유압 시스템의 밀봉 기술 및 재료 선택

밀봉은 유압 시스템이 원활하게 작동하도록 유지하는 핵심 요소입니다. 실린더나 피스톤에서 발생하는 오일 누출, 또는 내부로 유입되는 이물질은 전체 시스템의 수명을 단축시키고 효율을 저하시킵니다.

오일의 외부 누출과 이물질의 유입을 방지하기 위해 산업계는 다양한 밀봉재, 기술 및 방법을 개발해 왔습니다. 각각은 고유한 강점이 있습니다. 일부 극한 조건의 작업 환경에서는 단일 밀봉재만으로는 충분하지 않으므로, 엔지니어들은 종합적인 밀봉 시스템을 적용합니다.

밀봉 시스템의 선택 및 사용

밀링 시스템은 일반적으로 전체적인 우수한 성능을 제공하기 위해 함께 작동하는 여러 개의 특수 밀링 부재로 구성됩니다. 고압 실린더 밀링 시스템은 보통 네 부분으로 구성되며, 이는 와이퍼(wiper), 로드 실(g rod seal, 또는 주 밀링 부재), 버퍼 실(buffer seal, 또는 보조 밀링 부재), 그리고 가이드 링(guide ring)입니다. 피스톤 밀링 시스템은 일반적으로 주 밀링 부재와 가이드 링만으로 구성됩니다.

현재 유압 밀링 부재에 가장 흔히 사용되는 네 가지 재료는 폴리우레탄(PU), 니트릴 고무(NBR), 플루오로고무(FKM), 그리고 PTFE입니다.

적절한 재료 선택 방법

재료 선택은 작동 조건에 따라 달라집니다. 서로 다른 화학 물질은 각 재료와 다르게 반응하며, 일부 재료는 높은 압력 또는 온도를 견딜 수 있습니다.

또한 재료는 압력에 의해 변형되어 밀려나는 것을 방지해야 합니다. 따라서 적절한 재료 선택은 항상 구체적인 작업 조건에 따라 달라집니다.

다음은 가장 일반적으로 사용되는 밀링 재료와 그 특성입니다.

1. 폴리우레탄(PU)

폴리우레탄은 화학 구조 내에 여러 개의 우레탄 기를 포함하는 강력한 플라스틱 재료이다. 이는 열가소성 엘라스토머의 일종이다. 폴리우레탄은 부분적으로는 단단한 플라스틱처럼, 또 부분적으로는 고무처럼 작용하여 이 두 재료 사이의 성질적 공백을 메운다.

이 재료의 특성은 주로 세 가지 원료—폴리올(polyol), 디이소시아네이트(diisocyanate), 체인 익스텐더(chain extender)—에서 비롯된다. 각 원료의 종류와 함량, 그리고 이들 간의 반응 방식이 최종 성능을 결정한다. 폴리우레탄은 일반적으로 다음의 특성을 제공한다:

· 높은 기계적 강도

· 높은 인장 강도

· 매우 우수한 마모 저항성

· 뛰어난 유연성

· 넓은 범위에서 조절 가능한 강성

· 탄성은 유지하면서도 광범위한 경도 조절 가능

· 오존 및 노화에 대한 우수한 저항성

· 마모 및 찢어짐에 대한 뛰어난 저항성

·오일 및 가솔린에 대한 우수한 내성

온도 범위: -30~80°C. 특수 고성능 등급은 광물유에서 장기간 110℃까지 견딜 수 있습니다.

2. 니트릴 고무(NBR)

NBR은 부타디엔과 아크릴로니트릴로 제조됩니다. 아크릴로니트릴(ACN) 함량은 그 특성을 크게 변화시킵니다:

·탄성

·저온 인성

·가스 투과성

·압축 영구변형률

·광물유, 그리스 및 연료에 대한 팽윤 저항성

ACN 함량이 낮은 NBR은 저온(-45°C 정도까지)에서 매우 유연하지만 오일 및 연료에 대한 내성은 중간 수준입니다. ACN 함량이 높은 NBR은 오일 및 연료에 대한 내성이 최고이지만, 단

-3℃까지 유연성을 유지합니다. ACN 함량이 증가함에 따라 탄성은 감소하고 압축 영구변형률(compression set)은 악화됩니다.

NBR의 주요 특성은 다음과 같습니다:

·지방족 탄화수소, 그리스, HFA/HFB/HFC 내화성 유압유, 식물성 및 동물성 오일, 경질 연료 및 디젤 연료에 대한 팽윤 저항성

·배관 등에서 사용되는 100℃ 이하의 고온수, 약산 및 약알칼리에 대한 내성

·고방향족 연료에 대한 중간 수준의 내성

방향족 탄화수소, 염소화 탄화수소, HFD 내화성 유류, 에스터, 극성 용매 및 글리콜 브레이크 유체에서는 크게 팽윤됩니다.

사용 온도 범위: -40℃ ~ 100℃ (단시간 최대 130℃까지 가능). 특수 배합 제품은 저온에서 -55℃까지 사용 가능합니다. 상한 온도를 초과하면 재료가 경화됩니다.

3. 플루오로고무(FKM)

FKM은 비닐리덴 플루오라이드(VF)를 헥사플루오로프로필렌(HFP), 테트라플루오로에틸렌(TFE) 및 기타 성분과 다양한 비율로 혼합하여 제조됩니다.

혼합 조성 및 불소 함량(65%~71%)이 화학약품 저항성 및 저온 내성을 결정합니다. 다아민, 비스페놀 또는 유기 과산화물로 가황할 수 있습니다.

FKM는 다음 특성으로 유명합니다:

·탁월한 고온 저항성

·우수한 오일, 휘발유, 유압 오일 및 탄화수소계 용매에 대한 내성

·좋은 내화성

·매우 낮은 가스 투과성

·극성 용매, 케톤, Skydrol 계열의 내화성 유압 오일 및 브레이크 유체에서의 팽윤이 매우 큼

사용 온도 범위: 약 -20~200℃(단시간 최대 230℃). 특수 등급은 -50~200℃까지 가능합니다.

4. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)

PTFE는 테트라플루오로에틸렌으로 제조됩니다. 이 비탄성 재료는 다음과 같은 특성으로 특별합니다:

·표면이 매우 매끄럽고 안정적임

·200℃까지 무독성입니다. ·거의 모든 다른 표면에 대해 극도로 낮은 마찰 계수를 가지며, 정적 마찰과 동적 마찰 계수가 거의 동일합니다.

·탁월한 전기 절연성(주파수, 온도, 기상 조건의 영향을 거의 받지 않음).

·기타 모든 플라스틱 또는 고무보다 우수한 화학 저항성.

·고온에서 액체 알칼리 금속 및 일부 불소 화합물에만 공격받습니다.

작동 온도 범위: -200℃ ~ 260℃. 매우 낮은 온도에서도 일정 수준의 유연성을 유지하므로 극한의 저온 환경에서 광범위하게 사용됩니다.

pTFE는 탄성이 낮고 시간이 지남에 따라 크리프 현상이 발생하기 때문에, 대부분의 유압 실링 부품은 립(lip)을 단단히 유지하기 위해 스프링 또는 고무 부품과 병용됩니다.

유압 실린더에서 일반적인 실링 설계

유압 실린더에서 가장 흔히 사용되는 실링 유형들입니다.

1. 피스톤 실링

·피스톤과 실린더 튜브 사이의 밀봉 — 실린더가 정상적으로 작동하기 위해 매우 중요합니다.

·가장 일반적인 설계는 립 실드(lip seal)이지만, O-링(O-rings) 또는 T-실드(T-seals)도 사용됨

·낮은 마찰을 유지하면서도 밀봉 성능을 확보해야 함

·용도에 따라 다양한 재료로 제작됨

·시스템 압력이 립(lip)을 단단히 눌러 밀봉하도록 해야 함

2. 와이퍼(Dust Seals)

·진흙, 물, 먼지 및 이물질 유입을 방지하기 위한 강력한 스크래핑 작동

·로드(retracts)가 수축할 때 오일 필름을 시스템 내부로 다시 훑어 넣음

·주요 실드를 보호하여 수명을 연장함

·대개 내마모성이 뛰어난 폴리우레탄(polyurethane)으로 제작됨

·연결 핀(linkage pins)의 그리스 실드(grease seals)로도 자주 사용됨

3. 로드 실링

· 시스템에서 유출되는 오일을 차단

· 저압 및 고압 조건 모두에서 우수한 성능을 발휘해야 함

· 뛰어난 압출 저항성과 내마모성을 필요로 함

· 오일 필름을 시스템 내부로 다시 유도해야 함

· 일반적으로 최대 31.5 MPa의 압력을 견딤

4. 버퍼 실링

· 갑작스러운 고압 충격을 흡수

· 로드 실링을 압력 급증으로부터 보호

· 실링 사이에 갇힌 압력을 방출하여 로드 실링의 수명을 연장하고, 압출 없이 더 넓은 간극을 허용함. 또한 매우 뛰어난 내마모성을 갖춤.

5. 가이드 링(마모 밴드)

· 실린더 내부의 금속 부품들이 서로 접촉하는 것을 방지

· 피스톤 로드와 피스톤을 중심에 유지

· 실링 부품의 수명 연장에 기여

6. O-링

· 정적(비운동) 실링에 가장 일반적으로 사용

· 반경 방향 또는 축 방향으로 압축되어 밀봉

· 양방향 작동 가능

· 힘 전달용 또는 주요 밀봉용으로 사용 가능

· 자체 밀봉 구조—추가 압력 또는 속도가 필요 없음

밀봉 기술은 유압 시스템의 신뢰성, 장수명 및 효율성의 핵심입니다. 단일 재료를 선택하는 것에서부터 완전한 다부품 시스템을 설계하는 데 이르기까지, 모든 선택은 정확한 압력, 온도 및 작동 조건에 정확히 부합해야 합니다.