PC에 대한 자가 접착형 LSR: 접착 방법 및 설계 규칙

폴리카보네이트 위에 오버몰딩된 자가 접착형 액상 실리콘 고무는 강성 구조 부품과 유연한 밀봉, 완충, 그립 또는 절연 표면을 하나의 일체형 부품으로 결합할 수 있습니다.

이러한 경질-연질 조합은 의료 기기, 호흡기 제품, 전자 제품, 웨어러블 기기, 방수 하우징, 광학 부품, 자동차용 센서, 커넥터 및 유체 처리 어셈블리 분야에서 널리 고려되고 있습니다. 폴리카보네이트는 견고한 지지 구조를 제공하는 반면, LSR은 탄성, 밀봉 성능 및 부드러운 접촉면을 제공합니다.

그러나 LSR과 PC 간의 접착이 성공적으로 이루어진다고 결코 가정해서는 안 됩니다.

“자가 접착성”이라는 용어는 모든 자가 접착성 LSR이 모든 성형 조건에서 모든 폴리카보네이트 등급에 접착된다는 것을 의미하지는 않습니다. 접착력은 구체적인 LSR 배합, PC 수지 등급, 첨가제, 표면 상태, 금형 온도, 경화 시간, 삽입물 온도, 접합부 형상, 오염 관리 및 성형 후 환경 등에 따라 달라집니다.

플라스틱 등급에 따라 표면 특성이 다를 수 있으므로, 소재 공급업체들은 양산 전에 각 LSR과 기판의 조합에 대해 반드시 테스트를 실시할 것을 특별히 권장합니다.

이 가이드에서는 LSR과 PC의 자가 접착 오버몰딩과 관련된 주요 접착 방법, 소재 선정 요건, 금형 설계 원칙, 공정 제어, 시험 절차 및 일반적인 결함 유형에 대해 설명합니다.

셀프 본딩 LSR이란 무엇인가요?

자가접착형 LSR은 성형 및 경화 과정에서 특정 열가소성 수지나 금속과 접착력을 형성하도록 특별히 배합된 액상 실리콘 고무입니다.

일반적인 LSR은 처리되지 않은 폴리카보네이트에 대해 신뢰할 수 있는 화학적 접착력을 형성하지 못합니다. 따라서 기존의 조립 방식에서는 다음 사항이 필요할 수 있습니다:

• 기계식 연동 장치
• 별도의 입문서
• 플라즈마 처리
• 접착제
• 2차 조립
• 추가 밀봉 부품

자가 접착형 또는 프라이머가 필요 없는 LSR은 오버몰딩 과정에서 호환되는 기판에 직접 접착됨으로써 이러한 공정 중 일부를 생략할 수 있습니다.

모멘티브(Momentive)는 자가 접착형 LSR을, 성형 과정에서 프라이머나 2차 접착 공정 없이도 특정 기판에 직접 접착되도록 제조된 소재로 정의합니다.

“구체적”이라는 단어가 중요합니다. 구매자는 선택한 LSR 등급이 최종 제품에 사용되는 정확한 PC 수지에 맞춰 설계 및 테스트되었는지 반드시 확인해야 합니다.

왜 LSR과 폴리카보네이트를 결합해야 할까요?

폴리카보네이트는 일반적으로 경질 의료용, 전자용, 산업용 및 광학용 부품에 널리 사용됩니다. 배합에 따라 다음과 같은 특성을 나타낼 수 있습니다:

• 뛰어난 내충격성
• 치수 안정성
• 성형성
• 투명성
• 구조적 강성
• 의료용 등급의 공급 현황
• 멸균 처리에 적합한 등급의 공급 가능 여부
• 클립, 리브, 보스, 채널 및 광학 특징의 통합

의료용 폴리카보네이트 등급은 생체적합성 평가 및 체계적인 변경 관리 프로그램이 마련되어 있으나, 정확한 등급 및 지역별 공급 가능 여부는 수지 공급업체에 확인해야 합니다.

LSR은 다음과 같이 덧붙일 수 있습니다:

• 방수 밀봉
• 유연한 밸브
• 부드러운 촉감의 표면
• 진동 차단
• 전기 절연
• 충격 흡수
• 유연한 막
• 피부 접촉 인터페이스
• 일체형 개스킷
• 먼지 방지
• 압력에 반응하는 기능

두 재료를 오버몰딩하면 부품 수를 줄일 수 있으며, 별도로 장착해야 하는 개스킷을 없앨 수 있습니다.

LSR에서 PC로의 일반적인 응용 분야

전형적인 2액형 적용 분야로는 다음이 있습니다:

• 호흡용 마스크 프레임 및 안면 밀착부
• 의료기기 하우징
• 진단 장비용 씰
• 약물 전달 구성 요소
• 유체 제어 밸브
• 웨어러블 기기 하우징
• 전자식 버튼 및 멤브레인
• 방수 커넥터 본체
• 센서 하우징
• 조명 부품
• 배터리 및 전자기기 케이스
• 광학 어셈블리
• 자동차용 레이더 및 카메라 씰
• 휴대용 기기용 그립
• 재사용 가능한 의료용품

LSR을 이용한 폴리카보네이트 오버몰딩은 호흡용 마스크와 같이 성형 과정에서 밀봉 기능이 필요한 의료용 제품 및 기타 기기에 사용됩니다.

주요 접착 방법

LSR을 PC에 연결하는 데에는 네 가지 주요 전략이 있습니다:

1. 프라이머가 필요 없는 자가 접착형 LSR
2. 프라이머를 이용한 접착
3. 표면 활성화 또는 처리
4. 기계식 연동 장치

견고한 설계에서는 하나 이상의 방법을 사용할 수 있습니다.

방법 1: 프라이머가 필요 없는 자가 접착형 LSR

프라이머가 필요 없는 자가 접착형 LSR은 대량 2액형 성형에 있어 흔히 선호되는 방법입니다.

PC 인서트 또는 1차 사출 부품은 LSR 금형에 배치되고, 자가 접착성 실리콘이 노출된 접합 표면에 직접 주입됩니다. 경화 과정에서 LSR은 호환되는 폴리카보네이트와 접착력을 형성합니다.

잠재적인 장점으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 제조 공정 단계 감소
• 수동으로 프라이머를 도포할 필요가 없음
• 오염 위험 감소
• 용매 취급량 감소
• 자동화 개선
• 더 간소화된 생산 공정
• 하부 조립 인건비
• 더 균일한 접착제 도포
• 2단계 성형에 더 적합함
• 진행 중인 재고 감소

WACKER에 따르면, 특정 자체 접착형 LSR 등급은 기판 전처리 없이도 PC에 접착될 수 있으며, 자동화된 다성분 생산 공정을 지원할 수 있다고 한다.

또한 Momentive는 PC 및 기타 특정 열가소성 수지에 프라이머 없이 접착할 수 있도록 개발된 자가 접착형 LSR 제품군을 제공합니다.

프라이머리스 본딩의 한계

다음과 같은 경우 프라이머를 사용하지 않는 접착이 실패할 수 있습니다:

• PC 등급은 호환되지 않습니다.
• 이 수지에는 부적합한 첨가제가 포함되어 있습니다.
• 표면이 오염되었습니다
• 삽입물이 너무 차갑습니다
• 경화 시간이 부족합니다
• 인터페이스에 가해지는 압력이 불충분합니다
• LSR이 필름이나 코팅된 부품의 뒷면에 성형됩니다.
• PC가 노후되었거나 보관 중에 오염 물질이 침투했습니다.
• 이 인터페이스에는 박리 응력이 가해집니다.
• 금형 표면에 오염이 발생합니다
• 해당 재료 조합은 검증되지 않았습니다.

한 가지 PC 등급에 대한 시험 결과가 성공적이라고 해서, 동일한 수지 계열에 속하는 다른 등급과의 호환성이 입증되는 것은 아닙니다.

방법 2: 프라이머를 이용한 접합

LSR 성형 전에 PC 접착면에 프라이머를 도포할 수 있습니다.

프라이머는 실리콘과 열가소성 기판 사이에 접착 촉진층 역할을 합니다.

다음과 같은 경우에는 프라이머 사용을 고려할 수 있습니다:

• 선택된 LSR은 자가 접착성이 아닙니다.
• 프라이머를 사용하지 않은 접착력은 일관성이 없다
• PC 표면은 접착하기 어렵습니다.
• 이 적용에는 추가적인 접착 여백이 필요합니다.
• 이 프로젝트는 기존의 LSR 등급을 사용합니다.
• 생산량만으로는 새로운 자재 시스템을 도입할 근거가 되지 않는다
• 기계식 잠금 기능에는 한계가 있습니다

플라스틱 및 기타 기판과의 접착력을 향상시키기 위한 실리콘 프라이머가 시중에서 판매되고 있으나, 선택한 PC 및 LSR 시스템과의 호환성을 반드시 확인해야 합니다.

프라이머 공정 위험 요소

프라이머 적용 시 다음과 같은 추가 제어 사항이 적용됩니다:

• 표면 세척
• 도포 두께
• 보장 범위 일관성
• 건조 시간
• 프라이머의 보관 기간
• 용매 취급
• 운영자 교육
• 환경 제어
• 비결합 영역의 마스킹
• 로트 추적성
• 규제 평가
• 미미한 외관상의 결함
• 생산 주기 및 인건비 증가

프라이머를 너무 많이 바르면 침전물, 눈에 띄는 자국, 경계층 약화 또는 치수 편차가 발생할 수 있습니다.

프라이머를 너무 적게 바르면 접착되지 않은 부분이 생길 수 있습니다.

의료용 제품이나 식품 접촉 제품의 경우, 모든 프라이머 및 용매를 재료 및 규제 평가에 포함시켜야 합니다.

방법 3: 표면 활성화

표면 처리는 표면 에너지를 높이고, 특정 시스템에서 접착력을 향상시킬 수 있습니다.

가능한 방법으로는 다음이 있습니다:

• 대기 플라즈마
• 저압 플라즈마
• 코로나 치료
• 화염 처리
• 자외선-오존 처리
• 화학 표면 처리

일부 실리콘 접착 시스템에서는, 처리되지 않은 기판의 접착력이 불충분한 경우 접착력을 향상시키기 위해 플라즈마 처리가 사용됩니다.

그러나 표면 활성화는 시간에 따라 변합니다. 처리된 표면은 오버몰딩이 이루어지기 전에 활성화된 상태를 서서히 잃을 수 있습니다.

검증된 프로세스에서는 다음 사항을 정의해야 합니다:

• 치료 방법
• 전력
• 가스
• 거리
• 처리 속도
• 통과 횟수
• 성형 전 최대 지연 시간
• 보관 환경
• 표면 청결도 요건
• 검사 또는 모니터링 방법

통제된 검증 계획 없이는 표면 처리를 추가해서는 안 됩니다.

방법 4: 기계적 연동

기계적 결합 방식은 PC 부품의 형상을 이용하여 경화된 실리콘을 물리적으로 고정합니다.

주요 특징은 다음과 같습니다:

• 관통 구멍
• 슬롯
• 언더컷
• 그루브
• Windows
• 천공
• 고정 리브
• 도브테일 기능
• 감싸는 모서리
• 고정된 플랜지
• 확대된 앵커 포켓

LSR은 이러한 지형물을 통과하거나 우회하여 흐르다가 경화 후 기계적으로 고정됩니다.

기계식 연동 장치는 다음과 같은 경우에 유용합니다:

• 화학적 접착력은 불확실하다
• 애플리케이션에서 박리 응력이 발생합니다
• 이 본드는 안전에 매우 중요한 요소입니다.
• 이 제품은 반복적인 굽힘 테스트를 거칩니다
• 이 인터페이스가 물이나 화학 물질과 접촉합니다
• 장기간의 노화는 접착력을 저하시킬 수 있다
• 이 설계에는 중복된 보존 방식이 필요합니다.

기계적 잠금 장치는 화학적 결합을 보완할 수는 있지만, 통제되지 않은 성형 공정의 결함을 상쇄해서는 안 됩니다.

소재 조합이 가장 먼저 내려야 할 디자인 결정입니다

LSR 및 PC 등급은 시험을 거친 재료 조합으로 선정해야 합니다.

PC를 단순히 기계적 특성만을 기준으로 선택하지 말고, LSR은 나중에 별도로 선택하십시오.

평가에는 다음 사항이 포함되어야 합니다:

• LSR의 정확한 상품명 및 등급
• PC의 정확한 상품명과 등급
• PC 색상
• LSR 색상
• PC 첨가제
• 난연 시스템
• 자외선 안정제
• 내부 이형제 첨가제
• 유리 보강
• 의료용 또는 식품 접촉용 여부
• 멸균 요건
• 투명성 요건
• 가공 온도 호환성
• 변경 관리 요건

WACKER는 LSR 시리즈가 PC 및 기타 고성능 플라스틱에 접착되도록 설계된 경우라 하더라도, 기판마다 표면 특성이 다르기 때문에 양산 전에 각 기판에 대해 테스트를 실시해야 한다고 밝혔습니다.

모든 PC 등급을 동일하게 취급해서는 안 됩니다

두 가지 폴리카보네이트 등급은 다음 측면에서 차이가 있을 수 있습니다:

• 분자량
• 용융 유동 속도
• 내열성
• 이형제 패키지
• 착색제
• 난연제
• 보강
• 자외선 차단 첨가제
• 충격 수정자
• 의료 기록
• 멸균 적합성

이러한 차이점은 성형 거동과 계면 접착력에 영향을 미칠 수 있습니다.

접착 적합성 평가 시, 천연 PC 등급과 검정색 난연 PC 등급은 서로 별개의 기판으로 취급해야 합니다.

수지 공급업체, 등급, 안료, 재활용 함량 또는 첨가제 조합이 변경될 경우 기술적 검토를 실시해야 합니다.

온도 호환성

LSR은 경화 과정에서 열이 필요한 반면, PC는 부적절한 성형 조건에 노출될 경우 연화되거나 변형, 변색되거나 내부 응력이 축적될 수 있습니다.

선정된 PC는 다음 조건을 충족해야 합니다:

• LSR 금형 온도
• 예열 삽입
• 주입 압력
• 경화 시간
• 반복적인 성형 공정
• 계면에서의 국소 가열
• 필요한 경우, 후경화
• 멸균
• 열 노화

일반 PC로는 필요한 LSR 경화 조건을 충족할 수 없는 경우, 내열성이 더 높은 폴리카보네이트나 저온 경화형 LSR을 고려해 볼 수 있습니다.

표준 내열성만으로는 부족할 수 있는 LSR 오버몰딩 용도를 위해 특수 고내열 폴리카보네이트 등급이 개발되었습니다.

또한 다우는 열에 민감한 기판 및 두꺼운 오버몰딩 부위에 사용하기 위한 저온 경화형 LSR 제품도 제공하고 있습니다.

PC 인서트의 건조 및 취급

PC는 성형 공정 중 습기에 민감하므로, 경질 인서트를 생산할 때는 열가소성 수지 공급업체가 제시한 건조 및 가공 지침을 반드시 준수해야 합니다.

성형 후, 인서트는 다음 요인으로부터 보호되어야 합니다:

• 석유
• 먼지
• 지문
• 이형제 스프레이
• 세척 잔여물
• 포장 오염
• 응결
• 과도한 보관 기간
• 호환되지 않는 장갑과의 접촉
• 다른 생산 공정에서 발생하는 실리콘 오일

LSR 오버몰딩을 진행하기 전에는 접합 부위를 깨끗하고 건조한 상태로 유지해야 합니다.

승인된 세척 공정에는 다음 사항이 명시되어야 합니다:

• 세정제
• 농도
• 사용 방법
• 건조 방법
• 최대 보유 기간
• 포장
• 취급 장갑
• 수락 기준

PC의 응력 균열 및 표면 화학적 특성에 미치는 영향을 확인하지 않은 채 강력한 세정제를 사용하지 마십시오.

원샷 성형, 삽입 성형 및 투샷 성형

오버몰딩 삽입

PC 부품은 별도의 공정에서 성형된 후, 검사를 거쳐 보관되었다가 나중에 LSR 금형에 삽입됩니다.

장점은 다음과 같습니다:

• 각 성형 공정의 개별 최적화
• 유연한 생산 일정 수립
• 다중 구성 요소 장비에 대한 투자 감소
• 초기 개발이 더 수월함

단점으로는 다음이 포함될 수 있습니다:

• 추가 처리
• 표면 오염
• 냉각 기능 삽입
• 재고
• 수동 로딩
• 위치 측정 오차
• 성형 단계 간의 간격이 더 길어짐

투샷 성형

PC는 첫 번째 사출 성형으로 성형된 후, LSR 오버몰딩을 위해 다른 캐비티로 직접 이송됩니다.

잠재적인 장점으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 따뜻하고 갓 성형된 PC 표면
• 오염 감소
• 성형 단계 간의 짧은 지연 시간
• 자동화 개선
• 취급량 감소
• 더 높은 생산 일관성
• 진행 중인 재고 감소

WACKER는 자체 접착성 LSR이 다성분 성형 또는 셔틀 성형 공정을 통해 생산되는 대량 양산용 오버몰딩 부품에 적합하다고 설명합니다.

로터리 금형 또는 셔틀 금형

로터리 금형, 인덱스 플레이트 또는 셔틀 시스템이 PC 부품을 열가소성 수지 캐비티에서 LSR 캐비티로 이송합니다.

설계 시 다음 사항을 고려해야 합니다:

• 서로 다른 금형 온도
• PC 냉각 및 수축
• LSR 경화 온도
• 삽입 위치 지정
• 캐비티 정렬
• 사이클 밸런싱
• 로봇 접근
• 곰팡이-표면 격리
• 열팽창률

‘박리’가 아닌 ‘전단’을 고려한 인터페이스 설계

접착 접합부는 일반적으로 하중이 실리콘을 PC 가장자리에서 떼어내는 것이 아니라 전단 또는 압축 방향으로 작용할 때 더 우수한 성능을 발휘합니다.

다음과 같은 디자인은 피하십시오:

• 얇은 실리콘 립은 쉽게 들어 올릴 수 있습니다
• 본드 라인은 날카롭고 노출된 가장자리에서 끝납니다.
• 사용자가 반복적으로 터치하면 인터페이스가 직접 당겨집니다
• 조립 시 힘이 가해져 실리콘이 뒤쪽으로 벗겨진다
• 유체 압력으로 인해 접착면이 벌어집니다
• 케이블이 인터페이스에 수직으로 연결되어 있습니다.

다음과 같은 디자인을 선호합니다:

• LSR이 PC의 가장자리를 감싸고 있습니다
• 인터페이스의 겹침 정도가 적절합니다
• 하중이 넓은 영역에 분산됩니다
• 기계식 앵커는 접착력을 보강합니다
• 본드 가장자리가 보호됩니다
• 밀봉 압력이 LSR을 PC 쪽으로 밀어냅니다.

접착 면적을 신중하게 늘리십시오

접착 면적이 넓어지면 전체적인 고정력이 향상될 수 있지만, 면적이 넓다고 해서 접착 불량 문제가 자동으로 해결되는 것은 아닙니다.

인터페이스는 다음과 같아야 합니다:

• 안정적인 접착이 가능할 만큼 충분히 넓음
• LSR 흐름에 접근 가능
• 적절하게 환기된
• 두께의 급격한 변화가 없음
• 갇힌 공기로부터 보호됨
• 균일한 가열을 위해 설계됨
• 점검하기 쉬움

길고 좁은 접착 경로는 공기가 갇히게 하거나 충진이 불완전하게 될 수 있습니다.

중요 구역에 기계식 앵커를 설치하십시오

다음과 같은 장소 근처에서는 기계식 잠금 장치를 고려해야 합니다:

• 풀 탭
• 경첩
• 사용자 접촉 모서리
• 케이블 출구
• 밸브 부위
• 얇은 막
• 코너
• 고압 밀봉 부위
• 반복적인 굽힘에 노출되는 부위

관통 구멍을 통해 PCB 한쪽 면의 LSR이 반대쪽 면의 실리콘과 연결되어 견고한 물리적 잠금 장치를 형성합니다.

구멍의 직경과 간격은 플라스틱 구조의 강도를 약화시키지 않으면서 완전히 채울 수 있도록 해야 합니다.

날카로운 모서리는 피하십시오

PC의 날카로운 모서리는 다음과 같은 문제를 일으킬 수 있습니다:

• LSR 흐름 제한
• 공기 트랩 만들기
• 응력 집중
• 실리콘을 자르거나 찢으세요
• 유효 접착 면적 감소
• 얇은 단면 만들기
• 균열 발생을 촉진한다

계면에서는 적절한 반지름을 사용하십시오.

반지름은 기능적 형상을 충족시키면서도 유동 및 응력 분포를 개선할 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다.

LSR 두께 제어

매우 얇은 LSR 단면은 다음과 같은 현상이 발생할 수 있습니다:

• 표면이 너무 빨리 경화됨
• 다 채우지 마세요
• 탈형 시 발생하는 찢어짐
• 필 테스트 폭이 불충분함
• 일관성 없는 접착 강도 발생
• 사용 중에 파손될 수 있음

매우 두꺼운 단면의 경우 다음과 같은 현상이 발생할 수 있습니다:

• 더 긴 경화 시간이 필요합니다
• 사이클 시간 증가
• 온도 구배 생성
• 수축 효과를 높이기
• PC 인서트를 뒤틀기
• 트랩 공기

두께는 가능한 한 일관되게 유지해야 합니다.

갑작스러운 변화보다는 점진적인 변화가 더 바람직합니다.

게이트 위치

LSR 게이트는 접합 계면이 완전하고 균일하게 채워지도록 배치해야 합니다.

게이트 위치가 부적절하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

• 공기 포집
• 유동 지연
• 불균일한 인터페이스 압력
• 조기 경화
• 용접 이음매가 약한 부분
• 불완전한 캡슐화
• PC 인서트에 가해지는 과도한 압력
• 변위 삽입

게이트가 고속으로 이동하는 재료 흐름을 깨지기 쉬운 PC 벽에 직접 닿게 해서는 안 됩니다.

또한 게이트 유적은 다음 장소들로부터 떨어진 곳에 위치해야 합니다:

• 밀봉면
• 미관용 표면
• 얇은 막
• 사용자가 접촉하는 부분
• 임계 결합 모서리

환기 및 진공

LSR은 아주 좁은 틈새로도 흘러들어갈 수 있지만, 갇힌 공기로 인해 PC 표면과 완전히 밀착되지 못할 수도 있습니다.

공기 포집 현상으로 인해 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

• 국부적 비결합 영역
• 거품
• 표면 화상
• 충전량 부족
• 약한 결합 개시점
• 누설 경로

진공 보조 성형과 적절하게 배치된 배기구를 통해 충전 일관성을 높일 수 있습니다.

저점도의 경화되지 않은 LSR은 플래시를 유발할 수 있으므로, 통풍구는 신중하게 설계해야 합니다.

접착되지 않는 부분 보호하기

자가 접착형 LSR은 PC 부품에 접착되어야 하지만, 금형에서는 깨끗하게 분리되어야 합니다.

금형에는 다음 사항이 필요할 수 있습니다:

• 적합한 공구강
• 표면 코팅
• 정교한 광택
• 뚜렷한 질감
• 온도 균형
• 선택적 방출 처리
• 보호된 차단 구역

WACKER에 따르면, 자사의 PC 접착용 LSR 기술은 금형에는 접착되지 않으면서 경질 부품에만 접착되도록 설계되어 자동화 생산을 지원한다고 한다.

그러나 실제 릴리스 성능은 프로덕션 환경에서 검증되어야 합니다.

차단 장치 설계

노출된 PC와 오버몰딩된 LSR 사이의 경계면에는 정밀한 차단 형상이 필요합니다.

차단 기능이 제대로 작동하지 않으면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

• PC 표면의 실리콘 플래시
• 외관상의 결함
• 누설 경로
• 어려운 다듬기
• 광학 부위의 손상
• 제어되지 않은 본드 가장자리
• PC 변형

차단 장치는 다음과 같은 기능을 수행해야 합니다:

• PC 인서트 지지
• 인서트의 이동을 방지합니다
• 과도한 클램핑 응력을 피하십시오
• 플래시 제한
• 마감된 표면을 보호하십시오
• PC 치수 공차 고려
• 공구의 수명 기간 내내 유지보수가 가능해야 함

PC 삽입 온도

일부 시스템에서는 따뜻한 PC 삽입재를 사용하면 계면이 필요한 반응 온도에 더 빨리 도달하기 때문에 접착력을 향상시킬 수 있습니다.

삽입물이 너무 차가우면 다음과 같은 증상이 나타날 수 있습니다:

• 접착 형성 지연
• 경화 시간 요건 강화
• 취약 지대 만들기
• 습한 환경에서 결로 현상을 일으킵니다
• 사이클 간에 일관성 없는 결합을 발생시킵니다

삽입물이 너무 뜨거우면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

• 변형
• 스트레스가 쌓이다
• 치수 정확도 저하
• 접착력 향상
• 광학적 품질에 영향을 미침

검증된 공정에서는 오버몰딩 시 허용 가능한 삽입 온도 범위를 명시해야 합니다.

금형 온도 및 경화 시간

자가 접착형 LSR은 경화되고 접착력이 형성되려면 충분한 시간과 온도가 필요합니다.

경화 불량으로 인해 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

• 접착 불량
• 부드럽거나 끈적거리는 실리콘
• 열악한 기계적 특성
• 불안정한 치수
• 낮은 박리 강도

과도한 열에 노출되면 다음과 같은 증상이 나타날 수 있습니다:

• Deform PC
• 사이클 시간 증가
• 플라스틱의 색을 변색시키다
• 감정 첨가제
• 내부 응력을 증가시킨다
• 생산 효율 저하

자재 공급업체가 권장하는 가공 범위를 기준으로 삼아, 시험 생산을 통해 검증된 생산 범위를 수립하십시오.

계면에서의 압력

LSR은 경화되기 전까지 PC 표면과 지속적으로 접촉해야 합니다.

인터페이스 압력이 부족하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

• 건조한 부위
• 공기 주머니
• 부분적 접착
• 약한 연결
• 누설 경로

주입 압력이 과도할 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

• 인서트를 이동하세요
• 얇은 PC 벽을 변형시키다
• 차단밸브 열기
• 플래시 만들기
• 광학 표면의 손상

균일한 충전은 대개 최대 주입 압력보다 더 중요합니다.

경화 억제 및 오염

백금 가교 처리된 LSR은 특정 오염 물질의 영향을 받을 수 있습니다.

가능한 출처로는 다음이 있습니다:

• 유황 함유 물질
• 아민
• 인 화합물
• 일부 접착제
• 일부 안료
• 고무 장갑
• 윤활제
• 세정 제품
• 기타 엘라스토머에서 유래한 잔류물
• 포장재

WACKER는 아민, 황 및 인 화합물이 백금 촉매를 사용하는 LSR 시스템의 반응을 방해할 수 있다고 경고합니다.

생산 현장에서는 접촉 물질과 교차 오염을 관리해야 합니다.

접착 파손 양상

접착 불량

실리콘이 PC 표면에서 깔끔하게 분리됩니다.

이는 대개 계면 결합이 실리콘 자체보다 약하다는 것을 의미합니다.

가능한 원인으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 호환되지 않는 재료 조합
• 표면 오염
• 온도 부족
• 경화 시간이 짧음
• LSR 혼합 오류
• 노후되었거나 부적합한 PC 표면
• 부적절한 치료
• 잘못된 프라이머
• 프라이머 도포 불량

응집성 파괴

실리콘은 찢어지지만, 한 층은 PC에 붙어 남아 있습니다.

이는 계면 결합력이 국부적인 실리콘 강도보다 더 강하다는 것을 의미합니다.

박리 시험 시에는 일반적으로 응집 파단이 바람직한 결과로 간주됩니다.

WACKER는 일부 PC 및 자가 접착형 LSR 조합에 대한 박리 시험에서 응집 파단이 발생했다고 보고했으며, 이 경우 계면은 온전한 상태를 유지한 채 실리콘이 찢어지는 현상이 관찰되었다.

혼합 실패

인터페이스의 일부는 깔끔하게 분리되는 반면, 다른 부분은 실리콘을 찢고 지나갑니다.

혼합형 실패는 다음을 나타낼 수 있습니다:

• 고르지 않은 노면 상태
• 온도 변화
• 부분적 오염
• 공기 포집
• 고르지 않은 프라이머
• 일관되지 않은 인터페이스 압력
• 가변 경화

PC 기판 고장

실리콘 접착부가 분리되기 전에 PC가 금이 가거나 파손됩니다.

이는 접착력이 강하다는 것을 나타낼 수도 있지만, 다음과 같은 원인을 드러낼 수도 있습니다:

• 과도한 응력 집중
• PC 기하학적 구조가 취약함
• 내부 성형 응력
• 화학 공격
• 부실한 기계 설계

박리 시험

90도 또는 박리 시험은 일반적으로 다양한 재료 조합과 공정 조건 간의 접착력을 비교하는 데 널리 사용됩니다.

통제된 시험에서는 다음 사항을 정의해야 합니다:

• 시편의 형상
• 접착 폭
• LSR 두께
• PC 두께
• 피엘 각도
• 인발 속도
• 컨디셔닝 시간
• 시험 온도
• 샘플 수량
• 고장 모드
• 최소 박리 강도

작용력과 파괴 양상을 모두 보고하십시오.

높은 힘이 가해진 후 접착제가 깔끔하게 분리되는 현상은, 낮은 힘이 가해졌을 때 일관되게 응집력에 의한 파열이 발생하는 경우와는 다른 위험성을 시사할 수 있다.

WACKER는 선별된 자체 접착형 LSR 및 PC 조합에 대한 박리 시험 결과를 보고하고 있으나, 해당 공급업체의 측정값은 다른 제품 형상이나 수지 등급에 대한 자동적인 합격 기준으로 사용되어서는 안 됩니다.

인장 시험

단추, 삽입재, 커넥터 및 원형 씰의 경우, 인장 인출 시험이나 밀어내기 시험이 실제 하중을 더 잘 반영할 수 있습니다.

테스트 고정 장치는 예상되는 작동 방향을 재현해야 합니다.

측정 가능한 항목은 다음과 같습니다:

• 최대 인장력
• 첫 번째 분리 시의 힘
• 파단 시 변위량
• 고장 위치
• 응집 파괴 비율

누출 시험

LSR이 방수 씰 역할을 할 때는 접착력 시험만으로는 충분하지 않습니다.

또한 의회는 다음을 요구할 수 있습니다:

• 공기압 감쇠 시험
• 진공 열화 시험
• 물 분사 시험
• 침지 시험
• 기포 시험
• 파열 압력 시험
• 유체 압력 시험

환경 적응 과정을 거친 후에는 누출 시험을 다시 실시해야 합니다.

환경 검증

LSR과 PC 간의 접착력은 다음과 같은 관련 노출 조건이 발생한 후에 평가해야 합니다:

• 열 사이클링
• 고온 노화
• 저온 노출
• 높은 습도
• 물에 담그기
• 세제
• 소독제
• 피지
• 자동차용 유체
• 자외선 노출
• 진동
• 기계적 충격
• 반복적인 굴곡
• 멸균
• 가속화된 노화

성형 직후에는 우수한 성능을 보였던 접착제라도, 시간이 지나거나 화학 물질에 노출되면 접착력이 약해질 수 있습니다.

멸균 시 고려 사항

의료용 제품의 경우, 의도된 멸균 공정을 거친 후 PC-LSR 조립품 전체를 평가해야 합니다.

가능한 방법으로는 다음이 있습니다:

• 에틸렌옥사이드
• 스팀
• 감마선
• 전자 빔
• X선
• 기화된 과산화수소

살균 과정은 다음 사항에 영향을 미칠 수 있습니다:

• PC 투명도
• PC 응력 균열
• 실리콘 경도
• 실리콘의 신장률
• 접착 강도
• 색상
• 치수
• 밀봉력
• 추출물
• 장기적인 노화

일부 자가 접착형 LSR 및 PC 시스템은 반복적인 증기 멸균에 대한 내성을 입증했으나, 이러한 성능은 소재 등급에 따라 다르며 모든 조합에 자동으로 적용되는 것은 아닙니다.

품질 관리 계획

생산 관리 계획에는 다음이 포함될 수 있습니다:

• PC 수지 검증
• LSR 배치 검증
• 안료 검증
• 치수 삽입
• 청결함 삽입
• 온도 입력
• 금형 온도
• 주입 압력
• 경화 시간
• 육안 검사
• 플래시 검사
• 본드 에지 검사
• 박리 또는 인발 시험
• 누출 검사
• 기능 테스트
• 로트 추적성

의료, 자동차 또는 안전이 매우 중요한 제품의 경우, 양산에 들어가기 전에 시험 빈도와 합격 기준을 정의해야 합니다.

변경 관리

접착력은 재료 및 공정 변화에 민감합니다.

변경하기 전에 알림을 표시하도록 설정:

• PC 등급
• PC 공급업체
• PC 제조 현장
• PC 색상
• 첨가제 패키지
• 이형제 패키지
• 재활용 원료 함량
• LSR 등급
• LSR 공급업체
• LSR 안료
• 입문서
• 세정제
• 표면 처리
• 곰팡이 코팅
• 금형 온도
• 치료 대상 질환
• 생산 현장
• 멸균 방법

SABIC은 자사의 의료용 폴리카보네이트 제품군이 ‘포뮬러 락(formula-lock)’ 및 ‘변경 관리(management-of-change)’ 통제 절차를 적용하고 있음을 밝히며, 이는 규제 대상 용도에서 수지 조달을 엄격히 관리하는 것이 왜 중요한지를 보여줍니다.

권장 개발 프로세스

1단계: 애플리케이션 정의

문서:

• 제품 기능
• 접착 목적
• 밀봉 요건
• 예상 하중
• 온도
• 화학 물질 노출
• 멸균
• 수명
• 규제 시장
• 연간 물량

2단계: 스크린 재료 조합

다음 중 몇 가지 후보 조합을 선택하십시오:

• 자가 접착형 LSR 등급
• PC 등급
• 색상
• 경도
• 내열성
• 규제 현황

가능한 경우 공급업체의 준수 표나 기술 지원을 요청하십시오.

3단계: 시험용 플라크 제작

대표적인 균주를 사용하여 표준화된 배양판을 제작합니다:

• PC 처리 조건
• LSR 가공 조건
• 표면 상태
• 인터페이스 두께
• 경화 시간
• 온도 입력

박리 강도와 파단 양상을 비교하십시오.

4단계: 실제 형상 프로토타입 제작

치태 검사 결과가 다음 사항을 정확히 반영하지 못할 수 있으므로, 실제 치아 구성 요소를 검사해야 합니다:

• 코너 유동
• 얇은 단면
• 게이트 위치
• 움직임 삽입
• 본드 에지 형상
• 기계적 응력
• 밀봉 압력

5단계: 공정 범위 설정

다음 조합을 테스트해 보세요:

• 낮은 및 높은 금형 온도
• 짧은 경화 시간과 긴 경화 시간
• 삽입 온도의 최저 및 최고값
• 최소 및 최대 보유 기간
• 재료 로트 간 편차
• PC 색상 변형
• LSR 안료의 색상 차이

6단계: 환경 테스트 완료

필요한 노화, 유체, 열, 기계적 및 멸균 조건을 거친 후 접착된 시료를 평가한다.

7단계: 생산 검증

검증:

• 자재 취급
• PC 성형
• 저장소 삽입
• 표면 세척
• 이체 삽입
• LSR 계량 및 혼합
• 성형 매개변수
• 탈형
• 검사
• 포장
• 추적성

견적 요청서(RFQ)에 포함해야 할 정보

성형 부품 공급업체에 다음을 제공하십시오:

1. PC의 상품명 및 정확한 등급
2. LSR 상품명 및 정확한 등급(선택 시)
3. 2차원 도면
4. 3차원 모델
5. 접합 영역의 치수
6. 필요한 LSR 경도
7. PC 및 LSR 색상
8. 기계적 하중 방향
9. 요구되는 박리 또는 인발 강도
10. 방수 또는 누수 방지 요건
11. 작동 온도
12. 화학 물질 노출
13. 멸균 방법
14. 규제 요건
15. 연간 수량
16. 시제품 수량
17. 화장품 관련 요건
18. 허용되는 플래시
19. 테스트 요구 사항
20. 포장 및 청결 기준
21. 추적 가능성 요건
22. 변경 통지 요건

자재가 아직 선정되지 않은 경우, 공급업체에 호환 가능한 LSR-PC 조합을 최소 두 가지 제안하고 테스트해 달라고 요청하십시오.

공급업체 자격 심사 관련 질문

LSR 오버몰딩 공급업체에 문의해 보세요:

• PC 위에 성형해 본 자가 접착형 LSR 등급은 어떤 것들이 있나요?
• 정확히 어떤 사양의 PC가 검증되었나요?
• 필 테스트용 샘플을 제공해 주실 수 있나요?
• 인서트 성형이나 투샷 성형을 사용하시나요?
• 삽입 온도는 어떻게 조절하나요?
• PC 표면의 오염을 어떻게 방지할 수 있나요?
• 프라이머가 필요한가요?
• 플라즈마 처리가 필요한가요?
• LSR 혼합 비율은 어떻게 모니터링하나요?
• 경화 억제를 어떻게 제어하나요?
• 어떤 금형 코팅재가 사용되나요?
• 접착선을 어떻게 검사하나요?
• 필 테스트, 풀 테스트, 누출 테스트를 수행할 수 있습니까?
• 중대한 변경 사항은 어떻게 관리하고 계신가요?
• 생산 로트를 두 원자재 배치 모두로 거슬러 올라가 추적할 수 있습니까?

결론

LSR과 폴리카보네이트 간의 성공적인 자가 접착은 전체적인 소재 및 공정 시스템에 달려 있습니다.

가장 중요한 규칙은 다음과 같습니다:

• LSR과 PC를 테스트 대상 쌍으로 선택하십시오.
• 모든 PC 등급이 똑같이 작동한다고 가정해서는 안 됩니다.
• 접착면을 깨끗하고 적절한 상태로 유지하십시오.
• 이음매가 박리보다는 전단력에 견딜 수 있도록 설계하십시오.
• 중요한 용도의 경우 기계식 잠금 장치를 추가하십시오.
• 사용자의 취급 및 유체 압력으로부터 본드 가장자리를 보호하십시오.
• 금형 온도, 인서트 온도, 경화 시간 및 PC의 내열성을 적절히 조화시켜야 합니다.
• 단순히 재료 시편뿐만 아니라 실제 생산 형상도 테스트하십시오.
• 노화, 화학 물질 노출, 열 사이클링 및 멸균 처리 후 본드의 성능을 검증하십시오.
• 모든 자재 및 공정 변경 사항을 철저히 관리하십시오.

프라이머가 필요 없는 자가 접착형 LSR은 조립 공정을 간소화하고 자동화 생산을 지원할 수 있지만, 최종 제품에 사용될 정확한 소재, 금형, 공정 범위 및 사용 조건에서 신뢰할 수 있는 접착력이 입증되어야 합니다.

자주 묻는 질문

모든 자가 접착형 LSR이 폴리카보네이트에 잘 접착되나요?

아닙니다. 자체 접착형 LSR 등급은 특정 기판에 맞춰 개발된 것입니다. 양산 전에 정확한 LSR과 PC의 조합에 대한 테스트를 반드시 수행해야 합니다.

PC 위에 LSR을 오버몰딩할 때 프라이머 처리가 필요한가요?

항상 그런 것은 아닙니다. 호환되는 자가 접착형 LSR의 경우, 프라이머 없이도 PC에 접착될 수 있습니다. 두 소재의 조합만으로는 프라이머 없이 충분한 접착력을 확보할 수 없는 경우에는 프라이머가 필요할 수 있습니다.

플라즈마 처리가 LSR과 PC 간의 접착력을 향상시킬 수 있습니까?

특정 시스템에서는 접착력을 향상시킬 수 있지만, 처리 조건과 성형 전 최대 지연 시간은 반드시 검증되어야 합니다.

LSR과 PC를 접합하는 가장 견고한 접합 방식은 무엇인가요?

주로 전단 하중이 가해지는 넓은 접합면은, 보호된 모서리와 기계적 맞물림이 결합될 경우, 일반적으로 박리 하중이 가해지는 얇고 노출된 모서리보다 더 견고한 설계를 제공합니다.

왜 실리콘이 PC에서 깔끔하게 벗겨지는 걸까요?

완전히 분리되는 현상은 접착 불량을 나타냅니다. 일반적인 원인으로는 재료 간 비호환성, 오염, 열 공급 부족, 경화 시간 부족, 삽입물 온도 부족, 또는 부적절한 표면 처리 등이 있습니다.

응집성 파괴란 무엇인가?

응집 파단은 실리콘이 찢어지면서도 일부 실리콘이 PC에 붙어 있는 상태에서 발생합니다. 이는 파단 부위의 실리콘보다 계면이 더 강하다는 것을 의미합니다.

PC-LSR 어셈블리를 증기 멸균할 수 있습니까?

일부 소재 조합은 반복적인 증기 멸균에 적합하지만, 호환성은 등급에 따라 다릅니다. 예정된 멸균 주기 횟수를 모두 거친 후에는 성형된 전체 조립품에 대해 시험을 실시해야 합니다.

자가 접착형 LSR을 사용할 때 기계식 잠금 장치를 추가해야 할까요?

박리, 압력, 반복적인 굽힘 또는 안전과 관련된 하중이 가해지는 중요 부위에는 기계식 잠금 장치를 사용하는 것이 좋습니다. 이 잠금 장치는 화학적 접착력이 약해질 경우 추가적인 고정력을 제공합니다.

PC에 포함된 내부 이형 첨가제가 접착력에 영향을 미칠 수 있습니까?

가능성은 있습니다. 첨가제는 플라스틱의 표면 특성을 변화시킬 수 있습니다. 따라서 승인된 소재 조합의 일환으로 정확한 수지 등급, 색상 및 첨가제 조합에 대한 테스트를 수행해야 합니다.

접착력은 어떻게 시험해야 할까요?

실제 제품에 가해지는 하중을 반영하는 정의된 박리 시험, 인장 시험, 밀어내기 시험 또는 기능 시험을 수행하십시오. 최대 힘과 파손 양상을 모두 기록하십시오.

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