야외 내구성을 위한 상위 5가지 UV 저항성 플라스틱

세심하게 설계된 야외 제품이 햇빛의 끊임없는 공격으로 인해 퇴색되고, 갈라지고, 뒤틀려 결국 사용할 수 없게 된다고 상상해 보세요. 이 시나리오는 디자이너와 제조업체 모두에게 악몽입니다. 범인은 자외선(UV)입니다. 사람의 피부가 햇빛으로부터 보호를 받아야 하는 것처럼 플라스틱 제품도 UV 열화에 똑같이 취약합니다. 따라서 설계 단계에서 UV 저항성이 뛰어난 재료를 선택하는 것이 중요합니다. 다행히 기술 발전으로 플라스틱의 UV 저항성을 향상시키는 여러 가지 솔루션이 제공되었습니다.

UV 저항성이란 무엇인가요?

UV 저항성은 UV 방사선을 흡수하여 발생하는 열화에 대한 재료의 저항력을 의미합니다. 햇빛에는 폴리머의 화학 결합을 파괴하여 플라스틱의 점진적인 열화를 유발하는 UV 광선이 포함되어 있으며, 이를 광분해라고 합니다. 이 현상은 변색(황변 또는 백악화 등), 충격 및 인장 강도 감소, 취성 증가를 초래하여 플라스틱이 갈라지거나 부서지기 쉽습니다. 또한 UV 손상은 가역적인 변화가 발생하기 전에 재료의 변형에 대한 저항력인 연신율에 부정적인 영향을 미칩니다.

필요한 UV 저항 수준은 제품의 용도 및 특정 요구 사항에 따라 다릅니다. 일반적으로 야외 및 산업용 부품은 최적의 품질과 성능을 유지하기 위해 더 높은 UV 저항성을 요구합니다. 그렇다면 UV 노출에 가장 잘 견디는 플라스틱은 무엇일까요?

UV 저항성이 뛰어난 플라스틱 5가지

세부 사항을 살펴보기 전에 어떤 재료도 UV 방사선에 완전히 면역되지 않다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 다양한 플라스틱은 다양한 정도의 UV 저항성을 제공하며, 대부분의 플라스틱은 성능을 향상시키기 위해 안정제 또는 첨가제가 필요합니다. 온실 필름, 창틀, 자동차 부품, 경기장 좌석과 같은 야외 응용 분야는 장기적인 UV 손상에 특히 취약합니다.

1. 아크릴

아크릴은 본질적으로 UV 방사선에 강한 몇 안 되는 제조 재료 중 하나입니다. 이 투명한 플라스틱은 실외에서 사용했을 때 10년 동안 3%만 열화됩니다. 실외 간판, 조명 기구, 장식 패널 및 유색 렌즈에 일반적으로 사용됩니다. 그러나 아크릴은 특히 강하지 않으며, 단단하고 부서지기 쉬워 하중 지지 부품이나 장기적인 내구성이 필요한 용도에는 적합하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 UV 저항성은 특정 용도에 대한 가치 있는 투자입니다.

장점 및 제한 사항:

• 장점: 우수한 UV 저항성, 스크래치 저항성, 높은 투명성, 착색 용이성.
• 제한 사항: 낮은 강도, 취성, 하중 지지 용도에 부적합.

일반적인 용도:

• 실외 간판 및 광고판
• 조명 기구 및 디퓨저
• 디스플레이 케이스 및 선반
• 자동차 미등 및 신호등
• 건축 유리 및 채광창

2. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)

HDPE는 내구성과 유연성으로 유명한 열가소성 수지로, 놀이터 장비에 자주 사용됩니다. 쉽게 녹아 다양한 모양으로 성형할 수 있으며 파손 시 날카로운 모서리가 형성되지 않습니다. HDPE는 산, 알코올 및 알칼리에 대한 저항성이 높으며 낙서에도 저항합니다. 광분해에 대한 강력한 저항성과 결합하여 HDPE는 야외 인프라, 용기, 플라스틱 장난감, 야외 가구 및 배관에 이상적입니다. 그러나 강도는 아크릴보다 약간 나을 뿐이므로 고압 용도에는 적합하지 않습니다.

장점 및 제한 사항:

• 장점: 우수한 UV 저항성, 내화학성, 내후성, 가공 용이성, 비용 효율성.
• 제한 사항: 중간 강도, 제한된 내열성, 스크래치 발생 가능성.

일반적인 용도:

• 쓰레기통 및 재활용 쓰레기통
• 물탱크 및 용기
• 놀이터 장비 및 미끄럼틀
• 야외 가구 및 피크닉 테이블
• 배관 및 배수 시스템

3. 폴리카보네이트

폴리카보네이트는 HDPE를 훨씬 능가하는 뛰어난 충격 저항성을 자랑하는 동시에 아크릴과 비슷한 투명성을 유지합니다. 또한 상당한 온도 변동을 견딜 수 있어 헬멧, 보안경, 보호 쉴드, 보안 창 및 용기와 같은 고강도 제품에 이상적입니다. 그러나 폴리카보네이트는 다른 많은 재료보다 비쌉니다. 높은 비용에도 불구하고 내구성, 수명 및 UV 저항성은 종종 투자를 정당화합니다.

장점 및 제한 사항:

• 장점: 높은 충격 저항성, 우수한 UV 저항성, 뛰어난 투명성, 내열성, 치수 안정성.
• 제한 사항: 높은 비용, 스크래치 발생 가능성, 특정 화학 물질에 취약.

일반적인 용도:

• 안전 헬멧 및 안면 보호대
• 안전 안경 및 보안경
• 방탄 유리 및 보안 창
• 자동차 헤드라이트 및 미등
• 온실 패널 및 채광창

4. 폴리아미드-이미드(PAI)

PAI는 뛰어난 UV 저항성과 연성을 가진 고성능 열가소성 수지입니다. 폴리아미드(나일론)와 폴리이미드의 특성을 결합하여 PAI는 뛰어난 강도, 강성, 내마모성 및 낮은 마찰을 제공합니다. 전선, 수술 도구 및 정밀 공차와 장기적인 치수 안정성이 필요한 부품에 일반적으로 사용됩니다. 그러나 PAI는 비싸고 UV 방사선, 화학 물질 및 마모에 대한 저항성을 극대화하기 위해 종종 후경화 공정이 필요합니다.

장점 및 제한 사항:

• 장점: 뛰어난 강도와 강성, 우수한 내마모성, 우수한 UV 저항성, 내화학성, 고온 안정성.
• 제한 사항: 높은 비용, 가공 어려움, 후경화 필요.

일반적인 용도:

• 항공우주 부품
• 자동차 엔진 부품
• 전기 커넥터 및 절연체
• 산업용 펌프 및 밸브
• 의료 기기

5. 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)

PVDF는 뛰어난 열 안정성, 내마모성 및 화학 물질 및 UV 방사선에 대한 보호 기능을 갖춘 UV 저항성 플라스틱입니다. 높은 내열성으로 인해 PVDF는 반도체 제조와 같은 고순도 용도에 자주 사용됩니다. 두 가지 형태로 제공됩니다. 호모폴리머 PVDF는 더 높은 강도와 강성을 제공하는 반면, 코폴리머 PVDF는 더 나은 충격 저항성과 응력 균열 저항성을 제공합니다. 두 가지 유형 모두 화학 탱크 라이닝, 반도체 장비 및 씰, 개스킷, 노즐, 파이프 및 밸브와 같은 부품에 사용됩니다.

장점 및 제한 사항:

• 장점: 우수한 내화학성, 우수한 UV 저항성, 고순도, 용접성, 내열성.
• 제한 사항: 높은 비용, 중간 강도 및 강성, 가공 어려움.

일반적인 용도:

• 화학 처리 장비
• 반도체 제조
• 전선 및 케이블 절연
• 건축 코팅
• 리튬 이온 배터리

플라스틱의 UV 저항성 향상

위에 나열된 플라스틱은 다양한 정도의 UV 저항성을 제공하지만, UV 저항성 첨가제 또는 보호 코팅으로 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 이러한 솔루션은 광분해를 완화하는 데 도움이 되며 재료의 외관을 향상시켜 제품 수명을 연장할 수도 있습니다.

UV 저항성 첨가제는 세 가지 범주로 나뉩니다.

• 차단제: 이들은 플라스틱 위에 보호층을 형성하여 UV 방사선으로부터 보호합니다. 카본 블랙은 일반적이고 효과적인 차단제로, UV 광선의 약 2%를 차단합니다. 안료인 이산화 티타늄도 효과적인 차폐 솔루션으로 사용됩니다.
• 흡수제: 일반적으로 유기 화합물인 흡수제는 UV 방사선을 포착하여 열과 같이 덜 해로운 파장으로 방출합니다. 일반적인 흡수제에는 벤조페논과 벤조트리아졸이 있습니다. 벤조트리아졸은 투명성을 유지하기 위해 아크릴 및 폴리카보네이트와 함께 사용되는 경우가 많고, 벤조페논은 PVC 및 폴리올레핀과 함께 사용됩니다.
• 안정제: 이러한 화학 물질은 UV 방사선을 소산시켜 폴리머 결합이 파괴되는 것을 방지합니다. 힌더드 아민 광 안정제(HALS)는 일반적인 유형으로, 여기된 UV 반응을 안정적인 화학 공정으로 변환합니다.

결론

어떤 플라스틱도 UV 방사선에 완전히 면역되지 않지만, 많은 플라스틱이 우수한 UV 저항성을 제공하여 제품 수명을 연장하고 변색, 강도 손실 및 취성과 같은 문제를 방지합니다. 부품이 시간이 지남에 따라 예상대로 작동하도록 하려면 신중한 재료 선택이 필수적입니다. UV 저항성 플라스틱 및 첨가제를 활용하여 제조업체는 햇빛의 끊임없는 공격을 견딜 수 있는 내구성이 뛰어나고 오래 지속되는 제품을 만들 수 있습니다.