KR20140063838A - 전자 장치용의 오버몰딩된 복합 구조체 - Google Patents

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KR20140063838A
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Abstract

금속 구성요소 및 그의 표면에 접착되는 수지 구성요소를 함유하는 오버몰딩된 복합 구조체가 제공된다. 수지 구성요소는 하나 이상의 폴리아릴렌 설파이드 및 하나 이상의 무기 충전제를 함유하는 열가소성 조성물로부터 제조된다. 본 발명자들은 생성되는 수지 구성요소가 금속 구성요소의 선형 열 팽창 계수 및/또는 색상과 유사한 선형 열 팽창 계수 및/또는 색상을 갖도록 열가소성 조성물중 폴리아릴렌 설파이드, 무기 충전제 및/또는 다른 물질의 특성 및 상대적인 농도를 선택적으로 조정할 수 있음을 발견하였다.

Description

전자 장치용의 오버몰딩된 복합 구조체{OVERMOLDED COMPOSITE STRUCTURE FOR AN ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 전자 장치를 위한 오버몰딩된 복합 구조체에 관한 것이다.
관련 출원에 대한 교차 참조
본원은 2011년 9월 20일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/536,710 호에 기초한 우선권을 주장하며, 상기 특허원은 본원에 참고로 인용된다.
노트북 컴퓨터, 이동전화 및 휴대 정보 단말기(PDA) 같은 무선 전자 장치는 전형적으로 통신 신호를 수신 및/또는 송신하기 위해 안테나를 사용한다. 안테나는 외장 및 내장되었으나, 각 해결책에 수반되는 특정한 문제가 있다. 예를 들어, 안테나를 외장하면 덜 바람직한 형상 계수를 발생시킬 뿐만 아니라 안테나가 외부 물체와의 접촉으로 인해 손상될 가능성이 증가할 수 있다. 반면, 안테나를 장치 내에 내장하면 공간상의 제약 때문에, 또한 무선 신호의 교신 장애 때문에 또한 문제가 될 수 있다. 예를 들면, 스타일리쉬한 외관 및 우수한 표면 감촉 때문에 장치를 제조하는데 금속(예컨대, 마그네슘-알루미늄 합금)을 흔히 사용한다. 그러나, 이들 금속이 전자파("EMI") 차폐를 나타내기 때문에, 하우징을 통해 신호를 수신 및 송신할 수 있도록 하우징의 일부를 통상 플라스틱으로 제조해야 한다. 예를 들어, 안테나를 플라스틱 구성요소로 덮음으로써 이를 달성하였다.
EMI 차폐 문제를 해결하는데 도움을 주기는 하지만, 플라스틱 구성요소의 존재는 다양한 부가적인 문제를 야기할 수 있다. 예를 들면, 장치의 외부로부터 보이기 때문에, 하우징을 흔히 도료로 표면 코팅하여 그의 색상을 금속 색상과 더 잘 맞추도록 한다. 이는 또한 금속과 플라스틱 물질을 함께 결합시키는 데에도 도움이 된다. 불행하게도, 대부분의 플라스틱 물질은 금속과 상당히 다른 색상을 갖는데, 이로 인해 목적하는 색상을 얻기 위해 상당한 수의 코팅이 필요하게 된다. 더욱이, 하우징은 또한 표면 코팅 도포 동안 전형적으로 가열된다. 그러나, 플라스틱과 금속의 상당히 상이한 열 특징 때문에, 이러한 가열은 두 물질 사이에서 불량한 계면을 생성시킬 수 있다. 이 불량한 계면으로 인해, 물질 사이의 우수한 결합 및 균일한 외관을 달성하는데 도움이 되도록 하기 위하여 추가적인 수의 표면 코팅을 필요로 하게 된다.
이로써, 현재, 전자 장치의 복합 구조체를 제조하는데 사용되는 금속의 색상과 열 특징에 더 잘 맞출 수 있는 물질이 요구되고 있다.
본 발명의 한 실시양태에 따라, 전자 장치용의 오버몰딩된(overmolded) 복합 구조체가 개시된다. 오버몰딩된 복합 구조체는 표면을 한정하는 금속 구성요소 및 금속 구성요소의 표면에 접착되는 수지 구성요소를 포함한다. 수지 구성요소는 폴리아릴렌 설파이드와 무기 충전제를 포함하는 열가소성 조성물로부터 제조되며, 이 때 수지 구성요소의 선형 열 팽창 계수 대 금속 구성요소의 선형 열 팽창 계수의 비는 약 0.5 내지 약 1.5이다.
본 발명의 다른 실시양태에 따라, 오버 몰딩된 복합 구조체를 함유하는 하우징을 포함하는 전자 장치가 개시된다. 오버몰딩된 복합 구조체는 표면을 한정하는 금속 구성요소 및 금속 구성요소의 표면에 접착되는 수지 구성요소를 포함한다. 수지 구성요소는 폴리아릴렌 설파이드와 무기 충전제를 포함하는 열가소성 조성물로부터 제조되며, 이 때 수지 구성요소의 선형 열 팽창 계수 대 금속 구성요소의 선형 열 팽창 계수의 비는 약 0.5 내지 약 1.5이다.
본 발명의 다른 특징 및 양태는 이후 더욱 상세하게 기재된다.
당 업자에게 있어서의 본 발명의 최선의 방식을 비롯한 본 발명의 실행가능한 충분한 설명이 첨부 도면에 대한 인용을 포함하는 명세서의 나머지 부분에 더욱 구체적으로 기재된다.
도 1은 본 발명의 한 실시양태에 따른 오버몰딩된 복합 구조체를 함유하는 전자 장치의 사시도이다.
도 2는 닫힌 형태로 도시된, 도 1의 전자 장치의 사시도이다.
당 업자는 본 논의가 예시적인 실시양태만을 기재한 것이며 본 발명의 더 넓은 양태를 한정하고자 하지 않음을 알아야 한다.
일반적으로, 본 발명은 금속 구성요소 및 금속 구성요소의 표면에 접착되는 수지 구성요소를 함유하는 오버몰딩된 복합 구조체에 관한 것이다. 수지 성분은 하나 이상의 폴리아릴렌 설파이드와 하나 이상의 무기 충전제를 함유하는 열가소성 조성물로부터 제조된다. 본 발명자들은 생성되는 수지 구성요소가 금속 구성요소의 선형 열 팽창 계수 및/또는 색상과 유사한 선형 열 팽창 계수 및/또는 색상을 갖도록 열가소성 조성물중 폴리아릴렌 설파이드, 무기 충전제 및/또는 다른 물질의 특성 및 상대적인 농도를 선택적으로 조정할 수 있음을 발견하였다. 예를 들면, 수지 구성요소의 선형 열 팽창 계수는 유동 방향(평행)에서 ISO 11359-2:1999에 따라 결정될 때 약 10㎛/m℃ 내지 약 35㎛/m℃, 일부 실시양태에서는 약 16㎛/m℃ 내지 약 32㎛/m℃, 몇몇 실시양태에서는 18㎛/m℃ 내지 약 30㎛/m℃일 수 있다. 또한, 수지 구성요소의 선형 열 팽창 계수 대 금속 구성요소의 선형 열 팽창 계수의 비는 약 0.5 내지 약 1.5, 일부 실시양태에서는 약 0.6 내지 약 1.2, 일부 실시양태에서는 약 0.6 내지 약 1.0일 수 있다. 예를 들어, 마그네슘-알루미늄 합금의 선형 열 팽창 계수는 약 27㎛/m℃이다.
수지 구성요소의 색상도 금속 구성요소의 색상과 비교적 유사할 수 있다. 코스트(F. Cost)의 디지털 인쇄 포켓 가이드북[Delmar Publishers, 뉴욕주 알바니, ISBN 0-8273-7592-1, 페이지 144 및 145] 및 헌터(S. Hunter)의 문헌["Photoelectric color difference meter", Journal of Optical Society of America, 48권, 페이지 985-995, (1958)]에 기재되어 있는 "CIELAB"으로 공지되어 있는 표준 시험 방법에 따라 광학 판독기로 흡광도를 측정함으로써 이 색상 유사성을 정량할 수 있으며, 상기 두 문헌은 본원에 참고로 인용된다. 더욱 구체적으로, CIELAB 시험 방법은 세 가지 "헌터(Hunter)" 스케일(scale) 값, 즉 L*, a* 및 b*를 한정하는데, 이들 세 값은 색상 인지의 반대색설에 기초하는 인지된 색상의 세 특징에 상응하며, 다음과 같이 정의된다:
L*=명도(또는 광도), 0 내지 100, 0=어두움, 100=밝음;
a*=적/녹 축, -100 내지 100, 양의 값은 적색을 나타내고 음의 값은 녹색을 나타냄;
b*=황/청 축, -100 내지 100, 양의 값은 황색을 나타내고 음의 값은 청색을 나타냄.
CIELAB 색 공간이 다소 시각적으로 균일하기 때문에, 하기 수학식을 이용하여 인간에 의해 인지되는 두 색상 사이의 전체적인 절대 색 차이를 나타내는 하나의 수를 계산할 수 있다:
ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2
상기 식에서, ΔL*은 제 2 색상의 광도 값에서 제 1 색상의 광도 값을 뺀 값이고, Δa*은 제 2 색상의 적/녹 축 값에서 제 1 색상의 적/녹 축 값을 뺀 값이며, Δb*은 제 2 색상의 황/청 축 값에서 제 1 색상의 황/청 축 값을 뺀 값이다.
CIELAB 색 공간에서, 각각의 ΔE 단위는 두 색상 사이의 "겨우 인지할 수 있을만한" 차이와 대략 동일하고, 따라서 색상 차이를 표현하기 위해 사용될 수 있는 객관적인 장치에 무관한 색상 규정 시스템의 우수한 척도이다. 예를 들어, 상기 식에서 "제 1 색상"은 금속 구성요소의 색상(임의의 임의적인 표면 처리 전 및/또는 후)을 나타낼 수 있고, "제 2 색상"은 수지 구성요소의 색상을 나타낼 수 있다. 수지 구성요소와 금속 구성요소 사이의 비교적 근접한 색상 때문에, 생성되는 ΔE 값은 전형적으로 약 12 이하, 일부 실시양태에서는 약 11 이하, 몇몇 실시양태에서는 약 0.5 내지 약 8, 몇몇 실시양태에서는 약 1 내지 약 6과 같이 작다.
수지 구성요소는 다른 유리한 특징도 나타낼 수 있다. 예를 들어, 수지 구성요소는 우수한 내열성 및 난연성 특징을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 수지 구성요소는 0.8mm의 두께에서 V-0 가연성 기준을 충족시킬 수 있다. 문헌["Test for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances", 제5판, 1996년 10월 29일]의 UL 94 수직 연소 시험 절차에 따라 난연 효능을 결정할 수 있다. UL 94 시험에 따른 등급이 하기 표에 나열된다:
등급 잔염 시간(초) 연소 적하 클램프까지의 연소 여부
V-0 < 10 없음 아니오
V-1 < 30 없음 아니오
V-2 < 30 있음 아니오
불합격 < 30 예
불합격 > 30 아니오
"잔염 시간"은 총 잔염 시간(시험된 모든 샘플의 집계 값)을 샘플의 수를 나눔으로써 결정되는 평균 값이다. 총 잔염 시간은 UL-94 VTM 시험에 기재되어 있는 바와 같이 화염을 2회 별도로 가한 후 모든 샘플이 발화되어 유지되는 시간의 합(초)이다. 시간이 짧을수록 더 우수한 난연성(즉, 화염이 더 빨리 꺼졌음)을 나타낸다. V-0 등급의 경우, 각각 화염이 2회 가해진 5개의 샘플의 총 잔염 시간이 50초를 초과하지 않아야 한다. 본 발명의 난연제를 사용하여, 0.8mm의 두께를 갖는 시편의 경우, 제품은 적어도 V-1 등급, 전형적으로는 V-0 등급을 획득할 수 있다.
나타낸 바와 같이, 수지 구성요소를 제조하는데 사용되는 열가소성 조성물의 다양한 양태를 선택적으로 조정하여 나타낸 바와 같이 요구되는 열 특성 및 색상을 달성할 수 있다. 예를 들어, 폴리아릴렌 설파이드(들) 대 무기 충전제(들)의 비는 전형적으로 약 0.5 내지 약 5, 일부 실시양태에서는 약 0.8 내지 약 4, 일부 실시양태에서는 약 1 내지 약 2이다. 무기 충전제(들)는 예를 들어 조성물의 약 5중량% 내지 약 50중량%, 일부 실시양태에서는 약 10중량% 내지 약 45중량%, 일부 실시양태에서는 약 20중량% 내지 약 40중량%를 구성할 수 있다. 마찬가지로, 폴리아릴렌 설파이드(들)는 조성물의 약 20중량% 내지 약 70중량%, 일부 실시양태에서는 약 30중량% 내지 약 65중량%, 몇몇 실시양태에서는 약 45중량% 내지 약 60중량%를 구성할 수 있다.
무기 충전제(들)의 특성은 또한 목적하는 열 특성 및/또는 색상을 달성하는데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 점토 무기질이 본 발명에 사용하기 특히 적합할 수 있다. 이러한 점토 무기질의 예는 예를 들어 활석(Mg3Si4O10(OH)2), 할로이사이트(Al2Si2O5(OH)4), 카올리나이트(Al2Si2O5(OH)4), 일라이트((K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)]), 몬모릴로나이트(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O), 베어미쿨라이트((MgFe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)2·4H2O), 팔리골스카이트((Mg,Al)2Si4O10(OH)·4(H2O)), 피로필라이트(Al2Si4O10(OH)2) 등 및 이들의 조합을 포함한다. 마그네슘계 점토 무기질(예컨대, 활석)은 금속 구성요소에 흔히 사용되는 마그네슘계 합금(예를 들어, Mg-Al 합금)과 유사한 색상 및/또는 선형 열 팽창 계수를 공유하기가 더 쉽기 때문에, 이들이 특히 바람직하다. 점토 무기질 대신, 또는 그에 덧붙여, 또 다른 무기 충전제를 또한 사용할 수 있다. 예를 들어, 규산칼슘, 규산알루미늄, 운모, 규조토, 월라스토나이트 등과 같은 다른 적합한 실리케이트 충전제를 또한 사용할 수 있다. 예를 들어, 운모가 본 발명에 사용하기 특히 적합한 무기질일 수 있다. 지질학적 발생에 상당한 차이가 있는 몇 가지 화학적으로 상이한 운모 종류가 존재하지만, 이들 모두는 본질적으로 동일한 결정 구조를 갖는다. 본원에 사용되는 용어 "운모"는 일반적으로 무스코바이트(KAl2(AlSi3)O10(OH)2), 바이오타이트(K(Mg,Fe)3(AlSi3)O10(OH)2), 플로고파이트(KMg3(AlSi3)O10(OH)2), 레피돌라이트(K(Li,Al)2-3(AlSi3)O10(OH)2), 글로코나이트(K,Na)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10(OH)2) 등 및 이들의 조합 같은 이러한 종류중 임의의 것을 포함하는 의미이다. 이머리스 퍼포먼스 미네랄즈(Imerys Performance Minerals)에서 시판되는 것[예를 들어, 스조라이트(Suzorite)® 200-HK]과 같은 마그네슘계 운모 충전제(예를 들어, 플로고파이트)가 특히 적합할 수 있다. 조성물의 우수한 용융 유동성을 달성하는데 도움을 주기 위하여, 충전제(들)의 중간 입자 크기는 전형적으로 약 25㎛ 내지 약 100㎛, 일부 실시양태에서는 약 30㎛ 내지 약 70㎛ 같이 비교적 작다.
특정 실시양태에서는, 무기 충전제의 블렌드를 사용하여 조성물의 특성을 달성하는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 운모 같은 다른 실리케이트 충전제와 함께 활석을 사용할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 활석 대 다른 충전제의 중량비는 전형적으로 약 0.5 내지 약 1.5, 일부 실시양태에서는 약 0.6 내지 약 1.4, 일부 실시양태에서는 약 0.8 내지 약 1.2이다. 예를 들어, 활석은 조성물의 약 4중량% 내지 약 30중량%, 일부 실시양태에서는 약 5중량% 내지 약 25중량%, 일부 실시양태에서는 약 10중량% 내지 약 20중량%를 구성할 수 있다. 마찬가지로, 다른 실리케이트 충전제(예를 들어, 운모)는 또한 조성물의 약 4중량% 내지 약 30중량%, 일부 실시양태에서는 약 5중량% 내지 약 25중량%, 일부 실시양태에서는 약 10중량% 내지 약 20중량%를 구성할 수 있다.
본 발명의 복합 구조체가 통상 전자 장치에 사용되기 때문에, 열가소성 조성물중 폴리아릴렌 설파이드(들)는 통상적으로 용융되지 않고 비교적 고온에 견딜 수 있어야 한다. 이와 관련하여, 폴리아릴렌 설파이드(들)는 전형적으로 약 200℃ 내지 약 500℃, 일부 실시양태에서는 약 225℃ 내지 약 400℃, 일부 실시양태에서는 약 250℃ 내지 약 350℃ 같은 비교적 높은 융점을 갖는다. 폴리아릴렌 설파이드(들)는 통상 하기 화학식의 반복 단위를 갖는다:
-[(Ar1)n-X]m-[(Ar2)i-Y]j-[(Ar3)k-Z]l-[(Ar4)o-W]p-
상기 식에서, Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4는 독립적으로 6 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 아릴렌 단위이고; W, X, Y 및 Z는 독립적으로 -SO2-, -S-, -SO-, -CO-, -O-, -C(O)O- 또는 탄소 원자 1 내지 6개의 알킬렌 또는 알킬리덴기로부터 선택되는 2가 연결기이며, 이 때 하나 이상의 연결기는 -S-이고; n, m, i, j, k, l, o 및 p는 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이나, 단 이들의 총합은 2 이상이다.
아릴렌 단위 Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4는 선택적으로 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. 유리한 아릴렌 단위는 페닐렌, 바이페닐렌, 나프틸렌, 안트라센 및 페난트렌이다. 폴리아릴렌 설파이드는 전형적으로 약 30몰% 이상, 약 50몰% 이상, 또는 약 70몰% 이상의 아릴렌 설파이드(-S-) 단위를 포함한다. 예를 들어, 폴리아릴렌 설파이드는 두 방향족 고리에 직접 부착된 설파이드 연결기를 85몰% 이상 포함할 수 있다. 하나의 특정 실시양태에서, 폴리아릴렌 설파이드는 그의 성분으로서 페닐렌 설파이드 구조 -(C6H4-S)n-(여기에서, n은 1 이상의 정수임)를 함유하는 본원에 정의된 폴리페닐렌 설파이드이다.
폴리아릴렌 설파이드를 제조하는데 이용될 수 있는 합성 기법은 일반적으로 당 업계에 공지되어 있다. 예로서, 폴리아릴렌 설파이드를 생성시키는 방법은 하이드로설파이드 이온을 제공하는 물질, 예컨대 알칼리금속 설파이드를 유기 아마이드 용매 중에서 다이할로방향족 화합물과 반응시킴을 포함할 수 있다. 알칼리금속 설파이드는 예를 들어 황화리튬, 황화나트륨, 황화칼륨, 황화루비듐, 황화세슘 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 알칼리금속 설파이드가 수화물 또는 수성 혼합물인 경우, 알칼리금속 설파이드는 중합 반응 전에 미리 탈수 공정에 따라 가공될 수 있다. 또한, 알칼리금속 설파이드는 동일 반응계 내에서 생성될 수도 있다. 또한, 소량의 알칼리금속 하이드록사이드를 반응에 포함시켜 알칼리금속 폴리설파이드 또는 알칼리금속 티오설페이트 같은 불순물을 제거하거나 또는 이들 불순물과 반응(예를 들어, 이들 불순물을 무해한 물질로 변화)시킬 수 있는데, 이들 불순물은 알칼리금속 설파이드 내에 극소량으로 존재할 수 있다.
다이할로방향족 화합물은 o-다이할로벤젠, m-다이할로벤젠, p-다이할로벤젠, 다이할로톨루엔, 다이할로나프탈렌, 메톡시-다이할로벤젠, 다이할로바이페닐, 다이할로벤조산, 다이할로다이페닐 에터, 다이할로다이페닐 설폰, 다이할로다이페닐 설폭사이드 또는 다이할로다이페닐 케톤일 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다. 다이할로방향족 화합물은 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 구체적인 예시적인 다이할로방향족 화합물은 p-다이클로로벤젠, m-다이클로로벤젠, o-다이클로로벤젠, 2,5-다이클로로톨루엔, 1,4-다이브로모벤젠, 1,4-다이클로로나프탈렌, 1-메톡시-2,5-다이클로로벤젠, 4,4'-다이클로로바이페닐, 3,5-다이클로로벤조산, 4,4'-다이클로로다이페닐 에터, 4,4'-다이클로로다이페닐설폰, 4,4'-다이클로로다이페닐설폭사이드 및 4,4'-다이클로로다이페닐 케톤을 포함할 수 있으나, 이들로 국한되는 것은 아니다. 할로겐 원자는 플루오르, 염소, 브롬 또는 요오드일 수 있으며, 동일한 다이할로-방향족 화합물중 2개의 할로겐 원자는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 하나의 실시양태에서는, o-다이클로로벤젠, m-다이클로로벤젠, p-다이클로로벤젠 또는 2개 이상의 화합물의 혼합물을 다이할로-방향족 화합물로서 사용한다. 당 업계에 공지되어 있는 바와 같이, 폴리아릴렌 설파이드의 말단기를 형성시키기 위하여 또는 폴리아릴렌 설파이드의 중합 반응 및/또는 분자량을 조절하기 위하여 다이할로방향족 화합물과 함께 모노할로 화합물(반드시 방향족 화합물이어야 하는 것은 아님)을 사용할 수도 있다.
폴리아릴렌 설파이드(들)는 단독중합체일 수 있거나 또는 공중합체일 수 있다. 예를 들어, 다이할로방향족 화합물의 선택적인 조합에 의해, 둘 이상의 상이한 단위를 함유하는 폴리아릴렌 설파이드 공중합체를 생성시킬 수 있다. 예를 들어, p-다이클로로벤젠을 m-다이클로로벤젠 또는 4,4'-다이클로로다이페닐설폰과 함께 사용하는 경우에는, 화학식
Figure pct00001
의 분절 및 화학식
Figure pct00002
의 분절 또는 화학식
Figure pct00003
의 분절을 함유하는 폴리아릴렌 설파이드 공중합체를 제조할 수 있다.
다른 실시양태에서는, 1000 내지 20,000g/몰의 수 평균 몰 질량(Mn)을 갖는 제 1 분절을 포함하는 폴리아릴렌 설파이드 공중합체를 제조할 수 있다. 제 1 분절은 화학식
Figure pct00004
(여기에서, 라디칼 R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소, 플루오르, 염소 또는 브롬 원자, 또는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 분지되거나 분지되지 않은 알킬 또는 알콕시 라디칼임)의 구조체로부터 유도된 제 1 단위 및/또는 화학식
Figure pct00005
의 구조체로부터 유도되는 제 2 단위를 포함할 수 있다.
제 1 단위는 p-하이드록시벤조산 또는 그의 유도체중 하나일 수 있고, 제 2 단위는 2-하이드록시나프탈렌-6-카복실산으로 구성될 수 있다. 제 2 분절은 하기 화학식의 폴리아릴렌 설파이드 구조체로부터 유도될 수 있다:
-[Ar-S]q-
상기 식에서, Ar은 방향족 라디칼, 또는 하나보다 많은 축합된 방향족 라디칼이고, q는 2 내지 100, 특히 5 내지 20의 수이다.
화학식 VII의 라디칼 Ar은 페닐렌 또는 나프틸렌 라디칼일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제 2 분절은 폴리(m-티오페닐렌)으로부터, 폴리(o-티오페닐렌)으로부터, 또는 폴리(p-티오페닐렌)으로부터 유도될 수 있다.
폴리아릴렌 설파이드(들)는 선형, 반-선형, 분지형 또는 가교결합될 수 있다. 선형 출발 폴리아릴렌 설파이드는 전형적으로 -(Ar-S)-의 반복 단위를 80몰% 이상 함유한다. 이러한 선형 중합체는 소량의 분지화 단위 또는 가교결합 단위를 포함할 수 있으나, 분지화 단위 또는 가교결합 단위의 양은 폴리아릴렌 설파이드의 총 단량체 단위중 약 1몰% 미만이다. 선형 폴리아릴렌 설파이드 중합체는 상기 언급된 반복 단위를 함유하는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다. 반선형 폴리아릴렌 설파이드는 마찬가지로 3개 이상의 반응성 작용기를 갖는 하나 이상의 단량체가 소량으로 중합체에 도입된 가교결합 구조 또는 분지된 구조를 가질 수 있다. 예로서, 반선형 폴리아릴렌 설파이드를 제조하는데 사용되는 단량체 성분은 분지된 중합체를 제조하는데 사용될 수 있는 분자 1개당 2개 이상의 할로겐 치환기를 갖는 폴리할로방향족 화합물 소정량을 포함할 수 있다. 이러한 단량체는 화학식 R'Xn으로 표시될 수 있는데, 여기에서 각각의 X는 염소, 브롬 및 요오드로부터 선택되고, n은 3 내지 6의 정수이며, R'은 약 4개 이하의 메틸 치환기를 가질 수 있는 원자가 n의 다가 방향족 라디칼이며, R'중 탄소 원자의 총수는 6 내지 약 16개이다. 분자 1개당 2개보다 많은 치환된 할로겐을 갖는 몇몇 폴리할로방향족 화합물의 예는 1,2,3-트라이클로로벤젠, 1,2,4-트라이클로로벤젠, 1,3-다이클로로-5-브로모벤젠, 1,2,4-트라이아이오도벤젠, 1,2,3,5-테트라브로모벤젠, 헥사클로로벤젠, 1,3,5-트라이클로로-2,4,6-트라이메틸벤젠, 2,2',4,4'-테트라클로로바이페닐, 2,2',5,5'-테트라-아이오도바이페닐, 2,2',6,6'-테트라브로모-3,3',5,5'-테트라메틸바이페닐, 1,2,3,4-테트라클로로나프탈렌, 1,2,4-트라이브로모-6-메틸나프탈렌 등 및 이들의 혼합물을 포함한다.
특정 구조와 무관하게, 폴리아릴렌 설파이드의 수 평균 분자량은 전형적으로 약 15,000g/몰 이상, 일부 실시양태에서는 약 30,000g/몰 이상이다. 폴리아릴렌 설파이드는 마찬가지로 약 1000ppm 이하, 일부 실시양태에서는 약 900ppm 이하, 몇몇 실시양태에서는 약 1 내지 약 600ppm, 몇몇 실시양태에서는 약 2 내지 약 400ppm의 낮은 염소 함량을 갖는다.
무기 충전제(들) 및 폴리아릴렌 설파이드(들)에 덧붙여, 복합 구조체의 수지 구성요소를 제조하는데 사용되는 열가소성 조성물은 또한 그의 전체적인 특성을 개선하는데 도움이 되는 다양한 다른 성분을 또한 함유할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시양태에서, 열가소성 조성물은 다이설파이드 화합물을 함유할 수 있다. 임의의 특정 이론에 얽매이고자 하지 않으면서, 다이설파이드 화합물은 아래에 더욱 상세하게 기재되는 바와 같이 용융 가공 동안 폴리아릴렌 설파이드와 중합체 절단 반응을 거칠 수 있다. 이는 조성물의 전체적인 용융 점도를 낮출 수 있고, 이는 충전제의 마멸을 감소시키고 따라서 열 특성 및 기계적 특성을 개선시킨다. 사용되는 경우, 다이설파이드 화합물은 전형적으로 조성물의 약 0.01중량% 내지 약 3중량%, 일부 실시양태에서는 약 0.02중량% 내지 약 1중량%, 몇몇 실시양태에서는 약 0.05 내지 약 0.5중량%를 구성한다. 폴리아릴렌 설파이드의 양 대 다이설파이드 화합물의 양의 비는 마찬가지로 약 1000:1 내지 약 10:1, 약 500:1 내지 약 20:1, 또는 약 400:1 내지 약 30:1일 수 있다.
적합한 다이설파이드 화합물은 전형적으로 하기 화학식을 갖는 것이다:
R3-S-S-R4
상기 식에서, R3 및 R4는 동일하거나 상이할 수 있고, 독립적으로 1 내지 약 20개의 탄소를 포함하는 탄화수소 기이다.
예를 들어, R3 및 R4는 알킬, 사이클로알킬, 아릴 또는 헤테로환상 기일 수 있다. 특정 실시양태에서, R3 및 R4는 통상 페닐, 나프틸, 에틸, 메틸, 프로필 등과 같은 비반응성 작용기이다. 이러한 화합물의 예는 다이페닐 다이설파이드, 나프틸 다이설파이드, 다이메틸 다이설파이드, 다이에틸 다이설파이드 및 다이프로필 다이설파이드를 포함한다. R3 및 R4는 또한 다이설파이드 화합물의 말단(들)에 반응성 작용기를 포함할 수 있다. 예를 들어, R3 및 R4중 적어도 하나는 말단 카복실기, 하이드록실기, 치환되거나 치환되지 않은 아미노기, 나이트로기 등을 포함할 수 있다. 화합물의 예는 2,2'-다이아미노다이페닐 다이설파이드, 3,3'-다이아미노다이페닐 다이설파이드, 4,4'-다이아미노다이페닐 다이설파이드, 다이벤질 다이설파이드, 다이티오살리실산, 다이티오글라이콜산, α,α'-다이티오다이락트산, β,β'-다이티오다이락트산, 3,3'-다이티오다이피리딘, 4,4'-다이티오모폴린, 2,2'-다이티오비스(벤조티아졸), 2,2'-다이티오비스(벤즈이미다졸), 2,2'-다이티오비스(벤즈옥사졸), 및 2-(4'-모폴리노다이티오)벤조티아졸을 포함할 수 있다.
섬유상 충전제도 열가소성 조성물에 사용될 수 있다. 사용되는 경우, 이러한 섬유상 충전제는 전형적으로 조성물의 약 5중량% 내지 약 40중량%, 일부 실시양태에서는 약 10중량% 내지 약 35중량%, 몇몇 실시양태에서는 약 10중량% 내지 약 30중량%를 구성한다. 섬유상 충전제는 중합체 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유 등 또는 섬유 유형의 조합을 비롯한(이들로 한정되지는 않음) 하나 이상의 섬유 유형을 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 섬유는 잘게 쪼개진 유리 섬유 또는 유리 섬유 조방사(roving)[토우(tow)]일 수 있다. 섬유 직경은 사용되는 특정 섬유에 따라 달라질 수 있으며, 잘게 쪼개진 형태 또는 연속적인 형태로 입수할 수 있다. 예를 들어 섬유는 약 100㎛ 미만, 예컨대 약 50㎛ 미만의 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유는 잘게 쪼개진 섬유 또는 연속 섬유일 수 있고, 약 5㎛ 내지 약 50㎛, 예컨대 약 5㎛ 내지 약 15㎛의 섬유 직경을 가질 수 있다. 섬유 길이는 변할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 섬유는 약 3mm 내지 약 5mm의 초기 길이를 가질 수 있다. 임의적인 다이설파이드 화합물과 폴리아릴렌 설파이드의 조합으로 인해, 혼합동안 섬유의 과도한 열화를 최소화할 수 있다. 그 결과, 열가소성 조성물중 최종 섬유 길이가 예컨대 약 200㎛ 내지 약 1500㎛, 또는 약 250㎛ 내지 약 1000㎛이도록 섬유는 거의 마멸을 나타내지 않을 수 있다.
조성물에 사용될 수 있는 또 다른 적합한 첨가제는 유기 실레인 커플링제를 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 다이설파이드 화합물과 유기 실레인 커플링제 사이의 상호작용은 예컨대 열가소성 조성물에서 충전제의 이점을 향상시킬 수 있다. 사용되는 경우, 유기 실레인 커플링제(들)는 전형적으로 조성물의 약 0.1중량% 내지 약 5중량%, 몇몇 실시양태에서는 약 0.3중량% 내지 약 2중량%, 일부 실시양태에서는 약 0.2중량% 내지 약 1중량%를 구성한다.
유기 실레인 커플링제는 비닐알콕시실레인, 에폭시알콕시실레인, 아미노알콕시실레인, 머캅토알콕시실레인 및 이들의 조합 같은, 당 업계에 공지되어 있는 바와 같은 임의의 알콕시 실레인 커플링제일 수 있다. 아미노알콕시실레인 화합물은 전형적으로 하기 화학식을 갖는다:
R5-Si-(R6)3
상기 식에서, R5는 NH2 같은 아미노기; 약 1 내지 약 10개의 탄소 원자, 또는 약 2 내지 약 5개의 탄소 원자를 갖는 아미노알킬, 예컨대 아미노메틸, 아미노에틸, 아미노프로필, 아미노뷰틸 등; 약 2 내지 약 10개의 탄소 원자, 또는 약 2 내지 약 5개의 탄소 원자를 갖는 알켄, 예를 들어 에틸렌, 프로필렌, 뷰틸렌 등; 및 약 2 내지 약 10개의 탄소원자, 또는 약 2 내지 약 5개의 탄소 원자를 갖는 알킨, 예를 들어 에틴, 프로핀, 뷰틴 등으로 이루어진 군으로부터 선택되고; R6은 약 1 내지 약 10개의 원자, 또는 약 2 내지 약 5개의 탄소 원자를 갖는 알콕시기, 예를 들어 메톡시, 에톡시, 프로폭시 등이다.
하나의 실시양태에서, R5는 아미노메틸, 아미노에틸, 아미노프로필, 에틸렌, 에틴, 프로필렌 및 프로핀으로 이루어진 군으로부터 선택되고, R6은 메톡시기, 에톡시기 및 프로폭시기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 다른 실시양태에서, R5는 약 2 내지 약 10개의 탄소 원자를 갖는 알켄, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 뷰틸렌 등, 및 약 2 내지 약 10개의 탄소 원자를 갖는 알킨, 예컨대 에틴, 프로핀, 뷰틴 등으로 이루어진 군으로부터 선택되고; R6은 약 1 내지 약 10개의 원자를 갖는 알콕시기, 예를 들어 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기 등이다. 다양한 아미노실레인의 조합도 혼합물에 포함될 수 있다.
혼합물에 포함될 수 있는 아미노실레인 커플링제의 몇몇 대표적인 예는 아미노프로필 트라이에톡시 실레인, 아미노에틸 트라이에톡시 실레인, 아미노프로필 트라이메톡시 실레인, 아미노에틸 트라이메톡시 실레인, 에틸렌 트라이메톡시 실레인, 에틸렌 트라이에톡시 실레인, 에틴 트라이메톡시 실레인, 에틴 트라이에톡시 실레인, 아미노에틸아미노프로필트라이메톡시 실레인, 3-아미노프로필 트라이에톡시 실레인, 3-아미노프로필 트라이메톡시 실레인, 3-아미노프로필 메틸 다이메톡시실레인 또는 3-아미노프로필 메틸 다이에톡시 실레인, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트라이메톡시 실레인, N-메틸-3-아미노프로필 트라이메톡시 실레인, N-페닐-3-아미노프로필 트라이메톡시 실레인, 비스(3-아미노프로필) 테트라메톡시 실레인, 비스(3-아미노프로필) 테트라에톡시 다이실록세인 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 아미노 실레인은 또한 아미노알콕시실레인, 예를 들어 γ-아미노프로필트라이메톡시실레인, γ-아미노프로필트라이에톡시실레인, γ-아미노프로필메틸다이메톡시실레인, γ-아미노프로필메틸다이에톡시실레인, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트라이메톡시실레인, N-페닐-γ-아미노프로필트라이메톡시실레인, γ-다이알릴아미노프로필트라이메톡시실레인 및 γ-다이알릴아미노프로필트라이메톡시실레인일 수 있다. 하나의 적합한 아미노 실레인은 데구싸(Degussa), 시그마 케미칼 캄파니(Sigma Chemical Company) 및 알드리치 케미칼 캄파니(Aldrich Chemical Company)에서 시판중인 3-아미노프로필트라이에톡시실레인이다.
요구되는 경우 조성물에 충격 개질제를 사용할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 충격 개질제는 폴리에틸렌과 글라이시딜 메타크릴레이트의 랜덤 공중합체를 포함할 수 있다. 랜덤 공중합체에 함유되는 글라이시딜 메타크릴레이트의 양은 변할 수 있다. 하나의 특정 실시양태에서, 랜덤 공중합체는 공중합체의 약 6중량% 내지 약 10중량%의 양으로 글라이시딜 메타크릴레이트를 함유한다. 다른 충격 개질제는 폴리우레탄, 폴리뷰타다이엔과 스타이렌-아크릴로나이트릴(ABS)의 2상 혼합물, 개질된 폴리실록세인 또는 실리콘 고무, 또는 폴리다이엔을 기제로 하는 탄성중합체성 단일상 코어와 경질 그라프트 쉘(shell)의 그라프트 공중합체(코어-쉘 구조)를 포함할 수 있다. 조성물에 포함될 수 있는 또 다른 첨가제는 예를 들어 항균제, 안료, 윤활제, 산화방지제, 안정화제, 계면활성제, 왁스, 유동 촉진제, 고체 용매 및 특성 및 가공성을 향상시키기 위해 첨가되는 다른 물질을 포함할 수 있다.
당 업계에 공지되어 있는 임의의 상이한 기법을 이용하여, 열가소성 조성물을 형성시키는데 사용되는 물질을 함께 합칠 수 있다. 하나의 특정 실시양태에서는, 예를 들어 폴리아릴렌 설파이드(들), 무기 충전제(들) 및 다른 임의적인 성분을 압출기 내에서 혼합물로서 용융 가공하여 열가소성 조성물을 생성시킨다. 이러한 기법의 이점 하나는 이것이 임의적인 다이설파이드 화합물과 폴리아릴렌 설파이드의 반응을 개시시켜 조성물의 용융 점도를 낮출 수 있다는 것이다. 이어, 혼합물을 약 250℃ 내지 약 320℃에서 1축 압출기 또는 다축 압출기에서 용융-반죽할 수 있다. 하나의 실시양태에서는, 다수개의 온도 대역을 포함하는 압출기에서 조성물을 용융 가공할 수 있다. 예로서, 라이스트리츠 18mm 동시-회전 완전 맞물림 2축 압출기 같은 2축 압출기를 이용하여 혼합물을 용융 가공할 수 있다. 다목적 축 디자인을 사용하여 혼합물을 용융 가공시킬 수 있다. 하나의 실시양태에서는, 모든 성분을 포함하는 혼합물을 부피 공급기에 의해 제 1 배럴의 공급구에 공급할 수 있다. 다른 실시양태에서는, 공지되어 있는 바와 같이, 상이한 성분을 압출기의 상이한 첨가 지점에서 첨가할 수 있다. 혼합물을 용융 및 혼합한 다음 다이를 통해 압출시킬 수 있다. 이어, 압출된 열가소성 조성물을 수욕에서 급랭시켜 고화시키고, 펠렛화기에서 과립화시킨 다음 건조, 예컨대 약 120℃에서 건조시킬 수 있다.
생성되는 열가소성 조성물은 목적하는 형상으로 용이하게 성형될 수 있도록 비교적 낮은 용융 점도를 가질 수 있다. 용융 점도는 예를 들어 1200초-1의 전단 속도 및 316℃의 온도에서 ISO 시험 11443번에 따라 결정할 때 약 5킬로포아즈 이하, 일부 실시양태에서는 약 0.5 내지 약 4킬로포아즈, 몇몇 실시양태에서는 약 1 내지 약 3킬로포아즈일 수 있다.
생성시킨 후, 열가소성 조성물을 금속 구성요소와 통합하여 본 발명의 복합 구조체를 제조한다. 열가소성 조성물이 금속 구성요소에 접착되는 수지 구성요소를 형성하도록 열가소성 조성물을 금속 구성요소의 전체 표면 또는 그의 일부 상에 "오버몰딩"시킴으로써, 이를 달성한다. 금속 구성요소는 알루미늄, 스테인레스 강, 마그네슘, 니켈, 크롬, 구리, 티탄, 및 이들의 합금 같은 다양하고 상이한 임의의 금속을 함유할 수 있다. 상기 나타낸 바와 같이, 마그네슘-알루미늄 합금이 금속 구성요소에 사용하기 특히 적합하다. 이러한 합금은 전형적으로 0.5중량% 내지 15중량%의 알루미늄 및 85중량% 내지 99.5중량%의 마그네슘을 함유한다. 캐스팅, 단조 등과 같은 공지 기법을 이용하여 금속 구성요소를 성형할 수 있으며, 금속 구성요소는 복합 구조체의 의도되는 용도에 따라 임의의 목적하는 형상 또는 크기를 가질 수 있다.
열가소성 조성물은 통상 금속 구성요소의 표면 만입부 또는 공극 내로 및/또는 둘레로 유동함으로써 오버몰딩동안 금속 구성요소에 접착된다. 접착을 개선하기 위하여, 금속 구성요소를 임의적으로 전처리하여 표면 만입 정도 및 표면적을 증가시킬 수 있다. 기계적인 기법[예를 들어, 샌드블라스팅, 연마, 플레어링(flaring), 천공, 성형 등] 및/또는 화학적인 기법(예를 들어, 에칭, 양극 산화 등)을 이용하여 이를 달성할 수 있다. 예를 들어, 금속 표면을 양극 산화시키는 기법은 리(Lee) 등의 미국 특허 제 7,989,079 호에 더욱 상세하게 기재된다. 표면을 전처리함에 덧붙여, 금속 구성요소를 또한 열가소성 조성물의 융점에 근접하지만 그 미만인 온도에서 예열할 수 있다. 접촉 가열, 복사 기체 가열, 적외선 가열, 대류 또는 강제 대류 공기 가열, 유도 가열, 극초단파 가열 또는 이들의 조합 같은 다양한 기법을 이용하여 이를 달성할 수 있다. 어느 경우에나, 일반적으로는 임의적으로 전처리된 금속 구성요소를 함유하는 주형 내로 열가소성 조성물을 사출한다. 목적하는 형상이 형성되면, 수지 구성요소가 금속 구성요소에 단단히 접착되도록 복합 구조체를 냉각시킨다.
요구되는 것은 아니지만, 부가적인 기구를 또한 사용하여 복합 구조체의 수지 구성요소와 금속 구성요소 사이의 접착을 우수하게 하는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 후크, 볼크, 나사, 리벳 등과 같은 래칭(latching) 부분을 특정 실시양태에서 사용할 수 있다. 다른 적합한 래칭 기구의 예는 리 등의 미국 특허 공개 제 2009/0267266 호에 기재되어 있다. 또 다른 실시양태에서는 수지 구성요소와 금속 구성요소 사이에 접착제를 사용할 수 있다. 적합한 접착제의 예는 예를 들어 버게론(Bergeron)의 미국 특허 공개 제 2011/0090630 호에 기재되어 있다.
요구되는 경우에는, 본 발명의 오버몰딩된 복합 구조체가 생성된 후 이에 대해 하나 이상의 표면 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어 한 실시양태에서는, 스프레이, 도포 등과 같은 공지 기법을 이용하여 복합 구조체의 표면에 코팅 조성물을 도포할 수 있다. 코팅 조성물은 구성요소 사이의 접착 강도를 개선시키고, 복합 구조체의 외관의 균일성을 개선시키며, 녹을 제거하는 등과 같은 다양한 상이한 기능을 수행할 수 있다. 세정은 세제, 용매, 산 또는 알칼리를 사용하여 수행될 수 있거나, 또는 녹 제거제를 사용하거나 물리적 방법(샌드 블라스팅, 호닝 등)에 의한 녹 또는 버(burr)의 제거 처리, 또는 고온 가열 처리일 수 있다. 예를 들어 필름-형성 중합체, 안료, 용매 등을 함유하는 코팅 조성물로 색상 처리를 또한 수행할 수 있다. 적합한 필름-형성 중합체는 폴리올레핀, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스타이렌, 폴리우레탄, 아크릴로나이트릴-뷰타다이엔-스타이렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카본에이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리이미드 등을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 적합한 안료는 이산화티탄, 카본 블랙, 산화철 레드 등을 포함할 수 있다. 윤활제, 안정화제, 난연제 등과 같은 다른 첨가제를 또한 사용할 수 있다. 다수의 경우, 복합 구조체 및/또는 코팅 조성물을 도포하는 동안 가열한다. 수지 구성요소와 금속 구성요소의 가깝게 매치되는 열 특성 때문에, 복합 구조체는 코팅 작업 동안 비교적 안정하게 유지됨으로써 목적하는 특성을 달성하는데 요구될 수 있는 단계의 수를 최소화할 수 있다.
본 발명의 오버몰딩된 복합 구조체는 자동차, 트럭, 상업용 비행기, 항공기, 레일, 가전제품, 컴퓨터 하드웨어, 핸드헬드(hand held) 장치, 레크리에이션 및 스포츠용 구성요소, 기계의 구조적 구성요소, 건물의 구조적 구성요소 등과 같은 다양한 용도에 사용될 수 있다. 적합한 전자 장치는 예를 들어 무선 장치, 커패시터(예를 들어, 커패시터용 캡으로서), 전기 커넥터, 프로세서 등을 포함할 수 있다.
그러나, 무선 전자 장치가 특히 적합하다. 예를 들어, 오버몰딩된 복합 구조체는 무선 전자 장치의 하우징으로서의 역할을 할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 안테나는 오버몰딩 전에 금속 구성요소 위에 및/또는 내에 배치될 수 있다. 금속 구성요소 자체가 또한 안테나의 일부로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속 구성요소의 일부를 함께 단락시켜 접지면을 형성시키거나 또는 인쇄 회로판 구조체(예를 들어, 안테나 구조체를 형성시키는데 사용되는 인쇄 회로판 구조체) 같은 평면 회로 구조체로부터 형성되는 접지면 구조체를 확장시킬 수 있다. 다르게는, 안테나를 또한 성형 공정 동안 수지 구성요소 내에 매립할 수도 있다. 이러한 매립된 안테나의 예는 예를 들어 트레이시(Tracy) 등의 미국 특허 제 7,518,568 호에 기재되어 있다. 금속 스탬핑, 부싱, 전기기계적 부품, 여과재, 금속 보강재 및 조심스럽게 위치된 부품 둘레에 열가소성 플라스틱을 사출함으로써 하나의 일체형 구성요소로 합쳐지는 다른 별도의 부품 같은 다른 별도의 구성요소를 수지 구성요소 내에 매립할 수도 있다.
적합한 무선 전자 장치의 예는 데스크탑 컴퓨터 또는 다른 컴퓨터 장치, 랩탑 컴퓨터 같은 휴대용 전자 장치, 또는 종종 "초경량(ultraportable) 장치"로 일컬어지는 유형의 소형 휴대용 컴퓨터를 포함할 수 있다. 하나의 적합한 장치에서, 휴대용 전자 장치는 핸드헬드 전자 장치일 수 있다. 휴대용 및 핸드헬드 전자 장치의 예는 휴대전화, 무선 통신능을 갖는 미디어 플레이어, 핸드헬드 컴퓨터(때때로 휴대용 정보 단말기로도 불림), 원격제어기, 위성항법("GPS") 장치, 및 핸드헬드 게임 장치를 포함할 수 있다. 장치는 또한 다수개의 통상적인 장치의 기능을 합친 하이브리드 장치일 수도 있다. 하이브리드 장치의 예는 미디어 플레이어 기능을 포함하는 휴대전화, 무선 통신능을 포함하는 게임 장치, 게임 및 이메일 기능을 포함하는 휴대전화, 및 이메일을 수신하고 이동 전화 통화를 뒷받침하고 음악 플레이어 기능을 가지며 웹 브라우징을 뒷받침하는 핸드헬드 장치를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 무선 전자 장치(100)의 하나의 구체적인 실시양태가 랩탑 컴퓨터로서 도시되어 있다. 전자 장치(100)는 기부 부재(106)에 회전가능하게 연결된 디스플레이 부재(103)를 포함한다. 디스플레이 부재(103)는 액정 다이오드(LCD) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 또는 임의의 다른 적합한 디스플레이일 수 있다. 디스플레이 부재(103) 및 기부 부재(106)는 각각 전자 장치(100)의 하나 이상의 구성요소를 보호하고/하거나 지지하기 위하여 하우징(86, 88)을 함유한다. 하우징(86)은 예를 들어 디스플레이 스크린(120)을 지지하고, 기부 부재(106)는 다양한 사용자 인터페이스 구성요소(예를 들어, 키보드, 마우스, 및 다른 주변 장치로의 연결장치)를 위한 공동 및 인터페이스를 포함할 수 있다.
전자 장치(100)의 임의의 부분을 제조하는데 오버몰딩된 복합 구조체를 통상적으로 사용할 수 있다. 그러나, 대부분의 실시양태에서는, 하우징(86 및/또는 88)의 일부 또는 전부를 제조하는데 복합 구조체를 사용한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 하우징(86)은 오버몰딩된 복합 구조체로부터 제조되며, 금속 구성요소(162)의 내부 표면(도시되지 않음)에 접착된 수지 구성요소(160)를 함유한다. 이 구체적인 실시양태에서, 수지 구성요소(160)는 스트립의 형태이며, 이 스트립은 하우징(86)에 위치되는 안테나(도시되지 않음)를 임의적으로 덮을 수 있다. 물론, 안테나 및/또는 수지 구성요소(160)는 모서리에 인접하게, 가장자리를 따라, 또는 임의의 다른 적합한 위치 같은 하우징(86)의 다른 위치에 배치될 수 있다. 여하튼, 수지 구성요소(160) 및 금속 구성요소(162)에 의해 생성되는 복합 구조체는 하우징(86)의 외부 표면(163)을 한정한다. 외부 표면(163)은 통상 매끈하고, 상기 나타낸 바와 같으며, 유사한 색상 및 시각적 외관을 갖는다.
명백히 도시되지는 않았으나, 장치(100)는 또한 저장, 가공 회로 같은 당 업계에 공지되어 있는 회로, 및 입력-출력 구성요소도 함유할 수 있다. 회로의 무선 트랜스시버 회로를 사용하여 무선 주파수(RF) 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 동축 통신 경로 및 마이크로스트립 통신 경로 같은 통신 경로를 이용하여 트랜스시버 회로와 안테나 구조체 사이에서 무선 주파수 신호를 전달할 수 있다. 통신 경로를 이용하여 안테나 구조체와 회로 사이에서 신호를 전달할 수 있다. 통신 경로는 예를 들어 RF 트랜스시버(때때로 라디오로 불림) 및 다중 대역 안테나 사이에 연결되는 동축 케이블일 수 있다.
시험 방법
용융 점도: 용융 점도는 주사 전단 속도 점도로서 보고된다. 본원에 보고되는 주사 전단 속도 점도는 다이니스코(Dynisco) 7001 모세관 유동계를 사용하여 1200초-1의 전단 속도 및 316℃의 온도에서 ISO 시험 11443번(ASTM D3835와 기술적으로 동등함)에 따라 결정된다. 유동계 개구(다이)는 1mm의 직경, 20mm의 길이, 20.1의 L/D 비 및 180°의 입구 각을 갖는다. 배럴의 직경은 9.55mm±0.005mm이고, 봉의 길이는 233.4mm이다.
인장 모듈러스, 인장 응력 및 인장 연신율: ISO 시험 527번(ASTM D638과 기술적으로 동등함)에 따라 인장 특성을 시험한다. 길이 80mm, 두께 10mm 및 폭 4mm를 갖는 동일한 시험 스트립 샘플 상에서 모듈러스 및 강도를 측정한다. 시험 온도는 23℃이고, 시험 속도는 1 또는 5mm/분이다.
굴곡 모듈러스, 굴곡 응력, 및 굴곡 변형: ISO 시험 178번(ASTM D790에 기술적으로 상응함)에 따라 굴곡 특성을 시험한다. 64mm 지지체 전장 상에서 이 시험을 수행한다. 절단되지 않은 ISO 3167 다목적 바의 중심부에서 시험을 수행한다. 시험 온도는 23℃이고, 시험 속도는 2mm/분이다.
아이조드 노치 충격 강도: 노치 아이조드 특성은 ISO 시험 80번(ASTM D256에 기술적으로 상응함)에 따라 시험한다. 유형 A 노치를 사용하여 이 시험을 실행한다. 단일 톱니 밀링기를 사용하여 다목적 바의 중심으로부터 시편을 절단한다. 시험 온도는 23℃이다.
하중하 변형 온도("DTUL"): ISO 시험 75-2번(ASTM D648-07에 기술적으로 상응함)에 따라 하중하 변형 온도를 결정한다. 길이 80mm, 두께 10mm 및 폭 4mm를 갖는 시험 스트립 샘플에 대해, 규정된 하중(최대 외부 섬유 응력)이 1.8MPa인 가장자리를 따른 3개 지점 굽힘 시험을 수행한다. 시편이 0.25mm(ISO 시험 75-2번의 경우 0.32mm) 변형될 때까지 1분당 2℃로 온도를 높이는 실리콘 오일 욕 중으로 시편을 낮춘다.
염소 함량: 파 봄베(Parr Bomb) 연소 후 이온 크로마토그래피를 이용한 원소 분석에 따라 염소 함량을 결정한다.
CIELAB 시험: 적분구를 사용하는 데이터컬러(DataColor) 600 분광광도계를 이용하여 색상 측정을 수행하는데, 표면 성분을 포함시키는 방식으로 측정을 수행한다. 색상 좌표는 CIELAB 단위를 사용하여 광원 D65/10°, A/10°, 또는 F2/10° 관측자하에 ASTM D2244-11에 따라 계산한다.
하기 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 잘 이해할 수 있다.
실시예 1
오버몰딩된 복합 구조체에서 수지 구성요소로서 사용될 수 있는 열가소성 조성물을 제조하는 능력을 입증한다. 더욱 구체적으로는, 직경 25mm의 베르너 플라이더러(Werner Pfleiderer) ZSK 25 동시-회전 맞물림 2축 압출기에서 아래 표에 나열되는 성분을 혼합한다.
Figure pct00006
만네스만 데막(Mannesmann Demag) D100 NCIII 사출 성형기에서 각 샘플로부터 부품을 성형하고 시험한다. 결과는 아래에 기재된다.
Figure pct00007
상기 나타낸 바와 같이, 본 발명의 샘플은 통상적인 Mg-Al 합금(AZ91D Mg-Al 합금, 선형 열 팽창 계수(평행)=27㎛/m℃)과 비교적 근접한 선형 열 팽창 계수를 갖는다. 이는 기계적 특성을 희생시키지 않고 달성된다. 상기 기재된 바와 같은 CIELAB 시험을 이용하여 색상 차이를 또한 Mg-Al 합금과 비교한다. 결과는 아래에 기재된다.
Figure pct00008
나타낸 바와 같이, 시험된 각 샘플은 12 미만의 ΔE*을 갖는데, 이는 샘플이 Mg-Al 합금과 비교적 유사한 색상을 가짐을 나타낸다.
당 업자는 본 발명의 원리 및 영역으로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 이들 및 다른 변화 및 변형을 실행할 수 있다. 또한, 다양한 실시양태의 양태는 전체적으로 또는 부분적으로 상호 교환될 수 있음을 알아야 한다. 뿐만 아니라, 당 업자는 상기 기재가 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하고자 하지 않으며, 첨부된 특허청구범위에 추가로 기재됨을 알 것이다.

Claims (27)

  1. 표면을 한정하는 금속 구성요소 및 상기 금속 구성요소의 표면에 접착되는 수지 구성요소를 포함하는, 전자 장치용의 오버몰딩된(overmolded) 복합 구조체로서,
    상기 수지 구성요소가 폴리아릴렌 설파이드 및 무기 충전제를 포함하는 열가소성 조성물로부터 제조되며,
    상기 수지 구성요소의 선형 열 팽창 계수 대 금속 구성요소의 선형 열 팽창 계수의 비가 약 0.5 내지 약 1.5인,
    오버몰딩된 복합 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 구성요소의 선형 열 팽창 계수 대 금속 구성요소의 선형 열 팽창 계수의 비가 약 0.6 내지 약 1.0인, 오버몰딩된 복합 구조체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수지 구성요소의 선형 열 팽창 계수가 약 10㎛/m℃ 내지 약 35㎛/m℃인, 오버몰딩된 복합 구조체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 구성요소의 선형 열 팽창 계수가 약 18㎛/m℃ 내지 약 30㎛/m℃인, 오버몰딩된 복합 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 금속 구성요소의 선형 열 팽창 계수가 약 27㎛/m℃인, 오버몰딩된 복합 구조체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 구성요소가 제 1 색상을 갖고, 상기 수지 구성요소가 제 1 색상과 유사한 제 2 색상을 갖는, 오버몰딩된 복합 구조체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 색상과 제 2 색상의 차이가, CIELAB 시험에 의해 결정되고 하기 수학식의 ΔE로 표시될 때, 약 12 이하인, 오버몰딩된 복합 구조체:
    ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2
    상기 식에서, ΔL*은 제 2 색상의 광도 값 L*에서 제 1 색상의 광도 값 L*을뺀 값이고, L*은 0 내지 100이고, 이 때 0은 어두운 상태이고 100은 밝은 상태이며; Δa*은 제 2 색상의 적/녹 축 값 a*에서 제 1 색상의 적/녹 축 값 a*을 뺀 값이며, a*은 -100 내지 100이고, 이 때 양의 값은 적색을 나타내고 음의 값은 녹색을 나타내며; Δb*은 제 2 색상의 황/청 축 값 b*에서 제 1 색상의 황/청 축 값 b*를 뺀 값이고, b*은 -100 내지 100이고, 이 때 양의 값은 황색을 나타내고 음의 값은 청색을 나타낸다.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 색상과 제 2 색상의 차이가, CIELAB 시험에 의해 결정되고 하기 수학식의 ΔE로 표시될 때, 약 1 내지 약 6인, 오버몰딩된 복합 구조체:
    ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2
    상기 식에서, ΔL*은 제 2 색상의 광도 값 L*에서 제 1 색상의 광도 값 L*을뺀 값이고, L*은 0 내지 100이고, 이 때 0은 어두운 상태이고 100은 밝은 상태이며; Δa*은 제 2 색상의 적/녹 축 값 a*에서 제 1 색상의 적/녹 축 값 a*을 뺀 값이며, a*은 -100 내지 100이고, 이 때 양의 값은 적색을 나타내고 음의 값은 녹색을 나타내며; Δb*은 제 2 색상의 황/청 축 값 b*에서 제 1 색상의 황/청 축 값 b*를 뺀 값이고, b*은 -100 내지 100이고, 이 때 양의 값은 황색을 나타내고 음의 값은 청색을 나타낸다.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열가소성 조성물중 폴리아릴렌 설파이드 대 무기 충전제의 비가 약 0.5 내지 약 5인, 오버몰딩된 복합 구조체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열가소성 조성물 중에서 폴리아릴렌 설파이드 대 무기 충전제의 비가 약 1 내지 약 2인, 오버몰딩된 복합 구조체.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 충전제가 열가소성 조성물의 약 5중량% 내지 약 50중량%를 구성하고, 상기 폴리아릴렌 설파이드가 열가소성 조성물의 약 20중량% 내지 약 70중량%를 구성하는, 오버몰딩된 복합 구조체.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 충전제가 열가소성 조성물의 약 20중량% 내지 약 40중량%를 구성하고, 상기 폴리아릴렌 설파이드가 열가소성 조성물의 약 45중량% 내지 약 60중량%를 구성하는, 오버몰딩된 복합 구조체.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 충전제가 마그네슘계 점토 무기질인, 오버몰딩된 복합 구조체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 마그네슘계 점토 무기질이 활석을 포함하는, 오버몰딩된 복합 구조체.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 무기 충전제가 운모를 추가로 포함하는, 오버몰딩된 복합 구조체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 운모가 마그네슘계 운모인, 오버몰딩된 복합 구조체.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리아릴렌 설파이드가 폴리페닐렌 설파이드인, 오버몰딩된 복합 구조체.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열가소성 조성물이 다이설파이드 화합물, 섬유상 충전제, 유기 실레인 커플링제, 충격 개질제 또는 이들의 조합을 추가로 포함하는, 오버몰딩된 복합 구조체.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열가소성 조성물이 1200초-1의 전단 속도 및 316℃의 온도에서 ISO 시험 11443번에 따라 결정될 때 약 5킬로포아즈 이하의 용융 점도를 갖는, 오버몰딩된 복합 구조체.
  20. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 구성요소가 알루미늄, 스테인레스 강, 마그네슘, 니켈, 크롬, 구리, 티탄 또는 이들의 합금을 포함하는, 오버몰딩된 복합 구조체.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 금속 구성요소가 마그네슘-알루미늄 합금을 포함하는, 오버몰딩된 복합 구조체.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항중 어느 한 항에 따른 오버몰딩된 복합 구조체를 포함하는 무선 전자 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 오버몰딩된 복합 구조체가 장치의 하우징이고, 상기 하우징이 수지 구성요소에 의해 덮이는 안테나를 포함하는, 무선 전자 장치.
  24. 기재 부재에 회전가능하게 연결된 디스플레이 부재를 포함하는 랩탑(laptop) 컴퓨터로서, 이 때 상기 디스플레이 부재가 제 1 항 내지 제 23 항중 어느 한 항에 따른 오버몰딩된 복합 구조체를 함유하는 하우징을 포함하는, 랩탑 컴퓨터.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 하우징이 수지 구성요소에 의해 덮이는 안테나를 포함하는, 랩탑 컴퓨터.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 수지 구성요소가 스트립의 형태인, 랩탑 컴퓨터.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 오버몰딩된 복합 구조체가 하우징의 외표면을 한정하는, 랩탑 컴퓨터.
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