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접착제로 자동차를 만든다고?
자동차는 보통 2-3만개가 넘는 부품으로 이뤄져 있습니다. 그리고 이 부품들은 서로 연결되서 우리가 타고 다니는 자동차가 되는 것이죠. 부품은 전통적으로 볼트와 리벳으로 체결하거나, 용접을 통해 연결했습니다. 하지만 어떤 부품들은 접착제나 테이프로도 연결한다는 사실 알고 계셨나요? 특히 최근의 자동차 산업에서는 구조접착기술의 발전과 활용으로 ‘접합 혁명’이 일어나고 있습니다.
그렇다면 왜 자동차 조립에 있어 접착제나 테이프를 사용할까요?
그 이전에 주행시 자동차에 얼마나 많은 힘이 가해지는지부터 알아볼 필요가 있습니다. 자동차가 움직이게 되면 다양한 저항이 생깁니다. 공기나 지면의 마찰, 그리고 중력 등을 이겨내고 달리는 셈이죠. 코너를 돌게 되면 비틀림 현상이 일어나게 되며, 완전히 매끈한 도로는 존재하기 힘들기에 미세한 노면 진동도 지속적으로 받게 됩니다.
이런 저항을 수년 동안 이겨내는 내구성을 보유하기 위해서는 여러 부품을 결합하는 결합체 또한 자동차 산업에 있어 매우 중요합니다. 자동차의 모든 부위를 접착제와 테이프로 결합하지는 않지만, 생각보다 많은 부분에 쓰이고 있습니다.
차체 조립에 사용되는 접착제
차량 유리 손잡이 인터페이스 등 외에도 샷시와 휠에도 차량용 접착제가 사용됩니다. 차체 구조용 접착제는 높은 강도의 접착력을 제공하고 차량 샷시와 배터리 박스와 같은 다른 부품들을 연결하는데 사용되고 있습니다.
접착제와 테이프를 사용한다면 어떤 장점이 있을까요?
우선, 차체 경량화에 따른 연비 효율을 높일 수 있습니다. 또한 다른 종류의 금속끼리나 금속과 플라스틱의 접합도 비교적 쉽게 가능합니다.
차량 제조사들은 안전성과 기능성, 디자인을 모두 만족시켜야 합니다. 따라서 일반적으로 안정성을 높이려면 원가가 상승하죠. 하지만 접착제와 테이프는 합리적인 비용으로 안정성을 만족시킬 수 있습니다. 접착제는 전형적인 기능성 재료이며 원재료 자체는 그다지 비싸지 않습니다. 또한 양산 효과를 끌어내기 쉬워 사용할수록 가격을 낮출 수 있습니다.
하지만 접착제와 테이프가 차량 제조에 사용되기 위해서는 단순히 접착력뿐만 아니라 다양한 환경에서의 안정성 또한 검증되어야 합니다. 우선 차량 접착제와 테이프는 극심한 환경을 견딜 수 있어야 합니다. 주행 시 발생하는 크고 작은 진동에서부터 압력, 온도변화를 고려해야 합니다. 우천 주행 시 차량 접착제와 테이프는 습기나 침수도 견딜 수 있어야 하겠죠.
어떤 접착제와 테이프를 골라야 할까요?
이런 접착제를 산업현장에서는 어떤 방식으로 고르게 될까요? 철판과 철판을 이어 붙일 때는 어떤 접착제를 써야 하는 걸까요? 플라스틱과 각종 폼은? 곡선과 평면일 경우에는?
3M은 전문가들이 접착제와 테이프를 선택할 때 ASPEC(Assembly, Substrate, Process, End Use, Cost)라는 방법으로 선택하는 걸 제안합니다.
1. 조립 방식 (Assembly Type)
접착작업은 크게 6가지 방식으로 나뉩니다.1) 패널과 프레임접착/스티프너와 패널접착 (Panel-to-Frame/Stiffener-to-Panel)
패널 프레임접착 방식은 패널을 프레임에다 접착하여 안정성과 강도를 높이는 방법입니다. 건물 외벽이나 트레일러 패널, 엘리베이터 외벽 등이 이에 해당됩니다.2) 소형 접합부 접착 (Small Joint Assembly)
이 방식은 불규칙적인 모형이나 아주 작은 접착면만이 있을 때 사용됩니다. 접착면이 작고 불규칙적인 모형일수록 강한 접착력을 유지하기는 어려워집니다. 대부분 삽입형이나 오버랩형을 띄며 골프채, 전자기기, 가구 등에 주로 사용됩니다. 또한 자동차 내장제의 경우 센터페시아, 스티어링휠에도 사용됩니다.3) 대형 표면 라미네이팅 (Large Surface Lamination)
대형 표면 라미네이팅은 비슷한 표면적과 강도 또는 유연성이 비슷한 물체를 접착하는데 사용됩니다. 따라서 모든 표면적이 접착면으로 사용되고, 주로 큰 표면 작업이 필요한 폼 라미네이팅에 사용됩니다.4) 마운팅 (Mounting and Trim Attachment)
마운팅 방식은 넓은 표면적을 가진 벽이나 사물에 표지판이나 장식 등의 작은 물체를 접착하는 방식입니다. 주로 미적인 부분을 강조하는 조형물이나 탈부착이 용이한 표지판 등을 접착할 때 사용됩니다. 또한 자동차 앞유리와 뒷유리를 고정하는 데도 사용됩니다.5) 개스킷 접착 (Gasket Attachment)
개스킷 접착은 서로 다른 성질의 물질을 접착하는데 사용됩니다. 고무와 금속과의 결합 등이 여기에 해당됩니다. 주로 다양한 물질이 사용되는 전자기기나 FPCB 접착, 자동차의 배관을 이어 붙일 때 주로 이용됩니다.6) 실링 (Sealing/Potting and Encapsulating)
실링 접착방식은 액체가 통과하지 못하도록 접착하는 것이 목표입니다. 대표적인 예로는 차량 지붕이죠. 틈이 생기지 않게 실링을 해, 비가 올 때도 차 내부로 비가 새지 않게 합니다.
이러한 6가지 접착 방식은 일반적으로 작업의 효율성이 높은 방법으로 다양한 산업에 걸쳐 많은 제품 생산 공정에 활용되고 있습니다. 따라서 제품 구조와 접착 방식을 파악한다면 작업에 더욱 적합한 접착제를 선택할 수 있습니다.2. 접착제품의 속성 (Substrate Materials)
접착제의 강점은 다양한 속성을 가진 제품들과 접착이 가능하다는 점입니다. 강철부품과 강철부품을 접착할 경우 볼트를 사용하면 되겠지만 서로 다른 강도를 가진 강철부품과 플라스틱의 경우 강도 차이로 볼트사용이 어려운 경우가 생기죠. 그럴 때 사용할 수 있는 것이 접착제입니다. 또한 시트나 흡음재 등은 접착 외에는 방법이 없습니다.
차량용 접착제는 디자인과 제품 조립에 있어서 더욱 다양한 시도를 가능하게 합니다. 하지만 서로 다른 물질은 접착력에도 다른 영향을 줍니다. 그렇기 때문에 표면에 가해지는 힘, 텍스쳐, 까칠까칠함의 정도와 표면의 청결 정도에 따라 접착제를 선택해야 합니다.
3. 생산 과정 (Process Steps for Manufacture)
제조 공정에 따라서도 각기 다른 접착제를 선택해야 합니다. 보통 테이프는 빠르게 결합을 시킬 수 있으며, 바로 접착이 됩니다. 반면 액체 형태의 접착제는 조립 공정에 유연하게 대처할 수 있습니다. 곡면이나 울퉁불퉁한 면도 액체 형태는 쉽게 접착제를 바를 수 있죠.
그리고 보통 접착제나 테이프는 손으로 직접 붙이거나, 자동화된 솔루션을 통해 이용할 수 있습니다. 그리고 일반적으로 용접이나 다른 조립 도구에 비해 가격이 저렴하죠.
물론 이 모든 건 공장의 공간, 규제, 안전 등 다양한 요소를 고려해 결정해야 합니다.
4. 최종 용도 (End Use of the Product)
제품의 최종 용도를 고려해서, 제품 디자인에 맞는 접착제를 선택할 수 있습니다. 제품을 사용하는 소비자와 사용되는 환경을 파악하는 것은 중요한 단계입니다. 특히 자동차의 경우 자외선, 온도와 습도 변화, 그리고 침수에도 강한 접착제를 사용해야겠죠.
접착제와 테이프를 통한 디자인의 경우, 물리적으로 가해지는 힘을 고루 분산시킬 수 있으며, 힘을 전달하거나 흡수하며, 접착과 실링을 동시에 할 수 있다는 점, 그리고 철의 부식 방지 등의 장점이 있습니다.
5. 비용 (Cost Implications and Benefits)
접착제를 사용한다면 크게 두 가지 방법으로 제품가격을 낮출 수 있습니다. 첫째, 원자재 가격을 낮출 수 있습니다. 또한 재질이 다른 원자재를 접착할 수 있기 때문에 원자재 중량과 크기 선택의 폭이 넓어져 원자재 선택에 있어 최적화를 이룰 수 있습니다. 둘째, 제품 생산가격을 절감할 수 있습니다. 접착제는 인건비나 작업 비용이 높은 용접이나 드릴링을 대체할 수 있습니다. 또한 용접이나 드릴링에 비해 생산과정을 단순화할 수 있습니다.
제품의 최종 용도에 따라 비용이 달라질 수도 있습니다. 일반적으로 극한 환경에서 잘 버틸 수 있는 접착제일수록 고가이기 때문입니다. 또한 생산과정에 따라 비용이 바뀔 수도 있습니다. 액체형태의 접착제는 테이프형보다 저가이지만 접착을 위한 시간이 더 걸린다는 특징 등을 고려해야합니다.
