[논문]차체 구조용 에폭시 접착제의 접합부 특성에 미치는 Zirconate 첨가효과

정은택; 이혜림; 이소정; 임창용; 서종덕; 김목순; 김준기

doi:10.5781/kwjs.2013.31.5.71

차체 구조용 에폭시 접착제의 접합부 특성에 미치는 Zirconate 첨가효과
The Effect of Zirconate Addition on the Joint Properties of Epoxy Adhesive for Car Body Assembly 원문보기

大韓溶接·接合學會誌 = Journal of the Korean Welding and Joining Society, v.31 no.5, 2013년, pp.71 - 76

정은택 (한국생산기술연구원 용접접합기술센터, 마이크로조이닝센터) , 이혜림 (한국생산기술연구원 용접접합기술센터, 마이크로조이닝센터) , 이소정 (한국생산기술연구원 용접접합기술센터, 마이크로조이닝센터) , 임창용 ((주)신영 기술연구소) , 서종덕 ((주)신영 기술연구소) , 김목순 (인하대학교 신소재공학과) , 김준기 (한국생산기술연구원 용접접합기술센터, 마이크로조이닝센터)

Abstract ▼ AI-Helper

The effect of zirconate having - NH functional group on the T-peel and lap shear strength of $CaCO_3$ containing structural epoxy adhesive for car body assembly was investigated. Curing behavior of epoxy adhesive samples were investigated by differential scanning calorimeter (DSC) techniques. The addition of zirconate up to 7.5 phr did not affect the curing mechanism of epoxy adhesive. While the small amount of zirconate addition less than 1.1 phr increased the cross-linking density, the excess addition of zirconate resulted in the increase of uncross-linked impurity. From the increase of T-peel and lap shear strength and the change of fracture mode from the adhesive failure to the mixed one, it was considered that the small addition of zirconate was effective in improving the adhesion strength of epoxy adhesive to the adherend and inorganic filler surfaces. The formation of uncross-linked impurity with the excess addition of zirconate was considered to decrease the joint strength by decreasing the cohesive strength of the cured epoxy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

커플링제로는 실란(silane) 화합물이 대표적이며 titanate와 zirconate도 일부 사용되고 있다. 본 연구에서는 무기필러로서 CaCO₃를 함유하는 에폭시 접착제에 대하여-NH 말단기를 갖는 zirconate의 첨가가 접착접합부의 겹치기 전단강도 및 T형 박리강도에 미치는 영향을 조사하였다.

제안 방법

Zirconate 첨가가 접착제 접합강도에 미치는 영향은 단일겹치기 전단강도와 T형 박리강도로써 평가하였다. 시편규격은 각각 ASTM D-1002과 ASTM D-1876을 따랐으며 Fig.
단일겹치기 전단강도와 T형 박리강도 측정을 위한 인장시험은 유압지그가 장착된 인장시험기(AG-X, Shimazhu)를 사용하여 각각 크로스헤드 속도 1.3mm/min와 254mm/min 조건으로 수행하였다.
DICY는 시아노기(-CN)도 경화반응에 참여하는 것을 고려하여 7 phr을 첨가하였다. 촉매제로는 2E4MZ를 2 phr 첨가하였고, 커플링제는 3-Mercaptopropyltrimethoxysilane(silane) 0.05 phr와 함께 0~7 phr의 zirconate를 함량별로 첨가하였다.

대상 데이터

베이스 레진으로는 에폭시당량(equivalent epoxy weight, EEW)이 187g/eq인 비스페놀A 타입의 Di- Glycidyl Ether of Bisphenol A(DGEBA)를 사용하였다. 경화제로는 대표적 잠재성 경화제로 알려진⁷⁾ Dicyandiamide(DICY)를 사용하였으며, 촉매제로는 이미다졸계인 2-Ethyl-4-Methylimidazole (2E4MZ)를 사용하였다.
에폭시 포뮬레이션에 사용된 성분원료의 종류와 화학적 특성을 Table 1에 나타내었다. 베이스 레진으로는 에폭시당량(equivalent epoxy weight, EEW)이 187g/eq인 비스페놀A 타입의 Di- Glycidyl Ether of Bisphenol A(DGEBA)를 사용하였다. 경화제로는 대표적 잠재성 경화제로 알려진⁷⁾ Dicyandiamide(DICY)를 사용하였으며, 촉매제로는 이미다졸계인 2-Ethyl-4-Methylimidazole (2E4MZ)를 사용하였다.

이론/모형

Zirconate의 첨가에 따른 경화거동은 시차주사열량계(Differential scanning calorimetry, DSC, Q20, TA Instruments)를 사용하여 분석하였다. 경화온도 및 발열량은 25~250℃, 10℃/min 조건의 dynamic DSC 방법으로 측정하였으며, 경화물에 대한 유리천이 온도 (glass transition temperature, Tg)는 40~200℃, 5℃/min 조건의 modulated DSC 방법으로 측정하였다.

성능/효과

1) Zirconate의 첨가는 에폭시 접착제의 경화기구에는 영향을 미치지 않았으며 소량첨가 시에는 -NH 말단기의 반응참여에 의해 가교밀도를 증가시키지만 과량 첨가 시에는 경화물의 Tg가 감소하는 것으로 보아 미반응물의 생성을 증가시키는 것으로 생각된다.
2) 소량의 zirconate 첨가 시에는 T형 박리강도와 겹치기 전단강도가 증가되고 파단모드가 계면파단에서 혼합파괴로 변화되는 것으로 보아 zirconate 첨가는 피착재와 무기필러에 대한 접착력 향상에 효과적인 것으로 판단되었다.
3) Zirconate를 과량 첨가한 경우에는 미반응물 생성에 따른 응집결합력의 감소로 인해 접합강도가 저하된 것으로 판단되었으며, 이것으로 보아 에폭시 접착제 내에 최적의 zirconate의 첨가량이 존재하는 것을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자동차용 접착제는 어떻게 분류되는가?	자동차용 접착제는 적용부위에 따라 구조용, 준구조용, 비구조용 접착제로 분류되며, 구조용 접착제로는 기계적 강도가 우수한 에폭시 접착제가 주로 사용되고 있다. 자동차용 접착제 중에서 가장 우수한 접착성능을 필요로 하는 접착제는 차체 조립에 사용되는 에폭시 접착제로 높은 전단강도 및 T형 박리강도는 물론 우수한 충격박리강도가 요구된다4).
	커플링제는 어떤 첨가제인가?	커플링제는 피착재와 무기필러 표면에 존재하는 산화물과 강한 공유결합을 형성함으로써 접착력을 향상시키는 첨가제이다6). 커플링제로는 실란(silane) 화합물이 대표적이며 titanate와 zirconate도 일부 사용되고 있다.
	SiO2, CaCO3, Al2O3 등과 같은 무기필러들이 효과적으로 작용하기 위해서는 어떻게 해야하는가?	에폭시 성분원료 중에서 SiO2, CaCO3, Al2O3 등과 같은 무기필러는 크랙의 진행을 방해함으로써 충격박리강도를 향상시키는 것으로 알려져 있다5). 이러한 무기필러가 효과적으로 작용하기 위해서는 에폭시 레진과 강한 결합이 형성되어야 하며 이를 위해 커플링제(coupling agent)가 첨가된다.

참고문헌 (12)

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