KR20180012284A - 플라즈마 코팅에 의한 복합 재료의 제조 - Google Patents

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KR20180012284A
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티센크루프 스틸 유럽 악티엔게젤샤프트
티센크룹 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 금속 기판 및 적어도 하나의 플라스틱 층을 포함하는 적층형 복합 재료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 간단하고 신뢰가능한 방식으로 적층형 복합 재료의 성질의, 사용 목적에 맞춰지는, 조정을 성취하는 과제는 상기 방법이, 금속 기판 및 플라스틱 층을 제공하는 단계; 접합 촉진제 층을, 플라즈마 코팅 설비를 사용하는 플라즈마 코팅에 의해 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 도포하는 단계로서, 접합 촉진제 층을 생성하기 위한 플라즈마 코팅 중에, 플라즈마 코팅 설비는 적어도 일부 영역 내에 접합 촉진제 층의 의도된 프로파일이 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 설정되는 방식으로 제어되는, 단계; 및 접합 촉진제 층을 포함하는 금속 기판의 표면에의 플라스틱 층의 결합, 및/또는 접합 촉진제 층을 포함하는 플라스틱 층의 표면에의 금속 기판의 결합을 수행하여 복합 재료를 제조하는 단계를 포함함으로써 해결된다.

Description

플라즈마 코팅에 의한 복합 재료의 제조
본 발명은 적어도 하나의 금속 기판 및 적어도 하나의 플라스틱 층을 포함하는 적층형 복합 재료를 제조하는 방법 그리고, 적어도 하나의 금속 기판 및 적어도 하나의 플라스틱 층을 포함하는 적층형 복합 재료를 제조하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 적어도 하나의 금속 기판, 적어도 하나의 플라스틱 층, 및 그 사이에 배열되는 적어도 하나의 접합 촉진제 층을 포함하는 적층형 복합 재료에 관한 것이다.
일반적인 타입의 적층형 복합 재료, 예를 들어 열가소성 플라스틱 층을 2개의 얇은 금속 외부 층 사이에 갖는 샌드위치 시트의 사용은 자동차 분야에서 경량 구조 컨셉을 구현하는 경우에 유리하다. 이들 적층형 복합 재료를 사용하면, 자동차 구조에서의 중량-절감에 대한 잠재성을 추가로 증가시킬 수 있다. 또한, 적층형 복합 재료는 빈번하게 상호 배타적인 다양한 유리한 성질을 제공할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 타입의 적층형 복합 재료는 플라스틱 층으로 인해, 중실 시트보다 훨씬 낮은 중량을 갖고, 동시에, 더 높은 강도 수치를 제공한다. 또한, 적층형 복합 재료는 흡음성을 갖고 높은 강성을 제공할 수 있다.
금속 기판과 플라스틱 층의 결합을 위해서는, 접합 촉진제 층이 금속 기판과 플라스틱 층 사이에 제공될 수 있다. 접합 촉진제 층은 예를 들어, 습식-화학 방법, 예컨대 롤 코팅, 분무 또는 침지 코팅을 사용하여 금속 스트립으로 도포된다.
그러나, 적층형 복합 재료는 고객 맞춤형 요건에 따라, 상이한 성질을 갖는 영역을 갖는 것이 필요할 수 있다. 이는, 상이한 영역이 상이한 요건을 충족시켜야 하기 때문에 필요할 수 있다. 예를 들어, 특정 영역이 다른 영역보다 높은 정도의 변형을 받을 수 있다. 차체 요소로서 적층형 복합 재료를 사용하는 경우, 그곳이 사고시에 특정 성질을 갖거나 특정 특성을 나타내는 영역인 것을 원할 수도 있다. 원칙적으로, 이것을 예를 들어, 대응하여 맞춰진 커버 층 또는 플라스틱 층에 의해 성취하는 것도 고려할 수 있을 것이다. 그러나, 이것은 복잡한 제조 방법으로 이어진다.
이러한 종래 기술을 배경으로 본 발명의 목적은, 적층형 복합 재료의 성질이 각각의 최종 사용에 맞춰지는 방식으로, 간단한 방식으로 그리고 공정 신뢰도가 높은 방식으로 성취될 수 있는 방법, 장치 및 적층형 복합 재료를 명시하는 것이다.
이러한 목적은, 본 발명의 제1 교시내용에 따라, 일반적인 타입의 제조 방법이
- 금속 기판 및 플라스틱 층을 제공하는 단계;
- 접합 촉진제 층을, 플라즈마 코팅 설비에 의한 플라즈마 코팅에 의해 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라(along) 도포하는 단계로서, 접합 촉진제 층은 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 접합 촉진제 층의 의도된 프로파일이 적어도 일부 영역 내에 설정되도록 플라즈마 코팅 설비를 플라즈마 코팅 중에 구동함으로써 생성되는, 단계; 및
- 접합 촉진제 층을 갖는 금속 기판의 표면에 플라스틱 층을 결합하고 그리고/또는 접합 촉진제 층을 갖는 플라스틱 층의 표면에 금속 기판을 결합하여 복합 재료를 제조하는 단계
를 포함함으로써 성취된다.
접합 촉진제 층을, 플라즈마 코팅에 의해 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 도포하는 것에 의해 첫째로 성취되는 것은 적층형 복합 재료의 개별적인 층들 사이의 매우 강력한 접합 성질을 성취하는 것이 가능하다는 것이다. 이러한 종류의 접합 성질은 예를 들어 습식-화학 방법, 예를 들어 롤 코팅, 분무 또는 침지 코팅에 의해 도포되는 종래의 접합 촉진제 층으로써는 지금까지 성취할 수 없었다.
동시에, 플라즈마 코팅 중의 플라즈마 코팅 설비의 구동에 의해 성취되는 것은 코팅 중의 접합 촉진제 층의 생성과의 정확한 영향관계를 성취하는 것이 가능하다는 것이다. 이것의 결과는 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 접합 촉진제 층의 의도적으로 설정된 프로파일이 성취된다는 것이고, 이것은 기존의 방법에 의해서는 가능할 수 없었다. 예를 들어, 코팅 중에만 일어나는 편차(예를 들어, 금속 스트립의 경우에, 스트립 진행 속도의 변화)를 고려하는 것이 또한 가능하다.
접합 촉진제 층의 의도된 프로파일의 설정은 특히 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 접합 촉진제 층의 성질(예를 들어, 접합 촉진제 층의 두께, 접합 촉진제 층의 밀도, 접합 촉진제 층의 조성, 접합 촉진제 층의 표면 구조 등)이 의도된 방식으로 설정된다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 이것은 그 결과의 접합 강도가 국부적으로 정확하고 자원-효율적인 방식으로 조정되게 한다.
접합 촉진제 층의 의도된 프로파일의 설정은 예를 들어, 접합 촉진제 층에 대한 특정 성질의 관점에서의 요구조건의 기초로 작용될 수 있다. 요구조건은 플라즈마 코팅 설비가 구동되는 기초로서 사용되는 접합 강도의 관점에서 만들어진다는 것이 마찬가지로 상정가능하다.
표면을 따라 코팅은 예를 들어, 금속 기판 및/또는 플라스틱 층 및 플라즈마 코팅 설비의 상대적인 이동을 통해 성취될 수 있다.
적층형 복합 재료는 하나 초과의 금속 기판 및/또는 하나 초과의 플라스틱 층을 또한 가질 수 있다. 이러한 관점에서, 금속 기판은 적어도 하나의 금속 기판을 의미하는 것으로 이해된다. 적층형 복합 재료는 예를 들어, 금속 기판으로서의 2개의 금속 외부 층 그리고 그 사이에 배열되는, 예를 들어, 열가소성 플라스틱 층을 갖는 샌드위치 시트이다.
하나 초과의 플라즈마 코팅 설비가 제공되는 것이 마찬가지로 가능하다. 이러한 관점에서, 플라즈마 코팅 설비는 적어도 하나의 플라즈마 코팅 설비를 의미하는 것으로 이해된다. 예를 들어, 하나의 플라즈마 코팅 설비가 각각의 금속 기판 및/또는 플라스틱 층에 대해 제공된다.
금속 기판은 예를 들어, 시트이거나 스트립 형태, 예를 들어 금속 스트립이다. 스트립은 예를 들어, 그것이 권출되는 코일에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 스트립의 코팅은 예를 들어 적층 설비에서, 개별적인 층의 결합 단계와 연계하여 수행된다.
금속 기판은 예를 들어, 코팅되지 않거나 코팅된 기판이다. 예를 들어, 금속 기판은 강철, 특히 스테인리스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 아연, 구리, 티타늄, 또는 이들의 조합을 포함한다. 코팅된 금속 기판은 아연-코팅, 아연/마그네슘-코팅 또는 크롬-코팅되거나 알루미늄계 코팅을 가질 수 있다. 예를 들어, 금속 기판은 전해 아연도금 또는 전해 크롬-도금되거나 금속 기판에는 아연계 또는 알루미늄계 고온 침지 코팅이 처리된다.
플라스틱 층은 예를 들어, 중합체, 바람직하게는 열가소성 중합체이다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 구성에서, 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 접합 촉진제 층의 의도된 프로파일은 의도된 방식으로 균질하거나 표면을 따라 의도된 방식으로 변하는 프로파일이다.
표면을 따라 의도된 방식으로 균질한 접합 촉진제 층의 프로파일이 제공되면, 자원 효율성의 상승이 성취될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 코팅 중의 플라즈마 코팅 설비의 구동은 스트립 속도에 대한 코팅의 매칭을 성취하고, 그에 따라 자원, 예컨대 전구체 재료가 최적으로 사용될 수 있다.
특히 유리한 구성에서, 표면을 따라 의도된 방식으로 변하는 접합 촉진제 층의 프로파일이 상정되면, 의도적으로 불균질한 접합 강도가 정확한 방식으로 설정되는 것이 가능하다. 예를 들어, (후속적인 단계에서) 증가된 변형에 노출되는 적층형 복합 재료의 영역에는 상승된 접합 강도가 제공되어 개별적인 층의 분리를 방지할 수 있다. 예를 들어, 사고 시에 의도적으로 박리되어야 하는 차체 요소로서 사용되는 적층형 복합 재료의 영역에는 감소된 접합 강도가 선택적으로 제공될 수 있다. 플라즈마 코팅 설비의 구동은 이러한 경우에도 코팅 중에 일어나는 변화, 예컨대 스트립 속도의 변화를 고려할 수 있다.
본 발명의 방법의 하나의 유리한 구성에서, 플라즈마 코팅 설비는 다중의 플라즈마 모듈을 포함하고, 플라즈마 코팅 설비의 구동은 플라즈마 모듈의 적어도 부분적으로 별개의 구동을 포함한다. 이것은 특히, 의도된 방식으로 변하는 접합 촉진제 층의 프로파일을 성취하는 방식을 제공한다. 접합 촉진제 층을 도포할 때의 요구된 국부적인 정확성은 예를 들어, 플라즈마 모듈의 배열 및 개수를 통해 성취될 수 있다. 요건에 따르면, 상기 배열은 개별적인 모듈에 기초하여, 유연한 방식으로 변경, 확장 또는 감소될 수 있다. 다중의 플라즈마 모듈은 예를 들어, 2개의 플라즈마 모듈, 3개의 플라즈마 모듈, 4개의 플라즈마 모듈 등일 수 있다.
본 발명의 방법의 추가적인 구성에서, 다중의 플라즈마 모듈은 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라, 특히 매트릭스의 방식으로, 서로 인접하여 배열된다. 이것은 또한 접합 촉진제 층의 복잡한 프로파일이 플라즈마 코팅 설비의 개별적인 플라즈마 모듈의 비교적 간단한 배열을 통해 성취되게 한다. 예를 들어, 2개 이상의 플라즈마 모듈이 인접한 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 플라즈마 모듈이 제1 방향으로 서로 나란히 배열될 수 있고 그리고/또는 2개 이상의 플라즈마 모듈이 제2 방향(예를 들어, 제1 방향에 대해 횡단하는 방향)으로 서로 나란히 배열될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 모듈은 2x1 매트릭스, 1x2 매트릭스, 2x2 매트릭스 등의 매트릭스의 방식으로 배열된다. 금속 기판 및/또는 플라스틱 층이 예를 들어, 길면, 플라즈마 모듈은 길이 방향으로 관찰될 때에, 예를 들어, 전후로 그리고/또는 좌우로 배열될 수 있다.
본 발명의 방법의 하나의 구성에서, 플라즈마 코팅 설비의 구동은 금속 기판 및/또는 플라스틱 층에 대한 플라즈마 코팅 설비의 적어도 일부의, 특히 하나 이상의 플라즈마 모듈의, 상대적인 위치의 변화를 발생시킨다. 이것은 특히, 플라즈마 코팅 설비 또는 개별적인 플라즈마 모듈의 공정 파라미터를 변경하지 않고도, 의도된 방식으로 변하는 접합 촉진제 층의 프로파일을 성취하는 방식을 제공한다. 대신에, 플라즈마 코팅 설비 또는 그 일부, 예를 들어 하나의 플라즈마 모듈은 코팅 중에 이동될 수 있다. 원칙적으로, 이러한 구성 역시 가능하지만, 의도된 프로파일의 설정을 위해 플라즈마 코팅 설비의 구동의 다른 구성과 조합될 수 있다.
본 발명의 방법의 추가적인 구성에서, 플라즈마 코팅은 다음의 단계 중 하나 이상을 포함한다.
- 공정 가스를 제공하는 단계;
- 플라즈마를 발생시키는 단계;
- 접합 촉진제 층의 생성을 위한 전구체를 플라즈마 또는 플라즈마 애프터글로(afterglow) 내로 공급하는 단계; 및
- 플라즈마-중합된 접합 촉진제 층을 금속 기판 및/또는 플라스틱 층 상에 적어도 부분적으로 침착시키는(deposit) 단계.
그러한 플라즈마 코팅 작업의 경우에, 접합 촉진제 층을 따라 접합 강도의 효율적이고 정확한 조정이 가능하다는 것이 밝혀졌다. 바람직하게는, 플라즈마 코팅은 대기 압력 하에서 수행된다. 이것은 플라즈마 코팅이 비교적 간단한 방식으로 실시되게 하는데, 어떤 진공 챔버 또는 압력 챔버도 제공할 필요가 없기 때문이다. 플라즈마는 예를 들어, 제1 전극과 제2 전극 사이에서 발생될 수 있다. 이러한 경우에, 금속 기판 역시 유리하게는 마찬가지로 전극들 중 하나를 구성할 수 있다. 접합 촉진제 층의 두께는 예를 들어, 2 내지 50 nm이거나 이들 수치 사이에서 변할 수 있고, 이것은 신뢰가능한 접합 강도 그리고 접합 강도의 조정 면에서의 충분한 자유도로 이어진다.
전구체는 예를 들어, 분말상, 액상 또는 가스상일 수 있다. 예를 들어, 액체 전구체가 미립화되어 캐리어 가스와 함께 에어로졸로서 공급될 수 있다. 전구체는 예를 들어, 유기산, 특히 유기 카르복실산, 바람직하게는 아크릴산 또는 메타크릴산을 포함한다. 전구체는 예를 들어, 알릴아민, 알릴 메타크릴레이트, 히드록시에틸 아크릴레이트, (3-아미노프로필)트리에톡시실란 및/또는 (3-글리시독시프로필)트리메톡시실란을 포함할 수 있다.
공정 가스는 예를 들어, N2, CO2, Ar 및/또는 He을 포함한다. 또한, 공정 가스는 (예를 들어, 최대 5%로) 수소를 반응성 가스로서 포함할 수 있다.
본 발명의 방법의 추가적인 구성에서, 플라즈마 코팅 설비의 구동은 플라즈마 코팅 설비, 특히 하나 이상의 플라즈마 모듈의 하나 이상의 공정 파라미터의 변화, 특히 플라즈마 출력, 전구체 공급 및/또는 공정 가스에 관한 공정 파라미터의 변화를 발생시킨다. 플라즈마 코팅 작업 중의 하나 이상의 공정 파라미터의 변화는 특히, 의도된 방식으로 변하는 접합 촉진제 층의 프로파일을 성취하는 방식을 제공한다. 단일의 플라즈마 모듈에서의 하나의 공정 파라미터가 변경되면, 접합 촉진제 층의 프로파일의 공간 해상도의 추가적인 증가가 성취될 수 있다. 플라즈마 출력에 관한 공정 파라미터는 예를 들어, 전극 전압의 변화일 수 있다. 전구체 공급에 관한 공정 파라미터의 변화는 예를 들어, 전구체의 조성 또는 전구체의 유동 속도의 변화일 수 있다. 공정 가스에 관한 공정 파라미터의 변화는 예를 들어, 공정 가스의 조성 또는 공정 가스의 유동 속도의 변화일 수 있다.
플라즈마 코팅 설비의 구동 역시 마찬가지로 플라즈마 코팅 설비의 플라즈마 모듈의 단지 일부에서의 하나 이상의 공정 파라미터의 변화이고, 그에 따라 공간 해상도를 추가로 증가시킬 수 있다.
본 발명의 방법의 추가적인 구성에서, 플라즈마 코팅 설비, 특히 플라즈마 코팅 설비의 하나 이상의 플라즈마 모듈은 다중의 공급 지점을 갖고, 플라즈마 코팅 설비의 구동은 다중의 공급 지점에서 적어도 부분적으로 별개의 공급 구동을 포함한다. 이것은 접합 촉진제 층의 의도된 방식으로 설정된 프로파일의 공간 해상도의 추가적인 증가를 성취할 수 있다. 공급의 구동은 예를 들어, 공급 파라미터의, 예를 들어 전구체 조성 또는 체적, 또는 공정 가스 조성 또는 체적의 변화를 성취할 수 있다.
본 발명의 방법의 추가적인 구성에서, 플라즈마 코팅 설비는 적어도 부분적으로 설정된 접합 강도 프로파일의 함수로서 구동된다. 따라서, 예를 들어, 공간적으로 분해된 접합 강도 프로파일을 설정하고 그것으로부터 접합 촉진제 층의 의도된 프로파일이 이어서 결정되는 것이 가능하다. 이러한 목적을 위해, 예를 들어, 플라즈마 코팅 설비의 구동을 적어도 부분적으로 수행하는, 제어 유닛이 제공된다. 예를 들어, 플라즈마 코팅 설비가 접합 촉진제 층의 의도된 프로파일의 설정을 위해 구동되는 방식은 하나 이상의 특성 및/또는 하나 이상의 계산 모듈에 기초하여 결정될 수 있다. 유리하게는, 본 명세서에서 스트립 형태의 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 경우에 현재의 스트립 속도를 고려하는 것이 가능하다.
본 발명의 방법의 추가적인 유리한 구성에서, 적층형 복합 재료는 제1 금속 기판 및 제2 금속 기판을 포함하고, 플라스틱 층은 제1 및 제2 금속 기판 사이에 배열되고, 접합 촉진제 층은 제1 및/또는 제2 금속 기판에 그리고/또는 플라스틱 층에 도포된다. 이러한 방식으로, 특히, 샌드위치 시트의 제조를 위해 본 발명의 방법의 구성을 사용하는 것이 가능하다. 위에 설명된 금속 기판에 관한 실시예는 제1 및 제2 금속 기판에 적용가능하다. 이들 제1 및 제2 금속 기판은 동일 또는 상이할 수 있다. 2개 초과의 금속 기판이 제공되는 것이 또한 가능하다.
본 발명의 방법의 추가적인 유리한 구성에서, 제1 금속 기판은 제1 플라즈마 코팅 설비에 의해 코팅되고, 제2 금속 기판은 제2 플라즈마 코팅 설비에 의해 코팅된다. 본 명세서에서 제1 및/또는 제2 플라즈마 코팅 설비가 위에 설명된 플라즈마 코팅 설비인 것이 가능하다. 위에 설명된 것과 같은 추가적인 플라즈마 코팅 설비가 제공되는 것이 또한 가능하다. 플라즈마 코팅 설비는 본 명세서에서 위에 설명된 것들 중 개별적인 특징을 또한 독립적으로 가질 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 코팅 설비는 동일 또는 상이할 수 있다.
이러한 방식으로, 2개의 금속 기판의, 그 사이에 배열되는 플라스틱 층에 대한, 접합 강도의 의도된 조율이 가능하다. 따라서, 접합 강도를 적층형 복합 재료의 2개의 층 사이의 영역에 대해(즉, 2-차원적으로) 의도된 방식으로 조정하는 것이 가능하고, 또한 접합 강도를 적층형 복합 재료의 상이한 층에 대해, 즉 추가적인 치수에 대해(즉, 3-차원적으로) 조정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 층이 의도된 방식으로 박리되어야 하는 지점, 그리고 또한 어느 층이 응력 하에서 의도된 방식으로 박리되어야 할지를 조정하는 것이 가능하다.
본 발명의 제2 교시내용에 따르면, 특히 본 발명의 방법의 수행을 위한, 일반적인 타입의 장치에서, 처음에 언급된 목적은, 상기 장치가,
- 금속 기판 및 플라스틱 층을 제공하는 유닛;
- 접합 촉진제 층을, 플라즈마 코팅에 의해 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 도포하는 플라즈마 코팅 설비;
- 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 접합 촉진제 층의 의도된 프로파일이 적어도 일부 영역 내에 설정될 수 있도록 플라즈마 코팅 설비를 접합 촉진제 층의 생성을 위한 플라즈마 코팅 중에 구동하는 제어 유닛; 및
- 접합 촉진제 층을 갖는 금속 기판의 표면에 플라스틱 층을 결합하고 그리고/또는 접합 촉진제 층을 갖는 플라스틱 층의 표면에 금속 기판을 결합하여 적층형 복합 재료를 제조하는 유닛
을 포함함으로써 성취된다.
위에 설명된 바와 같이, 접합 촉진제 층을, 플라즈마 코팅에 의해 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 도포하는 것은 적층형 복합 재료의 개별적인 층들 사이의 매우 높은 접합 성질을 성취한다. 또한, 제어 유닛의 제공은 플라즈마 코팅 중의 플라즈마 코팅 설비의 구동을 성취하고, 그에 따라 코팅 중의 접합 촉진제 층의 생성과의 정확한 영향관계를 성취하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 그 결과의 접합 강도를 국부적으로 정확하고 자원-효율적인 방식으로 조정하는 것이 가능하다.
본 발명의 장치의 유리한 구성에 대해, 상기 장치에 대응하여 적용하여야 하는, 본 발명의 방법 및 그 구성과 관련하여 주어지는 세부사항에 대한 참조가 수행된다.
더 구체적으로, 상기 방법의 바람직한 실시예의 방법 단계의 선행의 및 후속의 설명은 또한 상기 장치의 바람직한 실시예를 통한 방법 단계의 수행을 위한 대응하는 수단 또는 유닛의 개시를 포함할 것이다. 방법 단계를 수행하는 수단의 개시는 또한 대응하는 방법 단계의 개시를 포함할 것이다.
본 발명의 방법의 제3 교시내용에서, 처음에 언급된 목적은 일반적인 타입의 적층형 복합 재료로 성취되며, 상기 적층형 복합 재료는 본 발명의 방법에 의해 제조된다.
본 발명의 적층형 복합 재료의 하나의 구성에서, 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 접합 촉진제 층의 의도된 프로파일은 의도된 방식으로 변하는 프로파일을 갖고, 결과적으로 적층형 복합 재료는 상이한 접합 강도를 갖는 영역을 갖는다.
공지된 적층형 복합 재료와 대조적으로, 본 발명의 복합 재료의 구성은 개선된 접합 강도를 갖는다. 또한, 본 발명의 적층형 복합 재료의 구성은 정확하게 조정된 가변 접합 강도를 갖고, 접합 촉진제 층 내의 접합 강도를 국부적으로 의도된 방식으로 설정하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 또한 상이한 접합 촉진제 층을 의도된 방식으로 서로 매칭시키는 것이 가능하다.
본 발명은 도면과 연계하여 실시예를 참조하여 이후에서 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 방법의 실시예를 수행하는 본 발명의 장치의 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 적층형 복합 재료의 실시예의 개략 단면도이다.
도 3은 플라즈마 코팅 단계의 실시예이다.
도 4-5는 플라즈마 코팅 단계의 상이한 실시예이다.
도 6은 플라즈마 모듈의 대안적인 배열의 개략 평면도이다.
도 7은 일련의 제어된 공정 파라미터의 개략도이다.
도 8은 의도된 방식으로 변하는 프로파일을 갖는 접합 촉진제 층을 갖는 금속 기판의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 방법의 실시예를 수행하는 본 발명의 장치의 실시예의 개략도를 도시한다. 제공되는 금속 기판은 권출 장치(도시되지 않음)에 의해 코일(1', 2')로부터 권출되는 제1 및 제2 금속 스트립(1, 2)이다. 제3 코일(3') 상에, 열가소성 중간층(3)이 제공된다. 이러한 방식으로, 금속 기판 및 플라스틱 층의 제공을 위한 유닛이 실시된다. 각각의 금속 스트립(1, 2)은 접합 촉진제 층을 플라즈마 코팅에 의해 금속 스트립(1, 2)의 각각의 표면을 따라 도포하도록 역할을 하는, 플라즈마 코팅 설비(4, 4')에 의해 플라즈마-코팅된다. 한쪽 또는 양쪽의 플라즈마 코팅 설비(4, 4')가 플라스틱 층(3)의 한쪽 또는 양쪽 측면을 코팅하는 상정가능한 대안이 있을 수 있다. 이러한 경우에, 각각의 플라즈마 코팅 설비(4, 4')는 2개의 플라즈마 모듈(4a, 4b 또는 4a', 4b')을 갖는다. 이들 플라즈마 모듈(4a, 4b 또는 4a', 4b')은 (화살표에 의해 지시되는 것과 같이) 스트립 진행 방향으로 직렬로 배열된다. 플라즈마 모듈의 추가적인 세부사항이 아래에서 추가로 설명된다. 플라스틱 층(3)과 대면하는 2개의 금속 스트립(1, 2)의 각각의 내부 표면의 코팅 후에, 금속 스트립(1, 2) 및 플라스틱 층(3)은 적층에 의해 결합되어 스트립 형태의 적층형 복합 재료(5)를 형성한다. 이것은 플라스틱 층(3)을, 접합 촉진제 층을 갖는 각각의 금속 스트립(1, 2)의 표면에 결합하여 적층형 복합 재료(5)의 제조를 수행하는 유닛으로서 역할을 하는, 적층 유닛(6)에 의해 수행되고, 마찬가지로 개략적인 형태로 도시된다. 플라즈마-중합된 접합 촉진제 층으로의 금속 스트립(1, 2)의 플라즈마 코팅은 적층형 복합 재료(5)의 유리한 접합 강도를 적층 유닛(6)에 의한 적층 후에 성취할 수 있다.
도 1에 도시된 장치는 접합 촉진제 층의 생성을 위한 플라즈마 코팅 중의 플라즈마 코팅 설비(4, 4')의 플라즈마 모듈의 별개의 구동을 위한 제어 유닛(도시되지 않음)을 또한 갖는다. 따라서, 의도된 프로파일, 예를 들어 금속 스트립(1, 2)의 표면을 따라 의도된 방식으로 변하는 접합 촉진제 층의 프로파일을 적어도 일부 영역 내에 설정하는 것이 가능하다.
플라즈마 코팅은 바람직하게는 대기 압력에서 진행한다. 이것은 공정 가스를 제공하는 단계, 플라즈마를 발생시키는 단계, 접합 촉진제 층의 생성을 위한 전구체를 플라즈마 또는 플라즈마 애프터글로 내로 공급하는 단계, 및 플라즈마-중합된 접합 촉진제 층을 각각의 금속 스트립(1, 2) 상에 침착시키는 단계를 포함한다.
도 2는 적층형 복합 재료(5)로부터 스트립 형태로 제조된 복합 시트(7)의 형태의 본 발명의 적층형 복합 재료의 실시예의 개략 단면도를 도시한다. 복합 시트(7)는 2개의 금속 외부 시트(1, 2), 예를 들어 강철 시트를 포함한다. 각각의 금속 외부 시트(1, 2)는 열가소성 플라스틱 층(3)과 대면하는 플라즈마-중합된 접합 촉진제 층(1a, 1b)을 갖는 표면을 갖고, 이들은 국부적으로 특유한 방식으로 사용 영역에 매칭되는 프로파일을 갖는다.
도 3은 본 명세서에서 예로서 금속 스트립(2)에 대한, 플라즈마 코팅 단계의 실시예를, 예로서, 도시한다. 따라서, 플라즈마 코팅은 예를 들어, 플라즈마 모듈(4a, 4b, 4a', 4b') 내에서 진행할 수 있다. 공정 가스(8)는 제1 전극(9)과 제2 전극(10) 사이를 통해 유동한다. 플라즈마(12)가 제1 및 제2 전극(9, 10) 사이에 형성된다. 플라즈마 애프터글로는 금속 스트립(2)의 표면까지 연장할 수 있다. 에어로졸(11)이 플라즈마 애프터글로(13) 내로 공급된다. 에어로졸은 캐리어 가스 및 액체 전구체에 의해 형성되고, 공정 가스(8) 및 플라즈마와 함께, 금속 스트립(2)의 내부측으로 유도된다. 이것은 금속 스트립(2) 상으로의 접합 촉진제 층(2a)으로서의 플라즈마-중합된 전구체의 침착을 발생시킨다. 플라즈마(12) 또는 플라즈마 애프터글로(13)는 금속 스트립(2)의 표면 그리고 에어로졸 내에 존재하는 전구체를 활성화시킨다. 금속 스트립(2) 및 플라즈마 코팅 설비(4, 4')의 상대적인 이동은 금속 스트립(2) 상으로의 플라즈마-중합된 접합 촉진제 층(2a)에 의한 매우 얇은 코팅의 축적을 발생시키고, 이것은 예를 들어, 2 내지 50 nm, 바람직하게는 5 내지 30 nm의 두께를 가질 수 있다.
도 4는 본 명세서에서 예로서 금속 스트립(2)에 대한, 플라즈마 코팅 단계의 대안적인 실시예를 도시한다. 플라즈마(12)는 이러한 경우에 금속 스트립(2)의 양쪽 측면 상에 배열되는 전극(9', 10')에 의해 발생된다. 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 에어로졸(11)이 플라즈마(12) 내로 공급되고, 그에 따라 금속 스트립 상으로의 플라즈마-중합된 접합 촉진제 층(2a)의 침착으로 이어진다. 에어로졸 대신에, 가스상 전구체를 공급하는 것이 또한 가능하다.
도 5는 또 다시 예로서 금속 스트립(2)에 대한, 플라즈마 코팅 단계의 추가적인 대안의 실시예를 도시한다. 플라즈마(12)는 제1 전극(9")과, 제2 전극으로서 기능하는, 금속 기판(2) 사이에서 발생된다.
도 6은 플라즈마 모듈의 대안적인 배열의 개략 평면도를 도시한다. 이러한 경우에, 2개의 플라즈마 모듈(14a, 14b)을 포함하는 플라즈마 코팅 설비(14)가 본 명세서에서 금속 스트립(2)이지만, 또한 금속 스트립(1)일 수 있는, 금속 기판 위에 제공된다. 플라즈마 모듈은 예를 들어, 도 3-5에 도시된 바와 같이 구성되고, 도 1에 도시된 바와 같이 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 플라즈마 모듈(4a, 4b, 4a', 4b')과 대조적으로, 플라즈마 모듈(14a, 14b)은 전후로 배열되지 않고 좌우로, 바꿔 말하면 화살표에 의해 도시된 스트립 진행 방향에 직각으로 배열된다. 플라즈마 코팅 설비(14)는 플라즈마 코팅에 의해 금속 기판(2)의 표면을 따라 접합 촉진제 층을 도포한다. 접합 촉진제 층(2a)의 생성을 위해, 플라즈마 코팅 설비(14)는 본 명세서에서 플라즈마 코팅 중에 구동되고 그에 따라 금속 스트립(2)의 표면을 따라 의도된 방식으로 변하는 접합 촉진제 층의 프로파일이 적어도 일부 영역 내에 설정된다.
이러한 목적을 위해, 도 7은 일련의 제어 공정 파라미터의 개략도를 도시한다. 상기 개략도는 x 축(16)을 따른 시간, 그리고 y 축(17)을 따른 플라즈마 모듈(14a)의 공정 파라미터(18a)의 그리고 플라즈마 모듈(14b)의 공정 파라미터(18b)의 크기를 도시한다. 플라즈마 코팅 설비(14)는 플라즈마 코팅 설비(14)의 플라즈마 모듈(14a, 14b)의 공정 파라미터의 변화가 시간에 따라 성취되도록 구동된다. 공정 파라미터는 접합 촉진제 층에 의해 성취되는 접합 강도에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 경우에, 공정 파라미터의 높은 수치가 높은 접합 강도를 성취하고, 공정 파라미터의 낮은 수치가 낮은 접합 강도를 성취한다. 공정 파라미터는 예를 들어, 플라즈마 출력, 전구체 공급 또는 공정 가스에 관련될 수 있다.
이러한 예에서, 플라즈마 모듈(14a)의 공정 파라미터(18a)는 섹션 I에서 낮은 레벨에 있고, 섹션 II 및 III에서 중간 레벨에 있고, 섹션 IV에서 높은 레벨에 있다. 플라즈마 모듈(14b)의 공정 파라미터(18b)는 섹션 I에서 중간 레벨에 있고, 섹션 II에서 높은 레벨에 있고, 섹션 III에서 중간 레벨에 있고, 섹션 IV에서 높은 레벨에 있다. 다른 프로파일을 대응하는 방식으로 제공하는 것이 물론 가능하다. 플라즈마 파라미터(18a, 18b)의 제어는 예를 들어, 접합 촉진제 층의 의도된 프로파일을 의도된 접합 강도 프로파일로부터 유도하는 것 그리고 이것을 사용하여, 예를 들어, 하나 이상의 특성 및/또는 하나 이상의 계산 모델을 사용하는 것이 가능한, 공정 파라미터의 제어를 생성하는 것에 기초될 수 있다. 접합 촉진제 층(2a)이 의도된 프로파일로 도포되면, 이것은 요구된 접합 강도 프로파일로 이어진다. 유리하게는, 본 명세서에서 금속 스트립(2)의 현재의 스트립 속도를 고려하는 것이 가능하다.
도 8은 플라즈마-중합된 접합 촉진제 층(2a)으로의 코팅 후의 금속 스트립(2)을 도시한다. 플라즈마 모듈(14a)에 의해 코팅되는 영역에서, 금속 스트립(2)은 섹션 Ia에서 낮은 접합 강도를 갖고, 섹션 IIa 및 IIIa에서 중간 접합 강도를 갖고, 섹션 IVa에서 높은 접합 강도를 갖는다. 플라즈마 모듈(14b)에 의해 코팅되는 영역에서, 금속 스트립(2)은 섹션 Ib에서 중간 접합 강도를 갖고, 섹션 IIb에서 높은 접합 강도를 갖고, IIIb에서 중간 접합 강도를 갖고, 섹션 Ⅳb에서 높은 접합 강도를 갖는다.
접합 촉진제 층의 동일 또는 상이한 프로파일이 예를 들어, 금속 스트립(1)의 표면에 대해 설정될 수 있다. 금속 스트립(1, 2) 및 플라스틱 층(3)은 적층형 복합 재료(5) 또는 복합 시트(7)를, 설명된 바와 같이, 제조할 수 있다. 플라즈마 코팅에 의해 금속 스트립의 표면을 따라 의도된 프로파일에 따라 접합 촉진제 층을 도포하는 것은 그 결과의 접합 강도가 국부적으로 정확하고 자원-효율적인 방식으로 조정되게 한다. 결국, 접합 강도는 신뢰가능한 방법에 의해 (상하로 배열되는 금속 기판의 표면에 대해) 3 차원적으로 조정될 수 있다.

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 금속 기판 및 적어도 하나의 플라스틱 층을 포함하는 적층형 복합 재료를 제조하는 방법이며,
    - 금속 기판 및 플라스틱 층을 제공하는 단계;
    - 접합 촉진제 층을, 플라즈마 코팅 설비에 의한 플라즈마 코팅에 의해 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 도포하는 단계로서, 접합 촉진제 층은 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 접합 촉진제 층의 의도된 프로파일이 적어도 일부 영역 내에 설정되도록 플라즈마 코팅 설비를 플라즈마 코팅 중에 구동함으로써 생성되는, 단계; 및
    - 접합 촉진제 층을 갖는 금속 기판의 표면에 플라스틱 층을 결합하고 그리고/또는 접합 촉진제 층을 갖는 플라스틱 층의 표면에 금속 기판을 결합하여 복합 재료를 제조하는 단계
    를 포함하는, 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라 접합 촉진제 층의 의도된 프로파일은 표면을 따라 의도된 방식으로 균질하거나 의도된 방식으로 변하는 프로파일인, 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 플라즈마 코팅 설비는 다중의 플라즈마 모듈을 포함하고, 플라즈마 코팅 설비의 구동은 플라즈마 모듈의 적어도 부분적으로 별개의 구동을 포함하는, 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 다중의 플라즈마 모듈은 금속 기판 및/또는 플라스틱 층의 표면을 따라, 특히 매트릭스의 방식으로, 서로 인접하여 배열되는, 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 코팅 설비의 구동은 금속 기판 및/또는 플라스틱 층에 대한 플라즈마 코팅 설비의 적어도 일부의, 특히 하나 이상의 플라즈마 모듈의 상대적인 위치의 변화를 발생시키는, 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 코팅은,
    - 공정 가스를 제공하는 단계;
    - 플라즈마를 발생시키는 단계;
    - 접합 촉진제 층의 생성을 위한 전구체를 플라즈마 또는 플라즈마 애프터글로 내로 공급하는 단계; 및
    - 플라즈마-중합된 접합 촉진제 층을 금속 기판 및/또는 플라스틱 층 상에 적어도 부분적으로 침착시키는 단계
    중 하나 이상을 포함하는, 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 코팅 설비의 구동은 플라즈마 코팅 설비, 특히 하나 이상의 플라즈마 모듈의 하나 이상의 공정 파라미터의 변화, 특히 플라즈마 출력, 전구체 공급 및/또는 공정 가스에 관한 공정 파라미터의 변화를 발생시키는, 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 코팅 설비, 특히 플라즈마 코팅 설비의 하나 이상의 플라즈마 모듈은 다중의 공급 지점을 갖고, 플라즈마 코팅 설비의 구동은 다중의 공급 지점에서 적어도 부분적으로 별개의 공급 구동을 포함하는, 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 코팅 설비는 적어도 부분적으로 설정된 접합 강도 프로파일의 함수로서 구동되는, 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 적층형 복합 재료는 제1 금속 기판 및 제2 금속 기판을 포함하고, 플라스틱 층은 제1 및 제2 금속 기판 사이에 배열되고, 접합 촉진제 층은 제1 및/또는 제2 금속 기판에 그리고/또는 플라스틱 층에 도포되는, 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서, 제1 금속 기판은 제1 플라즈마 코팅 설비에 의해 코팅되고, 제2 금속 기판은 제2 플라즈마 코팅 설비에 의해 코팅되는, 제조 방법.
  12. 적어도 하나의 금속 기판(1, 2) 및 적어도 하나의 플라스틱 층(3)을 포함하는 적층형 복합 재료(5, 7)를 제조하는, 특히 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 수행하는 장치이며,
    - 금속 기판(1, 2) 및 플라스틱 층(3)을 제공하는 유닛;
    - 접합 촉진제 층(2a)을, 플라즈마 코팅에 의해 금속 기판(1, 2) 및/또는 플라스틱 층(3)의 표면을 따라 도포하는 플라즈마 코팅 설비(4, 4', 14);
    - 금속 기판(1, 2) 및/또는 플라스틱 층(3)의 표면을 따라 접합 촉진제 층(2a)의 의도된 프로파일이 적어도 일부 영역 내에 설정될 수 있도록, 접합 촉진제 층(2a)의 생성을 위한 플라즈마 코팅 중에 플라즈마 코팅 설비(4, 4', 14)를 구동하는 제어 유닛; 및
    - 접합 촉진제 층(2a)을 갖는 금속 기판(1, 2)의 표면에 플라스틱 층(3)을 결합하고 그리고/또는 접합 촉진제 층을 갖는 플라스틱 층(3)의 표면에 금속 기판(1, 2)을 결합하여 적층형 복합 재료(5, 7)를 제조하는 유닛(6)
    을 포함하는, 장치.
  13. 금속 기판(1, 2), 플라스틱 층(3) 그리고 그 사이에 배열되는 접합 촉진제 층(2a)을 포함하는 적층형 복합 재료이며, 적층형 복합 재료(5, 7)는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따르는 방법에 의해 제조되는, 적층형 복합 재료.
  14. 제13항에 있어서, 금속 기판(1, 2) 및/또는 플라스틱 층(3)의 표면을 따라 접합 촉진제 층(2a)의 의도된 프로파일은, 적층형 복합 재료(5, 7)가 상이한 접합 강도를 갖는 영역(Ia, IIa, IIIa, IVa, Ib, IIb, IIIb, IVb)을 갖도록 의도된 방식으로 변하는 프로파일인, 적층형 복합 재료.
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