무기 공업 재료, 유기 공업재료(세라믹, 내열재, 연마재/합성수지,고무,가죽)

1. 무기 공업재료

 1). 세라믹

  - 금속 재료 및 유기 재료와 함께 중요한 재료로 각광

  - 무기 물질을 주원료로 사용하는 산화물, 질화물, 탄화물 등의 재료를 통칭

  - 일반적으로 내식성, 내열성이 매우 큼. 전자기적 기능, 기계적 기능, 광학적 기능 등 다양한 기능을 갖는 재료

  - 예전엔 시멘트, 유리, 법랑, 내화물, 단열재, 건축용 점토 제품, 도자기 등에 사용

  - 최근 파인 세라믹의 개발로 컴퓨터의 기억 소자, 반도체 강유전체, 강자성체, 원자력 공업의 재료, 핵 특성 재료, 방사선 차폐 재료, 항공 우주 공학의 특수 무기 제품, 초전도 재료 등 매우 넓은 용도로 사용됨.

  - 매우 가벼워 자동차 기관, 우주선 표면 및 TV의 CRT와 유리 섬유 등에 많이 응용

  - 대표적인 파인 세라믹의 종류 및 특징

    ㉠ 알루미나(Al2O3)계 : 산화물계 파인 세라믹의 대표적인 소재. 다이아몬드 다음 가는 경도이며 내마모성이 우수하고, 내약품성, 내열성, 전기 절연성이 매우 좋음.

    ㉡ 지르코니아(ZrO2)계 : 강도와 인성이 우수하고, 고품질의 초미립자를 사용하며 고도의 소결 과정을 거친 균일하고 미세한 입자.

    ㉢ 질화규소(SiN)계 고온 강도와 내열 충격성잉 우수. 고온 구조 재료로서 연구되고 있음.

    ㉣ 탄화규소(SiC)계 : 알루미나계와 질화규소계보다 우수한 강도를 갖고 있음. 특히 내마모성이 우수하고, 고온에서도 강도가 저하되지 않으며 내식성도 우수함.

 

 2) 내열재와 보온재

  - 내열재는 고온에서 화학적으로 안정되고 변형이 적으며 급격한 온도 변화에 안정성이 있어 강도 등이 유지되어야 함. 내화 벽돌, 내화 점토 및 모르타르 등의 무기물이 사용됨. 내화도는 Seger Cone(삼각뿔 모양)과 같은 모양의 시험편을 동시 가열하여 결정하며 SK26-29를 저급 내화물, SK 30-34를 보통 내화물, SK 35 이상은 고급 내화물로 분류함. 내화도에 따라 산성 내화 벽돌, 염기성 내화 벽돌, 중성 내화벽돌이 있음.

  - 단열재(보온재)는 100℃ 이하에서 사용되는 보랭제, 약 100~150℃의 온도에서 사용되는 보온재, 약 500~1,100℃의 온도에서 사용되는 단열재가 있음.

  - 소재는 유기질과 무기질이 있는데, 유기질에는 보랭제에 적합한 코르크, 면, 탄화코르크, 거품고무(foam rubber)등이 있고, 무기질에는 고온에 견디는 석면, 암면과 유리면 등이 있고 부도체이며 내열성이 높음. 얇은 AI판으로 공기층을 만들고 복사열 반사와 대류하지 않는 공기층을 만들어 보온하는 금속 보온재가 있음.

 

 3) 연마재

 - 연마에 사용하는 입상 또는 분말상의 물질

 - 천연 연마제와 인조 연마재로 분류할 수 있음.

 - 천연 연마재로는 공업용 다이아몬드가 최고의 연마재, 그 외에 알룸미나(Al2O3), 카보런덤(SiC) 등이 많이 사용되며, 최근에는 탄화붕소나 그 밖의 탄화물과 질화물이 제조되고 있음.

 

 4) 유리

 - 규사와 석영을 주원료로 가열 용융하여 만든 비정질 투명체로 열과 약품에 강함. 

 - 나트륨 유리, 칼륨 유리, 납유리, 강화 유리 등이 있음. 유기질 유리로는 플라스틱 유리등이 있음.

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2. 유기 공업 재료

 1) 합성수지

 - 석유나 천연가스, 석탄 등을 원료로 하여 화학 반응을 통해 만드는 고분자 화합물을 통틀어 합성수지라 함. 가소성(plasticity)이 큰 합성수지에 배합제를 넣은 재료를 플라스틱(plastic)이라 함.

 

  ① 합성수지의 특성

   ㉠ 비중이 1~1.5 정도로 가볍고, 가소성이 좋아 성형이 쉬움.

   ㉡ 전기가 흐르지 않는 절연체이며, 화학 약품이나 유류에 강함.

   ㉢ 단단하나 열에 약함.

   ㉣ 투명하나 착색이 자유롭고 색상도 아름다워 다양한 분야에 적합한 재료로 가공되어 사용됨.

 

  ② 합성수지의 종류

  - 합성수지는 성형 후에도 가열하면 연화되어 재생 가능하며, 투명한 열가고성 수지와 재가열하여도 연화되지 않고 불투명하며, 재생 불가능한 열경화성 수지로 나눌 수 있음. 가볍고 강도가 큰 섬유 강화 플라스틱(FRP : fiber reinforced plastics), 탄소 섬유 강화 플라스틱이 개발되어 자동차 부품, 방탄조끼 등으로 사용되고 있음.

 

  ③ 플라스틱 제조에 필요한 보조재

  ㉠ 충전재(보강재) : 강도를 크게 함. 나무가루, 종이, 섬유, 금속 등

  ㉡ 가소재 : 유연성을 크게 하여 성형 가공을 쉽게 함.

  ㉢ 안정재 : 가열이나 햇빛에 성질이 변하지 않게 함.

  ㉣ 착색제 : 색깔을 넣을 때 사용

  ㉤ 발표제 : 유기 발포제를 넣어 질소(N2)를 발생시켜 거품 플라스틱을 만들며 단열성을 크게함.

 

  ④ 합성수지의 종류 및 특징

종류	특징	용도
열가소성수지	폴리에틸렌(PE)	전기 절연성, 내약품성, 내수성, 방습성, 독성이 없음. 충격에 강함.	용기, 필름, 페트병, 전신 피복 등의 전기 부품, 섬유 등
	폴리 프로필렌(PP)	인장 강도, 전기 절연성, 휨 강도 우수	성형품, 상자, 식기, 전기 부품 등
	폴리염화비닐(PVC)	강도, 전기 절연성, 내약품성 우수, 내열성은 약함	파이프, 필름, 페트병, 절연 테이프, 전선 피복 등
	폴리아미드(PA)	나일론으로 내열성, 내수성 우수	커넥트 소켓, 스위치, 조명 기구, TV부품, 섬유 등
	폴리카보네이트(PC)	가공성이 우수, 충격에 강함	절연 볼트, 너트, 전동 공구류 등
	아크릴(AC)	무색투명, 광택이 있음, 내산성, 내알칼리성이 우수	조명 기구, 간판, 고급 외장식 부품 등
	폴리스티렌(PS)	스티로폼과 같이 가볍고 부피가 큼	고주파 전기 절연재, 포장재, 단열재 등
	페놀수지(PF)	가격이 싸고, 압축 강도, 절연성, 내열성 우수	전화기, TV, 커넥트, 스위치, 배선 기구, 고구함, 전열 기구 부품 등
열경화성수지	멜라민 수지(MF)	착색 용이, 내수성, 내열성	고급 기계, 식기, 쟁반, 합판, 버튼, 손잡이, 착색 부품 등
	에폭시 수지(EP)	접착성, 내열성, 내습성, 전기 절연성 우수, 저압성형 가능	통신기 부품, 콘덴서 절연 케이스 등
	요소 수지	착색용이, 광택이 있음	가전제품, 착색 부품, 형광등 소켓, 배선기구, 화장품 용기, 단추 등
	규소(실리콘) 수지	내수성, 내열성, 윤활성, 전기 절연성 큼	냉각 및 전기 절연유체, 광택제, 윤활제, 도료, 그리스, 의료용품 등

 

 2) 고무

  - 라텍스(latex)를 60% 정도 농축하여 응고시켜 판이나 덩어리로 만든 것을 생고무라 하며, 이 생고무에 황(S)을 넣어 가열하면 강하고 내구력을 가진 고무를 얻을 수 있음. 황의 함유량에 따라 연질고무와 경질고무로 분류하며, 경질고무는 30% 이상의 항을 넣어 만든 것으로 내산성, 내알카리성, 전기절연성이 우수함. 상온에서 탄성이 강하고 신축이 자유로우며 전기의 부도체로서 공업용이나 생활필수품의 원료로 많이 쓰임. 또한 천연 고무의 대용으로 합성 고무도 많이 개발되고 있으며 분자 구조와 특성이 각각 다른 약 20여 종이 있음. 합성 고무는 자동차, 자전거 타이어 및 튜브를 비롯하여 신발류, 벨트, 호스 공업용 고무 제품, 운동 용구, 장난감, 패킹 등의 용도로 많이 사용됨.

 

 3) 가죽 및 섬유

  ① 가죽

     - 크롬(Cr)처리한 것은 연하고 늘어나기 쉬우며 내열성이 향상되며, 탄닌 처리하면 치밀하고 단단해 잘 늘어나지 않음. 가스나 액체가 새는 것을 방지하기 위한 패킹 재료로 사용됨.

  ② 섬유

     - 고무와 같이 로프나 벨트로 사용됨. 무명, 삼 등을 여러 겹으로 만들며 내습성 향상을 위해 특수한 물질을 칠하거나 침투시키며, 고무와 층상으로 만들어 사용함. 특징으론 길이와 폭을 임의의 크기로 만들 수 있으나 늘어나고 열에 약하며, 내구력이 작음.