KR102562455B1 - 포밍시트의 제조방법 및 그 포밍시트를 이용한 it 제품보호용 외장 커버 - Google Patents

포밍시트의 제조방법 및 그 포밍시트를 이용한 it 제품보호용 외장 커버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포밍시트의 제조방법 및 그 포밍시트를 이용한 IT 제품보호용 외장 커버에 관한 것이다.
본 발명은 플라스틱 재료의 필름을 UV 임프린팅 이후 열과 압력을 통해 성형하는 3D 성형공정을 수행하되, 플라스틱 기판의 전면에 형성된 전면표면UV층에 별도로 제작된 더미시트를 올려 상기 전면표면UV층의 초기두께(t f1 )에 상기 더미시트 중 더미UV층의 두께(t f2 )만큼 더 두껍게 한 후 1차 자외선조사하여 일체화시킨 후 포밍공정을 수행하여 상기 포밍공정에서 발생하는 기재 내부 잔류응력(σ) 집중을 완화시키고 상기 포밍공정 이후 상기 더미시트를 제거하고 제거된 표면에 노출된 전면표면UV층에 2차 자외선조사하여 표면 경도를 강화시켜, 3D 형상 부분(굴곡부)의 크랙을 방지하고 연필경도 3H 이상의 표면과 내마모성을 확보하고 다양한 패턴 문양을 구현할 수 있는 포밍시트를 제공하며, 상기 포밍시트를 모바일제품 또는 전자제품에 적용되는 고품질의 IT 제품보호용 외장 커버로 유용하게 활용될 수 있다.

Description

포밍시트의 제조방법 및 그 포밍시트를 이용한 IT 제품보호용 외장 커버{MANUFACTURING METHOD OF FORMING SHEET AND EXTERIOR COVER FOR IT PRODUCT PROTECTION USING THE FORMING SHEET}
본 발명은 포밍시트의 제조방법 및 그 포밍시트를 이용한 IT 제품보호용 외장 커버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라스틱 재료의 필름을 UV 임프린팅 이후 열과 압력을 통해 성형하는 3D 성형공정을 수행하되, 플라스틱 기판의 전면에 형성된 전면표면UV층에 별도로 패턴 문양이 포함되어 있는 더미시트를 올려 상기 전면표면UV층의 초기두께(t f1 )에 상기 더미시트 중 더미UV층의 두께(t f2 )만큼 더 두껍게 한 후 1차 자외선조사하여 일체화시킨 후에 포밍공정을 수행하여, 상기 포밍공정에서 발생하는 기재 내부 잔류응력(σ) 집중을 완화시키고 상기 포밍공정이후 상기 더미시트를 제거하고 표면에 2차 자외선조사하여 표면 경도를 강화시켜, 3D 형상 부분(굴곡부)의 크랙을 방지하고 연필경도 3H 이상의 표면과 다양한 패턴 문양을 구현할 수 있는 포밍시트의 제조방법 및 그 포밍시트를 이용한 IT 제품보호용 외장 커버에 관한 것이다.
PC, ABS 등의 합성수지를 사출 성형하여 만든 케이스가 휴대폰 등의 전자기기 또는 통신기기에 이용되어 왔다. 그와 같은 케이스는 휴대폰의 외부 표면을 형성하나, 다양한 디자인 표현을 연출하거나 또는 디자인 표현과 동시에 표면 광택을 좋게 하는 데에는 한계가 있다.
특히 모바일 제품의 경우 휴대폰이나 태플릿 PC 등은 정보통신 표시장치로 사용되는 액정 디스플레이를 포함하고 있어 떨어트리거나 충격에 의하여 손상되기 쉽다. 이에 따라 배면에는 보호용 백 커버가 제공되어 있으며, 이를 통하여 회사 로고, 문자, 기호, 디자인 패턴 등 다양한 데코레이션을 수행하기도 한다.
재료 측면에서, 초기 휴대폰에 사용된 커버패널은 주로 PC 수지를 사용한 플라스틱 사출 패널이었으며, 이는 가격이 저렴하고 제작이 간편한 장점이 있으나, 디자인 또는 외관을 개선하는데 한계가 있으며, 성질상 스크래치 발생이 쉽고 강도, 열 등에 취약한 문제가 있다.
또한, 알루미늄이나 마그네슘 등 금속패널도 사용되었으나 이는 가격이 비싸고 두꺼우며, 무선통신 성능구현에 방해되는 문제점이 있다.
이러한 문제로 제안된 유리(glass)패널은 디자인을 화려하고 고급스럽게 할 수 있는 장점은 있으나, 3D 성형이 어려워 단가가 높고 생산성이 떨어지며 무엇보다 그 가공과정 또는 사용자 사용 시 깨지기 쉬운 단점이 있다.
또한, 글라스틱(PC-PMMA 복합시트) 소재는 높은 경도와 PC 소재의 연성을 복합적으로 적용한 것으로 사용에 장점이 있으나, 이 판재의 양산가공시 제단 과정에서 PMMA의 높은 경도 때문에 미세 분진이 다량 발생할 수밖에 없어, 불량율이 높아지는 단점이 있다. 특히, PMMA의 높은 경도로 인해 포밍(3D 성형) 공정에서 표면 크랙의 문제점이 있다.
이상으로부터, 상기 다양한 기판 재료를 적용하더라도 제품 신뢰성 부분에서는 여전히 불안정한 요소가 발생한다.
통상 휴대폰 케이스에 상응하는 커버 형상은 발열된 상하 금형들에 의해 포밍되는데, 대략 90℃로 발열하는 고온의 상부금형이필름에 직접 접촉 가압되므로, 필름이 열에 의한 일그러짐 또는 찢김 등과 같은 손상이 많이 발생한다.
따라서 특허문헌 1에는 상부금형과 하부금형에 대하여 간섭되지 않게 좌우로 구동되는 예열부재를 이용하여 필름을 예열하고, 그 다음, 상부금형과 하부금형에 의해 필름을 포밍하는 기술이 개시된 바 있다. 그러나, 별도의 예열부재를 두어야 하고, 그 예열부재를 구동시키는 장치와 그 예열부재를 발열시키는 장치 또한 추가로 두어야 한다는 점에서 경제성이 떨어진다.
이에, 특허문헌 2에는 필름이 놓이는 하부금형과, 상기 하부금형과 함께 상기 필름을 커버 형상으로 포밍하는 발열형 상부금형과, 상기상부금형을 상하 구동시키는 액츄에이터와 상기 상부금형이 상기 하부금형과 이격된 예열위치까지 하강했는지를 감지하는 감지부와, 상기 상부금형이 예열위치에 있을 때, 상기 상부금형의 하강이 일시 정지되도록 상기 액츄에이터를 제어하는 컨트롤러를 포함한 필름 포밍장치를 통해, 필름 상측에 열을 가하는 예열 수단으로 원래 있던 상부금형을 그대로 이용함으로써, 경제적이고 공정 시간 단축이 가능하다고 제시하고 있다. 더 나아가, 상부금형에는 필름의 외곽면을 한정하는 오목하게 형성된 사각형의 성형홈이 형성되어 필름을 포밍한다.
그러나 상기 하부금형에 안착된 필름이 포밍되는 동안에 안착된 위치로부터 유동되어 필름의 틀어짐이 발생할 수 있고, 성형홈의 형상에 따라 필름을 평판 형상의 커버로 포밍하는 것만 가능하여 다양한 외관 미감 형성이 어려운 문제가 있다. 또한, 필름을 포밍하기 전에 필름에 부착된 보호테이프를 분리, 제거하는 공정이 있어, 이에 따른 공정시간의 증가 및 공정비용이 추가 발생되는 문제가 있다.
특허문헌 3은 이중구조의 상부금형으로 필름의 상부와 필름의 끝단을 각각 압축하여 필름을 틀어짐 없는 곡면형상의 휴대폰용 후면 커버로 포밍하는 필름 포밍지그 및 필름 포밍방법을 제시하고 있다.
또한, 특허문헌 4에는 제품성형을 위한 포밍용 시트로서 일반적으로는 PET-PC-PET의 적층구조의 3중 적층 포밍시트가 개시되어 있으나 층간 분리 및 곡면부 크랙 문제가 여전히 이슈가 되고 있다.
이상으로부터 선행기술들은 최근 기기의 입체감 및 그립감을 향상시키기 위하여 패널의 가장자리를 곡면 형상으로 처리한 3D 패턴의 적용이 늘어나고 있는 추세에 따른 3D 성형에 대한 방법이 제안되고 있으나, 여전히 곡면 형상인 곡면부 크랙 문제를 해결하지 못하고 있다.
플라스틱을 이용한 사출성형 공정상에 불가피하게 수반되는데, 선사출 후 코팅방식의 경우, 펠렛 성형 후 사출 몰드에 올리고 스프레이 도장을 거쳐 제품화되는데, 이 경우에는 불량율이 높고 폐액 및 휘발성 유기물질(VOC)로 인한 환경규제에 자유롭지 못하다.
다른 방법으로 플라스틱 재료의 필름을 UV 임프린팅 방법으로 도포한 후 상부에는 열을 제공하고 하부에는 진공(Vacuum) 처리하여 포밍하는, 선패턴 후 3D성형(포밍) 공정으로 수행한 결과, 표면신뢰성 특히, 곡면부 크랙 문제가 발생된다.
또 다른 사출성형방법으로서, UV 임프린팅 방법을 이용하되, 상ㆍ하부에 동시에 열과 압력을 제공하는 선패턴 후 후 3D성형(포밍) 공정으로 수행한 경우에도 표면상에 집중된 열과 압력의 에너지로 인해 곡면부 크랙 문제에서 자유롭지 못하게 된다.
일반적으로 기판상에 특정기능의 목적으로 형성된 박막 구조에 있어서 박막 내부에는 박막의 형성 도중에 발생한 응력이 축적되어 남게 되는 잔류응력(residual stress)이 존재하게 되는데, 크기가 어느 정도이상이 되면 박막 형성 직후나 또는 그 박막이 사용되는 도중에 벗겨져 버리는 박리현상이 발생된다.
박막 내 잔류응력이 발생하는 원인은 박막형성시 불순물의 존재 등에 의해 발생되는 내부적 요인과 박막과 기판과의 상호작용 즉, 인장(tensile)과 압축(compressive)에 의한 외부적 요인에 의해 발생되는데, 인장에 걸려 크랙이 발생한 경우 크랙 경계 부위의 박막이 위쪽으로 휘어지거나, 압축이 걸려 주름이 발생할 수 있다.
비특허문헌 1에는 박막 잔류응력 평가 결과, 증착된 필름의 두께가 증가할수록 잔류 인장응력이 급격히 감소하여 박막의 잔류응력은 증착 두께와 상관성이 높다고 보고하고 있다. 이러한 결과는 하기 식에서 필름의 두께(hf)와 스트레스(σ)간의 반비례관계를 통해 뒷받침된다.
상기에서 σ는 스트레스, Es는 기판의 영스 모듈, hs: 기판두께, hf: 필름의 두께, Vs: 푸아송비(Poisson's ratio), R은 곡률반경이다.
이에, 본 발명자들은 종래 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 플라스틱 재료의 필름을 UV 임프린팅 이후 열과 압력을 통해 성형하는 3D 성형공정을 수행하되, 플라스틱 기판의 전면에 형성된 전면표면UV층에 별도로 제작된 더미시트를 올려 상기 전면표면UV층의 초기두께(t f1 )에 상기 더미시트 중 더미UV층의 두께(t f2 )만큼 더 두껍게 한 후 1차 자외선조사하여 포밍공정에서 발생하는 기재 내부 잔류응력(σ) 집중을 완화시켜 포밍공정을 수행하고 상기 포밍공정 이후 상기 더미시트를 제거하고 표면에 2차 자외선조사하여 표면 경도를 강화시켜, 3D 형상 부분(굴곡부)의 크랙을 방지하고 연필경도 3H 이상의 표면과 다양한 패턴 문양을 구현할 수 있는 포밍시트를 제공함으로써, 본 발명을 완성하였다.
대한민국특허 제10-0767574호 대한민국특허 제0918029호 (2009.09.18. 공고) 대한민국특허 제2192308호 (2020.12.17. 공고) 대한민국특허 제2194838호 (2020.12.29. 공고)
Korean J. Met. Mater., Vol. 58, No. 3 (2020) pp.175-181, 박막 잔류응력 및 제조공정에 따른 금속박막층 미세크랙 영향
본 발명의 목적은 플라스틱 필름을 UV 임프린팅 이후 열과 압력을 통해 성형하는 포밍공정을 수행하되 3D 형상 부분(굴곡부)의 패턴 문양 형성 및 곡면부의 크랙을 방지하는 포밍시트의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 포밍시트를 이용한 모바일제품 또는 전자제품에 적용되는 IT 제품보호용 외장 커버를 제공하는 것이다.
본 발명은 플라스틱 기판을 준비하고, 상기 플라스틱 기판 전면에 전면(前面)표면UV층을 포함하는 전면(前面)적층공정을 수행하고, 상기 플라스틱 기판 배면에 반사층 및 인쇄층을 포함하는 후면(後面)적층공정을 수행하여 적어도 하나의 UV층을 포함하는 포밍용 평면시트를 형성하고, 상기 포밍용 평면시트에 3D 성형공정을 수행하는 포밍시트의 제조방법에 있어서, 상기 전면표면UV층상에 별도 제작된 더미시트를 올려 상기 전면표면UV층의 초기두께(t f1 )에 상기 패턴 문양이 포함되어 있는 더미시트 중 더미UV층의 두께(t f2 )만큼 더 두껍게 한 후 1차 자외선조사하여 전면적층공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법을 제공한다. 이때, 상기 1차 자외선조사 에너지량은 50 내지 700mJ로 조사되어 반경화시키는 것이다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 3D 성형공정 이후 상기 더미시트가 분리 제거되는 것이며, 상기 더미시트가 분리 제거된 플라스틱 기판 전면에 2차 자외선조사하여 표면 경도를 강화시키는 공정을 더 수행한다. 이때, 상기 2차 자외선조사 에너지량이 100 내지 1000 mJ로 수행되어 완전경화시키는 것이다.
또한, 본 발명의 제조방법은 공정상 수율을 높이기 위하여, 플라스틱 기판 배면에 수행하는 후면적층공정을 선수행한 후, 플라스틱 기판 전면에 수행하는 전면적층공정을 수행하는 것을 특징으로 한다. 이는 증착 공정 및 인쇄 공정을 먼저 수행하는 것으로 각종 파티클과 정전기 등으로 인해 불량률을 현저히 줄일 수 있는 방법으로 제시되고 있다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 더미시트는 더미기재층의 일면에, 자외선 경화 수지 조성물을 UV조사에 의해 경화된 더미UV층으로 이루어지며, 상기 더미기재층의 일면에 문양 패턴이 이루어진 더미UV층(tf2)으로 형성되되, 상기 더미UV층(tf2)이 UV조사에 의해 자외선 경화 수지 조성물을 완전경화시켜 형성된 것이다. 이때, 완전 경화조건의 UV조사 에너지량은 50 내지 1000mJ로 수행되는 것이 바람직하다.
상기 더미시트에 있어서, 더미기재층이 PET, PC, PMMA, PVC, PE 및 ABS로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, 더미기재층(d)의 두께가 0.02 내지 0.5㎜이고, 상기 더미UV층(tf2)의 두께가 0.003 내지 0.2㎜로 형성된다.
또한, 상기 더미시트에 있어서, 더미기재층은 자외선 경화 수지 조성물에 실리콘, 불소가 더 함유되어 경화 후 슬립성이 확보된 것이 바람직하며, 이때 더미UV층의 표면 접촉각(contact angle) 30 내지 80도인 것이다.
특히, 상기 더미UV층(tf2)에 패턴 문양이 형성되어 1차 자외선 조사시 전면표면UV층(tf1)에 전사되는 최종 포밍시트에 패턴 문양을 형성하는 것이다.
본 발명은 상기 제조방법으로부터 제조된 곡면부 크랙없는 굴곡면을 가진 포밍시트이고, 표면의 연필경도가 3H 내지 7H이고, 표면 및 곡면부에 패턴 문양이 연출된 포밍시트를 제공한다.
나아가 본 발명은 상기 물성의 포밍시트를 이용함으로써, 모바일제품 또는 전자제품에 적용되는 고사양 IT 제품보호용 외장 커버를 제공한다.
더욱 구체적으로는 포밍시트를 이용한 휴대폰 보호용 외장 커버를 제공한다.
본 발명의 포밍시트의 제조방법에 따라, 3D 형상 부분(굴곡부)의 크랙을 방지하고 3H 이상의 높은 표면 경도를 지니면서 내구성을 확보하고 다양한 패턴이나 디자인을 구현할 수 있는 포밍시트를 제공할 수 있다. 또한, 기존의 플라스틱 사출공정과 글라스 패널의 제한적이었던 내구성과 디자인의 범위를 차별화할 수 있으며, 제조공정의 불량 요인인 미세 분진이나 인쇄 공정에서의 이물 등을 획기적으로 개선할 수 있다.
따라서 3중 합지 소재(PET+PC+PET)에 발생되는 뒤틀림, 백스프링(복원되려는 힘) 및 층간 분리 문제를 근원적으로 해결할 수 있어, 상기 제조방법에 따른 포밍시트는 휴대폰이나 태플릿 PC를 포함하는 모바일제품 또는 전자제품에 적용되는 고품질의 IT 제품보호용 외장 커버로 유용하며, 더욱 구체적으로는 휴대폰 보호용 외장 커버로 활용될 수 있다.
도 1은 종래 포밍시트의 제조방법에 대한 순서도이고,
도 2는 도 1의 제조방법에 따른 포밍시트의 단면 모식도이고,
도 3은 본 발명의 포밍시트의 제조방법에 대한 순서도이고,
도 4는 도 3의 제조방법에 따른 포밍시트의 단면 모식도이고,
도 5는 본 발명의 제조방법에 있어서 더미UV층의 표면 접촉각 결과이고,
도 6은 본 발명의 제조방법에 있어서, 평면시트에서 3D 성형 공정을 통해 굴곡면을 가지는 포밍시트 제작과정의 모식도이고,
도 7은 도 1의 제조방법에 따른 2차 외곽가공 전의 포밍시트 외관이고,
도 8은 도 3의 제조방법에 따른 2차 외곽가공 전의 포밍시트 외관이고,
도 9는 본 발명의 포밍시트를 이용한 휴대폰 보호용 외장 커버제품이고,
도 10은 본 발명의 포밍시트를 이용한 휴대폰 보호용 외곽 커버에 대한 물성평가 결과 사진이고,
도 11은 본 발명의 포밍시트를 이용한 휴대폰 보호용 외곽 커버의 곡면부에 연출된 문양패턴의 제1실시일례이고,
도 12는 본 발명의 포밍시트를 이용한 휴대폰 보호용 외곽 커버의 곡면부에 연출된 문양패턴의 제2실시일례이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 종래 포밍시트의 제조방법에 대한 순서도로서, 플라스틱 기판을 선택하여 준비하고,
플라스틱 기판에 UV 액을 전면 또는 배면에 도포한 후 UV 조사하여 전면표면UV층 또는 배면UV층을 형성하고,
상기 플라스틱 기판 배면에 배면UV층 형성이후 반사층, 인쇄층을 형성하고,
전면보호시트층 및 배면보호시트층을 해당위치에 적층한 후 전체 평면시트를 1차 외곽가공하여 절단하고 포밍공정을 수행하고, 상기 포밍공정 이후, 전면보호시트층을 제거하고 2차 외곽가공하여 최종제품인 포밍시트를 제조한다.
도 2는 도 1의 제조방법에 따른 포밍시트의 단면 모식도로서, 플라스틱 기판(10)의 전면에 전면표면UV층(21) 및 전면보호시트층(51)이 적층되고, 상기 플라스틱 기판(10)의 배면에 배면UV층(22), 반사층(30), 인쇄층(40) 및 배면보호시트층(52)이 순차 적층되어 포밍용 평면시트(100)가 완성된다.
종래 포밍시트의 제조방법에 따르면, 플라스틱 기판의 전면 또는 배면에 형성된 다층구조의 포밍용 평면시트(100)는 상이한 소재로 인한 층간 경계면에 발생하는 계면 응력에 따라 3D 성형(포밍)공정에서 가해지는 열이나 압력에 의해 다층구조의 결합력이 약화되어 균열(crack), 전치(displacement) 또는 층간 박리 현상(delamination)이 야기된다.
따라서 본 발명은 플라스틱 재료의 필름을 UV 임프린팅 이후 열과 압력을 통해 성형하는 3D 성형(포밍)공정을 수행하되, 층간 경계면에서의 잔류응력을 제어함으로써, 재료의 신뢰도를 향상시키되 특히 3D 형상 부분(굴곡부)의 크랙을 방지할 수 있다. 이에, 최근 기기의 입체감 및 그립감을 향상시키기 위하여 패널의 가장자리를 곡면 형상으로 처리한 3D 패턴에 적용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 포밍시트의 제조방법에 대한 순서도로서,
플라스틱 기판을 선택하여 준비하고,
상기 플라스틱 기판 배면에 반사층 및 인쇄층을 형성하고,
상기 플라스틱 기판 전면에 별도로 제작된 더미(Dummy)시트를 올리고, 표면 UV액을 도포하여 1차 자외선조사하고,
상기 더미시트 상부에 전면보호시트층 및 상기 인쇄층 하부에 배면보호시트층을 적층한 포밍용 평면시트를 1차 외곽가공하고,
상기 외곽가공이후 포밍공정을 수행하고
상기 포밍공정 이후 더미시트 및 전면보호시트를 제거하고,
상기 제거 후 표면에 노출된 전면표면UV층에 2차 자외선 조사하고 2차 외곽 가공을 통해 최종제품인 포밍시트를 제조한다.
본 발명의 플라스틱 기판(10)은 유리; 또는 PET, PC, PMMA, PVC, PE 및 ABS로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 소재에서 선택된 플라스틱 사출이 가능한 소재를 사용한다.
도 4는 도 3의 제조방법에 따른 포밍시트의 단면 모식도로서, 플라스틱 기판(10)의 전면에 형성된 전면표면UV층(21)에 별도로 제작된 더미시트(20)가 올려진 것으로서, 상기 전면표면UV층의 초기두께(t f1 )에 상기 더미시트 중 더미UV층의 두께(t f2 )만큼 더 두껍게 한 후 1차 자외선조사하여 미경화 상태의 전면표면UV층과 더미UV층을 일체화시킨 후 포밍공정을 수행하여, 상기 일체화된 UV층의 잔류응력(σ) 집중을 완화시켜 포밍공정시 발생하는 크랙 등을 방지한다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 더미(Dummy)시트 구성을 통해 전면표면UV층의 초기두께(t f1 )에 상기 더미시트 중 더미UV층의 두께(t f2 )만큼 더 두껍게 설계한 것은 하기 식에서 필름의 두께(hf)와 스트레스(σ)간의 반비례관계를 통해 박막의 잔류응력 제어는 증착 두께와 상관성이 높다고 보고에 따르며 증착된 필름의 두께(hf)가 증가할수록 잔류 인장응력이 감소한다는 결과로부터 안출된다[비특허문헌 1].
상기에서 σ는 스트레스, Es는 기판의 영스 모듈, hs: 기판두께, hf: 필름의 두께, Vs: 푸아송비(Poisson's ratio), R은 곡률반경이다.
상기에서 기판두께(hs)는 플라스틱 기판(10)의 두께이며, 포밍시트를 구성하는 층간 지지체 역할을 수행할 수 있을 정도의 통상 적용되는 두께라면 특별히 한정되지 아니할 것이다.
본 발명의 제조방법의 특징인 더미시트(20)에 대하여 구체적으로 설명하면, 상기 더미시트(20)는 더미기재층(201)의 일면에 자외선 경화 수지 조성물을 UV조사에 의해 경화시켜 형성된 더미UV층(202)으로 이루어진 것이다. 이때, 경화 조건의 UV조사 에너지량은 50 내지 1000mJ로 수행되는 것이다.
상기 더미시트(20)에 있어서, 더미기재층(201)이 PET, PC, PMMA, PVC, PE 및 ABS로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, 더미기재층은 자외선 경화 수지 조성물에 더미UV층을 형성하기 위한 기재로서, 더미기재층(201)의 두께는 0.02 내지 0.5㎜이 바람직하다.
상기 더미시트(20)에 있어서, 더미UV층(202, t f2 )의 두께는 0.003 내지 0.2㎜가 바람직하며, 더미UV층(202)은 완전경화 후 표면의 연필경도가 HB 내지 7H인 것이다.
상기 더미UV층(202, t f2 )은 완전경화층으로 이루어져 있고, 이를 포함한 더미시트(기재(d )+더미UV층(t f2 ))를 액상의 UV액이 도포된 플라스틱 기판(ts)에 덮어 자외선 조사한다. 이때, 자외선 조사에 의한 에너지가 광개시제 등에 인가되고 화학반응을 일으키면서 액상의 UV액에서 고상으로 변화시켜 전면표면UV층(21, tf1)을 형성한다.
상기 더미UV층(202)에 패턴 문양이 다자인되어 1차 자외선 조사시 전면표면UV층(21)에 전사되어 포밍시트의 표면패턴을 형성한다.
또한, 포밍공정 이후 더미시트(20)가 원활히 분리되기 위하여, 상기 더미UV층(202)에는 자외선 경화 수지 조성물에 실리콘, 불소가 더 함유되어 경화 후 슬립성이 확보된 것이 바람직하며, 이때, 더미UV층의 표면 접촉각(contact angle) 30 내지 80도인 것이다.
도 5는 본 발명의 제조방법에 있어서 더미UV층의 표면 접촉각 결과로서 62도를 나타낸다.
본 발명의 제조방법의 또 다른 특징인 공정순서에 대하여 구체적으로 설명하면, 본 발명은 플라스틱 기판 배면에 수행하는 후면적층공정을 선수행한 후, 플라스틱 기판 전면에 수행하는 전면적층공정을 수행한다.
구체적으로는 도 1의 종래 제조방법에서와 같이, UV 액을 플라스틱 기판의 전면 또는 배면에 도포한 후 UV 조사하여 전면표면UV층 및 배면UV층을 형성한 후 반사층 및 인쇄층의 공정을 수행하면, 자외선을 조사시 경화 후 브리틀(brittle)해져 가루날림 현상이 불가피하고 이후 UV 경화후 파티클의 정전기로 인해, 포밍공정단계에서 공정불량의 원인이 된다.
따라서, 본 발명의 제조방법에 있어서, 플라스틱 기판 배면에, 반사층(30) 및 인쇄층(40)을 형성하는 후면(後面)적층공정을 먼저 수행하고, 이후 플라스틱 기판 전면에 UV조사공정을 다음공정으로 수행함으로써, 공정의 불량 요인인 미세 분진이나 인쇄 공정의 이물 등을 획기적으로 개선하여 수율을 향상시킬 수 있다.
상기 반사층(30)은 증착, 스퍼터링, 반사시트 등의 방법으로 수행할 수 있으며, 반사층(30) 및 인쇄층(40) 형성방법은 이 기술분야에서 채용되는 통상의 방법에 의해 수행될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제조방법에 있어서, 평면시트에서 3D 성형(포밍)공정을 통해 굴곡면을 가지는 포밍시트 제작과정의 모식도이다.
상기 더미시트(20)는 3D 성형공정에서 기재의 잔류응력을 제어하여 3D 형상 부분(굴곡부)의 크랙을 방지하는 역할을 수행하고, 상기 3D 성형공정 이후에는 더미시트(20)를 분리 제거하고 상기 더미시트 및 전면보호시트가 분리 제거된 플라스틱 기판 전면에 2차 자외선조사하여 표면 경도를 강화시키는 공정을 더 수행한다.
이때, 상기 2차 자외선조사 에너지량이 100 내지 1000 mJ로 수행되어 완전경화시킴으로써, 표면의 연필경도가 3H 이상, 더욱 바람직하게는 3H 내지 7H를 충족하는 높은 표면경도를 구현한다.
도 7은 종래 포밍시트의 제조방법에 따른 2차 외곽가공 전의 포밍시트 외관이고, 도 8은 본 발명의 포밍시트의 제조방법에 따른 2차 외곽가공 전의 포밍시트 외관을 비교한 것으로, 도 7은 3D 형상 부분(굴곡부)에 크랙이 보이는 반면, 도 8의 포밍시트는 3D 형상 부분(굴곡부)이 크랙없이 매끈한 표면을 확인할 수 있다.
이상의 본 발명의 포밍시트 제조방법에 있어서, 자외선 경화 수지 조성물은 동일한 조성이 사용될 수 있으나, 더미UV층(202)와 전면표면UV층(21)의 조성물은 다르게 조성되는 것이 더 유리하다. 각 UV층에서 요구되는 특성으로는 더미UV층(202)는 문양패턴을 이루고 있어야 하며 완전경화된 UV층을 만들면서 일체화된 전면표면UV층과 분리가 일어날 수 있는 이형력을 갖추어야 한다.
전면표면UV층(21)은 상측에 더미UV층(202)이 위치해 있고 플라스틱 기판(10) 사이에 전면표면 UV액을 도포하고 약한 UV 에너지량을 조사시켜 미경화상태의 전면표면UV층을 형성하게 된다. 이때 조사되는 에너지량은 50 내지 500 mJ 범위에서 사용된다.
이러한 상태는 더미UV층(202)과 전면표면UV층(21)이 일체화되어 한 층과 같이 간주될 수 있다. 이후에 포밍공정을 거치고 더미UV층(202)와 전면표면UV층(21)을 서로 분리하고 상기 전면표면UV층에 강한 UV를 조사시켜 표면 강도를 강화한다. 이때 2차적으로 조사되는 에너지량은 100내지 1000mJ 범위를 사용한다.
상기에서 자외선 경화 수지 조성물은 1 분자 내에 적어도 하나 이상의 (메타)아크릴레이트계 관능기를 가지는 것으로, 무용제 UV액이며 자외선 조사에 의해 경화되므로, 용제 휘발에 의한 냄새문제가 근본적으로 방지되므로 친환경적이다.
또한, 통상 자외선을 이용하여 인쇄하거나 코팅하는 자외선경화방식으로 얻어진 제품은 경화수단이 열이 아닌 매우 짧은 시간의 자외선 경화로 완성되므로 저온경화가 가능하며, 열 건조 제품보다 표면 경도, 표면 광택, 전기 절연성 등에서 우수하고 생산성은 수배, 수십배로 높아 부가가치도 높아진다. 특히, 자외선 경화방식으로 손톱이나 일상도구에 의한 생활 스크래치 등에 긁히지 않을 정도로 표면 경도가 강한 장점이 있다.
더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 자외선 경화 수지 조성물은 a) 1 분자 내에 적어도 3개 이상의 (메타)아크릴레이트계 관능기를 가지는 모노머 및 올리고머 40∼90중량%, b) 올리고머 0∼20중량%, c) 자외선 반응성 희석제 5∼25중량%, d) 광중합 개시제 2∼15중량% 및 e) 첨가제 0∼3중량%로 이루어진다.
상기에서, a) 1 분자 내에 적어도 3개 이상의 (메타)아크릴레이트계 관능기를 가지는 모노머 및 올리고머는 자외선 경화 수지 조성물의 주성분을 이루는 것으로 경화 속도 및 경화 도막의 기계적 내지 화학적 물성을 결정하는 성분이다. 구체적인 일례로는 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 크실리톨펜타(메타)아크릴레이트, 글리세릴디펜타에리트리톨헵타(메타)아크릴레이트 등과 같은 아크릴레이트 모노머, 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머나 폴리에스테르 (메타)아크릴레이트 올리고머 등으로 관능기를 3개 이상 가지는 자외선 경화 물질 등을 들 수 있다.
상기 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머는 하이드록실기와 이소시아네이트기의 부가 반응에 의해 생성되는 우레탄 결합을 반복 단위로 포함하며 통상적으로 그 경화물이 경도, 유연성, 밀착성 및 저온 특성 등이 우수하여 폭 넓은 분야에서 이용되고 있으며, 상기 폴리에스테르 (메타)아크릴레이트 올리고머는 점도가 낮고 내후성이 우수한 특성을 지니고 있다.
상기의 다관능기성 자외선 경화 물질들은 1종 단독으로 사용해도 좋고 2종 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.
a) 성분의 바람직한 함량은 전체 조성물에 대하여, 40∼90중량%, 바람직하게는 60∼80중량%이다. 이때, 상기 40중량% 미만이면, 경화 속도가 늘려지며 최종 경화 도막의 표면 경도 및 내마모성이 저하된다. 또한, 90중량%를 초과하면, 경화 속도는 증가하나 경화 도막의 유연성이 감소하여 균열이 발생하기 쉬워진다.
상기에서, b) 올리고머는 경화된 도막에 유연성과 기재와의 부착력을 증진시키기 위하여 사용되며, 대표적인 일례로는 에폭시 (메타)아크릴레이트, 폴리에테르 (메타)아크릴레이트, 폴리에스테르 (메타)아크릴레이트 및 우레탄 (메타)아크릴레이트를 사용할 수 있으며, 본 발명에 있어서는 황변이 없고 내구성이 우수하며 경화도막의 유연성을 향상시키기 위하여 2개의 관능기를 갖는 지방족 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머가 바람직하다. 바람직한 b) 성분의 함량은 전체 조성물에 대하여, 0∼20중량%를 함유하는 것이다. 이때, 20중량%를 초과하면, 유연성은 증가하나 조성물의 점도가 높아지고 경화 속도가 늘려지며 최종 경화 도막의 표면 경도 및 내마모성이 저하된다.
또한, c) 자외선 반응성 희석제는 주로 분자량 1,000 이하인 모노머로서, 자외선 경화형 조성물의 점도를 낮추어 주고 기재와의 부착력을 증진시키며, 또한 경화된 도막의 유연성을 증진시킬 목적으로 사용된다.
자외선 반응성 희석제는 1분자내에 포함된 관능기 수에 따라 다음과 같은 특성의 차이를 보인다. 1관능성 모노머는 기재와의 부착 및 유연성을 증진시키지만 반응성이 낮아 과량 사용시 미경화가 발생할 수 있다. 2관능성 모노머는 점도, 반응성 및 유연성이 적당하여 통상적으로 주로 사용되고 있으며, 3 내지 4관능성 모노머는 반응성이 좋고 경화 후 가교 밀도가 높아 표면 경도를 높일 수 있는 반면 유연성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 유연성을 저해하지 않는 범위내에서 반응성 및 가교 밀도를 높이기 위해서는 상기의 모노머들을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어 사용 가능한 자외선 반응성 희석액의 구체적인 예로는 2-하이드록에틸(메타)아크릴레이트, 2-하이드록프로필(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,3-프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,4-부타디올디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥사디올디(메타)아크릴레이트, (트리, 테트라 또는 폴리)에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 에톡시화 비스페놀에이 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리드리톨(트리 또는 테트라)(메타)아크릴레이트, 펜타글리세롤트리(메타)아크릴레이트 등이 있다.
상기 c) 성분의 바람직한 사용량은 전체 조성물에 대하여, 비반응성 용제를 제외한 도막 형성 성분에 대하여 5∼25중량%이다. 이때, 자외선 반응성 희석제의 사용량이 5중량% 미만이면, 희석효과가 거의 없어 고점도로 인한 문제점이 발생할 수 있으며 경화 도막의 유연성이 떨어질 수 있다. 또한, 사용량이 25중량%를 초과하면, 경화속도가 느려져 완전한 도막을 얻을 수 없으며 경화 도막의 표면경도 및 내마모도가 저하될 수 있다.
본 발명의 자외선 경화 수지 조성물에 있어서, d) 광중합 개시제는 자외선을 흡수하여 자유 라디칼을 생성함으로써 반응을 개시하는 작용을 한다. 본 발명에 있어서 반응성 향상을 위해서 저황변 타입의 α-하이드록시알킬페논계 화합물이 바람직하며, 구체적인 예로는 1-하이드록시-사이크로헥실-페닐 케톤, α,α-디메톡시-α-하이드록시 아세토페논과 1-[4-(2-하이드옥시에톡시) 페닐]-2-하이드옥시-2-메틸-1-프로판-1-온 등이 있으며 하나 혹은 두가지 이상의 혼합물이 사용된다.
상기 d)의 성분의 바람직한 함량은 전체 조성물에 대하여, 2∼15 중량%, 바람직하게는 5~10%이다. 이때, 광중합 개시제가 2 중량% 미만이면, 경화속도가 느릴 뿐만 아니라 반응율의 감소로 완전한 도막을 얻을 수 없으며, 15 중량%를 초과하면, 사용시 반응성은 증가하나 표면경도가 저하되는 문제가 있다.
자외선 경화 수지 조성물에는 경우에 따라 자외선 흡수제, 광 안정제, 대전방지제, 이형제, 슬립제, 레벨링제, 소포제, 산화방지제 및 난연제 등의 가제 0∼3중량%가 포함될 수 있다.
본 발명은 상기 제조방법으로부터 제조되되, 3D 형상 부분에 크랙이 없고, 표면의 연필경도가 3H 내지 7H이고, 표면 및 곡면부에 패턴 문양이 연출된 포밍시트를 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기포밍시트를 이용하여 휴대폰이나 태플릿 PC를 포함하는 모바일제품 또는 전자제품에 적용되는 고사양 IT 제품보호용 외장 커버를 제공한다.
그 일례로 도 9는 포밍시트를 이용한 제품 중 다양한 휴대폰 보호용 외장 커버 제품을 제시한다.
상기의 휴대폰 보호용 외장 커버는 3D 형상에 있어서 높은 표면 경도를 지니면서 3D 형상 부분(굴곡부) 크랙이 없고, 종래의 플라스틱 사출공정과 글라스 패널의 제한적이었던 내구성과 다양한 디자인 패턴 연출이 가능하며 글라스 대비한 우수한 전파수신 감도 재질로서 적합하다.
따라서 본 발명의 휴대폰 보호용 외장 커버는 우수한 표면물성을 충족하며, 특히 제품의 표면 질감구현이 가능하여 소비자 기호를 높일 수 있다.
도 10은 본 발명의 포밍시트를 이용한 휴대폰 보호용 외곽 커버에 대한 물성평가 결과 사진이고, 하기 표 1은 물성평가의 시험항목별 결과를 기재하였다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 휴대폰 보호용 외장 커버는 외관검사상 곡면부 크랙이나 주름없음을 확인하였다.
또한, 연필경도 3H 이상으로 제작 가능하여 손톱이나 일상도구에 의한 생활 스크래치 등에 긁히지 않을 정도로 표면 경도가 우수하였고, 스틸울(Steel Wool) 테스트를 통해 1000회 왕복시험에 스크래치가 없고 X-cut 시험결과를 종합할 때 표면의 내마모성 확인하였다.
또한, 도 11 도 12에는 본 발명의 포밍시트를 이용한 휴대폰 보호용 외곽 커버의 곡면부에 연출된 문양패턴의 제1, 2실시일례로서, 표면 뿐만 아니라 곡면 부분에까지 다양한 패턴 문양이 연출됨을 확인하였다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1: 본 발명의 포밍시트 100: 종래 포밍시트
10: 플라스틱 기판 20: 더미시트
201: 더미기재층 202: 더미UV층
21: 전면표면UV층 22: 배면UV층
30: 반사층 40: 인쇄층
51: 전면보호시트 52: 배면보호시트
61: 상부금형 62: 하부금형

Claims (16)

  1. 플라스틱 기판을 준비하고,
    상기 플라스틱 기판 전면에 전면표면UV층을 포함하는 전면적층공정을 수행하고,
    상기 플라스틱 기판 배면에 반사층 및 인쇄층을 포함하는 후면적층공정을 수행하여 적어도 하나의 UV층을 포함하는 포밍용 평면시트를 형성하고,
    상기 포밍용 평면시트에 3D 성형공정을 수행하는 포밍시트의 제조방법에 있어서,
    상기 전면표면UV층상에 별도 제작된 더미시트를 올려 상기 전면표면UV층의 초기두께(t f1 )에 상기 더미시트 중 더미UV층의 두께(t f2 )만큼 더 두껍게 한 후 1차 자외선조사하여 전면적층공정을 수행하는 포밍시트의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 1차 자외선조사 에너지량이 50 내지 700mJ로 수행된 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 3D 성형공정 이후 상기 더미시트가 분리 제거되는 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 3D 성형공정 이후 더미시트가 분리 제거된 플라스틱 기판 전면에 2차 자외선조사하여 표면 경도를 강화시키는 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 2차 자외선조사 에너지량이 100 내지 1000 mJ로 수행된 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 기판 배면에 수행하는 후면적층공정 이후 플라스틱 기판 전면에 수행하는 전면적층공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 더미시트가 더미기재층의 일면에, 자외선 경화 수지 조성물을 UV조사에 의해 경화된 더미UV층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 더미기재층이 PET, PC, PMMA, PVC, PE 및 ABS로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 더미기재층의 두께가 0.02 내지 0.5㎜이고, 상기 더미UV층의 두께가 0.003 내지 0.2㎜인 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 더미UV층이 자외선 경화 수지 조성물에 실리콘, 불소가 더 함유되어 경화 후 슬립성이 확보된 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 더미UV층이 표면 접촉각(contact angle) 30 내지 80도인 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 UV조사에 의해 경화된 더미UV층이 표면경도 HB 내지 7H인 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 더미UV층에 패턴 문양이 형성되어 1차 자외선조사시 전면표면UV층에 전사되는 것을 특징으로 하는 포밍시트의 제조방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 제조방법으로부터 제조되되,
    플라스틱 기판 전면에 노출된 전면표면UV층 및
    상기 플라스틱 기판 배면에 형성된 반사층, 인쇄층 및 배면보호시트를 포함한 구조의 포밍시트이고,
    상기 플라스틱 기판 전면에 노출된 전면표면UV층이
    플라스틱 기판 전면에 형성된 전면표면UV층에 별도 제작된 더미기재층과 더미UV층으로 이루어진 더미시트를 올려 상기 전면표면UV층의 초기두께(tf1 )에 상기 더미시트 중 더미UV층의 두께(tf2 )만큼 더 두껍게 하여 1차 자외선조사하여 3D 성형공정 이후 상기 더미시트가 분리 제거되고,
    상기 1차 자외선조사시 상기 더미UV층의 패턴문양이 전면표면UV층에 전사되고,
    상기 3D 성형공정 후 분리 제거된 플라스틱 기판 전면에 2차 자외선조사하여 표면경도가 강화된 것으로,
    1) 3D 형상 부분에 크랙이 없고,
    2) 표면의 연필경도가 3H 내지 7H이고,
    3) 표면 및 곡면부에 패턴 문양이 연출된 포밍시트.
  15. 제14항의 포밍시트를 이용한 모바일제품 또는 전자제품에 적용되는 고사양 IT 제품보호용 외장 커버.
  16. 제15항에 있어서, 상기 포밍시트가 휴대폰 보호용 외장 커버에 적용된 것을 특징으로 하는 고사양 IT 제품보호용 외장 커버.
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