폴리플라스틱스는 모노머티리얼*1화에 공헌할 수 있고, 내열 충격성을 비약적으로 높인 DURAFIDE® PPS 1140HS6를 개발했습니다. 본 그레이드는 재료의 설계부터 고민하여 ISO 표기를 PPS 세계 표준의 >PPS-GF40<로 유지 한 채로 내열 충격 성능을 향상하고, 기계적 물성이나 그 외 기본 물성을 >PPS-GF40<소재와 유사하게 유지하고 있습니다. PCR*2시에는, 시장에서 사용되는 그 외 많은 PPS 부품과 분별할 필요없이, 회수 · 리사이클이 가능합니다.
*1 모노머티리얼(mono-material): 일반적으로는 제품을 구성하는 재료가 단일인 것을 가리키지만, 당사는 모노머티리얼화의 목적의 하나로 “리사이클 회수성을 고려해, 단일 수지 · 혹은 범용적인 조성을 갖는 그레이드를 널리 사용함으로써, 분별 회수성을 향상시키는 것도 포함하는 것으로 생각하고 있다. PPS의 경우, PPS GF40%가 사출 성형 용도로 널리 채용되고 있으므로, 본 기사에서는 GF40% 및 내충격 개질제를 사용하지 않는 본 재료는, 일반적인 PPS GF40%와 동등한 조성이며, 모노머티리얼에 포함된다고 정의했다.
*2 Post-consumer recycle(포스트 컨슈머 리사이클)：시장에서 사용이 끝난 제품을 회수해 리사이클.
모노머티리얼화와 내열충격성을 양립하는 새로운 등급
폴리페닐렌설파이드수지(PPS)는 내열성 · 기계강도 · 내구성이 우수하여 고내열 · 고내구성이 필요한 자동차 부품과, 냉온수의 충격이 있는 순환계 부품, SMT*3내열이 필요한 커넥터 등에 많이 채택되는 고기능 수지입니다. 또한 PPS는 유리섬유 등의 무기강화재 및 각종 첨가재와의 친화성이 양호하기 때문에 각 용도에 따라 다양한 성분을 포함한 많은 Grade가 시장에서 사용되고 있습니다. 한편, 지구 환경 문제의 관점으로부터 수지 재료의 리사이클이 매우 중요한 과제가 되고 있고, 그것을 위한 하나의 솔루션으로서 적용 재료의 모노머티리얼화를 진행시키는 움직임은 이미 시작되었습니다. 당사는, 이러한 과제를 해결하는 새로운 등급 DURAFIDE® PPS 1140HS6를 개발했습니다.
*3 Surface Mount Technology （표면실장기술）
내충격 개질제 없는 성능 개선으로 성형 불량 대책도 가능
최근 PPS는 자동차 산업에서, 특히 전동차(xEV) 비율이 증가함에 따라 버스바라고 불리는 부품에 대한 수요가 높아지고 있습니다. 버스바는 xEV에 탑재되는 모터, 파워 컨트롤 유닛, 리튬 이온 배터리 등의 각종 전장 부품에 있어서 고압 대전류가 흐르는 부품이며, 전류가 흐르는 구리 등의 금속부와 이것을 절연 피복하는 수지부로 구성되어 있습니다. 일반적으로는 금속과 수지를 사출 성형으로 일체화 시키는 인서트 성형에 의해 제조됩니다.
버스바 부품으로 대표되는 금속 인서트 부품은, 급격한 온도 변화로 냉열을 반복하면 수지와 금속의 선팽창 차이로 생기는 변형으로 파괴되기 때문에(그림 1), 내열 충격성(내냉열 충격성) 이 요구됩니다.
그림1 내 히트쇼크 메커니즘 이미지
PPS는 내 히트쇼크 성이 뛰어난 엔지니어링 플라스틱이지만, xEV 부품은 인서트 부품의 형상이 복잡하여 히트 쇼크에 의해 크랙이 쉽게 발생할 수 있습니다. 특히 고압 대전류를 다루는 xEV의 기간 부품 파괴는 절연 불량으로 직결되는 매우 중요한 과제였습니다. 일반적으로는 PPS에 내 충격 개선제를 첨가하는 방법이 사용되지만, 재료 강도가 손상되거나 성형 시 가스나 몰드 디파짓이 발생하기 쉬워지는 등의 단점이 있습니다. 또한, 내충격 개질제를 첨가한 재료는 머티리얼 리사이클 *4 의 트렌드에도 부합하지 않습니다.
*4 머티리얼 리사이클 (메카니컬 리사이클 Mechanical Recycling) : 사용이 끝난 제품을 성질을 바꾸지 않고 재이용하는 것. 예로서 금속이나 폐플라스틱을 녹여 새로운 제품으로 재가공하는 것 등이 있다.
새로운 등급 DURAFIDE® PPS 1140HS6의 특징
본 그레이드는 PPS 표준의 GF40% 재료이면서 내열 충격성이 뛰어나 PCR시에 다른 많은 PPS 부품과 분별하지 않고 회수가 가능합니다. 주로 성형시의 잔류 변형의 저감이나 선팽창의 균질화에 의한 내부 변형의 저감에 의해 내 히트 쇼크 성능을 담보하는 재료 설계를 당사에서 처음으로 채용해, 내 히트 쇼크 성능의 향상과 기계적 물성, 그 외의 기본 특성의 유지를 실현하고 있습니다 (그림 2, 표1).
그림2 DURAFIDE® PPS 1140HS6 및 현행 GF40% 등급의 내열 충격성
표1 DURAFIDE® PPS 1140HS6와 타 등급의 물성 일람
또한 사출 성형 시 표준재료 이상의 유동성을 발현하여 얇은 제품이나 대형 제품의 성형에 적합합니다.
이와 같이 이번에 개발한 DURAFIDE® 1140HS6는 xEV 주변 부품뿐만 아니라 금속 인서트 부품의 절연 재료 전반에서, 성능 및 환경의 관점에서 적합한 차세대 PPS 수지가 될 것으로 기대됩니다.
당사에서는, 본재료에 머무르지 않고 향후 환경 요구를 충족시키는 고기능성 재료의 개발을 목표로 하고 있습니다.