실리콘의 기계적 특성에 대한 대부분의 데이터는 "유연하다", "내구성이 좋다"와 같은 포괄적인 형용사만 나열되어 있고, 구체적인 수치나 시험 방법이 제시되지 않은 채 장황하게 설명되어 있습니다. 가스켓, 키패드, 씰 또는 성형 부품을 제작할 때 이러한 정보 부족은 시간 낭비는 물론, 금형 제작 전에 잘못된 경도나 인장 강도 사양을 선택하게 되는 위험을 초래할 수 있습니다.
실리콘 고무 (VMQ이 소재는 니트릴이나 천연 고무보다 인장 강도가 낮지만(일반적으로 4~11 MPa), 200~800%의 신장률을 유지하며 -60°C에서 +230°C에 이르는 온도 범위에서 이러한 기계적 특성을 유지합니다. 이 소재가 선택되는 이유는 최대 강도 때문이 아니라 바로 이러한 장단점 때문입니다.
아래 섹션에서는 작동 수치, 각 수치의 근거가 되는 ASTM 방법, 그리고 해당 수치가 더 이상 적용되지 않는 경우를 설명합니다.
실리콘의 기계적 특성 개요
이 제품들은 실리콘의 광범위한 범주에 속하는 범용 실리콘 고무 제품군입니다. 물리적 속성 봉투 — 보세요 완벽한 부동산 가이드 전체적인 상황을 파악하기 위해서는 참고 자료를 활용하십시오. 실제 값은 기본 폴리머, 충전재 함량, 경화 시스템 및 후경화에 따라 달라집니다. 따라서 이 값들은 시작 범위로만 간주하고 데이터시트를 대체해서는 안 됩니다.
| 재산 | 일반적인 범위(범용 실리콘) | 시험 표준 |
|---|---|---|
| 인장강도 | 4~11 MPa (고강도 등급은 최대 약 13 MPa) | ASTM D412 |
| 파단 시 신장률 | 200–800% | ASTM D412 |
| 100% 모듈러스(M100) | 0.5–3 MPa | ASTM D412 |
| 인열 강도 | 10–55 kN/m | ASTM D624 |
| 압축 세트 | 10–40% (완전 후처리 후 더 낮아짐) | ASTM D395 |
| 경도 | 쇼어 A 10–80 | ASTM D2240 |
인장강도
인장 강도는 실리콘 부품이 인장력에 의해 파손되기 전에 견딜 수 있는 응력으로, 아령 모양의 시편을 사용하여 측정합니다. ASTM D412. 범용 실리콘은 다음과 같은 위치에 있습니다. 4~11 MPa. 고강도 및 고인장강도 등급은 약 13MPa에 달합니다.
이는 천연 고무나 니트릴보다 낮은 수치이며, 실제 사용 환경에서는 제한 요소가 되는 경우가 드뭅니다. 실리콘은 밀봉, 절연 및 부드러운 촉감의 부품에 사용되는데, 이러한 용도에서는 최대 인장 강도보다 신장률, 압축 영구 변형률 및 온도 안정성이 더 중요합니다. 충전재 종류 및 적재량 숫자를 가장 많이 이동시키세요: 강화 흄드 실리카 인장 강도를 높이는 반면, 무거운 연장 충전재는 비용 절감을 위해 인장 강도를 낮춥니다.
부품이 실제로 인장 하중을 견뎌야 하는 경우, 실리콘은 일반적으로 적합하지 않은 재료입니다. 이는 설계상의 한계이지, 등급을 조정하여 해결할 수 있는 문제가 아닙니다.
파괴 시 신장률(탄성 및 유연성)
파괴 시 신장률은 실리콘이 파손되기 전에 늘어나는 정도를 나타내며, 원래 길이의 백분율로 표시되고 인장 강도와 동일한 ASTM D412 시편을 사용하여 측정합니다. 일반적인 실리콘의 경우 200–800%, 부드러운 저경도 등급이 고급 등급에 속합니다.
이것이 바로 실리콘의 "탄성과 유연성"을 가능하게 하는 특성입니다. 이 덕분에 경도 30 쇼어 A의 공갈젖꼭지, 늘어나는 뚜껑, 또는 주름관이 반복적으로 변형되었다가 원래 형태로 돌아올 수 있습니다. 신장률과 경도는 반비례 관계입니다. 즉, 경도가 높아질수록(더 단단한 부품일수록) 신장률은 감소합니다.
100% 모듈러스(M100/M300)
탄성 계수는 시편을 특정 신장률까지 늘리는 데 필요한 응력입니다. M100은 100% 신장률에서, M300은 300% 신장률에서 측정되며, D412 테스트에서도 확인할 수 있습니다. 실리콘의 M100은 일반적으로 다음과 같은 값에 해당합니다. 0.5–3 MPa.
키패드나 멤브레인처럼 반복적인 저변형 굽힘이 발생하는 부품의 경우, 인장 강도보다 탄성 계수가 더 중요합니다. 탄성 계수는 변형에 대한 힘의 관계를 나타내며, 이는 설계자가 실제로 느끼고 사양을 정하는 요소입니다. 동일한 인장 강도를 가진 두 재질이라도 탄성 계수 곡선이 다르면 실제 사용 환경에서 매우 다른 거동을 보일 수 있습니다.
인열 강도
인열 강도는 절단이나 흠집이 확산되는 것에 대한 저항력으로, 단위 길이당 측정됩니다. ASTM D624 (일반적으로 다이 B 또는 다이 C)이며 kN/m 단위로 보고됩니다. 실리콘의 범위는 다음과 같습니다. 10–55 kN/m일반적인 용도에 적합한 등급은 낮은 가격대에 위치하고, 고강도 실리콘 제형은 높은 가격대에 속합니다.
얇은 벽 부품이나 날카로운 내부 모서리를 가진 부품이 탈형 및 현장 사용 중에 파손되지 않는지 여부를 결정하는 사양은 인장 강도가 아니라 인열 강도입니다. 유아용품, 얇은 막, 곡률 반경이 작은 부품은 높은 인열 강도 등급을 기준으로 견적을 내야 합니다. 두꺼운 부품에서는 미관상 문제가 되지 않는 작은 흠집도 얇은 부품에서는 파열의 시작점이 될 수 있습니다.
압축 세트
압축 영구 변형은 실리콘 부품을 압축한 후 풀어 놓았을 때 남는 영구 변형량을 측정하는 것입니다. (테스트는 표준 규격에 따라 진행됩니다.) ASTM D395 (방법 B, 일정 편향). 백분율이 낮을수록 좋습니다. 실리콘이 흐릅니다. 10–40%, 그리고 완전한 후처리 과정을 거치면 낮은 쪽으로 치우치게 됩니다.
이것이 바로 실리콘을 정의하는 속성입니다. 가스켓 또는 씰. 실리콘이 넓은 온도 범위에서 정적 밀봉 성능 면에서 대부분의 엘라스토머보다 우수한 주된 이유는 낮은 압축 영구 변형률 때문입니다. 실리콘은 압축된 상태를 유지하여 밀봉력을 지속하는 반면, 변형되어 누출되는 경우는 없습니다.
경화 시스템과 후경화 과정이 압축 영구 변형률을 좌우합니다. 적절한 후경화를 거친 백금 경화 실리콘은 압축 영구 변형률이 낮지만, 불완전 경화 또는 과산화물 경화 재료는 적절한 후경화 없이는 그렇지 않습니다. 장기적인 밀봉이 중요한 기능이라면, 성형 직후의 수치가 아니라 후경화 후의 압축 영구 변형률을 제품 사양서에서 확인해야 합니다.
경도가 기계적 수치와 어떻게 연결되는가
경도(듀로미터)는 다음과 같이 측정됩니다. ASTM D2240 쇼어 A 경도계에서, 일반적으로 구할 수 있는 실리콘을 사용합니다. 쇼어 A 10~80. 경도는 강도 값은 아니지만 다른 값들을 가장 빠르게 예측하는 지표입니다. 부드러운 재질은 더 많이 늘어나고(신장률이 높음) 더 유연한 느낌을 줍니다(탄성률이 낮음). 단단한 재질은 변형에 저항하지만 신장률은 떨어집니다.
대부분의 자재 조달 논의에서 가장 먼저 고려해야 할 사항은 경도계입니다. 인장 강도, 인열 강도, 탄성 계수 수치도 경도계 수치에 따라 달라집니다.
관련된: 실리콘 쇼어 A 경도: 촉감, 밀봉 및 내구성에 미치는 영향 — 부드러운 실리콘과 단단한 실리콘, 그리고 용도별 경도 선택 가이드 전체 내용.
실리콘과 기타 엘라스토머 비교
기계적 수치는 비교를 통해서만 의미를 갖습니다. 일반 고무와 비교했을 때, 실리콘은 강도를 다소 희생하는 대신 온도 범위, 압축 영구 변형률 및 노화 저항성을 제공합니다.
| 재산 | 실리콘(VMQ) | 천연 고무(NR) | EPDM | 니트릴(NBR) |
|---|---|---|---|---|
| 인장강도 | 4~11 MPa | 20~30 MPa | 7~21 MPa | 10~25 MPa |
| 파단 시 신장률 | 200–800% | 400–700% | 200–600% | 300–600% |
| 인열 강도 | 낮음-중간 | 높은 | 보통의 | 보통의 |
| 압축 세트 | 매우 좋음(낮음) | 가난한 | 좋은 | 보통의 |
| 서비스 온도 | -60 ~ +230 °C | -50 ~ +80 °C | -50 ~ +150 °C | -30 ~ +120 °C |
| 자외선/오존/노화 | 훌륭한 | 가난한 | 훌륭한 | 가난한 |
핵심은 간단합니다. 부품이 상온에서 최대 인장 강도 또는 인열 강도를 필요로 한다면 기계적 특성 면에서는 NR 또는 NBR이 유리합니다. 하지만 안정적인 밀봉이 필요하다면, 내열성 실리콘은 강도가 다소 낮지만, 풍화 작용에도 잘 견디고 오랜 기간 형태를 유지할 수 있다는 점에서 감수할 만한 단점입니다.
이 수치가 더 이상 적용되지 않는 지점
위의 모든 범위는 등급 및 공정에 따라 달라집니다. 충전재 시스템, 경화 화학 및 후경화는 인장 강도, 인열 강도 및 압축 영구 변형률을 전체 범위에 걸쳐 변화시킬 수 있습니다. 예를 들어 "실리콘"으로 표시된 두 부품이라도 인열 강도가 최대 2배까지 차이가 날 수 있습니다. 또한 발표된 수치는 실험실 시편을 기준으로 하며, 실제 벽 두께, 형상 또는 탈형 응력을 고려한 수치는 아닙니다.
이러한 수치들이 실제 사양으로 확정되기 위해서는 세 가지 입력값이 필요합니다. 목표 쇼어 A 경도, 제어 기능(정적 밀봉, 동적 굴곡 또는 구조적), 그리고 사용 온도 범위입니다. 이 세 가지 정보가 있으면 기계적 등급을 빠르게 좁힐 수 있습니다. 이 정보들이 없으면 단일 인장 또는 인열 강도 수치는 단순한 데이터일 뿐, 사양으로 인정되지 않습니다.
자주 묻는 질문
실리콘 고무의 인장 강도는 얼마입니까?
일반적인 실리콘의 강도는 ASTM D412에 따라 4~11 MPa이며, 고강도 등급은 최대 약 13 MPa까지입니다. 이는 니트릴이나 천연 고무보다 낮은 강도입니다.
실리콘은 파손되기 전에 얼마나 늘어날 수 있나요?
파단 신율은 일반적으로 200~800%입니다. 부드럽고 경도가 낮은 등급일수록 가장 많이 늘어납니다.
실리콘은 압축 후 변형이 잘 되나요?
네. 대략 10~40%(완전 경화 후에는 더 낮아짐)의 경도를 가진 실리콘은 대부분의 엘라스토머보다 지속적인 압축 하에서 형태를 더 잘 유지합니다. 이것이 바로 실리콘이 씰과 개스킷에 사용되는 이유입니다.
실리콘과 EPDM 중 어느 것이 더 강할까요?
실리콘과 EPDM 중 어느 것이 더 강할까요?
실리콘은 왜 인장 강도는 낮지만 신장률은 높을까요?
실리콘의 유연한 실록산(Si–O) 골격은 쉽게 늘어나 200~800%의 신장률을 나타내지만, 분자간 힘이 약하여 인장 강도는 4~11MPa로 제한됩니다. 흄드 실리카와 같은 보강재를 첨가하면 유연성을 크게 희생하지 않고도 인장 강도를 높일 수 있습니다.
실리콘 인열 강도 측정에 사용되는 ASTM 표준은 무엇입니까?
인열 강도는 ASTM D624(일반적으로 Die B 또는 Die C)에 따라 측정되며 kN/m 단위로 보고됩니다. 일반적인 실리콘의 인열 강도는 10~55 kN/m이며, 고강도 등급은 이 범위의 상단에 해당합니다.
실리콘의 100% 탄성률(M100)은 얼마입니까?
M100은 시편을 100% 연신율까지 늘리는 데 필요한 응력으로, ASTM D412에 따라 실리콘의 경우 일반적으로 0.5~3 MPa입니다. 키패드나 멤브레인과 같이 반복적인 저변형률 굽힘을 받는 부품의 경우, 인장 강도보다 변형률에 따른 힘을 더 잘 예측합니다.
