고분자란?

이 섹션은 3D 프린팅 문제를 재료 과학 관점에서 설명합니다.

원리를 이해하면 설정을 외우는 것보다 훨씬 빠르게 문제를 해결할 수 있습니다.

먼저 3D 프린팅에서 가장 중요한 재료, 고분자부터 봐야 합니다.

고분자는 많은 반복 단위가 이어진 큰 분자입니다.

이 반복 단위를 단량체라고 합니다.

단량체들이 중합 반응으로 이어지며 고분자의 뼈대를 만듭니다.

이때 단량체 사이를 잇는 결합은 공유 결합입니다.

3D Printing Polymer

고분자는 크게 두 부류로 나눌 수 있습니다.

열경화성 수지와 열가소성 수지

열경화성 수지

열경화성 수지는 처음에는 액체 또는 부드러운 고체 상태입니다.

이후 경화 과정을 거치며 되돌릴 수 없는 고체 구조가 됩니다.

이 과정은 가교라고도 합니다.

분자들이 화학 반응으로 서로 촘촘히 연결되어 네트워크 구조를 만들기 때문입니다.

한번 경화되면 다시 녹여서 가공하기 어렵습니다.

Thermoset Thermoplastic

열가소성 수지

열가소성 수지는 가열하면 부드러워지고, 식히면 다시 단단해집니다.

여러 번 가열과 냉각을 반복해도 화학 구조 변화가 비교적 적습니다.

그래서 FDM 3D 프린팅에 주로 쓰입니다.

열경화성과 달리, 사슬끼리의 연결은 더 약한 비공유 결합 성격이 큽니다.

고분자는 미세 구조로도 나눌 수 있습니다.

비정질과 반결정성

열가소성 수지의 성질은 미세 구조에 크게 좌우됩니다.

같은 계열이라도 구조가 다르면 거동도 크게 달라집니다.

비정질

비정질 고분자는 장거리 규칙성이 거의 없습니다.

즉, 고분자 사슬이 비교적 무질서하게 배열되어 있습니다.

투명 플라스틱은 비정질인 경우가 많습니다.

예를 들면 PMMA, PS, PC가 있습니다.

Amorphous

반결정성

반결정성 고분자는 일부 영역이 규칙적으로 정렬됩니다.

이 정렬된 영역을 결정이라고 부릅니다.

결정 영역은 고분자 사슬이 촘촘하고 질서 있게 모인 구조입니다.

반결정성 고분자 안에는 결정 영역과 비정질 영역이 함께 존재합니다.

그래서 반결정성이라고 부릅니다.

결정화된 비율은 결정화도로 표현합니다.

이 결정화도는 기계적 성질과 열적 성질에 큰 영향을 줍니다.

semicrystalline