KR101122266B1 - 접착조인트의 경화도 측정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열경화성 접착제층의 소산계수에 의하여 접착조인트의 경화도를 측정하여 품질을 검사하기 위한 접착조인트의 경화도 측정방법을 개시한다. 본 발명은 두 개의 금속시트들 사이에 제공되어 있는 열경화성 접착제층으로 이루어지는 접착조인트의 경화도를 측정한다. 두 개의 금속시트들 각각에 소산계수 측정기의 제1 프로브와 제2 프로브를 접촉하고, 열경화성 접착제층에 열에너지를 가하여 열경화성 접착제층을 액체화한다. 소산계수 측정기의 제1 프로브와 제2 프로브를 통하여 교류전압을 인가하고, 소산계수 측정기에 의하여 열경화성 접착제층의 소산계수를 측정한다. 소산계수 측정기로부터 측정되는 소산계수에 의하여 열경화성 접착제층의 경화도를 판단한다. 본 발명에 의하면, 열경화성 접착제층의 소산계수에 의하여 접착조인트의 경화도를 측정하여 품질을 간편하게 검사할 수 있다. 또한, 멤브레인형 탱크를 구성하는 금속시트와 같이 대면적을 갖는 부재를 접합하는 접착조인트의 검사가 가능하여 접합품질을 보장할 수 있으므로, 대형 구조물의 시공성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 접착조인트의 경화도 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열경화성 접착제층의 소산계수에 의하여 접착조인트의 경화도를 측정하여 품질을 검사하기 위한 접착조인트의 경화도 측정방법에 관한 것이다.
두 개 이상의 부재들은 기계적 조인트(Mechanical Joint), 접착 조인트(Bonded Joint), 용접 조인트(Welding Joint) 등에 의하여 결합하고 있다. 접착 조인트는 접착제에 의하여 두 개의 부재들을 접합한 것으로, 볼팅(Bolting), 리벳팅(Riveting) 등의 기계적 조인트에 비하여 상대적으로 넓은 면적에 하중을 분포시킬 수 있고, 구멍의 가공이 필요하지 않으며, 구조물의 무게도 거의 증가시키지 않을 수 있고, 우수한 피로 특성을 갖는다. 접착 조인트는 부재들을 결합 후 분리가 어렵고, 접착제층에 발생하는 불량의 검사가 용이하지 못하다.
한편, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 운반선의 화물창(Cargo Containment System)은 -165℃의 초저온 LNG를 저장 및 운반하기 위하여 구형 탱크(Spherical Type Tank)보다 용량이 크고 제작이 간편한 멤브레인형 탱 크(Membrane Type Tank)가 선호되고 있다. 멤브레인형 탱크는 수천 장의 금속시트(Metal Sheet)들을 열경화성 접착제에 의하여 단일겹치기(Single Lap)로 접합하여 구성하고 있다. 넓은 면적의 접합부에서 작업자의 실수 또는 접착제층 경화장치의 오작동에 의하여 경화불량이 발생될 경우, 접합부의 강도가 낮아지고, 접착제층이 파괴 및 박리되는 문제를 수반하고 있다. 따라서 접착제의 접합으로 구성되는 멤브레인형 탱크의 신뢰성을 확보하기 위해서는 접착제층의 품질검사를 필수적으로 실시해야 한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 열경화성 접착제층의 소산계수에 의하여 접착조인트의 경화도를 측정하여 품질을 간편하게 검사할 수 있는 접착조인트의 경화도 측정방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 멤브레인형 탱크를 구성하는 금속시트와 같이 대면적을 갖는 부재를 접합하는 접착조인트의 검사가 가능하여 접합품질을 보장할 수 있는 접착조인트의 경화도 측정방법을 제공함에 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 두 개의 금속시트들 사이에 제공되어 있는 열경화성 접착제층으로 이루어지는 접착조인트의 경화도를 측정하는 방법에 있어서, 두 개의 금속시트들 각각에 소산계수 측정기의 제1 프로브와 제2 프로브를 접촉하는 단계와; 열경화성 접착제층에 열에너지를 가하여 열경 화성 접착제층을 액체화하는 단계와; 소산계수 측정기의 제1 프로브와 제2 프로브를 통하여 교류전압을 인가하는 단계와; 소산계수 측정기에 의하여 열경화성 접착제층의 소산계수를 측정하는 단계와; 소산계수 측정기로부터 측정되는 소산계수에 의하여 열경화성 접착제층의 경화도를 판단하는 단계로 이루어지는 접착조인트의 경화도 측정방법에 있다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 접착조인트의 경화도 측정방법에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 접착조인트의 경화도 측정방법은 일례로 멤브레인형 탱크의 금속시트들을 접합하는 접착제층의 품질을 검사하는데 이용된다. 두 개의 부재들로 제1 금속시트(10)의 말단(12)과 제2 금속시트(20)의 말단(22)은 서로 인접되어 있다. 제3 금속시트(30)는 제1 및 제2 금속시트(10, 20)의 일측에 덧대어져 있다. 제1 및 제2 금속시트(10, 20)와 제3 금속시트(30)는 제1 및 제2 금속시트(10, 20)와 제3 금속시트(30) 사이에 도포되어 있는 접착조인트로 열경화성 접착제층(40)에 의하여 접합되어 있다. 본 실시예에 있어서 제2 금속시트(20)는 필요에 따라 삭제될 수 있으며, 이 경우 열경화성 접착제층(40)은 제1 금속시트(10)와 제3 금속시트(30) 사이, 즉 두 개의 금속시트들 사이에 제공된다.
열경화성 접착제는 에폭시수지(Epoxy Resin), 폴리우레탄수지(Polyurethane Resin), 페놀수지(Phenolic Resin), 폴리에스테르수지(Polyester Resin) 등으로 구성될 수 있다. 또한, 열경화성 접착제는 비-스테이지(B-stage)의 프리프레그(Prepreg)나 열경화성 박막필름접착제로 구성될 수 있다.
열경화성 접착제층(40)은 80~200℃의 온도로 열에너지를 가하면, 액상으로 용융되었다가 가교반응(Cross-linking)에 의하여 고화되어 제1 내지 제3 금속시트(10, 20, 30)를 접합한다. 불완전 경화 상태의 열경화성 접착제층(40)은 가교반응이 완성되지 않았기 때문에 열에너지를 가하면, 열경화성 접착제층(40)의 점도가 낮아져 분자운동이 가능하게 된다. 이때, 열경화성 접착제층(40)의 상변화를 저항값과 축전용량값으로 측정하면, 제1 및 제2 금속시트(10, 20)와 제3 금속시트(30) 사이의 열경화성 접착제층(40)의 경화도를 구할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 접착조인트의 경화도를 측정하기 위하여 소산계수 측정기(Dissipation Factor Measuring Instrument: 50)가 사용된다. 소산계수 측정기(50)는 제1 프로브(Probe: 52)와 제2 프로브(54)를 구비한다. 제1 프로브(52)는 제1 및 제2 금속시트(10, 20) 중 어느 하나에 접촉되어 있고, 제2 프로브(54)는 제3 금속시트(30)에 접촉되어 있다. 소산계수 측정기(50)는 유전상수 측정기나 LCR 미터(Inductance Capacitance Resistance Meter, LCR Meter)로 구성될 수 있다. 인디케이터(Indicator: 60)는 소산계수 측정기(50)와 연결되어 소산계수 측정기(50)에 의하여 측정되는 소산계수를 표시한다. 가열수단으로 히터(Heater: 70)는 제3 금속시트(30)를 통하여 열경화성 접착제층(40)에 열에너지를 가할 수 있 도록 제공된다. 가열수단은 열풍기, 핫패드(Hot Pad), 유도가열장치(Induction Heating Device)로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 접착조인트의 경화도를 측정방법에 사용되는 소산계수 측정기의 작동을 설명하기 위하여 나타낸 회로도이다. 도 3을 참조하면, 소산계수 측정기(50)는 저항값을 측정하기 위한 저항(Rm)과 정전용량값을 측정하기 위한 커패시터(Capacitor: Cm)가 교류전압(Vm)에 병렬로 연결되어 구성된다.
본 발명에 따른 접착조인트의 경화도를 측정방법은 소산계수 측정기(50)의 제1 프로브(52)가 제1 금속시트(10)에 접촉되고, 제2 프로브(54)가 제3 금속시트(30)에 접촉된 상태에서 히터(70)의 작동에 의하여 경화되기 전의 열경화성 접착제층(40)에 열에너지를 가한다. 불완전 경화 상태의 열경화성 접착제층(40)은 히터(70)의 열에너지에 의하여 액상으로 변화된다. 소산계수 측정기(50)는 액상의 열경화성 접착제층(40)로부터 측정되는 저항값과 정전용량값을 프로그램에 의하여 처리하여 소산계수를 산출한다. 인디케이터(60)는 소산계수 측정기(50)로부터 출력되는 소산계수를 표시한다. 인디케이터(60)는 소산계수 측정기(50)로부터 출력되는 소산계수를 프로그램에 의하여 처리하는 컴퓨터 시스템으로 구성될 수 있다.
한편, 열경화성 접착제층(40)의 경화 상태는 그 종류 및 경화 조건에 따라 다르기 때문에 접착제층의 불완전 경화를 판정하기 위해서는 각 재료별, 온도구배별로 시차주사열량계(Differential Scanning Calorimetry, DSC)와 그 때의 접착제층의 강도를 측정하여야 한다. 열경화성 접착제층(40)의 경화도는 소산계수, 시차주사열량계와 접착제층의 정량화에 의하여 구할 수 있고, 열경화성 접착제층(40)의 경화도에 따라 불완전 경화 상태의 열경화성 접착제층(40)을 판정할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 접착조인트의 경화도 측정방법은 유전기법(Dielectrometry Method)을 이용한 것이다. 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 접착조인트의 경화도를 측정방법에 이용되는 유전기법을 살펴본다. 유전재료(Dielectric material: 80)의 양측에 접촉되어 있는 두 개의 전극(82, 84)들에 교류전기장의 에너지를 가하면, 에너지의 일부가 소산(Dissipation)된다. 에너지의 소산계수는 유전재료(80)의 쌍극자 운동 정도에 따라 변화한다. 일반적으로 점도가 낮은 물질은 쌍극자 운동이 활발해지므로, 유전재료(80)에 가해지는 에너지를 많이 소산시킬 수 있어 소산계수가 높아진다. 그리고 유전재료(80)가 고체화(Solidification)되어 재료의 점도가 증가하면, 쌍극자 운동이 급격히 감소하게 되므로, 소산계수가 낮아진다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 유전기법의 원리를 이용하여 열경화성 접착제층(40)에 교류전압을 인가한 후, 수학식 1을 이용하여 계산하면 가해진 에너지와 소산에너지의 비를 구하여 소산계수(D)를 측정할 수 있다.
여기서, 복수유전율(Complex dielectric constant: 
)은 
에 의하여 구할 수 있다. 
는 직류주파수, 
은 등가저항(Equivalent resistance), 
은 등가정전용량(Equivalent capacitance), I는 물질에 흐르는 교류전류를 나타낸다.
도 5는 열경화성 접착제층의 경화 상태와 소산계수의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 6은 열경화성 접착제층의 경화 상태와 접합강도의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5와 도 6의 그래프들을 보면, 열경화성 접착제층(40)은 히터(70)의 작동에 의하여 열에너지를 가하였을 때, 소산계수의 값이 증가되는 것을 알 수 있다. 따라서 열경화성 접착제층(40)의 경화도는 소산계수 측정기(50)로부터 얻어지는 소산계수에 의하여 판단할 수 있으며, 접합강도가 취약한 부분을 판별할 수 있다.
도 7의 그래프는 접착조인트의 일례로 일반적으로 널리 사용되고 있는 프리프레그용 열경화성 에폭시수지를 1℃/min의 승온 속도로 온도를 상승시키면서 측정한 점도(Viscosity)와 앞에서 설명한 원리와 방법을 이용하여 측정된 소산계수의 관계를 나타낸다. 도 7의 그래프를 보면, 열경화성 에폭시수지는 소산계수가 최대가 되었을 때가 점도가 가장 낮아지는 지점임을 확인 할 수 있다. 다시 말하여, 소산계수가 최대로 되었을 때 열경화성 에폭시수지가 액체화되는 시점임을 알 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 접착조인트의 경화도 측정방법에 의하면, 열경화성 접착제층의 소산계수에 의하여 접착조인트의 경화도를 측정하여 품질을 간편하게 검사할 수 있다. 또한, 멤브레인형 탱크를 구성하는 금속시트와 같이 대면적을 갖는 부재를 접합하는 접착조인트의 검사가 가능하여 접합품질을 보장할 수 있으므로, 대형 구조물의 시공성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 접착조인트의 경화도 측정방법에 의하여 측정되는 접착조인트의 일례를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 접착조인트의 경화도 측정방법에 사용되는 소산계수 측정기와 인디케이터의 구성을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 접착조인트의 경화도 측정방법에 사용되는 소산계수 측정기의 작동을 설명하기 위하여 나타낸 회로도,
도 4는 본 발명에 따른 접착조인트의 경화도 측정방법에 이용되는 유전기법의 원리를 설명하기 위하여 나타낸 도면,
도 5는 열경화성 접착제층의 경화 상태와 소산계수의 관계를 나타낸 그래프,
도 6은 열경화성 접착제층의 경화 상태와 접합강도의 관계를 나타낸 그래프,
도 7은 접착조인트의 일례로 프리프레그용 열경화성 에폭시수지의 점도와 소산계수의 관계를 나타내는 그래프이다.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♣
10: 제1 금속시트 20: 제2 금속시트
30: 제3 금속시트 40: 열경화성 접착제층
50: 소산계수 측정기 52: 제1 프로브
54: 제2 프로브 60: 인디케이터
70: 히터 80: 유전재료
Claims (4)
- 두 개의 금속시트들 사이에 제공되어 있는 열경화성 접착제층으로 이루어지는 접착조인트의 경화도를 측정하는 방법에 있어서,상기 두 개의 금속시트들 각각에 소산계수 측정기의 제1 프로브와 제2 프로브를 접촉하는 단계와;상기 열경화성 접착제층에 열에너지를 가하여 상기 열경화성 접착제층을 액체화하는 단계와;상기 소산계수 측정기의 제1 프로브와 제2 프로브를 통하여 교류전압을 인가하는 단계와;상기 소산계수 측정기에 의하여 상기 열경화성 접착제층의 소산계수를 측정하는 단계와;상기 소산계수 측정기로부터 측정되는 상기 소산계수에 의하여 상기 열경화성 접착제층의 경화도를 판단하는 단계로 이루어지는 접착조인트의 경화도 측정방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 열경화성 접착제층은 열경화성 박막필름접착제로 이루어지는 접착조인트의 경화도 측정방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 열경화성 접착제층의 소산계수는 상기 열경화성 접착제층의 저항값과 축전용량값에 의하여 구하는 접착조인트의 경화도 측정방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108732090A (zh) * | 2018-05-07 | 2018-11-02 | 吉林大学 | 一种车辆服役温度区间内的粘接接头疲劳性能测试装置及测试方法 |
| KR102392963B1 (ko) * | 2020-10-05 | 2022-05-03 | 성균관대학교산학협력단 | 접합부의 비파괴 강도측정장치 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060057667A (ko) * | 2004-11-23 | 2006-05-26 | 한국과학기술원 | 압전 재료 혹은 전도성 재료를 이용하여 민감도가 향상된접합 구조물의 접합부 안전성 검사방법 |
-
2009
- 2009-06-22 KR KR1020090055503A patent/KR101122266B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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| KR20060057667A (ko) * | 2004-11-23 | 2006-05-26 | 한국과학기술원 | 압전 재료 혹은 전도성 재료를 이용하여 민감도가 향상된접합 구조물의 접합부 안전성 검사방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20100137201A (ko) | 2010-12-30 |
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