KR100930285B1 - 금속접착몰딩방법 및 금속접착몰딩물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접착제를 사용하는 금속접착몰딩방법 및 금속접착몰딩물에 관한 것으로서, 금속의 표면에 접착제를 도포한 상태에서 사출금형 내에 삽입한 후, 50~90wt%의 합성수지와 10~50wt%의 유리섬유(glass fiber)의 혼합물을 상기 접착제를 도포한 금속의 표면에 직사출시키는 금속접착몰딩방법 및 그 방법에 의해 만들어진 금속접착몰딩물을 특징으로 하므로, 접착제에 의해 소정 형상의 금속에 수지 사출물을 견고하게 결합시킬 수 있어 견고한 금속접착몰딩물을 얻을 수 있다는 이점이 있다.

금속접착, 몰딩, 합성수지, 유리섬유, 접착제, 폴리카보네이트, 스테인레스

Description

금속접착몰딩방법 및 금속접착몰딩물{METAL ADHESIVE MOULDING METHOD AND THE PRODUCT MADE BY THE METHOD}

본 발명은 접착제를 사용하는 금속접착몰딩방법 및 금속접착몰딩물에 관한 것으로서, 특히 사출시 금속과 수지 사이가 분리되는 경향을 억제할 수 있는 금속접착몰딩방법 및 금속접착몰딩물에 관한 것이다.

종래에는 스테인레스 스틸(SUS)나 알루미늄(Al)과 같은 재료로 이루어진 금속과 폴리카보네이트(PC)와 같은 소재로 이루어진 수지를 결합할 경우 인서트 사출법을 많이 사용했으나, 결합되는 재료의 이질성으로 인해 사출공정 후 분리되는 경우가 많았다.

이를 방지하기 위해, 금속과 수지 사출물을 열융착 테이프를 이용하여 접합하는 이중 접합방법이 개시되어 있으며, 도 1을 참조하여 그 개략적인 구성을 순서에 따라 설명하면 이하와 같다.

① 먼저, 금속을 프레스를 통한 성형가공이나 선반을 통한 절삭가공을 통해 소정의 형상으로 성형한다.

② 그리고, 열융착 테이프를 마련한다.

③ 다음, 일반적인 사출을 통해 소정 형상의 수지 사출물을 마련한다.

④ 성형된 금속에 열융착 테이프를 부착시킨다.

⑤ 마지막으로, 상기 수지 사출물을 열융착 테이프에 접촉시킨 후 열을 가해 압접한다.

그러나, 이와 같은 경우, 수지 사출물의 금속에 대한 접착력은 높아질지 모르나 열융착 테이프를 사용하기 때문에 공정수와 인력 및 이에 따른 비용이 높아지는 문제점이 있었다.

또한, 금속 모재의 형상이 다소 복잡한 경우 열융착 테이프를 균일하게 적용하는 것도 곤란하였다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 공정으로 소정 형상의 금속에 수지 사출물을 견고하게 결합시킬 수 있는 금속접착몰딩방법 및 금속접착몰딩물을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 금속접착몰딩방법은,

금속의 표면에 접착제를 도포한 상태에서 사출금형 내에 삽입한 후, 50~90wt%의 합성수지와 10~50wt%의 유리섬유(glass fiber)의 혼합물을 상기 접착제를 도포한 금속의 표면에 직사출시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 접착제는 폴리아미드 70~80wt%, 석유수지 10~20wt%, 미네랄 오일 2~7wt%, 아미노 실란 3~7wt%로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 금속은 스테인레스 스틸(SUS), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 합성수지는 폴리카보네이트(PC), 아크릴, ABS 및 PPA(Polyphthalamide) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접착제는, 도포 후 20분 이상 상온에서 건조하고, 100~120℃의 온도에서 20~40분 동안 유지시킨 상태에서 사출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접착제의 도포 두께는 40~80㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 사출조건으로서, 사출 실린더의 온도는 280~300℃, 사출 실린더 압력은 58~65kgf/cm²의 범위에 있으며, 금형 온도 65~95℃ 및 냉각유지시간 8초 이상인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 금속의 표면과 합성수지-유리섬유의 혼합물이 접착제에 의해 부착된 상태로 구성된 금속접착몰딩물로서, 전술한 금속접착몰딩방법에 의해 만들어진 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 접착제에 의해 소정 형상의 금속에 수지 사출물을 견고하게 결합시킬 수 있어 견고한 금속접합몰딩물을 얻을 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 공정이 종래에 비해 간단하여 공정수와 인력 및 이에 따른 비용이 절감되는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 접착제를 사용하는 금속접착몰딩방법은, 수지와 결합되는 금속을 먼저 성형하고 접착제액을 상기 금속에 도포한 후, 도포된 금속을 사출금형에 삽입하여 직사출하는 것으로 구성되어 있다.

이 경우, 상기 금속은 스테인레스 스틸(SUS)나 알루미늄 등이 사용되며, 상기 금속의 성형은 프레스 성형가공이나 절삭가공 또는 주조 등 일반적인 성형법에 의해 제조된 것을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 금속의 표면에 사출되는 합성수지-유리섬유의 혼합물로서 폴리카보네이트(PC)-유리섬유 혼합물이 사용된다.

합성수지로서 폴리카보네이트는 수축률이 크기 때문에, 단독으로 사용되면 사출 후 제품의 코너부위와 금속 사이에 벌어진 틈이 발생한다. 특히, 금속의 두께가 얇은 경우에는 폴리카보네이트의 수축시 인력으로 인해 상기 금속이 휘어지는 현상이 발생한다. 또한, 폴리카보네이트는 높은 온도에서 급냉할 경우 기공이 없어지는 성질을 가지고 있기 때문에 후술하는 접착제에 의한 금속과의 접착력에 제한이 된다.

따라서, 유리섬유를 소정량 포함시키면 전술한 폴리카보네이트의 사출시 단점을 보완할 수 있게 된다.

즉, 유리섬유 자체가 수축률이 매우 적은 소재이므로 합성수지와 혼합되어 사출되면 결합하는 금속과의 사이에 틈이 발생하지 않고 얇은 금속을 사용했을 경 우에도 휨 현상이 발생하지 않는다.

또한, 유리섬유는 유리성분이 일정량 포함되어 있기 때문에 높은 온도에서 급냉을 하더라고 합성수지 내에서 일정 갭이 발생하면서 경화하기 때문에 경화과정에서 후술하는 접착제와 엉키면서 소정의 접착력을 구현할 수 있게 된다. 또한, 유리섬유를 포함하면 합성수지 자체에 비해 내구성이 우수해지고, 순수한 합성수지보다 입자가 커지므로 사출시 상대적으로 BURR의 발생이 적고 사상이 쉽다.

상기 합성수지-유리섬유의 혼합물에서 합성수지는 50~90wt%, 유리섬유는 10~50wt% 포함되어 있는 것이 좋다.

유리섬유가 10wt% 미만일 경우 전술한 합성수지 보완효과가 충분히 나오지 않아 각종 단점이 계속 발생한다. 즉, 수축률이 여전히 커서 제품의 모서리 부위와 금속 사이에 벌어짐(틈)이 발행하고, 얇은 금속에 적용할 경우에는 휨 현상이 발생한다.

한편, 유리섬유가 50%를 초과할 경우에는 유리섬유 입자로 인해 사출기 실린더의 수명이 짧아지고, 사출 흐름성이 저하하며, 합성수지의 유연성이 없어져 쉽게 부러지게 된다. 그리고, 사출 흐름성을 개선하기 위해 높은 압력과 온도를 적용하는 경우 경제성이 떨어지는 단점이 있다.

상기 접착제는 폴리아미드 70~80wt%, 석유수지 10~20wt%, 미네랄 오일 2~7wt%, 아미노 실란 3~7wt%로 구성되어 있다.

먼저, 상기 폴리아미드는 기본수지로서 접착력을 유도하고 광범위한 표면에 대한 접착이 가능하게 하며 표면에너지 차이가 큰 이종 표면(SUS+PC, Al+PE 등)의 접착이 용이하게 한다. 만일, 폴리아미드가 70wt% 미만이면 그 효과가 충분하지 않고, 80wt%를 초과하면 더 이상의 효과 상승이 없으므로 70~80wt%의 조성비가 바람직하다.

다음, 석유수지(petroleum resin)는 점착 부여 수지로서 접착제의 용융온도를 낮추고 경우에 따라 관능기를 부여하도록 하여 접착초기 젖음성(wetting)과 접착력을 향상시키며 고화시간 등의 조절을 가능하게 하는 역할을 수행한다. 만일, 석유수지가 10wt% 미만이면 전술한 효과가 나타나지 않고 20wt%를 초과하면 더 이상의 효과 개선은 없이 폴리아미드의 상대적 함유량만 줄이는 결과를 가져오므로, 그 조성비는 10~20wt%가 적절하다. 여기서, 젖음성이란 접착제가 플라스틱 사출물의 표면에 확산되면서 엉키는 성질을 가리킨다.

또한, 석유수지란 석유의 정제과정이나 석유화학공정의 부산물로 생성되는 유분으로서, 올레핀이나 디올레핀을 함유하는 것을 원료로 하여 여러 가지 방법으로 중합시킨 플라스틱을 총칭한다.

다음, 미네랄 오일은 가소제로서, 혼합된 수지의 윤활역할을 수행하여 혼합물의 유동성과 분포를 고르게 하고 혼합물이 제품의 일부분에 치우치는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 만일, 그 함유량이 2wt% 미만이면 수지의 흐름을 방해하여 최종 제품이 뒤틀리는 등 문제가 발생하고, 7wt%를 초과하면 유동성이 과도해져 사출과정에서 금형으로부터 수지가 흘러 넘치는 문제점이 발생한다.

또한, 아미노 실란은 접착 프로모터(adhesive promoter 또는 경화제)로서, 금속의 모재와 수지 사이의 부착력을 향상시키고, 수지와 무기물 사이의 젖음 성(wetting)을 증진시키는 역할을 수행한다. 아미노 실란은 사용량의 다소(多少)에 따라 부착력, 경화시간 및 기계적 강도를 크게 변화시킬 수 있으므로 사용량에 신중을 기할 필요가 있는데, 이러한 성질을 적당하게 만족시킬 수 있는 조성비로서 3~7wt%가 바람직하다.

상기 접착제는 도포한 후 상온에서 20분 이상 건조하고 100~120℃의 온도에서 20~40분 동안 유지한 상태에서 사출하는 것이 접착력을 최대로 발휘할 수 있다. 이는, 접착제 경화온도가 지나치게 낮거나 경화시간이 짧으면 접착제가 탈락하거나 넘치는 경우가 발생하고, 경화온도가 지나치게 높거나 경화시간이 길면 조기 경화 현상 또는 사출전 일부 경화 현상이 발생하여 접착력이 약해지기 때문이다. 또한, 상온건조시간이 짧으면 접착제에 기포가 발생하여 접착력이 떨어진다.

또한, 상기 접착제의 도포 두께는 40~80㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이는 도포두께가 지나치게 작으면 고온의 사출과정에서 부분적으로 수지와 접촉하지 않는 부분이 발생하여 접착력이 떨어지고, 도포두께가 지나치게 두꺼우면 접착제가 탈락하여 금형으로부터 넘쳐서 접착력이 떨어지거나 접착되는 혼합물에 포함되어 악영향을 미칠 수 있기 때문이다.

접착제는 통상적인 혼합방식에 의해 제조된다. 즉, 전술한 4가지 성분을 모두 용기에 넣은 후 일반적인 교반기로 저어서 혼합 제작하게 된다. 그리고, 상기 접착제는 상온에서 밀폐용기에 보관할 수 있다.

본 발명에 사용되는 접착제는 열경화성 수지로서, 도포된 접착제에 100℃ 이상의 온도를 가하면 접착제가 경화되면서 금속과 강한 접착력을 유지하게 된다.

또한, 본 발명에서의 접착제는 금속에 도포한 후에는 대략 10일 동안 경화가 유지된다. 즉, 도포한 후 10일 이내에 사출하면 소정의 접착력을 지닌 사출물을 얻을 수 있다.

따라서, 금속 모재에 접착제를 도포하고 건조한 후 포장하여 10일 이내에 사출하면 소정의 접착력을 발휘할 수 있다.

상기 접착제의 접착력 측정은 사출이 완료된 합성수지-유리섬유 혼합물과 금속 모재를 진공노즐을 이용하여 분리할 때 필요한 힘(또는 압력)을 측정하는 것에 의해 이루어진다.

한편, 사출시 수지가 적절한 유동성을 가지도록 실린더의 온도는 280~300℃의 범위에 있는 것이 바람직하다. 즉, 지나치게 온도가 낮으면 빨리 굳어져서 성형되기 전에 굳어지는 경우가 발생하고, 지나치게 온도가 높으면 접착제가 녹아서 모재로부터 탈락하여 사출된 제품의 품질에 악영향을 미치게 된다.

또한, 사출 실린더의 압력은 58~65kgf/cm²의 범위에 있는 것이 좋다. 상기 사출 실린더의 압력이 너무 작으면 사출물의 모양이 완전히 성형되지 않고 접착력이 약하게 되며, 너무 크면 접착제가 넘치는 현상이 발생한다.

그리고, 상기 금속접합몰딩방법은, 금형 온도 65~95℃ 및 냉각유지시간 8~20초인 것이 좋다. 이는, 금형온도가 너무 낮으면 성형이 완료되기 전에 굳어지는 사출 미성형의 문제가 발생되고, 너무 높으면 접착재가 탈락되거나 넘쳐서 모재와 수지의 접착력이 약해지기 때문이다. 또한, 냉각유지시간을 너무 짧게 하면 합성 수지-유리섬유의 혼합물이 굳기 전에 변형되는 문제가 있고, 너무 길게 하면 생산성이 떨어지게 된다. 즉, 생산성과 상관이 없다면 8초 이상으로 냉각유지시간을 설정하여도 좋다.

합성수지-유리섬유 혼합물의 사출액은 대략 1.5~3초의 범위에서 금형 내에 채우면 된다.

실시예 1

아래 [표 1]은 스테인레스 스틸(SUS) 모재에 폴리카보네이트(PC)-유리섬유(glass fiber)의 혼합물을 결합하되 접착제를 구성하는 각 성분을 다르게 하여 접착력을 시험한 결과를 나타낸다. 시험에서 접착제의 조성을 제외한 조건은 모두 동일하게 유지하였다.

표에서, #1과 #2는 본 발명예를 나타내고, #3~#10는 비교예를 나타낸다.

본 발명예인 #1과 #2의 경우에는 접착력이 우수했으며 다른 단점이 나타나지 않았다.

그러나, 기본수지가 부족하거나 과도한 #3와 #4의 경우에는 접착제가 SUS와 PC-유리섬유 혼합물에 균일하게 접착력을 발휘하지 못하고, 탈착시 접착제가 상기 혼합물에 불순물로서 남게 되었다.

또한, 석유수지가 부족하거나 과도한 #5와 #6의 경우에는 SUS에 대한 접착제의 젖음성이 부족하여 SUS와 PC-유리섬유의 혼합물에 균일하게 접착력을 구현하지 못하고, 탈착시 접착제가 상기 혼합물에 불순물로서 잔류하게 되었다.

또한, 미네랄 오일이 부족한 #7의 경우에는 접착제를 확산시켜주는 가소제가 부족하여 도포의 유동성이 좋지 않으므로 균일하게 도포하는 것이 곤란했고, 이에 따라 작업성이 좋지 않았다.

또한, 미네랄 오일이 과도한 #8의 경우에는 접착제를 확산시켜주는 가소제가 많아서 도포의 유동성이 과도하므로 접착제가 넘쳐서 사출시 접착제가 누출되는 경우가 발생하였으며, 이에 따라 작업성이 좋지 않았다.

또한, 경화제인 아미노실란이 부족한 #9의 경우, 경화되지 않고 액체 상태를 유지하므로 2차 사출 작업이 불가능하였다.

또한, 경화제인 아미노실란이 과도한 #10의 경우, 사출하면 접착제가 이미 어느 정도 딱딱하게 굳음으로써 PC-유리섬유의 혼합물과 SUS를 잡는 힘이 상대적으로 떨어졌다. 이에 따라, 탈착시 접착제가 탁탁 끊어지면서 떨어지는 현상이 발생하였다.

실시예 2

아래 표 2는, 스테인레스 스틸에 폴리카보네이트-유리섬유의 혼합물을 사출하되, 폴리아미드 75wt%, 석유수지 15wt%, 미네랄 오일 5wt%, 아미노 실란 5wt%의 조성을 가지는 접착제를 8개의 사용조건에 따라 사출 시험한 결과를 나타낸다.

여기서, #1을 제외하고 나머지는 비교예에 해당한다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 조건에 따른 접착제를 적용하면 접착력이 유지되나, 그 조건을 벗어나는 경우 대부분 다양한 단점들이 나타났다. 시험예를 통해서 단점은 나타나나 소정의 접착력을 유지한 경우(#6 조건)도 있었다.

실시예 3

아래 표 3은, 스테인레스 스틸에 폴리카보네이트-유리섬유의 혼합물을 사출하되, 폴리아미드 75wt%, 석유수지 15wt%, 미네랄 오일 5wt%, 아미노 실란 5wt%의 조성을 가지는 접착제를 7개의 사출성형조건에 따라 사출 시험한 결과를 나타낸다.

여기서, #1 시험을 제외하고 나머지는 비교예에 해당한다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 사출조건에 따른 접착제를 적용하면 접착력이 유지되고 단점이 나타나지 않으나, 그 조건을 벗어나는 경우 대부분 다양한 단점들이 나타났다. 시험예를 통해서 단점은 나타나나 소정의 접착력을 유지한 경우(#3, #5 조건)도 있었다. 그러나, #3의 경우에는 접착제가 넘치는 현상이 발생하였고, #5의 경우에는 냉각시간이 길어져서 생산성이 떨어지는 문제가 있다.

전술한 실시예는 SUS와 PC-유리섬유 혼합물의 결합에 관한 것이나, 금속으로서 Al, Ti, Mg, Zn, Ni 중 어느 하나가 선택될 수 있고, 합성수지로서 아크릴이나 ABS 또는 PPA(Polyphthalamide)를 선택한 경우에도 유사한 결과가 얻어졌다.

도 1은 종래의 금속접착몰딩방법의 일 예를 나타내는 공정도이다.

도 2는 본 발명에 따른 접착제를 사용하는 금속접착몰딩방법을 나타내는 공정도이다.

Claims (8)

1. 금속의 표면에 접착제를 도포한 상태에서 사출금형 내에 삽입한 후, 50~90wt%의 합성수지와 10~50wt%의 유리섬유의 혼합물을 상기 접착제를 도포한 금속의 표면에 직사출시키며,

   상기 접착제는 폴리아미드 70~80wt%, 석유수지 10~20wt%, 미네랄 오일 2~7wt%, 아미노 실란 3~7wt%로 구성된 것을 특징으로 하는 접착제를 사용하는 금속접착몰딩방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 금속은 스테인레스 스틸(SUS), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 접착제를 사용하는 금속접착몰딩방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 합성수지는 폴리카보네이트(PC), 아크릴, ABS 및 PPA 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 접착제를 사용하는 금속접착몰딩방법.
5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 접착제는, 도포 후 20분 이상 상온에서 건조하고, 100~120℃의 온도에서 20~40분 동안 유지시킨 상태에서 사출하는 것을 특징으로 하는 접착제를 사용하는 금속접착몰딩방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 접착제의 도포 두께는 40~80㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 접착제를 사용하는 금속접착몰딩방법.
7. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   사출 실린더의 온도는 280~300℃, 사출 실린더 압력은 58~65kgf/cm²의 범위에 있으며, 금형 온도 65~95℃ 및 냉각유지시간 8초 이상인 것을 특징으로 하는 접착제를 사용하는 금속접착몰딩방법.
8. 금속의 표면과 합성수지-유리섬유의 혼합물이 접착제에 의해 부착된 상태로 구성된 금속접착몰딩물로서, 제1항,제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 기재된 금속접착몰딩방법에 의해 만들어진 것을 특징으로 하는 금속접착몰딩물.

Images