일반 | 자동차에 쓰이는 유리에 관한 지식
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작성자 TheTriton 작성일16-12-27 17:13 조회4,025회 댓글0건관련링크
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흔히 자동차 유리의 파손형태를 유심히 관찰하면 전면유리와 측면유리가 다르게 파손되는 것을 알 수 있습니다. 이는 전면유리와 측면유리가 다르다는 것을 보여주는데 과연 어떤 특성이 있을 까요? 오늘의 이야기는 자동차의 합성유리와 강화유리입니다.
자동차에 사용되는 창유리는 안전유리(safety glass)를 사용합니다.
이런 안전 유리는 크게 비산방지 특성을 지닌 합성유리와 파손시 잘게 조각나는 특성을 지닌 강화유리로 구분됩니다.
자동차의 전면유리는 운전자 보호를 위해 주로합성유리를 장착하고 측면유리 및 뒷유리는 탈출을 용이하게 하기위해 열처리된 강화유리를 사용합니다.
자동차의 전면유리는 일반적으로 접합유리(laminated glass)라고도 불리며, 유리와 필름의 적층재로 되어 있습니다.
접합유리는 3㎜두께의 유리 2장 사이에 유기접착필름(Poly Vinyl Butyrate:PVB) 필름을 삽입하고, 공기를 압축한 상태에서 고온으로 가열하는 장치인 오토클레이브(autoclave)를 이용하여 약 10 ~ 15 ㎏f/㎠의 압력하에서 120 ~ 130℃로 가열 접합하여 제조합니다.
PVB는 일종의 보강재이므로 파손시 PVB에 의해 파편이 비산되어 떨어지지 않고 충격점에서 균열은 방사형태로 진행되는 특성이 있게됩니다.
이런 특성에 의해 균열 발생점에서는 파편의 크기가 작지만 이 점에서 멀어진 부분의 파편의 크기는 점점 커지게 되어 에너지 흡수가 일어납니다.
일반적으로 자동차용 합성유리는 비산방지외에도 다음과 같은 장점을 지닙니다.
[의미를 손상시키지 않기 위해 영문을 그대로 옮깁니다.]
Laminated safety glass has two other additional benefits:
It reduces transmission of high frequency sound.
It blocks 97 percent of ultraviolet radiation.
즉, 주파수가 높은 소음과 97%의 자외선 차단효과를 지니므로 윈도 틴티드 필름(window tinted film)을 전면 유리에는 입히지 않아도 된다는 것을 알 수 있습니다.
흔히 전면유리에 선팅을 하는 경우가 있는데 이는 불필요한 것일 수 있습니다. 아울러 선팅은 햇빛을 막아준다는 의미에서 흔히 불리지만 정확한 표현은 '윈도 틴팅'이므로 선팅 필름은 윈도우 틴티드 필름이라고 불립니다.
합성유리의 사용처는 다양한데, 자동차유리 이외에도 다음과 같은 사용처를 지닙니다.
Laminated safety glass is also used in:
Thermometers for taking body temperature
Cutting boards
Greenhouse windows
Shower enclosures
Office partitions
Laminated safety glass resists falling out of its frame during an earth quake or a tornado.
지진이나 토네이도에도 견디게 만들 수 있다는 표현이 재미 있습니다.
아울러 합성유리는 장점을 더욱 보강하여 방탄유리로 사용할 수 있습니다.
방탄유리는 그 구조와 제법상 합성유리와 비슷하지만 그 강도를 더욱 강화 시킨 유리입니다.
즉, 좀더 두꺼운 유리와 특수한 필름을 사용하여 강도를 더욱 강화시키게 되는데, 방탄유리 한장은 약 10~12㎜로 합성유리의 약 4배 두께이고 유리와 유리사이에는 PVB가 아닌 0.76㎜의 특수 관통 저항 필름(HPR : High Penetration Film)을 넣어 많은 수의 유리를 적층하여 접합(multi-laminated)하는 방식으로 만들게 됩니다.
참고로, 최근 자동차 유리 용접이라는 명칭으로 소개된 손상된 전면유리의 수리법이 소개되고 있는데 이에 대하여 조금 설명드리면,
Windshield repair is a process that utilizes modern technology to repair the damaged area on a windshield by filling it with special clear adhesive resin. When this resin is cured the strength is restored as is most of the clarity.
이는 말 그대로 특별한 투명 레진을 이용하여 이를 수리하여 강도를 복원시키는 방법을 사용하는 방법입니다.
지금까지 소개한 합성유리와 대응되는 개념으로 강화유리가 있습니다.
강화유리는 일명 템퍼링 처리 유리라고 합니다.
강화유리는 보통의 판유리를 가열한 뒤 급냉시켜 유리의 결정을 치밀하게 만들어 강도를 증가시킨 유리입니다.
하지만 강화유리는 단순히 결정을 치밀하게만 하지 않습니다.
보통 유리의 파손은 유리 표면에 있는 보이지 않는 미세한 균열이 인장응력에 의해 성장해 일어나지만 강화유리는 이런 균열 주위에 압축응력을 작용시켜 균열의 성장을 방해하는 응력분포의 변화를 유도합니다.
강화유리의 표면 압축응력을 유도하는 방법은 전체를 유리 전이온도(Tg) 이상으로 가열하여 이를 빠르게 airjet이나 liquid jet을 이용하여 표면만 냉각시키는 방법을 사용합니다.
강화유리가 되는 메카니즘을 고찰하면, 유리 표면은 급냉되어 온도가 빠르게 유리 전이온도 아래로 떨어지게 되어 강성체로 되지만 유리내부는 천천히 식으므로 유리전이온도 이상이 되어 점탄성 변형이 가능하여 수축시 표면에 의한 저항을 받게 됩니다.
이때 표면은 내외부의 온도차가 평형화되면서 압축상태에 놓이게 되고 이와 균형을 이루는 내부는 자연스럽게 인장상태에 놓이게 됩니다.
응력 분포는 두께방향으로 포물선 형태가 되고 표면 압축응력은 내부의 인장응력의 약 두배로, 응력층의 두께는 유리 자체 두께의 약 20-25%에 이르게 됩니다.
매우 개략적인 계산에 의하면 강화유리의 인장강도는 일반유리에 비해 약 3배 정도로 크고, 압축강도는 약 1.5배 정도 크게 됩니다.
강화유리는 파괴시 방사상으로 에너지를 흡수하여 깨지는 접합유리와는 다르게 전체에서 에너지를 흡수하여 잘게 부숴지는 특성을 보입니다.
이를 공학적으로 검토하면 파괴시 표면적을 많이 만들어 가해준 에너지를 효과적으로 흡수하게 만들기 때문입니다.
이런 특성은 박물관에서 아주 오래된 청자나 백자의 표면에 발생하는 가는 잔금과 원리가 동일 합니다.
도자기를 불에 구워 식히면 도자기의 원재료인 점토와 표면에 광택을 내기 위해 바르는 유약 사이에는 열팽창 계수의 차이가 있으므로 냉각시 줄어 드는 속도 차가 발생하고 열응력이 존재하게 됩니다.
시간이 흐르면서 열응력 사이클링[여름과 겨울의 계절변화에 의해 도자기 표면은 수축과 팽창을 함]에 의해 응력이 완화되면서 얇은 유약층을 변형시키고 가는 잔금을 만들게 되는 것입니다.
강화유리도 우리 눈에는 볼 수 없으나, 유리의 표면은 저 팽창상태의 유리층이고 내부는 고 팽창 유리층이므로 열응력이 존재하게 됩니다.
따라서 외부 충격이 가해져 압축응력과 인장응력의 균형이 깨지게 되면, 과도하게 인장상태를 유지한 내부 유리의 에너지가 해소되어 잘게 파괴되는 속성이 나타나는 것입니다.
참고로 템퍼링을 하면 비정질상태가 되어 유리에 걸리는 응력은 가로 세로방향으로는 방향성이 없는 대칭형 분포를 지니는데 충격이 작용하면 각각의 응력 방향에 수직으로 균열이 성장하여 유리가 깨어질 때도 수평과 수직방향이 사각형이되고 내부응력에 의한 잘게 부서지는 성질이 부가되어 각진 주사위 모습으로 깨어지게 됩니다.
<출처: Technonet 재미난 공학이야기 중에서>
자동차에 사용되는 창유리는 안전유리(safety glass)를 사용합니다.
이런 안전 유리는 크게 비산방지 특성을 지닌 합성유리와 파손시 잘게 조각나는 특성을 지닌 강화유리로 구분됩니다.
자동차의 전면유리는 운전자 보호를 위해 주로합성유리를 장착하고 측면유리 및 뒷유리는 탈출을 용이하게 하기위해 열처리된 강화유리를 사용합니다.
자동차의 전면유리는 일반적으로 접합유리(laminated glass)라고도 불리며, 유리와 필름의 적층재로 되어 있습니다.
접합유리는 3㎜두께의 유리 2장 사이에 유기접착필름(Poly Vinyl Butyrate:PVB) 필름을 삽입하고, 공기를 압축한 상태에서 고온으로 가열하는 장치인 오토클레이브(autoclave)를 이용하여 약 10 ~ 15 ㎏f/㎠의 압력하에서 120 ~ 130℃로 가열 접합하여 제조합니다.
PVB는 일종의 보강재이므로 파손시 PVB에 의해 파편이 비산되어 떨어지지 않고 충격점에서 균열은 방사형태로 진행되는 특성이 있게됩니다.
이런 특성에 의해 균열 발생점에서는 파편의 크기가 작지만 이 점에서 멀어진 부분의 파편의 크기는 점점 커지게 되어 에너지 흡수가 일어납니다.
일반적으로 자동차용 합성유리는 비산방지외에도 다음과 같은 장점을 지닙니다.
[의미를 손상시키지 않기 위해 영문을 그대로 옮깁니다.]
Laminated safety glass has two other additional benefits:
It reduces transmission of high frequency sound.
It blocks 97 percent of ultraviolet radiation.
즉, 주파수가 높은 소음과 97%의 자외선 차단효과를 지니므로 윈도 틴티드 필름(window tinted film)을 전면 유리에는 입히지 않아도 된다는 것을 알 수 있습니다.
흔히 전면유리에 선팅을 하는 경우가 있는데 이는 불필요한 것일 수 있습니다. 아울러 선팅은 햇빛을 막아준다는 의미에서 흔히 불리지만 정확한 표현은 '윈도 틴팅'이므로 선팅 필름은 윈도우 틴티드 필름이라고 불립니다.
합성유리의 사용처는 다양한데, 자동차유리 이외에도 다음과 같은 사용처를 지닙니다.
Laminated safety glass is also used in:
Thermometers for taking body temperature
Cutting boards
Greenhouse windows
Shower enclosures
Office partitions
Laminated safety glass resists falling out of its frame during an earth quake or a tornado.
지진이나 토네이도에도 견디게 만들 수 있다는 표현이 재미 있습니다.
아울러 합성유리는 장점을 더욱 보강하여 방탄유리로 사용할 수 있습니다.
방탄유리는 그 구조와 제법상 합성유리와 비슷하지만 그 강도를 더욱 강화 시킨 유리입니다.
즉, 좀더 두꺼운 유리와 특수한 필름을 사용하여 강도를 더욱 강화시키게 되는데, 방탄유리 한장은 약 10~12㎜로 합성유리의 약 4배 두께이고 유리와 유리사이에는 PVB가 아닌 0.76㎜의 특수 관통 저항 필름(HPR : High Penetration Film)을 넣어 많은 수의 유리를 적층하여 접합(multi-laminated)하는 방식으로 만들게 됩니다.
참고로, 최근 자동차 유리 용접이라는 명칭으로 소개된 손상된 전면유리의 수리법이 소개되고 있는데 이에 대하여 조금 설명드리면,
Windshield repair is a process that utilizes modern technology to repair the damaged area on a windshield by filling it with special clear adhesive resin. When this resin is cured the strength is restored as is most of the clarity.
이는 말 그대로 특별한 투명 레진을 이용하여 이를 수리하여 강도를 복원시키는 방법을 사용하는 방법입니다.
지금까지 소개한 합성유리와 대응되는 개념으로 강화유리가 있습니다.
강화유리는 일명 템퍼링 처리 유리라고 합니다.
강화유리는 보통의 판유리를 가열한 뒤 급냉시켜 유리의 결정을 치밀하게 만들어 강도를 증가시킨 유리입니다.
하지만 강화유리는 단순히 결정을 치밀하게만 하지 않습니다.
보통 유리의 파손은 유리 표면에 있는 보이지 않는 미세한 균열이 인장응력에 의해 성장해 일어나지만 강화유리는 이런 균열 주위에 압축응력을 작용시켜 균열의 성장을 방해하는 응력분포의 변화를 유도합니다.
강화유리의 표면 압축응력을 유도하는 방법은 전체를 유리 전이온도(Tg) 이상으로 가열하여 이를 빠르게 airjet이나 liquid jet을 이용하여 표면만 냉각시키는 방법을 사용합니다.
강화유리가 되는 메카니즘을 고찰하면, 유리 표면은 급냉되어 온도가 빠르게 유리 전이온도 아래로 떨어지게 되어 강성체로 되지만 유리내부는 천천히 식으므로 유리전이온도 이상이 되어 점탄성 변형이 가능하여 수축시 표면에 의한 저항을 받게 됩니다.
이때 표면은 내외부의 온도차가 평형화되면서 압축상태에 놓이게 되고 이와 균형을 이루는 내부는 자연스럽게 인장상태에 놓이게 됩니다.
응력 분포는 두께방향으로 포물선 형태가 되고 표면 압축응력은 내부의 인장응력의 약 두배로, 응력층의 두께는 유리 자체 두께의 약 20-25%에 이르게 됩니다.
매우 개략적인 계산에 의하면 강화유리의 인장강도는 일반유리에 비해 약 3배 정도로 크고, 압축강도는 약 1.5배 정도 크게 됩니다.
강화유리는 파괴시 방사상으로 에너지를 흡수하여 깨지는 접합유리와는 다르게 전체에서 에너지를 흡수하여 잘게 부숴지는 특성을 보입니다.
이를 공학적으로 검토하면 파괴시 표면적을 많이 만들어 가해준 에너지를 효과적으로 흡수하게 만들기 때문입니다.
이런 특성은 박물관에서 아주 오래된 청자나 백자의 표면에 발생하는 가는 잔금과 원리가 동일 합니다.
도자기를 불에 구워 식히면 도자기의 원재료인 점토와 표면에 광택을 내기 위해 바르는 유약 사이에는 열팽창 계수의 차이가 있으므로 냉각시 줄어 드는 속도 차가 발생하고 열응력이 존재하게 됩니다.
시간이 흐르면서 열응력 사이클링[여름과 겨울의 계절변화에 의해 도자기 표면은 수축과 팽창을 함]에 의해 응력이 완화되면서 얇은 유약층을 변형시키고 가는 잔금을 만들게 되는 것입니다.
강화유리도 우리 눈에는 볼 수 없으나, 유리의 표면은 저 팽창상태의 유리층이고 내부는 고 팽창 유리층이므로 열응력이 존재하게 됩니다.
따라서 외부 충격이 가해져 압축응력과 인장응력의 균형이 깨지게 되면, 과도하게 인장상태를 유지한 내부 유리의 에너지가 해소되어 잘게 파괴되는 속성이 나타나는 것입니다.
참고로 템퍼링을 하면 비정질상태가 되어 유리에 걸리는 응력은 가로 세로방향으로는 방향성이 없는 대칭형 분포를 지니는데 충격이 작용하면 각각의 응력 방향에 수직으로 균열이 성장하여 유리가 깨어질 때도 수평과 수직방향이 사각형이되고 내부응력에 의한 잘게 부서지는 성질이 부가되어 각진 주사위 모습으로 깨어지게 됩니다.
<출처: Technonet 재미난 공학이야기 중에서>
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