도포에 의한 접착

접착이란 「접착제를 매개로 하여 화학적 혹은 물리적인 힘, 또는 그 두 가지를 모두 이용하여 두 면이 결합된 상태」를 가리킵니다. 여기에서는 접착의 원리 및 접착제의 종류, 기능성 접착제에 대해 설명합니다.

접착의 메커니즘

접착의 메커니즘은 크게 다음의 3가지로 분류할 수 있습니다.

기계적 결합

재료 표면의 구멍이나 요철로 접착제가 들어가 경화되면서 접착됩니다. 이 효과를 「투묘 효과(앵커 효과, 파스너 효과)」라고 합니다.

기계적 결합 이미지
  1. 피착재
  2. 접착제

물리적 상호 작용

접착제의 기본 원리이며 모든 「분자 사이의 끌어 당기는 힘」인 판데르발스의 힘(분자 간의 힘)에 의한 접착을 가리킵니다. 이 힘은 「2차 결합력」이라고도 합니다.

물리적 상호 작용 이미지
  1. 피착재
  2. 접착제

화학적 상호 작용

피착재와 접착제의 화학적 상호 작용으로 「원자가 서로 화학 결합」하여 비교적 강한 접착력을 얻게 됩니다. 「1차 결합력」이라고도 하며 공유 결합이나 수소 결합 등이 있습니다.

화학적 상호 작용 이미지
  1. 피착재
  2. 접착제
  3. 화학 결합

상기 분류는 예시입니다. 분류에는 여러 가지 방법이 있으며 반드시 상기 내용과 동일한 것은 아닙니다.

접착제의 종류와 기능

접착제의 분류

도포에 의한 접착은 접착제가 피착체를 「적시고」 그것이 「고화」되어 물체가 서로 결합하는 것입니다. 접착제에는 액체로 된 것, 또는 고체를 열로 녹이고 그것이 고화되어 접착하는 것 등 여러 가지 타입이 있습니다. 크게 다음의 3가지 타입으로 분류할 수 있습니다.

1액·2액계(우레탄/에폭시 등)
액체 접착제이며 「1액계」는 공기 중의 수분이나 열로 경화됩니다. 「2액계」는 주제(主劑)와 경화제라는 2종류의 액제를 혼합(2액 혼합)해야 경화됩니다. 일반적으로 핫 멜트계에 비해 접착 강도가 높습니다.
핫 멜트계
고체(블록 형상이나 입자 형상)의 접착제를 열로 녹여 사용합니다. 경화 시간이 짧고 경화 조건이 적다는 특징이 있습니다. 종류로는 폴리에스테르, 올레핀, 고무, EVA, PA계 등이 있습니다.
반응형 핫 멜트계
일반적인 핫 멜트에 내열성을 부여한 접착제입니다. 대기 중의 수분에 반응하여 경화됩니다. 용융 온도, 도포 온도가 모두 낮아 여러 가지 피착체에 사용할 수 있습니다.

상기 분류는 예시입니다. 분류에는 여러 가지 방법이 있으며 반드시 상기 내용과 동일한 것은 아닙니다.

기능성 접착제

물체를 서로 접합시키는 것이 접착제의 기본 성능이지만 용도에 따라 다양한 경화 방법이나 접착 속도가 있으며 또한, 접착층에 전도성이나 내구성, 투명도, 탄성을 부여하는 등의 다채로운 기능이나 성질을 지닌 「기능성 접착제」도 사용되고 있습니다.

경화성과 기능이 있는 접착제의 예
종류 기능
순간 경화 접착제 고속 경화하는 접착제(5초 이하로 고속 경화하는 것 등)
접촉 경화 접착제 한 쪽에 A제, 다른 한 쪽에 B제를 도포하여 A와 B의 접촉으로 경화. 2제의 혼합 공정이 불필요
UV 경화 접착제 광투과성 재료의 접착으로, UV(자외선)를 조사하면 순식간에 경화
혐기 경화 접착제 나사의 틈새 등에 침투시켜 공기(산소)가 차단되면서 경화
경화물에 성질·기능이 있는 접착제의 예
성질 기능
투명성 렌즈의 글라스 굴절률에 가까운 투명성이 있음
전도성 전자파를 흡수하는 기능이 있어 전자파 장애를 피할 수 있다
내열성 고온을 견딘다. (알루미나, 지르코니아 등의 무기계)
탄성 신장률이 매우 높다. 열 팽창 계수가 다른 이종 재료 간 접착이나 내구 접착에 사용
강성 저항 용접 등의 「점」 접합과 접착제에 의한 「면」 접합을 병용하여 접합부의 강성을 높인다. (웰드 본드)

기타 밀폐성, 절연성, 난연성, 전열성, 발포성 등 다양한 성질과 기능을 지닌 접착제가 있습니다.

확대되는 접착제의 용도

접착제나 도포 장치의 다양화·고기능화와 마찬가지로 접착 및 접합의 용도는 여러 가지 분야에서 확대되고 있습니다. 디스플레이(LCD, OLED)나 스마트 디바이스(스마트폰, 태블릿) 등의 슬림화에 따른 접착제의 극소량 도포처럼 정밀한 접착 용도로 사용되는 것 외에, 자동차나 항공 우주 분야 등에서 경량화·고강성화를 목적으로 서로 다른 소재를 강력히 접착하기 위한 「구조용 접착제」의 수요가 높아지고 있습니다.

구조용 접착제란

일반적으로 강도가 요구되는 접합에 특화된 접착제입니다. 접착제를 도포하면 「면」으로 접합할 수 있기 때문에 가벼우면서도 강하게 접합됩니다. 또한, 스폿 용접이나 볼트, 리벳 등 「점」에 의한 접합과 조합하면 강성이 더 높은 접합을 실현할 수 있습니다. 대표적인 것으로는 자동차의 차체 조립 공정에서 스폿 용접과 병용되는 「웰드 본드」 등이 있습니다.

구조용 접착제의 용도

50여 년 전부터 항공기나 헬리콥터를 비롯한 초음속 제트기, 아폴로 우주선, 스페이스 셔틀 등 항공 우주 분야에서 활용되어 왔습니다.
현재는 환경 부하 경감이나 생산성 향상을 목적으로 자동차 차체를 비롯한 복합 재료(멀티 머티리얼)화에 따라 이소재 접착의 수요가 높아지고 있습니다. 이로 인해 가볍고 강도가 강한 「구조용 접착제」가 우주 개발과 같은 고도·첨단 분야뿐만 아니라 자동차와 같은 양산 분야에서도 주목을 받게 되었습니다.

구조용 접착제의 이소재 접착 용도 예
자동차 관련
요건 차체의 경량·고강성화를 위한 복합 재료 접합
재료 알루미늄제 섀시+CFRP제 자동차 내부 부품
접합 방법 우레탄계 구조용 접착제+약간의 볼트
각종 모터의 자석 고정(FA용 서보 모터 등)
요건 내고열·고강도의 이재료 접합
재료 Nd(네오디뮴) 자석+적층 철심
접합 방법 SGA 접착제(반응계 아크릴계 접착제)
태양 전지 패널(인공위성용)
요건 히트 사이클 내성(-150°C~+200°C), 내방사선성, 투명성 등
재료 태양 전지 셀+커버 글라스
접합 방법 실리콘계 접착제