KR102627720B1 - 알루미늄합금-수지 복합체 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
알루미늄합금 및 수지의 결합력이 향상되도록 개선된 구조를 가지는 알루미늄합금-수지 복합체 및 그 제조방법을 개시한다. 알루미늄합금-수지 복합체는 알루미늄합금, 보헤마이트 피막 및 탈수 실란올 유기화합물의 결합에 의해 상기 알루미늄합금 표면의 적어도 일부에 형성되는 접착층 및 상기 접착층에 접착되는 수지를 포함하고, 상기 탈수 실란올 유기화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
여기서, R은 멀캅토기(Mercapto), 아크릴기(Acryl) 또는 에폭시기(Epoxy)이고, R1은 알킬기, 알케닐기, 페닐기, 페닐 알킬기, 알킬 페닐기 또는 시클로 알킬기이고, R2는 메틸기 또는 에틸기이다.
[화학식 1]
여기서, R은 멀캅토기(Mercapto), 아크릴기(Acryl) 또는 에폭시기(Epoxy)이고, R1은 알킬기, 알케닐기, 페닐기, 페닐 알킬기, 알킬 페닐기 또는 시클로 알킬기이고, R2는 메틸기 또는 에틸기이다.
Description
본 발명은 알루미늄합금-수지 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 알루미늄합금 및 수지의 결합력이 향상되도록 개선된 구조를 가지는 알루미늄합금-수지 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전자제품에는 끊임없는 디자인 및 기능의 혁신이 요구된다. 전자제품의 일 예로써 모바일 제품의 경우, 세련된 디자인을 구현하기 위한 방안으로써 금속소재가 각광받고 있다. 그러나, 금속소재는 전파차단이라는 문제를 초래할 수 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로써, 금속소재-수지 복합체의 사용이 고려되었다. 금속소재-수지 복합체를 사용할 경우, 차별화된 디자인을 구현함과 동시에 전파차단이라는 제품의 기능상 문제를 해소할 수 있다. 금속소재-수지 복합체에 있어서, 금속소재 및 수지 사이의 결합력은 제품의 품질을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 따라서, 금속소재 및 수지 사이의 결합력을 향상시키기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.
본 발명의 일 측면은 알루미늄합금 및 수지 사이의 단단한 결합을 구현할 수 있도록 개선된 구조를 가지는 알루미늄합금-수지 복합체 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은 방수 성능을 확보할 수 있도록 개선된 구조를 가지는 알루미늄합금-수지 복합체 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은 안전하고, 친환경적인 물질을 사용하여 제조할 수 있는 알루미늄합금-수지 복합체 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은 단순한 제조공정을 통해 제조할 수 있는 알루미늄합금-수지 복합체 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 사상에 따른 알루미늄합금-수지 복합체는 알루미늄합금, 보헤마이트 피막 및 탈수 실란올 유기화합물의 결합에 의해 상기 알루미늄합금 표면의 적어도 일부에 형성되는 접착층 및 상기 접착층에 접착되는 수지를 포함하고, 상기 탈수 실란올 유기화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
여기서, R은 멀캅토기(Mercapto), 또는 에폭시기(Epoxy)이고, R1은 알킬기, 알케닐기, 페닐기, 페닐 알킬기, 알킬 페닐기 또는 시클로 알킬기이고, R2는 메틸기 또는 에틸기이다.
상기 탈수 실란올 유기화합물은 3-mercaptopropyl trimethoxysilane, 2-(3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-Mercaptopropyl triethoxysilane 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 수지는 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 및 폴리카보네이트(PC) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 제조방법은 알루미늄합금을 탈수 실란올 유기화합물이 함유된 수용액에 침지시켜 상기 알루미늄합금 표면의 적어도 일부에 접착층을 형성하고, 상기 접착층에 열가소성 수지를 사출 성형하여 알루미늄합금-수지 복합체를 형성하는 것을 포함하고, 상기 탈수 실란올 유기화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
여기서, R은 멀캅토기(Mercapto), 또는 에폭시기(Epoxy)이고, R1은 알킬기, 알케닐기, 페닐기, 페닐 알킬기, 알킬 페닐기 또는 시클로 알킬기이고, R2는 메틸기 또는 에틸기이다.
상기 탈수 실란올 유기화합물은 3-mercaptopropyl trimethoxysilane, 2-(3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-Mercaptopropyl triethoxysilane 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 접착층은 상기 알루미늄합금 표면의 적어도 일부에 보헤마이트 피막이 형성된 후에 상기 보헤마이트 피막 및 상기 탈수 실란올 유기화합물의 결합에 의해 형성될 수 있다.
상기 접착층은 무전해 공정 하에서 형성될 수 있다.
상기 접착층은 20℃이상 80℃이하의 온도에서 형성될 수 있다.
상기 접착층은 상기 알루미늄합금을 상기 탈수 실란올 유기화합물이 함유된 수용액에 30초이상 1200초이하 침지시키면 형성될 수 있다.
상기 보헤마이트 피막은 순수(Deionized water)에서 60℃이상 100℃이하의 온도에서 형성될 수 있다.
상기 수지는 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 및 폴리카보네이트(PC) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보헤마이트 피막 및 탈수 실란올 유기화합물의 결합에 의해 형성되는 접착층을 통해 알루미늄합금 및 수지의 결합력을 향상시킬 수 있다.
보헤마이트 피막 및 탈수 실란올 유기화합물의 화학적 결합에 의해 형성되는 접착층을 통해 알루미늄합금 및 수지의 결합력을 향상시킴과 동시에 우수한 방수성능을 가지는 알루미늄합금-수지 복합체의 구현이 가능하다.
접착층을 형성하는 과정에서 강산과 같은 유해물질 사용이 불필요하므로 알루미늄합금-수지 복합체의 제조공정이 비교적 안전하고, 친환경적이다.
접착층은 무전해 공정 하에서 형성 가능하므로 전기설비 등이 불필요한 바, 단순한 제조공정 및 제조비용 절감 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체가 적용된 전자제품의 일 예를 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체가 적용된 전자제품의 다른 일 예를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체를 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 제조방법을 도시한 블록도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 보헤마이트 피막 형성 온도에 따른 인장강도를 보여주는 그래프
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 접착층 형성 온도에 따른 인장강도를 보여주는 그래프
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 침지시간에 따른 인장강도를 보여주는 그래프
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 접착층을 나타내는 SEM사진
도 9는 <비교예 1>에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 접착층을 나타내는 SEM사진
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 방수성능을 보여주는 표
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 결합강도를 측정하기 위한 테스트용 알루미늄합금-수지 복합체를 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체가 적용된 전자제품의 다른 일 예를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체를 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 제조방법을 도시한 블록도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 보헤마이트 피막 형성 온도에 따른 인장강도를 보여주는 그래프
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 접착층 형성 온도에 따른 인장강도를 보여주는 그래프
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 침지시간에 따른 인장강도를 보여주는 그래프
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 접착층을 나타내는 SEM사진
도 9는 <비교예 1>에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 접착층을 나타내는 SEM사진
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 방수성능을 보여주는 표
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 결합강도를 측정하기 위한 테스트용 알루미늄합금-수지 복합체를 도시한 도면
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 한편, 하기의 설명에서 사용된 용어 "선단", "후단", "상부", "하부", "상단" 및 "하단" 등은 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의하여 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다. 이하, 알루미늄합금(10)은 알루미늄 및 알루미늄합금을 통칭하는 의미로 사용될 수 있다. 이하, 도 11에 기재된 도면번호 "2"는 테스트용 알루미늄합금-수지 복합체를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체가 적용된 전자제품의 일 예를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체가 적용된 전자제품의 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄합금-수지 복합체(1)는 세련된 디자인 구축을 위해 휴대전화(100)의 외관에 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄합금-수지 복합체(1)는 금속소재를 이용하여 고급스러운 분위기를 자아낼 수 있도록 디스플레이장치(200)의 외관에 적용될 수 있다.
알루미늄합금-수지 복합체(1)가 적용될 수 있는 전자제품은 휴대전화(100) 및 디스플레이장치(200)뿐만 아니라, 냉장고, 에어컨 등과 같이 금속소재를 이용하여 디자인적 차별화를 시도하고자 하는 모든 전자제품을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체를 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 알루미늄합금-수지 복합체(1)는 알루미늄합금(10) 및 수지(20)를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 알루미늄합금(10)은 알루미늄 및 알루미늄합금을 통칭하는 의미로 사용될 수 있다. 구체적으로, 알루미늄합금은 일본공업규격(JIS)에 규정되어 있는 전신용 알루미늄 합금의 A1000번대 내지 7000번대(내식 알루미늄합금, 고력 알루미늄합금, 내열 알루미늄합금 등) 등의 모든 합금 및 ADC 1 내지 12종(다이캐스트(die-cast)용 알루미늄합금) 등의 주조용 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 형상물로서는, 주조용 합금 등이면 다이캐스트법으로 형상화된 부품, 또 그것을 더 기계 가공하여 형상을 가지런히 한 부품을 사용할 수 있다. 또, 전신용 합금으로는 중간재인 판재 기타, 또 그들을 열프레스(heat press) 가공 등의 기계 가공을 가하여 형성한 부품도 사용할 수 있다.
수지(20)는 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
열가소성 수지는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 및 폴리카보네이트(PC) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
알루미늄합금-수지 복합체(1)는 접착층(30)을 더 포함할 수 있다.
접착층(30)은 알루미늄합금(10) 표면의 적어도 일부에 형성될 수 있다.
접착층(30)은 보헤마이트 피막(AlO(OH))(32) 및 탈수 실란올 유기화합물(31)의 결합에 의해 알루미늄합금(10) 표면의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 구체적으로, 접착층(30)은 보헤마이트 피막(32) 및 탈수 실란올 유기화합물(31)의 화학적 결합에 의해 알루미늄합금(10) 표면의 적어도 일부에 형성될 수 있다.
탈수 실란올 유기화합물(31)은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
여기서, R은 멀캅토기(Mercapto), 또는 에폭시기(Epoxy)이고, R1은 알킬기, 알케닐기, 페닐기, 페닐 알킬기, 알킬 페닐기 또는 시클로 알킬기이고, R2는 메틸기 또는 에틸기이다.
탈수 실란올 유기화합물(31)은 3-mercaptopropyl trimethoxysilane, 2-(3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-Mercaptopropyl triethoxysilane 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 탈수 실란올 유기화합물의 종류는 상기 예에 한정하지 않는다.
접착층(30)은 알루미늄합금(10) 표면의 적어도 일부에 보헤마이트 피막(32)이 형성된 후에 보헤마이트 피막(32) 및 탈수 실란올 유기화합물(31)의 결합에 의해 형성될 수 있다.
수지(20)는 접착층(30)에 접착될 수 있다. 구체적으로, 수지(20)는 접착층(30)의 탈수 실란올 유기화합물(31)과 결합할 수 있다. 보헤마이트 피막(32)은 수지(20)와 탈수 실란올 유기화합물(31)의 결합력을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 제조방법을 도시한 블록도이다. 이하, 미도시된 도면부호는 도 3을 참조한다.
알루미늄합금-수지 복합체(1)의 제조방법은 알루미늄합금 표면처리 공정을 포함할 수 있다. 또한, 알루미늄합금-수지 복합체(1)의 제조방법은 성형공정을 더 포함할 수 있다.
다시 말하면, 알루미늄합금-수지 복합체(1)의 제조방법은 알루미늄합금(10)의 형상을 기계적으로 가공하기 위한 알루미늄합금(10)의 가공공정(P1)을 포함할 수 있다. 또한, 알루미늄합금-수지 복합체(1)의 제조방법은 알루미늄합금 표면처리 공정(P2)을 더 포함할 수 있다. 또한, 알루미늄합금-수지 복합체(1)의 제조방법은 알루미늄합금(10) 표면의 적어도 일부에 접착층(30)을 형성하는 접착층 형성공정(P3)을 더 포함할 수 있다. 또한, 알루미늄합금-수지 복합체(1)의 제조방법은 건조공정(P4)을 더 포함할 수 있다. 또한, 알루미늄합금-수지 복합체(1)의 제조방법은 접착층(30)에 수지(20)를 사출 성형하는 성형공정(P5)을 더 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 알루미늄합금(10)의 가공공정(P1)은 알루미늄합금(10)의 형상을 기계적으로 가공하기 위한 공정이다. 일 예로써, 알루미늄합금(10)의 가공공정(P1)은 프레스 공정, CNC 공정, 다이캐스트 공정, 연마 공정, 샌드블라스터(sand blaster) 공정 등을 포함할 수 있다.
알루미늄합금(10)의 가공공정(P1)이 완료되면 알루미늄합금 표면처리 공정(P2)이 수행될 수 있다.
알루미늄합금 표면처리 공정(P2)은 알루미늄합금(10)의 탈지공정(S1)을 포함할 수 있다. 알루미늄합금(10)의 표면에는 이물질이 존재할 수 있다. 일 예로서, 알루미늄합금(10)의 표면에는 유지류나 먼지가 존재할 수 있다. 기계 가공된 알루미늄합금(10)의 표면에는 기계 가공 시에 사용되는 냉각액, 부스러기 등이 부착되어 있을 수 있다. 알루미늄합금(10)의 표면으로부터 상기와 같은 이물질을 제거하기 위해 알루미늄합금(10)의 탈지공정(S1)이 필요하다. 알루미늄합금(10)의 탈지공정(S1)은 20℃이상 80℃이하의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 알루미늄합금(10)의 탈지공정(S1)은 1분이상 20분이하의 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 탈지액을 구성하는 물질은 계면활성제가 주성분인 알루미늄합금 세척용 상용품을 이용할 수 있다. 알루미늄합금(10)의 탈지공정(S1)은 산성물질과 계면활성제를 함께 사용하는 산성 탈지공정을 포함할 수 있다.
알루미늄합금 표면처리 공정(P2)은 알칼리 에칭공정(S2)을 더 포함할 수 있다. 알칼리 에칭공정(S2)은 알루미늄합금(10)의 표면에 자연적으로 형성되는 알루미늄 산화막을 제거함으로써 알루미늄합금(10)의 표면에 접착층(30)이 원활하게 형성될 수 있게 한다. 알칼리 에칭공정(S2)은 20℃이상 60℃이하의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 알칼리 에칭공정(S2)은 30초이상 5분이하의 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 탈지액을 구성하는 물질은 알루미늄합금(10)을 에칭시킬 수 있는 염기성 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 탈지액을 구성하는 물질은 수산화 나트륨(NaOH)이나 수산화 칼륨(KOH)등과 같은 수산화 알칼리금속류의 수산화물을 포함할 수 있다.
알루미늄합금 표면처리 공정(P2)은 디스머트공정(desmut)(S3)을 더 포함할 수 있다. 디스머트공정(S3)을 통해 알루미늄합금(10) 표면에 존재하는 이물질을 제거할 수 있다. 구체적으로, 알칼리 에칭공정(S2) 이후 수산화나트륨 및 마그네슘, 동, 규소 등과 같은 알루미늄합금(10)내에 고용되어 있던 금속이 알칼리 에칭공정(S2)에서 완전히 용해되지 않고 알루미늄합금(10) 표면에 수산화물 내지 그 외의 조성물이 되어 존재할 수 있다. 디스머트공정(S3)은 이와 같은 이물질을 제거하기 위한 공정이다. 디스머트공정(S3)은 20℃이상 60℃이하의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 디스머트공정(S3)은 1분이상 10분이하의 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 디스머트공정(S3) 시, 산수용액이 탈지액을 구성하는 물질로 사용될 수 있다. 일 예로서, 산수용액은 질산, 황산, 희초산 등을 포함할 수 있다.
알루미늄합금 표면처리 공정(P2)이 완료되면 알루미늄합금(10) 표면의 적어도 일부에 보헤마이트(boehmite) 피막(40)을 형성하는 보헤마이트 피막 형성공정(P3)이 수행될 수 있다. 알루미늄합금 표면처리 공정(P2)이 완료된 알루미늄합금을 순수(deionized water)에 침지시키면 알루미늄합금 표면의 적어도 일부에 보헤마이트 피막(32)이 형성될 수 있다. 보헤마이트 피막 형성공정(P3)은 60℃이상 100℃이하의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 보헤마이트 피막 형성공정(P3)은 1분이상 10분이하의 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
보헤마이트 피막 형성공정(P3)이 완료되면 알루미늄합금(10) 표면의 적어도 일부에 접착층(30)을 형성하는 접착층 형성공정(P4)이 수행될 수 있다. 접착층 형성공정(P4)은 20℃이상 80℃이하의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 접착층 형성공정(P4)은 30초이상 1200초이하의 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 접착층(30)은 보헤마이트 피막 형성공정(P3)을 거친 알루미늄합금(10)을 탈수 실란올 유기화합물이 함유된 수용액에 30초이상 1200초이하의 시간 동안 침지시켜 얻을 수 있다.
알루미늄합금(10)을 탈수 실란올 유기화합물이 함유된 수용액에 침지시키면 알루미늄합금(10) 표면의 적어도 일부에 접착층(30)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 접착층(30)은 보헤마이트 피막(32)에 탈수 실란올 유기화합물이 화학적 결합을 함으로써 알루미늄합금(10) 표면의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 접착층(30)은 보헤마이트 피막(32)의 수산화기(-OH)와 탈수 실란올 유기화합물의 축합 반응을 통해 알루미늄합금(10) 표면의 적어도 일부에 형성될 수 있다.
접착층(30)은 무전해 공정 하에서 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 경우, 접착층(30)을 형성하기 위해 알루미늄합금(10)을 탈수 실란올 유기화합물이 함유된 수용액에 침지시키면 충분하고, 전기중합이라는 별도의 공정을 거칠 필요가 없다.
따라서, 본 발명은 전기중합을 위한 전기설비가 불필요하므로 시설투자비 내지 유지비를 절약할 수 있다. 또한, 전기중합공정에서는 황산과 같은 강산이 사용되므로 안전문제를 초래할 여지가 있다. 결론적으로, 본 발명의 접착층(30)은 무전해 공정 하에서 형성될 수 있으므로, 친환경적 제조공정, 제조공정의 단순화 및 제조비용 절감 효과를 기대할 수 있다.
접착층 형성공정(P4)이 완료되면 접착층(30)이 형성된 알루미늄합금(10)을 건조시키는 건조공정(P5)이 수행될 수 있다.
건조공정(P5)은 접착층(30)이 형성된 알루미늄합금(10)으로부터 물기를 제거하는 공정이다. 다시 말하면, 건조공정(P5)은 접착층(30)으로부터 물기를 제거하는 공정이다. 건조공정(P5)은 다양한 방식으로 수행될 수 있으나, 공기 분사를 통해 알루미늄합금(10)으로부터 물기를 제거하는 방식이 가장 바람직하다. 건조공정(P5)은 20℃이상 60℃이하의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 건조공정(P5)은 3분이상 20분이하의 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
건조공정(P5)이 완료되면 열처리 공정(P6)이 수행될 수 있다. 열처리 공정(P6)은 보헤마이트 피막(32)과 반응하지 않고 잔류한 탈수 실란올 유기화합물을 보헤마이트 피막(32)과 추가 반응 시키기 위한 공정이다. 열처리 공정(P6)은 70℃이상 120℃이하의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 열처리 공정(P6)은 3분이상 20분이하의 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
열처리 공정(P6)이 완료되면 접착층(30)에 수지(20)를 사출 성형하는 성형공정(P7)이 수행될 수 있다.
성형공정(P7) 시, 금형온도 내지 사출온도는 높을수록 좋으나, 무리하게 온도를 높일 필요는 없다. 성형공정(P7)은 열가소성 수지를 사용하는 통상의 사출성형공정과 동일한 조건 하에서 수행될 수 있다.
성형공정(P7) 시, 수지(20)가 접착층(30)에 접착됨으로써 단단한 결합력을 가지는 알루미늄합금-수지 복합체(1)를 형성할 수 있다.
알루미늄합금-수지 복합체(1)를 형성하기 위한 방안 중 하나로 본 발명과 같이 접착층(30)을 이용하여 알루미늄합금(10) 및 수지(20)를 결합시키는 방안 대신 앵커 효과(anchor effect)를 통해 알루미늄합금(10) 및 수지(20)를 결합시키는 방안이 있다. 이는, 알루미늄합금(10)의 표면을 거칠게 만든 후 거칠어진 알루미늄합금(10)의 표면에 수지(20)를 침투시켜 알루미늄합금-수지 복합체(1)를 형성하는 것이다. 즉, 알루미늄합금(10) 및 수지(20) 사이의 물리적 결합을 이용하여 알루미늄합금-수지 복합체(1)를 형성하는 것이다. 그러나, 알루미늄합금(10) 및 수지(20) 사이의 물리적 결합을 이용하여 알루미늄합금-수지 복합체(1)를 형성하는 방안은, 다량의 강산 사용이 불가피하므로, 화상 가능성 및 인체 유해성 측면에서 위험할 수 있다. 또한, 알루미늄합금(10)의 거친 표면에 수지(20)가 조밀하게 채워지기 어려워 알루미늄합금(10) 및 수지(20)의 결합력이 상대적으로 약할 수 있다. 그러나, 본 발명의 경우, 접착층(30)을 형성하는 과정에서 강산과 같은 유해물질 사용이 불필요하므로 친환경적이다. 또한, 접착층(30)을 통해 알루미늄합금(10) 및 수지(20) 사이의 화학적 결합을 도모할 수 있으므로 알루미늄합금(10) 및 수지(20)의 결합력이 상대적으로 강하다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 다만, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(a) 전자 현미경 관찰
HR-SEM(High Resolution Scanning Electron Microscope)형의 전자 현미경 S-4800(히타치제작)을 사용하여 10kV이상 15kV이하에서 관찰하였다.
(b) 알루미늄합금과 수지간 접합강도 측정
만능재료시험기 TO-102(테스트원)을 사용하였다.
<실험예 1> (Al 6013 알루미늄합금과 접착_탈수 실란올 유기화합물 이용)
시판되는 Al 6013 압출재를 입수하고 절단하여 40mm x 12mm x 3mm의 장방형 편을 다수 만들었다. 실험조에 물을 준비하고, 이것에 시판되는 알루미늄합금용 탈지제 「Al Clean paste(부림양행)」와 질산을 투입하여 온도 50℃, 각각 농도 5%의 수용액으로 하였다. 이것에 상기 장방형 편의 알루미늄합금 편을 3분간 침지하여 잘 수세하였다. 이어서 다른 실험조에 40℃로 NaOH을 투입하여 온도 40℃, 농도 5%의 수용액으로 하고, 이것에 알루미늄합금 편을 90초간 침지하여 잘 수세하였다. 다음에 다른 실험조에 질산을 투입하여 온도 25℃, 농도 7%의 수용액으로 하고, 조금 전의 알루미늄합금 편을 4분간 침지하여 잘 수세하였다. 이어서 다른 실험조에 온도 70℃ 정제수에 알루미늄합금 편을 4분간 침지하였다가 다른 실험조에 온도 45℃의 ECES (2-(3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane), MPTS (3-Mercaptopropyltriethoxysilane), APTS (3-Acryloxypropyl Trimethoxysilane) 각각 0.9g/L로 함유된 수용액을 준비하고, 이것에 알루미늄합금 편을 3분간 침지한다. 이어서 다른 실험조에서 물로 온수세(50℃)하고 꺼내어 Air blower로 건조하였다. 전술한 표면 처리가 된 알루미늄합금 편을 꺼내어, 140톤 수평사출기(Sodick)에 PBT/GF40% 수지로 도 11에 도시된 테스트용 알루미늄합금-수지 복합체와 같은 형상으로 사출한 후 인장 파단 시험을 한 결과, 평균 인장강도는 33MPa으로 매우 강하였다. 도 8은 알루미늄합금을 ECES 수용액에 침지했을 때 형성된 접착층을 보여주는 SEM사진이다.
<비교예 1> (Al 6013 알루미늄합금과 접착_트리아진 티올계 유도체 이용)
시판되는 Al 6013 압출재를 입수하고 절단하여 40mm x 12mm x 3mm의 장방형 편을 다수 만들었다. 실험조에 물을 준비하고, 이것에 시판되는 알루미늄합금용 탈지제 「Al Clean paste(부림양행)」와 질산을 투입하여 온도 50℃, 각각 농도 5%의 수용액으로 하였다. 이것에 상기 장방형 편의 알루미늄합금 편을 3분간 침지하여 잘 수세하였다. 이어서 다른 실험조에 40℃로 NaOH을 투입하여 온도 40℃, 농도 5%의 수용액으로 하고, 이것에 알루미늄합금 편을 90초간 침지하여 잘 수세하였다. 다음에 다른 실험조에 질산을 투입하여 온도 25℃, 농도 7%의 수용액으로 하고, 조금 전의 알루미늄합금 편을 2분간 침지하여 잘 수세하였다. 이어서 다른 실험조에 80℃로 1,3,5-triazine-2,4-dithiol-6-sodium thiolate가 0.36g/L로 함유된 수용액을 준비하고, 이것에 알루미늄합금 편을 3분간 침지한다. 이어서 다른 실험조에서 물로 온수세(60℃)하고 꺼내어 Air blower로 건조하였다. 전술한 표면 처리가 된 5개의 알루미늄합금 편을 꺼내어, 140톤 수평사출기(Sodick)에 PBT/GF40% 수지로 도 11에 도시된 테스트용 알루미늄합금-수지 복합체와 같은 형상으로 사출한 후 인장 파단 시험을 한 결과, 평균 인장강도는 32MPa로 매우 강하였다. 도 9는 <비교예 1>에 따른 알루미늄합금-수지 복합체의 접착층을 보여주는 SEM사진이다.
<실험예 2> (Al 6013 알루미늄합금과 접착_보헤마이트 피막 형성 온도 별 실험)
시판되는 Al 6013 압출재를 입수하고 절단하여 40mm x 12mm x 3mm의 장방형 편을 다수 만들었다. 실험조에 물을 준비하고, 이것에 시판되는 알루미늄합금용 탈지제 「Al Clean paste(부림양행)」와 질산을 투입하여 온도 50℃, 각각 농도 5%의 수용액으로 하였다. 이것에 상기 장방형 편의 알루미늄합금 편을 3분간 침지하여 잘 수세하였다. 이어서 다른 실험조에 40℃로 NaOH을 투입하여 온도 40℃, 농도 5%의 수용액으로 하고, 이것에 알루미늄합금 편을 90초간 침지하여 잘 수세하였다. 다음에 다른 실험조에 질산을 투입하여 온도 25℃, 농도 7%의 수용액으로 하고, 조금 전의 알루미늄합금 편을 4분간 침지하여 잘 수세하였다. 이어서 다른 실험조에 온도 60℃부터 95℃까지 정제수에 알루미늄합금 편을 4분간 침지하였다가 다른 실험조에 온도 45℃의 2-(3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane 이 0.9g/L로 함유된 수용액을 준비하고, 이것에 알루미늄합금 편을 3분간 침지한다. 이어서 다른 실험조에서 물로 온수세(50℃)하고 꺼내어 Air blower로 건조하였다. 전술한 표면 처리가 된 알루미늄합금 편을 꺼내어, 140톤 수평사출기(Sodick)에 PBT/GF40% 수지로 도 11에 도시된 테스트용 알루미늄합금-수지 복합체와 같은 형상으로 사출한 후 인장 파단 시험을 한 결과, 평균 인장강도는 도 5에서 확인할 수 있듯이 65℃ 이상, 90℃ 이하의 범위에서 25MPa 이상으로 매우 강하였다.
<실험예 3> (Al 6013 알루미늄합금과 접착_접착층 형성공정 온도 별 실험)
시판되는 Al 6013 압출재를 입수하고 절단하여 40mm x 12mm x 3mm의 장방형 편을 다수 만들었다. 실험조에 물을 준비하고, 이것에 시판되는 알루미늄합금용 탈지제 「Al Clean paste(부림양행)」와 질산을 투입하여 온도 50℃, 각각 농도 5%의 수용액으로 하였다. 이것에 상기 장방형 편의 알루미늄합금 편을 3분간 침지하여 잘 수세하였다. 이어서 다른 실험조에 40℃로 NaOH을 투입하여 온도 40℃, 농도 5%의 수용액으로 하고, 이것에 알루미늄합금 편을 90초간 침지하여 잘 수세하였다. 다음에 다른 실험조에 질산을 투입하여 온도 25℃, 농도 7%의 수용액으로 하고, 조금 전의 알루미늄합금 편을 4분간 침지하여 잘 수세하였다. 이어서 다른 실험조에 온도 70℃의 정제수에 알루미늄합금 편을 4분간 침지하였다가 다른 실험조에 2-(3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane 이 0.9g/L로 함유된 수용액을 준비하고, 온도 20℃부터 90℃까지 알루미늄합금 편을 3분간 침지한다. 이어서 다른 실험조에서 물로 온수세(50℃)하고 꺼내어 Air blower로 건조하였다. 전술한 표면 처리가 된 알루미늄합금 편을 꺼내어, 140톤 수평사출기(Sodick)에 PBT/GF40% 수지로 도 11에 도시된 테스트용 알루미늄합금-수지 복합체와 같은 형상으로 사출한 후 인장 파단 시험을 한 결과, 평균 인장강도는 도 6에서 확인할 수 있듯이 20℃ 이상, 85℃ 이하의 범위에서 25MPa 이상으로 매우 강하였다.
<실험예 4> (Al 6013 알루미늄합금과 접착_접착층 형성공정 침지시간 별 실험)
시판되는 Al 6013 압출재를 입수하고 절단하여 40mm x 12mm x 3mm의 장방형 편을 다수 만들었다. 실험조에 물을 준비하고, 이것에 시판되는 알루미늄합금용 탈지제 「Al Clean paste(부림양행)」와 질산을 투입하여 온도 50℃, 각각 농도 5%의 수용액으로 하였다. 이것에 상기 장방형 편의 알루미늄합금 편을 3분간 침지하여 잘 수세하였다. 이어서 다른 실험조에 40℃로 NaOH을 투입하여 온도 40℃, 농도 5%의 수용액으로 하고, 이것에 알루미늄합금 편을 90초간 침지하여 잘 수세하였다. 다음에 다른 실험조에 질산을 투입하여 온도 25℃, 농도 7%의 수용액으로 하고, 조금 전의 알루미늄합금 편을 4분간 침지하여 잘 수세하였다. 이어서 다른 실험조에 온도 70℃의 정제수에 알루미늄합금 편을 4분간 침지하였다가 다른 실험조에 온도 45℃에 2-(3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane 이 0.9g/L로 함유된 수용액을 준비하고, 0.5분부터 25분까지 조금 전의 알루미늄합금 편을 침지한다. 이어서 다른 실험조에서 물로 온수세(50℃)하고 꺼내어 Air blower로 건조하였다. 전술한 표면 처리가 된 알루미늄합금 편을 꺼내어, 140톤 수평사출기(Sodick)에 PBT/GF40% 수지로 도 11에 도시된 테스트용 알루미늄합금-수지 복합체와 같은 형상으로 사출한 후 인장 파단 시험을 한 결과, 평균 인장강도는 도 7에서 확인할 수 있듯이 30초 이상, 25분 이하의 범위에서 25MPa 이상으로 매우 강하였다.
<실험예 5> (방수성능 테스트)
제조된 알루미늄합금-수지 복합체의 방수 성능은 더 가혹한 조건인 Air leak 테스트로 대신했다. Air leak 테스트 조건은 가로 약 80mm, 세로 150mm, 7mm의 판형태의 알루미늄합금의 내측 및 외측 일부분을 가공하고 <실험예 1>, <비교예 1>과 같은 방법으로 표면처리 하였다. 이후 PBT/GF40%함유 수지로 사출하여 알루미늄합금-수지 복합체를 제작했다. 제작된 알루미늄합금-수지 복합체를 다시 내측 및 외측 일부분을 가공하고 이에 맞는 밀폐시킬 수 있는 지그를 제작한 후 프레스기계에 지그를 안착시킨다. 지그 위에 알루미늄합금-수지 복합체를 안착시키고 프레스기계를 작동시켜 위 아래로 지그를 밀착시켜 밀폐된 공간을 만들고 밀폐된 공간에 18kPa의 공기를 불어넣어 공기가 새는지 확인했다. 측정시간 8초 동안 주입된 공기압이 0.7% 이상 떨어지면 방수성능 실패로 판단하였고, 각 조건당 10개의 편을 측정하였다. 방수성능 테스트 결과는 도 10에 나타냈다. 도 10를 통해, <실험예 1>에 의해 제조된 알루미늄합금-수지 복합체는 <비교예 1>에 의해 제조된 알루미늄합금-수지 복합체에 비해 우수한 방수성능을 가진다는 사실을 확인할 수 있다. 참고로, 도 10의 ECES는 2-(3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane이고, MPTS는 3-Mercaptopropyltriethoxysilane이며, APTS는 3-Acryloxypropyl Trimethoxysilane이다.
이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
1: 알루미늄합금-수지 복합체 2: 테스트용 알루미늄합금-수지 복합체
10: 알루미늄합금 20: 수지
31: 탈수 실란올 유기화합물 32: 보헤마이트 피막
30: 접착층 100: 휴대전화
200: 디스플레이장치
10: 알루미늄합금 20: 수지
31: 탈수 실란올 유기화합물 32: 보헤마이트 피막
30: 접착층 100: 휴대전화
200: 디스플레이장치
Claims (13)
- 알루미늄합금;
보헤마이트 피막 및 탈수 실란올 유기화합물의 축합 반응 결합에 의해 상기 알루미늄합금 표면의 적어도 일부에 형성되는 접착층; 및
상기 접착층과 화학적으로 결합하는 수지;를 포함하고,
상기 탈수 실란올 유기화합물은 하기 화학식 1로 표시되고,
상기 탈수 실란올 유기화합물은 3-mercaptopropyl trimethoxysilane, 2-(3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-Mercaptopropyl triethoxysilane 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 알루미늄합금-수지 복합체.
[화학식 1]
여기서, R은 멀캅토기(Mercapto), 또는 에폭시기(Epoxy)이고, R1은 알킬기, 알케닐기, 페닐기, 페닐 알킬기, 알킬 페닐기 또는 시클로 알킬기이고, R2는 메틸기 또는 에틸기이다. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 수지는 열가소성 수지를 포함하는 알루미늄합금-수지 복합체. - 제 3 항에 있어서,
상기 열가소성 수지는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 및 폴리카보네이트(PC) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 알루미늄합금-수지 복합체. - 알루미늄합금을 탈수 실란올 유기화합물이 함유된 수용액에 침지시켜 상기 알루미늄합금 표면의 적어도 일부에 접착층을 형성하고,
상기 접착층에 열가소성 수지를 사출 성형하여 알루미늄합금-수지 복합체를 형성하는 것을 포함하고,
상기 탈수 실란올 유기화합물은 하기 화학식 1로 표시되고,
상기 탈수 실란올 유기화합물은 3-mercaptopropyl trimethoxysilane, 2-(3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-Mercaptopropyl triethoxysilane 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하고,
상기 접착층은 무전해 공정 하에서 형성되고,
상기 접착층은 20℃이상 80℃이하의 온도에서 상기 알루미늄합금을 상기 탈수 실란올 유기화합물이 함유된 수용액에 30초이상 1200초이하 침지시키면 형성되고,
보헤마이트 피막은 순수(Deionized water)에서 60℃이상 100℃이하의 온도에서 형성되는 알루미늄합금-수지 복합체의 제조방법.
[화학식 1]
여기서, R은 멀캅토기(Mercapto), 또는 에폭시기(Epoxy)이고, R1은 알킬기, 알케닐기, 페닐기, 페닐 알킬기, 알킬 페닐기 또는 시클로 알킬기이고, R2는 메틸기 또는 에틸기이다. - 삭제
- 제 5 항에 있어서,
상기 접착층은 상기 알루미늄합금 표면의 적어도 일부에 보헤마이트 피막이 형성된 후에 상기 보헤마이트 피막 및 상기 탈수 실란올 유기화합물의 결합에 의해 형성되는 알루미늄합금-수지 복합체의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 5 항에 있어서,
상기 수지는 열가소성 수지를 포함하는 알루미늄합금-수지 복합체의 제조방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 열가소성 수지는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 및 폴리카보네이트(PC) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 알루미늄합금-수지 복합체의 제조방법.
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR101479484B1 (ko) * | 2013-05-27 | 2015-01-08 | 지머터리얼즈 주식회사 | 방열절연 소재 및 이의 제조 방법 |
Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO2003064150A1 (fr) * | 2001-12-28 | 2003-08-07 | Taisei Plas Co., Ltd. | Materiau composite en alliage d'aluminium et en resine, procede de production correspondant |
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