KR102391712B1 - Gas storage tank having enhanced bonding property and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료 전지용 수소 등을 저장하는 가스 저장탱크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 용기본체(10)와, 상기 용기본체(10)의 말단에 설치된 금속재 보스(20)를 포함하고, 상기 용기본체(10)는 플라스틱 소재로 이루어진 플라스틱재 라이너(12)를 포함하되, 상기 플라스틱재 라이너(12)와 금속재 보스(20)의 접촉면에는 접합막(15)이 형성된 가스 저장탱크 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 접합막(15)은 금속재 보스(20)의 표면이 양극 산화되어 형성된 산화 피막; 및 상기 산화 피막과 플라스틱재 라이너(12)의 사이에 형성된 황화합물 피막을 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 접합막(15)에 의해 플라스틱재 라이너(12)와 금속재 보스(20) 간의 접촉면에서 우수한 접합성 및 기밀성 등을 갖는다. The present invention relates to a gas storage tank for storing hydrogen for fuel cells and a method for manufacturing the same, comprising a container body (10) and a metal boss (20) installed at the end of the container body (10), the container body (10) provides a gas storage tank including a plastic liner 12 made of a plastic material, wherein a bonding film 15 is formed on the contact surface of the plastic material liner 12 and the metal boss 20, and a method for manufacturing the same do. According to an embodiment of the present invention, the bonding film 15 may include an oxide film formed by anodizing the surface of the metal boss 20; and a sulfur compound film formed between the oxide film and the plastic liner 12 . According to the present invention, the bonding film 15 has excellent bonding properties and airtightness at the contact surface between the plastic material liner 12 and the metal material boss 20 .
Description
본 발명은 연료 전지용 수소(H2) 등을 저장하는 가스 저장탱크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 하나의 실시형태에 따라서 가스 저장탱크를 구성하는 플라스틱재 라이너(Liner)와 금속재 보스(Boss) 간의 접촉면에서 적어도 접합성 및 기밀성 등이 우수한 가스 저장탱크 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a gas storage tank for storing hydrogen (H 2 ), etc. for fuel cells and a method for manufacturing the same, and according to an embodiment, between a plastic material liner and a metal material boss constituting the gas storage tank It relates to a gas storage tank having excellent at least bonding properties and airtightness at a contact surface, and a method for manufacturing the same.
연료 전지 차량이나 천연 가스 차량 등에는 기체 상태의 연료를 고압으로 압축하여 저장한 가스 저장탱크(고압용기)가 탑재된다. 예를 들어, 연료 전지 차량에는 스택의 연료로서 사용되는 고압의 수소(H2) 가스가 저장된 수소 저장탱크가 1개 또는 2개 이상 탑재되어 있다. A gas storage tank (high-pressure vessel) is mounted on a fuel cell vehicle or a natural gas vehicle by compressing and storing gaseous fuel at a high pressure. For example, a fuel cell vehicle is equipped with one or two or more hydrogen storage tanks in which high-pressure hydrogen (H 2 ) gas used as a fuel of the stack is stored.
도 1은 종래 기술에 따른 가스 저장탱크를 보인 것이다. 도 1을 참고하면, 일반적으로 가스 저장탱크는 수소 등을 저장하는 내부의 라이너(Liner)(1)와, 상기 라이너(1) 상에 형성된 외부의 복합재층(2)과, 상기 라이너(1)에 접합된 보스(Boss)(3)를 포함한다. 대부분의 경우, 상기 라이너(1)는 플라스틱 소재로 이루어지며, 상기 복합재층(2)은 탄소 섬유와 바인더 수지(에폭시 수지 등)를 포함하는 탄소 섬유 복합재가 라이너(1)의 표면에 피복되어 형성된다. 또한, 상기 보스(3)는 금속재로 구성되며, 여기에는 금속 재질의 레귤레이터(regulator)나 밸브(valve) 등이 결합된다. 1 shows a gas storage tank according to the prior art. Referring to FIG. 1 , in general, a gas storage tank includes an
예를 들어, 한국 등록특허 제10-1619630호, 한국 등록특허 제10-2006330호, 한국 공개특허 제10-2013-0032186호, 일본 공개특허 JP2009-174700호 및 일본 공개특허 JP2012-180892호 등에는 위와 관련한 기술이 제시되어 있다. For example, Korean Patent No. 10-1619630, Korean Patent No. 10-2006330, Korean Patent Publication No. 10-2013-0032186, Japanese Patent Application Laid-Open No. JP2009-174700 and Japanese Patent Application Laid-Open No. JP2012-180892 A technique related to the above is presented.
상기 플라스틱재 라이너(1)와 금속재 보스(3)는 이종재질의 특성상 견고한 접합과 기밀성을 도모하기 어렵다. 플라스틱재 라이너(1)와 금속재 보스(3) 간의 접합성 및 기밀성 유지는 가스 저장탱크의 성능 및 안전성 등을 좌우하는 중요한 인자이다. 플라스틱재 라이너(1)와 금속재 보스(3) 사이에서 접합성 및 기밀성이 떨어지는 경우, 저장된 가스가 외부로 누출되고, 특히 고압가스에 의해 보스(3)가 라이너(1)로부터 분리되면서 사고가 발생될 우려가 있다. The
이에, 플라스틱재 라이너(1)와 금속재 보스(3) 간의 접합성 및 기밀성을 위해 실링부재(4)와 체결부재(5)를 별도로 설치하는 기술이 제안되었다. 그러나 상기 실링부재(4)는 고무재로서, 이는 고압가스의 압력을 지속적으로 받을 경우 내구성이 저하되며, 이로 인해 고압가스의 외부 누출을 완벽하게 차단할 수 없는 단점이 있다. 또한, 상기 체결부재(5)는 금속재 보스(3)와의 견고한 체결을 위해 금속재질로 구성되는데, 이 또한 플라스틱재 라이너(1)와 이종재질임으로 인하여, 플라스틱재 라이너(1)와 금속재 체결부재(5)의 접촉 계면에 틈새가 발생되어 기밀성이 떨어지는 문제점이 있다. Accordingly, a technique for separately installing the sealing member 4 and the fastening
이에, 본 발명은 플라스틱재 라이너와 금속재 보스 간의 접촉면에서 적어도 접합성 및 기밀성 등이 우수한 가스 저장탱크 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas storage tank excellent in bonding properties and airtightness at least on the contact surface between the plastic material liner and the metal material boss, and a method for manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, In order to achieve the above object, the present invention
용기본체와, container body,
상기 용기본체의 말단에 설치된 금속재 보스를 포함하고, It includes a metal boss installed at the end of the container body,
상기 용기본체는 플라스틱 소재로 이루어진 플라스틱재 라이너를 포함하되, The container body includes a plastic liner made of a plastic material,
상기 플라스틱재 라이너와 금속재 보스의 접촉면에 접합막이 형성된 가스 저장탱크를 제공한다. It provides a gas storage tank in which a bonding film is formed on the contact surface of the plastic liner and the metal boss.
본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 접합막은 금속재 보스의 표면이 양극 산화되어 형성된 산화 피막; 및 상기 산화 피막과 플라스틱재 라이너의 사이에 형성된 황화합물 피막을 포함한다. 이때, 상기 황화합물 피막은, 예를 들어 트리아진티올 및/또는 이의 유도체 등을 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the bonding film may include an oxide film formed by anodizing the surface of the metal boss; and a sulfur compound film formed between the oxide film and the plastic liner. In this case, the sulfur compound film includes, for example, triazinethiol and/or a derivative thereof.
또한, 본 발명은, In addition, the present invention,
금속재 보스를 양극으로 하고, 10℃ ~ 95℃의 산성 용액을 이용하여 0.01 A/dm2 ~ 3.5 A/dm2의 전류밀도로 전해하여 상기 금속재 보스의 표면에 산화 피막을 형성하는 양극 산화 공정; an anodization process of forming an oxide film on the surface of the metal boss by electrolyzing the metal boss as an anode and using an acid solution at 10° C. to 95° C. at a current density of 0.01 A/dm 2 to 3.5 A/dm 2 ;
상기 산화 피막이 형성된 금속재 보스를 양극으로 하고, 황화합물을 포함하는 전해액 중에서 전해하여 상기 산화 피막의 표면에 황화합물 피막을 형성시키는 전해 피막 형성 공정; an electrolytic film forming step of forming a sulfur compound film on the surface of the oxide film by electrolysis in an electrolyte containing a sulfur compound using the metal boss on which the oxide film is formed as an anode;
상기 산화 피막 및 황화합물 피막이 형성된 금속재 보스를 5℃ ~ 80℃의 물로 세척하는 수세 공정; 및 a water washing process of washing the metal boss on which the oxide film and the sulfur compound film are formed with water at 5°C to 80°C; and
상기 수세 후의 금속재 보스에 플라스틱재 라이너를 인서트 성형하는 성형 공정을 포함하는 가스 저장탱크의 제조방법을 제공한다. It provides a method of manufacturing a gas storage tank comprising a molding process of insert molding a plastic liner on the metal boss after washing with water.
본 발명은 접합막에 의해 플라스틱재 라이너와 금속재 보스 간의 접촉면에서 적어도 접합성 및 기밀성 등이 향상되는 효과를 갖는다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 플라스틱재 라이너와 금속재 보스 간의 접합 부위에 별도의 실링부재나 체결부재를 설치하지 않고도 플라스틱재 라이너와 금속재 보스가 우수한 접합강도로 견고하게 접합되면서 고압가스의 외부 누출이 효과적으로 방지된다. The present invention has an effect of improving at least bonding properties and airtightness at the contact surface between the plastic material liner and the metal material boss by the bonding film. Accordingly, according to the present invention, the plastic liner and the metal boss are firmly joined with excellent bonding strength without installing a separate sealing member or fastening member at the joint portion between the plastic liner and the metal boss, and external leakage of high-pressure gas is prevented. effectively prevented.
도 1은 종래 기술에 따른 가스 저장탱크를 보인 요부 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 가스 저장탱크를 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 가스 저장탱크를 보인 요부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 시편의 SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 시편에 대해 인장강도를 측정하고 있는 모습을 보인 사진이다. 1 is a cross-sectional view showing a gas storage tank according to the prior art.
2 is a perspective view showing a gas storage tank according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a gas storage tank according to an embodiment of the present invention.
4 is an SEM image of a specimen manufactured according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing a state in which the tensile strength of a specimen manufactured according to an embodiment of the present invention is measured.
본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다. The term "and/or" used in the present invention is used in a sense including at least one or more of the components listed before and after. As used herein, the term “one or more” refers to one or a plurality of two or more.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시형태를 도시한 것으로, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공된다. 첨부된 도면에서, 각 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위해 두께는 확대하여 나타낸 것일 수 있고, 도면에 표시된 두께, 크기 및 비율 등에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings illustrate exemplary embodiments of the present invention, which are provided merely to aid understanding of the present invention. In the accompanying drawings, in order to clearly express each layer and region, the thickness may be enlarged, and the scope of the present invention is not limited by the thickness, size, and ratio indicated in the drawings. In addition, in describing the embodiment of the present invention, detailed description of related well-known general-purpose functions and/or configurations will be omitted.
본 발명은 플라스틱재 라이너(12)와 금속재 보스(20) 간의 접촉면에서 적어도 접합성 및 기밀성 등이 향상된 가스 저장탱크를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 가스 저장탱크의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 가스 저장탱크는 가스(gas)를 저장하는 용도로 사용되는 것이라면, 그의 구체적인 용도는 특별히 제한되지 않는다. 아울러, 본 발명에서 가스의 종류는 제한되지 않으며, 이는 액화 가스를 포함한다. 본 발명에 따른 가스 저장탱크는, 예를 들어 연료 전지 차량이나 천연 가스 차량 등에 탑재되어 기체 상태의 연료를 고압으로 압축하여 저장하는 고압용기로 사용될 수 있다. 구체적인 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 가스 저장탱크는 고압의 수소(H2) 가스를 저장한 수소 저장탱크로서, 이는 연료 전지 차량 등에 탑재될 수 있다. The present invention provides a gas storage tank having improved adhesion and airtightness at least on the contact surface between the
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 가스 저장탱크를 보인 사시도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 가스 저장탱크를 보인 요부 단면도로서, 이는 도 2의 A부분을 도시한 단면도이다. 2 is a perspective view showing a gas storage tank according to an embodiment of the present invention. And FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing a gas storage tank according to an embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view showing a portion A of FIG. 2 .
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 가스 저장탱크는 용기본체(10)와, 상기 용기본체(10)의 말단에 설치된 보스(Boss)(20)를 포함한다. 상기 용기본체(10)에는 수소 등의 가스가 저장되며, 이는 통상과 같이 플라스틱 소재로 이루어진 라이너(Liner)(12)를 적어도 포함한다. 본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 상기 용기본체(10)는 라이너(12) 상에 형성된 복합재층(14)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 상기 용기본체(10)는 수소 등의 가스가 저장되는 저장 공간을 형성하는 내부의 플라스틱재 라이너(12)와, 상기 플라스틱재 라이너(12) 상에 형성된 외부의 복합재층(14)을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 상기 용기본체(10)는 플라스틱재 라이너(12)의 내부면, 플라스틱재 라이너(12)와 복합재층(14)의 사이, 및/또는 복합재층(14)의 외부면 상에 형성된 별도의 층을 더 포함할 수 있다. 2 and 3 , the gas storage tank according to the present invention includes a
상기 라이너(12)는 플라스틱재로 구성되는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아크릴산 에스테르, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리아닐린, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 등으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 수지가 사출 성형을 통해 형성될 수 있다. 상기 복합재층(14)은 라이너(12)의 강도 보강을 위한 것으로서, 이는 예를 들어 섬유와 바인더 수지를 포함하는 복합재로 구성될 수 있다. 이러한 복합재층(14)을 구성하는 상기 섬유는 탄소 섬유 및/또는 유리 섬유 등으로부터 선택될 수 있으며, 상기 바인더 수지는 에폭시 수지, 폴리에스테르 및/또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 등으로부터 선택될 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다. The
또한, 상기 보스(20)는 용기본체(10)의 어느 한쪽에 형성되거나 양쪽 모두에 형성될 수 있다. 도 2에서는 용기본체(10)의 양쪽 말단 모두에 보스(20)가 형성된 모습을 예시하였다. 상기 보스(20)는 금속재로 구성되며, 이는 예를 들어 알루미늄(Al), 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 주석(Sn), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 및/또는 이들의 합금 등으로 구성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 보스(20)는 알루미늄(Al), 알루미늄(Al) 합금 및/또는 스테인레스강 등으로 구성될 수 있다. 이러한 보스(20)에는 통상과 같이 금속 재질의 레귤레이터(regulator) 및/또는 밸브(valve) 등이 결합된다. In addition, the
도 3을 참고하면, 상기 금속재 보스(20)는 외부 둘레를 따라 연장, 형성된 플랜지부(flange part)(22)를 포함하되, 상기 플랜지부(22)는 플라스틱재 라이너(12)의 말단부(12a)에 매입된 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 플랜지부(22)가 플라스틱재 라이너(12)의 말단부(12a)에 매입됨에 따라 상기 금속재 보스(20)와 플라스틱재 라이너(12) 간의 결합력이 향상될 수 있다. 이러한 플랜지부(22)의 매입 구조는 통상과 같이 인서트 사출 성형에 의해 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3 , the
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 상기 금속재 보스(20)와 플라스틱재 라이너(12)의 접촉면은 양자 간의 결합력 향상을 위한 요철 구조 및/또는 맞물림 구조 등을 가질 수 있다. 상기 요철 구조는, 예를 들어 금속재 보스(20)의 표면을 산(acid) 처리, 에칭(etching) 처리, 및/또는 연마(grinding)를 이용한 헤어 라인(hair line) 처리 등을 통해 형성될 수 있다. 이러한 요철 구조는 랜덤(random)하고 불규칙하며, 예를 들어 파형(wave shape)이나 톱니형(saw shape) 등의 형상을 가질 수 있다. In addition, according to another embodiment of the present invention, the contact surface of the
본 발명에 따른 가스 저장탱크는 접합막(15)을 포함한다. 구체적으로, 본 발명에 따라서, 상기 플라스틱재 라이너(12)와 금속재 보스(20)의 접촉면에는 접합막(15)이 형성되어 있다. 이러한 접합막(15)은 플라스틱재 라이너(12)와 금속재 보스(20) 간의 접합성 및 기밀성 등을 개선한다. 상기 접합막(15)은, 바람직하게는 플라스틱재 라이너(12)와 금속재 보스(20)가 맞닿는 모든 접촉 계면에 형성된다. The gas storage tank according to the present invention includes a bonding film (15). Specifically, according to the present invention, a
본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 접합막(15)은 산화 피막 및/또는 황화합물 피막을 포함한다. 바람직하게는, 상기 접합막(15)은 산화 피막 및 황화합물 피막 둘 모두를 포함한다. 상기 산화 피막은 금속재 보스(20)의 표면이 양극 산화되어 형성된 것으로서, 이는 적어도 플랜지부(22)의 표면 전체에 걸쳐 형성된다. 상기 황화합물 피막은 산화 피막과 플라스틱재 라이너(12)의 사이에 황화합물이 개재되어 형성된 피막으로서, 이는 적어도 황화합물을 포함한다. 본 발명에 따르면, 접합막(15)으로서의 상기 산화 피막과 황화합물 피막은 금속재 보스(20)와 플라스틱재 라이너(12) 간의 접합성 및 기밀성을 효과적으로 개선한다. 이때, 상기 산화 피막은, 예를 들어 5nm ~ 30㎛의 두께를 가질 수 있으며, 구체적으로는 10nm ~ 25㎛의 막 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 황화합물 피막은, 예를 들어 1nm ~ 15㎛의 두께를 가질 수 있으며, 구체적으로는 2nm ~ 10㎛의 막 두께를 가질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the
이하에서는 본 발명에 따른 가스 저장탱크의 제조방법을 설명하면서 상기 접합막(15)의 구체적인 실시형태를 설명한다. Hereinafter, a specific embodiment of the
본 발명에 따른 가스 저장탱크의 제조방법은, 본 발명의 제1형태에 따라서 상기 금속재 보스(20)를 양극으로 하고, 10℃ ~ 95℃의 산성 용액을 이용하여 0.01 A/dm2 ~ 3.5 A/dm2의 전류밀도로 전해하여 상기 금속재 보스(20)의 표면에 산화 피막을 형성하는 양극 산화 공정과; 상기 산화 피막이 형성된 금속재 보스(20)를 5℃ ~ 80℃의 물로 세척하는 수세 공정과; 상기 수세 후의 금속재 보스(20)에 플라스틱재 라이너(12)를 인서트 성형하는 성형 공정을 포함한다. 이때, 상기 성형 공정은 통상과 같이 먼저 성형 몰드에 금속재 보스(20)를 장입한 다음, 성형 몰드 내에 라이너(12)를 구성하는 플라스틱 재료(열가소성 수지)를 넣어 인서트 성형(블로우 성형)하는 방법으로 진행될 수 있다. 이러한 제조 과정에 의해, 금속재 보스(20)와 플라스틱재 라이너(12)의 접촉면에는 접합막(15)으로서 미세다공성의 산화 피막이 형성되며, 상기 산화 피막에 의해 금속재 보스(20)와 플라스틱재 라이너(12) 간의 접합성 및 기밀성이 향상된다. The method for manufacturing a gas storage tank according to the present invention, according to the first aspect of the present invention, with the
본 발명에 따른 가스 저장탱크의 제조방법은, 본 발명의 제2형태에 따라서 상기 금속재 보스(20)를 양극으로 하고, 10℃ ~ 95℃의 산성 용액을 이용하여 0.01 A/dm2 ~ 3.5 A/dm2의 전류밀도로 전해하여 상기 금속재 보스(20)의 표면에 산화 피막을 형성하는 양극 산화 공정과; 상기 산화 피막이 형성된 금속재 보스(20)를 양극으로 하고, 황화합물을 포함하는 전해액 중에서 전해하여 상기 산화 피막의 표면에 황화합물 피막을 형성시키는 전해 피막 형성 공정과; 상기 산화 피막 및 황화합물 피막이 형성된 금속재 보스(20)를 5℃ ~ 80℃의 물로 세척하는 수세 공정과; 상기 수세 후의 금속재 보스(20)에 플라스틱재 라이너(12)를 인서트 성형하는 성형 공정을 포함한다. 이때, 상기 전해 피막 형성 공정에서는, 상기 황화합물이 산화 피막의 표면에 피막되면서 이와 동시에 황화합물이 미세다공성의 산화 피막 내부에도 침투되어, 산화 피막의 표면 및 산화 피막의 내부 기공에 황화합물이 침투되어 형성될 수 있다. 이러한 제조 과정에 의해, 금속재 보스(20)와 플라스틱재 라이너(12)의 접촉면에는 접합막(15)으로서 산화 피막 및 황화합물 피막이 형성되며, 상기 산화 피막 및 황화합물 피막에 의해 금속재 보스(20)와 플라스틱재 라이너(12) 간의 접합성 및 기밀성이 더욱 향상된다. According to the second aspect of the present invention, the method for manufacturing a gas storage tank according to the present invention uses the
본 발명에 따른 가스 저장탱크의 제조방법은, 본 발명의 제3형태에 따라서 상기 금속재 보스(20)를 양극으로 하고, 황화합물을 포함하는 10℃ ~ 95℃의 산성 용액을 중에서 0.01 A/dm2 ~ 3.5 A/dm2의 전류밀도로 전해하여 상기 금속재 보스(20)의 표면에 산화 피막과 황화합물 피막을 형성하는 피막 형성 공정과; 상기 산화 피막 및 황화합물 피막이 형성된 금속재 보스(20)를 5℃ ~ 80℃의 물로 세척하는 수세 공정과; 상기 수세 후의 금속재 보스(20)에 플라스틱재 라이너(12)를 인서트 성형하는 성형 공정을 포함한다. 이때, 상기 피막 형성 공정에서는, 산화 피막과 황화합물 피막이 동시에 형성되며, 상기 황화합물은 산화 피막의 표면에 피막되면서 이와 함께 미세다공성의 산화 피막 내부에도 침투될 수 있다. 이러한 제조 과정에 의해, 금속재 보스(20)와 플라스틱재 라이너(12)의 접촉면에는 접합막(15)으로서 산화 피막 및 황화합물 피막이 형성되며, 상기 산화 피막 및 황화합물 피막에 의해 금속재 보스(20)와 플라스틱재 라이너(12) 간의 접합성 및 기밀성이 더욱 향상된다. 또한, 제3형태에 따른 제조 과정은 산화 피막과 황화합물 피막이 상기 피막 형성 공정에 의해 동시에 형성되어 제조 공정이 단축될 수 있다. The manufacturing method of the gas storage tank according to the present invention, according to the third aspect of the present invention, with the
본 발명에 따른 가스 저장탱크의 제조방법은, 본 발명의 제4형태에 따라서 상기 금속재 보스(20)를 양극으로 하고, 10℃ ~ 95℃의 산성 용액을 이용하여 0.01 A/dm2 ~ 3.5 A/dm2의 전류밀도로 전해하여 상기 금속재 보스(20)의 표면에 산화 피막을 형성하는 양극 산화 공정과; 상기 산화 피막이 형성된 금속재 보스(20)를 황화합물이 포함된 침지 용액에 침지하여 산화 피막의 표면에 황화합물 피막을 형성시키는 침지 공정과; 상기 산화 피막 및 황화합물 피막이 형성된 금속재 보스(20)를 5℃ ~ 80℃의 물로 세척하는 수세 공정과; 상기 수세 후의 금속재 보스(20)에 플라스틱재 라이너(12)를 인서트 성형하는 성형 공정을 포함한다. 이때, 상기 침지 공정에서는, 상기 황화합물이 산화 피막의 표면에 피막되면서 이와 동시에 황화합물이 미세다공성의 산화 피막 내부에도 침투되어, 산화 피막의 표면 및 산화 피막의 내부 기공에 황화합물이 침투되어 형성될 수 있다. 이러한 제조 과정에 의해, 금속재 보스(20)와 플라스틱재 라이너(12)의 접촉면에는 접합막(15)으로서 산화 피막 및 황화합물 피막이 형성되며, 상기 산화 피막 및 황화합물 피막에 의해 금속재 보스(20)와 플라스틱재 라이너(12) 간의 접합성 및 기밀성이 더욱 향상된다. According to the fourth aspect of the present invention, the method for manufacturing a gas storage tank according to the present invention uses the
본 발명에서, 상기 황화합물은 산화 피막과 M-S(여기서, M은 산화 피막을 구성하는 금속)의 결합을 갖게 할 수 있는 황(S) 함유 화합물이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 황화합물은, 바람직하게는 분자 내에 하나 이상의 티올기(-SH)를 가지는 티올계 황화합물을 포함하는 것이 좋다. 상기 황화합물은, 보다 바람직하게는 티올계 황화합물로서 트리아진티올 및/또는 이의 유도체(트리아진티올의 염 등) 등으로부터 선택될 수 있으며, 구체적인 예를 들어 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리티올, 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리티올 모노나트륨, 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리티올 트리에탄올아민, 6-아닐리노-1,3,5-트리아진-2,4-디티올, 6-아닐리노-1,3,5-트리아진-2,4-디티올 모노나트륨, 6-디라우릴 아미노-1,3,5-트리아진-2,4-디티올 모노나트륨, 6-스테아릴 아미노-1,3,5-트리아진-2,4-디티올 모노칼륨, 6-올레일 아미노-1,3,5-트리아진-2,4-디티올 및/또는 6-올레일 아미노-1,3,5-트리아진-2,4-디티올 모노칼륨 등으로부터 선택될 수 있다. In the present invention, the sulfur compound is not particularly limited as long as it is a sulfur (S)-containing compound capable of having a bond between the oxide film and M-S (where M is a metal constituting the oxide film). The sulfur compound preferably includes a thiol-based sulfur compound having one or more thiol groups (-SH) in the molecule. The sulfur compound is more preferably a thiol-based sulfur compound and may be selected from triazinethiol and/or derivatives thereof (such as a salt of triazinethiol), for example, 1,3,5-triazine-2, 4,6-trithiol, 1,3,5-triazine-2,4,6-trithiol monosodium, 1,3,5-triazine-2,4,6-trithiol triethanolamine, 6-anyl Rhino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol, 6-anilino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol monosodium, 6-dilauryl amino-1,3 ,5-triazine-2,4-dithiol monosodium, 6-stearyl amino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol monopotassium, 6-oleyl amino-1,3,5 -triazine-2,4-dithiol and/or 6-oleyl amino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol monopotassium and the like.
본 발명에 따르면, 상기 금속재 보스(20)의 표면에 양극 산화를 통한 미세다공성의 산화 피막이 형성되어, 상기 산화 피막의 미세 요철 구조와 라이너(12)의 플라스틱이 앵커 결합됨에 의해 견고한 접합성 및 기밀성을 갖는다. 예를 들어, 금속재 보스(20)가 알루미늄(Al) 또는 알루미늄(Al) 합금인 경우, 인서트 성형 공정에서 산화 피막의 표면에 존재하는 Al2O3가 라이너(12)을 구성하는 플라스틱(열가소성 수지)의 주골격과 앵커 결합되고, 이와 함께 산-염기적인 결합이 진행되어 우수한 접합성 및 기밀성을 갖는다. According to the present invention, a microporous oxide film is formed on the surface of the
또한, 상기 접합막(15)이 산화 피막의 표면에 피막되고 산화 피막의 내부에 침투된 황화합물을 더 포함하는 경우, 상기 산화 피막과 황화합물 간에 M-S((여기서, M은 산화 피막을 구성하는 금속)의 화학 결합이 형성되고, 이와 함께 황화합물(예를 들어, 트리아진티올 및/또는 이의 유도체 등)와 라이너(12)을 구성하는 플라스틱(열가소성 수지)의 말단 관능기 사이에서 공유결합이 형성되며, 부가적으로는 황화합물 피막과 플라스틱재 라이너(12) 표면 간의 미세 요철에 의한 앵커 결합도 형성되어, 매우 우수한 접합성 및 기밀성 등을 갖는다. In addition, when the
한편, 상기 양극 산화 공정에서는 금속재 보스(20)를 양극으로 하되, 음극으로는 불용성 전극, 예를 들어 탄소나 백금 등을 음극으로 사용할 수 있다. 상기 양극 산화 공정에서의 전해 시간은 5분 이상 진행할 수 있으며, 바람직하게는 양호한 접합성을 위해 10분 이상 양극 산화(전해 반응)를 진행하는 것이 좋다. 구체적으로는 0.05 A/dm2 ~ 2.5 A/dm2의 전류밀도에서 10분 내지 2시간 동안 양극 산화를 진행하는 것이 좋다. Meanwhile, in the anodization process, the
또한, 본 발명에서, 상기 산성 용액은 무기산 및/또는 유기산 등을 포함하는 산성 수용액을 예를 들 수 있다. 상기 무기산 황산, 염산 및/또는 질산 등으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 유기산은 카르복시산을 포함할 수 있다. 이때, 상기 카르복시산은 디카르복시산(옥살산), 아미노카르복시산, 하이드록시카르복시산, 이미다졸-5-카르복시산, 1,2,3-티아디아졸카르복시산, 시클로헥산폴리카르복시산, 헤테로아릴카르복시산, 벤젠폴리카르복시산, 벤조인돌카르복시산, 피라졸카르복시산, 퀴놀린카르복시산, 폴리플루오로카르복시산, 이소티아졸카르복시산, 피리돈카르복시산, 아미노티오펜카르복시산, 벤조페논테트라카르복시산, 3-카바모일피라진-2-카르복시산, 3-카르복시-1-아다만탄아세트산, 나프탈렌아세트산, 테트라아세트산 및/또는 인돌아세트산 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. In addition, in the present invention, the acidic solution may be an acidic aqueous solution containing an inorganic acid and/or an organic acid, for example. The inorganic acid may include at least one selected from sulfuric acid, hydrochloric acid and/or nitric acid, and the organic acid may include carboxylic acid. In this case, the carboxylic acid is dicarboxylic acid (oxalic acid), aminocarboxylic acid, hydroxycarboxylic acid, imidazole-5-carboxylic acid, 1,2,3-thiadiazolecarboxylic acid, cyclohexane polycarboxylic acid, heteroarylcarboxylic acid, benzene polycarboxylic acid, benzoic acid Indole carboxylic acid, pyrazole carboxylic acid, quinoline carboxylic acid, polyfluorocarboxylic acid, isothiazole carboxylic acid, pyridone carboxylic acid, aminothiophene carboxylic acid, benzophenone tetracarboxylic acid, 3-carbamoylpyrazine-2-carboxylic acid, 3-carboxy-1- It may include at least one selected from adamantane acetic acid, naphthalene acetic acid, tetraacetic acid and/or indole acetic acid.
상기 전해 피막 형성 공정에서는, 황화합물(예를 들어, 트리아진티올 및/또는 이의 유도체 등)을 포함하는 전해액 중에서 전해하여 금속재 보스(20)의 산화 피막에 황화합물 피막을 형성하되, 상기 전해액은 예를 들어 NaOH, NaNO2, NaNO3, Na2CO3, KNO2, Na2SO4 및/또는 CH3COONa 등으로부터 선택된 전해질을 포함하는 전해액을 사용할 수 있다. 또한, 상기 전해액을 구성하는 용제는, 예를 들어 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 아세톤, 톨루엔, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노 에틸에테르, 디메틸포름아미드, 메틸피롤리돈 및/또는 아크릴로니트릴 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 전해액의 온도는 10℃ ~ 90℃, 바람직하게는 20℃ ~ 60℃가 될 수 있다. 그리고 전해 시의 전류밀도는 0.005 ~ 50 mA/cm2, 바람직하게는 0.05 ~ 5 mA/cm2가 될 수 있으며, 전해 시간은 2초 ~ 10분, 바람직하게는 5초 ~ 2분이 될 수 있다. In the electrolytic film forming process, a sulfur compound film is formed on the oxide film of the
아울러, 상기 침지 공정에서는, 산화 피막이 형성된 금속재 보스(20)를 황화합물이 포함된 침지 용액에 침지하여 산화 피막의 표면에 황화합물 피막을 형성시키되, 상기 침지 용액은 수용액 또는 유기 용액이 될 수 있다. 구체적으로, 상기 침지 용액은 황화합물과 용매를 포함하되, 상기 용매는 물, 알코올, 이소프로필알코올, 아세톤, 톨루엔, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디메틸포름알데하이드, 테트라하이드로퓨란 및/또는 메틸에틸케톤 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 침지 공정은, 예를 들어 5℃ ~ 95℃, 바람직하게는 40℃ ~ 80℃ 온도의 침지 용액에 약 1분 ~ 2시간, 바람직하게는 5분 ~ 1시간 동안 침지하는 방법으로 진행될 수 있다. In addition, in the immersion process, the
본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 상기 황화합물 피막은 페닐렌디아민 및 아크릴산알킬에스테르를 더 포함하는 것이 좋다. 구체적으로, 상기 황화합물 피막은 산화 피막과 플라스틱재 라이너(12)의 사이에 형성되되 피막을 구성하는 유효성분으로서 티올계 황화합물(예를 들어, 트리아진티올 및/또는 이의 유도체 등), 페닐렌디아민 및 아크릴산알킬에스테르를 더 포함하는 것이 좋다. 이를 위해, 상기 피막 형성 공정 및 침지 공정은 상기 전해액, 산성 용액 또는 침지 용액을 제조함에 있어, 각 용액에 페닐렌디아민과 아크릴산알킬에스테르를 더 첨가하여 제조할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the sulfur compound film may further include phenylenediamine and acrylic acid alkyl ester. Specifically, the sulfur compound film is formed between the oxide film and the
하나의 실시형태에 따라서, 상기 전해 피막 형성 공정은 티올계 황화합물을 포함하는 전해액에 페닐렌디아민 및 아크릴산알킬에스테르를 더 첨가한 다음, 상기 산화 피막이 형성된 금속재 보스(20)를 양극으로 하고 불용성 전극을 음극으로 하여, 상기 전해액 내에서 전해하여 상기 산화 피막의 표면에 티올계 황화합물, 페닐렌디아민 및 아크릴산알킬에스테르를 포함하는 황화합물 피막을 형성시킬 수 있다. According to one embodiment, in the electrolytic film forming process, phenylenediamine and acrylic acid alkyl ester are further added to an electrolyte containing a thiol-based sulfur compound, and then, the
상기 황화합물 피막에 페닐렌디아민 및 아크릴산알킬에스테르가 더 포함되는 경우, 접합성 및 기밀성이 향상되면서 이와 함께 높은 신뢰성(내구성)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 황화합물로서 트라아진티올 및/또는 이의 유도체를 사용하는 경우, 상기 페닐렌디아민은 트라아진티올과 결합되고 상기 아크릴산알킬에스테르는 라이너(12)를 구성하는 플라스틱(열가소성 수지)과 페닐렌디아민을 가교시켜 우수한 접합강도 및 기밀성을 갖게 하며, 이는 또한 고온/고습 조건에서도 우수한 접합강도 및 기밀성을 유지하여 높은 신뢰성(내구성)을 갖게 할 수 있다. 이때, 상기 아크릴산알킬에스테르는, 예를 들어 아크릴산메틸에스테르 및/또는 아크릴산에틸에스테르 등을 사용할 수 있다. When phenylenediamine and acrylic acid alkyl ester are further included in the sulfur compound film, bondability and airtightness are improved, and high reliability (durability) can be achieved. For example, when triazinethiol and/or a derivative thereof is used as the sulfur compound, the phenylenediamine is combined with triazinethiol, and the acrylic acid alkylester is a plastic (thermoplastic resin) constituting the
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 상기 산화 피막 및/또는 황화합물 피막으로부터 선택된 접합막(15)에 의해 플라스틱재 라이너(12)와 금속재 보스(20) 간의 접촉면에서 적어도 접합성 및 기밀성 등이 향상된다. 이에 따라, 플라스틱재 라이너(12)와 금속재 보스(20) 간의 접합 부위에 종래와 같이 별도의 실링부재(4)나 체결부재(5)를 설치하지 않고도 플라스틱재 라이너(12)와 금속재 보스(20)가 우수한 접합강도로 견고하게 접합되면서 고압가스의 외부 누출이 효과적으로 방지된다. According to the present invention described above, the
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기의 비교예는 종래 기술을 의미하는 것은 아니며, 이는 단지 실시예와의 비교를 위해 제공된다. Hereinafter, Examples and Comparative Examples of the present invention are exemplified. The following examples are provided only by way of illustration to help the understanding of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited thereby. In addition, the following comparative examples do not mean the prior art, and are provided only for comparison with the examples.
[실시예 1] [Example 1]
먼저, 두께 3mm, 폭 12mm 및 길이 50mm의 알루미늄 판(Al 6063)을 준비하고, 이를 아세톤과 알코올 용액에서 각각 5분간 초음파 세척한 후, 탈이온수로 수세하였다. 이후, 황산 농도 0.2mol/L의 황산 수용액에 약 2분간 침지하여 탈지처리한 후, 탈이온수로 재차 수세하였다. First, an aluminum plate (Al 6063) having a thickness of 3 mm, a width of 12 mm, and a length of 50 mm was prepared, which was ultrasonically cleaned in acetone and alcohol solution for 5 minutes, respectively, and then washed with deionized water. Thereafter, it was degreased by immersion in a sulfuric acid aqueous solution having a sulfuric acid concentration of 0.2 mol/L for about 2 minutes, followed by washing again with deionized water.
다음으로, 상기 탈지 및 수세 처리한 알루미늄 판을 약 50℃의 산성 용액(황산 농도 0.5mol/L의 황산 수용액)이 담긴 전해조에 넣은 다음, 상기 알루미늄 판을 양극으로 하고, 탄소판을 음극으로 하여, 전류밀도 약 1.2 A/dm2로 약 30분간 전해를 진행하여 상기 알루미늄 판의 표면에 산화 피막을 형성하였다. (양극 산화 공정)Next, the degreased and water-washed aluminum plate is placed in an electrolytic cell containing an acidic solution at about 50° C. (a sulfuric acid aqueous solution with a sulfuric acid concentration of 0.5 mol/L), and the aluminum plate is used as an anode, and the carbon plate is used as a cathode, Electrolysis was performed for about 30 minutes at a current density of about 1.2 A/dm 2 to form an oxide film on the surface of the aluminum plate. (anodic oxidation process)
이후, 전해액으로서 질산나트륨이 0.2mol/L의 농도로 용해된 수용액을 만들고, 여기에 황화합물로서 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리티올(이하, 「TRI」라 함)을 약 0.6mmol/L 농도로 넣은 TRI 용액을 준비하였다. 그리고 상기 TRI 용액이 담긴 전해조에 상기 산화 피막이 형성된 알루미늄 판을 넣고, 상기 알루미늄 판을 양극으로 하고, 탄소판을 음극으로 하여, 약 8V에서 양극 전해를 10분 동안 진행하여, 상기 알루미늄 판에 형성된 산화 피막의 내부 및 산화 피막의 표면에 황화합물 피막으로서 TRI 접합층을 형성시켰다. (전해를 통한 황화합물 피막 형성 공정)Then, an aqueous solution in which sodium nitrate is dissolved at a concentration of 0.2 mol/L as an electrolyte is prepared, and 1,3,5-triazine-2,4,6-trithiol (hereinafter referred to as “TRI”) as a sulfur compound is prepared. A TRI solution was prepared with a concentration of about 0.6 mmol/L. Then, put the aluminum plate on which the oxide film is formed in the electrolytic cell containing the TRI solution, use the aluminum plate as the anode and the carbon plate as the cathode, and proceed with anode electrolysis at about 8 V for 10 minutes, and the oxide film formed on the aluminum plate A TRI bonding layer was formed as a sulfur compound film on the inside and on the surface of the oxide film. (Sulfur compound film formation process through electrolysis)
다음으로, 상기 산화 피막 및 TRI 접합층이 형성된 알루미늄 판을 50℃의 물로 수세한 후, 건조시켜 수분을 완전히 제거하였다. 이후, 상기 수세 건조된 알루미늄 판을 인서트 사출 성형기에 넣고, 여기에 수지로서 폴리페닐렌 설파이드(PPS)를 주입하여 온도 140℃, 압력 180 MPa에서 사출 성형(인서트 사출 성형 공정)하여, 알루미늄 판(Al)에 수지(PPS)가 접합된 Al-PPS 접합 시편을 제조하였다. 이때, Al-PPS 접합 시편은 알루미늄 판(Al)과 수지(PPS)의 접합계면에 접합막으로서 Al 산화 피막과 TRI 접합층(황화합물 피막)이 형성되어 있음을 알 수 있었다. 첨부된 도 4는 본 실시예에 따른 Al-PPS 접합 시편에 대한 Al 산화 피막의 표면 SEM 이미지와 접합계면의 SEM 이미지를 보인 것이다. Next, the aluminum plate on which the oxide film and the TRI bonding layer were formed was washed with water at 50° C., and then dried to completely remove moisture. Thereafter, the water-washed and dried aluminum plate is put into an insert injection molding machine, polyphenylene sulfide (PPS) is injected as a resin therein, and injection molded (insert injection molding process) at a temperature of 140 ° C. and a pressure of 180 MPa (insert injection molding process), the aluminum plate ( An Al-PPS bonding specimen in which a resin (PPS) was bonded to Al) was prepared. At this time, it was found that, in the Al-PPS bonding specimen, an Al oxide film and a TRI bonding layer (sulfur compound film) were formed as bonding films at the bonding interface between the aluminum plate (Al) and the resin (PPS). The accompanying FIG. 4 shows the surface SEM image of the Al oxide film and the SEM image of the bonding interface of the Al-PPS bonding specimen according to the present embodiment.
[실시예 2 및 3] [Examples 2 and 3]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 인서트 사출 성형 시 수지의 종류를 달리하였다. 구체적으로, 실시예 2의 경우에는 수지로서 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)를 사용하고, 실시예 3의 경우에는 수지로서 폴리아미드(PA)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 각 실시예에 따른 Al-수지 접합 시편을 제조하였다. It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the type of resin was changed during insert injection molding. Specifically, in Example 2, polybutylene terephthalate (PBT) was used as the resin, and in Example 3, the same procedure as in Example 1 was used except that polyamide (PA) was used as the resin. Thus, Al-resin bonding specimens according to each Example were prepared.
[실시예 4 및 5] [Examples 4 and 5]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 황화합물 피막 형성 공정을 진행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 양극 산화 공정을 통해 접합막으로서 산화 피막을 형성하고, 이후 TRI 접합층(황화합물 피막)은 형성시키지 않았다. 또한, 실시예 5의 경우에는 양극 산화 공정을 20초 동안 진행하여 실시예 4보다 양극 산화의 전해 시간을 짧게 진행하였다. It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the process for forming a sulfur compound film was not carried out in the same manner as in Example 1. Specifically, an oxide film was formed as a bonding film through an anodization process, and a TRI bonding layer (sulfur compound film) was not formed thereafter. In addition, in the case of Example 5, the anodization process was performed for 20 seconds, and the electrolysis time of the anodization was shorter than that of Example 4.
[실시예 6] [Example 6]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 황화합물 피막 형성 공정에서 TRI 용액에 페닐렌디아민과 아크릴산알킬에스테르를 더 첨가하여 진행하였다. 구체적으로, 황화합물 피막을 형성함에 있어서는 먼저 실시예 1에서와 같이 전해액(질산나트륨이 0.2mol/L의 농도로 용해된 수용액)에 황화합물로서 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리티올(TRI)을 넣은 TRI 용액을 준비하였다. 그리고 이와는 별도로 용매 메틸에틸케톤(MEK)에 파라-페닐렌디아민(p-phenylenediamine)과 아크릴산에틸에스테르(acrylic acid ethyl ester)(CH2=CHCO2Et)을 혼합한 페닐렌디아민-아크릴산에틸에스테르 용액을 준비하였다. 또한, 상기 페닐렌디아민-아크릴산에틸에스테르 용액에는 반응성을 위한 소듐보로하이드리드(NaBH4), 팔라듐아세테이트(Pd(O2CCH3)) 및 트리에틸아민(TEA)이 더 첨가되었다. It was carried out in the same manner as in Example 1, except that phenylenediamine and acrylic acid alkylester were further added to the TRI solution in the sulfur compound film formation process. Specifically, in forming the sulfur compound film, 1,3,5-triazine-2,4,6- as a sulfur compound in the electrolyte (aqueous solution in which sodium nitrate is dissolved at a concentration of 0.2 mol/L) as in Example 1 A TRI solution containing trithiol (TRI) was prepared. And separately, a phenylenediamine-acrylic acid ethyl ester solution in which para-phenylenediamine and acrylic acid ethyl ester (CH 2 = CHCO 2 Et) are mixed in a solvent methyl ethyl ketone (MEK) was prepared. In addition, sodium borohydride (NaBH 4 ), palladium acetate (Pd(O 2 CCH 3 )) and triethylamine (TEA) for reactivity were further added to the phenylenediamine-ethyl acrylate solution.
다음으로, 상기 TRI 용액이 담긴 전해조에 상기 페닐렌디아민-아크릴산에틸에스테르 용액을 첨가하여 충분히 혼합한 다음, 전해조에 산화 피막이 형성된 알루미늄 판을 넣고, 상기 알루미늄 판을 양극으로 하고 탄소판을 음극으로 하여, 약 8V에서 양극 전해를 10분 동안 진행하여, 상기 알루미늄 판에 형성된 산화 피막의 내부 및 산화 피막의 표면에 TRI와 페닐렌디아민-아크릴산에틸에스테르를 포함하는 황화합물 피막을 형성시켰다. 이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 인서트 사출 성형 공정을 진행하여 알루미늄 판(Al)에 수지(PPS)가 접합된 Al-PPS 접합 시편을 제조하였다. 본 실시예에 따른 Al-PPS 접합 시편은 알루미늄 판(Al)과 수지(PPS)의 접합계면에 접합막으로서 Al 산화 피막과 황화합물 피막이 형성되어 있되, 상기 황화합물 피막은 TRI와 상기 TRI에 결합된 페닐렌디아민을 포함하며, 이는 구체적으로 Al-TRI-페닐렌디아민-아크릴산에틸에스테르-PPS의 화학 결합구조를 갖는다. Next, the phenylenediamine-ethyl acrylate ester solution is added to the electrolytic cell containing the TRI solution and thoroughly mixed, and then an aluminum plate with an oxide film is put into the electrolytic cell, the aluminum plate as the anode and the carbon plate as the cathode, Anode electrolysis was performed at about 8 V for 10 minutes to form a sulfur compound film containing TRI and phenylenediamine-ethyl acrylate ester on the inside of the oxide film formed on the aluminum plate and on the surface of the oxide film. Thereafter, the insert injection molding process was performed in the same manner as in Example 1 to prepare an Al-PPS bonding specimen in which a resin (PPS) was bonded to an aluminum plate (Al). In the Al-PPS bonding specimen according to this embodiment, an Al oxide film and a sulfur compound film are formed as a bonding film at the bonding interface between the aluminum plate (Al) and the resin (PPS), and the sulfur compound film is TRI and phenyl bonded to the TRI Contains rendiamine, which specifically has a chemical bonding structure of Al-TRI-phenylenediamine-acrylic acid ethyl ester-PPS.
[비교예 1] [Comparative Example 1]
실시예 1에서 사용한 동일한 규격의 알루미늄 판(두께 3mm, 폭 12mm 및 길이 50mm)과 PPS 수지판(두께 3mm, 폭 12mm 및 길이 40mm)을 준비한 다음, 이들의 접촉면을 에폭시 수지 접착제로 접착한 Al-PPS 접합 시편을 본 비교예에 따른 시편으로 사용하였다. An aluminum plate (thickness 3mm, width 12mm, and length 50mm) of the same standard used in Example 1 and a PPS resin plate (thickness 3mm, width 12mm, and length 40mm) were prepared, and then their contact surfaces were bonded with an epoxy resin adhesive. A PPS bonded specimen was used as a specimen according to this comparative example.
상기 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1에 따른 Al-수지 접합 시편에 대하여, 인장강도(접합강도)와 가스 누출 시험을 진행하였으며, 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다. 이때, 상기 인장강도(접합강도)는 인장 시험기를 이용하여 측정하였으며, 첨부된 도 5는 Al-수지 접합 시편에 대하여 인장강도를 측정하고 있는 모습을 보인 사진이다. 또한, 가스 누출 시험은 헬륨(He) 가스를 이용한 헬륨 리크 시험(Helium Leak Test)으로 진행하였으며, 헬륨(He)의 누설량이 9x10-10 Paㆍm3/sec 이하인 시편의 경우에는 "○", 9x10-10 Paㆍm3/sec를 초과하는 시편의 경우에는 "X"로 평가하여 [표 1]에 나타내었다. For the Al-resin bonded specimens according to Examples 1 to 6 and Comparative Example 1, tensile strength (bonding strength) and gas leakage tests were performed, and the results are shown in [Table 1] below. At this time, the tensile strength (bonding strength) was measured using a tensile tester, and FIG. 5 is a photograph showing the state in which the tensile strength is measured for an Al-resin bonded specimen. In addition, the gas leak test was performed as a helium leak test using helium (He) gas, and in the case of a specimen with a helium (He) leakage of 9x10 -10 Pa·m 3 /sec or less, "○", In the case of a specimen exceeding 9x10 -10 Pa·m 3 /sec, it was evaluated as “X” and is shown in [Table 1].
한편, 상기 실시예 1 및 실시예 6에 따른 Al-수지 접합 시편에 대하여 신뢰성(내구성)을 알아보고자 고온/고습을 가한 후의 인장강도(접합강도)를 평가하였다. 구체적으로, 각 Al-수지 접합 시편에 대하여 초기 인장강도를 측정한 다음, 온도 80℃, 습도 95%가 유지되는 항온/항습조에 약 200시간 동안 보관한 후, 인장강도(접합강도)를 측정하였다. 그 결과를 [표 1]에 나타내었다. On the other hand, the tensile strength (bonding strength) after applying high temperature/high humidity to the reliability (durability) of the Al-resin bonded specimens according to Examples 1 and 6 was evaluated. Specifically, the initial tensile strength of each Al-resin bonding specimen was measured, and then stored for about 200 hours in a constant temperature/humidity bath maintained at a temperature of 80° C. and a humidity of 95%, and then the tensile strength (bonding strength) was measured. . The results are shown in [Table 1].
시간anodic oxidation
time
(초기) The tensile strength
(Early)
(고온/고습 후)The tensile strength
(after high temperature/high humidity)
* PPS : 폴리페닐렌 설파이드
* PBT : 폴리부틸렌테레프탈레이트
* PA : 폴리아미드
* TRI : 트라아진티올(1,3,5-트리아진-2,4,6-트리티올)
* PDA : 페닐렌디아민-아크릴산에틸에스테르
* PPS: polyphenylene sulfide
* PBT: polybutylene terephthalate
* PA: Polyamide
* TRI: Triazinethiol (1,3,5-triazine-2,4,6-trithiol)
* PDA: phenylenediamine-acrylic acid ethyl ester
상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 알루미늄 판과 수지의 사이에 접합막으로서 산화 피막이 형성되거나 산화 피막 및 황화합물 피막(TRI 접합층)이 형성된 경우(실시예 1 ~ 6)가 에폭시 수지를 통해 접착된 경우(비교예 1)보다 우수한 접합성(인장강도) 및 기밀성(가스 누출이 낮음)을 가짐을 알 수 있었다. 또한, 실시예 1 ~ 3을 대비하여 보면, 수지의 종류에 따라 접합성(인장강도)이 달라짐을 알 수 있었으며, 폴리아미드(PA)를 사용한 경우(실시예 3)가 실시예 1(PPS) 및 실시예 2(PBT)에 비해 높은 접합성(인장강도)을 가짐을 알 수 있었다. As shown in [Table 1], when an oxide film is formed as a bonding film between the aluminum plate and the resin or when an oxide film and a sulfur compound film (TRI bonding layer) are formed (Examples 1 to 6), adhesion through the epoxy resin It was found to have superior bonding properties (tensile strength) and airtightness (low gas leakage) than the case of (Comparative Example 1). In addition, when comparing Examples 1 to 3, it was found that the bondability (tensile strength) was different depending on the type of resin, and when polyamide (PA) was used (Example 3), Example 1 (PPS) and It was found to have higher bonding properties (tensile strength) compared to Example 2 (PBT).
아울러, 실시예 1 ~ 5을 대비하여 보면, 산화 피막 및 황화합물 피막(TRI 접합층)이 모두 형성된 경우(실시예 1 ~ 3)가 그렇지 않은 경우(실시예 4 ~ 5)에 비해 우수한 접합성(인장강도) 및 기밀성을 가짐을 알 수 있었다. 그리고 양극 산화 공정에서의 전해 시간이 너무 짧은 경우(실시예 5)에는 접합성(인장강도)이 다소 떨어짐을 알 수 있었다. In addition, when comparing Examples 1 to 5, the case in which both the oxide film and the sulfur compound film (TRI bonding layer) are formed (Examples 1 to 3) has superior bonding properties (tensile strength) compared to the case in which it is not (Examples 4 to 5). strength) and airtightness. In addition, it was found that when the electrolysis time in the anodization process was too short (Example 5), the bondability (tensile strength) was somewhat deteriorated.
또한, 실시예 1 및 실시예 6을 대비하여 보면, 알루미늄 판과 수지의 사이에 접합막으로서 산화 피막 및 황화합물 피막(TRI 접합층)을 포함하되, 상기 황화합물 피막(TRI 접합층)에 페닐렌디아민-아크릴산에틸에스테르를 더 포함하는 경우(실시예 6), 그렇지 않은 경우(실시예 1)보다 접합성(인장강도)이 향상되며, 이는 특히 고온/고습 후에도 우수한 접합성(인장강도)를 유지하여 높은 신뢰성(내구성)을 가짐을 알 수 있었다. In addition, in comparison with Examples 1 and 6, an oxide film and a sulfur compound film (TRI bonding layer) are included as a bonding film between the aluminum plate and the resin, but the sulfur compound film (TRI bonding layer) is phenylenediamine -When acrylic acid ethyl ester is further included (Example 6), the bondability (tensile strength) is improved compared to the case where it is not (Example 1), which maintains excellent bondability (tensile strength) even after particularly high temperature/high humidity, resulting in high reliability (durability) was found.
10 : 용기본체 12 : 라이너
14 : 복합재층 15 : 접합막
20 : 보스 22 : 플랜지부 10: container body 12: liner
14: composite material layer 15: bonding film
20: boss 22: flange portion
Claims (5)
상기 용기본체(10)의 말단에 설치된 금속재 보스(20)를 포함하고,
상기 용기본체(10)는 플라스틱 소재로 이루어진 플라스틱재 라이너(12)를 포함하며,
상기 플라스틱재 라이너(12)와 금속재 보스(20)의 접촉면에 접합막(15)이 형성되되,
상기 접합막(15)은,
상기 금속재 보스(20)의 표면이 양극 산화되어 형성된 산화 피막; 및
상기 산화 피막과 플라스틱재 라이너(12)의 사이에 형성된 황화합물 피막을 포함하고,
상기 황화합물 피막은 티올계 황화합물, 페닐렌디아민 및 아크릴산알킬에스테르를 포함하는 가스 저장탱크.
A container body (10) and
It includes a metal boss 20 installed at the end of the container body 10,
The container body 10 includes a plastic liner 12 made of a plastic material,
A bonding film 15 is formed on the contact surface of the plastic liner 12 and the metal boss 20,
The bonding film 15 is
an oxide film formed by anodizing the surface of the metal boss 20; and
and a sulfur compound film formed between the oxide film and the plastic material liner 12,
The sulfur compound film is a gas storage tank comprising a thiol-based sulfur compound, phenylenediamine and acrylic acid alkyl ester.
금속재 보스(20)를 양극으로 하고, 황화합물을 포함하는 10℃ ~ 95℃의 산성 용액을 중에서 0.01 A/dm2 ~ 3.5 A/dm2의 전류밀도로 전해하여 상기 금속재 보스(20)의 표면에 산화 피막과 황화합물 피막을 형성하는 피막 형성 공정;
상기 산화 피막 및 황화합물 피막이 형성된 금속재 보스(20)를 5℃ ~ 80℃의 물로 세척하는 수세 공정; 및
상기 수세 후의 금속재 보스(20)에 플라스틱재 라이너(12)를 인서트 성형하는 성형 공정을 포함하고,
상기 피막 형성 공정은 티올계 황화합물을 포함하는 산성 용액에 페닐렌디아민 및 아크릴산알킬에스테르를 더 첨가한 다음, 전해하여 상기 산화 피막의 표면에 티올계 황화합물, 페닐렌디아민 및 아크릴산알킬에스테르를 포함하는 황화합물 피막을 형성시키는 가스 저장탱크의 제조방법.
A method for manufacturing a gas storage tank according to claim 1, comprising:
Using the metal boss 20 as an anode, an acid solution of 10° C. to 95° C. containing a sulfur compound is electrolyzed at a current density of 0.01 A/dm 2 to 3.5 A/dm 2 in the surface of the metal boss 20 a film forming process of forming an oxide film and a sulfur compound film;
a water washing process of washing the metal boss 20 on which the oxide film and the sulfur compound film are formed with water at 5° C. to 80° C.; and
a molding process of insert molding a plastic liner 12 into the metal boss 20 after washing with water;
In the film forming process, phenylenediamine and an acrylic acid alkyl ester are further added to an acidic solution containing a thiol-based sulfur compound, and then electrolyzed on the surface of the oxide film by a sulfur compound containing a thiol-based sulfur compound, phenylenediamine and an acrylic acid alkyl ester. A method of manufacturing a gas storage tank for forming a film.
금속재 보스(20)를 양극으로 하고, 10℃ ~ 95℃의 산성 용액을 이용하여 0.01 A/dm2 ~ 3.5 A/dm2의 전류밀도로 전해하여 상기 금속재 보스(20)의 표면에 산화 피막을 형성하는 양극 산화 공정;
상기 산화 피막이 형성된 금속재 보스(20)를 양극으로 하고, 황화합물을 포함하는 전해액 중에서 전해하여 상기 산화 피막의 표면에 황화합물 피막을 형성시키는 전해 피막 형성 공정;
상기 산화 피막 및 황화합물 피막이 형성된 금속재 보스(20)를 5℃ ~ 80℃의 물로 세척하는 수세 공정; 및
상기 수세 후의 금속재 보스(20)에 플라스틱재 라이너(12)를 인서트 성형하는 성형 공정을 포함하고,
상기 전해 피막 형성 공정은 티올계 황화합물을 포함하는 전해액에 페닐렌디아민 및 아크릴산알킬에스테르를 더 첨가한 다음, 전해하여 상기 산화 피막의 표면에 티올계 황화합물, 페닐렌디아민 및 아크릴산알킬에스테르를 포함하는 황화합물 피막을 형성시키는 가스 저장탱크의 제조방법.
A method for manufacturing a gas storage tank according to claim 1, comprising:
An oxide film is formed on the surface of the metal boss 20 by electrolysis at a current density of 0.01 A/dm 2 to 3.5 A/dm 2 using an acid solution of 10° C. to 95° C. with the metal boss 20 as an anode. anodizing process to form;
an electrolytic film forming step of forming a sulfur compound film on the surface of the oxide film by using the metal boss 20 on which the oxide film is formed as an anode and performing electrolysis in an electrolyte containing a sulfur compound;
a water washing process of washing the metal boss 20 on which the oxide film and the sulfur compound film are formed with water at 5° C. to 80° C.; and
a molding process of insert molding a plastic liner 12 into the metal boss 20 after washing with water;
In the electrolytic film formation process, phenylenediamine and an acrylic acid alkyl ester are further added to an electrolyte containing a thiol-based sulfur compound, and then electrolyzed on the surface of the oxide film by a thiol-based sulfur compound, a phenylenediamine and a sulfur compound containing an acrylic acid alkyl ester A method of manufacturing a gas storage tank for forming a film.
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Legal Events
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GRNT | Written decision to grant |