KR20110052503A - 금속복합 적층부품의 제조방법 - Google Patents

금속복합 적층부품의 제조방법 Download PDF

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KR20110052503A
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타카유키 미야시타
미츠히로 모치즈키
아키히로 모치즈키
한롱 카이
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포리프라스틱 가부시키가이샤
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Abstract

금속판과 열가소성 수지의 밀착성이 우수하고, 또한 휘어짐이 적은 금속복합 적층부품을 얻을 수 있고, 특수한 금형이나 금속판의 표면처리가 반드시 필요한 것은 아닌, 작업 공정이 간단하며, 폴리페닐렌 설파이드 수지 및 액정성 폴리머 중 적어도 하나로 이루어지는 열가소성 수지를 금속판 위에 사출성형하는 금속복합 적층부품의 제조방법을 제공한다.
폴리페닐렌 설파이드 수지 및 액정성 폴리머 중 적어도 하나로 이루어지는 열가소성 수지를 금속판 위에 사출성형하여 금속복합 적층부품을 제조할 때에, 금형의 내표면 중 적어도 금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분의 전체면에 단열층이 형성된 금형을 이용하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속복합 적층부품의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING METALLIC COMPLEX LAMINATED COMPONENTS}
본 발명은 금속판 위에 사출성형에 의해 열가소성 수지층을 적층한 금속복합 적층부품의 제조방법에 관한 것이다．
종래부터 인서트 성형, 아웃서트 성형, 후프 성형(hoop molding) 등의 성형 방법에 의해 열가소성 수지를 사출성형하고 열가소성 수지와 금속부품을 복합화하여 제조한 전기전자부품이 가전제품, 정보통신 기기, 자동차부품 등에 폭넓게 이용되고 있다.
또한, 열가소성 수지와 금속 부품을 복합화한 금속복합부품 중에서 금속판 표면의 일부 또는 전체에 열가소성 수지를 적층한 금속복합 적층부품이 강도 등의 기능성이나 경량성, 의장성 등에서 휴대전화기나 노트북 PC 등의 소형 정보통신 기기의 하우징으로서 주목받고 있다.
이러한 금속복합 적층부품에 이용되는 열가소성 수지로는 외부로부터의 충격을 견딜 수 있는 강도를 가지며, 제조 효율 면에서 사출성형 가능한 것이 바람직하다. 이 때문에 기계적 성질, 내열성 등에 더하여 우수한 성형성을 가지는 폴리페닐렌 설파이드 수지나 액정성 폴리머를 금속복합 적층부품에 사용하는 것이 검토되고 있다.
그러나, 열가소성 수지로서 폴리페닐렌 설파이드 수지나 액정성 폴리머를 이용하여 사출성형에 의해 금속복합 적층부품을 제조하는 경우, 이들 열가소성 수지의 선팽창률이 다른 수지에 비해서는 작지만 금속과 비교하면 크다는 점이나, 저온의 금속판과 가공온도가 매우 높은 열가소성 수지라는 점에서 성형 후의 수축률이 크게 다르기 때문에, 금형 내에서는 금속판과 수지가 양호하게 밀착되는 성형품도 성형 후에는 금속판과 수지의 밀착성이 저하되어 버리는 문제가 있다. 또한, 이들 열가소성 수지는 가공온도가 매우 높기 때문에 용융 상태의 열가소성 수지와 저온의 금속판이 금형 내에서 접촉함으로써 금속판 표면의 열가소성 수지가 급속하게 고화되어 버려, 통상의 제조방법으로는 금속판과 열가소성 수지와의 밀착성이 우수한 금속복합 적층부품의 제조가 어렵다는 문제가 있다. 또한, 폴리페닐렌 설파이드 수지나 액정성 폴리머를 사출성형에 의해 금속판 위에 적층했을 경우, 수득된 금속복합 적층부품에 휘어짐이 발생되기 쉽다는 것도 문제점이 되고 있다.
이 때문에 폴리페닐렌 설파이드 수지나 액정성 폴리머를 이용하여 금속복합 적층부품을 제조하는 경우, 금속판과 열가소성 수지와의 밀착성 문제 때문에 사출성형법을 적용할 수 없고, 금속판과 열가소성 수지의 성형품을 점착테이프나 접착제를 이용하여 적층하는 복잡한 작업이 필요하다．
이러한 문제점 때문에 금속판 위에 폴리페닐렌 설파이드 수지나 액정성 폴리머를 사출성형 할 때에, 금속판과 열가소성 수지와의 밀착성을 개량하고, 수득된 금속복합 적층부품의 휘어짐의 발생을 감소시키는 방법의 개발이 요구되고 있다.
열가소성 수지와 금속부품으로 이루어지는 금속복합 성형품에서의 열가소성 수지와 금속과의 밀착성을 개량하는 방법으로는, 예를 들면 스티렌 중합체, ABS 수지, 또는 그 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 올레핀 중합체, 변성 폴리페닐렌 에테르 수지, 염화 비닐 중합체 또는 그 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아세탈 등의 수지를 이용하는 블로우 성형법에서, 금형의 금속부품과 접촉하는 부분의 일부를 특정한 열전도율의 내열성 중합체로 피복하는 방법(특허문헌1: 일본특허공개 평성 07-178765호 공보)이 제안되었다.
그러나, 특허문헌 1의 실시예에 기재된 방법은 ABS 수지를 이용한 블로우 성형방법으로, 금형에서 금형과 금속부품(볼트 또는 너트)과의 접촉 부분의 일부를 특정한 열전도율의 내열성 중합체로 피복함으로써 ABS 수지의 충전 불량을 해소하여 금속부품을 ABS 수지로부터 빠지기 어렵게 하는 방법으로, 폴리페닐렌 설파이드 수지나 액정성 폴리머 등의 성형성이 우수한 수지를 이용하여 사출성형하는 방법에서는 처음부터 충전 불량의 문제가 생기기 어렵기 때문에 충전 불량의 해소로 인한 밀착성의 개량 효과는 바랄 수 없는 것이었다. 또한, 특허문헌 1의 실시예에서 이용되고 있는 금속부품은 볼트나 너트와 같은 열가소성 수지와의 접촉 부분에 홈을 낸 것이므로, 충전 불량을 해소함으로써 금속부품과 열가소성 수지와의 밀착성을 개량할 수 있으나, 금속판 위에 열가소성 수지를 적층한 금속복합 적층부품에서는 금속판과 열가소성 수지의 접촉 부분이 평활면이기 때문에 충전 불량이 해소되었다고 해도 밀착성의 개량은 바랄 수 없다. 또한, 특허문헌 1에는 휘어짐 발생의 문제에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않다.
금속부품과 폴리페닐렌 설파이드 수지나 액정성 폴리머와의 밀착성의 개선 방법으로는, 예를 들면 특정하게 표면이 거칠어지도록 에칭 등의 표면처리를 실시한 금속부품과 폴리페닐렌 설파이드 수지 등의 열가소성 수지를 사출성형 등의 방법으로 복합화하는 방법(특허문헌 2: 국제공개 제2004/041533호 팜플릿)이나, 금속부품을 지지하고 가열 장치 및 냉각 장치를 구비한 홀딩부재를 이용하여 홀딩부재의 온도를 열가소성 수지의 강온(降溫) 결정화 온도(Tc) 이상의 온도로 금속부품을 가열한 후에 사출성형을 실시하고, 홀딩부재를 150℃ 이하로 급속 냉각한 후에 금속부품과 열가소성 수지를 복합화한 성형품을 금형으로부터 꺼내는 방법(특허문헌 3: 일본 특허 공개 2008-132756호 공보)등이 제안되었다.
그러나, 특허문헌 2에 기재된 방법에서는 금속부품을 미리 에칭 등의 방법으로 표면 처리해 둘 필요가 있으며, 반드시 모든 금속에 표면처리를 적용할 수 있는 것은 아니라는 점에 문제가 있다. 또한, 특허문헌 3에 기재된 방법에서는 가열 장치 및 냉각 장치를 구비한 특수한 금속부품의 홀딩부재를 사용할 필요가 있어 금속부품의 홀딩부재 개조 등에 비용이 든다는 점, 홀딩부재의 복잡한 온도제어가 필요하며 금속부품과 열가소성 수지를 복합시킨 성형품의 제조공정이 복잡해진다는 점, 및 금형 및 홀딩부재가 반복되는 급격한 온도변화를 받게 되어 금형 수명이 짧아진다는 점 등의 문제가 있다.
또한, 특허문헌 2 및 3에는 금속부품과 열가소성 수지를 복합화한 성형품에 발생하는 휘어짐의 개선에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 금속판과 열가소성 수지의 밀착성이 우수하고, 또한 휘어짐이 적은 금속복합 적층부품을 얻을 수 있으며, 특수한 금형이나 금속판의 표면처리가 반드시 필요한 것은 아닌, 작업 공정이 간단한 폴리페닐렌 설파이드 수지 및 액정성 폴리머 중 적어도 하나로 이루어진 열가소성 수지를 금속판 위에 사출성형 하는 금속복합 적층부품의 제조방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 폴리페닐렌 설파이드 수지 및 액정성 폴리머 중 적어도 하나로 이루어진 열가소성 수지를 금속판 위에 사출성형하여 금속복합 적층부품을 제조할 때에, 금형의 내표면 중 적어도 금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분의 전체면에 단열층이 형성된 금형을 사용함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 구체적으로 본 발명은 이하의 것을 제공한다.
(1) 금형의 내표면 중 적어도 금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분의 전체면에 단열층이 형성된 금형을 이용하여, 사출성형에 의해 폴리페닐렌 설파이드 수지 및 액정성 폴리머 중 적어도 하나로 이루어진 열가소성 수지를 상기 금속판 위에 적층하는 금속복합 적층부품의 제조방법.
(2) 상기 열가소성 수지가 폴리페닐렌 설파이드 수지로 이루어지는 (1)에 기재된 금속복합 적층부품의 제조방법.
(3) 상기 단열층은 열전도율이 5W/m·K 이하인 (1) 또는 (2)에 기재된 금속복합 적층부품의 제조방법.
(4) 상기 단열층은 폴리이미드 수지를 포함하는 (1）내지 (3)의 어느 하나에 기재된 금속복합 적층부품의 제조방법.
(5) 상기 금속복합 적층부품이 전기전자제품의 하우징인 (1）내지 (4)의 어느 하나에 기재된 금속복합 적층부품의 제조방법.
본 발명의 제조방법에 의하면，사출성형에 의해 폴리페닐렌 설파이드 수지 및 액정성 폴리머 중 적어도 하나의 열가소성 수지와 금속판과의 밀착성이 우수한 금속복합 적층부품을 얻을 수 있다. 이 때문에 금속판과 열가소성 수지부품을 접착제나 점착테이프 등으로 적층하는 복잡한 작업이 불필요하고, 높은 생산 효율로 저렴하게 금속복합 적층부품을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에 의하면，수득되는 금속복합 적층부품에 발생하는 휘어짐을 억제할 수 있다. 이 때문에 원하는 형상의 금속복합 적층부품을 안정적으로 제조할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 제조방법에 의하면，가열 장치 및 냉각 장치를 구비하는 홀딩부재 등을 구비하는 금형을 반드시 이용할 필요는 없다. 이 때문에 금형의 개조나, 홀딩부재의 복잡한 온도제어가 불필요하고, 간단한 공정에 의해 저가로 금속복합 적층부품을 제조할 수 있다.
도 1은 실시예에서 제조된 밀착강도 측정용 시험편의 모식도이다.
도 2는 실시예에서 휘어짐량 측정용 시험편의 제조에 이용하는 금속판의 모식도이다.
도 3은 실시예에서 제조된 휘어짐량 측정용 시험편의 모식도이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 대해서 상세하게 설명하나, 본 발명이 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적 범위 내에서 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
본 발명은 폴리페닐렌 설파이드 수지 및 액정성 폴리머 중 적어도 하나로 이루어지는 열가소성 수지를 사출성형에 의해 금속판 위에 적층하여 금속복합 적층부품을 제조하는 방법으로, 금형의 내표면 중 적어도 금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분의 전체면에 단열층이 형성된 금형을 이용하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 대해서 열가소성 수지, 금속판, 단열층, 성형 방법, 금속복합 적층부품의 순서로 설명한다.
1. 열가소성 수지
본 출원의 명세서 및 특허청구범위에서의 「열가소성 수지」란 열가소성 수지 단독의 재료뿐만 아니라, 열가소성 수지에 각종의 충전재 및 각종의 첨가제 중 적어도 하나를 배합한 열가소성 수지 조성물도 포함된다.
본 발명에서 사용하는 열가소성 수지는, 하우징으로서 이용했을 경우의 내열성 면에서 하중 변형 온도가 250℃ 이상인 것이 바람직하고, 280℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 이 때문에 본 발명에서 사용하는 열가소성 수지는 액정성 폴리머 및 폴리페닐렌 설파이드 수지 중 적어도 하나로 이루어진다. 또한, 액정성 폴리머 및 폴리페닐렌 설파이드 수지 중 적어도 하나를 사용함으로써 기계적 성질, 전기적 성질, 치수정밀도가 우수한 표면실장용의 전기전자부품을 성형성이 좋게 제조할 수 있다.
폴리페닐렌 설파이드 수지 및 액정성 폴리머 중에서, 금속판과 열가소성 수지와의 밀착성이 보다 우수한 금속복합 적층부품을 얻기 쉽다는 점에서 폴리페닐렌 설파이드 수지를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에서 폴리페닐렌 설파이드 수지 및 액정성 폴리머 중 적어도 하나는, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 1종 또는 2종 이상의 다른 열가소성 수지와 조합하여 이용할 수 있다. 폴리페닐렌 설파이드 수지 및 액정성 폴리머 중 적어도 하나와 조합할 수 있는 열가소성 수지의 구체적인 예로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리아세탈, 변성 폴리페닐렌 에테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프타레이트, 폴리페닐렌 설파이드 수지, 폴리이미드, 폴리아미드 이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리설폰, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르케톤, 불소수지, 열가소성 엘라스토머 등을 들 수 있다. 이들의 열가소성 수지는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
폴리페닐렌 설파이드 수지
본 발명에서 열가소성 수지로 사용할 수 있는 폴리페닐렌 설파이드 수지(폴리페닐렌 티오에테르계 수지)로는, 폴리페닐렌 설파이드 골격-(Ar-S-)-(식 중 Ar은 페닐렌기를 나타냄)을 가지는 단독 중합체 및 공중합체가 포함된다.
페닐렌기(-Ar-)로는 예를 들면, p-페닐렌기, m-페닐렌기, o-페닐렌기, 치환 페닐렌기(예를 들면 C1-5알킬기 등의 치환기를 가지는 알킬 페닐렌기나, 페닐기 등의 치환기를 가지는 아릴 페닐기), p, p’-디페닐렌 설폰기, p, p’-비페닐렌기, p, p’-디페닐렌 에테르기, p, p’-디페닐렌 카르보닐기 등을 예시할 수 있다. 폴리페닐렌 설파이드계 수지는 이러한 페닐렌기로 구성되는 페닐렌 설파이드기 중 동일 반복 단위를 이용한 호모 폴리머일 수 있고, 조성물의 가공성 면에서 이종(異種) 반복 단위를 포함하는 코폴리머일 수 있다.
호모 폴리머로는 p-페닐렌 설파이드기를 반복 단위로 하는 선상의 것이 바람직하게 이용된다. 코폴리머로는 p-페닐렌 설파이드기를 주반복 단위로 하고 m-페닐렌 설파이드기를 포함하는 조합이 바람직하다. p-페닐렌 설파이드기를 주반복 단위로 하고 m-페닐렌 설파이드기를 포함하는 코폴리머 중에서는, 내열성, 성형성, 기계적 특성 등의 물성상의 측면에서 p-페닐렌 설파이드기를 60몰％ 이상 포함하는 선상의 코폴리머가 보다 바람직하고, p-페닐렌 설파이드기를 70몰％ 이상 포함하는 선상의 코폴리머가 특히 바람직하다.
폴리페닐렌 설파이드 수지는 비교적 저분자량의 선상 폴리머를 산화 가교 또는 열가교에 의해 용융 점도를 상승시켜 성형 가공성을 개량한 폴리머일 수 있고, 2관능성 모노머를 주체로 하는 모노머의 축합중합에 의해 수득되는 실질적으로 선상구조의 고분자량 폴리머일 수 있다. 수득되는 성형물의 물성 측면에서는 축합중합에 의해 수득되는 실질적으로 선상구조의 폴리머 쪽이 바람직하다. 또한 폴리페닐렌 설파이드 수지로는 3개 이상의 관능기를 가지는 모노머를 조합하여 중합한 분기 또는 가교 폴리페닐렌 설파이드 수지나, 이 수지를 상기의 선상 폴리머에 혼합한 수지조성물도 이용할 수 있다.
폴리페닐렌 설파이드 수지로는 폴리페닐렌 설파이드나 폴리비페닐렌 설파이드(PBPS)외에, 폴리페닐렌 설파이드케톤(PPSK), 폴리비페닐렌 설파이드설폰(PPSS) 등도 이용할 수 있다. 폴리페닐렌 설파이드 수지는 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
액정성 폴리머
본 발명에서 열가소성 수지로서 사용하는 액정성 폴리머는 광학이방성 용융상 (溶融相)을 형성할 수 있는 성질을 가지는 용융 가공성 폴리머이다. 이방성 용융상의 성질은 직교 편광자를 이용한 관용적인 편광검사법에 의해 확인할 수 있다. 보다 구체적으로 이방성 용융상의 확인은, 라이쯔(Leitz) 편광현미경을 사용하여 라이쯔(Leitz) 핫 스테이지에 놓은 용융 시료를 질소분위기 하에서 40배의 배율로 관찰함으로써 실시할 수 있다. 본 발명에 적용할 수 있는 액정성 폴리머는 직교 편광자 사이에서 검사했을 때, 가령 용융 정지 상태이더라도 편광은 통상 투과하고, 광학적으로 이방성을 나타낸다.
상기 액정성 폴리머는 특별히 한정되지 않으며 방향족 폴리에스테르 또는 방향족 폴리에스테르 아미드인 것이 바람직하고, 방향족 폴리에스테르 또는 방향족 폴리에스테르 아미드를 동일 분자쇄 중에 부분적으로 포함하는 폴리에스테르도 그 범위에 있다. 이들은 60℃에서 펜타플루오로 페놀에 농도 0.1중량％로 용해시켰을 때 바람직하게는 적어도 약 2.0dl/g, 더 바람직하게는 2.0~1.0dl/g의 대수점도(I.V.)를 가지는 것이 이용된다.
본 발명에 적용할 수 있는 액정성 폴리머로서의 방향족 폴리에스테르 또는 방향족 폴리에스테르 아미드로는 방향족 히드록시카르복실산, 방향족 히드록시아민, 방향족 디아민의 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 화합물에서 유래하는 반복 단위를 가지는 방향족 폴리에스테르 또는 방향족 폴리에스테르 아미드가 특히 바람직하다.
보다 구체적으로는,
(1) 주로 방향족 히드록시카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상에서 유래하는 반복 단위로 이루어지는 폴리에스테르;
(2) 주로 (a) 방향족 히드록시카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상, (b) 방향족 디카르복실산, 지환족 디카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상, 및 (c) 방향족 디올, 지환족 디올, 지방족 디올 및 그 유도체의 적어도 1종 또는 2종 이상에서 유래하는 반복 단위로 이루어지는 폴리에스테르;
(3) 주로 (a) 방향족 히드록시카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상, (b) 방향족 히드록시아민, 방향족 디아민 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상, 및 (c) 방향족 디카르복실산, 지환족 디카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상에서 유래하는 반복 단위로 이루어지는 폴리에스테르 아미드;
(4) 주로 (a) 방향족 히드록시카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상, (b)방향족 히드록시아민, 방향족 디아민 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상, (c) 방향족 디카르복실산, 지환족 디카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상, 및 (d) 방향족 디올, 지환족 디올, 지방족 디올 및 그 유도체의 적어도 1종 또는 2종 이상에서 유래하는 반복 단위로 이루어지는 폴리에스테르 아미드 등을 들 수 있다. 그리고 상기 구성 성분에 필요에 따라서 분자량 조정제를 병용할 수 있다.
본 발명에 적용할 수 있는 액정성 폴리머를 구성하는 반복 단위를 부여하는 구체적인 화합물의 바람직한 예로는, p-히드록시벤조산, 6-히드록시-2-나프토산 등의 방향족 히드록시카르복실산; 하이드로퀴논, 레조르신, 4,4'디히드록시 비페닐, 2,6-디히드록시 나프탈렌, 1,4-디히드록시 나프탈렌, 하기 일반식 (A) 및 하기 일반식 (B)로 표시되는 화합물 등의 방향족 디올; 테레프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌 디카르복실산, 하기 일반식 (C)로 표시되는 화합물 등의 방향족 디카르복실산; p-아미노 페놀, p-페닐렌 디아민 등의 방향족 아민류를 들 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(X: 알킬렌(C1-C4), 알킬리덴, -O-, -SO-, -SO2-, -S-, -CO- 에서 선택되는 기임.)
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
(Y: - (CH2)n- (n=1~4), -O (CH2)nO- (n=1~4)에서 선택되는 기임.)
충전재
열가소성 수지에 배합하는 충전재의 바람직한 예로는 유리 섬유, 석면 섬유, 실리카 섬유, 알루미나-실리카 섬유, 알루미나 섬유, 지르코니아 섬유, 질화붕소 섬유, 질화규소 섬유, 붕소 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 금속섬유상 물질 등의 섬유상 충전재, 카본블랙, 흑연, 실리카, 석영분말, 글라스 비드, 밀드(milled) 유리섬유, 유리 발룬(balloon), 유리가루, 규산 칼슘, 규산 알루미늄, 고령토, 활석, 클레이, 규조토, 규회석, 산화철, 산화티탄, 산화아연, 삼산화안티몬, 알루미나, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산칼슘, 황산바륨, 페라이트, 탄화규소, 질화규소, 질화붕소, 각종 금속분말 등의 분립상 충전재, 및 마이카, 유리 플레이크, 각종 금속박 등의 판상 충전재 등을 들 수 있다. 이들의 충전재는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
충전재와 열가소성 수지의 배합량은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 특별히 제한되지 않는다. 전형적으로 충전재는 열가소성 수지 100 질량부에 대하여 200 질량부 이하, 보다 바람직하게는 100 질량부 이하가 되도록 배합된다.
첨가제
열가소성 수지에 배합하는 첨가제로는 핵제, 카본블랙, 무기 소성안료 등의 안료, 산화방지제, 안정제, 가소제, 윤활제, 이형제 및 난연제 등을 들 수 있다. 이들의 첨가제는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
2. 금속판
본 발명에서 사용하는 금속판의 재료는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 구리, 알루미늄, 철 등의 금속, 인청동(燐靑銅), 스테인레스 등의 합금, 이종(異種) 금속의 접합체, 이들의 도금 처리품 등을 들 수 있다. 재료가 스테인레스인 경우의 구체적인 예로는, 마르텐사이트(martensite)계, 오스테나이트(austenite)계 등의 스테인레스강을 들 수 있다. 금속판의 형상은 사출성형에 의해 열가소성 수지를 적층할 수 있으면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에서 이용하는 금속판은 판상부 이외에, 나사 결합 하기 위한 보스나, 보강을 위한 리브, 기어 등의 부품을 장착하기 위한 삽입구멍 등, 전기전자제품 등의 최종 제품을 조립하기 위해서 필요한 여러 가지의 구성요소를 구비할 수 있다. 금속판과 열가소성 수지가 접촉하는 부분의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 원하는 대로 사각형, 원형 등, 타원형 등의 임의인 형상을 선택할 수 있다. 또한, 금속판과 열가소성 수지가 접촉하는 면의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 평면일 수도 있고 곡면일 수도 있다. 금속판과 열가소성 수지가 접촉하는 면은 단일 평면 또는 곡면에 제한되지 않으며 금속판의 평면 또는 곡면의 내부에 볼록부나 오목부를 구비할 수 있다.
금속판과 열가소성 수지가 접촉하는 부분의 면적은 특별히 제한되지 않으나, 0.1 ~ 20cm2가 바람직하고, 0.5 ~ 10cm2가 보다 바람직하다. 금속판과 열가소성 수지의 접촉 면적을 위와 같은 면적으로 함으로써 금속판과 열가소성 수지의 밀착성의 개량 효과 및 수득되는 금속복합 적층부품의 휘어짐의 억제 효과가 현저히 나타나기 때문이다.
금속판의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 금속판의 두께는 균일할 수도 있고 균일하지 않을 수도 있다. 금속판의 두께는 전형적으로는, 0.1mm 이상 5mm 이하이며, 보다 바람직하게는 0.1mm 이상 3mm 이하이다.
금속판은, 열가소성 수지와 접촉하는 개소의 표면을 미리 거칠어지도록 처리하여 열가소성 수지와의 밀착을 좋게 할 수 있다. 거칠어지도록 하는 처리의 정도는 10점 평균 거칠기(Rz)로 표시하여 8㎛ 이상, 바람직하게는 8~15㎛, 특히 10㎛ 이상이다. 거칠어지도록 하는 처리는 연마, 도금, 또는 에칭 등의 방법으로 실시할 수 있다.
3. 단열층
본 발명의 금속복합 적층부품의 제조방법에서는, 금형의 내표면 중 적어도 금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분의 전체면에 단열층이 형성된 금형을 이용한다. 적어도 금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분의 전체면에 단열층을 형성 함으로써, 사출성형 시에 금형내에 고온의 용융 수지가 유입됨으로써 금속판의 온도가 순간 상승한 후에, 금속판 및 금속판과 접촉하는 열가소성 수지의 온도가 저하되기 어려워진다. 그 결과 열가소성 수지의 고화가, 열가소성 수지와 금속판의 표면이 충분히 결합한 상태에서 천천히 진행되고 또한 금속판의 온도 저하가 적고, 금속과 수지의 수축량의 차가 작아짐으로써 금속판과 열가소성 수지가 충분히 밀착된 금속복합 적층부품을 얻을 수 있다. 금형의 내표면에, 금속판과 접촉함에도 불구하고 단열층이 없는 부분이 존재하면, 그 부분에서 금속판이 금형에 의해 급속하게 냉각되어 본 발명의 효과를 충분히 얻을 수 없다.
본 발명에서 「금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분의 전체면에 단열층이 형성되었다」는 것은, 금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분이 완전하게 단열층에 의해 피복되어 있는 경우뿐만 아니라, 금속판을 금형내에 안착시킬 때의 사소한 위치 오차 등에 의해 불가피하게 금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분에 약간의 단열층이 형성되어 있지 않은 개소가 생긴 경우도 포함한다. 구체적으로 단열층의 면적은, 금형의 내표면과 금속판이 접촉하는 부분의 면적에 대해 90% 이상이 바람직하고, 95% 이상이 보다 바람직하며, 98% 이상이 특히 바람직하다.
단열층은 금형내의 금속판과 열가소성 수지층과의 계면에서의 온도 저하를 억제할 수 있는 것이면 재료 등은 특별히 한정되지 않는다. 또한 본 발명에서 금형은, 금형의 내표면 중 적어도 금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분의 전체면에 단열층이 형성되어 있을 수 있으나, 금속판과 열가소성 수지와의 밀착성의 개량 효과 측면에서 금형의 내표면 전체면에 단열층을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 금형의 내표면에 형성되는 단열층의 열전도율은 5W/mㆍK 이하인 것이 특히 바람직하다. 단열층의 열전도율을 상기 범위로 조정함으로써 금속판 및 금속판과 접촉하는 열가소성 수지의 온도 저하를 충분히 억제할 수 있고, 금속판과 열가소성 수지와의 밀착성을 보다 높일 수 있다. 그리고 단열층 재료의 열전도율은 레이저 플래시법에 의해 열확산율, 아르키메데스법에 의해 비중, 시차주사 열량계(DSC)에 의해 비열을 측정함으로써 산출할 수 있다.
또한, 사출성형할 때에 금형내에는 고온의 열가소성 수지가 흘러 들어 오기 때문에, 단열층은 성형할 때의 고온에 견딜 수 있도록 내열성을 구비할 필요가 있다.
본 발명의 금속복합 적층부품의 제조방법에 이용되는 단열층의 재료로는 폴리이미드 수지를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 폴리이미드 수지는 상기 열전도율이 5W/mㆍK 이하이며, 사출성형할 때의 고온에도 충분히 견디는 내열성을 가지기 때문이다．
본 발명에서 바람직하게 사용 가능한 폴리이미드 수지의 구체적인 예로는, 피로멜리트산(PMDA)계 폴리이미드, 비페닐 테트라카르복실산계 폴리이미드, 트리멜리트산을 이용한 폴리아미드이미드, 비스말레이미드계 수지(비스 말레이미드/트리아진계 등), 벤조페논 테트라 카르복실산계 폴리이미드, 아세틸렌 말단 폴리이미드, 열가소성 폴리이미드 등을 들 수 있다. 이들의 폴리이미드 수지는 이종(二種) 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
폴리이미드 수지 이외에 단열층으로서 적합하게 사용할 수 있는 재료로는 예를 들면, 테트라플르오로 에틸렌 수지, 폴리벤조 이미다졸 수지, 지르코니아 등을 들 수 있다.
금형의 내표면에 단열층을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 고분자 단열층을 형성할 수 있는 폴리이미드 전구체 등의 폴리머 전구체 용액을 금형 표면에 도포하고 가열하여 용매를 증발시키고, 더 가열하여 폴리머화함으로써 폴리이미드막 등의 단열층을 형성하는 방법, 또는 내열성 고분자 모노머, 예컨대 피로멜리트산 무수물과 4,4-디아미노 디페닐 에테르를 증착 중합시키는 방법 등을 들 수 있다. 평면형상의 금형에 관해서는 고분자 단열필름을 이용하여 적절한 접착 방법에 의해 접착하는 방법, 또는 점착테이프 형태의 고분자 단열필름을 금형의 원하는 부분에 점착하여 단열층을 형성하는 방법 등으로 단열층을 형성할 수도 있다. 또한 단열층을 형성한 후에, 그 표면에 크롬(Cr)막이나 질화 티탄(TiN)막을 더 형성할 수도 있다.
4. 성형 방법
본 발명에서 금속복합 적층부품을 제조할 때의 성형 방법은, 금속판 위에 열가소성 수지를 사출성형에 의해 적층할 수 있는 방법이면 특별히 제한되지 않고 다양한 방법을 이용할 수 있다.
본 발명의 방법에서 금속복합 적층부품을 성형할 때에, 금속판은 미리 가열한 것을 사용할 수 있다. 금속판이 미리 가열되는 경우, 금속판의 온도는 100 ~ 300℃인 것이 바람직하고, 140 ~ 250℃인 것이 보다 바람직하다. 금속판을 미리 가열해 둠으로써 금속판과 열가소성 수지와의 밀착성을 더 높일 수 있다.
본 발명에서 금속복합 적층부품을 제조할 때의 사출성형조건은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 제한되지 않으며, 사용하는 열가소성 수지의 종류, 금속복합 적층부품의 형상 등을 고려하여 일반적인 사출성형조건에서 적절히 선택할 수 있다.
본 발명에서 금속판 위에 적층되는 열가소성 수지층의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 열가소성 수지층의 두께는 균일할 수도 있고, 불균일할 수도 있다. 또한 열가소성 수지층은 나사 결합 하기 위한 보스나, 보강을 위한 리브, 기어 등의 부품을 장착하기 위한 삽입 구멍 등 전기전자제품 등의 최종 제품을 조립하기 위해서 필요한 여러 가지 구성요소를 구비할 수 있다.
본 발명에서 금속복합 적층부품을 제조할 때의 금형온도는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 특별히 제한되지 않으나, 50 ~ 160℃인 것이 바람직하고, 110 ~ 150℃인 것이 보다 바람직하며, 130 ~ 150℃인 것이 특히 바람직하다. 금형 온도를 상기 범위로 설정함으로써 금속판과 열가소성 수지와의 밀착성을 더 높일 수 있다.
5. 금속복합 적층부품
본 발명의 방법에 의해 제조되는 금속복합 적층부품은, 열가소성 수지가 사출성형에 의해 금속판 위에 적층된 것이면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 방법에 의해 제조되는 금속복합 적층부품은, 금속판과 열가소성 수지층과의 밀착성이 우수하고, 성형 후의 휘어짐의 발생이 적기 때문에 다양한 전기전자제품의 하우징으로서 적합하게 사용된다. 본 발명의 방법에 의해 수득된 금속복합 적층부품을 하우징으로 이용하기에 적합한 전기전자제품의 예로는, 휴대전화기, 노트북 PC, 디지털 카메라, 휴대 정보단말(PDA), 휴대 게임 단말 등을 들 수 있다.
[실시예]
이하에 실시예에 근거하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명은 이들의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
재료
폴리페닐렌 설파이드 수지 1(PPS1): 폴리프라스틱스(주) 제조, 포트론(FORTRON) 1150T7
폴리페닐렌 설파이드 수지 2(PPS2): 폴리프라스틱스(주) 제조, 포트론(FORTRON) 1140A6
액정성 폴리머 1(LCP1): 폴리프라스틱스(주) 제조, 벡트라(VECTRA) A460
금속판: SUS304제 금속판
[실시예 1]
단열층 형성
금형으로는 금속 인서트를 지지하는 홀딩부재를 구비하는 것을 사용하였다. 금형의 캐비티 전체면에 폴리이미드 수지 바니시를 균일하게 도포한 후, 금형을 250℃에서 60분 처리하여 단열층을 형성하였다. 단열층 형성 전과 단열층 형성 후의 홀딩부재의 치수를 측정하여 단열층을 형성함으로써 발생된 치수 차를 단열층의 막 두께로 하였다.
금속복합 적층성형품의 성형
표 １에 기재된 사출성형조건에 의해 사출성형기((주)소딕 제조, TR-40VR)를 이용하여 금형 온도 120℃에서 도 1에 기재된 밀착강도 측정용 시험편(1)을 사출성형 하였다.
[표 １]
Figure pat00004
밀착강도 측정용 시험편
밀착강도 측정용 시험편을 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1(a)는 밀착강도 측정용 시험편(1)의 평면도이며, 도 1(b)는 밀착강도 측정용 시험편의 측면도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 밀착강도 측정용 시험편(1)은 SUS304제의 금속판(11)(세로50mm×가로50mm×두께1mm) 위에 소정의 열가소성 수지를 이용하여 열가소성 수지층(12)를 형성하였다. 열가소성 수지층(12)은 두께 2mm로, 정방형부분(13)(세로18mm×가로18mm)을 가진다. 정방형부분(13)의 중앙에는 밀착강도 측정 시에 하중을 인가하는 하중 인가부(14)(세로5mm×가로9mm×높이13mm)를 구비한다.
밀착강도 측정방법
텐시론 RTC-1325A(주식회사 오리엔테크 제조)를 이용하여 밀착강도 측정용 시험편(1)의 열가소성 수지층(12)가 적층 되어 있지 않은 양단을 고정한 후, 밀착강도 측정용 시험편(1)의 하중 인가부(14)의 폭 9mm 면에 대하여 열가소성 수지층(12)과 하중 인가부(14)의 결합부로부터 4mm의 장소에 누름 속도 1mm/min로 하중을 인가하고 박리 강도를 측정하였다.
[실시예 2 내지 4]
열가소성 수지를 각각 표 ２에 기재된 수지로 바꾸고, 금형에 장착한 금속판에 열풍을 30초간 내뿜어 금속 인서트를 약 250℃로 가열한 후에 사출성형을 실시하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 밀착강도 측정용 시험편(1)을 성형하고 밀착강도를 측정하였다. 실시예 2 내지 4에서 얻은 금속복합 적층부품의 밀착강도를 표 ２에 나타내었다.
[비교예 1]
금형의 캐비티에 단열층을 형성하지 않은 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 밀착강도 측정용 시험편(1)을 성형하고, 밀착강도를 측정하였다.
비교예 1에서 얻은 금속복합 적층부품의 밀착강도를 표 ２에 나타내었다.
[비교예 2 및 3]
표 ２에 기재된 열가소성 수지를 이용하고, 금형의 캐비티에 단열층을 형성하지 않으며, 금형에 장착한 금속판에 열풍을 30초간 내뿜고, 금속 인서트를 약250℃로 가열한 후에 사출성형을 실시한다는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 밀착강도 측정용 시험편(1)을 성형하고, 밀착강도를 측정하였다. 비교예 2 및 3에서 얻은 금속복합 적층부품의 밀착강도를 표 ２에 나타내었다.
[실시예 5]
실시예 1과 동일한 조건으로 하기의 도 3에 기재된 휘어짐량 측정용 시험편(2)을 사출성형에 의해 제조하였다. 수득된 휘어짐량 측정용 시험편(2)를 이용하여 하기의 휘어짐량 측정방법에 따라 얻은 금속복합 적층성형품의 휘어짐량을 측정하였다. 휘어짐량의 측정 결과를 표 ２에 나타내었다.
휘어짐량 측정용 시험편
휘어짐량 측정용 시험편을 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다. 도 2(a)는 휘어짐량 측정용 시험편(2)의 제조에 이용하는 금속판(21)의 평면도이며, 도 2(b)는 휘어짐량 측정용 시험편(2)의 제조에 이용하는 금속판(21)의 측면도이다. 도 3(a)는 휘어짐량 측정용 시험편(2)의 평면도이며, 도 3(b)는 도 3(a)에 기재된 A-A'선에서의 휘어짐량 측정용 시험편(2)의 단면도이다.
휘어짐량 측정용 시험편(2)은, 도 2에 나타낸 바와 같이 중앙에 두께가 얇은 박판부(22)(두께 0.5mm)를 가지며, 네 모퉁이를 잘라낸 금속판(21)(두께1.0mm)을 이용하여 성형하였다. 도 3에 나타낸 바와 같이 열가소성 수지층(23)은, 박판부(22)상의 열가소성 수지층(23)의 두께가 0.5mm가 되고, 금속판(21)의 외부의 열가소성 수지층의 두께가 1.0mm 가 되도록 박판부(22) 상부에 사출성형에 의해 적층하였다.
휘어짐량 측정방법
휘어짐량 측정용 시험편(2)을 수평한 테이블 위에 정치(靜置)시키고, 휘어짐량 측정용 시험편(2) 9점(3점×3열)에 대해서, 테이블로부터 시험편의 상면의 높이를 화상측정기(퀵 비젼 404 PRO·CNC, 주식회사 미쯔토요 제조)를 이용하여 측정하였다. 9점의 측정 결과 중 최대 높이와 최소 높이의 차를 휘어짐량으로 하였다.
[실시예 6]
단열층의 두께를 10㎛로 한 것 이외에는 실시예 5와 동일하게 하여 휘어짐량 측정용 시험편(2)을 성형하고, 휘어짐량을 측정하였다. 휘어짐량의 측정 결과를 표２에 나타내었다.
[실시예 7]
표 ２에 기재된 열가소성 수지를 이용하는 것 외에는 실시예 5와 동일하게 하여 휘어짐량 측정용 시험편(2)을 성형하고, 휘어짐량을 측정하였다. 휘어짐량의 측정 결과를 표 ２에 나타내었다.
[비교예 4 및 5]
표 ２에 기재된 열가소성 수지를 이용하는 것 외에는 비교예 1과 동일한 조건으로 휘어짐량 측정용 시험편(2)을 사출성형에 의해 제조하였다. 휘어짐량의 측정 결과를 표 ２에 나타내었다.
[표 ２]
Figure pat00005
실시예 1 내지 4와 비교예 1 내지 3과의 비교를 통해, 금형내의 금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분에 단열층으로서 폴리이미드 막을 형성함으로써 금속판과 열가소성 수지층과의 밀착강도가 현저하게 개량되었음을 알 수 있다. 또한, 실시예 5 내지 7과 비교예 4 및 5의 비교를 통해, 금형내의 금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분에 단열층으로서 폴리이미드 막을 형성함으로써 수득되는 금속복합 적층부품에 발생하는 휘어짐량을 대폭 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한, 실시예 1과 실시예 2의 비교를 통해, 금속판을 예열함으로써 금속복합 적층부품의 금속판과 열가소성 수지와의 밀착강도를 더욱 개량할 수 있음을 알 수 있다.
1: 밀착강도 측정용 시험편
11: 금속판
12: 열가소성 수지층
13: 정방형부분
14: 하중 인가부
2: 휘어짐량 측정용 시험편
21: 금속판
22: 박판부
23: 열가소성 수지층

Claims (5)

  1. 금형의 내표면 중 적어도 금속판과 금형의 내표면이 접촉하는 부분의 전체면에 단열층이 형성된 금형을 이용하여, 사출성형에 의해 폴리페닐렌 설파이드 수지 및 액정성 폴리머 중 적어도 하나로 이루어지는 열가소성 수지를 상기 금속판 위에 적층하는 금속복합 적층부품의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지가 폴리페닐렌 설파이드 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속복합 적층부품의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단열층은 열전도율이 5W/m·K 이하인 것을 특징으로 하는 금속복합 적층부품의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단열층은 폴리이미드 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속복합 적층부품의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속복합 적층부품이 전기전자제품의 하우징인 것을 특징으로 하는 금속복합 적층부품의 제조방법.
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