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문제 정의
- 박리강도에 대한 평가가 수행되었다. 또한 극저온에서의 Triplex의 표면에 노출된 유리섬유와 접착제간의 접착력이 전체 박리강도에 미치는 영향을 검토하였고 그 결론은 다음과 같다.
- 본 연구에서는 폴리우레탄 접착제로 접합된 유리섬유강화플라스틱 (GFRP)의 상온과 극저온에서의 박리 거동을 연구하였고 특히 유리섬유강화 플라스틱 표면의 구성, 즉 섬유 및 수지와 시용된 접착제간의 접착특성이 온도에 따라 변하는 경향과 최종 접착 강도에 미치는 영향에 대해 연구하였다.
제안 방법
- 각각의 PU#1과 PU#2의 주제와 경화제의 조성을 상세 분석하기 위하여 적외선 분광분석기를 사용하여 분석하였으며 Fig. 2에 각 접착제 주제 경화제의 적외선 분광 스팩트럼을표시하였다. 적외선 분광 분석 결과 PU#1과 PU#2의 경화제는 Fig.
- 두 종류의 우레탄 접착제로 접착된 Triplex 의 박리강도를 측정하기 위한 시편을 제작 하였다. Fig.
- 사용한 만능시험기는 Instron (사)의 3367 모델이였으며 실험 속도 (cross-head speed)는 Imm/min 으로 실시하였다. 두 종류의 접착제로 접착된 Triplex 시편에 대해 상온 (23 °C) 및 극저온실험 (-170°C) 각각 10개를 실험하였으며 극저온실험의 경우 챔버내에 액체 질소를 투입하여실혐 온도를 -1701 로 유지하였다. 챔버내에는 온도를 감지하고 액체질소의 유입을 제어할 수 있는 센서를 설치하여 실험 중 일정한 온도를 유지토록 하였다.
- 박리시험 후 제거된 Triplex의 표면을 주사전자 현미경 (LEICA S-430)을 사용하여 분석하였다. 복합재료 접착 면의 파괴모드는 Fig.
- S-430)을 사용하여 분석하였다. 복합재료 접착 면의 파괴모드는 Fig. 8과 같이 약 4가지로 나누었으며 각각 계면파괴(interfhcial failure), 부분 계면 및 접착제 응집 파괴(partial interfacial & cohesive failure), 접착제 응집파괴(cohesive failure) 그리고 기재파괴 (substrate failure)로 분류하였다. 박리실험 후 각 접착제별, 온도 별 주사전자현미경 표면 결과 분석을 Fig.
- 우레탄 접착제와 Triplex 복합재료 접착에 있어 상온과 극저온에서의 박리강도에 대한 평가가 수행되었다. 또한 극저온에서의 Triplex의 표면에 노출된 유리섬유와 접착제간의 접착력이 전체 박리강도에 미치는 영향을 검토하였고 그 결론은 다음과 같다.
- 이러한 현상을 설명하기 위하여 박리시험 후의 Triplex 표면을 역시 주사전자현미경을 사용하여 관찰하였다. Fig.
- 9에 PU#1의 극저온에서의 박리접착강도 결과 그래프를 예로 나타내었다. 이후 결과는 두 종류의 우레탄 접착제의 상온 및 극저온에서의 평균 박리강도를 정리하여 최소 및최대값이 표시된 에러바 (Error-bar) 그래프로 정리하였다.
- 6과 같이 폭이 25mtn 길이가 240mm 의 직사각형 띠 모양으로 절단하였다. 절단된 시편은 약 3mm 두께의 단단한 유리섬유강화플라스틱 기재 (GFRP rigid substrate)에 다시 우레탄 접착제로 접착 고정하여 최종 박리시험 시편을 제작하였다. 단단한 유리섬유 강화 플라스틱 기재를 시편에 접착하여 사용한 이유는 Fig.
- 두 종류의 접착제로 접착된 Triplex 시편에 대해 상온 (23 °C) 및 극저온실험 (-170°C) 각각 10개를 실험하였으며 극저온실험의 경우 챔버내에 액체 질소를 투입하여실혐 온도를 -1701 로 유지하였다. 챔버내에는 온도를 감지하고 액체질소의 유입을 제어할 수 있는 센서를 설치하여 실험 중 일정한 온도를 유지토록 하였다.
대상 데이터
- 기본 조성은 주제로 폴리올(polyol) 수지, 경화제는 TDI(toluene di~isocyanate)로 구성되어 있는 유사한 제품을 사용하였다. 각각의 접착제를 PU#1과 PU#2로 명칭을 하였다.
- 본 실험에서는 서로 다른 제조사의 2가지 우레탄 접착제를 사용하였다. 기본 조성은 주제로 폴리올(polyol) 수지, 경화제는 TDI(toluene di~isocyanate)로 구성되어 있는 유사한 제품을 사용하였다.
- 본 연구에서는 Fig. 7과 같은 Floating roller 박리시험 (ISO-4578)가 적용되었다. 사용한 만능시험기는 Instron (사)의 3367 모델이였으며 실험 속도 (cross-head speed)는 Imm/min 으로 실시하였다.
- 7과 같은 Floating roller 박리시험 (ISO-4578)가 적용되었다. 사용한 만능시험기는 Instron (사)의 3367 모델이였으며 실험 속도 (cross-head speed)는 Imm/min 으로 실시하였다. 두 종류의 접착제로 접착된 Triplex 시편에 대해 상온 (23 °C) 및 극저온실험 (-170°C) 각각 10개를 실험하였으며 극저온실험의 경우 챔버내에 액체 질소를 투입하여실혐 온도를 -1701 로 유지하였다.
- 압력이 제거된 시편은 상온, 상압 조건에서 7일간 추가 후경화하였다. 접착두께는 약 O&nm로 조절하였으며 제작된 시편은 Fig. 6과 같이 폭이 25mtn 길이가 240mm 의 직사각형 띠 모양으로 절단하였다. 절단된 시편은 약 3mm 두께의 단단한 유리섬유강화플라스틱 기재 (GFRP rigid substrate)에 다시 우레탄 접착제로 접착 고정하여 최종 박리시험 시편을 제작하였다.
- 피착제로 한국카본(사)에서 제작된 Fig. 3과 같은 GFRP/ Aluminum fbil/GFRP 3층으로 이루어진 Triplex 복합재료 sheet를 사용하였다. Triplex는 이방향성 유리섬유 직물에 에폭시 계열의 수지로 함침시킨 두 장의 sheet 사이에 약 0.
데이터처리
- 8과 같이 약 4가지로 나누었으며 각각 계면파괴(interfhcial failure), 부분 계면 및 접착제 응집 파괴(partial interfacial & cohesive failure), 접착제 응집파괴(cohesive failure) 그리고 기재파괴 (substrate failure)로 분류하였다. 박리실험 후 각 접착제별, 온도 별 주사전자현미경 표면 결과 분석을 Fig. 8의 분류와 비교하여 평가하였다.
성능/효과
- 1. 사용한 두 종류의 PU#1과 PU#2을 적외선 분광분석기를 사용하여 조사하였으며 기본적인 수지 및 경화제는 거의 유사하였지만 사용한 첨가제는 탄산칼슘과 실리카로 상이함을 알 수 있었다.
- 2. 사용한 두 종류의 PU#1과 PU#2는 싱온에서 Triplex와의 박리 강도 측면에서 PU#2가 우수하였고 그 원인은 상온에서 PU#1 접착제 자체의 응집 강도 및 일부 계면파괴를 보인 PU#1의 영향에서 기인하는 것으로 판단되었다.
- 3. 그러나 극저온에서는 상온에서와 반대의 박리강도 경향을 보였으며 그 원인은 극저온에서 PU#2와 Triplex 표면의 유리섬유와의 접착력의 저하 즉 계면파괴에 의한 것으로 분석되었다.
- 4. 본 연구결과를 통하여 유리섬유강화플라스틱과 우레탄접착제의 선정에 있어, 특히 극저온에서의 사용에 있어 접착제와 기재에 사용된 수지에 대한 기본적인 접착 상응성뿐만 아니라 기재의 표면 특성상 섬유의 노출이 있을경우 사용된 섬유와 접착제의 접착력을 고려한 접착 시스템이 설계되어야 함을 알 수 있었다.
- 13(b)의 검은색으로 표시된 부분이 섬유부에 남아있는 접착제를 나타낸다. 그 결과 약 38%의 유리섬유와 PU#1 과의 응집파괴가일어났음을 알 수 있었다.
- 10에 두 종류의 우레탄 접착제로 접착된 Triplex 시편의 상온 박리접착강도를 나타내었다. 실험 결과 상온에서는 PU#2 가 PU#1 대비 높은 박리강도를 보여주고 있음을 알 수 있었다. 박리시험 후의 Triplex 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과 Fig.
- 위의 결과들을 취합해 보았을 때 상온에서는 두 가지 종류의 PU 접착제가 거의 유사한 접착제 응집파괴 거동을 보이지만 PU#2 접착제의 박리강도가 높게 나타난 것은 상온에서의 접착제 자체의 상대적으로 높은 응집 강도 및 일부 계면파괴를 보인 PU의 영향에서 기인하는 것으로 판단되지만 극저온에서의 상이한 박리 강도의 차이는 유리섬유와 PU 접착제의 접착 강도에 따른 영향을 판단된다.
- 2에 각 접착제 주제 경화제의 적외선 분광 스팩트럼을표시하였다. 적외선 분광 분석 결과 PU#1과 PU#2의 경화제는 Fig. 2의 (b) 에서 보는 바와 같이 약2200~2400 cm'에서 -NCO 기능기(A)가 확인되었으며 서로 분자구조가 거의 동일함을 알 수 있다. 그러나 주제의 경우 Fig.
- 즉 PU#1 의 경우 약 1430 cm''에서 전형적인 탄산칼슘(CaCo3)의 CaCo32- 피크(B)가 관찰되었고 PU#2의 경우 약 1100 cm"에서 전형적인 실리카(SiCh)의 Si-O-Si 피크(C)가 관찰되었다. 즉 주제의 경우 기본적인 수지는 유사한 폴리올을 사용하였지만 첨가제로 PU#1의 경우에는 탄산칼슘을, PU#2의 경우에는 실리카를 사용한 것을 확인하였다.
후속연구
- 5. 향후 극저온에서 PU#2와 Triplex 표면의 유리섬유와의 접착력의 저하의 원인에 대한 상세한 연구를 진행 할 예정이다. 또한 각 접착제에서 사용한 서로 다른 첨가제 가극 저온에서 박리 강도에 미치는 영향에 대한 연구 역시 진행할 예정이다.
- 향후 극저온에서 PU#2와 Triplex 표면의 유리섬유와의 접착력의 저하의 원인에 대한 상세한 연구를 진행 할 예정이다. 또한 각 접착제에서 사용한 서로 다른 첨가제 가극 저온에서 박리 강도에 미치는 영향에 대한 연구 역시 진행할 예정이다.
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