케이블 구성요소와 사용분야에 따른 적절한 소재

소재를 올바로 선택하면 케이블과 커넥터의 저항력은 매우 커집니다. 하지만 이 선택 자체는 과학입니다. 연결 기술의 세상은 온갖 종류의 소재와 조합을 제공하기 때문입니다. 소재마다 용도에 따라 장단점을 갖고 있습니다. 이 문서에서는 까다로운 문제에 대해 조명해 보고자 합니다.
 케이블 피복에 가장 적합한 소재는 무엇일까요? PUR 아니면 PVC일까요? 스테인리스 스틸은 주조 아연 또는 플라스틱보다 더 적합한 커넥터 하우징 소재일까요? 이런 질문에는 사례에 따라 다르게 답변할 수 있을 것입니다. 소재마다 강점과 약점이 서로 다르기 때문입니다. 안타깝게도 연결 솔루션에 적합한 소재를 선택하는 데 있어 간단한 규칙은 없습니다. 구체적인 용도가 언제나 결정적인 역할을 하기 때문입니다. 게다가 모든 연결 솔루션은 강력하지만 그 링크는 더없이 약합니다. 그것은 부적합한 소재를 사용했거나, 별로 중요해 보이지 않는 C-파트의 소재 특성에 대해 제조업체가 충분히 주의를 기울이지 않은 액세서리의 경우가 주로 그렇습니다. 

분야별로 요구 사항도 매우 다양할 수 있습니다. 예를 들어 식품 및 음료 산업에서는 부패하기 쉬운 제품을 가공 및 포장할 때 무엇보다 우선시되어야 하는 것이 위생입니다. 이를 위해서는 쉽게 씻어낼 수 있으며 뜨거운 증기와 세제 처리를 했을 때도 그 기능이 손실되지 않는 소재가 필요합니다. 한편, 철도 산업에서는 객차 내에서 안전하게 라우팅할 수 있는 케이블이 필요할 것입니다. 그러한 케이블은 엄격한 소방 표준을 준수해야 합니다. 이와 같이 케이블에 대한 요건은 완전히 달라서 서로 다른 소재를 사용해야 합니다. 이러한 차이는 커넥터, 케이블 글랜드, 씰, 기타 액세서리에도 해당됩니다. 
  케이블의 어느 부분에 이러한 차이가 있는지 알려면 도체와 절연체 안쪽부터 시작해 바깥쪽으로 그리고 피복에 이르기까지 가장 중요한 케이블 구성 요소를 살펴보아야 합니다. 도체는 대개 순수 동선으로 만드는데, 용도와 환경적 영향에 따라서는 주석이나 은으로 도금한 도체를 선택하는 것이 더 합리적일 수도 있습니다. 주석 도금은 변색이라고 하는 일종의 부식으로부터 구리를 보호하여 높은 전도성을 유지하는 데 도움을 줍니다. 은 도금된 도체도 동일한 장점을 제공하며, 주로 고온 용도에 사용됩니다.
 
절연 – 단락으로부터 보호하는 것만이 목적은 아님
도체에는 전기 절연이 필요합니다. 단심 와이어에서는 이러한 절연체가 접촉 방지 역할을 합니다. 다심 와이어에서는 전류가 한 도체에서 다른 도체로 흘러 단락을 일으키는 것을 방지합니다. 이러한 절연체가 손상되었을 때 어떤 일이 생기는지 경험해 본 적이 있을 수도 있습니다. 예를 들어, 오래 된 헤어드라이어나 다리미를 치울 때 전원선을 손잡이에 감아 두는 경우가 많습니다. 그런 식으로 전원선이 계속 감기고 꼬이게 되면 케이블이 하우징에 연결되는 부분의 피복이 손상되고 이어서 절연체도 손상됩니다. 그러면 케이블에서 전기가 번쩍하게 되고, 퓨즈가 트립된 후 하우징의 불꽃이 폭발음과 함께 터져 나옵니다. 부적합한 케이블을 산업 용도에 사용하게 되면 이런 사고가 더 자주 일어날 뿐만 아니라 공장의 생산을 몇 시간씩 중단해야 하는 등의 심각한 결과가 초래될 수도 있습니다. 
  하지만 절연체는 보호 기능을 제공하는 것 이상의 일을 해야 합니다. ETHERLINE®과 같은 데이터 전송 케이블에서는 절연체가 전송 품질, 더 구체적으로 말하면 전송 중의 신호 손실을 결정할 수 있습니다. 이는 전기 신호가 플라스틱과 반응하여 에너지를 발산하기 때문입니다. 이로 인해 플라스틱 온도가 약간 올라가면서 신호가 약해져 손실 비트가 생깁니다. 여기서 가장 중요한 요인은 가능한 한 낮아야 하는 플라스틱의 유전율입니다. 폴리에틸렌과 폴리프로필렌은 유전율이 낮은 플라스틱입니다. 질소를 이용해 플라스틱을 발포 시켜 도체 위에 압출 성형하면 유전율을 더 낮출 수 있습니다. Lapp 계열사로서 이탈리아의 몬셀리체에 있는 CEAM Cavi Speciali는 복합 공정에서 고품질의 데이터 케이블을 생산합니다. 이 곳에서는 3대의 압출 성형기에서 동시에 최대 3개 레이어가 적용되며 중간 레이어가 발포화 됩니다. 이러한 케이블은 장거리에서 빠른 데이터 전송을 가능하게 할 뿐만 아니라 기존의 케이블보다도 더 얇습니다. 이는 발포 레이어의 절연 특성이 더 높기 때문이므로 더 얇게 만들 수 있습니다.  

소방 – 할로겐 조심
화재에 대비하는 행동은 케이블의 또 다른 중요한 측면입니다. 화재 위험이 있는 곳이라면 유럽 CPR(Construction Products Regulation)의 소방 등급에 준하는 방염 절연재를 사용해야 합니다. 소방을 위한 가장 쉬운 방법은 플라스틱에 할로겐 함유 물질을 혼합하는 것입니다. 할로겐은 화학 주기율표의 제7족에 해당하는 원소로, 브롬화 화합물입니다. 이러한 소방 전략은 첨가제가 거의 필요하지 않기 때문에 소재의 기계적 속성을 유지할 수 있어 매우 효율적입니다. 따라서 이러한 케이블은 자동차 제조업체에서 엔진실에 주로 사용합니다. 그러나 버스와 같은 공공 영역에서는 할로겐이 중대한 단점을 갖고 있습니다. 화재가 나면 할로겐에서 발생되는 유독성 연기가 화재 진화수와 혼합되어 부식성 증기를 생성합니다. 
 HFFR(할로겐 프리 난연제) 플라스틱은 독성이 없는 대안이지만 60% 이상의 보충 레벨을 요하는데, 이는 플라스틱의 기계적 속성에 중대한 영향을 미칩니다. 한 가지 새로운 트렌드는 시너지 시스템이라는 것을 사용하는 것입니다. 이것은 소재를 개별적으로 사용하는 것보다 두 가지 물질을 조합하여 더 뛰어난 화염 방지 능력을 갖도록 하는 것입니다. 한 가지 가능한 조합은 할로겐 프리 알미늄 트리하이드레이트와 실레인 화합물입니다. 알미늄 트리하이드레이트는 불에 접촉하면 산화알미늄과 물을 형성합니다. 이런 흡열 반응이 불에서 에너지를 끌어냅니다. 또한 연소된 물질이 굳음으로써 보호 장벽의 역할을 합니다. 
 또 한 가지 유념해야 할 것은 난연제가 친수성이라는 점입니다. 이것은 물을 끌어들이는 원치 않는 특성을 갖고 있다는 뜻입니다. 최악의 경우 이로 인해 전기 절연 파괴가 생길 수 있습니다. 물과 접촉하지 않는 케이블에서는 이런 문제가 생기지 않을 것입니다. 그러나 세척을 위해 온수를 사용하는 식품 산업과 같은 분야에서는 여러 가지 소재가 필요합니다. 실레인 화합물로 코팅된 난연제는 여기에 더욱 적합합니다. 이것은 플라스틱을 소수성(발수성)으로 만듭니다.  

케이블 피복 - 원소에 대한 대비책
피복은 환경적 영향에 직접 노출되기 때문에 절연재보다 훨씬 튼튼해야 합니다. 피복은 마모, 화학물질, 세제, 자외선, 온도 등의 요소를 견뎌야 합니다. 하지만 모든 요건을 충족시키는 소재는 없습니다. 개별 목적에 따라 소재를 세부적으로 맞춰야 합니다. 용도에 따라, 케이블은 몇 가지만 예로 들자면 윤활유, 그리스, 세제 등을 견뎌야 합니다. 기계 엔지니어링 부문에서는 폴리비닐 클로라이드 또는 폴리우레탄(PUR)으로 만든 피복을 성능이 입증된 케이블에 사용합니다. PUR은 피복 소재로서 큰 역할을 하고 있습니다. PUR은 가장 강력한 화학 반응을 제공합니다. 그러나 케이블과 어셈블리를 둘 다 생산할 때는 피복이 쉽게 잘리지 않기 때문에 가공하는 데 어려움이 있습니다. 또한 PUR은 가연성 소재이며 가격이 비쌉니다. ÖLFLEX® 408P 및 ÖLFLEX® 409P 타입의 케이블은 PUR의 견고함과 PVC의 쉬운 가공성을 결합한 타협점으로 등장한 것입니다. 이 케이블은 외피는 PUR로 되어 있고 공극 충전 기능성 레이어는 PVC로 되어 있습니다.
 옥외용 케이블은 태양에 노출되므로 다른 소재 조합이 필요합니다. 이 경우에는 UV 안정제가 피복에 포함되어야 합니다. ÖLFLEX® SOLAR와 같은 솔라 케이블에는 태양광을 차단할 수 있도록 혼합물에 그을음을 첨가하기 때문에 이러한 케이블은 대부분 검정색입니다. 옥외용 케이블의 이상적인 솔루션은 복사 교차결합입니다. 여기에서는 케이블에 전자 빔을 쏩니다. 플라스틱 분자가 전자로부터 에너지를 흡수하면 교직 상태가 되어 저항성이 훨씬 강한 소재가 됩니다. 그러면 케이블은 섭씨 영하 40도에서 120도까지의 극단적인 온도 변화뿐 아니라 높은 기계적 부하도 견딜 수 있게 됩니다. 이러한 기계적 저항성 때문에 철도 산업에서 ÖLFLEX® TRAIN과 같은 케이블에 교차결합이 사용되기도 합니다. 교차결합에는 폴리에틸렌(PE), 폴리올레핀 엘라스토머(POE), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA)와 같은 소재들이 적합합니다. 또한 교차결합에는 일반적으로 첨가제도 1퍼센트 정도 추가됩니다. 이는 분자 사슬 간의 결합도를 높이기 위한 것입니다. 또한 첨가제를 사용하면 교차결합 과정에서 필요한 에너지의 양도 줄어듭니다. 
결합되지 않은 소재가 결국은 약화되는 것과 달리, 교차결합된 소재는 융해점이 없습니다. 이러한 소재는 가열하면 산화되어 잘 부서지는 상태가 되므로 항산화제와 안정제를 반드시 첨가해야 합니다. 매우 낮은 온도에서는 특정 지점에서 소재가 어쩔 수 없이 잘 부서지는 상태가 되기 때문에 교차결합이 아무런 장점도 제공하지 않습니다. 따라서 저온에 적합한 베이스 폴리머를 선택하는 것이 더 중요합니다. 가능한 소재로는 폴리올레핀 엘라스토머(POE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 특정 에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머 류(EVA) 또는 열가소성 엘라스토머(TPE)가 포함됩니다. 더 강한 기계적 속성을 요하는 경우에 적합한 소재로는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리프로필렌(PP, 강도가 더 높아야 하는 경우) 그리고 폴리올레핀 엘라스토머(탄성이 더 높아야 하는 경우)가 포함됩니다.
 
식품 산업용 케이블 - 박테리아와의 전쟁
식품 산업에서는 세균과 곰팡이 같은 생물학적 영향에 대한 저항성이 가장 중요합니다. 치즈 공장에서 치즈의 숙성을 돕는 박테리아는 몇 달에 걸쳐 케이블을 부식시켜 단락이 생길 수 있습니다. LAPP의 ROBUST 케이블에 사용되는 것과 같은 특수 TPE로 된 피복 소재는 박테리아를 쫓아 버리며 세척하기도 편합니다. LAPP의 특수 열가소성 엘라스토머의 비밀은 부드러운 표면입니다. 이러한 표면을 만들기 위해 소재의 미세한 간극을 채우고 증기 분사로 강력하게 세척한 후에도 플라스틱 매트릭스의 결합 상태를 유지하는 첨가제를 적절히 혼합합니다. 중간에 강한 물질을 탄성 폴리머 체인과 조합하면 고무같은 특성을 가지면서도 열가소성 수지처럼 가공하기 쉬운 혼합물이 생성됩니다. 일부 공급업체에서는 극도로 높은 기계적 강도를 가진 식품 산업용 PUR 케이블을 생산합니다. 그러나 PUR은 친수성이어서 물을 끌어들입니다. 하지만 TPE는 소수성입니다. 
하지만 이러한 혼합물은 모두 설치류같이 덩치가 큰 생물에 대해서는 무력합니다. 그래서 매설용 케이블을 바닐린같은 향료로 보호하거나 특수 강화 처리를 하는 것입니다. 철근 외에도, 깨물면 쪼개지고 굶주린 동물의 식욕을 잃게 만드는 소재를 사용할 수 있습니다. 족제비에 의한 황폐화를 방지하기 위해서는 악취가 남지 않는 소재가 해결책이 될 수도 있습니다. 과학자들은 족제비가 케이블을 공격하는 이유가 영역 차지를 위한 전쟁과 관련이 있다고 생각합니다. 족제비는 대변, 소변 그리고 발에 있는 분비선에서 나오는 땀으로 영역을 표시합니다. 적들은 이러한 영역 표시를 파괴하려고 합니다. 악취가 남지 않는 케이블에는 영역 표시를 할 수 없으므로 공격 대상이 되지 않을 것입니다.  

녹 방지 연결장치 - 스테인리스 스틸 소재의 선택
케이블부터 글랜드와 커넥터까지, 플라스틱부터 금속까지. 여기서 답은 분명해 보입니다. 스테인리스 스틸은 커넥터 하우징 또는 케이블 그리고 호스 글랜드가 화학물질이나 세제를 견뎌야 할 때 선택할 만한 소재라는 것입니다. 식품 산업에서는 대체로 스테인리스 스틸이 필수입니다. 스테인리스 스틸은 녹슬지 않으며 결국은 벗겨질 수 있는 코팅도 없습니다. 하지만 상황은 보기보다 간단하지 않습니다. 스테인리스 스틸에도 여러 종류가 있기 때문입니다. 기존의 V2A 스테인리스 스틸은 비교적 저렴하지만 화학물질에 대한 저항성은 약합니다. 염소가 함유된 물질에 금속을 담그면 얼룩이 생길 수 있습니다. 식품 산업에서는 염산으로 분해되어 유기물을 죽이는 치아염소산을 사용하는 경우가 많습니다. V2A 스테인리스 스틸은 여기에 적합하지 않습니다. V4A 스테인리스 스틸을 사용하면 더 견고한 합금을 만들 수 있으며 값비싼 스위스제 시계에도 사용됩니다. 이것은 극도로 강하며 충격과 거친 수세미를 사용한 세척에도 견딥니다. 하지만 아무리 장점이 많아도 단점은 하나쯤 있게 마련입니다. 스테인리스 스틸은 황동이나 일반 강철보다 견고하기 때문에 가공하기는 더 어렵습니다. 특히 V4A의 경우에는 합금 성분인 크로뮴, 니켈, 몰리브덴 때문에 그렇습니다. 표면을 처리하지 않으면 V4A는 더 거칠어져서 마모성이 높아집니다. 따라서 나사산에 가해지는 강한 힘을 견뎌야 하는 나사는 쉽게 마모됩니다. 이런 이유 때문에 LAPP는 V4A 스테인리스 스틸(예: EHEDG 인증 SKINTOP® HYGIENIC 케이블 글랜드) 소재의 제품에 특수 표면 처리를 하여 마모성을 낮춰 케이블 글랜드를 쉽게 조이고 풀 수 있도록 만든 것입니다. 
  스테인리스 스틸을 어디에서나 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 그 한 가지 예는 사각형 커넥터입니다. 스테인리스 스틸은 너무 단단해서 가공하기 어렵기 때문에 사각형 커넥터에는 적합하지 않습니다. 커넥터는 완전한 블록 상태에서 밀링해야 하는데, 고객에게 너무 많은 비용이 듭니다. 따라서 LAPP은 EPIC® ULTRA에 적합한 다른 솔루션을 찾았습니다. 이 사각형 커넥터의 하우징은 니켈 도금 주조 아연으로 만들어집니다. 이 소재는 오일 플랫폼의 염분 분사 또는 식품 산업에서와 같은 부식에 대한 저항성이 뛰어납니다. 그러나 볼트와 브래킷의 경우에는 스테인리스 사용을 권장합니다. 이는 세척할 때와 같이 모듈을 분리할 때 자주 여닫음으로 인해 코팅이 빨리 마모되기 때문입니다. 캐스트온 볼트는 여기에 적합하지 않습니다. 플라스틱이든 주조 알미늄이든 이 소재의 낮은 안정성으로 인해 체결력 즉, 기밀성이 시간이 갈수록 약해지기 때문입니다.
  그러나 볼트와 브래킷은 식품 산업에 한 가지 딜레마를 제기합니다. 볼트와 브래킷은 식품 가공 중에 분출되는 물질이 구석과 모서리 부분에 고일 수 있기 때문에 위생적 설계의 원칙에 반합니다. 다른 방법은 충분히 안전하지 않거나 표준과 호환되지 않습니다. 따라서 LAPP은 제품 구역에서 그런 커넥터를 사용하지 말고 식품과 직접 접촉하지 않는 영역에서만 사용할 것을 권장합니다. 일부 기업에서는 산과 알칼리 용제에 대한 저항성을 가진 플라스틱 하우징을 사용합니다. 그러나 플라스틱 하우징은 기계적 또는 환경적 영향에서 치수 안정성이 낮다는 문제가 있습니다. 또한 누출로 인해 식품 및 음료 산업에 안전 위험이 발생할 수도 있습니다. 사고 위험을 비롯하여 유지보수 및 서비스 비용도 많이 소요될 수 있습니다. 또한 플라스틱은 전자기 호환성이 중요한 분야에 적합하지 않습니다. 간섭을 방지하려면 적어도 금속으로 코팅해야 합니다. 실제로 차단이라는 측면에서는 결과가 실망스러운 경우가 많습니다. 

씰링 - 고무 대 실리콘
금속이 커넥터나 제어 캐비닛 같은 금속을 만나면 대개 씰링이 그 사이에 끼게 마련입니다. 씰링은 커넥터 또는 글랜드의 다른 구성 요소를 이루는 소재와 동일한 온도 및 미디어 저항성을 가져야 합니다. 그렇지 않으면 체인 내에서 약한 링크가 됩니다. 플루오로카본 엘라스토머(FKM)는 이 경우에 최고의 솔루션이면서도 값은 비싸지 않습니다. 이것은 날씨, 노후화, 오존 및 화학물질의 영향을 이겨내며, 섭씨 200도까지 견딥니다. 보통의 주변 조건에서 에틸렌 프로필렌 디엔 모놈(EPDM) 고무는 바람직한 대안입니다. FKM은 작은 단점이 한 가지 있습니다. 기온이 매우 낮은 환경에는 적합하지 않으며 섭씨 영하 20도 이하에서는 사용할 수 없다는 점입니다. 실리콘은 냉장 시설이나 기타 매우 춥거나 더운 환경에서 보다 나은 소재입니다. 그렇지만 용광로처럼 매우 높은 온도에서는 적합하지 않습니다. 씰링의 소재 만큼이나 중요한 것은 그 디자인입니다. 식품 가공에 사용되는 씰링에는 잔여물이 끼일 수 있는 틈이나 간극이 없어야 합니다. 예를 들어, SKINTOP® HYGIENIC의 씰링은 밀폐된 표면의 모양에 맞게 조정되며 아무런 틈을 만들지 않고 평평하게 적응됩니다. 사용자로서는 적절한 제품을 찾는 것이 항상 쉽지만은 않습니다. 커넥터가 어떤 미디어와 접촉하게 될지 모르는 채로 안전측에 사용할 구성 요소로 스테인리스 스틸 소재를 주문하는 경우가 많습니다. 반대로 자주 교체해야 될 것이라는 사실을 미리 알고 요건을 줄여 케이블과 커넥터 용으로 개선된 표준 제품을 사용하는 경우도 있습니다. 한 가지 정답은 없습니다. 최선의 방법은 여러 가지 장단점을 비교하여 절충하는 것입니다. LAPP의 전문가들은 당사의 제품에 대해 너무나 잘 알고 있습니다. 사용자들은 잘못된 선택을 하기 전에 반드시 LAPP의 전문가와 상의하시기 바랍니다.