KR20180115128A

KR20180115128A - 리얼 소재 필름을 포함하는 복합 소재 구조물의 제조 방법

Info

Publication number: KR20180115128A
Application number: KR1020170047395A
Authority: KR
Inventors: 송수완
Original assignee: 주식회사 서연이화
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2018-10-22
Also published as: KR101946807B1

Abstract

본 발명은 리얼 소재 필름을 포함하는 복합 소재 구조물의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공압을 이용하여 리얼 소재 필름을 사출 성형된 구조물에 부착하여 형성되는 복합 소재 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

리얼 소재 필름을 포함하는 복합 소재 구조물의 제조 방법{Method of Manufacturing Complex Material Structure Comprising Real Material Film}

최근 환경에 대한 관심이 높아지면서 자동차나 가전에 사용되는 인테리어 부품에도 친환경 소재나 친환경 소재의 가공법에 관심이 커지고 있다. 이러한 경향은 자동차 내장재의 표면처리 분야에도 뚜렷이 나타나고 있다.

종래의 자동차 내외장재 또는 가전제품의 표면 처리방법으로는 페인트 도장, 금속 도금, 수압 전사, 필름 인서트 성형법, 천연 소재를 이용한 프레스 성형법 등이 사용되고 있다.

이러한 표면 처리방법 중 페인트 도장이나 금속도금, 수압 전사 등은 제작 공정에서 환경오염 물질을 발생시키고, 완제품 상태에서도 사용 소재와 공법의 영향으로 유기화합물이 지속적으로 발생함으로써, 최근 시행 중인 환경규제에 따라 그 입지가 좁아 지고 있는 추세이다.

한편, 심미감 및 고급감을 부여할 수 있는 고가의 리얼 소재 성형제품과 관련하여, 공개특허공보 제2016-0030614에는 리얼 소재를 준비하는 소재준비단계, 리얼 소재를 프레스 하여 성형품의 모양으로 성형하는 프레스 단계, 성형품의 모양으로 이루어진 리얼 소재의 하면에 사출하여 기재층을 형성하는 후방사출단계, 후방사출된 리얼 소재의 상면에 컬러를 정하고 입히는 컬러링 단계, 컬러링 된 리얼 소재를 표면을 코팅하여 표면층을 형성하는 코팅단계, 코팅된 리얼 소재의 단부를 원하는 모양으로 절단하는 밀링단계, 밀링된 리얼 소재의 표면층을 연마하는 연마단계를 포함하는 리얼 소재 성형 방법이 공개되어 있다.

그러나 상기 문헌에 공개된 성형 방법은, 제작 공정이 매우 복잡하고 불량률이 높으며, 기타 표면처리 방법에 비하여 매우 고가로서 일부 고급차량 및 고급 가전제품 등에만 적용되고 있는 실정이었다.

이러한 이유로 한국공개특허 제2015-0089237호에 공개된 바와 같이, 비교적 간단한 공정과 제조원가가 낮은 인서트성형 공법 등에 사용할 수 있는 필름으로 제작하려는 노력이 지속적으로 이루어져 왔으나 리얼 소재(리얼 우드, 카본섬유 시트, 금속 시트, 한지, 스톤 등)의 고유 특성인 낮은 인장 강도와 굴곡 강도 등으로 인해 성형이 잘되지 않고 고질적인 부서짐이 발생해 사용이 어려웠다.

특히, 인서트 성형 공법으로 제작 시 리얼 소재 필름을 예열한 후 프리포밍하여 형상을 잡아주는 단계에서 필름에 직접적인 힘이 가해지게 되며, 이때 필름 표면의 리얼 소재의 에지부에 응력이 집중되어 이를 버티지 못하고 부서짐과 깨짐 등의 현상이 지속적으로 발생해 표면 품질이 크게 저하되는 문제점이 발생한다.

한국공개특허 제10-2016-0030614호 한국공개특허 제10-2015-0089237호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 종래 리얼 소재 필름의 인서트 성형을 위한 프리포밍 공정을 배제하고, 리얼 소재 필름 자체에 직접적인 물리적 변형을 최소화할 수 있는 진공 성형 공법을 적용하여 리얼 소재 필름의 표면 품질 불량 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 복합 소재 구조물의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 리얼 소재 필름의 구조층 형성을 위한 공정을 최소화하여, 제품의 제조 시간 및 제조 단가를 종래에 비해 현저히 감소시킬 수 있는 복합 소재 구조물의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 복합 소재 구조물의 제조 방법은, 리얼 소재를 소정의 두께를 갖도록 박막 형상으로 가공하여 리얼 소재층을 형성하는 리얼 소재층 형성 단계, 상기 리얼 소재층의 하면에 제1 접착층을 형성하는 제1 접착층 형성 단계, 상기 제1 접착층의 하면에 섬유 조직을 부착하여 섬유층을 형성하는 섬유층 형성 단계, 상기 섬유층의 하면에 제2 접착층을 형성하여, 층상 구조를 갖는 리얼 소재 필름을 완성하는 제2 접착층 형성 단계, 및 상기 리얼 소재 필름을 사출 성형된 구조물의 상면 및 외측면에 소정의 온도 범위 내에서 진공압을 이용하여 가압하고 부착시키는 진공 성형 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진공 성형 단계는, 상기 리얼 소재 필름을 상기 구조물의 상면에 배치하는 배치 단계, 이형 필름에 의해서 제1 챔버 및 제2 챔버로 공간적으로 분할되는 진공 챔버에 대해서, 상기 리얼 소재 필름과 상기 구조물을 상기 제1 챔버의 내부로 이동시키는 이동 단계, 진공 펌프를 이용하여 상기 제1 챔버의 내부 압력을 소정의 압력 범위로 낮추는 진공 형성 단계, 및 상기 이형 필름에 의해서 상기 리얼 소재 필름이 상기 구조물의 상면 및 외측면에 대해서 가압되도록 상기 압력 범위로 상기 제1 챔버의 내부 압력을 유지하는 가압 단계를 포함한다.

또한, 상기 제1 챔버 또는 제2 챔버에는 가열 장치가 구비되며, 상기 가열 장치에 의해서 상기 가압 단계 동안에 상기 진공 챔버의 내부는 상기 소정의 온도 범위로 유지된다.

또한, 상기 이형 필름의 에지부는 상기 진공 챔버의 내벽면에 이동가능하게 고정되며, 상기 이형 필름에 의해서 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이의 공기 이동이 차단된다.

또한, 상기 가압 단계가 완료되면, 상기 리얼 소재 필름은 상기 구조물의 상면 및 외측면에 부착되나, 상기 이형 필름과 상기 리얼 소재 필름 사이의 부착은 방지된다.

또한, 상기 이형 필름은 무연신성 폴리프로필렌 필름을 포함한다.

또한, 상기 진공 펌프의 토출압력 범위는 1 bar 이상 10 bar 이하로 유지된다.

또한, 상기 가열 장치에 의해서, 상기 온도 범위는 50℃ 이상 200℃ 이하로 유지된다.

또한, 상기 리얼 소재는 리얼 우드, 천연 코르크, 박막 금속, 카본 직조 시트, 리얼 스톤 및 한지 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

또한, 상기 리얼 소재층의 두께는 0.1mm 이상 1.0mm 이하가 된다.

또한, 상기 섬유층 형성 단계가 완료된 후에 상기 리얼 소재층의 변색 방지 처리가 수행되는 전처리 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 전처리 단계는, 상기 섬유층이 부착된 상태에서 상기 리얼 소재층을 탈색제를 이용하여 탈색하는 탈색 단계, 탈색이 완료된 상기 리얼 소재층을 세척하는 세척 단계, 및 세척된 상기 리얼 소재층을 건조하는 건조 단계를 포함한다.

또한, 상기 리얼 소재층을 보호하기 위해서, 상기 리얼 소재층의 상면을 커버하는 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 코팅층 형성 단계는, 상기 제2 접착층 형성 단계와 동시에 수행된다.

또한, 상기 코팅층은, 상기 리얼 소재층의 상면에 액상 수지를 도포하거나, 필름 형태의 수지를 상기 리얼 소재층의 상면에 부착하여 형성된다.

또한, 상기 코팅층 형성 단계는, 상기 진공 성형 단계가 완료된 후에 수행된다.

또한, 상기 코팅층은, 상기 진공 성형 단계가 완료된 복합 소재 구조물을 금형 내부에 배치한 후 인서트 사출 성형하여 형성되거나, 액체 상태의 수지를 상기 리얼 소재층의 상면에 도포하여 형성된다.

본 발명에 따른 복합 소재 구조물의 제조 방법은, 리얼 소재 필름 자체에 직접적인 물리적 변형을 최소화할 수 있는 진공 성형 공법을 적용하여 리얼 소재 필름의 표면 품질 불량 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 효과를 갖게 된다.

또한, 본 발명에 따른 복합 소재 구조물의 제조 방법은, 리얼 소재 필름의 구조층 형성을 위한 공정을 최소화하여, 제품의 제조 시간 및 제조 단가를 종래에 비해 현저히 감소시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 소재 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전처리 단계의 상세 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 도 1에 도시된 진공 성형 단계의 상세 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 복합 소재 구조물을 제조하기 위한 진공 성형 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 복합 소재 구조물의 제조 방법에 따라 제조된 복합 소재 구조물의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 복합 소재 구조물의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.

아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 소재 구조물(1)의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 소재 구조물(1)의 제조 방법은, 리얼 소재층 형성 단계(S1), 제1 접착층 형성 단계(S2), 섬유층 형성 단계(S3), 전처리 단계(S4), 및 제2 접착층 형성 단계(S5), 진공 성형 단계(S6), 및 코팅층 형성 단계(S7)를 포함하여 구성된다.

리얼 소재층 형성 단계(S1)는, 리얼 소재를 소정의 두께를 갖도록 박막 형상으로 가공하여 리얼 소재층(20)을 형성하는 단계로서, 리얼 소재를 슬라이싱하거나 박막화하여 리얼 소재층(20)을 형성하는 단계이다.

본 발명에 적용되는 리얼 소재는, 통상적인 리얼 우드, 박막형 금속, 카본 직조시트, 리얼 스톤, 한지 등과 같이 상대적으로 낮은 인장 강도와 굴곡 강도를 갖는 소재가 바람직하나, 천연 코르크와 같이 비교적 높은 인장 강도와 굴곡 강도를 갖는 소재도 물론 적용될 수 있다.

박막으로 가공되는 리얼 소재층(20)의 두께는 0.1mm 이상 1.0mm 이하인 것이 바람직하다. 이는 리얼 소재층(20)의 두께가 0.1mm 미만인 경우에는 리얼 소재층(20)의 물성이 크게 저하되어 이후 제조 단계를 거치기 위한 내마모성이 부족하게 되며, 1.0mm를 초과하는 경우에는 성형성이 저하되고 후술하는 전처리 단계(S4)에서 리얼 소재층(20)으로의 탈색제 함침이 어려워져 탈색 효과가 저하되기 때문이다.

제1 접착층 형성 단계(S2)는, 후술하는 섬유층(40)이 리얼 소재층(20)에 부착될 수 있도록 하기 위해서 리얼 소재층(20)의 하면(22)에 제1 접착층(30)을 형성하는 단계이다.

본 발명에 따른 제1 접착층(30)은 효율적 측면에서 TPU(Thermoplastic Poly Urethane) 필름이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 핫멜트 필름이라 불리우는 PE(polyethylene), PP(polypropylene), TPU(thermoplastic poly urethane), EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer), PES(polyether sulfone), PA(polyacetal) 등의 범용 수지 필름을 사용할 수 있고, 상온에서도 접착력을 보이는 일반 접착 필름을 사용할 수도 있다. 또한, 강력한 열 안정성과 부착성이 필요한 경우에는 에폭시 수지, 멜라민 수지, 폴리우레탄 수지 등 열경화성 수지도 사용할 수 있음은 물론이다.

제1 접착층(30)의 두께는 추후 단계에서 리얼 소재 필름(60)의 성형성을 고려하여 0.1mm 이상 1.0mm 이하인 것이 바람직하다

섬유층 형성 단계(S3)는, 제1 접착층(30)의 상면(31)이 리얼 소재층(20)의 하면(22)에 부착된 상태에서 제1 접착층(30)의 하면(32)에 섬유 조직을 부착하여 섬유층(40)을 형성하는 단계로서, 리얼 소재층(20)의 강도 보강을 위한 일종의 보강층을 형성하는 단계이다.

본 발명의 섬유층(40)은 리얼 소재층(20)의 강도를 보강할 수 있는 재질 및 형상을 갖는 것이라면 제한 없이 적용될 수 있으나, 바람직하게는 PET(polyethylene terephtalate), 나일론, 아크릴, 면, 또는 폴리우레탄 등 재질을 갖는 섬유를 직포 또는 부직포의 형태로 구성하여 적용할 수 있다

직포 또는 부직포 형태로 구성된 섬유층(40)은 상면(41)이 제1 접착층(30)을 매개로 열압착 방식으로 리얼 소재층(20)에 부착되며, 바람직하게는 기 공지된 열압착 방식 중 하나인 롤 프레스 장치를 이용하여 롤 프레스 공법으로 부착될 수 있다.

섬유층(40)의 두께는 추후 단계에서 리얼 소재 필름(60)의 성형성을 고려하여 0.1mm 이상 1.0mm 이하인 것이 바람직하다.

전처리 단계(S4)는, 리얼 소재로서 리얼 우드, 코르크, 한지 등과 같이 산화에 의해서 변색이 발생할 수 있는 소재가 적용되는 경우에 리얼 소재의 변색 방지 처리가 수행되는 단계이다.

보다 상세히는, 전처리 단계(S4)는 도 2에 도시된 바와 같이, 섬유층(40)이 제1 접착층(30)에 의해서 부착된 상태에서 리얼 소재층(20)을 탈색제를 이용하여 탈색하는 탈색 단계(S41)와, 탈색이 완료된 상기 리얼 소재층(20)을 세척하는 세척 단계(S42)와, 세척된 리얼 소재층(20)을 건조하는 건조 단계(S43)를 포함한다.

탈색 단계(S41)에서는, 리얼 소재층(20), 제1 접착층(30) 및 섬유층(40)으로 구성된 적층체를 탈색 용기에 넣고 탈색제를 부어 준 후 이를 교반시켜 수행될 수 있다.

탈색제는 리얼 소재를 의도하는 색상으로 탈색할 수 있는 것이라면 본 발명에 제한 없이 적용될 수 있으나, 생산성 및 제조 단가를 고려하여 과산화수소 희석액 또는 암모니아가 첨가된 과산화수소 희석액이 바람직한다.

탈색제로 순수 물과 과산화수소를 혼합한 과산화수소 희석액을 사용하는 경우, 과산화수소는 희석액 총 중량에 대하여 20중량% 이상 50중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 이는, 과산화수소의 중량%가 20중량% 미만인 경우에는 의도하는 탈색 효과를 달성할 수 없기 때문이며, 50중량% 초과인 경우에는 과도한 탈색 및 리얼 소재층(20)의 손상이 발생할 수 있기 때문이다.

한편, 탈색제로 순수 물과 과산화수소의 혼합액에 암모니아를 첨가한 과산화수소 희석액을 사용하는 경우, 암모니아와 과산화수소와의 중량비가 1:20 내지 1:5인 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명의 탈색 단계(S41)는 기존의 공지된 방식과 달리 리얼 소재층(20), 제1 접착층(30) 및 섬유층(40)으로 구성된 적층체를 탈색함으로써 리얼 소재 층 단독으로 탈색하는 경우에 발생하는 부서짐 또는 주름 발생을 현저히 저감시킬 수 있게 된다.

세척 단계(S42)는, 전술한 탈색 단계(S41)를 거치면서 리얼 소재층(20)에 함침된 탈색제를 제거하기 위한 과정이며, 일정한 용기에 담긴 순수한 물에 탈색제를 통해 탈색된 적층체를 소정 시간 동안 담그고 교반하는 과정을 1회 내지 5회 정도 수행하여 이루어질 수 있다.

이때, 추가적으로 탈색제를 중화시키기 위해서 세척 단계(S42) 중 또는 세척 단계(S42) 진행 전에 탈색제를 중화시킬 수 있는 소정의 중화제가 리얼 소재층(20)에 적용될 수도 있다.

건조 단계(S43)는, 세척된 적층체에 대해서 이후 단계를 진행할 수 있도록, 리얼 소재층(20)에 포함된 수분을 제거하는 과정이다.

이때, 건조 단계(S43)는 리얼 소재층(20)의 손상을 방지하고 제조 시간 절감을 위해서, 건조 온도는 소정의 온도 범위, 바람직하게는 10℃ 이상 50℃ 이하로 제한될 수 있고, 건조 시간은 소정의 시간 범위, 바람직하게는 1 시간 이상 100 시간 이하로 제한될 수 있다.

건조 온도의 범위를 10℃ 이상 50℃ 이하로 한정하는 이유는, 건조 온도가 10℃ 미만이면 건조시간이 길어져 효율성이 떨어지고, 건조 온도가 50℃를 초과하면 리얼 소재층(20)의 급격한 건조로 인해 표면에 주름이 생기는 등 표면 품질이 저하되는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.

한편, 도시되어 있지는 않으나, 탈색된 리얼 소재층(20)을 의도한 색상으로 안료 및 염료를 이용하여 착색하는 과정이 추가적으로 수행될 수도 있다.

제2 접착층 형성 단계(S5)는, 전술한 섬유층(40)의 하면(42)에 제2 접착층(50)을 형성하여 층상 구조를 갖는 리얼 소재 필름(60)을 완성하는 단계이다.

제1 접착층(30)과 유사하게, 본 발명에 따른 제2 접착층(50)은 효율적 측면에서 TPU(Thermoplastic Poly Urethane) 필름이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 핫멜트 필름이라 불리우는 PE(polyethylene), PP(polypropylene), TPU(thermoplastic poly urethane), EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer), PES(polyether sulfone), PA(polyacetal) 등의 범용 수지 필름을 사용할 수 있고, 상온에서도 접착력을 보이는 일반 접착 필름을 사용할 수도 있다. 또한, 강력한 열 안정성과 부착성이 필요한 경우에는 에폭시 수지, 멜라민 수지, 폴리우레탄 수지 등 열경화성 수지도 사용할 수도 있다.

제2 접착층(50)의 두께는 리얼 소재 필름(60)의 성형성을 고려하여 0.1mm 이상 1.0mm 이하인 것이 바람직하다.

진공 성형 단계(S6)는, 전술한 제2 접착층 형성 단계(S5)까지 진행하여 완성된 리얼 소재 필름(60)을 사출 성형된 구조물(70)의 상면(71) 및 외측면(72)에 소정의 온도 범위 내에서 진공압을 이용하여 가압하고 부착시키는 단계이다.

보다 상세히는, 도 3에 도시된 바와 같이 진공 성형 단계(S6)는, 배치 단계(S71)와, 이동 단계(S72)와, 진공 형성 단계(S73)와, 가압 단계(S74)를 포함하여 구성된다.

배치 단계(S71)는 리얼 소재 필름(60)을 사출 성형된 구조물(70)의 상면(71) 및 외측면(72)의 형상에 대응되도록 절단하여 구조물(70)의 상면(71)에 배치하는 단계이다.

즉, 본 발명에 따른 복합 소재 구조물(1)의 제조 방법은, 종래 기술과 같은 리얼 소재 필름(60)에 직접적인 물리적 변형이 가해지는 프리포밍 과정이 불필요하고 단순히 리얼 소재 필름(60)을 구조물(70)의 외형에 맞게 절단하고 단순히 절단된 리얼 소재 필름(60)을 구조물(70) 상에 배치함으로써, 리얼 소재 필름(60)의 물리적 변형을 최소화하고 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.

이동 단계(S72)는 배치된 리얼 소재 필름(60)과 구조물(70)을 진공 성형 장치(100)의 진공 챔버(110)의 내부로, 상세히는 제1 챔버(111)의 내부로 이동시키는 이동 단계(S72)이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(110)는 후술하는 이형 필름(130)에 의해서 제1 챔버(111) 및 제2 챔버(112)로 공간적으로 분할되어 있으며, 진공 펌프(160)에 연결되어 진공이 형성되는 제1 챔버(111)로 이동되어 고정된다.

이 때, 리얼 소재 필름(60)이 배치된 구조물(70)은 고정 지그(120)에 지지된 상태로 제2 챔버(112)의 내부로 이동된다.

진공 형성 단계(S73)는, 진공 챔버(110)에 진공 파이프(170)로 연결된 진공 펌프(160)를 이용하여 제1 챔버(111)의 내부 압력을 진공압이 되는 소정의 압력 범위로 낮추는 단계이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(110)는 이형 필름(130)에 의해서 제1 챔버(111) 및 제2 챔버(112)로 공간적으로 분할되어 있으며, 이형 필름(130)의 에지부는 진공 챔버(110)의 내벽면에 클램프(140)를 통해 이동가능하게 고정되며, 이형 필름(130)에 의해서 제1 챔버(111)와 제2 챔버(112) 사이의 공기 이동이 차단되도록 구성된다.

따라서 진공 펌프(160)가 작동되면, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 챔버(111) 내부의 압력이 소정의 압력 범위로 낮아지게 되고, 이형 필름(130)에는 도시된 화살표 방향(하측 방향)으로 이동되는 힘이 작용하여, 이형 필름(130)의 하측면이 리얼 소재 필름(60)의 상면을 가압하기 시작한다.

가압 단계(S74)는, 이형 필름(130)에 의해서 리얼 소재 필름(60)이 구조물(70)의 상면(71) 및 외측면(72)에 대해서 가압되도록 상기 압력 범위로 상기 제1 챔버(111)의 내부 압력을 유지하는 단계이다.

도 6에는 가압 단계(S74)가 진행되는 상황이 도시되어 있다.

도 6을 참조하면, 진공 펌프(160)가 작동하여 제1 챔버(111)의 내부 압력이 낮아지게 되면, 이형 필름(130)은 전체적으로 하측방향으로 이동되는 힘을 받게 된다.

이러한 힘에 의해서 이형 필름(130)은 리얼 소재 필름(60)이 구조물(70)의 상면(71) 및 외측면(72)을 둘러싸는 형상으로 밀착되도록 리얼 소재 필름(60)을 가압하게 되고, 이러한 가압력을 소정의 시간 동안에 유지함으로써 리얼 소재 필름(60)은 비교적 균일한 압력으로 구조물(70)의 상면(71)과 외측면(72)에 밀착 및 부착되는 것이다.

이 때, 이형 필름(130)에 의해서 리얼 소재 필름(60)은 구조물(70)에 견고히 부착 및 접착되나, 이형 필름(130)과 리얼 소재 필름(60) 사이에는 부착이나 접착이 발생하지 않는다.

이를 위해, 이형 필름(130)의 표면은 부착 또는 접착 방지를 위한 표면 처리가 될 수 있으며, 별도의 이형재 층이 이형 필름(130)에 구비될 수 있다.

한편, 제1 챔버(111)의 내부 압력을 진공 상태로 유지하기 위해 진공 펌프(160)는 진공 형성 단계(S73) 및 가압 단계(S74) 동안에 1 bar 이상 10 bar 이하의 토출압력 범위로 가동되는 것이 바람직하다.

이와 같은 범위로 한정하는 것은, 진공 펌프(160)의 토출압력이 1bar 미만으로 가동되는 경우에 제1 챔버(111)의 내부 진공압이 원하는 수준으로 형성되지 않고 제2 챔버(112)로부터 리얼 소재 필름(60)에 작용하는 압력이 낮아 리얼 소재 필름(60)과 사출물 사이에 의도하는 접착력이 작용하지 않기 때문에 불량이 발생할 수 있다.

또한, 진공 펌프(160)의 토출압력이 10 bar를 초과하여 가동되는 경우에 제1 챔버(111)의 내부에 과도한 진공압이 형성되고 제2 챔버(112)로부터 리얼 소재 필름(60)에 이형 필름(130)에 과도한 압력이 작용하여 이형 필름(130)이 손상되는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.

이와 같은 압력 조건에 적합한 이형 필름(130)으로서, 무연신 필름(casting polypropylene Film, CPP) 필름이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이형 처리된 PVC, PE, PP, TPU, EVA, PES, PA 등의 범용 수지 필름도 물론 적용 가능하다.

다만, 후술하는 바와 같이, 진공 챔버(110) 내부는 가열 장치(150)에 의해서 소정의 온도 범위가 유지되기 때문에 무연신 필름은 이러한 온도 범위에서 무연신 상태가 유지될 필요가 있다.

따라서 본 발명에 적합한 무연신의 이형 필름(130)은 후술하는 바와 같이 진공 챔버(110)의 내부 온도를 고려하여 유리전이 온도범위가 100℃~200℃를 갖고, 인장 강도가 2.8kg/mm² 내지 6.4kg/mm²(ASTM D882)가 되고, 항복 강도가 2.1kg/mm² 내지 2.3kg/mm²(ASTM D882)가 되는 수지 필름이 바람직하다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 진공 성형 장치(100)의 진공 챔버(110)의 내부에는 가열 장치(150)가 구비된다.

가열 장치(150)는 제2 접착층(50)을 활성화시키기 위해서 진공 챔버(110)의 내부 온도를 소정의 범위로 유지시키는 역할을 하는 구성이다. 가열 장치(150)는 진공 챔버(110)의 내부 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 수단이라면 제한 없이 적용 가능하며, 당 업계에 기 공지된 임의의 형태의 가열 수단이 적용될 수 있다.

도 4에는 제2 챔버(112)에 가열 장치(150)가 구비되는 실시예가 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 제1 챔버(111)에 가열 장치(150)가 구비되는 실시예도 본 발명의 범위에 당연히 속한다. 편의상 이하에서는 가열 장치(150)가 제2 챔버(112)에 구비되는 실시예를 기준으로 설명한다.

제2 챔버(112)에 구비되는 가열 장치(150)에 의해서 진공 챔버(110)의 내부 온도 범위는 50℃ 이상 200℃ 이하의 범위로 유지되는 것이 바람직하다.

이는 작업 온도가 50℃ 미만인 경우에는 접착층으로 주로 사용하는 일반접착필름이나 TPU필름이 활성화되지 않아 리얼 소재층(20)과 사출물 간 접착이 이루어지지 않고, 내부 온도가 200℃ 초과인 경우에는 사출물이 뒤틀어지거나 리얼 소재 및 이형 필름(130)이 손상되는 등의 문제점이 발생할 수 있기 때문이다

코팅층 형성 단계(S7)는, 외부로 노출되는 리얼 소재층(20)을 보호하기 위해서, 리얼 소재층(20)의 상면(21)을 커버하는 보호층으로서 코팅층(10)을 형성하는 단계이다.

코팅층(10)은 PC(polycarbonate) 수지, PU(polyurethane) 수지, epoxy 수지, ABS수지, 폴리프로필렌 수지, PP(polypropylene) 수지, PA(polyacetal) 수지 등과 같은 열가소성 및 열경화성 수지로 구성될 수 있다.

이와 같은 코팅층 형성 단계(S7)는, 도 1에 도시된 바와 같이 진공 성형 단계(S6)가 완료된 후 수행되거나, 도시되어 있지 않으나 진공 성형 단계(S6)가 진행되기 전에 수행될 수 있다.

코팅층 형성 단계(S7)가, 진공 성형 단계(S6) 완료 후에 진행되는 경우에는 상기 재질을 갖는 수지를 액화하여 스프레이 방식으로 리얼 소재층(20) 상면(21)에 도장하는 방식으로 진행되거나 또는 리얼 소재 필름(60)이 구조물(70)에 접착된 상태로 금형에 안착하여 수지를 인서트 사출하는 방식으로 진행될 수 있다.

이와 같이, 진공 성형 단계(S6)가 완료된 후에 코팅층 형성 단계(S7)를 진행하는 경우에는 코팅층(10)에 다른 물리력이 작용하지 않게 되어 코팅층(10)의 안정성 측면에서 유리하다.

한편, 코팅층 형성 단계(S7)가, 진공 성형 단계(S6)가 진행되기 전에 수행되는 경우에는 상기 재질을 갖는 수지를 필름화하여 접착제나 열압착 방식으로 리얼 소재층(20)의 상면(21)에 제2 접착층(50)과 동시에 부착하는 방식으로 진행될 수 있다.

이와 같이, 코팅층 형성 단계(S7)가 진공 성형 단계(S6)가 진행되기 전에 제2 접착층(50)과 동시에 진행되는 경우에는 코팅층(10) 형성을 위한 제조 단계를 다른 제조 단계와 동시에 진행할 수 있어 전체 제조 공정을 최소화하여, 제품의 제조 시간 및 제조 단가를 현저히 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 7에는 이상의 제조 단계에 따라 제조된 복합 소재 구조물(1)의 단면도가 개시되어 있다

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 소재 구조물(1)의 제조 방법은, 리얼 소재층(20)을 포함하는 다층 구조의 리얼 소재 필름(60)을 먼저 제조하고, 이러한 리얼 소재 필름(60)에 대해서 프리포밍을 거치지 않은 상태에서 진공 압력을 이용하여 간접적으로 부착 대상인 사출 구조물(70)에 부착 및 접착하는 방식으로 이루어진다.

따라서 종래 기술에 비해서 프리포밍 단계가 생략될 수 있기 때문에 리얼 소재 자체에 직접적인 물리적 변형을 최소화하여 리얼 소재 필름(60)의 표면 품질 불량을 획기적으로 개선할 수 있으며, 리얼 소재 필름(60)의 구조층 형성을 위한 제조 단계가 최소화될 수 있는 것이다.

나아가, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 복합 소재 구조물(1)의 제조 방법은, 코팅층 형성 단계(S7)를 제2 접착층 형성 단계(S5)와 동시에 진행되도록 구성할 수 있기 때문에 제조 단계 및 제조 시간을 추가적으로 감소시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

리얼 소재층 형성 단계(S1) 제1 접착층 형성 단계(S2)
섬유층 형성 단계(S3) 전처리 단계(S4)
제2 접착층 형성 단계(S5) 진공 형성 단계(S6)
코팅층 형성 단계(S7) 복합 소재 구조물(1)
코팅층(10) 리얼 소재층(20)
제1 접착층(30) 섬유층(40)
제2 접착층(50) 리얼 소재 필름(60)
구조물(70)

Claims

리얼 소재를 소정의 두께를 갖도록 박막 형상으로 가공하여 리얼 소재층을 형성하는 리얼 소재층 형성 단계;
상기 리얼 소재층의 하면에 제1 접착층을 형성하는 제1 접착층 형성 단계;
상기 제1 접착층의 하면에 섬유 조직을 부착하여 섬유층을 형성하는 섬유층 형성 단계;
상기 섬유층의 하면에 제2 접착층을 형성하여, 층상 구조를 갖는 리얼 소재 필름을 완성하는 제2 접착층 형성 단계; 및
상기 리얼 소재 필름을 사출 성형된 구조물의 상면 및 외측면에 소정의 온도 범위 내에서 진공압을 이용하여 가압하고 부착시키는 진공 성형 단계;
를 포함하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제1 항에서,
상기 진공 성형 단계는,
상기 리얼 소재 필름을 상기 구조물의 상면에 배치하는 배치 단계;
이형 필름에 의해서 제1 챔버 및 제2 챔버로 공간적으로 분할되는 진공 챔버에 대해서, 상기 리얼 소재 필름과 상기 구조물을 상기 제1 챔버의 내부로 이동시키는 이동 단계;
진공 펌프를 이용하여 상기 제1 챔버의 내부 압력을 소정의 압력 범위로 낮추는 진공 형성 단계; 및
상기 이형 필름에 의해서 상기 리얼 소재 필름이 상기 구조물의 상면 및 외측면에 대해서 가압되도록 상기 압력 범위로 상기 제1 챔버의 내부 압력을 유지하는 가압 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제2 항에서,
상기 제1 챔버 또는 제2 챔버에는 가열 장치가 구비되며,
상기 가열 장치에 의해서 상기 가압 단계 동안에 상기 진공 챔버의 내부는 상기 소정의 온도 범위로 유지되는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제2 항에서,
상기 이형 필름의 에지부는 상기 진공 챔버의 내벽면에 이동가능하게 고정되며, 상기 이형 필름에 의해서 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이의 공기 이동이 차단되는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제2 항에서,
상기 가압 단계가 완료되면, 상기 리얼 소재 필름은 상기 구조물의 상면 및 외측면에 부착되나, 상기 이형 필름과 상기 리얼 소재 필름 사이의 부착은 방지되는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제2 항에서,
상기 이형 필름은 무연신성 폴리프로필렌 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제2 항에서,
상기 진공 펌프의 토출압력 범위는 1 bar 이상 10 bar 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제3 항에서,
상기 가열 장치에 의해서, 상기 온도 범위는 50℃ 이상 200℃ 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제1 항에서,
상기 리얼 소재는 리얼 우드, 천연 코르크, 박막 금속, 카본 직조 시트, 리얼 스톤 및 한지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제9 항에서,
상기 리얼 소재층의 두께는 0.1mm 이상 1.0mm 이하가 되는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제1 항에서,
상기 섬유층 형성 단계가 완료된 후에 상기 리얼 소재층의 변색 방지 처리가 수행되는 전처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제11 항에서,
상기 전처리 단계는,
상기 섬유층이 부착된 상태에서 상기 리얼 소재층을 탈색제를 이용하여 탈색하는 탈색 단계;
탈색이 완료된 상기 리얼 소재층을 세척하는 세척 단계; 및
세척된 상기 리얼 소재층을 건조하는 건조 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제1 항에서,
상기 리얼 소재층을 보호하기 위해서, 상기 리얼 소재층의 상면을 커버하는 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제13 항에서,
상기 코팅층 형성 단계는, 상기 제2 접착층 형성 단계와 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제14 항에서,
상기 코팅층은, 필름 형태의 수지를 상기 리얼 소재층의 상면에 부착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제13 항에서,
상기 코팅층 형성 단계는, 상기 진공 성형 단계가 완료된 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.
제16 항에서,
상기 코팅층은, 상기 진공 성형 단계가 완료된 복합 소재 구조물을 금형 내부에 배치한 후 인서트 사출 성형하여 형성되거나, 액체 상태의 수지를 상기 리얼 소재층의 상면에 도포하여 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 소재 구조물의 제조 방법.