열경화성 수지를 주성분으로 하고 다양한 첨가제와 가교 경화 과정을 거쳐 완제품을 만드는 플라스틱을 열경화성 플라스틱이라고 합니다. 제조 또는 성형 공정 초기에는 액체 상태이지만, 경화 후에는 불용성, 비가용성이 되어 다시 녹이거나 연화시킬 수 없습니다. 대표적인 열경화성 플라스틱에는 페놀 수지, 에폭시 수지, 아미노 수지, 불포화 폴리에스테르, 알키드 수지 등이 있습니다. 열경화성 플라스틱과 열가소성 플라스틱 은 합성 플라스틱의 두 가지 주요 구성 시스템을 이룹니다. 열경화성 플라스틱은 포름알데히드 가교형과 기타 가교형으로 나뉩니다.
정의
열경화성 플라스틱은 처음 가열하면 연화되고 흐를 수 있습니다. 특정 온도로 가열하면 화학 반응, 즉 가교 반응이 일어나고 플라스틱이 응고되고 굳어집니다. 이 변화는 되돌릴 수 없습니다. 그 후 다시 가열하면 더 이상 연화되고 흐를 수 없습니다. 바로 이 특성의 도움으로 성형 공정이 수행됩니다. 첫 번째 가열 중 가소화된 흐름은 압력 하에서 금형 캐비티를 채우는 데 사용된 다음 특정 모양과 크기의 제품으로 응고됩니다.
열경화성 플라스틱의 특징은 일정 온도에서 일정 시간 동안 가열, 가압 또는 경화제를 첨가한 후 화학 반응으로 인해 경화된다는 것입니다. 경화된 플라스틱의 화학 구조가 변하고 질감이 딱딱해지고 용매에 녹지 않으며 가열해도 더 이상 연화되지 않습니다. 온도가 너무 높으면 분해됩니다. 열가소성 플라스틱의 수지 분자 사슬은 선형 또는 분지 구조입니다. 분자 사슬 사이에 화학 결합이 없습니다. 가열하면 연화되고 흐릅니다. 냉각 및 경화 과정은 물리적 변화입니다.
포름알데히드 가교 플라스틱에는 페놀 플라스틱과 아미노 플라스틱(예: 요소-포름알데히드-멜라민-포름알데히드 등)이 포함됩니다. 기타 가교 플라스틱에는 불포화 폴리에스터, 에폭시 수지, 디알릴 프탈레이트 수지 등이 포함됩니다.
일반적으로 사용되는 열경화성 플라스틱에는 페놀 수지, 요소-포름알데히드 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 등이 있습니다.
유형
1. 페놀수지(PF)
페놀수지는 역사상 가장 오래된 플라스틱 종류 중 하나입니다. 일반적으로 베이클라이트 또는 베이클라이트로 알려져 있습니다. 외관은 황갈색 또는 검은색이며 열경화성 플라스틱의 전형적인 대표입니다. 페놀수지 성형에는 다양한 필러가 자주 사용됩니다. 사용된 필러에 따라 완제품의 성능도 다릅니다. 성형 소재로서 페놀수지는 주로 내열성이 필요한 분야에서 사용되지만 합판, 연삭 휠 및 브레이크 패드의 접착제로도 사용됩니다.
2. 요소포름알데히드수지(UF)
요소-포름알데히드 수지는 무색 플라스틱으로 성형 소재, 접착제 등으로 사용할 수 있습니다. 요소와 포름알데히드로 만들어집니다. 요소-포름알데히드 수지 성형 소재는 셀룰로오스로 채워져 있습니다. 경도와 기계적 강도가 우수합니다. 반면, 취성이 있고, 흡수성이 있으며, 치수 안정성이 낮고, 가만히 두면 균열이 생기는 경우가 많다는 단점이 있습니다. 요소-포름알데히드 수지는 식기, 병뚜껑 등 일용품과 기계 부품을 제조하는 데 사용할 수 있으며, 접착제로도 사용할 수 있습니다.
3. 멜라민-포름알데히드 수지(MF)
멜라민-포름알데히드 수지는 멜라민, 멜라민-메틱, 멜라민이라고도 불립니다. 이 플라스틱은 우레아-포름알데히드 수지의 단점인 방수성이 없다는 것을 보완하지만 가격이 우레아-포름알데히드 수지보다 높습니다. 멜라민-포름알데히드 수지는 우레아-포름알데히드 수지와 같이 무색 투명하고 성형색이 밝고 내열성, 높은 표면 경도, 기계적 특성, 양호한 전기적 특성, 내수성, 내용제성 및 내화학성을 가지고 있기 때문에 식기, 각종 일용품(가구 포함), 산업 제품 분야에서 사용할 수 있습니다.
4. 불포화 폴리에스테르 수지(UF)
불포화 폴리에스테르 수지는 다양한 점도를 가진 밝은 노란색 또는 호박색 투명한 액체입니다. 불포화 폴리에스테르 수지는 강하지 않기 때문에 유리 섬유와 같은 보강재를 첨가하는 경우가 많으며, 이 제품은 일반적으로 유리 섬유로 알려져 있습니다. 불포화 폴리에스테르 수지는 응고되기 전에는 액체이며, 압력 없이 성형할 수 있으며, 심지어 실온에서 응고될 수 있으므로 다양한 가공 방법을 통해 제품으로 가공할 수 있습니다.
5. 에폭시수지(EP)
에폭시 수지는 경화제로 경화된 열경화성 플라스틱입니다. 우수한 접착력, 우수한 전기적 특성 및 우수한 기계적 특성을 가지고 있습니다. 에폭시 수지의 주요 용도는 금속 부식 방지 코팅 및 접착제이며, 종종 인쇄 회로 기판 및 전자 부품의 캡슐화에 사용됩니다.
6. 실리콘수지(SI)
앞서 언급한 수지와 달리 주요 성분이 탄소가 아니라 실리콘이기 때문에 가격이 비쌉니다. 그러나 실리콘 수지는 내열성이 180°C이고 특수 처리 후 500°C를 견딜 수 있습니다. 내한성이 좋고 물리적 특성이 온도에 따라 변하지 않습니다. 내화학성, 내수성 및 내후성이 뛰어난 열경화성 플라스틱입니다. 내열 제품은 전자 산업 부품을 생산하는 재료입니다.
7. 폴리 우레탄
폴리우레탄에는 다양한 종류가 있으며, 가벼운 열가소성 엘라스토머에서 단단한 폼에 이르기까지 모든 것으로 만들 수 있습니다. 폴리우레탄 소프트 폼의 밀도는 0.015~0.15g/cm³입니다. 소프트 폼은 블록으로 형성되어 가구 및 포장재로 쉽게 절단할 수 있습니다. 단단한 폼은 다양한 모양으로 만들 수 있습니다.
가공 특성
일반적으로 사용되는 열경화성 플라스틱에는 페놀 수지, 아미노 수지(멜라민, 요소-포름알데히드), 폴리에스터, 폴리(디프로필렌 프탈레이트) 등이 있습니다. 이들은 주로 압축 성형 , 압출 성형 및 사출 성형에 사용됩니다. 실리콘 및 에폭시 수지와 같은 플라스틱은 주로 전자 부품의 저압 압출 포장 및 주조 성형에 사용됩니다.
수축
수축은 주로 다음과 같은 측면에서 나타납니다.
1. 플라스틱 부품의 선형 크기 수축은 열 팽창 및 수축, 탈형 중 탄성 회복, 플라스틱 변형 등으로 인해 플라스틱 부품이 탈형되고 실온으로 냉각된 후 크기가 수축됩니다. 따라서 캐비티를 설계할 때 보상을 고려해야 합니다.
2. 수축의 방향성 성형 중 분자는 일정한 방향으로 배열되어 플라스틱 부품을 이방성으로 만듭니다. 수축은 크고 강도는 재료 흐름 방향(즉, 평행 방향)을 따라 높은 반면 수축은 작고 강도는 재료 흐름에 수직인 방향(즉, 수직 방향)을 따라 낮습니다. 또한 성형 중 플라스틱 부품의 각 부분의 밀도와 필러 분포가 고르지 않아 수축도 고르지 않습니다. 수축 차이로 인해 플라스틱 부품은 특히 압출 및 사출 성형 중에 휘거나 변형되고 균열이 발생하기 쉽습니다. 따라서 금형을 설계할 때 수축 방향을 고려해야 하며 수축률은 플라스틱 부품의 모양과 재료 흐름 방향에 따라 선택해야 합니다.
3. 후수축 플라스틱 부품이 성형될 때 성형 압력, 전단 응력, 이방성, 불균일한 밀도, 불균일한 필러 분포, 불균일한 금형 온도, 불균일한 경화 및 플라스틱 변형과 같은 요인으로 인해 일련의 응력이 발생합니다. 이러한 요인은 점성 흐름 상태에서 완전히 사라질 수 없으므로 플라스틱 부품이 응력 하에서 성형될 때 잔류 응력이 존재합니다. 탈형 후 잔류 응력은 응력의 균형과 보관 조건의 영향으로 인해 변화하여 플라스틱 부품이 다시 수축되는데 이를 후수축이라고 합니다. 일반적으로 플라스틱 부품은 탈형 후 10시간 이내에 가장 많이 변하고 기본적으로 24시간 후에 고정되지만 최종 안정성에는 30~60일이 걸립니다. 일반적으로 열가소성 플라스틱의 후수축은 열경화성 플라스틱보다 크고 압출 및 사출 성형의 후수축은 압축 성형의 후수축보다 큽니다.
4. 후가공 수축 때때로 플라스틱 부품은 성능 및 공정 요구 사항에 따라 성형 후 열처리를 해야 하며, 이는 플라스틱 부품의 크기에 변화를 일으킬 수도 있습니다. 따라서 고정밀 플라스틱 부품의 금형을 설계할 때는 후수축 및 후가공 수축의 오류를 고려하고 보상해야 합니다.
유동성
플라스틱이 특정 온도와 압력 하에서 캐비티를 채울 수 있는 능력을 유동성이라고 합니다. 이는 금형을 설계할 때 고려해야 하는 중요한 공정 매개변수입니다. 높은 유동성은 과도한 오버플로, 캐비티의 느슨한 충전, 느슨한 플라스틱 부품 구조, 수지 및 필러 축적, 쉬운 금형 고착, 탈형 및 세척의 어려움, 조기 경화를 쉽게 일으킬 수 있습니다. 그러나 유동성이 낮으면 충전이 불충분하고 성형이 어렵고 성형 압력이 높아집니다. 따라서 선택된 플라스틱의 유동성은 플라스틱 부품, 성형 공정 및 성형 조건의 요구 사항과 호환되어야 합니다. 금형을 설계할 때 유동성 성능에 따라 주입 시스템, 이형 표면 및 공급 방향을 고려해야 합니다. 열경화성 플라스틱의 유동성은 일반적으로 라시히 유동성(밀리미터)으로 표현됩니다. 값이 클수록 유동성이 좋습니다. 각 유형의 플라스틱은 일반적으로 다양한 플라스틱 부품 및 성형 공정을 선택하기 위해 세 가지 다른 수준의 유동성으로 나뉩니다. 일반적으로 플라스틱 부품의 면적이 크고, 인서트가 많고, 코어와 인서트가 얇고 약하며, 복잡한 형상의 좁고 깊은 홈과 얇은 벽이 있어 충진에 적합하지 않은 경우 유동성이 더 좋은 플라스틱을 사용해야 합니다. 압출 성형에는 라시그 유동성이 150mm 이상인 플라스틱을 사용해야 하고, 사출 성형에는 라시그 유동성이 200mm 이상인 플라스틱을 사용해야 합니다. 각 플라스틱 배치가 동일한 유동성을 갖도록 하기 위해, 배치 방법을 실제로 사용하여 조정하는 경우가 많습니다. 즉, 동일한 유형이지만 유동성이 다른 플라스틱을 함께 사용하여 각 플라스틱 배치의 유동성이 서로 상쇄되도록 하여 플라스틱 부품의 품질을 보장합니다. 플라스틱의 사출 특성은 플라스틱의 유형에 의해서만 결정되는 것이 아니라 캐비티를 채울 때 다양한 요인의 영향을 받는 경우가 많으며, 이는 플라스틱이 캐비티를 채우는 실제 능력을 변경합니다. 예를 들어, 미세하고 균일한 입자 크기(특히 둥근 입자), 높은 습도, 높은 수분 및 휘발성 물질, 적절한 예열 및 성형 조건, 양호한 금형 표면 마감 및 적절한 금형 구조는 모두 유동성을 개선하는 데 도움이 됩니다. 반대로, 예열 또는 성형 조건이 좋지 않거나, 금형 구조가 좋지 않거나, 유동 저항이 크거나, 보관 기간이 너무 길거나, 보관 기간이 지나거나, 보관 온도가 높으면(특히 아미노 플라스틱의 경우) 캐비티를 채울 때 플라스틱의 실제 유동 성능이 감소하여 충전이 불량해집니다.
비체적 및 압축비
비체적은 플라스틱 1g이 차지하는 부피(cm³/g)입니다. 압축률은 플라스틱 분말과 플라스틱 부품의 부피 또는 비체적의 비율입니다(값은 항상 XNUMX보다 큽니다). 이를 사용하여 금형 적재 챔버의 크기를 결정할 수 있습니다. 값이 크면 적재 챔버 부피가 커야 하며 동시에 플라스틱 분말에 가스가 많고 배출이 어렵고 성형 주기가 길고 생산성이 낮음을 나타냅니다. 비체적이 작으면 그 반대이며 타블렛 압착 및 압착에 유리합니다. 그러나 비체적 값은 플라스틱의 입자 크기와 입자 불균일성으로 인해 오류가 발생하는 경우가 많습니다.
경화 특성
성형 과정에서 열경화성 플라스틱은 가열과 압력 하에서 플라스틱 점성 상태로 변형되고 유동성이 증가하여 캐비티를 채웁니다. 동시에 응축 반응이 발생하고 가교 밀도가 계속 증가하고 유동성이 빠르게 감소하며 용융 재료가 점차 응고됩니다. 금형을 설계할 때는 인서트의 로딩, 로딩 및 언로딩을 용이하게 하고 경화 속도가 빠르고 유동 상태가 짧은 재료에 대해 합리적인 성형 조건 및 작업을 선택하여 조기 경화 또는 경화 부족을 방지하여 플라스틱 부품의 성형 불량을 방지해야 합니다.
경화 속도는 일반적으로 플라스틱 유형, 벽 두께, 플라스틱 부품의 모양 및 금형 온도와 관련이 있습니다. 그러나 다른 요인, 특히 예열 상태의 영향을 받기도 합니다. 플라스틱이 최대 유동성을 발휘하고 경화 속도를 극대화할 수 있는 조건에서 적절한 예열을 유지해야 합니다. 일반적으로 예열 온도가 높고 시간이 길수록(허용 범위 내) 경화 속도가 빨라집니다. 특히 사전 프레스 빌릿의 경화 속도는 고주파 예열에 의해 상당히 가속화됩니다. 또한 경화 속도는 성형 온도가 높고 가압 시간이 길수록 증가합니다. 따라서 예열 또는 성형 조건을 조정하여 경화 속도를 적절하게 제어할 수도 있습니다. 경화 속도는 성형 방법의 요구 사항에도 적합해야 합니다. 예를 들어, 사출 및 압출 성형은 가소화 및 충전 중에 느린 화학 반응과 느린 경화가 필요하며 장기간 유동 상태를 유지해야 하지만 캐비티가 채워지면 고온 및 고압에서 빠르게 경화되어야 합니다.
수분 및 휘발성 물질 함량
다양한 플라스틱은 서로 다른 수준의 수분과 휘발성 물질을 함유하고 있습니다. 수분과 휘발성 물질이 너무 많으면 유동성이 증가하고 재료가 넘치기 쉽고 유지 시간이 길고 수축이 증가하고 잔물결 및 뒤틀림과 같은 결함이 발생하기 쉬워 플라스틱 부품의 기계적 및 전기적 특성에 영향을 미칩니다. 그러나 플라스틱이 너무 건조하면 유동성이 떨어지고 성형이 어려워집니다. 따라서 다양한 플라스틱은 필요에 따라 예열하고 건조해야 합니다. 흡습성이 강한 재료의 경우, 특히 습한 계절에는 예열된 재료조차도 다시 수분을 흡수하지 않도록 해야 합니다.
다양한 플라스틱은 서로 다른 양의 물과 휘발성 물질을 포함하고 있으며, 응축 반응 중에 응축이 발생하기 때문에 이러한 성분은 성형 중에 가스로 전환되어 금형에서 배출되어야 합니다. 일부 가스는 금형을 부식시키고 인체에 자극을 줍니다. 따라서 금형을 설계할 때 다양한 플라스틱의 특성을 이해하고 예열, 금형 크롬 도금, 배기 홈 개방 또는 성형 중 배기 공정 설정과 같은 해당 조치를 취해야 합니다.
사출 성형 공정
열경화성 플라스틱의 사출 성형 공정은 열가소성 플라스틱의 사출 성형 공정과 동일하지만 공정 매개변수는 다릅니다. 일반적인 사출 성형기는 플런저 사출 성형기 또는 스크류 사출 성형기일 수 있습니다. 사출 성형 방법(스크류 사출 성형기를 예로 들어 설명)은 다음과 같습니다. 열경화성 플라스틱을 가소화 배럴에 넣고 가열된 가소화 배럴과 회전 스크류가 원료를 용융 상태로 용융시키고 가소화합니다. 이때 원료에서 물리적 반응이 일어나 회전 스크류에 의해 스크류 헤드로 밀려납니다. 용융된 재료가 사출 용량에 도달하면 스크류가 앞으로 이동하여 더 높은 사출 압력과 사출 속도로 용융된 재료를 사출 성형 금형에 사출합니다. 이때 사출 성형 금형의 용융된 재료는 고압 및 고온 조건에서 동시에 첨가된 경화제와 반응하여 가교 반응을 일으킵니다. 이 화학 반응은 또한 물과 암모니아와 같은 저분자량 물질을 방출합니다. 용융된 재료가 식고 굳으면 사출 성형 금형에서 꺼내어 열경화성 플라스틱의 사출 성형 제품이 됩니다.
관련 사례
일반적으로 플라스틱 재활용은 열가소성 플라스틱을 말합니다. 열경화성 플라스틱은 응고 후 가교 구조를 형성하기 때문에 다시 녹여 재성형할 수 없으므로 재활용이 더 어렵고 실제 재활용 응용 분야가 거의 없습니다. 폴리우레탄 및 기타 플라스틱만 소규모로 상업적으로 재활용됩니다. 열경화성 플라스틱의 양은 전체 플라스틱의 약 15%를 차지하며 이는 절대 숫자가 많기 때문에 재활용이 점점 더 중요하고 시급해지고 있습니다.
일반적으로 사용되는 열경화성 플라스틱의 종류는 많지 않으며, 주로 폴리우레탄(PU), 에폭시 수지(EP), 페놀 수지(PF), 불포화 폴리에스터(UP), 멜라민 수지( UF ) 등이 있습니다. 그중 PU와 PF가 가장 많이 사용되며, 각각 전체 열경화성 플라스틱 사용량의 약 1/3을 차지합니다. 사용 후 열경화성 플라스틱 폐기물은 도시 고형 폐기물에서 매우 적은 양을 차지하며, 주로 산업 및 상업 부문에서 발생합니다.
응용 분야
PU 생산의 절반 이상이 가구, 매트리스, 자동차 내부 부품보다 많이 사용되는 연질 폼에 사용됩니다. 경질 폼은 PU의 두 번째로 큰 용도이며, 주로 건설, 산업용 단열재, 포장 및 운송에 사용됩니다. 반응 사출 성형 및 주조 PU는 주로 자동차 내부 부품에 사용됩니다. 또한 농업, 광산, 스포츠 및 기타 장비에도 사용할 수 있습니다.
PF는 주로 합판, 접착제, 풀, 도료 등의 제조에 사용되며, 성형 수지는 그 중 아주 작은 부분만을 차지합니다.
UP는 주로 온실, 저장 탱크, 자동차 차체와 같은 대형 액세서리에 사용됩니다. EP는 주로 접착제, 코팅 등을 만드는 데 사용됩니다. 또한 성형, 주조, 인쇄 회로 기판 등에도 사용할 수 있습니다. UF 성형 부품은 주로 전기 장비, 식기 및 버튼에 사용됩니다.
열경화성 플라스틱의 재활용 방법에는 물리적 재활용, 화학적 재활용, 에너지 재활용의 세 가지가 있습니다.
주의 사항
1. 사출성형제품용 열경화성 플라스틱은 상대 분자량이 작은 선형구조의 과립 또는 분말이어야 한다.
2. 가소화 후 열경화성 플라스틱의 용융물은 열 안정성과 유동성이 좋아야 하며, 배럴 내에 장시간(10분 이내) 체류 시 유동성이 좋아야 하며, 용융물은 저온에서는 안정하고, 고온에서는 가교 반응이 빠르다.
3. 배럴의 가열 매체는 물이고 사출 성형 금형의 가열 매체는 오일입니다. 일정한 온도 제어를 사용하고 온도 변동 차이는 가능한 한 작아야 합니다.
4. 용융된 플라스틱은 더 높은 사출 압력과 더 빠른 사출 속도로 금형에 주입해야 합니다. 조정 시에는 플라스틱 제품 의 주입 및 성형 품질을 보장하기 위해 가장 낮은 값을 사용해야 합니다 .
5. 나사 머리와 노즐의 구조 설계에 주의하고, 사출 후 잔류물이 남지 않도록 합니다. 노즐은 개방되어 있으며, 조리개는 2~2.5mm이고, 용융 채널은 매끄럽고 깨끗합니다.
6. 사출성형 금형에서 배기 채널의 단면 치수 선택에 주의하십시오. 너무 크거나 너무 작은 단면 치수는 플라스틱 제품의 성형 품질에 어느 정도 영향을 미칩니다.
