기계적 물성이 우수한 플라스틱

플라스틱 부품이 응력을 견뎌야 하는 경우에는 폴리머의 기계적 물성은 매우 중요합니다. 기본적인 기계적 재료 특성은 다음과 같습니다.
  • 강도 : 외부 응력에 대한 소재의 내성
  • 강성 : 변형에 대한 소재의 내성
  • 경도 : 집중 압축 하중하에서 변형에 대한 소재의 내성
  • 인성 : 충격시 소재의 에너지 흡수 능력

이러한 특성은 표준화된 시험방법을 통하여 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 플라스틱의 인장강도 및 강성과 같은 플라스틱의  인장 특성은 DIN EN ISO 527에 따라 측정할 수 있습니다. 다음 그래프는 재료의 거동에 따라 나올수 있는 테스트 결과 및 일반적인 테스트 결과를 나타낸 것입니다.

엔싱거는 자사의 모든 반제품에 대한 기계적 물성을 평가하고, 이 정보는 당사 홈페이지의 제품 물성표에서 확인할 수 있습니다.  고객들은 이 정보를 이용하여 서로 다른 엔지니어링 플라스틱의 물성을 바로 비교할 수 있습니다.

엔싱거가 제공하는 테스트 결과를 다른 기관의 시험과 비교할 경우, 그 결과 사이에 불일치가 있을 수 있습니다. 그이유는 시험 방법이 다르거나, 테스트 속도 또는 시편의 종류가 다르기 때문입니다. 그리고 현재까지 열가소성 플라스틱 소재에 관한 공개 문헌자료는 대체로 사출성형 시편의 테스트 결과를 근거로 하지만, 엔싱거의 제품 물성표 자료는 압출성형 제품에서 가공한 시편에 대한 시험 결과이기 때문에, 테스트 결과 값이 상이할 수가 있습니다.  그 이유는 압출제품과 사출제품에서 물성 특성에 영향을 미치는 결정화도와 보강섬유의 배열 차이가 나타나기 때문입니다.

강도 - 인장 및 굴곡강도

플라스틱의 굴곡강도와 인장강도는 서로 다른 소재를 비교할 때 가장 흔히 쓰이는 특성 값입니다. 엔싱거에서 생산, 판매하는 우수한 인장강도 플라스틱 제품은 다음과 같습니다.

출 소재에 탄소섬유 및 유리섬유 강화재를 첨가하면 인장강도와 굴곡강도를 향상시킬 수 있지만, 사출성형과 비교하면 그 효과는 제한적입니다.

강성 - 인장 및 굴곡 탄성률

미보강 소재의 강성은 인장 탄성률(tensile modulus)로 나타냅니다. 우수한 강성을 가진 엔싱거 제품에는 TECASINT 4111 (PI), TECAPEEK (PEEK), TECAST (PA 6 C), TECAFORM AD (POM-H), TECAPET (PET) 등이 있습니다.


당사는 탄성계수를 극대화하기 위해, 탄소섬유와 유리섬유를 보강한 소재를 다음과 같이 생산, 판매합니다.

압축강도

압축강도 [MPa]

압축강도는 다양한 플라스틱 소재의 단기 하중지지능력을 나타냅니다. 두 개의 플레이트 사이에 놓인 원통형 또는 입방형 시편에 점점 더 큰 힘을 가하는 동시에, 압력과 신율을 측정함으로써 압축강도를 측정합니다. 
 
열가소성 플라스틱의 경우, 많은 연성 소재시편이 명확한 파손없이 변형되므로 압축강도 특성이 항상 적절한 지표는 아닙니다. 따라서 실제 산업에 적용되는 소재가 하중에 의해 과도하게 변형된다고 해서 이 소재가 나쁘다고 평가를 할 수는 없습니다.  이러한 이유로 압축 하중은 일반적으로 소재가 파단이 될 경우가 아닌 일정하게 정해진 변형 지점(보통 1%, 2% 또는 10% 지점)에서 측정을 합니다. 또한 다른 출처에서 나온 압축  강도값을 비교하기전에 각각의 테스트 조건을 확인해야 합니다.
 
탄소섬유 또는 유리섬유 보강재는 일반적으로 폴리머의 압축강도를 향상 시키지만,  거시적인 효과는 크리프 특성의 개선으로 인해 단기간의 하중 특성보다 장기간의 특성 효과가 더 두드러집니다.


섬유강화 플라스틱

인성 - 충격강도

강도 / 응력 [MPa]
 
열가소성 플라스틱의 충격강도 특성은 샤르피(Charpy) 또는 아이조드(Izod) 충격시험을 통해 측정합니다. 작은 직사각형 봉재에 고속으로 추를 가격하여, 시편이 파단될 때 흡수되는 에너지를 측정합니다. 에너지 흡수율이 높을수록 내충격성이 우수합니다. 우수한 내충격성 덕분에 시편이 깨지지 않아 측정값을 얻을 수 없는 플라스틱의 경우, 노치(notch)를 이용한 더 가혹한 조건에서 시험을 반복 실시합니다.


경도

볼압입 경도 [MPa]

표면 경도는 다양한 방법으로 측정할 수 있지만, 열가소성 플라스틱의 경우 가장 보편적인 측정 방법은 “볼압입 경도시험(ball indentation hardness)” 입니다. 표준 치수의 금속구를 정해진 힘으로 정해진 시간 동안 소재에 압입하면, 소재에 남은 자국을 보고 경도 값을 구할 수 있습니다. 이와 더불어 흔히 쓰이는 경도 시험 방법으로는 로크웰 경도시험이 있습니다.
 
유리섬유 및 탄소섬유로 보강된 소재가 가장 높은 표면 경도 값을 가지고, 미보강 소재 중 경도가 가장 우수한 소재는 다음과 같습니다.