고무란 무엇인가? 원자재, 제조 방법, 용도 및 씰 유형

고무란 무엇이며 어디서 오는가?

고무는 힘을 가하면 늘어나고, 압축되고, 변형되었다가 다시 원래 모양으로 돌아갈 수 있는 탄성 중합체입니다. 이는 두 가지 기본 형태로 존재합니다. 천연고무 , 고무나무의 라텍스 수액에서 추출 헤베아 브라질리엔시스 , 그리고 합성고무 , 산업 중합을 통해 석유화학 공급원료로부터 생산됩니다. 둘 다 탄력성이라는 핵심 속성을 공유하지만 구성, 성능 특성 및 비용이 다릅니다.

천연고무는 수천년 동안 수확되어 사용되어 왔습니다. 메소아메리카의 콜럼버스 이전 문명은 유럽인과 접촉하기 훨씬 전에 라텍스로 고무공, 방수 천, 신발을 만들었습니다. 산업용 응용 분야에서 이 소재의 잠재력은 1839년 Charles Goodyear가 가황을 발견한 이후인 19세기에야 명백해졌습니다. 이 과정은 부드럽고 끈적한 라텍스를 오늘날 고무로 인식되는 질기고 탄력 있는 소재로 변형시키는 과정입니다.

오늘날 전 세계 고무 생산량은 연간 2,800만 미터톤을 초과하며 대략 천연 고무와 합성 고무로 나뉩니다. 태국, 인도네시아, 코트디부아르는 세계 최대의 천연고무 생산국입니다. 천연고무 공급이 중단되었던 제2차 세계대전 중에 처음 개발된 합성고무는 현재 전 세계 고무 소비량의 약 60%를 차지하고 있습니다.

고무 원료: 천연 및 합성 원료

천연고무의 원료는 라텍스(라텍스)로, 나무껍질에서 생성되는 유백색 콜로이드 현탁액입니다. 헤베아 브라질리엔시스 나무. 라텍스는 중량 기준 약 30~40%의 폴리이소프렌으로, 단백질, 지질, 미량 미네랄과 함께 물에 부유되어 있습니다. 폴리이소프렌 중합체 사슬은 고무에 탄력성을 부여하는 요소입니다. 폴리이소프렌 중합체 사슬은 장력이 가해지면 곧게 펴지고 풀리면 다시 튀어오르는 길고 코일 모양의 분자입니다.

합성 고무는 주로 석유 정제 및 천연 가스 처리를 통해 얻은 단량체에서 파생됩니다. 가장 중요한 합성 고무 원료는 다음과 같습니다.

• 부타디엔 — 가장 널리 생산되는 합성 고무인 스티렌-부타디엔 고무(SBR)와 폴리부타디엔 고무(BR)를 만드는 데 사용되는 에틸렌 생산의 부산물입니다.
• 스티렌 - 부타디엔과 결합하여 전체 합성 고무 생산량의 약 절반을 차지하고 승용차 타이어의 주요 재료인 SBR을 생산합니다.
• 이소부틸렌과 이소프렌 — 부틸 고무(IIR)를 만들기 위해 함께 중합됩니다. 이 고무는 가스에 대한 탁월한 불투과성으로 인해 가치가 높으며 타이어 내부 라이너 및 제약 스토퍼에 사용됩니다.
• 에틸렌과 프로필렌 - 디엔 단량체와 결합하여 EPDM 고무를 생산하며, 자동차 풍수지붕막, 지붕 막 및 실외 씰에 널리 사용됩니다.
• 아크릴로니트릴과 부타디엔 - 중합되어 오일, 연료 및 용제에 대한 저항성이 뛰어난 니트릴 고무(NBR)를 생산하므로 연료 호스 및 오일 씰의 표준 소재가 됩니다.
• 클로로프렌 — 풍화 작용, 오존 및 적당한 화학 물질에 대한 저항성이 있는 것으로 알려진 최초의 합성 고무 중 하나인 네오프렌(CR)을 만들기 위해 중합됩니다.

실리콘 고무는 고유한 범주를 차지합니다. 폴리머 백본은 탄소가 아닌 실리콘과 산소로 구성되어 있어 천연 및 석유 유래 고무와 화학적으로 구별됩니다. 이는 실리콘에 탄소 사슬 고무가 따라올 수 없는 탁월한 온도 저항성, 생체 적합성 및 UV 안정성을 제공합니다.

고무가 만들어지는 과정: 원료부터 완제품까지

천연 라텍스 또는 합성 폴리머에서 완성된 고무 제품까지의 여정에는 여러 단계가 포함되며, 각 단계는 최종 재료의 특성에 큰 영향을 미칩니다.

수확 및 응고(천연고무)

라텍스는 나무껍질을 대각선으로 얕게 절단하여 고무나무에서 추출됩니다. 수액은 몇 시간에 걸쳐 수집 컵으로 떨어집니다. 그런 다음 신선한 라텍스를 응고시킵니다(일반적으로 포름산이나 아세트산을 첨가하여). 고무 입자가 서로 뭉쳐서 수분이 많은 혈청에서 분리됩니다. 생성된 응고물은 압착되고, 시트로 말려지고, 훈제(늑골이 있는 훈제 시트 또는 RSS 생산)되거나 뜨거운 공기로 건조됩니다(기술적으로 지정된 고무 등급 생산). 이러한 건조 시트 또는 부스러기 고무 베일은 천연 고무의 거래되는 상품 형태입니다.

합성

천연이든 합성이든 생고무는 그대로 사용되지 않습니다. 이는 내부 믹서(Banbury 믹서) 또는 개방형 분쇄기에서 다양한 첨가제와 혼합됩니다. 일반적인 고무 화합물에는 다음이 포함됩니다.

• 가황제 - 경화 중에 폴리머 사슬 사이에 가교를 생성하는 황 또는 과산화물.
• 촉진제 및 활성제 — 가황 반응 속도를 높이고 제어하는 산화 아연, 스테아르산 및 유기 촉진제.
• 강화충진제 — 카본 블랙은 가장 중요하며 인장 강도와 내마모성을 극적으로 향상시킵니다. 실리카는 고성능 및 낮은 구름 저항 타이어 컴파운드에 사용됩니다.
• 가소제 및 가공유 - 가공 중 흐름을 개선하고 완제품의 경도와 유연성을 수정합니다.
• 산화 방지제 및 오존 방지제 - 사용 수명 동안 산소, 오존, UV 방사선 및 열에 의해 고무가 열화되지 않도록 보호합니다.

쉐이핑

복합 고무는 가황 전에 성형되며 열가소성 및 가공성이 유지됩니다. 일반적인 성형 방법은 다음과 같습니다. 압축 성형 (고무를 가열된 금형에 압력을 가하여 밀어 넣는 것), 사출 성형 (폐쇄된 금형에 고무를 주입하는 것), 트랜스퍼 몰딩 , 압출 (고무를 다이에 통과시켜 프로파일, 튜브 및 스트립을 생성) 캘린더링 (고무를 시트로 굴리거나 천에 코팅).

가황

가황 is the chemical process that converts soft, weak rubber into the strong, elastic material used in finished products. Heat causes sulfur atoms (or peroxide radicals) to form cross-links between adjacent polymer chains, creating a three-dimensional network. The degree of cross-linking determines hardness: lightly cross-linked rubber is soft and elastic; heavily cross-linked rubber becomes hard (ebonite). Most rubber products are cured in presses, autoclaves, or continuous vulcanization lines at temperatures between 140°C and 200°C.

고무는 무엇을 위해 사용됩니까? 주요 제품 카테고리

고무는 탄력성, 내구성, 불투수성 및 전기 절연성이 결합되어 광범위한 산업 분야에서 없어서는 안 될 요소입니다. 부피 기준으로 가장 큰 단일 응용 분야는 타이어입니다. 승용차, 트럭 및 오프로드 타이어는 전 세계적으로 소비되는 모든 고무의 약 70%를 차지합니다. 타이어 외에도 고무 제품은 현대 산업과 일상 생활의 거의 모든 분야에 걸쳐 나타나고 있습니다.

• 타이어 및 타이어 관련 제품: 승용차 타이어, 트럭 타이어, 자전거 타이어, 컨베이어 벨트 및 타이어 재생 컴파운드는 모두 천연 고무와 SBR 고무의 주요 용도를 나타냅니다.
• 호스 및 튜브: 자동차 냉각수 호스, 유압 호스, 공기 브레이크 라인, 정원 호스, 연료 라인 및 의료용 튜브는 고무의 유연성과 유체 저항에 의존합니다. NBR과 EPDM은 이송되는 유체에 따라 가장 일반적인 재료입니다.
• 벨트: 산업 기계 및 자동차 엔진의 구동 벨트, 타이밍 벨트, 컨베이어 벨트 및 V 벨트는 일반적으로 섬유 또는 강철 코드 보강재가 포함된 EPDM 또는 CR과 같은 강화 고무 화합물로 만들어집니다.
• 신발류: 고무 밑창, 부츠, 덧신은 최초의 대량 생산된 고무 제품 중 하나였습니다. 천연 고무와 SBR은 접지력과 내마모성 측면에서 가치가 높은 신발 분야에서 여전히 지배적인 소재입니다.
• 장갑: 라텍스 검사용 장갑, 내화학성을 위한 니트릴 장갑, 내구성이 뛰어난 산업용 장갑은 각각 천연고무, NBR, 네오프렌으로 생산됩니다.
• 전기 절연: 케이블 재킷, 전선 절연체 및 전기 테이프는 고무를 사용하여 습기, 마모 및 우발적인 접촉으로부터 도체를 보호합니다.
• 진동 방지 마운트: 엔진 마운트, 기계 격리 패드, 교량 베어링 및 철도 트랙 패드는 천연 고무 또는 NR/강철 샌드위치 복합재를 사용하여 진동을 흡수하고 완화합니다.
• 의료 및 제약: 주사제 약병, 수술용 장갑, 카테터, 혈압 커프 및 정형외과용 지지대용 마개는 모두 의료용 고무 화합물을 사용합니다.
• 소비재: 고무줄, 지우개, 주방용품 개스킷, 흡착판, 요가매트, 스포츠 장비 등은 고무의 탄력성과 그립력에 의존하는 일상용품입니다.

고무 씰 : 재료, 종류 및 용도

고무 씰은 엔지니어링 분야에서 가장 중요하고 널리 사용되는 고무 제품 중 하나입니다. 이들의 기능은 접합부나 경계면을 가로지르는 유체, 가스 또는 오염물질의 통과를 방지하는 것입니다. 이를 위해서는 고무가 짝을 이루는 표면에 밀착되고, 하중이 가해지면 압축되며, 수백만 주기 또는 수년간의 정적 노출에 걸쳐 탄성 회복을 유지해야 합니다.

일반적인 고무 씰 유형

• O-링: 홈에 안착되고 방사형 또는 축방향으로 압축되어 누출 방지 인터페이스를 형성하는 토러스 모양의 씰입니다. O-링은 전 세계적으로 유압, 공압, 배관 및 유체 동력 시스템에서 가장 보편적으로 사용되는 씰 형태입니다.
• 개스킷: 플랜지 표면(파이프 조인트, 실린더 헤드, 밸브 본체) 사이에 평면 또는 프로파일 씰을 배치하여 볼트로 조이는 힘으로 인한 누출을 방지합니다. 고무 개스킷은 물 ​​시스템, HVAC 및 공정 배관에 일반적으로 사용됩니다.
• 립 씰(방사형 샤프트 씰): 기어박스, 차축, 펌프 및 전기 모터의 회전 샤프트 주변의 윤활유를 유지하고 오염 물질을 배제하는 데 사용됩니다. 씰링 립은 샤프트 표면과의 동적 접촉을 유지합니다.
• 다이어프램: 압력이나 동작을 전달하면서 두 개의 챔버를 분리하는 유연한 고무 멤브레인입니다. 압력 조절기, 펌프, 밸브 및 자동차 브레이크 부스터에 사용됩니다.
• 압출 프로파일 및 웨더 씰: 공기, 물, 먼지 및 소음으로부터 문, 창문, 해치 및 인클로저의 틈을 밀봉하는 데 사용되는 맞춤형 압출 고무 프로파일입니다. 일반적으로 EPDM 또는 네오프렌으로 제조됩니다.

고무 씰의 재료 선택

씰에 사용되는 고무 화합물은 사용 환경에 맞게 신중하게 선택되어야 합니다. 잘못된 재료를 사용하면 팽창, 경화, 균열 또는 화학적 용해가 발생하며, 이 모든 것이 밀봉 실패 및 잠재적으로 치명적인 시스템 누출을 초래합니다.

재료 선택 외에도 씰 성능은 경도(경도), 결합 부품의 표면 마감, 압축 영구 변형 저항, 윤활제 또는 코팅의 존재 여부에 따라 달라집니다. 항공우주, 해저, 고압 유압 장치 등 중요한 응용 분야의 경우 씰 설계에는 필요한 서비스 수명 동안 성능을 확인하기 위한 접촉 응력의 유한 요소 분석 및 가속 노화 테스트가 포함됩니다.