첨단 기술 산업의 엔지니어들이 금속을 제거하여 무게를 줄이는 동시에 부품의 수명을 연장해야 하는 이중 과제에 직면하면서 고강도 플라스틱의 사용량이 증가하고 있습니다.
항공우주 및 우주선 장비 분야는 가벼운 무게와 탁월한 신뢰성이 중요하기 때문에 특히 면밀한 검토를 받고 있습니다. 장비 고장으로 인한 생산 중단으로 막대한 비용이 발생하는 화학 공정 및 석유 및 가스 산업에서 고강도 플라스틱은 금속에 비해 가벼운 무게와 부식성이 심한 작동 환경에 대한 내성이라는 주요 이점을 제공할 수 있습니다. 또한 결합 부품에 가해지는 물리적 하중을 줄여 마찰 마모를 줄이고 윤활 처리된 금속의 성능을 뛰어넘는 기능 수명을 연장할 수 있습니다.
용융 가공 가능한 폴리머 중 가장 높은 중량 대비 강도를 가진 Torlon PAI
사출 성형 및 압출로 용융 가공할 수 있는 강하고 가벼운 열가소성 폴리머 중에서도 비충진 또는 “깔끔한” Torlon PAI는 중량 대비 강도가 가장 높은 최상위 등급입니다. 모든 등급의 주요 장점은 다른 폴리머의 물리적 특성이 급격히 감소하는 고온에서도 강도를 유지할 수 있다는 점입니다. Torlon PAI는 다양한 섬유 강화 및 베어링 및 마모 등급을 통해 비보강 등급에 더 높은 수준의 강도를 제공합니다.
Torlon PAI의 중요한 기계적 특성
다양한 Grades의 Torlon PAI는 강도와 강성을 정의하는 주요 특성에서 이러한 특성을 위해 종종 고려되는 다른 두 가지 폴리머인 PEEK 및 Ultem PEI와 비교하여 탁월합니다 (표 1).
비보강 Torlon 4203의 굴곡 계수는 5,030 MPa(730,000 psi)로, 비보강 PEEK보다 35% 이상 높습니다. 30% 유리 섬유 또는 탄소 섬유로 강화된 Grades에서 Torlon PAI 값은 PEEK 배합보다 13% 이상 높습니다. 다른 30% 유리 섬유 강화 폴리머와 비교했을 때, Torlon 5030 PAI의 굴곡 계수 11,700 MPa(1,300,000 psi)는 9,000 MPa(1,300,000 psi)인 Ultem 2300 PEI의 굴곡 계수를 초과합니다.
압축 강도는 높은 점 하중을 경험하는 애플리케이션에 매우 중요한 특성입니다. 30% 유리 강화 Grades를 비교하면 Torlon 5030의 압축 강도는 GF30 PEEK보다 55% 이상, Ultem 2300보다 19.5% 더 높습니다.
인장 강도는 또 다른 중요한 물리적 특성으로, 다양한 Grades에 걸쳐 Torlon PAI는 PEEK, Ultem PEI 및 PPS보다 우수한 성능을 보여줍니다.
고온에서도 강도를 유지하는 Torlon PAI
극한의 고온에서도 Torlon PAI는 다른 열가소성 플라스틱의 성능을 뛰어넘는 강도와 강성 수준을 유지합니다. 이러한 특성은 고온 환경에서 구조적 무결성을 유지해야 하는 제트 엔진, 로켓 추진 시스템 및 반도체 제조 공정과 관련된 부품에서 특히 중요합니다.
엔지니어링 참고 사항: 유리 전이 온도(Tg) 또는 재료의 연화점은 고성능 열가소성 플라스틱이 극한 온도에서 강도와 강성을 유지하는지를 비교하는 데 유용합니다. Torlon PAI의 Tg는 280º입니다. C (536° F). 이에 비해 PEEK의 Tg는 150º입니다. C, 최고 내열성 PEEK 등급은 Tg가 170º입니다. C. 또 다른 개질 폴리이미드인 Ultem PEI는 Tg가 218º입니다. C로 여전히 Torlon PAI보다 훨씬 낮습니다 (표 1).
크리프 저항, 높은 Tg 및 낮은 CLTE는 Torlon PAI의 치수 안정성에 기여합니다.
Torlon PAI는 특히 매우 높은 온도에서 시간이 지남에 따라 하중에 의한 변형, 즉 크리프에 대한 저항성으로 인정받고 있습니다. 이러한 소재의 특성은 압축 강도 및 Tg와 관련이 있을 수 있는데, 이 두 가지 특성 역시 Torlon PAI의 뛰어난 특성입니다. Torlon PAI의 크리프 저항성은 높은 물리적 하중과 극한의 온도에서 장기간 구조적 강도를 유지해야 하는 응용 분야에 특히 유용합니다.
엔지니어링 노트: 모든 Grades에 걸쳐 낮은 선형 열팽창 계수를 보이는 Torlon PAI는 극한의 작동 온도 변화에 노출되는 애플리케이션에 매우 유용합니다. 극심한 온도 변화를 통과하면서 정밀한 치수를 유지해야 하는 추진 시스템용 극저온 장비의 씰링 및 구조 부품에 특히 중요합니다.
고강도와 베어링 및 내마모성을 갖춘 Torlon PAI
시엔스코(구 솔베이)에서 생산하는 비충진 Torlon PAI는 본질적으로 높은 강도와 결합 부품의 마찰 마모에 대한 저항성을 제공합니다. 또한 일부 Grades에는 마모 수명을 연장하고 기계적 강도를 높이는 첨가제가 포함되어 있습니다.
Syensqo에서 더 이상 제공하지 않는 특정 Grades에 대한 고객 지원을 위해 Drake Plastics는 100% Torlon PAI 수지로 고강도 베어링 및 마모 제형을 합성하여 기계 가공 가능한 스톡 형상 및 사출 성형 부품으로 제공합니다. 이 제품들은 Syensqo의 오리지널 Grades를 기반으로 하며 수지 생산업체와 공동 개발했습니다.
Torlon 4301 PAI 는 내마모성을 향상시키기 위해 흑연과 PTFE를 함유한 고탄성 폴리아미드-이미드 소재입니다. 이 범용 베어링 및 내마모 등급 Torlon PAI는 강도와 내충격성의 균형이 뛰어납니다. 비강화 Torlon 4203보다 10배 더 높은 내마모성을 제공하며 CLTE가 많은 금속에 근접합니다.
Torlon 4275 PAI 는 대부분의 태양광 조건에서 Torlon 4301 PAI보다 마모율이 낮은 흑연 및 PTFE 제형입니다. 특히 높은 PV에서 Torlon 4301에 비해 베어링 및 마모 성능이 뛰어나기 때문에 고속 애플리케이션에 자주 선택됩니다.
이전에 Syensqo에서 Torlon 4435 PAI로 제공했던Drake 4435 PAI는 구조적 강도를 높여주는 흑연 탄소 섬유뿐만 아니라 PTFE를 포함하고 있습니다. 주로 슬라이딩 마모 용도로 지정됩니다. 고탄성 등급은 대부분의 태양광 조건에서 낮은 마모를 나타내며 높은 태양광에서도 매우 우수한 성능을 발휘합니다. 열팽창률(CLTE)도 PAI 마모 등급 중 가장 낮습니다.
이전 Torlon 4630 PAI였던Drake 4630 PAI는 무급유 고출력 태양광 애플리케이션에서 내마모성 면에서 다른 모든 PAI 제품보다 뛰어난 성능을 발휘합니다. 흑연과 PTFE의 독점적인 조합으로 분당 100피트피트(FPM) 이상의 속도에서 가장 낮은 마모를 제공하며 150,000psi-FPM 이상의 PV에서도 우수한 성능을 발휘합니다.
이전에 Torlon 4645 PAI로 제공되었던Drake 4645 PAI는 높은 내마모성에서 4630 등급과 동급이지만 열 방출을 위해 외부 윤활이 필요한 높은 PV 애플리케이션에 특히 적합한 옵션입니다. 독점적인 탄소 섬유 및 PTFE 배합을 통해 Drake’s 4645 PAI는 600,000psi-FPM의 PV에서 우수한 성능을 발휘했습니다.
Torlon PAI의 내화학성 및 내방사선성
첨단 기술 산업의 열가소성 플라스틱 응용 분야는 종종 특성을 저하시킬 수 있는 가혹한 환경에 노출될 수 있습니다. Torlon PAI는 이러한 여러 조건을 견딜 수 있는 능력이 입증되었습니다.
방사선 노출 시 장기적인 신뢰성이 요구되는 우주 기반 위성의 구조 및 베어링, 마모 부품 등에 적용됩니다. 반도체 제조 공정에서 플라즈마 및 화학물질에 노출되는 고강도 부품에도 Torlon PAI Grades가 지정되어 있습니다. Torlon PAI로 제작된 씰, 밸브 시트 및 이와 유사한 베어링과 마모 및 구조 부품도 유정용 석유 및 가스 장비에서 장기적인 신뢰성을 제공합니다.
모든 소재의 경우와 마찬가지로 화학물질 농도, 온도, 하중으로 인한 응력 등 적용 변수는 매우 다양할 수 있습니다. 가이드라인이 있긴 하지만, 실제 사용 조건에서 성능을 검증하기 위해서는 Torlon PAI를 포함한 모든 소재의 적용 사례를 테스트하는 것이 필수적입니다.
Torlon PAI의 애플리케이션
세계적인 PAI 수지 생산업체인 시엔스코의 Torlon PAI 제품군은 다양한 극한 조건에서 장기간 작동해야 하는 다양한 응용 분야를 위한 고유한 특성 프로파일을 제공합니다. 특히 가혹한 환경에서 가벼운 무게와 수명이 중요한 요소인 경우, 이 소재의 초고성능 기능 덕분에 금속을 대체할 수 있는 소재로 사용되고 있습니다. Drake Plastics는 매우 큰 압출 로드 직경, 플레이트 두께 및 심리스 리지드 튜브 OD/ID 조합을 개발하여 가공 부품에서 다양한 Torlon PAI Grades의 적용 범위를 넓혔습니다.
사출 성형 및 가공된 형태의 고강도 고급 폴리머의 주요 응용 분야는 다음과 같습니다:
항공우주 및 우주선 장비
장비 구성품의 환경은 극저온 조건부터 초고온까지 다양하며, 높은 응력과 유압유, 제트 연료, 로켓 추진제 및 기타 부식성 화학물질에 대한 노출이 포함됩니다. Torlon PAI는 베어링, 부싱, 씰 및 패스너를 포함하여 이러한 조건에서 우수한 성능을 발휘하는 수많은 구조 및 베어링 및 마모 애플리케이션을 보유하고 있습니다.
반도체 제조 및 테스트 장비
이 산업의 응용 분야는 Torlon PAI의 치수 안정성, 압축 강도, 공정 화학물질 및 플라즈마에 대한 내성, 고온에서의 강도 유지 등의 이점을 누릴 수 있습니다. 또한 초고성능 폴리머의 다양한 섬유 강화 및 비강화 Grades는 금속 오염의 위험도 제거합니다. 일반적인 응용 분야에는 테스트 소켓, 챔버 프로브, 웨이퍼 취급 도구 및 고정구가 포함됩니다.
석유 및 가스 장비
Torlon PAI는 고온, 부식성, 고압의 다운홀 환경에서 우수한 성능을 발휘하며, 부품의 기능 수명이 길수록 수리 및 교체를 위한 가동 중단 횟수가 줄어들어 생산성이 향상됩니다. 이러한 가혹한 서비스 환경의 Torlon PAI 적용 분야에는 구조 부품, 씰 및 밸브 시트, 기타 여러 베어링 및 마모 부품이 포함됩니다.
가공 또는 사출 성형이 가능한 Torlon PAI
펠릿화된 수지와 다양한 스톡 형태 및 크기로 제공되는 Torlon PAI Grades는 다양한 부품 구성으로 무제한 변환할 수 있습니다.
매우 큰 압출 로드 직경, 플레이트 두께 및 심리스 리지드 튜브 OD/ID 조합의 개발은 또한 가공 부품에서 다양한 Torlon PAI Grades의 적용 범위를 넓혔습니다.
사출 성형은 일반적으로 대량 생산에 가장 실용적입니다. 스톡 형상을 가공하면 더 복잡하고 더 정밀한 공차를 달성할 수 있습니다. 또한 사출 성형 도구에 대한 투자가 정당화되지 않는 생산량에도 적합합니다. 툴링을 변경할 필요 없이 설계 수정을 테스트하기 위한 프로토타입 부품도 짧은 리드 타임으로 가공할 수 있습니다. 또한 사출 성형 부품의 후가공을 통해 사출 툴링으로 구현하기에는 너무 복잡한 기능을 추가할 수 있습니다.
두 가지 생산 방법 모두 Torlon PAI의 특성과 결합하여 일부 금속에 필적하는 강도를 가진 복잡한 정밀 부품을 제작할 수 있습니다. 각 방법에는 고유한 특성이 있습니다:
효율성: 사출 성형에서는 설계 기능이 툴링에 통합됩니다. 금형에서 사출된 부품은 일반적으로 2차 작업이 거의 또는 전혀 필요하지 않습니다. 부품의 고속 CNC 가공은 여러 단계에 걸쳐 자동으로 이루어집니다. 그러나 적절한 생산 수량이나 부품의 복잡성 때문에 사출 성형 툴링에 필요한 투자에 비해 기계 가공이 더 실용적인 생산 방법이 될 수 있습니다.
또한 사출 성형은 기계 가공에 비해 부품당 재료 소비를 최소화합니다. 하지만 완성된 부품 구성에 비해 효율적인 스톡 형상 크기를 사용하면 기계 가공 시 재료 손실을 최소화할 수 있습니다.
예를 들어, Drake Plastics는 사출 성형 및 기계 가공을 통해 Torlon PAI 부품을 생산합니다. 이 회사는 매우 다양한 크기의 Torlon PAI 로드, 플레이트 및 리지드 튜브를 압출하여 자체 및 고객사의 기계 가공에서 재료 효율성을 극대화합니다. 또한 맞춤형 사이즈도 제공합니다. 이 기능은 사출 성형과 기계 가공 간의 비용 균형을 맞추는 데 도움이 되며 생산 사출 금형에 대한 투자의 필요성을 연기하거나 무효화할 수 있습니다.
일관되게 정밀한 공차와 반복 가능한 품질을 갖춘 부품
사출 성형 및 기계 가공은 일관된 치수와 정밀한 공차로 모든 Grades의 Torlon PAI 부품을 생산합니다. 가공은 달성할 수 있는 정밀 공차에서 우위를 점합니다. 경우에 따라 성형 부품에 정밀 기능을 추가하기 위해 기계 가공을 사용하기도 합니다.
금형 설계에 금속 교체를 용이하게 하는 기능을 추가할 수 있습니다.
유능한 몰드 빌더를 사용하면 몰드 인서트 및 기타 기능을 위한 툴링을 설계하여 Torlon PAI 부품에 구조와 기능을 추가할 수 있습니다. 후가공 작업으로 가공된 부품에 동일한 기능을 추가할 수도 있습니다. 두 경우 모두 이러한 추가 기능을 통해 필요한 구조적 강도를 손상시키지 않으면서도 금속보다 가볍고 내마모성과 환경 저항성이 뛰어난 Torlon PAI 부품을 제작할 수 있습니다.
고강도 애플리케이션을 위한 다양한 성능 이점을 제공하는 Torlon PAI
Torlon PAI Grades는 다른 열가소성 플라스틱의 성능을 뛰어넘는 온도에서 고강도, 치수 안정성, 베어링 및 마모 특성, 환경 저항성을 결합합니다. 사출 성형 펠릿 및 가공 가능한 형상으로 제공되는 이 초고성능 폴리머는 거의 무한한 부품 구성으로 변형할 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해 극한의 조건에서 장기간 안정적으로 작동해야 하는 부품에 대한 사양으로 이어졌습니다.
Torlon PAI는 세 가지 소재의 굴곡률로 측정한 결과, 비보강 및 섬유 강화 등급에서 구조적 강성이 더 높습니다.
Tg는 재료가 부드러워지는 온도입니다. 이는 단시간이라도 고온에 노출되는 구조 부품에 특히 중요합니다. Torlon PAI는 용융 가공이 가능한 열가소성 플라스틱보다 Tg가 높습니다.
Drake는 PAI 수지 생산업체인 Syensqo와의 계약에 따라 100% Torlon 수지를 사용하여 특정 PAI Grades를 컴파운드합니다. 이를 통해 Syensqo가 생산을 중단한 후에도 고객은 특수 PAI 수지 Grades의 가용성을 유지할 수 있습니다.
내방사선성과 극저온 및 초고온에서의 성능으로 인해 Torlon PAI는 이미 심우주 망원경 시스템과 위성 및 로켓 추진 장비에 성공적으로 사용되고 있습니다.
100% Torlon 수지로 만든 비충진, 베어링 및 마모, 섬유 강화 Grades의 스톡 형상은 Torlon PAI 및 Drake PAI 브랜드로 제공됩니다. Drake Plastics는 선도적인 첨단 폴리머 압출기로서 다양한 로드 및 플레이트 크기와 다양한 OD/ID 조합의 Seamless Tube®를 보유하고 있습니다.