Measurement of Adhesion Strength of Polyurethane Foam to Surface-Treated Carbon Steel and Effect of Water Vapor Absorption

A previous stud-pull test was modified to measure the bond strength of polyurethane foam to carbon steel substrate. This test was appropriate in that the specimen foamed on Zn phosphated steel (0.95 kN) was broken at higher load than that of smooth galvanizing treated steel (0.38 kN). Among the samples foamed on the substrate atvarious preheating temperatures, the polyurethane foam to the steel held over 60$^{\circ}C$ exhibited very high bond strength. The samples were exposed at water vapor absorption, and, then, their bond strengths were measured. The adhesion was significantly reduced in the samples foamed on the steel at temperatures below 40$^{\circ}C$ and above 70$^{\circ}C$. For the polyurethane foams formulated with two blowing gases, the adhesion was higher by 0.03 kN in the samples with HCFC-l4lb than that with HFC-245fa. When the these samples were exposed at water vapor soaking, the reduction of the bond strength for the HFC-245fa blown sample was negligible due to smaller area fraction of void area filled with gas at interfacial area. Consequently, it was found that adhesion of polyurethane foam to metal substrate was determined by variation of microstructural features with substrate preheating, surface treatment type of blowing agent.

발포 폴리우레탄과 탄소강과의 접착 강도 측정 및 수증기 흡착의 영향

변형된 Stud-pull 시험 방법을 통해 탄소강 기재 위에 발포된 폴리우레탄의 접착 강도를 측정하였다. 아연인산으로 처리한 표면이 거친 탄소강 위에서 발포시킨 폴리우레탄의 접착 강도는 0.95 kN으로서 표면이 매끈한 양극산화된 탄소강 위에서 발포된 폴리우레탄의 접착 강도인 0.38 kN 보다 높게 나타남으로서 그 타당성이 입증되었다. 이 시험법을 여러 온도로 미리 가열된 탄소강 기재 위에서 폴리우레탄을 발포 접합시킨 시료들에 적용한 결과, 6$0^{\circ}C$ 이상으로 미리 가열된 금속 기재 위에서 발포된 폴리우레탄은 높은 접착 강도를 나타내었다. 또한 위의 시료를 수증기를 흡착하는 용기에 노출시켜 접착 강도를 측정하였는데 4$0^{\circ}C$ 보다 낮거나 7$0^{\circ}C$의 높은 온도로 유지된 금속 기재 위에서 발포된 폴리우레탄의 접착 강도는 많이 감소하였다. HCFC-141b와 HFC-245fa로 발포된 폴리우레탄의 접착력을 비교하였는데 HFC-245fa로 발포된 시료의 접착력이 0.03 kN 만큼 낮았으며 두 시료를 수증기에 노출시 HFC-245fa로 발포된 시료는 계면 근처에 존재하는 가스로 채워진 빈공간 영역의 적은 면적 비율로 인해 접착력이 거의 그대로 유지되었다. 이런 현상들은 기재의 온도, 기재의 표면 처리 방법, 발포제의 종류에 따라 금속 기재와 고분자와의 계면 근처에서의 미세조직학적인 차이에 의한 결과로 판단된다.