KR102052334B1 - 탄소복합소재부품의 전착도장 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소복합소재부품의 전착도장 방법에 관한 것으로, 샌딩 파우더를 이용하여 탄소복합소재부품의 표면을 샌딩처리하여 표면거칠기를 증가시키는 단계; 표면거칠기가 증가된 탄소복합소재부품의 표면에 팔라듐층을 형성하는 활성화 단계; 활성화 후에 니켈을 화학도금하여 상기 탄소복합소재부품에 전도성을 부여하는 단계; 상기 니켈 화학도금 후 니켈을 전기도금하는 단계; 및 상기 니켈 전기도금 후에 전착 도료를 전착도장하여 전착도장층을 형성 단계를 포함한다.

Description

탄소복합소재부품의 전착도장 방법{Method for electrodeposition painting of carbon-complex component}

본 발명은 탄소복합소재부품의 전착도장 방법에 관한 것이다.

최근 경량화 및 고강도에 대한 이슈가 증가하면서 우주항공, 국방과 같은 특수한 목적에서만 사용되던 탄소복합소재부품은 자동차 및 일반 산업군에서도 실제로 적용하는 사례가 늘어나고 있다. 탄소복합소재부품의 재료로는 탄소섬유에 플라스틱 수지를 복합화한 탄소섬유복합소재가 가장 많이 사용되고 있다.

이러한 탄소복합소재부품은 탄소섬유의 검은색과 주로 쓰이고 있는 플라스틱 수지들의 투명한 색이나 하얀색과 합쳐진 검은색과 하얀색이 주를 이루고 있으며, 이로 인하여 철이나, 플라스틱과 같은 다른 산업용 부품들에 비하여 독특한 색을 가지고 있다. 따라서 탄소복합소재부품이 최종제품에 파트를 구성하기 위해서는 도장이 필요하다.

도장방법 중 분체를 이용한 방법이 많이 사용되지만, 도장면의 불균일 문제 및 낮은 생산성으로 인하여 효율이 떨어지는 단점이 있다.

최근, 전착도장을 통해 탄소복합소재부품을 도장하는 방법이 개발되고 있다. 전착도장을 위해서는 탄소복합소재부품에 전도성을 부여하는 공정이 필요한데, 효율적인 전도성 부여 공정개발이 요구되고 있다.

일본특허공개 제9-12975호(1997년 1월 1일 공개)

본 발명의 목적은 효율적으로 전도성을 부여하는 탄소복합소재부품의 전착도장 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은, 탄소복합소재부품의 전착도장 방법에 있어서, 샌딩 파우더를 이용하여 탄소복합소재부품의 표면을 샌딩처리하여 표면거칠기를 증가시키는 단계; 표면거칠기가 증가된 탄소복합소재부품의 표면에 팔라듐층을 형성하는 활성화 단계; 활성화 후에 니켈을 화학도금하여 상기 탄소복합소재부품에 전도성을 부여하는 단계; 상기 니켈 화학도금 후 니켈을 전기도금하는 단계; 및 상기 니켈 전기도금 후에 전착 도료를 전착도장하여 전착도장층을 형성 단계를 포함하는 것에 의해 달성된다.

상기 탄소복합소재부품은 일방향 직물 탄소섬유와 에폭시 수지로 이루어졌으며, 상기 샌딩 파우더는 세라믹 파우더를 포함할 수 있다.

상기 세라믹 파우더의 경도는 9 내지 12이며, 직경은 5μm 내지 20μm일 수 있다.

상기 샌딩 처리 시간은 3분 내지 7분일 수 있다.

상기 샌딩 처리 후 상기 탄소복합소재부품의 전기전도도는 5×10¹ 내지 20×10¹(S/cm)일 수 있다.

본 발명에 따르면 효율적으로 전도성을 부여하는 탄소복합소재부품의 전착도장 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소복합소재부품의 샌딩 후 표면 사진을 나타낸 것이다.

본 발명은 디자인 성형성이 양호하며, 소재의 경량화, 저렴한 비용으로 필요한 색상을 다양하게 표현할 수 있는 고부가가치의 탄소복합소재부품의 표면처리기술에 관한 것이다.

본 발명은 우수한 기계적 특성을 가지는 탄소복합소재부품에 다양한 색감을 부여하기 위해 탄소복합소재부품 표면에 전착도장을 할 때, 도장면과 탄소복합소재부품의 견착력 및 고른 도장면을 얻기 위해 샌딩하는 방법을 제공한다. 더욱 상세하게는, 복잡한 형상의 탄소복합소재부품 표면에 균일한 도장면을 형성하기 위하여 탄소복합소재부품 표면의 레진층을 고르게 벗겨내는 방법을 제공한다.

탄소복합소재부품은 탄소섬유와 플라스틱 수지를 포함하며, 플라스틱 수지는 에폭시, 불포화폴리에스터 등과 같은 열경화 수지 및 폴리에스터, 폴리프로필렌 등과 같은 열가소성 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

샌딩 물질(샌딩 파우더)은 경도에 따라 알루미나 비드, 지르콘 비드, 실리콘 카바이드 비드, 실리콘 옥사이드 비드 등과 같은 세라믹 물질 및/또는 강철, 아연, 스테인레스 스틸 등과 같은 금속계 물질을 포함할 수 있다.

샌딩 물질의 입자 사이즈는 탄소복합소재부품의 필러인 탄소섬유의 크기 및 배열 상태와 플라스틱 수지의 경도에 따라 결정되며, 이에 한정되지는 않으나, 2μm 내지 100μm 또는 5μm 내지 20μm일 수 있다.

샌딩 시간은 플라스틱 수지의 경도 및 두께와 샌딩 물질의 경도와 입자 크기에 따라 결정되며, 이에 한정되지 않으나, 1분 내지 30분 또는 3분 내지 7분 동안 샌딩할 수 있다.

표면샌딩된 탄소복합소재부품은, 표면 샌딩 조건에 따라 2×10¹ 내지 20×10¹(S/cm) 또는 5×10¹ 내지 20×10¹(S/cm)의 전기 전도도를 가질 수 있다.

본 발명에서는 탄소복합소재부품의 표면을 알루미나 파우더 등과 같은 샌딩용 파우더를 이용하여 표면을 샌딩한다. 구체적으로는 적정한 경도 및 크기를 결정하여 샌딩을 수행하여, 적절한 샌딩면을 형성하고, 샌딩에 따른 탄소복합소재부품의 표면 형상변화를 통해 탄소복합소재부품의 표면전도성을 확보하는 동시에 전착도장 층과의 견착력을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서는 탄소복합소재부품에 사용된 수지의 경도를 고려하고 탄소섬유의 직경을 고려하여 샌딩 물질(샌딩 파우더)의 경도와 크기를 결정하여 최적의 샌딩 조건을 도출한다.

기존의 샌딩 방법은 샌드페이퍼를 이용한 2차원으로 샌딩을 하거나 단순하게 한 가지 종류의 파우더를 이용한 3차원 샌딩을 하는 방법인 반면, 본 발명은 탄소복합소재부품에 적합한 샌딩파우더 및 샌딩파우더의 크기 그리고 샌딩 시간을 결정하여 탄소복합소재부품의 표면의 플라스틱 수지층만 제거함으로써, 기존의 기술이 갖지 못한 탄소복합소재부품의 표면 전도성 및 견착력 효과를 부여한다.

이하 본 발명에 따른 탄소복합소재부품의 전착도장방법을 설명한다.

전착도장은 크게 화학 도금 공정, 전기 도금 공정 및 전착 도장 공정으로 나누어진다.

화학 도금 공정의 탈지 단계에서는 탄소복합소재부품의 플라스틱 표면을 친수성화시키며, 오염물 제거, 지문 제거, 유지 제거 및 변형 표면 제거를 통해 균일한 에칭 효과를 증대시킨다.

표면거칠기 증가 단계는 이상 설명한 샌딩 방법으로 실시된다.

표면거칠기 증가는 탄소복합소재부품 표면을 거치게 만들어 니켈 도금 시 계면박리를 최소화하기 위한 공정이다.

활성화단계는 샌딩 후에 생성된 홀에 팔라듐과 주석을 침투, 흡착시킨다. 활성화단계에서는 이후 팔라듐을 감싸고 있는 주석을 제거하여 제품 표면에 팔라듐만 남게 하여 화학도금 시 반응 핵으로 작용 시키게 한다. 팔라듐은 홀 및 거칠어진 표면의 골을 중심으로 형성되고 탄소복합소재부품 전체 표면을 덮지는 않는다.

활성화는 팔라듐 기존 농도 30~50ppm 보다 높은 60~80ppm 으로 수행하며, 높은 팔라듐 함량은 다음 공정인 화학니켈공정의 활성화에 도움이 된다.

이후에 수행되는 화학도금의 목적은 탄소복합소재부품 표면을 도체화시켜 다음의 전기도금을 가능케 하는 것이다. 화학도금에서는 탄소복합소재부품 표면에 니켈을 형성시키며 화학도금니켈층의 두께는 1μm 이하로, 0.01μm 내지 1μm 또는 0.05μm 내지 1μm일 수 있다.

화학니켈은 팔라듐 핵을 중심으로 반응이 시작되어 각각의 핵에서 형성된 니켈 도금입자가 점점 클러스터를 형성하여 각각의 클러스터가 이어지면서 니켈도금 레이어를 형성한다.

전기도금에서는 화학도금니켈층 상에 전기도금니켈층을 형성하며, 전기도금니켈층은 무광택 니켈층(satin 니켈층)일 수 있다. 전기도금니켈층은 내식성 강화 역할을 한다.

이상 설명한 본 발명에서의 화학도금에서는 화학도금 이후에 치환동 형성 단계가 생략된다. 또한, 전기 도금에서는 니켈 전기도금 전에 동도금이 생략되고 니켈 전기도금 후에 크롬 도금이 생략된다.

이상의 본 발명에서는 유산동 공정을 생략하고 니켈을 단독 처리하여 자연 메탈 질감을 구현한다.

또한, 니켈 처리시 밀착성 강화를 위해 활성화, 화학니켈의 처리를 강화하였다.

무전해 도금되는 니켈의 입자의 크기에 따라 반사정도의 차이로 무광 유광이 결정되며, 니켈 도금 조건으로 제어할 수 있다. 무광니켈은 표면 난반사로 무광 효과를 나타내며, 무광니켈 첨가제에 따라 광택, 반광 및 무광 등 다양한 광택 구현이 가능하다.

이후 탄소복합소재부품에 고부가가치의 고급스러운 표면 선형성을 구현하기 위하여 전착도장 공정을 행한다.

전착도장 공정은 피도물 및 도료에 양극과 음극 전류를 흘려 이온입자가 이동하는 현상을 이용한 것이다. 전착도장 공정은 피도물과 그 대극을 도료로 사용하여 직류전류를 통하게 하여 피도물 표면에 전기적으로 도막을 형성하게 하는 도장 방법이다.

전착단계는 수용성 도료에 피도물을 침적시키고, 피도물과 그 대극 사이에 직류전류를 통하여 피도물 표면에 전기적으로 도막을 석출시킨다.

이후 여액단계, 후처리단계 등을 거친 후 건조를 수행한다.

여액단계는 전착도장에서 발생되는 잔류도료를 회수하여, 폐기처분에 의한 도료 비용 증가 문제를 해결하기 위한 단계이다. 특히 대용량 설비에서의 원가절감 효과가 크다.

후처리단계는 제품의 표면안정화를 위하여 부여되는 구역이다.

건조단계는　상온 내지 140℃ 이하에서의 공정으로 제품에 내식성, 경도가 부여한다. 특히 본 발명에서는 저온소부형 전착 도료를 사용하여, 저온에서의 건조가 가능하다. 저온소부형 전착 도료를 사용하여 건조는 상온 ~ 140℃ 이하 수행될 수 있다.

본 발명에 따르면, 탄소복합소재부품의 표면샌딩을 통하여 탄소복합소재부품의 플라스틱 수지층을 제거하여 표면 전도성을 확보할 수 있고, 탄소복합소재부품 표면과 전착도장층과의 계면결합력을 증가시켜 박리 현상을 저감시킬 수 있다.

또한, 전도성을 더 높이기 위한 금속 도금 공정 시에도 일정한 두께의 도금층의 확보가 용이하고, 최종 제조되는 금속층과 탄소복합소재부품의 계면결합력을 증가 시킬 수 있다.

이하 실험예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

일방향 직물 탄소섬유와 에폭시 수지로 제작한 탄소복합소재부품을 샌딩하였다. 탄소복합소재부품의 두께는 2mm였다.

샌딩은 경도 9 내지 12이고 직경이 7 내지 10um인 세라믹 파우더를 사용하여 수행하였다.

샌딩시간에 따른 전기전도도를 측정하였으며, 그 결과는 표 1과 같다.

샌딩 시간	전기전도도(S/cm)
미처리	-
1분	5.5 x 101
2분	6.3 x 101
5분	9.6 x 101
10분	-

실험결과를 보면 미처리 및 10분 샌딩 시에는 전기전도도가 확인되지 않았으며, 1분에서 5분 사이에는 전기전도도가 계속 증가하고 있다.

본 발명에 속하는 기술 분야에 통상적인 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상기 설명적인 관점에서 그와 동등한 범위 내에 있는 내용을 본 발명에 포한된 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

1. 탄소복합소재부품의 전착도장 방법에 있어서,
   샌딩 파우더를 이용하여 탄소복합소재부품의 표면을 샌딩처리하여 표면거칠기를 증가시키는 단계;
   표면거칠기가 증가된 탄소복합소재부품의 표면에 팔라듐층을 형성하는 활성화 단계;
   활성화 후에 니켈을 화학도금하여 상기 탄소복합소재부품에 전도성을 부여하는 단계;
   상기 니켈 화학도금 후 니켈을 전기도금하는 단계; 및
   상기 니켈 전기도금 후에 전착 도료를 전착도장하여 전착도장층을 형성 단계를 포함하며,
   상기 탄소복합소재부품은 일방향 직물 탄소섬유와 에폭시 수지로 이루어졌으며,
   상기 샌딩 파우더는 세라믹 파우더를 포함하며,
   상기 세라믹 파우더의 경도는 9 내지 12이며, 직경은 5μm 내지 20μm이며,
   상기 샌딩 처리 시간은 3분 내지 7분이며,
   상기 샌딩 처리 후 상기 탄소복합소재부품의 전기전도도는 5×10¹ 내지 20×10¹(S/cm)이며,
   상기 활성화 단계에서의 팔라듐 농도는 60 내지 80ppm이고,
   상기 니켈 화학도금에 의해 생성되는 화학도금니켈층의 두께는 0.01μm 내지 1μm인 전착도장방법.
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