KR20040032904A - 광택도를 가지는 표면의 제조 및 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재현가능한 광택도를 가지는 재료 표면을 제조하고 처리하는 방법 및 그러한 방법을 실행하기 위한 프레스(1)에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 프레스(1)의 안정성을 개선하기 위한 것이다. 이를 위해, 프레스(1)는 다이아몬드형 층을 가지는 탄소로 이루어지고 프레스의 표면(2)에 부착된 피복(3)을 구비한다. 상기 피복은 0.1 내지 10㎛의 두께 및 1800 HV(비커스) 이상의 표면 경도를 가지는 층을 구비한다. 그에 따라, 내마모성 물질의 처리중의 프레스 표면(2) 마모가 상당히 감소된다.
Description
일반적인 타입의 방법, 즉 요구되는 처리 도구는 주로 판자형의 재료, 특히 예를 들어 아미노 플라스틱(amino plastic) 수지 필름을 가지는 목재의 피복에 사용된다. 수지 합판, MDF 보드(중간 밀도 섬유 보드), 또는 HDF 보드(고밀도 섬유 보드)로도 알려진 판자형의 목재에 대한 피복은 압력 및 온도하에서의 수중 가열식 프레스(hydraulic heated presses)내에서 도포되고, 가구 산업계에서 이용되고 있다. 유사하게, 층상 보드들도 동일한 방식으로 제조된다. 처리될 표면은 매끄러운 마무리(satin finish), 광택(gloss) 마무리, 또는 고광택 마무리되도록 제조될 수 있으며, 이와 관련하여, 필요한 경우에 표면 구조물을 구비할 수도 있다. 비교적 고가인 처리 도구가 표면 손상 또는 조기 마찰 마모되는 것을 방지하기 위해, 바람직하게, 처리 도구는 최대 20㎛ 두께의 경질 크롬 층을 구비한다. 마루바닥 부분에 사용되는 내마찰 표면을 가지는 HDF 보드의 피복에서, 현재까지 시판되는 가압 도구는 그 수명이 비교적 짧았다. 겨우 15,000 내지 최대 25,000 가압 사이클만에, 그러한 가압 도구는, 경질 크롬 피복의 존재에도 불구하고, 광택도의 큰 변화를 나타냈으며, 그에 따라 가압 시트의 표면은 다시 마무리 가공되고(refinished) 크롬-도금되어야 했다. 가압 도구의 큰 마찰 마모는 처리되는 표면내에 매립된 물질들에 기인한 것이다. 그 물질들의 예를 들면, 마루 바닥에 요구되는 마찰 마모 값을 얻기 위해 첨가되는 코런덤(corundum) 첨가제, 즉 알루미늄 산화물(Al2O3)이 있다. 요구되는 마찰 마모 값이 높기 때문에(15,000 테이버 회전(Taber revolutions) MEMA 표준 No. LD 1991 3.01 까지 될 수 있고 또는 새로운 표준 pr EN '3329 에 따라 6,500 테이버 회전 까지 될 수 있다), 상기 물질들이 가능한 한 미세한 입자로 상기 표면에 첨가된다. Al2O3의 1.57 의 굴절율 때문에, 그 Al2O3는 1.53의 셀룰로즈 및 1.55 의 멜라민 수지와 특히 양호하게 결합되어, 멜라민 수지의 경화 후에 비교적 투명한 표면을 달성한다. 상부에 놓여진 필름이 하부에 놓여져 장식을 제공하는 멜라민 수지 필름을 장식 층 파손으로부터 보호하는 작용을 하기 때문에, 매우 투명한 표면은 바람직하다 할 것이다. 상부에 놓여진 필름내의 Al2O3입자의 분포는 매우 상이할 수 있으며, 그에 따라 표면에 입자가 존재할 수도 있다. HDF 보드의 피복에서, 가압 시스템의 상대적인 이동이 발생하며, 그에 따라 산화 알루미늄의 표면 입자가 크롬 층에 마찰되고 가압 도구 표면의 광택도를 변화시켜, 조기 마모를 발생시킨다. 현존하는 혼합물로 인해, HDF 마루 바닥의 내마모성이 개선되나, 크롬-도금된 가압 도구와 관련하여 그 마루 바닥은 전술한 바와 같은 부정적인 영향을 미친다. 큰 경도 편차(Al2O3는 비커스 경도가 1,800 내지 2,000 HV 인 반면, 크롬 층은 900 내지 1,000 HV 이다)로 인해, 도구 표면의 조기 마모가 일어나며, 그에 따라 유효 수명이 크게 감소된다.
따라서, 본 발명은 유용한 수명을 상당히 증대시킬 수 있는 방법 및 그 방법을 이용하는 가압 도구를 제공하는 목적을 기본으로 한다.
본 발명은 재현가능한 광택도를 가지도록 재료 표면을 제조하고 처리하기 위한 방법에 관한 것이고, 또한 그 방법을 이용하는 처리 도구(tool)에 관한 것이다.
도 1 은 가압 도구 표면을 가진 가압 도구를 도시한 단면도이다.
본 발명에 따라, 상기 목적은 다이아몬드형(diamond-like) 층을 가지는 탄소로 이루어지고 1,800 HV 의 비커스 표면 경도를 가지는 가압 도구 표면상의 피복을 가지는 가압 도구를 이용함으로써 달성된다. 추가적인 피복으로서의 탄소의 다이아몬드형 층에 의해, 표면 경도는 상당히 개선되며, 그에 따라 사용되는 가압 도구는 큰 응력을 견디며, 광택도의 열화(劣化)가 마무리된 재료상에서 관찰되지 않게 된다. 그에 따라, 그러한 가압 도구는, 알루미늄 산화물 Al2O3또는 유사 물질 등의 코런덤과 같은 첨가제가 부화되고(enriched) 마모에 대해 큰 내성을 가지는 표면의 처리에 매우 적합하다. 이와 관련하여, 유효 수명의 열화(劣化)가 발생되지 않도록 처리되는 재료의 표면 경도가 가압 도구의 피복의 표면 경도 보다 작도록 할 필요가 있다. 그러한 피복의 경우에, 가압 도구의 마모를 일으키는 처리 중의 재료와 가압 도구 사이의 상대적인 이동이 발생되지만, Al2O3를 포함하는 표면이 사용되는 가압 도구의 마모를 거의 일으키지 않는다는 것을 확인하였다. 탄소로 만들어진 다이아몬드형 층의 사용으로 인해, 가압 도구의 사용 시간이 놀라울 정도로 상당히 증대되며, 또한 많은 수의 처리 사이클 후에도 처리된 물질의 광택도의 변화가 극히 적게 일어난다. 이와 관련하여, 가압 처리중의 가소화(plastification), 성형(shaping), 및 응고에 의해, 가압 도구로 표면 물질을 처리 할 때 유동(flow)이 일어날 수 있다. 바람직하게, 가압 도구는 특히 플라스틱 재료, 시트형 목재, 상부에 놓여진 종이 또는 필름을 가지거나 가지지 않는 적층체와 같은 다층 재료 또는 단일 층 재료 및 대규격(large-format) 평편면의 처리를 위해 사용된다. 처리되는 재료의 가소화를 위해, 낮은 온도 범위에서 가압 도구를 가열하며, 그 온도 범위는 사용되는 가압 도구의 재결정 경계 온도 이하이고 그리고 플라스틱, 플라스틱 피복, 또는 상부에 놓여진 필름의 융점까지 이다. 따라서, 가압 도구의 기본 재료에 부정적인 영향을 미치지 않으면서, 처리되는 표면의 변형이 저온 범위에서 일어나며, 그러한 변형은 표면의 최종 경화와 관련된다.
바람직하게, 이와 관련하여, 듀로플라스틱(duroplastic) 필름 또는 피복이 처리에 사용되며, 그러한 필름 또는 피복은 아직 경화되지 않은 듀로플라스틱을 액화(液化)시키는 가열에 의해 먼저 가소화되며, 가압 도구 및 이어지는 축중합(polycondensation)에 의해 공간적인 구조물이 생성되며, 그러한 구조물들은 가압 도구의 원하는 표면 구조에 상응한다. 사용되는 듀로플라스틱의 성형 및 이어지는 축중합 이후에, 응고가 발생되고, 그 응고는 재료의 원하는 내성(resistant) 표면을 형성한다. 놀랍게도, 이와 관련하여, 가압 시트의 유효 수명이 종래 기술에 비해 상당히 증대된다는 것을 발견하였다.
상기 방법을 사용하기 위해, 특히 유동가능한 물질로 만들어진 재료의 표면 가압을 위한 경화된 피복을 가지는 가압 롤러, 가압 시트 또는 무한 벨트 형태의 평편면을 위한 가압 도구가 제공되고, 상기 피복은 다이아몬드형 층을 가지는 탄소로 구성되고 가압 도구 표면에 견고하게 부착 형성되며 0.1 내지 10㎛ 의 두께와 1,800 HV 이상의 비커스 표면 경도를 가지며, 그에 따라 예를 들어 처리되는 표면과 가압 도구 표면 사이에서 계속적으로 반복되는 상대적인 이동의 경우에도 Al2O3를 포함하는 상부 필름을 가지는 HDF 보드의 피복 처리시의 조기 마모를 방지한다. 이와 관련하여, 가압 도구는, 예를 들어 공차 연삭, 연마, 구조화(structuring), 및 무광택-마무리(matte-finishing)와 같은 공지된 표면 예비처리 후에 견고하게 부착되는 피복으로서, 다이아몬드형 층을 가지는 탄소로 제조된 피복을 구비한다. 놀랍게도, 그러한 피복의 경우에, Al2O3를 포함하는 상부 필름이 사용되는 가압 시트 표면을 마모시키지 않는다는 것을 발견하였고, 그리고 가압 시트 또는 가압 도구의 유효 수명 즉, 사용 시간이 상당히 증대된다는 것을 발견하였다. 다이아몬드형 층을 가지는 탄소를 포함하는 이러한 피복은 200℃ 이하의 비교적 낮은 온도에서 가스상으로부터의 프라즈마-활성 증착 공정에 의해 표면에 도포될 수 있다. 증착 공정은 고진공 장치내에서 이루어지며, 배기 후에, 기체 탄화수소가 고진공 영역으로 도입된다. 도구 표면에 대한 다이아몬드형 층의 부착을 개선하기 위해, 상기 표면을 먼저 크롬-도금할 수 있다.
층의 형성을 위해, 몇 kV , 바람직하게는 100 내지 800 볼트까지의 전기 바이어스 전압(직류 전압 또는 교류 전압)을 가압 도구 또는 가압 시트에 인가할 필요가 있다. 이와 관련하여, 가압 시트는 진공 장치내의 전극상에 배치된다. 또한, 층의 형성을 위해서는, 탄화수소 가스가, 프라즈마내에서 분리된 후에, 한편으로는 탄소를 그리고 다른 한편으로는 높은 에너지의 이온을 형성할 필요가 있다.
보다 두꺼운 층을 증착하기 위해서 그리고 공정의 재현성을 보장하기 위해서, 고주파 필드(field)내에서 증착을 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 피복의 보다 견고한 부착을 위해, 가압 시트는 먼저 에칭된다. 바람직하게, 이러한 에칭은 피복이 증착되는 동일한 장치내에서 실시된다.
희가스, 바람직하게는 예를 들어 아르곤에 의해 음극을 원자화(atomization)함으로써 에칭이 실시된다. 희가스의 도입은 피복과 관련된 가스(탄화수소)가 도입되자 마자 중단된다.
가압 시트 표면에 대한 부착을 보다 더 개선하기 위해, 음극 원자화와 같은 공지된 방법에 따라 실리콘, 이산화 실리콘, 티탄 옥시카바이드(oxicarbide)로 이루어진 중간 층을 도포할 수도 있다.
가압 시트 표면을 사전 크롬 도금함으로써 피복의 부착성을 증대시키는 것도 바람직하다고 증명되었다. 높은 비율의 크롬을 가지는 스테인레스 스틸 시트 역시, 사전의 추가적인 크롬 도금 없이, 탄소의 다이아몬드형 층으로 피복될 수 있다. 이와 관련하여, 사용되는 금속들이 양호한 탄화물-형성제라는 것이 중요하다. 니켈 함량이 높은 스테인레스 스틸은 피복하기가 보다 곤란하며, 따라서 상기 중간 층을 도포하는 것이 바람직하다.
피복 온도가 스테인레스 스틸의 재결정 온도 이하이기 때문에, 이하의 예시적인 실시예에서의 스테인레스 스틸의 금속 구조 또는 금속 격자는 온도의 영향을 받지 않으며, 그에 따라 상대적으로 낮은 온도에서의 증착 역시 바람직한 것으로 증명되었다. 또한, 높은 온도에서 종종 발생하는 가압 시트의 휘어짐 역시 방지된다.
본 발명에 따라, 가압 도구의 표면을 높은 내마모성의 피복으로 도포하기 위한 실시예가 제공되며, 그 실시예에서, 먼저 No. DIN 1.4006 또는 ASI 410 의 강판의 양측면을 공차까지 연삭하여 후속 구조화 공정을 위한 판형 금속을 준비한다. 그 후에, 롤러 인쇄, 스크린 인쇄 또는 포토레지스트(photoresist) 층의 직접 도포에 의해 에칭 방지부(reserve)가 도포된다. 이어서, 이러한 방법으로 마련된 가압 시트는 공지된 에칭 방법(전해액 가공, 전해액 물질 제거, 통상적인 산에 의한 에칭 등)에 따라 구조화된다. 블로잉(blowing) 방법을 이용하여, 유리 비드(bead) 또는 기타 브래스팅(blasting) 매체에 의해 광택도가 얻어진다. 그 후에, 가압 시트는 크롬 도금욕내에서 크롬 층으로 덮여진다. 이러한 경우에, 크롬 층의 두께는 약 20㎛ 이다. 이제, 다이아몬드형 층을 가지는 약 2.5㎛ 두께의 탄소 피복이 고진공하에서 도포된다. 전술한 방법에 따라, 프라즈마 활성 증착 공정중에 가스상(탄화수소)으로부터 증착이 이루어진다. 예를 들어 25-30 Hz 의 100 V 교류 전압의 적절한 바이어스 전압이 가압 시트에 인가된다. 고진공이 만들어진 후에, 예를 들어 0.03-0.06 Pa 압력의 아르곤 가스를 이용한 음극 원자화에 의한 에칭 공정이 부착 개선을 위해 실시된다. 그 후에, 피복 공정에 필요한 탄화수소 가스, 예를 들어 에틸렌이 장치내로 도입되고, 동시에 아르곤의 공급은 중단된다. 에틸렌 가스의 가스 압력은 1.0-1.5 Pa 이다.
다이아몬드형 층을 가진 탄소로 만들어진 피복을 가지는 가압 시트가 얻어지고, 그에 따라 표면 경도가 약 3,000 HV 가 된다. 이 경우, 피복은 상부 필름내에 사용되는 산화 알루미늄의 경도 보다 큰 경도를 가지게 되며, 크롬만으로 도금된 가압 시트 표면에 비해 마모가 명백히 적게 일어나게 된다.
도면을 이용하여, 본원 발명을 다시 한번 설명한다.
도 1 은 크롬강 DIN 1.4006 또는 ANSI 410으로 만들어진 가압 도구 표면(2)을 가지는 가압 도구(1)를 도시하고 있으며, 그 가압 도구는 다이아몬드형 층을 가지는 탄소로 이루어진 피복(3) 및 중간 층으로서의 크롬 층(4)을 가지며, 목재 관공(wood pore) 구조(5)를 가진다.
바람직하게, 가압 도구(1)는 예를 들어 가구 제조에 이용되는 플라스틱-피복된 목재 또는 층상 보드의 제조에 이용된다. 표면 구조화를 위해, 가압 도구(1)는 표면 내로 엠보싱된(embossed) 구조(5)를 가질 수 있다. 처리되는 표면내로의 그러한 구조(5)의 엠보싱은 대규격 가압 시트 또는 무한 벨트 형태의 가압 도구(1)를 이용하여 형성된다. 가압 도구(1)는 표면 구조물을 포함하는 강 또는 황동 시트, 또는 구리나 황동으로 피복된 강판으로 이루어지며, 그에 따라, 경질의 크롬 도금을 구비하고 필요한 경우 본 발명에 따라 피복(3)을 구비하는 부가적인 피복내로 표면 구조화 작업이 이루어진다. 그러한 가압 도구(1)는 가압 장치내에 설치되고, 그러한 가압 장치를 이용하여 플라스틱 피복된 가구 구성 보드, 적층체 등을 제조한다. 연속적인 제조를 위해 연속적으로 이동하는 두개의 무한 벨트를 구비하는 프레스가 공지되어 있으며, 그 두개의 무한 벨트들 사이에서 가압 제품을 가압하여 보드를 제조한다. 두 실시예에서, 가압 제품에 마주하는 표면은 가압 적층체내로 엠보싱되는 구조(5)를 가질 수 있다. 예를 들어 코런덤, 즉 산화 알루미늄 Al2O3과 같은 내마모성 입자를 포함하는 적층체 또는 상부 필름이 사용되는 경우, 다이아몬드형 층을 가진 탄소로 이루어진 피복(3)을 구비하는 가압 도구(1)의 본 발명에 따른 실시예가 사용되며, 상기 피복은 구조화된 표면에 추가적으로 도포된다. 그 경도로 인해, 처리되는 표면에 비해, 내마모성이 상당히 증대된다는 특별한 이점을 가지며, 그에 따라 유효 수명이 증대된다는 이점을 가진다.
도면의 참조부호에 대한 간단한 설명
1 ; 가압 도구
2 ; 가압 도구 표면
3 ; 피복
4 ; 크롬 층
5 ; 목재 관공(wood pore) 구조
Claims (15)
- 재현가능한 광택도를 가지도록 재료 표면을 처리하고 제조하는 방법에 있어서,가압 도구 표면(2)상에 피복(3)을 가지는 가압 도구(1)를 이용하며, 상기 가압 도구는 다이아몬드형 층을 가진 탄소 층으로 이루어지고 1800 HV 이상의 비커스 표면 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 재료 표면 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 코런덤, 즉 산화 알루미늄 Al2O3또는 유사 물질의 추가에 의해 큰 내마모성을 가지는 표면을 구비한 재료를 처리하는 단계를 포함하고, 상기 재료의 표면 경도는 피복(3)의 표면 경도 보다 낮은 것을 특징으로 하는 재료 표면 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 표면 재료의 처리는 유동을 일으킬 수 있어, 가소화, 성형, 및 응고에 의해, 매끄럽고 또는 구조화된 표면을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 재료 표면 제조 방법.
- 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 단일 층 재료 또는 다층 재료, 특히 플라스틱 재료, 시트형 목재, 상부에 놓여진 종이를 가지거나 가지지 않는 적층체를 처리하는 것을 특징으로 하는 재료 표면 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가압 도구(1)를 낮은 온도 범위로 가열하는 단계를 포함하며, 상기 온도 범위는 이용되는 가압 도구 재료의 재결정 온도 보다 낮고, 최대로 플라스틱, 플라스틱 피복, 또는 사용된 상부 종이의 융점까지의 범위인 것을 특징으로 하는 재료 표면 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 재료의 대규격 평편면을 처리하는 것을 특징으로 하는 재료 표면 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 재료 또는 재료 피복으로서 듀로플라스틱을 처리하는 것을 특징으로 하는 재료 표면 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 이용하기 위한 가압 도구(1)로서, 재료, 특히 유동될 수 있는 재료로 제조된 재료의 표면 처리를 위해 경화된 피복(3)을 포함하는 가압 롤러, 가압 시트 또는 무한 벨트의 평편면을 위한 가압 도구에 있어서,상기 피복(3)은 다이아몬드형 층을 구비한 탄소로 이루어지고, 가압 도구 표면(2)에 견고하게 부착되도록 구조화되며, 0.1 내지 10㎛의 층 두께 및 1800 Hv 이상의 비커스 표면 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 가압 도구.
- 제 8 항에 있어서, 상기 피복(3)은 비정질 탄소로 이루어진 것을 특징으로 하는 가압 도구.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 처리를 위한 가압 도구 표면(2)은 매끄럽게 또는 구조화되게 형성되는 것을 특징으로 하는 가압 도구.
- 제 8 항, 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 기본 재료는 강, 특히 스테인레스 스틸로 이루어지거나, 또는 황동 재료인 것을 특징으로 하는 가압 도구.
- 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 도구 표면(2)은, 다이아몬드형 층을 가지는 탄소 피복(3)의 도포에 앞서서, 음극 원자화에 의해 희가스로 에칭되는 것을 특징으로 하는 가압 도구.
- 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가압 도구 표면(2)과 상기 다이아몬드형 층을 가진 탄소 피복(3) 사이에는 크롬으로 이루어진 중간 층이 놓이는 것을 특징으로 하는 가압 도구.
- 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 실리콘, 이산화 실리콘, 티탄 옥시카바이드로 이루어진 중간 층이 상기 다이아몬드형 층을 가진 탄소 피복(3)사이에 도포되고, 또는 상기 중간 층은 티탄 아질산염으로 이루어지고 그리고 프라즈마 아크에 의해 고진공내에서 증차되는 것을 특징으로 하는 가압 도구.
- 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이아몬드형 층을 가진 탄소 피복(3)을 가압 도구 표면(2)상에 도포하는 것은 고진공내에서 그리고 200℃ 이하의 저온에서 가스상으로부터의 프라즈마-활성 증착 공정(화학증착)에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압 도구.
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