엔지니어링 플라스틱의 개질

섬유강화 및 복합소재

플라스틱에 첨가제 또는 보강제를 선택적으로 사용하면 특정 물성 및 특성을 얻을 수 있습니다. 이렇게 개질된 플라스틱은 일반 비강화 플라스틱에 비해 대체적으로 열적특성, 기계적특성, 광학특성 등 우수한 특성을 많이 포함합니다. 착색제 외에도 가장 보편적인 보강재 및 첨가제로는 강화섬유, 안정제 및 마찰감소 첨가제 등이 있습니다.

강화섬유

섬유(fiber)강화 폴리머에서 보강섬유는 화합물의 재료 특성을 결정합니다. 대부분의 경우, 섬유의 강도는 폴리머보다 크며, 금속 소재의 인장 강도보다 높은 경우가 많지만, 가장 일반적으로 사용되는 섬유의 밀도는 대개 알루미늄보다 낮아서 경량화를 목표로 하는 부품 설계에 적합합니다. 일반적으로 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드섬유가 섬유강화 플라스틱에 사용됩니다. 

유리섬유 강화 플라스틱

유리섬유는 강화 폴리머에서 가장 많이 사용되는 강화섬유로서 베이스 폴리머와 비교하면 높은 강성 및 강도, 향상된 표면경도를 갖습니다.

탄소섬유 강화 플라스틱

탄소섬유 강화 폴리머는 매우 강하면서도 가볍습니다. 

생산 비용은 다소 비싸지만 중량 대비 우수한 강도 및 강성이 요구되는 항공우주 산업, 자동차 산업 및 기타 여러 기술 응용 분야에 적용됩니다.

아라미드 섬유

아라미드 섬유는 충격강도, 댐핑 (damping), 내마모성 및 경량화가 요구되는 분야에서 사용되는 고내열성, 고강성 섬유군을 말합니다.

기타 보강재

다른 보강재는 최소한의 기술적 특성만을 제공하며, 주로 비용 또는 경량화를 목적으로 사용됩니다. 예를 들면, 엔싱거는 초크 (chalk), 탈크 (talcum) 또는 글라스 비드등을 사용한 플라스틱 제품을 제공합니다. 

또한 엔싱거는 물리적 특성 및 가공 특성 (미세홀 가공)을 향상시키기 위해 세라믹이 보강된 플라스틱을 제공하기도 합니다.


마찰 및 내마모 보강재

슬라이딩용 재료로 잘 알려진 PTFE(Teflon®) 외에도, 일반적인 베어링 재료인 PA와 POM은 우수한 슬라이딩 특성 때문에 그 자체로도 많이 사용됩니다. 또한 폴리머 매트릭스에 다양한 첨가제를 더하면 마찰 및 마모 특성의 측면에서 PA와 POM을 비롯한 모든 재료의 특성을 향상 시킬 수 있습니다. 이와 같은 첨가제 중 가장 많이 사용되는 네 가지 종류는 다음과 같습니다:

흑연(Graphite)

흑연은 순수 탄소로서 미세 분말 형태로 첨가되면 우수한 윤활성을 발휘합니다. 특히 흑연을 균일하게 플라스틱에 첨가하면 습윤한 환경에서의 마찰계수를 현저히 감소시킬 수 있습니다.

폴리에틸렌 (POLYETHYLENE) 

폴리에틸렌을 첨가하면 PTFE를 사용한 경우와  유사하게 마찰 특성이 개선되는 효과를 얻을 수 있으나 PTFE와 같은 수준은 아닙니다.

몰리브덴 황화물(Molybdenum sulphide)

몰리브덴 황화물은 주로 조핵제로 사용되며 소량만 투입해도 폴리머에 미세결정구조를 형성하며, 높은 결정화도로 인해 마찰계수가 감소하고 내마모성이 향상됩니다. 엔싱거는 또한 저마찰 첨가제를 혼합한 특수 소재를 제공하고 있으며, PEFE, 흑연, 탄소 섬유가 각각 10%씩 포함된 PVX 계열의 소재들이 그 예입니다. 특히 PTFE와 흑연의 조합은 우수한 슬라이딩 마찰 특성을 가지며, 탄소 섬유는 소재의 강도와 내마모성을 향상시킵니다. 또한 이 PVX계열 소재는 건조하거나 무거운 하중이 적용되는 환경에서 매우 우수한 성능을 나타냅니다.

폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (POLYTETRAFLUORETHYLENE)

PTFE는 고내열 불소수지로서 비접착 특성을 보입니다. 압축 응력이 가해지면 PTFE로 보강된 플라스틱은 상대 소재와의 접촉 표면에 미세한 폴리머 필름을 형성하여 낮은 마찰계수 특성을 보이며, 또한 소재 변형을 통해 스틱-슬립 효과(stick-slip effect)를 감소시키거나 완전히 제거할 수 있습니다.

복합소재

엔싱거는 TECATEC이라는 상품명으로 PEEK 복합 (composite)소재를 제공합니다. TECATEC은 탄소섬유 직물과 PEEK 베이스 폴리머에 압력을 가해 서로 결합하도록 유도하여 매우 뛰어난 기계적 강도와 열적 치수안정성을 제공합니다. 또한 TECATEC은 초고온의 증기와 화학물질에 대해 높은 내성을 가지고 있기 때문에 메디칼용 제품에 적합한 재료이며, 당사는 50%, 60%의 탄소섬유를 함유한 PEEK 폴리머 베이스 복합소재인 TECATEC 제품군을 보유하고 있습니다.