[논문]EA-9320 접착제와 알루미늄 합금의 접착강도 특성에 관한 실험적 연구

김창수; 백승익; 박근석

doi:10.12985/ksaa.2019.27.3.024

EA-9320 접착제와 알루미늄 합금의 접착강도 특성에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on the Adherence Strength Characteristics of EA-9320 Adhesive and Aluminum Alloy 원문보기

한국항공운항학회지 = Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics, v.27 no.3, 2019년, pp.24 - 29

김창수 (국제대학교 항공정비학과) , 백승익 (대전대학교 군사학과) , 박근석 (방위산업기술지원센터)

Abstract ▼ AI-Helper

The paste-type adhesive can be stored for a certain period of time and can be cured at room temperature. So it is mainly used for crack patching repair of aircraft airframe structures. This study analysed the influence of environmental factors and evaluated the adherence strength characteristics according to the adherence delay time of the paste-type adhesive. The test specimens were made of aluminum alloy(AL 2024-T3) with reference to ASTM D1002 which is generally performed to measure the adherence strength of the adhesive used for metal bonding. As a result of analysing the influence of temperature and humidity, it was found that the optimal temperature range is $24.5{\pm}0.5^{\circ}C$ and the optimal humidity range is $71{\pm}1%$ for maintenance work of the aircraft using EA-9320 adhesive. In addition, the adherence strength did not decrease with the inherent application time of the EA-9320, but it was found that the adherence strength dropped rapidly when the applied time exceeded the inherent application time of it.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Configuration of test specimen
그림 Fig. 2. Normal probability plot
표 Table 1. Property of repair material
표 Table 2. Test conditions for temperature-humidity influence analysis
그림 Fig. 3 Pareto chart
그림 Fig. 4 Analysis for optimal condition on temperature and humidity
표 Table 3. Result of regression analysis
표 Table 4. Test results (within 30 min)
그림 Fig. 5 Scatter plot (within 30 min)
그림 Fig. 6 Scatter plot (after 30 min)
표 Table 5. Test results (after 30 min)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 상온에서 경화가 가능하면서도 높은 접착강도를 가지며, 경화 후에는 전기절연 성이 우수하여 항공기 기체구조물의 패칭 수리에 가장 많이 사용되고 있는 페이스트형 접착제인 EA-9320¹) 의 환경적 요소의 영향성을 분석하고, 접착 지연시간에 따른 접착강도 특성을 평가하였다. 본 연구결과는 항공기의 주요 기골이나 표피(skin)에 발생한 균열에 대해서 접착제와 볼트를 동시에 사용하는 하이브리드 체결 방법을 이용한 패칭 수리 작업 시 최적의 정비작업 수행을 위한 자료로 활용될 수 있어 인적요인에 의한 항공기 결함을 예방하여 비행안전에 기여할 수 있을 것이라 판단된다.

제안 방법

EA-9320 접착제의 최소 경화시간(30분) 경과 이전에 Mini-Force Gage를 활용하여 그룹별 접착강도를 측정하고, 산출 값을 100단위로 환산하였으며, 접착강도 실험 결과는 Table 4와 같다. 또한 두 변수간의 상호변동관계를 확인하기 위해 산점도(scatter plot)를 그리면 Fig.
페이스트형 접착제인 EA-9320의 경화제와 수지를 완전 혼합(mixing)하고, 30분 이내에서 그룹별로 구분하여 접착 지연시간을 적용하여 패치를 접착하였다. 그룹별 접착 지연시간은 5분, 10분, 15분, 20분, 25분 5단계로 구분하였다.
실험 조건은 Application time(30분) 이전과 동일하며, 그룹기준만 변경하여 실험을 설계 하 였다. 또한, 그룹별 접착 지연시간은 35분, 45분, 55분, 65분, 75분 5단계로 구분하였다.
상온에서 일정기간 동안 보관할 수 있고, 경화가 가능하여 항공기 기체구조물의 패칭 수리에 주로 사용되고 있는 페이스트형 접착제인 EA- 9320에 대해 환경적 요소에 의한 영향성 분석 및 접착 지연시간과 접착강도의 상관관계를 평가하였다.
실험 인자 수준에 따른 모든 조합에서 실시되는 실험계획으로 2인자 2수준 완전요인으로 실험설계를 하였으며, 실험조건은 Table 2와 같다. 제한적 반복 실험을 통해 접착제의 접착강도에 대한 상대분석을 Minitab 프로그램을 활용하여 수행하였으며 , 그 결과는 Fig.
실험 조건은 Application time(30분) 이전과 동일하며, 그룹기준만 변경하여 실험을 설계 하 였다. 또한, 그룹별 접착 지연시간은 35분, 45분, 55분, 65분, 75분 5단계로 구분하였다.
1과 같다. 알루미늄 시편의 접착부위는 고운 사포와 세정제를 이용하여 이물질을 제거하고, 증류수로 세척 하고 건조시킨 후 접착작업을 수행하였다.
온도, 습도의 영향성을 분석하기 위해 인자수가 n이고, 각 인자 수준수가 k인 kⁿ 요인 실험 계획법을 활용하였으며, 실험 인자 수준에 따른 모든 조합에서 실시되는 2인자 2수준 완전요인 으로 실험을 설계하였다. 실험을 통해 EA-9320 접착제를 이용한 수리 작업을 위한 최적의 온도는 24.
페이스트형 접착제인 EA-9320의 경화제와 수지를 완전 혼합(mixing)하고, 30분 이내에서 그룹별로 구분하여 접착 지연시간을 적용하여 패치를 접착하였다. 그룹별 접착 지연시간은 5분, 10분, 15분, 20분, 25분 5단계로 구분하였다.
항공기 구조 수리용 접착제인 EA-9320의 접착 지연시간에 따른 접착강도 특성을 평가하기 위해 접착제 고유의 Application time(30분) 이전과 이후로 구분하여 실험을 설계하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 상온에서 12개월 동안 보관이 가능하여 별도의 보관시설이 없는 야전에서도 사용이 가능한 에폭시 계열의 페이스트형 EA-9320 접착제를 사용하여 실험을 수행하였다. 이 접착제는 상온에서 경화가 가능하면서도 높은 전단 강도를 가지고 있어 항공기 기체구조물의 패칭 수리 작업에 주로 사용되고 있다.
실험에서 사용된 페이스트형 EA-9320 접착제와 AL2024-T3 실험시편의 물성치는 Table 1과같다.
항공기 정비 작업을 위한 환경적 요소(온도, 습도)에 대한 영향성 분석 및 접착 지연시간에 따른 접착강도의 특성을 평가하기 위한 실험 시편은 항공기 구조물에 주로 사용되고 있는 알루 미늄 합금(AL2024-T3)으로 제작하였다. 일반적으로 금속 접합에 사용되는 접착제의 접착강도를 측정하기 위해 수행하는 ASTM D1002를 참조하여 제작한 시편의 형상은 Fig.

이론/모형

본 연구에서는 온도, 습도의 영향성을 분석하기 위해 결과 값 또는 특성치에 영향을 주는 인자(factor) 수가 n이고, 각 인자의 조건인 수준 (level)수가 k인 k ⁿ 요인 실험 계획법을 활용하였다(Eretec, 2014).

성능/효과

Minitab 프로그램을 활용하여 두 변수의 상관관계를 분석한 결과, Pearson 상관계수는 0.017로 거의 무시할 수 있는 수준의 선형관계에 있으며, p-값이 0.919이므로 유의하지 않음을 알 수 있다. 따라서 EA-9320 접착제가 가지고 있는 고유의 Application time(30분) 이전에 작업을 완료한다면 접착강도가 저하되지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
즉, 접착제의 고유의 Application time 이내 에서는 접착 지연시간의 변화에 따라 접착강도가 저하되는 현상이 없으나, 초과할 경우 접착강도가 급격히 저하되는 현상이 발생하였다. 따라서 EA-9320 접착제 고유의 Application time (30분) 이후에는 접착 지연시간이 경과할수록 접착강도가 저하되므로 그 시간 이후 작업에 대해서는 접착강도를 보증할 수 없다는 것을 확인할 수 있다.
919이므로 유의하지 않음을 알 수 있다. 따라서 EA-9320 접착제가 가지고 있는 고유의 Application time(30분) 이전에 작업을 완료한다면 접착강도가 저하되지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
또한 EA-9320의 접착 지연시간과 접착강도의 상관관계는 제품 고유의 Application time 이내에서는 접착강도가 저하되는 현상이 없으나, 그 시간 이후에는 접착강도가 급격히 저하되는 현상을 발견하였다. 따라서 접착제 고유의 Application time 이내에서 접착작업을 완료해야만 접착강도에 대한 품질을 보증할 수 있음을 알 수 있었다. 향후 항공기 기체구조물의 패칭 수리 작업 시 균열 형상에 따른 접착계면의 분리현상의 영향성을 고려한 연구를 수행한다면 보다 정확한 EA-9320 접착제의 접착강도 특성을 파악할 수 있을 것이라 판단된다.
실험을 통해 EA-9320 접착제를 이용한 수리 작업을 위한 최적의 온도는 24.5±0.5℃이고, 최적의 습도는 71±1%임을 확인할 수 있었다.
실험 인자 수준에 따른 모든 조합에서 실시되는 실험계획으로 2인자 2수준 완전요인으로 실험설계를 하였으며, 실험조건은 Table 2와 같다. 제한적 반복 실험을 통해 접착제의 접착강도에 대한 상대분석을 Minitab 프로그램을 활용하여 수행하였으며 , 그 결과는 Fig. 2와 같이 표준화된 효과의 정규 확률도(normal probability plot)로부터 온도(A), 습도(B) 그리고 온도와 습도의 결합 환경(AB)에서의 효과 유형이 유의함을 알 수 있다.

후속연구

본 연구결과는 접착제를 이용한 패칭 수리 작업 시 인적요인에 의해 발생할 수 있는 항공기 결함을 예방할 수 있어 비행안전에 기여할 수 있을 것이라 판단된다.
) 의 환경적 요소의 영향성을 분석하고, 접착 지연시간에 따른 접착강도 특성을 평가하였다. 본 연구결과는 항공기의 주요 기골이나 표피(skin)에 발생한 균열에 대해서 접착제와 볼트를 동시에 사용하는 하이브리드 체결 방법을 이용한 패칭 수리 작업 시 최적의 정비작업 수행을 위한 자료로 활용될 수 있어 인적요인에 의한 항공기 결함을 예방하여 비행안전에 기여할 수 있을 것이라 판단된다.
따라서 접착제 고유의 Application time 이내에서 접착작업을 완료해야만 접착강도에 대한 품질을 보증할 수 있음을 알 수 있었다. 향후 항공기 기체구조물의 패칭 수리 작업 시 균열 형상에 따른 접착계면의 분리현상의 영향성을 고려한 연구를 수행한다면 보다 정확한 EA-9320 접착제의 접착강도 특성을 파악할 수 있을 것이라 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	항공기 기체 구조물에 발생한 균열 패칭 수리에 사용되는 접착제 선정시 고려해야할 사항은 무엇인가	항공기 기체 구조물에 발생한 균열 패칭 수리에 사용되는 접착제는 전단탄성계수와 전단강도 뿐만 아니라, 운용온도, 경화온도, 경화시간, 접합시설 등 접합계면의 분리에 직접적 영향을 미치는 환경적 요소를 고려하여 선정하여야 한다.
	복합재 패칭을 이용한 균열 패칭 수리(crack patching repair) 기법의 단점은 무엇인가	그러나 이러한 항공기 기체 구조물의 접착에 의한 수리 기법은 분해와 조립이 어렵고, 환경적 요소에 의하여 접착강도가 양향을 받을 수 있다. 또한 접착을 위한 표면처리 공정이 복잡 하고, 장시간 다양한 운용환경에서 사용할 경우, 총 수명 주기 동안 구조 건전성을 보장할 수 있다는 확신을 가지기 어렵다는 단점이 있다.
	페이스트형 접착제인 EA-9320 특징은?	본 연구에서는 상온에서 경화가 가능하면서도 높은 접착강도를 가지며, 경화 후에는 전기절연 성이 우수하여 항공기 기체구조물의 패칭 수리에 가장 많이 사용되고 있는 페이스트형 접착제인 EA-9320 1) 의 환경적 요소의 영향성을 분석하고, 접착 지연시간에 따른 접착강도 특성을 평가하였다. 본 연구결과는 항공기의 주요 기골이나 표피(skin)에 발생한 균열에 대해서 접착제와 볼트를 동시에 사용하는 하이브리드 체결 방법을 이용한 패칭 수리 작업 시 최적의 정비작업 수행을 위한 자료로 활용될 수 있어 인적요인에 의한 항공기 결함을 예방하여 비행안전에 기여할 수 있을 것이라 판단된다.

참고문헌 (12)

Middleton, D. H., Composite Materials in Aircraft Structures, Longmn S&T, 1990.
Broek, D., Elementary Engineering Fracture Mechanics, Kluwer, Dordrecht, The Netherlands, 1991.
Baker, A. A., and Jones, R., Bonded Repair of Aircraft Structure, Martinus-Nijhoff, Dordrecht, The Netherlands, 1988, pp.220-224.
Aging Aircraft Program Office, Aging Aircraft Project Requirement Submissions, ASC/SMA, 1999, pp.827-838.
Jung, J. W., Song, M. H., Kweon, J. H., and Choi, J. H., "Effect of adhesives on the strength of composite-to-aluminum double-lap hybrid joints", International Journal of Aeronautical and Space Sciences, 34(3), 2006, pp.44-50.
Kelly, G., Load Transfer in Hybrid (bonded/ bolted) Composite Single-lap Joint, Composite Structure, 2004, pp.1-9.
Hart-Smith, L. J. "Bolted composite joints", Journal of Aircraft, 22(11), 1985, pp.993-1000.

상세보기
Adhesive Association of Japan, Adhesive Handbook, 1991, pp.14-38.
Kang, C. H., and Park, K. S., "An experimental study on the crack patching repair technique with paste adhesive", International Journal of Aeronautical and Space Sciences, 29(4), 2001, pp.116-122.
Hwang, Y. E., Oh, J. O., and Yoon, S. H., "Degradation characteristics of structural", pp.443-446.
Eretec, Minitab Release 14, 2014, pp.538-539.
Michael L. George, Lean 6 Sigma Pocket Tools Book, 2009, pp.360-388.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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