Enhancement of interfacial adhesion in large-area SUS304-PE-g-MA composite panels using an on-the-fly laser surface texturing process

On-the-fly 레이저 표면 텍스처링 공정을 이용한 대면적 SUS304-PE-g-MA 복합패널의 계면 접착력 향상

In this study, an on-the-fly laser surface texturing process was applied to improve the interfacial adhesion of large-area SUS304-PE-g-MA composite panels. The effects of laser power and crater overlap ratio on the surface morphology of SUS304 were first examined, and the selected processing condition was then applied to a 1200 mm-wide SUS304 panel. The crater morphology was analyzed at different positions along the width direction, and the average crater diameter and depth were 83.94 ㎛ and 18.78 ㎛, respectively, with relative standard deviations of 0.3% and 8.0%, indicating uniform processing reproducibility over the large-area panel. The surface roughness of the laser-textured specimens was approximately three times higher than that of the non-textured specimens. In the adhesion test, the maximum peel load increased from 255 N to 325 N, corresponding to an improvement of approximately 27.5%. In addition, surface features corresponding to the ablation craters were observed on the peeled PE-g-MA, indicating that the molten PE-g-MA flowed into the laser-induced crater structures and was mechanically interlocked with the textured SUS304 surface during hot pressing. These results indicate that the crater-based microstructures formed by on-the-fly laser texturing enhanced the adhesion performance by promoting mechanical interlocking at the SUS304-PE-g-MA interface. Therefore, the proposed process shows potential as an in-line surface modification technique for improving the interfacial adhesion of large-area metal-polymer composite panels.

본 연구에서는 SUS304-PE-g-MA 복합패널의 계면 접착 성능 향상을 위해 on-the-fly 레이저 표면 텍스처링 공정을 적용하였다. 레이저 출력 및 크레이터 중첩률에 따른 SUS304 표면 형상 변화를 분석하여, 이를 바탕으로 폭 1,200 mm SUS304 패널에 대면적 레이저 텍스처링을 수행하였다. 폭 방향 위치별 크레이터 형상 분석 결과 평균 직경과 평균 깊이는 각각 83.94 ㎛ 및 18.78 ㎛ 였으며, 위치 간 상대 표준편차는 각각 0.3% 및 8.0% 로 나타나 대면적 패널에서 균일한 가공 재현성을 검증하였다. 레이저 텍스처링 시편의 표면 거칠기는 미가공 시편 대비 약 3 배 증가하였으며, 접착 성능 평가 결과 최대 접착 하중은 255 N 에서 325 N 으로 약 27.5% 향상되었다. 또한 박리된 PE-g-MA 표면에서 SUS304 표면의 어블레이션 크레이터에 대응하는 요철 형상이 관찰되어, 열 압착 과정에서 용융된 PE-g-MA가 크레이터 내부로 유입되고 텍스처링된 SUS304 표면과 기계적으로 맞물렸음을 확인하였다. 이러한 결과는 on-the-fly 레이저 텍스처링으로 형성된 미세구조가 계면에서의 기계적 맞물림 효과를 유도하여 접착 성능 향상에 기여함을 보여준다. 따라서 본 공정은 대면적 금속-고분자 복합패널의 계면 접착 성능 향상을 위한 인라인 표면 개질 기술로 유효하게 적용될 수 있음을 확인하였다.