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제목  플라스틱의 선택(엔지니어링 플라스틱)
플라스틱의 선택(엔지니어링 플라스틱)

이러한 절연을 목적으로 가장많이 사용되는 것이 흔히 이야기하는 플라스틱 이다. 엔지리어닝 플라스틱과 일반 플라스틱과의 차이는 엔지리어링 플라스틱이 보다 강하고, 보다 내열성이 높다는 것이다.

플라스틱의 재료명을 접하게되면 재질의 종류는 아래와 같다,



▷ 일반 플라스틱

PE - 폴리에틸렌

HDPE - 고밀도 폴리에틸렌

PP - 폴리 프로필렌

PS - 폴리 에스테르

ABS - 아크릴로니트릴 부타티엔 스티렌







▷ 엔지니어링 플라스틱

PC - 폴리카보네이트

POM - 폴리 아세탈

PA - 폴리 아미드

PPO - 폴리 페닐렌 옥사이드

PBT - 폴리 부틸렌 테레프탈에이트

PET - 폴리 에틸렌 테레프탈에이트

PVC - 폴리 염화비닐



절연물의 온도상승을 통해 특성이 변하는가를 측정하여 절연등급을 판정한다, 이러한 온도상승시험의 주 point는 제품 각 부위의 온도가 얼마나 올라가서 절연을 파괴 시킬 수 있는가 하는 것이다. 제품에 사용되는 재질은 플라스틱이고 각각의 플라스틱의 온도가 어떻게 적용되고 판정 되어지는지가 제품설계의 절연등급을 결정하는데 있어서 중요한 요소가 될 수 있다.

안전규격은 크게 IEC,EN,UL의 3개의 큰 규격으로 분리 되지만 UL 에서 만이 플라스틱의 등록제도를 시행하고 있다. "Plastic Recognized Components" 라는 책으로 흔히 노란색 표지를 갖고 있어 Yellow Book 이라 통칭해서 부르는 책에 UL에 등록된 모든 재질과 부품이 List-up되어 있습니다. 플라스틱 재질을 평가하기 위해서는 여러 가지 특성에 대한 종합적인 판정을 하게 되며 그 중요 요소 크게 다음과 같이 5가지 요소로 구분된다.



Electrical Property & Mechanical Property (RTI)

Hot-Wire Ignition (HWI)

High-Ampere Are Ignition (HAI)

Comparative Tracking Index (CTI)

Flamability



간단하게 이들 특성을 설명하면...

RTI는 온도에 따른 플라스틱 특성의 변화에 대한 수치이다. 이 온도는 플라스틱의 전기적 특성이 변형되는 시점의 온도와 기계적 특성이 변화되는 온도 2가지로 나뉘어진다.

HWI는 플라스틱 시편에 전선을 감아 높은 전류를 흘리고 이에 따라 플라스틱이 발화되는지를 보는 시험이며 HAI는 플라스틱 양단에 높은 전류를 걸어 도전성을 Check 것이다.



또한 CTI는 플라스틱 표면이 오염물질로 오염된 경우 도전로가 형성되는지 안되는지를 판정하는 규격으로 플라스틱의 발화와 밀접한 관계가 있습니다.

이들 특성중 Flamabitily(난연성)는 플라스틱이 얼마나 타기 어려운가를 나타내는 지수로 플라스틱 선정에 아주 중요한 요소로 작용하고 있다.



Falmability의 등급엔 아주 여러 가지가 있는데 흔히 UL-94HB, UL-94V2 , V1, V0, 5V의 다섯가지 등급으로 구분되며 제품의 특성 및 구조에 따라 적용되는 등급이 다르다. 이들 다섯가지의 시험방법은 UL94를 보면 이주 잘 나타나있으나 왜 이러한 시험을 해야 하며 근본적으로 플라스틱이 연소되는 과정을 이해해야 보다 쉽게 플라스틱을 결정할 수 있다.

플라스틱의 연소과정에 대해 알아보자!

먼저 플라스틱이 어떻게 불이 붙고 진행되는지를 알려면 인화점과 발화점의 개념을 이해하여야 한다.

인화점과 발화점

가연성 액체나, 고체의 연소는 이들이 가열되면서 발생하는 가연성 가스에 의한 것으로, 생성된 가연성 가스의 온도가 상승하고, 가연성 혼합기가 형성되지 않으면 연소는 일어나지 않는다.



고체나 액체가 타기위해선 표면에 가연성 혼합기가 형성될 때까지 온도를 올려야 하는데 이 온도를 인화점 이라고 한다. (이때 외부에서 불꽃을 인가하면 화염이 발생한다) 또한 인화점 이상의 온도를 유지하고 있을 때 스스로 탈수 있는 발화의 위험을 안고 있는데 가연성 혼합기를 발화원 에서 격리한 상태로 가열해서 스스로 발화 될 때 까지의 온도를 발화점이라 한다. 결국 간단하게 설명하면 인화점이란 외부에서 불꽃을 인가했을 때 발화되는 온도를 말하며 발화점이란 불을 인가하지 않고 뜨겁게 주위를 가열시 발화되는 온도를 말한다.

불의 발전단계

외부의 가스버너를 사용하여 불꽃을 플라스틱과 같은 가연성 물질에 인가해 보면, 바로 불이 붓는 현상을 볼 수 있다. 흔히 플라스틱이 타들어가는것 과 같은 모습을 볼 수 있는데 이 과정을 나누어보면 플라스틱 자체가 타는것이 아니라 연소 가능한 가연성기체에 의해 불꽃이 진행되는 결과를 볼 수 있다. 불꽃을 접한 부위의 온도가 급격히 상승되면서 열분해가 일어나며 가연성 혼합기체가 발생된다. 발생된 가연성 기체는 인가된 불꽃에 의해 온도가 상승되어 산소와 결합, 불꽃을 발하며, 타들어간다. 이러한 화염면의 앞에 존재하는 미 연소의 가연성 혼합기는 이미 연소에 의해 발생된 연소가스의 열팽창 때문에 전방으로 밀어가며 화염을 전파시킨다. 이렇게 발생된 화염은 이동하고 있는 미연소 가연성 혼합기속을 전파해서 가게 되는 것이다. 이러한 화연의 이동속도를 화염속도라 하는데, 화염속도 속에는 이러한 미연소 가연성 혼합기의 이동속도가 가산되어 있다. 또한 화염면이 아직 타지 않은 미연소 가연성 혼합기의 표면에 대하여 직각으로 이동하는 속도를 연소 속도라 하며, (이것이 실제로 화염이 전파되는 속도라고 한다) 미 연소 가연성 혼합기에 대한 화염면의 상대적 속도를 나타내며 동시에 화염 속에서 일어나는 화학반응의 속도로도 사용된다. 결국 불이란 인가된 불꽃을 제거한 후에도 아래의 그림과 같은 과정이 순환 되면서 불꽃이 전파되어 나가는 과정을 의미합니다.



난연성이란 위의 각 단계와 같은 불의 발전 과정을 저지하여, 불의 확산을 막는 것으로, 난연화 방법으로는 분자구조 변경을 통한 내열성 플라스틱을 제조하는 방법과 난연성분을 구조내에 화학적으로 결합시키는 방법이 있다.

이러한 연소속도를 환산해서 규격으로 정리한 것이 그 유명한 UL의 난연성 Test UL-94 난연등급이다

이러한 상용적으로 이용되고 있는 난연성 등급은 IEC 707 (Methods of test for the determination of the flammability of solid electrical insulating materials when exposed to an igniting source) 규격과 UL 94 (Test for flammability of plastic materials for parts in devices and appliances)에서 각각 그 기준을 정하고 있으며. 이러한 규격은 시험 방법은 거의 비슷하지만 아래와 같이 표기방법을 달리하고 있다.



이렇게 UL94에 따라 시험해서 결정지어진 플라스틱의 난연 등급은 746C에서 제품에 어떨게 적용되는지에 따라, 적용된 플라스틱의 적합성을 평가하게 되어 있는데 시험기준은 UL 94에 따라 진행한 결과를 표시하게 되어있으며 불꽃확산의 우려가 있는 부분은 UL94 5V등급을 사용하게 되어 있다. IEC의 경우 이러한 등록제도가 없기 때문에 일부에선 UL에 등록된 플라스틱의 난연성을 인정하기도 하지만 기본적인 개념은 제품에서 시험하는 것입니다. 하지만, 제품을 시험할 때마다 플라스틱의 sample을 제작해서 난연성 시험을 하기가 무척이나 번거롭기 때문에 이를 대체할 수 있는 Alternative Test를 만들었는데 이것이 Glow-wire Test와 Needle Flame Test 입니다.

IEC를 자국규격으로 적용하는 나라중 에서 난연성을 강조한 National Deviation을 추가하여 규제를 강화시키는 곳이 있는데 대표적으로 호주를 들 수 있다. 그리고 국내의 전기용품 안전관리법의 경우 작년부터 UL의 Yellow-book과 유사한 절연물 등록제도를 시행하고 있으며, 절연물의 등록시 UL의 시험방법과 동일한 방법을 사용합니다. 그러나, 제품자체에서 Test할 경우는 외곽에 있어서 UL94 HB등급이면 만족할 수 있는 수준입니다.
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