KR102651610B1 - 플라스틱 부품 및 그 제조 방법 - Google Patents

플라스틱 부품 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

2가지 이상의 색을 나타내어 다양한 시각적 효과를 나타내며, 인쇄층과 도금층 간의 박리 문제를 해결하며, 신뢰성이 우수한 플라스틱 부품 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 플라스틱 부품의 제조 방법은 (a) 베이스 소재를 마련하는 단계; (b) 상기 베이스 소재 상에 인쇄층을 형성하는 단계; (c) 상기 인쇄층 상에 도금층을 형성하는 단계; (d) 상기 도금층 상에 칼라 코팅층을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 칼라 코팅층 상에 클리어층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 (c) 상기 인쇄층 상에 도금층을 형성하는 단계는 (c1) 상기 인쇄층 상에 화학 도금하여 제1도금층을 형성하는 단계; 및 (c2) 상기 제1도금층 상에 전기 도금하여 제2도금층을 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

플라스틱 부품 및 그 제조 방법{PLASTIC PARTS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 인쇄층 상에 화학 도금 및 전기 도금으로 도금 처리한 후, 칼라 코팅층을 형성한 플라스틱 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
인테리어 제품, 자동차 내부의 콘솔 박스(consol box), 대시보드(dashboard), 도어 트림(door trim), 자동차의 외장 가니쉬 등에는 표면을 마무리하거나 장식하기 위한 내장재 및 외장재로서 플라스틱 부품이 많이 사용되고 있다.
플라스틱 부품은 장식감과 다양한 디자인을 나타내기 위해, 금속 패턴 또는 금속 무늬를 갖도록 제조된다. 예를 들어 플라스틱 부품은 베이스 소재 상에 금속층과 인쇄층을 순차적으로 형성한 후, 에칭 또는 레이저 조사를 이용하여 무늬와 패턴을 형성하고, 보호층을 형성하는 단계로 제조될 수 있다.
이처럼 외관 품질을 향상시키기 위해 금속 패턴 또는 금속 무늬를 사용하나, 금속 만으로는 다양한 색의 시각적 효과를 나타내기에 한계가 있다.
또한 에칭 또는 레이저 조사를 이용하여 금속 패턴과 무늬를 형성하는 경우, 금속층과 인쇄층 사이에 들뜸 현상이 발생하고 신뢰성이 떨어지며, 에칭 공정이 복잡하고 비용이 증가하여 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
이에 따라, 다양한 시각적 효과를 부여하고, 박리 문제 및 신뢰성을 개선할 수 있는 플라스틱 부품의 연구가 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 고급스러운 디자인 패턴 뿐만 아니라, 2가지 이상의 색을 나타내어 다양한 시각적 효과를 나타낼 수 있는 플라스틱 부품을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 인쇄층과 도금층 간의 박리 문제를 해결할 수 있는 플라스틱 부품을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 신뢰성이 우수한 플라스틱 부품을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 고강도를 가지며, 내마모성 및 내구성이 우수한 플라스틱 부품을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 공정이 간단하고 제조 비용을 절감할 수 있는 플라스틱 부품의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 플라스틱 부품의 제조 방법은 (a) 베이스 소재를 마련하는 단계; (b) 상기 베이스 소재 상에 인쇄층을 형성하는 단계; (c) 상기 인쇄층 상에 도금층을 형성하는 단계; (d) 상기 도금층 상에 칼라 코팅층을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 칼라 코팅층 상에 클리어층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 (c) 상기 인쇄층 상에 도금층을 형성하는 단계는 (c1) 상기 인쇄층 상에 화학 도금하여 제1도금층을 형성하는 단계; 및 (c2) 상기 제1도금층 상에 전기 도금하여 제2도금층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 칼라 코팅층을 형성하는 단계에서, 비닐 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 이소시아네이트 수지 및 폴리올 수지 중 1종 이상의 고분자 수지, 및 안료 입자를 포함하는 칼라 코팅용 조성물을 도포할 수 있다.
본 발명에 따른 플라스틱 부품은 베이스 소재; 상기 베이스 소재 상에 배치되는 인쇄층; 상기 인쇄층 상에 배치되는 도금층; 상기 도금층 상에 배치되는 칼라 코팅층; 및 상기 칼라 코팅층 상에 배치되는 클리어층;을 포함하고, 상기 도금층은 제1도금층 및 상기 제1도금층 상에 배치되는 제2도금층을 포함한다.
상기 칼라 코팅층은 안료 입자를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 플라스틱 부품은 고급스러운 디자인 패턴 뿐만 아니라, 2가지 이상의 색을 나타내어 다양한 시각적 효과를 나타낼 수 있다.
또한 본 발명의 플라스틱 부품은 인쇄층과 도금층 간의 박리 문제를 해결할 수 있으며, 신뢰성이 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명의 플라스틱 부품은 화학 도금 및 전기 도금을 이용한 도금층을 형성함으로써, 고강도를 가지며, 내마모성 및 내구성이 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명의 플라스틱 부품의 제조 방법은 공정이 간단하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 부품의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 베이스 소재 상에 인쇄층을 형성한 상태의 단면도이다.
도 3은 인쇄층을 반 건조 및 완전 건조시킨 상태에서 도금층을 형성한 모습의 평면도이다.
도 4는 플라스틱 부품의 도금 단계를 도시한 개략도이다.
도 5는 도 2에 도시된 인쇄층 상에 도금층, 칼라 코팅층 및 클리어층을 형성한 플라스틱 부품의 단면도이다.
도 6은 베이스 소재와 인쇄층 사이에 프라이머층이 더 배치된 플라스틱 부품의 단면도이다.
도 7은 부착성 실험을 위해, 인쇄층의 반 건조 조건인 온도와 시간을 시뮬레이션한 결과이다.
도 8은 온도 90℃와 시간 20분일 때 부착성 시뮬레이션 결과이다.
도 9는 온도 70℃와 시간 20분일 때 부착성 시뮬레이션 결과이다.
도 10은 온도 40℃와 시간 20분일 때 부착성 시뮬레이션 결과이다.
도 11은 온도 40℃와 시간 60분일 때 부착성 시뮬레이션 결과이다.
도 12는 온도 70℃와 시간 60분일 때 부착성 시뮬레이션 결과이다.
도 13은 비교예 4에 따른 외관 사진이다.
도 14는 비교예 5에 따른 외관 사진이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플라스틱 부품 및 그 제조 방법을 설명하도록 한다.
본 발명의 플라스틱 부품은 고급스러운 디자인 패턴과 투 톤과 같은 다양한 색상의 시각적 효과를 나타낼 수 있으며, 동시에 인쇄층과 도금층 간의 박리 문제를 해결할 수 있고, 신뢰성이 우수한 효과가 있다.
본 발명의 플라스틱 부품의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 부품의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 플라스틱 부품의 제조 방법은 베이스 소재를 마련하는 단계(S110), 인쇄층을 형성하는 단계(S120), 화학 도금 및 전기 도금으로 도금층을 형성하는 단계(S130), 칼라 코팅층을 형성하는 단계(S140) 및 클리어층을 형성하는 단계(S150)를 포함한다.
플라스틱 부품이란, 석유에서 추출되는 원료를 결합시켜 만든 고분자 화합물인 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 이용하여 만든 것으로서, 가전, 가구, 자동차 내장재 등 플라스틱을 사용할 수 있는 모든 분야에 적용될 수 있다.
특히, 본 발명의 플라스틱 부품은 자동차 내장재 및 외장재에 적용될 수 있다.
베이스 소재를 마련하는 단계에서, 베이스 소재(10)는 플라스틱 소재로, 사출 성형된 소재를 가리킨다.
상기 베이스 소재는 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리우레탄(PU; polyurethane), 폴리프로필렌(PP; polypropylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA; polymethyl methacrylate), ABS수지(acrylonitrile butadiene styrene resin), 폴리염화비닐(PVC; polyvinyl chloride), 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(PBT; polybutylene terephthalate), 폴리에틸렌(PE; polyethylene), 폴리아미드(PA; polyamide) 및 PC/ABS 혼합수지(polycarbonate/acrylonitrile butadiene styrene) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
사출 성형은 수지 재료를 녹여 형틀에 부은 후 굳혀서 사출 성형품을 만들어 내는 것으로, 산업 현장에서 일반적으로 사용되는 기술이다.
베이스 소재(10)를 마련하는 단계와 후술할 베이스 소재(10) 상에 인쇄층(20)을 형성하는 단계 사이에, 상기 베이스 소재(10) 표면의 이물질을 제거하는 전처리 단계를 더 포함할 수 있다.
전처리 단계는 도장하기 전에 탈지 과정으로 시너 또는/및 IPA 솔벤트를 사용하여 수행될 수 있다. 전처리 단계를 더 포함함으로써, 이물질을 제거하고 유분기가 없는 표면을 만들어 인쇄층이나 도금층이 베이스 소재 표면에 잘 부착되도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 베이스 소재 상에 인쇄층을 형성한 상태의 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 소재(10) 상에 인쇄층(20)을 형성한다.
베이스 소재(10) 상에 바로 인쇄층(20)을 형성하는 이유는 공정 측면에서 에칭이나 레이저 조사를 수행하지 않고도 플라스틱 부품에 이미지 패턴을 부여할 수 있고, 후술할 도금층과의 박리 문제를 해결할 수 있기 때문이다.
인쇄층을 형성하는 단계에서, 패드 프린트 또는 실크 스크린을 수행하는 것이 바람직하다.
패드 프린트는 고무, 실리콘 등과 같이 탄성을 가진 탄성 패드를 이용하여 제품에 직접 인쇄하는 방식이다. 패드 프린트는 피인쇄물의 특정 위치에 이미지 패턴이나 색을 인쇄하고자 할 때, 이미지 패턴이 각인된 부식판이나 색이 고여 있는 색판에 잉크를 묻히고, 부식판에 각인된 이미지 패턴이나 색판에 고여 있는 잉크를 탄성 패드에 옮긴 후, 탄성 패드를 피인쇄물(사출 성형품)에 가압하여 이미지 패턴이나 색을 전사하는 것이다.
실크 스크린은 형상이 도안된 스크린 상에 액상의 잉크를 도포하고, 스퀴지 등으로 바르면서 적절한 압력을 가하여 잉크가 상기 스크린 상의 막히지 않은 부분만을 통과하여 도포되게 하는 것이다.
패드 프린트 또는 실크 스크린을 수행하여 인쇄층을 형성하게 되면, 베이스 소재의 평면, 곡면, 오목면이나 넓은 면적에도 정밀하게 인쇄가 가능하며, 원하는 이미지 패턴과 색을 원하는 위치에 인쇄할 수 있는 효과가 있다.
한편, 인쇄층을 수압 전사로 수행하는 경우, 물과 전사 필름을 이용하여 전사필름의 상부로부터 피인쇄물을 침강시켜 수압에 의해 피인쇄물 표면에 무늬를 인쇄하기 때문에, 원하는 이미지 패턴을 원하는 위치에 인쇄하기 어려운 단점이 있다. 또한 수압 전사층 상에 금속 증착을 하는 경우, 금속 증착에 의해 수압 전사의 패턴이 나타나지 않는 단점이 있다.
이에 따라, 베이스 소재 상에 정밀하게 인쇄가 가능하면서, 원하는 이미지 패턴과 색을 원하는 위치에 인쇄하고, 디자인 표면의 질감을 향상시키기 위해서는 패드 프린트 또는 실크 스크린을 이용하는 것이 바람직하다.
인쇄층(20)에 사용되는 잉크는 아크릴 수지, 에폭시 수지 및 유색 안료를 주성분으로 포함하고, 광안정제, 산화방지제, 소광제 및 촉매 중 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3은 인쇄층을 반 건조 및 완전 건조시킨 상태에서 도금층을 형성한 모습의 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 인쇄층을 반 건조시킨 상태에서는 인쇄층 패턴 라인에도 금속이 잘 접착되어 있다. 반면, 인쇄층을 완전 건조시킨 상태에서는 인쇄층 패턴 라인에는 금속이 잘 접착되어 있지 않다.
즉, 인쇄층을 완전 건조시킨 경우에 비해, 인쇄층을 반 건조시킨 경우 인쇄층과 도금층 간의 표면 박리 없이 부착성이 우수한 효과를 제공함으로써, 자동차 부품에 적용하는데 적합한 이점이 있다.
그리고, 인쇄층(20)을 반 건조시킨 경우 인쇄층(20)의 패턴 표면과 도금층(30) 사이의 접착력은 비패턴 표면과 도금층 사이의 접착력보다 클 수 있다.
여기서 비패턴 표면은 인쇄되지 않은 표면을 가리킨다.
본 발명에서는 표면 박리를 해결하기 위해, 인쇄층(20)을 40 ~ 90℃에서 20 ~ 60분 동안 반 건조시키되, 하기 식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
[식 1]
800 ≤ 건조 온도(℃) Χ 건조 시간(분) ≤ 4200
이러한 파라미터의 기술적 의의에 대하여 설명하면 다음과 같다.
통상 플라스틱 부품 분야에서는 도금층 상에 인쇄층을 형성한 후 에칭 또는 레이저 조사를 수행하여 무늬와 패턴을 나타내었으나, 공정이 복잡하여 제조 비용이 증가하고, 도금층과 인쇄층 사이의 박리가 발생하는 문제점이 있었다.
박리가 발생함에 따라 플라스틱 부품의 신뢰성이 저하되고, 고급스러운 디자인 패턴을 나타내는데 어려움도 있었다.
이러한 문제점을 해결하고자, 본 발명자는 인쇄층 상에 도금층을 형성하는 순서를 선택하였다. 그리고 에칭 또는 레이저를 조사하지 않고도 기존 물성 대비 동등 이상의 무늬와 패턴 효과를 나타내는 것을 확인하였다.
박리 문제를 평가하기 위해, 인쇄층 상에 도금층을 형성하는 과정에서, 기존의 완전 건조 조건을 그대로 적용하였다.
일반적으로 인쇄 공정에서 건조 온도가 높을수록, 건조 시간이 길수록 완전 건조되고, 부착력이 높아 박리 발생을 줄일 수 있는 것으로 알려져 있다.
인쇄층을 완전 건조시킨 후 도금층을 형성하였으나, 잉크가 완전 건조되어 도금층과의 접착력이 약화되면서 표면 박리가 발생하는 것을 확인하였다.
박리 문제를 해결하기 위해, 본 발명자는 건조 조건의 온도와 시간을 조절하여 인쇄층과 도금층 사이의 표면 박리가 이루어지지 않도록 하였다.
이러한 연구 결과, 본 발명자는 인쇄층과 도금층의 배치 순서에 의해 간단한 공정만으로 고급스러운 디자인의 패턴을 나타낼 수 있고, 인쇄층의 반 건조 조건에 의해 도금층의 우수한 부착력을 확보할 수 있어, 종래 플라스틱 부품이 갖는 문제점을 모두 개선하는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명에서는 우수한 장식감과 고급스러운 디자인 패턴을 나타냄과 동시에 인쇄층과 도금층 간의 박리 문제를 해결하고, 우수한 신뢰성을 갖는 플라스틱 부품을 개발하기 위해, 인쇄층을 40 ~ 90℃에서 20 ~ 60분 동안 반 건조시켜 도금층을 형성하되, 반 건조 조건은 하기 식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
[식 1]
800 ≤ 건조 온도(℃) Χ 건조 시간(분) ≤ 4200
상기 인쇄층(20)을 반 건조시킨 후, 표면의 이물질을 제거하는 전처리 단계를 더 포함할 수 있다. 전처리에 사용되는 용매는 주로 IPA를 사용할 수 있으며, 전술한 바와 같다.
도 4는 플라스틱 부품의 도금 단계를 도시한 개략도이다.
인쇄층을 반 건조시킨 상태에서 도금층을 형성하는 단계는 반 건조된 인쇄층 상에 화학 도금하여 전도성을 부여하는 제1도금층을 형성하는 단계 및 상기 제1도금층 상에 전기 도금하여 제2도금층을 형성하는 단계를 포함한다.
구체적으로, 화학 도금하여 제1도금층을 형성하는 단계는 상기 반 건조된 인쇄층 표면을 에칭한 후 환원시키는 단계, 상기 환원된 표면에 팔라듐(Pd) 및 주석(Sn)을 흡착시키는 활성1 단계, 상기 주석(Sn)을 제거하고 팔라듐(Pd)을 활성화하는 활성2 단계, 및 상기 활성화된 표면에 니켈층을 형성하여 제1도금층을 형성하는 단계를 포함한다.
이러한 화학 도금 처리는 에칭 조건에 의해 산화제 용액이 사출품 중 부타디엔 등의 고무 성분을 선택적으로 용출시켜 도금의 밀착력을 부여하고 표면에 미세한 요철을 형성할 수 있다. 환원 시 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원시킨다.
활성 1 단계에서는 에칭된 표면을 촉매 금속과 반응시켜 무전해 도금이 일어날 수 있도록 한다. 활성 2 단계에서는 주석 성분을 용해하고 팔라듐을 활성화하여 무전해 도금만을 원활하게 한다. 니켈층은 전기 도금을 수행하기 위해 촉매층에 금속 니켈을 석출하여 전도성을 부여한다.
전기 도금하여 제2도금층을 형성하는 단계는 상기 제1도금층 상에 베이스 소재와 금속의 완충 역할을 수행하는 동도금층을 형성하는 단계, 상기 동도금층 상에 내식성 향상과 부식을 방지하는 반광택 니켈층을 형성하는 단계, 상기 반광택 니켈층 상에 광택 및 내식성을 부여하는 광택 니켈층을 형성하는 단계, 상기 광택 니켈층 상에 부식전류를 분산시키는 MP(미세기공) 니켈층을 형성하는 단계 및 상기 MP 니켈층 상에 내식성 및 내마모성을 갖는 크롬 도금층을 형성하여 제2도금층을 형성하는 단계를 포함한다.
이러한 전기 도금 처리는 동도금을 통해 광택부여 및 외부 충격에 대한 쿠션성을 부여하고, MP 니켈층을 통해 미립자를 형성하여 크롬층의 부식을 차단하도록 한다. 마지막으로 크롬 도금층을 통해 도금의 화려한 외관 및 내마모성을 부여한다.
이러한 화학 도금 및 전기 도금을 통해 도금층(30)을 형성함으로써, 생산성 및 금속 박막의 균일도가 우수한 효과가 있다.
또한 고강도를 가지며, 내마모성 및 내구성이 우수한 효과가 있다.
도금층(30)은 인쇄 패턴을 덮도록 인쇄층(20)의 전면에 배치될 수 있다.
도금층(30)은 약 1 ~ 100㎛ 두께, 바람직하게는 5 ~ 50㎛의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 5는 도 2에 도시된 인쇄층 상에 도금층, 칼라 코팅층 및 클리어층을 형성한 플라스틱 부품의 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 인쇄층(20) 상에 화학 도금 및 전기 도금으로 도금층(30)을 형성한 후, 칼라 코팅층(40)과 클리어층(50)을 형성한다.
인쇄층(20)과 도금층(30) 사이의 표면 박리를 해결하기 위해, 상기 인쇄층(20)을 반 건조시킨 상태에서 도금층(30)을 형성하는 것이 중요하다.
인쇄층(20)을 완전 건조시킨 상태에서 도금층(30)을 형성하는 경우, 인쇄층과 도금층 간의 결합력이 약화되어 박리가 발생하게 된다.
여기서 완전 건조는 일반적인 건조 조건으로, 80 ~ 90℃에서 30 ~ 120분 동안 수행되어 용매를 완전히 제거하는 것을 의미한다.
본 발명에서 언급된 반 건조는 일반적인 건조 조건보다 낮은 온도 및 짧은 시간 동안 수행되어 용매를 약 40 ~ 80% 정도 제거하는 것을 의미한다.
그리고 반 건조 상태는 잉크가 손에 묻어나지 않을 정도의 상태를 의미한다.
이러한 화학 도금 및 전기 도금을 통해 도금층(30)을 형성함으로써, 생산성 및 금속 박막의 균일도가 우수한 효과가 있다.
또한 고강도를 가지며, 내마모성 및 내구성이 우수한 효과가 있다.
도금층(30)은 인쇄 패턴을 덮도록 인쇄층(20)의 전면에 배치될 수 있다.
도금층(30)은 약 1 ~ 100㎛ 두께, 바람직하게는 5 ~ 50㎛의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는 투 톤과 같이, 2가지 이상의 색을 나타내어 다양한 시각적 효과를 부여하기 위해 도금층(30) 상에 칼라 코팅층(40)을 형성하는 것이 바람직하다.
칼라 코팅층(40)은 단순히 색을 부여하는 기능이 아니라, 인쇄층(20)과 도금층(30)에 형성된 디자인 패턴이 다양한 색으로 보일 수 있도록 시각적 효과를 극대화할 수 있다. 이에 따라 플라스틱 부품의 외관은 고급스러운 표면처리 효과를 가지며, 우수한 장식감을 나타낼 수 있다.
특히 인쇄층(20), 도금층(30) 및 칼라 코팅층(40)을 순차적으로 형성하여 인쇄층과 칼라 코팅층에 부여된 색이 함께 복합적으로 색감을 나타낼 수 있어 화려한 외관 효과를 나타낼 수 있다.
만일, 칼라 코팅층(40)이 인쇄층(20) 하부면에 배치되거나, 인쇄층(20)과 도금층(30) 사이에 배치되는 경우, 층 사이의 박리가 발생할 수 있어 패턴 형상이 뚜렷하게 보이지 않을 수 있다. 또한 인쇄층과 도금층의 패턴, 무늬가 칼라 코팅층의 색상과 잘 조화되지 않아 장식감이 떨어지고 다양한 시각적 효과를 나타내기 어려울 수 있다.
칼라 코팅층(40)은 칼라 코팅용 조성물을 도포하여 형성될 수 있다.
칼라 코팅용 조성물은 비닐 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 이소시아네이트 수지 및 폴리올 수지 중 1종 이상의 고분자 수지, 및 안료 입자를 포함할 수 있다.
안료 입자는 칼라 코팅층에 색상을 부여하기 위해 첨가되는 것으로, 당업계에 공지된 성분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 안료 입자는 피그먼트 레드, 피그먼트 그린, 피그먼트 블루, 피그먼트 옐로우 및 피그먼트 바이올렛 등을 사용할 수 있다. 다른 예를 들면 실리카(silica), 카본블랙(carbonblack), 산화철(iron oxide), 산화티타늄(TiO2), 안티몬(Sb), 퀴나크리돈(quinacridone), 구리-프탈로시아닌(copper-phthalocyanine) 및 크롬(Cr) 중 1종 이상의 공지된 안료 입자를 포함할 수 있다.
상기 칼라 코팅용 조성물은 고분자 수지 100중량부에 대하여, 안료 입자 1 ~ 20중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 5 ~ 20중량부를 포함할 수 있고, 10 ~ 20중량부를 포함할 수 있다.
안료 입자의 함량이 1중량부 미만인 경우, 플라스틱 부품의 투 톤 효과 및 다양한 색상을 나타내기 어려울 수 있다. 반대로, 안료 입자의 함량이 20중량부를 초과하는 경우, 입자의 뭉침이 발생하여 분산성이 저하되고 칼라 코팅층에 균일한 색을 부여하기 어려울 수 있다. 또한 입자 뭉침에 의해 층간 박리가 발생할 수 있다.
칼라 코팅용 조성물은 레벨링제, 광안정제, 소포제, 습윤제 중 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
칼라 코팅용 조성물을 도포하여 약 60 ~ 80℃에서 건조함으로써, 약 10 ~ 50㎛ 두께의 칼라 코팅층을 형성할 수 있다.
클리어층(50)은 칼라 코팅층(40)의 표면을 보호하고, 광택을 조정하는 역할을 한다.
클리어층(50)은 플라스틱 부품의 외관을 향상시켜 상품성을 높이며, 내광성, 내약품성 및 내스크래치성을 부여하여 도금층이 훼손되지 않도록 보호한다.
또한 보호층(40)은 무색 투명하여 빛을 통과시키며, 유광 광택 효과 및 자외선 차단 효과도 부여한다.
클리어층(50)은 클리어 도장층으로도 불리우며, 유광, 반광, 무광의 클리어 조성물을 도포하여 형성될 수 있다.
클리어층(50)은 비닐 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 이소시아네이트 수지 및 폴리올 수지 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 분산제, 광개시제, UV 안정제 등을 더 포함할 수 있다.
클리어층(50)은 10 ~ 50㎛ 두께, 바람직하게는 20 ~ 40㎛ 두께로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 6은 베이스 소재와 인쇄층 사이에 프라이머층이 더 배치된 플라스틱 부품의 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 소재(10) 표면의 이물질을 제거하는 전처리 단계와 베이스 소재(10) 상에 인쇄층(20)을 형성하는 단계 사이에, 상기 전처리된 베이스 소재 표면에 프라이머층(15)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
프라이머층(15)은 베이스 소재(10)와 인쇄층(20) 사이의 접착력을 보다 향상시킬 수 있다. 프라이머층(15)은 비닐 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지 등을 도포함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 플라스틱 부품은 베이스 소재(10), 베이스 소재(10) 상에 배치되는 인쇄층(20), 인쇄층(20) 상에 배치되는 도금층(30) 및 도금층(30) 상에 배치되는 칼라 코팅층(40) 및 칼라 코팅층(40) 상에 배치되는 클리어층(50)을 포함하고, 상기 도금층(30)은 제1도금층 및 상기 제1도금층 상에 배치되는 제2도금층을 포함한다.
인쇄층(20)의 패턴을 덮도록 전면(패턴 및 비패턴 부분)에 도금층(30)이 배치될 수 있다.
인쇄층(20)의 패턴 표면과 도금층 사이의 접착력은 비패턴 표면과 도금층 사이의 접착력보다 클 수 있다. 이는 인쇄층(20)이 반 건조된 상태에서 금속 증착이 이루어지기 때문에 인쇄 패턴 표면에서의 접착력이 상대적으로 높다는 것을 의미한다.
칼라 코팅층(40)은 안료 입자를 포함할 수 있다. 칼라 코팅층(40)은 고분자 수지가 경화된 매트릭스 또는 박막 형태에 안료 입자가 분산된 구조이다.
칼라 코팅층(40)은 고분자 수지 100중량부에 대하여, 안료 입자 1 ~ 20중량부를 포함할 수 있으며, 이에 대한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 제1도금층은 니켈층을 포함할 수 있다.
상기 제2도금층은 동도금층, 상기 동도금층 상에 배치되는 반광택 니켈층, 상기 반광택 니켈층 상에 배치되는 광택 니켈층, 상기 광택 니켈층 상에 배치되는 MP 니켈층 및 상기 MP 니켈층 상에 배치되는 크롬 도금층을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 베이스 소재(10)와 인쇄층(20) 사이에 프라이머층(15)이 더 배치될 수 있다.
본 발명의 플라스틱 부품은 인쇄층 상에 도금층과 칼라 코팅층이 배치됨에 따라, 원형 또는 다각형 무늬, 원기둥 또는 다각기둥 무늬, 모눈(grid) 무늬, 스트라이프 무늬, 도트 무늬, 모자이크 무늬, 도비 무늬, 꽃무늬와 같은 식물 무늬, 각종 동물 무늬, 캐릭터 무늬, 입체 무늬 등과 같은 입체 패턴에서 나아가, 디자인 패턴의 다양한 색을 나타내고 시각적 효과를 극대화하는 효과가 있다. 또한 상기 플라스틱 부품은 표면 박리 없이 우수한 신뢰성을 나타낼 수 있다.
이와 같이 플라스틱 부품 및 그 제조 방법에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
1. 부착성 평가
ISO 2409 또는 JIS K 5600-5-6에 따라 테이프 박리 시험을 평가하였다. 규정 테이프 JIS Z 1522를 단단히 부착시킨 후 테이프를 90° 방향으로 당겨 떼어낸다.
판정 기준은 하기와 같다. M1.0 내지 M2.5 사이일 때 박리가 일어나지 않아 부착성이 우수한 것으로 평가하였다.
[표 1]
도 6은 부착성 실험을 위해, 인쇄층의 반 건조 조건인 온도와 시간을 시뮬레이션한 결과이다. 사출 성형 된 플라스틱 소재 상에 패드 인쇄로 잉크층을 형성한 후, 건조 온도 및 건조 시간을 조절하였다.
도 6으로부터 온도와 시간이 박리 평가에 어떤 영향을 주는지 확인할 수 있다.
주효과도 그래프에서 온도 40 ~ 90℃에서 Y 결과값이 2.5 이상을 나타내며, 온도가 높아질수록 증가하는 경향을 보인다. 시간 20 ~ 120분에서 시간이 길어질수록 Y 결과값이 일정한 기울기로 증가하는 경향을 보인다.
교호작용 그래프에서는 온도와 시간을 함께 적용한 결과를 보여준다.
온도 40℃, 70℃, 90℃ 일 때 시간에 따라 Y 결과값이 다르게 나타났다.
온도 40℃ ~ 70℃ 일 때 건조 시간이 20 ~ 60분인 경우, Y 값이 M2.5 이하를 나타내었다. 이는 표면 박리가 일어나지 않을 것으로 예상할 수 있다.
온도 70℃ ~ 90℃ 일 때 건조 시간이 20 분인 경우에도, Y 값이 M2.5 이하를 나타내었다.
반대로, 40℃ ~ 90℃ 에서 건조 시간이 120분인 경우와, 70℃ 초과 내지 90℃ 이하에서 건조 시간이 60분인 경우, Y 값이 M2.5를 초과하였기 때문에 박리 문제가 발생할 것으로 예상할 수 있다.
이러한 결과를 토대로, 인쇄층의 건조 온도와 건조 시간에 따른 부착성 시뮬레이션을 하였다. 도 7 내지 도 11은 건조 온도와 건조 시간을 함께 적용한 결과들이다. 도 7은 온도 90℃와 시간 20분일 때, 도 8은 온도 70℃와 시간 20분일 때, 도 9는 온도 40℃와 시간 20분일 때, 도 10은 온도 40℃와 시간 60분일 때, 도 11은 온도 70℃와 시간 60분일 때 부착성 시뮬레이션 결과이다.
Y축의 목표값에 대하여 시뮬레이션 예측값 y이 도출되었고, 빨간 실선은 해당 온도와 시간에 표시된다.
도 7 내지 도 11을 참조하면, 90℃ Χ 20분, 70℃ Χ 20분, 40℃ Χ 20분, 40℃ Χ 60분, 70℃ Χ 60분의 반 건조 조건을 만족할 때 M1.0 ~ M2.5를 나타낸다.
실시예 1
플라스틱 재질의 사출 성형된 베이스 소재를 마련하고, 소재 표면을 IPA로 탈지 및 이물질을 제거하였다.
아크릴 수지, 에폭시 수지 및 카본 블랙 안료를 포함하는 잉크, 및 패드 인쇄를 이용하여 인쇄층을 형성하고, 40℃에서 60분 동안 반 건조시킨 상태에서 도금층을 형성하였다.
도금층은 에칭(황산 H2SO4 10ml/L, 크롬액 CrO3 20ml/L), 환원(20초), 활성 I(Pd, Sn 흡착), 활성 II(Sn 제거), 니켈도금(니켈염 Ni2+ 5g/L) 순서로 화학 도금이 수행되었다.
이어서, 황산 동도금(황산구리 CuSO4 10ml/L, Cl- 5ml/L), 반광니켈 도금(황산니켈 NiSO4 15ml/L, 염화니켈 NiCl2 5ml/L, 붕산 H3BO3 5ml/L), 광택니켈 도금(황산니켈 NiSO4 10ml/L, 염화니켈 NiCl2 3ml/L, 붕산 H3BO3 5ml/L), MP니켈 도금(황산니켈 NiSO4 15ml/L, 염화니켈 NiCl2 5ml/L, 붕산 H3BO3 5ml/L), 크롬 도금(크롬액 CrO3 50ml/L) 순서로 전기 도금이 수행되었다.
이어서, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지의 혼합 수지 100중량부에 대하여, 카본 블랙 10중량부를 혼합하여 칼라 코팅용 조성물을 마련하였다. 상기 칼라 코팅용 조성물을 도금층 상에 도포하여 5㎛ 두께의 칼라 코팅층을 형성하였다.
이어서, 도금층 상에 비닐 수지를 주성분으로 하는 조성물을 도포한 후 500mJ/cm2의 자외선을 조사하여 클리어층을 형성함으로써, 플라스틱 부품을 제조하였다.
실시예 2
실크 스크린을 이용하여 인쇄층을 형성한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 플라스틱 부품을 제조하였다.
실시예 3
카본 블랙 20중량부를 혼합하여 칼라 코팅용 조성물을 제조하는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 플라스틱 부품을 제조하였다.
실시예 4
카본 블랙 30중량부를 혼합하여 칼라 코팅용 조성물을 제조하는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 플라스틱 부품을 제조하였다.
실시예 5
카본 블랙 0.5중량부를 혼합하여 칼라 코팅용 조성물을 제조하는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 플라스틱 부품을 제조하였다.
비교예 1
인쇄층을 90℃에서 60분 동안 완전 건조시킨 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 플라스틱 부품을 제조하였다.
비교예 2
플라스틱 재질의 사출 성형된 베이스 소재를 마련하고, 소재 표면을 IPA로 탈지 및 이물질을 제거하였다.
실시예 1의 화학 도금 및 전기 도금 조건으로 도금층을 먼저 형성한 후, 레이저를 조사하여 패턴을 형성하였다.
이어서 에칭된 도금층 상에 패드 인쇄를 이용하여 인쇄층을 형성하고, 90℃에서 60분 동안 완전 건조시켰다.
이어서, 비닐 수지를 주성분으로 하는 조성물을 도포하여 클리어층을 형성함으로써, 플라스틱 부품을 제조하였다.
비교예 3
플라스틱 재질의 사출 성형된 베이스 소재를 마련하고, 소재 표면을 IPA로 탈지 및 이물질을 제거하였다.
수조에 미리 정한 무늬를 갖는 전사필름을 이용하여 수압 전사에 의해 소재 표면에 무늬를 인쇄하고, 90℃에서 60분 동안 완전 건조시켰다.
이어서, 실시예 1의 화학 도금 및 전기 도금 조건으로 도금층을 형성하였다.
이어서, 비닐 수지를 주성분으로 하는 조성물을 도포하여 클리어층을 형성함으로써, 플라스틱 부품을 제조하였다.
비교예 4
칼라 코팅층을 형성하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 플라스틱 부품을 제조하였다.
비교예 5
인쇄층을 형성하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 플라스틱 부품을 제조하였다.
하기 표 2는 실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 5의 박리 발생 여부와 다양한 색상의 시각적 효과를 확인한 결과이다.
박리 발생 여부는 표 1의 판정 기준을 토대로 육안으로 관찰했을 때 인쇄층과 금속층 사이의 박리가 발생했으면 "O", 박리가 발생하지 않으면 "X"으로 표기하였다. 다양한 색상의 시각적 효과는 육안으로 관찰했을 때 패턴이 뚜렷하고 2가지 이상의 색상이 나타나면 "우수", 패턴 형성이 뭉개지고, 하나의 색상으로 보이면 "미흡"으로 표기하였다.
[표 2]
표 2 를 참조하면, 본 발명의 플라스틱 부품의 제조 방법을 만족함으로써, 다양한 색상의 시각적 효과와 우수한 부착성을 모두 나타낼 수 있음을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1은 인쇄층을 완전 건조시켰기 때문에 박리가 발생하였고, 비교예 2는 도금층 상에 인쇄층을 형성하였기 때문에 박리가 발생하였다.
비교예 3은 육안으로 관찰했을 때 박리가 발생하지 않았으나, 수압 전사에 의해 장식감과 디자인 패턴이 미흡하였다.
도 13의 비교예 4를 참조하면, 칼라 코팅층이 없기 때문에 육안으로 관찰했을 때 화려한 장식감이 미흡하였다.
도 14의 비교예 5는 인쇄층이 없어 도금색만 나타난 것으로 보인다.
따라서, 인쇄층(20), 도금층(30) 및 칼라 코팅층(40)을 순차적으로 형성하되, 인쇄층의 반 건조 조건을 만족함으로써, 박리 발생이 없고, 인쇄층과 칼라 코팅층에 부여된 색이 함께 복합적으로 색감을 나타내어 화려한 외관 효과를 부여할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10 : 베이스 소재
15 : 프라이머층
20 : 인쇄층
30 : 도금층
40 : 칼라 코팅층
50 : 클리어층

Claims (13)

  1. 자동차용 플라스틱 부품의 제조 방법에 있어서,
    (a) 베이스 소재를 마련하는 단계;
    (b) 상기 베이스 소재 상에 인쇄층을 형성하는 단계;
    (c) 상기 인쇄층 상에 도금층을 형성하는 단계;
    (d) 상기 도금층 상에 칼라 코팅층을 형성하는 단계; 및
    (e) 상기 칼라 코팅층 상에 클리어층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 (c) 상기 인쇄층 상에 도금층을 형성하는 단계는
    (c1) 상기 인쇄층 상에 화학 도금하여 제1도금층을 형성하는 단계; 및
    (c2) 상기 제1도금층 상에 전기 도금하여 제2도금층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 인쇄층을 40 ~ 90℃에서 20 ~ 60분 동안 반 건조시키되, 하기 식 1을 만족하며,
    [식 1]
    800 ≤ 건조 온도(℃) Χ 건조 시간(분) ≤ 4200
    상기 칼라 코팅층을 형성하는 단계에서,
    비닐 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 이소시아네이트 수지 및 폴리올 수지 중 1종 이상의 고분자 수지, 및 안료 입자를 포함하는 칼라 코팅용 조성물을 도포하며, 상기 칼라 코팅용 조성물은 고분자 수지 100중량부에 대하여, 안료 입자 1 ~ 20중량부를 포함하는 플라스틱 부품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄층을 형성하는 단계에서, 패드 프린트 또는 실크 스크린을 수행하는 플라스틱 부품의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c1) 상기 인쇄층 상에 화학 도금하여 제1도금층을 형성하는 단계는
    상기 인쇄층 표면을 에칭한 후 환원시키는 단계;
    상기 환원된 표면에 팔라듐(Pd) 및 주석(Sn)을 흡착시키는 단계;
    상기 주석(Sn)을 제거하고 팔라듐(Pd)을 활성화하는 단계; 및
    상기 활성화된 표면에 니켈층을 형성하여 제1도금층을 형성하는 단계;를 포함하는 플라스틱 부품의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (c2) 상기 제1도금층 상에 전기 도금하여 제2도금층을 형성하는 단계는
    상기 제1도금층 상에 동도금층을 형성하는 단계;
    상기 동도금층 상에 반광택 니켈층을 형성하는 단계;
    상기 반광택 니켈층 상에 광택 니켈층을 형성하는 단계;
    상기 광택 니켈층 상에 MP(미세기공) 니켈층을 형성하는 단계; 및
    상기 MP 니켈층 상에 크롬 도금층을 형성하여 제2도금층을 형성하는 단계;를 포함하는 플라스틱 부품의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 베이스 소재를 마련하는 단계와 (b) 상기 베이스 소재 상에 인쇄층을 형성하는 단계 사이에,
    (a1) 상기 베이스 소재 표면의 이물질을 제거하는 전처리 단계;를 더 포함하는 플라스틱 부품의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (a1) 상기 베이스 소재 표면의 이물질을 제거하는 전처리 단계와 (b) 상기 베이스 소재 상에 인쇄층을 형성하는 단계 사이에,
    (a2) 상기 전처리된 베이스 소재 표면에 프라이머층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 플라스틱 부품의 제조 방법.
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