KR20130059153A - 접착제를 이용한 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법 - Google Patents

접착제를 이용한 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130059153A
KR20130059153A KR1020110125319A KR20110125319A KR20130059153A KR 20130059153 A KR20130059153 A KR 20130059153A KR 1020110125319 A KR1020110125319 A KR 1020110125319A KR 20110125319 A KR20110125319 A KR 20110125319A KR 20130059153 A KR20130059153 A KR 20130059153A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
curing
adhesive
temperature
polymer composite
polymer composites
Prior art date
Application number
KR1020110125319A
Other languages
English (en)
Inventor
조정민
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020110125319A priority Critical patent/KR20130059153A/ko
Priority to US13/367,527 priority patent/US20130133827A1/en
Priority to DE102012202064A priority patent/DE102012202064A1/de
Publication of KR20130059153A publication Critical patent/KR20130059153A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
    • B29C65/4805—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the type of adhesives
    • B29C65/483—Reactive adhesives, e.g. chemically curing adhesives
    • B29C65/4835—Heat curing adhesives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J5/00—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/02—Preparation of the material, in the area to be joined, prior to joining or welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/343—Making tension-free or wrinkle-free joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/71—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7212—Fibre-reinforced materials characterised by the composition of the fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7214—Fibre-reinforced materials characterised by the length of the fibres
    • B29C66/72141—Fibres of continuous length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/74—Joining plastics material to non-plastics material
    • B29C66/742—Joining plastics material to non-plastics material to metals or their alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/914—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/9141—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature
    • B29C66/91411—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature of the parts to be joined, e.g. the joining process taking the temperature of the parts to be joined into account
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/914—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/9141—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature
    • B29C66/91441—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature the temperature being non-constant over time
    • B29C66/91443—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature the temperature being non-constant over time following a temperature-time profile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/914—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/9141—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature
    • B29C66/91441—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature the temperature being non-constant over time
    • B29C66/91443—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature the temperature being non-constant over time following a temperature-time profile
    • B29C66/91445—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature the temperature being non-constant over time following a temperature-time profile by steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/919—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges
    • B29C66/9192—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges in explicit relation to another variable, e.g. temperature diagrams
    • B29C66/91951—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges in explicit relation to another variable, e.g. temperature diagrams in explicit relation to time, e.g. temperature-time diagrams
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J5/00—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers
    • C09J5/02—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers involving pretreatment of the surfaces to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/731—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined
    • B29C66/7311—Thermal properties
    • B29C66/73111—Thermal expansion coefficient
    • B29C66/73112—Thermal expansion coefficient of different thermal expansion coefficient, i.e. the thermal expansion coefficient of one of the parts to be joined being different from the thermal expansion coefficient of the other part
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/74—Joining plastics material to non-plastics material
    • B29C66/742—Joining plastics material to non-plastics material to metals or their alloys
    • B29C66/7422—Aluminium or alloys of aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/74—Joining plastics material to non-plastics material
    • B29C66/742—Joining plastics material to non-plastics material to metals or their alloys
    • B29C66/7428—Transition metals or their alloys
    • B29C66/74283—Iron or alloys of iron, e.g. steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/919—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/94—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the time
    • B29C66/949—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the time characterised by specific time values or ranges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B11/00—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding
    • F16B11/006—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding by gluing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)

Abstract

본 발명은 접착제를 이용한 금속재와 고분자 복합재로 이루어지는 결합체의 제조방법에 관한 것으로서 금속재와 고분자 복합재를 접착제를 이용하여 접합하고 경화시켜 결합체를 제조함에 있어서 접착제의 경화 공정을 2단계로 분리 시행함으로써, 이질적인 금속재와 고분자 복합재의 특성을 감안하여 접합을 용이하게 하고 접착에 따른 열잔여응력을 감소시켜 결합체의 결합강도를 향상시키는 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

접착제를 이용한 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법{A method for preparing joints of metallic sheets and polymer composites by using adhesive}
본 발명은 접착제를 이용한 금속재와 고분자 복합재로 이루어지는 결합체의 제조방법에 관한 것으로서 금속재와 고분자 복합재를 접착제를 이용하여 접합하고 경화시켜 결합체를 제조함에 있어서 접착제의 경화 공정을 2단계로 분리 시행함으로써, 이질적인 금속재와 고분자 복합재의 특성을 감안하여 접합을 용이하게 하고 접착에 따른 열잔여응력을 감소시켜 결합체의 결합강도를 향상시키는 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 구조물을 형성함에 있어서 서로 이질적 특성을 가진 소재인 금속재와 고분자 복합재를 결합경화시킨 구조로 결합체를 구성하여야 하는 경우가 흔하다. 그 중에서도 특히 탄소섬유/고분자 복합재와 금속재의 결합체(joint) 의 제작 시, 구조적 성능을 얻기 위하여 고온경화 접착제가 주로 사용된다. 그런데, 탄소섬유-고분자 복합재와 금속재는 서로의 열팽창 계수가 매우 다르기 때문에, 고온경화 접착제를 사용하여 접착 경화시키는 과정에서 경화(curing) 온도에서 실온으로 냉각할 때, 이들 결합체에 열잔여응력이 생성된다.
예컨대, 알루미늄 금속재와 탄소섬유-고분자 복합재를 접합시켜 결합제를 제조하는 경우 도 1과 같이 접착제의 경화과정에서 열잔여응력이 발생하게 되는데, 이러한 열잔여응력은 접착제층의 전단응력을 증가시켜 결합체의 강도를 저하시킨다. 특히, 양면 조인트인 경우, 열잔여응력에 의한 강도 감소가 크게 나타난다.
종래 금속재와 고분자 복합재의 결합체와 관련된 유사 재료에 관한 기술로는 일본특허공개 제2004-330565호에서는 수지조성물이 코팅된 금속판을 60℃~100℃로 가열하여 용제를 제거하고 다음에 130℃에서 1.5분 가열하는 양면에 금속판을 적층한 복합시트에 관한 기술이 제안되어 있다. 또한 미국특허공개 제2011-0059290호에서는 제1물질 표면과 제2물질 표면을 결합시키기 위해 경화공정을 행하는 결합어셈블리 및 결합성능 향상 방법이 제안되어 있다.
그러나 이러한 종래 기술들은 그 결합체가 금속재와 고분자 복합재의 결합체의 형태가 아니거나 접착제의 경화과정이 복잡한 기술로 구성되어 있어서, 이질적인 소재의 결합체를 접착 경화시킨 후 열잔여응력에 의해 접착강도가 저하되는 근본적 문제를 해결책을 제시하지 못하고 있다.
또한, 한국특허등록 제325,406호에서는 알루미늄 판재의 접착면에 이물질을 제거하는 탈지단계, 알루미늄 표면을 표면처리하고 탄소/에폭시 프리프랙을 1차적으로 경화시키는 1차 경화 단계, 1차 경화로 고체화된 탄소/에폭시 라미네이트와 알루미늄 판재를 적층하여 2차 경화하는 항공기 소재의 카랄 하이브리드 복합재료가 제안되어 있으나, 이는 카랄 하이브리드 복합재료를 제조하는 과정에서, 이를 구성하는 탄소섬유 강화 수지소재의 경화를 2단계로 시행하고 있지만 1차 경화는 탄소/에폭시 프리프랙만을 대상으로 하여 반 고체상의 프리프랙을 고체상의 라미네이트로 변화시키는 경화이며 2차 경화는 알루미늄 판재와 접착 필름과 라미네이트를 적층하여 함께 경화시키는 것으로서, 결합체에 적용되는 접착제를 2단계 경화시키는 것이 아니라 1차 경화는 반고체 상태인 탄소/에폭시 프리프랙을 경화시키는 것이고 2차 경화는 접착필름을 경화시키는 방법이고 고온 고압으로 진행되므로, 결국 고온 고압의 단일 경화방법(177±6℃에서 90±10분간 50∼80psi의 압력으로 경화시키는 2차 경화)이어서 이질적인 소재에 대한 열잔여응력의 감소효과가 그다지 크지 못하여 여전히 강도 감소의 문제를 그대로 안고 있다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 연구 노력한 결과, 금속재와 고분자 복합재를 접착제를 이용하여 접착시킬 때 결합 소재의 이질적 특성으로 인한 열잔여응력이 발생하는 것을 감소시키기 위해서는 자연스런 조건에서 접착제의 경화 조건을 조절하는 것이 중요하다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명은 이질적인 금속재와 고분자 복합재의 접합을 용이하게 하고 결합강도를 향상시키는 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
위와 같은 과제 해결을 위해, 본 발명은
금속재와 고분자 복합재를 준비하는 단계;
금속재와 고분자 복합재의 각 접착면을 용제로 닦아내어 오일성분을 제거하는 단계;
접착제를 상기 각 접착면의 표면에 적용하여 금속재와 고분자 복합재를 결합한 다음 고정 결착하는 단계;
상기 고정 결착된 상태로 가온하여 접착제가 60 ~ 80%의 경화가 진행되도록 1차 경화시키는 단계; 및
상기 1차 경화 후 1차 경화시 온도보다 고온으로 승온하여 2차 경화하여 완전 경화시키는 단계;
를 포함하는 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 금속재와 고분자 복합재의 결합체를 제조하는 방법으로 결합체를 제조하는 경우 2단계 경화과정으로 인해 접착제층에 형성되는 열잔여응력을 효과적으로 낮추어지도록 함으로써, 결합체의 정적강도 및 피로 강도가 현저하게 증가하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 제조방법으로 금속재와 고분자 복합체를 접착하여 제조한 결합체의 열잔여응력의 발생 상태를 보여주는 도면이다.
도 2는 종래의 경화공정과 본 발명에 따른 2단계 경화 공정을 온도와 시간에 따라 경화정도를 비교하여 개념적으로 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용된 121 oC 경화온도를 가지는 접착제에 대해 각각 다른 경화온도와 시간에 따른 경화정도의 진행을 확인한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예의 2단계 경화공정에 대한 온도와 시간에 따라 경화정도 진행을 함수적 표현한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 실험예에서 실시예와 비교예로 제조된 금속재와 고분자 복합재의 결합체 대하여 각각 열잔여응력을 실험한 결과를 비교하여 도시한 그래프이다.
이하 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 금속재와 고분자 복합재에 적용되는 접착제를 경화함에 있어서 가온하여 60 ~ 80% 경화가 진행되도록 1차 경화시키고 좀 더 고온으로 승온하여 2차 경화하여 완전 경화시키는 방법으로 금속재와 고분자 복합재 결합체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 금속재는 예컨대 알루미늄, 철의 합금 등이 사용될 수 있으며, 알루미늄 합금 전형적으로 사용될 수 있다. 또한 고분자 복합재의 경우 탄소섬유와 유리섬유 등이 강화재로 쓰인 고분자 복합재가 사용될 수 있으며, 특히 탄소섬유/에폭시 복합재가 전형적으로 사용될 수 있고 이때 고분자로서는 경화성 또는 가소성 수지가 사용될 수 있다. 특히 본 발명에서 사용된 고분자 복합재는 프리플랙 상태가 아닌 완전 경화된 복합재이다.
이러한 금속재와 고분자 복합재를 접착하기 위한 접착제로는 대표적으로 에폭시계 접착제가 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 금속재와 고분자 복합재를 준비하는 단계에서는 금속재와 고분가 복합재를 용도와 형상에 맞게 선택하여 준비하는 단계이다.
금속재와 고분자 복합재의 각 접착면을 용제로 닦아내어 오일성분을 제거하는 단계에서는 예를 들어 메틸에틸케톤, 아세톤 중에서 선택된 용제를 이용하여 금속재와 고분자 복합재의 접착면을 각각 잘 닦아서 표면에 잔류하는 오일성분을 제거하여 접착력이 좋아지도록 한다. 이때 바람직하기로는 금속재의 표면의 경우 실란 프라이머와 같은 결합친화제를 사용하여 접착제와의 결합력을 증가하게 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 접착제를 상기 각 접착면의 표면에 적용하여 금속재와 고분자 복합재를 결합한 다음 고정 결착하는 단계에서는 고정 결착수단으로 클램프 (Clamp), 예로서 C-Clamp, 를 이용한 결합 방법 등이 사용될 수 있다. 이렇게 고정 결합수단을 이용하는 것은 접착 후 경화가 완전히 종료되기 전에 결합체의 각 부분이 움직이지 않은 상태로 경화되도록 하기 위함이다.
상기 결착된 상태로 가온하여 60 ~ 80% 경화가 진행되도록 1차 경화시키는 단계에서는 접착제 성분을 고려하여 경화가 가능한 온도로 가온하는 단계로서 대개는 약 70 ~ 90℃ 정도의 온도에서 1-5시간 경화시키는 방법으로 1차 경화를 시행한다. 이때 경화정도가 너무 적게 진행되면 2단계 고온 경화 효과로 인한 열잔여응력이 커지게 되고, 너무 많이 진행되는 경우 1차 경화 시간이 너무 길어지는 문제가 있다.
상기 1차 경화 후 1차 경화시 온도보다 고온으로 승온하여 2차 경화하여 완전 경화시키는 단계에서는 대개는 약 95 ~ 120℃에서 1-2시간 정도 경화하여 완전 경화가 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 상기와 같은 결합체 제조방법은 접착제 성분의 경화를 위해 2단계 경화공정으로 분리 경화하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 1차 경화 단계에서는 낮은 경화온도에서 접착제의 경화정도(degree of cure)를 증가시켜 잔여응력생성 시작 온도를 낮추는 것이다. 또한 2차 경화 단계에서는 접착제의 완전한 경화정도 (100 % degree of cure) 를 얻기 위한 공정시간을 단축하는 것이다. 여기서 2차 경화 단계의 증가된 경화온도에 영향을 받지 않기 위해서는, 1차 경화 단계에서 충분한 경화정도가 이루어져야 한다. 본 발명에 따르면 경화정도가 60-80% 이상 되도록 하는 것이 바람직하고 더욱 바람직하기로는 70-80%의 경과가 1차 경화 단계에서 이루어지는 것이 좋다.
이러한 본 발명에 따른 2단계 경화 공정을 개념적으로 이해하기 위해, 종래의 경화공정과 본 발명에 따른 2단계 경화 공정을 온도와 시간에 따라 경화정도를 비교하여 개념적으로 도시하면 도 2와 같다. 도 2에서 보면 본 발명의 경우 종래의 공정에 비해 낮은 온도에서 1차 경화한 후 열잔여응력이 생성되므로 바람직한 강도 유지가 가능하게 된다.
이하 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
금속재로서 알루미늄 6061-T6을 사용하고, 탄소섬유/고분자 복합재로는 연속탄소섬유/에폭시 복합재이며, 에폭시 성분은 178℃ 에서 최소 2시간 동안 경화되는 특성을 가지고 섬유체적비가 약 60 vol% 이며, 밀도는 약 1.6 g/cc 인 것을 사용하였다.
접착제는 에폭시 계열 접착제로서, DGEBA(Diglycidyl Ether of Bisphenol-A) 수지에 amine 경화제를 100:25의 중량비로 혼합하여 제조한 것을 사용하였다.
(1) 상기 금속재와 복합재를 정교하게 가공하여 만들어 준비하였다.
(2) 결합체로 사용되는 재길의 접착면을 solvent (Methyl Ethyl Ketone) 으로 클리닝을 하여 오일 프리 상태로 만들고, 금속재 접착면에 silane primer(중성 정제수에 1% silane 액을 첨가한 용액)을 적용하여 접착제와의 결합을 용이하게 한다.
(3) 접착제를 각 접착표면에 적용한 후, 금속재와 복합재를 결합하여 접합고정을 위한 클램프로 고정하였다.
(4) 오븐에서 접착제를 1차 경화 82℃/4시간, 그리고 2차 경화 104℃/0.5시간으로 수행하였다. 이때의 1차 경화와 2차 경화는 도 3에 나타낸 바와 같이 121 oC 경화온도를 가지는 접착제에 대해 각각 다른 경화온도와 시간에 따른 경화정도의 진행을 고려하여 선정하였다.
이와 같은 실시예의 경화공정에 대한 온도와 시간에 대한 경화정도 진행에 관한 함수적 표현은 도4와 같다.
비교예
상기 실시예와 동일하게 결합체를 제조하되 경화조건은 121℃ 에서 1시간 수행하였다.
실험예
상기 실시예와 비교예로 제조된 결합체 대하여 각각 열잔여응력을 실험하고 그 결과는 도 5에 나타내었다. 이 결과로부터 비교예(경화공정 A)에 비해 실시예(경화공정 B)의 경우가 열잔여응력이 훨씬 감소하는 결과를 확인할 수 있었다.

Claims (6)

  1. 금속재와 고분자 복합재를 준비하는 단계;
    금속재와 고분자 복합재의 각 접착면을 용제로 닦아내어 오일성분을 제거하는 단계;
    접착제를 상기 각 접착면의 표면에 적용하여 금속재와 고분자 복합재를 결합한 다음 고정 결착하는 단계;
    상기 고정 결착된 상태로 가온하여 접착제가 60 ~ 80%의 경화가 진행되도록 1차 경화시키는 단계; 및
    상기 1차 경화 후 1차 경화시 온도보다 고온으로 승온하여 2차 경화하여 완전 경화시키는 단계;
    를 포함하는 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 금속재는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 고분자 복합재는 탄소섬유/에폭시 복합재인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 접착제는 에폭시계 접착제인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 1차 경화시키는 단계는 70 ~ 90℃ 의 온도에서 1-5시간 경화시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 2차 경화시키는 단계는 95 ~ 120℃에서 1-2시간 경화 경화시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.

KR1020110125319A 2011-11-28 2011-11-28 접착제를 이용한 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법 KR20130059153A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110125319A KR20130059153A (ko) 2011-11-28 2011-11-28 접착제를 이용한 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법
US13/367,527 US20130133827A1 (en) 2011-11-28 2012-02-07 Method for manufacturing joints of metallic sheets and polymer composites using adhesive
DE102012202064A DE102012202064A1 (de) 2011-11-28 2012-02-10 Verfahren zur Herstellung von Verbindungen von Metallplatten mit Polymerverbunden unter Verwendung eines Klebemittels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110125319A KR20130059153A (ko) 2011-11-28 2011-11-28 접착제를 이용한 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130059153A true KR20130059153A (ko) 2013-06-05

Family

ID=48288094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110125319A KR20130059153A (ko) 2011-11-28 2011-11-28 접착제를 이용한 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130133827A1 (ko)
KR (1) KR20130059153A (ko)
DE (1) DE102012202064A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112576586A (zh) * 2020-12-03 2021-03-30 苏州天准科技股份有限公司 摄像头快速aa装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10893488B2 (en) 2013-06-14 2021-01-12 Microsoft Technology Licensing, Llc Radio frequency (RF) power back-off optimization for specific absorption rate (SAR) compliance
US9785174B2 (en) 2014-10-03 2017-10-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Predictive transmission power control for back-off
US10224974B2 (en) 2017-03-31 2019-03-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Proximity-independent SAR mitigation
CN109749637A (zh) * 2018-12-20 2019-05-14 武汉理工大学 一种碳纤维复合材料与铝合金界面处理的方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9824223D0 (en) * 1998-11-05 1998-12-30 British Aerospace Adhesive bonding process for aluminium and/or aluminium alloy
KR100325406B1 (ko) 1999-12-01 2002-04-10 김영환 항공기 구조용 카랄 하이브리드 복합재료의 제조 방법
WO2002034509A1 (fr) * 2000-10-27 2002-05-02 Kaneka Corporation Lamine
US6989412B2 (en) * 2001-06-06 2006-01-24 Henkel Corporation Epoxy molding compounds containing phosphor and process for preparing such compositions
JP4227832B2 (ja) 2003-05-06 2009-02-18 昭和高分子株式会社 複合シートおよびその製造方法
EP2257143A1 (en) * 2008-02-29 2010-12-01 Sumitomo Bakelite Co., Ltd. Solder connecting method, electronic device and method for manufacturing same
US8652606B2 (en) * 2010-08-17 2014-02-18 The Boeing Company Composite structures having composite-to-metal joints and method for making the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112576586A (zh) * 2020-12-03 2021-03-30 苏州天准科技股份有限公司 摄像头快速aa装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20130133827A1 (en) 2013-05-30
DE102012202064A1 (de) 2013-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20130059153A (ko) 접착제를 이용한 금속재와 고분자 복합재 결합체의 제조방법
EP2426180B1 (en) Composite structures using interpenetrating polymer network adhesives
EP3013670B1 (en) Two piece bonded assembly vehicle components
JP2013543035A5 (ko)
RU2015125309A (ru) Склеивание композитных материалов
WO2005031037A1 (ja) チタンまたはチタン合金、接着用樹脂組成物、プリプレグおよび複合材料
JP6049705B2 (ja) 新規な構造用接着剤及びその使用
US20150275382A1 (en) Manufacturing method of joint panel
US10118342B2 (en) Welded structural joint between a high-performance thermoplastic matrix composite material and an elastomer by powder functionalization
WO2012002355A1 (ja) 複合材成形型及びその製造方法
JP2008038070A (ja) エポキシ接着剤、それを用いた注型品およびエポキシ接着剤を用いた注型品の製造方法
JP6591155B2 (ja) 相互侵入ポリマーネットワーク接着剤を使用した複合構造物
CN106589818A (zh) 一种碳纤增强复合材料及其制备方法
US9464217B2 (en) Composite structures using interpenetrating polymer network adhesives
KR101582224B1 (ko) Cnt가 첨가된 접착제를 이용한 카본섬유 강화 복합소재 제작방법
KR100325406B1 (ko) 항공기 구조용 카랄 하이브리드 복합재료의 제조 방법
RU2597912C1 (ru) Высокопрочный эпоксидный пленочный клей
WO2024090502A1 (ja) 接着方法及び接着構造体
RU2421334C2 (ru) Способ изготовления деталей, сделанных из композитных материалов с двумя циклами термоотверждения
JPS6319228A (ja) 樹脂部品接合方法
RU2428447C1 (ru) Способ склеивания теплонапряженных деталей из композиционных материалов
CN116834321A (zh) 一种复合材料板筋胶接加强的工艺方法
CN113002009A (zh) 一种纤维增强复合管材的制备方法
CN114311731A (zh) 耐高温双马树脂基复合材料分段固化成型的方法
CN113549940A (zh) 一种碳纤维增强铝合金层合板制备及其层间增韧方法

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid