자동차용 LSR 부품 설계: 내열성, 밀봉 성능 및 오버몰딩 시의 과제

액상 실리콘 고무는 자동차 커넥터, 와이어 하네스, 배터리 시스템, 센서, 전자 부품 하우징 등 온도 변화에도 유연한 밀봉 성능이 필요한 다양한 부품에 널리 사용됩니다.

작고 복잡하며 높은 반복 정밀도를 갖춘 부품을 제작할 수 있는 특성 덕분에 LSR은 특히 다음 분야에 적합합니다:

• 전기 커넥터 씰
• 단선 씰
• 매트 씰
• 레이디얼 씰
• 주변 개스킷
• 케이블 입구 씰
• 캐비티 플러그
• 센서 씰
• 배터리 커넥터 부품
• 플라스틱 및 실리콘 오버몰딩 조립체

하지만 자동차용 LSR 등급을 선정하는 것은 시작에 불과합니다.

성공적인 자동차용 실리콘 부품은 장기간 압축된 후에도 밀봉력을 유지해야 하며, 열 사이클을 견디고, 관련 유체에 대한 내성을 갖추어야 하며, 주변 조립체에 정확하게 맞아야 하고, 성형 과정에서 플래시, 찢어짐 또는 접착 불량 없이 무사히 완성되어야 합니다.

따라서 설계는 LSR 소재, 씰 형상, 결합되는 플라스틱, 금형 구조, 가공 조건 및 최종 작동 환경을 포괄하는 통합 시스템으로서 개발되어야 합니다.

자동차 부품에 LSR이 사용되는 이유

자동차용 밀봉 시스템은 일반 소비자용 실리콘 부품이 결코 접하지 못할 만한 환경에 노출됩니다.

설치 위치에 따라 부품에는 다음과 같은 현상이 발생할 수 있습니다:

• 최고 기온과 최저 기온
• 급격한 온도 변화
• 진동
• 기계적 충격
• 수분
• 먼지
• 도로용 소금
• 세정제
• 자동차용 오일 및 유체
• 반복 조립
• 장기간의 압축
• 좁은 포장 공간
• 전기 절연 요건

LSR은 광범위한 온도 범위에서 유연한 밀봉 및 감쇠 기능을 제공하므로, 자동차 전기·전자 분야에 유용하게 활용될 수 있습니다. 모멘티브(Momentive)는 커넥터 씰, 케이블 씰, 와이어 하네스 씰, 매트 씰, 레이디얼 씰 등을 LSR의 주요 적용 분야로 꼽고 있으며, 다우(Dow)는 커넥터, 웨더팩, 레이디얼 및 주변부 밀봉 용도로 특별히 설계된 자동차용 LSR 등급을 제공하고 있습니다.

LSR 사출 성형은 자동화 생산, 미세한 세부 구조 및 다중 캐비티 금형 제작도 지원합니다. 이러한 특성은 자동차 프로젝트에서 대량 생산과 일관된 씰 치수가 모두 요구될 때 특히 중요합니다.

그러나 소재는 용도에 맞게 선정되어야 합니다. 범용 LSR은 까다로운 자동차 부품에 요구되는 압축 영구 변형률, 내유성, 윤활성 또는 접착 성능을 충족하지 못할 수도 있습니다.

실제 운영 환경부터 시작하세요

자동차용 LSR 부품은 경도와 치수만을 기준으로 설계해서는 안 됩니다.

재료를 선정하거나 씰 형상을 설계하기 전에, 개발 팀은 다음 사항을 정의해야 합니다:

• 최저 작동 온도
• 최대 연속 사용 온도
• 단기 최고 기온
• 예상 열 사이클 수
• 오일, 연료, 냉각수 또는 세정제와의 접촉
• 물, 습기 및 도로용 염화칼슘에의 노출
• 필수 방진·방수 등급
• 압축 시간
• 진동 및 기계적 하중
• 조립 및 분해 빈도
• 전기 절연 요건
• 예상 수명
• 차량 내부 위치
• 인접한 플라스틱 및 금속 소재

승객실 내부의 커넥터 씰은 파워트레인, 배터리 팩 또는 외부 센서 근처의 씰과는 다른 요구 사항을 갖습니다.

표준 실험실 조건에서 도출된 재료 데이터는 완제품의 성능을 입증하는 근거로 간주되어서는 안 됩니다. 검증 시에는 대표적인 부품, 실제 결합 부품 및 해당 용도에 맞는 환경 조건을 사용해야 합니다.

내열성은 단순히 최고 온도만을 의미하는 것이 아닙니다

실리콘은 극한의 온도 조건에서도 유연성을 유지할 수 있는 특성 때문에 흔히 선택됩니다. 그러나 최대 온도만 명시하는 것은 자동차 설계에 있어 충분한 정보를 제공하지 못합니다.

열은 시간이 지남에 따라 여러 가지 특성에 영향을 미칠 수 있습니다:

• 경도
• 연신율
• 인장 강도
• 인열 저항성
• 압축 영구 변형
• 표면 윤활
• 접착 강도
• 색상
• 치수
• 밀봉력

어떤 소재는 단기간의 고온 노출에는 견딜 수 있지만, 압축 상태가 수백 또는 수천 시간 지속되면 점차 밀봉 성능이 저하될 수 있습니다.

따라서 자동차 엔지니어들은 다음 두 가지를 구분해야 합니다:

• 단기 내열성
• 연속 작동 온도
• 열 노화 성능
• 열과 압축이 동시에 가해질 때의 성능
• 열 사이클링 후의 성능
• 플라스틱, 금속 또는 유체와 접촉 시의 성능

일부 자동차용 LSR 등급은 장기간 열에 노출되는 환경을 위해 특별히 개발되었습니다. 모멘티브(Momentive)는 Silopren LSR 3696/25를 장기간 고온에 노출되는 자동차 전기 부품 용도로 설계된 소재라고 설명하는 반면, 다우(Dow)는 난연성 열가소성 수지와 접촉 시 열 노화로 인한 변형을 견딜 수 있도록 설계된 커넥터 씰용 등급을 제공하고 있습니다.

얇은 밀봉 립, 두꺼운 단면 및 접합 부위는 열 노화 과정에서 서로 다른 반응을 보일 수 있으므로, 해당 소재에 대해서는 의도된 부품 형상에서 여전히 검증해야 합니다.

열 사이클링 및 열팽창 차이

자동차용 씰은 일정한 온도에 노출되는 경우가 거의 없습니다.

차량은 다음 구간을 오갈 수 있습니다:

• 추운 야외 환경
• 고속 전기 가열
• 엔진 또는 배터리 발열
• 햇빛이 많이 드는 주차 환경
• 작동 중 냉각
• 매일 반복되는 일일 온도 변화

LSR, 열가소성 기판 및 금속 인서트는 동일한 비율로 팽창하거나 수축하지 않습니다.

두 가지 구성 요소로 이루어진 조립체에서 이러한 불일치는 재료 간의 접합면에 응력을 유발할 수 있습니다. 이로 인해 발생할 수 있는 결과로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 본드 분리
• 가장자리 들어 올리기
• 씰 변형
• 경질 기판의 균열
• 압축 손실
• 차원 이동
• 모서리의 누설 경로

따라서 오버몰딩된 인터페이스는 접합부에 불필요한 박리 응력이 가해지지 않도록 설계되어야 한다.

넓고 지지력이 충분한 접착 면은 반복적인 굽힘 하중을 받는 좁은 가장자리보다 일반적으로 더 신뢰성이 높습니다. 또한 적절한 경우, 특히 화학적 접착력만으로는 충분하지 않을 때 기계적 잠금 장치를 사용할 수도 있습니다.

정밀도가 요구되는 접착 조립체의 경우, 평평한 실험용 시편이 아닌 완성된 성형 부품에 대해 열충격 시험을 수행해야 합니다.

압축 영구 변형 및 장기 밀봉 성능

압축 영구 변형은 자동차용 실리콘 씰의 가장 중요한 특성 중 하나입니다.

씰은 두 개의 맞물리는 표면 사이에 압축되면서 작동합니다. 이러한 압축으로 인해 발생하는 접촉 압력은 수분, 먼지 및 기타 오염 물질을 차단합니다.

시간이 지남에 따라 엘라스토머는 원래의 형태로 되돌아가는 능력을 일부 상실할 수 있습니다. 이런 일이 발생하면, 씰이 겉보기에는 여전히 손상되지 않은 것처럼 보일지라도 밀봉력이 떨어질 수 있습니다.

낮은 압축 변형률은 특히 다음의 경우에 중요합니다:

• 커넥터 씰
• 장기용 하우징 개스킷
• 배터리 밀봉 부품
• 전선 삽입용 씰
• 센서 하우징
• 압축 상태에서 열에 노출된 부품

모멘티브(Momentive)는 실로프렌(Silopren) LSR 3366/50을 고온 환경에서 초저 압축 영구 변형을 구현하기 위해 개발된 자동차용 커넥터 밀봉 소재로 설명합니다. 다우(Dow) 역시 자사의 자동차용 전기 커넥터 밀봉용 LSR 등급 제품의 주요 장점으로 낮은 압축 영구 변형을 꼽고 있습니다.

그러나 압축 영구 변형 데이터만으로는 씰의 성능을 예측해서는 안 됩니다.

실제 결과는 다음 요인들에 의해서도 달라집니다:

• 초기 압축률
• 씰 단면도
• 홈 치수
• 작동 온도
• 압축 시간
• 표면 마감
• 조립 공차
• 재료 경도
• 유체 노출
• 열 사이클링

압축 변형률이 낮은 소재라고 해도, 잘못 설계된 씰 홈이나 불충분한 간섭을 보완할 수는 없습니다.

적절한 압축 수준 설정하기

씰은 안정적인 접촉 압력을 확보할 수 있을 만큼 충분히 압축되어야 하지만, 과도한 압축은 고장을 유발할 수도 있습니다.

압축이 불충분하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

• 낮은 밀봉력
• 누수
• 비균일한 접촉
• 치수 변동에 대한 민감도
• 조립 과정 중 씰의 움직임

과도한 압축은 다음과 같은 결과를 초래할 수 있습니다:

• 높은 조립 힘
• 영구 변형
• 찢어짐
• 좌굴
• 플래시 피해
• 플라스틱 하우징에 가해지는 과도한 응력
• 장기 회복 능력 저하

올바른 압축률은 일률적인 비율이 아니라 씰의 설계와 재질에 따라 달라집니다.

주요 공차 조건은 다음과 같습니다:

• 최소 홈 공간으로 달성 가능한 최대 씰 치수
• 최대 홈 간격을 고려한 최소 밀봉 치수
• 플라스틱 부품의 수축
• 주택의 뒤틀림
• 금형 캐비티의 편차
• 조립 시 정렬 불량
• 열팽창

공구 제작에 앞서 공차 누적 분석을 완료해야 합니다.

이 분석을 통해 씰이 최소 및 최대 재료 조건 모두에서 정상적으로 작동하는지 확인해야 합니다.

씰 단면 설계

자동차용 LSR 씰은 다음과 같은 다양한 형상을 적용할 수 있습니다:

• 원형 구슬
• 직사각형 개스킷
• 방사형 밀봉 리브
• 다중 립 씰
• 벨로우즈 구조
• 매트 씰
• 개별 와이어 씰
• 일체형 하우징 씰

기하학적 구조는 단순히 사용 가능한 공간을 모두 채우는 것이 아니라, 제어된 변형을 제공해야 합니다.

입술을 다물다

얇은 밀봉 립은 비교적 적은 힘으로도 표면의 요철에 밀착될 수 있습니다. 그러나 찢어지거나 접히거나 금형에 손상을 입기 쉬울 수 있습니다.

입술과 본체 사이의 연결 부분에서는 두께가 갑작스럽게 변하지 않도록 해야 합니다.

다중 밀봉 리브

여러 개의 작은 리브는 습기에 대한 다중 방어막을 형성할 수 있습니다. 또한 하나의 매우 큰 리브보다 치수 변동에 더 효과적으로 대응할 수 있습니다.

그러나 각 리브는 결합면에 올바르게 접촉해야 합니다. 조립 과정에서 리브를 고르게 압축할 수 없다면, 리브의 수를 늘려도 성능이 향상되지 않습니다.

코너

개스킷 모서리가 날카로우면 성형 시 유동 불균형이 발생하거나 조립 시 변형이 고르지 않게 나타날 수 있습니다.

부드러운 전환은 다음을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다:

• 응력 집중
• 공기 포집
• 국소적 눈물 흘림
• 자재 흐름이 원활하지 않음
• 일관성 없는 압축

벽 두께

두께 변화가 크면 경화 불균일 및 치수 편차가 발생할 수 있습니다.

이 부품은 가능한 한, 특히 중요한 밀봉면 근처에서 벽 두께가 적절히 균일하도록 설계되어야 합니다.

경도 선정

자동차용 LSR 등급은 다양한 경도 수준으로 제공됩니다. 부드러운 실리콘은 쉽게 변형되어 불규칙한 표면에 밀착되는 반면, 단단한 실리콘은 더 뛰어난 안정성과 압출 저항성을 제공합니다.

더 부드러운 등급의 경우 다음과 같은 특징을 보일 수 있습니다:

• 조립 힘 감소
• 표면 밀착성 향상
• 더 간편한 압축
• 사소한 변동에 대한 밀봉 성능 향상

가능한 단점으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 찢어질 위험이 더 높음
• 더 큰 변형
• 취급이 까다로운
• 씰 롤링 또는 접기
• 저차원 안정성

더 어려운 난이도의 수업은 다음과 같은 이점을 제공할 수 있습니다:

• 더 나은 핸들링
• 더 안정적인 형상
• 씰 변위에 대한 내성이 더 높음
• 얇은 요소에 대한 지원 강화

가능한 단점으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 더 높은 조립 힘
• 주택에 가해지는 하중 증가
• 적응도 저하
• 허용 오차 변동에 대한 민감도 증가

다우의 자동차용 커넥터 씰 제품군에는 쇼어 A 경도 30 및 50과 같이 다양한 쇼어 A 경도 수준의 소재가 포함되어 있으며, 이는 경도가 단일 표준값에 따라 결정되는 것이 아니라 씰과 조립 방식에 따라 선정된다는 점을 보여줍니다.

최종 결정은 조립 힘 측정, 누설 시험 및 열 노화 시험을 포함한 포괄적인 부품 시험 결과를 바탕으로 내려져야 합니다.

커넥터 조립용 자가 윤활 LSR

자동차용 커넥터 씰은 단자, 전선 또는 결합 부품이 이를 통과할 때 종종 마찰을 일으킵니다.

마찰이 심하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

• 조립이 까다롭다
• 씰 변위
• 찢어진 밀봉 립
• 전선 손상
• 커넥터 삽입 불량
• 생산 라인의 높은 작업 강도
• 조립 불일치

자가 윤활성 LSR 등급은 삽입력을 줄여주고 자동 조립을 지원합니다.

다우(Dow)는 커넥터 및 레이디얼 씰용 오일 충전형 자가윤활 자동차용 LSR 소재를 제공하는 반면, 모멘티브(Momentive)는 자가윤활 LSR이 자동차용 통합 커넥터 밀봉 및 조립 힘 감소에 유용하다고 설명한다.

윤활 시스템은 여전히 신중하게 평가해야 합니다.

엔지니어들은 다음 사항을 고려해야 합니다:

• 윤활 효과가 나타나기까지 걸리는 시간
• 표면 이동량
• 장기적 안정성
• 인접한 플라스틱과의 호환성
• 전기 접점에 미치는 영향
• 접착에 미치는 영향
• 먼지 흡착
• 포장 및 보관 조건
• 조립-힘 일관성

삽입을 용이하게 하는 윤활제는 커넥터의 다른 부분에 오염 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서 실리콘 부품만 평가하는 것이 아니라 전체 조립품을 테스트해야 합니다.

자동차용 유체에 대한 내성

일반 실리콘은 뛰어난 내열성과 유연성을 갖추고 있지만, 모든 자동차 유체에 장기간 노출되는 경우에는 최선의 선택이 아닐 수도 있습니다.

잠재적인 노출 경로는 다음과 같습니다:

• 엔진 오일
• 변속기 오일
• 연료
• 냉각수
• 브레이크 오일
• 세정제
• 그리스
• 배터리 관련 유체
• 도로 오염 물질

유체에 노출되면 다음과 같은 증상이 나타날 수 있습니다:

• 부기
• 연화
• 경화
• 인장 강도의 저하
• 치수 변화
• 밀봉 압력 감소
• 본드 열화

연료, 오일 또는 부식성이 강한 화학물질이 사용되는 용도의 경우, 플루오로실리콘이나 기타 특수 엘라스토머가 더 적합할 수 있습니다.

다우는 자동차 연료, 오일 및 화학 물질에 대한 내성을 갖도록 설계된 불소계 LSR 등급을 선정했습니다.

재질 선정은 구체적인 유체, 온도, 농도 및 노출 시간을 고려하여 이루어져야 합니다. 간단한 비산 시험은 고온 환경에서의 장기간 침지 조건과 동일하게 간주될 수 없습니다.

오버몰딩이 사용되는 이유

기존의 자동차용 밀봉 어셈블리의 경우, 경질 플라스틱 부품과 별도로 제조된 실리콘 씰이 필요할 수 있습니다.

따라서 인장은 다음과 같아야 합니다:

• 제작
• 검토됨
• 이송됨
• 저장됨
• 방향성
• 조립됨
• 올바른 배치 여부 확인됨

LSR 오버몰딩을 통해 씰을 플라스틱 또는 금속 부품에 직접 일체화할 수 있습니다.

기대되는 이점은 다음과 같습니다:

• 별도의 구성 요소가 적음
• 조립 공정 간소화
• 씰 누락 위험 감소
• 더 일관된 씰 위치 조정
• 컴팩트한 부품 설계
• 자동화 생산
• 하드-소프트 통합 개선

모멘티브(Momentive)는 PBT를 비롯한 열가소성 수지 기판 위에 밀봉 부재를 직접 성형할 수 있게 해주는 자가 접착형 LSR 시스템을 소개하며, 이를 통해 별도의 밀봉 어셈블리를 대체할 가능성이 있다고 설명합니다.

그러나 오버몰딩은 접착력, 기판 온도, 치수 안정성 및 금형 설계와 관련된 추가적인 과제를 야기합니다.

화학적 접착 대 기계적 맞물림

오버몰딩된 LSR 부품은 다음 방법을 통해 고정할 수 있습니다:

• 화학적 결합
• 프라이머를 이용한 접착
• 플라즈마 또는 표면 처리
• 기계식 연동 장치
• 이러한 방법들의 조합

자가 접착형 LSR

자가접착형 LSR은 성형 과정에서 별도의 프라이머를 도포하지 않아도 특정 열가소성 수지나 금속에 접착될 수 있습니다.

이를 통해 생산 공정을 간소화하고 처리 단계를 줄일 수 있습니다. 하지만 “자가 접착’이라고 해서 이 소재가 모든 플라스틱에 똑같이 잘 접착된다는 의미는 아닙니다.

모멘티브(Momentive)에 따르면, 일부 셀프 본딩 LSR 등급은 PBT, 폴리카보네이트 및 특정 폴리에스터와 같은 기판에 접착될 수 있으나, 접착력은 구체적인 LSR 및 기판 시스템에 따라 달라진다고 합니다.

프라이머를 이용한 접착

프라이머나 접착제를 사용하면 직접 접착만으로는 충분하지 않은 경우 접착력을 높일 수 있습니다.

가능한 단점으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 추가 공정 단계
• 건조 요건
• 신청 방법의 차이
• 오염 위험
• 사용이 제한되는 지역
• 환경 제어 요구 사항
• 추가 검증

기계식 연동 장치

기계적 구조를 통해 실리콘을 물리적으로 고정할 수 있습니다.

예를 들면 다음과 같습니다:

• 관통 구멍
• 언더컷 채널
• 유지 슬롯
• 천공
• 캡슐화된 갈비
• 서로 맞물리는 기둥

기계적 고정 방식은 안정적인 화학적 결합을 달성할 수 없는 경우에 유용하지만, 공구의 복잡성을 높이고 유동 경로를 어렵게 만들 수도 있습니다.

잘 설계된 부품은 LSR을 지나치게 얇거나 긴 채널을 통과시키지 않으면서도, 종종 기계적 고정 방식을 보조 수단으로 활용합니다.

기판 호환성 문제

자동차 분야에 사용되는 열가소성 부품에는 다음이 포함될 수 있습니다:

• 유리 섬유
• 난연제
• 안료
• 이형제 첨가제
• 윤활제
• 보강용 충전재
• 재활용 원료 함량
• 기타 가공 보조제

이러한 성분들은 LSR의 접착력에 영향을 미칠 수 있습니다.

같은 일반적인 폴리머 명칭으로 분류되는 두 가지 플라스틱이라도, 그 조성 및 표면 상태가 다르기 때문에 접착 결과가 달라질 수 있습니다.

접착력이 약해지는 잠재적인 원인으로는 다음이 있습니다:

• 호환되지 않는 수지 배합
• 이형제 잔류물
• 표면 오염
• 낮은 기판 온도
• 경화 시간이 부족함
• 플라스틱 내의 수분
• 성형 후 과도한 보관
• 첨가제 이동
• LSR 등급 오류
• 접착 면적이 불충분함

접착 시험에는 실제 양산용 열가소성 수지를 사용해야 합니다. 충전재가 첨가되지 않은 실험실용 수지만으로 시험을 진행할 경우, 최종 자동차 기판의 특성을 제대로 반영하지 못할 수 있습니다.

플라스틱 공급업체, 색상, 충전재 시스템 또는 난연제 배합에 대한 변경 사항도 시행 전에 검토해야 합니다.

오버몰딩 시 열 관리

LSR은 경화 과정에서 일반적으로 가열된 금형이 필요한 반면, 많은 열가소성 수지는 열에 노출되면 연화되거나 변형되거나 수축할 수 있습니다.

이로 인해 프로세스 충돌이 발생합니다.

금형은 LSR을 효율적으로 경화시킬 수 있을 만큼 충분히 뜨거워야 하지만, 삽입물을 손상시킬 정도로 과도하게 뜨거워서는 안 됩니다.

가능한 결함으로는 다음이 있습니다:

• 뒤틀린 플라스틱 삽입물
• 차원 이동
• 표면 표시
• 평탄도 저하
• 변위 삽입
• 접착 강도 저하
• 과도한 사이클 시간

디자인 팀은 다음 사항을 고려해야 합니다:

• 플라스틱의 열변형 거동
• 삽입-벽 두께
• 금형 온도
• LSR 경화 온도
• 노출 시간
• 게이트 위치
• 삽입 지원
• 클램핑 압력
• 분사 전 냉각

저온 경화 또는 속경화형 자가 접착 LSR 등급은 특정 오버몰딩 응용 분야에서 열 응력을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 모멘티브(Momentive)는 1단계 경화 및 비교적 짧은 성형 주기를 위해 고안된 자가 접착 LSR 기술을 설명하고 있습니다.

실제 공정 범위는 여전히 공구 시험을 통해 확정되어야 합니다.

인서트의 이동 및 변형 방지

오버몰딩 공정 중, 액상 실리콘이 압력을 받아 금형 캐비티로 유입됩니다. 얇거나 지지력이 부족한 플라스틱 인서트는 이동하거나 휘어질 수 있습니다.

이로 인해 다음과 같은 결과가 발생할 수 있습니다:

• 실리콘 두께가 고르지 않음
• 노출된 기판
• 플래시
• 잘 맞지 않는 씰
• 가변 채권 라인
• 손상된 인서트

금형은 기능 표면을 손상시키지 않으면서 인서트를 정밀하게 위치시켜야 합니다.

가능한 위치 파악 방법으로는 다음이 있습니다:

• 기준면
• 지지 핀
• 중첩 기능
• 진공 유지
• 기계식 클램핑
• 로봇용 배치 고정구

인서트 설계 단계부터 안정적인 위치 결정 기능을 포함시켜야 합니다. 전용 기준면 없이 불규칙한 형태의 완제품을 고정하려고 하면 생산 결과의 일관성이 떨어질 수 있습니다.

LSR 금형 설계의 과제

LSR은 매우 미세한 표면 디테일을 재현할 수 있으며 좁은 틈새로도 흘러들어갈 수 있습니다. 이는 정밀 성형에 유용하지만, 플래시 제어가 어려워집니다.

공구 선정 시 고려해야 할 주요 사항으로는 다음이 있습니다:

• 분할선 정밀도
• 감정 털어놓기
• 게이트 위치
• 콜드 러너 설계
• 차단면
• 위치 삽입
• 이젝션 전략
• 표면 마감
• 진공 보조
• 열 균형

플래시 제어

플래시는 이형선, 인서트 주변 및 이동식 금형 부위 근처에서 발생할 수 있습니다.

중요한 밀봉 립에 플래시가 발생하면 누출이나 조립 문제가 발생할 수 있습니다.

도면에는 엄격한 플래시 제한이 필요한 구역과, 사소한 잔여 플래시가 허용되는 비기능 구역을 명확히 표시해야 합니다.

감정 털어놓기

구멍 속에 갇힌 공기는 다음과 같은 문제를 일으킬 수 있습니다:

• 단거리 샷
• 그을린 자국
• 결합이 약한 영역
• 밀봉 립이 불완전함
• 표면 결함

통풍구는 허용할 수 없는 수준의 실리콘 과잉 성형물이 발생하지 않도록 공기가 빠져나갈 수 있게 해야 합니다.

게이트 위치

게이트는 균일한 충진을 가능하게 해야 하며, 중요한 밀봉 면이 손상되지 않도록 해야 합니다.

게이트 배치가 부적절할 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

• 용접선
• 공기 포집 장치
• 불균일한 유량
• 제팅
• 눈에 띄는 게이트 자국
• 얇은 입술의 변형

탈형

LSR은 유연하지만, 정교한 밀봉 부위는 탈형 과정에서 여전히 찢어질 수 있습니다.

부품에는 제어된 이완 경로가 마련되어야 합니다. 깊은 역방향 형상과 지지대가 없는 얇은 리브는 최소화해야 합니다.

경화 억제 및 오염

백금 가교 LSR은 특정 오염 물질에 민감할 수 있습니다.

오염은 경화 과정을 방해하여 다음과 같은 현상을 일으킬 수 있습니다:

• 끈적거리는 표면
• 부분적으로 경화된 부분
• 낮은 기계적 강도
• 채권 부도
• 표면 결함

잠재적인 원인으로는 호환되지 않는 화학 물질, 세정제의 잔류물, 특정 고무 화합물, 그리고 장갑, 도구 또는 포장재에서 옮겨진 물질 등이 포함될 수 있습니다.

자동차 생산을 체계적으로 관리하기 위해 제조사는 다음 사항을 관리해야 합니다:

• 원자재 보관
• 혼합 장비
• 곰팡이 제거
• 삽입 처리
• 프라이머 도포
• 생산 라인 분리
• 공구 유지보수
• 운영자 절차

원인을 알 수 없는 국부적인 경화 결함이 발생할 경우, 단순히 온도나 경화 시간을 늘리는 방식으로만 수정하기보다는 잠재적인 오염 문제로 간주하여 조사해야 합니다.

치수 공차 및 수축

자동차용 커넥터 부품은 대개 기능적 치수가 매우 엄격하게 정해져 있습니다.

LSR 치수는 다음 요인의 영향을 받을 수 있습니다:

• 재료 배합
• 금형 온도
• 경화 시간
• 동굴 내 압력
• 후경화
• 부품 형상
• 탈형 변형
• 움직임 삽입
• 보관 조건

도면에서는 다음을 구분해야 합니다:

• 중요한 밀봉 치수
• 조립 치수
• 미용적 측면
• 기준 치수

모든 형상에 불필요하게 엄격한 공차를 적용하면 제품 성능은 향상되지 않으면서 금형 비용과 검사 난이도만 높아질 수 있습니다.

오버몰딩 부품의 경우, 플라스틱 인서트의 공차와 LSR의 공차를 함께 분석해야 합니다.

자동차용 LSR 부품의 검증

완전한 검증 계획에는 다음이 포함될 수 있습니다:

• 치수 검사
• 경도 시험
• 육안 검사
• 플래시 평가
• 인장 또는 인열 시험
• 압축 영구 변형 시험
• 누설 시험
• Ingress 테스트
• 조립 시 힘 측정
• 인발 또는 박리 접착력 시험
• 열 노화
• 열 사이클링
• 습도에의 노출
• 진동 시험
• 유체 침지
• 염분 또는 환경적 노출
• 전기 절연 시험
• 장기 보관 평가

구체적인 시험 프로그램은 해당 부품의 기능, 고객 요구 사항 및 적용 가능한 자동차 규격을 따르도록 해야 합니다.

시험에는 양산용 소재, 금형, 삽입물 및 공정 조건을 사용해야 합니다. 다른 소재나 공정을 통해 제작된 시제품은 초기 설계 검사에 유용할 수 있으나, 최종 양산 검증 과정을 대체해서는 안 됩니다.

자동차용 LSR 설계 시 흔히 범하는 실수

경도만을 기준으로 재료 선정하기

쇼어 A 경도가 동일한 두 가지 소재라도 압축 영구 변형, 인열, 윤활성, 접착성 및 열노화 성능은 서로 다를 수 있습니다.

용차 누적 무시

명목상으로는 올바른 씰이라도 가장 작은 씰을 가장 큰 홈에 조립할 경우 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.

지지가 전혀 없는 극도로 얇은 입술 사용하기

얇은 입술은 형상 일치도를 높일 수 있지만, 성형 및 조립 과정에서 접히거나 찢어지거나 손상될 수 있습니다.

모든 플라스틱이 똑같이 접착된다고 가정할 때

플라스틱 첨가제, 충전제, 안료 및 가공 이력은 오버몰딩의 접착력에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

본드 라인에 박리 응력 가하기

인터페이스는 노출된 가장자리에 집중되기보다는 넓은 영역에 걸쳐 하중이 분산될 때 일반적으로 더 안정적입니다.

성형 시 소성 변형 무시

열가소성 인서트는 오버몰딩 전 치수가 정확했더라도, 가열된 LSR 금형 내부에서 뒤틀릴 수 있습니다.

연료나 오일 근처에서 범용 LSR 사용

유체에 노출되는 경우, 특수한 내유성 또는 플루오로실리콘 등급이 필요할 수 있습니다.

실온에서만 유효함

자동차용 씰은 관련 열노화, 열충격 및 유체 노출 시험을 거친 후 테스트해야 합니다.

기능성 표면에서 플래시 허용

작은 돌기가 밀봉, 단자 삽입 또는 커넥터 조립에 방해가 될 수 있습니다.

재검증 없이 재료 변경하기

LSR, 안료, 플라스틱 기판 또는 이형제 시스템의 변경은 치수, 경화 또는 접착력에 영향을 미칠 수 있습니다.

실무 개발 프로세스

체계적인 프로세스는 금형 교체 횟수와 검증 실패를 줄이는 데 도움이 됩니다.

1단계: 애플리케이션 정의하기

온도, 유체 노출, 밀봉 대상, 사용 수명 및 조립 조건을 확인하십시오.

2단계: 후보 자재 선정

경도, 압축 영구 변형률, 열노화 성능, 윤활성, 내유성 및 접착력을 비교하십시오.

3단계: 씰 형상 검토

압축, 홈 채움, 밀봉 리브, 모서리, 벽 두께 및 조립 방향을 평가하십시오.

4단계: 공차 분석 완료

모든 LSR, 플라스틱 및 하우징 공차를 적용하여 최소 및 최대 압축률을 계산하십시오.

5단계: 기판 호환성 테스트

접착 시험 시 실제 생산에 사용되는 플라스틱 등급, 안료 및 충전재 시스템을 사용하십시오.

6단계: 금형 및 인서트 위치 설계

게이팅, 벤팅, 분할선, 차단부, 지지점 및 탈형을 확인하십시오.

7단계: 대표 표본 추출

시제품 제작 시에는 양산용 LSR, 인서트 및 성형 매개변수를 사용해야 합니다.

8단계: 기능 테스트 수행

환경 노화 시험을 실시하기 전에 누출, 조립 힘, 접착력 및 치수를 평가하십시오.

9단계: 환경 검증 완료

열 노화, 열 사이클링, 진동 및 관련 유체 노출 시험.

10단계: 프로덕션 구성 고정하기

재료 등급, 색상, 기판, 금형, 공정 매개변수 및 검사 기준을 관리합니다.

자동차용 LSR 제조업체에 물어봐야 할 질문들

자동차용 실리콘 프로젝트를 시작하기 전에 구매 담당자는 다음 사항을 확인해야 합니다:

1. 해당 작동 온도에 어떤 등급의 LSR을 사용하는 것이 권장됩니까?
2. 어떤 압축 영구 변형 데이터가 제공되나요?
3. 이 소재는 자가 윤활성이 있습니까?
4. 유류 또는 연료 내성이 필요한가요?
5. LSR이 선택한 플라스틱에 접착될 수 있습니까?
6. 정확한 플라스틱 등급에 대한 시험이 이루어졌습니까?
7. 프라이머 처리나 플라즈마 처리가 필요한가요?
8. 기계적 고정 장치를 적용할 수 있습니까?
9. 성형 과정에서 인서트는 어떻게 위치하게 되나요?
10. 어떤 플래시 제한을 유지할 수 있나요?
11. 중요한 밀봉 치수는 어떻게 검사할 예정입니까?
12. 조립 하중 시험을 수행할 수 있습니까?
13. 열 노화 및 유체 노출 시료도 제공해 주실 수 있나요?
14. 재료 및 공정 변경은 어떻게 관리됩니까?
15. 이 공정이 자동차 생산 물량과 추적성을 뒷받침할 수 있습니까?

결론

자동차용 LSR 부품 설계에는 내열성 실리콘을 선택하는 것 이상의 과정이 필요합니다.

안정적인 성능은 다음 요소들 간의 관계에 달려 있습니다:

• 재료 특성
• 압축 영구 변형
• 씰 형상
• 조립 공차
• 열 사이클링
• 유체 노출
• 표면 윤활
• 플라스틱 기판과의 호환성
• 오버몰딩 접착력
• 금형 정밀도
• 생산 관리

독립형 씰의 경우, 예상 수명 기간 내내 접촉 압력을 유지하는 것이 가장 중요합니다.

오버몰딩 부품의 경우, 해당 프로젝트에서는 경질-연질 경계면에서의 접착력, 삽입물의 안정성, 소성 변형 및 응력도 제어해야 합니다.

금형 제작에 착수하기 전에 자동차 고객사, 부품 설계자, 소재 공급업체, 금형 제작업체 및 LSR 제조업체가 해당 적용 사례를 검토할 때 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.

제조 적합성(DFM)을 조기에 분석하면 금형 수정 횟수를 줄이고, 접착 불량을 방지하며, 완성된 부품이 실제 자동차 주행 조건에서도 밀봉 성능을 유지하도록 보장하는 데 도움이 됩니다.

자주 묻는 질문

왜 자동차 커넥터 씰에 LSR이 사용되나요?

LSR는 작고 유연하며 반복 정밀도가 높은 밀봉 부품을 생산할 수 있습니다. 엄선된 자동차용 등급 제품은 낮은 압축 영구 변형률, 자가 윤활성 및 열 노화 저항성을 갖추고 있습니다.

자동차용 LSR 씰에서 가장 중요한 특성은 무엇입니까?

모든 용도에 적용되는 단일한 특성은 없습니다. 압축 변형률, 경도, 내열성, 인열 강도, 내유성 및 치수 안정성을 종합적으로 평가해야 합니다.

더 부드러운 LSR이 항상 더 우수한 밀봉 성능을 보장할까요?

아닙니다. 경도가 낮은 LSR은 형상에 더 잘 밀착되지만, 조립 과정에서 변형되거나 찢어지거나 위치가 어긋날 수도 있습니다. 경도는 씰의 형상과 압축 정도에 맞춰야 합니다.

LSR을 자동차용 플라스틱 부품에 직접 성형할 수 있습니까?

네. 자가 접착형 또는 프라이머 처리형 LSR은 특정 열가소성 수지에 오버몰딩할 수 있습니다. 호환성은 실제 생산에 사용되는 정확한 플라스틱 등급을 사용하여 반드시 확인해야 합니다.

어떤 플라스틱이 자가 접착성 LSR과 접착될 수 있나요?

일부 자가 접착성 LSR 소재는 PBT, 폴리카보네이트 및 특정 폴리에스터와 같은 플라스틱과 접착될 수 있습니다. 결과는 정확한 소재 조성, 표면 상태 및 성형 공정에 따라 달라집니다.

표준 LSR은 자동차 연료와 오일에 내성이 있습니까?

일반 실리콘은 모든 연료나 오일과 장기간 접촉할 경우 충분한 내성을 보장하지 못할 수 있습니다. 이에 따라 특수 내유성 LSR 또는 플루오로실리콘이 필요할 수 있습니다.

오버몰딩된 LSR 씰이 플라스틱에서 분리되는 이유는 무엇일까요?

가능한 원인으로는 기판 재료의 비호환성, 오염, 기판 온도 부족, 불충분한 경화, 접착 면적 부족, 과도한 박리 응력 또는 플라스틱 배합 성분의 변화 등이 있습니다.

LSR 밀봉 부품에서 플래시를 어떻게 줄일 수 있을까요?

플래시 제어는 정확한 금형 폐쇄, 안정적인 인서트 위치 결정, 적절한 배기, 제어된 사출 매개변수, 그리고 기능 표면에 대한 명확히 정의된 플래시 허용 한도에 달려 있습니다.

열 노화 처리를 마친 부품은 테스트를 거쳐야 할까요?

네. 자동차용 밀봉 성능은 실온에서뿐만 아니라, 관련 열노화, 열충격 및 유체 노출 시험을 거친 후에 평가해야 합니다.

견적 요청 시 어떤 정보가 필요한가요?

유용한 정보로는 2D 및 3D 도면, 용도, 온도 범위, 유체 노출 조건, 밀봉 요구 사항, 플라스틱 또는 금속 인서트 세부 사항, 목표 경도, 연간 생산량 및 시험 요구 사항 등이 있습니다.