접착제의 종류 이외에도 접착 즉 접합부의 품질에 영향하는 인자로는 목재 표면의 상태, 접착제에 의한 습윤성, 목재 함수율 등을 들 수가 있다.
1. 목재 표면의 상태
비접착설에 따른다면 분자간 인력이 발생되기 위하여는 접착이 이루어질 양 재면이 완전하게 접촉되어야만 하는데 이것은 재면이 평할하면서도 깨끗해야만 됨을 의미하는 것이다.
완전히 평활한 재면은 금속이나 유리와 같은 재료에서조차도 얻기가 실제로 불가능하기 때문에 목재의 경우 공극을 지니는 해부학적 구조로 인해 더욱 어렵다.
따라서 긴밀한 접촉은 접착제에 의해서만 이루어질 수가 있는데 이는 접착제가 재면 사이의 불균일한 간극을 메워주기 때문에 가능해 진다.
그러나 접착제와 목재 사이의 인력을 발달시키기 위하여는 목재의 표면이 깨끗하여야만 하는데 이는 대기중의 먼지, 수분 또는 기름, 눈에 띄는 오염원 등이 강한 접착력의 형성을 방해하기 때문이다.
이러한 이유로 인해 접착하고자 하는 면은 접착 공정 바로 이전에 대패질로 조정해 주어야 하는 것이다.
대패질에 의한 재면은 대개 거칠고 표층의 세포가 찢어져 있는 상태를 보이기 때문에 양호한 접촉이 불가능해 지고 국부적으로 응력도 발생하게 되며 접착제의 소비량이 많아지게 된다.
목공기계에 의해 거칠게 가공된 면을 조정하는 경우를 제외하고는 연삭(sanding) 역시 접착에 나쁜 영향을 미치게 된다.
지나치게 고온으로 가열하여 건조한 단판이나 열압에 의해 제조된 합판의 경우에는 가볍게 연삭해 주므로써 접착력을 향상시킬 수가 있다.
2. 습윤성
접착제에 의한 목재의 습윤성은 목재의 표면에 대한 접촉각으로 측정되는데 접촉각이 작을수록 습윤성이 커진다.
따라서 강한 접착력을 얻기 위하여는 접촉각이 0에 근접하여야만 하는데 그 이유는 습윤성이 클수록 접착제가 피착제의 표면에서 면적이 확대되어 얇은 접착층을 형성하게 되고 접착제와 피착제 사이에 분자간 인력이 작용하게 되므로써 양호한 접착이 이루어질 수 있기 때문이다.
습윤성은 여러 인자에 의해 영향을 받게 되는데 표면장력, 온도, 점도와 같이 접착제에 관련된 것 그리고 비중, 공극성 및 추출물과 같이 목재에 관련된 것이 있다.
비중이 낮은 목재, 즉 공극성이 큰 목재는 습윤성이 양호하며 반면에 추출물의 양이 많거나 테르펜(terpene)이나 지방산(fatty acid)과 같은 비극성 추출물이 존재하는 경우 나쁜 영향을 받게 된다.
습윤성은 또한 목재 표면의 청결성과 기계 가공시의 조건에 의해 영향을 받게 된다.
예를 들면 예리하지 못한 칼날은 목재의 과열이나 뭉개짐을 일으켜 목재 표면을 탄화시키거나 목재의 표면경화을 유발하기도 한다. 160℃ 이상의 온도로 단판을 건조하게 되면 재면에서의 불활성으로 인하여 습윤성이 나빠지게 된다.
<표.1> 남양재와 물, 접착제의 접촉각(o)(액 적하 1분후 측정)
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수종 |
물 |
요소수지 |
수용성 석탄산 수지 |
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Yellow seraya |
0 |
25 |
65 |
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Amberoi |
0 |
30 |
75 |
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Kapur |
29 |
40 |
73 |
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Mayapis |
52 |
52 |
87 |
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Erima |
63 |
52 |
78 |
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White lauan |
58 |
47 |
75 |
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Bagtikan |
60 |
50 |
78 |
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Tangile |
70 |
56 |
92 |
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Red lauan |
76 |
58 |
95 |
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Apitong |
98 |
68 |
90 |
3. 함수율
목재의 함수율이 높은 경우 분자간 인력에 나쁜 영향을 주게 되고 접착제의 유동성이 증가되어 목재내로 접착제가 과도하게 흡수되므로써 접착력이 약해지게 된다. 함수율 변화 역시 목재의 수축, 팽윤에 따른 응력을 유발하게 되어 접착층의 연속성을 파괴하게 된다. 고온에서의 접착시 수분 증발에 따라 발생하게 되는 기포가 접착층 내부에 갇혀 있는 경우 역시 접착력에 나쁜 영향을 주게 된다. 목재의 함수율이 매우 낮은 경우에도 습윤성이 영향을 받게 되고 목재 내부로의 접착제 침투가 방해를 받게 되며 조기경화의 원인이 되므로 문제를 일으키게 된다.
수분은 목재내에 함유되어 있으나 수용성 접착제에 의해 목재에 수분이 부가되기도 하거나 고온에 의해 목재로부터 수분이 제거되기도 한다. 접착제의 종류 및 접착공정(냉압 및 열압)에 따라 달라지지만 목재는 함수율이 대략 2 ∼ 12% 범위에서 접착을 하게 되는데 열압의 경우 2 ∼ 8% 그리고 냉압의 경우 8 ∼ 12%가 적당하다. 일반적인 기준으로는 가구나 문 등과 같은 실내용 제품의 경우 6 ∼ 8% 그리고 외장용 보와 같은 실외용 제품의 경우 12 ∼ 14%의 함수율 조건에서 접착을 실시하되 접착전의 목재 함수율이 제품의 실제 사용기간 도중에 도달할 수 있는 예상 함수율과 대략 동일하도록 조정한 다음 접착을 하여야 한다.
수분의 양 이외에도 수분의 분포 역시 중요한데 목재의 수축, 팽윤에 기인하여 발생하게 되는 응력에 의하여 접착력이 약화되는 것을 피하기 위하여는 하나의 부재내 뿐만이 아니라 부재들 사이에서의 수분의 변이가 되도록 작아야 한다. 이러한 응력은 수종 및 연륜의 배향에 따라 달라지게 되는데 무거운 목재일수록 그리고 접선단면을 지니는 목재, 즉 판목재일수록 응력이 커지게 된다.
4. 기타
위에서 언급한 조건 이외에도 만족할만한 접착을 위하여는 다음과 같은 것들이 필요로 해진다.
적절하게 조제된 양호한 품질의 접착제: 너무 오랫동안 저장하거나 부적절한 조건하에서 저장된 접착제는 접착제의 성능이 약화되거나 없어지게 된다. 모든 경우에 있어 제조자의 지침서대로 접착제를 사용하여야 한다.
적절한 도부량으로 균일하게 도부함: 필요 이상으로 많은 양의 접착제를 도부하게 되면 비용이 많이 소요될 뿐만이 아니라 접착층도 두꺼워진다. 이러한 경우 접착제의 수축에 따른 공극의 발생이라던가 또는 기포의 함유 등에 의해 접착력이 저하된다. 일반적으로 접착층의 두께가 두꺼워질수록 접착력은 낮아지는데 이론적으로는 단분자층 정도이면 충분한 접착력이 얻어지나 실제상으로 접착제가 경화된 후의 접착층 두께는 최소 약 0.1mm 정도가 되어야 한다.
도부와 집결 사이의 시간 조절: 집결시간에는 개방집결시간과 폐쇄집결시간이 있다. 개방집결시간은 접착제 도부시부터 접착될 면을 접촉할 때까지의 시간이며 폐쇄집결시간은 접착될 면의 접촉시부터 가압시까지의 시간이다. 개방집결시간 동안에는 접착제중의 용제 일부가 증발되며 반면에 폐쇄집결시간 동안에는 접착제가 조기경화를 이루게 되어 접착력이 약해지거나 또는 용제가 목재에 의해 흡수되거나 접착제 분자간의 화학반응으로 인해 접착이 이루어지지 않게 되는 경우도 있다. 이러한 이유로 인해 경험, 실험 또는 제조업체의 지침서에 의존하여 개방집결시간과 폐쇄집결시간을 적절히 조절할 필요가 있다.
충분한 시간 동안 충분하고 균일하게 압체할 것: 접착될 면이 가능한 서로 밀접하게 접촉되도록 하기 위하여는 압력을 가해 주어야 한다. 이렇게 압체해 주므로써 접착제가 얇고 연속적이면서 균일한 두께의 접착층을 형성할 수가 있게 된다. 압체력의 크기와 압체시간은 접착제의 종류와 점도, 목재의 종류와 비중, 제품의 용도 등에 따라 달라지게 된다. 접착제의 종류에 따라서는 열을 필요로 하는 경우도 있다. 압체시의 온도는 주로 접착제의 종류와 그 밖의 인자에 의해 좌우된다.
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