KR20160093899A - 금속과 플라스틱 복합체 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속과 플라스틱 복합체의 제조방법에 관한 것으로, 금속부재(1)의 표면을 에칭하고 그 에칭표면에 열가소성 수지를 성형하여 일체화된 금속과 플라스틱 복합체의 제조방법에 있어서, 금속부재(1)의 노출되는 표면에 문양 또는 글자를 인쇄한 인쇄층(2)과 그 위에 인쇄된 문양을 보호하기 위한 보호층(3)을 형성하는 단계(S1)와, 플라스틱부분이 일체로 결합될 금속부재(1)의 배면측에서 부동태산화피막을 제거하도록 탈지 및 세척하는 단계(S2), 상기 배면측의 표면처리를 pH 3~4.5의 범위의 염화제이철 수용액을 사용하여 에칭하는 표면처리 단계(S3), 상기 표면처리단계과정에서 생성되는 스머트(SMUT)를 제거하는 단계(S4), 및 플라스틱부분을 금속부재(1)에 일체로 형성하기 위한 성형단계(S5)를 포함하는 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 금속표면을 염화제이철로 부식하는 표면처리에 의해 형성되는 미세 요철구조 속에 수지 용융액이 침투하여 견고하게 물리적 결합되고, 전면을 표면처리전에 문양 인쇄 및 코팅처리하여 표면처리시 외관손상을 방지하며, 금속 고유의 광택 및 성질을 유지할 수 있고 고급화가 가능한 효과가 있다. 또한, 응집제로서 이용가능한 염화제이철로 표면처리를 수행함으로써 종래 염산이나 황산 및 질산을 이용한 표면처리와 비교하여 환경오염의 문제 또한 방지할 수 있는 효과가 ㅇ있다.

Description

금속과 플라스틱 복합체 제조방법{A METHOD FOR METAL AND PLASTIC COMPOSITE BODIES}

본 발명은 금속과 플라스틱 소재가 일체로 이루어진 복합체의 제조방법에 관한 것으로, 특히 알루미늄 소재의 기판에 플라스틱 소재를 환경오염물질의 배출없이 개선된 결합구조로 물리적으로 결합되어 일체화된 복합체의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전자기기 또는 가전제품의 케이스나 자동차 내장재, 사이드미러 등과 같은 부품은 내구성 및 내식성과 함께 미려한 외관이 매우 중요시되며, 이러한 부품은 예를들어 알루미늄이나 마그네슘과 같은 금속재와 플라스틱의 복합체로 형성되고 있다.

종래 금속과 플라스틱의 복합체는 일반적으로 접착제로 금속재에 플라스틱재를 접합하고 있으나, 접착층에 의해 두께가 증대되고, 사용환경에 따라 접착제의 결합력이 저하되거나 충격에 의해 쉽게 분리될 수 있는 문제가 있으며, 그 접합경계면이 노출되어 미관에 좋지 않은 단점이 있다.

종래 금속과 플라스틱 복합체를 형성하는 다른 방법으로는 금속재를 금형내에 인써트시킨 다음 플라스틱재를 사출하는 인써트 사출에 의한 방법이 있으나, 금속과 플라스틱부분들 사이에 보다 강력한 결합을 위한 구조적 형상을 외부에 노출되지 않도록 구성함에 어려움이 있었다.

이와 같이 접착제를 사용하지 않고 금속과 플라스틱을 복합체로 구성하는 방안이 요망되어 왔다.

이를 위한 종래 기술의 예로는, 한국 공개특허공보 제10-2011-0043530호(2011.04.27 공개)에는 표면에 형성된 요철부에 기인하는 복수의 오목 형상부를 갖는 알루미늄 합금제의 알루미늄 형상체와 이 알루미늄 형상체의 표면에 열가소성 수지의 사출 성형에 의해 일체적으로 설치되고, 사출 성형시에 열가소성 수지가 상기 오목 형상부 내에 진입하여 고화된 수지 성형체의 끼워 넣음부가 형성된 수지 성형체를 갖고, 상기 오목 형상부와 끼워 넣음부에 의해 알루미늄 형상체와 수지 성형체가 서로 걸려져 있는 알루미늄ㆍ수지 사출 일체 성형품 제조 방법이 개시되어 있다.

또한, 한국 특허등록 제10-1115786호(2012.02.06.등록)에는 마그네슘 합금 부품을 주조물이나 중간재로부터 형상화하는 공정과, 형상화한 부품을 산성 수용액에 침지하여 화학 에칭하는 공정과, 화학 에칭한 부품을 과망간산칼륨을 포함하는 수용액에 침지하여 표면에 망간 산화물을 주성분으로 하는 박층을 부착 형성하는 공정과, 박층을 형성한 부품을 사출 성형 금형에 인서트하고, 폴리페닐렌 설파이드를 주성분으로 하는 수지 조성물, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지를 주성분으로 하는 수지 조성물, 방향족 폴리아미드 수지를 주성분으로 하는 수지 조성물로부터 선택되는 1종을 사출하고 마그네슘 합금 부품과 수지 조성물을 일체로 고착하는 공정, 및 상기 일체로 고착시킨 복합체를 마그네슘 합금용 화성 처리액에 재차 침지하여 화성 처리하는 공정으로 이루어지는 고내식성 복합체의 제조방법이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 복합제 제조방법에서는 금속 표면에 요철을 형성하기 위해 산 수용액을 사용하여 에칭을 하게 되며, 이 경우 산성의 폐수가 배출되어 환경오염 문제가 유발되고 작업환경이 열악한 문제점이 있었으며, 폐수 처리에 많은 비용이 소요되었다.

한국 공개특허공보 제10-2011-0043530호(2011.04.27 공개) 한국 특허등록 제10-1115786호(2012.02.06.등록)

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하여 환경오염의 문제를 유발시키지 않으며 금속과 플라스틱의 물리적 결합강도를 증대시키도록 개선된 금속과 플라스틱 복합체 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따라 개선된 금속과 플라스틱 복합체 제조방법은, 금속부재의 표면을 에칭하고 그 에칭표면에 열가소성 수지를 성형하여 일체화된 금속과 플라스틱 복합체의 제조방법에 있어서,

금속부재의 노출되는 표면에 문양 또는 글자를 인쇄한 인쇄층과 그 위에 인쇄된 문양을 보호하기 위한 보호층을 형성하는 단계(S1)와,

플라스틱부분이 일체로 결합될 금속부재의 배면측에서 부동태산화피막을 제거하도록 탈지 및 세척하는 단계(S2),

상기 배면측의 표면처리를 pH 3~4.5의 범위의 염화제이철 수용액을 사용하여 에칭하는 표면처리 단계(S3),

상기 표면처리단계과정에서 생성되는 스머트(SMUT)를 제거하는 단계(S4), 및

플라스틱부분을 금속부재(1)에 일체로 형성하기 위한 성형단계(S5)를 포함하여 구성된다.

상기 단계(S1)에서 금속부재의 노출되는 표면에 문양을 인쇄하고, 그 상면에 인쇄된 문양의 번짐을 방지하고 문양의 손상을 보호하기 위해 코팅물로 코팅하여 보호층을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 성형 단계(S5)에서 금형을 100±20℃로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 성형 단계(S5)에서 사출되는 수지가 용융상태로 금속부재의 요철 깊숙히 침투하도록 용융점 온도 이상으로 유지하여 하는 것이 바람직하다.

플라스틱재와 금속부재의 결합면적 및 결합력이 증대되도록 상기 단계(S2)에 앞서 금속부재의 표면에 미리 미세한 슬로트, 스크래치 또는 요홈부들을 형성하고, 단계(S3)에서 그 표면에 에칭을 수행하여 금속부재의 표면에 미세한 요철들이 더 많이 더 깊게 형성되도록 할 수도 있다.

본 발명에 따라 금속표면을 염화제이철로 부식하는 표면처리에 의해 형성되는 미세 요철구조 속에 수지 용융액이 침투하여 견고하게 물리적 결합되고, 전면을 표면처리전에 문양 인쇄 및 코팅처리하여 표면처리시 외관손상을 방지하며, 금속 고유의 광택 및 성질을 유지할 수 있고 고급화가 가능한 효과가 있다. 또한, 응집제로서 이용가능한 염화제이철로 표면처리를 수행함으로써 종래 염산이나 황산 및 질산을 이용한 표면처리와 비교하여 환경오염의 문제 또한 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 방법의 공정을 개략적으로 블럭으로 도시한 공정도.
도 2는 도 1의 방법에 의한 복합체의 개략적인 단면도.
도 3은 알루미늄 표면처리후 일체로 형성된 플라스틱재가 알루미늄과 결합된 단면의 확대 사진.
도 4와 5는 도 1의 방법에 의해 제조된, 자동차 사이드 미러에 고정하는 스컬프(scalp) 부재의 전면과 배면 사진.

이하에서는 본 발명의 일실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 금속과 플라스틱 복합체 제조방법은 예를들어 자동차 내장재에서 내측면에는 플라스틱재가 배치되고 외측에는 금속, 예를들어 알루미늄재를 일체로 결합되도록 적용되거나, 사이드 미러 커버에서 내측의 알루미늄재 외측면을 플라스틱재로 일체로 형성하고 그 외측 표면을 코팅하도록 적용된다.

도 1과 2에 있어서, 본 발명에 의한 금속과 플라스틱 복합체의 제조방법은 금속부재(1)의 노출되는 표면에 문양 또는 글자를 인쇄한 인쇄층(2)과, 그 위에 인쇄된 문양을 보호하기 위한 보호층(3)을 형성하는 단계(S1)와, 플라스틱부분이 일체로 결합될 금속부재(1)의 배면측을 탈지 및 세척하는 단계(S2), 상기 배면측의 표면처리를 위한 표면처리 단계(S3), 상기 표면처리단계과정에서 생성되는 산화물, 즉 스머트(SMUT)를 제거하는 단계(S4), 플라스틱부분을 금속부재(1)에 일체로 형성하기 위한 성형단계(S5)를 포함한다.

단계(S1)에서, 노출되는 표면에 회사 로고나 회사명 또는 다른 문양을 예를들어 실크 인쇄하고, 그 상면에 인쇄된 문양의 번짐을 방지하고 문양의 손상을 보호하기 위해 코팅물로 코팅하여 보호층(3)을 형성한다. 상기 보호층은 예를들어 슈퍼글라스 코팅으로 형성될 수 있으며, 내식성과 적당한 경도를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 후술하는 표면처리 공정에 앞서 코팅처리를 함으로써 인쇄물의 손상을 방지하고 금속 고유의 광택 및 성질을 유지할 수 있다.

단계(S2)는, 후공정에서 형성되는 플라스틱재(4)와 일체화를 위해 상기 금속부재의 내측면을 부식시키며, 이러한 부식을 위한 전처리로서 탈지 및 세척하는 공정을 형성한다. 금속 표면에는 내식성이 강한 부동태 산화피막이 형성되어 있어서 부식이 원활하게 진행되지 않기 때문에 통상적으로 계면활성제나 가성소다를 사용하여 부동태 산화피막을 제거한다.

단계(S3)는 상기 단계(S2)에서 탈지 및 세척된 금속부재의 배면의 표면을 부식시키는 표면처리단계이며, 보통 염산, 황산, 질산 용액으로 수행하는 통상의 표면처리 방법과 달리 본 발명에 따라 염화제이철 수용액을 사용하며, 이때 염화제이철 수용액은 pH 7이하, 바람직하기로는 pH 3~4.5의 범위로 한다. 상기 pH 값 보다 더 작은 산도에서는 에칭 속도도 낮아지므로, 적당한 에칭 속도를 얻기 위해 상기한 범위가 바람직하다. 또한, 수용액의 온도가 높을수록 에칭 속도도 낮아지므로, 예를들어 70℃ 이하의 온도로 유지하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 에칭 공정에서 사용한 염화제이철 수용액은 수집하여 응집제로서 재활용할 수 있으므로, 종래 단순히 염산, 황산, 질산을 에칭액으로 사용하는 것과 비교하여 환경오염을 줄일 수 있는 잇점이 있다. 도 3은 본 발명에 따라 염화제이철 수용액으로 알루미늄을 표면처리한 결과 미세 요철 구조가 형성된 것을 보여주는 현미경사진이다.

상기 표면처리단계에서 염화제이철 수용액으로 알루미늄 금속 표면을 처리할 때 발생되는 스머트(SMUT)는 단계(S4)에서 철 수세미나 통상적인 스머트제거제 또는 산성의 수용액으로 제거하며, 후속 공정에서 플라스틱과 결합시 보다 강한 물리적 결합을 위해 산수용액으로 스머트를 제거하는 것이 바람직하다. 또한, 추가적인 부식을 방지하기 위해 수세가 필요하다. 이로써 금속부재(1)에 미세한 요철이 형성된다.

그런 다음, 단계(S5)에서 전단계들에서 형성된 알루미늄의 금속부재(1) 금형속에 상기 에칭된 금속부재를 배치하여 열가소성수지 또는 아크릴수지로 인써트 사출함으로써 플라스틱재가 금속부재에 형성된 미세 요철 속에 침입하여 물리적으로 결합함으로써 일체화된다. 이때 금형은 100±20℃로 유지하는 한편, 사출되는 수지는 용융점 온도 이상으로 유지하여 수지가 용융상태로 되어 금속부재의 요철 깊숙히 침투하도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 금형이 상기한 고온으로 유지됨에 따라 그 속의 금속부재가 팽창되어 표면에 형성된 미세 요철이 확대되고 그 요철속으로 플라스틱재가 침투된 다음 냉각됨으로써 보다 견고한 결합을 얻을 수 있는 잇점이 있다.

상기한 단계들을 통해 금속부재에 플라스틱재가 물리적으로 결합되어 일체화된 부품 또는 자재가 얻어진다.

변형예로서, 플라스틱재와 금속부재의 결합력을 증대시키기 위하여, 상기 금속부재의 표면에 미리 미세한 슬로트, 스크래치 또는 요홈부들을 형성하고, 그 표면에 에칭을 수행함으로써 금속부재의 표면에 미세한 요철들이 더 많이 더 깊게 형성되어 결국 에칭 표면이 증대되고 따라서 플라스틱재와 금속부재의 결합면적 및 결합력이 증대되도록 할 수도 있다.

도 4와 5는 도 1의 방법으로 제조한 자동차 사이드 미러의 스컬프 부재의 전면과 배면 사진으로서, 자동차 사이드 미러 외표면에는 전체적으로 자동차 도장을 하기 때문에 별도 문양이나 디자인을 현출하기 어렵다. 그래서, 어떤 문양을 사이드 미러 외표면에 현출하고자 하는 경우에, 도면에 도시된 바와같이 원하는 문양이 외표면에 문양을 인쇄하고 보호층을 코팅한 스컬프 부재를 제조하여 사이드 미러 하우징에 부착한다. 이 경우 금속의 스컬프부재 바디(10) 배면에 플라스틱재로 된 후크(11)와 같은 결합요소들을 접착제나 양면 테이프와 같은 통상의 접착 수단을 사용하여 부착하는 경우 기온, 습도 등의 사용환경에 따라 접착부가 떨어질 수도 있고 사용기간의 경과에 따라서도 접착력의 저하로 탈락될 수도 있기 때문에, 본 발명의 방법에 따라 알루미늄의 바디(10) 배면을 표면처리한 다음, 플라스틱재의 후크(11)들을 서로 라인으로 연결한 형태로 바디에 일체화시키고, 바디의 외표면에는 원하는 문양을 인쇄 및 코팅하여 스컬프부재를 제조한다.

본 발명은 증가된 강성과 함께 미감을 현출할 수 있도록 차량의 내장재나 외장재용의 금속과 플라스틱 복합체를 제조하도록 이용될 수 있다.

1 : 금속부재 2 : 인쇄층
3 : 보호층 4 : 플라스틱재
10 : (금속) 바디 11 : (플라스틱) 후크

Claims (5)

1. 금속부재(1)의 표면을 에칭하고 그 에칭표면에 열가소성 수지를 성형하여 일체화된 금속과 플라스틱 복합체의 제조방법에 있어서,
   금속부재(1)의 노출되는 표면에 문양 또는 글자를 인쇄한 인쇄층(2)과 그 위에 인쇄된 문양을 보호하기 위한 보호층(3)을 형성하는 단계(S1)와,
   플라스틱부분이 일체로 결합될 금속부재(1)의 배면측에서 부동태산화피막을 제거하도록 탈지 및 세척하는 단계(S2),
   상기 배면측에 미세 요철을 형성하도록 표면처리를 pH 3~4.5의 범위의 염화제이철 수용액을 사용하여 에칭하는 표면처리 단계(S3),
   상기 표면처리단계에서 생성되는 스머트(SMUT)를 제거하는 단계(S4), 및
   플라스틱부분을 금속부재(1)에 일체로 형성하기 위한 성형단계(S5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속과 플라스틱 복합체의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 단계(S1)에서 금속부재의 노출되는 표면에 문양을 인쇄하고, 그 상면에 인쇄된 문양의 번짐을 방지하고 문양의 손상을 보호하기 위해 코팅물로 코팅하여 보호층(3)을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속과 플라스틱 복합체의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 성형 단계(S5)에서 금형을 100±20℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 금속과 플라스틱 복합체의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 성형 단계(S5)에서 사출되는 수지가 용융상태로 표면처리에 의해 형성된 금속부재의 미세 요철 깊숙히 침투하도록 용융점 온도 이상으로 유지하여 하는 것을 특징으로 하는 금속과 플라스틱 복합체의 제조방법.
5. 제 3항에 있어서, 플라스틱재와 금속부재의 결합면적 및 결합력이 증대되도록 상기 단계(S2)에 앞서 금속부재의 표면에 미리 미세한 슬로트, 스크래치 또는 요홈부들을 형성하고, 단계(S3)에서 그 표면에 에칭을 수행하여 금속부재의 표면에 미세한 요철들이 더 많이 더 깊게 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 금속과 플라스틱 복합체의 제조방법.

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