UP수지와 유리섬유강화 플라스틱
1. UPR - Undaturated polyester resin
폴리에스테르 구조에 불포화 이중결합을 갖고있는 고분자를 '불포화 폴리에스테르'라고 합니다. 이 고분자를 styrene 용액에 50~70wt%로 용해시키면, 점도 100~2000cp범위로 유동성을 갖는 '불포화 폴리에스테르 수지'가 됩니다.
UPR은 과산화물의 존재하에서 라디칼 중합을 통해 가교구조를 형성하며 열경화성 고분자가 됩니다. 이런 특성은 성형성이 우수하다는 특징으로 나타납니다.
고분자로 특정한 모양을 만든다는 것, 일반적으로 성형공정이라고 지칭합니다. 그런데 딱딱하게 굳어있는 고분자를 특정한 모양으로 만들기는 쉽지 않습니다. 예를들어 물은 얼음 틀에 따라서 다양한 모양으로 얼릴 수 있습니다. 정육면체, 구, 별 모양 등 틀안에 물을 넣고 얼리기만 하면 됩니다. 반대로 정육면체 얼을을 별 모양으로 만드는 것은 더 많은 노력이 필요합니다. 별 모양의 얼음을 만들 때는 별 모양 틀에 물을 넣고 얼리는 것은 성형성이 좋은 것이고, 정육면체를 하나하나 깎는 성형성이 나쁜 것입니다.
UP수지로 유리섬유 강화 플라스틱을 만드는 공정은 물을 얼리는 과정과 굉장히 유사합니다. 만들고 싶은 몰드에 유리섬유와 UP수지를 넣고 충분히 경화시키면 원하는 모양의 복합재료가 만들어집니다. 물론 열경화성 고분자와 유리섬유의 복합재료인 만큼 물처럼 쉽게 녹지는 않습니다.
2. 유리섬유 강화 플라스틱
유리섬유와 고분자를 혼합한 복합재료를 '유리섬유 강화 플라스틱'이라고 합니다. 적용되는 분야에 따라서 고분자는 열가소성 또는 열경화성 중에서 선택될 수 있습니다.
열경화성 고분자를 사용하는 케이스에서 많은 경우 UP수지가 사용됩니다. UP수지는 ①값싸고, ②물성이 우수하며, ③성형이 쉽기 때문입니다.
열경화성 고분자를 만들 때 먼저 몰드를 준비합니다. 어떤 모양의 복합재를 만드는가에 따라서 몰드의 모양은 다양할 수 있습니다.
몰드에 유리섬유를 갈아 layer를 만들어줍니다. 실제로 유리섬유를 만져보면 두꺼운 스케치북을 만지는 듯한 질감입니다. 마치 종이를 바닥에 깔듯이 유리섬유를 깔아주면 복합재료를 만들 준비가 됩니다.
그 다음 UP수지를 유리섬유 위에 고르게 뿌려줍니다. UP수지를 뿌리기 전, 촉진제(금속계 촉매)와 경화제(과산화물)를 넣은 뒤 충분히 교반해 주어야 됩니다. UP수지가 유리섬유의 곳곳에 함침될 수 있도록 롤러 등을 사용하여 고르게 펴줍니다.
UP수지가 가교결합을 만들어 굳을 때까지 기다려줍니다. 충분한 시간동안 기다려준다면 UP수지는 분자량 수만을 갖는 열경화성 고분자가 되어 딱딱해질 것입니다.
이제 몰드에서 탈형시키면, 원하던 복합재료가 만들어졌습니다. 몰드의 모양에 따라서 소형 선박, 정화조용 물탱크 등을 만들 수 있습니다.
혹시 자동차 소재용 복합재료도 만들 수 있을까요?
답은 Yes 입니다.
그러면 UP수지와 유리섬유 복합재가 자동차 소재에 다양하게 적용 되고있을까요?
답은 No 입니다.
두가지 큰 이유는 아래와 같습니다.
1) 재활용이 안됩니다 : 자동차에는 재활용 가능한 소재가 일정 수준 적용되어야 하는 까다로운 규정이 있습니다. UP-유리섬유 복합재료는 열경화성 고분자로 일단 성형되고 나면 재활용이 어렵습니다. 따라서 자동차 소재로는 열가소성-유리섬유 복합재료가 대신 사용됩니다.
2) 외관이 좋지 않습니다 : 자동차 내외장재에서 중요한 것 중 하나가 디자인 입니다. UP-유리섬유 복합재료는 표면의 편평도가 좋지 않습니다. UP수지가 경화제를 만나 가교결합을 형성할 때 표면 수축이 발생하기 때문입니다. 이는 UP수지의 라디칼 반응에서 기인하는 특징입니다.