PEEK·PEI·PI·PAI — 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 4종 비교

PPS까지는 “고내열 수지”로 묶이지만, 그 위에는 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이라 부르는 구간이 있습니다. PEEK·PEI·PI·PAI가 여기에 속합니다. 네 소재 모두 150℃를 훌쩍 넘지만, 실제로는 버티는 온도도, 잘하는 일도 완전히 다릅니다. 이 글은 네 소재를 같은 기준으로 놓고 비교합니다.

1. 왜 이 넷을 같이 놓고 봐야 하는가

현장에서 가장 흔한 실수는 “고기능 수지 = PEEK”로 단정하는 것입니다. 실제로는 절연이 필요하면 PEI·PI, 진공이면 PI, 무윤활 고하중 마모면 PAI, 종합 균형이면 PEEK 쪽으로 갈립니다. 가격이 아니라 요구 조건이 소재를 정합니다.

2. 네 소재 한눈 비교

※ 대표 등급의 일반적 범위입니다. 실제 값은 제조사·등급·충전재에 따라 달라지며, 최종 선정 시에는 해당 등급의 물성표(MDS)를 기준으로 확인해야 합니다.

3. PEEK — 종합 균형형

내열·강도·내마모·내화학이 모두 상위권인 유일한 소재입니다. 특정 항목에서 1등은 아니지만 어느 조건에서도 크게 무너지지 않는 균형이 강점입니다. 반도체 설비, 고온 베어링, 의료·식품 세정 부품처럼 여러 조건이 겹치는 자리에서 기본값처럼 선택됩니다.

• 결정성 수지라 용융 후 냉각 조건에 따라 결정화도가 달라지고, 두꺼운 재료의 절삭에서 잔류응력에 의한 변형이 생기기 쉽습니다.
• 무충전 외에 카본·유리섬유 강화(강성·내마모), PTFE·흑연 충전(저마찰) 등급이 있어 등급 선택이 성능의 절반입니다.
• 단가가 높아, 200℃ 이하 조건이라면 PPS로 대체 가능한 경우가 많습니다.

4. PEI — 전기·전자와 투명성이 필요한 자리

PEI(대표 브랜드 울템)는 Tg 약 217℃, 연속 사용온도 약 170℃로 네 소재 중 내열은 가장 낮습니다. 대신 고강성, 할로겐 미첨가 난연, 호박색 반투명이라는 대체하기 어려운 조합을 갖습니다. 전기·전자 절연 부품, IC 트레이, 멸균 트레이, 투시가 필요한 커버류가 주 무대입니다.

• 내열이 170℃ 수준이라 200℃를 넘는 조건에는 부적합합니다. “고기능 수지”라는 이름만 보고 선택하면 여기서 사고가 납니다.
• 염소계 용제·강알칼리에 취약해 세정 공정이 있는 부품은 세정액 확인이 필수입니다.
• 비정질이라 용융 가공은 쉬운 편이나, 절삭 시 응력으로 백화·균열이 생길 수 있습니다.

5. PI — 극저온과 진공, 절연의 자리

폴리이미드는 고온과 극저온을 동시에 견디는 거의 유일한 수지입니다. 액체질소 영역에서도 취성 파괴가 적고, 진공에서 가스 방출(outgassing)이 적어 반도체·디스플레이 진공 챔버 부품에 쓰입니다. 고온에서도 절연성이 유지되는 점도 결정적입니다.

• 열경화형과 열가소성형(PI)이 있어 같은 “PI”라도 물성이 다릅니다. 등급 확인 없이 비교하면 숫자가 어긋납니다.
• 취성이 있어 절삭 시 파손 위험이 큽니다. 박육·미세 형상은 가공 순서와 고정 방법을 먼저 정해야 합니다.
• 단가와 가공 난이도가 모두 높아, 진공·극저온·고절연 중 하나라도 해당할 때 정당화됩니다.

6. PAI — 무윤활 고하중 마모의 자리

PAI(대표 브랜드 Torlon)는 약 260℃까지 연속 사용이 가능하면서 윤활 없이 고하중에서 견디는 마모 특성이 가장 큰 강점입니다. 베어링 케이지, 부시, 씰, 컴프레서 부품처럼 “기름을 칠할 수 없는데 하중은 큰” 자리에 쓰입니다. 크리프 저항도 우수합니다.

• 흡습에 의한 치수 변화가 있어 정밀 부품은 사용 환경 습도와 건조 조건을 함께 검토해야 합니다.
• 공급 형태와 등급이 제한적이고 단가가 가장 높은 축이라, 재고 확인이 선행되어야 합니다.
• 가공 난이도가 높아 공구·조건 관리가 필수입니다.

7. 조건별 선택 분기점

분기점은 결국 “가장 먼저 포기할 수 없는 조건이 무엇인가”로 정리됩니다. 네 소재 모두 훌륭하지만, 모든 조건을 동시에 최고로 만족하는 소재는 없습니다.

8. 정리

PEEK는 균형, PEI는 전기·투명, PI는 진공·극저온, PAI는 무윤활 마모입니다. 이 네 줄만 기억하시면 현장에서 소재를 크게 잘못 고르는 일은 줄어듭니다. 그리고 어느 것을 고르든, 최종 확인은 해당 등급의 물성표로 하셔야 합니다.

사용 온도·분위기·하중·절연 요구를 알려주시면 네 소재 중 후보를 좁혀 드립니다.