헷갈리지 말자! 내열성과 난연성

헷갈리지 말자! 내열성과 난연성

가끔 고객사와 업무미팅을 하다 보면 플라스틱 수지의 ‘내열성’과 ‘난연성’을 혼돈하는 경우가 있다.

내열성을 난연성과 같은것으로 생각하거나, 내열성이 좋으면 불에 타지 않는것으로 생각하거나, 난연수지는 당연히

내열성도 높을거라 생각하는 경우가 많은데… 내열성과 난연등급은 전혀 무관하다.

의외로 많은 분들이 헷갈려 하는 경우를 자주 보게 되어, 이번에는 내열성과 난연성의 개념과 차이점에 관해 알아보기로

한다.

플라스틱의 내열성에는 물리적 내열성과 화학적 내열성이 있다.

물리적 내열성이 좋다는 것은 고온에 있어서 물리적 변화를 일으키지 않는다는 것을 의미하고 일반적으로 열변형 온도나 연화온도 및 Tg(유리전이 온도) 등이 척도로서 사용된다. 즉 일정 온도조건에서 플라스틱물체가 열에 의한 변형이 있겠느냐 하는 것이다.

한편 화학적 내열성이 좋다는 것은 고온에 있어서 산화된다든지 열 분해하지 않는 것을 의미한다.

여기서는 물리적 내열성을 얘기하겠다.

사용 부품의 재료를 플라스틱 수지로 선택할 때는 사용조건에 적합한 열변형 온도를 갖는 수지를 고려할 필요가 있다. 예를 들어 간판의 내부온도는 일반적으로 60~70°C 정도로 보는 견해가 많다. 이에 사용되는 플라스틱 수지의 열변형 온도는 최소 80°C 이상의 것이 권장된다. 이 보다 열변형 온도가 낮은 수지로 부품을 만들게 되면 설치 후 일정 온도조건에서 부품이 일그러지는 등의 변형이 발생할 수 있다.

▷ 산업계에서 대표적으로 많이 사용하는 수지의 열변형 온도를 살펴보자 (시험방법 ASTM D648)

▷ 아래는 ABS와 PC의 열변형 온도에 따른 차이를 직관적으로 이해할 수 있는 사진이다.

     같은 모양의 제품을 각각 ABS와 PC로 성형하여 챔버의 온도를 120도로 셋팅하여 1시간 방치후에 관찰하였다. (참고로 시편

     의  두께가 두꺼워 높은 온도로 셋팅하였다)

     ABS는 제품표면이 뿌해지고 형태가 일그러지면서 길이가 짧아지는 등 많은 변형을 보이고 PC는 변형을 보이지 않는다.

그럼 우리가 사용할 부품의 열변형 온도를 예측하기 위해 수지 메이커가 제공하는 데이터를 그대로 적용하면 될까?

열변형 온도를 테스트하기 위한 조건을 이해하면 내가 사용하고자 하는 제품의 열적 성능을 추정하는데 도움이 된다.

열변형 온도의 시험방법은 DASTM D648의 기준에 의한다. 일정 두께의 시편 중앙에 하중을 가한 후 온도를 상승시켜 일정한 변형량에 도달하였을 때의 온도를 구한다. 때문에, 사용하고자 하는 부품이 시편보다 두꺼우면 실제 열변형 온도는 데이터보다 높아질 것이고 얇으면 낮아질 것이다. 또한 사용시 부품에 하중이 걸리지 않는다면 실제 열변형은 데이터보다 좀 더 높은 온도에서 일어난다.

시험시의 시편의 두께와 하중값은 수지 메이커가 제공하는 물성 시트에 열변형 온도값과 함께 명기되어있다.

난연성은 불에 잘 타지않는 것을 말한다. 물질이 연소하는 성질을 분류하면 가연성, 이연성, 난연성, 불연성 등이 된다.

가연성은 불에 잘 탈 수 있거나 타기 쉬운 성질을 말하는 것이고, 불연성은 불에 타지 않는 성질은 말한다.

난연성은 가연성과 불연성의 중간이며, 연소하기 어려운 재료의 성질을 말한다. 즉 불꽃속에서는 타지만, 불꽃 밖에서는 힘들게 타며 대개는 저절로 꺼지는 성질이다.

난연성 제품에는 화재의 확대를 늦추거나 또는 멈추게하도록 방염제 등으로 기술처리를 하였다.

난연제품이라 해서 다 같은 난연도를 가지는 것은 아니다.  난연 등급은 UL94에 의해 HB, V-0, V-1, V-2, 5V로 분류되나 시장에서는 V-0, V-1, V-2를 난연성으로 본다.

HB는 시료에 불을 붙였을 때 1분동안 타들어간 길이가 기준이하일 때의 등급이다. 일반적으로 난연성이 있다고 보지 않으며 대부분의 플라스틱의 경우 이 수준을 만족시키고 있다.

난연성이 우수한 등급순서는 V-0 -> V-1 -> V2 순이다.

[V-0]의 시험기준을 설명한다면, 시편을 10초간 버너로 불을 붙인후 버너를 제거하고 시편에 붙은 불이 꺼지기까지의 시간이

1초를 초과하지 않는 조건이다.

[V-1]과[V-2]의 시험기준은 V-0와 동일조건에서 버너를 제거하고 시편에 붙은 불이 타는 시간이 30초 이내여야 한다.

V-1과 V-2는 세부사항에서 차이가 있지만 설명은 생략한다.

▷ 아래는 HB와 V-0 시편을 간이 테스트 해본 사진이다.

       라이터로 불을 붙이면 불꽃을 내며 탄다.

       라이터를 제거해도 계속 불이 타는 것을 확인할 수 있다.

 

       라이터로 불을 붙이면 불꽃을 내며 타다가

       라이터를 제거하면 곧 불이 꺼지는 것을 확인할 수 있다.

플라스틱에 사용되는 난연제의 종류는 수십여종이다.

RoHS (전기전자제품 유해물질 사용제한지침)에서 규제하는 6대 원소중 브롬계 난연제가 포함되어 있다.

할로겐화 난연제와 브롬계 난연제가 가격이 저렴하고 난연효과가 우수하나 서유럽쪽에서는 환경호르몬 의심물질로 규제하고 있으니 유럽 수출기업은 참고하기 바란다.

이상과 같이 ‘내열성’는 고온에서(화염이 아님) 물체의 변형이 있는지의 문제이고 ‘난연성’은 불에 잘 타지 않는지의 문제이다.