폴리아미드(나일론)수지(PA : PolyAmide)
PA는 Amide그룹 -CONH-를 함유한 열가소성 수지이다. 이 폴리머는 나일론 또는 폴리아미드로 알려져
있고 재료는 강인하여 피로, 충격, 용제에 내성을 가지며 저마찰로 미량의 물을 가역적으로 흡수한다.
그리고 이 수지는 다른 많은 타입이 가능하며 6, 7, 9, 11, 12및 66, 610, 612등이 있다.
하나의 숫자료 표기된 경우에는 원료(락탐)속의 탄소원자의 수를 표시하며 그다음 수자는 원료 산의
탄소 원자의 수를 표시한다. PA66과 PA6은 그룹중에서도 많이 알려져 있으며, 이 아미드 그룹은 메틸
렌그룹을 베이스로하는 부분에 의해 분리되어 있기 때문에 지방족 폴리아미드로 알려져있다. PA6은
카프로락탐에서 제조되어 PA66과 유사하다. 이것은 색깔이 조금 엷고 아주 낮은 밀도(PA6 : 1.15g/㎠,
PA66 : 1.13g/㎠)를 갖는다. 또 이 재료는 낮은 융점을 가지고 있어 낮은 온도에서 가공이 된다. 성형
온도 범위는 넓으며 가공이 용이하다. PA6은 PA66보다 약간 저렴하고 내용제성이 양호하여 그리스유와
세제에 대해 내성을 가지고 있다. 휘광상에 대한 내성은 빈약하다. 이수지는 사출, 압출성형재료에서
캐스팅재, 시트지, 저발포 RIM성형, 금속표면 도금, 코팅용 분말, 알코올 가용 용액까지 여러가지형태
로 공급 되고 있다. 강화나일론은 흡습에 의한 치수변화를 대폭적으로 감소함과 동시에 내열성, 특히
고온에서의 강도, 강성 내크리프성, 프로강도등이 향상되어 있다. 또 사출 성형용으로 많이 사용되고
있는 PA66은 굴곡강도, 경도, 내마모성, 내열성에 있어서는 PA6보다 우수하나 충격강도와 수축은 PA6
이 우수하다.
* 유동성
이들 PA재료는 유동성이 양호하며, PA6은 PA66만큼 예민하게 경화하지 않는다. 따라서 기포 발생을
피하기 위해서 압력을 적용시킴으로서 유리할 경우에는 GF충전 그레이드를 사용한다.
* 성형수축
PA는 결정성 재료이다. 따라서 높은 수축률을 가지고 있다. PA66은 0.01 ~ 0.2mm/mm이고, PA6은 0.1
~ 0.15mm/mm 정도 이다. 수축의 양은 성형품의 두께에 의존한다. 이것은 성형품 두께의 증가와 함께
결정화도의 증가에 대한 기회도 증가하기 때문이다. PA66은 수축률이 크며 성형후 2년까지도 나타난다.
* 강 내성물질
알카리, 희석산(초산은 다르다), 세제, 연료, 그리스, 오일, 염소화 탄화수소, 방향족 탄화수소, 케톤
과 에스테르에는 내성이 있으나 염소화 탄화수소는 성형품의 팽윤(膨潤)을 일으킨다.
* 약 내성물질
강산, 표백제, 일광에 대해서는 카본블랙등으로 안정화되어 있지 않을경우 취화를 일으킨다. 페놀크레
졸, 아산및 빙초산에 녹는다. 물및 약간의 알코올은 팽윤을 일으킨다. 물은 가소제로 작용하여 이 재
료를 연하게 하며 강인성을 주지만 전기절연성을 나쁘게 한다.
* 재료의 판정
PA6은 PA66보다 밀도가 조금 낮다(1.15g/㎠, 1.13g/㎠). 따라서 모두 물에 가라 앉는다. 또 불투명하고
강직하여 딱딱한 재료로서는 용이하게 절단되어 자연스런 말단 절단구가 생긴다. 착화(着火)하기 곤란
하고 일단 연소하면 자기 소화성을 잃어버린다. 이 폴리머는 자유 유동성의 액체(이것은 실로 뽑을수
있음)에 용해하지만 액체가 적하될때 불꽃을 동반한다. 불꽃은 청색을 띠며 그근처는 황색으로서 머리
카락 타는 냄새가 난다. PA66은 265℃라는 높은 온도에서 용해한다. PA66은 클로로포름, 벤질알코올,
트리클로로에틸렌에 내성이 있으며 비등하는 N, n-디메틸프롬아미드 중에서 가열되었을 경우 용해하지
않는다. 그러나 PA6은 용해한다.
* 착색
충분히 컴파운드된 재료가 바람직하다. 안료의 첨가는 물성, 특히 충격강도에 영향을 주는것으로 보
이며, 시험사출을 자연색(Natural) 폴리머로 행했을 경우는 이겻이 문제가 된다. 한정된 양의 컬러,
마스터배치가 사용되고 있으며, 액체 착색제도 개발되고 있다. 또한 양호한 착색, 용이한 유동성및
신속한 사이클을 얻을수 있도록 활제및 핵제가 가해진다.
* 재료와 성형품의 취급
이들 재료는 흡습하며, PA6은 PA66보다 흡습을 많이 한다(1.5% 대 2.5%). 따라서 가능하면 건조된곳
에 저장할 것을 권장한다. 즉 먼저 입고된것을 먼저 사용한다는 저장법이다. 또 방습 컨테이너가 필
요할때는 그 컨테이너가 작업실의 온도에 도달한 후에 개봉하도록 한다. 가능하면 진공 건조기에서
80℃로 18시간 정도 건조한다. 공기가 존재하지 않는것이 산화를 방지하는데 도움이 된다.
* 금형과 게이트
PA의 수축을 예측하기는 매우 어렵다. 시사출시 실제 성형조건으로 사출한후 생산용 금형을 수정한다.
대형 성형품에 대해서는 짧은 다이렉트 스프루 게이트(3도의 테이퍼 각도)가 종종 사용된다.
소형 성형품에는 핀포인트가 사용되며 4mm까지의 단면 두께에 대해서는 약 1.5mm의 직경을 가진 게이
트를 사용한다. 링 및 다이어프레임 게이트가 원형 성형품에 사용된다. 한편 필름및 프래슈 게이트는
비교적 얇은 단면을 가진 표면적이 큰 성형품에 사용된다. 이런한 게이트는 최량의 충전패턴을 부여한
다.
핫런너 금형은 PA의 경우 다음과 같이 이점을 부여한다.
1. 양호한 실링이 얻어진다.
2. 정확한 온도조정이 가능하다.
3. 멜트(Melt)를 동(銅)과 접촉하지 않는 조건으로 사용할수가 있다.
* 유동길이/두께비(L/D비)
경화온도가 높아 최대 L/D비는 예상하는 것처럼 크지 않다. 그것은 POM보다는 양호하며, ABS보다는
나쁘다. 1mm두께에서 거의 100:1 이다.
* 투영면적
필요한 형체압은 비교적 높다. PA6은 비교작 낮은 압력을 필요로 하지만 비충전 그레이드와 GF그레이
드의 차이점은 크다. 비충전 그레이드는 450kg/㎠ ~ 750kg/㎠ 가 필요하며 충전 그레이드는 600kg/㎠
~ 1500kg/㎠ 이다. 얇은 두께 또는 양호한 표면 마무리가 요구되는 성형품의 경우는 두 제품 모두
높은 사출압과 높은 형체압을 필요로 한다.
* 실린더
비교적 예민한 융점을 가지고 있으나 멜트 점도는 낮다. 따라서 스크류는 역류방지 밸브를 갖춘다.
실린더는 그온도가 정확히 저정되는 노즐이 필요하다. 노즐에서 재료가 흘러 새어나오는 것을 방지
하기 위해 셧 오프 노즐이 사용된다. 공기가 과잉으로 실린더 내에 들어가지 않도록 하기 위해서는
다음과 같은 조치를 한다.
1. 감압이 스프루 파단 전(破斷 煎)에 일어나도록 한다.
2. 비교적 천천히 감압한다.
3. 열 실(Seal), 노즐과 함께 감압한다.
이러한 수단은 산화를 방지하는데 도움이 된다. 열실 노즐은 정체점을 없애도록 디자인 되어야 한다.
또 역류방지 밸브는 충분히 실(Seal)이 되어야 한다.
* 스크류 쿠션
2 ~ 6mm사이이다.
* 쇼트능력
성형기가 일반용 스크류일 경우 소트능력은 재료의 정체를 방지하기 위해 20% 이하로 사용한다. 표준
스크류는 용융을 일으킬 가능성이 있으므로 이런 문제를 극복하기 위해서는 PA용으로 디자인한 스크
류를 사용한다. 또한 성형기가 PA에 적용되는 디자인으로 된 스크류일경우 최대 정격능력이 이용된다.
이러한 스크류는 대단히 고품질의 성형품이 요구되는 의약품용등의 제품에는 절대 필요하다.
* 멜트온도
PA는 통상 220℃ 근처이지만 어느 그레이드에서는 270℃가 된다. PA66은 통상 270℃근처이다.
PA66은 정확한 융점및 산화의 위험 때문에 가공온도 범위가 더욱 좁다. 즉 265℃~300℃이다.
그러므로 온도 조정을 정밀하게 해야 한다.
* 바렐 체류시간
PA66은 높은 가공온도로 인해 PA6보다 급속히 열화하는 경향이 있다. 어떤 원인으로 생산을 중단할
경우는 문제가 해결될때까지 바렐의 온도를 170℃이하로 내린다. 또 난연제를 함유한 그레이드를 가
공할경우 급속히 연소가 생기므로 특별히 주의를 요한다. 만일 오랜 정지가 필요할 경우에는 바렐을
퍼지한후 히터를 끈다.
* 사출속도
통상 얇은 두께는 빨리하고 두꺼운것은 느리게 한다.
* 사출압과 스크류 회전속도(rpm)
제1단계 1500kg/㎠까지이고, 제2단계(보압)는 300kg/㎠까지이다. 스크류 전진시간(SET)은 PA성형에
서는 대단히 중요하며, 냉각시간보다도 길게 한다. 또 온도변동을 최소화하기 위해 냉각사이클에 적
합하도록 설정하여야한다. 즉 100rpm을 넘어서는 안된다. 높은 스크류 속도는 변색을 초해한다.
* 배압과 운전정지
과도한 배압을 발생하는 대량의 전단열에 의해 열화를 일으킬 가능성이 있으므로 150kg/㎠정도로 한
다. 또 타 재료로 교체하지 않고 성형을 재개할 경우는 설정온도에 도달한후 2 ~ 3분간 기계에 열을
충분히 전달 시킨다. 이것은 바렐 속에 잔류한 재료가 용해하여 일으킬 스크류 파손의 위험을 최소화
하기 위해서 이다.
* 재생
PA는 강인성을 특징으로 한다. 그러나 PA는 특정량의 물을 흡수하고 나서 비로서 강인성을 갖는다.
금형에서 나올때는 건조되어 물렁물렁해진다. 가능하면 이때 재빨리 분쇄를 한다. 사용량은 약 30%
정도가 사용되지만 오염된 재료 또는 변색, 열화된 재료의 분쇄는 금물이다. 또 분쇄재료도 예비건조
한다.
* 마무리
게이트 절단은 드릴링, 밀링, 절단등에 의해 가능하다. 또 성형품은 실크스크린, 핫 스탬핑등으로
마무리가 가능하다.
* 기타
안정성이 개선된 성형품이 필요할경우 성형품은 최고 사용온도보다 20℃ 높은 온도에서 가열 함으로
서 어닐링한다. PA는 170℃에서 20분간 한다. PA의 기계적 성질은 현저하게 냉각에 의존한다. 따라서
천천히 냉각하면 결정화도가 증가하여 높은 강성과 인장강도를 갖게 되어 견고한 성형물이 된다.
전형적인 성형품으로는 자동차의 연료파이프, 연료필터, 콤포넌트등이며, 탄화수소나 열에 대한 PA
의 내성을 이용한 기어, 캠, 레버, 도어비품등이 있다. 이것은 이 재료의 강인성, 내마모성, 저마찰
및 저마찰및 내피로성을 이용한것이다. 기타 응용에는 전기기기 하우징, 팬, 임펠러, 도어핸들, 안전
벨트, 콤포넌트, 욕실비품등이 있다. GF를 함유한 PA는 높은 가열의 온도편차, 큰 강성과 치수안정성
이 요구될 경우 사용한다. 그러나 GF강화 그레이드는 높은 사출속도와 바렐및 금형온도를 필요로 한다.
그리고 높은 온도에서 사출되므로 사이클을 짧게 한다. 한편 수축은 감소하지만 밀도는 증가한다.
20%의 GF를 가한 PA66에서는 수축이 약 0.005mm/mm이고, 밀도는 1.28g/㎠이다. 50%의 GF첨가는 수축이
0.003mm/mm이고 밀도는 1.51g/㎠이다. 또 PA의 GF에 의한 열변형온도는 다음과 같다.
PA66----- 변형온도(하중 18.56kg/㎠) -- 65℃
GF10%---------------------------------- 85℃
GF20%---------------------------------- 115℃
GF30%---------------------------------- 185℃
이들 GF충전 PA는 기계적 특성이 개선되어 강력하게 되어 성형도 용이하기 때문에 치차(톱니바퀴),
축받이, 캠, 스핀들, 볼트, 너트, 등 강력한 부하를 받는 곳에 사용되며 내열성이 요구되는 것에도
사용된다.
* 스탬퍼블 시트(STX)
프레스 가공이 되는 STX가 실용화되어 유리매트를 심지로 유리/미네랄 강화 PA6으로 만든 시트이다.
# 강화 아미드
* 특징
흡수성이 낮다. 인장탄성률 굴곡강도가 크다. 열변형온도가 높고 열팽창률과 성형수축이 적다. 내크
리프, 내피로성이 뛰어나고 내열노화및 내후성이 양호하다. 내유성과 난연성을 가지고 있다.
* 응용
전기, 기계부품 하우징등
*** 출처: 플라스틱사이언스 ***