폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)의 적절한 등급을 선택하는 방법

폴리에테르에테르케톤(PEEK)은 뛰어난 기계적, 열적, 화학적 특성으로 잘 알려진 고온 폴리머입니다. 항공우주, 자동차, 의료 및 전자 산업에서 널리 사용됩니다.

그렇다면 PEEK는 다른 고성능 플라스틱과 무엇이 다를까요? 엔지니어들이 다른 소재 대신 PEEK를 선택하는 이유는 무엇일까요?

이 가이드에서는 PEEK의 제조 방법과 분자 구조를 설명하고, 용도에 맞는 최적의 PEEK 등급을 선택하는 데 도움을 드립니다.

PEEK 플라스틱이란 무엇인가요?

PEEK는 폴리아릴에테르케톤(PAEK) 계열에 속하며, 이 계열에는 PEK, PEEK, PEEKK, PEKK, PEKEKK 등이 포함됩니다. 이 중 PEEK가 가장 널리 사용되고 대규모로 생산됩니다.

약어 몰래 엿보다 화학적 구조를 드러냅니다:

• 폴리: 많은 반복 단위(중합체)
• 에테르: 사슬 내 산소 결합
• 에테르: 또 다른 산소 결합
• 케톤: 카르보닐기(C=O) 결합

이러한 특수한 구조 덕분에 PEEK는 탁월한 특성을 지니게 되었습니다. PEEK는 1980년대 초 임페리얼 케미컬 인더스트리즈(ICI, 현재 빅트렉스 PLC의 일부)에서 상용화된 이후로 완전 재활용이 가능합니다.

다른 고온 폴리머와의 성능 비교

물리적 특성

• 반결정성 고성능 엔지니어링 열가소성 수지
• 액체 및 피로에 대한 탁월한 저항성
• 일반적인 용매에 녹지 않고 가수분해에 강함
• 증기나 고압수에 1,000시간 동안 노출되어도 성능 저하 없이 견딜 수 있습니다.
• 높은 치수 안정성, 고유한 순도 및 생체 적합성

기계적 특성

• 뛰어난 인장 강도, 인성 및 크리프 저항성
• 고하중, 고온 환경에 적합한 균형 잡힌 굽힘 및 인장 특성
• 매우 높은 온도에서도 굽힘 탄성률을 유지합니다.
• 혹독한 환경에 적합한 경량 부품

열적 특성

• 높은 융점(Tm): 343°C
• 높은 유리전이온도(Tg): 143°C
• 연속 사용 온도: 최대 260°C

전기적 특성

• 높은 부피 및 표면 저항
• 넓은 온도 범위에서 탁월한 절연 성능을 제공합니다.

가연성

• 두께 1.45mm 기준 V0 등급 난연성
• 산소 제한 지수(LOI): 35%
• 매연 및 유독가스 배출량이 적습니다.

강화 재료

• 유리 섬유 또는 탄소 섬유는 굽힘 탄성률, 크리프 저항성, 열전도율 및 열 변형 온도를 향상시킵니다.
• 탄소 섬유 강화 PEEK는 299°C에서도 성능을 유지하며 최대 29,000psi(약 200MPa)의 인장 강도를 나타냅니다.

PEEK와 기타 고온 폴리머 비교

• 불소수지: PEEK는 인장 강도, 열 변형 온도, 작동 온도, 접착력, 가공성 및 유독 가스 배출량 측면에서 우수하지만, 내화학성, 비용, 인성 및 자외선 저항성은 다소 떨어집니다.
• 폴리페닐렌 설파이드(PPS): PEEK는 내열성, 인성 및 플래시 제어 기능이 뛰어납니다.
• 폴리에테르설폰(PES): PEEK는 온도 성능, 내마모성, 내화학성 및 내피로성이 우수합니다.

PEEK는 일반적으로 다른 폴리머와 혼합되지 않지만 다른 PAEK 및 폴리에테르이미드(PEI)와 혼화성 혼합물을 형성할 수 있습니다.

• PEEK/PEI 혼합물: 더 높은 Tg
• PES 및 PPS와의 블렌드: 높은 호환성

PEEK의 한계점

• 높은 비용 – 고성능 애플리케이션에 가장 적합
• 고온 처리가 필요합니다
• 고농도의 황산, 질산 및 크롬산에 취약합니다.
• 할로겐과 나트륨에 민감함
• 낮은 자외선 저항성

폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)의 응용 분야

PEEK는 항공우주, 자동차, 전기, 의료, 화학 및 엔지니어링 산업 전반에 걸쳐 사용됩니다. 대표적인 구성 요소로는 베어링, 피스톤 부품, 펌프, HPLC 컬럼, 압축기 밸브 및 케이블 절연재 등이 있습니다.

자동차 산업

• 경량화, 소음 감소, 기능 통합 측면에서 금속을 대체할 수 있는 소재
• 건식/윤활 표면 상호 작용, 기계적 성능, 피로 저항성이 탁월합니다.
• 적용 분야: 피스톤 유닛 씰, 개스킷, 베어링, 변속기, 브레이크 및 에어컨 시스템의 움직이는 부품

항공우주

• 알루미늄 및 기타 금속 교체
• 크고 정밀한 부품도 조립 과정 없이 효율적으로 성형할 수 있습니다.
• 응용 분야:
  • 엔진 부품: 고온 및 마찰을 견뎌야 합니다.
  • 외부 부품: 빗물 침식 방지
  • 내부 부품: 난연성, 저연/저독성
  • 전기 시스템: 전선 및 광섬유 보호

의료 및 보건

• 높은 내마모성, 내열성, 내화학성 및 전기 절연성
• 응용 분야: 치과 기구, 내시경, 투석 장비
• 예시:
  • 치과용 주사기 손잡이와 멸균 상자가 알루미늄을 대체합니다.
  • 약 134°C의 고압 멸균 사이클을 최대 3,000회까지 견딜 수 있습니다.
  • 기계적 강도와 가수분해 안정성을 유지합니다.
  • 임플란트의 생체 적합성 향상

전기 및 전자

• 온도, 압력 및 주파수 변화에 관계없이 높은 신뢰성을 제공하는 탁월한 절연체입니다.
• 웨이퍼 가공 과정에서 오염을 최소화합니다.
• 응용 분야:
  • 동축 커넥터 소켓
  • 표면 실장형 미세 조정 전위차계(SMD)
  • 해저 환경 제어 장비용 절연체

기타 주요 시장

• 산업, 화학 및 가공 부품 분야에서 금속보다 뛰어난 성능을 발휘합니다.
• 식품 접촉 용도에 FDA 승인을 받은 PEEK 소재
• 예시:
  • 재생 펌프의 스테인리스강 임펠러 교체
  • 최대 25,000psi의 압력과 최대 260°C의 온도에 사용 가능한 파이프 및 호스 커넥터