KR102365410B1 - 판재 접착 강도 평가 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 판재 접착 강도 평가 방법으로서, 접착제를 이용하여 상기 제 1 판재 및 상기 제 2 판재를 서로 접합함으로써 판재 접합 구조체를 형성하는 단계; 제 1 전단강도 측정방법을 이용하여, 상기 판재 접합 구조체에 적용된 상기 접착제의 제 1 전단강도 값을 측정하는 단계; 및 측정된 상기 제 1 전단강도 값을 이용하여 신뢰성 확인용 전단강도 예측값을 연산하는 단계;를 포함하고, 상기 신뢰성 확인용 전단강도 예측값은, 제 2 전단강도 측정방법을 이용하여 측정된 상기 접착제의 제 2 전단강도 값과의 오차 범위가 10% 이하(0 초과)일 수 있다.

Description

판재 접착 강도 평가 방법{Evaluating method of adhesion property of metal plate}
본 발명은 판재 접착 강도 평가 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 판재형 재료의 접착 강도 테스트 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 판재 접착 강도 평가 방법에 관한 것이다.
제품의 형태를 유지하기 위해서 다양한 재질의 구조체가 사용되고 있다. 구조체는 다른 특성보다도 기계적 강도가 매우 중요하기 때문에, 금속과 같은 재질로 이루어진 판재 등을 가공하여 제품을 제조하고 있다. 하지만, 재료의 기계적 강도가 증가할수록 형태를 가공할 때 많은 에너지가 소요된다는 문제점이 있다.
이와 함께, 최근에는 구조체에 요구되는 강도의 증가 및 심미적 목적을 위해 제품의 형상이 복잡하게 디자인되면서, 재료의 일체형 성형기술, 접합기술 등의 난이도가 증가하고 있다. 종래에는 성형 대상 제품의 크기와 형태가 비교적 단순했기 때문에, 제품의 생산량과 특성에 맞춰 단조, 압출, 압연, 신선, 판금, 전조와 같은 소성가공을 통해 목적하는 형태로 구조체를 가공할 수 있었다.
그러나, 설계된 구조체가 일체형 가공이 힘들고 어려운 형태이거나, 금속과 금속, 비금속과 비금속과 같은 동종소재 또는 금속과 비금속과 같은 이종소재를 하나의 제품으로 제작하기 위해서는 접합 기술에 의존할 수밖에 없다. 즉, 나뉘어진 개별개체를 서로 접합하기 위한 기술로서, 크게 용접(Weld), 체결(Rivet) 및 접착 (Bond, Adhesion) 등으로 구분된다.
일반적으로 용접(Weld)은 여러 에너지원을 활용하여 대체적으로 금속 소재간 결합부위를 급속 용융한 후 접합하여 응고시킨다. 체결(Rivet)은 결합재료의 형태 변형 및 복수개의 구조체를 도입하여 힘의 방향의 진행을 방해하여 고정하는 방식이다. 접착은 개체의 접합부위에 용융상태의 물질을 도포하고, 이를 고형화시켜 접합하는 것이다. 상기 체결 및 접착은 재료의 종류에 제약없이 널리 활용되는 방식이다.
특히, 접착의 경우는 기본적으로 비전도성 고분자화합물을 활용하기 때문에, 이종소재 금속에서 쉬이 일어나는 갈바닉 부식을 방지하는데 이점이 있다. 또한, 액체상태 도포방식으로 대면적에 쉽게 적용이 가능하여, 다른 접합방식보다 접착 가용면적이 매우 넓다.
하지만, 용접과 달리 접합대상 금속을 용융/재응고 과정을 거쳐 금속결합을 만들어내지 않기 때문에, 상대적으로 접합강도가 약하며 균일하지 않다. 이러한, 특징에 기인하여 접합재료가 받는 힘의 방향에 따라 접착강도가 매우 상이하다. 따라서, 접착강도 테스트 결과값의 신뢰성을 확보하기 위해서, 접착 대상 시편과 접착제에 따라 접착면에 수평과 수직 접착강도 테스트 횟수를 증가시켜야 하는 문제점이 있다.
또한, 접합강도를 측정하는데 주요한 시험 기준은 대표적으로 시편크기, 시편의 세척방식, 접착제 도포 면적, 본드 도포 두께, 접착제 도포 후 건조 시간 및 경화조건과 접합강도 시험시의 시험속도가 있다. 하지만, 각 소재사와 제품사에서는 각 목적에 부합하는 테스트를 규정을 별도로 제정하고 운영하고 있다. 따라서, 적용 제품이 변동됨에 따라 납품사가 달라지면 테스트 규정이 바뀌고 그에 따른 테스트도 일괄적으로 변경해서 진행해야 하는 번거로움이 있다.
이러한 문제점을 인지하고, 접합력 측정값의 신뢰성을 향상시키기 위해서, 한국공개특허공보 10-1999-0031730호는 접착 강도를 시험하는 방법으로 두개의 실릿을 이격되도록 형성시켜 접합부의 분리력을 측정하는 것을 개시하고 있으나, 세부조건 및 테스트 간의 상호성은 개시하지 못하고 있다. 또, 논문(대한용접·접합학회지 v.33 no.4 , 2015년, pp.44 - 49)에는 일반적인 시어(shear) 시험과 티필(T-peel) 시험은 개시하고 있으나, 세부 조건을 변경하거나 상호성은 개시하지 못하고 있어, 효과적으로 판재형 재료의 접착 강도 테스트 결과의 신뢰성을 향상시키는 방법이라고 보기에는 어렵다.
한국공개특허공보 10-1999-0031730호
논문 - 대한용접·접합학회지 v.33 no.4 , 2015년, pp.44 - 49
종래에는 이와 같이, 접착제의 종류 및 접착제를 이용하여 접합된 구조체에 받는 하중의 방향에 따라 상이한 접착력 테스트 간의 신뢰성 향상을 확보하기 어려운 문제점이 있었다. 본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 접착제의 종류에 따라 접착 테스트를 1회만 수행하더라도 향상된 신뢰성을 갖는 판재 접착 강도 평가 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 판재 접착 강도 평가 방법을 제공한다. 상기 평가 방법은 접착제를 이용하여 제 1 판재 및 제 2 판재를 서로 접합함으로써 판재 접합 구조체를 형성하는 단계; 제 1 전단강도 측정방법을 이용하여, 상기 판재 접합 구조체에 적용된 상기 접착제의 제 1 전단강도 값을 측정하는 단계; 및 측정된 상기 제 1 전단강도 값을 이용하여 신뢰성 확인용 전단강도 예측값을 연산하는 단계;를 포함하고, 상기 신뢰성 확인용 전단강도 예측값은, 제 2 전단강도 측정방법을 이용하여 측정된 상기 접착제의 제 2 전단강도 값과의 오차 범위가 10% 이하(0 초과)일 수 있다.
상기 판재 접착 강도 평가 방법에 있어서, 상기 제 1 전단강도 측정방법이 시어(shear) 측정방법일 경우, 상기 제 2 전단강도 측정방법은 티필(T-peel) 측정방법을 포함할 수 있다.
상기 판재 접착 강도 평가 방법에 있어서, 상기 시어(shear) 측정방법으로 측정된 상기 제 1 전단강도 값을 하기 식 1에 대입하여 상기 티필(T-peel) 측정방법으로 측정했을 때의 전단강도 값을 예측할 수 있다.
[식 1]
Figure 112021060417599-pat00001
(여기서, 상기 Ld는 예측 티필(T-peel) 하중값이고, 상기 tad는 도포된 접착제의 두께[mm]이며, 상기 ts는 판재의 평균두께[mm]이고, 상기 Lv는 측정된 시어(shear) 하중값이며, 상기 h는 도포된 접착제의 길이[mm]임)
상기 판재 접착 강도 평가 방법에 있어서, 상기 제 1 전단강도 측정방법이 티필(T-peel) 측정방법일 경우, 상기 제 2 전단강도 측정방법은 시어(shear) 측정방법을 포함할 수 있다.
상기 판재 접착 강도 평가 방법에 있어서, 상기 티필(T-peel) 측정방법으로 측정된 상기 제 1 전단강도 값을 하기 식 2에 대입하여 상기 시어(shear) 측정방법으로 측정했을 때의 전단강도 값을 예측할 수 있다.
[식 2]
Figure 112021060417599-pat00002
(여기서, 상기 Lv는 예측 시어(shear) 하중값이고, 상기 tad는 도포된 접착제의 두께[mm]이며, 상기 ts는 판재의 평균두께[mm]이고, 상기 Ld는 측정된 티필(T-peel) 하중값이며, 상기 h는 도포된 접착제의 길이[mm]임)
상기 판재 접착 강도 평가 방법에 있어서, 상기 제 1 전단강도 값을 측정하는 단계 이전에, 상기 제 1 판재의 두께, 상기 제 2 판재의 두께, 상기 접착제의 도포 두께 및 길이를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 판재 접착 강도 평가 방법에 있어서, 상기 제 1 판재의 두께, 상기 제 2 판재의 두께 및 상기 접착제의 도포 두께는 하기 식 3을 만족할 수 있다.
[식 3]
Figure 112021060417599-pat00003
(여기서, 상기 tad는 접착제의 두께이고, 상기 ts1은 제 1 판재의 두께이며, 상기 ts2는 제 2 판재의 두께임)
상기 판재 접착 강도 평가 방법에 있어서, 상기 접착제의 도포 길이는 하기 식 4를 만족할 수 있다.
[식 4]
Figure 112021060417599-pat00004
(여기서, 상기 h는 접착제의 도포 길이이고, 상기 tad는 접착제의 도포 두께이며, 상기 ts는 판재의 평균 두께임)
상기 판재 접착 강도 평가 방법에 있어서, 상기 접착제의 도포 길이는, 시어(shear) 측정방법으로 상기 판재 접합 구조체의 인장하중 시험시, 85° 초과 내지 90°미만의 변형각도 범위에 의해 계산된 상기 접착제의 도포 길이를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구조체에 적용된 접착제의 접착강도 테스트를 단 1회만 수행하더라도 반복적으로 접착강도 테스트를 수행한 것과 같은 결과를 얻을 수 있다. 또, 본 발명의 일 실시예에 따른 판재 접착 강도 평가 방법에 의해, 접착강도 테스트 결과값의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 이상적인 접착제의 도포 두께 및 길이를 제시할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 판재 접착 강도 평가 방법에 사용되는 접착강도 테스트의 종류에 따라 판재에 인가되는 인장하중 방향을 도해하는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 판재 접착 강도 평가 방법을 설명하기 위해서, 시어(shear) 전단강도를 측정할 때, 판재에 인장하중이 인가되기 전과 후의 접착제가 도포된 영역을 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 판재 접착 강도 평가 방법을 설명하기 위해서, 티필(T-peel) 전단강도를 측정할 때, 판재에 인장하중이 인가될 때의 접착제가 도포된 영역을 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 판재 접착 강도 평가 방법으로 도출한 접착강도 예상 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
본 발명은 접착제(bond, adhesion)를 이용한 접착강도 테스트 결과값의 신뢰성을 확보하기 위해서, 시편크기, 접착제 도포 면적, 본드 도포 두께의 조건을 수학적으로 해석하여 조건범위를 확장시킨 판재 접착 강도 평가 방법에 관한 것이다.
금속 판재에 접착제를 사용하여 접합할 경우, 용접과 달리 상대적으로 접합강도가 약하며 균일하지 않기 때문에 접합제가 받는 힘의 방향에 따라 접착강도가 매우 상이하다. 이러한 접합제의 접착강도를 측정하는 대표적인 방법은 시어(shear) 측정방법 혹은 티필(T-peel) 측정방법을 이용할 수 있다. 상기 방법에 대한 구체적인 방법은 첨부된 도면을 참조하여 후술한다.
한편, 접착제의 도포기준, 접착제의 종류에 따라 접착강도의 편차가 약 30% 정도로 크게 발생하게 된다. 따라서 접착강도 테스트 결과값의 신뢰성을 확보하기 위해서, 접착 대상 판재와 접착제의 종류에 따라 접착면에 수평과 수직 접착강도 테스트 횟수를 증가시켜야 하며, 종래 기술로는 이러한 접착제의 접착강도의 신뢰성을 평가하는 것은 사실상 어려운 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 접착제의 접착강도 테스트의 종류에 관계없이 단 1회만 수행하더라도 다른 접착강도 테스트를 수행하거나, 혹은 테스트 횟수가 증가된 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 판재 접착 강도 평가 방법을 제공하고자 하였다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 판재 접착 강도 평가 방법에 사용되는 접착강도 테스트의 종류에 따라 판재에 인가되는 인장하중 방향을 도해하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 판재 접착 강도 평가 방법에 사용되는 판재 접합 구조체는 제 1 판재(10) 및 제 2 판재(20)가 서로 접합되어야 하는 영역 사이에 접착제(30)를 사용하여 접합된 형태를 포함한다. 상기 판재 접합 구조체에 적용된 접착제(30)의 접합강도는 다양한 전단강도 측정방법을 이용하여 반복 측정할 수 있다. 상기 전단강도 측정방법은 예를 들어, 시어(shear) 측정방법 또는 티필(T-peel) 측정방법을 포함할 수 있다.
시어 측정방법은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 판재(10, 20)의 접착면에 수평한 방향으로 하중이 인가됨으로써, 접착제(30)가 받는 힘의 방향에 따라 판재 접합 구조체의 형태가 변형된다. 이때 접착 하중값을 측정하여 그 결과값을 토대로 접착제(30)의 접합강도를 판단할 수 있다. 일반적으로, 판재(10, 20)의 접합면에 수평한 방향으로 하중이 인가될 경우, 접착력 방향과 하중방향이 수직이 되기 때문에 가장 높은 접착 하중값을 갖게 된다.
반면, 도 2에 도시된 티필 측정방법의 경우, 판재(10, 20)의 접착면에 수직한 방향으로 하중이 인가될 경우, 접착력 방향과 하중방향이 동일선상에 위치하게 되어 가장 낮은 접착 하중값을 갖게 된다. 이때의 접착하중, 즉, 접착강도는 평균적으로 100:7 수준(시어(shear):티필(T-peel))이나, 접착 도포기준과 접착제의 종류에 따라 접착강도의 편차가 약 30% 정도 상대적으로 더 크다.
본 발명에서는 이러한 차이점을 토대로, 시어 측정방법이나 티필 측정방법 중 어느 하나를 측정할 경우, 다른 접합강도 측정을 하지 않아도 결과값을 예측할 수 있는 방법을 고안하였다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 판재 접착 강도 평가 방법은 접착제(30)를 이용하여 제 1 판재(10) 및 제 2 판재(20)를 서로 접합함으로써 판재 접합 구조체를 형성할 수 있다. 이후에 제 1 전단강도 측정방법을 이용하여, 상기 판재 접합 구조체에 적용된 접착제(30)의 제 1 전단강도 값을 측정할 수 있다. 이때, 측정된 상기 제 1 전단강도 값을 이용하여 신뢰성 확인용 전단강도 예측값을 연산할 수 있다. 여기서, 상기 신뢰성 확인용 전단강도 예측값은, 제 2 전단강도 측정방법을 이용하여 측정된 접착제(30)의 제 2 전단강도 값과의 오차 범위가 10% 이하(0 초과)일 수 있다. 바람직하게는 상기 오차 범위가 8% 이하이거나, 더 바람직하게는 5% 이하일 수 있다.
또한, 상기 제 1 전단강도 측정방법이 시어(shear) 측정방법일 경우, 상기 제 2 전단강도 측정방법은 티필(T-peel) 측정방법을 포함할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 시어(shear) 전단강도를 측정할 때, 판재에 인장하중이 인가되기 전과 후의 접착제가 도포된 영역을 확대한 도면(도 3 및 도 4)을 참조하여 후술한다.
시어(shear) 측정방법을 이용하여 제 1 전단강도를 측정하는 방법에는 상용 인장강도 측정기를 이용할 수 있다. 여기서, 주의해야 할 부분은 측정되는 판재(10, 20)의 평균두께(ts)와 접착제(30)의 두께(tad)로 인한 인장하중의 축과 일치하지 않는 부분은 무시하고, 하기 개시된 내용을 토대로 보정하여 사용한다. 상기 평균두께(ts)는 제 1 판재(10) 및 제 2 판재(20)의 두께의 평균두께(
Figure 112021060417599-pat00005
)를 의미하고, 판재 두께가 동일한 경우에는 판재 하나의 두께를 의미한다.
먼저, 인장하중을 인가하기 전의 판재 접합 구조체의 상태는 도 3에 도시된 바와 같다. 시어 측정방법으로 제 1 전단강도 값을 측정할 경우, 인장하중 축과 판재의 중심축이 일치하지 않으나, 인장하중이 인가되면 접착제가 도포된 영역(이하, 접착부)는 도 4와 같이 변형된다. 이때, 인장하중에 의해 힘을 받는 접착제(30)에 의해 이격된 제 1 판재(10) 및 제 2 판재(20) 사이의 길이 d와 하중축과 시편 축 사이의 변형된 각도 θ는 하기와 같은 식 i 및 식 ii로 계산할 수 있다.
(식 i)
Figure 112021060417599-pat00006
(여기서, 상기 d는 접착제에 의해 이격된 제 1 판재 및 제 2 판재 사이의 길이이고, 상기 h는 접착제의 도포 길이이며, 상기 tad는 접착제의 도포 두께이고, 상기 ts는 판재의 평균두께임)
(식 ii)
Figure 112021060417599-pat00007
(여기서, 상기 θ는 하중축과 시편 축 사이의 변형된 각도이고, 상기 h는 접착제의 도포 길이이며, 상기 tad는 접착제의 도포 두께이고, 상기 ts는 판재의 평균두께임)
상기 θ의 범위는 85° 초과 내지 90°미만의 변형각도 범위를 포함할 수 있다. 만약, 상기 범위를 벗어날 경우에는 전단강도 예측값을 연산할 때, 그 오차 범위가 상대적으로 높아지게 된다. 따라서, 시어 측정방법으로 판재 접합 구조체의 전단강도를 측정할 경우, 판재와 접착제 두께의 합과 접착제 도포길이의 상대비율을 조절하여 상기 범위 내에서 측정해야 한다.
상기 조건들을 만족한 상태에서, 판재 접합 구조체에 하중을 인가하여 접착제(30)의 제 1 전단강도 값(시어 전단강도 값, Lv)을 측정했다면, 상기 제 1 전단강도 값을 하기 식 1에 대입하여 상기 티필(T-peel) 측정방법으로 측정했을 때의 전단강도 값(Ld)을 예측할 수 있다. 예측된 상기 전단강도 값(Ld)은, 제 2 전단강도 측정방법인 티필 측정방법으로 측정된 접착제의 제 2 전단강도 값과의 오차 범위가 10% 이하(0 초과)일 수 있다. 바람직하게는 상기 오차 범위가 8% 이하이거나, 더 바람직하게는 5% 이하일 수 있다.
[식 1]
Figure 112021060417599-pat00008
(여기서, 상기 Ld는 예측 티필(T-peel) 하중값이고, 상기 tad는 도포된 접착제의 두께[mm]이며, 상기 ts는 판재의 평균두께[mm]이고, 상기 Lv는 측정된 시어(shear) 하중값이며, 상기 h는 도포된 접착제의 길이[mm]임)
한편, 티필(T-peel) 측정방법을 이용하여 제 1 전단강도 값을 측정한다면, 상기 식 1을 그대로 이용할 수 없다. 티필(T-peel) 전단강도를 측정할 때, 판재에 인장하중이 인가될 때의 접착제가 도포된 영역을 확대한 도면(도 5)을 참조하면, 인장하중 축방향과 접착제의 접착면과 수직방향을 이루게 된다. 즉, 접착제의 두께 방향과 같은 방향으로 인장하중이 인가되기 때문에, 티필 접착하중 측정값은 접착제와 판재가 접촉된 단위 면적을 기준으로 판재(10, 20)의 두께에 영향을 받는다.
따라서, 티필(T-peel) 측정방법으로 제 1 전단강도 값을 측정할 경우, 측정된 제 1 전단강도 값(Ld)을 하기 식 2에 대입하여 시어(shear) 측정방법으로 측정했을 때의 전단강도 값(Ld)을 예측할 수 있다. 예측된 상기 전단강도 값(Ld)은, 제 2 전단강도 측정방법인 시어 측정방법으로 측정된 접착제의 제 2 전단강도 값과의 오차 범위가 10% 이하(0 초과)일 수 있다. 바람직하게는 상기 오차 범위가 8% 이하이거나, 더 바람직하게는 5% 이하일 수 있다.
[식 2]
Figure 112021060417599-pat00009
(여기서, 상기 Lv는 예측 시어(shear) 하중값이고, 상기 tad는 도포된 접착제의 두께[mm]이며, 상기 ts는 판재의 평균두께[mm]이고, 상기 Ld는 측정된 티필(T-peel) 하중값이며, 상기 h는 도포된 접착제의 길이[mm]임)
티필 측정방법에 의한 접착강도는 이론상 접착제(30)의 단위 면적의 접착강도와 같기 때문에, 힘의 방향이 접착면과 수직하지 않고 예각을 갖게 될 경우 접착제(30)의 길이가 증가함에 따라 접착강도가 증가된다. 또, 티필 측정방법을 이용할 경우, 실제 접착강도 측정시 판재(10, 20)와 접착제(30)의 두께 때문에, 인장하중 축과 판재의 중심축이 같아지는 90˚는 물리적으로 불가능하다. 계산상으로도 탄젠트 값이 무한대가 되므로, 90˚ 값과 그에 가까운 각도의 조건에서 측정된 전단강도 값의 신뢰성이 떨어진다.
한편, 상기 제 1 전단강도 값을 측정하는 단계 이전에, 제 1 판재(10)의 두께, 제 2 판재(20)의 두께, 접착제(30)의 도포 두께 및 길이를 측정할 수 있다. 일반적으로, 판재의 두께는 기본적으로 무관하나 제품군에 근거하여 개별 설정한다. 여기서, 제 1 판재의 두께(10), 제 2 판재(20)의 두께 및 접착제(30)의 도포 두께는 하기 식 3을 만족할 수 있다. 접착제(30)의 도포 두께는 판재(10, 20)의 두께보다 얇게 형성되는 것이 상대적으로 더 좋다.
[식 3]
Figure 112021060417599-pat00010
(여기서, 상기 tad는 접착제의 두께이고, 상기 ts1은 제 1 판재의 두께이며, 상기 ts2는 제 2 판재의 두께임)
접착제(30)의 도포 길이는 하기 식 4를 만족할 수 있으며, 접착제(30)의 도포 길이는, 시어(shear) 측정방법으로 판재 접합 구조체의 인장하중 시험시, 85° 초과 내지 90°미만의 변형각도 범위에 의해 계산된 접착제(30)의 도포 길이를 포함할 수 있다.
[식 4]
Figure 112021060417599-pat00011
(여기서, 상기 h는 접착제의 도포 길이이고, 상기 tad는 접착제의 도포 두께이며, 상기 ts는 판재의 평균두께임)
제 1 판재(10) 및 제 2 판재(20)의 길이는 무관하나, 전단강도 측정시 장치에 구비된 인장 하중 그립에 의해 판재 접합 구조체를 고정하기 위한 예비길이를 감안해서 설정해야 한다. 일반적으로, 그립 고정외 길이는 접착제(30) 도포 길이의 3배 길이로 설정한다. 또, 접착제(30)의 도포 폭은 무관하지만, 일반적으로 25mm의 폭을 갖는 판재(10, 20)를 사용하며, 판재(10, 20)의 폭 전체를 도포해야 하므로 이에 맞추어 설정한다.
시어 측정방법으로 제 1 전단강도 값을 측정할 경우, 식 ii를 이용하여 접착제(30)의 두께에 기인한 이론적 각도 θ를 계산한 이후에, 시어 전단강도 실측값을 식 1에 대입하면, 힘의 방향에 따른 접착강도를 이론적으로 계산할 수 있다. 또, 티필 측정방법으로 판재 접합 구조체의 전단강도 값을 측정할 때, 판재의 두께와 강도로 인해 힘의 하중과 접착면과의 사이각 θ가 예각으로 발생할 경우 나타나는 힘의 합력도 이와 같은 이론으로 예측이 가능하다.
이하에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실시예들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실험예 샘플은 아래 표 1에 정리된 금속 판재를 이용하여 시어 측정방법으로 전단강도 값을 측정하고, 측정된 상기 전단강도 값을 식 1에 대입하여 전단강도 예측값을 연산한 후 티필 측정방법으로 전단강도 값을 측정한 데이터와 서로 비교하였다.
시편 구분 시편
두께
[mm]		 Shear
실측값
[N]		 T-peel 계산 편차
실측값[N] 예측값 [N] 편차
절대값 [N]		 오차도[%]
Aluminum #1 5083 1.0 7,257 640 636.4 283.4 0.6
#2 5083 1.0 7,534 670 660.7 222.7 1.4
#3 6014 1.0 7,257 633 636.4 203.4 0.5
#4 6014 1.0 6,433 570 564.1 104.1 1.0
#5 6007 1.0 6,435 545 564.3 19.3 3.4
#6 6007 1.0 6,373 530 558.9 28.9 5.2
Steel #1 GMK-BX49880 0.7 5,031 316.75 321 4.3 1.3
#2 GMK-AJ10746A 0.7 6,188 392.70 395 2.3 0.6
#3 GMK-GI60/60 1.5 8,844 1,095.00 1,124 29.0 2.6
#4 GMK-780T420Y-DP 1.2 10,188 1,035.00 1,054 19.0 1.8
#5 GMK-590T340Y-DP 2.0 10,063 1,640.00 1,669 29.0 1.7
#6 GMK-FB60 1.5 9,906 1,350.00 1,259 91.0 7.2
#7 동풍푸조-FB60 2.5 11,063 2,118.75 2,256 137.3 6.1
#8 GMK-SABC1470 1.3 9,531 1,092.00 1,061 31.0 2.9
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 판재 접착 강도 평가 방법으로 도출한 접착강도 예상 그래프이다.도 6 및 표 1을 참조하면, 시어 전단강도 테스트시, 식 ii를 이용하여 접착제의 두께에 기인한 이론적 각도 θ를 계산 한 이후에, 측정된 전단강도 실측값을 식 1에 대입하여 각도에 따른 탄젠트 그래프에 대입하면, 힘의 방향에 따른 접착강도를 도 6과 같이 이론상으로 계산할 수 있는 것을 확인하였다.
상술한 바와 같이, 종래에는 접착제의 접착강도 테스트 결과 값의 신뢰성을 확보하기 위해서, 접착 대상 시편과 접착제에 따라 접착면에 수평과 수직 접착강도 테스트 횟수를 증가시켰다. 그 결과, 테스트에 소모되는 자재 및 비용이 증가하게 되어 제조사의 부담이 크게 작용하게 되었다.
반면, 본 발명에서는 접착강도 테스트를 위한 시편의 두께와 접착제 도포 두께에 근거한 이상적인 도포 길이를 제시할 수 있으며, 접착하중 축 및 접착면이 평행한 시어(shear) 전단강도 측정값으로, 접착하중 축 및 접착면이 수직한 티필(T-peel) 전단강도 측정값을 계산할 수 있다. 또, 이와 반대되는 형태의 전단강도 값도 계산할 수 있으며, 시어 전단강도 값과 티필 전단강도 값의 관계식으로 상호 측정값에 대한 실측값과의 오차도가 10% 이내로서, 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 제 1 판재
20: 제 2 판재
30: 접착제

Claims (9)

  1. 접착제를 이용하여 제 1 판재 및 제 2 판재를 서로 접합함으로써 판재 접합 구조체를 형성하는 단계;
    제 1 전단강도 측정방법을 이용하여, 상기 판재 접합 구조체에 적용된 상기 접착제의 제 1 전단강도 값을 측정하는 단계; 및
    측정된 상기 제 1 전단강도 값을 이용하여 신뢰성 확인용 전단강도 예측값을 연산하는 단계;를 포함하고,
    상기 신뢰성 확인용 전단강도 예측값은,
    제 2 전단강도 측정방법을 이용하여 측정된 상기 접착제의 제 2 전단강도 값과의 오차 범위가 10% 이하(0 초과)이며,
    상기 제 1 전단강도 측정방법이 시어(shear) 측정방법일 경우, 상기 제 2 전 단강도 측정방법은 티필(T-peel) 측정방법을 포함하고, 상기 시어(shear) 측정방법으로 측정된 상기 제 1 전단강도 값을 하기 식 1 에 대입하여 상기 티필(T-peel) 측정방법으로 측정했을 때의 전단강도 값을 예측하거나,
    상기 제 1 전단강도 측정방법이 티필(T-peel) 측정방법일 경우, 상기 제 2 전단강도 측정방법은 시어(shear) 측정방법을 포함하고, 상기 티필(T-peel) 측정방법으로 측정된 상기 제 1 전단강도 값을 하기 식 2 에 대입하여 상기 시어(shear) 측정방법으로 측정했을 때의 전단강도 값을 예측하는,
    판재 접착 강도 평가 방법.
    [식 1]
    Figure 112021140265690-pat00022

    (여기서, 상기 Ld는 예측 티필(T-peel) 하중값이고, 상기 tad는 도포된 접착제의 두께[mm]이며, 상기 ts는 판재의 평균두께[mm]이고, 상기 Lv는 측정된 시어(shear) 하중값이며, 상기 h는 도포된 접착제의 길이[mm]임)
    [식 2]
    Figure 112021140265690-pat00023

    (여기서, 상기 Lv는 예측 시어(shear) 하중값이고, 상기 tad는 도포된 접착제의 두께[mm]이며, 상기 ts는 판재의 평균두께[mm]이고, 상기 Ld는 측정된 티필(T-peel) 하중값이며, 상기 h는 도포된 접착제의 길이[mm]임)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전단강도 값을 측정하는 단계 이전에,
    상기 제 1 판재의 두께, 상기 제 2 판재의 두께, 상기 접착제의 도포 두께 및 길이를 측정하는 단계를 포함하는,
    판재 접착 강도 평가 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 판재의 두께, 상기 제 2 판재의 두께 및 상기 접착제의 도포 두께는 하기 식 3을 만족하는,
    판재 접착 강도 평가 방법.
    [식 3]
    Figure 112021060417599-pat00014

    (여기서, 상기 tad는 접착제의 두께이고, 상기 ts1은 제 1 판재의 두께이며, 상기 ts2는 제 2 판재의 두께임)
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제의 도포 길이는 하기 식 4를 만족하는,
    판재 접착 강도 평가 방법.
    [식 4]
    Figure 112021060417599-pat00015

    (여기서, 상기 h는 접착제의 도포 길이이고, 상기 tad는 접착제의 도포 두께이며, 상기 ts는 접착 판재의 평균 두께임)
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 접착제의 도포 길이는,
    시어(shear) 측정방법으로 상기 판재 접합 구조체의 인장하중 시험시, 85° 초과 내지 90°미만의 변형각도 범위에 의해 계산된 상기 접착제의 도포 길이를 포함하는,
    판재 접착 강도 평가 방법.
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논문 - 대한용접·접합학회지 v.33 no.4 , 2015년, pp.44 - 49

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