PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트)란? 기본 특성이나 다른 엔프라와의 차이도 철저 해설

PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트)는 기계적 강도와 내열성, 치수 안정성 등의 특성으로 뛰어난 밸런스를 가진 엔지니어링 플라스틱입니다. 정밀 기기에서 일용품까지 폭넓은 용도로 사용되고 있습니다.

이번 내용에서는, PBT의 기초나 장점·단점에 대해 자세하게 해설합니다. 다른 엔프라와의 비교나 설계에 있어서 중요한 포인트도 정리하고 있으므로, 설계·개발 업무에 유용하게 써 주세요.  

PBT (폴리부틸렌테레프탈레이트)의 정의 

PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트)는 테레프탈산과 1,4-부탄디올을 중축합시켜 제조되는 폴리에스테르계 열가소성 엔지니어링 플라스틱입니다. 같은 폴리에스테르계의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)와 분자구조가 유사하며, 에틸렌글리콜 부분이 1,4-부탄디올로 대체된 구조를 가집니다.

PBT 특유의 뛰어난 성형성과 치수 안정성은 구조의 차이에 의해 창출되고 있습니다. 결정성이 높은 반결정성 폴리머이며, 미착색 상태에서는 유백색의 반투명한 외관을 나타냅니다. 기계적 강도와 내열성, 내약품성이 뛰어나 5대 엔프라(범용 엔지니어링 플라스틱) 중 하나로 꼽히며 공업 용도로 폭넓게 이용되고 있는 재료입니다.

PBT 의 특성 

PBT 의 기계적 특성 

PBT는 높은 인장 강도와 휨 강도를 가지며 강성이 우수합니다. 구체적인 기계적 특성은 다음과 같습니다.

내마모성도 양호하고 표면이 매끄러워 마찰계수가 낮으며 기어나 캠과 같은 슬라이딩 부품에도 사용할 수 있습니다. 또한 유리섬유(GF)를 첨가한 강화 등급은 기계적 강도, 강성, 내충격성이 대폭 향상되어 금속 대체로서도 검토되는 매우 강인한 재료입니다.

PBT 의 물리 및 화학적 특성 

주요 물리·화학적 특성은 아래와 같습니다.

PBT의 융점은 약 220~230℃로 유리 전이 온도를 초과해도 기계 특성을 유지합니다. 내약품성도 특징으로 분자 내에 에스텔결합을 갖기 때문에 강알칼리에는 약하지만 휘발유나 오일,각종 유기용제에 대해서는 높은 내성을 나타냅니다.

PBT의 가장 큰 특징 중 하나가 매우 낮은 흡수율(0.1% 이하)입니다. 습도 환경 아래에서 치수 변화나 물성 저하가 거의 없기에 고정밀 부품의 성능을 장기간에 걸쳐 안정시킬 수 있습니다.

PBT 의 장점 

PBT 의 장점에 대해 설명합니다.

치수 안정성이 높음 

PBT의 가장 큰 장점은 높은 치수 안정성입니다. 흡수율이 PA(나일론) 등 다른 엔플라에 비해 낮아 고습도 환경에 노출되어도 흡습에 의한 팽창이나 기계적 강도 저하가 거의 일어나지 않습니다.

부품간의 클리어런스 관리가 엄격한 커넥터나 정밀한 동작이 요구되는 기어나 스위치 기구에서 우위인 특성입니다. 성형 수축율이 작고 편차가 적어 사출 성형품의 치수 정밀도를 높게 유지할 수 있습니다. 금형 설계가 용이하기에 안정적인 품질로 양산할 수 있습니다.

전기 절연성이 우수하다 

PBT의 전기 절연성은 열가소성 수지 중에서도 톱 클래스입니다. 부피 저항률이 매우 높고 절연 파괴 강도도 우수하며 온도나 주파수 변화에 따른 영향을 덜 받는다는 이점도 있습니다.

고온 환경이나 고주파 영역에서도 안정적인 절연 성능을 유지할 수 있기 에 자동차 엔진룸 내 센서나 고전압 커넥터 등 가혹한 환경에서 사용되는 전기·전자 부품의 절연 재료에 적합합니다. 내트래킹성(표면의 절연 열화가 잘 일어나지 않음)이 뛰어난 등급도 있어 안전성 요구가 높은 부품 설계에도 효과적입니다.

고속 성형이 가능 

결정화 속도가 빠르다는 특성을 갖는 PBT는 사출 성형에 있어서 금형 내에서 용융된 수지가 신속하게 고화되기 때문에 냉각 시간을 단축할 수 있고 고속으로 성형 가능합니다. 대량 생산되는 커넥터나 스위치등의 소형 부품에서는, 생산 코스트의 삭감에도 기여합니다.

또한 용융시 유동성이 양호하여 얇은 제품이나 복잡한 형상의 부품으로도 구석구석 수지가 골고루 공급되어 충진 불량 등의 성형 불량을 방지합니다. 성형 가공성이 좋은 것이 설계의 자유도를 높여 주는 것입니다.

PBT 의 단점 

다음으로 PBT 의 단점도 살펴 보겠습니다. 

가수분해에 주의 

PBT의 화학 구조에는 에스테르 결합이 포함되어 있습니다. 에스테르 결합은, 수분의 존재하에서 고온에 노출되면 분해되어 버리는 「가수분해」로 연결됩니다.

성형 가공 시 펠릿에 미량이라도 수분이 남아 있으면 가열 실린더 내에서 가수분해가 일어나 기계적 강도가 열화될 수 있습니다. 성형 전 예비 건조는 잊지 않도록 합시다.

제품 사용 시에도 60℃를 넘는 뜨거운 물이나 증기가 상시 걸리는 환경에서는 서서히 열화가 진행되기 때문에 주의가 필요합니다.

내후성이 낮음 

자외선(UV)에 대한 내성이 낮은 PBT는 장기간 야외에서 태양광에 노출되면 표면의 광택이 상실돼 변색이나 초킹(표면이 가루 형태가 되는 현상)이 발생합니다. 열화가 진행되면 균열이 생겨 기계적 강도의 저하로 이어질 수 있습니다.

실외에서 사용되는 자동차 외장 부품이나 전기 설비 케이스 등에 PBT를 선정할 경우에는 반드시 UV 흡수제나 광안정제를 첨가한 ‘내후 등급’을 사용합시다. 부품 표면을 도장이나 코팅으로 보호하는 설계도 효과적입니다.

난연 등급은 가격이 높음 

PBT 자체는 가연성이지만 난연제를 첨가한 등급이라면 전기·전자 부품 등에 요구되는 난연성을 충족시킵니다. 그러나 난연제를 첨가한 등급은 비첨가 표준 등급에 비해 비용이 비싸지기 쉽습니다. 최근에는 환경을 고려한 보다 비용이 높은 할로겐 프리 난연제의 사용이 증가하고 있어 재료 가격을 더욱 끌어올리는 요인이 되고 있습니다.

비용을 의식한 재료 선정을 하기 위해서는 정말 난연성이 필요한 용도로만 난연 등급을 지정합시다.

PBT 와 다른 인프라 ( PET 등)와의 차이 

여기에서는 PBT와 다른 엔프라와의 차이점에 대해 정리합니다.

PET (폴리에틸렌테레프탈레이트)와의 차이 

같은 폴리에스테르계로 특성도 비슷한 PBT와 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)의 큰 차이는 성형성입니다.

PBT는 PET에 비해 결정화 속도가 빠르고 유동성도 높아 생산성이 뛰어납니다. 한편, PET는 PBT보다 강성이나 강도, 내열성이 약간 높고, 가스 배리어성에서도 우위입니다.

정밀한 형상의 전기 부품등을 대량 생산하는 경우는 PBT, 강도나 내열성이 보다 요구되는 기계 부품등에서는 PET와 같이, 생산성과 요구 성능의 밸런스로 양자는 나누어 사용됩니다.

PA (나일론)와의 차이 

PBT와 PA(나일론)의 결정적인 차이는 「흡수성」입니다. PA는 흡수하기 쉽고 습도에 따라 치수와 기계적 강도가 크게 변화하는 반면 PBT는 흡수성이 극히 낮아 치수 안정성이 뛰어납니다. 고정밀 클리어런스가 요구되는 부품이나 다습 환경에서 성능을 유지하고 싶은 용도에서는 PBT가 압도적으로 유리합니다.

기계적 특성에서는 PA가 유연하고 끈기가 있으며 내충격성이 뛰어납니다. 슬라이딩 특성도 PA 쪽이 양호한 경우가 많습니다. 충격이 가는 부분에는 PA, 치수 정밀도가 생명인 부분에는 PBT로 구분하여 사용하는 것이 좋습니다.

POM (폴리아세탈)과의 차이 

PBT와 POM(폴리아세탈)은 치수 안정성과 슬라이딩 특성이 우수하기 때문에 기어나 캠 등의 기계 부품으로 경합합니다.

가장 큰 차이는 「슬라이드 특성」과 「내열성」입니다. POM은 자기 윤활성이 매우 높고, 내마모성 및 내피로성이 우수하기 때문에 반복 하중이 가해지는 슬라이딩 부품의 재료로는 첫 번째 후보입니다. 한편, PBT는 POM보다 연속 사용 온도가 20~30℃ 높아 고온 환경에서의 강성 유지에 뛰어납니다. 「미끄러움 우선」이라면 POM, 「내열성과 치수 정밀도 중시」라면 PBT라고 하는 구분이 설계의 이론입니다.

PC (폴리카보네이트)와의 차이 

PBT와 PC(폴리카보네이트)의 차이는 「내충격성」과 「내약품성」입니다. PC는 엔지니어링 플라스틱 중 최고의 내충격성을 자랑합니다. 투명하다는 큰 특징도 있습니다. 한편, PBT는 불투명하고, 내충격성은 PC에 미치지 않습니다.

한편, PC는 알칼리나 유기 용제로 쉽게 열화하는 약점이 있습니다. PBT는 내유성·내약품성이 뛰어나 휘발유나 오일에 닿는 자동차 부품 등에서는 PBT가 유리합니다. 투명, 고충격 용도는 PC, 내약품, 치수 용도는 PBT라는 구분이 기본입니다.

PBT 의 용도와 활용 업계 

뛰어난 특성을 가진 PBT는 폭넓은 업계에서 사용되고 있습니다. 대표적인 용도는 다음과 같습니다.

PBT 의 가공 종류 와 설계 포인트

PBT 를 제품에 활용하기 위해 알아두고 싶은 설계시의 포인트를 해설합니다. 

・사출 성형
〇 가수분해에 의한 물성 저하를 방지하기 위해 성형 전 예비 건조 필수
〇 패임이나 휨을 억제하고 치수 안정성을 높이려면 60~100℃의 금형 온도 관리가 중요합니다
〇 유동성이 좋아 버가 나오기 쉽고 금형 설계 및 조건 최적화 필요

・압출 성형
〇 둥근 봉이나 판재, 전선 피복 등의 연속된 형상 생산에 사용
〇 결정화가 빠르기에 다이에서 나온 냉각 속도를 적절히 제어하여 내부 변형의 발생을 막는 것이 중요
〇 균질한 제품을 얻기 위해서는 안정적인 온도 관리가 불가결

・2차 가공(접착, 도장)
〇 결정성 수지로 표면 에너지가 낮기 때문에 접착제나 도료가 쉽게 밀착되지 않음
〇 프라이머 도포 및 코로나 방전 처리, 선 블라스트와 같은 표면 개질의 전처리가 필수 

설계 및 조달을 위한 체크포인트 

PBT를 재료로 선정하고 제품 설계에서 조달로 진행할 때는 다음 사항을 체크합시다.

・요구 성능의 명확화
〇사용온도, 습도, 자외선 노출, 필요한 기계적 강도, 전기 특성, 난연 규격 등을 리스트업
〇최적의 등급(비강화, GF강화, 난연 등) 선정
・성형 가공성 고려
〇제품의 두께나 형상이 PBT의 유동성이나 수축 특성에 적합한지 검토
〇 GF 강화 그레이드에서는 웰드 라인의 강도 저하나 휨을 고려한 설계가 중요
・공급업체와의 연계
〇시작부터 양산까지의 안정적 공급이 가능한지를 체크
〇 희망하는 등급의 재고 및 납기, 비용을 확인
〇신뢰할 수 있는 서플라이어의 선정이 품질과 납기의 안정화로 이어짐 

정리 

이번 내용에서는 대표적인 엔지니어링 플라스틱인 PBT에 대해 기본적인 특성부터 다른 재료와의 비교, 설계 및 가공상의 중요한 포인트까지 해설하였습니다. PBT의 우수한 특성을 활용하려면 장점이나 단점을 이해한 후 선정해야 합니다. 소개한 내용을 참고하여 PBT의 특성을 이해하고, 고품질의 신뢰성 있는 제품 설계·개발로 연결합시다.