문제 정의

• 그러므로 이런 문제들을 해결하기 위해 100 ℃이하에서 경화가 가능하면서도 200 ℃ 이상에서 높은 접착전단강도를 나타내는 항공우주용 저온경화 고온 구조용 접착제 연구가 선행되어야 했다. 본 연구진은 Hysol EA 9394/C2와 동일한 경화조건으로 232 ℃에서 접착전단강도가 더 높은 접착제 개발을 목표로 하였다 그 이유는 200 ℃ 이상의 온도에서 접착력을 공개한 접착제 중 Hysol EA 9394/C2의 접착력이 가장 높았기 때문이다. 본 논문에서는 이런 목표로 개발된 접착제 개발의 조성 설계와 관련 물성을 정리하고자 한다.

제안 방법

• 그러나 경화물의 경우 취성이 크고(brittle)하고 경화 중 수축이 발생한다는 단점이 있으므로 접착제로 적용하는데 한계가 있다. 본 논문에서는 이를 보완하기 위해 고온 물성을 만족시키기 위한 특수타입의 아미노 페놀계 에폭시를 포함하면서도 동시에 다양한 저점도 및 고접착력을 구현할 수 있는 조성설계를 진행하였다.
• 상기 언급된 포뮬레이션(1번~5번)중 접착제로서의 가능성을 확인하고 선별하고자 가장 먼저 접착강도를 측정하였다. Al 2024T3(2024-T3 bare aluminum treated with phosphoric acid anodized ASTM D3933)에 따라 접착강도 분석용 알루미늄 시편을 제작하였고, ASTMD1002를 따라 접착 전단강도(Lap shear test)를 진행하였다.
• 것으로 판단되었다. 그러므로 5번 접착제의 기본적인 물성을 파악하고자 인장물성, 압축물성, 포아송비, 크리이프 시험, 열팽창계수, 열전도도를 측정을 수행하였다.

대상 데이터

• 주제에 들어가는 재료로 상온에서 액체이고 접착성이 높으며 취급이 용이한 BPA(Bisphenol A)형 에폭시와 200 ℃ 이상에서 내열성 가진 고온 에폭시들 중 상온에서 반고형이고 내화학성이 우수한 다관능성 에폭시 TDDM(Tetraglycidyl Diamino Diphenyl Methane), 수지의 흐름성을 향상시키고 고분자, 금속, 세라믹 및 다양한 복합재와의 접착력 향상을 위해 실란변성 에폭시 수지, 200 ℃에서 치수변화와 물성저하를 일으키지 않아 장기간 연속적으로 사용할 수 있는 열가소성 수지인 PES(Poly Ether Sulfone), 알콜성 수산화기의 높은 함유량으로 접착성을 높일 수 있는 페녹시 수지 (10000 g/mol의 에폭시 그룹을 갖는 수지)를 주제를 구성하는 재료로 선정하였다. 필러로서 열분산을 위하여 열전도도가 높은 기능성 충전제인 알루미늄을 포함시켰는데 이는 접착제 내에서 열전도 및 발열성을 증대시킴으로써 유리전이온도, 고온 접착력의 향상을 위함이다^[7].
• 상온 및 저온(100 ℃ 이하)에서 경화가 가능하면서도 적어도 150 ℃ 이상의 유리전이온도를 구현할 수 있는 경화제로 Bis-(4-amino-cyclohexyl)methane을 선정하였으며 탈포제, 분산제, wetting제를 첨가제로 사용하였다.
• 시료 준비가 쉽고 작은 크기의 시료를 사용하며 빠른 측정시간 및 높은 정확도 때문에 LFA 측정법을 선택하였다. 시험규격은 ASTM E1461이며 20 ℃, 250 ℃ 두 종류의 온도에서 측정하였고 시편크기는 10 × 10 × 1 mm(가로 × 세로× 두께)였다. Table 10에서 측정결과를 나타내었고 5번 접착제가 상온과 250 ℃에서 Hysol EA 9394/C2 보다 높은 값을 나타내었다.

이론/모형

• 정하였다. Al 2024T3(2024-T3 bare aluminum treated with phosphoric acid anodized ASTM D3933)에 따라 접착강도 분석용 알루미늄 시편을 제작하였고, ASTMD1002를 따라 접착 전단강도(Lap shear test)를 진행하였다. 5가지의 포뮬레이션 접착제를 알루미늄 피착제에 적용하여 (주제와 경화제의 비율은 5:1이었고 경화조건은 90 ℃ 2시간임) 상온에서 접착 전단강도를 측정하였고 232 ℃ 오븐에 동일한 시편을 종류별로 넣고 1시간 열노화 시킨 후 시편을 꺼내 상온에서 바로 전단 접착강도를 측정하였다.
• 작은 원판형 디스크 모양의 재료 한쪽면에 레이저를 투사하여 가열하고 반대편에 열이 전달되는 시간을 적외선 센서로 측정하게 된다. 시료 준비가 쉽고 작은 크기의 시료를 사용하며 빠른 측정시간 및 높은 정확도 때문에 LFA 측정법을 선택하였다. 시험규격은 ASTM E1461이며 20 ℃, 250 ℃ 두 종류의 온도에서 측정하였고 시편크기는 10 × 10 × 1 mm(가로 × 세로× 두께)였다.

성능/효과

• 그러나 무기체계에 적용되는 구조용 접착제는 상용품에 비해 더 높은 내열성,접착력, 기계적인 물성을 필요로 할뿐 아니라 저온 경화시간, 수급안정성 등 추가적인 사항도 고려되어야 한다. 개발된 접착제(5번 접착제)는 항공우주용 구조용 접착제로 널리 알려진 Hysol EA 9394/C2 보다 상온 인장 및 압축강도가 높았고. 90 ℃ 2시간으로 경화된 접착제의 1차 유리전이온도는 서로 유사하였다. 그러나 5번 접착제는 2차 유리전이온도가 Hysol EA9394/C2 대비 더 높았고 TGA 분석결과에서 알 수 있듯이 고분자쪽의 열분해도도 적었기에 내열성이 더 높다고 할 수 있다.
• 90 ℃ 2시간으로 경화된 접착제의 1차 유리전이온도는 서로 유사하였다. 그러나 5번 접착제는 2차 유리전이온도가 Hysol EA9394/C2 대비 더 높았고 TGA 분석결과에서 알 수 있듯이 고분자쪽의 열분해도도 적었기에 내열성이 더 높다고 할 수 있다. 5번 접착제의 열팽창계수는 HysolEA 9394/C2 더 낮은 값을 보였지만 열전도도는 더 높은 값을 보였다.
• 고온(232 ℃)에서 진행된 물성평가에서 인장 및 압축 특성은 Hysol EA 9394/C2 대비 동등이상의 값을 보였으며 특히 개발목표에서 초점을 둔 열노화 접착 전단 강도와 고온(232 ℃) 접착전단강도 값이 11 MPa을 보여 Hysol EA 9394/C2 보다 높은 값을 보였다. 또한 크리이프 테스트를 통해 상온에서의 내구성이Hysol EA 9394/C2 보다 뛰어남을 확인할 수 있었다.

• 마지막으로 새로 개발된 접착제와 관련 물성값들은 이종의 피착제에 사용할 수 있으므로 다양한 무기체계에 적용 가능할 것으로 생각되며 나아가 개발된 접착제를 단일종류의 피착제에 사용 시 경화 온도를 더 높일 수 있으므로 상기 언급된 물성보다 더 좋은 값을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.