폴리머란 무엇인가?
이 섹션에서는 재료과학적 접근으로 3D 프린팅에서 흔히 발생하는 문제와 도전과제를 살펴봅니다. 이 페이지의 목적은 일반적인 문제들에 대해 더 많은 과학적 지식을 제공하여 이를 쉽게 극복할 수 있도록 하는 것입니다.
먼저 3D 프린팅에 사용되는 재료가 무엇인지 이해하는 것이 중요합니다: 폴리머
폴리머는 중합 과정에서 ‘모노머’로 알려진 반복 단위들이 다수 결합하여 형성되는 거대한 분자, 즉 ‘거대분자’입니다. 중합 과정은 모노머 분자들을 화학 반응으로 결합시켜 폴리머의 골격을 형성합니다.
생성되는 폴리머의 유형은 이를 구성하는 모노머 화합물의 화학 및 조성에 따라 달라질 수 있습니다. 모노머들 사이에 생성되는 결합은 공유 결합으로 정의됩니다.
폴리머는 열경화성(thermosets)과 열가소성(thermoplastics)이라는 두 계열로 나눌 수 있습니다.
열경화성 수지(thermosets)는 연한 고체 또는 점성 액체 전구폴리머에서 되돌릴 수 없이 경화되어 고체 폴리머가 되는 폴리머입니다. 경화 과정은 교차 결합(cross-linking)으로도 알려져 있으며, 이는 모든 모노머와 전구폴리머를 연결하여 네트워크 구조를 형성하는 화학 반응을 통해 진행됩니다. 한 번 경화된 열경화성 수지는 더 이상 녹일 수 없으며 일반적으로 열가공이 불가능합니다.
열가소성(thermoplastics)은 가열하면 부드러워지고 냉각하면 단단해지는 재료입니다. 열가소성 수지는 화학적 또는 기계적 특성에 거의 변화 없이 여러 번 가열, 성형 및 냉각할 수 있습니다. 각 폴리머 사슬이 공유 결합으로 서로 연결되는 열경화성과는 달리, 열가소성은 폴리머 사슬들이 비공유 결합으로 정의되는 더 약한 결합으로 서로 연결되어 있습니다.
폴리머는 미세구조에 따라 두 가지 주요 범주로도 나눌 수 있습니다:
비정질 및 반결정
서로 다른 열가소성을 식별하는 방법 중 하나는 미세구조를 통해서이며, 이는 폴리머의 특성 및 거동을 정의할 수 있습니다.
비정질
비정질 폴리머는 장거리 배열이 없는 것으로 식별됩니다. 이는 폴리머 사슬이 무작위로 배향되어 있음을 의미합니다.
일반적으로 투명 플라스틱은 PMMA, PS, PC와 같은 비정질 폴리머로 만들어지는 경우가 많습니다.
반결정
반결정 폴리머는 ‘결정(crystals)’로 알려진 구조 영역을 가지는 정렬된 구조를 가진 것으로 식별됩니다.
결정은 정렬되고 촘촘히 포장된 폴리머 사슬의 집단입니다. 반결정 폴리머에서는 결정 영역과 비정질 영역이 공존하므로 ‘반(半)’이라는 용어가 붙습니다. 결정화된 영역의 비율은 결정화도(degree of crystallinity)로 정의됩니다. 반결정 폴리머의 특정 특징은 이 결정화도가 기계적 및 열적 특성에 큰 영향을 미칠 수 있다는 점입니다.
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