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자동차 타이어부터 의료용 카테터까지, 고무 제품은 현대 생활 곳곳에서 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 하지만 누가 생고무 조각을 정밀 산업 부품으로 만들어낼까요? 바로 고무 성형 기술 입니다. 이 모든 것을 가능하게 하는 핵심 공정입니다. 이 글에서는 고무 성형의 원리, 방법, 용도를 살펴보고 엘라스토머 제조의 비밀을 밝혀보겠습니다.

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이 가이드를 신뢰해야 하는 이유? LS 전문가의 실무 경험

LS는 단순히 고무 레시피를 개발하고 공정을 기술하는 업체가 아닙니다. LS는 이러한 고무 제품의 극한 적용 분야를 혁신하는 기업이기도 합니다. 지난 10년 동안 저희는 소형 의료용 카테터 씰 부터 거대한 건설 장비 진동 방지 마운트에 이르기까지 5,000개 이상의 고무 부품 응용 분야에 긴밀히 참여하여 수백 가지 고무 화합물과 성형 기술 의 한계를 직접 확인했습니다. 단순히 금형과 접착제 주입 능력만으로는 ±0.02mm의 의료용 정밀도부터 초대형 맞춤형 부품의 안정적인 성형까지, 고객의 높은 기준을 충족할 수 없습니다. 실리콘 버튼 의 섬세한 촉각적 문제를 극복하고 300°C 내열 불소 고무 연료 라인 씰의 시간 경과에 따른 파손을 극복하기 위해서는 재료 과학과 공정 제어 측면에서 전례 없는 혁신이 필요하다는 사실을 누구보다 잘 알고 있습니다.

LS는 업계의 모범 사례를 제시해 왔습니다. 한 의료 고객이 이식 형 실리콘 다이어프램(초박막 두께 0.1mm, 기포 결함 제로 사양)의 대량 생산을 주문했을 때, 일부 공급업체는 수율이 30% 미만으로 프로젝트를 중단했습니다. 그러나 특허받은 진공 미세 사출 성형 기술과 나노 스케일 표면 처리 기술을 보유한 LS는 98%의 수율을 지속적으로 유지했습니다. 이 핸드북에는 수천 건의 고무 파손 사례가 수록되어 있을 뿐만 아니라, LS가 열악한 작업 환경에서도 대량 생산에 성공한 사례도 담겨 있습니다. LS의 혁신은 단순히 고무 화합물을 금형으로 만드는 데 그치지 않습니다. 소재 개량, 금형 설계, 정밀 제어 기술을 활용하여 아이디어를 매우 신뢰할 수 있는 완제품으로 구현합니다.

고무 성형의 기본 원리 및 핵심 요소

고무 성형: 끈적끈적한 재료를 유용한 제품으로 변환하는 과학

끈적끈적한 생고무가 탄력 있는 타이어나 씰로 변하는 모습을 상상해 보세요. 이 마법 같은 일은 고무의 가장 중요한 화학적 개량 과정인 가황을 통해 일어납니다. 생고무 에서 가황 고무로 변하는 과정의 본질은 다음과 같습니다.

가황: 고무의 "초능력" 공정

주요 기능: 유황이나 과산화물을 사용하여 고무 사슬 사이에 분자 브리지를 형성합니다. 고무의 최종 특성을 결정하는 주요 화학 반응 입니다.

변환:
생고무(취성이 있고 끈적끈적함)를 가황고무(탄성이 있고 단단함)로 변환합니다. 5~10배 더 강력하고 열이나 기름에 강하며 "기억"(원래 모양으로 돌아옴) 특성을 가지고 있습니다.
중요성: 가황 과정이 없다면 고무는 씹는 껌과 같아서 압력을 받으면 영구적으로 변형됩니다.

골든 트리오: 열, 압력, 시간

이 세 가지 요소는 완벽하게 함께 작동해야 합니다.

전문가 팁: 식물은 센서를 이용해 최상의 결과를 얻을 수 있는 적정 시점(최적의 경화 시간)을 결정합니다.

몰드: 모양의 거장

금형의 주요 목적은 최종 제품의 모양, 크기, 표면 질감을 부여하는 것입니다. 금형은 정밀 금속 "쿠키 커터"로, 제품 에 정밀한 치수 (0.01mm까지!)를 부여하고, 표면 질감(매끄러움, 그립감, 또는 브랜드 표시)을 부여하며 , 수천 개의 부품에 걸쳐 일관성을 유지합니다.
금형이나 복잡한 모양 필요 없음 : 간단한 고무 시트에는 금형이 필요 없습니다. O-링이나 신발 밑창과 같은 복잡한 부품에는 맞춤형 금형이 필요합니다. 자동차 와이퍼부터 휴대폰 케이스까지, 우리가 사용하는 모든 고무 제품은 이러한 과학에 기반합니다.

주요 고무 성형 공정 방법

천연 또는 합성 고무 원료는 혼합, 성형, 경화(또는 가황) 과정을 거쳐 성형 가능한 고무를 생산합니다 . 이를 통해 가단성, 복원력, 탄성이 뛰어난 소재가 탄생합니다. 다음은 주요 고무 성형 공정 방법을 나타낸 표입니다.

고무 소재: 생고무에서 성형 가능한 합성물까지

고무 소재

고무는 일반적으로 천연 고무 와 합성 고무 , 두 가지 범주로 나뉩니다. 주로 고무나무에서 추출되는 천연 고무(NR)는 탄성, 내마모성, 인장 강도가 뛰어나 타이어와 호스 생산에 널리 사용됩니다. 합성 고무 (SBR, BR, NBR, EPDM, CR, IIR, FKM, 실리콘, AU/EU 등 )는 인공적으로 제조되며 내유성, 내열성 등 특정 요구 사항을 충족하는 다양한 특성을 가진 광범위한 품종을 보유하고 있습니다. 자동차, 산업 및 의료 산업에서 널리 사용됩니다.

고무 제품의 주요 원료는 생고무, 배합제, 섬유 재료, 그리고 금속 재료입니다. 생고무는 원료이며, 배합제는 고무 제품의 일부 성능을 향상시키는 데 사용되는 보조 재료입니다 . 섬유 재료(면, 린넨, 양모 및 기타 인조 및 합성 섬유)와 금속 재료(강선 및 구리선)는 고무 제품의 골격을 이루며, 기계적 강도를 강화하고 변형을 제한하는 역할을 합니다. 다음으로 고무 제품 제조에서 배합 의 중요성, 주요 배합제 , 그리고 혼합 작업에 대해 자세히 살펴보겠습니다. 이 글이 도움이 되기를 바랍니다.

복리 의 중요성

가공성을 향상시키고, 비용을 최소화하고, 강도, 내마모성, 내유성, 내후성, 난연성과 같은 특정 특성을 개선하거나 부여하는 데 사용됩니다.

가황 시스템: 가황제(유황, 과산화물 등), 가속제 및 활성제(예: 산화 아연 및 스테아르산).
보강용 필러 : 실리카, 카본블랙, 탄산칼슘 등 (강도 및 내마모성 향상 및 비용 절감을 위해)
보호 시스템: 산화방지제, 항산화제, 광안정제(노화를 늦추기 위해)
연화 가소제: 가공 유동성과 저온 성능을 향상시킵니다.
가공 보조제: 점착제, 분산제 등

혼합 과정

원료 고무 또는 가소화된 고무를 다른 배합제와 균일하게 혼합하는 작업입니다. 고무 제품의 물리적, 기계적 특성, 가공 성능 및 생산 경제성을 개선하는 것이 목표입니다. 충전제, 보강제, 촉진제, 가황제 등 고체 및 액체 재료를 고무에 균일하게 분산시켜 고무의 일관된 특성을 유지하는 공정입니다. 부적절한 혼합은 후속 가공에서 스코칭(scorching) 및 프로스팅(frosting) 문제를 야기하고 제품 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.

고무 성형 장비 및 금형

주요 성형 장비

플래튼 가황기:
거대한 철과 유사하게, 상하 가열판을 사용하여 고온을 발생시키는 동시에 클램핑력을 가하여 고무를 압축합니다. 압축 성형(예: 씰), 트랜스퍼 성형 (러너 시스템 포함), 가열판 등에 활용할 수 있습니다. 사용이 간편하며 소량 및 중량 생산에 적합합니다.

고무 사출 성형기:
의료용 주사기처럼 가소화 장치는 고무를 녹이고, 사출 장치는 금형에 고압으로 사출하며, 클램핑 장치는 금형을 닫습니다. 이를 통해 정밀하고 복잡한 부품(예: 자동차 오일 씰)을 높은 효율과 적은 폐기물로 제작할 수 있습니다.

압출기:
국수 제조기처럼, 회전하는 스크류가 고무를 다이를 통해 앞으로 밀어내 연속적인 형상(예: 호스, 씰 스트립)을 만듭니다. 압출 성형 의 경우, 스크류, 배럴, 다이, 그리고 가열 및 냉각 시스템으로 구성됩니다 . 가열 및 냉각 시스템은 온도를 정밀하게 제어하여 안정적인 압출을 보장합니다.

캘린더:
롤링 핀 어셈블리처럼 여러 개의 정밀 롤러로 구성된 캘린더는 고무 컴파운드를 균일한 시트 형태로 압축하거나 직물 표면(예: 타이어 코드)에 코팅합니다 . 롤러 간격은 0.1mm까지 조절하여 두께를 조절할 수 있습니다.

압형

재질: 일반적으로 P20, H13 또는 알루미늄 합금과 같은 고강도 금형강으로 제작됩니다. 시험 금형 및 소량 생산에 적합합니다.

중요한 설계: 고려 사항에는 캐비티 설계, 이형 표면, 러너/게이트(사출/전달), 환기, 가열/냉각 시스템, 이젝터 메커니즘이 포함됩니다.

비용 및 수명: 이는 고무 성형에 대한 주요 투자를 나타내며 제품 품질과 생산성에 직접적인 영향을 미칩니다.

금형은 고무 성형에 필수적인 투자이며, 생산 비용의 30~60%를 차지합니다. 고품질 강철 금형은 백만 사이클 이상 작동할 수 있습니다. 설계상의 결함은 제품 불량 및 생산 중단으로 이어져 상당한 비용을 발생시킬 수 있습니다.

프로세스 매개변수 및 제어

주요 프로세스 매개변수

온도: 배럴 온도( 사출 ), 금형 온도, 경화 온도. 이 온도들은 경화 속도와 컴파운드 유동성에 직접적인 영향을 미칩니다.

압력: 사출 압력, 보압, 그리고 클램핑력. 이는 충전, 다짐, 그리고 플래시 방지를 담당합니다.

시간: 주입 시간, 유지 시간, 그리고 경화 시간. 이는 완전한 충전과 적절한 경화 반응을 위해 필요합니다.

복합 조건: 항상 예열 온도, 가소성 또는 무니 점도 에 주의하세요.

프로세스 제어의 중요성

생산 과정에서 배치 간 일관성을 보장하고 스크랩을 최소화합니다. 이를 위해서는 온도, 압력, 시간을 정확하게 측정하고 기록해야 합니다.

레오미터의 용도: 레오미터 는 주로 고무 배합 설계, 생산 품질 관리 및 신제품 개발에 사용됩니다. 가황 공정 중 고무 특성 변화를 분석하여 고무 소재를 평가하고 최적화합니다. 레오 미터는 실험실 및 온라인에서 고무 배합물의 경화 특성(예: 최적 경화 시간인 T90)을 모니터링하는 데 사용됩니다.

고무 성형 제품의 응용 분야

자주 묻는 질문

1. 고무 성형과 플라스틱 성형의 주요 차이점은 무엇입니까?

근본적인 차이점은 가황(가교)입니다. 플라스틱 성형 , 즉 사출 성형과 압출 성형은 주로 용융과 냉각을 통해 형상을 고정하는 물리적 공정인 반면, 고무 성형은 화학적 공정이며 가황 단계가 반드시 필요합니다. 플라스틱은 소성 유동하는 반면, 고무는 탄성 유동합니다. 플라스틱의 경우, 성형 작업이 완료되는 즉시 제품이 완성되지만, 고무 성형은 성형 작업 후 가황 단계가 필요합니다.

2. 가장 좋은 고무 성형 공정은 무엇입니까?

사출 성형은 일반적으로 가장 효과적인 공정 으로, 특히 대량 생산, 복잡한 형상, 정밀 소형 부품에 적합합니다. 또한, 높은 수준의 자동화, 짧은 성형 주기 , 그리고 최소한의 폐기물 발생이라는 장점이 있습니다. 두 번째로 효과적인 성형 공정은 트랜스퍼 성형입니다. 압축 성형은 고무 성형에 사출 성형보다 효율이 떨어집니다.

3. 내 제품에 맞는 올바른 고무 성형 공정을 선택하려면 어떻게 해야 합니까?

제품 형상 에 따라, 제품이 복잡하거나 인서트가 있는 경우 사출 또는 이송 성형이 선호됩니다. 제품이 단순한 부품 인 경우 성형이 선호됩니다. 일정한 단면 의 경우 압출이 선호됩니다. 얇은 벽의 중공 제품 의 경우 디핑이 선호됩니다. 생산량을 기준으로 대량 시리즈의 경우 사출 성형이 선호됩니다. 소규모 및 중규모 시리즈의 경우 압축 또는 이송 성형이 선호됩니다. 높은 치수 정확도 의 경우 사출 성형 또는 이송 성형이 필요합니다. 비용을 기준으로 사출 성형 장비가 가장 비싸고 압축 성형이 가장 저렴합니다. 제품 재료 특성 , 즉 고점도 또는 열에 민감한 고무의 경우 압축 또는 이송 성형을 선택할 수 있습니다. 제품 크기를 기준으로 크고 두꺼운 제품은 대부분 압축 성형됩니다.

4. 고무 제품은 왜 "가황"되어야 하나요? 가황 없이 생산할 수 있나요?

아니요. 미가황 고무(생고무)는 선형 분자 사슬을 가지고 있어 강도가 낮고, 변형이 쉬우며, 내마모성과 내용제성이 낮고, 온도 민감도가 높아 실용적이지 않습니다. 가황은 화학적 가교 결합을 통해 선형 분자 사슬을 3차원 네트워크 구조로 상호 연결하여 고무에 고탄성, 고강도, 내마모성, 내용제성, 내열성, 치수 안정성과 같은 귀중한 특성을 부여합니다. 가황 없이는 유용한 고무 제품이 존재할 수 없습니다.

요약

고무 성형은 가황 공정을 통해 생고무를 정확한 형상과 우수한 성능을 갖춘 제품으로 만드는 핵심 제조 공정입니다. 이는 제품 수명과 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 고무 성형 파트너 선정은 제품의 핵심 성능에 영향을 미치는 전략적 선택입니다.

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