방진고무를이용한진동절연체 (Ⅱ) 5. 방진고무설계 5.1 재료의선정방진고무의원료고무는방진고무의사용목적, 특성에따라이에적절한재료를선정해야한다. 즉, 동적특성, 크리프성능, 저온특성, 금속과의접착력, 내충격성, 내피로파괴성능등의각성능을제어하기위하여원료고무의선정, 블렌드, 약품의배합, 가공을하게된다. 균일하고안정된목표특성을확보하기위해서는특히가공공정, 가공성등에는특별한주의및관리가필요하다. 그림 7. 은재료설계에대한일반적인기본순서도이며, 그림 8. 은방진고무개발순서도이다. 방진고무의사용목적, 사용환경에따라대별하여재료면에서간략히설명하면다음과같다. 그림 7. 방진재료를사용한진동저감방법 http://www.v1.co.kr / E-mail : v1@v1.co.kr / Tel : 041-553-8805 / Fax : 041-553-8807 1/7
(1) 일반용방진고무일반적인환경에서사용될경우에는내피로성, 크리프특성을고려하여천연고무 ( 이하, NR : Natural Rubber)dl 주로사용되며, 합성고무중에는 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 은 NR에비해내열성이약간우수하고, 금구와마찰되어도점착성이없는특성이있다. BR(Butadiene Rubber) 은동적발열은작으나강도가약하여 NR, SBR과블렌드하여사용할경우가많다. (2) 내유성방진고무내유성고무는석유계윤활유에대하여우수한특성을가지고있으나식물유에대해서는 NR이합성고무인 NBR(Acrylonitrile Butadiene Rubber) 보다팽윤이작을경우도있다. 시판윤활유에는다양한첨가제가함유되어있어고무재료와접착제에대해서충분한검토가필요하다. 표 6. 에는내유성에대한재료별팽윤도를정리하였다. (3) 내후성방진고무건축용, 교량용등한번시공하면교환이아주어려운용도에서는대체적으로합성고무인 CR(Chloroprene Rubber) 이많이사용된다. NR은인장변형이걸릴경우표면에오존균열이쉽게발생되는단점이있으나압축-전단변형에서는균열이깊게진행되지않으므로근래에는대형방진고무에많이사용되고있다. 는가격및장기크리프성능이우수한 NR이많이사용되고있으고예상이상으로수명이길다. (4) 고감쇄방진고무완충또는충격절연방진고무로자유진동을신속하게감쇄시키기위해서는합성고무인 IIR(Isobutylene Isoprene Rubber) 이주로사용된다. 단, 내피로성, 크리프특성이 NR에비해떨어지므로응력이걸리는부분에는주의가필요하다. 그러나최근에는배합기술 ( 블렌드, 배합약품 ) 의발달로 NR과합성고무를이용한고감쇄방진고무가다양하게적용되고있다. (5) 내열방진고무 내여성능이요구되는방진고무에는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 이많이사 용되고있다. 내열고무설계에서는고무재료뿐만아니라접착제에대한검토도필요하다. 이상과같이분류된용도로사용재료를선정할수있으나어떤경우라도방진의목적으로 선정된재료는기본적인특성에부합되는동적특성을가져야한다. http://www.v1.co.kr / E-mail : v1@v1.co.kr / Tel : 041-553-8805 / Fax : 041-553-8807 2/7
그림 8. 방진고무개발순서도 ( 예 ) 5.2 재료의기본특성방진고무의사용용도별재료선정을위해서는고무의특성이방진고무의특성을대부분결정하게되고, 기타배합제가황방법등은그보조적인역할을하므로이들에관한충분한자료의조사및검토가필요하다. 1 분자구조의영향 : 결정성, 극성, 안정성, 유연성 2 기황방법의영향 : Poly-sulfide, Mono-sulfide, Peroxide 3 배합제의영향 : 카본블랙종류및양, 노화방지제, 기타배합약품 http://www.v1.co.kr / E-mail : v1@v1.co.kr / Tel : 041-553-8805 / Fax : 041-553-8807 3/7
이와관련된참고자료를표 4. 에간략하게소개한다. 표 4. 각종고무의기본인자와일반특성과의비교 특성원료고무이소프렌고무 ( 천연고무, NR) 스티렌고무 (SBR) 부타디엔고무 (BR) 에틸렌프로필렌고무 (EPDM) 결정성 (A) 기본인자 극성 (B) 안전성 (C) 유연성 (D) 비중 순고무강도 보강제배합고무강도 반발탄성 내노화성 내유성내용제성 A A, C D, B C B -B 내한성전기절연성 -B, D, -A 내가스투과성 용해도지수 (SP) -B B, D B 3 0 0 4 0.92 x 8.0 0 1 1 3 0.94 x 8.6 0 0 0 4 0.91 x x 8.4 0 0 4 3 0.86 x x 7.9 부틸고무 (IIR) 2 0 3 1 0.92 x 7.8 실리콘고무 (Q) 0 0 4 4 0.95 x x 7.3 니트릴고무 (NBR) 클로로프렌고무 (CR) 하이파론 (CSM) 아크릴고무 (ACM) 우레탄고무 (U) 0 4 1 2 0.98 x x x 9.6 4 3 2 3 1.23 9.2 4 3 4 2 1.15 8.9 0 4 4 1 1.10 x x x x 9.4 3 4 3 4 1.16 x x 10.0 ( 주 1) 우수, 양호, 가능, x 불가 ( 주 2) -A : 비결정성, -B : 비극성, -C : 불안정성, -D : 비유연성 고손실계수, 저동배율의이상적인관점에서는양자를전부만족시키는고무재료는없다. 예로 NR은저손실계수재료이고 IIR은고손실계수를지녔으나고동배율로이율배반적인경향을나타내고있다. 따라서사용목적에맞게재료를고무재료를선정하고손실계수를조절하여배합설계하는기술이아주중요하다. 고무의종류와피로성을보면높은변위량에서는 NR 이수명이길며낮은변위량에서는합 성고무인 SBR(Styrene Buadiene Rubber) 의수명이길게나타난다. 이차이는 NR 이신장결정 성이며 SBR 은신장비결정성의성질이그원인인것으로알려져있다. http://www.v1.co.kr / E-mail : v1@v1.co.kr / Tel : 041-553-8805 / Fax : 041-553-8807 4/7
1 카본블랙의증량과더불어동배율, 손실계수가증가되나고무의종류에따라다른경향 을나타낸다. 2 NR/SBR 의저동배율에서비교적손실계수가크게나타나유리함을나타낸다. 고경도에서저동배율을보면 NR 이고경도이면서도비교적저동배율이다. 1 카본블랙의구조와표면적 ( 입자경 ) 관계도중요하다. 2 NR에대하여충진제의양, 종류를바꾼후동배율, 손실계수관계를보면구조가작고입자경이큰것 (Soft carbon black) 일수록동배율, 손실계수가작다. 3 카본블랙의종류, 양에관계없이손실계수를크게하면동배율도크게되는이율배반적인현상은고무재료와동일한경향이다. 충진제종류에따른피로특성을 NR에 50phr의각종카본블랙을배합한가황고무에서보면구조가크고입자경이작으것이피로수명이뛰어남을알수있다. 입자경이비교적크면서구조가큰카본블랙이저동배율, 고경도를만드는데유리하다. 표 5. 내한성의척도 - 각종원료고무의유리전이온도 구 분 Type Tg( ) Tb SP 値 NR, IR - -73-55 -62 8.0 BR 용액중합 High-cis -102-97 -107 8.4 SBR (Styrene 23.5 wt%) 에멀젼중합 (5 ) -60-44 -46 8.6 CR 에멀젼중합 -45-35 -39 9.2 NBR (AN 30 wt%) 에멀젼중합 -46-9.4 실리콘고무 메틸실리콘고무 -123-60 -65 7.3 IIR 2% 이소프렌용액중합 -72-48 -51 7.8 EPDM 용액중합 -12-7.9 우레탄고무 - -30-60 - 9.8 10.3 CSM - -34-8.9 http://www.v1.co.kr / E-mail : v1@v1.co.kr / Tel : 041-553-8805 / Fax : 041-553-8807 5/7
표 6. 내유성의척도 - 각종원료고무의여러가지용액에의한팽윤도 (%) 구분 온도 ( ) NBR (33%) CR NR SBR IIR 실리콘 고무 CSM 가솔린 50 10 55 250 140 240 260 85 ASTM#1 Oil 50-1.5 5 60 12 20 4 4 ASTM#3 Oil 50 3 65 200 130 120 40 65 디젤오일 50 12 70 250 150 250 150 120 에탄올 50 20 7 3-5 2 15 5 에틸에테르 50 30 95 170 135 90 270 85 메틸에틸케톤 50 250 150 85 80 15 150 150 트리클로로에틸렌 50 290 380 420 400 300 300 600 벤젠 50 200 300 350 350 150 240 430 페놀 50 470 85 35 60 3 10 80 실리콘오일 50-2 -1-2 -2.5-0.5 30-0.5 증류수 100 11 12 10 2.5 5 2 4 해수 50 3 5 2 7 0.5 0.5 0.5 5.3 방진고무의가공방진고무재료에서의요구성능은점점고도화, 다양화되면서내열성, 내유성, 고감쇄성, 내피로성등고도의성능과신뢰도를요구하게되었다. 이에대응하는방법으로신재료의개발, 신가공기술의개발요구가강하게부각되고특히가공기술중에서가교결합구조, 가교밀도를제어하는가교기술, 유무기충진제를사용한보강기술, 고무블렌드나재질등의복합화기술은고무를고성능화하기위한중요한수단으로이용되고있다. 표 7. 은가교구조에따른제반물성을정리하였다. http://www.v1.co.kr / E-mail : v1@v1.co.kr / Tel : 041-553-8805 / Fax : 041-553-8807 6/7
표 7. 가교구조와제반물성 구 분 C-Sx-C C-S-C C-C 내응력완화크리프 내열성 영구변형 굴곡피로저항 균열성장저항 내마모성 비고 : : 우수, : 양호, : 부족 (1) 고성능화고무성능에가교의기여도는가교구조 ( 가교밀도와가교결합구조 ) 에의해결정되고, 가교구조는고무의가교지대 (site) 및가교제의종류, 양에의해달라진다. 가교에관한최근기술동향은, 1 가교결합구조 : Poly sulfide MOno sulfide C-C 결합으로변하고, 가교결합구조중에벤젠 (Benzene) 기등을도입하여보다내열노화성이우수한결합구조로만든다. 2 단일가교계에서달성불가능한성능은 2가지이상의가교결합구조를도입, 즉고분자중에 2종이상의다른가교가지의도입또는다른가교제, 가교방법을병용하거나엘라스토머의복합화, 2종이상의고분자공가교에적합한공가교제의개발및그사용을확대한다. 3 공가교제이면서보강제로서의역할을하는다기능형가교제개발및사용확대등을들수있다. (2) 성형에의한성능향상재료설계에의한고무혼합은균질한재료를일정하게 ( 관리된 ) 산포를가진재료여야하며, 이것은바로균일한진동특성을갖게하고, 고도의성능과신뢰성을확보하는가장중요한가공공정이다. 한편으로형상을결정하고제품에서의성능을최종적으로결정하는성형공정에서의기계적인차이등으로인한성능, 신뢰성확보는등한시되어왔다. 실제로동일품질의재료를사용하여성형한경우라도제품의수명, 신뢰성, 균일성등에서현저한차이가발생할수있음을인식하고그대책및관리방법을달리해야한다. 끝. http://www.v1.co.kr / E-mail : v1@v1.co.kr / Tel : 041-553-8805 / Fax : 041-553-8807 7/7