접합/결합 방식

화학적 방법
  • 용제 결합
  • 접착 결합
  • UV 경화형 접착제
  • 시아노아크릴레이트 접착제
열처리 방법
  • 초음파 용접
  • 열/초음파 스테이킹
  • 스핀 용접
  • 진동 용접
  • RF 봉합
  • 가열 바/임펄스 실링
  • 레이저 용접
  • 핫플레이트 용접
기계적 방법
  • 나사
  • 스레드 인서트
  • 스냅핏 방식

화학적 결합 방식

용제 결합
Eastman Tritan™ 코폴리에스터는 용제를 사용하여 PVC 튜브나 필름에 결합될 수 있습니다. 용제 결합은 플라스틱 접착면의 용해성을 활용하여 접착력을 얻습니다. 용제는 물질을 부드럽게 연화시킨 다음 증발함으로써 남은 접합부가 서로 융합되도록 합니다.

그러나 부적절하거나 과다한 용제를 적용하면 표면 균열 또는 광택 손실 현상이 발생할 수 있습니다. 폴리에스터는 용제를 흡수함으로써 폴리에스터의 유리전이온도((Tg)를 낮추는 가소화 작용을 유발합니다. Tg가 실내 온도보다 낮아지면 결정화가 진행되어 폴리에스터의 광택 손실/백화 현상이 발생하며 취성을 지니게 됩니다. 이를 일반적으로 용제유도결정화라고 합니다.

과다한 양의 용제가 접착면 사이에 고이면 결합부에서 용제가 빨리 증발하지 않을 수 있습니다. 그러므로 항상 Tritan을 PVC 부품에 접합하기 전에 과다한 용제를 제거하시기 바랍니다.

다음은 용제 방식으로 Tritan을 PVC 튜브에 결합할 때 제안되는 용제 및 혼합제입니다.

  • 메틸에틸케톤(MEK)
  • 사이클로헥사논
  • 테트라하이드로퓨란
  • 50/50 사이클로헥사논/메틸렌 클로라이드
  • 50/50 ~ 80/20 MEK/사이클로헥사논
Eastman 기술 서비스 담당자가 용제 결합 방식 및 기술에 대한 자세한 정보를 제공해 드릴 수 있습니다. 또한 용제 결합을 필요로 하는 의료 기기를 고려 및 디자인하는 경우에는 반드시 Eastman에 상의하시기 바랍니다.

접착 결합
Eastman Tritan™ 코폴리에스터는 자체적으로 또는 플라스틱, 금속, 유리 등의 다른 재질과 접착 결합이 잘 되는 것으로 알려져 있습니다. 미국 식품의약국(FDA)의 인증을 받은 의료용 상용 접착제가 몇 가지 출시되어 있으며 기계적 결합, 용제 결합 또는 열처리 방식의 접합부가 실용적이지 않거나 권장되지 않는 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

일부 접착 시스템은 단일 부품 시스템으로 대기의 습기와 반응하거나 열처리를 통해 경화됩니다. 2액형 접착제는 둘 이상의 화학 반응 요소를 혼합하여 최종 접착 혼합물을 만듭니다. 아크릴, 에폭시, 폴리우레탄 기반의 투명한 접착제도 있습니다.

단일 부품 접착 결합

적외선(UV 광) 경화 접착제
UV 광 경화 접착제는 의료 기기 업체에서 다년간 사용되어 왔습니다. 이러한 유형의 단일 부품 접착 시스템은 고강도 UV 또는 가시광선에 반응하는 광개시제 첨가물을 사용하여 수초 만에 경화를 시작합니다.

이러한 유형의 접착제는 클린룸 환경에서 사용하기에 적합합니다. 용제는 사용되지 않습니다. 그러나 접착제를 경화되지 않은 상태로 너무 오래 두면 플라스틱을 침식할 수 있습니다.

일부 상용 제품 공급업체는 의료용으로 승인된 UV 경화 접착제를 제공합니다. 이 공급업체들은 접착제 토출용 애플리케이션 장비를 제공하기도 하며 UV 경화 램프 및 관련 안전 장비에 대한 기술 조언을 제공할 수도 있습니다.

경고: 접착제 경화에 사용되는 UV 광은 매우 위험합니다. 강력하고 위험한 UV 광선에 노출되면 즉각적으로 눈 손상, 시력 상실 및 피부 화상을 입을 수 있습니다. 안전한 사용을 위해 올바른 차폐 장치, 직원 보호복 및 UV 필터 고글이 필수입니다.

Eastman Tritan™ 코폴리에스터에 권장되는 UV 경화 접착제는 Eastman 기술 서비스 담당자에게 문의하시기 바랍니다.

열처리 결합 방식

초음파 용접
Eastman Tritan™ 코폴리에스터는 에너지 디렉터 유형의 접합 디자인을 사용하여 초음파 방식으로 용접할 수 있습니다. 의료 기기의 경우 올바른 접합 디자인 요소를 구현할 수 있도록 반드시 디자인 초기 단계에 Eastman과 상의하시기 바랍니다. 원하는 완성품 성능을 얻는 데 도움이 되는 접합 디자인 안내서를 제공해 드릴 수 있습니다.

다음은 초음파 결합 방식의 접합부를 사용하는 의료 부품을 디자인할 때 고려할 일부 중요 요소입니다.
  • 접합 강도 요건(접합부에 가해지는 외부 압력)
  • 접합/부품 충격 저항 요건
  • 응력을 받는 접합부에 대한 화학물질의 효과
  • 용접을 위한 올바른 부품 디자인
  • 초음파 용접이 내부 부품 기능에 미치는 악영향(예: 섬세한 필터 매체, 작은 부속물 등)
  • 용접 접합부 플래시 문제
  • 용접 접합부 외관 문제
Tritan의 결합을 위한 초음파 용접에 대한 자세한 정보는 Eastman 기술 서비스 담당자에게 문의하시기 바랍니다.



에너지 디렉터 접합 디자인
표준 에너지 디렉터는 용접 접합부의 접합면 중 하나에 성형된 간단한 집광 유형의 기능으로 구성됩니다. 에너지 디렉터에 포함된 각도는 60°여야 합니다. 에너지 디렉터의 높이는 부품의 정격 벽면 두께를 기준으로 계산되어야 합니다(최소 높이 0.015인치).

에너지 디렉터가 용접되는 접합면은 최적의 용접 강도를 위해 텍스처링된 표면이 있어야 합니다. 매끄러운 표면을 사용할 수도 있지만 너 많은 에너지가 필요하며 강력한 결합이 형성되지 않습니다.

두 번째 방식은 일련의 조각화된 에너지 디렉터를 반대편 주 에너지 디렉터와 90도를 이루는 십자형으로 배치하는 것입니다. 이 디자인은 공기 또는 액체 밀봉 상태를 얻기 위해 업계에서 성공적으로 사용되어 오고 있습니다. 그림 3은 전형적인 연속 십자형 디자인을 보여줍니다.

또 다른 방식은 스텝 접합 에너지 디렉터를 사용하는 것입니다. 이 유형의 접합은 가장 까다로운 요건의 제품에서 Eastman Tritan 부품을 용접할 때 사용해야 합니다. 그림 4는 전형적인 스텝 접합 디자인을 보여줍니다.




열 스테이킹 방식
열 스테이킹은 초음파 스테이킹과 유사하며 동일한 장점을 일부 제공합니다. 공정은 더욱 간단하며 비용 측면에서 저렴합니다. 두 방식 모두에 동일한 원리와 지침이 적용됩니다.

Eastman Tritan™의 열 스테이킹에 권장되는 시작 온도는 ~260°C (~500°F)입니다. 폴리머가 연화되어 변형이 시작될 때까지 스테이킹 혼 온도를 점진적으로 올립니다. 재료가 혼에 들러붙기 시작할 때까지 온도를 올린 다음 6°-8°C (10°-15°F) 정도 온도를 낮춥니다. 이렇게 하면 최적의 스테이킹 온도가 됩니다. 주 목표는 재료가 들어붙거나 타지 않게 하면서 스터드가 고르게 용융되어 변형되도록 하는 것입니다.

일부 제조업체는 들어붙거나 늘어나는 현상을 줄이기 위해 Teflon™1이나 기타 논스틱 코팅이 적용된 열 스테이킹 혼을 제공합니다.

1Teflon은 E. I. du Pont de Nemours and Company의 상표입니다.

추가 열처리 결합 방식

라디오 주파수(RF) 용접
RF 용접은 둘 이상의 플라스틱을 접합하는 데 사용되는 특별한 방식입니다. 이 공정은 두꺼운 구조보다는 박막 필름을 결합하는 데 이상적입니다.

RF 용접기는 플라스틱의 유전체 특성을 활용하여 접합면의 플라스틱 분자를 여기함으로써 열을 발생시킵니다. 보통 ~27.12 MHz에서 작동하는 RF 에너지가 생성되면 접합 부품의 결합부에 전달됩니다.

접합될 플라스틱은 표면이 RF로 가열되는 동안 압력이 주어 고정합니다. 이렇게 용융된 표면은 융합되어 강한 실링을 형성합니다.

PVC 필름을 Eastman Tritan™ 코폴리에스터에 RF 봉합하는 것이 가능합니다. 그러나 Tritan과 Tritan 사이의 RF 봉합은 취성을 지닌 응력 집중원을 가진 결합이 형성될 가능성이 높기 때문에 권장되지 않습니다.

레이저 용접
또 다른 독특한 결합 공정으로는 레이저 광선을 사용하여 둘 이상의 열가소성 플라스틱 부품의 접합면을 가열하는 레이저 용접이 있습니다. 부품의 레이저 용접에는 현재 '투명 대 불투명'과 '투명 대 투명'의 두 가지 방식이 사용됩니다.

투명 대 불투명 레이저 용접 방식
보다 간편한 투명 대 불투명 용접 방식은 투명한 부품 A의 성형 또는 형성으로 구성됩니다. 레이저 광은 이 부품을 통해 전달됩니다.

반대편 부품 B에서는 용융 혼합 방식으로 적용된 불투명 첨가제가 레이저 광을 흡수하게 됩니다. 레이저 광 에너지는 첨가제를 가열하고, 가열된 첨가제는 뒤에 있는 폴리머를 연화점까지 가열합니다.

고강도 레이저 광선은 투명 부품 A를 통과하여 접합부의 표면에 초점이 맞춰지고 부품에 압력이 가해진 상태에서 접합부가 가열됩니다. 용융된 표면은 융합된 후 냉각을 거쳐 결합부를 형성합니다.

투명 대 투명 레이저 용접 방식
투명한 열가소성 플라스틱 부품을 레이저 용접할 수 있게 해 주는 두 번째 신기술이 개발되었습니다. 이 공정에서는 레이저 파장을 흡수하도록 설계된 특수 투명 첨가제가 투명 부품 B에 용융 혼합됩니다. 레이저 광 에너지는 투명 A 부품을 통해 전달됩니다. 그런 다음 광 에너지는 투명 B 부품의 특수 첨가제에 의해 흡수됩니다. 이렇게 흡수된 광 에너지는 첨가제를 가열하고, 가열된 첨가제는 다시 결합 공정 동안 폴리머를 가열합니다. 부품은 앞서 설명된 것과 유사한 방식으로 결합 및 융합됩니다.

Eastman에서는 언급된 두 가지 레이저 용접 방식 중 어느 것이라도 활용할 수 있는 마스터배치 첨가제 패키지를 제공해 드릴 수 있습니다. 이 마스터배치 첨가제는 Tritan 코폴리에스터를 위해 특별히 설계되었습니다.

국지적 코팅 방식
세 번째 방식은 상용 제품에 성공적으로 사용되고 있습니다. 세 번째 방식은 박막의 투명 레이저 용접 재질을 한 쪽의 접합부에 적용합니다. 이 코팅에는 특수 레이저 용접 첨가제와 용제가 혼합되어 있습니다.

코팅은 브러시, 롤 코팅기, 패드 프린터 또는 잉크젯 프린터 등을 사용하여 결합 영역에 정확하게 적용할 수 있습니다. 코팅은 결합 전에 건조 시간을 둡니다. 부품을 사전 결정된 클램핑 압력으로 접합한 다음 코팅면에 직접적으로 레이저 광을 쏩니다. 코팅이 가열되고 폴리머 표면이 녹았다가 냉각을 거쳐 결합부를 형성합니다.

새로운 제품 개발에 레이저 용접 방식 사용을 고려하기 전에 Eastman 기술 서비스 담당자와 상의하시기 바랍니다.
 

기계적 접합 방식

Eastman Tritan™ 코폴리에스터는 나사, 리벳, 스레드 인서트, 스냅핏 및 기타 기계적 장치를 사용하여 접합할 수 있습니다.

일반적으로 성형된 보스를 사용하여 나사 또는 스레드 인서트를 연결합니다. 성형된 인서트 또는 성형후 인서트는 플라스틱 커버 또는 부품을 반복해서 제거해야 하는 경우에 주로 사용됩니다. 외부 정적/동적 부하 또는 충격에 의해 과다한 응력이 발생하지 않도록 보스 또는 수신홈의 올바른 디자인이 중요합니다. 성형후 인서트는 열처리 또는 초음파 방식을 통해 설치할 수 있습니다.

나사 고정 방식
플라스틱 재질의 방사응력 및 후프응력을 감소하는 동시에 인발저항을 증가시키도록 설계된 독특한 구조의 스레드를 사용하는 특수 나사가 다년간에 걸쳐 개발되었습니다. 판금 제작에 사용되는 일반 나사는 플라스틱에 과다한 방사응력/후프응력을 유발할 수 있기 때문에 권장되지 않습니다. 이러한 과다한 응력은 최종 사용 환경에서 화학물질에의 노출에 상관없이 보스 또는 홈의 균열을 유발할 수 있습니다. 일반 판금 나사는 플라스틱 전용으로 설계된 특수 나사보다 스레드가 짧고 넓은 경향이 있습니다. 또한 특수 플라스틱 나사는 일반 나사보다 인발저항이 향상되는 경향이 있습니다.

그림 6은 일반 판금 나사와 플라스틱 전용 특수 나사의 차이점을 보여줍니다.

나사 공급업체가 제공하는 해당 제품의 사용에 대한 디자인 안내서를 따르시기 바랍니다. 나사 공급업체들은 플라스틱 소재의 물리적 특성과 일치하는 올바른 스타터 홈 치수, 물림길이 및 올바른 스레드 디자인을 제안해 드릴 수 있습니다.

머리가 모깎기된 나사는 플라스틱 홈에 과다한 방사응력/후프응력을 유발할 수 있으므로 사용하지 마시기 바랍니다. 머리 아래쪽이 납작한 나사를 사용하세요. (그림 6 및 7 참조) 나사를 과도하게 조이지 마십시오. 어깨 볼트 또는 금속 스페이서를 사용하여 나사의 과도한 조임을 방지하시기 바랍니다. 나사 머리 아래의 압축 응력이 너 넓은 영역에 분산되도록 와셔를 활용하시기 바랍니다. 열 팽장 및 수축을 허용할 수 있는 슬롯 홈을 제공하세요.

PVC 유형의 와셔 또는 실링은 사용하지 마시기 바랍니다. PVC에 사용된 가소화제는 코폴리에스터 소재, 특히 고응력 부분에서 화학적 침식을 일으킬 수 있습니다. 네오프렌, Teflon™ 또는 기타 비가소성 소재를 사용하십시오.

최종 사용 환경이 조립된 플라스틱 부품에 미치는 영향(예: 화학적 노출, 극한의 온도, 진동, 정적/동적 부하, 인장응력/압축응력)을 주의해서 고려하시기 바랍니다.

X

나사 또는 인서트의 보스 디자인
Eastman Tritan™ 코폴리에스터는 나사 또는 인서트를 사용할 수 있는 다양한 모양을 성형될 수 있습니다. 예를 들어, 바닥면에서 가늘게 연장되어 튀어나온 보스를 만들 수 있습니다. 보스는 보통 내부가 비어 있으며 나사 도는 인서트를 삽입하기 위해 특별히 디자인된 홈을 제공합니다.

보스 또는 코어를 파낸 홈은 플라스틱의 올바른 흐름을 위해 디자인 시 특별한 주의를 필요로 합니다. 제대로 다자인되지 않은 보스는 플로우라인, 물결무늬, 용접라인, 스플레이, 함몰부, 공기 트랩/가스 연소, 비틀림, 부품 파열 및 기타 원하지 않는 문제를 유발할 수 있습니다. 함몰 표시가 생기지 않게 하면서 적절한 구조적 강도를 제공하려면 보스와 관련 거싯의 올바른 크기를 고려해야 합니다. 보스 주변의 응력 집중을 추가적으로 감소할 수 있도록 모든 뾰족한 모서리에 반경을 추가하는 것이 좋습니다.

조립된 구조가 외부 부하와 압력을 어떻게 처리하는지를 파악하기 위해 부품 디자인에 대한 FEA(유한요소해석)를 수행해야 할 수도 있습니다. 이 분석은 보스의 올바른 크기를 계산하고 부하 또는 압력을 올바르게 분산하기 위해 몇 개의 부착점이 필요한지를 결정하게 돕습니다. Eastman은 이 디자인 및 지원 서비스를 제공할 수 있습니다.

진동 또는 주기적 부하가 재료에 미치는 영향을 신중히 고려하시기 바랍니다. 피로 효과가 부품의 구조적 성능 및 내구성에 미치는 영향이 쉽게 무시되거나 과소평가되기도 합니다.

내부가 빈 나사 안내홈을 구성하는 코어 핀은 성형 시 가열되면서 폴리머가 흡착되지 않도록 충분한 냉각을 필요합니다. 코어 핀에 수냉식 버블러 또는 배플을 사용하고 보스 주변에 충분한 냉각 회로를 구성하여 흡착 또는 함몰이 발생하지 않을 정도의 충분한 냉각을 제공하는 것이 좋습니다. 코어 핀 바닥 가까이에 충분한 수냉식 냉각이 제공된다면 합금 금속도 코어 핀에서 열을 제거하는 전도성을 향상시킬 수 있습니다.

코어 핀 및 금형 캐비티에 대한 특수 논스틱 코팅을 사용할 수 있습니다. 그러나 무엇보다도 중요한 것은 충분한 냉각입니다.

가스가 갇히면 플라스틱을 태우고 보스 기능의 부적절한 충전을 유발하므로 보스를 구성하는 캐비티에도 충분한 통기가 제공되어야 합니다.

그림 7은 플라스틱에 사용할 나사를 위해 일반적으로 보스가 어떻게 디자인되는지를 보여줍니다. 나사 또는 인서트에 대한 보스 또는 수신홈 디자인 방식에 대해 해당 제조업체와 상의하시는 것이 좋습니다.



스레드 인서트
스레드 인서트 일반적으로 암 스레드 또는 수 스레드를 가지며 둘 이상의 부품을 조립하기 위해 일반 스레드 너트 또는 볼트를 사용할 수 있게 해 줍니다. 인서트는 성형 중 또는 후에 플라스틱 부품에 설치될 수 있습니다. 인서트는 현장에서 부품을 반복해서 해체해야 하는 경우에 주로 사용됩니다.

스레드 인서트에는 보통 금속(황동 또는 강철) 재질이 사용됩니다. 이러한 인서트에는 일단 플라스틱 소재에 삽입되었을 때 플라스틱을 잡고 단단히 고정하는 특별한 홈/덮개가 디자인되어 있습니다. 인서트는 보통 충분한 인발저항을 보이지만 충분한 테스팅을 통해 용도 적합성 기준의 충족 여부를 확인해야 합니다.

인서트는 보스에 종종 설치됩니다. 올바른 보스 디자인 및 지침은 관련 섹션을 참조하시기 바랍니다. 그림 8은 다양한 인서트의 세부사항을 보여줍니다.

착색, 장식 및 프린팅

레이저 마킹
Eastman Tritan™ 코폴리에스터는 CO2- 또는 Nd:YAG 타입 레이저 장치로 마킹할 수 있습니다. 두 방식 모두 투명 또는 불투명 부품에 문자/이미지를 프린팅하거나 거친 표면을 연출할 수 있습니다. 그러나 플라스틱 마킹을 할 때 이 방식들 간의 성능과 작업 방식에는 약간의 차이가 있습니다.

레이저 마킹 방식은 빠를 뿐 아니라 별도의 잉크 또는 페인트 없이 플라스틱 부품에 문자/이미지를 영구적으로 마킹할 수 있습니다. 일부 공정은 레이저로 얇은 잉크/페인트 막을 제거하여 그 뒤에 있는 표면을 노출시키는 방식을 사용합니다.

대부분의 현대식 레이저 마킹 시스템은 컴퓨터 제어 방식의 디렉터 기기를 사용하여 타켓 부품 위로 광선을 조사합니다. 프린팅 기기의 유효 작업 영역 내에서 매우 신속하게 여러 부품을 프린팅할 수 있습니다. 1초 이하의 프린팅 속도를 구현할 수 있습니다.

CO2 타입 레이저는 가스를 사용하여 고에너지 광선을 생성합니다. 이러한 유형의 마킹 장치는 보통 플라스틱 위로 한 번 광선이 지나갈 때마다 좁은 간격의 홈만 에칭/음각합니다. 투명한 부품에 마킹할 때에는 에칭된 홈이 마킹 영역의 특별한 변색 또는 흑화 없이 투명하게 나타날 수도 있습니다. CO2 타입 레이저를 사용하면 충분한 문자/이미지 대비를 얻기가 더 어렵습니다. 마킹 성능을 향상시키기 위해 불투명 첨가제를 플라스틱에 추가해야 할 수도 있습니다.

Nd:YAG 펄스 파이버 레이저는 고체 크리스탈을 활용하여 고에너지 광선을 발생시키며 충분한 수준의 대비 및 선명도를 지니는 문자/이미지를 만들 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 투명 또는 불투명 플라스틱의 상단 표면에 레이저 광선이 지나가면 흑화 또는 탄화 효과가 발생합니다. 이러한 마킹 작업은 보통 10 ~ 30와트급 전력 범위에서 실시됩니다.

레이저는 충분한 에너지를 적용할 경우 플라스틱을 완전히 절단하는 데 사용될 수도 있습니다.
 

FAQ

Eastman Tritan™ 코폴리에스터 부품의 접합 및 조립에 적합한 방식은 어느 것입니까?
화학적 방법-접착 결합
기계적 방법-나사, 인서트 및 스냅핏(snap-fit) 접합
열처리-초음파 접착, 스핀 용접, 레이저 용접 및 핫플레이트 용접

초음파 접착 - 어떤 접합 유형이 가장 효과가 좋습니까?
단순형 에너지 디렉터(simple energy director)를 이용한 단면 및 양면 전단 접합의 효과가 가장 우수합니다.

Tritan에는 장식이 가능합니까?
예. Tritan에는 페인팅, 오버몰딩, 프린팅, 라벨 및 스티커 등을 적용할 수 있으며 효과도 탁월합니다.

Tritan에 프린팅을 할 때는 어떤 잉크를 사용할 수 있습니까?
Eastman은 Tritan에 최적의 잉크를 사용할 수 있도록 Nazdar 및 Sun Chemical과 협력해 왔습니다.

Tritan에는 접착 결합이 잘 됩니까?
예. Weld-on 55, Plastic Welder II 14340, Flex Welder 14345, Lord 접착제 7542 A/B, 403/19,406/19 및 406/17 등이 적절한 접합제로 입증되었습니다.

기타 자료