극저온용 복합재료 접착부 강도에 미치는 표면처리의 영향에 관한 연구 = A Study on the Effect of Surface Treatment on the Adhesive Bonding Strength of Composite Material for Cryogenic Application

국문 초록 (Abstract)

멤브레인형 LNG선 화물창의 2차방벽은 선체 안전성과 직결되는 부분으로 복합재료인 rigid triplex (rigid secondary barrier, RSB)와 flexible triplex (flexible secondary barrier, FSB)로 구성된다. RSB와 FSB는 에폭시 접착제에 의하여 접착되는데, 2차방벽의 품질은 RSB와 FSB간의 접착부 강도에 의존하게 되며, 이러한 RSB와 FSB간의 접착부강도에 크게 영향을 미치는 인자는 RSB의 표면상태이다. 따라서 본 연구에서는 RSB와 FSB간의 접착강도와 파괴특성에 미치는 표면처리의 영향을 규명하고자 하였다. 본 연구에서 고려한 표면처리방법은 물리적방법인 플라즈마처리, 기계적방법인 연마지처리 및 화학적방법인 용제에 의한 표면처리이었다.

플라즈마처리 직후 표면활성효과에 의하여 상온 전단강도는 향상되나, 처리후 대기중에 노출시간이 증가함에 따라 그 효과는 점차적으로 소멸되었다. 기계적처리방법인 연마지처리의 경우, #120 연마지로 2회 표면처리시 극저온(영하 170℃)전단강도가 약 17% 증가되었을 뿐 아니라, 파괴양상도 100%의 응집파괴거동을 나타내었다. 이는 RSB 표면처리에 따른 돌출 수지부의 요철 형성에 의한 앵커링(anchoring) 효과에 기인한다. 화학적처리방법의 경우는 아세톤에 의한 표면세정처리시 약 7% 증가된 전단강도와 양호한 파괴양상을 나타내었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The secondary barrier of cargo containment for membrane LNG tank is composed of composite materials such as rigid triplex (rigid secondary barrier, RSB) and flexible triplex (flexible secondary barrier, FSB) in order to secure safety of the hull against unexpected accident. RSB and FSB are adhered to each other using epoxy adherent and the quality of secondary barrier depends on the joint strength between both. The joint strength between RSB and FSB is greatly influenced by the surface condition of RSB prior to joining.
In this study, the effect of surface condition prior to joining on the joint strength and the fracture pattern between RSB and FSB has been examined in order to establish a proper surface treatment method for improving the adhesive strength between both materials at the temperature of -170oC. The surface treatment methods of interest are cold plasma treatment (physical method), abrading treatment with emery paper (mechanical method) and solvent treatment (chemical method).

The joint strength was improved right after plasma treatment due to the surface activation effect, but the effect was diminished with time when the surface was exposed to air. In case of a mechanical method, which is being abraded twice the surface of RSB with #120 emery paper the shear strength was increased about 17% showing a desirable cohesive fracture pattern. This is surely associated with the increase in the microscopic surface roughness of the extruding resin component, which causes anchoring effect. For the solvent treatment, acetone brought about an increase of about 7% in shear strength of the joint compared to untreated one.

목차 (Table of Contents)

• 목 차 = ⅰ
• 표 및 그림 목차 = ⅱ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 연구배경 및 목적 = 3
• Ⅲ. 접착이론 = 5
• 1. 접착의 매커니즘 = 5
• 2. 접착제의 특성 = 9
• 3. 접착부의 불량요인 및 파괴모드 = 11
• 4. 피착제에 따른 표면처리 = 13
• Ⅳ. 실험방법 및 내용 = 18
• 1. 접착부 시편제작 및 시험방법 = 18
• 2. 표면처리 방법 = 21
• Ⅴ. 실험결과 및 고찰 = 23
• 1. 원소재 상태 및 접착부 특성 = 23
• 2. 접착부 강도에 미치는 표면처리의 영향 = 27
• Ⅵ. 결론 = 40
• 참고 문헌 = 41
• Abstract = 43