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재료소개

실리콘

실리콘 소재의 우수성

실리콘 고무(RUBBER)는 유기기와 무기기가 공유하는 폴리실록산 중합체와 무기물인 실리카가 섞여있는 매우 특별한 탄성 중합체입니다. 이것을 우리는 실리콘 고무라고 부릅니다. 실리콘 고무는 다른 유기 고무에는 없는 매우 우수한 특성들을 가지고 있으며 의료, 주방, 건축, 조선, 항공, 전기, 전자, 통신, 기계, 자동차, 도료, 예술, 스포츠 등 모든 산업분야에 매우 다양하게 사용되며 실리콘 고무는 현재 사용하고 있는 기존 고무 중에서 복원력, 내후성, 내 자외선, 내열 특성 등이 월등합니다.

용어 구분 : Silicon과 Silicone

  • Silicon
  • 원소기호 Si로 표시되는 규소를 의미하며 물질로는 암회색의 금속상 (예 : 반도체용 실리콘 웨이퍼)
  • Silicone
  • 유기기를 함유한 규소(Organodilicon)와 산소 등이 화학결합으로 서로 연결된 모양으로 된 폴리머(Polymer)를 의미하며 유기성과 무기성을 겸비한 독특한 화학재로 여러 형태로 응용되어지며, 대부분의 모든 산업분야에서 사용되고 있는 필수적인 고기능 재료(유기기가 결합되어 있는 규소가 실록산 결합 [Si-O-Si]에 의해 연결되어 생긴 폴리머)

실리콘의 역사

  • 실리콘의 기본 물질은 석영(QUARTZ), 즉 실리카 또는 산화규소(SiO2 )이며 흔히 볼 수 있는 모래의 주성분입니다. 로마인들은 이를 얼음의 특별한 형태라고 생각했고 16세기에 들어 실리카에 소다회를 혼합, 가열하면 물유리가 생성되고 이것을 물에 녹여 산처리하면 고체가 침전된다는 사실이 밝혀졌습니다.
    1823년 스웨덴 화학자가 석영으로부터 규소라는 성분을 추출해 내는데 성공한 이후 이 신소재를 염소 존재에서 가열하여 사염화규소(SiCl4)라는 무색 액체를 생산하는데 성공하였습니다. 현재의 제조 방법도 이와 유사하며 이 사염화규소는 그 후 유기실리콘의 기본물질이 되었지만 실리콘 연구의 본격적인 역사는 FRIEDEL과 CRAFTS라는 사람들에 의해 비로소 획기적인 전환점을 맞게 되었는데 이 두 사람은 유기 라티칼이 규소에 붙어있는 물질 즉 규소-탄소-규소 사슬을 합성하는데 성공했습니다. 주기율표상에서 탄소와 같은 제4족에 속해 있으므로 화학적 특성도 탄소와 유사하리라는 가정하에 가장 체계적인 이론을 발표한 사람은 노팅검대학의 F.S.KIPPING 교수였는데 그는 1899~1944년 사이에 이에 관한 54개의 논문을 발표했습니다. 실리콘이라는 이름은 KIPPING에 의해 명명되었고 현재에는 규소-산소-규소의 연결을 갖는 화합물을 의미합니다.

실리콘의 특징

  • 내열성 Heat Resistance
  • 실리콘 고무의 가장 우수한 특성 중 하나이며 실리콘 고무가 생겨나게 된 이유 중 하나입니다. 실리콘 고무는 유기계 고무에 비하여 내열성이 대단히 뛰어납니다. 천연고무와 일반 유기고무는 100˚C를 초과하면 단시간에 노화되어 사용할 수 없게 되지만 실리콘 고무는 150℃에서는 거의 특성의 변화가 없고 반영구적으로 사용할 수 있습니다. 200℃에서는 연속 10,000시간 이상 사용 가능하며 또한 단시간인 경우에는 300℃에서의 사용도 가능합니다. 이렇게 뛰어난 내열성으로 인해 고온의 장소에서 사용되는 고무부품의 재료로 널리 사용되고 있습니다.
  • 내한성 Cold Resistance
  • 일반 유기계 고무의 포화점이 -20˚C~-30˚C인데 비해 실리콘 고무는 -55˚C~-70˚C이어서 일반유기계 고무가 파괴되는 저온에서도 거의 변함없이 탄성을 유지함으로써 모든 종류의 고무 중에서도 내한성이 가장 우수합니다. (일부 제품은 -100℃ 이하의 극저온에서 견디는 제품도 있습니다.)
    천연고무와 일반 고무는 온도에 따라 형상의 변화가 심하여 고온에서는 연화, 저온에서는 경화되어 사용이 불가능합니다.
  • 내후성 Weatherability
  • 실리콘 고무는 다른 유기고무와는 달리 분자구조 내 대기 중의 산소, 오존, 자외선 등과 반응하여 균열을 발생하게 하는 이중결합이 없기 때문에 장시간의 자외선이나 비바람에 노출되어도 물성의 변화가 거의 없어 내후성이 매우 양호합니다.
    또한 실리콘 고무는 내오존성이 대단히 뛰어납니다. 코로나 방전으로 발생하는 오존으로 일반적인 유기계 고무는 급속도로 연화하지만 실리콘 고무는 거의 영향을 받지 않습니다.
  • 내유성 Oil Resistance
  • 실리콘 고무는 불소고무를 제외한 일반 유기고무들이 사용할 수 없는 고온에서의 내유성이 뛰어납니다. 실리콘 고무는 상온에서 일반적인 유기 고무와 비교하면 내유성이 떨어지지만 자동차나 항공기 등의 고온이 필요한 곳에서는 유기고무보다 뛰어난 특성을 보여줍니다. 자동차 오일 등에 접촉하여도 팽윤에 의한 용적 증가는 적은 편입니다. 벤젠, 톨루엔, 가솔린 등의 유기 화합물에는 팽윤하지만 일반적인 유기계 고무와 달리 재질의 분해나 용해가 없고 용제를 제거하면 원상태로 돌아옵니다.
  • 내약품성 Chemical Resistance
  • 실리콘 고무는 내약품성이 뛰어나 산, 알칼리 등의 극성 유기화합물에 의해서 거의 침해를 받지 않습니다. 그러나 강산이나 강알칼리에는 침해를 받을 수도 있으므로 이들과 접촉하여 사용하는 경우 반드시 시험 후 사용 여부를 결정해야 합니다.
  • 전기특성 Electric Properties
  • 실리콘 고무는 분자 중 탄소 비율이 가장 낮으며 일반 유기합성 고무에서 충전재로 사용되는 카본블랙을 사용하지 않으므로 온도 및 주파수에 관계없이 고전압 환경에서 아크나 코로나 방전 등에 대하여 뛰어난 저항성을 발휘하므로 절연재료로써 광범위하게 사용되며 유기합성 고무에 비해 폭넓은 온도 범위 및 저항치(1014Ω·cm ~ 1016Ω·cm)를 가지고 있습니다. 실리콘 고무는 수중에서 가장 낮은 변화를 나타내며 여러 고무 중 절연 재료로 가장 적합합니다. 특수한 도전성 필러를 첨가함으로써 도전성 실리콘의 제조도 가능합니다.
  • 도전성 Electric Conductivity
  • 도전성 실리콘 고무는 카본블랙, 은과 구리 등의 도전성 재료를 배합한 Compound이며, 수Ω·cm부터 103Ω·cm까지의 저항치를 기지고 있습니다.
    실리콘 고무는 전기적 특성이 온도에 따라 많은 변화가 없습니다. 이런 이유로 200℃이상의 온도에서는 실리콘 고무에 상응하는 전기 특성을 지닌 고무재료는 없다고 할 수 있습니다.
    각종 키보드의 접점, 대전 방지용 제품, 고압 케이블 실드재 등에 사용되고 있습니다.
  • 내방사선성 Radiation Resistance
  • 실리콘 고무(디메틸 실리콘 고무)의 내방사선성은 유기고무와 비교하여 특히 우수하다고 할 수는 없지만 폴리머 분자에 페닐기를 결합한 메틸 페닐 실리콘 고무는 내방사선성을 가지며 또한 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 원자력 발전소의 케이블, 커넥터 등에 사용됩니다.
  • 내스팀성 Steam Resistance
  • 실리콘 고무는 장시간 수중에 있어도 수분 흡수량은 1% 정도이며 기계적 강도나 전기 특성에 거의 영향을 주지 않습니다. 일반적으로 실리콘 고무는 대기압에서 스팀에 접촉하여도 거의 열화하지 않습니다. 150℃이상의 고압 스팀에서는 실록산 폴리머가 절단되고 고무 물성이 저하됩니다. 이 현상은 실리콘 고무의 배합, 가류제의 선택, 이차 가류 등으로 개량할 수 있고 특별히 내스팀성, 내열수성을 향상시킨 제품도 있습니다.
  • 난연성 Flame Retardancy
  • 실리콘 고무는 불꽃을 가까이 대도 쉽게 연소하지는 않지만 한번 점화하면 연속하여 타는 성질이 있습니다. 하지만 할로겐 원소를 함유하지 않기 때문에 연소시 유독가스의 발생이 극히 적은 큰 특징이 있으며 실리콘 고무에 난연제를 첨가함으로써 난연성이나 자기 소화성을 부여할 수 있습니다.
  • 내유성 Oil Resistance
  • 실리콘 고무는 불소고무를 제외한 일반 유기고무들이 사용할 수 없는 고온에서의 내유성이 뛰어납니다. 실리콘 고무는 상온에서 일반적인 유기 고무와 비교하면 내유성이 떨어지지만 자동차나 항공기 등의 고온이 필요한 곳에서는 유기고무보다 뛰어난 특성을 보여줍니다. 자동차 오일 등에 접촉하여도 팽윤에 의한 용적 증가는 적은 편입니다. 벤젠, 톨루엔, 가솔린 등의 유기 화합물에는 팽윤하지만 일반적인 유기계 고무와 달리 재질의 분해나 용해가 없고 용제를 제거하면 원상태로 돌아옵니다.
  • 무독성 Non toxic
  • 실리콘 고무는 본질적으로 인체 무해하며 혈액응고를 잘 유발하지 않는 등 생리학적으로 불활성 물질이기 때문에 식품 및 의료용품 분야 등에 적합하여 광범위하게 사용됩니다. 실리콘 고무는 수영모, 물안경, 귀마개 등 인체에 접촉하는 레저용품을 만드는데 이상적인 제품입니다.
  • 열전도성 Thermal Conductivity
  • 실리콘 고무에 열전도도가 우수한 필러를 충진시켜 제조된 제품입니다. 열을 효율적으로 빼내기 위한 히트 싱크와 열원 사이에 주로 적용되며, 열원에서 히트싱크로의 열전달을 원활하게 만들어 주는 제품입니다. 소프트하여 적용 시 완충효과 및 밀착 효과가 탁월하며, 자기 첨착성이 있어 점착 처리가 필요 없습니다.
  • 전자파 흡수 Electromagnetic Absorption
  • 최근 전자기기의 집적화 및 소형화가 급속도로 발달함에 따라서 다양한 전자기 환경에서 EMC가 주요한 이슈가 되고 있습니다. 전자파 흡수체는 고성능 금속 파우더를 실리콘 고무에 충진하여 제조합니다. 전자파 흡수체는 입사된 전자파 노이즈를 흡수하여 열로 변환시켜 소멸시키는 전파 흡수체입니다.