씰 재질 선택은 제품의 품질, 수명, 성능을 결정하고 향후 문제 발생 가능성을 줄이는 데 중요한 역할을 하므로 매우 중요합니다. 이 글에서는 환경이 씰 재질 선택에 미치는 영향과 가장 일반적인 재질, 그리고 각 재질이 가장 적합한 용도에 대해 살펴보겠습니다.
환경적 요인
씰이 노출될 환경은 설계 및 재질 선택에 있어 매우 중요합니다. 모든 환경에서 씰 재질은 안정적인 밀봉면 형성, 열전도성, 내화학성, 우수한 내마모성 등 여러 가지 핵심적인 특성을 갖춰야 합니다.
환경에 따라 이러한 특성이 더 강해야 하는 경우가 있습니다. 환경을 고려할 때 함께 고려해야 할 다른 재료 특성으로는 경도, 강성, 열팽창, 마모 및 내화학성이 있습니다. 이러한 점들을 염두에 두면 씰에 가장 적합한 재료를 찾는 데 도움이 될 것입니다.
환경 조건에 따라 밀봉재의 비용과 품질 중 어느 것을 우선시해야 할지 결정될 수 있습니다. 마모가 심하고 열악한 환경에서는 이러한 조건을 견딜 수 있을 만큼 강한 재료가 필요하기 때문에 밀봉재 가격이 더 비쌀 수 있습니다.
이러한 환경에서는 고품질 씰에 투자하는 것이 장기적으로 비용 절감 효과를 가져올 수 있습니다. 저품질 씰을 사용할 경우 발생할 수 있는 값비싼 가동 중단, 수리, 재정비 또는 교체를 예방할 수 있기 때문입니다. 하지만 윤활성이 있는 매우 깨끗한 유체를 사용하는 펌핑 용도에서는 고품질 베어링을 사용하는 대신 저렴한 씰을 구매하는 것이 더 나은 선택일 수 있습니다.
일반적인 밀봉재
탄소
씰 표면에 사용되는 탄소는 비정질 탄소와 흑연의 혼합물이며, 각 성분의 비율에 따라 최종 탄소 등급의 물리적 특성이 결정됩니다. 이는 불활성이고 안정적인 소재이며 자체 윤활 기능을 갖추고 있습니다.
이 소재는 기계식 씰의 한쪽 끝면으로 널리 사용되며, 건식 또는 소량 윤활 조건에서 분할형 원주 씰 및 피스톤 링에도 많이 사용됩니다. 또한 이 탄소/흑연 혼합물은 다른 물질을 함침시켜 다공성 감소, 내마모성 향상 또는 강도 향상과 같은 다양한 특성을 부여할 수 있습니다.
열경화성 수지 함침 탄소 씰은 기계식 씰에 가장 일반적으로 사용되는 소재로, 대부분의 수지 함침 탄소는 강염기에서 강산에 이르는 광범위한 화학 물질 환경에서 작동할 수 있습니다. 또한 우수한 마찰 특성과 적절한 탄성 계수를 갖추어 압력 변형을 효과적으로 제어합니다. 이 소재는 물, 냉각수, 연료, 오일, 경화학 용액, 식품 및 의약품 분야에서 최대 260°C(500°F)의 온도 범위에서 일반적인 용도로 사용하기에 적합합니다.
안티몬이 함침된 탄소 섬유 밀봉재는 안티몬의 강도와 탄성률 덕분에 고압 환경에서 더 강하고 단단한 재질이 요구되는 경우에 적합한 것으로 입증되었습니다. 또한 이러한 밀봉재는 고점도 유체 또는 경질 탄화수소를 사용하는 환경에서 기포 발생에 대한 저항성이 뛰어나 많은 정유 공장에서 표준 등급으로 사용되고 있습니다.
탄소는 건식 운전, 극저온 및 진공 응용 분야를 위해 불화물과 같은 필름 형성제를 함침시키거나, 고온, 고속 및 터빈 응용 분야(최대 800ft/sec 및 약 537°C(1,000°F))를 위해 인산염과 같은 산화 억제제를 함침시킬 수도 있습니다.
세라믹
세라믹은 천연 또는 합성 화합물, 가장 흔하게는 산화알루미늄 또는 알루미나로 만들어진 무기 비금속 재료입니다. 높은 융점, 높은 경도, 우수한 내마모성 및 내산화성을 지니고 있어 기계, 화학, 석유, 제약, 자동차 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다.
알루미나는 유전 특성이 뛰어나 전기 절연체, 내마모성 부품, 연삭 매체 및 고온 부품에 널리 사용됩니다. 고순도 알루미나는 일부 강산을 제외한 대부분의 공정 유체에 대해 우수한 내화학성을 가지므로 많은 기계식 밀봉재에 사용됩니다. 그러나 알루미나는 열 충격에 쉽게 파손될 수 있어 이러한 문제가 발생할 수 있는 일부 응용 분야에서는 사용이 제한됩니다.
탄화규소는 실리카와 코크스를 융합하여 만들어집니다. 화학적으로 세라믹과 유사하지만 윤활성이 뛰어나고 경도가 높아 가혹한 환경에서 내구성이 뛰어난 소재로 적합합니다.
또한, 연마 및 광택 처리가 가능하므로 수명 기간 동안 여러 번 씰을 재정비할 수 있습니다. 내화학성, 높은 강도, 높은 경도, 우수한 내마모성, 낮은 마찰 계수 및 고온 저항성 덕분에 일반적으로 기계식 씰과 같은 기계적인 용도에 더 많이 사용됩니다.
기계식 밀봉면에 사용되는 탄화규소는 터빈, 압축기, 원심 펌프와 같은 회전 장비의 성능 향상, 밀봉 수명 연장, 유지 보수 비용 절감 및 운영 비용 절감 효과를 가져옵니다. 탄화규소는 제조 방식에 따라 다양한 특성을 가질 수 있습니다. 반응 결합 탄화규소는 반응 공정을 통해 탄화규소 입자들을 서로 결합시켜 만들어집니다.
이 공정은 재료의 물리적 및 열적 특성 대부분에 큰 영향을 미치지 않지만, 재료의 내화학성을 제한합니다. 문제가 되는 가장 일반적인 화학 물질은 부식성 물질(및 기타 고pH 화학 물질)과 강산이므로, 반응 결합 실리콘 카바이드는 이러한 용도에 사용해서는 안 됩니다.
자가소결 탄화규소는 2,000°C 이상의 고온에서 불활성 환경에서 비산화물 소결 보조제를 사용하여 탄화규소 입자를 직접 소결하여 제조됩니다. 실리콘과 같은 이차 재료를 사용하지 않기 때문에, 직접소결된 탄화규소는 원심 펌프에서 발생할 수 있는 거의 모든 유체 및 공정 조건에 대해 화학적으로 내성이 뛰어납니다.
텅스텐 카바이드는 실리콘 카바이드처럼 활용도가 매우 높은 소재이지만, 탄성이 더 높아 미세하게 휘어지면서 표면 변형을 방지하기 때문에 고압 환경에 더욱 적합합니다. 실리콘 카바이드와 마찬가지로 재연마 및 연마가 가능합니다.
텅스텐 카바이드는 대부분 시멘트 카바이드 형태로 제조되므로 텅스텐 카바이드 입자 자체를 결합하려는 시도는 하지 않습니다. 2차 금속을 첨가하여 텅스텐 카바이드 입자를 결합 또는 접착시켜 텅스텐 카바이드와 금속 결합제의 특성을 모두 갖는 소재를 얻습니다.
이러한 특성은 순수 탄화텅스텐으로는 불가능한 뛰어난 인성과 충격 강도를 제공하는 데 유리하게 활용되어 왔습니다. 하지만 시멘트화 탄화텅스텐의 단점 중 하나는 높은 밀도입니다. 과거에는 코발트 결합 탄화텅스텐이 사용되었지만, 산업계에 필요한 다양한 화학적 호환성을 확보하지 못해 점차 니켈 결합 탄화텅스텐으로 대체되고 있습니다.
니켈 결합 텅스텐 카바이드는 높은 강도와 인성이 요구되는 밀봉면에 널리 사용되며, 일반적으로 유리 니켈에 의해 제한되는 우수한 화학적 호환성을 가지고 있습니다.
GFPTFE
GFPTFE는 내화학성이 우수하며, 첨가된 유리는 밀봉면의 마찰을 줄여줍니다. 비교적 깨끗한 환경에 적합하며 다른 재료보다 가격이 저렴합니다. 요구 사항과 환경에 맞춰 밀봉 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 다양한 하위 변형 제품도 있습니다.
부나
부나(니트릴 고무라고도 함)는 O링, 실란트 및 성형 제품에 사용되는 경제적인 엘라스토머입니다. 우수한 기계적 성능으로 잘 알려져 있으며 석유계, 석유화학 및 화학 분야에서 뛰어난 성능을 발휘합니다. 또한, 특유의 불연성으로 인해 원유, 물, 다양한 알코올, 실리콘 그리스 및 유압유 등에 널리 사용됩니다.
부나는 합성 고무 공중합체이기 때문에 금속 접착력과 내마모성이 요구되는 용도에 적합하며, 이러한 화학적 특성 덕분에 실란트 용도로도 이상적입니다. 또한, 산성 및 약알칼리성 저항성이 낮도록 설계되어 저온에서도 견딜 수 있습니다.
Buna는 고온, 기상 조건, 직사광선 및 증기 저항과 같은 극한 환경에 노출되는 용도에는 사용이 제한적이며, 산 및 과산화물을 함유한 CIP(현장 세척) 살균제와 함께 사용하기에는 적합하지 않습니다.
EPDM
EPDM은 자동차, 건설 및 기계 분야에서 씰, O링, 튜브 및 와셔 등에 널리 사용되는 합성 고무입니다. 부나 고무보다 가격이 높지만, 높은 인장 강도 덕분에 다양한 열, 기후 및 기계적 환경에 잘 견딥니다. 다용도로 활용 가능하며 물, 염소, 표백제 및 기타 알칼리성 물질이 사용되는 환경에 적합합니다.
EPDM은 탄성과 접착성이 뛰어나 한 번 늘어나면 온도 변화에 관계없이 원래 형태로 되돌아갑니다. 하지만 석유, 유체, 염소계 탄화수소 또는 탄화수소 용제를 사용하는 용도에는 적합하지 않습니다.
비톤
바이톤은 내구성이 뛰어나고 성능이 우수한 불소계 탄화수소 고무 제품으로, 주로 O링 및 씰에 사용됩니다. 다른 고무 소재보다 가격이 비싸지만, 가장 까다롭고 전문적인 밀봉 요구 사항에 가장 적합한 소재입니다.
오존, 산화 및 극한 기상 조건에 대한 저항성이 뛰어나며, 지방족 및 방향족 탄화수소, 할로겐화 유체 및 강산 물질과 같은 물질에도 강한 내성을 지닌 불소엘라스토머 중에서도 가장 견고한 소재 중 하나입니다.
밀봉에 적합한 재료를 선택하는 것은 시공 성공에 매우 중요합니다. 많은 밀봉 재료들이 비슷해 보이지만, 각각은 특정 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 용도로 사용됩니다.
게시 시간: 2023년 7월 12일