Lecture 02. 플라스틱 2018. 03.15 노명재 1
본강의목표 1. 플라스틱의구조와특징에대해배운다. 2. 플라스틱의종류와특성에대해배운다. 3. 플라스틱의성형법에대해배운다. 2
학습순서 1. 플라스틱의구조 2. 플라스틱의종류 3. 플라스틱성형법 3
1. 플라스틱의구조 (1) 분자구조 (1) 1) 플라스틱의위치 -화합물의분자량 : 1,000 이하 ( 저분자화합물 ), 1,000~10,000( 중간분자화합물 ) 10,000 이상 ( 고분자확합물 ) - 고분자화합물 : 천연고분자화합물 나무의수지, 섬유소, 단백질등 인공고분자화합물 합성수지 ( 플라스틱 ), 합성섬유, 합성고무등 4
1. 플라스틱의구조 (1) 분자구조 (1) 2) 플라스틱의정의 : 고분자물질 (Polymer) 을주원료로하여인공적으로유용한형상으로만들어진고체단, 섬유, 고무, 도료, 접착제등은제외 : Polymer (poly + mer) = many + units : Poly (many) Mer (parts) : 공유결합으로연결된하나이상의반복단위 (mer) 로구성된큰분자 - 플라스틱물성은분자의크기와분자내의원자배열에크게의존함 5
1. 플라스틱의구조 (2) 분자구조 (2) 3) 고분자화합물 (Polymer) 의특성 1 고무 : 큰탄성변형, 낮은영률 (Young s Modulus), 선형분자구조, 작은분자응집력 2 섬유 : 큰인장강도및탄성게수, 대칭성분자구조, 높은분자응집력, 높은결정성, 연신을가하면더강해짐 3 플라스틱 : 고무와섬유의중간 Polymer 소재별분자결정성 6
1. 플라스틱의구조 (3) 분자구조 (3) 4) 고분자화합물의합성방법 저분자화합물 (Monomer) 고분자화합물 (Polymer) 공유결합 (Polymerization : 중합 ) - 중합도 : 중합체 (Polymer) 한분자속에연결된단량체 (Monomer) 의수 - 중합체의분자량 = 단량체의분자량 X 중합도 7
1. 플라스틱의구조 (4) Polymer 합성법 1) 부가중합 (Addition Polymerization) : 단량체의합으로중합되면, 부산물은없다. PMMA, PE 2) 축합중합 (Condensation Polymerization) : 산과염기의저분자화합물이중합되면, 화합부산물이발생한다. PC 3) 중부가 (Poly-addition) : 축합중합과유사하나, 부산물이없다. 폴리우레탄 4) 부가축합 (Addition-Condensation) : 부가반응이후축합반응이추가로진행되며부산물이발생한다. 페놀수지 8
1. 플라스틱의구조 (5) Polymer 물성 Ο 중합동족체 Ο 다분자성 Ο 다분산성 Ο 평균분자량 Ο 평균중합도 결정구조 1) 결정성플라스틱 : 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌 (PP), 폴리아미드 (PA,Nylon), 폴리아세탈 = 폴리옥시메틸렌 (POM), 불소수지, 등 2) 비결정성플라스틱 : 폴리스티렌 (PS), ABS수지, 아크릴 (PMMA), 폴리카보네이트 (PC), 염화비닐 (PVC) 등 9
3) 결정성플라스틱과비결정성플라스틱의비교 (1) 1. 플라스틱의구조 (6) 결정성 비결정성 투명도 불투명 투명 상태변이 온도상승 비결정화 용융상태 온도상승 용융상태 유동성 용융온도이상에서양호 상대적흐름성낮음 수축률 1.2 ~2.5% 0.4~1.2% 치수정밀도 좋지않음 좋음 가열및냉각 많은열량변화 상대적적은열량변화 배향 (Orientation) 특성큼 특성작음 금형냉각시간 길다 짧다 10
3) 결정성플라스틱과비결정성플라스틱의비교 (2) 1. 플라스틱의구조 (7) 11
3) 결정성플라스틱과비결정성플라스틱의비교 (3) 1. 플라스틱의구조 (8) 12
2. 플라스틱의종류 (1) 열가소성플라스틱 (Thermoplastics) 열을가하면녹고원래상태로돌아가므로재활용이가능하며, 대체적인분자구조는분자간약한상호작용만이가능한선형구조임 - 플라스틱재료의 94 % - ABS, 아세탈, 아크릴, 셀룰로오스, 셀룰로이스아세테이트부티레이트, 불화탄소, 나일론, 폴리카보네이트, 열가소성폴리에스테르, 폴리염화비닐 (PVC), 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌 (PP), 폴리스티렌 (PS), 폴리페닐렌옥시드 (PPO), 열가소성폴리우레탄 - 사출성형에주로사용, 기후내성이약함, 적당한용제애녹음 13
열경화성플라스틱 (Thermosets) 2. 플라스틱의종류 (2) 가열하여단단해지면아무리가열하여도연화되거나용매에녹지않는고분자임 - 열경화성수지가성형되면어떠한용매에도녹지않으며가열해도용융되지않음 - 더욱강하게가열하면열분해되는까닭은성형된고분자의구조가 입체적인그물모양으로되어있기때문 - 에폭시, 페놀포름알데히드, 우레아포름알데히드, 멜라민포름알데히드, 멜라민포름알데히드, 폴리에스테르, 실리콘 - 요리도구손잡이, 전열기, 프레이크부품, 점화부품등 14
성형용플라스틱재료의특성 1) 경량 2) 양호한외관 3) 성형성, 가공성우수 4) 유연성 5) 방음, 방진, 단열효과 6) 내식성 ( 잘썩지않는다. 환경오염 ) 7) 다양한색상 8) 전기절연성 9) 열에약함 10) 약한강도 11) 외부충격에약함 12) 치수불안정성 2. 플라스틱의종류 (3) 15
열경화성플라스틱의성형법 (1) 1) 압축성형 (Compression Moulding) 3. 플라스틱의성형법 (1) 장점 : 성형재료의제약없음, 치밀한제품, 재료 Loss가적음, 설비가저렴 단점 : 성형시간이오래걸림, 자동성형이어려움, Flash가많아후처리필요 금형의종류 : 플래시몰드, 포지티브몰드, 세미포지티브몰드, 랜디드플런저몰드, 분할형몰드 2) 이송성형 (Transfer Moulding) 공정의원리는사출성형과같음 성형방식 : 포트식트랜스퍼성형법, 보조램식트랜스퍼성형법, < 압축성형과비교 > 장점 : 짧은경화시간, 품질향상, 얇은성형물가능, 대량생산용이 단점 : 재료 Loss가많음, 압축성형비 3배의압축강도필요, 섬유질배향성및휨발생가능성 < 사출성형과비교 > 장점 : 경화시간단축, 낮은압력으로섬유질배향성낮음 단점 : 재료에대한전공정필요 (Tablet, 고주파예열기 ), 자동화가쉽지않음 16
열경화성플라스틱의성형법 (2) 3) 사출성형 (injectin Moulding) 3. 플라스틱의성형법 (2) 본질적으로열가소성사출성형과동일, 트랜스퍼성형법과유사하나가열방식이고주파예열대신가열실린더에서가열하여섞는방법을사용하며, 이로인하여자동화가용이하다는이점이있음 17
열가소성플라스틱의성형법 (1) 1) 사출성형 (injectin Moulding) 2) 압출성형 (Extrusion Moulding) 3. 플라스틱의성형법 (3) < 이용범위 > 1봉, 관 (Pipe), 프로파일 (Profile : 특수단명제품 ) 등의제조 2 Sheet 및 Flim의제조 3 종이나금속박과프라스틱필름의접합 4 섬유또는강모의제조 5Net의제조 6 전선의피복 ( 비디오참조 ) 7 열가소성수지의착색이나혼합 8 사출성형재료의예비가소화 9 취입성형 (Blow Moulding) 18
열가소성플라스틱의성형법 (2) 3. 플라스틱의성형법 (4) 3) 취입성형 (blow Moulding) : 병만들기성형 압출성형의응용 패리손( 녹인덩어리 ) 압출다이 < 취입성형금형설계요점 > 1 금형재료 : 형조임력이작아저강도소재가능 2 핀치오브블레이드의설계 3에어벤트 4 금형의냉각 공기취입방식 인사이드몰드트리밍 (trimming: Flash 자르기 ) 시트패리손 ( 봉대신판2장사용 ) 콜드패리손 ( 사전에재단된재료사용, 양산에적합 ) 보틀팩 ( 성형물과내용물충전이동시에이루어짐 ) 사출취입성형 : 사출성형에의하여아래가막한패리손을성형하고즉시취입성형용금형에옮겨취입성형 연신취입성형(Stretch Blow Moulding) : 적당한온도에서축방향으로늘린다음취입성형투명도, 강성, 내충격성, 수분투과율이낮은성형품을얻음, 값싼투명병생산방식 19
열가소성플라스틱의성형법 (3) 4) 열성형 (Thermoforming) 3. 플라스틱의성형법 (5) 단곡면의성형 : Seize Heater에시트를접촉가열꺽음 복곡면의성형 1 자유취입성형 : 틀이없는성형 * 스탬핑 (Stamping) 2 진공성형 : 적외선으로가열된 Blank( 판형소재 ) 를프레스장비에서 a. 스트레이트 (Straightt) 법 : 오목압착후냉각고화 b. 드레이프 (Drape) 법 : 볼록 c. 에어슬립 (Air Slip) 법 : 불고다시흡입자동차좌석프레임및자동차용구조부재 c. 보조플러그 (Plug) 법 : 1차로펴고 2차진공흡입 (Blank = Stampable sheet : 유리섬유강화열가소성수지시트 ) 3 압공성형 : 진공성형의반대로불어서압착 4 프레스성형 : 오목, 볼록한쌍의형속에서가열 간판성형 20
열가소성플라스틱의성형법 (4) 3. 플라스틱의성형법 (6) 1. 사출성형, 압출성형, 취입성형 : https://www.youtube.com/watch?v=qn16jte_vlc 2. 진공성형 : https://www.youtube.com/watch?v=bqv_jsxd0ua&list=plqwa5nkycrrsczx3icnhhr6_m70pnkg_s 21
Report 사출성형해석에대해조사해오시오. * Remark : 반드시 Report 는손으로직접써서제출할것 22
참조출처 내용참조 1 : 사출성형금형설계, 김재원외 2인, 선학출판사 내용참조 2 : 사출성형해석개론, David Lee 외 1인, Moldflow Plastics Advisers 삽화출처 1 : 사출성형해석개론, David Lee 외 1인, Moldflow Plastics Advisers 삽화출처기타 : 다음검색 23