접착제로 자동차 무게를 줄이는 '구조접착기술'이란?

자동차 소재가 다양해지면서 다른 소재와 소재를 접합해주는 '접착제'의 중요성이 커지고 있습니다. 어떤 접착제를 사용하느냐에 따라 자동차의 무게가 달라지면서 속도에도 영향을 주는데요. 자동차 무게를 줄이는 데 중요한 역할을 하는 '구조접착기술'에 대해 알아보겠습니다.

구조용 접착은 접착제를 사용해 화학적, 기계적 표면 부착 힘을 통해 부품을 결합하는 기술입니다. 볼트나 리벳을 이용해도 되지만 무게가 증가하고 소재의 부식이 일어날 수 있죠.

구조용 접착제 소재는 크게 열경화성 수지와 엘라스토머 두 가지로 나눌 수 있습니다.

열경화성 수지로는 에폭시 수지나 페놀수지가 있으며 엘라스토머는 폴리아미드(나일론), 폴리설파이드, 실리콘, 니트릴 고무 등이 있습니다.

보통 에폭시 수지와 경화제로 구성돼 있는데, 생산성 향상을 위해 에폭시 수지와 잠재성 경화제가 미리 혼합돼 있는 일액형 에폭시 접착제를 주로 사용하고 있습니다. 일액형 에폭시는 전기적 성질과 기계적 강도, 내구성, 접착력이 우수하며 고온에서 빠르게 굳는 특징을 지니고 있습니다.

특히 에폭시 접착제는 접착력, 공정성, 내화학성 등이 우수해 자동차, 항공, 조선, 전자 등 첨잔 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 차체 경량화를 위한 초고장력강, 경량금속 등의 경량화 소재에 사용이 증가되고 있습니다.

구조접착제를 사용해야 하는 이유는 바로 경량화 때문입니다. 자동차 무게가 가벼워지면 탄소배출 감소는 물론 연비 효율성을 높일 수 있습니다. 공차중량을 10% 줄일 경우 가속성능은 8% 향상되고 제동거리는 5%가 단축되며 차체 내구 수명은 1.7배 증가하는 효과를 볼 수 있습니다.

두 번째는 강성 확보입니다. 차체 강성은 탑승자의 안전확보에 가장 중요한 요소인데요. 사고 등 위험 상황이 발생했을 때 안전을 확보해 줄 수 있기 때문입니다. 구조접착제를 사용하면 정적 강성 8~15% 증가, 동적 강성 2~3Hz 증가, 결합 내구성은 최대 100% 증가하게 됩니다.

세 번째로는 서로 다른 재질의 물질을 연결하기 위해서입니다. 최근 출시되는 자동차의 경우 경량화를 위해 알루미늄, 마그네슘, 탄소섬유, CFRP 등 복합소재를 부위별로 다르게 사용하고 있습니다. 다른 소재 간에는 용접 등의 연결이 불가능해 구조용 접착제를 사용해야 합니다.

구조접착기술은 1에서 3단계까지 있습니다. 1단계는 강성을 높이기 위해 사용하는 것입니다. 용접과 접착제를 겸용하는 접착방식입니다. 철과 철, 알류미늄과 합금의 접착이 주로 이뤄집니다. 용접으로 접합강도를 확보하면서 접착제로 강성을 보완해줍니다.

2단계는 접착제로 접합 강도를 거의 확보하는 단계입니다. 철과 철, 알루미늄과 알루미늄, 철과 알루미늄 간의 접착 대상입니다. 충분한 내충격성을 확보해야 합니다.

최고 단계인 3단계는 접착제로 접합 강도는 확보하는 것은 물론 대상이 되는 재료가 복합재료인 것입니다. 탄소섬유 강화수지(CFRP)와 열가소성 CFRP끼리 접합하는 것입니다.

[사진=인민망]