자동차 조립에 알루미늄 접착

May 08, 2023

지난 10년 동안 승용차에 들어가는 평균 알루미늄 양은 두 배로 늘어났습니다. 최신 디자인을 기반으로 이러한 추세는 앞으로도 계속될 것입니다.

그러나 강철에서 알루미늄으로 전환하는 것은 간단하지 않습니다. 예를 들어, 알루미늄은 강철보다 50% 가볍지만 평균 탄성률은 70기가파스칼인 반면 강철의 평균 탄성률은 207기가파스칼입니다. 결과적으로 알루미늄 부품은 일반적으로 강철 부품보다 40% 더 두껍습니다.

알루미늄 합금은 쉽게 점용접되지 않습니다. 이는 전기 저항이 낮고, 안정적이고 비전도성인 산화물 층을 가지며, 전극과 상호 작용하는 경향이 있습니다. 또한 용접 공정에서 발생하는 열은 부품, 특히 피로 강도를 약화시킬 수 있습니다.

용접 대신 자동차 제조업체에서는 조립용 구조용 접착제를 단독으로 또는 기계식 패스너와 함께 사용하는 경우가 점점 더 늘어나고 있습니다. 예를 들어, Mercedes S-Class 쿠페의 바디인화이트에는 100미터가 넘는 구조적 접착력이 있고, BMW 7 시리즈에는 10kg이 넘는 구조용 접착제가 들어있습니다.

자동차 제조업체는 구조적 용도 외에도 다른 차체(Body-in-White) 용도에도 접착제를 사용하고 있습니다. "플러터 방지" 접착제는 차체 외부 패널과 내부 패널 사이의 진동을 줄여줍니다. 이러한 접착제는 일반적으로 후드, 트렁크 리드 및 지붕과 같은 수평 패널에 사용됩니다. 접착제는 도어, 후드, 테일게이트의 밑단 플랜지 부분을 결합하고 밀봉하는 데에도 사용됩니다.

접착제는 다른 접합 기술에 비해 상당한 이점을 제공합니다. 접착 결합은 알루미늄 야금을 방해하거나 열적 또는 기계적으로 취약한 영역을 생성하지 않습니다. 응력은 접착 영역 전체에 균일하게 분산되어 차량 구조의 정적 및 동적 강성을 증가시킵니다. 차체 구조가 더 견고하기 때문에 공진 주파수 모드가 더 높아지고 구조적 감쇠가 더 빨라집니다. 결과적으로 차량은 더 나은 소음, 진동 및 거친 특성을 갖게 됩니다. 다른 접합 기술과 함께 사용하면 접착제는 충돌 성능과 피로 강도를 향상시킵니다. 또한 접착제를 사용하면 서로 다른 재료를 결합할 수 있으며 서로 다른 금속을 격리하여 갈바닉 부식을 방지할 수 있습니다.

미학은 접착 본딩의 또 다른 장점입니다. 눈에 띄는 용접 이음새나 리벳 헤드가 없으므로 접착 결합을 통해 연삭 및 광택과 같은 2차 작업을 최소화하거나 제거할 수 있습니다. 또 다른 이점은 간격 채우기입니다. 접착제는 패널 사이의 큰 간격을 메우고 어셈블리의 전체적인 외관을 향상시킬 수 있습니다. 많은 경우 접합 및 밀봉 작업을 결합할 수 있습니다.

접착 결합에도 몇 가지 단점이 있습니다. 가장 중요한 것 중 하나는 열악한 환경 조건에 노출되었을 때 접착 조인트의 내구성입니다. 또 다른 문제는 특히 알루미늄 합금의 경우 강력하고 내구성 있는 결합을 달성하기 위해 기판을 전처리해야 할 수도 있다는 것입니다. 용접 조인트와 마찬가지로 접착 구조물도 수리를 위해 쉽게 분해할 수 없습니다. 그리고 대부분의 경우 접착제가 경화될 때까지 접합부를 지지해야 하므로 생산 속도가 느려질 수 있습니다. 이는 구조용 접착제가 일반적으로 리벳팅과 같은 다른 접합 방법과 함께 사용되는 이유 중 하나입니다.

접착제는 알루미늄 시트, 압출재 및 주조물에 사용할 수 있습니다. 형태에 관계없이 알루미늄 표면은 다음과 같이 처리되어야 합니다.

약한 경계층을 제거하는 것이 특히 중요합니다. 이 층은 접착 조인트의 계면 영역에 형성되어 예상보다 낮은 응력에서 조인트가 파손되도록 합니다. 이 층에는 다양한 제조 공정에서 발생하는 윤활유와 같은 산화물과 오염물질이 포함되어 있습니다. 표면 준비는 이러한 오염을 완전히 제거하지는 못하지만 응집력 약화의 영향을 덜 받는 표면을 생성합니다.

알루미늄 시트를 생산하기 위해 알루미늄은 뜨겁거나 차가운 압연 공정을 거칩니다. 롤러와 작업물을 분리된 상태로 유지하기 위해 윤활제가 도포됩니다. 이는 마찰을 최소화하고 시트 표면 손상 위험을 줄입니다. 윤활제는 일반적으로 파라핀 기반이며 어닐링 중에 또는 자연 증발에 의해 휘발됩니다. 그러나 압연된 표면에는 여전히 어느 정도의 오염이 있을 수 있으며, 이는 탈지를 통해 제거해야 합니다.