KR20150075919A - 마그네슘 샌드위치 패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접착제 없이 마그네슘 층(10)과 폴리머 층(20)을 접착하여 균일한 접착강도 및 제조비용을 절감하기 위한 마그네슘 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그네슘 층(10); 및 폴리아미드6, 폴리올레핀, 폴리비닐아세테이트 및 에틸렌비닐아세테이트를 포함하는 폴리머 층(20); 등을 포함함으로써 폴리머 층의 폴리머는 별도의 접착제 없이 마그네슘 층과 직접 접착이 가능하기 때문에 종래 사용되던 접착제 및 이와 관련된 접착 공정의 삭제가 가능함으로써 마그네슘 샌드위치 패널의 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있으며, 또한, 접착제의 불균일한 도포로 인한 불균일한 접착강도를 갖는 문제점을 해소할 수 있는 효과가 있는 마그네슘 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

마그네슘 샌드위치 패널 및 이의 제조방법{Magnesium sandwich panel and method for manufacturing the same}

본 발명은 경량화 및 높은 물성이 요구되는 자동차 차제 및 자동차 부품 등에 적용 가능한 마그네슘 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네슘 층; 및 폴리아미드6, 폴리올레핀, 폴리비닐아세테이트 및 에틸렌비닐아세테이트를 포함하는 폴리머 층; 등을 포함하는 마그네슘 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

자동차 업계는 자동차의 무게를 줄여 성능과 연비 등을 높이는데 노력을 해오고 있으며, 특히, 자동차의 무게를 줄이기 위해 무거운 강철 대신 가벼운 마그네슘 등의 금속을 사용하는 많은 연구가 진행 중에 있다.

상기 마그네슘은 구조용 금속재료 중에서 가장 가볍고 충격특성, 전자파 차폐성, 진동 흡수성, 기계 가공성 등이 우수하고 사용 수명이 긴 장점이 있는 지구상에서 8번째로 풍부한 금속으로 지각에 해수에 풍부하게 함유되어 있다.

이와 같은, 상기 마그네슘은 밀도가 약 1.74g/cm3로서 비중이 철의 1/4.5, 아연의 1/4, 알루미늄의 2/3로 경량이기 때문에 휴대용 기계류 및 일상용품 등은 물론이고 방위산업, 항공기산업 및 자동차산업 등에 이용되며 그 응용범위가 급격히 확대되고 있다.

그러나 상기 마그네슘 및 마그네슘 합금은 철과 같은 다른 금속과 접촉하면 갈바닉 부식(galvanic corrosion)에 의해 부식되는 문제가 있다. 상기 갈바닉 부식은 2가지 서로 다른 금속의 접촉 시, 상기 금속의 고유의 전기 전위차이로 인해 어느 한 쪽이 부식되는 전기화학적 반응이다. 이와 같은, 갈바닉 부식을 방지하기 위해서는 2가지 금속이 직접 접촉하지 않게 절연체를 끼워두는 방법이 효과적이다.

상기 마그네슘이 포함된 자동차 및 각종 구조물 등은 여러가지 금속들을 사용하게 되므로 이러한 금속간의 전위차에 의한 부식 현상을 방지하기 위해 상기 마그네슘과 다른 금속 사이에 폴리머와 같은 절연체를 삽입하는 기술이 개발되었다.

그러나 상기 마그네슘과 폴리머가 분리되지 않고 붙어있게 하기 위해 접착제를 사용하여 접착하였다. 그러나 접착제가 마그네슘 또는 다른 금속에 골고루 도포되지 않으면 균일한 접착강도를 확보할 수 없는 문제가 발생하였으며, 접착제 및 이와 관련된 공정의 추가로 제조비용이 증가하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폴리머 층을 구성하는 폴리머에 대해 최적의 구성성분 및 그 함량을 도출함에 의하여 접착제 없이 마그네슘 층과 폴리머 층을 접착하여 균일한 접착강도 및 제조비용을 절감하는데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마그네슘 층; 및 폴리아미드6, 폴리올레핀, 폴리비닐아세테이트 및 에틸렌비닐아세테이트를 포함하는 폴리머 층; 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 폴리아미드6의 함량은 전체 폴리머 층의 중량에 대하여 50~60중량%인 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리올레핀의 함량은 전체 폴리머 층의 중량에 대하여 25~35중량%인 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리비닐아세테이트의 함량은 전체 폴리머 층의 중량에 대하여 5~10중량%인 것이 바람직하다.

그리고 상기 폴리머 층의 두께는 평균 0.5~1.0mm인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 제조방법은 마그네슘 층을 형성하기 위한 코일형태의 마그네슘 판재는 두께 제어를 위한 압연 롤에 의해 압연되는 제1단계; 및 상기 압연된 마그네슘 판재의 하단에 폴리머 층을 형성하기 위한 코일형태의 폴리머 판재는 접착 롤에 의해 접착되는 제2단계; 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제조방법은 상기 폴리머 판재가 접착되어 형성된 폴리머 층을 포함하는 마그네슘 샌드위치 패널을 코일형태로 만드는 제3단계; 등을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2단계의 접착될 때 온도는 230~270℃인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2단계의 접착될 때 압력은 7~9bar인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 폴리머 층의 폴리머는 별도의 접착제 없이 마그네슘 층과 직접 접착이 가능하기 때문에 종래 사용되던 접착제 및 이와 관련된 접착 공정의 삭제가 가능함으로써 마그네슘 샌드위치 패널의 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있으며, 접착제의 불균일한 도포로 인한 불균일한 접착강도를 갖는 문제점을 해소할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 마그네슘 샌드위치 패널의 단면도이다.
도 2는 마그네슘 샌드위치 패널의 제조방법의 공정도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 도면 등을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 마그네슘 샌드위치 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 일 관점에서, 본 발명은 마그네슘 샌드위치 패널에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 마그네슘 샌드위치 패널의 단면도이다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 상기 마그네슘 샌드위치 패널은 표면 부분인 위에서 아래 방향으로 마그네슘 층(10) 및 폴리머 층(20) 등을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 폴리머 층(20)의 아래에 강철 층(30) 등을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 마그네슘 층(10)에 적용되는 마그네슘은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금 등인 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리머 층(20)은 폴리아미드6, 폴리올레핀, 폴리비닐아세테이트 및 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA) 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 상세하게, 상기 폴리아미드6는 내열성, 기계적 성질 및 내화학성 등이 우수한 엔지니어링 플라스틱으로서 상기 폴리머 층(20)의 기본을 이룬다. 상기 폴리아미드6의 함량은 전체 폴리머 층(20) 중량에 대하여 50~60중량%인 것이 바람직하다. 상기 폴리아미드6의 함량이 50중량% 미만일 경우, 마그네슘 층(10)의 강도를 향상시키기 어려울 수 있다. 여기서, 상기 폴리아미드6의 함량이 60중량% 초과일 경우, 상대적으로 다른 성분의 함량이 줄어들기 때문에 폴리머 층(20)의 성형성 및 접착성 등이 저하될 수 있다.

또한, 상기 폴리올레핀은 폴리머 층(20)의 성형성 등을 증대하는 역할을 하며, 당업계에 공지된 어떠한 것도 이용될 수 있으나, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리뷰텐 등인 것이 바람직하다. 상기 폴리올레핀의 함량은 전체 폴리머 층(20) 중량에 대하여 25~35중량%인 것이 바람직하다. 상기 폴리올레핀의 함량이 25중량% 미만일 경우, 폴리머 층(20)의 성형성이 급격히 저하될 수 있으며 폴리머 층(20) 끝단부에 미세크랙 등이 발생할 수 있는 반면, 상기 폴리올레핀의 함량이 35중량% 초과일 경우, 제조된 샌드위치 패널이 코일 상태에서 폴리머 층(20)의 소착이 심하게 발생하여 샌드위치 패널의 제조가 불가능할 수 있다.

또한, 상기 폴리비닐아세테이트는 마그네슘 층(10)과 폴리머 층(20)의 접착성을 부여하는 역할을 하며, 상기 폴리비닐아세테이트의 함량은 전체 폴리머 층(20) 중량에 대하여 5~10중량%인 것이 바람직하다. 상기 폴리비닐아세테이트의 함량이 5중량% 미만일 경우, 폴리머 층(20)과 마그네슘 층(10)간의 접착력이 부족하여 접착강도를 충족할 수 없다. 반면, 상기 폴리비닐아세테이트의 함량이 10중량% 초과일 경우, 제조된 샌드위치 패널이 코일 상태에서 폴리머 층(20)의 소착이 심하게 발생할 수 있다.

또한, 상기 에틸렌비닐아세테이트는 마그네슘 층(10)과 폴리머 층(20)의 접착 과정에서 상기 폴리머 층(20)의 퍼짐성을 부여하여 각 층이 전체적으로 균일하게 접착될 수 있도록 하는 역할을 하며, 상기 에틸렌비닐아세테이트의 함량은 잔부인 것이 바람직하다.

한편, 마그네슘 층(10)의 갈바닉부식 방지 효과와 마그네슘 층(10)의 강성증대를 위해 상기 폴리머의 두께는 평균 약 0.5~1.0mm인 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 폴리머의 두께가 0.5mm 미만일 경우, 마그네슘 층(10)의 강성을 충분히 확보하기 여려울 수 있으며, 상기 폴리머의 두께가 1.0mm 초과일 경우, 지나친 두께로 인하여 코일 형상과 같은 굴곡 발생 시 마그네슘 층(10)과 폴리머 층(20); 또는 폴리머 층(20)과 강철 층(30) 사이에 박리가 발생할 수 있다.

본 발명에 따른 마그네슘 샌드위치 패널은 기존 강철 및 알루미늄 합금 등이 사용되던 곳에 적용될 수 있으며 경량화를 필요로 하는 곳에 적용되는 것이 바람직하며, 특히, 자동차 차제 및 자동차 부품 등에 적용되는 것이 보다 바람직하다.

이하, 또 다른 관점에서 본 발명은 마그네슘 샌드위치 패널의 제조방법에 관한 것이다.

도 2는 마그네슘 샌드위치 패널의 제조방법의 공정도이다. 보다 구체적으로, 본 발명인 마그네슘 샌드위치 패널의 제조방법은 마그네슘 층을 형성하기 위한 코일형태의 마그네슘 판재(40)는 두께 제어를 위한 압연 롤(50)에 의해 압연되는 제1단계; 및 상기 압연된 마그네슘 판재의 하단에 폴리머 층을 형성하기 위한 코일형태의 폴리머 판재(60)는 접착 롤(70)에 의해 접착되는 제2단계; 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제조방법은 상기 폴리머 판재가 접착되어 형성된 폴리머 층을 포함하는 마그네슘 샌드위치 패널을 코일형태(80)로 만드는 제3단계; 등을 더 포함하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 상기 제2단계에서 접착 롤(70)에 의해 접착될 때의 온도는 약 230~270℃인 것이 바람직하며, 250℃인 것이 보다 바람직하다. 상기 온도가 230℃ 미만일 경우, 상기 마그네슘 판재와 폴리머 판재의 접착이 불완전할 수 있으며, 상기 온도가 270℃ 초과일 경우, 높은 온도로 인하여 폴리머 층의 폴리머가 소착될 가능성이 있다.

또한, 상기 제2단계에서 상기 접착 롤(70)의 접착 압력은 약 7~9bar인 것이 바람직하며, 상기 압력은 약 8bar인 것이 보다 바람직하다. 상기 압력은 종래 접착재를 사용하여 마그네슘 판재와 폴리머 판재를 접착하는 압력보다 약 20~30% 높은 압력인데, 상기 압력이 7bar 미만일 경우, 충분한 접착 압력을 가하지 못하여 상기 마그네슘 판재와 폴리머 판재의 접착이 어려울 수 있다. 반면, 상기 압력이 9bar 초과일 경우, 지나친 접착 압력으로 폴리머 판재가 충분한 두께를 확보할 수 없어 결국 마그네슘 층의 강도 등의 물성향상 효과가 억제될 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

본 발명에 따른 마그네슘 샌드위치 패널의 폴리머 층을 하기 표 1과 같은 구성성분 및 함량을 포함하는 실시예 및 비교예로 제조 후, 상기 폴리머 층이 포함된 실시예 및 비교예의 물성을 비교하였다.

구분	단위	폴리아미드6	폴리올레핀	폴리비닐 아세테이트	에틸렌비닐 아세테이트
실시예 1	중량%	55	30	10	5
비교예 1	중량%	100	0	0	0
비교예 2	중량%	60	35	0	5
비교예 3	중량%	55	25	15	5
비교예 4	중량%	65	20	10	5
비교예 5	중량%	45	40	10	5

상기 표 1은 마그네슘 샌드위치 패널에 포함되는 실시예 및 비교예의 폴리머 층의 구성성분 및 함량을 나타낸 표이다.

구분	접착강도 (10kgf/㎟)	에릭슨 시험	폴리머 소착
실시예 1	11	크랙 없음	소착 없음
비교예 1	접착불가	-	-
비교예 2	2	크랙 없음	소착 없음
비교예 3	13	크랙 없음	소착 발생
비교예 4	11	크랙 발생	소착 없음
비교예 5	12	크랙 없음	부분적 소착 발생
접착강도 기준 : 10kgf/㎟ 이상 에릭슨 시험 기준 : 4mm 크랙 발생 유무 폴리머 소착 기준 : 소착 발생 유무

상기 표 2는 상기 표 1의 실시예 및 비교예에 따른 폴리머가 포함된 마그네슘 샌드위치 패널의 물성을 비교한 표이다.

상기 접착강도는 마그네슘 층과 폴리머 층의 접착 정도를 측정한 것으로 10kgf/㎟ 이상의 접착강도를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에릭슨 시험은 마그네슘 층과 폴리머 층의 밀착성 등을 시험하는 것으로, 시편을 에릭슨 시험기의 다이에 삽입하고, 상기 시편에 펀치를 넣어 가압하여 시편에 균열이 발생하게 하는 시험이다. 본 발명에 따른 에릭슨 시험에서 시편에 전진된 펀치의 길이를 4mm로 하였으며, 상기 시험에서 크랙이 발생하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리머 소착 여부의 확인은 육안 등을 이용하여 판단하였으며, 소착이 발생하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 포함되는 폴리머 층의 폴리머는 마그네슘 층과 접착 시 접착 강도가 10kgf/㎟ 이상이어야 하며, 샌드위치 패널을 프레스 가공하여 자동차용 부품을 제조에 요구되는 높은 성형성 등을 만족하기 위하여 에릭슨 테스트 시 4mm 이상의 높이에서 크랙이 발생하지 않아야 한다. 또한, 마그네슘 샌드위치 패널을 코일형태로 제조 시 폴리머 층의 폴리머 소착이 없어야 한다.

보다 상세하게 상기 실시예 1의 경우, 접착강도 및 에릭슨 시험을 만족하며, 폴리머 소착이 발생하지 않았다. 그러나 상기 비교예 1의 경우, 폴리머 층은 폴리아미드6 만으로 이루어졌기 때문에, 상기 폴리머 층은 마그네슘 층과 전혀 접착되지 않았다.

또한, 상기 비교예 2의 경우, 폴리머 층은 접착성을 부여하는 폴리비닐아세테이트를 포함하지 않았기 때문에 폴리머 층과 마그네슘 층의 접착강도가 목표치인 11kgf/㎟에 도달하지 못하여 층간 박리가 발생할 가능성이 높다. 반대로, 상기 비교예 3의 경우, 폴리머 층은 폴리비닐아세테이트를 과량 포함하었기 때문에 코일 형성 시 폴리머 소착이 발생하였다.

또한, 상기 비교예 4의 경우, 폴리머 층은 폴리올레핀을 지나치게 적게 포함하여 성형성 등의 부족으로 인해 에릭슨 시험에서 크랙이 발생하였다. 반대로, 상기 비교예 5의 경우, 폴리머 층은 폴리올레핀을 지나치게 많이 포함하여 코일 형성 시 부분적으로 폴리머 소착이 발생하여 코일이 원활히 풀리지 않는 문제와 줄어든 폴리아미드6의 함량으로 인하여 폴리머 층의 강성 및 상기 폴리머 층이 포함된 샌드위치 패널의 강성이 저하되는 문제도 있었다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10 : 마그네슘 층 50 : 압연 롤
20 : 폴리머 층 60 : 코일 형태의 폴리머 판재
30 : 강철 층 70 : 접착 롤
40 : 코일형태의 마그네슘 판재 80 : 코일형태

Claims (9)

1. 마그네슘 층; 및
   폴리아미드6, 폴리올레핀, 폴리비닐아세테이트 및 에틸렌비닐아세테이트를 포함하는 폴리머 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 샌드위치 패널.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 폴리아미드6의 함량은 전체 폴리머 층의 중량에 대하여 50~60중량%인 것을 특징으로 하는 마그네슘 샌드위치 패널.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 폴리올레핀의 함량은 전체 폴리머 층의 중량에 대하여 25~35중량%인 것을 특징으로 하는 마그네슘 샌드위치 패널.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 폴리비닐아세테이트의 함량은 전체 폴리머 층의 중량에 대하여 5~10중량%인 것을 특징으로 하는 마그네슘 샌드위치 패널.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 폴리머 층의 두께는 평균 0.5~1.0mm인 것을 특징으로 하는 마그네슘 샌드위치 패널.
   
6. 마그네슘 층을 형성하기 위한 코일형태의 마그네슘 판재는 두께 제어를 위한 압연 롤에 의해 압연되는 제1단계; 및
   상기 압연된 마그네슘 판재의 하단에 폴리머 층을 형성하기 위한 코일형태의 폴리머 판재는 접착 롤에 의해 접착되는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 샌드위치 패널의 제조방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제조방법은 상기 폴리머 판재가 접착되어 형성된 폴리머 층을 포함하는 마그네슘 샌드위치 패널을 코일형태로 만드는 제3단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 샌드위치 패널의 제조방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 제2단계의 접착될 때 온도는 230~270℃인 것을 특징으로 하는 마그네슘 샌드위치 패널의 제조방법.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 제2단계의 접착될 때 압력은 7~9bar인 것을 특징으로 하는 마그네슘 샌드위치 패널의 제조방법.

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