결정성 수지와 그 성형가공에 대해서       플라스틱은 크게 나누어 열가소성(熱可塑性)인 것과 열경화성인 것으로 나누어진다. 더욱이 열가소성인 것에는 비정성(非晶性)인 것과 결정성인 것이 된다. 이 결정성과 비정성(非晶性) 플라스틱은 통상 그 품명에 따라 분명하게 구분되어 있지만 결정(結晶) 부분이 많고 적음에 따라 성질 변화가 커진다. 기존의 구분에서 비정성(非晶性)인 것은 PS, ABS, PMMA, PVC, PC, 결정성인 것은 PE, PP, POM, PA 등이 각각 대표적인 플라스틱이다. 양자의 구조적 차이가 어디에 있는가는, 다소 화학적인 지식이 없으면 잘 알 수 없다. 상세한 것은 남겨두기로 하고 그 플라스틱을 구성하는 분자의 형태를 예로 들어 조금 검토해 보고 싶다. 플라스틱의 기초가 되고 있는 분자는 처음에는 에틸렌, 프로필렌, 스티렌, 아크릴로니트릴 등의 작은 분자이고, 물이라든가 탄산가스 등과 같은 것이다. 그러나 그렇게 작은 분자 중의 몇 개의 종류를 인간이 수천, 수만과 화학적으로 결합시킴에 따라 분자량이 대단히 큰 것으로 완성시켰다. 그것이 현재의 플라스틱이며 또한 합성섬유도 되고 있다. 형태는 가늘고 긴 실과 같은 것인데, 각각의 실 길이가 분자의 크기, 요컨대 분자량이다. 이 실은 보풀이 일어나는 것과 보풀이 별로 일어나지 않는 것이 있는데 전자의 집합물로부터는 비정성(非晶性) 수지가, 후자의 집합물로부터는 결정성 수지가 만들어진다. 이러한 보풀이 생기는 것이 적은 것, 더욱이 보풀이 규칙적으로 배열되어 있는 것은 결정성이 높아지는 경향이 있다(그림 a). 즉, 이 경우에는 모상(毛狀) 분자가 모여 체적이 작은 집합 다발 같은 부분을 구성하게 된다. 이 다발 부분을 결정(結晶)이라고 부르며, 다발이 많은 것이 결정화도가 높고, 거꾸로 다발이 적은 것이 결정화도가 낮다는 것이 된다(그림 b). 통상, 소금이나 설탕, 또한 수정이나 다이아몬드 같은 분자를 구성하는 원자가 깔끔하게 배열되어 만들어진 결정과는 근본적으로 다른 것으로서, 많은 길다란 분자의 일부분이 서로 바싹 달라붙어 다발처럼 되어 있는 집합 부분을 결정(結晶)이라고 부르고 있을 뿐이다. 그것이 많으냐, 적냐 또는 크냐, 작냐로 플라스틱의 성질이 달라진다. 이 다발의 기초가 되기 쉬운 분자의 형상은 각각의 플라스틱에 고유한 것으로서 플라스틱 제조 시에 결정된다. 요컨대 플라스틱 종류와 제조 방법, 조건에 따라 정해지는 것이다. 이러한 자세한 내용에 관해서는 다른 문헌을 참고해 주시기 바라고, 다음 호에서는 결정성 수지가 성형 조건에 따라 최종적으로는 얼마나 달라지는가를, 성형공장 현장에서 보는 시각으로 검토해 본다. 열가소성 수지는 성형 가공을 할 때, 가열통 안에서 고체에서부터 완전히 용융하여 액체로 변화된다. 따라서 결정성 수지의 경우, 그 내부의 결정 구조는 잃게 된다. 그러나 각각의 사상(絲狀) 분자의 보풀이 발생하는 위치 변화가 일없이 그 외형이 달라지면서 유동하게 된다. 이 유동하는 폴리머 분자군은 금형에 사출되면 금형 금속면에서 급냉되고, 그 접촉면에 가까운 폴리머만큼 선상(線狀)으로 늘어나게 되고 점차 급냉 고화되어 간다. 금형에서 취출되기까지는 형 내의 수냉에 의해서 급냉고화가 진행한다. 그러나 내부까지 고화하지 않고 성형품 표층이 열변형하지 않는 온도로 떨어졌을 때 통상, 생산성 중시(사이클 타임 단축)를 위해서 신속하게 금형에서 취출된다. 통상의 비정성(非晶性) 수지에서는 그 후 공기 중에서 서냉되고, 성형품 내부의 고화도 천천히 진행한다. 그동안 전체가 완전히 실온이 될 때까지 수축이 진행한다. 소위 성형 수축이다. 이때 성형품의 각부에 온도 분포의 편차, 불균일이 있으면 수축이 똑같지 않기 때문에 성형품이 대형 또는 장척(長尺)일 경우, 캠버(Camber) 등의 변형이 생길 때가 있다. 결정성 수지의 경우에는 이러한 비정성(非晶性) 수지의 성형 수축 이외에 결정화에 수반되는 내부 상(相)의 특이한 변화에 의한 수축이 진행한다. 이 경우의 액상으로부터 고상(固相)에 달하기까지의 변화를 쫓아가 보면 다음과 같이 된다. 알기 쉽도록 하기 위해서 냉각이 빠른 경우와 느린 경우로 나누어 검토한다. <냉각 속도가 빠른 경우> 금형에서 급냉할 때, 즉 냉각 수온(水溫)이 떨어지는 소위 칠드워터를 고속 순환함으로써 형 내 액상 수지의 결정성 분자는 작은 결정군(작은 다발의 모임)이 수없이 만들어지는데, 고화 속도가 빠르기 때문에 성장 진행이 억제된다(큰 다발이 되기 어렵다). 더욱이 성형품이 공기 중으로 나온 후에 공기냉각, 때로는 수냉(공기보다 냉각이 현저하게 빠르기 때문)에 의해서 상(相) 변화에 수반되는 후수축이 억제되는 경향에 있다. 급냉은 PE라든가 PP의 경우에 자주 이루어지고 있고, 만들어지는 성형품의 결정형이 작다. 그 때문에 비율성은 낮지만 내충격성이 높고 성형품의 투명성도 비교적 좋다는 결과가 된다. <냉각 속도가 느린 경우> 용융 수지가 형 내에서 천천히 냉각(형온(型溫)이 높을 때), 또한 성형품을 공기 중으로 꺼내고 나서도 비교적 천천히 냉각되면 결정화도 서서히 진행한다. 그 때문에 결정(분자 다발이 된 집합 부분)이 커지는 경향이 있다. 그 때문에 성형 수축이 커지기 쉽고, 더욱이 후수축도 성형 후에 3일 정도(대부분은 24시간 이내)에 걸쳐 서서히 진행하게 된다. 이것 때문에 POM, PA 등의 엔지니어링 플라스틱이고 치수 정밀도가 엄격한 성형품의 경우, 제품 구입처로부터 치수상의 클레임을 야기할 때가 있다. 또한 성형품의 강성은 높지만 내충격성이 낮아지기 쉽고, 투명성이 나빠진다. 이상에서 말한 것은 일반적인 경향이지만, 각각의 수지에 대한 특성 부여에 의해서 더욱 결정화 컨트롤이 이루어지고 있다.