KR20090055052A - 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법 및상기 방법으로 성형된 이종 재료 복합 성형체 - Google Patents

인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법 및상기 방법으로 성형된 이종 재료 복합 성형체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인서트 몰딩 성형 기술에 의한 이종 재료 복합 성형 방법 및 상기 방법으로 성형된 이종 재료 복합 성형체에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 각종 몰딩 피착체(被着體)에 표면 개질제 화합물을 포함하는 연료 가스를 연소시켜 그 화염을 상기 각 피착체의 피몰딩면에 분사하여 상기 각 피착체의 표면을 활성화시키는 계면활성화 처리단계와; 상기 계면활성화 처리된 상기 각종 피착체를 계면활성화 처리된 면이 몰딩면이 되도록 인서트 몰딩 장치에 안치시키는 세팅단계와; 각종 화학 조성의 열가소성 수지 화합물, 또는 열경화성 수지 또는 천연 고무, 및 각종 합성 고무 등으로 이루어지는 열경화성 엘라스토머 등등의 각종 화합물 또는 액상 엘라스토머 등의 몰딩 재료를 직접 또는 열용융 한 후에 사출 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법 및 상기 방법에 의해 성형되는 이종 재료 복합 성형체에 관한 것이다.
인서트 몰딩, 엔지니어링 수지, 열가소성 수지, 열경화성 수지, 프라이머,

Description

인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법 및 상기 방법으로 성형된 이종 재료 복합 성형체{Insert molding method for a composite of different kinds of materials and a composite manufactured by the same}
본 발명은 각종 금속 성형물, 각종 금속 합금 성형물, 각종 플라스틱 성형물, 유리 성형물 등등의 성형물을 오프라인 가공 프로세스에서의 인서트 몰딩 성형 기술로 몰딩 성형하는 방법으로, 접착 조제(助劑)가 되는 고분자계 프라이머를 사용하지 않고, 또는 알루미늄 합금계 성형물에서는 상기 알루미늄 합금계 성형물을 알루마이트화 한 다음, 피접합 부분의 산화물층 피막을 파괴하여 산성 수용액에 접촉시키는 에칭 공정, 및 암모니아, 히드라진 및 수용성 아민 화합물로부터 선택되는 한 종류 이상과 접촉시키는 공정을 거치지 않고, 상기 각종 몰딩 피착체(被着體)에 실란 원자, 티탄 원자 또는 알루미늄 원자를 포함하는 개질제(改質劑) 화합물로 각각의 비점이 10℃~105℃인 개질제 화합물을 포함하는 연료 가스의 화염을 전체적 또는 부분적으로 분사하여 상기 각 피착체 표면이 습윤지수로서 73 dny/cm이상이 되도록 계면 활성화 처리를 수행한 후에 상기 계면 활성화 처리가 완료된 상기 각종 피착체를 계면 활성화 처리면이 몰딩면이 되도록 인서트 몰딩 성형 장치에 세팅 한 다음, 각종 화학 조성의 열가소성 수지 컴파운드(compound) 또는 열경 화성 수지 또는 천연 고무 및 각종 합성고무 등으로 이루어진 열경화성 엘라스토머 등등의 각종 컴파운드 또는 액상 엘라스토머 등의 몰딩 재료를, 직접 또는 열용융한 다음 사출성형기에 투입하여, 사출 성형하는 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법 및 상기 방법으로 성형된 이종 재료 복합 성형체에 관한 것이다.
현재, 인서트 몰딩 성형 기술을 이용하여 알루미늄 합금 성형체 또는 스테인리스 스틸 성형체 등의 성형체에, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지 등의 범용 엔지니어링 수지 또는 폴리페닐렌 설파이드 수지(PPS) 등의 슈퍼 엔지니어링 수지 등, 소위 엔지니어링 수지계 컴파운드(compound)를 몰딩하는 이종 재료 일체 성형 기술, 또는 마그네슘 합금과 나일론(PA) 수지와의 이종 재료 일체 성형 기술, 또한 실리콘 고무 또는 액상 불소계 엘라스토머 등의 열경화성 엘라스토머와 유리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 더욱이 폴리카보네이트(PC) 수지 등과의 이종 재료 일체 성형 기술이 폭 넓게 알려져 범용되고 있다. 그리고 이들 이종 재료 일체 성형 기술의 활용 분야로서는 노트북 컴퓨터, 프로젝터, 휴대전화, 게임기기 등등의 각종 전자제품의 하우징 용도로, 그리고 예를 들면 액정·플라스마 TV 또는 파라볼라 안테나 등의 가전 관련 각종 제품용 하우징 및 구성 부품으로서, 또한 자동차 관련의 각종 부품으로서 이종 재료 복합 성형체가 여러 분야에서 활용되고 있다. 이와 같이 인서트 몰딩 성형 기술이 여러 분야에서 활용될 수 있었던 것은, 예를 들면 의장성 및 기계적 강도 특성 등의 기능을 각종 금속·합금 성형체로 구현시키고, 한 편 금속제로는 목적을 해결할 수 없는 열적·전기적 절연성 또는 경량성 확보 등의 기능을 각종 엔지니어링 수지·각종 열경화성 엘라스토머 등으로 실현시키는 등, 각각의 소재의 특성을 잘 조합할 수 있는 점에 있다고 이해된다.
그런데 인서트 몰딩 성형 기술에 있어서는, 피착체가 되는 각종 금속 성형물, 각종 금속 합금 성형물, 각종 플라스틱 성형물 또는 유리 성형물 등과의 접착 특성을 확보하기 위하여, 종래에는 상기 각종 성형 피착체의 접착 계면에 고접착·고밀착 조제(助劑)로서 고분자계 프라이머를 사전에 도포해 두어야 했고, 특히 엔지니어링계 수지 컴파운드 또는 액상 실리콘 고무계 또는 액상 불소계 엘라스토머를 몰딩하는 경우에는, 금속계 성형물과 엔지니어링계 수지 등의 몰딩 계면에서의 접착 확보가 충분하지 않아, 접착성을 확보하기 위하여 고접착·고밀착 조제로서 고분자계 프라이머를 사전에 도포하는 것을 필수 요건으로 하여 널리 실시되고 있는 현상이다.
한편 알루미늄 합금계 성형물에서는, 고접착·고밀착이 어렵다고 여겨지는 엔지니어링계 수지 컴파운드를 몰딩하는 경우에 있어서 상기 알루미늄 합금계 성형물을 알루마이트화 한 다음, 피접합 부분의 산화물층 피막을 파괴하여 산성 수용액에 접촉시키는 에칭 공정, 및 암모니아, 히드라진 및 수용성 아민 화합물로부터 선택되는 한 종류 이상과 접촉시키는 공정을 거침으로써, 엔지니어링계 수지를 상기 알루미늄 합금계 성형물에 고접착·고밀착 상태로 몰딩하는 대표적인 기술이 아래의 일본 특허문헌에 개시되어 있다.
[특허 문헌 1] 특개 2003－170531
[특허 문헌 2] 특개 2004－50488
[특허 문헌 3] 특개 2006－1216
어떤 경우라도, 각종 금속 성형물, 각종 금속 합금 성형물, 각종 플라스틱 성형물 또는 유리 성형물 등의 각종 성형물 피착체에 엔지니어링계 수지 컴파운드 또는 액상 실리콘 고무계 또는 액상 불소계 엘라스토머 등을 몰딩하는 경우에 있어서, 접착·밀착을 확실하게 수행하기 위해서는 각종 피착체 측에 사전 프라이머 처리, 및 알루미늄 합금계 성형물에 있어서는 사전에 상기한 특수 처리를 수행하는 것이 필수 요건이었다.
여기서 본 출원의 발명자는 인서트 몰딩 성형 기술에 있어서의, 피몰딩 성형체가 되는 각종 금속 성형물, 각종 금속 합금 성형물, 각종 플라스틱 성형물 또는 유리 성형물 등의 각 피몰딩 성형체와, 각종 엔지니어링 수지계 컴파운드 또는 천연 고무 및 실리콘계·불소계 엘라스토머 등의 열경화성 엘라스토머와의 접착 또는 밀착성 확보에 관해, 본건 발명자가 이미 개발하여 실용화를 도모하고 있으며 하기의 일본 특허 문헌에 개시되어 있는 「계면 개질 기술」의 활용을 테스트했는데, 상기 「계면 개질 기술」이 각종 몰딩 성형체와 각종 엔지니어링 수지계 컴파운드 또는 천연 고무 및 실리콘계·불소계 엘라스토머와의 밀착·접착 특성을 크게 개선시키는 것을 발견·확인하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
[특허 문헌 4] 특개 2003－238710(특허 제 3557194호)
상기 「특허 문헌 4」에는, 고체 물질의 계면 개질(改質) 방법 및 그 장치의 개략이 개시되어 있고, 실란 원자, 티탄 원자, 알루미늄 원자를 포함하는 계면 개 질제 화합물로서 각각의 비점(沸點)이 10℃~105℃인 표면 개질제 화합물을 포함하는 연료 가스를 저장하기 위한 저장탱크와, 상기 연료 가스를 분사부로 이송하기 위한 이송부와, 상기 연료 가스의 화염을 분사시키기 위한 분사부(버너)를 포함하는 계면 개질 장치를 구비하고, 규산화염 등을 고체물질의 재료 표면에 대하여 전면적 또는 부분적으로 분사 처리하여, 당해 처리부를 활성화시키는 계면 개질 기술이 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허 문헌 4에는 일반적인 각 고체 물질의 계면 개질에 대하여 각종 고체 물질에 공통되는 표면 개질 방법이 서술되어 있는 것에 지나지 않고, 본 발명이 해결하려고 하는 구체적인 과제인 인서트 몰딩 성형 가공 기술을 이용하여 각종 금속 성형물, 각종 금속 합금 성형물, 각종 플라스틱 성형물 또는 유리 성형물 등의 피몰딩 성형물에서의 밀착 및 접착성 확보에 관한 구체적인 방법론에 관한 기술은 개시되어 있지 않다.
본 발명은, 상기 특허 문헌 4에 개시되어 있는 각종 고체 물질 표면의 계면 개질에 관한 기본적 기술을 활용함으로써, 인서트 몰딩 성형 가공 기술에 있어서 종래 필수로 여기던 각종 피착체에의 사전 프라이머 처리, 또는 알루미늄 합금계 성형물에 있어서는 상기 사전 특수 처리를 일체 실시하지 않고, 각종 피착체 계면에 있어서의 밀착·접착성을 확실하게 확보하는 것에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 각종 금속 성형물, 각종 금속 합금 성형물, 각종 플라스틱 성형물, 유리 성형물 등의 인서트 몰딩 성형하는 방법에 있어서, 상기 각종 몰딩 피착체(被着體)에 실란 원자, 티탄 원자 또는 알루미늄 원자를 포함하며 각각의 비점이 10℃~105℃인 개질제 화합물을 포함하는 연료 가스를 연소시켜 그 화염을 상기 각 피착체의 전면 또는 부분적으로 분사하여 상기 각 피착체의 표면을 활성화시키는 계면활성화 처리단계와; 상기 계면활성화 처리된 상기 각종 피착체를 계면활성화 처리된 면이 몰딩면이 되도록 인서트 몰딩 장치에 안치시키는 세팅단계와; 열가소성 수지 컴파운드를 열 용융(熱溶瀜)시킨 후 사출 성형하는 사출성형단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법을 기술적 요지로 한다.
또한, 본 발명은 인서트 몰딩 성형방법에 있어서, 각종 금속 성형물, 각종 금속 합금 성형물, 각종 플라스틱 성형물, 유리 성형물 등으로 이루어지는 각종 몰 딩 피착체(被着體)에 규소 원자, 티탄 원자 또는 알루미늄 원자를 포함하며 각각의 비점이 10℃~105℃인 개질제 화합물을 포함하는 연료 가스를 연소시켜 그 화염을 상기 각 피착체의 전면적 또는 부분적으로 분사하여 상기 각 피착체의 표면을 활성화시키는 계면활성화 처리단계와; 상기 계면활성화 처리된 상기 각종 피착체를 계면활성화 처리된 면이 몰딩면이 되도록 인서트 몰딩 장치에 안치시키는 세팅단계와; 열경화성 수지, 천연 고무 또는 열경화성 엘라스토머 수지를 사출 성형하는 사출성형단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.
상기 개질제 화합물은 알킬실란 화합물, 알콕시실란 화합물, 실록산 화합물, 실라잔 화합물, 알킬 티탄 화합물, 알콕시 티탄 화합물, 알킬 알루미늄 화합물 및 알콕시 알루미늄 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상으로 되는 것이 바람직 하다.
상기 각종 금속 성형물은 알루미늄, 스테인리스 스틸 등을 대표로 하는 금속 성형물로 되는 것이 바람직 하다.
상기 각종 금속 합금 성형물은 마그네슘 합금, 알루미늄 합금 등을 대표로 하는 금속 합금 성형물로 되는 것이 바람직 하다.
상기 성형물은 유리 성형물을 대표로 하는 성형물로 되는 것이 바람직 하다.
상기 각종 화학 조성물은 열가소성 수지로 되는 것이 바람직 하다.
상기 열경화성 수지는 에폭시 수지 또는 불포화 폴리에스테르 수지로 되는 것이 바람직 하다.
상기 열경화성 엘라스토머 수지는 실리콘계 엘라스토머 또는 불소계 엘라스토머로 되는 것이 바람직 하다.
상기 열경화성 수지는 천연 고무 또는 각종 합성고무로 되는 것이 바람직 하다.
또한, 본 발명은 상기 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법으로 성형된 이종 재료 복합 성형체를 또 다른 기술적 요지로 한다.
본 발명에 따른 인서트 몰딩 성형기술에 의한 이종재료 복합 성형방법에 따르면, 알루미늄 합금 등의 금속과 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT) 등의 엔지니어링 플라스틱의 이종 재료를 동시 성형하는 경우에, 피착체(被着體)의 개질 계면에 본 발명에 따른 도 1에 도시된 바와 같은 계면 개질 장치를 이용하여 계면 개질을 도모함으로써, 접착·밀착이 어렵다고 하는 모든 피착체 표면(계면)을 활성화시키는 것이 가능하게 되고, 종래 반드시 필요했던 접착·밀착조제로서의 고분자계 프라이머 처리 및 알루미늄 합금계 성형물에서는 상기 알루미늄 합금계 성형물을 알루마이트화 한 후, 피접합 부분의 산화물층 피막을 파괴하여 산성 수용액에 접촉시키는 에칭 공정, 및 암모니아, 히드라진 및 수용성 아민 화합물로부터 선택되는 한 종류 이상과 접촉시키는 소위 특수 공정을 생략하는 것이 가능하게 되고, 또한 접착 또는 밀착 계면에 있어서의 접착 또는 밀착을 확실하게 수행하는 것이 가능하며, 더욱이 종래 필수로 여겨지던 고분자계 프라이머 처리 또는 상기 특수 사전처리를 생략할 수 있으므로 시간적 및 경제적으로 큰 이익을 가져다주는 이점이 있 다.
상술한 바와 같이 인서트 몰딩 성형 가공 기술에 있어서의, 상기 특허 문헌 4에 개시되어 있는 각종 고체 물질 표면의 계면 개질(改質)에 관한 기본적 기술을 활용하여, 각종 피착체(被着體)의 표면을 본질적으로 계면 개질하여 활성화시킴으로서, 종래 필수로 여기던 각종 피착체에의 사전 프라이머 처리, 또는 알루미늄 합금계 성형물에 있어서는 사전 특수 처리를 일체 실시하지 않고, 각종 피착체 계면에 있어서의 각종 엔지니어링 수지 또는 천연 고무 및 실리콘계·불소계 엘라스토머 등의 열경화성 엘라스토머와의 밀착·접착성을 확실하게 확보하기 위한 것이다.
우선, 각종 피착체의 계면 개질에 관하여 그 방법론을 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 계면 개질 장치의 개요를 설명하기 위한 플로차트이며, 상기 플로차트에 의거하여 설명한다.
도 1에 그 전체 형상이 도시된 계면 개질 장치는, 실란 원자, 티탄 원자 또는/및 알루미늄 원자를 포함하는, 알킬실란 화합물, 알콕시실란 화합물, 실록산 화합물, 실라잔 화합물, 알킬 티탄 화합물, 알콕시 티탄 화합물, 알킬 알루미늄 화합물 및 알콕시 알루미늄 화합물로부터 이루어지는 군으로부터 선택되는 계면 개질제 화합물(101)을 저장하기 위한 저장탱크부(102)와; 프로판 가스·LPG 가스 등의 연료 가스의 저장탱크(106)와; 상기 연료 가스의 연소용 공기 및 계면 개질제(改質劑) 화합물을 운송하기 위하여 공기를 공급하는 압축 공기원(107)과; 가열수단(103)에 의해 기화되는 계면 개질제 화합물(101)과 저장탱크(106)의 연료 가스와 압축 공기원(107)의 공기를 분사부(버너)(104)로 이송시키는 이송로(105);로 구성되어 있다. 또한 상기 이송로(105)에는 상기 기화된 계면 개질제 화합물과 상기 압축 공기원(107)의 공기를 혼합하는 서브 믹서(108)와, 상기 기화된 계면 개질제 화합물과 공기와의 혼합 가스와 상기 저장탱크(106)에서 송출되는 연료 가스를 균일하게 혼합시키기 위한 메인 믹서(109)가 구비되어 있다. 또한 상기 계면 개질제 화합물(101)을 저장하기 위한 저장탱크부(102)와, 공기를 공급하는 압축 공기원(107) 및 연료 가스의 저장탱크(106)의 각각의 송출 출구에는 각각의 송출 유량을 제어하기 위한 유량계 부착 유량 조절 밸브(110),(111),(112)가 각각 설치되어 계면 개질 장치를 구성하고 있다. 다음으로 상기 각 주요 구성 부재(부품)를 상세하게 설명한다.
「계면 개질제 화합물용 저장 탱크부」
도 1에 도시된 바와 같이, 계면 개질제 화합물용 저장 탱크부(102)의 하부에는 가열용 히터 등의 가열 수단(103)이 구비되어 있고, 상온(常溫)·상압(常壓) 상태에서는 액상인 계면 개질제 화합물(101)이 기화되도록 구성되어 있다. 그리고 상기 가열 수단(103)은 CPU(미도시)에 의하여 제어된다. 즉, 상기 CPU는 계면 개질제 화합물의 액량(液量) 센서·액체 온도 센서 등의 각 센서에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 계면 개질제 화합물의 액량 및 액체 온도가 규정 범위 내에 들어가도록 상기 가열 수단(103)을 제어한다.
또한 본 발명에서는 액상의 계면 개질 화합물을 사용한 예를 들었지만, 기체 또는 고체 형상의 화합물도 사용할 수 있다. 기체 형상의 계면 개질제 화합물을 사 용하는 경우에는 상기 계면 개질제 화합물용 저장 탱크부에 히터가 구비될 필요는 없으며, 대신 압력 조정 밸브 등의 유량 조절 수단을 설치하는 것이 바람직하다. 또한 고체 형상의 계면 개질제 화합물을 사용하는 경우에는, 예를 들면, 상기 고체 형상 화합물을 용매로 용해하던지, 열로 용융시켜 본 실시예의 저장탱크로부터 버너의 화염 근방까지 배관된 액체 수송관 내를 통과시켜, 직접 버너 안으로 이송함으로써 계면 개질을 수행할 수 있다.
「이송부」
이송부(105)는, 통상적으로 「관」구조이며, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 압축 공기원(107)에서 공급되는 연소용 공기와 상기 저장탱크(102)에서 송출되는 기화된 계면 개질제 화합물을 혼합하기 위한 서브 믹서(108)와, 상기 서브 믹서(108)에 의해 혼합된 혼합 가스와 상기 연료 가스의 저장탱크(106)에서 송출되는 연료 가스를 균일하게 혼합하기 위한 메인 믹서(109)가 설치된다.
「분사부(버너)」
분사부(버너)(104)는, 도 1에 도시된 바와 같이 이송부(105)를 거쳐 이송된 연소 가스를 연소시켜 얻어진 화염(113)을 개질 처리될 면(피개질 처리면)(미도시)에 분사하여 피개질 처리면을 계면 개질시키는 것이며, 이러한 화염(113)의 상태는, 상기 기화된 계면 개질제 화합물(101)의 유량 및 압축 공기원(107)에서 송출되는 연소용 공기량 및 연료 가스의 저장탱크(106)에서 송출되는 연료 가스량 각각을 각각의 가스 유로에 설치되어 있는 유량계 부착 유량 조절 밸브(110),(111),(112)의 개방도를 조절함으로써 최적으로 조정한다. 또한 버너의 종류는 특별히 제한되 는 것은 아니며, 예를 들면, 예비 혼합형 버너, 확산형 버너, 부분 예비 혼합형 버너, 분무 버너, 증발 버너 등의 어느 것이어도 된다. 또한 버너의 형태에 대해서도 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 계면 개질제 화합물로서는 실란 원자, 티탄 원자 또는 알루미늄 원자를 포함하는 화합물이며, 또한 일반적인 가스 버너의 화염 내에서 연소할 수 있는 것이면 특별한 제한은 없다. 그리고 쉽게 입수할 수 있는 점이나 취급의 용이함을 고려하면, 예를 들면, 알킬실란 화합물, 알콕시실란 화합물, 실록산 화합물, 실라잔 화합물, 알킬 티탄 화합물, 알콕시 티탄 화합물, 알킬 알루미늄 화합물 및 알콕시 알루미늄 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
알킬실란 화합물의 적합 예로서는, 메틸실란, 디메틸실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, 테트라에틸실란, 디메틸디클로로실란, 디메틸디페닐실란, 디에틸디클로로실란, 디에틸디페닐실란, 메틸트리클로로실란, 메틸트리페닐실란, 디메틸디에틸실란 등의 치환기를 가질 수도 있는 모노실란 화합물, 헥사메틸디실란, 헥사에틸디실란, 클로로헵타메틸디실란 등의 치환기를 가질 수도 있는 디실란 화합물, 옥타메틸트리실란 등의 치환기를 가질 수도 있는 트리실란 화합물 등을 들 수 있다.
알콕시실란 화합물의 적합 예로서는, 메톡시실란, 디메톡시실란, 트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 에톡시실란, 디에톡시실란, 트리에톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 트리메틸에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐 트리에톡시실란, 디클로로디메톡시실란, 디클로로디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 트리클로로메톡시실란, 트리클로로에톡시실란, 트리페닐메톡시실란, 트리페닐에톡시실란 등의 한 종류 단독, 또는 두 종류 이상의 조합을 들 수 있다.
실록산 화합물의 적합예로서는, 테트라메틸디실록산, 펜타메틸디실록산, 헥사메틸디실록산, 옥타메틸트리실록산, 헥사메틸시클로트리실록산, 옥타메틸시클로테트라실록산, 데카메틸시클로펜타실록산, 도데카메틸시클로헥사실록산 등을 들 수 있다.
실라잔 화합물의 적합예로서는, 헥사메틸디실라잔 등을 들 수 있다. 또한 알킬 티탄 화합물의 적합예로서는 테트라 메틸 티탄, 테트라 에틸 티탄, 테트라 프로필 티탄 등을 들 수 있다. 알콕시 티탄 화합물의 적합예로서는, 티타늄메톡시드, 티타늄에톡시드 등을 들 수 있다. 알킬 알루미늄 화합물의 적합예로서는, 트리 메틸 알루미늄, 트리 에틸 알루미늄, 트리 프로필 알루미늄 등을 들 수 있다. 알콕시 알루미늄 화합물의 적합예로서는, 알루미늄메톡시드, 알루미늄에톡시드 등을 들 수 있다. 이러한 화합물은 단독으로 사용해도 혼합하여 사용해도 된다.
이상의 적합 예의 중에서도, 실란 화합물, 알콕시실란 화합물, 실록산 화합물, 및 실라잔 화합물은 취급이 용이하고, 기화되기 쉽고, 또한 쉽게 입수 가능하므로 매우 바람직하다.
다음으로 상술한 도 1에 도시된 계면 개질 장치를 이용하여 알루미늄 합금 성형체에 높은 융점과 결정화도를 갖은 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지를 사 례로서 인서트 몰딩 성형 기술을 이용한 본 발명에 따른 몰딩 성형 기술의 개략을 도 2, 도 3 및 도 4와 함께 설명한다.
도 2, 도 3, 도 4는 모두 본 발명의 공정을 설명하기 위한 단면도이고, 상기 도 2는 사전에 프레스 성형되어, 또한 양극 산화 처리(알루마이트 처리)된 알루미늄 합금 성형체의 구성을 예시적으로 나타낸 개략 단면도이고 상기 도면 중 도면부호 21은 상자 형상의 케이스이다.
본 발명에 있어서는, 인서트 몰딩 성형하기 전단계 공정으로서, 우선 도 1에 도시된 바와 같은 계면 개질 장치를 이용하여, 상기 도 2에 예시된 바와 같은 알루미늄 합금 성형체(상자형상 케이스)(21)의 내면 전체(22)(개질면)에 상기 실란계 개질제 화합물을 포함하는 화염으로 처리하여, 도 3에 예시된 바와 같이 수 나노 ~ 수십 나노 미터 두께의 막으로 된 계면 개질층(이산화 규소막층)(31)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 알루미늄 합금의 성형체(상자형상 케이스)(21)의 계면 개질 전의 습윤지수(JIS K6768)가 42 dyne/cm인 것에 비하여, 상기 도 1에 도시된 바와 같은 계면 개질 장치를 이용하여 화염 처리한 후의 습윤지수(JIS K6768)는 73 dyne/cm이상으로 계면 개질 전과 비교하여 개질면이 경이적으로 활성화되게 된다. 또한 물 접촉각을 측정하면 0°가 되어 높은 친수성 현상이 발현된다.
다음으로, 상기 도 3에 예시된 바와 같은 계면 개질된 알루미늄 합금 성형체(상자 형상 케이스)(21)를, 인서트 몰딩 성형장치(미도시)에 사전에 세팅되어 있는 사출 성형 금형 내에, 상기 알루미늄 합금 성형체(상자형상 케이스)(21)의 개질 계면(31)면이 몰딩면이 되도록 세팅하고, 이어서, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수 지(PBT) 컴파운드를 인서트 몰딩하여, 도 4에 도시된 바와 같은 알루미늄 합금과 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT)(41)의 이종 재료 접합체를 얻는다. 또한 상기 알루미늄 합금과 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT)(41)와의 접합면에서의 접착·밀착 강도는, 인장강도 시험기에서의 시험 결과, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT)(41)가 재질 파괴(材破)될 정도의 접착 계면 강도가 확보되어 있어, 요구되는 접착·밀착 강도를 충분히 만족하였다.
또한 본 발명에서 특별히 유의해야 할 점은, 인서트 몰딩 성형에 제공되는 수지가 일반적으로 극성기 또는 관능기(작용기)를 갖는 수지인 경우에는 접착·밀착 개질제는 특별히 필요하지 않지만, 극성기 또는 관능기를 갖지 않는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT) 등의 엔지니어링 플라스틱인 경우에는, 수지 컴파운드 제조시에 실란커플링제 등의 접착·밀착 개질제가 되는 커플링제를 극미량(0.1~1 W%정도) 첨가하는 것이 필수 요건이 된다. 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT)인 경우에는 예를 들면 β－아미노 메틸·아미노 프로필·트리메톡시실란 등의 실란커플링제가 더욱 유효하다.
이하 구제적인 각 실시예를 살펴보도록 한다.
[실시예 1]
＜마그네슘 합금과 나일론 수지와의 인서트 몰딩 성형 사례＞
마그네슘 합금(Mg－AL－Zn계)을 틱쇼캐스팅(Thixo casting:반용융주조법) 성형 방법으로, 도 2에 도시된 상자형상의 케이스를 얻었다. 이어서 아래에 나타낸 프로세스를 거쳐 마그네슘 합금-나일론의 이종 재료 인서트 몰딩 성형체를 얻었다.
(1) 마그네슘계 합금 케이스의 사전 처리
워크 투입→약알칼리 탈지→세정→탈수 건조
(2) 몰딩계면 활성화 처리
탈수 건조를 끝낸 도 2에 도시된 바와 같은 마그네슘계 합금 케이스(21)의 내주면 전면(22)을 대상으로, 도 1에 도시된 계면 개질 장치를 이용하여, 도 3에 도시된 바와 같이 계면 개질(31)을 실시했다. 이 계면 활성화 처리에 있어서의 개질제 화합물은, 헥사메틸디실록산을 사용하고, 화염 처리용의 연료는 프로판 가스를 사용했다. 또한 활성화 처리 종료 후의 활성화도는, 습윤지수(JIS K6768) 표시로 73 dny/cm이상이었다.
(3) 인서트 몰딩 성형
다음으로, 계면활성화 처리가 완료된 마그네슘계 합금 케이스(21)를 인서트 몰딩 성형장치 내에 미리 세팅되어 있는 사출 성형용 금형에 계면활성화 처리면(31)이 몰딩면이 되도록 세팅하고, 나일론6 수지 컴파운드를 인서트 몰딩 성형하여, 목적으로 하는 마그네슘 합금-나일론계의 이종 재료 복합 성형체를 얻었다. 또한 마그네슘 합금-나일론6 몰딩 계면에 있어서의 접착·밀착 강도는, 인장 강도 시험기로 확인한 결과, 나일론6 수지 몰딩면이 재질 파괴되어 있어 접착계면강도는 충분하다고 판단되었다.
[실시예 2]
＜스테인리스 스틸과 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT)의 인서트 몰딩 성형 사례＞
스테인리스 스틸(SUS304)을 프레스 성형 방법으로, 도 2에 도시된 상자형상의 케이스를 얻었다. 이어서 아래에 나타낸 프로세스를 거쳐 스테인리스 스틸-폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT)의 이종 재료 인서트 몰딩 성형체를 얻었다.
(1) 스테인리스 스틸(SUS304) 케이스의 사전 처리
워크 투입→약알칼리 탈지→세정→탈수 건조
(2) 몰딩계면활성화 처리
탈수 건조를 끝낸 도 2에 도시된 스테인리스 스틸(SUS304) 케이스(21)의 내주면 전면(22)을 대상으로, 도 1에 도시된 계면 개질 장치를 이용하여, 도 3에 도시된 바와 같이 계면개질(31)을 실시했다. 상기 계면 활성화 처리에 있어서의 개질제 화합물은, 헥사메틸디실록산을 사용하고, 화염 처리용의 연료는 프로판 가스를 사용했다. 또한 활성화 종료 후의 활성화도는, 습윤지수(JIS K6768) 표시로 73 dny/cm이상이었다.
(3) 인서트 몰딩 성형
다음으로 계면활성화 처리가 완료된 스테인리스 스틸(SUS304) 케이스(21)를, 인서트 몰딩 성형장치 내에 미리 세팅되어 있는 사출 성형용 금형에, 계면활성화 처리면(31)이 몰딩면이 되도록 세팅하고, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT)를 인서트 몰딩 성형하여, 목표하는 SUS304－폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT) 이종 재료 복합 성형체를 얻었다. 또한 SUS304－폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT) 몰딩 계면에 있어서의 접착계면강도는, 인장 강도 시험기로 확인한 결과, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT) 몰딩면이 재질 파괴되어 있어 접착·밀착 강도는 충분하다고 판단되었다.
[실시예 3]
＜알루미늄 합금과 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지와의 인서트 몰딩 성형 사례＞
알루미늄 합금을 틱쇼캐스팅 성형 방법으로, 도 2에 도시된 바와 같은 상자형상의 케이스를 얻었다. 이어서 아래에 나타낸 프로세스를 거쳐 알루미늄 합금-폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지 이종 재료 인서트 몰딩 성형체를 얻었다.
(1) 알루미늄 합금 케이스의 사전 처리
워크 투입→약알칼리 탈지→세정→탈수 건조
(2) 몰딩계면 활성화 처리
탈수 건조를 끝낸 도 2에 도시된 알루미늄 합금계 케이스(21)의 내주면 전면(22)을 대상으로, 도 1에 도시된 계면개질 장치를 이용하여, 도 3에 도시된 바와 같이 계면 개질(31)을 실시했다. 이 계면 활성화 처리에서의 개질제 화합물은, 헥사메틸디실록산을 사용하고, 화염 처리용의 연료는 프로판 가스를 사용했다. 또한 활성화 종료 후에의 활성화도는, 습윤지수(JIS K6768) 표시로 73 dny/cm이상이었다.
(3) 인서트 몰딩 성형
다음으로 계면활성화 처리가 완료된 알루미늄 합금 케이스(21)를 인서트 몰딩 성형장치 내에 미리 세팅되어 있는 사출 성형용 금형에, 계면활성화 처리면(31) 이 몰딩면이 되도록 세팅하고, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지 컴파운드를 인서트 몰딩 성형하여, 목표하는 알루미늄 합금-폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지계 이종 재료 복합 성형체를 얻었다. 또한 알루미늄 합금-폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지 계면에 있어서의 접착계면강도는, 인장 강도 시험기로 확인한 결과, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지 몰딩면이 재질파괴되어 있어 접착·밀착 강도는 충분하다고 판단되었다. 또한 극성기 또는 관능기를 갖지 않는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT) 등의 엔지니어링 플라스틱인 경우에는, 수지 컴파운드 제조시에 실란커플링제 등의 접착·밀착 개질제가 되는 커플링제를 극미량(0.1~1 W%정도) 첨가하는 것이 필수 요건이 된다. 또한 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PBT)를 사용하는 해당 실시 예의 경우에는, β－아미노 메틸·아미노 프로필·트리메톡시실란을 수지 컴파운드 총량에 대해서 1 W%한도 투입하여 바람직한 결과를 얻었다.
[실시예 4]
＜마그네슘 합금과 액상 실리콘 고무와의 인서트 몰딩 성형 사례＞
마그네슘 합금(Mg－AL－Zn계)을 틱쇼캐스팅 성형 방법으로, 도 2에 도시된 바와 같은 상자형상의 케이스를 얻었다. 이어서 아래에 나타낸 프로세스를 거쳐 마그네슘 합금-액상 실리콘 고무의 이종 재료 인서트 몰딩 성형체를 얻었다.
(1) 마그네슘계 합금 케이스의 사전 처리
워크 투입→약알칼리 탈지→세정→탈수 건조
(2) 몰딩 계면활성화 처리
탈수 건조가 완료된 도 2에 도시된 바와 같은 마그네슘계 합금 케이스(21)의 내주면 전면(22)을 대상으로, 도 1에 나타낸 계면 개질 장치를 이용하여, 도 3에 도시된 바와 같이 계면 개질(31)을 실시했다. 상기 계면 활성화 처리에 있어서의 개질제 화합물은 헥사메틸디실록산을 사용하고, 화염 처리용의 연료는 프로판 가스를 사용했다. 또한 활성화 처리 종료 후의 활성화도는, 습윤지수(JIS K6768) 표시로 73 dny/cm이상이었다.
(3) 인서트 몰딩 성형
다음으로 계면활성화 처리가 완료된 마그네슘계 합금 케이스(21)를 인서트 몰딩 성형장치 내에 미리 세팅되어 있는 사출 성형용 금형에, 계면활성화 처리면(31)이 몰딩면이 되도록 세팅하고, 액상 실리콘 고무：신에츠(信越)화학공업 제픔：(신에츠 실리콘：KEG－2000－40(A/B))을 인서트 몰딩 성형하여, 목표하는 마그네슘 합금-실리콘 고무의 이종 재료 복합 성형체를 얻었다. 또한 마그네슘 합금-실리콘 고무 계면에 있어서의 접착·밀착 강도는, 인장 강도 시험기로 확인한 결과, 실리콘 고무·몰딩면이 재질파괴되어 있어 접착계면강도는 충분하다고 판단되었다.
[실시예 5]
＜스테인리스 스틸과 액상 불소 엘라스토머와의 인서트 몰딩 성형 사례＞
스테인리스 스틸(SUS304)을 프레스 성형 방법으로, 도 2에 도시된 바와 같은 상자형상의 케이스를 얻었다. 이어서 아래에 나타낸 프로세스를 거쳐 스테인리스 스틸-불소 엘라스토머의 이종 재료 인서트 몰딩 성형체를 얻었다.
(1) 스테인리스 스틸(SUS304) 케이스의 사전 처리
워크 투입→약알칼리 탈지→세정→탈수 건조
(2) 몰딩계면활성화 처리
탈수 건조를 끝낸 도 2에 도시된 스테인리스 스틸(SUS304) 케이스(21)의 내주면 전면(22)을 대상으로, 도 1에 도시된 계면 개질 장치를 이용하여, 도 3에 도시된 바와 같이 계면개질(31)을 실시했다. 상기 계면 활성화 처리에 있어서의 개질제 화합물은, 헥사메틸디실록산을 사용하고, 화염 처리용의 연료는 프로판 가스를 사용했다. 또한 활성화 처리 종료 후의 활성화도는, 습윤지수(JIS K6768) 표시로 73 dny/cm이상이었다.
(3) 인서트 몰딩 성형
다음으로 계면활성화 처리가 완료된 SUS304 케이스(21)를, 인서트 몰딩 성형장치 내에 미리 세팅되어 있는 사출 성형용 금형에, 계면활성화 처리면(31)이 몰딩면이 되도록 세팅하고, 액상 불소 엘라스토머(신에츠(信越) 화학공업 제품：SHIN－ETSU　SIFEL：신에츠 사이펠)를 인서트 몰딩 성형하여, 목표하는 스테인리스 스틸(SUS304)－불소 엘라스토머 이종 재료 복합 성형체를 얻었다. 또한 SUS304－불소 엘라스토머 계면에 있어서의 접착계면 강도는, 인장 강도 시험기로 확인한 결과, 불소 엘라스토머 몰딩면이 재질파괴되어 있어 접착·밀착 강도는 충분하다고 판단되었다.
[실시예 6]
＜알루미늄 합금과 액상 실리콘 고무와의 인서트 몰딩 성형 사례＞
알루미늄 합금을 틱쇼캐스팅 성형 방법으로, 도 2에 도시된 바와 같은 상자 형상의 케이스를 얻었다. 이어서 아래에 나타낸 프로세스를 거쳐 알루미늄 합금-실리콘 고무 이종 재료 인서트 몰딩 성형체를 얻었다.
(1) 알루미늄 합금 케이스의 사전 처리
워크 투입→약알칼리 탈지→세정→탈수 건조
(2) 몰딩계면 활성화 처리
탈수 건조를 끝낸 도 2에 도시된 알루미늄 합금계 케이스(21)의 내주면 전면(22)을 대상으로, 도 1에 나타낸 계면 개질 장치를 이용하여, 도 3에 도시된 바와 같이 계면개질(31)을 실시했다. 상기 계면 활성화 처리에 있어서의 개질제 화합물은 헥사메틸디실록산을 사용하고, 화염 처리용의 연료는 프로판 가스를 사용했다. 또한 활성화 종료 후의 활성화도는, 습윤지수(JIS K6768) 표시로 73 dny/cm이상이었다.
(3) 인서트 몰딩 성형
다음으로 계면활성화 처리가 완료된 알루미늄 합금 케이스(21)를 인서트 몰딩 성형장치 내에 미리 세팅되어 있는 사출 성형용 금형에, 계면활성화 처리면(31)이 몰딩면이 되도록 세팅하고, 액상 실리콘 고무：신에츠(信越) 화학공업 제품(신에츠 실리콘：KEG－2000－40(A/B))을 인서트 몰딩 성형하여, 목표하는 알루미늄 합금-실리콘 고무 이종 재료 복합 성형체를 얻었다. 또한 알루미늄 합금-실리콘 고무 계면에 있어서의 접착계면강도는, 인장 강도 시험기로 확인한 결과, 실리콘 고무 몰딩면이 재질파괴되어 있어 접착·밀착 강도는 충분하다고 판단되었다.
도 1은 계면 개질 장치의 개략도.
도 2는 상자형상의 케이스 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 계면 개질 처리 후의 상자형상의 케이스 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 인서트 몰딩 성형 후의 케이스 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101：계면 개질제 화합물 102：저장 탱크부
103：가열 수단 104：분사부(버너)
105：이송로 106：저장탱크
107：압축 공기원 108：서브 믹서
109：메인 믹서
110, 111, 112：유량계 부착 유량 조절 밸브
113：화염 21：상자형상의 케이스
22：상자형상 케이스의 내면 31：계면 개질층
41：몰딩 수지

Claims (15)

  1. 각종 금속 성형물, 각종 금속 합금 성형물, 각종 플라스틱 성형물, 유리 성형물 등의 인서트 몰딩 성형하는 방법에 있어서,
    상기 각종 몰딩 피착체(被着體)에 실란 원자, 티탄 원자 또는 알루미늄 원자를 포함하며 각각의 비점이 10℃~105℃인 개질제 화합물을 포함하는 연료 가스를 연소시켜 그 화염을 상기 각 피착체의 전면 또는 부분적으로 분사하여 상기 각 피착체의 표면을 활성화시키는 계면활성화 처리단계와;
    상기 계면활성화 처리된 상기 각종 피착체를 계면활성화 처리된 면이 몰딩면이 되도록 인서트 몰딩 장치에 안치시키는 세팅단계와;
    열가소성 수지 컴파운드를 열 용융(熱溶瀜)시킨 후 사출 성형하는 사출성형단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법.
  2. 인서트 몰딩 성형방법에 있어서,
    각종 금속 성형물, 각종 금속 합금 성형물, 각종 플라스틱 성형물, 유리 성형물 등으로 이루어지는 각종 몰딩 피착체(被着體)에 규소 원자, 티탄 원자 또는 알루미늄 원자를 포함하며 각각의 비점이 10℃~105℃인 개질제 화합물을 포함하는 연료 가스를 연소시켜 그 화염을 상기 각 피착체의 전면적 또는 부분적으로 분사하 여 상기 각 피착체의 표면을 활성화시키는 계면활성화 처리단계와;
    상기 계면활성화 처리된 상기 각종 피착체를 계면활성화 처리된 면이 몰딩면이 되도록 인서트 몰딩 장치에 안치시키는 세팅단계와;
    열경화성 수지, 천연 고무 또는 열경화성 엘라스토머 수지를 사출 성형하는 사출성형단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 개질제 화합물은 알킬실란 화합물, 알콕시실란 화합물, 실록산 화합물, 실라잔 화합물, 알킬 티탄 화합물, 알콕시 티탄 화합물, 알킬 알루미늄 화합물 및 알콕시 알루미늄 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법.
  4. 제1항 내지 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 각종 금속 성형물은 알루미늄, 스테인리스 스틸 등을 대표로 하는 금속 성형물인 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법.
  5. 제1항 내지 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 각종 금속 합금 성형물은 마그네슘 합금, 알루미늄 합금 등을 대표로 하는 금속 합금 성형물인 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법.
  6. 제1항 내지 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 성형물은 유리 성형물을 대표로 하는 성형물인 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 각종 화학 조성물은 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 열경화성 수지는 에폭시 수지 또는 불포화 폴리에스테르 수지인 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 열경화성 엘라스토머 수지는 실리콘계 엘라스토머 또는 불소계 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 열경화성 수지는 천연 고무 또는 각종 합성고무인 것을 특징으로 하는 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법.
  11. 제1항, 제2항 및 제7항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 기재된 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법으로 성형된 이종 재료 복합 성형체.
  12. 제3항에 기재된 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법으로 성형된 이종 재료 복합 성형체.
  13. 제4항에 기재된 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법으로 성형된 이종 재료 복합 성형체.
  14. 제5항에 기재된 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법으로 성형된 이종 재료 복합 성형체.
  15. 제6항에 기재된 인서트 몰딩 성형방법에 의한 이종 재료 복합 성형 방법으로 성형된 이종 재료 복합 성형체.
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