씰은 눌려야 막습니다. 그런데 눌린 채로 오래 있으면 원래 두께로 돌아오지 못합니다. 그 남은 변형이 누설이 되고, 부품 고장이 됩니다.
그래서 이 분야의 핵심 지표가 압축영구변형입니다. 시험 방법도 표준화되어 있고 데이터시트마다 값이 적혀 있습니다.
그런데 그 숫자로 현장 성능을 예측하기 어렵습니다. 표준 조건에서 비슷한 값을 보이는 두 재료가 실제 사용 조건에서는 크게 갈라집니다.
- 표준 시험값이 비슷해도 실사용에서 성능이 크게 갈립니다.
- 고온보다 저온에서 압축영구변형이 나쁜 경우가 있습니다.
- 내유성과 내오존성이 서로 다른 고무 계열에 붙어 있습니다.
- 오존 방지 왁스는 굴곡과 인장 조건에서는 표면을 지키지 못합니다.
- 가교 방식과 후경화가 압축영구변형을 크게 바꿉니다.
1. 압축영구변형이 무엇을 재는가
정의가 명확합니다. 압축영구변형은 지속적인 압축 뒤 하중을 제거하고 회복할 시간을 준 다음에도 고무 부품에 남아 있는 변형의 백분율입니다.
측정 방법도 표준화되어 있습니다. 시험편을 원래 두께의 정해진 비율까지 압축하고, 지정된 온도와 시간 동안 유지한 뒤, 회복하지 못한 두께를 기록합니다.
왜 이 값이 중요한지도 분명합니다. 영구 변형이 누설과 부품 고장으로 이어지므로 씰 용도에서 결정적입니다. 그리고 장기간 압축 후에도 영구 변형에 저항하는 능력, 특히 승온 조건에서의 그 능력이 씰 수명에 영향을 주는 주된 인자로 꼽힙니다.
그래서 재료 선택의 첫 단계가 여기입니다. 고무 계열마다 압축영구변형 거동이 의미 있게 다르므로, 계열 선택이 장기 사용 가스켓 설계에서 가장 먼저 내리는 결정이 됩니다.
2. 데이터시트 숫자가 현장을 예측하지 못합니다
재료를 고를 때 데이터시트의 압축영구변형 값을 비교합니다. 표준 시험이니 공정한 비교처럼 보입니다. 그런데 지적이 분명합니다.
표준 시험 조건에서 비슷한 압축영구변형 값을 보이는 두 엘라스토머가, 지속적인 열과 열 사이클, 화학 노출 같은 실제 사용 조건이 들어오면 크게 갈라질 수 있습니다.
이유는 시험 조건이 하나의 점이기 때문입니다. 통상 22시간이나 70시간을 고정 온도에서 잽니다. 그 한 점에서 같아도 온도 곡선의 모양과 시간에 따른 변화, 유체 접촉의 영향은 재료마다 다릅니다.
계열별 성격을 보면 이 차이가 드러납니다. 니트릴 계열은 중간 온도에서 압축영구변형 저항이 좋고 오일과 연료에 강하지만, 대략 120도를 넘으면 실리콘보다 빠르게 열화합니다. 즉 어느 온도에서 쟀느냐가 순위를 뒤집습니다.
실리콘은 반대입니다. 넓은 온도 창에서 비교적 낮은 압축영구변형을 유지하고 고온 지속 사용에도 견디지만, 인열 강도가 낮고 연료와 용제에 대한 저항이 니트릴보다 약합니다.
실무 결론은 이렇습니다. 데이터시트 값만으로 재료를 확정하지 마십시오. 실제 사용 온도와 접촉 유체, 그리고 열 사이클이 있다면 그 조건에서 시험하셔야 합니다. 그리고 한 점이 아니라 온도별로 재보시면 다음 항목의 문제도 함께 드러납니다.
3. 저온에서 더 나쁠 수 있습니다
압축영구변형 시험은 대개 고온에서 합니다. 열이 재료를 무르게 만들고 영구 변형을 키운다고 알려져 있기 때문입니다. 그런데 반대편에도 문제가 있습니다.
수소화 니트릴 계열 복합재를 여러 조건에서 시험한 결과가 이를 보여 줍니다. 125도 열풍 환경에서 압축영구변형이 30% 미만이었던 반면, 영하 30도 냉기에서는 60%를 넘었습니다. 그리고 125도의 뜨거운 변압기유 안에서는 30에서 60% 사이였습니다.
즉 가장 나쁜 값이 가장 뜨거운 조건이 아니라 가장 차가운 조건에서 나왔습니다.
이유는 기구가 다르기 때문입니다. 고온에서는 가교 구조의 재배열과 열화가 영구 변형을 만들고, 저온에서는 고무가 유리 상태에 가까워지며 회복 자체가 느려집니다. 회복할 시간을 줘도 돌아오지 못합니다.
이것이 실제로 문제가 되는 자리가 있습니다. 겨울철 야외 설비와 냉동 계통, 그리고 밤새 식었다가 아침에 가동하는 설비입니다. 낮에는 새지 않는데 새벽에 새는 씰이 여기 해당합니다.
실무 결론은 이렇습니다. 사용 온도 범위의 양쪽 끝에서 모두 시험하십시오. 그리고 저온 회복이 문제라면 가소제로 저온 유연성을 확보하는 것이 대응 중 하나입니다.
4. 내유와 내오존이 서로 다른 계열에 있습니다
씰에 요구되는 성능이 여럿인데, 그것들이 한 계열에 모여 있지 않습니다.
| 계열 | 강점 | 약점 |
|---|---|---|
| 니트릴계 | 오일과 연료에 강함. 중온에서 압축영구변형 양호 | 약 120도 초과 시 빠른 열화. 오존에 약함 |
| 에틸렌프로필렌계 | 내후 · 내오존 우수. 넓은 온도 범위, 저온 유연성 | 석유계 유체와 산에 약함 |
| 실리콘계 | 넓은 온도 창에서 낮은 압축영구변형 | 인열 강도 낮음. 연료 · 용제 저항 약함 |
| 불소계 | 압축영구변형과 내약품성 모두 우수 | 원가. 저온 특성 확인 필요 |
여기서 구조가 보입니다. 오일에 강한 계열은 오존에 약하고, 오존에 강한 계열은 오일에 약합니다. 니트릴계와 에틸렌프로필렌계가 정확히 반대편에 있습니다.
이유는 화학 구조입니다. 에틸렌프로필렌계가 오존과 자외선에 강한 것은 주사슬에 이중 결합이 거의 없는 포화 구조이기 때문인데, 바로 그 비극성 구조가 기름과 잘 어울려 팽윤합니다.
그래서 둘 다 필요한 자리에서는 배합으로 보완합니다. 니트릴계에 오존 저항을 부여하는 방향이 그것이고, 다른 폴리머와의 블렌드나 가교 방식 변경이 쓰입니다. 보고된 사례에서 압축영구변형 30% 미만과 500시간 이상의 동적 오존 저항을 함께 얻은 구성이 확인됩니다.
5. 왁스는 정지 상태에서만 지킵니다
오존 방지에는 두 갈래가 있습니다. 하나가 왁스이고, 다른 하나가 화학적 오존 방지제입니다.
왁스의 작동 원리는 물리적입니다. 배합에 넣은 왁스가 시간이 지나며 고무 표면으로 블룸해 얇은 막을 만들고, 그 막이 오존과 고무 사이를 가로막습니다.
그런데 한계가 명확히 지적되어 있습니다. 고무 표면으로 블룸하는 특정 석유 왁스가 오존 방지제로서 어느 정도 효과가 있었지만, 굽힘이나 굴곡으로 고무가 인장을 받는 경우에는 충분한 표면 보호를 제공할 수 없습니다.
이유는 단순합니다. 왁스막은 얇고 단단해서 늘어나면 갈라집니다. 갈라진 자리로 오존이 들어가고, 오히려 그 지점에 응력이 집중됩니다.
그래서 움직이는 씰에는 화학적 오존 방지제를 직접 넣는 것이 관례가 되었습니다. 왁스는 그것을 보조하는 자리입니다.
온도에 따른 한계도 있습니다. 왁스는 탄소수 분포에 따라 유효 온도대가 달라지는데, 고온에서 잘 작동하도록 만든 조성이 상대적으로 낮은 온도에서는 오존 저항이 나쁘고, 게다가 고무 제품의 외관을 해칠 수 있다고 지적됩니다.
실무 결론은 이렇습니다. 정적으로 압축만 되어 있는 가스켓에는 왁스가 유효하고, 굴곡과 인장이 반복되는 부품에는 부족합니다. 그리고 사용 온도대에 맞는 조성을 고르셔야 하며, 외관이 중요한 제품에서는 블룸 정도를 함께 평가하십시오. 저희가 왁스를 공급하지만, 맞지 않는 자리라면 그렇게 말씀드립니다.
6. 가교와 후경화가 값을 바꿉니다
같은 고무라도 어떻게 가교하느냐에 따라 압축영구변형이 크게 달라집니다.
보고된 사례를 보면 차이가 뚜렷합니다. 특정 가교제를 쓴 구성에서 120도 70시간 조건에서 압축영구변형 25% 미만과 600시간 이상의 오존 저항을 함께 얻어, 까다로운 자동차 씰 용도에 적합하다고 평가됩니다.
그리고 후경화가 별도의 수단입니다. 100에서 120도에서 4시간에서 8시간의 후경화 열처리가 가교 밀도를 더 높이고 추출물을 줄여, 오존 저항과 압축영구변형을 함께 개선한다고 정리됩니다.
추출물이 줄어든다는 점이 중요합니다. 가교에 참여하지 않은 저분자 성분이 남아 있으면 사용 중 빠져나가면서 치수가 변하고 물성이 흔들립니다. 후경화는 그것을 미리 처리하는 셈입니다.
다만 대가가 있습니다. 후경화는 공정 시간과 에너지이고, 과하면 다른 물성이 상합니다. 요구 수준에 맞춰 조건을 잡으십시오.
7. 성능표에 나오지 않는 실무 변수
충전제가 여러 물성을 동시에 움직입니다
보강 충전제는 강도와 내마모를 올리지만 압축영구변형과 저온 유연성에도 영향을 줍니다. 그리고 무기 충전제가 이온 가교점을 만들어 열 안정성과 압축영구변형 저항을 개선하면서 저온 유연성을 유지한 사례도 보고됩니다. 종류와 표면 처리가 결과를 정합니다.
가소제 선택이 저온을 정합니다
3번 항목의 저온 회복 문제에 대한 대응입니다. 다만 가소제가 사용 중 유체로 빠져나가면 저온 성능이 시간이 지나며 나빠집니다. 접촉 유체에 대한 추출 저항을 함께 보십시오.
유체가 물성을 바꿉니다
보고된 시험에서 뜨거운 변압기유 안에서의 압축영구변형이 열풍 조건과 달랐습니다. 그리고 아크릴로니트릴 함량이 높을수록 유중 질량 변화율이 낮았고, 가소제나 충전제를 늘리면 더 줄었습니다. 즉 조성으로 내유성을 조절할 수 있습니다.
압축률과 홈 설계를 함께 보십시오
같은 재료라도 얼마나 눌리느냐에 따라 결과가 다릅니다. 압축률이 낮으면 밀봉이 안 되고, 높으면 영구 변형이 커집니다. 재료만 바꾸기 전에 홈 치수와 압축률을 확인하십시오.
오존 시험 조건을 명시하십시오
오존 저항은 농도와 변형률, 시간이 함께 정해져야 의미가 있습니다. 한 사양 예에서는 50 pphm, 25% 변형, 168시간에서 균열 없음으로 규정합니다. 그리고 정적 시험과 동적 시험이 다르므로 5번 항목의 왁스 한계가 여기서 드러납니다.
가스 방출을 확인하십시오
밀폐 공간이나 전자 부품 주변에서는 가스 방출이 별도 항목입니다. 계열에 따라 이 특성이 크게 다르므로, 광학이나 전기 접점이 가까운 자리라면 초기에 확인하십시오.
8. 증상별 원인 진단
| 증상 | 유력한 원인 | 확인 · 조치 |
|---|---|---|
| 시험은 통과했는데 현장에서 누설 | 표준 조건과 실사용 조건의 차이 | 실제 온도 · 유체 · 사이클로 재시험 |
| 추운 날 아침에만 누설 | 저온에서의 회복 지연 | 저온 압축영구변형 측정. 가소제 검토 |
| 표면에 잔금 · 균열 | 오존 공격 | 정적 · 동적 구분. 화학적 방지제 병용 |
| 굴곡부에서만 균열 | 인장 조건에서 왁스막이 갈라짐 | 왁스 단독 의존 탈피. 배합 재설계 |
| 기름에 닿은 뒤 부풀음 | 계열과 유체의 불일치 | 극성 계열 검토. 충전제 · 조성 조정 |
| 시간이 지나며 치수 변화 | 미가교 저분자 성분의 추출 | 후경화 도입. 추출물 측정 |
| 표면에 흰 가루 | 왁스 블룸 | 외관 요구 확인. 조성과 첨가량 조정 |
| 고온 사용 후 복원 불량 | 가교 구조의 열화 | 가교 방식 변경. 계열 재검토 |
9. 취급 중인 관련 원료
| 계열 | 역할 | 비고 |
|---|---|---|
| 왁스 | 블룸에 의한 정적 오존 방지 | 사용 온도대에 맞는 조성 선택. 동적 조건은 한계 |
| 가소제 | 저온 유연성, 가공성 | 유중 추출 저항 확인 필요 |
| 실리카 · 무기 충전제 | 보강, 물성 조정 | 입도 · 표면처리별 |
| 소성 카올린 · 탄산칼슘 | 증량, 경도 조정 | 흡습과 순도 확인 |
| 실란 커플링제 | 충전제와 고무의 결합 | 고무용 계열은 별도 확인 필요 |
| 안료 · 착색제 | 착색 | 내열 등급 확인 |
| 난연제 | 난연 등급 요구 시 | 무할로겐 계열. 물성 영향 검증 필요 |
| 이형제 · 가공 조제 | 성형성, 금형 이형 | 후공정 접착 영향 확인 |
* 고무 폴리머와 가교제, 아민계 오존 방지제는 저희 취급 품목이 아니거나 계열별 확인이 필요합니다.
10. 자주 묻는 질문
11. 정리
씰과 가스켓 배합을 검토하실 때 순서를 제안드립니다.
먼저 사용 조건을 온도 양끝과 접촉 유체로 정의하십시오. 데이터시트의 한 점짜리 값으로는 현장을 예측할 수 없고, 저온이 오히려 나쁜 경우도 있습니다.
그다음 내유와 내오존 중 무엇을 우선할지 정하십시오. 두 성능이 서로 반대편 계열에 붙어 있어 한 번에 얻어지지 않습니다.
마지막으로 정적인지 동적인지를 구분하십시오. 왁스에 의한 오존 방지는 눌려만 있는 자리에서 유효하고, 굴곡이 반복되는 자리에서는 다른 수단이 필요합니다.
원료 문의 및 샘플 신청
(주)삼양화인은 고무 배합에 쓰이는 왁스와 가소제, 실리카와 무기 충전제, 소성 카올린, 실란, 안료, 난연제를 취급하고 있습니다. 왁스는 사용 온도대에 맞는 조성을 고르는 것이 중요하므로, 조건을 알려주시면 함께 검토해 드립니다.
다만 굴곡과 인장이 반복되는 부품에서는 왁스만으로 오존 방지가 어렵다는 점을 먼저 말씀드립니다. 고무 폴리머와 가교제, 아민계 오존 방지제는 저희 취급 품목이 아니거나 계열별 확인이 필요합니다.
문의 주실 때 안내사항
- 상호 / 주소(지역) / 업종 / 담당자명 / 연락처 / 문의제품(용도)를 말씀해 주시거나 기입해 주세요.
- 기술 상담 시 고무 계열과 사용 온도 범위, 접촉 유체, 정적 · 동적 조건, 요구 압축영구변형과 오존 시험 규격, 월 소요량을 알려주시면 계열을 좁혀 제안해 드립니다.
(주)삼양화인은 1999년 창립 이래, 국내외 고객들과의 꾸준한 협업을 통해 국내 화학산업 발전에 이바지해 왔습니다. 2025년에는 자체 R&D 센터를 설립해 물성 · 성능 비교분석, 포뮬레이션 연구, 규제 대응, 샘플실 운영을 통한 기술지원 서비스를 고객의 수요에 맞게 맞춤 지원하고 있습니다.
☎ (032) 837-5300 ｜ 📠 (032) 837-5301
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* 본문의 수치는 특정 연구와 공개 자료에 보고된 조건에서의 결과이며, 배합 · 가교 · 시험 조건에 따라 크게 달라집니다. 실제 적용 전에는 사용 조건에서의 자체 검증이 필요합니다.
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