클로로프렌 고무(CR)의 특징·용도·가공 포인트 철저 해설

클로로플렌 고무(CR)는 1931년에 개발된 합성고무로 「네오프렌」이라는 상품명으로도 널리 알려져 있습니다. 천연 고무의 대체로서 내후, 내열, 내유성과 기계적 강도를 균형 있게 갖추고 있습니다.
이번 내용에서는, 클로로프렌 고무의 포텐셜을 끌어내기 위해서 필요한 특성이나 장점·단점, 구체적인 용도에 대해 해설합니다. 가공의 중요한 포인트도 언급할 수 있으므로 설계 및 개발 담당자는 끝까지 봐 주십시오.

클로로프렌 고무(CR)의 정의

클로로플렌 고무(CR)는 클로로플렌을 중합시켜 만들어지는 합성고무의 일종입니다. 천연 고무가 가지는 탄성을 유지하면서, 내유성이나 내후성이라고 하는 약점을 개량하는 목적으로 개발되었습니다. 실외나 고온, 기름 환경에서도 쉽게 열화되지 않는 점이 특징입니다.
염소 원자를 포함한 구조로 내열, 내오존, 내약품성과 난연성이 부여되었습니다. 이 범용성의 높이로 인해 단일 재료로 다양한 요구 사양을 충족해야 하는 설계에서 선택 사항 중 하나로 검토되는 신뢰성 높은 재료입니다.

클로로프렌 고무와 네오프렌 고무의 차이

설계 현장에서 클로로프렌 고무는 종종 네오프렌 고무와 혼동됩니다. 클로로플렌 고무는 화학적인 명칭(물질명)으로 특정 화학구조를 가진 합성 고무 전반을 가리킵니다. 한편 네오프렌은 1931년 세계 최초로 클로로플렌 고무를 상업 생산한 미국 듀폰사의 상품명입니다. 오랜 세월 시장을 선도해 왔기 때문에 이 상품명이 클로로플렌 고무의 대명사로 널리 침투했습니다.
설계도면이나 사양서에 네오프렌 고무라고 기재되어 있어도, 클로로프렌 고무를 가리키고 있다고 이해해도 문제 없습니다. 일반적인 호칭으로는 클로로프렌 고무 또는 화학 약칭인 CR을 사용하는 것이 더 정확하다고 할 수 있습니다.

클로로프렌 고무의 특성

클로로프렌 고무의 기계적 특성

클로로프렌 고무는 기계적 강도가 우수한 재료입니다. 대표적인 클로로프렌 고무의 기계적 특성은 다음과 같습니다.

인장 강도나 탄성과 같은 물리적인 강도가 높기 때문에 반복적으로 사용되는 부품이나 어느 정도의 힘이 드는 부분에도 안심하고 사용할 수 있습니다. 또한 반발 탄성에도 뛰어나 충격 흡수 및 진동 억제 용도로도 적합합니다. 내마모성도 양호하며, 접동부나 접촉이 많은 곳에서도 장기간 성능을 유지할 수 있습니다.
기계적 특성은 배합에 의해 조정이 가능하며 설계자는 용도에 따라 최적의 물리적 성질 값을 가진 재료를 선택할 수 있습니다.

클로로프렌 고무의 물리 및 화학적 특성

클로로플렌 고무의 가장 큰 특징은 물리·화학적 특성의 균형입니다. 주사슬에 염소 원자를 포함하기 때문에 다른 합성 고무와 비교하여 내후성과 내오존성, 내열성이 뛰어납니다. 야외에서의 사용이나 엔진룸과 같은 고온 환경에서도 쉽게 열화되지 않는 것이 큰 장점입니다. 사용 온도 범위의 기준은 -35℃에서 100℃로 되어 있습니다.
또한 우수한 내유성, 내약품성을 가지며, 광물유나 많은 화학약품에 대해 높은 저항력을 보입니다. 염소의 작용에 의해 자기 소화성을 가지고 있기 때문에 난연성이 요구되는 전선의 피복재나 건축 자재 등에도 효과적입니다. 다만, 내수성이나 전기 절연성, 내한성에는 일정한 한계가 있기 때문에 설계 시에는 고려해야 합니다.

클로로프렌 고무의 장점

성능 밸런스가 뛰어나 다용도에 대응할 수 있다

클로로플렌 고무의 가장 큰 장점은 성능 밸런스입니다. 특정 성능이 돌출되어 있는 고무 재료는 그 밖에도 있는 한편, 클로로프렌 고무는 내후성이나 내열성, 내유성, 내약품성, 난연성, 그리고 기계적 강도와 같은, 설계에서 요구되는 많은 특성을 하나의 재료로 높은 수준으로 충족시키고 있습니다. 매우 범용성이 높아 자동차, 건설, 전선, 접착제 등 다양한 분야에서 사용되는 재료입니다.
부품 점수의 삭감이나 재료 선정 프로세스의 간략화로 이어지기 때문에 결과적으로 비용 절감이나 개발 기간 단축에도 효과적입니다. 설계자에게 있어서, 「망설이면 우선 CR을 검토」라고 하는 신뢰성과 범용성은, 큰 강점이라고 할 수 있을 것입니다.

가혹한 환경에 강하다(내후·내열·난연성)

클로로플렌 고무는 야외나 고온 환경과 같은 가혹한 조건에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있습니다. 분자 구조에 포함된 염소 원자의 효과에 의해 자외선이나 오존에 의한 열화가 일어나기 어렵고, 뛰어난 내후성·내오존성을 발휘합니다. 또한 내열성도 양호하여 일반적인 사용 온도 범위는 100℃ 정도까지로 되어 있어 엔진 주변의 호스나 벨트류에도 사용 가능합니다. 또한 자기 소화성을 가진다고 하는 난연성의 특성을 나타내기 때문에 안전성이 최우선되는 용도로 사용됩니다.

기계적 강도・가공성이 높고 취급하기 쉽다

뛰어난 기계적 강도와 가공성을 양립하고 있는 클로로프렌 고무는 설계자나 제조자에게 다루기 쉬운 재료입니다. 고무이면서 금속과의 접착성도 뛰어나 방진고무처럼 금속과 일체로 성형되는 제품도 용이하게 제조 가능합니다.
사출 성형이나 압축 성형, 캘린더 가공 등 일반적인 고무 가공 방법에 대응할 수 있습니다. 절삭 가공이나 펀칭 가공에 의한 시트재로부터의 부품 제작도 용이하며, 시제품부터 양산품까지 유연한 생산이 가능합니다.
강도와 가공 용이성이 균형을 이루고 있어 설계의 자유도를 해치지 않으면서 신뢰성 높은 제품을 효율적으로 생산할 수 있습니다.

클로로프렌 고무의 단점

저온 환경에서 경화하기 쉽고, 내한성에 한계가 있다

클로로플렌 고무의 단점 중 하나가 내한성의 낮음입니다. 저온 환경에서는 고무의 유연성이 상실되어 저온 취화가 일어나기 쉬워집니다. 일반적인 사용 온도 범위의 하한은 -35℃ 전후로 되어 있기 때문에 혹한랭지나 특수한 냉동·냉각 환경에서의 사용에는 주의해야 합니다.부품이 경화되면 밀봉성이 저하되어 유체 누출을 일으키거나, 진동 흡수 능력이 상실되거나, 충격에 의해 균열이나 파손이 생기기 쉽거나 합니다. -40℃ 이하의 환경이 상정되는 설계에서는 실리콘 고무나 천연 고무 등 뛰어난 내한성을 가진 다른 재료를 검토하는 것이 좋습니다.

염소 함유로 인한 환경 제약

클로로플렌 고무의 뛰어난 특성의 대부분은 분자 구조에 포함된 염소에서 유래합니다. 단, 염소가 환경면에서의 제약이 된다는 점에 주의가 필요합니다. 특히, 폐기·소각시에 다이옥신등의 유해한 할로겐계 가스가 발생하는 점을 인식해 둡시다.
최근 RoHS 지령이나 ELV 지령, REACH 규칙 등 환경부하물질에 대한 규제는 세계적으로 강화되는 추세입니다. 유럽 전용의 제품이나, 환경 배려를 강하게 어필하는 제품에 대해서는, 클로로프렌 고무의 사용이 제한되거나, 대체 재료로의 전환이 요구되거나 하는 케이스도 증가하고 있기 때문에 주의가 필요합니다.

높은 내수·절연 용도에는 적합하지 않음

클로로플렌 고무는 일정한 내성은 가지지만 높은 수준의 내수성이나 전기 절연성이 요구되는 용도에는 적합하지 않습니다. 내수성에 관해서는 장시간 물에 잠기는 것과 같은 환경에서는 물을 흡수하여 팽윤하는 성질이 있습니다. 치수 안정성이 엄격하게 요구되는 수중 펌프의 씰 부품이나 항상 물과 접촉하는 패킹류에 사용하면 성능 저하나 수명 단축을 초래할 가능성이 있습니다.
전기 절연성에 대해서도 범용 고무로서는 평균적인 수준이며, 특별히 높은 절연 파괴 강도는 없습니다. 고전압이 걸리는 부품의 절연 커버나 정밀한 전기회로를 보호하는 용도로는 보다 높은 전기 절연성을 전문으로 하는 재료를 선정해야 합니다.

클로로프렌 고무의 용도

클로로프렌 고무는 균형 잡힌 특성에서 다음과 같이 다양한 용도로 사용됩니다.

클로로프렌 고무의 가공 종류와 포인트

성형(사출·압축) 가공의 포인트

사출 성형과 압축 성형은 클로로프렌 고무로 부품을 제조할 때 대표적인 가공법입니다. 사출 성형은 금형 내에 용융된 재료를 고속으로 사출 및 충전하기 때문에 O링이나 가스켓과 같은 소형 부품의 대량 생산에 적합합니다. 설계 시에는 재료가 원활하게 흐를 수 있도록 극단적인 두께 변화나 날카로운 모서리를 피하는 것이 포인트입니다.
압축성형은 금형에 배치한 재료를 열과 압력으로 시간을 들여 경화시키는 방법으로 방진 고무와 같은 대형 제품이나 두께가 있는 제품에 적합합니다. 압축 성형품을 설계할 때는 금형으로부터의 이형을 고려하여 적절한 빼내기 구배를 마련하는 것이 중요합니다.
어느 제조법이든 금형 비용이 발생하기 때문에 초기 투자와 생산 로트 수의 균형을 고려하여 공법을 선정합시다.

절삭·펀칭 가공의 포인트

절삭 가공이나 타발 가공은 클로로프렌 고무의 시트재나 블록재로부터 개스킷이나 패킹과 같은 평면적인 형상의 부품을 제작할 때 사용됩니다. 금형이 불필요하거나 간단한 거푸집으로 끝나기 때문에 시제품이나 소롯트 생산에 유리합니다.
고무는 탄성을 가지기 때문에 절삭이나 펀칭 시 재료가 변형되기 쉽고, 금속 가공과 같은 높은 치수 정밀도를 내는 것은 어렵습니다. 일반적인 공차보다 넓은 공차를 설정하거나 가공 업자와 사전에 달성 가능한 정밀도에 대해 협의합시다. 또한 제품의 모서리 부분은 응력 집중을 피하기 위해 가능한 한 R(둥근)을 붙이는 것이 권장됩니다.

접착·2차 가공의 포인트

클로로플렌고무는 접착성이 뛰어난 고무입니다. 전용 클로로플렌계 접착제를 사용하면 고무끼리는 물론 금속이나 플라스틱, 천 등 이종 재료와도 접착할 수 있습니다. 접착 설계의 포인트는 충분한 접착 면적을 확보하는 것입니다. 접착 강도는 면적에 비례하기 때문에 가능한 한 넓은 면에서 접합하도록 설계합시다. 접착면은 박리 방향의 힘(필 강도)에 약하기 때문에 전단 방향으로 응력이 가해지는 접합 구조로 하는 것이 이상적입니다.
2차 가공으로는 표면에 코팅을 하여 미끄럼성을 향상시키거나 인쇄로 마킹을 넣는 것도 가능합니다. 후가공을 검토할 때는, 사용하는 코팅제나 잉크와 클로로프렌 고무와의 궁합을 확인해, 벗겨짐이나 변색이라고 하는 문제를 막읍시다.

정리

클로로플렌 고무(CR)는 내후성, 내열성, 내유성, 난연성, 기계적 강도 등 많은 성능을 균형 있게 겸비한 매우 범용성 높은 합성 고무입니다. 한편 내한성이나 내수성, 환경규제 등 몇 가지 주의사항도 존재하기 때문에 요구사양에 맞는 설계가 요구됩니다.
이번 내용에서 소개한 특성이나 장점·단점, 가공상의 포인트를 참고해, 클로로플렌 고무의 포텐셜을 끌어낸 부품 설계를 실시해 주세요.