실리콘과 폴리우레탄 중 어느 하나가 모든 상황에 적합한 만능 소재는 아닙니다. 선택은 하중, 온도, 환경, 사용 수명 및 제조 방식에 따라 달라집니다. 극한 온도, 자외선 노출 및 장기간 밀봉이 필요한 경우에는 실리콘을 선택하십시오. 내마모성, 내하중성, 내충격성 및 다양한 경도 옵션이 필요한 경우에는 폴리우레탄을 선택하십시오.
이 간단한 규칙은 초기 단계에서 발생하는 많은 실수를 방지합니다. 하지만 최종 재료 사양만으로는 충분하지 않습니다. 바퀴, 정적 개스킷, 의료용 밸브, 포팅 컴파운드, 건축용 실란트 모두 이러한 폴리머 중 하나를 사용할 수 있지만, 재료가 수행해야 하는 역할은 서로 다릅니다.
요약 보고서
- 열, 추위, 자외선, 오존 또는 장기간의 압축 복원력이 제품 수명에 영향을 미치는 경우, 실리콘이 일반적으로 더 안전한 선택입니다.
- 폴리우레탄은 일반적으로 마모, 충격, 반복적인 접촉 및 높은 기계적 하중 하에서 더 강합니다.
- 일반적인 비교표를 기준으로 어느 재료군도 승인하지 마십시오. 동일한 시험 방법, 온도, 시편 형상 및 조건 하에서 실제 등급을 비교하십시오.
실리콘과 폴리우레탄 비교 분석
| 결정 요인 | 실리콘 엘라스토머 | 폴리우레탄 엘라스토머 |
|---|---|---|
| 고분자 구조 | 무기 실리콘-산소 골격에 유기 측쇄기가 결합된 구조 | 폴리올과 이소시아네이트로부터 형성된 유기 고분자 |
| 일반적인 강도 | 온도 안정성, 내후성, 전기 절연성, 압축 복원력 | 내마모성, 인열 강도, 인장 강도, 충격 흡수 |
| 일반적인 약점 | 내마모성이 낮고 원자재 비용이 높습니다. | 열, 자외선, 가수분해 및 제형 화학에 더 민감함 |
| 경도 범위 | 일반적으로 성형 고무는 매우 부드러운 것부터 단단한 것까지 다양한 등급으로 제공됩니다. | 매우 광범위한 제품군으로, 유연한 폼과 부드러운 엘라스토머부터 견고한 시스템까지 포함합니다. |
| 야외 노출 | 일반적으로 자외선과 오존에 강한 효과를 나타냅니다. | 방향족 또는 지방족 화학 및 안정제 구성에 크게 좌우됩니다. |
| 습식 서비스 | 수분 흡수율은 낮지만, 결합 설계는 여전히 중요합니다. | 일반적으로 폴리에테르 등급은 폴리에스터 등급보다 가수분해에 대한 저항성이 더 우수합니다. |
| 처리 | HCR 압축/이송 성형, LSR 사출 성형, 압출, 코팅 | 주조 엘라스토머, RIM, 폼, 코팅, 접착제, TPU 사출 성형 또는 압출 |
| 비용 방향 | 일반적으로 재료비가 더 높습니다. | 일반적으로 더 낮지만, 공구 비용, 불량품, 2차 가공 및 서비스 수명에 따라 결과가 달라질 수 있습니다. |
이는 재료 계열의 경향성일 뿐, 보장된 값은 아닙니다. 충전재가 함유된 고점도 실리콘 고무와 주조 폴리에스터 폴리우레탄을 각각이 해당 폴리머 계열 전체를 대표하는 것으로 간주하여 비교해서는 안 됩니다.
실리콘 소재는 언제 선택해야 할까요?
열순환, 옥외 환경, 저온 유연성 또는 장기적인 밀봉력이 중요한 용도에는 실리콘을 선택하십시오.
극한 온도 및 열 순환
많은 범용 실리콘 엘라스토머는 -45°C ~ 200°C 범위에서 장기간 사용하도록 규격화되어 있지만, 개별 등급에 따라 사용 가능 온도 범위가 더 좁거나 넓을 수 있습니다. Dow는 SYLGARD 실리콘 엘라스토머의 경우 -45°C ~ 200°C를 유용한 장기 사용 가능 온도 범위로 제시하면서, 해당 온도 범위 근처에서는 부품 수준의 검증이 여전히 필요하다고 경고합니다. Rogers는 BISCO 셀룰러 실리콘 제품군의 경우 -55°C ~ 200°C를 사용 가능 온도 범위로 제시합니다.
중요한 것은 브로셔에 적힌 최고 온도가 아닙니다. 부품이 압축, 신장 또는 유체에 노출된 상태로 수백 번의 열 사이클을 거친 후 어떤 변화가 발생하는가입니다. 경도, 신장률, 압축 영구 변형, 접착력 및 전기적 특성은 모두 같은 속도로 노화되지 않을 수 있습니다.
폴리우레탄은 내열성이 있지만, 화학적 조성에 따라 사용 가능 온도 범위가 크게 다릅니다. 미국화학협회(American Chemistry Council)에 따르면 일부 폴리우레탄 제품의 비가연성 열분해는 약 150~180°C에서 시작될 수 있습니다. 이는 열분해 경고일 뿐, 권장 사용 온도 범위는 아닙니다. 특정 폴리우레탄 등급의 연속 사용 한계는 일반적으로 훨씬 낮으며, 해당 제품의 기술 데이터 시트를 참조해야 합니다.
자외선, 오존 및 옥외 풍화 작용
실리콘은 일반적으로 노출된 밀봉재, 조명 부품, 옥외용 외함 및 유리 접합부에 사용하기에 위험 부담이 적은 소재입니다. 실리콘-산소 골격 구조 덕분에 자외선과 오존에 대한 저항성이 뛰어납니다. 다우(Dow)는 구조용 실리콘 실란트가 자외선, 열, 습도, 오존 및 극한 온도에 강하다고 설명합니다.
폴리우레탄의 경우, 좀 더 구체적인 질문이 필요합니다. 해당 시스템이 방향족인지 지방족인지, 그리고 어떤 안정제나 코팅제로 보호되는지 알아야 합니다. 방향족 폴리우레탄은 자외선에 노출되면 변색될 수 있습니다. 변색이 항상 즉각적인 기계적 손상을 의미하는 것은 아니지만, 눈에 보이는 부품에는 문제가 될 수 있으며 표면 노화를 나타낼 수 있습니다. 지방족 시스템은 일반적으로 더 높은 배합 비용을 수반하지만 색상 안정성을 향상시킵니다.
초기 인장 강도 데이터가 허용 가능한 수준으로 보이기 때문에 시공팀은 종종 풍화 작용을 과소평가합니다. 실제 차이는 햇빛, 습기, 열팽창으로 인한 온도 변화에 수개월이 지난 후에 나타납니다. 검은색 산업용 롤러와 흰색 외부 실런트는 허용 기준이 동일하지 않습니다.
장기 밀봉 및 압축 복원
열에 노출되는 정적 가스켓의 경우, 실리콘은 일반적인 폴리우레탄보다 밀봉력을 더 잘 유지하는 경우가 많습니다. 압축 영구 변형이 적어야 하는데, 가스켓이 겉보기에는 멀쩡해 보여도 접촉 압력이 손실될 수 있기 때문입니다.
압축 영구 변형률 수치는 오용하기 쉽습니다. 고체 고무에 대한 ASTM D395와 다공성 재료에 대한 ASTM D3574는 서로 다른 시편과 절차를 사용합니다. 온도, 압축률, 회복 시간, 시편 두께 모두 결과에 영향을 미칩니다. 시험 조건이 동일한 경우에만 값을 비교해야 합니다.
캐비닛 가스켓이나 배터리 인클로저의 경우, 초기 압축력뿐만 아니라 간극 허용 오차, 목표 압축력, 힘 완화, 폐쇄 하중, 노화 후 복원력 등 다양한 요소를 점검합니다. 재질 자체는 적합하더라도 연질 가스켓을 과도하게 압축하면 수명이 단축될 수 있습니다.
청결성, 생체 적합성 및 식품 접촉 응용 분야
실리콘은 널리 사용됩니다. 아기 제품, 주방용품, 의료 부품, 튜브 및 밸브 등에 사용되는 이유는 적절한 등급의 실리콘이 내열성, 유연성 및 깔끔한 성형성을 모두 갖추고 있기 때문입니다. 하지만 모든 실리콘 등급이 그런 것은 아닙니다. 식품 안전 등급 또는 의료 등급.
적합성 여부는 정확한 배합 및 완제품 시험 범위에 따라 결정됩니다. FDA 21 CFR 177.2600, LFGB 권장 사항, USP Class VI 및 ISO 10993은 각각 다른 질문에 대한 답변을 제공합니다. 안료, 후경화 조건, 이형제, 접착제 및 인쇄는 완제품에 영향을 미칠 수 있습니다. 재료 승인 전에 배합 명세서와 관련 시험 보고서를 요청하십시오.
폴리우레탄은 언제 선택해야 할까요?
부품이 미끄럼 마모, 구름 접촉, 충격, 높은 하중을 받거나 실리콘이 효율적으로 제공할 수 없는 경도를 견뎌야 하는 경우 폴리우레탄을 선택하십시오.
내마모성, 내절단성 및 내찢김성
폴리우레탄은 일반적으로 바퀴, 롤러, 스크레이퍼, 구동 부품, 보호 패드, 광산 부품 및 자재 운반 부품에 가장 적합한 소재입니다. 미국 화학 협회(American Chemistry Council)는 폴리우레탄 엘라스토머의 특성으로 내마모성, 내충격성, 내절단성, 내찢김성, 내유성 및 용제성을 꼽습니다. BASF는 또한 하중 지지력과 내마모성이 성능을 좌우하는 산업용 바퀴에 폴리우레탄을 적용하고 있습니다.
이러한 장점은 이론적인 것이 아닙니다. 반복적인 접촉 과정에서 실리콘 표면은 가장자리가 마모되거나 흠집이 생기거나 찢어질 수 있지만, 폴리우레탄 부품은 계속해서 하중을 견뎌냅니다. 파손은 일반적인 인장 시험편의 중앙이 아닌 게이트 자국, 날카로운 모서리, 접착 계면 또는 국부적인 응력 집중 부위에서 시작되는 경우가 많습니다.
DIN 53516 또는 ASTM D5963과 같은 시험 방법을 사용하여 마모도를 명시하십시오. "탁월한 내마모성"과 같은 설명만으로는 공급업체 비교에 충분하지 않습니다.
하중 지지 및 충격 거동
폴리우레탄은 탄성을 유지하면서 높은 인장 강도, 인열 강도 및 하중 지지력을 갖도록 제조할 수 있습니다. 이러한 특성 덕분에 범퍼, 충격 흡수 장치, 휠, 연결 장치 및 보호 부품에 유용하게 사용됩니다.
경도만으로는 이러한 특성을 설명할 수 없습니다. 쇼어 A 경도 80인 두 재료라도 탄성률, 반발력, 히스테리시스, 인열 강도, 발열량이 다를 수 있습니다. 역동적인 휠의 경우 하중, 속도, 사용 주기, 허브 설계, 작동 온도, 허용 가능한 플랫 스팟 현상 등을 모두 고려해야 합니다. 경도가 높은 소재는 하중 지지력을 높일 수 있지만, 진동 전달량이 증가하고 내부 발열량도 달라집니다.
다양한 경도 및 가공 옵션
폴리우레탄은 주조 엘라스토머, 연성 및 경성 폼, 코팅제, 접착제, 실란트, 열가소성 폴리우레탄 등을 포괄합니다. 이러한 광범위한 범위 덕분에 엔지니어는 표준 실리콘 고무 프로그램보다 경도, 밀도, 반발력, 감쇠 특성 및 가공 방식을 더욱 세밀하게 조정할 수 있습니다.
문제는 배합 민감도입니다. "폴리우레탄"은 단일 소재가 아닙니다. 폴리에스터, 폴리에테르, 폴리카보네이트 연질 세그먼트는 각각 다른 특성을 보입니다. 이소시아네이트의 화학적 성질 또한 자외선 안정성, 기계적 특성 및 가공성에 영향을 미칩니다. 쇼어 경도만 동일하게 유지하는 공급업체 변경만으로도 제품 수명이 달라질 수 있습니다.
도장성 및 접착력
도장이 필요한 시공 접합부 및 조립체의 경우, 폴리우레탄 실란트가 더 쉽게 적용될 수 있습니다. 실리콘 표면은 도장이 어려운 경우가 많습니다. 유대감을 형성하기 어렵다 플라즈마 처리, 프라이머 또는 실리콘 전용 접착제 없이.
이를 "폴리우레탄이 더 잘 접착된다"라고 일반화해서는 안 됩니다. 접착력은 기판, 표면 에너지, 오염, 프라이머, 접합부 움직임, 경화 조건 및 접착제의 화학적 성질에 따라 달라집니다. 유리, 양극 산화 알루미늄, 도장된 금속, ABS, 나일론 및 미처리 폴리프로필렌은 각각 다른 검증이 필요합니다.
열, 물, 그리고 화학 물질은 결정에 어떤 영향을 미칠까요?
정답은 노출 시간, 농도, 온도 및 기계적 스트레스에 따라 달라집니다. 실온에서의 짧은 닦기 테스트는 80°C에서의 지속적인 침지 상태를 예측할 수 없습니다.
물과 가수분해
실리콘은 수분 흡수율이 낮아 습하거나 젖은 환경에서도 일반적으로 우수한 성능을 발휘합니다. 폴리우레탄의 성능은 연질 세그먼트의 화학적 조성에 크게 좌우됩니다. 폴리에테르 폴리우레탄은 일반적으로 폴리에스테르 폴리우레탄보다 가수분해 저항성이 뛰어납니다. 폴리에스테르계 폴리우레탄은 우수한 기계적 특성과 내유성을 제공하지만, 고온수나 고습 환경에 장기간 노출될 경우 강도가 저하될 수 있습니다.
두 등급 모두 상온에서 짧은 시간 동안 담그는 시험을 통과할 수 있기 때문에 이 점이 간과되는 경우가 많습니다. 가수분해는 열에 의해 가속화됩니다. 습식 환경에서 사용되는 폴리우레탄 부품의 경우, 합의된 노화 조건 후 인장 강도 유지율, 신장률 유지율, 경도 변화 및 치수 변화를 확인해야 합니다.
오일, 연료, 용제, 산 및 알칼리
어느 폴리머 계열도 모든 면에서 우위를 점하지는 못합니다. 화학 물질 노출. 실리콘은 일부 연료, 오일 및 비극성 용매에서 팽창할 수 있습니다. 폴리우레탄은 오일과 마모에 대한 저항성이 우수하지만, 고농도의 산이나 알칼리 용액은 특정 등급을 손상시킬 수 있습니다. BASF는 폴리우레탄의 내화학성이 노출 시간, 온도, 농도 및 화학 물질 종류에 따라 달라지며, 팽창 및 분자 사슬 절단 후 열화가 발생할 수 있다고 지적합니다.
ASTM D471 또는 관련 응용 표준에 따른 침지 시험을 실시하십시오. 부피 변화, 질량 변화, 경도, 인장 강도 및 외관 상태를 기록하십시오. 기본 폴리머뿐만 아니라 실제 착색된 화합물을 시험하십시오.
성형 부품에는 어떤 재질이 더 적합할까요?
부품의 형상과 부피는 물성표보다 먼저 제조 경로를 결정할 수 있습니다.
실리콘 성형 경로
고점도 실리콘 고무 액상 실리콘 고무(LSR)는 배합 및 형상에 따라 압축 성형, 트랜스퍼 성형, 압출 성형 또는 사출 성형이 가능합니다. LSR은 2액형 계량 시스템, 콜드 러너 및 가열 금형을 사용합니다. 금형과 기판이 적절하게 설계된 경우, LSR은 대량 생산 부품, 얇은 단면, 자동 탈형 및 오버몰딩에 적합합니다.
실리콘 툴링 분할선과 벤트에서 플래시 발생을 제어해야 합니다. 저점도 LSR은 매우 작은 틈새에도 침투할 수 있습니다. 따라서 금형 적합성, 진공, 사출 압력 및 클램프 안정성은 일반적인 재료 비교에서 예상되는 것보다 플래시 발생에 더 큰 영향을 미칩니다.
폴리우레탄 성형 공정
주조 폴리우레탄은 소량에서 중간 정도의 생산량, 두꺼운 단면, 롤러, 바퀴 및 대형 탄성 부품에 유용합니다. 반응 사출 성형은 더 큰 부품과 복잡한 형상을 구현하는 데 적합합니다. TPU는 사출 성형 또는 열가소성 장비를 이용한 압출 성형이 가능합니다.
수분 조절은 많은 폴리우레탄 시스템에서 매우 중요합니다. 폴리올, 프리폴리머, 충전제, 금형 및 주변 공기에는 수분이 포함될 수 있습니다. 수분은 이소시아네이트와 반응하여 이산화탄소, 기포, 공극을 생성하거나 물성을 저하시킬 수 있습니다. 따라서 건조, 혼합 비율, 탈기, 금형 온도 및 후경화는 공정 사양에 포함되어야 합니다.
실리콘이 폴리우레탄보다 더 비싼가요?
실리콘은 일반적으로 재료비가 더 높지만, 개당 가격은 폴리머 종류만으로는 예측할 수 없습니다.
| 비용 동인 | 실리콘 임팩트 | 폴리우레탄 충격 |
|---|---|---|
| 원료 | 일반적으로 더 높습니다. | 화학적 조성에 따라 변동폭이 크며, 일반적으로 더 낮은 경우가 많습니다. |
| 압형 | LSR 플래시를 제어하려면 정밀 공구가 필요할 수 있습니다. | 주조 금형은 소량 생산 시 경제적일 수 있으며, TPU 사출 금형은 플라스틱 금형과 유사한 수준일 수 있습니다. |
| 주기 및 치료 | LSR은 빠른 자동화 사이클을 지원할 수 있지만, HCR은 2차 후처리가 필요할 수 있습니다. | 주조 시스템은 제어된 경화 및 후경화가 필요할 수 있으며, TPU는 열가소성 사이클을 거칠 수 있습니다. |
| 폐기 및 재작업 | 열경화성 실리콘은 다시 녹일 수 없습니다. | 열경화성 폴리우레탄(PU)은 재용융할 수 없습니다. TPU 스프루는 품질 제한을 준수하는 경우 재활용이 가능할 수 있습니다. |
| 보조 작업 | 플라즈마, 프라이머 또는 특수 접착제가 필요할 수 있습니다. | 표면 처리 또는 프라이머가 여전히 필요할 수 있으며, 도색 가능 여부는 후처리 과정의 복잡성을 줄일 수 있습니다. |
| 서비스 수명 | 고온 환경, 옥외 또는 장기간 밀봉 작업에서 가격 경쟁력을 확보할 수 있습니다. | 마모, 충격 또는 고하중 환경에서 발생하는 비용을 상쇄할 수 있습니다. |
올바른 비교 기준은 필요한 사용 수명 동안의 총 부품 비용입니다. 밀봉력이 빨리 떨어지는 저렴한 개스킷은 결코 저렴한 것이 아닙니다. 마찰이 심한 환경에서 빠르게 마모되는 고급 실리콘 롤러 또한 좋은 구매 선택이 아닙니다.
실리콘과 폴리우레탄 중 어떤 것을 선택할지 결정하는 실용적인 방법
허용할 수 없는 오류가 처음 발생하는 애플리케이션 제한을 사용하십시오.
- 연속 온도와 최고 온도를 정의하고, 주기 횟수와 유지 시간을 포함시키십시오.
- 정적 하중, 동적 하중, 압축률, 슬라이딩 속도 및 충격 빈도를 기록하십시오.
- 농도, 온도 및 노출 시간을 포함한 유체 목록을 작성하십시오.
- 옥외 노출, 자외선, 오존, 습도 및 요구되는 외관을 정의하십시오.
- 압축 영구 변형, 마모 손실, 인장 강도 유지, 경도 변화, 팽창 및 색상 변화에 대해 측정 가능한 허용 한계를 설정하십시오.
- 파손 유형에 맞는 시험 방법을 선택한 후에만 재료 계열과 등급을 선택하십시오.
- 의도된 공정을 통해 성형된 부품의 유효성을 검증하십시오. 명판 및 공급업체 데이터 시트에는 게이트, 용접 부위, 편직선, 접착 삽입물 또는 생산 변동 사항이 기록되어 있지 않습니다.
견적을 내기 전에 어떤 정보가 필요합니까?
적합한 재료를 추천받으려면 도면, 연간 생산량, 목표 경도, 온도 범위, 하중 조건, 화학 물질 노출, 요구 수명, 색상, 규정 준수 범위 및 현재 고장 유형을 보내주십시오. 기존 부품을 교체하는 경우 해당 부품의 재질 등급과 시험 보고서를 함께 제출해 주십시오.
실리콘은 열, 풍화 작용 및 장기 밀봉에 있어 더 강력한 기본 소재입니다. 폴리우레탄은 마모, 충격 및 하중에 있어 더 강력한 기본 소재입니다. 최종 선택은 폴리머 이름이 아니라 등급, 형상, 공정 및 검증 조건에 따라 결정됩니다.
