KR100765650B1 - 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기동시경화 접합방법 - Google Patents

탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기동시경화 접합방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평판으로 된 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료를 접합할 때 복합재료의 경화 시 흘러나오는 여분의 수지를 접착제로 활용하여, 양면겹치기 동시경화조인트(Co-cured double lap joint)의 접합 강도를 향상시킴과 함께 자동차에 사용되는 복합재료 부품설계에 유용하게 적용할 수 있도록 한 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, (a)강철재료의 표면을 기계화학적으로 연마하는 단계와; (b)비경화된 복합재료를 크기와 두께에 맞게 강철재료와 함께 적층하되, 비경화된 복합재료 위에 강철재료를 얹은 뒤 상기 강철재료 위에 다시 비경화된 복합재료를 적층시켜, 강철재료 양면에 비경화된 복합재료가 적층되도록 하는 단계와; (c)복합재료와 강철재료의 접합면을 손가락으로 눌러서 가접합(Pre-bonding)하여 접합면 위치를 미리 잡아주는 단계와; (d)강철재료 간에 접합되지 말아야 할 부분에 테프론 블럭(Teflon block)을 설치하여 서로 접착되는 것을 예방하는 단계와; (e)가접합된 복합재료 및 강철재료를 상부와 하부면을 테프론 필름으로 덮어주는 동시에 사방 테두리 위치에 수지 차단용 테프론 댐을 배치하는 단계와; (f)테프론 필름과 수지 차단용 테프론 댐이 배치된 상태의 상기 복합재료 및 강철재료를 진공포장하는 단계와; (g)테프론 필름 및 수지 차단용 테프론 댐과 함께 진공 포장된 복합재료 및 강철재료를 오토 클레이브에 넣은 다음 가압을 위한 압력 호스와 연결하여 소정의 압력을 가해주는 동시에 온도 싸이클에 따라 경화공정을 수행하는 단 계와; (h)상기 복합재료에 포함된 수지가 강철재료의 표면에 경화에 의하여 접합되어, 복합재료 및 강철재료가 접합되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법을 제공한다.
복합재료, 강철재료, 동시경화 접합방법, 탄소섬유, 에폭시, 수지, 내기 압력, 배향각도, 표면조도, 양면겹치기, 접합강도,

Description

탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법{Co-cured joining method between carbon-epoxy composite and steel adherends}
도 1은 본 발명에 따른 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 동시 경화 접합 방법을 설명하는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법으로 제작된 시편을 보여주는 평면도 및 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 강철재료 접합면을 연마하는 사포 메쉬와 평균 표면조도와의 관계를 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 강철재료의 표면조도에 따른 양면겹치기 동기경화조인트의 접합강도를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료에 가해지는 내기 압력에 따른 접합강도를 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 탄소섬유-에폭시 복합재료의 섬유 배향각도의 변화에 따른 접합강도를 나타내는 그래프.
본 발명은 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법에 관한 것으로서, 평판으로 된 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료를 접합할 때 복합재료의 경화 시 흘러나오는 여분의 수지를 접착제로 활용하여, 양면겹치기 동시경화조인트(Co-cured double lap joint)의 접합 강도를 향상시킴과 함께 자동차에 사용되는 복합재료 부품설계에 유용하게 적용할 수 있도록 한 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법에 관한 것이다.
현재, 항공기 또는 자동차 분야에서 복합재료와 강철재료 간의 결합을 요하는 부품들이 산재해 있는 것을 감안하더라도, 현재 탄소섬유 등의 복합재료와 강철재료 간의 직접적인 접합기술연구는 알려진 바가 없다.
자동차를 비롯한 각종 산업구조물에서는 강철재료가 가장 많이 사용되고 있으므로, 앞으로 기계적 성능이 우수한 복합재료와 강철재료를 접합해야 하는 구조형태가 많이 발생될 것이므로, 외면겹치기 접합형태에 비해 접합강도가 뛰어난 양면겹치기 동시경화조인트의 설계방법의 개발이 절실히 요구되고 있다.
이에, 비강성, 비강도를 비롯한 기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라 진동특성이 우수한 탄소섬유-에폭시 복합재료를 항공기 및 자동차 부품에 사용하는 사례가 늘어나고 있다.
상기 복합재료의 많은 장점에도 불구하고 자동차 구조물에서 많이 사용되고 있는 강철재료에 복합재료를 접합하여 자동차 구조물 내지 부품으로 활용하기 위해서는 그 접합기술 공정에 대한 완전한 정립이 필수적으로 요구된다.
대개, 복합재료의 접합방법으로는 기계적 접합방법과 접착제를 이용한 접합방법이 있지만, 복합재료의 경우에 구멍을 뚫으면 기계적 강도가 매우 많이 저하되므로 접착제를 이용한 접합방법이 많이 사용된다.
그러나, 기존의 접착제를 이용한 접합방법은 또 다른 접착제 성분이 포함되기 때문에 복합재료 본연의 특성을 그대로 발휘하지 못하게 되고, 접착제를 이용하는 접합제조공정은 실제로 복잡하여 활용되기에 어려운 단점이 있다.
이에 비해 동시경화 접합방법은 접착제를 이용하는 접합제조공정의 장점을 가짐과 동시에 제조공정이 간단하여 비용이 적게 드는 효과적인 접합방법이다.
본 발명은 기계적 특성이 우수한 탄소섬유-에폭시 복합재료를 각종 기계 구조물에 활용하기 위해 필요한 접합공정을 간소화하면서, 평판으로 된 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료를 접합할 때 복합재료의 경화시 흘러나오는 여분의 수지를 접착제로 활용하여, 양면겹치기 동시경화조인트(Co-cured double lap joint)의 접합부 설계방법을 개발할 뿐 아니라 자동차에 사용되는 복합재료 부품설계에 유용하게 적용할 수 있도록 한 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 동시경화 접합방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은 복합재료의 경화공정 중 흘러나오는 여분의 수지를 접착제로 사용하는 방법으로서, 기존에 별도의 접착제를 이용하는 경우에 필수적으로 요구되는 복합재료 접합면의 표면처리 및 접착제를 이용한 접합공정이 필요 없기 때문에 전체 접합공정이 매우 간단한 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, (a)강철재료의 표면을 기계화학적으로 연마하는 단계와; (b)비경화된 복합재료를 크기와 두께에 맞게 강철재료와 함께 적층하되, 비경화된 복합재료 위에 강철재료를 얹은 뒤 상기 강철재료 위에 다시 비경화된 복합재료를 적층시켜, 강철재료 양면에 비경화된 복합재료가 적층되도록 하는 단계와; (c)복합재료와 강철재료의 접합면을 손가락으로 눌러서 가접합(Pre-bonding)하여 접합면 위치를 미리 잡아주는 단계와; (d)강철재료 간에 접합되지 말아야 할 부분에 테프론 블럭(Teflon block)을 설치하여 서로 접착되는 것을 예방하는 단계와; (e)가접합된 복합재료 및 강철재료를 상부와 하부면을 테프론 필름으로 덮어주는 동시에 사방 테두리 위치에 수지 차단용 테프론 댐을 배치하는 단계와; (f)테프론 필름과 수지 차단용 테프론 댐이 배치된 상태의 상기 복합재료 및 강철재료를 진공포장하는 단계와; (g)테프론 필름 및 수지 차단용 테프론 댐과 함께 진공 포장된 복합재료 및 강철재료를 오토 클레이브에 넣은 다음 가압을 위한 압력 호스와 연결하여 소정의 압력을 가해주는 동시에 온도 싸이클에 따라 경 화공정을 수행하는 단계와; (h)상기 복합재료에 포함된 수지가 강철재료의 표면에 경화에 의하여 접합되어, 복합재료 및 강철재료가 접합되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법을 제공한다.
여기서, 상기 (b) 단계에서 강철재료의 접합 조인트 내에서는 일측의 강철재료와 타측의 강철재료 사이의 간극을 메꾸기 위하여 간극 내에 테프론 블럭(Teflon block)을 설치하여, 강철재료 간에 접합되지 말아야 할 부분이 서로 접착되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 접합공정 후, 접합면의 날카로운 모서리를 가공하여 응력 집중을 줄여주는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 강철재료의 표면은 표면조도 1.2㎛ ~ 1.7㎛로 연마하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복합재료 및 강철재료에 대하여 가해지는 압력은 0.7MPa ~ 1.0MPa로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복합재료 내에 함유된 섬유의 배향각도는 0도가 되도록 하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 평판으로 된 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료를 접합할 때 복합재료의 경화 시 흘러나오는 여분의 수지를 접착제로 활용하여, 양면겹치기 동시경화조인트(Co-cured double lap joint)의 접합 강도를 향상시킴과 함께 자동차 에 사용되는 복합재료 부품설계에 유용하게 적용할 수 있도록 한 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법에 관한 것이다.
먼저, 이하에서 사용되는 용어를 다음과 같이 정의한다.
1) 용어 '동시경화'는 복합재료를 경화시킬 때 복합재료 내의 수지를 이용하여 강철재료와의 접합공정을 동시에 수행한다는 의미이다.
2) 용어 '양면겹치기'는 두 가지 이상의 재료가 접합될 때 접합면이 두 개일 경우에 사용되는 용어이며, 접합면이 한 개일 경우에는 '외면겹치기'라는 용어를 사용한다.
3) 용어 '배향각도'는 복합재료 내에 함유된 섬유의 배향방향을 가리키는 것으로서, 기준좌표에 대해 경사진 각도를 표시하는 용어이다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 동시경화 접합방법을 설명하는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 동시경화 접합방법으로 제작된 양면겹치기 동시경화조인트 시험편을 보여주는 평면도 및 측면도이다.
본 발명에 따른 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 동시경화 접합방법 중 첫 번째 단계로서, 강철재료(판재)의 표면을 기계적으로 연마하되, 이 강철재료의 표면을 표면조도 1.2㎛ ~ 1.7㎛로 연마한다.
상기 강철재료의 연마 단계는 표면처리 과정이며, 사포를 이용한 기계적 표면처리 방법을 이용할 수 있다.
기계적 표면처리 후에는 화학적 표면처리를 하여 접합강도를 향상시킬 수 있 으며, 표면처리 과정의 마지막에는 아세톤을 이용하여 접합면을 깨끗이 닦아주게 된다.
두 번째 단계로서, 비경화된 복합재료를 크기와 두께에 맞게 강철재료와 함게 적층하는 바, 복합재료 내의 섬유의 배향방향을 결정하여 적층한다.
이때, 바람직한 상기 복합재료 내에 함유된 섬유의 배향각도는 0도이다.
또한 강철재료 양면에 비경화된 복합재료가 적층될 수 있도록 하는 바, 비경화된 복합재료 위에 강철재료를 얹은 뒤 강철재료 위에 다시 비경화된 복합재료를 적층시키게 된다.
특히, 강철재료의 접합 조인트 내에서는 일측의 강철재료와 타측의 강철재료 사이의 간극을 메꾸기 위하여 간극 내에 테프론 블럭(Teflon block)을 설치하며(도 2의 시편 참조), 이러한 과정은 접합 조인트 내에서 서로 간에 접합되지 말아야 할 부분이 서로 접착되는 것을 방지하는 과정으로, 바람직하기로는 제품의 품질을 떨어뜨리지 않는 범위 내에서 제품 내에 서로 접합되는 부분이 많을수록 접합강도는 증가한다.
상기 테프론 블럭은 후술하는 접합공정이 모두 완료된 후 접합 조인트의 간극으로부터 빼내어 제거할 수도 있고, 그냥 삽입된 채로 놓아둘 수도 있다.
세 번째 단계로서, 상기 복합재료와 강철재료의 접합면을 손가락으로 눌러서 가접합(Pre-bonding)하여 접합면 위치를 미리 잡아준다.
복합재료와 강철재료의 접합면을 가접합(Pre-bonding)할 때 접합면을 오염시키지 않도록 조심해야 하며, 되도록 빨리 가접합하여 공기 중의 수분이 접합면에 영향을 주지 않도록 주의하여야 한다.
또한, 복합재료와 강철재료를 가접합한 후에는 접합면에 수직 방향으로 손가락 압력(Finger pressure)을 가하여 떨어지지 않게 눌러준다.
다섯 번째 및 여섯 번째 단계로서, 복합재료 및 강철재료를 가접한 상태에서 그 상부와 하부 면을 테프론 필름으로 덮어주는 동시에 사방 테두리 위치에 수지 차단용 테프론 댐을 배치하는 단계와, 상기 테프론 필름과 수지 차단용 테프론 댐이 배치된 상태의 상기 복합재료 및 강철재료를 진공 포장하는 단계가 진행된다.
상기 복합재료 및 강철재료의 위쪽 및 아래쪽에 테프론 필름을 덮는 이유는 복합재료 내의 수지가 밖으로 흘러나오는 것을 빠져나가지 않고 접합면의 골과 골 사이에 잘 흘러들어가서 접착제의 역할을 충분히 수행할 수 있도록 함에 있다.
또한, 상기 복합재료 및 강철재료의 측면에는 댐을 설치한 이유는 수지가 흘러나가는 것을 방지함에 있는 바, 댐으로 사용될 재료로는 동시경화 접합 구조물과 수지에 의해 접합이 이루어지지 않도록 하기 위해 테프론 블럭을 사용하는 것이 좋다.
마지막으로, 테프론 필름 및 수지 차단용 테프론 댐과 함께 진공 포장된 복합재료 및 강철재료를 오토 클레이브에 넣은 다음 가압을 위한 압력 호스와 연결하여 소정의 압력을 가해주는 동시에 온도 싸이클에 따라 경화공정을 수행한다.
또한 복합재료의 경화 및 접합공정이 진행되는 동안 발생하는 기포를 제거하기 위하여 진공 조건을 제공하면 유리하다.
동시경화 접합방법 싸이클에 따라 테프론 필름 및 수지 차단용 테프론 댐과 함께 진공 포장된 복합재료 및 강철재료를 오토 클레이브에 넣어 접합공정을 수행하는 과정으로서, 복합재료 제조공정에 맞게 경화 싸이클을 설정하되 내기 압력(복합재료 및 강철재료에 대하여 가해지는 압력)은 0.7MPa ~ 1.0MPa로 하는 것이 바람직하다.
이에, 상기 복합재료에 포함된 수지가 강철재료의 표면에 경화에 의하여 접합되어, 복합재료 및 강철재료가 용이하게 접합된다.
바람직하기로는, 상기와 같은 접합공정 후, 접합면의 날카로운 모서리를 가공하여 응력 집중을 줄여주는 단계가 더 진행된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하고자 한다.
하기의 실시예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 및 실험예
본 발명에 사용된 복합재료를 구성하고 있는 섬유와 수지의 성분 및 제조방법은 다음과 같다.
- 제조사: SK Chemicals
- 제품명: USN150BX Prepreg(두께 - 0.144mm, 질량 - 224g/㎡)
- 구성비: 150 g/㎡(섬유), 33 g/㎡(수지)
- 섬유의 종류: 탄소섬유
- 수지의 종류: 에폭시 수지(Bisphenol A)
그리고, 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법으로 제작된 시편을 도 2에 나타낸 바와 같이 제작하였다.
이러한 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화조인트의 접합강도를 측정하기 위하여 최대 10ton 용량의 MTS(Materials Testing Systems)를 사용하였고, 강철재료의 표면조도를 측정하기 위해서 Rank Taylor-Hobson Limited에서 제작된 표면접촉식 표면조도 측정기인 Surtronic 3+를 사용하였다.
상기 표면조도 측정기를 이용하여 강철재료의 평균 표면조도를 얻었을 뿐만 아니라 최고 표면조도를 측정하여 강철재료의 표면조도가 제대로 측정되었는지 확인할 수 있었다.
또한, 동시경화조인트의 접합강도를 측정하기 위한 실험방법에 관한 규정은 아직까지 정해져 있지 않으므로 접착제에 의한 접합방법으로 제작된 조인트 시험편에 관한 규정인 ASTM D3528에 의거하여 측정용 시편을 만들어 인장시험기를 사용하여 접합강도(Joint strength)를 측정하였다. (접합강도 [Pa] = 최대 load [N] / 조인트 접합면의 단면적 [㎡])
본 발명의 실시예로서, 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료를 이용한 동시경화조인트의 접합강도를 향상시키기 위한 방법으로서, (A)강철재료 접합면의 표면조도 결정방법, (B)접합공정시 내기 압력의 결정방법, (C)복합재료 내에 함유된 섬유의 배향각도 결정방법을 고려한다.
상기 (A)강철재료 접합면의 표면조도는 다음과 같이 결정할 수 있다.
동시경화조인트는 제조공정상의 특성으로 인해 강철재료의 표면조도가 복합재료와의 접촉면이 되므로, 결국 강철재료의 표면조도는 복합재료의 표면조도가 되면서 동시에 두 재료 사이의 경계면 접촉면적을 결정한다.
접촉면적이 증가할수록 접합강도는 높아진다고 알려져 있는 바, 표면조도가 낮은 것부터 높은 것까지를 다 포함할 수 있도록 0.2㎛, 0.3㎛, 0.7㎛, 1.2㎛, 1.7㎛와 표면조도가 매우 높게 평가될 수 있는 널링 처리된 표면까지 7가지의 시험편을 제작하였다.
이때, 강철재료에 대한 표면을 기계적 방법, 즉 사포를 이용하여 연마할 수 있는 바, 표면처리를 하기 위해 선정된 사포의 종류와 강철재료의 표면조도 사이의 관계는 도 3의 그래프에서 보는 바와 같이 메쉬가 조밀한 사포가 보다 매끈한 표면조도를 얻을 수 있다.
상기한 강철재료의 표면조도에 따라 제작된 양면겹치기 동시경화조인트의 접합강도 실험결과는 도 4의 그래프에서 보는 바와 같다.
도 4에서 보듯이, 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료를 사용한 양면겹치기 동시경화조인트의 접합강도를 향상시키기 위해서는 강철재료의 표면조도를 낮은 것부터 높은 것까지 시험편을 제작하여 실험하여 결정할 수 있으나, 대체적으로 표면조도 1.2㎛ ~ 1.7㎛ 범위에서 우수한 접합강도를 나타냄을 알 수 있었으며, 특히 1.2㎛ 근처에서 가장 우수한 접합강도를 나타냄을 알 수 있었다.
상기 (B)접합공정시 내기 압력의 결정방법은 아래와 같다.
복합재료의 경화공정에 적합한 내기 압력으로 제시된 0.7MPa의 압력을 가하 여 시험편을 제작하여 접합강도를 측정하였으며, 적절한 내기 압력인지 확인하기 위하여 높은 압력과 낮은 압력에서 추가로 시험편을 제작하여 실험을 수행하였는 바, 그 결과는 도 5의 그래프에 나타낸 바와 같다.
도 5에서 보듯이, 내기 압력이 증가할수록 접합강도가 좋아지지만 증가량은 대체적으로 감소하였다.
따라서, 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료를 사용한 양면겹치기 동시경화조인트의 접합강도를 향상시키기 위해서는 내기 압력을 증가시킬수록 좋지만, 복합재료의 경화조건으로 주어지는 내기 압력 이상에서만 제조하여도 좋은 접합강도를 나타내므로, 복합재료 및 강철재료에 대하여 가해지는 내기 압력은 0.7MPa 이상으로 가하는 것이 좋다.
또한, 오토클레이브에 압력을 공급하는 공기저장탱크의 강도를 고려하여 상한치를 1.0MPa로 한정하는 것이 바람직하며, 따라서 본 발명에서는 복합재료 및 강철재료에 대하여 가해지는 내기 압력을 0.7MPa ~ 1.0MPa로 한다.
상기 (C)복합재료 내에 함유된 섬유의 배향각도 결정방법은 다음과 같다.
강철재료는 등방성 재료이므로 재료의 선정 단계에서 이미 물리적 특성이 결정되는 것이지만, 복합재료의 경우에는 복합재료 내에 포함된 섬유의 배향방법에 따라 물리적 성질이 달라진다.
그러므로, 복합재료의 적층각도를 조절함에 따라 강철재료와의 물리적 특성의 차이를 조절할 수 있다.
특히, 재료 간의 강성의 차이가 접합강도를 결정하는 중요한 요소이므로 복 합재료 내에 함유된 섬유의 배향각도의 결정은 매우 중요하며, 배향각도에 대한 실험결과는 도 6의 그래프에 나타낸 바와 같다.
복합재료내의 섬유 배향각도가 증가할수록 접합강도가 낮아지므로 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료를 사용한 양면겹치기 동시경화조인트의 접합강도를 향상시키기 위해서는 복합재료 내에 함유된 섬유의 배향각도를 0도에 가깝게 조절하는 것이 유리하다.
한편, 본 발명에 따른 방법은 섬유강화 플라스틱 복합재료와 금속재료를 이용한 동시경화조인트에서는 재료가 달라지더라도 사용 가능하며, 예를 들면 유리섬유-에폭시 복합재료와 알루미늄 재료를 사용하여 동시경화조인트를 설계할 경우에도 상기한 방법에 따라 설계하면 우수한 접합강도를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법에 의하면, 기계적 성능이 우수한 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료를 사용함에 있어서 기존의 접착제를 이용한 접착조인트에 비해 제조공정이 간단한 동시경화 접합방법을 이용하여 동시경화조인트 구조물의 접합강도를 향상시킬 수 있는 설계방법을 제시함으로써, 자동차 구조물에의 응용이 증가되고 있는 탄소섬유를 이용한 복합재료의 응용 가능성을 확대할 수 있는 효과를 제공하고, 외면겹치기 동시경화 접합방법에 비해 접합강도가 뛰어난 제품을 제조할 수 있게 된다.
또한, 본 발명을 기반으로 탄소섬유강화 복합재료 이외의 다른 종류의 복합재료와 알루미늄 재료를 비롯한 금속재료와의 동시경화 접합방법을 추가로 개발할 수 있는 여건을 제공할 수 있다.
또한, 복합재료를 이용한 구조물의 기존 접합공정을 훨씬 간소하게 만들어 제조공정에 소요되는 시간과 제조비용을 줄일 수 있으면서 접합 조인트의 접합강도를 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. (a)강철재료의 표면을 기계화학적으로 연마하는 단계와;
    (b)비경화된 복합재료를 크기와 두께에 맞게 강철재료와 함께 적층하되, 비경화된 복합재료 위에 강철재료를 얹은 뒤 상기 강철재료 위에 다시 비경화된 복합재료를 적층시켜, 강철재료 양면에 비경화된 복합재료가 적층되도록 하는 단계와;
    (c)복합재료와 강철재료의 접합면을 손가락으로 눌러서 가접합(Pre-bonding)하여 접합면 위치를 미리 잡아주는 단계와;
    (d)강철재료 간에 접합되지 말아야 할 부분에 테프론 블럭(Teflon block)을 설치하여 서로 접착되는 것을 예방하는 단계와;
    (e)가접합된 복합재료 및 강철재료를 상부와 하부면을 테프론 필름으로 덮어주는 동시에 사방 테두리 위치에 수지 차단용 테프론 댐을 배치하는 단계와;
    (f)테프론 필름과 수지 차단용 테프론 댐이 배치된 상태의 상기 복합재료 및 강철재료를 진공포장하는 단계와;
    (g)테프론 필름 및 수지 차단용 테프론 댐과 함께 진공 포장된 복합재료 및 강철재료를 오토 클레이브에 넣은 다음 가압을 위한 압력 호스와 연결하여 소정의 압력을 가해주는 동시에 온도 싸이클에 따라 경화공정을 수행하는 단계와;
    (h)상기 복합재료에 포함된 수지가 강철재료의 표면에 경화에 의하여 접합되어, 복합재료 및 강철재료가 접합되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 접합공정 후, 접합면의 날카로운 모서리를 가공하여 응력 집중을 줄여주는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 강철재료의 표면은 표면조도 1.2㎛ ~ 1.7㎛로 연마하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 복합재료 및 강철재료에 대하여 가해지는 압력은 0.7MPa ~ 1.0MPa로 하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 복합재료 내에 함유된 섬유의 배향각도는 0도가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유-에폭시 복합재료와 강철재료 간의 양면겹치기 동시경화 접합방법.
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