저희 바로발주에서는 금속 가공뿐만 아니라, 플라스틱 가공 역시 취급하고 있습니다. 금속과 마찬가지로 플라스틱 역시 CNC로 가공할 수 있으며, 가공할 수 있는 소재도 다양합니다. 오늘은 플라스틱 소재 중 PEEK에 관해 이야기하겠습니다.
PEEK란 무엇인가
PEEK란 PolyEther Ether Ketone의 줄임말로, PolyEtheKetron 수지를 압출 성형한 열가소성 고기능 플라스틱입니다. 플라스틱 중에서도 최고 수준의 내열성과 기계적 강도를 가진다고 알려져 있습니다. 1978년에 영국의 ICI가 처음으로 PEEK에 대한 특허를 출원했고, 1981년에 빅트렉스 PEEK 폴리머로 상용화되었습니다.
PEEK의 가공법
PEEK와 같은 열가소성 플라스틱은 사출 성형이나 적층 가공 기법을 통해 가공할 수 있습니다. 사출 성형을 위해서는 먼저 플라스틱에 안료, 안정제, 충전제, 가소제 등을 첨가하여 소재를 칩 형태로 만들어야 합니다. 그 후 플라스틱을 용융 상태로 만들어 금형 쪽으로 사출합니다. 마지막으로 금형 속에서 굳은 플라스틱을 꺼내면 가공이 완료됩니다.
적층 가공은 우리에게 익숙한 3D 프린팅입니다. 소재를 자르거나 깎는 절삭 가공과 달리, 원료를 여러 층으로 쌓아서 결합시키는 방법이죠. 금형을 제작하는 중간 과정을 생략할 수 있고, 즉각적인 수정이 가능합니다.
물론 공차적인 부분에 있어서 3D프린터에서의 아쉬운 부분이 있기때문에 PEEK를 CNC 가공으로도 통해서도 많이들 시제품개발 부품등 가공하고 계십니다.
PEEK의 장점 
1. 고온에 강한 내열성
PEEK의 연속 사용 온도는 250도 정도로 매우 높습니다. 내열 수성도 뛰어나 200~250도의 증기 속에서도 연속적으로 사용할 수 있습니다. 단시간 동안이라면 300도까지도 견뎌낼 수 있습니다. 하지만 의외로 유리 전이점은 143도로 낮아서, 주의해서 사용해야 하는 부분도 있습니다.
2. 성형가공의 용의성
PEEK는 내열성이 강한 축에 속하지만, 내열성의 측면에서만 본다면 폴리이미드 수지보다 떨어집니다. 하지만 고온으로 가열하면 녹는 특성이 있어서, 다른 수지들처럼 유연하게 소재를 성형하고 가공할 수 있습니다. 비용도 폴리이미드보다 저렴합니다.
3. 뛰어난 인장 강도
PEEK 소재를 탄소 섬유로 보강할 경우, PEEK의 높은 내열성을 유지하면서 최대 29,000psi의 강도를 얻을 수 있습니다. 29,000psi는 약 2,038kgf/㎠로 환산할 수 있습니다.
그 외에도 PEEK의 장점으로는 난연성, 내화학성, 내마모성, 내방사선성 등이 있습니다.
PEEK의 단점
옛날보다는 많이 상용화, 보편화가 되었다고는 해도, PEEK는 여전히 고가의 소재입니다. PPS나 PES와 같은 다른 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 중에서도 가격이 높은 축에 속합니다.
또한 250~300도 정도의 높은 온도에서 가공해야 해서, 고온 상태를 유지해야 합니다. 그렇다고 너무 높은 온도에서 가공하면, PEEK가 가공하기 전에 다 녹을 수 있기 때문에 주의해야 합니다.
PEEK와 잘 섞이는 소재들도 있지만, 나트륨, 황산, 질산, 크롬, 할로겐 등의 물질에는 약한 모습을 보입니다. 그리고 자외선에 대한 내성이 낮아서, 자외선(UV) 노출 환경에 놓이지 않도록 주의해야 합니다.
인장 강도가 강하긴 하지만, 단단한 재질로 밀링 가공을 시도하면 깨지기 쉽다는 단점도 있습니다. 그래서 날붙이 지름이 가는 것으로 가공할 경우, 날붙이가 부러질 가능성도 있습니다. 그러면 손상된 공구를 배상하기 위한 추가적인 비용이 지출되기 때문에 주의가 필요합니다.
PEEK의 종류
위에서 언급한 PEEK의 특징은 전반적으로 기본 등급의 PEEK의 것입니다. 기본 등급의 PEEK의 다른 소재를 섞어서, 고유의 특성이 더 강화된 PEEK를 만들 수 있습니다.
1. 습동 등급
탄소 섬유, 사불화 에틸렌(PTEE), 그라파이트 등을 충전한 등급으로, 기본 등급의 접동성과 내마모성이 강화된 소재입니다. 그래서 라이너나 베어링과 같은 접동 부품에 사용할 수 있습니다. 하지만 발열체, 단자와 같은 전자 부품으로는 사용할 수 없습니다.
2. 유리 섬유 강화 등급
유리 섬유를 충전한 등급으로, 기본 등급에 비해 높은 강성과 내클리프성, 치수 안정성을 가지고 있습니다. 그래서 장시간 동안 높은 수준의 정적 하중이 가해지는 장소에서 사용됩니다.
3. 카본 섬유 강화 등급
유리 섬유 강화 등급의 PEEK보다 높은 강성, 크리프성, 기계적 강도, 내마모성을 가지고 있습니다. 또한 기본 등급보다 약 3.5배 높은 열전도율을 가지고 있어 빠르게 열을 방출합니다. 정전기 장애가 일어나거나 먼지가 묻으면 안 되는 부품에 주로 사용됩니다. 습동 등급의 PEEK처럼 전자 부품으로 사용할 수 없다는 특이사항이 있습니다.
PEEK의 용도
PEEK라고 검색하면 가장 많이 나오는 부품이 볼트입니다. 일반적으로 볼트에 사용되는 재료는 금속 종류입니다. 그런데 금속 대신에 PEEK가 사용되는 경우도 많다는 뜻입니다. 전자제품, 자동차, 항공기 등에도 금속 소재 대신 사용됩니다. 또한 반도체나 액정 및 LCD 제조 장비 부품에 사용됩니다. 치과 임플란트용으로도 사용되는데, 소재가 인체와 잘 어울리고 감염에 저항하는 특성을 가지기 때문입니다.
특히 자동차 부품 중에서는, 200도 이상의 온도를 견딜 수 있는 특징 때문에, 엔진의 트랜스 미션부품, 베어링, 기어 등에 주로 적용됩니다. 또한 비용 대비 효율을 극대화하기 위해, 비행기의 경량화 부품과 의료기기에도 사용됩니다.
PEEK의 미래
환경 보호의 중요성이 점점 커지는 상황에서 PEEK의 가치는 계속 높아질 것입니다. 환경 보호의 핵심인 저탄소, 친환경 등에 적합한 소재가 PEEK이기 때문입니다.
특히 자동차, 항공 산업에서 PEEK는 목적까지 충족할 수 있습니다. 플라스틱이다 보니 기본적으로 금속보다 가볍기 때문입니다. 업계에서는 PEEK가 전자제품, 자동차, 항공 산업에 이어서 에너지 산업까지 진출할 것이라고 내다보고 있습니다.
오늘은 바로발주 매거진에서는 처음으로 플라스틱 가공과 관련된 콘텐츠를 다뤄봤습니다. 아무래도 CNC 가공에서는 금속 가공을 먼저 떠올리기 때문에, 플라스틱 가공이 낯설게 느껴질 수 있을 거 같은데요. 이 글이 그런 분들에게 많은 도움이 되었으면 좋겠습니다. 오늘도 저희 바로발주에 방문해주시고 글 읽어주셔서 진심으로 감사드립니다!