아크릴 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)는 높은 광학적 투명도, 표면 경도 및 내후성으로 인해 산업 제조 분야에서 널리 사용되는 다용도 열가소성 고분자이며, 유리를 대체할 수 있는 경량의 내구성 있는 소재로 자주 사용됩니다. 아크릴 부품의 정밀도를 확보하려면 아크릴의 특성과 다양한 가공 및 성형 공정과의 상호 작용에 대한 정확한 이해가 필요합니다. 이 글에서는 아크릴 플라스틱 및 생산에 사용되는 제조 방법에 대한 개요를 제공합니다.
아크릴이란 무엇입니까?
폴리메틸메타크릴레이트(일반적으로 아크릴레이트라고 함)는 C=C 이중 결합이 열리면서 반복되는 메틸메타크릴레이트 단량체의 첨가 중합을 통해 형성됩니다. 분자식은 (C₆H₁₀)₃입니다.5H8O2)n여기서 n은 중합도를 나타내며, 일반적으로 분자량은 10,000에서 12,000 사이입니다. 밀도는 1.18~1.19 g/cm³입니다.3약 1.49의 낮은 굴절률, 92%의 광투과율, 그리고 2% 이하의 헤이즈를 갖는 유기 투명 소재입니다.
아크릴의 종류
아크릴 시트는 제조 공정에 따라 주조 시트와 압출 시트로 나눌 수 있다.
캐스트 아크릴
이 소재는 분자량이 높아 뛰어난 강성, 강도 및 내화학성을 제공합니다. 따라서 대형 간판 및 명판 제작에 더욱 적합하지만, 연화 공정 시간이 다소 오래 걸립니다. 이 시트는 소량 생산이 가능하고, 색상 및 표면 질감 구현에 있어 탁월한 유연성을 제공하며, 다양한 특수 용도에 적합한 폭넓은 제품 규격을 갖추고 있다는 특징이 있습니다.
압출 아크릴
주조 아크릴 시트와 비교했을 때, 압출 아크릴 시트는 분자량이 낮고 기계적 강도가 다소 약하지만 유연성이 뛰어납니다. 이러한 특성은 굽힘 및 열성형 공정에 유리하며, 연화 시간이 짧아집니다. 또한 대형 시트를 다룰 때 다양한 고속 진공 성형 공정을 용이하게 합니다. 다만, 압출 아크릴 시트의 두께 공차는 주조 아크릴 시트보다 작습니다. 압출 아크릴 시트는 대량 자동화 생산 방식으로 제조되기 때문에 색상 및 규격 조정이 어려워 제품 다양성에 제약이 있습니다.
아크릴의 특성
- 물리적 속성 : PMMA는 최대 92%의 광투과율을 보이는 우수한 광학적 특성을 지니고 있으며, 이는 무기 유리보다 10% 높은 수치입니다. 무색이며 가시광선을 거의 흡수하지 않고 270nm의 자외선을 투과시키며, 착색성이 뛰어납니다. 또한 열에 의한 변색이나 퇴색이 거의 발생하지 않습니다. 굴절률은 1.49이고 표면 반사율은 4% 이하이며 표면 광택이 우수합니다. PMMA의 상대 밀도는 1.17~1.20으로 무기 유리의 약 절반 수준입니다.
- 기계적 성질 : PMMA는 상온에서 기계적 강도가 높고 온도 변화에 거의 영향을 받지 않습니다. 그러나 연화점 및 유리전이온도에 가까워질수록 강도가 급격히 감소합니다. PMMA는 표면 경도와 내스크래치성이 낮고 충격 인성 또한 낮아 고무 개질이 필요한 경우가 많습니다. 또한, 수분 흡수율이 높고 치수 수축률이 큽니다.
- 열 특성: PMMA는 열팽창 계수가 커서 온도 변화에 따라 치수 변화가 크게 나타납니다.
- 전기적 특성: PMMA는 넓은 주파수 범위에서 주파수가 증가함에 따라 역률이 감소하므로 장기간 옥외 전기 기기에 적합합니다. 또한 아크 저항성 및 트래킹 저항성이 우수하고 표면 저항이 높으며 절연성이 뛰어납니다.
- 화학적 내성: PMMA는 강산, 강염기, 무기염, 오일 및 지방족 탄화수소에 대한 내성이 있습니다.
- 노후화 저항: PMMA는 내후성이 매우 뛰어납니다. 장기간 옥외에 노출되어도 투명도와 광택이 거의 변하지 않습니다.
| 카테고리 | 부동산 | 시험 조건 | 가치관 | 단위 |
| 물리적 | 물 흡수 | 24hr | 0.3 | % |
| 용융 유량(MFR) | 230°C / 3.8kg | 15 | g/10분 | |
| 밀도 | 1.19 | g / cm³ | ||
| 금형 수축 | 0.2 ~ 0.6 | % | ||
| Mechanical | 인장 탄성률 | 1mm / 분 | 3300 | MPa의 |
| 굴곡 탄성율 | 2mm / 분 | 3300 | MPa의 | |
| 인장 강도 | 5mm / 분 | 67 | MPa의 | |
| 연신율 | 5mm / 분 | 4 | % | |
| 굽힘 강도 | 2mm / 분 | 120 | MPa의 | |
| 열의 | 열 변형 온도 (HDT) | 1.8MPa | 84 | ° C |
| 비캣 연화점 | B50 | 89 | ° C | |
| 전기용품 | 유전체 강도 | 4kV/초 | 20 | kV / mm |
| 표면 저항 | >10^16 | 옴 | ||
| 유전 상수 | 60Hz | 3.7 | - | |
| 볼륨 저항 | >10^13 | 옴·m | ||
| 광학 | 굴절률 | nd | 1.49 | - |
| 광 투과율 | 3mm | 92 | % | |
| 안개 | 3mm | <0.5 | % |
CNC 아크릴 가공
PMMA 플라스틱은 톱질, 밀링, 드릴링, 리밍을 포함한 기계 가공이 가능합니다.
CNC 가공 아크릴 예시
아래 그림은 속이 비어 있고 벽이 얇은 아크릴 부품입니다. 이 부품은 높은 치수 정밀도가 요구되며, 측정 범위 요구 사항을 충족하기 위해 가공 후에도 재료 본연의 광투과율을 유지해야 합니다.
이 부품은 CNC 선반을 사용하여 가공할 수 있지만, 가공 매개변수와 순서를 잘못 선택하면 균열이 쉽게 발생하여 불량품이 될 수 있습니다. 표면 처리 방법을 잘못 선택하면 표면이 찢어져 PMMA 고유의 투명성을 잃고 사용 요건을 충족하지 못할 수 있습니다.
아크릴 가공 시 절삭열의 영향
PMMA의 열전도율은 매우 낮아 일반 금속 재료의 1/450~1/175에 불과합니다. 절삭 시 발생하는 열이 빠르게 확산되지 못하고 공구와 공작물의 접촉면에 축적되어 공구 마모를 가속화합니다. 또한 PMMA의 열팽창 계수는 일반 금속보다 1.5~2배 크고, 유리 전이 온도는 약 100°C입니다. 과도한 절삭열은 부피 변화와 유리화를 유발하여 가공 정밀도를 저하시킵니다. 부피 팽창은 공구와 공작물 사이의 마찰을 증가시켜 열 상승의 악순환을 초래합니다.
PMMA는 녹는점이 낮아(160~200°C) 열가소성 소재입니다. 절삭 시 발생하는 높은 열로 인해 가공면이 쉽게 녹을 수 있습니다. 특히 내부 구멍을 가공할 때, 열 방출이 제대로 되지 않으면 표면에 미세한 균열이 생겨 "긁힘" 현상이 발생할 수 있습니다. 이는 종종 소재의 취성이나 내부 결함으로 오인될 수 있습니다. 그러나 투명도 또는 누수 검사 결과 누수는 없으며, 단지 부품이 불투명하고 소재 본연의 질감이 드러나지 않아 투명도 관련 기술 요건을 충족하지 못하는 것입니다.
가공 매개변수의 영향
상온에서 PMMA는 단단하면서도 부서지기 쉬운 소재입니다. 얇은 벽 구조물의 경우, 절삭 매개변수를 부적절하게 선택하면 절삭력이 불안정해져 부품에 균열이 생기거나 심지어 파손될 수 있습니다.
표면 거칠기
경도가 낮기 때문에 표면 거칠기 PMMA는 가공 후 표면 상태가 좋지 않은 경우가 많습니다. 기술적 요구 사항을 충족하려면 가공 후 특수 연마 재료와 공정을 사용해야 합니다.
아크릴 CNC 가공 솔루션
치수 정확도, 표면 조도 및 기술 요구 사항을 충족하고 수율을 향상시키기 위해, 내부 구멍 가공은 단면과 단면 정지 홈 가공 후에 진행해야 합니다. 재료의 스프링백 현상을 방지하기 위해 드릴링 이송 속도는 0.05~0.08mm로 제어합니다. 동시에 드릴링 중 일정한 온도를 유지하기 위해 절삭유의 유량과 공급량을 제어합니다. 내부 구멍 가공이 완료되면 정지 위치 지정 보조 지그를 사용합니다. 외경 가공 시 축 방향 제한을 확보하기 위해 지그의 보조 센터 홀에 테일스톡 센터를 대고 가공합니다. 오프셋 공구의 여유 공간을 이용하여 50mm 외경을 먼저 가공한 후, 한 번의 패스로 20mm 외경을 가공하여 절삭 공정을 완료합니다.
기타 아크릴 가공 기술
아크릴 성형에 사용되는 다른 기술로는 주조, 사출 성형, 압출 및 열성형이 있습니다.
주조
주조는 대량 중합법을 이용하여 PMMA 시트, 봉 및 기타 형상을 만드는 데 사용됩니다. 주조 후 제품은 후처리가 필요하며, 일반적인 조건은 60°C에서 2시간, 120°C에서 2시간입니다.
사출 성형
사출 성형은 현탁 중합으로 생성된 과립형 재료를 사용합니다. 이 공정은 표준 플런저형 또는 스크류형 사출 성형기에서 수행됩니다.
밀어 냄
폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)는 압출 성형도 가능합니다. 현탁 중합으로 얻은 과립형 재료를 사용하여 시트, 봉, 파이프 및 스트립 형태의 제품을 제조할 수 있습니다. 그러나 이러한 방식으로 제조된 제품, 특히 시트는 폴리머의 분자량이 낮기 때문에 주조 방식으로 제조된 제품에 비해 기계적 특성, 내열성 및 내용제성이 떨어집니다. 압출 성형의 장점은 생산 효율이 높다는 점이며, 특히 주조 금형으로는 제조하기 어려운 파이프 및 기타 형태의 제품에 효과적입니다. 압출 성형에는 일반적으로 스크류 길이 대 직경 비율이 20~25인 단일 단계 또는 이중 단계 벤트형 압출기를 사용할 수 있습니다.
열 성형
열성형은 PMMA 시트 또는 스트립을 다양한 크기와 모양의 제품으로 만드는 공정입니다. 블랭크를 필요한 치수로 절단하고 금형 프레임에 고정한 후 가열하여 연화시키고 압력을 가하여 금형 표면에 밀착시켜 동일한 모양을 만듭니다. 냉각 및 경화 후 가장자리를 다듬어 제품을 완성합니다. 압력은 진공 인발 또는 수형 금형을 이용한 직접 압력 방식으로 가할 수 있습니다. 급속 진공 저온 인발 성형을 사용할 경우 하한 온도에 가까운 온도가 바람직하며, 복잡하고 깊은 인발이 필요한 제품의 경우 상한 온도에 가까운 온도를 사용해야 합니다. 일반적으로는 일반적인 온도가 적용됩니다.
열처리 및 표면처리
아크릴 제품은 기계 가공이나 열성형과 같은 후가공 과정에서 내부 응력이 발생하기 쉽습니다. 이러한 응력을 그대로 방치하면 열, 용제 또는 환경적 스트레스에 노출될 때 미세 균열이나 구조적 파손으로 이어질 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 아크릴에는 후가공 열처리가 필요합니다. 가열 냉각.
CNC 가공 부품의 어닐링
CNC 가공으로 제작된 아크릴 부품의 경우, 상온의 오븐에 넣고 시간당 약 15°C씩 온도를 올립니다. 목표 온도인 90°C에 도달하면 유지 시간(보수 시간)은 재료 두께에 비례해야 합니다.
- 3mm 시트: 1시간
- 6mm 판재: 2시간
- 12mm 판재: 4시간
- 20mm 판재: 6시간
침지 시간이 완료되면 부품을 실온으로 식히십시오. 급격한 열 수축으로 인한 새로운 응력 발생을 방지하기 위해 냉각 속도는 시간당 약 10°C로 엄격하게 제어해야 합니다.
열성형 부품의 어닐링
열 벤딩 또는 진공 성형된 아크릴 제품의 경우, 어닐링 온도는 일반적인 경우보다 약간 낮습니다. CNC 가공 부품일반적으로 70°C에서 85°C 사이의 온도입니다. 유지 시간은 위에서 언급한 가공된 판재의 경우와 동일합니다.
사출 성형 부품의 어닐링
사출 성형 부품의 매개변수는 주로 특정 부품 설계 및 벽 두께에 따라 달라집니다. 유지 온도는 일반적으로 60°C에서 80°C 사이이며, 유지 시간은 2시간에서 4시간 사이로 조절됩니다.
표면 처리
내마모성 향상이나 표면 광택 증가와 같은 특정 성능 특성을 개선하기 위해 PMMA 제품은 다양한 후처리 공정을 거칠 수 있습니다. 연마, 도색 또는 레이저 에칭과 같은 이러한 처리는 다양한 작업 환경의 특정 요구 사항을 충족하는 데 사용될 수 있습니다.
아크릴 부품에는 유동 코팅(대형 무천공 시트용), 스프레이 코팅(복잡하거나 불규칙한 형상용) 또는 침지 코팅(소형 부품용)과 같은 다양한 보호 코팅 방식을 적용할 수 있습니다. 이러한 화학적 처리를 통해 아크릴 표면에 조밀한 보호막이 형성되어 높은 경도와 내마모성 요구 사항을 충족합니다.
플로우 코팅은 가장 비용 효율적인 방법입니다. 시트를 먼저 경화시킨 후 절단과 같은 2차 공정을 거칠 수 있습니다.
물리적 증착(PVD)은 표면에 초경질 박막을 증착하는 데 사용될 수 있습니다. 이 공정은 생산 과정에서 불순물의 영향을 최소화하여 우수한 코팅 밀도와 균일성을 제공합니다. PVD는 표면 경도와 내마모성을 크게 향상시키지만, 비용이 많이 드는 공정입니다. 또한 재료 두께에 대한 특정 요구 사항이 있으며 일반적으로 얇은 판재에 더 적합합니다.
아크릴의 응용
PMMA는 뛰어난 광학적 특성 덕분에 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 일반적인 PMMA는 주로 광고용 라이트 박스, 간판, 조명 기구, 욕조, 계측기, 소비재 및 가구에 사용됩니다. 고급 PMMA는 LCD 화면, 방사선 차폐 PMMA, 광섬유, 태양광 전지, 자동차 렌즈 커버, 방탄 유리, 항공기 조종석 캐노피 및 생체 의료용 고분자 재료와 같은 응용 분야에 필수적입니다.
생명
PMMA 미세구는 생체 적합성과 낮은 독성으로 인해 약물 운반체, 조직 공학 지지체 및 세포 표지제로 선호되는 소재입니다. 표면 개질을 통해 미세구는 표적 방출을 위한 약물 분자를 운반하여 약물의 반감기를 연장할 수 있습니다. 뼈 재생 재료로서 미세구의 기계적 강도와 가소성은 골절 치유를 촉진합니다. 세포 배양에서 미세구는 세포 증식을 촉진하는 3차원 지지 구조를 제공합니다. 100nm 크기의 미세구는 세포에 쉽게 흡수되므로 종양 치료 및 백신 전달에 적합합니다.
디스플레이 광 가이드 플레이트
LCD 백라이트 모듈은 주로 광원, 광도파판 및 광학 필름으로 구성됩니다. 광도파판은 광원에서 방출된 빛을 디스플레이 표면에 균일하게 전달하는 역할을 하며, 주로 PMMA(폴리머 폴리메틸메타크릴레이트) 재질이 사용됩니다.
LED 조명
조명 분야에서 LED 조명은 새로운 유형의 친환경 광원입니다. 기존 광원에 비해 에너지 절약, 친환경성, 긴 수명, 소형화 등의 장점을 지니고 있습니다. 표시등, 디스플레이, 장식, 백라이트, 일반 조명, 도시 야경 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
LED 패널 조명은 광도판을 사용하여 LED 점광원 또는 선형 광원을 영역 광원으로 변환함으로써 빛이 전면에서 균일하게 방출되도록 합니다. LED 패널 조명은 높은 광투과율 때문에 주로 PMMA 광도판을 원료로 사용합니다.
PMMA 광섬유 소재
PMMA로 만들어진 플라스틱 광섬유는 단거리 데이터 전송에 매우 적합한 매체이며, FTTH(Fiber to the Home)의 "마지막 구간"에 가장 적합한 솔루션으로 여겨집니다. 통신 분야 외에도 PMMA 광섬유는 2012년 런던 올림픽 개막식 및 폐막식의 조경 프로젝트와 같은 조경 조명에도 사용됩니다.
자동차 경량 소재
신에너지 자동차 보조금 시행으로 주행거리 증대가 주요 과제가 되었습니다. 경량화 기술은 주행거리 향상에 효과적인 방법이며, 차량 무게가 10% 감소할 때마다 에너지 소비량이 6~8% 감소할 수 있습니다.
PMMA는 우수한 광학적 특성, 가벼운 무게 및 내후성으로 인해 다양한 차량 부품에 널리 사용됩니다.
- 등: 우수한 광투과율, 충격 저항성 및 노화 저항성을 갖춘 소재가 필요합니다. PMMA는 신에너지 자동차의 후미등 커버에 널리 사용됩니다.
- 창유리: 창문에 저밀도 경량 소재를 사용하는 것은 무게를 줄이는 핵심 전략입니다. PMMA는 자외선 차단 기능을 제공하면서 광투과율, 충격 저항성, 낮은 파편 발생률에 대한 요구 사항을 충족합니다. 많은 유럽 제조업체들이 측면 및 후면 창에 PMMA를 사용하여 기존 유리 대비 40~50%의 무게를 줄이고 있습니다.
- 대시보드: PMMA는 뛰어난 인성과 높은 충격 강도를 지니고 있습니다. 진동이나 압력 테스트에서도 균열이 발생하지 않으며, 높은 광학적 투명도를 제공합니다.
- 범퍼: PMMA와 ABS 복합재는 범퍼에 사용될 수 있으며, PMMA의 내스크래치성과 친환경성, ABS의 내충격성 및 내열성을 결합하면서도 마그네슘-알루미늄 합금보다 비용이 저렴합니다.
Getzshape가 어떻게 도움을 줄 수 있을까요?
Getzshape는 고품질 맞춤형 CNC 가공, 판금 제작, 방전 가공, 다이캐스팅 등을 제공합니다. 첨단 장비와 엄격한 품질 관리를 통해 시제품부터 대량 생산까지 정확하고 정시 납품을 보장합니다. 종합적인 제조 파트너로서, 당사는 소싱, 가공, 후가공 및 물류에 이르기까지 모든 과정을 효율화합니다.
