유도가열 특성에 의해 발생하는 유도전압을 활용한 차체 접착제 경화 상태 분석 방법에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the automobile industry, the need for weight reduction is growing due to the reinforcement of environmental regulations and the trend of conversion to electric vehicles. Accordingly, along with the application of lightweight materials, the application of adhesives is also increasing. In the past, car body adhesive was cured with hot air in the oven of painting shop, but recently, car body direct heating method to cure the adhesive is expanding. Among various heat sources, the induction heating method is widely applied, because it has the advantage of rapid heating ability without contacting the parts.

Direct heating method requires careful management to prevent damage to panels and adhesives because the heating rate is fast and heat is concentrated in local area. In general, the industry is trying to maintain quality through temperature measurement and control, but since temperature conditions could be changed due to product deviation and environmental changes, there are many difficulties in quality control method through temperature. With this background, research on methods of direct curing state measurement have been steadily progressing.

Recently, research on the electrochemical analysis method (EIS, Electrochemical Impedance Spectroscopy) using the correlation between chemical bonding and electrical impedance of the adhesive is going on actively.

The EIS analysis method that has been carried out so far measures the impedance change with separately applying AC Signal to the bonded specimen. But, in the induction heating method, it is difficult to measure and analyze the impedance changes affected only by the applied AC Signal because high-frequency noise is generated by the induction heating. Therefore, in this study, a method of analyzing the induced voltage generated by the induction heating was studied for measuring the curing state without applying a separate AC Signal.

In this paper, an induction heating circuit suitable for measuring the adhesive curing state was constructed, and the change in induced voltage due to factors other than adhesive curing was first confirmed. Next, a method for determining the time of curing start and curing completion was presented by measuring the change in induced voltage according to the curing of the adhesive and analyzing the pattern. Finally, the reliability of the induced voltage change analysis method was verified by shear strength evaluation and DSC(Differential Scanning Calorimetry) analysis.

국문 초록 (Abstract)

자동차 산업 분야는 환경 규제의 강화, 내연기관에서 전기차로의 전환에 의하여 차체 경량화의 필요성이 더욱 커지고 있다. 그에 따라 경량 소재 적용과 함께 접착제 적용 또한 증가하고 있다. 기존에는 차체 접착제를 도장공장 오븐에서 열풍으로 경화시켰는데, 최근에는 차체를 직접적으로 가열하여 접착제를 경화시키는 공법 적용이 확대되고 있다. 여러 열원 중에서 유도가열 방식을 많이 적용하고 있으며, 유도가열 방식은 부품에 접촉하지 않고 빠르게 온도를 승온시킬 수 있는 장점이 있다.

직접가열 방식은 가열 속도가 빠르고 열이 집중되기 때문에 차체 강판 및 접착제 손상을 방지하기 위한 면밀한 품질 관리가 필요하다. 산업에서는 일반적으로 온도 측정 및 제어를 통하여 품질을 관리하려고 노력하고 있지만, 제품 산포와 환경 변화로 온도 조건이 바뀔 수 있어, 온도를 통한 품질 관리 방식에는 어려움이 많다. 이러한 배경으로 접착제 경화상태를 직접적으로 측정하고, 실시간 모니터링 하기위한 연구들이 꾸준히 진행되어 왔으며, 최근에는 접착제의 화학적 결합과 전기적 임피던스 상관관계 이용한 전기화학적 분석 방법(EIS, Electrochemical Impedance Spectroscopy)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재까지 진행되어온 EIS분석 방법은 교류전원을 접합시편에 별도로 인가하여 임피던스 변화를 측정하였다. 하지만 유도가열 방식에서는 고주파 노이즈가 발생하여 인가한 교류전원에 대한 임피던스만을 측정하기에는 어려움이 발생한다. 그리하여 본 연구에서는 별도의 교류 전원을 인가하지 않고, 유도가열 원리에 의해 발생하는 유도전압을 교류전원으로 활용하여, 경화상태를 분석하는 방법에 대하여 연구하였다.

본문에서는 접착제 경화 상태 측정에 적합한 유도가열 회로를 구성하고, 접착제 경화 외의 요인에 의한 유도전압의 변화를 먼저 확인하였다. 다음으로 접착제 경화에 따른 유도전압 변화를 측정하고 패턴을 분석하여 경화시작, 경화완료 시점 판단 방법을 제시하였다. 그리고 유도전압 변화 분석 방법에 대한 정합성을 전단강도 접착력 평가, DSC(Differential Scanning Calorimetry)분석을 통하여 검증하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 방향 및 방법 4
• 제2장 이론적 배경
• 2.1 유도가열 원리와 회로 5
• 2.2 열경화성 접착제 특성과 DSC 분석 10
• 2.3 경화 상태와 임피던스 상관관계 13
• 제3장 실험 및 결과
• 3.1 유도가열 회로 설계/제작 16
• 3.2 유도가열시 접착제 경화 외적 요인에 의한 유도전압 변화 분석 22
• 3.3 유도가열 접착제 경화시 유도전압 변화 예측 28
• 3.4 유도가열 접착제 경화시 유도전압 변화 측정 및 결과 분석 33
• 3.5 유도전압 분석과 DSC분석 결과 비교 38
• 제4장 결 론 45
• 참 고 문 헌 48
• [ABSTRACT] 50