기온이 급격히 떨어지면 각종 장비의 실리콘 밀봉재에서 누출이 발생할 수 있습니다. 자동차 시스템, 냉난방 장치, 의료 기기, 실외 전력 장비 등에서 매년 겨울마다 같은 현상이 나타납니다. 온화한 날씨에는 문제없이 작동하던 부품들이 -35°C 이하로 떨어지면 밀봉 기능을 잃어버리는 것입니다. 일반 실리콘의 경우 극한의 추위에서는 고장률이 30~50%까지 증가할 수 있습니다.
지금 누수 문제를 겪고 있거나 다음 시즌에 누수를 방지하고 싶다면, 이 글에서 누수의 정확한 원인과 실질적인 해결 방법을 알려드립니다. 저희 공장에서는 매일 이러한 씰을 제작하고 있으며, 아래 내용은 수년간의 프레스 작업과 저온 테스트를 통해 얻은 노하우를 바탕으로 작성되었습니다.
실리콘 씰의 작동 원리 및 일반적인 유형
실리콘 씰은 아주 간단한 역할을 합니다. 두 표면 사이에 압축되어 틈을 메우는 역할을 합니다. 이러한 지속적인 압력 덕분에 오일, 공기 또는 물이 제자리에 유지됩니다.
저희 매장에서는 주로 네 가지 스타일의 제품을 정기적으로 생산합니다. 각 스타일은 다음과 같습니다.
| 유형 | 일반적인 경도 | 가장 많이 보이는 곳 | 일반적인 온도 범위 |
| 오링 | 50–70 쇼어 A | 펌프, 밸브, 엔진 | -55°C ~ 200°C |
| 평면 개스킷 | 40~60 쇼어 A | 커버, 하우징 | -50°C ~ 180°C |
| 입술 밀봉 | 60~80 쇼어 A | 회전축 | -45°C ~ 150°C |
| 맞춤형 성형 부품 | 30~90 쇼어 A | 의료용품, 가전제품 | 혼합 비율에 따라 다릅니다 |
O링은 여전히 우리 생산 라인의 대부분을 차지하며, 주로 70% 재질로 만들어집니다. 모양은 달라지지만 기본 원칙은 같습니다. 적절한 재질을 선택하고 적절한 압력으로 조이면 추운 날씨도 문제가 되지 않습니다.
과학적 원리: 실리콘이 얼면 뻣뻣해지고 부서지기 쉬워지는 이유
일반 VMQ 실리콘은 영하 55°C 부근에서 결정화가 일어납니다. 이 온도 이상에서는 분자 사슬이 느슨하고 유연한 상태를 유지하지만, 그보다 훨씬 낮아지면 분자 사슬이 굳어버립니다. 그러면 밀봉재의 탄성이 사라집니다.
겨울이 되면 몇 가지 현실적인 문제들이 상황을 더욱 악화시킵니다.
- 실리콘은 금속이나 플라스틱보다 수축률이 높습니다. 밀봉 부분이 작아지면서 부품 사이의 틈이 약간 벌어집니다.
- 경도는 급격히 상승합니다. -45°C에서 쇼어 A 경도는 5~10포인트 정도 급격히 높아질 수 있습니다. 매장에서 부드럽다고 느껴졌던 것이 갑자기 딱딱한 플라스틱처럼 느껴집니다.
- 압축 변형은 심각한 문제입니다. 저희는 모든 신규 배치에 대해 ASTM D395 검사를 실시합니다. 상온에서 24시간 후 압축 변형률은 약 8% 정도일 수 있습니다. 하지만 -40°C에서는 동일한 재질이 35%까지 도달할 수 있습니다. 재질이 완전히 납작해진 상태를 유지하는 것입니다.
홈에 습기가 얼면 압력이 증가하여 균열이 발생할 수 있습니다. 특히 움직이는 부품은 뻣뻣해진 밀봉재가 빠른 움직임을 따라가지 못하기 때문에 가장 큰 손상을 입습니다.
생산 현장에서 배우는 교훈: 흔히 발생하는 문제점과 이를 피하는 방법
수년간의 경험을 통해 우리는 추운 날씨에 문제를 일으키는 네 가지 주요 원인을 파악했습니다. 반복적으로 나타나는 문제점과 그 문제점을 해결하기 위한 구체적인 방법을 알려드리겠습니다.
첫째, 페닐 변성 실리콘이 필요한 용도에는 일반 VMQ를 사용합니다. 일반 VMQ는 정적 환경에서 약 -55°C까지 사용 가능하지만, 페닐기를 첨가하면 -100°C까지 유연성을 유지할 수 있습니다. 따라서 현재는 -30°C 이하의 온도 등급을 요구하는 모든 용도에 페닐 변성 버전을 기본으로 사용합니다.
두 번째는 너무 높은 경도를 선택하는 것입니다. 많은 사양에서 강성 때문에 쇼어 A 70을 요구하지만, 영하의 온도에서는 그 과도한 경도로 인해 밀봉재가 너무 뻣뻣해집니다. 저희는 저온 환경에서는 쇼어 A 50~60을 권장합니다. 이 정도 경도의 밀봉재는 탄성을 훨씬 오래 유지합니다.
세 번째: 짧은 후경화 시간. 과산화물 경화 부품은 성형 후 200°C에서 2~4시간 동안 완전히 경화시켜야 합니다. 우리는 이 시간을 절대 단축하지 않습니다. 이 추가 단계는 가교 결합을 단단히 고정시켜 -40°C에서도 압축 변형률을 낮게 유지합니다.
넷째: 충전재가 너무 많습니다. 실리카 충전재는 인열 강도를 향상시키지만 저온 굴곡 강도를 저하시킵니다. 당사는 저온용 컴파운드의 경우 충전재 함량을 적절하게 유지하고 기본 폴리머가 하중을 더 많이 지탱하도록 합니다.
이러한 선택 사항들은 이제 우리 공정에 반영되어 있습니다. 비용에는 거의 영향을 미치지 않지만, 기온이 떨어질 때는 큰 차이를 만들어냅니다.
간단 점검: 다음 한파를 견뎌낼 수 있을까요?
실험 장비 없이도 충분히 이해할 수 있습니다. 다음 세 단계를 따라해 보세요.
- 눌러서 확인하는 테스트입니다. 실온에서 밀봉 부분을 세게 꼬집어 보세요. 빠르게 원래 위치로 돌아오면서 매끄러워야 합니다.
- 냉동 스프레이를 사용하세요. 전자제품 코너에서 스프레이 캔을 하나 집어 들고, 뚜껑을 10초 동안 누른 다음 다시 한 번 누르세요. 뚜껑이 평평하게 유지되면 추운 날씨에 문제가 생길 수 있습니다.
- 냉동실에 하룻밤 보관하십시오. 25%의 작은 조각을 압축하여 냉동실에 넣고 다음 날 아침에 복원력을 확인하십시오. 80% 미만이면 해당 재질이 내구성이 떨어질 수 있습니다.
중요 업무의 경우, 샘플에 대한 완전한 냉장 보관 테스트를 무료로 진행해 드립니다.
실제로 누수를 막는 방법
보통 세 가지 변화를 주면 문제가 완전히 해결됩니다.
더 나은 소재
- 표준 VMQ → 페닐 저온 등급(-100°C까지 취급 가능)
- 내유성도 필요한 경우 페닐실리콘에서 플루오로실리콘으로 변경
저희는 두 제품 모두 재고를 보유하고 있으며, 대부분의 사이즈는 2주 이내에 제작 가능합니다.
더욱 스마트한 홈 디자인
목표 압축 강도는 15~30%입니다. 팽창을 고려하여 홈 폭을 15% 더 넓게 만드세요. 이렇게 하면 수축이 발생하더라도 여유 공간이 생깁니다. 모서리에 작은 모따기를 추가하여 응력을 완화하세요. 저희는 고객을 위해 이러한 조정을 항상 해드리고 있습니다.
간단한 착용 습관
조립 전에 밀봉재와 접합 부품을 최소 10°C까지 예열하십시오. 저온용 실리콘 그리스를 얇게 도포하십시오. 첫 번째 동결-해동 주기 후 토크를 다시 확인하십시오. 재질에 따라 변형 속도가 다릅니다.
당사의 LT-100 O링과 극저온 가스켓은 시험 장비에서 -50°C의 환경 하에 500시간 동안 누출 없이 테스트를 거쳤습니다. 현재 많은 고객들이 이 제품들을 연중 내내 사용하고 있습니다. 가격 차이는 일반적으로 8~12%에 불과합니다.
내한성 부품을 처음부터 제작하는 방법
모든 배치는 검증된 유리 전이 온도를 가진 원료로 시작됩니다. 고객이 예상하는 최저 온도를 기준으로 혼합 과정에서 페닐 함량을 조절합니다. 금형 온도는 ±1°C 이내로 유지됩니다. 모든 공정에서 완벽한 후경화 과정을 거칩니다. 첫 번째 생산품은 누출 테스트를 위해 -70°C의 저온 보관함으로 바로 들어갑니다.
또한 모든 새로운 컴파운드에 대해 TR-10 수축률 및 냉간 굽힘 시험 결과를 추적합니다. 이러한 작은 노력들이 비용 증가 없이 겨울철 성능을 안정적으로 유지하는 데 도움이 됩니다.
실제 적용 사례 이야기
노르웨이의 한 옥외 발전소는 영하 30도에서 표준 재질의 O링에서 누출이 발생하는 것을 확인한 후 페닐 실리콘 O링으로 교체했습니다. 두 번의 겨울을 무사히 보낸 후에도 밀봉 상태는 완벽했으며 유지보수 비용도 크게 절감되었습니다.
의료용 인공호흡기 제조업체는 겨울철 운송 테스트 동안 유연성을 유지하는 립 씰이 필요했습니다. 맞춤형 55 쇼어 A 컴파운드와 약간의 홈 조정을 통해 영하 40도에서도 첫 번째 테스트에서 합격점을 받았습니다. 이제 이 사양은 수출용 제품의 표준이 되었습니다.
캐나다의 한 HVAC 제조업체는 냉장 보관 중 패널 개스킷에 균열이 발생하는 문제를 겪었습니다. 인장 강도가 더 우수한 45 Shore A 경도의 22% 재질로 교체한 결과, 현장 문제가 거의 발생하지 않게 되었습니다.
각 사례는 온도, 매체 및 홈 설계에 대한 간략한 검토로 시작되었습니다.
자주 묻는 질문
일반 실리콘은 -40°C를 견딜 수 있을까요?
홈에 완벽하게 맞는 아주 가벼운 정적 용도에서는 작동할 수 있지만, -30°C 이하의 대부분의 실제 용도에서는 저온용 버전이 필요합니다.
재료 문제인가, 설계 문제인가?
보통 두 가지 모두 해당됩니다. 아무리 좋은 재료라도 홈이 너무 얕으면 제 기능을 못합니다. 도면을 보내주시면 무료로 검토해 드립니다.
페닐실리콘과 플루오로실리콘 중 어느 것이 더 좋을까요?
페닐은 저온에서 최고의 유연성을 제공합니다. 플루오로실리콘은 내유성을 더해주지만 저온에서는 페닐만큼 유연성이 떨어지지 않습니다. 저희는 사용하시는 유체와 예상되는 최저 온도를 고려하여 최적의 재질을 선택합니다.
내 부품은 어떻게 점검하나요?
동결 분무 시험은 빠르고 신뢰할 수 있습니다. 또는 야간 압축 검사를 진행해 보세요. 중요한 프로젝트의 경우, 모든 실험실 테스트를 무료로 진행해 드립니다.
더 단단한 재질이 추운 날씨에 도움이 되나요?
아니요. 경도가 낮은 토양(쇼어 A 50~60)은 영하의 온도에서 거의 항상 더 나은 성능을 보입니다.
내한성 씰을 사용하면 가격이 얼마나 더 비싸지나요?
일반적으로 8~15%입니다. 가동 중지 시간 및 서비스 호출 비용 절감으로 투자 비용을 빠르게 회수할 수 있습니다.
결론
추운 날씨라고 해서 반드시 누수가 발생하는 것은 아닙니다. 적절한 컴파운드, 정확한 홈 가공, 그리고 꼼꼼한 생산 공정을 통해 문제를 해결할 수 있습니다. 현재 문제가 발생했거나 향후 발생할 수 있는 문제를 대비하고 계시다면, 최저 온도, 내부 여과재 종류, 그리고 여과재 크기 범위를 알려주세요. 며칠 내로 명확한 해결책과 무료 샘플을 보내드리겠습니다.
