재료 호환성: 합성 압축기 오일에서의 FKM 팽창률

소개

고급 FKM 씰이 조기에 고장 나고 있는데 원인을 알 수 없습니다. 🔍 씰이 부풀어 오르고 부드러워지며 수년 동안 지속되어야 할 밀봉력을 몇 달 만에 잃어버립니다. 문제는 씰 결함이 아니라 귀사의 불소고무¹ 공압 시스템을 윤활하는 씰과 합성 압축기 오일.

합성 압축기 오일에서 FKM(불소고무)의 팽창률은 오일 화학 성분에 따라 극적으로 달라지며, 폴리알파올레핀(PAO)² 2-8% 부피 팽창을 유발하는 오일(허용 가능), 8-15% 팽창을 생성하는 폴리알킬렌 글리콜(PAG) 오일(경계선), 그리고 15-30% 팽창을 발생시키는 특정 에스터 기반 합성 오일(불허용)은 씰 형상과 밀봉력을 파괴합니다. 재료 호환성 테스트에 따라 ASTM D471³ 오일 윤활식 공압 시스템에 FKM 씰을 지정하기 전에 반드시 고려해야 합니다. 과도한 팽창은 씰의 압출, 압축력 감소 및 조기 고장을 유발하며, 이는 씰 품질과 무관하게 발생합니다.

지난달 미시간주 자동차 부품 제조업체의 신뢰성 엔지니어 데이비드로부터 우려스러운 전화를 받았습니다. 그의 시설은 에너지 효율 향상과 유지보수 주기 연장을 위해 최근 새로운 합성 압축기 오일로 전환했습니다. 6개월 만에 공압식 로드리스 실린더의 FKM 씰이 정상 대비 10배의 속도로 고장 나기 시작했습니다. 씰이 마모된 것이 아니라 과도하게 팽창하여 압축력을 상실하고 홈에서 밀려나기 시작한 것이었습니다. 우리는 새 오일을 당사 씰 컴파운드와 비교 테스트한 결과, 18-22%의 부피 팽창을 확인했습니다. 이는 안정적인 씰링을 위한 최대 허용치인 10%를 훨씬 초과하는 수치였습니다. 해당 오일 화학과 호환되는 수소화 니트릴(HNBR) 씰로 시스템을 재구성한 결과, 현재 정상적인 3~5년의 씰 수명을 회복했습니다.

목차

• FKM이 합성 오일에서 팽창하는 이유는 무엇이며 어느 정도까지 허용되는가?
• 어떤 합성 오일 유형이 FKM 팽창을 가장 많이 유발하나요?
• 시스템 장애 발생 전에 재료 호환성을 어떻게 테스트할 수 있나요?
• 문제성 오일과 함께 사용할 때 더 효과적인 대체 씰 재료는 무엇인가요?

FKM이 합성 오일에서 팽창하는 이유는 무엇이며 어느 정도까지 허용되는가?

씰 팽창이 항상 나쁜 것은 아니지만, 지나치면 성능을 저하시킵니다. 📊

FKM 팽창은 합성 오일 분자가 폴리머 매트릭스에 침투하여 폴리머 사슬을 분리시키고 재료 부피를 증가시킬 때 발생합니다. 2-10%의 제어된 팽창은 허용되며 접촉 압력을 유지함으로써 실제로 밀봉 성능을 향상시킬 수 있지만, 15%를 초과하는 팽창은 치수 변형, 경도 감소(20-30%)를 초래합니다. 쇼어 A⁴ 손실), 감소 압축 세트⁵ 내성 및 홈에서의 잠재적 씰 압출. 팽창률은 FKM 불소 함량(불소 함량 높을수록 내성 향상), 오일 극성(극성 오일일수록 팽창 증가), 온도(10°C 상승 시 침투율 2배 증가), 노출 시간(작동 온도에서 72~168시간 내 평형 도달)에 따라 달라집니다.

팽창 메커니즘

분자 수준에서 엘라스토머는 긴 중합체 사슬들이 가교 결합으로 연결된 네트워크 구조를 이룬다. 오일에 노출되면 작은 오일 분자들이 중합체 사슬 사이로 침투할 수 있다. 오일이 중합체와 화학적으로 유사할 경우(호환성 있음) 침투는 최소화된다. 오일이 화학적으로 다르지만 중합체 매트릭스에 용해될 수 있다면 상당한 팽창이 발생한다.

FKM(불소탄성고무) 폴리머는 불소 원자를 함유하여 대부분의 석유계 오일에 내성을 가집니다. 그러나 화학 구조가 다른 합성 오일은 불소화 폴리머 골격과 서로 다른 방식으로 상호작용할 수 있습니다.

허용 가능한 스웰 범위 vs. 문제가 있는 스웰 범위

볼륨 스웰 %	경도 변화	성능 영향	밀봉 신뢰성	필요한 조치
0-5%	0-5 쇼어 A	최소화, 밀봉 성능 향상 가능	우수	없음—이상적인 호환성
5-10%	5-10 쇼어 A	미세한 치수 변화	Good	서비스 중 모니터링
10-15%	10-20 쇼어 A	뚜렷한 연화	한계	대체 재료를 고려하십시오
15-25%	20-30 쇼어 A	상당한 왜곡	Poor	밀봉 재질을 즉시 교체하십시오
25%	30 쇼어 A	심각한 열화	허용되지 않음	완전한 불일치

온도 가속

팽창률은 온도에 따라 기하급수적으로 증가합니다. 23°C에서 8% 팽창을 보이는 씰은 동일한 오일에서 80°C에서는 15-18% 팽창을 나타낼 수 있습니다. 따라서 호환성 시험은 실온뿐만 아니라 실제 작동 온도에서 수행해야 합니다.

온도가 팽창 속도에 미치는 영향:

• 23°C (실온): 기준 팽창률
• 40°C: 기준치의 1.5~2배
• 60°C: 기준치의 2.5~3배
• 80°C: 기준치의 4~5배
• 100°C: 기준값의 6-8배

실제 결과

벡토에서는 오일 윤활식 공압 시스템에서 발생한 수백 건의 씰 고장 사례를 분석했습니다. 과도한 팽창은 예측 가능한 고장 양상을 초래합니다:

씰 압출부풀어 오른 씰이 홈에 맞지 않을 정도로 커져서 틈새로 돌출되어 찢어짐과 급속한 고장을 유발합니다.

압축 손실씰이 부풀어 오르고 부드러워지면, 밀봉 표면에 대한 접촉 압력을 유지하는 데 필요한 압축력을 상실합니다.

퍼머넌트 세트: 팽창된 씰은 영구적인 변형을 일으키며, 오일 노출이 종료된 후에도 원래 치수로 복귀하지 않습니다.

가속 마모연화된 씰 재료는 마찰 하에서 더 빠르게 마모되어 수명을 60~80% 단축시킵니다.

어떤 합성 오일 유형이 FKM 팽창을 가장 많이 유발하나요?

FKM 호환성 측면에서 모든 합성 오일이 동일하게 만들어지지는 않습니다. 🧪

폴리알파올레핀(PAO) 합성유는 광유와 유사한 탄화수소 구조로 인해 FKM 팽창을 최소화(일반적으로 2~6%)하므로 FKM 씰에 가장 안전한 선택입니다. 폴리알킬렌글리콜(PAG) 유는 중간 정도의 팽창(8~15%)을 유발하므로 신중한 테스트가 필요합니다. 디에스터, 폴리올 에스터, 인산 에스터를 포함한 에스터계 합성유는 심각한 FKM 팽창(15-35%)을 유발하며 일반적으로 호환되지 않습니다. 극성 화합물을 포함한 오일 첨가제 패키지는 기유 효과에 추가로 3-8%의 팽창을 증가시킬 수 있으므로, 완전한 배합 오일을 사용한 실제 호환성 테스트가 필수적입니다.

합성 오일 화학 비교

유종	화학 구조	100°C에서의 전형적인 FKM 팽창률	호환성 등급	일반적인 애플리케이션
광물유	석유 탄화수소	2-5%	우수	일반 산업
PAO (폴리알파올레핀)	합성 탄화수소	3-7%	우수	고성능 압축기
PAG (폴리알킬렌 글리콜)	에테르 결합 글리콜	10-18%	보통-나쁨	냉동, 일부 압축기
디에스터	유기 에스터	18-28%	Poor	항공, 고온 응용 분야
폴리올 에스터	복합 에스터	20-35%	매우 열악함	터빈 오일, 냉동
실리콘	폴리실록산	5-12%	좋음-보통	식품 등급, 극한 온도
인산 에스터	유기인산염	25-40%	허용되지 않음	내화성 유압 장치

PAO 오일이 가장 효과적인 이유

PAO 합성유는 알파-올레핀(에틸렌 유도체)을 중합시켜 더 큰 탄화수소 분자로 제조됩니다. 생성된 구조는 화학적으로 광물유와 유사하지만 더 균일하고 순수합니다. 이러한 유사성으로 인해 PAO 오일은 광물유와 유사하게 FKM과 상호작용하여 최소한의 팽창만을 유발합니다.

캘리포니아의 한 식품 가공 시설에서 플랜트 엔지니어로 근무하는 레베카와 함께 일했습니다. 그녀의 작업장에서는 우수한 산화 안정성과 연장된 오일 교환 주기로 인해 합성 압축기 오일이 필요했습니다. 그녀는 우수한 고온 특성을 이유로 폴리올 에스터 합성 오일을 처음 지정했습니다. 그러나 8개월 만에 공기압 시스템 전체의 FKM 씰이 고장 나기 시작했습니다.

해당 오일을 표준 FKM 컴파운드와 비교 시험한 결과, 작동 온도 70°C에서 24-28% 부피 팽창률을 측정하여 완전히 호환되지 않음을 확인했습니다. 유사한 성능 특성을 지닌 식품 등급 PAO 합성 오일로 전환할 것을 권장했습니다. 오일 교체 및 씰 교체 후, 해당 시스템은 씰 관련 고장 없이 3년 이상 가동되었습니다.

가산 패키지 문제

기유 호환성은 방정식의 일부에 불과합니다. 현대식 압축기 오일에는 다음과 같은 5-15% 첨가제 패키지가 포함됩니다:

• 항산화제: 일반적으로 FKM과 호환됩니다
• 마모 방지 첨가제아연 디알킬디티오포스페이트(ZDDP)는 팽창률을 2~51%까지 증가시킬 수 있다.
• 세제칼슘 또는 마그네슘 설포네이트, 적당한 팽창 증가
• 분산제폴리이소부틸렌 숙신이미드는 팽창을 현저히 증가시킬 수 있다
• 유동점 강하제가변 호환성
• 거품 억제제: 일반적으로 실리콘 기반이며, 최소한의 영향을 미침

이것이 바로 기초유 종류만으로 호환성을 예측할 수 없는 이유입니다—완성된 배합유를 반드시 테스트해야 합니다.

지역 및 브랜드별 차이점

동일한 일반명(예: “PAO 합성 압축기 오일”)으로 판매되는 오일조차도 제조사나 지역에 따라 다른 조성을 가질 수 있습니다. 유럽, 아시아, 북미 지역의 오일 조성은 현지 규정과 성능 기준을 충족시키기 위해 첨가제 화학 성분이 종종 다릅니다.

벡토에서는 전 세계 주요 제조사의 150종 이상의 일반적인 압축기 오일을 포함한 호환성 테스트 데이터베이스를 유지하고 있습니다. 고객이 오일 브랜드와 등급을 지정해 주시면, 당사의 씰 재료에 대한 호환성 지침을 즉시 제공해 드릴 수 있습니다.

시스템 장애 발생 전에 재료 호환성을 어떻게 테스트할 수 있나요?

예방은 추측이 아닌 검사가 필요합니다. 🔬

ASTM D471에 따른 재료 호환성 시험은 씰 샘플을 실제 압축기 오일에 최대 작동 온도에서 최소 70시간 동안 침지시킨 후 부피 팽창, 경도 변화 및 인장 강도 유지율을 측정하는 방식으로 진행됩니다. 전문 시험 비용은 오일/재료 조합당 $200-500이지만, 시스템 고장 및 가동 중단으로 인한 $10,000-50,000+의 손실을 방지합니다. 간단한 현장 테스트는 예비 씰을 가열된 오일 샘플에 168시간 동안 담근 후 치수 변화를 측정하는 방식으로 수행할 수 있으나, 중요한 용도에는 실험실 테스트가 더 정확하고 법적으로 입증 가능한 결과를 제공합니다.

ASTM D471 표준 시험 방법

업계 표준 호환성 테스트는 다음 프로토콜을 따릅니다:

1. 시료 준비

• 씰 재료에서 표준화된 시험 시편을 절단하십시오
• 초기 치수, 중량 및 경도를 측정하십시오.
• 기준 속성 기록

2. 침수 시험

• 시료를 최대 작동 온도의 시험용 오일에 담급니다.
• 표준 기간: 최소 70시간 (권장 168시간)
• 시험 전 과정에 걸쳐 온도를 ±2°C 범위 내에서 유지하십시오.

3. 침수 후 측정

• 샘플 제거, 표면 기름 닦아내기
• 제거 후 30분 이내에 측정하십시오
• 부피 변화, 무게 변화, 경도 변화를 기록하십시오.
• 선택 사항: 인장 강도, 연신율 시험

4. 결과 해석

• 부피 팽창률 계산
• 경도 변화 평가 (쇼어 A 경도계)
• 물리적 상태 평가(균열, 연화, 점착성)

현장 테스트 대안

실험실 비용 없이 신속한 답변이 필요한 고객님께는 이 간소화된 현장 검사를 권장합니다:

필요한 재료:

• 시험 대상 각 재료별 예비 씰 3~5개
• 실제 압축기 오일 샘플 (최소 500ml)
• 시험 온도를 유지하는 열원 (오븐, 온도 조절 기능이 있는 핫 플레이트)
• 뚜껑이 있는 유리 용기
• 캘리퍼스 또는 마이크로미터
• 경도계 (쇼어 A 경도계)

절차:

1. 초기 밀봉 치수와 경도를 측정하고 기록하십시오
2. 가열된 오일에 168시간(1주일) 동안 담가 두십시오.
3. 제거하고, 물기를 닦아낸 후 즉시 치수와 경도를 측정하십시오.
4. 백분율 변화 계산

수락 기준:

• 볼륨 스웰 <10%: 허용 가능
• 경도 감소 <10 쇼어 A: 허용 가능
• 눈에 띄는 균열, 점착성 또는 심한 연화 현상 없음

테스트 수행 시기

시스템 설계 전설계 단계에서 모든 후보 씰 재료를 지정된 오일과 함께 테스트하십시오.

오일 교환 후압축기 오일 브랜드나 종류를 변경할 때마다, 새 오일이 “동등한” 제품이라 하더라도 호환성을 재검증하십시오.”

씰 고장 후설명할 수 없는 씰 고장이 발생할 경우, 실제 현장 오일 샘플을 테스트하십시오—오일 열화 또는 오염은 시간이 지남에 따라 호환성을 변화시킬 수 있습니다.

신규 공급업체 자격 심사새로운 씰 공급업체를 선정할 때는 해당 업체의 재료가 귀사의 특정 오일과 호환성 요건을 충족하는지 확인하십시오.

벡토에서는 오일 윤활 시스템에 당사 로드리스 실린더를 적용하는 고객을 대상으로 무료 호환성 테스트를 제공합니다. 오일 샘플과 적용 세부 사항을 보내주시면, 당사 씰 컴파운드와의 호환성을 테스트하여 2주 이내에 상세한 호환성 보고서를 제공해 드립니다.

문제성 오일과 함께 사용할 때 더 효과적인 대체 씰 재료는 무엇인가요?

FKM이 호환되지 않을 경우, 다른 옵션이 존재합니다. 🔧

수소화 니트릴(HNBR)은 PAG 및 다양한 에스터를 포함한 대부분의 합성 오일과 우수한 호환성을 제공하며, 광범위한 오일 화학 성분에서 전형적인 팽창률이 5-12%에 달하여 FKM의 최상의 범용 대체재입니다. 퍼플루오로엘라스토머(FFKM)는 거의 모든 오일에서 3% 미만의 팽창률을 보이며 보편적인 내화학성을 제공하지만, FKM보다 10~15배 더 비쌉니다. 폴리우레탄 씰은 PAO 및 광물성 오일(3~8% 팽창률)과 잘 작동하며 우수한 내마모성을 제공하지만, FKM의 200°C 등급에 비해 고온 성능이 제한적입니다(90°C 미만).

대체 재료 비교

씰 재질	온도 범위	오일 호환성	일반적인 팽창(PAO/PAG/에스터)	내마모성	상대적 비용	벡토 구입 가능 여부
FKM(Viton)	-20~200°C	우수/불량/불량	5% / 15% / 25%	Good	$$$	표준
HNBR	-40~150°C	우수/양호/양호	6% / 10% / 12%	매우 좋음	$$	표준
FFKM(칼레즈)	-15~300°C	유니버설	2% / 3% / 3%	Good	$$$$$	맞춤 주문
폴리우레탄	-40~90°C	우수/보통/불량	4% / 12% / 18%	우수	$$	표준
NBR(니트릴)	-40~100°C	우수/불량/불량	5% / 15% / 20%	우수	$	표준

HNBR: 다용도 솔루션

수소화 니트릴 고무(HNBR)는 표준 니트릴 고무를 수소화하여 생성되며, 이로 인해 중합체 골격이 포화되어 내열성, 내오존성 및 화학적 호환성이 획기적으로 향상됩니다. HNBR은 니트릴의 우수한 내유성을 유지하면서 더 공격적인 합성 오일과의 호환성을 추가로 제공합니다.

HNBR 장점:

• 광범위한 오일 호환성 (PAO, PAG, 다양한 에스터)
• 우수한 온도 범위 (-40~150°C)
• 탁월한 기계적 특성
• 합리적인 비용 (NBR보다 20-40% 더 비쌈)
• 다양한 경도 등급으로 제공됩니다

HNBR의 한계:

• 극한 온도(>150°C)에는 적합하지 않음
• 중간 정도의 내화학성 (FFKM처럼 보편적이지 않음)
• 폴리우레탄보다 약간 낮은 내마모성

재료 선정 의사 결정 트리

다음과 같은 경우 FKM을 선택하십시오:

• PAO 또는 미네랄 오일 기반 윤활제 사용
• 고온 작동(>100°C)이 필요합니다.
• 탁월한 내화학성이 요구됨
• 테스트를 통해 호환성 확인

다음과 같은 경우 HNBR을 선택하십시오:

• PAG 또는 에스터 기반 합성 오일 사용
• 온도 범위 -40~150°C 적합
• 광범위한 오일 호환성 필요
• 비용 효율적인 솔루션이 필요합니다.

다음과 같은 경우 FFKM을 선택하십시오:

• 범용 화학적 호환성 필요
• 극한 온도(>200°C)에 노출됨
• 씰 고장에 대한 무관용 원칙
• 예산은 FKM 대비 10~15배의 프리미엄을 허용합니다.

다음과 같은 경우 폴리우레탄을 선택하십시오:

• PAO 또는 광물유 사용
• 최대 내마모성 우선순위
• 작동 온도 <90°C
• 마모성 환경 존재

벡토 재료 선정 절차

고객이 오일 윤활식 공압 시스템에 대해 문의할 경우, 당사는 체계적인 접근 방식을 따릅니다:

1. 기름을 식별하십시오: 압축기 오일의 브랜드, 유형 및 등급
2. 작동 조건 결정온도 범위, 압력, 사이클 속도
3. 데이터베이스를 확인하세요: 당사의 150개 이상의 오일 호환성 기록과 비교하십시오
4. 추천 자료: 장단점이 있는 2~3개의 호환 가능한 옵션을 제시하십시오
5. 테스트 제안: 당사 데이터베이스에 해당 오일이 없는 경우 무료 호환성 테스트 제공
6. 공급 문서테스트 데이터 및 재료 인증서를 제공하십시오.

이러한 협의 기반 접근 방식 덕분에 고객사는 일반 OEM 교체품 대비 40~60% 더 긴 씰 수명을 달성합니다. 당사는 단순히 “표준” 씰을 공급하는 것이 아니라 실제 작동 조건에 맞춰 씰의 화학적 특성을 조정하기 때문입니다.

결론

FKM 씰과 합성 압축기 오일의 호환성은 화학적 특성에 따라 달라지며, 단순히 가정하기보다는 반드시 테스트를 통해 검증해야 합니다. 호환되지 않는 오일-씰 조합은 씰의 품질이나 설치 방법과 무관하게 급속한 고장을 유발하기 때문입니다. 🎯

FKM과 합성 오일의 호환성에 관한 자주 묻는 질문

1. 플루오로엘라스토머(FKM)의 화학적 구조와 산업적 응용 분야에 대해 자세히 알아보세요. ↩

2. 산업 시스템에서 PAO 합성 윤활유의 기술적 특성과 이점을 살펴보십시오. ↩

3. 유류와 같은 액체가 고무 재료의 특성에 미치는 영향을 시험하는 공식 표준에 접근하십시오. ↩

4. 해안 경도 탄성체 씰의 유연성과 내구성을 측정하는 경도 척도. ↩

5. 압축 변형률이 산업용 개스킷의 장기적 성능과 밀봉 능력에 미치는 영향을 알아보세요. ↩