KR20080032239A

KR20080032239A - 차량 상판 및 창문용 창유리 시스템

Info

Publication number: KR20080032239A
Application number: KR1020087004546A
Authority: KR
Inventors: 멩 첸; 스티븐 엠. 가스워스; 수니타 그랜디; 조나단 로스 사전트
Original assignee: 엑사테크 엘.엘.씨.
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2008-04-14
Also published as: KR101299394B1; CN101248118B; US8216679B2; EP1915419A2; EP1915419B1; JP2009502569A; JP5561934B2; WO2007018757A3; CN101248118A; WO2007018757A2; DE602006016613D1; US20070026235A1

Abstract

차량 상판과 창문용 창유리 시스템 및 방법이 개시된다. 이 시스템은 상면과 하면을 보유하는 판넬, 상기 상면에 침착된 제1 보호 코팅 및 상기 하면에 침착된 제2 보호 코팅을 포함한다. 이러한 보호 코팅은 풍화 및 마모에 대한 보호 작용을 제공한다.

창유리 조립체, 차량 상판, 창, 플라스틱 판넬, 보호 코팅, 내후성 층, 내마모성 층

Description

차량 상판 및 창문용 창유리 시스템{GLAZING SYSTEM FOR VEHICLE TOPS AND WINDOWS}

본 발명은 차량 상판 및 창문을 위한 창유리 조립체(glazing assembly)에 관한 것이다.

폴리카보네이트(PC) 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 플라스틱 재료는 현재 B 필라(B-pillar), 전조등 및 선루프와 같은 많은 자동차 부품과 구성요소의 제조에 사용되고 있다. 자동차 차량 상판과 창문 모듈은 스타일링/디자인, 중량 감소 및 안전성 면에서 많은 장점이 있기 때문에, 상기 플라스틱 재료가 사용될 수 있는 새로운 이용분야이다. 더 상세하게는, 플라스틱 재료는 성형 플라스틱 모듈에 기능성 구성요소를 통합시켜 차량 상판 및 창문 조립체의 복잡성을 감소시킬 수 있는 역량뿐만 아니라 전반적인 디자인과 형상의 복잡성을 증가시켜 경쟁 차량과 차별화할 수 있는 역량을 자동차 제조업자에게 제공한다. 경량의 플라스틱 창 및 차량 상판 모듈의 사용은 차량의 더 낮은 중력 중심(차량 핸들링과 안전성이 더 좋아짐)과 연비 개선을 도모할 수 있다. 마지막으로, 안전성 향상은 전복 사고 시, 운전자 또는 승객이 플라스틱 창문과 차량 상판 모듈을 보유한 차량 내에 체류하는 더 큰 경향을 통해 알려졌다.

플라스틱 차량 상판 및 창문의 이용과 관련된 많은 장점이 알려져 있지만, 이러한 플라스틱 모듈의 대규모 상업적 활용은 유리 창문에 대해 제정되어 있는 기존 규제 (예를 들어, 연방 자동차 규격 No. 205의 타이틀 49, 제5장, 파트 571.205; ANSI-Z26.1 미국 규격 협회 -1977) 및 각종 OEM(주문자 상표에 의한 제품 제조자) 사양을 충족시킬 때까지는 기대할 수 없을 것이다. 이러한 요건을 충족시키기 위해서는 플라스틱 재료가 나타내는 몇 가지 단점을 극복하기 위해 플라스틱 창문 또는 차량 상판에 보호 층(예, 코팅 또는 필름)이 적용되어야만 한다. 그러한 단점으로는 색 변화로 예증되는 자외선(UV) 조사에 대한 노출로 인한 분해, 광 투과 감소 및 메짐성 증가(내충격성 감소)뿐만 아니라 제한적인 내마모성 및 가수분해 안정성 등이 있다. 층분리 또는 부착력 상실로 나타나는 보호층 시스템의 조기 파손은 전술한 분해 기전의 촉진을 통해 플라스틱 창 또는 차량 상판의 제한된 수명을 초래할 것이다. 플라스틱 창 또는 차량 상판의 색상 또는 색조의 어두워짐, 예컨대 투명 클리어(무색조) < 태양빛(녹색조) < 프라이버시(어두운 색조)는 아마도 환경에 노출된 동안 플라스틱 창 또는 차량 상판과 보호 층 시스템 사이에 계면 온도 증가를 통해 보호층 시스템의 조기 파손을 촉진할 수 있다. 전체 플라스틱 창 위에 배치된 내후성 층은 두께가 다를 수 있기 때문에(이에 따라 자외선 흡수제(UVA) 농도가 다양), 내후성 층이 얇은 곳(낮은 UVA 농도)에서는 조기 파손이 관찰되기도 한다. 이와 같은 논증은 다양한 색상을 가진 다른 코팅된 불투명 플라스틱 구성요소(예, 몰딩, B 필라, 뒷트렁크 모듈, 바디 판넬 등)에서 관찰되는 파손 기전에도 적용될 수 있다.

따라서, 창 및 차량 상판에 대한 자동차 규제 및 OEM 요건을 충족시킬 뿐만 아니라 조기 파손의 발생에 대하여 강인한 창유리 조립체가 필요로 되고 있다.

발명의 개요

공지된 기술의 단점과 문제점을 극복하기 위하여, 차량 상판과 창에 적용하기 위한 창유리 조립체와 적용 방법을 개시한다. 창유리 조립체는 상면과 하면을 보유하는 판넬, 상면에 침착된 제1 보호 코팅 시스템 및 하면에 침착된 제2 보호 코팅 시스템을 포함한다. 상기 보호 코팅 시스템은 풍화, 마모 또는 이 둘 모두에 대한 보호 작용을 판넬에 제공한다. 또한, 투명 판넬과 제2 보호 코팅 사이에는 장식용 잉크 층이 배치될 수도 있다.

적용 방법에 관하여, 이 방법은 상면과 하면을 보유한 판넬을 준비하는 단계, 하면의 표면을 예열하는 단계, 이러한 하면에 제1 내마모성 층을 PECVD법의 반응 시약을 이용하여 침착시키는 단계를 포함한다. 일 양태에서, 아크-PECVD법은 판넬의 하면 표면을 약 40 내지 50℃로 예열하는 단계를 이용한다. 제1 내마모성 층은 반응성 시약과 약 60amps/아크 미만의 제1 아크 전류, 약 170sccm/아크 미만의 제1 반응성 시약 유속 및 약 400sccm/아크 미만의 산소 유속을 이용함으로써 판넬의 하면에 침착되고; 또한 제2 내마모성 층은 약 60amps/아크 미만의 제2 아크 전류, 약 170sccm/아크 미만의 제2 반응성 시약 유속, 및 약 950sccm/아크 미만의 산소 유속을 이용함으로써 판넬의 하면에 침착된다.

이러한 본 발명의 관점 및 장점은 물론 여타 관점과 장점은 첨부되는 도면과 함께 이하 본 발명의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 원리를 구체화한 창유리 조립체를 보유한 자동차 투시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 창유리 조립체의 평면도이다.

도 3A는 도 2의 3A-3A 선을 따라 절취한 창유리 조립체 일부의 일반적인 횡단면도이다.

도 3B는 도 3A와 유사한 것으로서, 장식용 잉크를 보유한 창유리 조립체 일부의 횡단면도이다.

도 3C는 도 3A와 유사한 것으로서, 조립체의 양면에 내후성 층을 보유한 창유리 조립체 일부의 횡단면도이다.

상세한 설명

진공증착법에서 점착성이며 내후성인 프라이머(예, 내마모성 상부층을 후속 침착시키기 위한 것)를 형성시키기 위한 기체상 반응성 시약의 사용은 UV 조사 및 다른 환경 요소에 대하여 기본 플라스틱 판넬의 보호 작용을 유의적으로 제공할 수 있다. 플라스틱(또는 코팅된 플라스틱)과 내마모성 층 사이에 층간 층(interlayer)으로서 상기 프라이머의 사용은 이 프라이머가 진공증착된 내마모성 층을 위한 점착성, 내후성 프라이머로서 작용할 수 있도록 하는 것으로 확인되었다.

이러한 층의 내후력은 보호 코팅 시스템의 파손이 코팅 시스템에 존재하는 자외선 흡수 종의 수명과 적재량(loading)에 따라 달라진다고 한다면, 계산할 수 있는 바, 창유리 조립체의 수명을 예측할 수 있을 것이다. 내후성 코팅재 기술분야에 숙련된 자에게 공지된 이론에 따르면, 코팅 시스템에 의해 차단되지 않는 UV 조사의 총 선량(dose)이 파손을 매개하는 것일 것이다. 플라스틱은 전자기 스펙트럼 중에서 특히 330nm 주변의 UV 광 영역의 파장 범위에 특히 민감한다. 폴리카보네이트와 같은 코팅되지 않은 플라스틱 판넬은 325nm의 UV 광 약 3메가주울(MJ)에 노출된 후 약 5가 넘는 황색도 단위만큼 황변하는 것으로 알려져 있다. 황색도 단위 5의 변화는 육안으로 쉽게 관찰가능하며, 풍화 파손으로 간주된다. 따라서, 325nm의 UV 광 약 3MJ이 코팅 시스템을 통해 통과할 때, 코팅된 판넬에서는 파손이 일어날 것이다. 황색도는 당업자에게 공지되어 있고, ASTM E313-73 및 ASTM D1925-70 표준 검사 프로토콜에 정의되어 있다.

UVA 감퇴율이 일단 알려지면, UVA 초기 흡수성과 +5 초과의 YI 변화에 의거한 공지된 파손에 걸리는 시간을 이하 방정식 1을 이용하여 모델화할 수 있다. 이 방정식에서, R은 감퇴율이고, A_o는 초기 흡광도이며, t_f는 코팅되지 않은 플라스틱 시편의 파손을 유발하는데 필요한 노출량(메가주울)이다.

방정식 1

많은 종래 코팅들의 감퇴율은 325nm에서 약 0.1 UV 흡수 단위/메가주울(ABS/MJ)이다. 이러한 경우에, UV 흡수 종(325nm에서 0.14 ABS)을 함유하는 보호 코팅이 1 미크론 코팅된 PC 판넬의 수명 증가는 약 30%인 것으로 계산될 수 있다. 감퇴율이 325nm에서 약 1ABS/MJ로 10배 더 크면, 수명 증가는 약 8%에 불과할 것이며, 10배 더 작으면, 즉 325nm에서 약 0.01ABS/MJ이면 수명 증가는 약 40%일 것이다.

도 1을 살펴보면, 본 발명을 구비하는 자동차(10)가 도시되어 있다. 자동차(10)는 자동차(10)에 장착된 창유리 조립체(12)를 포함한다. 이 양태는 자동차(10)용 선루프로서 기능하는 창유리 조립체(12)를 보여준다. 하지만, 이 창유리 조립체(12)는 자동차(10)의 후방 창, 측면 창, 바람막이 유리 또는 바디 판넬로서 기능할 수 있도록 적절히 배치되고 적절한 치수로 만들어질 수 있다. 도 2를 살펴보면, 자동차 창유리 조립체(12)의 더욱 상세한 도면을 도 2에 도시했다. 도시된 바와 같이, 창유리 조립체(12)는 투명하다. 하지만, 창유리 조립체(12)는 바디 판넬로서 기능하는 경우에서와 같이 필요한 경우에는 불투명할 수도 있다.

도 3A를 살펴보면, 자동차 창유리 조립체(12)의 일 양태의 횡단면도가 도시되어 있다. 창유리 조립체(12)는 상면(16)과 하면(18)을 보유하는 플라스틱 판넬(14)을 포함한다. 플라스틱 판넬(14)은 임의의 열가소성 또는 열경화성 중합체 수지로 구성될 수 있다. 플라스틱 판넬(14)은 실질적으로 투명해야 하지만, 불투명 영역, 예컨대 불투명 프레임 또는 보더(border)(이에 국한되지 않는다)를 포함할 수 있다. 중합체 수지는 폴리카보네이트, 아크릴, 폴리아릴레이트 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리우레탄, 실리콘, 에폭시, 폴리아미드, 폴리알킬렌 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS)뿐만 아니라, 이의 공중합체, 블렌드 및 혼합물을 포함할 수 있으며, 이에 국한되는 것은 아니다. 바람직한 투명 열가소성 수지에는 폴리카보네이트, 아크릴, 폴리아릴레이트, 폴리에스테르 및 폴리설폰뿐만 아니라, 이의 공중합체 및 혼합물이 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 플라스틱 판넬은 추가로 다양한 첨가제, 예컨대 특히 착색제, 리올로지 조절제, 몰드 이형제, 산화방지제, UVA 분자 및 IR 흡수 또는 반사 안료 등을 포함할 수도 있다. 플라스틱 판넬의 제조는 당업자에게 공지된 임의의 기술을 사용하여 수행할 수 있으며, 그 예로는 압출, 몰딩(molding), 예컨대 사출 몰딩, 블로우 몰딩 및 압축 몰딩, 또는 열성형, 예컨대 고온 성형, 진공 성형 및 저온 성형 등이 있을 수 있다.

플라스틱 판넬(14)의 상면(16)에는 내후성 층(20)과 내마모성 층(24,28)을 포함하는 제1 보호 코팅 시스템이 배치되어 있다. 선택적인 프라이머 층(22)은 플라스틱 판넬(14)의 상면(16)에 내후성 층(20)을 점착시키는데 도움을 준다. 내후성 층(20)은 실리콘, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리에스테르, 에폭시 및 이의 혼합물이나 공중합체를 포함할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 내후성 층(20)은 박막으로 압출되거나 주조될 수도 있고, 별도의 코팅으로서 적용될 수도 있다. 내후성 층(20)은 복수의 코팅 층간층, 예컨대 아크릴 프라이머 및 실리콘 하드 코트 또는 폴리우레탄 코팅 등을 포함하여 플라스틱 판넬의 보호 작용을 증강시킬 수 있다. 복수의 코팅 층간층을 포함하는 내후성 층(20)의 구체예에는 아크릴 프라이머(SHP401, GE Silicones; 뉴욕 워터포드 소재)와 실리콘 하드코트(AS4000, GE Silicones)의 조합이 있다. 다양한 첨가제가 내후성 층(20)에 첨가될 수 있으며, 그 예로는 특히 착색제(색조), 리올로지 조절제, 몰드 이형제, 산화방지제, 자외선 흡수(UVA) 분자 및 IR 흡수 또는 반사 안료 등이 있다. 내후성 층(20)을 구성하는 코팅은 딥 코팅, 유동 코팅, 분사 코팅, 커튼 코팅 또는 당업자에게 공지된 다른 기술을 이용하여 적용할 수 있다.

플라스틱 판넬(14)의 하면(18)에는 복수의 내마모성 층(26, 30)을 포함하는 제2 보호 코팅 시스템이 배치되어 있다. 내마모성 층(24, 26)은 각각 판넬의 상면(16)과 하면(18)에 적용되어 있다. 내마모성 층(24, 26)은 하나 또는 둘 모두가 UV 차단성 첨가제를 함유할 수 있다. 이 후, 1차 내마모성 층(24, 26)에는 추가 내마모성 층(28, 30)이 적용될 수 있다. 본 발명의 다른 양태는 플라스틱 판넬의 하면뿐만 아니라 플라스틱 판넬의 상면에 내마모성 층을 침착시키기 전에 내후성 층을 구비한다.

내마모성 층(24, 26)은 전체 조성이 거의 유사하거나 상이할 수 있다. 이와 마찬가지로, 내마모성 층(28, 30)도 전체 조성이 거의 유사하거나 상이할 수 있다. 내마모성 층(24, 28)과 내마모성 층(26, 30)의 조성이 거의 유사한 경우에, 이 층들은 UV 흡수 분자를 포함하지 않는 것이 바람직하며, 하나의(예, 두꺼운) 내마모성 층을 형성하는 것으로 간주될 수 있다. 내마모성 층(24, 26, 28, 30)은 당업자에게 공지된 임의의 진공증착 기술로 적용될 수 있으며, 그 예로는 플라스마 촉진 화학 증착법(PECVD), 이온 보조 플라스마 침착법(ion assisted plasma deposition), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 전자빔 증발(electron beam evaporation), 및 이온빔 스퍼터링(ion beam sputtering)이 있으나, 이에 국한되지 않고, 특히 PECVD가 바람직하다.

본 발명자들은 놀랍게도 조성이 다른 내마모성 층(24, 26)이 판넬의 상면(16)과 하면(18)에 각각 동시에 적용될 수 있다는 것을 발견했다. 다른 양태에 따르면, 내마모성 층(24, 26)은 연속적인 방식으로 판넬에 적용될 수도 있다. 이와 유사하게, 조성이 다른 내마모성 층(28, 30)도 내마모성 층(24, 26)의 표면에 동시에 또는 연속적으로 적용될 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 팽창 열 플라스마 반응로를 구비하는 특수 유형의 PECVD 방법이 이용된다. 이 특수 방법(이하, 아크-PECVD법이라 한다)은 본원에 참고인용되는 미국 특허출원 10/881,949(2004.6.28) 및 미국 특허출원 11/075,343(2005.3.8)에 상세히 설명되어 있다. 아크-PECVD법에서, 플라스마는 150 Torr보다 높은 압력, 예컨대 대기압 부근 압력의 불활성 기체 환경에서 대응하는 애노드 판과 아크를 발생시키는 캐소드에 직류(DC) 전압을 인가함으로써 발생된다. 대기압 부근 고온 플라스마는 플라스마 발생기의 압력보다 처리 압력이 낮은, 예컨대 약 20 내지 약 100mTorr인 플라스마 처리 챔버로 초음속적으로 팽창한다.

PECVD법의 반응성 시약은 예를 들어 옥타메틸사이클로테트라실록산(D4), 테트라메틸디실록산(TMDSO), 헥사메틸디실록산(HMDSO) 또는 다른 휘발성 유기규소 화합물을 포함할 수 있다. 유기규소 화합물은 아크 플라스마 침착 장치에서, 통상 산소 및 불활성 캐리어 기체, 예컨대 아르곤의 존재 하에 산화, 분해 및 중합되어 내마모성 층을 형성한다. 최종 내마모성 층의 조성은 침착된 코팅에 남아 있는 탄소와 수소 원자의 양에 따라 SiO_x에서부터 SiO_xC_yH_z에 이르기까지 다양할 수 있다. 내 마모성 층에 적합한 재료로는 특히 실리콘 모노옥사이드, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 옥시카바이드 및 수소화된 실리콘 옥시카바이드와 이의 혼합물이 있다.

본 발명자들은 2종의 플라스마 레시피(A 및 B)가 기존 규제(예를 들어, 연방 자동차 규격 No. 205의 타이틀 49, 제5장, 파트 571.205; ANSI-Z26.1 미국 규격 협회 -1977) 및 각종 OEM 사양을 충족시키는 관점에서 바람직한 성능을 나타내는 코팅을 침착시킨다는 것을 발견했다. 더 상세하게는, 두 플라스마 종으로부터 수득되는 내마모성 층(24, 26, 28, 30)은 특히 내마모성, 침수 접착성, 내부 내후성(Cira/Sodalime 시험), 열-기계적 강도(14회의 열 순환 시험), 접착제 결합 강도(카타플라스마 시험) 및 내약품성에 관한 시험을 통과한 것으로 확인되었다. 이러한 시험들은 모두 자동차 창 제조 기술분야의 숙련된 자에게 공지되어 있다. Cira/Sodalime 내후 시험은 문헌[SAE Congress Proceedings Paper #2003-01-1192] 및 [Federation of Societies for coatings Technology(FSCT), 93-106(2005)]에 상세히 설명되어 있다. 플라스마 레시피는 아크-PECVD법 동안에 존재하는 반응성 종을 생산 및 조절하는데 이용되는 작업 조건, 예컨대 예열 온도, 기체 유속 및 아크 전류 등을 의미한다.

2종의 플라스마 레시피는 플라스틱 판넬(14)의 상면(16)과 하면(18)에 2 이상의 내마모성 층(예, 제1 층(24, 26) 및 제2 층(28, 30))의 침착을 포함한다. 플라스틱 판넬(14)의 하면(18)의 표면은 약 40 내지 50℃로 예열되는 반면, 플라스틱 판넬(14)의 상면(16)의 표면은 약 50 내지 60℃로 예열된다. 2종의 플라스마 레시피에서 플라스틱 판넬(14)의 하면(18)과 상면(16)에 대한 내마모성 층의 침착은 약 60amps/아크 미만의 아크 전류, 약 170sccm/아크 미만의 반응성 시약 유속 및 약 950sccm/아크 미만의 산소 유속을 이용한다. 제1 및 제2 내마모성 층을 위한 아크 전류는 약 30 내지 45amps/아크 범위이고, 반응성 시약 유속은 약 50 내지 150sccm/아크 범위인 것이 바람직하다. 제1 내마모성 층 및 제2 내마모성 층을 침착시키기 위한 산소 유속은 각각 0 내지 400sccm/아크 범위, 및 700 내지 950sccm/아크 범위인 것이 바람직하다.

플라스마 레시피 A - 플라스틱 판넬(14)의 하면(18)을 위하여, 예열 온도의 설정 온도는 약 250℃이며, 이것은 플라스틱 판넬에 약 40 내지 50℃의 표면 온도를 제공한다. 그 다음, 제1 내마모성 층(26)을 약 34amps/아크의 아크 전류, 약 125sccm/아크의 반응성 시약(예, D4) 유속 및 약 0(예, 0sccm/아크 부근)의 제1 산소 유속을 이용하여 제1 내마모성 층(26)을 침착시키는 것이 특히 바람직하다. 제1 내마모성 층(26)을 침착시킨 후, 특히 바람직한 아크 전류 약 37amps/아크, 약 150sccm/아크의 반응성 시약 유속 및 약 800sccm/아크의 산소 유속을 이용하여 제2 내마모성 층(30)을 침착시킨다.

플라스틱 판넬(14)의 상면(16)을 위해서(내후성 층(20) 함유)는 예열 온도의 설정 온도를 약 400℃로 하여 플라스틱 판넬에 약 50 내지 60℃의 표면 온도를 제공한다. 제1 내마모성 층(24)은 특히 바람직한 아크 전류 약 34amps/아크, 약 125sccm/아크의 반응성 시약 유속(예, D4) 및 약 50sccm/아크의 산소 유속을 이용하여 침착시킨다. 제1 내마모성 층(24)의 침착에 이어, 제2 내마모성 층(28)을 특히 바람직한 아크 전류 약 37amps/아크, 약 150sccm/아크의 반응성 시약 유속 및 약 800sccm/아크의 산소 유속을 이용하여 침착시킨다.

플라스마 레시피 B - 플라스틱 판넬(14)의 하면(18)을 위한 예열 온도의 설정 온도는 약 250℃이며, 이것은 플라스틱 판넬에 약 40 내지 50℃의 표면 온도를 제공한다. 그 다음, 제1 내마모성 층(26)을 약 31amps/아크의 특히 바람직한 아크 전류, 약 125sccm/아크의 반응성 시약(예, D4) 유속 및 약 50sccm/아크의 산소 유속을 이용하여 침착시킨다. 제1 내마모성 층(26)을 침착시킨 후, 특히 바람직한 아크 전류 약 37amps/아크, 약 150sccm/아크의 반응성 시약 유속 및 약 800sccm/아크의 산소 유속을 이용하여 제2 내마모성 층(30)을 침착시킨다.

플라스틱 판넬(내후성 층(20) 함유)의 상면(16)을 위한 예열 온도의 설정 온도는 약 400℃로 하여 플라스틱 판넬에 약 50 내지 60℃의 표면 온도를 제공한다. 제1 내마모성 층(24)은 특히 바람직한 아크 전류 약 34amps/아크, 약 125sccm/아크의 반응성 시약 유속(예, D4) 및 약 50sccm/아크의 산소 유속을 이용하여 침착시킨다. 제1 내마모성 층(24)의 침착에 이어, 제2 내마모성 층(28)을 특히 바람직한 아크 전류 약 37amps/아크, 약 150sccm/아크의 반응성 시약 유속 및 약 800sccm/아크의 산소 유속을 이용하여 침착시킨다.

전술한 바와 같이, 제1 내마모성 층(24, 26)은 UV 차단 또는 흡수 종을 함유할 수 있다. 각종 PECVD 침착된 실록산 층은 미국 특허 6,110,544에서 보여주듯이 UV 흡수제 층을 형성하는 것으로 밝혀져 있다. 예를 들어, 테트라메틸디실록산(TMDSO)은 코팅 두께 1㎛당 약 0.011ABS/㎛(300nm 파장에서), 0.008ABS/㎛(325nm 파장에서), 0.0062ABS/㎛(350nm 파장에서) 정도의 UV 흡광도를 나타내고, 옥타메틸 사이클로테트라실록산(D4)은 5㎛ 두께에서 약 0.0024ABS/㎛(300nm 파장에서), 0.0024ABS/㎛(325nm 파장에서), 0.0014ABS/㎛(350nm 파장에서) 정도의 UV 흡광도를 나타낸다.

예상치 못한 놀라운 결과는, 일부 실록산 재료가 비교적 높은 UV 흡수 층을 형성할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 비닐-D4(테트라비닐테트라메틸사이클로테트라실록산)는 코팅 두께 1㎛당 약 0.14ABS/㎛(325nm 파장에서) 정도의 UV 흡광도를 나타낸다. 또한, UV 흡수(UVA) 분자로 제조된 많은 PECVD 코팅은 단층 내마모성 층으로서 사용했을 때 UV 노출에 불안정한 것으로 알려져 있다(미국 특허 6,110,544).

본 발명자들은 PECVD 시스템에서 프라이머 또는 층간층으로서, 상기 고 UV 흡수성 재료가 단독으로 사용되거나 또는 저 UV 흡수제 반응성 종과 혼합 사용될 때 안정한다는 것을 발견했다. 이에, 본 발명자들은 이러한 반응성 시약을 PECVD법에 사용하는 것이 UV 조사 및 다른 환경 요인에 대한 기본 판넬의 보호 작용을 유의적으로 제공할 수 있는 접착성, 내후성 프라이머를 형성할 수 있다는 결론을 얻었다.

도 3B를 살펴보면, 본 발명의 원리를 편입시키는 창유리 조립체(12)의 다른 양태가 도시되어 있다. 이 양태는 플라스틱 판넬(16)의 하면(18)에 날염된 블랙아웃 잉크(32)를 포함한다. 본 이용분야에서 특히 우수하게 작용하는 것으로 밝혀진 여러 가지 잉크는 본원에 참고인용된 미국 특허출원 10/909,880(2004.8.2)에 기술된 열경화 잉크이다. 이러한 열경화 잉크에는 폴리에스테르 잉크(8452, Nazdar, Kansas)가 있다. 구체적으로, 이하에 설명되는 아크-PECVD 침착된 내마모성 층을 구비한 폴리카보네이트 판넬에서 상기 특정 잉크는 65℃에서 9일 동안 수침된 후 99 내지 100% 접착 유지율을 나타냈다.

블랙아웃 잉크(32)를 구비한 플라스틱 판넬(16)의 하면(18)을 위한, 가열 단위의 예열 온도 설정 온도는 약 250℃이며, 이는 플라스틱 판넬에 약 50℃의 표면 온도를 제공한다. 제1 내마모성 층(26)은 이하의 플라스마 레시피 C에 대한 설명에 따르는 아크-PECVD를 통해 적용된다. 그 다음, 제2 내마모성 층(30)이 이하 플라스마 레시피 C의 설명에 따르는 아크-PECVD를 통해 적용된다. 본 발명자들은 플라스마 레시피 C가 잉크(32) 위에 침착될 때는 물론 플라스틱 판넬에 직접 침착될 때에도 뛰어난 성능을 나타낸다는 것을 발견했다. 구체적으로, 플라스마 레시피 C를 이용하여 폴리카보네이트 위에 직접 침착된 내마모성 층은, 65℃에서 9일동안 수침된 후에도 99 내지 100% 접착 유지율을 나타냈다.

플라스마 레시피 C - 선택적인 장식용 날염 잉크(32)를 구비한 플라스틱 판넬(14)의 하면(18)을 위한, 예열 온도 설정 온도는 약 250℃이며, 이는 잉크(32)에 약 40 내지 50℃의 표면 온도를 제공한다. 제1 내마모성 층(26)은 특히 바람직한 약 34 내지 43amps/아크의 아크 전류, 약 20sccm/아크의 비닐-D4 유속, 및 약 0 내지 300sccm/아크의 산소 유속을 이용하여 침착시킨다. 제1 내마모성 층(26)의 침착 후, 특히 바람직한 아크 전류 약 34amps/아크, 반응성 시약 유속(예, D4) 약 125sccm/아크, 및 산소 유속 약 800sccm/아크를 이용하여 제2 내마모성 층(30)을 침착시킨다.

도 3C를 살펴보면, 다른 양태가 도시되어 있다. 이 양태는 도 3A에 도시된 양태와 유사하지만, 제2 선택적 프라이머 층(22')과 함께 제2 내후성 층(20')이 플라스틱 판넬(14)의 하면(18)에 배치되어 있다. 제2 내후성 층(20')을 덮고 있는 제1 및 제2 내마모성 층(26 및 30)은 내후성 층(20)에 적용된 제1 및 제2 내마모성 층(24, 28)과 유사하게 적용된다.

플라스마 레시피(A 및 B)를 모두 포함하는 판넬에서 수득되는 예비 확인 시험 결과는 표 1 내지 5에 제시했다. 더 상세하게는, 표 1은 접착 유지율에 대하여 다른 폴리카보네이트 판넬에서 두 플라스마 레시피(A 및 B)에 의해 수득된 데이터를 제공한다. 이 시험은 코팅된 판넬을 65℃의 탈이온수에 10일 동안 침지시킨 다음, 크로스헤치 테이프 박리 시험(ASTM D3359-95, DIN 53151)을 통해 접착성을 시험하는 것이다. >99B의 등급은 크로스헤치 영역에서 약 99% 초과의 보호 코팅 시스템이 판넬에 부착된 상태를 유지한다는 것을 암시한다. B 표시는 크로스헤치 영역 밖에서도 코팅 층분리가 거의 일어나지 않았음을 암시한다(B= 약 2% 미만). 이 시험에서 보호 코팅 시스템의 5%를 초과하는 임의의 층분리는 파손으로 간주했다.

표 2는 Taber 마모기 프로토콜(ASTM D1044, DIN 52347)을 이용한 내마모성과 함께 Cira/sodalime 시험 프로토콜을 이용한 일부 가속 풍화 데이터에 관해 측정된 데이터를 제공한다. Taber 시험 결과에서, 코팅된 창유리 조립체의 하면을 나타내는 시편은, 시편의 표면에서 측정된 헤이즈율의 변화(예컨대, 시험에 의해 유발된 변화)가 500회 이후 약 10% 미만일 때 시험을 통과한 것으로 간주했다. 두 플라스마 레시피는 시험 기준을 통과한 내마모성 층을 제공하는 것으로 관찰되었다. 코팅 된 창유리 조립체의 상면을 나타내는 시편은 이 시편의 표면에서 측정된 헤이즈율의 변화(예, 시험에 의해 유발된 변화)가 1000회 이후 약 2% 이하일 때 Taber 시험을 통과한 것으로 간주했다. 두 플라스마 레시피는 시험 기준을 통과하는 내마모성 층을 제공하는 것으로 관찰되었다.

Cira/sodalime 내후 시험을 이용하는 가속 풍화 시험에서는, 내후성 층의 존재가 없는 경우에 코팅된 창유리 조립체의 하면을 나타내는 시편은 내마모성 층( 및 경우에 따라 내후성 층)의 임의의 층분리가 나타나기 전까지 UV 조사 노출량이 0.20MJ/㎡에 이르거나 그 이상이어야 한다. 두 플라스마 레시피는 임의의 층분리 전에 0.52MJ/㎡에 대한 노출에도 생존하여 시험 기준을 초과하는 내마모성 층을 제공하는 것으로 관찰되었다.

수지 종류	복제물 수	10일째 접착성 등급
수지 종류	복제물 수	레시피 A	레시피 B
클리어 PC (제네럴 일렉트릭)	9	>99B	>99B
솔라 PC (제네럴 일렉트릭)	9	>99B	>99B
프라이버시 PC (제네럴 일렉트릭)	9	>99B	>99B
블랙 PC (143R, 제네럴 일렉트릭)	9	>99B	>99B
블랙 PC (143, 제네럴 일렉트릭)	9	>99B	>99B
솔라 PC(바이엘)	9	>99B	>99B
프라이버시 PC (바이엘)	9	>99B	>99B
블랙 PC (M2407, 바이엘)	9	>99B	>99B

(WL= 내후성 층)

레시피 ID	Taber △헤이즈			Cira/Sodalime 풍화시험
레시피 ID	하면, WL 부재 (500회)	상면, WL 보유 (1000회)	시편 개체수	하면, WL 부재	상면, WL 보유	시편 개체수
레시피 A	4.40%	2.01%	3	0.52MJ/㎡	N/A	3
레시피 B	6.21%	2.13%	3	0.52MJ/㎡	N/A	3

표 3은 시험 판넬을 40℃의 온도와 95% 상대습도에서 16시간 노출시킨 후, -20℃ 온도에서 3시간, 85℃ 온도에서 약 50 내지 80% 상대습도 하에서 6시간 노출시키는 것으로 구성되는 각 사이클을 총 14회 실시하는 자동차 OEM 시험 조건(PSA Peugot Citroen, D47-1309)으로 열 순환 처리한 후 수득되는 접착 데이터를 제공한다. 이 시험의 열 순환 처리 부분을 완료하자마자, 선처리되지 않은(크로스헤치 없는) 단순한 테이프 당김을 이용하여 코팅 층분리의 발생 여부를 측정했다. 코팅의 약 5% 미만이 층분리하는 것으로 관찰되면 그 시료는 시험을 통과한 것으로 간주한다. 다른 말로 하면, 코팅이 판넬에 유지되는 유지력은 이 시험을 통과하기 위해서는 약 95% 이상이어야 한다.

표 4는 두 플라스마 레시피를 함유하는 코팅된 판넬에 접합된 우레탄 접착제의 응집 파손에 대해 시험한 데이터를 제공한다. 더 상세하게는, 카타플라스마 시험법으로 불리는 사용된 시험 프로토콜은 자동차 접착제 기술분야의 당업자에게 공지된 것이다. 카타플라스마 시험에서, 우레탄 접착제 비드는 검사 판넬에 접합된 후 열, 수분 및 열 충격에 노출된다. 결과적으로 나타나는 우레탄 접착제의 접합 성능은 그 후, 코팅된 판넬로부터 비드를 잡아당겨 떨어질 때 측정되는 값이다. 또한, 코팅 성능은 동시 크로스헤치 접착 시험을 통해 평가할 수도 있다. 그 다음, 관찰되는 접착성 파손이 우레탄 접착제의 응집 파손(예, 접착제 비드가 파열하거나 분할되는 것)을 반영하는 정도를 측정한다. 응집 파손률(%)이 높을수록, 전체 시스템의 성능이 우수해졌다. 표 4에서, 플라스마 레시피 A는 플라스마 레시피 B보다 더 우수한 성능을 나타내는 것으로 관찰되었다, 따라서, 플라스마 레시피 A는 플라스마 레시피 B보다 바람직하다. 플라스마 레시피 A로부터 만들어진 창유리 조립체의 성능은 대부분의 자동차 OEM(주문자 상표에 의한 제품 제조자)에서 규정한 기준을 초과한다.

판넬(모두 레시피 A로 코팅)	시편 개체수	열순환 처리 후(14일)
클리어 PC (제네럴 일렉트릭 광학 등급 수지)	1	통과
클리어 PC (바이엘의 광학 등급 수지)	8	통과
솔라 PC(제네럴 일렉트릭의 광학 등급 수지)	1	통과
솔라 PC(바이엘 광학 등급 수지)	1	통과
프라이버시 PC(제네럴 일렉트릭 광학 등급 수지)	1	통과
프라이버시 PC(바이엘 광학 등급 수지)	1	통과
블랙 PC(GE 143 수지)	1	통과
블랙 PC(바이엘 M2407 수지)	1	통과
블랙 PC(GE 143R 수지)	1	통과

기판(모두 레시피 A로 코팅)	시편 개체수	열 순환 처리 후(14일)
클리어 PC (제네럴 일렉트릭 광학 등급 수지)	1	통과
클리어 PC(바이엘 광학 등급 수지)	8	통과
솔라 PC(제네럴 일렉트릭 광학 등급 수지)	1	통과
솔라 PC(바이엘 광학 등급 수지)	1	통과
프라이버시 PC(제네럴 일렉트릭 광학 등급 수지)	1	통과
프라이버시 PC(바이엘 광학 등급 수지)	1	통과
블랙 PC(GE 143 수지)	1	통과
블랙 PC(바이엘 M2407 수지)	1	통과
블랙 PC(GE143R 수지)	1	통과

판넬(모두 레시피 A로 코팅)	시편 개체수	열 순환 처리 후(14일)
클리어 PC (제네럴 일렉트릴 광학 등급 수지)	1	통과
클리어 PC (바이엘 광학 등급 수지)	8	통과
솔라 PC( 제네럴 일렉트릭 광학 등급 수지)	1	통과
솔라 PC(바이엘 광학 등급 수지)	1	통과
프라이버시 PC(제네럴 일렉트릭 광학 등급 수지)	1	통과
프라이버시 PC(바이엘 광학 등급 수지)	1	통과
블랙 PC(GE143 수지)	1	통과
블랙 PC(바이엘 M2407 수지)	1	통과
블랙 PC(GE143R 수지)	1	통과

수지 종류	복제물 수	레시피 A	레시피 B
GE 클리어 PC(광학 등급) 수지	9	>80% 응집성	20-30% 응집성
GE 솔라 PC(광학 등급) 수지	9	>80% 응집성	20-30% 응집성
GE 프라이버시 PC (광학 등급) 수지	9	>80% 응집성	20-30% 응집성
GE 143R PC 수지	9	>80% 응집성	20-30% 응집성
GE 143 PC 수지	9	>80% 응집성	20-30% 응집성
바이엘 솔라 PC(광학 등급) 수지	9	>80% 응집성	20-30% 응집성
바이엘 프라이버시 PC(광학 등급) 수지	9	>80% 응집성	20-30% 응집성
바이엘 M2407 PC 수지	7	>80% 응집성	20-30% 응집성

표 5는 각종 플라스마 레시피를 이용하여 침착시킨 코팅들이 나타내는 내약품성에 대해 수득된 데이터를 제공한 것이다. 이 시험에서의 통과 등급은 약물과 코팅 시스템 사이의 접촉이 전체 성능에 미미한 영향을 미친다는 것을 시사한다. 플라스마 레시피 A와 B는 모두 표에 열거된 각종 약품에 노출 시 통과한 것으로 확인되었다.

약물	시편 개체수	레시피 - A	레시피 - B
올레산	3	통과	통과
케로센	3	통과	통과
가솔린	3	통과	통과
모의 바람막이 워셔액	3	통과	통과
참조 케로센	3	통과	통과
참조 페트롤	3	통과	통과
메틸에틸 알콜	3	통과	통과
톨루엔	3	통과	통과

이상의 대부분의 설명은 당업자가 본 발명을 수행할 수 있게 하기 위한 것으로서, 이러한 것들로 본 발명이 제한되는 것으로 간주되어서는 아니되며, 전술한 명백한 변형을 포함하는 것으로 간주되어야 하며 이하 청구의 범위에 제시된 영역과 취지들에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims

제1면 표면과 제2면 표면을 보유하는 플라스틱 판넬;

상기 제1면 표면 위에 침착되고, 추가로 내후성 층과 2 이상의 내마모성 층을 포함하는 제1 보호 코팅 시스템;

상기 제2면 표면 위에 침착되고, 추가로 2 이상의 내마모성 층을 포함하는 제2 보호 코팅 시스템을 포함하고, 상기 제1 및 제2 보호 코팅 시스템이 풍화 및 마모에 대한 보호 작용을 제공하는 창유리 조립체.
제1항에 있어서, 내후성 층이 추가로 층간층(interlayer)을 보유하는 다층 코팅을 포함하는 창유리 조립체.
제2항에 있어서, 층간층을 보유하는 다층 코팅의 적어도 하나가 UV 흡수 분자를 함유하는, 창유리 조립체.
제2항에 있어서, 다층 코팅 층간층이 아크릴 프라이머 및 실리콘 하드 코트를 포함하는, 창유리 조립체.
제1항에 있어서, 내마모성 층이 진공증착된 층인, 창유리 조립체.
제5항에 있어서, 진공증착된 층이 PECVD 증착 층인 창유리 조립체.
제6항에 있어서, PECVD 침착 층이 아크-PECVD 증착 층인 창유리 조립체.
제5항에 있어서, 내마모성 층이 실록산, 실리콘 옥시카바이드 및 수소화된 실리콘 옥시카바이드 중 적어도 하나로부터 제조된 것인, 창유리 조립체.
제1항에 있어서, 내마모성 층이 각각 다른 화학 조성물로 제조된 것인, 창유리 조립체.
제1항에 있어서, 내마모성 층이 각각 거의 유사한 화학 조성물로부터 제조된 것인, 창유리 조립체.
제1항에 있어서, 추가로 플라스틱 판넬과 제2 보호 코팅 시스템 사이에 배치된 장식용 잉크 층을 포함하는, 창유리 조립체.
제1항에 있어서, 추가로 플라스틱 판넬과 제2 보호 코팅 시스템 사이에 위치한 내후성 층을 포함하는, 창유리 조립체.
제1항에 있어서, 제1 보호 코팅 시스템의 2 이상의 내마모성 층 중 하나가 UV 흡수 종을 포함하는, 창유리 조립체.
제13항에 있어서, UV 흡수 종이 비닐-D4, D4, HMDSO 및 TMDSO 중 하나로부터 유래되는 것인, 창유리 조립체.
제1항에 있어서, 제2 보호 코팅 시스템 중 2 이상의 내마모성 층 중 하나가 UV 흡수 종을 포함하는, 창유리 조립체.
제15항에 있어서, UV 흡수 종이 비닐-D4, D4, HMDSO 및 TMDSO 중 하나로부터 유래된 것인, 창유리 조립체.
제1항에 있어서, 플라스틱 판넬이 열가소성 수지로 제조된 것인, 창유리 조립체.
제17항에 있어서, 열가소성 수지가 폴리카보네이트, 아크릴, 폴리아릴레이트, 폴리에스테르 및 폴리설폰 중 하나인, 창유리 조립체.
제1항에 있어서, 플라스틱 판넬이 투명한 판넬인, 창유리 조립체.
제1면 표면과 제2면 표면을 보유하는 플라스틱 판넬을 준비하는 단계;

상기 플라스틱 판넬의 제1면 표면을 제1 온도로 예열하는 단계 및 상기 제1면 표면에 제1 내마모성 층을 제1 반응성 시약을 이용하여 침착시키는 단계를 포함하는 제1 절차를 수행하는 단계; 및

상기 플라스틱 판넬의 제2면 표면을 제2 온도로 예열하는 단계 및 상기 제2면에 제2 내마모성 층을 제2 반응성 시약 및 진공증착법을 이용하여 침착시키는 단계를 포함하는 제2 절차를 수행하는 단계를 포함하는, 창유리 조립체의 제조방법.
제20항에 있어서,

제2 온도가 약 40 내지 50℃ 사이이고;

제2 반응성 시약이 D4이며;

제2 내마모성 층이 약 60amps/아크 미만의 제2 아크 전류, 약 170sccm/아크 미만의 제2 반응성 시약 유속, 및 약 400sccm/아크 미만의 제2 산소 유속을 이용함으로써 침착되고;

제1 내마모성 층이 약 60amps/아크 미만의 제1 아크 전류, 약 170sccm/아크 미만의 제1 반응성 시약 유속 및 약 950sccm/아크 미만의 제1 산소 유속을 이용함으로써 침착되는 것인, 창유리 조립체의 제조방법.
제21항에 있어서,

제2 아크 전류가 약 30 내지 45amps/아크 사이이고, 제2 반응성 시약 유속이 약 50 내지 150sccm/아크 사이이며, 제2 산소 유속이 약 400sccm/아크 미만이며;

제1 아크 전류가 약 30 내지 45amps/아크 사이이고, 제1 반응성 시약 유속이 약 50 내지 150sccm/아크 사이이며, 제1 산소 유속이 약 700 내지 900sccm/아크 사이인, 창유리 조립체의 제조방법.
제21항에 있어서,

제2 아크 전류가 약 34amps/아크이고, 제2 반응성 시약 유속이 약 125sccm/아크이며, 제2 산소 유속이 약 0이며;

제1 아크 전류가 약 37amps/아크이고, 제1 반응성 시약 유속이 약 150sccm/아크이며, 제1 산소 유속이 약 800sccm/아크인, 창유리 조립체의 제조방법.
제21항에 있어서,

제2 아크 전류가 약 31amps/아크이고, 제2 반응성 시약 유속이 약 125sccm/아크이며, 제2 산소 유속이 약 50sccm/아크이고;

제1 아크 전류가 37amps/아크이고, 제1 반응성 시약 유속이 약 150sccm/아크이며, 제1 산소 유속이 약 800sccm/아크인, 창유리 조립체의 제조방법.
제20항에 있어서, 추가로 플라스틱 판넬의 제2면 표면에 날염 잉크를 침착시키는 단계를 포함하는, 창유리 조립체의 제조방법.
제20항에 있어서,

제1 온도가 약 40 내지 50℃ 사이이고;

제1 반응성 시약이 D4이며;

제2 반응성 시약이 비닐-D4이고;

제2 내마모성 층이 약 34 내지 43amps/아크 사이의 제1 아크 전류, 약 20sccm/아크의 제2 반응성 시약 유속, 약 300sccm/아크 미만의 제2 산소 유속을 이용함으로써 침착되며;

제1 내마모성 층이 약 34amps/아크의 제1 아크 전류, 약 125sccm/아크의 제1 반응성 시약 유속 및 약 800sccm/아크의 제1 산소 유속을 이용함으로써 침착되는, 창유리 조립체의 제조방법.
제20항에 있어서, 추가로 플라스틱 판넬의 제2면 표면과 제2 내마모성 층 사이에 내후성 층을 침착시키는 단계를 포함하는, 창유리 조립체의 제조방법.
제27항에 있어서, 내후성 층이 아크릴 프라이머 및 실리콘 하드코트를 포함하는, 창유리 조립체의 제조방법.
제20항에 있어서,

제1 온도가 약 50 내지 60℃ 사이이고;

제2 반응성 시약이 D4이며;

제2 내마모성 층이 약 30 내지 45amps/아크 사이의 제2 아크 전류, 약 50 내지 150sccm/아크 사이의 제2 반응성 시약 유속 및 약 400sccm/아크 미만의 제2 산소 유속을 이용함으로써 침착되고;

제1 내마모성 층이 약 30 내지 45amps/아크 사이의 제1 아크 전류, 약 50 내지 150sccm/아크 사이의 제1 반응성 시약 유속 및 약 700 내지 950sccm/아크 사이의 제1 산소 유속을 이용함으로써 침착되는, 창유리 조립체의 제조방법.
제29항에 있어서, 제2 아크 전류가 약 34amps/아크이고, 제2 반응성 시약 유속이 약 125sccm/아크이며, 제2 산소 유속이 약 50sccm/아크인, 창유리 조립체의 제조방법.
제29항에 있어서, 제1 아크 전류가 약 37amps/아크이고, 제1 반응성 시약 유속이 약 150sccm/아크이며, 제1 산소 유속이 약 800sccm/아크인, 창유리 조립체의 제조방법.
제29항에 있어서, 제1면 표면과 제1 내마모성 층 사이에 내후성 층을 침착시키는 단계를 추가로 포함하는, 창유리 조립체의 제조방법.
제32항에 있어서, 추가로 제1면 표면과 내후성 층 사이에 프라이머를 침착시 키는 단계를 추가로 포함하는, 창유리 조립체의 제조방법.
제20항에 있어서, 추가로 제1 절차 동안에 제2 절차의 적어도 일부를 수행하는 단계를 포함하는, 창유리 조립체의 제조방법.
제20항에 있어서, 추가로 제2 절차 전에 제1 절차를 수행하는 단계를 포함하는, 창유리 조립체의 제조방법.
제20항에 있어서, 추가로 제1 절차 전에 제2 절차를 수행하는 단계를 포함하는, 창유리 조립체의 제조방법.