와이퍼링 소재 주요 비교: PTFE, 고무, 폴리우레탄

개요:와이퍼 링 재질 선택은 오염 제어, 로드 수명 및 전반적인 유압 시스템 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 글에서는 와이퍼 링에 사용되는 세 가지 주요 재질 계열인 PTFE, 고무(NBR/FKM/EPDM) 및 폴리우레탄(PU)을 살펴보고, 각 재질의 기계적 특성, 내화학성 및 내열성, 내마모성, 제조 용이성 및 일반적인 적용 시나리오를 비교합니다. 엔지니어와 구매팀이 와이퍼 링 요구 사항에 가장 적합한 재질을 선택할 수 있도록 실질적인 지침, 검증된 참고 자료 및 공급업체 고려 사항을 제공합니다.

와이퍼 링의 작동 원리와 재질 선택이 중요한 이유

기능, 배치 및 일반적인 고장 유형

와이퍼 링(스크레이퍼 씰 또는 더스트 링이라고도 함)은 실린더 헤드에 위치하여 커넥팅 로드가 후퇴할 때 먼지, 습기, 플랜지 찌꺼기 등의 오염 물질을 닦아냅니다. 이는 유압 캐비티로의 이물질 유입을 방지하고 마모 및 누출 경로를 유발하는 씰 오염을 줄여줍니다. 일반적인 고장 유형으로는 마모(닦아내는 기능 상실), 화학적 공격(팽창, 연화), 열화, 그리고 경도 불일치 또는 장착 간극으로 인한 압출 또는 영구 변형 등이 있습니다.

평가할 주요 성능 매개변수

와이퍼 링을 선택할 때는 최소한 내마모성, 마찰력(정적 및 동적), 유체 및 오염물질과의 화학적 호환성, 온도 범위, 경도 및 탄성, 압출 저항성, 그리고 제조 용이성(성형성 또는 가공성)을 평가해야 합니다. 이러한 요소들은 유압 실린더 및 관련 장비의 수명과 유지보수 주기를 결정하는 중요한 요소입니다.

재질 종류: PTFE, 다양한 고무 종류, 폴리우레탄

PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌): 낮은 마찰력과 넓은 온도 범위

PTFE는 매우 낮은 마찰 계수, 탁월한 화학적 불활성 및 매우 넓은 작동 온도 범위(-200°C ~ +260°C, 재질 등급별)로 인해 높은 평가를 받고 있습니다.(원천)충전재가 첨가된 PTFE 화합물(청동, 탄소, MoS₂, 흑연, 유리 섬유 충전재)은 슬라이딩 마찰과 스틱-슬립 현상을 최소화해야 하는 동적 밀봉 요소 및 와이퍼 링에 일반적으로 사용됩니다. 장점으로는 수분 흡수율이 매우 낮고 부식성 유체에 대한 성능이 우수하다는 점이 있습니다. 단점으로는 순수 PTFE는 탄성이 상대적으로 낮고 복원력이 떨어지기 때문에 접촉을 유지하기 위해 충전재가 첨가된 제품이나 스프링 백업 설계가 필요한 경우가 많다는 것입니다. 또한 PTFE는 가격이 비싸고 가공이나 특수 성형이 필요한 경우가 많습니다.

고무 엘라스토머(NBR, FKM/FPM, EPDM): 유연성 및 밀봉 탄성

NBR(니트릴 부타디엔 고무), FKM(플루오로엘라스토머), EPDM과 같은 엘라스토머는 일반적인 유압 시스템의 와이퍼 링에 널리 사용됩니다. NBR은 내유성 및 내연료성이 우수하고 비용 효율적이며, 일반적인 작동 온도 범위는 -40°C에서 +120°C입니다.(원천)FKM은 우수한 내화학성 및 내열성(등급에 따라 최대 200°C까지 견딜 수 있음)을 제공하며 가혹한 유체 환경에서 사용됩니다. EPDM은 물과 증기 환경에서 탁월한 성능을 발휘하지만 탄화수소에는 적합하지 않습니다. 엘라스토머는 높은 탄성과 유연성을 가지고 있어 로드의 불규칙한 부분 주변에서 접촉을 유지하고 재성형하는 데 탁월하지만, 일반적으로 PTFE보다 마찰력이 높고 오염된 로드에 대한 마모 속도가 더 빠릅니다.

폴리우레탄(PU): 뛰어난 내마모성과 기계적 강도

폴리우레탄은 높은 인장 강도, 매우 우수한 인열 및 내마모성, 그리고 탄성을 결합한 소재입니다. 폴리우레탄 와이퍼링은 마모성 오염 물질이 존재하거나 로드 표면이 완벽하게 깨끗하지 않은 곳에서 자주 사용됩니다. 일반적인 폴리우레탄의 사용 온도 범위는 PTFE 및 일부 엘라스토머보다 좁습니다(일반적으로 -40°C ~ +80°C, 조성에 따라 다름).(원천)폴리우레탄은 많은 엘라스토머보다 마찰이 적고 마모성 입자에 대한 내마모성이 우수하지만, 특정 화학 물질(예: 강산화제, 특정 탄화수소 조성물)에 민감할 수 있으며, 부식성이 강한 수용액 환경에서는 시간이 지남에 따라 가수분해될 수 있습니다.

성능 비교: 적합한 와이퍼 링 선택

양적 비교

아래 표는 와이퍼 링 선택 시 고려해야 할 일반적인 재료 특성을 간략하게 비교한 것입니다. 표에 제시된 값은 대표적인 범위이며, 정확한 특성은 등급 및 제조업체에 따라 다릅니다. 출처: 재료 데이터시트 및 일반 참고 자료(링크 참조).

표 해석 - 실제 적용에서의 절충점

- 마찰을 최소화하고 화학적/온도적 안정성을 확보하는 것이 우선시될 때(예: 고속 회전 로드, 부식성 유체) PTFE를 사용하십시오. 마모 개선 및 크리프/결빙 제어를 위해 충진 PTFE를 고려하십시오. - 탄성, 밀폐성 및 비용 절감이 중요한 경우(예: 일반 산업용 유압 장치) 엘라스토머(NBR/FKM)가 선호됩니다. - 로드 오염이 빈번하고 기계적 마모가 제한 요소인 마모성 환경에서는 PU가 최적의 선택입니다. 많은 시스템에서 하이브리드 설계(예: 엘라스토머 백업에 PTFE 립 스크레이퍼 또는 스프링 가압 PTFE)는 여러 장점을 결합합니다.

적용 가이드, 선정 권장 사항 및 공급업체 고려 사항

응용 분야별 권장 사항

- 이동식 유압 장치(노출된 로드, 먼지 및 물): 마모 정도에 따라 PU 와이퍼 또는 고무 와이퍼를 사용하고, 극한 온도나 화학 물질 노출이 예상되는 경우 FKM을 사용합니다. - 고속 공압/유압 로드: 마찰이 적고 스틱-슬립 현상이 감소된 PTFE 또는 PTFE 복합재 와이퍼가 우수합니다. - 식품, 제약 또는 화학적으로 부식성이 강한 환경: PTFE 등급 또는 FKM(호환되는 경우)을 사용하여 오염 위험을 줄입니다. - 저비용, 저수요 산업용 실린더: NBR 고무 와이퍼로도 충분한 경우가 많습니다.

설치, 테스트 및 검사 팁

적절한 홈 치수, 모따기 및 로드 표면 마감은 재질 선택만큼 중요합니다. 와이퍼용 로드의 일반적인 표면 거칠기는 재질에 따라 Rz 0.5~2.5µm입니다. 씰 제조업체의 사양을 참조하십시오. 씰 정렬 불량, 부적절한 립 예압 또는 로드와 글랜드의 날카로운 모서리는 수명을 급격히 단축시킵니다. 대표적인 오염, 압력 사이클링 및 온도 프로파일 조건에서 수명 주기 테스트를 통해 성능을 검증하십시오. 표준 및 모범 사례에 대해서는 SKF의 유압 씰 개요와 같은 기술 자료를 참조하십시오.(SKF)그리고 파커의 밀봉 가이드와 같은 업계 핸드북(파커).

제조 파트너 선정이 중요한 이유 — 폴리팩의 강점

재료 과학, 정밀 제조 및 테스트는 일관된 와이퍼링 성능에 매우 중요합니다. 폴리팩(Polypac)은 유압 씰 및 오일 씰 전문 제조업체이자 공급업체로서, 씰 생산, 씰링 재료 개발, 그리고 특수 작업 조건에 맞춘 맞춤형 씰링 솔루션을 제공합니다. 2008년에 설립된 폴리팩은 청동 충진 PTFE, 탄소 충진 PTFE, 흑연 PTFE, MoS₂ 충진 ​​PTFE, 유리 충진 PTFE 등 다양한 충진 PTFE 씰 제조로 시작하여 현재는 NBR, FKM, 실리콘, EPDM, FFKM 소재의 O링 및 엘라스토머 씰로 제품군을 확장했습니다.

폴리팩의 맞춤형 고무 링 및 O링 공장은 10,000제곱미터가 넘는 면적에 걸쳐 있으며, 그중 8,000제곱미터는 공장 공간으로 사용되고 최첨단 생산 및 시험 설비를 갖추고 있습니다. 중국 최대 규모의 씰 생산 및 개발 기업 중 하나인 폴리팩은 국내외 대학 및 연구 기관과 장기적인 협력 관계를 유지하며 연구 개발, 소재 선정, 맞춤형 복합재 개발 및 수명 주기 검증을 지원하고 있습니다. 주요 제품군은 O링, 로드 씰, 피스톤 씰, 엔드 페이스 스프링 씰, 스크레이퍼(와이퍼) 씰, 로터리 씰, 백업 링, 더스트 링 등을 포함합니다.

경쟁 우위 요소: 광범위한 PTFE 경험과 충전 PTFE 원산지; NBR, FKM 및 특수 화합물을 포함한 다양한 엘라스토머 활용 능력; 짧은 납기를 위한 대규모의 통제된 생산 시설; 특정 오염 및 유체 시나리오에서의 밀봉 성능에 대한 검증된 데이터를 제공할 수 있는 강력한 실험실 테스트 역량.

실용적인 선정 체크리스트 및 비용-수명 분석

선정 체크리스트

• 작동 온도의 극값과 평균 온도를 파악하십시오.
• 예상되는 작동 유체(유압유, 수성 글리콜, 바이오 오일) 및 오염 물질을 나열하십시오.
• 로드 속도와 작동 주기를 추정하고, 스틱-슬립 현상을 유발하는 진동 운동을 기록하십시오.
• 예상되는 오염물질 입자의 크기와 마모성을 평가합니다.
• 봉 표면의 조도, 경도 및 정렬 공차를 확인하십시오.
• 적절한 유지보수 주기와 초기 자재 비용을 비교하여 결정하십시오.

간단한 비용 대비 서비스 수명 예시

많은 엔지니어에게 있어 수명주기 비용(LCC)은 핵심 지표입니다. 현장 연구에서 흔히 관찰되는 현상은, 마모가 심한 환경에서 고가의 폴리우레탄(PU) 또는 PTFE 충진 와이퍼링이 저렴한 NBR 와이퍼에 비해 수명이 두 배 또는 세 배로 늘어나 가동 중지 시간과 유지 보수 비용을 충분히 절감하여 더 높은 부품 가격을 정당화할 수 있다는 것입니다. 정확한 투자 수익률(ROI)은 장비의 가동 중지 비용, 교체 빈도 및 설치 인건비를 고려하여 계산해야 합니다. 공급업체(예: Polypac)와 협력하여 오염 수준을 시뮬레이션하는 가속 마모 시험을 수행하여 수명 개선 효과를 정량화하십시오.

자주 묻는 질문

1. 와이퍼 링과 로드 씰의 차이점은 무엇입니까?

와이퍼 링(스크레이퍼)은 주로 로드가 실린더에 들어가기 전에 로드에서 오염 물질을 제거하도록 설계되었습니다. 로드 씰(다이내믹 씰)은 로드를 통해 유압유가 누출되는 것을 방지합니다. 와이퍼 링은 로드 씰을 보호하며 글랜드 어셈블리에서 로드 씰 외부에 위치합니다.

2. PTFE 와이퍼링이 모든 용도에서 고무 와이퍼를 대체할 수 있습니까?

아니요. PTFE는 마찰이 적고 내화학성이 뛰어나지만, 고무처럼 탄성 회복력이 없기 때문에 거칠거나 정렬이 어긋난 봉에서는 밀봉 접촉을 유지하지 못할 수 있습니다. 따라서 복합 소재(엘라스토머 지지대가 있는 PTFE 립 또는 스프링으로 강화된 구조)로 설계해야 합니다. 비용과 제조 용이성 또한 선택 시 고려해야 할 요소입니다.

3. 충전재가 함유된 PTFE 화합물은 어떻게 성능을 향상시키나요?

충전재(청동, 탄소, 유리, MoS₂)는 PTFE의 내마모성, 열전도율 및 크리프 저항성을 향상시킵니다. 또한 냉간 유동성을 감소시키고 치수 안정성을 개선하는 동시에 낮은 마찰을 유지할 수 있습니다. 특정 충전재의 선택은 목표 특성에 따라 달라집니다. 청동은 강도와 ​​열 방출을 향상시키고, 탄소는 내마모성과 일부 기계적 특성을 개선하며, MoS₂는 경계 윤활 조건에서 마찰을 더욱 감소시킵니다.

4. 염분이 많은 해양 환경에 가장 적합한 재질은 무엇입니까?

PTFE 및 적합한 FKM 등급은 우수한 내화학성으로 인해 염수 환경에서 일반적으로 우수한 성능을 발휘합니다. EPDM은 풍화 및 고온에 강하지만 탄화수소 오일에는 적합하지 않습니다. 내식성 글랜드 재질을 사용하고 배수 및 유지보수 과정에서 염분 오염을 고려해야 합니다.

5. 와이퍼링 수명에 있어 로드 표면 마감은 얼마나 중요한가요?

매우 중요합니다. 거칠거나 흠집이 있는 와이퍼 로드는 와이퍼 마모를 가속화하고 그 뒤에 있는 씰을 손상시킬 수 있습니다. 일반적으로 권장되는 와이퍼 로드 마감은 재질에 따라 다르지만, 대개 씰 공급업체에서 지정한 Ra 및 Rz 값을 갖는 연마 또는 호닝 처리된 표면을 목표로 합니다. 선택한 와이퍼 재질에 대한 씰 제조업체의 권장 사항을 항상 확인하십시오.

6. 성능 향상을 위해 여러 재료를 조합할 수 있나요?

네, 하이브리드 디자인은 흔히 사용됩니다. 예를 들어, 탄성 소재 캐리어에 PTFE 스크래핑 립을 적용하거나, 탄성 소재 백업이 있는 PTFE 라이너를 사용하는 경우가 있습니다. 이러한 디자인은 PTFE의 낮은 마찰력과 내화학성을 고무의 탄성 또는 폴리우레탄의 내마모성과 결합하여 균형 잡힌 성능을 제공하는 것을 목표로 합니다.

연락처 및 제품 문의(CTA)

장비에 사용할 와이퍼 링 선택 또는 테스트에 도움이 필요하시면 폴리팩(Polypac)에 문의하여 기술 컨설팅, 재질 선정 및 맞춤형 씰 제조 서비스를 받으십시오. 폴리팩은 O링, 로드 씰, 피스톤 씰, 엔드 페이스 스프링 씰, 스크레이퍼(와이퍼) 씰, 로터리 씰, 백업 링, 더스트 링 등 다양한 제품군을 제공하며, PTFE 충진 배합 및 엘라스토머 화합물 분야에서 풍부한 경험을 보유하고 있습니다. 폴리팩 영업팀에 샘플 테스트 프로그램 또는 견적을 요청하여 귀사의 용도에 적합한 재질을 검증해 보십시오.

선정된 참고 자료 및 기술 자료:SKF 유압 씰 개요(SKF)PTFE의 특성(위키피디아)NBR 개요(위키피디아)폴리우레탄 개요(위키피디아)마찰 계수 기준(엔지니어링 툴박스)파커 씰링 핸드북(파커).