PPS는 대칭적이고 단단한 골격을 가지고 있으며, 반복되는 파라 치환된 벤젠 고리와 황 원자로 구성된 결정질 폴리머의 일부입니다.
폴리페닐렌 설파이드는 새로운 유형의 기능성 엔지니어링 플라스틱입니다. 분자는 p-페닐렌 설파이드의 반복 구조 단위를 포함하고 있으며, 분자의 주쇄는 페닐렌 설파이드를 포함합니다. 분자량은 10,000~50,000입니다. 폴리페닐렌 설파이드는 결정립 융점이 없는 선형 또는 분지형 중합체입니다. 가교 전에는 선형 구조이지만 가교 후에는 열경화성 구조입니다. 완전히 가열하고 냉각하면 어느 정도 연화될 수 있습니다.
폴리페닐렌 설파이드는 강극성 용매에서 황화나트륨과 디클로로벤젠을 중축합하여 제조됩니다. 제조 방법으로는 마이클법, p-할로겐화 티오페네이트 자가축합법, 방향족 폴리할라이드와 알칼리 금속 황화물 용액 중축합법 등이 있습니다.
폴리페닐렌 설파이드의 상대 밀도는 1.36이며, 수지는 백색 분말 또는 과립으로 단단하고 취성이 있으며, 결정성이 높고 용융 점도가 강합니다. 폴리페닐렌 설파이드는 저분자량과 고분자량 두 가지 분자량을 가지고 있습니다. 용융 유동 값이 높아 직접 성형이 어렵기 때문에 분사 방식 외에도 성형 과정에서 일정 수준의 가교를 거쳐야 하며, 사출 성형, 성형, 압출 성형에 필요한 유리 섬유 또는 무기 수지를 일정량 혼합해야 합니다. 고분자량 폴리페닐렌 설파이드는 가교가 필요 없으며 플라스틱 제품 가공에 직접 사용할 수 있습니다.
PPS는 대칭적인 강성 골격을 가지며, 반복되는 파라 치환된 벤젠 고리와 황 원자로 구성된 결정질 폴리머의 일부입니다. PPS는 고성능과 최대 280°C의 높은 녹는점을 가진 특수 엔지니어링 플라스틱으로 금속을 대체할 수 있습니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 PPS는 폴리머 성능 피라미드의 최상위에 위치합니다. 이러한 이유로 PPS 수지의 탁월한 성능을 바탕으로 까다로운 엔지니어링 플라스틱 프로젝트의 재료 요구 사항을 충족합니다.
1. 고성능 폴리페닐렌 설파이드 수지의 특성
1. 고성능 PPS 수지는 경도가 높은 결정성 중합체로, 결정 함량이 약 65%입니다. 결정화 속도가 빠르고 유동성이 좋으며 성형 주기가 짧습니다.
2. 우수한 내열성. 융점은 275~291°C, 열 변형 온도는 135°C이며, 유리 섬유 강화 후 열 변형 온도는 260°C에 달할 수 있습니다. 공기 및 질소 환경에서 폴리페닐렌 설파이드의 초기 및 약화 온도는 약 400°C이며, 공기 중에서는 700°C에서 분해되고, 불활성 가스 환경에서는 1000°C에서도 중량의 40%를 유지합니다. 장기 사용 온도는 200~240°C이며, 가스 차단 내열성과 장기 연속 사용 열 안정성은 현존하는 모든 엔지니어링 플라스틱보다 우수합니다.
3. 우수한 기계적 성질을 가지고 있습니다. 강성이 매우 높고, 표면 경도가 높으며, 고습 조건에서도 강성 감소가 거의 없고, 내크리프성, 내피로성, 내마모성이 우수합니다. 불소 수지나 탄소 섬유와 같은 윤활제를 충진하면 내마모성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
4. 우수한 내식성과 내화학성을 가지고 있습니다. 강산화성 산(예: 진한 황산, 질산 등) 외에도 다른 산, 알칼리, 염류의 부식에도 견딜 수 있으며, 200°C 이하의 유기 용매에는 불용성입니다. 내식성은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTE)과 거의 동일합니다. 또한, PPS는 내후성과 내방사선성이 우수하여 여러 차례 강한 자외선, 감마선, 중성자선에 노출되어도 성능이 저하되지 않습니다.
5. 수분 흡수율(0.008%)과 오일 흡수율이 낮습니다. 성형 수축률과 선팽창 계수가 낮아 치수 안정성과 변형률이 낮으며, 습도, 기름, 부식성 가스 환경에서도 치수 안정성을 유지하여 정밀 성형에 적합합니다.
6. 우수한 전기적 특성. 고성능 PPS 수지는 고온 고습 환경에서 체적 저항률 변화가 적고, 온도 및 주파수에 따른 유전율 변화가 적습니다. 또한, 이온 불순물 함량이 낮고 260°C의 솔더 배스에 담가도 되므로 전자 부품의 표면 솔더링 열충격을 견딜 수 있어 전기적 성능에 대한 요구 조건이 매우 높은 제품에 적합합니다. 높은 저항률과 낮은 유전율을 가지고 있습니다.
7. 고성능 PPS 수지는 용융 점도가 매우 낮고 유동성이 우수합니다. 유리 섬유와 쉽게 접촉하여 충진이 용이합니다. 이를 통해 제조된 유리 섬유 또는 유리 섬유-무기 필러 강화 사출 성형 펠릿은 높은 내충격성, 내굴곡성 및 연성을 갖습니다.
8. 고성능 PPS수지는 유리, 알루미늄, 스테인리스 등에 대한 접합강도가 매우 높습니다. 유리에 대한 접합강도는 유리보다 더욱 높습니다.
2. 엔지니어링 플라스틱 종류 개요
엔지니어링 플라스틱은 구조재로서 장기간 기계적 응력을 견딜 수 있는 플라스틱 소재로, 넓은 온도 범위와 가혹한 화학적, 물리적 환경에서도 사용할 수 있습니다. 일반 플라스틱에 비해 우수한 기계적 특성, 전기적 특성, 내화학성, 내열성, 내마모성, 치수 안정성 등을 가지고 있으며, 금속 소재에 비해 가볍고 복잡한 제품 설계에 편리하며, 성형 시 에너지 소비가 낮은 등의 장점을 가지고 있습니다. 엔지니어링 플라스틱은 전자, 건설, 자동차, 기계, 항공우주 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 엔지니어링 플라스틱은 사용량, 성능, 적용 범위에 따라 일반용 엔지니어링 플라스틱과 특수용 엔지니어링 플라스틱으로 구분됩니다.
그 중 일반 엔지니어링 플라스틱에는 주로 나일론(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌옥사이드(PPO) 등이 있습니다. 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)는 빠르게 성장하는 플라스틱 응용 분야입니다.
3. 엔지니어링 플라스틱에 고성능 PPS 수지의 적용
PPS 성형소재는 엔지니어링 플라스틱으로서 우수한 특성을 많이 가지고 있으며, 금속이나 열경화성 수지 등을 대체할 수 있어 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
(1) 자동차 부품에 대한 적용
PPS는 향후 자동차 부품에 가장 널리 활용될 것으로 예상됩니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 PPS는 전기 구동 장치 부품에 적용됩니다. PPS는 뛰어난 연속 내열성, 내화학성(휘발유, 엔진 오일 등)을 가지고 있기 때문에 자동차 부품에 널리 사용됩니다.
현재 PPS는 기존에 사용되던 금속 부품과 페놀 수지를 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 새로운 용도 부품으로의 적용이 가속화되고 있습니다. 특히 엔진 관련 기계를 중심으로 구동, 제동, 연료, 조명, 냉각 부품과 이를 제어하는 제어 부품 분야에서 PPS의 활용이 가속화되고 있습니다.
(2) 주거시설/OA/정밀장비 등에 적용
"초경 PPS(40% GF)"는 가정용 온수기 등 물 관련 장비에 많이 사용됩니다. 이는 "초경 PPS(40% GF)"가 PPS의 내열성뿐만 아니라 내압성과 우수한 인성을 갖추고 있기 때문입니다. 과거 황동으로 대표되던 금속 소재와 변형 PPE 소재를 점차 대체하고 있습니다.
"변성 PPS(30%GF)"는 결정성이 낮아 치수 정확도가 우수하여 정밀 기기 부품에 적합합니다. 또한, 뛰어난 저마찰 및 저마모 특성을 갖추고 있어 기어나 베어링처럼 특수한 슬라이딩 특성이 요구되는 프로젝트에 적합합니다.
레이저 복사기, 프린터 등의 경우 내열성 및 고정성뿐만 아니라 기어나 베어링의 미끄럼 운동, 전기 전도 등 특수 용도로도 많이 사용됩니다. 특히 주거 시설/OA/정밀 장비에 PPS를 적용하는 사례가 많습니다.
(3) 전기/전자 부품에 대한 응용
PPS는 SMT 공정에서 높은 내열성, 정밀 성형성, 치수 안정성 외에도 난연제를 첨가하지 않고도 UL-94V-0 등급에 도달할 수 있는 높은 난연성을 가지고 있습니다. 이러한 특성은 커넥터로 대표되는 전기/전자 부품에 가장 적합한 성형 소재라고 할 수 있습니다. PPS의 일반적인 특성과 적절한 성형성을 갖춘 유리 섬유 강화/비강화 가교형 PPS와 선형 PPS 저버(low burr)형이 주로 사용되며, 커넥터와 같은 정교하고 복잡한 성형품에 적합합니다.
또한, 유리 섬유/미네랄 충전 가교 PPS 및 선형 PPS는 치수 안정성 및 강성 요건을 충족하는 광학 오실로스코프에 적합합니다. 초저압 성형 PPS는 마이크로 코일 및 전자 부품의 밀봉에 적합합니다.
(4) 기계공업 및 화학공업에의 응용
최근 들어 PPS는 화학적으로 개질되고 유리섬유, 미네랄 필러 또는 탄소섬유와 혼합되어 복합소재로 만들어졌는데, 이는 기계산업과 화학산업에서도 널리 사용되고 있습니다.
(5) 리튬전지 분야의 응용
리튬 배터리는 전기화학 시스템에 리튬을 포함하는 배터리를 말합니다. 리튬 금속은 비교적 활성적인 화학적 특성으로 인해 처리 과정에서 환경적 요건이 매우 높아 대규모로 사용되지 못했습니다. 정보화 시대의 도래와 함께 소형, 경량, 높은 신뢰성, 빠른 작동 속도를 특징으로 하는 마이크로일렉트로닉스 기술이 발전하고 발전했습니다. 소형화 및 정밀화가 진행됨에 따라 배터리에 대한 요구 사항 또한 증가하고 있습니다. 리튬 배터리는 이미 널리 사용되는 단계에 접어들었습니다. 폴리페닐렌 설파이드(PPS)는 내열성, 절연성, 전기적 특성 등 우수한 특성을 갖추고 있어 리튬 배터리 분야의 소재 요건을 충족하며, 리튬 배터리의 "친밀한 동반자"입니다.
(6) 환경보호 분야의 응용
폐가스 및 폐기물 분진의 주요 배출원은 제철소, 폐기물 소각로, 화력발전소, 시멘트 공장, 카본블랙 공장 등입니다. 발생하는 폐가스 및 폐기물 분진은 고온, 고습, 부식 등의 문제를 가지고 있어, 제진재는 고온 내성 및 내식성이 우수해야 합니다.
섬유 등급 PPS는 높은 열 안정성을 가지고 있으며 200~240°C에서 연속 사용이 가능합니다. 260°C의 고온에서 1000시간 동안 방치하더라도 강도의 60%를 유지할 수 있습니다. PPS의 내식성은 "플라스틱의 왕"으로 불리는 폴리테트라플루오로에틸렌과 유사합니다. 난연성 측면에서 PPS 섬유 제품은 불연성이며 난연제를 첨가하지 않고도 UL-94V-0 기준을 충족할 수 있습니다. 따라서 PPS 섬유 제품을 상기 분야에 적용하면 분진 제거 장비의 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다. 그중 가장 널리 사용되는 제품은 분진 필터 백입니다.
고성능 폴리페닐렌 설파이드 수지는 전자제품, 건설, 자동차, 기계, 항공우주 및 기타 산업과 같은 엔지니어링 플라스틱 프로젝트에서 널리 사용되지만 PPS 성형 작업을 수행할 때 다음 측면에 주의해야 합니다.
(1) 예비건조. 펠릿을 너무 높은 온도에서 건조하거나 필요 이상으로 오래 건조하면 색상 및 유동성이 변화합니다.
(2) 배럴 온도를 설정하십시오. 배럴 온도는 일반적으로 300~340°C 사이로 설정하는 것이 적당하며, 350°C 이상으로 가열하지 마십시오. 특히 PTFE(불소수지)가 혼합된 제품의 경우 온도 범위는 290~320°C이며 330°C를 초과하지 마십시오.
(3) 배럴 내 체류시간은 일반적으로 300℃에서 60분 이내, 320℃에서 30분 이내로 설정된다.
(4) 수지 분해 등의 상황이 발생할 경우, 배럴 내부의 잔류 수지를 배출하기 위해 배럴의 온도를 낮춰야 합니다. 성형을 중단한 후에는 실린더 내부의 잔류 수지를 배출한 후 히터 전원을 꺼주십시오.
