KR101991318B1

KR101991318B1 - 유리질 탄소 몰드의 제조방법

Info

Publication number: KR101991318B1
Application number: KR1020170172872A
Authority: KR
Inventors: 김장균
Original assignee: 주식회사 이톰
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-06-21

Abstract

본 발명은 글래스와 동등수준의 표면 조도 품질을 갖는 탄소 몰드 제작이 가능한 유리질 탄소 몰드의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법은, 유기용제와 열경화성 수지를 포함하는 액상의 열경화성 수지 혼합액을 마스터 코어 몰드의 내부 공간으로 주입하는 열경화성 수지 혼합액 주입 단계; 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액이 주입된 상기 마스터 코어 몰드를 가열하여 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액을 상기 마스터 코어 몰드로부터 강제분리가 가능한 경화체로 고형화시키는 1차 경화 단계; 상기 경화체를 상기 마스터 코어 몰드에서 강제분리하는 경화체 강제분리 단계; 상기 강제분리된 경화체를 가열하여 상기 강제분리된 경화체의 경도를 증가시키는 2차 경화 단계; 상기 경도가 증가된 경화체를 가열하여 탄화시키는 탄화공정 수행 단계;를 포함하고, 상기 열경화성 수지는 페놀 수지인 것을 특징으로 한다.

Description

유리질 탄소 몰드의 제조방법{METHOD OF FABRICATING GLASSY CARBON MOLD}

본 발명은 유리질 탄소 몰드의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 글래스와 동등수준의 표면 조도 품질을 갖는 탄소 몰드 제작이 가능한 유리질 탄소 몰드의 제조방법에 관한 것이다.

디스플레이, 광통신, 정보저장, 진단 및 치료, 신약개발, 에너지 등의 분야에서 다양한 형태의 마이크로 및/또는 나노 패턴을 갖는 소재의 제작이 요구되고 있으며, 소자의 제작에 있어 양산공정에 적합한 저가 생산을 위해 플라스틱 복제공정을 통한 플라스틱 마이크로 및/또는 나노 패턴의 사용이 주를 이루고 있다.

그러나 플라스틱 제품은 재료가 갖는 낮은 내열성 및 내화학성, 내투습성, 전기화학적 특성, 광학 소재의 종류 부족 등 다양한 이유로 일부 응용 분야에 적용이 쉽지 않은 실정이며, 플라스틱 소재가 적용되기 어려운 분야에서 유리 또는 금속 마이크로 및/또는 나노패턴의 적용이 요구되고 있다.

특히, 유리 또는 금속 마이크로 및/또는 나노패턴의 저가 양산 제작 기술을 제공하기 위해 고온 고압 환경하에서 안정성을 갖는 재료의 마이크로 및/또는 나노 패턴의 신개념 저가 구현기술의 개발이 요구되고 있다.

최근 위와 같은 요구에 따라 한국공개특허번호 제10-2012-0067409호(공개일: 2012. 6. 26)(이하, '선행문헌 1'이라 한다)에는 열결화성 수지의 탄화공정으로 제작되며, 높은 고온 경도 및 내 부식성 등의 특성으로 글래스 몰딩 프레스 공정의 몰드 재료로 사용이 가능한 유리질 탄소 몰드를 제조하는 방법이 제안된 바 있다.

그러나 선행문헌 1에 개시된 방법에 의하더라도 유리질 탄소 몰드를 제작하는 과정에서 발생하는 다양한 결함(기포, 크랙) 등에 의해 글래스와 동등 수준의 표면 조도 품질을 갖는 유리질 탄소 몰드를 제작하는 것은 매우 어렵다. 특히, 선행문헌 1에 개시된 방법에 의하면, 유리질 탄소 몰드 표면에 주름이 발생하는 문제가 있다.

또한, 한국공개특허공보 제10-2016-0051186호(공개일: 2016. 5. 11)(이하, '선행문헌 2'라 한다)에는 1차, 2차 경화 및 탄화공정에서 발생하는 경화체의 변형을 극소화 시킴으로써 높은 수준의 평탄도를 갖는 유리질 탄소 몰드를 제조할 수 있는 방법이 제안된 바 있다.

그러나 선행문헌 2에 개시된 유리질 탄소 몰드 제조방법은, 카본 분말과 액상수지 혼합체를 마스터 몰드로부터 분리하여 패턴면과 패턴 반대면이 모두 외기에 노출되는 경우에, 패턴면과 패턴 반대면이 외기에 접촉하는 면적 차이에 의한 휨 발생 현상을 개선하기 위한 것으로서, 선행문헌 2에 개시된 유리질 탄소 몰드 제조방법에 의하면, 경화체의 양면에 패턴면을 동일하게 형성한 후 어느 일면에 형성된 패턴을 연마에 의해 제거하여야 한다는 점에서, 유리질 탄소 몰드 제조공정에 소요되는 시간이 더욱 증가하게 되며, 그로 인해 제조비용이 상승하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 별도의 추가적인 공정 없이도 글래스와 동등수준의 표면 조도 품질을 갖는 유리질 탄소 몰드를 제작할 수 있는 유리질 탄소 몰드의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법은, 유기용제와 열경화성 수지를 포함하는 액상의 열경화성 수지 혼합액을 마스터 코어 몰드의 내부 공간으로 주입하는 열경화성 수지 혼합액 주입 단계; 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액이 주입된 상기 마스터 코어 몰드를 가열하여 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액을 상기 마스터 코어 몰드로부터 강제분리가 가능한 경화체로 고형화시키는 1차 경화 단계; 상기 경화체를 상기 마스터 코어 몰드에서 강제분리하는 경화체 강제분리 단계; 상기 강제분리된 경화체를 가열하여 상기 강제분리된 경화체의 경도를 증가시키는 2차 경화 단계; 상기 경도가 증가된 경화체를 가열하여 탄화시키는 탄화공정 수행 단계;를 포함하고, 상기 열경화성 수지는 페놀 수지인 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법은, 상기 1차 경화 단계는 30 ~ 80℃ 범위에서 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법은, 상기 1차 경화 단계는 45 ~ 55℃ 범위에서 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법은, 상기 1차 경화 단계는 30 ~ 80℃ 범위에서 이루어지고, 상기 2차 경화 단계는 상기 강제분리된 경화체를 70 ~ 200℃까지 승온하며 수행되고, 상기 탄화공정 수행 단계는 상기 경도가 증가된 경화체를 1,000℃ ~ 3,000℃까지 승온하며 수행될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법은, 상기 경화체 강제분리 단계 이후, 상기 강제분리된 경화체를 건조시키는 경화체 건조 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법은, 상기 2차 경화 단계 이후, 상기 경도가 증가된 경화체를 가공하는 경화체 가공 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법은, 상기 마스터 코어 몰드는, 내측에 상기 공간을 형성하기 위한 홀이 형성되는 바디 금형; 상기 홀의 일측을 덮는 제1 덮개 금형; 상기 홀의 타측을 덮어 상기 공간을 형성하는 제2 덮개 금형; 및 상기 제1 덮개 금형과 상기 제2 덮개 금형 중 적어도 어느 하나의 단부에 결합하며, 상기 어느 하나의 단부에 결합하는 결합면의 반대면에 유리질 탄소 몰드에 형성하고자 하는 패턴이 형성된 패턴형성부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법은, 상기 마스터 코어 몰드는, 내측에 상기 공간을 형성하기 위한 홈이 형성되는 바디 금형; 상기 홈을 덮어 상기 공간을 형성하는 덮개 금형; 및 상기 덮개 금형의 단부에 결합하며, 상기 덮개 금형의 단부에 결합하는 결합면의 반대면에 유리질 탄소 몰드에 형성하고자 하는 패턴이 형성된 패턴형성부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법은, 상기 패턴형성부는 실리콘 재질로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법에 의하면, 유리질 탄소 몰드 제조시 마스터 코어 몰드에 주입된 액상의 열경화성 수지 혼합액이 고형화된 경화체 표면이 마스터 코어 몰드의 표면과 자연적 이형(delamination)에 의해 분리되기 전에 상기 경화체와 마스터 코어 몰드를 강제분리시킴으로써, 상기 경화체 표면에 주름이 발생하는 현상을 방지할 수 있으며, 그에 따라 글래스와 동등수준의 표면 조도 품질을 갖는 유리질 탄소 금형 제작이 가능해질 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법에 의하면, 액상의 열경화성 수지 혼합액이 주입된 마스터 코어 몰드를 가열함으로써, 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액을 마스터 코어 몰드로부터 강제분리가 가능한 강도를 가지는 경화체로 고형화시킬 수 있으며, 나아가 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액이 주입된 마스터 코어 몰드를 가열하는 1차 경화 공정 온도를 상온보다 높은 30 ~ 80℃ 범위에서 이루어지도록 함으로써, 종래 선행문헌 1 및 2에 개시된 방법과 같이 상온에서 1차 경화하는 경우에 경화체 표면에 얼룩이 발생하는 문제(상온에서 1차 경화하게 되면 상기 고형화된 경화체를 얻는데 소요되는 공정시간이 길어지게 되고, 상기 공정시간이 길어지게 되면 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액에 포함되어 있던 수분이 상기 혼합액이 고형화되는 과정에서 대기로 바로 증발되지 않고 경화체 표면에 머물렀다가 증발하게 됨에 따라 상기 수분에 포함된 오염물질이 경화체 표면에 잔존하게 되면서 발생하는 문제)를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 1차 경화 공정의 가열온도를 80℃보다 높게 하는 경우에 경화체에 기포가 발생하는 문제(80℃ 이상의 온도에서 1차 경화하게 되면 상기 고형화된 경화체를 얻는데 소요되는 공정시간이 지나치게 짧아져 상기 혼합액이 액상일 때 빠져나오지 못한 수분과 유기용제로 인해 발생하는 문제)를 해결할 수 있으며, 그에 따라 글래스와 동등수준의 표면 조도 품질을 갖는 유리질 탄소 금형 제작이 가능해질 수 있다.

본 발명에 따른 효과들은 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위와 상세한 설명의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법을 나타내는 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 마스터 코어 몰드를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 3은 마스터 코어 몰드에 액상의 열경화성 수지 혼합액을 주입하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 4는 액상의 열경화성 수지 혼합액이 주입된 마스터 코어 몰드를 가열하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 5 내지 7은 액상의 열경화성 수지 혼합액이 고형화된 경화체를 마스터 코어 몰드로부터 강제분리하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마스터 코어 몰드를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 9는 경화체를 가열하여 경도를 증가시키는 2차 경화 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 10은 경화체를 가열하여 탄화시키는 탄화공정 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 11은 탄화까지 완료된 유리질 탄소 몰드를 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.

또한, 첨부 도면에서, 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이며, 따라서 본 발명은 첨부도면에 도시된 상대적인 크기나 두께에 의해 제한되지 않는다.

본 발명은 글래스와 동등수준의 표면 조도 품질을 갖는 유리질 탄소 몰드를 제조할 수 있는 유리질 탄소 몰드 제조방법에 관한 것이다.

유리질 탄소(Glassy Carbon 또는 Vitreous Carbon; VC) 몰드는 높은 고온 경도 및 내 부식성 등의 특성으로 글래스 몰딩 프레스 공정의 몰드 재료로 사용 가능한 몰드로서, 유리질 탄소 몰드의 표면 조도 품질을 향상시키기 위해서는 경화촉매제가 용해되어 있는 유기용제와 열경화성 수지를 포함하는 액상의 열경화성 수지 혼합액을 가열하여 경화체로 만드는 과정에서 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액에 포함되어 있는 수분과 유기용제 배출시 발생할 수 있는 경화체의 표면 품질 저하를 최소화시켜야 한다.

본 발명자는 글래스와 동등수준의 표면 조도 품질을 갖는 유리질 탄소 몰드를 제작하기 위해 선행문헌 1에 따른 방법으로 유리질 탄소 몰드를 여러 차례 제작해 보았으나, 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액을 가열하여 경화체로 만드는 과정에서 다양한 결함(기포, 크랙) 특히, 경화체 표면에 주름이 발생하는 등에 의해 글래스와 동등 수준의 표면 조도 품질을 갖는 유리질 탄소 몰드를 제작할 수 없음을 확인하였다.

특히, 선행문헌 1에 개시된 방법은 상온에서 1차 경화 공정 수행 후 경화 온도를 약 70℃ 내지 200℃ 범위까지 증가시키면서 2차 경화시키기 때문에, 상기 2차 경화된 열경화성 수지 전구체층은 상기 2차 경화 이후에 상기 전구체층과 폴리머 몰드의 수축률 차이에 의해 자연적 이형(delamination) 현상이 발생하게 되면서 상기 전구체층과 폴리머 몰드가 분리되게 되는데, 본 발명자는 위와 같이 상기 전구체층이 폴리머 몰드와 자연적 이형 현상에 의해 분리되는 경우에 상기 전구체층 표면에 주름이 발생하는 것을 확인하였다.

또한, 본 발명자는 선행문헌 2에 개시된 방법으로도 유리질 탄소 몰드를 제작해 보았으나, 선행문헌 1과 마찬가지로 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액을 가열하여 경화체로 만드는 과정에서 다양한 결함(기포, 크랙) 특히, 경화체 표면에 얼룩이 발생하는 등에 의해 글래스와 동등 수준의 표면 조도 품질을 갖는 유리질 탄소 몰드를 제작할 수 없음을 확인하였다.

특히, 본 발명자는 선행문헌 2에 기재된 바와 같이, 패턴면과 패턴 반대면이 외기에 접촉하는 면적 차이에 의한 휨 발생이 유리질 탄소 몰드의 표면조도에 미치는 영향은 크지 않음을 확인할 수 있었으며, 오히려 그보다는 전술한 바와 같은 전구체와 폴리머 몰드의 수축률 차이에 의한 자연적 이형 현상에 의해 상기 전구체와 폴리머 몰드가 분리되는 경우에 발생하는 상기 전구체 표면의 주름이 유리질 탄소 몰드의 표면조도에 심대한 영향을 미침을 확인할 수 있었다.

또한, 선행문헌 2에 개시된 방법은 액상의 열경화성 수지 혼합액을 사용하는 대신 카본 분말과 고상수지를 사용하였으나, 본 발명자는 카본 분말과 고상수지를 사용하는 경우에는 실제로 유리질 탄소 몰드 제작이 불가능함을 확인할 수 있었다.

삭제

따라서, 본 발명자는 글래스와 동등 수준의 표면 조도 품질을 갖는 유리질 탄소 몰드를 제작하기 위하여 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 연구하던 중, 상기 1차 경화 단계에서 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액을 가열하여 강제분리가 가능한 경화체로 고형화시킨 후 상기 고형화된 경화체를 몰드로부터 강제분리시키면 상기와 같은 문제점 예를 들어, 경화체 표면에 주름이 발생하거나 얼룩이 발생하는 문제를 해결할 수 있게 됨으로써, 본 발명에 이르게 되었다.

이하 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드의 제조방법은, 열경화성 혼합액 주입 단계(S10), 1차 경화 단계(S20), 경화체 강제분리 단계(S30), 2차 경화 단계(S40), 탄화공정 수행 단계(S50)를 포함한다.

상기 열경화성 혼합액 주입 단계(S10)는 경화촉매제가 용해되어 있는 유기용제와 열경화성 수지를 포함하는 액상의 열경화성 수지 혼합액(1)을 마스터 코어 몰드(10)의 내부 공간(12)으로 주입하는 단계이다.

상기 열경화성 수지는 셀룰로오즈, 퓨란 수지, 페놀 수지, 폴리카보디이미드 수지와 같이 중합, 경화, 탄화 공정으로 유리질 탄소를 형성할 수 있는 열경화성 수지를 포함할 수 있다.

상기 촉매경화체는 파라-톨루엔 설폰산 일수화물(p-toluenesulfonic acid monohydrate, CH3C6H4SO3HH2O, PTSA), ZnCl2, 시트르산(citric acid) 등과 같은 산 촉매를 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 경화체는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아, 아민류 등의 염기 촉매를 포함할 수 있다. 상기 촉매경화체는 상기 열경화성 수지 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 0.6 중량부를 포함할 수 있다.

상기 유기용제는 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류, 아세톤 등의 케톤류, 톨루엔 등의 방향족류 등의 용매를 포함할 수 있다.

상기 1차 경화 단계(S20)는 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액(1)이 주입된 마스터 코어 몰드(10)를 가열하여 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액(1)을 마스터 코어 몰드(10)로부터 강제분리가 가능한 경화체(2)로 고형화시키는 단계이고, 상기 경화체 강제분리 단계(S30)는 상기 고형화된 경화체(2)를 마스터 코어 몰드(10)에서 강제분리하는 단계이다.

즉, 본 발명에 있어서 상기 1차 경화 단계(S20)는, 선행문헌 1 및 2에서의 1차 경화 단계가 상온에서 이루어지는 것과 달리, 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액(1)이 주입된 마스터 코어 몰드(10)를 소정 온도로 가열하는 상태로 이루어진다는 점에서 차이가 있다.

그리고 이와 같이 상기 1차 경화 단계(S20)가 소정 온도로 가열하는 상태에서 이루어지는 이유는, 상기 경화체 강제분리 단계(S30)에서 액상의 열경화성 수지 혼합액(1)을 마스터 코어 몰드(10)로부터 강제분리가 가능한 경화체(2)로 고형화시키기 위한 것이다.

이와 같이, 상기 1차 경화 단계(S20)에서 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액(1)이 주입된 마스터 코어 몰드(10)를 가열하여 경화체(2)로 고형화시킨 후, 상기 경화체 강제분리 단계(S20)에서 경화체(2)를 마스터 코어 몰드(10)로부터 강제분리시키면, 분리되지 않고 상호 표면이 접촉해 있는 경화체(2)와 마스터 코어 몰드(10)의 수축률 차이에 의해 경화체(2) 표면에 주름이 발생하는 현상을 개선할 수 있다.

상기 1차 경화 단계(S20)는 상온보다 높은 대략 30 ~ 80℃ 범위에서 이루어질 수 있다.

본 발명자는 선행문헌 1 및 2에 개시된 방법과 같이 상기 1차 경화 단계(S20)가 상온에서 이루어지면, 액상의 열경화성 수지 혼합액(1)을 마스터 코어 몰드(10)로부터 강제분리가 가능한 경화체(2)로 고형화시키는데 많은 시간이 필요할 뿐만 아니라 경화체(2) 표면에 얼룩이 발생하는 문제가 있으며, 반대로 80℃ 이상의 온도로 상기 1차 경화 단계(S20)가 수행되면, 경화체(2) 내부에 기포가 발생하는 문제가 있음을 확인하였으며, 또한 상기 1차 경화 단계(S20)가 상온보다 높은 대략 30 ~ 80℃ 범위에서 이루어지는 경우에 상기와 같은 문제들을 해결할 수 있게 됨에 따라 경화체(2)의 표면조도가 글래스와 동등수준의 표면 조도 품질을 갖는 유리질 탄소 몰드 제작이 가능할 정도의 품질을 가질 수 있음을 확인하였으며, 따라서 상기 1차 경화 단계(S20)에서 액상의 열경화성 수지 혼합액(1)이 주입된 마스터 코어 몰드(10)에 대한 가열은 상온보다 높은 대략 30 ~ 80℃ 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다 할 것이다.

여기서, 상기 경화체(2) 표면에 얼룩이 발생하는 문제는, 상기 1차 경화 단계(S20)가 상온에서 이루어지게 되면 상기 고형화된 경화체(2)를 얻는데 소요되는 공정시간이 길어지게 되고, 상기 공정시간이 길어지게 되면 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액(1)에 포함되어 있던 수분이 상기 혼합액(1)이 고형화되는 과정에서 대기로 바로 증발되지 않고 경화체(2) 표면에 머물렀다가 증발하게 됨에 따라 상기 수분에 포함된 오염물질이 경화체(2) 표면에 잔존하게 되면서 발생하는 문제이며, 상기 경화체(2) 내부에 기포가 발생하는 문제는, 80℃ 이상의 온도에서 1차 경화하게 되면 상기 고형화된 경화체(2)를 얻는데 소요되는 공정시간이 지나치게 짧아져 상기 혼합액(1)이 액상일 때 빠져나오지 못한 수분과 유기용제로 인해 발생하는 문제이다.

또한, 본 발명자는 상온보다 높은 대략 30 ~ 80℃ 범위 중에서도 대략 45 ~ 55℃ 범위에서 상기 1차 경화 단계(S20)가 수행되는 경우에, 경화체(2)의 표면조도 품질이 가장 우수하였음을 확인하였으며, 따라서 상기 1차 경화 단계(S20)는 대략 45 ~ 55℃ 범위에서 이루어지는 것이 더 바람직하다 할 것이다.

여기서, 상온(常溫, ordinary temperature)은 일상생활에서의 보통 온도로서, 우리나라의 경우 여름철에는 대략 30℃, 겨울철에는 대략 15℃를 의미할 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서 상온은 대략 15 ~ 30℃를 의미하는 것으로 정의할 수 있다. 다만, 본 발명은 그에 한정하지 않으며, 가열과 냉각을 가하지 않은 일상생활에서의 보통 온도이면 모두 본 발명에 따른 상온의 범위에 포함될 수 있다.

삭제

경화체(2) 표면에 주름이 발생하는 이유는 경화체(2)와 마스터 코어 몰드(10)가 자연적 이형(delamination)현상으로 분리될 때 국부적으로 이형시간 차이가 발생하고 이형이 이미 발생한 부위와 아직 발생하지 않은 부위 간의 경화공정 속도차이 조건이 형성되어 경화 수축량 차이가 나게 되기 때문이며, 본 발명은 경화체(2)와 마스터 코어 몰드(10)를 자연적 이형 현상에 의해 자연적으로 분리되기 전에 경화체(2)를 마스터 코어 몰드(10)로부터 강제분리시킴으로써, 상기 주름 발생 문제를 해결한 것임은 전술한 바와 같다.

이때, 상기 경화체 강제분리 단계(S30)가 언제 수행되어야 하는지 즉, 경화체(2)를 마스터 코어 몰드(10)로부터 언제 강제분리시킬 것인가가 경화체(2) 표면조도의 품질에 중대한 영향을 끼친다.

삭제

또한, 마스터 코어 몰드(10) 내부 공간(12)은 액상의 열경화성 수지 혼합액(1)이 주입되어 채워지는 공간으로써, 형성하고자 하는 유리질 탄소 몰드의 형상일 수 있다.

또한, 상기 경화체(2)를 마스터 코어 몰드(10)로부터 강제분리시킨다 함은, 선행문헌 1 및 2에서와 같이, 경화체(2)와 마스터 코어 몰드(10)가 자연적 이형 현상에 의해 자연적으로 분리되는 것이 아닌 상태로 분리하는 것으로서, 소정의 힘으로 억지로 분리시키는 것으로 정의할 수 있다. 다만, 본 발명은 강제분리시키기 위해 가해지는 힘의 크기에는 한정하지 않는다.

한편, 상기 2차 경화 단계(S40)는 상기 경화체 강제분리 단계(S30)에서 강제분리된 경화체(3)를 가열하여 상기 강제분리된 경화체(3)의 경도를 증가시키는 단계이고, 상기 탄화공정 수행 단계(S50)는 상기 경도가 증가된 경화체(5)를 탄화가능온도(유기물의 경우 대략 300 ~ 400℃) 이상으로 가열하여 탄화시키는 단계이다.

상기 2차 경화 단계(S40)는 상기 강제분리된 경화체(3)를 탄화시키기 전에 미리 가열하는 단계로서, 상기 강제분리된 경화체(3)를 70 ~ 200℃까지 승온하며 수행될 수 있다.

상기 탄화공정 수행 단계(S50)는 상기 경도가 증가된 경화체(5)를 탄화가능온도 이상으로 대략 1,000℃ ~ 3,000℃까지 승온하며 수행될 수 있다.

이와 같이, 상기 경도가 증가된 경화체(5)가 상기 탄화공정 수행 단계(S50)를 통해 탄화가 이루어지면, 유리질 탄소 금형(6)의 제작이 완료될 수 있다(도 10 참조).

한편, 도 4에서 보이는 바와 같이, 상기 1차 경화 단계(S20)는 대략 30 ~ 80℃까지 쉽게 가열이 가능한 오븐기(7)에서 수행될 수 있으며, 도 10에서 보이는 바와 같이, 상기 탄화공정 수행 단계(S50)는 대략 1,000℃ 이상까지 가열이 가능한 퍼니스(8)에서 수행될 수 있다.

반면, 도 9에서 보이는 바와 같이, 상기 2차 경화 단계(S40)는 상기 1차 경화 단계(S20)가 수행되는 온도와 상기 탄화공정 수행 단계(S50)가 수행되는 온도의 대략 중간 범위의 온도로 가열하는 단계로서, 상기 1차 경화 단계(S20)가 수행되는 오븐기(7)에서도 수행될 수도 있으며, 상기 탄화공정 수행 단계(S50)가 수행되는 퍼니스(8)에서 수행될 수도 있으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다.

예를 들어, 상기 2차 경화 단계(S40)가 오븐기(7)에서 수행되는 경우에는 상기 경도가 증가된 경화체(5)는 상기 2차 경화 단계(S40) 이후 상기 탄화공정 수행 단계(S50)을 위해 퍼니스(8)로 옮겨질 수 있으며, 상기 2차 경화 단계(S40)가 퍼니스(8)에서 수행되는 경우에는 상기 경도가 증가된 경화체(5)는 별도로 다른 곳으로 옮겨질 필요없이 연속해서 상기 탄화공정 수행 단계(S50)가 수행될 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드 제조방법은 상기 경화체 강제분리 단계(S30) 이후, 상기 강제분리된 경화체(3)를 건조시키는 경화체 건조 단계(S60)를 더 포함할 수 있다.

그러면, 상기 강제분리된 경화체(3)에 포함된 수분을 상기 2차 경화 단계(S40)를 수행하기 전에 상기 경화체 건조 단계(S60)를 통해 원활하게 배출시킬 수 있게 됨에 따라, 상기 2차 경화 단계(S40) 수행시 상기 강제분리된 경화체(3) 내부와 외부 간 수축편차 유발인자를 사전에 제거하거나 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 유리질 탄소 몰드 제조방법은 상기 2차 경화 단계(S40) 이후, 상기 경도가 증가된 경화체(5)를 가공하는 경화체 가공 단계(S70)를 더 포함할 수 있다.

상기 경화체 가공 단계(S70)는 상기 탄화가 진행된 유리질 탄소 몰드(6)가 유리와 같은 깨지는 성질로 인해 가공이 쉽지 않다는 점에 착안하여, 상기 유리질 탄소 몰드(6) 형성 전에 즉, 상기 탄화공정 수행 단계(S50) 전에 상기 경도가 증가된 경화체(5)를 원하는 형상으로 가공하기 위한 것이다.

한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 마스터 코어 몰드(10)는 내측에 공간(12)을 형성하기 위한 홀(13)이 형성되는 바디 금형(14), 상기 홀(13)의 일측을 덮는 제1 덮개 금형(15), 상기 홀(13)의 타측을 덮어 상기 공간(12)을 형성하는 제2 덮개 금형(16) 및 상기 제1 덮개 금형(15)과 상기 제2 덮개 금형(16) 중 적어도 어느 하나의 단부에 결합하는 패턴형성부(17)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 바디 금형(14)의 일측에는 상기 공간(12)으로 액상의 열경화성 수지 혼합액(1)을 주입하기 위한 주입구(11)가 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 주입구(11)의 설치 위치에 한정하지 않으며, 상기 주입구(11)는 도면에 도시된 것과 다른 위치에 형성될 수도 있으며, 제1 덮개 금형(15) 또는/및 제2 덮개 금형(16)에 형성될 수도 있으며, 바디 금형(14)과 제1 덮개 금형(15) 사이 또는/및 바디 금형(14)과 제2 덮개 금형(16) 사이에도 형성될 수도 있다.

또한, 상기 패턴형성부(17)은 상기 어느 하나의 단부에 결합하는 결합면(18)의 반대면에 유리질 탄소 몰드(6)에 형성하고자 하는 패턴(19)이 형성될 수 있다.

그러면, 도 5 내지 도 7에서 보이는 바와 같이, 경화체(3)를 마스터 코어 몰드(10)로부터 쉽게 강제분리시킬 수 있으며, 특히 경화체(3)에 전사된 패턴부(9)의 표면을 가장 먼저 마스터 코어 몰드(10)의 표면으로부터 강제분리시키기가 용이하다.

예를 들어, 도 5에서 보이는 바와 같이, 가장 먼저 패턴형성부(17)가 결합된 제1 덮개 금형(15)을 강제분리시킴으로써, 패턴형성부(17)의 패턴(19)이 전사된 경화체(3)의 패턴부(9)를 마스터 코어 몰드(10)의 표면으로부터 가장 먼저 쉽게 강제분리시킬 수 있으며, 이후 도 6 및 도 7에서 보이는 바와 같이, 순차적으로 제2 덮개 금형(16)과 바디 금형(14)을 경화체(3)로부터 쉽게 강제분리시킬 수 있다.

또한, 상기 패턴형성부(17)는 실리콘 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 바디 금형(14), 제1 덮개 금형(15) 및 제2 덮개 금형(16) 실리콘 재질보다 경도가 큰 플라스틱, 금속 등의 재질로 이루어질 수 있다.

그러면, 상기 패턴(19)이 형성된 패턴형성부(17)만을 실리콘 재질로 쉽게 제조할 수 있으며, 나아가 마스터 코어 금형(10) 사용 후에는 패턴형성부(17)만을 제1 덮개 금형(15)에서 분리하여 제거하고, 새로운 패턴형성부(17)를 다시 제1 덮개 금형(17)에 부착 결합시킴으로써, 상기 마스터 코어 금형(10)의 재사용이 가능해질 수 있다.

일반적으로 마스터 코어 몰드(10)는 패턴(19) 형성이 용이한 실리콘 재질로 제작될 뿐만 아니라, 상기 패턴(19)은 재사용시 표면오염이 심화되고 손상이 잘 일어나서 재사용이 어렵다.

따라서, 본 실시 예에 따른 마스터 코어 몰드(10)와 같이, 패턴(19)이 형성된 패턴형성부(17)를 제1 덮개 금형(15)에 결합시켜 사용하면, 사용한 이후에는 새로운 패턴형성부(17)로 교체하여 재사용이 가능해지기 때문에, 비용 절감이 가능하다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마스터 코어 몰드를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 실시 예에 따른 마스터 코어 몰드(20)는 내측에 상기 공간(12)을 형성하기 위한 홈(21)이 형성되는 바디 금형(22), 상기 홈(21)을 덮어 상기 공간(12)을 형성하는 덮개 금형(23), 덮개 금형(23)의 단부에 결합하는 패턴형성부(25)를 포함할 수 있다.

상기 패턴 형성부(25)는 상기 실시 예에서의 패턴형성부(17)와 동일한 구성으로써, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 실시 예에 따른 마스터 코어 몰드(20)는 상기 실시 예에 따른 마스터 코어 몰드(10)와 비교하여 바디 금형(22)에 홀(13)이 아닌 홈(21)이 형성되고, 하나의 덮개 금형(23)으로 이루어진다는 점에서만 차이가 있을 뿐이므로, 본 실시 예에 대한 상세한 설명은 상기 실시 예에서의 상세한 설명을 원용한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 별도의 추가적인 공정 없이도 글래스와 동등수준의 표면 조도 품질을 갖는 유리질 탄소 몰드를 제작할 수 있는 유리질 탄소 몰드의 제조방법에 관한 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

1 : 액상의 열경화성 수지 혼합물
2 : 경화체 3 : 강제분리된 경화체
5 : 경도가 증가된 경화체 6 : 유리질 탄소 몰드
7 : 오븐기 8 : 퍼니스
10, 20 : 마스터 코어 몰드

Claims

유기용제와 열경화성 수지를 포함하는 액상의 열경화성 수지 혼합액을 마스터 코어 몰드의 내부 공간으로 주입하는 열경화성 수지 혼합액 주입 단계;
상기 액상의 열경화성 수지 혼합액이 주입된 상기 마스터 코어 몰드를 가열하여 상기 액상의 열경화성 수지 혼합액을 상기 마스터 코어 몰드로부터 강제분리가 가능한 경화체로 고형화시키는 1차 경화 단계;
상기 경화체를 상기 마스터 코어 몰드에서 강제분리하는 경화체 강제분리 단계;
상기 강제분리된 경화체를 가열하여 상기 강제분리된 경화체의 경도를 증가시키는 2차 경화 단계;
상기 경도가 증가된 경화체를 가열하여 탄화시키는 탄화공정 수행 단계;를 포함하고,
상기 열경화성 수지는 페놀 수지인 것을 특징으로 하는 유리질 탄소 몰드 제조방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 1차 경화 단계는 30 ~ 80℃ 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리질 탄소 몰드 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 1차 경화 단계는 45 ~ 55℃ 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리질 탄소 몰드 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 1차 경화 단계는 30 ~ 80℃ 범위에서 이루어지고,
상기 2차 경화 단계는 상기 강제분리된 경화체를 70 ~ 200℃까지 승온하며 수행되고,
상기 탄화공정 수행 단계는 상기 경도가 증가된 경화체를 1,000℃ ~ 3,000℃까지 승온하며 수행되는 것을 특징으로 하는 유리질 탄소 몰드 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 경화체 강제분리 단계 이후, 상기 강제분리된 경화체를 건조시키는 경화체 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리질 탄소 몰드 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 2차 경화 단계 이후, 상기 경도가 증가된 경화체를 가공하는 경화체 가공 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리질 탄소 몰드 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 마스터 코어 몰드는,
내측에 상기 공간을 형성하기 위한 홀이 형성되는 바디 금형;
상기 홀의 일측을 덮는 제1 덮개 금형;
상기 홀의 타측을 덮어 상기 공간을 형성하는 제2 덮개 금형; 및
상기 제1 덮개 금형과 상기 제2 덮개 금형 중 적어도 어느 하나의 단부에 결합하며, 상기 어느 하나의 단부에 결합하는 결합면의 반대면에 유리질 탄소 몰드에 형성하고자 하는 패턴이 형성된 패턴형성부;를 포함하는 유리질 탄소 몰드 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 마스터 코어 몰드는,
내측에 상기 공간을 형성하기 위한 홈이 형성되는 바디 금형;
상기 홈을 덮어 상기 공간을 형성하는 덮개 금형; 및
상기 덮개 금형의 단부에 결합하며, 상기 덮개 금형의 단부에 결합하는 결합면의 반대면에 유리질 탄소 몰드에 형성하고자 하는 패턴이 형성된 패턴형성부;를 포함하는 유리질 탄소 몰드 제조방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 패턴형성부는 실리콘 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유리질 탄소 몰드 제조방법.