플라스틱 및 금속 부품의 은 코팅 공정 완벽 정리: UV 스프레이 라인 vs. 진공 코팅기

은 코팅은 자동차 내장재, 소비재 전자 제품, 가전 제품에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 매끄러운 금속 광택, 내식성, 미적 다양성으로 인해 필수적인 마감재가 되었습니다. 두 가지 주요 기술인 UV 스프레이와 진공 코팅(물리적 증착, PVD)은 플라스틱 및 금속 기판의 고유한 요구 사항을 충족합니다. UV 스프레이는 비용 효율성과 복잡한 형상에 대한 적응성을 제공하는 반면, 진공 코팅은 뛰어난 내구성과 진정한 금속 질감을 제공합니다. 이 기사에서는 플라스틱 및 금속 부품에 대한 기판별 적용에 중점을 두고, 전처리(연마 및 초음파 세척)부터 핵심 코팅 단계까지, 은 UV 페인트의 조성 및 진공 코팅 타겟 선택을 포함한 두 공정의 전체 워크플로우를 자세히 설명합니다.

전처리: 연마 및 초음파 세척

전처리는 코팅 접착력, 균일성 및 수명을 보장하는 데 매우 중요합니다. 표면 결함, 오염 물질(오일, 먼지, 산화물) 또는 잔류물은 박리, 기포 발생 또는 고르지 않은 광택을 유발할 수 있기 때문입니다. 경도, 내열성 및 표면 다공성의 차이로 인해 플라스틱 및 금속 기판 간에 공정이 약간 다릅니다.

연마: 기판별 기술

연마는 은 코팅의 반사 특성을 향상시키고 눈에 보이는 결함을 줄이는 매끄럽고 결함 없는 표면을 만드는 것을 목표로 합니다.

플라스틱 부품의 경우

플라스틱 기판(예: ABS, PC, PMMA)은 비교적 부드럽고(Shore D 60-85) 긁힘이 발생하기 쉬우므로 부드러운 연마 방법이 필요합니다.

• 연마재 선택: 재료 변형을 방지하기 위해 미세 입자 사포(P1500-P2000) 또는 다이아몬드 연마 페이스트(1-3 μm)를 사용합니다. 고광택 요구 사항의 경우, 마이크로파이버 천과 연마제(알루미나 또는 실리카 함유)로 최종 버핑하여 Ra ≤ 0.05 μm의 표면 거칠기를 얻습니다.

• 장비: 수동 연마 또는 저속 궤도 연마기(1000-1500 RPM)는 열가소성 부품의 변형을 유발할 수 있는 과열을 방지합니다. 텍스처 플라스틱 부품은 원래 표면 패턴을 유지하기 위해 공격적인 연마를 건너뛰고, 금형 이형제를 제거하기 위해 가벼운 세척만 필요합니다.

금속 부품의 경우

금속 기판(예: 알루미늄, 강철, 아연 합금)은 더 단단하고(HV 100-300) 더 엄격한 연마를 견딜 수 있습니다.

• 연마 순서: 알루미늄 산화물 사포(P400-P800)로 거친 연마를 하여 가공 자국을 제거한 다음, 세륨 산화물 페이스트로 중간 연마(P1000-P1200) 및 미세 연마(P1500-P2000)를 합니다. 거울 마감의 경우, 크롬 산화물 페이스트를 사용한 천 바퀴 연마기(2000-3000 RPM)로 Ra ≤ 0.02 μm을 얻습니다.

• 디버링: 연마 전에 금속 부품은 코팅 축적 또는 균열을 유발할 수 있는 날카로운 모서리를 제거하기 위해 디버링을 거칩니다.

초음파 세척: 다단계 제염

초음파 세척은 고주파 음파(40-80 kHz)를 사용하여 미세 기공 및 복잡한 표면에서 오염 물질을 제거하여 복잡한 모양의 부품에 대한 기존 세척 방법보다 뛰어난 성능을 발휘합니다.

주요 참고 사항: 초음파 주파수는 플라스틱의 경우 40 kHz(캐비테이션 손상 감소)로, 금속의 경우 60-80 kHz(오염 물질 제거 향상)로 설정됩니다. 부품은 세척 중 긁힘을 방지하기 위해 부드러운 라이너가 있는 메쉬 바구니에 넣습니다.

UV 스프레이 라인: 은 코팅 공정

UV 스프레이는 정전기 스프레이를 통해 은색 UV 경화 코팅을 적용하여 빠른 경화, 낮은 VOC 배출 및 우수한 색상 일관성을 제공합니다. 플라스틱 부품 및 마모가 적은 금속 부품에 이상적입니다.

은 UV 페인트 조성

은 마감 및 성능을 결정하는 핵심 재료는 다음과 같이 구성된 UV 경화 페인트입니다.

• 수지 시스템: 아크릴레이트 올리고머(유연성을 위한 우레탄 아크릴레이트, 경도를 위한 에폭시 아크릴레이트) 및 모노머(트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, TMPTA)는 필름 매트릭스를 형성합니다. 플라스틱의 경우, 유연한 올리고머(파단 시 신율 ≥ 50%)는 균열을 방지하고, 금속의 경우, 단단한 올리고머(경도 ≥ 2H)는 긁힘 저항성을 향상시킵니다.

• 은 안료: 알루미늄 플레이크 분말(알루미늄 은 페이스트)은 주요 착색제로, 입자 크기는 5-20 μm이고 분산 및 내후성을 향상시키기 위해 표면 처리(실란 커플링제)를 합니다. 안료 로딩(중량 기준 10-15%)은 금속 광택을 제어합니다. 로딩이 높을수록 더 밝고 반사성이 높은 마감이 생성됩니다.

• 첨가제: 광개시제(1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤, HCPK)는 UV 광(365 nm)을 흡수하여 경화를 유발하고, 유동제(폴리에테르 변성 폴리실록산)는 오렌지 껍질을 방지하며, 변색 방지제(벤조트리아졸 UV 흡수제)는 은 광택을 유지합니다.

• 용제: 저 VOC 희석제(에틸 아세테이트, 이소부틸 아세테이트)는 분무성을 위해 점도(15-20 s, DIN 4 mm 컵)를 조절하며, 잔류 용제는 최소화하여 기포 발생을 방지합니다.

스프레이 및 경화 공정

1. 프라이머 적용(선택 사항): 접착력이 좋지 않은 플라스틱(예: PP)의 경우, UV 경화 프라이머(아크릴 + 염소화 폴리올레핀)를 먼저 스프레이하고, 건조 필름 두께(DFT)는 5-8 μm입니다. UV 램프(80-100 mJ/cm²)로 10-15초 동안 사전 경화합니다.

2. 은 UV 페인트 스프레이: 정전기 스프레이 건(전압 60-80 kV, 스프레이 압력 0.3-0.5 MPa)은 은 페인트를 1-2회 도포하여 15-25 μm의 DFT를 얻습니다. 스프레이 거리는 20-30cm이고, 컨베이어 속도는 1-2m/min으로 균일한 도포를 보장합니다.

3. 플래시 오프 단계: 용제 증발을 허용하여 경화 중 핀홀 형성을 줄이기 위해 부품을 실온에서 5-10분 동안 유지합니다.

4. UV 경화: 수은 램프(전력 80-120 W/cm) 또는 LED UV 램프(365 nm)는 3-5 m/min의 컨베이어 속도로 코팅을 경화하며, 총 에너지량은 300-500 mJ/cm²입니다. 경화 시간은 1-3초로, 완전한 가교 결합(겔 함량 ≥ 95%)을 보장합니다.

5. 탑코트 적용(선택 사항): 마모가 심한 응용 분야의 경우, 투명 UV 탑코트(DFT 10-15 μm)를 적용하고, 추가 UV 통과(200-300 mJ/cm²)로 경화하여 긁힘 저항성(≥4H 연필 경도) 및 내화학성을 향상시킵니다.

진공 코팅기: 은 코팅 공정

진공 코팅(마그네트론 스퍼터링)은 고진공 환경에서 얇은 은색 금속 필름을 증착하여 뛰어난 접착력, 내마모성 및 진정한 금속 질감을 제공합니다. 고성능 금속 부품 및 고급 플라스틱 부품에 선호됩니다.

은 코팅을 위한 타겟 재료 선택

타겟은 은 마감의 순도, 내구성 및 비용을 결정합니다. 두 가지 주요 옵션이 사용됩니다.

• 알루미늄(Al) 타겟: 가장 일반적인 선택(99.99% 순도)으로, 연마된 알루미늄과 유사한 밝은 은색 광택을 제공합니다. 알루미늄은 비용 효율적이고 화학적으로 안정하며, 내식성을 향상시키는 조밀한 산화물 층(Al₂O₃)을 형성합니다. 타겟 치수는 챔버 크기에 따라 다르며(일반적으로 소규모 장비의 경우 300×100×5 mm), 스퍼터링 수율은 1.2 atoms/ion입니다.

• 은(Ag) 타겟: 순수하고 반사성이 높은 은 마감(예: 거울과 같은 표면)의 경우, 99.99% 순수 은 타겟을 사용합니다. 은은 뛰어난 반사율(가시광선에 대해 ≥95%)을 가지지만, 알루미늄보다 부드럽고(HV 60-80) 비쌉니다. 고급 응용 분야(예: 고급 전자 제품, 자동차 트림)에 자주 사용되며, 변색을 방지하기 위해 보호 탑코트가 사용됩니다.

마그네트론 스퍼터링 공정

1. 로딩 및 고정: 전처리된 부품은 균일한 코팅을 보장하기 위해 회전 고정 장치(행성 회전, 5-10 RPM)에 장착됩니다. 플라스틱 부품은 열 손상을 방지하기 위해 저온 고정 장치를 사용합니다.

2. 진공 배기: 챔버는 터보분자 펌프를 사용하여 1×10⁻³ Pa의 기본 압력으로 배기하여 필름 결함(핀홀, 산화)을 유발하는 공기 및 수분을 제거합니다.

3. 이온 충격 세척: 아르곤(Ar) 가스를 도입하고(압력 1×10⁻¹ Pa), 부품에 음의 바이어스(-300 ~ -500 V)를 적용합니다. 아르곤 이온은 표면을 충격하여 잔류 오염 물질을 제거하고 기판을 활성화합니다(접착력 향상). 이 단계는 5-10분 동안 지속됩니다.

4. 스퍼터링 및 증착: 타겟은 DC 전원 공급 장치(2-5 kW)로 활성화되어 아르곤 가스를 이온화하는 플라즈마를 생성합니다. 아르곤 이온은 타겟을 충격하여 회전하는 부품에 증착되는 금속 원자(Al 또는 Ag)를 방출합니다. 주요 매개변수:

◦ 증착 압력: 2×10⁻² Pa(아르곤 유량 20-30 sccm).

◦ 증착 온도: 플라스틱의 경우 80-120°C, 금속의 경우 150-200°C.

◦ 필름 두께: 50-200 nm(은 광택 제어 - 필름이 두꺼울수록 반사성이 높음).

1. 증착 후 처리: 증착 후, 챔버는 질소로 퍼지되고 부품은 실온(20-30분)으로 냉각됩니다. 내마모성을 향상시키고 변색을 방지하기 위해 얇은 보호층(SiO₂ 또는 Al₂O₃, 20-50 nm)을 스퍼터링하는 경우가 많습니다(은 타겟의 경우 중요).

코팅 후 검사 및 품질 관리

두 공정 모두 성능 준수를 보장하기 위해 엄격한 테스트가 필요합니다.

• 접착력 테스트: 금속의 경우 100/100 등급(박리 없음)의 크로스 컷 테스트(ASTM D3359); 플라스틱의 경우 테이프 테스트(3M 610)(코팅 제거 없음).

• 미적 검사: D65 표준 조명 하에서 육안 평가를 통해 불균일성, 핀홀 또는 색상 편차(ΔE ≤ 1.0 for silver tone)를 확인합니다.

• 물리적 특성: 연필 경도(≥2H for UV 스프레이, ≥3H for 진공 코팅), 내마모성(≥500 cycles with 500g load, ASTM D4060) 및 내식성(48시간 염수 분무 테스트, ASTM B117 - 녹 또는 변색 없음).

• 필름 두께: 디지털 두께 게이지(UV 코팅의 경우 1 μm 정밀도, 진공 코팅의 경우 1 nm)는 DFT 준수를 확인합니다.

공정 비교 및 적용 시나리오

일반적인 응용 분야

• UV 스프레이: 자동차 내장 플라스틱(대시보드 트림, 도어 핸들), 소비재 전자 제품 케이스(휴대폰 뒷면 커버), 장난감 및 가전 제품.

• 진공 코팅: 자동차 외장 금속 부품(휠 림, 그릴), 프리미엄 전자 제품(노트북 프레임), 의료 기기 및 장식용 금속 설비.