구가 계속되고 있으며 현재로서는 이러한 내충격성과 강성 혹은 내열성과의 균형이 뛰어난 재료가 준비되어 있다. 이들의 내충격성 폴리스티렌은 저온에 있어서의 내충격성이나 내고온 클립성이 현저히 향상되고 전기 냉장고의 내상자나 도어라이너, 아이스크림 컵등의 1회용 용기 혹은 대형 TV, 캐미넷 등 HI 폴리스티렌의 용도를 크게 전진시켰다. 또한 최근, 가시광선을 산란시키지 않을 정도로 고무입자를 미분산 시킴으로써 투명한 내충격성 폴리스티렌이 제조되기에 이르렀다. 또한 유백색의 내충격성 폴리스티렌의 광택은 ABS수지보다도 뒤지지만 이것도 상당히 개량된 것이 개발되어 왔다.
ABS
ABS수지는 아크릴로 니트릴, 부타디엔 및 스티렌의 3성분으로 이루어져 있으며 내충격성 열가소성 수지의 총칭이며 이들 세 성분의 머릿 글자를 취하여 ABS수지 혹은 ABS tert-폴리머(3원공중합체)라고도 불리는 때가 있다. 그러나 여기에서 주의하지 않으면 안 되는 것은 ABS수지는 이들 세 성분의 단순한 공중합체는 단순한 공중합체는아니고, 유리상 폴리머인 AS수지의 연속상에 BR, SBR, NBR등의 고무상 폴리머가 미세하게 분산한 2상불균일계의 구조를 갖는 폴리머 블렌드라는 점이다. 이 수지 고무의 2상 구조는 HI폴리스티렌과 전적으로 동일한 것으로서 ABS수지는 이를테면 내충격성 AS수지 또는 합성고무 강화 AS수지라고 해야 할 것이다. AS수지는 별항에 이미 기술하였듯이 스티렌에 아크릴로 니트릴을 공중합시킴으로써 폴리스티렌의 뛰어난 투과성, 가공성, 전기적 특성을 유지하면서 그 기계적 강도, 내열성, 내유성, 내후성 등을 개선한 것이다. 그러나 그 내충격성은 반드시 만족할 만한 것만은 아니었다. 한편 폴리스티렌의 취약성은 합성고무와의 블렌드 혹은 그래프트 중합체인 HI폴리스티렌에 의해서 일단 해결되어 있었지만 더욱 이 경우에는 내열성, 강성의 부족이라는 결점이 있었다. 이상의 공중합 및 합성고무강화라는 2개의 수단을 조합함으로써 폴리스티렌의 결점 및 AS수지 혹은 HI폴리스티렌에 남아 있는 약점을 한꺼번에 해결한 것이 ABS수지이다. 따라서 ABS수지는 그 제법 성장 모두가 HI폴리스티렌과 유사하다는 것은 오히려 당연할 것이다. 즉 최초의ABS수지인 <KRALASTIC>가 U.S. Rubbet사의 Naugatuck Chem, Div.에 의해서 발표된 것은 1947년이었지만 이 <KRALASTIC>는 AS수지와 NBR와의 블렌드에 의한 것이었다. 한편 현재의 ABS수지는 그래프트 형이 그 주류라고 하는데, 이 그래프트형 ABS수지의 선구자가 된 <CYCOLAC>는 이보다 몇 년 뒤져서 1954년 Morbon Chem.사에 의해서 제조, 시판이 시작되었다. 이상과 같이 ABS수지는 미국에서는 아주 오랜 역사를 갖고 있는데 이 수지가 본격적으로 발전을 본 것은 그래프트형 ABS수지의 개발보다 다시 몇 년 뒤져서 1960년 이후이다. 한편 일본에서는 ABS수지의 생산이 시작된 것은 1963년인데 그 수요량은 해마다 급격히 증대하여 현재로서는 대표적인 내충격성 열가소성 수지의 자리를 차지하고 있다.
1. 제법 ABS수지의 기본적인 제조법은 블렌드법, 그래프트법 및 이 양자의 병용인 그래프트 블렌드 복합법 세가지로 대별된다.
1.1 블렌드법 HI폴리스티렌의 경우와 같이 AS수지와 NBR를 가열, mill을 사용, 기계적으로 혼합한다든가, 혹은 또 수지와 고무를 라텍스 상에서 혼합하는 방법도 있다. 이 블렌드형 ABS수지에 있어서는 사용하는 고무의 가교도가 수지와 고무와의 상용성에 크게 영향을 주어 가교도가 클수록 충격강도는 커진다. 이 때문에 NBR를 제조할 때 혹은 최초 혼련할 때에 소량의 가교제를 첨가하고 고무의 가교도를 높이는 등 연구가 이루어지고 있다. 또한 충격강도는 고무함량이 약 15%에 달하기까지는 고무의 양이 증가해도 거의 변화하지 않고 15%를 넘으면 급격하게 증대해 오는데 다른 성질과의 균형상, 고무함량은 20∼30%범위가 적당하다. 또한 보통 이 블렌드에 사용되는 고무의 부타디엔 함량은 약 65%인데 이보다도 부타디엔이 많은 고무를 사용하면 저온내충격성이대단히 개선된다.
1.2 그래프트법 그래프트형 ABS수지는 예컨대 폴리부타디엔 라텍스의 공존하에 스티렌과 아크릴로 니트릴을 중합시킴으로써 만들어진다. 따라서 이 타입의 ABS수지는 폴리부타디엔, 스티렌과 아크릴로 니트릴이 그래프트한 폴리부타디엔 및 스티렌-아크릴로 니트릴 공중합체의 단순한 혼합물은 매우 약하고 연하다. 이들 두 가지 성분을 결합하여 ABS수지를 강인한 수지로 하는 것이 스티렌과 아크릴로 니트릴이 그래프트한 폴리부타디엔이다. 이 그래프트형 ABS수지의 주축이 되는 그래프트 고무로서 특히 중요한 성질은 고무에 그래프트한 아크릴로 니트릴-스티렌코폴리머와 간 고무와의 비율(그래프트율)이며 이 비율은 중합조건에 의해 결정된다.충격강도는 고무함량이 약 30%에 달하기까지 고무함량과 더불어 커지지만 동일 고무함량에서도 그래프트율에 따라충격강도가 다르며 또한 고무의 입자지름에 따라 최적 그래프트율이 다르다는 것은 중요하며 또한 흥미 깊은점이기도 하다. 그래프트형 ABS수지의 폴리부타디엔 함량은 대체로 10∼30%이다. 폴리부타디엔은 유리전이온도가 매우 낮기 때문에 그래프트형 ABS수지는 저온에서도 뛰어난 내충격성을 유지할 수가 있다. 그래프트법에는 유화 중합법이외에 HI폴리스티렌의 경우와 같이 고무를 아크릴로 니트릴, 스티렌의 두 모노머에 용해하여 괴상 또는 현탁상에서 중합하는 방법, 혹은 괴상이 어느 정도 예비 중합한 다음 물속에 현탁하여 중합을 진행하는 괴상현탁법등의 여러 방법이 있다.
1.3 그래프트 블렌드법 그래프트법으로 만든 ABS수지 라텍스와 이것과는 별도로 만든 AS수지 라텍스를 블렌드하는 방법이다. 통상의 그래프트 블렌드법에서는 비교적 작은 입자 지름의 고무 라텍스를 이용, 또한 고무함량을 70%정도까지높인 계에서 그래프트 중합된다.
2. 종류와 성질 ABS수지는 그 제법, 사용하는 수지의 조성 및 분자량, 고무의 종류, 조성, 입자지름, 가교도, 그래프트율, 수지와 고무와의 비율 등을 바꿈으로써 혹은 제 4의 새로운 성분을 첨가함으로써, 그 성질을 대폭적으로 바꿀 수가 있다. 다시 말하면 ABS수지는 용도에 따라서 거기에 적합한 특성을 갖는 재료를 광범위하게 또한자유롭게 만들어 낼 수 있다. ABS수지에는 실로 많은 품종이 준비되어 있는데, 이들 개개의 품종에 대해서 설명할 수는 없기 때문에다음의 ABS수지의 기본적인 성질에 대해서 극히 간단하게 설명한다. ABS수지의 특징은 제일 먼저 인장강도나 강성에 대한 저하 없이 뛰어난 내충격강도 특히 저온에서 비할데 없는 충격강도를 가지며 또한 열변형 온도가 높다는 것이다. 그밖에 전기적 성질, 내화학 약품성, 내유성이 뛰어나고 또한 가공적응성도 좋고 사출성형, 압출성형, 진공성형, 취입성형, 캘린더가공 등 모든 성형법이 적용될 수 있고 또한 치수안정성, 내크립성, 내스트레스크래킹성이 뛰어난 광택의 좋은 성형품을 얻을 수 있는 등, 수많은 뛰어난 성질을 합쳐서 갖고 있다. 또한 ABS수지는 모든 플라스틱 중에서 가장 도금하기 쉬운 재료라는 것도 커다란 특징의 하나이다. ABS수지의 이상과 같은 뛰어난 특성은 말할 것도 없이 이 수지를 구성하는 세가지 성분의 특성, 즉 스티렌의 광택, 전기적 성질, 성형성, 아크릴로 니트릴의 내열성, 강성, 내유성, 내후성 및 부타디엔의 내충격성에서 유래하는 것이지만 ABS수지는 이들 세 성분의 단순한 혼합물이 아니라, 이들 세 성분이 교묘한 구조로 결합되어 비로소 저마다의 특성을 유감없이 발휘할 수 있다는 것도 잊어서는 안될 중요한 점이다. ABS수지는 이상과 같이 성형재료로서 뛰어날 뿐만 아니라 다른 수지와의 상용성이 좋기 때문에 다른 수지의 개질 보강재로서 이용할 수가 있다. 그 중에서도 염화비닐 수지와의 블렌드는 특히 중요하며 ABS수지의 용도에서커다란 분야의 하나이다. 염화비닐수지에 ABS수지는 5∼20%를 블렌드하면 뚜렷하게 충격강도가 향상되고 인장강도, 경도는 그다지 변하지 않으며 열변형 온도는 오히려 상승하고 게다가 가공성도 개선된다 이와 같은 것은 보통의 가소제나 니트릴고무와의 블렌드에서는 불가능한 일이며, 그야말로 주목할만한 현상이다. 여기서 중요한 점은 블렌드에 사용한 ABS수지의 종류 및 사용하는 염화비닐수지의 분자량에 따라서 그 효과에 매우 차이가 나타난다는 것이다. 따라서 사용목적에 따라 그레이드를 선택할 일이 중요하다. 이 주의는 블렌드 용에 한하지 않고 다른 ABS수지에 대해서도 전적으로 마찬가지이다. PVC강화용 ABS수지는 그래프트 성분으로서 범용 ABS수지와 같은 아크릴로 니트릴, 스티렌을 사용한 것도 물론 사용되고 있지만 이 밖에 메타크릴산 메틸 혹은 아크릴산 에스테르등에서 변성한 것도 많이 사용되고 있다.또한 ABS수지는 PVC이외에 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 나일론등과의 블렌드도 하고 있다. ABS수지는 각종 기계적 강도, 가공성, 가격 등 모든 점에서 균형이 잡힌 뛰어난 수지이지만 결코 만능은 아니고 투명성, 내후성등에 약간의 문제가 있다. 앞에서 이야기 했듯이 ABS수지는 ABS수지의 연속상에 고무의 미립자가 분산된 2상 불균일계의 구조를 갖고 또한 그 구성 성분인 수지와 고무의 굴절률이 다르기 때문에 이 계면에서 빛의 굴절, 산란이 일어나며 그 결과 본질적으로 불투명이 된다. 따라서 이와 같은 블렌드 폴리머를 투명하게 하기 위해서는 수지와 고무의 굴절률을 어떤 범위내에 가까이 하든가 혹은 또 고무입자의 크기를 가시광선의 산란이 일어나지 않을 정도로 작게 하면 좋을 것이다. ABS수지에서는 예컨대 SBR를 고무성분으로 하고 여기에 그래프트 및 수지성분으로서 스티렌, 메틸메타아크릴레이트를 조합 시킴으로써 양자의 굴절률을 상당한 정도까지 일치시킬 수가 있고 수지를 투명화할 수가 있다. 이와 같은 수단에 의해서 현재는 대체로 폴리카보네이트와 같은 정도의 투명성을 갖는 ABS수지가 투명등급으로써 시판되고 있다. ABS수지의 제2의 커다란 결점은 내후성에 뒤진 점이다. 따라서 이 결점을 커버하기 위해서 예전에는 특정의안료, 자외선 흡수제등의 첨가 혹은 도장, 금속도금등 갖가지의 개선책이 취해져 왔는데 모두가 본질적인해결책은 아니었다. ABS수지에 뛰어난 내충격성을 부여하고 있는 것은 말할 것도 없이 부타디엔 성분이며,이 성분이 또한 ABS수지의 우수한 도금 성능의 원인이라고 생각하지만 그 반면, 이 부타디엔 고무 속의 잔존2중 결합이 ABS수지의 내후열화의 원인이라고 생각되고 있다. 그래서 이 부타디엔 고무를 2중 결합을 포함하지 않는 다른 Elastomer, 예컨대 아크릴산 에스테르계 합성고무(AAS수지), 염소화 폴리에틸렌 혹은 에틸렌-초산비닐 공중합체등으로 치환, ABS수지의 내후성을 개선한 AXS수지라고 총칭되는 일련의 내후·내충격성 수지가 개발되어 옥외용 내충격성 재료로서 주목되고 있다.
3. 성형가공 ABS수지의 성형가공법은 그 주성분인 스티렌에서 이어받은 것으로서 매우 뛰어나다. 단지 폴리스티렌에 비하면 유동성이 약간 뒤지고 또한 약간의 흡습성이기 때문에 성형전의 예비건조가 필요한등, 약간의 차는 있지만이러한 여러 점은 HI폴리스티렌 AS수지와 같다. 아무리 성형성이 뛰어나고 또한 내충격성, 강성, 내열성,표면광택 등 뛰어난 성질을 함께 가진 ABS수지라 할지라도 성형조건이 적당하지 못하면 그 본래의 성질을 충분히 발휘할 수 있는 것은 아니다. 즉 성형기술의 교졸이 ABS수지의 제품의 성질에 매우 커다란 영향을 미치는 것은 폴리스티렌 등의 경우와 전적으로 마찬가지이다. ABS수지의 성형법은 다른 스티렌계의 수지와 같이 사출성형이 중심이며, 그밖에 압출성형, 진공성형, 취입성형, 발포성형 등이 중요한 성형법이지만 최근은콜드포밍, 회전성형 등의 기술도 적용되고 있다.
PVC
석유화학원료의 가격사정이 변하고 공업생산의 체계가 크게 바뀌고 있는데 염화비닐수지는 기초자재이며, 가공, 용도, 사용량은 종래와 달라진 것이 없다. 이 수지는 화학적 변화를 잘 일으키지 않고 배합에 따라서 대단히부드러운 것에서부터 딱딱한 것에 이르기까지 충족 시켜주는 특징을 갖고 있다.
1. 제법
1.1 단량체(모노머)
석회석을 출발원료로 하는 아세틸렌과 염산을 반응시키면 모노머를 얻을 수 있다. 이것을 아세틸렌법이라고 한다. EDC의 열분해로 부생하는 염산에 산소와 에틸렌을 혼합하여 반응시키면 EDC가 된다. EDC는 위에서 기술했듯이열분해되어 염화비닐이 되므로 아세틸렌을 사용하지 않고 모노머를 만들 수가 있다.이 방법은 옥시클로리네이션법이라하며 이것은 모노머 제조의 주력으로 되어 있다.
모노머를 중합시켜서 중합체(폴리머)를 얻는다. 염화비닐에서는 현탁중합이 생산의 95%를 점하고 그 밖에는 유화중합으로 페이스트 레진, 용액중합으로는 도료, 접착제등이 얻어지는데 특수한 목적이외에는 그다지 사용되지 않는다. 중합도는 150∼3000의 것이 제조되고 있는데 그 대부분은 중합도 700∼1300이다. 중합할 때, 염화비닐외에 초산비닐등 다른 비닐 단량체(코모노머)를 적당량 첨가하여 공중합체(코폴리머)를 만드는데 그 생산량은 약 10%이다.
2. 성질과 특성
수지는 비중 약 1.4의 백색분말이며 내수성, 내산성, 내알칼리성, 무독, 난연성, 양전기절연성과 그밖에 많은 용제류에도 견디는 성질이 있다. 용제에 대한 용해성의 개략을 나타내면 다음 표와 같은데 일반적으로 중합도가낮고 코모노머 성분이 많은 공중합체일수록 용해하기 쉽다.
수지는 65∼85℃에서 연화하고, 120∼150℃에서 완전히 가소성으로 된다. 170℃이상에서는 용융하고 190℃이상이되면 격렬하게 염산을 방출하면서 분해를 시작한다. 따라서 가공적정 온도는 150∼180℃의 범위라고 할 수 있다. 그러나 수지의 성질은 중합체 조성, 중합도 및 제조방법도 커다란 차이를 갖고 있으므로 용도, 목적에 따라서 적당한 수지를 선택한다. 2.1 중합법의 특성
2.1.1 특징
*현탁 중합체
현탁 중합에 의해 얻어지는 200∼300μ의 입상분말로서 열안정성이 양호하고 전기적 성질도 좋다. 캘린더가공, 압출가공에는 전적으로 이 중합체가 사용된다. 겔화가 빠르고 투명성이 좋은 것일수록 품질이 좋다.
*유화 중합체
유화중합에 의해서 만들어지는 1∼10μ의 분말로서 현탁중합체에 비하면 비산하기 쉬워서 취급하기 까다롭다.유탁액, 페이스트 레진, 페이스트 증점용 레진으로서 지극히 소량이 사용된다.
*용액 중합체
초산에틸, 초산부틸 등의 용제속에서 중합하고 그대로 도료 및 접착제로서 사용되고 있다. 중합도는 150∼400이며 초산비닐, 말레인산에스테르와의 공중합체가 많다.
2.1.2 중합체 조성과 특징
*단독중합체
염화비닐 단독의 중합체로서 생산량의 90%는 이 종류이다. 시트, 레저, 페이스트, 전선, 연질파이프, 경질판에 쓰인다.
*공중합체
초산과 비닐과의 공중합체가 가장 많다. 공중합한 코모노머량은 약간이라 할지라도 가공온도 범위는 확대되고 가공할 때의 흐름, 광택등이 현저히 개선된다. 코모노머량이 많은 것은 강도, 연화점이 내려간다. 보통 3∼15몰%의 공중합체가 레저, 시트, 파이프, 도료, 접착제, 경질판, 레코드등에 사용된다.고급알콜의 비닐에테르, 고급 지방산의 비닐에스테르 등과의 공중합체를 내부 가소화 수지라고 해서 진공 성형용 경질 시트에 적합하지만 그다지 사용되고 있지 않다. 에틸렌, 프로필렌과의 공중합체는 흐름이 좋고 특히 후자는 취입성형에 적합하지만 보급되지는 않고 있다. 아크릴로니트릴과의 공중합체는 의료섬유로서 염화빈닐렌과의 공중합체는 케이싱용 필름을 비롯하여 공업용 섬유로 돌려지고 있다. 단독중합체의 후 염소화물은 융점이 높은데다가 흐름이 나쁘기 때문에 매우 가공이 힘들지만, 연화온도가 100℃이상이기 때문에 내열성을 요하는 파이프나 판자등에 약간 사용되고 있다. EVA-VC 그라프트 중합체(EVA에 염화비닐을 그라프트 중합하여 얻은 중합체)에는 EVA의 함량에 의해서 연질 중합체와경질 중합체가 있다. 전자의 유연성은 단독중합체에 가소제 50부를 첨가한 경우에 상당하지만, 이 이상 연한 것은 되지 않는다. 그러나 유연온도는 약 5℃, 취화온도는 약 40℃나 낮고 가소제의 이행, 휘발에 의한 변질의 문제도없고 레저, 시트, 필름등을 만들 수가 있다. 후자는 내충격성이 매우 뛰어나고 내충격성의 파이프, 이음매, 판자, 이형압출제품에 적합하다. 그러나 어느 경우이든, 투명도가 요구되는 용도에는 사용할 수가 없다.
2.1.3 중합도
중합도가 높은 중합체는 기계적 성질은 강하지만 가공온도가 높고 가공적 온도의 범위가 좁다. 한편 중합도가 낮은 중합체는 기계적 강도에 약하지만 가공온도가 낮고 가공할 때의 흐름이 좋다. 또한 열 안전성에는 뒤지지만 접착력이 좋다 . 중합도는 800이상 높아져도 강도에 대해서 향상은 볼 수 없고, 오히려 가공하기 힘들게 된다. 그러므로 일반용으로는 800∼1200도의 것을 표준으로 하고 있다. 그러나 용도에 따라서 적당한 중합도가 있으므로 그 대략을 분류하면 다음과 같이 된다.
2500∼3000
호스, 바킹
1300∼1700
전선, 페이스트
1000∼1300
필름, 레저, 시트, 연질파이프
700∼800
경질판, 경질파이프, 병(bottle)
400∼500
레코드
400이하
도료, 접착제
2.2 PVC의 특정적인 물성
PVC는 Tg가 약 80℃인 단단한 열가소성 PLASTIC이며, 비결정성(amorphous)고분자 물질이다. PVC는 상당히 큰길이의 대칭구조(Syndiotactic Structure)를 가지고 있기 때문에 부분적인 결정구조를 가지고 있으며 이 결정부분의 melting point는 225℃근처이다. 그러나 실제로는 이 온도에 도달하기 전에 열분해가 일어나기 때문에 융점을 관찰하기 매우 어렵다.열분해가 시작되면서 PVC 구조 중에서 염산이 이탈하게 되는데 순수한 PVC는 실제 가공온도보다 낮은 100℃가넘기 시작하면 상당한 양의 염산 gas가 발생하는 것을 관찰할 수 있다. 따라서 적절한 열안정제의 선정과 사용이 PVC가공에는 매우 중요하다. PVC에 결정부분이 존재하는 점과 매우 높은 용융점을 갖는다는 것이 특별한 용융 유변상태(melt rheology)를 나타냄을 뜻한다. 즉 다른 열가소성 플라스틱과는 달리 용융물 상태를 얻을 수 없다는 점이다. 따라서 PVC유동물은 분자의 흐름이 아니고 아주 작은 입자(중합과정에서 형성되는 domain 혹은 microdomain state 해당됨)의 흐름으로 해석해야 한다. 따라서, 중합 Process로 형성되는 resin입자의 형상 및 구조와 size,그리고 입도분포가 근본적인 가공성에 영향을 주게 된다. 열을 가하여 용융물이 되었을 때 1차 입자의 구조와 크기 및 그 분포에 의해 마찰에너지의 변화를 수반하기 때문에 현탁중합(suspension process)에서는 이 1차입자의 형성과정을 조절l하는 것이 매우 중요하며 형성된 1차입자가 화합하여 형성되는 구정(granule)의 형성과 구조 또한 중요하다. 특히 경질 PVC 가공에서는 적절한 유동성을 갖게 하기 위한 첨가제의 종류와 양을 결정하는데 신중을 기하여야 한다. 경질 PVC배합에서 조절하는 내부 활제(internal lubricant)와 가공 용융물과 금속면이 점착됨을 방지해 주는 외부 활제의 2가지로 분류할 수 있는데 이 2종의 활제 사용량의 균형이이루어져야 우수한 품질의 제품을 가공할 수 있다.
[표] PVC의 일반물성
항 목
단위
ASTM
경질
연질
비 중
-
D792
1.35~1.45
1.16~1.35
인장 강도
Kg/㎠
D638
352~633
105~246
신 장 률
%
D638
2.0~4.0
200~450
압축 강도
Kg/㎠
D695
562~914
53~120
굴곡 강도
Kg/㎠
D790
703~1125
-
충격 강도
ft-lb/in
D256
0.4~2.0
가소제에 의해 변화
경 도
Shore
D785
70~90
가소제에 의해 변화
내열 온도
℃
-
66~79
66~79
열변형온도
℃
D648
54~74
-
체적고유저항
Ω·cm
D257
>1014
1012~1014
유 전 율
106cycle
D150
2.8~3.1
3.3~4.5
절연파괴강도
KV/mm
D149
16.7~51.5
11.8~39.3
흡 수 율
%
D570
0.07~0.4
0.15~0.75
투 명 도
-
-
투명-불투명
투명-불투명
3. 성형가공
수지에 가소제, 안정제, 안료등을 첨가하여 직접 가공하는 것을 1차 가공이라고 하며 필름, 시트, 판, 파이프등에엠보싱, 인쇄, 고주파 가공, 진공성형, 기타의 가공을 하는 것을 2차 가공이라고 부른다. 배합은 갖가지 변화에 중요하지만 수지와 부원료의 선택이 가공과 제품의 가장 큰 열쇠로 되어 있다.
플라스틱의 특징과 구분방법
1. 플라스틱의 특징
플라스틱의 리사이클 원료는 성형시의 불량품, 로스 및 일반가정, 사무실에서 버린 제품 등 다종다양합니다이들 중에 프라스틱의 종류를 확실히 분류해야 만이 리사이클원료로서의 가치를 가지게 됩니다. 다른 종류의 플라스틱이 섞여있는 원료는 성형시 및 성형후에 여러 가지 문제를 일으키게됩니다. 구체적으로는 융해온도의 차이에 의한 성형불량, 성형품표면의 플래시(플라스틱이 금형 밖으로 삐져 나오는 형상), 핀홀(조그만 구멍이 생기는 현상), 강도저하 등 성형품의 상품가치에 관계되는 중대한 문제를 일으킵니다. ※ 본래 다른 종류의 플라스틱이 섞이면, 물성이 저하되어 리사이클이 어렵게되나, 융해온도가 높은 플라스틱 중에는 융해온도가 낮은 플라스틱과 조금 섞어있어도 리사이클이 가능합니다. 예를 들면 PP(폴리프로필렌)의 융점은 130°C, PE(폴리에틸렌)은 130°C입니다. PP중에 다소PE가 섞여있어도, 강도가 약간 떨어질뿐 성형은 가능합니다. 하지만 PE에 PP가 섞여있는 경우 PE의 융해점에서 PP는 융해되지 않아 제품이 아주 나쁜 상태로 나오며 강도도 극단적으로 떨어져 사용할 수 없는 상태가 됩니다
2. 간단한 플라스틱의 구별방법
먼저 태워봅니다. 프라스틱의 표면을 라이터로 태워, 녹는 것이 열가소성수지(리사이클 이용가능)라고 생각해도 좋습니다. 특히 용해한 부분을 당겨 실과같은 상태로 늘어나면 압출기에서 재생이 가능한 것입니다. 통상적으로 플라스틱의 구분은 타는 모양과 냄새로 판별합니다
<태워서 연기가 나지않는 수지> PE, PP등 : 올레핀계수지 PMMA : 아크릴 POM : 타고 있는지 꺼져있는지 구별되지 않는다.
<태워서 연기가 나는 수지> PS, ABS 등 스틸렌계 수지 PVC 불이 붙지 않고 염소를 뿜는다.
플라스틱의 특징과 구분방법
1. 플라스틱의 특징
플라스틱의 리사이클 원료는 성형시의 불량품, 로스 및 일반가정, 사무실에서 버린 제품 등 다종다양합니다이들 중에 프라스틱의 종류를 확실히 분류해야 만이 리사이클원료로서의 가치를 가지게 됩니다. 다른 종류의 플라스틱이 섞여있는 원료는 성형시 및 성형후에 여러 가지 문제를 일으키게됩니다. 구체적으로는 융해온도의 차이에 의한 성형불량, 성형품표면의 플래시(플라스틱이 금형 밖으로 삐져 나오는 형상), 핀홀(조그만 구멍이 생기는 현상), 강도저하 등 성형품의 상품가치에 관계되는 중대한 문제를 일으킵니다. ※ 본래 다른 종류의 플라스틱이 섞이면, 물성이 저하되어 리사이클이 어렵게되나, 융해온도가 높은 플라스틱 중에는 융해온도가 낮은 플라스틱과 조금 섞어있어도 리사이클이 가능합니다. 예를 들면 PP(폴리프로필렌)의 융점은 130°C, PE(폴리에틸렌)은 130°C입니다. PP중에 다소PE가 섞여있어도, 강도가 약간 떨어질뿐 성형은 가능합니다. 하지만 PE에 PP가 섞여있는 경우 PE의 융해점에서 PP는 융해되지 않아 제품이 아주 나쁜 상태로 나오며 강도도 극단적으로 떨어져 사용할 수 없는 상태가 됩니다
2. 간단한 플라스틱의 구별방법
먼저 태워봅니다. 프라스틱의 표면을 라이터로 태워, 녹는 것이 열가소성수지(리사이클 이용가능)라고 생각해도 좋습니다. 특히 용해한 부분을 당겨 실과같은 상태로 늘어나면 압출기에서 재생이 가능한 것입니다. 통상적으로 플라스틱의 구분은 타는 모양과 냄새로 판별합니다
<태워서 연기가 나지않는 수지> PE, PP등 : 올레핀계수지 PMMA : 아크릴 POM : 타고 있는지 꺼져있는지 구별되지 않는다.
<태워서 연기가 나는 수지> PS, ABS 등 스틸렌계 수지 PVC 불이 붙지 않고 염소를 뿜는다.
3. 수지의 특징
수지명
특 징
PE 폴리에틸렌
본래의 색은 반투명, 불에 가까이 가져가면 연화해서 늘어져가며 탑니다. 양초를 태우는 냄새 LDPE는 사출성형, 압출성형(필름, Sheet, 전선), 중공성형등 용도가 넓으며,부드러운 플라스틱, 필름의 경우 당겨서 늘어나면 LDPE입니다. HDPE도 LDPE와 거의 같으나, LDPE와 비교하면 딱딱한 플라스틱으로 플라스틱 물통, 등유통 등이 대표적인 예이다. 필름의 경우 당겨도 늘어나지 않습니다.(예 : 물수건포장) LLDPE도 LDPE와 거의 같으나, 필름 용도가 중심으로 LDPE보다 인장강도가 큽니다. EVA는 부드러운 타파웨어 등이 그 대표적인 예 ※LDPE와 HDPE의 차이는펠렛을 이빨로 물어보아 단단함의 차이로 알 수 있습니다.
PP 폴리프로필렌
잘 타며 약간 달콤한 냄새가 납니다. 구성특징에 따라 호모(단독중합), 코폴리며(공중합체), 랜덤으로 나눌 수 있습니다. 이들은 사용용도에 의해 선택되나, 일반적으로 호모는 선명한 색채로 착색할 수 있으나, 코폴리머의 경우는 불가능합니다. 그대신 코폴리머는 내충격강도가 호모보다 뛰어납니다. 대표적으로 세면기는 호모, 세탁기의 탈주조는 코폴리머로 만들어 집니다. 필름은 OPP필름, CPP필름 등 투명도가 높아, 담배포장, 과자포장지 등에 많이 사용됩니다.
PS 폴리스틸렌
쉽게 연화, 단량의 연기를 내면서 탑니다. 휘발유에 녹는 특징을 가지고 있습니다. · GPPS와 내충격강도를 겸비한 HIPS로 나누어지며, 용도는 GP와 HI혼합해서 사용합니다. · GPPS는 본래 투명하고 딱딱한 플라스틱이라 충격에 약하고, 아이스크림 포장지 등에 사용합니다. · GPPS를 발포시킨 것(EPS)은 발포스티롤로 알려져 있습니다.
ABS
타기쉬운 PS와 비숫하지만 신나냄새가 납니다. 또 PS와 달리 휘발유에 용해되지 않습니다. 아크릴과 부다디엔(고무)과 스틸렌을 중합한 플라스틱으로 HIPS보다 탄성이 있으며 표면에 광택이 있습니다. 주된 용도로는 TV, 세탁기의 보디 및 플로피 디스크 등입니다.
PA 폴리아미드
잘 타지 않으며 연기는 나지 않고 양모냄새가 납니다. 나이론 6와 나일론 66을 구별하는 방법은 불을 붙여서 잡아 당겨보면 나일론 6은 실처럼 잘 늘어나지만 나이론 66은 조금 늘어나다 끊어집니다. 일반적 용도는 낚시줄, 기어, 팬티스타킹, 베드민턴공의 날개 등에 사용되며 내마모성이 뛰어납니다.
POM 폴리아세탈
푸른불꽃을 내며 잘 타며, 눈에 자극을 주는 포르말린냄새가 납니다. (타고 있는지 꺼져있는지 분별이 어려우므로 주의) 내마모성, 내충격성이 뛰어나 기어 등 공업부품으로 사용됩니다.
PET 폴리에틸렌 테레프탈레이트
잘타지 않으며 시큼한 냄새가나며 실처럼 늘어납니다. PET는 청량음료의 병으로 많이 사용됩니다. (뚜껑은 PP를 사용) 독일에서는 세척하여 20회이상 사용한다고 하며, 양복 소재의 폴리에스텔은 PET입니다.
PMMA 아크릴
잘 타며 "탁탁" 소리를 내며 탑니다. 타고난 후 는 반들거리며 딱딱하게 됩니다. 투명도가 높으며, 매우 유리에 가까운 플라스틱입니다. Cast Type과 일반 Type으로 나눌 수 있고, Cast Type의 재생은 일단 가마에 넣어 전부 기화시킨 후 가스를 냉각한 것을 모노머로 사용하여 Sheet(판재)를 만듭니다. 일반 아크릴은 잘 타고, 실처럼 늘어나며, 불이 꺼진 후 기포가 생긴 것처럼 부풉니다. 또 Cast Type과 마찬가지로 연기는 내지 않으며 냄새도 나쁘지 않습니다. 아크릴에 고무를 넣어 강도를 높인 IR Type은 고무가 들어있어 타기 쉽고 검은 연기가 납니다.
PBT 폴리부틸렌 테레프탈레이트
이름으로부터 알 수 있듯 PET와 동일한 폴리에스터로, 강성이 뛰어나며 마모가 적습니다. 높은 온도에서 사용 가능하기 때문에 커넥터, 스위치, 소켓, 컴퓨터부품 등에 사용됩니다.
PC 폴리카보네이트
잘 타며 연기가 나고, 연소중 소독약 냄새가 납니다. (연기가 많이 나는 쪽이 분자량이 크다.) CD, 전경들의 방패, 주차장지붕에 사용되는 Sheet, 고속도로 방음판 등 많은 분야에서 사용되며 분자량이 클수록 강성이 높아지며, Sheet 재는 분자량 약 30,000, CD는 약 17,000 정도의 Grade가 사용됩니다.
PC Alloy
최근 각 플라스틱의 장점을 합쳐, 그 특성을 올리기 위하여 다른 플라스틱을 복합한 Alloy 플라스틱이 많이 사용되고 있습니다. PC와 ABS를 혼합한 PC/ABS Alloy가 그 대표적인 예로 종래의 ABS 난연 Grade가 사용되었던 용도 (OA기기, 자동차, 전기부품 등)에 환경에 좋지 않은 안티모니를 사용하지 않고 원래 난연성을 지니고 있는 PC를 복합하여 그 대체용도로 개발되었다고 합니다. 이들 Alloy플라스틱의 냄새 등에 의한 분별은 상당히 어려우며, 금후 각양각생의 Alloy가 나올지 모르므로, 스크랩(분쇄품)이 발생하는 공장 등에서 Grade 단위의 관리가 중요해 질 것입니다.
1)ABS수지 ABS수지는 AN(Acrylonitrile), BD(Butadiene), SM(Styrene Monomer: 스티렌 모노머) 3종 의 Monomer(단량체)로 구성된 3원 공중합체된 수지이다. ABS수지는 3종의 주요 모노머의 조성비를 조정하거나, 각종 안료 및 첨가제 보강, 내열제 첨가, 난연제 첨가, 분자량 조절 등 을 통해서 다양한 grade로 개발이 가능한 장점을 지니고 있다. ABS의 개발역사를 살펴보 면, 먼저 SM의 고분자형태인 PS(Polystyrene)가 가공성이나 투명성등의 장점이 있는 반면, 쉽게 깨어지는 결점이 있어 이를 보완하고자 rubber성분을 보강, HIPS(High Impact Poly-styrene)를 개발하게 되었으며, 또한 강성이 강한 AN과 SM을 공중합하여, PS수지의 내약품성을 개선, 충격강도를 높인 AS수지가 개발되었다. 이 두가지를 합하여 1947년 미국 의 US Rubber사에 의해 개발된 수지가 ABS수지이다. ABS수지를 사용한 대표적인 제품에 는 내충격성이 요구되는 합성수지가방, 헬멧등과 전화기, 냉장고 내외장, TV, VTR 등의 가 전제품과 난연제를 첨가한 Computer, Monitor, 내열성이 요구되는 자동차 내장제 등이 있 다.
2)PS수지 PS수지는 SM(Styrene Monomer)을 고분자 상태로 공중합한 열가소성 수지이다. PS수지는 기계적 성질이 우수하고, 성형가공성이 용이하며, 전기적 특성이 뛰어나다. PS수지는 특성에 따라 GPPS와 HIPS로 구분하여 GPPS는 단독 중합체로서 복잡한 가공성이 요구되는 제품, 투명성이 요구되는 제품에 사용된다. GPPS를 사용한 대표적인 제품에는 의약품 및 식품용 기, 냉장고 야채박스, 문구류, 선풍기 날개 등이 있다. HIPS는 GPPS의 약점인 내충격성을 보강하기 위하여 rubber성분을 보강한 수지이다. HIPS의 용도는 ABS수지의 용도와 유사하 며, PS를 사용한 대표적 제품에는 완구류, 카세트테잎 및 가전제품 등이 있다.
3)SAN수지 SAN수지는 SM(Styrene Monomer)와 AN(Acrylonitrile)의 공중합체로서 PS수지의 내열성, 내약품성 및 기계적 강도를 보완하면서 투명성이 요구되는 제품에 사용된다. SAN수지를 사 용한 대표적인 제품에는 식품용기, 카세트케이스 등 투명하고 우수한 성형성이 요구되는 제 품, 냉장고 shelf등 투명성과 열안정성이 요구되는 제품, 밧데리 케이스, 일회용 치솔, 내약 품성이 요구되는 일회용 라이터, 화장품 케이스 등이 있다.
4)Engineering Plastics 금속이나 열경화성 수지의 대체 소재로 개발된 엔지니어링 플라스틱은 범용 플라스틱에 비 해 투명성, 내열성, 내마모성 및 기계적 특성이 우수하여 전기, 전자, 자동차 및 기계부품등 에 사용되는 고기능성 수지이다. 특히 최근에는 유리섬유나 탄소섬유등을 합금(alloy)하여 금속의 특성에 한층 근접한 형태의 소재로 발전해 나가고 있다.
5)PBT PBT(Polybutylene Terephthalate: 폴리부틸렌 테레프탈레이트)는 포화폴리에스터의 일종인 결정성 수지로서 용융온도 범위가 좁고 결정화 속도가 빠르므로 일반사출성형기로도 짧은 cycle time내에 성형이 가능한 장점을 가지고 있다. 또한 성형성이 우수하며 내열성, 내약품 성, 전기적 특성이 우수할 뿐만 아니라 기계적 성질 및 치수 안전성이 뛰어난 엔지니어링 플라스틱의 일종이다. PBT의 용도는 자동차 도어핸들, 커넥트 등의 자동차 부품이나 형광 램프소켓, 전자렌지 door latch, 에어컨 frame류와 blade등의 전기 전자용품, pump case, toaster 및 cooker등의 하우징, 기어, 수도계량기 하우징, 통신케이블 접속관 등 산업용품과 기타 가전기기용품에 사용된다.
6)PET PET(Polyethylene Terephthalate: 폴리에틸렌 테레프탈레이트)는 포화폴리에스터의 일종으 로 엔지니어링 플라스틱의 주요 특성인 기계적 성질이 우수하며, 표면광택과 내열성, 내유성 및 내용제성이 우수하다. PET는 코일용 보빈, 콘넥터, 모터 하우징용으로 사용된다.
7)PC PC(polycarbonate: 폴리카보네이트)는 1956년 독일의 Bayer사에서 처음으로 개발한 열가소 성 수지이다. 투명성과 내충격성이 가장 강한 수지로서 렌즈, 유기유리, 광디스크 재료, 전 기, 전자부품, 광학기기 부품, 자동차부품, 의료기기부품, 창유리 등에 사용되며 사출성형, 압 출성형, 진공성형, 압축성형 등 모든 성형법이 가능한 최첨단소재이다.
8)Acetal(POM) Acetal(POM)은 포름알데히드를 주원료로 제조되는 결정성 수지로서 장기간의 광범위한 사 용온도 범위에서도 기계적, 열적, 화학적 성질이 우수하고, 부품 설계 및 적용이 용이한 엔 지니어링 플라스틱이다. Acetal Copolymer구조에 의해 열안정성이 뛰어나며, 우수한 기계적 강도와 플라스틱 중 내피로성이 가장 뛰어난 특징을 가지고 있다. 아세탈은 내마찰, 내마모 성이 우수하므로 자동차, 전기, 전자, 산업용 소재의 부품에 적합한 수지이며 기능면에서 금 속소재 및 열경화성 수지를 대체할 수 있는 소재이다.
9)Acryle(PMMA) Acryle수지는 MMA(Methlmethacrylate: 메틸메타아크릴레이트)단량체를 주원료로 하는 수 지로서 투명성, 내후성, 내약품성, 내scratch성, 착색성이 뛰어나며 외관이 미려하므로, 자동 차, 전기, 전자 부품소재 및 건축자재등으로 각광을 받고 있다. Acryle을 원료로 한 대표적 인 성형물로는 자동차 실내등, 후미등 커버, 카세트 도어, 광고판, 인조대리석, 피아노 건반 등이 있다.
10)TPE TPE는 열가소성 탄성체(Thermoplastic elaster)로서 Polyolefin계와 Polyester계가 있다. TPE는 내열성, 내한성, 내환경성(방음성, 내후성)이 뛰어나고 recycling을 통한 재활용성이 뛰어나다. 주요 용도는 bumper, air spoiler, side mold, gasket 등 자동차 내외장재로 사용되 며, 세탁기, 청소기의 호스나 packing류 등에 사용되며, 전선 피복용으로 사용된다.
11)Polyolefin Polyolefin은 알켄족 탄화수소(Olefin: 올레핀)중합체(Polymer)의 일반명칭이다. 내열성이 우 수하고 가벼우며, 결정성 고분자이면서 투명하고, 내약품성, 안전성도 우수하므로 가전용 전 자부품, glove box, air cleaner등 자동차 부품, propeiler fan등 산업용품과 기타 레저용품의 성형에 사용된다.
12)PC/ABS PC/ABS는Polycarbonate와 ABS수지를 alloy함으로써 각각의 수지가 갖는 단점을 상호 보 완하고 장점을 최대한 살린 엔지니어링 플라스틱으로서 기계적 강도, 열적 성질, 가공성 및 내후성이 우수하다. 주요 용도로는 자동차 console box, instrument panel, glove box, wheel cover 및 cap, 그리고 모니터 하우징, Fax 하우징, 노트북 컴퓨터 하우징, 무선 전화기 케이 스, CD Rom Drive tray 등 가전용품과 단자함, 농사용 배전함, 공중전화박스 등 산업용으 로 사용된다.
13)PPT/ABS PCT와 ABS를 alloy(합금)한 수지로 기계적 성질, 내열성, 내화학성 및 성형가공성이 우수 하며 전체적인 물성의 균형을 이룬 열가소성 엔지니어링 플라스틱이다. 주요 용도는 대부분 의 다른 alloy 소재와 유사하며 자동차, 전기/전자, 산업용 부품, 건축자재 등 소형부품에서 대형부품에 이르기까지 그 용도가 광범위하다.
14)PPS PPS(Polyphenylene Sulfide)는 화학적으로 매우 안정한 구조를 갖는 고결정성 수지로서 내 열성, 내약품성 및 치수 안전성, 강성 등이 매우 우수한 고기능성 엔지니어링 플라스틱이다. PPS는 기존의 범용 엔지니어링 플라스틱으로 대체하지 못한 금속 및 열경화성 수지를 대체 할 수 있는 소재이다. 주요 용도로는 switch, connector, socket, fule holder 등의 전기, 전자 용품과 배기가스순환밸브 등의 자동차 부품, 카메라, 시계 등 각종 측정기 부품, 기타 산업 용품 등에 사용된다.
15)PE PE(Polyethylene: 폴리에틸렌)은 Ethylene중합에 의해 만들어진 결정성의 열가소성 수지이 며, 그 특성에 따라 LDPE(Low Density PolyEthylene: 저밀도 폴리에틸렌)과 HDPE(High Density PolyEthylene: 고밀도 폴리에틸렌)으로 구분된다. 통상 LDPE는 고중압법에 의해, HDPE는 저중압법에 의해 제조된다. LDPE는 영국, CI사에서 고압 라디칼 중합에 의해 개 발되어 2차대전 중 미국에서 상용화 되었으며, HDPE는 이태리 몬테카티니 에디슨사에 의 해 치클러 촉매의 방법으로 공업화되었다. 또한 미국의 필립스 사는 산화크롬계 촉매에 의 한 중압법을 개발하였다. Ethylene의 주요 용도는 LDPE는 농업용 필름, 부엌용품, 물통, 완 구, 화장품 포장재 등에 사용되며, HDPE는 쇼핑백, 농업용 필름, 종량제 백, 금속물의 피복 제, 하수관 등에 사용된다.
16)PP PP(Polypropylene: 폴리프로필렌)은 프로필렌 중합에 의해 만들어지는 열가소성 수지이다. 프로필렌 중합체는 비결정성인 것과 결정성인 것이 있는데, 이 중 성형용으로 사용되는 것 은 결정성 폴리프로필렌이다. PP는 물리적 성질이 PE보다 뛰어나지만 대기중에 노출된 상 태에서 빛이나 열에 산화열화하는 결점이 있으며, 안정제를 필요로 한다. 비중은 0.9로 플라 스틱 소재 중 가장 가벼우며 강성, 내충격성, 전기적 특성이 뛰어나며 값이 저렴하여 이용 범위가 넓은 범용 플라스틱이다. 용도는 소형 생활용품 부터 자동차 범퍼, 부품, panel과 연신용 필름, 마대조직용 yarn, 로프, 그물 등 산업용품에 이르기까지 이용범위가 다양한다
1.VFK 1) MODER :VFK-800/600FT 2) 성형면적(mm) :600(L)*800(W) 3) 성형깊이(mm) :흡착기 사용시-100 :흡착기 미 사용시-150 4) 성형능력 :chain속도-900shot/hour :cycle timer-4.0sec/cycle 5) 성형재료 :ps, hips, pvc, pet, pp 등의 sheet 6) 원재료의 두께 :0.3 - 1.8mm 7) 원재료의 넓이 :440 - 800mm 8) 원단이송 및 폭조절 :chain에 의한 이송 및 디지털 원단이송 길이 설정 :자동 electric motor 시스템 및 근접스위치에 의한 안전장치 9)가열장치 및 온도제어:상/하 양면 독일제 원적외선 세라믹 히터 :48개의 디지털 온도제어기 및 SSR 및 Heater 온도 감지장치를 사용하여 온도제어 :비상시 Heater box를 측면으로 배출 2.금형설치 및 작업순서 1)금형 폭 조절장치를 이용하여 테이블 (다이플레이트) 의 위치를 뒤 센서까지 후진 이송시 킨다. 2)상/하 테이블을 완전 개폐시킨다. 3)금형 폭 넓힘장치를 이용하여 가드레일(체인레일)을 금형 폭 보다 50mm이상 넓혀준다. 4)금형을 상&하 테이블(상금형-음극금형/하금형-양극금형)에 위치시킨다.(heater box에 최 대한 가까이 붙일것) 5)금형폭 좁힘장치를 이용하여 금형을 중앙에 위치시킨 후 고정시킨다. 6)금형폭 넓힘장치를 이용하여 넓힌 후 테이블의 높이를 조정한다. 7)금형에 냉각호수를 연결한 후 냉각상태를 확인한다. 8)테이블의 형/개폐의 속도를 조절한다. 9)원단풀이장치(공압실린더, 센서, 구동모타)내에 있는 공압 실린더를 하강 후 소재를 중앙 에 위치시킨 후 상승시킨다. 10)원단을 풀어서 체인에 연결한 후 전진시킨다. 11)성형시 제품의 위치가 프레스의 중앙에 위치하도록 금형폭전진스위치를 이용하여 테이블 을 전진시킨다. 12)제어장치의 메모리를 확인한다. 13)유압펌프와 히터온도를 NO시킨다. 14)히터의 온도가 적절한 온도가 되면 진공펌프를 NO시킨다. 15)자동Start시킨후 제품의 유/무 상태를 확인한다. 16)cut를 설치한다. 17)자동Start시킨후 성형 및 cut의 상태를 확인한다. 18)scrap은 scrap winder를 이용하여 감는다. 19)성형작업완료 후 데이타를 저장시킨다. 3.성형작업시 주의사항 1)제어판의 모델 및 온도를 확인한다. 2)소재의 규격이 도면과 일치하는지 확인한다. 3)금형및 cut금형의 취부볼트의 체결상태를 확인한다. 4)진공오일및 유압오일을 주기적으로 점검한다. 5)히터박스주위에 가연물질이 없는지를 수시로 점검한다. 6)기계수리및 점검시에는 전원 차단을 확인 후 점검을 한다. 4.성형기의 자동 순서 히터/체인(sheet)이송/샷다/성형/진공/이형 5.time설정 1)가열시간 >성형에서 이루어지는 한 사이클의 타임 a.sheet의 두께를 고려해서 설정한다. b.제품의 크기와 깊이를 알맞게 설정한다. c.캐비티의 수량과 포장라인에서 작업이 가능한 time로 설정한다. 2)성형 >형/개폐가 이루지는 시간 a.형개시에 금형이 체인(sheet)이송보다 먼저 올라가지 않을 정도로 지연시간을 준다. b.성형과 냉각이 동시에 이루어지므로 완전 냉각되지않을 정도의 시간으로 맞춘다. c.진공과 이형의 time과 균형을 이루도록 맞춘다. 3)이송속도 >체인의 이송속도 4)이송길이 >sheet의 길이 >금형의 사이즈에서 20mm-40mm크게 설정한다. 5)진공 >sheet의 흡입시간 a.지연:가열된 sheet가 금형에 완전 밀착되는 시간에 진공이 이루어질수 있도록 지연tim을 둔다. 단, 지연시간에 따라서 주름이 나올수 있다. b.진공:밀착된 sheet를 흡입시에 미성형이 되지 않을 정도로 설정한다. c.진공시간의 설정시간이 너무 길어질 경우 sheet의 두께변화가 생길수 있다. 6)이형 >형개시에 금형내에 있는 제품을 보호하면하기 위해서 air로 밀어내는 시간 a.지연:상/하테이블의 형페가 이루지는 시간까지의 시간을 설정한다. b.이형:제품의 홈 깊이를 고려해서 설정한다. c:이형시간이 너무 길 경우에 제품의 파손이 생길 수 있다. d.이형시간이 짧을 경우 제품의 파손이 생길 수 있다. 7)샷다의 시간과 기능 a.체인(sheet)의 이송시에 이송길이의 변화를 줄일수 있다. b.히터박스에서 나오는 열로 인한 금형의 변형을 보호해준다. 8)냉각팬 a.보조냉각기능 b.sheet위의 먼지를 제거해 준다. 9)이젝트 10).압공 6.SHEET의 온도조절 a.48개의 가열판의 온도는 sheet의 두께 및 성질, 금형의 사이즈, 제품의 깊이 등을 고려해 서 sheet가 타지 않고 미성형이 생기지 않을 정도의 온도로 설정한다. b.온도가 너무 높을 경우 sheet가 녹을 수 있다. c.sheet가 가열된 heater box내 안전망에 붙을 경우 sheet에 불이 붙을 수 있다. 7.불량의 대처요령 a.미성형:온도를 5 - 10도씩 높인다. b.sheet가 녹을 경우:온도를 낮춘다. c.hips sheet의 진공흡입부분이 원소재의 두께보다 너무 얇아질 경우에는 온도를 낮추거나 진공시간을 줄인다. d.백화:pet sheet에 생긴다.너무 심할 경우에는 온도를 5도씩 낮춘다. e.주름:온도를 5도씩 낮춘다.
PS
PP
.
PVC
석유화학원료의 가격사정이 변하고 공업생산의 체계가 크게 바뀌고 있는데 염화비닐수지는 기초자재이며, 가공,
용도, 사용량은 종래와 달라진 것이 없다. 이 수지는 화학적 변화를 잘 일으키지 않고 배합에 따라서 대단히
부드러운 것에서부터 딱딱한 것에 이르기까지 충족 시켜주는 특징을 갖고 있다.
1. 제법
1.1 단량체(모노머)
석회석을 출발원료로 하는 아세틸렌과 염산을 반응시키면 모노머를 얻을 수 있다. 이것을 아세틸렌법이라고 한다. EDC의 열분해로 부생하는 염산에 산소와 에틸렌을 혼합하여 반응시키면 EDC가 된다. EDC는 위에서 기술했듯이
수지는 65∼85℃에서 연화하고, 120∼150℃에서 완전히 가소성으로 된다. 170℃이상에서는 용융하고 190℃이상이
되면 격렬하게 염산을 방출하면서 분해를 시작한다. 따라서 가공적정 온도는 150∼180℃의 범위라고 할 수 있다.
그러나 수지의 성질은 중합체 조성, 중합도 및 제조방법도 커다란 차이를 갖고 있으므로 용도, 목적에 따라서
적당한 수지를 선택한다. 2.1 중합법의 특성
2.1.1 특징
*현탁 중합체
현탁 중합에 의해 얻어지는 200∼300μ의 입상분말로서 열안정성이 양호하고 전기적 성질도 좋다. 캘린더가공,
압출가공에는 전적으로 이 중합체가 사용된다. 겔화가 빠르고 투명성이 좋은 것일수록 품질이 좋다.
*유화 중합체
유화중합에 의해서 만들어지는 1∼10μ의 분말로서 현탁중합체에 비하면 비산하기 쉬워서 취급하기 까다롭다.
유탁액, 페이스트 레진, 페이스트 증점용 레진으로서 지극히 소량이 사용된다.
*용액 중합체
초산에틸, 초산부틸 등의 용제속에서 중합하고 그대로 도료 및 접착제로서 사용되고 있다. 중합도는 150∼400이며
초산비닐, 말레인산에스테르와의 공중합체가 많다.
2.1.2 중합체 조성과 특징
*단독중합체
염화비닐 단독의 중합체로서 생산량의 90%는 이 종류이다. 시트, 레저, 페이스트, 전선, 연질파이프, 경질판에
쓰인다.
*공중합체
초산과 비닐과의 공중합체가 가장 많다. 공중합한 코모노머량은 약간이라 할지라도 가공온도 범위는 확대되고
가공할 때의 흐름, 광택등이 현저히 개선된다. 코모노머량이 많은 것은 강도, 연화점이 내려간다.
보통 3∼15몰%의 공중합체가 레저, 시트, 파이프, 도료, 접착제, 경질판, 레코드등에 사용된다.
고급알콜의 비닐에테르, 고급 지방산의 비닐에스테르 등과의 공중합체를 내부 가소화 수지라고 해서 진공
성형용 경질 시트에 적합하지만 그다지 사용되고 있지 않다.
에틸렌, 프로필렌과의 공중합체는 흐름이 좋고 특히 후자는 취입성형에 적합하지만 보급되지는 않고 있다.
아크릴로니트릴과의 공중합체는 의료섬유로서 염화빈닐렌과의 공중합체는 케이싱용 필름을 비롯하여 공업용
섬유로 돌려지고 있다. 단독중합체의 후 염소화물은 융점이 높은데다가 흐름이 나쁘기 때문에 매우 가공이
힘들지만, 연화온도가 100℃이상이기 때문에 내열성을 요하는 파이프나 판자등에 약간 사용되고 있다. EVA-VC
그라프트 중합체(EVA에 염화비닐을 그라프트 중합하여 얻은 중합체)에는 EVA의 함량에 의해서 연질 중합체와
경질 중합체가 있다. 전자의 유연성은 단독중합체에 가소제 50부를 첨가한 경우에 상당하지만, 이 이상 연한 것은
되지 않는다. 그러나 유연온도는 약 5℃, 취화온도는 약 40℃나 낮고 가소제의 이행, 휘발에 의한 변질의 문제도
없고 레저, 시트, 필름등을 만들 수가 있다. 후자는 내충격성이 매우 뛰어나고 내충격성의 파이프, 이음매, 판자,
이형압출제품에 적합하다. 그러나 어느 경우이든, 투명도가 요구되는 용도에는 사용할 수가 없다.
2.1.3 중합도
중합도가 높은 중합체는 기계적 성질은 강하지만 가공온도가 높고 가공적 온도의 범위가 좁다. 한편 중합도가
낮은 중합체는 기계적 강도에 약하지만 가공온도가 낮고 가공할 때의 흐름이 좋다. 또한 열 안전성에는 뒤지지만
접착력이 좋다 .
중합도는 800이상 높아져도 강도에 대해서 향상은 볼 수 없고, 오히려 가공하기 힘들게 된다. 그러므로
일반용으로는 800∼1200정도의 것을 표준으로 하고 있다. 그러나 용도에 따라서 적당한 중합도가 있으므로
그 대략을 분류하면 다음과 같이 된다.
2500∼3000
호스, 바킹
1300∼1700
전선, 페이스트
1000∼1300
필름, 레저, 시트, 연질파이프
700∼800
경질판, 경질파이프, 병(bottle)
400∼500
레코드
400이하
도료, 접착제
2.2 PVC의 특정적인 물성
PVC는 Tg가 약 80℃인 단단한 열가소성 PLASTIC이며, 비결정성(amorphous)고분자 물질이다. PVC는 상당히
큰길이의 대칭구조(Syndiotactic Structure)를 가지고 있기 때문에 부분적인 결정구조를 가지고 있으며 이
결정부분의 melting point는 225℃근처이다.
그러나 실제로는 이 온도에 도달하기 전에 열분해가 일어나기 때문에 융점을 관찰하기 매우 어렵다.
열분해가 시작되면서 PVC 구조 중에서 염산이 이탈하게 되는데 순수한 PVC는 실제 가공온도보다 낮은 100℃가
넘기 시작하면 상당한 양의 염산 gas가 발생하는 것을 관찰할 수 있다. 따라서 적절한 열안정제의 선정과 사용이
PVC가공에는 매우 중요하다.
PVC에 결정부분이 존재하는 점과 매우 높은 용융점을 갖는다는 것이 특별한 용융 유변상태(melt rheology)를
나타냄을 뜻한다. 즉 다른 열가소성 플라스틱과는 달리 용융물 상태를 얻을 수 없다는 점이다.
따라서 PVC유동물은 분자의 흐름이 아니고 아주 작은 입자(중합과정에서 형성되는 domain 혹은 microdomain
state 해당됨)의 흐름으로 해석해야 한다. 따라서, 중합 Process로 형성되는 resin입자의 형상 및 구조와 size,
그리고 입도분포가 근본적인 가공성에 영향을 주게 된다. 열을 가하여 용융물이 되었을 때 1차 입자의 구조와
크기 및 그 분포에 의해 마찰에너지의 변화를 수반하기 때문에 현탁중합(suspension process)에서는 이
1차입자의 형성과정을 조절l하는 것이 매우 중요하며 형성된 1차입자가 화합하여 형성되는 구정(granule)의
형성과 구조 또한 중요하다. 특히 경질 PVC 가공에서는 적절한 유동성을 갖게 하기 위한 첨가제의 종류와 양을
결정하는데 신중을 기하여야 한다. 경질 PVC배합에서 조절하는 내부 활제(internal lubricant)와 가공 용융물과
금속면이 점착됨을 방지해 주는 외부 활제의 2가지로 분류할 수 있는데 이 2종의 활제 사용량의 균형이
이루어져야 우수한 품질의 제품을 가공할 수 있다.
[표] PVC의 일반물성
항 목
단위
ASTM
경질
연질
비 중
-
D792
1.35~1.45
1.16~1.35
인장 강도
Kg/㎠
D638
352~633
105~246
신 장 률
%
D638
2.0~4.0
200~450
압축 강도
Kg/㎠
D695
562~914
53~120
굴곡 강도
Kg/㎠
D790
703~1125
-
충격 강도
ft-lb/in
D256
0.4~2.0
가소제에 의해 변화
경 도
Shore
D785
70~90
가소제에 의해 변화
내열 온도
℃
-
66~79
66~79
열변형온도
℃
D648
54~74
-
체적고유저항
Ω·cm
D257
>1014
1012~1014
유 전 율
106cycle
D150
2.8~3.1
3.3~4.5
절연파괴강도
KV/mm
D149
16.7~51.5
11.8~39.3
흡 수 율
%
D570
0.07~0.4
0.15~0.75
투 명 도
-
-
투명-불투명
투명-불투명
3. 성형가공
수지에 가소제, 안정제, 안료등을 첨가하여 직접 가공하는 것을 1차 가공이라고 하며 필름, 시트, 판, 파이프등에
엠보싱, 인쇄, 고주파 가공, 진공성형, 기타의 가공을 하는 것을 2차 가공이라고 부른다.
배합은 갖가지 변화에 중요하지만 수지와 부원료의 선택이 가공과 제품의 가장 큰 열쇠로 되어 있다.
플라스틱의 특징과 구분방법
1. 플라스틱의 특징
플라스틱의 리사이클 원료는 성형시의 불량품, 로스 및 일반가정, 사무실에서 버린 제품 등 다종다양합니다이들 중에 프라스틱의 종류를 확실히 분류해야 만이 리사이클원료로서의 가치를 가지게 됩니다. 다른 종류의 플라스틱이 섞여있는 원료는 성형시 및 성형후에 여러 가지 문제를 일으키게됩니다. 구체적으로는 융해온도의 차이에 의한 성형불량, 성형품표면의 플래시(플라스틱이 금형 밖으로 삐져 나오는 형상), 핀홀(조그만 구멍이 생기는 현상), 강도저하 등 성형품의 상품가치에 관계되는 중대한 문제를 일으킵니다. ※ 본래 다른 종류의 플라스틱이 섞이면, 물성이 저하되어 리사이클이 어렵게되나, 융해온도가 높은 플라스틱 중에는 융해온도가 낮은 플라스틱과 조금 섞어있어도 리사이클이 가능합니다. 예를 들면 PP(폴리프로필렌)의 융점은 130°C, PE(폴리에틸렌)은 130°C입니다. PP중에 다소PE가 섞여있어도, 강도가 약간 떨어질뿐 성형은 가능합니다. 하지만 PE에 PP가 섞여있는 경우 PE의 융해점에서 PP는 융해되지 않아 제품이 아주 나쁜 상태로 나오며 강도도 극단적으로 떨어져 사용할 수 없는 상태가 됩니다
2. 간단한 플라스틱의 구별방법
먼저 태워봅니다. 프라스틱의 표면을 라이터로 태워, 녹는 것이 열가소성수지(리사이클 이용가능)라고 생각해도 좋습니다. 특히 용해한 부분을 당겨 실과같은 상태로 늘어나면 압출기에서 재생이 가능한 것입니다. 통상적으로 플라스틱의 구분은 타는 모양과 냄새로 판별합니다
<태워서 연기가 나지않는 수지> PE, PP등 : 올레핀계수지 PMMA : 아크릴 POM : 타고 있는지 꺼져있는지 구별되지 않는다.
<태워서 연기가 나는 수지> PS, ABS 등 스틸렌계 수지 PVC 불이 붙지 않고 염소를 뿜는다.
3. 수지의 특징
수지명
특 징
PE 폴리에틸렌
본래의 색은 반투명, 불에 가까이 가져가면 연화해서 늘어져가며 탑니다. 양초를 태우는 냄새 LDPE는 사출성형, 압출성형(필름, Sheet, 전선), 중공성형등 용도가 넓으며,부드러운 플라스틱, 필름의 경우 당겨서 늘어나면 LDPE입니다. HDPE도 LDPE와 거의 같으나, LDPE와 비교하면 딱딱한 플라스틱으로 플라스틱 물통, 등유통 등이 대표적인 예이다. 필름의 경우 당겨도 늘어나지 않습니다.(예 : 물수건포장) LLDPE도 LDPE와 거의 같으나, 필름 용도가 중심으로 LDPE보다 인장강도가 큽니다. EVA는 부드러운 타파웨어 등이 그 대표적인 예 ※LDPE와 HDPE의 차이는펠렛을 이빨로 물어보아 단단함의 차이로 알 수 있습니다.
PP 폴리프로필렌
잘 타며 약간 달콤한 냄새가 납니다. 구성특징에 따라 호모(단독중합), 코폴리며(공중합체), 랜덤으로 나눌 수 있습니다. 이들은 사용용도에 의해 선택되나, 일반적으로 호모는 선명한 색채로 착색할 수 있으나, 코폴리머의 경우는 불가능합니다. 그대신 코폴리머는 내충격강도가 호모보다 뛰어납니다. 대표적으로 세면기는 호모, 세탁기의 탈주조는 코폴리머로 만들어 집니다. 필름은 OPP필름, CPP필름 등 투명도가 높아, 담배포장, 과자포장지 등에 많이 사용됩니다.
PS 폴리스틸렌
쉽게 연화, 단량의 연기를 내면서 탑니다. 휘발유에 녹는 특징을 가지고 있습니다. · GPPS와 내충격강도를 겸비한 HIPS로 나누어지며, 용도는 GP와 HI혼합해서 사용합니다. · GPPS는 본래 투명하고 딱딱한 플라스틱이라 충격에 약하고, 아이스크림 포장지 등에 사용합니다. · GPPS를 발포시킨 것(EPS)은 발포스티롤로 알려져 있습니다.
ABS
타기쉬운 PS와 비숫하지만 신나냄새가 납니다. 또 PS와 달리 휘발유에 용해되지 않습니다. 아크릴과 부다디엔(고무)과 스틸렌을 중합한 플라스틱으로 HIPS보다 탄성이 있으며 표면에 광택이 있습니다. 주된 용도로는 TV, 세탁기의 보디 및 플로피 디스크 등입니다.
PA 폴리아미드
잘 타지 않으며 연기는 나지 않고 양모냄새가 납니다. 나이론 6와 나일론 66을 구별하는 방법은 불을 붙여서 잡아 당겨보면 나일론 6은 실처럼 잘 늘어나지만 나이론 66은 조금 늘어나다 끊어집니다. 일반적 용도는 낚시줄, 기어, 팬티스타킹, 베드민턴공의 날개 등에 사용되며 내마모성이 뛰어납니다.
POM 폴리아세탈
푸른불꽃을 내며 잘 타며, 눈에 자극을 주는 포르말린냄새가 납니다. (타고 있는지 꺼져있는지 분별이 어려우므로 주의) 내마모성, 내충격성이 뛰어나 기어 등 공업부품으로 사용됩니다.
PET 폴리에틸렌 테레프탈레이트
잘타지 않으며 시큼한 냄새가나며 실처럼 늘어납니다. PET는 청량음료의 병으로 많이 사용됩니다. (뚜껑은 PP를 사용) 독일에서는 세척하여 20회이상 사용한다고 하며, 양복 소재의 폴리에스텔은 PET입니다.
PMMA 아크릴
잘 타며 "탁탁" 소리를 내며 탑니다. 타고난 후 는 반들거리며 딱딱하게 됩니다. 투명도가 높으며, 매우 유리에 가까운 플라스틱입니다. Cast Type과 일반 Type으로 나눌 수 있고, Cast Type의 재생은 일단 가마에 넣어 전부 기화시킨 후 가스를 냉각한 것을 모노머로 사용하여 Sheet(판재)를 만듭니다. 일반 아크릴은 잘 타고, 실처럼 늘어나며, 불이 꺼진 후 기포가 생긴 것처럼 부풉니다. 또 Cast Type과 마찬가지로 연기는 내지 않으며 냄새도 나쁘지 않습니다. 아크릴에 고무를 넣어 강도를 높인 IR Type은 고무가 들어있어 타기 쉽고 검은 연기가 납니다.
PBT 폴리부틸렌 테레프탈레이트
이름으로부터 알 수 있듯 PET와 동일한 폴리에스터로, 강성이 뛰어나며 마모가 적습니다. 높은 온도에서 사용 가능하기 때문에 커넥터, 스위치, 소켓, 컴퓨터부품 등에 사용됩니다.
PC 폴리카보네이트
잘 타며 연기가 나고, 연소중 소독약 냄새가 납니다. (연기가 많이 나는 쪽이 분자량이 크다.) CD, 전경들의 방패, 주차장지붕에 사용되는 Sheet, 고속도로 방음판 등 많은 분야에서 사용되며 분자량이 클수록 강성이 높아지며, Sheet 재는 분자량 약 30,000, CD는 약 17,000 정도의 Grade가 사용됩니다.
PC Alloy
최근 각 플라스틱의 장점을 합쳐, 그 특성을 올리기 위하여 다른 플라스틱을 복합한 Alloy 플라스틱이 많이 사용되고 있습니다. PC와 ABS를 혼합한 PC/ABS Alloy가 그 대표적인 예로 종래의 ABS 난연 Grade가 사용되었던 용도 (OA기기, 자동차, 전기부품 등)에 환경에 좋지 않은 안티모니를 사용하지 않고 원래 난연성을 지니고 있는 PC를 복합하여 그 대체용도로 개발되었다고 합니다. 이들 Alloy플라스틱의 냄새 등에 의한 분별은 상당히 어려우며, 금후 각양각생의 Alloy가 나올지 모르므로, 스크랩(분쇄품)이 발생하는 공장 등에서 Grade 단위의 관리가 중요해 질 것입니다.
1)ABS수지 ABS수지는 AN(Acrylonitrile), BD(Butadiene), SM(Styrene Monomer: 스티렌 모노머) 3종 의 Monomer(단량체)로 구성된 3원 공중합체된 수지이다. ABS수지는 3종의 주요 모노머의 조성비를 조정하거나, 각종 안료 및 첨가제 보강, 내열제 첨가, 난연제 첨가, 분자량 조절 등 을 통해서 다양한 grade로 개발이 가능한 장점을 지니고 있다. ABS의 개발역사를 살펴보 면, 먼저 SM의 고분자형태인 PS(Polystyrene)가 가공성이나 투명성등의 장점이 있는 반면, 쉽게 깨어지는 결점이 있어 이를 보완하고자 rubber성분을 보강, HIPS(High Impact Poly-styrene)를 개발하게 되었으며, 또한 강성이 강한 AN과 SM을 공중합하여, PS수지의 내약품성을 개선, 충격강도를 높인 AS수지가 개발되었다. 이 두가지를 합하여 1947년 미국 의 US Rubber사에 의해 개발된 수지가 ABS수지이다. ABS수지를 사용한 대표적인 제품에 는 내충격성이 요구되는 합성수지가방, 헬멧등과 전화기, 냉장고 내외장, TV, VTR 등의 가 전제품과 난연제를 첨가한 Computer, Monitor, 내열성이 요구되는 자동차 내장제 등이 있 다.
2)PS수지 PS수지는 SM(Styrene Monomer)을 고분자 상태로 공중합한 열가소성 수지이다. PS수지는 기계적 성질이 우수하고, 성형가공성이 용이하며, 전기적 특성이 뛰어나다. PS수지는 특성에 따라 GPPS와 HIPS로 구분하여 GPPS는 단독 중합체로서 복잡한 가공성이 요구되는 제품, 투명성이 요구되는 제품에 사용된다. GPPS를 사용한 대표적인 제품에는 의약품 및 식품용 기, 냉장고 야채박스, 문구류, 선풍기 날개 등이 있다. HIPS는 GPPS의 약점인 내충격성을 보강하기 위하여 rubber성분을 보강한 수지이다. HIPS의 용도는 ABS수지의 용도와 유사하 며, PS를 사용한 대표적 제품에는 완구류, 카세트테잎 및 가전제품 등이 있다.
3)SAN수지 SAN수지는 SM(Styrene Monomer)와 AN(Acrylonitrile)의 공중합체로서 PS수지의 내열성, 내약품성 및 기계적 강도를 보완하면서 투명성이 요구되는 제품에 사용된다. SAN수지를 사 용한 대표적인 제품에는 식품용기, 카세트케이스 등 투명하고 우수한 성형성이 요구되는 제 품, 냉장고 shelf등 투명성과 열안정성이 요구되는 제품, 밧데리 케이스, 일회용 치솔, 내약 품성이 요구되는 일회용 라이터, 화장품 케이스 등이 있다.
4)Engineering Plastics 금속이나 열경화성 수지의 대체 소재로 개발된 엔지니어링 플라스틱은 범용 플라스틱에 비 해 투명성, 내열성, 내마모성 및 기계적 특성이 우수하여 전기, 전자, 자동차 및 기계부품등 에 사용되는 고기능성 수지이다. 특히 최근에는 유리섬유나 탄소섬유등을 합금(alloy)하여 금속의 특성에 한층 근접한 형태의 소재로 발전해 나가고 있다.
5)PBT PBT(Polybutylene Terephthalate: 폴리부틸렌 테레프탈레이트)는 포화폴리에스터의 일종인 결정성 수지로서 용융온도 범위가 좁고 결정화 속도가 빠르므로 일반사출성형기로도 짧은 cycle time내에 성형이 가능한 장점을 가지고 있다. 또한 성형성이 우수하며 내열성, 내약품 성, 전기적 특성이 우수할 뿐만 아니라 기계적 성질 및 치수 안전성이 뛰어난 엔지니어링 플라스틱의 일종이다. PBT의 용도는 자동차 도어핸들, 커넥트 등의 자동차 부품이나 형광 램프소켓, 전자렌지 door latch, 에어컨 frame류와 blade등의 전기 전자용품, pump case, toaster 및 cooker등의 하우징, 기어, 수도계량기 하우징, 통신케이블 접속관 등 산업용품과 기타 가전기기용품에 사용된다.
6)PET PET(Polyethylene Terephthalate: 폴리에틸렌 테레프탈레이트)는 포화폴리에스터의 일종으 로 엔지니어링 플라스틱의 주요 특성인 기계적 성질이 우수하며, 표면광택과 내열성, 내유성 및 내용제성이 우수하다. PET는 코일용 보빈, 콘넥터, 모터 하우징용으로 사용된다.
7)PC PC(polycarbonate: 폴리카보네이트)는 1956년 독일의 Bayer사에서 처음으로 개발한 열가소 성 수지이다. 투명성과 내충격성이 가장 강한 수지로서 렌즈, 유기유리, 광디스크 재료, 전 기, 전자부품, 광학기기 부품, 자동차부품, 의료기기부품, 창유리 등에 사용되며 사출성형, 압 출성형, 진공성형, 압축성형 등 모든 성형법이 가능한 최첨단소재이다.
8)Acetal(POM) Acetal(POM)은 포름알데히드를 주원료로 제조되는 결정성 수지로서 장기간의 광범위한 사 용온도 범위에서도 기계적, 열적, 화학적 성질이 우수하고, 부품 설계 및 적용이 용이한 엔 지니어링 플라스틱이다. Acetal Copolymer구조에 의해 열안정성이 뛰어나며, 우수한 기계적 강도와 플라스틱 중 내피로성이 가장 뛰어난 특징을 가지고 있다. 아세탈은 내마찰, 내마모 성이 우수하므로 자동차, 전기, 전자, 산업용 소재의 부품에 적합한 수지이며 기능면에서 금 속소재 및 열경화성 수지를 대체할 수 있는 소재이다.
9)Acryle(PMMA) Acryle수지는 MMA(Methlmethacrylate: 메틸메타아크릴레이트)단량체를 주원료로 하는 수 지로서 투명성, 내후성, 내약품성, 내scratch성, 착색성이 뛰어나며 외관이 미려하므로, 자동 차, 전기, 전자 부품소재 및 건축자재등으로 각광을 받고 있다. Acryle을 원료로 한 대표적 인 성형물로는 자동차 실내등, 후미등 커버, 카세트 도어, 광고판, 인조대리석, 피아노 건반 등이 있다.
10)TPE TPE는 열가소성 탄성체(Thermoplastic elaster)로서 Polyolefin계와 Polyester계가 있다. TPE는 내열성, 내한성, 내환경성(방음성, 내후성)이 뛰어나고 recycling을 통한 재활용성이 뛰어나다. 주요 용도는 bumper, air spoiler, side mold, gasket 등 자동차 내외장재로 사용되 며, 세탁기, 청소기의 호스나 packing류 등에 사용되며, 전선 피복용으로 사용된다.
11)Polyolefin Polyolefin은 알켄족 탄화수소(Olefin: 올레핀)중합체(Polymer)의 일반명칭이다. 내열성이 우 수하고 가벼우며, 결정성 고분자이면서 투명하고, 내약품성, 안전성도 우수하므로 가전용 전 자부품, glove box, air cleaner등 자동차 부품, propeiler fan등 산업용품과 기타 레저용품의 성형에 사용된다.
12)PC/ABS PC/ABS는Polycarbonate와 ABS수지를 alloy함으로써 각각의 수지가 갖는 단점을 상호 보 완하고 장점을 최대한 살린 엔지니어링 플라스틱으로서 기계적 강도, 열적 성질, 가공성 및 내후성이 우수하다. 주요 용도로는 자동차 console box, instrument panel, glove box, wheel cover 및 cap, 그리고 모니터 하우징, Fax 하우징, 노트북 컴퓨터 하우징, 무선 전화기 케이 스, CD Rom Drive tray 등 가전용품과 단자함, 농사용 배전함, 공중전화박스 등 산업용으 로 사용된다.
13)PPT/ABS PCT와 ABS를 alloy(합금)한 수지로 기계적 성질, 내열성, 내화학성 및 성형가공성이 우수 하며 전체적인 물성의 균형을 이룬 열가소성 엔지니어링 플라스틱이다. 주요 용도는 대부분 의 다른 alloy 소재와 유사하며 자동차, 전기/전자, 산업용 부품, 건축자재 등 소형부품에서 대형부품에 이르기까지 그 용도가 광범위하다.
14)PPS PPS(Polyphenylene Sulfide)는 화학적으로 매우 안정한 구조를 갖는 고결정성 수지로서 내 열성, 내약품성 및 치수 안전성, 강성 등이 매우 우수한 고기능성 엔지니어링 플라스틱이다. PPS는 기존의 범용 엔지니어링 플라스틱으로 대체하지 못한 금속 및 열경화성 수지를 대체 할 수 있는 소재이다. 주요 용도로는 switch, connector, socket, fule holder 등의 전기, 전자 용품과 배기가스순환밸브 등의 자동차 부품, 카메라, 시계 등 각종 측정기 부품, 기타 산업 용품 등에 사용된다.
15)PE PE(Polyethylene: 폴리에틸렌)은 Ethylene중합에 의해 만들어진 결정성의 열가소성 수지이 며, 그 특성에 따라 LDPE(Low Density PolyEthylene: 저밀도 폴리에틸렌)과 HDPE(High Density PolyEthylene: 고밀도 폴리에틸렌)으로 구분된다. 통상 LDPE는 고중압법에 의해, HDPE는 저중압법에 의해 제조된다. LDPE는 영국, CI사에서 고압 라디칼 중합에 의해 개 발되어 2차대전 중 미국에서 상용화 되었으며, HDPE는 이태리 몬테카티니 에디슨사에 의 해 치클러 촉매의 방법으로 공업화되었다. 또한 미국의 필립스 사는 산화크롬계 촉매에 의 한 중압법을 개발하였다. Ethylene의 주요 용도는 LDPE는 농업용 필름, 부엌용품, 물통, 완 구, 화장품 포장재 등에 사용되며, HDPE는 쇼핑백, 농업용 필름, 종량제 백, 금속물의 피복 제, 하수관 등에 사용된다.
16)PP PP(Polypropylene: 폴리프로필렌)은 프로필렌 중합에 의해 만들어지는 열가소성 수지이다. 프로필렌 중합체는 비결정성인 것과 결정성인 것이 있는데, 이 중 성형용으로 사용되는 것 은 결정성 폴리프로필렌이다. PP는 물리적 성질이 PE보다 뛰어나지만 대기중에 노출된 상 태에서 빛이나 열에 산화열화하는 결점이 있으며, 안정제를 필요로 한다. 비중은 0.9로 플라 스틱 소재 중 가장 가벼우며 강성, 내충격성, 전기적 특성이 뛰어나며 값이 저렴하여 이용 범위가 넓은 범용 플라스틱이다. 용도는 소형 생활용품 부터 자동차 범퍼, 부품, panel과 연신용 필름, 마대조직용 yarn, 로프, 그물 등 산업용품에 이르기까지 이용범위가 다양한다
1.VFK 1) MODER :VFK-800/600FT 2) 성형면적(mm) :600(L)*800(W) 3) 성형깊이(mm) :흡착기 사용시-100 :흡착기 미 사용시-150 4) 성형능력 :chain속도-900shot/hour :cycle timer-4.0sec/cycle 5) 성형재료 :ps, hips, pvc, pet, pp 등의 sheet 6) 원재료의 두께 :0.3 - 1.8mm 7) 원재료의 넓이 :440 - 800mm 8) 원단이송 및 폭조절 :chain에 의한 이송 및 디지털 원단이송 길이 설정 :자동 electric motor 시스템 및 근접스위치에 의한 안전장치 9)가열장치 및 온도제어:상/하 양면 독일제 원적외선 세라믹 히터 :48개의 디지털 온도제어기 및 SSR 및 Heater 온도 감지장치를 사용하여 온도제어 :비상시 Heater box를 측면으로 배출 2.금형설치 및 작업순서 1)금형 폭 조절장치를 이용하여 테이블 (다이플레이트) 의 위치를 뒤 센서까지 후진 이송시 킨다. 2)상/하 테이블을 완전 개폐시킨다. 3)금형 폭 넓힘장치를 이용하여 가드레일(체인레일)을 금형 폭 보다 50mm이상 넓혀준다. 4)금형을 상&하 테이블(상금형-음극금형/하금형-양극금형)에 위치시킨다.(heater box에 최 대한 가까이 붙일것) 5)금형폭 좁힘장치를 이용하여 금형을 중앙에 위치시킨 후 고정시킨다. 6)금형폭 넓힘장치를 이용하여 넓힌 후 테이블의 높이를 조정한다. 7)금형에 냉각호수를 연결한 후 냉각상태를 확인한다. 8)테이블의 형/개폐의 속도를 조절한다. 9)원단풀이장치(공압실린더, 센서, 구동모타)내에 있는 공압 실린더를 하강 후 소재를 중앙 에 위치시킨 후 상승시킨다. 10)원단을 풀어서 체인에 연결한 후 전진시킨다. 11)성형시 제품의 위치가 프레스의 중앙에 위치하도록 금형폭전진스위치를 이용하여 테이블 을 전진시킨다. 12)제어장치의 메모리를 확인한다. 13)유압펌프와 히터온도를 NO시킨다. 14)히터의 온도가 적절한 온도가 되면 진공펌프를 NO시킨다. 15)자동Start시킨후 제품의 유/무 상태를 확인한다. 16)cut를 설치한다. 17)자동Start시킨후 성형 및 cut의 상태를 확인한다. 18)scrap은 scrap winder를 이용하여 감는다. 19)성형작업완료 후 데이타를 저장시킨다. 3.성형작업시 주의사항 1)제어판의 모델 및 온도를 확인한다. 2)소재의 규격이 도면과 일치하는지 확인한다. 3)금형및 cut금형의 취부볼트의 체결상태를 확인한다. 4)진공오일및 유압오일을 주기적으로 점검한다. 5)히터박스주위에 가연물질이 없는지를 수시로 점검한다. 6)기계수리및 점검시에는 전원 차단을 확인 후 점검을 한다. 4.성형기의 자동 순서 히터/체인(sheet)이송/샷다/성형/진공/이형 5.time설정 1)가열시간 >성형에서 이루어지는 한 사이클의 타임 a.sheet의 두께를 고려해서 설정한다. b.제품의 크기와 깊이를 알맞게 설정한다. c.캐비티의 수량과 포장라인에서 작업이 가능한 time로 설정한다. 2)성형 >형/개폐가 이루지는 시간 a.형개시에 금형이 체인(sheet)이송보다 먼저 올라가지 않을 정도로 지연시간을 준다. b.성형과 냉각이 동시에 이루어지므로 완전 냉각되지않을 정도의 시간으로 맞춘다. c.진공과 이형의 time과 균형을 이루도록 맞춘다. 3)이송속도 >체인의 이송속도 4)이송길이 >sheet의 길이 >금형의 사이즈에서 20mm-40mm크게 설정한다. 5)진공 >sheet의 흡입시간 a.지연:가열된 sheet가 금형에 완전 밀착되는 시간에 진공이 이루어질수 있도록 지연tim을 둔다. 단, 지연시간에 따라서 주름이 나올수 있다. b.진공:밀착된 sheet를 흡입시에 미성형이 되지 않을 정도로 설정한다. c.진공시간의 설정시간이 너무 길어질 경우 sheet의 두께변화가 생길수 있다. 6)이형 >형개시에 금형내에 있는 제품을 보호하면하기 위해서 air로 밀어내는 시간 a.지연:상/하테이블의 형페가 이루지는 시간까지의 시간을 설정한다. b.이형:제품의 홈 깊이를 고려해서 설정한다. c:이형시간이 너무 길 경우에 제품의 파손이 생길 수 있다. d.이형시간이 짧을 경우 제품의 파손이 생길 수 있다. 7)샷다의 시간과 기능 a.체인(sheet)의 이송시에 이송길이의 변화를 줄일수 있다. b.히터박스에서 나오는 열로 인한 금형의 변형을 보호해준다. 8)냉각팬 a.보조냉각기능 b.sheet위의 먼지를 제거해 준다. 9)이젝트 10).압공 6.SHEET의 온도조절 a.48개의 가열판의 온도는 sheet의 두께 및 성질, 금형의 사이즈, 제품의 깊이 등을 고려해 서 sheet가 타지 않고 미성형이 생기지 않을 정도의 온도로 설정한다. b.온도가 너무 높을 경우 sheet가 녹을 수 있다. c.sheet가 가열된 heater box내 안전망에 붙을 경우 sheet에 불이 붙을 수 있다. 7.불량의 대처요령 a.미성형:온도를 5 - 10도씩 높인다. b.sheet가 녹을 경우:온도를 낮춘다. c.hips sheet의 진공흡입부분이 원소재의 두께보다 너무 얇아질 경우에는 온도를 낮추거나 진공시간을 줄인다. d.백화:pet sheet에 생긴다.너무 심할 경우에는 온도를 5도씩 낮춘다. e.주름:온도를 5도씩 낮춘다. 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용어의 표기 이 규격에서는 각 용어를 번호,용어,정의 및 대응 영어의 4가지 난으로 나누어 기술하고 각 난의 표기법을 다음과 같이 한다.
(1) 번호에 관한 표기법 첫째 자리 숫자는 동일 분류의 숫자이고,둘째 자리 숫자는 동일 분류의 세분류이며, 다음의 셋째 자리 숫자는 일련 번호이다. (2) 용어에 관한 표기법 동일한 정의를 표시하는 용어가 2개 이상 있을 경우는 그 순서에 따라 우선 사용한다. 또한( )안의 단어는 생략되는 경우가 있음을 나타낸다.
오랜 옛날 인간이 사용해 온 재료는 주로 돌, 청동, 철 등이었으나 근대에 와서 금속재료 외에도 요업재료, 천연유기재료 그리고 합성고분자재료를 사용하기 시작하였다. 과거에 사용하였던 천연재료들로 만들어진 상품은 대부분의 노동력과 시간을 깎고, 다듬고, 자르고, 갈고, 써는, 즉 가공 과정에서 다 써버려야 할 정도로 가공성이 훨씬 뒤쳐지는 것이다. 합성고분자재료(플라스틱)는 초기에 금속, 목재, 유리, 도자기, 피혁 등의 대용품으로 등장하였으나 경량성, 강인성, 내부식성, 착색성, 대량생산가능성 특히 탁월한 가공성의 장점 때문에 현대에는 전기, 전자, 기계, 건축, 기타분야에서 필수 불가결한 재료로서 대용품이 아닌 새로운 재료로의 자리를 확고히 차지하기에 이르렀다.
플라스틱은 가열이나 가압 또는 이 두가지 방법에 의해 만들어지는 성형이 가능한 재료나 이러한 재료를 사용한 성형품의 총칭으로 최종적으로 고형(固形)이고 분자량이 크며 제조과정중 유동성을 이용하여 원하는 형태를 만들게 된다. 최초의 플라스틱이라 불리우는 1909년 L. 베이클랜드에 의해 발명된 페놀포르말린수지가 외관상 송진(resin)과 비슷했기 때문에 일반적으로 합성수지(synthetic resin)라 불렸고 "성형하기 알맞다"라는 뜻을 지닌 그리스어 "plastikos"에서 유래되었다.
플라스틱은 "조물주가 세상만물을 창조할 때 유일하게 빠뜨린 물질"이라는 표현이 있을 만큼 오늘날의 인류에게 가져다 준 혜택은 무한하다. 플라스틱이 발견되지 않았다면 지구상의 나무와 쇠가 반으로 줄었든지 아니면 인구증가의 속도가 이처럼 빠르지 않았을 지도 모른다.
플라스틱의 탄생과정은 사실 인간의 실수와 우연에 의한 것으로 1846년 스위스 바젤 대학의 교수였던 쇤바인이 화학실험을 하던 중 실수로 왕수(염산과 질산이 3대 1로 섞인 용액)가 든 병을 바닥에 떨어뜨렸다. 그는 엉겁결에 주변에 있던 면 치마로 왕수를 닦아낸 뒤 이를 한쪽 구석에 처박아 두었는데, 몇 시간 뒤에 보니 왕수가 닿은 부분의 면 치마가 조금 녹으면서 투명하고도 끈적끈적한 물체가 생겨난 것을 확인할 수 있었다. 면 치마를 집어드니, 이 물체는 마치 바닥에 붙은 껌을 떼어내듯 실처럼 길게 늘어졌고, 얼마 뒤에는 그 형태 그대로 굳어지기까지 했다. 이러한 장면은 오늘날에는 껌이나 본드, 녹은 비닐, 플라스틱 등에서 흔히 볼 수 있는 현상이지만, 어떤 물질이 길게 늘어진다는 것은 당시로서는 매우 보기 드문 장면이었다. 쇤바인은 연구 끝에 면에 있던 "셀룰로오스 성분이 질산과 결합해서 질산셀룰로오스라는 새로운 물질로 변했기 때문"이라는 사실을 알아냈고, 이러한 발견은 즉각 유럽 전역으로 퍼져 프랑스에서는 이를 원료로 한 샤르도네 실크라는 인조비단을 뽑아내기에 이르렀다. 이후 1863년 당구공 원료인 상아의 품귀 현상이 일어나자 인쇄공 청년이었던 하이아트는 여러실험 끝에 질산셀룰로오스 용액에다 약장 안에 있던 캠퍼(장뇌 식물 성분으로 당시 피부약으로 사용되고 있었음)를 집어넣자 질산셀룰로오스가 서서히 굳어지기 시작하면서 딱딱하게 변하는 것을 발견했다. 지금은 각종 가소제(물체를 굳혀 형태를 유지토록 하는 촉매제의 일종)가 개발됐지만, 당시로서는 이 캠퍼의 성분이 가소제 역할을 했던 것이다. 오늘날 당구공뿐 아니라 단추, 사진 필름, 책받침, 틀니 등으로 널리 사용되는 투명한 플라스틱, 즉 셀룰로이드는 바로 이렇게 해서 탄생되었다. 셀룰로이드의 합성에 성공하자 이후 관련된 연구가 활발히 벌어지기 시작했고, 이 과정에서 1905년 베이클랜드가 포름알데히드와 페놀을 합성, '베이클라이트'(일명 석탄산수지)를 만들어 냈다. 이 물질은 열경화성 (가열하면 처음엔 물러졌다가 계속해서 높은 열을 주면 점점 단단해지는 성질)까지 갖추고 있어, 열만 가하면 원하는 형태의 물질을 만드는 데 제격이었다. 특히 베이클라이트는 셀룰로이드처럼 식물성 원료에다 특정한 물질을 넣어 만든 것이 아니라 광물성 물질들을 완전하게 결합, 새로운 성질을 만들어 낸 것이라는 점에서 일부에서는 베이클라이트를 최초의 플라스틱이라 부르기도 한다. 이후 플라스틱에 대한 연구가 활발해지면서 독일의 슈타우딩거는 이같은 물질들이 "수만 개의 분자 단위가 결합된 엄청난 크기의 분자"라는 '고분자론'을 내세웠지만 비웃음만 샀다. 그러나 하버드대 교수 출신으로 뒤퐁사에서 일하던 캐로더스는 그의 주장을 확신, 플라스틱 연구를 계속하다 1930년대에 '나일론 섬유' 와 '합성고무' 등을 잇달아 개발해 냈다. 특히 나일론은 뒤퐁사가 1940년 스타킹으로 처음 선보여 시판 첫날 4백만 켤레가 팔리는 대돌풍을 일으키기도 했다. 이와 함께 석유의 분해 과정에서 얻어지는 나프타를 통해 에틸렌, 프로필렌 등 각종 탄소화합물을 쉽게 분리할 수 있다는 사실이 밝혀지면서 이들 화합물의 합성 연구가 활발해졌다. 영국의 ICI사는 에틸렌 압축작업을 하던 중 여러 개의 압축기중 단 한 개의 압축기에서 이상한 물질이 생기는 현상을 발견, 이유를 찾던 끝에 압축기의 균열을 통해 들어온 산소가 촉매작용으로 에틸렌을 중합시켜 폴리에틸렌(오늘날의 저밀도 폴리에틸렌. 현재는 과산화수소를 촉매로 사용함)을 만든다는 사실을 발견하기도 했다. 이후 뒤퐁사가 1938년 테플론을, 독일 지글러가 '고밀도 폴리 에틸렌'의 합성에 각각 성공하는 등, 수많은 과학자들과 기업들이 석유화학에 집중적으로 몰리면서 플라스틱은 비로소 숨겨져 있던 엄청난 능력을 끊임없이 쏟아내기에 이르렀던 것이다.
한편, 80년대 들어 환경 문제가 강력히 대두되고 세라믹 등 신소재의 개발이 속속 이루어지자 어떤 이는 "플라스틱 시대는 이제 끝난다"라고 예견했다. 가공이 손쉽고 가벼우며 값이 싼 플라스틱의 장점은 불에 타기 쉽고 분해가 잘 안돼 환경 공해 물질이며 강도가 약한 단점을 더 이상 가릴 수 없다는 것이다. 그러나 최근 엔지니어링 플라스틱, 기능성 고분자로 표현되는 각종 특수 플라스틱이 등장하면서 오히려 '제2의 플라스틱 혁명'이 일어나고 있다. 대표적인 것이 전도성 플라스틱. 최초의 플라스틱인 베이클라이트가 절연체로 쓰였듯 전류 차단은 플라스틱의 핵심 성질이지만, 90년 펜실베이니아 대학 연구팀은 이마저 극복해버렸다. 그들은 플라스틱의 무수히 꼬인 고분자를 직선으로 편 뒤, 탄소분자들을 나란히 붙임으로써 전자들이 오고가게 할 수 있는, 즉 전류를 흐르게 하는 전도성 플라스틱을 개발해 냈다. 이는 이미 플라스틱 배터리와 플라스틱 콘덴서 등으로 응용되고 있는 상태다. 또 분자 결합의 강도를 매우 높여 섭씨 수백 도의 열에 견디는 플라스틱이 속속 등장하고 있는데, 일본 혼다사의 경우는 이를 이용해 경주용 자동차 엔진까지 만들고 있다. 이와 함께 미 뒤퐁사의 케블러 섬유, 국내 KIST에서 개발한 아라미드 섬유처럼 철사보다도 훨씬 인장 강도가 뛰어난 플라스틱 섬유도 등장하고 있다. 이 밖에 박막 형태로 만들어 표면을 종이처럼 가공한 플라스틱 종이, 목재의 비중인 0.7∼0.9에 맞춘 발포수지, 생분해·광분해성 성분을 섞지 않아도 분자 자체가 일정 조건이 부여되면 분해되는 차세대 플라스틱도 등장하고 있다.
(3) 플라스틱의 제조
플라스틱은 석유, 천연가스, 석탄으로부터 분자량이 작은 단량체(monomer)를 만들고 이를 고분자화한 유기화합물을 말한다. 저분자를 고분자화하는 반응에는 ① 중합반응(polymerization), ② 중첨가반응(polyaddition), ③ 중축합반응(polycondensation), ④ 첨가축합(addition-condensation), ⑤ 기타 고분자화반응이 있다.
나. 폐플라스틱
(1) 우리나라의 플라스틱 폐기물
국내의 경우 1930년 일제가 만든 베이클라이트 공장과 가내수공업 형태의 셀룰로이드 가공이 산업의 시작이었으나 미미한 수준이었고, 50년대 들어 부산의 화장품업체였던 락희화학이 폴리스티렌 사출기를 처음으로 도입, 화장품통, 칫솔 등을 생산하면서 플라스틱 산업이 형성되었다. 이후 67년 대한플라스틱의 준공, 72년 울산 석유화학단지 조성 등이 잇따르면서 본격적인 플라스틱 시대를 열게 되었다. 우리나라도 석유화학공업의 발전과 더불어 세계적인 추세와 함께 그 생산이 매년 상당한 비율로 늘어나고 있으며 그 생산량은 세계 5대 생산국에 포함될 수 있을 정도로 많은 편이다.
한편 '70∼'80년대의 급속한 산업의 발전과 더불어 발생하기 시작한 플라스틱 폐기물에 대해 우리나라가 관심을 가지고 법적으로 대처하기 시작한 것은 1979년 "합성수지 폐기물 처리사업법"의 제정에 따라 1980년 "한국자원재생공사"가 설립되면서부터 이며 1992년말 "자원절약과 재활용촉진에 관한 법률"의 제정과 1993년 총리령으로 "제품의 포장방법 및 포장재의 재질 등의 기준에 관한 법률" 등에서 발생원 감량화를 꾀하고 있다.
폐플라스틱의 발생량은 국내 실수요량의 함수이나 각 플라스틱의 품목별, 용도별로 사용기간 또는 회수에 소요되는 기간이 모두 다르기 때문에 그리 간단하지는 않다. 표 5.14.5는 우리나라의 6대 범용 폐플라스틱의 연도별 발생량 및 예측을 나타내고 있다.
'전국 폐기물 발생 및 처리 현황(환경부, 1997)'의 통계에 따르면 1996년에는 총발생 폐플라스틱류 중 88.1 %를 매립, 소각은 10.6 %이었고 나머지 1.4%만이 재활용되어, 발생량 저감이나 재활용의 효과는 아직 미미한 상태에 머무르고 있다.
( 범용 폐플라스틱의 년도별 발생량 및 예측 (단위:톤) )
연도
LDPE
HDPE
PVC
PP
ABS
PS
1988
301,875
109,244
196,247
179,953
31,959
71,123
1989
313,471
113,494
179,690
205,716
37,746
44,212
1990
341,520
159,870
178,567
233,670
50,466
48,070
1991
345,239
218,684
196,118
294,909
60,032
84,068
1992
333,739
297,732
244,269
369,173
69,321
143,704
1993
380,235
392,401
306,974
457,081
56,560
170,488
1994
441,724
489,971
317,387
538,266
46,424
183,966
1995
429,014
517,036
328,992
570,276
64,627
204,618
1996
448,488
582,674
353,409
631,461
68,194
229,143
1997
467,963
648,312
377,827
692,645
71,762
253,667
1998
487,438
713,950
402,244
753,830
75,329
278,192
1999
506,913
779,587
426,662
815,015
78,896
302,717
(2) 폐플라스틱의 재활용방법
폐플라스틱의 재활용방법을 간단히 정리하면 표 5.14.6과 같으며 표 5.14.7은 재생플라스틱의 사용분야를 설명한 것이다.
(3) 국내외의 폐플라스틱 처리기술
(가) 국내
국내의 폐플라스틱 재생업계는 대체로 영세하고 낙후되어 있어 기존의 방법을 답습하고 있다.
1) 단순 혼합재생 :
가) (주)신일산업 : 플라스틱 파렛트, 수로관, 플륨관, trough 등 생산
2) 보강제 이용 혼합재생 :
가) (주)동일레진 : 각종 혼합 폐플라스틱과 연탄재나 고지 등을 이용하여 토목이나 건축자재 생산
나) 한국파스콘(주) : 올레핀계 수지에 화력발전소의 플라이 애쉬를 첨가하여 각종 오수 받이, 맨홀, 아파트 옥상의 핏트나 주차장의 카 스토퍼를 생산
다) (주)한국재생 : 불연성과 가연성의 폐플라스틱에 슬러지, 연탄재, 폐모래, 생활 쓰레기를 혼합하여 벽돌, 하수관, 기왓장, 욕조 등 각종 건축자재 생산
3) 특수한 extruder를 이용하는 혼합재생 :
가) 고려수지 : 녹는 물질은 거의 모두 혼입하여 별다른 약품의 추가적 투입 없이 견고한 제품생산
4) 유화처리 :
가) 정경산업(주) : 폐타이어나 폐플라스틱류로부터 재생유를 생산
나) 국외
1) 상용화제
혼합 폐플라스틱의 직접 가공기술 및 가공기의 개발은 국외에서 오래 전부터 많은 연구가 진행되고 있는데 polymer alloy 및 blends의 개발 등이 그 예이다. 각종의 상용화제를 생산하고 있는 해외의 대표적인 업체들에는 Bennet BV, Shell, Dow Chemical, Rohm & Haas, Uniroyal, Du Pont, ARCO, Monsanto, 일본유지사, 동아합성화학공업(일본) 등이 있다. 그리고 현재 세계적으로 상업화되어 시판되고 있다.
-폐플라스틱의 재활용방법
재활용방법
내 용
재 생
이용법
용 융
재생법
○ 단일 또는 혼합 플라스틱 폐기물을 용융점이상으로 가열(110∼150℃) 용융후 냉각 또는 압축하여 재생품(고체제품)을 생산
○ 성형방법
- 압출(사출)가공법
·파쇄, 선별, 세정, 분리, 건조, 균질혼합, 가열압출, 제품화의 순
·금속, 유지류, 종이류 등의 이물질 혼합시에도 처리가능
·재생품 : 농업자재, 토목자재, 어업자재 등
- 압축가공법
·폐플라스틱을 가열용융후 냉각성형
·플라스틱성상이 균질이고 함유율이 높은 경우에 유리
·재생품 : 지주용항, 토관, 집성관 및 판상제품 등의 건설용 자재 등 재생품 특성에 따라 충전재의 선택
용 해
재생법
○ 열가소성 플라스틱을 폐유 등의 용제를 사용하여 용해시킨후 접착제를 첨가하고 충전재로서 모래, 점토등을 섞어 가압성형하여 건재 등을 제조
○ 일부 재생품이 도로포장에 사용되고 있으나 아직 연구개발단계
파 쇄
재생법
○ 폐플라스틱을 분쇄하여 토지개량재, 매립재료, 경량골재, 아스팔트골재, 연료 등으로 이용
○ 발포PS를 파쇄한후 접착제를 사용하여 시멘트와 혼합한후 블럭 또는 건물의 외벽, 칸막이벽 등에 이용되는 경량 보드를 생산
고체연료화법
○ Polyolefin계 폐합성수지에 왕겨, 톱밥 등을 혼합하여 압출기로 가압압출하여 고체연료화
분 해
이용법
열분해
○ 폐플라스틱을 공기를 차단한 상태에서 가열하여 가스, 오일등으로 전환
소각법
○ 각종 소각방법을 이용, 폐플라스틱이 지니는 열량을 회수
2) 특수한 extruder를 이용하는 복합재생
가) 벨기에의 ART(Advanced Recycling Technik GmbH의 약칭)사 : 혼합 폐플라스틱으로부터 목재 대용품 생산
3) 보강제를 이용한 복합재생
가) 미국의 Xymax 2006, Inc. : 볏짚과 폐플라스틱을 이용 각종 목재 대용품 생산
나) 일본의 아인엔지니어링(주) : 농업용 폐플라스틱을 공기건조세척 방법으로 이물질을 선별하여 목재분말과 혼합, 목재 대용품을 생산
다) 독일 : Planex나 Horn & Bauer 등 : 폴리올레핀계 플라스틱과 목분을 혼합, 건축자재, 고속도로 가드레일, 해안 경계목이나 장식용 생산
라) 기타 : Mobil Chemical사, Trimax사, The Plastic Lumber사, Advanced Environmental Recycling Technologies사, Seaward International사, Earth Care사, American Plastics Recycling사, Hammer's Plastic Recycling사, Innovative Plastic Products사, National Waste Technologies사, Plastic Recyclers사, Superwood사 그리고 Recycled Plastic Industries사 등.
4) 분리
가) 독일의 Bezner : 혼합 폐플라스틱에서 광전자 디텍터를 이용하여 PET를 포함한 PE, PP, PS, PVC를 분리.
나) 미국의 Magnetic Separation System사 : Single Line BottleSort라는 시스템에서 각종 폐플라스틱병을 재질별, 색상별로 분류
다) 독일의 Humboldt Wedag사 : 원심분리력을 이용하여 분리와 세정을 동시에 하는 Censor라는 시스템을 개발하여 보급. 물과 염수를 사용하여 금속 및 종이 등 이물질과 폴리올레핀계, PS, PVC 등을 분류.
라) 독일의 BFI Entsorgungstechnologie GmbH : 컴퓨터에 폐플라스틱병의 각종 정보를 입력시켜 통과하는 폐플라스틱병에 전자파를 보내어 용기의 재질별, 형상별, 색깔별로 자동 선별하는 시스템.
마) 미국의 Frankel Industries사 : Kiss Potlight라는 시스템을 이용. 컨베이어 벨트 밑에서 형광 X선을 조사하고 특수안경을 착용하고 통과하는 플라스틱을 재질별로 밝기에 따라 수작업분리.
다) LB&M사의 Conard Recycling Process : 폐타이어 유화의 변법으로 컴퓨터에 의하여 연속적으로 조작이 가능하며 열분해 온도가 높을 수록 C1∼C5의 기체상의 탄화수소까지 얻을 수 있으나 통상 최종 생성물의 70∼80 %가 재생유가 되도록 운용. 잔사는 탄소의 형태로 얻어지며, 그 양은 1∼3 % 정도.
라) 독일의 Kohleol - Anlage Bottrop GmbH : 현재 년간 4만 톤의 폐플라스틱을 유화처리하는 실증공장
마) 그 외에도 일본에는 (주)橫山폴리에틸렌공업 등 한국에 소개된 곳이 10 여개 이상이며 대표적인 공정은 三菱重工業의 회수법, 川崎重工業의 포리浴法, 三洋電機의 고주파법, 住友重機의 유동층법, 日揮의 유동층법, 三井造船의 분해로법, 神戶製鋼의 로타리 킬른법 등이 있다.
6) 기타
가) 혼합 폐플라스틱을 제철소의 환원제인 코우크스 대신 사용(독일의 RRR GmbH)
나) plasma를 이용한 재생처리의 방법 : Plasma의 초고열을 이용하여 혼합 폐플라스틱을 각 유용한 화학원료로 회수하고 같이 넣어 준 lime과 함께 불순물이나 잔사는 고화시켜 건축자재로 사용.
다. 플라스틱의 환경오염과 재활용의 문제점
(1) 폐플라스틱에 의한 환경오염
(가) 주변경관을 해침.
(나) 자연계에서 분해가 어려움.
(다) 바람을 따라 비산하여 옮겨다님.
(라) 물의 표면을 떠다님.
(마) 소각시 2차 오염물질을 유발함 (염화수소, 다이옥신 등).
(2) 폐플라스틱과 관련한 우리나라의 환경규제 동향
(가) 환경규제
1) 플라스틱 포장재의 과다사용 규제
2) 환경오염 부담금 부과 및 예치금 제도 실시
3) 일회용 포장재 사용규제
(나) 대처방안
1) 감량화 및 분해성 플라스틱 사용확대
2) 재활용유도
3) 2차 오염이 없는 소각·열회수시설 확대보급
(3) 주요국가의 플라스틱에 관한 규제 동향
-외국의 플라스틱 규제 동향 -
국 가
규 제 사 항
한 국
PVC로 라미네이션 또는 코팅한 포장재의 사용금지
완구, 인형 또는 종합제품을 포장할 때 발포PS 사용금지
이 태 리
비분해성 플라스틱의 쇼핑백에 대해 100리라의 과세
액체 식품용기의 재활용 의무화
생분해성 플라스틱 제품의 권장
독 일
PET병에 대해 50페니히의 데포지트 부과 혹은 80%의 재활용 의무화
지방에 따라 PVC 병의 사용금지
덴 마 크
원웨이 포장재료에 PVC 사용금지
재사용이 불가능한 음료병의 사용금지
스 위 스
PVC병 스틸 캔, 알루미늄 캔의 사용금지 법안
재활용체계가 불가능한 용기의 사용금지
오스트리아
PVC 포장재의 사용금지 법안
PET병, 알루미늄 캔의 데포지트
미 국
9개주에서 플라스틱병에 데포지트
16개주에서 음료수병에 생분해성 플라스틱의 사용허용
1개주에서 생분해성 백의 사용법안
(4) 우리나라 폐플라스틱 재활용의 문제점
(가) 기술 : 혼합 폐플라스틱의 효과적 재생의 가장 큰 문제점으로, 많은 방법과 기술이 연구되고 있고 실증화된 것도 있지만 완벽한 방법으로 제시된 기술이 없는 실정임.
(나) 경제 : 석유공업화학의 발달로 인한 대량생산으로 virgin resin의 가격이 낮아서 현재 재생산업의 채산성이 낮음.
(다) 제도 : 플라스틱 재질별로 분리수거만 실시할 뿐 적극적인 뒷받침이 부족하며 제도적 보완 필요. 이런 문제점을 극복하기 위해서는
① 우선 구매제도의 확대
② 분리수거 홍보
③ 생산 단계에서의 재료와 재생에 대한 재검토
④ 재생업체의 육성 등을 강구할 필요가 있다.
플라스틱성형의 종류
1. Aircushion forming(에어쿠션성형)
Plug assist성형의 개량법의 한가지이며, 가열 연화한 열가소성 플라스틱시트를 플러그로서 내웅형에 삽입할 때에 플러그와 형의 양쪽에서 가열 공기를 분출하여 플러그와 시트의 사이 및 형과 시트의 사이에 공기의 흐름을 만들고, 그 플라스틱 시트가 플러스형에 가능한 접촉하지 못하도록 고려하면서 플러스를 삽입하고, 그 삽입이 끝나면 동시에 형에 공기의 분출을 정지하고 반대로 진공에 당기는 형법이다. 이 방법을 드래그라인이 감소하여 또 면이 두꺼워지는 것도 방지한다.
2. Autoclave molding(오토클레이브 성형)
백 성형의(bag molding)의 일종인 가압성형의 한 방식이다. 경질의 웅형 또는 자형의 어느 것이나 1개를 사용하여 시트상의 적층성형재료를 소요의 두께로 얻기까지 적층한 뒤 그 위에서 고무 또는 그 외의 재료로 만든 탄성 있는 유연한 백(bag) 내지 시트로 덮고 그 전체 를 오토클레이브 안에 삽입하고 증기를 불어 넣어 가열 가공하거나 또는 압축공기를 송입하여 가압함으로써 플라스틱 재료를 경화시키는 방법이다. 주로 불포화 폴리에스테르수지와 유리섬유를 사용하는 강화플라스틱의 성형 응용한다.
3. Automatic compression molding(자동압축성형)
압축성형의 각 공정을 차례로 자동적으로 조작으로 조작하는 방식이다. 제품인 성형품의 품질의 균일화와 인력의 소멸 또는 다량생산의 향상이 기대된다.
4. bag molding(백성형)
강화플라스틱의 저압성형방법의 일종이며 웅형 또는 자형의 어느것이나 한쪽 편을 사용하여, 표면에 소요의 강화플라스틱용 적층 성형 재료를 레이업 한 뒤, 또 그 표면에 연질의 고무 또는 플라스틱 필름제의 자루를 덮고 그 자루에 공기압을 가하거나(가압백 성형) 또는 반대로 자루안의 공기를 빼냄으로써 직접 대기압으로 가압 (진공백성형)한다. 적층 성형 재료를 형의 표면에 밀착시켜서 경화하여 성형하는 방법이다. 또는 가압백성형에서 형 및 그것에 밀착시킨 적층성형재료를 연질고무 내지 플라스틱 필름으로 된 자루에 넣은 그대로 오토클레이브의 안에 넣어서 가열 가압 경화시키는 성형방법을 오토클레이브법이라 한다.
5. Blow molding(중공성형)
분할금형 내에 가열로서 연화하여 열가소성 플라스틱의 파리손 또는 시트를 공기압 등을 사용하여 부풀게 하고, 금형에 밀착시키면 동시에 냉각하여 공중체를 얻는 방법이다. 중공성형 또는 취입 성형이라 한다. 통상 가열 용융한 열가소성 플라스틱 성형재료를 압출하여 또는 사출방식에 따라 튜브상으로 예비 성형한 파리손 또는 2장 맞춘 시트를 블로성형용 금형 내에 삽입하여 가열 연화한 뒤 그런 내부에 공기를 취입하여 중공제품을 성형한다. 블로성형에는 파리손의 상태성형방식 등에 따라 여러 가지 형식이 있고 그 대표적인 것에 인젝션 블로성형, 압출블로성형, 시트블로법(시트 파리손법), 다이렉트 블로성형, 주사침식 블로성형 등이 있다.
6. Bottom blowing(하취법)
블로성형에서 다이에서 압출한 파리손의 하부에서 공기를 취입하여 성형하는 방법이다.
7. Casting(주형)
액상유지 수지용액 또는 배합고무 라텍스액 등을 개방형 또는 면에 유입하여 상압하에서 건조 또는 중합반응으로서 고화시키는 성형법이다. 열경화성 플라스틱에서는 초기 축합물이나 프리폴리머 열가소성 플라스틱에서는 모노머 내지 프리폴리머 또는 폴리머 용액으로 사용한다.
8. Centrifugal molding(원심성형)
회전할 수 있는 금형에 분말상 열가소성 플라스틱재료를 투입하는 동시에 가열로 내에 가열하며 고속 회전하는 금형의 벽을 통하여서 부열로서 용융상태로 된 열가소성 플라스틱 재료는 고속회전에 의한 원심력으로 금형내부에 압부되어 셩형된다. 또 압출기를 사용하여 용융 열가소성 플라스틱 재료를 노즐에서 저속회전하고 있는 예열금형 안에 소정량을 투입한 뒤 그 금형을 고속회전으로 바꾸어 탈포를 겸하여 금형 내면을 그 용융 플라스틱 재료로서 균일한 두께로 덮이도록 하고, 다음 공랭으로 이행하여 금형내면에 접촉하는 성형품 표층부에서 접촉 플라스틱 재료를 고화시켜서 성형한다. 풀리, 로터 등과 같이 대형 또한 두꺼운 성형품의 성형에 용융한다.
9. clam-sell vacuum forming(크림셀 진공성형)
2장의 동질 또는 이질의 플라스틱 시트를 합하여 가열한 뒤 금형 안에 끼워 넣고 진공성형함으로써 중공용품 등을 성형하는 방법이다.
10. Closed preform process(클로스 프리폼법)
강화 플라스틱 성형법의 일종이며, 밀폐한 설비내에서 목적으로 하는 성형품의 형상대로 조형한 스크린의 상면에 단섬유 길이의 유리섬유(chopped strand)를 산포하여, 또한 그 스크린의 외측면에 유리 단섬유 멧을 균일한 두께로 붙착시켜서 이것에 액상 열경화성 수지 바인더를 취부시켜서 형상을 고정한 성형품상의 매트기재를 만드는 방법이다. 헬멧을 등에 적용한다.
11. Cold dipping(냉침 성형법)
페스트가공의 일종인 ? 성형에서 상온의 금형을 플라스틱 졸형에 침지한 뒤 꺼내서 그 금형의 외측표면에 부착한 졸을 가열 용융한 뒤 냉각하고, 금형을 빼내서 플라스틱 제품을 얻는 방법이다. 1회의 냉침지로 금형 외표면에 부착하는 막두께는 플라스틱의 점도, 유동특성, 금형의 꺼내는 속도 등에 따라서 결정한다. 고점도에서 고항복치 졸일수록 막두께는 두꺼워진다. 또 꺼내기 속도가 빠를수록 두꺼워 진다. 그러나 통상0.5~1.5mm정도의 막두께 제품을 필요로 할 경우는 냉침지와 가열용액 및 냉각의 3가지 조작을 반복하여야 한다.
12. cold molding, room temperature molding(냉각성형)
냉경화성수지의 압축성형에서 상온의 고압을 걸어서 압축 성형한 뒤 형에서 꺼내고, 이어서 가열 경화하는 방법이다. 불소수지나 레지노이드 지석의 성형 등에 사용한다. 냉간가공과 혼동하지 말 것
13. cold press molding(콜드 프레스 성형)
프레스를 사용하여 하는 강화플라스틱 성형가공법의 일종이며, 상온 경화형의 고반응의 불포화 폴리에스테르 수지이나 에폭시 수지 등을 사용하고, 상온내지 수십도 이하의 저온에서 경화반응과 함께 반응열을 이용하여 성형한다. Matched die method과는 다르고, 특별한 가열가압을 할 필요가 없으므로 금형을 필요로 하지 않고, 오히려 열전도율이 나쁜 강화플라스틱형을 통상 사용한다.
14. Composite molding(복합성형)
압축성형과 트랜스퍼 성형의 조합으로써 2종 이상의 플라스틱 성형재료를 같은 금형 캐비티 내에 동시에 충전하는 성형방법이다.
15. Compression molding(압축성형)
플라스틱의 기본적인 성형방법의 한가지이고, 플라스틱 성형재료를 금형 캐비티에 넣은 뒤 프레스로서 가열가압하여 성형하여, 냉각고화 후에 꺼낸다. 보통은 열경화성 플라스틱의 성형에 이용하고 있지만, 특수한 열가소성 플라스틱성형에 사용한다. 플라스틱의 성형재료는 금형캐비티에 가열가압하여 연화하여, 유동상태로 되어 캐비티 전체에 충만하기만 열경화성 플라스틱의 경우에는 즉시 경화온도에 달하면 그것을 경화한다. 소정의 경화시간이 경화한 뒤 금형을 열어서 성형품을 꺼낸다. 열가소성 플라스틱 경우는 가열가압 후 적당한 기간이 경과한 뒤, 금형을 냉각하고서 개방하여 성형품을 꺼낸다. 보통 압축성형에 의하며, 사출성형이나 트랜스 성형에 의한 경우에 비교하여, 플라스틱 성형재료에 포함하고 있는 충전재나 플라스틱소재 고분자의 배향이 적고, 따라서 잔류 내부응력이적은 성형품을 얻기 쉽다.
16. Contract heating and vacuum forming(접촉가열진공성형)
소정의 온도를 유지하고 있는 열반을 웅형 사이의 열가소성 플라스틱 시트를 끼우고, 그 시트를 열반에 밀착시켜서 가열한 뒤 열반에 뚫어진 다수의 작은 구멍에서 압축공기를 불어내는 동시에 웅형 캐비티안을 배기감압진공으로하여 성형하는 방식이다.
열경화성 수지의 압축성형, 적층성형, 사출성형 등을 약간의 가압으로서 또 전열 가압하지않고 하는 것이다. 불포화에스테르수지, 에폭시수지 등과 같이 경화시에 탈수나 탈가스도 함께 하지 않는 합성수지의 성형법의 일종이다. 강화플라스틱의 핸드레이업, 스프레이업 등이 이것에 속한다.
18. dip molding, dipforming(딥 성형)
성형용 웅형을 플라스틱, 또는 고무의 라텍스, 플라스틱졸 또는 올가노졸으로서 된 페이스트 등의 안 함침한 뒤 꺼내서 그 웅형의 표면에 박막상으로 플라스틱, 또는 고무를 부착시켜서 건조 또는 더 가열하여 겔화시키거나 가류한 뒤 형에 떼내서 성형품을 얻는 방법이다.
19. Direct blow molding(다이렉트 블로성형)
블로성형에서 먼저 가열 용융한 열가소성 플라스틱재료를 튜브상으로 압출한 파리손을 냉각하지 않고 그대로 성형용의 금형에서 끼우고, 이어서 그 파리손의 내부에 공기를 흡입하여 공중제품을 성형하는 방법이다. 인젝션 블로 성형, 콜드 파리손법, 시트 블로법 등과의 대비에서 사용하는 용어이다.
20. Double rotation system powder molding(2축 회전법 분말 성형)
플라스틱 분말을 넣은 금형을 수평과 수직으로 동시에 회전하면서, 플라스틱 분말을 가열, 용융한 뒤 웅형하여 성형품을 꺼내는 방법이다. 금형내의 플라스틱 분말은 금형의 회전에 잇따라서 유동하므로 수평회전수의 수직회전수의 비를 금형의 형상치수에 따라서 적당히 선택하면, 균일한 두께의 성형품을 얻는다.
21. Double-shot molding molding(더블쇼트성형)
사출성형에서 일단 사출 성형한 성형품(부분)을 딴 금형 캐비티 안에 삽입하여 그 공간에 다시 이색 또는 이종의 플라스틱 용융재료를 사출 충전하여 일체 성형품을 만드는 방법이다. 사출성형기를 2대 사용하여 실시하는 경우, 또는 2색 사출성형기를 사용하는 경우도 있 다.
22. flexible plunger molding(연질 플린저 성형)
저압성형법의 일종이며, 백(bag)성형에서의 백(bag) 대신에 고무제의 연질 플린저를 웅형 내의 액상수지를 함침 강화적 층재의 위에 낙하시켜서 가압하여, 웅형내 면에 밀접한 자형 외면이 형성되어 균일할 수 있는 성형법이다.
23. Foaming, expansion molding(발포성형)
(1) 발포제를 사용하여 폼을 제조하는 공정이다.
-발포성형을 대별하면 1) 두꺼운 판을 제조하는 블록성형 2) 판상의 것을 제조하는 판물 성형 3) 형을 사용하는 제조하여 형물 성형이 있다. 또 연속적으로 폼을 제조하는 연속발포법과 불연속적으로 폼을 제조하는 뱃치발포법으로 분류하면 뱃치발포법에서 현재 주목하는 것은 스트럭츄얼폼의 성형법과 반응 사출성형(RIM) 특히 강화반응사출성형(R-ROM)이다.
(2) 발포제를 가하거나 기계적 포립, 그 외의 방법으로 다양의 거품(기포)을 만드는 것이다
24. Foil decorating, molded-in foil decoration(회부성형)성형품의 표면에 그림이나 모양 등을 붙이는 기술중 미리 그린 그림이나 모양을 인쇄한 필름을 사용하는 것이다. 각종 화장판, 멜라민수지회부식기 등에는 수지를 함침한 인쇄지를 사용하여(이것을 오나민 프로세스라고 한다) 압축성형하고, 열가소성 플라스틱(예컨대 폴리프로필렌)의 그림 붙이기 성형에는 인쇄한 플라스틱 필름을 사용하여 사출 성형한다.
25. Free blow molding(자유팽장성형)
열성형의 일종이며, 형을 사용하지 않고, 내외의 압력차만으로 성형하는 방법이다. 메타크릴 수지를 사용하여 항공기의 캐노피(canopy)등을 성형하는데 사용한다. 주위를 클램프한 메타크릴 수지판을 가열 연화하여, 압축공기를 취입하여 부풀게 하여 성형한다. 이 방법은 형을 사용하지 않으므로 투명성의 성형제품을 얻게 된다. 그러나 고도의 기술을 필요 로하는 특수한 성형법이다.
26. Heatronic molding(고주파예열성형)
열경화성 수지 성형재료를 고주파로서 예열하여, 압축 또는 트랜스퍼 성형하는 것이다. 성형사이클을 단축할 수 있고, 내부변형이 적고, 또한 전기적 성질 및 기계적 성질이 더욱 우수한 것으로 된다.
27. High expansion ratio foaming(고발포 성형)
보통 발포배율이 5배 이상의 발포 플라스틱을 성형하는 것이다.
28. High pressure laminating(고압적층성형)
적층 성형에서 50kgf/㎠이상, 통상 100~200kgf/㎠이상의 가압을 사용하여 성형하는 것이다. 페놀수지, 우레아수지, 멜라민수지 등의 축합형 열경화성 수지 적층품의 성형에 적합하다.
29. Inflatable flexible bag molding(가압백성형)
강화 플라스틱의 저압성형법의 1종이며, 웅형내에 적층 재료를 핸드 레이업한 뒤 그 다음 연질의 탄성고무 또는 플라스틱제의 자루를 포개서 실하여 그것을 고정한 다음 압축공기 또는 물 등을 넣어서 부풀게 하여 웅형에 대용을 하여 저압성형용 열경화성 플라스틱을 경화 시켜서 적층 제품을 얻는 방법이다.
사출성형에서 금형 내에 성형재료를 사출 충전한 뒤 아직 약간 열려져 있는 금형 또는 캐비티의 1부에 더 압축력을 가하여 냉각고화 또는 경화를 끝내는 방법이다. 곧 성형재료의 금형내의 충전은 사출성형방식으로 한다. 냉각고화 또는 경화를 압축성형방식으로서 하는 기구의 성형방법이다. 투명면적이 큰 성형품 또는 두꺼운 성형품에서 배향 변형이 적고, 치수 정밀도가 높은 것에 호적인 성형방법이다.
VACUUM FORMING
1.Vacuum forming? >열가소성 플라스틱의 열성형의 대표적인 일종이며, 자형 또는 웅형의 어느 것인가 한쪽 편만 사용하여 성형하는 방법이다. 열가소성 플라스틱 시트를 가열 연화한 뒤, 형의 위에 올려 놓고, 곧바로 혀와 시트의 간극을 진공으로 하여 시트를 형의 표면에 밀착시키는 동시에 냉각하여 성형품의 현상을 고정한 뒤, 반대로 공기를 흡입하여 성형품을 꺼낸다. 자형을 사용하는 경우는 스트레이트 포밍이라 하고, 웅형을 사용하는 경우는 드레이브 포밍이라 한다.
2.진공성형의 원리
>가열연화 된 Sheet와 형틀의 공간을 진공으로 만들어 Sheet를 금형에 밀착시켜 일정한 형태를 얻는 방법
3.Vacuum forming의 종류 1)싱글 스테이지 성형기 : 동시에 한 조작만 할 수 있는 성형기. 성형의 순서- 절단된 시트의 크렘프-시트의 가열구역으로 이동-히터를 시트로이동-시트의 가열-히터의 원위치-성형 2)더블 스테이지 성형기 : 동시에 두 가지의 조작을 할 수 있는 성형기로 두개의 성형부가 있어 히터가 양자 사이를 왕복하는 성형기, 시트의 가열시간이 길어서 두께가 두꺼운 시트의 성형에 적합하다. 3)로터리형 성형기 : 한 개의 기둥에서 뻗어나온 팔에 시트클렘프가 장치되어 있고, 그 기둥을 중심으로 단속적으로 회전하면서 성형 되는 것으로, 3개 이상의 스테이지가 있는 성형기 4) 일반용 연속 성형기 : 롤상의 시트를 사용하는 것으로 롤을 푸는장치, 가열부,성형부가 직선상에 나란히 있다.(일반성형기, 드럼식 성형기, 쉘식 성형기의 3가지가 있다) 5)접촉 가열 성형기 : 2축연신 PS시트의 성형에 유효하며, 성형의 원리는 시트를 가열판과 형 사이에 끼우고, 형 내를 가압 상태로 하여 시트를 가열판에 밀착시킨다. 이어 시트가 성형온도에 도달하면 형내의 공기를 뺌과 동시에 가열판의 다수의 작은 구멍을 통하여 기압을 주입해 성형하는 것이다, 또 형에 칼날을 설치해두고 성형종료 직후에 시트의 체부력을 늘려 제품의 구멍 뚫기를 행하는 성형기도 있다. 고속의 대량물량의 성형에 유효하다. 6)충진 포장용 성형기 : 일반용 연속성형기와 마찬가지 방법으로 원하는 모양을 성형한 후 상품을 내부로 충진하고, 그 위에 얇은 두께의 시트 또는 알루미늄 호일등으로 밀폐하고 필요없는 부분을 절취해내는 성형기이다. 종류로는 스킨팩킹기와 블리스터 팩킹기가 있다. 4.성형기의 기능에 따른 분류 1)크렘프 장치 가) 틀 형식의 상하이동 크렘프 : Stacking된 시트에 사용이 적당함 나) 체인에 의한 핀/클립식 수평이동 크렘프 : Roll 시트에 적당하다. 2)가열 장치 가) 가열방법에 따라 ① 복사가열 : 가장 일반적인 방법으로 300~600도의 범위의 열원에서 방사되는 적외선에 의한 가열 법
■ 히터의 종류 -씨이즈히터:금속관의 중앙에 코일상의 니크롬선을 넣어 그 주위에 열전도도 좋고, 고온에 있어서 전기 전열성이 높은 분말을 충진하고 고압 하에서 고형화 한 것, 사용온도는 최대800도이며, 보통은 250~450도로 사용한다. 적외선의 파장은 3~3.5마이크론(일반적으로 플라스틱에서 적외선의 흡수율이 3~3.5에서 높다) -석영관히터:일반적으로 텅스텐 선을 사용하며, 니크롬선도 사용된다. 사용온도 범위는 1400~2200도이며,1~1.2마이크론 히터의 효율성이 높은 반면 시트가 가열되기 쉽고 히터가 외부충격에 취약한 약점이 있다. -적외선히터:사용온도 범위는 300~500도,3~9마이크론의 원적외선어로 PE시트의 성형등에 사용함.
② 대류가열 :열풍 순환로 속에 시트를 넣고 열풍에서 전열에 의해 가열하는 방법으로 균일한 가열과 온도컨트롤이 뛰어난 반면, 방사가열에 비해 장시간을 요한다. 즉 장시간의 가열로 시트가 늘어지기 쉽고, 배향이 큰 시트의 경우는 시트의 치수 및 두께의 변화를 초래 할 수 있다. 따라서 이 방법은 가열시의 인장강도가 큰 수지에 의한 배향이 적은 시트의 가열로 한정된다. ABS수지와 PC의 후박판도 배향이 적은 경우 사용이 가능하다. ③ 접촉가열 :소정온도로 가열된 금속판에 플라스틱 시트를 접촉시켜 전열에 의해 가열하는 수법으로 열전도율이 약하므로 두께 0.5mm이하의 시트가열에 이용된다. 나) 히터판의 구성에 따라 ① 고정식 센드위치 히터판 :1쌍의 히터판을 시트의 사이에 고정배치하고 동시에 2히터판이 이동 할 수 있게한 장치 ② 분리형 센드위치 히터판 :1쌍의 히터판을 시트를 사이에 둘 수 있게 배치하고 각각의 히터판이 개별적으로 움직이는 장치. 3)형 테이블 >공압식과 유압식으로 나누어지며 양방식은 각각 켐식, 공압직압식, 유압직압식, 크렝크식, 유압토글식의 종류로 나?다. 4)기능제어 방식 >마그네틱 스위치 컨트롤 방식(MC 타입)과 프로그레머볼 컨트롤 방식(PC 타입)이 있다 5)진공장치 >700mm Hg이상의 진공도 사용(이때 대기압과의 차이는 0.95kg/cm2) 6)온도제어 방식 - 볼티지 볼륨과 볼트 지시계에 의한 아날로그식 온도제어 - 디자털식 제어 - 프로그레머블 디지털 자동온도 제어방식 5.진공성형기의 장/단점 (1) 장점 -저렴한 설비비용. -생산성 양호. -금형의 소재 다양성과 저렴한 비용. -얇은 두께의 성형이 가능. -장식보호, 마무리 가공이 양호함. -포장산업산업에 사용되는 경우 제품의 완전자동포장라인을 이룰 수 있다. (2) 단점 -정밀한 두께 조정이 어렵다. -후 가공 및 마무리 작업이 필요하고 scrap이 다량으로 발생한다. -시트의 선 제조를 필요로 한다
생산중의 취입성형 금형관리
생산을 개시했을 때 어떤 이유에서든 불량품이 발생하지 않는다고는 볼 수 없다. 그러므로 제품의 품질관리가 필요하다. 생산을 계속 중에 발생하는 불량의 원인으로서는 다음과 같은 것을 들 수 있다.
1) 수지의 차이 같은 그레이드의 수지라도 다소의 차이가 있으며 수축 등의 차이가 일어날 수 있다.
2) 금형상의 문제 장기간 사용하고 있으면 금형의 일부에 미세한 파손이나 분활면이 마모되어 플래시가 발생한다. 냉각회로가 물 때로 막혀 냉각수의 흐름이 나쁘게 되어 금형표면은 처음에는 깨끗했던 것이 부식되어 흐림이 발생한다. 그러므로 성형을 중단했을 때는 특히 이런 금형관리를 소홀히 하는 일이 없도록 각별한 점검과 취급이 필요하다.
3) 금형의 결로현상 금형온도를 5℃로 했다면 실내온도는 15~20℃ 이하로 유지해야 결로가 발생하지 않는다. 따라서 결로현상이 생기면 건조한 AIR CURTAIN등이 필요하지만 건조가 너무 심하면 정전기에 의한 마찰 등이 생기므로 ION공기가 필요하다. 따라서 금형온도와 실내온도의 차가 20℃이상이면 결로현상이 나므로 실내온도 유지를 위한 현장 나름대로의 조건을 맞추어야 한다. 일반적으로 성형실내온도는 23℃가 적정이다. 그러나 일단 성형이 끝난 후 결로는 성형유품에 하등의 물성상 영향은 미치지 못한다. 다만 손이 가야하는 번거로움이 따를 뿐이다
취입성형 금형용 강재와 요구특성
재료에 요구되는 주성능으로서는 아래와 같다. ① 내마모성 금형의 수명이나 정밀도 플래시 유무 등에 관계되는 중요한 인자이다. 일반적으로 경도에 비례하므로 담금질입 등의 열처리에 의해 개선된다. ② 경면연마성 연마성에 영향을 미치는 인자는 많다. 일반 강재에서는 핀 홀의 존재나 비금속 개재물의 함유 등의 이유로 연마성의 개선에는 한도가 있으므로 진공용해·진공주조한 전용의 강재를 사용하지 않으면 안된다. 결정입도를 세밀하게 하면 연마성이 향상된다. ③ 절삭가공성 이것은 경도에 비례하여 저하하므로 재료 선택이 더욱 곤란하다. ④ 열처리성 경도를 올리기 위한 열처리(담금질입, 담금질풀임)에 적합한 성능이란 처리효과가 큰 것만이 아니고 처리에 의한 변형을 적게 하기 위해서 공냉으로도 담금질입이 가능한 것으로 표면과 내부의 효과에 차이가 없는 것을 말한다. ⑤ 강도 사출성형과 같이 고압이 걸리는 경우에 특히 문제가 된다. 경도를 올리면 강도도 올라가지만 취약하게 되는 결점이 있다. ⑥ 내식성 PVC, 불소수지, ABS난연제 첨가재료와 같이 부식성 가스를 발생하는 재료의 성형에서는 이 부식성이 중요하다. 예를 들면 s50c나 s55c의 기계구조용 탄소강은 열처리를 하지 않으면 요구성능이 거의 떨어지지만 생산수가 적은 담금질입을 하면 금형제작 기간이 길게 된다. 따라서 금형내를 저렴하게 하고 싶다든지 고정밀도를 필요로 하지 않는 등의 경우에 있어서 이 재질이 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 내식성이나 내마모성을 특히 필요로 할 경우에는 SCM4(CROME MOLYHDENUM강)이나 SK7(탄소 공구강)등이 이용된다. 또 경도와 가공성을 양립시키고자 할 경우에는 PREHARDENEEL강이 많이 이용된다.이것은 담금질입에 의해 절삭가공한계 경도인 경도 HS40~50으로 한 합금 공구강으로 기계 가공후 일체의 열처리를 필요로 하지 않는 저코스트로서 내구성이 높은 재료이다. 또 이것에 상당하는 재질로서는 HPM1, HPM2 그리고 PSL 등이 있다. 한편 PREHARDERNED강이라도 경도가 불충분한 경우에는 적출경화강을 이용한다. 이것은 절삭가공후에 500℃전후에서 수시간 시효처리함으로서 경도가 HRC 40~50으로 대폭 향상한다. 그러나 흠이라면 고가가 된다. YAG등은 고용하처리가 되므로 경면 연마성이 뛰어나다. 내식성이 문제가 될 경우에는 SKD61이나 SKD11과 같은 합금 공구강 또는 스테인레스강이 이용된다. 더욱 고급인 재료는 열처리강이 있지만 이것에도 합금공구강을 이용한다. 그러나 블로우 성형용 금형재질로서는 이러한 강재는 거의 사용되고 있지 않으며 특별한 경우를 제외하고는 일반적으로 보통 주철이나 아연 또는 알루미늄재질이 사용된다.
가소성(可塑性:plasticity) 물질 또는 플라스틱스라고도 한다. 천연수지와 합성수지(synthetic resin)로 크게 구별되며, 보통 플라스틱이라고 하면 합성수지를 가리킨다. 플라스틱은 최종적인 고형(固形)이며 분자량이 많은 것이 되지만, 거기에 이르는 제조공정의 어떤 단계에서 유동성을 가지며, 이 때 성형이 이루어지는 것이라야 한다. 또 원칙적으로는 유기화합물로서 고분자화합물이 될 수 있는 것이지만, 이러한 것을 본질적 성분으로 하는 재료 전반을 포함해서 플라스틱이라고 한다. 1868년 미국 J.W.하이엇이 상아로 된 당구공의 대용품으로 발명한 셀룰로이드가 세계 최초의 플라스틱이다. 그 후 L.H.베이클랜드가 1909년 발명한 페놀포르말린 수지(베이클라이트)가 이를 대체하였으며, 이것이 외관상 송진(resin)과 비슷했기 때문에 일반적으로 합성수지라고 하였고, 이런 연유로 그 후 인조재료를 합성수지라고 하게 되었다. 그러나 천연수지와 다른 인조재료가 많이 출현함에 따라 점차 그리스어인 플라스티코스(plastikos:성형하기 알맞다는 뜻)에서 유래하는 플라스틱이라는 이름으로 불렸다. 플라스틱은 일반적으로 두 그룹으로 크게 구별된다. 하나는 고분자로서 가열에 의해서 유동성을 가지게 되어 성형이 되는 열가소성 플라스틱(열가소성수지)이고, 또 하나는 저분자이지만 형(型) 속에서 가열·가압되는 동안에 유동성을 가지고 화학반응에 의해서 고분자화되어 그 후 가열해도 유동성을 가지지 않는 열경화성 플라스틱(열경화성수지)이다. 플라스틱은 고분자 형태에 따라 대별할 수도 있다. 합성고분자 화합물로 사용되는 것에 합성섬유를 포함하는 화학섬유 및 고무가 있으며 선상고분자(線狀高分子)는 섬유·플라스틱·고무로 된다. 또 분자와 분자가 서로 끌어당기는 힘은 고무가 가장 약하고 섬유가 가장 강하다.
1. 선상고분자의 성질 고분자가 재료로서 사용 가능한 것은 분자량이 크기 때문이며, 플라스틱 ·고무 ·섬유는 수만 내지 수십만의 분자량을 가진다. 저분자는 대체로 저온에서 결정성인 고체이지만 가열하면 일정 온도에서 액체가 된다. 그러나 고분자화합물은 일부에 비결정성 부분을 포함하기 때문에 양상이 달라진다. 따라서 고분자화합물은 유리전이점(glass transition temperature)를 지나면 고분자가 마이크로브라운 운동(micro-Brawnian motion)을 할 수 있게 된다. 따라서 유리전이(Tg)점 이상에서 비로소 고분자의 모임에 힘을 가하면 형태를 변화시킬 수 있다. 어떤 형태를 지니는 고체에 작은 힘을 가해서 형태를 변화시킬 수 있는 성질을 가소성이라고 하는데, Tg점 이상에서 이 성질을 발휘시키는 것이 가능해진다. 온도를 더 올리면 녹는점에 도달하여 집합해 있던 분자가 흩어져서 자유로이 움직일 수 있게 되는(마이크로브라운 운동) 온도를 말한다. 따라서 고분자의 집합체는 작은 힘으로 마음대로 변형시킬 수 있다. 여기서 온도를 더 올리면 고분자이므로 점조(粘稠)한 액체가 된다. 플라스틱이라는 고분자재료를 성형하기 위해서는 어느 단계에서 유동성을 가지게 되어 형의 구석구석까지 침입해 들어가야 하는데(이것은 변형을 수반한다), 적어도 Tg를 넘은 곳, 작업을 위해서는 녹는점을 넘은 곳에서 행하여야 한다는 것은 명확하다. 가령 유리전위점인 Tg 이하에서 힘을 가한다면 여기는 마이크로브라운 운동이 불가능한 범위이므로 플라스틱은 파괴된다. 이것이 취화점(脆化點:brittle point)이라고 하는 점인데, 그 실측값은 Tg와 거의 같다. 그러므로 Tg라는 온도는 플라스틱에 있어 중요한 성질의 하나이다. 폴리에틸렌 ·아크릴은 수분(水分)을 흡수하지 않으므로 물에 젖어도 Tg는 거의 저하하지 않으나, 양모(수분흡수율 20%) ·무명(8%) ·레이온(12%)에서 Tg는 0℃까지 저하하므로, 비오는 날에 의복에 주름이 많이 지는 것은 이 때문이다. 고분자화합물의 기계적 성질도 중요하므로, 양쪽에서 Wkg의 힘으로 잡아당겼을 때의 예로서 시료의 단면적을 Acm2라고 할 때 변형력은 W/A(kg/cm2)로 표시된다. 변형은 처음 길이 1cm에 대하여 Δℓcm2 늘어났다고 했을 때 Δℓ/ℓ로 표시된다. 원점 O에서 P점까지는 직선이며, 가해진 변형력에 비례하여 늘어난다. 후크의 법칙에 따라 완전탄성(完全彈性)을 보이는 구간에서 힘을 제거하면 원래의 길이인 O점으로 돌아간다. 이 사이의 관계는 로서 표시되며, 이 E는 재료의 굳기[硬度]를 나타내는 것으로 생각해도 좋다(영률은 탄성률이라고도 한다). P점을 지나면 차차 작은 힘에 의해서도 늘어나기 쉽게 되고, E점에서는 그 힘에 저항하지 못하고 늘어난 채로 있게 된다. P점이 탄성한계로서 분자 사이의 어긋남이 일어나기 시작하며, E점에서 C점에 이르기까지 어긋날 수 있는 것은 모두 어긋나고 만다. 어긋난다는 것은 분자 상호간의 상대적 위치가 변하는 것을 말한다. 이 E점이 항복점(降服點:yield point)이며, 이것에 상당하는 변형력 S를 항복치(降服値)라고 한다. 따라서 P점 이상에서는 변형력을 제거해도 이제는 원점으로 돌아가지 않는다. 즉, 영구변형을 남긴다. C점부터는 또 얼마간의 힘이 필요하게 되며, 신도(伸度) εr에 해당하는 F점에서 절단되고 만다. 이에 상당하는 변형력 Sr는 파괴강도(ultimate strength)이며, 인장력(引張力)으로서 표시되는 것은 이 Sr이다. 위에서 말한 바와 같이 P점 이상, 예를 들면 D점에서 연신(延伸)을 중지하고 힘을 제거해도 εd만큼의 신장은 남는다(영구변형). 100% 모듈러스(modulus)라는 것은 Δℓ/ℓ이 1이 될 때(예를 들어 이것을 D라고 하면)의 DO직선과 가로축이 이루는 각의 탄젠트이다. 이상에서 항복점 E부터 이후 F까지 사이가 가소성을 나타내는 부분이며, 힘을 제거해도 εd의 변형이남는다. 이와 같이 약간의 힘에 의해서 변형이 생기는 것은 소성(塑性) 흐름(plastic flow)이 일어나기 때문이며, 빙엄유동이라고도 한다(E.C.빙엄이 1922년에 보고하였다). 이 변형은 분자간이 서로 미끄러지는 유동과 탄성이 조합되어 있으며, 이와 같은 선상고분자의 기계적 거동을 추구하는 과학을 점탄성(粘彈性)에 관한 과학, 즉 레올로지(rheology)라고 한다. 결정성의 대소도 성질과 크게 관계가 있다. 일반적으로 결정성이 커지면 비중이 커지고 단단해져서 연화점(軟化點)은 향상되고 인장력은 커지지만 신장은 작아지고 잘 부스러진다.
2. 제조 플라스틱이라는 인조재료는 대부분이 석유이고, 다음이 천연가스, 그리고 일부는 석탄을 원료로 사용한다. 이것들로부터 분자량이 작은 원료(이것을 단위체라고 하는 경우가 많다)를 먼저 합성하고, 이것을 고분자화하여 플라스틱 재료로 한다. 저분자를 고분자화하는 반응은 많으나, 대체로 다음 5종으로 나눌 수 있다.
① 중합반응(polymerization) : 폴리에틸렌·폴리프로필렌·폴리스티렌·폴리염화비닐·아크릴레이트계(系) 등 열가소성인 것의 대부분이 이 중합반응으로 제조된다. 중합반응에도 여러 가지가 있다. 반응열을 처리하기 위해서 물 속에서 행하는 에멀션 중합법[乳化重合法]과 서스펜션[懸濁]중합법은 특히 염화비닐의 경우에 흔히 사용된다. 또 용매(溶媒)를 사용하는 용액중합도 있다. 폴리에틸렌·폴리프로필렌이 특수한 치글러계 촉매를 사용해서 만들어지는데, 이것은 용액중합이라고 할 수 있다. 또 가압 하의 폴리에틸렌 제조나 어떤 종류의 폴리스티렌·아크릴레이트계는 그대로 개시제를 가해서 중합시킨다. ② 중첨가반응(polyaddition):우레탄계를 합성할 때 사용되는데 원자를 잃지 않고 첨가해간다. ③ 중축합반응(polycondensation):물이나 알코올과 같은 작은 분자를 방출하면서 고분자를 형성해 간다. 폴리카보네이트·불포화폴리에스테르·나일론 66 등이 이 방법으로 만들어진다. ④ 첨가축합(addition-condensation):페놀수지·요소수지 멜라민 수지·크실렌 수지 등 열경화성수지의 대부분이 이 방법으로 제조된다. ⑤ 기타 반응에 의한 고분자화:나일론 6 등 많은 내열성 수지의 제조 등은 여러 유기화학반응을 응용하여 고분자화된다. 고분자화합물 또는 고분자화될 수 있는 물질을 재료로 하여 성형함으로써 직접 사용되는 플라스틱 성형물이 된다. 이 성형재료는 목적에 따라 각종 혼합물로 이루어진다. 극단적인 예로서 폴리염화비닐로 만든 마루타일 등은 염화비닐수지 100, 충전제(석면과 점토계) 130, 가소제 9, 안료 5, 안정제 4(중량비율)의 혼합물을 수 mm의 두께로 한 것이다. 폴리에틸렌·폴리스티렌도 안료나 안정제가 반드시 혼입된다. 이들 혼합하는 것을 배합제(配合劑)라고 총칭한다.
3. 배합제 플라스틱 배합제 중 가소제(可塑劑:plasticizer)는 고분자 상호간에 침투하여 고분자 상호간의 강한 인력을 약하게 하여 마이크로브라운 운동을 하기 쉽게 만들기 때문에 가공온도는 저하하여 성형물이 말랑해진다. 또 가소제의 종류에 따라 내연성(耐燃性)·친수성(親水性)·내후성(耐候性) 등 성질의 변화를 기대할 수도 있다. 안정제(stabilizer)에는 열에 의해서 열화하는 성질을 향상시키는 것, 빛·산소·오존에 대해서 같은 작용을 하는 것으로서 내후성을 증가시키는 것, 산화방지제로서 특히 산소(공기)의 작용을 방지하는 것 등이 있다. 대전방지제(帶電防止劑)는 플라스틱이 대전되는 것(때로는 수만 V에 이른다)을 방지한다. 가공을 순조롭게 하기 위한 이형제(離型劑), 여기에 중량을 증가시키거나 새로운 성질을 부여하기 위한 충전제(充塡劑), 착색제(염료 및 안료), 곰팡이방지제 등도 중요한 배합제이다.
4. 성형가공 플라스틱의 성형방법에는 압축성형·압출성형(押出成型)·사출성형(射出成型)·캘린더법 외에 여러 방법이 있다. 트랜스퍼 성형이라고 하는 것은 종래는 압축성형법으로만 행하여졌던 열경화성 수지의 성형을 위해서 고안된 것으로서, 형에 주입하는 1회분의 양만을 가열하여 부드럽게 하고, 사출성형과 같이 작은 구멍으로부터 형 속으로 유입시키는 것이다. 또 얇은 필름을 만드는 데는 T다이법이나 인플레이션법이 있다. 전자는 T자형의 하부로부터 밀어내어 옆으로 길게 뻗은 틈새 부분에서 필름을 끌어낸다. 인플레이션법은 얇은 원통상의 것을 상부를 향해서 밀어내면서 동시에 공기를 불어넣어 팽창시켜서 소정의 두께로 만들고, 마지막으로 절단하여 필름으로 한다. 이 밖에도 여러 방법이 고안되어 있다.
5. 종류 플라스틱에는 다음과 같은 것들이 있다.
⑴ 혼성중합물(copolymer) : 플라스틱의 본체인 고분자화합물의 구조를 변화시킴으로써 새 플라스틱이 탄생한다. 에틸렌과 아세트산비닐로부터의 혼성중합물은 가공하기 쉽고 고무의 성질까지 띠는 것을 얻는다. 아세트산비닐을 15∼20% 정도 함유하는 염화비닐수지는 LP레코드를 만드는 데 있어서 불가결한 것이다. 아크릴로니트릴과 부타디엔을 함유하는 폴리스티렌은 ABS수지로서 내충격성(耐衝擊性)이 강한 플라스틱이며, 자동차의 차체까지 제조할 수 있다. 혼성중합물에는 교호(交互) 혼성중합체·블록 혼성중합체(block copolymer)·그라프트 혼성중합체(graft polymer) 3종의 것이 있다. 이 중에서 교호 혼성중합체는, 예를 들면 NBR(⇒합성고무)에서 아크릴로니트릴과 부타디엔을 교대로 배열시킴으로써 내열성을 향상시켰다. 블록 혼성중합체는 새로운 탄성재료(elastomer)를 출현시켰다. 스티렌과 부타디엔으로 제조되며, 예컨대 사출성형된 것은 고무탄성을 지니고 있다. 그라프트 혼성중합체의 예로는 폴리염화비닐에, 예컨대 폴리에스테르를 분지로 함으로써 내충격성이 큰 염화비닐수지가 제조되고 있다. ⑵ 블렌드폴리머 : 2종류 이상 고분자를 섞어서 반죽한 것으로서, 예컨대 염소화한 폴리에틸렌(염소 함유량 35% 전후가 많다)을 폴리염화비닐에 섞으면 염화비닐수지는 가공성이 향상하고 내충격성도 증가한다. ⑶ 복합재료 : 블렌드폴리머도 포함되지만 본래는 특히 강화(强化) 플라스틱을 가리킨다. 불포화 폴리에스테르를 유리섬유와 함께 중합시켜 경화시킨 성형물은 섬유강화플라스틱(FRP:fiber reinforced plastics)이라고 하며, 욕조·정화조, 5t 이하의 보트, 건축재료 등에 이용된다. 최근에는 FW(filament-winding)법에 의한 FRP가 고안되었으며, 그 인장강도는 1cm2당 9,000kg이나 되어 보통 강(鋼)의 9,500kg에까지 이르렀다. 그러면서도 비중은 강의 7.8에 대하여 불과 2에 지나지 않는다. 지름 2m가 넘는 이음매 없는 송유관도 제조할 수 있다. 유리섬유 대신에 합성섬유·무기충전물이 사용되는 것도 있다. ⑷ 플라스틱 합성지 : 플라스틱(폴리스티렌과 폴리에틸렌이 많다)을 불투명하게 하기 위하여 충전제를 섞어 박막(薄膜)으로 만들어 인쇄하기 좋도록 표면에 거친 구멍을 내거나, 이러한 것을 도포 또는 적층(積層)하는 방법과, 거품[發泡] 플라스틱의 얇은 것을 사용하는 방법이 있다. 현재는 특히 아트지 대용으로 쓰이고 있지만, 일반 지류(紙類)에도 적용될 수 있게 될 것이다. ⑸ 발포 플라스틱 : 기포가 있는 경량 플라스틱을 말한다. ⑹ 합성목재 : 비중이 0.7~0.9가 되도록 ABS수지를 약간 발포시킨 것이다. 난연성(難燃性)으로 하기 위해 같은 양의 폴리염화비닐과 혼합한 것과 또한 폴리스티렌도 원료가 된다. 가공법에 따라 나뭇결에 가까운 무늬를 낼 수도 있다. 세로축의 휨강도나 휨탄성률은 비중이 같은 목재의 1/5 정도라도 가로축의 휨강도나 휨탄성률은 거의 같다. 합성목재는 원하는 크기나 형태의 것을 쉽게 직접 성형할 수 있고, 접착에 의해서 짜맞출 수도 있으며 도장(塗裝)도 간단히 되는 이점을 가지고 있다. ⑺ 플라스틱 반도체 : 유기반도체의 하나로 전기의 전도도(傳導度)가 양도체(良導體)와 절연체의 중간값을 나타내는 플라스틱이다. ⑻ 감광성중합체 : 빛에 의해서 중합하여 그 부분만이 용제에 녹지 않고 잔존하는 것을 이용하는 것으로서, 인쇄판에 널리 사용된다. ⑼ 광전도성 중합체 : 빛이 조사된 곳만 전기전도성이 생기는 것으로서, 폴리비닐카르바졸계의 것이 많다. 전자사진계(電子寫眞系)의 인쇄에 유용하게 이용될 것으로 기대된다. ⑽ 내열 플라스틱 : 단시간이면 1,000℃에도 견디는 것이 제조되고 있다. 폴리이미드·폴리벤츠이미다졸·폴리아미드이미드 등으로 불리는 플라스틱이다. ⑾ 접착제에의 응용 : 고분자화학의 발달과 더불어 접착력이 강력해지고 응용범위도 넓어졌다. 시아노아크릴레이트계·에폭시계 등에 의한 철과 철의 접착은 접착면적 1cm2 당 250~300 kg이라는 큰 힘을 보이게 되었다. 부분적으로 용접(鎔接)을 대신할 수 있는 힘을 가지게 되었다고 할 수 있을 것이다.
6. 연소성 근래에 건설재로서 플라스틱이 대량으로 사용되면서부터 화재시의 연기와 유독가스의 발생이 문제로 대두되었다. 폴리에틸렌·폴리프로필렌은 불에 잘 타서 이산화탄소(탄산가스)와 물로 되기 쉬우나 폴리스티렌은 매연을 대량으로 방출하여 잘 연소하지 않고, 특히 사용량이 많은 염화비닐수지는 난연성이며 유독가스를 발생한다. 발생하는 연기는 먼저 연기를 구성하는 입자의 크기와 수가 문제로 되는데, 목재는 550℃에서 연소시켰을 때 평균 지름 0.6μm의 입자를 1,200개 발생시키고, 염화비닐수지는 1.87μm의 큰 입자를 1,150개 발생시킨다. 다른 실험에서의 발연량(發煙量)은 단위 1ft3당 파운드수로 목재 48~60, 염화비닐수지 86, 페놀수지 76, 폴리스티렌 58이었다. 또 900℃에서 1g당 발생하는 가스의 그램수를 얻은 실험도 있다. 염화비닐수지에서는 유독가스인 일산화탄소 CO, 염산 HCl, 이산화탄소 CO2 등이 대량으로 나온다. 나일론(아크릴로니트릴계에서도)에서는 시안화수소산[靑酸] HCN도 미량이지만 발생한다. 플라스틱이 대량으로 사용되면서 화재시에 발생하는 이들 유독 연기의 대책이 중요시되고 있다. 동시에 폐기되는 플라스틱 처리문제도 앞으로 중대한 공해대책이다. 플라스틱을 난연성으로 만든다는 것은 인간생활에 필요한 일인 동시에 이것들을 모아서 태워버리는 연소장치의 개발도 또한 불가결한 일이다.
(4) 플라스틱의 종류
플라스틱의 종류는 화학적 구조, 열적 성질, 사용원료에 의해 구분될 수 있다. 표 5.14.1∼표 5.14.2는 플라스틱의 화학적 구조 및 열적 성질에 따른 종류를 설명하고 있다. 원료별로 보는 플라스틱의 종류는 매우 많으나 보편적으로 많이 사용되어지는 원료별 플라스틱의 종류는 약 30가지 이내이며, 그 중에서 가장 많이 사용되어 생활폐기물의 90% 이상을 차지하는 것은 6대 범용플라스틱은 PE, PP, PVC, PS, PET, ABS로 분류된다.
-화학적 구조에 의한 플라스틱의 구분-
구 분
구 조
종 류
특 성
쇄상고분자
chain structure high polymer
긴 쇄상(鎖狀)의 분자
PE, PVC등
거의 열가소성이며 가열하면 연화, 용융됨
공간망상구조
space network high polymer
서로 입체적으로 망상(網狀) 결합
페놀수지, 에폭시수지 등
거의 열경화성이며 화학반응을 일으켜서 굳으면 가열하여도 재차 연화되지 않음. 무리하게 가열하면 수지는 분해·파손
가교고분자
cross linked high polymer
망상구조의 일종이나 쇄상고분자의 인위적 조작에 의한 가교형 구조
가교화된 PE 등
열가소성수지보다 내열성이 강하고 단단하게 되어 온돌용 파이프 등에 사용
-열적 성질에 의한 플라스틱의 구분-
구 분
특 성
종 류
열경화성수지
thermosetting resin
유동성을 띠는 고분자에 촉매 등을 가해서 가열하면 화학반응에 의해 경화된다. 경화된 수지는 재차 가열하여도 유동상태로 되지 않고 고온으로 가열하면 분해되어 탄화되는 비가역적 수지
HDPE 및 PP, PVC와 더불어 가장 많이 사용되는 플라스틱 중의 하나로 무색투명하고 내한성이 양호하며 절기절연성, 내약품성 등이 양호
HDPE
LDPE 및 PP, PVC와 더불어 가장 많이 사용되어지는 플라스틱 중의 하나로 성상은 LDPE와 거의 유사하나 조금 더 단단한 성질을 갖으며 용도도 거의 LDPE와 중복되지만 세부적인 차이는 있음
PP
PE 전체보다는 적지만 LDPE 및 HDPE의 각 분야보다는 더 많이 쓰이는 수지로 외관이 PE와 닮았지만 경질이며 고주파 전기절연성이 우수하고 인장강도, 반복 굽힘도 강하다. 그러나 충격에 약한 단점도 있음
PS
무색이나 착색이 자유롭고 상온에서 단단한 성질이 있으나 기계강도가 약하여 잘 부러지기 쉬운 약점이 있어 최근에는 물리적 성상을 증가시키는 강화제를 첨가하여 HIPS나 GIPS 등의 형태로 사용
ABS
유백 또는 착색을 하고 있는 탄성이 좋은 고급 수지로 튼튼하고 흠집이 생기기 어려움
PVC
상온에서는 단단하고 무색투명한 성질을 가지고 있으며 착색이 가능하다. 수지 자체에 염소가 포함되어 있어 연소시에는 염소화합물을 발생할 우려가 있으며, 단단한 성질을 연화시키기 위하여 사용되어지는 가소제, 열안정제 등이 유해할 수도 있으므로 주의를 요하는 수지이다. PVC는 투광성과 강인성이 좋아 일본에서는 농업용 필름에 많이 사용
PET
무색이며 단단하고 충격에도 비교적 강하다. 특히 배려성이 좋아 탄산음료용 용기에 매우 적절. 특히 PET는 폴리에스터라는 섬유의 원료와 매우 긴밀한 관계를 갖고 있음
-플라스틱의 종류와 용도-
플 라 스 틱 종 류
용 도
열
가
소
성
수
지
범
용
수
지
폴리에틸렌
포장, 식물용기, 농업용필름, 잡화, 컨테이너, 어망
폴리프로필렌
식품용기, 필름, 세면용품, 전기제품, 자동차부품, 컨테이너
P.V.C
농업용필름, 전선피복, 수도권, 타일, 호스, 인조피혁
폴리스티렌
T.V 및 라디오의 하우징, 식탁용품, 어상자, 완구, 단열재
ABS수지
자동차부품, 전기제품, 여행용가방
AS수지
식탁용품, 화장품용기, 전기제품, 일회용라이터
메타크릴수지
전기제품, 식탁용품, 자동차부품, 조명판, 착판, 방풍유리
E
N
G
수
지
폴리아미드
자동차부품, 기계부품, 의료용기구, 필름
폴리카보네이트
전기제품, 자동차부품, 보온병, 헬멧
폴리아세틸
전기부품, 자동차부품, 화스나
PBT
자동차 외장부품, 가전, OA기기하우징
MPPO
전기, 전자부품, 자동차부품, 사무기기
PET
식품용기, 필름, 카세트테이프
열
경
화
성
수
지
폴리우레탄
자동차부품(범퍼,시트), 전기제품(단열재), 밑창, 가구쿠션
페놀수지
프린트배선기판, 다리미, 주전자등의 손잡이, 합판접착제
우레아수지
전기제품(배선기구), 단추, 접착재
멜라닌수지
식탁용품, 화장판, 접착제, 도료
불포화에스테르수지
욕조, 보우트, 단추, 헬멧, 도료
에폭시수지
전기제품(IC대지재, 프린트 배선기판), 도료, 접착제
(5) 첨가제
플라스틱은 원료 또는 제품의 품질유지 및 퇴화방지를 위해서 각종 유기 또는 무기성 첨가제가 사용되며 이들은 플라스틱의 성상을 결정하는 중요한 역할도 하지만 재생과 소각처리시 중요한 인자가 될 수 있다.
(가) 가소제
가소제는 합성수지를 연화시켜 물성을 부드럽게 하는 첨가제이다. 가소제의 분자가 합성수지 속으로 들어가면 사슬고분자간의 인력이 약해져 연화하게 된다. 가소제의 종류는 용제형과 비용제형으로 나누어지는데 대개 프탈산디옥틸(DOP)이나 프탈산디부틸(DBP) 같은 유기화합물이 많이 사용되어진다. 가소제가 많이 쓰이는 대표적인 플라스틱이 PVC인데, 전선용의 경우, PVC 양의 60%까지, 그리고 시트용의 경우, PVC 양의 55% 정도가 사용되어진다.
(나) 열안정제
보통 플라스틱은 압출이나 사출성형, 칼렌더링 등의 가공을 거치는 동안 열에 의해 분해되거나 변질되기가 쉽다. 또 사용이나 보관 중에 분해해서 착색 변질하는 경우도 있을 수 있다. 특히 PVC는 가열하면 side chain의 염소가 절단되어 염산이 발생되고 일단 염산이 발생하면 이것이 촉매로 작용하여 분해를 촉진시켜서 분해반응이 연쇄적으로 일어난다. 그러므로 이를 방지하기 위하여 거의 모든 플라스틱에는 열안정제를 첨가하는데 열안정제는 대개 금속원소가 함유된 유기화합물로 현재 많이 사용되는 열안정제는 스테아르산납, 라우르산카드늄, 리시놀레인산바륨 등의 유기산의 중금속염이거나 알칼리토금속염 등으로 독성이 있어 재활용시 주의가 요구된다.
(다) 산화방지제
플라스틱 성형품도 유기화합물이므로 식품 같은 것들보다는 더디지만 역시 공기 중의 산소와 반응하면 산화되어 분해된다. 플라스틱에 공기 중의 산소가 작용하면 수소가 유리되어 유리 라디칼이 발생된다. 이 유리 라디칼이 다시 공기 중의 산소와 반응하여 과산화물 라디칼이 발생되고 이것이 다른 플라스틱에 작용하면 다시 유리 라디칼과 하이드로 퍼옥사이드를 생성하여 이 연쇄반응이 반복되어진다. 플라스틱의 산화방지제는 알킬페닐류, 아민류, 퀴논류 등이 사용되어지고 있다.
(라) 자외선 흡수제
플라스틱 성형품은 자외선에 의한 광열화 작용으로 분해되어지므로 자외선 흡수제를 사용한다. 자외선 흡수제는 300∼400nm의 유해한 자외선을 흡수하여 열로 변환시키는 것인데 주로 살리실산에스테르, 벤젠산에스테르 등이 사용되어진다.
(마) 충전제
충전제를 혼입하는 목적은 FRP처럼 성형품의 강도, 외관 등의 물성을 개량할 목적으로 첨가하는 경우와 증량하여 원가를 줄이려는 builder의 목적으로 첨가하는 경우가 있다. 일반적으로 목분, 셀룰로스, 유리섬유 등이 많이 사용되어지고 있으나 열가소성수지에는 충전제를 가하면 기계강도가 저하되기 때문에 섬유질 이외는 많이 가하지 않는다.
(바) 착색제
착색을 위하여 안료 및 염료가 사용되며 안료로는 카본 블랙, 티탄 화이트, 크롬 옐로 등이 쓰이고 있고, 염료에는 오일 옐로, 오일 블루, 오일 레드 같은 유용성 염료가 많이 사용된다.
(사) 연소방지제
PVC처럼 플라스틱이 건재나 전기 코드 등에도 사용되는데 플라스틱의 불연화, 난연화를 위해서는 첨가제를 가하는 경우와 고분자 물질 자체를 불연화시키는 방법이 있다. 첨가제로는 주로 염소함유 화합물, 프탈산계 화합물, 인산계 화합물을 많이 사용하며, 고분자 불연화는 분자의 일부에 염소를 가하여 염소화폴리에틸렌을 만드는 방법이 사용된다.
(아) 발포제
우레탄폼, 발포폴리스티렌, 발포폴리에티렌, 스폰지등의 플라스틱내에 발포를 형성하여 충격등을 완화시킬 목적으로 사용된다. 사용되는 성분으로는 CFCl12(CF2Cl2), FC11(CFCl3) 등이 있다.
(자) 활제
제조공정을 촉진하기 위한 윤활제로 HDPE, 알킬아민, 실리콘유, 금속비누(Zinc stearate) 등이 사용된다.
(차) 대전방지제
플라스틱 제품의 가공시 발생하는 정전기를 억제하고 이로 인한 위험을 방지하기 위하여 사용되며 아민 4차 암모늄 등이 사용된다.
(카) 기타 첨가물
그 외에는 요구되어지는 플라스틱의 성상과 물성에 따라 이형제(離型劑), 블로킹 방지제, 분해 촉진제 등이 사용되어 지기도 한다.
분 류 기 준
금 형 종 류
성형품의 관통유무에 의한 분류
관통금형 : 블랭킹·드로잉·압출금형, 인발다이
용기(바닥붙임)금형: 드로잉·플라스틱성형·다이캐스팅·
유리요업·분말야금·단조·롤금형
금형의 크기별
초대형·대형·중형·소형·초소형 금형
생산수량별
대량생산·중량생산·소량생산 금형
양산여부별
양산·간이금형
금형재질별
금속·초경·석고·목재·플라스틱·알루미늄·주조금형
정밀별
초정밀도·고무용·세라믹·복합재료 성형용 금형
성형품소재별
플라스틱용·고무용·세라믹·복합재료 성형용 금형
제품성형방법별
사출·압출·이송·압축·캘린더·블로·진공·침지·
발포·압공·적층·주입·유출성형·전단가공·드로잉·
성형가공·압축가공 금형
성형제품 또는 조립제품명별
자동차용·자동차범퍼·반도체용·완구·전화기케이스·
전자부품용·TV케이스금형 등
1. PP
폴리프로필렌은 그 제조기술에서 보더라도 또한 성능에서 보더라도 폴리에틸렌과 밀접한 관계에 있다. 고분자량, 결정성, 고융점의 폴리프로필렌(아이소택틱 폴리프로필렌)의 발명은 1954년, 이탈리아의 Natta에 의해 이루어졌다. 그 전년에 독일의 Ziegler가 알루미늄과 티타늄의 복합촉매로 저압에서 고밀도의 폴리에틸렌을 중합할 수 있다는것을 발견했는데 Natta는 Ziegler촉매를 약간 고친 촉매를 이용하여 폴리프로필렌의 중합에 성공하였다. 폴리프로필렌의 공업화는 1957년 이탈리아의 Montecatini사에 의하여 일찍이 개시되고 세계의 유력한 화학메이커가 앞을 다투어 기술을 도입하였다. 또한 Ziegler-Natta촉매에 제 3성분을 첨가한 독자적 촉매계에서의 공업화는 미국에서 이루어지고 일본에서도 Montecatini사로부터의 기술도입으로 1962년에 비로소 일산화가 이루어졌다.
1. 제법
원료의 폴리프로필렌은 에틸렌과 마찬가지로 석유(나프타)의 분해에 의해서 얻을 수 있다. 이 프로필렌을 저압법폴리에틸렌의 경우와 비슷한 방법으로 용액속에서 Ziegler-Natta촉매와 접촉시켜 상온∼80℃, 3∼10㎏/㎠에서 중합하면 입체 규칙성의 폴리프로필렌(아이소택틱 폴리프로필렌)을 얻을 수 있다.
폴리머 속에는 입체 규칙성을 갖지 않는 연화점이 낮은 아택틱 폴리프로필렌도 약간 포함되어 있기 때문에 이것을비등 펜턴을 사용하여 추출 분리하고, 입체규칙성 폴리머 함량(Tacticity)을 90∼95%정도로 한 것이 성형재료로서시판되고 있다. 중합법에는 위에 기술한 Ziegler-Natta촉매를 사용하는 방법 이외에도 갖가지 방법이 실시되고 있는데 모두가 입체규칙성 폴리머를 얻는 것을 특징으로 하고 있다. 또한 에틸렌, 기타의 올레핀 종류나 비닐 모노머를 공중합 시킨다든지, 다른 폴리머를 블렌드한 재료가 시판되고 있다. 2. 성질
폴리프로필렌은 각종 성질이 폴리에틸렌과 매우 비슷하지만 비중은 더욱 작아서(0.9∼0.92) 모든 플라스틱중에서 최소의 부류에 속한다. 점화하면 폴리에틸렌처럼 불타지만 특이한 냄새를 내기 때문에 폴리에틸렌과 간단히 구별할 수가 있다. 폴리프로필렌의 주된 특색을 간단히 기술하면 다음과 같다. 예컨대 고밀도 폴리에틸렌과 비교하면 연화온도가 현저하게 높고, (순수한 아이소택틱 폴리프로필렌에서는 융점 176℃), 인장강도, 굽힘강도, 강성등도 크지만 충격강도는 매우 뒤진다. 적당한 조건 하에서 연신을 가하면 인장강도, 강성, 충격강도 등은 더욱 향상되고 내굽힘피로성도 현저히개량된다. 또한 폴리에틸렌보다 성형품의 투명성, 표면광택은 양호하며, 성형수축률이 작기 때문에 외관 및 치수정도란 점에서 안성맞춤이다. 폴리프로필렌이 저온에서의 내충격성은 폴리에틸렌보다 뒤지는 것이 결점이지만 최근에는 폴리프로필렌의 저온취약성을 개량하기 위해서 에틸렌과 기타 올레핀계의 모노머를 블렌드한 품종이 성형재료로서 시판되게 되었다.
폴리프로필렌의 기계적 성질은 여러 가지 충전재의 배합에 의해서 상당히 개변할 수가 있다. 충전재료로서는 석면, 실리카 운모, 유리섬유 등이 잘 이용되지만 이것들을 적당량씩 첨가함으로써 굽힘탄성률이나 경도등을 광범위하게 바꿀 수가 있고 또한 열팽창률을 많은 열경화성 수지와 같은 정도까지 낮출 수도 있다. 전기적 성질 중에서 유전율이나 역률은 폴리에틸렌과 거의 같으며 내전압, 내아크성은 약간 뛰어나고 고주파 절연재료로서 우수한 성능을 갖고 있다. 폴리프로필렌의 내약품성은 고밀도 폴리에틸렌과 동등 내지 약간 우세한 정도인데 스트레스 크래킹에 대한 저항성이 폴리에틸렌 보다 각별히 뛰어난 것이 특징이다. 폴리프로필렌은 폴리에틸렌과 같이 방향족 탄화수소나 염화탄화수소에는 80℃이상에서 용해하고 상온에서는 겨우 팽윤하는 정도이다. 그러므로 접착가공이나 확실한 인쇄는 곤란하며 폴리에틸렌의 경우와 같은 표면처리를 할 필요가 있다. 폴리프로필렌 분자의 주쇄에는 메틸기를 부가한 제3급 탄소원자가 무수하게 포함되어 있다. 이 제3급탄소원자에 부가되어 있는 수소원자는 산소나 오존의 공격을 받기 쉬우므로 폴리프로필렌은 폴리에틸렌보다도 산화에 대한 저항성은 상당히 작다. 게다가 폴리프로필렌은 가공온도가 높기 때문에 산화방지의 문제는 특히 중요하다. 산화방지제로서는 알킬페놀과 유기황화합물, 혹은 아민 화합물과 조합해서 사용하면 상승효과가 있다는 것이 알려져 있다. 또한 자외선 열화에 대하여서는 폴리에틸렌의 경우와 같고 카본블랙이나 유기의 자외선 흡수제의 배합이 효과적이다. 폴리프로필렌의 투명성은 폴리에틸렌 보다도 매우 뛰어나다. 이것은 뛰어난 기계적 강도나 내열성과 더불어 필름등의 포장재료로서 사용하는데 특히 인기있는 성질이지만 더욱 투명도를 증가시키기 위해서는 결정조핵제의 첨가가 유효하다. 조핵제라는 것은 폴리프로필렌의 결정핵으로 되는 것이며 이것을 적당량 배합하면 용융 폴리머가 냉각할 때에 극히 미세한 구정의 생성을 촉진하기 때문에 투명도가 좋아지고 강인성이나 저온에서의 내충격성도 약간 향상되는 것이다. 조핵제로서 방향족 카르본산의 Na, Zn, Al등의 금속염이 유효하다고 알려져있다.
표. 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 필름의 기체투과도의 비율
기체
폴리프로필렌
폴리에틸렌
저밀도
고밀도
탄산가스
1.7
7
1
산소
2.4
7.1
1
수소
1.6
2
1
질소
1.5
7
1
메탄
1.3
8.9
1
폴리프로필렌 필름은 다음표에 나타내듯이 기체 투과율은 고밀도 폴리에틸렌 보다 약간 크기 때문에 화장품이나 식료품의 포장에 사용하는 경우는 냄새의 변화나 향로의 산일에 주의하지 않으면 안된다.
3. 성형가공
폴리프로필렌은 폴리에틸렌과 같이 대단히 성형성이 좋은 재료이며 보통 타입의 사출성형기나 압출기를 사용하여 각종 성형품, 봉, 파이프, 필름, 시트, 병, 모노필라멘트 등으로 가공할 수 있다. 성형 수축률은 고밀도 폴리에틸렌 보다 작고 또한 수축률의 방향성 정도도 작으므로 적당한 성형조건을 고르면 치수정도가 양호한, 잔류변형이 적은 성형품을 얻을 수가 있다. 폴리프로필렌을 연신하면 내굽힘피로성이 현저히 향상되지만 이 성질을 잘 이용하여 갖가지 용기의 덮개와 본체를 연결하는 일체성형 Hinge(경첩)을 사출성형을 하고 완전히 냉각하기 전에 뽑아내어 곧바로 Hinge부분을굽혀서 연신효과를 부여하면 이 부분의 내굽힘피로성이 향상되고 디자인과 성형조건이 적정하다면 0℃에서 300만번 이상의 개폐에 견딜 수 있는 것을 얻을 수 있다고 한다. 단 금형의 설계에 있어서 게이트 위치에 주의하고 성형재료가 Hinge부분을 직각으로 횡단해서 흐르게끔 성형할 일이 중요하다. 또한 폴리프로필렌의 연신효과를 이용하여 투명도 및 충격에 강한 중공(속이빈)제품을 얻는 연신 취입성형이라 불리는 성형기술은 성형된 패르손을 다시 가열하고 적당한 온도에서 연신함과 동시에 취입성형을 하는 방법으로 통기성도 보통의 취입성형품 보다 작은 것이 특색이다. 폴리프로필렌의 필름 및 라미네이트는 T다이법에 의한 경우는 폴리프로필렌용의 설비를 그대로 사용하여 제조할 수가 있다. 통상의 공냉 방식을 채용하고 있는 인플레이션법에서는 필름의 냉각속도가 늦기 때문에 취약하고 투명도가 나쁜 필름밖에 얻을 수 없다. 그러나 최근에는 수냉쟈켓을 이용한다든지 물을 직접 필름과 접촉시킨다든지 하는 급냉 방식이 개발되어 폴리프로필렌의 인플레이션 필름도 대량으로 생산되고 있다. 또한 폴리에틸렌, EVA, 폴리아미드, 폴리염화비닐리덴 등과의 복합 필름도 T다이법 혹은 인플레이션법에 따른 복합압축에 의해서 제조되고 있다. 폴리프로필렌 필름은 강인하고 투명성이 좋은 것이 특징이지만 이것을 다시 가열하면서 새로워 가로로 잡아늘리고 2축연신을 가하면 강도나 여러 물성이 각별하게 향상된다. 2축연신 방법으로서는 우선 세로 ?향으로 연신한 다음 텐터그립으로 양쪽 끝을 잡아쥐고 가로 ?향으로도 연신하는 방식과 튜브상의 필름에 가압공기를 불어넣어 종횡의 양방향을 동시에 연신하는 방식 등이 있다. 다음 표는 T다이법에 의한 롤캐스트 필름과 이것을 다시 2축연신을 가한 필름의 성능을 나타낸 것이다. 1축연신 필름은 세로 방향으로 찢기기 쉽기 때문에 약간 가로방향으로 신장하면서 기계적인 자극을 부여하면 불연속적인 균열을 무수히 넣을 수가 있다. 이 조작을 피브릴화라고 부르는데 이에 따라 섬유제품과 유사한 감촉을 갖는 테이프상의 제품을 얻을 수 있고, 다시 편직공정에 의해서 카펫트나 자루 주머니 등으로 가공하는일도 있다. 폴리프로필렌의 시트도 폴리에틸렌과 같은 방법으로 제조할 수 있는데 이것은 가공성이 좋기 때문에 진공성형, 기타의 시트 가공용 소재로서 사용되고 있다.
표. 캐스트 및 2축연신 폴리프로필렌의 성질
성질
단위
캐스트 필름
2축 연신 필름
인장강도
세로
㎏/㎠
400
1,830
가로
㎏/㎠
230
1,550
신 장
세로
%
425
80
가로
%
330
65
인열강도
세로
g/㎜
200
28
가로
g/㎜
2,200
28
충격강도
20℃
㎏-㎝/㎜
100∼150
250∼350
4℃
㎏-㎝/㎜
<10
180∼290
흐림(안개정도)
%
0.5~3.5
0.5~1.5
광택(45℃)
75~80
80
수증기 투과율 (100℉,90%RH)
g/100in2/ 24hr/mil
0.76
0.35
산소 투과율
cc/100in2 /24hr/mil/atm
245
2.PS
폴리스티렌은 1930년경 독일에서 먼저 공업화되고 이어서 1937년경부터 미국에서도 공업생산이 개시되었지만 본격적인 발전을 본 것은 제2차 세계대전 후, 즉 1964년 이후이다. 한편 일본에서는 독일, 미국에 비해 20년이상 뒤늦은 1957년에 겨우 수입 모노머에 의한 폴리스티렌의 일산화가 시작되었다. 또한 2년 후인 1959년에 스티렌 모노머의 생산이 개시되고 그후 1960년에는 폴리스티렌 발포제, 이어서 그 이듬해에는 AS수지의 생산이 잇따라 개시되었다. 현재는 이들 스티렌계 수지는 그 생산량도 대단히 많고 대표적인 열가소성 수지의 하나이다. 또한 폴리스티렌은 별명 스티롤 수지라고도 불려지고 있다.
1. 제법
1.1 모노머의 제법
스티렌 모너머의 원료는 벤젠과 에틸렌이다. 벤젠은 종래 일본에서는 주로 석탄에서 만들어졌는데 석유화학공업의 발전에 의해서 현재는 석유로부터의 것이 총생산량의 거의 90%를 점하고 있다. 한편 에틸렌은 더 말할 것도 없이 석유화학공업의 가장 중요한 중간 제품의 하나이며 일본에서는 1958년부터 생산되게 되었다. 이 원료 벤젠과 에틸렌에서 스티렌 모노머를 만드는 데는 우선 무수염화알미늄을 촉매로 하여 벤젠에 에틸렌가스를 불어넣어 에틸벤젠을 만든다. 다음에 이것을 Fe2O2, Cr2O3, CaO, K2O등의 혼합 촉매로 사용하여 600℃ 정도에서 탈수소 처리를 하면 특유의 자극성 방향을 갖는 스티렌 모노머를 얻을 수 있다. 또한 에틸벤젠은 아래와 같이 염화 알미늄을 촉매로 하는 액상법 이외에 불소계 촉매 등을 사용하는 기상합성법에의해서도 얻어지며 또한 합성에 의하지 않고 에틸벤젠 그 자체를 나프타의 개질에 의해서 얻어지는 개질유 속의 C8유분(혼합 Xylene)에서 분리하는 방법이 있으며, 이러한 여러 방법은 어느 것이나 공업적으로 실시되고 있다.
*모노머의 성질은 밀도 : 0.9019, 굴절률 : 1.5439, 비점 : 145.2℃, 응고점 : -30.6℃, 인화점 : 31℃등의 성질을 가지고 있다.
1.2 중합법
스티렌 모노머는 열, 빛, 촉매에 의해서 쉽사리 중합하여 무색투명의 수지가 된다. 시판 스틸렌 모노머에는 보통 10∼20ppm정도의 파라-터셜부틸카테콜 등의 중합금지제가 첨가되어 있는데 또한 냉암소에 보존하는 등 그 저장,수송에는 충분한 주의가 필요하다. 중합반응에는 라디칼 개시제로서 주로 유기과산화물이 사용되고 있다. 중합방법에는 다른 비닐화합물처럼
①모노머에 가용성의 촉매를 첨가하여 그대로 가열중합시키는 괴상중합법, ②모노머를 적당한 불활성 용제 중에 용해하고 용제가용의 촉매를 첨가하여 용액중에서 중합하는 용액중합법, ③수용성 촉매 및 유화제를 섞은 물 속에 모노머를 유화시킨 상태에서 중합시키는 유화중합법, ④적당한 현탁 안정제를 사용하여 모노머를 물 속에 현탁 분산시켜 모노머 가용성 촉매로 중합시키는 현탁 중합법 등이 있다.
이들 중합에는 어느 것이 좋은가는 한마디로 단정할 수 없다. 예컨대 괴상중합은 중합열의 제거가 곤란하기 때문에 중합반응의 제어가 힘들고 또한 점조한 중합물의 수송, 생성 폴리머의 뒤처리등에 난점이 있지만 투명성이 가장 좋은 제품이 얻어진다. 또한 유화중합은 중합열의 제거, 이를테면 반응속도의 조절이 용이하며 더욱이나 중합속도가 크고 또한 고중합도의 폴리머가 얻어지는데, 그 반면에 사용한 유화제의 완전제거가 곤란하며 그 때문에 투명성을 해치는결점이 있다. 현탁중합법은 이들 양자의 특징을 합쳐서 갖는 중간적 성격의 것이다. 현재 이들 중에서 현탁중합법과 연속 괴상중합법이 널리 채용되고 있다.
2. 종류와 성질
폴리스티렌은 무색투명하며 선명한 착색이 자유로우며 비중도 폴리프로필렌, 폴리에틸렌에 이어서 작다. 또한 뛰어난 전기적 성질을 갖고 특히 그 고주파특성은 폴리4불화에틸렌, 폴리페닐렌옥사이드에 버금 가는 것이다. 또한 빛 안정성도 방사선에 대한 저항력은 모든 플라스틱 중에서 가장 강하다. 정유 또는 케톤, 에스테르, 방향족 탄화수소등의 유기용제에 대해서는 연화 혹은 용해하지만 산, 알칼리, 염류, 광유, 유기산, 저급알코올 등에 대해서는 뛰어난 저항성을 갖고 있다. 폴리스티렌은 용해 때의 열안정성 및 유동성이 양호하기 때문에 성형가공성에 뛰어나다. 특히 사출성형에 적합하고, 성형수축이 작은 성형품의 치수안정성도 좋고 또한 싼 값이다. 이러한 특징이 폴리스티렌이 크게 신장한 주요 원인일 것이다. 폴리스티렌은 이상과 같이 많이 뛰어난 특징을 갖고 있는데 한편, 연화온도가 비교적 낮고 또한 굳지만 약하다는큰 결점이 있다. 따라서 폴리스티렌의 연구도 이 내열성과 내충격성의 향상을 중심으로 행해지며 현재는 이러한 결점도 상당히 개선되었다. 스티렌계 수지에는 대단히 많은 종류가 있으며 각 소재 중에서도 여러 가지 그레이드물이 준비되어 있기 때문에 이것들 중에서 특정한 용도에 최적은 재료를 선택할 수가 있다. 수지 선정에 있어서는 각 수지의 물성 및 성형성을 잘 알아두는 것이 중요하다.
2.1.1 일반용(GP) 폴리스티렌
스티렌의 단독중합체로서 이에 관해서는 이미 지금까지 기술한 대로인데 다시 그 중에 좁은 의미의 일반용, 좋은 유동성, 내열용 등의 품종이 있다. 또한 일반용 폴리스티렌은 General Purpose의 머릿 글자를 취하여 GP 폴리스티렌이라고 약칭한다. 좁은 의미의 일반용 폴리스티렌은 폴리스티렌의 가장 기본적인 타입의 것이며 더 설명이 필요없다. 좋은 유동성의 폴리스티렌은 좁은 의미의 일반용 수지의 유동성을 분자량 내지는 그 분포의 조절에 의해서 개량한 것으로서 좁은 의미의 일반용에 비해서 인장강도, 열변형 온도 등은 약간 낮지만 용해 때의 흐름이좋아서 고능률로 얇은 성형품을 만드는데 적합하다. 내열용 폴리스티렌은 고중합도의 폴리스티렌 또는 무수말레산(5mol%)과의 공중합체로서 열변형 온도, 인장강도는 일반용보다 약간 높지만 유동성을 약간 나빠진다. 그러나 내열성은 반드시 충분한 것은 아니다.
2.1.2 내충격성(HI)폴리스티렌
내충격성 폴리스티렌은 High Impact(고충격)의 머릿 글자를 취해서 통상 HI폴리스티렌이라고 약칭한다. 이 HI폴리스티렌은 폴리스티렌의 커다란 결점의 하나인 취약성을 개선하기 위해서 고무를 배합한 품종으로서 충격강도는 고무함량이 늘수록 커지는데 기타의 성질, 예컨대 인장강도, 내열성, 내광성, 성형성, 표면광택 등은 점점 저하한다. 또한 고무를 배합함으로써 폴리스티렌의 특징의 하나인 투명성도 잃게 되고 유백색 불투명이다. 현재 시판되고 있는 이 품종의 고무 함량은 보통 5∼20%이다. 폴리스티렌에 고무를 배합하는 데는 ①고무와 폴리스티렌, 이를테면 폴리머까지 기계적으로 Blend 하느냐, 또는양자를 라텍스 상으로 혼합하는 방법, ②스티렌모노머에 고무를 용해하여 중합시키는 방법의 두가지가 있다. 미리 고무를 용해한 스티렌 모노머를 중합시키면, 고무에 폴리스티렌의 측쇄가 달린 이른바 Graft 폴리머가 되기 때문에 고무와 폴리스티렌의 상용성이 증가하여 내충격성은 매우 양호해진다. 따라서 현재로서는 이 그래프트 중합법이 널리 채용되고 있다. HI 폴리스티렌의 합성고무를 배합함으로써 내충격성은 개선되는데, 그 반면 앞에서 기술했듯이 그밖의 여러 물성이 저하를 초래한다. 그래서 내충격성을 향상시킴과 동시에 내열성 혹은 강성의 저하를 어떻게 하면 적게 하느냐 하는 점에 대해서 개량 연구가 계속되고 있으며 현재로서는 이러한 내충격성과 강성 혹은 내열성과의 균형이 뛰어난 재료가 준비되어 있다. 이들의 내충격성 폴리스티렌은 저온에 있어서의 내충격성이나 내고온 클립성이 현저히 향상되고 전기 냉장고의 내상자나 도어라이너, 아이스크림 컵등의 1회용 용기 혹은 대형 TV, 캐미넷 등 HI 폴리스티렌의 용도를 크게 전진시켰다. 또한 최근, 가시광선을 산란시키지 않을 정도로 고무입자를 미분산 시킴으로써 투명한 내충격성 폴리스티렌이 제조되기에 이르렀다. 또한 유백색의 내충격성 폴리스티렌의 광택은 ABS수지보다도 뒤지지만 이것도 상당히 개량된 것이 개발되어 왔다.
ABS
ABS수지는 아크릴로 니트릴, 부타디엔 및 스티렌의 3성분으로 이루어져 있으며 내충격성 열가소성 수지의 총칭이며 이들 세 성분의 머릿 글자를 취하여 ABS수지 혹은 ABS tert-폴리머(3원공중합체)라고도 불리는 때가 있다. 그러나 여기에서 주의하지 않으면 안 되는 것은 ABS수지는 이들 세 성분의 단순한 공중합체는 단순한 공중합체는아니고, 유리상 폴리머인 AS수지의 연속상에 BR, SBR, NBR등의 고무상 폴리머가 미세하게 분산한 2상불균일계의 구조를 갖는 폴리머 블렌드라는 점이다. 이 수지 고무의 2상 구조는 HI폴리스티렌과 전적으로 동일한 것으로서 ABS수지는 이를테면 내충격성 AS수지 또는 합성고무 강화 AS수지라고 해야 할 것이다. AS수지는 별항에 이미 기술하였듯이 스티렌에 아크릴로 니트릴을 공중합시킴으로써 폴리스티렌의 뛰어난 투과성, 가공성, 전기적 특성을 유지하면서 그 기계적 강도, 내열성, 내유성, 내후성 등을 개선한 것이다. 그러나 그 내충격성은 반드시 만족할 만한 것만은 아니었다. 한편 폴리스티렌의 취약성은 합성고무와의 블렌드 혹은 그래프트 중합체인 HI폴리스티렌에 의해서 일단 해결되어 있었지만 더욱 이 경우에는 내열성, 강성의 부족이라는 결점이 있었다. 이상의 공중합 및 합성고무강화라는 2개의 수단을 조합함으로써 폴리스티렌의 결점 및 AS수지 혹은 HI폴리스티렌에 남아 있는 약점을 한꺼번에 해결한 것이 ABS수지이다. 따라서 ABS수지는 그 제법 성장 모두가 HI폴리스티렌과 유사하다는 것은 오히려 당연할 것이다. 즉 최초의ABS수지인 <KRALASTIC>가 U.S. Rubbet사의 Naugatuck Chem, Div.에 의해서 발표된 것은 1947년이었지만 이 <KRALASTIC>는 AS수지와 NBR와의 블렌드에 의한 것이었다. 한편 현재의 ABS수지는 그래프트 형이 그 주류라고 하는데, 이 그래프트형 ABS수지의 선구자가 된 <CYCOLAC>는 이보다 몇 년 뒤져서 1954년 Morbon Chem.사에 의해서 제조, 시판이 시작되었다. 이상과 같이 ABS수지는 미국에서는 아주 오랜 역사를 갖고 있는데 이 수지가 본격적으로 발전을 본 것은 그래프트형 ABS수지의 개발보다 다시 몇 년 뒤져서 1960년 이후이다. 한편 일본에서는 ABS수지의 생산이 시작된 것은 1963년인데 그 수요량은 해마다 급격히 증대하여 현재로서는 대표적인 내충격성 열가소성 수지의 자리를 차지하고 있다.
1. 제법 ABS수지의 기본적인 제조법은 블렌드법, 그래프트법 및 이 양자의 병용인 그래프트 블렌드 복합법 세가지로 대별된다.
1.1 블렌드법 HI폴리스티렌의 경우와 같이 AS수지와 NBR를 가열, mill을 사용, 기계적으로 혼합한다든가, 혹은 또 수지와 고무를 라텍스 상에서 혼합하는 방법도 있다. 이 블렌드형 ABS수지에 있어서는 사용하는 고무의 가교도가 수지와 고무와의 상용성에 크게 영향을 주어 가교도가 클수록 충격강도는 커진다. 이 때문에 NBR를 제조할 때 혹은 최초 혼련할 때에 소량의 가교제를 첨가하고 고무의 가교도를 높이는 등 연구가 이루어지고 있다. 또한 충격강도는 고무함량이 약 15%에 달하기까지는 고무의 양이 증가해도 거의 변화하지 않고 15%를 넘으면 급격하게 증대해 오는데 다른 성질과의 균형상, 고무함량은 20∼30%범위가 적당하다. 또한 보통 이 블렌드에 사용되는 고무의 부타디엔 함량은 약 65%인데 이보다도 부타디엔이 많은 고무를 사용하면 저온내충격성이대단히 개선된다.
1.2 그래프트법 그래프트형 ABS수지는 예컨대 폴리부타디엔 라텍스의 공존하에 스티렌과 아크릴로 니트릴을 중합시킴으로써 만들어진다. 따라서 이 타입의 ABS수지는 폴리부타디엔, 스티렌과 아크릴로 니트릴이 그래프트한 폴리부타디엔 및 스티렌-아크릴로 니트릴 공중합체의 단순한 혼합물은 매우 약하고 연하다. 이들 두 가지 성분을 결합하여 ABS수지를 강인한 수지로 하는 것이 스티렌과 아크릴로 니트릴이 그래프트한 폴리부타디엔이다. 이 그래프트형 ABS수지의 주축이 되는 그래프트 고무로서 특히 중요한 성질은 고무에 그래프트한 아크릴로 니트릴-스티렌코폴리머와 간 고무와의 비율(그래프트율)이며 이 비율은 중합조건에 의해 결정된다.충격강도는 고무함량이 약 30%에 달하기까지 고무함량과 더불어 커지지만 동일 고무함량에서도 그래프트율에 따라충격강도가 다르며 또한 고무의 입자지름에 따라 최적 그래프트율이 다르다는 것은 중요하며 또한 흥미 깊은점이기도 하다. 그래프트형 ABS수지의 폴리부타디엔 함량은 대체로 10∼30%이다. 폴리부타디엔은 유리전이온도가 매우 낮기 때문에 그래프트형 ABS수지는 저온에서도 뛰어난 내충격성을 유지할 수가 있다. 그래프트법에는 유화 중합법이외에 HI폴리스티렌의 경우와 같이 고무를 아크릴로 니트릴, 스티렌의 두 모노머에 용해하여 괴상 또는 현탁상에서 중합하는 방법, 혹은 괴상이 어느 정도 예비 중합한 다음 물속에 현탁하여 중합을 진행하는 괴상현탁법등의 여러 방법이 있다.
1.3 그래프트 블렌드법 그래프트법으로 만든 ABS수지 라텍스와 이것과는 별도로 만든 AS수지 라텍스를 블렌드하는 방법이다. 통상의 그래프트 블렌드법에서는 비교적 작은 입자 지름의 고무 라텍스를 이용, 또한 고무함량을 70%정도까지높인 계에서 그래프트 중합된다.
2. 종류와 성질 ABS수지는 그 제법, 사용하는 수지의 조성 및 분자량, 고무의 종류, 조성, 입자지름, 가교도, 그래프트율, 수지와 고무와의 비율 등을 바꿈으로써 혹은 제 4의 새로운 성분을 첨가함으로써, 그 성질을 대폭적으로 바꿀 수가 있다. 다시 말하면 ABS수지는 용도에 따라서 거기에 적합한 특성을 갖는 재료를 광범위하게 또한자유롭게 만들어 낼 수 있다. ABS수지에는 실로 많은 품종이 준비되어 있는데, 이들 개개의 품종에 대해서 설명할 수는 없기 때문에다음의 ABS수지의 기본적인 성질에 대해서 극히 간단하게 설명한다. ABS수지의 특징은 제일 먼저 인장강도나 강성에 대한 저하 없이 뛰어난 내충격강도 특히 저온에서 비할데 없는 충격강도를 가지며 또한 열변형 온도가 높다는 것이다. 그밖에 전기적 성질, 내화학 약품성, 내유성이 뛰어나고 또한 가공적응성도 좋고 사출성형, 압출성형, 진공성형, 취입성형, 캘린더가공 등 모든 성형법이 적용될 수 있고 또한 치수안정성, 내크립성, 내스트레스크래킹성이 뛰어난 광택의 좋은 성형품을 얻을 수 있는 등, 수많은 뛰어난 성질을 합쳐서 갖고 있다. 또한 ABS수지는 모든 플라스틱 중에서 가장 도금하기 쉬운 재료라는 것도 커다란 특징의 하나이다. ABS수지의 이상과 같은 뛰어난 특성은 말할 것도 없이 이 수지를 구성하는 세가지 성분의 특성, 즉 스티렌의 광택, 전기적 성질, 성형성, 아크릴로 니트릴의 내열성, 강성, 내유성, 내후성 및 부타디엔의 내충격성에서 유래하는 것이지만 ABS수지는 이들 세 성분의 단순한 혼합물이 아니라, 이들 세 성분이 교묘한 구조로 결합되어 비로소 저마다의 특성을 유감없이 발휘할 수 있다는 것도 잊어서는 안될 중요한 점이다. ABS수지는 이상과 같이 성형재료로서 뛰어날 뿐만 아니라 다른 수지와의 상용성이 좋기 때문에 다른 수지의 개질 보강재로서 이용할 수가 있다. 그 중에서도 염화비닐 수지와의 블렌드는 특히 중요하며 ABS수지의 용도에서커다란 분야의 하나이다. 염화비닐수지에 ABS수지는 5∼20%를 블렌드하면 뚜렷하게 충격강도가 향상되고 인장강도, 경도는 그다지 변하지 않으며 열변형 온도는 오히려 상승하고 게다가 가공성도 개선된다 이와 같은 것은 보통의 가소제나 니트릴고무와의 블렌드에서는 불가능한 일이며, 그야말로 주목할만한 현상이다. 여기서 중요한 점은 블렌드에 사용한 ABS수지의 종류 및 사용하는 염화비닐수지의 분자량에 따라서 그 효과에 매우 차이가 나타난다는 것이다. 따라서 사용목적에 따라 그레이드를 선택할 일이 중요하다. 이 주의는 블렌드 용에 한하지 않고 다른 ABS수지에 대해서도 전적으로 마찬가지이다. PVC강화용 ABS수지는 그래프트 성분으로서 범용 ABS수지와 같은 아크릴로 니트릴, 스티렌을 사용한 것도 물론 사용되고 있지만 이 밖에 메타크릴산 메틸 혹은 아크릴산 에스테르등에서 변성한 것도 많이 사용되고 있다.또한 ABS수지는 PVC이외에 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 나일론등과의 블렌드도 하고 있다. ABS수지는 각종 기계적 강도, 가공성, 가격 등 모든 점에서 균형이 잡힌 뛰어난 수지이지만 결코 만능은 아니고 투명성, 내후성등에 약간의 문제가 있다. 앞에서 이야기 했듯이 ABS수지는 ABS수지의 연속상에 고무의 미립자가 분산된 2상 불균일계의 구조를 갖고 또한 그 구성 성분인 수지와 고무의 굴절률이 다르기 때문에 이 계면에서 빛의 굴절, 산란이 일어나며 그 결과 본질적으로 불투명이 된다. 따라서 이와 같은 블렌드 폴리머를 투명하게 하기 위해서는 수지와 고무의 굴절률을 어떤 범위내에 가까이 하든가 혹은 또 고무입자의 크기를 가시광선의 산란이 일어나지 않을 정도로 작게 하면 좋을 것이다. ABS수지에서는 예컨대 SBR를 고무성분으로 하고 여기에 그래프트 및 수지성분으로서 스티렌, 메틸메타아크릴레이트를 조합 시킴으로써 양자의 굴절률을 상당한 정도까지 일치시킬 수가 있고 수지를 투명화할 수가 있다. 이와 같은 수단에 의해서 현재는 대체로 폴리카보네이트와 같은 정도의 투명성을 갖는 ABS수지가 투명등급으로써 시판되고 있다. ABS수지의 제2의 커다란 결점은 내후성에 뒤진 점이다. 따라서 이 결점을 커버하기 위해서 예전에는 특정의안료, 자외선 흡수제등의 첨가 혹은 도장, 금속도금등 갖가지의 개선책이 취해져 왔는데 모두가 본질적인해결책은 아니었다. ABS수지에 뛰어난 내충격성을 부여하고 있는 것은 말할 것도 없이 부타디엔 성분이며,이 성분이 또한 ABS수지의 우수한 도금 성능의 원인이라고 생각하지만 그 반면, 이 부타디엔 고무 속의 잔존2중 결합이 ABS수지의 내후열화의 원인이라고 생각되고 있다. 그래서 이 부타디엔 고무를 2중 결합을 포함하지 않는 다른 Elastomer, 예컨대 아크릴산 에스테르계 합성고무(AAS수지), 염소화 폴리에틸렌 혹은 에틸렌-초산비닐 공중합체등으로 치환, ABS수지의 내후성을 개선한 AXS수지라고 총칭되는 일련의 내후·내충격성 수지가 개발되어 옥외용 내충격성 재료로서 주목되고 있다.
3. 성형가공 ABS수지의 성형가공법은 그 주성분인 스티렌에서 이어받은 것으로서 매우 뛰어나다. 단지 폴리스티렌에 비하면 유동성이 약간 뒤지고 또한 약간의 흡습성이기 때문에 성형전의 예비건조가 필요한등, 약간의 차는 있지만이러한 여러 점은 HI폴리스티렌 AS수지와 같다. 아무리 성형성이 뛰어나고 또한 내충격성, 강성, 내열성,표면광택 등 뛰어난 성질을 함께 가진 ABS수지라 할지라도 성형조건이 적당하지 못하면 그 본래의 성질을 충분히 발휘할 수 있는 것은 아니다. 즉 성형기술의 교졸이 ABS수지의 제품의 성질에 매우 커다란 영향을 미치는 것은 폴리스티렌 등의 경우와 전적으로 마찬가지이다. ABS수지의 성형법은 다른 스티렌계의 수지와 같이 사출성형이 중심이며, 그밖에 압출성형, 진공성형, 취입성형, 발포성형 등이 중요한 성형법이지만 최근은콜드포밍, 회전성형 등의 기술도 적용되고 있다.
PVC
석유화학원료의 가격사정이 변하고 공업생산의 체계가 크게 바뀌고 있는데 염화비닐수지는 기초자재이며, 가공, 용도, 사용량은 종래와 달라진 것이 없다. 이 수지는 화학적 변화를 잘 일으키지 않고 배합에 따라서 대단히부드러운 것에서부터 딱딱한 것에 이르기까지 충족 시켜주는 특징을 갖고 있다.
1. 제법
1.1 단량체(모노머)
석회석을 출발원료로 하는 아세틸렌과 염산을 반응시키면 모노머를 얻을 수 있다. 이것을 아세틸렌법이라고 한다. EDC의 열분해로 부생하는 염산에 산소와 에틸렌을 혼합하여 반응시키면 EDC가 된다. EDC는 위에서 기술했듯이열분해되어 염화비닐이 되므로 아세틸렌을 사용하지 않고 모노머를 만들 수가 있다.이 방법은 옥시클로리네이션법이라하며 이것은 모노머 제조의 주력으로 되어 있다.
모노머를 중합시켜서 중합체(폴리머)를 얻는다. 염화비닐에서는 현탁중합이 생산의 95%를 점하고 그 밖에는 유화중합으로 페이스트 레진, 용액중합으로는 도료, 접착제등이 얻어지는데 특수한 목적이외에는 그다지 사용되지 않는다. 중합도는 150∼3000의 것이 제조되고 있는데 그 대부분은 중합도 700∼1300이다. 중합할 때, 염화비닐외에 초산비닐등 다른 비닐 단량체(코모노머)를 적당량 첨가하여 공중합체(코폴리머)를 만드는데 그 생산량은 약 10%이다.
2. 성질과 특성
수지는 비중 약 1.4의 백색분말이며 내수성, 내산성, 내알칼리성, 무독, 난연성, 양전기절연성과 그밖에 많은 용제류에도 견디는 성질이 있다. 용제에 대한 용해성의 개략을 나타내면 다음 표와 같은데 일반적으로 중합도가낮고 코모노머 성분이 많은 공중합체일수록 용해하기 쉽다.
수지는 65∼85℃에서 연화하고, 120∼150℃에서 완전히 가소성으로 된다. 170℃이상에서는 용융하고 190℃이상이되면 격렬하게 염산을 방출하면서 분해를 시작한다. 따라서 가공적정 온도는 150∼180℃의 범위라고 할 수 있다. 그러나 수지의 성질은 중합체 조성, 중합도 및 제조방법도 커다란 차이를 갖고 있으므로 용도, 목적에 따라서 적당한 수지를 선택한다. 2.1 중합법의 특성
2.1.1 특징
*현탁 중합체
현탁 중합에 의해 얻어지는 200∼300μ의 입상분말로서 열안정성이 양호하고 전기적 성질도 좋다. 캘린더가공, 압출가공에는 전적으로 이 중합체가 사용된다. 겔화가 빠르고 투명성이 좋은 것일수록 품질이 좋다.
*유화 중합체
유화중합에 의해서 만들어지는 1∼10μ의 분말로서 현탁중합체에 비하면 비산하기 쉬워서 취급하기 까다롭다.유탁액, 페이스트 레진, 페이스트 증점용 레진으로서 지극히 소량이 사용된다.
*용액 중합체
초산에틸, 초산부틸 등의 용제속에서 중합하고 그대로 도료 및 접착제로서 사용되고 있다. 중합도는 150∼400이며 초산비닐, 말레인산에스테르와의 공중합체가 많다.
2.1.2 중합체 조성과 특징
*단독중합체
염화비닐 단독의 중합체로서 생산량의 90%는 이 종류이다. 시트, 레저, 페이스트, 전선, 연질파이프, 경질판에 쓰인다.
*공중합체
초산과 비닐과의 공중합체가 가장 많다. 공중합한 코모노머량은 약간이라 할지라도 가공온도 범위는 확대되고 가공할 때의 흐름, 광택등이 현저히 개선된다. 코모노머량이 많은 것은 강도, 연화점이 내려간다. 보통 3∼15몰%의 공중합체가 레저, 시트, 파이프, 도료, 접착제, 경질판, 레코드등에 사용된다.고급알콜의 비닐에테르, 고급 지방산의 비닐에스테르 등과의 공중합체를 내부 가소화 수지라고 해서 진공 성형용 경질 시트에 적합하지만 그다지 사용되고 있지 않다. 에틸렌, 프로필렌과의 공중합체는 흐름이 좋고 특히 후자는 취입성형에 적합하지만 보급되지는 않고 있다. 아크릴로니트릴과의 공중합체는 의료섬유로서 염화빈닐렌과의 공중합체는 케이싱용 필름을 비롯하여 공업용 섬유로 돌려지고 있다. 단독중합체의 후 염소화물은 융점이 높은데다가 흐름이 나쁘기 때문에 매우 가공이 힘들지만, 연화온도가 100℃이상이기 때문에 내열성을 요하는 파이프나 판자등에 약간 사용되고 있다. EVA-VC 그라프트 중합체(EVA에 염화비닐을 그라프트 중합하여 얻은 중합체)에는 EVA의 함량에 의해서 연질 중합체와경질 중합체가 있다. 전자의 유연성은 단독중합체에 가소제 50부를 첨가한 경우에 상당하지만, 이 이상 연한 것은 되지 않는다. 그러나 유연온도는 약 5℃, 취화온도는 약 40℃나 낮고 가소제의 이행, 휘발에 의한 변질의 문제도없고 레저, 시트, 필름등을 만들 수가 있다. 후자는 내충격성이 매우 뛰어나고 내충격성의 파이프, 이음매, 판자, 이형압출제품에 적합하다. 그러나 어느 경우이든, 투명도가 요구되는 용도에는 사용할 수가 없다.
2.1.3 중합도
중합도가 높은 중합체는 기계적 성질은 강하지만 가공온도가 높고 가공적 온도의 범위가 좁다. 한편 중합도가 낮은 중합체는 기계적 강도에 약하지만 가공온도가 낮고 가공할 때의 흐름이 좋다. 또한 열 안전성에는 뒤지지만 접착력이 좋다 . 중합도는 800이상 높아져도 강도에 대해서 향상은 볼 수 없고, 오히려 가공하기 힘들게 된다. 그러므로 일반용으로는 800∼1200도의 것을 표준으로 하고 있다. 그러나 용도에 따라서 적당한 중합도가 있으므로 그 대략을 분류하면 다음과 같이 된다.
2500∼3000
호스, 바킹
1300∼1700
전선, 페이스트
1000∼1300
필름, 레저, 시트, 연질파이프
700∼800
경질판, 경질파이프, 병(bottle)
400∼500
레코드
400이하
도료, 접착제
2.2 PVC의 특정적인 물성
PVC는 Tg가 약 80℃인 단단한 열가소성 PLASTIC이며, 비결정성(amorphous)고분자 물질이다. PVC는 상당히 큰길이의 대칭구조(Syndiotactic Structure)를 가지고 있기 때문에 부분적인 결정구조를 가지고 있으며 이 결정부분의 melting point는 225℃근처이다. 그러나 실제로는 이 온도에 도달하기 전에 열분해가 일어나기 때문에 융점을 관찰하기 매우 어렵다.열분해가 시작되면서 PVC 구조 중에서 염산이 이탈하게 되는데 순수한 PVC는 실제 가공온도보다 낮은 100℃가넘기 시작하면 상당한 양의 염산 gas가 발생하는 것을 관찰할 수 있다. 따라서 적절한 열안정제의 선정과 사용이 PVC가공에는 매우 중요하다. PVC에 결정부분이 존재하는 점과 매우 높은 용융점을 갖는다는 것이 특별한 용융 유변상태(melt rheology)를 나타냄을 뜻한다. 즉 다른 열가소성 플라스틱과는 달리 용융물 상태를 얻을 수 없다는 점이다. 따라서 PVC유동물은 분자의 흐름이 아니고 아주 작은 입자(중합과정에서 형성되는 domain 혹은 microdomain state 해당됨)의 흐름으로 해석해야 한다. 따라서, 중합 Process로 형성되는 resin입자의 형상 및 구조와 size,그리고 입도분포가 근본적인 가공성에 영향을 주게 된다. 열을 가하여 용융물이 되었을 때 1차 입자의 구조와 크기 및 그 분포에 의해 마찰에너지의 변화를 수반하기 때문에 현탁중합(suspension process)에서는 이 1차입자의 형성과정을 조절l하는 것이 매우 중요하며 형성된 1차입자가 화합하여 형성되는 구정(granule)의 형성과 구조 또한 중요하다. 특히 경질 PVC 가공에서는 적절한 유동성을 갖게 하기 위한 첨가제의 종류와 양을 결정하는데 신중을 기하여야 한다. 경질 PVC배합에서 조절하는 내부 활제(internal lubricant)와 가공 용융물과 금속면이 점착됨을 방지해 주는 외부 활제의 2가지로 분류할 수 있는데 이 2종의 활제 사용량의 균형이이루어져야 우수한 품질의 제품을 가공할 수 있다.
[표] PVC의 일반물성
항 목
단위
ASTM
경질
연질
비 중
-
D792
1.35~1.45
1.16~1.35
인장 강도
Kg/㎠
D638
352~633
105~246
신 장 률
%
D638
2.0~4.0
200~450
압축 강도
Kg/㎠
D695
562~914
53~120
굴곡 강도
Kg/㎠
D790
703~1125
-
충격 강도
ft-lb/in
D256
0.4~2.0
가소제에 의해 변화
경 도
Shore
D785
70~90
가소제에 의해 변화
내열 온도
℃
-
66~79
66~79
열변형온도
℃
D648
54~74
-
체적고유저항
Ω·cm
D257
>1014
1012~1014
유 전 율
106cycle
D150
2.8~3.1
3.3~4.5
절연파괴강도
KV/mm
D149
16.7~51.5
11.8~39.3
흡 수 율
%
D570
0.07~0.4
0.15~0.75
투 명 도
-
-
투명-불투명
투명-불투명
3. 성형가공
수지에 가소제, 안정제, 안료등을 첨가하여 직접 가공하는 것을 1차 가공이라고 하며 필름, 시트, 판, 파이프등에엠보싱, 인쇄, 고주파 가공, 진공성형, 기타의 가공을 하는 것을 2차 가공이라고 부른다. 배합은 갖가지 변화에 중요하지만 수지와 부원료의 선택이 가공과 제품의 가장 큰 열쇠로 되어 있다.
플라스틱의 특징과 구분방법
1. 플라스틱의 특징
플라스틱의 리사이클 원료는 성형시의 불량품, 로스 및 일반가정, 사무실에서 버린 제품 등 다종다양합니다이들 중에 프라스틱의 종류를 확실히 분류해야 만이 리사이클원료로서의 가치를 가지게 됩니다. 다른 종류의 플라스틱이 섞여있는 원료는 성형시 및 성형후에 여러 가지 문제를 일으키게됩니다. 구체적으로는 융해온도의 차이에 의한 성형불량, 성형품표면의 플래시(플라스틱이 금형 밖으로 삐져 나오는 형상), 핀홀(조그만 구멍이 생기는 현상), 강도저하 등 성형품의 상품가치에 관계되는 중대한 문제를 일으킵니다. ※ 본래 다른 종류의 플라스틱이 섞이면, 물성이 저하되어 리사이클이 어렵게되나, 융해온도가 높은 플라스틱 중에는 융해온도가 낮은 플라스틱과 조금 섞어있어도 리사이클이 가능합니다. 예를 들면 PP(폴리프로필렌)의 융점은 130°C, PE(폴리에틸렌)은 130°C입니다. PP중에 다소PE가 섞여있어도, 강도가 약간 떨어질뿐 성형은 가능합니다. 하지만 PE에 PP가 섞여있는 경우 PE의 융해점에서 PP는 융해되지 않아 제품이 아주 나쁜 상태로 나오며 강도도 극단적으로 떨어져 사용할 수 없는 상태가 됩니다
2. 간단한 플라스틱의 구별방법
먼저 태워봅니다. 프라스틱의 표면을 라이터로 태워, 녹는 것이 열가소성수지(리사이클 이용가능)라고 생각해도 좋습니다. 특히 용해한 부분을 당겨 실과같은 상태로 늘어나면 압출기에서 재생이 가능한 것입니다. 통상적으로 플라스틱의 구분은 타는 모양과 냄새로 판별합니다
<태워서 연기가 나지않는 수지> PE, PP등 : 올레핀계수지 PMMA : 아크릴 POM : 타고 있는지 꺼져있는지 구별되지 않는다.
<태워서 연기가 나는 수지> PS, ABS 등 스틸렌계 수지 PVC 불이 붙지 않고 염소를 뿜는다.
플라스틱의 특징과 구분방법
1. 플라스틱의 특징
플라스틱의 리사이클 원료는 성형시의 불량품, 로스 및 일반가정, 사무실에서 버린 제품 등 다종다양합니다이들 중에 프라스틱의 종류를 확실히 분류해야 만이 리사이클원료로서의 가치를 가지게 됩니다. 다른 종류의 플라스틱이 섞여있는 원료는 성형시 및 성형후에 여러 가지 문제를 일으키게됩니다. 구체적으로는 융해온도의 차이에 의한 성형불량, 성형품표면의 플래시(플라스틱이 금형 밖으로 삐져 나오는 형상), 핀홀(조그만 구멍이 생기는 현상), 강도저하 등 성형품의 상품가치에 관계되는 중대한 문제를 일으킵니다. ※ 본래 다른 종류의 플라스틱이 섞이면, 물성이 저하되어 리사이클이 어렵게되나, 융해온도가 높은 플라스틱 중에는 융해온도가 낮은 플라스틱과 조금 섞어있어도 리사이클이 가능합니다. 예를 들면 PP(폴리프로필렌)의 융점은 130°C, PE(폴리에틸렌)은 130°C입니다. PP중에 다소PE가 섞여있어도, 강도가 약간 떨어질뿐 성형은 가능합니다. 하지만 PE에 PP가 섞여있는 경우 PE의 융해점에서 PP는 융해되지 않아 제품이 아주 나쁜 상태로 나오며 강도도 극단적으로 떨어져 사용할 수 없는 상태가 됩니다
2. 간단한 플라스틱의 구별방법
먼저 태워봅니다. 프라스틱의 표면을 라이터로 태워, 녹는 것이 열가소성수지(리사이클 이용가능)라고 생각해도 좋습니다. 특히 용해한 부분을 당겨 실과같은 상태로 늘어나면 압출기에서 재생이 가능한 것입니다. 통상적으로 플라스틱의 구분은 타는 모양과 냄새로 판별합니다
<태워서 연기가 나지않는 수지> PE, PP등 : 올레핀계수지 PMMA : 아크릴 POM : 타고 있는지 꺼져있는지 구별되지 않는다.
<태워서 연기가 나는 수지> PS, ABS 등 스틸렌계 수지 PVC 불이 붙지 않고 염소를 뿜는다.
3. 수지의 특징
수지명
특 징
PE 폴리에틸렌
본래의 색은 반투명, 불에 가까이 가져가면 연화해서 늘어져가며 탑니다. 양초를 태우는 냄새 LDPE는 사출성형, 압출성형(필름, Sheet, 전선), 중공성형등 용도가 넓으며,부드러운 플라스틱, 필름의 경우 당겨서 늘어나면 LDPE입니다. HDPE도 LDPE와 거의 같으나, LDPE와 비교하면 딱딱한 플라스틱으로 플라스틱 물통, 등유통 등이 대표적인 예이다. 필름의 경우 당겨도 늘어나지 않습니다.(예 : 물수건포장) LLDPE도 LDPE와 거의 같으나, 필름 용도가 중심으로 LDPE보다 인장강도가 큽니다. EVA는 부드러운 타파웨어 등이 그 대표적인 예 ※LDPE와 HDPE의 차이는펠렛을 이빨로 물어보아 단단함의 차이로 알 수 있습니다.
PP 폴리프로필렌
잘 타며 약간 달콤한 냄새가 납니다. 구성특징에 따라 호모(단독중합), 코폴리며(공중합체), 랜덤으로 나눌 수 있습니다. 이들은 사용용도에 의해 선택되나, 일반적으로 호모는 선명한 색채로 착색할 수 있으나, 코폴리머의 경우는 불가능합니다. 그대신 코폴리머는 내충격강도가 호모보다 뛰어납니다. 대표적으로 세면기는 호모, 세탁기의 탈주조는 코폴리머로 만들어 집니다. 필름은 OPP필름, CPP필름 등 투명도가 높아, 담배포장, 과자포장지 등에 많이 사용됩니다.
PS 폴리스틸렌
쉽게 연화, 단량의 연기를 내면서 탑니다. 휘발유에 녹는 특징을 가지고 있습니다. · GPPS와 내충격강도를 겸비한 HIPS로 나누어지며, 용도는 GP와 HI혼합해서 사용합니다. · GPPS는 본래 투명하고 딱딱한 플라스틱이라 충격에 약하고, 아이스크림 포장지 등에 사용합니다. · GPPS를 발포시킨 것(EPS)은 발포스티롤로 알려져 있습니다.
ABS
타기쉬운 PS와 비숫하지만 신나냄새가 납니다. 또 PS와 달리 휘발유에 용해되지 않습니다. 아크릴과 부다디엔(고무)과 스틸렌을 중합한 플라스틱으로 HIPS보다 탄성이 있으며 표면에 광택이 있습니다. 주된 용도로는 TV, 세탁기의 보디 및 플로피 디스크 등입니다.
PA 폴리아미드
잘 타지 않으며 연기는 나지 않고 양모냄새가 납니다. 나이론 6와 나일론 66을 구별하는 방법은 불을 붙여서 잡아 당겨보면 나일론 6은 실처럼 잘 늘어나지만 나이론 66은 조금 늘어나다 끊어집니다. 일반적 용도는 낚시줄, 기어, 팬티스타킹, 베드민턴공의 날개 등에 사용되며 내마모성이 뛰어납니다.
POM 폴리아세탈
푸른불꽃을 내며 잘 타며, 눈에 자극을 주는 포르말린냄새가 납니다. (타고 있는지 꺼져있는지 분별이 어려우므로 주의) 내마모성, 내충격성이 뛰어나 기어 등 공업부품으로 사용됩니다.
PET 폴리에틸렌 테레프탈레이트
잘타지 않으며 시큼한 냄새가나며 실처럼 늘어납니다. PET는 청량음료의 병으로 많이 사용됩니다. (뚜껑은 PP를 사용) 독일에서는 세척하여 20회이상 사용한다고 하며, 양복 소재의 폴리에스텔은 PET입니다.
PMMA 아크릴
잘 타며 "탁탁" 소리를 내며 탑니다. 타고난 후 는 반들거리며 딱딱하게 됩니다. 투명도가 높으며, 매우 유리에 가까운 플라스틱입니다. Cast Type과 일반 Type으로 나눌 수 있고, Cast Type의 재생은 일단 가마에 넣어 전부 기화시킨 후 가스를 냉각한 것을 모노머로 사용하여 Sheet(판재)를 만듭니다. 일반 아크릴은 잘 타고, 실처럼 늘어나며, 불이 꺼진 후 기포가 생긴 것처럼 부풉니다. 또 Cast Type과 마찬가지로 연기는 내지 않으며 냄새도 나쁘지 않습니다. 아크릴에 고무를 넣어 강도를 높인 IR Type은 고무가 들어있어 타기 쉽고 검은 연기가 납니다.
PBT 폴리부틸렌 테레프탈레이트
이름으로부터 알 수 있듯 PET와 동일한 폴리에스터로, 강성이 뛰어나며 마모가 적습니다. 높은 온도에서 사용 가능하기 때문에 커넥터, 스위치, 소켓, 컴퓨터부품 등에 사용됩니다.
PC 폴리카보네이트
잘 타며 연기가 나고, 연소중 소독약 냄새가 납니다. (연기가 많이 나는 쪽이 분자량이 크다.) CD, 전경들의 방패, 주차장지붕에 사용되는 Sheet, 고속도로 방음판 등 많은 분야에서 사용되며 분자량이 클수록 강성이 높아지며, Sheet 재는 분자량 약 30,000, CD는 약 17,000 정도의 Grade가 사용됩니다.
PC Alloy
최근 각 플라스틱의 장점을 합쳐, 그 특성을 올리기 위하여 다른 플라스틱을 복합한 Alloy 플라스틱이 많이 사용되고 있습니다. PC와 ABS를 혼합한 PC/ABS Alloy가 그 대표적인 예로 종래의 ABS 난연 Grade가 사용되었던 용도 (OA기기, 자동차, 전기부품 등)에 환경에 좋지 않은 안티모니를 사용하지 않고 원래 난연성을 지니고 있는 PC를 복합하여 그 대체용도로 개발되었다고 합니다. 이들 Alloy플라스틱의 냄새 등에 의한 분별은 상당히 어려우며, 금후 각양각생의 Alloy가 나올지 모르므로, 스크랩(분쇄품)이 발생하는 공장 등에서 Grade 단위의 관리가 중요해 질 것입니다.
1)ABS수지 ABS수지는 AN(Acrylonitrile), BD(Butadiene), SM(Styrene Monomer: 스티렌 모노머) 3종 의 Monomer(단량체)로 구성된 3원 공중합체된 수지이다. ABS수지는 3종의 주요 모노머의 조성비를 조정하거나, 각종 안료 및 첨가제 보강, 내열제 첨가, 난연제 첨가, 분자량 조절 등 을 통해서 다양한 grade로 개발이 가능한 장점을 지니고 있다. ABS의 개발역사를 살펴보 면, 먼저 SM의 고분자형태인 PS(Polystyrene)가 가공성이나 투명성등의 장점이 있는 반면, 쉽게 깨어지는 결점이 있어 이를 보완하고자 rubber성분을 보강, HIPS(High Impact Poly-styrene)를 개발하게 되었으며, 또한 강성이 강한 AN과 SM을 공중합하여, PS수지의 내약품성을 개선, 충격강도를 높인 AS수지가 개발되었다. 이 두가지를 합하여 1947년 미국 의 US Rubber사에 의해 개발된 수지가 ABS수지이다. ABS수지를 사용한 대표적인 제품에 는 내충격성이 요구되는 합성수지가방, 헬멧등과 전화기, 냉장고 내외장, TV, VTR 등의 가 전제품과 난연제를 첨가한 Computer, Monitor, 내열성이 요구되는 자동차 내장제 등이 있 다.
2)PS수지 PS수지는 SM(Styrene Monomer)을 고분자 상태로 공중합한 열가소성 수지이다. PS수지는 기계적 성질이 우수하고, 성형가공성이 용이하며, 전기적 특성이 뛰어나다. PS수지는 특성에 따라 GPPS와 HIPS로 구분하여 GPPS는 단독 중합체로서 복잡한 가공성이 요구되는 제품, 투명성이 요구되는 제품에 사용된다. GPPS를 사용한 대표적인 제품에는 의약품 및 식품용 기, 냉장고 야채박스, 문구류, 선풍기 날개 등이 있다. HIPS는 GPPS의 약점인 내충격성을 보강하기 위하여 rubber성분을 보강한 수지이다. HIPS의 용도는 ABS수지의 용도와 유사하 며, PS를 사용한 대표적 제품에는 완구류, 카세트테잎 및 가전제품 등이 있다.
3)SAN수지 SAN수지는 SM(Styrene Monomer)와 AN(Acrylonitrile)의 공중합체로서 PS수지의 내열성, 내약품성 및 기계적 강도를 보완하면서 투명성이 요구되는 제품에 사용된다. SAN수지를 사 용한 대표적인 제품에는 식품용기, 카세트케이스 등 투명하고 우수한 성형성이 요구되는 제 품, 냉장고 shelf등 투명성과 열안정성이 요구되는 제품, 밧데리 케이스, 일회용 치솔, 내약 품성이 요구되는 일회용 라이터, 화장품 케이스 등이 있다.
4)Engineering Plastics 금속이나 열경화성 수지의 대체 소재로 개발된 엔지니어링 플라스틱은 범용 플라스틱에 비 해 투명성, 내열성, 내마모성 및 기계적 특성이 우수하여 전기, 전자, 자동차 및 기계부품등 에 사용되는 고기능성 수지이다. 특히 최근에는 유리섬유나 탄소섬유등을 합금(alloy)하여 금속의 특성에 한층 근접한 형태의 소재로 발전해 나가고 있다.
5)PBT PBT(Polybutylene Terephthalate: 폴리부틸렌 테레프탈레이트)는 포화폴리에스터의 일종인 결정성 수지로서 용융온도 범위가 좁고 결정화 속도가 빠르므로 일반사출성형기로도 짧은 cycle time내에 성형이 가능한 장점을 가지고 있다. 또한 성형성이 우수하며 내열성, 내약품 성, 전기적 특성이 우수할 뿐만 아니라 기계적 성질 및 치수 안전성이 뛰어난 엔지니어링 플라스틱의 일종이다. PBT의 용도는 자동차 도어핸들, 커넥트 등의 자동차 부품이나 형광 램프소켓, 전자렌지 door latch, 에어컨 frame류와 blade등의 전기 전자용품, pump case, toaster 및 cooker등의 하우징, 기어, 수도계량기 하우징, 통신케이블 접속관 등 산업용품과 기타 가전기기용품에 사용된다.
6)PET PET(Polyethylene Terephthalate: 폴리에틸렌 테레프탈레이트)는 포화폴리에스터의 일종으 로 엔지니어링 플라스틱의 주요 특성인 기계적 성질이 우수하며, 표면광택과 내열성, 내유성 및 내용제성이 우수하다. PET는 코일용 보빈, 콘넥터, 모터 하우징용으로 사용된다.
7)PC PC(polycarbonate: 폴리카보네이트)는 1956년 독일의 Bayer사에서 처음으로 개발한 열가소 성 수지이다. 투명성과 내충격성이 가장 강한 수지로서 렌즈, 유기유리, 광디스크 재료, 전 기, 전자부품, 광학기기 부품, 자동차부품, 의료기기부품, 창유리 등에 사용되며 사출성형, 압 출성형, 진공성형, 압축성형 등 모든 성형법이 가능한 최첨단소재이다.
8)Acetal(POM) Acetal(POM)은 포름알데히드를 주원료로 제조되는 결정성 수지로서 장기간의 광범위한 사 용온도 범위에서도 기계적, 열적, 화학적 성질이 우수하고, 부품 설계 및 적용이 용이한 엔 지니어링 플라스틱이다. Acetal Copolymer구조에 의해 열안정성이 뛰어나며, 우수한 기계적 강도와 플라스틱 중 내피로성이 가장 뛰어난 특징을 가지고 있다. 아세탈은 내마찰, 내마모 성이 우수하므로 자동차, 전기, 전자, 산업용 소재의 부품에 적합한 수지이며 기능면에서 금 속소재 및 열경화성 수지를 대체할 수 있는 소재이다.
9)Acryle(PMMA) Acryle수지는 MMA(Methlmethacrylate: 메틸메타아크릴레이트)단량체를 주원료로 하는 수 지로서 투명성, 내후성, 내약품성, 내scratch성, 착색성이 뛰어나며 외관이 미려하므로, 자동 차, 전기, 전자 부품소재 및 건축자재등으로 각광을 받고 있다. Acryle을 원료로 한 대표적 인 성형물로는 자동차 실내등, 후미등 커버, 카세트 도어, 광고판, 인조대리석, 피아노 건반 등이 있다.
10)TPE TPE는 열가소성 탄성체(Thermoplastic elaster)로서 Polyolefin계와 Polyester계가 있다. TPE는 내열성, 내한성, 내환경성(방음성, 내후성)이 뛰어나고 recycling을 통한 재활용성이 뛰어나다. 주요 용도는 bumper, air spoiler, side mold, gasket 등 자동차 내외장재로 사용되 며, 세탁기, 청소기의 호스나 packing류 등에 사용되며, 전선 피복용으로 사용된다.
11)Polyolefin Polyolefin은 알켄족 탄화수소(Olefin: 올레핀)중합체(Polymer)의 일반명칭이다. 내열성이 우 수하고 가벼우며, 결정성 고분자이면서 투명하고, 내약품성, 안전성도 우수하므로 가전용 전 자부품, glove box, air cleaner등 자동차 부품, propeiler fan등 산업용품과 기타 레저용품의 성형에 사용된다.
12)PC/ABS PC/ABS는Polycarbonate와 ABS수지를 alloy함으로써 각각의 수지가 갖는 단점을 상호 보 완하고 장점을 최대한 살린 엔지니어링 플라스틱으로서 기계적 강도, 열적 성질, 가공성 및 내후성이 우수하다. 주요 용도로는 자동차 console box, instrument panel, glove box, wheel cover 및 cap, 그리고 모니터 하우징, Fax 하우징, 노트북 컴퓨터 하우징, 무선 전화기 케이 스, CD Rom Drive tray 등 가전용품과 단자함, 농사용 배전함, 공중전화박스 등 산업용으 로 사용된다.
13)PPT/ABS PCT와 ABS를 alloy(합금)한 수지로 기계적 성질, 내열성, 내화학성 및 성형가공성이 우수 하며 전체적인 물성의 균형을 이룬 열가소성 엔지니어링 플라스틱이다. 주요 용도는 대부분 의 다른 alloy 소재와 유사하며 자동차, 전기/전자, 산업용 부품, 건축자재 등 소형부품에서 대형부품에 이르기까지 그 용도가 광범위하다.
14)PPS PPS(Polyphenylene Sulfide)는 화학적으로 매우 안정한 구조를 갖는 고결정성 수지로서 내 열성, 내약품성 및 치수 안전성, 강성 등이 매우 우수한 고기능성 엔지니어링 플라스틱이다. PPS는 기존의 범용 엔지니어링 플라스틱으로 대체하지 못한 금속 및 열경화성 수지를 대체 할 수 있는 소재이다. 주요 용도로는 switch, connector, socket, fule holder 등의 전기, 전자 용품과 배기가스순환밸브 등의 자동차 부품, 카메라, 시계 등 각종 측정기 부품, 기타 산업 용품 등에 사용된다.
15)PE PE(Polyethylene: 폴리에틸렌)은 Ethylene중합에 의해 만들어진 결정성의 열가소성 수지이 며, 그 특성에 따라 LDPE(Low Density PolyEthylene: 저밀도 폴리에틸렌)과 HDPE(High Density PolyEthylene: 고밀도 폴리에틸렌)으로 구분된다. 통상 LDPE는 고중압법에 의해, HDPE는 저중압법에 의해 제조된다. LDPE는 영국, CI사에서 고압 라디칼 중합에 의해 개 발되어 2차대전 중 미국에서 상용화 되었으며, HDPE는 이태리 몬테카티니 에디슨사에 의 해 치클러 촉매의 방법으로 공업화되었다. 또한 미국의 필립스 사는 산화크롬계 촉매에 의 한 중압법을 개발하였다. Ethylene의 주요 용도는 LDPE는 농업용 필름, 부엌용품, 물통, 완 구, 화장품 포장재 등에 사용되며, HDPE는 쇼핑백, 농업용 필름, 종량제 백, 금속물의 피복 제, 하수관 등에 사용된다.
16)PP PP(Polypropylene: 폴리프로필렌)은 프로필렌 중합에 의해 만들어지는 열가소성 수지이다. 프로필렌 중합체는 비결정성인 것과 결정성인 것이 있는데, 이 중 성형용으로 사용되는 것 은 결정성 폴리프로필렌이다. PP는 물리적 성질이 PE보다 뛰어나지만 대기중에 노출된 상 태에서 빛이나 열에 산화열화하는 결점이 있으며, 안정제를 필요로 한다. 비중은 0.9로 플라 스틱 소재 중 가장 가벼우며 강성, 내충격성, 전기적 특성이 뛰어나며 값이 저렴하여 이용 범위가 넓은 범용 플라스틱이다. 용도는 소형 생활용품 부터 자동차 범퍼, 부품, panel과 연신용 필름, 마대조직용 yarn, 로프, 그물 등 산업용품에 이르기까지 이용범위가 다양한다
1.VFK 1) MODER :VFK-800/600FT 2) 성형면적(mm) :600(L)*800(W) 3) 성형깊이(mm) :흡착기 사용시-100 :흡착기 미 사용시-150 4) 성형능력 :chain속도-900shot/hour :cycle timer-4.0sec/cycle 5) 성형재료 :ps, hips, pvc, pet, pp 등의 sheet 6) 원재료의 두께 :0.3 - 1.8mm 7) 원재료의 넓이 :440 - 800mm 8) 원단이송 및 폭조절 :chain에 의한 이송 및 디지털 원단이송 길이 설정 :자동 electric motor 시스템 및 근접스위치에 의한 안전장치 9)가열장치 및 온도제어:상/하 양면 독일제 원적외선 세라믹 히터 :48개의 디지털 온도제어기 및 SSR 및 Heater 온도 감지장치를 사용하여 온도제어 :비상시 Heater box를 측면으로 배출 2.금형설치 및 작업순서 1)금형 폭 조절장치를 이용하여 테이블 (다이플레이트) 의 위치를 뒤 센서까지 후진 이송시 킨다. 2)상/하 테이블을 완전 개폐시킨다. 3)금형 폭 넓힘장치를 이용하여 가드레일(체인레일)을 금형 폭 보다 50mm이상 넓혀준다. 4)금형을 상&하 테이블(상금형-음극금형/하금형-양극금형)에 위치시킨다.(heater box에 최 대한 가까이 붙일것) 5)금형폭 좁힘장치를 이용하여 금형을 중앙에 위치시킨 후 고정시킨다. 6)금형폭 넓힘장치를 이용하여 넓힌 후 테이블의 높이를 조정한다. 7)금형에 냉각호수를 연결한 후 냉각상태를 확인한다. 8)테이블의 형/개폐의 속도를 조절한다. 9)원단풀이장치(공압실린더, 센서, 구동모타)내에 있는 공압 실린더를 하강 후 소재를 중앙 에 위치시킨 후 상승시킨다. 10)원단을 풀어서 체인에 연결한 후 전진시킨다. 11)성형시 제품의 위치가 프레스의 중앙에 위치하도록 금형폭전진스위치를 이용하여 테이블 을 전진시킨다. 12)제어장치의 메모리를 확인한다. 13)유압펌프와 히터온도를 NO시킨다. 14)히터의 온도가 적절한 온도가 되면 진공펌프를 NO시킨다. 15)자동Start시킨후 제품의 유/무 상태를 확인한다. 16)cut를 설치한다. 17)자동Start시킨후 성형 및 cut의 상태를 확인한다. 18)scrap은 scrap winder를 이용하여 감는다. 19)성형작업완료 후 데이타를 저장시킨다. 3.성형작업시 주의사항 1)제어판의 모델 및 온도를 확인한다. 2)소재의 규격이 도면과 일치하는지 확인한다. 3)금형및 cut금형의 취부볼트의 체결상태를 확인한다. 4)진공오일및 유압오일을 주기적으로 점검한다. 5)히터박스주위에 가연물질이 없는지를 수시로 점검한다. 6)기계수리및 점검시에는 전원 차단을 확인 후 점검을 한다. 4.성형기의 자동 순서 히터/체인(sheet)이송/샷다/성형/진공/이형 5.time설정 1)가열시간 >성형에서 이루어지는 한 사이클의 타임 a.sheet의 두께를 고려해서 설정한다. b.제품의 크기와 깊이를 알맞게 설정한다. c.캐비티의 수량과 포장라인에서 작업이 가능한 time로 설정한다. 2)성형 >형/개폐가 이루지는 시간 a.형개시에 금형이 체인(sheet)이송보다 먼저 올라가지 않을 정도로 지연시간을 준다. b.성형과 냉각이 동시에 이루어지므로 완전 냉각되지않을 정도의 시간으로 맞춘다. c.진공과 이형의 time과 균형을 이루도록 맞춘다. 3)이송속도 >체인의 이송속도 4)이송길이 >sheet의 길이 >금형의 사이즈에서 20mm-40mm크게 설정한다. 5)진공 >sheet의 흡입시간 a.지연:가열된 sheet가 금형에 완전 밀착되는 시간에 진공이 이루어질수 있도록 지연tim을 둔다. 단, 지연시간에 따라서 주름이 나올수 있다. b.진공:밀착된 sheet를 흡입시에 미성형이 되지 않을 정도로 설정한다. c.진공시간의 설정시간이 너무 길어질 경우 sheet의 두께변화가 생길수 있다. 6)이형 >형개시에 금형내에 있는 제품을 보호하면하기 위해서 air로 밀어내는 시간 a.지연:상/하테이블의 형페가 이루지는 시간까지의 시간을 설정한다. b.이형:제품의 홈 깊이를 고려해서 설정한다. c:이형시간이 너무 길 경우에 제품의 파손이 생길 수 있다. d.이형시간이 짧을 경우 제품의 파손이 생길 수 있다. 7)샷다의 시간과 기능 a.체인(sheet)의 이송시에 이송길이의 변화를 줄일수 있다. b.히터박스에서 나오는 열로 인한 금형의 변형을 보호해준다. 8)냉각팬 a.보조냉각기능 b.sheet위의 먼지를 제거해 준다. 9)이젝트 10).압공 6.SHEET의 온도조절 a.48개의 가열판의 온도는 sheet의 두께 및 성질, 금형의 사이즈, 제품의 깊이 등을 고려해 서 sheet가 타지 않고 미성형이 생기지 않을 정도의 온도로 설정한다. b.온도가 너무 높을 경우 sheet가 녹을 수 있다. c.sheet가 가열된 heater box내 안전망에 붙을 경우 sheet에 불이 붙을 수 있다. 7.불량의 대처요령 a.미성형:온도를 5 - 10도씩 높인다. b.sheet가 녹을 경우:온도를 낮춘다. c.hips sheet의 진공흡입부분이 원소재의 두께보다 너무 얇아질 경우에는 온도를 낮추거나 진공시간을 줄인다. d.백화:pet sheet에 생긴다.너무 심할 경우에는 온도를 5도씩 낮춘다. e.주름:온도를 5도씩 낮춘다.
PS
PP
.
PVC
석유화학원료의 가격사정이 변하고 공업생산의 체계가 크게 바뀌고 있는데 염화비닐수지는 기초자재이며, 가공,
용도, 사용량은 종래와 달라진 것이 없다. 이 수지는 화학적 변화를 잘 일으키지 않고 배합에 따라서 대단히
부드러운 것에서부터 딱딱한 것에 이르기까지 충족 시켜주는 특징을 갖고 있다.
1. 제법
1.1 단량체(모노머)
석회석을 출발원료로 하는 아세틸렌과 염산을 반응시키면 모노머를 얻을 수 있다. 이것을 아세틸렌법이라고 한다. EDC의 열분해로 부생하는 염산에 산소와 에틸렌을 혼합하여 반응시키면 EDC가 된다. EDC는 위에서 기술했듯이
수지는 65∼85℃에서 연화하고, 120∼150℃에서 완전히 가소성으로 된다. 170℃이상에서는 용융하고 190℃이상이
되면 격렬하게 염산을 방출하면서 분해를 시작한다. 따라서 가공적정 온도는 150∼180℃의 범위라고 할 수 있다.
그러나 수지의 성질은 중합체 조성, 중합도 및 제조방법도 커다란 차이를 갖고 있으므로 용도, 목적에 따라서
적당한 수지를 선택한다. 2.1 중합법의 특성
2.1.1 특징
*현탁 중합체
현탁 중합에 의해 얻어지는 200∼300μ의 입상분말로서 열안정성이 양호하고 전기적 성질도 좋다. 캘린더가공,
압출가공에는 전적으로 이 중합체가 사용된다. 겔화가 빠르고 투명성이 좋은 것일수록 품질이 좋다.
*유화 중합체
유화중합에 의해서 만들어지는 1∼10μ의 분말로서 현탁중합체에 비하면 비산하기 쉬워서 취급하기 까다롭다.
유탁액, 페이스트 레진, 페이스트 증점용 레진으로서 지극히 소량이 사용된다.
*용액 중합체
초산에틸, 초산부틸 등의 용제속에서 중합하고 그대로 도료 및 접착제로서 사용되고 있다. 중합도는 150∼400이며
초산비닐, 말레인산에스테르와의 공중합체가 많다.
2.1.2 중합체 조성과 특징
*단독중합체
염화비닐 단독의 중합체로서 생산량의 90%는 이 종류이다. 시트, 레저, 페이스트, 전선, 연질파이프, 경질판에
쓰인다.
*공중합체
초산과 비닐과의 공중합체가 가장 많다. 공중합한 코모노머량은 약간이라 할지라도 가공온도 범위는 확대되고
가공할 때의 흐름, 광택등이 현저히 개선된다. 코모노머량이 많은 것은 강도, 연화점이 내려간다.
보통 3∼15몰%의 공중합체가 레저, 시트, 파이프, 도료, 접착제, 경질판, 레코드등에 사용된다.
고급알콜의 비닐에테르, 고급 지방산의 비닐에스테르 등과의 공중합체를 내부 가소화 수지라고 해서 진공
성형용 경질 시트에 적합하지만 그다지 사용되고 있지 않다.
에틸렌, 프로필렌과의 공중합체는 흐름이 좋고 특히 후자는 취입성형에 적합하지만 보급되지는 않고 있다.
아크릴로니트릴과의 공중합체는 의료섬유로서 염화빈닐렌과의 공중합체는 케이싱용 필름을 비롯하여 공업용
섬유로 돌려지고 있다. 단독중합체의 후 염소화물은 융점이 높은데다가 흐름이 나쁘기 때문에 매우 가공이
힘들지만, 연화온도가 100℃이상이기 때문에 내열성을 요하는 파이프나 판자등에 약간 사용되고 있다. EVA-VC
그라프트 중합체(EVA에 염화비닐을 그라프트 중합하여 얻은 중합체)에는 EVA의 함량에 의해서 연질 중합체와
경질 중합체가 있다. 전자의 유연성은 단독중합체에 가소제 50부를 첨가한 경우에 상당하지만, 이 이상 연한 것은
되지 않는다. 그러나 유연온도는 약 5℃, 취화온도는 약 40℃나 낮고 가소제의 이행, 휘발에 의한 변질의 문제도
없고 레저, 시트, 필름등을 만들 수가 있다. 후자는 내충격성이 매우 뛰어나고 내충격성의 파이프, 이음매, 판자,
이형압출제품에 적합하다. 그러나 어느 경우이든, 투명도가 요구되는 용도에는 사용할 수가 없다.
2.1.3 중합도
중합도가 높은 중합체는 기계적 성질은 강하지만 가공온도가 높고 가공적 온도의 범위가 좁다. 한편 중합도가
낮은 중합체는 기계적 강도에 약하지만 가공온도가 낮고 가공할 때의 흐름이 좋다. 또한 열 안전성에는 뒤지지만
접착력이 좋다 .
중합도는 800이상 높아져도 강도에 대해서 향상은 볼 수 없고, 오히려 가공하기 힘들게 된다. 그러므로
일반용으로는 800∼1200정도의 것을 표준으로 하고 있다. 그러나 용도에 따라서 적당한 중합도가 있으므로
그 대략을 분류하면 다음과 같이 된다.
2500∼3000
호스, 바킹
1300∼1700
전선, 페이스트
1000∼1300
필름, 레저, 시트, 연질파이프
700∼800
경질판, 경질파이프, 병(bottle)
400∼500
레코드
400이하
도료, 접착제
2.2 PVC의 특정적인 물성
PVC는 Tg가 약 80℃인 단단한 열가소성 PLASTIC이며, 비결정성(amorphous)고분자 물질이다. PVC는 상당히
큰길이의 대칭구조(Syndiotactic Structure)를 가지고 있기 때문에 부분적인 결정구조를 가지고 있으며 이
결정부분의 melting point는 225℃근처이다.
그러나 실제로는 이 온도에 도달하기 전에 열분해가 일어나기 때문에 융점을 관찰하기 매우 어렵다.
열분해가 시작되면서 PVC 구조 중에서 염산이 이탈하게 되는데 순수한 PVC는 실제 가공온도보다 낮은 100℃가
넘기 시작하면 상당한 양의 염산 gas가 발생하는 것을 관찰할 수 있다. 따라서 적절한 열안정제의 선정과 사용이
PVC가공에는 매우 중요하다.
PVC에 결정부분이 존재하는 점과 매우 높은 용융점을 갖는다는 것이 특별한 용융 유변상태(melt rheology)를
나타냄을 뜻한다. 즉 다른 열가소성 플라스틱과는 달리 용융물 상태를 얻을 수 없다는 점이다.
따라서 PVC유동물은 분자의 흐름이 아니고 아주 작은 입자(중합과정에서 형성되는 domain 혹은 microdomain
state 해당됨)의 흐름으로 해석해야 한다. 따라서, 중합 Process로 형성되는 resin입자의 형상 및 구조와 size,
그리고 입도분포가 근본적인 가공성에 영향을 주게 된다. 열을 가하여 용융물이 되었을 때 1차 입자의 구조와
크기 및 그 분포에 의해 마찰에너지의 변화를 수반하기 때문에 현탁중합(suspension process)에서는 이
1차입자의 형성과정을 조절l하는 것이 매우 중요하며 형성된 1차입자가 화합하여 형성되는 구정(granule)의
형성과 구조 또한 중요하다. 특히 경질 PVC 가공에서는 적절한 유동성을 갖게 하기 위한 첨가제의 종류와 양을
결정하는데 신중을 기하여야 한다. 경질 PVC배합에서 조절하는 내부 활제(internal lubricant)와 가공 용융물과
금속면이 점착됨을 방지해 주는 외부 활제의 2가지로 분류할 수 있는데 이 2종의 활제 사용량의 균형이
이루어져야 우수한 품질의 제품을 가공할 수 있다.
[표] PVC의 일반물성
항 목
단위
ASTM
경질
연질
비 중
-
D792
1.35~1.45
1.16~1.35
인장 강도
Kg/㎠
D638
352~633
105~246
신 장 률
%
D638
2.0~4.0
200~450
압축 강도
Kg/㎠
D695
562~914
53~120
굴곡 강도
Kg/㎠
D790
703~1125
-
충격 강도
ft-lb/in
D256
0.4~2.0
가소제에 의해 변화
경 도
Shore
D785
70~90
가소제에 의해 변화
내열 온도
℃
-
66~79
66~79
열변형온도
℃
D648
54~74
-
체적고유저항
Ω·cm
D257
>1014
1012~1014
유 전 율
106cycle
D150
2.8~3.1
3.3~4.5
절연파괴강도
KV/mm
D149
16.7~51.5
11.8~39.3
흡 수 율
%
D570
0.07~0.4
0.15~0.75
투 명 도
-
-
투명-불투명
투명-불투명
3. 성형가공
수지에 가소제, 안정제, 안료등을 첨가하여 직접 가공하는 것을 1차 가공이라고 하며 필름, 시트, 판, 파이프등에
엠보싱, 인쇄, 고주파 가공, 진공성형, 기타의 가공을 하는 것을 2차 가공이라고 부른다.
배합은 갖가지 변화에 중요하지만 수지와 부원료의 선택이 가공과 제품의 가장 큰 열쇠로 되어 있다.
플라스틱의 특징과 구분방법
1. 플라스틱의 특징
플라스틱의 리사이클 원료는 성형시의 불량품, 로스 및 일반가정, 사무실에서 버린 제품 등 다종다양합니다이들 중에 프라스틱의 종류를 확실히 분류해야 만이 리사이클원료로서의 가치를 가지게 됩니다. 다른 종류의 플라스틱이 섞여있는 원료는 성형시 및 성형후에 여러 가지 문제를 일으키게됩니다. 구체적으로는 융해온도의 차이에 의한 성형불량, 성형품표면의 플래시(플라스틱이 금형 밖으로 삐져 나오는 형상), 핀홀(조그만 구멍이 생기는 현상), 강도저하 등 성형품의 상품가치에 관계되는 중대한 문제를 일으킵니다. ※ 본래 다른 종류의 플라스틱이 섞이면, 물성이 저하되어 리사이클이 어렵게되나, 융해온도가 높은 플라스틱 중에는 융해온도가 낮은 플라스틱과 조금 섞어있어도 리사이클이 가능합니다. 예를 들면 PP(폴리프로필렌)의 융점은 130°C, PE(폴리에틸렌)은 130°C입니다. PP중에 다소PE가 섞여있어도, 강도가 약간 떨어질뿐 성형은 가능합니다. 하지만 PE에 PP가 섞여있는 경우 PE의 융해점에서 PP는 융해되지 않아 제품이 아주 나쁜 상태로 나오며 강도도 극단적으로 떨어져 사용할 수 없는 상태가 됩니다
2. 간단한 플라스틱의 구별방법
먼저 태워봅니다. 프라스틱의 표면을 라이터로 태워, 녹는 것이 열가소성수지(리사이클 이용가능)라고 생각해도 좋습니다. 특히 용해한 부분을 당겨 실과같은 상태로 늘어나면 압출기에서 재생이 가능한 것입니다. 통상적으로 플라스틱의 구분은 타는 모양과 냄새로 판별합니다
<태워서 연기가 나지않는 수지> PE, PP등 : 올레핀계수지 PMMA : 아크릴 POM : 타고 있는지 꺼져있는지 구별되지 않는다.
<태워서 연기가 나는 수지> PS, ABS 등 스틸렌계 수지 PVC 불이 붙지 않고 염소를 뿜는다.
3. 수지의 특징
수지명
특 징
PE 폴리에틸렌
본래의 색은 반투명, 불에 가까이 가져가면 연화해서 늘어져가며 탑니다. 양초를 태우는 냄새 LDPE는 사출성형, 압출성형(필름, Sheet, 전선), 중공성형등 용도가 넓으며,부드러운 플라스틱, 필름의 경우 당겨서 늘어나면 LDPE입니다. HDPE도 LDPE와 거의 같으나, LDPE와 비교하면 딱딱한 플라스틱으로 플라스틱 물통, 등유통 등이 대표적인 예이다. 필름의 경우 당겨도 늘어나지 않습니다.(예 : 물수건포장) LLDPE도 LDPE와 거의 같으나, 필름 용도가 중심으로 LDPE보다 인장강도가 큽니다. EVA는 부드러운 타파웨어 등이 그 대표적인 예 ※LDPE와 HDPE의 차이는펠렛을 이빨로 물어보아 단단함의 차이로 알 수 있습니다.
PP 폴리프로필렌
잘 타며 약간 달콤한 냄새가 납니다. 구성특징에 따라 호모(단독중합), 코폴리며(공중합체), 랜덤으로 나눌 수 있습니다. 이들은 사용용도에 의해 선택되나, 일반적으로 호모는 선명한 색채로 착색할 수 있으나, 코폴리머의 경우는 불가능합니다. 그대신 코폴리머는 내충격강도가 호모보다 뛰어납니다. 대표적으로 세면기는 호모, 세탁기의 탈주조는 코폴리머로 만들어 집니다. 필름은 OPP필름, CPP필름 등 투명도가 높아, 담배포장, 과자포장지 등에 많이 사용됩니다.
PS 폴리스틸렌
쉽게 연화, 단량의 연기를 내면서 탑니다. 휘발유에 녹는 특징을 가지고 있습니다. · GPPS와 내충격강도를 겸비한 HIPS로 나누어지며, 용도는 GP와 HI혼합해서 사용합니다. · GPPS는 본래 투명하고 딱딱한 플라스틱이라 충격에 약하고, 아이스크림 포장지 등에 사용합니다. · GPPS를 발포시킨 것(EPS)은 발포스티롤로 알려져 있습니다.
ABS
타기쉬운 PS와 비숫하지만 신나냄새가 납니다. 또 PS와 달리 휘발유에 용해되지 않습니다. 아크릴과 부다디엔(고무)과 스틸렌을 중합한 플라스틱으로 HIPS보다 탄성이 있으며 표면에 광택이 있습니다. 주된 용도로는 TV, 세탁기의 보디 및 플로피 디스크 등입니다.
PA 폴리아미드
잘 타지 않으며 연기는 나지 않고 양모냄새가 납니다. 나이론 6와 나일론 66을 구별하는 방법은 불을 붙여서 잡아 당겨보면 나일론 6은 실처럼 잘 늘어나지만 나이론 66은 조금 늘어나다 끊어집니다. 일반적 용도는 낚시줄, 기어, 팬티스타킹, 베드민턴공의 날개 등에 사용되며 내마모성이 뛰어납니다.
POM 폴리아세탈
푸른불꽃을 내며 잘 타며, 눈에 자극을 주는 포르말린냄새가 납니다. (타고 있는지 꺼져있는지 분별이 어려우므로 주의) 내마모성, 내충격성이 뛰어나 기어 등 공업부품으로 사용됩니다.
PET 폴리에틸렌 테레프탈레이트
잘타지 않으며 시큼한 냄새가나며 실처럼 늘어납니다. PET는 청량음료의 병으로 많이 사용됩니다. (뚜껑은 PP를 사용) 독일에서는 세척하여 20회이상 사용한다고 하며, 양복 소재의 폴리에스텔은 PET입니다.
PMMA 아크릴
잘 타며 "탁탁" 소리를 내며 탑니다. 타고난 후 는 반들거리며 딱딱하게 됩니다. 투명도가 높으며, 매우 유리에 가까운 플라스틱입니다. Cast Type과 일반 Type으로 나눌 수 있고, Cast Type의 재생은 일단 가마에 넣어 전부 기화시킨 후 가스를 냉각한 것을 모노머로 사용하여 Sheet(판재)를 만듭니다. 일반 아크릴은 잘 타고, 실처럼 늘어나며, 불이 꺼진 후 기포가 생긴 것처럼 부풉니다. 또 Cast Type과 마찬가지로 연기는 내지 않으며 냄새도 나쁘지 않습니다. 아크릴에 고무를 넣어 강도를 높인 IR Type은 고무가 들어있어 타기 쉽고 검은 연기가 납니다.
PBT 폴리부틸렌 테레프탈레이트
이름으로부터 알 수 있듯 PET와 동일한 폴리에스터로, 강성이 뛰어나며 마모가 적습니다. 높은 온도에서 사용 가능하기 때문에 커넥터, 스위치, 소켓, 컴퓨터부품 등에 사용됩니다.
PC 폴리카보네이트
잘 타며 연기가 나고, 연소중 소독약 냄새가 납니다. (연기가 많이 나는 쪽이 분자량이 크다.) CD, 전경들의 방패, 주차장지붕에 사용되는 Sheet, 고속도로 방음판 등 많은 분야에서 사용되며 분자량이 클수록 강성이 높아지며, Sheet 재는 분자량 약 30,000, CD는 약 17,000 정도의 Grade가 사용됩니다.
PC Alloy
최근 각 플라스틱의 장점을 합쳐, 그 특성을 올리기 위하여 다른 플라스틱을 복합한 Alloy 플라스틱이 많이 사용되고 있습니다. PC와 ABS를 혼합한 PC/ABS Alloy가 그 대표적인 예로 종래의 ABS 난연 Grade가 사용되었던 용도 (OA기기, 자동차, 전기부품 등)에 환경에 좋지 않은 안티모니를 사용하지 않고 원래 난연성을 지니고 있는 PC를 복합하여 그 대체용도로 개발되었다고 합니다. 이들 Alloy플라스틱의 냄새 등에 의한 분별은 상당히 어려우며, 금후 각양각생의 Alloy가 나올지 모르므로, 스크랩(분쇄품)이 발생하는 공장 등에서 Grade 단위의 관리가 중요해 질 것입니다.
1)ABS수지 ABS수지는 AN(Acrylonitrile), BD(Butadiene), SM(Styrene Monomer: 스티렌 모노머) 3종 의 Monomer(단량체)로 구성된 3원 공중합체된 수지이다. ABS수지는 3종의 주요 모노머의 조성비를 조정하거나, 각종 안료 및 첨가제 보강, 내열제 첨가, 난연제 첨가, 분자량 조절 등 을 통해서 다양한 grade로 개발이 가능한 장점을 지니고 있다. ABS의 개발역사를 살펴보 면, 먼저 SM의 고분자형태인 PS(Polystyrene)가 가공성이나 투명성등의 장점이 있는 반면, 쉽게 깨어지는 결점이 있어 이를 보완하고자 rubber성분을 보강, HIPS(High Impact Poly-styrene)를 개발하게 되었으며, 또한 강성이 강한 AN과 SM을 공중합하여, PS수지의 내약품성을 개선, 충격강도를 높인 AS수지가 개발되었다. 이 두가지를 합하여 1947년 미국 의 US Rubber사에 의해 개발된 수지가 ABS수지이다. ABS수지를 사용한 대표적인 제품에 는 내충격성이 요구되는 합성수지가방, 헬멧등과 전화기, 냉장고 내외장, TV, VTR 등의 가 전제품과 난연제를 첨가한 Computer, Monitor, 내열성이 요구되는 자동차 내장제 등이 있 다.
2)PS수지 PS수지는 SM(Styrene Monomer)을 고분자 상태로 공중합한 열가소성 수지이다. PS수지는 기계적 성질이 우수하고, 성형가공성이 용이하며, 전기적 특성이 뛰어나다. PS수지는 특성에 따라 GPPS와 HIPS로 구분하여 GPPS는 단독 중합체로서 복잡한 가공성이 요구되는 제품, 투명성이 요구되는 제품에 사용된다. GPPS를 사용한 대표적인 제품에는 의약품 및 식품용 기, 냉장고 야채박스, 문구류, 선풍기 날개 등이 있다. HIPS는 GPPS의 약점인 내충격성을 보강하기 위하여 rubber성분을 보강한 수지이다. HIPS의 용도는 ABS수지의 용도와 유사하 며, PS를 사용한 대표적 제품에는 완구류, 카세트테잎 및 가전제품 등이 있다.
3)SAN수지 SAN수지는 SM(Styrene Monomer)와 AN(Acrylonitrile)의 공중합체로서 PS수지의 내열성, 내약품성 및 기계적 강도를 보완하면서 투명성이 요구되는 제품에 사용된다. SAN수지를 사 용한 대표적인 제품에는 식품용기, 카세트케이스 등 투명하고 우수한 성형성이 요구되는 제 품, 냉장고 shelf등 투명성과 열안정성이 요구되는 제품, 밧데리 케이스, 일회용 치솔, 내약 품성이 요구되는 일회용 라이터, 화장품 케이스 등이 있다.
4)Engineering Plastics 금속이나 열경화성 수지의 대체 소재로 개발된 엔지니어링 플라스틱은 범용 플라스틱에 비 해 투명성, 내열성, 내마모성 및 기계적 특성이 우수하여 전기, 전자, 자동차 및 기계부품등 에 사용되는 고기능성 수지이다. 특히 최근에는 유리섬유나 탄소섬유등을 합금(alloy)하여 금속의 특성에 한층 근접한 형태의 소재로 발전해 나가고 있다.
5)PBT PBT(Polybutylene Terephthalate: 폴리부틸렌 테레프탈레이트)는 포화폴리에스터의 일종인 결정성 수지로서 용융온도 범위가 좁고 결정화 속도가 빠르므로 일반사출성형기로도 짧은 cycle time내에 성형이 가능한 장점을 가지고 있다. 또한 성형성이 우수하며 내열성, 내약품 성, 전기적 특성이 우수할 뿐만 아니라 기계적 성질 및 치수 안전성이 뛰어난 엔지니어링 플라스틱의 일종이다. PBT의 용도는 자동차 도어핸들, 커넥트 등의 자동차 부품이나 형광 램프소켓, 전자렌지 door latch, 에어컨 frame류와 blade등의 전기 전자용품, pump case, toaster 및 cooker등의 하우징, 기어, 수도계량기 하우징, 통신케이블 접속관 등 산업용품과 기타 가전기기용품에 사용된다.
6)PET PET(Polyethylene Terephthalate: 폴리에틸렌 테레프탈레이트)는 포화폴리에스터의 일종으 로 엔지니어링 플라스틱의 주요 특성인 기계적 성질이 우수하며, 표면광택과 내열성, 내유성 및 내용제성이 우수하다. PET는 코일용 보빈, 콘넥터, 모터 하우징용으로 사용된다.
7)PC PC(polycarbonate: 폴리카보네이트)는 1956년 독일의 Bayer사에서 처음으로 개발한 열가소 성 수지이다. 투명성과 내충격성이 가장 강한 수지로서 렌즈, 유기유리, 광디스크 재료, 전 기, 전자부품, 광학기기 부품, 자동차부품, 의료기기부품, 창유리 등에 사용되며 사출성형, 압 출성형, 진공성형, 압축성형 등 모든 성형법이 가능한 최첨단소재이다.
8)Acetal(POM) Acetal(POM)은 포름알데히드를 주원료로 제조되는 결정성 수지로서 장기간의 광범위한 사 용온도 범위에서도 기계적, 열적, 화학적 성질이 우수하고, 부품 설계 및 적용이 용이한 엔 지니어링 플라스틱이다. Acetal Copolymer구조에 의해 열안정성이 뛰어나며, 우수한 기계적 강도와 플라스틱 중 내피로성이 가장 뛰어난 특징을 가지고 있다. 아세탈은 내마찰, 내마모 성이 우수하므로 자동차, 전기, 전자, 산업용 소재의 부품에 적합한 수지이며 기능면에서 금 속소재 및 열경화성 수지를 대체할 수 있는 소재이다.
9)Acryle(PMMA) Acryle수지는 MMA(Methlmethacrylate: 메틸메타아크릴레이트)단량체를 주원료로 하는 수 지로서 투명성, 내후성, 내약품성, 내scratch성, 착색성이 뛰어나며 외관이 미려하므로, 자동 차, 전기, 전자 부품소재 및 건축자재등으로 각광을 받고 있다. Acryle을 원료로 한 대표적 인 성형물로는 자동차 실내등, 후미등 커버, 카세트 도어, 광고판, 인조대리석, 피아노 건반 등이 있다.
10)TPE TPE는 열가소성 탄성체(Thermoplastic elaster)로서 Polyolefin계와 Polyester계가 있다. TPE는 내열성, 내한성, 내환경성(방음성, 내후성)이 뛰어나고 recycling을 통한 재활용성이 뛰어나다. 주요 용도는 bumper, air spoiler, side mold, gasket 등 자동차 내외장재로 사용되 며, 세탁기, 청소기의 호스나 packing류 등에 사용되며, 전선 피복용으로 사용된다.
11)Polyolefin Polyolefin은 알켄족 탄화수소(Olefin: 올레핀)중합체(Polymer)의 일반명칭이다. 내열성이 우 수하고 가벼우며, 결정성 고분자이면서 투명하고, 내약품성, 안전성도 우수하므로 가전용 전 자부품, glove box, air cleaner등 자동차 부품, propeiler fan등 산업용품과 기타 레저용품의 성형에 사용된다.
12)PC/ABS PC/ABS는Polycarbonate와 ABS수지를 alloy함으로써 각각의 수지가 갖는 단점을 상호 보 완하고 장점을 최대한 살린 엔지니어링 플라스틱으로서 기계적 강도, 열적 성질, 가공성 및 내후성이 우수하다. 주요 용도로는 자동차 console box, instrument panel, glove box, wheel cover 및 cap, 그리고 모니터 하우징, Fax 하우징, 노트북 컴퓨터 하우징, 무선 전화기 케이 스, CD Rom Drive tray 등 가전용품과 단자함, 농사용 배전함, 공중전화박스 등 산업용으 로 사용된다.
13)PPT/ABS PCT와 ABS를 alloy(합금)한 수지로 기계적 성질, 내열성, 내화학성 및 성형가공성이 우수 하며 전체적인 물성의 균형을 이룬 열가소성 엔지니어링 플라스틱이다. 주요 용도는 대부분 의 다른 alloy 소재와 유사하며 자동차, 전기/전자, 산업용 부품, 건축자재 등 소형부품에서 대형부품에 이르기까지 그 용도가 광범위하다.
14)PPS PPS(Polyphenylene Sulfide)는 화학적으로 매우 안정한 구조를 갖는 고결정성 수지로서 내 열성, 내약품성 및 치수 안전성, 강성 등이 매우 우수한 고기능성 엔지니어링 플라스틱이다. PPS는 기존의 범용 엔지니어링 플라스틱으로 대체하지 못한 금속 및 열경화성 수지를 대체 할 수 있는 소재이다. 주요 용도로는 switch, connector, socket, fule holder 등의 전기, 전자 용품과 배기가스순환밸브 등의 자동차 부품, 카메라, 시계 등 각종 측정기 부품, 기타 산업 용품 등에 사용된다.
15)PE PE(Polyethylene: 폴리에틸렌)은 Ethylene중합에 의해 만들어진 결정성의 열가소성 수지이 며, 그 특성에 따라 LDPE(Low Density PolyEthylene: 저밀도 폴리에틸렌)과 HDPE(High Density PolyEthylene: 고밀도 폴리에틸렌)으로 구분된다. 통상 LDPE는 고중압법에 의해, HDPE는 저중압법에 의해 제조된다. LDPE는 영국, CI사에서 고압 라디칼 중합에 의해 개 발되어 2차대전 중 미국에서 상용화 되었으며, HDPE는 이태리 몬테카티니 에디슨사에 의 해 치클러 촉매의 방법으로 공업화되었다. 또한 미국의 필립스 사는 산화크롬계 촉매에 의 한 중압법을 개발하였다. Ethylene의 주요 용도는 LDPE는 농업용 필름, 부엌용품, 물통, 완 구, 화장품 포장재 등에 사용되며, HDPE는 쇼핑백, 농업용 필름, 종량제 백, 금속물의 피복 제, 하수관 등에 사용된다.
16)PP PP(Polypropylene: 폴리프로필렌)은 프로필렌 중합에 의해 만들어지는 열가소성 수지이다. 프로필렌 중합체는 비결정성인 것과 결정성인 것이 있는데, 이 중 성형용으로 사용되는 것 은 결정성 폴리프로필렌이다. PP는 물리적 성질이 PE보다 뛰어나지만 대기중에 노출된 상 태에서 빛이나 열에 산화열화하는 결점이 있으며, 안정제를 필요로 한다. 비중은 0.9로 플라 스틱 소재 중 가장 가벼우며 강성, 내충격성, 전기적 특성이 뛰어나며 값이 저렴하여 이용 범위가 넓은 범용 플라스틱이다. 용도는 소형 생활용품 부터 자동차 범퍼, 부품, panel과 연신용 필름, 마대조직용 yarn, 로프, 그물 등 산업용품에 이르기까지 이용범위가 다양한다
1.VFK 1) MODER :VFK-800/600FT 2) 성형면적(mm) :600(L)*800(W) 3) 성형깊이(mm) :흡착기 사용시-100 :흡착기 미 사용시-150 4) 성형능력 :chain속도-900shot/hour :cycle timer-4.0sec/cycle 5) 성형재료 :ps, hips, pvc, pet, pp 등의 sheet 6) 원재료의 두께 :0.3 - 1.8mm 7) 원재료의 넓이 :440 - 800mm 8) 원단이송 및 폭조절 :chain에 의한 이송 및 디지털 원단이송 길이 설정 :자동 electric motor 시스템 및 근접스위치에 의한 안전장치 9)가열장치 및 온도제어:상/하 양면 독일제 원적외선 세라믹 히터 :48개의 디지털 온도제어기 및 SSR 및 Heater 온도 감지장치를 사용하여 온도제어 :비상시 Heater box를 측면으로 배출 2.금형설치 및 작업순서 1)금형 폭 조절장치를 이용하여 테이블 (다이플레이트) 의 위치를 뒤 센서까지 후진 이송시 킨다. 2)상/하 테이블을 완전 개폐시킨다. 3)금형 폭 넓힘장치를 이용하여 가드레일(체인레일)을 금형 폭 보다 50mm이상 넓혀준다. 4)금형을 상&하 테이블(상금형-음극금형/하금형-양극금형)에 위치시킨다.(heater box에 최 대한 가까이 붙일것) 5)금형폭 좁힘장치를 이용하여 금형을 중앙에 위치시킨 후 고정시킨다. 6)금형폭 넓힘장치를 이용하여 넓힌 후 테이블의 높이를 조정한다. 7)금형에 냉각호수를 연결한 후 냉각상태를 확인한다. 8)테이블의 형/개폐의 속도를 조절한다. 9)원단풀이장치(공압실린더, 센서, 구동모타)내에 있는 공압 실린더를 하강 후 소재를 중앙 에 위치시킨 후 상승시킨다. 10)원단을 풀어서 체인에 연결한 후 전진시킨다. 11)성형시 제품의 위치가 프레스의 중앙에 위치하도록 금형폭전진스위치를 이용하여 테이블 을 전진시킨다. 12)제어장치의 메모리를 확인한다. 13)유압펌프와 히터온도를 NO시킨다. 14)히터의 온도가 적절한 온도가 되면 진공펌프를 NO시킨다. 15)자동Start시킨후 제품의 유/무 상태를 확인한다. 16)cut를 설치한다. 17)자동Start시킨후 성형 및 cut의 상태를 확인한다. 18)scrap은 scrap winder를 이용하여 감는다. 19)성형작업완료 후 데이타를 저장시킨다. 3.성형작업시 주의사항 1)제어판의 모델 및 온도를 확인한다. 2)소재의 규격이 도면과 일치하는지 확인한다. 3)금형및 cut금형의 취부볼트의 체결상태를 확인한다. 4)진공오일및 유압오일을 주기적으로 점검한다. 5)히터박스주위에 가연물질이 없는지를 수시로 점검한다. 6)기계수리및 점검시에는 전원 차단을 확인 후 점검을 한다. 4.성형기의 자동 순서 히터/체인(sheet)이송/샷다/성형/진공/이형 5.time설정 1)가열시간 >성형에서 이루어지는 한 사이클의 타임 a.sheet의 두께를 고려해서 설정한다. b.제품의 크기와 깊이를 알맞게 설정한다. c.캐비티의 수량과 포장라인에서 작업이 가능한 time로 설정한다. 2)성형 >형/개폐가 이루지는 시간 a.형개시에 금형이 체인(sheet)이송보다 먼저 올라가지 않을 정도로 지연시간을 준다. b.성형과 냉각이 동시에 이루어지므로 완전 냉각되지않을 정도의 시간으로 맞춘다. c.진공과 이형의 time과 균형을 이루도록 맞춘다. 3)이송속도 >체인의 이송속도 4)이송길이 >sheet의 길이 >금형의 사이즈에서 20mm-40mm크게 설정한다. 5)진공 >sheet의 흡입시간 a.지연:가열된 sheet가 금형에 완전 밀착되는 시간에 진공이 이루어질수 있도록 지연tim을 둔다. 단, 지연시간에 따라서 주름이 나올수 있다. b.진공:밀착된 sheet를 흡입시에 미성형이 되지 않을 정도로 설정한다. c.진공시간의 설정시간이 너무 길어질 경우 sheet의 두께변화가 생길수 있다. 6)이형 >형개시에 금형내에 있는 제품을 보호하면하기 위해서 air로 밀어내는 시간 a.지연:상/하테이블의 형페가 이루지는 시간까지의 시간을 설정한다. b.이형:제품의 홈 깊이를 고려해서 설정한다. c:이형시간이 너무 길 경우에 제품의 파손이 생길 수 있다. d.이형시간이 짧을 경우 제품의 파손이 생길 수 있다. 7)샷다의 시간과 기능 a.체인(sheet)의 이송시에 이송길이의 변화를 줄일수 있다. b.히터박스에서 나오는 열로 인한 금형의 변형을 보호해준다. 8)냉각팬 a.보조냉각기능 b.sheet위의 먼지를 제거해 준다. 9)이젝트 10).압공 6.SHEET의 온도조절 a.48개의 가열판의 온도는 sheet의 두께 및 성질, 금형의 사이즈, 제품의 깊이 등을 고려해 서 sheet가 타지 않고 미성형이 생기지 않을 정도의 온도로 설정한다. b.온도가 너무 높을 경우 sheet가 녹을 수 있다. c.sheet가 가열된 heater box내 안전망에 붙을 경우 sheet에 불이 붙을 수 있다. 7.불량의 대처요령 a.미성형:온도를 5 - 10도씩 높인다. b.sheet가 녹을 경우:온도를 낮춘다. c.hips sheet의 진공흡입부분이 원소재의 두께보다 너무 얇아질 경우에는 온도를 낮추거나 진공시간을 줄인다. d.백화:pet sheet에 생긴다.너무 심할 경우에는 온도를 5도씩 낮춘다. e.주름:온도를 5도씩 낮춘다. 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용어의 표기 이 규격에서는 각 용어를 번호,용어,정의 및 대응 영어의 4가지 난으로 나누어 기술하고 각 난의 표기법을 다음과 같이 한다.
(1) 번호에 관한 표기법 첫째 자리 숫자는 동일 분류의 숫자이고,둘째 자리 숫자는 동일 분류의 세분류이며, 다음의 셋째 자리 숫자는 일련 번호이다. (2) 용어에 관한 표기법 동일한 정의를 표시하는 용어가 2개 이상 있을 경우는 그 순서에 따라 우선 사용한다. 또한( )안의 단어는 생략되는 경우가 있음을 나타낸다.