같은 PA6 GF30 표기인데 실제 인장강도가 15% 이상 달라지는 이유

개요: 그레이드 명칭은 규격이 아닙니다

변성 플라스틱에는 통일된 그레이드 명명 규칙이 없습니다. PA6 GF30이라는 명칭에서 약속된 것은 두 가지뿐입니다. 기재가 PA6라는 것, 유리섬유 함량이 대략 30%라는 것입니다.

반면 약속되지 않은 항목은 적어도 네 가지입니다.

• 유리섬유가 장섬유인지 단섬유인지, 조립 후 남아 있는 길이가 얼마인지.
• 유리섬유와 수지를 어떤 커플링제 체계로 결합했는지, 그 계면 강도가 어느 정도인지.
• 기재 PA6의 분자량과 점도 그레이드.
• 그 데이터가 건조 상태에서 측정된 것인지 조습 후에 측정된 것인지, 시험 온도가 몇 도인지.

이 네 가지 중 하나라도 다르면 실측 인장강도에 눈에 보이는 차이가 생깁니다. 네 가지가 겹쳐 15% 이상 차이가 나는 것은 정상 범위이며, 차이가 나지 않는 쪽을 오히려 의심해야 합니다.

따라서 양쪽 모두 PA6 GF30이라고 적힌 TDS를 나란히 놓고 숫자를 비교하는 행위 자체에 문제가 있습니다. 같은 것을 비교한다고 생각하지만 실제로는 배합이 다른 두 재료를 비교하는 셈입니다.

차이가 생기는 네 가지 원인

1. 유리섬유 길이 유지율: 유리섬유는 조립과 사출 성형 두 공정에서 모두 잘립니다. 남아 있는 길이가 보강 효율을 직접 결정합니다. 함량이 같은 30%라도 유지 길이가 긴 쪽은 인장강도와 굴곡 탄성률이 한 단계 높고, 너무 짧게 잘린 쪽은 보강 효과가 떨어져 PA6에 유리섬유 분말 30%를 충전한 재료에 가까워집니다.

이 항목은 통상 TDS에 기재되지 않습니다. 확인 방법은 공급업체가 성형품 내 유리섬유 길이 분포를 측정하고 있는지 문의하는 것입니다.

2. 계면 결합(커플링제 체계): 유리섬유와 PA6의 결합은 커플링제에 의존합니다. 계면 결합이 약하면 응력이 섬유로 전달되지 않아 보강 효과가 나오지 않습니다.

계면 결합은 인장강도보다 충격강도에 미치는 영향이 더 크며, 특히 저온 충격에서 두드러집니다. 흔히 보이는 현상은 두 그레이드의 23°C 상온 충격값은 비슷한데 -30°C 저온 충격값은 두 배 차이가 나는 경우입니다. 계면 체계의 차이가 저온에서 증폭되기 때문입니다.

3. 기재의 분자량과 점도 그레이드: 같은 PA6라도 점도 그레이드(분자량에 대응)가 다르면 기재의 강도, 유동성, 인성이 달라집니다. 고점도 기재는 인성이 좋지만 가공이 어렵고, 저점도 기재는 가공이 쉽지만 인성이 떨어집니다.

이 항목은 멜트플로우레이트(MFR / MI)와 연동하는 경우가 많아 MFR이 높은 쪽은 기재 점도가 낮은 경향이 있습니다. 두 TDS에서 MFR 차이가 크다면 유리섬유 함량 표기가 같아도 기계적 물성은 같은 수준이 아닙니다.

4. 시험 조건과 시험편 상태: 숫자가 어긋나기 가장 쉬운 항목입니다. 다음 세 변수를 맞춰야 합니다.

• 시험편 상태: PA6는 흡습합니다. 건조 상태(성형 직후)와 조습 후(23°C / 50% RH 평형)의 인장강도가 30% 이상 차이 나는 일은 드물지 않고, 충격강도는 반대 방향으로 움직입니다. 상태 기재가 없는 TDS 수치는 비교할 수 없습니다.
• 시험 온도: 노치 충격강도에서 23°C와 -30°C는 별개의 지표입니다. 저온 환경에서 쓰는 부품에는 저온 데이터가 필요합니다.
• HDT 하중 조건: 열변형 온도에는 0.45 MPa와 1.80 MPa 두 가지 하중이 있습니다. 같은 재료라도 1.80 MPa에서의 값이 통상 20~40°C 낮습니다. 반드시 같은 조건의 값을 비교해야 합니다.

15%라는 수치의 실제 의미

15%는 공차가 아니라 동일 그레이드 명칭 아래에서 배합이 다른 재료를 실측한 관찰값입니다.

실제 의미는 다음과 같습니다. 인장강도 180 MPa라고 적힌 TDS를 받았더라도 구매하는 재료가 반드시 180 MPa라고 할 수 없고, 180 MPa로 표기된 재료라면 어느 것이든 서로 교체 가능하다고도 할 수 없습니다. 실제로 이 수치는 일정한 폭 안에 있으며 그 폭은 15%를 넘을 수도 있습니다.

이 폭이 미치는 영향은 제품의 종류에 따라 달라집니다.

• 비하중 부품이고 설계 여유가 있는 경우: 15% 차이는 통상 여유 범위에서 흡수되어 사용상 영향이 없습니다.
• 강도 하한값으로 설계된 구조 부품: TDS의 대표값이 아니라 실측 하한값으로 검토해야 합니다.
• 금형이 이미 있고 치수가 확정된 경우: 강도보다 수축률이 중요합니다. 수축률이 0.2%만 달라도 대형 부품이 공차를 벗어날 수 있습니다.

로트 안정성: 그레이드 간 차이보다 흔한 실패 원인

그레이드 간 차이는 정적이어서 한 번 측정하면 알 수 있습니다. 로트 간 차이는 동적이며 통상 세 번째 로트, 다섯 번째 로트에서 드러납니다.

공급업체의 로트 관리 능력을 판단하려면 다음 세 가지를 보십시오.

1. 로트마다 COA가 발행되는지: 샘플링 단계에서 한 번만 주는 것이 아니라 양산 단계에서는 매 로트 필요합니다.
2. COA 수치가 실측값인지 참고값인지: 실측값은 로트까지 추적할 수 있지만 참고값은 추적할 수 없습니다.
3. 로트 간 변동 범위가 합의되어 있는지: 멜트플로우레이트, 회분, 색차 세 항목이 핵심 관리 항목입니다. 대략 같다는 식의 표현이 아니라 견적 단계에서 관리 방식을 합의해야 합니다.

당사는 변성 재료의 로트 간 관리에서 멜트플로우레이트, 회분(충전·강화계), 색차 세 항목을 핵심 관리 항목으로 하고, 출하 로트마다 COA 실측값을 첨부합니다. 구체적인 관리 수치는 추후 보완 예정입니다. 최근 연속 로트분의 COA를 비교용으로 제공해 드릴 수 있습니다.

구매자가 직접 할 수 있는 네 가지 검증

전문 시험 설비가 없어도 할 수 있는 검증이 네 가지 있습니다.

1. 시험 조건을 맞춰 재측정: 두 재료를 동일 규격, 동일 시험편 상태, 동일 온도에서 다시 측정합니다. 이 단계로 겉보기 차이를 걸러낼 수 있습니다.
2. 펠릿이 아니라 성형품을 측정: 실제 제품으로 사출 성형한 뒤 물성을 측정합니다. 펠릿 데이터가 좋아도 성형품 물성이 좋다는 뜻은 아닙니다.
3. 초도 샘플 보관 후 비교: 초도 샘플을 남겨 두고 후속 로트와 동일 조건에서 비교합니다. 로트 드리프트를 찾는 가장 손이 덜 가는 방법입니다.
4. 연속 3로트 검증: 단일 로트 데이터가 좋다는 것만으로는 부족하며 연속 3로트 데이터가 안정적이어야 합격으로 봅니다.

사실의 출처와 적용 범위

당사의 시험 체계와 품질 시스템은 회사 소개에서 확인하실 수 있습니다. 재료 선정 상담은 문의하기로 접수합니다.