[스크랩] 프라스틱의 물리적 특성

프라스틱의 기계적 특성 | 프라스틱의 특성

2005.10.17

기계적 특성
인장강도
(Tensile Strength)	재료가 인장 하중에 의해 파단할 때의 최대 응력을 말한다. 최대 하중을 시험편 원래의 단면적에서 나눈 값을 kg/㎠의 단위로 나타낸다.
	인장특성은 재료의 인장(시편을 양쪽에서 잡아당김)시 재료가 받는 여러가지 특성을 측정하는 시험항목으로써 플라스틱의 기계적물성 시험중 가장 일반적인 항목이다.
	인장강도는 크게 항복점에서의 인장강도와 파단점에서의 인장강도로 나뉘며 항복점(Yield Point)은 재료가 받는 최고점에서의 힘을 의미하며, 파단점(Break Point) 는 재료가 끊어지는 싯점에서의 힘이다.
신율	재료가 인장 하중에 의해 파단할 때의 최대 늘어난 길이를 말한다. 단위는 %로 나타낸다. 신율 = 길이변화 / 원래의 길이
(Tensile Elongation)
압축 강도	압축에 의해 나누어 파괴될 때까지의 최대 응력으로서 최대 하중을 시험편의 원단면적으로 나누어 Kg/㎠로 나타낸다. 파괴되지 않은 재료에 있어서는 규정 변형치에 대한 하중을 원단면적으로 나눈 값으로 나태나는 경우가 있다. 관층 압축 강도 및 연층 압축 강도는 적층 플라스틱판에서 각기 적층면에 대해 수직 및 평행한 방향으로 압축응력을 가할 때의 압축 강도이다.
굴곡강도	굴곡특성은 플라스틱 시료를 휘게 하는 굴곡력을 적용하면서 나타나는 응력의 변화와 파괴 등을 측정하는 시험
(Flexural Strength)
	굴곡강도는 시료를 휘게하는 굴곡력을 적용함에 있어서 load 가 더 이상 증가하지 않는 최대값을 말한다.
굴곡탄성율	굴곡탄성율은 굴곡력 load 커브상에서 초기 직선구간의 기울기을 가지고 계산해낸 값을 의미한다.
(Flexural Modulus)	굴곡 탄성률(kg/mm2) = (L3/4bd3)*(P/Y)
	L : 지점간 거리, b : 시험편의 폭, d : 시험편의 두께 , p : 하중 5대 : 변형량.
충격강도	충격적인 하중에 의해서 재료를 파괴하는 데 필요한 에너지를 재료의 단위 면적당, 또는 단위 폭당으로나눈 수치를 말한다. JIS에서는 주로 재료의 흡수 에너지를 시험판의 단위 면적으로 나눈값(kg*cm/㎠)으로 나타내며, ASTM D 256으로는 충격면의 폭으로 나눈값(ft-lb/in)으로 나타난다.
	충격강도(Izod)는 플라스틱 시편을 수직으로 세워놓고 윗부분에 충격을 가해 파괴되는데 소비하는 힘을 측정하는 시험항목으로써 플라스틱의 기계적물성 시험중 가장 중요한 항목중 하나이다.
	시편의 중간 부위에 흠집(notch)을 내어 시험한다.
경도	물체의 단단함을 나타내는 척도.일반적으로 시료을 단단한 물체(보통 플라스틱에 대해서는 강구 및 원추형 압자)로 밀어넣을 때 나타나는 저항으로 나타난다.
	경도는 플라스틱 재료의 특성에 따라 여러가지 시험방법이 있는데, 주로 사용되어지는 시험방법은 Rockwell Hardness 와 Durometer Hardness 로 주로 나뉜다.
	Scale	기준하중	시험하중	금속구직경	주요한 대상 재료
		(Kg)	(kg)	(mm)
	A	10	60	12.7±0.0025	우레탄. PE, PA, PS, ABS,불소수지
	B	10	60	6.35±0.0025	페놀수지, 우레아수지
	C	10	100	6.35±0.0025	에폭시수지,폴리에스테르수지
	D	10	100	3.175±0.0025	폴리에스터 엘라스토머, 내충격나일론
	E	10	150	3.175±0.0025
내마모성	내마모성은 플라스틱 재료가 마찰제에 접촉될 때, 어느 정도 마모되어져 감소되는지에 대한 경향을 예측할 수 있는 정보를 제공하는데, 대개 원반형의 시편을 회전기구에서 돌리면서 마모제를 마찰시키면서 감량되는 정도를 내마모성을 정의하는데, 주로 1kg의 하중으로 마모용 휠을 시편위에 눌러 주고, 1000회를 회전시키면서 마모를 시킨 다음, 감량된 시편의 무게를 mg 단위로 표시하여 내마모성을 표시한다.
	이 때 사용하는 마모용 휠은 표면의 거칠기에 따라 구분되는데, 주로 CS-17, H-21 휠을 많이 사용하는데, CS-17보다 CS-21 휠의 경우가 더 거칠기 때문에 높은 마모도를 나타내고, 만약 고무와 같이 원판형 시편을 성형하기가 어렵든지 마모율이 매우 적을 경우에는 ASTM D-1630에서 규정한 NBS 마모기를 사용하면 더 큰 마모도에서 비교가 가능하기 때문에 마모성이 우수한 재료의 비교에 유용하게 사용 할 수 있으며, 주로 내마모성은 1000번의 마찰회전에서 마모되어 감량되는 시편의 무게인 'mg/1000cycle' 로서 정의하는 것이 일반적이다.
■ 물리적 특성
비중	비중은 어떤 물질의 질량과 이와 동일한 부피의 표준물질의 질량과의 비로 정의되는데, 어떤 물질의 고유한 상수로서 단위가 없는 특징이 있다.
	주로 사용하는 표준물질은 4℃의 물이다. 그리고 밀도는 단위부피당 무게로 나타내는데, 4℃물의 밀도가 0.999973g/㎤ 인 것을 감안하면 모든 고체, 액체의 밀도는 비중에 0.999973을 곱하면 되므로, 실제로 밀도와 비중은 동일한 수치개념으로 사용된다.
	또한 알고 보면 이 비중에는 매우 많은 의미를 내포하고 있는데, 우리들이 이러한 비중을 하나의 물리적 상수로만 받아 넘기기 때문에 깊은 의미를 지나치는 경우가 매우 많다.
	측정원리는 플라스틱이 차지하는 부피와 무게를 특정하면 쉽게 계산할 수 있는데, 고체상태의 플라스틱에서 정확한 부피를 측정하기란 매우 어려운 일이므로, 통상 부력의 원리를 많이 이용해 측정한다.
흡수율	물체가 물을 흡수하는 성질을 말하는 것으로 물체를 일정 온도에서 일정 시간 증류수에 첨가했을 때의 중량 증가분과 원래 중량과의 비를 백분율로 나타낸 것이다. 플라스틱의 흡수성은 그 종류에 따라 매우 다르게 나타난다. 가령 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리스티렌, 폴리에틸렌 등은 작고, 나일론, 유리아수지 등은 이 수치가 크다. 동일한 종류의 수지에서도 열경화성 수지의 흡수성은 그 경화도에 따라 크게 좌우된다. 일반적으로 흡수성의 대소는 그 재료의 전기적 성질, 기계적 성질 및 치수 변화 등에 영향을 미친다.
	실험조건은 상온(23℃ ±1℃)에서 24시간 동안 함침 시킨 후의 무게 증가율을 계산하거나, 2시간동안 실험할 경우도 있다.
성형수축율	성형수축율이란 사출성형시 금형의 크기에 비해 성형되는 제품이 작아지는 비율을 말하는 것으로 성형수축율이 크다는 의미는 동일한 금형에서도 제품의 크기가 작아진다는 의미이며, 부품의 개발 초기에 금형을 설계할 때 매우 중요한 정보이다.
	성형수축율은 수지의 흐름방향에 대한 의존성이 매우 크므로 게이트의 위치도 신중을 기하여 결정하여야 하는데, 통상 수지가 흐르는 방향의 수축율보다는 흐름의 직각방향에 대한 수축율이 크고, 비결정성수지보다는 결정성수지의 성형수축율이 크고, 강화재료보다는 비강화재료의 성형수축율이 크게 나타난다.
분자량	분자의 질량 비교치. 한 분자는 통상 한 개의 원자 또는 두 개 이상의 원자 결합으로 이루어져 있다. 따라서 분자량은 구성원자의 원자량의 합으로 나타난다. 원자량의 기준은 탄소원자의 원자량을 12라 정한다. 가장 작은 원자량은 수소분자의 2.016, 또 에틸렌(ethylene)의 분자량은 28.032, 그리고 폴리에틸렌이나 여러 가지의 고분자의 대부분이 수만 내지 수십만의 분자량을 갖는다.
분자량 분포	고분자 물질은 대체로 중합 동족렬의 혼합물로서 중합도 또는 분자량이 다른 다수의 분자로 이루어져 있다. 여기서 분자량의 분포정도를 나타낸 것을 분자량 분포라 한다. 분포 상태는 분자량 분포 곡선으로 표시된다. 평균분자량에는 측정법에 의해 중량 평균 분자량(Mw), 수평균 분자량(Mn)이 있고, 그 비 Mw/Mn은 분자량 분포가 넓은 범위에 걸칠 때 큰 값을 표시하므로 그 수치는 분자량 분포의 표준이 된다. 폴리에틸렌(polyethylene)에 있어서는 같은 평균 분자량의 재료라도 분자량 분포의 표준이 된다. 폴리에틸렌(polyethylene)에 있어서는 같은 평균 분자량의 재료라도 분자량 분포의 폭이 넓은 것은 스트레스 크래킹(stress craxking)성, 내크리프(creep)성 등은 좋지만, 내충격성은 약간 떨어진다. 이처럼 분자량 분포가 플라스틱의 가공성 성질에 미치는 영향은 무시할 수 없다.
용융점도	용융상태에 있는 물질의 점도를 말한다. 프라스틱의 용융점도는 성형성에 직접관계하는 중요한 인자이며, 분자 구조나 중합도 등에 의해 개개의 플라스틱 재료의 용융점도가 달라지는 것은 물론이지만, 온도, 압력, 전단속도, 충전재나 배합제의 유무등에 따라서도 크게 변한다. 따라서 동일 조건에서 측정한 수치를 비교할 필요가 있다. 이 때문에 용융점도를 측정하기 위한 장치나 측정 조건이 여러가지 규격을 통일되어 있다. 또 폴리에틸렌(polyethylene)의 가공성을 판정하기 위한 멜트 인덱스(melt index)는 용융점도를 간접으로 표현한 수치라고도 말할 수 있다.
■ 열적 특성
용점	융점은 플라스틱의 재료가 고상에서 액상으로 변하는 온도에 대한 정보를 제공하는데 융점은 그 수지가 가지는 가공 가능온도와 내열성, 상온에서의 물성등을 예측할 수 있도록 하는데, 대부분 플라스틱 가공온도는 융점에서 10~15℃를 더한 온도영역에서 가능하고, 융점이 높은 수지는 강도가 우수하고, 융점이 존재하지 않는 비결정성 플라스틱은 유연성이 우수하다던지 투명성이 우수하다는 등의 예상을 할 수 있도록 한다.
	평가방법은 DSC라는 기기를 사용하는 방법이 거의 일반화 되어있다.
	DSC는 표준시료와 동일온도를 유지하기 위해 필요한 열량을 연속적으로 기기에서 검출하고 표시하여 융점을 평가하게 되는데, 표준시료의 경우에는 상의 변화가 없이 통상의 구간에서 동일비열을 가지기 때문에 동일한 속도의 열이 공급되면 온도가 직선적으로 상승하게 되고 이에 비해 옆의 플라스틱 재료는 융점 이하에서는 투입되는 열량이 다르지만 일정 수준의 열량이 필요하다가 용융이 시작되면서 더 많은 열량이 필요하게 된다. 이 때 chart상에서 피크가 발생되고 용융현상이 끝나면 액상에서 필요한 열량만 지속적으로 받으면 표준시료와 동일한 온도를 유지할 수 있다. 이 DSC chart를 분석하여 중간 최고치에서의 온도를 대부분 이 플라스틱의 융점으로 결정한다.
선팽창계수	고체의 길이가 온도에 따라 변화하는 것을 말하며, 일반적으로 고체의 체적이 온도에 의해 변화되는 것을 체팽창(valume expansion)이라 한다. 플라스틱의 팽창 계수는 선팽창 계수(온도가 1℃변화할 때 재료의 단위 길이당 길이 변화)를 타나낸다.
	선팽창계수가 크다는 말은 온도가 변하게 될 경우 재료의 크기가 심하게 변한다는 의미이므로 재료선택, 특히 전자제품 등의 소재를 선택할 때 중요한 항목이다.
열변형 온도	열변형온도(HDT)는 시료에 하중을 실어 온도를 서서히 올리면서 시편이 0.01in 변형하는 지점의 온도를 의미한다.열변형온도는 고온에서의 플라스틱의 강성을 나타내는 척도로 많이 사용된다.
	시험은 ASTM에 의한 방법, 마르텐스(Martens)법, 비캣(Vicat)법 등이 있다.
용융지수	용융지수란 일정하중, 일정온도에서 가지는 플라스틱 재료의 용융 흐름성을 나타내는 말로,  이 용융지수가 높은 것은 사출성형성이 우수하다는 의미이며, 그리고 압출을 위해서는 어느 정도 낮은 용융수지가 필료한데, 만약 용융수지가 아느 수준까지 낮지 않으면 압출시 다이 끝에서 성형된 압출물이 형태를 유지하는 용융강도가 부족해 제품을 압출하기 어려워 압출에서 매우 중요한 가공성의 인자로 사용되고 있다.
취화온도	취화점이라고도 한다. 일반적으로 플라스틱은 저온으로 냉각하면 취성을 나타내게 된다. 이 현상을 취화라 하고, 취성 파괴를 일으키는 한계 온도를 취화 온도라 한다. 취화 온도는 각종 온도에 있어서 시료에 충격을 주고, 그 파괴 상태를 조사하여 결정한다. 취화온도는 연질 염화비닐수지의 경우는 가소제의 종류와 수지와의 상용성의 양부, 결정성 폴리머(polymer)의 경우는 결정화도에 결정적 영향을 받는 경우가 많다.
난연성	난연성은 플라스틱 재료가 얼마나 불에 잘 타는지에 대한 정보를 제공하는 물성이고, 요즈음은 안전을 위해 전자기기의 부품이나 하우징등의 부품에 사용되는 경우 대부분 이 난연성을 요구하고 있는데, 이 난연성의 경우 플라스틱 제조업체에서 평가할 수 도있지만, 대부분은 세계적인 공인가관으로 인정받고 있는 UL에서 인정하는 공인규격을 요구하고 있어 규격을 획득하는데 가장 어려운 항목 중의 하나이다.
	이 UL규정에는 여러 가지 규격을 실험하고 인정하여 주는 업무를 하고 있는데, 난연성 관련 규격은 UL-94라는 규정에 따라 실험하고 있어, 세계적으로는 대부분 이 규정을 이용하고 있다.
■ 전기적 특성
체적저항, 표면저항	저항(Resistance)란 전기가 흐르기 쉬운 전도성의 역수개념으로 저항이 크면 부도체라는 간단한 의미를 가지고 있으며, 플라스틱이 금속에 대해 가지는 매우 큰 차이점 중의 하나이다. 그리고 이 저항에는 표면에서 가지는 표면저항과 전체체적에 관계되는 체적저항의 두 가지로 분류하고 평가하는 방법도 다소 다른데, 표면저항의 경우 동일평면의 전극사이에서 나타나는 저항을 평가하고, 체적저항은 두께방향으로 전극을 배치하여 평가하는 방법이다.
유전율, 손실계수	플라스틱 재료가 등가병렬회로(Parallel circuit)에서 가지는 정전용량(Conductance)와 진공의 정전용량의 비율을 유전율(Delectric constance)이라고 하는데, 이 유전율의 크다는 의미는 전도성이 떨어지는 부도체라는 의미를 내포하고 있으며, 이 실험에서 도출되는 유전손실이라고 하는데, 이 유전율과 유전손실의 비율을 손실계수(Dissipation factor) 또는 유전정접이라고도 하는데, 이 때의 유전손실은 플라스틱에 교류 전류를 가했을 때 열에너지등과 같이 내부에너지로 변하는 에너지 손실을 이야기하는 것이다.
내아트성	플라스틱 재료가 동일평면에 존재하는 전극사이에 고전압을 인가한 상태에서 두 전극사이의 절연상태가 완전히 파괴되는데 소요량이 얼만가를 평가하는 방법.
	12.5KV의 고전압이 형성되어져 육안으로 보면 1/4inch 거리가 떨어진 110o 의 각도를 가지는 두 전극사이에 파란색의 방전 아크(Arc)가 형성되므로 이 물성을 내아크성(Arc resistance)라고 한다.
	사용하는 시편은 1/8inch의 두께라고 ASTM D-495D에 규정되어져 있다. 그리고 실험은 1분을 주기로 시편표면 위에 위치하는 두 전극사이에 인가되는 전기에너지가 계속적으로 증가하면서 실험이 진행되기 때문에 절연성이 파괴되어 두 전극사이에 까만 선으로 연결되는 시간을 초로 나타내어 내아크성의 정도를 표시한다.
절연파괴강도	절연파괴강도(Dielectric Strenght)는 플라스틱 재료를 사이에 두고 양쪽에서 고전압을 인가하였을 때 시편의 절연성이 우수한 재료라고 할 수 있으며, 전기 전자 부품으로서 적합한 소재라 할 수 있다.
	측정하는 방법은 ASTM D-149에 규정되어 있는데, 규격별로 사용하는 전극이 다소 차이가 있어서 결과에 약간의 차이는 있다. 전극의 종류에는 판상형태와 실린더 형태, 원통막대 형태, 구 형태, 반달 형태 등으로 구본되며, 특별히 사용전극을 규정 짓고 있지는 않다. 그러나 사용하는 전극의 면적이 넓을수록 높은 절연파괴강도를 나타내는 특징이 있어 주의하여 결과를 비교하여야 한다. 그리고 시편은 공기 중에서 고전압을 인가할 경우 방전이나 코로나 현상에 의해 순수한 시편의 투과 특성에 의한 실험이 어려우므로 절연유 내에서 실험을 하는 것이 일반적이다.
	절연파괴강도의 표시는 파괴된 전압을 시편의 두께로 나눈 값으로 표시하고 단위는 KV/mm로 표시하는 것이 보통이다. 그러나 이 실험을 공기중에서 할 경우에는 습도에 매우 민감하여, 절연유 내의 실험결과보다는 대개 낮은 특성을 나타내고, 시편의 두께가 얇을수록  우수한 절연파괴강도를 나타낸다.
전자파차폐성	전자파 차폐특성은 과거에는 중요한 플라스틱 물성이 아니었지만, 근래들어 플라스틱이 전자부품의 하우징용으로 많이 사용되고, 전자파에 의한 인체에의 부작용과 타 기계에의 오동작을 발생시키는 문제점이 점점 사회문제화 되면서 플라스틱의 전자파 차폐에 대한 인식이 되면서 매우 중요한 특성으로 취급되고 있다.
	그러나 플라스틱은 부도체이기 때문에 전자파를 차단할 수 있는 특성은 거의 없고, 대부분의 전자파를 투과시키기 때문에 플라스틱을 하우징으로 사용한 전자부품에서는 인체에 유해한 전자파가 대량으로 방출되는 것이 현재의 실정이다. 장기간 컴퓨터의 화면 앞에서 작업을 하고 나면 두통, 소화불량등의 중세가 나타나는 것이나 눈이 매우 피로한 등의 현상이나 휴대폰을 장기간 사용한 사람에게서 귀에 질병이 발생하는 현상등은  이 전자파의 영향으로 인한 것이라고 할 수 있다
	전자파 차폐에 대한 규격은 VDE나 미연방규격등에서 매우 상세히 언급하고 있으나, 여기서는 ASTM ES-7에 언급된 내용을 설명한다.
	신호발생기에서 일정주파수의 전자파를 발생시키고 이 전자파를 3mm 정도의 두께를 가지는 시편을 장착할 수 있는 챔버 내를 통과시키면서 시편을 투과해 나오는 전저파의 강도를 측정하여 초기 입사강도와 투과강도의 비율로서 플라스틱의 차폐성을 평가한다. 그리고 입사강도에 대한 투과강도의 비율에 로그를 취하고 10을 곱한 값으로 계산하고, 단위는 db(Decibel)로 표현한다.

출처 : 프라스틱과 실리콘

글쓴이 : 제일수지 원글보기

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