고분자 구조 (5) - 열가소성과 열경화성

높은 온도에서 고분자가 외부에서 가해진 기계적인 힘에 어떻게 반응하는 가는 주된 분자 구조가 어떤 것인가에 달려있다. 이들 물질을 구분하는 하나의 기준은 온도가 올라감에 따라 어떤 행동을 하느냐이다.

이때 열가소성 고분자와 열경화성 고분자 2가지로 나뉘게 된다.

 

1.열가소성 고분자

(1). 열가소성 고분자는 가열하면 부드러워지며 궁극적으로 액체로 변했다가 다시 단단해진다.

(2). 열가소성 고분자는 선형 혹은 유연한 사슬을 지닌 가지친 고분자이다.

(3). 분자 수준에서는 온도가 올라감에 따라 분자의 운동이 심해지고 2차 결합력이 분자의 운동을 이기지 못해 인접한 사슬의 움직임이 쉬워진다. 가교된부분이 적어 사슬이 유연해 지는 것이다.

(4). 한편 온도가 너무 올라 공유결합을 끊을 정도가 되면 비가역적인 열분해가 일어난다. 이들은 열과 압력을 동시에 가함으로써 성형된다.

(5). 이들의 예로는 폴리에틸렌 폴리스타이렌 폴리(비닐클로라이드) 등이 있다.

 

2. 열경화성 고분자

(1). 열경화성 고분자는 그물망 고분자이다.

(2). 열경화성 고분자는 열을 가하면 영구적으로 딱딱해지고 다시 가열해도 부드러워지지 않는다.

(3). 그물망 고분자는 인접한 분자사슬 사이에 공유결합을 가지고 있다. 열처리 동안 이 결합들은 단단히 고정되어 높은 온도에서도 분자의 진동 회전운동을 방해한다.

(4). 열경화성 고분자는 상당한 온도로 가열해야 가교 결합이 끊어지고 고분자 분해가 일어난다. 일반적으로 열 가소성 고분자에 비해 딱딱하고 안정적이다.

(5). 이들의 예로는 페놀 수지, 가황고무, 폴리 에스터 수지 이다.

 

인장거동

위의 그래프를 보면 초록선이 열 경화성이라고 할 수 있다. 그 기울기는 탄성계수이다.

힘을 받아도 그물 구조이기 때문에 변형이 적다. 상당한 힘을 받으면 그 이후에는 파괴가 일어나게 된다.

반대로 빨간선은 적은 힘에도 탄성영역을 벗어나면 늘어나다 결국 큰 힘을 받으면 끊어지게 된다.

그리고 탄성계수는 열가소성이 작고 열경화성이 큼을 알 수 있다.