KR20100085109A - 열 프레스용 쿠션재 및 적층판의 제조 방법 - Google Patents

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KR20100085109A
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Abstract

열 프레스용 쿠션재(11a)는, 초기의 두께 치수(H1)로부터 소정의 프레스 형성 압력을 부하한 때의 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 압축 두께 변형량(a)과, 프레스 성형 압력을 제거한 때의 압축 해제시의 두께 치수(H3)로부터 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 반발 두께 변형량(b)의 비(a:b)가 1:1∼1:0.8이다.

Description

열 프레스용 쿠션재 및 적층판의 제조 방법{HOT-PRESSING CUSHION MATERIAL, AND METHOD FOR MANUFACTURING LAMINATED PLATE}
본 발명은, 열 프레스용 쿠션재 및 적층판의 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 동장 적층판, 플렉시블 프린트 기판, 경연성 기판(rigid-flex board), 다층 판, 다층 플렉시블 프린트 기판 등의 프린트 기판이나, 절연판, 신용카드, IC 카드, 액정 표시판, 세라믹스 적층판 등의 정밀 기기 부품, 멜라민 치장판 등(이하, 본 발명에 있어, 적층판이라고 칭한다)을 제조하는 공정에서, 대상 제품을 프레스 성형이나 열압착할 때의 제조 방법 및 이것에 사용되는 열 프레스용 쿠션재에 관한 것이다.
적층판을 제조하는 것은, 먼저, 재료로 이루어지는 적층판 소재를 적층하여 피압축체를 만들다. 그리고, 이것을 열반(hot platens)의 사이에 투입한 후, 가열 가압을 행하고, 적층판 소재에 포함된 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를, 유동 상태를 거쳐 경화시키고, 일체화시킨다.
이 가열 가압을 행하는 공정에서, 열반이나 투입부재에 두께가 고르지 못한 상태, 열에 의한 왜곡, 온도 불균일 등이 있으면, 후에 제품으로 되는 피압축체에 균일한 온도, 압력이 가해지지 않는다. 그 결과, 제품에 판두께 불량, 크랙, 휘어짐 등의 결함이 발생한다. 그래서, 제품의 판두께 불량 등을 해소하기 위해, 프레스 성형시에 쿠션재가 사용된다. 쿠션재의 재질로서는, 크라프트 종이(kraft paper)나 린타 종이 등의 종이, 직포, 니들 펀치 부직포, 고무, 직포나 부직포와 고무와의 적층체 등이 사용되고 있다.
근래, 프린트 기판 등의 적층판은, 회로의 정밀화, 고다층화 및 고내열화의 경향에 있다. 이 때문에, 적층판에는 높은 판두께 정밀도가 요구된다. 또, 적층판의 제조면에서는, 고내열 소재의 사용에 의해 프레스 성형 온도가 점점 높아지는 경향에 있다. 또, 생산 효율 개선을 위해, 성형품의 사이즈가 대형화함과 동시에, 승온 및 냉각의 사이클이 고속화하는 경향에 있다. 이와 같은 상황에서, 상기한 종래의 쿠션재로는, 이하의 점에서 대응할 수 없게 되고 있다.
먼저, 적층판 면내의 판두께 정밀도의 열화를 들 수 있다. 판두께 정밀도의 열화란, 얻어진 제품의 중앙부에서 단부로 갈수록 두께가 서서히 얇아지고, 얻어진 제품이 볼록 렌즈 형상이 되는 것을 가리킨다. 특히, 두께가 얇은 단부에서는, 얼룩(thin spots) 등의 제품 이상도 발생한다. 이것은, 가열 가압시에 적층판 소재의 단부측에서 수지가 외측으로 흘러나와, 단부의 두께가 얇아지는 것에 의한 것이다.
다음에, MLB 등의 내층 회로가 설치된 적층판에서는, 내층 회로가 마련되어 있지 않은 부분이 오목해지는 제품 형상으로 되지만, 이 오목부에서 보이드나 카스레 및 동박의 주름 등의 이상이 발생한다는 문제를 들 수 있다.
또한, 적층판을 성형할 때에 생기는 수지의 경화 수축이나 열수축에 기인하여, 제품에 잔류 왜곡이나 휘어짐이 발생한다는 문제를 들 수 있다. 특히, 열경화성 수지를 사용한 적층판의 경우, 적층판 중에 잔류 왜곡이 있으면, 프린트 기판의 펀칭 가공 등의 제품 가공시에 미즐링(measling)이라는 크랙이 발생하기 쉬워진다.
이와 같은 모든 문제에 대하여, 일본 특개평 6-126855호 공보에서는, 적층판의 판두께 정밀도를 향상시키고, 또 미즐링의 발생을 막기 위해, 가열 가압시에 유동성을 나타내는 필름을 쿠션재와 동시에 이용하고 있다. 또, 일본 특개평 9-29773호 공보에서는, 미즐링의 발생을 막기 위해, 특정한 저장 탄성률을 나타내는 고무를 쿠션재로서 이용하고 있다.
그러나, 종래의 쿠션재로는, 근래의 요구 특성에 대응하기에는, 불충분했다.
본 발명의 목적은, 판두께 정밀도가 양호하고, 잔류 왜곡, 휘어짐이 적고, 내층 회로가 마련되어 있지 않은 부분에서도 제품 품질이 뛰어난 적층판을 제조하는 것이 가능한 열 프레스용 쿠션재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 판두께 정밀도가 양호하고, 잔류 왜곡, 휘어짐이 적고, 내층 회로가 마련되어 있지 않은 부분에서도 제품 품질이 뛰어난 적층판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 발명자는, 종래의 쿠션재를 이용하는 경우에 발생하는 상기 문제에 대해 그 원인 분석을 행하였다.
먼저, 적층판 면내의 판두께 정밀도의 열화에 관해서는, 이하의 원인에 의하여 발생한다고 생각된다.
도 16은, 가열 가압 성형시에 있어서 피압축체(101)와, 크라프트 종이 등으로부터 구성된 종래의 쿠션재(102)를 나타내는 모식도이다. 도 16을 참조하여, 먼저, 쿠션재(102)를 이용하여, 피압축체(101)를 면내 균일하게 가압하지만(도 16의 (A)), 수지의 유동이 시작한다면(도 16의 (B)), 피압축체(101)의 단부(103)의 수지는, 외측, 즉, 도 16의 (B) 중 좌우 방향의 화살표로 나타내는 방향으로 흘러나오게 되어, 피압축체(101)의 단부(103)의 두께가 얇아진다. 그리고, 수지의 유동이 진행된다면(도 16의 (C)), 쿠션재(102)는, 단부(103)가 얇아진 부분에서, 상하 방향의 화살표로 나타내는 충분한 압력을 가할 수 없게 되고, 내측의 수지가 외측을 향하고 유동해 버린다. 이와 같이 하여, 면내의 판두께 정밀도가 떨어진다.
이것을 구체적으로 설명하면, 종래의 쿠션재(102)에서는, 가압시에 있어서는, 충분한 쿠션성을 갖는다. 그러나, 수지가 유동하여, 두께가 얇아진 부분에 있어서는, 쿠션재(102)의 두께 복원력이 불충분하고, 피압축체(101)의 단부(103)에 가해지는 압력이 낮아진다. 단부(103)에서의 가압력이 낮아지기 때문에, 그 약간 내측의 수지가 단부측으로 유동해 온다. 또한, 그 내측으로부터도 중앙부(104)의 수지가 단부(103) 측으로 유동한다. 그 결과, 피압축체(101)의 두께는, 단부(103)가 가장 얇고, 중앙부(104)로 갈수록 두꺼워지는 볼록 렌즈 형상의 두께 분포로 된다. 또, 이것에 의해, 쿠션재(102)는, 이 제품 형상의 전사 및 단부(103)의 압력 저하와 중앙부(104)의 압력 상승의 영향에 의해, 오목 모양으로 변형되고, 반복 사용에서 제품 두께 정밀도를 더 악화시키는 것이 된다.
다음에, 내층 회로가 설치된 적층판에서, 내층 회로가 마련되어 있지 않은 부분의 오목부에서 보이드나 얼룩(thin spots) 및 동박의 주름에 관해서는, 이하의 원인에 의해 발생한다고 생각된다.
프레스 가압시에는, 내층 회로가 마련되어 있지 않은 부분의 오목부도 가압된다. 그리고, 수지의 유동이 시작하면, 오목부는 더 얇아지지만, 종래의 쿠션재에서는, 그 부분을 되미는 힘이 약하고, 가압력이 낮아지게 된다. 이것에 의해, 오목부에 대해 가해지는 압력이 낮기 때문에, 보이드나 얼룩(thin spots)이 발생한다. 또, 오목부의 주위로부터 과잉한 수지의 유동이 발생하고, 표면에 래미네이트 된 동박 등에 주름 등의 변형이 발생한다.
마지막으로, 제품의 잔류 왜곡이나 휘어짐에 관해서는, 이하의 원인에 의하여 발생한다고 생각된다.
상기한 바와 같이, 성형시, 수지의 유동에 의해 제품 단부의 두께는 얇아지고, 종래의 쿠션재로는 가압하기 어려워진다. 여기에서, 열경화성 수지의 경우는 경화 수축이 발생하지만, 가압 불균일이 있으면, 면내에서 수축량에 분산이 생기기 때문에, 잔류 왜곡이 발생한다. 또, 냉각시에도 피압축체에 열수축이 발생하지만, 가압 불균일이 있다면 수축량에 차이가 발생하고, 제품에 휘어짐이나 왜곡이 발생한다. 특히, 큰 사이즈의 성형품은, 냉각시, 열반 및 투입부재의 전부에 열수축이 발생하지만, 열반에 온도 불균일이 있기 때문에, 수축이 균일하지 않고, 두께 차이가 발생한다. 종래의 쿠션재에서는, 그 두께 차이를 추종할 수 없고, 가압 불균일이 발생하여, 적층판에 왜곡이 발생한다.
본 발명에 관계된 열 프레스용 쿠션재는, 적층판 소재를 여러 장 중첩시킨 피압축체를 가열 가압하고 적층판의 프레스 성형을 행할 때, 상기 피압축체와 열반 사이에 사용되는 열 프레스용 쿠션재로서, 초기의 두께 치수(H1)로부터 소정의 프레스 성형 압력을 부하한 때의 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 압축 두께 변형량(a:이하, 압축 쿠션양이라고 한다)과, 소정의 프레스 성형 압력을 제거한 때의 압축해제시의 두께 치수(H3)로부터 상기 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 반발 두께 변형량(b:이하, 반발 쿠션양이라고 한다)의 비(a:b)가, 1:1~1:0.8이다.
이와 같은 열 프레스용 쿠션재에 의하면, 압축 쿠션양과 반발 쿠션양의 비가, 상기 범위이기 때문에, 적층판의 제조 공정에서, 피압축체에 균일한 압력을 가할 수 있다. 그것과 함께, 수지의 유동에 의해 두께가 얇은 부분이 발생하는 경우나, 수지의 경화 수축, 열반이나 투입부재의 열수축 등에 의해 각 부재에 두께의 변동이 발생하는 경우에도, 쿠션재는 해당 두께의 변동에 추종하여 반발 변형하고, 적층판의 전면에 걸쳐 균일한 압력을 가할 수 있다. 따라서 판두께 정밀도가 양호하고, 잔류 왜곡, 휘어짐이 적고, 내층 회로가 마련되어 있지 않은 부분에서도 제품 품질이 뛰어난 적층판을 제조할 수 있다.
또, 열 프레스용 쿠션재는, 제품의 판두께가 볼록 렌즈 형상으로 되는 것을 방지하고 제품이 플랫하게 유지될 수 있기 때문에, 종래의 열 프레스용 쿠션재와 같이 오목 모양으로 경시 변화하지 않고, 쿠션재 자체도 플랫한 형상을 유지할 수 있다. 따라서 쿠션재의 라이프 사이클을 길게 할 수 있다.
여기에서, 열 프레스용 쿠션재에 요구되는 압축 쿠션양으로서는, 프레스 정밀도, 성형품, 투입부재의 두께 정밀도 등에 의해 다르지만, 일반적으로는, 50㎛/MPa 이상이 필요하다. 또, MLB 등에서 회로의 요철이 큰 경우에는, 더 큰 압축 쿠션양이 필요로 된다.
바람직하게는, 열 프레스용 쿠션재는, 웹(web)과, 웹에 함침된 고무로 된 섬유-고무 복합 재료층을 구비하고, 섬유-고무 복합 재료층의 내부에 공극을 갖도록 구성된다.
이와 같은 섬유-고무 복합 재료층을 갖는 열 프레스용 쿠션재에 의하면, 웹에 함침된 고무가 웹이 갖는 공극에 적당하게 들어가고, 게다가 공극을 완전하게는 막지 않고 어느 정도의 공극성을 유지할 수 있기 때문에, 양호한 쿠션성을 발휘한다. 또, 섬유가 고무로 피복되어 있기 때문에, 섬유의 파손을 방지할 수 있고, 또한 고무 탄성에 의해 공극의 복원력을 발휘한다.
섬유-고무 복합 재료층에 이용하는 웹의 바람직한 일 예로서는, 숭고사(texturized yarn)를 이용한 직포를 들 수 있다. 숭고사(Texturized yarn)는, 유리사를 구성하는 단섬유끼리가 평형 상태가 아니라, 뒤얽히고, 흐트러진 상태에서 혼합된 점유 면적이 큰 실이다. 바꾸어 말하면, 숭고사는, 모사(毛絲)와 같이 푹신하기 때문에, 숭고사를 이용한 직포는, 통상의 직포와는 다르고, 내부에 많은 공극을 포함하고 있다.
숭고사를 이용한 직포에 고무를 함침한 섬유-고무 복합 재료층을 갖는 열 프레스용 쿠션재에 의하면, 직포에 함침된 고무가 숭고사가 갖는 공극 및 숭고사 사이의 공극에 적당하게 들어가고, 게다가 공극을 완전하게는 막지 않고 어느 정도의 공극성을 유지할 수 있기 때문에, 양호한 쿠션성을 발휘한다. 또한, 숭고사가 짜여져 있고, 직포의 형상을 취하기 때문에, 부직포보다도 두께를 얇게 할 수 있고, 열전도성도 뛰어나게 것을 할 수 있다.
유리 섬유는 내열성이 있고, 열에 의한 치수 변화도 적기 때문에, 열 프레스용 쿠션재는 여러 차례 열 프레스에 반복 사용한 경우에도 치수 안정성이 양호하다. 직포에 함침된 고무는, 유리 섬유를 보호함과 동시에 섬유의 접점을 결합하고 있다. 이 때문에, 이와 같은 섬유-고무 복합 재료층을 갖는 열 프레스용 쿠션재는, 여러 차례 열 프레스에 반복 사용한 경우에도 유리 섬유의 파손이 생기지 않고, 내구성이 양호하다. 또, 섬유의 접점이 고무에 의해 결합되어 있기 때문에, 고무의 탄성에 의해, 직포의 이른바 크립(creep)을 방지할 수 있고, 여러 차례 열 프레스에 반복 사용한 경우에도 내부의 공극성을 지속하고, 양호한 쿠션성이 유지될 수 있다.
또한, 본 명세서중에 이용하는 숭고사의 종류로서, 벌키 연사(bulked yarn), 스테이플 연사(staple yarn), 슬라이버 얀(sliver yarn) 등을 들 수 있다. 벌키 연사는, 에어 제트 등으로 부피가 크게 가공한 실이다. 스테이플 연사는, 면(綿) 상태의 유리 단섬유를 방적하여 실 상태(絲狀)로 한 것이다. 실버 얀은, 꼬임이 없는 부피가 큰 단섬유(슬라이버: sliver)를 꼬아서 만든 실이다.
섬유-고무 복합 재료층 중의 직포를 구성하는 섬유에 대한 고무의 체적 비율은, 5~50%인 것이 바람직하다. 직포의 구성 섬유에 대한 고무의 체적 비율이 이 범위에 있는 경우, 직포에 함침된 고무가 숭고사가 갖는 공극 및 숭고사 사이의 공극에 적당하게 들어가고, 게다가 공극을 완전하게 막지 않고 어느 정도의 공극성을 유지하고 있는 상태로 할 수 있다. 고무의 체적 비율이 5%보다도 작으면, 여러 차례의 열 프레스에 반복 사용한 경우, 크리프(creep)가 생겨 쿠션성이 저하될 우려가 있고, 또 유리 섬유가 파손되어 내구성이 없어질 우려가 있다. 한편, 직포 구성 섬유에 대한 고무의 체적 비율이 50%보다도 큰 경우는, 숭고사의 공극에 고무가 너무 많이 들어가서 공극률이 낮은 상태로 되고, 쿠션재 자체의 쿠션성이 저하될 우려가 있다. 보다 바람직하게는, 직포의 구성 섬유에 대한 고무의 체적 비율은, 5~35%이다.
열 프레스용 쿠션재가 양호한 쿠션성을 유지하기 위해서는, 바람직하게는, 섬유-고무 복합 재료층의 공극률을 20~65%의 범위로 한다. 보다 바람직한 공극률의 범위는, 25~65%이다.
섬유-고무 복합 재료층에 이용하는 웹의 다른 바람직한 예로서는, 종이를 들 수 있다. 종이에 고무를 함침한 섬유-고무 복합 재료층을 갖는 열 프레스용 쿠션재는, 종이와, 종이에 함침된 고무와의 복합체로 되어 있기 때문에, 종이를 구성하는 섬유의 표면이 고무로 피복되고, 게다가 섬유간의 공극에 적당하게 고무가 개재하고, 이른바 섬유 보강 고무(FRR:Fiber Reinforced Rubber)로서의 강도도 어느 정도 갖고 있다. 쿠션재는, 공극의 존재에 의하고, 프레스시에는 양호한 쿠션성을 발휘한다. 한편, 쿠션재는, 섬유와 고무와의 복합 구조로 되어 있기 때문에, 고무의 존재에 의해, 섬유의 파손을 방지할 수 있고, 또한 프레스 후에는 공극의 복원력을 발휘한다. 이 때문에, 쿠션재는, 여러 차례의 열 프레스에 반복 사용할 수 있다. 또, 기재가 종이의 형태이기 때문에, 섬유가 면방향으 배향하고 있고, 또, 1장당의 두께도 얇게 할 수 있고, 종래 사용되고 있던 크라프트 종이 등의 종이제 쿠션재와 동등의 면내 균일성이나 열전달성을 얻을 수 있다.
웹으로서 종이를 이용하는 경우, 종이를 구성하는 섬유에 대한 고무의 체적 비율은, 10~60%인 것이 바람직하다. 또, 섬유-고무 복합 재료층의 공극률을 60~90%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
종이를 구성하는 바람직한 섬유 재료로서는, 유리, 암면, 탄소, 세라믹스, 금속, 폴리벤자졸, 폴리이미드, 방향족 폴리아미드, 폴리아미드 등을 들 수 있다.
섬유-고무 복합 재료층에 이용하는 웹의 더욱 바람직한 다른 예로서는, 부직포를 들 수 있다. 부직포에 고무를 함침한 섬유-고무 복합 재료층을 갖는 열 프레스용 쿠션재의 경우도, 부직포에 함침된 고무가 부직포가 갖는 공극에 적당하게 들어가고, 게다가 공극을 완전하게는 막지 않고 어느 정도의 공극성을 유지할 수 있기 때문에, 쿠션성과 두께의 복원성이 양호하다.
웹에 함침하는 고무로서는, 바람직하게는, 불소 고무, EPM, EPDM, 수소화 니트릴 고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무 및 브틸 고무로 된 군으로부터 선택된 1 종의 고무 또는 2종 이상의 혼합물을 사용한다. 이러한 고무는, 모두 내열성이 뛰어나다. 이 중에서도 불소 고무가, 내열성, 강도 등의 물성에 특히 뛰어나기 때문에 가장 바람직하다.
이와 같은 섬유-고무 복합 재료층을 갖는 열 프레스용 쿠션재는, 섬유-고무 복합 재료층으로 된 1층 이상과, 직포, 부직포, 종이, 필름, 박, 시트 및 판 중에서 선택된 1종 이상으로 된 1층 이상을 적층 일체화하여 구성할 수 있다. 물론, 섬유-고무 복합 재료층의 단체로 구성하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 국면에 있어서는, 적층판의 제조 방법은, 적층판 소재를 복수매 중합시킨 피압축체와 열반과의 사이에, 열 프레스용 쿠션재를 개재시키고, 상기 피압축체를 가열 가압하고 성형을 행한다. 여기에서, 열 프레스용 쿠션재는, 초기의 두께 치수(H1)로부터 소정의 프레스 성형 압력을 부하한 때의 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 압축 두께 변형량(a)과, 상기 프레스 성형 압력을 제거한 때의 압축해제시의 두께 치수(H3)로부터 상기 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 반발 두께 변형량(b)의 비(a:b)가, 1:1~1:0.8인 것을 이용한다.
본 발명의 또 다른 국면에 있어서는, 적층판의 제조 방법은, 적층판 소재를 복수매 중합시킨 피압축체를 복수 준비하고, 이들을 다단으로 적층하여 열반 사이에 배치하고, 상기 피압축체와 상기 열반과의 사이 및/또는 상기 피압축체 사이에 열 프레스용 쿠션재를 개재시키고, 상기 피압축체를 가열 가압하고 프레스 성형을 행하고, 복수의 적층판을 제조한다. 여기에서, 상기열 프레스용 쿠션재는, 초기의 두께 치수(H1)로부터 소정의 프레스 성형 압력을 부하한 때의 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 압축 두께 변형량(a)과, 상기 프레스 성형 압력을 제거한 때의 압축해제시의 두께 치수(H3)로부터 상기 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 반발 두께 변형량(b)과의 비(a:b)가, 1:1~1:0.8인 것을 이용한다.
본 발명에 의한 적층판의 제조 방법에 의하면, 프레스의 가압시에 열 프레스용 쿠션재를 압축 변형시키고, 적층판을 균일하게 가압할 수 있다. 이 경우, 적층판의 수지가 유동하여 두께가 얇은 부분이 발생한 경우나, 수지의 경화 수축, 열반이나 투입부재의 열수축 등에 의해 각 부재에 두께의 변동이 발생한 경우에도, 열 프레스용 쿠션재는, 두께의 변동에 추종하여 반발 변형하고, 적층판의 전면에 걸쳐 균일한 압력을 가할 수 있다. 따라서 이와 같은 제조 방법으로 제조된 적층판은, 판두께 정밀도가 양호하고, 잔류 왜곡, 휘어짐이 적고, 내층 회로가 없는 부분의 제품 품질도 뛰어난 적층판을 제조 가능한 열 프레스용 쿠션재를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의해, 복수의 피압축체를 다단으로 적층하고 프레스 성형한 적층판의 제조 방법에 의하면, 적층판 소재를 복수매 중합시킨 피압축체를 복수 동시에 가열 가압 성형하여 적층판을 제조할 때에, 보다 적절하게 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 쿠션재는, 적층판의 종류, 요구 품질, 프레스 정밀도, 사이즈, 투입부재의 두께 정밀도 등에 따라, 최적인 상태로 배치된다.
즉, 본 발명에 의한 열 프레스용 쿠션재 및 적층판의 제조 방법에 의하면, 쿠션재의 압축 쿠션양과 반발 쿠션양과의 비가, 상기 범위이기 때문에, 적층판의 제조 공정에서, 피압축체에 균일한 압력을 가할 수 있다. 그것과 함께, 수지의 유동에 의해 두께가 얇은 부분이 발생한 경우나, 수지의 경화 수축, 열반이나 투입부재의 열수축 등에 의해 각 부재에 두께의 변동이 발생한 경우에도, 쿠션재는 해당 두께의 변동에 추종하여 반발 변형하고, 적층판에 대해 균일한 압력을 가할 수 있다. 따라서 판두께 정밀도가 양호하고, 잔류 왜곡, 휘어짐이 적고, 내층 회로가 마련되어 있지 않은 부분에 있어서 제품 품질도 뛰어난 적층판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 관계된 열 프레스용 쿠션재의 일부를 나타내는 대략 단면도.
도 2는 적층판을 제조할 때에 사용되는 프레스 장치를 나타내는 대략 단면도.
도 3은 쿠션재의 압축 쿠션양 및 반발 쿠션양의 관계를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 관계된 적층판의 제조 방법의 메커니즘을 나타내는 모식도.
도 5는 실시예1에 관계된 쿠션재의 구성을 나타내는 도면.
도 6은 실시예2에 관계된 쿠션재의 구성을 나타내는 도면.
도 7은 실시예3에 관계된 쿠션재의 구성을 나타내는 도면.
도 8은 실시예4에 관계된 쿠션재의 구성을 나타내는 도면.
도 9는 비교예2에 관계된 쿠션재의 구성을 나타내는 도면.
도 10은 비교예3에 관계된 쿠션재의 구성을 나타내는 도면.
도 11은 압축 쿠션양 및 반발 쿠션양을 측정한 프레스 사이클을 나타내는 도면.
도 12는 미사용 쿠션재에 관하여, 두께 변형량의 추이를 나타낸 그래프.
도 13은 프레스 열화 후의 쿠션재에 관하여, 두께 변형량의 추이를 나타낸 그래프.
도 14는 미사용 쿠션재에 관하여, 압축 쿠션양과 반발 쿠션양을 비교한 그래프.
도 15는 소정 횟수 프레스 후의 압축 쿠션양과 반발 쿠션양을 비교한 그래프.
도 16은 종래에 있어서 적층판의 제조 방법의 메커니즘을 나타내는 모식도.
이하, 본 발명의 실시의 형태를, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관계된 열 프레스용 쿠션재의 일부를 나타내는 대략 단면도이다. 도 1을 참조하면, 열 프레스용 쿠션재(이하, 단지 쿠션재라고 한다)(11a)는, 직포로서의 벌키 연사(12)와, 벌키 연사(12)에 함침된 불소 고무(13)로 된 섬유-고무 복합 재료층(15)을 구비하고, 섬유-고무 복합 재료층(15)의 내부에 공극(14)을 갖는 구성이다. 여기에서, 웹은, 벌키 연사(12)를 이용한 직포이다. 또, 쿠션재(11a)는, 압축 쿠션양과, 반발 쿠션양과의 비가, 1:1~1:0.8이도록 구성되어 있다.
도 2는, 적층판을 제조할 때에 사용되는 프레스 장치를 나타내는 대략 단면도이다. 도 2를 참조하면, 프레스 장치(19)는, 상하 방향으로 배치되고, 대면하는 2개의 열반(17a, 17b)을 갖는다. 다음에, 본 발명의 일 실시 형태에 관계된 적층판의 제조 방법에 관하여 설명한다. 먼저, 재료로 이루어진 적층판 소재를 복수매 중합시킨 피압축체(16)를 준비한다. 다음에, 동일한 구성을 갖는 2장의 쿠션재(11a, 11b)의 사이에 피압축체(16)를 끼워 넣는다. 이것을 상하 방향으로 배치된 열반(17a, 17b)의 사이에 배치한다. 즉, 피압축체(16)와 열반(17a, 17b)의 사이에, 각각 쿠션재(11a, 11b)가 배치된 상태로 한다. 그리고, 열반(17a, 17b)에 의해 피압축체(16)를 가열 가압하고, 프레스 성형을 행한다. 이와 같이 하여, 제품으로서의 적층판이 제조된다.
여기에서, 쿠션재(11a)의 압축 쿠션양 및 반발 쿠션양에 관하여 설명한다. 도 3은, 쿠션재(11a)의 압축 쿠션양 및 반발 쿠션양의 관계를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 먼저, 미사용인 초기의 상태, 즉, 쿠션재(11a)에 가압하고 있지 않은 상태(도 3의 (A))의 쿠션재(11a)의 두께 치수를 H1로 한다. 쿠션재(11a)는 가압되면 압축되지만(도 3의 (B)), 도 3의 화살표(A)의 방향으로 소정의 프레스 성형 압력을 부하한 때의 쿠션재(11a)의 두께 치수를, 압축시 두께 치수(H2)로 한다. 여기에서, 쿠션재(11a)의 압축 두께 변형량, 즉, 압축 쿠션양은, 초기의 쿠션재(11a)의 두께 치수(H1)로부터 소정의 프레스 성형 압력을 부하한 때의 쿠션재(11a)의 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 양으로 된다. 여기에서는, 압축 쿠션양(a)은, H1-H2로 된다.
또, 소정의 프레스 성형 압력을 제거하면, 쿠션재(11a)는, 화살표(B)의 방향으로 반발하여 원래의 형상으로 되돌아온다(도 3의 (C)). 이 압축해제시의 쿠션재(11a)의 두께 치수를, 압축해제시의 두께 치수(H3)로 한다. 여기에서, 쿠션재(11a)의 반발 두께 변형량, 즉, 반발 쿠션양은, 소정의 프레스 성형 압력을 제거한 때의 쿠션재(11a)의 두께 치수(H3)로부터 소정의 프레스 성형 압력을 부하한 때의 쿠션재(11a)의 두께 치수(H2)를 공제한 양으로 된다. 여기에서는, 반발 쿠션양(b)은, H3-H2로 된다. 본 명세서에 있어서 압축 쿠션양과 반발 쿠션양의 비는, a:b로 표현된다. 또한, 이하의 표나 그래프에 나타내는 복원률이란, b/a의 값을 100분율로 나타낸 것이다.
다음에, 본 발명에 관계된 적층판의 제조 방법의 메커니즘에 관하여 설명한다. 도 4는, 본 발명에 관계된 적층판의 제조 방법의 메커니즘을 나타내는 모식도이고, 도 16에 대응한다. 도 1~도 4을 참조하면, 피압축체(16)는, 쿠션재(11a)에 의해, 플랫하게 되어 면내 균일하게 가압되지만(도 4의 (A)). 수지의 유동이 시작하면(도 4의 (B)), 피압축체(16)의 단부(18)의 수지는 외측, 즉, 도 4의 (B) 중의 좌우 방향의 화살표로 나타내는 방향에 흘러나간다. 여기에서, 상기한 쿠션재(11a), 즉, 압축 쿠션양과 반발 쿠션양의 비가 1:1~1:0.8인 쿠션재(11a)를 이용하고 있기 때문에, 상하 방향의 화살표로 나타낸 바와 같이 피압축체(16)의 단부(18)가 얇아진 부분에서도 쿠션재(11a)는 충분한 두께 복원력을 갖고, 면내를 균일하게 가압한다(도 4의 (C)). 따라서 내측에서 외측으로의 수지의 유동이 발생하지 않는다. 이와 같은 메커니즘에 근거한 것으로 추정한다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. 또한, 동일한 재료에는 동일한 부호를 이용한다.
실시예1
열 프레스용 쿠션재로서, 도 5에 나타내는 쿠션재(21a)를 사용했다. 도 5를 참조하면, 쿠션재(21a)는, 4층의 섬유-고무 복합 재료층(22)을 접착재층(23)으로 접착하고, 표면에 표층(24)을 접합하고, 적층 일체화한 것이다. 섬유-고무 복합 재료층(22)은, 벌키 연사를 이용한 유리 직포 「T860」(유니치카 주식회사제)에 불소 고무를 함침한 것을 이용했다. 표층(24)은, 열 프레스용 쿠션재에 이형성을 부여하기 위해 주로 설치된다. 표층(24)은, 직포로 된 기재의 이면측에 불소 고무계 접착제를 도포하고, 표면측에 폴리이미드 수지를 도포한 것을 이용했다. 또, 접착재층(23)으로서는, 직포로 된 기재의 상하 양면에 불소 고무계 접착제를 도포한 것을 이용했다. 쿠션재(21a)의 초기 두께는, 4.04㎜이다.
실시예2
열 프레스용 쿠션재로서, 도 6에 나타내는 쿠션재(21b)를 사용했다. 도 6을 참조하면, 쿠션재(21b)는, 3 층의 섬유-고무 복합 재료층(22)을 접착재층(23)으로 접착하고, 표면에 표층(24)을 접합하고, 적층 일체화한 것이다. 쿠션재(21b)의 초기 두께는, 3.10㎜이다.
실시예3
열 프레스용 쿠션재로서, 도 7에 나타내는 쿠션재(21c)를 사용했다. 도 7을 참조하면, 쿠션재(21c)는, 편면을 불소 코트(coat)한 4층의 섬유-고무 복합 재료층(22)과, 그 중간에 배치된 불소 고무층(25)을 접착재층(23)으로 접착하고, 표면에 표층(24)을 접합하고, 적층 일체화한 것이다. 쿠션재(21c)의 초기 두께는, 3.55㎜이다.
실시예4
열 프레스용 쿠션재로서, 도 8에 나타내는 쿠션재(21d)를 사용했다. 도 8을 참조하면, 쿠션재(21d)는, 5층의 섬유-고무 복합 재료층(26)을 접합한 것이다. 섬유-고무 복합 재료층(26)은, E유리 섬유(섬유 길이 9㎛, 섬유 길이 13㎜)를 습식 초지법에 의해 시트화한 유리 페이퍼 「그라베스토(Grabestos)」(오리베스트(Oribest) 주식회사제)에, 불소 고무를 함침한 것을 이용했다. 쿠션재(21d)의 초기 두께는, 3.20㎜이다.
실시예5
열 프레스용 쿠션재로서, 방향족 폴리아미드 섬유 "코넥스(Conex)"(테이진(TEIJIN) 주식회사제)를, 니들 펀치로 짠 부직포(450g/m 2)에, 불소 고무(500g/m 2)를 용제화한 것을 함침하고, 건조시켜, 공극률 77%의 섬유-고무 복합 재료로 한 것을 작성하여, 사용했다. 쿠션재의 초기 두께는, 2.55㎜이다.
비교예1
열 프레스용 쿠션재로서, 크라프트 종이(190g/m 2) 8장을 사용했다. 쿠션재의 초기 두께는, 2.51㎜이다.
비교예2
열 프레스용 쿠션재로서, 도 9에 나타내는 쿠션재 "TOP BOARD SE20FGK"(야마우치(Yamauchi) 주식회사제)(21e)를 사용했다. 도 9를 참조하면, 쿠션재(21e)는, 2 층의 방향족 폴리아미드 부직포(450g/m2)(27)을 접착재층(23)으로 접착하고, 표면에 표층(24)를 접합하고, 적층 일체화한 것이다. 쿠션재(21e)의 초기 두께는, 2.4㎜이다.
비교예3
열 프레스용 쿠션재로서, 도 10에 나타내는 쿠션재 "TOP BOARD K2-20MK"(야마우치 주식회사제)(21f)를 사용했다. 도 10을 참조하면, 쿠션재(21f)는, 2 층의 불소 고무층(두께 0.5㎜)(28)을 접착재층(23)으로 접착하고, 또한 이것을 2층의 방향족 폴리아미드 부직포(650g/m2)(29)에 끼워 넣고, 그 표면에 방향족 폴리아미드 크로스의 표층(30)을 접합하고, 적층 일체화한 것이다. 쿠션재(21f)의 초기 두께는, 4.4㎜이다.
평가에 관해서는, 각 샘플을 도 11에 나타내는 사이클로 프레스하여 물성 측정을 행했다. 샘플의 물성은, 프레스 이전의 미사용품(0회품)에 관해서는 모든 샘플에 관하여 측정하고, 실시예1~3, 5 및 비교예2, 3은 200회 프레스 후, 실시예4는 100회 프레스 후에 대해서도 측정했다. 또한, 비교예1은 미사용품에 대해서만 측정했다.
쿠션양에 관해서는, 도 11에 나타내는 프레스 사이클에서, 압축 쿠션양 및 반발 쿠션양을 측정했다. 도 11에서, 종축은 프레스에 의한 가압력(MPa)이고, 횡축은 시간(min)이다. 프레스 사이클은, 압축율 1㎜/min의 속도로 0MPa로부터 0.3MPa로 승압하고, 0.3MPa에서 10분간 유지한 후, 압축율 0.1㎜/min의 속도로 0.3MPa로부터 3.0MPa까지 승압하고, 3.0MPa에서 30분간 유지하고, 그 후 압축해제율 1㎜/min의 속도로 3.0MPa로부터 0MPa까지 압축해제 하였다. 또한, 가열 온도는, 210℃로 일정하다. 압축 쿠션양은, 쿠션재의 초기의 두께 치수(H1)로부터 3.0MPa의 압력 부하를 압력해제하기 직전의 압축시 두께(H2)를 공제한 두께 변형량(H1-H2)으로 하였다. 또, 반발 쿠션양은, 0MPa로 압력해제 한 때의 쿠션재의 압축해제시의 두께 치수(H3)로부터, 3.0MPa의 압력 부하를 압력해제하기 직전의 쿠션재의 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 두께 변형량(H3-H2)으로 하였다.
측정 결과를 도 12, 도 13, 도 14, 도 15, 표 1 및 표 2에 나타낸다. 도 12는, 미사용의 쿠션재에 관하여, 두께 변형량의 추이를 압축 구간별로 나타낸 그래프이고, 종축은 두께 변형량을 나타내고, 횡축은 가압 범위를 나타내고 있다. 도 13은, 소정 횟수 프레스 후의 쿠션재에 관하여, 두께 변형량의 추이를 압축 구간별로 나타낸 그래프이고, 종축 및 횡축은, 도 12와 마찬가지이다. 또한, 도 13에 있어서, 비교예1은, 미사용품의 데이터를 나타내고 있다. 도 14는, 미사용의 각 샘플에 관하여, 압축 쿠션양, 반발 쿠션양 및 복원률을 비교한 그래프이고, 종축은, 쿠션양 및 복원률을 나타내고, 횡축은 샘플을 나타낸다. 도 15는, 소정 횟수 프레스 후의 각 샘플에 관하여, 압축 쿠션양, 반발 쿠션양 및 복원률을 비교한 그래프이고, 종축 및 횡축은, 도 14와 마찬가지이다. 또한, 단위는 도면 중에 나타내고 있다. 또, 도 12~도 15에 나타내는 그래프의 데이터를, 표 1 및 표 2에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
이와 같이, 실시예1~5에 나타내는 쿠션재에 관해서는, 압축 쿠션양과 반발 쿠션양과의 비가, 1:1~1:0.8의 범위를 갖는다. 한편, 비교예1~3에 관해서는, 모두 압축 쿠션양 1에 대한 반발 쿠션양의 비가, 0.8보다도 대폭적으로 작았다.
또, 상기한 샘플을 이용하여, 성형 테스트를 행했다. 성형 테스트는, 이하의 요령으로 행했다. 먼저, 열경화성 에폭시 수지를 B 스테이지(반경화)의 상태에서 유리 크로스에 함침한 두께 0.1㎜의 프리프레그(prepregs)를 4장 겹치고, 그 양측에 이형 필름을 적층한 것을 금속 플레이트에 끼우고, 이들을 열반 사이에 투입한 후, 온도 180℃, 압력 4MPa로 2시간 가열 가압하고, 동 압력하에서 냉각하여 적층판을 제조했다. 이때, 한쪽의 열반과 열 프레스용 쿠션재 사이에, 직경 30㎜의 구멍을 갖는 두께 0.2㎜의 알루미늄판 스페이서를 세트하고, 요철이 있는 경우의 적층판에의 영향도 확인했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure pct00003
각 평가항목의 판단 기준은 이하와 같이 하였다.
성형품 판두께 정밀도:
코너 단부 4 부분+중앙부 4 부분의 8점에서의 두께의 불규칙함을 측정했다. 단, 알루미늄판 스페이서의 구멍 부분은 제외한다. (최대치-최소치)/평균치×100이 10%이하의 경우, “○”로 하고, 10%보다도 큰 것을 “△”로 했다.
판두께 상태:
성형품 판두께 정밀도와 동일한 측정에서, 코너 단부와 중앙부의 두께 차이가 두께 평균치의 10%이하에서, 그 위에 또 성형품 단면의 두께를 그래프화 한 때에 볼록형상이나 오목형상이 확인되지 않는 경우, “플랫”으로 하고, 볼록 형상 또는 오목형상이 확인된 경우에는, 그 형상을 나타냈다.
성형품의 뒤틀림, 휨:
성형품을 플랫(flat)한 정반의 위에 위치시킨 때에 뜨는 곳이 없고, 드릴로 성형품에 구멍을 뚫은 때에 그 구멍 주변에 크랙이 발생하지 않는 경우, “○”로 하고, 크랙이 발생한 경우에는, “△”로 했다.
오목부 상태:
알루미늄판 스페이서의 구멍 부분에 해당한 부분에서, 제품에 카스레, 보이드 등 외관 이상이 확인되지 않는 경우, “○”로 하고, 확인된 경우에는, ”△”로 했다.
이상으로부터, 상기한 구성, 즉, 섬유와 고무와 공극이 일체화하고, 압축 쿠션양과 반발 쿠션양과의 비가 상기 범위에 있는 FRR을 이용하면, 면내 판두께 정밀도가 우수하고, 뒤틀림, 휨이 없고 움푹 패인 부분의 품질도 양호한 적층판을 제조할 수 있다.
이상, 도면을 참조해 본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 본 발명은, 도시한 실시 형태의 것으로 한정되지 않는다. 도시한 실시 형태에 대하여, 본 발명과 동일한 범위 내에서, 또는 균등의 범위 내에서, 여러 가지의 수정이나 변형을 가하는 것이 가능하다.
산업상의 이용 가능성
본 발명에 관계된 열 프레스용 쿠션재 및 적층판의 제조 방법은, 높은 판두께 정밀도나 고품질이 요구되는 적층판을 제조하는 경우나, 쿠션재의 장수명이 요구되는 경우에, 유효하게 이용된다.

Claims (7)

  1. 적층판 소재를 복수매 중합시킨 피압축체를 가열 가압하여 적층판의 프레스 성형을 행할 때, 상기 피압축체와 열반 사이에 사용되는 열 프레스용 쿠션재로서,
    초기의 두께 치수(H1)로부터 소정의 프레스 성형 압력을 부하한 때의 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 압축 두께 변형량(a)과, 상기 프레스 성형 압력을 제거한 때의 압력해제시의 두께 치수(H3)로부터 상기 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 반발 두께 변형량(b)의 비(a:b)가 1:1~1:0.8인 것을 특징으로 하는 열 프레스용 쿠션재.
  2. 제 1항에 있어서,
    웹과, 상기 웹에 함침된 고무로 된 섬유-고무 복합 재료층을 구비하고,
    상기 섬유-고무 복합 재료층의 내부에 공극을 구비하는 것을 특징으로 하는 열 프레스용 쿠션재.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 웹은, 숭고사를 이용한 직포인 것을 특징으로 하는 열 프레스용 쿠션재.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 웹은, 종이인 것을 특징으로 하는 열 프레스용 쿠션재.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 웹은, 부직포인 것을 특징으로 하는 열 프레스용 쿠션재.
  6. 적층판 소재를 복수매 중합시킨 피압축체와 열반 사이에 열 프레스용 쿠션재를 개재시키고, 상기 피압축체를 가열 가압하여 성형을 행하는 적층판의 제조 방법으로서,
    열 프레스용 쿠션재는, 초기의 두께 치수(H1)로부터 소정의 프레스 성형 압력을 부하한 때의 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 압축 두께 변형량(a)과, 상기 프레스 성형 압력을 제거한 때의 압력해제시의 두께 치수(H3)로부터 상기 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 반발 두께 변형량(b) 비(a:b)가 1:1~1:0.8인 것을 특징으로 하는 적층판의 제조 방법.
  7. 적층판 소재를 복수매 중합시킨 피압축체를 복수 준비하고, 이들을 다단으로 적층하여 열반 사이에 배치하고, 상기 피압축체와 상기 열반의 사이 및/또는 상기 피압축체 사이에 열 프레스용 쿠션재를 개재시키고, 상기 피압축체를 가열 가압하여 복수의 적층판을 제조하는 적층판의 제조 방법으로서,
    열 프레스용 쿠션재는, 초기의 두께 치수(H1)로부터 소정의 프레스 성형 압력을 부하한 때의 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 압축 두께 변형량(a)과, 상기 프레스 성형 압력을 제거한 때의 압축해제시의 두께 치수(H3)로부터 상기 압축시 두께 치수(H2)를 공제한 반발 두께 변형량(b)의 비(a:b)가 1:1~1:0.8인 것을 특징으로 하는 적층판의 제조 방법.
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