접합유리 클램핑이 접합유리의 평탄도에 미치는 영향

현대 건축물에서는 건축물의 외관과 재실자의 편의를 위한 유리의 사용이 증가하면서, 유리의 한계를 극복하기 위한 접합안전유리 (LSG, Laminated Safety Glass) 의 중요성도 커지고 있습니다.
LSG는 여러 장의 유리를 접합유리 중간막(interlayer)으로 결합하여, 파손 시 파편이 흩어지지 않게 하여 재실자가 상해를 입지 않도록 하는 중요한 역할을 합니다.
따라서, 중간막과 유리 사이의 결합 품질이 중요하며, 특히 “가장자리(edge)” 처리 방식이 평탄도와 장기 내구성에 영향을 줄 수 있습니다. 그러나, 접합유리 가공업체 중 다수는 접합유리 가공 중 가장자리 쪽을 클램프(clamp)로 고정하여 압력을 가함으로써 접합유리 모서리부위의 기포나 접합 불량을 방지하려 합니다. 하지만 이렇게 모서리 부위에 압력을 가할 경우 내부 응력이 발생하고, 최종 제품의 변형 또는 비평탄(flatness 변화)을 야기할 수 있습니다.

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1. 서론

1.1 동기 및 문제 제기

• LSG (Laminated Safety Glass) 는 적어도 두 장의 유리를 폴리머 중간층(PVB 등)과 결합하여 만든 복합체에 해당합니다.
• 접합유리 중간막은 유리가 깨졌을 때 파편을 붙잡고, SGP와 같은 구조용 필름을 사용하는 경우에는 유리가 무너지지 않도록 하는 중요한 역할을 합니다.
• 래미네이션 공정 중, 패널의 가장자리를 클램프로 고정해 압력을 주는 방식이 많이 사용됩니다. 보통 이러한 경우는, 가공 직후 발생하는 모서리부위의 결함을 복원하기 위함인 경우가 많습니다.
• 하지만 클램핑이 과도하게 가해질 경우, 가장자리 부위에 응력(deformation)이 남을 수 있으며, 이는 제품이 시공된 후 장기적으로 박리결함으로 이어질 가능성이 매우 높습니다.
• 클램핑 압력이 실제 LSG 유닛의 두께 변화(thickness change) 및 평탄도 변화(flatness deviation)에 미치는 영향을 정량적으로 볼 수 있는 방법은 무엇이 있을지 공유해 보려고 합니다. 또한, 온도나 공정 단계(프리본딩, 오토클레이브 등)에 따라 클램핑 영향이 어떻게 달라지는지도 살펴보고자 합니다.

1.2 기존의 업계 내에서의 접합유리 클램핑에 대한 이해

• 접합유리의 물리적 접합 강도나 내구성을 평가하는 시험법으로는 Pummel 시험, 압축 전단(shear) 시험, 토션 시험, 박리(peel) 시험, 인장 시험 등이 있습니다.
• 또한 인공 노화(고온, 고습, 자외선 반복 노출 등)를 조합한 시험을 통해 중간층의 노화 특성, 접합면의 변화 등이 연구된 바 있습니다.
• 그러나 클램핑 압력이 평탄도 변화 또는 내부 응력 분포에 어떤 영향을 주는지에 대한 직접적 연구는 매우 제한적입니다.

1.3 연구 범위 및 구성

• 단축 유리 래미네이션 공정(flat glass lamination) 에서 적용되는 단일 축 클램핑(uniaxial clamping)의 영향을 집중 분석해 보려고 합니다.
• 다양한 클램프 압력 조건 (예: 500 N, 1100 N), 온도 조건 (30 °C, 70 °C, 오토클레이브 공정의 고온) 등을 비교 실험 결과를 보고자 합니다.
• 주된 연구 질문은 아래와 같습니다.

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2. 시험 프로그램

2.1 시험 개요

• 유리 시편을 준비한 뒤 초기 두께를 측정하고, 클램프를 고정한 상태에서 온도 조건을 변화시키며 실험을 진행합니다. 이후 클램프를 제거한 후 일정 시간 경과 관찰을 통해 두께 회복 여부나 남는 변형을 측정합니다.
• 실험 조건은 여러 조합으로 구성되며, 온도, 클램프 하중, 유지 시간 등이 변수로 작용합니다.

2.2 시편 (Specimen)

• 유리판 + 중간층 조합은 2장 × 6 mm float glass + 1.52 mm PVB 로 구성된다.
• 두 가지 유형의 시편이 사용되었습니다.

l  유형 1: 700 × 700 mm²

l  유형 2: 300 × 300 mm²

2.3 측정 방식 및 클램프 장비

• 클램프는 두 종류가 사용되었습니다.

l  Type 1

l  Type 2

• 클램프에는 변형률 게이지(strain gauge) 또는 하중 센서가 부착되어, 클램핑 시점과 실험 후 남은 하중을 측정합니다.
• 두께 측정은 마이크로미터 스크류 게이지를 사용하며, 정확도는 1 µm 수준입니다.
• 측정 지점은 미리 표시해 두어 항상 동일한 위치에서 반복 측정이 이루어지도록 합니다.

2.4 실험 구성

• 70 °C 조건: 습도 50%, 클램프 타입 2 사용, 하중 수준 500 N 또는 1.1 kN
• 오토클레이브 공정: 최대 온도 140 °C, 압력 10 bar, 다양한 하중 및 전처리 조건 적용
• 30 °C 조건: 클램프 타입 1 사용, 유사한 하중 조건 하에서 실험 수행

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3. 실험 결과

3.1 클램핑 하중의 변화

• 실험 결과, 클램프 하중은 시간이 흐르면서 상당 부분 감소하였습니다.
• 이러한 하중 감소는 클램프가 가했던 응력이 점차 재배치되거나 소실되었음을 의미하며, 일부는 유닛 내부의 변형으로 전환되었을 가능성이 있음을 의미합니다.

3.2 두께 변화

• 클램프가 적용된 위치에서는 두께 변화가 관찰되었습니다.
• 30 °C 조건에서는 유의미한 클램프 유도 변형이 뚜렷히 관찰되지는 않았으며, 측정 간 변동이 더 컸음.

3.3 중간층 내부의 변형

• 오토클레이브 공정 중, 클램프가 붙은 지점에서는 중간층이 면 내(in-plane)로 변형되는 현상이 관찰되었음.
• 또한 클램프가 없는 주변 지점에서는 델라미네이션(층간 박리) 패턴 또는 “리프팅(lifting)” 효과가 나타났음.

3.4 클램프 제거 후 거동

• 일부 시편은 사전 변형(preconditioned) 후 클램프 없이 오토클레이브 공정을 거쳤는데, 이 경우 두께 변화가 초기 상태로 상당히 복귀한 것으로 나타났다. 즉, 일부 변형은 가역적이었음.
• 실험 후 1주일간 상온 보관하면서 반복 측정했지만, 클램핑 유도 변형이 추가로 변하는 양상은 뚜렷히 관찰되지 않았음.

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4. 결론 및 시사점

• 클램프는 고온 조건 (예: 70 °C) 또는 오토클레이브 공정 온도 하에서 LSG 유닛의 두께 변화 및 내부 응력 유발 측면에서 유의미한 영향을 준다.
• 특히 오토클레이브 공정 중 클램핑은 변형을 고정시키는 방향으로 작용할 수 있어, 최종 유닛에 잔류 응력(permanent stress) 을 남기고, 이는 향후 델라미네이션 위험을 높일 가능성이 있다. 따라서 본 연구에서는 오토클레이브 중 클램프 사용을 강하게 경고하고 있다.
• 반면, 유닛이 완전히 냉각된 상태(≤ 30 °C)에서, 클램프 하중이 1.1 kN 이하이며 클램프들이 서로 너무 밀접하지 않을 경우에는 클램프 사용이 비교적 무해한 것으로 보입니다.
• 이 연구 결과는 LSG 유닛의 평탄도 및 장기 내구성, 접합 안정성 등을 고려한 래미네이션 공정 최적화를 위한 중요한 기초 정보를 제공합니다.
• 향후 과제로는 이러한 클램프 유도 두께 변형이 유닛의 구조적 거동(강도, 하중 분포 등)에 미치는 영향을 정량적으로 규명하는 것이다. 또한, 클램핑이 안전성 및 델라미네이션 거동에 미치는 임계 온도 또는 하중 기준을 정의하는 것이 유용할 것입니다.

 

결론적으로, 오토클레이브에 모서리 부위가 박리된 유리를 재투입하여 접합하는 경우 모서리 부위에 잔류응력을 남기게 되고, 이는 시공 이후 박리위험을 높일 가능성이 매우 높습니다. 따라서, 현장 감리담당자 또는 시공업체에서는 이와 관련된 명확한 가이드라인을 시방서를 통해 가공사에 주지시킬 필요가 있습니다.