KR20230162272A - Metal polymer composite - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속 수지 복합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 금속 표면에 형성된 미세한 구멍에 수지를 충전하여 결합력을 형성하는 금속 수지 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a metal resin composite, and more specifically, to a metal resin composite that forms bonding force by filling microscopic pores formed on the surface of a metal with a resin.
현재 자동차 환경법규 및 충돌안전성 법규 강화로 이에 대응하기 위해 초고장력강 수요가 증가하고 있으나 이를 기반으로 자동차 규제를 만족시키기 매우 어려운 상황이다. 따라서 복합소재의 수요가 대두되고 있는 상황이다. Currently, the demand for ultra-high-strength steel is increasing to respond to the strengthening of automobile environmental laws and crash safety laws, but it is very difficult to satisfy automobile regulations based on this. Therefore, the demand for composite materials is emerging.
복합소재는 기계적 접합, 본딩, 용접 등 다양한 접합기술이 있지만 스틸(steel)-CFRP(carbon fiber reinforced plastics), 알루미늄(Aluminium)-CFRP와 같은 접합은 기술적인 어려움으로 인해, 일부 고급차에만 적용될 뿐 상용화되어 있지 않다. There are various joining technologies for composite materials such as mechanical joining, bonding, and welding, but due to technical difficulties, joining such as steel-CFRP (carbon fiber reinforced plastics) and aluminum-CFRP is only applied to some luxury cars and is not commercialized. It is not done.
특히, 에폭시 기반의 일반 열경화성 CFRP는 함침 및 경화공정의 긴 사이클 타임(Cycle time)으로 인한 낮은 생산성뿐만 아니라 재활용이 어려워 양산차 적용에 어려움이 있다. In particular, epoxy-based general thermosetting CFRP has difficulty in application to mass-produced vehicles due to low productivity due to the long cycle time of the impregnation and curing process, as well as difficulty in recycling.
HPCi(Heat Press Cool- integrative)는 금속판재를 레이저 전처리 작업으로 깊이 200㎛ 이상 스크래치 가공하여, 헤드의 램을 통해 전처리 된 금속과 열가소성 플라스틱을 압착 후 히팅하고, 그 후 가열과정에서 열가소성 수지가 액화하여 금속 구조물에 침투하여 접합되는 이종소재접합 기술이다. HPCi (Heat Press Cool-integrative) scratches a metal sheet to a depth of 200㎛ or more through laser pretreatment, presses and heats the pretreated metal and thermoplastic plastic through the ram of the head, and then the thermoplastic resin liquefies during the heating process. It is a dissimilar material joining technology that penetrates and joins metal structures.
LFT(Long Fiber Thermoplastic), PCM(Prepreg Compression Molding), WCM(Wet Compression Molding) 등과 같은 열가소성 수지 성형기술은 열경화성 수지대비 성형시간(10초 이내)이 매우 짧고 열에 의해 재활용이 가능해 생산성이 높고 효율적이다. Thermoplastic resin molding technologies such as Long Fiber Thermoplastic (LFT), Prepreg Compression Molding (PCM), and Wet Compression Molding (WCM) have a very short molding time (less than 10 seconds) compared to thermosetting resins and can be recycled by heat, making them highly productive and efficient. .
이와 관련하여 대한민국 공개특허공보 제2019-0042571호(이하 '선행문헌')는 금속 표면과 폴리머 재료 표면의 사이의 하이브리드 복합체 및 그 제조 방법을 개시하고 있다. In this regard, Republic of Korea Patent Publication No. 2019-0042571 (hereinafter referred to as 'prior document') discloses a hybrid composite between a metal surface and a polymer material surface and a method for manufacturing the same.
선행문헌의 하이브리드 복합체는 금속 표면을 갖는 제1 결합부와 폴리머 재료 표면을 갖는 제2결합부 사이에 형성되는 하이브리드 복합체에 관한 것으로, 금속 표면은 마이크로 구조형 리세스를 포함하고, 이러한 리세스는 마이크로 미터 범위의 치수를 갖는 폭 및 깊이를 가지는 한편, 적어도 부분적으로 폴리머 재료로 채워짐으로써, 마이크로 구조형 리세스의 금속 표면 영역이 적어도 부분적으로 제2 결합부의 폴리머 재료로 직접 피복되도록 구성된다. The hybrid composite of the prior literature relates to a hybrid composite formed between a first coupling portion having a metal surface and a second coupling portion having a polymer material surface, wherein the metal surface includes a micro-structured recess, and this recess is a micro-structured recess. It has a width and depth with dimensions in the range of meters and is at least partially filled with a polymeric material, so that the metal surface area of the microstructured recess is at least partially directly covered with the polymeric material of the second joint.
선행문헌의 하이브리드 복합체 제조방법은 단파 펄스 및/또는 초단파 펄스를 갖는 레이저 빔에 의해 금속 표면을 반복 조사함으로써, 금속 표면의 아래쪽으로 깊이/폭의 비율(s/d)이 적어도 5를 갖는 리세스를 형성하도록 구성된다. The hybrid composite manufacturing method in the prior literature involves repeatedly irradiating the metal surface with a laser beam having short-wave pulses and/or ultra-short-wave pulses to create a recess with a depth/width ratio (s/d) of at least 5 below the metal surface. It is configured to form.
마이크로 구조형 리세스의 금속 표면 영역은 완전히 나노 구조를 나타내고, 마이크로 구조형 리세스는 제1 결합부를 완전히 통과하는 블라인드 홀 또는 관통 홀의 형태이며, 종횡비, 즉 깊이/폭의 비가 5 이상이며, 제1 결합부의 마이크로 구조형 리세스의 나노 구조화된 금속 표면 영역과 제2결합부의 폴리머 재료 표면 사이에는 접착력 및/또는 공유 결합력에 기초한 적어도 하나의 결합 연결부가 존재하는 것을 특징으로 한다. The metal surface area of the microstructured recess exhibits a fully nanostructure, the microstructured recess is in the form of a blind hole or through hole completely passing through the first bond, the aspect ratio, i.e. the ratio of depth/width, is greater than 5, and the first bond Characterized in that there is at least one bonding connection based on adhesive and/or covalent bonding forces between the nanostructured metal surface area of the secondary microstructured recess and the polymer material surface of the second bonding portion.
자동차 부품에 인가되는 외력은 다양하다. 일 예로, 자동차 시트에 가해지는 힘은 탑승자의 하중, 탑승자의 기울어짐에 의한 힘, 차량의 진동에너지 등이 있다. There are various external forces applied to automobile parts. For example, the force applied to the car seat includes the load of the occupant, the force due to the occupant's tilt, and the vibration energy of the vehicle.
탑승자의 하중은 자동차 시트에 중력방향으로 인가될 수 있다. 그리고 탑승자의 기울어짐은 주로 차량의 가속도 변화에 의해 발생한다. 따라서 차량 운행시 자동차 시트에는 차량 진행방향과 그 반대방향으로 반복적인 외력이 인가될 수 있다. The occupant's load may be applied to the car seat in the direction of gravity. And the tilt of the occupants is mainly caused by changes in the acceleration of the vehicle. Therefore, when the vehicle is driven, repeated external force may be applied to the car seat in the direction of vehicle travel and the opposite direction.
자동차 시트프레임에는 차량의 종류별, 부위별(시트, 등받이 등)로 주로 가해지는 외력의 방향이 존재할 수 있다. 따라서 복합체로 제작되는 자동차 시트프레임의 금속과 수지는 특정 방향의 외력에 대해 더욱 견고한 결합력을 갖도록 제작하는 것이 생산성과 원가절감 측면에서 바람직하다. There may be a direction of external force mainly applied to the car seat frame depending on the type of vehicle and each part (seat, backrest, etc.). Therefore, it is desirable in terms of productivity and cost reduction to manufacture the metal and resin of the automobile seat frame, which is manufactured as a composite, to have a stronger bonding force against external forces in a specific direction.
그러나 선행문헌의 하이브리드 복합체는 금속 표면 전체가 대체로 균일한 접착력 및/또는 결합력을 형성함에 따라, 복합체로 제작되는 금속과 수지가 특정 방향의 외력에 대해 더욱 견고한 결합력을 형성하기 어려운 문제가 있다. However, since the hybrid composite of the prior literature forms a generally uniform adhesion and/or bonding force across the entire metal surface, there is a problem in that it is difficult for the metal and resin produced as a composite to form a more robust bonding force against external force in a specific direction.
금속 수지 복합체로 제조되는 부품은 자동차 시트프레임 이외에도 다양하며, 부품마다 주로 작용하는 외력의 방향성이 존재할 수 있다. 따라서 외력의 방향성을 고려한 금속 수지 복합체의 제조가 요구된다. There are a variety of parts manufactured from metal-resin composites other than automobile seat frames, and there may be a direction of external force that mainly acts on each part. Therefore, the production of a metal-resin composite considering the direction of external force is required.
본 발명의 목적은, 특정 방향의 외력에 대해 더욱 견고한 결합력을 형성하도록 이루어지는 금속 수지 복합체를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a metal-resin composite that forms a more robust bonding force against external force in a specific direction.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 제1면에 복수의 오목홈이 가공된 금속부재; 및 상기 제1면에 접합되는 제2면을 형성하고, 상기 제2면에서 상기 오목홈 내부에 액상침투한 수지부재를 포함하고, 제1방향으로 최대 결합력을 형성하도록, 상기 오목홈들은 상기 제1방향을 따라 이격되는 것을 특징으로 하는 금속 수지 복합체에 의하여 달성된다.The above object is, according to the present invention, a metal member having a plurality of concave grooves machined on its first surface; and forming a second surface joined to the first surface, comprising a resin member in which liquid permeates into the concave groove on the second surface, wherein the concave grooves form the maximum bonding force in the first direction. This is achieved by a metal-resin composite characterized by being spaced apart along one direction.
상기 오목홈들은 상기 제1방향의 직각방향으로 길게 형성되되 상기 제1방향의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 서로 이격거리가 감소하도록 이루어질 수 있다.The concave grooves may be formed long in a direction perpendicular to the first direction, and the distance between them may decrease toward the front and rear of the first direction.
상기 오목홈들은 상기 제1방향의 직각방향으로 길게 형성되되 상기 제1방향의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 깊이가 깊어지도록 이루어질 수 있다.The concave grooves may be formed long in a direction perpendicular to the first direction, and may be formed to become deeper toward the front and rear of the first direction.
상기 오목홈들은 상기 제1방향의 직각방향으로 길게 형성되되 상기 제1방향의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 기울어지도록 이루어질 수 있다.The concave grooves may be formed long in a direction perpendicular to the first direction and inclined toward the front and rear of the first direction.
상기 오목홈들은 상기 제1면의 레이저 가공에 의해 형성되되, 상기 제1면에는 상기 오목홈 둘레를 따라 액화한 금속이 증착된 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부들은 상기 제1방향의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 기울어지도록 이루어질 수 있다.The concave grooves are formed by laser processing of the first surface, and protrusions on which liquefied metal is deposited are formed along the circumference of the concave groove on the first surface, and the protrusions are directed forward and backward in the first direction. It can be made to become increasingly tilted.
상기 오목홈들은 상기 제1방향의 직각방향으로 형성되되 지그재그 또는 물결 형태를 형성하도록 이루어질 수 있다.The concave grooves may be formed in a direction perpendicular to the first direction and may have a zigzag or wave shape.
상기 오목홈들은 같은 중심을 가지며 반지름이 다른 동심원(concentric circle) 형태를 형성하도록 이루어질 수 있다.The concave grooves may be formed to form concentric circles with the same center and different radii.
상기 오목홈들은 상기 제1면의 레이저 가공에 의해 형성되고, 상기 오목홈들은 상기 동심원 중심과 멀어질수록 기울어지도록 이루어질 수 있다.The concave grooves are formed by laser processing of the first surface, and the concave grooves may be inclined as they become farther away from the center of the concentric circle.
본 발명에 의하면, 오목홈들이 제1방향을 따라 이격되어 제1방향으로 최대 결합력을 형성함으로써, 제1방향의 외력에 대해 더욱 견고한 결합력을 형성하도록 이루어지는 금속 수지 복합체를 제공할 수 있게 된다.According to the present invention, the concave grooves are spaced apart along the first direction to form a maximum bonding force in the first direction, thereby providing a metal-resin composite that forms a more robust bonding force against external force in the first direction.
또한, 오목홈들은 제1방향의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 서로 이격거리가 감소하거나 깊이가 깊어지거나 기울어짐으로써, 제1방향의 외력에 저항하는 결합력이 향상되도록 이루어지는 금속 수지 복합체를 제공할 수 있게 된다.In addition, the distance between the concave grooves decreases, becomes deeper, or is inclined toward the front and rear in the first direction, thereby providing a metal-resin composite in which the bonding force to resist external force in the first direction is improved. .
또한, 오목홈들은 제1방향의 직각방향으로 형성되되 지그재그 또는 물결 형태를 형성함으로써, 제1방향은 물론 제1방향 이외의 외력에 저항하는 결합력이 향상되도록 이루어지는 금속 수지 복합체를 제공할 수 있게 된다.In addition, the concave grooves are formed in a direction perpendicular to the first direction and form a zigzag or wave shape, thereby providing a metal-resin composite in which the bonding force to resist external forces in the first direction as well as other than the first direction is improved. .
또한, 제1면에는 오목홈 둘레를 따라 레이저 가공에 의해 액화한 금속이 증착된 돌출부가 형성되고, 돌출부들은 제1방향의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 기울어짐으로써, 제1방향의 외력에 저항하는 결합력이 향상되도록 이루어지는 금속 수지 복합체를 제공할 수 있게 된다.In addition, protrusions on which liquefied metal is deposited by laser processing are formed along the circumference of the concave groove on the first surface, and the protrusions are inclined toward the front and rear in the first direction, creating a bonding force that resists external force in the first direction. It is possible to provide a metal resin composite made to improve this.
또한, 오목홈들은 같은 중심을 가지며 반지름이 다른 동심원(concentric circle) 형태를 형성함으로써, 동심원 중심을 중심으로 전방향에 걸쳐 더욱 견고한 결합력을 형성하도록 이루어지는 금속 수지 복합체를 제공할 수 있게 된다.In addition, the concave grooves form concentric circles with the same center and different radii, thereby providing a metal-resin composite that forms a more solid bonding force in all directions around the center of the concentric circle.
아울러, 오목홈들은 동심원 중심과 멀어질수록 기울어짐으로써, 동심원 중심을 중심으로 전방향에 걸쳐 외력에 저항하는 결합력이 향상되도록 이루어지는 금속 수지 복합체를 제공할 수 있게 된다.In addition, the concave grooves are inclined as they move away from the center of the concentric circle, making it possible to provide a metal-resin composite in which the bonding force to resist external force is improved in all directions around the center of the concentric circle.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 금속 수지 복합체의 제조방법을 간략하게 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 금속 수지 복합체의 제조방법의 압착/히팅 단계에서 금속부재와 수지부재의 접합면을 나타내는 부분단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체의 금속부재의 다양한 복수의 오목홈이 가공된 제1면을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 4의 A-A' 단면도이다.
도 10 및 도 11은 도 8의 부분단면도이다.
도 12는 도 9의 부분단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a metal-resin composite according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram briefly showing a method of manufacturing the metal resin composite of FIG. 1.
Figure 3 is a partial cross-sectional view showing the joint surface of the metal member and the resin member in the pressing/heating step of the method for manufacturing the metal-resin composite of Figure 2.
4 to 7 are views showing the first surface of a metal member of a metal-resin composite according to an embodiment of the present invention, on which a plurality of various concave grooves are machined.
Figures 8 and 9 are cross-sectional views taken along line AA' of Figure 4.
Figures 10 and 11 are partial cross-sectional views of Figure 8.
Figure 12 is a partial cross-sectional view of Figure 9.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to make the gist of the present invention clear.
본 발명의 금속 수지 복합체는, 특정 방향의 외력에 대해 더욱 견고한 결합력을 형성하도록 이루어진다.The metal-resin composite of the present invention is made to form a more robust bonding force against external force in a specific direction.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체(10)를 나타내는 단면도이다. Figure 1 is a cross-sectional view showing a metal-resin composite 10 according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 금속 수지 복합체(10)의 제조방법(S100)을 간략하게 나타내는 도면이다. FIG. 2 is a diagram briefly showing the manufacturing method (S100) of the metal resin composite 10 of FIG. 1.
도 3은 도 2의 금속 수지 복합체(10)의 제조방법(S100)의 압착/히팅 단계(S120)에서 금속부재(100)와 수지부재(200)의 접합면을 나타내는 부분단면도이다. FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the joint surface of the
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체(10)는 금속 표면에 형성된 미세한 구멍에 충전된 수지에 의해 결합력을 형성하도록 이루어지며, 금속부재(100)와 수지부재(200)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the metal-resin composite 10 according to an embodiment of the present invention is made to form a bonding force by resin filled in microscopic holes formed on the metal surface, and includes a
도 1에 도시된 바와 같이, 금속부재(100)는 일측에 제1면(101)을 형성한다. 금속부재(100)는 플레이트 또는 블록 형태를 형성할 수 있다. As shown in FIG. 1, the
제1면(101)은 수지부재(200)의 제2면(201)과 접합되는 면을 의미한다. 제1면(101)은 평탄면일 수 있다. 또는 제1면(101)은 곡면일 수 있다. 제1면(101)과 제2면(201)은 대략 동일한 형태를 형성할 수 있다. The
금속부재(100)는 구리(Cu), 철(Fe), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 니켈(Ni), 크롬(Cr) 등으로 이루어질 수 있다. 또는 금속부재(100)는 이들의 합금일 수 있다 The
금속부재(100)의 제1면(101)에 복수의 오목홈(112)이 가공된다. 오목홈(112)은 제1면(101)을 기준으로 오목한 홈을 의미한다. 오목홈(112)은 레이저장치(L)에 의해 형성될 수 있다. 레이저에 의한 오목홈(112) 형성시 오목홈(112) 둘레를 따라 액화한 금속이 증착될 수 있다. A plurality of
따라서 오목홈(112) 둘레를 따라 액화한 금속이 증착된 돌출부(111)가 형성될 수 있다. 돌출부(111)는 오목홈(112) 둘레를 따라 제1면(101)의 법선방향으로 돌출될 수 있다. 돌출부(111)의 높이에 의해 오목홈(112)의 깊이가 깊어지는 효과를 형성할 수 있다. Accordingly, a
도 1에 도시된 바와 같이, 수지부재(200)는 일측에 제2면(201)을 형성한다. 수지부재(200)는 플레이트 또는 블록 형태를 형성할 수 있다. As shown in FIG. 1, the resin member 200 forms a second surface 201 on one side. The resin member 200 may have a plate or block shape.
제2면(201)은 금속부재(100)의 제1면(101)과 접합되는 면을 의미한다. 제2면(201)은 평탄면일 수 있다. 또는 제2면(201)은 곡면일 수 있다. 제1면(101)과 제2면(201)은 대략 동일한 형태를 형성할 수 있다. 이하에서 제1면(101)과 제2면(201)이 접합된 면을 '접합면'으로 지칭하고자 한다. The second surface 201 refers to a surface joined to the
수지부재(200)는 열가소성수지로 이루어질 수 있다. 일 예로, 수지부재(200)는 폴리프로필렌(PP), 폴리아세탈(POM), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리에틸렌(PE), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 에폭시 등으로 이루어질 수 있다. 또는 수지부재(200)는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 이루어질 수 있다. The resin member 200 may be made of thermoplastic resin. As an example, the resin member 200 is made of polypropylene (PP), polyacetal (POM), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), and polyethylene (PE). , polybutylene terephthalate (PBT), epoxy, etc. Alternatively, the resin member 200 may be made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
수지부재(200)는 제2면(201)에서 오목홈(112) 내부에 액상침투한 다음 고화된다. 따라서 금속부재(100)와 수지부재(200)는 접합면에서 기계적 결합력을 형성한다. The resin member 200 is solidified after the liquid penetrates into the
도 2에 도시된 바와 같이, 금속 수지 복합체(10)의 제조방법(S100)은 레이저 전처리 단계(S110), 압착/히팅 단계(S120)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 2, the manufacturing method (S100) of the metal-resin composite 10 may include a laser pre-treatment step (S110) and a pressing/heating step (S120).
레이저 전처리 단계(S110)는 레이저장치(L)에 의해 수행된다. 레이저장치(L)는 연속형 레이저 빔 소스 또는 펄스 레이저 빔 소스를 포함할 수 있다. 레이저장치(L)는 금속부재(100)의 제1면(101)에 복수의 스크레치(110)를 형성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스크레치(110)는 돌출부(111) 및 오목홈(112)을 포함한다. The laser preprocessing step (S110) is performed by the laser device (L). The laser device L may include a continuous laser beam source or a pulsed laser beam source. The laser device L forms a plurality of
오목홈(112)은 레이저의 에너지에 의해 형성된다. 오목홈(112)은 제1면(101)을 기준으로 오목한 홈을 의미한다. 오목홈(112)은 200㎛ 이상의 깊이를 형성할 수 있다. 오목홈(112) 둘레를 따라 액화한 금속이 증착된 돌출부(111)가 형성된다. The
돌출부(111)는 오목홈(112) 둘레를 따라 제1면(101)의 법선방향으로 돌출된다. 돌출부(111)의 높이에 의해 오목홈(112)의 깊이가 깊어지는 효과를 형성할 수 있다. 따라서 접합면에서 금속부재(100)와 수지부재(200)의 기계적 결합력이 향상될 수 있다. The
압착/히팅 단계(S120)는 프레스장치(1)와 가열장치(2)에 의해 수행된다. 압착/히팅 단계(S120)에서 먼저 한 쌍의 프레스장치(1)로 금속부재(100)와 수지부재(200)를 압착한다. 즉, 제1면(101)과 제2면(201)이 밀착되며 금속부재(100)와 수지부재(200)가 압착된다. The pressing/heating step (S120) is performed by the press device (1) and the heating device (2). In the compressing/heating step (S120), the
그리고 나서 가열장치(2)로 금속부재(100)를 가열하여 접합면에서 수지부재(200)를 액화시킨다. 가열장치(2)는 유도가열 코일을 포함한다. 유도가열 코일에 전류가 인가되면 자기장을 발생하여 금속부재(100)를 유도 가열하게 된다. Then, the
도 3에 도시된 바와 같이, 액화된 수지는 오목홈(112)에 침투하여 충전된다. 이후 가열장치(2)의 작동이 중지하고, 액화된 수지는 다시 고화하여 금속부재(100)와 수지부재(200)의 기계적 결합력을 형성한다. As shown in Figure 3, the liquefied resin penetrates into and fills the
본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체(10)는 금속 판재를 레이저 전처리 작업으로 스크래치 가공하여, 금속 판재에 배치된 열가소성 수지가 가열에 의해 액화하면서 금속 구조물에 침투하여 접합됨으로써, 나사, 리벳, 접착제와 같은 추가적인 부수기재 없이 접합이 가능할 뿐만 아니라 단섬유, 장섬유, 연속섬유에 무관하게 접합이 가능한 이점이 있다. The metal resin composite 10 according to an embodiment of the present invention is made by scratch processing a metal plate through a laser pretreatment operation, so that the thermoplastic resin disposed on the metal plate is liquefied by heating and penetrates into the metal structure and is bonded, thereby forming screws, rivets, Not only is it possible to join without additional materials such as adhesives, but it also has the advantage of being able to join regardless of whether it is a single fiber, a long fiber, or a continuous fiber.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체(10)의 금속부재(100)의 다양한 복수의 오목홈(112)이 가공된 제1면(101)을 나타내는 도면이다. 4 to 7 are diagrams showing the
도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 전처리 단계(S110)에서 스크레치(110)들은 제1방향(X)의 직각방향으로 길게 형성될 수 있다. 스크레치(110)는 돌출부(111) 및 오목홈(112)을 포함한다. 이하에서 제1면(101) 상에서 제1방향(X)과 직각방향을 '제2방향(Y)'으로 지칭하고자 한다. As shown in FIG. 4, in the laser pre-processing step (S110), scratches 110 may be formed long in a direction perpendicular to the first direction (X).
따라서 오목홈(112) 내에서 금속부재(100)와 수지부재(200)는 제1방향(X)으로 넓은 접촉면을 형성하게 된다. 따라서 압착/히팅 단계(S120)에서 결합된 금속 수지 복합체(10)는 제1방향(X)으로 최대 결합력을 형성하게 된다. Accordingly, within the
금속과 플라스틱은 열팽창률(coefficient of thermal expansion)이 다른 재료이다. 일반적으로 플라스틱은 금속보다 약 10배 정도 선팽창계수(coefficient of linear expansion)가 큰 재료이다. Metals and plastics are materials with different coefficients of thermal expansion. In general, plastic is a material with a coefficient of linear expansion that is about 10 times greater than that of metal.
따라서 종래 금속과 수지의 복합체는 저온에서 깨짐발생 가능성이 큰 문제가 있었다. 종래 금속과 수지의 복합체는 열팽창 또는 열수축에 의한 금속-수지 간 변위가 큰 가장자리 부위에서 주로 깨짐이 발생하였다. Therefore, the conventional composite of metal and resin had a problem with a high possibility of cracking at low temperatures. Conventional metal-resin composites mainly cracked at edge areas where there was a large displacement between the metal and resin due to thermal expansion or thermal contraction.
도 4에 도시된 바와 같이, 스크레치(110)들은 제2방향(Y)으로 길게 형성되되 제1방향(X)의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 서로 이격거리가 감소할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체(10)는 제1방향(X)을 기준으로 열팽창 또는 열수축에 의한 가장자리 부위의 깨짐 발생을 최소화할 수 있다. As shown in FIG. 4, the
도 5에 도시된 바와 같이, 스크레치(110)들은 제2방향(Y)으로 형성되되 지그재그 또는 물결 형태를 형성할 수 있다. 따라서 오목홈(112) 내에서 금속부재(100)와 수지부재(200)는 제1방향(X)으로 넓은 접촉면을 형성하는 동시에, 제2방향(Y)으로도 접촉면을 형성하게 된다. As shown in FIG. 5, the
따라서 압착/히팅 단계(S120)에서 결합된 금속 수지 복합체(10)는 제1방향(X)으로 최대 결합력을 형성할 뿐만 아니라 제2방향(Y)으로도 일정 수준의 결합력을 형성하게 된다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체(10)는 제1방향(X)과 제2방향(Y)의 결합력을 서로 다르게 조절할 수 있는 이점이 있다. Therefore, the metal resin composite 10 combined in the pressing/heating step (S120) not only forms the maximum bonding force in the first direction (X), but also forms a certain level of bonding force in the second direction (Y). Therefore, the metal resin composite 10 according to an embodiment of the present invention has the advantage of being able to differently adjust the bonding force in the first direction (X) and the second direction (Y).
도 6에 도시된 바와 같이, 스크레치(110)들은 제2방향(Y)으로 지그재그 또는 물결 형태를 형성하되 제1방향(X)의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 서로 이격거리가 감소할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체(10)는 제1방향(X) 및 제2방향(Y)을 기준으로 열팽창 또는 열수축에 의한 가장자리 부위의 깨짐 발생을 최소화할 수 있다. As shown in FIG. 6, the
도 7에 도시된 바와 같이, 스크레치(110)들은 같은 중심을 가지며 반지름이 다른 동심원(concentric circle) 형태를 형성할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체(10)는 동심원 중심을 중심으로 전방향에 일정한 결합력을 형성할 수 있는 이점이 있다. As shown in FIG. 7, the
스크레치(110)들은 동심원 중심에서 멀어질수록 서로 이격거리가 감소할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체(10)는 동심원 중심을 중심으로 전방향을 기준으로 열팽창 또는 열수축에 의한 가장자리 부위의 깨짐 발생을 최소화할 수 있다. As the
도 8 및 도 9는 도 4의 A-A' 단면도이다. Figures 8 and 9 are cross-sectional views taken along line A-A' of Figure 4.
도 8에 도시된 바와 같이, 레이저장치(L)는 제1면(101)의 법선방향 위쪽에서 레이저를 조사하여 제1면(101)에 스크레치(110)들을 형성할 수 있다. 도 8의 θ는 90도를 의미한다. As shown in FIG. 8, the laser device L may form
도 8 및 도 9의 RP는 제1면(101)의 중심을 지나고 제1면(101)과 직각을 이루는 기준면(RP)을 의미한다. RP in FIGS. 8 and 9 refers to a reference surface (RP) that passes through the center of the
도 8 및 도 9의 X0는 기준면(RP)의 제1방향(X) 좌표를 의미한다. X1은 기준면(RP)보다 제1방향(X)에 위치하는 제1방향(X) 좌표를 의미한다. X2는 X1보다 제1방향(X)에 위치하는 제1방향(X) 좌표를 의미한다. X3는 X2보다 제1방향(X)에 위치하는 제1방향(X) 좌표를 의미한다. X 0 in FIGS. 8 and 9 means the first direction (X) coordinate of the reference surface (RP). X 1 means a first direction (X) coordinate located in the first direction (X) than the reference surface (RP). X 2 means a first direction (X) coordinate located in the first direction (X) than X 1 . X 3 means a first direction (X) coordinate located in the first direction (X) than X 2 .
도 9의 θ0는 90도를 의미한다. θ1은 90도보다 작은 각도를 의미한다. θ2은 θ1보다 작은 각도를 의미한다. θ 0 in FIG. 9 means 90 degrees. θ 1 means an angle less than 90 degrees. θ 2 means an angle smaller than θ 1 .
도 10 및 도 11은 도 8의 부분단면도이다. Figures 10 and 11 are partial cross-sectional views of Figure 8.
도 10에 도시된 바와 같이, 레이저장치(L)는 제1면(101)의 법선방향 위쪽에서 레이저를 조사하여 제1면(101)에 스크레치(110)들을 형성하되, 제1방향(X)을 따라 오목홈(112)들의 깊이를 일정하게 형성할 수 있다. As shown in FIG. 10, the laser device L irradiates a laser from above the normal direction of the
도 10의 Z0는 X0에서 오목홈(112)의 깊이를 의미한다. Z1는 X1에서 오목홈(112)의 깊이를 의미한다. Z2는 X2에서 오목홈(112)의 깊이를 의미한다. 도 10에서 Z0=Z1=Z2이다. Z 0 in FIG. 10 means the depth of the
도 11에 도시된 바와 같이, 레이저장치(L)는 제1면(101)의 법선방향 위쪽에서 레이저를 조사하여 제1면(101)에 스크레치(110)들을 형성하되, 제1방향(X)의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 오목홈(112)들의 깊이를 깊게 형성할 수 있다. As shown in FIG. 11, the laser device L irradiates a laser from above the normal direction of the
도 11의 Z0는 X0에서 오목홈(112)의 깊이를 의미한다. Z1는 X1에서 오목홈(112)의 깊이를 의미한다. Z2는 X2에서 오목홈(112)의 깊이를 의미한다. 도 10에서 Z0<Z1<Z2이다. Z 0 in FIG. 11 means the depth of the
따라서 오목홈(112) 내에서 금속부재(100)와 수지부재(200)는 제1방향(X)의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 제1방향(X)으로 넓은 접촉면을 형성하게 된다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체(10)는 제1방향(X)을 기준으로 열팽창 또는 열수축에 의한 가장자리 부위의 깨짐 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 접합면에서 금속부재(100)와 수지부재(200)의 기계적 결합력이 향상될 수 있다. Accordingly, within the
도 12는 도 9의 부분단면도이다. Figure 12 is a partial cross-sectional view of Figure 9.
도 12에 도시된 바와 같이, 레이저장치(L)는 기준면(RP)의 법선방향 위쪽에서 레이저를 조사하여 제1면(101)에 스크레치(110)들을 형성할 수 있다. As shown in FIG. 12, the laser device L may form
따라서 오목홈(112)들은 제1방향(X)의 직각방향으로 길게 형성되되 제1방향(X)의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 기울어지는 형태를 형성할 수 있다. 또한, 돌출부(111)들은 제1방향(X)의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 기울어지는 형태를 형성할 수 있다. Accordingly, the
도 12의 Z0는 X0에서 오목홈(112)의 깊이를 의미한다. Z1는 X1에서 오목홈(112)의 깊이를 의미한다. Z2는 X2에서 오목홈(112)의 깊이를 의미한다. 레이저장치(L)는 제1방향(X)의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 더 큰 에너지의 레이저를 출력할 수 있다. 따라서 돌출부(111)들은 제1방향(X)의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 기울어지는 형태를 형성하더라도 Z0=Z1=Z2로 형성될 수 있다. Z 0 in FIG. 12 means the depth of the
따라서 오목홈(112) 내에서 금속부재(100)와 수지부재(200)는 제1방향(X)의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 보다 넓은 접촉면을 형성하게 된다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체(10)는 제1방향(X)을 기준으로 열팽창 또는 열수축에 의한 가장자리 부위의 깨짐 발생을 보다 최소화할 수 있다. 또한, 접합면에서 금속부재(100)와 수지부재(200)의 기계적 결합력이 향상될 수 있다. Accordingly, within the
도 7에 도시된 바와 같이, 스크레치(110)들은 같은 중심을 가지며 반지름이 다른 동심원(concentric circle) 형태를 형성하되, 레이저장치(L)는 제1면(101)의 법선방향을 기준으로 동심원의 위쪽에서 레이저를 조사하여 제1면(101)에 스크레치(110)들을 형성할 수 있다. As shown in FIG. 7, the
도 7의 CP는 제1면(101)의 법선방향을 기준으로 동심원의 위쪽에 있는 기준점(CP)을 의미한다. 레이저장치(L)는 기준점(CP)에서 레이저를 조사할 수 있다. CP in FIG. 7 refers to a reference point (CP) located above the concentric circle based on the normal direction of the
따라서, 도 12에 도시된 바와 같이, 오목홈(112)들은 동심원 중심에서 멀어질수록 기울어지는 형태를 형성할 수 있다. 또한, 돌출부(111)들은 동심원 중심에서 멀어질수록 기울어지는 형태를 형성할 수 있다. Therefore, as shown in FIG. 12, the
따라서 본 발명의 실시예에 따른 금속 수지 복합체(10)는 동심원 중심을 중심으로 전방향을 기준으로 열팽창 또는 열수축에 의한 가장자리 부위의 깨짐 발생을 더욱 최소화할 수 있다. Therefore, the metal-resin composite 10 according to an embodiment of the present invention can further minimize the occurrence of cracking at the edges due to thermal expansion or thermal contraction in all directions centered on the center of the concentric circle.
본 발명에 의하면, 오목홈(112)들이 제1방향(X)을 따라 이격되어 제1방향(X)으로 최대 결합력을 형성함으로써, 제1방향(X)의 외력에 대해 더욱 견고한 결합력을 형성하도록 이루어지는 금속 수지 복합체(10)를 제공할 수 있게 된다.According to the present invention, the
또한, 오목홈(112)들은 제1방향(X)의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 서로 이격거리가 감소하거나 깊이가 깊어지거나 기울어짐으로써, 제1방향(X)의 외력에 저항하는 결합력이 향상되도록 이루어지는 금속 수지 복합체(10)를 제공할 수 있게 된다.In addition, the
또한, 오목홈(112)들은 제1방향(X)의 직각방향으로 형성되되 지그재그 또는 물결 형태를 형성함으로써, 제1방향(X)은 물론 제1방향(X) 이외의 외력에 저항하는 결합력이 향상되도록 이루어지는 금속 수지 복합체(10)를 제공할 수 있게 된다.In addition, the
또한, 제1면(101)에는 오목홈(112) 둘레를 따라 레이저 가공에 의해 액화한 금속이 증착된 돌출부(111)가 형성되고, 돌출부(111)들은 제1방향(X)의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 기울어짐으로써, 제1방향(X)의 외력에 저항하는 결합력이 향상되도록 이루어지는 금속 수지 복합체(10)를 제공할 수 있게 된다.In addition,
또한, 오목홈(112)들은 같은 중심을 가지며 반지름이 다른 동심원(concentric circle) 형태를 형성함으로써, 동심원 중심을 중심으로 전방향에 걸쳐 더욱 견고한 결합력을 형성하도록 이루어지는 금속 수지 복합체(10)를 제공할 수 있게 된다.In addition, the
아울러, 오목홈(112)들은 동심원 중심과 멀어질수록 기울어짐으로써, 동심원 중심을 중심으로 전방향에 걸쳐 외력에 저항하는 결합력이 향상되도록 이루어지는 금속 수지 복합체(10)를 제공할 수 있게 된다.In addition, the
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.Although specific embodiments of the present invention have been described and shown above, it is known in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. This is self-evident to those who have it. Accordingly, such modifications or variations should not be understood individually from the technical idea or viewpoint of the present invention, and the modified embodiments should be regarded as falling within the scope of the claims of the present invention.
10 : 금속 수지 복합체
100 : 금속부재
200 : 수지부재
101 : 제1면
201 : 제2면
110 : 스크레치
L : 레이저장치
111 : 돌출부
1 : 프레스장치
112 : 오목홈
2 : 가열장치
RP : 기준면
X : 제1방향
CP : 기준점
Y : 제2방향
S100 : 제조방법
S110 : 레이저 전처리 단계
S120 : 압착/히팅 단계10: Metal resin composite
100: Metal member 200: Resin member
101:
110: Scratch L: Laser device
111: Protrusion 1: Press device
112: concave groove 2: heating device
RP: Reference plane
CP: reference point Y: second direction
S100: Manufacturing method
S110: Laser pre-processing step
S120: Compression/heating step
Claims (8)
상기 제1면에 접합되는 제2면을 형성하고, 상기 제2면에서 상기 오목홈 내부에 액상침투한 수지부재를 포함하고,
제1방향으로 최대 결합력을 형성하도록, 상기 오목홈들은 상기 제1방향을 따라 이격되는,
금속 수지 복합체.A metal member having a plurality of concave grooves machined on its first surface; and
Forming a second surface joined to the first surface, and comprising a resin member whose liquid permeates into the concave groove on the second surface,
The concave grooves are spaced apart along the first direction to form maximum coupling force in the first direction,
Metal resin composite.
상기 오목홈들은 상기 제1방향의 직각방향으로 길게 형성되되 상기 제1방향의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 서로 이격거리가 감소하는,
금속 수지 복합체.According to paragraph 1,
The concave grooves are formed long in a direction perpendicular to the first direction, and the distance between them decreases toward the front and rear of the first direction.
Metal resin composite.
상기 오목홈들은 상기 제1방향의 직각방향으로 길게 형성되되 상기 제1방향의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 깊이가 깊어지는,
금속 수지 복합체.According to paragraph 1,
The concave grooves are formed long in a direction perpendicular to the first direction and become deeper toward the front and rear of the first direction.
Metal resin composite.
상기 오목홈들은 상기 제1방향의 직각방향으로 길게 형성되되 상기 제1방향의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 기울어지는,
금속 수지 복합체.According to paragraph 1,
The concave grooves are formed long in a direction perpendicular to the first direction and are inclined toward the front and rear of the first direction.
Metal resin composite.
상기 오목홈들은 상기 제1면의 레이저 가공에 의해 형성되되, 상기 제1면에는 상기 오목홈 둘레를 따라 액화한 금속이 증착된 돌출부가 형성되고,
상기 돌출부들은 상기 제1방향의 앞쪽 및 뒤쪽으로 갈수록 기울어지는,
금속 수지 복합체.According to paragraph 1,
The concave grooves are formed by laser processing of the first surface, and a protrusion on which liquefied metal is deposited is formed along the circumference of the concave groove,
The protrusions are inclined toward the front and rear in the first direction,
Metal resin composite.
상기 오목홈들은 상기 제1방향의 직각방향으로 형성되되 지그재그 또는 물결 형태를 형성하는,
금속 수지 복합체.According to paragraph 1,
The concave grooves are formed in a direction perpendicular to the first direction and form a zigzag or wave shape.
Metal resin composite.
상기 오목홈들은 같은 중심을 가지며 반지름이 다른 동심원(concentric circle) 형태를 형성하는,
금속 수지 복합체.According to paragraph 1,
The concave grooves have the same center and form concentric circles with different radii,
Metal resin composite.
상기 오목홈들은 상기 제1면의 레이저 가공에 의해 형성되고,
상기 오목홈들은 상기 동심원 중심과 멀어질수록 기울어지는,
금속 수지 복합체.In clause 7,
The concave grooves are formed by laser processing of the first surface,
The concave grooves are inclined as they move away from the center of the concentric circle.
Metal resin composite.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220061942A KR20230162272A (en) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | Metal polymer composite |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220061942A KR20230162272A (en) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | Metal polymer composite |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230162272A true KR20230162272A (en) | 2023-11-28 |
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ID=88957890
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020220061942A KR20230162272A (en) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | Metal polymer composite |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR20230162272A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190042571A (en) | 2016-08-18 | 2019-04-24 | 프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베. | Hybrid composite between metal surface and polymer material surface and method of making same |
-
2022
- 2022-05-20 KR KR1020220061942A patent/KR20230162272A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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