KR20190090853A - 용접가능한 금속-중합체 다층 복합물을 제조하는 방법 - Google Patents

용접가능한 금속-중합체 다층 복합물을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 비금속 재료 중 적어도 하나의 층이 적어도 2 개의 금속층들 (1, 2, 5) 사이에 위치 (4) 되는, 반제품으로서 샌드위치 패널을 제조하는 방법에 관한 것이다. 금속층들 중 적어도 하나는 3 차원 층 (2) 으로 형상화되고, 상기 반제품을 원하는 솔루션들의 조합에 연결하도록, 상기 반제품의 저항 용접성을 가능하게 하기 위해서, 상기 금속층들 (1, 2, 5) 은 상기 금속층들 (1, 2, 5) 사이의 금속 접촉부들상의 택 용접부 (3, 8) 에 의해 서로 폐쇄되는 재료이다.

Description

용접가능한 금속-중합체 다층 복합물을 제조하는 방법
본 발명은 반제품으로서 용접가능한 금속-중합체 다층 복합물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 여기에서 상이한 금속층들 사이에 물질-물질 본드를 가지도록 그리고 이에 따라서 결국 전체 복합물에 대하여 연속적인 재료 저항을 갖도록 저항 가열 공정이 사용된다. 그 후, 후속의 구성요소 제조 단계 동안, 복합물은 다른 금속 구성요소들, 시트들 또는 복합물들에 다르게 용접가능하다. 후속의 가공 산업은 그 후에 추가 저항 용접 공정을 위해 반제품 다층 복합물을 직접 사용할 수 있다.
복합 구조물들은 상이한 구조물들 및 조합으로 다양한 금속, 중합체, 세라믹 또는 유기 재료로 제조될 수 있다. Stamm K., Witte H., Sandwichkonstruktionen. Springer-Verlag, Wien, New York, 1974 에서는 이러한 복합 구성들에 대해 상이한 설계 변형을 보여준다. 상기 문헌에 따르면, 복합 구조물들은 침투된 복합물들, 미립자 (corpuscles) 화합물들, 섬유 복합물들 또는 다층 복합물들 사이에서 구별될 수 있다. 층 복합물들은 육안으로 불균질하다. 일 종류의 층 복합물은 각각 특정 재료 특성들을 가진 여러 층들을 구비한 구조물들로서 규정된 샌드위치 구성이다. 다른 일 특징은, 상이한 층들이 평평하게 정렬되고 서로 평행하게 배향된다는 것이다. 샌드위치 구조물의 전형적인 업셋은 2 개의 측면들로부터 중합체 코어 재료에 본딩된 2 개의 금속 외부층들이다. 코어 층들은 그 지지 효과에 대하여 더욱 차별화될 수 있다:
코어 재료들은 하기의 지지 효과를 가진다.
● 균질성
● 선택성
● 부분적인 및 국부적인
● 단방향성
● 다방향성
샌드위치 설계들을 사용하는 장점들로서는 높은 강성 및 강도 수준과 동시에 매우 경량의 포텐셜이다. 샌드위치의 설계는 구성요소 하중의 수준 및 방향으로 조절되는 구성요소-종속일 수 있다. 추가로, 단일체 재료들과 비교하여, 상당한 더 큰 기계적 뿐만 아니라 음향 에너지 흡수가 실현될 수 있다. 우주항공 뿐만 아니라 자동차 공학, 상업용 차량, 오토바이, 농업용 차량 뿐만 아니라 철도 차량의 공학, 선박 및 건물 건설, 컨테이너 또는 재생가능한 에너지 산업은 오직 전술한 샌드위치 구조물들의 장점들을 사용하는 일부 가공 산업이다.
다른 측면에서, 샌드위치 구조물들은 종종 복합물 제조 공정들을 필요로 한다. 강과 같은 단일체 재료들에 대하여 보다 잘 확립되고 비용 효율적인 제조 방법이 사용될 수 없다. 이는 특히 저항 용접과 같은 용접 공정들에 적용된다.
하위 공정들 스폿 용접, 롤러 시임 용접 또는 프로젝션 용접에 의한 저항 용접에 대하여, 저항 가열을 위한 줄 (Joule) 의 물리적 법칙이 사용된다. 이는 전기 에너지가 옴 저항 (ohmic resistance) 으로 변환된 다음 더 나아가 열 에너지로 변환되는 것을 의미한다. 스폿 용접 공정에서, 그 후에 전기 회로에서 전류가 흐른다. 기계 부품들은 저항이 낮고 열 손실이 적은 양호한 전류 송전이 이루어지도록 하기 위하여 구리로 제조된다. 구리로부터 금속 시트들로, 상기 시트들 사이에서, 그리고 제 2 시트로부터 상기 구리로의 전이 지점들에서, 전류 에너지는 옴 저항들로 변경된다. 이러한 저항은 전이 저항 또는 접촉 저항이라고 한다. 균질한 및 단일체 재료내에서, 저항은 재료 저항이라고 하고, 상당히 낮은 열을 초래하는 전이 저항보다 훨씬 낮다. 이러한 효과로 인해서, 2 개의 시트들 사이의 전이 저항이 단연코 가장 높고, 열 에너지도 또한 이 지점에서 가장 높다. 결국에는, 이 지점에서 열에너지는 시트들의 용융 온도에 도달되게 하고, 그리고 용접점 또는 소위 용접 너겟 (weld nugget) 을 초래한다. 2 개 초과의 시트들과 다층 시트 조합에 대해서, 사용된 금속 재료들의 물리적 특성에 따라서 재료들의 상이한 전이 지점들에서 이러한 효과가 달성될 수 있다. 이로 인해, 원하는 (자동차 차체 공학의 3 개 시트 조합과 같은) 또는 원하지 않는, 예를 들어 원래 절연된 전기 공학 구성요소들에 대해서 금속 접촉부를 원하지 않을 때, 이러한 효과가 발생할 수 있다.
열적 에너지에 대한 식은 다음과 같다:
Q = IS 2*t*RG (1)
IS 는 용접 전류, t = 용접 시간, RG = 전술한 모든 저항의 합. RG 에 대해 추가로 다음과 같이 표현될 수 있다:
RG = RM + RT (2)
여기서, RM 은 모든 재료 저항의 합이고, RT 는 모든 전이 저항의 합이다. 보다 상세한 RM 은 다음의 식으로 규정될 수 있다:
RM = (ρEL*L)/A (3)
여기서, ρEL 는 재료의 특정 전기 저항이고, L 은 전도체 길이이며, A 는 전도체 단면이다.
금속에 아연도금 층과 같은 표면 마무리가 생성되면, RT 는 다음으로 추가로 특정될 수 있다:
RT = RC + RB + RI (4)
여기서, RC 는 수축 저항이고, RB 는 벌크 저항이며, RI 는 다음에 의해 규정되는 불순물층이다:
RI = (ρH*2*s)/(π*r2) (5)
여기서, ρH 는 특정 메인 저항이고, s 는 불순물층 두께이며, π 는 숫자 Pi 이고, r 은 최대 접촉 반경이다.
종래의 샌드위치 구조물들로 작업할 때의 일 단점은, 샌드위치 구조물이 가공 산업에서 다른 구성요소들 또는 시트들과 함께 용접되어야 할 때, 저항 용접 공정들에 의해 용접불가능하다는 것이다. 종래에는 샌드위치 구조물내에 적어도 하나의 절연된 비금속 재료층, 예를 들어 중합체 또는 본딩 재료가 있다. 이 때문에, 전기 회로가 저항 용접 중에 폐쇄되지 않고 이에 따라 샌드위치 구조물을 다른 구성요소 또는 시트로 용융시키는 열적 에너지가 생성될 수 없다.
상이한 층들을 평평한 순서로 갖는 전형적인 샌드위치 패널들은 WO 공개들 2014009114A1, 2014001152A9, 2012048844A1, 및 2013156167A1 뿐만 아니라 Tata 강 데이타 시트 "Coretinium® - A unique and durable composite solution that delivers light-weight products and design innovation" (Internet address: http://www.tatasteeleurope.com/static_files/Downloads/Construction/Coretinium/Coretinium%20gen%20app%20data%20sheet.pdf) 에서 언급된다.
게다가, WO 공개들 2008125228A1 및 2004002646A1 에는 상이한 층들이 함께 본딩되는 금속 샌드위치 구조물을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이들 모든 WO 공개들은 금속 외부층들 사이에 절연 재료를 갖는 동일한 단점을 갖고, 상기 절연 재료는 비저항 용접성을 초래한다.
JP 공개 H01-127125 에는 2 개의 시트 금속층들과 하나의 주름진 요소를 함유하는 샌드위치 패널의 제조 방법이 기재되어 있다. 스폿 용접은 주름진 스트립의 한쪽 표면에 제 1 시트 금속층을 피팅하는데 사용된다. 그런 다음, 본딩 테이프 공정이 이어진다. 한 쌍의 프레스 롤러 기계들은 가압 및 본딩에 의해서 주름진 스트립의 제 2 표면에 제 2 시트 금속층을 피팅하는데 사용된다. 결과로 얻어진 반제품의 단점은 차체 제조업체와 같은 후속 가공 산업이 이 샌드위치 패널을 다른 차체 시트들, 플레이트들 또는 성형 구성요소들과 함께 접합하는 추가의 저항 용접 공정들에 대해 이런 종류의 샌드위치 제품들을 사용할 수 없다는 사실이다. 그 이유는 언급된 본딩 테이프가 저항 용접 공정에서 전기 회로용 절연체로서 작동하기 때문이다. 용접 너겟이 없으므로 연결이 만들어질 수 없다.
JP 특허공개 H02-78541A 에는 수지를 개재하여 형성된 라미네이트에서 하나의 금속 시트의 외부면에 리세스 부분들이 생성되는 샌드위치 구조물을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 돌출 부분의 선단부와 다른 금속 시트의 내부면 사이의 거리는 거리에 따라 특정되는 것이 확인되었다. 이는, 프로파일링된 외부층 강 시트를 사용함에도 불구하고, 결국에는 양쪽 금속 시트들 사이에 규정된 절연갭이 존재하게 되어 비저항 용접가능한 구성을 초래하게 된다는 것을 의미한다.
EP 특허공개 1059160A2 에는 코어층이 2 개의 외부층과 견고하게 부착되는 복합 재료가 개시되어 있다. 하지만, 층 재료들은 비금속성 (직물 패턴) 을 특징으로 하고, 이러한 접촉은 재료 폐쇄되지 않는다. 이러한 EP 공개가 전체 복합물 두께에 대한 연속적인 접촉을 기재한 최초의 인용 문헌임에도 불구하고, 저항 용접성이 존재하지 않는다.
더욱이, WO 특허공개 03082573A1 및 US 특허공개 2005126676A1 에는 복합물 재료를 제조하는 디바이스들 및 방법들이 개시되어 있다. 금속 외부층들 이외에, 코어층은 또한 일종의 숏 컷 섬유들 (short-cut fibers) 의 금속 원소들을 함유한다. 하지만, 샌드위치 구조물의 완전한 높이에 대한 연속적인 재료 폐쇄는 가능하지 않는데, 이는 양쪽 외부층들 상에서 제 1 제조 단계들 동안 접착제가 도포되기 때문이다. 관련 설계 변형은 용접불가능한 스페이서 텍스타일들이 코어 재료에 사용되는 EP 특허공개 1059160A2 또는 코어 재료로서의 섬유들이 정전기 침전 또는 오히려 정전기 디포지션에 의해 도포되는 WO 특허공개 9801295A1 및 EP 특허공개 0333685A2 에 또한 공지되어 있다.
WO 특허공개 2016097186A1 에는 적어도 하나의 3 차원 금속층이 모든 금속층들 사이에 직접적인 기계적 접촉을 달성하여 폐쇄된 전기 회로로 인해서 저항 용접 동안 전류 흐름을 가능하게 하는데 사용되는, 반제품으로서 샌드위치 패널을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 샌드위치 패널을 다른 금속 시트들 또는 구성요소들에 접합하기 위한 이러한 공개의 일 단점은, 모든 금속층들의 재료 폐쇄가 없고, 샌드위치 패널과 다른 금속 시트 또는 구성요소 사이의 원래의 전이 저항에 추가로 다른 전이 저항으로서 스폿 용접 중에 작용하는 직접적인 기계적 접촉만이 있다는 것이다. 따라서, 용접 너겟은 재료 조합, 재료 두께 및 재료의 열 전도성 또는 열용량과 같은 물리적 특성들에 따라서, 샌드위치 패널 및 다른 시트의 전이 영역이 아니라 상이한 샌드위치 층들의 전이 영역들을 초래한다.
샌드위치 구조물들이 초기 상태에서 저항 용접에 의해 용접가능하지 않은 상황에서, 즉 전달 조건 (delivery condition) 에서, 어떠한 정도의 저항 용접성을 형성하기 위해 많은 정교한 공정들이 존재한다. 일 실시예로서는 샌드위치 금속 시트들의 고주파 용접에 관한 US 특허출원 2013273387 이다. 이에 따라서, 적어도 2 개의 금속 시트들과, 2 개의 금속 시트들과 상이한 조성을 갖는 재료로 이루어진 양쪽 금속 시트들 사이에 배열된 시트를 포함하는 제 1 복합 시트 금속부는, 중실의 금속 재료 또는 적어도 2 개의 금속 시트들과, 2 개의 금속 시트들과 상이한 조성을 갖는 재료로 이루어진 금속 시트들 사이에 배열된 시트를 갖는 다른 복합 재료로 이루어진 제 2 시트 금속부에 용접된다.
저항 스폿 용접으로 샌드위치 패널들을 용접하는 방법은 WO 공개 2011082128A1 에서 언급되고, 여기서 샌드위치 패널의 복합 코어 재료는 2 개의 금속 외부층들에 의해서 적층된다. 특정 저항 용접성을 발생시키는 목표는 외부층 강 시트들과 전기 통신을 배열하는 코어층에 복수의 강 섬유들을 갖게 함으로써 해결된다. 일 단점은 용접 결과들의 재현성과 반복성이다. 후속 제조업체가 용접 파라미터들을 사용하고자 할 때 정확하고 충분한 수들의 강 섬유들이 접촉 상태로 되는 것을 보장하지 못한다. 강 외부층들과 강 섬유의 접촉 영역들에서 용접 스패터들 (spatters) 이 발생되고, 그리고 상기 강 섬유 주위에서 비금속부들이 연소될 위험이 커진다. 또한, 비금속 중간층의 연화 및 변위에 추가하여, 이하의 공개들에서 상세하게 기재된 것은 상기 목표를 해결하는 일 방법으로서 언급된다.
비저항 용접가능한 샌드위치 구조물들의 단점을 우회하기 위하여, 특정한 추가의 공정에서 샌드위치 구조물을 용접가능하게 만드는 방법들 및 공정들을 기재하는 다른 특허들이 존재하고, 상기 샌드위치 구조물은 초기의 반제품에서 용접가능하지 않은 전달 상태의 구성이다. 일 실시예로서는 열가소성 수지 절연 보드를 갖는 양쪽 표면들에 2 개의 금속 외부층들이 중첩되는 JP 공개 2006305591A 가 있다. 2 개의 금속층들을 직접 접촉시키는 목표는 수지 절연 보드를 연화하고 그리고 용접 위치 외부쪽으로 상기 보드를 밀어냄으로써 해결된다. 양쪽 용접 전극들은, 비용이 많이 들고 제조업체들을 위한 특수 장비를 필요로 하고 그리고 후속 공정 산업에서 확립되지 않는 가열된 상태에 있어야 한다.
구성요소의 제조 동안 추가의 공정 단계에 의해서 특정 구성의 비저항 용접가능한 샌드위치 제품을 용접가능하게 만드는 다른 특정 방법이 DE 공개 102011054362A1 에 있다. 상기 과제는 제 1 공정 단계에서 플라스틱 코어층을 가열한 후 제 2 공정 단계에서 적어도 하나의 전극으로 샌드위치 표면에 힘을 부여함으로써 해결된다. 비금속의 연화된 중간층은 힘이 가해진 위치로부터 변위될 것이고, 그리고 양쪽 금속 외부층들은 접촉하게 된다. 상기 단계들 둘다는, 구성요소의 제조 동안 추가적인 공정 단계들이고, 추가의 제조 시간을 필요로 하고, 제조 비용들을 증가시키고, 그리고 클락 사이클들 (clock cycles) 을 감소시킨다. 게다가, 이러한 솔루션은 구성요소의 특정 경계 영역에 대해서만 작용하는 것으로 언급된다. 양쪽 금속 외부층들이 초기 상태에서 직접 접촉하지 않는 샌드위치 구조물을 용접가능하게 만드는 후속 공정을 또한 기재한 DE 공개 102011109708A1 에 의해서 동일한 추가의 공정 단계들이 실행된다. FR 공개 2709083A1 에는 2 개의 금속 외부층 시트들과 2 개의 외부층들을 절연시키는 비금속 코어 재료를 갖는 전형적인 샌드위치 패널이 기재되어 있다. 특정 용접성에 도달하기 위하여, DE 공개 102011054362A1 에서와 같은 동일한 접근법이 시트들의 경계 영역에서 비금속 코어 재료를 연화하고 변위시키는데 사용된다.
비저항 용접가능한 샌드위치 패널을 위한 전기 회로를 생성하는 또 다른 광범위하고 복잡한 방법이 WO 특허공개 2012150144A1 에 개시되어 있다. 여기에서 과제는 절연 중합체 재료를 우회하고 다른 시트들을 갖는 샌드위치의 용접성에 도달하도록 추가의 기계 부품들로 전기 브릿지를 형성하는데 있다. 시트들에 대한 접근성을 제한하는 매우 광범위한 하드웨어는 올바른 위치에 설치 및 위치시키는데 추가의 시간이 필요하다. 이는 제조 비용들을 증가시킨다. 특히, 성형 부품 및 대형 부품에 대해서, 규정되지 않은 전류 흐름에 대한 문제로 전기 접촉부를 형성하는 것이 문제가 될 것이다.
WO 특허공개 2014121940A1A 에는 샌드위치를 접합하기 위한 추가의 방법이 기재되어 있다. 이러한 경우에, 샌드위치 패널은 2 개의 금속면들과 절연 코어 재료를 갖는 구조물로서 규정된다. 이러한 규정은 샌드위치의 초기 상태에서 비용접성을 초래한다. 저항 용접이 아닌 접합은, 패널의 제 1 측면에서 텅부 및 대향하는 제 2 측면에서 홈부를 달성하기 위한 추가의 제조 단계 후에만 가능하고, 인접한 패널들의 텅부 및 홈부는 어셈블리상에서 서로 결합하여 인접한 패널들 사이에 접합을 형성한다.
이러한 공개들에 기초하여, 초기, 반제품 및 전달 상태에서 주어지지 않은 저항-용접성을 갖는 샌드위치 구조물의 단점이 해결되지 않는다. 후속의 구성요소 제조 산업이 기존의 비용 효율적이고 신속한 저항 용접 공정들을 사용할 수 없다. 이러한 단점은 전체 샌드위치 구조물의 두께에 걸쳐 비연속적인 금속 재료의 폐쇄에 의해 유도될 수 있다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 단점을 방지하고 후속의 저항 용접 공정들에 대해서 연속적인 금속 재료 폐쇄가 보장되는 반제품 샌드위치 패널을 제조하기 위한 개선된 방법을 달성하는 것이다.
저항 용접 공정에서, 비경화 및 비금속 재료는 금속 접촉부들로부터 눌러지고 상이한 금속층들은 소위 택 용접 (tack welding) 으로서 함께 용접된다. 본 발명의 필수적인 특징들은 첨부된 청구범위에 포함된다.
본 발명의 방법에서, 예를 들어 WO 특허공개 2014096180A1 에 기재된 바와 같이, 적어도 하나의 금속층이 3 차원 금속 시트를 사용하여 도포되는 적어도 2 개의 금속층이, 금속층들 사이에 비응고 (non-cured) 및 비경화된 상태에서 적어도 하나의 비금속층과 조합된다. 전체 샌드위치 구조물이 구축된 후, 택 용접을 달성하기 위해 저항 용접 공정이 수행되고, 즉 전체 샌드위치 구조물에 걸쳐 연속적인 금속 재료의 폐쇄를 초래하는 완전한 금속 접촉이 있음을 의미한다.
본 발명에 따라서, 샌드위치 패널은, 적어도 2 개의 금속층들 및 금속층들 중 적어도 하나가 3 차원 물체로 형상화될 때 2 개의 금속층들 사이에 형성된 리세스 공간들에 위치된 적어도 하나의 비금속 및 비경화 층으로 제조된다. 비금속 및 비경화 층은 2 개의 금속층들 사이에 형성된 리세스 공간으로 완전히 충전된다. 비금속 재료의 양호한 유동성을 보장하기 위해 가열된 디바이스의 사용은 화학적 근거에 의존한다. 바람직하게는 에폭시 수지를 위한 온도는 점도가 500 mPas 이상이되도록 35 ~ 65 ℃, 바람직하게는 40 ~ 65 ℃ 이다. 3 차원 금속층은 충전된 비금속 재료의 유동 거동을 증가시키기 위하여 선택적으로 최대한으로 80 ℃, 바람직하게는 또한 55 ~ 65 ℃ 로 가열될 수 있다. 택 용접을 달성하기 위해, 바람직하게는 저항 롤러 시임 공정으로서 수행되는 다음의 저항 용접 공정에 대해서, 전극 힘은 상이한 금속층들의 금속 접촉부들로부터 비경화된 비금속 재료를 억제하는데 중요하지만, 왜곡과 같은, 구조물 뿐만 아니라 샌드위치의 특정층을 파괴하지 않는 것도 중요하다. 따라서, 바람직하게는 전극 힘은 1.0 kN ~ 3.0 kN, 보다 바람직하게는 1.8 kN ~ 2.5 kN 이다. 그러면, 전극 힘은 일측의 용접에 금속 접촉부를 가능하게 하지만 모든 금속층들에 대한 접착 접촉으로 타측의 비금속의 비경화 층의 높은 충전도를 유지한다.
본 발명에 따라 사용되는 택 용접의 장점은, 용접 동안 높은 용접 전류 또는 액체 금속으로 인해, 비금속 재료가 손상되지 않는다는 것이다. 더욱이, 택 용접은 후속의 성형 작업들, 예를 들어 딥 드로잉 공정을 가능하게 하여, 평평한 샌드위치 시트로부터 성형된 구성요소를 생성한다. 택 용접은 통상의 용접처럼 샌드위치의 유리한 강성을 생성한다. 한편으로는, 택 용접은 접착제가 경화되기 전에 샌드위치 구조물의 제조 중에 양호한 취급 안정성을 가능하게 한다. 일측의 택 용접 및 타측의 점착제의 본드의 조합으로 인한 층들의 접합은, 레이저 절삭, 워터 제트 절삭, 플라즈마 절삭 또는 기계적 절삭과 같은 다른 절삭 또는 스탬핑 기술들 중에 상이한 층들의 박리없이 높은 형태 안정성을 가능하게 한다. 본 발명의 층 접착은 택 용접의 접착이 비금속 접착제의 접착보다 낮을 때 바람직한 실시형태를 수행한다. 그 결과, 층들의 임의의 박리없이 130 도 이상의 굽힘각들에 도달할 수 있다. 더욱이, 저항 롤러 시임 방법은 4 m/min 초과의 높은 용접 속도로 자동화가 더 용이하고 비용 효율적인 제조 공정이다.
차체 공학과 같은 후속의 제조 공정에서, 본 발명에 따른 택 용접을 사용하여, 후속의 저항 용접 공정을 위해 초기의 전달 상태에서 샌드위치 구조물을 직접 사용할 수 있고, 즉, 샌드위치 구조물은 폐쇄 전기 회로를 생성할 뿐만 아니라 다른 금속 구성요소와 샌드위치 구조물의 접촉 영역에 최종 용접을 조향하게 된다.
본 발명은 이하의 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1 은 측면도로부터 개략적으로 본 바람직한 실시형태를 도시한다.
도 2 는 다른 구성요소와 연결될 때 측면도로부터 개략적으로 본 도 1 의 실시형태를 도시한다.
도 1 에서, 금속층 (1) 및 3 차원 금속층 (2) 은 서로 택 용접 (3) 된다. 금속층들 (1, 2) 사이의 리세스 공간 (4) 은 중합체 재료로 충전된다. 도 1 에는 또한 제 3 금속층 (5) 이 도시되어 있다. 금속층 (5) 은 금속층 (2) 과 택 용접 (8) 된다. 각각, 금속층들 (2, 5) 사이의 리세스 공간 (6) 은 중합체 재료로 충전된다. 더욱이, 도 1 은 2 개의 택 용접들 (8) 사이의 진폭 (7) 의 일례를 도시한다.
도 2 는 샌드위치 구조물이 외부 구성요소 (12) 와 스폿 용접 (11) 된 도 1 의 샌드위치 구조물에 대한 솔루션을 도시한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 샌드위치 패널이 2 개의 금속 외부층들로 그리고 중간에 위치된 코어 재료와 양쪽 외부층들을 본딩하기 위한 2 개의 접착층들로 구축되는 대부분의 종래의 샌드위치 구조물과 대조적으로, 비금속 코어를 위해 비금속 접착층만이 사용된다. 따라서, 본 발명의 샌드위치 구조물은 보다 간단한 제조 라인 및 증가된 클락 주파수로 형성될 수 있다. 샌드위치 구조물은 종래의 샌드위치 패널들에 비하여 2 개의 층들을 절약하기 때문에 더 저렴하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 반복하는 금속 접촉부들은 진폭이 5.0 mm 보다 작아서, 각각의 진폭에 대한 1.0 ~ 1.4 kA 의 용접 전류가 택 용접을 생성하는데 사용된다.
따라서, 본 발명의 방법에 의하여, 저항 용접에 의해 다른 시트들, 플레이트들, 성형 부품들 또는 다른 샌드위치 패널 구성요소들과 원하는 솔루션들의 조합의 구성에 반제품을 연결하기 위해, 샌드위치 패널을 접합할 수 있다.
선택된 비금속 재료와, 금속층들 사이에 형성된 리세스 공간들에서의 비금속 재료의 충전도의 조합으로 3 차원 층의 형태는, 이들 패널들에 대해 기계적 특성, 강성 특성, 소리 특성, 접합 특성 및 공정 특성을 부여한다.
본 발명에 따른 샌드위치 패널의 제조시 제 1 금속층 및 제 2 금속층은 유리하게는 스테인리스 강, 탄소 강, 구리, 알루미늄, 마그네슘과 같은 동일한 재료로 제조되지만, 제 1 금속층 및 제 2 금속층은 또한 상이한 금속 재료들, 상이한 금속들 또는 상이한 금속 조성물들로 제조될 수 있다. 하지만, 상이한 금속들 또는 상이한 금속 조성물들을 사용할 때, 이들 금속들의 조합은 샌드위치 패널의 거동을 한층 더 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 상이한 열팽창 계수들을 갖는 금속들의 조합은 본 발명의 일부 솔루션들에서 유리할 수 있다. 2 개의 상이한 열팽창 계수들을 갖는 2 개의 금속들을 사용함으로써 샌드위치 패널의 열팽창에 영향을 줄 수 있고, 그리고 3 차원 시트의 표면은 샌드위치 패널의 용접된 영역들에서의 붕괴 (disruption) 를 피할 수 있다. 게다가, 2 개의 상이한 금속층들을 갖는 본 발명의 샌드위치 패널은 다중 재료 설계 차체들의 습식 부식 영역들에서 구성요소 브릿지로서 사용될 수 있다. 예를 들면, b-필러 (b-pillar) 의 풋 (foot) 은 스테인리스 강으로 제조되고, 그리고 로커 레일은 알루미늄으로 제조되며, 샌드위치 패널은 2 개의 부품들 사이의 연결부로서 사용될 수 있다. 샌드위치의 알루미늄측은 알루미늄 로커 레일에 용접되고, 그리고 스테인리스 샌드위치 층은 스테인리스 b-필러와 용접된다. 결과적으로, 상이한 구성요소들 사이에 접촉 부식이 없고 그리고 전기 화학적 포텐셜 브릿지가 없다. 그때, 포텐셜 브릿지만이 상기 샌드위치에 있지만 비금속층은 큰 영역들을 절연시키고 잔류 금속 접촉부는 구성요소 크기와 비교하여 작다 (선형이거나 점 접촉부이다).
본 발명의 제조된 샌드위치 패널의 3 차원 금속층은 주름진 금속 피스, 제 2 금속층의 표면상의 노브들 (knobs), 너브들 (nubs) 형상의 금속 피스, 또는 본질적으로 편평한 2 차원의 제 1 금속층과 기계적으로 연결가능한 임의의 다른 3 차원의 금속 피스이다. 제 2 금속층에 적합한 형상들은 예를 들면 WO 공개 2014/096180 에서 발견된다. 제 2 금속층의 형태는 또한 샌드위치 패널의 감쇠, 소음, 진동, 강성, 특히 좌굴 강성 및 용접성을 결정한다. 너브들 및 노브들로 프로파일링된 시트들은 방향에 독립적인 강성을 나타내지만 규칙적인 접촉 (punctual contact) 으로 인하여 저항 스폿 용접으로만 적합한 용접이 가능하다. 주름지게 프로파일링된 시트들은 방향에 의존하는 강성을 갖지만 선형 접촉으로 인하여 저항 롤러 시임 용접과 같은 모든 연속적인 용접 절차들로 용접하는 것을 가능하게 한다. 제 2 금속층의 형상이 주름지고 샌드위치 패널이 사용되는 솔루션에 의존하는 경우에, 제 2 금속층은 본질적으로 정현파 (sinusoidal wave) 의 형상을 가질 수 있거나, 또는 제 2 금속층은 나란히 있는 스트립의 2 개의 부분들이 서로 본질적으로 수직인 위치에 있는 주름진 스트립의 형상을 가질 수 있다. 또한, 주름진 스트립의 다른 형상들은 본 발명에 따라 제조된 샌드위치 패널에서 제 2 금속층에 사용될 수 있다.
본 발명의 샌드위치 패널에서 2 개의 금속층들 사이의 비금속층은, 유리하게는 중합체 재료, 수지 재료, 밀봉 재료, 저온 또는 열경화성의 일성분 또는 이성분 접착 글루들 (one or two component adhesive glues), 예를 들면 자동차 산업에서 사용되는 내충격성의 일성분 접착 글루 또는 수지 및 경화제를 함유하는 이성분 샌드위치 접착 재료로 제조된다. 비금속 중간층의 필수 특성들은 샌드위치의 설정 중의 비응고 및 비경화된 조건 및 도포 중의 점성 및 응고 및 발포 방법이다. 금속 접촉부 영역들을 파괴하지 않으면서 규정된 충전도에 도달하기 위한 양호한 점성은 400 ~ 10000 mPas, 보다 바람직하게는 500 mPas 보다 크다. 더욱이, 비금속층의 보다 유리한 실시형태는 점탄성 또는 요변성 (thixotropic) 특성들 및 1.0 ~ 1.1 g/㎤ 의 비중을 가진다. 이전에 지적된 바와 같이, 도포 전에 비금속 재료를 예열하는 것은 선택된 중합체에 따라서 그리고 바람직하게는 40 ~ 65 ℃ 의 온도 범위에서, 점성을 정확하게 적용하는데 적합할 수 있다.
원하는 솔루션들의 조합의 구성에 반제품을 연결하기 위하여, 제 1 금속층과 제 2 금속층이 서로 금속 재료 폐쇄를 갖는 지점들에서 다른 시트들, 플레이트들 또는 성형 부분들에 대한 후속의 저항 용접이 집중되도록, 본 발명의 샌드위치 패널에서 상이한 금속층들은 접착제에 대한 본딩 및 금속 재료 폐쇄 저항 용접의 조합에 의해서 서로 부착된다. 샌드위치 내부의 다른 재료 폐쇄 접촉부들 사이의 거리 λ 는, 다른 구성요소들에 대한 후속 위치의 모든 경우에, 전기 회로가 샌드위치 구조물의 외부층들 중 하나와 다른 구성요소 사이의 용접 너겟을 구축할 수 있도록 작아야 한다. ISO 5821 에 따른 저항 스폿 용접에 사용되는 표준 구리 전극들과 관련하여, 본 발명에 적합한 거리는 λ ≤ 5.5 mm, 바람직하게는 λ ≤ 2.5 mm 이다.
본 발명의 샌드위치 구조물은 승용차들, 상업용, 농업용 또는 철도 차량들의 차체 공학과 같은 후속 제조 공정에서, 특히 습기가 많은 영역 부분들 또는 자동차 지붕, 카울 (cowl)/전방 벽, 채널, 필러의 인레이어, 프론트 리드와 같은 부분들에서 또는 컨테이너와 같은 소음 관련 적용들에 사용된다.

Claims (20)

  1. 비금속 재료의 적어도 하나의 층이 적어도 2 개의 금속층들 (1, 2, 5) 사이에 위치 (4) 되어 있는 반제품으로서 샌드위치 패널을 제조하는 방법으로서,
    상기 금속층들 중 적어도 하나는 3 차원 층 (2) 으로 형상화되고,
    상기 반제품을 원하는 솔루션들의 조합에 연결하도록, 상기 반제품의 저항 용접성을 가능하게 하기 위해서, 상기 금속층들 (1, 2, 5) 은 상기 금속층들 (1, 2, 5) 사이의 금속 접촉부들상의 택 용접부 (3, 8) 에 의해 서로 폐쇄되는 재료인 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 택 용접부 (3, 8) 는 저항 용접 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 택 용접부 (3, 8) 는 1.0 kN ~ 3.0 kN, 보다 바람직하게는 1.8 kN ~ 2.5 kN 의 전극 힘 및 4.0 m/min 초과의 용접 속도로 저항 롤러 시임 용접에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3 차원 층 (2) 의 진폭 (7) 은 5.0 mm 보다 작고, 진폭당 1.0 ~ 1.4 kA 의 용접 전류가 상기 택 용접부를 형성하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층들 사이의 상기 택 용접부 (3, 8) 는 상기 3 차원 층 (2) 으로서 주름진 금속 스트립으로 달성되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층들 사이의 상기 택 용접부 (3, 8) 는, 상기 3 차원 층 (2) 의 표면상의 노브들, 너브들의 형상의 금속 피스인 상기 3 차원 층 (2) 으로 달성되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층들 (1, 2, 5) 은 동일한 금속으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층들 (1, 2, 5) 은 상이한 금속 재료들로 제조되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속층들 (1, 2, 5) 은 상기 샌드위치 패널의 열팽창에 영향을 주는 2 개의 상이한 열팽창 계수들을 갖는 금속들로 제조되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층들 (1, 2, 5) 은 스테인리스 강으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층들 (1, 2, 5) 은 탄소 강으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층들 (1, 2, 5) 은 알루미늄으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층들 (1, 2, 5) 은 마그네슘으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비금속 재료의 층은 중합체 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비금속 재료의 층은 수지 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비금속 재료의 층은 밀봉 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비금속 재료의 층은 저온 또는 열경화성의 일성분 또는 이성분 접착 글루로 제조되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비금속 재료의 층은 수지 및 경화제를 함유하는 이성분 샌드위치 접착 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    원하는 솔루션들의 조합에 상기 반제품을 연결하기 위하여, 상기 반제품의 샌드위치 패널은 후속 제조 공정에서 용접에 의해서 접합되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    원하는 솔루션들의 조합에 상기 반제품을 연결하도록, 상기 반제품의 샌드위치 패널은 후속 제조 공정에서 저항 스폿 용접에 의해서 접합되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치 패널을 제조하는 방법.
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