KR20160102469A - 하이브리드 부품의 제조 방법 - Google Patents

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크리스티안 보글레르
다비드 코흐
브루노 트라베르
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노랙스 아게
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Abstract

본 발명은 하이브리드 부품(1)의 제조 방법, 이 하이브리드 부품(1)의 제조 중에 컴포넌트(2)의 도포될 접착제층(21) 및 램(11)의 용도에 관한 것이다. 하이브리드 부품(1)을 제조하는 그 방법은 비용 효율적이면서 시간 효율적이다.

Description

하이브리드 부품의 제조 방법{METHOD FOR THE PRODUCTION OF HYBRID PARTS}
본 발명은 하이브리드 부품의 제조 방법, 그리고 하이브리드 부품의 제조에 있어서 프레스 램(press ram)과 접착제 필름의 용도에 관한 것이다.
금속과 플라스틱 재료의 하이브리드 부품은 경량 자동차 구조에 상당한 기여를 하고 있다. 이 경우, 딥드로잉 및 천공된 강재 패널을 사출 성형 툴 내에 배치하고 적절한 플라스틱 재료, 예를 들면 폴리아미드(PA6.6)를 이용하여 유리섬유로 오버몰딩한다. 여기서, 플라스틱 재료 용융물이 시트 금속 패널의 천공된 개구를 통해 투입되어, 그 툴의 몰드 공동 벽과 그 내에 배치된 금속 부품 사이에 스웨이지 헤드(swage head)를 형성한다. 이러한 식으로 두 컴포넌트 간의 억지 끼워맞춤(force-fitting) 및 형상 끼워맞춤(form-fitting) 연결이 생성된다. 얇은 벽의 강재 구조는 플라스틱 재료의 리브형 보강부 및 강화부를 성형함으로써 중량을 거의 추가하지 않으면서 안정될 수 있다. 강화 리브에 추가하여, 하이브리드 기술은, 예를 들면 체결 요소, 장착 포인트, 스냅 핏 후크(snap-fit hook), 스크루 연결부, 케이블 클램프 등의 임의의 추가적 기능들이 하나의 작업 단계에서 통합되게 할 가능성을 제공한다. 이로 인해, 시간 및 비용 집약적 후처리 및 끼워맞춤 공정이 절감될 수 있다. 컴포넌트의 성능을 향상시키기 위해, 하이브리드 부품의 발전은 금속과 플라스틱 재료 간의 재료적 일체화 연결을 포함한다.
금속층과 열가소성 폴리머로 이루어진 적어도 하나의 층을 갖는 복합재 컴포넌트 간의 그러한 강고한 접합 연결은 DE 103 26 995 A1에 개시되어 있다. 분사, 사출 성형 또는 프레싱 성형법에 의해 적용되는 중간층이 금속층과 플라스틱 재료층 사이에 마련된다.
DE 103 61 096도 마찬가지로 일부 영역에서 금속으로 이루어진 컴포넌트의 강고한 접합 연결을 개시하고 있다. 여기서, 금속은 열가소성 플라스틱 재료로 부분적으로 오버몰딩되며, 그 금속의 일부분 상에 하나 또는 복수의 접착 증진층이 구성되어 있다. 이러한 접착 증진층은 특히 바니싱(varnishing)에 의해 도포된다.
하이브리드 부품의 제조를 위한 전술한 방법의 경우에는 금속층을 접착 증진층으로 미리 코팅한 후, 임의의 추가적인 처리를 수행하기 전에 중간 저장을 거쳐야 한다는 단점이 있다. 이러한 복잡한 흐름과는 별도로, 제조 프로세스의 일시적 중단을 필요로 한다.
게다가, 하이브리드 부품을 제조하는 공지의 방법, 예를 들면 코일 코팅법은 예를 들면 별도의 사전 코팅 공정, 건조 공정의 필요성, 용매 함유 시스템, 다단 코팅법, 및 단지 전체 영역만을 덮는 코팅 등의 단점이 있다.
분사식 도포법의 경우에, 추가적인 방법 단계들을 주로 필요로 하며, 임의의 리세스(recess)를 수반하는 코팅은 단지 컴포넌트의 복잡한 마스킹에 의해서만 가능하다. 통상적으로, 컴포넌트의 코어에서 및 그 에지를 따른 접착 증진제의 누적은 재료 투입의 측면에서 그 프로세스가 비효율적이게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들을 극복하는 데에 있다.
특히, 본 발명의 목적은 재료적 일체화 연결이 프로세스에 통합되도록 수행되고, 이에 따라 접착 증진제, 예를 들면 접착제층을 프로세스에 통합되도록 도포하는 방법을 제공하는 데에 있다.
이들 목적은 독립 청구항에 기재한 특징들에 의해 달성된다.
본 발명은 하이브리드 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 이하의 단계를 포함한다.
- 특히 사전 성형 컴포넌트, 특히 금속 요소를 제공하는 단계;
- 툴, 특히 사출 성형 툴 또는 프레싱 툴을 제공하는 단계;
- 적어도 하나의 도포 유닛, 특히 프레스 램을 제공하는 단계;
- 적어도 하나의 접착제층, 특히 접착 필름을 도포 유닛에 제공하는 단계;
- 툴 내에 특히 사전 성형 컴포넌트를 배치하는 단계;
- 툴(3, 3') 내에 배치하기 전에 특히 온도 제어 장치에 의해 툴을 가열하거나, 컴포넌트를 가열하는 단계;
- 접착제층을 특히 사전 성형 컴포넌트 상에 프레싱하는 단계;
- 툴을 폐쇄하는 단계;
- 플라스틱 재료, 특히 하나 또는 복수의 플라스틱 재료 리브 또는 플라스틱 재료 스트럿을 툴 내로, 특히 사출 성형 또는 프레싱에 의해 도입하는 단계;
- 하이브리드 부품을 툴로부터 제거하는 단계.
이러한 식으로, 접착제층은, 중간 저장을 비롯하여 그 컴포넌트에 대한 사전 코팅 및 접착제층의 건조 단계가 필요 없도록 프로세스에 통합되는 방식으로 컴포넌트, 특히 금속 요소 상에 도포된다. 마찬가지로, 그 방법은 어떠한 건조도 필요로 하지 않기 때문에, 주변 환경으로의 용매 방출을 피할 수 있다. 게다가, 플라스틱 재료의 특히 사출 성형에 의한 도입은 접착제층의 도포시에 즉시 수행될 수 있어, 하이브리드 부품의 제조 프로세스를 최적화 및 가속화할 수 있다는 이점이 있다. 따라서, 공급 체인은 현저히 감축된다. 또 다른 이점은 접착제층의 선택된 프로파일에 의한 부분적 코팅의 간단한 실시를 포함한다. 예를 들면, 리세스 영역에서의 용접, 클린칭(clinching)에 의한 접합, 및 층 두께가 두 배로 되는 것을 피하면서 행하는 금속간 접착 접합 등의 추가적인 처리를 위한 유리한 조건이 얻어질 수 있다. 마찬가지로, 다양한 기판 조합을 위한 다층 접착제층의 도포 및 균일층 두께의 도포가 용이하게 실시될 수 있다. 특허, 그 방법에서의 프레스 램의 사용은 사전 성형 컴포넌트의 부분적 코팅이 그러한 방식에서 단순화되기 때문에 유리하다. 프레스 램을 사용하면, 복잡한 3차원 구조를 효율적인 방식으로 부분적으로 코팅할 수 있다. 이를 위해, 사전 성형 컴포넌트의 3차원 형상에 상응하는 프레스 램이 이용된다.
사전 성형 컴포넌트의 사용, 특히 시트 금속 패널은 시트 금속 패널을 형성할 때에 적용되는 통상의 온도가 100℃보다 높기 때문에 특히 유리하다. 따라서, 사전 성형 컴포넌트가 본 발명에 따른 방법에 이용되는 경우, 코팅이 높은 성형 온도에 노출되지 않는다. 이미 코팅된 컴포넌트, 특히 시트 금속 패널을 성형하는 것은 높은 에너지 입력으로 인해 코팅이 성형 중에 가열 및 냉각되어, 정말로 그 코팅의 특성을 손상시킨다는 점에서 단점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 컴포넌트, 특히 시트 금속 패널을 성형할 때에 통상 적용되는 온도 사이클에 의해 코팅이 손상되지 않아, 하이브리드 부품의 제조에서 컴포넌트의 코팅을 능률적이게 한다. 예를 들면 딥드로잉에 의한 성형으로 코팅이 얇아지는 것도 피할 수 있다.
특히 사전 성형 컴포넌트의 배치 전에 툴의 특히 온도 제어 장치에 의한 가열은 소정 장치(이 장치는 잠재적으로 툴이거나 그 일부일 수 있음)에서 또는 툴과는 별도의 가열 요소에서의 컴포넌트를 가열하는 것으로 이해할 수 있다. 이어서, 가열된 특히 사전 성형 컴포넌트가 툴 내에 배치된다. 그러한 별도의 장치는 도 6에 도시되어 있으며, 그 도면의 해당 명세서 부분에서 설명할 것이다. 가열 오븐 형태의 별도의 가열 요소는 도 7에 도시되어 있으며 그 도면의 해당 명세서 부분에서 설명할 것이다.
접착제층, 특히 접착제 필름은 이하에서는 그 자체가 접착성을 갖거나 활성화시에, 예를 들면 가열 시에 접착성을 갖는다는 점을 이해할 것이다.
컴포넌트는 바람직하게는 시트 금속 패널, 특히 강재 패널 또는 알루미늄 패널을 포함하는 것을 이해할 것이다. 마찬가지로, 그 컴포넌트는 바람직하게는 플라스틱 재료 또는 탄소 요소를 포함한다는 점을 이해할 것이다.
전처리된, 특히 사전 성형된 컴포넌트가 또한 이용될 수 있다는 점은 말할 필요도 없다. 이 경우, 예를 들면 음극 딥 코팅, 양극 산화, 에칭, 화성 및 부동태화 층(conversion and passivation layer)(알칼리 인산 처리, 아연 인산 처리, 철 인산 처리, 망간 인산 처리, 그리고 티타늄, 지르코늄 및 실란계 화성층), 나노 코팅, 전기 아연 도금, 핫 딥 아연 도금, 내부식 프라이머 등의 요건에 부합한 코팅이 적용될 수 있다. 여기서, 컴포넌트를 성형, 예를 들면 딥드로잉한 후, 전술한 요건에 부합한 코팅 중 하나를 이용하여 코팅하고, 마지막으로 전술한 바와 같이 접착제층을 도포하고 플라스틱 재료를 도입하는 것이 특히 유리하다.
툴을 특히 온도 제어 장치로 가열하고 특히 사전 성형 컴포넌트 상에 접착제층을 프레싱하는 방법 단계들은 순서적 측면에서 교체 가능하고 시간적 측면에서 융통성이 있을 수 있다는 점은 말할 필요도 없다. 이러한 식으로, 예를 들면 용융 특성, 접착의 전개(development) 및/또는 접착의 전개에 있어서의 순간 프로파일 등의 접착제층의 특성이나, 예를 들면 두께 및/또는 열전도도 등의 컴포넌트의 특성이 고려될 수 있다.
가열 유닛과 냉각 유닛을 포함한 조절 가능한 온도 제어 장치는 능동적 가열 및/또는 냉각을 가능하게 한다. 가열 저항기가 툴의 지지면 내에 매립될 수 있다. 이러한 식으로 툴은 정해진 온도로 조절될 수 있다. 이 경우, 온도 제어 장치는 전기 저항 가열 장치, 가열 라디에이터, 수냉 인덕터와 조합된 특히 펄스형 냉온 제어 매체(pulsed cold temperature-control medium)를 구비할 수 있다. 마찬가지로, 인덕터는 특히 펄스형 냉온 제어 매체에 의해 둘러싸일 수 있다. 대안적으로, 열온 및 냉온 매체가 순환 시스템에서 교대로 사용될 수도 있다. 이러한 열온(hot temperature) 및 냉온 제어 매체는 물과 물의 조합, 오일과 오일의 조합, 증기와 물의 조합을 가질 수 있다.
툴을 정해진 온도로 가열함으로써, 컴포넌트에 대한 접착제층의 접착은 그 컴포넌트로의 접착제층의 제어된 도포가 실행될 수 있도록 이루어 질 수 있다.
툴은 또한 하나 또는 복수의 온도 센서를 포함한다. 검출된 온도 값은 그 방법을, 특히 툴의 온도를 폐루프 제어 또는 개루프 제어하는 데에 고려될 수 있다.
플라스틱 재료를 특히 역사출 성형(back injection-molding)에 의해 적용하는 것은, 사출, 압력 유지 및 냉각 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 플라스틱 재료는 프레싱법, 융착 조형법(fused deposition modelling method), 압출, 발포, 또는 주조에 의해 도입될 수 있다.
그 방법은 금속과 플라스틱 재료의 조합의 하이브리드 부품의 제조에 한정되지 않는다. 금속과 금속, 카본과 카본, 플라스틱 재료와 플라스틱 재료, 또는 금속과 카본의 하이브리드 부품도 가능하다. 이들 조합은 프레싱법, 발포법, 주조법, 또는 융착 조형법 및/또는 압출법에 의해 실시된다. 양립 불가능한 재료, 특히 양립 불가능한 플라스틱 재료들이 그러한 방식으로 서로 연결될 수 있다.
접착제층은 3차원 형상의 특히 사전 성형 컴포넌트의 2차원 윤곽으로서 마련될 수 있다. 이 경우, 특히 사전 성형 컴포넌트는 특히 적어도 하나 또는 복수의 리세스를 갖도록 설계될 수 있다. 이러한 식으로, 예를 들면 점 용접, 클린칭, 등의 추가적 처리 단계들이 접착제층의 리세스 영역에서 수행될 수 있다.
특히 사전 성형 컴포넌트는 펀칭, 벤딩, 포밍(forming), 딥드로잉, 프레싱, 발포, 주조 또는 융착 조형/압출에 의해 제조될 수 있다.
특히 사전 성형 컴포넌트는 전처리, 특히 탈지 처리(de-greased)될 수 있다. 이러한 식으로, 컴포넌트는 요건에 부합하고 또한 기능에 부합한 방식으로 조정될 수 있다. 전처리는 특히 프라이머층 및/또는 플라즈마층을 도포하는 것을 포함할 수 있다. 특히 사전 성형 컴포넌트는 또한 레이저로 전처리될 수도 있다.
프레스 램은 접착제층의 흡착을 가능하게 하는 적어도 하나 또는 진공 보어를 구비할 수 있다. 이 경우, 진공 보어는 프레스 램이 일측 또는 일면에 각각 리세스를 가질 것으로 이해할 것이다. 이러한 식으로, 프레스 램을 요소, 예를 들면, 접착제층에 배치할 시에, 예를 들면 진공 펌프 등의 하류측 수단에 의해 리세스 내에 음압이 조성되어, 요소, 특히 접착제층의 프레스 램에 대한 접착을 가능하게 한다. 이러한 식으로, 요소, 특히 접착제층의 흡착, 부착 및 릴리스를 제어할 수 있다.
특히 사전 성형 컴포넌트에 대한 접착제층의 접착은 순간적 고정에 의해, 특히 정전 인력이나, 특히 사전 성형 컴포넌트의 접착제 사전 코팅에 의해 가능할 수도 있다. 여기서, 컴포넌트와 접착제층의 접촉면은 프레스 램과 접착제층 간의 접촉면보다 접착력이 높다. 이로 인해, 컴포넌트에 대해 접착제층을 접촉시킬 수 있다. 접착제 사전 코팅은 컴포넌트에 사전에 도포되고 접착제층의 그에 대한 접착을 지원하는 접착제 코팅이라는 점을 이해할 것이다.
프레스 램에 대한 접착제층의 접착은 그에 인가된 음압에 의해 부여되는 경우, 그 음압을 감소시켜 컴포넌트에 대한 접착제층의 접착을 행할 수 있다. 마찬가지로, 그 필름을 프레스 램으로부터 릴리스하도록 양압이 인가될 수 있다. 게다가, 접착제층을 꿰뚫는 스프링 장착 핀이 또는 이용될 수도 있다. 핸들링 및 운반은 마찬가지로 그러한 방식으로 행해질 수 있다.
플라스틱 재료의 도입 중에, 툴은 온도 제어 장치에 의해 온도 조절되고, 특히 정해진 온도로 조절될 수 있다. 이러한 식으로 플라스틱 재료의 도입은 특히 채용된 플라스틱 재료의 균일 분포의 측면에서 최적화될 수 있다. 마찬가지로, 온도 제어 장치는 요건에 부합한 방식으로 개루프 또는 폐루프 제어될 수 있다.
플라스틱 재료의 도입 전에, 특히 사전 성형 컴포넌트 및/또는 접착제층은 적외선 복사, 고주파 복사, 또는 고온 공기에 의해 가열될 수 있다. 금속 성분을 함유하는 컴포넌트의 경우, 그 컴포넌트는 마찬가지로 유도 또는 기타 방법에 의해 온도 제어될 수 있다. 이러한 식으로, 두 요소 모두 컴포넌트에 대한 접착제층의 접착의 측면에서 최적의 온도로 조절될 수 있다.
그 접착제층도 금속 성분 부분을 가질 수 있다. 이러한 식으로, 접착제층은 유도에 의해 가열될 수 있다.
접착제층은 단층 또는 다층으로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 3층 또는 5층으로 구성될 수 있다. 이러한 식으로 원하는 특성들이 접착제층에 채용될 수 있다. 그 특성으로는 특히 상이한 접착 특성, 저항 특성, 유동 특성, 점도, 용융 온도, 용융 온도 범위, 온도 레질리언스(temperature resilience), 점착 특성(tacking property), 습윤 거동을 포함한다.
접착제층은 특히 잠재 반응기(latently reactive group)를 포함할 수 있다. 이러한 식으로 재료적 일체화 연결을 일시적으로 지연시키는 구성이 가능하다.
접착제층은 전사 캐리어 상에 도포될 수 있다. 이 경우, 전사 캐리어는 예를 들면 전사 필름일 수 있다. 프레스 램에 대한 접착제층의 접착이 전사 캐리어, 특히 전사 필름에 의해 방지될 수 있다. 프레싱 중에 전사 캐리어는 분리층으로서 기능한다. 전사 캐리어는 플라스틱 재료의 주입 전에 제거된다. 전사 캐리어는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리올레핀, 폴리아미드, PPA, 폴리에스테르, 폴리실록산/실리콘(silicone), PTFE, TPU, 셀룰로오스 하이드레이트/셀로판, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스, 비스코스, PBT, PC, ABS, PEEK, POM, ASA, SAN, PAN, PVC, PS로 이루어질 수 있다. 그 제조를 위한 기타 재료가 당업자에게 공지되어 있다. 일반적으로, 전사 캐리어는 열가소성 플라스틱 재료 및 비접착성 재료로 이루어질 수 있다. 이 경우, 전사 캐리어와 접착제층은 서로 접착되지 않는다. 접착제층은 전사 캐리어에 용이하게 접착하는 한편, 접착제층은 전사 캐리어로부터 용이하게 벗겨질 수 있다. 이러한 식으로, 전사 캐리어는 코팅 과정 후에 문제없이 제거될 수 있다.
접착제층은 제조 프로세스 중에 캐리어 상에 도포될 수 있다. 이들 캐리어는 접착제층의 제조 프로세스 중에 함께 제조될 수 있다(필름 캐리어).
평면형(2차원형) 프레스 램을 이용하는 방법에 대해 실리콘(silicone) 처리 종이로 이루어진 전사 캐리어가 적합하다.
게다가, 반제품 직물 제품, 특히 매트, 부직포, 크로스-레이드 구조(cross-laid structure), 직조 직물, 브레이드 직물 또는 편직물이 캐리어로서 이용될 수 있다. 이 캐리어는 플라스틱 재료가 주입되는 중에 시스템에 유지되어, 플라스틱 재료와 접착제층 사이의 중간층으로서 기능한다.
접착제층은 층 두께가 1 내지 2000㎛, 바람직하게는 5 내지 1000㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 500㎛일 수 있다. 접착제층은 바람직하게는 탄성을 가져, 딥드로잉 중에 두께가 균일하게 얇아진 접착제층이 얻어진다. 이러한 식으로, 접착제층은 후속하여 성형될, 특히 딥드로잉될 컴포넌트에 적용될 수도 있다.
접착제층은 바람직하게는 펀칭 및/또는 절삭 툴을 이용하여서도 조정할 수 있다. 이러한 식으로, 접착제층은 특히 컴포넌트의 치수에 대해 요건에 부합한 방식으로 조정될 수 있다.
접착제층에 있어서의 특히 사전 성형 컴포넌트에 면하는 층은, 폴리올레핀, 특히 무수 말레인산과 조합된 폴리올레핀; 폴리아미드, 특히 페놀과 조합된 폴리아미드; 폴리우레탄, 특히 잠재 반응성 폴리우레탄; 페놀 수지; 폴리에스테르, 특히 코폴리에스테르; 에틸렌 비닐 아세테이트; 에틸렌 비닐알코올; 이오노머; 아크릴레이트; 실란; 및 에폭시드로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 이용하여 이루어질 수 있다. 다른 잘 정착된 플라스틱 재료가 당업자에게 공지되어 있으며, 따라서 상기한 목록이 전부는 아니다. 이러한 식으로, 그 층은 용융 온도 범위가 60 내지 250℃, 바람직하게는, 80 내지 230℃, 보다 바람직하게는 100 내지 220℃이다.
접착제층에 있어서의 프레스 램에 면하는 층은, 폴리올레핀, 특히 무수 말레인산과 조합된 폴리올레핀; 폴리아미드, 특히 페놀과 조합된 폴리아미드; 열가소성 폴리우레탄(TPU); 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT); 폴리프탈아미드(PPA); 폴리카보네이트(PC); 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS); 폴리에스테르 에테르 케톤(PEEK); 폴리옥시메틸렌(POM); 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트(ASA); 및 스티렌 아크릴로니트릴 수지(SAN)로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 이루어질 수 있다. 다른 잘 정착된 플라스틱 재료가 당업자에게 공지되어 있으며, 따라서 상기한 목록이 전부는 아니다. 이러한 식으로, 그 층은 용융 온도 범위가 80 내지 350℃, 바람직하게는, 100 내지 300℃, 보다 바람직하게는 110 내지 250℃이다.
접착제층에 있어서의 특히 사전 성형 컴포넌트에 면하는 층은, 그 접착제층이 0.1 내지 60초, 바람직하게는 0.1 내지 30초, 특히 바람직하게는 0.1 내지 15초의 접촉 압력 시간과, 0.001 내지 100bar, 바람직하게는 0.001 내지 80bar, 특히 바람직하게는 0.001 내지 50bar의 압력으로 컴포넌트에 전사될 수 있도록 하는 식의 컴포넌트에 대한 접착력을 갖는다.
역사출 성형 하이브리드 부품은 코팅된 시트 금속 커버로 덮일 수 있으며, 특히 강고한 접합 및 형상 끼워맞춤 방식으로 그에 연결될 수 있다. 코팅된 시트 금속 커버는 접착제층을 구비할 수 있고, 이러한 식으로 하이브리드 부품과 함께, 특히 두 접착제층들 간의 접착식 접합 연결에 의해 복합체를 구성할 수 있다.
이러한 식으로 하이브리드 부품이 덮이거나, 추가적 요소가 각각 강고한 접합 및 형상 끼워맞춤 방식으로 하이브리드 부품에 연결될 수 있다. 접착제층이 없는 시트 금속 커버가 하이브리드 부품에 적용될 수 있다는 점은 말할 필요도 없다. 이 경우, 강고한 접합 및 형상 끼워맞춤 연결은 컴포넌트에 사전에 채용된 접착제층에 의해 행해진다.
게다가, 전술한 바와 같이 특히 사전 성형 컴포넌트, 특히 시트 금속 패널이 공급되어 접착제층이 마련되는 상기한 방법에 의해 하이브리드 부품이 제조될 수 있다. 추가적 작업 단계에서, 섬유 복합재, 바람직하게는 반제품, 보다 바람직하게는 반제품의 직물 제품이 컴포넌트와 접착제층의 복합체 상에 부착될 수 있다. 대안적으로, 섬유 복합재, 바람직하게는 반제품, 보다 바람직하게는 반제품의 직물 제품이 먼저 접착제층 상에 부착되고, 이어서 이러한 복합체가 특히 사전 성형 컴포넌트, 특히 시트 금속 패널 상에 래밍(ramming)될 수 있다. 대안적으로, 특히 사전 성형 컴포넌트에 대한 어떠한 준비도 마찬가지로 행하지 않고, 그 후에 접착제층, 섬유 복합재, 바람직하게는 반제품, 보다 바람직하게는 반제품의 섬유 제품 및 플라스틱 재료가 특히 사전 성형 컴포넌트 상에 적용될 수 있다. 이러한 식으로, 경량이면서 높은 안정성을 갖는 것을 특징으로 하도록 특히 금속 성분의 유리한 특성과 플라스틱 재료의 유리한 특성을 갖는 하이브리드 부품이 본 발명의 방법에 따라 제조될 수 있다. 상기한 섬유 복합재는 본 명세서에 있어서 유기 패널, 섬유 매트릭스 반제품, 유리 섬유, 탄소 섬유, 폴리머 섬유, 및 천연 섬유로 보강된 플라스틱 재료일 수 있다는 점을 이해할 것이다.
본 발명은 또한 하이브리드 부품의 제조에서, 특히 전술한 방법에서 접착제층을 컴포넌트 상에 도포하는 데에 있어서의 프레스 램의 용도에 관한 것이다. 이러한 식으로, 하이브리드 부품이 비용 및 시간 효율적으로 제조된다.
본 발명은 또한 하이브리드 부품의 제조에서, 특히 전술한 방법에서 컴포넌트에 플라스틱 재료를 연결하는 데에 있어서의 접착제 필름의 용도에 관한 것이다.
프레스 램을 이용하거나 및/또는 접착제층, 특히 접착제 필름을 이용함으로써, 하이브리드 부품을 비용 및 시간 효율적으로 제조할 수 있다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 하이브리드 부품의 개략적 단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 하이브리드 부품의 개략적 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 다양한 요소들의 개략도이며,
도 4는 하이브리드 부품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 개략도이고,
도 5는 대안적인 방법을 수행하기 위한 다양한 요소들의 개략도이며,
도 6은 위치 설정 가능한 외부 열원을 포함하는, 대안적인 방법을 수행하기 위한 다양한 요소들의 개략도이고,
도 7은 별개의 가열 오븐을 포함하는, 대안적인 방법을 수행하기 위한 다양한 요소들의 개략도이며,
도 8은 하이브리드 부품을 폐쇄하는 대안적인 방법을 수행하기 위한 다양한 요소들의 개략도이고,
도 9는 하이브리드 부품을 폐쇄하는 대안적인 방법의 개략도이며,
도 10은 하이브리드 부품을 폐쇄하는 대안적인 방법의 개략도이다.
도 1은 컴포넌트(2), 부분적이도록 설계된 접착제층(21), 및 하나 또는 복수의 플라스틱 리브(32)(도 1a 참조)를 포함한 하이브리드 부품(1)을 도시하고 있다. 여기서, 하나 또는 복수의 플라스틱 재료 리브(32)는 접착제층(21)에 의해 컴포넌트(2)에 연결된다. 대안적으로, 컴포넌트(2)는 완전히 또는 부분적으로 플라스틱 재료로 채워질 수 있으며, 이 플라스틱 재료는 접착제층(21)에 의해 컴포넌트(2)에 접착된다. 대안적으로, 접착제층(21)은 전체 영역에 걸쳐 연장하도록 설계될 수 있다(도 1b 참조). 대안적으로, 하이브리드 부품(1)은 접착제층(21')(도 1c 참조)에 의해 컴포넌트(2)에 부착되는 시트 금속 커버(31)로 덮일 수 있다.
도 2는 컴포넌트(2), 접착제층(21), 하나 또는 복수의 플라스틱 리브(32), 접착제층(21') 및 하나의 시트 금속 커버(31)를 포함하는 하이브리드 부품(1)을 도시하고 있다. 컴포넌트(2)는 전체 영역에 걸쳐 접착제층(21)으로 코팅되어 있고, 그 접촉 영역에서 플라스틱 재료 리브(32)에 지탱될 시트 금속 커버(31)가 접착제층(21')(도 2a 참조)으로 코팅되어 있다. 대안적으로, 시트 금속 커버(31)는 컴포넌트(2)의 외부 영역에서 접착제층(21, 21)들이 서로 아래위로 놓이도록 그 전체 영역에 걸쳐 접착제층(21')로 코팅된다.
평면형의 예시에서는 서로 아래위로 놓여진 컴포넌트(2), 접착제층(21) 및 시트 금속 커버(31)를 포함한 하이브리드 부품(1)을 보여주고 있다(도 2c 참조). 대안적으로, 컴포넌트(2)는 섬유로 보강된다. 따라서, 전술한 요소들이 3차원 방식으로 사전 성형될 필요가 없다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 다양한 요소들을 도시한다. 컴포넌트(2)는 툴(3)의 공동 내에 놓인다. 가열 유닛(4) 및 냉각 유닛(5)을 포함하는 조절 가능 온도 제어 장치가 공동 내에 놓인 컴포넌트(2)를 정해진 온도로 가열한다. 접착제층(21)은 프레스 램(11)에 접착된다. 프레스 램은 접착제층(21)의 흡착 및 릴리스를 제공하는 진공 보어(12)를 구비한다. 접착제층(21)은 프레싱에 의해 컴포넌트(2)에 전사된다. 이어서, 프레스 램(11)은 툴(3) 밖으로 나가고, 예를 들면 사출 성형 설비를 갖는 툴(3')의 제2 요소가 코팅된 컴포넌트(2)를 플라스틱 재료로 채운다.
도 4는 온도 제어 장치(가열 유닛(4) 및 냉각 유닛(5))에 의해 온도 제어된 컴포넌트(2)에, 진공 보어(12)를 통해 부여되는 음압을 이용하여 프레스 램(11)에 의한 접착제층(21)의 프레싱에 의한 전사를 도시하고 있다. 프레스 램(11)이 툴(2) 밖으로 나가면, 툴(3')의 제2 요소로 툴을 폐쇄하고 플라스틱 재료(34)를 코팅된 컴포넌트(2)로 도입한다. 이어서, 툴을 개방하여, 하이브리드 부품(1)을 툴(3, 3')로부터 제거할 수 있다. 대안적으로, 제거 전에, 하이브리드 부품(1)은 시트 금속 커버(도 8, 도 9 및 도 10 참조)로 덮일 수 있다.
도 5, 도 6 및 도 7은 컴포넌트(2)에 에너지를 입력하는 대안적인 가능성을 도시하고 있다. 이동 가능 열원이 툴(3) 내로 이동하고, 툴(3)의 공동 내에 위치한 컴포넌트(2)가 상응하게 가열된다(도 5 참조). 냉각 유닛(5)은 툴(3) 내의 온도를 요건에 부합한 방식으로 조정할 수 있다.
대안적으로, 컴포넌트(2)가 배치될 공동을 갖는 추가적인 툴이 제공된다(도 6 참조). 컴포넌트(2)는 가열 유닛(4')에 의해 정해진 온도로 되며, 접착제층(21)은 코팅된 프레스 램(11)은 컴포넌트(2) 상에 프레싱되며, 하나 또는 복수의 전달 요소(9)가 컴포넌트(2)와 맞물리고, 이에 의해 접착제층(21)을 코팅된 컴포넌트(2)를 툴(3)의 공동 내로 전달할 수 있게 된다. 이어서, 전달 툴(9)은 코팅된 컴포넌트(2)를 릴리스하며, 진공 보어(12)가 인가된 음압을 감소시킴으로써 접착제층(21)을 릴리스하며, 프레스 램(11)이 툴(3) 밖으로 나가며, 예를 들면 사출 성형 툴을 갖는 툴(3')의 제2 요소가 플라스틱 재료로 코팅된 컴포넌트(2)를 채운다. 냉각 유닛(5)이 툴(3) 내의 온도를 요건에 부합한 방식으로 조정할 수 있다.
대안적으로, 컴포넌트(2)는 슬라이드(8) 상에 위치하고, 외부 가열 장치(7), 예를 들면 외부 가열 오븐(도 7 참조)에서 정해진 온도로 된다. 슬라이드(8)는 가열 장치(7) 밖으로 이동하고, 접착제층(11)이 코팅되고 진공 보어(12)를 통해 인가된 음압이 부여된 프레스 램(11)은 컴포넌트(2) 상에 프레싱되며, 하나 또는 복수의 전달 요소(9)가 컴포넌트(2)와 맞물리며, 이에 의해 접착제층(21)을 코팅된 컴포넌트(2)를 툴(3)의 캐비티 내로 전달할 수 있게 된다. 이어서, 접착제층(21)이 릴리스되도록 인가된 음압이 감소되며, 전달 툴(9)은 코팅된 컴포넌트(2)를 릴리스하며, 프레스 램(11)은 툴(3) 밖으로 나가고, 예를 들면 사출 성형 유닛을 갖는 툴(3')의 제2 요소가 코팅된 컴포넌트(2)를 플라스틱 재료로 채운다. 냉각 유닛(5)이 툴(3) 내의 온도를 요건에 부합한 방식으로 조정할 수 있다.
도 8, 도 9 및 도 10은 접착제층(21')이 코팅된 시트 금속 커버(31)로 컴포넌트(2)를 덮기 위한 요소 및 방법 단계를 도시하고 있다.
여기서, 전달 장치(33)를 이용하여, 코팅된 시트 금속 커버(31)를 툴(3)의 공동 내에 놓여진 컴포넌트(2) 상에 프레싱하여 그 상에 전달한다(도 8 참조). 툴(3)에서의 온도 조절은 가열 유닛(4) 및 냉각 유닛(5)을 통해 수행된다. 컴포넌트(2)는 접착제층(21')을 갖고 있으며, 플라스틱 재료로 채워질 수 있거나, 및/또는 툴(3')의 요소에 의해 도입된 하나 또는 복수의 플라스틱 재료 리브(도시 생략)를 구비할 수 있다. 전달 장치는 가열 유닛(4")를 구비한다. 마찬가지로, 외부 열원(도시 생략)이 마련될 수도 있다.
대안적으로, 툴(3')은 추가적으로 접착제층(21')이 코팅된 시트 금속 커버(31)를 위한 접촉면을 구비한다(도 9 참조). 툴(3)의 온도는 가열 유닛(4)과 냉각 유닛(5)에 의해 조절될 수 있다. 툴(3')은 툴(3)에 대해 특히 측방향으로 이동 가능하여, 접착제층(도시 생략)이 코팅된 컴포넌트(2)가 초기에 플라스틱 재료(34)로 채워질 수 있도록 하거나, 플라스틱 리브(도시 생략)가 결합될 수 있게 한다. 이어서, 코팅된 시트 금속 커버(31)는 컴포넌트(2) 상으로 전달된다. 툴(3')은 접촉면의 영역에 가열 유닛(4"')를 추가적으로 구비한다. 대안적으로, 외부 열원(도시 생략)이 또한 마련될 수도 있다.
대안적으로, 툴(3')은 회전 플레이트로서 설계되며, 툴(3)의 공동과는 반대측에 접착제층(21')이 코팅된 시트 금속 커버(31)를 위한 접촉면을 구비한다(도 10). 툴(3)의 온도는 가열 유닛(4) 및 냉각 유닛(5)에 의해 조절될 수 있다. 특히 플라스틱 재료 리브 형태의 플라스틱 재료(34)가 코팅된 컴포넌트(2) 내에 도입될 때에, 툴(3')은 접착제층(21')이 코팅된 시트 금속 커버(31)가 컴포넌트(2)와 서로 합동을 이루도록 정렬된다. 따라서, 컴포넌트(2) 상으로 시트 금속 커버(31)의 전달이 수행된다. 툴(3')은 접촉면의 영역에 가열 유닛(4"')를 추가적으로 구비한다. 대안적으로, 외부 열원(도시 생략)이 또한 마련될 수도 있다.

Claims (18)

  1. 하이브리드 부품(1)을 제조하는 방법으로서:
    - 특히 사전 성형 컴포넌트(2), 특히 금속 요소를 제공하는 단계;
    - 툴(3, 3'), 특히 사출 성형 툴 또는 프레싱 툴을 제공하는 단계;
    - 적어도 하나의 프레스 램(11)을 제공하는 단계;
    - 적어도 하나의 접착제층(21), 특히 접착제 필름을 상기 프레스 램(11)에 제공하는 단계;
    - 상기 툴(3, 3') 내에 상기 특히 사전 성형 컴포넌트(2)를 배치하는 단계;
    - 상기 툴(3, 3') 내에 배치하기 전에 특히 온도 제어 장치에 의해 상기 툴(3)을 가열하거나, 상기 컴포넌트(2)를 가열하는 단계;
    - 상기 접착제층(21)을 상기 특히 사전 성형 컴포넌트(2) 상에 프레싱하는 단계;
    - 상기 툴(3, 3')을 폐쇄하는 단계;
    - 플라스틱 재료, 특히 하나 또는 복수의 플라스틱 재료 리브(32) 또는 플라스틱 재료 스트럿을 상기 툴(3, 3') 내로, 특히 사출 성형 또는 프레싱에 의해 도입하는 단계;
    - 상기 하이브리드 부품(1)을 상기 툴(3, 3')로부터 제거하는 단계
    를 포함하는 하이브리드 부품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 접착제층(21)은 3차원 형상의 상기 특히 사전 성형 구조 요소(2), 특히 적어도 하나 또는 복수의 리세스를 갖는 특히 금속 요소의 2차원 윤곽으로서 제공되는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 특히 사전 성형 컴포넌트(2)는 펀칭, 벤딩, 포밍(forming) 및/또는 딥드로잉에 의해 제조되는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특히 사전 성형 컴포넌트(2)는 전처리, 특히 탈지 처리되는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레스 램(11)은 상기 접착제층(21)의 흡착을 가능하게 하는 적어도 하나 또는 복수의 진공 보어(12)를 구비하는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특히 사전 성형 컴포넌트(2)에 대한 상기 접착제층(21)의 접착은 일시적 고정에 의해, 특히 정전 인력 또는 상기 특히 사전 성형 컴포넌트(2)의 접착제 사전 코팅에 의해 가능한 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 재료(34)의 도입 중에 상기 툴(3)은 특히 가열 유닛(4)에 의해 온도 제어되며, 특히 정해진 온도로 조절되는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특히 사전 성형 컴포넌트(2) 및/또는 접착제층(21)은 사출 성형 공정 전에 적외선 복사, 유도, 열풍, 또는 고주파 복사에 의해 가열되는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제층(21)은 단층으로 또는 다층으로, 바람직하게는 3층 또는 5층으로 설계되는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제층(21)은 특히 잠재 반응기(latently reactive group)를 갖는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제층(21)은 전사 캐리어(22) 상에 도포되는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제층(21)은 층 두께가 1 내지 2000㎛, 바람직하게는 5 내지 1000㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 500㎛인 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제층(21)에 있어서의 상기 특히 사전 성형 컴포넌트에 면하는 층은, 폴리올레핀, 특히 무수 말레인산과 조합된 폴리올레핀; 폴리아미드, 특히 페놀과 조합된 폴리아미드; 폴리우레탄, 특히 잠재 반응성 폴리우레탄; 페놀 수지; 폴리에스테르, 특히 코폴리에스테르; 에틸렌 비닐 아세테이트; 에틸렌 비닐알코올; 이오노머; 아크릴레이트; 실란; 및 에폭시드로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 이용하여 이루어지는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제층(21)에 있어서의 상기 프레스 램(11)에 면하는 층은, 폴리올레핀, 특히 무수 말레인산과 조합된 폴리올레핀; 폴리아미드, 특히 페놀과 조합된 폴리아미드; 열가소성 폴리우레탄(TPU); 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT); 폴리프탈아미드(PPA); 폴리카보네이트(PC); 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS); 폴리에스테르 에테르 케톤(PEEK); 폴리옥시메틸렌(POM); 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트(ASA); 및 스티렌 아크릴로니트릴 수지(SAN)로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 이루어지는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착제층(21)에 있어서의 상기 특히 사전 성형 컴포넌트(2)에 면하는 층은, 상기 접착제층(21)이 0.1 내지 60초, 바람직하게는 0.1 내지 30초, 특히 바람직하게는 0.1 내지 15초의 접촉 압력 시간과, 0.001 내지 100bar, 바람직하게는 0.001 내지 80bar, 특히 바람직하게는 0.001 내지 50bar의 압력으로 상기 컴포넌트(2)에 전사될 수 있도록 하는 식의 상기 컴포넌트(2)에 대한 접착력을 갖는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 역사출 성형(back injection-molded) 하이브리드 부품(1)은 코팅된 시트 금속 커버(31)로 덮이며, 특히 강고한 접합 및 형상 끼워맞춤 방식으로 그에 연결되는 것인 하이브리드 부품의 제조 방법.
  17. 하이브리드 부품(1)의 제조에서, 제1항 내지 제16항에 따른 하이브리드 부품의 제조 방법에서, 접착제층(21)을 컴포넌트(1) 상에 도포하는 데에 있어서의 프레스 램(11)의 용도.
  18. 하이브리드 부품(1)의 제조에서, 제1항 내지 제16항에 따른 하이브리드 부품의 제조 방법에서, 컴포넌트(2)에 특히 사출 성형 또는 프레싱 플라스틱 재료를 연결하는 데에 있어서의 접착제 필름의 용도.
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