나사못 뽑힘 저항력에 대한 연구

최근에 뭘 만들걸 생각하며 인터넷을 둘러보다 흥미로운 논문 하나를 발견했습니다. Determination of Screw and Nail Withdrawal Resistance of Some Important Wood Species (몇몇 중요 수종에 대한 나사못과 못의 뽑힘 저항력에 대한 연구)라는 제목으로 2008년에 발표된 터키의 Alper Aytekin 이라는 연구자의 논문입니다.

이 논문은 오크, 소나무, 잣나무, 전나무에 대해서 판재의 앞면, 옆면, 마구리면에 나사못과 못을 박은 뒤 뽑힘 저항력을 시험하여 그 결과를 실은 것입니다. 이 논문은 수종별 / 판재의 면별 / 나사못의 종류별로 뽑힘 저항력을 상세히 구분해 놓아서 흥미로운 내용이었습니다.

학술적인 내용과 지루한 인용부분을 제외하고 목공인들이 관심을 가질만한 결과만을 추려서 정리해 봅니다.



실험에 사용된 나무들

이 실험에 사용된 나무들은 논문 저작자의 나라인 터키에서 자생하는 오크와 파인류에서 골라졌습니다. 각각은 다음과 같습니다. (링크를 클릭하면 상세한 설명이 되어 있는 위키피디아 페이지로 연결됩니다)

• Anatolian Black Pine (Pinus Nigra Arnold) : 블랙파인, 유럽 전역에 분포하는 전형적인 소나무로 보입니다.
• Uludag Fir (Abies nordmanniana) : 유럽에 분포하는 전형적인 전나무로 보입니다.
• Nut Pine (Pinus Pinea L.) : 너트파인 혹은 스톤파인, 열매를 먹을 수 있는걸로 봐서 우리의 잣나무와 비슷한 나무로 보입니다. 잣나무도 소나무의 일종입니다.
• Sessile Oak (Quercus robur L.) : 전형적인 오크입니다. 위 세종은 소프트우드인 반면에 오크는 하드우드입니다.

실험에 사용된 나사못과 못

이 실험에는 세가지의 나사못과 일반 못이 사용되었습니다. 이 나사못들은 4mm 직경에 40mm 정도 길이의 것이 사용되었다고 합니다.

• Conventional Screws : 높은 나사산을 가진 일반적인 목공용 나사못을 의미하는 것 같습니다.
• Serrated Screws : 풀림방지 피스로 나사못 머리에 톱니모양이 있는 걸 의미하는 것 같습니다.
• Smart Screw : 정확히 알 수는 없으나 설명을 보면 목공용이 아닌 촘촘하고 낮은 나사산을 가진 스크류를 의미하는 것 같습니다.
• Nail : 일반적인 못입니다.

그런데 위와 같이 추측할 뿐이지 정확한 그림이 없어서 어떤 나사못인지는 모르겠습니다. Serrated Screw나 Smart Screw에 대해 검색해봐도 마땅히 정확한 정의는 없네요. 제 생각에는 터키에서 사용되는 용어인 것 같습니다.

그냥 편하게 Conventional Screw를 기준으로 보면 될 것 같습니다.

실험 결과

나사못과 못을 판재의 세면에 고정한 뒤 뽑힘 저항력(Withdrawal Resistance)을 측정합니다. 판재의 세면은 Radial(원주), Tangential(접선), Longitudinal(길이) 방향인데 아래 사진을 보면 쉽게 이해되실 겁니다. 즉 아래 표에서 T라 표시된 것은 옆면에 나사못을 박을 경우, R이라 표시된 것은 윗면에서 나사못을 박을 경우, L로 표시된 것은 마구리면에서 나사못을 박을 경우를 의미합니다.

실험결과로 나온 표를 합치고 정리하면 다음과 같습니다.

	비중	Conventional Screws			Serrated Screw			Smart Screw			Nail
		R	T	L	R	T	L	R	T	L	R	T	L
오크	0.696	440	446	363	428	419	311	367	369	220	76	66	49
너트파인	0.534	399	371	336	434	444	359	347	316	202	66	59	49
블랙파인	0.496	393	380	357	392	392	347	347	316	197	56	53	40
전나무	0.438	280	267	249	271	283	272	207	200	140	54	53	33

실험결과를 보면...

일단 가장 쉽게 알수 있는 내용은 나사못은 일반못에 비해 뽑힘 저항력이 6~7배 정도 높다는 점입니다. 나사못의 돌출되어 있는 나사선이 섬유질에 끼어서 빠지지 않기 때문에 당연히 예측할 수 있는 결과입니다.

눈여겨 봐야 할 것은 어떤 나무든 간에 윗면(Radial)과 옆면 (Tangential)에서 박은 나사못의 경우 뽑힘 저항력이 비슷하다는 것이고 더 중요한 내용은 마구리면(Longitudinal)에 박은 나사못의 경우 뽑힘 저항력이 현저히 낮다는 것입니다. 대략 20%정도 낮습니다.

왜 그런지는 나무의 섬유질(Fiber) 방향을 생각해보면 알 수 있습니다. 나무의 섬유질은 뿌리에서 수직방향으로 형성되어 있습니다. 이 섬유질은 아주 질긴 실의 형상이라고 보면 되는데... 위 사진에서 길이방향(Longitudinal)으로 배치되어 있습니다. 그래서 옆면이나 윗면에서 나사못을 박으면 나사산이 섬유질에 걸려서 잘 뽑히지 않는 반면, 마구리면에 나사못을 박으면 나사못이 섬유질을 잘게 자르면서 박히게 됩니다. 이럴 경우 섬유질이 잘린데다가 섬유질과 같은 방향으로 나사못이 박혀 있으므로 뽑힘에 취약하게 됩니다.

통상적인 경우 일반 못보다는 나사못이 더 튼튼하게 결합되기 때문에 큰 문제는 없습니다만 의자나 침대 등의 큰 하중을 받는 가구를 만들 때 마구리면에 나사못을 박아야 할 경우는 좀 고민을 할 필요가 있습니다. 마구리면에 나사못을 튼튼하게 박는 방법에 대해서는 다음 포스팅에서 알려드리도록 하겠습니다.

>>> 나사못 뽑힘 저항력에 대한 연구 논문

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