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접합
접합(接合)은 두 물체를 한데 대어 붙임을 말한다.
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개요[편집]
접합은 말 그대로 두 가지 물체를 한데 대어 붙이거나 또는 한데 닿아 붙음을 말한다.
접합은 공업에서 두 개의 금속 혹은 유리, 플라스틱과 같은 비금속을 녹이거나 반쯤 녹인 상태에서 서로 이어 붙이는 일이며 흔히 볼 수 있는 볼트 따위를 사용하여 체결하거나 용접을 하는 행위이다. 또한 접합은 두 개 혹은 여러 개의 물체가 서로 붙어 결합하는 것으로 볼트 체결과 같은 것은 조립의 일종으로 볼 수 있다.[1]
분류[편집]
금속 및 비금속 재료의 접합은 기계적 접합법, 야금적 접합법으로 나누며 접착제를 사용하는 본딩(Bonding)으로도 분류된다.
기계적 접합법[편집]
기계적 접합법에는 볼트, 리벳, 접어 잇기, 확관법 등으로 접합시키는 방법이며, 일반적으로 볼트 접합과 같이 수시로 분해할 수 없는 것이 있다.
리베팅(riveting) : 박판 구멍에 연성 금속 핀을 삽입한 후 금속 핀 양단을 헤딩하여 두 박판을 결합시키는 방법이다. 냉간이나 열간에서 공정을 하며 리벳의 한쪽은 미리 헤딩되어 있다.
야금적 접합법[편집]
금속과 금속을 충분히 접근시켰을 때 생기는 원자 사이의 인력으로 접합하는 것이다. 일반적으로 이를 용접이라 한다.
용접은 융접, 압접, 납땜 등으로 대별되며 용접기술을 산업현장에서 사용하기 위해서는 용접 비용이 적절, 좋은 용접 결과, 모재와 거의 같은 성질의 접합부, 강인한 접합부를 얻을 수 있어야 한다.
- 융접(fusion welding) : 접합하고자 하는 2개 이상의 물체(주로 금속)의 접합 부분을 용융 또는 반용융 상태로 하면서 여기에 용가제를 넣어 접합하는 방법이다. 융접의 종류는 아크 용접, 가스 용접, 특수 용접 등이 있다.
- 압접(pressure welding) : 접합 부분을 적당한 온도로 가열하거나 또는 냉간 상태에서 압력을 주어 접합하는 방법이다. 압접의 종류는 가열 방식에 따라 비가열 용접과 가열 용접 등이 있다.
- 납땜(brazing and solding) : 모재를 전혀 녹이지 않고 모재보다 용융점이 낮은 금속을 녹여 접합부에 넣어 표면 장력(원자 간의 확산 침투)으로 접합시키는 방법이다. 납땜의 종류는 땜납의 용융점이 450도 이하인 연납땜과 용융점이 450도 이상의 경납땜이 있다.[2][3]
접착제 본딩[편집]
본딩 접착 결합은 일반적으로 매끄러운 결합을 생성하면서 두 표면을 함께 결합하는 과정이다. 여기에는 접착제, 에폭시 또는 용매의 증발을 통해 또는 열, 시간 또는 압력을 통한 경화를 통해 결합되는 광범위한 플라스틱 에이전트 중 하나의 사용이 포함될 수 있다. 이 기술을 사용하면 구성 요소가 접착제로 연결된다. 광범위한 접착제 유형을 사용할 수 있으므로 차량, 휴대폰, 개인위생용품, 건물, 컴퓨터 및 의료 기기와 같은 다양한 제품에서 다양한 재료를 함께 접착할 수 있다.
접착제는 상대적으로 약한 결합을 만드는 경향이 있었지만 새로운 자가 경화 접착제를 사용하여 이러한 결합은 이제 재료 자체의 강도에 가까워졌다. 결과적으로 접착은 이제 접합부가 열이나 풍화에 더 이상 노출되지 않을 때 많은 응용 분야에서 선호되는 접합 방법이다.
많은 현대 접착제는 금속 및 다양한 재료를 결합하는 것을 포함하여 다양한 결합 용도에 사용할 수 있는 탄소 기반 석유화학 유도체이다. 이 유형의 접착제는 직접 접촉하거나 테이프와 같은 세 번째 표면을 사용하여 연결한다.
일반적으로 접착제를 사용하여 접착되는 복합재 응용 분야에는 유리 섬유 및 붕소 에폭시 및 탄소 에폭시와 같은 섬유 에폭시가 포함된다. 현대 접착제는 또한 전단 강도와 인성으로 인해 건축 자재를 접합하는 데 사용할 수 있으며, 그중 합판이 널리 사용되고 잘 알려진 예이다.
전처리[편집]
전처리는 표면을 목표 방식으로 수정하여 접착력을 높이는 데 사용할 수 있다. 좋은 접착을 가능하게 하기 위해 접착 촉진제(프라이머)로 기판을 코팅하는 것 외에도, 접착을 위해 표면을 준비하기 위해 다양한 방법으로 표면을 수정할 수도 있다.
전처리 공정의 선택은 다음을 고려하여 애플리케이션에 따라 다르다.
접착제 선택[편집]
특정 응용 분야에 적합한 접착제 선택은 특정 요구 사항 프로필을 기반으로 해야 한다. 이 요구 사항 프로필에는 접합할 구성 요소와 결과적으로 접합 및 접착제에 대한 모든 즉각적이고 검증 가능한 요구 사항이다.
충족되어야 하는 요구사항과 충족이 유리하지만 필요하지 않은 요구사항을 구별하는 것이 가능해야 한다. 또한 업스트림 및 다운스트림 공정 단계의 사양을 포함하여 접합 공정에서 파생된 사양을 고려해야 한다.
장점[편집]
- 접착 접합의 주요 장점 중 하나는 인장 하중이 고르게 분포되어 접합부에 가해지는 응력을 줄일 수 있다는 것이다. 접합부 내부에 적용되기 때문에 접착제도 어셈블리 내에서 보이지 않는다.
- 접착제의 특성으로 인해 접착제와 실런트를 동시에 형성할 수 있으며 동시에 진동과 굽힘 하중을 견딜 수 있다. 씰 역할을 하는 기능으로 인해 접착제가 조인트를 부식으로부터 보호할 수 있다.
- 접착 결합은 금속 대 금속, 플라스틱, 유리, 고무, 세라믹 및 기타 여러 재료 조합에 적용할 수 있지만 이 프로세스는 부품의 치수나 형상을 실질적으로 변경하지 않고 불규칙한 모양의 표면을 접착하는 데 사용할 수 있다.
- 접착제는 또한 결합되는 재료의 무게를 거의 증가시키지 않으며 이종 기질 및 열에 민감한 재료를 신속하게 결합하는 데 사용할 수 있다.
- 접착 결합의 가장 큰 장점 중 하나는 다양한 요소를 결합할 수 있고 쉽게 자동화할 수 있다는 점이다.
단점[편집]
- 그러나 접착제 사용에는 몇 가지 제한 사항이 있다. 첫째, 극한의 열이나 요소에 노출되면 고장 나기 쉽다. 또한 접착제가 완전히 굳어 완전한 강도를 얻는 데 시간이 걸릴 수 있다.
- 또한 접합할 재료의 표면 청소를 포함하여 표면 처리 처리가 필요한 경우가 많다. 접착제와 관련된 다른 표면 처리에는 더 강한 결합을 만들기 위한 마모가 포함된다.
- 접착제는 또한 덜 영구적인 접합 기술에 비해 분해 관련 문제를 일으킬 수 있다.
용도[편집]
접착제는 자동차, 항공 우주, 의료, 심지어는 직물을 포함한 많은 산업 분야에서 사용된다. 다양한 재료 유형에 대한 이 프로세스의 다양성으로 인해 풍화를 견뎌야 하는 실외 응용 프로그램과 같이 사용 시 유일한 실제 제한사항이 발생한다.[4]
자동차의 접합기술[편집]
국내외 자동차 산업은 연비 및 배기가스 규제 강화로 인해 차량 경량화와 적용 소재의 다변화가 추진되고 있으며, CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), 초고강도강 등의 다종 소재(Multi-Material) 적용을 통한 경량화 기술 개발 경쟁이 활발하게 이루어지고 있다.
자동차의 접합기술 역시 이러한 경량화의 추세를 따라 소재 접합기술을 연구 개발하고 있으며 자동차의 이종 소재 접합을 위한 방법은 크게 기계적 툴을 이용해 접합하는 기계적 체결과 용접 등의 접합 및 무기 · 유기 접착제를 이용해 접합하는 접착제 접합 등으로 분류된다.
기계적 체결법[편집]
접합하고자 하는 두 소재를 볼트, 너트 등을 이용해 접합면에 국부적인 소성 변경을 가하여 접합하는 기계적 체결법은 기존의 용접법과 비교했을 때, 접합 과정에서 열 입력이 적어 소재의 물성 변화가 적기 때문에 난용접성 이종 소재의 접합을 위한 방법으로 다양한 연구가 진행 중이다.
접합 소재 연결부의 홀 가공 유무에 따라 리벳, 볼트-너트, 클린칭, 스크류 등으로 분류할 수 있는데, 접합을 위한 일정 이상의 고 압력이 요구되는 방법인 만큼 시편의 변형 등의 문제점을 초래할 수 있다.
접착제 접합법[편집]
CFRP와 알루미늄 간의 이종접합은 CFRP의 비금속적 특성상 용접이 곤란하기 때문에 주로 FDS, SPR, 클린칭 등의 기계적 체결법과 접착제를 사용한 접착제 접합을 통해 수행된다. 접착제를 이용한 접합은 합성수지, 천연수지 및 고무 등을 이용하여 두 소재를 접합하는 방법으로, 고인성을 요구하는 곳에는 우레탄 또는 고무 계열의 접착제, 고강성을 요구하는 소재에는 에폭시 계열의 접착제를 사용한다.
알루미늄-CFRP 이종 접합을 위해 접착제 접합법을 사용할 경우, 기계적 체결법 대비 무게 절감 효과와 공구 단가 문제 및 작업성 효율 문제를 개선할 수 있다는 장점이 있니다. 또한 접합면 전체에 응력이 고르게 분포되어 집중을 막을 수 있고, 이종 재료 간의 결합에서 발생할 수 있는 화학적 부식 방지 및 리벳 이음이나 용접에 비해 뛰어난 피로 저항을 가지는 등 다양한 장점을 가지고 있다. 그러나 접착 본딩은 공정 추가로 인해 접합 시간이 길고 분해하기가 어려우며, 온도나 습도 등에 의한 강도가 떨어진다는 약점이 존재한다. 따라서 기존의 접합 강도를 유지하면서 연신율을 향상시키는 Al/Polymer 접착기술의 개발이 필요하다.
용접[편집]
용접은 접합하고자 하는 두 개 이상의 금속을 서로 충분히 접근시켜 금속 원자 간 인력이 작용, 원자 간 결합으로 인해 접합이 되는 성질을 이용하는데 이러한 접합을 위해서는 원자들을 약 1㎚ 이내로 근접시키고, 금속 표면에 있는 산화막을 제거하여 접합시키는 방법이다. 주로 열을 이용하여 산화막을 제거하고 금속을 용융시키는 아크 용접이 용접법의 시초이며, 용접 방법으로는 용융 용접, 고상 용접 및 브레이징으로 구분한다.
기존의 용융 용접의 높은 입열량으로 인해, 현재 금속과 CFRP 접합은 기계적 체결 및 접착제 접합이 대부분이다. 그러나 기계적 체결 및 접착제 접합은 응력 집중, 중량 증가, 사전 표면 처리 공정 추가, 갈바닉 부식, 열화 등의 문제가 존재한다. 이에 알루미늄-스틸 이종접합과 마찬가지로 기존의 용접 공정을 활용, 고상 용접 방식이나 간접적 전도열원을 이용해 금속과 CFRP를 접합하는 연구가 발표되고 있다.[5]
각주[편집]
- ↑ 〈접합〉, 《네이버 국어사전》
- ↑ LhoS, 〈접합공정의 종류〉, 《티스토리》, 2014-08-02
- ↑ 박상호, 〈접합공정의 종류〉, 《다모아 블로그》, 2014-09-26
- ↑ 메카럽, 〈접착제 본딩이란 - 정의 및 용도〉, 《티스토리》, 2022-01-02
- ↑ ktech, 〈이종 소재 접합기술 개발 동향〉, 《네이버 블로그》, 2019-11-14
참고자료[편집]
- 〈접합〉,《네이버 국어사전》
- LhoS, 〈접합공정의 종류〉, 《티스토리》, 2014-08-02
- 박상호, 〈접합공정의 종류〉, 《다모아 블로그》, 2014-09-26
- 메카럽, 〈접착제 본딩이란 - 정의 및 용도〉, 《티스토리》, 2022-01-02
- ktech, 〈이종 소재 접합기술 개발 동향〉, 《네이버 블로그》, 2019-11-14
같이 보기[편집]
