JP2010522654A

JP2010522654A - 金属接着モールディング方法及び金属接着モールディング物

Info

Publication number: JP2010522654A
Application number: JP2010500807A
Authority: JP
Inventors: パーク、イェオンブム; パーク、スーンクウァン
Original assignee: サムヤングコネクトカンパニー．，リミテッド; パーク、イェオンブム
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2010-07-08
Also published as: WO2008140143A1; KR100792524B1; EP2142350A1; CN101547778A; EP2142350A4

Abstract

本発明は、接着剤を使用する金属接着モールディング方法及び金属接着モールディング物に関するものであって、ステンレススチールまたはアルミニウムの表面に接着剤を塗布した状態で射出金型内に挿入した後、ポリカーボネートを前記接着剤を塗布した金属の表面に直射出させるものであって、前記接着剤はポリアミド７０〜８０ｗｔ％、石油樹脂１０〜２０ｗｔ％、ミネラルオイル２〜７ｗｔ％、アミノシラン３〜７ｗｔ％から構成されたことを特徴とするので、接着剤により所定の形状の金属に樹脂射出物を堅く結合させることができるので、堅い金属接着モールディング物が得られるという利点がある。

Description

本発明は、接着剤を使用する金属接着モールディング方法及び金属接着モールディング物に関し、特に射出時、金属と樹脂との間が分離される傾向が抑制できる金属接着モールディング方法及び金属接着モールディング物に関する。

従来、ステンレススチール（ＳＵＳ）やアルミニウム（Ａｌ）のような材料からなる金属とポリカーボネート（ＰＣ）のような素材からなる樹脂とを結合する場合、インサート射出法をよく使用したが、結合される材料の異質性により射出工程後に分離される場合が多かった。

これを防止するために、金属と樹脂射出物とを熱融着テープを用いて接合する二重接合方法が開示されており、図１を参照してその概略的な構成を順序に従って説明すれば、以下の通りである。

１．最初に、金属をプレスを通じた成形加工や旋盤を通じた切削加工により所定の形状に成形する。
２．そして、熱融着テープを設ける。
３．次に、一般的な射出を通じて所定の形状の樹脂射出物を設ける。
４．成形された金属に熱融着テープを付着させる。
５．最後に、上記樹脂射出物を熱融着テープに接触させた後、熱を加えて圧接する。

しかしながら、このような場合、樹脂射出物の金属に対する接着力は高くなるかもしれないが、熱融着テープを使用するため、工数と人力及びこれに伴う費用が高まる問題点があった。

また、金属母材の形状が多少複雑な場合、熱融着テープを均一に適用することも困難であった。

本発明は、前述した問題点を解決するために案出したものであって、本発明の目的は、簡単な工程により所定の形状の金属に樹脂射出物を堅く結合させることができる金属接着モールディング方法及び金属接着モールディング物を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る金属接着モールディング方法は、金属の表面に接着剤を塗布した状態で射出金型内に挿入した後、合成樹脂を上記接着剤を塗布した金属の表面に直射出させるものであって、上記接着剤はポリアミド７０〜８０ｗｔ％、石油樹脂１０〜２０ｗｔ％、ミネラルオイル２〜７ｗｔ％、アミノシラン３〜７ｗｔ％から構成されたことを特徴とする。

ここで、上記金属は、ステンレススチール（ＳＵＳ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタニウム（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）の中から選択されたどれか１つであることを特徴とする。

また、上記合成樹脂は、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル、ＡＢＳの中から選択されたどれか１つであることを特徴とする。

また、上記接着剤は、塗布後２０分以上常温で乾燥し、１００〜１２０℃の温度で２０〜４０分間維持させた状態で射出することを特徴とする。

また、上記接着剤の塗布厚みは４０〜８０μｍの範囲にあることを特徴とする。

また、射出条件として、射出シリンダーの温度は２８０〜３００℃、射出シリンダーの圧力は５８〜６５ｋｇｆ／ｃｍ＾２の範囲におり、金型温度６５〜９５℃、及び冷却維持時間８秒以上であることを特徴とする。

一方、本発明に係る金属接着モールディング物は、ステンレススチールまたはアルミニウムの母材の表面とポリカーボネートが接着剤により付着された状態で構成された金属接着モールディング物であって、上記接着剤はポリアミド７０〜８０ｗｔ％、石油樹脂１０〜２０ｗｔ％、ミネラルオイル２〜７ｗｔ％、アミノシラン３〜７ｗｔ％から構成されたことを特徴とする。

従来の金属接着モールディング方法の一例を示す工程図である。本発明に係る接着剤を使用する金属接着モールディング方法を示す工程図である。

以下、添付された図面を参照しつつ本発明の好ましい実施形態を説明する。

図１に示すように、本発明に係る接着剤を使用する金属接着モールディング方法は、樹脂と結合される金属を先に成形し、接着剤液を上記金属に塗布した後、塗布された金属を射出金型に挿入して直射出する構成となっている。

この場合、上記金属はステンレススチール（ＳＵＳ）やアルミニウムなどが使われ、上記金属の成形はプレス成形加工や切削加工または鋳造など、一般的な成形法により製造されたものを使用できる。

また、本発明では上記金属の表面に射出される樹脂としてポリカーボネート（ＰＣ）が使われる。

そして、上記接着剤は、ポリアミド７０〜８０ｗｔ％、石油樹脂１０〜２０ｗｔ％、ミネラルオイル２〜７ｗｔ％、アミノシラン３〜７ｗｔ％から構成されている。

まず、上記ポリアミドは基本樹脂として接着力を誘導し、広範囲な表面に対する接着を可能にし、表面エネルギー差の大きい異種表面（ＳＵＳ＋ＰＣ、Ａｌ＋ＰＥ等）の接着を容易にする。仮に、ポリアミドが７０ｗｔ％未満であれば、その効果が充分でなく、８０ｗｔ％を超過すれば、これ以上の効果上昇がないので、７０〜８０ｗｔ％の組成比が好ましい。

次に、石油樹脂（petroleum resin）は粘着付与樹脂として接着剤の溶融温度を低め、場合によって官能基を与えるようにして、接着初期湿潤性（wetting）と接着力を向上させ、固化時間などの調節を可能にする役目を遂行する。仮に、石油樹脂が１０ｗｔ％未満であれば、前述した効果が表れず、２０ｗｔ％を超過すればこれ以上の効果改善無しでポリアミドの相対的含有量のみ縮める結果をもたらすので、その組成比は１０〜２０ｗｔ％が適切である。ここで、湿潤性とは、接着剤がプラスチック射出物の表面に広がりながら縺れる性質を指す。

また、石油樹脂とは、石油の精製過程や石油化学工程の副産物として生成される油分であって、オレフィンやジオレフィンを含有することを原料にしていろいろな方法により重合させたプラスチックを総称する。

次に、ミネラルオイルは可塑剤であって、混合された樹脂の潤滑の役目を遂行して混合物の流動性と分布を均等にし、混合物が製品の一部分に偏ることを防止する役目を遂行する。仮に、その含有量が２ｗｔ％未満であれば樹脂の流れを妨害して最終の製品が反る等の問題が発生し、７ｗｔ％を超過すれば流動性が過度になって射出過程で金型から樹脂が流れてあふれる問題点が発生する。

また、アミノシランは接着プロモータ（adhesive promoter、または硬化剤）であって、金属の母材と樹脂との間の付着力を向上させ、樹脂と無機物との間の湿潤性（wetting）を増進させる役目を遂行する。アミノシランは使用量の多少によって、付着力、硬化時間、及び機械的強度を格段に変化させることができるので、使用量に慎重を期する必要があるが、このような性質を適当に満足させることができる組成比として３〜７ｗｔ％が好ましい。

上記接着剤は、塗布した後、常温で２０分以上乾燥し、１００〜１２０℃の温度で２０〜４０分間維持した状態で射出することが接着力が最大に発揮できる。これは、接着剤硬化温度が低過ぎたり硬化時間が短ければ、接着剤が剥がれたりあふれたりする場合が発生し、硬化温度が高過ぎたり硬化時間が長ければ、早期硬化現象または射出前一部硬化現象が発生して接着力が弱くなるためである。また、常温乾燥時間が短ければ接着剤に気泡が発生して接着力が落ちる。

また、上記接着剤の塗布厚みは４０〜８０μｍの範囲にあることが好ましい。これは塗布厚みが薄過ぎれば、高温の射出過程で部分的に樹脂と接触しない部分が発生して接着力が落ち、塗布厚みが厚過ぎれば接着剤が剥がれて金型からあふれて接着力が落ちたり接着される合成樹脂に含まれたりして悪影響を及ぼすことができるためである。

接着剤は通常的な混合方式により製造される。即ち、前述した４つの成分を全て容器に入れた後、一般的な撹拌機で掻き回して混合製作するようになる。そして、上記接着剤は常温で密閉容器に保管できる。

本発明に使われる接着剤は熱硬化性樹脂であって、塗布された接着剤に１００℃以上の温度を加えれば接着剤が硬化しながら金属と強い接着力を維持するようになる。

また、本発明での接着剤は金属に塗布した後には略１０日間硬化が維持される。即ち、塗布した後１０日以内に射出すれば所定の接着力を持つ射出物が得られる。

したがって、金属母材に接着剤を塗布し乾燥した後、包装して１０日以内に射出すれば所定の接着力が発揮できる。

上記接着剤の接着力の測定は射出が完了した合成樹脂と金属母材を真空ノズルを用いて分離する時に必要とされる力（または、圧力）を測定することによりなされる。

一方、射出時に樹脂が適切な流動性を有するようにシリンダーの温度は２８０〜３００℃の範囲にあることが好ましい。即ち、温度が低過ぎれば早く固まって成形される前に固まる場合が発生し、温度が高過ぎれば接着剤が溶けて母材から剥がれて射出された製品の品質に悪影響を及ぼすようになる。

また、射出シリンダーの圧力は５８〜６５ｋｇｆ／ｃｍ＾２の範囲にあることが良い。上記射出シリンダーの圧力が小さ過ぎれば射出物の形態が完全に成形されず、接着力が弱くなり、大き過ぎれば接着剤があふれる現象が発生する。

そして、上記金属接合モールディング方法は、金型温度６５〜９５℃及び冷却維持時間８〜２０秒であることがよい。これは、金型温度が低過ぎれば成形が完了する前に固まる射出未成形の問題が発生し、高過ぎれば接着材が剥がれたりあふれて、母材と樹脂との接着力が弱くなるためである。また、冷却維持時間を過度に短くすれば合成樹脂が固くなる前に変形される問題があり、過度に長くすれば生産性が落ちるようになる。即ち、生産性と相関がなければ８秒以上に冷却維持時間を設定しても良い。

合成樹脂の射出液は略１．５〜３秒の範囲で金型内に満たせばよい。

（実施形態１）
下記の＜表１＞はステンレススチール（ＳＵＳ）母材にポリカーボネート（ＰＣ）樹脂を結合し、かつ接着剤を構成する各成分を異にして接着力を試験した結果を表す。試験において、接着剤の組成を除外した条件は全て同一に維持した。

表において、＃１と＃２は本発明例を表し、＃３〜＃１０は比較例を表す。

本発明例である＃１と＃２の場合には、接着力が優れたし、他の短所が表れなかった。

しかしながら、基本樹脂が足りないとか、過度な＃３と＃４の場合には、接着剤がＳＵＳとＰＣに均一に接着力が発揮できず、脱着時に接着剤がＰＣに不純物として残るようになった。

また、石油樹脂が足りないとか過度な＃５と＃６の場合には、ＳＵＳに対する接着剤の湿潤性が足りなくてＳＵＳとＰＣに均一に接着力が具現できず、脱着時に接着剤がＰＣに不純物として残るようになった。

また、ミネラルオイルが足りない＃７の場合には、接着剤を拡散させてくれる可塑剤が足りなくて塗布の流動性がよくないので、均一に塗布することが困難であったし、これによって作業性がよくなかった。

また、ミネラルオイルが過度な＃８の場合には接着剤を拡散させてくれる可塑剤が多くて塗布の流動性が過度であるので、接着剤があふれて射出時に接着剤が漏出される場合が発生したし、これによって作業性がよくなかった。

また、硬化剤であるアミノシランが足りない＃９の場合、硬化されず、液体状態を維持するので２次射出作業が不可能であった。

また、硬化剤であるアミノシランが過度な＃１０の場合、射出すれば接着剤が既にある程度堅く固くなることによって、ＰＣとＳＵＳを取る力が相対的に落ちた。これによって、脱着時に接着剤が切れながら剥がれる現象が発生した。

（実施形態２）
下記の＜表２＞は、ステンレススチールにポリカーボネートを射出し、かつポリアミド７５ｗｔ％、石油樹脂１５ｗｔ％、ミネラルオイル５ｗｔ％、アミノシラン５ｗｔ％の組成を持つ接着剤を８個の使用条件に従って射出試験した結果を表す。

ここで、＃１を除いて、残りは比較例に該当する。

＜表２＞に表すように、本発明の条件に従う接着剤を適用すれば接着力が維持されるが、その条件から外れる場合、多くは多様な短所が表れた。試験例を通じて短所は表れるが、所定の接着力を維持した場合（＃６条件）もあった。

（実施形態３）
下記の＜表３＞は、ステンレススチールにポリカーボネートを射出し、かつポリアミド７５ｗｔ％、石油樹脂１５ｗｔ％、ミネラルオイル５ｗｔ％、アミノシラン５ｗｔ％の組成を有する接着剤を７個の射出成形条件に従って射出試験した結果を表す。

ここで、＃１試験を除いて、残りは比較例に該当する。

＜表３＞に表すように、本発明の射出条件に従う接着剤を適用すれば接着力が維持され、短所が表れないが、その条件から外れる場合、多くは多様な短所が表れた。試験例を通じて短所は表れるが、所定の接着力を維持した場合（＃３、＃５条件）もあった。しかしながら、＃３の場合には接着剤があふれる現象が発生したし、＃５の場合には冷却時間が長くなって生産性が落ちる問題がある。

前述した実施形態は、ＳＵＳとＰＣとの結合に関するものであるが、金属がＡｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎｉのうちのどれか１つである場合と樹脂がアクリルまたはＡＢＳの場合にも類似な結果が得られた。

前述したような構成の本発明によると、接着剤により所定の形状の金属に樹脂射出物を堅く結合させることができるので、堅い金属接合モールディング物が得られるという利点がある。

また、本発明によると、工程が従来に比べて簡単であるので、工数と人力及びこれに伴う費用が低減できる利点がある。

Claims

金属の表面に接着剤を塗布した状態で射出金型内に挿入した後、合成樹脂を前記接着剤を塗布した金属の表面に直射出させるものであって、前記接着剤はポリアミド７０〜８０ｗｔ％、石油樹脂１０〜２０ｗｔ％、ミネラルオイル２〜７ｗｔ％、アミノシラン３〜７ｗｔ％から構成されたことを特徴とする接着剤を使用する金属接着モールディング方法。
前記金属は、ステンレススチール（ＳＵＳ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタニウム（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）の中から選択されたどれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の接着剤を使用する金属接着モールディング方法。
前記合成樹脂は、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル、ＡＢＳの中から選択されたどれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の接着剤を使用する金属接着モールディング方法。
前記接着剤は、塗布後２０分以上常温で乾燥し、１００〜１２０℃の温度で２０〜４０分間維持させた状態で射出することを特徴とする請求項１乃至３のうち、いずれか１つに記載の接着剤を使用する金属接着モールディング方法。
前記接着剤の塗布厚みは４０〜８０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項４に記載の接着剤を使用する金属接着モールディング方法。
射出シリンダーの温度は２８０〜３００℃、射出シリンダーの圧力は５８〜６５ｋｇｆ／ｃｍ＾２の範囲におり、金型温度６５〜９５℃及び冷却維持時間８秒以上であることを特徴とする請求項１乃至３のうち、いずれか１つに記載の接着剤を使用する金属接着モールディング方法。
ステンレススチールまたはアルミニウムの母材の表面とポリカーボネートが接着剤により付着された状態で構成されたインサート射出物であって、前記接着剤はポリアミド７０〜８０ｗｔ％、石油樹脂１０〜２０ｗｔ％、ミネラルオイル２〜７ｗｔ％、アミノシラン３〜７ｗｔ％から構成されたことを特徴とする金属接着モールディング物。