두 개의 고무 시트가 동일한 팔레트에 동일하게 보일 수 있습니다(동일한 두께, 동일한 검정색 표면). 그러나 하나는 야외에서 5번의 여름 동안 살아남고 다른 하나는 한 시즌 내에 갈라집니다. 차이점은 라벨에 "고무"라는 단어가 있는 것이 아닙니다. 고무가 실제로 만들어지는 것입니다.
즉, 모든 고무는 긴 폴리머 사슬로 시작됩니다. 천연고무는 고무나무에서 채취한 폴리이소프렌을 액상 라텍스로 사용합니다. 합성 고무는 부타디엔, 스티렌과 같은 석유 기반 단량체로 만들어진 사슬을 사용합니다. 둘 다 단독으로는 작동하지 않습니다. 둘 다 경화제, 충전제, 오일 및 보호제와 혼합한 다음 열로 가황하여 체인을 하나의 탄성 네트워크로 고정합니다.
짧은 대답: 고분자 사슬과 화합물 공식
엔지니어들은 고무를 엘라스토머(elastomer)라고 부릅니다. 이는 하중이 가해지면 늘어나다가 풀면 다시 튀어오르는 폴리머입니다. 고분자는 끝에서 끝까지 사슬로 연결된 수천 개의 반복 단위로 구성된 거대한 분자입니다. 천연 고무의 구성 요소는 이소프렌(C5H8)입니다. 그러나 원료 폴리머만으로는 여름에는 끈적거리고, 겨울에는 뻣뻣하며, 하중을 받으면 약합니다. 그렇기 때문에 실제 고무는 항상 화합물이며, 폴리머가 무게의 약 절반에서 2/3만을 차지하는 제조법입니다. 나머지 성분은 5개 계열로 분류됩니다.
- 기본 폴리머 - 제품의 핵심 특성을 설정하는 천연 폴리이소프렌 또는 합성 엘라스토머.
- 경화 시스템 - 가황 중에 가교결합을 생성하는 황 또는 과산화물.
- 충전제 - 카본 블랙, 실리카, 점토 또는 분필로 강도를 높이고 비용을 제어합니다.
- 원활한 혼합 및 캘린더링을 위해 스톡을 부드럽게 하는 가공 오일 및 가소제.
- 보호제 - 열, 오존 및 풍화 작용을 늦추는 항산화제, 오존 방지제 및 왁스.
~35% 신선한 나무 라텍스의 고무 함량
1~3phr 대부분의 경화 시스템에 사용되는 황
140-180°C 일반적인 가압 경화 온도
~2/3 세계 고무 소비량 중 합성 고무가 차지하는 비중
천연 고무: 나무 라텍스에서 추출한 폴리이소프렌
천연고무는 고무나무인 Hevea brasiliensis에서 나옵니다. 작업자가 나무껍질에 얇은 나선을 자르면 나무에서 라텍스가 흘러나옵니다. 라텍스는 내용물의 약 30~35%가 물에 부유하는 고무 탄화수소로 이루어진 유백색 액체이며 종종 암모니아로 안정화되어 컵에서 응고되지 않습니다. 내부 폴리머는 시스-1,4-폴리이소프렌이며 규칙적이고 탄력 있는 기하학적 구조는 천연 고무의 뛰어난 탄성을 설명합니다. 늘어나면 사슬이 정렬되고 결정화됩니다. 이것이 바로 충전되지 않은 천연 고무도 거의 25 MPa의 인장 강도에 도달할 수 있는 이유입니다.
이를 처리하기 위해 라텍스는 포름산으로 응고된 후 골이 있는 훈제 시트로 말아서 건조하거나 배송을 위해 블록 등급으로 압축됩니다. 한 그루의 나무에서 연간 건조 고무가 몇 킬로그램밖에 생산되지 않으므로 천연 고무는 수확량과 화물 운송 경로에 따라 가격이 변동하는 농산물로 유지됩니다.
밀봉 및 충격흡수용 천연고무 시트 라텍스가 시트로 가공되는 과정을 설명한 후, 이 천연 고무 시트가 적절한 예입니다. 높은 탄성과 찢어짐 방지 기능을 제공하며 -50℃ ~ 70℃ 사이에서 밀봉, 미끄럼 방지, 라이닝 용도로 안정적인 성능을 제공합니다. 제품보기 → 화학적 약점은 스프링을 제공하는 동일한 이중 결합에 있습니다. 오존, 자외선 및 탄화수소 오일이 해당 부위를 쉽게 공격하므로 처리되지 않은 천연 고무는 야외에서 갈라지고 연료가 부풀어 오른다. 이것이 합성물이 보호제를 추가하거나 합성 대체물로 전환하는 주된 이유입니다.
합성 고무: 석유로 만든 폴리머
합성고무는 원유와 천연가스에서 추출한 단량체를 중합하여 만들어집니다. 각 제조법은 석유, 열, 오존, 마모 또는 불꽃과 같은 특정 위협에 대해 조정될 수 있기 때문에 현재 전 세계 고무 소비의 약 2/3를 차지합니다. 라벨의 단량체는 성능을 예측합니다.
| 고무 종류 | 다음에서 제작됨 | 시그니처 강도 | 대표적인 제품 |
|---|---|---|---|
| SBR | 스티렌 부타디엔 | 저렴한 비용으로 내마모성 | 타이어, SBR 시트, 벨트 커버 |
| NBR | 아크릴로니트릴 부타디엔 | 오일 및 연료 저항성 | 씰, 호스, 내유성 시트 |
| EPDM | 에틸렌, 프로필렌, 디엔 | 오존, UV 및 증기 저항 | 실외 개스킷, 루핑, 웨더 스트립 |
| CR(네오프렌) | 클로로프렌 | 화염, 날씨, 오일 거동의 균형 | 개스킷, 케이블 재킷 |
| 실리콘 | 실록산 백본 | 약 -60 ~ 230°C에서 탄성 | 식품 등급 및 고온 부품 |
니트릴(NBR)은 단량체가 어떻게 직접적으로 특성으로 변환되는지 보여줍니다. 아크릴로니트릴 함량을 약 18%에서 45%로 높이면 내유성이 꾸준히 향상되는 동시에 저온 유연성도 사라집니다. 해당 세부 사항을 건너뛰는 구매자는 구매한 바로 그 유체에서 부풀어오르는 씰을 갖게 됩니다.
조정 가능한 내유성을 갖춘 NBR 고무 시트 아크릴로니트릴 함량 및 오일 팽창에 대한 논의에 이어 이 니트릴 고무 시트는 재료 선택을 보여줍니다. 이는 저온 유연성이나 오존 내구성보다 유체 저항이 더 중요한 오일 노출 밀봉 응용 분야에 적합합니다. 제품보기 → EPDM은 반대 거래를 합니다. 포화된 백본은 오존, 햇빛, 물을 차단하므로 실외 개스킷과 지붕에 잘 붙지만 동일한 화학 성분으로 인해 탄화수소 오일에 대한 저항력은 거의 없습니다.
옥외 밀봉용 EPDM 고무 시트 오존, 햇빛 및 물에 저항하는 EPDM의 포화 백본에 대한 설명 바로 뒤에 이 시트는 실외 개스킷, 지붕 및 단열재에 적합하며 작동 범위는 -40℃ ~ 150℃이지만 내유성은 제한적입니다. 제품보기 → 고무 화합물에 들어가는 또 다른 것
공식은 phr(무게당 고무 100분의 1) 단위로 투여됩니다. 일반적인 검은색 화합물은 대략 다음과 같습니다.
- 황, 1-3 phr: 가교제; 너무 적으면 약한 고무가 남고 훨씬 더 많으면 단단한 에보나이트로 변합니다.
- 2 phr 미만의 촉진제: 더 낮은 온도에서 황을 빠르게 경화시키는 화학 물질입니다.
- 산화아연(3-5phr)과 스테아르산(1-2phr): 촉진제가 작동하도록 하는 활성화제입니다.
- 카본 블랙, 20-50 phr: 대부분의 산업용 고무가 검은색인 이유이자 인장 강도와 마모 수명을 두 배로 늘릴 수 있는 필러입니다.
- 점토 또는 분필: 중요하지 않은 부품의 경도와 가격을 조정하는 저가형 필러입니다.
- 프로세스 오일, 5-20 phr: 밀링 및 캘린더링을 위해 혼합물을 부드럽게 합니다.
- 산화 방지제, 오존 방지제 및 왁스, 1-5phr 결합: 느린 노화 및 오존 균열.
라인을 움직이면 제품도 함께 움직입니다. 왁스를 추가하면 시트가 오존에 저항합니다. 카본블랙을 실리카로 바꾸면 가격이 높아짐에 따라 인열강도도 올라갑니다. 유황이 증가하고 경도가 Shore A 규모로 증가합니다. 이것이 동일한 두께 사양을 가진 두 시트가 전혀 다르게 동작할 수 없는 이유입니다.
가황: 체인을 함께 고정하는 단계
가황되지 않은 고무는 서로 미끄러지는 독립적인 사슬의 엉킴입니다. 더운 날에는 끈적거리고 약하며 형태가 없습니다. 1839년에 Charles Goodyear는 황으로 고무를 가열하면 고무가 영구적으로 변한다는 사실을 발견했습니다. 황 원자는 반응성 이중 결합에서 인접한 사슬을 연결하여 수천 개의 느슨한 가닥을 단일 네트워크로 용접합니다.
다이어그램의 빨간색 링크는 모든 가황 프레스 내부에서 수행되는 동일한 반응인 황 다리입니다. 숫자는 전설이 아닌 실제입니다. 프레스 경화는 일반적으로 부품 두께에 따라 몇 분에서 최대 한 시간 동안 140-180°C에서 실행되며 가교 밀도는 최종 경도를 설정합니다. 실리콘 및 일부 EPDM 등급은 황을 건너뛰고 대신 과산화물 또는 마이크로파 열풍 라인으로 경화됩니다. 이것이 바로 실리콘 시트가 황 경화 고무를 저하시키는 온도에서도 유연성을 유지하는 이유입니다.
원시 폴리머가 시트, 매트 또는 벨트가 되는 방법
레시피는 기계를 통해서만 제품이 되며, 결과물이 소 매트이든 컨베이어 벨트이든 순서는 동일합니다.
- 혼합 - 내부 혼합기(Banbury), 반죽기 또는 개방형 2롤 밀을 사용하여 중합체를 절단하고 충전제, 오일 및 화학 물질을 분산시킵니다. 혼합 온도와 에너지는 화합물의 균일성을 결정합니다.
- 성형 - 캘린더링은 화합물을 연속 시트로 바꾸고, 압출기는 프로파일을 형성하고, 열과 압력을 가해 금형 부품을 압착합니다.
- 가황 - 프레스, 오토클레이브, 로토큐어 드럼 또는 전자레인지 라인은 최종 탄성 특성을 유지합니다.
단계는 서로 공급됩니다. 제대로 분산되지 않은 필러는 캘린더에서 결코 복구되지 않으며 고르지 않은 롤 간격은 경화 후 두께 변화로 다시 나타납니다. 이것이 바로 가공업체가 혼합, 성형 및 경화를 하나의 연속 체인으로 처리하는 이유이며 고무 믹서, 캘린더 및 프레스 선택에 대한 가이드가 해당 선택 논리를 단계별로 안내합니다.
그럼 고무는 무엇으로 만들어졌나요? 중합체(나무 라텍스의 천연 이소프렌 사슬 또는 석유의 합성 사슬)와 경화제, 충전제, 오일 및 보호제의 투여 제형이 가황을 통해 하나의 탄성 네트워크로 용접됩니다. 직면하게 될 노출에 폴리머를 맞추세요. 오일에는 NBR, 햇빛과 날씨에는 EPDM, 마모와 비용에는 천연 고무 또는 SBR, 극한 온도에는 실리콘이 있습니다.
시트, 매트 또는 벨트를 소싱하는 경우 폴리머 유형, 쇼어 A 경도, 인장 강도, 연신율 등의 복합 데이터 시트를 요청하세요. "고무"라는 단어가 아닌 이러한 수치가 응용 분야에서 부품이 어떻게 노화될지 예측하기 때문입니다. 고무 가공 장비와 고무 완제품 제조업체로서 우리는 체인의 모든 지점에서 작업합니다. 고무 제품 솔루션의 실제 응용 분야에 화합물이 어떻게 매핑되는지 확인하세요.
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