대부분의 구매자는 카탈로그 용지에서 체크박스를 선택하는 방식으로 "난연성 실리콘"을 사양에 포함시킵니다. 그들은 그것이 하나의 고정된 특성을 가진 단일 재질이라고 생각합니다.
그렇지 않습니다. 난연성은 특정 기준, 특정 시편 두께, 특정 방향에 따라 결정되는 시험 결과입니다. 수평 연소 시험을 통과한 제품이라도 수직 연소 시험에서는 불합격할 수 있습니다. 실험실에서 자연 소화되는 부품이라도 철도 연기 발생량이나 독성 기준치를 초과하여 인증에서 불합격될 수 있습니다.
그러한 차이는 샘플링 단계에서는 거의 드러나지 않습니다. 오히려 몇 달 후, 형식 승인이나 화재 안전 검사 과정에서 시험 보고서가 최종 적용 분야에서 실제로 요구하는 기준과 일치하지 않을 때 나타납니다. 여기서 위험은 배합 불량이 아니라 기준을 잘못 해석하는 데 있습니다. 이 페이지에서는 실리콘이 화재 시 어떻게 작용하는지, 그리고 시험 범위가 어디까지인지 설명합니다. 화재 거동은 실리콘의 광범위한 특성 중 한 부분일 뿐입니다. 재료 특성, 그리고 다른 것들과 마찬가지로 등급과 충전 시스템에 따라 달라집니다.
요약 보고서
- 일반적인 실리콘 고무는 "불연성"이 아닙니다. 상대적으로 화재에 안전한 소재일 뿐입니다. 실리콘 고무는 자연적으로 꺼지는 경향이 있고, 비전도성 실리카(SiO₂) 재로 연소되며, 할로겐을 방출하지 않습니다. 하지만 기본 등급은 일반적으로 UL94 HB 등급까지만 도달하며, V-0 등급에는 미치지 못합니다.
- UL94 V-0 등급, 낮은 연기 밀도 결과, 그리고 EN 45545/NFPA 130 준수는 세 가지 별개의 테스트입니다. 하나의 검사를 통과했다고 해서 다른 검사도 통과하는 것은 아닙니다. 철도 및 대중교통 부품은 발화보다는 연기와 독성 물질로 인해 고장이 나는 경우가 가장 많습니다.
- "난연제"라는 단어가 아니라 표준 및 위험 수준을 명시하십시오.“ 등급, 충전재 시스템, 그리고 세라믹화(회로 무결성) 실리콘이 필요한지 여부는 모두 해당 부품이 어떤 인증을 보유해야 하는지에 따라 결정됩니다.
실리콘이 화재에서 어떻게 작용하는가
실리콘 골격은 실리콘-산소(Si-O) 결합으로 이루어져 있으며, 이 고에너지 결합은 -40°C에서 230°C에 이르는 표준 연속 사용 온도 범위에서 안정적으로 유지됩니다. 직접적인 화염에 노출되면 유기 측쇄(주로 메틸기)가 먼저 산화되고, 골격은 비정질 실리카로 변환됩니다.
이러한 변환 과정 때문에 실리콘은 화재 시 열가소성 수지와 다르게 작용합니다. 실리콘은 녹아서 흘러내리지 않고, 절연성 실리카 재층을 형성하여 아래쪽 물질을 보호하고 추가 연소를 늦춥니다. 일반적인 등급의 실리콘은 화염이 제거되면 대부분 저절로 꺼집니다.
그만큼 제한산소지수(LOI) 이를 반영합니다. 실리콘 고무는 일반적으로 충전재 함량과 난연 첨가제에 따라 26~39% 범위에 있으며, 주변 공기 중 산소에 대한 저항값은 21%입니다.
21%보다 높은 값은 해당 재질이 일반 공기 중에서 쉽게 자체 화염을 유지하지 못한다는 것을 의미합니다. 일반 용도 등급은 해당 범위의 낮은 값에 위치하고, 난연 등급은 높은 값에 위치합니다.
판단의 차이: "자기소화성"은 "난연 등급"과 동일하지 않습니다. 자기소화성은 관찰된 특성을 나타내는 반면, 등급은 정해진 두께에서 특정 시험을 통과했음을 의미합니다. 이 두 가지를 같은 것으로 취급하는 팀은 인증 기관에서 보고서를 요청할 때 문제가 발생할 수 있습니다.
UL94 난연 등급(HB~V-0)
사양서에 "V-0"이라고 나와 있으면, 그것은 다음을 의미합니다. UL94, 이는 시료가 특정 두께에서 고정된 방향으로 연소되는 방식을 기준으로 분류하는 방법입니다.
| UL94 등급 | 정위 | 패스 동작(간소화됨) |
|---|---|---|
| 하비 | 수평의 | 연소 속도가 느리고 연소 속도가 제한적입니다. 가장 낮은 등급입니다. |
| V-2 | 수직의 | 30초 이내에 저절로 꺼집니다. 불꽃이 튀는 물방울은 허용됩니다. |
| V-1 | 수직의 | 30초 이내에 저절로 꺼지며, 불꽃이 튀는 액체가 떨어지지 않습니다. |
| V-0 | 수직의 | 10초 이내에 저절로 꺼지며, 불꽃이 튀는 액체가 떨어지지 않습니다. |
| 5VA / 5VB | 수직으로 뻗은 더 큰 불꽃 | 최상위 레벨; 일반적인 밀폐형 구조물에 해당합니다. |
일반 실리콘은 대개 HB 등급을 받습니다. V-0 등급을 달성하려면 특수 난연 등급(플래티넘 경화 방식, 조정된 필러 및 시너지 시스템)이 필요합니다. 등급은 두께에 따라 결정됩니다. 3.0mm 두께에서 V-0 인증을 받은 컴파운드라고 해서 1.0mm 두께에서도 자동으로 V-0 등급이 되는 것은 아닙니다. 두께 정보 없이 "V-0"이라고만 표기된 사양은 불완전하며, 이는 저희가 접수하는 도면에서 가장 흔하게 발견되는 오류입니다.
UL94에는 일반적으로 두 개의 인접한 테스트가 포함됩니다.
제한산소지수(LOI)
ASTM D2863 / ISO 4589는 재료가 연소되는 데 필요한 최소 산소 농도를 측정합니다. 이는 연소 등급처럼 부품 형상에 영향을 받지 않기 때문에 난연 등급을 비교하는 데 가장 명확한 단일 수치입니다.
글로우와이어 테스트(IEC 60695)
을 위한 전기 및 전자 장비 인클로저, IEC 60695-2-12/13(GWFI/GWIT)은 UL94보다 더 중요합니다. 이 표준은 실제 고장 모드인 활선에 의한 발화 가능성을 테스트합니다. 키패드, 커넥터 씰 또는 하우징이 고장 전류 근처에 있어야 하며, 화염에 가까이 두어서는 안 됩니다.
연기 밀도 및 독성 요구사항
내화성은 모든 사람이 가장 먼저 테스트하는 부분입니다. 또한 이 부분 때문에 불량품이 나오는 경우는 드뭅니다. 터널, 철도 차량, 항공기 객실과 같은 밀폐된 환경에서는 재료가 연소될 때 방출되는 물질이 주요 위험 요소이지, 발화 여부가 아닙니다.
이것이 바로 실리콘의 구조적 장점이며, 그 근원은 연소 화학에 있습니다.
| 측면 | 표준 실리콘 고무 | 비닐 |
|---|---|---|
| 주요 잔류물 | 비정질 실리카(SiO₂), 절연재 | 탄소 숯 + 용융 잔류물 |
| 산성 가스 | 없음 — 할로겐 프리 | 염화수소(HCl), 부식성 물질 |
| 연기 | 낮은 광학 밀도 | 짙은 검은 연기 |
| 화염 속에서의 행동 | 물방울이 떨어지지 않고, 재처럼 형태를 유지합니다. | 부드러워지고 흘러내립니다. |
여기서 적용되는 표준은 UL94와는 별개입니다.
- 연기 밀도: ASTM E662(NBS 연기 챔버) 및 ISO 5659-2는 광학적 연기 측정값(Ds)을 제공합니다.
- 할로겐 프리 / 산성 가스: IEC 60754는 부식성 할로겐 가스가 없음을 확인합니다.
- 독성: EN 45545-2는 가스 분석에서 도출된 기존 독성 지수(CIT)를 사용합니다.
이 문제에 대한 판단 공백은 큰 손실로 이어질 수 있습니다. 어떤 등급의 제품은 수직 연소 시험을 완벽하게 통과하더라도 밀폐된 환경에서의 연기 발생량이나 연소 온도(CIT) 제한을 초과할 수 있습니다. 할로겐이 없는 연소는 실리콘이 할로겐을 대체하는 가장 중요한 이유입니다. 비닐 케이블링에서 그리고 물개 화재 발생 시 사람들이 갇히는 곳에서 사용됩니다. 연소 등급만을 기준으로 구매를 결정하는 사람들은 이미 난연 등급을 확정한 후에야 연기 및 독성 요구 사항을 알게 됩니다.
철도 및 대중교통 인증: EN 45545 및 NFPA 130
이 지점에서 "난연성 실리콘"은 더 이상 소재에 대한 주장이 아니라 구성 요소 분류가 됩니다.
EN 45545-2 (유럽 철도)
EN 45545-2 이 인증은 재료 자체를 개별적으로 인증하는 것이 아닙니다. 완제품 부품을 위험 등급(HL1, HL2, HL3)으로 분류하며, HL3이 가장 엄격한 등급으로 지하 및 터널 작업과 같은 환경에 적용됩니다. 요구 사항은 제품 유형과 차량 내 위치에 따라 산소 지수, 연기 밀도 및 독성에 대한 제한을 포함하는 요구 사항 세트(R 번호)로 그룹화됩니다.
결과적으로 동일한 실리콘 화합물이라도 하나의 R-세트는 충족하지만 다른 R-세트는 충족하지 못할 수 있습니다. 재료 자체가 EN 45545를 "가지고 있는" 것이 아니라, 부품이 명시된 위험 수준과 제품 범주에 따라 평가되는 것입니다. 위험 수준(HL)과 R-세트 없이 "EN 45545 실리콘"을 요구하는 것은 철도 산업에서 두께 없이 V-0 등급을 요구하는 것과 같습니다.
NFPA 130 (북미 교통 기준)
NFPA 130 고정 궤도 운송 및 여객 철도에 적용되는 규정입니다. 단일 재료 등급이 아닌, 구성 요소 수준의 시험(화염 확산에 대한 ASTM E162 및 연기 밀도에 대한 ASTM E662)을 참조합니다. 유럽 HL3 노선에 사용 가능한 부품이라도 북미 프로젝트에 사용하려면 NFPA 130에 따른 별도의 증빙 자료가 필요하며, 두 보고서는 서로 호환되지 않습니다.
세라믹화 가능한 실리콘 및 회로 무결성
일반적인 난연 실리콘과 자주 혼동되는 특수 종류가 있는데, 바로 내화 케이블에 사용되는 세라믹화(세라믹화 가능) 실리콘입니다.
화재 발생 시, 이 등급의 케이블은 단순히 탄화되는 것 이상의 역할을 합니다. 충전재 시스템이 소결되어 폴리머가 연소된 후에도 절연성을 유지하는 견고하고 자립적인 세라믹 껍질을 형성합니다. 이는 회로의 무결성을 유지하여 화재 중에도 케이블이 신호나 전력을 계속 전달할 수 있도록 합니다. 이러한 특성은 비상 조명, 경보 및 신호 회로에 필수적인 요소입니다.
해당 기준들은 다시 한번 구체적이고 서로 분리되어 있습니다.
| 우려 | 기준 | 측정하는 것 |
|---|---|---|
| 점화/연소 등급 | UL94 (IEC 60695-11-10/20) | 자기소멸형(HB~V-0) |
| 산소 지수 | ASTM D2863 / ISO 4589 | 연소를 유지하기 위한 최소 O₂ % (LOI) |
| 글로우 와이어 | IEC 60695-2-12/13 | 고온 전선에 의한 발화 가능성 (전자제품) |
| 연기 밀도 | ASTM E662 / ISO 5659-2 | 광학적 연기(Ds) |
| 할로겐/산성 가스 | IEC 60754 | 할로겐 프리 인증 |
| 철도(유럽) | EN 45545-2 | 위험도 분류(HL1~HL3) |
| 환승 (북미) | NFPA 130 | 가이드웨이 통행 시 화염 확산 및 연기 발생 |
| 회로 무결성 | IEC 60331 / BS 6387 | 화재 발생 시에도 케이블은 계속 작동합니다. |
난연성 실리콘 주문 시 명시해야 할 사항
"난연성 실리콘"을 주문하지 마십시오. 이 문구는 우리가 제작할 수 있는 범위에 아무런 제약을 두지 않으며, 대부분의 최종 불량 사례가 여기서 발생합니다.
실제로 자격 인증을 통과할 수 있는 성적을 받으려면 다음이 필요합니다.
- 목표 표준과 철도의 경우 위험 수준 및 R-세트(예: EN 45545-2 HL2, R22) 또는 NFPA 130 참조.
- UL94 및 LOI 결과는 두께에 따라 달라지므로, 평가에 필요한 시료 두께를 확인해야 합니다.
- 회로 무결성이 필요한지 여부에 따라 일반 난연제와 세라믹화 실리콘 중 어느 것을 선택할지 결정되며, 이들은 서로 다른 재료 계열로 비용도 다릅니다.
- 밀폐된 환경에 대한 연기 밀도 및 독성 제한 기준.
- 인증 기관이나 시험소에서 발급한 보고서를 고객이 검토하는 것이지, 화합물 이름을 검토하는 것이 아니기 때문입니다.
계획 수립 시 고려해야 할 두 가지 경계 조건이 있습니다. 난연성(FR) 및 세라믹화 등급은 일반 등급보다 재료비가 높고 시험 소요 시간이 더 깁니다. 범용 실리콘, 또한, LOI를 높이는 더 무거운 충전재 함량도 마찬가지입니다. 경도를 높이고 신장률을 낮춘다 — 따라서 난연성(FR) 요구사항은 씰이나 키패드의 기계적 특성을 조용히 변화시킬 수 있습니다. 부품이 난연성 등급을 받은 부품이면서 정밀 밀봉 요소인 경우, 금형 제작 전에 하나의 소재로 두 가지 요구사항을 모두 충족할 수 있는지 확인할 수 있도록 기계적 사양과 내화성 기준을 함께 보내주시기 바랍니다.
다음으로 필요한 정보는 기준 표준, 정격 두께, 그리고 밀폐형 적용 여부입니다. 이 세 가지 정보를 통해 어떤 등급군이 적용되는지, 그리고 비용과 납기가 어떻게 달라지는지 알려드릴 수 있습니다.
자주 묻는 질문
실리콘은 불에 탈 수 있나요?
네, 실리콘은 지속적인 직화에 노출되면 연소되지만, 일반적인 플라스틱과는 다르게 작용합니다. 녹아서 흘러내리는 대신, 유기 부분들이 산화되고 실리콘-산소 골격은 절연성 비정질 실리카(SiO₂) 재로 변환됩니다. 이 재 층은 아래쪽 물질을 보호하고 추가 연소를 늦추기 때문에, 많은 종류의 실리콘이 화염이 제거되면 저절로 꺼지는 것입니다.
실리콘은 가연성인가요?
실리콘은 완전히 "불연성"이라기보다는 비교적 내화성이 뛰어난 소재입니다. 실리콘의 산소 한계 지수(LOI)는 일반적으로 26~39% 범위에 속하는데, 이는 주변 공기 중 산소 농도인 21%보다 훨씬 높은 수치이므로 일반적인 조건에서는 자체적으로 쉽게 불꽃을 유지하지 못합니다. 하지만 기본 등급의 실리콘은 보통 UL94 HB 등급까지만 충족하며, 자체 소화 등급인 V-0을 달성하려면 특수 난연 등급이 필요합니다.
자기소화성과 난연성 등급의 차이점은 무엇인가요?
“"자기소화성"은 관찰된 동작을 설명하는 용어입니다. 즉, 화염이 제거되면 재료가 더 이상 타지 않는다는 뜻입니다. "등급"은 특정 두께와 방향에서 정의된 테스트(예: UL94 V-0)를 통과했음을 문서로 증명하는 것입니다. 이 두 가지는 서로 바꿔 쓸 수 없습니다. 인증 기관은 관찰된 동작이 아닌 테스트 보고서를 요구합니다.
실리콘을 태울 때 독성 또는 부식성 연기가 발생하나요?
일반 실리콘은 할로겐이 함유되어 있지 않아 PVC에서 발생하는 염화수소(HCl)와 같은 부식성 산성 가스를 방출하지 않습니다. 또한 연소 시 광학적 연기 밀도가 낮고 비전도성 실리카 재를 남깁니다. 그러나 밀폐된 환경(철도, 대중교통, 항공기)에서는 연기 밀도(ASTM E662/ISO 5659-2) 및 독성(EN 45545-2 CIT) 시험을 별도로 실시합니다. 따라서 연소 시험을 통과했더라도 연기 또는 독성 기준치를 초과하는 등급이 있을 수 있습니다.
실리콘에 대한 UL94 V-0 등급은 실제로 무엇을 의미합니까?
UL94 V-0 등급은 명시된 두께에서 시료가 수직 방향으로 놓았을 때 10초 이내에 화염이 발생하지 않고 자체 소화됨을 의미합니다. 이 등급은 두께에 따라 달라지므로, 3.0mm 두께에서 V-0 등급을 받은 화합물이라도 1.0mm 두께에서는 자동으로 V-0 등급이 되는 것은 아닙니다. 두께 정보 없이 "V-0"이라고만 표기된 사양은 불완전합니다.
난연성 실리콘이면 철도 또는 대중교통 부품에 충분할까요?
그 자체로는 아닙니다. EN 45545-2(유럽 철도)는 완제품 부품을 위험 수준(HL1~HL3) 및 요구 사항 세트로 분류하는 반면, NFPA 130(북미 운송)은 ASTM E162 및 ASTM E662와 같은 부품 수준 테스트를 참조합니다. 재료가 EN 45545를 "가지고 있다"는 것은 아니며, 부품은 명시된 위험 수준 및 제품 범주에 따라 평가됩니다. 유럽과 북미의 보고서는 서로 호환되지 않습니다.
세라믹화 가능한 실리콘이란 무엇인가요?
이 소재는 내화 케이블에 사용되는 특수 등급입니다. 화재 발생 시 충전재 시스템이 소결되어 폴리머가 연소된 후에도 절연성을 유지하는 응집력 있고 자립적인 세라믹 껍질을 형성하여 회로의 무결성을 유지합니다(IEC 60331 / BS 6387 기준). 이는 비상 조명, 경보 및 신호 회로에 요구되는 사항이며, 일반 난연 실리콘과는 다른 종류의 소재로 더 고가입니다.
참고자료 및 표준
- UL 94 — 기기 및 장비 부품용 플라스틱 재료의 가연성 (Underwriters Laboratories, IEC 60695-11-10과 조화). 참조
- 제한산소지수(LOI) — 연소를 유지하는 데 필요한 최소 산소 농도(ASTM D2863/ISO 4589에 따라 측정). 참조
- IEC 60695-2-12:2021 — 재료용 글로우 와이어 가연성 지수(GWFI) 시험 방법(IEC). 참조
- ISO 5659-2:2017 — 연기 발생: 단일 챔버 테스트(ISO)를 이용한 광학 밀도 측정. 참조
- EN 45545-2:2020 — 철도 응용 분야: 재료 및 구성 요소의 화재 거동 요구 사항(CEN). 참조
- NFPA 130 — 고정궤도 대중교통 및 여객철도 시스템 표준(NFPA). 참조
- IEC 60331-1:2018 — 화재 및 기계적 충격 하에서 케이블의 회로 무결성 테스트(IEC). 참조
