접착 불량

접착 결합의 파손 메커니즘을 이해하고, 제품 수명 동안 성능을 유지하는 견고하고 내구성 있는 접합부를 설계하는 방법을 다룹니다.

접착 불량을 식별하는 방법

접착 파손(adhesive failure)이란 접착제(또는 코팅, 인쇄 잉크, 실런트)와 피착재 사이의 계면에서 발생하는 결합 파손을 말합니다. 응집 파손(cohesive failure)은 파단이 발생하여 접착제 층이 양쪽 표면 모두에 남아 있는 경우를 말합니다. 파손 형태를 분석하면 접합부의 강도와 내구성에 영향을 미치는 공정 변수에 대한 귀중한 통찰을 얻을 수 있습니다. 접합 공정에는 접착력과 응집력이 모두 관여하며, 파손은 대부분 둘 이상의 파손 형태가 복합적으로 나타납니다. 네 가지 파손 형태는 접착 파손(계면 파손), 응집 파손(접착제 내부 파손), 기재 파손(소재 파손), 혼합형 파손(접착 파손과 응집 파손이 복합된 형태)입니다. 박리는 제조 공정 중이나 제품의 보관 또는 사용 기간 중 어느 시점에서든 발생할 수 있습니다. 견고한 접착 결합은 결합 강도와 결합 내구성을 모두 갖추어야 합니다. 핵심 파손 메커니즘을 제대로 파악하지 못한 채, 제조업체가 해결책을 찾다가 불필요하고 값비싼 장비를 구입하게 되는 경우가 지나치게 많습니다.

접착 불량 형태의 종류와 발생 원인

두 재료 간의 접착에는 표면 과학, 접합부 설계, 접착제(또는 잉크/코팅) 화학이 관여합니다. 접착 접합부는 접착 파손 또는 응집 파손 형태로 손상될 수 있습니다. 파손 형태란 가해진 응력이나 힘으로 인해 접착 결합이 파괴되거나 손상되는 메커니즘을 의미합니다. 결합이 파손되었을 때는 근본 원인을 파악하는 것이 매우 중요합니다.

접착 접합부는 접착 파손 또는 응집 파손 형태로 손상될 수 있습니다

접착 파손

접착 파손은 접착제와 피착재(기재) 사이의 계면에서 발생합니다. 접착제가 기재로부터 깨끗하게 분리되며, 육안으로 보면 잔류 접착제가 어느 한쪽 표면에만 남아 있게 됩니다. 접착 파손은 이물질 오염, 화학 첨가제가 접착 결합선으로 이행하는 현상, 접합 계면의 점도 및 두께 특성, 부적절한 경화, 그리고 열팽창 특성 차이로 인해 온도 변화가 접착 결합에 과도한 응력을 유발하는 등, 거의 대부분 제조 공정에서 비롯됩니다. 접착제가 기재 표면을 충분히 젖음(wetting)시키지 못하면 결합 강도가 최대치에 미치지 못하게 됩니다.

접착 파손

점도

응집 파손

응집 파손은 접착제 자체의 파단으로 발생하며, 양쪽 피착재(기재)의 대응하는 면 모두에 접착제가 육안으로 남아 있는 것이 특징입니다. 이 경우 접착제와 기재 사이의 결합력이 접착제 자체의 강도보다 강한 상태입니다. 현장에서 발생하는 응집 파손은 대부분 부적절한 접합부 설계가 원인입니다.

기재 파손

기재 파손(또는 피착재 파손)은 결합부가 아닌 소재 자체가 파괴되는 것으로, 최적의 결합 강도를 의미합니다.

혼합형 파손

혼합형 파손은 계면이 부분적으로 열화되어 접착 파손과 응집 파손의 특성을 동시에 나타냅니다. 본질적으로 이 파손 형태는 접착 결합의 강도가 응집 파손 강도보다 낮은 과도적 단계에 해당합니다.

제조 공정에서 강력한 접착 결합을 설계하는 방법

접착 결합은 부품 설계, 성형, 소재 및 보관, 전처리, 조립, 사용 현장 조건 등 다양한 원인으로 파손될 수 있습니다. 오늘날의 글로벌 제조 환경에서는 한 국가에서 부품을 생산하여 다른 국가로 운송해 조립하는 경우가 빈번합니다. 이러한 절차만으로도 접착을 더욱 어렵게 만드는 요인이 발생합니다.

접착 결합은 왜 파손되는가?

접착 불량은 부품 설계, 성형, 소재 및 보관, 전처리, 조립, 사용 조건 등 다양한 원인으로 발생할 수 있습니다. 오늘날의 글로벌 제조 환경에서는 한 국가에서 부품을 생산하여 다른 국가로 운송한 뒤 조립하는 것이 일반적입니다. 이러한 절차만으로도 접착을 더욱 어렵게 만드는 요인이 발생합니다.

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폴리머 표면과 접촉각이 접착 결합에 미치는 영향

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폴리머의 형태학적 구조와 가공 방식은 결국 접합 작업의 난이도에 영향을 미칩니다. 반결정성 플라스틱은 일반적으로 비정질 플라스틱보다 접착이 더 어렵습니다. 아세탈, 나일론, 폴리올레핀, PPS, 폴리카보네이트, PTFE, 고무/엘라스토머는 가장 큰 어려움을 안겨줍니다. 실리콘과 같이 이행성이 있는 외부 윤활제 스프레이는 공기 중으로 퍼져 다른 모든 설비로 이동하여 성형품 표면에 침착되므로 성형 시설에서 절대 사용해서는 안 됩니다.

표면 처리는 높은 접착 결합 강도를 달성하는 데 매우 중요합니다. 표면은 먼지, 그리스, 오일 등의 오염물이 없이 깨끗해야 합니다. 실리콘, 이형제, 미끄럼 방지제와 같은 저분자량 물질(LMWM)은 접착을 저해합니다. 플라스틱 표면을 세척할 때 용제를 과도하게 사용하면 취약 경계층이 형성되어 뿌연 잔류물이 남게 되며, 이는 접착을 저해합니다. 플라즈마 표면 전처리를 사용할 때는 최적의 젖음 수준이 존재하므로, 과처리와 처리 부족을 모두 피해야 합니다.

접촉각과 표면 에너지. 고체와 액체 사이의 상호작용에서 나타나는 접촉각과 그 물리적 특성을 이해하면 최적의 접착 결합 표면 젖음성 조건을 결정하는 데 귀중한 정보를 얻을 수 있습니다. 액체(물, 인쇄 잉크, 접착제, 코팅제 등)의 표면 장력에 대한 고체 기재의 표면 에너지가 높을수록 "젖음성"이 우수해지고 접촉각은 작아집니다. 접촉각은 표면 화학의 변화와 표면 형상(토포그래피)의 변화 모두에 영향을 받습니다.

전진 접촉각(advancing contact angle)은 기재 표면의 저에너지(미개질) 성분에 가장 민감하게 반응하는 반면, 후퇴 접촉각(receding angle)은 표면 전처리로 도입된 고에너지 산화 그룹에 더 민감합니다. 따라서 dyne 용액으로 측정했을 때, 후퇴 접촉각이야말로 전처리 후 개질된 표면 성분의 특성을 가장 잘 나타내는 측정값이라 할 수 있습니다. 그러므로 모든 표면 개질 소재에 대해 전진 접촉각과 후퇴 접촉각을 모두 측정하는 것이 중요합니다.

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