플라스틱 비중 Density 표｜3D CAD 무게 계산·ABS·PP·PC·POM 밀도
3D CAD에서 부품을 설계할 때 재질별 플라스틱 비중(Density)을 얼마나 정확하게 입력하느냐에 따라 무게 계산 결과가 크게 달라집니다.
특히 플라스틱 하우징, 브래킷, 배터리 커버, 전자제품 외장, 자동차 내장재, 기구 부품처럼 사출품 비중이 높은 제품은 CAD 단계에서 재질과 밀도를 정확히 관리해야 부품 단위 질량, 어셈블리 중량, 무게 중심, 포장 중량, 운송비까지 현실에 가깝게 예측할 수 있습니다.
같은 형상이라도 실제 양산 재질의 밀도가 달라지면 질량·무게 중심·관성 계산도 달라집니다.
Volume · 체적
PP · ABS · PC · POM
체적 × 밀도
중량 · 무게중심 · 관성
밀도값을 10% 낮게 입력하면 동일 체적의 CAD 질량도 약 10% 낮게 계산됩니다.
다만 “ABS는 1.05”, “PP는 0.90”처럼 대표값 하나만 외워서 모든 제품에 적용하면 오차가 생길 수 있습니다. 같은 수지라도 난연제, 유리섬유, 광물 충진재, 색상 안료, 수분 상태, 발포 여부, 재생 원료 비율에 따라 실제 밀도가 달라질 수 있기 때문입니다.
핵심 답변
3D CAD 질량은 기본적으로 모델 체적 × 재질 밀도로 계산됩니다. 따라서 형상이 정확해도 Density 값이 틀리면 무게, 관성모멘트, 무게 중심 계산 결과도 같은 비율로 달라질 수 있습니다.
초기 콘셉트 설계에서는 대표 밀도값으로 시작할 수 있지만, 양산 설계·금형 검토·물류비·휴대성·회전체·무게 중심 검토 단계에서는 실제 사용 등급의 공급사 데이터시트 값을 적용하는 편이 안전합니다.
플라스틱 비중과 강도·강성은 같은 뜻이 아닙니다. 밀도는 주로 질량 계산에 활용하고, 구조 설계에서는 인장강도·탄성률·충격강도·열변형온도·수축률·크리프·난연등급을 함께 확인해야 합니다.
플라스틱 비중 Density와 밀도는 무엇이 다를까?
현장에서는 비중, 밀도, Density를 거의 같은 의미로 사용하는 경우가 많습니다.
하지만 정확히 구분하면 밀도(Density)는 일정 부피당 질량을 뜻하고, 비중(Specific Gravity)은 특정 기준 물질과 비교한 상대값입니다.
플라스틱 설계에서는 일반적으로 물의 밀도를 기준으로 한 비중과 g/cm³ 단위 밀도값의 숫자가 비슷하게 보이기 때문에 혼용되는 경우가 많습니다.
다만 CAD 재질 라이브러리와 CAE 해석에서는 단위를 명확히 확인하고 질량 밀도값으로 입력하는 습관이 중요합니다.
| 구분 | 의미 | 대표 단위 | CAD에서 확인할 점 |
|---|---|---|---|
| 밀도 Density | 일정 부피당 질량 | g/cm³, kg/m³, g/mm³ | Mass Properties와 재질값 입력에 직접 사용 |
| 비중 Specific Gravity | 기준 물질 대비 상대 밀도 | 무차원 | 물 기준 비중인지, 시험 조건이 무엇인지 확인 |
| 벌크 밀도 | 펠릿·분말·플레이크를 쌓았을 때의 겉보기 밀도 | kg/m³ | 사출품 질량 계산용 솔리드 밀도와 혼동 금지 |
| 발포체 겉보기 밀도 | 기포를 포함한 완성 발포품의 평균 밀도 | kg/m³ | PP·PE·EPP·EPS 발포품은 원재료 밀도 대신 겉보기 밀도 사용 |
g/cm³와 kg/m³ 단위 환산
플라스틱 데이터시트는 g/cm³로 표기되는 경우가 많지만, CAD·CAE 프로그램은 kg/m³ 단위를 사용하는 경우도 많습니다.
두 단위를 혼동하면 무게가 1,000배 차이 날 수 있으므로 반드시 재질 입력창의 단위를 확인해야 합니다.
플라스틱 밀도 단위 환산
1 g/cm³ = 1,000 kg/m³
1 g/cm³ = 0.001 g/mm³
예시 : ABS 1.05 g/cm³ = 1,050 kg/m³ = 0.00105 g/mm³
플라스틱 수지 종류별 밀도표｜3D CAD 질량 계산 기준
아래 표는 초기 설계와 콘셉트 검토에 활용할 수 있는 대표 범위입니다.
0.90
0.95
1.05
1.20
1.41
1.60
2.17
단위: g/cm³ · GF·광물 충진·난연제·수분 상태에 따라 실제 값은 달라질 수 있습니다.
동일한 수지명이라도 제조사·등급·난연제·충진재·색상·수분 상태에 따라 달라질 수 있으므로, 실제 양산품의 질량 계산에는 반드시 공급사 데이터시트의 Density 값을 우선 적용해야 합니다.
| 수지 종류 | 대표 밀도 범위 | CAD 초기 입력 참고값 | 설계 시 주의사항 |
|---|---|---|---|
| PP 폴리프로필렌 | 약 0.89 ~ 0.91 g/cm³ | 0.90 | 호모·랜덤·임팩트 코폴리머, TPO, 광물 충진 여부에 따라 차이 |
| LDPE 저밀도 폴리에틸렌 | 약 0.91 ~ 0.93 g/cm³ | 0.92 | 필름·연질 제품은 등급과 결정화도에 따라 달라질 수 있음 |
| HDPE 고밀도 폴리에틸렌 | 약 0.93 ~ 0.97 g/cm³ | 0.95 | 블로우 성형·사출·압출 등 공정과 등급 확인 필요 |
| PS 폴리스티렌 | 약 1.04 ~ 1.06 g/cm³ | 1.05 | 일반 PS와 HIPS는 충격개질 조건에 따라 달라질 수 있음 |
| ABS | 약 1.03 ~ 1.07 g/cm³ | 1.05 | 난연·내열·도금용·재생 원료·PC 블렌드 여부 확인 |
| SAN | 약 1.07 ~ 1.10 g/cm³ | 1.08 | 투명성·내화학성 등급에 따라 물성 차이 발생 |
| PMMA 아크릴 | 약 1.18 ~ 1.20 g/cm³ | 1.19 | 투명판·사출품·광학용 등급별 데이터시트 확인 |
| PC 폴리카보네이트 | 약 1.20 ~ 1.22 g/cm³ | 1.20 | 난연·광확산·유리섬유·블렌드 제품은 밀도 차이 가능 |
| PC/ABS | 약 1.10 ~ 1.20 g/cm³ | 1.14 | PC와 ABS 비율, 난연제, 충진재에 따라 편차가 큼 |
| POM 아세탈 | 약 1.40 ~ 1.42 g/cm³ | 1.41 | POM-C·POM-H, 유리섬유 보강 여부 확인 |
| PA6 나일론 6 | 약 1.12 ~ 1.15 g/cm³ | 1.13 | 건조·조습 상태와 수분 흡수에 따른 질량 변화 고려 |
| PA66 나일론 66 | 약 1.13 ~ 1.16 g/cm³ | 1.14 | 수분 상태, 난연제, GF 보강률에 따라 차이 |
| PBT | 약 1.30 ~ 1.33 g/cm³ | 1.31 | 커넥터·전장 부품은 GF·난연 등급 확인 필요 |
| PET | 약 1.33 ~ 1.40 g/cm³ | 1.36 | 병용·섬유용·사출용·재생 PET의 등급 차이 확인 |
| PVC-U 경질 PVC | 약 1.35 ~ 1.45 g/cm³ | 1.40 | 가소제와 충진재가 포함된 연질·복합 PVC는 별도 확인 |
| PTFE 불소수지 | 약 2.15 ~ 2.20 g/cm³ | 2.17 | 금속 수준에 가까운 고밀도 재질로 질량 증가 주의 |
| PA6 GF30 | 약 1.34 ~ 1.40 g/cm³ | 1.37 | 유리섬유 함량·수분 상태·난연 패키지 확인 필요 |
| POM GF30 | 약 1.55 ~ 1.62 g/cm³ | 1.60 | 정밀 기어·강성 부품은 실제 등급값을 우선 적용 |
대표적으로 PP는 약 0.90 g/cm³ 수준, HDPE는 약 0.93~0.97 g/cm³ 범위, PC는 약 1.20 g/cm³ 수준, POM은 약 1.41 g/cm³ 수준으로 확인되는 경우가 많습니다.
그러나 이는 범용적인 참고값이며, 유리섬유·광물 충진·난연제·재생 원료가 포함된 실제 성형 등급은 별도 값이 적용될 수 있습니다.
3D CAD 무게 계산에서 Density가 중요한 이유
3D CAD의 질량 계산은 일반적으로 솔리드 체적을 기준으로 작동합니다.
모델 안에 비어 있는 공간, 리브, 보스, 체결부, 필렛, 타공, 언더컷이 정확히 반영되어 있다면 CAD는 체적을 비교적 정확히 계산할 수 있습니다.
하지만 재질 Density가 실제와 다르면 체적이 정확하더라도 질량은 틀어집니다. 예를 들어 실제 밀도 1.20 g/cm³인 재질을 1.00 g/cm³로 입력하면, CAD 계산 질량은 약 16.7% 낮게 계산됩니다.
CAD 질량 계산 기본식
체적이 mm³이고 밀도가 g/cm³일 때
질량(g) = 체적(mm³) × 밀도(g/cm³) ÷ 1,000
질량(kg) = 체적(mm³) × 밀도(g/cm³) ÷ 1,000,000
예시 : 체적 80,000 mm³ × ABS 1.05 g/cm³ ÷ 1,000 = 약 84 g
어셈블리에서는 각 파트에 재질이 정확하게 지정돼 있어야 합니다.
하우징만 플라스틱으로 설정하고 PCB·배터리·모터·나사·금속 브래킷이 기본 재질 또는 잘못된 Density로 남아 있으면 조립체 총중량과 무게 중심이 실제와 크게 달라질 수 있습니다.
질량 계산값이 실제 사출품과 다를 때 먼저 확인할 항목
- CAD 재질이 실제 양산 수지 등급과 같은지 확인합니다.
- Density 단위가 g/cm³인지 kg/m³인지 확인합니다.
- 성형품에 인서트, 볼트, 금속 부품, 고무 패드가 포함되는지 확인합니다.
- 발포, 중공 구조, 가스 어시스트, 리브 두께 편차가 있는지 확인합니다.
- 유리섬유·광물 충진재·난연제 포함 등급인지 확인합니다.
- 나일론처럼 수분 흡수에 따라 질량이 달라질 수 있는 소재인지 확인합니다.
- 실측품이 게이트 절단 전인지, 후가공·도장·인쇄·접착제까지 포함한 상태인지 확인합니다.
플라스틱 질량 확인
NX, Solid Edge, Inventor, SOLIDWORKS 등에서 확인한 체적값을 mm³ 단위로 입력하면 선택한 재질 기준의 예상 질량을 확인할 수 있습니다.
실제 사출품 무게를 입력하면 CAD 계산값과의 차이도 함께 볼 수 있습니다.
CAD 체적값과 재질 밀도를 입력하면 부품 1개와 수량 기준 질량을 바로 계산합니다.
글라스섬유·충진재·수분이 밀도값을 바꾸는 이유
플라스틱 수지는 기본 수지 자체의 밀도만으로 완성품 질량이 결정되지 않습니다.
제품 요구성능에 따라 유리섬유, 탈크, 탄산칼슘, 난연제, 충격보강제, 재생 원료, 색상 안료 등이 포함될 수 있으며, 이런 조성 변화는 밀도와 강성, 수축률, 흐름성, 표면 품질에 영향을 줍니다.
유리섬유 보강 수지
PA6 GF30, PA66 GF30, PBT GF30, POM GF30처럼 유리섬유가 보강된 재질은 일반 무충진 수지보다 밀도가 높아지는 경우가 많습니다.
따라서 무충진 PA6의 대표값을 GF30 부품에 적용하면 부품 질량을 낮게 예측할 수 있습니다.
또한 유리섬유는 밀도만 바꾸는 것이 아니라 흐름 방향에 따른 수축률, 휨, 강성, 열팽창, 표면 외관에도 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 질량 계산용 Density와 별개로 금형 수축률·기계적 물성·열특성도 실제 등급 기준으로 확인해야 합니다.
나일론 PA 계열의 수분 상태
PA6와 PA66 같은 폴리아미드 계열은 수분 흡수에 따라 질량과 치수가 변할 수 있습니다.
초기 CAD 질량 계산에서는 일반적으로 데이터시트의 건조 상태 밀도를 사용하지만, 사용 환경이 고습이거나 조습 상태의 실제 제품 무게가 중요하다면 별도의 조건 관리가 필요합니다.
특히 정밀 기어, 클립, 전장 커넥터, 습기에 노출되는 구조 부품은 단순 무게 계산뿐 아니라 수분 상태에 따른 치수 변화와 기계적 물성 변화도 함께 고려해야 합니다.
발포재와 중공 구조
EPS, EPP, 발포 PE, 발포 PP, 가스 어시스트 사출품처럼 내부에 기포 또는 중공 구조가 있는 제품은 원재료 수지의 솔리드 밀도를 그대로 적용하면 실제보다 무겁게 계산될 수 있습니다.
PP · ABS · PC · POM · PA · PBT
GF · 탈크 · 난연제 · 안료 · 재생원료
수분 · 발포 · 중공 · 성형조건
CAD 계산값 · 시제품 · 양산품 실측 비교
발포품·중공품·인서트 포함 부품은 기본 수지 Density만으로 확정하지 말고 실제 완성품 조건을 별도 검증하는 것이 안전합니다.
이 경우에는 원재료 PP 또는 PE의 밀도보다 완성 발포품의 겉보기 밀도 또는 실제 시제품의 질량과 체적을 기준으로 재질값을 별도 관리하는 편이 정확합니다.
NX 등 3D CAD에서 플라스틱 Density 입력할 때 체크 포인트
NX, Solid Edge, Inventor, SOLIDWORKS처럼 재질 라이브러리와 Mass Properties 기능을 제공하는 CAD에서는 보통 재질을 선택하면 Density가 함께 적용됩니다.
하지만 기본 라이브러리 재질값이 실제 구매 등급과 항상 일치하는 것은 아니므로, 중요 부품은 사내 표준 재질 라이브러리 또는 커스텀 재질을 별도로 만드는 편이 좋습니다.
1. 기본 라이브러리 재질값을 그대로 믿지 않기
CAD 기본 라이브러리의 ABS, PP, PA, PC 값은 빠른 콘셉트 설계에는 편리합니다.
하지만 난연 ABS, GF30 PA66, 탈크 충진 PP, 재생 PC/ABS처럼 실제 구매하려는 수지 등급이 명확하다면 데이터시트 Density로 별도 재질을 만들어 적용하는 편이 정확합니다.
2. 재질 이름에 등급과 조건을 남기기
재질 이름을 단순히 “ABS”로 저장하기보다 ABS FR V-0 1.16 g/cm³, PA66 GF30 Dry 1.37 g/cm³, PP Talc 20% 1.05 g/cm³처럼 실제 적용 조건이 드러나게 관리하면 나중에 어셈블리 질량 검토와 BOM 확인이 편해집니다.
3. 밀도 외 물성값도 함께 관리하기
질량 검토만 필요하다면 Density만으로도 충분할 수 있습니다. 하지만 구조해석이나 열해석까지 연결한다면 탄성률, 포아송비, 열팽창계수, 열전도율, 비열, 항복강도, 온도 의존 물성 등도 실제 재질 등급에 맞춰 관리해야 합니다.
Mass Properties 확인 전 점검 목록
- 모든 솔리드 바디에 실제 재질이 지정되어 있는지 확인합니다.
- 숨겨진 바디, 참조 바디, 중복 바디가 질량 계산에 포함되지 않는지 확인합니다.
- 쉘 모델이라면 실제 두께가 올바르게 적용됐는지 확인합니다.
- 패턴 부품, 나사, 인서트, 부착물의 수량이 실제 조립 조건과 일치하는지 확인합니다.
- 가공 전 블랭크 질량인지, 가공 후 완제품 질량인지 기준을 명확히 합니다.
- 사출 게이트, 러너, 필름, 라벨, 도장층을 포함할지 여부를 사전에 정합니다.
- 실측품과 비교할 때 건조·조습·조립 상태가 같은지 확인합니다.
플라스틱 비중과 금속·고무 Density를 함께 비교하는 방법
제품 설계에서는 플라스틱만 사용하는 경우보다 금속 브래킷, 고무 패드, PCB, 배터리, 모터, 나사, 접착제, 인서트가 함께 들어가는 경우가 많습니다.
따라서 하우징만 가볍게 바꿔도 전체 제품 중량에는 생각보다 영향이 작을 수 있고, 반대로 작은 금속 인서트 하나가 무게 중심에 큰 영향을 주는 경우도 있습니다.
| 재질 예시 | 대표 밀도 참고값 | 같은 체적에서의 질량 감각 | 설계 검토 포인트 |
|---|---|---|---|
| PP | 약 0.90 g/cm³ | 대표적인 경량 플라스틱 | 경량화·내화학성·힌지 구조 검토 |
| ABS | 약 1.05 g/cm³ | PP보다 무거운 범용 하우징 재질 | 외관·충격성·도장·도금·난연 등급 확인 |
| PC | 약 1.20 g/cm³ | ABS보다 무거운 편 | 투명·난연·내충격·광학 조건 검토 |
| 알루미늄 | 약 2.70 g/cm³ | PC의 약 2배 이상 수준 | 방열·강성·가공성·표면처리 함께 검토 |
| 강재 | 약 7.85 g/cm³ | 플라스틱보다 훨씬 무거움 | 브래킷·인서트·체결부·무게 중심 영향 확인 |
| 고무·엘라스토머 | 등급별 편차 큼 | 충진재와 경도 조건에 따라 차이 | 밀도뿐 아니라 경도·압축영구변형·내열성 확인 |
예를 들어 ABS 약 1.05 g/cm³와 알루미늄 약 2.70 g/cm³는 같은 체적에서 질량 차이가 약 2.5배 이상 발생할 수 있습니다.
하지만 단순히 플라스틱으로 바꾸면 항상 경량화가 되는 것은 아니며, 필요한 강성을 맞추기 위해 벽 두께·리브·보스·체결 구조가 커지면 실제 경량화 효과가 줄어들 수 있습니다.
플라스틱 Density 관리 실무 체크리스트
- 소재명 확인: ABS, PC, PA처럼 수지명만 보지 말고 실제 제조사·등급·난연·충진 조건까지 확인합니다.
- 단위 확인: g/cm³, kg/m³, g/mm³ 중 CAD 재질 입력창이 요구하는 단위를 확인합니다.
- 상태 기록: 건조 상태, 조습 상태, 발포 상태, 완제품 상태 중 무엇을 기준으로 했는지 기록합니다.
- 충진재 확인: GF, 탈크, 탄산칼슘, 난연제, 재생 원료 비율을 확인합니다.
- 라이브러리 관리: 실제 양산 재질은 기본 라이브러리와 분리해 사내 표준 재질로 관리합니다.
- 실측 비교: 시제품 또는 양산품 무게와 CAD 계산값을 비교해 오차 원인을 기록합니다.
- 조립체 검증: PCB·배터리·모터·인서트·나사·고무·도장층 포함 여부를 확인합니다.
- 해석 연계: 구조·열해석을 수행한다면 Density 외 탄성률·열팽창·열전도율 등도 실제 등급값으로 관리합니다.
플라스틱 비중과 3D CAD 무게 계산 FAQ
CAD 기본 재질 라이브러리의 플라스틱 비중을 그대로 써도 되나요?
초기 콘셉트 설계나 대략적인 무게 검토라면 기본 라이브러리 값으로 시작할 수 있습니다. 하지만 양산 설계, 고객사 중량 목표, 무게 중심, 물류비, 회전체 관성 검토처럼 정확도가 필요한 작업은 실제 구매 등급의 데이터시트 Density로 바꾸는 편이 좋습니다.
ABS 비중은 1.05로 고정해도 되나요?
일반 ABS의 초기 설계값으로 1.05 g/cm³를 사용할 수는 있습니다. 다만 난연 ABS, 내열 ABS, 도금용 ABS, 재생 ABS, PC/ABS 블렌드, 충진 ABS는 실제 밀도가 달라질 수 있으므로 최종 질량 계산은 데이터시트 기준으로 수정해야 합니다.
PP와 PE는 왜 물보다 가벼운가요?
PP와 일부 PE 계열은 대표 밀도가 약 1.0 g/cm³보다 낮은 범위에 있어 물에 뜨는 재질로 알려져 있습니다. 하지만 실제 제품은 충진재, 색상 안료, 금속 인서트, 조립 부품이 포함될 수 있으므로 완제품 전체가 항상 가벼운 것은 아닙니다.
나일론 PA 재질은 왜 실측 무게가 달라질 수 있나요?
PA6, PA66 같은 폴리아미드 계열은 수분 흡수에 따라 질량과 치수가 변할 수 있습니다. CAD 초기 계산은 보통 데이터시트의 건조 상태 밀도를 기준으로 시작하지만, 실제 사용 환경이나 조습 후 중량이 중요하다면 상태 조건을 따로 관리해야 합니다.
유리섬유 GF30이면 기본 수지 밀도에 30%만 더하면 되나요?
아닙니다. GF30은 보통 유리섬유 함량을 뜻하지만 실제 밀도는 수지 종류, 유리섬유 함량 기준, 난연제, 충진재, 제조사 배합에 따라 결정됩니다. 단순 계산값보다 해당 PA6 GF30, PA66 GF30, PBT GF30 등 실제 제품 데이터시트의 Density를 사용해야 합니다.
발포 PP나 EPS도 일반 PP·PS Density를 입력하면 되나요?
발포품은 내부 기포 때문에 완성품의 평균 밀도가 일반 솔리드 수지보다 훨씬 낮을 수 있습니다. 일반 PP·PS의 솔리드 밀도 대신 실제 발포품의 겉보기 밀도 또는 시제품 실측 질량과 체적을 기준으로 별도 재질을 만들어야 합니다.
플라스틱 Density만으로 강도와 강성을 판단할 수 있나요?
불가능합니다. 밀도는 질량 계산에 유용한 값이지만, 강도와 강성은 인장강도, 탄성률, 충격강도, 크리프, 열변형온도, 유리섬유 보강, 형상 설계 등에 영향을 받습니다. 경량화 설계에서는 Density와 함께 필요한 구조 성능을 동시에 검토해야 합니다.
공식 참고 자료
플라스틱 밀도는 시험 방법, 시편 상태, 온도, 수분, 충진재, 제조사 등급에 따라 달라질 수 있습니다.
최종 설계와 양산 질량 관리는 아래 시험 기준과 함께 실제 공급사 데이터시트, 사출품 실측값, 사내 재질 승인 자료를 우선 확인하는 것이 좋습니다.
- ISO 1183-1｜비발포 플라스틱의 밀도 측정 방법
- ASTM D792｜플라스틱 Density 및 Specific Gravity 시험 방법
- INEOS｜Polypropylene 대표 물성 및 밀도 참고 자료
- INEOS｜HDPE 대표 물성 및 밀도 참고 자료
- SABIC LEXAN｜폴리카보네이트 PC 밀도 참고 자료
- SABIC Engineering Thermoplastics｜POM·POM GF·PMMA 등급별 Density 참고 자료
- BASF Ultramid｜PA6·PA66 폴리아미드 제품군 안내
- Celanese Hostaform·Celcon｜POM 아세탈 제품군 안내
