KR101656652B1

KR101656652B1 - 접착 구조물의 손상 탐지 장치

Info

Publication number: KR101656652B1
Application number: KR1020140064287A
Authority: KR
Inventors: 최진호; 권진회
Original assignee: 경상대학교산학협력단
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2016-09-12
Also published as: KR20150136807A; WO2015182825A1

Abstract

본 발명은 접착 구조물의 손상 탐지를 위한 비파괴 손상 탐지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도성 물질을 포함하는 접착제를 이용하여 구조물을 접착하고 접착구조물의 전기적 물리량을 측정하여 접착 구조물 내부의 결함을 측정할 수 있는 접착 체결부 손상 탐지 장치에 관한 것이다.

Description

접착 구조물의 손상 탐지 장치{Damage Detecting Apparatus of Bonding Structure}

비파괴 검사란, 제품 또는 구조물 내부의 기공이나 균열과 같은 결함 또는 체결부의 내부 결합 등을 제품 또는 구조물을 파괴하지 않고 외부에서 검사하는 방법을 말한다. 제품 또는 구조에 결함이 있을 경우, 파괴해서 조사하면 그 유무를 쉽고 확실하게 확인할 수 있으나 이러한 파괴검사는 낭비가 많아 모든 제품이나 규모가 크고 고비용의 구조물을 조사하는 데는 적합하지 않기 때문에 비파괴 검사를 선호한다.

비파괴 검사에는 방사선을 이용한 방사선 투과법과 초음파를 이용한 초음파탐상법이 주로 이용되고 있으나, 상기 검사법 모두 고가의 장비가 요구되며, 검사시간이 길어지는 단점이 있다. 상기 방법으로는 접착 구조물의 접착표면오염 및 기공 등의 접착 구조물 초기 접합 시 결함은 검출이 용이하지 않은 단점이 있다.

따라서 복합재 구조물 또는 항공기 구조물과 같은 접착 구조물의 초기 손상 탐지 및 접착 성능을 평가할 수 있는 비파과 검사 장치의 기술 개발이 요구된다.

한국공개특허 제2013-0132195호(2013.12.04. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 전도성 물질을 포함하는 접착제를 이용하여 접착 구조물을 형성하고, 접착 구조물의 전기적 물리량 예를 들면 저항, 전기용량, 유도 저항 등을 측정하여 접착 구조물 내부의 결함을 측정하게 되는 접착 구조물의 손상 탐지 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 한 쌍의 구조물이 접착 결합되는 접착 구조물의 손상을 탐지하는 접착 구조물의 손상 탐지 장치에 있어서, 상기 손상 탐지 장치는, 상기 한 쌍의 구조물을 접착 결합시키며, 전도성 물질을 포함하는 전도성 접착부; 및 상기 한 쌍의 구조물 중 어느 한 구조물에 양극이 연결되고, 상기 한 쌍의 구조물 중 다른 한 구조물에 음극이 연결되어 상기 접착 구조물의 전기적 물리량을 측정하는 측정부; 를 포함한다.

이때, 상기 전도성 물질은, 탄소나노튜브 또는 은(Ag) 이며, 상기 전도성 접합부는, 에폭시 95~99.5중량%와, 탄소나노튜브 0.5~5중량%를 포함하거나, 에폭시 95~99.5중량%와, 은(Ag) 0.5~5중량%를 포함한다.

또한, 상기 전기적 물리량은, 상기 한 쌍의 구조물의 저항, 전기용량 또는 유도 저항 중 선택되는 어느 하나 이상이다.

또한, 상기 접착 구조물은, 복합재 구조물 또는 항공기 구조물이며, 상기 접착 구조물이 부도체인 경우, 상기 손상 탐지 장치는, 전도성 물질로 상기 접착 구조물에 코딩되는 전도성 코팅막; 을 더 포함한다.

아울러, 상기 전도성 코팅막은, 상기 한 쌍의 구조물 중 어느 한 구조물의 외면을 코팅하는 제1 코팅막; 과, 상기 한 쌍의 구조물 중 다른 한 구조물의 외면에 코팅되는 제2 코팅막; 을 포함하며, 상기 제1 코팅막과 상기 제2 코팅막은 서로 이격 배치되되 상기 전도성 접착부를 통해 통전되는, 접착 구조물의 손상 탐지 장치.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 접착 구조물의 손상 탐지 장치는, 기존의 방사선 또는 초음파 비파괴 검사 장치로는 측정이 난해한 접착 구조물의 결함 검출이 가능한 효과가 있다.

특히 접착 체결부를 갖는 복합재 구조물 또는 항공기 구조물의 초기 손상 탐지가 가능하고 접착표면오염 및 기공 감지와 같은 접착 성능 평가에 적용이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 손상 탐지 장치 사시도
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 손상 탐지 장치 단면개략도
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 손상 탐지 장치 단면개략도

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일실시 예에 따른 접착 구조물의 손상 탐지 장치(100, 이하 손상 탐지 장치)의 사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 손상 탐지 장치(100)는 전도성 접착부(110) 및 측정부(120)를 포함하여 구성된다. 따라서 손상 탐지 장치(100)는 전도성 접착부(110)를 이용해 한 쌍의 구조물을 접착 결합시킨 접착 구조물에 한하여 손상 탐지가 가능하다.

전도성 접착부(110)는 제1 구조물(200)과 제2 구조물(300)을 접착 결합시키기 위한 구성으로, 통상의 접착 물질, 일예로 에폭시(epoxy)와 전도성 물질, 일예로 탄소나노튜브(Carbon nanotube) 또는 금속물질(metal)을 포함하여 구성된다. 따라서 전도성 접착부(110)는 구조물의 접착을 위한 접착물질에 전도성 물질을 혼합하여 구성될 수 있다.

보다 상세하게 전도성 접착부(110)는 에폭시 95~99.5중량%와, 탄소나노튜브 0.5~5중량%로 구성될 수 있다. 전도성 접착부(110)의 전도성을 높이기 위해 탄소나노튜브를 5중량% 이상으로 구성할 경우 접착 성능이 떨어지며, 탄소나노튜브를 0.5중량% 이하로 구성할 경우 전도성을 상실할 수 있기 때문에 상기와 같은 중량비를 유지하는 것이 바람직하다. 전도성 재질로 탄소나노튜브를 적용할 경우 전도성 접착부(110)를 통해 접착된 접착 구조물의 접착부 강도 및 피로 강도가 증가되는 추가 효과도 기대할 수 있다.

다른 실시 예로 전도성 접착부(110)는 에폭시 95~99.5중량%와, 은(Ag) 0.5~5중량%로 구성될 수 있다. 본 실시 예 역시 전도성 접착부(110)의 전도성을 높이기 위해 은을 5중량% 이상으로 구성할 경우 접착 성능이 떨어지며, 은을 0.5중량% 이하로 구성할 경우 전도성을 상실할 수 있기 때문에 상기와 같은 중량비를 유지하는 것이 바람직하다. 전도성 재질로 은을 적용할 경우 전도성 접착부(110)를 통해 접착된 접착 구조물의 접착부 전도성이 증가되는 효과를 기대할 수 있다.

측정부(120)는 양극(121), 음극(122) 및 양극(121)과 음극(122) 사이의 전기적 물리량 측정을 위한 본체(125)로 구성될 수 있다. 따라서 양극(121)은 제1 구조물(200)에 맞닿고 음극(122)은 제2 구조물(300)에 맞닿아 제1 구조물(200)과 제2 구조물(300)의 전기적 물리량을 통해 제1 구조물(200)과 제2 구조물(300)의 접착부 결함을 탐지하게 된다.

즉 제1 구조물(200)과 제2 구조물(300)을 접착 결합시킨 전도성 접착부(110)가 전도성 재질로 이루어져 제1 구조물(200)과 제2 구조물(300)이 통전되고, 이에따라 제1 구조물(200)과 제2 구조물(300) 사이의 전기적 물리량을 통해 접착 결합부의 결함 측정이 가능하다.

상기 전기적 물리량은 저항, 전기용량(capacitance) 또는 유도 저항(reactance) 일 수 있다.

측정부(120)의 전기적 물리량을 통해 결함 여부를 판단함에 있어서 일예로정상적인 구조물의 저항 수치와, 샘플 구조물의 저항 수치를 비교하여, 정상 구조물의 저항수치보다 샘플 구조물의 저항 수치가 크다면, 접착 구조물의 접착 표면이 오염되었거나, 접착 체결부에 기공이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

측정부(120)는 전기 저항 측정을 위한 LCR메타 등이 적용될 수 있다.

도 2에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 손상 탐지 장치(100)의 단면개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 접착 구조물(200, 300)이 전도성 재질로 이루어진 경우 접착 체결부를 전도성 접착부(110)로 접착 결합하여 측정부(200)를 통해 전기적 물리량을 측정하는 것이 가능하다.

따라서 대표적인 접착 구조물인 복합재 구조물이나, 항공기 구조물의 경우 본 발명의 제1 실시 예에 따른 손상 탐지 장치(100)를 통해 접착 체결부의 결함 탐지가 가능하다.

도 3에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 손상 탐지 장치(100)의 단면개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 접착 구조물(200, 300)이 통전되지 않는 부도체인 경우 손상 탐지 장치(100)는 전도성 코팅막(150)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 즉 접착 구조물(200, 300)의 외면을 전도성 물질로 이루어진 전도성 코팅막(150)으로 코팅하여 접착 구조물(200, 300)을 통전 재질로 구성하여 측정부(200)를 통해 전기적 물리량을 측정하는 것이 가능하다.

전도성 코팅막(150)은 제1 구조물(200)의 외면에 코팅되는 제1 코팅막(151)과 제2 구조물(300)의 외면에 코팅되는 제2 코팅막(152)으로 구성되며, 전도성 코팅막(150)은 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.

이때 제1 코팅막(151)과 제2 코팅막(152)은 서로 이격되도록 구성될 수 있다. 즉 제1 코팅막(151)과 제2 코팅막(152)은 전도성 접착부(110)를 통해 통전되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

100 : 손상 탐지 장치
110 : 전도성 접착부
120 : 측정기 121 : 양극
122 : 음극 125 : 본체
150 : 전도성 코팅막 151 : 제1 코팅막
152 : 제2 코팅막
200 : 제1 구조물 300 : 제2 구조물

Claims

한 쌍의 구조물이 접착 결합되는 접착 구조물의 손상을 탐지하는 접착 구조물의 손상 탐지 장치에 있어서,
상기 손상 탐지 장치는,
상기 한 쌍의 구조물의 접착을 위한 접착물질과, 상기 구조물의 접착부 손상 탐지를 위한 전도성 탄소나노 물질이 혼합된 전도성 접착부; 및
상기 한 쌍의 구조물 중 어느 한 구조물에 양극이 연결되고, 상기 한 쌍의 구조물 중 다른 한 구조물에 음극이 연결되어 상기 한 쌍의 구조물이 통전된 상태에서 접착 구조물의 전기적 물리량을 측정하는 측정부; 를 포함하되,
상기 전도성 접착부는, 에폭시 95~99.5중량%와, 탄소나노물질 0.5~5중량%를 포함하고,
상기 전기적 물리량은, 상기 한 쌍의 구조물의 저항, 전기용량 또는 유도 저항 중 선택되는 어느 하나 이상인, 접착 구조물의 손상 탐지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 전도성 탄소나노 물질은, 탄소나노튜브인, 접착 구조물의 손상 탐지 장치.
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제 1항에 있어서,
상기 접착 구조물은,
복합재 구조물 또는 항공기 구조물인, 접착 구조물의 손상 탐지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 접착 구조물이 부도체인 경우,
상기 손상 탐지 장치는,
전도성 물질로 상기 접착 구조물에 코딩되는 전도성 코팅막;
을 더 포함하는, 접착 구조물의 손상 탐지 장치.
제 7항에 있어서,
상기 전도성 코팅막은,
상기 한 쌍의 구조물 중 어느 한 구조물의 외면을 코팅하는 제1 코팅막; 과, 상기 한 쌍의 구조물 중 다른 한 구조물의 외면에 코팅되는 제2 코팅막; 을 포함하며,
상기 제1 코팅막과 상기 제2 코팅막은 서로 이격 배치되되 상기 전도성 접착부를 통해 통전되는, 접착 구조물의 손상 탐지 장치.