아크릴 수지는 투명성이 높고 내충격성이 뛰어나 투명 커버나 렌즈에도 사용되고 있습니다. 이 기사에서는 아크릴 수지 중에서도 잘 알려져 있는 PMMA(폴로메타크릴산메틸)에 대해 특징이나 용도 등에 대해 설명합니다.
우선, 아크릴 수지에 대해서 간단히 설명합니다.
목차
아크릴 수지란?
아크릴 수지(acrylic resin)는 합성 수지의 일종으로 아크릴산 에스테르 또는 메타크릴산 에스테르의 중합체입니다. 1934년에 전투기의 캐노피에 사용할 목적으로 개발되었습니다. 유리처럼 높은 투명성과 유리를 웃도는 내구성, 내충격성을 가지며 더욱 가벼운 것이 특징입니다. 공업적으로 뛰어난 성질을 가지는 엔프라(엔지니어링 플라스틱) 의 일종이기도 합니다.
아크릴 수지에는 여러 종류가 있으며, 각각 다른 특징을 가지고 있지만, 이 기사에서는 캐노피에도 사용되는 PMMA에 대해 주로 소개해 갑니다.
아크릴 수지의 종류
아크릴 수지로 특히 잘 알려진 것은 PMMA이지만, 그 외에도 몇 가지 종류가 있습니다. 아래 작성된 종류가 아크릴 수지의 대표가 되겠습니다.
폴리메타크릴산메틸(PMMA)
유기성 유리라고도 불리며 캐노피 (바람막이)나 수조, 렌즈 등에도 사용되는 투명성이 높은 수지 소재입니다. 이 기사에서 주로 소개하는 재료입니다. 내후성, 내충격성도 우수합니다.
폴리아크릴산 에스테르 (PAA)
도료나 접착제에 사용되는 아크릴 수지입니다. 유연성과 접착성이 우수합니다. 가공물과의 조합에 의해, 용제 융해성이 되거나 수용성이 되는 등, 다양한 성질을 만들 수 있습니다.
폴리아크릴니트릴(PAN)
합성 섬유나 필름에 사용되는 강력하고 내약품성이 뛰어난 수지입니다. 섬유로는 모직 같은 감촉을 가지고 스웨터와 속옷 등에 사용됩니다. 필름으로서는 가스 배리어성이 뛰어나 식품 포장용의 필름 등에 사용됩니다.
폴리아크릴산나트륨(PANa)
흡수성이 있는 수지로, 분말 상태로서 흡수 폴리머로서 이용됩니다. 종이 기저귀와 위생 용품 등이 잘 알려진 용도입니다.
폴리아크릴아미드(PAAm)
폴리아크릴산나트륨과 같은 아크릴계 폴리머로, 수용성으로 흡수성이나 흡착성이 높은 수지입니다. 고분자 응집제로서 폐수 처리에 사용됩니다.
아크릴 수지·폴리메타크릴산메틸(PMMA)의 특징
아크릴 수지는 투명성, 내후성, 가공성, 내충격성 등 다양한 특성을 가지고 있습니다.
여기에서는 폴리메타크릴산메틸(PMMA)의 물성이나 장점, 단점 등에 대해서 해설해 갑니다.
PMMA의 상품성
아크릴의 상품성은 대체로 다음 표와 같습니다. 그러나 메이커에 따라 다소 차이가 있기에 실제로 설계하거나 사용할 때는 메이커 카탈로그에 의한 확인이 필요합니다.
| 비중 | 1.19 |
| 경도 (록웰) | M85-100 |
| 인장 강도 | 196Mpa |
| 인장 항복 응력 | 65-77Mpa |
| 파단 변형 | 6% |
| 굽힘 응력 | 98-120Mpa |
「PMMA의 상품성표」
장점
- 높은 투명성
- 내충격성이 뛰어나다
- 내후성이 우수하다
- 방수성이 높다
- 가공성이 풍부하다
- 난연성이 높다
- 유리보다 저렴하다
PMMA는 유리를 대체하는 소재로 개발된 경위도 있어 투명성과 내충격성은 유리를 상회할 정도로 높은 것이 특징입니다. 가격도 유리보다 저렴하기에 건축 자재와 기계의 계기 창 등에서 유리 대신에 사용되고 있습니다. 또한 수지 중 내후성이 뛰어나 자동차 램프 커버와 같은 야외에서 사용에도 적합합니다.
또한 가공성이 풍부한 것도 특징입니다. 다양한 성형 방법에 따라 다양한 형태를 만들 수 있을 뿐만 아니라, 절삭이나 굽힘 등의 2차 가공도 가능합니다.
단점, 단점
- 내열성이 낮다
- 강알칼리나 유기용제에 약하다
- 상처가 생기기 쉽고 투명성이 손상된다
- 자외선에 의해 변색되는 경우가 있다
- 수지 중 비교적 가격이 높다
PMMA는 연속 내열 온도가 60℃~95℃로 내열성이 낮은 것이 단점입니다. 수지로서는 비교적 단단한 소재이지만, 유리 등에 비하면 긁힘에 약한 것도 특징입니다. 투명성이 특징의 소재인 분, 상처에 의해 투명성이 손상되는 것이 눈에 띄거나 기능으로서 치명적으로 되거나 합니다.
아크릴 수지·폴리메타크릴산메틸(PMMA)의 주요 용도
폴리메타크릴산메틸(PMMA)은, 특히 그 투명성을 살린 용도가 많아집니다
유리 대체품
- 선박, 항공기, 자동차 바람막이
- 계기류, 시계, 라이트 등의 커버
- 수조, 컵, 포토 스탠드 등
광학 부품
- 안경, 카메라, 프로젝터 등의 렌즈
- 조명 부품
- 광섬유
전기, 전자 부품
- 액정 화면 도광판
- 전자 기기의 도광 부품, 리모컨의 수광부
- 기판 보호재
PMMA 가공
폴리메타크릴산메틸(PMMA)의 가공에 대해서는, 성형에 있어서의 가공과 2차 가공으로 나누어 소개합니다.
성형
PMMA의 성형에는 다음과 같은 것이 있습니다.
- 사출 성형
- 압출법
- 캐스트 방법
사출성형은 다른 수지와 마찬가지로 뜨겁게 녹인 아크릴 수지를 금형 에 사출하는 방법입니다. 다른 수지에 비해 금형에 붙어 쉽기 때문에 그것을 방지 목적이나 투명성을 살리기 위해서도 금형을 경면 가공하는 경우가 많습니다. 또 수지 중에서는 경도가 높기 때문에 금형이 마모되기 쉽기 때문에 주의가 필요합니다.
압출법과 캐스트법은 모두 판 형상의 아크릴재를 성형하는 방법입니다.
압출법은 가열하여 녹인 아크릴 수지를 압출하여 성형합니다. 판 모양의 소재뿐만 아니라 파이프 등 연속 형상의 소재를 만들 때도 사용되는 방법입니다.
캐스팅 방법은 두 개의 유리판 사이에 PMMA 재료를 주입하여 중합 및 경화시키는 방법입니다.
2차가공
판 또는 블록 형상으로 성형한 PMMA는 2차 가공을 실시하여 사용되는 경우도 많습니다. 아크릴 소재에 행해지는 2차 가공에는 다음과 같은 것이 있습니다.
- 에어 슬립법, 플러그 어시스트법
- 프레스 가공
- 추출 가공
- 열 굽힘 가공
- 절삭 가공
에어 슬립법과 플러그 어시스트법은, 양쪽 모두 가열해 부드럽게 한 판 또는 시트 형상의 아크릴 수지를 형에 밀어서 성형하는 방법입니다. 금형과 수지 사이의 공기를 제거하여 소재를 금형에 밀착시키는 것이 특징입니다.
또한 가열하여 부드럽게 한 판 형상의 아크릴 수지는, 형에 의해 프레스 가공이나 빼기 가공을 실시하는 것도 가능합니다.
열 굽힘 가공은 성형된 아크릴 수지의 소재에 열을 가하여 다양한 형태로 굽히는 방법입니다. 판상의 소재뿐만 아니라 파이프 등의 연속 형상에도 실시할 수 있는 가공입니다.
아크릴 소재는 절삭에 의해 구멍을 뚫거나 절삭하거나 다양한 형상을 깎아내는 것도 가능합니다. 단 절삭한 장소는 하얗게 흐려져 버리기 때문에, 필요가 있으면 표면에 냉연 압연 가공을 실시합니다.
아크릴 수지 유사한 소재
PMMA와 같은 아크릴 수지와 비슷한 소재로 폴리카보네이트(PC) 를 들 수 있습니다. 폴리카보네이트도 아크릴 수지와 마찬가지로 투명성이 높은 수지로 알려진 소재입니다. 그러나 투명성은 아크릴 수지보다 떨어집니다. 한편 내충격성이나 내열성은 폴리카보네이트 쪽이 뛰어납니다. 또 폴리카보네이트 쪽이 난연성이 높고 자기 소화성을 가지고 있습니다.
| 폴리카보네이트 | 아크릴 | |
| 내충격성 | ◎ | ○ |
| 가공성 | ○ | ◎ |
| 난연성 | ◎ | △ |
| 비용 | △ | ◎ |
정리
아크릴 수지는 높은 투명성과 유리를 능가하는 내구성, 내충격성 등의 특징을 가지고 여러 종류가 있습니다.
아크릴 수지의 일종인 폴리메타크릴산메틸(PMMA)은 투명성이 높고, 내충격성이 뛰어난 소재입니다. 유리의 대체품으로서 항공기의 바람막이에 사용되거나 광학 부품으로서 렌즈에 사용되기도 합니다. 또 전자기기의 수광부나 수조, 계기의 창등에도 사용됩니다. 사출 성형이나 압출 성형, 캐스트법 등에 의해 성형되어 프레스 가공이나 열 굽힘 가공, 절삭 가공 등의 2차 가공이 행해지는 경우도 많습니다. 비슷한 소재로 폴리카보네이트를 들 수 있습니다만, 투명성은 PMMA와 같은 아크릴 수지 쪽이 위입니다.
