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차체 구조용 접착제의 접착 강도에 영향을 주는 나노 기능성 블록공중합체 
등록일 : 2017-06-22 13:30 | 최종 승인 : 2017-06-22 13:30
김진우

[리서치페이퍼=김진우 기자] 차체 구조용 접착제에 나노 기능성 블록공중합체가 첨가되어도 접착제 경화반응에 직접적인 영향은 없다는 연구 결과가 나왔다.

한국생산기술연구원과 마이크로조이닝센터, 인하대학교 신소재공학과  합동 연구진은 차체 구조용 에폭시 접착제의 접합강도에 미치는 나노 기능성 블록공중합체 첨가시 접착제의 성능에 어떠한 변화를 주는지 실험했다.

실험항목은 경화거동, 단일겹치기 전단거동, T-박리거동, 충격박리거동이며, 각 항목별 결과는 다음과 같다.

♦경화거동

접착제에 나노 기능성 블록공중합체 첨가량에 따라 온도와 발열량을 측정한 결과 경화시작온도와 경화피크온도에서는 거의 변화가 없었다. 다만 발열량의 경우 나노 기능성 블록공중합체가 3 phr 첨가시 조금 더 감소했다고 연구진은 밝혔다.

나노 기능성 블록공중합체 첨가시 경화피크온도 변화는 없었고, 반응열 감소현상만 나타나 촉매효과는 없는 것으로 연구진은 추정했다.

♦단일겹치기 전단거동

단일겹치기 전단시험에서 접합면 전체가 하중을 지탱하다가 최대인장하중에 도달하면 탄성파괴와 같은 취성파괴가 발생한다.단일겹치기 전단거동에서 나노 기능성 블록공중합체 첨가량이 증가하면서 전단강도가 약간 감소한 결과를 얻었다.

연구진은 접합부 파괴가 접착제 내에서 크랙의 점진적인 전파에 의하기보다는 인가하중이 피착 재와의 접착력 또는 접착제 자체의 응집강도(cohesive strength)를 초과해 일시에 파괴가 발생하기 때문으로 추정했다.

♦T-박리거동

T-박리거동은 2phr 이상 첨가시 T-박리강도가 약간 감소하는 경향을 볼 수 있다. 0phr에서는 접착제면파괴가 발생했고, 1phr에서는 혼합파괴, 3phr에서는 웅집파괴가 주로 발생했다.T-박리거동에서는 나노 기능성 블록공중합체의 첨가량에 따라 결과가 달라졌다. 나노 기능성 블록공중합체 첨가량이 0,5phr과 1phr로 증가할수록 T- 박리강도는 급격히 증가했다.

연구진은 나노 기능성 블록공중합체가 첨가되면서 접착면의 파 단모드가 접착계면파괴에서 혼합파괴로 변화됐다고 밝혔다.

나노 기능성 블록공중합체의 첨가가 접착제의 응 집력에 미치는 영향은 미미하지만 T-박리 시 크랙의 전 파를 효과적으로 방해함으로써 파단모드가 개선됐음을 의미하며, 이러한 파단모드의 변화로 인해 T-박리강도가 급격히 증가된 것으로 추정하고 있다.

나노 기능성 블록공중합체 첨가량 1~3phr 구간 에서는 접착면의 파단모드가 혼합파괴에서 응집파괴로 변화된 결과를 보였다.

이는 나노 기능성 블록공중합체의 첨가가 접착제의 응집력을 보다 감소시킨 것이며 이러한 응집파괴는 혼합파괴보다 크랙의 전파경로가 짧기 때문에 T-박리강도가 약간 저하되는 것으로 연구진은 추정했다.

♦충격박리거동

0phr 층격박리시 시험속도가 254mm/min인 T-박리시에는 접착계면파괴가 나타난 반면 시험속도가 2m/sec인 충격박리시편에서 는 응집파괴 양상을 보였다에폭시 접착제에 나노 기능성 블록공중합체를 첨가한 경우 충격박리강도가 감소됐다고 연구진은 밝혔다.

나노 기능성 블록공중합체 3phr 첨가 충격박리시편의 파단면을 보면 0phr의 경우와 동일한 양상을 유지했다.

위 실험결과는 나노 기능성 블록공중합체 첨가가 충격박리시 크랙의 전파를 방해하는 효과가 없었음을 의미한다고 연구진은 설명했다.

연구진은 실험결과를 토대로 '차체 구조용 에폭시 접착제의 접합강도에 미치는 나노 기능성 블록공중합체 첨가의 영향' 이름으로 논문을 발표했다. 이 논문은 현재 대한용접·접합학회지에 게재됐다.

용접을 대체하는 구조용 접착제

초고장력강판 확대 적용과 함께 철판과 철판 사이를 접합시켜주는 구조용 접착제의 사용량과 범위도 넓어지고 있으며, 점차 용접을 대체하고 있다.

현대기아차그룹은 자사에서 생산하는 자동차의 충돌안전성을 높이기 위해 490㎫ 이상 인장강도를 갖춘 초고장력강판 비율을 종전 20-25%에서  50%이상 높였다.

초고장력 강판을 확대 적용하면서 구조용 접착제의 사용량도 2배 이상 높였다. 한 예로 2013년 출시한 LF 쏘나타는 119m를 적용했다. 이는 구형 모델인 YF 쏘나타 11m 적용한 것보다 10배 이상 사용량을 늘린 것이다.

자동차업계 관계자는 구조용 접착제 사용량 확대에 대해 "소음, 내구성, 고른결합 등에서 용접이나 볼트.리벳조립보다 우수하다. 또한 용접면은 시간이 지나면 부식이 진행되지만 구조용 접착제 접합면은 부식에서 상대적으로 자유롭다는 장점이 있다"라고 전했다.

또한 자동차의 구조 고강성과 함께 감량을 통한 운동성능, 연비향상 등의 이유로 알루미늄합금, 마그네슘 등의 비철금속재질 강판을 적용하고 있는 실정이다. 여러 재질의 강판을 사용해 자동차를 생산하는 경우 구조적 접착제를 반드시 필요한 실정이다.

[리서치페이퍼=김진우 기자]
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