제 .품 .소 .개 .?

신소재개발팀 | 곽용흔 | yhkwak@lgchem.com

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열충격보강

PPS LUSEP HI grade 소개

01 서론

PPS소재는대표적인Super Engineering Plastic의한

종류로서그림 1과같이벤젠고리에황이결합된매우

간단하면서안정적인화학구조로인해우수한내화학성

및뛰어난내열성을가지는소재이다.

또한 PPS소재는 자체 난연성을 가지고 있어 별도의

난연제 없이 난연화가 가능한 환경친화성 난연수지

이다.

산업이 고도화 됨에 따라 일반적인 Engineering

Plastic이 가지는 내열성, 기계적 강도 등을 뛰어넘는

Super Engineering Plastic의니즈가높아지면서위와

같은장점을가지는 PPS에대한요구도점차높아지고

있는추세이다.

하지만 그림 1에 나오는 구조적 한계로 인해 매우

Brittle한특성이있으며이로인해반복적인열/충격/

압력에취약한한계가있다. 특히내/외부환경에의해

반복적인열싸이클에노출되는자동차부품의경우열충격

에우수한특성을가지는PPS소재가요구된다.

02 본론

그림 3에나오는자동차부품이 PPS소재가사용되는

주요 부품이다. 자동차 특성상 EGR Motor HSG,

Ignition Coil 등대부분의부품에열충격특성이요구

된다.

열충격이란 일반적인 열싸이클(완만한 온도 변화)와

●● 그림 1 | PPS 구조

●● 그림 2 | 플라스틱분류

23LG POLYMER JOURNAL | 2016 SUMMER.

달리저온에서고온까지급격한온도변화를통해소재

가Crack이발생하지않는정도를파악하는특성이다.

그림 4에나오는바와같이급격한온도변화를주어

플라스틱에Crack이발생하는여부를파악하게되는데

주로금속 Insert 사출을통해생산된부품에많이적용

되는시험법이다. 이럴경우금속과소재간의다른선팽

창계수로 인해 플라스틱이 응력을 버티지 못하고

Crack이발생하게되는데열충격보강 PPS소재는이

러한응력을버티면서 Crack이발생하지않는특성을

가진다.

PPS 시장에서 열충격 보강 PPS소재는 보통

Elastomer가 첨가된다. Elastomer를 첨가하게 되면

간단한구조의 PPS 결정사슬이 folding되는것을저해

시켜 PPS소재의 Brittle한 성질을 줄여준다. 즉, PPS

chain이 겹겹이 folding되어 특유의 Brittle한 특성을

가지지않도록 chain 사이에Elastomer가침투하게되

며, 조금더유연한성질(toughness 보강)을지니게되

는원리이다. PPS 수지속에분산되는Elastomer의사

이즈및분산성에따라 toughness가향상되는정도가

●● 그림 3 | 자동차內 PPS 부품 ●● 그림 6 | 열충격테스트방법

DC DC Converter

Sensor

ECU CasingAlternatorBrush Hold

EGR MotorHousingWater Pump

Impeller

Ignition Coil

Head Lamp Reflector

●● 그림 4 | 열충격온도변화 Graph

Thermal Shock Pattern

30min140

-4030min 30min

1Cycle온도(℃)

시간(hr)

●● 그림 5 | 열충격보강 PPS 원리

일반 PPS PPS + Elastomer

제 .품 .소 .개 .?24

나뉜다.

열충격특성을테스트하는방법은다음과같다. 그림6에

보이는 열충격 챔버는 아래 칸과 위 칸이 각각 고온,

저온으로분리되어있는오븐이다. 분리되어있어일정한

온도를유지하는칸사이를일종의Lift가오르락내리락

하며시편에급격한온도변화를준다.

그림 7과 같은 열충격 테스트용 시편에 급격한 온도

변화를주면플라스틱이응력을버티지못하고 crack이

발생하게된다. 이러한방법으로몇 cycle 동안시편에

crack이발생하지않는지수치화하여열충격특성을파악

할수있다.

그림 8에나오는 graph는 LG화학 PPS 소재중 GF

30% 보강소재를예로하여열충격보강 grade와일반

grade의 열충격 테스트 결과를 보여준다. HI2302는

GF30% + Elastomer 보강 grade(High Impact)이며,

GP2300은 GF30% 보강 grade이다. 결과를 보면

Elastomer를첨가하면서열충격특성이크게향상됨을

볼수있다.

03 결론

산업이고도화됨에따라뛰어난물성을갖는 Super

Engineering Plastic에대한요구가증가되고있다. 그중

대표적인소재가 PPS이며, 여러장점을가지는 PPS에

대한 가장 큰 단점은 Brittle한 성질로 인해 생기는

열충격특성저하이다. 당사열충격grade(High impact)

●● 그림 7 | 열충격테스트용시편 - 금속 insert 시편

●● 그림 8 | LG화학 PPS소재열충격 cycle graph

500 1,000 1,500 2,000 2,500

HI2302

0

(GF 30% +Elastomer 보강)

GP2300(GF 30%보강)

열싸이클횟수

금속열충격블록 Insert Molding 후 열충격테스트후

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는열충격특성을강화하여 PPS 소재의단점을보완한

다. 상기특성을가지는당사열충격보강소재는현재

자동차내장부품에적용되고있다. 또한현개발소재

보다열충격및Toughness 특성이더우수한그레이드

개발을진행중이며향후자동차부품뿐아니라전기전자

부품시장확대에주력할계획이다.

●● 표 1 | LUSEP Grade 물성표

물성 시험방법 단위 GP2300 GP2400 HI2302 HI2402

GF 30% GF 40% GF 30% GF 40%

Thermal Thermal

Shock Shock

물리적특성

Specific Gravity ASTM D792 - 1.55 1.65 1.53 1.64

Water Absorption Ratio, 23℃, 24hrs ASTM D570 % 0.02 0.02 0.02 0.02

기계적특성

Tensile Strength ASTM D638 MPa 145 175 155 175

Elongration ASTM D638 % 1~2 1~2 1~2 1~2

Flexural Strength ASTM D790 MPa 250 250 220 250

Flexural Modulus ASTM D790 MPa 12,660 13,500 8,500 11,800

Notched Izod Impact Strength ASTM D256 J/m 70 80 120 120

Rockwell Hardness ASTM D785 - 121 121 120 121

열적특성

Heat Deflection Temp. @1.82MPa ASTM D648 ℃ 〉260 〉260 〉260 〉260

전기적특성

Comparative Tracking Index IEC112 Volt 170 170 180 170

Dielectric Strength, 1mm thick IEC60243-1 KV/mm 28 26 26 26

난연특성

Flame Retardancy UL 94 - V-0@0.8mm V-0@0.8mm V-0@0.8mm V-0@0.8mm