EPDM(에틸렌 프로필렌 고무)의 정의, 특성 및 가공시의 포인트를 해설

EPDM(에틸렌 프로필렌 고무)은 자동차의 도어 씰이나 옥외 케이블 피복 등에 널리 사용되는 합성 고무입니다. 내후성, 내수성이 뛰어나 최근에는 무연, 할로겐 프리 소재로도 주목받고 있습니다.
이번 내용에서는 EPDM의 기본 특성이나 장·단점, 용도에 대해 자세하게 해설합니다. 가공 방법과 포인트에 대해서도 설명할 테니 재료 선정을 고민하는 설계·개발 담당자는 끝까지 봐 주십시오.

4(에틸렌 프로필렌 고무)의 정의

EPDM이란 「Ethylene Propylene Diene Monomer」의 약칭으로 에틸렌과 프로필렌에 소량의 디엔계 화합물을 첨가하여 공중합한 합성 고무 재료입니다.

가장 큰 특징은 주사슬(분자 골격)에 이중 결합을 갖지 않는 포화형 구조라는 점입니다. 이 화학 구조에 의해 열, 빛, 오존에 의한 열화에 매우 강하며 우수한 내후성을 발휘합니다. 한편, 극성기를 가지지 않기 때문에 내유성이 낮다는 약점도 함께 가집니다.

EPDM의 특성

EPDM의 기계적 특성

EPDM은 배합에 따라 경도를 크게 바꿀 수 있는 고무입니다. 대표적인 기계적 특성은 다음과 같습니다.

EPDM은 배합에 따라 경도와 인장 강도, 파단 시의 신장이 조정 가능하여 뛰어난 탄력성과 신장성을 나타냅니다. 내마모성도 양호하여 많은 공산품에서 요구되는 내구성을 충족시키는 재료입니다. 한편, 찢김 강도는 중간 정도이며, 예리한 상처로부터의 갈라진 틈에는 주의해야 합니다.

EPDM의 물리적 및 화학적 특성

EPDM의 가장 큰 특징은 열, 빛, 오존에 매우 강한 내후성입니다. 야외에서 장기간 사용해도 균열이나 경화가 잘 일어나지 않아 수십 년 단위의 수명을 기대할 수 있습니다. 내열성도 양호하며, 120℃의 고온 환경에 견딜 수 있습니다. 또한 -40℃ 이하의 저온에서도 유연성을 유지하는 뛰어난 내한성을 가진 재료입니다.

물, 산, 알칼리 등의 극성 용제에도 강한 내약품성을 나타내지만, 광물유나 휘발유 등의 비극성 용제에는 팽윤·열화됩니다. 전기 절연성도 우수한 반면, 자기 소화성은 없기 때문에 난연성이 요구되는 용도에는 적합하지 않습니다.

EPDM의 장점

EPDM을 채용하여 얻을 수 있는 대표적인 장점을 3개 소개합니다.

가혹한 실외 환경에서도 장기간 성능 유지

햇빛(자외선), 비바람, 오존에 의한 열화에 매우 강하며, 야외에서 장기간 사용해도 균열이나 물성 저하가 잘 일어나지 않는 것이 특징입니다. 내열성, 내한성도 겸비하고 있어, 고저온의 가혹한 조건에서 장기적인 신뢰성이 요구되는 용도에 적합합니다.

물·약품·절연 용도에 강하고 깨끗한 소재

물과 습기에 뛰어난 내구성을 가지고 급수 및 배수 설비의 패킹으로 많이 사용됩니다. 산, 알칼리 등의 약품에도 강하며, 공업 용도의 씰재에도 효과적입니다. 높은 전기 절연성을 자랑하며 할로겐이나 중금속을 포함하지 않는 깨끗한 배합이 가능하기 때문에 환경 규제(RoHS 지령 등)에도 대응 가능합니다.

배합 설계의 자유도가 높고, 비용면에서도 유리

비중이 작고 저렴한 충전제(필러)를 대량으로 배합해도 성능 저하가 적은 「고 충전성(제품에 무언가를 높은 비율로 채워 넣을 수 있는 성질)」이라는 특성이 있습니다. 요구 성능을 충족하면서 재료 비용을 대폭 절감할 수 있습니다. 폴리머의 종류와 가황 방법의 선택지가 풍부하기 때문에 내열성이나 압축 영구 왜곡 등의 특성의 커스터마이징이 용이합니다.

EPDM의 단점

많은 이점이 있는 반면, EPDM에는 설계·선정 시에 주의해야 할 단점도 존재합니다.

기름과 연료에 극단적으로 약하다.

비극성 탄화수소계 고무이므로 광물유, 윤활유, 휘발유 등의 기름에 닿으면 현저하게 팽윤·연화되어 강도가 크게 저하됩니다. 엔진 주위의 오일 씰이나 연료 호스 등 기름에 접촉할 가능성이 있는 곳에서의 사용은 절대로 피해야 합니다.

접착하기 어렵고 표면 처리에 궁리가 필요

화학적으로 안정된 비극성 재료이므로 일반 접착제로는 충분한 접착 강도를 얻을 수 없습니다. 고무끼리나 금속과의 접착에는 EPDM 전용 프라이머 처리 및 코로나 처리 등의 표면 개질이 필요합니다. 도장이나 인쇄도 잘 정착되지 않기 때문에 접착 및 표면 가공이 수반되는 설계에서는 사전 대책이 요구됩니다.

난연성이 없기 때문에 방화 용도에 적합하지 않습니다.

자기 소화성이 없고 한번 착화되면 계속 타는 재료입니다. 건축 내장재나 차량 내장 등에서 난연성이 요구되는 용도로는 단독으로 사용할 수 없습니다. 난연제를 배합한 등급도 존재하지만 EPDM 본래의 우수한 탄성이나 내후성이 손상될 수 있습니다.

EPDM의 용도

EPDM의 특성을 살려 다양한 산업 분야에서 이용되고 있습니다. 대표적인 용도는 다음과 같습니다.

각 업계별로 자세히 살펴 보겠습니다.

자동차 업계

자동차 분야는 EPDM의 가장 큰 용도지 중 하나입니다. 문과 창틀의 틈새를 메우는 웨더 스트립은 야외의 가혹한 환경에 견디는 내후성과 내한성이 요구되기 때문에 EPDM이 최적입니다. 또한 고온의 냉각수가 흐르는 라디에이터 호스도 내열성과 내약품성이 우수한 EPDM이 적합합니다. 단, 오일 씰이나 연료 호스 등 내유성이 필수인 곳에는 사용하지 않습니다.

건축·토목 분야

건축, 토목 분야에서는 뛰어난 내구성을 높이 평가받고 있습니다. 빌딩 옥상 방수에 사용되는 고무 시트 방수재는 EPDM의 내후성으로 장기간의 내용연수를 기대할 수 있습니다. 창문 새시의 기밀 및 수밀을 유지하는 개스킷에도 자외선 및 온도 변화에 강한 EPDM이 주류입니다. 상하수도관의 이음매용 패킹 등 장기적인 신뢰성이 요구되는 인프라 설비에 필수적인 재료입니다.

전기·전자 분야

EPDM의 우수한 전기 절연성과 내후성은 전기·전자 분야에서 유용합니다. 옥외에 부설되는 고압 전선의 절연 피복이나 전력 설비의 방수 부싱에는 EPDM이 오랫동안 사용되어 왔습니다. 할로겐을 포함하지 않기 때문에 연소 시 유해 가스를 발생시키지 않는 「할로겐 프리 전선」의 재료로도 주목받고 있습니다. 물에 젖은 환경에서도 절연 성능을 유지할 수 있기 때문에 야외 기기의 방수 스티커로도 신뢰성이 높습니다.

식품·의료분야

EPDM은 적절한 배합을 통해 식품위생법이나 FDA(미국 식품의약국) 규격에 적합하며 안전성과 청정성이 요구되는 분야에서도 사용됩니다. 식품 제조 라인의 패킹이나 음료 탱크의 씰재가 구체적인 예입니다. 반복되는 고온 증기 세정에도 견디는 내열성도 장점입니다. 의료분야에서는 주사기의 피스톤(고무 플런저) 등 약액에 대한 저용출성과 안정성이 평가되고 있습니다.

EPDM과 다른 재료의 비교·선정 포인트

EPDM을 선정할 때는 다른 고무 재료와의 비교가 필수적입니다. 주요 고무 재료와의 비교를 다음 표에 요약합니다.

요구되는 특성의 우선순위(내후성>내유성 등)를 명확하게 하는 것이, 최적인 재료를 선정하는 열쇠가 됩니다.

EPDM의 가공 종류와 포인트

금형 성형(사출 성형·압축 성형)에 있어서의 포인트

금형 성형은, O링이나 부츠류 등 복잡한 형상의 부품이나, 양산품의 제조에 불가결한 공법입니다. 후공정에서의 재작업을 막기 위해 고무 특유의 성질을 설계 초기 단계에서 도면에 포함시킬 필요가 있습니다.

내열성이나 압축 영구 변형 등의 요구 성능에 따라 유황 가황 또는 과산화물 가황 등의 가황 시스템을 재료 제조업체와 협의하여 지정해야 합니다. 성형 후 수축율(1.5~2.5% 정도)을 고려한 치수 공차 설계는 필수입니다.

EPDM은 다른 재료와의 접착성이 낮기 때문에 금속 부품과의 인서트 성형에서는 단순히 접착제를 지정하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 박리를 막기 위한 언더컷이나 롤렛 가공과 같은 기계적인 결합(앵커 효과)도 설계에 포함시키는 것이 제품의 신뢰성을 크게 좌우하는 중요한 포인트가 됩니다.

압출 가공의 포인트

웨더스트립이나 호스등 긴 자로 균일한 단면 형상을 가진 제품에는 압출 가공이 이용됩니다. 가장 중요한 것은 금형(다이스)의 출구에서 재료가 부풀어 오르는 「다이 팽창」 고려입니다. 목표하는 치수를 정확하게 얻으려면 다이 팽창을 예측한 다이스 형상을 설계에 반영해야 합니다.

씰재를 경량화하기 위해 스폰지 형태로 발포시키는 경우는 치수 공차가 커지는 것을 허용할 수 있는 클리어런스 설계가 필수적입니다. 금속 심재를 일체로 밀어내는 복합 압출에서는 EPDM의 낮은 접착성을 보충하기 위해 고무가 심재를 완전히 감싸 기계적으로 빠지지 않는 단면 형상을 설계하는 것이 장기 신뢰성 확보로 이어집니다.

절삭·펀칭 가공에 있어서의 포인트

시제품이나 소량 다품종, 대형 시트 개스킷 등 금형 제작이 비용이나 리드 타임에 맞지 않는 경우에 절삭 및 펀칭 가공은 효과를 발휘합니다. 단, 금속가공과 같은 미크론 단위의 정밀도는 기대할 수 없으며, 일반적으로 ±0.5mm 정도의 공차가 한계라고 인식해 주십시오. 정밀한 감합이 요구되는 씰 부품에는 적합하지 않으며 플랜지 개스킷이나 방진 스페이서 등 비교적 러프한 치수로 기능하는 부품에 적용하는 것이 현실적입니다.

가공성은 재료 경도에 의존하기 때문에 경도 50도 이상의 재료를 선정하는 것이 전제됩니다. 개발 초기 단계에서 신속하게 형상을 검증하는 수단과 분리하여 양산 시에는 금형 성형으로 이행하는 것을 고려한 구분이 현명합니다.

정리

EPDM은 우수한 내후성을 자랑하는 한편, 내유성이 부족하다는 뚜렷한 장단점을 가진 합성고무입니다. 특성을 깊이 이해하고, 자동차의 씰재나 건축의 방수 시트와 같은 「적재적소」에서 이용하는 것이, 제품의 신뢰성을 높입니다.
이번 내용에서 해설한 내용을 참고로, 용도나 적절한 가공법을 선택해, 효율적인 제품 개발에 활용해 주세요.