폴리에테르에테르케톤(PEEK) 고온, 화학 물질 및 기계적 응력에 대한 탁월한 내성으로 유명한 고성능 엔지니어링 열가소성 수지입니다. 최대 250°C의 연속 사용 온도에서 뛰어난 열 안정성을 제공하며, 다양한 공격적인 물질에 대한 탁월한 내화학성을 자랑합니다.

PEEK는 높은 기계적 강도와 강성을 자랑하며, 극한 조건에서도 치수 안정성과 신뢰성을 유지합니다. 따라서 항공우주, 의료기기, 자동차, 전자 산업 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 또한, 낮은 마찰 계수와 뛰어난 내마모성을 갖추고 있어 높은 내구성과 장기적인 성능이 요구되는 정밀 부품 제조에 이상적입니다.

PEEK 소재 개요

정의 및 화학 구조

폴리에테르에테르케톤(PEEK)은 반결정성 방향족 고분자 계열에 속하는 고성능 특수 엔지니어링 플라스틱입니다. PEEK의 화학 구조는 에테르와 케톤 결합이 교대로 반복 배열되어 있으며, 분자 사슬에는 벤젠 고리가 내장되어 있습니다. 이러한 독특한 구조는 PEEK에 탁월한 종합적 특성을 부여합니다. PEEK의 분자식은 다음과 같습니다.

벤젠 고리의 존재는 뛰어난 열적, 화학적 안정성에 기여하고, 에테르와 케톤 그룹은 유연성과 기계적 강도를 제공합니다.


개발 역사
PEEK 소재의 개발은 1970년대로 거슬러 올라갑니다. 1978년 영국 기업 Imperial Chemical Industries(ICI)가 PEEK를 최초로 합성하여 1982년에 상용화했습니다. 초기에 PEEK는 주로 항공우주 산업 우수한 고온 내성, 내식성, 그리고 높은 기계적 강도를 갖추고 있어 기존 금속 소재의 경량화 대안으로 활용되어 항공기 무게를 효과적으로 줄였습니다. 지속적인 기술 발전과 생산 비용 감소로 PEEK의 적용 분야는 다음과 같은 다양한 분야로 점차 확대되고 있습니다. 자동차, 전자, 의료 및 기계 .

PEEK 소재의 가공성
사출 성형
PEEK는 뛰어난 사출 성형 특성을 갖고 있어 다양한 산업 분야에서 복잡하고 정밀한 부품을 효율적으로 생산할 수 있습니다.

처리 온도 범위:
PEEK는 일반적으로 360°C에서 400°C 사이의 사출 성형 온도를 요구합니다. 이처럼 높은 가공 온도 범위는 열적 열화를 방지하는 동시에 재료의 완벽한 용융 및 유동을 보장합니다.

유동성:
PEEK는 용융 유동 특성이 우수하여 용융 유동 속도(MFR)가 0.5~2.0g/10분에 달합니다. 이를 통해 복잡한 금형 캐비티를 효과적으로 충진하고 얇고 미세한 구조의 부품을 생산할 수 있습니다.

수축률:
PEEK는 사출 성형 시 수축률이 일반적으로 0.5%에서 0.8%로 매우 낮습니다. 따라서 냉각 시 치수 변화가 최소화되고 높은 치수 정확도를 보장하며, 이는 특히 항공우주 및 전자 부품에 중요합니다.

곰팡이 요구 사항:
PEEK는 가공 온도가 높기 때문에 금형은 H13이나 SKD61과 같은 고강도 내열강으로 제작되어야 하며, 사이클 타임을 최적화하기 위해 효율적인 냉각 시스템을 갖추어야 합니다. 적절한 금형 설계는 성형 사이클을 20% 이상 단축할 수 있습니다.

응용 프로그램 예:
자동차 산업에서 PEEK는 엔진 센서 하우징 생산을 위해 사출 성형됩니다. PEEK는 높은 강도와 열 안정성을 갖춰 고온, 고부하 조건에서도 안정적인 작동을 보장합니다.

압출 성형
PEEK 압출 성형은 주로 파이프, 시트, 필름과 같은 연속 제품을 생산하는 데 사용되며 높은 생산성과 일관성을 제공합니다.

처리 온도:
PEEK의 일반적인 압출 온도는 340°C~380°C로, 가공 중에 용융 흐름과 성형성이 양호합니다.

압출 속도:
PEEK는 비교적 빠른 속도로 압출될 수 있습니다. 예를 들어, PEEK 튜빙은 분당 최대 10미터의 속도로 생산될 수 있어 대량 생산이 가능합니다.

제품 성능:
압출 PEEK 파이프와 시트는 뛰어난 기계적 강도와 내화학성을 제공합니다. 예를 들어, PEEK 튜빙은 최대 120MPa의 인장 강도를 달성할 수 있으며 강산 및 강알칼리와 같은 부식성 매체를 운반할 수 있습니다.

응용 프로그램 예:
전자 산업에서 PEEK 필름은 뛰어난 전기 절연성과 내열성을 갖춰 절연층으로 사용됩니다. 연성 회로 기판에서 PEEK 필름은 우수한 유전 특성을 유지하면서 최대 200°C의 온도에서도 작동할 수 있습니다.

금형 설계:
압출 다이 설계는 PEEK 제품의 품질과 성능에 매우 중요합니다. 예를 들어, 튜빙 다이는 균일한 벽 두께와 치수 정확도를 보장하기 위해 다이와 맨드렐 사이의 치수와 간격을 정밀하게 제어해야 합니다.

기타 처리 방법
PEEK는 사출 및 압출 성형 외에도 다양한 응용 분야 요구 사항을 충족하기 위해 여러 가지 다른 방법을 사용하여 가공될 수 있습니다.

가공:
PEEK는 가공성이 우수하여 선삭, 밀링, 드릴링 및 성형을 통해 고정밀 부품으로 제작할 수 있습니다. 예를 들어 항공우주 분야에서는 PEEK를 사용하여 정밀 가공을 통해 치수 공차가 ±0.01mm인 엔진 블레이드를 생산합니다.

3D 프린팅:
적층 제조 기술의 발전으로 PEEK는 3D 프린팅에서 복잡하거나 맞춤형 부품을 생산하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 일반적인 프린팅 온도는 380°C에서 420°C 사이이며, 프린팅된 부품은 우수한 기계적 및 열적 특성을 보입니다.

용접:
PEEK는 초음파 또는 열 용접 방식으로 접합할 수 있습니다. 전자 하우징에서 초음파로 용접된 PEEK 부품은 모재 강도의 80%를 초과하는 접합 강도를 달성할 수 있습니다.

코팅:
PEEK는 스프레이 또는 딥 코팅 방식을 통해 코팅재로도 적용 가능하며, 내열성, 내식성, 내마모성을 제공합니다. 예를 들어, 금속 기계 부품에 PEEK 코팅을 적용하면 내마모성이 크게 향상되고 수명이 연장됩니다.

PEEK 소재의 응용 분야
항공우주 산업
PEEK는 탁월한 특성의 조합으로 인해 항공우주 분야에서 대체 불가능한 역할을 수행합니다.

가볍고 고성능:
PEEK는 기존 금속보다 훨씬 낮은 1.3g/cm³의 밀도로 유사한 강도와 강성을 제공합니다. 예를 들어, 항공기 엔진 블레이드에 PEEK를 사용하면 구조적 무결성을 손상시키지 않고도 무게를 최대 30%까지 줄일 수 있습니다. 이는 연비 향상 및 운영비 절감에 기여합니다.

고온 및 열 안정성:
항공우주 부품은 뛰어난 내열성을 요구합니다. PEEK는 유리 전이 온도가 143°C이고 녹는점이 343°C입니다. 고온에서도 우수한 기계적 물성과 치수 안정성을 유지합니다. 엔진 부품에서 PEEK는 200°C에서 1,000시간 동안 연속 작동하며 성능 저하가 5% 미만입니다.

내화학성 및 내가수분해성:
항공기는 비행 중 다양한 화학 물질과 습기에 노출됩니다. PEEK는 뛰어난 내화학성과 가수분해 안정성을 갖춰 이러한 환경에 적합합니다. PEEK는 1,000시간의 뜨거운 물에 담가도 인장 강도의 최대 80%를 유지하여 유압 및 연료 시스템 부품에 적합합니다.

응용 프로그램 예:
보잉 787에서는 PEEK가 엔진 블레이드, 날개 외피, 동체 부품에 널리 사용됩니다. PEEK는 보잉 787 소재 구성의 약 20%를 차지하여 성능과 안전성을 크게 향상시키는 것으로 추정됩니다.

의료기기
PEEK는 생체적합성과 분해 저항성으로 인해 의료 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

생체적합성:
PEEK는 인체 조직에 잘 견디며 자극이나 독성이 없습니다. 세포독성 등급 1등급을 획득하여 신체 조직과의 적합성이 우수하고 염증이나 부작용 위험이 최소화됨을 나타냅니다.

부식 저항성:
의료기기는 체액 및 화학물질과 접촉하는 경우가 많습니다. PEEK는 탁월한 화학적 안정성을 유지합니다. 10% 염산과 수산화나트륨 용액에 1,000시간 동안 담근 후에도 질량 변화가 0.5% 미만으로 유지됩니다.

기계적 강도:
PEEK는 인장 강도(100MPa 이상)와 굽힘 탄성률(최대 3.5GPa)이 높아 신체 내부의 기계적 하중을 견딜 수 있으므로 인공 관절과 같은 임플란트에 이상적입니다.

응용 프로그램 예:
PEEK는 인공 관절, 척추 임플란트, 치과 임플란트 제조에 널리 사용됩니다. 의료용 임플란트 분야에서 PEEK의 전 세계 사용량은 연간 1,000톤을 초과하며 꾸준히 증가하고 있습니다. 예를 들어, PEEK로 제작된 인공 고관절은 탁월한 임상 성능과 20년 이상의 사용 수명을 자랑합니다.

자동차 산업
PEEK는 강도, 내열성, 내마모성이 뛰어나 자동차 제조에 광범위하게 적용됩니다.

고온 및 열 안정성:
엔진 및 변속기 부품은 고온 환경에서 작동합니다. PEEK의 높은 Tg와 녹는점은 이러한 조건에서도 안정적인 성능을 보장합니다(앞서 자세히 설명했습니다).

내마모성 및 기계적 강도:
PEEK는 고하중, 고주파 마찰에서 탁월한 내마모성을 발휘합니다. 예를 들어, 변속 기어에서 PEEK 부품의 마모는 기존 금속의 1/10에 불과합니다.

경량성과 연료 효율성:
차량 무게를 줄이면 연비가 향상되고 배출량도 줄어듭니다. PEEK는 기계적 성능은 유지하면서 금속 부품을 대체하여 이러한 목표를 달성하는 데 도움을 줍니다.

응용 프로그램 예:
PEEK는 엔진 부품, 변속기 기어, 센서 하우징에 사용됩니다. 한 유명 자동차 제조업체는 PEEK를 사용하여 고온과 응력 하에서 10년 이상 안정적으로 작동할 수 있는 엔진 센서 하우징을 제작합니다. PEEK는 브레이크 시스템에도 사용됩니다. PEEK 브레이크 디스크와 패드는 내열성과 내마모성을 갖춰 뛰어난 내구성과 성능을 제공합니다.