http://woodgears.ca/joint_strength/glue_methods.html
"너무 쎄게 클램핑하면 접착 부위의 본드가 다 빠져나와 접착력이 약해진다"라는 말을 종종 들어 왔습니다. 저는 늘 이 말에 대해 그게 대체 가능하기나 한건가라는 의심을 하곤 했습니다. 이런 의심을 해결하려면 직접 테스트를 해 보는 수 밖에 없습니다.그리고 테스트를 준비하면서 본드 접착에 대한 다른 측면들도 이번 기회에 같이 테스트를 하기로 했습니다.
저는 이번 테스트에서 LePage사의 목공용 본드(Carpenter's glue, 노란색 PVA 본드)를 사용했습니다. 실제로 이 본드는 제가 가장 즐겨쓰는 본드이기도 합니다.
테스트 방법은 이렇습니다. 하드메이플 판재를 40mm 폭으로 준비해서 두 판재를 직각 방향으로 붙여 40mm x 40mm 영역에 본드가 발라지도록 합니다. 테스트에 하드메이플을 사용한 이유는 균질하고 고른 재질에 기공이 크지 않으며 매우 단단하기 때문입니다. 이번 테스트는 본드의 강도를 테스트하는 것이지 나무의 강도를 테스트하는 게 아닙니다. 그러므로 파괴 테스트에서 나무가 부러지는 불상사가 일어나면 안됩니다.
한쪽에는 위 사진과 같이 여러개의 클램프를 최대로 압착하여 본드가 모두 삐져나오도록 해 보았습니다. (클램프는 보통 최대 2,000 파운드 정도의 힘을 가할 수 있습니다)
다른쪽에는 10파운드(4.5kg) 정도의 아령을 올려두어 접착부위에 약한 힘을 가했습니다.
제가 테스트해 보고 싶었던 다른 측면은 만일 접착 부위에 약간의 틈이 있다면 접착력에 어떤 영향을 주느냐 입니다. 이 테스트를 위해서 0.3mm 두께의 플라스틱을 접착부위 양쪽에 끼워 넣었습니다. 이렇게 하면 접착부위에 많은 양의 본드가 자리 잡을 수 있습니다. 그리고 아주 큰 볼트를 올려두어 약한 클램핑을 하였습니다. 이런식으로 세개의 시료를 만들었는데 둘은 접착면을 스크래퍼로 매끈하게 만들었고, 나머지 하나는 거친 사포로 샌딩하여 준비했습니다.
어떤 사람들은 접착할 표면이 너무 매끄러우면 접착력이 약해진다는 말을 합니다. 이를 검증하기 위해 어떤 시료들은 접착면을 스크래퍼로 매끈하게 다듬었고, 다른 시료들은 80방 사포로 샌딩하여 거칠게 만들었습니다.
어떤 목수들은 장부 결합을 할 때, 암장부(mortise) 안에만 본드를 바르고, 숫장부(tenon)에는 본드를 바르지 않고 결합니다. 숫장부에 본드를 바르면 장부를 밀어넣는 과정에서 많은 양의 본드가 삐져나오기 때문에 번거롭죠. 이렇게 하면 편하기는 한데 과연 접착력에 문제는 없는지 궁금했었습니다.
이를 검증하기 위해 저는 아랫쪽 시료에만 본드를 바르고 윗쪽 판재에는 본드를 바르지 않았습니다. 그리고 윗 판재를 슬라이딩 시키면서 접착부위로 이동 시켰습니다. 아래 판재는 본드를 바른 암장부라고 간주할 수 있고, 윗 판재는 본드를 바르지 않은 숫장부로 간주할 수 있을 겁니다.
전체적인 테스트를 진행하는데는 시간이 많이 걸렸습니다. 하나의 긴 판재에 여러개의 짧은 판재를 붙였는데, 대부분의 시료는 무게에 의한 클램핑을 했기 때문에 하나하나 결합부의 본드가 마르길 기다려야 했습니다. 그리고 목공 본드의 완전 경화에는 24시간 정도 걸리기 때문에 저는 여유를 두어 48시간 뒤에 파괴 테스트를 진행했습니다. 전체적으로는 20개의 접착 시료를 준비했습니다.
접착 강도를 시험할 장비는 전에 결구 강도를 시험한 장비와 동일합니다. 매우 튼튼한 L자 프레임
위에 저울을 올려두고 그 위에 조그만 보틀 잭(bottle jack, 조그만 병 모양의 유압식 리프트)을 올려 놓아 시료에 힘을 가합니다. 시료는 L자 프레임에 단단히 클램핑 됩니다.
접착부위가 떨어지는 최대 힘(무게)의 순간을 까먹을까봐 비디오 카메라로 녹화를 했습니다. 비디오 카메라는 제가 나무로 만든 삼각대(tripod)에 설치했습니다. 시중에서 파는 어떤 삼각대보다 제가 만든 이 삼각대가 가장 유연한 촬영 각도를 제공합니다. 카메라는 위에서 내려다 보아야 하고, 방향을 180도 돌려 저울 눈금이 거꾸로 보이지 않게 합니다.
이제 그 결과를 공개합니다.
| Gluing method | Breaking forces | Average |
|---|---|---|
| Sanded, 10 lbs clamping | 160,160,150,150,135 | 151 |
| Scraped, 10 lbs clamping | 145,150,190 | 162 |
| Sanded, clamped hard | 135,150 | 143 |
| Scraped, clamped hard | 110,130,100 | 113 |
| Gapped joints | 170,180,185 | 178 |
| Dry tenon, sanded | 35,40,70 | 48 |
>>> Excel로 된 자세한 실험결과 보기
본드를 바르지 않은 숫장부가 평균 이하의 접착력을 보일거라는 예측은 했습니다만, 예측보다 훨씬 더 형편없다는 데에 놀랐습니다. 본드를 바르지 않은 숫장부는 불과 48 파운드의 힘밖에 견디질 못했습니다. 이는 다른 접착 방법에 비해 1/3도 되지 않는 수치입니다. 저는 이제 확신을 가지고 본드가 삐져 나오지 않는 장부 결합법이라고 소개되는 이 팁은 매우 약한 결합력을 보인다고 얘기할 수 있습니다. (비슷하게 접착하는 양면에 모두 본드를 발라야지, 한쪽면만 본드를 바르면 접착력이 매우 떨어진다고 말할 수 있습니다)
클램핑을 너무 쎄게 해서 본드가 다 빠져 나오게 하는 건 접착력에 안좋은 영향을 주는 건 틀림없는 것 같습니다. 특히 접착할 표면이 매끄러운 경우 이런 경향은 더 심해지며, 샌딩해서 거친 표면인 경우는 클램핑의 강도가 접착력에 큰 영향을 주지 않음을 볼 수 있습니다..
클램핑 강도가 쎄지 않은 경우에는 오히려 매끈한 접착면이 약간 더 높은 강도를 보여 주었습니다. 하지만 큰 차이가 아니라서 매끈한 접착면이 거친 접착면 보다 더 접착력이 높다고 단정적으로 말하기는 어렵습니다. 다만 표면이 매끈하다고 해서 접착력에 문제가 생기는 건 아니라고 확실히 말할 수 있습니다.
또 다른 놀라운 결과는 0.3mm 정도의 틈을 만들어 접착했던 케이스인데 전체 테스트 결과에서 가장 높은 접착력을 보여 주었습니다. 저는 아직도 왜 이런지 잘 모르겠습니다. 몇가지 추측을 해보자면 이 테스트에서 틈을 만들기 위해 접합부 양쪽에 플라스틱을 끼워 넣었는데, 이것이 마치 기계 가공의 릴리프 컷(relief cut)과 같은 역할을 해 강도가 더 좋아진게 아닐까라는 생각도 듭니다.
혹은 다른 케이스보다 본드가 두껍게 있었기 때문에 수분 증발이 그만큼 느렸고, 그만큼 본드의 침투와 경화과정이 더 길어서 접착력이 더 좋지 않았나라는 추측도 합니다.
어떤 이유든 간에 접착면 사이에는 약간의 틈이 있어서 그 사이에 본드가 끼어 있어야 접착 강도가 높아진다는 건 확실합니다. 하지만 고의로 큰 틈을 만들어서 접착하는 건 권하고 싶지 않습니다. 본드가 많이 뭉쳐있으면 마르는데 시간이 오래 걸리고, 특히 목공 본드는 마르면서 약간 수축하는 경향이 있기 때문에 결구에 문제가 생길 수 있고 오히려 접착 강도가 약해집니다.
결론은 본드가 접착면에 남아 있을 수 있도록 너무 쎄게 클램핑하지는 말라는 겁니다.
댓글 없음:
댓글 쓰기