실리콘 가스켓과 기타 고무 가스켓의 성능 비교

2025-09-08 16:41:17

실리콘과 고무 가스켓의 재료 구성 및 구조적 차이점

Close-up of silicone and synthetic rubber gaskets side by side under gentle bending, highlighting differences in material texture and flexibility

화학 구조: 실리콘의 Si-O 백본 대 탄소 기반 합성 고무

실리콘 개스킷은 특수한 실리콘-산소 백본 구조를 가지고 있어 뛰어난 열 안정성을 제공하며 산화에 매우 강합니다. EPDM 또는 니트릴 고무와 같은 합성 고무에 존재하는 탄소-탄소 사슬과 비교해 보면 그 차이가 명확히 드러납니다. 실리콘의 무기적 성질 덕분에 극도로 낮은 -55도 섭씨에서부터 무려 230도 섭씨의 고온까지 온도 변화에도 불구하고 유연성을 유지할 수 있습니다. 반면, 탄소 기반 고무는 폴리머 구조를 안정화하기 위해 가황이라는 과정이 필요합니다. 불행히도 이로 인해 장기간 고온이나 햇빛에 노출될 경우 더 빠르게 분해되는 경향이 있습니다.

주요 첨가제: 성능에서 필러, 가황제 및 가소제의 역할

구성 요소	실리콘 고무 패킹	합성 고무 개스킷
충전재	실리카(인열 강도 향상)	탄소흑연(내구성 향상)
경화제	퍼옥사이드(내열성 결합 형성)	황(낮은 온도에서 가교 결합 형성)
Plasticizers	본래의 유연성 덕분에 거의 필요하지 않음	석유 기반 오일(취성 방지)

실리콘 제형은 목표 성능을 달성하기 위해 일반적으로 첨가제의 사용량이 적어 플라스티사이저의 침출이나 분해로 인한 장기적인 열화 위험을 줄일 수 있다.

폴리머의 유연성과 탄력성: 분자 구조가 개스킷 특성에 미치는 영향

실리콘-산소 결합은 탄소-탄소 결합보다 약 50% 더 많은 에너지를 함유하고 있어, 실리콘이 압축 후에도 잘 되돌아오는 이유를 설명해 준다. ASTM D395 기준에 따른 시험에서도 흥미로운 차이가 나타난다. 니트릴 고무는 압축된 후 적절한 밀봉 능력을 15~25% 정도 잃는 경향이 있는 반면, 실리콘은 대부분의 형태를 유지한다. 150도 섭씨에서 연속 10,000시간 동안 압력을 가한 후에도 실리콘의 압축 변형률은 약 10%에 불과하다. 이러한 내구성은 지속적인 온도 변화나 장기간 무거운 기계적 하중을 견뎌야 하는 부품 설계 시 엔지니어가 요구하는 핵심 요소이다.

내열성: 실리콘 개스킷 대 일반 고무 재료

고온 성능: 실리콘의 230°C까지 안정성 대 EPDM 및 니트릴

실리콘 개스킷은 극한의 열에도 견딜 수 있어 온도가 약 230도 섭씨에 도달해도 형태를 유지합니다. 이는 약 150°C에서 분해되기 시작하는 EPDM 소재가 견딜 수 있는 수준의 약 두 배이며, 일반 니트릴 고무보다는 세 배 정도 우수합니다. 이러한 뛰어난 내열성을 가능하게 하는 것은 실리콘 자체의 화학 구조에 있습니다. 실리콘-산소 결합 구조는 장기간 고온에 노출되더라도 다른 재료처럼 쉽게 분해되지 않습니다. 증기 밸브를 실용적인 예로 들 수 있습니다. EPDM 씰은 이러한 열악한 조건에서 몇 달 지나지 않아 파손되기 시작하지만, 실리콘은 유사한 사용 기간 동안 형태와 성능을 유지하며 압축 변형률이 15% 미만으로 낮게 유지됩니다.

저온 유연성: 실리콘 vs. 니트릴 및 네오프렌의 냉각 환경에서의 특성

실리콘은 -50°C와 같은 극한의 저온에서도 상당히 유연성을 유지하며, 일반적인 상태의 약 85% 수준을 유지합니다. 반면 니트릴이나 네오프렌은 온도가 -30°C 이하로 떨어지면 딱딱해지기 시작하기 때문에 실리콘의 성능이 훨씬 뛰어납니다. 이러한 유연성 유지 능력은 냉동고의 씰링이나 북극 지역의 대규모 오일 파이프와 같이 일반적인 재료들이 균열되고 파손되기 쉬운 환경에서 매우 중요합니다. 실제로 LNG 시설에서도 이러한 현상을 관찰한 바 있습니다. 해당 시설에서의 시험 결과에 따르면, -162°C의 극저온 환경에서 실리콘 개스킷은 네오프렌 제품보다 약 10배 정도 더 오래 사용될 수 있었습니다. 최근 많은 산업 분야에서 실리콘으로 전환하는 이유가 바로 여기에 있습니다.

산업 현장에서의 열적 열화 및 장기 사용 한계

탄소 기반의 고무 재료는 반복적인 온도 변화에 노출될 경우 더 빠르게 열화되는 경향이 있습니다. 예를 들어 EPDM은 135도 섭씨에서 1,000시간 동안 지속적으로 유지된 후 인장 강도의 약 40%를 잃습니다. 반면 실리콘은 훨씬 더 우수한 내구성을 보이며, 동일한 기간 동안 200도까지 가열된 후에도 10% 미만의 성능 저하만 나타냅니다. 실제 환경에서의 테스트 결과, 터빈 배기 시스템처럼 온도가 간헐적으로 급상승하는 혹독한 조건에서는 이러한 차이가 매우 중요합니다. 실리콘 부품은 이러한 환경에서 15년 이상 사용 가능하며, 때로는 260도 섭씨까지 도달해도 파손되지 않습니다. 이는 시간이 지남에 따라 열에 견디지 못하는 표준 니트릴 고무처럼 매 3개월마다 개스킷을 교체할 필요가 없다는 것을 의미합니다.

실리콘 및 고무 개스킷 재료의 화학성, 자외선 및 오존 저항성

Outdoor comparison of silicone and rubber gasket samples, with silicone intact and rubber showing surface cracks from UV and ozone exposure

오일, 용제, 산에 대한 내성: 실리콘 대 니트릴, 네오프렌, EPDM

실리콘은 용제 및 알코올과 같은 비극성 물질에 대해 비교적 우수한 내성을 보이지만, 탄화수소에 노출되면 팽창하는 경향이 있습니다. 니트릴 고무는 실제로 기름과 연료가 많이 사용되는 환경에 더 적합합니다. EPDM은 산 및 알칼리와 같은 극성 화학물질에는 매우 잘 작동하지만 석유 기반 유체와 접촉할 경우 성능이 좋지 않습니다. 예를 들어 실리콘은 ASTM #3 오일에 1,000시간 동안 방치된 후에도 인장 강도의 약 90%를 유지합니다. 반면, 지난해 발간된 재료 호환성 보고서의 데이터에 따르면 니트릴은 동일한 조건에서 탄성의 약 40%를 잃게 됩니다. 이러한 정보는 엔지니어들이 특정 응용 분야에 맞는 올바른 재료를 선택하는 데 도움을 줍니다.

팽창, 압축 영구변형, 시간 경과에 따른 화학적 열화

실리콘의 가교 구조는 매체에 대한 팽창을 부피 증가율 5% 이하로 제한하여 네오프렌(15–20%)과 EPDM(10–12%)보다 우수한 성능을 발휘한다. 5년간의 산업용 사이클 동안 실리콘은 고무 대체재의 25–35%에 비해 10% 미만의 압축 영구변형을 유지하여 개스킷 재장착 빈도를 절반으로 줄일 수 있다(Gasket Durability Study 2022).

자외선 및 오존 안정성: 실리콘의 본질적 저항력 vs. EPDM의 외부 환경 내 내구성

실리콘은 안정제 없이도 자외선과 오존에 본질적으로 저항하며, 가속 노화 시험에서 10,000시간 후에도 유연성을 유지한다. EPDM은 탄소흑색 첨가제를 통해 외부 환경 내 내구성을 확보하지만, 저온에서 취성화된다. 해안 지역 설치 시 실리콘은 3년 후에도 표면 균열이 최소(<0.5mm)이며, 보호되지 않은 네오프렌은 2–3mm의 균열이 발생한다.

자동차, HVAC 및 외부 응용 분야에서의 실제 성능

자동차 : 실리콘은 오존 저항성 덕분에 연료 증기 회수 시스템에서 선호되며, 니트릴은 여전히 직접적인 오일 접촉용으로 표준이다
난방, 냉방 및 환기 : EPDM은 덕트 및 옥상 장치에서 비용과 오존 저항성을 균형 있게 제공한다
집 밖의 : 태양광 패널 연결함의 실리콘 씰은 자외선 열화 없이 15년 이상 지속되어 고무 재질 대비 유지보수 비용을 30% 절감한다

실리콘 가스켓의 기계적 특성 및 장기 내구성

역동적 인 부하 에서 팽창력, 찢어지기 저항력, 탄력성

실리콘 개스킷은 일반적으로 인장 강도가 약 4~12MPa 범위이며, 파손되기 전까지 최대 90~100%까지 신축될 수 있습니다. 이러한 특성 덕분에 지속적인 움직임이나 스트레스를 받는 환경에서도 매우 우수한 성능을 발휘합니다. 이 소재는 펌프 및 기타 산업용 기계처럼 진동이 심한 장비의 밀봉 처리에 매우 적합합니다. ASTM D412 시험에 따르면, 실리콘은 영하 -40도 섭씨의 냉각 온도에서도 유연성을 약 85% 정도 유지합니다. 이는 -20도 섭씨 이하에서 딱딱해지며 효과를 잃기 쉬운 니트릴 또는 EPDM 고무와 같은 대체재보다 훨씬 뛰어난 성능입니다.

압축 변형률 및 복원력: 장기간 스트레스 가동 후 성능

실리콘은 150도에서 500시간 동안 압력을 가한 후에도 회복력이 뛰어나며, 압축 변형률이 약 15~25%에 불과합니다. 이는 일반적으로 약 30~50%의 압축 변형을 겪는 EPDM보다 훨씬 우수합니다. 수년간 사용하도록 설계된 플랜지 시스템의 경우, 이러한 복원 특성이 매우 중요한 차이를 만듭니다. 특히 주목할 점은 실리콘의 가교 구조가 영하 60도에서부터 230도까지의 극한 온도에 노출되더라도 영구적인 형태 변화를 저항하는 능력입니다. ASTM D395와 같은 시험 기준을 통해 검증되어, 엔지니어들이 혹독한 조건에서도 장기적인 성능에 대해 신뢰를 가질 수 있습니다.

기계적 및 환경적 스트레스 복합 조건 하의 내구성

자외선, 화학물질 및 반복적인 스트레스가 동시에 작용하는 현장 테스트 결과, 실리콘은 외부에서 장장 5년이 지난 후에도 원래의 밀봉 강도를 약 90% 정도 유지합니다. 그러나 네오프렌의 경우 상황이 다릅니다. 비슷한 실제 조건에서 시험할 경우, 네오프렌은 오존으로 인해 시간이 지남에 따라 성가신 표면 균열이 생기면서 비교적 빠르게 열화되기 시작하여 불과 2년 만에 효율성이 약 40% 감소합니다. 이러한 결과를 바탕으로 많은 엔지니어들은 이제 해양 석유 시추대, 태양광 패널 설치 현장, 산업용 화학 공장처럼 다양한 스트레스가 동시에 가해지는 용도에 실리콘을 선호하게 되었습니다. 대안 제품들과 내구성을 비교해보면 그 이유를 쉽게 이해할 수 있습니다.

실리콘 및 고무 가스켓의 용도별 선택 가이드

의료 및 식품 등급 응용 분야: 안전성과 규정 준수 측면에서 실리콘이 우세한 이유

의료 기기 및 식품 가공 장비의 경우 실리콘은 안전하고 FDA 및 NSF 요건을 충족하기 때문에 가장 선호되는 소재로 각광받고 있습니다. EPDM 또는 니트릴과 같은 다른 소재와 비교해 실리콘이 특별한 이유는 무엇일까요? 실리콘은 미생물이 번식하는 것을 허용하지 않으며 약 135도(화씨 약 275도)의 고온에서도 반복적인 살균 처리를 견딜 수 있고 분해되지 않습니다. 더욱 중요한 점은 실리콘의 뛰어난 안정성입니다. 실리콘은 접촉하는 물질에 유해 화학물질을 방출하지 않기 때문에 병원의 정맥 주사 시스템부터 낙농 공장의 밸브까지 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 오염이 허용되지 않는 산업 분야에서는 이러한 실리콘의 특성이 특히 중요합니다.

자동차 및 산업용 HVAC: 비용, 온도, 화학 물질 노출 간의 균형

자동차 및 HVAC 시스템의 경우, 재료 선택은 부품이 매일 수행해야 하는 기능과 수명이 어느 정도여야 하는지에 크게 좌우됩니다. 니트릴 고무(Nitrile rubber)는 오일에 잘 견디기 때문에 연료 라인의 씰링에 매우 적합하지만, 엔진룸 내 온도가 -50도에서 최대 200도까지 급격히 변하는 고온 환경에서는 실리콘(silicone)이 더 나은 성능을 발휘합니다. 대부분의 사람들은 냉각탑과 같은 야외용 장비에 EPDM을 사용하는데, 이는 비와 햇빛 등 자연환경의 다양한 요소에 잘 견디기 때문입니다. 그러나 정기적으로 150도 이상의 온도에 노출되는 열교환기의 경우 실리콘이 가장 선호되는 선택지가 됩니다. 작년에 발표된 일부 연구에 따르면, 장기간 엔진의 고열에 노출된 후 실리콘은 압축 특성의 약 92%를 유지한 반면, 니트릴은 약 78% 정도만 유지했습니다. 이는 장기적으로 트럭 및 기타 중장비 차량의 교체 빈도를 줄이고 가동 중단 시간을 줄일 수 있음을 의미합니다.

결정 프레임워크: 실리콘 개스킷과 EPDM, 니트릴 또는 네오프렌을 선택해야 할 시기

인자	실리콘의 장점	고무 대체재
온도 범위	-60°C에서 +230°C	EPDM/니트릴: -40°C에서 150°C
화학 물질 노출	산, 염기, 자외선/오존	오일에는 니트릴, 기상 조건에는 EPDM
준수 요구사항	FDA/NSF/의료 등급	제한된 인증
비용 효율성	초기 비용은 높지만 수명 주기 비용은 낮음	초기 비용은 낮지만 수명이 짧음