강도를 위한 접착 조인트 설계

기존의 기계적 방식이나 열 부착 방식에서 접착제 접합으로 전환할 때 이음부(joint)를 재설계해야 하는 경우가 있습니다. 이는 인장(tensile) 및 압축(compression), 그리고 전단(shear)의 하중을 보다 효과적으로 수용하여 절단(Cleavage) 또는 박리(Peel)를 제거할 수 있도록 하기 위함입니다. 일반적인 조인트 구성 몇 가지는 기계 또는 열 부착으로도 성능이 좋지만, 접착제와 함께 사용할 경우 성능이 더욱 개선될 것입니다.

접착 버트 조인트(Adhesive Butt Joints)의 강도 향상

어떻게 텅앤그루브(tongue&groove) 조인트가 사각 버트 조인트에 비해 접착력이 더 강하게 되는지 알아 봅니다. 사각 버트 접착 조인트와 이를 개선한 텅앤그루브 접착 조인트 설계 이미지

버트 조인트(Butt joint)는 두 개의 원통형 또는 직사각형의 튜브를 조립할 때 사용하는 일반적인 용접 방식입니다. 대부분의 응력(stress)은 절단(cleavage)의 형태로 가해지지만, 튜브가 절단되는 경우에도 장력(tension)이 여전히 남아 있을 수 있습니다. 버트 조인트의 절단력은 접착제 접합에 잘 맞지 않습니다. 따라서 이러한 어셈블리를 위한 접착제를 고려할 때는 조인트를 변경해야 합니다.

실린더 인 실린더 조인트(Cylinder-in-cylinder Joints)는 직경이 작은 실린더를 직경이 큰 중공 실린더에 삽입하는 방식으로 버트 조인트를 수정한 것입니다. 새로운 설계를 통해 접착제 자체가 평면 내 전단력(shear force)을 강하게 하고 튜브의 기계적 잠금(lock)에 의해 절단력(cleavage force)은 완화됩니다. 튜브의 반경 또는 이음부의 중첩 길이를 조정하여 접합 영역을 최적화하는 것은 비교적 간단합니다. 목공 어플리케이션의 경우, 텅앤그루브(Tongue and Groove)가 목재의 기계적 강도와 접착제의 랩 전단 강도(lap shear strength)를 활용하는 일반적인 방법입니다.

장부 맞춤(Mortise and Tenon)으로 티 조인트(Tee Joints) 강화

Learn how mortise and tenon joints provide a stronger bond than tee or angle joints. Image of tee joint, angle joint and stronger mortise and tenon adhesive joint.

T-조인트(Tee joint)는 2개의 부품을 용접하는 데 매우 일반적이며, 수직 장착용(mounting) 기계적 체결장치를 사용할 때 흔히 볼 수 있습니다. 이러한 조인트에 응력이 가해지면, 긴 모멘트 암(long moment arm)에 가해지는 절단력(cleavage)의 형태를 보입니다. 그래서 이 조인트는 접착제를 사용하기 매우 약합니다.

T-조인트를 개선하기 위해 많은 접착 조인트가 장부 맞춤(mortise and tenon)으로 재설계됩니다. 이러한 재설계를 통해 접착제의 전단(shear), 인장(tensile), 압축(Compression) 등과 동일한 응력이 가해지는 동시에 기계적 잠금 장치를 통해 강도가 개선된다는 이점이 있습니다. 만약 장부 맞춤이 현실적인 솔루션이 아닌 경우(예: 금속 가공 어플리케이션이 많은 경우), 수직 부품에 플랜지(flange)를 통합하면 절단(Cleavage)이 일부 전단(Shear)으로 전환될 뿐만 아니라 접착제의 접촉 표면적도 늘어납니다.

코너 조인트(Corner joints) 구성 강화

브리들 조인트(Bridle joint)가 어떻게 마이터(miter) 또는 코너(corner) 조인트보다 더 강한 접합 방법인지 알아봅니다. 코너 조인트, 마이터 조인트, 개선된 브리들 조인트의 이미지

마이터 조인트(Miter joint)는 많은 어플리케이션에서 흔히 사용됩니다. 힘이 가해지면 기계적 강도가 일부 나타나지만, 모멘트 암(moment arm)에 많은 양의 평면 외 절단력(out-of-plane cleavage) 도 발생합니다. T-조인트 구성과 유사하게, 이러한 조인트는 기계 또는 열 부착 방법을 사용할 때 매우 강하고 내구성이 뛰어나는 경향이 있습니다.

T-조인트를 개선할 때와 마찬가지로, 접착제의 평면 내 응력(stress in-plane)을 분산시키기 위해 브라이들 조인트(Bridle joint)와 같은 인터로킹(interlocking) 메커니즘을 추가하여 코너 조인트를 개선할 수 있습니다. 여타 접착제 친화적 조인트와 마찬가지로, 절단(Cleavage)이 전단(Shear)으로 변환되면서도 포스트 앤 빔(post-and-beam) 기계적 장점을 유지합니다.

병렬 패널 본딩(Side-By-Side Panel Bonding)을 위한 접착 조인트 설계

Learn how lap joints provide a stronger bond than square butt joints. Image of square butt joint and strengthened overlap joint.

사각 버트 조인트(Square Butt Joint)는 2개의 플레이트를 나란히 조립할 때 일반적인 용접 방식입니다. 라미네이트 조리대와 같은 목공 적용 산업에서 스플라인(spline)이 있는 듀얼 액션 체결장치(Dual action fasteners)는 2개의 대형 패널을 접합하는 데 사용됩니다. 이러한 조인트 설계는 보통 열 또는 기계적 부착을 위해서는 충분지만, 튜브 인 튜브(tube-in-tube) 조인트와 마찬가지로 접착제에 과도한 응력(stress)을 가합니다.

랩 조인트(Lap Joint)는 2개의 패널을 조립하거나 패널을 프레임에 접합하거나 R&D 또는 설계 목적으로 접착제를 비교하기 위한 가장 일반적인 산업용 접착 조인트 중 하나입니다. 사각 버트 조인트로부터의 절단(Cleavage)은 일부 절단이 여전히 존재할 수 있으나, 일차적으로 접합 영역 전체에 가해지는 전단(Shear) 응력입니다.

접착 과학 교육 시리즈

접착 과학 교육 시리즈는 접착 과학과 디자인 응용 분야에서의 테이프 및 접착제 사용에 대한 포괄적인 소개를 위해 고안되었습니다. 접착 과학 페이지를 방문하시어 관련 기사를 확인하거나 원하시는 주제를 찾아보세요.

강도를 위한 접착 조인트 설계

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장부 맞춤(Mortise and Tenon)으로 티 조인트(Tee Joints) 강화

코너 조인트(Corner joints) 구성 강화

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