엔지니어링 플라스틱
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1. 개요
엔지니어링 플라스틱은 금속을 대체할 수 있는 고성능 플라스틱으로, 100°C 이상에서도 강도와 탄성을 유지하며 내충격성, 내마모성, 내열성, 내약품성, 전기절연성이 뛰어나다. 주로 생활용품, 전기전자 제품, 항공기 구조재 등 다양한 분야에서 사용되며, 유리섬유나 탄소섬유를 보강하여 성능을 향상시키기도 한다. 종류로는 범용 엔지니어링 플라스틱과 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이 있으며, 범용 플라스틱은 100℃ 이상의 내열성을, 슈퍼 플라스틱은 150℃ 이상의 내열성을 가진다. 응용 분야는 가전제품, 자동차, 항공 우주, 의료기기 등이며, 재활용의 어려움과 환경 오염 문제가 과제로 남아있다.
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| 엔지니어링 플라스틱 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 열가소성 수지 |
| 특징 | 기계적 강도, 내열성, 내약품성 우수 |
| 주요 용도 | 기계 부품, 자동차 부품, 전기 전자 제품 |
| 내열성 | 150 °C (302 °F) |
| 분류 | |
| 결정성 수지 | 폴리아세탈 (POM) 폴리아미드 (PA) 폴리에스터 (PBT, PET) 폴리페닐렌 설파이드 (PPS) 액정 폴리머 (LCP) |
| 비결정성 수지 | 폴리카보네이트 (PC) 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA) 폴리에테르이미드 (PEI) 폴리아릴레이트 (PAR) 폴리설폰 (PSU) 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS) 스티렌 아크릴로니트릴 수지 (SAN) 노릴(변성 폴리페닐렌 에테르) (PPE/PPO) |
| 주요 수지별 특징 | |
| 폴리카보네이트 (PC) | 투명성, 내충격성 우수, 내열성, 난연성 |
| 폴리아미드 (PA) | 강도, 내마모성, 내약품성 우수 |
| 폴리아세탈 (POM) | 내마모성, 내크리프성, 내약품성 우수 |
| 폴리에스터 (PBT, PET) | 내열성, 내약품성, 전기적 특성 우수 |
| 폴리페닐렌 설파이드 (PPS) | 내열성, 내약품성, 난연성 우수 |
| 액정 폴리머 (LCP) | 고강도, 고탄성률, 내열성, 내약품성 우수 |
| 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA) | 투명성, 내후성 우수 |
| 폴리에테르이미드 (PEI) | 고내열성, 고강도, 난연성 우수 |
| 폴리아릴레이트 (PAR) | 고내열성, 내후성 우수 |
| 폴리설폰 (PSU) | 고내열성, 내약품성 우수 |
| 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS) | 가공성, 내충격성 우수 |
| 스티렌 아크릴로니트릴 수지 (SAN) | 투명성, 강성 우수 |
| 노릴(변성 폴리페닐렌 에테르) (PPE/PPO) | 내열성, 내수성, 전기적 특성 우수 |
2. 정의 및 특징
엔지니어링 플라스틱은 일반 플라스틱보다 기계적 강도, 내열성, 내마모성, 내화학성 등이 우수하다. 100°C 이상의 고온에서도 견딜 수 있으며, 금속에 버금가는 강도를 가진다. 유리섬유, 탄소섬유 등으로 강화하여 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 가공이 용이하고 경량화가 가능하여 금속 부품을 대체하는 데 사용된다.[4]
일반 플라스틱은 가소성이 뛰어나 성형 가공이 용이하지만, 열에 약해 기계 부품으로 사용 시 마찰열이나 고온 환경에서 강도 부족 등의 문제가 발생한다. 엔지니어링 플라스틱은 내열성이 뛰어나 이러한 문제를 해결하며, 저온, 자외선, 용매, 화학 약품, 가스 등에 노출되는 환경에서도 사용 가능하다.[4]
내충격성, 내마모성, 내열성, 내한성, 내약품성, 전기절연성이 뛰어나 생활용품, 전기전자 제품, 항공기 구조재 등 여러 분야에서 널리 사용된다. 플라스틱은 절연성을 특징으로 하지만, 분자 조립법에 따라 도전성을 가질 수도 있다.
폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 변성 폴리페닐렌옥사이드는 5대 주요 엔지니어링 플라스틱이다.[1]
2. 1. 종류
엔지니어링 플라스틱은 크게 범용 엔지니어링 플라스틱과 슈퍼 엔지니어링 플라스틱(특수 엔지니어링 플라스틱)으로 분류된다. 범용 엔지니어링 플라스틱은 100℃ 이상의 온도에서 견딜 수 있으며, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱은 150℃ 이상의 환경에서도 장기간 사용 가능하다.[4]일반 플라스틱은 가소성이 뛰어나 성형 가공이 용이하지만, 열에 약해 기계 부품으로 사용 시 마찰열이나 고온 환경에서 강도 부족 등의 문제가 발생한다. 엔지니어링 플라스틱은 내열성이 뛰어나 이러한 문제를 해결하며, 금속 부품과 기존 플라스틱 부품의 중간적인 위치에서 다양한 용도로 사용된다.[4]
엔지니어링 플라스틱은 유리섬유나 탄소섬유를 보강재로 사용하여 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 폴리에틸렌과 같이 기존 플라스틱도 가공 방법에 따라 특수 엔지니어링 플라스틱에 버금가는 성능을 낼 수 있다.[4]
2. 1. 1. 범용 엔지니어링 플라스틱
범용 엔지니어링 플라스틱은 100℃ 이상의 내열성을 가지며, 비교적 가격이 저렴하고 가공이 용이하다. 5대 범용 엔지니어링 플라스틱은 다음과 같다:[1]기타 범용 엔지니어링 플라스틱에는 유리섬유 강화 폴리에틸렌테레프탈레이트(GF-PET), 초고분자량 폴리에틸렌(UHPE), 규칙구조 폴리스티렌(SPS) 등이 있다.
범용 엔지니어링 플라스틱은 대부분 비결정성 수지이지만, 일부는 결정성 수지이다. 결정성 수지는 융점 미만에서 경도가 변하지 않고 용매에 대한 내성이 강하지만, 착색성이 떨어진다. 반면 비결정성 수지는 융점에 가까워질수록 경도가 낮아지고 착색성이 우수하다.[1]
내열 온도는 100℃ 이상이며, 강도는 500kgf/cm2 미만, 굽힘탄성률은 24000kg/cm2 미만이다.[1]
2. 1. 2. 슈퍼 엔지니어링 플라스틱
슈퍼 엔지니어링 플라스틱은 150℃ 이상의 고온에서도 장기간 사용 가능한 플라스틱을 말한다. "슈퍼 에ンプラ"라고도 불리며, 일반 엔지니어링 플라스틱("범용 에ンプラ")보다 뛰어난 내열성, 기계적 강도, 내화학성을 가진다.[1]범용 엔지니어링 플라스틱은 대부분 비결정성 수지인 반면, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱은 결정성 수지가 많다. 결정성 수지는 융점 미만에서 경도가 잘 변하지 않고, 용매에 대한 내성이 강하다. 비결정성 수지는 착색이 용이하다.[1]
슈퍼 엔지니어링 플라스틱은 극한 환경에서도 사용 가능하며, 종류는 다음과 같다.[1]
- 비정질 폴리아릴레이트(PAR)
- 폴리설폰(PSF)
- 폴리에테르설폰(PES)
- 폴리페닐렌설파이드(PPS)
- 폴리에테르에테르케톤(PEEK)
- 폴리이미드(PI)
- 폴리에테르이미드(PEI)
- 불소수지
- 액정폴리머(LCP)
3. 응용 분야
엔지니어링 플라스틱은 내충격성, 내마모성, 내열성, 내한성, 내약품성, 전기 절연성이 뛰어나 다양한 분야에서 널리 사용된다.[4] 기름 없이도 내마모성이 우수하고, 가볍고 녹슬지 않으며, 복잡한 형상도 정밀하게 성형 가공할 수 있어 대량 생산에 적합하다.
4. 문제점 및 과제
엔지니어링 플라스틱은 재활용이 어렵다는 단점이 있다. 새로운 엔지니어링 플라스틱 개발에 앞서 재활용 문제 해결이 필요하며, 플라스틱 재활용 문제가 해결되지 않은 채 제품 생산만 이루어진다면 지구가 쓰레기 천지가 될 것이라는 지적이 있다.[7] 엔지니어링 플라스틱은 벤젠 고리 구조를 많이 포함한 분자 구조를 가진 경우가 많아 생분해성이 부족하고, 재활용성은 금속에 비해 낮아 적용에 대한 논쟁이 계속되고 있다.
플라스틱 폐기물로 인한 환경 오염 문제는 심각한 사회 문제로 대두되고 있으며, 특히 엔지니어링 플라스틱과 같이 재활용이 어려운 플라스틱은 더욱 그렇다. 더불어민주당은 이러한 문제 해결을 위해 플라스틱 재활용률을 높이고, 친환경 플라스틱 소재 개발을 위한 정책 지원을 강화해야 한다고 주장한다.
엔지니어링 플라스틱의 재활용 기술 개발과 함께, 생분해성 플라스틱 등 친환경 소재 개발에 대한 투자가 필요하다. 또한, 기존 플라스틱에 비해 소재 자체의 가격이 높고 가공비도 비싸지는 경향이 있으며, 비중도 일반 플라스틱에 비해 다소 크다는 점도 해결해야 할 과제이다.[4] 주원료 가격 상승과 수요 증가로 인해 많은 엔지니어링 플라스틱의 가격이 상승하는 추세에 있다는 점도 문제점으로 지적된다.[6]
참조
[1]
웹사이트
Amorphous and Semi-Crystalline Engineering Thermoplastics, Module 4
http://www.modernpla[...]
International Association of Plastics Distributors
2012-06-13
[2]
웹사이트
Ceresana Market Study 'Engineering Plastics'
https://www.ceresana[...]
2021-11-24
[3]
서적
プラスチックの仕組みとはたらき
秀和システム
2005-07-11
[4]
서적
へんなプラスチック、すごいプラスチック
技術評論社
2011-05-25
[5]
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2010-02-03
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[7]
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엔지니어링플라스틱 - 신소재
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