KR101462700B1 - 캡슐화된 플라스틱 패널 및 그 제조 방법 - Google Patents

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스티븐 엠. 가스워스
빌프리트 헤더리히
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엑사테크 엘.엘.씨.
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Abstract

심미안적인 목적을 위해 또한 차량에 대한 글레이징 패널의 밀봉을 강화하기 위해 캡슐을 갖는 플라스틱 글레이징 패널의 경제적인 제조 방법이 제공된다. 이러한 경제적인 방법은 자동차 윈도우나 선루프로 사용하기 위한 플라스틱 글레이징 패널을 제조하는 방법은 A측 및 B측을 갖는 플라스틱 패널을 형성하는 단계와, 패널의 외주를 둘러싸며 패널의 B측과 접촉하는 불투명 보더(border)를 잉크로 프린팅하는 단계와, 불투명 보더의 잉크를 경화시키는 단계와, 내후층을 인쇄된 보더 및 플라스틱 패널에 인가하는 단계와, 내후층을 경화시키는 단계와, 상기 내후층상에 마찰 저항층을 침착하는 단계와, 플라스틱 패널을 부드러운 가스켓이 구비된 몰드에 배치하는 단계와, 플라스틱 패널의 외주를 둘러싸고 플라스틱 패널의 A측과 B측 및 엣지를 둘러싸는 캡슐을 형성하기 위해 엘라스토머 물질을 분사하는 단계와, 몰드로부터 플라스틱 패널을 제거하는 단계를 포함한다.
윈도우, 선루프, 보더, 내후층, 마찰 저항층

Description

캡슐화된 플라스틱 패널 및 그 제조 방법{ENCAPSULATED PLASTIC PANEL AND METHOD OF MAKING THE SAME}
본 발명은 윈도우 또는 선루프로서 사용시 밀봉 및 외관을 촉진시키기 위하여 캡슐화되는 플라스틱 글레이징 패널에 관한 것이다.
수년동안 차량 제조업자들은 자동차 유리의 밀봉을 위해 윈도우 캡슐을 선호하여 왔다. 이러한 캡슐 기법은 유리의 표면상에 엘라스토머 가스켓을 직접 성형하는 단계를 포함한다. 상기 가스켓은 리액션 사출 성형(RIM)을 통해 인가된 교차결합된 폴리우레탄 뿐만 아니라, 전형적으로 열가소성 엘라스토머(TPE)와 폴리비닐 염화물(PVC)을 포함하는 다양한 물질로 제조된다. 종래의 유리 윈도우를 위한 캡슐 처리과정은 윈도우의 한쪽 외주에 프라이머 또는 고착 촉진제를 인가하는 단계와, 플라이머를 활성화하기 위해 상기 윈도우의 한쪽에 열을 가하는 단계와, 윈도우를 몰드에 배치하는 단계와, 윈도우의 인접한 표면과 프라이머상에 열가소성 엘라스토머를 사출하는 단계와, 몰드로부터 윈도우를 제거하는 단계와, 윈도우와 캡슐 사이의 인터페이스에 축적된 과잉 엘라스토머 물질을 트리밍하는 단계를 포함한다. 이러한 과잉 엘라스토머 물질 또는 스크랩 엘라스토머 물질은 캡슐이라는 기술분야의 숙련자에게는 "플래시(flash)" 물질로서 알려져 있다. 상기 "플래시" 물 질의 트리밍은 전형적으로 칼 또는 면도날 등과 같은 예리한 물체로 이루어진다. 캡슐화된 유리 윈도우는 전형적으로 미시건 어번 힐 소재의 다우 오토모티브에 의해 제공된 우레탄 BETASEAL™ 등과 같은 접착제 시스템을 사용하여 차량의 개구에 고정된다.
플라스틱 글레이징 패널의 사용은 종래 캡슐 기법의 사용에 대해 여러가지 문제점을 제공한다. 먼저, 플라스틱 글레이징 패널은 전형적으로 글레이징 패널이 환경에 대한 노출에 견디기 위해, 코네티컷 윈톤 소재의 모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈에 의해 제공되는 아크릴 프라이머(예를 들어, SHP401 및 SHP470) 등과 같은 내후성 코팅 시스템으로 코팅된다. 불행하게도, 실리콘 하드코트와 연관된 표면 특성은 대부분의 종래 캡슐 물질이 효과적인 고착을 제공할 수 없어서, 약화된 인터페이스를 생성하게 되고, 이에 따라 차량에 고정된 후의 플라스틱 글레이징이 영구적으로 파손되게 할 것이다. 이러한 상황에 대한 공지의 치료법은 벗겨진 플라스틱 패널(예를 들어, 보호 코팅이 없는)에 캡슐을 인가하는 것이다. 그러나, 이러한 해결책은 내후성 코팅을 인가하기 전에 마스킹 단계를 필요로 하며, 상기 내후성 코팅이 경화된 후에는 마스킹 제거단계를 필요로 한다. 이러한 두가지 단계의 부가는 캡슐화된 플라스틱 글레이징 패널의 제조와 관련된 비용을 상승시킨다.
둘째로, 플라스틱 글레이징 시스템은 종래의 유리 윈도우 처럼 단단하지 않다. 따라서, 캡슐 처리과정에 의해 생성된 "플래시" 물질의 트리밍은 플라스틱 글레이징 패널의 코팅 시스템에 돌이킬 수 없는 손상으로 나타날 것이다. 이러한 손상은 궁극적으로 플라스틱 글레이징 패널에 의해 나타난 특성의 조기 악화로 귀착 될 것이다.
마지막으로, 플라스틱 글레이징 패널은 유리 윈도우와는 상이한 열팽창 특성을 나타낸다. 따라서, 플라스틱 글레이징 패널과 캡슐 사이의 고착을 촉진시키는데 사용된 고착 촉진제를 활성화하기 위한 플라스틱 글레이징 패널의 가열은 윈도우 형태의 실질적인 왜곡을 유발할 것이다. 이러한 왜곡은 캡슐 처리과정시 작업자로 하여금 윈도우를 몰드에 고정하는데 어려움을 유발시키는 것으로 나타날 것이다. 따라서, 이러한 처리과정은 사이클 시간의 증가 및 전체적인 생산성 손실을 낳게 된다.
미국특허 제5.915.780호에는 투명한 플라스틱 글레이징 기질과 상기 글레이징 기질의 적어도 일부에 배치된 프릿 필름(frit film)으로 형성된 글레이징 조립체와, 상기 글레이징 조립체와 상기 글레이징 조립체를 자동차에 고정하기 위한 장착 스터드 및/또는 접착제 등과 같은 부착 수단을 둘러싸는 캡슐 프레임을 갖는 자동차를 위한 캡슐화된 플라스틱 글레이징 윈도우 모듈이 개시되어 있다.
따라서, 이러한 산업에서는 플라스틱 글레이징 패널에 의해 나타나는 특성을 악화시키지 않고 또는 사이클 시간이나 생산성에 영향을 끼치지 않고, 플라스틱 글레이징 패널과 이러한 플라스틱 글레이징 패널이 캡슐화될 수 있는 방법을 발전시켜야 한다는 요망이 있다.
심미안적 목적과 차량에 대한 글레이징 패널의 밀봉을 강화하기 위한 캡슐을 갖는 플라스틱 글레이징 패널의 경제적인 제조방법이 제공된다. 자동차 윈도우나 선루프로 사용하기 위한 플라스틱 글레이징 패널을 제조하는 이러한 경제적인 방법은 A측 및 B측이 구비된 플라스틱 패널을 형성하는 단계와, 패널의 외주를 둘러싸며 패널의 B측과 접촉하는 불투명 보더(border)를 잉크로 프린팅하는 단계와, 불투명 보더의 잉크를 경화시키는 단계와, 내후층을 인쇄된 보더 및 플라스틱 패널에 인가하는 단계와, 내후층을 경화시키는 단계와, 상기 내후층상에 마찰 저항층을 침착하는 단계와, 플라스틱 패널을 부드러운 가스켓이 구비된 몰드에 배치하는 단계와, 플라스틱 패널의 외주를 둘러싸고 플라스틱 패널의 A측과 B측 및 엣지를 둘러싸는 캡슐을 형성하기 위해 엘라스토머 물질을 사출하는 단계와, 몰드로부터 플라스틱 패널을 제거하는 단계를 포함한다. 몰드에 부드러운 가스켓을 사용하면 캡슐과 플라스틱 글레이징 패널 사이의 인터페이스 엣지에 발생되는 "플래시" 물질의 발생을 감소시키거나 제거한다.
선택적으로, 플라스틱 패널의 B측 외주를 둘러싸는 마찰 저항층의 상부에 고착 촉진제를 인가하는 단계는 캡슐을 형성하기 위해 플라스틱 패널을 몰드에 배치하는 단계 이전에 실행된다. 그후, 상기 플라스틱 패널은 윈도우 형태를 왜곡시킴 없이 고착 촉진제를 작용시키기 위해 일시적으로 가까워진 플라스틱 패널의 A측 및 B측에서 가열된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 잉크로 불투명 보더를 프린팅하는 단계와 플라스틱 패널상의 잉크 경화단계는 플라스틱 필름상에 잉크로 불투명 보더를 프린팅하는 단계와, 플라스틱 필름상의 잉크를 경화하는 단계와, 불투명 보더가 플라스틱 패널의 외주를 둘러싸도록 플라스틱 패널의 B측에 불투명 보더 및 플라스틱 필름을 형성 및 고착하는 단계로 대체된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 캡슐화된 플라스틱 글레이징 패널은 A측과 B측 및 엣지가 구비된 투명한 플라스틱 패널과, 상기 플라스틱 패널의 B측과 접촉하며 플라스틱 패널의 외주를 둘러싸는 불투명 보더와, 상기 불투명 보더 및 플라스틱 패널과 접촉하는 내후층과, 상기 내후층과 접촉하는 마찰 저항층과, 상기 마찰 저항층과 접촉하며 플라스틱 패널의 외주를 둘러싸고 플라스틱 패널의 A측과 B측 및 엣지를 둘러싸는 캡슐을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 플라스틱 글레이징 패널은 플라스틱 필름을 포함하며; 이러한 필름의 한쪽은 플라스틱 패널의 B측 및 불투명 보더와 접촉하고, 필름의 다른 쪽은 내후층과 접촉한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 내후층은 프라이머 및 상부코트 등과 같은 단층 또는 다층을 포함한다. 상기 내후층은 플라스틱 패널을 자외선으로부터 보호하기 위해, 자외선 흡수(UVA) 분자를 사용한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 마찰 저항층은 진공 침착기법을 사용하여 침착된다. 마찰 저항층의 일실시예로는 SiOx 내지 SiOxCyHz 범위의 조성물을 갖는 실리콘 옥시-탄화물을 포함하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
하기의 서술한 바에 의해 또 다른 응용 영역이 명확해질 것이다. 서술한 내용과 특정 실시예는 단지 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니다.
도1은 본 발명의 원리에 따른 자동차 윈도우를 도시한 도면.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 글레이징 패널의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 도1의 글레이징 패널의 단면을 개략적으로 도시한 도면.
하기의 실시예는 단순히 예시적인 것으로서, 본 발명의 설명이나 그 적용 또는 사용을 제한하는 것은 아니다. 도면 및 설명에 있어서, 대응의 도면 부호는 유사하거나 대응하는 부품 및 특징부를 나타내는 것임을 인식해야 한다.
본 발명은 플라스틱 글레이징 패널과, 윈도우의 외주를 둘러싸는 캡슐의 인가단계를 포함하는 상기 글레이징 패널의 경제적인 제조 방법을 제공한다. 플라스틱 글레이징 패널은 인쇄된 장식 보더와, 높은 수준의 내후도 및 마찰 저항도를 제공하기 위해 보호 코팅 시스템도 포함한다. 도1에 있어서, 플라스틱 글레이징 패널은 자동차의 고정된 측부 윈도우(10)로서 사용된다. 상기 윈도우(10)는 투명한 관찰 영역(15)과, 상기 투명한 관찰 영역을 둘러싸는 인쇄된 불투명 보더(20)와, 글레이징 패널(10)의 외주를 둘러싸는 캡슐(25)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 자동차 디자인 분야의 숙련자라면 본 발명의 플라스틱 글레이징 패널은 백라이트(backlite), 선루프, 가동형 측부 윈도우 등과 같은, 기타 다른 자동차 윈도우를 위해 사용될 수도 있음을 인식할 수 있을 것이다.
도2에 있어서, 경제적인 제조 과정은 플라스틱 패널을 성형하는 단계(30)와, 플라스틱 패널상에서 불투명 보더를 잉크로 프린팅하는 단계(35)와, 프린팅된 잉크를 경화하는 단계(40)와, 프린팅된 플라스틱 패널상에 내후층을 인가하는 단계(45)와, 상기 내후층을 경화하는 단계(40)와, 상기 내후층상에 마찰 저항층을 침착하는 단계(55)와, 패널을 몰드에 배치하는 단계(60)와, 글레이징 패널의 외주에 캡슐 물질을 분사하므로써 캡슐을 형성하는 단계(65)와, 캡슐화된 글레이징 패널을 몰드로부터 제거하는 단계(70)를 포함한다.
투명한 플라스틱 패널은 압출, 성형[사출 성형, 취입 성형, 압축 성형, 또는 열성형(열 성형, 진공 성형, 또는 냉간 성형 등을 포함한다) 을 포함하는] 등과 같이 본 기술분야의 숙련자에게 알려진 기법을 사용하여 플라스틱 팰릿 또는 시트로부터 예를 들어 차량 윈도우 등과 같은 윈도우에 형성된다. 본 발명의 범주 또는 정신으로부터의 일탈없이, 플라스틱 시트를 이용한 윈도우의 성형 단계(30)가 도2에 도시된 바와 같이 프린팅 이전에 실행되고, 잉크의 프린팅 단계(35) 및 경화 단계(40) 이후에 실행되거나, 또는 내후성 코팅의 인가 단계(45) 및 경화 단계(50) 이후에 실행된다. 플라스틱 패널을 성형하기 위한 플라스틱 팰릿의 사용은 불투명 패턴으로의 프린팅 단계(35) 이전에 실행된다.
불투명 보더는 장식용으로 및/또는 기타 다른 차량 부품(예를 들어, 접착제)을 감추거나 가리기 위해 불투명 잉크로 프린트되거나 불투명 잉크가 인가되도록 형성된다[단계(35)]. 이러한 불투명 보더는 단단한 마스킹 보더를 형성하기 위해, 투명한 기질의 외주에 인가된다[단계(35)]. 상기 불투명 보더는 보더를 윈도우의 관찰 영역으로 변화시키기 위해 페이드 아웃(fade-out) 패턴을 부가로 포함한다. 상기 페이드 아웃 패턴은 점, 직사각형(선), 정사각형, 삼각형 등을 포함하는 다양한 형태의 가변형 크기와 연합된다.
본 발명의 일실시예에서, 불투명 보더는 스크린 프린팅을 통해 플라스틱 패널의 표면상에 프린팅될 수 있다[단계(35)]. 적절한 것으로 인정되었을 경우, 플라스틱 패널상에 불투명 보더의 기타 다른 프린팅 방법이 사용될 수도 있다. 기타 다른 공지의 프린팅 방법중 포함되지 않은 것으로는 패드 프린팅, 박막 영상 전송 프린팅, 원통 프린팅, 디지탈 프린팅, 로봇 분배법, 마스크/스프레이, 잉크젯 프린팅 등이 있다. 프린팅된 잉크의 두께는 약 2마이크로미터 내지 약 1 mil(25.4 마이크로미터) 범위에 속하며, 약 6 내지 12 마이크로미터가 바람직하다.
일단 잉크가 프린팅되면[단계(35)], 유지되어 있는 솔벤트가 프린트로부터 제거되는 것을 보장하기 위해 건조 단계 또는 경화 단계(40)가 실행된다. 잉크는 설정시간 동안 상승 온도에 노출되거나, 자외선에 노출되거나 또는 이들의 조합에 의해 열경화된다. 경화된 잉크 프린트의 두께는 전형적으로 4㎛ 내지 20㎛ 이며, 약 6㎛ 내지 18㎛ 가 바람직하다.
내후층은 딥 코팅, 플로우 코팅, 스프레이 코팅, 커튼 코팅, 스핀 코팅, 또는 본 기술분야의 숙련자에게 알려져 있는 기타 다른 기법에 의해 프린팅된 패널에 인가된다[단계(45)]. 내후층의 두께는 약 2 마이크로미터 내지 수 mil(1 mil = 25.4 마이크로미터)의 범위에 속하며, 약 6 마이크로미터 내지 1 mil 이 바람직하다. 상기 내후층은 에어 건조, 자외선 흡수, 열 흡수, 응축 추가, 열구동 얽 힘(entanglement), 양이온 종이나 음이온 종 또는 이들의 조합에 의해 유도된 교차 결합중 하나로서 선택된 메카니즘을 사용하여 경화된다[단계(50)].
상기 내후층은 마찰 저항층의 침착을 통해[단계(55)] 오버코팅된다. 마찰 저항층은 단층으로 구성되거나, 또는 다양한 조성물의 다수 중간층의 조합으로 구성된다. 상기 마찰 저항층은 플라즈마 강화 화학증착(PECVD), 팽창 열 플라즈마 PECVD, 플라즈마 중합화, 광화학적 증착, 이온 비임 침착, 이온 도금 침착, 캐소드 아크 침착, 스퍼터링, 증착, 중공 캐소드 활성 침착, 마그네트론 활성 침착, 활성 반응 증착, 열 화학 증착, 및 공지의 졸-겔 코팅 처리과정을 포함하여, 본 기술분야의 숙련자에게 알려진 그 어떤 진공 침착에 의해서 인가될 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일실시예에서는 팽창 열 플라즈마 반응기를 포함하는 마찰 저항층을 침착하는데 사용된 특정 형태의 PECVD 처리가 바람직하다. 이러한 특정한 처리과정(이하, 팽창 열 플라즈마 PECVD 처리로 서술한다)은 미국 특허출원 제10/881,949호(2004년 6월 28일 출원) 및 미국 특허출원 제11/075,343호(2005년 3월 8일 출원)에 개시되어 있다. 팽창 열 플라즈마 PECVD에 있어서, 플라즈마는 불활성 가스 환경에서 대응의 아노드 판에 아크를 가하는 캐소드에 직류(DC) 전류를 인가하므로써 발생된다. 캐소드 근처의 압력은 전형적으로 예를 들어 대기압과 가까운 약 150 Torr 보다 높지만, 아노드 근처의 압력은 약 20 mTorr 내지 약 100 mTorr 의 플라즈마 처리 챔버에 설정된 처리 압력과 비슷하다. 근처의 대기압 열 플라즈마는 플라즈마 처리 챔버로 초음파 팽창된다.
팽창 열 플라즈마 PECVD 처리를 위한 반응 시제는 예를 들어 옥타메틸사이클로테트라실록산(D4), 테트라메틸디실록산(TMDSO), 헥사메틸디실록산(HMDSO), 비닐-D4 또는 기타 다른 휘발성 유기 실리콘 성분을 포함한다. 상기 유기 실리콘 성분은 마찰 저항층을 형성하기 위해 아크 플라즈마 침착 설비에서, 특히 산소 및 아르론 등과 같은 불활성 캐리어 가스 존재하에 산화되고, 분해되고, 중합화된다.
플라스틱 글레이징 패널은 그 공동이 글레이징 패널의 형태로 형성된 주형에 배치된다[단계(60)]. 상기 몰드에는 캡슐을 형성하는[단계(65)] 캡슐 물질의 연속한 분사로부터 글레이징 패널의 투명한 관찰부를 밀봉하기 위해 부드러운 가스켓이 설치된다. 상기 가스켓은 캡슐 물질의 흐름에 대해 효과적인 정지를 제공하므로써, 캡슐과 글레이징 패널 사이의 인터페이스 엣지에 그 어떤 "플래시" 물질의 형성을 제거한다. "플래시" 물질의 존재는 플라스틱 글레이징의 마찰 저항층에 주름 또는 결함 형성을 유발시키는 것으로 밝혀졌다. 또한, 칼 또는 면도날 등의 예리한 기구를 이용한 "플래시" 물질의 트리밍 또는 제거는 불투명 보더 및 하부의 플라스틱 패널 자체 뿐만 아니라, 플라스틱 글레이징 패널의 내후층 및 마찰 저항층을 손상시킬 수 있다.
플라스틱 글레이징 패널을 몰드에 배치하기 전에[단계(60)], 마찰 저항층과 캡슐 사이의 고착을 강화하기 위해 선택적으로 고착 촉진제가 사용될 수도 있다. 그러나, 프라이머의 인가 및 경화 또는 활성화를 위한 종래 수단은 플라스틱 글레이징 시스템에는 사용할 수 없다. 플라스틱 글레이징 패널의 열 팽창 특성은 플라스틱 패널의 한쪽 표면상에 열을 가하는 것이 패널 형태의 비가역적 왜곡이나 팽창 으로 나타나게 된다. 이러한 팽창 또는 왜곡은 기계적 수단(예를 들어, 로봇 등등)에 의해 글레이징 패널을 유지하는데 어려움을 초래하게 되며, 또한 글레이징 패널을 몰드에 배치하는데[단계(60)] 어려움을 초래하게 된다. 글레이징 패널의 양면에 동시에 열을 인가하면 이러한 왜곡 발생을 최소화하거나 제거할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 윈도우 양측에 대한 열의 인가는 IR 가열 또는 가압된 에어 가열 등을 포함하여(본 발명은 이에 한정되지 않는다) 본 기술분야의 숙련자에게 알려진 수단을 사용하여 달성될 수도 있다.
도3에는 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 글레이징 패널의 단면도가 도시되어 있다. 플라스틱 패널(15)은 열가소성 또는 열경화성 폴리머 수지로 구성되어 있다. 상기 폴리머 수지는 코폴리머 및 이들의 혼합물 뿐만 아니라, 폴리카보네이트, 아클릴, 폴리에스테르, 폴리설폰을 포함하지만; 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 윈도우로서 적절히 작동되도록 또한 프린팅된 잉크의 이중 경화를 허용하기 위해, 플라스틱 패널(15)은 투명하다.
프린팅된 잉크(20)는 열경화성 잉크 또는 자외선 경화성 잉크로 구성된다. 열경화성 잉크는 폴리에스테르계 바인더(binder), 폴리카보네이트계 바인더, 또는 그 혼합물을 포함한다. 자외선 경화성 잉크는 광개시제와 함께 다양한 다기능적 아크릴레이트 올리고머 및 모노머의 혼합물을 포함한다. 잉크의 실시예로는 Exatec® PIX(미시건 윅솜 조재의 Exatec LLC)와 DXT-1599(일리노이 세이트 챨스 소재의 코우츠 스트린)이 포함된다.
상기 잉크(20)는 착색제(예를 들어 안료 및/또는 염료), 충전재, 계면활성 제, 거품제거제, 고착 촉진제, 점도 촉진제, 내후성 첨가제 등과 같은 기타 다른 첨가제를 부가로 포함한다. 안료의 실시예로는 카본 블랙(carbon black), 착색된 유기 안료, 금속 산화물 안료 등이 포함되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며; 적절한 염료로는 다양한 방향 염료, 산성 염료, 염기성 염료, 베이직 염료, 및/또는 반응성 염료 등이 포함된다. 다양한 계면활성제 및 거품제거제로는 이러한 설비에 작용하도록 본 기술분야의 숙련자에게 공지된 유기물, 유기실리콘, 실리콘 분자가 포함된다. 프린팅된 잉크 및 경화된 잉크의 내후성을 강화하기 위해, 상기 잉크는 은닉된 아민 또는 자외선 흡수제 분자를 포함한다.
내후층(75)은 코폴리머 또는 이들의 혼합물 뿐만 아니라, 실리콘, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리에스테르, 폴리우레탄-아크릴레이트, 및 에폭시로 구성되어 있지만; 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 내후층(75)은 외부 환경에의 노출로 유발되는 악화로부터 하부의 플라스틱 패널 및 프린팅된 잉크를 보호하기 위해, 히드록시페닐트리아진, 히드록시벤조페논, 히드록시페닐벤조트리아졸, 히드록시페닐트리아진, 폴리아로일리소시놀, 2-(3-트리에톡시시릴프로플)-4,6-디벤리소시놀(SDBR), 4,6-디벤조일리소시놀(DBR), 시아노아크릴레이트를 포함한다.
상기 내후층(75)은 하나의 동종의 층으로 구성되거나, 또는 프라이머 및 상부코트 등과 같은 여러개의 서브층으로 구성될 수도 있다. 프라이머는 전형적으로 상부코트를 플라스틱 패널에 고착시키는데 도움을 준다. 상기 프라이머는 예를 들어 아크릴, 폴리에스테르, 에폭시, 코폴리머 및 이들의 혼합물을 포함하지만; 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이와 마찬가지로, 상기 상부코트는 폴리메틸메타크 릴레이트, 폴리비닐리텐 플루오르화물, 폴리비닐 플루오르화물, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 실리콘, 폴리메타크릴레이트, 폴리우레탄-아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐리덴 플루오르화물, 실리콘 하드코트, 및 이들의 혼합물 또는 코폴리머를 포함하지만; 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다수의 서브층을 포함하는 내후층(75)의 특정한 일실시예로는 아크릴 프라이머(뉴욕 워터포트 소재의 모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈, SHP401 또는 SHP470; 또는 미시건 윅솜 소재의 Exatec LLC, SHP-9X)와 실리콘 하드코트(모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈의 AS4000 또는 AS4700; 또는 Exatec LLC, SHX)의 조합물이 포함된다.
내후층(75)에는, 예를 들어 프라이머 및 상부코트에 또는 프라이머와 상부코트중 어느 하나에는 착색제(염색제), 유동학적 제어제, 몰드 해방제, 산화방지제, IR 흡수 또는 반사 안료 등과 같은 다양한 첨가제가 첨가된다. 첨가제의 형태와 각각의 첨가제의 양은 윈도우로서 사용하기 위한 사양 및 요구사항에 부응하기 위해, 플라스틱 글레이징 패널에 요구되는 성능에 의해 결정된다.
마찰 저항층(80)은 알루미늄 산화물, 바륨 플루오르화물, 보론 질화물, 하프늄 산화물, 란탄 플루오르화물, 마그네슘 플루오르화물, 마그네슘 산화물, 스칸듐 산화물, 실리콘 일산화물, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시-질화물, 실리콘 옥시-탄화물, 수소첨가된 실리콘 옥시-탄화물, 실리콘 탄화물, 탄탈륨 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 인듐 주석 산화물, 이트륨 산화물, 아연 산화물, 아연 셀레나이드, 아연 황화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 타탄산염, 또는 이들의 혼합물이나 블렌드를 포함한다. 상기 마찰 저항층(80)은 침착된 층에 남아있는 탄 소 및 수소 원자량에 따라, SiOx 내지 SiOxCyHz 범위의 조성물로 구성된다. 양호한 실리콘 옥시-탄화물층은 캡슐 물질의 일련의 고착에 적절한 표면 특성을 제공한다.
캡슐(25)은 폴리비닐 염화물(PVC), 열가소성 엘라스토머, 우레탄, 및 열경화성 올레핀을 포함하여(본 발명은 이에 한정되지 않는다), 본 기술분야의 술련자에게 알려진 공지의 캡슐 물질로 구성된다. 선택적으로, 캡슐과 마찰 저항층 사이의 고착을 강화하기 위해 고착 촉진제(85)가 사용될 수도 있다. 이러한 고착 촉진제의 실시예로는 아크릴 폴리머, 우레탄, 유기실리콘, 염소처리된 폴리올레핀 폴리머 등이 포함된다.
캡슐화된 글레이징 패널은 본 기술분야의 숙련자에게 알려진 수단을 통해 차량의 개구에 고정된다. 이러한 수단은 클립이나 파스너(본 발명은 이에 한정되지 않는다)의 사용을 포함하며, 접합제를 사용하여 접합되기도 한다.
캡슐화된 글레이징 패널이 차량에 사용되기 전에, 글레이징 패널은 일련의 테스트를 통과해야만 하는데; 이러한 테스트는 본래의 설비 제조자(OEM)에 의해 특정화되며, 완성된 캡슐화된 플라스틱 글레이징 패널 또는 캡슐화된 글레이징 패널을 나타내는 작은 테스트 플라크(plaque)나 쿠폰을 사용하여 실행된다. 쿠폰이 사용되는 일련의 요구된 테스트는 혼다 모터 컴파니에 의해 특정 숫자의 N/K 로 특정화된다. 이러한 테스트에서, 캡슐화된 글레이징 시스템의 쿠폰은 다양한 조건에 노출되며, 전단 부하 및 박리 부하 하에 플라스틱 글레이징 패널로부터 견인된다. 이러한 일련의 테스트에서 각각의 테스트를 통과하기 위해, 글레이징 패널로부터 캡슐의 분리에 따라 관찰되는 실패 모드(failure mode)는 캡슐의 100% 점착 실패이어야 한다. 플라스틱 글레이징 패널내의 인터페이스(예를 들어, 플라스틱 패널과 잉크 사이, 잉크와 내후층 사이, 또는 내후층과 마찰 저항층 사이) 또는 글레이징 패널과 캡슐 사이의 고착 손실은 실패를 초래하게 된다.
완성된 캡슐화된 글레이징 패널에 실행된 표준 테스트 세트의 실시예는 제너럴 모터에 의해 테스트 사양번호 GM-3611 로 특정된다. 쿠폰 테스트와 마찬가지로, 이러한 일련의 테스트에서 전체적인 글레이징 패널은 다양한 조건에 노출되며, 캡슐의 점착 강도는 박리 및 전단향(shear-oriented) 견인 테스트의 실행에 의해 평가된다. 이러한 일련의 테스트에서 각각의 테스트를 통과하기 위해, 캡슐 및 플라스틱 글레이징 패널의 분리에 의해 관찰된 실패 모드는 캡슐의 100% 점착 실패이어야 한다. 플라스틱 글레이징 패널내의 인터페이스 또는 글레이징 패널과 캡슐 사이의 고착 손실은 실패를 초래하게 된다. 표1 및 표2에는 완전 캡슐화된 글레이징 패널 및 테스트 쿠폰이 노출되는 실제 조건이 도시되어 있다.
하기의 특정 실시예는 본 발명을 나타내기 위해 제공되었지만, 이것이 본 발명을 한정하지는 않는다.
실시예1-캡슐화된 플라스틱 글레이징 패널의 테스팅
제너럴 모터스의 트레일블레저(Trailblazer) SUV 를 고정형 측부 윈도우로서 고정하기 위해, Lexan® 폴리카보네이트 시트(메사츄세츠 핏츠필드 소재의 SABIC Innovative Plastics)를 사용하여 다수의 플라스틱 글레이징 패널이 형성되었다. 형성된 플라스틱 패널은 제조자의 사양에 따라 연속적으로 경화된 열경화성 잉크(미시건 윅솜 소재의 Exatec® PIX, Exatec LLC)를 사용하여 불투명 보더에 프린팅된다. 아크릴 프라이머(뉴욕 워터포드 소재의 모멘티브 퍼포먼스 머터리얼즈, SHP401)와 실리콘 하드코트(Exatec LLC, SHX)로 구성된 내후층이 불투명 보더 및 플라스틱 패널 위에 인가된다. 팽창 아크 플라즈마 강화 화학 증착을 사용하여 상기 내후층의 상부에 실리콘 옥시-탄화물 마찰 저항층이 침착된다. 최종적인 플라스틱 글레이징 패널은 Exatec® 500 글레이징 시스템(미시건 윅솜 소재의 Exatec LLC)으로서 알려져 있다.
그후, 불투명 보더와 일치하여, 글레이징 패널의 외주 주위에는 고착 촉진제가 인가된다. 상기 고착 촉진제는 IR 가열원을 사용하여 글레이징 패널의 양측을 동시에 가열하므로써 경화되거나 활성화된다. 상기 글레이징 패널은 몰드에 배치되고, 폴리비닐 염화물(미시건 그랜드 라피즈 소재의 비-쳄 코포레이션)이 분사되어 캡슐을 형성하게 된다.
캡슐화된 플라스틱 글레이징 패널은 제너럴 모터의 GM-3611 사양에 따라 테스팅된다. 표1에 도시된 바와 같이, 캡슐화된 글레이징 패널은 PVC 캡슐의 100% 점착 실패로 나타나므로써, 이러한 사양에 적혀있는 모든 테스트를 통과하도록 관찰된다. 이러한 실시예는 본 발명의 일실시예에 따라 준비된 캡슐화된 플라스틱 글레이징 패널이 차량의 윈도우로서 사용되기 위한 엄격한 OEM 요구사항을 통과할 수 있음을 나타내고 있다.
표1
노출 조건 테스트 결과(통과=100% 점착)
초기 견인 대기온도 통과
습도 저항 38℃, 7일간 100% 상대습도 통과
열 저항 14일간 70℃ 통과
열 사이클 C 8주간 열, 습도, 혹한 사이클 통과
실시예2-캡슐화된 플라스틱 글레이징 패널의 테스팅
Lexan® 폴리카보네이트 시트(메사츄세츠 핏츠필드 소재의 SABIC Innovative Plastics)를 사용하여 다수의 플라스틱 글레이징 쿠폰이 형성되었다. 형성된 플라스틱 쿠폰은 제조자의 사양에 따라 연속적으로 경화된 열경화성 잉크(미시건 윅솜 소재의 Exatec? PIX, Exatec LLC)를 사용하여 불투명 보더에 프린팅된다. 아크릴 프라이머(뉴욕 워터포드 소재의 모멘티브 퍼포먼스 머터리얼즈, SHP401)와 실리콘 하드코트(Exatec LLC, SHX)로 구성된 내후층이 불투명 보더 및 플라스틱 쿠폰 위에 인가된다. 팽창 아크 플라즈마 강화 화학 증착을 사용하여 상기 내후층의 상부에 실리콘 옥시-탄화물 마찰 저항층이 침착된다. 최종적인 플라스틱 글레이징 쿠폰은 Exatec® 500 글레이징 시스템(미시건 윅솜 소재의 Exatec LLC)으로서 알려져 있다.
그후, 불투명 보더와 일치하여, 글레이징 쿠폰의 외주 주위에는 고착 촉진제가 인가된다. 상기 고착 촉진제는 글레이징 쿠폰의 양측을 동시에 가열하므로써 경화되거나 활성화된다. 상기 글레이징 쿠폰은 몰드에 배치되고, 폴리비닐 염화물(미시건 그랜드 라피즈 소재의 비-쳄 코포레이션)이 분사되어 캡슐을 형성하게 된다.
캡슐화된 플라스틱 글레이징 쿠폰은 혼다 모터 컴파니의 N/K 사양에 따라 테스팅된다. 표2에 도시된 바와 같이, 캡슐화된 글레이징 쿠폰은 PVC 캡슐의 100% 점착 실패로 나타나므로써, 이러한 사양에 적혀있는 모든 테스트를 통과하도록 관찰된다. 이러한 실시예는 본 발명의 일실시예에 따라 준비된 캡슐화된 플라스틱 글레이징 패널이 차량의 윈도우로서 사용되기 위한 엄격한 OEM 요구사항을 통과할 수 있음을 나타내고 있다.
표2
노출 조건 테스트 결과(통과=100% 점착)
초기 견인 대기온도 통과
습도 저항 50℃, 90일간 95% 상대습도 통과
열 저항 90일간 90℃ 통과
열 사이클 C 8주간 열, 습도, 혹한(cold) 사이클 통과
온수 저항 100시간 동안 80℃ 통과
고온 견인 90℃ 에서 테스트 통과
혹한 견인 -40℃ 에서 테스트 통과
카타플라즈마 IES60.014 프로토콜에 따라 통과
제논 아크 SAE J1960 프로토콜에 따라 2000시간 통과
실시예3-내후층 및 마찰 저항층의 고착 차이점
Lexan® 폴리카보네이트 시트(메사츄세츠 핏츠필드 소재의 SABIC Innovative Plastics)를 사용하여 평탄한 패널에 다수의 플라스틱 글레이징 쿠폰이 형성되었다. 형성된 플라스틱 패널은 제조자의 사양에 따라 연속적으로 경화된 열경화성 잉크(미시건 윅솜 소재의 Exatec? PIX, Exatec LLC)를 사용하여 불투명 보더에 프린팅된다. 아크릴 프라이머(미시건 윅솜 소재의 Exatec LLC, SHP-9X)와 실리콘 하드코트(Exatec LLC, SHX)로 구성된 내후층이 불투명 보더 및 플라스틱 패널 위에 인가된다. 팽창 아크 플라즈마 강화 화학 증착을 사용하여 패널의 약 절반상에 실리콘 옥시-탄화물 마찰 저항층이 침착된다. 최종적인 플라스틱 글레이징 패널은 Exatec® 900 글레이징 시스템(미시건 윅솜 소재의 Exatec LLC)으로서 알려져 있다.
고착 촉진제 및 우레탄 접착제 비드는 실리콘 하드코트 표면을 갖는 글레이징 패널의 외주와 마찰 저항층의 외측면을 갖는 글레이징 패널에 인가되었다. 고착 촉진제 및 우레탄 접착제는 미시건 어번 힐즈 소재의 아우 오토모티브에 의해 제공된 BETASEAL™ 으로서 알려져 있다. 고착 촉진제 및 우레탄 접착제는 제조자의 사양에 따라 경화된다.
글레이징 패널은 카타플라즈마 테스트를 받게 되는데, 이러한 카타플라즈마 테스트는 본 기술분야의 숙련자에게 다우 오토모티브 AG, 테스트 모드 제039E호-카타플라즈마 처리로서 알려져 있다. 상기 카타플라즈마 테스트는 혼다 모터 컴파니 N/K 테스트 사양으로 실행된 테스트들중 하나로서 편입된다. 카타플라즈마 테스트 는 저온 충격에 이어지는 상승 온도에서 고습도로 글레이징 표면에 표면에 인가된 경화된 접착제 비드를 따라 플라스틱 글레이징 패널을 노출시킨다(즉, -20℃ 에서 3시간에 이어 70℃에서 7일간 습한 목화로 글레이징 패널을 둘러쌈). 테스팅 완료시, 그리고 실온(약 23℃)에서 평형화된 후, 상기 접착제 비드는 각각의 테스트 패널상에 견인되고, 접착제의 점착 실패도가 검사된다. 프린팅된 플라스틱 글레이징 패널이 카타플라즈마 테스트를 통과하기 위해서는 접착제의 75% 이상의 점착 실패가 있어야만 한다. 따라서, 플라스틱 글레이징 패널이 상기 테스트를 통과하기 위해, 전체적인 글레이징 패널, 즉 플라스틱 패널(15)/경화된 잉크(20)/경화된 내후층(75)/마찰 저항층(80)(마찰 저항층이 있을 경우에 해당)은 상이한 온도 및 습도 조건에서 높은 가수분해 안정도를 나타내야만 한다.
본 발명자들은 플라스틱 글레이징 패널이 우레탄의 약 2% 이하의 점착 실패를 갖는 테스트를 실패한 우레탄과 고착 촉진제와 접촉하고 있는 실리콘 하드코트 외측면을 갖는다는 것을 발견하였다. 실리콘 하드코트와 고착 촉진제와 우레탄 사이의 빈약한 고착이 상기 실패를 유발한다. 한편, 마찰 저항층의 외측면과 연합된 테스팅된 모든 시료는 우레탄의 75% 이상의 점착 실패로 테스트를 통과하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 실시예는 실리콘 하드코트 표면과 마찰 저항층의 표면 사이의 성능 차이를 나타내고 있다. 고착 촉진제와 우레탄이 유사한 고착 촉진제 및 캡슐로 대체되었을 때 유사한 결과를 얻을 수 있다.
본 기술분야의 숙련자라면 하기의 청구범위에 한정된 본 발명의 범주로부터의 일탈없이 상술한 바로부터 본 발명에 대해 변경 및 변화가 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 본 기술분야의 숙련자라면 서술한 여러 칫수 및 테스트는 상이한 여러 테스트 방법에 의해 얻을 수 있는 표준 칫수인 것임을 인식할 수 있을 것이다. 이러한 실시예에 서술된 테스트 방법은 각각의 요구된 칫수를 얻기 위한 하나의 허용가능한 방법임을 나타낸다.

Claims (25)

  1. 자동차 윈도우나 선루프로 사용하기 위한 플라스틱 글레이징 패널을 제조하는 방법에 있어서,
    A측 및 B측을 갖는 플라스틱 패널(15)을 형성하는 단계(30)와,
    패널(15)의 외주를 둘러싸며 패널(15)의 B측과 접촉하는 불투명 보더(20)를 잉크로 프린팅하는 단계(35)와,
    불투명 보더(20)의 잉크를 경화시키는 단계(40)와,
    내후층(75)을 인쇄된 보더(20) 및 플라스틱 패널(15)에 인가하는 단계(45)와,
    내후층(75)을 경화시키는 단계(50)와,
    상기 내후층(75)상에 마찰 저항층(80)을 침착하는 단계(55)와,
    플라스틱 패널(15)을 부드러운 가스켓이 구비된 몰드에 배치하는 단계(60)와,
    플라스틱 패널(15)의 외주를 둘러싸는 캡슐(85)을 형성하기 위해 엘라스토머 물질을 사출하는 단계(65)와,
    몰드로부터 플라스틱 패널(15)을 제거하는 단계(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 엘라스토머 물질을 사출하는 단계(65)는 플라스틱 패널의 A측과 B측 및 엣지를 둘러싸는 캡슐(85)을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 캡슐(85)을 형성하기 위해 몰드에 플라스틱 패널(15)을 배치하는 단계(60) 이전에, 플라스틱 패널(15)의 B측 외주를 둘러싸는 마찰 저항층(80)의 상부에 고착 촉진제(25)를 인가하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 윈도우 형태를 왜곡시킴 없이 고착 촉진제(25)를 작동하기 위해 일시적으로 가까워진 플라스틱 패널(15)의 A측 및 B측에서 플라스틱 패널을 가열하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 플라스틱 패널(15)을 형성하는 단계(30)는 사출 성형, 취입 성형, 압축 성형, 열 성형, 진공 성형, 냉간 성형으로부터 선택되는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 잉크 프린팅 단계(35)는 스크린 프린팅, 패드 프린팅, 또는 잉크젯 프린팅으로부터 선택된 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 잉크 경화 단계(40)는 에어 건조, 자외선 흡수, 열 흡수, 응축 추가, 열구동 얽힘, 양이온 종이나 음이온 종 또는 이들의 조합에 의해 유도된 교차 결합중 하나로서 선택된 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 내후층(75)을 인가하는 단계(45)는 플로우 코팅, 스프레이 코팅, 커튼 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅중 하나로서 선택된 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 내후층(75)을 경화하는 단계(50)는 에어 건조, 자외선 흡수, 열 흡수, 응축 추가, 열구동 얽힘, 양이온 종이나 음이온 종 또는 이들의 조합에 의해 유도된 교차 결합중 하나로서 선택된 메카니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 마찰 저항층(80)을 침착하는 단계(55)는 진공 침착 기법을 사용하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 마찰 저항층(80)을 침착하는 단계(55)는 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD), 팽창 열 플라즈마 PECVD, 플라즈마 중합화, 광화학적 증착, 이온 비임 침착, 이온 도금 침착, 캐소드 아크 침착, 스퍼터링, 증착, 중공 캐소드 활성 침착, 마그네트론 활성 침착, 활성 반응 증착, 열 화학 증착, 및 공지의 졸-겔 코팅 처리로 알려진 기타 다른 방법으로부터 선택된 진공 침착 기법을 사용하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 잉크로 불투명 보더(20)를 프린팅하는 단계(35)와 잉크를 플라스틱 패널(15)상에서 경화하는 단계(40)는 플라스틱 필름상에 잉크로 불투명 보더(20)를 프린팅하는 단계와, 플라스틱 필름상에서 잉크를 경화하는 단계와, 불투명 보더(20)가 플라스틱 패널(15)의 외주를 둘러싸도록 플라스틱 패널(15)의 B측에 불투명 보더(20) 및 플라스틱 필름을 형성 및 고착하는 단계로 대체되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 캡슐(85)은 폴리비닐 염화물(PVC), 열가소성 엘라스토머, 우레탄 및 열경화성 올레핀으로 이루어진 집단에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 마찰 저항층(80)은 알루미늄 산화물, 바륨 플루오르화물, 보론 질화물, 하프늄 산화물, 란탄 플루오르화물, 마그네슘 플루오르화물, 마그네슘 산화물, 스칸듐 산화물, 실리콘 일산화물, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시-질화물, 실리콘 옥시-탄화물, 수소첨가된 실리콘 옥시-탄화물, 실리콘 탄화물, 탄탈륨 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 인듐 주석 산화물, 이트륨 산화물, 아연 산화물, 아연 셀레나이드, 아연 황화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 타탄산염, 또는 이들의 혼합물이나 블렌드로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 마찰 저항층은 SiOx 내지 SiOxCyHz 범위의 조성물을 갖는 실리콘 옥시-탄화물 마찰 저항층(80)인 것을 특징으로 하는 플라스틱 글레이징 패널 제조 방법.
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