KR960007004B1 - 직접 용접이 가능한 진동억제 수지샌드위치형 금속판 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

직접 용접이 가능한 진동억제 수지샌드위치형 금속판.

제1도는 본 발명의 도전성 필러(filler)를 첨가하여 제조되는 진동억제 수지샌드위치형 금속판의 손실계수의 온도 의존성을 나타낸 그래프로써 A는 필러 첨가 전 B는 필러 첨가 후의 상태를 나타낸 것이다.

제2도는 본 발명으로 제조한 진동억제 수지샌드위치형 금속판의 손실계수의 온도 의존성을 나타낸 그래프로써 C는 실시예, D는 실시예 3의 경우를 나타낸 것이다.

제3도 a는 본 발명의 실시예 3에서 사용한 도전성 필러인 철분에 니켈을 코팅하는 분말을 전자현미경 사진으로 나타낸 것이고, 제 3 도b는 이 필러 단연 가장자리에 니켈이 코팅된 것을 나타낸 것이다.

제4도는 본 발명의 도전성 필러를 첨가한 실시예 1과 비교예 1,2의 손실계수의 온도 의존성을 상대적으로 비교하여 나타낸 그래프이다. 여기에서 B는 실시예 1,E는 비교예 1,F는 비교예 2를 각각 나타낸 것이다.

제5도는 본 발명의 실시예 1과 비교예 1,2에서 제조한 진동억제 수지샌드위치형 금속판과 전기아연도금 강판과의 스포트 용접 후의 용접부 너켓트(nugget)모양을 나타낸 사진이다.

본 발명은 예컨대 자동차, 가전제품(특히, 세탁기) 및 건재 등에 사용되는 직접 용접이 가능한 진동억제 수지샌드위치형 금속판에 관한 것이다. 진동억제 수지샌드위치형 금속판은 한쪽 또는 양쪽의 금속판의 편면(片面)에 접착수지를 도포하고, 열풍건조로 안에서 일정시간 가열경화한 후에 한쪽의 금속판과 다른 쪽의 금속판을 도포된 접착수지면을 끼워 맞대어 가열압착 제조한다.

특히 본 발명은 금속의 진동에 대하여 억제 성능을 부여하는 가열경화된 접착수지층과 양쪽의 금속판으로 이루어져 있으며 진동억제 성능이 우수하고 또한 스포트 용접이 가능한 진동억제 수지샌드위치형 금속판에 관한 것이다.

특히 그 중에서도 본 발명은 손실계수가 0.1이상으로 되도록 진동억제 효과가 크고 온도에 민감한 점탄성 접착수지를 개발함에 관한 것이다. 근래 들어 자동차, 가전제품 및 산업기계와 각종 구조물 등의 소음이 심각한 사회적인 문제로 부가되고 있으며, 여러가지 소음방지대책이 요구되고 있다. 진동 및 소음억제 기술에 있어서 기존의 방지 대책으로는 차음, 흡음, 방진 재료와 같이 서로 다른 기능을 가진 재료를 조합시킨 방법들이 사용되고 있으나 최근의 연구 및 개발의 결과로는 방진합금을 사용하는 방법과 진동억제 수지를 금속판에 붙에 사용하는 방법이 제안된 바 있다.

일반적으로 수지샌드위치형 진동억제 재료의 진동감소 효과는 손실계수(η),대수감쇠율(△) 및 공진예도(Q)등이 사용되는데 이들은 서로 관련있는 물성치이며 이들 중에서 가장 많이 사용되는 것은 손실계수이다. 최근에는 소음규제가 강화되면서 종래에는 손실계수가 약 0.05 이상이면 진동억제 효과가 크다고 하였으나 이제는 손실계수가 보다 큰 재료의 개발이 요구되고 있다.

진동억제 수지샌드위치형 두 금속판 사이에 끼워넣는 온도에 민감한 상기 점탄성 접착수지의 물성 때문에 손실계수는 온도 의존성이 크며 아울러 손실계수가 최대가 되는 온도가 존재한다. 그러므로 진동억제 수지샌드위치형 금속판은 수요자가 실제 사용할 온도범위에 적합한 점탄성 접착수지를 선택적으로 사용하는 것이 바람직하다. 이 점에 착안한 본 발명에서는 접착수지로 사용하는 폴리에스테르 알코올 구성물의 종류의 분자량 그리고 경화제로 사용한 이소시아네티트의 배합량을 조절함으로써 사용 온도를 제 2 도의 C,D와 같이 손실계수가 최대로 되는 온도를 조절할 수 있음을 알게 되었다. 즉 ,상기 수지 조성물의 수산기와 경화제인 뷰레트 구조를 가진 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트간의 당량비를 0.5~5사이에서 용도에 따라 그 배합량을 조절함으로써 손실계수를 높이도록 한 것이다.

최근에는 이러한 접착수지의 온도 의존성을 해결하기 위해 넓은 온도 영역에서 사용 가능하도록 손실계수가 최대가 되는 접착수지를 개발중이나 전반적으로 손실계수가 떨어져 아직 실용화 단계에는 못미치고 있다.

한편, 자동차와 가전제품(특히, 세탁기)에 대한 적용을 고려할 때 스포트 용접성 또한 매우 중요한 일이다. 그럼에도 일반적으로 진동억제 수지샌드위치형 금속판은 양 금속판 사이에 끼워넣는 접착수지가 근본적으로 전류를 통하지 않는 부도체이므로 직접 용접이 불가능하며 따라서 스포트 용접 등을 원할 경우 전류가 통할 수 있도록 별도의 연결회로 또는 바이패싱 회로를 설치해야 한다. 위와 같은 스포트 용접의 까다로음을 해결하기 위해 진동억제 수지샌드위치형 금속판 내의 접착 수지층에 니켈분을 도전성 필러로 첨가하여 전류가 통할수 있는 통로를 만들어 주어 직접 용접이 가능하도록 하는 방법이 일본 특허출원 84-134737호 및 89-11980호로 개시된 바 있다.

그러나 종래 가장 많이 사용되고 있는 니켈분과 스테인리스분은 고가의 도전성 필러로서 코스트가 지나치게 상승하는 결점을 가지고 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이다.

한편, 대부분의 경우 본 발명의 진동억제 수지샌드위치형 금속판은 두 금속판과 이 사이에 삽입된 접착 수지층의 3층 구조로 구성되나 3층 이상의 다층 구조도 가능하다. 3층 이상의 다층 구조로 해도 금속판의 두께는 0.2㎜이상이고 접착수지층이 금속판의 1/10 이상이 충분이 가능하다. 본 발명의 경우 두 금속판의 두께와 재질이 서로 동일 하거나 서로 다른 금속판을 사용할 수도 있다.

접착수지층내에 첨가되는 도전성 필러로서 예를 들어 철분, 니켈분, 스테인레스강분, 티탄 등의 금속분, 비금 속의 탄소분 등이 사용되고 있다. 이와같은 도전성 필러는 양쪽 금속판에 도포된 수지층에 골고루 분산되어야 양호한 용접성을 보장할 수 있다.

본 발명의 목적은 고가의 필러인 니켈분을 대체할 수 있는 철분에 니켈을 코팅한 분말을 개발하여 코스트를 절감하면서 종래의 니켈분과 비교하여 스포트 용접성은 충분히 유지되면서도 진동억제성능은 보다 뛰어난 진동억제 수지샌드위치형 금속판을 제조하는데 있다. 즉, 본 발명은 저가인 철분을 니켈-인 용액내에서 무전해 방법으로 철분 표면에 니켈을 코팅한 분말을 도전성 필러로 첨가한 접착수지를 양 금속판 사이에 끼워넣어 만든 진동억제 수지샌드위치형 금속판을 제조하기 위한 것으로 이와 같이 철분에 니켈을 도금하는 이유는 철분은 공기 중에서 산화하기 쉬우며 산화된 철분은 진동억제 수지샌드위치형 금속판의 직접 용접성을 심각하게 저하시키므로 용접효율 및 수명 등에 문제가 있다. 그러므로 수명 등 저장 안정성과 용접성을 동시에 만족하기 위해 위해 산화를 방지하고 매우 안정된 니켈을 철분에 코팅하는 것이 본 발명상의 주요 특징의 하나이다. 이 때 철분 주위를 니켈 코팅하여 손실계수를 높여 소기의 목적을 달성하기 위하여 온도 60-95 ℃.PH 3~6 인 니켈-인 용액에 일정시간 침지도금하거나 기타 방법으로 피복 코팅한다.

본 발명은 다시 말해서 금속판 사이에 점탄성 수지 조성물의 10-30 중량 %에 달하는 철분에 니켈 코팅을 한 분말을 첨가한 접착수지를 끼워넣은 진동억제 수지샌드위치형 금속판을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명상의 접착수지로서 폴리에스테르 알코올에 대한 경화제로 사용되는 폴리이소시아네이트의 배합 비율을 수산기와 이소시아네이트간의 당량비 0.5~5로 조절, 배합하여 가열경화한 것을 금속판 사이에 끼워넣어 진동억제 수지샌드위치형 금속판을 제공하기 위한 것이다.

여기에서 금속판 사이에 점탄성 수지 조성물의 10-30 중량%로 철분에 니켈을 코팅한 분말을 첨가하는 이유는 10%이하로 첨가할 경우 용접성이 떨어지기 때문이고 반대로 30중량%를 초과하면 수지 조성물과 금속판과의 접착력이 떨어지기 때문이다. 또한, 알코올 수지의 수산기와 이소시아네이트간의 당량비를 0.5~5로 조절하여 가열경화하는 이유는 진동감소 효과와 온도 의존성을 조절하기 위한 때문이다. 즉, 이 당량비를 0.5이하로 하면 접착강도와 진동억제성능이 저하되고 반대로 5이상으로 하면 진동억제 성느은 향상되나 접착강도는 더욱 급격히 떨어지게 된다.

본 발명에 따른 진동억제 수지샌드위치형 금속판은 전체를 평탄하게 하거나 최소한 부분적으로 곡면을 이루도록 할 수 있다.

일반적으로 본 발명에 있어서 점탄성 재료인 폴리에스테르 알코올은 산과 다가 알코올과의 에스테르화로 부터 제조한다. 그러므로 폴리에스테르 알코올은 사용되는 산과 다가 알코올의 종류에 따라 수지 조성물의 구조와 분자량을 조절할 수 있으며 그에 따라 접착수지의 손실계수값과 손실계수가 최대가 되는 온도의 조절이 가능하다. 에스테르화에 사용되는 산과 다가 알코올 중 산의 성분으로는 디메틸테레프탈레이트, 디메틸이소프탈레이트와 아딕픽산 등이 있으며 다가 알코올로는 에틸렝 글리콜 등이 있다. 경화제로는 시판중인 헥사메틸디이소시아네이트형의 뷰레트 구조를 가지는 폴리이소시아네이트가 있다.

또한 본 발명에 따른 진동억제 수지샌드위치형 금속판의 손실계수 η와 박리강도는 폴리에스테르 폴리올에 첨가하는 경화제인 폴리이소시아네이트의 양으로도 조절할 수 있다.

본 발명에 있어서 철분에 니켈을 코팅한 분말을 예컨대 통상 20~100 ㎛의 입경을 가진 철분을 일반적으로 온도 60~95 ℃,PH 3~6인 니켈-인 용액내에서 일정시간 첨지 도금한 후 필터링하여 건조시켜 제조한다. 철분에 니켈을 코팅한 분말의 형상과 그 철분에 니켈을 코팅한 상태는 제 3 도에서 보는 바와같으며 여기에서 철 표면에 균일하게 도금된 니켈을 확인 할 수 있다.

이렇게 제조된 본 발명상의 것은 종래의 순수 니켈분말로 된 것에 비해 가격이 월등히 적어 엄청난 코스트 절감으로 소재의 대체사용이 가능하다.

그렇기 때문에 본 발명에서는 개시된 일본특허출원 제 89-11980 호 첨부도면 제 1 도에서 보는 바와 같이 니켈을 금속판 사이의 수지판의 양 가장자리(edge)에만 첨가하지 않고 수지판 전면에 균일히 첨가할 수 있으므로 위 일본 특허출원상의 발명에 비하여 용접 작업성의 제한을 덜 수 있고 금속판 전면과 수지판 전면에 걸친 용접 또는 일부 면끼리의 용접도 용이할뿐더러 접착 표면상태에도 신경을 쓸 필요가 없다.

본 발명에 따른 진동억제 수지샌드위치형 금속판ㅇ 있어서 금속판으로는 강도 및 점탄성 수지층에 대한 접착성과 같은 여러 요인을 고려할 때 강판을 사용함이 바람직하다. 그러나 본 발명에서는 동판, 스테인레스강판, 알루미늄판과 같은 종류의 금속판 중 어느것을 사용해도 문제가 없다. 금속판으로 냉연강판, 표면 처리강판(아연도금판), 스테인레스강판 등을 사용할 경우에는 인산염이나 크로메이트처리와 같은 통상적인 전처리를 할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같으나 본 발명이 여기에 국한되는 것은 아니다.

[실시예1]

진동억제 수지샌드위치형 금속판으로 두께가 0.4㎜인 합금아연도금강판을 사용하였다. 상기의 금속판은 200㎜×300㎜크기로 절단해 알카리탈지 후 크로메이트를 전처리하고 다음에는 폴리에스테를 알코올 수지의 수산기와 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트간의 당량비 2.4로 배합하여 교반기내에서 완전히 혼합하여 접착수지를 제조하였다. 또한 본 실시예에서는 상기의 동일 수지 조성을 내에 철에 니켈을 도금한 분말을 20중량%로 첨가하여 접착수지를 제조하였다.

여기서 제조한 폴리에스테르계 접착수지를 크로메이트 처리된 두 금속판 표면에 골고루 도포한 다음 콘베이어 열풍 건조로내에서 강판 온도가 200 ℃가 되도록 60초간 경화시키고 가열경화로 건조된 두 금속판을 겹친후 금속 로울러에서 6ksf의 하중으로 압착시켰다. 이렇게하여 건조된 접착수지층 두께는 50㎛m로 일정하게 유지되며 전체 두께가 0.85㎜인 진동억제 수지샌드위치형 금속판을 얻었다.

진동억제 수지샌드위치형 금속판의 온도에 대한 손실계수 η의 변화는 40~100 ℃의 다양한 온도범위내에서 랜덤한 주파수로 강제진동시켜 일정 온도별 발생한 공진 주파수의 임계댐핑(damping)으로부터 손실계수를 측정하는 기계임피던스법을 이용하여 제조한 진동억제 수지샌드위치형 금속판의 손실계수의 온도 의존성을 나타낸 것이며 손실계수가 최대가 되는 온도는 약 70 ℃이며 손실계수이 최대값은 0.1761이었다.

또한 제 1 도의 곡선 B, 제 4 도의 곡선 B 는 철에 니켈을 도금한 분말을 첨가하여 제조한 것으로 손실계수가 최대로 되는 온도는 필러 첨가전과 동일한 약 70 ℃이며 손실계수의 최대값도 0.1761으로 거의 동등함을 알 수 있다. 그러므로 도전성 필러 첨가 여부가 손실계수에 미치는 영향은 크지 않음을 알 수 있다.

접착수지층과 금속판 사이의 접착강도는 KS M 3725 에 따라서 박리강도를 시험한 바 본 진동억제 수지샌드위치형 금속판에 있어서 도전성 필러 첨가 전후의 박리강도는 각각 37,35kgf/25㎜로 큰 변화를 나타내지 않았다. 특기할 것은 실시예 2,3 와 비교할 경우 당량비에 따라 손실계수가 최대가 되는 온도와 박리강도를 조절함이 가능하다는 것이다.

또한 진동억제 수지샌드위치형 금속판의 스포트 용접성은 바이 패스 회로와 같은 어떤 특정한 장치를 사용하지 않고 보통의 강판을 용접하는 경우와 동일하게 가입력 250 kgf, 용접전류 7kA, 용접시간 14 cycle의 조건하에서 용접한결과 용접강도는 517 kgf/스포트이며 너켓트 크기는 4㎜로 우수한 용접성을 확보하였다. 또한 제 5 도의 B와 비교예 1,2의 E,F와의 너켓트 형상 비교에서와 같이 종래에 가장 많이 사용중인 니켈분을 사용한 경우와 동등한 용접성을 얻을 수 있다.

[실시예2]

본 실시예에 있어서는 실시예 1에서 사용한 동일한 폴리에스테르 알코올에 폴리이소시아네이트 경화제를 당량비 0.5호 배합하여 필러를 첨가하지 않고 실시예 1의 접착수지를 변화시켰다. 위와 같은 당량비의 변화를 제외하고는 실시예 1의 제조법을 반복하였다. 여기서 얻은 진동억제 수지샌드위치형 금속판은 실시예 1의 기술된 바와 같은 실험을 수행한다. 그 결과 첨부한 제 2 도의 곡선 C는 상기의 실험결과를 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이 실시예 2시료의 손실계수가 최대가 대는 온도는 80 ℃이며 손실계수의 최대값 ηmax 는 0.1772 임을 알 수 있다. 또한 박리강도는 18kgf/25㎜이었다.

[실시예3]

본 실시예에 있어서는 실시예 1에서 사용한 동일한 폴리에스테르 알코올에 폴리이소시아네이트 경화제을 당량비 5로 배합하여 필러를 첨가하지 않고 실시예 1의 접착수지를 변화시켰다. 위와 같은 당량비의 변화를 제외하고는 실시예 1의 제조법을 반복하였다. 여기서 얻은 진동억제 수지샌드위치형 금속판으로 실시예 1에서와 같은 실험을 수행하였다. 그 결과 제 2 도의 곡선 D를 얻었다. 이 도면에 나타낸 바와 같이 손실계수가 최대가 되는 온도는 70 ℃이며 손실계수의 최대값은 0.1841이미을 알 수 있다. 또한 박리강도는 17kgf/25㎜이었다.

[비교예 1]

실시예 1에서 사용한 동일 조성물에 니켈분을 20 중량 %로 첨가하여 접착수지를 제조하였다. 상기의 제조된 접착수지와 금속판을 실시예 1의 제조법을 반복하였다. 여기서 얻은 진동억제 수지샌드위치형 금속판을 실시예 1에 기술된 실험을 수해하였다. 그 결과 손실계수가 최대가 되는 온도는 제 4 도의 E와 같이 70℃이며 최대값은 0.1739 이었다. 박리강도는 36kgf/25㎜이며 용접강도는 520kgf/스포트이고 너켓트 크기는 4.1㎜이었다. 또한 제 5도의 E와 같이 너켓트 형상은 실시예 1의 B와 유사하였다.

[비교예 2]

실시예 1에서 사용한 동일 조성물에 스테인레스 316 L분은 20 중량%로 첨가하여 접착수지를 제조하고 상기 제조된 접착수지와 금속판을 실시예 1의 제조법을 반복하였다. 여기서 얻은 진동억제 수지샌드위치형 금속판을 실시예 1에 기술된 실험을 수행한 결과 손실계수가 최대가 되는 온도는 제 4도의 F와 같이 70 ℃이며 최대값은 0.1647 이었다. 박리강도는 36kgf/25㎜이며 용접강도는 510kgf/스포트이고 너켓트 크기는 4㎜이었다. 또한 제 5 도의 F와 같이 너켓트 형상은 실시예 1의 B와 유사하였다.

Claims (4)

1. 두 장의 외판 금소판과 그 사이에 끼워넣은 점탄성 수지로 되는 진동억제 수지샌드위치형 금속판에 있어서, 상기 점탄성 수지의 조성물이 폴리에스테르 알코올과 폴리이소시아네이트로 이루어지고 상기 수지 조성물 전면에 걸쳐 철분에 니켈 코팅된 분말이 5 내지 30 %으로 균일히 첨가된 접착수지층으로 이루어지는 것을 특징으로하는 진동억제 수지샌드위치형 금속판.
2. 제1항에 있어서, 상기 수지 조성물의 수신기와 경화제인 뷰레트 구조를 가진 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트간의 당량비는 0.5내지 5이내의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 진동억제 수지샌드위치형 금속판.
3. 제1항에 있어서, 상기 두 금속판의 두께와 재질이 각각 서로 다른 것을 사용해도 되는 것을 특징으로 하는 진동억제 수지샌드위치형 금속판.
4. 제1항에 또는 제 3 항에 있어서, 상기 두 금속판의 종류가 냉연강판, 표면처리강판(아연도금강판), 스테인레스강판, 알루미늄판 중 어느 한 가지재질로 된 판으로도 사용 가능한 것을 특징으로 하는 진동억제 수지샌드위치형 금속판.