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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 소형 전자제품에 많이 쓰이는 금속외장을 구현하기 위하여 금속 표면에 언더컷 가공을 하여 플라스틱과 금속을 결합하는 기술을 소개하고자 한다. 소개기술은 이미 건축이나 산업분야에서 이종재료간 접합 시 접합 정도를 향상 시키기 위해 접합부에 언더컷을 생성하여 결합하는 방식으로 쓰이고 있으나 본 연구에 인서트 몰딩을 적용한 단면접합 방법으로 이를 이용하여 접합부 표면 상태에 따른 접합력 연구를 수행하였다.
제안 방법
- KS M 3734는 인장 전단 접착 강도 실험 방법으로 본 연구에서는 슬리팅 가공 깊이 변화에 따른 실험치 측정과 슬리팅 방향 변화에 따른 실험치를 측정하였다. Fig.
- 세로로 슬리팅할 경우 그림에서와 같이 13개의 슬리팅이 생성되어 가로 7개의 슬리팅 개수보다 많아져 보다 많은 언더컷을 형성할 수 있어 이에 따른 강도 차이가 예상된다. 따라서 0.5mm, 0.8mm 가로 슬리팅 시편을 제작하여 슬리팅 깊이에 따른 접합강도를 비교하고, 0.8mm 세로 슬리팅 시편을 제작하여 0.8mm 가로 슬리팅 시편과의 접합강도 비교 실험을 수행하였다.
- 마찰 및 접촉 해석은 비선형성 문제로 복잡한 해석이다. 따라서 인장 실험과 굽힘 실험에 대하여 해석 시 발산이 일어나지 않는 낮은 하중 범위 내에서 해석을 수행하였다. 유한요소해석 프로그램으로는 ANSYS를 이용하였다.
- 연구기술의 신뢰성 및 가능성을 알아보기 위하여 KS 규격에 따른 시편을 제작하고 접합강도를 측정하는 실험을 수행하였다. 또한 측정결과를 기존의 기술과 비교 하였다.
- 먼저 금속부분의 슬리팅 가공 치수는 가공 도구와 접합강도에 영향을 주는 치수를 고려하여 선정하였다. Fig.
- 본 연구에서 고안한 기술 중 인서트 사출의 과정은 중요한 부분이므로 시편제작용 인서트 사출금형을 제작하였다. 제품생산이 아닌 시편 제작을 위한 금형으로 단일 캐비티로 제작하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 소형 전자제품에 많이 쓰이는 금속외장을 구현하기 위하여 금속 표면에 언더컷 가공을 하여 플라스틱과 금속을 결합하는 기술을 소개하고자 한다. 소개기술은 이미 건축이나 산업분야에서 이종재료간 접합 시 접합 정도를 향상 시키기 위해 접합부에 언더컷을 생성하여 결합하는 방식으로 쓰이고 있으나 본 연구에 인서트 몰딩을 적용한 단면접합 방법으로 이를 이용하여 접합부 표면 상태에 따른 접합력 연구를 수행하였다. 연구기술의 신뢰성 및 가능성을 알아보기 위하여 KS 규격에 따른 시편을 제작하고 접합강도를 측정하는 실험을 수행하였다.
- 앞에서 수행한 실험데이터를 토대로 실험 시 발생하는 응력양상에 대해 알아보기 위해 유한요소해석을 수행하였다. 마찰 및 접촉 해석은 비선형성 문제로 복잡한 해석이다.
- 여기에 KS M 3723 은 굴곡 접착 강도 시험 방법으로 본 연구에서는 슬리팅 가공 깊이 변화에 따른 실험치 측정과 슬리팅 방향 변화에 따른 실험치를 측정하였다. Fig.
- 소개기술은 이미 건축이나 산업분야에서 이종재료간 접합 시 접합 정도를 향상 시키기 위해 접합부에 언더컷을 생성하여 결합하는 방식으로 쓰이고 있으나 본 연구에 인서트 몰딩을 적용한 단면접합 방법으로 이를 이용하여 접합부 표면 상태에 따른 접합력 연구를 수행하였다. 연구기술의 신뢰성 및 가능성을 알아보기 위하여 KS 규격에 따른 시편을 제작하고 접합강도를 측정하는 실험을 수행하였다. 또한 측정결과를 기존의 기술과 비교 하였다.
- 2는 인장 전단 접착 강도 측정을 위한 시편치수이다. 인서트금형 가공을 고려하여 가로방향을 규격보다 작게 제작하였다. 본 연구에 사용된 실험재료 및 치수는 61.
- 본 연구에서 고안한 기술 중 인서트 사출의 과정은 중요한 부분이므로 시편제작용 인서트 사출금형을 제작하였다. 제품생산이 아닌 시편 제작을 위한 금형으로 단일 캐비티로 제작하였다. Fig.
대상 데이터
- 기술의 신뢰성을 높이기 위하여 KS 규격에 따른 접합강도 측정 실험을 수행 하였다. 가장 보편적으로 사용되는 인장, 굴곡 접착 강도 실험을 채택하였다. 인장 전단 접착 강도 측정을 위해서는 KS M 3734 실험방법을, 굴곡 접착 강도 측정을 위해서는 KS M 3723 실험방법을 참고하였다[8~9].
- 런너 직경은 플라스틱 부분의 두께와 가공성을 고려하여 반원형 런너를 채택하고 반경은 5mm이다. 게이트는 폭 2mm 깊이 1.4mm이다. Fig.
- 본 연구에 사용된 실험재료 및 치수는 61.25×25×3mm의 폴리뷰틸렌 테레프랄레이트(Polybutylene, PBT)와 61.25×25×1.6mm의 알루미늄(Aluminum; Al) 6061이다.
- 2mm 떨어진 곳으로 설정하였다. 이를 고려하여 치수 B에 따른 접합 강도 차이를 비교하기 위하여 0.8mm, 0.5mm 두 가지 B 치수를 선정하였다. 펀치의 각도는 가공 용이성을 고려하여 90°, 120°, 150° 중 선정하였다.
데이터처리
- 따라서 인장 실험과 굽힘 실험에 대하여 해석 시 발산이 일어나지 않는 낮은 하중 범위 내에서 해석을 수행하였다. 유한요소해석 프로그램으로는 ANSYS를 이용하였다. Fig.
이론/모형
- 기술의 신뢰성을 높이기 위하여 KS 규격에 따른 접합강도 측정 실험을 수행 하였다. 가장 보편적으로 사용되는 인장, 굴곡 접착 강도 실험을 채택하였다.
- 본 연구는 기술의 신뢰성과 기반을 마련하기 위해 KS 규격에 준한 실험을 수행하였다. 또한 다른 기술과 비교 분석 후 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 가장 보편적으로 사용되는 인장, 굴곡 접착 강도 실험을 채택하였다. 인장 전단 접착 강도 측정을 위해서는 KS M 3734 실험방법을, 굴곡 접착 강도 측정을 위해서는 KS M 3723 실험방법을 참고하였다[8~9]. Fig.
성능/효과
- (1) 연구한 접합기술은 가로방향으로 슬리팅하고 그 깊이가 0.8mm인 것을 대표로 봤을 때 14.2MPa이상의 인장 접합 강도를 가진다.
- (2) 가로방향으로 슬리팅하고 그 깊이가 0.8mm인 것을 대표로 봤을 때 92kgf이상의 굴곡 접합 강도를 가진다.
- (3) 인장실험 결과에서 가로방향 슬리팅 0.5mm와 0.8mm는 플라스틱의 파단으로 인해 비교분석 할 수 없었다.
- (4) 비교분석 결과 현재 사용되는 기술 중 NMT 기술의 접합 강도에는 못 미치나 가장 많이 사용하는 기술인 접착필름의 강도보다는 높게 나타났다.
- (5) 유한요소해석 수행 결과 실제 실험 결과의 원인을 분석하는데 참조 할 수 있는 실험 결과와 유사한 응력분포 형상이 나타났다. 설계 시상대적으로 물성이 낮은 플라스틱 부분에 대해서 강성을 보완하는 고려가 필요할 것으로 분석 된다.
- (b)에서와 같이 슬리팅 부를 확대해서 보았을 때에도 접착 부위보다 플라스틱 부분에 더 많은 응력이 집중됨을 볼 수 있다.
- 8mm 인 가로가 더 강함을 알 수 있다. 0.5mm인 가로 시편은 평균 72kgf 이고, 0.8mm 인 가로 시편은 슬리팅은 언더컷 플라스틱 부분이 파괴된 것으로 보아 접합 부위 플라스틱의 강도가 더 커진다면 92kgf 보다 높은 강도를 가질 것으로 판단된다. 마찬가지로 플라스틱 부분이 파단 된 0.
- 8mm 인 세로 시편의 경우도 109kgf 이상의 굴곡 접착 강도를 가질 것으로 예상된다. 슬리팅 방향에 따른 강도를 비교해 볼 때 굽힘 실험에서는 슬리팅 수가 더 많이 들어가고 그에 따른 언더컷 형상이 더 많이 생긴 세로 시편의 접합강도가 더 높게 나타났다.
- 위 결과를 볼 때 타 기술과 비교 시 일정강도를 보여 가능성과 신뢰성을 확인하였다. 다만 정확한 수치와 여러 방법에 대한 연구가 더욱 필요하다 하겠다.
후속연구
- 위 결과를 볼 때 타 기술과 비교 시 일정강도를 보여 가능성과 신뢰성을 확인하였다. 다만 정확한 수치와 여러 방법에 대한 연구가 더욱 필요하다 하겠다. 또한 대량생산을 위한 실제적인 가공 방법에 대한 연구도 필요하다.
- 2MPa보다 강하였다[1]. 또한 나노 몰딩 기술의 인장강도인 24MPa보다는 못 미치나 플라스틱의 강도를 보완하여 실험할 시 지금보다 더 높은 강도가 나올 것으로 예상되고 정확한 비교를 위해서는 추가적인 실험이 필요하다 판단된다[4].
- (5) 유한요소해석 수행 결과 실제 실험 결과의 원인을 분석하는데 참조 할 수 있는 실험 결과와 유사한 응력분포 형상이 나타났다. 설계 시상대적으로 물성이 낮은 플라스틱 부분에 대해서 강성을 보완하는 고려가 필요할 것으로 분석 된다.
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