KR101336224B1 - 다층 구조물의 접합 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다층 구조물의 접합 방법에 관한 것으로, 다수의 구조물들을 금형에 내장하는 단계; 및 상기 금형 내에 흐름성 강화제가 혼합된 플라스틱 수지를 주입하고 상기 플라스틱 수지를 고화시켜 상기 구조물들 사이에 플라스틱을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

다층 구조물의 접합 방법{METHOD OF BONDING MULTILAYER STRUCTURE}
본 발명은 다층 구조물의 접합 방법에 관한 것이다.
최근, 다양한 복합재료(composite)에 대한 연구와 개발이 보고되고 있고, 그러한 복합재료가 산업 발달과 더불어 매우 다양한 형태와 기능으로 분화되어, 기존 소재가 갖지 못하는 새로운 기능 또는 우수한 성능을 가진 많은 제품으로 개발되고 있다. 복합재료는 이종 소재들을 조합하여 하나의 소재가 갖는 고유한 물성 만으로는 얻을 수 없는 성능과 기능을 가진다.
복합재료의 구성 성분은 크게 분산상과 매트릭스상으로 구분할 수 있는데, 매우 다양한 형태와 물질들의 조합으로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 복합재료는 탈크, 탄산칼슘, 실리카, 카본블랙, 산화티탄 등의 무기 입자상 강화재나 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 등의 섬유상 강화재, 또는 입자 형태를 띄는 고분자 강화재 등을 열경화성 수지 또는 열가소성 수지로 선택되는 매트릭스 수지로 결속시켜 고착시키는 방법으로 제조될 수 있다.
강화재의 형태에 따라 크게 비연속상 강화재를 사용한 복합재료와, 연속상 강화재를 사용한 복합재료로 구분할 수 있다. 비연속상 강화재를 사용한 복합재료는 강화재들이 연속으로 연결되어 주로 사출성형이나 압출성형의 방법으로 제작되어 다양한 기계 및 기구의 부품으로 적용되고 있으며, 연속상 강화재를 사용한 복합재료는 적층 방법에 의하여 형태를 부여하여 다양한 기계 및 기구의 부품으로 적용되고 있다. 연속상 강화재를 사용한 복합재료는 비연속상 강화재를 사용한 복합재료 대비 매우 높은 강성과 강도를 가지는 특징이 있다. 그러므로 연속상 강화재를 사용한 복합재료는 기존의 금속 소재나 무기 소재 등을 대체하여 기존 소재 대비 비중이 낮으면서도 강성과 강도 등의 물리적 성질이 뛰어난 소재로서 최근 들어 다양한 산업 분야에서 각광을 받고 있다. 비연속상 강화재를 사용한 복합재료는 서로 분리된 단편적인 강화재들이 분산된 복합재료이다.
복합재료의 실제 적용 용도로는 볏집 등을 혼합한 흙벽돌로부터 초대형 항공기의 동체에 적용되는 알루미늄 탄소섬유 복합소재에 이르기까지 매우 다양하다.
공산품의 경박단소화 경향과 외관의 강조 등 성형 부품의 성능 및 기능에 대한 산업계의 요구 조건이 점차 강화되고 다양화하면서 기존 소재 단독으로는 요구 조건을 만족시킬 수 없는 경우가 많아지고 있다. 일 예로, 우수한 물리적 성능 및 신뢰성을 위하여 금속 소재가 적용되지만, 이와 동시에 경량화를 위하여 복합재료가 함께 사용되어 서로의 약점을 보완하는 것과 같은 소재의 복합화가 적용되고 있다. 이러한 소재의 복합화를 구현하기 위하여 각 소재들의 밀착 및 접합 기술이 반드시 필요한데, 금속 소재와 플라스틱을 접합하거나 금속 소재와 복합재료를 접합하거나, 혹은 플라스틱과 복합재료를 접합하는 방법 등 다양한 소재의 접합 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 접합 방법은 접합 매개체를 이용한 접합 방법, 직접 접합 방법, 기계적 접합 방법 등이 알려져 있다.
접합 매개체를 이용한 접합 방법은 접착제를 이용하여 이종 소재들을 접합하는 방법이다. 이 접합 방법에서, 접착제는 에폭시 수지, 우레탄 수지 등 화학 반응성 수지, 핫멜트 수지, 고무 등 고분자 수지, 아크릴레이트계 접착제, 시멘트, 물유리 등 무기계 접착제, 아교, 라텍스, 송진 등 유기계 천연유래 접착제 등이 이용될 수 있다. 이 접합 방법은 접착제가 이종 소재들 모두에서 충분한 접착력을 가질 때 접합 방법으로서 의미가 있으며, 접착제가 접합하고자 하는 이종 소재들 모두에서 충분한 접착력을 가지지 못할 때에는 원하는 접합력을 얻을 수 없다.
직접 접합 방법은 피착재에 접합할 소재를 용융시킨 후 매개체 없이 직접 접합하는 방법이다. 이 방법은 플라스틱 피착재 또는 금속 피착재 상에 접합할 플라스틱 소재를 용융시켜 직접 접합시키는 오버몰딩(over-molding) 방법, 금속 피착재에 접합할 다른 금속 소재를 고온에서 순간적으로 용융시켜 접합시키는 용접 방법 등이 알려져 있다. 그런데 이 방법은 이종 소재들 간의 상용성(compatibility)이 충분하지 않으면 이종 소재들 간에 접합이 이루어지지 않고, 피착재가 높은 고온 환경에 노출되므로 변성이 일어날 수 있고, 이로 인하여 피착재와 접합되는 다른 소재에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 이 방법은 이종 소재들을 직접 접합하려 할 때에 적절한 전처리가 없으면 이종 소재들 간의 접합력을 얻기가 어렵다. 이는 이종 소재들의 접합에 있어 이종 소재들 간에 표면 극성, 열적 특성, 결정화도, 표면 조도, 내화학성 등 물리, 화학적 특성이 서로 다르기 때문이다.
기계적 접합 방법은 이종 소재들에 기계적 가공 방법으로 홀, 홈 등의 접합 부위를 마련하고 그 접합 부위에 스크류(screw)와 같은 체결용 부품을 이용하여 이종 소재들을 접합하는 방법이다. 이 방법에서 이종 소재들 간의 접합력은 체결용 부품의 신뢰성에 따라 좌우되는데, 체결용 부품 이외의 영역에서 접합력이 없으므로 접합면 전체에서 균일하고 충분한 접합력을 얻기가 어렵다. 또한, 이 방법은 접합하고자 하는 소재가 체결용 부품 보다 강성이 낮은 경우에 적용하기 어렵고, 이종 소재들 간의 접합면에서 틈이 벌어져 기밀성이 떨어지는 문제점이 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 이종 소재의 접합 방법은 다양한 방법들이 시도되고 있으나 접착력이 충분하지 못하여 다양한 요구를 만족시켜야 하는 실용화 수준에 도달하지 못하고 한정된 용도에 적용되고 있다.
본 발명은 접합력과 기밀성을 향상시킬 있는 다층 구조물의 접합 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양상에 따른 다층 구조물의 접합 방법은 다수의 구조물들을 금형에 내장하는 단계; 및 상기 금형 내에 흐름성 강화제가 혼합된 플라스틱 수지를 주입하고 상기 플라스틱 수지를 고화시켜 상기 구조물들 사이에 플라스틱을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 구조물들 각각은, 복합 재료, 플라스틱, 금속 소재 중 어느 하나의 재료로 제작된다. 상기 구조물들 각각에는 미세한 음각이나 미세한 요철 패턴 구조를 갖는 미세 패턴이 형성된다.
상기 흐름성 강화제는 거대고리올리고부틸렌테레프탈레이트(macro cyclic oligobutyleneterephthalate). 지방족 유기산의 금속염, 지방족 유기산의 아마이드, 저분자량 폴리올레핀 중 어느 하나를 포함하는
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본 발명은 사출 성형 공정에서 플라스틱 수지로 다수의 구조물을 일괄 접합하여 접합과 기밀성을 부여할 수 있다. 본 발명은 사출 성형 공정에서 플라스틱 수지를 성형하여 체결부를 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 다수의 구조물들을 플라스틱 수지로 접합함과 동시에, 차후 다층 구조물과 다른 부품의 체결을 용이하게 하기 위한 체결부를 플라스틱에 성형할 수 있다.
본 발명은 사출 성형 공정에서 플라스틱 수지의 흐름성을 개선하기 위한 흐름성 강화제를 플라스틱 수지에 혼합하여 금형 내에 주입함으로써 다층 구조물들 간의 접합력과 기밀성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 금형에 내장될 하나 이상의 이종 소재들에 미세 패턴을 형성하면 흐름성이 향상된 플라스틱 수지가 미세 패턴을 따라 흘러 들어가 앵커(anchor) 효과로 인하여 다층 구조물들의 접합력과 기밀성을 더 향상시킬 있다.
본 발명은 금형에 내장될 플라스틱이나 복합재료의 표면을 금속으로 치환하고 그 금속에 미세 패턴을 형성함과 아울러, 플라스틱 수지의 흐름성을 개선하기 위한 흐름성 강화제를 플라스틱 수지와 혼합하여 금형 내에 주입함으로써 플라스틱 수지의 상용성이 낮더라도 다층 구조물들 간의 접합력과 기밀성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조물의 접합 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 2는 사출 성형 공정에서 금형과 그 금형에 내장되는 구조물을 보여 주는 단면도이다.
도 3a 내지 도 3f는 플라스틱 수지로 접합되는 다층 구조물들을 보여 주는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 체결부의 다양한 형태를 보여 주는 단면도들이다.
도 5는 체결부의 다른 예를 보여 주는 사시도이다.
도 6a 내지 도 6d는 앵커 효과를 얻기 위한 미세 패턴을 보여 주는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다층 구조물의 접합 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다층 구조물의 접합 방법을 보여 주는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
실시예 설명에 앞서 본 발명에서 적용되는 일부 용어들에 대하여 정의하면 다음과 같다.
복합재료는 연속상 강화재를 사용한 복합재료 특히, 고분자 소재에 대한 강화재를 사용한 복합 재료를 의미한다.
플라스틱은 비강화 고분자 소재 또는 고분자 소재에 분산된 비연속상 강화재를 사용한 복합재료 중 어느 하나를 의미한다.
플라스틱 수지는 비강화 고분자 소재 또는 비연속상 강화재를 사용한 복합재료의 원료로 사용되는 플라스틱 수지로서 금형 내에 주입되어 용융된다.
연속상 강화재를 사용한 복합재료의 원료로 이용되는 수지 재료는 불포화 폴리에스테르 수지(unsaturated polyester), 에폭시 수지(epoxy resin), 비닐에스테르 수지(vinylester resin), 페놀 수지(phenol resin), 멜라민 수지(melamine resin), 열경화성 폴리우레탄 수지(thermoset polyurethane resin) 등의 열경화성 수지와 폴리올레핀 수지(polyolefin), 열가소성 폴리우레탄 수지(thermoplastic polyurethane, TPU), 폴리카보네이트 수지(polycarbonate, PC), 폴리아마이드 수지(polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(polybutyleneterephthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(polyethyleneterephthalate), 폴리페닐렌 설파이드 수지(polyphenylene sulfide), 폴리에테르케톤 수지(polyetheretherketone) 등의 열가소성 수지에서 선택될 수 있다.
플라스틱의 원료로 이용되는 플라스틱 수지, 또는 금형에 주입되는 플라스틱 수지 재료는 폴리올레핀 수지(polyolefin), 열가소성 폴리우레탄 수지(thermoplastic polyurethane, TPU), 폴리카보네이트 수지(polycarbonate, PC), 폴리카보네이트/ABS 수지(polycarbonate/ acrylonitrile-butadiene-styrene), 폴리카보네이트/ASA 수지(polycarbonate/ASA), 폴리아마이드 수지(polyamide, PA), 폴리아마이드/ABS 수지(polyamide/ABS), 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(polybutyleneterephthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(polyethyleneterephthalate), 폴리페닐렌 설파이드 수지(polyphenylene sulfide), 액정고분자(liquid crystal polymer), 개질폴리페닐렌옥사이드 수지(Modified Poly Penyleneoxide, M-PPO), 폴리설폰 수지(polysulfone), 폴리에테르설폰 수지(polyethersulfone), 폴리에테르케톤 수지(polyetheretherketone), 신디오탁틱폴리스티렌 수지(syndiotactic polystyrene) 등에서 선택될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 접합 방법은 도 1 및 도 2와 같이 사출기의 금형(50) 내에 다수의 구조물들을 내장하고(S11), 그 구조물들 사이에 용융 가소화된 상태의 플라스틱 수지를 주입한다.(S12)
금형(50) 내에서 구조물들은 그 사이에 플라스틱 수지가 충진될 수 있도록 소정 간격을 사이에 두고 이격된다. 플라스틱 수지는 금형(50)에 내장된 구조물들의 표면을 따라 흘러 들어가 그 구조물들을 접합함과 동시에 성형된다.
금형(50)은 플라스틱 수지의 용융 온도 보다 낮은 온도를 유지한다. 따라서, 플라스틱 수지는 금형 내에서 고화되어 구조물들 사이의 플라스틱(10)으로 형성된다.
이 사출 성형 공정(S11~S12)에서 도 4a 내지 도 4d, 도 5 등과 같은 체결부(11)가 플라스틱(10, 10a~10c)에 형성될 수 있다. 금형(50)에 내장되는 구조물들에는 도 6a 내지 도 6d와 같은 앵커(anchor) 효과를 얻기 위한 미세 패턴(21, 31)이 형성될 수 있고, 그 미세 패턴(21, 31)을 따라 흐르는 플라스틱 수지에는 흐름성을 개선하기 위한 흐름성 강화제가 첨가될 수 있다.
금형 내에 내장되는 구조물들은 금속 소재, 플라스틱, 복합 재료 등 다양한 재료로 제작된 구조물들이다. 사출 성형 공정에서, 금형(50) 내에 금속 소재(20)와 복합 재료(30)가 내장되고 그 사이에 플라스틱 수지가 주입되면, 도 3a와 같이 금속 소재(20)와 복합 재료(30)를 접합하는 플라스틱(10)이 그들 사이에 형성된다. 금형(50) 내에 플라스틱(10a)과 복합 재료(30)가 내장되고 그 사이에 플라스틱 수지가 주입되면, 도 3b와 같이 플라스틱(10a)과 복합 재료(30)를 접합하는 플라스틱(10b)이 그들 사이에 형성된다. 플라스틱(10a)은 전술한 바와 같이 비강화 고분자 소재, 또는 고분자 소재 내에 분산된 비연속상 강화재를 사용한 복합재료 중 어느 하나일 수 있다. 금형(50) 내에 다수의 플라스틱들(10a, 10c)이 내장되고 그 사이에 플라스틱 수지가 주입되면, 도 3c와 같이 플라스틱(10a)과 플라스틱(10c)을 접합하는 플라스틱(10b)이 그들 사이에 형성된다. 플라스틱들(10a~10c)은 동일한 원료이거나 서로 다른 플라스틱 원료로 제작될 수 있다. 금형(50) 내에 다수의 금속 소재들(20a, 20b)이 내장되고 그 사이에 플라스틱 수지가 주입되면, 도 3d와 같이 금속 소재들(20a, 20b)을 접합하는 플라스틱(10)이 그들 사이에 형성된다. 금속 소재들(20a, 20b)은 동일한 금속으로 제작되거나 서로 다른 금속으로 제작될 수 있다. 금형(50) 내에 다수의 복합 소재들(30a, 30b)이 내장되고 그 사이에 플라스틱 수지가 주입되면, 도 3e와 같이 복합 소재들(30a, 30b)을 접합하는 플라스틱(10)이 그들 사이에 형성된다. 복합 소재들(30a, 30b)은 동일한 복합 재료 또는 서로 다른 복합 재료들로 제작될 수 있다. 사출 성형 공정에서, 금형(50)에 내장되는 구조물들은 도 2에 한정되지 않는다.
도 2에서 금속 소재(20)와 복합 재료(30) 각각은 2 층 이상의 다층 구조물로 대신될 수 있다. 예를 들어, 사출 성형 공정에서 금속 소재(20)와 플라스틱(10a)이 적층된 제1 다층 구조물들과, 복합 재료(30)와 플라스틱(10c)이 적층된 제2 다층 구조물들이 금형(50) 내에 내장되고, 그 다층 구조물들 사이에 플라스틱 수지가 주입되면, 도 3f와 같이 제1 및 제2 다층 구조물들을 접합하는 플라스틱(10b)이 그들 사이에 형성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 체결부의 다양한 형태를 보여 주는 단면도들이다. 도 5는 체결부의 다른 예를 보여 주는 사시도이다.
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 사출 성형 공정에서 플라스틱 수지에 체결부(11)를 형성할 수 있다. 체결부(11)는 스크류, 볼트, 핀 등의 체결용 부품과 맞물리는 형상으로 성형될 수 있다. 체결부(11)는 접합 부분에 형성되는 체결부와, 비 접합 부분에 형성되는 체결부를 포함한다. 전자의 체결부는 플라스틱과 구조물 간의 접합 면을 확대하고 그 접합 면에 요철 구조를 형성하여 접합력을 높이고 도시하지 않은 외부의 다른 부품과의 체결을 가능하게 한다. 후자의 체결부의 일 예는 플라스틱과 다른 구조물은 도 5와 같으며 외부의 다른 부품과의 체결을 가능하게 한다. 도 5에서 체결부(11)는 비 접합 부분에 형성된 보스(boss)와 강성 보강 리브(rib)로 형성된 예이다. 체결부(11)는 보스(boss), 홀(hole), 리브(rib), 밀폐부(sealing part) 등 다양한 형태로 사출 성형시에 플라스틱(10)에 형성된다. 사출 성형시에 형성되는 체결부(11)는 체결용 부품이 끼워질 수 있는 체결부로 추가 공정 없이 차후 부품 체결 공정에 적용할 수 있다.
체결부(11)를 이용한 접합 방법에서 적용되는 다층 구조물은 3층 이상의 구조물에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 4a와 같이 두 층의 구조물들 중에서 플라스틱(10)에 체결부(11)가 성형될 수도 있다. 체결부(11)는 다양한 높이로 형성될 수 있고, 도 4c 및 도 4d와 같이 다층 구조물들을 관통하는 형태로 형성될 수도 있다.
도 6a 내지 도 6d는 앵커 효과를 얻기 위한 미세 패턴을 보여 주는 도면들이다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 금형(50)에 내장되는 구조물들의 표면에는 미세 패턴(21, 31)이 형성될 수 있다. 미세 패턴들(21, 31)은 플라스틱 수지와 접합되는 플라스틱(10), 금속 소재(20), 복합 재료(30) 등으로 제작되는 구조물의 표면에 형성된다.
사출 성형 공정에서, 플라스틱 수지는 미세 패턴(21, 31)을 따라 흘러 들어 구조물들과 접합된다. 미세 패턴(21, 31)은 미세한 음각이나 미세한 요철 패턴으로 형성될 수 있으며, 그 형태는 도트(dot), 라인(line), 매트릭스(matrix) 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
미세 패턴(21, 31)은 기계적 방법, 화학적 방법으로 형성될 수 있다. 일 예로, 미세 패턴(21, 31)은 레이저 가공이나 반도체 공정을 이용한 에칭(etching) 방법으로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 미세 패턴(21, 31)은 전술한 체결부(11)에 비하여 매우 작은 깊이(또는 높이)로 형성된다. 미세 패턴(21, 31)의 깊이, 크기, 형상 등은 적절히 선택될 수 있다.
이러한 미세 패턴(21, 31)은 플라스틱 수지의 앵커 효과를 제공하여 플라스틱 수지와 구조물들의 접합력을 강화한다.
플라스틱 수지에는 흐름성 강화제가 소량 혼합될 수 있다. 흐름성 강화제는 사출 성형 공정에서 용융 상태의 플라스틱 수지의 점도를 낮추어 이종 소재들(10, 20, 30) 간의 접합면에서 흐름성을 높여 접착력과 기밀성을 높인다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다층 구조물의 접합 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 접합 방법은 플라스틱 수지에 소량의 흐름성 강화제를 혼합한다.(S71) 흐름성 강화제는 플라스틱 수지의 점도를 낮추어 사출 성형 시에 미세 패턴 내로 플라스틱 수지가 잘 흘러 들어갈 수 있도록 플라스틱 수지 개질을 통해 접착력을 개선하는 역할을 한다. 이러한 흐름성 강화제는 공지된 플라스틱 수지의 흐름성 강화제라면 어느 것도 가능하지만, 플라스틱 수지의 물리적 특성을 실질적으로 변화시키지 않는 재료와 조성비로 선택되는 것이 바람직하다. 이러한 조건을 충족하기 위하여, 흐름성 강화제로는 본원 출원인에 의해 제안된 등록특허공보 제10-0808285호(2008. 02. 21.)에 개시된 거대고리올리고부틸렌테레프탈레이트(macro cyclic oligobutyleneterephthalate, 이하 "CBT"라 함) 수지로 선택될 수 있다. CBT의 점도는 온도에 따라 다르지만 일 예로, 200℃일 때 20 mPas 정도이다. 흐름성 강화제의 다른 예로는, 지방족 유기산의 금속염(또는 금속 비누), 지방족 유기산의 아마이드, 저분자량 폴리올레핀 등이 있다.
흐름성 강화제의 중량은 물리적 특성의 변화 없이 용융된 플라스틱 수지의 흐름성을 높일 수 있는 정도의 중량비 예컨대, 흐름성 강화제로서 CBT를 사용할 때 플라스틱 수지의 중량을 100wt%라 할 때 0.1wt% ~ 10.0wt% 정도가 바람직하다. 즉, CBT의 중량부가 플라스틱 수지 대비 0.1wt% ~ 10.0wt% 정도일 때 위 조건을 충족할 수 있다. 한편, 흐름성 강화제의 재료에 따라 위 조성비는 변경될 수 있다.
본 발명의 접합 방법은 미세 패턴(21, 31)이 형성된 구조물들을 금형(50)에 내장한 후에 그 금형(50) 내에 플라스틱 수지를 주입한다.(S72~S74) 플라스틱 수지는 금형(50)에 내장된 구조물들의 표면에 형성된 미세 패턴(21, 31)을 따라 흘러 들어가 그 구조물들과 접합된다.
한편, CBT와 같은 흐름성 강화제를 혼합하지 않고 흐름성이 높은 플라스틱 수지를 선택하는 방법을 고려할 수 있지만, 이 경우에는 일반적으로 분자량이 낮은 수지를 선택하여야 하는데 이는 곧 물리적 성능의 저하를 초래한다. 분자량이 작아 물리적 성능이 낮은 플라스틱 수지를 선택하면, 접합 강도가 낮아져 이종 소재들(10, 20, 30) 간의 접합부에서 파괴가 일어날 수 있다. 따라서, 플라스틱 수지의 물리적 특성의 변화 없이 용융된 플라스틱 수지의 흐름성을 높일 수 있는 흐름성 강화제를 사용하는 것이 바람직하다.
복합 재료의 매트릭스 수지는 열경화성 또는 열가소성 플라스틱 수지로서 유리 섬유 직물, 탄소 섬유 직물 등을 물리적으로 고정시키는 역할을 한다. 복합 재료의 매트릭스 수지는 전술한 플라스틱 수지의 다양한 재료들 중에서 선택될 수 있다. 플라스틱 수지로 접합하고자 하는 구조물가 복합 재료 구조물일 때, 그 복합 재료의 매트릭스 수지로 이용되는 플라스틱 수지의 상용성이 높지 않다면 접착력 저하가 발생될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다층 구조물의 접합 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 접합 방법은 금형(50)에 내장될 복합 재료(30)의 표면에 금속막(22)을 코팅한 후에 그 금속막(22)의 표면에 미세 패턴(23)을 형성하여 전술한 방법으로 사출 성형하는 방법을 적용할 수 있다. 이 방법은 복합 재료(30)의 접합면 일부 또는 전부를 금속 소재로 치환하고, 이 금속 소재의 표면에 미세 패턴(23)을 형성하여 플라스틱 수지의 상용성이 높지 않은 경우에 이종 소재들 간의 접착력을 개선할 수 있다.
복합 재료(30)에 금속막(22)을 코팅하는 방법은 공지된 어떠한 방법도 가능한데, 일 예로 도금 방법이나 접착제를 사용하는 방법 혹은, 금속 페이스트의 인쇄 방법이 적용될 수 있다.
도 8과 같은 접합 방법은 전술한 제1 및 제2 접합 방법과 함께 적용될 수 있다. 예컨대, 금형(50)에 내장될 플라스틱(10)이나 복합소재(30)에 체결부를 형성하고 그 표면에 금속막(22)을 코팅할 수 있다. 이 경우에도, 플라스틱 수지에 흐름성 강화제가 포함될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 : 플라스틱 20 : 금속 소재
30 : 복합 재료 50 : 금형

Claims (18)

  1. 다수의 구조물들을 금형에 내장하는 단계; 및
    상기 금형 내에 흐름성 강화제가 혼합된 플라스틱 수지를 주입하고 상기 플라스틱 수지를 고화시켜 상기 구조물들 사이에 플라스틱을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 구조물들 각각은, 복합 재료, 플라스틱, 금속 소재 중 어느 하나의 재료로 제작되고,
    상기 구조물들 각각에는 미세한 음각이나 미세한 요철 패턴 구조를 갖는 미세 패턴이 형성되고,
    상기 흐름성 강화제는 거대고리올리고부틸렌테레프탈레이트(macro cyclic oligobutyleneterephthalate). 지방족 유기산의 금속염, 지방족 유기산의 아마이드, 저분자량 폴리올레핀 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조물의 접합 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 재료는 연속상 강화재를 사용한 복합재료를 포함하고,
    상기 플라스틱은 비강화 고분자 소재 또는 고분자 소재에 분산된 비연속상 강화재를 사용한 복합재료를 포함하며,
    상기 연속상 강화재를 사용한 복합재료의 원료로 이용되는 수지 재료는 불포화 폴리에스테르 수지(unsaturated polyester), 에폭시 수지(epoxy resin), 비닐에스테르 수지(vinylester resin), 페놀 수지(phenol resin), 멜라민 수지(melamine resin), 열경화성 폴리우레탄 수지(thermoset polyurethane resin) 등의 열경화성 수지와 폴리올레핀 수지(polyolefin), 열가소성 폴리우레탄 수지(thermoplastic polyurethane, TPU), 폴리카보네이트 수지(polycarbonate, PC), 폴리아마이드 수지(polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(polybutyleneterephthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(polyethyleneterephthalate), 폴리페닐렌 설파이드 수지(polyphenylene sulfide), 폴리에테르케톤 수지(polyetheretherketone) 중에서 선택되고,
    상기 플라스틱의 원료로 이용되는 플라스틱 수지, 또는 상기 금형에 주입되는 플라스틱 수지 재료는 폴리올레핀 수지(polyolefin), 열가소성 폴리우레탄 수지(thermoplastic polyurethane, TPU), 폴리카보네이트 수지(polycarbonate, PC), 폴리카보네이트/ABS 수지(polycarbonate/ acrylonitrile-butadiene-styrene), 폴리카보네이트/ASA 수지(polycarbonate/ASA), 폴리아마이드 수지(polyamide, PA), 폴리아마이드/ABS 수지(polyamide/ABS), 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(polybutyleneterephthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(polyethyleneterephthalate), 폴리페닐렌 설파이드 수지(polyphenylene sulfide), 액정고분자(liquid crystal polymer), 개질폴리페닐렌옥사이드 수지(Modified Poly Penyleneoxide, M-PPO), 폴리설폰 수지(polysulfone), 폴리에테르설폰 수지(polyethersulfone), 폴리에테르케톤 수지(polyetheretherketone), 신디오탁틱폴리스티렌 수지(syndiotactic polystyrene) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 구조물의 접합 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구조물들 사이에 플라스틱 수지를 주입하고 상기 플라스틱 수지를 고화시켜 상기 구조물들 사이에 플라스틱을 형성하는 단계는,
    상기 플라스틱 수지에 체결부를 성형하는 단계를 포함하고,
    상기 체결부는 보스(boss), 홀(hole), 리브(rib), 밀폐부(sealing part) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조물의 접합 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 흐름성 강화제는 상기 플라스틱 수지의 중량 대비 0.1wt% ~ 10.0wt% 사이의 범위 내에서 상기 플라스틱 수지에 혼합되는 것을 특징으로 하는 다층 구조물의 접합 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 재료의 표면에 금속막을 형성하는 단계; 및
    상기 금속막에 미세한 음각이나 미세한 요철 패턴 구조를 갖는 미세 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 플라스틱 수지는 상기 미세 패턴을 따라 흐르는 것을 특징으로 하는 다층 구조물의 접합 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 다층 구조물의 접합 방법으로 접합된 것을 특징으로 하는 다층 구조물.
  9. 하나 이상의 구조물을 금형에 내장하는 단계; 및
    상기 금형에 흐름성 강화제가 혼합된 플라스틱 수지를 주입하고 상기 플라스틱 수지를 고화시켜 상기 구조물들 사이에 플라스틱을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 구조물들 각각은, 복합 재료, 플라스틱, 금속 소재 중 어느 하나의 재료로 제작되고,
    상기 구조물에는 상기 플라스틱 수지가 흘러 들어 가는 미세 패턴이 형성되고,
    상기 미세 패턴은 미세한 음각이나 미세한 요철 패턴 구조를 가지며,
    상기 흐름성 강화제는 거대고리올리고부틸렌테레프탈레이트(macro cyclic oligobutyleneterephthalate). 지방족 유기산의 금속염, 지방족 유기산의 아마이드, 저분자량 폴리올레핀 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조물의 접합 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복합 재료는 연속상 강화재를 사용한 복합재료를 포함하고,
    상기 플라스틱은 비강화 고분자 소재 또는 고분자 소재에 분산된 비연속상 강화재를 사용한 복합재료를 포함하며,
    상기 연속상 강화재를 사용한 복합재료의 원료로 이용되는 수지 재료는 불포화 폴리에스테르 수지(unsaturated polyester), 에폭시 수지(epoxy resin), 비닐에스테르 수지(vinylester resin), 페놀 수지(phenol resin), 멜라민 수지(melamine resin), 열경화성 폴리우레탄 수지(thermoset polyurethane resin) 등의 열경화성 수지와 폴리올레핀 수지(polyolefin), 열가소성 폴리우레탄 수지(thermoplastic polyurethane, TPU), 폴리카보네이트 수지(polycarbonate, PC), 폴리아마이드 수지(polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(polybutyleneterephthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(polyethyleneterephthalate), 폴리페닐렌 설파이드 수지(polyphenylene sulfide), 폴리에테르케톤 수지(polyetheretherketone) 중에서 선택되고,
    상기 플라스틱의 원료로 이용되는 플라스틱 수지, 또는 상기 금형에 주입되는 플라스틱 수지 재료는 폴리올레핀 수지(polyolefin), 열가소성 폴리우레탄 수지(thermoplastic polyurethane, TPU), 폴리카보네이트 수지(polycarbonate, PC), 폴리카보네이트/ABS 수지(polycarbonate/ acrylonitrile-butadiene-styrene), 폴리카보네이트/ASA 수지(polycarbonate/ASA), 폴리아마이드 수지(polyamide, PA), 폴리아마이드/ABS 수지(polyamide/ABS), 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(polybutyleneterephthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(polyethyleneterephthalate), 폴리페닐렌 설파이드 수지(polyphenylene sulfide), 액정고분자(liquid crystal polymer), 개질폴리페닐렌옥사이드 수지(Modified Poly Penyleneoxide, M-PPO), 폴리설폰 수지(polysulfone), 폴리에테르설폰 수지(polyethersulfone), 폴리에테르케톤 수지(polyetheretherketone), 신디오탁틱폴리스티렌 수지(syndiotactic polystyrene) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 구조물의 접합 방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 흐름성 강화제는 상기 플라스틱 수지의 중량 대비 0.1wt% ~ 10.0wt% 사이의 범위 내에서 상기 플라스틱 수지에 혼합되는 것을 특징으로 하는 다층 구조물의 접합 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 복합 재료의 표면에 금속막을 형성하는 단계; 및
    상기 금속막에 미세한 음각이나 미세한 요철 패턴 구조를 갖는 미세 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 플라스틱 수지는 상기 미세 패턴을 따라 흐르는 것을 특징으로 하는 다층 구조물의 접합 방법.
  14. 제 9 항, 제 10 항, 제 12항, 및 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 다층 구조물의 접합 방법으로 접합된 것을 특징으로 하는 다층 구조물.
  15. 하나 이상의 구조물을 금형에 내장하는 단계; 및
    상기 금형에 플라스틱 수지를 주입하고 상기 플라스틱 수지를 고화시켜 상기 구조물들 사이에 플라스틱을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 구조물은, 복합 재료, 플라스틱, 금속 소재 중 어느 하나의 재료로 제작되고,
    상기 복합 재료는 연속상 강화재를 사용한 복합재료를 포함하고,
    상기 플라스틱은 비강화 고분자 소재 또는 고분자 소재에 분산된 비연속상 강화재를 사용한 복합재료를 포함하며,
    상기 복합 재료의 표면에 금속막이 형성되고,
    상기 금속막에 미세한 음각이나 미세한 요철 패턴 구조를 갖는 미세 패턴을 형성되고,
    상기 플라스틱 수지는 상기 미세 패턴을 따라 흐르는 것을 특징으로 하는 다층 구조물의 접합 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 플라스틱 수지는 흐름성 강화제를 포함하고,
    상기 흐름성 강화제는 거대고리올리고부틸렌테레프탈레이트(macro cyclic oligobutyleneterephthalate). 지방족 유기산의 금속염, 지방족 유기산의 아마이드, 저분자량 폴리올레핀 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조물의 접합 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 흐름성 강화제는 상기 플라스틱 수지의 중량 대비 0.1wt% ~ 10.0wt% 사이의 범위 내에서 상기 플라스틱 수지에 혼합되는 것을 특징으로 하는 다층 구조물의 접합 방법.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 다층 구조물의 접합 방법으로 접합된 것을 특징으로 하는 다층 구조물.
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US5409648A (en) 1991-06-21 1995-04-25 Metraplast H. Jung Gmbh Process for producing multi-layer molded bodies
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