KR101775449B1 - 접착제와 인터록킹된 언더컷 특징부를 포함하는 다층 구조체를 갖는 물품, 및 이의 제조 방법 - Google Patents

접착제와 인터록킹된 언더컷 특징부를 포함하는 다층 구조체를 갖는 물품, 및 이의 제조 방법 Download PDF

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마리오 에이. 페레즈
케빈 엠. 르완도스키
로버트 에이. 폴렌스비
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

(a) 일체형 배킹 상에 형성되고 그로부터 연장되는 언더컷 특징부(undercut feature)들을 포함하며 폴리올레핀으로 형성되는 제1 층; (b) 경화된 때 59보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는 접착제를 포함하는 제2 층; 및 (c) 기재를 포함하는 제3 층을 포함하는 다층 구조체를 갖는, 물품이 제공된다. 제2 층은 언더컷 특징부들과 인터록킹되고(interlocked), 제3 층은 접착제에 접착되고, 제2 층은 제1 층과 제3 층 사이에 배치된다. (a) 폴리올레핀 수지를 주형 공동 내에 넣어서, 언더컷 특징부들을 포함하는 제1 층을 형성하는 단계; (b) 제1 층을 주형 공동으로부터 150 밀리미터/분 이상의 속도로 탈형시키는 단계; (c) 경화성 접착제를 언더컷 특징부들에 적용하여, 제1 층에 부착된 제2 층을 형성하는 단계; 및 (d) 기재를 포함하는 제3 층을 제2 층에 부착하는 단계를 포함하는 방법이 또한 제공된다.

Description

접착제와 인터록킹된 언더컷 특징부를 포함하는 다층 구조체를 갖는 물품, 및 이의 제조 방법 {ARTICLES HAVING A MULTILAYER STRUCTURE INCLUDING UNDERCUT FEATURES INTERLOCKED WITH AN ADHESIVE, AND METHODS OF MAKING SAME}
접착제와 인터록킹된 언더컷 특징부(interlocked undercut feature)를 포함하는 다층 구조체를 갖는 물품, 및 그러한 물품의 제조 방법이 제공된다.
중합체를 성형할 때, 주형 또는 공구(tool)는 중합체가 변형 없이 탈형되도록 전형적으로 설계된다. 주형 공동 내에 드래프트 각(draft angle)(즉, 성형된 부분이 공동 개구에서 가장 넓고 공동의 가장 깊은 부분을 향해 점점 좁아지게 되는 테이퍼(taper))을 포함함으로써, 탈형이 변형 없이 용이하게 된다.
일부 경우에, 성형된 특징부의 인출이 돌출부 또는 함입부에 의해 방해받는 형상을 갖도록 특징부가 성형되며, 이들은 언더컷 특징부로 지칭된다. 언더컷 특징부는, 예를 들어, 후크(hook) 형상을 포함하는데, 이는 후크가 측면으로 구부러져서 후크의 팁이 후크의 기부의 측면에 걸리기 때문이다. 언더컷 특징부는 또한 캡이 형성된 스템(capped stem)(예를 들어, 못 형상 또는 버섯 형상을 갖는, 헤드(head)를 갖는 스템)을 포함하는데, 이는 캡이 놓여 있는 기부의 직경을 넘어서 캡이 돌출되기 때문이다. 언더컷 특징부는 기부에서 팁으로 갈수록 특징부의 직경이 점차 증가하는 깔때기 형상의 특징부를 추가로 포함한다. 언더컷 특징부는 일반적으로 탈형시키기가 어려운데, 이는 보통 특징부를 파손하거나 영구적으로 변형시키지 않고서는 특징부의 돌출된 부분(overhanging portion)을 주형 공동으로부터 빼낼 수 없기 때문이다.
언더컷 특징부를 탈형시키는 까다로운 문제(complication)를 극복하기 위한 다수의 기술이 개발되어 왔다. 일부 경우에, 주형을 성형 후에 부분적으로 해체될 수 있는 다수의 부분으로 만들어서, 각각의 공동을 개방하고 특징부가 용이하게 제거되게 한다. 그러한 접근법은 효과적일 수 있지만, 전형적으로 복잡한 툴링(tooling)을 필요로 한다. 대안적으로, 캡이 형성된 스템은, 언더컷을 갖지 않는 직선형 스템을 먼저 성형하고, 이어서 탈형 후에 별도의 형상화 단계에서 그러한 스템에 캡을 형성함으로써 생성될 수 있다. 또 다른 일반적인 접근법은 탈형 동안 언더컷 특징부가 구부러지게 하고, 이어서, 중합체의 탄력성을 사용하여, 성형된 그대로의 형상으로 회복되게 하는 것, 예를 들어 후크 형상을 사용하는 것을 포함한다. 그러한 방법에 의해 형성된 후크 형상은 후크의 기부로부터 후크의 팁으로 이동함에 따라 일정하거나 또는 감소되는 단면적을 포함한다. 후크의 형상은 후크를 구부리고/구부리거나 조작하여 공동으로부터 빼냄으로써 후크가 탈형되게 하므로, 전단 변형률 및 압축 변형률이 최소화된다. 언더컷 특징부로서 후크 형상을 이용하는 것의 한 가지 단점은, 캡이 형성된 스템 또는 깔때기와 같은 다른 언더컷 특징부보다 더 낮은 힘 하에서 후크가 보통 구부러지거나 파손된다는 점이다.
접착제와 인터록킹된 언더컷 특징부를 포함하는 층을 갖는 물품이 제공된다. 제1 태양에서, 다층 구조체를 포함하는 물품이 제공된다. 상기 다층 구조체는 (a) 일체형 배킹 상에 형성되고 그로부터 연장되는 복수의 언더컷 특징부들을 포함하며, 폴리올레핀으로 형성되는 제1 층; (b) 경화된 때 59보다 큰 쇼어(Shore) D 경도를 갖는 접착제를 포함하며, 상기 복수의 언더컷 특징부들과 인터록킹되는 제2 층; 및 (c) 기재(substrate)를 포함하는 제3 층을 포함한다. 상기 제3 층은 상기 접착제에 접착되고, 상기 제2 층은 상기 제1 층과 상기 제3 층 사이에 배치된다.
제2 태양에서, 다층 구조체를 포함하는 물품의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 (a) 폴리올레핀 수지를 주형 공동 내에 넣어서, 일체형 배킹 상에서 그로부터 연장되는 복수의 언더컷 특징부들을 포함하는 제1 층을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 150 밀리미터/분 (mm/min) 이상의 속도로 탈형시키는 단계; (c) 경화된 때 59보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는 경화성 접착제를 상기 복수의 언더컷 특징부들에 적용하여, 상기 제1 층에 부착된 제2 층을 형성하는 단계; 및 (d) 기재를 포함하는 제3 층을 상기 제2 층에 부착하는 단계를 포함한다. 상기 제2 층은 상기 제1층과 상기 제3 층 사이에 배치된다.
도 1a는 주형 공구의 부분 단면도이다.
도 1b는 폴리올레핀으로 충전된 도 1a의 주형 공구의 부분 단면도이다.
도 1c는 폴리올레핀이 탈형되고 있는 도 1b의 주형 공구의 부분 단면도이다.
도 1d는 폴리올레핀이 탈형된 도 1c의 주형 공구의 부분 단면도이다.
도 2는 일체형 배킹으로부터 연장되고 스템 및 헤드를 갖는 언더컷 특징부의 부분 사시도이다.
도 3은 일체형 배킹으로부터 연장되고 깔때기 형상을 갖는 언더컷 특징부의 부분 사시도이다.
도 4는 깔때기 형상을 갖는 일체형으로 형성된 언더컷 특징부들을 포함하는 폴리프로필렌 층의 일부분의 광학 현미경 이미지이다.
도 5a는 배킹 및 이 배킹으로부터 연장되는 복수의 언더컷 특징부들 (이들은 각각 깔때기 형상을 가짐)을 포함하는 제1 층의 부분 사시도이다.
도 5b는 제2 층을 추가로 포함하는, 도 5a의 제1 층을 포함하는 다층 구조체의 부분 사시도이다.
도 5c는 제3 층을 추가로 포함하는, 도 5b의 다층 구조체를 포함하는 물품의 부분 사시도이다.
도 6은, 비교예 4에 따른, 조면화된(roughened) 폴리올레핀 표면을 형성하도록 샌딩된 폴리올레핀 층의 단면의 형광 현미경 이미지이다.
도 7은, 실시예 7에 따른, 배킹 및 이 배킹으로부터 연장되는 복수의 언더컷 특징부들 (이들은 각각 깔때기 형상을 가짐)을 포함하는 폴리올레핀 제1 층의 단면의 형광 현미경 이미지이다.
도 8은 못 형상을 갖는 언더컷 특징부들의 어레이를 포함하는 제1 층의 단면의 광학 현미경 이미지이다.
축척에 맞게 작성되지 않을 수 있는 전술된 도면이 본 발명의 다양한 실시 형태를 개시하고 있지만, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 언급된 바와 같이, 다른 실시 형태가 또한 고려된다.
접착제와 인터록킹된 언더컷 특징부를 포함하는 층을 갖는 물품 및 방법이 제공된다. 더욱 구체적으로, 본 물품은 제1 층, 제2 층, 및 제3 층을 포함하는 다층 구조체를 포함한다. 상기 제1 층은 폴리올레핀으로 형성되며 복수의 언더컷 특징부들을 포함한다. 상기 제2 층은 상기 복수의 언더컷 특징부들과 인터록킹되는 접착제를 포함한다. 상기 제3 층은 기재를 포함하며 상기 접착제에 접착된다. 따라서, 상기 제2 층은 상기 제1 층과 상기 제3 층 사이에 배치된다.
다층 구조체를 포함하는 물품의 제조 방법이 또한 제공된다. 본 방법은 폴리올레핀 수지를 주형 공동 내에 넣어서, 일체형 배킹 상에서 그로부터 연장되는 복수의 언더컷 특징부들을 포함하는 제1 층을 형성하는 단계, 및 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 150 밀리미터/분 (mm/min) 이상의 속도로 탈형시키는 단계를 포함한다. 다음으로, 경화된 때 59보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는 경화성 접착제를 상기 복수의 언더컷 특징부들에 적용하여, 상기 제1 층에 부착된 제2 층을 형성한다. 추가로, 기재를 포함하는 제3 층을 상기 제2 층에 부착한다. 상기 제2 층은 상기 제1층과 상기 제3 층 사이에 배치된다.
종점에 의한 임의의 수치 범위의 언급은 그 범위의 종점, 그 범위 내의 모든 수치, 및 언급된 범위 내의 임의의 좁은 범위를 포함하는 의미이다(예컨대, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.8, 4 및 5를 포함함). 달리 지시되지 않는다면, 본 명세서 및 실시 형태에 사용되는, 성분의 양, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 수는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는다면, 전술한 명세서 및 첨부된 실시 형태의 목록에 기재된 수치 파라미터는 당업자가 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하여 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있다. 최소한으로, 그리고 청구된 실시 형태의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도로서가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효숫자의 개수의 관점에서 그리고 보통의 반올림 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다.
정의된 용어에 대한 하기의 용어 설명의 경우, 청구범위 또는 본 명세서의 어딘가 다른 곳에서 상이한 정의가 제공되지 않는 한, 이들의 정의가 전체 출원에 적용되어야 한다.
용어 설명
대부분은 잘 알려져 있지만 어떤 설명을 필요로 할 수도 있는 소정의 용어가 본 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐 사용되고 있다. 이들 용어는, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 다음과 같이 이해되어야 한다.
단수형 용어("a", "an", 및 "the")는 기재되어 있는 요소들 중 하나 이상을 의미하도록 "적어도 하나"와 서로 교환가능하게 사용된다.
용어 "및/또는"은 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 의미한다. 예를 들어, 표현 "A 및/또는 B"는 A, B, 또는 A와 B의 조합을 의미한다.
용어 "언더컷"은 주형 공동으로부터의 성형된 특징부의 인출을 방해하는 돌출부 또는 함입부를 지칭한다.
용어 "언더컷 특징부"는 주형 공동으로부터의 요소의 인출을 방해하는 돌출부 또는 함입부를 포함하는 요소를 지칭한다. 일부 경우에는, 요소의 일부가 언더컷인 반면 (예를 들어, 못 형상의 헤드 부분), 다른 경우에는 전체 요소가 언더컷이다 (예를 들어, 깔때기 형상).
용어 "스템"은 배킹 상에 일체형으로 형성되고 그로부터 연장되는 언더컷 특징부의 주 축(main axis)을 지칭한다.
용어 "헤드"는 스템의 단부 상에 위치되는 언더컷 특징부의 선택적인 부분을 지칭한다.
용어 "백드래프트형(backdrafted)"은 언더컷 특징부의 한 유형, 즉, 배킹의 근위로부터 배킹의 원위로 갈수록 단면적이 점점 증가하는, 배킹 상에 일체형으로 형성되고 그로부터 연장되는 언더컷 특징부를 지칭한다.
용어 "인터록킹"(interlock)은 하나 이상의 언더컷 특징부의 다른 물질 (예를 들어, 접착제) 내로의 거시적 침투, 또는 하나 이상의 언더컷 특징부와 다른 물질과의 얽힘(entanglement)을 지칭한다. 인터록킹은 하나 이상의 언더컷 특징부를 갖는 요소와 다른 물질과의 기계적 상호작용을 제공한다. 기계적 상호작용의 정도가 클수록, 인터록킹된 물질들을 잡아당겨 떼어내는 데 필요한 힘이 더 크다.
용어 "근위"는 기점(point of origin)(예를 들어, 배킹 층)에 가까이 위치됨을 지칭하는 반면, 용어 "원위"는 기점으로부터 멀리 위치됨을 지칭한다.
제1 태양에서, 물품이 제공된다. 더욱 구체적으로, (a) 일체형 배킹 상에 형성되고 그로부터 연장되는 복수의 언더컷 특징부들을 포함하며, 폴리올레핀으로 형성되는 제1 층; (b) 경화된 때 59보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는 접착제를 포함하며, 상기 복수의 언더컷 특징부들과 인터록킹되는 제2 층; 및 (c) 기재를 포함하며, 상기 접착제에 접착되는 제3 층을 포함하는 다층 구조체를 포함하며, 상기 제2 층은 상기 제1 층과 상기 제3 층 사이에 배치되는, 물품이 제공된다.
제2 태양에서, 방법이 제공된다. 더욱 구체적으로, 상기 방법은 (a) 폴리올레핀 수지를 주형 공동 내에 넣어서, 일체형 배킹 상에서 그로부터 연장되는 복수의 언더컷 특징부들을 포함하는 제1 층을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 150 밀리미터/분 (mm/min) 이상의 속도로 탈형시키는 단계; (c) 경화된 때 59보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는 경화성 접착제를 상기 복수의 언더컷 특징부들에 적용하여, 상기 제1 층에 부착된 제2 층을 형성하는 단계; 및 (d) 기재를 포함하는 제3 층을 상기 제2 층에 부착하는 단계를 포함하며, 상기 제2 층은 상기 제1층과 상기 제3 층 사이에 배치된다.
본 발명의 실시 형태의 하기 설명은 상기 태양 중 어느 하나 또는 둘 모두에 관한 것이다.
저 표면 에너지 (LSE) 중합체를 다른 물질에 접합하는 것은 난제였으며, 다수의 경우에, LSE 중합체 (예를 들어, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌)에 대한 강한 구조적 접합은 특별히 설계된 접착제를 필요로 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "저 표면 에너지"는 33 밀리뉴턴/미터 (mN/m) 미만의 표면 에너지를 포함하는 주 표면을 갖는 물질을 지칭한다. 그러한 접착제는, 전형적으로 LSE 중합체에 대해 비교적 약한 접합을 생성하는, 일반적인 덜 고가의 접착제 (예를 들어, 에폭시)와는 대조적이다. 본 명세서에 제공된 실시 형태는, 저 표면 에너지 중합체를 다른 물질 (예를 들어, 기재)에 접합하는 데 대한 다수의 상이한 접착제들의 사용을 가능하게 한다. 대부분의 실시 형태에서, 폴리올레핀으로 형성된 제1 층은 LSE 중합체이다. 접착제를 포함하는 제2 층이 경화될 때, 일체형 배킹 상에 형성되고 그로부터 연장되는 언더컷 특징부들이 고형화된 접착제 내에 매립되고 접착제와 인터록킹된다. 이 시점에, 언더컷 특징부들은 상당한 변형 없이는 접착제로부터 분리될 수 없다. 그러한 기계적 인터록킹은, 온도가 중합체의 연화점 미만으로 유지되기만 한다면, 중합체와 접착제 사이의 계면 접착력과는 상관 없이 중합체와 접착제 사이에 강한 접합을 생성한다.
상기에 언급된 바와 같이, 언더컷 특징부는 비-언더컷 특징부에 비해 탈형시키기가 어려울 수 있는데, 특징부의 변형이 상당한 압축 및/또는 전단 변형률과 연관되기 때문이다. 이러한 더 심한 변형률을 참작하기 위해서는, 비교적 정밀한 승온이 유지되어야만 하는 것으로 밝혀졌다. 더욱이, 이러한 승온에서는, 그 변형의 탄성 성향(elastic nature)을 유지하기 위해 탈형이 신속한 속도로 이루어져야만 한다.
도 1은 본 발명의 태양에 따른 언더컷 특징부들을 갖는 층을 형성하는 단계들을 나타내는, 예시적인 부분 단면도를 제공한다. 도 1a는 복수의 공동들을 갖도록 형성된, 주형 공구(10)의 일부분의 단면도를 나타내는데, 복수의 공동들 중에 단 하나의 공동(14)만 나타나 있다. 공동(14)은 최종 성형 층 상에 언더컷 특징부를 제공하도록 형성된 영역(12)에서 끝난다. 사용 중에, 주형 공구(10)는, 도 1b에 나타난 바와 같이, 층(17)을 형성하도록 폴리올레핀 수지(15)로 채워진다. 폴리올레핀(15)은 주형 공구(10) 내에 채워진다. 도 1b에 나타난 바와 같이, 층(17)은 배킹(19), 및 배킹(19) 상에 일체형으로 형성되고 그로부터 연장되는 스템(16)을 포함한다. 스템(16)은 배킹(19)으로부터 원위에 스템(16) 상에 배치된 헤드(18)를 포함한다. 도 1의 실시 형태에서는, 스템(16)과 헤드(18)가 함께 언더컷 특징부(11)를 제공한다.
도 1c는 층(17)을 탈형시키는 것을 나타낸다. 특히, 주형 공구(10)의 온도는 폴리올레핀(15)이 고무질인 범위 내의 온도를 갖도록 제어된다. 전형적으로, 주형 공구는 실온 (예를 들어, 약 23 내지 25℃) 내지 폴리올레핀(15)의 용융 온도 (Tm) 미만의 온도로 유지된다. 폴리올레핀(15)의 온도는 중요한데, 온도가 너무 낮으면, 언더컷 특징부(11)가 공동(14)으로부터 탈형될 때 영구적으로 변형되거나 파손될 수 있기 때문이다. 온도가 너무 높으면, 언더컷 특징부(11)가 그의 이전의 성형된 형상을 회복하기에 충분한 탄성 기억을 갖지 않을 것이고/이거나, 폴리올레핀(15)이 탈형력을 견뎌내기에 불충분한 기계적 강도를 가질 것이며, 이는 층(17)의 배킹(19)의 파괴를 가져올 수 있다. 도 1c에 나타난 바와 같이, 폴리올레핀(15)에 대한 적합한 온도 범위를 갖는 것은 언더컷 특징부(11)가 공동(14)으로부터 제거되는 동안 일시적으로 변형되게 한다. 그 후에는, 도 1d에 나타난 바와 같이, 언더컷 특징부(11)가 탈형 전의 그의 성형된 형상으로 되돌아간다. 특히, 탈형된 층(17)은 주형 공구(10) 내에 있을 때와 동일한 치수를 갖는 것으로 도 1d에 나타나 있으며, 특히, 언더컷 특징부(11)는 변형되거나 파손되지 않는다. 폴리올레핀(15)의 온도에 더하여, 층(17)의 탈형 속도는, 변형되거나 파손된 언더컷 특징부(11)가 가장 적게 (바람직하게는, 전혀 없게) 층(17)을 탈형하기 위한 최소 속도, 예를 들어 150 밀리미터/분 (mm/min)보다 높아야 한다.
전형적으로 폴리올레핀 수지는, 예를 들어 그리고 제한 없이, 롤 성형, 사출 성형, 압출 성형, 진공 성형, 또는 이들의 조합을 포함하는 통상적인 성형 방법을 통해 주형 공동 내에 넣어진다. 소정 실시 형태에서, 본 방법은 폴리올레핀 수지를 주형 공동 내에 넣기 전에, 바람직하게는 폴리올레핀 수지의 용융 온도 (Tm)보다 높은 온도로 상기 수지를 가열하는 단계를 포함한다. 그러한 실시 형태에서, 전형적으로 본 방법은 제1 층을 주형 공동으로부터 탈형시키기 전에, 주형 공동의 온도를 25℃ 내지 폴리올레핀 수지의 Tm 미만의 온도로 유지함으로써 주형 공동 내에서 폴리올레핀 수지를 냉각하는 단계를 또한 포함한다. 다른 실시 형태에서, 본 방법은 수지를 고체로서 주형 공동 내에 넣는 단계, 및 제1 층을 주형 공동으로부터 탈형시키기 전에 수지가 주형 공동 형상에 정합(conform)하게 하는 단계를 포함한다. 그러한 실시 형태에서, 전형적으로 본 방법은, 제1 층을 주형 공동 내에서 성형하는 동안, 주형 공동의 온도를 25℃ 내지 폴리올레핀의 분해 온도 (Td) 미만으로, 바람직하게는 25℃ 내지 폴리올레핀 수지의 Tm으로 유지함으로써 주형 공동 내에서 폴리올레핀 수지를 가열하는 단계를 포함한다. 주형 공동의 온도가 폴리올레핀의 Tm보다 더 많이 높아질수록, 탈형 전에 주형 공동의 온도가 더 많이 감소될 필요가 있을 것이다.
탈형이 수행되는 온도는, 언더컷 특징부를 언더컷 특징부의 최소한의 변형 및/또는 파손으로 탈형시킬 수 있는 능력에 영향을 주는 것으로 밝혀졌다. 바람직하게는, 탈형이 수행될 때, 주형 공동의 온도는 폴리올레핀 수지의 Tm 내지 폴리올레핀 수지의 Tm보다 30℃ 낮은 온도로 유지된다. 소정 실시 형태에서 주형 공동의 온도는 50℃ 내지 200℃, 또는 75℃ 내지 150℃, 또는 100℃ 내지 150℃, 또는 125℃ 내지 175℃, 또는 150℃ 내지 175℃로 유지된다. 더욱 구체적으로, 소정 실시 형태에서 폴리올레핀은 폴리프로필렌이고 주형 공동의 온도는 130℃ 내지 170℃ 또는 145℃ 내지 150℃로 유지되지만, 다른 실시 형태에서 폴리올레핀은 고밀도 폴리올레핀 (HDPE)이고 주형 공동의 온도는 110℃ 내지 135℃ 또는 115℃ 내지 125℃로 유지된다. 소정 실시 형태에서, 주형 공동의 온도는 주형 공구의 하나의 주 표면을 승온에 노출시킴으로써 조정된다. 다른 실시 형태에서, 주형 공동의 온도는 주형을 오븐 내에 배치함으로써 조정된다. 주형 공동의 온도를 조정하는 다른 다양한 방법이 숙련자에 의해 결정될 수 있다.
탈형이 수행되는 속도가 또한 언더컷 특징부의 최소한의 변형 및/또는 파손으로 언더컷 특징부를 탈형시킬 수 있는 능력에 영향을 주는 것으로 밝혀졌다. 바람직하게는, 제1 층은 주형 공동으로부터 150 밀리미터/분 (mm/min) 이상, 또는 200 mm/min 이상, 또는 250 mm/min 이상, 또는 300 mm/min 이상, 또는 350 mm/min 이상, 또는 400 mm/min 이상, 또는 450 mm/min 이상, 또는 500 mm/min 이상의 속도로 탈형된다. 소정 실시 형태에서, 본 방법은 제1 층을 주형 공동으로부터 150 mm/min 내지 550 mm/min, 또는 150 mm/min 내지 300 mm/min, 또는 350 mm/min 내지 550 mm/min, 또는 250 mm/min 내지 500 mm/min의 속도로 탈형시키는 것을 포함한다.
다수의 실시 형태에서, 본 방법은 제3 층을 제2 층에 부착한 후에 경화성 접착제를 경화시키는 단계를 추가로 포함한다. 제2 층은 주로 접착제와 복수의 언더컷 특징부들의 인터록킹을 통해 제1 층에 부착된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "인터록킹"은 하나 이상의 언더컷 특징부의, 다른 물질 (예를 들어, 접착제) 내로의 거시적 침투, 또는 하나 이상의 언더컷 특징부와 다른 물질과의 얽힘을 지칭한다. 인터록킹은 하나 이상의 언더컷 특징부를 갖는 요소와 다른 물질과의 기계적 상호작용을 제공하며, 제2 층의 접착제가 제1 층과 제2 층 사이의 연결을 향상시킬 수는 있지만, 인터록킹은 제2 층의 접착 특성에 의존하지 않고서 제1 층과 제2 층 사이의 연결을 유지한다.
대부분의 실시 형태에서, 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 일체형 배킹으로부터 연장되는 스템을 포함하며, 이는 언더컷 특징부들의 각각의 주 축이다. 도 2는 일체형 배킹(24)으로부터 연장되는 (일반적으로 못-유사 형상을 갖는) 언더컷 특징부(22)의 예시적인 부분 사시도를 제공한다. 특징부는 배킹(24)으로부터 연장되는 스템(26)을 포함한다. 선택적으로, 하나 이상의 언더컷 특징부는 백드래프트형 형상, 예를 들어 깔때기 형상을 포함한다.
도 3은 일체형 배킹(34)으로부터 연장되는 깔때기 형상을 포함하는 언더컷 특징부(32)의 예시적인 부분 사시도를 제공한다. 특징부는 배킹(34)으로부터 연장되는 스템(36)을 포함한다. 복수의 언더컷 특징부들의 스템들은 바람직하게는 모두 동일한 각도로 일체형 배킹으로부터 연장된다. 일 실시 형태에서, 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 스템은 일체형 배킹의 근위로부터 일체형 배킹의 원위로의 단면적 증가를 포함하는 형상을 포함한다. 그러한 형상의 일례는 도 3에 나타나 있는 깔때기 형상이다. 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 스템은 종종 하나 이상의 원형 단면을 포함하는 단일 축을 포함한다. 도 2 및 도 3의 각각은 하나를 초과하는 원형 단면을 갖는 단일 축을 포함하는 스템을 갖는 언더컷 특징부를 나타내며, 특히, 도 2에서 스템(26)의 단면은 일체형 배킹(24)의 근위로부터 배킹(24)의 원위로 갈수록 감소하고, 도 3에서 스템(36)의 단면은 일체형 배킹(34)의 근위로부터 배킹(34)의 원위로 갈수록 증가한다.
소정 실시 형태에서, 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 스템 상에 형성된 헤드를 포함하고, 헤드는 일체형 배킹의 원위에 위치된다. 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 헤드는 바람직하게는 스템의 단면적보다 큰 단면적을 포함하고, 각각의 헤드는 3개 이상의 방향에서 스템으로부터 방사상으로 연장된다. 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 헤드는 하나 이상의 원형 단면을 포함한다. 다시 도 2를 참조하면, 언더컷 특징부(22)는, 스템(26) 상에 형성되고 일체형 배킹(24)의 원위에 위치된 헤드(28)를 포함하며, 여기서, 헤드(28)는 스템(26)의 단면적보다 큰 원형 단면적을 포함하고, 각각의 헤드(28)는 3개 이상의 방향에서 스템으로부터 방사상으로 연장된다. 헤드를 포함하는 복수의 언더컷 특징부들은 종종 못 형상, 버섯 형상, 또는 이들의 조합을 포함한다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 배킹(82) 및 각각 못 형상을 갖는 언더컷 특징부들(84)의 어레이를 포함하는, 폴리프로필렌으로 형성된 제1 층(80)의 단면의 광학 현미경 이미지가 제공되어 있는데, 언더컷 특징부들(84)의 각각은 본 발명의 실시 형태에 따라 제조된, 스템(86) 및 스템 상에 배치된 헤드(88)를 각각 포함한다.
소정 실시 형태에서, 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 헤드는 0.005 인치 (0.127 mm) 내지 0.1 인치 (2.54 mm), 또는 0.02 인치 (0.508 mm) 내지 0.1 인치 (2.54 mm), 또는 0.005 인치 (0.127 mm) 내지 0.05 인치 (1.27 mm), 또는 0.01 인치 (0.254 mm) 내지 0.05 인치 (1.27 mm)의 거리로 스템으로부터 연장된다. 스템으로부터 헤드의 더 긴 연장은 인터록킹의 잠재력을 증가시킬 뿐만 아니라, 언더컷 특징부들의 탈형 동안의 헤드의 변형 및/또는 파손의 가능성을 부수적으로 증가시킨다.
탈형 공정은 때때로, 배킹 상에 일체형으로 형성된 하나 이상의 개개의 언더컷 특징부들의 변형 및/또는 파손을 가져온다. 따라서, 변형 및/또는 파손된 언더컷 특징부는, 변형 및/또는 파손되지 않고서 탈형된 언더컷 특징부와 동일한 기하학적 형상(geometry)을 갖지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "동일한 기하학적 형상"은, 차이 또는 비유사성이 언더컷 특징부들과 접착제 사이의 인터록의 정도에 영향을 주지 않도록 충분히 미미한, 실질적으로 동일한 형상을 갖는 구조체를 지칭한다. 예를 들어, 미세한 구조적 변화를 갖는 언더컷 특징부들을 야기하는, 툴링을 형성하는 데 이용된 공정으로 인한 공구의 복수의 주형 공동들에서의 작은 차이 (예를 들어, 스템 부분 상의 헤드 부분의 위치 설정의 작은 변화)는 절대적으로 동일한 기하학적 형상을 갖지 않음에도 불구하고 용어 "동일한 기하학적 형상" 내에 포함된다. 유사하게, 탈형 동안의 일부 영구적인 변형 (예를 들어, 언더컷 특징부의 헤드의 원래 편평한 상부의 일부 오목함의 발현, 또는 언더컷 특징부의 원위 단부에서의 조면화된 에지의 생성)은 언더컷 특징부들과 접착제 사이의 인터록의 정도에 영향을 주지 않는다. 대조적으로, 언더컷 특징부가 더 이상 언더컷 특징을 갖지 않도록 완전히 파손되거나 구부러진 스템 및/또는 헤드의 부분은 용어 "동일한 기하학적 형상"에 포함되지 않는다.
변형되거나, 파손되거나, 또는 변형 및 파손된 언더컷 특징부가 더 적을수록, 제1 층과 제2 층 사이의 접합이 더 강할 것이다. 전형적으로, 언더컷 특징부들의 50% 내지 100%가 동일한 기하학적 형상을 포함하거나, 또는 언더컷 특징부들의 60% 내지 100%, 또는 70% 내지 100%, 또는 80% 내지 100%, 또는 90% 내지 100%, 또는 60% 내지 90%, 또는 70% 내지 90%, 또는 80% 내지 90%가 동일한 기하학적 형상을 포함한다. 대안적으로, 언더컷 특징부들의 1% 내지 49%는 서로 상이한 기하학적 형상을 포함한다.
도 5는 본 발명의 태양에 따른 다층 구조체를 포함하는 물품을 형성하는 단계들을 나타내는 예시적인 부분 사시도를 제공한다. 도 5a는 폴리올레핀으로 형성된 제1 층(52)의 부분 사시도를 제공하는데, 이 층은 배킹(53) 및 이 배킹(53) 상에 일체형으로 형성되고 그로부터 연장되는 복수의 언더컷 특징부들(54)을 포함한다. 언더컷 특징부들(54) 각각은 백드래프트형 형상, 즉, 깔때기 형상을 포함한다. 도 5b는 제1 층(52) 및 제2 층(55)을 포함하는 2층 다층 구조체(56)의 부분 사시도를 제공한다. 제2 층(55)은, 복수의 언더컷 특징부들(54)에 적용되어 제1 층(52)에 부착된 제2 층(55)을 형성하는 경화성 접착제이다. 다수의 실시 형태에서, 접착제는 복수의 언더컷 특징부들(54)의 표면 및 배킹(53)의 표면의 적어도 일부에 접촉한다. 도 5c는, 제1 층(52), 제3 층(58), 및 제1 층(52)과 제3 층(58) 사이에 배치된 제2 층(55)을 포함하는 3층 다층 구조체를 포함하는 물품(57)의 부분 사시도를 제공한다. 제3 층(58)은 바람직하게는 저 표면 에너지 물질이 아닌 기재이다.
다수의 실시 형태에서, 본 방법은 제3 층을 제2 층에 부착한 후에 접착제를 경화시키는 단계를 추가로 포함한다. 제2 층은 주로 접착제와 복수의 언더컷 특징부들의 인터록킹을 통해 제1 층에 부착된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "인터록킹"은 하나 이상의 언더컷 특징부의, 다른 물질 (예를 들어, 접착제) 내로의 거시적 침투, 또는 하나 이상의 언더컷 특징부와 다른 물질과의 얽힘을 지칭한다. 인터록킹은 하나 이상의 언더컷 특징부를 갖는 요소와 다른 물질과의 기계적 상호작용을 제공하며, 제2 층의 접착제가 제1 층과 제2 층 사이의 연결을 향상시킬 수는 있지만, 인터록킹은 제2 층의 접착 특성에 의존하지 않고서 제1 층과 제2 층 사이의 연결을 유지한다. 대부분의 실시 형태에서, 접착제에 언더컷 특징부들이 파묻히는데, 이는 접착제의 더 큰 표면적이 기재에 접촉하게 한다.
물품(57)은, 선택적으로 접착제를 경화시킨 후에 사용되고/되거나 그의 기계적 특성에 대해 시험될 수 있다. 그러한 물품(57)은 제1 층(52)의 저 표면 에너지 물질 (즉, 폴리올레핀)을 제3 층(58)의 기재에 부착하는 실용적인 방식을 제공한다. 더욱 구체적으로, 제2 층(55)의 접착제는 언더컷 특징부들(54)과 경화된 접착제의 기계적 인터록킹을 사용하여 제1 층(52)에 접합되는 반면, 제2 층(55)의 접착제는 통상적인 접착을 사용하여 제3 층(58)에 접합된다.
소정 실시 형태에서, 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 0.001 인치 (in) (0.0254 밀리미터 (mm)) 내지 0.25 in (6.35 mm), 또는 0.01 in (0.254 mm) 내지 0.1 in (2.54 mm), 또는 0.005 in (0.127 mm) 내지 0.05 in (1.27 mm), 또는 0.07 in (1.78 mm) 내지 0.25 in (2.54 mm)의 거리로 일체형 배킹으로부터 연장된다. 바람직한 실시 형태에서, 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 동일 거리로 일체형 배킹으로부터 연장되거나, 또는 복수의 언더컷 특징부들의 90% 이상은 언더컷 특징부들 전체의 평균 거리로부터 20% 범위 이내의 거리로 일체형 배킹으로부터 연장된다. 본 발명에 따른 일체형 배킹으로부터의 언더컷 특징부들의 연장은 2가지 물질 사이의 접착 강도를 향상시키려는 이전의 시도들 (여기서, 하나의 물질의 표면은 그 표면에 균열을 형성하기 위한 시도로 조면화됨)과는 대조적이다. 예를 들어, 도 6은, 하기에 더욱 상세하게 논의된 비교예 4에 따른, 조면화된 폴리올레핀 표면(63)을 형성하도록 샌딩된 폴리올레핀 층(62)의 단면의 형광 현미경 이미지이다. 에폭시 접착제 층(64)이 폴리올레핀 층(62)에 부착되고, 강 기재(66)가 에폭시 접착제 층(64)에 부착된다. 도 7은, 대조적으로, 하기에 더욱 상세하게 논의된 실시예 7에 따른, 배킹(74), 및 배킹으로부터 연장되고 각각이 깔때기 형상을 갖는 복수의 언더컷 특징부들(75)을 포함하는 폴리올레핀 제1 층(72)을 포함하는 물품(70)의 단면의 형광 현미경 이미지이다. 에폭시 접착제 층(76)이 복수의 언더컷 특징부들(75)과 인터록킹되고 강 기재(78)가 에폭시 접착제 층(76)에 부착된다.
배킹 상의 복수의 언더컷 특징부들의 배열은 특별히 제한되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 언더컷 특징부들은 반복 패턴으로, 예를 들어, 복수의 언더컷 특징부들의 각각이 바로 인접한 언더컷 특징부들의 각각으로부터 등거리에 배치되는 반복 패턴으로 일체형 배킹 상에 위치된다. 예를 들어, 그러한 패턴은, 일체형으로 형성된 깔때기-형상 언더컷 특징부들(44)을 포함하는 폴리프로필렌 층(42)의 일부의 광학 현미경 이미지인 도 4에 나타나 있다. 대안적으로, 일부 실시 형태에서, 언더컷 특징부들은 무작위 배열로 일체형 배킹 상에 위치된다.
상기에 나타난 바와 같이, 제1 층은 폴리올레핀을 포함한다. 폴리올레핀은 특별히 제한되지 않는다. 소정 실시 형태에서, 폴리올레핀은 0.1 내지 10 그램/10분 (g/10 min), 또는 0.5 내지 5 g/10 min, 또는 0.1 내지 4 g/10 min의 용융 지수(melt index)를 포함한다. 약 10 g/10 min보다 큰 용융 지수에서는 다수의 (예를 들어, 50%보다 많은) 언더컷 특징부가 탈형 동안 변형되거나 파손된다. 약 0.1 g/10 min보다 작은 용융 지수에서는, 수지가 너무 점성이어서 주형 공동을 효과적으로 충전할 수 없을 수 있다. 바람직하게는, 폴리올레핀은 59 이상이거나, 65보다 크거나, 70보다 크거나, 75보다 크거나, 80보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는다. 적합한 폴리올레핀 수지에는, 예를 들어 그리고 제한 없이, 폴리프로필렌 (예를 들어, 폴리프로필렌 단일중합체, 폴리프로필렌 공중합체, 및/또는 폴리프로필렌을 포함하는 블렌드), 폴리에틸렌 (예를 들어, 폴리에틸렌 단일중합체, 폴리에틸렌 공중합체, 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 및/또는 중밀도 폴리에틸렌 (MDPE)), 및 이들의 조합이 포함된다. 그러나, 선형 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE)의 경우에는, LDPE가 폴리올레핀으로서 적합하기에 충분한 탄성을 갖는 온도 범위가 밝혀지지 않았다.
접착제는 특별히 제한되지 않으며; 예를 들어, 적합한 접착제는 에폭시, 폴리우레아, 아크릴계 물질, 시아노아크릴레이트, 폴리아미드, 페놀계 물질, 폴리이미드, 또는 폴리우레탄을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 접착제는 (경화된 때) 59보다 크거나, 65보다 크거나, 70보다 크거나, 75보다 크거나, 80보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는다. 59 이하의 쇼어 D 경도를 갖는 접착제를 이용하는 것은 어쩌면 물품에 하중이 가해질 때 파괴를 견뎌내기에 불충분한 일체성을 갖는 물품을 생성할 것이다. 듀로미터 경도는 함입에 대한 물질의 저항성의 측정값이며, 이는 쇼어 D 경도와 같이 전형적으로 ASTM D2240에 따라 측정된다. 최대치가 85인, 보고된 쇼어 D 경도 값을 갖는 다수의 구매가능한 물질이 제공된다. 탄성 모듈러스는 접착제와 같은 중합체성 물질을 특징짓는 데 이용되는 다른 일반적인 특성이다. 예를 들어, 탄성 모듈러스 (E0, 메가파스칼 (MPa) 단위)는 전형적으로 ASTM D 638에 따라 측정된다. 탄성 모듈러스는 하기 식을 사용하여 쇼어 D 경도로 변환될 수 있다: log E0 = 0.0235S ― 0.6403; 여기서, E0은 탄성 모듈러스이고 S는 쇼어 D 경도 + 50이다 (문헌["Durometer Hardness And The Stress-Strain Behavior Of Elastomeric Materials", Qi, H.J.; Joyce, K; Boyce, M.C.; Rubber Chemistry and Technology, vol. 76, pp.419-435, 2002]).
접착제는 열경화성 물질 또는 열가소성 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "물질"은 단량체, 올리고머, 예비중합체, 및/또는 중합체를 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "열경화성"은 접합 시의 화학 변화 및 물질의 경도 증가를 가져오는 경화 반응을 겪는 물질을 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "열경화된"은 경화되어 있는 열경화성 물질을 지칭한다. 열경화성 물질은 일반적으로 열, 화학 방사선, 예를 들어 UV, 가시선, 적외선, 또는 마이크로파 또는 X-선 에너지를 적용함으로써 접합될 수 있다. 열경화성 물질은 또한 2가지 반응성 성분을 혼합함으로써, 예를 들어, 단량체 혼합물 또는 올리고머 혼합물을 경화제 혼합물과 혼합함으로써 경화되게 할 수 있다. 접착제 층은 선택적인 첨가제를 포함할 수 있으며, 열경화성 물질을 포함하는 접착제 물질의 경우에, 경화제 또는 경화제들을 또한 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "열가소성"은 열의 적용 시에 물리적 변화를 겪는 물질을 지칭하며, 즉, 접합 시에 물질이 유동하고 냉각 시에 그의 초기의 비유동 상태로 복귀하는 물질이다. 열가소성 물질은 전형적으로 열의 적용에 의해 접합된다. 열가소성 접착제는 핫-멜트 접착제를 포함할 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 핫-멜트 접착제는 폴리올레핀 기재의 특성과 유사하거나 그를 넘어서는, 사용 온도에서의 경도 또는 모듈러스를 갖는다. 이러한 핫-멜트 접착제는 바람직하게는 폴리아미드 및 폴리에스테르를 포함한다.
본 발명의 접착제는, 열의 적용 시에, 기재의 습윤화를 촉진하고 접착력을 향상시키며 예를 들어, 열경화성 물질의 경우에는, 경화 반응을 유발하는, 점도의 초기 감소를 겪는 열 접합가능한 층을 포함할 수 있다. 화학 방사선, 예를 들어, UV, 가시선, 또는 적외선; 마이크로파 또는 X-선 에너지; 또는 이들의 조합이 접합을 활성화하거나 완료하는 데 사용될 수 있다.
열경화성 물질
바람직하게는 (비-폴리올레핀) 기재에 접합 후의 열경화성 물질을 포함하는 접착제는 기재의 내부 강도 (전형적으로, 인장 강도)에 근접하거나 그를 초과하는, 실온 (대략 23℃ ± 3℃)에서 ASTM D-1002-94에 따른 중첩 전단 강도(overlap shear strength)를 갖는데, 이때 이 기재는 적어도 의도된 응용에서 취해질 형태만큼 강하다. 문헌[A. V. Pocius, "Adhesion and Adhesives Technology," Hanser/Gardner 1997, p.183]에 기재된 바와 같이, 실온 (대략 23℃ ± 3℃)에서, ASTM D-1002-94에 따른 중첩 전단 강도가 약 6.9 MPa 이상인 접착제는 구조 접착제인 것으로 간주된다.
적합한 열경화성 물질은 에폭사이드, 우레탄, 시아네이트 에스테르, 폴리이미드, 비스말레이미드, 니트릴 페놀계 물질을 포함하는 페놀계 물질, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.
에폭사이드
적합한 에폭사이드는 2개 이상의 1,2-환형 에테르를 함유하는 것들을 포함한다. 그러한 화합물은 포화 또는 불포화, 지방족, 방향족 또는 복소환식일 수 있거나, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 에폭사이드는 실온에서 고체 또는 액체일 수 있다.
2개 이상의 에폭사이드 기를 함유하는 화합물 (즉, 폴리에폭사이드)이 바람직하다. 에폭사이드 화합물의 조합이 이용될 수 있으며, 혼합물의 전체 에폭사이드 작용기가 2개 이상이기만 하다면 작용기가 2개 미만인 에폭사이드가 조합에 사용될 수 있다. 중합체성 에폭사이드에는, 말단 에폭시 기를 갖는 선형 중합체 (예를 들어, 폴리옥시알킬렌 글리콜의 다이글리시딜 에테르), 골격 옥시란 단위를 갖는 중합체 (예를 들어, 폴리부타다이엔 폴리에폭사이드) 및 펜던트 에폭시 기를 갖는 중합체 (예를 들어, 글리시딜 메타크릴레이트 중합체 또는 공중합체)가 포함된다. 에폭사이드 작용기 이외에, 에폭사이드 작용기와 본질적으로 비반응성인 작용기를 갖는 물질, 예를 들어, 에폭사이드 및 아크릴 작용기 둘 모두를 함유하는 물질을 사용하는 것이 또한 본 발명의 범주 이내이다. 선택적인 첨가제는 코어-쉘 강인화제(core-shell toughener)이다.
구매가능한 적합한 에폭사이드계 접착제의 예에는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 상표명 "쓰리엠 스카치-웰드 에폭시 어드헤시브"(3M SCOTCH-WELD EPOXY ADHESIVE)로 입수가능한 것이 포함된다.
우레탄 물질
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "우레탄 물질"은, 본 명세서에서 "아이소시아네이트"로 지칭되는, 2개 이상의 아이소시아네이트 기 (-N=C=O)를 함유하는 화합물과, 2개 이상의 활성-수소 함유 기를 함유하는 화합물과의 반응 생성물로부터 제조되는 중합체에 적용된다. 활성-수소 함유 기의 예에는 1차 알코올, 2차 알코올, 페놀 및 물이 포함된다. 다른 활성-수소 함유 기에는 1차 및 2차 아민이 포함되는데, 이들은 아이소시아네이트와 반응하여 우레아 결합을 형성하고, 그에 의해서 폴리우레아를 제조한다. 매우 다양한 아이소시아네이트-종결된 물질 및 적절한 공반응물이 잘 알려져 있으며, 다수가 구매가능하다 (예를 들어, 문헌[Gunter Oertel, "Polyurethane Handbook", Hanser Publishers, Munich (1985)] 참조). 우레탄 접착제는 2-파트 실온-경화 접착제를 포함할 수 있다. 우레탄 접착제는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 "쓰리엠 스카치-웰드 폴리우레탄 리액티브 어드헤시브스"(3M SCOTCH-WELD POLYURETHANE REACTIVE ADHESIVES)로 입수가능한 것을 포함하는, 가온 시에 적용되는 1-파트 수분 경화 접착제를 또한 포함할 수 있다.
시아네이트 에스테르 물질
적합한 시아네이트 에스테르 물질 (단량체 및 올리고머)은 2개 이상의 ―O-CN 작용기를 갖는 것들이다. 적합한 시아네이트 에스테르 화합물에는 하기가 포함된다: 1,3- 및 1,4-다이시아나토벤젠; 2-tert-부틸-1,4-다이시아나토벤젠; 2,4-다이메틸-1,3-다이시아나토벤젠; 2,5-다이-tert-부틸-1,4-다이시아나토벤젠; 테트라메틸-1,4-다이시아나토벤젠, 4-클로로-1,3-다이시아나토벤젠; 1,3,5-트라이시아나토벤젠; 2,2,- 또는 4,4,-다이시아나토바이페닐; 3,3',5,5',-테트라메틸-4,4',-다이시아나토바이페닐; 1,3-, 1,4-, 1,5-, 1,6-, 1,8-, 2,6-, 또는 2,7-다이시아나토나프탈렌; 1,3,6-트라이시아나토나프탈렌; 비스(4-시아나토페닐)메탄; 비스(3-클로로-4-시아나토페닐)메탄; 비스(3,5-다이메틸-4-시아나토페닐)메탄; 1,1-비스(4-시아나토페닐)에탄; 2,2-비스(4-시아나토페닐)프로판; 2,2-비스(3,5-다이브로모-4-시아나토페닐)프로판; 2,2-비스(4-시아나토페닐)-1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판; 비스(4-시아나토페닐)에테르; 비스(4-시아나토페녹시페녹시)벤젠; 비스(4-시아나토페닐)케톤; 비스(4-시아나토페닐)티오에테르; 비스(4-시아나토페닐)설폰; 트리스(4-시아나토페닐)포스파이트; 및 트리스(4-시아나토페닐)포스페이트. 페놀-포름알데하이드 예비축합물과 할로겐화 시아나이드의 반응에 의해 얻어지는 폴리시아네이트 화합물이 또한 적합하다.
페놀계 물질
적합한 페놀계 수지는 일반적으로 문헌["Encyclopedia of Polymer Science and Engineering", Volume 11, John Wiley & Sons, Inc. (New York, 1988), pp. 45-92]에 기재되어 있다.
페놀계 수지는 일반적으로 문헌[Alphonsus V. Pocius, "Adhesion and Adhesives Technology: An Introduction", Hanser Publishers (New York, 1997), pp.185-188]에 기재되어 있다. 적합한 페놀계 물질은 레졸 페놀계 물질 및 노볼락 페놀계 물질을 포함하는, 페놀과 포름알데하이드의 반응 생성물로서 제조되는 것들이다. 페놀의 예에는 페놀, 레조르시놀, 파라-치환된 페놀, 크레졸, 및 비스페놀-A와 비스페놀-A의 모노글리시딜 에테르의 반응 생성물이 포함된다.
N,N'-비스말레이미드 단량체 및 예비중합체로서 또한 공지되어 있는, 적합한 비스말레이미드 물질의 예에는, 1,2-에탄다이아민, 1,6-헥산다이아민, 트라이메틸-1,6-헥산다이아민, 1,4-벤젠다이아민, 4,4'-메틸렌-비스(벤젠아민), 2-메틸-1,4-벤젠다이아민, 3,3'-메틸렌-비스(벤젠아민), 3,3'-설포닐-비스(벤젠아민), 4,4'-설포닐-비스(벤젠아민), 3,3'-옥시-비스(벤젠아민), 4,4'-옥시-비스(벤젠아민), 4,4'-메틸렌-비스(사이클로헥산아민), 1,3-벤젠다이메탄아민, 1,4-벤젠다이메탄아민, 및 4,4'-사이클로헥산-비스(벤젠아민)의 N,N'-비스말레이미드 및 이들의 혼합물이 포함된다.
열경화성 물질을 위한 경화제
열경화성 접착제 층은 바람직하게는 열경화성 물질 및 경화제 또는 경화제들을 포함한다. 용어 "경화제"는 통상적으로 경화제로서 간주되는 그러한 물질뿐만 아니라 경화성 물질의 반응을 촉매하거나 촉진하는 물질과, 경화제 및 촉매 또는 촉진제 둘 모두로서 작용할 수 있는 물질을 포함하도록 광범위하게 사용된다. 2종 이상의 경화제를 조합하여 사용하는 것이 또한 가능하다.
본 발명에 사용하기 위한 경화제는 잠열 반응성을 나타내는 열 활성화 경화제를 포함할 수 있으며; 즉, 이들은 주로 더 높은 온도 (바람직하게는 80℃ 이상의 온도)에서 반응하거나, 또는 화학 방사선에의 노출과 같은 활성화 단계 이후에만 저온에서 반응한다. 본 발명에 사용하기에 위한 경화제는, 기재에 적용하기 전에 열경화성 물질과 혼합되고, 그에 의해 접착제가 실온에서 경화되게 하는 경화제를 포함할 수 있다. 당업자는 각 부류의 열경화성 물질에 어떠한 경화제가 적절한지를 쉽게 이해할 것이다.
에폭사이드 중합을 위해 적합한 경화제에는, 다염기산 및 그의 무수물; 질소-함유 경화제; 알루미늄, 붕소, 안티몬, 및 티타늄의 클로로-, 브로모-, 및 플루오로-함유 루이스산; 양성자성 산 또는 루이스산의 광화학적으로 활성화되는 발생제; 및 상기한 바와 같은 페놀계 물질이 포함된다.
우레탄 물질을 위해 적합한 경화제에는 (탈블로킹 반응 후에, 블로킹된 아이소시아네이트 기와 반응하여 우레아를 제공할 수 있는) 에폭사이드와의 사용에 대해 기재된 바와 같은 질소-함유 경화제뿐만 아니라, 예를 들어, 아이소시아네이트와 반응할 수 있는 하이드록실 또는 티올 작용기를 함유하는 물질 (예를 들어, 페놀류)이 포함된다. 양성자성 산 또는 루이스 산의 광화학적으로 활성화되는 발생제가 이러한 반응을 향상시키는 데 사용될 수 있다.
시아네이트 에스테르 물질을 위해 적합한 경화제에는 에폭사이드와의 사용에 대해 기재된 바와 같은 질소-함유 경화제뿐만 아니라 열적으로 또는 광화학적으로 활성화될 수 있는 경화제가 포함된다. 그러한 경화제의 예에는 사이클로펜타다이에닐 기 (C5H5)를 함유하는 유기금속 화합물 및 사이클로펜타다이에닐 기의 유도체가 포함된다.
페놀계 물질 및 니트릴 페놀계 물질을 위해 적합한 경화제에는 헥사메틸렌 테트라아민 (포름알데하이드의 잠재적인 공급원)뿐만 아니라 유기산 (예를 들어 인산, 파라 톨루엔 설폰산, 및 살리실산)과 금속 산화물 (예를 들어 산화아연 및 산화마그네슘)의 조합이 포함된다.
비스말레이미드 물질을 위해 적합한 경화제에는 에폭사이드와의 사용에 대해 기재된 바와 같은 질소 함유 경화제뿐만 아니라 알릴 페놀의 잠재적인 공급원이 포함된다.
아크릴계 물질
적합한 아크릴계 접착제에는 자유 라디칼-경화 아크릴계 물질 및 시아노아크릴레이트가 포함된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "(메트)아크릴"은 아크릴 및 메타크릴을 지칭한다. 본 발명에 유용한 (메트)아크릴산 에스테르는 바람직하게는 폴리올레핀 기재의 특성과 유사하거나 그를 넘어서는 경도 또는 모듈러스를 갖는 중합체를 생성한다. 아크릴계 접착제는, 가소제, 강인화제(toughener), 유동 조절제, 중화제, 안정제, 산화방지제, 충전제, 착색제 등과 같은 통상적인 첨가제를 포함할 수 있다.
적합한 자유 라디칼-경화 아크릴계 물질에는, 메틸 메타크릴레이트, 메타크릴산, 테트라하이드로푸르푸릴 메타크릴레이트, 아이소보르닐 아크릴레이트, 및 아이소보르닐 메타크릴레이트가 포함되지만 이에 한정되지 않는다. 다작용성 (메트)아크릴산 에스테르가 선택적으로 가교결합제로서 포함될 수 있다. 이러한 다작용성 (메트)아크릴레이트에는, 에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트, 1,6-헥산다이올 다이메타크릴레이트, 1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 1,2-에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트, 에틸렌 옥사이드 개질된 비스페놀 A의 다이메타크릴레이트, 및 에틸렌 옥사이드 개질된 비스페놀 A의 다이아크릴레이트가 포함되지만 이에 한정되지 않는다.
(메트)아크릴계 접착제는 자유 라디칼 개시 중합을 통해 경화될 수 있다. 중합의 한 유형에서, 자유 라디칼은 산화환원 반응에 의해 발생된다. 산화환원 개시제에는 퍼옥사이드, 하이드로퍼옥사이드, 금속 이온, 사카린, 및 N,N-다이메틸-p-톨루이딘이 포함될 수 있다. 자유 라디칼은, 혼합 후에 실온에서 경화되는 2-파트 접착제 시스템에서, 또는 1-파트 접착제 시스템에서 발생될 수 있다. 본 발명에 유용한 중합체를 형성하기 위한 (메트)아크릴계 접착제 단량체의 중합은 열 에너지, 전자-빔 방사선, 자외 방사선 등을 사용하여 수행될 수 있다. 그러한 중합은, 열개시제 또는 광개시제일 수 있는 중합 개시제에 의해 촉진될 수 있다. 적합한 광개시제의 예에는 벤조인 에테르, 예를 들어, 벤조인 메틸 에테르 및 벤조인 아이소프로필 에테르, 치환된 벤조인 에테르, 예를 들어, 아니소인 메틸 에테르, 치환된 아세토페논, 예를 들어, 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논, 및 치환된 알파-케톨, 예를 들어, 2-메틸-2-하이드록시프로피오페논이 포함되지만 이에 한정되지 않는다.
시아노아크릴레이트 접착제에는 메틸 시아노아크릴레이트 및 에틸 시아노아크릴레이트뿐만 아니라 다른 시아노아크릴레이트 에스테르가 포함될 수 있다. 이들은 선택적으로 하이드로퀴논과 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 시아노아크릴레이트 접착제는, 향상된 점도 및 적절하게 긴 접합면(bondline)을 갖는, 수퍼 글루 젤(Super Glue Gel)이라는 명칭으로 다수의 회사에 의해 판매되는 접착제로부터 선택된다.
기재는 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 LSE 중합체가 아닌 물질을 포함한다. 적합한 기재는, 예를 들어 그리고 제한 없이, 유리, 금속, 세라믹, 목재, 아크릴레이트, 에폭시, 우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드, 판지(cardboard), 가죽, 폼(foam), 천(fabric), 아크릴로니트릴 부타다이엔 스티렌 중합체, 폴리비닐 클로라이드, 또는 이들의 조합을 포함한다. 바람직하게는, 기재는 하나 이상의 평편한 주 표면(major surface)을 포함한다.
본 물품의 태양의 이점은, 언더컷 특징부들의 포함이, 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 50 뉴턴 (N) 이상, 또는 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 100 N 이상, 또는 150 N 이상, 또는 200 N 이상, 또는 250 N 이상, 또는 300 N 이상의 피크 하중을 나타내는 물품을 야기한다는 점이다. 유사하게, 언더컷 특징부들의 포함은, 중첩 전단 시험에 의해 결정할 때 1000 뉴턴 (N) 이상, 또는 중첩 전단 시험에 의해 결정할 때, 1500 N 이상, 또는 200 N 이상, 또는 2500 N 이상의 피크 하중을 나타내는 물품을 야기한다. 높은 피크 하중을 겪을 때의 물품의 파괴 유형(failure mode)은 물품의 특정 물질들에 따라 달라진다. 예를 들어, 물품은 선택적으로 언더컷 특징부 변형 및/또는 파손에 의해, 기재 항복(substrate yielding) (예를 들어, 변형)에 의해, 기재 파괴에 의해, 및/또는 접착제와 기재 사이의 접착 파괴에 의해 파괴된다.
물품 또는 물품의 제조 방법인 다양한 항목이 기재된다.
항목 1은 다층 구조체를 포함하는 물품이며, 상기 다층 구조체는 (a) 일체형 배킹 상에 형성되고 그로부터 연장되는 복수의 언더컷 특징부들을 포함하며, 폴리올레핀으로 형성되는 제1 층; (b) 경화된 때 59보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는 접착제를 포함하며, 상기 복수의 언더컷 특징부들과 인터록킹되는 제2 층; 및 (c) 기재를 포함하는 제3 층을 포함한다. 상기 제3 층은 상기 접착제에 접착되고, 상기 제2 층은 상기 제1 층과 상기 제3 층 사이에 배치된다.
항목 2는 항목 1의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 상기 일체형 배킹으로부터 연장되는 스템을 포함하다.
항목 3은 항목 2의 물품이며, 상기 스템은 백드래프트형 형상을 갖는다.
항목 4는 항목 3의 물품이며, 상기 백드래프트형 형상은 깔때기 형상을 포함한다.
항목 5는 항목 2 내지 항목 4 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 상기 스템들은 모두 동일한 각도로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 6은 항목 2 내지 항목 5 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 스템은 상기 일체형 배킹의 근위로부터 상기 일체형 배킹의 원위로의 단면적 증가를 포함하는 형상을 갖는다.
항목 7은 항목 2 내지 항목 6 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 스템은 하나 이상의 원형 단면을 포함하는 단일 축을 갖는다.
항목 8은 항목 2 내지 항목 7 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 상기 스템 상에 형성된 헤드를 포함하고, 상기 헤드는 상기 일체형 배킹의 원위에 위치된다.
항목 9는 항목 8의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 상기 스템의 단면적보다 큰 단면적을 포함하고, 각각의 헤드는 3개 이상의 방향에서 상기 스템으로부터 방사상으로 연장된다.
항목 10은 항목 8 또는 항목 9의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 하나 이상의 원형 단면을 포함한다.
항목 11은 항목 8 내지 항목 10 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 0.005 in (0.127 mm) 내지 0.1 in (2.54 mm)의 거리로 상기 스템으로부터 연장된다.
항목 12는 항목 8 내지 항목 11 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 0.02 in (0.508 mm) 내지 0.1 in (2.54 mm)의 거리로 상기 스템으로부터 연장된다.
항목 13은 항목 8 내지 항목 11 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 0.005 in (0.127 mm) 내지 0.05 in (1.27 mm)의 거리로 상기 스템으로부터 연장된다.
항목 14는 항목 8 내지 항목 11 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 0.01 in (0.254 mm) 내지 0.05 in (1.27 mm)의 거리로 상기 스템으로부터 연장된다.
항목 15는 항목 1 내지 항목 14 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들은 못 형상, 버섯 형상, 또는 이들의 조합을 포함한다.
항목 16은 항목 1 내지 항목 15 중 어느 하나의 물품이며, 상기 언더컷 특징부들의 50% 내지 100%는 동일한 기하학적 형상을 갖는다.
항목 17은 항목 1 내지 항목 16 중 어느 하나의 물품이며, 상기 언더컷 특징부들의 1% 내지 49%는 서로 상이한 기하학적 형상을 갖는다.
항목 18은 항목 1 내지 항목 17 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 동일한 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 19는 항목 1 내지 항목 17 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 90% 이상은 상기 언더컷 특징부들 전체의 평균 거리로부터 20% 범위 이내의 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 20은 항목 1 내지 항목 19 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 0.001 인치 (in) (0.0254 밀리미터 (mm)) 내지 0.25 in (6.35 mm)의 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 21은 항목 1 내지 항목 20 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 0.01 in (0.254 mm) 내지 0.1 in (2.54 mm)의 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 22는 항목 1 내지 항목 19 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 0.005 in (0.127 mm) 내지 0.05 in (1.27 mm)의 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 23은 항목 1 내지 항목 19 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 0.07 in (1.78 mm) 내지 0.25 in (2.54 mm)의 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 24는 항목 1 내지 항목 23 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들은 상기 일체형 배킹 상에 반복 패턴으로 위치된다.
항목 25는 항목 24의 물품이며, 상기 반복 패턴은 복수의 언더컷 특징부들의 각각이 바로 인접한 언더컷 특징부들의 각각으로부터 등거리에 배치되는 것을 포함한다.
항목 26은 항목 1 내지 항목 23 중 어느 하나의 물품이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들은 상기 일체형 배킹 상에 무작위 배열로 위치된다.
항목 27은 항목 1 내지 항목 26 중 어느 하나의 물품이며, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함한다.
항목 28은 항목 1 내지 항목 27 중 어느 하나의 물품이며, 상기 폴리올레핀은 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE)을 포함한다.
항목 29는 항목 1 내지 항목 27 중 어느 하나의 물품이며, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌 공중합체를 포함한다.
항목 30은 항목 1 내지 항목 27 중 어느 하나의 물품이며, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌 단일중합체를 포함한다.
항목 31은 항목 1 내지 항목 30 중 어느 하나의 물품이며, 상기 접착제는 에폭시, 폴리우레아, 아크릴계 물질, 시아노아크릴레이트, 폴리아미드, 페놀계 물질, 폴리이미드, 또는 폴리우레탄을 포함한다.
항목 32는 항목 1 내지 항목 31 중 어느 하나의 물품이며, 상기 접착제는 에폭시를 포함한다.
항목 33은 항목 1 내지 항목 32 중 어느 하나의 물품이며, 상기 접착제는 75보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는다.
항목 34는 항목 1 내지 항목 33 중 어느 하나의 물품이며, 상기 접착제는 80보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는다.
항목 35는 항목 1 내지 항목 34 중 어느 하나의 물품이며, 상기 기재는 유리, 금속, 세라믹, 목재, 아크릴레이트, 에폭시, 우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드, 판지, 가죽, 폼, 천, 아크릴로니트릴 부타다이엔 스티렌 중합체, 폴리비닐 클로라이드, 또는 이들의 조합을 포함한다.
항목 36은 항목 1 내지 항목 35 중 어느 하나의 물품이며, 상기 물품은 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 50 뉴턴 (N) 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 37은 항목 1 내지 항목 36 중 어느 하나의 물품이며, 상기 물품은 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 100 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 38은 항목 1 내지 항목 37 중 어느 하나의 물품이며, 상기 물품은 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 150 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 39는 항목 1 내지 항목 37 중 어느 하나의 물품이며, 상기 물품은 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 200 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 40은 항목 1 내지 항목 38 중 어느 하나의 물품이며, 상기 물품은 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 250 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 41은 항목 1 내지 항목 40 중 어느 하나의 물품이며, 상기 물품은 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 300 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 42는 항목 1 내지 항목 41 중 어느 하나의 물품이며, 상기 물품은 중첩 전단 시험에 의해 결정할 때 1000 뉴턴 (N) 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 43은 항목 1 내지 항목 42 중 어느 하나의 물품이며, 상기 물품은 중첩 전단 시험에 의해 결정할 때 1500 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 44는 항목 1 내지 항목 43 중 어느 하나의 물품이며, 상기 물품은 중첩 전단 시험에 의해 결정할 때 2000 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 45는 항목 1 내지 항목 44 중 어느 하나의 물품이며, 상기 물품은 중첩 전단 시험에 의해 결정할 때 2500 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 46은 다층 구조체를 갖는 물품의 형성 방법이며, 상기 방법은 (a) 폴리올레핀 수지를 주형 공동 내에 넣어서, 일체형 배킹 상에서 그로부터 연장되는 복수의 언더컷 특징부들을 포함하는 제1 층을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 150 밀리미터/분 (mm/min) 이상의 속도로 탈형시키는 단계; (c) 경화된 때 59보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는 경화성 접착제를 상기 복수의 언더컷 특징부들에 적용하여, 상기 제1 층에 부착된 제2 층을 형성하는 단계; 및 (d) 기재를 포함하는 제3 층을 상기 제2 층에 부착하는 단계를 포함한다. 상기 제2 층은 상기 제1층과 상기 제3 층 사이에 배치된다.
항목 47은 항목 46의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 상기 일체형 배킹으로부터 연장되는 스템을 포함하다.
항목 48은 항목 47의 방법이며, 상기 스템은 백드래프트형 형상을 갖는다.
항목 49는 항목 48의 방법이며, 상기 백드래프트형 형상은 깔때기 형상을 포함한다.
항목 50은 항목 47 내지 항목 49 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 상기 스템들은 모두 동일한 각도로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 51은 항목 47 내지 항목 50 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 스템은 상기 일체형 배킹의 근위로부터 상기 일체형 배킹의 원위로의 단면적 증가를 포함하는 형상을 갖는다.
항목 52는 항목 47 내지 항목 51 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 스템은 하나 이상의 원형 단면을 포함하는 단일 축을 갖는다.
항목 53은 항목 47 내지 항목 52 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 상기 스템 상에 형성된 헤드를 포함하고, 상기 헤드는 상기 일체형 배킹의 원위에 위치된다.
항목 54는 항목 53의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 상기 스템의 단면적보다 큰 단면적을 포함하고, 각각의 헤드는 3개 이상의 방향에서 상기 스템으로부터 방사상으로 연장된다.
항목 55는 항목 53 또는 항목 54의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 하나 이상의 원형 단면을 포함한다.
항목 56은 항목 53 내지 항목 55 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 0.005 in (0.127 mm) 내지 0.1 in (2.54 mm)의 거리로 상기 스템으로부터 연장된다.
항목 57은 항목 53 내지 항목 56 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 0.02 in (0.508 mm) 내지 0.1 in (2.54 mm)의 거리로 상기 스템으로부터 연장된다.
항목 58은 항목 53 내지 항목 56 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 0.005 in (0.127 mm) 내지 0.05 in (1.27 mm)의 거리로 상기 스템으로부터 연장된다.
항목 59는 항목 53 내지 항목 56 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 0.01 in (0.254 mm) 내지 0.05 in (1.27 mm)의 거리로 상기 스템으로부터 연장된다.
항목 60은 항목 46 내지 항목 59 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들은 못 형상, 버섯 형상, 또는 이들의 조합을 포함한다.
항목 61은 항목 46 내지 항목 60 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀 수지를 상기 주형 공동 내에 넣기 전에 상기 폴리올레핀 수지의 용융 온도 (Tm)보다 높은 온도로 상기 수지를 가열하는 단계를 추가로 포함한다.
항목 62는 항목 46 내지 항목 61 중 어느 하나의 방법이며, 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 탈형시키기 전에, 상기 주형 공동의 온도를 25℃ 내지 상기 폴리올레핀 수지의 Tm 미만으로 유지함으로써 상기 주형 공동 내에서 상기 폴리올레핀 수지를 냉각하는 단계를 추가로 포함한다.
항목 63은 항목 46 내지 항목 62 중 어느 하나의 방법이며, 상기 제2 층은 상기 접착제와 상기 복수의 언더컷 특징부들의 인터록킹을 통해 상기 제1 층에 부착된다.
항목 64는 항목 46 내지 항목 63 중 어느 하나의 방법이며, 탈형이 수행될 때, 상기 주형 공동의 온도는 상기 폴리올레핀 수지의 Tm 내지 상기 폴리올레핀 수지의 Tm보다 30℃ 낮은 온도로 유지된다.
항목 65는 항목 46 내지 항목 64 중 어느 하나의 방법이며, 제3층을 제2 층에 부착한 후에 상기 경화성 접착제를 경화시키는 단계를 추가로 포함한다.
항목 66은 항목 46 내지 항목 65 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀은 0.1 내지 10 그램/10분 (g/10 min)의 용융 지수를 포함한다.
항목 67은 항목 46 내지 항목 66 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀은 0.5 내지 5 g/10 min의 용융 지수를 포함한다.
항목 68은 항목 46 내지 항목 66 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀은 0.1 내지 4 g/10 min의 용융 지수를 포함한다.
항목 69는 항목 46 내지 항목 68 중 어느 하나의 방법이며, 상기 주형 공동의 상기 온도는 50℃ 내지 200℃로 유지된다.
항목 70은 항목 46 내지 항목 69 중 어느 하나의 방법이며, 상기 주형 공동의 상기 온도는 100℃ 내지 150℃로 유지된다.
항목 71은 항목 46 내지 항목 70 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌이고, 상기 주형 공동의 상기 온도는 130℃ 내지 170℃로 유지된다.
항목 72는 항목 46 내지 항목 71 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌이고, 상기 주형 공동의 상기 온도는 145℃ 내지 150℃로 유지된다.
항목 73은 항목 46 내지 항목 70 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀은 고밀도 폴리올레핀(HDPE)이고, 상기 주형 공동의 상기 온도는 110℃ 내지 135℃로 유지된다.
항목 74는 항목 46 내지 항목 70 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀은 고밀도 폴리올레핀(HDPE)이고, 상기 주형 공동의 상기 온도는 115℃ 내지 125℃로 유지된다.
항목 75는 항목 46 내지 항목 74 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀 수지를 주형 공동 내에 넣는 것은 롤 성형, 사출 성형, 압출 성형, 진공 성형, 또는 이들의 조합을 포함한다.
항목 76은 항목 46 내지 항목 75 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀 수지를 주형 공동 내에 넣는 것은 롤 성형을 포함한다.
항목 77은 항목 46 내지 항목 76 중 어느 하나의 방법이며, 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 250 mm/min 이상의 속도로 탈형시키는 것을 포함한다.
항목 78은 항목 46 내지 항목 77 중 어느 하나의 방법이며, 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 400 mm/min 이상의 속도로 탈형시키는 것을 포함한다.
항목 79는 항목 46 내지 항목 78 중 어느 하나의 방법이며, 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 500 mm/min 이상의 속도로 탈형시키는 것을 포함한다.
항목 80은 항목 46 내지 항목 76 중 어느 하나의 방법이며, 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 150 mm/min 내지 550 mm/min의 속도로 탈형시키는 것을 포함한다.
항목 81은 항목 46 내지 항목 77 중 어느 하나의 방법이며, 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 150 mm/min 내지 300 mm/min의 속도로 탈형시키는 것을 포함한다.
항목 82는 항목 46 내지 항목 80 중 어느 하나의 방법이며, 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 350 mm/min 내지 550 mm/min의 속도로 탈형시키는 것을 포함한다.
항목 83은 항목 46 내지 항목 78 중 어느 하나의 방법이며, 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 250 mm/min 내지 500 mm/min의 속도로 탈형시키는 것을 포함한다.
항목 84는 항목 46 내지 항목 83 중 어느 하나의 방법이며, 상기 언더컷 특징부들의 50% 내지 100%는 동일한 기하학적 형상을 갖는다.
항목 85는 항목 46 내지 항목 84 중 어느 하나의 방법이며, 상기 언더컷 특징부들의 1% 내지 49%는 서로 상이한 기하학적 형상을 갖는다.
항목 86은 항목 46 내지 항목 85 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 동일한 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 87은 항목 46 내지 항목 86 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 90% 이상은 상기 언더컷 특징부들 전체의 평균 거리로부터 20% 범위 이내의 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 88은 항목 46 내지 항목 87 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 0.001 인치 (in) (0.0254 밀리미터 (mm)) 내지 0.25 in (6.35 mm)의 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 89는 항목 46 내지 항목 88 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 0.01 in (0.254 밀리미터 mm) 내지 0.1 in (2.54 mm)의 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 90은 항목 46 내지 항목 88 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 0.005 in (0.127 mm) 내지 0.05 in (1.27 mm)의 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 91은 항목 46 내지 항목 88 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 0.07 in (1.78 밀리미터 mm) 내지 0.25 in (2.54 mm)의 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장된다.
항목 92는 항목 46 내지 항목 91 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들은 상기 일체형 배킹 상에 반복 패턴으로 위치된다.
항목 93은 항목 92의 방법이며, 상기 반복 패턴은 복수의 언더컷 특징부들의 각각이 바로 인접한 언더컷 특징부들의 각각으로부터 등거리에 배치되는 것을 포함한다.
항목 94는 항목 46 내지 항목 91 중 어느 하나의 방법이며, 상기 복수의 언더컷 특징부들은 상기 일체형 배킹 상에 무작위 배열로 위치된다.
항목 95는 항목 46 내지 항목 94 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함한다.
항목 96은 항목 46 내지 항목 95 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀은 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE)을 포함한다.
항목 97은 항목 46 내지 항목 95 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌 공중합체를 포함한다.
항목 98은 항목 46 내지 항목 95 중 어느 하나의 방법이며, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌 단일중합체를 포함한다.
항목 99는 항목 46 내지 항목 98 중 어느 하나의 방법이며, 상기 접착제는 에폭시, 폴리우레아, 아크릴계 물질, 시아노아크릴레이트, 폴리아미드, 페놀계 물질, 폴리이미드, 또는 폴리우레탄을 포함한다.
항목 100은 항목 46 내지 항목 99 중 어느 하나의 방법이며, 상기 접착제는 에폭시를 포함한다.
항목 101은 항목 46 내지 항목 100 중 어느 하나의 방법이며, 상기 접착제는 75보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는다.
항목 102는 항목 46 내지 항목 101 중 어느 하나의 방법이며, 상기 접착제는 80보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는다.
항목 103은 항목 46 내지 항목 102 중 어느 하나의 방법이며, 상기 기재는 유리, 금속, 세라믹, 목재, 아크릴레이트, 에폭시, 우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드, 판지, 가죽, 폼, 천, 아크릴로니트릴 부타다이엔 스티렌 중합체, 폴리비닐 클로라이드, 또는 이들의 조합을 포함한다.
항목 104는 항목 46 내지 항목 103 중 어느 하나의 방법이며, 상기 물품은 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 50 뉴턴 (N) 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 105는 항목 46 내지 항목 104 중 어느 하나의 방법이며, 상기 물품은 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 100 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 106은 항목 46 내지 항목 105 중 어느 하나의 방법이며, 상기 물품은 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 150 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 107은 항목 46 내지 항목 106 중 어느 하나의 방법이며, 상기 물품은 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 200 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 108은 항목 46 내지 항목 107 중 어느 하나의 방법이며, 상기 물품은 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 250 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 109는 항목 46 내지 항목 108 중 어느 하나의 방법이며, 상기 물품은 180° 박리 시험에 의해 결정할 때 300 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 110은 항목 46 내지 항목 109 중 어느 하나의 방법이며, 상기 물품은 중첩 전단 시험에 의해 결정할 때 1000 뉴턴 (N) 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 111은 항목 46 내지 항목 110 중 어느 하나의 방법이며, 상기 물품은 중첩 전단 시험에 의해 결정할 때 1500 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 112는 항목 46 내지 항목 111 중 어느 하나의 방법이며, 상기 물품은 중첩 전단 시험에 의해 결정할 때 2000 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
항목 113은 항목 46 내지 항목 112 중 어느 하나의 방법이며, 상기 물품은 중첩 전단 시험에 의해 결정할 때 2500 N 이상의 피크 하중을 나타낸다.
실시예
본 발명의 목적 및 이점이 하기의 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 물질 및 그의 양뿐만 아니라 기타 조건이나 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 이들 실시예는 단지 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 청구범위의 범주를 제한하려는 것이 아니다.
물질
달리 언급되지 않는다면, 실시예 및 본 명세서의 나머지 부분에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다. 달리 언급되지 않는다면, 모든 화학 물질은 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치 케미칼 컴퍼니(Sigma-Aldrich Chemical Company)와 같은 화학물질 공급처로부터 입수하였거나, 또는 그로부터 입수가능하다.
시험 방법
180° 박리 시험 방법
돌출된 폴리올레핀 시트를 갖는 금속 기재의 단부를 23℃ 환경에서 1000 파운드 힘 (lbf) (4450 N) 용량의 로드 셀이 구비된 신테크(Sintech) 로드 프레임 (미국 미네소타주 에덴 프레리 소재의 엠티에스 시스템즈(MTS Systems))의 한 쪽 클램프(clamp) 내에 배치하였다. 이어서, 폴리올레핀 시트를 공칭으로 거꾸로 180° 구부리고 로드 프레임의 제2 클램프 내에 배치하였다. 이어서, 이 클램프들을 51 mm/min의 속도로 떼어 놓아 180° 박리를 생성하였다. 각각의 반복 시험으로부터의 피크 하중을 평균하였다.
롤링 박리 시험 방법
ASTM D3167-10의 도 1의 고정구(fixture)와 동등한 롤러 고정구를, 23℃ 환경에서 200 lbf (890 N) 용량의 로드 셀이 구비된 엠티에스 인사이트(MTS Insight) 30 로드 프레임 상에 장착하였다. 금속 기재를 이러한 롤러 고정구 내에 배치하고, 이어서 폴리올레핀 시트를 이 고정구를 통하여 공급하고 로드 프레임의 클램프 내에 배치하여 대략 135°의 박리 기하학적 형태를 생성하였다. 이어서, 클램프들을 51 mm/min의 속도로 떼어 놓았다. 각각의 반복 시험으로부터의 피크 하중을 평균하고 보고하였다. 또한, 각각의 시험에 대해 전체 박리 거리에 걸친 평균 박리 하중을 계산하고, 각각의 반복 시험에 대한 평균 값을 평균하고 보고하였다.
중첩 전단 시험 방법
25 mm × 25 mm의 중첩 영역을 가지도록 샘플들을 제조하였다. 각각의 기재의 한 쪽 단부를, 23℃ 환경에서 1000 lbf (4450 N) 용량의 로드 셀이 구비된 신테크 로드 프레임의 각각의 클램프 내에 배치하였다. 샘플이 파괴될 때까지, 클램프들을 51 mm/min의 속도로 떼어 놓았다. 각각의 반복 시험으로부터의 피크 하중을 평균하였다.
물질:
Figure 112016036089715-pct00001
공구 #1. 알루미늄 플레이트 (203 mm × 127 mm × 0.5 mm)에, 직경이 1.5 mm이고 중심들이 2.7 mm 이격된 구멍들의 어레이 (9개 구멍 × 18개 구멍)를 뚫었다. 이어서, 이 구멍들을 2.0 mm의 직경으로 그러나 단지 0.18 mm의 깊이로 구멍을 다시 뚫었다. 생성된 구멍 각각은 직경이 2.0 mm인 섹션(section) 및 직경이 1.5 mm인 다른 섹션을 가졌다.
공구 #2. 알루미늄 플레이트 (152 mm × 76 mm × 0.25 mm)에, 중심들이 2.0 mm 이격된 구멍들의 어레이 (12개 구멍 × 12개 구멍)를 뚫었다. 대략 27°의 테이퍼 각도를 갖는 컷팅 비트(cutting bit)를 사용하여, 각각의 구멍이 플레이트의 한 쪽 면 상의 1.0 mm의 직경에서 플레이트의 반대쪽 면 상의 0.76 mm의 직경까지의 테이퍼를 갖도록 하였다.
공구 #3. 알루미늄 플레이트 (305 mm × 152 mm × 0.5 mm)에, 중심들이 2.7 mm 이격된 구멍들의 어레이 (9개 구멍 × 36개 구멍)를 뚫었다. 30°의 테이퍼 각도를 갖는 컷팅 비트를 사용하여, 각각의 구멍이 플레이트의 한 쪽 면 상의 2.0 mm의 직경에서 플레이트의 반대쪽 면 상의 1.5 mm의 직경까지의 테이퍼를 갖게 하였다.
공구 #4. 알루미늄 플레이트 (152 mm × 76 mm × 0.51 mm)에, 중심들이 4.1 mm 이격된 구멍들의 어레이 (6개 구멍 × 6개 구멍)를 뚫었다. 대략 27°의 테이퍼 각도를 갖는 컷팅 비트를 사용하여, 구멍들이 플레이트의 한 쪽 면 상의 2.0 mm의 직경에서 플레이트의 반대쪽 면 상의 1.5 mm의 직경까지의 테이퍼를 갖게 하였다.
실시예 1. 폴리프로필렌 못 형상 샘플 및 접착제 조립체
공구 #1에 주형 이형제 A를 가볍게 분무하였다. 152 mm × 25 mm의 직사각형 컷아웃(cutout)을 갖는 알루미늄 심(shim) 플레이트 (203 mm × 127 mm × 0.76 mm)를, 더 작은 직경의 구멍 개구를 갖는 공구 표면 상에 배치하였다. MFI-4 PP의 펠릿을 심 플레이트의 개구 내에서 공구 상에 배치하여 조립체를 형성하였다. 폴리에스테르 라이너를 조립체의 양쪽 면 위에 배치하였다. 조립체를 양쪽 압반이 190℃로 가열된 유압 프레스 내에 배치하였다. 이 조립체를 1분 동안 가온되게 두었고, 이어서 추가로 1분 동안 53 kN의 힘을 가하였다. 프레스로부터 샘플을 꺼내고 냉각되게 두었고, 라이너를 제거하였다. 이어서, 조립체를 150℃의 온도에서 2분 동안 오븐에 다시 넣었다. 여전히 오븐 안에 있는 채로, 성형된 폴리프로필렌 스트립을 공구로부터 손으로 신속하게 빼내었다. 생성된 필름은 성형된 특징부들의 9 × 18 어레이를 가졌는데, 이 특징부는 필름 표면과 접촉하는 각각의 특징부의 기부에서의 직경이 1.5 mm이었고 각각의 특징부의 팁에서의 직경이 2.0 mm이었다.
과량의 DP-100 에폭시를 못 형상의 언더컷 특징부의 패턴에 적용하고, 이어서, 패턴화된 영역을 강 쿠폰에 맞대어 배치하였다. 유리 플레이트 및 1 ㎏ 이상의 추를 조립체 상에 배치하고, 실온에서 24시간 동안 경화되게 두었다. 180° 박리 시험에서 5개의 시편에 대한 평균 피크 하중은 380 N이었고, 이들 시편은 모두 폴리프로필렌의 기재 파괴에 의해 파괴되었다. 롤링 박리 시험에서 5개의 시편의 평균 피크 하중은 140 N이었고, 이때 평균 박리 하중은 69 N이었다. 샘플들은 주로 에폭시의 응집 파괴에 의해 파괴되었는데, 이때 1개의 샘플은 기재 파괴를 겪었다.
비교예 1. 반전된 폴리프로필렌 못 형상 샘플에 대한 접착 시험
더 큰 직경의 구멍 개구를 갖는 공구 면에 심 및 수지를 적용한 점을 제외하고는, 접착 시험 시편의 제조를 포함하는 실시예 1의 절차를 반복하였다. 성형된 샘플을 실온에서 공구로부터 빼내었다. 성형된 샘플은, 각각이 기부에서 2.0 mm의 직경을 갖고 팁에서 1.5 mm의 직경을 갖는 특징부들의 어레이를 가졌다.
180° 박리 시험 하에서 5개의 시편에 대한 평균 피크 하중은 25 N이었고, 이때 폴리프로필렌/에폭시 계면에서 접착 파괴가 있었다. 5개의 시편의 롤링 박리 시험에 대한 평균 피크 하중은 16 N이었고, 이때 평균 박리 하중은 12 N이었다. 파괴 유형은 에폭시/폴리프로필렌 계면에서의 접착 파괴였다.
실시예 2. 폴리프로필렌 깔때기-형상 샘플의 접착 시험
실시예 1의 절차를 반복하였으나, 공구 #3을 사용하였다. 생성된 성형된 필름은 특징부들의 9 × 36 어레이를 가졌는데, 각각의 특징부의 기부에서의 직경이 1.5 mm이었고 각각의 특징부의 팁에서의 2.0 mm의 직경으로의 점진적인 테이퍼를 가졌다. 180° 박리 시험에서 5개의 접착 시편에 대한 평균 피크 하중은 335 N이었고, 이때 기재 파괴가 5개의 샘플 모두에서 관찰되었다. 5개의 시편의 롤링 박리 시험에 대한 평균 피크 하중은 170 N이었고, 이때 평균 박리 하중은 71 N이었다. 샘플들은 에폭시의 응집 파괴 및 기재 파괴를 포함하는 혼합 유형으로 파괴되었다.
비교예 2. 반전된 폴리프로필렌 깔때기-형상 샘플의 접착 시험
더 큰 직경의 구멍 개구를 갖는 공구 면에 심 및 수지를 적용한 점을 제외하고는, 실시예 2의 절차를 반복하였다. 성형된 샘플을 실온에서 공구로부터 빼내었다. 성형된 샘플은, 기부에서 2.0 mm의 직경을 갖고 팁에서 1.5 mm의 직경을 갖는 특징부들의 어레이를 가졌다. 180° 박리 시험 하에서 5개의 접착 시편에 대한 평균 피크 하중은 1 N이었고, 이때 폴리프로필렌/에폭시 계면에서 접착 파괴가 있었다. 5개의 시편의 롤링 박리 시험에 대한 평균 피크 및 평균 박리 하중은 2 N이었다. 파괴 유형은 에폭시/폴리프로필렌 계면에서의 접착 파괴였다.
실시예 3. HDPE 못 형상 샘플의 접착 시험
177℃의 프레스 및 125℃로 설정한 탈형 오븐과 함께 MFI-2.2 HDPE를 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1의 절차를 반복하였다. 생성된 필름은 성형된 특징부들의 9 × 18 어레이를 가졌는데, 이러한 특징부 각각은 기부 (즉, 특징부가 필름 표면에 접촉하는 곳)에서 1.5 mm의 직경을 가졌고 팁에서 2.0 mm의 직경을 가졌다. 180° 박리 시험에서 5개의 접착 시편에 대한 평균 피크 하중은 292 N이었고, 이때 기재 파괴가 5개의 샘플 모두에서 관찰되었다. 5개의 시편의 롤링 박리 시험에 대한 평균 피크 하중은 138 N이었고, 이때 평균 박리 하중은 95 N이었다. 샘플들은 에폭시/HDPE 계면에서의 접착 파괴에 의해 파괴되었으며, 이때 못 형상 언더컷 특징부의 현저한 변형이 있었다.
비교예 3. 반전 못 형상 HDPE 샘플의 접착 시험
더 큰 직경의 구멍 개구를 갖는 공구 면에 심 및 수지를 적용한 점을 제외하고는, 실시예 3의 절차를 반복하였다. 성형된 샘플을 실온에서 공구로부터 빼내었다. 성형된 샘플은, 기부에서 2.0 mm의 직경을 갖고 팁에서 1.5 mm의 직경을 갖는 특징부들의 어레이를 가졌다. 180° 박리 시험 하에서 6개의 시편에 대한 평균 피크 하중은 25 N이었고, 이때 폴리프로필렌/에폭시 계면에서 접착 파괴가 있었다. 5개의 시편의 롤링 박리 시험에 대한 평균 피크 하중은 17 N이었고, 이때 평균 박리 하중은 12 N이었다. 파괴 유형은 에폭시/폴리프로필렌 계면에서의 접착 파괴였다.
실시예 4. HDPE 깔때기-형상 샘플의 접착 시험
실시예 3의 절차를 반복하였으나, 공구 #3을 사용하였다. 생성된 성형된 필름은 특징부들의 9 × 36 어레이를 가졌는데, 각각의 특징부의 기부에서의 직경이 1.5 mm이었고 각각의 특징부의 팁에서의 2.0 mm의 직경으로의 점진적인 테이퍼를 가졌다. 180° 박리 시험 하에서 5개의 시편의 평균 피크 하중은 249 N이었고, 이때 기재 파괴가 모든 시편에서 관찰되었다. 5개의 시편의 롤링 박리 시험에 대한 평균 피크 하중은 137 N이었고, 이때 평균 박리 하중은 80 N이었다. 샘플들은 에폭시/HDPE 계면에서의 접착 파괴에 의해 주로 파괴되었으며, 이때 백드래프트형 특징부의 현저한 변형이 있었다.
실시예 5. 강에 대한 중첩 전단 접착력
공구 #4에 주형 이형제 A를 가볍게 분무하였다. PP 시트의 조각 (102 mm × 51 mm × 3.2 mm)을, 더 작은 직경의 개구를 갖는 면과 접촉하도록 공구 상에 배치하였다. 이러한 조립체를, 160℃의 하부 압반 및 가열되지 않은 상부 압반을 갖는 유압 프레스 내에 배치하였다. 프레스를 압력 적용 없이 폐쇄하였고, 조립체를 30초 동안 가온되게 두었다. 이어서, 추가로 60초 동안 133 kN의 힘을 가하였다. 프레스를 개방하고, 공구가 하부 압반 상에 남아 있는 채로 폴리프로필렌을 손으로 신속하게 빼내었다. 그 결과 쿠폰 상에 0.51 mm 높이 깔때기-형상 특징부들의 어레이가 얻어졌으며, 이는 3 mm보다 큰 두께를 유지하였다. 이들 샘플을 25 mm 폭의 스트립으로 절단하였다.
이어서, 5개의 이러한 스트립을, 중합체의 패턴화된 영역에 적용된 DP-100을 사용하여 25 mm × 25 mm의 중첩 영역으로 (실시예 1에서 사용된 것과 같이) 강 쿠폰에 접착하였다. 접착제를 실온에서 16시간 동안 경화되게 하였고, 이어서 85℃에서 1시간 동안 후 경화되게 하였다. 중첩 전단 시험에서의 평균 피크 하중은 2600 N이었고, 이때 폴리프로필렌의 기재 파괴 및 에폭시-폴리프로필렌 계면에서의 접착 파괴를 포함하는 다중 파괴 유형과 함께 특징부의 변형이 있었다.
실시예 6. 0.25 mm 특징부 높이에서의 강에 대한 중첩 전단 접착력
공구 #2를 사용하여, 높이가 0.25 mm인 백드래프트형 특징부를 생성한 점을 제외하고는, 실시예 5에 기재된 바와 같은 샘플 공정을 사용하여 중첩 전단 시편을 제조하였다. 중첩 전단 시험에서의 평균 피크 하중은 1500 N이었고, 이때 특징부의 변형을 포함하여 에폭시-폴리프로필렌 계면에서의 접착 파괴가 있었다.
실시예 7. 에폭시 접착제에 의한 스테인리스 강에 대한 중첩 전단 접착력
공구 4에 주형 이형제 B를 가볍게 분무하였다. PP 시트의 조각 (100 mm × 50 mm × 6 mm)을, 더 작은 직경의 개구를 갖는 면과 접촉하도록 공구 상에 배치하였다. 이러한 조립체를, 160℃의 하부 압반 및 가열되지 않은 상부 압반을 갖는 유압 프레스 내에 배치하였다. 프레스를 압력 적용 없이 폐쇄하였고, 조립체를 30초 동안 가온되게 두었다. 이어서, 추가로 60초 동안 133 kN의 힘을 가하였다. 프레스를 개방하고, 공구가 하부 압반 상에 남아 있는 채로, 폴리프로필렌을 손으로 신속하게 빼내었다. 그 결과 PP 쿠폰 상에 0.51 mm-높이 백드래프트형 깔때기-형상 특징부들의 어레이가 얻어졌으며, 이는 5.5 mm보다 큰 두께를 유지하였다.
이들 샘플 중 하나 상의 36개의 백드래프트형 특징부 각각의 높이를 측정하였다. 평균 높이는 0.031 인치 (0.79 mm)였고, 측정된 최소 높이는 0.027 인치 (0.69 mm)였고, 측정된 최대 높이는 0.039 인치 (0.99 mm)였다. 36개의 측정치에 대한 표준 편차는 0.0030 인치 (0.077 mm)였고 상대 표준 편차는 9.7%였다. 단지 2개의 특징부만이, 36개의 특징부의 평균 거리로부터 20% 범위 이내가 아닌 거리로 배킹으로부터 연장되었다.
스테인리스 쿠폰을, 스카치-브라이트 패드 (SCOTCH-BRITE PAD; 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠으로부터 입수함)를 사용하여 가볍게 조면화시켰다. 이어서, 둘 모두의 기재를 아이소프로판올로 와이핑하고 건조되게 두었다. 이어서, 기재를, DP460 NS를 사용하여 25 mm × 25 mm 중첩 영역을 갖는 중첩 전단 구조물로 접합시켰다. 각각의 시편을 12시간보다 긴 시간 동안 바인더 클립(binder clip)으로 고정하였다. 이어서 클립을 제거하고, 시편을 70℃ 오븐 내에 30분 동안 배치하였다. 톱으로 시편의 에지로부터 여분의 폴리프로필렌을 제거하여 26 mm 폭의 샘플을 생성하였다. 중첩 전단 시험 시에, 두 시편은 2060 N의 평균 피크 하중을 생성하였다.
패턴화된 백드래프트형 특징부들의 하나의 열을 노출하도록 제3 시편을 절단하였다. 도 7을 참조하면, 짜이스 필터 세트(Zeiss Filter Set) 38 (450 nm 내지 500 nm에 의한 여기(Excitation))이 구비된 칼 짜이스 루마(Carl Zeiss Lumar) V12 스테레오 현미경을 사용한 형광 현미경법은, 6개의 특징부(75) 각각이 동일한 기하학적 형상을 가졌고 공구 4 내의 공동의 기하학적 형태와 일치하는 균일한 간격을 가졌음을 나타내었다. 각각의 특징부를 에폭시 층(76) 내에 매립하여 억지 (예를 들어, "인터록킹") 끼워맞춤을 생성하였다.
비교예 4. 에폭시에 의한 스테인리스 강에 대한 중첩 전단 접착력
PP 시트의 조각 (100 mm × 27 mm × 6 mm)을, 100 그릿의 쓰리엠 시리즈 431Q 사포를 사용하여 강하게 조면화시켰다. 스테인리스 쿠폰을, 스카치-브라이트 패드를 사용하여 가볍게 조면화시켰다. 이어서, 둘 모두의 기재를 아이소프로판올로 와이핑하고 건조되게 두었다. 이어서, 기재를, DP460 NS를 사용하여 25 mm × 25 mm 중첩 영역을 갖는 중첩 전단 구조물로 접합시켰다. 접합면의 두께를 제어하는 데 도움을 주기 위해서, 각각의 시편은 접합면에 2 가닥의 0.010" (0.25 mm) 직경의 스테인리스 강 와이어를 포함하였다. 각각의 시편을 12시간보다 긴 시간 동안 바인더 클립으로 고정하였다. 이어서 클립을 제거하고, 샘플을 70℃ 오븐 내에 30분 동안 배치하였다. 각각의 시편의 에지를 연마하여 폴리프로필렌의 약간의 돌출부를 제거하고, 이미지 형성을 위해 노출된 폴리프로필렌 에지를 폴리싱하였다. 도 6을 참조하면, 형광 현미경법은 폴리프로필렌 표면(63)이 샌딩에 기인하여 무작위로 형상화되고 무작위로 이격된 특징부들을 가졌음을 나타내었다. 대부분의 특징부가 뚜렷한 언더컷을 나타내지 않았으며, 관측된 특징부 중 어떤 것도 100 마이크로미터의 높이를 넘지 않았다. 중첩 전단 시험 시에, 두 샘플은 750 N의 평균 피크 하중을 생성하였다.
실시예 8. 폴리우레탄에 의한 목재에 대한 중첩 전단 접착력
실시예 7과 동일한 절차를 사용하여, 폴리프로필렌 쿠폰 상에 백드래프트형 특징부를 제조하였다. 이어서, 생성된 쿠폰을 톱으로 26 mm의 폭으로 절단하였고, 이때 모든 백드래프트형 특징부는 쿠폰의 한 쪽 단부에 있었다. TE030 접착제를 121℃로 가열하고 폴리프로필렌 상의 특징부에 적용하였고, 오크(oak) 쿠폰 (100 mm × 25 mm × 13 mm)을 접착제에 적용하여 25 mm × 25 mm 중첩 영역을 갖는 중첩 전단 구조물을 생성하였고, 조립체를 바인더 클립으로 고정하였다. 실온에서 48시간 동안 정치한 후에, 샘플을 중첩 전단 시험하였다. 두 시편은 1000 N의 평균 피크 하중을 생성하였고, 샘플들은 폴리프로필렌/접착제 계면에서 파괴되었으며, 이때 백드래프트형 특징부를 수용하였던 접착제 공동의 가시적 변형이 있었다.
실시예 9. 아크릴 접착제에 의한 아크릴로니트릴 부타다이엔 스티렌 (ABS) 중합체에 대한 중첩 전단 접착력
실시예 8과 동일한 절차를 사용하여, 26 mm 폭의 폴리프로필렌 쿠폰 상에 백드래프트형 특징부를 제조하였다. 아이소프로판올로 와이핑하고, 220 그릿의 사포로 샌딩하고, 다시 아이소프로판올로 와이핑하여, 내추럴 ABS 쿠폰 (100 mm × 25 mm × 3 mm)을 준비하였다. DP805 접착제의 층을 폴리프로필렌 상의 특징부에 적용하고, 이어서, ABS 쿠폰을 적용하여 25 mm × 25 mm 중첩 영역을 갖는 중첩 전단 구조물을 생성하였다. 조립체를 각각 2개의 바인더 클립으로 고정하였다. 실온에서 48시간 동안 정치한 후에, 샘플을 중첩 전단 시험하였다. 두 시편은 1710 N의 평균 피크 하중을 생성하였고, 샘플들은 폴리프로필렌/접착제 계면에서 파괴되었다. 둘 모두의 시편에 대해 백드래프트형 특징부 중 일부의 기부에 가시적 손상이 있었다.
비교예 5. 아크릴계 접착제에 의한 ABS 중합체에 대한 중첩 전단 접착력
PP 시트의 조각 (100 mm × 27 mm × 6 mm)을, 100 그릿의 쓰리엠 시리즈 431Q 사포를 사용하여 강하게 조면화시키고, 이어서 아이소프로판올로 와이핑하였다. 아이소프로판올로 와이핑하고, 220 그릿의 사포로 샌딩하고, 다시 아이소프로판올로 와이핑하여, 내추럴 ABS 쿠폰 (100 mm × 25 mm × 3 mm)을 준비하였다. DP805 접착제의 층을 폴리프로필렌에 적용하였다. 직경이 0.25 mm이고 길이가 25 mm보다 긴 스테인리스 강 와이어 2 조각을 접합면 스페이서로서 작용하도록 접착제 층 내에 배치하였다. 이어서 ABS 쿠폰을 접착제에 적용하여, 25 mm × 25 mm 중첩 영역을 갖는 중첩 전단 구조물을 생성하였다. 조립체를 각각 2개의 바인더 클립으로 고정하였다. 실온에서 48시간 동안 정치한 후에, 샘플을 중첩 전단 시험하였다. 두 시편은 940 N의 평균 피크 하중을 생성하였고, 샘플들은 폴리프로필렌/접착제 계면에서 파괴되었다.
비교예 6. 연질 접착제
실시예 8과 동일한 절차를 사용하여, 26 mm 폭의 폴리프로필렌 쿠폰 상에 백드래프트형 특징부를 제조하였다. 4000 UV 접착제를 폴리프로필렌에 부가하고, 오크 쿠폰 (100 mm × 25 mm × 13 mm)을 접착제에 적용하여, 25 mm × 25 mm 중첩 영역을 갖는 중첩 전단 구조물을 생성하였다. 조립체를 2개의 바인더 클립으로 고정하고 5일간 정치하였다. 이어서, 시편을 중첩 전단 시험하였고, 41 N의 피크 하중을 생성하였다. 샘플은 폴리프로필렌/접착제 계면에서 파괴되었다.
예비 실시예 1, 예비 실시예 2 및 예비 실시예 3은 높은 접착 강도를 갖는 조립체를 생성하기 위해 적합한 언더컷 특징부 (및 일부 경우에 백드래프트형 특징부)를 성형하는 데 필요한 조건을 나타낸다.
예비 실시예 1. 다양한 용융 지수 및 온도에 의한 폴리프로필렌 패턴화
공구 #1에 주형 이형제 A를 가볍게 분무하였다. 152 mm × 25 mm의 직사각형 컷아웃을 갖는 알루미늄 심 플레이트 (203 mm × 127 mm × 0.76 mm)를, 더 작은 직경의 구멍 개구를 갖는 공구 표면 상에 배치하였다. MFI-0.5 PP, MFI-4 PP, 또는 MFI-35 PP의 펠릿을 심 플레이트의 개구 내에서 공구 상에 배치하였다. 폴리에스테르 라이너를 조립체의 양쪽 면 위에 배치하였다. 조립체를 양쪽 압반이 190℃로 가열된 유압 프레스 내에 배치하였다. 조립체를 1분 동안 가온되게 두었고, 이어서 추가로 1분 동안 53 kN의 힘을 가하였다. 프레스로부터 샘플을 꺼내고 냉각되게 두었고, 라이너를 제거하였다. 이어서, 이 조립체를 110℃로부터 150℃까지 변화하는 온도 설정에서 2분 동안 오븐에 다시 넣었다. 여전히 오븐 안에 있는 채로, 성형된 폴리프로필렌 스트립을 공구로부터 손으로 신속하게 빼내었다. 이러한 시험의 결과가 표 1에 나타나 있다.
더 높은 탈형 온도를 사용하면, 못 형상의 언더컷 특징부는 주형으로부터의 제거 후에 좋은 모양(well-formed)을 유지하였다. 더 낮은 탈형 온도를 사용하면, 2가지 주된 유형의 결함이 나타났다. 일부 경우에, 개개의 특징부는 못 헤드의 테두리의 일부가 잘려나가거나 스템의 전체 부분이 파손되었다. 다른 경우에, 폴리프로필렌을 공구로부터 떼어내는 것에 기인한 힘이 스템들의 각각의 열의 기부에서 배킹을 변형시키기 충분하게 되었다.
[표 1]
Figure 112016036089715-pct00002
예비 실시예 2. 다양한 용융 지수 및 온도에 의한 HDPE 패턴화
MFI-2.2 HDPE, MFI-12 HDPE, 또는 MFI-42 HDPE를 시험한 점을 제외하고는, 예비 실시예 1에 사용된 주형 조립체를 사용하였다. 유압 프레스 압반을 177℃로 가열하고 오븐 온도 설정을 100℃로부터 140℃로 변화시킨 점을 제외하고는, 예비 실시예 1로부터의 절차를 사용하였다.
실시예 1에서의 특징부와 달리, 못 형상 언더컷 특징부의 HDPE 헤드는 탈형 후에 약간의 변형을 유지하는 경향이 있었다. 특히, 헤드는 편평하기 보다는 상부가 다소 움푹하게(cupped) 유지되었고, 헤드의 테투리에는 약간의 웨이브(waviness)가 있었다. 고온에서, 배킹은 특징부를 공구로부터 잡아당기기 보다는 항복하는 경향이 있었다. 더 낮은 온도에서, 특히 높은 용융 지수의 수지의 경우, 배킹은 특징부를 공구로부터 잡아당기기 보다는 (현저한 항복 없이) 파괴되는 경향이 있었다. 결과가 하기 표 2에 나타나 있다.
[표 2]
Figure 112016036089715-pct00003
예비 실시예 3. 다양한 탈형 속도에 의한 폴리프로필렌 패턴화
예비 실시예 1로부터의 방법을 사용하여 공구 #1을 MFI-4 PP로 채웠다. 샘플을 탈형시키기 위해, 심 플레이트를 실온에서 주의 깊게 제거하고, 성형된 샘플의 패턴화되지 않은 부분을 공구로부터 주의 깊게 떼어내었다. 150℃ 오븐이 구비된 신테크 로드 프레임을 사용하여 180° 박리 방식으로 공구로부터 샘플을 빼내었다. 샘플의 자유(free) 부분을 로드 프레임의 한 쪽 그립에 로딩하였고, 공구를 다른 쪽 그립에 로딩하였다. 샘플을 오븐 내에 5분 동안 두었고, 이어서 25 mm/min, 127 mm/min, 또는 508 mm/min으로 박리하였다.
508 mm/min의 박리 속도를 사용하면, 피크 하중이 16 N이었고, 샘플은 좋은 모양이었다. 25 mm/min 및 127 mm/min의 박리 속도는 각각 29 N 및 23 N의 피크 하중을 제공하였고, 둘 모두의 샘플이 특징부들의 각각의 열의 기부에서 상당한 배킹 변형을 나타내었다.
본 명세서가 소정의 예시적인 실시 형태를 상세히 기재하고 있지만, 당업자라면 전술한 것을 이해할 때 이들 실시 형태에 대한 변경, 변형 및 등가물을 용이하게 안출할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 또한, 본 명세서에서 참고된 모든 간행물 및 특허는 각각의 개별 간행물 또는 특허가 참고로 포함되는 것으로 구체적이고 개별적으로 지시된 것과 동일한 정도로 전체적으로 참고로 포함된다. 다양한 예시적인 실시 형태를 기재하였다. 이들 및 다른 실시 형태가 하기 청구범위의 범주 내에 속한다.

Claims (20)

  1. 다층 구조체를 포함하는 물품으로서,
    상기 다층 구조체는
    (a) 일체형 배킹 상에 형성되고 그로부터 연장되는 복수의 언더컷 특징부(undercut feature)들을 포함하며, 폴리올레핀으로 형성되는 제1 층;
    (b) 경화된 때 59보다 큰 쇼어(Shore) D 경도를 갖는 접착제를 포함하며, 상기 복수의 언더컷 특징부들과 인터록킹되는(interlocked) 제2 층; 및
    (c) 기재(substrate)를 포함하며, 상기 접착제에 접착되는 제3 층
    을 포함하고,
    상기 제2 층은 상기 제1 층과 상기 제3 층 사이에 배치되는,
    다층 구조체를 포함하는 물품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 상기 일체형 배킹으로부터 연장되는 스템(stem)을 포함하는, 다층 구조체를 포함하는 물품.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스템은 백드래프트형(backdrafted) 형상을 포함하는, 다층 구조체를 포함하는 물품.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 상기 스템 상에 형성된 헤드(head)를 포함하고, 상기 헤드는 상기 일체형 배킹의 원위에 위치되고, 상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각의 상기 헤드는 상기 스템의 단면적보다 큰 단면적을 포함하고, 각각의 헤드는 3개 이상의 방향에서 상기 스템으로부터 방사상으로 연장되는, 다층 구조체를 포함하는 물품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 언더컷 특징부들의 각각은 0.001 인치 (in) (0.0254 밀리미터 (mm)) 내지 0.25 in (6.35 mm)의 거리로 상기 일체형 배킹으로부터 연장되는, 다층 구조체를 포함하는 물품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접착제는 에폭시, 폴리우레아, 아크릴계 물질, 시아노아크릴레이트, 폴리아미드, 페놀계 물질, 폴리이미드, 또는 폴리우레탄을 포함하는, 다층 구조체를 포함하는 물품.
  7. 다층 구조체를 포함하는 물품의 형성 방법으로서,
    (a) 폴리올레핀 수지를 주형 공동 내에 넣어서, 일체형 배킹 상에서 그로부터 연장되는 복수의 언더컷 특징부들을 포함하는 제1 층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 150 밀리미터/분 (mm/min) 이상의 속도로 탈형시키는 단계;
    (c) 경화된 때 59보다 큰 쇼어 D 경도를 갖는 경화성 접착제를 상기 복수의 언더컷 특징부들에 적용하여, 상기 제1 층에 부착된 제2 층을 형성하는 단계; 및
    (d) 기재를 포함하는 제3 층을 상기 제2 층에 부착하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제2 층은 상기 제1 층과 상기 제3 층 사이에 배치되는,
    다층 구조체를 포함하는 물품의 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 수지를 상기 주형 공동 내에 넣기 전에 상기 폴리올레핀 수지의 용융 온도 (Tm)보다 높은 온도로 상기 수지를 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 다층 구조체를 포함하는 물품의 형성 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 층을 상기 주형 공동으로부터 탈형시키기 전에, 상기 주형 공동의 온도를 25℃ 내지 상기 폴리올레핀 수지의 Tm 미만으로 유지함으로써 상기 주형 공동 내에서 상기 폴리올레핀 수지를 냉각하는 단계를 추가로 포함하는, 다층 구조체를 포함하는 물품의 형성 방법.
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