몰드 제작에서 부가형 실리콘의 장점

부가형 실리콘(백금 실리콘)은 백금 촉매를 사용하는 2액형 액상 실리콘 소재로, 정밀 몰드 제작에 널리 사용됩니다. 백금 촉매 부가 반응을 통해 경화되며, 일반적으로 낮은 경화 수축률, 우수한 치수 안정성, 유연성 및 긴 몰드 보관 수명을 제공합니다.

다양한 주석 경화 실리콘 및 축합형 실리콘 제품과 비교했을 때, 부가형 실리콘은 일반적으로 경화 수축률이 낮고 장기적인 치수 안정성이 우수합니다. 일부 배합은 높은 인열 강도와 우수한 기계적 특성도 갖추고 있습니다. 이러한 특성 덕분에 레진 주형, 주얼리 제작, 프로토타입 복제, 예술 조형물 제작 등 높은 몰드 정밀도와 내구성이 요구되는 다양한 분야에 적합합니다.

다만 백금 실리콘은 제품 배합에 따라 경도, 점도, 인열 강도, 경화 시간 및 내열성에 차이가 있습니다. 적합한 제품을 선택하려면 몰드 설계, 원형 소재 및 후속 주형 소재를 종합적으로 고려해야 합니다.

부가형 실리콘

1. 부가형 실리콘이란?

부가형 실리콘은 백금 촉매를 사용하는 부가 경화 방식의 액상 실리콘입니다. 일반적으로 A제와 B제 두 가지 성분으로 구성됩니다. 지정된 비율로 혼합하면 두 성분 사이에 가교 반응이 일어나면서 점차 탄성을 지닌 실리콘 고무로 경화됩니다.

주석 경화 실리콘과 달리 부가형 실리콘은 경화 반응 중 일반적으로 저분자 부산물을 방출하지 않습니다. 따라서 경화 수축률을 낮추고 우수한 치수 안정성을 확보하는 데 유리합니다.

몰드 제작에 사용되는 부가형 실리콘은 다음과 같은 주요 특성을 갖추고 있습니다.

• 낮은 수축률: 원형의 세부 형상과 치수 정밀도를 유지하는 데 유리합니다.
• 우수한 유연성: 탈형 작업을 용이하게 하며, 특히 복잡한 형상이나 언더컷이 있는 모델에 적합합니다.
• 다양한 경도 선택: 제품 배합에 따라 연질, 중간 경도 및 경질 몰드 제작에 적합한 제품을 선택할 수 있습니다.
• 우수한 기계적 특성: 일부 배합은 높은 인열 강도, 인장 강도 및 신율을 제공합니다.
• 장기 보관 안정성: 올바르게 제작하고 보관한 백금 실리콘 몰드는 일반적으로 긴 보관 수명을 유지합니다.

위 특성은 부가형 실리콘에서 일반적으로 기대할 수 있는 특성이며, 모든 제품에 동일하게 보장되는 것은 아닙니다. 실제 성능은 해당 제품의 기술 데이터 시트(TDS)를 통해 확인해야 합니다.

2. 주요 장점

2.1 낮은 경화 수축률

낮은 경화 수축률은 정밀 몰드 제작에서 부가형 실리콘이 갖는 중요한 장점 중 하나입니다.

실리콘은 경화 과정에서 점차 안정적인 고무 구조를 형성합니다. 부가형 실리콘은 일반적으로 축합 반응에서 발생하는 저분자 부산물을 생성하지 않기 때문에 경화 수축률이 낮으며, 몰드 치수의 변화를 최소화하는 데 도움이 됩니다.

이러한 특성은 특히 다음과 같은 용도에서 중요합니다.

• 정밀 레진 부품 및 제품 프로토타입 복제.
• 주얼리, 액세서리 및 소형 공예품 제작.
• 복잡한 질감과 섬세한 디테일을 가진 예술 작품의 복제.
• 치수 일관성이 중요한 반복 생산.

다만 최종 몰드의 치수 정밀도는 실리콘의 수축률만으로 결정되지 않습니다. 원형의 정밀도, 주입 방식, 경화 조건, 몰드 설계 및 주형 소재 자체의 수축률도 완제품의 치수에 영향을 미칠 수 있습니다.

2.2 우수한 디테일 재현성

몰드 제작에서는 실리콘이 원형 표면에 밀착되어 질감, 홈, 가장자리 및 미세한 구조를 정확하게 재현하는 것이 중요합니다.

부가형 실리콘은 다양한 점도 등급으로 제공되므로 구체적인 용도에 맞춰 선택할 수 있습니다. 일반적으로 저점도 제품은 유동성이 우수하여 원형 표면의 미세한 디테일까지 쉽게 덮을 수 있으며, 기포가 위로 올라와 배출되는 데도 유리합니다.

정밀 모델, 주얼리 원형 및 복잡한 질감의 몰드를 제작할 때는 다음 제품 사양을 중점적으로 확인해야 합니다.

• 혼합 후 점도.
• 가사 시간(Pot Life).
• 경화 시간(Cure Time).
• 진공 탈포 적합성.
• 주입식 또는 브러시 도포식 몰드 제작 공정에 대한 적합성.

백금 촉매 경화 시스템을 사용한다고 해서 모든 제품의 점도가 낮은 것은 아닙니다. 실제 유동성은 구체적인 제품 배합에 따라 달라집니다. 대형 몰드를 브러시 도포 방식으로 제작하는 경우에는 이 용도에 맞게 설계된 틱소트로피형 또는 고점도 제품도 적합할 수 있습니다.

2.3 우수한 유연성

부가형 실리콘은 경화 후 탄성 있는 실리콘 고무를 형성하며, 탈형 과정에서 어느 정도 변형될 수 있습니다. 이러한 특성은 홈, 언더컷, 가늘고 긴 구조 또는 복잡한 표면을 가진 모델을 몰드에서 꺼내는 데 도움이 됩니다.

경질 몰드 소재와 비교하면 유연한 실리콘 몰드는 복잡한 형상을 복제할 때 작업하기가 더 쉽습니다. 또한 탈형 과정에서 몰드와 주형 제품에 발생할 수 있는 기계적 손상을 줄이는 데 도움이 됩니다.

실리콘은 경도에 따라 다양한 몰드 설계에 적합한 제품을 선택할 수 있습니다.

• 저경도 실리콘: 쉽게 구부러지고 늘어나므로 복잡한 구조, 깊은 언더컷 및 탈형 시 큰 변형이 필요한 몰드에 적합합니다.
• 중경도 실리콘: 유연성과 몰드 지지력 사이에서 균형을 제공하므로 다양한 몰드 제작 분야에 적합합니다.
• 고경도 실리콘: 형태 유지력과 지지력이 우수하며, 비교적 단순한 설계나 몰드의 형상을 유지해야 하는 용도에 적합합니다.

경도를 선택할 때는 탈형의 편의성만 고려해서는 안 됩니다. 벽이 얇거나 모서리가 날카로운 몰드, 찢어지기 쉬운 구조의 몰드는 인열 강도와 신율도 함께 평가해야 합니다.

부가형 실리콘의 유연성

2.4 우수한 기계적 특성

반복적인 주입과 탈형 과정에서 몰드는 지속적으로 늘어남, 굽힘 및 국부적인 찢김 등의 힘을 받습니다. 따라서 실리콘의 기계적 특성은 몰드 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

백금 실리콘을 구매할 때는 다음과 같은 매개변수를 중점적으로 확인하는 것이 좋습니다.

경도가 높다고 해서 반드시 인열 강도가 높은 것은 아니며, 실리콘이 부드럽다고 해서 항상 내구성이 우수한 것도 아닙니다. 제품별 기계적 특성은 해당 제품의 TDS를 기준으로 비교해야 합니다.

실제 사용 시 몰드 수명은 주형 소재, 탈형 방식, 이형제, 몰드 두께, 생산 빈도 및 작업 조건에도 영향을 받습니다.

2.5 긴 몰드 보관 수명

부가형 실리콘의 또 다른 장점은 일반적으로 긴 몰드 보관 수명을 제공한다는 것입니다.

여기서는 다음 두 가지 개념을 구분해야 합니다.

몰드 보관 수명(Mold Library Life)

이는 제작이 완료된 실리콘 몰드를 주형 생산에 사용하지 않고 적절하게 보관했을 때 사용 가능한 상태를 유지하는 기간을 의미합니다. 부가형 실리콘은 일반적으로 장기 보관 안정성이 우수하여 원형 복제 기능을 장기간 유지하거나 예비 몰드를 보관해야 하는 프로젝트에 적합합니다.

실제 생산 수명(Production Life)

이는 실리콘 몰드가 실제 생산 과정에서 지속적으로 사용될 수 있는 기간 또는 횟수를 의미합니다. 실제 생산 수명은 주형 소재, 이형제, 몰드 설계, 사용 빈도 및 탈형 작업 등 다양한 요인의 영향을 받습니다.

따라서 부가형 실리콘은 일반적으로 장기 보관에 유리하지만, 모든 몰드의 사용 수명이 일정하거나 정해진 횟수의 주형 작업을 견딜 수 있다는 의미는 아닙니다.

또한 몰드 보관 수명(Mold Library Life)은 경화가 완료된 실리콘 몰드를 보관할 때 사용 가능한 기간을 의미하며, 혼합하지 않은 액상 실리콘 원료의 보관 수명(Shelf Life)과는 다릅니다.

2.6 다양한 주형 소재와 호환 가능

구체적인 제품 배합에 따라 부가형 실리콘은 다음과 같은 다양한 소재의 주형 및 복제 작업에 사용할 수 있습니다.

• 에폭시 수지.
• 폴리우레탄 수지.
• 폴리에스터 수지.
• 석고.
• 왁스.
• 시멘트 및 콘크리트.
• 일부 저융점 금속 또는 합금(실제 주입 온도가 해당 실리콘 등급의 내열 범위에 포함되는지 확인해야 합니다.)

일반적인 주형 소재의 경우, 실리콘 몰드는 우수한 이형 성능을 제공하므로 적합한 사용 조건에서는 별도의 이형제가 필요하지 않을 수 있습니다.

하지만 실제 이형 성능은 주형 소재, 몰드 표면, 구조의 복잡성 및 작업 조건에 따라 달라집니다. 특수 수지, 몰드에 달라붙기 쉬운 소재 또는 몰드 수명을 연장해야 하는 생산 공정에서는 적합한 이형제를 사용해야 할 수 있습니다.

실리콘 몰드에 실리콘을 주입하는 경우에는 두 가지 문제에 특히 주의해야 합니다. 실리콘 소재끼리 서로 접착될 수 있으며, 서로 다른 실리콘 시스템 사이에 경화 호환성 문제가 발생할 수도 있습니다. 이러한 용도에서는 먼저 소규모 테스트를 진행하고, 필요한 경우 실리콘 전용 이형제를 사용해야 합니다.

3. 적용 분야

낮은 경화 수축률, 유연성 및 우수한 기계적 특성을 갖춘 부가형 실리콘은 다양한 몰드 제작 분야에 적합합니다.

3.1 레진 몰드 제작

부가형 실리콘은 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지 및 기타 수지 제품의 몰드를 제작하는 데 널리 사용됩니다.

대표적인 적용 분야로는 레진 공예품, 장식품, 모델 부품 및 프로토타입 복제 등이 있습니다. 요구되는 경도와 인열 강도에 따라 다양한 크기와 복잡도의 몰드에 적합한 배합을 선택할 수 있습니다.

에폭시 수지용 실리콘 몰드

3.2 주얼리 및 정밀 공예품 몰드

주얼리, 액세서리 및 소형 공예품은 섬세한 질감, 복잡한 윤곽 및 높은 치수 정밀도를 요구하는 경우가 많습니다.

저점도 부가형 실리콘은 원형 표면의 미세한 디테일까지 충분히 덮을 수 있으며, 적절한 유연성은 복잡한 구조의 모델을 탈형하는 데 도움이 됩니다.

주얼리 및 액세서리용 실리콘 몰드

3.3 조형물 및 예술 작품 복제

부가형 실리콘은 조각 작품, 인물상, 장식용 소품 및 기타 예술 작품의 유연한 복제 몰드를 제작하는 데 사용할 수 있습니다.

대형 모델이나 깊은 언더컷이 있는 모델의 경우, 탈형 과정에서 몰드가 변형되거나 손상되는 것을 방지하기 위해 몰드 분할 방식, 실리콘 두께 및 외부 지지 쉘의 설계도 함께 고려해야 합니다.

3.4 왁스, 석고 및 콘크리트 몰드

부가형 실리콘은 왁스 제품, 석고 장식품 및 일부 콘크리트 제품의 몰드를 제작하는 데도 사용할 수 있습니다.

적합한 제품을 선택할 때는 주형 소재의 온도와 무게, 입자 또는 표면 마찰 특성, 그리고 몰드가 견뎌야 하는 생산 횟수를 고려해야 합니다.

양초용 실리콘 몰드

3.5 식품 접촉 및 베이킹 몰드

일부 백금 실리콘 제품은 식품 접촉 용도에 맞게 특별히 배합하고 테스트한 경우 베이킹 몰드, 초콜릿 몰드 및 캔디 몰드 제작에 사용할 수 있습니다.

다만 백금 촉매를 사용한다고 해서 실리콘 제품이 자동으로 식품 등급에 해당하는 것은 아니며, 모든 백금 실리콘 제품이 식품과 직접 접촉하기에 적합한 것도 아니라는 점을 강조해야 합니다.

식품 접촉용 실리콘은 목표 시장의 관련 규정과 구체적인 사용 조건을 기준으로 평가해야 합니다. 또한 제품에 해당 시험 성적서 또는 규정 준수 문서가 구비되어 있어야 합니다. 경화 조건, 후처리 요건, 안료 및 이형제도 완제품의 규정 준수 여부에 영향을 미칠 수 있습니다.

아울러 식품 접촉 규정 준수 여부와 베이킹 온도에 대한 내열성은 서로 다른 평가 기준이므로 각각 별도로 확인해야 합니다.

식품 접촉용 실리콘 몰드

4. 부가형 실리콘 선택 방법

모든 부가형 실리콘 제품이 동일한 몰드 제작 공정에 적합한 것은 아닙니다. 제품을 선택할 때는 다음 요소를 종합적으로 평가해야 합니다.

4.1 몰드 설계에 따라 경도 선택

몰드의 크기, 벽 두께, 언더컷 및 탈형 방식은 모두 실리콘 경도 선택에 영향을 미칩니다.

복잡한 설계, 깊은 언더컷 또는 탈형 시 큰 변형이 필요한 몰드에는 저경도 실리콘을 고려할 수 있습니다. 일정 수준의 구조적 지지력이 필요한 몰드에는 중경도 또는 고경도 제품이 더 적합할 수 있습니다.

4.2 몰드 디테일과 제작 공정에 따라 점도 선택

섬세한 질감과 복잡한 구조를 가진 원형에는 일반적으로 저점도 제품이 더 우수한 유동성과 디테일 재현성을 제공합니다.

대형 몰드를 브러시 도포 방식으로 제작하는 경우에는 실리콘이 원형 표면을 따라 흘러내리는 것을 방지하기 위해 점도가 높고 적절한 틱소트로피 특성을 갖춘 제품을 고려해야 합니다.

4.3 생산 요건에 따라 인열 저항성 고려

몰드에 얇은 벽, 날카로운 모서리, 깊은 홈 또는 복잡한 언더컷이 있는 경우 인열 강도와 파단 신율을 특히 주의해서 확인해야 합니다.

이러한 용도에서는 쇼어 A 경도만으로 소재의 적합성을 판단하기 어렵습니다.

4.4 가사 시간과 경화 시간 확인

부가형 실리콘의 가사 시간과 경화 시간은 제품에 따라 상당한 차이가 있을 수 있습니다.

가사 시간이 긴 제품은 복잡한 원형, 대형 몰드 또는 충분한 탈포 시간이 필요한 공정에 적합합니다. 반면 경화 시간이 짧은 제품은 생산 효율을 높이는 데 도움이 됩니다.

제품을 선택할 때는 작업 환경의 온도, 몰드 크기 및 생산 일정을 함께 고려해야 합니다.

4.5 내열성 및 규정 준수 문서 확인

몰드가 고온의 주형 소재와 접촉하거나 베이킹 또는 식품 접촉 용도로 사용되는 경우, 제품의 내열 데이터와 관련 규정 준수 문서를 각각 확인해야 합니다.

단순히 백금 실리콘이라는 명칭만으로 내열성이나 식품 접촉 적합성을 판단해서는 안 됩니다. 반드시 해당 제품의 TDS, 시험 성적서 및 지정된 사용 조건을 기준으로 확인해야 합니다.

5. 사용 시 주의사항

부가형 실리콘은 우수한 성능을 제공하지만, 부가 경화 시스템은 일부 화학 물질에 민감합니다. 따라서 몰드를 제작하기 전에 다음 사항에 특히 주의해야 합니다.

5.1 경화 저해 문제에 주의

부가형 실리콘은 특정 화학 물질의 영향을 받아 경화 속도가 느려지거나, 일부 영역이 경화되지 않거나, 표면이 끈적이는 문제가 발생할 수 있습니다.

대표적인 잠재적 원인은 다음과 같습니다.

• 일부 황 기반 모델링 클레이와 같은 황 함유 소재.
• 일부 아민 화합물.
• 주석 화합물 및 일부 축합형 실리콘 제품의 잔류물.
• 일부 접착제, 코팅제 및 수지.
• 세척 또는 후경화가 충분히 이루어지지 않은 일부 3D 프린팅 모델.

3D 프린팅 원형을 사용하는 경우에는 해당 출력 소재가 백금 실리콘과 호환되는지 확인해야 합니다. 출력 소재 및 실리콘 공급업체의 권장 사항에 따라 세척, 후경화 및 표면 처리를 진행해야 합니다.

호환성이 확실하지 않은 원형 소재는 본격적인 몰드 제작에 앞서 소규모 경화 테스트를 진행해야 합니다.

5.2 제품 지침에 따라 A제와 B제를 정확하게 혼합

부가형 실리콘은 일반적으로 2액형 시스템으로 공급됩니다. 혼합 비율은 제품마다 다를 수 있으므로 TDS에 명시된 중량비 또는 부피비에 따라 각 성분을 정확하게 계량해야 합니다.

혼합이 불충분하거나 혼합 비율이 잘못되면 경화가 완전히 이루어지지 않아 몰드 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

5.3 지정된 탈포 및 경화 절차 준수

고정밀 몰드를 제작할 때는 진공 탈포를 통해 혼합 과정에서 유입된 기포를 줄일 수 있습니다.

주입 후에는 제품 제조업체가 지정한 온도와 시간에 따라 실리콘을 경화해야 합니다. 제품마다 경화 조건이 다르므로 다른 제품 등급의 작업 조건을 그대로 적용해서는 안 됩니다.

5.4 주형 소재에 따라 이형제 사용 여부 결정

일부 실리콘 배합은 수지, 석고 및 왁스와 같은 일반적인 주형 소재를 사용할 때 우수한 자연 이형 특성을 제공합니다.

하지만 주형 소재가 몰드에 달라붙기 쉽거나 몰드를 반복 생산에 사용하는 경우에는 실리콘과 주형 소재 모두에 적합한 이형제를 선택해야 합니다. 사용 전에 테스트하여 표면 품질과 경화 과정에 미치는 영향을 확인하는 것이 좋습니다.

6. 자주 묻는 질문(FAQ)

Q1: 몰드 제작에는 부가형 실리콘과 주석 경화 실리콘 중 어느 것이 더 적합한가요?

두 소재 모두 몰드 제작에 사용할 수 있지만 성능 특성과 적용 분야에는 차이가 있습니다.

부가형 실리콘은 일반적으로 경화 수축률이 낮고 장기적인 치수 안정성이 우수하며, 몰드 보관 수명도 긴 편입니다. 따라서 정밀 복제와 장기적인 안정성이 중요한 프로젝트에 적합합니다.

주석 경화 실리콘은 오랜 기간 다양한 몰드 제작 분야에서 사용되어 왔으며, 선택할 수 있는 제품 종류도 다양합니다. 일반적인 몰드 제작 용도에도 적합합니다.

최종적으로는 경화 시스템만으로 판단하기보다 몰드 정밀도, 예산, 원형 소재, 생산 요건 및 실제 테스트 결과를 종합적으로 고려하여 선택해야 합니다.

Q2: 부가형 실리콘의 수축률은 어느 정도인가요?

부가형 실리콘은 일반적으로 경화 수축률이 낮지만, 정확한 수치는 제품 배합과 시험 조건에 따라 달라집니다.

제품을 선택할 때는 TDS를 확인하고 실리콘 자체의 경화 수축과 주형 소재의 성형 수축을 구분해야 합니다. 두 가지 모두 최종 제품의 치수에 영향을 미칠 수 있습니다.

Q3: 부가형 실리콘으로 몰드를 제작할 때 이형제가 필요한가요?

반드시 필요한 것은 아닙니다. 백금 실리콘 몰드는 다양한 일반 주형 소재에 대해 우수한 이형 성능을 제공할 수 있습니다. 다만 이형제의 필요 여부는 주형 소재, 몰드 설계 및 실제 작업 조건에 따라 달라집니다.

실리콘 몰드에 실리콘을 주입하는 경우에는 실리콘 소재끼리 접착될 위험에 특히 주의해야 합니다. 사전 테스트 결과에 따라 전용 이형제를 사용해야 합니다.

Q4: 모든 부가형 실리콘은 내열성이 우수한가요?

그렇지 않습니다. 내열성은 구체적인 제품 배합에 따라 달라지며, 모든 부가형 실리콘 제품이 동일한 내열 성능을 갖는 것은 아닙니다.

제품을 선택할 때는 지정된 연속 사용 온도와 단시간 내열 온도를 확인해야 합니다. 또한 실제 주형 소재의 온도와 반복적인 열 사이클이 몰드 성능에 미치는 영향도 고려해야 합니다.

Q5: 모든 부가형 실리콘은 식품 접촉에 적합한가요?

그렇지 않습니다. 백금 촉매 경화는 실리콘의 경화 시스템을 의미할 뿐, 그 자체로 제품이 식품 접촉 규정을 준수한다는 사실을 입증하지는 않습니다. 관련 시험을 거치고 목표 시장의 적용 가능한 요건을 충족하는 특정 배합만 지정된 조건에서 해당 식품 접촉 용도로 사용할 수 있습니다. 예를 들어 미국 FDA 관련 요건을 확인할 때는 해당 제품이 적용 가능한 FDA 규정 조항을 충족하는지 확인하고 관련 시험 성적서와 사용 조건을 검토해야 합니다. 구매 전에는 제품의 경화 및 후처리 요건도 확인해야 합니다.

Q6: 부가형 실리콘이 경화되지 않거나 표면이 끈적이는 이유는 무엇인가요?

이는 경화 저해로 인해 발생할 수 있습니다. 원형 표면의 황 함유 물질, 아민, 주석 화합물, 일부 코팅제 및 접착제, 그리고 특정 3D 프린팅 소재가 부가형 실리콘의 정상적인 가교 반응을 방해할 수 있습니다.

이러한 문제가 발생하면 원형 소재, 표면 처리 및 세척 공정을 점검해야 합니다. 본격적인 몰드 제작에 들어가기 전에 실제 원형 소재를 사용하여 소규모 테스트를 진행하는 것이 좋습니다.

7. 결론

낮은 경화 수축률, 우수한 치수 안정성, 유연성 및 다양한 기계적 특성을 갖춘 부가형 실리콘은 정밀 몰드, 레진 복제, 주얼리 제작 및 예술 모델 제작 분야에서 중요한 소재로 사용됩니다.

실제 몰드 제작 프로젝트에서 적합한 백금 실리콘을 선택하려면 경화 시스템뿐만 아니라 경도, 점도, 인열 강도, 가사 시간, 내열성 및 원형 소재와의 호환성도 함께 평가해야 합니다.

구체적인 몰드 설계와 생산 요건에 맞는 배합을 선택하면 몰드용 실리콘으로서 부가형 실리콘의 장점을 더욱 효과적으로 활용할 수 있습니다.