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CFRP/금속간 접합력 강화를 위한 접합공정 연구
A Study on Bonding Process for Improvement of Adhesion Properties Between CFRP-Metal Dual Materials 원문보기

Composites research = 복합재료, v.30 no.6, 2017년, pp.416 - 421  

권동준 (Polymer Resin Team, Hybrid New Material Division, Korea Dyeing and Finishing Technology Institute) ,  박성민 (Polymer Resin Team, Hybrid New Material Division, Korea Dyeing and Finishing Technology Institute) ,  박종만 (Department of Materials Engineering and Convergence Technology, Research Institute for Green Energy Convergence Technology, Gyeongsang National University) ,  권일준 (Polymer Resin Team, Hybrid New Material Division, Korea Dyeing and Finishing Technology Institute)

초록
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CFRP와 금속간의 접합공정이 개선된 구조용 접착제가 제조되었다. 구조용 접착제에 대한 경화시간, 기지재료의 표면상태 그리고 접착제의 양에 따른 최적의 접합공정 조건을 랩쉐어 실험을 통하여 파악하였다. 적합한 접합조건을 확인하기 위해 이종재료간의 접합 파단면 상태를 반사현미경을 이용하여 평가하였다. 이종재료간 접합력 향상을 위해 접착제의 개선뿐만 아니라 CFRP의 표면처리 또한 중요하였다. 구조용 접착제의 경우 180도 조건에 20분의 경화온도 조건이 최적이였으며, CFRP의 표면 처리에 따라 접합특성이 향상됨을 확인하였다. 이종재료 간 접합을 위해 구조용 접착제의 양은 $1.5{\times}10^{-3}g/mm^2$ 조건일 때 최적이었다. 접합공정의 개선 및 최적화를 통해 기존의 접착력 대비 10% 이상의 물성 강화를 나타냄을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The structural adhesive have been manufactured for improvement of bonding process between CFRP and metal. The optimal condition for bonding process were investigated by evaluating the lap shear strength with amount of adhesive and curing time and the surface treatment of the CFRP. To confirm proper ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 CFRP와 금속간의 접합을 위해 접합공정에서의 중요한 변수를 확인하고 균질한 이종재료간 접합 력을 확보하기 위한 접합변수를 확인하였다. 접착제의 경화시간에 따라 접착력이 달라지기 때문에 접착제에 맞는 경화시간(20분)을 가져야 하며, 접착제의 도포 균일성, 접착제 내입자의 분산 균질성, 접착면 및 접착제 내에서의 보이드 최소화 등 접착공정의 변수에 의해 이종소재간 접착력이 변화됨을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 차량용 구조 접착제로 활용되는 1액형 에폭시 접착제를 이용하여 CFRP와 금속간의 접합공정상의 변수에 따른 접합력 차이를 관찰하였다. CFRP 및 금속 기지의 표면차이에 따른 접합력 변화, 접착제의 경화 시간별 접착력 차이를 관찰하였으며, lap shear 실험에 의해 발생된 lap shear strength (LSS) 강도 결과에 대한 히스토그램 분석과 평균 LSS에 따른 파단면 상태를 정리하여, 상관관계를 반사현미경을 이용하여 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CFRP에 홀 가공을 할 경우 문제점은 무엇인가? 기본적인 용접의 기술로는 CFRP와 금속간의 접합을 유지 할 수 없기 때문에 CFRP와 금속간의 홀 작업 이후 볼트 또는 리벳, 핀을 이용한 접합시키는 기술이 연구되고 있다. 하지만, CFRP에 홀 가공을 할 경우 발생되는 delamination 과 천공작업을 위해 사용되는 드릴공구의 내구성에 따른 공구의 단가문제, 작업성 효율이 문제가 된다. 차량용 부품을 제조하기 위해 항공용 리벳을 바로 적용하기에는 단가의 문제가 있기 때문에 경제적이면서 접합성능이 만족스 러운 기계적 접합법과 기존의 항공분야에서 CFRP와 금속 간의 접합을 위해 사용되었던 구조용 접착제와 같은 화학적 접합법, 이 두 접합방법을 혼용하는 방식으로 CFRP와금속간의 접합, 차량용 부품화 최적화를 연구하고 있는 중이다[8,9].
CFRP와 금속간의 홀 작업 이후 볼트 또는 리벳, 핀을 이용한 접합시키는 기술이 연구된 이유는 무엇인가? 기본적인 용접의 기술로는 CFRP와 금속간의 접합을 유지 할 수 없기 때문에 CFRP와 금속간의 홀 작업 이후 볼트 또는 리벳, 핀을 이용한 접합시키는 기술이 연구되고 있다. 하지만, CFRP에 홀 가공을 할 경우 발생되는 delamination 과 천공작업을 위해 사용되는 드릴공구의 내구성에 따른 공구의 단가문제, 작업성 효율이 문제가 된다.
구조용 접착제를 이용하여 차량용 부품간 이종접합의 한계는 무엇인가? 이종소재가 연구개발 대상으로 부각된 당시, 항공용 접착제로 많이 알려진 구조용 접착제를 이용하여 차량용 부품간 이종접합을 실시하였다. 하지만 고강도 및 고접착특 성을 요구하는 항공용 접착제에 비해 차량용 구조접착제의 경우 진동 안정성, 소음 차단성, 작업 성능 안정화를 위한 고점도와 강인성, 경제성을 필요로 하기 때문에 직접적인 적용에 한계가 있었다[10,11]. 따라서 차량용 구조 접착 제의 경우 내부 첨가제의 양을 늘려 기능성과 점도 조절이 가능해야 하며, 고속 경화 성능을 통해 공정라인에서 적절한 경화가 이루어져야 한다.
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참고문헌 (14)

  1. Wang, Z.J., Kwon, D.J., Park, J.K., Lee, W.I., and Park, J.M., "Microstructure and Ablation Performance of CNT-Phenolic Nanocomposites", Composites Research, Vol. 26, No. 5, 2013, pp. 309-314. 

  2. Shin, D.W., Kim, J.J., Lee, J.H., Kwon, I.J., and Park, S.M., "Evaluation on the Effect of Beads for Adhesive Improvement of CFRP and Aluminum", Composites Research, Vol. 30, No. 4, 2017, pp. 254-260. 

  3. Wang, B., Bai, Y., Hu, X., and Lu, P., "Enhanced Epoxy Adhesion between Steel Plates by Surface Treatment and CNT/ Short-Fibre Reinforcement", Composites Science and Technology, Vol. 127, 2016, pp. 149-157. 

  4. Lee, B.E., Park, E.T., Ko, D.C., Kang, B.S., and Song, W.J., "Evaluation of Fracture Behavior of Adhesive Layer in Fiber Metal Laminates using Cohesive Zone Models", Composites Research, Vol. 29, No. 2, 2016, pp. 45-52. 

  5. Shin, P.S., Kim, J.H., Choi, J.Y., Kwon, D.J., Lee, S.I., and Park, J.M., "Comparison of Mechanical and Interfacial Properties on Chemical Structures of Acrylic and Epoxy Adhesives", Composites Research, Vol. 29, No. 2, 2016, pp. 79-84. 

  6. Lee, K.J., "Recent Research & Development Trend on Friction Stir Welding and Friction Stir Processing", Journal of KWJS, Vol. 31, No. 2, 2013, pp. 26-29. 

  7. Moisala, A., Li, Q., Kinloch, I.A., and Windle, A.H., "Mechanical Properties and Microstructure on Dissimilar Friction-Stir-Weld of Aluminium Alloys", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 35, No. 1, 2011, pp. 75-81. 

  8. Kim, T.G., Kyung, D.S., Son, U.C., and Park, S.Y., "Measurements of Defects after Machining CFRP Holes Using High Speed Line Scan", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 33, No. 6, 2016, pp. 459-467. 

  9. Kim, D.Y., Kim, H.S., and Kim, J.H., "Evaluation on Effect of Hole Machining for Application of M1.0 Subminiature Screw to CFRP Laminate Using FEM", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 34, No. 2, 2017, pp. 95-99. 

  10. Hwang, Y.E., and Yoon S.H., "Effect of Combined Environmental Factors on Adhesive Shear Strengths and Chemical Structures of Adhesives", Composites Research, Vol. 24, No. 1, 2011, pp. 31-36. 

  11. Tang, Y.J., Alva, G., Huang, X. Su, D., Liu, L., and Fang, G., "Thermal Properties and Morphologies of MA-SA Eutectics/ CNTs as Composite PCMs in Thermal Energy Storage", Energy and Buildings, Vol. 127, 2016, pp. 603-610. 

  12. Jang, J.H., Sung, M.C., and Yu, W.R., Numerical Simulation of the Delamination Behavior of Polymeric Adhesive Tapes Using Cohesive Zone Element", Composites Research, Vol. 29, No. 4, 2016, pp. 203-208. 

  13. Kil, M.G., Park E.T., Song, W.J., and Kang B.S., "Study on Enhancement for Interfacial Energy Release Rate of Adhesive Layer in Fiber Metal Laminates using Taguchi Method", Composites Research, Vol. 29, No. 5, 2016, pp. 249-255. 

  14. Kim, J.H., Kwon, D.J., Shin, P.S., Beak, Y.M., Park, H.S., Moon, S.O., and Park, J.M., "Improvement on Interfacial, Thermal, and Water Resistance Properties of Wood Sandwich Composites for Stone Bed using CNT-Animal Glue Adhesive", Composites Research, Vol. 30, No. 4, 2017, pp. 235-240. 

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