KR101499665B1 - 복합 성형체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

[과제] 접착제를 사용하지 않고, 수지부를 구성하는 열가소성 수지의 종류에 관계없이 수지부와 금속부의 밀착성을 개선하는 기술을 제공한다.
[해결 수단] 수지부와의 부분적인 접합 예정면에만 조면을 형성하는 레이저에 의한 조면화 공정과, 상기 조면화 공정 후의 금속부를 사출 성형용 금형내에 배치하고, 용융 상태의 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 사출 성형용 금형내에 사출하여 수지부와 금속부를 일체화하는 일체화 공정을 가지는 복합 성형체의 제조방법을 적용한다. 수지부와 접합하는 금속부가 복수 개소 존재할 수 있다. 또한, 열가소성 수지 조성물은, 폴리아릴렌 설파이드계 수지를 주성분으로 하고, 열가소성 수지 조성물의 열전도율은, 0.5 W/mㆍK 이상인 것이 바람직하다.

Description

복합 성형체의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING COMPOSITE MOLDED ARTICLE}

본 발명은, 수지부와 금속부로 구성되는 복합 성형체의 제조방법에 관한 것이다.

알루미늄이나 알루미늄 합금등의 금속부와 열가소성 수지 조성물로 구성되는 수지부가 일체화되어 이루어지는 복합 성형체는, 종래부터 계기판(Instrument Panel) 주위의 콘솔 박스등의 자동차의 내장 부재나 엔진 주위 부품이나, 인테리어 부품, 디지털카메라나 휴대 전화 등의 전자기기의 외장 부재등에 이용되고 있다.

금속부와 수지부를 일체화하는 방법으로는, 금속부의 표면을 가공하여 미소(微小)한 요철을 형성하는 방법, 접착제나 양면 테이프를 이용하여 접착하는 방법, 금속부 및/또는 수지부에 절곡편이나 돌기 등의 고정 부재를 설치하고, 이 고정 부재를 이용하여 양자를 고착시키는 방법, 나사 등을 이용하여 접합하는 방법 등이 있다. 이 중에서도, 금속부에 미소한 요철을 형성하는 방법이나 접착제를 이용하는 방법은, 최근 복합 성형체를 설계할 때에 있어서의 자유도가 높기 때문에 빈번히 이용되는 경향이 있다.

여기서, 금속부와 수지부를 일체화하기 위한 접착제는 고가라는 것이 알려져 있다. 또한, 상기의 복합 성형체의 제조에 있어서는, 수지부와 금속부를 따로 성형 가공하고, 이후 일체화할 필요가 있기 때문에 복합 성형체의 생산성이 저하된다는 문제가 있다.

상기의 문제점을 해결하는 복합 성형체의 제조방법으로서, 금속부를 사출 성형용 금형의 캐비티내에 배치하고, 용융 상태의 열가소성 수지 조성물을 캐비티내에 사출하여 금속부와 수지부가 일체가 된 복합 성형체를 제조하는 복합화 방법이 알려져 있다.

상기 복합화 성형법에 의하면, 접착제를 사용할 필요가 없기 때문에, 복합 성형체의 제조 코스트를 삭감할 수 있다. 또한, 복합 성형체에서의 수지부의 성형 가공시에 수지부와 금속부가 일체화되므로, 접착제를 이용하는 방법에 비해 필요로 하는 공정이 적고, 생산성도 우수하다.

그러나, 이러한 복합화 성형법에 의할지라도, 얻어지는 복합 성형체에서의 수지부와 금속부의 밀착력이 작다는 문제가 있고, 금형에 배치하는 금속부에 미리 접착제를 도포해 두는 방법이나, 수지 자체를 개량하여 수지부와 금속부의 밀착성을 개선하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

최근에는, 금속부 표면을 케미컬 에칭 처리하여 금속 표면에 요철을 형성하여 수지부와 금속부의 밀착력을 크게 하는 시도가 이루어지고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 그러나, 이 방법에서는 금속부의 일부를 표면 처리하는 것은 어려우며 전체면 처리가 되어 버리는 것에 기인하는 의장성의 저하나 금속부의 표면을 케미컬 에칭함으로써 발생되는 치수 변화 때문에 복합화 성형한 경우에 버(burr)가 발생되기 쉽고, 또한 이러한 버는, 금속부와 수지부와의 밀착력을 양호하게 하기 위한 제거가 어렵다는 문제점이 있다.

1. 일본공개특허 2009－78434호 공보 2. 일본공개특허 2007－182071호 공보

상기한 바와 같이, 종래의 방법에서는 고가의 접착제를 사용하거나, 또는 수지부의 원료로서 특정의 열가소성 수지를 사용할 필요가 있다. 특히, 열가소성 수지의 종류 등에 따라서 다양한 성질을 수지부에 부여할 수 있기 때문에, 상기 특정의 열가소성 수지 이외의 열가소성 수지의 사용이 바람직한 경우도 많다. 또한, 금속부를 에칭하는 방법은, 복합화 성형한 경우에 버가 발생되기 쉽고, 또한, 그 버가, 금속부와 수지부와의 밀착력을 양호하게 하기 위한 제거가 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은, 이상의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 접착제를 사용하지 않고, 수지부를 구성하는 열가소성 수지의 종류에 관계없이, 수지부와 금속부의 밀착성을 개선하는 기술을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 복합 성형체의 제조방법이 이하의 공정을 구비함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다는 것을 알아내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은, 수지부와의 부분적인 접합 예정면에만 조면(粗面)을 형성하는 레이저에 의한 조면화 공정과, 상기 조면화 공정 후의 금속부를 사출 성형용 금형내에 배치하고, 용융 상태의 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 사출 성형용 금형내에 사출하여 수지부와 금속부를 일체화하는 일체화 공정을 가지는 복합 성형체의 제조방법이다. 또한, 본 발명은 이하의 것을 제공한다.

(1) 열가소성 수지 조성물로 구성되는 수지부와, 상기 수지부와 접합하는 금속부를 구비하는 복합 성형체의 제조방법에 있어서, 레이저에 의해 상기 수지부와의 부분적인 접합 예정면에만 조면을 형성하는 조면화 공정과, 상기 조면화 공정 후의 금속부를 사출 성형용 금형내에 배치하고, 용융 상태의 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 사출 성형용 금형내에 사출하여 수지부와 금속부를 일체화하는 일체화 공정을 가지는 복합 성형체의 제조방법.

(2) 수지부와 금속부의 접합 개소가 복수 존재하는 (1)에 기재된 복합 성형체의 제조방법.

(3) 상기 수지부와 상기 금속부의 접합 강도가 10 MPa 이상인 (1) 또는 (2)에 기재된 복합 성형체의 제조방법.

(4) 상기 수지부는 절연부이고, 상기 금속부는 도전성 방열부이며, 상기 복합 성형체는, 상기 절연부를 통하여 상기 도전성 방열부와 연결되는 도전성 발열부를 더 구비하고, 상기 도전성 발열부와 상기 절연부를 연결하는 연결 공정을 더 가지는 (2)에 기재된 복합 성형체의 제조방법.

(5) 상기 열가소성 수지 조성물은, 폴리아릴렌설파이드계 수지를 주성분으로 하고, 상기 열가소성 수지 조성물의 열전도율은, 0.5W/m? 이상인 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 복합 성형체의 제조방법.

본 발명에 의하면, 접착제를 사용하지 않고, 수지부를 구성하는 열가소성 수지의 종류에 관계없이 수지부와 금속부의 밀착성을 개선할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 방법으로 제조되는 복합 성형체의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 수지부와 일체화 되기 전의 금속부를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 해칭폭을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는, 방열 구조체를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 실시예 및 비교예에서 사용한 복합 성형체를 모식적으로 나타내는 도면으로, (a)는 분해 사시도이고, (b)는 사시도이며, (c)는 금속부만을 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시예에서 실시한 수지부와 금속부 사이의 접합 강도의 측정 방법을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 실시예에서 실시한, 방열성 평가의 평가방법을 모식적으로 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 본 발명은 이하의 실시형태로 한정되지 않는다.

＜복합 성형체의 제조방법＞

본 발명의 복합 성형체의 제조방법은, 조면화 공정과 일체화 공정을 적어도 포함한다. 이하, 본 발명의 복합 성형체의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

복합 성형체를 제조함에 있어서는, 먼저, 금속부 및 수지부의 원료가 되는 금속 및 열가소성 수지 조성물을 준비한다.

금속부를 구성하는 금속의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 용도 등에 따라 적당히 바람직한 종류의 금속을 사용할 수 있다. 예를 들면, 강철, 주철, 스텐레스, 알루미늄, 동, 금, 은, 놋쇠 등의 금속, 알루미늄 합금, 아연 합금, 마그네슘 합금, 주석 합금 등의 합금을 사용할 수 있다.

상기 금속부의 제조방법은 특별히 한정되지 않으며, 종래 공지의 방법을 적용할 수 있다. 이러한 방법으로서 예를 들면, 고압 주조법을 들 수 있다. 고압 주조법은, 금형에 용융된 금속을 압입함으로써, 높은 치수 정밀도의 주물을 단시간에 대량으로 생산하는 주조 방식이다. 또한, 제조된 금속부를 원하는 형상으로 성형하기 위하여 공작기계에 의한 절삭 가공 등을 이용할 수 있다.

수지부를 구성하는 열가소성 수지 조성물의 종류도 특별히 한정되지 않으며, 용도 등에 따라서 적당히 바람직한 열가소성 수지 조성물을 이용할 수 있다.

본 발명의 특징의 하나는, 열가소성 수지 조성물에 포함되는 열가소성 수지의 종류에 관계없이, 수지부와 금속부의 밀착성을 높일 수 있다는 점에 있다. 따라서, 열가소성 수지의 종류에 관계없이 본 발명의 효과를 나타낸다. 이 때문에, 예를 들면 이하와 같이 하여 사용하는 열가소성 수지의 종류를 결정할 수 있다.

본 발명의 제조방법으로 제조되는 복합 성형체의 최적 용도의 일례로서 방열 구조체를 들 수 있다. 방열 구조체에 대해서는 후술 한다. 복합 성형체가 방열 구조체로서 사용되는 경우에는, 열가소성 수지 조성물이 높은 내열성을 가지는 동시에 높은 열전도성을 가지는 열가소성 수지를 포함하는 것이 바람직하다.

우수한 내열성을 가지는 동시에 열전도성이 높은 열가소성 수지로서는, 폴리아릴렌설파이드계 수지를 들 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제조방법에 의하면, 열가소성 수지의 종류에 관계없이, 금속부와 수지부의 밀착력을 향상시킬 수 있으므로, 용도에 따라서 최적의 열가소성 수지를 선택할 수 있다.

이하, 조면화 공정 및 일체화 공정의 각 공정에 대하여 설명한다. 상기한 바와 같이, 수지부 및 금속부의 형상은 특별히 한정되지 않으나, 본 실시형태에 대해서는 도 1에 나타낸 구체적인 복합 성형체를 제조하는 경우를 예를 들어 본 발명에 대하여 설명한다.

도 1에 나타낸 복합 성형체를 제조하는 경우에 대하여 설명한다. 도 1에 나타낸 복합 성형체(1)는, 금속부(10)와 네 개의 수지부(20)를 구비한다.

도 2는, 수지부(20)가 형성되기 전의 금속부(10)를 나타낸다. 금속부(10)는, 수지부(20)와 접합하는 부분인 접합 예정면(11)을 가진다. 본 실시형태에서 접합 예정면(11)은, 도 2에서 2점 쇄선으로 둘러싸인 부분이다.

［조면화 공정］

조면화 공정이란, 금속부에 있어서의 상기 금속부와 상기 수지부의 접합 예정면에만 레이저로 조면을 형성하는 것이다. 접합 예정면에 조면을 형성함으로써, 제조되는 복합 성형체의 수지부와 금속부의 밀착력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수지부와 금속부의 열전도가 원활해진다. 또한 접합 예정면만을 조면화함으로써, 금속부를 금형에 장착하더라도 금형 캐비티의 개구 가장자리와 조면이 교차되는 일이 없기 때문에 금형 캐비티에 금속부를 틈이 없이 장착할 수 있게 되고, 사출 성형에 의한 금속부와 수지부의 일체화 성형시에 발생되는 버의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 접합 예정면에만 조면화 처리하였기 때문에, 접합 예정면만 밀착력이 향상되고, 가령 버가 발생되더라도 간단하게 제거할 수 있게 되어 있다. 상기한 바와 같이, 본 발명에서의 조면은 수지부와 금속부 사이의 밀착력을 향상시키거나 열전도를 원활하게 하거나 하는 기술적 의의를 가지는 것으로, 「접합 예정면만을 조면화한다」란, 각 수지부와의 밀착력이나 열전도를 높이기 위한 조면이, 접합 예정면내에만 형성되어 있는 것을 의미하는 것이다. 따라서, 「접합 예정면에만」이란, 접합 예정면에 조면화 처리가 실시되어 있는 동시에, 접합 예정면외로서 금형 캐비티의 개구 가장자리와 조면이 교차되지 않는 위치에, 수지부와 금속부의 밀착력 등을 높이는 것과 무관한 조면이 형성되어 있는 경우를 본 발명의 범위에서 배제하지 않는다.

조면이 접합 예정면(11)의 전체면 혹은 그 일부에 형성됨으로써, 금속부와 수지부의 밀착력 향상 효과 및 금속부와 수지부의 열전도성 향상 효과를 나타낸다. 또한, 금속부(10)의 접합 예정면에만 조면이 형성됨으로써, 버의 발생을 억제하는 효과, 및 가령 버가 발생되더라도 버를 용이하게 제거할 수 있는 효과를 나타낸다. 그 결과, 본 발명에 의하면, 금속부의 표면 전체에 조면이 형성됨으로써, 복합 성형체의 외관이 손상되거나 조면 형성에 의해 치수 정밀도가 손상되거나 하는 일은 거의 없다. 특히, 높은 치수 정밀도가 요구되는 자동차용 부품, 전자 부품 등의 정밀 성형체로서, 본 발명의 방법으로 제조된 복합 성형체를 바람직하게 사용할 수 있다. 다만, 본 발명의 효과인 수지부와 금속부의 밀착력의 향상, 및 수지부와 금속부의 열전도성의 향상은, 접합 예정면(11) 전체에 조면을 형성함으로써, 현저하게 높아진다.

또한, 본 발명에서는 금속부(10)의 일부에 조면을 형성하기 때문에, 불필요한 부분에 조면을 형성하지 않아도 된다. 이 때문에, 본 발명에 있어서의 금속부(10)에의 조면의 형성은 효율적이다.

또한, 본 발명에서는 금속부(10)의 표면의 일부에 조면을 형성하기 위하여 레이저를 이용한다. 레이저를 이용하는 방법의 경우, 케미컬 에칭 등의 일반적인 방법과는 달리, 용이하게 접합 예정면(11)에만 조면화를 실시할 수 있다. 접합 예정면이 복수 있는 경우에는 더욱 그 용이함이 현저해진다. 이와 같은 점에서도, 본 발명의 제조방법에 의하면 조면을 효율적으로 금속부(10)에 형성할 수 있다고 말할 수 있다.

또한 케미컬 에칭의 경우, 에칭 처리 후 3개월 정도 경과한 금속부를 이용하여 사출 일체화 성형을 한 경우 금속부와 수지부의 밀착력이 떨어지나, 레이저를 이용한 금속부의 경우, 레이저 처리 후 3개월 경과한 금속부를 이용해도 밀착력은 양호한 상태를 유지할 수 있다.

상기 조면화 공정에 의해 형성되는 조면은, 표면의 미세한 요철이다. 요철의 거친 정도는 수지부에 포함되는 열가소성 수지의 종류, 금속부를 구성하는 금속의 종류 등에 따라서 적당히 조정된다.

상기 조면화 공정에서 형성되는 조면은, 접합 예정면에 물리적으로 형성되는 요철로서, 케미컬 에칭 등으로 형성되는 조면과는 다르다. 물리적으로 형성되는 요철이기 때문에 장기간 방치되어도 요철 형상에 변화가 작다. 또한, 물리적으로 형성되는 요철이기 때문에 조면 형성 후의 금속부는 엄밀하게 조정된 환경하에서의 보관이 요구되지는 않는다.

이어서, 금속부(10)의 접합 예정면(11)에 조면을 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 조면을 형성하는 방법은, 레이저를 이용하여 금속부(10)의 표면에 조면을 형성하는 일반적인 방법이라면 모두 적용할 수 있다. 요철의 크기나, 거칠기 등의 조정에 대해서는 레이저의 조사 조건을 변경함으로써 할 수 있다. 이하 레이저광의 조사 조건 등에 대하여 설명한다.

레이저광에 의해 형성되는 요철은, 레이저광의 주사에 의해 금속부(10)의 표면을 홈파기 가공 및 용융 시켜 재응고 시키는 조건으로 가공함으로써 형성된다. 보다 구체적으로는, 소정의 주사 방향에 대하여, 레이저광을 금속부(10)의 표면에 주사 한 후, 소정의 주사 방향과 크로스되는 별도의 주사 방향에 대하여, 레이저광을 금속부(10)의 표면에 주사하는 방법(이하 「크로스 레이저 스캐닝」이라고 하는 경우가 있다.)으로 요철을 형성하는 것이 바람직하다. 크로스 레이저 스캐닝시의 적합한 조건에 관하여, 특히 중요한 파라미터인 「크로스 각도」 및 「반복 가공 회수」에 관한 적합한 조건을 설명하고, 이어서 다른 파라미터에 관한 적합한 조건을 차례로 설명하기로 한다.

크로스 각도(가공 방향)는, 소정의 주사 방향과 별도의 주사 방향과의 각도가 10°이상인 것이 적합하고, 45°이상인 것이 더욱 적합하다. 즉, 앞의 가공에 대하여 다음 가공의 주사 방향이 동일하지 않은 것이 중요하다. 또한, 금속부(10)와 수지부(20) 사이의 접합 강도가 높아진다는 이유에서, 크로스 각도가 약 90°인 것이 최적이다.

다음으로, 반복 가공 회수(중첩 회수, 크로스해칭 회수)는, 처리되는 금속의 종류ㆍ크로스 각도(가공 방향)ㆍ출력 등에 근거하여 당업자가 적당히 결정한다. 여기서, 일반적으로는 반복 가공 회수가 너무 적은 경우에는, 금속부(10)와 수지부(20)의 밀착력이 약해지는 경우가 있다. 한편, 반복 가공 회수가 너무 많은 경우에는, 가공 시간이 증가한다는 것과, 애써 형성된 앵커 효과가 높은 요철이 파손되어 버리는 경우가 있다. 예를 들면, 크로스 각도가 약 90°일 때, 금속이 SUS인 경우에는 8~10회가 적합하고, Mg인 경우에는 4~5회가 적합하다. 여기서, 어느 가공과 그 다음의 가공의 가공 조건을 바꿀 수 있다. 예를 들면, 1회째를 비교적 큰 출력으로 깊은 면 거칠기 가공을 실시하고, 2번째로 형상을 정돈하는 양태를 들 수 있다. 또한, 금속 표면의 색 차이에 의한 레이저 가공성에 대해서는 일반적으로 흑계의 표면색을 가지는 금속과 비교하여 은색계, 더욱이 와인 레드계나 등(橙)계의 표면색을 가지는 금속에서는, 동일한 출력의 경우, 반사율이 다르기 때문에 가공성이 떨어진다고 알려져 있다. 그러나, 주사 방향을 바꾸면서 여러번 반복 가공을 실시하기 때문에, 동일 조건으로 가공해도 가공면에 큰 차이는 나타나지 않는다고 확인되고 있다. 또한, 예를 들면 주사 방향을 0°로 설정하여 가공한 후, 45°씩 가공 방향을 회전시켜 4회 가공해도 동일한 효과를 얻을 수 있다고 확인되고 있다.

다음으로, 레이저광의 조사에 관한 다른 파라미터의 적합한 조건에 대하여 상술한다. 먼저, 다른 파라미터로는, 가공기 출력, 해칭폭, 레이저 빔 스팟지름과 해칭폭과의 밸런스 등을 들 수 있다. 이들 파라미터의 적합한 조건은, 처리 대상이 되는 금속의 종류, 요구되는 수지부와 금속부와의 접합 강도, 사용하는 레이저 장치의 출력 등에 따라서 바뀌는 것이다. 이하, 각 파라미터에 대하여 일반적인 적합한 조건을 설명한다.

먼저, 「가공기 출력」은, 평균 출력 20W정도의 기종에서, 설정 범위 80% 이상인 것이 적합하고, 보다 적합한 것은 92~95%이다. 출력이 큰 설비에 대해서는, 설정 출력을 크게 함으로써 가공 회수를 적게 할 수 있어 가공 시간을 단축할 수 있다. 예를 들면, 20W보다도 40W가 가공성은 상승한다(레이저 스캐닝의 설정 속도ㆍ주파수를 올릴 수 있음). 이 경우, 크로스 해칭의 회수도 다소 줄일 수 있게 된다(예를 들면, SUS인 경우, 20W에서는 8~10회이나, 40W에서는 6~8회 정도). 양극(陽極) 산화되어 있지 않은 금속의 경우는, 양극 산화 처리되어 있는 것보다 출력을 높게 설정할 필요가 있다.

다음으로, 「해칭폭」은, 일반적으로는 0.02~0.6mm인 것이 적합하다. 해칭폭의 설정치가 작은 경우, 프로그램양이 증가하여 설비에 부담이 가해지고 또한 가공 시간이 증가함으로써 가공 코스트가 상승한다. 또한, 설정치가 큰 경우, 해칭폭이 너무 넓어져 앵커 효과가 높은 요철 형상이 형성되기 어려워진다. 도 3은, 해칭폭의 개념을 나타낸 것이다(도 3에서 원은 펄스에 의한 레이저광의 조사를 나타낸다. 또한, 흰색 화살표는 레이저광의 주사 방향이다). 해칭폭에 관해서는, 금속의 종류에 따라서 그 폭을 결정하는 것이 적합하다. 예를 들면 Mg와 같이 가공성이 좋은 재료는, 비교적 해칭폭을 넓게 하지 않으면 요철이 무너져 버리므로 해칭폭을 넓게 설정하는 한편, SUS와 같이 그다지 가공성이 좋지 않은 재료는, 해칭폭을 비교적 광범위하게 설정할 수 있다. 더욱이, 가공기 출력을 크게 하면, 가공성이 상승하는 동시에 가공부 주변에의 영향도 커서 평탄한 가공이 되기 쉽기 때문에, 해칭폭을 플러스 경향으로 설정하는 것이 적합하다.

다음으로, 「레이저 빔 스팟 지름과 해칭폭과의 밸런스」는, 해칭폭을 빔 스팟 지름의 50~300%로 설정하는 것이 적합하고, 60~150%로 설정하는 것이 더욱 적합하다. 예를 들면, 20W 기종의 레이저 빔 스팟 지름을 Φ0.1 mm로 설정한 경우의 설정 해칭폭은, 0.05~0.3 mm이고, 더욱 적합하게는 0.06~0.15 mm이다.

［일체화 공정］

일체화 공정이란, 상기 조면화 공정 후의 금속부(10)를 사출 성형용 금형내에 배치하고, 용융 상태의 열가소성 수지 조성물을 사출 성형용 금형내에 사출하여 수지부(20)와 금속부(10)을 일체화하는 공정을 가리킨다.

사출 성형의 조건은 특별히 한정되지 않으며, 열가소성 수지 조성물의 물성이나, 금속부(10)에 형성된 조면에 따라서 적당히 바람직한 조건을 설정할 수 있다.

사출 성형용 금형내에 사출된 열가소성 수지 조성물이 고화되고, 금속부(10)와 수지부(20)가 일체화함으로써, 본 발명의 복합 성형체(1)는 완성된다. 금형으로부터 복합 성형체(1)을 꺼내는 것으로 본 발명의 복합 성형체(1)를 얻을 수 있다.

＜방열 구조체＞

본 발명의 제조방법은, 방열 구조체를 제조하는 방법으로서 바람직하다. 먼저, 방열 구조체에 대하여, 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는, 방열 구조체(2)의 일례를 나타낸다. 방열 구조체(2)는, 절연부(3)와 도전성 방열부(4)와 도전성 발열부(5)를 구비한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 도전성 방열부(4)와 도전성 발열부(5)가 절연부(3)를 통하여 연결된다.

절연부(3)가 상술한 복합 성형체에서의 수지부에 상당하고, 도전성 방열부(4)가 상술한 복합 성형체에서의 금속부에 상당한다.

본 발명의 방법으로 제조된 방열 구조체는, 절연부(3)와 도전성 방열부(4)의 밀착력 및 절연부(3)와 도전성 발열부(5)의 밀착력이 강하기 때문에, 절연부(3)와 도전성 방열부(4) 및 절연부(3)와 도전성 발열부(5) 사이의 열의 전달이 원활하다. 이 때문에, 본 발명의 방법으로 제조된 방열 구조체(2)는, 방열 구조체로서의 성능도 높다.

여기서, 절연부(3)와 도전성 방열부(4) 혹은 도전성 발열부(5)와의 접합 강도는, 10MPa 이상인 것이 바람직하고, 10~50MPa인 것이 보다 바람직하다. 10MPa 이상으로 함으로써 양호한 열의 전달을 달성할 수 있다.

특히, 본 실시형태와 같이 방열부 및 발열부가 함께 도전성인 경우에는, 방열부와 발열부와의 사이를 전기적으로 절연할 필요가 있다. 이러한 방열 구조체의 경우, 도전성 방열부(4)와 도전성 발열부(5) 사이에 절연부(3)를 배치함으로써 열의 전달이 크게 방해될 수 있다는 것이 문제가 되나, 본 발명의 방법으로 제조된 방열 구조체는, 절연부와 도전성 방열부 사이의 열의 전달이 원활하기 때문에, 이러한 문제는 발생되지 않는다. 도전성 발열부(5)로서는, 예를 들면 전자 부품 등을 예시할 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예 및 비교예를 나타내고, 본 발명을 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

＜인서트 성형체의 제조방법＞

실시예 및 비교예에서 사용된 복합 성형체의 모식도를 도 5에 나타내었다. (a)는 분해 사시도이고, (b)는 사시도이며, (c)는 금속부만을 나타내는 도면이다. 이와 같은 인서트 성형체를 이하의 방법으로 제조하였다. 도면에서 치수의 단위는 mm이다.

수지부를 구성하는 열가소성 수지 조성물(1)로서 폴리페닐렌 설파이드계 수지 조성물(충전재료로서 유리 섬유를 35 질량% 포함하고, 용융 점도가 160 Paㆍs(310℃, 1000sec^－1), 열전도율이 0.4W/mㆍK인 수지 조성물, 폴리플라스틱스(주) 제품, 「포트론(등록상표) 1135 MF1」)을 이용하였다.

또한, 수지부를 구성하는 열가소성 수지 조성물(2)로서 폴리페닐렌 설파이드계 수지 조성물(무기 충전재료를 60 질량% 포함하고, 용융 점도가 200 Paㆍs(310℃, 1000sec^－1), 열전도율이 0.7W/mㆍK인 수지 조성물, 폴리플라스틱스(주) 제품, 「포트론(등록상표) 6565 A7」)을 이용하였다.

또한, 수지부를 구성하는 열가소성 수지 조성물(3)로서 폴리부틸렌 테레프탈레이트계 수지 조성물(충전재료로서 유리 섬유를 30질량% 포함하고, 용융 점도가 170 Paㆍs(260℃, 1000sec^－1), 열전도율이 0.3W/mㆍK인 수지 조성물, 윈텍 폴리머(주) 제품, 「쥬라넥스(등록상표) 3300」)을 이용하였다.

금속부로서 알루미늄(A5052, 두께 2mm)으로 구성된 2 종류의 레이저 처리를 한 판상물을 이용하였다. 이들 판상의 금속부는, 도 5(a)의 사선으로 나타낸 부분에 접합면을 가진다.

＜레이저 처리 1＞

레이저 마커　Cobra　Electrox사 제품｛레이저 타입：계속파/Qswich 부착 Nd：YAG, 발진 파장：1.064㎛, 최대정격 출력：20W(평균)｝을 이용하고, 출력 95%, 해칭폭 0.2mm, 주파수 9kHz, 주사 속도 80mm/s, 주사 회수 5회라는 조건으로, 2개소의 접합 예정면의 금속 표면을 격자 형상으로 처리하였다.

＜레이저 처리 2＞

레이저 마커　Cobra　Electrox사 제품｛레이저 타입：계속파/Qswich 부착 Nd：YAG, 발진 파장：1.064㎛, 최대정격 출력：20W(평균)｝을 이용하고, 출력 95%, 해칭폭 0.8 mm, 주파수 9kHz, 주사 속도 80mm/s, 주사 회수 5회라는 조건으로, 2개소의 접합 예정면의 금속 표면을 격자 형상으로 처리하였다.

이들 금속부를 각각 금형에 배치하고, 이 금속부를 열가소성 수지 조성물(1~3)의 어느 하나로 구성되는 수지부와 일체화하는 일체화 공정을 실시하였다. 성형 조건은 이하와 같다. 복합 성형체의 형상은 도 5에 나타낸 바와 같다.

［성형 조건］

·열가소성 수지 조성물(1) 및 (2)에 대하여

성형기：소딕 TR－40 VR(종형 사출 성형기)

실린더 온도：320℃

금형 온도：160℃

사출 속도：100mm/s

보압력：98MPa×초

·열가소성 수지 조성물(3)에 대하여

성형기：소딕 TR－40 VR(종형 사출 성형기)

실린더 온도：260℃

금형 온도：140℃

사출 속도：70mm/s

보압력：49MPa×20초

＜평가＞

상기 방법으로 작성한 복합 성형체에 대하여, 접합 부분의 접합 강도 및 방열성의 평가를 실시하였다. 또한, 레이저 처리를 하지 않고, 일방의 접합면(접합면(1))에는 일액성 에폭시 수지 접착제(「XNR3503」나가세켐텍스(주) 제품(경화조건：120℃×10min))를 사용하여 수지부와 금속부를 접합시키고, 타방의 접합면(접합면(2))에는 가열 경화형 실리콘 접착 실(seal)재(「TSE322」, 모멘티브 제품(경화 조건：150℃×60min))을 사용하여 수지부와 금속부를 접합시킨 복합 성형체에 대해서도 동일하게 평가를 실시하였다. 구체적인 평가방법은 이하와 같다.

［접합 강도］

도 5에 나타낸 형상을 가지는 복합 성형체의 금속부의 한가운데를 길이 방향에 대하여 수직으로 절단함으로써 2개로 분할하여 평가용 샘플을 얻었다. 얻은 평가용 샘플을, 도 6에 나타낸 바와 같이 지지대(지그)상에 배치하고, 1mm/min의 속도로 화살표 방향으로 금속부로부터 수지부를 가압하여 떨어지도록 지그를 작동시켰다. 금속부로부터 수지부가 떨어진 시점에서의 강도를 접합 강도로서 측정하였다. 측정 기기로서 텐시론 UTA－50 kN((주)오리엔테크 제품)을 사용하였다. 열가소성 수지 조성물(1~3)을 이용하여 얻은 측정 결과를 각각 표 1~3에 나타낸다(값은 3회의 시험에 대한 평균치이다).

［방열성 평가］

도 7에 나타낸 바와 같이, 표면 온도 150℃의 알루미늄대(핫 플레이트상에 설치)에 복합 성형체를 배치하고, 배치 직후의 금속부의 수지측 단면으로부터 3mm 떨어진 부분의 온도를 서모그래피 장치((주)치노 제품　ThermaCAM　CPA－7800)을 이용하여 측정하였다. 계측된 온도가 높을 수록, 복합 성형체의 방열성이 높은 것을 나타낸다. 열가소성 수지 조성물(1~3)을 이용하여 얻은 측정 결과를 각각 표 1~3에 나타낸다.

[용융 점도]

토요세이키(주) 제품 캐피로그라프를 이용하고, 모세관으로서 1 mmΦ×20mmL/플랫 다이를 사용하여 소정의 배럴 온도, 전단 속도 1000sec^－1에서의 용융 점도를 측정하였다. 상기의 배럴 온도는, 열가소성 수지 조성물(1) 및 (2)에 대해서는 310℃로 설정하고, 열가소성 수지 조성물(3)에 대해서는 260℃로 설정하였다.

［열전도율］

사출 성형에서 실린더 온도 320℃, 금형 온도 150℃에서 직경 30mm, 두께 2mm의 원판상 성형품을 제작하였다. 이 원판상 성형품을 4매 겹친 샘플을 이용하여 핫 디스크법 열물성 측정장치(쿄토전자공업(주) 제품　TPA-501)로 열전도율을 측정하였다.

표 1~3에 나타난 바와 같이, 레이저 처리를 실시함으로써 금속부 표면의 복수 개소에 수지부가 형성된 복합 성형체에서, 수지부와 금속부의 접합 강도가 현저하게 높아지는 것이 확인되었다. 또한, 접합 강도를 10MPa 이상으로 함으로써, 양호하게 열의 전달이 달성될 수 있다는 것이 확인되었다. 또한, 열전도율이 0.5W/mㆍK인 열가소성 수지 조성물을 이용함으로써, 방열성이 더욱 향상되는 것이 확인되었다.

1　　　복합 성형체
10　　금속부
11　　접합 예정면
20　　수지부
2　　　방열 구조체
3　　　절연부
4　　　도전성 방열부
5　　　도전성 발열부

Claims (5)

1. 열가소성 수지 조성물로 구성되는 수지부와, 상기 수지부와 접합하는 금속부를 구비하는 복합 성형체의 제조방법에 있어서,
   상기 수지부와의 부분적인 접합 예정면에만 조면을 형성하는 레이저에 의한 조면화 공정과,
   상기 조면화 공정 후의 금속부를 사출 성형용 금형내에 배치하고, 용융 상태의 상기 열가소성 수지 조성물을 상기 사출 성형용 금형내에 사출하여 수지부와 금속부를 일체화하는 공정을 가지며,
   상기 수지부는 절연부이고, 상기 금속부는 도전성 방열부이며,
   상기 복합 성형체는, 상기 절연부를 통해 상기 도전성 방열부와 연결되는 도전성 발열부를 더 구비하고,
   상기 도전성 발열부와 상기 절연부를 연결하는 연결 공정을 더 가지며,
   상기 도전성 발열부는 전자 부품인 복합 성형체의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,　
   수지부와 금속부의 접합 개소가 복수 존재하는 복합 성형체의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   수지부와 금속부의 접합 강도가 10 MPa 이상인 복합 성형체의 제조방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 열가소성 수지 조성물에서의 열가소성 수지는, 폴리아릴렌 설파이드계 수지이고, 상기 열가소성 수지 조성물의 열전도율은, 0.5W/mㆍK 이상인 복합 성형체의 제조방법.
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