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.
코너 조인트 (Corner Joint)
직각 버트 조인트를 사용하는 이와 같은 기본 설계는 접착 결합에 이상적이지 않습니다. 주된 응력이 절단(Cleavage)인데, 이는 접착 결합에서 매우 불리합니다. 기존 설계를 수정하면 원래 부품의 결합을 강화하는 요소를 추가할 수 있습니다. 이렇게 절단 응력(Cleavage Stress)의 일부를 전단 응력(Shear Stress)으로 재분배하여 접합을 보강합니다. 외측 보강재의 기계적 구성 요소를 통해 충격에 의한 힘을 막을 수 있습니다. 그러나 이러한 조인트는 2차 소재가 요구되어, 2단계의 접합 공정이 필요할 수 있습니다.
세부 설계를 통해 성능과 생산을 위한 설계를 개선할 수 있습니다. 이렇게 하면 이음부에 추가 부품과 작업이 필요없어 2차 설계보다 낫습니다. 이러한 조인트는 2개의 소재만을 필요로 하고, 가공 복잡도를 최소화하면서 한번에 어셈블리가 완성됩니다. 또한, 절단력(Cleavage)이 압축력(Compression)으로 완전히 대체되는데, 이는 접착 본딩에 바람직한 조인트 응력이기 때문에 다른 설계에 강도가 훨씬 더 우수합니다.
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절단 응력이 가해지는 기본 코너 조인트 (Basic corner joint under cleavage stress)
직각 버트 조인트(butt joint)를 사용하는 이 기본적 설계는 접착 결합에 가장 비효율적인 설계입니다. 주된 응력이 절단(Cleavage)인데, 이는 접착 본딩에서 매우 불리합니다. -
보강된 코너 조인트(Reinforced corner joint)
기존 설계를 수정하여 원래 부품의 본딩을 강화하는 구성요소를 추가합니다. 이렇게 절단(Cleavage) 응력의 일부를 전단(Shear) 응력으로 재분배하여 접합을 보강합니다. 외측 보강재의 기계적 구성 요소를 통해 충격에 의한 힘을 막을 수 있습니다. 그러나 이러한 조인트는 추가적 소재가 요구되어, 2단계 접합 공정이 필요할 수 있습니다. -
최적의 코너 조인트 설계 (Optimal corner joint design)
세부 설계를 통해 성능과 생산을 위한 설계를 개선할 수 있습니다. 이렇게 하면 이음부에 추가 부품과 작업이 필요없어 2차 설계보다 낫습니다. 이러한 조인트는 2개의 소재만을 필요로 하고, 가공 복잡도를 최소화하면서 한번에 어셈블리가 완성됩니다. 또한, 절단력(Cleavage)이 압축력(Compression)으로 완전히 대체되는데, 이는 접착 본딩에 바람직한 조인트 응력이기 때문에 다른 설계에 강도가 훨씬 더 우수합니다.
랩 조인트 (Lap Joint)
랩 조인트(Lap joint)는 일반적으로 접착제를 전단(Shear) 상태로 배치하며, 접착제에게는 이것이 강점이 됩니다. 접착제를 항상 전단 상태로 배치하는 것이 최상의 시나리오지만, 랩 조인트에 균열이 생기거나 전단이 완벽한 평면이 아닐 경우에는 어떻게 될까요?
간단한 오버랩 조인트(Overlap joint)가 접착 본딩에서 매우 흔하지만 항상 필요한 만큼의 강도를 달성하는 것은 아닙니다. 단일 랩 조인트(Single lap joint)는 종종 전단 응력(Shear stress)을 받습니다. 그러나 이음부가 연장됨에 따라 절단(Cleavage)으로 바뀌는 평면외 전단이 가해집니다. 이렇게 되면 랩 조인트(Lap joint)의 리딩 엣지(leading edge)에 일부 응력이 집중됩니다.
조인트 개선을 위해, 응력을 평면내 방향으로 배치하고 접착제의 전단을 유지하는데 도움이 되는 “조글(joggle)”을 기판에 설계할 수 있습니다. 그러나, 접합부가 연장되면서 접착제가 응력의 평면을 약간 벗어나고, 일부 절단 응력이 집중될 수도 있습니다.
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전단(Shear) 및 절단(Cleavage) 응력 상태의 랩 조인트(Lap Joint)
간단한 오버랩 조인트가 접착 본딩에서 매우 흔하지만 항상 강도가 필요한 만큼 달성되는 것은 아닙니다. 단일 랩 조인트는 종종 전단 응력을 받습니다. 그러나 이음부가 연장됨에 따라 절단으로 바뀌는 평면외 전단이 가해집니다. 이렇게 되면 겹침이음 조인트의 리딩 에지에 일부 응력이 집중됩니다.
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조글 랩 조인트가 절단 응력을 완화시킵니다.
이음부 개선을 위해, 응력을 평면내 방향으로 배치하고 접착제의 전단을 유지하는데 도움이 되는 “조글”을 어느 한 기판에 설계할 수 있습니다. 그러나, 접착제가 응력의 평면을 약간 벗어나지만 접합부가 연장되면서 일부 절단 응력이 집중될 수 있습니다.
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더블랩 조인트가 절단 응력을 더욱 줄여줍니다.
추가 개선 시 "더블랩" 조인트가 포함됩니다. 이제, 기판 2개를 가공 혹은 성형하여 두 기판을 서로 래핑(lapping) 시킵니다. 이렇게 하면 이음부가 전단될 때 응력과 접착제를 평면내(in-plane)에 유지합니다. 어셈블리의 모멘트 암을 따라 절단력이 존재할 경우 여전히 어느 정도의 응력 집중이 있을 수 있습니다.
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극한 강도용 더블 스카프 랩 조인트 사용
이상적 랩 조인트(Ultimate lap Joint)는 더블 랩에 "스카프(scarf)"를 포함합니다. 이렇게 할 경우 더블 랩 조인트(Double lap joint)와 평면 내 이점은 동일하나, 절단력(Cleavage)이 존재할 때 "스카프"가 강도를 강화해 줍니다.
랩 조인트(Lap joint) 설계 시 추가적 고려 사항
이러한 개선 조치를 통해 랩 조인트 어셈블리의 강도와 응력의 표준치가 향상됩니다. 그러나 개선 시 복잡도와 비용 및 시간이 증가합니다. 또 다른 고려 사항은 형상 정보와 관련된 접착제의 형식입니다. 조인트를 장부맞춤 또는 더블 랩 조인트와 같이 3차원 접착 절단으로 설계하는 경우, 종종 어플리케이션에 액상 접착제만 사용해야 하는 제약이 있습니다. 테이프는 생산 효율성과 처리량에 이점을 있을 수 있으므로, 특정 적용 분야에 최적화된 접착 조인트를 설계할 때 모든 측면을 고려하는 것이 중요합니다.
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