WO2019088336A1 - 카본 복합재를 이용한 손목시계 부품 및 그 제조방법 - Google Patents

카본 복합재를 이용한 손목시계 부품 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2019088336A1
WO2019088336A1 PCT/KR2017/013063 KR2017013063W WO2019088336A1 WO 2019088336 A1 WO2019088336 A1 WO 2019088336A1 KR 2017013063 W KR2017013063 W KR 2017013063W WO 2019088336 A1 WO2019088336 A1 WO 2019088336A1
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WO
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carbon
chip
thermosetting resin
ingot
present
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Application number
PCT/KR2017/013063
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English (en)
French (fr)
Inventor
이광호
Original Assignee
주식회사 부일신소재
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G17/00—Structural details; Housings
    • G04G17/08—Housings

Definitions

  • the present invention relates to a wristwatch component and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a wristwatch component having a very light weight and high strength using a carbon composite and a manufacturing method thereof.
  • a wrist watch is composed of several parts assembled.
  • the wristwatch may vary from product to product but generally includes a case body, a bezel, a wrist band (usually a wristband), a dial, a buckle, A front cover, a rear cover, and the like.
  • Korean Patent No. 10-1678645 discloses a wristwatch including smart glasses
  • Korean Patent No. 10-2017-0072769 discloses a wristwatch including a blue pitcher headset
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2017-0079490 discloses a rechargeable wristwatch capable of charging a battery and having a data storage function
  • Korean Patent Laid-open No. 10-2017-0084676 discloses a smart wristwatch .
  • the components of a wristwatch are made of plastic or metal.
  • the various parts of the wristwatch especially the case body and the bezel, most of them are made of a plastic material or a metal material.
  • Plastic materials are advantageous in terms of cost, but they have lower strength and durability than metal materials.
  • the metallic material has high strength and durability.
  • metallic materials are preferred to plastics because of their high quality and decorative properties due to their metallic texture.
  • the metal is easily rusted, expensive, and also heavy.
  • a technique has been proposed in which a hard film such as nitride or carbide is formed on the surface of a metal material or a ceramic material such as zirconia is substituted for the material itself.
  • the present invention provides a wristwatch component having at least excellent light weight and high strength using a carbon composite material, a manufacturing method thereof, and a wristwatch including the wristwatch component.
  • the wrist watch component according to the present invention includes at least a carbon composite material composed of a carbon chip and a thermosetting resin. According to an exemplary embodiment, the wristwatch component according to the present invention may further comprise at least one selected from carbon nanotubes, metal and color glass fibers.
  • the present invention also provides a wristwatch comprising the wristwatch part of the present invention.
  • the coating sheet after cryogenic cooling in the sublimation step.
  • the present invention has excellent light weight and high strength. Further, according to the present invention, a chip pattern pattern naturally formed by a carbon chip is obtained without a separate pattern forming process.
  • a wristwatch component having high density and high strength of a tissue while having economical efficiency through a low-temperature process in which consumption of thermal energy is low, and having uniform density and strength.
  • FIG. 1 is a perspective view of a wristwatch according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing an example of an ingot forming mold that can be used in the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view of the ingot forming mold shown in Fig.
  • FIG. 4 is a photograph of a carbon composite chip obtained by cutting a coating sheet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a photograph showing a state in which a carbon composite chip is charged into an ingot molding mold according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a photograph of a surface of a wristwatch part (bezel) manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a photograph showing various wrist watch parts manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the surface of a wristwatch part manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a photograph of a wristwatch part (case body) manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a photograph of a surface of a bezel embodying various colors, which is a wristwatch part manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • the term " and / or " is used to mean including at least one of the preceding and following elements.
  • the term " one or more " means one or more than one.
  • a wristwatch component having excellent light weight and high strength.
  • a method of manufacturing a wristwatch component having a uniform density and a high tissue density throughout the whole area of a wristwatch component while achieving economical efficiency through a low temperature process in which the consumption of thermal energy is low .
  • a wristwatch component manufactured by the method for manufacturing a wristwatch component according to the second aspect there is also provided a wristwatch comprising the wristwatch component.
  • the "wristwatch component” in the present invention is not particularly limited as long as it is a component constituting a wristwatch.
  • the "wristwatch” in the present invention is not particularly limited as long as it is worn on the wrist and includes a time display element.
  • the wristwatch may be selected from an analog wristwatch including a clock hand as a time display element, and / or a digital wristwatch including a liquid crystal display as a time display element.
  • Figure 1 shows a wristwatch according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a wristwatch includes components such as a time display element T, a case body 10, a bezel 20, and a wrist band. Although the wristwatch may differ depending on the product, the wristwatch may include a dial 40 for displaying a number (time, etc.) or characters, a buckle 50 for fastening the wristband 30, A rear cover coupled to the rear surface of the case body 10, and / or a control button 60, which may be coupled to the front cover T, .
  • the shapes, structures, etc. of the components constituting the wristwatch are not particularly limited.
  • the case body 10, the bezel 20, and / or the dial 40 may have a planar shape such as a circle, an ellipse, and a polygon.
  • a bezel 20 and a dial 40 having a substantially circular planar shape are illustrated.
  • FIG. 1 illustrates a bezel 20 having a circular ring shape and a dial-shaped dial 40.
  • each of the parts constituting the wristwatch may be constituted by assembling a plurality of detailed parts.
  • the wristband 30 (typically a wristwatch) includes a plurality of band knobs 32 arranged centrally as detail parts, a plurality of band knobs 32 arranged on both sides of the band knob 32, A plurality of hinge pins 36 for coupling the band knob 32 and the connecting hole 34 while folding the band knob 32, . ≪ / RTI >
  • a wristwatch component (hereinafter occasionally referred to as a " watch component ”) may include the components listed above.
  • the watch part according to the present invention is selected from the case body 10, the bezel 20, the wristband 30, the dial 40, the buckle 50, the back cover and / or the control button 60 .
  • the watch part according to the present invention may include a detailed part and may include, for example, a band knob 32, a connecting hole 34 and / or a hinge pin 36 constituting the wrist band 30 can do.
  • the watch component according to the present invention is selected from the case body 10, the bezel 20, the wristband 30, the dial 40 and / or the details thereof.
  • the watch component of the present invention includes a carbon composite material as a main material.
  • the watch component according to the present invention includes at least carbon chips and a thermosetting resin as a carbon composite material.
  • the thermosetting resin is uniformly dispersed among the carbon chips.
  • the watch part according to the present invention includes at least a chip pattern formed on the surface. The chip pattern is naturally formed by the carbon chip.
  • the watch component according to the present invention includes at least a carbon composite material composed of a carbon chip and a thermosetting resin, and may further include at least one selected from carbon nanotube (CNT), metal, glass fiber, etc. according to an exemplary embodiment have.
  • the watch component according to the present invention may further include an interface binder between the carbon chip and the thermosetting resin.
  • a method of manufacturing a watch part according to the present invention includes: a coating step of obtaining a coated sheet obtained by coating a carbon prepreg sheet with a thermosetting resin; To obtain a carbon composite chip obtained by cutting the coating sheet; A molding step of charging the carbon composite chip into an ingot forming mold and then heating and pressing to obtain an ingot of the carbon composite material; And a processing step of processing the ingot.
  • the method of manufacturing a watch part according to the present invention may further include: adding (adding) at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes (CNT), metal and glass fiber to a watch part; And / or causing a color component to be implemented (such as adding a color material) to the clock part.
  • the carbon prepreg sheet is a sheet in which the carbon fibers are arranged in one direction or in the cross direction, and the thickness and / or the length of the carbon fibers constituting the carbon prepreg sheet are not limited.
  • the carbon prepreg sheet may include, for example, carbon fibers having a thickness of 0.1 ⁇ to 5 mm.
  • the size of the carbon prepreg sheet is not limited, but it may have a size (width x length) of, for example, 2 cm to 10 cm x 5 cm to 20 cm.
  • the carbon prepreg sheet may be a resin prepreg sheet on which a resin coating film is formed through impregnation of a resin.
  • a resin coating film formed thereon a commercially available product can be used.
  • the resin constituting the resin coating film is not limited, and it can be selected from a thermoplastic resin and / or a thermosetting resin.
  • thermosetting resin is uniformly dispersed among the carbon chips as described later to improve the strength and the like while providing the bonding force between the carbon chips.
  • the method of coating the thermosetting resin is not limited.
  • the coating of the thermosetting resin can be carried out by, for example, coating a liquid thermosetting resin on one side or both sides of the carbon prepreg sheet by spraying and / or impregnation. At this time, it may vary depending on the thermosetting resin, but in some cases, a low viscosity thermosetting resin liquid in which the thermosetting resin is diluted with a solvent can be used for coating workability.
  • the thermosetting resin liquid may be sprayed onto a carbon prepreg sheet and then dried, or may be dried after impregnating the thermosetting resin liquid with a carbon prepreg sheet.
  • the thermosetting resin liquid may include a thermosetting resin and a curing agent. The curing agent may be mixed with the thermosetting resin immediately before coating.
  • the thermosetting resin is not particularly limited.
  • the thermosetting resin may be selected from an epoxy resin and / or a phenol resin.
  • the thermosetting resin include bisphenol type epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin and tetrabromobiphenol A type epoxy resin; Novolak type epoxy resins such as phenol novolak type epoxy resin and cresol novolak type epoxy resin; Glycidylamine-type epoxy resins such as tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol and tetraglycidyloxylenediamine; And derivatives thereof (copolymers), and the like, but are not limited thereto.
  • the curing agent is not limited as long as it is for curing the thermosetting resin, and may be selected from, for example, an acid anhydride-based compound, an amine-based compound, an amide-based compound and / or a phenol-based compound.
  • Specific examples of the curing agent may be selected from phthalic anhydride, diaminodiphenylmethane, diethylenetriamine, triethylenetetramine, diaminodiphenylsulfone, isophoronediamine and / or dicyandiamide.
  • the thermosetting resin layer may further include carbon nanotubes (CNTs). That is, the thermosetting resin liquid can be used by mixing carbon nanotubes (CNT) with a thermosetting resin. With such carbon nanotubes (CNTs), for example, mechanical strength and the like can be improved. Carbon nanotubes (CNTs) are manufactured by a method such as chemical vapor deposition (CVD), and the carbon nanotubes having a diameter of 50 nm or less can be used. Carbon nanotubes (CNTs) having a diameter of, for example, 1 nm to 50 nm, or 5 nm to 30 nm, and having a length of 50 nm to 20 ⁇ m can be used.
  • CNTs carbon nanotubes
  • the carbon nanotube (CNT) may have a single wall and / or a multiwall structure.
  • the carbon nanotube (CNT) may be used in an amount of 0.5 to 10 wt% based on the total weight of the thermosetting resin liquid. If the amount of carbon nanotubes (CNTs) used is too small, the improvement in mechanical strength and the like may be insignificant. If the amount of carbon nanotubes (CNTs) used is too large, the amount of the thermosetting resin The bonding force and the coating property between the carbon chips can be lowered. Considering this point, the carbon nanotube (CNT) may be used in an amount of 2-8 wt% or 3-5 wt%.
  • the coating sheet may include at least one carbon prepreg sheet and at least one thermosetting resin layer coated on the surface of the carbon prepreg sheet.
  • the coating sheet includes at least one carbon prepreg sheet, at least one resin coating layer coated on the surface of the carbon prepreg sheet, and at least one thermosetting resin layer coated on the surface of the resin coating layer can do.
  • the thermosetting resin layer may further include a carbon nanotube (CNT) in addition to the thermosetting resin.
  • the thermosetting resin layer may further include an interfacial bonding agent for enhancing the bonding force between the carbon chip and the thermosetting resin (cured product). That is, the thermosetting resin liquid can be used by mixing the thermosetting resin with an interfacial bonding agent.
  • an interfacial bonding agent By such an interfacial bonding agent, the bonding force at the contact interface between the carbon chip and the thermosetting resin (cured product) is improved, for example, mechanical strength such as tensile strength can be improved.
  • the interfacial coupling agent may be a compound represented by the following formula (1).
  • the compound represented by the following formula (1) is effective for improving the interfacial bonding strength between the carbon chip and the thermosetting resin, and this is particularly effective when an epoxy resin is used as the thermosetting resin.
  • R a and R b are independent of each other. That is, R a and R b are the same as or different from each other and are hydrogen (H), fluorocarbon (C n F 2n + 1 ), wherein n is an integer of 1 or more and specifically 1 to 5. , Or an alkyl group having from 1 to 20 carbon atoms.
  • R a is hydrogen (H) or fluorocarbon (C n F 2n + 1 )
  • R b is selected from hydrogen (H), or an alkyl group having from 1 to 20 carbon atoms.
  • R a is selected from H, CF 3, or C 2 F 5
  • R b may be selected from H, CH 3, or C 2 H 5 .
  • the interfacial coupling agent (compound of formula (I)) may be used in an amount of 0.2 to 5% by weight based on the total weight of the thermosetting resin liquid. At this time, when the amount of the interfacial bonding agent used is too small, the degree of improvement of the interfacial bonding force due to the addition thereof may be insignificant. If the amount of the interfacial bonding agent used is too large, the synergistic effect due to the excessive use is not so large, which may be undesirable from the economical point of view. Taking this into consideration, the interfacial bonding agent can be used in an amount of 0.5 to 3% by weight.
  • the coating sheet obtained in the coating step is cut (chip) into a chip form to obtain a carbon composite chip.
  • the coating sheet can be cut (cut) to have a predetermined size using, for example, a cutter or the like.
  • the three cutters may be those which are capable of finely dividing the coated sheet into chips. Through these fragments, a carbon composite chip having a random and irregular shape and size is obtained.
  • the carbon composite chip may have a shape such as a flake, a flap, a needle, or the like through the cut of the coating sheet, and may have a random and various shapes.
  • the carbon composite chip may have a thickness of, for example, 10 to 2 mm and a length of 2 to 5 cm through the finishing of the coating sheet. In the case of having such a thickness and a length, it can be uniformly mixed with the thermosetting resin and can be advantageous in light weight and high strength.
  • the coating sheet obtained in the coating step is cooled at a low temperature (frozen), and then cut through three cutters or the like.
  • a low temperature a low temperature
  • Cryogenic cooling (freezing) of the coated sheet can proceed, for example, at 5 ⁇ or lower.
  • Cryogenic cooling (freezing) can be carried out, for example, from minus 20 ⁇ to image 5 ⁇ .
  • the carbon composite chip obtained through this sub-step includes a carbon chip and a thermosetting resin layer coated on the surface of the carbon chip, having a chip shape.
  • the carbon composite chip may include a carbon chip, a resin coating film coated on the surface of the carbon chip, and a thermosetting resin layer coated on the resin coating film.
  • the thermosetting resin layer may further include carbon nanotubes (CNTs) in addition to the thermosetting resin.
  • the carbon composite chip obtained in the sublimation step is charged into an ingot forming mold 100 to form an ingot of the carbon composite material. At this time, the carbon composite chip is loaded into the ingot forming mold 100, and then molded by heating and pressing to have high compactness and high strength.
  • the ingot obtained through this molding step is a bulk product before it is processed into a real watch part (final product), and it has a bulk shape such as cylindrical, disc and polygonal.
  • FIGS. 2 and 3 show an example of an ingot forming mold 100 that can be used in the present invention.
  • the ingot forming mold 100 includes a mold body 120; A lower mold 140 coupled to a lower portion of the mold body 120; And an upper mold 160 coupled to the upper portion of the mold body 120.
  • the mold body 120 has a hollow 125 formed along the longitudinal direction (longitudinal direction in FIGS. 2 and 3).
  • the carbon composite chip is loaded in the hollow 125.
  • the hollow 125 may have a cross-sectional shape such as a circular or polygonal shape.
  • a hollow 125 having a circular cross-section is illustrated as a cylindrical mold body 120.
  • the lower mold 140 may include a support plate 142 and a support 144 having a circular cross section and protruding upward from the support plate 142.
  • the support 144 is inserted into the hollow 125.
  • the upper mold 160 may include a pressure plate 162 and a pressing portion 164 having a circular cross section and integrally formed by projecting downward from the pressure plate 162.
  • the pressing portion 164 is inserted into the hollow 125 to press the carbon composite chip loaded in the hollow 125. Then, an external force (pressing force) is applied to the upper portion of the pressure plate 162.
  • the ingot having the high density can be formed by heating and pressing the carbon composite chip using the ingot forming mold 100 as described above.
  • a predetermined heat may be transmitted to at least the mold body 120 so that heat is applied to the carbon composite chip.
  • a predetermined pressure can be applied to the carbon composite chip through the pressurization of the upper mold 160.
  • the thermosetting resin constituting the carbon composite chip is melted by the applied heat and is uniformly dispersed among the carbon chips to be thermally cured. That is, the thermosetting resin is melted by the applied heat and is uniformly dispersed and hardened between the carbon chips.
  • thermosetting resin spreads uniformly between the carbon chips to bond the carbon chips to each other, which also forms a cured product of high strength, thereby improving the strength of the watch parts.
  • the carbon chips constituting the carbon composite chip are densely packed closely to each other to form an ingot having high compactness and high strength.
  • the heat applied to the carbon composite chip may vary depending on the type of the thermosetting resin, but heat of, for example, 100 ° C to 180 ° C can be applied.
  • the pressure may be greater than 8,000 kgf / cm < 2 >.
  • the upper limit of the pressure is not limited, but may be, for example, 12,000 kgf / cm < 2 >.
  • the main molding step can be heated and pressed at a temperature of 100 ° C to 180 ° C and a pressure of 8,000 kgf / cm 2 to 12,000 kgf / cm 2.
  • the main molding step can be heated and pressed at a temperature of 120 ° C to 150 ° C and a pressure of 9,000 kgf / cm 2 to 11,000 kgf / cm 2.
  • the thermosetting resin is uniformly dispersed and hardened among the carbon chips, and an ingot having high density and high strength can be molded.
  • the ingot forming mold 100 may be charged with at least one selected from metal, glass fiber, and the like, and then heated and pressed according to another embodiment.
  • the ingot includes a carbon composite material composed of a carbon chip and a thermosetting resin, and the carbon composite material may further include at least one selected from metal, glass fiber, and the like.
  • the metal and glass fiber may be used in the form of fine particles or yarn.
  • the metal and glass fiber may each have a thickness of 10 to 1 mm and a length of 0.2 to 5 cm, but the present invention is not limited thereto.
  • the metal may be selected from, for example, gold (Au), silver (Ag), tin (Sn), copper (Cu), nickel (Ni) and /
  • the glass fiber is a color glass fiber to which a color pigment is added, and it may have various colors such as red, blue, yellow and green.
  • these metal and / or color glass fibers are further compounded, at least the appearance (decorative property) and the like can be improved by these.
  • metal pattern, metal pattern and the like are formed.
  • a color pattern and a glass fiber pattern can be formed.
  • the ingot obtained through the molding step is a bulk product (semi-finished product) which is a preliminary stage of the actual clock part (final product).
  • a bulk product laminated product
  • final product final product
  • the ingot may have a disk or cylindrical shape.
  • the ingot is processed into an actual clock part (final product). That is, it is processed to have the shape of an actual clock part (final product) through cutting or the like.
  • the cutting process can be performed by, for example, laser processing.
  • each part such as the case body 10, the bezel 20, the wristband 30, the dial 40 and / Shape.
  • the watch component according to the present invention may have a density of 1.2 g / cm3 to 1.8 g / cm3, including carbon chips and a thermosetting resin, and has a density of 1.3 g / cm3 to 1.6 g / cm3, May have a density of 1.4 g / cm3 to 1.6 g / cm3. Due to such a density, it is very light and lightweight as compared with conventional metal materials.
  • the timepiece according to the present invention may have a tensile strength of 320 MPa or more, a bending strength of 450 MPa or more, and / or an impact strength of 75 J / m or more as mechanical strength .
  • the watch component according to the present invention may have a tensile strength of 320 to 400 MPa, a bending strength of 450 to 600 MPa, and / or an impact strength of 75 to 95 J / m.
  • the watch component according to the present invention may have a tensile strength of 350 to 400 MPa, a bending strength of 470 to 600 MPa, and / or an impact strength of 80 to 95 J / m.
  • the watch part according to the present invention includes at least a chip pattern formed on the surface. That is, according to the present invention, a chip pattern pattern of at least the carbon chip is formed naturally without a separate pattern formation step.
  • the watch part according to the present invention may include a chip pattern such as a marble pattern, a needle pattern and / or a wave pattern by the carbon chip. Such a chip pattern can be variously implemented by adjusting the shape of the carbon chip, the size of the carbon chip, and / or the content ratio of the carbon chip.
  • the thermosetting resin when the thermosetting resin is less than 2 parts by weight, the tensile strength and the like may be weakened.
  • the thermosetting resin is more than 30 parts by weight, lightness and impact strength may be lowered.
  • the thermosetting resin may be included in an amount of 5 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon chip.
  • the content of the thermosetting resin can be controlled by the coating amount of the thermosetting resin and / or the number of coatings in the coating step.
  • the metal and color glass fiber may be included in 5 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon chip. If the amount of such metal and color glass fibers to be used is too small, the appearance (metallic texture and pattern pattern, etc.) may become insignificant depending on their use, and if the amount is too large, light weight and bonding strength may be weakened .
  • the metal and color glass fibers are described as being included in the ingot forming process (molding step) as described above, the metal and color glass fibers may be included in various processes in a process other than the molding process .
  • the process proceeds to a low-temperature process and has high economical efficiency. That is, it is manufactured by low-temperature thermal curing (for example, 120 ° C to 150 ° C) in which the consumption of heat energy is small, compared with the conventional high-temperature firing using ceramics, and has high economical efficiency.
  • low-temperature thermal curing for example, 120 ° C to 150 ° C
  • the manufacturing method of the present invention it has high density and high strength, and at the same time, has uniform density and strength over the entire area of the watch part.
  • injection molding may be considered for productivity. That is, it is possible to consider a method of charging the carbon composite chip into a mold having a cavity having the same shape as a clock part (final product) and performing injection molding. However, in this case, depending on the type and shape of the clock part, it is not possible to apply a high pressure, or it is difficult to uniformly apply pressure to the entire area even though the pressure is applied, so that the density and strength of the clock part (final product) .
  • a carbon composite chip is loaded into an ingot forming mold 100, and then heated and pressurized to form an ingot (semi-finished product) of a carbon composite material, followed by cutting into an actual clock part ,
  • the compactness of the carbon chip is high and the density and the strength are uniform in the entire region of the watch component.
  • a carbon prepreg sheet (Korea Carbon Co., Ltd.) having a resin coating film formed on its surface through resin impregnation was prepared.
  • FIG. 4 is a photograph of the carbon composite chip obtained through the segmentation. Then, the carbon composite chip was charged into an ingot molding mold. 5A and 5B are photographs showing a state in which a carbon composite chip is charged into an ingot molding mold.
  • MWCNT multi-walled carbon nanotube
  • Example 1 The procedure of Example 1 was repeated, except that the epoxy resin solution was not coated on the carbon prepreg sheet.
  • a ceramic material containing zirconia as a main component was put into a firing furnace and sintered at a high temperature of about 1,450 DEG C was used as a specimen according to this comparative example.
  • Density Density was measured according to ASTM D702 standard by comparing weight and weight of air in air.
  • Example 1 As shown in Table 1, the specimens according to Examples have lower density than Comparative Example 2 (zirconia), indicating lightness. Above all, it can be seen that the specimens according to Examples show very excellent results in all mechanical properties such as tensile strength, bending strength and impact strength, as compared with Comparative Example 1 and Comparative Example 2. In addition, in comparison with Example 1 and Example 2, it can be seen that Example 2 in which carbon nanotubes (CNTs) were applied had better mechanical properties than Example 1, which did not.
  • CNTs carbon nanotubes
  • FIG. 6 is a clock part manufactured by laser cutting an ingot manufactured by the method according to the first embodiment, which is a disk-shaped wristwatch dial having a thickness of about 2 mm and a diameter of about 4 cm, There are three surface pictures. As shown in FIG. 6, it can be seen that a chip pattern (a needle or a wave pattern) is formed naturally by the carbon chip.
  • Fig. 7 is a photograph of clock parts manufactured by cutting the ingot obtained according to each of Examples (3 to 8).
  • Examples 3 to 5 are bezels in the form of an O-ring obtained by cutting an ingot. They are gold (Example 3), tin (tin) (Example 4) and Copper (Example 5).
  • Examples 6 to 8 are disk-shaped dials obtained through cutting work of ingots, and they are respectively made of gold (Example 6), tin (Example 7) and copper (copper Example 8) is applied to the dial specimen. 8 is an enlarged view of a surface of a bezel specimen to which gold (Example 3) is applied. As shown in FIGS. 7 and 8, when a metal is added, a metal texture and a metal pattern are formed together with the chip pattern by the carbon chip.
  • the ingot was obtained in the same manner as in Example 1, except that the size of the carbon composite chip was varied during the trimming of the coating sheet.
  • the obtained ingot was cut with a laser to manufacture a case body for a wristwatch.
  • 9 is a photograph of a case body manufactured according to the present embodiment. As shown in Fig. 9, it can be seen that it has a chip pattern similar to marble pattern.
  • the density of the specimen of the case body according to Example 9 was evaluated, and the density at three points P1, P2 and P3 in FIG. 9 was evaluated. The results are shown in Table 2 below.
  • a specimen of the case body was manufactured using an injection molding mold instead of the ingot molding mold. Specifically, a specimen of a case body was manufactured by an injection method in which a carbon composite chip was placed in an injection molding mold having an internal shape of a case body and heated and pressed. The density of the points P1, P2 and P3 was evaluated in the same manner as in Example 9 with respect to the specimen of the case body according to the tenth embodiment. The results are shown in Table 2 below.
  • Example 10 Molding method Ingot Molding -> Ingot Manufacturing -> Cutting -> Specimen Manufacturing (Products) Injection molding mold -> Specimen manufacturing (product) P1 1.443 g / cm3 1.347 g / cm3 P2 1.442 g / cm3 1.380 g / cm3 P3 1.443 g / cm3 1.372 g / cm3 Average About 1.4427 g / cm < 3 & About 1.3663 g / cm < 3 &
  • Example 9 As shown in Table 2, it can be seen that there is a difference in density depending on the molding method. Specifically, the ingot is first obtained from the ingot forming mold, and then the specimen (product) is manufactured through the cutting process. In the case of Example 9, the density is higher than that of Example 10 by injection molding. , P2, and P3).
  • Example 1 The procedure of Example 1 was repeated, except that an interfacial coupling agent was used in addition to Example 1. Specifically, an epoxy resin solution was further added and mixed with an interface binder, and the mixed solution was applied to both surfaces of a carbon prepreg sheet to obtain a coating sheet. Thereafter, an ingot was obtained in the same manner as in Example 1.
  • the interfacial coupling agent is trifluoromethyl-methylpyridyl-triazole, which is reacted with 2-cyano-4-methylpyridine in accordance with the reaction formula (2) Trifluoromethyl-5- (4-methyl-2-pyridyl) -1,2,4-triazole (prepared by reacting 3- trifluoromethyl hydrazine with sodium methoxide (NaOCH 3 ) 3-Trifluoromethyl-5- (4-methyl-2-pyridyl) -1,2,4-triazole) was used.
  • Example 11 The ingot produced in Example 11 was evaluated for density and mechanical strength in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 3 below. The evaluation results of the ingot specimen according to Example 1 are also shown in Table 3 below.
  • Example 1 In contrast to Example 1, the same procedure as in Example 1 was carried out except that color fiber glass was further applied to the raw material. Colored glass fibers with different colors were used for each specimen.
  • Fig. 10 is a photograph of a watch part (bezel) manufactured by cutting an ingot of each of the specimens obtained according to the present embodiment. As shown in Fig. 10, various colors such as white, green, blue, orange and red are realized by the color of the added color glass fiber.
  • the low density has a high light weight and an excellent mechanical property (high strength) as compared with the conventional metallic material or the ceramic material. 6 and 7, a chip pattern (and a metal pattern) formed naturally by the carbon chip (and metal) is formed without a separate pattern formation step, and a unique appearance .

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Abstract

본 발명은 손목시계 부품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 카본 복합재를 이용하여 매우 가벼우면서 고강도 등을 가지는 손목시계 부품 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 카본 칩(carbon chip)과; 상기 카본 칩 간에 분산된 열경화성 수지를 포함하는 손목시계 부품을 제공한다. 또한, 본 발명은 카본 프리프레그 시트(carbon prepreg sheet)에 열경화성 수지를 코팅한 코팅 시트를 얻는 코팅 단계; 상기 코팅 시트를 절단한 카본 복합칩을 얻는 세절 단계; 상기 카본 복합칩을 잉곳 성형 몰드(ingot forming mold)에 장입한 다음, 가열 가압하여 카본 복합재의 잉곳(ingot)을 얻는 성형 단계; 및 상기 잉곳을 가공하는 가공 단계를 포함하는 손목시계 부품의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 우수한 경량성과 고강도 등을 갖는다. 또한, 별도의 무늬 형성 공정에 의하지 않고도, 카본 칩에 의해 자연적으로 형성된 칩 무늬 패턴을 갖는다.

Description

카본 복합재를 이용한 손목시계 부품 및 그 제조방법
본 발명은 손목시계 부품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 카본 복합재(carbon composite)를 이용하여 매우 가볍고, 고강도 등을 가지는 손목시계 부품 및 그 제조방법에 관한 것이다.
손목시계(Wrist watch)는 여러개의 부품이 조립되어 구성된다. 손목시계는 제품에 따라 다를 수 있지만, 일반적으로 시간 표시 요소 이외에 케이스 본체(case body), 베젤(bezel), 손목 밴드(wrist band)(통상, 시계줄), 다이얼(dial), 버클(buckle), 전면 커버(front cover) 및 후면 커버(rear cover) 등과 같은 여러 가지의 부품을 포함한다.
최근에는 손목시계에 다양한 기능성이 부가되고 있다. 예를 들어, 한국 등록특허 제10-1678645호에는 스마트 안경을 포함하는 손목시계가 제시되어 있고, 한국 공개특허 제10-2017-0072769호에는 블루투수 헤드셋을 포함하는 손목시계가 제시되어 있다. 또한, 한국 공개특허 제10-2017-0079490호에는 배터리의 충전이 가능하고 데이터 저장 기능을 가지는 충전식 손목시계가 제시되어 있으며, 한국 공개특허 제10-2017-0084676호에는 무선 통신이 가능한 스마트 손목시계가 제시되어 있다.
일반적으로, 손목시계를 구성하는 부품들은 플라스틱재나 금속재로 구성되고 있다. 손목시계의 여러 부품들 중에서, 특히 케이스 본체나 베젤 등의 경우에는 대부분 플라스틱재나 금속재로 구성되고 있다.
플라스틱재는 가격 면에서 유리하지만, 이는 금속재에 비해 강도가 낮고 내구성이 떨어진다. 이에 반해, 금속재는 강도와 내구성이 높다. 또한, 금속재는 금속질감에 의한 고급감 및 장식성 등을 가져 플라스틱재보다 선호되고 있다. 그러나 금속재는 쉽게 녹슬고, 고가이며, 이는 또한 무겁다. 최근, 이러한 금속재의 단점을 보완하기 위해, 금속재의 표면에 질화물이나 탄화물 등의 경질 피막을 형성하거나, 부품 자체를 지르코니아 등의 세라믹으로 대체하는 기술이 제안되었다.
그러나 경질 피막을 형성하거나 세라믹으로 대체하는 등의 그 어떠한 경우라도 재질 자체의 고유 밀도가 높아 경량성이 떨어진다. 또한, 세라믹을 이용하는 경우에는 적어도 1,200℃ 이상의 매우 높은 고온 소성을 필요로 하여, 고온 소성에 따른 장비나 열에너지의 사용에 따른 제조비용이 많이 소요되는 문제점도 지적된다.
이에, 본 발명은 개선된 손목시계 부품 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명은 카본 복합재를 이용하여 적어도 우수한 경량성과 고강도 등을 가지는 손목시계 부품 및 그 제조방법, 그리고 상기 손목시계 부품을 포함하는 손목시계를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 열에너지의 소비가 적은 저온 공정을 통해 높은 경제성을 가지면서 치밀도가 우수한 손목시계 부품의 제조방법, 및 상기 제조방법에 따라 제조된 손목시계 부품을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
카본 칩과;
상기 카본 칩 간에 분산된 열경화성 수지를 포함하는 손목시계 부품을 제공한다. 본 발명에 따른 손목시계 부품은 적어도 카본 칩과 열경화성 수지로 구성된 카본 복합재를 포함한다. 예시적인 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 손목시계 부품은 탄소나노튜브, 금속 및 칼라 유리 섬유로부터 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명의 손목시계 부품을 포함하는 손목시계를 제공한다.
이에 더하여, 본 발명은,
카본 프리프레그 시트(carbon prepreg sheet)에 열경화성 수지를 코팅한 코팅 시트를 얻는 코팅 단계;
상기 코팅 시트를 절단한 카본 복합칩을 얻는 세절 단계;
상기 카본 복합칩을 잉곳 성형 몰드(ingot forming mold)에 장입한 다음, 가열 가압하여 카본 복합재의 잉곳(ingot)을 얻는 성형 단계; 및
상기 잉곳을 가공하는 가공 단계를 포함하는 손목시계 부품의 제조방법을 제공한다.
예시적인 실시형태에 따라서, 상기 세절 단계에서는 코팅시트를 저온 냉각시킨 후에 절단하는 것이 바람직한다. 또한, 상기 성형 단계에서는 120℃ ~ 150℃의 온도와 8,000 kgf/㎠ 이상의 압력으로 가열 가압하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 우수한 경량성과 고강도를 갖는다. 또한, 본 발명에 따르면, 별도의 무늬 형성 공정에 의하지 않고, 카본 칩에 의해 자연적으로 형성된 칩 무늬 패턴을 갖는다.
아울러, 본 발명에 따르면, 열에너지의 소비가 적은 저온 공정을 통해 경제성을 가지면서 조직의 치밀도가 높고 고강도를 가지면서, 이와 함께 균일한 밀도와 강도를 가지는 손목시계 부품를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 손목시계의 절단 사시도이다.
도 2는 본 발명에 사용될 수 있는 잉곳 성형 몰드의 일례를 보인 분리 사시도이다.
도 3은 도 2에 보인 잉곳 성형 몰드의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 코팅 시트를 절단하여 얻은 카본 복합칩의 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 카본 복합칩을 잉곳 성형 몰드에 장입하는 모습을 보인 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 손목시계 부품(베젤)의 표면 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 여러 가지의 손목시계 부품을 보인 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 손목시계 부품의 표면 확대 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 손목시계 부품(케이스 본체)의 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 손목시계 부품으로서, 다양한 색상이 구현된 베젤의 표면 사진이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다.
본 발명은 제1형태에 따라서, 우수한 경량성과 고강도 등을 가지는 손목시계 부품을 제공한다. 본 발명은 제2형태에 따라서, 열에너지의 소비가 적은 저온 공정을 통해 경제성을 가지면서 손목시계 부품의 전체 영역에서 균일한 밀도를 가지면서 조직의 치밀도가 높은 손목시계 부품의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 제3형태에 따라서, 상기 제2형태에 따른 손목시계 부품의 제조방법을 통해 제조된 손목시계 부품을 제공한다. 또한, 본 발명은 제4형태에 따라서, 상기 손목시계 부품을 포함하는 손목시계를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시형태를 도시한 것으로, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공된다. 또한, 본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서 「손목시계 부품」은, 손목시계를 구성하는 부품이면 특별히 제한되지 않는다. 또한, 본 발명에서 「손목시계」는, 손목에 착용되고 시간 표시 요소를 포함하는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 손목시계는 시간 표시 요소로서의 시계바늘을 포함하는 아날로그형 손목시계, 및/또는 시간 표시 요소로서의 액정표시부를 포함하는 디지털형 손목시계 등으로부터 선택될 수 있다.
도 1에는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 손목시계가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 손목시계는 시간 표시 요소(T), 케이스 본체(10)(case body), 베젤(20)(bezel) 및 손목 밴드(30)(wrist band) 등의 부품을 포함한다. 또한, 손목시계는 제품에 따라 다를 수 있지만, 숫자(시간 등)나 문자 등이 표시되는 다이얼(40)(dial), 손목 밴드(30)를 체결하는 버클(50)(buckle), 시간 표시 요소(T) 상에 결합되는 전면 커버(front cover), 케이스 본체(10)의 후면에 결합되는 후면 커버(rear cover) 및/또는 제어 버튼(60)(control button) 등의 부품을 포함할 수 있다.
본 발명에서 손목시계를 구성하는 상기 각 부품들의 형상이나 구조 등은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 케이스 본체(10), 베젤(20) 및/또는 다이얼(40) 등의 경우에는 원형, 타원형 및 다각형 등의 평면 형상을 가질 수 있다. 도 1에서는 대략 원형의 평면 형상을 가지는 베젤(20)과 다이얼(40)을 예시하였다. 구체적으로, 도 1에는 원형의 링(ring) 형상을 가지는 베젤(20)과, 원판형의 다이얼(40)이 예시되어 있다.
또한, 손목시계를 구성하는 각 부품들은 복수의 세부 부품이 조립되어 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 손목 밴드(30)(통상, 시계줄)는 세부 부품으로서 중앙에 배열되는 복수의 밴드 노브(32)(band knob)와, 상기 밴드 노브(32)의 양측에 배열되고 밴드 노브(32) 간을 연결하는 복수의 연결구(34)와, 상기 밴드 노브(32)와 연결구(34)를 결합시키면서 밴드 노브(32)가 절첩되게 하는 복수의 힌지 핀(36)(hinge pin) 등을 포함할 수 있다.
본 발명에서 손목시계 부품(이하, 경우에 따라서 "시계 부품"이라 한다.)은 상기 나열한 바와 같은 부품을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 시계 부품은 케이스 본체(10), 베젤(20), 손목 밴드(30), 다이얼(40), 버클(50), 후면 커버 및/또는 제어 버튼(60) 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 시계 부품은 세부 부품을 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 손목 밴드(30)를 구성하는 밴드 노브(32), 연결구(34) 및/또는 힌지 핀(36) 등을 포함할 수 있다. 예시적인 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 시계 부품은 케이스 본체(10), 베젤(20), 손목 밴드(30), 다이얼(40) 및/또는 이들의 세부 부품으로부터 선택된다.
본 발명에 따른 시계 부품은 위와 같이 그의 종류나 형상 및/또는 구조 등은 제한되지 않는다. 본 발명에 따라서, 본 발명의 시계 부품은 주요 재질로서 카본 복합재를 포함한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 시계 부품은 카본 복합재로서 적어도 카본 칩(carbon chips)과 열경화성 수지를 포함한다. 상기 열경화성 수지는 카본 칩 간에 균일하게 분산되어 있다. 아울러, 본 발명에 따른 시계 부품은 적어도 표면에 형성된 칩 무늬 패턴을 포함한다. 상기 칩 무늬 패턴은 카본 칩에 의해 자연적으로 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 시계 부품은 적어도 카본 칩과 열경화성 수지로 구성된 카본 복합재를 포함하되, 예시적인 실시형태에 따라서 탄소나노튜브(CNT), 금속 및 유리 섬유 등으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 아울러, 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 시계 부품은 카본 칩과 열경화성 수지 간의 계면 결합제를 더 포함할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 시계 부품의 제조방법을 설명하면서 본 발명에 따른 시계 부품의 구체적인 실시형태를 설명한다.
본 발명에 따른 시계 부품의 제조방법은, 카본 프리프레그 시트(carbon prepreg sheet)에 열경화성 수지를 코팅한 코팅 시트를 얻는 코팅 단계; 상기 코팅 시트를 절단한 카본 복합칩을 얻는 세절 단계; 상기 카본 복합칩을 잉곳 성형 몰드(ingot forming mold)에 장입한 다음, 가열 가압하여 카본 복합재의 잉곳(ingot)을 얻는 성형 단계; 및 상기 잉곳을 가공하는 가공 단계를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 시계 부품의 제조방법은, 시계 부품에 탄소나노튜브(CNT), 금속 및 유리 섬유 등으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함(첨가)시키는 단계; 및/또는 시계 부품에 색상이 구현(색상 물질 첨가 등)되게 하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 각 단계별 실시형태를 설명하면 다음과 같다.
[1] 코팅 단계
먼저, 카본 프리프레그 시트(carbon prepreg sheet)를 준비한다. 본 발명에서, 카본 프리프레그 시트는 카본 섬유들이 일방향 또는 크로스 방향으로 배열된 시트로서, 이를 구성하는 카본 섬유의 굵기 및/또는 길이 등은 제한되지 않는다. 카본 프리프레그 시트는, 예를 들어 0.1㎛ ~ 5mm의 굵기를 가지는 카본 섬유를 포함할 수 있다. 카본 프리프레그 시트의 크기는 제한되지 않으나, 이는 예를 들어 2cm ~ 10cm x 5cm ~ 20cm의 크기(가로 x 세로)를 가질 수 있다.
또한, 상기 카본 프리프레그 시트는 수지의 함침을 통해 표면에 수지 코팅막이 형성된 것을 사용할 수 있다. 이러한 수지 코팅막이 형성된 카본 프리프레그 시트는 시중에서 판매되고 있는 제품을 사용할 수 있다. 수지 코팅막을 구성하는 수지는 제한되지 않으며, 이는 열가소성 수지 및/또는 열경화성 수지로부터 선택될 수 있다.
위와 같은 카본 프리프레그 시트를 준비한 다음, 본 발명에 따라서 카본 프리프레그 시트의 적어도 한면에 열경화성 수지를 코팅하여 열경화성 수지층을 형성한다. 열경화성 수지는 후술하는 바와 같이 카본 칩 간에 균일하게 분산되어 카본 칩 간의 결합력을 제공하면서 강도 등을 개선한다.
상기 열경화성 수지의 코팅방법은 제한되지 않는다. 열경화성 수지의 코팅은, 예를 들어 액상의 열경화성 수지를 분사 및/또는 함침 등의 방법을 통해 카본 프리프레그 시트의 한면 또는 양면에 코팅하는 방법으로 진행될 수 있다. 이때, 열경화성 수지에 따라 다를 수 있지만, 경우에 따라서는 코팅 작업성을 위해 열경화성 수지를 용매에 희석한 저점도의 열경화성 수지액을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 열경화성 수지액을 카본 프리프레그 시트에 분사한 다음 건조시키거나, 상기 열경화성 수지액에 카본 프리프레그 시트를 함침한 다음 건조시킬 수 있다. 또한, 상기 열경화성 수지액은 열경화성 수지와 경화제를 포함할 수 있다. 상기 경화제는 코팅 직전에 열경화성 수지와 혼합될 수 있다.
상기 열경화성 수지는 특별히 제한되지 않는다. 열경화성 수지는 에폭시계 수지 및/또는 페놀계 수지 등으로부터 선택될 수 있다. 열경화성 수지는, 예를 들어 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지 및 테트라 브로모 비스페놀 A형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지; 페놀노볼락형 에폭시 수지 및 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지; 테트라 글리시딜 디아미노 디페닐 메탄, 트리글리시딜 아미노 페놀 및 테트라 글리시딜 크실렌 디아민 등의 글리시딜 아민형 에폭시 수지; 및 이들의 유도체(공중합체) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 경화제는 열경화성 수지의 경화를 위한 것이면 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 산 무수물계 화합물, 아민계 화합물, 아미드계 화합물 및/또는 페놀계 화합물 등으로부터 선택될 수 있다. 경화제는, 구체적인 예를 들어 무수프탈산, 디아미노디페닐메탄, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 디아미노디페닐설폰, 이소포론디아민 및/또는 디시안디아미드 등으로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 열경화성 수지층은 탄소나노튜브(CNT)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 열경화성 수지액은 열경화성 수지에 탄소나노튜브(CNT)를 더 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 탄소나노튜브(CNT)에 의해, 예를 들어 기계적 강도 등이 향상될 수 있다. 탄소나노튜브(CNT)는, 예를 들어 화학기상증착(CVD ; Chemical Vapor Deposition) 등의 방식을 통해 제조된 것으로서, 50nm 이하의 직경을 가지는 것을 사용할 수 있다. 탄소나노튜브(CNT)는, 구체적인 예를 들어 1nm ~ 50nm, 또는 5nm ~ 30nm의 직경을 가지며, 50nm ~ 20㎛의 길이를 가지는 것을 사용할 수 있다.
아울러, 상기 탄소나노튜브(CNT)는 단일벽 및/또는 다중벽 구조를 가지는 것을 사용할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브(CNT)는 열경화성 수지액 전체 중량 기준으로 0.5 ~ 10중량%로 사용될 수 있다. 이때, 탄소나노튜브(CNT)의 사용량이 너무 작은 경우에는 이의 사용에 따른 기계적 강도 등의 개선 효과가 미미할 수 있으며, 탄소나노튜브(CNT)의 사용량이 너무 많은 경우에는 상대적으로 열경화성 수지의 사용량이 낮아져 카본 칩 간의 결합력이나 코팅성 등이 낮아질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 탄소나노튜브(CNT)는 2 ~ 8중량% 또는 3 ~ 5중량%로 사용될 수 있다.
본 코팅 단계를 통하여 카본 프리프레그 시트의 표면에 적어도 열경화성 수지층이 형성된 코팅 시트를 얻는다. 이때, 코팅 시트는 적어도 1층의 카본 프리프레그 시트와, 상기 카본 프리프레그 시트의 표면에 코팅된 적어도 1층의 열경화성 수지층을 포함할 수 있다. 또한, 코팅 시트는 적어도 1층의 카본 프리프레그 시트와, 상기 카본 프리프레그 시트의 표면에 코팅된 적어도 1층의 수지 코팅막과, 상기 수지 코팅막의 표면에 코팅된 적어도 1층의 열경화성 수지층을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 열경화성 수지층에는 열경화성 수지 이외에 탄소나노튜브(CNT)가 더 포함될 수 있다.
아울러, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라서, 상기 열경화성 수지층은 카본 칩과 열경화성 수지(경화물) 간의 결합력을 향상시키기 위한 계면 결합제를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 열경화성 수지액은 열경화성 수지에 계면 결합제를 더 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 계면 결합제에 의해, 카본 칩과 열경화성 수지(경화물) 간의 접촉 계면에서 결합력이 향상되어, 예를 들어 인장강도 등의 기계적 강도 등이 개선될 수 있다.
상기 계면 결합제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 유용하게 사용할 수 있다. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물은 카본 칩과 열경화성 수지의 계면 결합력 향상에 효과적이며, 이는 특히 열경화성 수지로서 에폭시계 수지를 사용하는 경우에 매우 효과적이다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2017013063-appb-I000001
상기 화학식 1에서, Ra와 Rb는 서로 독립적이다. 즉, 상기 Ra와 Rb는 서로 같거나 다르며, 이들은 각각 수소(H), 플루오르카본(CnF2n + 1 ; 여기서, n은 1 이상의 정수이며, 구체적인 예를 들어 1 ~ 5이다.), 또는 탄소수 C1 ~ C20의 알킬기로부터 선택된다. 바람직하게는, 상기 Ra는 수소(H) 또는 플루오르카본(CnF2n+1)이고, 상기 Rb는 수소(H), 또는 탄소수 C1 ~ C20의 알킬기로부터 선택된다. 구체적인 예를 들어, 상기 Ra는 H, CF3 또는 C2F5 등으로부터 선택되고, 상기 Rb는 H, CH3 또는 C2H5 등으로부터 선택될 수 있다.
상기 계면 결합제(화학식 1의 화합물)는 열경화성 수지액 전체 중량 기준으로 0.2 ~ 5중량%로 사용될 수 있다. 이때, 계면 결합제의 사용량이 너무 작은 경우, 이의 첨가에 따른 계면 결합력의 개선 정도가 미미할 수 있다. 그리고 계면 결합제의 사용량이 너무 많은 경우, 과잉 사용에 따른 상승효과가 그다지 크지 않으며, 경제적인 측면에서 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 계면 결합제는 0.5 ~ 3중량%로 사용될 수 있다.
[2] 세절 단계
상기 코팅 단계에서 얻어진 코팅 시트를 칩(chip) 형태로 절단(세절)하여 카본 복합칩을 얻는다. 코팅 시트는, 예를 들어 세절기(cutter) 등을 이용하여 소정의 크기를 갖도록 절단(세절)할 수 있다. 세절기(cutter)는, 코팅 시트를 칩(chip) 형태로 잘게 세절할 수 있는 것이면 좋다. 이러한 세절을 통해 랜덤(random)하고 불규칙적인 형상과 크기를 가지는 카본 복합칩을 얻는다.
상기 카본 복합칩은 코팅 시트의 세절을 통해, 예를 들어 플레이크(flake), 플랩(flap) 및 바늘(needle) 등과 같은 형상으로서, 랜덤(random)하고 다양한 형상을 가질 수 있다. 아울러, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 상기 카본 복합칩은 코팅 시트의 세절을 통해, 예를 들어 10㎛ ~ 2mm의 굵기와 2mm ~ 5cm의 길이를 가질 수 있다. 이러한 굵기와 길이를 가지는 경우, 열경화성 수지와 균일하게 복합되어 경량성 및 고강도 등에 유리할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 세절에 앞서 코팅 시트를 저온 냉각(냉동)시키는 것이 바람직하다. 즉, 상기 코팅 단계에서 얻어진 코팅 시트를 저온 냉각(냉동)시킨 다음, 이후 세절기(cutter) 등을 통해 세절하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 코팅 시트를 저온 냉각(냉동)시킨 후에 세절하는 경우, 코팅 시트의 세절성이 향상되고, 세절된 카본 복합칩 간의 뭉침 등이 방지되어 바람직할 수 있다. 코팅 시트의 저온 냉각(냉동)은, 예를 들어 5℃ 이하에서 진행할 수 있다. 저온 냉각(냉동)은, 구체적인 예를 들어 영하 20℃ 내지 영상 5℃에서 진행할 수 있다.
본 세절 단계를 통해 얻어진 카본 복합칩은 칩(chip) 형태를 가지면서 카본 칩과, 상기 카본 칩의 표면에 코팅된 열경화성 수지층을 포함한다. 또한, 카본 복합칩은 카본 칩과, 상기 카본 칩의 표면에 코팅된 수지 코팅막과, 상기 수지 코팅막에 코팅된 열경화성 수지층을 포함할 수 있다. 아울러, 전술한 바와 같이, 열경화성 수지층에는 열경화성 수지 이외에 탄소나노튜브(CNT)가 더 포함될 수 있다.
[3] 성형 단계
상기 세절 단계에서 얻어진 카본 복합칩을 잉곳 성형 몰드(100)(ingot forming mold)에 장입하여 카본 복합재의 잉곳(ingot)을 성형한다. 이때, 카본 복합칩을 잉곳 성형 몰드(100)에 장입한 다음, 가열 가압하여 높은 치밀도와 고강도를 갖도록 성형한다. 본 성형 단계를 통해 얻어진 잉곳(ingot)은 실제 시계 부품(최종 제품)으로 가공되기 이전의 벌크(bulk) 제품으로서, 이는 예를 들어 원통형, 원반형 및 다각통형 등의 벌크 형상을 갖는다.
도 2 및 도 3에는 본 발명에 사용될 수 있는 잉곳 성형 몰드(100)의 일례가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 잉곳 성형 몰드(100)는 몰드 본체(120); 상기 몰드 본체(120)의 하부에 결합되는 하부 몰드(140); 및 상기 몰드 본체(120)의 상부에 결합되는 상부 몰드(160)를 포함할 수 있다.
상기 몰드 본체(120)는 길이방향(도 2 및 도 3에 세로방향)에서 따라 중공(125)이 형성되어 있다. 이러한 중공(125) 내에 상기 카본 복합칩이 장입된다. 중공(125)은, 예를 들어 원형 또는 다각형 등의 단면 형상을 가질 수 있다. 도면에서는 원통형의 몰드 본체(120)로서, 원형의 단면을 가지는 중공(125)을 예시하였다.
또한, 상기 하부 몰드(140)는 지지판(142)과, 상기 지지판(142)으로부터 상향 돌출되어 일체로 형성된 원형 단면의 지지부(144)를 포함할 수 있다. 지지부(144)는 상기 중공(125)에 삽입된다. 아울러, 상기 상부 몰드(160)는 가압판(162)과, 상기 가압판(162)으로부터 하향 돌출되어 일체로 형성된 원형 단면의 가압부(164)를 포함할 수 있다. 가압부(164)는 중공(125)에 삽입되어 중공(125)에 장입된 카본 복합칩을 가압한다. 그리고 가압판(162)의 상부에서 외력(가압력)이 가해진다.
위와 같은 잉곳 성형 몰드(100)를 이용하여 카본 복합칩을 가열 가압하여 높은 치밀도를 가지는 잉곳을 성형할 수 있다. 예를 들어, 적어도 몰드 본체(120)에 소정의 열을 전달하여 카본 복합칩에 열이 가해지게 할 수 있다. 또한, 상부 몰드(160)의 가압을 통해 카본 복합칩에 소정의 압력이 가해질 수 있다. 이때, 가해진 열에 의해 카본 복합칩을 구성하는 열경화성 수지가 용융되면서 카본 칩들 간의 사이에 균일하게 분산되어 열경화된다. 즉, 열경화성 수지는 가해진 열에 의해 용융되어 카본 칩들 간의 사이에 균일하게 분산, 경화된다. 이에 따라, 열경화성 수지는 카본 칩들의 사이에 균일하게 퍼져 카본 칩 상호간을 결합시키고, 이는 또한 고강도의 경화물을 형성하여 시계 부품의 강도를 향상시킨다. 이와 함께, 가해진 압력에 의해 카본 복합칩을 구성하는 카본 칩들은 서로 치밀하게 밀집되어 높은 치밀도 및 고강도를 가지는 잉곳이 성형된다.
본 성형 단계에서, 카본 복합칩에 가해지는 열은 열경화성 수지의 종류에 따라 다를 수 있지만, 예를 들어 100℃ ~ 180℃ 온도의 열을 가할 수 있다. 또한, 압력은 8,000 kgf/㎠ 이상일 수 있다. 압력은 높을수록 치밀도에 유리할 수 있으므로 그의 상한치는 제한되지 않으나, 예를 들어 12,000 kgf/㎠ 이하일 수 있다. 하나의 실시형태에 따라서, 본 성형 단계에서는 100℃ ~ 180℃의 온도와 8,000 kgf/㎠ ~ 12,000 kgf/㎠의 압력으로 가열 가압할 수 있다.
바람직한 실시형태에 따라서, 본 성형 단계에서는 120℃ ~ 150℃의 온도와 9,000 kgf/㎠ ~ 11,000 kgf/㎠의 압력으로 가열 가압할 수 있다. 이와 같은 온도와 압력 범위에서 성형하는 경우, 열경화성 수지가 카본 칩들 간에 균일하게 분산, 경화되고, 높은 치밀도 및 고강도를 가지는 잉곳을 성형할 수 있다.
또한, 본 성형 단계에서는, 다른 실시형태에 따라서 잉곳 성형 몰드(100)에 금속 및 유리 섬유 등으로부터 선택된 하나 이상을 더 장입한 다음, 가열 가압할 수 있다. 이에 따라, 잉곳은 카본 칩과 열경화성 수지로 구성된 카본 복합재를 포함하되, 상기 카본 복합재에 금속 및 유리 섬유 등으로부터 선택된 하나 이상이 더 복합될 수 있다.
상기 금속 및 유리 섬유는 미립자나 원사의 형태로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 및 유리 섬유는 각각 10㎛ ~ 1mm의 굵기와 0.2mm ~ 5cm의 길이를 가지는 원사를 사용할 수 있으나, 이에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 금속은, 예를 들어 금(Au), 은(Ag), 주석(Sn), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및/또는 이들의 합금 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 유리 섬유는 색상 안료가 첨가된 칼라 유리 섬유로서, 이는 예를 들어 빨간색, 파란색, 노란색 및 초록색 등의 다양한 색상을 가질 수 있다. 이러한 금속 및/또는 칼라 유리 섬유가 더 복합된 경우, 이들에 의해 적어도 외관성(장식성) 등이 향상될 수 있다. 예를 들어, 금속이 복합된 경우에는 금속질감과 함께 금속 무늬 패턴 등이 형성되고, 칼라 유리 섬유가 복합된 경우에는 색상과 함께 유리 섬유 무늬 패턴 등이 형성될 수 있다.
[4] 가공 단계
앞서 언급한 바와 같이, 상기 성형 단계를 통해 얻어진 잉곳은 실제 시계 부품(최종 제품)의 전단계인 벌크 제품(반제품)으로서, 예를 들어 도 2 및 도 3에 보인 잉곳 성형 몰드(100)를 이용하는 경우, 잉곳은 원반형이나 원통형의 형상을 가질 수 있다.
본 가공 단계에서는 위와 같은 잉곳을 이용하여 실제 시계 부품(최종 제품)으로 가공한다. 즉, 절삭 가공 등을 통해 실제 시계 부품(최종 제품)의 형상을 갖도록 가공한다. 이때, 절삭 가공은, 예를 들어 레이저 가공 등을 통해 진행될 수 있다. 본 가공 단계를 통해 손목시계의 부품으로서, 예를 들어 상기한 바와 같은 케이스 본체(10), 베젤(20), 손목 밴드(30), 다이얼(40) 및/또는 이들의 세부 부품등의 각 부품 형상을 갖도록 절삭 가공한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 적어도 높은 경량성과 고강도 등을 갖는다. 본 발명에 따른 시계 부품은 카본 칩과 열경화성 수지를 포함하여, 1.2 g/㎤ ~ 1.8 g/㎤의 밀도를 가질 수 있으며, 구체적인 예를 들어 1.3 g/㎤ ~ 1.6 g/㎤의 밀도, 바람직하게는 1.4 g/㎤ ~ 1.6 g/㎤의 밀도를 가질 수 있다. 이러한 밀도에 의해, 종래의 금속 재질과 대비하여 매우 가벼운 경량성을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 시계 부품은 기계적 강도로서 320 MPa 이상의 인장강도(Tensile strength), 450 MPa 이상의 굽힘강도(Bending strength), 및/또는 75 J/m 이상의 충격강도(Impact strength)를 가질 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 시계 부품은 320 ~ 400 MPa의 인장강도, 450 ~ 600 MPa의 굽힘강도, 및/또는 75 ~ 95 J/m의 충격강도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 시계 부품은 350 ~ 400 MPa의 인장강도, 470 ~ 600 MPa의 굽힘강도, 및/또는 80 ~ 95 J/m의 충격강도를 가질 수 있다. 이러한 밀도 및 기계적 강도는 당업계에서 통상적으로 사용되는 측정방법에 따른다.
또한, 본 발명에 따른 시계 부품은, 적어도 표면에 형성된 칩 무늬 패턴(chip pattern)을 포함한다. 즉, 본 발명에 따르면, 별도의 무늬 형성 공정에 의하지 않고도, 적어도 상기 카본 칩에 의한 칩 무늬 패턴이 자연적으로 형성된다. 본 발명에 따른 시계 부품은 상기 카본 칩에 의해, 예를 들어 대리석(marble) 무늬, 바늘(needle) 무늬 및/또는 물결(wave) 무늬 등과 같은 칩 무늬 패턴을 포함할 수 있다. 이러한 칩 무늬 패턴은 카본 칩의 형상, 카본 칩의 크기 및/또는 카본 칩의 함량 비율 등의 조절을 통해 다양하게 구현될 수 있다.
예시적인 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 시계 부품은 카본 칩과 열경화성 수지로 구성된 카본 복합재를 포함하되, 상기 카본 칩 100중량부에 대하여 2 ~ 30중량부의 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 즉, 카본 칩 : 열경화성 수지 = 100 : 2 ~ 30의 중량비를 가질 수 있다. 이때, 열경화성 수지가 2중량부 미만인 경우에는 인장강도 등이 약해질 수 있고, 30중량부를 초과하는 경우에는 경량성이나 충격강도 등이 떨어질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 열경화성 수지는 카본 칩 100중량부에 대하여 5 ~ 20중량부로 포함될 수 있다. 열경화성 수지의 함량은 상기 코팅 단계에서 열경화성 수지의 코팅량 및/또는 코팅횟수 등에 의해 조절될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 시계 부품은 금속 및/또는 칼라 유리 섬유를 포함하는 경우, 상기 금속 및 칼라 유리 섬유는 카본 칩 100중량부에 대하여 5 ~ 20중량부로 각각 포함될 수 있다. 이러한 금속 및 칼라 유리 섬유의 사용량이 너무 적은 경우, 이들의 사용에 따른 외관성(금속질감 및 무늬 패턴 등)이 미미해질 수 있고, 사용량이 너무 많은 경우 경량성 및 결합 강도 등이 약해질 수 있다. 또한, 금속 및 칼라 유리 섬유는 상기한 바와 같이 잉곳 성형 과정(성형 단계)에서 포함될 수 있는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 상기 금속 및 칼라 유리 섬유는 성형 단계 이외의 다른 공정에서 다양한 방법으로 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 제조방법에 따르면, 저온 공정으로 진행되어 높은 경제성을 갖는다. 즉, 종래의 세라믹을 이용한 고온 소성에 비하여, 열에너지의 소비가 적은 저온 열경화(예를 들어, 120℃ ~ 150℃)에 의해 제조되어 높은 경제성을 갖는다.
무엇보다, 본 발명의 제조방법에 따르면, 높은 치밀도와 고강도를 가지면서, 이와 함께 시계 부품의 전체 영역에 대해 균일한 밀도 및 강도를 갖는다.
시계 부품을 성형함에 있어서, 생산성을 위해 사출 성형(Injection forming)을 고려해 볼 수 있다. 즉, 시계 부품(최종 제품)과 동일한 형상의 캐비티(cavity)을 가지는 몰드에 상기 카본 복합칩을 장입하여 사출 성형하는 방법을 고려해 볼 수 있다. 그러나, 이 경우 시계 부품의 종류 및 형상에 따라 높은 압력을 가할 수 없거나, 압력을 가한다 하더라고 전체 영역에 대해 균일하게 압력을 가하기가 어려워 시계 부품(최종 제품)의 밀도 및 강도가 균일하지 않고 국부적으로 다를 수 있다.
이에 반해, 본 발명에 따라 잉곳 형성 몰드(100)에 카본 복합칩을 장입한 다음, 가열 가압하여 카본 복합재의 잉곳(반제품)을 형성하고, 이후 실제 시계 부품(최종 제품)으로 절삭 가공하여 제조하는 경우, 카본 칩의 치밀도가 높아지고, 시계 부품의 전체 영역에 대해 밀도 및 강도가 균일한 특성을 갖는다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기의 비교예는 종래 기술을 의미하는 것이 아니며, 이는 단지 실시예들과의 비교를 위해 제공된다.
[실시예 1]
시중에 판매되고 있는 제품으로서, 수지 함침을 통해 표면에 수지 코팅막이 형성된 카본 프리프레그 시트(carbon prepreg sheet)(국내, ㈜한국카본 제품)를 준비하였다. 또한, 액상의 에폭시 수지 제품(국내, 국도화학(주) 제품 YD-128, 비스페놀 A형 에폭시 포함)에 경화제(디시안디아미드)를 첨가하여 에폭시 수지액을 준비하고, 이를 상기 카본 프리프레그 시트의 양면에 도포한 다음, 건조시킨 코팅 시트를 얻었다. 이때, 에폭시 수지는 카본 프리프레그 시트와의 약 5 : 1의 무게비(카본 프리프레그 시트 : 에폭시 수지 = 5 : 1)가 되도록 코팅하였다.
이후, 상기 코팅 시트를 영하 5℃에서 냉동시킨 다음, 세절기를 이용하여 상기 코팅 시트를 칩 형태로 세절한 카본 복합칩을 얻었다. 첨부된 도 4는 세절을 통해 얻어진 카본 복합칩의 사진을 보인 것이다. 그리고 상기 카본 복합칩을 잉곳 성형 몰드에 장입하였다. 첨부된 도 5의 (a)와 (b)는 카본 복합칩을 잉곳 성형 몰드에 장입하는 모습을 보인 사진이다.
다음으로, 상기 잉곳 성형 몰드에 열과 압력을 가하되, 열과 압력을 서서히 증가시켜 약 125℃와 약 10,000kgf/㎠의 압력을 약 90분(min) 동안 유지하는 방법으로 가열 가압하였다. 이후, 잉곳 성형 몰드를 상온에서 서서히 냉각시킨 다음, 잉곳 성형 몰드로부터 분리하여 원통형의 잉곳을 얻었다.
[실시예 2]
실시예 1과 대비하여, 탄소나노튜브(CNT)를 더 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 에폭시 수지액에 탄소나노튜브(CNT)를 더 첨가 혼합한 다음, 카본 프리프레그 시트의 양면에 도포하여 코팅 시트를 얻었다. 이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 잉곳을 얻었다. 이때, 탄소나노튜브(CNT)는 약 30nm의 평균 직경을 가지는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)(국내, ㈜효성 제품)를 사용하되, 에폭시 수지와의 약 95 : 5의 무게비(에폭시 수지 : CNT = 95 : 5)가 되도록 첨가 혼합하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 비교하여, 카본 프리프레그 시트에 에폭시 수지액을 코팅하지 않을 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[비교예 2]
지르코니아를 주성분으로 하는 세라믹 재료를 소성로에 투입하여 약 1,450℃에서 고온 소성한 소성체를 본 비교예에 따른 시편으로 사용하였다.
상기 각 실시예 및 비교예에 따른 잉곳에 대하여 밀도(Density), 인장강도(Tensile strength), 굽힘강도(Bending strength) 및 충격강도(Impact strength)를 평가하였다. 이때, 특성 평가를 위해 잉곳을 적정 크기를 갖도록 레이저로 절단한 시편을 준비하고, 각 잉곳 시편에 대하여 다음과 같은 방법으로 특성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
(1) 밀도(Density) : ASTM D702의 규격에 따라 시편의 공기 중 무게와 수중 무게를 비교 계산하여 밀도를 측정하였다.
(2) 인장강도(Tensile strength) : ASTM D3039의 규격에 따라 길이 250mm, 너비 25mm, 두께 3mm의 시편을 준비하여 상온에서 인장강도를 측정하였다.
(3) 굽힘강도(Bending strength) : ASTM D790의 규격에 따라 길이 127mm, 너비 13mm, 두께 3mm의 시편을 준비하고 스판(span) 거리를 60mm로 하여 3점 굽힘강도(3-point bending strength)를 측정하였다.
(4) 충격강도(Impact strength) : ASTM D256의 규격에 따라 길이 63mm, 두께 12.8mm, 노치 위치 31.5mm, 노치 깊이 2.6mm, 노치 각도 23°의 시편을 준비하고, 진자길이 400mm, 타격 높이 610mm, 충격속도 3.46m/s로 충격을 가하여 충격강도를 측정하였다.
< 잉곳 시편의 특성 평가 결과 >
비 고 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
원료 카본 프리프레그 + 에폭시 코팅 카본 프리프레그 + 에폭시/CNT 혼합 코팅 카본 프리프레그 지르코니아소성체
밀도 [g/㎤] 1.45 1.46 1.38 6.04
인장강도[MPa] 352 371 334 226
굽힘강도[MPa] 474 552 443 357
충격강도[J/m] 81 89 78 82
상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 실시예들에 따른 시편의 경우, 비교예 2(지르코니아)보다 밀도가 낮아 경량성을 가짐을 알 수 있다. 무엇보다, 실시예들에 따른 시편의 경우, 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 인장강도, 굽힘강도 및 충격강도 등의 모든 기계적 물성에서 매우 우수한 결과를 보임을 알 수 있다. 또한, 실시예 1과 실시예 2를 대비해 보면, 탄소나노튜브(CNT)를 적용한 실시예 2의 경우가 그렇지 않은 실시예 1보다 기계적 물성이 우수함을 알 수 있다.
한편, 첨부된 도 6은 상기 실시예 1에 따른 방법으로 제조된 잉곳을 레이저로 절삭 가공하여 제조한 시계 부품으로서, 이는 두께가 약 2mm이고 직경이 약 4cm인 원반형의 손목시계용 다이얼(Dial) 3개의 표면 사진이다. 도 6에 보인 바와 같이, 카본 칩에 의해 자연적으로 형성된 칩 무늬 패턴(바늘이나 물결 무늬)을 가짐을 알 수 있다.
[실시예 3 ~ 8]
실시예 1과 대비하여, 원료에 금속를 더 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 첨부된 도 7은 각 실시예(3 ~ 8)에 따라 얻어진 잉곳을 절삭 가공하여 제조한 시계 부품들의 사진이다.
이때, 도 7에서, 실시예 3 ~ 5는 잉곳의 절삭 가공을 통해 얻어진 원형 링(O-ring) 형태의 베젤(Bezel)로서, 이들은 각각 금(gold)(실시예 3), 주석(Tin)(실시예 4) 및 구리(Copper)(실시예 5)가 적용된 베젤 시편이다. 그리고 실시예 6 ~ 8은 잉곳의 절삭 가공을 통해 얻어진 원반형의 다이얼(Dial)로서, 이들은 각각 금(gold)(실시예 6), 주석(Tin)(실시예 7) 및 구리(Copper)(실시예 8)가 적용된 다이얼 시편이다. 또한, 첨부된 도 8은 금(gold)(실시예 3)을 적용한 베젤 시편의 표면 확대 사진이다. 도 7 및 도 8에 보인 같이, 금속이 첨가된 경우, 카본 칩에 의한 칩 무늬 패턴과 함께 금속질감 및 금속 무늬 패턴이 형성됨을 알 수 있다.
[실시예 9]
실시예 1과 대비하여, 코팅 시트의 세절 시 카본 복합칩의 크기를 달리한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 잉곳을 얻었다. 그리고 얻어진 잉곳을 레이저로 절삭 가공하여 손목시계용 케이스 본체(case body)를 제조하였다. 첨부된 도 9는 본 실시예에 따라 제조된 케이스 본체의 사진이다. 도 9에 보인 바와 같이, 대리석 문양과 유사한 칩 무늬 패턴을 가짐을 알 수 있다. 또한, 본 실시예 9에 따른 케이스 본체의 시편에 대하여 밀도를 평가하되, 도 9에서 P1, P2 및 P3 지점의 3곳에 대한 밀도를 평가하였다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.
[실시예 10]
실시예 9과 대비하여, 잉곳 성형 몰드 대신에 사출 성형 몰드를 사용하여 케이스 본체의 시편을 제조하였다. 구체적으로, 케이스 본체의 내부 형상을 가지는 사출 성형 몰드에 카본 복합칩을 넣고 가열 가압하는 사출 방법으로 케이스 본체의 시편을 제조하였다. 본 실시예 10에 따른 케이스 본체의 시편에 대하여 실시예 9와 동일한 방법으로 P1, P2 및 P3 지점의 밀도를 평가하였다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.
< 케이스 본체 시편의 밀도 평가 결과 >
비 고 실시예 9 실시예 10
성형 방법 잉곳 성형 몰드 --> 잉곳 제조 --> 절삭 가공 --> 시편 제조(제품) 사출 성형 몰드 --> 시편 제조(제품)
P1 1.443 g/㎤ 1.347 g/㎤
P2 1.442 g/㎤ 1.380 g/㎤
P3 1.443 g/㎤ 1.372 g/㎤
평균 약 1.4427 g/㎤ 약 1.3663 g/㎤
상기 [표 2]에 보인 바와 같이, 성형 방법에 따라 밀도 차이를 보임을 알 수 있다. 구체적으로, 먼저 잉곳 성형 몰드에서 잉곳을 얻은 다음, 이후 절삭 가공을 통해 시편(제품)을 제조한 실시예 9의 경우가 사출 성형에 의한 실시예 10보다 고밀도를 가지며, 특히 3곳의 지점(P1, P2 및 P3)에서 균일한 밀도 분포를 보임을 알 수 있다.
[실시예 11]
실시예 1과 대비하여, 계면 결합제를 더 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 에폭시 수지액에 계면 결합제를 더 첨가 혼합한 다음, 이 혼합 용액을 카본 프리프레그 시트의 양면에 도포하여 코팅 시트를 얻었다. 이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 잉곳을 얻었다.
상기 계면 결합제는 에폭시 수지와의 약 98.5 : 1.5의 무게비(에폭시 수지 : 계면 결합제 = 98.5 : 1.5)가 되도록 첨가 혼합하였다. 이때, 상기 계면 결합제는 트리플루오로메틸-메틸피리딜-트리아졸로서, 이는 아래 화학식 2의 반응식에 따라 2-시아노-4-메틸피리딘(2-Cyano-4-methylpyridine)에 트리플루오로아세틸 하이드라진(Trifluoroacetyl hydrazine)과 소듐 메톡사이드(NaOCH3) 용액을 첨가, 반응시켜 생성된 3-트리플루오로메틸-5-(4-메틸-2-피리딜)-1,2,4-트리아졸(3-Trifluoromethyl-5-(4-methyl-2-pyridyl)-1,2,4-triazole)을 사용하였다.
[화학식 2]
Figure PCTKR2017013063-appb-I000002
본 실시예 11에 따라 제조된 잉곳에 대하여, 실시예 1과 동일한 방법으로 밀도와 기계적 강도를 평가하고, 그 결과를 하기 [표 3]에 나타내었다. 또한, 하기 [표 3]에는 실시예 1에 따른 잉곳 시편의 평가 결과도 함께 나타내었다.
< 잉곳 시편의 특성 평가 결과 >
비 고 실시예 1 실시예 11
원료 카본 프리프레그 + 에폭시 코팅 카본 프리프레그 + 에폭시/계면 결합제 혼합 코팅
밀도 [g/㎤] 1.45 1.45
인장강도[MPa] 352 375
충격강도[J/m] 81 86
상기 [표 3]에 보인 바와 같이, 계면 결합제를 더 첨가한 경우(실시예 11), 카본 칩과 에폭시 수지 경화물 간의 결합력이 향상되어 인장강도 및 충격강도 등의 기계적 강도가 개선됨을 알 수 있다.
[실시예 12]
실시예 1과 대비하여, 원료에 칼라 유리 섬유를 더 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때, 각 시편에 따라 색상이 다른 칼라 유리 섬유를 사용하였다.
첨부된 도 10은 본 실시예에 따라 얻어진 각 시편들의 잉곳을 절삭 가공하여 제조한 시계 부품들(베젤)의 사진이다. 도 10에 보인 바와 같이, 첨가된 칼라 유리 섬유의 색상에 의해 흰색, 초록색, 파란색, 주황색 및 빨간색 등의 다양한 색상이 구현됨을 알 수 있다.
이상의 실시예들을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 낮은 밀도에 의해 기존의 금속재나 세라믹재에 비해 경량성이 높고, 우수한 기계적 특성(고강도)을 가짐을 알 수 있다. 또한, 별도의 무늬 형성 공정에 의하지 않고도, 도 6 및 도 7에 보인 바와 같이 카본 칩(및 금속)에 의해 자연적으로 형성된 칩 무늬 패턴(및 금속 무늬 패턴)이 형성되어 특이한 외관성(장식성)을 가짐을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 카본 칩과;
    상기 카본 칩 간에 분산된 열경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 손목시계 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 손목시계 부품은 탄소나노튜브, 금속 및 칼라 유리 섬유로부터 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손목시계 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 손목시계 부품은 표면에 형성되고, 상기 카본 칩에 의해 형성된 칩 무늬 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 손목시계 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 손목시계 부품은 1.3 ~ 1.6g/㎤의 밀도와, 320 MPa 이상의 인장강도를 가지는 것을 특징으로 하는 손목시계 부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 손목시계 부품은 카본 칩과 열경화성 수지의 계면 계면 결합제를 더 포함하고,
    상기 계면 결합제는 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 손목시계 부품.
    [화학식]
    Figure PCTKR2017013063-appb-I000003
    (상기 화학식에서, 상기 Ra는 수소 또는 플루오르카본이고, 상기 Rb는 수소 또는 C1 ~ C20의 알킬기이다.)
  6. 카본 프리프레그 시트에 열경화성 수지를 코팅한 코팅 시트를 얻는 코팅 단계;
    상기 코팅 시트를 절단한 카본 복합칩을 얻는 세절 단계;
    상기 카본 복합칩을 잉곳 성형 몰드에 장입한 다음, 가열 가압하여 카본 복합재의 잉곳을 얻는 성형 단계; 및
    상기 잉곳을 가공하는 가공 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 손목시계 부품의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 세절 단계에서는 코팅시트를 5℃ 이하에서 저온 냉각시킨 후에 절단하여 카본 복합칩을 얻고,
    상기 성형 단계에서는 120℃ ~ 150℃의 온도와 8,000 kgf/㎠ 이상의 압력으로 가열 가압하는 것을 특징으로 하는 손목시계 부품의 제조방법.
  8. 제6항에 따른 손목시계 부품의 제조방법에 따라 제조되고,
    카본 칩과;
    상기 카본 칩 간에 분산된 열경화성 수지를 포함하되,
    1.3 ~ 1.6 g/㎤의 밀도와, 320 MPa 이상의 인장강도를 가지며,
    상기 카본 칩에 의해 형성된 칩 무늬 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 손목시계 부품.
  9. 제1항 또는 제8항에 따른 손목시계 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 손목시계.
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