KR102179891B1 - 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드(1, 7)에 관한 것으로서, 상기 프레스 패드는
- 실 또는 섬유로 형성된 섬유포(2, 8)와,
- 실리콘 고무의 가교에 의해 제조되는 실리콘 엘라스토머 및/또는 실리콘 고무와 불소 실리콘 고무의 가교에 의해 제조되는 공중합체 및/또는 실리콘 고무와 불소 고무의 가교에 의해 제조되는 공중합체를 포함한다.
품질 결함을 제거하여, 전자 산업용 인쇄회로기판의 제조 시 고순도 요건에 부응하도록 하기 위해, 실리콘 엘라스토머 및/또는 공중합체를 부가 경화하는 방법을 제안한다.

Description

1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드{PRESS PAD FOR A SINGLE OR MULTI LEVEL HEATING PRESS}
본 발명은 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드에 관한 것으로서, 프레스 패드는
- 실 또는 섬유로 형성된 섬유포와,
- 실리콘 고무의 가교에 의해 제조되는 실리콘 엘라스토머 및/또는 실리콘 고무와 불소 실리콘 고무의 가교에 의해 제조되는 공중합체 및/또는 실리콘 고무와 불소 고무의 가교에 의해 제조되는 공중합체를 포함한다.
이와 같은 종류의 프레스 패드는 재냉각 장치를 포함하거나 포함하지 않는 유압식 1단/다단 히팅 프레스에 사용된다. 이와 같은 프레스 장치는 열경화성 또는 열가소성 플라스틱을 포함하는 목재 보드의 코팅에 이용된다.
가열판과 누름판 사이에 배치된 프레스 패드의 기능은 프레스 성형품 전체에 걸쳐 균일한 압력 하중을 달성하는 데 있어 매우 중요하다. 그와 같은 프레스 패드가 없으면 프레스에서 경우에 따라 차후에 변형이 발생할 수 있고, 제조 공차로 인해 압축물의 두께 공차가 생길 수도 있다. 프레스 패드는 이런 이유로 충분한 탄성, 즉 유연성을 가져야, 가압 공정에서 상기 두께 공차가 보상될 수 있다. 더 나아가서, 프레스 패드는 압력 경감 이후 우수한 복원 특성을 가져야 하는데, 이는 프레스 패드의 빈번한 교체를 방지하기 위해 프레스 패드가 가능한 한 많은 가압 사이클을 견뎌내야 하기 때문이다. 프레스 패드의 또 다른 중요한 특성 중 하나는 내열성 및 열전도성이며, 이와 관련하여 1단 쇼트 사이클 프레스(short cycle press)를 위한 통상의 프레스 파라미터들은 200℃ 내지 220℃의 온도와, 250N/㎠ 내지 500N/㎠의 압착력과, 15s 내지 25s의 가압 시간을 포함한다. 고압 히팅 프레스의 경우 심지어 1000N/㎠ 이하의 압력에 도달할 수 있으며, 이때 온도는 180℃까지 상승하고 가압 시간은 2시간까지 가능하다.
그와 같은 종류의 프레스 패드의 경우, 엘라스토머 사와 금속사를 포함하는 직물의 형태로 형성되는 것이 일반적이다. 금속사는 가열판으로부터 누름판으로의 열전달에 이용된다. 따라서, 우수한 프레스 패드 특성을 달성하기 위해, 엘라스토머 사는 우수한 복원값뿐만 아니라 내열성도 가져야 한다.
DE 100 32 253 A1호에는 고압 애플리케이션용 프레스 패드가 기술되어 있으며, 이 프레스 패드는 내열성 패드 재료, 예컨대 메타계 방향족 폴리아미드 섬유로 형성된다. 내열성 섬유들이 니들링을 통해 서로 엮이며, 그로 인해 펠트 형태의 탄성 재료가 얻어진다. 이와 같은 종류의 프레스 패드의 열전도성을 개선하기 위해, EP 1 462 233 A1호에서는 메타계 방향족 폴리아미드 섬유에 더하여 더 우수한 열전도성을 갖는, 예컨대 폴리벤자졸로 형성된 섬유가 추가로 결합된다.
마찬가지로 종래 기술에 공지되어 있는 내화학성의 프레스 패드는 EP 0 735 949 B1호에 근거한다. 그와 유사하게 직조된 프레스 패드가 예컨대 EP 1 300 235 B1, EP 1 136 248 A1 또는 DE 20 2012 005 265 U1호에도 공지되어 있다. 이러한 종래 프레스 패드의 내열성 중합체 재료는 예컨대 실리콘 엘라스토머, 불소 엘라스토머 및/또는 실리콘-불소 엘라스토머이다. 중합체 재료는, 예컨대 금속 와이어나 금속 스트랜드로서, 또는 중합체 필라멘트로도 구현될 수 있는 코어 필라멘트 둘레에 외피층의 형태로 놓인다. 코어 필라멘트는, 직물 내에서 필라멘트를 예컨대 씨실로서 사용할 수 있도록 하기 위해 필요한 강도를 상기 필라멘트에 세로 방향으로 부여하는 반면, 엘라스토머 재료로 형성되는 필라멘트 외피는 상기 유형의 프레스 패드에 필요한 탄성 및 탄력을 각각 필라멘트 종축에 대해 횡방향으로 야기한다. 이러한 엘라스토머 재료는 압출 공정 중에 코어 필라멘트 위에 전면적으로 밀착 도포된다. 이때, 표면은 평탄하며, 필라멘트 외피의 윤곽 횡단면은 실질적으로 원형이다.
실리콘 고무와 공중합체의 가교 상태가 매우 우수하고, 이러한 종류의 프레스 패드가 250℃까지의 고온 범위에서 사용될 수 있을지라도, 이런 프레스 패드는 특히 전기 산업에서, 예컨대 동 클래드 적층판(CCL, Copper Clad Laminate)에 사용되는 단일층 또는 다중층 플라스틱판을 제조하기에 부적합하다. 더욱이, 고압 프레스 장치에서 전기 산업용 인쇄회로기판, 전기 산업용 절연판, 가요성 PCB 재료, IC 카드 재료 및 단일층 또는 다중층의 모든 플라스틱 판을 제조하기 위한 모재를 전술한 프레스 장치에서는 제조할 수 없다. 이런 종류의 프레스 패드들은 고압 프레스에서 제조 공정 동안 인쇄회로기판의 품질 결함을 유발한다. 그 때문에 완성 제품의 고순도 요건이 충족되지 못할 수 있다.
본 발명의 과제는, 품질 결함이 제거됨으로써 전기 산업용 인쇄회로기판의 제조 시 고순도 요건에 부응하는 프레스 패드를 제공하는 것이다.
도입부에서 언급한 유형의 프레스 패드를 전제로 하는 상기 과제는 본 발명에 따라, 실리콘 엘라스토머 및/또는 공중합체가 부가 경화됨으로써 해결된다. 여기에서 그리고 하기에서 언급되는 "공중합체"는 항상 실리콘 고무와 불소 실리콘 고무로 이루어지는 공중합체 및/또는 실리콘 고무와 불소 고무로 이루어지는 공중합체를 의미한다.
실리콘 또는 이의 공중합체로 이루어지는 기존의 프레스 패드 재료들은 과산화물로 가교 결합하여 제조되었다. 취약성이 덜함으로써 신뢰성 있는 가교를 유도하는 이러한 방법은 완전히 촉매 없이 수행될 수 있다. 이때, 먼저 과산화물 분해를 통해 자유 라디칼이 생성되고, 이는 다시 실리콘 고무 내에서 가교 반응을 일으킨다. 또한, 내열성이 이와 같은 방식의 가교 결합 시 매우 우수하므로, 종래의 프레스 패드는 250℃ 이하의 온도 범위에서 사용될 수 있다.
그러나 이미 언급한 것처럼, 종래 기술에 이미 공지되어 있는 프레스 패드들은 인쇄회로기판의 제조 중에 상당한 품질 결함을 야기한다. 상기 인쇄회로기판에서는 언제나 침전이 발견되었고, 이러한 침전은 전자 장치나 회로에서 잘못된 전기 전도를 발생시키는 오염을 초래한다. 그러나 이와 같은 오염은 인쇄회로기판으로부터 용이하게 제거될 수 없다. 과산화물 가교된 프레스 패드에 존재하는 과산화물의 분해 생성물의 가스 배출에 의해 침전이 발생하는 점이 밝혀졌다. 공정 말미에서 압착물을 다시 실온으로 냉각하는 재냉각 장치를 포함하는 히팅 프레스에서, 이러한 가스 배출은 응축을 통해 압착물에 침전을 야기한다.
이와 같은 문제는 부가 경화에 의해 제거될 수 있음을 확인할 수 있었는데, 강한 가열에서도 프레스 패드의 가스 배출이 발생하지 않기 때문이다. 그 결과, 압착물에서 그러한 가스 배출의 축합 생성물도 발생할 수 없다. 또한, 악취 및 이와 관련된 건강상 위험 역시 방지된다. 그 결과, 품질 결함이 제거될 수 있고, 가교 결합 동안에도 그리고 히팅 프레스서의 적용 시에도 순도 요건이 충족될 수 있다. 부가 경화의 또 다른 장점으로서, 부가 경화된 프레스 패드는 훨씬 더 높은 온도 저항성을 가지며, 추후 적용 시에도 동적인 지속 하중이 더 작고, 수축 거동이 더 적다. 그러므로 프레스 장치에서 두께 공차가 효과적으로 그리고 지속적으로 보상될 수 있다.
부가 경화 시, 실리콘 중합체 내 비닐기와, Si-H기를 가진 가교제가 사용된다. 다시 말하면, 가교 결합은 이중 결합들을 갖는 중합체들과 Si-H기의 결합에 기반한다. 이와 같은 종류의 경화를 위해 촉매가 필요하다. 촉매로서 염 또는 백금 착화합물이 사용될 수 있으며, 그외에도 팔라디움 화합물 또는 로듐 화합물도 고려된다. 부가 경화는 과산화물에 의해 활성화된 가교 결합보다 훨씬 더 빠르게 진행된다.
다우코닝사(Dow Corning Corporation)의 기술 자료 "Peroxide or Platinum? Cure System Considerations for Silicone Tubing Applications"(Regina M, Malcezewski, Donald A. Jahn 및 William J.Schoenherr 공저)에는, 의료 분야에서 튜브에 사용되는, 부가 경화 실리콘 중합체 및 과산화물 경화 실리콘 중합체의 이용이 기술되어 있다. 상기 기술 자료에는 상기 두 유형의 경화에 대한 장점뿐만 아니라 단점들도 기술되어 있다. 따라서 의료 분야에서는 필요에 따라 두 가지 경화 버전 중 어느 것이 이용될지가 고려되어야 한다.
일반적으로 본 발명에 따른 프레스 패드는 하나의 섬유포으로 형성되며, 상기 섬유포는 직물 또는 편물이다. 이러한 구조로 인해, 기하구조 및 섬유 구조를 통해 우수한 변형성 및 그와 더불어 우수한 패드 특성이 나타난다.
이는 특히, 실리콘 엘라스토머 및/또는 중합체가 프레스 패드 내에서 연결층의 형태로 또는 직물의 실, 특히 날실 및/또는 씨실 안에 포함되어 존재할 때 구현된다.
프레스 패드의 한 유리한 실시예에서, 섬유포의 실들은 단일 필라멘트 또는 멀티 필라멘트 금속사로 형성되거나 단일 필라멘트 또는 멀티 필라멘트의 내열 플라스틱 필라멘트로 형성되는 코어와, 실리콘 엘라스토머 또는 공중합체로 형성된 외피를 포함한다. 엘라스토머 사의 제조는 일반적으로 압출기에서 이루어지며, 이때 실들은 종축 방향의 안정화를 위해 코어 필라멘트를 구비한다. 이러한 안정화를 통해, 실들을 섬유포으로 가공하는 점이 용이해지거나 가능해진다. 또한, 종방향으로 높은 인장 강도로 인해 실들이 종축에 대해 횡방향으로 높은 탄성을 가질 수 있다. 따라서 패드 특성들이 추가로 개선된다.
섬유포의 실들이 이들의 외피 표면에 단일 필라멘트 또는 멀티 필라멘트 금속사를 포함하고, 이들 금속사가 바람직하게 적어도 부분적으로 실리콘 엘라스토머 또는 공중합체 내에 매립되어 힘을 전달하는 방식으로 실리콘 엘라스토머 또는 공중합체와 결합되는 것이 특히 유리하다. 이때, 엘라스토머와 금속사 사이의 결합은 한편으로는 접착제에 의해 달성될 수 있거나, 다른 한편으로는 엘라스토머 내에 금속사를 매립하는 방식으로 달성될 수 있으므로, 상기 두 경우 모두, 예컨대 직조 기술적 가공 중에, 금속사가 엘라스토머로부터 의도치 않게 분리되지 않는다. 금속사의 역할은 가열판과 누름판 사이의 우수한 열전달이 달성되도록 하는 것이다.
열전달력을 높이기 위해, 실리콘 엘라스토머 및/또는 공중합체는 금속 성분을, 특히 실리콘 엘라스토머 내 또는 공중합체 내에 균일하게 분포된 금속 분말, 바람직하게는 구리 분말, 알루미늄 분말 또는 청동 분말의 형태로, 함유할 수 있다. 그러나 첨가제는 일정량을 초과하지 않아야 하는데, 그렇지 않으면 실리콘 엘라스토머 및/또는 공중합체의 탄성 및 가요성이 너무 악화될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 프레스 패드의 한 바람직한 실시예에 따라 섬유포는, 하나의 실 시스템 내에는 실리콘 엘라스토머 및/또는 공중합체를 함유하는 실들을 포함하고, 또 다른 실 시스템 내에는 단일 필라멘트 또는 멀티 필라멘트 금속사들, 특히 구리사 또는 황동사를 포함한다. 상기 두 실 시스템의 직조 기술적 결합을 이용하여, 실리콘 엘라스토머 및/또는 공중합체에 의한 패드 특성뿐만 아니라, 가열판과 누름판 사이의 우수한 열전도성도 제공될 수 있다.
프레스 패드의 한 유리한 실시예에서, 프레스 패드는 일측 표면에 또는 서로 마주보는 양측 표면에 바람직하게는 코팅 또는 필름 형태의 전면 커버가 구비되며, 이때 커버의 마찰 계수는 바람직하게 0.01 내지 0.5 사이이다. 이 경우, 커버를 위한 재료로서 PTFE가 선택될 수 있다. 이런 종류의 커버는 주로 소위 고압 패드, 예컨대 전자 인쇄회로기판을 제조하기 위한 프레스 패드에서 사용된다. 추가적인 표면 코팅을 통해 프레스 패드와 가열판 및/또는 누름판의 접착이 억제되어 프레스 패드의 수명이 더 길어질 수 있다. 이는 특히 (고압) 다단 히팅 프레스에서 유리한 데, 그 이유는 이런 경우 고압에서의 가압 시간이 매우 길어지기 때문이다. 고압 하에서 프레스 장치의 가열과 냉각을 통해, 상호 간의 중간에 놓인 패드에 작용하는 가열판과 누름판의 길이방향 확장 또는 길이방향 수축이 발생한다. 그러므로, 마찰 계수가 작도록 패드의 표면 처리가 실시됨으로써 프레스 패드의 수명이 증가하고, 나아가 프레스 패드 재료의 마모 발생, 즉 입자 발생이 억제되는 점이 중요하며, 이는 인쇄회로기판의 제조 시 준수되어야 하는 클린룸 조건과 관련하여 의미가 있다.
유리하게는 커버가 접착제에 의해, 바람직하게는 전면 접착제 층에 의해 나머지 프레스 패드와 견고하게 결합되어야 하며, 이런 접착제 또는 접착제 층은 내열성을 갖는다. 본 출원과 관련하여 "내열성을 갖는다"는 용어는 적어도 170℃이하, 바람직하게는 180℃, 더 바람직하게는 200℃이하의 내열성을 의미한다.
끝으로, 본 발명과 관련하여 프레스 패드는 유리하게는 재냉각 기능을 보유한 히팅 프레스에서 사용된다. 이런 종류의 히팅 프레스는 바람직하게 인쇄회로기판 제조 분야에서 사용되며, 인쇄회로기판은 다시 전기 산업 또는 전자 산업에서 사용된다. 부가 경화형 프레스 패드에 의해 가스 배출이 발생하지 않기 때문에, 인쇄회로기판상에서 침전이 억제된다. 전술한 매우 민감한 부품들에서 침전은 손상 및 기능 장애를 일으킬 수 있기 때문에 용인될 수 없다.
하기에서, 도면들에 도시되어 있는 2가지 실시예를 참고하여 전술한 본 발명을 상술한다.
도 1은 1단 쇼트 사이클 프레스용 프레스 패드의 횡단면도이다.
도 2는 다단 고압 프레스용 프레스 패드의 횡단면도이다.
도 1에 도시되어 있는, 본 발명에 따른 프레스 패드(1)의 실시예는 씨실(3)과 날실(4)을 갖는 섬유포(2)를 포함한다. 씨실(3)은 부가 경화 실리콘 엘라스토머의 필라멘트 외피(5)와 코어 필라멘트(6)로 이루어지며, 코어 필라멘트(6)는 예컨대 구리 필라멘트 다발로 이루어질 수 있다. 코어 필라멘트(6)의 역할은, 첫째로 필라멘트들의 직조 가공이 가능하게 하고, 두 번째로 필라멘트 내에 존재하는 엘라스토머의 높은 탄성이 상기 필라멘트의 종축에 대해 횡방향으로 구현될 수 있도록 하는 것이다. 이런 경우 코어 필라멘트(6)는 종방향으로 안정성을 제공한다. 실리콘 엘라스토머의 필라멘트 외피(5)에 대해 수직 방향으로 황동으로 형성된 날실들(4)이 연장되며, 이들 날실은 열전달의 향상에 기여한다.
도 2에는 프레스 패드(7)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 프레스 패드는 섬유포(8)와 커버(9)로 이루어진다. 섬유포(8)는 씨실(10)과 날실(11)로 이루어진다. 씨실(10)은 방향족 폴리아미드(
Figure 112014004684113-pat00001
) 소재의 내열성 섬유 필라멘트들로 형성된 코어 필라멘트(12)와 부가 경화 실리콘 엘라스토머 소재의 필라멘트 외피(13)를 포함한다. 날실(11)은 멀티 필라멘트이며, 이 경우 금속으로 형성되지 않고 오히려 방향족 폴리아미드(
Figure 112014004684113-pat00002
)로 형성된다. 커버(9)는 섬유포(8)의 서로 마주보는 측면들에 위치한다. 커버(9)는 예컨대 마찰 계수가 작은 PTFE 필름으로 형성된다. 프레스 패드(7)의 직조된 "기본 구조물"에 커버(9)를 고정하기 위해, 내열성 접착제가 특히 전면에 도포된 접착제 층(14)의 형태로 사용된다.
1 프레스 패드
2 섬유포
3 씨실
4 날실
5 필라멘트 외피
6 코어 필라멘트
7 프레스 패드
8 섬유포
9 커버
10 씨실
11 날실
12 코어 필라멘트
13 필라멘트 외피
14 접착제

Claims (10)

  1. 실 또는 섬유로 형성된 섬유포(2, 8)과,
    실리콘 고무의 가교에 의해 제조되는 실리콘 엘라스토머, 실리콘 고무와 불소 실리콘 고무의 가교에 의해 제조되는 공중합체 및 실리콘 고무와 불소 고무의 가교에 의해 제조되는 공중합체 중 적어도 하나를 포함하는, 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드(1, 7)에 있어서,
    실리콘 엘라스토머 및/또는 공중합체는 부가 경화되고,
    부가 경화시에 실리콘 중합체 내 비닐기, Si-H기를 가진 가교제, 및 백금, 팔라디움 또는 로듐 촉매가 사용되는 것을 특징으로 하는, 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드(1, 7).
  2. 제1항에 있어서, 섬유포(2, 8)는 직물 또는 편물인 것을 특징으로 하는, 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드(1, 7).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실리콘 엘라스토머 및/또는 공중합체는 프레스 패드(1, 7) 내에 연결층의 형태로 제공되거나, 실의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는, 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드(1, 7).
  4. 제3항에 있어서, 섬유포(2, 8)의 실들은,
    - 단일 필라멘트 또는 멀티 필라멘트 금속사로 형성되거나, 단일 필라멘트 또는 멀티 필라멘트의 내열성 플라스틱 필라멘트로 형성된 코어(6, 12)와,
    - 실리콘 엘라스토머 또는 공중합체로 형성된 외피(5, 13)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드(1, 7).
  5. 제3항에 있어서, 섬유포(2, 8)의 실들은 이들의 외피 표면에 단일 필라멘트 또는 멀티 필라멘트 금속사들(4, 11)을 포함하며, 상기 금속사들은 적어도 부분적으로 실리콘 엘라스토머 내에 또는 공중합체 내에 매립되어 힘을 전달하는 방식으로 실리콘 엘라스토머 또는 공중합체와 결합되는 것을 특징으로 하는, 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드(1, 7).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실리콘 엘라스토머 또는 공중합체는 실리콘 엘라스토머 내에 또는 공중합체 내에 균일하게 분포된 금속 분말 형태의 금속 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는, 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드(1, 7).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유포(2, 8)는 직물이며, 상기 직물은 하나의 실 시스템 내에 실리콘 엘라스토머 또는 공중합체를 함유한 실들을 포함하고, 또 다른 실 시스템 내에 단일 필라멘트 또는 멀티 필라멘트 금속사들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드(1, 7).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프레스 패드는 일측 표면에 또는 마주하는 양측 표면에 코팅 또는 필름 형태의 전면 커버(9)가 구비되며, 이 커버의 마찰 계수는 0.01 내지 0.5 사이인 것을 특징으로 하는, 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드(7).
  9. 제8항에 있어서, 커버(9)는 접착제(14)를 이용하여 나머지 프레스 패드(7)와 견고하게 결합되며, 상기 접착제(14)는 내열성인 것을 특징으로 하는, 1단 또는 다단 히팅 프레스용 프레스 패드(7).
  10. 제1항 또는 제2항에 따른 프레스 패드(1, 7)의 사용 방법에 있어서, 상기 프레스 패드는 재냉각 기능을 보유한 히팅 프레스에서 사용되며, 상기 히팅 프레스는 전기 산업 및 전자 산업용의 인쇄회로기판의 제조에 사용되는 것을 특징으로 하는, 프레스 패드(1, 7)의 사용 방법.
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