KR20010112846A

KR20010112846A - 적층된 플라스틱 및 금속 부재 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20010112846A
Application number: KR1020010033397A
Authority: KR
Inventors: 후베르트 골드바흐; 디이터 샤우프
Original assignee: 빌프리더 하이더; 바이엘 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2001-12-22
Also published as: EP1163992A3; RU2001115858A; CZ20012149A3; MXPA01006043A; EP1163992A2; DE10029411A1; BR0102749A; CN1329983A; JP2002113742A; HK1042868A1; US20010053431A1; PL348055A1

Abstract

본 발명은 주입된 열가소성 플라스틱 (3)에 의해 서로 결합된 두 개 이상의 금속 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)로 구성되고, 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)의 결합 지점 부위(17)에서 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)가 플라스틱 (3)과 함께 폼 클로우져 (form closure)를 형성하고, 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)가 서로 직접 접촉하지 않으며, 플라스틱 (3)이 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42) 사이에 전기 절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는 적층된 플라스틱 및 금속 부재에 관한 것이다.

Description

적층된 플라스틱 및 금속 부재 및 그의 제조 방법 {Laminated Plastic and Metal Component and Process for Producing Same}

본 발명은 두 개 이상의 금속 성형 부재가 주입된 열가소성 플라스틱에 의해 서로 결합되어 있는 적층된 플라스틱 및 금속 부재에 관한 것으로, 성형 부재의 결합 지점 부위에서 성형 부재가 플라스틱과 함께 폼 클로우져를 형성하고, 이 성형 부재들은 서로 직접 접촉하지 않으며, 플라스틱이 성형 부재들 사이에 전기 절연층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

다양한 재질의 부재로 된 폼-클로즈드 (form-closed) 적층물은 열가소성 물질을 성형하여 얻는다.

실제 사용되고 있는 적층형 부재 또는 반-완성품은, 예를 들면 두 개의 금속판이 중간의 플라스틱 또는 플라스틱 발포체에 의해 결합되어 샌드위치 구조를 형성하는 편평하게 성형된 적층물로 구성된다 (EP 489 320 A1 참조). 이외에도, 바깥쪽에 놓인 시이트와 내부에 놓인 리브 구조를 갖는 적층판을 제조하는 방법들이 있다 (EP 775 573 A2 참조). 또한, 다이에서 압착과 사출 성형을 조합함으로써 시이트들을 연결하는 방법이 있다 (EP 721 831 A1). 또한, 금속판이 리브 구조에 의해 지지되는 적층된 플라스틱/금속 부재도 알려져 있다 (EP 370 342 A3).

본 방법에서는, 특히 고 강도 및 고 강성의 금속 부재, 예를 들면 강철과 같은 것으로 구성되고, 열가소성 플라스틱에 의해 결합되고, 고정되며, 서로 전기적으로 절연되고, 바람직하게는 리브 또는 단단한-내벽 구조 형태의 지지 구조물에 의해 추가로 지지된 적층 부재를 제조한다.

고도의 응력을 받을 수 있는 지지체, 부분품, 판 등의 고 강도 복합재는 운송 수단 또는 기계 구조물에서 흔히 찾아볼 수 있다. 강철 또는 알루미늄 지지체가 주로 사용되며 결합 부위는 서로 용접 또는 결착된다. 대량-생산된 모든 적층 금속 부재는 용접되거나, 나사로 조여지거나, 리벳으로 고정되거나 결합된다. 특히 용접은 재료에 따라서는 부적절하기 때문에 빈번하게 문제를 야기한다. 금속 부재의 결착 방법은 금속 부재의 예비-처리때문에 비용이 많이 든다. 금속 부재와 플라스틱을 결합시키는 매우 경제적인 방법이 승용차용 부재의 대량 생산에서 경량 구조물에 이미 사용되고 있다. 기본 원리는 독일 출원 공개 공보 DE 3 839 855 A1에 상세하게 기술되어 있다. 또한, 하우징의 경우 (예를 들면, 기름통 또는 밸브 캡의 경우) 증발법 또는 음파 방사법으로는 단점이 흔히 발견되는데, 금속 부재를 플라스틱에 결합시킴으로써 개선할 수 있다. 또한, 특히 습한 지역 (예를 들면, 엔진실 또는 자동차의 차대)에서 사용되는 다양한 금속의 결합부는 적절히 부식을 방지하지 않으면 전해 부식을 야기한다. 또한, 상기 단점은 결합 부위의 마모 작용에 의해서도 발생할 수 있다.

통상적인 결합 방법 또는 용접에 의해서 제조된 적층 부재들은 금속과 금속의 직접 접촉이 부식을 야기할 수 있고, 따라서 적층 부재들이 파손된다는 단점을 갖고 있다.

따라서, 본 발명은 금속 지지체와 시이트의 가능한 한 고 강도 및 고 강성 연결이 가능하고 반-완성품 및 성형품의 부재를 다른 부재에 경제적으로 결합할 수 있는, 서론에서 언급한 종류의 적층된 성형품을 제조하는 것을 기본 목적으로한다. 다양한 금속제 하우징 또는 구조물을, 예를 들어 고 강도의 강철판을 전해 부식이 방지되는 알루미늄판 또는 마그네슘 다이-캐스트 부품에 결합시켜 폼-클로즈드 결합 (임의로 개구가 있을 수 있음)을 적절히 힘을 가하여 만들 수 있다. 또한, 결합되는 금속 부재의 열 및 음파 디커플링도 요구된다. 동시에, 열가소성 재료로 된 중간층에 의해 결합된 금속 부재가 전기적으로 절연되고 부식이 방지된다.

도 1은 주입된 (gated) 열가소성 플라스틱에 의해 결합되는 두 개의 직각형 이형재를 결합시키기 위한 두 개의 보강 부재 (3, 3')을 지닌 적층 부재를 나타낸다.

도 1a, 1b는 도 1에 따른 구조 1의 부분 횡단면도를 확대한 것이다.

도 2는 추가로 연부를 보강한 도 1과 유사한 적층 부재이다.

도 3은 성형 부재 (4 및 5)가 그 상의 열가소성 플라스틱에 의해 결합된 도 1과 유사한 적층 부재이다.

도 4는 열가소성 플라스틱 상에 측면 리브 (rib) 구조가 없고 일체형의 보강 재료 (3)가 존재하는 것을 제외하고 도 1과 유사한 적층 부재이다.

도 5는 도 4에 따른 적층 부재이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 플라스틱-금속 혼성 구조물, 부재 1

2: 알루미늄 또는 마그네슘 다이-캐스트 커버, 부재 2

3, 9, 23, 33, 43: 열가소성 플라스틱

4: 플랜지 연부

5: 핀

6: 연부

7: 개구

8: 리벳 헤드 연결부

10: 강철판

11: 핀 또는 바아

18: 비드

20: 플랜지형 개구부

21: 부재

22: 부재

29: 중공 샤프트

31: 부재

32: 부재

41: 금속 측막이

42: 마그네슘/알루미늄 하우징

43: 플라스틱 측막이

44: 장착판

45: 구멍

상기 목적은 본 발명에 따라 금속 성형 부재를 폼 클로우져 형태로 서로 결합시키고 동시에 전기 절연층을 형성하는 열가소성 플라스틱에 의해 금속 성형 부재들을 결합함으로써 달성된다.

본 발명은 주입된 열가소성 플라스틱에 의해 서로 결합된 두 개 이상의 금속 성형 부재로 구성되고, 성형 부재의 결합 지점 부위에서 성형 부재는 플라스틱과 함께 폼 클로우져를 형성하고, 이 성형 부재들은 서로 직접 접촉하지 않으며, 플라스틱이 성형 부재들 사이에 전기 절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는 적층된 플라스틱 및 금속 부재를 제공한다.

바람직하게는 서로 결합되는 성형 부재가 상이한 금속 또는 금속 합금으로 구성된다.

특히 바람직하게는 금속 성형 부재가 강철, 니켈, 크롬, 구리, 아연, 티타늄, 알루미늄 또는 마그네슘 또는 상기 언급한 금속의 가능한 합금으로 구성된다.

열가소성 플라스틱은, 예를 들면 폴리아미드 (PA), 폴리에스테르, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 특히 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 공중합체 (ABS), 폴리카르보네이트 (PC), 폴리프로필렌 옥시드 (PPO), (PSO), 폴리페닐렌 술파이드 (PPS), 폴리이미드 (PI), 폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK) 또는 상기 플라스틱의 가능한 혼합물을 기재로 한 비보강 또는 보강 또는 충전 플라스틱이다.

성형 금속 부재가 서로 포개지는 지점에 열가소성 플라스틱이 돌출되어 고착되는 개구 또는 구멍이 있는 적층 부재가 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.

추가로 또는 별법으로, 보다 바람직한 변형법으로 성형 금속 부재가 서로 포개지는 지점에 열가소성 플라스틱이 고착되는 변형부, 구체적으로 비드 또는 돌기가 구비된 적층 부재가 제공된다.

따라서, 본 발명은 또한 두 개 이상의 성형된 금속 부재를 하나의 사출 주형에 넣고, 떨어져 있게 지지시킨 후, 사출 주형 내의 성형 금속 부재들의 결합 지점을 열가소성 플라스틱에 의해 전체 또는 일부를 에워싸고, 여기서 열가소성 플라스틱은 성형 금속 부재 사이의 틈을 채우는 것을 특징으로 하는 적층된 성형품의 제조 방법을 제공한다.

노출 금속 이형재를 사용하고 열가소성 플라스틱을 주입하는 도중에 노출 이형재에 보강 지주를 만드는 방법이 바람직하다.

노출 이형재의 강성을 개선하기 위해, 특히 바람직한 방법으로 열가소성 플라스틱을 주입하는 중에 결합 지점 부위에 추가의 보강 지주를 만든다.

이 결합법은 열가소성 부재의 열성형에 의해 달성되기 때문에, 열가소성 플라스틱의 수축이 응력을 형성하여 성형 금속 부재의 결합 지점 부위에 영구적이고 강한 적층부를 제공한다.

따라서, 이에 더하여, 예를 들면 또다른 판이나 지지체로 지지하거나, 다음의 부착될 부재를 고정하거나 또는 또다른 부재를 설치하는 등의 기계적 기능을 만족시키는 또다른 추가의 부재를 적층 부재에 통합시킬 수 있다. 상기 통합 부재는 한편으로는 폼 클로우져와 도입된 고 강도의 물질로 된 추가의 부재에 의해 만들어질 수 있고, 다른 한편으로는 열가소성 부재에 의한 비드, 컷아웃 또는 스크류 돔의 일체 성형부에 의해 만들어질 수 있다.

본 발명으로 달성되는 장점은 하기와 같이 요약될 수 있다.

본 발명은, 예를 들어 용접으로는 서로 결합시킬 수 없는 금속으로 구성되는 간단하게 성형된 반-완성품을 사용하여 영구적으로 고 강도 및 고 강성을 지니는 결절부 및 적층된 부재의 조립품을 제조할 수 있다. 이와 같은 방법으로, 특히 습한 환경 (자동차 구조)에서 사용될 때, 접촉 지점의 전기화학적 부식이 방지된다.

사출 주형 내의 여러 결합 부위에서 동시 결합이 가능하다.

적층 부재의 성형은 비용 및 중량 측면에서 최적이다.

또한, 본 발명은 기계류, 운송 수단 및 모든 종류의 부재, 특히 자동차, 전자 장치, 가정 용품 및 건축 재료용의 구조 부재로서 해당하는 형태로 본 발명에 따른 적층된 부재의 용도를 제공한다.

적층된 부재의 특히 적합한 용도는 증가된 강도와 다른 재료 특성을 겸비한 자동차용 구조 부재, 특히 문, 범퍼, 브라켓, 승용차의 전면부 및 후면부, 창턱 지지 프레임 및 외장 부재로서의 구조 부재이다.

본 발명은 아래의 도면을 들어 보다 상세하게 설명되며, 본 발명이 도면에 의해 특정하게 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

도 1은 알루미늄 또는 마그네슘 다이-캐스트 커버 (2) (프레임 2) 또는 별법으로 심문 (深紋) 성형 및 펀칭에 의해 제조된 커버 (프레임)에 결합되어 있는 플라스틱-금속 혼성 구조물 (1) (리브형 열가소성 플라스틱부 (9) 및 강철판 (10)으로 구성됨)를 나타낸다. 여러 종류의 금속 부재들은 전해 부식을 방지하기 위해 금속들 (여기서는 강철과 알루미늄 또는 마그네슘)이 직접 접촉되지 않게끔 결합된다. 도 1에서는 주입된 열가소성 플라스틱 (3)에 의해 판 (10)이 부재 (2)의 일체형으로 주조된 핀 (5)와 접촉되지 않으면서 플랜지 연부 (4)를 수용하는 천공된 구멍과 부재 (2)의 연부 (6)을 둘러싸는 플라스틱에 의해 결합된다. 또한, 플라스틱이 플랜지 연부 (4)를 둘러싸기 때문에, 모든 부재는 폼 클로우져로 결합된다. 또한, 부재 (2)의 개구 (7)을 통해 플라스틱이 놓인 부재 (1)과 부재 (2) 사이를 상응하는 리벳 헤드 연결부 (8)에 의해 사출 성형 도중에 조일 수 있다.

도 1a는 비드 (18)에 의해 플라스틱 부재와 강철판 사이를 포스- 및 폼-클로즈드 결합시키는 방식의, 플랜지 영역에서 플라스틱 부재 (9)와 강철판 (10) 사이의 결합부를 도시한다.

도 1b는 도 1a의 비드 (18)을 통한 단면도를 나타낸다.

부재 (22)가 부재 (21)의 플랜지형 개구부 (20)안에 접촉 없이 도입되는 일체 성형된 중공 샤프트 (29)를 가지는 또다른 형태가 도 2에 도시되어 있다. 또한, 부재 (21)과 부재 (22)는 플라스틱 (23)을 통해 결합된다.

도 3에서, 부재 (31)과 부재 (32) 사이도 마찬가지로 플라스틱 (33)을 통해 결합되지만, 부재 (32)는 결합 부위에서 개구부나 감싸는 형태의 연부를 이루지 않는다. 부재 (32)는 화학적으로 표면 처리되거나 접착제가 도포되거나 플라스틱과 금속을 접착시키는 표면 구조를 지닌 핀 또는 바아 (11)을 포함함으로써 수축력에 더하여 금속에 대한 추가의 고착력을 제공한다.

상기와 같은 종류의 알루미늄-플라스틱 적층물로 구성된 시험 표본에 대한 인장 전단응력 시험 결과는 특히 PA-GF (보강된 폴리아미드 유리 섬유)와 함께할 경우 고 강도치를 나타낸다. 또한, 상기 값은 마그네슘 또는 알루미늄-Mg 합금으로도 달성할 수 있다.

도 4는, 마그네슘/알루미늄 하우징 (42)의 결착부를 외부의 일부를 잘라낸 도면으로 도시한 것이다. 여기서는 부식 방지 강철 측막이 (41)이 Mg/Al 하우징 (42)내에 플라스틱 (43) (포스, 폼 클로우져)를 통해 끼워넣어져 있다. 때문에, 금속 측막이 (41)과 하우징 (42)는 접촉되지 않으며 하우징 (42)는 통상적으로 강철 나사를 이용하여 장착판 (44)에 고정된다.

Mg 하우징 (42)에 있어서 작은 고리 및 큰 구멍 (45)를 지닌 금속 측막이 (41)는 사출 성형 중에 직접적으로 끼워넣어질 수 있는데, 이는 금속 측막이 (41)이 플라스틱 부재 (43)이 놓이는 일정한 공동이 만들어질 수 있도록 사출 주형에서 Mg 하우징 (42)의 구멍 (45)를 통해 조절될 수 있기 때문이다. 플라스틱 부재(43)은 폼 클로우져로 금속 측막이 (41)을 Mg 하우징 (42)에 결합시킨다.

그러나, 플라스틱 측막이 (43)만을 Mg 하우징 (42)에 주입하고 이후 금속 측막이 (41)을 플라스틱 측막이에 감을 수도 있다. 금속 측막이 (41)에 의해 나사로 확실하게 고정되도록 조임 토크의 과도한 손실없이 볼트가 정확하게 조여질 수 있다.

사출 주형 내의 여러 결합 부위에서 동시 결합이 가능하다.

적층 부재의 성형은 비용 및 중량 측면에서 최적이다.

Claims

주입된 열가소성 플라스틱 (3)에 의해 서로 결합된 두 개 이상의 금속 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)로 구성되고, 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)의 결합 지점 부위 (17)에서 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)가 플라스틱 (3)과 함께 폼 클로우져를 형성하고, 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)가 서로 직접 접촉하지 않으며, 플라스틱 (3)이 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42) 사이에 전기 절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는 적층된 플라스틱 및 금속 부재.
제1항에 있어서, 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)가 상이한 금속 또는 금속 합금으로 구성된 것임을 특징으로 하는 적층된 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 금속 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)가 강철, 니켈, 크롬, 구리, 아연, 티타늄, 알루미늄 또는 마그네슘 또는 상기 언급한 금속의 합금임을 특징으로 하는 적층된 부재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)이 서로 포개지는 지점에 열가소성 플라스틱 (3)이 돌출되어 고착되는 개구 또는 구멍이 구비됨을 특징으로 하는 적층된 부재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 결합된 금속 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)가 서로 포개지는 지점에 열가소성 플라스틱 (3)이 고착되는 변형부, 구체적으로 비드 또는 돌기를 포함함을 특징으로 하는 적층된 부재.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 성형 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)가 열가소성 플라스틱 (3)에 의해 추가의 보강 지주가 형성되어 있는 노출 이형재임을 특징으로 하는 적층된 부재.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 플라스틱 (3)으로, 바람직하게는 폴리아미드 (PA), 폴리에스테르, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 특히 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 공중합체 (ABS), 폴리카르보네이트 (PC), 폴리프로필렌 옥시드 (PPO), (PSO), 폴리페닐렌 술파이드 (PPS), 폴리이미드 (PI), 폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK) 또는 상기 플라스틱의 가능한 혼합물을 기재로 한 비보강 또는 보강 또는 충전 플라스틱이 사용되는 것을 특징으로 하는 적층된 부재.
두 개 이상의 성형 금속 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)를 하나의 사출 주형에 넣어 떨어져 있게 지지시킨 후, 사출 주형 내의 성형 금속 부재 (1;21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)의 결합 지점을 열가소성 플라스틱 (3)에 의해 전체 또는 일부를 둘러싸고, 여기서 열가소성 플라스틱 (3)은 성형 금속 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42) 사이의 틈을 채우는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적층된 부재의 제조 방법.
제8항에 있어서, 성형 금속 부재 (1; 21; 31; 41)과 (2; 22; 32; 42)로 노출 금속 이형재가 사용되고 열가소성 플라스틱의 주입 도중 노출 이형재에 열가소성 플라스틱으로 된 추가의 보강 지주가 만들어지는 것을 특징으로 하는 방법.
기계류, 운송 수단 및 모든 종류의 성형품, 특히 자동차, 전자 장치, 가정 용품 및 건축 재료의 구조 부재로서의 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 적층된 부재의 용도.
자동차용 구조 부재, 특히 밸브 캡, 기름통, 엔진 마운팅, 문, 범퍼, 브라켓, 승용차의 전면부 및 후면부, 창턱 지지 프레임 및 외장 부재로서의 적층된 부재의 용도.