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조회 수 : 11923
2011.08.08 (15:24:31)

1.  

액정 플라스틱은 용융 상태에서도 결정 상태를 유지하고 성형하여 지는 플라스틱으로 통상 LCP (Liquid Crystal Polymer) 불려지는 고열 고기능 슈퍼 엔지니어링 플라스틱의 하나이다 대부분은 방향족 폴리에스터 이다. 1976년에Eastman Kodak사의 W.J Jackson PET 내열성을 향상 시키기 위하여 p-hydroxy 안식향산 (PHB)으로 변성시킨 액정 폴리에스터 (나중에 X-7으로 명명) 발표  것이 최초의 액정 폴리머 이다. 1984년에는 미국의 Dartco ( Amoco) XYDAR이라는 상표로 액정 폴리머를 시장에 내어 놓았다현재는 Poly Plastics Vectra, DuPont Zenite 많은 회사들이 저마다의 액정 폴리머를 양산하고 있으며가격은 아직 고가이지만 우수한 물성과 성형성으로 많은 분야에서 용도를 넓혀가고 있다.

2.  

시판되는 액정 폴리머는 대부분 폴리에스터 계이다예를들어, Eastman Kodak  X-7G PHB Acetyl화물과 PET 공중합에 의하여 PHB-PET 공중합 Polyester 만들어 진다. PHB 함량이 60-70 mol%에서 강도와 탄성율이 높은 액정 폴리머가 얻어지게 된다시판되는 액정 폴리머는 열변형 온도에 따라 다음의 3종으로 분류된다.

 : HDT 250-350

II  : HDT 180-240

III  : HDT 60-210

PHB 단독 중합체는 450 이상의 고온이 아니면 성형되지 않기 때문에통상 공중합 혹은 Methylene 등의 유연한 분자고리의 도입방향 고리에 입체 장애등의  치환기의 도입비직선 분자의 도입 등의 방법에 의하여 분자 고리의 불규칙화와 분자간 결합력을 저하시켜 융점을 낮추는 방법을 사용한다.

<액정성 Aromatic Polyester > 일경News, 1989

기본 Monomer

성분

 

HBA + HQ

-

Fully-Aromatic, Tm >600

HBA + HQ

NDC

Celanese, Tm=310

HBA + HQ

IPA

Dartco, Kolon, Tm=315

TPA + HQ

Φ-HQ

Eastmann Kodak, Tm=320

. HBA(HydroxyBenzoicAcid) . Φ-HQ(PhenylHydroQuinone). NDC(NaphthaleneDiCarboxylic acid) . HQ(HydroQuinone)

3.  

LCP 용융 상태에서도 결정을 가지고 흐르기 때문에강직한 방향족 고리분자가 유동 방향으로 배향을 하게 되며이에따라 다른 일반 폴리머와 좀더 특이한 성질을 갖게 된다.

• 강직한 분자고리의 배향에 따라 자기 강화 효과 발생하여 높은 기계적 강도를 보임.

• 선팽창율이 낮다. 1X10-5/ 흐름 방향의 선팽창율이 직각 방향보다 낮다.

• 1% 이하의 낮은 성형 수축율 보이며 흐름 방향에서 특히 낮다.

• 저온에서 고온에 까지 높은 충격강도를 보인다.

• 내열성 우수하다.

• 전기 절연성이 우수한다.

• 대부분의 산과 알칼리용제에 비교적 안정하다.

• 용융점도가 낮아 성형이 용이하며 얇은 두께의 성형이 능하다.

• 흡수율이 통상의 엔지니어링 플라스틱 보다 낮다.

• Gas barrier 우수하다.

특히 우수한 내열성과 용융점도가 낮은 것은 실제 적용에 있어서 유리한 점이 많아 LCP 특성을 최대한 발휘하는 중요특성이 된다.. 그러나 한편으로는강직 분자의 배열에 따른 이방성에 의하여 흐름 방향의 물성은 높은 반면 직각 방향의물성은 떨어져 웰드 강도가 떨어 .

 

 

ASTM

Type I

Type II

Type III

비강화

GF강화

비강화

GF강화

비강화

GF강화

Grade

SRT300

RC-210

A950

A130

LC3000

LC3000G

Maker)

Amoco

Amoco

PolyPlastics

PolyPlastics

Unitica

Unitica

 

-

D792

1.35

1.60

1.40

1.62

1.40

1.62

흡수율(24hrs)

%

D570

-

<0.1

0.08

0.05

0.1

0.1

인장 강도

kg/cm2

D638

1100

1400

2100

2150

1200

1350

파단 신율

%

D638

1.3

1.7

3.0

2.2

5.0

3.8

굴곡 강도

kg/cm2

D790

1400

1600

1550

2550

1400

1750

굴곡 탄성율

kg/cm2

D790

124,000

136,000

90,000

150,000

95,000

100,000

아이조드 충격강도

kg.cm/cm

D256

16.6

10.7

44

14

40

8

 

Rockwell R

D785

-

R77

R66

R84

R70

R100

HDT at 18.6kg/cm2

deg.C

D648

347

346

190

240

64

80

선팽창 계수

X10-5/C

D696

0.0093

1.16

-

-

0.1

1.0

난연성

UL 94

V0/1.6

V0/0.8

V-0/0.8

V0/0.8

V-0

V0

산소지수

%

D2863

42

46

35

26

-

-

체적 고유 저항

Ohm-cm

D257

1

11X1015.

6X1016

3X1016

 Arc

sec

-

186

188

137

137

4. 성형 가공

LCP 일반 폴리머와 다른 점은용융 상태에서도 결정상을 형성하며 성형 과정에서 분자가 고도로 배향하고 있는 것이커다란 특징이다또한액정 폴리머는 강직한 메소겐 기로 인해 형성  분자 고리는 늘어나기가 힘들어 entanglement 수가 적어지고용융 점도가 낮아지므로 성형 가공하기가 매우 용이하다.

4-1. 압출 성형

일반 엔지니어링 폴리머와 같이 섬유필름시트파이프 등으로 압출성형이 가능하다용융 점도가 낮아 낮은 압출압력에서 성형   있으며강직한 분자 구조에 의하여 다이의 좁은 간격으로부터 나온 용융 폴리머는 오랜 시간의 완화 시간을 가지고분자 배향하여 고화되므로 Die-swell 현상은 거의 일어나지 않는다그러나배향성에 의하여 얇은 두께의 제품의 경우 갈라지는 현상이 발생하기도 하고두꺼운 제품에서는 얇은 스킨층 비율 때문에 충분한 강도가 얻어지지않는 경우가 있다.

4-2. 사출 성형

LCP 사출은 일반 열가소성 플라스틱과 기본적으로 동일 하지만, I형에서는 360-420라는 높은 실린더 온도가 설정될 있는 성형기가 필요되어 진다용융점도가 낮기 때문에 일반적으로 낮은 사출 압력에서 성형될  있는 특징이 있다.그러나 점도의 전단속도와 온도의 의존성이 크므로 주의가 요망된다또한 사출 성형품은 고도로 분자 배향한 스킨(skin)대부분 배향이 없는 코아(core)양자의 사이에 있는 중간층  중간층과 코아층사이의 전이층이 존재하여 5-7 (때로는 9)으로 이루어져 있다.

LCP 사출품은 기계적 성질의 이방성이 크므로통상 비강화로 사용하지는 않으며 유리섬유나 탄소섬유등을 충진하여 분자 배향을 적게 하여 사용하고 있다또한유동성이 좋으나 고화속도가 빨라 바리가 적으며 성형 사이클도 매우 빠른 특징이 있다금형 설계에 관해서는이방성이  것과웰드 강도가 약한  스프루런너부위는 표면적을 최소화 하여수지의 온도 저하를 방지할 것등이 고려 되어져야  사항이다.

기계적성질의 이방성을 해소하는 방법으로는에폭시 수지와의 IPN맨드렐과 다이를 역방향으로 회전 시켜 분자 배향을 교차 시키는 회전 다이법다이 런너부에서 필름  방향으로 자장을 걸어 자장 배향 다이 필름 상형법공압출용FLOAT DIE 2층을 일정 각도에서 교차시키는 배향방향 다층 필름법사출 성형 금형 내에서 수지를 왕복 시키는 방법등이 고안되어 일부 실용화 되고 있다.

5.  

LCP 기계적 강도 특성내열성정밀 성형성난연성이 필요한 부품으로서결정성을 이용한 고배향시킨 고강도고탄성율 섬유로서도 용도 개발이 되고 있어 수요가 급신장하고 있다.

산업 분야

 

사용 이유

사출 성형

압충 성형

전기 전자 관련

Connector, IC Socket, Coil bobbin, PCB, Relay부품전자부품 봉지재, Speaker-cone, CD pick-up 부품

고유동성낮은 성형 수축율낮은 선팽창율내열성자기소화성전기절영성고탄성율

Optical fiber 관련

Optical fiber 피복재, Coupler

고강도고탄성율저열팽창성자기소화성

공업재료

화학장치류

화학장치 부품, Pump, Valve부품충진탑의 충진물

내약품성고온에서의기계적 성질 유지

자동차 관련

Engine room 부품연료관련부품트랜스 미숀머플러

고강도내약품성내열열화성

 

Pipe, Film, Sheet, 복합 film

기계적 강도

정밀 부품

각종 정밀 기계부품, OA, FA기기 부품

저선팽창율저성형 수축율내마모성내열성

 

전자 렌지용 Tray, 엔플라의성형성 개량제

고탄성사고강력사

내열성내충격성고유동성

상기 용도중 speaker-cone 경량화에 의하여 출력 레벨이 향상되어높은 비탄성율에 따른 진동영역의 확대주파수 특성의 평단화 등으로 종래 제품 보다 음향 효과가 개선되고 있다또한 엔프라의 성형성 개량재는 용융점도가 높은 엔지니어링 플라스틱의 고분자 합금에 의하여 용융점도를 낮추어 성형성을 개량시키고 있다. LCP 사용한 Polymer alloy 고가의 LCP 가격을 낮추는 방법으로 사용되는 한편범용 플라스틱의 측면에서 보면, LCP 사용에 의하여 성능을 향상 시키는 목적을 갖고 있다이러한 고분자 합금에 의하여 성형 가공성을 개량 시키고기계적 성질을 끌어 올리며치수 안정성을 개선, Die=swell 감소  기계적 성질 이방성을 해소 시키는 등의 향상을 보고 있다.

Liquid_crystal_polymer_Ticona_Vectra_LCP_resins_LCP_pellets_LCP_granules_VECTRA_A130_E130I_A230.jpg


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