WO2025005392A1 - 합성수지 성형체 및 탄소섬유 복합재 모사방법 - Google Patents

합성수지 성형체 및 탄소섬유 복합재 모사방법 Download PDF

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    • B29C70/021—Combinations of fibrous reinforcement and non-fibrous material

Definitions

  • the present invention relates to a synthetic resin molded article. More specifically, the present invention relates to a synthetic resin molded article having a carbon fiber composite surface texture implemented on the surface and a method for simulating a carbon fiber composite.
  • Carbon fiber is an innovative material that is widely used in various fields such as aerospace, automobiles, electric vehicles, communications, and sports equipment due to its properties such as heat resistance, impact resistance, and high thermal conductivity.
  • carbon fiber is expensive and difficult to use as a general-purpose material because the process of manufacturing it by infiltrating resin into the inside is not easy.
  • thermosetting resins are applied to various products that require high strength and light weight. Due to the unique texture of carbon fibers, they have the effect of making the product appearance stand out, so woven carbon mats are mainly used in many expensive products.
  • the appearance effect of woven carbon fiber composites tends to be treated as an ugly appearance, and the standard for the luxurious appearance of carbon composites is changing from woven carbon to forged carbon. Forged carbon is made by cutting carbon fibers into small pieces, putting them in a compression mold, injecting thermosetting resin inside, and applying high heat and pressure to mold it.
  • thermosetting resins are used, there is a problem that recycling is impossible, and recently in Europe, there is a movement to ban composite sheets (Sheet Mold Compounds; SMC) using thermosetting resins due to environmental issues.
  • Korean Patent No. 10-1990485 discloses a carbon sheet, a carbon frame, and a method for manufacturing the same.
  • the purpose of the present invention is to provide a synthetic resin molded body having a carbon fiber composite texture on the surface by using a thermoplastic resin to replace a thermosetting resin that cannot be recycled.
  • Another object of the present invention is to provide a synthetic resin molded body that can implement the appearance and texture of forged carbon and is more environmentally friendly, efficient, and cost-effective by replacing existing films or post-processing.
  • One aspect of the present invention relates to a carbon fiber-mimicking synthetic resin molded article.
  • the carbon fiber-mimicking synthetic resin molded body has a pattern formed on at least one surface
  • the above pattern portion includes multiple areas
  • a second region is formed in contact with the first region and has a groove formed in a second direction different from the first direction.
  • a third region may be further included, which is in contact with the first region and has a groove formed in a third direction.
  • the synthetic resin molded body may not contain carbon fiber.
  • the molded body may further include glass fibers.
  • the molded body may further include pearl, metal or a mixture thereof.
  • Another aspect of the present invention relates to a synthetic resin molded body having a hairline formed therein.
  • the above synthetic resin molded body comprises a base portion;
  • the above unit structure cell is formed by arranging multiple hairlines at a certain angle, and the hairlines are arranged at different angles from the hairlines of adjacent unit structure cells.
  • the base portion may be at least one of polypropylene (PP), polycarbonate (PC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyamide (PA), polycarbonate-acrylonitrile butadiene styrene (PC-ABS), and polybutylene terephthalate (PBT).
  • PP polypropylene
  • PC polycarbonate
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • PE polyethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PS polystyrene
  • PVC polyvinyl chloride
  • PA polyamide
  • PC-ABS polybutylene terephthalate
  • the unit structure cell can have a pattern determined according to a shape that mimics the three-dimensional shape of the pulverized carbon pieces in a plane.
  • the hairline may be formed by lining up straight lines to form a mountain range and a valley range.
  • the hairlines may be arranged at the same angle.
  • the bone portion may be formed as a flat surface and may be made of black.
  • the depth of the groove may be about 2 ⁇ m to 60 ⁇ m
  • the width of the peak may be about 10 ⁇ m to 300 ⁇ m
  • the gap between the peak and adjacent peaks may be about 10 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the depths of the grooves within the same unit structure cell may all be the same.
  • the unit structure cell is irregular and may be restricted to be arranged within a rectangle having a size of about 0.25 mm to 5 mm in width and about 0.5 mm to 7 mm in length, or may be restricted to be arranged within a rectangle having a size of about 20 mm to 70 mm in width and about 100 mm to 250 mm in length.
  • the base portion may further include glass fiber.
  • the base portion may include pearls, metal particles or a mixture thereof.
  • a coating layer may be formed on the pattern portion to a thickness of about 5 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the hairline can be formed by imprinting according to a pattern formed in a mold.
  • Another aspect of the present invention is a method for simulating a carbon fiber composite.
  • the above carbon fiber composite simulation method forms a carbon fiber simulation pattern on the surface of a synthetic resin
  • the above carbon fiber imitation pattern is formed by forming a groove in which part or all of the surface of the synthetic resin is imprinted from a mold, and light is diffusely reflected in the groove.
  • Another aspect of the present invention is a method for simulating a carbon fiber composite using a synthetic resin that does not contain carbon fiber.
  • the above carbon fiber composite simulation method includes a step of injecting a synthetic resin that does not contain carbon fibers into a mold having a pattern formed therein.
  • the above pattern is formed by etching the surface of the mold and can be imprinted on the surface of the synthetic resin.
  • the pattern can be formed by etching or laser processing the surface of the mold.
  • the synthetic resin molded article according to the present invention is not only recyclable by selecting a recyclable thermoplastic resin as a base, but also implements a texture similar to a carbon fiber composite on the surface without using expensive carbon fiber, so that it can be used as a molded article for the exterior of various items requiring a carbon fiber composite material.
  • a synthetic resin molded article having the surface texture of a forged carbon is implemented as it is simply by forming a pattern imprinted from a mold on the surface of a thermoplastic synthetic resin, the manufacturing efficiency is high and it can replace a carbon fiber composite at low cost.
  • Figure 1 is a schematic diagram showing the surface of a synthetic resin molded body according to one specific example of the present invention and a cross-section taken along line I-I'.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a process of converting a 3D stereoscopic structure into a 2D image in a method for manufacturing a synthetic resin molded body according to one specific example of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a process of forming a pattern portion on a surface with a 2D image in a synthetic resin molded body according to one specific example of the present invention.
  • Figure 4 compares a synthetic resin molded body and a forged carbon composite material according to one specific example of the present invention.
  • Positional relationships such as 'upper', 'top surface', 'lower surface', and 'lower surface' are only described based on the drawing, and do not represent absolute positional relationships. In other words, depending on the observation position, the positions of 'upper' and 'lower' or 'upper surface' and 'lower surface' may change.
  • Figure 1 is a schematic diagram showing the surface of a synthetic resin molded body according to one specific example of the present invention and a cross-section taken along line I-I'.
  • the synthetic resin molded body (1000) has a groove (220) in which a portion of the surface is imprinted from a mold, and light is reflected in the groove (220) to implement a carbon fiber composite surface texture.
  • the above synthetic resin molded body (1000) can be manufactured by a molding method using a general synthetic resin, molding is easy, and since it can be molded into various shapes and the shape is not limited, the manufacturing efficiency is high, and since the shape is complex, it can be manufactured into a shape that cannot be provided as a general carbon fiber composite.
  • the above groove (220) can be formed by imprinting from a mold during molding of the synthetic resin material base portion (100).
  • the shape of the groove (220) is not particularly limited as long as it can form a straight line with a certain depth.
  • the plurality of grooves (220) form one unit structure cell (210a), and the grooves (220) are arranged at different angles from the adjacent unit structure cell (210b), so that when the angle and intensity of the light reflected from one unit structure cell (210a) and the reflected light from the adjacent unit structure cell (210b) are adjusted differently, diffuse reflection may occur in the entire groove (220).
  • gloss and a difference in contrast may occur for each unit structure cell (210).
  • each unit structure cell (210) formed by the groove (220) mimics the shape of irregular pieces of forged carbon on the surface of a carbon fiber composite
  • the surface texture of an actual forged carbon composite can be implemented as is by the gloss and difference in brightness of each unit structure cell (210).
  • composition of the synthetic resin molded body of the present invention is as follows.
  • the synthetic resin molded body has a pattern portion formed on at least one surface, and the pattern portion includes a plurality of regions, the plurality of regions including a first region in which grooves are formed in a first direction, and a second region in contact with the first region and in which grooves are formed in a second direction different from the first direction.
  • the above pattern portion may generate differences in gloss and brightness in each region due to diffuse reflection in multiple regions.
  • Each region has a straight groove formed, and specifically, in the first region and the second region, grooves in the first direction and the second direction may be arranged in different directions.
  • the above groove may be formed by a series of recesses.
  • a third region may be further provided, wherein at least one side of the third region is in contact with the first region, and a groove may be formed in a third direction different from the first direction and the second direction.
  • the synthetic resin molded body does not contain carbon fibers, does not contain carbon fibers, and can implement the texture of a carbon fiber composite, particularly the surface texture of a forged carbon composite.
  • the synthetic resin molded body may further include glass fibers, and the glass fibers may be uniformly dispersed throughout the molded body.
  • the glass fibers are dispersed throughout the molded body, not only can the strength of the molded body be improved, but also the texture of the carbon fiber composite on the surface can be more effectively implemented.
  • the molded body may further include pearls and metal particles, and the pearls and metal particles may be uniformly dispersed throughout the molded body.
  • the gloss of the molded body may be improved, thereby more closely resembling the texture of an actual carbon fiber composite.
  • thermoplastic synthetic resin molded body 1000
  • a thermoplastic synthetic resin molded body 1000
  • thermoplastic synthetic resin molded body (1000) includes a base portion (100) and a pattern portion (200).
  • the above base portion (100) may be made of a thermoplastic resin.
  • a thermoplastic resin may be at least one of polypropylene (PP), polycarbonate (PC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyamide (PA), polycarbonate-acrylonitrile butadiene styrene (PC-ABS), and polybutylene terephthalate (PBT).
  • PP polypropylene
  • PC polycarbonate
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • PE polyethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PS polystyrene
  • PVC polyvinyl chloride
  • PA polyamide
  • PC-ABS polybutylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • thermoplastic resin is very environmentally friendly as it can be freely molded and can be used to manufacture molded articles of various shapes, and can be reused after use.
  • the above base part (100) may further include a dye to express a specific color, but it is preferable to form it in an achromatic color so as to exhibit a color similar to an actual carbon-carbon composite.
  • the above pattern portion (200) is formed on the surface of the base portion (100).
  • the above pattern portion (200) is formed on a portion of the surface of the base portion (100), and specifically, unit structure cells (210a, 210b) are irregularly distributed.
  • the above unit structure cell (210) is formed by arranging a plurality of hairlines (213) at a certain angle.
  • a single unit structure cell (210a) is formed by arranging a plurality of hairlines (213) at a certain angle, and the hairlines (213) may be arranging at different angles from the hairlines (213) of the adjacent unit structure cell (210b).
  • the above hairline (213) is a straight line extended in the longitudinal direction and imprinted according to a pattern formed on the mold surface during the molding of the base portion (100).
  • the unit structure cell (210) has a plurality of hairlines (213) spaced apart from each other at equal angles ( ⁇ 1) , and a groove (220) is formed between the hairlines (213) so that incident light can be reflected at the groove (220).
  • the angle ( ⁇ 1 ) of the hairline (213) of one unit structure cell (210a) and the angle ( ⁇ 2 ) of the hairline (213) of the adjacent unit structure cell (210b) are arranged differently from each other.
  • the above unit structure cell (210a) reflects light by the groove (220) of the hairline (213), and the adjacent unit structure cell (210b) has hairlines (213) arranged at different angles, so that light is reflected in different directions, resulting in diffuse reflection, and the pattern portion (200) causes differences in gloss and brightness for each unit structure cell (210a, 210b).
  • the hairlines (213) of each unit structure cell (210a, 220b) can be arranged in at least two directions, and considering the angles at which they are listed, the hairlines (213) facing in up to 16 directions can be formed in different directions and arranged within the unit structure cell (210), and as the directions in which the hairlines (213) face become more diverse, the diffuse reflection effect increases, so that a wider variety of gloss and contrast differences can be exhibited depending on the observation angle of the synthetic resin molded body (1000), and thus the effect of implementing the surface texture of the carbon fiber composite can be increased.
  • the unit structure cell (210) may be determined according to a shape that mimics the three-dimensional shape of the pulverized forged carbon pieces in a plane.
  • the unit structure cell (210) may have a pattern determined according to a shape that mimics the three-dimensional carbon pieces pulverized in the production of the forged carbon in a plane, and since the unit structure cell (210) has a pattern determined according to a shape that mimics the forged carbon pieces in a plane, the entire pattern portion (200) is arranged to mimic the actual forged carbon pattern as it is, so that the synthetic resin molded body (1000) can implement the surface texture of the forged carbon composite as it is.
  • the pattern of the above-mentioned forged carbon can be implemented in 2D using a 3D image viewed from above of an actual three-dimensional carbon piece.
  • the hairline (213) may be a straight line lined up to form a mountain range (211) and a valley range (212).
  • the hairline (213) may be arranged with a plurality of straight lines and may form a peak (211) and a valley (212). Specifically, the hairline (213) may be arranged with a plurality of straight lines and may form a valley (212) between the straight lines.
  • the hairlines (213) may be arranged at the same angle.
  • the arranged hairlines (213) in one unit structure cell (210a) among the above unit structure cells (210) may all be arranged at the same angle, and in this case, the angles at which the hairlines (213) are arranged in each unit structure cell (210) in a plurality of unit structure cells (210a, 210b) may be different from each other.
  • the angle of the hairline (213) of one unit structure cell (210a) and the angle of the hairline (213) of one or more unit structure cells (210b) that are in contact with one side of the unit structure cell (213a) have different angles, so that the diffuse reflection effect is increased, and the synthetic resin molded body (1000) exhibits different gloss depending on the angle at which it is viewed, and the difference in brightness is increased, so that the shape of the unit structure cell (210) can exhibit the shape of a forged carbon that is pulverized and dispersed in the synthetic resin.
  • the bone (212) is formed as a flat surface and may be made of black.
  • the hairline (213) is composed of a peak (211) and a valley (212), which are arranged at the same angle, and the lower surface of the valley (212) is formed as a flat surface.
  • the valley (212) has a flat surface
  • light incident on the valley (212) is reflected on the flat surface, and some of the light is reflected from the side perpendicular to the lower surface and reflected together in the direction of incidence to travel straight, so that retroreflection can occur at the valley (212), and gloss can be increased around the valley (212).
  • gloss is increased through the valley (212), the effect of implementing texture on the surface of the carbon fiber composite can be increased.
  • the surface of the above-mentioned mountain portion (211) may be an uneven surface, but if the mountain portion (211) is formed as an uneven surface, it does not have a significant effect on the gloss or brightness of the unit structure cell (210), so the roughness of the surface of the mountain portion (211) is not limited. On the other hand, if unevenness is formed on the valley portion (212), the gloss may be reduced, and it may be difficult to exhibit the effect of the present invention.
  • the groove (212) may be made of black, and specifically, the flat surface may be made of black. If the flat surface of the groove (212) is made of black, the surface texture of the carbon fiber composite can be implemented as is, and if it is made of a chromatic color rather than black, the reflectivity of light is reduced and it is difficult to implement the surface texture of the carbon fiber composite.
  • the depth of the groove (212) may be about 2 ⁇ m to 60 ⁇ m
  • the width of the peak (211) may be about 10 ⁇ m to 300 ⁇ m
  • the distance between the peak (211) and an adjacent peak (211) may be about 10 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the gloss and contrast difference of the unit structure cell (210) can be adjusted.
  • the depths of the grooves (212) within the same unit structure cell (210) may all be the same.
  • the depths of the grooves (212) are the same, it is very easy to maintain the gloss and brightness of one unit structure cell (210) differently from the adjacent unit structure cell (210).
  • the above hairline (213) can be formed according to a pattern formed in advance in the mold when the base part (100) is formed. Specifically, since the base part (100) is made of a thermoplastic synthetic resin, injection molding using the mold is possible, and if a pattern including various unit structure cells (210) is etched in advance in the mold, the pattern can be precisely imprinted on the surface of the synthetic resin base part (100) when the base part (100) is formed. In this case, if a synthetic resin with high fluidity is used, the hairline (213) of the pattern part can be formed more precisely, which is more preferable.
  • the unit structure cell (210) is irregular and has a size of about 0.25 mm to 5 mm in width (for example, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6, 0.65, 0.7, 0.75, 0.8, 0.85, 0.9, 0.95, 1, 1.05, 1.1, 1.15, 1.2, 1.25, 1.3, 1.35, 1.4, 1.45, 1.5, 1.55, 1.6, 1.65, 1.7, 1.75, 1.8, 1.85, 1.9, 1.95, 2, 2.05, 2.1, 2.15, 2.2, 2.25, 2.3, 2.35, 2.4, 2.45, 2.5, 2.55, 2.6, 2.65, 2.7, 2.75, 2.8, 2.85, 2.9, 2.95, 3, 3.05, 3.1, 3.15, 3.2, 3.25, 3.3, 3.35, 3.4, 3.45, 3.5, 3.55, 3.6, 3.65, 3.7, 3.75, 3.8, 3.85, 3.9, 3.95, 4, 4.05, 4.1,
  • the above unit structure cell (210) can be formed by simulating the 2D shape of an actual forged carbon, and thus can be irregularly shaped.
  • the unit structure cell (210) may be formed to be arranged within a rectangle having a size of about 0.25 mm to 5 mm in width (e.g., 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5, 1.75, 2, 2.25, 2.5, 2.75, 3, 3.25, 3.5, 3.75, 4, 4.25, 4.5, 4.75 or 5 mm), preferably about 0.3 mm to 4.5 mm, and a size of about 0.5 mm to 7 mm in length (e.g., 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5 or 7 mm), preferably about 1 mm to 6 mm, in which case, on the surface of the small IT device. It is desirable to implement the surface texture of carbon fiber composites more similarly using forged carbon.
  • the above unit structure cell (210) can be arranged within a rectangle having a size of about 20 mm to 70 mm in width (e.g., 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, or 70 mm), preferably about 30 mm to 60 mm, and a size of about 100 mm to 250 mm in height (e.g., 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, or 250 mm), preferably about 180 mm to 220 mm, in which case it is preferable to implement the surface texture of a carbon fiber composite material of a bulky object such as a large electronic product or a vehicle.
  • the dimensions of the rectangle that limit the specifications of the unit structure cell (210) may be changed depending on the type of product to which the synthetic resin molded body (1000) is applied.
  • the pattern portion (200) may further include glass fiber.
  • the carbon fiber composite manufactured from forged carbon has fiber strands protruding at one end and exposed to the outside, it is very advantageous for implementing the surface material of the carbon fiber composite manufactured from forged carbon when the pattern portion (200) further includes glass fiber.
  • the glass fiber may be round or flat depending on the cross-sectional shape, and may be included in an amount of about 1 wt% to 60 wt% based on the base portion (100).
  • the glass fiber When the glass fiber is round, it may have a radius of about 1 ⁇ m to 20 ⁇ m and a length of about 1 mm to 5 mm, and when it is flat, it may have a dimension of about 20 ⁇ m to 40 ⁇ m ⁇ about 2 ⁇ m to 10 ⁇ m based on the cross-sectional area.
  • the glass fiber By adding the glass fiber within the above range, not only can the mechanical properties of the synthetic resin molded body (1000) be improved, such as the tensile strength, but also the same surface material as that provided with actual carbon fibers, such as the surface of a carbon fiber composite, can be implemented.
  • the pattern portion (200) may further include pearls, metal particles, or a mixture thereof.
  • the pearls, metal particles, or a mixture thereof may be included in the synthetic resin molded body (1000) at about 0.05 wt% to 10 wt%, and the pearls are mica components with a particle length of about 2 ⁇ m to 12 ⁇ m and are added at about 0.05 wt% to 10 wt%, and the main component of the metal particles may be selected from aluminum and have a size of about 5 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the gloss of the synthetic resin molded body (1000) can be effectively increased, thereby implementing the unique gloss of the forged carbon composite, which is preferable.
  • the coating layer may be formed on the pattern portion (200) to a thickness of about 5 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the above coating layer can be formed with the above thickness to maintain gloss for a long period of time, and can effectively prevent the glass fiber from peeling off or the pearl or metal particles from separating from the molded body.
  • a synthetic resin molded body (1000) forms a pattern portion (200) by imprinting using a mold in which a pattern is etched in advance on a base portion (100) made of a thermoplastic synthetic resin, thereby implementing a surface texture almost identical to that of a carbon fiber composite manufactured by compressing actual forged carbon with a thermosetting resin, and thus can replace a carbon fiber composite.
  • Another aspect of the present invention is a method for simulating a carbon fiber composite.
  • the above carbon fiber composite simulation method forms a carbon fiber simulation pattern on the surface of a synthetic resin, and the carbon fiber simulation pattern is formed by forming a groove imprinted from a mold on part or all of the surface of the synthetic resin, and light is diffusely reflected in the groove.
  • the above carbon fiber composite simulation method uses a thermoplastic synthetic resin that is easy to recycle instead of a thermosetting synthetic resin that cannot be recycled, forms a predetermined pattern in a mold in advance, and imprints the pattern on the surface of a carbon fiber composite to simulate the surface texture of the carbon fiber composite as it is, and specifically, can simulate and implement the surface texture of forged carbon.
  • Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a synthetic resin molded body using a synthetic resin that does not contain carbon fiber.
  • the method for manufacturing the above synthetic resin molded body includes a step of injecting a synthetic resin that does not contain carbon fibers into a mold having a pattern formed therein, wherein the pattern is formed by etching the surface of the mold, and the pattern may be imprinted on the surface of the synthetic resin.
  • the above method for manufacturing a synthetic resin molded body does not use actual carbon fibers, but rather forms a pattern by etching a mold by directly simulating the texture of carbon fibers, and then injection-molding the synthetic resin to imprint the pattern on the surface of the synthetic resin.
  • the above pattern is a three-dimensional shape of a pulverized forged carbon piece that is copied in a plane, and a straight groove can be formed within the unit structural cell.
  • the arrangement angle of each groove can be adjusted differently so that each pattern portion can exhibit different gloss and brightness.
  • the pattern can be formed by etching or laser processing the surface of the mold.
  • the above mold can be etched or laser processed to implement various patterns in negative and positive form, and it is very easy to form a pattern portion on the surface when molding the synthetic resin base portion.
  • a method for manufacturing a synthetic resin molded body according to another aspect of the present invention can provide a synthetic resin molded body that imitates the surface of a carbon fiber composite, particularly a wrought carbon composite, by injection molding a recyclable thermoplastic resin rather than a thermosetting resin.
  • the carbon fiber was cut and an image was obtained from one side in a three-dimensional and irregularly arranged state.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a process of converting a 3D stereoscopic structure into a 2D image in a method for manufacturing a synthetic resin molded body according to one specific example of the present invention.
  • Fig. 2 (a) is a 3D image of carbon fiber, and (b) is a 2D image observed from the front.
  • the three-dimensional shape of an actually cut forged carbon piece was converted into a 2D image to obtain an image for hairline shaping.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a process of forming a pattern portion on a surface with a 2D image in a synthetic resin molded body according to one specific example of the present invention.
  • FIG. 3 (a) is a 3D image of a unit structure cell, (b) is a shape of a unit structure cell simulated after 2D conversion of the unit structure cell, and (c) shows a group-wise stripe pattern or hairline pattern of the unit structure cell.
  • a 2D image in which forged carbon is arranged on a plane is acquired, and in (b), similar unit structure cells are grouped together on the image.
  • the surface of an injection mold is chemically etched to form a pattern, and then polycarbonate (PC), which is a thermoplastic resin, is injection-molded into the mold to manufacture a base part having a thickness of 2 mm and having a pattern imprinted thereon.
  • PC polycarbonate
  • a pattern part is formed on the upper portion of the base part, and the pattern part includes a plurality of unit structure cells including a hairline according to the mold pattern.
  • the depth of the hairline valley was adjusted to 30 ⁇ m
  • the width of the peak was adjusted to approximately 100 ⁇ m
  • the interval between adjacent peaks was adjusted to approximately 100 ⁇ m.
  • a pattern part was formed by injection molding so that each unit structure cell was formed within a rectangle of approximately 0.5 mm ⁇ 6 mm.
  • a synthetic resin molded body was manufactured according to Example 1, and about 1 wt% of round glass fibers having a radius of about 5 ⁇ m were added, and about 0.1 wt% of mica and about 0.1 wt% of aluminum particles were added together to manufacture a base portion, and a pattern portion was formed on the surface to manufacture a synthetic resin molded body.
  • Carbon fibers were cut and pressed together with epoxy resin to produce a forged carbon composite. At this time, all forged carbons were restricted to be arranged within approximately 2 to 4 mm in width and 1 to 2 mm in length.
  • a carbon-mimetic film was transferred onto a synthetic resin substrate.
  • Figure 4 compares a synthetic resin molded body and a forged carbon composite material according to one specific example of the present invention.

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Abstract

본 발명은 적어도 한 면에 패턴부가 형성되고, 상기 패턴부는 복수의 영역을 포함하며, 상기 복수의 영역은 제1 방향으로 그루브가 형성된 제1 영역; 및 상기 제1 영역에 접하고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 그루브가 형성된 제2 영역; 을 포함하는, 탄소섬유 모사 합성수지 성형체를 제공한다.

Description

합성수지 성형체 및 탄소섬유 복합재 모사방법
본 발명은 합성수지 성형체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 표면에 탄소섬유 복합재 표면 질감이 구현된 합성수지 성형체 및 탄소섬유 복합재의 모사방법에 관한 것이다.
탄소섬유는 내열성, 내충격성 및 높은 열전도도 등의 성질을 가져서 항공우주산업, 자동차, 전기전차, 통신 및 스포츠 용품 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 혁신적인 소재이다. 다만 탄소섬유는 내부에 수지를 침투시켜 제조하여 양산하는 과정이 용이하지 않아서 고가이고 범용소재로 사용되기 어렵다.
한편 직조된 탄소매트를 열경화성 수지에 함침하여 제조된 탄소복합소재는 고강성과 경량화가 요구되는 다양한 제품에 적용되고 있는데, 탄소섬유 특유의 질감으로 인하여 제품 외관을 돋보이게 하는 효과가 있어서 주로 고가의 제품에 직조된 탄소매트가 다수 사용된다. 그러나, 최근 직조감이 있는 탄소섬유 복합재의 외관 효과가 미려하지 않은 외관으로 취급되는 경향이 있고, 카본 복합재의 고급스러운 외관 기준이 직조카본에서 단조카본으로 변화되는 경향이 있다. 단조카본은 탄소섬유를 잘게 자르고 그것을 압축성형 금형에 넣고 내부에 열경화성 수지를 주입한 뒤 높은 열과 압력을 가하여 성형한다. 이러한 방법은 금형에 의해 형상의 자유도는 확보 가능하나 성형 전에 탄소섬유를 분쇄하는 작업 등의 공수가 증가되고 성형 후에는 성형품의 외관을 다듬기 위한 추가 공정이 필요하며 열경화성 수지를 이용하기 때문에 재활용이 불가능한 문제가 있으며, 최근 유럽에서는 환경 문제로 인해 열경화성 수지를 이용한 복합시트(Sheet Mold Compound; SMC)를 금지하려는 움직임이 있다.
따라서 재활용이 불가능한 열가소성 수지를 사용하지 않고, 단조카본과 같은 질감을 구현하여 탄소섬유 복합재 표면 질감을 나타낼 수 있는 방법의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 배경기술로 대한민국 특허 제 10-1990485호는 카본 시트, 카본 프레임 및 그 제조 방법을 개시한다.
본 발명의 목적은 재활용이 불가능한 열경화성 수지를 대체하고, 열가소성 수지를 이용하여 표면에 탄소섬유 복합재 질감을 구현한 합성수지 성형체를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 단조카본의 외관 및 질감을 구현할 수 있으며, 기존 필름이나 후가공을 대체하여 보다 친환경적이고 효율적이며 비용을 줄일 수 있는 합성수지 성형체를 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
1. 본 발명의 하나의 관점은 탄소섬유 모사 합성수지 성형체에 관한 것이다.
상기 탄소섬유 모사 합성수지 성형체는 적어도 한 면에 패턴부가 형성되고,
상기 패턴부는 복수의 영역을 포함하며,
상기 복수의 영역은
제1 방향으로 그루브가 형성된 제1 영역; 및
상기 제1 영역에 접하고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 그루브가 형성된 제2 영역;을 포함한다.
2. 상기 1 구체예에서, 상기 제1 영역에 접하고, 제3 방향으로 그루브가 형성된 제3 영역을 더 포함할 수 있다.
3. 상기 1 또는 2 구체예에서, 상기 합성수지 성형체는 탄소섬유를 포함하지 않을 수 있다.
4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 성형체는 유리섬유를 더 포함할 수 있다.
5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 성형체는 펄, 메탈 또는 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다.
6. 본 발명의 다른 관점은 헤어라인이 형성된 합성수지 성형체에 관한 것이다.
상기 합성수지 성형체는 베이스부; 및
상기 베이스부의 표면에 형성된 패턴부;를 포함하고,
상기 패턴부는 단위구조셀이 불규칙하게 분산되어 있으며,
상기 단위구조셀은 복수개의 헤어라인이 일정 각도로 나열되어 형성된 것이고, 상기 헤어라인은 인접하는 단위구조셀의 헤어라인과 서로 상이한 각도로 나열된 것이다.
7. 상기 6 구체예에서, 상기 베이스부는 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리 에틸렌(PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트-아크릴로니트릴부타디엔스티렌(PC-ABS) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 중 어느 1종 이상일 수 있다.
8. 상기 6 또는 7 구체예에서, 상기 단위구조셀은 분쇄된 카본 조각의 입체형상을 평면으로 모사한 형태에 따라 패턴이 결정될 수 있다.
9. 상기 6 내지 8 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 헤어라인은 직선 라인이 나열되어 산부와 골부를 이룰 수 있다.
10. 상기 6 내지 9 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 헤어라인은 동일한 각도로 나열될 수 있다.
11. 상기 6 내지 10 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 골부는 평탄면으로 형성되고, 흑색으로 이루어질 수 있다.
12. 상기 6 내지 11 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 골부의 깊이는 약 2㎛ 내지 60㎛이고, 상기 산부의 폭은 약 10㎛ 내지 300㎛이며, 상기 산부와 인접한 산부와 간격은 약 10㎛ 내지 300㎛일 수 있다.
13. 상기 6 내지 12 중 어느 하나의 구체예에서, 동일 단위구조셀 내에서 상기 골부의 깊이는 모두 동일한 것일 수 있다.
14. 상기 6 내지 13 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 단위구조셀은 부정형이며, 크기가 가로 약 0.25mm 내지 5mm, 세로 약 0.5mm 내지 7mm인 직사각형 내에 배치되도록 제한되거나, 크기가 가로 약 20mm 내지 70mm, 세로 약 100mm 내지 250mm인 직사각형 내에 배치되도록 제한될 수 있다.
15. 상기 6 내지 14 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 베이스부는 유리섬유를 더 포함할 수 있다.
16. 상기 6 내지 15 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 베이스부는 펄, 메탈입자 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
17. 상기 6 내지 16 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 패턴부 상부에 코팅층이 약 5㎛ 내지 50㎛의 두께로 형성될 수 있다.
18. 상기 6 내지 17 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 헤어라인은 금형에 형성된 패턴에 따라 임프린팅되어 형성될 수 있다.
19. 본 발명의 또 다른 관점은 탄소섬유 복합체 모사방법이다.
상기 탄소섬유 복합체 모사방법은 합성수지 표면에 탄소섬유 모사 패턴을 형성하고,
상기 탄소섬유 모사 패턴은 합성수지 표면 일부 또는 전부가 금형으로부터 임프린팅된 요홈을 형성하고, 상기 요홈에서 광이 난반사되어 형성된다.
20. 본 발명의 또 다른 관점은 탄소섬유를 포함하지 않는 합성수지를 이용한 탄소섬유 복합체 모사방법이다.
상기 탄소섬유 복합체 모사방법은 탄소섬유를 포함하지 않는 합성수지를 패턴이 형성된 금형에 사출하는 단계를 포함하며,
상기 패턴은 상기 금형의 표면이 식각되어 형성된 것이고, 상기 합성수지 표면에 임프린팅될 수 있다.
21. 상기 20 구체예에 있어서, 상기 패턴은 금형의 표면을 에칭 또는 레이저 가공하여 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 합성수지 성형체는 재활용이 가능한 열가소성 수지를 베이스로 선택하여 재활용이 가능할 뿐만 아니라 고가의 탄소섬유를 사용하지 않고도 표면에 탄소섬유 복합재와 유사한 질감을 구현하여 탄소섬유 복합재 재질이 요구되는 다양한 물품의 외관용 성형체로 사용이 가능하다. 특히 열가소성 합성수지 표면에 금형으로부터 임프린팅된 패턴의 형성만으로도 단조카본 표면 질감이 그대로 구현된 합성수지 성형체를 제공하기 때문에 제조 효율이 높고 저 비용으로 탄소섬유 복합재를 대체할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 합성수지 성형체의 표면을 나타낸 모식도 및 I-I'선의 단면을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 합성수지 성형체 제조방법에 있어서, 3D 입체 구조를 2D 이미지로 변환하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 합성수지 성형체에 있어서 2D 이미지를 가지고 표면에 패턴부를 형성하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 합성수지 성형체와 단조카본 복합재 재질을 비교한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
'상부', '상면', '하부', '하면' 등과 같은 위치 관계는 도면을 기준으로 기재된 것일 뿐, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 관찰하는 위치에 따라, '상부'와 '하부' 또는 '상면'과 '하면'의 위치가 서로 변경될 수 있다.
본 명세서에서, 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"는 "≥ 이고 ≤"으로 정의한다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 한 구체예에 따른 합성수지 성형체에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 합성수지 성형체의 표면을 나타낸 모식도 및 I-I'선의 단면을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 상기 합성수지 성형체(1000)는 표면 일부가 금형으로부터 임프린팅된 요홈(220)을 구비하고, 상기 요홈(220)에 광이 난반사되어 탄소섬유 복합재 표면 질감을 구현하는 것이다.
상기 합성수지 성형체(1000)는 일반적인 합성수지를 이용한 성형 방법으로 제조될 수 있기 때문에 성형이 용이하고, 다양한 형태로 성형이 가능하여 형태가 제한되지 않기 때문에 제조 효율이 높으며, 형상이 복잡하여 통상 탄소섬유 복합재로 구비될 수 없는 형상으로도 제조될 수 있다.
상기 요홈(220)은 합성수지재 베이스부(100)의 성형 시 금형으로부터 임프린팅되어 형성될 수 있다. 상기 요홈(220)은 일정한 깊이로 직선 라인을 형성할 수 있으면 형상이 특별하게 제한되지 않는다.
상기 요홈(220)은 광이 입사되는 경우 요홈(220)의 깊이에 따라 요홈(220) 내에서 광이 난반사되어 요홈(220)의 위치 및 구획에 따라 광택 정도와 명암차가 발생될 수 있다. 구체적으로 상기 복수개의 요홈(220)이 하나의 단위구조셀(210a)을 이루고, 인접하는 단위구조셀(210b)과 상이한 각도로 나열된 요홈(220)이 구비되어, 어느 하나의 단위구조셀(210a)에서 반사되는 광과 인접하는 단위구조셀(210b)의 반사광의 각도 및 광의 세기가 상이하게 조절되면, 전체 요홈(220)에서 난반사가 발생될 수 있다. 상기 합성수지 성형체(1000) 전체 표면을 관찰하는 경우에는 단위구조셀(210) 마다 광택과 명암차가 발생할 수 있다.
상기 요홈(220)은 광을 난반사시키고, 요홈(220)이 이루는 각각의 단위구조셀(210)이 탄소섬유 복합재의 표면의 단조카본의 불규칙 조각들의 형태를 모사하는 경우에는 각각의 단위구조셀(210)의 광택과 명암 차이에 의해서 실제 단조카본 복합재의 표면 질감을 그대로 구현할 수 있다.
본 발명의 합성수지 성형체의 보다 구체적인 구성을 설명하면 다음과 같다.
상기 합성수지 성형체는 적어도 한 면에 패턴부가 형성되고, 상기 패턴부는 복수의 영역을 포함하며, 상기 복수의 영역은 제1 방향으로 그루브가 형성된 제1 영역 및 상기 제1 영역에 접하고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 그루브가 형성된 제2 영역을 포함한다.
상기 패턴부는 복수의 영역의 난반사에 의하여 각 영역에서 광택과 명암 차이가 발생될 수 있다. 각 영역에는 직선 형태의 그루브가 형성되어 있으며, 구체적으로 제1 영역, 제2 영역에는 각각 제1 방향과 제 2방향의 그루브가 서로 상이한 방향을 향하여 나열될 수 있다.
상기 그루브는 요홈이 연속으로 형성된 것일 수 있다.
한 구체예에서 제 3영역이 더 구비될 수 있으며, 상기 제3 영역은 적어도 어느 일면이 상기 제1 영역에 접하고, 상기 제1 방향 및 제2 방향과 상이한 제3 방향으로 그루브가 형성될 수 있다.
한 구체예에서, 상기 합성수지 성형체는 탄소섬유를 포함하지 않으며, 탄소섬유를 포함하지 않고, 탄소섬유 복합체의 질감, 특히 단조카본 복합체의 표면 질감을 구현할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 합성수지 성형체는 유리섬유를 더 포함할 수 있으며, 상기 유리 섬유는 성형체 전체에 균일하게 분산될 수 있다. 상기 유리섬유가 성형체 전체에 분산되는 경우 성형체의 강도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 표면에서 탄소섬유 복합체의 질감을 보다 효과적으로 구현할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 성형체는 펄, 메탈입자를 더 포함할 수 있으며, 상기펄 및 메탈입자는 성형체 전체에 균일하게 분산될 수 있다. 상기 펄 및 메탈입자가 성형체 전체에 분산되는 경우 성형체의 광택을 향상시켜 실제 탄소섬유 복합재의 질감을 더 유사하게 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 단조카본 복합재의 표면 질감을 구현한 열가소성 합성수지 성형체(1000)에 관한 것이다.
상기 열가소성 합성수지 성형체(1000)는 베이스부(100) 및 패턴부(200)를 포함한다.
상기 베이스부(100)는 열가소성 수지로 구비될 수 있다. 예를 들면, 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리 에틸렌(PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트-아크릴로니트릴부타디엔스티렌(PC-ABS) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 중 1종 이상일 수 있다.
상기 종류의 열가소성 수지는 성형 방법이 자유로우며 다양한 형상의 성형체를 제조할 수 있고, 사용 후에는 재사용이 가능하여 매우 환경 친화적이다.
종래 탄소섬유 복합재는 열경화성 수지를 탄소섬유와 함께 압축 성형하여 재활용이 불가능한 문제가 있으나, 합성수지 성형체(1000)의 베이스부(100)를 열가소성 수지로 제조하는 경우 사용 후 폐기되는 합성수지 성형체(1000)를 다시 재활용할 수 있는 장점이 있다.
상기 베이스부(100)는 염료를 더 포함하여 특정 색이 발현되는 것도 가능하나, 무채색으로 형성되어 실제 탄소카본 복합재와 유사한 색상을 나타내는 것이 바람직하다.
상기 패턴부(200)는 상기 베이스부(100)의 표면에 형성된다.
상기 패턴부(200)는 상기 베이스부(100)의 표면 일부에 형성되며, 구체적으로 단위구조셀(210a, 210b)이 불규칙하게 분산되어 있는 것이다.
상기 단위구조셀(210)은 복수개의 헤어라인(213)이 일정 각도로 나열되어 형성된 것이다. 구체적으로 어느 하나의 단위구조셀(210a)은 복수개의 헤어라인(213)이 일정 각도로 나열되어 형성되고, 상기 헤어라인(213)은 인접하는 단위구조셀(210b)의 헤어라인(213)과 서로 상이한 각도로 나열될 수 있다.
상기 헤어라인(213)은 베이스부(100)의 성형 시 금형 표면에 형성된 패턴에 따라 임프린팅 되어 길이 방향으로 연장된 직선이다. 상기 단위구조셀(210)은 복수개 헤어라인(213)이 일정하게 이격되어 동일한 각도(θ 1)로 나열되고, 헤어라인(213) 사이에 요홈(220)이 형성되어 입사된 광이 요홈(220)에서 반사될 수 있다. 이때 어느 하나의 단위구조셀(210a)의 헤어라인(213)의 각도(θ 1)와 인접하는 단위구조셀(210b)의 헤어라인(213)의 각도(θ 2)가 서로 상이하게 나열된다.
상기 단위구조셀(210a)은 헤어라인(213)의 요홈(220)에 의해 광이 반사되고, 인접하는 단위구조셀(210b)은 상이한 각도로 헤어라인(213)이 나열되어 서로 다른 방향으로 반사광이 형성되어 난반사가 발생되며, 상기 패턴부(200)는 단위구조셀(210a, 210b) 마다 광택과 명암의 차이가 발생하게 된다.
예를 들면, 각 단위구조셀(210a, 220b)의 헤어라인(213)은 최소 2 방향으로 배치될 수 있고, 나열되는 각도를 고려하여 최대 16 방향을 향한 헤어라인(213)이 각각 다른 방향으로 형성되어 단위구조셀(210) 내에 배치될 수 있으며, 상기 헤어라인(213)이 향하는 방향이 다양해질수록 난반사 효과가 증가되어 합성수지 성형체(1000)의 관찰 각도에 따라 보다 다양한 광택 및 명암 차이를 나타낼 수 있기 때문에 탄소섬유 복합재 표면 질감 구현 효과가 증가될 수 있다.
한 구체예에서 상기 단위구조셀(210)은 분쇄된 단조카본 조각의 입체형상을 평면으로 모사한 형태에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로 상기 단위구조셀(210)은 단조카본의 제작 시 분쇄된 입체 카본 조각을 평면으로 모사한 형태에 따라 패턴이 결정될 수 있고, 상기 단위구조셀(210)이 단조카본 조각을 평면으로 모사한 형태에 따라 패턴이 결정되어 전체 패턴부(200)가 실제 단조카본 패턴을 그대로 모사하여 배치되기 때문에 합성수지 성형체(1000)는 단조카본 복합재의 표면 질감을 그대로 구현할 수 있다.
구체적으로 상기 단조카본의 패턴은 실제 입체 카본 조각을 상부에서 바라본 3D 이미지를 2D로 구현한 것을 이용할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 헤어라인(213)은 직선 라인이 나열되어 산부(211)와 골부(212)를 이룰 수 있다.
도 1의 I-I'단면도를 참조하면, 상기 헤어라인(213)은 복수개의 직선이 나열되며, 산부(211)와 골부(212)를 이룰 수 있다. 구체적으로 상기 헤어라인(213)이 복수개의 직선으로 나열되고, 상기 직선 사이에 골부(212)를 형성할 수 있다.
한 구체예에서 상기 헤어라인(213)은 동일한 각도로 나열될 수 있다.
구체적으로 상기 단위구조셀(210) 중 어느 하나의 단위구조셀(210a) 내의 배치된 헤어라인(213)은 모두 동일한 각도로 나열될 수 있으며, 이 경우 복수개의 단위구조셀(210a, 210b)에서 각각의 단위구조셀(210) 마다 헤어라인(213)이 나열된 각도는 서로 상이할 수 있다.
상기 단위구조셀(210) 중 어느 하나의 단위구조셀(210a)의 헤어라인(213)의 각도와, 단위구조셀(213a)의 어느 일면과 접하는 하나 이상의 단위구조셀(210b)의 헤어라인(213)이 서로 상이한 각도를 가져서 난반사 효과가 증가되어 합성수지 성형체(1000)를 바라보는 각도에 따라 상이한 광택을 나타내고, 명암 차이를 증가시켜, 단위구조셀(210)의 형태는 분쇄되어 합성수지에 분산된 단조카본의 형태를 나타낼 수 있다.
한 구체예에서, 골부(212)는 평탄면으로 형성되고, 흑색으로 이루어질 수 있다.
구체적으로 상기 헤어라인(213)은 산부(211)와 골부(212)로 이루어지고, 동일한 각도로 나열되며, 상기 골부(212)의 하부면은 평탄면으로 형성된다. 상기 골부(212)가 평탄면을 구비하는 경우 상기 골부(212)로 입사된 광이 평탄면에서 반사되고, 일부 광이 하부면에 수직한 측면에서 반사되어 입사된 방향으로 함께 반사되어 직진하기 때문에 골부(212)에서 재귀반사가 이루어질 수 있으며, 골부(212) 주위를 따라 광택이 증가될 수 있다. 상기 골부(212)를 통하여 광택이 증가되는 경우 탄소섬유 복합재 표면의 질감 구현 효과를 증가시킬 수 있다.
한편 상기 산부(211)의 표면은 불균일한 표면일 수 있으나, 산부(211)가 불균일한 표면으로 형성되는 경우에는 단위구조셀(210)에서 광택이나 명암에 큰 영향을 미치지 않기 때문에 산부(211)의 표면의 거칠기는 제한되지 않는다. 반면에 상기 골부(212)에 요철이 형성되는 경우 광택이 감소되는 문제가 발생될 수 있으며, 본 발명의 효과를 나타내기 어려울 수 있다.
한 구체예에서 상기 골부(212)는 흑색으로 이루어질 수 있으며, 구체적으로 상기 평탄면이 흑색으로 이루어질 수 있다. 상기 골부(212)의 평탄면이 흑색으로 이루어지는 경우 탄소섬유 복합재의 표면 질감을 그대로 구현할 수 있으며, 흑색이 아닌 유채색으로 이루어지는 경우 광의 반사율이 감소되고 탄소섬유 복합재 표면 질감을 구현하기 어렵다.
한 구체예에서, 상기 골부(212)의 깊이는 약 2㎛ 내지 60㎛이고, 상기 산부(211)의 폭은 약 10㎛ 내지 300㎛이며, 상기 산부(211)와 인접한 산부(211)와 간격은 약 10㎛ 내지 300㎛일 수 있다.
상기 범위 내로 골부(212)의 깊이(D)와 산부(211)의 폭(W) 및 산부(211) 사이의 간격(pitch)을 조절하는 경우 단위구조셀(210)의 광택 및 명암차이를 조절할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 동일 단위구조셀(210) 내에서 상기 골부(212)의 깊이는 모두 동일할 수 있다. 상기 골부(212)의 깊이가 동일한 경우 어느 하나의 단위구조셀(210)의 광택과 명암을 인접하는 단위구조셀(210)와 상이하게 유지하기 매우 용이하다.
상기 헤어라인(213)은 베이스부(100) 성형 시 금형에 미리 형성된 패턴에 따라 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 베이스부(100)가 열가소성 합성수지로 구비되기 때문에 금형을 이용한 사출성형이 가능하고, 금형에 다양한 단위구조셀(210)이 포함된 패턴을 미리 식각하는 경우에는 상기 패턴이 베이스부(100) 성형 시 합성수지제 베이스부(100) 표면에 정밀하게 임프린팅되도록 할 수 있다. 이 때 유동성이 높은 합성수지를 사용하는 경우 패턴부의 헤어라인(213)을 보다 정밀하게 성형할 수 있기 때문에 더욱 바람직하다.
한 구체예에서 상기 단위구조셀(210)은 부정형이며, 크기가 가로 약 0.25mm 내지 5mm(예를 들면 0.25, 0.3, 0.35, 0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6, 0.65, 0.7, 0.75, 0.8, 0.85, 0.9, 0.95, 1, 1.05, 1.1, 1.15, 1.2, 1.25, 1.3, 1.35, 1.4, 1.45, 1.5, 1.55, 1.6, 1.65, 1.7, 1.75, 1.8, 1.85, 1.9, 1.95, 2, 2.05, 2.1, 2.15, 2.2, 2.25, 2.3, 2.35, 2.4, 2.45, 2.5, 2.55, 2.6, 2.65, 2.7, 2.75, 2.8, 2.85, 2.9, 2.95, 3, 3.05, 3.1, 3.15, 3.2, 3.25, 3.3, 3.35, 3.4, 3.45, 3.5, 3.55, 3.6, 3.65, 3.7, 3.75, 3.8, 3.85, 3.9, 3.95, 4, 4.05, 4.1, 4.15, 4.2, 4.25, 4.3, 4.35, 4.4, 4.45, 4.5, 4.55, 4.6, 4.65, 4.7, 4.75, 4.8, 4.85, 4.9, 4.95 또는 5mm), 세로 약 0.5mm 내지 7mm(예를 들면, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5 또는 7mm)인 직사각형 내에 배치되도록 제한되거나, 크기가 가로 약 20mm 내지 70mm(예를 들면, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 또는 70mm), 세로 약 100mm 내지 250mm(예를 들면, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240 또는 250mm) 인 직사각형 내에 배치되도록 제한될 수 있다.
상기 단위구조셀(210)은 실제 단조카본의 2D 형태를 모사하여 형성될 수 있으며, 이에 따라 불규칙한 형태로 부정형일 수 있다. 구체적으로 상기 단위구조셀(210)은 크기가 가로 약 0.25mm 내지 5mm(예를 들면 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5, 1.75, 2, 2.25, 2.5, 2.75, 3, 3.25, 3.5, 3.75, 4, 4.25, 4.5, 4.75 또는 5mm), 바람직하게는 약 0.3mm 내지 4.5mm, 세로 약 0.5mm 내지 7mm(예를 들면, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5 또는 7mm) 바람직하게는 약 1mm 내지 6mm인 직사각형 내에 배치되도록 형성될 수 있으며, 이 경우 소형 IT 기기의 표면에서 단조카본을 이용한 탄소섬유 복합재 표면 질감을 보다 유사하게 구현할 수 있어서 바람직하다.
상기 단위구조셀(210)은 크기가 가로 약 20mm 내지 70mm(예를 들면, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 또는 70mm), 바람직하게는 약 30mm 내지 60mm, 세로 약 100mm 내지 250mm(예를 들면, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240 또는 250mm), 바람직하게는 약 180mm 내지 220mm인 직사각형 내에 배치될 수 있으며, 이 경우 대형 전자제품, 차량과 같이 부피가 큰 물건의 탄소섬유 복합재의 표면 질감을 구현할 수 있어서 바람직하다. 다만, 상기 단위구조셀(210)의 규격을 제한하는 직사각형의 치수는 합성수지 성형체(1000)가 적용되는 물품의 종류에 따라 변경될 수 있다.
한 구체예에서, 상기 패턴부(200)는 유리섬유를 더 포함할 수 있다.
단조카본으로 제조된 탄소섬유 복합재는 일단에 섬유 가닥이 돌출되어 외부로 노출되기 때문에 상기 패턴부(200)가 유리섬유를 더 포함하는 경우에는 단조카본으로 제조된 탄소섬유 복합재 표면 재질을 구현하기에 매우 유리하다.
구체적으로 상기 유리섬유는 단면 형상에 따른 라운드형 또는 플렛형일 수 있으며, 베이스부(100) 기준으로 약 1 wt% 내지 60wt%로 포함될 수 있다. 상기 유리섬유는 라운드형인 경우 반지름이 약 1㎛ 내지 20㎛, 길이가 약 1mm 내지 5mm이며, 플렛형인 경우 단면적 기준으로 치수가 약 20㎛ 내지 40㎛ × 약 2㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 상기 범위 내의 유리섬유를 추가하여, 합성수지 성형체(1000)의 인장강도 등 기계적 물성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 탄소섬유 복합재 표면과 같이 실제 탄소섬유가 구비된 것과 동일한 표면 재질을 구현할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 패턴부(200)는 펄, 메탈입자 또는 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 펄, 메탈입자 또는 이들의 혼합물은 합성수지 성형체(1000)에 약 0.05wt% 내지 10wt%로 포함될 수 있으며, 상기 펄은 마이카 성분으로 입자 길이는 약 2㎛ 내지 12㎛이며, 약 0.05wt% 내지 10wt%까지 첨가하고, 메탈입자의 주성분은 알루미늄으로 선택될 수 있고, 사이즈는 약 5㎛ 내지 30㎛이며, 약 0.05wt% 내지 10wt%까지 첨가하는 경우 합성수지 성형체(1000)의 광택을 효과적으로 증가시켜 단조카본 복합체의 고유의 광택감을 구현할 수 있어서 바람직하다.
한 구체예에서, 상기 패턴부(200)가 유리섬유를 더 포함하거나, 펄, 메탈입자 또는 이들의 혼합물을 더 포함하는 경우 상기 패턴부(200) 상부에 상기 코팅층이 약 5㎛ 내지 50㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 코팅층이 상기 두께로 형성되어 광택을 장기간 유지하도록 할 수 있으며, 상기 유리섬유가 박리되거나 펄, 메탈입자가 성형체에서 분리되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
따라서 본 발명에 한 구체예에 따른 합성수지 성형체(1000)는 열가소성 합성수지로 이루어진 베이스부(100)에 미리 패턴이 식각된 금형을 이용한 임프린팅으로 패턴부(200)를 형성하여 실제 단조카본을 열경화성수지와 압축하여 제조된 탄소섬유 복합재의 표면 질감과 거의 동일하게 구현하기 때문에 탄소섬유 복합재를 대체할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 탄소섬유 복합체 모사방법이다.
상기 탄소섬유 복합체 모사방법은 합성수지 표면에 탄소섬유 모사 패턴을 형성하고, 상기 탄소섬유 모사 패턴은 합성수지 표면 일부 또는 전부가 금형으로부터 임프린팅된 요홈을 형성하고, 상기 요홈에서 광이 난반사되어 형성된다.
상기 탄소섬유 복합체 모사방법은 재활용이 불가능한 열경화성 합성수지를 대체하여 재활용이 용이한 열가소성 합성수지를 사용하며, 금형에 일정한 패턴을 미리 형성하고, 탄소섬유 복합재의 표면에 패턴을 임프린팅하여 탄소섬유 복합재의 표면 질감을 그대로 모사할 수 있으며, 구체적으로 단조카본의 표면 질감을 모사하여 구현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 탄소섬유를 포함하지 않는 합성수지를 이용한 합성수지 성형체 제조방법이다.
상기 합성수지 성형체 제조방법은 탄소섬유를 포함하지 않는 합성수지를 패턴이 형성된 금형에 사출하는 단계를 포함하며, 상기 패턴은 금형의 표면을 식각하여 형성된 것이고, 상기 패턴이 합성수지 표면에 임프린팅 되는 것일 수 있다.
상기 합성수지 성형체 제조방법은 실제 탄소섬유를 사용하지 않고, 탄소섬유를 사용한 질감을 그대로 모사하여 금형을 식각하여 패턴을 형성하고, 합성수지를 사출성형하여 합성수지 표면에 상기 패턴을 임프린팅할 수 있다.
상기 패턴은 보다 구체적으로 분쇄된 단조카본 조각의 입체형상을 평면으로 모사한 것으로, 단위구조셀 내에 직선 형태의 그루브가 형성될 수 있으며, 상기 패턴에 따라 각 그루브의 배열 각도를 상이하게 조절하여 각각의 패턴부가 서로 상이한 광택 및 명암을 나타낼 수 있도록 제조할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 패턴은 금형의 표면을 에칭 또는 레이저 가공하여 형성될 수 있다.
상기 금형은 에칭 또는 레이저 가공이 가능하여 다양한 패턴을 음각 및 양각으로 구현할 수 있으며, 상기 합성수지제 베이스부 성형 시 표면에 패턴부를 형성하기 매우 용이하다.
따라서 본 발명의 다른 관점에 따른 합성수지 성형체 제조방법은 열경화성 수지가 아닌 재활용이 가능한 열가소성수지를 사출성형 하여 탄소섬유 복합재 중 특히 단조카본 복합재의 표면을 모사한 합성수지 성형체를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예
탄소섬유를 절단하여 입체적이고 불규칙하게 배열된 상태에서 이를 일측에서 바라본 이미지를 획득하였다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 합성수지 성형체 제조방법에 있어서, 3D 입체 구조를 2D 이미지로 변환하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2에서 (a)는 탄소섬유의 3D 이미지이고, (b) 는 이를 전면에서 관측한 2D 이미지이다.
도 2를 참조하면, 실제 절단된 단조카본 조각의 입체형상을 2D 이미지로 전환하여 헤어라인 성형용 이미지를 획득하였다.
실시예 1
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 합성수지 성형체에 있어서 2D 이미지를 가지고 표면에 패턴부를 형성하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3에서 (a)는 단위구조 셀의 3D의 이미지이고, (b)는 단위구조셀의 2D 변환 후 모사된 단위구조셀의 형상이며, (c)는 단위구조셀의 그룹별 스트라프 패턴 또는 헤어라인(Hair line) 패턴을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, (a)에서 단조카본이 평면에 배열된 2D 이미지를 습득하고, (b)에서 이미지 상에서 유사한 단위구조셀끼리 그룹화하였다. 그룹화한 이미지를 바탕으로 사출금형의 표면을 화학에칭 하여 패턴을 형성한 후, 상기 금형에 열가소성 수지인 폴리카보네이트(PC)를 사출성형하여 패턴이 임프린팅된 두께 2mm의 베이스부를 제조하였다. 상기 베이스부 상부에 패턴부가 형성되었으며, 상기 패턴부는 금형 패턴에 따라 헤어라인을 포함하는 복수개의 단위구조셀을 포함하였다.
이때 헤어라인의 골부 깊이는 30㎛로 조절하였으며, 산부의 폭은 약 100㎛, 산부와 인접한 산부의 간격은 약 100㎛로 조절하였다. 소형 IT 기기 외관용 합성수지 성형체로 활용하기 위하여 각각 단위구조셀이 약 0.5mm Х 6mm인 직사각형 내에 형성되도록 조절한 패턴부가 사출되어 형성하였다.
실시예 2
실시예 1에 따라 합성수지 성형체를 제조하되, 반지름 약 5㎛인 라운드형의 유리섬유 약 1wt%로 첨가하고, 마이카 약 0.1wt%, 알루미늄 입자 약 0.1wt%를 함께 첨가하여 베이스부를 제조하고, 표면에 패턴부를 형성하여 합성수지 성형체를 제조하였다.
실시예 3
실시예 2에 따라 제조된 합성수지 성형체 표면에 무광 및 유광 코팅을 수행하였다.
비교예 1
탄소섬유를 절단하여 에폭시 수지와 함께 압착하여 단조카본 복합재를 제조하였다. 이때 단조카본은 모두 가로 약 2~4mm, 세로 약 1~2mm 내에 배치되도록 제한하였다.
비교예 2
합성수지 기판에 카본 모사 필름을 전사하였다.
비교예 3
단조카본 복합재 패턴이 구비된 소형 IT 장치로 g-shock mudmaster(CASIO 社)를 준비하였다.
탄소섬유 복합재 질감 구현 확인
실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 3의 외관을 비교하여, 단조카본 복합재의 질감을 구현할 수 있는지 확인하였다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 합성수지 성형체와 단조카본 복합재 재질을 비교한 것이다.
도 4를 참조하면, 열가소성 합성수지로 이루어진 베이스부의 표면에 헤어라인이 형성된 단위구조셀을 형성한 패턴부를 구비하는 것만으로, 각각의 단위구조셀에서 난반사가 발생되고, 바라보는 각도에 따라 광택과 명암의 차이가 발생하였다. 이에 따라 실제 단조카본을 열경화성수지에 압착하여 제조된 비교예 1의 표면 질감을 그대로 구현할 수 있는 것을 확인하였으며, 비교예 2의 필름 부착이나, 비교예 3의 단조카본 복합재 제조 과정에 비해 단순한 식각 금형을 이용한 사출성형 공정만으로 단조카본 복합재 표면 질감을 모사하여 구형할 수 있는 것을 확인하였다.
한편 실시예 2 및 3에서 유리섬유, 펄, 메탈입자를 더 첨가하고, 패턴부를 형성하는 경우에는 단조카본 복합재 질감을 그대로 구현할 뿐만 아니라 실제 단조카본 복합재의 외관과 더욱 유사한 것을 확인하였다. 또한 표면에 무광 또는 유광 코팅층을 형성하는 경우에도 패턴부가 단조카본 복합재의 표면 질감을 나타내는 데 효과적이며, 코팅층의 형성으로 패턴부의 내구성을 향상시켜 합성수지 성형체가 단조카본 복합재를 대체할 수 있는 것을 확인하였다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (21)

  1. 적어도 한 면에 패턴부가 형성되고,
    상기 패턴부는 복수의 영역을 포함하며,
    상기 복수의 영역은
    제1 방향으로 그루브가 형성된 제1 영역; 및
    상기 제1 영역에 접하고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 그루브가 형성된 제2 영역;
    을 포함하는, 탄소섬유 모사 합성수지 성형체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역에 접하고, 제3 방향으로 그루브가 형성된 제3 영역을 더 포함하는, 탄소섬유 모사 합성수지 성형체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 합성수지 성형체는 탄소섬유를 포함하지 않는, 탄소섬유 모사 합성수지 성형체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형체는 유리섬유를 더 포함하는, 탄소섬유 모사 합성수지 성형체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형체는 펄, 메탈입자 또는 이들의 혼합물을 더 포함하는, 탄소섬유 모사 합성수지 성형체.
  6. 베이스부; 및
    상기 베이스부의 표면에 형성된 패턴부;를 포함하고,
    상기 패턴부는 단위구조셀이 불규칙하게 분산되어 있으며,
    상기 단위구조셀은 복수개의 헤어라인이 일정 각도로 나열되어 형성된 것이고, 상기 헤어라인은 인접하는 단위구조셀의 헤어라인과 서로 상이한 각도로 나열되는 것인,
    합성수지 성형체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 베이스부는 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리 에틸렌(PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트-아크릴로니트릴부타디엔스티렌(PC-ABS) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 중 1종 이상인 것인, 합성수지 성형체.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 단위구조셀은 분쇄된 카본 조각의 입체형상을 평면으로 모사한 형태에 따라 패턴이 결정되는 것인, 합성수지 성형체.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 헤어라인은 직선 라인이 나열되어 산부와 골부를 이루는 것인, 합성수지 성형체.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 헤어라인은 동일한 각도로 나열된 것인, 합성수지 성형체.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 골부는 평탄면으로 형성되고, 흑색으로 이루어진 것인, 합성수지 성형체.
  12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 골부의 깊이는 약 2㎛ 내지 60㎛이고, 상기 산부의 폭은 약 10㎛ 내지 300㎛이며, 상기 산부와 인접한 산부와 간격은 약 10㎛ 내지 300㎛인 것인, 합성수지 성형체.
  13. 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 동일 단위구조셀 내에서 상기 골부의 깊이는 모두 동일한 것인, 합성수지 성형체.
  14. 제6항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단위구조셀은 부정형이며, 크기가 가로 약 0.25mm 내지 5mm, 세로 약 0.5mm 내지 7mm 인 직사각형 내에 배치되도록 제한되거나, 크기가 가로 약 20mm 내지 70mm, 세로 약 100mm 내지 250 mm인 직사각형 내에 배치되도록 제한되는 것인, 합성수지 성형체.
  15. 제6항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스부는 유리섬유를 더 포함하는 것인, 합성수지 성형체.
  16. 제6항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스부는 펄, 메탈입자 또는 이들의 혼합물을 더 포함하는 것인, 합성수지 성형체.
  17. 제6항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패턴부 상부에 코팅층이 약 5㎛ 내지 50㎛의 두께로 형성되는 것인, 합성수지 성형체.
  18. 제6항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 헤어라인은 금형에 형성된 패턴에 따라 임프린팅되어 형성된 것인, 합성수지 성형체.
  19. 탄소섬유 복합체 모사방법으로,
    합성수지 표면에 탄소섬유 모사 패턴을 형성하고,
    상기 탄소섬유 모사 패턴은 합성수지 표면 일부 또는 전부가 금형으로부터 임프린팅된 요홈을 형성하고, 상기 요홈에서 광이 난반사되어 형성되는 것인, 탄소섬유 복합체 모사방법.
  20. 탄소섬유를 포함하지 않는 합성수지를 패턴이 형성된 금형에 사출하는 단계를 포함하며,
    상기 패턴은 금형의 표면을 식각하여 형성된 것이고, 상기 패턴이 합성수지 표면에 임프린팅되는 것인, 합성수지 성형체 제조방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 패턴은 금형의 표면을 에칭 또는 레이저 가공하여 형성되는 것인, 합성수지 성형체 제조방법.
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