발포가공
스폰지와 발포고무 등의 발포가공품은 그 물성 및 가공품 형태의 다양성 때문에 사용이 급격히 증가하고 있다.
내장재에 쓰이는 부드러운 연질 발포 수지로부터 자동차 범퍼 등에 쓰이는 반경질 발포 수지, 주로 구조재 등에 사용되는 경질 발포수지 등 다양한 물성으로 가공할 수 있다. 한편 발포수지는 단열, 방음 및 전기절연성 등의 다양한 장점도 가지고 있다. 이러한 다양성은 제조방법에도 적용되어 발포수지는 casting, 압출, 사출, 열성형 등의 다양한 방법에 의해 거의 모든 형태의 성형품으로 제조될 수 있다. 모든 열가소성 수지와 열경화성 수지는 발포 가공이 가능하다.
발포가공에는 다양한 발포기법이 적용되고 있다. 가장 많이 쓰이는 발포법은 발포제를 섞은 수지를 고온에 방치함으로써 발포시키는 방법이다. (그림 11-19). 발포제는 보통 분말 상으로 액상 수지나 pellet 상 수지에 혼합한다.
발포제는 열에 의해 분해하여 보통 질소가스를 방출한다. 전형적인 발포제로는 azobisformamide (ABFA)가 있다. 분해온도는 110℃에서 280 ℃사이이다. 발포제의 선정은 사용하는 수지의 용융온도와 가공온도를 충분히 고려하여 결정하여야 한다.
발포제의 사용 외에 고려할 수 있는 발포법은 용융되거나 액상의 수지에 기체를 높은 압력으로 주입하는 것이다. 기체는 압출기나 사출기를 통하여 직접적으로 주입되고 용융수지가 die나 nozzle 밖으로 나와 압력이 낮아졌을 때 기체가 팽창함으로써 발포제를 형성하게 된다. 한편 isocyanate 등의 화합물이 물과 고온에서 반응할 때 기체를 생성할 수 있는 성질은 polyurethane 발포성형에 활용되기도 한다. Freon 등의 휘발성이 낮은 용매들은 발포성형에 자주 활용된다. 이들 용매들은 반응열이나 가공열에 의해 증발 팽창하여 발포 수지를 형성한다. Freon은 특히 urethane 발포 성형에 주로 사용되고 있으나 freon의 오존 파괴 효과로 인하여 사용이 감소할 것으로 예측된다.
발포성형에 사용되는 수지로는 polyurethane 과 polyethylene, polystyrene, epoxy 수지 및 phenol 수지가 대표적이다. Urethane 발포 수지는 물성이 다양하며 발포도가 높다. 발포도란 발포 후의 수지 부피와 발포되지 않았을 경우의 수지 부피의 비이다. Polyurethane은 저분자량의 반응성 고분자인 polyol과 diisocyanate의 반응에 의해 제조된다. 약간 과량의 diisocyanate와 물이 존재할 경우 이산화탄소가 발생하는 반응을 이용하여 아래와 같이 urethane 발포 수지를 제조할 수 있다.
Polystyrene 발포 수지는 압출기를 이용한 대표적인 발포수지의 예며, Styrofoam 이란 상품명으로 알려져 있다. Styrofoam을 제조할 때 발포제를 polystyrene pellet과 혼합한 후 압출하여 여러 형태로 가공한다. Styrofoam은 단열제, 방음제 등의 건축자재 및 일회용 용기 등의 용도로 활발히 사용되고 있다.
강화수지 맟 복합재료의 성형
강화수지 및 복합재료는 최종 제품의 형태에 따라서 다양한 방법으로 성형된다. 강화수지의 성형방법은 일반 수지의 성형방법과 유사한 경우가 많다. 주로 열성형, casting 및 spray 방법 등이 사용된다. 복합재료의 경우 금형 위에 장섬유나 직포를 바르고 수지를 도포하는 작업을 반복하는 수작업도 많이 활용된다. 주로 대형 저장조 등의 성형을 위하여 수작업 성형이 활용된다. 한편 수지를 도포한 섬유를 mandrell 위에 감는 filament winding 법 및 수지와 섬유를 압출과 비슷한 방법으로 profile 제조하는 pultrusion 등의 성형방법도 사용되고 있다.