실리콘 제품은 왜 갈라질까요? 실리콘 제품은 뛰어난 탄성, 내열성, 화학적 안정성으로 인해 의료, 전자, 주방용품, 산모 및 유아용품 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 실제 사용 또는 생산 과정에서 실리콘 제품의 갈라짐 현상이 종종 발생하여 제품 성능에 영향을 미칠 뿐만 아니라 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 우리는 실리콘 제품의 갈라짐의 핵심 원인을 원자재 품질, 생산 공정, 사용 환경 및 설계 구조의 네 가지 측면에서 심층적으로 분석하여 업계 종사자와 소비자에게 과학적인 참고 자료를 제공할 것입니다.
1. 원자재 품질: 열등한 고무 재료의 "선천적 결함"
실리콘 제품의 성능은 원자재의 품질에 직접적으로 달려 있습니다. 재활용 재료, 도핑된 실리콘 파우더 또는 낮은 순도의 실리카겔을 사용하면 제품의 인열 강도가 부족해져 약간의 외부 힘에도 균열이 발생합니다. 예를 들어, 일부 제조업체는 비용 절감을 위해 접착제에 많은 양의 실리콘 파우더를 첨가하여 원래 인열 강도 기준을 충족하지 못하는 재료가 더욱 취약해지도록 합니다. 또한, 고무 재료 혼합 과정에서 기포나 불순물이 완전히 제거되지 않으면 제품 내부에 응력 집중 지점이 형성되어 균열의 "퓨즈"가 됩니다.
주요 지표: 고품질 실리콘의 인열 강도는 ≥ 30kN/m, 인장 강도는 ≥ 8MPa 이상이어야 하며, FDA 및 LFGB와 같은 식품 등급 인증을 통과해야 합니다. 고무 재료를 너무 오래 보관하거나 밀봉하지 않으면 산화로 인해 성능이 저하되어 균열 위험이 더욱 증가할 수 있습니다.
2. 생산 공정: 온도와 시간 사이의 미묘한 균형
실리콘 제품의 생산에는 혼합, 가황, 탈형 등 여러 공정이 포함되며, 모든 링크에서 약간의 편차라도 균열을 유발할 수 있습니다:
제어되지 않은 가황 공정: 과도한 가황 온도 또는 시간은 실리콘 분자 사슬의 과도한 가교 결합을 유발하여 제품을 취성으로 만들 수 있습니다. 반대로, 불충분한 가황은 고무 재료의 불완전한 경화로 이어져 탈형 시 쉽게 찢어질 수 있습니다. 예를 들어, 한 실험에서 가황 온도가 180 ℃에서 200 ℃로 증가했을 때 제품의 균열률이 40% 증가했습니다.
금형 설계 결함: 불합리한 금형 구조(예: 둥근 모서리 및 불균일한 벽 두께)는 실리콘 흐름을 방해하여 얇은 벽에서 응력 집중을 유발할 수 있습니다. 또한, 거칠거나 더러운 금형 표면은 탈형을 방해하여 강제로 벗겨내면 제품에 쉽게 변형을 줄 수 있습니다.
부적절한 탈형 작업: 과도한 이형제 사용 또는 거친 취급 기술(예: 날카로운 도구로 지렛대질)은 실리콘 표면을 직접 긁어 미세 균열을 형성하여 장기간 사용 시 점차적으로 확대될 수 있습니다.
최적화 방향: 분할 가황 공정을 채택하여 먼저 저온 예비 가황 후 고온 성형을 수행합니다. 금형 표면에 경질 크롬 도금 또는 PTFE 코팅을 스프레이하여 마찰 계수를 줄입니다. 탈형 시 압축 공기 지원 또는 실리콘 특수 탈형 도구를 사용합니다.
3. 설계 구조: 응력 분포의 "보이지 않는 살인자"
제품 설계 단계에서 구조적 최적화는 균열을 방지하는 데 중요합니다:
불균일한 벽 두께: 두께와 얇음 사이의 전환 부분에서 응력 집중이 발생하기 쉬우므로 R-각도 설계(모서리 반경 ≥ 0.5mm) 또는 점진적인 벽 두께를 사용하여 부드러운 전환을 해야 합니다. 예를 들어, 특정 브랜드의 실리콘 주방용품은 냄비 손잡이와 냄비 본체 사이의 벽 두께를 2mm에서 5mm로 점차적으로 늘려 균열 불만율을 75% 감소시켰습니다.
기능적 틈새: 나사 또는 버클을 설치하기 위해 설계된 홈과 구멍은 구조적 강도를 약화시키므로 보강 리브 또는 국부적인 두께 증가를 통해 보완해야 합니다. 특정 의료 등급 실리콘 카테터는 연결부에 물결 모양의 보강 구조를 채택하여 삽입 및 제거 시 응력을 효과적으로 분산시킵니다.
동적 변형 설계: 반복적인 굽힘이 필요한 제품(예: 실리콘 데이터 케이블)의 경우 유한 요소 분석을 통해 변형 과정을 시뮬레이션하여 재료 분포 및 단면 형상을 최적화해야 합니다. 한 실험에서 데이터 라인의 단면을 원형에서 D자형으로 변경하여 굽힘 수명을 10000회에서 50000회로 늘렸습니다.
실리콘 재료가 고강도 및 인성(예: 불소 실리콘 및 페닐 실리콘의 적용)으로 발전함에 따라 향후 균열 문제는 더욱 줄어들 것입니다. 그러나 기술이 아무리 발전하더라도 과학적 원칙과 공정 사양을 따르는 것이 항상 실리콘 제품의 품질을 보장하는 핵심 규칙입니다.
