KR20200016256A - 금속 표면 상의 플라스틱 오버몰딩 방법 및 플라스틱-금속 하이브리드 부품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노-몰딩 기술(NMT)을 통해 금속 표면 상에 몰딩가능한 플라스틱 물질을 오버몰딩하는 것에 의해 플라스틱-금속 하이브리드 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이때 상기 몰딩가능한 플라스틱 물질은 LDS 첨가제 및 반-결정성 반-방향족 폴리아미드와 비정질 반-방향족 폴리아미드의 블렌드를 포함하는 LDS 조성물이다. 본 발명은 또한, 금속 부분이 반-결정성 반-방향족 폴리아미드와 비정질 반-방향족 폴리아미드의 블렌드를 포함하는 LDS 조성물에 의해 오버몰딩된, 상기 방법에 의해 얻을 수 있는 플라스틱-금속 하이브리드 부품에 관한 것이다.

Description

금속 표면 상의 플라스틱 오버몰딩 방법 및 플라스틱-금속 하이브리드 부품
본 발명은 나노-몰딩 기술(NMT)을 통해 금속 표면 상에 플라스틱을 오버몰딩함으로써 플라스틱-금속 하이브리드 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 금속이 LDS(레이저 직접 구조화) 조성물로 오버몰딩되는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 나노-몰딩 기술(NMT) 공정에 의해 얻어진 플라스틱-금속 하이브리드 부품에 관한 것으로, 이때 하이브리드 부품은, 금속 부분의 표면 영역에 결합된(bonded) LDS(레이저 직접 구조화) 첨가제를 포함하는 플라스틱 물질을 포함한다. 특히, 본 발명은, 나노-몰딩 기술(NMT) 공정에 의해 얻어지고, LDS 공정에 의해 얻어진 전도성 회로를 포함하는 플라스틱-금속 하이브리드 부품에 관한 것이다.
나노-몰딩 기술 및 레이저 직접 구조화는 통합된 기능 및/또는 집적된 컴포넌트를 가진 제품을 생산하는 공정 및 기술이다. 이러한 공정들을 조합하면 다양한 기능을 통합하고 제품을 소형화할 수 있다.
전기적 컴포넌트는 원하는 인쇄 도체를 갖는 몰딩된 집적 장치(MID)로서 제공될 수 있다. 유리 섬유-강화된 플라스틱 등으로 제조된 종래의 회로 기판과 대조적으로, 이러한 방식으로 제조된 MID 컴포넌트는, 집적된 도체 레이아웃 및 가능하게는 그 위에 적재된 추가의 전자 또는 전자기계 컴포넌트를 갖는 3 차원 성형품일 수 있다. 이 유형의 MID 컴포넌트를 사용하면, 컴포넌트에 인쇄 도체만 있고 전기 또는 전자 장치 내부의 기존 배선을 교체하는데 사용되는 경우일지라도, 공간을 절약하고 관련 장치를 더 작게 만들 수 있으며 조립 및 접촉 단계 수를 감소시킴으로써 제조 비용을 절감할 수 있다. 레이저 직접 구조화(LDS) 공정을 사용하여 MID를 형성하는 것이 점점 더 대중화되고 있다. 레이저 직접 구조화(LDS)는, 사출 성형 제품에 금속을 선택적으로 도금하여 개별 전도성 회로 경로를 형성할 수 있는 공정이다. 먼저, 이 공정을 위해 특별히 배합된 중합체 조성물을 사용하여 플라스틱 물품을 사출 성형한다. 상기 플라스틱 물품은 이어서 원하는 패턴으로 레이저로 활성화되어, 레이저로 트레이싱되는 영역에서 물품의 표면을 선택적으로 활성화시킨다. 그 후, 플라스틱 제품은 구리, 니켈 또는 금과 같은 금속으로 무전해 도금 공정을 거치고, 결과적인 회로 경로는 레이저 패턴과 정확히 일치하게 된다. LDS 공정에서는, 컴퓨터-제어된 레이저 빔이 MID 위로 이동하여, 전도성 경로가 위치할 곳에서 플라스틱 표면을 활성화시킨다. 이러한 공정으로, 작은 전도성 경로 폭(예를 들어, 150 마이크론 이하) 뿐만 아니라 면적을 얻을 수 있다. 또한, 전도성 경로들 사이의 간격 또한 작을 수 있다. 결과적으로, 이 공정으로 형성된 MID는 최종-사용 용도에서 부피와 중량을 감소시킨다. 레이저 직접 구조화(LDS) 공정의 한 가지 장점은 사출 성형 제품의 윤곽을 따라 회로 경로를 가질 수 있어 진정한 3D 회로 경로를 적용할 수 있다는 점이다. 회로를 플라스틱 제품 위로 직접 집적함으로써 설계자는 이제 이전에는 얻을 수 없었던 자유로움을 갖게 되었다. 이러한 설계상의 자유로움으로 인해 물품 통합(consolidation), 중량 감소, 소형화, 조립 시간 단축, 신뢰성 개선 및 전체 시스템 비용 절감이 가능하다. 레이저 직접 구조화의 또 다른 장점은 융통성이다. 회로 설계가 변경되면 레이저를 제어하는 컴퓨터를 다시 프로그래밍하기만 하면 된다.
나노-몰딩 기술은 플라스틱 물질을 금속 부분에 결합시켜 소위 플라스틱-금속 하이브리드 부품을 형성하는 기술이며, 이때 금속-플라스틱 계면에서의 결합 강도(bonding strength)가 금속의 전처리에 의해 야기되거나 향상되어, 나노-크기 치수의 표면 불규칙부를 가진 표면 영역을 초래한다. 이러한 불규칙부는 대략 수 나노미터 내지 수백 나노미터 범위의 치수를 가지며, 적합하게는 초미세 거칠기(asperity), 오목부, 돌출부 및 기공의 형상을 갖는다.
NMT 금속 전처리를 위해, 상이한 기술 및 상이한 처리 단계 조합이 적용될 수 있다. 주로 사용되는 NMT 공정은 소위 "T-처리"를 포함하는 공정이다. 타이세이 플라스(Taisei Plas)에 의해 개발된 "T-처리"에서는, 금속이 암모니아 또는 하이드라진과 같은 수용성 아민의 수성 용액으로 정밀 에칭된다. 일반적으로, 이러한 용액은 약 11의 pH로 적용된다. 이러한 방법은 예를 들어 특허 출원 US-20060257624A1, CN-1717323-A, CN-1492804-A, CN-101341023-A, CN-101631671-A 및 US-2014065472A1에 기재되어 있다. 후자의 문헌에서는, 수성 암모니아 또는 하이드라진 용액에서의 에칭 단계 후에 수득된 알루미늄 합금은 20 내지 80 nm 주기의 초미세 거칠기 또는 20 내지 80 nm의 초미세 오목부 또는 돌출부를 특징으로하는 표면을 가졌다.
다른 NMT 금속 전처리 방법은 애노다이징(anodizing) 처리를 포함한다. 애노다이징 처리에서는, 금속이 산성 용액으로 애노다이징되어 다공성 금속 산화물 피니쉬(finish)를 가진 부식된 층을 형성하여 플라스틱 물질과 상호침투된 구조 유형을 형성한다. 이러한 공정은 예를 들어 특허 출원 US-20140363660-A1 및 EP-2572876-A1에 기재되어 있다. 후자의 문헌에서, 애노다이징에 의해 형성된 알루미늄 합금의 예가 설명되는데, 이는 구멍(holes)을 갖는 표면으로 덮여 있으며, 이의 개구부는 전자 현미경 관찰에 의해 측정될 때 수평균 내경이 10 내지 80 nm이다. 애노다이징은 플라스틱이 금속 위에 미리 오버몰딩된 후에 적용될 수도 있다. 애노다이징은 표면을 진정시키고(pacify) 또한 우수한 피니쉬를 갖게 한다.
이들 공정 각각은, 금속 기판이 플라스틱 물질로 오버몰딩되기 전에 금속 기판 상에 적용된 다른 에칭, 중화 및 헹굼 단계 및/또는 프라이머의 사용과 같은 다수의 단계와 조합될 수 있다. 마지막으로, 금속 부분이 몰드에 삽입되며, 이때 처리된 표면에 직접적으로 수지가 주입 및 결합된다.
타이세이플라스가 개발한 NMT 공정에서는 금속 시트를 알칼리성 용액에 침지함으로써 금속 시트를 에칭한다. 알칼리성 용액은 T-용액으로 기재되고 침지 단계는 T 처리 단계로 기재된다.
미국 특허 US-8858854-B1에 따르면, 애노다이징 처리는, 탈지제, 산 용액, 염기 용액을 포함하는 다중 화학 조에 금속 부분이 적용되고 마지막으로 T-용액에 침지되고 희석 수로 헹구어지는 다단계 전처리 단계를 포함하는 NMT 공정에 비해 특정 이점을 갖는다. US-8858854-B1의 용어 설명에서, NMT는 T-처리 단계를 포함하는 공정으로 한정된다.
본 발명에서, "나노-몰딩 기술(NMT)" 및 "NMT 공정"이라는 용어는, 나노-크기 치수의 표면 불규칙부를 가진 금속 표면 영역을 초래하는 전처리 공정을 거친 금속의 오버몰딩으로 이해되며, 따라서 US-8858854-B1의 애노다이징 방법과 타이세이플라스의 T-처리 용액 둘다, 뿐아니라 기타 대안을 모두 포함한다.
NMT 기술에 의해 제조된 플라스틱-금속 하이브리드 부품에 가장 널리 사용되는 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및 폴리페닐렌 설파이드(PPS)이다. 미국 특허 출원 US-2014065472-A1/미국 특허 US-9166212-B1에는, "수지 조성물이 주성분으로서 PBT 또는 PPS를 함유하고, 임의적으로 다른 중합체와 배합되고, 10 내지 40 질량%의 유리 섬유를 추가로 함유하는 경우, 이는 알루미늄 합금과의 매우 강한 결합 강도를 나타내었다. 알루미늄 및 수지 조성물이 둘다 판(plate) 형상이고 0.5 내지 0.8 cm2의 면적에서 서로 결합된 조건에서, 전단 파열(shear fracture) 강도는 25 내지 30 MPa였다. 상이한 폴리아미드가 배합된 수지 조성물의 경우 전단 파열 강도는 20 내지 30 MPa였다"라고 언급되어 있다. US-2014065472-A1/US-9166212-B1의 플라스틱-금속 하이브리드 부품에서는 금속 표면의 제조를 위해 "T-처리" 단계에 이어 추가적인 아민 흡착 단계가 적용되었다.
이전에 언급된 특허 출원 EP-2572876-A1에서는 PA-66/6T/6I (12/62/26 중량비) 및 30 중량% 유리 섬유를 포함하는 폴리아미드 조성물을 상이한 NMT 금속 표면 상에 적용하였다. 금속 처리가 T-처리를 포함한 경우, 기공 크기는 25 nm였다. 애노다이징 처리의 경우, 기공 크기는 17 nm였다. 하이브리드 시스템 둘 다에 대해, 결합력은 25.5 MPa인 것으로 측정되었다.
공정의 소형화 및 자동화의 중요성이 증가함에 따라, 이러한 조립체에서, 조립된 제품 내의 부품 수를 줄이고, 상이한 부품들의 기능을 통합하고, 상이한 부품들 사이의 연결을 개선할 필요가 있다. NMT 공정은 집적 공정으로 조립되는 플라스틱 부분과 금속 부분을 조합하는데 매우 유용한 기술을 제공하며, 이는, 금속 표면 상에 플라스틱 물질을 오버몰딩함과 동시에 나노-몰딩 기술을 통해 적합한 결합력에 도달함으로써 1-단계로 성형하고 조립함을 포함한다.
NMT와 LDS를 조합한 공정과 제품은 CN-105694447-A로부터 공지되어 있다. 이 특허 출원은, NMT(나노-몰딩 기술)에 사용되며 LDS(레이저 직접 구조화) 기능을 갖는 폴리아미드 수지 조성물을 기술한다. 상기 조성물은 폴리아미드, 레이저 직접 구조화 첨가제 및 임의적으로 유리 섬유, 무기 결정 휘스커(whisker), 안정화제, 강인화제 및 윤활제와 같은 추가 성분을 포함한다. 상기 폴리아미드는 PA9T, PA6T/6I/66 또는 PA6T/6과 같은 반-방향족 반-결정성 폴리아미드(PPA)이다.
폴리아미드로서 반-방향족 반-결정성 폴리아미드(PPA)를 사용하면 NMT에서 얻은 결합력이 최적화되지 않는다. LDS(레이저 직접 구조화) 첨가제의 존재는 결합력에 추가의 부정적 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 상기 기술의 보다 광범위한 활용을 가능하게 하기 위해 결합력을 개선하고 그 기술을 다른 물질로 확대시킬 필요성이 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 결합 강도가 증가된 공정 및 그로부터 생성되는 플라스틱-금속 하이브리드 부품을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따르고 그러한 방법에 의해 수득가능한 플라스틱-금속 하이브리드 부품으로 달성된다.
본 발명에 따른 방법은 나노-몰딩 기술(NMT)을 통해 금속 표면 상에 LDS 조성물을 오버몰딩함으로써 플라스틱-금속 하이브리드 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로,
(i) 나노-크기 치수의 표면 불규칙부를 가진 표면 영역을 갖는 금속 기판을 제공하는 단계;
(ii) LDS 조성물을 제공하는 단계;
(iii) 상기 금속 기판의 표면 불규칙부를 가진 표면 영역의 적어도 일부 상에 직접 LDS 조성물을 몰딩함으로써 상기 금속 기판 상에 플라스틱 구조물을 형성하는 단계
를 포함하고, 이때 상기 LDS 조성물은 LDS 첨가제, 반-결정성 반-방향족 폴리아미드 및 비정질 반-방향족 폴리아미드를 포함한다.
LDS 조성물에 반-결정성 반-방향족 폴리아미드(sc-PPA)와 비정질 반-방향족 폴리아미드(am-PPA)의 블렌드를 사용하는 본 발명에 따른 방법의 효과는, LDS 첨가제 외에 sc-PPA 만을 포함하는 상응하는 LDS 조성물과 비교할 때 금속 부분과 플라스틱 부분 사이의 계면에서의 결합력이 증가된다는데 있다.
본원에서, LDS 조성물은 적합하게는, 나노-크기 치수의 표면 불규칙부를 가진 표면 영역의 적어도 일부 상에 몰딩된다. 또한, 금속 기판이 나노-크기 치수의 표면 불규칙부를 가진 다수의 표면 영역을 가질 수 있으며, 이때 적어도 하나의 표면 영역 또는 그의 적어도 일부는 LDS 조성물로 오버몰딩된다.
나노-크기 치수의 표면 불규칙부를 가진 표면 영역을 갖는 금속 기판의 경우, NMT 기술에 적합한 임의의 금속 기판이 본 발명에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 사용된 금속 기판을 제조하기 위해 적용되는 전처리 공정은, 나노-크기 치수의 표면 불규칙부를 가진 표면 영역을 제조하는데 적합한 임의의 공정일 수 있다. 적합하게는, 이러한 공정은 다수의 전처리 단계를 포함한다. 적합하게는, NMT 공정에 적용되는 전처리 단계는 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 전처리 단계를 포함한다:
- 탈지제(degreasing agent)에 의한 처리;
- 알칼리성 에칭 물질에 의한 처리;
- 산 중화제에 의한 처리;
- 수용성 아민의 수성 용액에 의한 처리;
- 산화성 성분에 의한 처리;
- 애노다이징 단계; 및
- 프라이머(primer) 물질에 의한 처리.
NMT 공정이 수용성 아민의 수성 용액으로 처리(소위 T-처리)하는 단계를 포함하는 실시양태에서, 상기 수성 용액은 바람직하게는 수성 암모늄 또는 하이드라진 용액이다.
NMT 공정이 금속 기판을 애노다이징하는 전처리 단계를 포함하는 실시양태에서, 이 목적에 적합한 임의의 애노다이징제가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 애노다이징제는 크롬산, 인산, 황산, 옥살산 및 붕산으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 프라이머 물질이 사용되는 경우, 상기 프라이머 물질은 적합하게는 유기 실란, 티타네이트, 알루미네이트, 포스페이트 및 지르코네이트로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또한, 다른 전처리 방법 예를 들어 레이저 처리가 적용되어 나노-크기 미세 구조를 가진 표면을 생성할 수 있다.
전처리 공정은 적합하게는 후속 전처리 단계들 사이에 하나 이상의 헹굼 단계를 포함한다.
나노-크기 표면 불규칙부는 적절하게는 거칠기, 오목부, 돌출부, 그레인(grain) 또는 기공, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 또한, 적합하게는, 나노-크기 표면 불규칙부는 10 내지 100 nm 범위의 치수를 갖는다. 치수에는 불규칙부 부분의 폭, 길이, 깊이, 높이, 직경이 포함된다.
본 방법의 바람직한 실시양태에 따르면, 금속 기판 상에 플라스틱 구조물을 형성하는 단계 이후에, 이렇게 형성된 플라스틱-금속 하이브리드 부품을 어닐링 단계로 처리하고, 이때 플라스틱-금속 하이브리드 부품은 적어도 30 분 동안 LDS 조성물의 유리 전이 온도와 용융 온도 사이의 온도로 유지된다.
본 방법의 다른 바람직한 실시양태에 따르면, 금속 기판 상에 플라스틱 구조물을 형성하는 단계 이후에, 이렇게 형성된 플라스틱-금속 하이브리드 부품을, 플라스틱-금속 하이브리드 부품이 적어도 30 분 동안 140℃ 내지 270℃, 바람직하게는 150℃ 내지 250℃, 또는 심지어 160℃ 내지 230℃의 온도로 유지되는 어닐링 단계로 처리한다.
본 발명에 따른 방법은 적합하게는 NMT 결합 공정 단계 및 레이저 직접 구조화(LDS) 공정 단계를 조합한다. 이 조합은 바람직한 실시양태를 구성한다. 이 실시양태에 따르면, 공정은 단계 (i) 내지 (iii) 외에,
(iv) 금속 기판 상에 형성된 플라스틱 구조물의 표면 영역을 레이저 빔으로 처리하여 레이저 빔으로 처리된 표면 영역을 활성화시키는 단계; 및
(v) 단계 (iv)에 의해 수득된 활성화된 표면 영역을 포함하는 플라스틱-금속 하이브리드 부품을 무전해 도금 공정으로 처리하여, 활성화된 표면 영역 상에 금속-기반 전도성 패턴을 형성하는 단계
를 포함한다.
금속-기반 전도성 패턴은, 플라스틱-금속 하이브리드 부품 상에 적재되거나 또는 그에 연결되는 추가의 전기 및/또는 전자 컴포넌트를 위한 전도성 회로로서 사용될 수 있다. 이 바람직한 실시양태의 이점은, 전도성 회로, 단리용 플라스틱 물질 및 금속 기판을 포함하는 몰딩된 집적 장치(MID)가 제한된 수의 단계로 형성될 수 있으면서, 동시에 플라스틱과 금속 사이의 접착성이 개선될 수 있다는 점이다.
본 발명에 따른 공정에서 금속 기판은 원칙적으로, 전처리 공정에 의해 개질될 수 있고 플라스틱 물질로 오버몰딩될 수 있는 임의의 금속 기판일 수 있다. 금속 기판은 일반적으로, 계획된 용도의 요건에 따라 선택되고 형상화될 것이다. 적합하게는, 금속 기판은 스탬핑된 판금(sheet metal) 기판이다. 또한, 금속 기판을 구성하는 금속은 자유롭게 선택될 수 있다. 바람직하게는, 금속 기판은 알루미늄, 알루미늄 합금(예를 들어, 5052 알루미늄), 티타늄, 티타늄 합금, 철, 강철(예를 들어 스테인레스 스틸), 마그네슘 및 마그네슘 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 형성되거나 이들로 이루어진다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 플라스틱-금속 하이브리드 부품에 사용되는 조성물은, LDS 첨가제, 및 반-결정성 반-방향족 폴리아미드(sc-PPA)와 비정질 반-방향족 폴리아미드(am-PPA)의 블렌드를 포함한다. 여기서 sc-PPA 및 am-PPA는 넓은 범위에 걸쳐 다양한 양으로 사용될 수 있다.
"반-결정성 폴리아미드"라는 용어는 본원에서, 적어도 5J/g의 용융 엔탈피를 갖는 용융 피크의 존재에 의해 입증되는, 결정질 도메인을 갖는 폴리아미드로 이해된다. 용어 "비정질 폴리아미드"는 본원에서, 용융 피크의 부재에 의해 또는 5J/g 미만의 용융 엔탈피를 갖는 용융 피크의 존재에 의해 입증되는, 결정질 도메인을 갖지 않거나 본질적으로 그러한 폴리아미드로 이해된다. 이때 용융 엔탈피는 폴리아미드의 중량에 대한 값으로 표시된다.
"반-방향족 폴리아미드"는 본원에서, 방향족 기를 함유하는 하나 이상의 단량체 및 하나 이상의 지방족 또는 지환족 단량체를 포함하는 단량체들로부터 유도된 폴리아미드로 이해된다.
반-결정성 반-방향족 폴리아미드는 적합하게는, 약 270℃ 또는 그 이상의 용융 온도를 갖는다. 바람직하게는 용융 온도(Tm)는 280℃ 이상, 보다 바람직하게는 280 내지 350℃, 또는 훨씬 더 바람직하게는 300 내지 340℃이다. 더 높은 용융 온도는 일반적으로, 방향족 단량체, 예를 들어 테레프탈산의 더 많은 함량 및/또는 폴리아미드 중의 더 짧은 사슬 디아민, 예를 들어 선형 C4-C6 디아민을 사용함으로써 달성될 수 있다. 폴리아미드 몰딩 조성물을 제조하는 분야의 당업자는 이러한 폴리아미드를 제조하고 선택할 수 있을 것이다.
적합하게는, 반-결정성 반-방향족 폴리아미드는 15 J/g 이상, 바람직하게는 25 J/g 이상, 더욱 바람직하게는 35 J/g 이상의 용융 엔탈피를 갖는다. 이때 용융 엔탈피는 반-결정성 반-방향족 폴리아미드의 중량을 기준으로 표현된다.
본원에서 "용융 온도"라는 용어는, 10℃/분의 가열 및 냉각 속도로 N2 분위기에서 사전-건조된 샘플에 대해 ISO-11357-1/3, 2011에 따라 DSC 방법에 의해 측정된 온도로 이해된다. 여기서 Tm은, 제 2 가열 사이클에서 가장 높은 용융 피크의 피크 값으로부터 계산되었다. 본원에서 "용융 엔탈피"라는 용어는 10℃/분의 가열 및 냉각 속도로 N2 분위기에서 사전-건조된 샘플에 대해 ISO-11357-1/3, 2011에 따라 DSC 방법에 의해 측정된 용융 엔탈피로 이해된다. 여기서, 용융 엔탈피는, 제 2 가열 사이클에서 용융 피크(들) 아래의 적분된 표면으로부터 측정된다. 용어 "유리 전이 온도(Tg)"는 본원에서, 10℃/분의 가열 및 냉각 속도로 N2 분위기에서 사전-건조된 샘플에 대해 ISO-11357-1/2, 2011에 따라 DSC 방법에 의해 측정된 온도로 이해된다. 여기에서, Tg는 제 2 가열 사이클 동안 모(parent) 열 곡선의 변곡점에 대응하는 모 열 곡선의 (시간에 대한) 제 1 도함수의 피크에서의 값으로부터 계산된다. 적합하게는, 본 발명에 사용되는 반-방향족 폴리아미드는 방향족 기를 함유하는 단량체 약 10 내지 약 75 몰%로부터 유도된다. 따라서, 바람직하게는 약 25 내지 약 90 몰%의 나머지 단량체는 지방족 및/또는 지환족 단량체이다.
방향족 기를 함유하는 적합한 단량체의 예는 테레프탈산 및 이의 유도체, 이소프탈산 및 이의 유도체, 나프탈렌 디카르복실산 및 이의 유도체, C6-C20 방향족 디아민, p-자일릴렌디아민 및 m-자일릴렌 디아민이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 조성물은 테레프탈산 또는 이의 유도체 중 하나를 포함하는 단량체로부터 유도된 반-결정성 반-방향족 폴리아미드를 포함한다.
반-결정성 반-방향족 폴리아미드는 방향족, 지방족 또는 지환족인 하나 이상의 상이한 단량체를 추가로 함유할 수 있다. 반-방향족 폴리아미드가 추가로 유도될 수 있는 지방족 또는 시클로지방족 화합물의 예는 지방족 및 시클로지방족 디카르복실산 및 그의 유도체, 지방족 C4-C20 알킬렌디아민 및/또는 C6-C20 지환족 디아민, 및 아미노산 및 락탐을 포함한다. 적합한 지방족 디카르복실산은 예를 들어 아디프산, 세바스산, 아젤라산 및/또는 도데칸이산이다. 적합한 디아민은 부탄디아민, 헥사메틸렌디아민; 2-메틸펜타메틸렌디아민; 2-메틸옥타메틸렌디아민; 트리메틸헥사메틸렌디아민; 1,8-디아미노옥탄, 1,9-디아미노노난; 1,10-디아미노데칸 및 1,12-디아미노도데칸이다. 적합한 락탐 및 아미노산의 예는 11-아미노도데칸산, 카프로락탐 및 라우로락탐이다.
적합한 반-결정성 반-방향족 폴리아미드의 예는 폴리(m-자일릴렌 아디프아미드)(폴리아미드 MXD,6), 폴리(도데카메틸렌 테레프탈아미드)(폴리아미드 12,T), 폴리(데카메틸렌 테레프탈아미드)(폴리아미드 10,T), 폴리(노나메틸렌 테레프탈아미드)(폴리아미드 9,T), 헥사메틸렌 아디프아미드/헥사메틸렌 테레프탈아미드 코폴리아미드(폴리아미드 6,T/6,6), 헥사메틸렌 테레프탈아미드/2-메틸펜타메틸렌 테레프탈아미드 코폴리아미드(폴리아미드 6,T/D, T), 헥사메틸렌 아디프아미드/헥사메틸렌 테레프탈아미드/헥사메틸렌 이소프탈아미드 코폴리아미드(폴리아미드 6,6/6,T/6,I), 폴리(카프로락탐-헥사메틸렌 테레프탈아미드)(폴리아미드 6/6,T), 헥사메틸렌 테레프탈아미드/헥사메틸렌 이소프탈아미드(폴리아미드 6,T/6,I) 공중합체, 폴리아미드 10,T/10,12, 폴리아미드 10T/10,10 등을 포함한다.
바람직하게는, 반-결정성 반-방향족 폴리아미드는 폴리프탈아미드이며, 표기법 PA-XT 또는 PA-XT/YT로 표시되고, 이때 폴리아미드는 테레프탈산(T) 및 하나 이상의 선형 지방족 디아민으로부터 유도된 반복 단위로 구성된다. 이의 적합한 예는 PA-8T, PA-9T, PA-10T, PA-11T, PA5T/6T, PA4T/6T 및 이들의 임의의 공중합체이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 반-결정성 반-방향족 폴리아미드는 수평균 분자량(Mn)이 5,000 g/mol 초과, 바람직하게는 7,500 내지 50,000 g/mol, 보다 바람직하게는 10,000 내지 25,000 g/mol의 범위이다. 이는, 조성물이 기계적 특성 및 유동 특성의 균형이 양호하다는 장점을 갖는다.
적합한 비정질 반-방향족 폴리아미드의 예는 PA-XI이며, 이때 X는 지방족 디아민 및 이의 비정질 코폴리아미드(PA-XI/YT), 예컨대 PA-6I 및 PA-8I, 및 PA-6I/6T 또는 PA-8I/8T (예를 들어, PA-6I/6T 70/30)이다.
바람직하게는, 비정질 반-방향족 폴리아미드는 비정질 PA-6I/6T를 포함하거나 이로 구성된다.
LDS 공정의 경우, 목표는, 레이저 에칭된 표면의 형성 및 후속 도금 공정 동안 도금된 금속층의 형성을 통해 성형품 상에 전도성 경로를 생성하는 것이다. 전도성 경로는 예를 들어 무전해 도금 공정에 의해, 예를 들어 구리 도금 공정과 같은 표준 공정을 적용함으로써 형성될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 무전해 도금 공정은 금 도금, 니켈 도금, 은 도금, 아연 도금, 주석 도금 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 이러한 공정에서 후속 도금 공정을 위해 레이저 방사선이 중합체 표면을 활성화시킨다. LDS 첨가제를 포함하는 물품이 레이저에 노출되면, 그 표면이 활성화된다. 이론에 구속됨이 없이, 레이저로 활성화되는 동안 금속 착물이 금속 핵으로 분해되는 것으로 보인다. 레이저는 부품 상에 회로 패턴을 그리고(draw), 함입된 금속 입자를 함유하는 거친 표면을 남긴다. 이들 입자는 도금 공정의 핵으로 작용하고 금속화 공정에서 금속화 층의 접착을 가능하게 한다. 도금층의 도금 속도와 접착성이 핵심 평가 요건이다.
LDS 첨가제는 조성물이 레이저 직접 구조화 공정에 사용될 수 있도록 선택된다. LDS 공정에서는, LDS 첨가제를 포함하는 열가소성 조성물로 제조된 물품이 레이저 빔에 노출되어 열가소성 조성물의 표면에서 LDS 첨가제로부터 금속 원자를 활성화시킨다. 따라서, LDS 첨가제는, 레이저 빔에 노출될 때 금속 원자가 활성화 및 노출되고 레이저 빔에 노출되지 않은 영역에서는 금속 원자가 노출되지 않도록 선택된다. 또한, LDS 첨가제는, 레이저 빔에 노출된 후 에칭 영역이 전도성 구조를 형성하기 위해 도금될 수 있도록 선택된다. 본원에 사용된 "도금될 수 있는"은, 실질적으로 균일한 금속 도금 층이 레이저-에칭된 영역 상에 도금될 수 있고 레이저 파라미터에 대한 넓은 공정 윈도우를 나타내는 물질을 지칭한다.
본 발명에 유용한 LDS 첨가제의 예는 스피넬계 금속 산화물 및 구리 염, 또는 상기 LDS 첨가제 중 하나 이상을 포함하는 조합물을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 적합한 구리 염의 예는 인산 수산화구리, 인산 구리, 황산구리, 티오시 안산 제1 구리이다. 스피넬계 금속 산화물은 일반적으로, 예를 들어 구리 크롬 산화물 스피넬, 예를 들어 화학식 CuCr2O4, 니켈 페라이트, 예를 들어 화학식 NiFe2O4를 갖는 스피넬, 아연 페라이트, 예를 들어 화학식 ZnFe2O4를 갖는 스피넬, 및 니켈 아연 페라이트, 예를 들어 화학식 ZnxNi(1-x)Fe2O4 (이때, x는 0과 1 사이의 수임)를 갖는 스피넬과 같이, 중금속 혼합물을 기반으로 한다.
바람직한 실시양태에서, LDS 첨가제는 중금속 혼합물 산화물 스피넬, 보다 특히 구리 크롬 산화물 스피넬 또는 니켈 아연 페라이트, 또는 이들의 조합물이다. 적절하게는, 니켈 아연 페라이트는, 화학식 ZnxNi(1-x)Fe2O4를 갖고 이때 x는 0.25 내지 0.75 범위의 수인 스피넬이다.
LDS 첨가제(C)는 적절하게는 1.0 내지 10 중량% 범위의 양으로 존재한다. 보다 특히, 상기 양은 조성물의 총 중량에 대해 2 내지 9.5 중량%, 또는 3 내지 9 중량%, 또는 심지어 4 내지 8.5 중량%의 범위이다.
적합하게는, LDS 첨가제, sc-PPA 및 am-PPA는 LDS 조성물에 다음 양으로 포함된다:
(A) 30 내지 89 중량%의 반-결정성 반-방향족 폴리아미드,
(B) 10 내지 40 중량%의 비정질 반-방향족 폴리아미드, 및
(C) 1 내지 10 중량%의 LDS 첨가제
(여기서 중량 백분율 (중량%)은 조성물의 총 중량에 대한 것이고 성분 A 내지 C의 합은 최대 100 중량%이다).
LDS 첨가제, sc-PPA 및 am-PPA 외에, 상기 조성물은 다른 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, LDS 조성물은 강화제(성분 D)를 포함한다. 본 발명에서 적합한 강화제는 섬유(D1), 또는 충전제(D2) 또는 이들의 조합물을 포함한다. 보다 특히, 상기 섬유 및 충전제는 바람직하게는 무기 물질로 이루어진 물질로부터 선택된다. 이의 예는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 이들의 혼합물과 같은 섬유상 강화 물질을 포함한다. 상기 조성물이 포함할 수 있는 적합한 무기 충전제의 예는 유리 비드, 유리 플레이크, 카올린, 점토, 활석, 운모, 규회석(wollastonite), 탄산 칼슘, 실리카 및 티탄산 칼륨 중 하나 이상을 포함한다.
"섬유"는 본원에서 10 이상의 종횡비 L/D(길이/직경)를 갖는 물질인 것으로 이해된다. 적합하게는, 섬유 강화제는 L/D가 20 이상이다. 적합하게는, 무기 충전제는 5 미만의 L/D를 갖는다. 종횡비 L/D에서, L은 개별 섬유 또는 입자의 길이이고, D는 개별 섬유 또는 입자의 직경 또는 폭이다.
강화제는 적절하게는 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 60 중량% 범위의 양으로 존재한다. 적합하게는, 성분 D의 양은, 조성물의 총 중량에 대해 10 내지 50 중량%, 보다 특히 20 내지 40 중량%의 더 제한된 범위 내이다.
본 발명의 특정 실시양태에서, 상기 조성물 중 성분 D는, L/D가 20 이상인 섬유상 강화제(D1) 5 내지 60 중량%, 및 L/D가 5 미만인 무기 충전제(D2) 0 내지 55 중량%를 포함하며, 이때 (D1) 및(D2)의 합친 양은 60 중량% 이하이고, 상기 중량%는 조성물의 총 중량을 기준으로 한 값이다.
바람직하게는, 성분 D는 섬유상 강화제(D1) 및 임의적으로 무기 충전제(D2)를 포함하며, 이때 중량비 (D1):(D2)는 50:50 내지 100:0의 범위이다.
또한 바람직하게는, 상기 강화제는 유리 섬유를 포함하거나 심지어 유리 섬유로 이루어진다. 특정 실시양태에서, 상기 조성물은 조성물의 총 중량에 대하여 5 내지 60 중량%, 보다 특히 10 내지 50 중량%, 더욱 특히 20 내지 40 중량%의 유리 섬유를 포함한다.
바람직한 실시양태에서, LDS 조성물은
(A) 30 내지 80 중량%의 반-결정성 반-방향족 폴리아미드;
(B) 10 내지 30 중량%의 비정질 반-방향족 폴리아미드;
(C) 1 내지 10 중량%의 LDS 첨가제; 및
(D) 5 내지 60 중량%의 섬유상 강화제 또는 충전제 또는 이들의 조합물
을 포함하며, 여기서 중량 백분율(중량%)은 조성물의 총 중량에 대한 것이고 성분 A 내지 D의 합은 최대 100 중량%이다.
상기 조성물은 성분 A 내지 C 및 임의적으로 상기 언급된 D 이외에 하나 이상의 추가의 성분들을 포함할 수 있다. 이러한 성분은 보조 첨가제 및 플라스틱-금속 하이브리드 부품에 사용하기에 적합한 임의의 다른 성분로부터 선택될 수 있다. 이의 양은 또한 광범위한 범위에 걸쳐 변할 수 있다. 상기 하나 이상의 추가의 성분들은 함께 성분 E로 지칭된다.
이와 관련하여, 상기 조성물은 적합하게는, 다른 특성을 개선시키기에 적합한 것으로 당업자에게 공지된 열가소성 몰딩 조성물용 난연 상승제 및 보조 첨가제로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함한다. 적합한 보조 첨가제는 산 제거제, 가소제, 안정제(예를 들어, 열 안정제, 산화 안정제 또는 산화 방지제, 광 안정제, UV 흡수제 및 화학 안정제), 가공 보조제(예를 들어, 탈형제, 핵화제, 윤활제, 취입제(blowing agent)), 안료 및 착색제(예를 들어, 카본 블랙, 다른 안료, 염료) 및 정전기 방지제를 포함한다.
적합한 난연 상승제의 예는 붕산 아연이다. 용어 "붕산 아연"은 화학식 (ZnO)x(B2O3)Y(H20)z를 갖는 하나 이상의 화합물을 의미한다.
적합하게는, 성분 E의 양은 0 내지 30 중량%의 범위이다. 상응하게, A 내지 D의 합친 양은 적절하게는 70 중량% 이상이며, 이때 모든 중량 백분율(중량%)은 조성물의 총 중량을 기준으로 한 것이다.
다른 성분 E의 총량은 예를 들어 약 1 내지 2 중량%, 약 5 중량%, 약 10 중량% 또는 약 20 중량%일 수 있다. 바람직하게는, 상기 조성물은 하나 이상의 추가의 성분을 포함하고, E의 양은 0.1 내지 20 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 10 중량%, 또는 심지어 1 내지 5 중량%의 범위이다. 상응하게, 성분 A 내지 D는 80 내지 99.9 중량%, 90 내지 99.5 중량%, 또는 95 내지 99 중량%의 범위의 합친 양으로 존재한다.
바람직한 실시양태에서, LDS 조성물은
(A) 30 내지 70 중량%의 반-결정성 반-방향족 폴리아미드;
(B) 10 내지 30 중량%의 비정질 반-방향족 폴리아미드;
(C) 1 내지 10 중량%의 LDS 첨가제;
(D) 10 내지 55 중량%의 섬유 강화제 또는 충전제, 또는 이들의 조합물; 및
(E) 0.1 내지 20 중량%의 하나 이상의 다른 성분
을 포함하며, 여기서 중량 백분율(중량%)은 조성물의 총 중량에 대한 것이고, A 내지 E의 합은 100 중량%이다.
본 발명은 또한, 나노-몰딩 기술(NMT) 공정에 의해 수득된, 금속 부분의 표면 영역에 결합된 플라스틱 물질을 포함하는 플라스틱-금속 하이브리드 부품에 관한 것이다. 본 발명에 따른 플라스틱-금속 하이브리드 부품에서, 플라스틱 물질은 적어도 LDS 첨가제 및 반-결정성 반-방향족 폴리아미드와 비정질 반-방향족 폴리아미드의 블렌드를 포함하는 LDS 조성물이다.
본 발명에 따른 플라스틱-금속 하이브리드 부품은, 본 발명에 따른 방법 또는 본원에 기술된 임의의 특정 또는 바람직한 실시양태 또는 그의 변형에 의해 수득될 수 있는 임의의 금속 하이브리드 부품일 수 있다.
본 발명에 따른 플라스틱-금속 하이브리드 부품의 LDS 조성물은 LDS 첨가제 및 상기 블렌드를 포함하는 임의의 LDS 조성물, 및 상술한 바와 같은 그의 임의의 특정 또는 바람직한 실시양태 또는 변형일 수 있다.
특히 바람직한 실시양태에서, 상기 플라스틱-금속 하이브리드 부품은, 23℃ 및 10mm/분의 인장 속도에서 ISO19095에 따른 방법에 의해 측정된, 금속 부분과 플라스틱 물질 사이의 결합력이 40 내지 70 MPa, 예를 들어 45 내지 65 MPa 범위이다. 결합력은 예를 들어 약 50 MPa, 또는 약 55 MPa이거나, 또는 상기 값들 미만, 또는 사이 또는 초과일 수 있다. 결합력이 높을수록 제품 설계자는 플라스틱-금속 하이브리드 부품을 보다 다양하고 융통성있게 설계할 수 있다.
본 발명은 또한 플라스틱-금속 하이브리드 부품에 관한 것으로, 상기 플라스틱 물질은 금속-기반 전도성 패턴을 포함하는 표면 영역을 포함한다. 이 플라스틱-금속 하이브리드 부품은, NMT 단계 (i) 내지 (iii) 및 LDS 단계 (iv) 내지 (v)를 포함하는 본 발명에 따른 방법으로 수득할 수 있다. 본 발명에 따른 LDS 조성물, 즉 LDS 첨가제 외에 반-결정성 반-방향족 폴리아미드(sc-PPA)와 비정질 반-방향족 폴리아미드(am-PPA)의 블렌드를 포함하는 LDS 조성물의 사용은, LDS 첨가제 외에 sc-PPA 만을 포함하는 LDS 조성물로 제조된 대응하는 플라스틱-금속 하이브리드 부품과 비교할 때, 플라스틱-금속 하이브리드 부품에서의 금속 부분과 플라스틱 부분 사이의 계면에서의 결합력이 증가되면서도, 고효율 방식으로 MID를 제조할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 플라스틱-금속 하이브리드 부품 및 그의 다양한 실시양태는 의료 용도, 자동차 용도, 항공 우주 용도, 군사 용도, 안테나, 센서, 보안 하우징 및 커넥터에 적합하게 사용된다. 따라서, 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 플라스틱-금속 하이브리드 부품을 포함하는 안테나, 센서, 보안 하우징 및 커넥터에 관한 것이다. 본 발명은, 전기 및 전자 기능이 구조적 금속 부분과 통합된 용도, 예를 들어 이동성 전자 장치용 금속 백프레임 또는 미들프레임과 통합된 안테나 또는 센서에 특히 적합하다.
도 1은 본원 실시예에서의 시험 샘플의 개략도로서, 이때 검정 부분(A)은 플라스틱 부분이고 회색 부분(B)은 금속 부분이다.
본 발명은 하기 실시예 및 비교 실험으로 추가로 설명된다.
물질
sc-PPA-A: 반-결정성 반-방향족 폴리아미드, PA6T/4T/66-기반, 용융 온도 325℃, 유리 전이 온도 125℃; 지방족 폴리아미드, PA-46, 용융 온도 295℃
am-PPA-A: 비정질 반-방향족 폴리아미드, PA6I6T, 유리 전이 온도 150℃
GF: 유리 섬유, 열가소성 폴리아미드의 표준 등급
기타: 컬러 마스터 배치 Cabot PA3785(카본 블랙)(MB)
LDS 첨가제: CuCrOx 스피넬(셰파드(Shephard) 블랙 1G)
금속 판 A: 알루미늄 판, 등급 Al6063, 18mm x 45mm x 1.6mm; 에탄올로 탈지시키고 알칼리 용액으로 에칭시키고, 산성 용액으로 중화시키고, 암모니아 수용액으로 정밀 에칭(소위 T-처리)시키는 것을 포함하는 공정에 의해 전처리됨.
조성물의 제조
sc-PPA-A에 기초한 2 가지의 LDS 조성물을 표 1의 비교 실험 A 및 실시예 I의 제형에 따라 제조하였다. 상기 제조는 표준 배합 조건을 사용하여 이축 압출기에서 수행하였다.
비교 실험 A 내지 C 및 실시예 I 내지 V에 따른 조성물에 의한 금속 판 -A의 오버몰딩
금속 판을 140℃로 설정된 몰드에 넣고 사출 성형기로부터 LDS 조성물을 345℃의 용융 온도에서 사출한 후 금속 판을 오버몰딩하여 시험 샘플을 제조하였다.
LDS 조성물의 사출 성형 및 금속 하이브리드 부품의 형성 후에, 생성된 금속-플라스틱 하이브리드 부품을 탈형하였다.
시험 샘플의 치수는 다음과 같았다: 판의 크기는 18mm x 45mm x 1.6mm였다. 플라스틱 부분의 크기는 10mm x 45mm x 3mm였다. 중첩되는 결합 면적은 0.482 cm2였다. 금속 부분과 플라스틱 부분의 모양과 상대 위치는 도 1에 개략적으로 나타내었다.
도 1은, 검정 부분(A)은 플라스틱 부분이고 회색 부분(B)은 금속 부분인 시험 샘플의 개략도이다.
결합 강도 시험 방법
플라스틱-금속 조립체에서 접착 계면에 대한 결합 강도 시험 방법은 23℃ 및 10 mm/분의 인장 속도에서 ISO19095에 따른 방법에 의해 측정되었다. 그 결과는 표 1에 포함되어 있다.
LDS 성능
LDS 거동은, 직경 40 μm의 레이저 스폿 크기를 사용하여, 최대 레이저 출력(최대 20W)의 50% 내지 90% 범위의 다양한 전력 수준 및 다양한 펄스 주파수(60kHz, 80kHz 및 100kHz)를 적용하여 20W 레이저로 시험했다. 도금 시간 10 분으로 단지 Cu를 가진 표준 에톤(Ethone) 도금 욕으로 도금을 수행하였다. 도금 두께는 300 마이크론 직경의 X-선 빔으로 측정되었으며, 각각의 공정 조건에 대해 3 가지 상이한 측정치에 대해 평균을 내었다. 측정은 인증된 두께 값을 가진 구리 필름에 대한 보정 데이터를 기반으로 하였다. 그 결과는 표 1에 제공되어 있다.
[표 1] 알루미늄 판(금속 판 A)상의 비교 실험 A 및 실시예 I에 대한 조성 및 시험 결과
Figure pct00001
상기 결과는, 비정질 반-방향족 폴리아미드를 포함하는 본 발명에 따른 조성물(실시예 I)의 결합 강도가 상응하는 비교 실험 A에 대한 것보다 우수함을 보여준다.

Claims (15)

  1. 나노-몰딩 기술(NMT)을 통해 금속 표면 상에 레이저 직접 구조화(LDS) 조성물을 플라스틱 오버몰딩하는 것에 의해 플라스틱-금속 하이브리드 부품을 제조하는 방법으로서,
    (i) 나노-크기 치수의 표면 불규칙부를 가진 표면 영역을 갖는 금속 기판을 제공하는 단계;
    (ii) LDS 조성물을 제공하는 단계;
    (iii) 상기 금속 기판의 표면 불규칙부를 가진 표면 영역의 적어도 일부 상에 직접 상기 LDS 조성물을 몰딩함으로써, 상기 금속 기판 상에 플라스틱 구조물을 형성하는 단계
    를 포함하며, 이때 상기 LDS 조성물은 레이저 직접 구조화(LDS) 첨가제, 반-결정성 반-방향족 폴리아미드 및 비정질 반-방향족 폴리아미드를 포함하는 것인, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (iv) 상기 금속 기판 상에 형성된 상기 플라스틱 구조물의 표면 영역을 레이저 빔으로 처리하여, 레이저 빔으로 처리된 표면 영역을 활성화시키는 단계; 및
    (v) 단계 (iv)에 의해 수득된 활성화된 표면 영역을 포함하는 상기 플라스틱-금속 하이브리드 부품을 무전해 도금 공정으로 처리하여, 상기 활성화된 표면 영역 상에 금속-기반 전도성 패턴을 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 기판이 스탬핑된 판금(stamped sheet metal) 기판인, 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 기판이 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 철, 강철, 마그네슘 및 마그네슘 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 형성되는, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법이, 단계 i) 이전에, 크롬산, 인산, 황산, 옥살산 및 붕산으로 이루어진 군으로부터 선택된 애노다이징제(anodizing agent)를 사용하여 상기 금속 기판을 애노다이징하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LDS 조성물이
    (A) 30 내지 89 중량%의 반-결정성 반-방향족 폴리아미드;
    (B) 10 내지 40 중량%의 비정질 반-방향족 폴리아미드; 및
    (C) 1 내지 10 중량%의 LDS 첨가제
    를 포함하고, 여기서 중량 백분율(중량%)은 조성물의 총 중량에 대한 것인, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LDS 조성물이
    (A) 30 내지 80 중량%의 반-결정성 반-방향족 폴리아미드;
    (B) 10 내지 30 중량%의 비정질 반-방향족 폴리아미드;
    (C) 1 내지 10 중량%의 LDS 첨가제, 및
    (D) 5 내지 60 중량%의 섬유상 강화제 또는 충전제 또는 이들의 조합물
    을 포함하고, 여기서 중량 백분율(중량%)은 조성물의 총 중량에 대한 것인, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LDS 조성물이
    (A) 30 내지 70 중량%의 반-결정성 반-방향족 폴리아미드;
    (B) 10 내지 30 중량%의 비정질 반-방향족 폴리아미드;
    (C) 1 내지 10 중량%의 LDS 첨가제;
    (D) 10 내지 60 중량%의 섬유 강화제 또는 충전제, 또는 이들의 조합물; 및
    (E) 0.1 내지 20 중량%의 하나 이상의 다른 성분
    을 포함하고, 여기서 중량 백분율(중량%)은 조성물의 총 중량에 대한 것인, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LDS 첨가제가 스피넬(spinel)-기반 금속 산화물을 포함하는 것인, 방법.
  10. 나노-크기 치수의 표면 불규칙부를 가진 표면 영역을 갖는 금속 부분에 결합된 플라스틱 물질을 포함하는 플라스틱-금속 하이브리드 부품으로서,
    상기 플라스틱 물질은, 레이저 직접 구조화(LDS) 첨가제, 반-결정성 반-방향족 폴리아미드 및 비정질 반-방향족 폴리아미드를 포함하는 레이저 직접 구조화(LDS) 조성물인, 플라스틱-금속 하이브리드 부품.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득될 수 있는 플라스틱-금속 하이브리드 부품.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 LDS 조성물이 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 조성을 갖는 것인, 플라스틱-금속 하이브리드 부품.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스틱-금속 하이브리드 부품은, 23℃에서 10 mm/min의 인장 속도로 ISO19095에 따른 방법에 의해 측정된, 금속 부분과 플라스틱 물질 사이의 결합력이 40 내지 70 MPa 범위인, 플라스틱-금속 하이브리드 부품.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스틱 물질은, 금속-기반 전도성 패턴을 포함하는 표면 영역을 포함하는 것인, 플라스틱-금속 하이브리드 부품.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 또는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득될 수 있는 플라스틱-금속 하이브리드 부품의, 의료 용도, 자동차 용도, 항공 우주 용도, 군사 용도, RF 안테나, 센서, 보안 하우징 및 커넥터에서의 용도.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111108155B (zh) * 2017-10-03 2022-04-05 三菱工程塑料株式会社 金属树脂复合体、树脂组合物和金属树脂复合体的制造方法
CN111269565A (zh) * 2020-02-27 2020-06-12 深圳市博耀新材料有限公司 一种注塑金属面及注塑成型工艺
DE102021208630A1 (de) * 2021-08-09 2023-02-09 Mahle International Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1459882B1 (en) 2001-12-28 2010-02-17 Taisei Plas Co., Ltd. Production method for composite material of aluminum alloy and resin
KR100827916B1 (ko) 2002-11-08 2008-05-07 다이세이 플라스 가부시끼가이샤 알루미늄 합금과 수지조성물의 복합체 및 그 제조방법
EP2572876B1 (en) 2005-12-08 2014-03-26 Taisei Plas Co., Ltd. Alumnium alloy-resin composite and method for producing the same
KR101161928B1 (ko) 2007-03-12 2012-07-03 다이세이 플라스 가부시끼가이샤 알루미늄 합금 복합체와 그 접합 방법
US8858854B2 (en) 2010-04-01 2014-10-14 Flextronics Ap, Llc System and method for plastic overmolding on a metal surface
CA2818160C (en) 2010-11-26 2016-01-26 Taisei Plas Co., Ltd. Metal-resin complex and process for production thereof
CN103286910B (zh) 2012-02-24 2015-09-30 比亚迪股份有限公司 一种金属树脂一体化成型方法和一种金属树脂复合体
EP2706092B1 (de) * 2012-08-28 2014-12-24 Ems-Patent Ag Polyamidformmasse und deren Verwendung
WO2014042069A1 (ja) * 2012-09-14 2014-03-20 三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社 熱可塑性樹脂組成物、樹脂成形品、及びメッキ層付樹脂成形品の製造方法
KR20180014019A (ko) * 2015-05-28 2018-02-07 디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이. 열가소성 중합체 조성물, 이로 제조된 물품 및 이의 제조 방법
CN105694447B (zh) * 2016-03-09 2018-01-26 深圳华力兴新材料股份有限公司 一种具备lds功能的nmt用聚酰胺树脂组合物

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