유압유

광유계 유압유는 원유를 정제하여 만든 광물유를 기반으로 하는 유압유로, 가장 널리 사용되는 기본적인 유형이다. 제조 공정이 비교적 단순하고 원료 가격이 저렴하여 경제성이 뛰어나다는 장점이 있다. 다양한 첨가제를 배합하여 윤활성, 방청성, 산화 안정성 등의 기본적인 성능을 보완한다.

주요 성분은 나프텐계, 파라핀계, 방향족계 탄화수소로 구성되며, 이들의 비율에 따라 유체의 특성이 달라진다. 일반적으로 점도 지수가 높고 냉각 성능이 우수하며, 시스템 내 고무 패킹이나 호스 등과의 재료 적합성이 좋다. 그러나 합성유에 비해 고온 산화 안정성과 저온 유동성이 상대적으로 낮은 편이다.

광유계 유압유는 공장 자동화 라인, 건설 기계, 선박 장비 등 일반적인 산업용 유압 시스템에서 표준적으로 사용된다. 특히 고부하나 극한의 온도 조건이 아닌 범용적인 적용 분야에서 비용 대비 성능이 효율적이다. 국제적으로는 ISO 11158, DIN 51524 등과 같은 규격으로 그 품질이 표준화되어 있다.

합성계 유압유는 광유계 기유에 비해 특정 성능을 극대화하기 위해 화학적으로 합성된 기유를 사용한 유체이다. 주로 극한의 온도 환경, 고부하 조건, 높은 안전성 요구사항이 있는 특수한 유압 시스템에 사용된다. 광유계 제품보다 우수한 고온 안정성, 낮은 휘발성, 낮은 인화점, 우수한 내마모성 등을 제공하는 경우가 많으나, 일반적으로 제조 단가가 높고 일부 고무나 플라스틱 재질과의 호환성 문제가 있을 수 있다.

합성계 유압유는 그 화학적 조성에 따라 여러 종류로 나뉜다. 대표적인 종류로는 인산에스테르계, 합성 탄화수소류, 폴리알파올레핀, 폴리글리콜 등이 있다. 각각의 종류는 고유의 장단점을 가지고 있어, 적용 분야에 따라 선택된다. 예를 들어, 인산에스테르계는 난연성(불에 잘 타지 않는 성질)이 뛰어나 항공기나 제철소의 유압 시스템에 사용되며, 합성 탄화수소류는 넓은 온도 범위에서 우수한 점도 특성을 보여 군용 장비나 극한 환경의 기계에 적합하다.

이러한 유체의 선정은 시스템의 작동 온도 범위, 압력, 사용되는 실링 및 호스 재질, 그리고 환경 규제와 같은 다양한 요소를 고려하여 이루어진다. 특히 합성유는 특정 엘라스토머나 페인트를 손상시킬 수 있으므로, 시스템 구성 요소와의 호환성을 반드시 확인해야 한다. 또한, 서로 다른 종류의 합성계 유압유를 혼합하는 것은 화학적 반응을 일으켜 성능 저하나 시스템 손상을 초래할 수 있으므로 주의가 필요하다.

수용성 유압유는 물을 기반으로 하거나 물과 혼합하여 사용하는 유압유를 통칭한다. 주로 화재 위험이 높은 환경에서 사용되며, 물의 높은 비열과 증발 잠열을 이용한 우수한 냉각 성능과 낮은 가연성이 주요 장점이다. 대표적으로 수-글리콜계 유압유와 에멀전형 유압유가 있으며, 이들은 광유계 유압유나 합성계 유압유와는 구분되는 특성을 가진다.

수용성 유압유의 주요 유형으로는 수-글리콜계, 오일 인 워터 에멀전, 워터 인 오일 에멀전 등이 있다. 수-글리콜계는 물에 글리콜과 첨가제를 용해시킨 형태로, 내화성과 냉각성이 매우 뛰어나 제철소나 주조 공정의 유압 시스템에 널리 사용된다. 에멀전형은 물과 미량의 광유 또는 합성유가 유화제를 통해 안정적으로 혼합된 형태이다.

이러한 유압유는 우수한 내화성과 냉각 성능을 발휘하지만, 일반적인 광유계 유압유에 비해 윤활성과 내마모성이 상대적으로 낮으며, 방청 성능을 유지하기 위해 특수 첨가제가 필요하다. 또한 물의 존재로 인해 증기압이 높아 기포 발생 가능성이 크므로 소포성이 매우 중요하며, 시스템의 금속 부품과 밀봉 소재에 대한 적합성을 반드시 확인해야 한다.

수용성 유압유의 사용은 시스템 설계와 유지관리 측면에서 특별한 주의를 요구한다. 물의 증발이나 오염물질 혼입에 따른 성능 변화에 민감하므로, 정기적인 점도, pH, 농도 분석을 통한 모니터링이 필수적이다. 이는 산업 안전과 장비의 수명 연장을 위해 꼭 지켜져야 할 관리 항목이다.

점도는 유압유의 가장 중요한 물성 중 하나이다. 점도는 유체의 흐름에 대한 저항, 즉 걸쭉함을 나타내는 지표로, 유압 시스템의 효율과 내구성에 직접적인 영향을 미친다. 적절한 점도의 유압유는 시스템 내부에서 펌프와 모터 같은 구성 요소 사이에 효과적인 윤활막을 형성하여 마모를 방지하고, 동력 전달 효율을 높이며, 누설을 최소화한다. 반면 점도가 너무 낮으면 누설이 증가하고 마모가 촉진되며, 점도가 너무 높으면 흐름 저항이 커져 펌프의 흡입 성능이 나빠지고 기계적 손실이 발생할 수 있다.

점도는 온도 변화에 민감하게 반응한다. 일반적으로 온도가 상승하면 점도는 낮아지고, 온도가 하강하면 점도는 높아진다. 이러한 점도의 온도 의존성을 보완하기 위한 지표가 점도지수이다. 점도지수는 온도 변화에 따른 점도 변화의 정도를 수치화한 것으로, 점도지수가 높을수록 온도 변화에 따른 점도 변화가 작아 안정적인 성능을 유지한다. 따라서 넓은 온도 범위에서 작동하는 유압 시스템에는 높은 점도지수를 가진 유압유가 선호된다.

유압유의 점도는 유압 펌프의 설계와 작동 조건에 따라 선정 기준이 달라진다. 예를 들어, 피스톤 펌프는 일반적으로 기어 펌프나 베인 펌프에 비해 더 넓은 점도 범위의 오일을 사용할 수 있다. 제조사는 각 유압 기기에 대해 권장 작동 점도 범위를 명시하며, 이는 시스템의 최적 성능과 수명을 보장하기 위한 중요한 지침이 된다.

점도 등급은 국제 표준화 기구의 ISO 점도 등급과 같은 표준에 따라 분류된다. 이는 특정 온도에서의 점도를 기준으로 하며, 사용자는 시스템의 예상 작동 온도와 펌프 제조사의 권장 사항을 고려하여 적절한 등급의 유압유를 선택해야 한다. 올바른 점도 선택은 에너지 효율을 높이고, 구성 요소의 마모를 줄이며, 전체 시스템의 신뢰성을 확보하는 기본이다.

산화 안정성은 유압유가 고온, 공기, 금속 촉매와 같은 조건에서 산화 반응에 저항하는 능력을 의미한다. 유압 시스템은 작동 중에 열이 발생하며, 특히 펌프와 밸브 근처에서 국부적으로 고온이 형성될 수 있다. 이러한 조건에서 유압유가 공기 중의 산소와 반응하면 산화가 촉진되어 점도가 증가하거나 산성 부산물인 슬러지와 바니시가 생성된다. 생성된 슬러지는 필터를 막거나 작은 유로를 차단하여 시스템 성능을 저하시키고, 부식성 산성 물질은 시스템 내부 부품을 손상시킬 수 있다.

따라서 우수한 산화 안정성을 확보하는 것은 유압유의 수명을 연장하고 시스템의 신뢰성을 유지하는 데 필수적이다. 이를 위해 광유계 유압유에는 산화 방지제가 첨가되어 산화 과정을 지연시킨다. 합성계 유압유는 화학 구조상 기본적으로 광유보다 우수한 산화 안정성을 가지는 경우가 많다. 산화 안정성은 실험실에서 유도기 산화 시험이나 회전 밤벡 산화 시험과 같은 방법으로 평가되며, 이는 유압유의 수명 예측과 교환 주기 결정에 중요한 지표로 활용된다.

윤활성은 유압유의 핵심 기능 중 하나로, 유압 시스템 내부의 움직이는 부품들 사이에 유막을 형성하여 마찰과 마모를 줄이는 역할을 한다. 특히 고압과 고속으로 작동하는 유압 펌프와 모터의 베어링, 기어, 슬라이더 등은 지속적인 윤활이 필수적이다. 윤활성이 부족하면 마찰열이 증가하고 부품의 마모가 가속화되어 시스템 효율이 떨어지며, 심각한 경우 조기 고장으로 이어질 수 있다.

내마모성은 윤활성과 밀접하게 연관된 특성으로, 극한 압력 하에서도 유막이 파괴되지 않고 부품을 보호하는 능력을 의미한다. 고하중이 가해지는 유압 실린더나 밸브의 접촉부에서는 국부적으로 매우 높은 압력이 발생할 수 있다. 내마모성이 뛰어난 유압유는 이러한 조건에서도 효과적으로 작동하여 부품의 수명을 연장시킨다.

이러한 성능을 확보하기 위해 유압유에는 다양한 첨가제가 사용된다. 대표적으로 인계 또는 황계의 극압 첨가제가 내마모성을 향상시키며, 아연이나 바륨 등의 금속을 포함하는 화합물도 사용된다. 또한, 에스테르나 폴리알파올레핀과 같은 합성 기유 자체가 우수한 윤활성을 제공하기도 한다.

유압유의 윤활성 및 내마모성은 펌프 마모 시험이나 4구 시험기 등을 통해 평가된다. 이러한 성능은 시스템의 신뢰성과 내구성을 결정하는 중요한 요소이므로, 작동 환경과 부하 조건에 맞는 적절한 등급의 유압유를 선정하는 것이 중요하다.

유압유는 유압 시스템 내부의 금속 부품이 수분이나 공기 중의 산소와 접촉하여 발생하는 부식을 방지하는 방청 성능을 반드시 갖추어야 한다. 시스템 내부에 수분이 침투하거나 응결되면 철, 구리, 알루미늄 등의 부품이 녹슬어 성능이 저하되고 마모를 촉진하며, 최악의 경우 시스템 고장으로 이어질 수 있다. 따라서 유압유에는 방청 첨가제가 포함되어 금속 표면에 보호막을 형성하여 부식을 억제한다.

방청 성능은 일반적으로 표준화된 시험 방법을 통해 평가된다. 대표적인 시험으로는 ASTM D665 시험법이 있으며, 이는 유압유에 인공적으로 수분을 첨가한 상태에서 철 시편을 담가 특정 시간 동안 방청 능력을 관찰하는 방법이다. 또한 동합금에 대한 부식 방지 성능을 평가하는 ASTM D130 시험법 등도 활용되어 다양한 금속 소재에 대한 종합적인 보호 성능이 검증된다.

유압유의 방청 성능은 단순히 첨가제의 존재만으로 결정되지 않는다. 유압유의 산화로 인해 생성된 산성 물질이나 시스템 내부의 오염 물질은 방청막을 손상시키고 오히려 부식을 촉진할 수 있다. 따라서 장기적인 산화 안정성과 시스템의 청정도를 유지하는 관리도 방청 성능을 유지하는 데 필수적이다. 특히 수분이 많이 존재하거나 외부 환경에 노출되는 건설 기계나 선박의 유압 시스템에서는 방청 성능이 더욱 중요하게 고려된다.

소포성은 유압유가 거품을 생성하거나 거품이 오래 지속되는 것을 억제하는 능력을 의미한다. 유압 시스템 내에서 펌프의 작동이나 유체의 급격한 흐름 변화로 인해 공기가 유입되면 거품이 발생할 수 있다. 과도한 거품은 유압유의 체적 탄성률을 감소시켜 동력 전달 효율을 떨어뜨리고, 펌프에서 공동 현상을 유발할 수 있다. 또한 거품이 시스템 내부로 순환하면 윤활 성능이 저하되고, 열 전달을 방해하며, 심지어 구성품의 손상을 초래할 수 있다. 따라서 효과적인 소포제가 첨가되어 표면 장력을 조절함으로써 거품의 생성과 안정성을 낮추는 것이 중요하다.

탈기성은 유압유에 용해된 공기나 미세한 기포를 효과적으로 제거하는 능력을 말한다. 공기는 유압유에 용해되거나 미세 기포 형태로 존재할 수 있다. 시스템 압력이 낮아지면 용해된 공기가 방출되어 기포를 형성할 수 있다. 이러한 기포는 소포성으로 제어하기 어려운 경우가 많다. 좋은 탈기성은 유압유가 탱크나 저유조에서 충분한 체류 시간을 가질 때, 기포가 빠르게 표면으로 상승하여 제거되도록 하는 특성을 의미한다. 이는 유체의 점도와 표면 장력에 영향을 받는다.

소포성과 탈기성은 서로 보완적인 관계에 있다. 소포제는 거품의 형성과 지속을 억제하는 데 주로 작용하는 반면, 탈기성은 이미 존재하는 용해 공기나 미세 기포를 제거하는 데 관련된다. 두 특성 모두 유압 시스템의 효율성과 신뢰성을 유지하는 데 필수적이다. 특히 고속 펌프가 사용되거나 시스템 압력 변동이 큰 건설 기계나 항공기의 비행 제어 시스템과 같은 응용 분야에서는 이들 특성이 매우 중요하게 평가된다.

유압 시스템의 신뢰성과 수명은 유압유의 청정도에 크게 의존한다. 오염 관리의 주요 목표는 시스템 내부에 발생하거나 외부에서 유입되는 고체 입자, 수분, 공기, 그리고 유압유 자체의 열화 산물을 효과적으로 제어하는 것이다. 이러한 오염물질은 유압 펌프와 유압 밸브의 마모를 가속화하고, 작은 틈새를 막아 정밀한 제어를 방해하며, 유압 실린더의 밀봉을 손상시킬 수 있다.

가장 흔하고 해로운 오염은 고체 입자이다. 이는 시스템 조립 시 남은 이물질, 부품 마모에 의해 생성된 금속 칩, 외부에서 유입된 먼지 등이 포함된다. 이를 관리하기 위해 시스템에는 여과기가 필수적으로 설치된다. 여과기는 유압유가 순환하는 경로에 배치되어 일정 크기 이상의 입자를 걸러내며, 그 정밀도는 마이크로미터 단위로 표시된다. 시스템의 중요도와 구성 부품의 정밀도에 따라 요구되는 청정도 등급이 달라지며, 이는 ISO 4406 같은 국제 표준으로 정의된다.

수분은 또 다른 주요 오염원으로, 유압유의 산화를 촉진하고 방청 성능을 떨어뜨리며, 극압 조건에서의 윤활 성능을 해칠 수 있다. 공기 오염은 소포성을 저하시키고 시스템 효율을 낮춘다. 또한, 유압유 자체가 고온에서 장시간 사용되면 산화되어 점도가 변하거나 바니시와 같은 불용성 침전물을 생성할 수 있다. 따라서 효과적인 오염 관리는 적절한 여과 시스템 설계, 정기적인 유압유 분석, 그리고 작업 환경과 보관 방법의 청정도 유지를 종합적으로 수행해야 한다.

유압유의 분석 및 교환 주기는 시스템의 신뢰성과 수명을 유지하는 핵심적인 관리 활동이다. 정기적인 오일 분석을 통해 유압유의 열화 상태와 시스템 내부의 오염, 마모 정도를 사전에 파악할 수 있으며, 이를 바탕으로 예방적 교환 주기를 수립한다.

일반적인 분석 항목은 다음과 같다.

분석 결과와 시스템의 운전 조건(작동 압력, 온도, 부하, 주변 환경)을 종합적으로 고려하여 교환 주기를 결정한다. 고온, 고압에서 연속 운전되는 공작기계나 건설기계의 유압 시스템은 상대적으로 짧은 주기로 교환이 필요할 수 있다. 반면, 경부하 조건의 시스템은 제조사가 권장하는 표준 교환 주기를 따르는 경우가 많다. 또한, 유압 필터의 교체 주기와 연동하여 관리하는 것이 일반적이다.

분석을 통한 조건 기반 유지보수는 고정된 시간 기반 교환 방식보다 더 경제적이고 효율적인 방법으로 평가된다. 이를 통해 유압유의 수명을 최대화하고, 유압 펌프와 유압 모터 등의 주요 구성품의 비정상 마모를 방지하며, 고장에 의한 예기치 않은 정지를 줄일 수 있다. 궁극적으로는 시스템 전체의 가동률 향상과 유지보수 비용 절감에 기여한다.