KR20180067626A - 상이한 재료들의 2개의 컴포넌트들을 결합하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속-플라스틱 복합재를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 방법은 다음의 단계들: 접합될 금속 부분의 표면에 접착제 테이프를 적용하는 단계, 폐쇄된, 바람직하게는 2-부분 중공형 금형 내로 금속 부분을 배치하는 단계, 접착제 테이프가 열가소성 플라스틱에 의해 둘러싸이도록, 중공형 금형 내로 열가소성 플라스틱을 사출하는 단계, 및 중공형 금형으로부터 금속-플라스틱 복합재를 제거하는 단계를 포함한다.

Description

상이한 재료들의 2개의 컴포넌트들을 결합하기 위한 방법
본 발명은 상이한 재료들의 2개의 컴포넌트들, 예를 들어 금속-플라스틱 또는 플라스틱-플라스틱의 결합을 위한 프로세스에 관한 것이다.
경량의 (자동차) 구성에서 금속-플라스틱 복합 재료들 및 플라스틱-플라스틱 복합 재료들의 사용은 끊임없이 증가하고 있다. 다른 가능성은 플라스틱 표면들의 마무리에서 금속 장식 요소들의 사용이다.
금속 요소들, 예를 들어 금속 시이트들이 접착제 접합 또는 오프-라인(부가의 작동)에 의해 마무리된 플라스틱 서브컴포넌트에 결합될 수 있다. 대안적으로, 사출 성형 프로세스에서, 금속 요소가 금형에 배치될 수 있으며, 그리고 액체 플라스틱 구성물이 금형의 오버몰딩(overmolding) 또는 인-몰드(in-mold) 코팅에서 사용될 수 있다.
사출 성형과 관련된 세부 사항은 Chemielexikon R
Figure pct00001
mpp [R
Figure pct00002
mpp's Chemical Encyclopedia]에서 발견될 수 있으며, 그리고 구체적으로 "사출 성형"이란 제목이다(2013 Georg Thieme Verlag, 문서 식별자 RD-19-03499, 최신 업데이트: 2011년 7월).
사출 성형 프로세스에서의 플라스틱과 금속 사이의 접착은 일반적으로 좋지 않으며, 특히 무극성 플라스틱의 경우에 매우 좋지 않다. 인터로크(interlock) 연결(오버몰딩(overmolding)) 또는 마찰 연결(frictional connection)(압력 끼워맞춤(force-fit))은 2개의 재료들을 함께 유지하는 기계적 수단으로 사용되며; 이는 외부 접촉에서, 예를 들어 인-몰드-코팅 프로세스(in-mold-coating process)에서 특히 금속 요소들이 문제가 된다. 사출 성형 프로세스의 냉각 단계 동안의 수축 및 뒤틀림은 금속과 플라스틱 사이에서 응력들을 유발하고, 최종적으로 균열 또는 분열을 유발할 수 있다. 일반적으로, 2개의 재료들 사이에서의 힘의 전달에 대한 그리고 또한 액체들에 대한 불투과성에 대해 단지 제한된 가능성들이 존재한다. 기계적 그리고 열적 응력은 또한 접합을 약화시킬 수 있고, 재료들에서의 다양한 유형들의 피로로 이어질 수 있다. 따라서, 금속과 플라스틱 사이의 응집 (접착) 접합은 항상 바람직하다.
접착제 접합은 응력 피크들을 소산시키고 기계적/열적으로 유도된 변형 차이들을 보상함으로써 복합재의 전체 강도, 및 그 내구성 및 무결성을 증가시킨다. 접착제 접합을 성취하기 위한 다양한 접근법들이 존재한다. 전통적인 방법은 물리적 또는 화학적 방법을 사용하여 금속 표면을 (바람직하게는, 복합재 제조 바로 전에 또는 사출 금형에 직접적으로) 사전처리한다. 이는 첫째로 플라즈마 처리 등일 수 있거나, 둘째로 금속 표면이 화학적 프라이머(primer)에 의해 또는 액체 접착제에 의해 처리될 수 있거나, 래커(lacquer) 코팅 또는 다른 (플라스틱) 코팅으로 설비될 수 있다. 모든 변형들은 복잡한 취급 또는 대규모 자본 지출을 수반하며, 그리고/또는 건강에 해로울 수 있다. 플라즈마는 어떠한 탄성/보상 중간 층도 발생시키지 않으며, 그리고 더욱이, 흡입 시스템은 오존 및 기타 가스들을 제거하기 위해 요구된다. 프라이머는, 프라이머가 적용 후 건조(플래시-오프(flash-off) 시간)를 요구하고, 증발하는 용매들로 인해 건강에 해로울 수 있다는 단점을 가진다. 액체 접착제들은 또한 경화를 위한 소정의 시간을 요구하고, 잠재적으로 건강에 해롭고, 그리고, 금형에서 과도한 압력의 결과로서, 접착제 접합을 위해 의도되는 영역을 넘어 “흘러 나오고(exude)”그리고 퍼질 수 있다.
본 발명의 목적은 금속-플라스틱 복합재 또는 플라스틱-플라스틱 복합재의 제조를 위한 최적화된 프로세스를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 주요 청구항에서 제시된 바와 같은 프로세스를 통해 성취된다. 종속 청구항들은 본 발명의 요지의 유리한 실시예들을 제공한다.
이에 따라, 본 발명은 금속-플라스틱 복합재의 제조를 위한 프로세스를 설명하며, 이 프로세스는 다음의 단계들을 포함한다:
● 접착제 접합을 요구하는 금속 부분의 그 표면에 접착제 테이프를 적용하는 단계,
● 폐쇄된, 바람직하게는 2-부분(two-part) 중공형 금형 내로의 금속 부분을 배치하는 단계,
● 열가소성 플라스틱이 접착제 테이프를 에워싸도록 중공형 금형 내로 열가소성 플라스틱을 사출하는 단계,
● 중공형 금형으로부터 금속-플라스틱 복합재를 제거하는 단계.
대안적으로, 플라스틱-플라스틱 결합을 발생시키기 위해 동일한 단계들을 사용하는 것이 본 발명에서 또한 가능하다.
● 접착제 접합을 요구하는 플라스틱 부분의 그 표면에 접착제 테이프를 적용하는 단계,
● 폐쇄된, 바람직하게는 2-부분 중공형 금형 내로 플라스틱 부분을 배치하는 단계,
● 제2 열가소성 플라스틱이 접착제 테이프를 에워싸도록 중공형 금형 내로 제2 열가소성 플라스틱을 사출하는 단계
● 중공형 금형으로부터 플라스틱-플라스틱 복합재를 제거하는 단계.
금속-플라스틱 복합재란 표현이 이후에 사용될 때, 그 의미는 또한 플라스틱-플라스틱 복합재를 포함한다.
접착제 테이프는 본 발명에서 금속-플라스틱-사출-성형 프로세스에서 접착 촉진제(promoter)로서 작용한다. 이는 가장 높은 제품 성능, 가장 높은 제조 품질, 가장 높은 제품 안정성 및 가장 높은 제품 비용-효율성을 조합하는 복합재 재료들의 제조를 가능하게 한다. 이는 또한, 새로운 유형들의 복합재 컴포넌트들 및 새로운 유형들의 복합재 기하학적 형상들을 제공할 수 있다. 프로세스는 신뢰가능하고 깨끗하며, 그리고 배출-공기 장비 및 부가의 하류 작업을 요구하지 않는다. 접착제 테이프의 적용은 사출 성형 프로세스로부터 시간적으로(chronologically) 그리고 공간적으로 디커플링될(decoupled) 수 있고, 그리고 사실상 아웃소싱될(outsourced) 수 있다.
접착제 테이프는 본 발명에서 접착-접합될 금속 표면에 적용된다. (접착제 테이프 측면은 인-몰드 코팅의 경우에 금형 내로 내측방으로 향하는 경우) 금속 요소는 그 후, 사출 금형 내로 배치되며, 그리고 사출 성형 단계가 실행된다. 복합재 컴포넌트가 금형으로부터 제거되자마자, 금속과 플라스틱 사이의 요구되는 최소 접착이 존재한다. 접착제 접합의 접착 및/또는 응집은 바람직하게는, 그 후, 소정의 후경화 시간 후에 그리고/또는 후처리 단계에서 증가한다.
접착제 테이프라는 표현은 본원에서 본 발명의 목적들을 위해, 시이트 또는 스트립의 형태를 취하고 하나 또는 양자 모두의 측면들 상에 접착제의 코팅, 즉 전형적인 테이프들뿐만 아니라 라벨들, 섹션들, 펀칭된 제품들(접착제에 의해 코팅된 펀칭된 캐리어 시이트들), 2차원으로 연장된 구조들(예를 들어, 필름) 등을 가지는 임의의 캐리어 구조, 및 또한 다수층의 배열들을 의미하는 것으로 의도된다.
“접착제 테이프”란 표현은 또한, “전달 접착제 테이프", 즉 캐리어리스 접착제 테이프(carrierless adhesive tape)로서 공지되어 있는 것을 포함한다. 전달 접착제 테이프의 경우에, 적용 전에, 접착제는, 해제 층이 제공되어 있으며 그리고/또는 비접착 특성들을 가지는 가요성 라이너들 사이에 적용된다. 적용을 위해, 하나의 라이너가 일반적으로 먼저 제거되며, 접착제가 적용되고, 그리고 그 후 제2 라이너가 제거된다. 접착제 테이프는, 예를 들어, 야드 단위의(by the yard) 고정된 길이들로, 그렇지 않으면 롤들 상에 연속적인 제품(아르키메데스 스파이럴들(Archimedean spirals))으로서 제공될 수 있다.
접착제 테이프는 금속 표면에 대한 바람직한 접착을 가져야 하고, 그리고 임의의 비례하지 않은(disproportionate) 바람직하지 않는 변화들을 겪지 않고, 사출 성형 프로세스를 견뎌야 한다. 단일 면 또는 양면 접착제 테이프들을 사용하는 것이 원칙적으로 가능하다. 단일 면 접착제 테이프들은 그 후, 바람직하게는, (기계적인 접착을 위한) 거친 그리고/또는 개방-포어(pore) 표면을 가지거나, 사출 플라스틱과의 요구되는 최소 호환성을 나타내는 캐리어를 가진다. 그러나, 양면 또는 캐리어리스 접착제 테이프들이 선호된다. 반응성 접착제 테이프들로서 공지되어 있는 것들이 특히 선호되지만, 캐리어를 가지고, 또는 캐리어를 가지지 않고 열가소성 접착제 테이프들을 사용하는 것이 또한 가능하다. 반응성 접착제 테이프들은, 금형에서의 사출 성형 조건들(압력, 온도, 시간) 하에서, 서로, 그리고/또는 플라스틱/금속과, 그리고 따라서 서로 중에서 그리고/또는 기재와 반응하고, 분자 네트워크를 구성하는, 잠재적인(latent) 화학 반응성 분자 그룹들을 포함한다. 대안적으로, 접착제 테이프의 반응이 또한, 사출 성형 단계 전에 외부 자극(광, UV 방사, 플라즈마 또는 제2 상보적 접착제 테이프 또는 용액 형태의 이니시에이터(initiator)의 도입 등)에 의해 개시될 수 있다.
접착제 테이프의 제형 및 구조, 그리고 이에 따라 그 극성(플라스틱/금속 친화도), 반응 조건들 및 반응 화학적 성질은 바람직한 사출 성형 조건들 및 선택된 플라스틱 및 선택된 금속을 위해 요구되는 바와 같이 조절될 수 있다. 접착제 테이프의 극성/화학적 성질은 이상적으로, 접착제-결합될 기재들 양자 모두와 호환성이 있으며, 따라서 금속과 플라스틱 사이의 큰 차이들의 효과를 감소시키도록 작용한다.
반응성 접착제 테이프의 종류들의 예들은, 에폭시-, 아크릴레이트-, 페놀-포름알데히드-수지- 및 이소시아네이트-함유 접착제 테이프들이다. 접착제 테이프는 2개의 화학적 종류들의 혼합물을 또한 수반할 수 있으며, 각각의 화학적 종류들 그 자체는 기재들 중 하나에 이상적인 접착을 가능하게 한다.
가능한 금속 요소들은 강 또는 알루미늄으로 제조될 수 있다.
가능한 사출 성형 플라스틱은, 임의의 바람직한 열가소성 플라스틱 또는 열경화성 플라스틱, 특히 ABS, PP, PA, PUR일 수 있다.
접착제 테이프는 선택적으로:
- 발포가능해질 수 있다.
- 응력들을 또한 보상하기 위해, 탄성적인 그리고/또는 점탄성 특성들을 나타낼 수 있다.
- 유동 현상을 방지하기 위해 예로써 캐리어 또는 섬유가 존재하는(laid-fiber) 재료를 포함할 수 있다.
- 복수의 층들, 예를 들어 기능 층들로 구성되고, 그리고 또한 (각각의 치수 방향으로) 대칭 또는 비대칭 구조를 가질 수 있다.
- 접착-접합 영역 및 평면식 또는 비평면식, 구조화되거나 구조화되지 않은(표면) 토포그래피들(topographies) 내에 상이한 두께들을 가질 수 있다.
- 전체 표면 또는 표면의 부분에 걸쳐 그리고 또한 프로세스 전에 또는 프로세스 동안 임의의 바람직한 시간에 적용될 수 있다.
접착제 테이프들의 설명된 사용은 공지된 표면 사전 처리, 예를 들어 플라즈마 사전 처리들 또는 프라이머 사전 처리에 의해 조합될 수 있다.
원리는 금속-플라스틱 복합재 재료들을 위해 사용될 뿐만 아니라, ─본 발명에서 언급되어 있는 바와 같이─, 예를 들어, 사출 성형 프로세스에서 2개의 매우 상이한 플라스틱들을 결합하려는 의도가 있는 경우, 또한 적합하다.
본 발명은 다수의 예들을 참조로 하여 아래에서 더 상세하게 설명될 것이며, 이러한 예들이 어떠한 방식으로든 본 발명을 제약할 의도는 없다.
본 발명의 특히 유리한 실시예들은 아래에서 설명되는 도면들을 참조로 하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 접착제 테이프 접착 촉진제가 설비되고 그리고 금형에서 인-몰드 코팅을 겪는 플라스틱 시이트를 도시하며, 그리고
도 2는 접착제 테이프 접착 촉진제가 설비되고 그리고 금형에서 오버몰딩을 겪는 튜브형 금속 요소를 도시한다.
금속-플라스틱 복합재
강 프레임은, 전체 컴포넌트의 스크류잉(screwing) 및 용접(welding)을 가능하게 하는 방식으로 폴리아미드로 제조되는 사출 성형된 플라스틱 시이트(4)로 제공될 수 있다. 상기 컴포넌트의 예는, 트렁크 아래에 있는 플라스틱으로 제조되고 그리고 기계적인 수단에 의해 차체에 용접될 수 있는 스페어 타이어 홀더이다.
반응성 접착-촉진 접착제 테이프(3)(tesa®HAF 8400)는 강 프레임의 일 측면 상에 미리 적용되며, 그리고 접착제 테이프를 갖는 강 프레임은 (내측방으로 지향되는 접착제 테이프 측면을 갖는) 적합한 사출 금형 내로 배치된다.
tesa®HAF 8400은 니트릴 고무 및 페놀 수지를 기초로 하여 열-활성화가능한 캐리어리스 필름(heat-activatable carrierless film)이다. 이는 강력한 페이퍼 라이너(strong paper liner)를 가진다. 실내 온도에서, 재료는 점착성이 없다. 사전고정(prefixing)을 위한 활성화 온도는 약 90℃이다. 제2 프로세싱 단계에서, 제품은 압력 및 열을 도입함으로써 적용된다.
고온 액체 폴리아미드는 폐쇄된 금형(1) 내로 사출된다(2). 이제 충전되는 금형에서 고온 및 고압에 의해, tesa®HAF 8400은 금속과의 인터페이스 그리고 폴리아미드와의 인터페이스 양자 모두에서 교차결합하고 접합들을 형성한다. 일단 폴리아미드가 경화되었다면, 컴포넌트는 금형으로부터 제거될 수 있다. HAF 접착 촉진제(promoter) 없는 상황과 비교할 때, 강 프레임 및 고형화된 폴리아미드는 이제 더 큰 힘들을 견딜 수 있는 방식으로 tesa®HAF 8400에 의해 결합되어 있다.
대안적인 실시예에서, 접착제 테이프 접착 촉진제(3)를 갖는 튜브형 금속 요소(5)가 금형에서 오버몰딩을 겪는다.
본 발명의 특히 유리한 실시예들은 아래에서 설명되는 도면들을 참조로 하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 접착제 테이프 접착 촉진제가 설비되고 그리고 금형에서 인-몰드 코팅을 겪는 플라스틱 시이트를 도시하며, 그리고
도 2는 접착제 테이프 접착 촉진제가 설비되고 그리고 금형에서 오버몰딩을 겪는 튜브형 금속 요소를 도시한다.

Claims (5)

  1. 금속-플라스틱(plastic) 복합재의 제조를 위한, 프로세스(process)로서,
    상기 프로세스는:
    접착제 접합을 요구하는 금속 부분의 그 표면에 접착제 테이프를 적용하는 단계,
    폐쇄된, 바람직하게는 2-부분 중공형 금형 내로 상기 금속 부분을 배치하는 단계,
    열가소성 플라스틱이 상기 접착제 테이프를 에워싸도록 상기 중공형 금형 내로 열가소성 플라스틱을 사출하는 단계, 및
    상기 중공형 금형으로부터 금속-플라스틱 복합재를 제거하는 단계를 포함하는,
    프로세스.
  2. 플라스틱-플라스틱 복합재의 제조를 위한, 프로세스로서,
    상기 프로세스는:
    접착제 접합을 요구하는 플라스틱 부분의 그 표면에 접착제 테이프를 적용하는 단계,
    폐쇄된, 바람직하게는 2-부분 중공형 금형 내로의 상기 플라스틱 부분을 배치하는 단계,
    제2 열가소성 플라스틱이 상기 접착제 테이프를 에워싸도록 상기 중공형 금형 내로 제2 열가소성 플라스틱을 사출하는 단계, 및
    상기 중공형 금형으로부터 플라스틱-플라스틱 복합재를 제거하는 단계를 포함하는,
    프로세스.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 접착제 테이프는 양면(double-sided) 또는 캐리어니스(carrierless)인,
    프로세스.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착제 테이프는 반응성 접착제 테이프인,
    프로세스.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발포 절차(foaming procedure)로 인해, 상기 접착제 테이프는, 가능한 응력들을 감소시키도록 또는 수축으로 인한 공동들의 형성을 감소시키도록 작용하는,
    프로세스.
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