KR20200065334A - 이종 접합형 수지 금속 복합재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이종 접합형 수지 금속 복합재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재는 두께 0.1~1.2㎛의 불규칙한 다공성 양극산화 피막을 형성시킨 금속 재와 수지 성형품이 열압(heat pressing)에 의하여 이종 접합되어 있으며, 상기한 금속재와 수지 접합부 계면의 인장 강도가 30~45MPa의 매우 높은 강도로 균일하게 접합되어 있어서 우수한 구조 강성 및 내구성을 지님과 아울러, 접합면에서의 균일한 접합으로 높은 차폐성과 방수성을 보유하며, 경량화가 가능하고, 특히 박형 금속재를 플라스틱 성형품의 외표면에 접합시킬 경우 플라스틱 성형품에 미려하고 고급스러운 금속 질감의 외관을 부여할 수가 있으며, 본 발명에 따른 제조방법에 따르면 이종 접합형 수지 금속 복합재를 간단하고 용이하게 효율적으로 제조할 수가 있어서, 생산 설비 비용 저감, 양산 시간 단축, 제품 크기에 제한이 없는 확대된 제조 자유도를 보유하며, 유동성이 낮은 수지의 경우에도 만족스럽게 적용 가능하다.

Description

이종 접합형 수지 금속 복합재 및 그 제조방법{HETEROJUNCTION TYPE RESIN-METAL COMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 이종 접합형 수지 금속 복합재 및 그 제조방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 불규칙한 다공성 양극산화 피막을 형성시킨 금속 에 수지 성형품을 열압(heat pressing)하여 이종 접합시킴으로써 균일하고 높은 접합력에 따른 우수한 내구성 및 차폐성을 지니며 수지 성형품 외관에 미려한 금속 외관을 부여할 수가 있는 수지 금속 복합재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래 들어, 다양한 종류의 화장품 용기나 그 뚜껑, 또는 모바일 기기나 백색 가전 등과 같은 다양한 전기전자 제품의 케이싱에는 높은 고급감을 지니는 미려한 외관이 요구되고 있다.
그러나 플라스틱제 화장품 용기 또는 그 뚜껑은 성형이 용이하며 가격이 상대적으로 저렴하고 대량 제조 가능하다는 장점은 있으나 외관 품질이 열등하다는 문제점이 있으므로 외관 품질을 개선할 수 있도록 수지와 금속의 이종 소재를 접합시킨 복합 재료의 개발 필요성이 대두되어 왔으며, 다른 한편으로 금속 고유의 높은 방열성 및/또는 강성이 요구되는 전자기기용 케이싱에 있어서는 이를 경량의 수지재로 대체하는 데에는 일정한 한계가 있으므로 금속재의 두께를 감소시켜 경량화하면서도 방열성 또는 강성의 희생은 최소화할 수 있는 복합 재료의 개발이 요구되어 왔다.
일반적으로 이종 소재, 특히 금속재와 수지재 간의 접합은 각 소재 고유의 물리적 및 화학적 특성과 표면 상태가 상이하므로 그 접합이 용이하지 않은 경우가 대부분이므로, 종래 이러한 문제를 해결하고자 금속 표면 개질 후 접착제를 이용한 접합, 사출 성형기, 초음파, 레이저, 고주파를 이용한 용해, 융착, 열압착 결합, 엘라스토머 시트를 이용한 레이저 접합, 또는 고주파 유전 가열에 의한 접합 등과 같은 다양한 방법에 의한 이종 접합체가 제안되어 있으나, 이러한 이종 접합체는 접합 경계면에서의 부착 강도가 충분히 만족스럽지 못하여 내구성이 열등하며 이는 고온 다습한 환경 조건이나 열적 환경 하에서 현저히 저하된다는 문제점이 있다.
오늘날 복잡한 구성을 가지는 용기 캡이나 다양한 형상의 용기, 또는 스마트 폰과 같은 모바일 기기나 백색 가전제품의 케이싱 등의 사출 성형에 있어서는, 이종 수지 재료를 이용한 이중사출, 금속 성형물 또는 1차 사출 수지 성형물을 인서트하고 그에 다시 2차 사출 성형하는 인서트 사출, 또는 인서트 이중 사출이 광범위하게 적용되고 있으나, 금속과 수지, 또는 이종 수지 재료 간의 물리화학적 특성은 현저히 다른 경우가 대부분이므로, 이중 사출이나 인서트 사출 또는 인서트 이중 사출의 경우 이종 재료 간의 접합력 향상을 위하여 본딩 프라이머(bonding primer) 코팅과 같은 추가적인 전처리 공정을 필요로 하나, 이러한 전처리 코팅층의 형성은 영구적이지 못할 뿐만 아니라 내구성도 여전히 충분히 만족스럽지 못하다는 문제점이 있다.
종래, 이중 사출이나 인서트 사출 등에 있어 본딩 프라이머를 사용하지 않는 전형적인 방법으로서, 한국 특허출원 공개 제10-2013-0037375호(2013.04.16. 공개)는 알루미늄이나 마그네슘과 같은 제1 소재를 다층 채널화한 다음, 그 표면을 에칭이나 양극산화 처리와 같은 표면 활성화 처리 후, 수지로 된 제2 소재로 인서트 사출 성형하고, 이어서 다층 채널의 적어도 한 층을 절삭해 내는 것으로 구성되는 이종 소재로 이루어진 복합체 및 그 제조방법을 제안하고 있다.
그러나 이러한 인서트 사출은 인서트되어 있는 알루미늄 소재 표면에 형성된 에칭 또는 양극 산화 피막의 포어 내로 균질하게 충진시키기 위하여 금형 온도를 충분히 높게 올려야만 하므로 사출 조건의 편차 확대, 사출 성형 및 냉각 시간의 증가, 금형 파손 등의 문제점이 있으며, 특히 유동성이 열등한 수지의 경우 접합 불량이 발생하기 쉽다는 문제점이 있다.
또한, 일본 특허공개 평5－51671호(1993.03.02. 공개)는 수지와 구리 합금을 접착시킨 수지 금속 접합물을 얻는 기술로서 트리아진 티올 피막을 구리 합금 표면에 전착(electrodeposition)하여 형성시키는 구리합금에 대한 전기화학적 표면처리법과 그 복합체를 개시(開示)하고 있다.
또한 국제공개 팜플렛 WO 97/035716(1997.10.02. 국제공개)에는 알루미늄 합금판에 20nm 이하의 양극 산화 피막을 형성하고 그 표면에 열가소성 수지 피막을 적층해 접착시킨 열가소성 수지 코팅 알루미늄 합금판 및 그 제조 장치를 제시하고 있다.
일본 특허공개 2001－200374호 공보(2001.07.24. 공개)에는 금속 표면에 피막 형성된 트리아진 티올 금속염에 음으로 대전 가능한 반응 화합물을 반응 혹은 흡착시켜 금속 표면의 반응성을 장기간 유지함으로써 금속 표면의 산화를 방지하는 금속 표면의 반응성 보유 방법을 제안하고 있다.
그러나 상기한 종래 기술들은 이종 소재 간 계면에서의 결합 강도가 충분히 만족스럽지 못하여 이종 소재 간 분리 내지 박리 또는 탈락의 우려가 있으며, 이러한 우려는 비우호적인 사용 환경이나 보관 환경 하에서 더욱 심각하게 된다는 문제점이 있다.
이러한 종래의 문제점을 해소하기 위한 종래의 방안으로서, 한국 특허출원 공개 제10-2015-0092872호(2015.08.17. 공개)는 표면에 깊이 50~300㎛, 단면 폭 30~150㎛, 센터 간 간격 100~300㎛인 십자 형태의 마이크로 피트(micro-pit)가 다수 형성된 금속 재료와; 상기한 금속 재료 표면의 상기한 마이크로 피트 내에 앵커링(anchoring)된 상태로 상기한 금속 재료의 적어도 일부 영역에 접합되어 있는 수지 재료로 구성되어 있는 이종(異種) 접합 부재를 제안하고 있다.
그러나 상기한 종래의 기술은 30~70회의 레이저 가공을 반복하는 물리적 가공을 수행하여야 하므로 가공 효율성이 만족스럽지 못하다는 문제점이 있다.
한국 특허출원 공개 제10-2013-0037375호(2013.04.16. 공개) 일본 특허공개 평5－51671호(1993.03.02. 공개) 국제공개 팜플렛 WO 97/035716(1997.10.02. 국제공개) 일본 특허공개 2001－200374호 공보(2001.07.24. 공개) 한국 특허출원 공개 제10-2015-0092872호(2015.08.17. 공개)
따라서 본 발명의 첫 번째 목적은 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금과 같은 금속재와 수지 성형품 간의 접합이 구조적인 높은 접합력으로 인하여 우수한 구조 강성 및 내구성을 지니는 경량화된 이종 접합형 수지 금속 복합재를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 금속재와 수지 성형품 간의 접합이 접합면에서 균일하여 높은 차폐성 및 방수성을 가지는 이종 접합형 수지 금속 복합재를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은 박형 금속재를 플라스틱 성형품의 외표면에 접합시킴으로써 플라스틱 성형품에 미려한 금속 외관을 부여할 수가 있는 이종 접합형 수지 금속 복합재를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 네 번째 목적은 전술한 제반 목적에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재를 간단하고 용이하게 효율적으로 제조할 수가 있어서, 생산 설비 비용 저감, 양산 시간 단축, 제품 크기에 제한이 없는 확대된 제조 자유도를 보유하며, 유동성이 낮은 수지의 경우에도 만족스럽게 적용 가능한 이종 접합형 수지 금속 복합재의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 첫 번째 내지 세 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 두께 0.1~1.2㎛의 불규칙한 다공성 양극 산화 피막 형성부를 가지는 금속재와; 사출성형 또는 압출성형된 열가소성 수지 성형품과; 상기한 열가소성 수지 성형품이 금속재와 접촉하는 계면에서 열압(heat pressing) 용융후 경화에 의해 상기한 양극 산화 피막 형성부에 앵커링되어 있는 수지 접합부로 구성되며: 상기한 금속재와 수지 접합부 계면의 인장 강도가 30~45MPa인 이종 접합형 수지 금속 복합재가 제공된다.
여기서, 상기한 금속재는 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금이고, 상기한 수지는 PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), PPS(폴리페닐렌 설파이드), PA(폴리아미드), PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트), POM(폴리옥시메틸렌), PC(폴리카보네이트), PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌), ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체), 또는 PS(폴리스티렌)일 수 있다.
또한, 상기한 수지 성형품은 화장품 용기 또는 화장품 용기의 캡, 또는 모바일 기기나 백색 가전 제품의 케이싱이고, 상기한 금속재는 화장품 용기 또는 화장품 용기의 캡, 또는 모바일 기기나 백색 가전 제품의 케이싱의 외부 스킨일 수 있다.
상기한 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, (A) 사출 또는 압출 수지 성형품을 준비하는 단계; (B) 금속재의 표면에 두께 0.1~1.2㎛의 불규칙한 다공성 양극 산화 피막 형성부를 형성하는 양극 산화 피막 형성 단계; (C) 상기한 금속재를 상기한 사출 또는 압출 수지 성형품의 용융 온도로 가온시키는 단계; (D) 가온된 상기한 금속재의 양극 산화 피막 형성부에 사출 또는 압출 수지 성형품을 접촉시켜 열압(heat pressing)하는 단계; 및 (E) 냉각 경화시켜, 상기한 금속재의 양극 산화 피막 형성부에 상기한 사출 또는 압출 수지 성형품의 용융후 경화에 의해 형성되는 수지 접합부를 앵커링시키는 단계로 구성되며: 금속재와 수지 접합부 계면의 인장 강도가 30~45MPa인 이종 접합형 수지 금속 복합재의 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기한 금속재는 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금이고, 상기한 수지는 PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), PPS(폴리페닐렌 설파이드), PA(폴리아미드), PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트), POM(폴리옥시메틸렌), PC(폴리카보네이트), PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌), ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체), 또는 PS(폴리스티렌)일 수 있다.
한편, 상기한 수지 성형품은 화장품 용기 또는 화장품 용기의 캡, 또는 모바일 기기나 백색 가전 제품의 케이싱이고, 상기한 금속재가 화장품 용기 또는 화장품 용기의 캡, 또는 모바일 기기나 백색 가전 제품의 케이싱의 외부 스킨으로 형성될 수 있다.
상기한 양극 산화 피막 형성 단계(B)는 상기한 금속재를 양극으로 하고 불용성 도전체 전극을 음극으로 하여, 40~70℃의 산성 용액 중에서 0.1~2.0 A/dm2의 전류 밀도로 30~90분간 전해하고 수세하여 건조하는 것으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기한 금속재 가온 단계(C)는 수지의 종류에 따라 100~400℃의 범위 내에서 적절히 선택하여 가열시킨 가열판에 상기한 금속재를 위치시켜 간접 가열하는 것으로 수행될 수 있다.
또한, 상기한 열압 단계(D)에서의 프레싱 조건은 0.1~5kg/cm2의 압력으로 1sec~5min간 수행될 수 있다.
한편, 상기한 수지 접합부 앵커링 단계(E)에 후속하여, 조립부 CNC 가공, 샌딩이나 블래스팅 또는 연마, 유광 또는 무광 도료 스프레이, 또는 인쇄 단계 등과 같은 적절한 후처리 가공 작업이 더욱 수행될 수 있음은 물론이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재는 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금과 같은 금속재와 수지 성형품을 상호간 높은 접합력으로 접합 가능하므로 이종 접합 소재가 우수한 구조 강성 및 내구성을 지님과 아울러, 접합면에서의 균일한 접합으로 높은 차폐성과 방수성을 보유하며, 경량화가 가능하고, 특히 박형 금속재를 플라스틱 성형품의 외표면에 접합시킬 경우 플라스틱 성형품에 미려하고 고급스러운 금속 질감의 외관을 부여할 수가 있으며, 본 발명에 따른 제조방법에 따르면 이종 접합형 수지 금속 복합재를 간단하고 용이하게 효율적으로 제조할 수가 있어서, 생산 설비 비용 저감, 양산 시간 단축, 제품 크기에 제한이 없는 확대된 제조 자유도를 보유하며, 유동성이 낮은 수지인 경우에도 만족스럽게 적용 가능하다.
도 1 및 도 2는 각각 알루미늄 합금의 양극 산화 피막 형성 전후의 표면 상태에 대한 광학 현미경 및 주사전자 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재 시편의 접합 상태를 나타내는 절단면에 대한 주사전자 현미경 사진이다.
도 4a는 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재 시편의 파단면 사진이고, 도 4b는 그 부분 확대도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재 시편의 다른 파단면 사진이고, 도 5b는 그 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재의 열압 제조방법에 대한 공정도이다.
도 7은 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재의 열압 제조방법을 설명하는 모식도이다.
도 8은 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재를 설명하기 위한 예시적인 단순화한 시편이다.
먼저, 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 “금속재”란 용어는 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금과 같은 비철금속재로서, 특정하게는 알루미늄 합금을 지칭하며, 상기한 금속재의 표면에 형성된 양극 산화 피막 형성부에 상기한 수지재가 열압 접합된다.
또한 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 “접합”이라는 용어는 금속재표면에 형성되는 두께 0.1~1.2㎛의 양극 산화 피막에 형성되는 요철 구조에 의한 물리적인 앵커 결합과, 양극 산화 피막 내에 존재하는 Al2O3와 수지 사이의 산염기 결합에 의하여 강하게 결합되어 일체화된 상태를 일컬으며, 선택적으로 양극 산화 피막에 트리아진 티올 유도체를 존재시키는 경우에는 상기한 트리아진 티올 유도체가 앵커 결합 및 산염기 결합에 가세함과 아울러, 트리아진 티올 유도체와 수지의 말단 관능기 사이에 공유결합이 형성되어 더욱 강한 접합 강도 및 내구성을 얻을 수 있게 된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 각각 알루미늄 합금의 양극 산화 피막 형성 전후의 표면 상태에 대한 광학 현미경 및 주사전자 현미경 사진으로서, 도 1의 표면 처리 전의 평활한 알루미늄 합금 표면이 양극 산화 피막 형성 후에는 도 2에 나타낸 바와 같이 Al2O3로 된 미세 요철 구조를 가지는 영역(흑색부)이 불규칙하게 잘 발달된 상태로 변환되었음을 보여준다.
도 3은 금속재 상에 수지가 열압 접합되어 일체화되어 있는 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재의 절단면에 대한 주사 전자 현미경 사진으로서, 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재는 두께 0.1~1.2㎛의 불규칙한 다공성 양극 산화 피막 형성부(중간계면의 회색조 부분)를 가지는 금속재(밝은 부분)와, 사출성형 또는 압출성형된 열가소성 수지 성형품(검은 부분)과, 상기한 열가소성 수지 성형품이 금속재와 접촉하는 계면에서 열압(heat pressing) 용융후 경화에 의해 상기한 양극 산화 피막 형성부에 앵커링되어 있는 수지 접합부(중간 계면의 회색조 부분)로 구성된다.
여기서, 상기한 금속재와 수지 접합부 계면의 인장(파단) 강도는 30~45MPa의 범위이다.
상기한 양극 산화 피막 형성부의 두께가 0.1㎛ 미만이면 금속재와 수지와의 접합층이 얇아 치밀하지 못하며 균일하지 못하게 되어 접합 강도가 충분치 못하게 될 우려가 있으며, 역으로 1.2㎛를 초과하면 양극 산화 피막형성부와 수지 간의 충분한 접합층은 확보할 수 있으나 양극 산화 피막 형성부 내에서 파단이 일어날 우려가 있으므로 역시 바람직하지 못하다.
상기한 금속재는 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금일 수 있으며, 상기한 수지 성형품을 형성하는 수지는 이에 한정되는 것은 아니지만 PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), PPS(폴리페닐렌 설파이드), PA(폴리아미드), PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트), POM(폴리옥시메틸렌), PC(폴리카보네이트), PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌), ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체), 또는 PS(폴리스티렌)일 수 있고, 필요하다면 상기한 수지에는 비도전성 안료 또는 대전 방지제가 포함될 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 발명에 있어서 상기한 수지 성형품은 화장품 용기 또는 화장품 용기의 캡, 또는 모바일 기기나 백색 가전 제품의 케이싱일 수 있으며, 상기한 금속재는 화장품 용기 또는 화장품 용기의 캡, 또는 모바일 기기나 백색 가전 제품의 케이싱의 외부 스킨(skin)일 수 있고, 상기한 금속재의 두께는 본 발명에 있어 제한적인 것은 아니지만 0.1~1.5mm의 범위일 수 있으며, 특정하게는 0.4~0.8mm의 범위일 수 있다.
한편, 도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재 시편의 파단면 사진 및 그 부분 확대도로서, 상기한 금속재는 알루미늄 합금이고 수지는 폴리프로필렌(PP) 경우이며, 도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재 시편의 다른 파단면 사진 및 부분 확대도로서, 상기한 금속재는 알루미늄 합금이고 수지는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS)인 경우이다.
알루미늄 합금의 측면 일측에 양극 산화 피막 처리를 한 후 피막 처리면에 수지를 열압에 의해 접합하고 인장시킨 경우에 대한 것으로서, 알루미늄 합금과 수지 사이의 접합 계면에서 파단이 일어나는 것이 아니라 수지 중에서 파단이 일어나 알루미늄 합금면에 수지가 남아 있음을 확인할 수 있다.
파단 강도는 수지의 종류 및 양극 산화 피막 형성부의 두께에 따라 다르기는 하지만 평균 30~45MPa의 범위로서, 표면 무처리 알루미늄 합금의 측면 일측에 수지를 인서트 사출에 의해 접합하고 인장시킨 경우 또는 알루미늄 합금의 측면 일측에 에폭시 본딩 프라이머 처리한 후 수지를 인서트 사출에 의해 접합하고 인장시킨 경우(알루미늄 합금과 수지 사이의 접합 계면에서 파단이 일어나 알루미늄 합금면에 수지가 남아 있지 않음)의 8~9MPa와 비교 시 무려 3.3~5.6배 더 강한 접합 강도를 지님을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재의 제조방법은 하기의 단계로 구성되며, 공정도인 도 6과 모식도인 도 7을 참조하기 바란다.
(A) 수지 성형품 준비 단계:
사출 또는 압출에 의하여 형성된 PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), PPS(폴리페닐렌 설파이드), PA(폴리아미드), PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트), POM(폴리옥시메틸렌), PC(폴리카보네이트), PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌), ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체), 또는 PS(폴리스티렌) 성형품을 준비한다.
상기한 성형품은 화장품 용기 또는 화장품 용기의 캡, 또는 모바일 기기나 백색 가전 제품의 케이싱일 수 있다.
(B) 양극 산화 피막 형성 단계:
알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금으로 된 금속재의 표면에 두께 0.1~1.2㎛의 불규칙한 다공성 양극 산화 피막 형성부를 형성한다.
상기한 금속재는 화장품 용기 또는 화장품 용기의 캡, 또는 모바일 기기나 백색 가전 제품의 케이싱의 외부 스킨을 이루는 3차원 형상의 것일 수 있다.
금속재를 지그에 안착시킨 후, 계면활성제 용액에 침지하여 탈지시킴과 동시에 오염을 제거하고 세척한 후, 수세하고, 수산화나트륨 수용액과 같은 알칼리 용액에 침적하여 탈지하고 세척한 다음, 수세하고, 황산, 염산, 또는 질산 수용액에서 에칭하여 표면 활성화시킨 후 수세하며, 이러한 과정은 금속표면 처리에 있어 통상적이다.
이어서, 상기한 금속재를 양극으로 하고 불용성 전극으로서도전체인 티탄, 스테인리스 스틸, 탄소 등을 음극으로 하여, 40~70℃의 산성 용액 중에서 0.1~2.0 A/dm2의 전류 밀도로 30~90분간 전해하고 수세하여 건조하는 것으로 이루어질 수 있다.
상기한 산성 용액은 특별한 제한은 없으며, 당업계에 통상적으로 사용되는 인산, 크롬산(chromic acid), 옥살산(oxalic acid), 황산 또는 이들의 임의의 혼합 용액을 사용할 수 있다.
산성 용액의 온도가 40℃ 미만에서는 형성되는 양극 산화 피막의 세공 직경이 0.1㎛ 이상의 알루마이트층이 형성되어 수지와의 앵커 효과에 의한 접합성이 저하되어 바람직하지 못하며, 역으로 70℃을 초과하면 양극 산화 피막의 용해가 지나치게 과다하게 되어 적절한 양극 산화 피막 두께를 확보할 수 없게 되어 접합성이 저하될 우려가 있어 역시 바람직하지 못하다.
한편, 전류 밀도가 0.1 A/dm2 미만이면 양극 산화 피막의 형성 속도가 느려져 치밀한 미세공 형성이 곤란하여 접합성이 저하될 우려가 있으며, 역으로 2.0 A/dm2를 초과하면 미세공 직경이 커져 접합성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에 있어서는, 필요하다면 접합 강도 증대를 위하여 양극 산화 피막이 형성된 금속재를 양극으로 하고, 전술한 바와 같은 불용성 도전체를 음극으로 하여 트리아진 티올 유도체를 포함하는 수용액 중에서 전해함으로써 양극 산화 피막에 트리아진 티올 유도체를 0.001~0.01중량% 포함시킬 수 있다.
전해액으로서는 특별한 제한은 없지만,NaOH, Na2CO3, Na2SO4, K2SO3, Na2SO3, K2SO3, NaNO2, KNO2, NaNO3, NaClO4, CH3COONa 등을 적절히 이용할 수 있다.
양극 산화 피막을 형성한 후 수세하고 탕세한 후 건조시킨다.
(C) 금속재 가온 단계:
수지 성형품의 수지 종류에 따른 용융 온도인 100~400℃로 가열시킨 가열판에 상기한 금속재를 위치시키고 가온한다.
열가소성 수지 종류에 따른 가온 온도를 하기의 표 1에 나타낸다.
Figure pat00001
(D) 열압(heat pressing) 단계:
가온된 상기한 금속재의 양극 산화 피막 형성부에 사출 또는 압출 수지 성형품을 접촉시켜 열압한다.
가압 조건은 일반적으로는 0.1Kg/cm2 ~ 10Kg/cm2의 범위, 구체적으로는 0.1Kg/cm2 ~ 5Kg/cm2의 범위, 특정하게는 0.1Kg/cm2 ~ 1Kg/cm2의 범위일 수 있다.
또한 열압 접합 시간은 일반적으로는 1sec~10min의 범위, 구체적으로는 1sec~5min의 범위, 특정하게는 5sec~30sec의 범위일 수 있다.
상기한 가압 조건 및 열압 접합 시간은 수지의 종류, 수지 성형품의 형상이나 구조, 가열 온도 조건 등과 같은 다양한 파라메터에 의해 변화될 수 있다.
(E) 냉각 경화 단계:
냉각 경화시키는 것에 의해 상기한 금속재의 양극 산화 피막 형성부에 수지 성형품의 용융후 경화에 의해 형성되는 수지 접합부를 앵커링시킨다.
냉각 시간은 일반적으로는 1sec~10min의 범위, 구체적으로는 1sec~ 5min의 범위, 특정하게는 5sec~30sec의 범위일 수 있다.
열가소성 수지 종류에 따른 냉각 온도를 하기의 표 2에 나타낸다.
Figure pat00002
이와 같이 제조되는 본 발명에 따른 금속재와 수지 접합부 계면의 인장 강도는 30~45MPa의 범위이다.
한편, 상기한 냉각 경화 단계(E)에 후속하여, 필요하다면 조립부를 CNC 가공하거나, 샌딩이나 블래스팅 또는 연마 등을 수행하거나, 또는 유광 또는 무광 도료를 스프레이하거나, 또는 인쇄 작업을 수행하거나, 또는 상기한 조립부에 필요 부품을 조립하는 등의 마무리 후공정을 수행할 수 있으며, 이에 대한 사항은 공지이므로 이에 대한 부연은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명에 있어 필요하다면 선택적으로, 두께 0.1~1.5mm, 특정하게는 0.4~0.8mm의 금속재에 레이저를 이용하여 직경 10~300㎛의 미세공을 다수 천공한 후 열가소성 수지 성형품을 열압 접합 시 상기한 금속재의 열압 접합면의 반대 측을 감압 조건으로 함으로써 상기한 금속재의 양극 산화 피막부에 형성된 불규칙한 다공성 양극 산화 피막 형성부에 앵커링되는 수지 접합부가 더욱 치밀하고 견고하게 접합되도록 할 수도 있다.
마지막으로, 도 8은 본 발명에 따른 이종 접합형 수지 금속 복합재를 쉽게 설명하기 위하여 예시적으로 단순화한 시편을 나타내나, 본 발명이 적용될 수 있는 바람직한 예는 화장품 용기의 캡이나 모바일 기기 케이싱 등과 같은 수지 사출 성형품의 외관에 금속의 고급감과 미려함을 부여할 수 있는 금속재 스킨이 접합된 것들을 들 수 있다.
이상, 본 발명을 구체예를 들어 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 당업자라면 이로부터 다양한 변화 및 수정이 가능함은 물론이며 이 또한 본 발명의 영역 내이다.

Claims (10)

  1. 두께 0.1~1.2㎛의 불규칙한 다공성 양극 산화 피막 형성부를 가지는 금속재와;
    사출성형 또는 압출성형된 열가소성 수지 성형품과;
    상기한 열가소성 수지 성형품이 금속재와 접촉하는 계면에서 열압(heat pressing) 용융후 경화에 의해 상기한 양극 산화 피막 형성부에 앵커링되어 있는 수지 접합부로 구성되며:
    상기한 금속재와 수지 접합부 계면의 인장 강도가 30~45MPa인 이종 접합형 수지 금속 복합재.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 금속재가 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금이고, 상기한 수지가 PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), PPS(폴리페닐렌 설파이드), PA(폴리아미드), PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트), POM(폴리옥시메틸렌), PC(폴리카보네이트), PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌), ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체), 및 PS(폴리스티렌)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 열가소성 수지인 이종 접합형 수지 금속 복합재.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 수지 성형품이 화장품 용기 또는 화장품 용기의 캡, 또는 모바일 기기나 백색 가전 제품의 케이싱이고, 상기한 금속재가 화장품 용기 또는 화장품 용기의 캡, 또는 모바일 기기나 백색 가전 제품의 케이싱의 외부 스킨으로 형성되어 있는 이종 접합형 수지 금속 복합재.
  4. 하기의 단계로 구성되며, 금속재와 수지 접합부 계면의 인장 강도가 30~45MPa인 이종 접합형 수지 금속 복합재의 제조방법:
    (A) 사출 또는 압출 수지 성형품을 준비하는 단계;
    (B) 금속재의 표면에 두께 0.1~1.2㎛의 불규칙한 다공성 양극 산화 피막 형성부를 형성하는 양극 산화 피막 형성 단계;
    (C) 상기한 금속재를 상기한 사출 또는 압출 수지 성형품의 용융 온도로 가온시키는 단계;
    (D) 가온된 상기한 금속재의 양극 산화 피막 형성부에 사출 또는 압출 수지 성형품을 접촉시켜 열압(heat pressing)하는 단계; 및
    (E) 냉각 경화시켜, 상기한 금속재의 양극 산화 피막 형성부에 상기한 사출 또는 압출 수지 성형품의 용융후 경화에 의해 형성되는 수지 접합부를 앵커링시키는 단계.
  5. 제4항에 있어서, 상기한 금속재가 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금이고, 상기한 수지가 PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), PPS(폴리페닐렌 설파이드), PA(폴리아미드), PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트), POM(폴리옥시메틸렌), PC(폴리카보네이트), PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌), ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체), 및 PS(폴리스티렌)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 열가소성 수지인 이종 접합형 수지 금속 복합재의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기한 수지 성형품이 화장품 용기 또는 화장품 용기의 캡, 또는 모바일 기기나 백색 가전 제품의 케이싱이고, 상기한 금속재가 화장품 용기 또는 화장품 용기의 캡, 또는 모바일 기기나 백색 가전 제품의 케이싱의 외부 스킨으로 형성되어 있는 이종 접합형 수지 금속 복합재의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기한 양극 산화 피막 형성 단계(B)가 상기한 금속재를 양극으로 하고 불용성 도전체 전극을 음극으로 하여, 40~70℃의 산성 용액 중에서 0.1~2.0 A/dm2의 전류 밀도로 30~90분간 전해하고 수세하여 건조하는 것으로 이루어지는 이종 접합형 수지 금속 복합재의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기한 금속재 가온 단계(C)가 수지의 종류에 따라 100~400℃로 가열시킨 가열판에 상기한 금속재를 위치시켜 수행되는 이종 접합형 수지 금속 복합재의 제조방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기한 열압 단계(D)에서의 프레싱이 0.1~5kg/cm2의 압력으로 1sec~5min간 수행되는 이종 접합형 수지 금속 복합재의 제조방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기한 수지 접합부 앵커링 단계(E)에 후속하여, 조립부 CNC 가공, 샌딩이나 블래스팅 또는 연마, 유광 또는 무광 도료 스프레이, 또는 인쇄 단계가 수행되는 이종 접합형 수지 금속 복합재의 제조방법.
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