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씰 제품에는, O링, U패킹, V패킹, 오일 씰 등의 성형품을 시작으로 하여, 석면조인트 시트의 바인더라든가 액상가스켓트 등에 고무재질이 사용되는 분야가 매우 많고, 중요한 역할을 다하고 있지만, 최근의 과학기술 발전에 따라 모든 산업계에 있어 기기의 성능이 향상되고, 사용조건이 과혹화되어 가고, 온도, 압력, 속도, 씰 매체의 종류등도 날마다 엄격해지고, 이들 기기에 사용되는 씰 제품도 보다 뛰어난 특성, 기능, 내구성이 요구되어지고 있다.
이로 인하여, 씰 재질의 선정은 매우 중요한 문제이고, 적절한 재질, 형상, 칫수등의 채용에 의해, 트러블의 감소, 순조로운 운전, MAINTENANCE FREE화 등이 가능하게 되고, 기기의 가동률을 높여 생산성을 향상시키게 된다. |
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일반적으로 씰용 고무재질로서 요구되는 특성은
(1) 적당한 고무탄성과 기계적 강도를 갖을 것.
(2) 壓縮永久 뒤틀림이 작을 것.
(3) 기름, 용제, 약품등 씰 모체에 견딜 것.
(4) 내열성, 내한성이 뛰어날 것.
(5) 내마모성이 뛰어나고, 마찰계수가 작을 것. 등이 있다.
이러한 특성이 기대되는 고무의 최대장점은, 외력을 가하면 거의 체적변화를 동반하지 않고 대변형하고, 외력을 제거하면 단시간에 복원하는 이른바 고무와같은 탄성이다. 이 성질은, 고무분자는 자유롭게 회전운동 할 수 있는 單量이 중합하여 씰처럼 긴 고분자가 되어, 서로 적절한 결합을 하여, 3차원의 망목구조를 만들고 있기때문이다. 이 때문에, 작은 힘으로 상대금속으로 융합하기 용이하고, 압축복원이 좋은, 뛰어난 씰 재료로서 넓게 사용되고 있다.
그리고 천연 고무이외에는 수많은 합성고무가 있고, 화학구조에 의해 고유한 성질을 가지고 있다.
또한, 고무에는 강도를 늘리기 위한 첨가제, 열화를 방지하는 노화방지제, 가교반응을 행하는 가류제나 그 촉진제, 가공상 필요한 보조제, 연화제, 가소제 등 많은 배합제가 혼합되고 있고, 이들의 종류, 양등이 밸런스에 의해서도 현저하게 특성이 달라지기 때문에, 각각의 사용조건에 가장 적절한 재질을 선정할 필요가 있다. 이하에 씰 제품에 사용되는 최근의 고무재질에 대해 진술한다. |
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| 주성분은 이소프렌에 의해 이루어지고, 탄성, 기계적성질, 내마모성, 저온성 등이 뛰어난 고무탄성체이지만, 내유성, 내열성, 내후성, 내오존성 등은 좋지 않다. 씰 제품으로서는, 물알콜, 브레이크오일 등에 적절하고, －50℃ ∼ －80℃의 범위에서 사용할 수 있다. |
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| 이소프렌의 중합물로 특성이나 용도는 거의 천연고무와 비슷하고, 합성천연고무라고도 불려진다. |
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| 브타디엔의 중합물로 탄성, 내마모성, 저온성이 좋고 , 발열이 적은 등 뛰어난 점이 많은데 기계적특성이나 가공성이 떨어지기 때문에 단독으로 사용되는 일은 적고, 씰 제품으로서도 그다지 사용되지 않는다. |
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| 스틸렌과 브타디엔의 공중합물로, 결합스틸렌량은 23.5%가 많고, 범용 고무로서 합성고무중에서 가장 많이 사용되고 있고, 장점, 용도는 천연고무를 닮은점이 많다. 씰 제품으로서는 자동차용 브레이크오일, 동식물기름, 물, 알콜 등에 사용되는 데, 광물기름에는 팽윤(체적변화가 불어나는 것)이 많아 부적절하다. |
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| 일반적으로 니트릴 고무라고 불리고, 아크리로니트릴과 브타디엔의 공중합물이다. 아크리로 니트릴의 결합량(이하, 결합니트릴량이라 한다)은 15∼50%사이이고, 여러 가지 비율로 불규칙하게 공중합한 것이다. 이 고무의 최대의 장점은 내유성이 매우 뛰어난 것으로, 이것은 아크리로니트릴중의 니트릴基-CN이 갖는 커다란 극성에 의한 것이다. 성질은 결합니트릴량에 의해 크게 다르다. 이 내유성은 결합니트릴량과 팽윤, 그리고 기름의 아니린점과 팽윤의 관계에서, 결합니트릴량이 많아질 수록 내유성은 좋게되고, 아니린점이 높아질수록 팽윤은 작아지는 것을 알 수 있다. 여기서 말하는 기름이란 광물기름, 즉 石油系炭化水素구조가 된 것으로, 일반적으로 윤활이나 유압계작동유로써 많이 사용되고 있는 것이다. 특히 주의를 요하는 것은, 이들의 기름에는 여러 가지의 첨가제가 배합되어, 그 영향이 나올 경우가 있기때문에, 아니린점에서 고무의 내유성을 평가하고, 씰제품으로 사용하는 기름에서 물성의 변화나 팽윤을 측정하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, O링을 장시간 고온의 기름속에서 壓縮永久뒤틀림을 측정한 결과, 매우 뛰어난 특성을 갖는것을 앎과 동시에, 체적변화율이 어느정도 팽윤하는 것이 좋은 성질을 나타내는것으로부터, 체적이 감소하는 것보다도 씰性도 좋은 것이 추정된다.
이렇듯 니트릴고무는 내유성이 뛰어난 것으로부터 산업기계, 건설기계, 省力化기기, 자동차 항공기등, 모든 분야에서 윤활유나 작동유, 연료유 등의 씰에 O링, V패킹, 오일씰로써 가장 적당하고, 사용량도 매우 많다. 니트릴고무의 사용가능온도는 배합에 의해 크게 다르지만, －50 ∼ －120℃에서, 특히 저온용으로써는 低니트릴이 極地나 한랭지用의 기기나 항공기 등에 사용된다. 또한, 니트릴량이 많은것은 내열성이나 기계적성질이 좋을 뿐 아니라, 내가스투과성에 뛰어나, 진공용으로서 10torr정도 까지는 충분히 사용할 수 있다. |
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| 크로로프렌의 중합물로 내후성, 내오존성이 뛰어나서 옥외에서의 용도에 적합하다. 사용가능한 유체로써는, 高아니린点의 기름 (예를 들면 타아핀기름,기어기름,엔진기름,토르콘바타기름)이나 동식물기름, 알코올등이 있고, 온도는 －40 ∼ 120℃에서 사용할 수 있지만, －10℃부근에서 結晶化되기 쉽기 때문에, 씰用재질로서는 결정화되기 어려운 타입의 크로로프렌 고무를 선정함과 함께, 특히 기체를 씰하는 경우 저온에 주의가 필요하다 |
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| 에틸렌과 프로필렌의 공중합물로 이중결합이 없는 것을 EPM이라고 하고,이것에 소량의 디엔系의 제3성분을 공중합시킨 것을 (EPDM)이라고 한다. 이 고무는 主鎖에 이중결합을 갖지않기 때문에, 내후성, 내오존성에 뛰어나다. 내열성도 비교적 좋은 편이어서 130 ∼ 150℃까지 사용 가능하다. 내유, 내용제성에서는 광물유나 지방족, 방향족系의 용제에는 팽윤하고 부적당하다. 사용할 수 있는 것은 케톤, 알코올, 식물유 등이외에도 難燃性作動油의 인산에스텔系의 것이 있지만, 광물유와 병용될 경우는 사용 할 수 없다. 또한 내증기성, 내열수성이 좋은 것은 物性에서 알 수 있다. |
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| 이소브틸렌과 소량의 이소프렌의 공중합물로 내후성, 내오존성, 내열성이 뛰어나다. 또한, 가스투과성이 매우 작아서, 자동차의 튜브에 가장 많이 사용 된다. 내유성은 좋지 않지만 내약품성, 내증기성에 뛰어나다. |
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| 폴리에틸렌에 CL2와 SO2를 도입한 고무로, 일반적으로 하이파론(듀폰社의 상품명)으로 널리 알려져 있다. 장점으로서는 내후성, 내오존성,내약품성,난연성 등에 뛰어나고, 내열성도 흔히 150℃까지 사용할 수 있다. 내유성은 高아니린点의 광물유에는 문제가 없는 데,低아니린 점의 기름에는 50 - 70%정도 팽윤해 버린다. |
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| 우레탄 고무에는 폴리에스텔系(AU), 폴리에텔(EU), 카프로系에스텔등의 구조의 차이가 있지만, 어느것도 분자구조중에 우레탄基 를 갖는 고분자화합물이다. 또한, 우레탄고무의 분류는 가공상의 차보다, [注型타잎], [미라블타잎], [熱可塑타잎]으로 분류하는 경우가 있다. 注型타잎은 액상의 프레포리마에 가교제를 첨가, 型에 주입하고, 경화성형하는것으로, 미라블타잎이란 종래의 고무와 같은 모양에 롤로 혼합하고, 압축성형할 것. 열가소타잎이란, 열가소성 프라스틱과 같은 공정으로 사출이나 압출성형이 가능하고 가교반응은 행하지 않는 것이다.
이들 각종 우레탄 공통의 특성은, 종래의 고무와 달라 고강도에서 더욱이 고탄성을 보이고, 기계적 강도가 크게 탁월한 내마모성을 가지고 있다. 또한, 내유성, 내후성, 내오존성,저온성 등도 뛰어나다. 결점으로서는 동적인 사용에서는 蓄熱되기 쉬운 점, 열수나 증기에서 劣化하기 쉬운 점, 열가소타잎에서는, 3차원의 망목구조가 없기 때문에 壓縮永久뒤틀림이 조금 크다. 이 내열수성도 최근에는 카프로系에스텔에 의해 꽤 개량되어 있지만, 습윤한 부문에서의 사용은 50℃이하가 바람직하다.
씰 제품으로서는, 우레탄고무의 장점인 기계적강도와 내유성을 살리고, 특히 유압패킹으로 서 U패킹이나 다스트 씰에 많이 사용되고 있지만, 그 어느것도 불연성작동유에도 사용 할 수 없기 때문에 주의를 요한다. 또한, 사용온도범위는 －50 ∼ 80℃이다. |
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| 아크릴 고무는 주성분이 아크릴산알킬에스텔이고, 에틸 또는 그 외의 아크리레트와 아크리로 니트릴의 공중합물을 ANN, 에틸 또는 그외의 아크리레트와 소량의 모노마(加硫때문)의 공중합물을 ACM의 약어로 부르며 매우 뛰어난 내열성과 내유성을 가지며, 고온은 150 ∼175℃까지 사용가능하고,니트릴고무에서는 온도가 지나치게 높지만 불소고무를 사용하기까지는 이르지 않는 광물系의 동작유,윤활유,토르크컨버터유 등의 씰 제품에 적절하다. 또한, 내후성, 내오존성도 좋지만, 저온성, 壓縮永久뒤틀림, 내약품, 내수성,반발탄성 등은 좋지 않다. |
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| 다류화 고무란 主鎖에 유황을 포함하는 합성고무로, 아루키렌살화이드중합물과 같은 구조를 하고 있고, 일반적으로 티오콜(티오콜社의 상품명)으로 알려져 있다. 이 고무의 장점은, 내유, 내용제성에 뛰어나지만, 기계적강도가 낮기 때문에, 니트릴고무로 사용할 수 없는 특수한 분야에만 사용되고 있다. |
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실리콘 고무는 다른 고무와 본질적으로 다르고, 主鎖에 무기물의 실리콘을 갖는 시로키산 결합 -si-o-으로부터 되고, 側鎖에 메틸基, 비닐基, 페닐基 등을 갖는 고분자로, 일반적으로 유기과산화물로 가교하고, 다음과 같은 많은 장점을 가지고 있다.
(1) 내열성은 불소고무다음으로 뛰어나고, 이것은 -si-o- 결합의 解離에너지가 크기때문으로, 조 건에 따라서는 230 ∼ 250℃까지 사용할 수 있다.
(2) 내한성에도 탁월한 성질을 가져, 특히 페닐系의 실리콘고무가 모든 고무 중에서 가장 좋아, －90∼－100℃까지, 일반의 메틸.비닐系에서도 －50 ∼ －60℃까지 사용할 수 있다.
(3) 다수의 다른 고무와 비교해서 최고의 전기적 성질을 가지며, 전기절연재료로써 뛰어남과 함 께, 탄성, 壓縮永久뒤틀림, 내후성, 내오존성 등도 좋다.
(4) 내유성은 동식물유나 高아니린点의 광물계작동유, 윤활유에는 충분히 사용할 수 있지만 低아 니린点의 광물유는 팽윤이 커서 주의가 필요하다.
(5) 결점으로써는, 기계적강도가 작기 때문에, 동적인 까다로운 조건에서는 고강도 실리콘 고무 를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 고온의 밀봉상태나 증기중에서는 가수분해를 일으키기 쉬운 점, 가스투과성에서는 고무중에서 가장 通氣性이 크다는 것 등이 있다.
이상으로 진술한 것은, 일반의 실리콘 고무이지만, 이 결점인 내유성, 내약품성을 개량한 것에 프로로실리콘 고무가 있다.이 고무는, 실리콘 고무의 側鎖에 프로로알킬基를 도입한 것에 의해, 불소고무와 실리콘고무의 각각의 장점을 가지며, 내열성,내한성,기계적성질은 실리콘고무에, 내유성,내용제성, 내약품성은 불소고무에 가까운 뛰어난 성질을 가지고 있고 항공기 등의 특수한 분야에 사용되고 있다. |
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불소고무는 분자중에 불소원자를 갖는 에라스토마이고, 그 종류는 많지만 주로 사용되고 있는 것은, 불화비닐덴과 六불화프로필렌의 共中合物(바이톤A等)과, 이에 四불화에틸렌을 三元共重合시킨 것(바이톤B나 다이엘G501等)이 있고, 그 장점은, 많은 고무중에서 가장 우수한 내열성과 내유성, 내약품성을 갖는 것으로, 이들에 대해 다음과 같이 진술한다.
(1) 내열성으로는 200℃에서도 물성의 저하가 적고, 장시간의 사용에 견디며, 조건에 따라서는 300℃이상에서도 단시간이면 사용할 수 있다. 또한, 示差熱曲線이나 加熱減量 등으로 부터 보아도, 분해나 감량은 다른 고무와 비교하여 매우 적고, 내열성이 매우 좋은 것을 알 수 있 다.
(2) 耐油性에 대해서는, 鑛物油, 動植物油 등을 시작으로 인산에스텔系의 不燃性作動油나 合成潤 滑油에도 사용가능하다.
(3) 또한, 산, 알칼리等 많은 약품에도 최고의 내식성을 가지고 있지만, 초산 등의 有機酸, 무수 암모니아나 고온의 알칼리, 아민類, 에스텔, 에텔,케톤 등에는 사용할 수 없다. 또한, 無機 酸이나 물 등에 사용하기에는, 특히 受酸劑에 리사지를 사용한 耐酸用 불소고무를 지정하는 일이 필요하고, 일반용(耐油, 耐熱用)의 불소고무로는 膨潤이 커서 사용할 수 없기 때문에, 주의가 필요하다.
(4) 실 제품에 필요한 壓縮永久뒤틀림특성은 개량되어 매우 좋아졌다.
(5) 이밖에 진공용 실 재료로써 사용되는 것은, 가스투과성이 특히 작다는 것은 아니지만, 可塑 劑등이 배합되어 있지 않기 때문에, 고무속으로부터의 배출가스가 고온이 되어도 적기 때문 이다. 또한, 難燃性, 耐候性, 내오존성에도 뛰어나지만 저온성은 좋지않고, －10 ∼ －15℃ 정도밖에 사용할 수 없다. 그러나, 최근 새로운 타잎의 불소고무로써, 파이어스톤社로부터 「호스호니트릴프로로에라스토머」의 조성을 갖는 상품명 「PNF200」이, 또한 듀폰社로부터 「바이튼GLT」(조성의 공표없음)가 판매되게 되었고, 양측모두 종래의 불소 고무의 저온성을 대폭 개량하고, －40 ∼ －50℃에서의 사용이 가능하다고 말해지고 있지만, 가격이 지금까지 의 것보다 약 10배나 높기때문에, 특수한 분야에 한정된다. 또한, 내용제성이나 내증기성이 개량된 것도 출현하고 있고,앞으로도 더욱 뛰어난 내열성, 내한성, 내약품성을 갖는 고무가 나올 것이 예상된다.
그리고, 불소 고무가 실 제품, 특히 O링이나 오일 실, 가스켓 등에 많이 사용되는 것은, 앞에서 말한 특수한 성질에 의해, 과혹한 조건에서의 기능부품으로써의 사용에 한하지 않고, 가격이 높아도, 보다 신뢰성이 요구되어지는 분야나 長壽命에 의해 NON-MAINTENANCE化가 가능하고,부품의 교환에 필요한 경비나 정지중의 생산감 등을 생각하면 염가가 되기 때문이다. |
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| 폴리에텔系의 고무에서 에피크롤히드린의 중합물로 CO (일반적으로 CHR)라 하고, 이것에 에틸렌오키사이드를 공중합시킨 것을 ECO(일반적으로 CHR)이라 한다. 이 고무는 니트릴고무나 크로로프렌고무보다도 내열성이 좋고( 아크릴 고무보다는 떨어진다.), 130∼ 150℃에서 사용가능하다고 말해지며, 내유성이 뛰어남에 의해, 실用재질로써 적합하다. 또한, CO는 내가 스투과성이 좋고, 내열성에서도 ECO보다도 좋다. ECO는 CO와 비교하여 반발탄성과 저온성이 좋고, －40℃에서도 사용가능하다.
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고무재질의 종류
