폴리아릴레이트(PAR)는 방향족 폴리에스터라고도 불리며, 분자의 주쇄에 방향족 고리와 에스터 결합을 가진 열가소성 특수 엔지니어링 플라스틱입니다.
폴리아릴레이트 PAR의 특성
폴리아릴레이트(PAR)는 방향족 폴리에스터라고도 하며, 분자 주쇄에 방향족 고리와 에스테르 결합을 가진 열가소성 특수 엔지니어링 플라스틱입니다. 1973년 일본 유니티카(Unitika)에서 산업화되었으며, 상품명은 U 폴리머(U polymer)입니다. 뛰어난 종합적 성능을 갖춘 내열성 플라스틱입니다.
폴리아릴레이트는 2가 페놀과 디카르복실산의 중축합으로 만들어집니다. 다양한 2가 페놀과 디카르복실산을 원료로 사용하여 다양한 종류의 폴리아릴레이트를 얻을 수 있습니다. 일반적으로 언급되는 폴리아릴레이트는 비스페놀 A와 테레프탈산, 그리고 이소프탈산의 혼합물을 원료로 하여 중축합된 것입니다.
PAR은 선형 비정질 구조를 가지며, 분자의 주쇄는 페닐, 에테르, 카르보닐, 그리고 이소프로필로 구성되어 있습니다. 각 작용기는 폴리머의 특성에 각기 다른 영향을 미치지만, 각 작용기의 결합된 효과로 인해 PAR의 주쇄는 더욱 강직하고, 특정 극성을 가지며, 비결정질이고, 특정 유연성을 갖습니다.
1. 여러 폴리아릴레이트의 성능 데이터
| 성능 |
U-100
(내열등급) |
U-1060
(일반등급) |
U-4015
(고유량 등급) |
유-8000
(블로우 몰딩 등급) |
| 밀도/(g/cm³) |
1.21 |
1.21 |
1.24 |
1.26 |
| 록웰 경도(R) |
125 |
125 |
124 |
125 |
물 흡수
(20℃, 24시간,%) |
0.26 |
0.25 |
0.20 |
0.15 |
| 수분 흡수율(65%RH, 24시간,%) |
0.07 |
0.07 |
0.05 |
0.03 |
| 인장강도/MPa |
71.5 |
75.0 |
83.0 |
72.5 |
| 연장(%) |
50 |
62 |
62 |
95 |
| 굽힘 강도/MPa |
97.0 |
95.0 |
115.0 |
113.0 |
| 굽힘 탄성률/GPa |
1.9 |
1.9 |
2.0 |
1.9 |
| 압축강도/MPa |
96.0 |
96.0 |
98.0 |
98.0 |
| 아이조드 노치 충격 강도/(J/m) |
150~250 |
250~350 |
250~350 |
80~150 |
| 체적 저항률/Ω·cm |
2*10＾16 |
2*10＾16 |
2*10＾16 |
2*10＾16 |
| 아크 저항/초 |
129 |
129 |
120 |
123 |
| 유전율(10⁶Hz) |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
| 유전 손실 탄젠트(10 ⁶ 헤르츠) |
0.015 |
0.015 |
0.015 |
0.015 |
2. 기계적 성질
폴리아릴레이트는 우수한 크리프 저항성, 내충격성, 변형 회복성, 내마모성을 가지고 있으며, 높은 기계적 강도와 강성을 가지고 있습니다. 폴리아릴레이트는 넓은 온도 범위에서 높은 인장 강도를 나타냅니다. 폴리카보네이트와 비교했을 때, 폴리아릴레이트의 충격 강도 절댓값은 약간 낮지만, 시편 두께 의존성은 폴리카보네이트보다 작습니다. 두께가 6.4mm 이상이면 폴리카보네이트보다 충격 강도가 더 높습니다. 따라서 폴리아릴레이트는 대형 두께 제품 제조에 더욱 우수한 성능을 보일 수 있습니다.
폴리아릴레이트는 우수한 인장 크리프 특성을 가지고 있으며, 21MPa의 높은 하중에서도 크리프 양이 매우 작습니다.
완전 탄성체를 제외한 고분자 재료의 경우, 외력의 작용으로 영구 변형이 발생합니다. 그러나 폴리아릴레이트는 우수한 변형 회복성과 낮은 히스테리시스 손실을 보입니다. 높은 변형률 속도 조건에서도 폴리아릴레이트의 히스테리시스 손실은 폴리카보네이트나 폴리옥시메틸렌보다 훨씬 작습니다. 더 높은 온도에서도 폴리아릴레이트는 과도한 잔류 변형을 발생시키지 않고 이러한 우수한 성능을 유지할 수 있습니다.
3. 열적 특성
폴리아릴레이트는 분자 주쇄에 더 조밀한 벤젠 고리를 가지고 있어 내열성이 우수합니다. 1.82MPa의 하중에서 폴리아릴레이트(U-100)의 열 변형 온도는 175℃에 이릅니다. 시차열법을 사용하여 측정한 결과, 중량 감소가 시작되는 온도는 400℃, 분해 온도는 443℃이며, 폴리아릴레이트의 유리 전이 온도(DSC법)는 193℃로 폴리카보네이트보다 약 50℃, 폴리설폰보다 3~4℃ 높습니다. 따라서 폴리아릴레이트의 다양한 물성은 폴리카보네이트나 폴리설폰보다 온도의 영향을 덜 받으며, 선팽창 계수가 작고 치수 안정성이 우수합니다.
다른 엔지니어링 플라스틱과 비교했을 때, 폴리아릴레이트는 납땜 저항성이 뛰어나고 열 수축률이 매우 낮습니다.
4. 난연성
폴리아릴레이트는 자기소화성 플라스틱이며 불연성입니다. 난연제를 사용하지 않을 경우, 두께 1.6mm의 샘플은 UL94V-0 등급을 달성할 수 있습니다. 폴리아릴레이트의 산소 지수는 36.8입니다. 이는 할로겐 함유 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 등을 제외하고는 다른 플라스틱(난연제 함유 플라스틱 포함)의 산소 지수보다 높습니다.
5. 전기적 특성
폴리아릴레이트의 전기적 특성은 폴리옥시메틸렌, 폴리카보네이트, 폴리아미드와 유사하며, 특히 내전압성이 우수합니다. 폴리아릴레이트는 흡습성이 낮아 습한 환경에서도 전기적 특성이 매우 안정적입니다. 또한, 폴리아릴레이트의 전기적 특성은 온도에 덜 영향을 받습니다. 폴리아릴레이트의 체적 저항률은 160℃의 고온에서도 1014Ω·cm 이상을 유지할 수 있습니다.
6. 화학적 특성
폴리아릴레이트는 내산성 및 내유성이 우수하지만, 내알칼리성, 내응력균열성, 내방향족 탄화수소성 및 내케톤성은 적합하지 않습니다. 폴리아릴레이트의 내화학성도 적합하지 않습니다. 탄소 섬유로 개질된 AX 시리즈 폴리아릴레이트는 내화학성과 유기용매성을 크게 향상시켰으며, 가공 성능도 크게 향상되었습니다. 표 1-2는 AX 시리즈 폴리아릴레이트의 특성을 보여줍니다.
7. 기타 속성
폴리아릴레이트는 굴절률이 1.61로 폴리카보네이트나 폴리메타크릴레이트보다 높아 투명성이 우수하며, 2mm 두께에서 빛 투과율은 87%로 폴리카보네이트와 거의 동일합니다. 폴리아릴레이트는 자외선에 대한 내성이 우수합니다. 두께가 0.1mm인 폴리아릴레이트는 350nm 이하의 파장을 가진 빛을 완벽하게 차단할 수 있습니다. 폴리아릴레이트는 내후성이 우수한 엔지니어링 플라스틱 중 하나이며, 폴리카보네이트보다 내후성이 훨씬 뛰어납니다.
폴리아릴레이트 PAR의 성형 및 가공
폴리아릴레이트의 융점은 열분해 온도와 상당히 다르며, 사출, 압출, 블로우 성형과 같은 가열 및 용융 방법으로 성형 및 가공할 수 있습니다. 폴리아릴레이트의 용융 점도는 동일 온도에서 폴리카보네이트의 약 10배로 비교적 높아 유동성을 높이려면 더 높은 성형 온도가 필요합니다. 폴리아릴레이트의 유동성은 제품의 두께와도 관련이 있습니다. 일반적으로 두께가 2mm 미만이면 유동성이 급격히 감소합니다. 따라서 폴리아릴레이트를 사용하여 얇은 벽의 제품을 성형할 때는 더 높은 온도와 압력을 가해야 합니다. 미량의 수분은 성형 중 폴리아릴레이트의 분해를 유발하므로 성형 전에 폴리아릴레이트를 예비 건조하는 것이 매우 중요합니다. 수분 함량은 일반적으로 0.02%(질량 분율) 이하로 관리해야 합니다. 건조 조건은 일반적으로 110~140℃, 6시간입니다.
1. 사출성형
폴리아릴레이트는 일반 사출 성형기로 사출 성형할 수 있지만, 용융 점도가 비교적 높고 성형 온도도 비교적 높습니다. 재료의 소결 및 탄화를 방지하기 위해 니들 밸브가 장착된 사출 성형기는 일반적으로 피해야 합니다. 폴리아릴레이트의 성형 수축률은 폴리카보네이트와 유사하며, 둘 다 약 0.05%입니다. 일반적으로 폴리카보네이트 사출 성형용 금형을 폴리아릴레이트 사출 성형에도 사용할 수 있습니다. 그러나 형상이 복잡한 제품의 경우, 폴리아릴레이트의 낮은 유동성을 보완하기 위해 금형 게이트, 런너 등을 약간 더 크게 가공해야 합니다.
폴리아릴레이트의 사출 성형 시 금형 온도는 일반적으로 높습니다. 금형 온도가 너무 낮으면 사출 성형 후 제품의 잔류 변형률이 커지고, 외부 힘 없이도 일부 제품이 균열되는 현상이 발생합니다. 두께가 고르지 않고 굴곡이 심한 제품의 경우 잔류 변형률이 더욱 커집니다.
2. 압출성형
폴리아릴레이트 압출 성형은 사출 성형에 비해 일반적으로 온도가 10~20°C 낮습니다. 폴리아릴레이트의 용융 점도는 비교적 높습니다. 가소화 효과를 향상시키려면 일반적으로 종횡비, 토크, 그리고 동력이 더 큰 압출기를 사용해야 합니다. 또한, 전단 가열로 인한 소결 및 탄화를 방지하기 위해 스크류 속도가 너무 높지 않아야 하며, 스크류 및 다이 구조는 재료 잔류가 발생하기 쉬운 부분을 최소화해야 합니다.
폴리아릴레이트 PAR의 변형 및 응용
PAR은 유리 섬유, 탄소 섬유, 폴리아릴아미드 섬유, 세라믹 섬유 등으로 강화될 수 있으며, 혼합 섬유 및 폴리머 슈퍼 섬유(예: 초고분자량 폴리에틸렌 섬유)로도 강화될 수 있습니다. 유리 섬유는 가장 일반적으로 사용되는 강화 섬유입니다. PAR을 유리 섬유로 강화할 때는 커플링제 KH-550을 사용하여 처리하고 적정량의 안정제를 첨가해야 합니다. 생산 공정은 기본적으로 유리 섬유 강화 PC와 동일합니다.
폴리아릴레이트는 주로 PET, PBT, PC, PA, 불소수지 등과 혼합 합금을 형성하는데, 이 중 PET, PBT, PC 등과는 호환되는 시스템이고, PA, 불소수지 등과는 호환되지 않는 시스템입니다.
PAR은 합금화를 통해 제품의 성능을 향상시킵니다. PAR/PET 계열 플라스틱 합금은 높은 강성, 높은 치수 정확도, 낮은 이방성, 그리고 매끄러운 표면 특성을 가지고 있습니다. 주로 자동차 부품 및 일부 정밀 부품에 사용됩니다. PAR/PTFE는 베어링과 같은 무급유 윤활 내마모성 소재에 사용될 수 있습니다. PAR/PA 합금은 자동차 엔진 후드, 자동차 외부 패널과 같은 내열 및 내충격성 부품뿐만 아니라 슬라이딩 부품, 브레이커 부품, 부싱 등에 사용됩니다.
고투명 PAR은 광전자 기술 분야에서 새로운 용도로 활용되고 있습니다. PAR 필름은 복굴절률이 10M 미만으로, 액정 디스플레이의 색 왜곡을 제거하는 지연 필름 제작에 사용될 수 있습니다. 이 필름은 액정 디스플레이(LCD) 제조에 사용되며 LCD에 필요한 유리를 대체할 수 있습니다. 고온 내성과 초투명성을 갖춘 PAR은 LCD 제조 기술의 요건을 충족할 수 있습니다.
