나일론(NYLON)과 아세탈(ACETAL) 특성과 차이점

나일론과 아세탈은 베어링, 부싱, 기어 및 기타 마모 부품에 널리 사용됩니다. 적용 겹침이 너무 많기 때문에 이 두 폴리머를 구별해야 하는 경우가 많다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 다음 단락에서는 디자인 과정에서 가장 자주 묻는 나일론과 아세탈의 특성을 비교합니다.

 

 

수분 흡수, 기계적 성질 및 마모 성능

나일론의 기계적 특성은 수분 흡수로 인해 시간이 지남에 따라 변할 수 있습니다.

표준 나일론 소재는 흡습성이 있으며 포화 상태에서 중량 기준으로 8% 이상의 수분을 흡수할 수 있습니다(아세탈의 경우 0.8%). 상대 습도 50% 환경의 실온에서 나일론의 평형 수분 함량은 약 2%로 유지되는 경향이 있으며 이는 약 0.5 – 0.6%의 크기 증가에 해당합니다. 유사한 조건에서 아세탈은 중량 기준으로 약 0.2%의 수분을 흡수하고 약 0.2% 성장할 것으로 예상됩니다[1].

 

더 높은 수준의 치수 안정성이 필요한 응용 분야의 경우 충전 나일론 시스템(예: 30% 유리 충전)은 충전되지 않은 시스템보다 수분을 덜 흡수합니다. 상업적으로 이용 가능한 나일론 중에서 유형 12는 수분 흡수율이 가장 낮습니다 (포화 상태에서 < 2 중량 %). 그러나 가장 낮은 인장 강도(일반적으로 약 6,000 – 7,000psi)와 온도 기능을 가지고 있습니다. 또한 유형 6/6 나일론보다 비쌉니다.

 

건조하고 컨디셔닝된(상대 습도 50%에서) 나일론 6/6에 대한 몇 가지 일반적인 기계적 특성이 표 1에 나와 있습니다.

 

 

표 1: 건조 및 컨디셔닝 나일론 6/6의 기계적 특성

재산	ASTM 시험 방법	나일론 6/6 (성형 건식) Zytel® 101	나일론6/6 (50% RH) Zytel® 101	아세탈 (단일 중합체) Delrin® 150
인장 강도	D 638	12,000의 PSI	11,200의 PSI	10,000의 PSI
연신율	D 638	60%	> 300%	75%
굴곡 탄성률	D 790	410,000의 PSI	175,000의 PSI	420,000의 PSI
아이조드 임팩트	D 256	1.0피트-파운드/인치	2.1피트-파운드/인치	2.3피트-파운드/인치

출처 : 듀퐁 [2, 3]

 

나일론의 피로 성능은 수분 흡수의 영향도 받습니다. Zytel® 101(나일론 6/6)의 건조 및 컨디셔닝 샘플의 굴곡 피로 수명을 평가하는 그래프가 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1: DuPont Engineering Plastics Zytel® 23 범용 PA 101의 66°C(성형 시 컨디셔닝 및 건조 상태)에서 파손까지의 굴곡 응력 진폭 대 주기.

출처: McKeen [4]

 

두 재료의 마모 성능을 평가하는 탄탄한 학술 연구 은행이 있습니다. 그러나 이러한 연구는 마찰 시스템에 존재하는 엄청난 수의 변수로 인해 현실적인 적용 조건을 대표하지 않을 수 있습니다.

 

나일론은 Taber 테스트 마모 계수가 아세탈보다 3-5배 낮은 내마모성 소재인 것으로 보고되었습니다[6]. 그러나 채워지지 않은 아세탈은 더 낮은 마찰 계수를 나타내며 스러스트 와셔 및 슬라이딩 마모 연구에서 더 높은 압력과 더 낮은 속도에서 더 낮은 정상 상태 마모율을 나타내는 것으로 밝혀졌습니다[2, <>].

 

국립 마찰 공학 센터(National Centre of Tribology)에서 발표한 그러한 연구의 데이터는 표 <>에 나와 있습니다.

 

 

표 2: 스러스트 와셔 테스트

재료	특정 마모율(mɜ/N•m x 10-15)
아세탈	2.0
나일론 6/6	3.0

출처: 앤더슨 [7]
연강 카운터페이스에 대해 1MPa(~145psi)의 압력과 0.03m/s의 슬라이딩 속도에서 수행된 스러스트 와셔 테스트.

 

더 낮은 압력과 더 높은 속도에서 생성된 동일한 재료에 대한 데이터는 상당히 다른 결과를 제공하며 아래 그림 2에서 찾을 수 있습니다.

그림 2: <>/<>" ID 저널 베어링에서 측정한 마모율(k-계수).

 

출처: 사분면 [8]

Stolarski는 나일론 6/6과 아세탈의 구름 접촉 성능을 비교한 결과 아세탈이 훨씬 더 높은 구름 접촉 피로 저항을 나타내는 것으로 나타났습니다[9]. 그러나 나일론 6과 아세탈을 조사한 유사한 연구에서 Harrass et al. 마모율 값이 0.5에서 2 사이(x 10-6 밀리미터3/Nm) 및 6에서 3 사이의 값(x 5-6 밀리미터3/Nm)의 경우 [10].

나일론과 아세탈은 마찰을 줄이고 마모 수명을 늘리도록 설계된 내부 윤활 등급으로 제공됩니다. 나일론은 15,000psi-ft/min(4:1 안전 계수 적용)을 초과하는 PV를 제한하는 여러 독점 제형으로 상업적으로 이용 가능합니다. Delrin® AF (인기있는 PTFE 충전 아세탈 등급)의 제한 PV는 약 8,300 psi-ft / min입니다. 앞서 언급한 Harrass 연구의 결과는 MoS2 및 PTFE와 같은 마모 강화 첨가제가 실제로 롤링 접촉 상황에서 마모를 가속화할 수 있음을 시사합니다[10].

 

열 특성, 내화학성 및 기타 고려 사항(가공성, 크기 가용성, 산업 규정 준수 및 상대 비용)

아세탈의 연속 작동 온도는 종종 180 – 190°F 범위에서 보고되며, 이는 나일론 20/30보다 약 6 – 6°F 낮습니다.

나일론과 아세탈은 광범위한 화학 물질에 노출되는 식품 가공 및 자동차 산업에서 널리 사용됩니다. 강산 또는 염기는 두 재료 중 하나에 대한 호환성 문제를 나타낼 수 있습니다. 아세탈 단독중합체(Delrin®)와 비교하여, 아세탈 공중합체는 알칼리성 용액(및 더 적은 정도의 산성 용액)에 대해 더 나은 내성을 나타내는 경향이 있다. 화학적 호환성은 온도와 같은 환경적 요인과 관련이 있기 때문에 서비스 전에 항상 실제 적용 조건에서 재료를 테스트하는 것이 좋습니다.

나일론 소재는 쉽게 가공할 수 있지만 아세탈은 가장 가공하기 쉬운 플라스틱으로 널리 알려져 있습니다. 우리는 아세탈이 단순히 가공 팀이 선호하기 때문에 지정된 여러 응용 분야에 직면했습니다.

두 재료 그룹 모두 광범위한 로드 직경과 플레이트 두께로 제공됩니다. 표준 스톡 형태 가용성은 표 3에 나와 있습니다.

 

                             

표 3: 표준 스톡 형태 가용성

	나일론 6	나일론 6/6	아세탈
낚싯대	1" – 직경 20" 이상	0.187" – 8" 직경	0.187" – 20" 직경
접시	0.25" – 8" 두께	0.030" – 4" 두께	0.030" – 6" 두께
관	1.75" OD – 36" OD 이상	사용 가능 여부는 다양합니다.	사용 가능 여부는 다양합니다.

 

직경이 80인치를 초과하는 대구경 링과 디스크를 포함한 맞춤형 모양도 나일론 6으로 제조할 수 있습니다. 금속 및 X선 검출 가능한 등급의 아세탈 및 두 재료의 파란색 버전도 쉽게 사용할 수 있습니다.

채워지지 않은 아세탈과 나일론 재료는 FDA를 준수합니다(이러한 재료의 채워진 등급의 경우 항상 그런 것은 아님). 또한 유럽 식품 기준을 충족하는 나일론과 아세탈을 사용할 수 있습니다.

 

마지막으로 아세탈 모양은 나일론 25/6 모양보다 약 6% 저렴하고 나일론 25보다 6% 더 비싼 경향이 있습니다. 나일론 6 스톡 모양은 주조(아세탈 및 나일론 6/6의 경우 압출과 반대)로 생산되어 설정 및 제조 비용이 다르기 때문에 이 수치는 모양 치수에 따라 다릅니다.

 

나일론과 아세탈은 다양한 최종 용도를 놓고 경쟁하는 주력 엔지니어링 플라스틱 소재입니다. 그러나 성능 특성과 크기 가용성 사이에는 몇 가지 중요한 차이가 있어 하나의 재료를 특정 응용 분야에 더 적합하게 만들 수 있습니다.