2.지이프라스틱 수지의 특성

2.5 환경적 영향

어떤 용도에 사용할 재료 선정시에 설계자는 그 용도의 사용 환경조건을 주의 깊게 고려하여야 한다. 금속은 녹이 슬고 부식이 되는 것을 잘 알고 있는 바와 같이 프라스틱도 에너지원이나 복사체 또는 화학적 물질이 있는 곳에서 변색, 미세균열(CRAZING), 균열(CRACKING), 물성저하, 용융 또는 용해가 일어난다는 것을 알아야 한다. 또한 부품이 최종용도로 사용되기 전에 환경적인 영향을 받을 수 있는 성형공정, 조립공정, 사상 공정 및 세척공정에 대해서도 고려되어야 한다. 5-1 내환경성에 영향을 주는 요소  FACTORS AFFECTING ENVIRONMENTAL RESISTANCE   1) 응력수준 (STRESS LEVEL) 내환경성에 중요한 영향을 미치는 요소는 성형시나 조립등에 의해 생기는 제품 내부응력과 외부에서 가해진 하중에 의한 외부 응력의 수준이다. 일반적으로 응력의 수준이 높아지면 내환경성은 감소된다. 2) 온도 (TEMPERATURE) 프라스틱은 온도가 높아지면 특정 물질에 의한 악영향이 보다 더 심해진다. 3) 노출 (EXPOSURE) 어떤 환경조건에 대한 프라스틱의 적합성에서 노출의 정도가 결정적인 영향을 미친다. 고려되어야 할 요소들은 다음과 같다. ① 불리한 환경조건에의 노출기간 ② 강한 영향을 미치는 용액의 농도 ③ 물질의 종류(기체, 액체, 고체) ④ 발열의 수준과 세기 ⑤ 보호물질여부(도장, 코팅등) 5-2 화학적 적합성 CHEMICAL COMPATIBILITY   프라스틱에 나타나는 화학적인 영향에 의해 예측하기 어려운 화학적 적합성이 만들어진다. 어떤 화학약품은 같은 계통의 수지나 같은 계통의 다른 그레이드에 대해 완전히 다른 반응이 일어날 수 있다. 역으로 말하면 어떤 재료는 유사한 화학약품들에 대해 완전히 다른 반응이 일어난다. 프라스틱에 영향을 주는 화학약품에 의한 작용(MECHANISMS)에 대한 설명이 아래에 나와 있다. 1) 반응 (REACTION) 강항 영향을 미치는 화학약품은 수지체인(CHAIN)에 영향을 주어 점진적으로 수지의 분자량을 감소시킨다. 이 결과로서 단기 사용시의 기계적 특성이 변한다. 2) 용해 (SOLVATION) 대부분의 열가소성 프라스틱은 가용성 요소가 있다. 분자량이 높은 수지는 일반적으로 천천히 용해된다. 이 결과로써 제품에 중량과 치수변화가 일어나고 물성저하와 함께 팽창이 일어난다. 3) 가소화 (PLASTICIZATION) 화학약품이 수지와 혼합될 때 흡수하여 가소화를 일으킨다. 이 결과로서 강도, 견고도 및 크립저항이 감소하고 충격강도가 증가한다. 또한 제품이 팽창되고 응력이 풀려 가끔 휨이 발생한다. 4) 응력부식파손 (STRESS CORROSION FAILURE)/환경응력크랙 (ENVIRONMENTAL STRESS CRACKING) 응력을 받고 있는 부품이 화학물질과 접하고 있는 어떤 환경조건에서 파손이 일어난다. 이 현상을 결정성 수지에 대해서는 응력부식파손이라 하고 비결정성 수지에 대해서는 환경응력크랙(ESC)라 한다. 5-3 내화학성 CHEMICAL RESISTANCE   비결정성 수지인 렉산 노릴 사이콜락 및 울템 수지의 화학적 적합성은 극한적인 화학환경조건에서 용제와 접촉시간, 응력의 존재 여부와 크기, 온도 및 다른 조건에 의해 상당히 많은 영향을 받는다. 즉 응력이 없는 제품에 대하여 전혀 영향을 미치지 않는 환경조건이라도 높은 응력이 있는 제품에 대해서는 부적합할 수 있다. 반결정성 수지로된 제품의 경우에도 높은 응력이 존재할 때는 어떤 환경조건에서 영향을 받는다. 바록스 수펙 및 로모드 수지는 반결정성 수지의 특성 때문에 극한적인 화학환경 조건에서도 잘 사용된다. 지노이 수지와 노릴 지티엑스 수지는 중간 정도의 좋은 화학적 적합성을 갖고 있으므로 반결정성 수지로 고려한다. 1) 렉산 (LEXAN) 폴리 카보네이트 수지로서 높은 온도의 건조된 공기에서는 우수하나 물이나 습기가 있는 조건하에서는 60℃이하의 온도에서만 연속적으로 사용할 수 있다. 렉산 수지는 희석된 무기물과 유기산에는 견디나 알카리 용액에는 천천히 분해된다. 또한 지방성 탄화수소, 에테르 및 알콜에는 용해되지 않으나 방향족 탄화수소에는 부분적으로 용해되고 할로겐화 탄화수소에는 완전히 용해된다. 2) 노릴 (NORYL) 노릴 수지는 광범위한 온도에서 물에 대한 안정성이 매우 좋다. 실온에서부터 높은 온도까지에서의 수분 흡수율이 모든 엔지니어링 프라스틱 중에서 노릴 수지가 가장 낮다. 이것이 노릴수지 제품의 치수 안정성에 상당히 기여한다. 노릴 수지는 세척제, 약산, 강산 및 알카리에서 사용할 수 있으나 방향족 탄화수소에 부분적으로 용해되고 할로겐화 탄화수소에 용해된다. 3) 사이콜로이(CYCOLOY) 폴리카보네이트 수지와 아크릴로니트릴 부타디엔 스치렌 수지와 합성된 수지로서 다양한 가정용 및 상업용의 화학약품에 견디고 산, 희석된 알카리 용액, 식물성기름 및 광유에도 잘 견딘다. 휘발유는 응력의 수준과 노출시간에 따라 사이콜로이 수지에 악영향을 준다. 방향족 탄화수소는 사이콜로이 수지를 팽창시키고 환경 응력크랙(ESC)을 일으킨다. 또한 사이콜로이 수지는 에스테르, 케톤 및 어떤 염화물계탄화수소(CHLORINATED HYDROCARBONS)에 용해되나 약한 가정용의 세척제나 희석된 가정용 표백제로 세척될 수 있다. 4) 사이콜락 (CYCOLAC) 사이콜락 수지의 환경저항 특성은 아크릴로니트릴, 부타디엔 및 스치렌 성분의 배합비에 따라 다르다. 사이콜락 수지는 물, 수성소금용액, 희석된 산과 알카리, 포화된 탄화수소, 낮은 방향족 가솔린, 식물성 및 동물성 지방과 기름에 사용될 수 있다. 그러나 계속적인 물과의 접촉시 재료의 내열온도(HDT)가 내려가고 내열성이 감소된다는 것을 주의하여야 한다. 사이콜락 수지는 방향족 탄화수소, 농축된 무기산 및 산화제에 의해 영향을 받는다. 5) 울템 (ULTEM) 비결정성 수지로서 어닐링(ANNEALING)된 상태에서는 100℃의 고온에서 물과 접촉시 10000시간 후에도 그 인장 강도의 95%를 보유하고 있으나 어닐링이 되지 않은 상태에서는 위와 같은 환경조건에서 장기사용시 크랙이 일어난다. 울템 수지는 증기상태와 상온의 진공건조상태를 교대로 하는 환경조건에서 기본물성의 주요변화없이 시험되었다. 또한 지방성 탄화수소, 알콜 및 약한수성소금용액, 산과 알카리에는 적합하게 사용할 수 있으나 할로겐화 탄화수소에는 용해된다. 6) 바록스 (VALOX) 반결정성 열가소성 프라스틱으로 지방성 탄화수소, 휘발유, 기름과 지방, 알콜, 글리콜, 에테르, 고분자량의 에스테르와 케톤, 희석된 산과 알카리, 세척제와 수성 소금용액과 같은 다양한 화학약품에 견디는 우수한 특성을 갖고 있으나 높은 온도에서 물이나 수성 알카리용액과의 접촉시 약간의 가수분해에 의한 영향을 받는다. 7) 수펙 (SUPEC) 반결정성 수지로서 광범위한 온도에서의 화학환경조건에서 잘 견디나, 온도수준이나 접촉시간이 한계점일대의 어떤 순간에 강산, 할로겐, 아민 및 염화탄화수소에 의해 영향을 받는다. 8) 로모드 (LOMOD) 로모드 수지는 강 알카리, 뜨거운 산과 염화탄화수소에 의해 영향을 받고 케톤, 방향족 용제와 약산에 부분적으로 견딘다. 9) 지노이 (XENOY) 비결정성 수지와 반결정성 수지의 혼합된 수지로서 용제, 기름, 그리스에 잘 견디고 자동차 산업에서 사용되는 페인트류에 대한 화학적 적합성이 있다. 지노이 수지는 결정성이 증가하므로서 내화학성이 개선되나 유기용제나 지방성 탄화수소에 의해 영향을 받는다. 10) 노릴지티엑스 (NORYL GTX) 비결정성 수지와 반결정성 수지의 혼합된 수지로서 수지자체의 특성 때문에 고온에서 수분을 흡수하고 물에 장기간 노출시 팽창하여 조기파손을 일으킨다. 노릴지티엑스 수지는 자동차 산업에서 차체와의 동시 페인트 및 건조조건과 같은 한정된 시간내에서 180℃까지의 뜨거운 공기에서 견딘다. 또한 노릴 지티엑스 수지는 기름, 그리스, 지방 및 자동차 산업에서 사용되는 여러 화학약품에 잘 견딘다. 상기자료는 적절한 조건하에서 만들어진 시편을 사용하여 실험실에서 시험평가된 자료를 기준으로 만들어졌다. 또한 같은 계통의 화학약품이라도 완전히 다른 현상이 나온다는 것을 알아야 한다. 즉 메칠 알콜이 일부 사이콜락 수지에 영향을 미치나 에틸알콜은 거의 영향을 미치지 않는다. 실제로 우리는 지구상에서 사용중인 수천종의 화학약품이 섞인 것과 같은 상태에서 각각의 제품을 취급하고 있으므로, 제공된 자료를 기준으로 어떤 결론을 내거나 추천을 할 수는 없고 다만 상기 재료의 성능 차이를 설명하므로서 비교만 할 수 있다. 5-4 내후성 WEATHERING RESISTANCE   열가소성 프라스틱의 물성에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있는 또 다른 환경조건은 기후 조건과 자외선 방출 같은 대기 조건이다. 기후조건은 온도, 산소, 상대습도 및 자외선 방출하에서 재료의 질이 저하되는 것을 말한다. 상기의 조건들이 합쳐진 상태에서는 기본적인 물성과 색상을 모두 잃어버리고 수지의 물성을 완전히 저하시킨다. 1) 렉산 (LEXAN) 렉산 수지로 만든 제품은 자외선 방출과 온도가 같이 작용하는 환경조건에 매우 민감하여 재료에 변색이 나타나고 미세한 금이나 균열이 발생한다. 자외선 안정제는 상기조건에 의한 영향을 개선시키고 성형품의 수명을 증가시킨다. 2) 노릴 (NORYL) 노릴 수지로 만든 제품은 자외선 빛과 습도의 영향하에 변색이 나타나나 기계적 물성은 감소되지 않는다. 새로운 안정제 기술의 발전으로 자외선 안정성이 크게 개선되고 변색이 대폭 줄어들었다. 3) 사이콜로이 (CYCOLOY) 사이콜로이 수지로 만든 제품은 대부분의 다른 수지와 마찬가지로 기후 조건에 의한 영향을 받고 변색과 미세한 금이 나타나며 심한 경우에는 기본적인 물성의 저하를 가져온다. 4) 사이콜락 (CYCOLAC) 사이콜락 수지로 만든 제품은 기후조건이나 자외선에 계속 노출시 악영향을 받는다. 주로 부타디엔 성분의 산화로 인해 변색이 일어나고 충격강도가 감소한다. 5) 울템 (ULTEM) 울템 수지로 만든 제품은 기후 조건과 자외선 방출에 잘 견디고 수지 자체의 기본적인 특성인 고온에 견디고 가수분해에 안정되어 내후성에 어느정도 도움이 된다. 6) 바록스 (VALOX) 바록스 수지로 만든 제품은 자외선 방출에 상당히 잘 견디나 변색이 나타난다. 심한 하중과 악조건인 환경하에서 기본적인 물성이 약간 감소한다. 7) 수펙 (SUPEC) 수펙 수지로 만든 제품은 기후조건 하에서 약간의 변색만이 나타난다. 수지 자체의 기본적인 특성인 고온에 견디는 성질 때문에 기계적 특성의 현저한 감소는 일어나지 않는다. 8) 로모드 (LOMOD) 로모드 수지로 만든 제품은 기후조건과 자외선 방출하에서 변색이 나타나고 기본적인 물성이 감소한다. 영향을 받는 정도는 로모드 수지의 배합 성분에 따라 다르나 견고도가 감소하고 E-탄성계수(E-MODULUS)가 증가한다. 9) 지노이 (XENOY) 지노이 수지로 만든 제품은 기후 조건과 자외선 방출에 잘 견디나 극한적인 기후 조건과 자외선 환경하에서 계속 노출시 약간의 물성저하가 일어난다. 10) 노릴 지 티 엑스 (NORYL G T X) 노릴 지티엑스 수지로 만든 제품은 일반적인 대기 조건하에서 변색이 일어나므로 페인트나 파카로 제품에 보호용 칠을 한다. 11) 테크로 폴리머 스트락쳐 (TECHNO-POLYMER STRUCTURE) 아즈델, 아즈멧 및 아즈로이 수지로 만든 제품은 요구되는 특성에 따라 다양한 기본수지들로 만들어 졌다. 그러므로 어떤 그레이들에 대한 내후성이나 자외선 안정성은 사용된 기본 수지에 의한 특성이 그대로 나타난다. 제품에 자외선 및 내후성 코팅을 하므로서 기후조건과 자외선으로부터 열가소성 수지를 보호할 수있다. 이 경우 가격이 비교적 높아지기 때문에 일반적으로 열가소성 프라스틱의 기본적인 기계적 물성 보유치가 크게 문제가 될 때만 사용한다.