과학과 문명 Engineering Plastic 건국대학교 신소재공학과 허정림

1.1 Engineering Plastic 이란? 목차 1.1 Engineering Plastic 이란? 1.2 Engineering Plastic 시장 동향 2.1 Engineering Plastic 종류 2.2 PA, POM, PC, PBT, mPPO 2.3 PET, ABS, PI, PMMA,PEEK 2.4 PPS, SBR, 기타 수지 3.1 요약 및 결론

01 Engineering Plastic 이란?

Engineering Plastic 정의 1. 기술개발의 필요성 ▣ 개념 및 정의 Engineering Plastic 정의 구조용 및 기계 부품에 적합한 고성능 엔지니어링 플라스틱으로서 주로 금속 대체를 목표로 한 것. 자동차 부품이나 기계부품, 전기, 전자부품과 같은 공업적 용도에 사용되는 플라스틱. 500kgf/cm2 (MPa) 이상의 인장강도, 20,000kgf/cm2 (2Gpa) 이상의 굴곡 탄성율, 100~150oC 이상의 내열성을 갖는 것 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 4

Engineering Plastic History 1. 기술개발의 필요성 ▣ 엔지니어링 플라스틱 역사 Year Engineering Plastic History Company 1938 PA66(Polyamide 66) Dupont PA6(Polyamide 6) IG 1948 PET(Polyethylene terephthalate) ICI 1958 POM(Polyacetal) Homopolymer PC(Polycarbonate) Bayer 1961 POM(Polyacetal) Copolymer Celanese 1965 PPO(Polyphenylene oxide) GE PSU(Polysulfone) UCC 1967 mPPO(modified PPO) 1970 PBT(Polybutylene terephthalate) 1971 PPS(Polyphenylene sulfide) Phillips 1972 PES(Polyether sulfone) 1973 PAR(Polyarylate) Unitika 1980 PEEK(Polyether ether ketone) 1982 PEI(Polyether imide) 1984 LCP(Liquid crystal polymer) Dartco 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 5

PI PEI PEEK PAR LCP P3U PPS PBT/PET PC POM mPPO PA PET PMMA ABS PP PE 1. 기술개발의 필요성 ▣ 엔지니어링 플라스틱 소재 구분 도표 PI PEI 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 (Super ENPLA) 150 ℃ 이상 PEEK PAR LCP P3U PPS 내열성 상승 가격 상승 PBT/PET 엔지니어링 플라스틱 (ENPLA) 100 ℃ 이상 PC POM mPPO 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! PA PET PMMA ABS 범용 플라스틱 100 ℃ 이하 PP PE PVC PS 6

<세계 엔지니어링 플라스틱시장 전망> Engineering Plastic 정의 1. 기술개발의 필요성 ▣ 시장 현황 <세계 엔지니어링 플라스틱시장 전망> Engineering Plastic 정의 2010년 세계 엔지니어링 플라스틱 시장규모는 8.8백만톤으로 연평균 5.4%의 성장세를 보이고 있으며, 2015년에는 11.4백만톤으로 연평균 5.4%의 지속적 성장세가 예상됨. 이러한 지속적인 성장의 요인으로 2000년 이후 특허가 만료된 제품이 늘어나고 수많은 컴파운딩업체가 시장 진입에 성공함에 따라 가격하락과 함께 수요 증가, 경량화 및 저비용화에 따른 자동차용 플라스틱 수요 증가, 중국, 인도, 브라질 등 신흥시장 수요확대 등에 기인함. 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 7

02 Engineering Plastic 종류

1. 기술개발의 필요성 ▣ 폴리아미드 수지 (PA) PA 폴리 아미드는 1939년 미국의 화학회사인 듀퐁사에서 개발하여 현재는 5대 엔지니어링 플라스틱(EP) 중에서 가장 생산량이 많음. 이 중 Nylon 6가 70% 차지함. 기계적 강도, 내열성, 내마모성, 내약품성, 난연성등 우수한 특성을 가지고 있으며, 가공성이 우수하여 다른 재료와의 복합화로 600종 이상의 개량 그레이드가 개발됨. 응용과 전망 : 자동차 부품, 전기, 전자품, 기계부품, 건재부품, 의료용품, 가정용품 등 폭넓은 분야에 이용되고 있음. 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 9

1. 기술개발의 필요성 ▣ 폴리 아세탈 수지 (POM) POM 폴리 아세탈은 포름알데히드(CH2O)와 트리옥산(CH2O)3을 중합하여 제조하는 유백색 열가소성 수지로서 1958년 듀퐁사가 처음으로 상품화 성공. 결정성이 높고, 굽힘 강도등 기계적 특성이 우수 할 뿐만 아니라 치수 안정성, 내피로 특성, 내마모성이 뛰어나기 때문에 엔지니어링 플라스틱 중에서 가장 금속에 가까운 성질을 갖고 있음. 응용과 전망 : VCR, 오디오 같은 전기, 전자부품, 각종 기어와 볼트 너트 등 기계 부품, 배관 부품 등에 이용되고 있음. 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 10

▣ 폴리 카보네이트 수지 (PC) Polycarbonate 1. 기술개발의 필요성 ▣ 폴리 카보네이트 수지 (PC) Polycarbonate 폴리 카보네이트는 비스페놀 A와 포스겐등을 반응시켜 제조하는 열가소성 수지로 비결정성이기 때문에 투명함. 기계적 강도가 높고 내열성 전기절연성이 뛰어나며 충격 강도는 열가소성 수지 중 가장 높음. 흡습으로 인한 치수 변화가 대단히 적으며 온도 변화에 따른 물리적 특성이 안정적임. 응용과 전망 : 전기, 전자분야, 자동차 범퍼, 카메라, 시계등의 기계분야, 인공장기 같은 의료분야에 응용되고 있으며, 앞으로 투명성, 내열성, 치수 안정성을 살린 정보분야에 이용이 기대됨. 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 11

▣ 폴리 카보네이트 수지 (PC) 응용분야 1. 기술개발의 필요성 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 12

▣ 변성 폴리페닐렌 옥사이드 (Modified Polyphenylene Oxide) 1. 기술개발의 필요성 ▣ 변성 폴리페닐렌 옥사이드 (Modified Polyphenylene Oxide) mPPO 변성 PPO는 메탄올과 페놀을 원료로 하여 만드는 PPO에 폴리스티렌 수지를 가해서 제조하는 복합 폴리머임. PPO 단독으로는 성형이 어려웠으나 복합화함으로서 성형 가공성이 크게 개량되어 급속도로 보급됨. 강도, 내열성, 전기 절연성이 우수하며, 비중이 작고 가벼워 균형이 잡힌 기계적 성질을 가짐. 결점으로는 내후성, 내약품성에 다소 난점이 있어 앞으로 개선이 기대됨. 응용 및 전망 : 커넥터, 스위치 등의 전기, 전자부품, 호일커버, 휴즈 박스 같은 자동차 부품에 이용됨. 앞으로는 내약품성 등 결점의 개선과 함께 더욱 다기능화 함으로서 발전할 것으로 기대됨. 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 13

<telephthalic acid> 1. 기술개발의 필요성 ▣ 폴리 뷰틸렌 테레프탈레이트 (PBT) <telephthalic acid> PBT PBT는 테레프탈산 또는 테레프탈산 다이메틸과 1,4-뷰타디올로 합성된 엔지니어링 플라스틱으로 1970년 미국의 Celanese사에서 최초로 개발됨. 치수 안정성, 난연성, 전기 절연성, 내마모성 등 뛰어난 특성이 평가되어 불과 10년 남짓하여 5대 엔지니어링 플라스틱으로서 급성장함. 응용과 전망 : PBT 수지는 커넥터와 스위치 오디오 부품 등의 전기 전자 부품 와이퍼암과 캐브레이터 등의 자동차 부품에서 사용됨. 나일론 등으로부터 재료 전환이 진행되고 있으므로 앞으로도 용도가 확대되고 생산량이 늘어 날 것으로 전망. 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 14

▣ 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 (PET) PET 1. 기술개발의 필요성 ▣ 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 (PET) PET PET는 1948년 ICI사, 듀퐁사에 의해 섬유로 공업화 되었으며, 일본에서 1958년 데이진, 도레이가 합성 섬유를 만들기 시작함. 강도, 내열성, 내약품성 등이 뛰어나며, PET 필름과 PET 볼트 등 비섬유 분야에서도 사용이 늘어나고 있음. 응용과 전망 : PET는 용융방사로 의류용 폴리에스테르 섬유를 만드는 외에 비디오 테이프, 마이크로 필름용을 위해 필름 상태로 제작하거나 맥주나 음료수를 넣는 병처럼 성형품으로 널리 사용되고 있음. 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 15

1. 기술개발의 필요성 ▣ PET 응용분야 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 16

▣ ABS 수지 (acronitile-butadiene-styren resin) 1. 기술개발의 필요성 ▣ ABS 수지 (acronitile-butadiene-styren resin) <Monomer> ABS ABS 수지는 아크로니트릴, 뷰타디엔, 스티렌의 세가지 성분으로 되어 있으며, 스테렌-아크로니트릴의 공중합체를 SBR과 NBR같은 고무나 부타디엔 그래프트 중합시켜 제조함. 내충격성, 내약품성, 내후성 등이 뛰어나고 특히 사출성형, 압출성형 등의 성형성과 착색등 2차 가공성이 우수하고 다른 수지와의 상용성이 좋고 염화비닐과 폴리카보네이트 등과 blend도 실시됨. 응용 및 전망 : 가전 부품 및 클럽 커버 같은 자동차 부품, 사무기기잡화 등에 이용되고 있음. 향후 electronic 기기를 중심으로 고기능화 되어 복합소재로 전개 예상. 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 17

1. 기술개발의 필요성 ▣ ABS 응용분야 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 18

1. 기술개발의 필요성 ▣ 폴리 이미드 수지 (PI) PI 폴리 이미드 수지는 주된 고리중에 이미드 결합 –N(CO2)를 갖고 특히 내열성이 뛰어난 고분자로 1959년 미국의 듀퐁사가 항공 우주용으로 개발함. 용융점이 700 도씨로 대단히 높기 때문에 폴리이미드로 만든 부품은 극저온에서 260도에 걸쳐 광범위하며, 장시간 사용에 견딜 수 있음. 기계적 강도, 전기적 특성, 내화학약품성, 내방사선성 등에도 뛰어나서 성형재료, 복합재료, 필름 등 여러 가지 형태로 이용됨. 앞으로는 양산화에 의해 cost 다운이 실현 되면 일반 전자 전기 용품에 이용이 예측됨. 응용과 전망 : 고부하가 걸리는 공업용 모터의 절연 재료와 프린트 회로 기판 등에 사용됨. 탄소 섬유와의 복합재료는 항공우주용 내열 부품 및 제트 엔진 부품에 이용. 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 19

1. 기술개발의 필요성 ▣ PI 응용분야 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 20

1. 기술개발의 필요성 ▣ 메타크릴 수지 (PMMA) PMMA 메타크릴수지는 아세톤과 청산 또는 이소 브틸렌과 메탄올에서 유도되는 메틸메타크릴레이트(MMA)의 중합으로 제조되는 열가소성 수지로 일본에서는 1938년에 공업생산이 시작되었음. 무색상태에서는 가시광선을 전 파장에 걸쳐 거의 흡수하지 않고 플라스틱 중에서는 최고의 투명성과 내후성을 갖고 있음. 착색성, 성형성, 강도 등도 우수하여, 광범위한 용도에 사용하고 있음. 결점으로는 표면에 상처가 나기 쉽고, 열과 흡수로 인한 팽창이 크며 유기용제에 녹는 점 등이 있음. 응용과 전망 : 자동차 테일 램프 커버와 조명기구, 광고 표시판, 형광동 커버 등 조명 관련 용도에 널리 사용됨. 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 21

1. 기술개발의 필요성 ▣ PMMA 응용분야 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 22

▣ 폴리에텔르에테르 케톤 (PEEK) PEEK PEEK는 내열성이 뛰어난 열가소성 수지로 1980년 영국의 ICI사가 개발. 1. 기술개발의 필요성 ▣ 폴리에텔르에테르 케톤 (PEEK) PEEK PEEK는 내열성이 뛰어난 열가소성 수지로 1980년 영국의 ICI사가 개발. PEEK의 연속 사용 온도는 240도 정도이고 유리섬유등으로 강화하면 300도 정도 이어서 내열성면에서는 폴리이미드수지에 미치지 못하지만, 폴리이미드와 달리 고온으로 가열하면 녹기 때문에 용이하게 성형 가공 할 수 있음. 내약품성, 내충격성, 착색성 등이 우수함. 응용과 전망 : 원자력 발전용 재료와 복사기 부품, 식품 기계 부품, 레져용품 등에 사용. 유리섬유와 조화를 이루기 때문에 내열성 향상으로 복합재료로 항공우주분야에 대한 사용 예상됨. 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 23

▣ 폴리 페닐렌 설파이드 (PPS) PPS PPS는 1968년 미국의 필립스 석유가 개발함. 1. 기술개발의 필요성 ▣ 폴리 페닐렌 설파이드 (PPS) PPS PPS는 1968년 미국의 필립스 석유가 개발함. 강도, 내열성, 내약품성, 치수 안정성이 우수. 열가소성 수지이기 때문에 성형이 용이하고, 가격이 싸기 때문에 자동차용 부품 등으로 수요가 급격히 증가. 응용과 전망 : 자동차용 배기가스밸브, 안개등 렌즈, 각종 센서, 전기 전자부품 전자렌지, 스팀 다리미등 내열성이 요구되는 많은 분야에 사용됨. 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! 24

▣ 스티렌 부타디엔 고무 (Styren-Butadiene Rubber) 1. 기술개발의 필요성 ▣ 스티렌 부타디엔 고무 (Styren-Butadiene Rubber) SBR 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! SBR은 스티렌과 부타디엔을 1:3의 비율로 유화제를 사용하여 공중합 한 것. SBR은 천연고무(Natural Rubber)에 비해 균일한 품질을 얻을수 있고 내열성, 내노화성, 내마모성이 뛰어남. 응용과 전망 : SBR은 전 합성 고무 생산의 약 50%를 차지하고 있음. 최대 용도는 자동차 타이어용이고, 옷감, 공업용 재료 등으로 널리 사용되고 있음. 25

▣ SBR 응용분야 <자동차, 항공기 타이어> <내열 벨트 및 호스> 1. 기술개발의 필요성 ▣ SBR 응용분야 <내열 벨트 및 호스> <자동차, 항공기 타이어> 1-1 -> 1. 모든 제목의 숫자표시방법 다 달리함!!!! <실내 타일 및 섬유용품> <구두 밑창 및 신발> <내열 전선 피복> 26

플라스틱의 주요 특성 및 적용분야 플라스틱 원재료 주요 특성 자동차 적용분야 범용 플라스틱 (Commodity Plasctics) ABS 아크릴로나이트릴(Acrylonitrile), 부타디엔(Butadiene), 스타이렌(Styrene) 내충격성, 내약품성, 내후성, 2차 가공성 우수 Lamp Reflector, Spoiler, Side/Back Mirror 등 내외장재 PU (폴리우레탄; Polyurethane) TDA(TDI의 원료) 신축성, 고무보다 강한 강성 Bumper, Fender, Rear Quarter Panel 등 PVC (폴리염화비닐; Polyvinyl Chloride) VCM, EDC 스킨 소재로 주로 이용되고 있으나 PVC 사용 제약 Instrument Panel, Floor Mat, Headlining Skin 등 PE (폴리에틸렌; Polyethylene) 에틸렌(Ethylene) 유연성, 내수성, 투명성, 주로 LDPE, HDPE가 이용됨 Under Cover, Insulator 등 PP (폴리프로필렌; Polypropylene) 프로필렌(Propylene) 주로 고무 등을 충진재로 이용, 고급 복합PP는 유리섬유 등을 충진재로 사용, 낮은 가격 Bumper, Battery Case, Rock Panel, Instrument Panel 등

플라스틱의 주요 특성 및 적용분야 플라스틱 원재료 주요 특성 자동차 적용분야 5대 범용 EP (Engineering Plasctics) PC (폴리카보네이트; Polycarbonate) BPA(Bisphenol-A), DPC(Diphenylcarbonate) 투명성, 전기절연성, 고충격강도, 고치수안정성, 단점은 변형시 깨짐 Head Lamp Lens, Instrument Panel, Back Beam PBT (폴리부틸렌 테레프탈레이트; PolybutyleneTerephtalate) 1,4-부탄디올(BDO), 탈레프탈산 치수안정성, 난연성, 전기절연성, 내마모성 Connector, Head Lamp, Back Beam, Wiper Arm 등 POM (폴리아세탈) 메탄올 굽힘강도, 내피로성, 내마모성, 금속에 가장 가까운 성질, 단점은난연성, 내후성 및 접착성 등이 낮음 Glove Box, Window Regulator, Door Lock, Safety Belt Anchor 등 구동부품 PA6, PA66 (폴리아미드; Polyamide) 카프로락탐(PA6), 헥사메틸렌디아민/아디픽산(PA66) 고강도, 190℃ 이상의 고내열성, 내약품성, 난연성, 가공성, 단점은 낮은 수분 흡수성 Intake Manifold, Fuel Tank, Radiator Tank, Cylinder Head Cover 등 엔진 및 연료관련 부품 mPPO (변성 폴리페닐렌 옥사이드; modified Polyphenylene Oxide) Diphenylphenol (PPE의 원료) 내열성, 전기절연성, 고강도, 단점은 내후성, 내약품성이 약함 Connector, Switch, Foil Cover, Fuse Box 등

플라스틱의 주요 특성 및 적용분야 플라스틱 원재료 주요 특성 자동차 적용분야 5대 수퍼EP (Super Engineering Plasctics) PPS (폴리페닐렌 설파이드; Polyphenylene Sulfide) p-DCB(1,4-dichlorobenzene), NA2S(sodium sulfide) 200℃이상의 높은 내열성, 강도, 내약품성, 치수 안정성 우수 Alternator, Waterpump, 배기가스 밸브/필터, 각종센서, EV용 밧데리 LCP (액정폴리머; Liquid Crystal Polymer 액정폴리에스터 (PET의 내열성 향상) 고탄성, 저성형 수축율, 내약품성, 저선팽창계수, 자기소화성 엔진 및 연료관련 부품, 보빈, 컨넥터,그러나 전기전자 수요가 대부분 PEEK (Polyether Ether Ketone) BDF (벤조페논 디플로라이드) 240℃에서 연속 사용, 300℃의 내열성, 내마모성, 난연성 트랜스미션용 오일 실링, 엔진/베어링 열수메터부품, 열수펌프 등 PI (폴리이미드, Polyimide) 유기방향족산, 아민중합화학물 용융점 700℃로 뛰어나 내열성, 수퍼 EP중 가장 뛰어난 물성 항공우주용 내열구조부품, 공업용 모터/PCB의 절연재료 등 내열PA (PPA, PA6T, PA9T, PA46 등) 아로마틱아민 PA에 수분흡수성, 내열성, 가공성 강화 등의 기능성 강화 엔진 및 연료관련 부품 등 수퍼섬유 탄소섬유 프리카서 고강도(철의 10배), 고탄성, 폴리아크릴로니트릴계, 피치계, 라이온계로 분류 항공기에 주로 이용, 자동차에는 CNG Cylinder에 일부 이용 아라미드섬유 - 파라계(고강도, 고강력, 저수축)와 메타계(고내열성, 난연성)로 분류 타이밍벨트, 무단변속기용 벨트, 타이어 코드 및 보강재, 브레이크패드

감사합니다