강화유리는 우리 삶에 밀접하게 사용되고 있습니다. 휴대폰, 태블릿 PC, TV 등에 사용되고 있습니다. 일반적으로 쇠의 밀도를 높이기 위해서는 망치로 대장간에서 불에 달구고 때려서 쇠를 계속 압축하여 줄어들게 만드는 작업을 진행하는데 유리는 쇠를 만드는 방법을 사용하면 깨지기 때문에 유리의 응력을 이용해서 만들게 됩니다.
응력: 물체 외부에서 외력이 가해질 때 내부에서 저항하려고 발생하는 힘을 말합니다.
입자가 큰 칼륨이 유리 표면에 들어가면 유리표면에 압축 응력이 형성되며 유리 내부는 밖으로 밀어내는 힘이 작용하고 겉 표면은 안으로 들어가려는 힘이 작용하여 평균보다 5배나 높은 강도를 가지게 됩니다. 강도를 비교하기 위해서 약 1m 정도 되는 높이에서 500g 정도 되는 일반 구슬을 떨어트려보면 일반 구슬은 바로 부서지지만 강화유리는 충격을 버티는 것을 확인할 수 있습니다. 이처럼 강화유리는 우리 실생활에 다양한 용도로 활용되고 있습니다.
강화유리 제작과정
1. 재단 공정
얇고 강도 높은 유리를 만들기 위해 화학 강화 과정을 거칩니다. 먼저 일반 유리를 용도에 맞게 자르는 1차 공정을 거칩니다. 강화유리가 된 후에는 유리의 절단이 힘들기 때문입니다.
2. 왁스 처리 공정
용도에 맞게 재단한 유리는 송진과 파라핀을 이용한 왁스 처리에 들어갑니다. 유리 원단을 접합시켜 미세한 정밀 절삭 과정을 거치기 위해서입니다.
3. CNC가공
왁스 처리로 고정한 유리는 컴퓨터 프로그램으로 0.1mm 이하로 정밀하게 표면을 깎아 냅니다. 여기서 cnc가공이란 cnc기계에 프로그램을 입력하면 그 기계가 프로그램을 읽어내고 자동으로 부품들을 가공하는 일을 말합니다. 사람이 처음에만 프로그램을 세팅해 놓으면 계속 자동으로 제품을 만들기 때문에 제조업 전반에서 사용되고 있습니다.
4. 화학 강화 공정
유리의 강도를 떨어트리는 나트륨을 칼륨으로 교환하면서 표면을 더욱더 단단하게 만들기 위함입니다. 두께에 따라서 1시간에서 6시간 동안 화학 강화를 거친 유리는 서서히 식혀서 접합 물질과 강화 핵을 제거하는 세척 공정을 진행합니다. 이 과정을 통해서 최고의 탄성과 강도를 지닌 강화 유리가 생겨나게 되는 것입니다.
방탄유리 제작 과정
1. 강화유리를 필름과 함께 적층 작업을 진행합니다.
적층 하는 곳에서 유리, 필름, 유리 순서대로 적층 합니다. 적층 할 땐 먼지나 기타 이물질들이 포함되면 불량의 원인이 되어 작은 충격에도 깨지기 때문에 적층 하는 곳에서는 작업자들은 항상 머리카락, 침, 땀 같은 이물질들이 들어가지 않도록 방진복을 입고 작업을 진행합니다. 이때 강도를 더욱더 높이기 위해서 PVB 필름을 넣어주기도 하는데 PVB 필름은 유리와 유리 사이를 이어주는 접착제와 같은 역할을 합니다. 필름과 유리가 여러 겹 쌓일수록 방탄유리의 강도는 세지게 됩니다.
2. 예비 압력기 안으로 유리를 넣어줍니다.
이 작업은 강화 유리 위에 이 필름을 덮어 씌운 뒤 다시 강화 유리를 그 필름 위에 얹히고 중층이 쌓은 유리와 필름이 떨어지지 않고 달라붙을 수 있게 예비 압력 기를 통과시키는 작업을 진행합니다.
3. 진공 압축기로 유리를 압축하여 마무리합니다.
예압 기를 통해 응력이 높아진 유리를 다시 진공 압축기 안으로 넣으면 유리 내부에 있던 미세한 공기들이 전부 밖으로 빠져나가게 됩니다. 동시에 진공 압축기가 진공상태로 만들어주면서 유리와 필름 사이를 더욱더 견고하게 압축시키는 역할을 하며 방탄유리를 완성하게 됩니다.
방탄유리의 특징
원래 유리는 그 자체로도 방탄 기능을 가지고 있습니다. 하지만 권총의 총알을 뚫지 못하게 하려면 최소 4CM는 넘어야 합니다. 하지만 두께가 너무 두꺼워지면 투과하여 물체를 감지하는 기능을 상실해 버립니다. 그렇다고 두께가 너무 얇으면 방탄의 기능을 상실하고 작은 충격에도 쉽게 깨지게 되어 버립니다. 따라서 일반적인 유리 두께이면서 유리의 기능을 상실하지 않고 방탄의 기능까지 가지게 되기 위해서는 따로 사용되는 것이 있습니다. 바로 관통 방지 필름입니다. 방탄유리를 만들 때 필름의 성능에 따라서 방탄유리의 성능이 결정된다고 하여도 무방할 정도로 필름의 성능이 중요합니다.
여기서 관통 방지 필름은 폴리에틸렌으로 된 고분자 필름입니다. 폴리에스터로 만들어진 방탄 필름은 손으로 찢으려 해도 쉽게 찢어지지 않는 강도를 자랑합니다. 이렇게 유리 가운데 관통 방지 필름이 들어간 방탄유리에 회전력이 강한 총알이 뚫고 들어가게 된다면 총알이 관통 방지 필름과 맞닿으면서 필름과 함께 회전하게 됩니다. 이때 필름은 총알을 붙잡고 함께 회전하면서 늘어지는데 이로써 총알은 회전력을 잃게 되고 마지막에는 필름 위에 붙어있는 특수 접착제에 의해 총알의 충격이 완화되어 방탄 효과를 얻게 되는 것입니다.
방탄유리의 주요한 사항으로 거리가 약 5M 밖에서 권총으로 쏜 최초의 총알은 3발 정도를 막아낼 수 있으며 총알이 일단 들어온 뒤에는 필름이 변형되어 4발 이상의 총탄에는 견디지 못하게 됩니다. 따라서 방탄유리의 궁극적 목적은 최초의 피격 후 도피할 수 있는 시간을 벌어주는 데 있다고 말씀드릴 수 있습니다.
방탄유리는 특수한 용도나 특수한 장소에서만 사용되는 것으로 인식되어 있는데 앞으로는 기술이 계속 발전하고 개인의 사생활과 안전이 점점 더 중요해지고 있기 때문에 앞으로는 일상생활 속에서 더 많이 볼 수 있을 것으로 예측됩니다.