KR20150073205A - 내장된 pvd 층으로 코팅된 플라스틱 소재 부품 - Google Patents

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KR20150073205A
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Abstract

본 발명은 기판 및 기판상에 적용되는 층 시스템을 포함하며, 제1 래커 층이 기판상에 직접 적용되며 래커 층에 이어서 PVD 층 시스템이 적용되고, 상기 PVD 층 시스템은 적어도 제1 층, 제2 층 및 제3 층을 포함하며, 상기 제1 층은 제1 래커 층 상에 놓이고 부착 층으로 구현되고, 제2 층은 버퍼 층으로 구현되고, 제3 층은 컬러 특정 층으로 구현되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 소재 부품에 관한 것이다.

Description

내장된 PVD 층으로 코팅된 플라스틱 소재 부품{PLASTIC COATED PIECE COATED WITH AN EMBEDDED PVD LAYER}
본 발명은 코팅을 포함하는 플라스틱 소재 부품들에 관한 것이다. 본 발명은 특히 옥외용으로 고려되며 따라서 열악한 주위 환경에 노출되는 부품들을 기술한다. 이러한 부품들은 이에 한정되는 것은 아니나 자동차의 외부에 제공되는 플라스틱 소재 부품들을 포함한다. 이러한 플라스틱 소재 부품들에 있어서, 오래 사용하는 것뿐만 아니라 시각적으로 미려한 표면이 유지되어야만 한다.
플라스틱 소재 부품상에 전류 방식(galvanic methods)에 의해 금속층을 제공하여 표면을 금속성 외관으로 구현하는 것은 공지되어 있다. 이러한 전류 방식은 이러한 방식에 사용되는 전자가 매우 유독성이 있어 오늘날 환경 적합성 측면에서 비판적으로 간주되고 있다. 따라서, 비용이 많이 들고 광범위한 기술들이 이러한 유독 물질의 누출을 방지하는 한편 사용된 전해액에 대해 환경적으로 바람직한 방식으로 오염을 저감시키기 위하여 사용되고 있다.
대안으로, 진공 코팅 특히 가스상에서 증착에 의해 플라스틱 소재 표면을 코팅하는 것이 알려져 있다. 이러한 방법들은 PVD 층을 가져오며, 여기에서 PVD는 진공 증기 증착을 나타낸다.
EP 1 736 566호에 기재된 방법에 따르면, 폴리머 층이 금속성 마감을 위하여 열가소성 기판 표면에 적용되며, 상기 폴리머 층상에 PVD에 의해 금속층, 즉 크롬이 적용된다. 폴리머 층의 경화는 자외선 복사에 노출시킴으로써 실현된다. EP 1 736 566호에서는 사용 분야에 대하여는 명시적으로 개시하고 있지 않다. 그러나, 당업자로서는 EP 1 736 566호에 개시된 부품들이 예를 들어 화장품 산업에서 사용되는 화장품 용기와 같이 매일 사용되는 물품임을 인식할 수 있다. 이러한 부품들에 대한 환경적 영향은 별로 중요하지 않다. 이는 본원에서 개시하고 있는 주제 즉 자동차용 코팅된 플라스틱 소재 부품들과는 거리가 있다.
자동차용 플라스틱 소재 부품들의 코팅에 있어서, PVD 층이 플라스틱 소재 부품상의 기초 래커 층과 PVD 층 층상에 적용되는 커버 래커 층 사이에 적용되는 층 구조가 특히 유망한 것으로 보인다. 이러한 층 시스템은 DE 19745407호에 개시되어 있다. 여기에는 자동차용 플라스틱 소재 부품들이 코팅되는 방법이 기술되며 이는 다음의 단계들을 포함한다:
- 파우더 경화 래커(powder cure lacquer)로부터 래커 층을 형성하는 단계,
- 진공에서 마그네트론에 의해 금속 합금 또는 금속 복합의 고광택 층을 적용하는 단계,
- 투명 내마모 커버 래커 층을 적용하는 단계.
여기에서, 외부환경의 영향에 주로 노출되는 것이 커버 래커 층이라는 것이 명확하다. 따라서 DE 19745407호에서는 이 커버 래커 층을 CVD 기술에 의해 적용하는 것이 제안되었다. 기초 래커 층과 관련하여, 기초 래커 층이 기판상에 잘 부착되고 PVD 층이 기초 래커 층상에 잘 부착되어야 하는 것을 염두에 두어야만 한다. DE 19745407호에 따르면, 기초 래커 층의 기판에 대한 우수한 부착은 기초 래커 층으로 파우더 경화 래커를 사용함으로써 달성되었다. 이는 DE 19745407호에서 필수적이다. DE 19745407호에 따르면, 기초 래커 층상에 PVD 층의 우수한 부착은 고광택 층의 마그네트론 적용 이전에 진공에서 전처리 특히 부착 촉진 층을 적용함으로써 달성되었다. 그럼에도 불구하고, 부착 촉진 층으로 무엇이 사용될 수 있으며 진공에서 그러한 층이 어떻게 적용될 수 있는 지에 대하여는 기술하고 있지 아니하다.
본 발명의 목적은 코팅된 자동차용 플라스틱 소재 부품을 제안하는 것으로, 코팅은 플라스틱 소재 부품의 원하는 외관을 제공하며, 이에 의해 그 표면은 높은 기상 저항성(weather proofness)을 가지며, 적어도 어느 정도의 외부 환경 영향 즉 돌에 의한 찍힘(stone-chipping) 등으로부터 보호될 수 있으며, 더욱이 코팅은 경제적으로 저 비용 및 환경 친화적으로 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 제1항의 코팅된 플라스틱 소재 부품에 의해 해결된다. 본 발명자는 외부 환경 영향에 대하여 안정적인 코팅된 플라스틱 소재 부품은 기초 래커 층(base lacquer layer)상에 적용되는 적어도 3-층의 PVD 층에 의해 실현될 수 있음을 인식하였다. 바람직하게는, 커버 래커 층(cover lacquer layer)이 적어도 3-층의 PVD 층상에 적용된다. 이 적어도 3-층의 PVD 층의 코어는 중앙 영역의 두꺼운 버퍼 층(buffer layer)으로서, 이는 전체 층 시스템에 안정성을 제공한다. 본 발명에 따르면, 버퍼 층과 기초 래커 층 사이에 부착 층(adherence layer)이 제공된다. 본 발명에 따르면, 컬러 특정 층(color defined layer)이 버퍼 층상에 적용된다. 본 발명에 따른 이러한 구조로 인하여, 고가의 파우더 경화 래커 및 고가의 방법을 적용할 필요가 없다는 것이 나타났다. 상기 버퍼 층은 PVD 층 시스템의 기계적 특성을 가져오며, 이는 기판 표면으로부터 기초 래커가 떨어지는 것(flaking)을 저지하는 것으로 추정된다. 주기율표 Ⅳb 족, Ⅴb 족, 및 Ⅵb 족 원소 및 알루미늄, 이들의 혼합물 및/또는 이들 각각의 질화물, 산화물 및/또는 탄화물이 PVD 층 시스템으로 선택될 수 있는 물질들이다. 주기율표 ⅢA 족 및/또는 ⅣA 족 원소들에 의한 도핑이 바람직할 수 있다. 기초 래커로 감광성 래커가 사용될 수 있으며, 이는 자외선 복사에 의해 가교될 수 있고(cross-linked) 단순한 분무 방법에 의해 적용될 수도 있다.
컬러 특정 PVD 층상에 바람직하게는 커버 래커 층이 제공되며, 이는 아래의 PVD 층을 돌에 의한 찍힘에 대해 기계적으로 보호할 뿐만 아니라 부식에 대해 화학적으로 보호한다.
커버 래커로 투명한 감광성 래커가 사용될 수 있으며, 이는 자외선 복사에 의해 가교될 수 있고 단순한 분무 방법에 의해 적용될 수도 있다. 특히 바람직한 구현예에 따르면, 자외선 가교 래커는 추가로 자외선 차단 물질을 포함한다. 자외선 차단 물질에 의해 사실 커버 래커가 완전히 가교하기 위하여 노출되어야 하는 시간이 증가한다. 그럼에도 불구하고, 자동차의 외부에 적용되는 플라스틱 소재 부품은 강한 태양 복사에 자주 노출된다. 자외선 가교 커버 래커 내에 자외선 차단 물질의 제공은 차단 효과로 인하여 노화(즉, 황화)의 지연을 가져오며 따라서 플라스틱 소재 부품의 시각적으로 미려한 외관이 오랫동안 지속되도록 한다.
본 발명은 이하에서 실시예들 및 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 층 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 제1 구현예에 따르면, 플라스틱 소재의 기판상에 10 ㎛ 두께의 기초 래커 층이 적용된다. 이를 위하여, 자외선 가교 래커가 래커링 장비에 의해 분무되기 전에 기판이 먼저 세정, 건조되어 인도된다. 이어서 기판들은 본 실시예에 따르면 적외선 복사에 노출됨으로써 용매들이 제거되고 건조된다. 이어서 기초 래커 층의 가교를 위해 강한 자외선 복사가 수행된다.
기초 래커 층이 적용되어 건조되고 가교된 후에, 기판은 PVD 코팅 장치 내로 도입된다. 본 실시예에서, 코팅 장치는 마그네트론 스퍼터링 장치이다. 코팅에 적용될 물질은 이온 충격에 의해 소위 스퍼터 타겟으로부터 스퍼터되어 코팅될 기판상에 증착된다. 본 실시예에서는 인라인 장치가 사용되었으며, 여기에서 기판은 먼저 크롬(chromium) 타겟을 통과한다. 이에 의해 크롬 층이 기초 래커상에 30 nm 두께로 증착된다. 이어서, 기판은 PVD 코팅 장치 내의 지르코늄(zirconium) 타겟을 통과하여 100 nm 두께를 가지는 지르코늄 버퍼 층이 스퍼터 증착된다. 마지막으로 기판은 다시 크롬 타겟을 통과하며, 이는 60 nm 두께를 가지는 컬러 특정 층의 스퍼터 증착을 가져온다. 기판상에 본 발명에 따른 원하는 PVD 층 시스템이 적용된 후에 기판은 PVD 코팅 장치로부터 로크-아웃(locked out)된다.
버퍼 층은 전체 층 시스템의 안정성을 위하여 필수적이며, 이 버퍼 층은 본 실시예에서 지르코늄 층에 의해 실현되었다. 본 발명자들에 의해 인식된 바와 같이, 버퍼 층에 내부 구조(inner structure)를 임프레스(impress)하는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 버퍼 층은 상이한 경도 및/또는 탄성을 가지는 다수의 상이한 층 물질들로 구성된다. 그럼에도 불구하고, 본 실시예에서는 버퍼 층의 층 물질로 단지 지르코늄만이 사용되었다. 버퍼 층에 내부 구조를 임프레스하기 위하여, 코팅 동안에 공정 파라미터들이 조절되어야 한다. 한편으로는, 코팅은 여섯 개의 구간으로 나뉘었으며, 이들은 코팅 정지에 의해 분리되었으며, 코팅 구간(coating interval)에 바로 이어지는 코팅 정지(coating pause)는 코팅 구간의 약 절반의 길이로 선택되었다. 다른 한편으로는, 전류의 세기가 변동되었다. 이에 의해 마지막 3 개의 코팅 구간의 전류 세기는 처음 세 개의 코팅 구간 동안의 전류 세기에 비해 약 20% 감소되었다. 본 실시예에서는 처음 세 개의 코팅 구간에서는 28 암페어가 적용되었으며, 반면 마지막 세 개의 코팅 구간에서는 24 암페어가 적용되었다. 이러한 절차에 의해, 깊이 의존 밀도 분포((deepness depending density distribution)가 버퍼 층 내부로 도입되어 보다 밀도가 큰 영역이 보다 밀도가 작은 영역과 교차하여 버퍼 층이 안정화되었다. 바람직하게는 전술한 바의 결과인 서브-층은 SEM에 의해 분석되어야 한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 자외선 가교 래커의 커버 래커 층이 20 ㎛의 두께로 추가로 증착되며, 바람직하게는 여기에 하나 또는 하나 이상의 자외선 차단 물질이 제공된다. 여기에서, 기초 래커 층에서 기술된 방법과 같은 방법이 사용될 수 있다. 그러나, PVD 코팅된 플라스틱 소재 부품이 PVD 코팅에 이어서 즉시 래커로 실질적으로 코팅되면, PVD 코팅된 표면은 세정할 필요가 없다.
PVD 층이 커버 래커 층을 위해 알루미늄 층을 형성하지 않는 것이 이러한 형태의 구현에서 특히 이점이 있다.
본 발명의 두 번째 형태의 구현에 따르면, 플라스틱 소재의 기판상에 역시 10 ㎛ 두께의 기초 래커 층이 제공된다. 이를 위하여, 자외선 가교 래커가 래커링 장비에 의해 분무되기 전에, 기판이 먼저 세정, 건조되어 인도된다. 이어서 기판들은 적외선 복사에 노출됨으로써 혹시 묻을 수 있는 용매들이 제거되고 건조된다. 이어서 기초 래커 층의 가교를 위해 강한 자외선 복사가 수행된다.
기초 래커 층이 적용되어 건조되고 가교된 후에, 기판은 PVD 코팅 장치 내로 도입된다. 본 실시예에서, 코팅 장치는 마그네트론 스퍼터링 장치이다. 코팅에 적용될 물질은 이온 충격에 의해 소위 스퍼터 타겟으로부터 스퍼터되어 코팅될 기판상에 증착된다. 본 실시예에서는 인라인 장치가 사용되었으며, 여기에서 기판은 먼저 크롬 타겟을 따라 통과한다. 이에 의해 크롬 층이 기초 래커상에 60 nm 두께로 증착된다. 이 층의 바람직한 두께는 20 nm 내지 100 nm 이다.
이어서, 기판은 PVD 코팅 장치 내의 알루미늄 타겟을 따라서 통과하여 200 nm 두께를 가지는 알루미늄 버퍼 층이 스퍼터 증착된다. 이 층의 바람직한 두께는 80 nm 내지 250 nm 이다.
마감하는 컬러 층이 최종적으로 두 부분에 적용된다. 먼저, 다시 스퍼터링에 의해 60 nm 두께의 크롬 층이 스퍼터 증착된다. 이는 푸른색의 표면을 가져온다. 바람직한 층의 두께는 20 nm 내지 100 nm 이다. 마지막으로 기판은 다시 알루미늄 타겟들을 따라서 통과하며, 이는 35 nm 두께를 가지는 알루미늄 층의 스퍼터 증착을 가져오며, 색채를 밝게 한다. 바람직한 층의 두께는 10 nm 내지 50 nm 이다.
또한 상기 두 번째 형태의 구현예에서, 커버 래커 층을 제공하는 것이 유리할 수 있다. 상기 본 발명의 바람직한 형태의 구현예에 따르면, 자외선 가교 래커로 이루어지는 20 ㎛ 두께의 커버 래커 층이 증착되며, 특히 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 자외선 차단 물질들과 함께 제공되는 것이다. 여기에서, 기초 래커 층에서 기술된 방법에 따른 방법이 적용될 수 있다. PVD 코팅된 플라스틱 소재 부품이 PVD 코팅에 이어서 즉시 래커로 실질적으로 코팅되면, PVD 코팅된 표면은 세정할 필요가 없다. 최외곽 PVD 층이 알루미늄 층이며, 알루미늄은 산소와 쉽게 결합하기 때문에, 알루미늄 산화 층이 형성될 수 있으며, 이는 PVD 층상의 커버 래커 층의 부착에 영향을 미친다. 따라서, 전술한 바와 같은 본 발명의 첫 번째 구현 형태가 알루미늄을 완전히 사용하지 않아 이점을 가진다.
이상과 같은 플라스틱 소재 부품은 자동차의 내부 영역 및/또는 외부 영역에 적용될 수 있다. 외부 영역 적용의 예로서, 장식적 패턴이 형성된 트림 및 라디에이터 그릴을 들 수 있다.

Claims (11)

  1. 기판 및 기판상에 적용되는 층 시스템을 포함하는 플라스틱 소재 부품으로서, 제1 래커 층이 기판상에 직접 적용되며 상기 래커 층에 이어서 PVD 층 시스템이 적용되고, 상기 PVD 층 시스템은 적어도 제1 층, 제2 층 및 제3 층을 포함하며, 상기 제1 층은 제1 래커 층 상에 놓이고 부착 층으로 구현되고, 제2 층은 버퍼 층으로 구현되고, 제3 층은 컬러 특정 층으로 구현되며, 상기 부착 층은 크롬을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 소재 부품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부착 층은 크롬 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 소재 부품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 버퍼 층은 지르코늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 소재 부품.
  4. 제3항에 있어서, 상기 버퍼 층은 지르코늄 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 소재 부품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기초 래커 층은 5 ㎛ 내지 40 ㎛, 바람직하게는 10 ㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 소재 부품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PVD 층상에 커버 래커 층이 제공되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 소재 부품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버 래커 층은 자외선 차단 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 소재 부품.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버퍼 층은 내부 구조(inner structure)를 포함하며, 상기 내부 구조는 SEM에서 층들(layers)로 보이는 것을 특징으로 하는 플라스틱 소재 부품.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 층들은 물질 농도 및/또는 깊이 의존 밀도 분포에서 서로 상이한 것을 특징으로 하는 플라스틱 소재 부품.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 컬러 층은 크롬 및/또는 알루미늄을 포함하며, 컬러 층은 바람직하게는 크롬 층 및 그 위에 놓이는 알루미늄 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 소재 부품.
  11. 제1항 내지 제10항에 따른 플라스틱 소재 부품을 내부 영역 및/또는 외부 영역에 포함하는 자동차.
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