저수축 고감도 기능성 강판 보강재용 에폭시저수축 고감도 기능성 강판 보강재용 에폭시저수축 고감도 기능성 강판 보강재용 에폭시저수축 고감도 기능성 강판 보강재용 에폭시////

수지 특성 및 물성평가에 대한 기술지원수지 특성 및 물성평가에 대한 기술지원수지 특성 및 물성평가에 대한 기술지원수지 특성 및 물성평가에 대한 기술지원

2004. 09. .2004. 09. .2004. 09. .2004. 09. .

지원기관 한국화학연구원지원기관 한국화학연구원지원기관 한국화학연구원지원기관 한국화학연구원::::

지원기업 주 유니테크지원기업 주 유니테크지원기업 주 유니테크지원기업 주 유니테크: ( ): ( ): ( ): ( )

산 업산 업산 업산 업 자 원 부자 원 부자 원 부자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 저수축 고감도 기능성 강판 보강재용 에폭시 수지 특성 및 물성평가“ /

에 대한 기술지원 지원기간 과제의 기술지원성과보고서로”( : 2003 . 10.~2004. 09.)

제출합니다.

2004. 09. .2004. 09. .2004. 09. .2004. 09. .

지원기관 한국화학연구원지원기관 한국화학연구원지원기관 한국화학연구원지원기관 한국화학연구원::::

김 충 섭김 충 섭김 충 섭김 충 섭

지원기업 주 유니테크지원기업 주 유니테크지원기업 주 유니테크지원기업 주 유니테크: ( ): ( ): ( ): ( )

이 성 호이 성 호이 성 호이 성 호

지원책임자 박 수 진지원책임자 박 수 진지원책임자 박 수 진지원책임자 박 수 진::::

참여연구원 진 성 열참여연구원 진 성 열참여연구원 진 성 열참여연구원 진 성 열::::

- 3 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술 지원의 필요성제 절 기술 지원의 필요성제 절 기술 지원의 필요성제 절 기술 지원의 필요성1111

제 절 기술 지원의 목표제 절 기술 지원의 목표제 절 기술 지원의 목표제 절 기술 지원의 목표2222

제 절 기술 지원 내용제 절 기술 지원 내용제 절 기술 지원 내용제 절 기술 지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 에폭시의 기본개요제 절 에폭시의 기본개요제 절 에폭시의 기본개요제 절 에폭시의 기본개요1111

제 절 접착제의 기본개요제 절 접착제의 기본개요제 절 접착제의 기본개요제 절 접착제의 기본개요2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행4444

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

부 록부 록부 록부 록

- 4 -

연구업적연구업적연구업적연구업적1.1.1.1.

기술정보 제공자료기술정보 제공자료기술정보 제공자료기술정보 제공자료2.2.2.2.

- 5 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

현재 중 소형 자동차 외장재의 강도를 유지하기 위하여 일핵형 열경화성 에폭시·

수지를 다른 충전재와 혼합하여 복합재료화하여 쉬트형태로 사용하고 있으나 실제,

사용에 있어서 기준 강도 및 휨 특성이 요구되는 과 비교하여 떨어지는 현상SEPC

을 나타내고 있다 이는 곧 일반 수요자에 대한 자동차의 안정성과 직결되는 문제.

로 시급히 해결되어야만 하며 기업의 입장에서는 제조원가의 무리한 상승을 유발,

차지 않는 범위 내에서의 우수한 물성을 지닌 재료의 개발을 우선시 하지 않을 수

없는 실정이다.

본 과제에 있어서 기술적인 문제점은 첫 번째로 사용되는 에폭시 수지 자체의 강도

및 휨 저하 또는 치수안정성 향상 를 높이기 위한 방법이 우선적으로 선행되어야( )

하며 두 번째로 복합재료가 가지는 특성을 좀 더 유지 및 발전시키는 것이다, .

에폭시 수지의 강도를 높이기 위해서는 합성을 기초로 하여 초기의 올리고머 타입

을 에폭시 수지의 개질재로 사용하는 것이 일반적인 방법으로 알려져 있지만 이러,

한 방법으로는 위에서 언급하였듯이 제조 원가의 상승을 유발할 수 있기 때문에, .

본 과제의 도입 부분에서부터 다른 열경화성 수지와의 IPN (interpenetrating

블렌드 시스템을 연구 개발하고자 하였다 본 연구진이 그 동안polymer network) .

자체적으로 선행 실험한 결과를 살펴보면 에폭시 수지에 대하여 또는 다관능성UP

에폭시 수지를 일부분 상용하였을 경우 열적 기계적 유변학적 특성 등이 우수해지, ,

는 것을 관찰하였다 따라서 본 연구진은 와 다관능성 에폭시 수지와의 블렌드. UP

를 통하여 기계적 열적 물성 등을 측정하였다 현재 미국과 일본 및 구주와 같은, . ,

외국 기술 선진국에서는 이성체간의 분자구조 제어 기술 접착기술의 발전에 의하,

여 고강도이면서도 휨 구조 특성이 없는 평판형 및 굴곡형 세라믹 분말 함유 에폭

시 수지 조성물을 개발하여 실제 응용에 사용되고 있으나 국내에서는 이와같은 기

술의 부족으로 인하여 실제 응용상 상당한 어려움을 나타내고 있다.

- 6 -

두 번째의 복합재료 문제점은 상당한 학문적 접근이 필요한데 그 이유는 복합재로,

의 물성은 구성되어지는 각 요소재료의 물성과 일차적인 관련이 있지만 결국엔 서,

로 화학적 결합을 주로 하는 각각의 요소재료의 특성보다는 충전재와 결합재의 입

자크기 비 표면적 거칠기 불포화 원자가나 말단의 종류 등과 같은 고체표면의 물, , ,

리화학적 성질 또는 각각의 계면 환경에 크게 영향을 받기 때문이다 다시 말해 복. ,

합재료에서 계면은 외부에서 가해지는 충격에너지나 응력 변형 등을 결합재에서,

강화재 또는 충전재 로 전달하여 강화재 물성이 재료 전체에 걸쳐 균일하면서 연( )

속적으로 나타낼 수 있도록 향상시켜 주는 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있

다 따라서 본 과제의 깊이 있는 연구를 위해서는 사용되어지는 원재료 각각의 물.

성과 함께 그 표면과 계면 역할 및 필요한 경우 표면처리 방법 등을 고려하여 충전

재와 결합재간의 우수한 계면 특성을 나타낼 수 있어야 함에 이에 대한 지식 및 실

험을 상당히 필요로 한다고 할 수 있다.

- 7 -

해당업체의 주요 생산품 주 유니테크는 자동차용 실란트 접착제 선박용 오일: ( ) , , ,▶

필터용 등을 전문적으로 생산하는 업체로서 주요 생산품목으로는 차체용SEALER

의 경우sealer spot weld sealer, mastic sealer, pre-cure sealer, hemming

및 를 도장용 로는adhesive structure adhesive , sealer PVC body sealer, under

수용성 및 를 방음제 보강제로는body coat, under body coat oiler sealer , / B.P.R.

도포형 강판 보강제 강성 충진제 수용성 제진제 및sealer ( ), PAD, piller , spray

를 의장용 로는 불건anti-vibration pad , sealer butyl type sealer, hot butyl sealer,

성 및 자연 건조형 등을 생산하고 있다sealer sealer .

적용 제품:▶ 차체 용 구조형 접착제SEALEAR (structure adhesive)

기술 지원 범위:▶ 구조형 접착제의 배합 설계 및 개발 기술

의 분석 평가 및 조성 개발Hardener

개발 제품의 특성 평가 및 지원

- 8 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

최종 목표최종 목표최종 목표최종 목표(1)(1)(1)(1)

수지를 응용한 차체 용 구조형 접착제 제품 개발Epoxy SEALEAR

고강도와 내구성을 유지 할 수 있는 제품의 개발*

재료의 수축을 최소화 할 수 있는 소재 및 첨가제의 개발*

제품의 분석 및 특성 평가*

시제품의 특성 평가 및 사업화 추진*

대량 생산을 고려한 개발* Lay-Out

접착제 개발접착제 개발접착제 개발접착제 개발(2) Epoxy(2) Epoxy(2) Epoxy(2) Epoxy

피착제와 접착이 우수하고 초저온의 조건에서 내구성 및 강성을 유지할 수 있는*

소재의 개발

피착제와 계면박리 없이 표면 접착이 우수한 접착 메카니즘의 설계*

재료의 수축을 최소화할 수 있는 첨가제의 개발*

- 9 -

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

기술의 특징 및 주요 내용기술의 특징 및 주요 내용기술의 특징 및 주요 내용기술의 특징 및 주요 내용(1)(1)(1)(1)

차체용 접착제차체용 접착제차체용 접착제차체용 접착제1) Epoxy1) Epoxy1) Epoxy1) Epoxy

접착 후 충진 보강 접착 성능을 유지하며 수축률을 최소화할 수 있는 특성 기술* , ,

지원

접착 후 피착제와 접착 성능 유지 및 내 충격 성능 확보 및 내습성 특성을 만족*

할 수 있는 재료의 개발 기술 지원

피착제와의 접착 후 접착 인장 압축 강도를 만족할 수 있는 특성의 재료 개발* , ,

기술 지원

세부 기술 지원 내용세부 기술 지원 내용세부 기술 지원 내용세부 기술 지원 내용(2)(2)(2)(2)

개발 내용 및 개발 범위*

수입 제품에 대한 분석 및 구조 해석*

재료 분석 및 해석*

기존 제품의 물성 분석 및 평가-

관련 자료 분석 및 특허 조사-

개발 제품에 대한 설계 및 개발 방향 설정*

개발 제품의 배합 공정 설계-

개발 제품에 대한 물성 평가*

조성에 따른 품질 성능 평가-

개발 제품에 대한 접착 성능 평가-

- 10 -

제조 공정의 공정 기술 개발*

제조 공정 기술의 개발-

대량 생산율 고려한 개발- Lay-Out

- 11 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 에폭시의 기본 개요제 절 에폭시의 기본 개요제 절 에폭시의 기본 개요제 절 에폭시의 기본 개요1111

새로운 세기와 더불어 새로운 천년을 여는 점에 착안하여 미국을 위시한 선진국들

에서는 앞으로의 거대한 사회 환경변화에 대응하는 새로운 여러 가지 개념적이고

기술적인 검토들이 이루어지고 있다 이와 더불어 이러한 과학 기술의 발달이 민간.

의 생활을 근본적으로 변화시키고 있어서 조만간 사회 전체 구조적인 변화를 몰고

올 전망이다 이는 특히 최근에 크게 발전하고 있는 전자 통신 컴퓨터 생명공학. , , , ,

신소재 공학 에너지 공학 등에 맞물려 있으므로 앞으로 인류가 겪을 사회적인 변,

화는 가히 제 의 산업혁명이라 할 수 있을 것이며 이 또한 인간의 주거 조건 및3 ,

각종 부대시설의 완벽한 재정립을 요구하게 될 것이다.

에폭시 수지란에폭시 수지란에폭시 수지란에폭시 수지란1. ?1. ?1. ?1. ?

에폭지 수지라고 총칭되는 것은 그것을 구성하고 있는 분자의 화학적인 단위로서

반드시 에폭시 결합을 갖고 있는 수지를 말한다 또한 일반적으로 에폭시 수지 주. (

제 는 단독으로 사용되는 일은 전혀 없다고 할 수 있으며 소위 경화제 부제 를 첨) , ( )

가하여 열경화성 플라스틱의 상태로 사용되는 것이 보통이므로 수지 중간체

라고 생각하는 것이 적당할 것이다 경화된 에폭시 수지는 점도 접착성(oilgomer) . , ,

내약품성 및 전기적 성질 등이 모두 우수하므로 구조물의 접착제 및 방충 코팅제

등으로 많이 사용되고 있다 이와 같은 우수한 성질을 종합하여 보유하고 있는 것.

은 다른 종류 단일 플라스틱에서는 일반적으로 찾아볼 수 없다 할 수 있다 에폭시.

수지 중에서 가장 다량으로 사용되고 있는 형태는 와bisphenol-A

과의 축합 반응에 의해 생성한 형 수지 이다epichlorohydrine polyglycidyl ether .

- 12 -

응용분야응용분야응용분야응용분야2.2.2.2.

에폭시 수지와 경화제를 하기 위해서 경화제와 수지를 상온이나 가온 상태casting

에서 혼합하여 경화시킨다 그러나 이런 경우 압력을 가해야 할 필요는 없다 경화. .

되는 동안 기포는 발생이 감지 될 수 있을 만큼 발생하지 않고 과정중에process

는 발열을 수반한다 경화된 에폭시는 불용이고 등방성이며 수분이나 약산 알칼. , , ,

리 대다수의 유기용제 그리고 대기 중의 영향에 대체로 덜 민감한 성질을 갖는다, .

에폭시 수지 을 화학 산업에서 원심분리기와 분리막 펌프casting battery casting, ,

액상운반 파이프 파이프 잠금쇠 분리막이나 뚜껑밸브, fittign , flange couplings, ,

부분 실험실 제품 등에 이용되고 전기 산업에서는 고압 정전류 적용품, , dry bath , ,

전화 고주파 장치 기계 전기측정 장치 연소 엔진의 전기장치 변압기 고, , X-ray , , , ,

정자 회전자 정류기 회로 슬러브, , , breakers , cable-closing , cable end stoppers

등 다양하게 이용되고 있다.

- 13 -

코팅 재료코팅 재료코팅 재료코팅 재료(1)(1)(1)(1)

에폭시수지는 표면 코팅 또는 페인팅으로 가장 많이 사용된다 코팅용으로 초기에.

사용된 에폭시수지의 주요 형태는 아민 경화제 배합의 도료 에스테르계 도료 에폭, ,

시 우 아수지계 및 에폭시 페놀수지계 등이 있다 에폭시수지 제조회사와 페인트- fp - .

제조회사의 기술개발로 제 아민 보다도 더욱 취급이 용이한 경화제 즉 완전히 경1 ,

화할 때까지의 시간이 길고 두터운 도막 형성용의 케티민계 잠재성의 경화제 등이

개발되었다.

에폭시수지로는 실리콘 변성 에폭시수지 콜타르 변성 에폭시수지 등 종전의 에폭,

시수지보다 내구성이 우수한 것이 개발되었으며 배수갑문 및 해양구조물과 선박의

방식용으로 에폭시수지를 기재로 한 아연의 함유량이 많은 프라이머 및 콜타르 에-

폭시수지 등 중방식 도료가 개발되었다 년대에 상당한 고분자량을 지닌 에폭. 1960

시수지가 개발되었으며 이 고분자량의 수지는 반응성이 있는 관능기인 수산화기의

함유량이 많으므로 멜라민수지 페놀수지 또는 이소 시아네이트류로 가교할 수 있,

는 점에서 사용범위가 넓다.

한편 전기용품 도장재료로 개발된 에폭시로는 에폭시수지를 기재로 한 열경화성의

수지 분말을 사용하는 유동상법 정전영동법 등의 도장공법의 개발과 더불어 소형,

의 전동기 고정자의 도장 및 대형의 전동기류의 도장에 에폭시가 전기 절연 재료로

사용되고 있다.

- 14 -

건설용 재료건설용 재료건설용 재료건설용 재료(2)(2)(2)(2)

에폭시수지는 건설 분야에도 널리 사용되고 있다 도로건설 및 교량건설에 있어서.

콘크리트 보강재중 시일재료로서 에폭시수지가 사용되어 노면의 미끄럼 저항을 높

이고 콘크리트의 동결융해 작용에 대한 보호재로 또는 제설재의 화학적 침해를 방

지하는 보호용으로도 사용되며 도로포장의 콘크리트 상판과 윗 층의 아스콘 포장,

사이의 접착 및 분리용으로 응용할 수 있다 도로포장 재료의 한 요소로 에폭시가.

개발된 이후 다량의 충전재를 첨가한 흙 손칠용의 혼합수지에서부터 셀프레벨링용

의 테라조 흘림칠용의 바닥재에 이르기까지 다양한 용도의 에폭시가 개발되어 취,

성이 강한 시멘트의 약점을 보완하게 되었다.

이렇게 건설 분야의 표면 강화용으로 사용되는 에폭시의 구성을 약간 바꾸면 균열

이나 패인 데가 생긴 콘크리트의 보수용으로 사용할 수 있으며 또 특수한 목적으로

콘크리트 상호간 및 콘크리트와 골재와의 접착용 접착제로 이용되고 있다 이것은.

아민계 상온 경화제가 온도에 민감함에도 불구하고 완전하게 경화되지 않은 콘크리

트 또는 경화된 콘크리트와 접촉하여 결합강도를 우수하게 할 수 있는 에폭시수지

배합물의 가공법이 개발되었기 때문에 가능하였다.

이 방법에 있어서의 개발연구는 최근에는 콘크리트 혼합물 중에 에폭시수지를 혼합

시키는 방법으로까지 확대되고 있다 이 밖에도 건설용으로 에폭시의 활용 가능한.

분야는 상당히 넓은 영역에 이른다 그러나 에폭시가 건설용 재료로 널리 사용되기.

에는 해결하여야 할 많은 문제 가령 최적의 처방 및 사용법의 개발과 무기질 재료-

의 사용에 익숙한 건설기술자들에게 유기물 재료의 개념과 재료의 가치를 인식시키

는 등 가 남아 있다- .

- 15 -

제 절 접착제의 기본 개요제 절 접착제의 기본 개요제 절 접착제의 기본 개요제 절 접착제의 기본 개요2222

접착제접착제접착제접착제1.1.1.1.

점 접착제란점 접착제란점 접착제란점 접착제란(1) ?(1) ?(1) ?(1) ?⋅⋅⋅⋅

접착제란접착제란접착제란접착제란1) ?1) ?1) ?1) ?

접착현상을 유발시키는 모든 물질이며 주성분에 따라 유기접착제와 무기접착제펄,

나눌 수 있으며 유기접착제는 천연접착제와 합성접착제로 분류된다 또한 경화방법.

에 따라 상온 경화접착제 용융형 접착제로 분류되고 기타 열경화 감압 반응형 접, , ,

착제 등이 있다.

접착의 이론접착의 이론접착의 이론접착의 이론2)2)2)2)

초기 접착강도가 높고 접착 후 사용 분위기에서 시간이 경과 하여도 안정된 접착이

형성되기 위해서는 접착제 피착제 계면에서 분자간의 계면 접촉/ (interfacial

이 필수적이며 또한 계면에서 고유접착력 이 있contact) (intrinsic adhesion force)

어야 한다 아울러 고유 접착력의 세기와 성질이 매우 중요하다 이같이 접착제 피. . /

착제의 계면에서 작용하는 고유의 힘 을 접착 메카니즘이라 하며(intrinsic force)

현재 다음과 같은 접착 메카니즘이 제안되어 있다.

- 16 -

기계적 맞물림* (Mechanical interlocking)

확산 이론* (Diffusion theory)

정전기 이론* (Electostatic theory)

흡착 이론* (Adsorption theory)

화학 결합* (Chemical bonding)

약한 계면층* (Weak boundary layer)

접착제의 분류접착제의 분류접착제의 분류접착제의 분류(2)(2)(2)(2)

주성분에 의한 분류주성분에 의한 분류주성분에 의한 분류주성분에 의한 분류1)1)1)1)

무기 점착제 시멘트류 규산소다 물유리 류 세라믹 기타* : , ( ) , ,

유기 접착제*

합성계-

수지계 열경화성 열가소성 고무계 둥- : , ,

고무계 혼합계 페놀 에폭시계 등- : - ,

천연계 녹말계 단백질계 수지계 고무계 아스팔트지 등- : , , , ,

경화 방법에 의한 분류경화 방법에 의한 분류경화 방법에 의한 분류경화 방법에 의한 분류2)2)2)2)

실온 경화형 용제 건조 증발 휘산 형 수용매형 유기 용제형 촉매 경화형 습* : ( , ) , , , ,

기 경화형 혐기성형 둘이 있다, .

- 17 -

열경화형 에폭시계 페놀계* : ,

핫멜트 형 핫멜트 에틸렌 초산비널 공중합체 열가소성 수지 힛트* (Hot melt) : ( , , ),

시일 (Heat seal)

감압형 콘텍트 시멘트* : , Self-seal, Delayed tack

재습형 수형 용제형* : ,

형태에 의한 분류형태에 의한 분류형태에 의한 분류형태에 의한 분류3)3)3)3)

수용액형 용액형 에멀전 라텍스 형 페이스트상 분말상 필름상 고무계 고형, , ( ) , , , ,

강도 및 특성에 의한 분류강도 및 특성에 의한 분류강도 및 특성에 의한 분류강도 및 특성에 의한 분류4)4)4)4)

구조용 고온에도 높은 강도를 나타내며 장시간 동안 큰 하중에서 견딜 수 있는* : ,

것 자연환경에 노출되어도 자신의 접착력을 잃지 않는 석 제품의 기본적인 구조. .

또는 경화방법 등에 의해 결정된다.

종류 열경화성 수지 페놀 수지계 에폭시 수지계 와 혼합계 페놀 니트릴고무- : ( , ) ( -

계 에폭시 페놀계 가 있다, - ) .

비 구조용 온도 상승에 따라 접착력이 급속히 저하되는 특성이 있고 저온이 되* : ,

면 높은 강성을 나타낸다 상온 경화형 이 대부분이다. .

종류 열가소성 수지 고무 천연계가 있다- : , , .

- 18 -

에폭시 접착제에폭시 접착제에폭시 접착제에폭시 접착제(3)(3)(3)(3)

구성 에폭시 수지 경화제 충진제 희석제 기타 첨가제구성 에폭시 수지 경화제 충진제 희석제 기타 첨가제구성 에폭시 수지 경화제 충진제 희석제 기타 첨가제구성 에폭시 수지 경화제 충진제 희석제 기타 첨가제1) : , , , ,1) : , , , ,1) : , , , ,1) : , , , ,

에폭시 수지 에피크로 로히드린과 반응하는 형태에 따라 다음과 같이 분류 된* :

다.

범용 에폭시 수지 비스페놀 와 반응- - A

난연성 에폭시 수지 브롬화 비스페놀- - A

경화제 경화제는 종류 및 투입량에 따라 가사시간 경화시간 경화 후 물성에 영- : , ,

향을 준다 작업시 사양성에 따른 배합비 준수 요망 희석제 점도를 조절하여 작업. .

성을 개선하며 접착제의 침투를 도와주고 차적인 물성 보완 효과도 있다 충진제, , 2 .

로 사용되는 충진제의 종류에 따라 나타나는 효과는 매우 다양하다 즉 사용자 또. ,

는 제품 제조자가 얻고자하는 목적에 따라 충진제의 종류 및 양을 변화시켜 그 목

적을 달성하라 수 있다.

특징 자동차 전기 전자 토목 건축 등 전산업 분야에 걸쳐서 시용이 가능특징 자동차 전기 전자 토목 건축 등 전산업 분야에 걸쳐서 시용이 가능특징 자동차 전기 전자 토목 건축 등 전산업 분야에 걸쳐서 시용이 가능특징 자동차 전기 전자 토목 건축 등 전산업 분야에 걸쳐서 시용이 가능2) . , , ,2) . , , ,2) . , , ,2) . , , ,

접착력이 강하다* .

반응시 부생성물이 없다* .

상온에서 경화한다* .

사용용도 범위가 넓다* .

내충격성이 약하다* .

- 19 -

접착공법접착공법접착공법접착공법3)3)3)3)

일반적으로 혼합 계량 토출 도포 경화장치가 필요하며 이중에서 에너지 절약과, . , ,

작업 환경 등에 직접적인 영향을 주는 것은 경화방법이다.

고주파가열 자동차 모터 전구 등에 응용 으로 수초에서 초 이내에* : , , . 4000 200㎑

접착력이 발현됨.

마이크로파가열 악기 등에 이용됨* : .

초음파가열 좁은 면적에 매우 유효함* : .

산업용 접착제의 분류산업용 접착제의 분류산업용 접착제의 분류산업용 접착제의 분류(4)(4)(4)(4)

자동차용 용 항공기 구조용 건축 시공용 목가구용 전기 전자용 유통, Laminate , , / , , / .

용 신발용 등이 있다, .

접착제의 향후 전망접착제의 향후 전망접착제의 향후 전망접착제의 향후 전망(5)(5)(5)(5)

접착제 및 접착현상은 전 산업분야에 걸쳐 응용되고 있다 접착제는 가정에서 첨단.

사업 분야까지 그 적용 범위가 매우 넓으며 또한 피착제도 유기재료 금속재료 무, ,

기재료 등 광범위하다 항공기 자동차 등의 금속 및 섬유강화 복합재료의 접착에. ,

이용되는 구조용 접착제는 높은 하중에서도 장시간 사용할 수 있는 접착제로 고강

도의 단단한 피착제와의 접착 피착제와 동일한 동력전달 및 실제 환경 하에서 장,

시간 접착강도의 유지를 필요로 한다 이러한 구조용 접착제는 주로 항공기 자동차. ,

조립공정에서 이용되는데 항공기 조립공정에서는 각종 날개 등 기체의 안전과 관련

이 있는 부위의 접착 내벽 판넬 등의 구조 부위의 접착 등을 예로 들 수 있다, , .

자동차 산업에서도 클러치 페달 브레이크 라이닝의 접착 등에 구조용 접착제가 이,

용되고 있다 이러한 접착제는 여러 가지 장점이 있으나 내열성의 한계 피착제의. ,

표면 처리 비파괴 검사의 어려움 및 수명 예측이 곤란한 단점이 있어 최근에는 강,

인화를 위한 변성기술 내열성 수지의 개발 수명 예측기술의 발전 등이 이루어져, . ,

위의 단점을 개량한 구조용 접착제로 에폭시 페놀 아크릴 및 우레탄 수지 등이 사, ,

용되고 있다.

- 20 -

또한 반도체 산업에서도 접착은 많이 적용되고 있다 반도체소자에는 회로를 형성.

하는 금속 금속 실리콘 웨에퍼와 회로 사이의 금속 무기재료 반도체 소자의/ , / ,

용 고분자와 회로 또는 실리콘 웨이퍼간의 금속 고분자 및 무기재료 고passivation , / /

분자와 용 고분자와 봉지제용 고분자의 고분조 고분자 등 여러 접착계passivation /

가 있다 이러한 반도체 공정에서의 저착제는 결합제의 열안정성 등이 떨어지는 단.

점이 있어 폴리이미드 주쇄내에 실록산 성분을 도입하여 경화반응 중 실리콘 웨이

퍼와 폴리이미드 사이의 화학 결합을 형성시켜 접착력을 증가시키는 방법이 사용되

고 봉지제로 사용 중인 에폭시 수지와 폴리이미드의 접착력 향상을 위한 많은 연,

와 경화반응으로 생성되는 내부 응력에 의한 접착계면의 파괴를 막기 위한 연구도

진행 중이다.

이외에도 접착의 응용은 전자산업에서 경량화 소형화를 위해 전자 부품의 인쇄회,

로기판상의 표면실장 액정표시소자의 접착 비디오 오디오 필름에 자성물질 접착, , /

등에 여러 가지 응용되고 있다.

향후의 접착제는 이러한 구조용 및 기능성 접착제뿐만 아니라 인체에 완전히 무해

할 뿐만 아니라 내수성 내균성 등 다양한 성질이 요구된다 또한 최근 들어 모든, .

산업용품에 해당되는 환경규제에 대한 무공해형의 접착제로서 고기능성을 갖고 있

어야 하는 수용성 접착제 반응성 접착제 무용제형 접착제 등의 재료들의 개발이, ,

요구되고 있다.

- 21 -

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과3333

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품(1)(1)(1)(1)

적용 제품명 차제 용 구조형 접착제O : SEALER

모델명 자동차 강판 접합부용O : Structure Adhesive

- 22 -

기술지원 성과기술지원 성과기술지원 성과기술지원 성과(2)(2)(2)(2)

지원 항목지원 내용

비고기술 지원 前 기술 지원 後

기술 정보 제공

수지의Epoxy

특성에 관한 자료

및 이해 부족

수지의Epoxy

특성에 관한

이해와 분석 및

평가 기술 가능

회22

개발 제품에 대한

배합 설계

개발 제품에 대한

관련 자료 및 이해

부족

개발 제품에 대한

자료 제공회1-

개발 제품에 대한

물성 평가

개발 제품에 대한

물성 평가 일부분(

가능)

개발 제품에 대한

물성 평가 가능회20

제조 공정 기술

개발

개발 제품에 대한

공정상 문제점

확인 미해결/

개발 제품에 대한

공정상 문제점

해결 및 물성 향상

건3

대량 생산을

고려한 Lay-out

개발

개발 제품에 대한

대량 생산

설정Lay-out

미흡

개발 제품에 대한

대량 생산

설정Lay-out

건1

- 23 -

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과(3)(3)(3)(3)

접착제1) Epoxy

접착 후 충진 보강 접착 성분을 유지하며 수축률을 최소화할 수 있는 특성 개선* , ,

접착 후 피착제와 접착 성능 유지 및 내 충격 성능 개선*

내습성성을 만족할 수 있는 재료의 개발 가능성*

피착제와의 접착 후 접착 인장 압축 강도 개선 및 이를 만족할 수 있는 재료 개* , ,

발 가능성

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과(4)(4)(4)(4)

자동차의 각종 강판 접합부에 용접을 대신하여 강판을 접착시켜 주는 높은* SPOT

강도와 내구성능을 유지하는 접착제 개발

일액형 접착제 개발에 따른 수입 대체 및 원가 절감 효과와 기술 개발에 따른 품*

질향상 및 수출 가능성 확대

자동차에 적용되는 실란트 및 접착제의 개발 기술 및 생산 기술로의 확대*

관련 산업 분야에의 기술 향상 가능 및 성장 기대*

- 24 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행4444

추진 방향추진 방향추진 방향추진 방향(1)(1)(1)(1)

주 유니테크 연구소 연구진을 축으로 하여 화학연구원은 폴리머 및 재료 개발 기( )

술과 평가 기술을 지원하여 연구 개발을 추진하였다.

- 25 -

기술지원 추진 일정기술지원 추진 일정기술지원 추진 일정기술지원 추진 일정(2)(2)(2)(2)

- 26 -

기술지원 수행 방법 실험 결과 및 고찰 구체적 기술기술지원 수행 방법 실험 결과 및 고찰 구체적 기술기술지원 수행 방법 실험 결과 및 고찰 구체적 기술기술지원 수행 방법 실험 결과 및 고찰 구체적 기술(3) ( )(3) ( )(3) ( )(3) ( )

제조 공정 기술제조 공정 기술제조 공정 기술제조 공정 기술1)1)1)1)

주제①

- 27 -

경화제②

기계적 열적 물성 실험 결과기계적 열적 물성 실험 결과기계적 열적 물성 실험 결과기계적 열적 물성 실험 결과2)2)2)2) ⋅⋅⋅⋅

열적 특성(DSC, TMA)①

가 분석. DSC I

실험내용 에폭시 수지의 함량 변화에 따른 열적 특성 고찰- : YD-171

- 28 -

- 29 -

- 30 -

실험 결과 및 대책 에폭시 수지의 함량이 로 증가함에 따라 경화- : YD-171 1~5%

온도가 에서 로 약 정도 소폭 증가되는 것을 확인할 수 있었다 또177 180 3 .℃ ℃ ℃

한 와 의 경화온도가 거의 유사함을 관찰할 수 있었다4% 5% .

나 분석나 분석나 분석나 분석. DSC II. DSC II. DSC II. DSC II

실험내용 수지 함량변화에 따른 열적 특성 변화 관찰- : KER

- 31 -

- 32 -

- 33 -

실험 결과 및 대책 수지의 함량의 함량변화에 따른 경화온도의 큰 변화는- : KER

관찰할 수 없었으며 대략 를 나타내었다 반면에 함량이 증가할수록, 176 ~177 .℃ ℃

소폭으로 경화온도가 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

다 분석다 분석다 분석다 분석. TMA I. TMA I. TMA I. TMA I

실험내용 에폭시 수지의 함량 변화에 따른 열팽창계수 고찰- : YD-171

- 34 -

- 35 -

- 36 -

- 37 -

실험 결과 및 대책 에폭시 수지의 함량의 함량변화에 따른 열팽창계수- : YD-171

의 변화를 관찰한 결과 함량이 증가할수록 계수가 증가함을 관찰할 수 있었CTE

다 따라서 경화온도와는 반대로 함량 증가는 치수안정성의 감소를 가져왔다. .

라 분석라 분석라 분석라 분석. TMA II. TMA II. TMA II. TMA II

실험내용 수지의 함량 변화에 따른 열팽창 계수 변화- : KER

- 38 -

- 39 -

- 40 -

실험 결과 및 대책 수지의 함량의 함량변화에 따른 열팽창계수의 변화를- : KER

관찰한 결과 함량이 증가할수록 계수가 최초 에서, CTE 76 55 10-5

까지 감소하/℃

는 것을 확인할 수 있었다 따라서 수지의 첨가는 치수 안정성을 크게 증대시. KER

키는 것을 알 수 있었다.

마 분석마 분석마 분석마 분석. TMA III. TMA III. TMA III. TMA III

실험내용 수지 함량 변화에 따른 열팽창 계수 변화- : PE

- 41 -

- 42 -

- 43 -

- 44 -

- 45 -

실험 결과 및 대책 수지의 함량 변화에 열팽창 계수의 변화를 살펴본 결과- : PE ,

함량이 증가할수록 초기 가 첨가된 경우 소폭으로 치수 안정성이 좋아졌을 뿐1%

나머지 시편에서는 치수 안정성이 감소하는 것을 확인할 수 있었다 하지만. ,

과 수지와 같은 선형적인 변화를 보이지는 않았다 추가 실험의 필요YD-171 KER .

성 제기.

기계적 물성 (UTM)②

가 굴곡강도 분석가 굴곡강도 분석가 굴곡강도 분석가 굴곡강도 분석. I. I. I. I

실험내용 에폭시 수지 함량에 따른 굴곡강도의 변화 고찰- : YD-171

- 46 -

실험 결과 및 대책 에폭시 수지 함량 변화에 따른 굴곡강도의 변화를- : YD-171

살펴보았다 실험결과 함량이 증가할수록 굴곡강도가 감소하는 것을 확인할 수 있. ,

었다 따라서 에폭시 수지는 앞선 결과에서 살펴본 바와 같이 치수안정성. , YD-171

에도 감소시키면서 기계적 물성도 감소시키는 것을 확인할 수 있었다 결과적으로. ,

에폭시 수지를 최소를 사용하는 것이 접착제의 물성에 좋은 결과를 나타YD-171

낼 것으로 판단되어 진다.

나 굴곡강도 분석나 굴곡강도 분석나 굴곡강도 분석나 굴곡강도 분석. II. II. II. II

실험내용 수지 함량에 변화에 따른 굴곡강도의 변화 고찰- : KER

- 47 -

실험 결과 및 대책 수지의 함량변화에 따른 굴곡강도의 변화를 살펴 보았- : KER

다 그 결과 치수안정성과 동일하게 기계적 물성도 감소가 없이 계속 증가하는 것. ,

을 관찰할 수 있었다 그러므로 수지의 첨가는 수지와는 반대로 열안. KER YD-171

정과 기계적 물성을 동시에 증진시키는 것으로 판단되어 진다 또한 이상의. , 29%

함량에서의 열안정성과 기계적 물성에 관한 추가 실험이 필요 할 것으로 판단된다.

다 굴곡강도 분석다 굴곡강도 분석다 굴곡강도 분석다 굴곡강도 분석. III. III. III. III

실험내용 수지의 함량에 변화에 따른 굴곡강도의 변화 고찰- : PE

- 48 -

실험 결과 및 대책 수지 함량변화에 따른 굴곡 강도의 변화를 살펴보았으며- : PE ,

실험결과 에서 약 의 최대값을 보였으며 이후에는 감소하는 경향을, 5 wt% 73MPa ,

보였다 따라서 적당량의 수지 첨가는 기계적 물성 향상에 영향을 주는 것으로. , PE

판단되어 진다.

대량 생산을 고려한 개발대량 생산을 고려한 개발대량 생산을 고려한 개발대량 생산을 고려한 개발3) Lay-out3) Lay-out3) Lay-out3) Lay-out

차제용 에 적용되는 구조용 접착제 제품 개발 관련 주제 및 경화제의 함량SEALER

비 및 이에 따른 제조 공정 기술을 조절하여 대량으로 생산 가능하도록 한다.

- 49 -

기술 지원 결과 활용 방안기술 지원 결과 활용 방안기술 지원 결과 활용 방안기술 지원 결과 활용 방안(4)(4)(4)(4)

주 유니테크가 개발하고자 하는 제품은 수지를 주성분으로 하는 일핵형( ) Epoxy

상 제품으로 자동차의 각종 강판 접합부에 용접을 대신하여 강판을 접paste SPOT

착시켜 주는 고강도의 접착제로써 도장 건조로를 통과 후 경화되어 강력한 접착력

을 발휘하는 목적으로 개발할 제품이다 자동차 산업이 급격히 성장하고 있는 한국.

에서 자동차에 적용되는 및 접착제의 개발 기술 및 생산 기술은 수입 대SEALANT

체 및 원가 절감 효과를 얻음과 동시에 개발에 따른 품질향상 및 수출에도 기여할

것이다 또한 타 산업분야에 응용효과도 기대가 크다고 할 수 있겠다. .

- 50 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

수지를 활용한 차체 용 구조형 접착제를 개발하고자 하는 주 유니Epoxy SEALER ( )

테크의 현재의 기술적인 애로사항은 앞선 언급하였듯이 첫 번째로 사용되는 에폭시

수지 자체의 강도 및 휨 저하 또 치수안정성 향상 를 높이기 위한 방법과 두 번째( )

로 복합재료가 가지는 특성을 좀더 유지하고 발전시키는 것과 끝으로 구조형 접착

제의 개발 전 후 이에 대한 물성 성능 평가 및 에 준한 신뢰성 평가기술이 확/ , spec

립되어 있지 않은 점 등이다 따라서 본 종합기술지원사업에서는 구조형 접착.

제품에 대한 소재 개발 기술의 국산화를 지원하고자 하였으며 이에 따라sealing ,

주제와 경화제간의 적절한 혼합 공정비 및 샘플의 평가 기술을 도입하여 수입대체

및 수출을 증대코자 하였으며 기계적 및 열적 물성 등의 향상시킴으로써 타 산업,

분야에 응용 효과 기대 및 관련 산업 분야에의 기술향상이 가능한 기술을 제공하고

자 하였다.

주요 기술 지원 내용으로서는■

접착제의 배합 설계 및 개발 기술과 의 분석 및 조성 개발지원과* Epoxy Hardener

개발 제품의 특성 평가이다.

상기와 같은 기술지원 내용으로 기술 지원을 실시하였으며 열안정과 기계적 물성,

의 향상에 중점을 두고 기술 지원을 수행하였다 지원 결과 열안정성 치수안정성. , ( )

의 향상 및 기계적 물성 굴곡강도 이 향상된 효과적인 구조형 접착제를 개발 및( )

개발 제품의 품질 성능 평가와 대량 생산을 고려한 제조 공정 기술의 개발을 효율

적으로 지원하였다.

- 51 -

지원 최종 결과■

본 연구진은 구조형 접착제의 블렌딩을 통하여 굴곡강도 및 치수안정성 열팽창계(

수 를 방법에 맞추어 측정하였다 굴곡강도 측정을 위한 시편의 크기는) ASTM .

150×25×1 mm3으로 하였으며 는 로 고정하였으며, crosshead speed 5 mm/min ,

그 실험방법 및 결과는 다음과 같다.

굴곡강도- F. S (Flexural strength, )

- 52 -

여기서 는 하중 은 거리 는 시편의 폭 는 시편의 두, P (N), L span (mm), b (mm), d

께 이다 본 연구에서 두께에 대한 편차는 식 을 사용하여 계산함(mm) . ( (1) )

본 연구결과를 통해 굴곡강도는 예상했던 바와 같이 기준치를 상회하는 결과를 얻

을 수 있었으며 가 첨가된 경우에 우수한 물성을 나타내었다 또한 혹은, PE . silica

등이 본 에폭시 수지 조성물에 실지 충전재로 사용될 경우 그 굴곡carbon black

강도가 증가할 것으로 판단되어 진다.

치수안정성 열팽창계수 는 를 이용하여 측정하였다 는( , CTE) TMA . CTE 1×1×1

의 시편을 제조하여 동적 기계적 분석기 를 이용하cm3 (TA instrument, DAM 2980)

여 까지 의 승온속도로 분석을 하였으며 실험결과 아래 표에30~150 10 /min ,℃ ℃

나타내었다.

- 53 -

본 연구결과를 통해 치수안정성은 큰 변화를 보이지는 않았지만 수지가 첨가, KER

된 경우 더 안정적이라는 것을 확인할 수 있었다.

- 54 -