액체 실리콘 고무(LSR) 성형: 내구성 있고 유연한 부품을 위한 프리미엄 솔루션

액체 실리콘 고무 성형이란 무엇인가?

액체 실리콘 고무(Liquid Silicone Rubber, LSR) 성형은 액체 사출 성형(Liquid Injection Moulding, LIM)이라고도 하며, 두 화합물을 혼합한 후 백금 촉매를 사용하여 금형 내부에서 열경화시켜 유연한 실리콘 부품을 만드는 열경화성 공정입니다. 낮은 압축 영구 변형과 극한 온도 저항성으로 LSR 성형품은 내구성이 뛰어나고 까다로운 응용에 이상적입니다. LSR 엘라스토머는 뛰어난 광학적 투명도, 내구성, 설계 유연성을 제공하며 넓은 온도 범위(-50°C ~ 250°C)에서 우수한 기계적 특성을 유지합니다.

LSR 사출 성형은 복잡한 형상 제조에 적합하며, 설계 및 툴링 유연성 덕분에 여러 기능 요소를 단일 부품으로 통합할 수 있습니다. 제품 신뢰성과 총 툴링 비용 측면에서 LIM은 상당한 이점을 제공합니다.

LSR이 일반 사출 성형과 다른 점

LSR 성형은 부품이 금형 내부에서 형성되는 방식은 일반 사출 성형과 매우 유사하지만, 부품 경화 방식에서 차이가 있습니다.

사출 성형에서는 열가소성 수지를 사출 전에 녹이고 압력으로 경화시킵니다. LSR은 두 부분으로 된 열경화성 화합물로, 가열된 금형에 사출되기 전에 냉각되며 최종적으로 고체 부품으로 경화됩니다. 열경화성 LSR의 성형 상태는 영구적이며 열가소성 수지처럼 재용융하여 재사용할 수 없습니다. A와 B 성분은 1:1 비율로 혼합되어 액체를 고체 고무로 전환하는 열가속 반응을 생성합니다.

LSR 성형 공정은 어떻게 작동하는가?

아래 이미지와 같이 액체 사출 성형기는 한 쌍의 공급 드럼(또는 플런저), 인젝터, 계량 펌프, 정적 콜드 믹서, 노즐, 가열된 금형으로 구성됩니다.

• 먼저, 액체 실리콘 고무 화합물의 베이스 형성 실리콘과 백금 촉매 부분(A & B)이 공급 드럼(Supply drums)을 통해 펌핑 시스템에 추가됩니다. 이들은 플런저(Plungers)라고도 하며 두 화합물의 1차 용기 역할을 합니다. 별도 용기에 첨가제와 색소 안료가 보관됩니다.

• 인젝터(Injectors)가 액체 실리콘을 가압하여 기계의 계량 펌프로 소재 사출을 돕습니다. 압력과 사출 속도를 조절하여 공정 반복성과 정확도를 높입니다.
• 계량 펌프(Metering pump) 또는 유닛(Unit)이 두 액체 성분(촉매와 베이스 형성 실리콘)을 혼합하여 두 소재가 동시에 공급되면서 일정한 비율(1:1)을 유지하도록 합니다.
• 베이스 형성 실리콘, 촉매, 첨가제, 안료가 콜드 러너 정적 믹서(Cold runner static mixer)를 통해 노즐로 펌핑됩니다.
• 계량 섹션과 믹서에서 혼합된 화합물은 냉각된 러너 시스템을 통해 노즐(Nozzle)을 거쳐 가열된 금형 캐비티로 밀려들어가며, 여기서 가황(Vulcanization)이 일어나 부품이 생성됩니다. 노즐은 혼합물의 금형 증착을 돕습니다. 누출과 금형 과충진을 방지하기 위해 노즐에는 자동 차단 밸브가 있는 경우가 많습니다.
• 금형 클램프(Mould clamp)가 사출 성형 공정 내내 금형을 고정하고 공정 완료 후 금형을 엽니다.

액체 실리콘 고무 응용 분야

액체 실리콘 고무는 소비자 전자제품부터 극한 산업 응용까지 광범위한 분야에서 사용됩니다.

• 광학 – 실외, 자동차, 전문 조명
• 자동차 – 렌즈 LED 조명, 라이트 가이드, 광학 커플링, O-링, 버튼, 부품, 가스켓, 와이어 하니스 부품
• 전자 – LED 렌즈, 라이트 가이드, 보호 슬리브
• 소비재 – 코 패드, 이어버드, 고글, 헤드셋
• 의료 및 헬스케어 – 의료용 튜브, 내시경 부품, 카테터, 렌즈, UV LED 조명, 유량 조절 밸브, 주사기 스토퍼 등

LSR과 LIM의 장단점

다음 장단점은 LSR 성형품과 LIM 공정 모두에 적용됩니다.

액체 실리콘 고무의 장점

• 낮은 점도로 금형의 얇고 복잡한 영역으로 소재가 쉽게 흐름
• 인체 조직 및 체액과의 우수한 생체 적합성
• 뛰어난 내화학성
• 대량 생산에 적합
• 우수한 기계적 특성: 좋은 신율, 우수한 인열 강도, 높은 인장 강도, 넓은 경도 범위(5-80 Shore A)
• 공정 반복성
• 압축 성형 대비 짧은 사이클 타임
• 세균 증식 저항성
• 공정 자동화 용이
• 멸균 가능하여 의료/헬스케어 제품에 적합
• 엄격한 FDA 지침 준수
• 대부분의 소비자 환경에서 뛰어난 저항성과 안정성
• 열가소성 수지보다 우수한 고온 저항성
• 복잡하고 고정밀 부품에 적합
• 높은 인열 및 인장 강도

액체 실리콘 고무의 단점

• 한 번 경화되면 재성형 불가, LSR 재활용 불가능
• 생산 시간과 비용이 높음
• 미처리 시 끈적한 느낌으로 먼지 등 입자 흡착
• 알코올 또는 가솔린 침수 응용에 부적합
• 황, 라텍스 등 일부 소재에 노출 시 경화 억제
• LIM 공정용 소재 선택 제한적
• 실리콘 등급 선택 폭이 제한적