KR100361198B1 - 다층적층판및이의제조법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속판 편면 또는 양면에 보강섬유를 함유하는 섬유 강화 열가소성 수지 층을 적층시킨 다층 적층판에 관한 것이며, 이 다층 적층판은 녹이나 부식의 발생이 없고, 소음및 방음효과가 우수하며, 진동에 대해서도 우수한 제진효과를 갖는 등의 섬유 강화 열가소성 수지의 특징을 그대로 나타내며, 금속판의 우수한 기계적 강도를 아울러 갖는다.

Description

다층 적층판 및 이의 제조법
종래부터 금속판은 기계적 강도가 우수한 특징을 가져 각종 재료로 사용되어 왔다. 그러나, 이들 금속판은 경량성이 부족하고, 내수성이나 내약품성도 열악하므로 녹이나 부식이 생기기 쉽고, 외부로부터의 충격, 진동, 소음 등이 직접반영되기 때문에 내충격판, 제진판, 방음재 등으로 이용하는 데는 문제가 있다.
이러한 금속판의 결점을 개선하는 것으로서 예를 들면 녹이나 부식을 방지하기 위해 금속판의 편면 또는 양면에 수지를 코팅 또는 플레이팅한 적층판이 알려져 있다.
그러나, 이러한 적층판은 녹이나 부식에 대해서는 어느 정도 개선되었지만, 수지층이 매우 얇기 때문에 핀홀이 발생하거나 약간의 충격으로 수지층이 손상되어 금속 부분이 노출되어 녹이 발생하는 문제가 있다. 따라서, 이들은 장기간에 걸쳐 녹이나 부식에 대해 안정하다고 할 수 없다.
더욱이, 이들은 외부로부터의 충격, 진동, 소음 등이 흡수 완화되지 않고 금속판에 반영되기 때문에 내충격판, 제진판, 방음재 등으로 이용할 수 없었다.
본 발명은 금속판 편면 또는 양면에 보강섬유를 함유한 섬유강화 열가소성수지층이 적층되어 이루어진 다층 적층판에 관한 것이다.
제 1 도 (A) 는 충격, 가진 장치를 나타내고, 제 1 도 (B) 는 이 장치를 사용한 진동, 소음의 측정방법의 개략도를 나타낸다.
제 2 도는 실시예 4 에서 수득한 다층 적층판의 소음레벨의 측정결과를 나타낸 차트이다.
제 3 도는 비교예 4 에서 강판 단독으로의 소음레벨의 측정결과를 나타낸 차트이다.
제 4 도는 실시예 4 에서 수득한 다층 적층판의 진동 측정결과를 나타낸 차트이다.
제 5 도는 비교예 4 에서 강판 단독으로의 진동 측정결과를 나타낸 차트이다.
이와 같은 상황에서, 본 발명자들은 상기 문제를 해결하고 핀홀이나 긁힘에 의해 금속 부분이 노출되어 금속판에 녹이나 부식이 발생하는 것도 없고 내충격판, 제진판, 방음재 등으로서도 이용가능한 다층 적층판을 개발하기 위해 예의 검토하였다. 그 결과, 본 발명에 이르렀다.
본 발명은 금속판 편면 또는 양면에 보강섬유를 함유한 섬유강화 열가소성수지층을 적층하여 이루어짐을 특징으로 하는 다층 적층판을 제공한다.
본 발명의 다층 적층판에 있어서, 금속판으로는 예를 들면 통상의 강판, 초고장력 강판, 스테인레스 강판, 제진 강판, 알루미늄판, 동판 등의 각종 금속판이 포함된다. 이들 금속판은 각각의 사용목적에 따라 적당히 선택되며 특별히 한정되지 않는다. 또한, 금속판의 두께나 형상도 특별히 한정되지 않으며 그 사용목적에 따라 적당히 선택된다.
보강섬유를 함유한 섬유강화 열가소성 수지층은 강도 보강용의 섬유 (보강섬유) 와 매트릭스를 구성하는 각종 열가소성 수지로 이루어진 것이다.
보강섬유로는 통상은 유리섬유, 탄소섬유, 알루미나 섬유 등의 무기섬유가 사용된다. 특히 유리섬유가 바람직하게 사용된다.
보강섬유의 섬유길이는 특별히 한정되지 않지만, 1 mm 이상, 특히 10 mm 이상인 것이 다층 적층판으로서의 성능상 바람직하다. 예컨대, 'KP-시트'와 같은 스탬퍼블 시트(stampable sheet)의 강도의 관점에서, 보강섬유의 섬유길이는 1 ㎜ 이상, 특히 10 mm 이상이 바람직하다.
열가소성 수지로는 폴리프로필렌, 폴리에스테르 등의 각종 열가소성 수지가 예시된다.
이들 보강섬유와 열가소성 수지를 어떻게 조합하는가는 각각의 사용목적에 따라 적당히 결정되지만, 일반적으로는 유리섬유와 폴리프로필렌의 조합으로 이루어진 섬유강화 열가소성 수지가 사용된다.
또한, 양자의 배합비율은 섬유강화 열가소성 수지를 제조하는 경우의 공지의 범위 내에서 적당히 선택된다.
본 발명의 다층 적층판은 상기한 바와 같이 금속판 편면 또는 양면에 섬유강화 열가소성 수지층을 적층한 것이다. 수지층을 금속판의 편면에만 형성시킨 2층 구조이거나 금속판의 양면에 수지층을 형성시킨 3층 구조일 수 있다. 또한, 사용목적에 따라서는 이와 같은 2층 또는 3층 구조를 갖는 다층 적층판의 편면 또는 양면에 금속판 및 수지층을 순차 적층한 4층 이상의 구조를 가질 수도 있다. 최외층이 섬유강화 열가소성 수지층인 다층 적층판이 그 목적상 바람직하다. 특히, 금속판의 양면에 수지층을 형성시킨 3층 구조를 갖는 다층 적층판이 바람직하다.
이러한 다층 적층판에 있어서, 섬유강화 열가소성 수지층의 두께는 각각의 사용목적에 따라 다르다. 그러나, 이 섬유강화 열가소성 수지층의 두께가 너무 얇은 경우에는 다층 적층판이 충분한 성능을 발휘할 수 없다. 따라서, 두께는 0.2 mm 이상, 특히 0.5 mm 이상인 것이 바람직하다. 예컨대, 최종 적층물의 성능(내부식성, 진동감쇠성 등) 의 관점에서, 섬유강화 열가소성 수지층의 두께는 0.2mm 이상이 바람직하다. 섬유강화 열가소성 수지층의 두께가 0.2 mm보다 얇은 경우에는, 양호한 성능 (내부식성, 진동감쇠성 등) 을 갖춘 적층판을 얻기가 힘들다.
본 발명의 다층 적층판은 상기한 바와 같은 보강섬유를 함유한 섬유강화 열가소성 수지를 미리 시트형태로 만든, 예를 들면 '스탬퍼블 시트' 로 불리는 적어도 하나의 섬유강화 열가소성 수지시트, 또는 이러한 시트를 제조하는 과정에서 수득한 반제품의 적어도 하나의 웨브 (이하에서는 이것을 총칭하여 섬유강화 열가소성 수지시트로 칭함) 를 원료로 하고, 이것을 금속판에 직접 또는 중간층을 매개로 접착제 등으로 접착시킴으로써 제조될 수 있다. 가장 바람직한 것은 섬유강화 열가소성 수지시트 내의 열가소성 수지의 열 융착에 의해 금속판 편면 또는 양면에 상기 시트를 적층시키는 방법이다.
열 융착에 의한 방법으로서 대표적인 것은, 소정의 온도로 설정된 가열 오븐에서 적어도 표면부분의 수지가 용융되어 충분히 유동하는 정도까지 미리 가열한 섬유강화 열가소성 수지시트 위에, 예열되어 있어도 좋은 금속판을 놓고, 이들을 압축하는 방법이다.
이 경우의 가열온도는 섬유강화 열가소성 수지시트중의 매트릭스 수지에 따라 다르다. 예를 들면, 매트릭스 수지가 폴리프로필렌이면 가열온도는 통상 160내지 230 ℃ , 바람직하게는 180 내지 220 ℃ 이다.
또한, 이 경우의 압축력은 수지에 충분한 유동성을 부여하고 금속판 표면과의 충분한 밀착성을 부여하도록 통상 5 내지 300 kg/㎠, 특히 10 내지 200 kg/㎠인 것이 바람직하다.
압축시간은 통상 10 내지 300초, 바람직하게는 30 내지 200초이다.
3층 구조 이상의 다층 적층판은 예를 들면 적어도 표면부분이 용융하여 충분히 유동하는 정도까지 미리 가열시킨 섬유강화 열가소성 수지시트를 프레스 성형기에 세트하고, 이 시트상에 금속판을 놓고, 이 금속시트상에 상기한 바와 같이 적어도 표면부분이 용융하여 충분히 유동하는 정도까지 미리 가열시킨 섬유강화 열가소성 수지시트를 놓은 후, 이들을 압축함으로써 제조할 수 있다.
또 하나의 제조법으로서, 프레스 성형기내에 금속판과 적어도 하나의 섬유강화 열가소성 수지시트를 원하는 적층구조를 형성하도록 놓은 후, 시트의 수지가 용융하는 정도까지 프레스 성형기를 가열한 후 또는 가열하면서 이들을 압축함으로써 다층 성형판을 제조할 수도 있다.
이 방법을 이용하는 경우의 가열온도, 압축력 등은 상기한 바와 동일하다.
이들 방법에 있어서, 압축시에 금속판을 사이에 낀 상하의 섬유강화 열가소성 수지시트의 용융 수지가 유동하여 금속판의 단부에서 상하의 수지시트가 직접 용융하도록 금속판 및 2 장의 수지시트를 세트하면, 금속판의 표면뿐만 아니라 단부에 있어서도 완전히 수지층에 둘러싸인 다층 적층판을 수득할 수 있다.
수지시트 사이에 금속판을 끼운 경우에, 미리 금속판에 작은 구멍을 1 또는 2 개 만들어 놓아, 이 구멍을 통하여 상하 수지시트 중의 수지가 직접 융착함으로써 더욱 강고하게 금속판과 섬유강화 열가소성 수지시트가 적층된 다층 적층판을 수득할 수 있다.
본 발명의 다층 적층판은 금속판과 섬유강화 열가소성 수지시트가 일체적으로 적층되어 이루어지므로, 필요로 하는 강도를 얻기 위해서 제품 그 자체의 두께는 다소 증가하지만 제품으로서의 중량을 경감시킬 수 있고, 금속 표면의 수지충이 두껍고 견고하므로 녹이나 부식의 문제도 없어 장기간에 걸쳐 안정하다고 하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 다층 적층판의 표면의 수지층은 섬유강화 열가소성 수지 자체가 갖는 성능으로서 흡음효과 및 소음효과를 가지며 진동감쇠효과도 크다는 등의 각종 우수한 성질을 가지므로, 금속판이 갖는 성질과 이러한 수지층이 갖는 성질이 합하여지면 기계적 강도가 우수한 방음재, 내충격판, 제진판, 단열재 등으로서 다층 적층판이 유리하게 사용될 수 있다.
특히, 보강섬유로서 유리섬유 등의 절연성 재료를 사용하는 경우, 본 발명의 다층 적층판은 기계적 강도가 우수한 절연성 재료로서도 사용될 수 있는 등, 그 용도는 매우 광범위하다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 이들로 한정되는 것은 결코 아니다.
실시예 1
섬유길이가 10 mm 이상인 유리섬유를 80 % 이상 함유하는 유리섬유와 폴리프로필렌 수지로 이루어지고 그 중량 % 비가 4 : 6 인 기초중량 1,000 g/㎡ 의 스탬퍼블 시트 (K-PLASHEET CORPORATION 제품, 상품명 'KP-시트") 를 290 mm 사각형으로 절단하고, 이 시트 2 장을 240℃ 로 설정한 가열오븐에서 4 내지 5 분간 가열하였다. 이 때의 시트의 표면온도는 210℃ 이고 표면에서 용융수지는 유동상태가 되었다.
가열된 시트 1 장을 60℃ 로 유지시킨 300 × 300 mm 프레스다이에 세트한 후, 이 시트 위에 290 × 290 mm , 두께 0.8 ㎜ 의 통상 강판 (SS41) 을 놓고, 이 강판 위에 상기한 바와 같이 가열시킨 다른 시트 1 장을 놓는다. 이들을 면압 70 kg/㎠ 로 60 초간 압축시켜, 전 주변 단부가 상하 시트의 수지로 둘러싸인 섬유강화 열가소성 수지층/강판/섬유강화 열가소성 수지층으로 이루어진 두께 2.5 mm 의 3층 적층판을 얻었다.
제품의 표면에 금속 노출부는 없고, 강판의 표면은 완전히 밀착한 섬유강화 열가소성 수지로 덮여 있었다.
수득된 다층 적층판의 물성을 표 1 에, 내약품성의 평가결과를 표 2 에 나타낸다.
실시예 2
두께 0.8 mm 의 통상 강판 대신 두께 0.6 mm 의 통상 강판을 사용한 것 이외는 실시예 1 과 같은 방법으로, 전 주변 단부가 상하 시트의 수지로 둘러싸인 섬유강화 열가소성 수지층/강판/섬유강화 열가소성 수지층으로 이루어진 두께 2.1 mm의 3층 적층판을 얻었다.
제품의 표면에 금속 노출부는 없고, 강판의 표면은 완전히 밀착한 섬유강화 열가소성 수지로 덮여 있었다.
수득된 다층 적층판의 물성을 표 1 에 나타낸다.
실시예 3
섬유길이가 10 mm 이상인 유리섬유를 80 % 이상 함유하는 유리섬유와 폴리프로필렌 수지로 이루어지고 그 중량 % 비가 4 : 6 인 기초중량 1,000 g/㎡ 의 스탬퍼블 시트 (K-PLASHEET CORPORATION 제품, 상품명 "KP-시트") 를 제조하는 과정에서 수득된 300 × 300 mm 의 제품상 시트 (웨브) 및 반경 5 mm 의 원형의 구멍을 거의 균등하게 9 개 구비한 두께 0.6 mm 의 300 × 300 mm 알루미늄판을 웨브/알루미늄판/웨브의 순으로 프레스기 내에 세트하였다. 이들을 변압 70 kg/㎠ 의 압력을 가하면서 180℃ 까지 가열하였다.
가열상태를 60 초간 유지하여 섬유강화 열가소성 수지층/알루미늄판/섬유강화 열가소성 수지층으로 이루어진 두께 2.1 mm 의 3층 적층판을 얻었다.
수득된 다층 적층판의 물성을 표 1 에 나타낸다.
비교예 1 내지 3
비교용으로, 통상 강판 (SS41) (비교예 1), 알루미늄판 (비교예 2) 및 실시예 1 에서 사용된 것과 같은 KP-시트 (단, 두께는 4.4 mm) (비교예 3)를 각각 사용하였다. 이들의 물성 및 내약품성을 평가하였다. 결과를 표 1및 표 2에 나타낸다.
실시예 4
섬유길이가 10 mm 이상인 유리섬유를 80 % 이상 함유하는 유리섬유와 폴리프로필렌 수지로 이루어지고 그 중량 % 비가 4 : 6 인 기초중량 2,000 g/㎡ 의 스탬퍼블 시트 (K-PLASHEET CORPORATION 제품, 상품명 "KP-시트") 를 250 × 250 ㎜의 크기로 절단하였다. 이렇게 수득된 시트 2 장 사이에 두께 1.2 mm 의 통상 강판을 삽입하고, 이들을 프레스기에 세트하고 면압 30 kg/㎠ 의 압력을 가하면서 210℃ 까지 가열하였다. 가열상태를 2 분간 유지하여 섬유강화 열가소성 수지층/강판/섬유강화 열가소성 수지층으로 이루어진 두께 4.5 mm 의 3층 적층판을 얻었다.
수득된 다층 적층판에 대하여, 제 1 도에 나타낸 충격, 가진 장치를 사용하여 충격시의 소음레벨 및 진동의 감쇠속도를 측정하였다.
제 1 도 (B) 에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 직경 11.0 mm 및 질량 5.6 g의 강구를 높이 500 mm 에서 자유낙하시켜 충격을 가하였다.
소음은 소정의 위치에서 마이크로폰으로 측정하고, 진동은 충격부 이측에 붙은 가속도계로 측정하였다.
본 발명에 따른 다층 적층판의 소음레벨과 진동감쇠속도는 도 1(A) 및 도1(B) 에 도시된 충격, 가진 장치에 의해 측정된 값이다. 강구 (직경 : 11.0 ㎜, 질량 : 5.6 g) 를 높이 500 mm 에서 자유낙하시켜 충격을 가하였을 때, 본 발명에 따른 다층 적층판은 소음레벨을 125 dBA 이하로 억제할 수 있었다. 또한, 본 발명에 따른 다층 적층판의 진동감쇠속도는 낙하후 0.04 초후에 1 G 이하를 나타내었다.
소음레벨 측정결과를 제 2 도에 나타내고, 진동감쇠속도를 제 4 도에 나타낸다.
비교예 4
비교용으로, 두께 2.0 mm 의 250 × 250 mm 통상 강판을 사용하는 것 이외는 실시예 4 와 같이 시험하였다.
소음레벨 측정결과를 제 3 도에 나타내고, 진동감쇠속도를 제 5 도에 나타낸다.
주 1 : KP 는 KP-시트를 나타낸다.
주 2 : kgf/㎟
주 3 : 단위중량당 강성
본 발명의 다층 적층판은 내충격성이 우수하고, 코팅된 금속판과는 달리 핀홀의 발생도 없고, 약간의 충격에 의한 수지층의 긁힘으로 인하여 금속층의 표면이 노출되어 녹이 발생하는 일이 거의 없어, 내충격판, 제진판 및 방음재로서의 이용성이 매우 큰 적층판이다.

Claims (12)

  1. 다층 적층판에 있어서,
    금속판의 편면 또는 양면에 보강섬유를 함유하는 섬유강화 열가소성 수지층을 적층시킨 것을 특징으로 하는 다층 적층판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보강섬유가 무기섬유인 것을 특징으로 하는 다층 적층판.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 무기섬유가 유리섬유인 것을 특징으로 하는 다층 적층판.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 보강섬유의 섬유길이가 1 mm 이상인 것을 특징으로 하는 다층 적층판.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 섬유길이가 10 ㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 다층 적층판.
  6. 제 1 항에 있어서, 적층이 열융착에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 적층판.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 섬유강화 열가소성 수지층의 두께가 0.2 mm 이상인 것을 특징으로 하는 다층 적층판.
  8. 적어도 그 표면부분의 수지가 용융하여 충분히 유동하는 정도까지 미리 가열시킨 섬유강화 열가소성 수지시트를 금속판의 편면 또는 양면에 놓은 후, 이들을 압축시키는 것을 특징으로 하는 제 1항에 기재된 다층 적층판의 제조법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 열가소성 수지가 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 다층 적층판의 제조법.
  10. 제 1 항에 있어서, 충격흡수성을 갖는 것을 특징으로 하는 다층 적층판.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 충격흡수성이 도 1 (B) 에 나타낸 것과 같이 직경 11.0 mm 및 질량 5.6 g 의 강구를 500 mm 높이에서 자유낙하시킨후 소정위치에 놓아둔 마이크로폰을 통한 소음 레벨의 측정시 125 dBA 이하의 소음 레벨을 나타내는 것을 특징으로 하는 다층 적층판.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 충격흡수성이 도 1 (B) 에 나타낸 것과 같이 직경 11.0 mm 및 질량 5.6 g 의 강구를 500 mm높이에서 자유낙하시킨후 충격부 이측에붙은 가속도계를 이용한 진동의 강도 측정시 0.04 초 후에 1 G 이하의 진동 감쇠 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 다층 적층판.
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