CN103237646B - 金属复合体的制造方法以及电子设备壳体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属复合体的制造方法,所述制造方法通过加热以及加压将预成型体成型,制造金属复合体,所述预成型体具备含有热固性树脂的片状基材和以与该片状基材相接触的方式配置或层合的金属材料,所述金属复合体具备金属材料和沿该金属材料设置的树脂固化层,所述制造方法包括:第1工序,将配置于成型模具内的上述预成型体中的上述金属材料加热至超过180℃的温度,同时加热上述片状基材,使上述热固性树脂半固化;和第2工序,通过加压将在该第1工序中加热的上述预成型体成型为复合体,上述热固性树脂为选自环氧树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂以及不饱和聚酯树脂中的至少一种。
Description
技术领域
本发明涉及金属复合体的制造方法、以及使用通过该制造方法制造的金属复合体得到的电子设备壳体。
背景技术
将金属材料与纤维强化树脂材料层合、互相粘合而得到的金属复合体,可以同时实现金属所具有的均质的强度、弹性模量、优良的耐冲击性、导热性等特性、和纤维强化树脂所具有的优良的轻质性、比强度、比弹性模量以及由纤维方向不同产生的增强的各向异性等特性,在航空器构件、汽车构件、船舶构件、机械机构构件、高尔夫球杆、个人笔记本和摄像机等电子设备的构件等多种用途中使用(参照专利文献1至5)。
以往,在制造这样的金属复合体的情况下,通常将金属材料成型为特定的形状后,向金属材料上配置含浸有热固性树脂的强化纤维,然后,使热固性树脂固化,在金属材料上形成纤维强化树脂构件。例如,专利文献4中,在成型后的金属管中注入强化纤维以及热固性树脂,使热固性树脂固化,由此,制造由金属和纤维强化树脂构成的复合结构材料。
另外,在制造将两个以上金属材料通过热固性树脂粘合而成的金属复合材料的情况下,通常也同样地将金属材料分别成型为特定形状,然后,在金属材料与金属材料之间配置热固性树脂,使热固性树脂固化,由此,使两个金属材料粘合。
但是,这样的制造方法中,分别需要金属材料的成型工序、和与金属材料复合化的其他结构材料的成型工序,存在复合体的制造效率差这样的问题。另外,由于在将金属材料成型为复杂的形状后,配置热固性树脂,所以在制造工序中难以保证粘合强度,例如,即使仅有一部分没有充分地配置热固性树脂时,金属复合体也发生剥离等,有可能在使用时产生问题。
另外,以往,在这样的电子设备壳体的金属复合体中,通常在金属材料与纤维强化树脂之间配置成为粘合层的树脂,使其一体化。例如,专利文献1中,为了提高金属材料与纤维强化树脂的粘合强度,形成具有中间树脂层的构成,该中间层含有由热塑性树脂构成的粒子。关于金属复合体的形状,在需要复杂的形状的情况下,通常预先通过加压成型和冲孔成型等将金属材料加工成目标形状,使纤维强化树脂与其一体化(专利文献6以及专利文献7)。
另外,这样的电子设备壳体中,由于需要以粘合为目标的树脂层,所以存在如下问题:缺乏薄壁性和设计自由度、欠缺电子设备的轻质化。另外,分别需要金属材料的加工工序和纤维强化树脂的加工工序,必要的设备增加等,因此,具有壳体的制造成本增高这样的问题。
专利文献1:JP2006-297929A
专利文献2:JP2010-131789A
专利文献3:JP2005-161852A
专利文献4:JP2006-123209A
专利文献5:JP2009-045129A
专利文献6:JP2001-298277A
专利文献7:JP2001-315162A
专利文献8:JP03-177418A
专利文献9:JP03-296525A
专利文献10:JP64-70523A
发明内容
本发明的课题在于提供一种使金属材料之间、或金属材料与其他结构材料经由树脂固化层复合化的金属复合体的制造方法、以及使用通过该制造方法得到的金属复合体的电子设备壳体,所述制造方法能够容易地实现:市场上要求的薄壁性以及轻质性优异的具有高刚性和高设计自由度的金属材料对复杂形状的加工性、以及在短时间内的复合化,并且能够制造粘合强度优异的金属复合体。
本发明的金属复合体的制造方法的第1方案如下。
一种金属复合体的制造方法,所述制造方法通过加热以及加压将预成型体成型,制造金属复合体,所述预成型体具备含有热固性树脂的片状基材和以与该片状基材相接触的方式配置或层合的金属材料,所述金属复合体具备上述金属材料和将沿该金属材料设置的上述热固性树脂固化而形成的树脂固化层,所述制造方法包括:
第1工序,在成型模具内配置上述预成型体,将上述金属材料加热至超过180℃的温度,同时加热上述片状基材,使上述热固性树脂半固化;和
第2工序,通过加压将在该第1工序中加热的上述预成型体成型为复合体,
上述热固性树脂为选自环氧树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂以及不饱和聚酯树脂中的至少一种。
本发明的金属复合体的制造方法的第2方案如下。
一种金属复合体的制造方法,通过加热以及加压将预成型体成型,制造金属复合体,所述预成型体具备片状基材、和以与该片状基材相接触的方式配置或层合的金属材料,所述片状基材含有热固性树脂,所述热固性树脂为选自环氧树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂以及不饱和聚酯树脂中的至少一种,所述金属复合体具备上述金属材料和将沿该金属材料设置的上述热固性树脂固化而形成的树脂固化层,所述制造方法包括:
第1工序,在成型模具内配置上述预成型体,将上述金属材料的表面温度加热至超过180℃,同时使上述热固性树脂半固化;
第2工序,通过加压将在该第1工序中加热的上述预成型体成型为金属复合体;和
第3工序,将在该第2工序中成型的金属复合体在加压下冷却至上述金属材料的表面温度达到180℃以下。
第2方案中,优选上述第3工序中对金属复合体施加的加压的压力大小为上述第2工序中对上述预成型体施加的加压的压力大小以上。
第2方案中,优选上述金属材料的表面温度从超过180℃的温度下降到180℃以下的时间为3分钟以内。
第1或2的方案中,优选上述第1工序中配置上述预成型体时的上述成型模具具有200℃至300℃的表面温度。
本发明的金属复合体的制造方法的第3方案如下。
一种金属复合体的制造方法,是制造具备金属材料和沿该金属材料设置的树脂固化层的金属复合体的方法,所述制造方法包括:
第1-1工序,将含有选自环氧树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂以及不饱和聚酯树脂中的至少一种热固性树脂的片状基材加热,使上述热固性树脂半固化;
第1-2工序,预热上述金属材料,使所述金属材料的表面温度超过180℃且在400℃以下;和
第2工序,在表面温度为180℃以下的成型模具内,使经过上述第1-1工序后的上述片状基材、与通过上述第1-2工序预热后的上述金属材料以相接触的方式进行配置或层合,通过加压成型为金属复合体。
第3方案中,优选上述第1-1工序以及上述第1-2工序的加热通过不同的装置进行。
第3方案中,优选上述第1-1工序与上述第1-2工序并行进行。
第3方案中,优选实质上同时完成上述第1-1工序以及上述第1-2工序。
第3方案中,优选上述第2工序中在成型金属复合体前,形成由上述片状基材与上述金属材料一体化而成的预成型体。
第1、2或3的方案中,优选将上述片状基材在130℃下加热10分钟时,上述片状基材中含有的上述热固性树脂达到固化状态。
第1、2或3的方案中,优选在上述热固性树脂中添加固化促进剂。
第1、2或3的方案中,优选上述预成型体具有夹层结构,所述夹层结构是通过在上述片状基材或其层合体的双面上分别层合上述金属材料而构成的。
第1、2或3的方案中,优选上述第2工序或第3工序中热固性树脂达到固化状态。
第1、2或3的方案中,优选上述第2工序或第3工序中对预成型体的边缘进行卷边加工或压接加工。
第1、2或3的方案中,优选上述片状基材为在纤维基材中含浸热固性树脂而成的预浸料坯。
第1、2或3的方案中,优选上述金属材料为具有0.1mm至1mm的厚度的板状体。
第1、2或3的方案中,优选上述金属材料在与上述片状基材相接触的面上以物理的、化学的或电力的方式进行表面粗糙化。
第1、2或3的方案中,优选上述金属材料在与上述片状基材相接触的面上形成多个0.01μm至100μm的孔。
第1、2或3的方案中,优选形成上述金属材料的金属为选自铝合金、镁合金以及钛合金中的至少一种。
第1、2或3的方案中,优选制造的金属复合体中的上述金属材料与上述树脂固化层的粘合强度为10MPa以上。
本发明的电子设备壳体如下。
一种电子设备壳体,是将通过上述本发明的金属复合体的制造方法中的任意一种方法制造的金属复合体A、与由热塑性树脂b构成的构件B一体化而形成的。
电子设备壳体中,优选上述构件B为选自凸起部、肋部、铰链部、框架、键盘底座、立壁、基座中的至少一种的形状构件。
电子设备壳体中,优选在上述金属复合体A的表面上进一步形成由热塑性树脂c构成的树脂层C。
电子设备壳体中,优选上述热塑性树脂c的熔点或玻璃化温度低于上述热塑性树脂b。
电子设备壳体中,优选在形成于上述金属材料的表面的孔中,填充选自上述热固性树脂、上述热塑性树脂b、上述热塑性树脂c中的至少一种。
电子设备壳体中,优选对上述金属复合体A进行选自斜切加工、槽加工、孔加工、接头加工中的至少一种加工来赋予形状,将上述构件B与该形状嵌合,由此进行接合。
电子设备壳体中,优选将上述金属复合体A插入成型模具,将上述构件B注射成型,由此进行接合。
根据本发明,提供一种金属复合体的制造方法以及电子设备壳体,所述金属复合体的制造方法是使金属材料之间、或金属材料与其他结构材料经由树脂固化层进行复合化,所述制备方法能够容易地实现:市场上要求的薄壁性以及轻质性优异的具有高刚性和高设计自由度的金属材料对复杂形状的加工性、以及在短时间内的复合化,并且能够制造粘合强度优异的金属复合体。另外,也提供一种赋予了搭载有无线通信功能的电子设备所要求的电磁波屏蔽性以及天线特性的电子设备壳体。
附图说明
[图1]图1(a)、(b)以及(c)是对本发明的金属复合体的制造方法的一个实施方式中的制造顺序进行说明的示意剖面图。
[图2]图2是表示本发明的金属复合体的制造方法中的温度、时间以及压力的关系的一例的曲线图。
[图3]图3是表示本发明的金属复合体的制造方法中的温度、时间以及压力的关系的另一例的曲线图。
[图4]图4(a-1)、(a-2)、(b)以及(c)是对本发明的金属复合体的制造方法的另一个实施方式中的制造顺序进行说明的示意剖面图。
[图5]图5是表示本发明的金属复合体的制造方法中的温度、时间以及压力的关系的另一例的曲线图。
[图6]图6(a)、(b)以及(c)是对本发明的金属复合体的制造方法的另一个实施方式中的制造顺序进行说明的示意剖面图。
[图7]图7是本发明的电子设备壳体的一例的示意立体图。
[图8]图8(a)、(b)、(c)以及(d)是对本发明的电子设备壳体的制作方法的一个实施方式中的制作顺序进行说明的示意剖面图。
[图9]图9是本发明的、并用2种由热塑性树脂b构成的构件B而成的电子设备壳体的一例的示意立体图。
[图10]图10(a)、(b)以及(c)是对本发明的实施例1-(11)中的卷边加工的顺序进行说明的示意剖面图。
[图11]图11(a-1)、(a-2)、(b)以及(c)是对本发明的金属复合体的制造方法的另一个实施方式中的制造顺序进行说明的示意剖面图。
[图12]图12是本发明的实施实施例4-(5)中的进行了接头加工的金属复合体的一例的部分示意立体图。
[图13]图13(a)以及(b)是本发明的实施例4-(8)中使用的注射成型模具的一例的分解示意俯视图。
[图14]图14是表示用于测定本发明中的金属复合体的粘合强度的样品的示意立体图。
[图15]图15是对本发明中的电子设备壳体的刚性评价的一例进行说明的示意立体图。
具体实施方式
以下,对本发明的金属复合体的制造方法以及电子设备壳体的优选实施方式进行说明。
本实施方式中,通过包括后述的第1工序至第2工序和/或第3工序的制造方法,由预成型体制造金属复合体,所述预成型体具备含有热固性树脂的片状基材和以与该片状基材相接触的方式配置或层合的金属材料,所述金属复合体具备金属材料和沿该金属材料形成的树脂固化层。
片状基材:
片状基材含有热固性树脂,在后述的第1工序和/或第1-1工序中,该热固性树脂开始固化反应。另外,片状基材在后述的第2工序和/或第3工序中与金属材料一起成型,形成金属复合体中的树脂固化层。
片状基材只要是为了将热固性树脂或含有该热固性树脂的树脂组合物以片状进行处理而加工成的材料即可,没有特别限制,例如,可以为在脱模纸等上涂布而成的树脂膜。另外,也可以为在纤维基材中含浸热固性树脂或含有该热固性树脂的树脂组合物而成的预浸料坯。
此时,关于含浸的程度,没有特别限制,可以为:无空隙的完全含浸状态、在纤维基材的内部整体上具有空隙的半含浸状态、在纤维基材中不均匀地具有含浸部和未含浸部的部分含浸状态、以及在基材的表层部附着树脂组合物进行固定的状态。
热固性树脂使用选自环氧树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂以及不饱和聚酯树脂中的至少一种,由此能够得到生产率和经济性优良的金属复合体。其中,从粘合强度的高低程度、和根据使用最终制品的环境,设计的自由度的高低程度出发,优选为环氧树脂。
作为环氧树脂,可以列举出在分子内具有2个以上环氧基的环氧树脂。另外,作为环氧树脂,可以使用双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、萘型环氧树脂、具有芴骨架的环氧树脂、以苯酚化合物与二环戊二烯的共聚物作为原料的环氧树脂、间苯二酚二缩水甘油醚、四(缩水甘油醚氧基苯基)乙烷、三(缩水甘油醚氧基苯基)甲烷这样的缩水甘油基醚型环氧树脂组合物;四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷、三缩水甘油基氨基苯酚、三缩水甘油基氨基甲酚、四缩水甘油基二甲苯二胺这样的缩水甘油基胺型环氧树脂;联苯型环氧树脂、异氰酸酯改性环氧树脂以及它们的混合物。
环氧树脂可以单独使用这些树脂也可以混合使用这些树脂。特别是在需要取得耐热性、机械特性的均衡性的复合材料的情况下,优选为将2官能环氧树脂与多官能环氧树脂组合而成的复合材料,例如使作为多官能环氧树脂的线型酚醛型环氧树脂、与作为2官能环氧树脂的双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂组合。
片状基材优选为在130℃×10分钟的条件下热固性树脂达到固化状态的基材。为了得到这样的片状基材,可以在含有上述热固性树脂的树脂组合物中进一步含有固化剂。
固化剂的种类可以根据热固性树脂适当变更。例如,在使用环氧树脂作为热固性树脂的情况下,作为固化剂,可以举出胺化合物、酸酐、酚类、硫醇、异氰酸酯等进行加聚型的聚合的固化剂;叔胺、咪唑、路易斯酸等作为阴离子聚合或阳离子聚合的引发剂发挥作用的固化剂。胺化合物根据用途的不同设计的自由度高,为特别优选。
胺类固化剂是指在固化剂分子中具有氮原子的固化剂。作为该固化剂,例如可以使用4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基砜、3,3’-二氨基二苯基砜、间苯二胺、间苯二甲胺、二乙基甲苯二胺这样的具有活性氢的芳香族多胺化合物;二乙三胺、三乙四胺、异佛尔酮二胺、双(氨基甲基)降冰片烷、双(4-氨基环己基)甲烷、聚乙烯亚胺的二聚酸酯这样的具有活性氢的脂肪族胺;使环氧化合物、丙烯腈、苯酚和甲醛、硫脲等化合物与这些具有活性氢的胺反应而得到的改性胺;二甲基苯胺、二甲基苄胺、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚、1取代咪唑这样的不具有活性氢的叔胺;双氰胺、四甲基胍、己二酸二酰肼和萘二酸二酰肼这样的多元羧酸酰肼;三氟化硼乙胺络合物这样的路易斯酸络合物等。
作为胺类固化剂,上述胺类固化剂中,优选使用双氰胺、芳香族多胺化合物。使用双氰胺或芳香族多胺化合物时,由热固性树脂得到弹性模量、耐热性高的固化物。其中,出于能够得到耐热性、特别是耐湿耐热性优良的树脂组合物、在环氧树脂中进行混合而一液化的情况下具有优良的贮藏稳定性等理由,特别优选双氰胺、3,3’-二氨基二苯基砜、4,4’-二氨基二苯基砜。
上述树脂组合物中,为了提高固化活性,可以将适当的固化促进剂与上述固化剂组合。例如,优选将3-苯基-1,1-二甲基脲、3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲(DCMU)、3-(3-氯-4-甲基苯基)-1,1-二甲基脲、2,4-双(3,3-二甲基脲基)甲苯这样的脲衍生物或咪唑衍生物作为固化促进剂与双氰胺组合使用。特别优选双氰胺与1分子中具有2个以上脲键的化合物的组合。作为1分子中具有2个以上脲键的化合物,优选为1,1’-(4-甲基-间亚苯基)双(3,3-二甲基脲)或4,4’-亚甲基双(苯基二甲基脲),在使用这些化合物的情况下,厚度薄的板中的阻燃性大幅提高,在用于电气/电子材料用途等的情况下,特别优选。
此外,可以列举将三氟化硼乙胺络合物作为固化促进剂与芳香族胺组合的例子等。
另外,作为固化剂,也可以使用在70至125℃的温度下活化的潜在性固化剂。在此,在70至125℃的温度下活化是指反应开始温度在70至125℃的范围内。该反应开始温度(以下,称为活化温度)可以通过差示扫描量热分析(以下,省略为DSC)求得。
具体而言,对于在环氧当量约184至194的双酚A型环氧树脂100重量份中加入10重量份评价对象的固化剂得到的环氧树脂组合物,由通过DSC得到的发热曲线的拐点的切线与基线的切线的交点求得。该活化温度低于70℃时,有时保存稳定性不充分,超过125℃时,有时不能得到如期待那样的固化性。
作为在70至125℃的温度下活化的潜在性固化剂,只要是具有该活化温度的固化剂即可,没有特别限定,例如,可以列举出胺加成型潜在性固化剂、微囊型潜在性固化剂、胺化酰亚胺(aminimide)、嵌段异氰酸酯、使氨基甲酸酯与环氧基反应形成噁唑烷酮环的化合物、乙烯基醚嵌段羧酸、咪唑与羧酸形成的盐、胺的氨基甲酸盐、鎓盐等。
在此,胺加成型潜在性固化剂是指,通过使具有伯氨基、仲氨基或叔氨基的化合物、或各种咪唑化合物等活性成分和与这些化合物能够反应的任意化合物反应,进行高分子量化,在保存温度下不溶解的固化剂。作为胺加成型潜在性固化剂,可以使用“Amicure”(注册商标)PN-23、MY-24(以上,味之素Fine Techno株式会社制)、“ADK HARDENER”(注册商标)EH-3293S、EH-3615S、EH-4070S(以上,旭电化工业株式会社制)、“Fujicure”(注册商标)FXE1000、FXR-1020(以上,富士化成工业株式会社制)等,作为微囊型潜在性固化剂,可以使用“Novacure”(注册商标)HX-3721、HX-3722(旭化成工业株式会社制)等。这些中,特别是“Amicure”PN-23这样的胺加成型潜在性固化剂,由于具有室温下的优良的保存稳定性并且速固化性显著,所以优选使用。
微囊型潜在性固化剂,是指以固化剂作为核,以环氧树脂、聚氨酯树脂、聚苯乙烯类、聚酰亚胺等高分子物质、环糊精等作为壳,形成被膜,由此,使环氧树脂与固化剂的接触减少。
另外,固化剂在70至125℃的温度下活化的潜在性固化剂中组合特定的固化剂时,低温下能够快速固化。例如,在“Amicure”PN-23等潜在性固化剂中组合有机酸二酰肼而成的固化剂类、或在潜在性固化剂中组合DCMU等固化促进剂而成的固化剂类,在110℃的温度下约10分钟就能够固化,因此优选使用。
另外,也可以使用:上述专利文献8记载的使胺化合物、环氧树脂与脲进行加热反应而成的固化剂化合物;上述专利文献9记载的使N、N-二烷基氨基烷基胺、具有包含活性氢的氮原子的环状胺与异氰酸酯、或者进一步与环氧化物进行加热反应而得到的固化性化合物;上述专利文献10记载的以特定的胺化合物作为芯、以其与环氧树脂的反应产物作为壳而成的母料型固化剂等。另外,可以使这些单独或多种组合使用。
上述树脂组合物中也可以配合上述以外的化合物,例如,为了控制粘弹性和赋予韧性,可以配合热塑性树脂。另外,为了使阻燃性提高,也可以配合卤化物、磷类化合物、氮类化合物、金属氧化物、金属氢氧化物等。
在片状基材为预浸料坯的情况下,作为纤维基材,例如,可以使用在单向上并丝的长纤维、单一的丝束、织物、针织物、无纺布、毡、编织物等纤维结构物。
单向预浸料坯的纤维方向在单向对齐,纤维的弯曲少,纤维方向的强度利用率高,因此优选使用。另外,将多个单向预浸料坯以适当的层构成进行层合,将其作为纤维基材使用时,能够自由地控制各向的弹性模量、强度,因此优选。织物预浸料坯也能够得到强度、弹性模量的各向异性少的材料,因此优选。也可以使用多种预浸料坯、例如单向预浸料坯和织布物浸料坯二者,形成纤维基材。
作为纤维基材中使用的纤维,没有特别限制,优选所谓的强化纤维,在材料的轻质化和高强度化的要求高的用途中,特别优选比弹性模量、比强度优良的碳纤维。
作为强化纤维,除了碳纤维以外,也可以使用玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维、PBO纤维、高强度聚乙烯纤维、氧化铝纤维、以及碳化硅纤维等纤维,也可以将这些纤维混合2种以上来使用。
热固性树脂或含有热固性树脂的树脂组合物,可以含浸到纤维基材的内部,在为片状预浸料坯的情况等下,也可以局部存在于其表面附近。
预浸料坯可以通过如下方法等制造:将热固性树脂或含有热固性树脂的树脂组合物溶解在甲基乙基酮、甲醇等溶剂中,进行低粘度化,使其含浸的湿式法;通过加热进行低粘度化,使其含浸的热熔法。
湿式法为如下方法:将纤维基材浸渍在热固性树脂或含有热固性树脂的树脂组合物的溶液中后,取出,使用烘箱等使溶剂蒸发,得到预浸料坯。
热熔法为如下方法:使通过加热进行低粘度化的热固性树脂(或含有热固性树脂的树脂组合物)直接含浸在纤维基材中的方法;或预先制作将热固性树脂(或含有热固性树脂的树脂组合物)涂布在脱模纸等上而成的树脂膜,接着从纤维基材的两侧或单侧重叠该树脂膜,进行加热加压,由此使树脂含浸,得到预浸料坯的方法。该热熔法中,预浸料坯中实质上没有残存溶剂,因此优选。
通过热熔法得到预浸料坯的情况下,涂布树脂膜的工序中的热固性树脂的温度优选为30℃至80℃,更优选为40℃至70℃。为低于30℃的温度时,粘度增高,有时树脂膜的单位面积重量不稳定,另外,超过80℃的温度时,有时在涂布中进行树脂的固化,粘度大幅上升。
金属材料:
对于金属材料,在后述的第1工序和/或第1-1工序中加热至超过180℃的温度,同时在后述的第2工序中成型,形成金属复合体中的金属材料。
在此,进行金属的热加工的情况下,在180℃以下的温度下,金属材料的成型性低,难以成型为复杂的形状,但在本实施方式的制造方法中,将金属材料加热至超过180℃的温度,因此,能够使金属材料充分地软化,从而能够容易成型为复杂的形状。
作为金属材料,优选可以列举出选自铝合金、镁合金以及钛合金中的至少一种。
这些金属可以根据目标用途、物性进行选择,例如,作为铝合金,可以列举出Al-Cu类的A2017、A2024、Al-Mn类的A3003、A3004、Al-Si类的A4032、Al-Mg类的A5005、A5052、A5083、Al-Mg-Si类的A6061、A6063、Al-Zn类的A7075等。另外,也可以使用作为铝合金的基础的工业用纯铝,可以列举出A1050、A1100和A1200等。
作为镁合金,例如,可以列举出Mg-Al-Zn类的AZ31、AZ61和AZ91等。关于纯镁,板状的材料缺乏流通,但可以作为本申请的金属材料使用。
作为钛合金,可以列举出11~23种添加有钯的合金、添加有钴和钯的合金、属于50种(α合金)、60种(α-β合金)、80种(β合金)的Ti-6Al-4V等。另外,也可以使用作为钛合金的基础的工业用纯钛,可以列举出1~4种的TP270H等。
这样的金属材料,在本实施方式中的制造方法中,能够特别容易地成型为复杂形状,由于为比刚性高的材料,所以可实现薄壁性以及轻质性、高刚性,因此优选。
金属材料的形状没有特别限制,作为成型材料可以直接为未成型的状态,也可以成型为目标形状,另外,也可以预备赋型为接近目标的形状。
从经济性的观点出发,作为成型材料优选为未成型的状态,例如,更优选使用厚度为0.1mm至1mm的板状体,进一步优选为0.3mm至0.8mm。通过使用这样的金属材料,可以特别容易地成型为复杂形状。
金属材料可以以物理的、化学的或电力的方式进行表面粗糙化,在与上述片状基材相接触的面上进行表面粗糙化时,从制造金属材料与树脂固化层的粘合性优良的金属复合体的观点出发,为优选。
这些表面粗糙化的方法可以使用公知的方法。作为物理的表面粗糙化,例如,可以列举出利用喷砂、砂纸进行的研磨处理等。另外,作为化学的表面粗糙化的方法,例如,可以列举出在可以侵蚀金属材料的研磨液中浸渍金属材料的上述面的方法。另外,作为电力的表面粗糙化的方法,例如,可以列举出在电解液中浸渍金属材料的上述面、以电化学的方式使表面变粗糙的方法。这些表面粗糙化方法可以采用1种也可以并用2种以上。
另外,对于金属材料,优选在与上述片状基材相接触的面上形成多个0.01μm至100μm的尺寸的孔,更优选为0.1μm至10μm。利用这样的金属材料,可以制造金属材料与树脂固化层的粘合性更加优良的金属复合体。
预成型体:
预成型体具备上述片状基材、和以与该片状基材相接触的方式配置或层合的金属材料。预成型体在后述的第1工序中加热,同时在后述的第2工序中加压成型,形成金属复合体。
作为预成型体,可以根据目标金属复合体使用下述各种形态的预成型体,例如具有在片状基材上层合金属材料而成的二层结构的预成型体;具有在片状基材的双面上分别层合金属材料而成的夹层结构的预成型体;具有在片状基材的侧面固定金属材料的结构的预成型体等。
进而应用这些,可以例示:具有片状基材与金属材料交替层合而成的结构的预成型体;具有在片状基材的层合体上层合金属材料而成的结构的预成型体;和具有在这些结构中进一步层合夹层结构体中使用的公知公用的芯材而成的夹层结构的预成型体等。需要说明的是,这些层合而成的结构中,从可以抑制得到的金属复合体的翘曲和扭转的观点出发,优选将层合结构对称层合。
上述预成型体中,优选具有在片状基材的双面上分别层合金属材料而成的夹层结构体的预成型体、具有在片状基材的层合体的双面上分别层合金属材料而成的夹层结构体的预成型体。利用这样的预成型体,可以制造具有在树脂固化层的双面上层合金属材料而成的夹层结构的金属复合体成型体。
即,使用这样的预成型体实施本实施方式的制造方法时,与使两个金属材料分别成型、用热固性树脂粘合这样的方法相比,作为金属复合体的尺寸精度优良,并且能够通过短工序容易地制造金属复合体。
关于上述预成型体的厚度,虽然没有特别限定,但从成型金属复合体的复杂的形状的观点出发,优选为0.5mm至5mm,更优选为1mm至3mm。
金属复合体的制造方法:
以下,对本实施方式的金属复合体的制造方法的各工序详细地进行说明。
第1方案:
第1工序中,将在成型模具内配置的预成型体中的金属材料加热至超过180℃的温度,并且也同时加热片状基材,由此使热固性树脂半固化。
在此,“半固化”是指介于未固化状态与固化状态之间的状态。半固化状态的热固性树脂具有一定程度的流动性。具体而言,例如,加热热固性树脂,测定由经时变化产生的粘度曲线时,将从饱和的粘度至最低粘度的差值用百分率表示,可以将相对于饱和的粘度为10%至90%的粘度的状态称为半固化。需要说明的是,固化状态是热固性树脂通过脱模不会流动或变形的状态,通过上述测定,将相对于饱和的粘度超过90%的粘度的状态称为固化状态。
另外,也可以例示由热固性树脂的玻璃化温度(以下,省略为Tg)确认固化状态的方法。例如,预先测定饱和的Tg至最低的Tg,饱和的Tg与最低的Tg的差值用百分率表示,将相对于饱和的Tg为10%至90%的Tg的状态称为半固化。将相对于饱和的Tg为超过90%的Tg的状态称为固化状态。接着,加热热固性树脂,得到加热温度、加热时间与Tg的相关关系,可以从成型条件内插大致的Tg。需要说明的是,Tg可以用DSC通过公知的方法测定。
另外,也可以例示由热固性树脂的通过DSC测定的发热量来确认固化状态的方法。例如,可以预先测定热固性树脂的发热量,由加热后的热固性树脂的发热量的比例大致求出残存反应率。可以将该残存反应率为10%至90%的状态称为半固化。可以将低于10%的状态称为固化状态。
上述任一项的测定方法中如果称为半固化状态,则在本发明中热固性树脂视为半固化状态。
经过第1工序和/或第1-1工序的热固性树脂处于半固化状态,第2工序中也追随金属材料成型,没有过量地流动,按照依据金属材料所成的形状,达到固化状态。
对金属材料的加热,没有特别限制,例如,可以通过使加热至上述温度的成型模具与金属材料接触来进行。另外,为了缩短加热时间,可以通过加热器、烘箱、喷灯等预先进行加热。
第2工序中,通过加压将在第1工序中加热的预成型体成型为目标形状。
第2方案:
第1工序中,将在成型模具内配置的预成型体中的金属材料加热至其表面温度超过180℃的温度,并且也同时加热片状基材,由此,进行热固性树脂的固化,使热固性树脂半固化,并具备第3工序:在加压状态下进行冷却至金属材料的表面温度达到180℃以下。
第3工序中,将第2工序中成型的金属复合体在加压(压力P3)下冷却至金属材料的表面温度达到180℃以下。第3工序中在180℃以下的温度下保持金属复合体的时间,优选为10分钟以内,更优选为5分钟以内,进一步优选为3分钟以内。
另外,从强制由冷却引起的翘曲和变形的观点出发,在加压状态下的压力P3优选为第2工序中的预成型体在加压状态下的压力P2以上,更优选超过压力P2。具体而言,对于压力P3,相对于压力P2优选设定为0MPa至10MPa、更优选3MPa至5MPa的较高压力,关于上限,没有特别限定,但考虑对成型模具的过负荷时,认为可以为约30MPa。
第1工序中,金属材料的表面温度优选设为200℃至300℃。根据这样的制造方法,通过金属材料的软化,在接下来的第2工序中变得更容易成型为复杂形状。对于金属材料,至少一部分加热至上述温度即可。
对加热金属材料的方法没有特别限制,例如,可以通过使具有超过180℃的表面温度、优选为200℃至300℃的表面温度、更优选为200至250℃的表面温度的成型模具与金属材料接触的方法,加热金属材料。此处的成型模具的表面温度是指成型金属复合体的腔室的温度。对提高成型模具的表面温度的方法没有特别限制,可以例示:将成型模具安装在热压机中的方法、在成型模具内埋设加热器的方法、通过电磁感应加热或卤素加热器等从外部进行直接加热等方法,另外,为了缩短加热时间,可以通过加热器、烘箱、喷灯等预先进行加热。
第1工序中,也可以根据需要对预成型体进行加压。例如,可以例示:为了从上下夹持预成型体而进行加压,为了将预成型体成型为目标形状而进行预备加压等。此时,作为预成型体的加压,优选为0MPa至3MPa,更优选为0.2MPa至2MPa。
在此,片状基材也可同样地加热,但由于与金属材料产生温度差,另外将片状基材整体升温至上述温度,进一步需要热量,所以通常没有达到上述温度,能够调节热固性树脂的固化反应。即,导热率比金属材料低、通过金属材料进行加热、距热源的距离远、比热大等,被认为是实现本发明的效果的因素。
本发明中,第2工序中,将金属材料加热至超过180℃的温度,优选加热至200℃至250℃。
第3方案:
包括:第1-1工序,加热含有热固性树脂的片状基材,使热固性树脂半固化;第1-2工序,预热金属材料,使其表面温度超过180℃且在400℃以下;和第2工序,将配置在表面温度为180℃以下的成型模具内的、热固性树脂发生半固化的片状基材以及经预热的金属材料通过加压成型为金属复合体。
第1-1工序中,加热片状基材,使热固性树脂半固化。第1-1工序中加热片状基材的温度,优选为100℃至180℃。加热的方法没有特别限定,例如可以通过将气氛温度设定成上述温度的加热器、烘箱、喷灯等进行加热,也可以通过与第2工序中使用的成型模具接触来加热片状基材。
本发明的制造方法中,第1-2工序中,预热金属材料,使其表面温度超过180℃且400℃以下,优选为200℃至300℃,更优选为200℃至250℃。
对第1-2工序中预热金属材料的方法没有特别限制,可以例示使用与第1-1工序相同的方法进行预热的方法;在热压机中夹持并进行预热的方法;通过电磁感应加热器或卤素加热器等从外部直接进行加热等方法。
第1-1工序以及第1-2工序的加热中,没有特别限定,从能够选择适于各材料的加热方法的观点出发,优选通过不同的装置进行,也可以通过相同装置进行。
从进一步提高生产率等观点出发,优选第1-1工序与第1-2工序并行进行,另外,优选实质上同时完成第1-1工序以及第1-2工序。由此,可以降低时间损失进行制造。
第2工序中,将由片状基材以及金属材料构成的层合体在具有180℃以下的表面温度的成型模具内,通过加压成型为目标形状。第2工序中的成型模具的表面温度没有特别限定,优选为100℃以上,进一步优选为130℃以上。成型模具的表面温度过低时,与成型模具接触的预成型体和/或金属材料的表面温度降低,成型为目标形状变困难,达到高温时,产生能量使用量变大、成本增高的问题。
在第1-2工序中加热的金属材料,优选在其表面温度超过180℃的温度的状态下用于第2工序,更优选在其表面温度为200℃至300℃的温度的状态下用于第2工序。在成型为金属复合体前,例如可以如下形成由片状基材以及金属材料构成的、并且这些材料一体化而成的预成型体。第2工序可以在与第1-1工序不同的成型模具内进行,但优选在相同的成型模具内进行。
第2工序中,关于预成型体的成型,例如,优选通过3MPa至30MPa的加压进行,更优选为5MPa至25MPa。通过经这样的加压进行成型,即使为复杂形状也能够容易地成型。另外,优选保持上述压力直到预成型体成型为目标形状,另一方面,成型为目标形状后,可以使压力减小。
第2工序和/或第3工序中,优选热固性树脂固化至固化状态。例如,预成型体成型为目标形状后,通过在成型模具内保持预成型体,可以使热固性树脂固化。关于此时的保持时间,没有特别限制,从生产率的观点出发,时间越短越优选,例如,优选在10分钟以内,更优选在3分钟以内,特别优选在1分钟以内。
另外,关于此时的保持温度,从固化反应的观点出发,片状基材的温度优选为180℃以下,更优选为160℃以下。第1工序中,在使固化反应充分地进行的状态下,通过缩短上述保持时间,能够得到本效果。
另外,本实施方式的制造方法还可以具备在脱模后进行后固化(aftercure)的第4工序。在具有第4工序的情况下,例如,如上所述,能够缩短在成型模具内的保持。后固化的方法只要是能够固化热固性树脂的方法即可,例如可以通过将脱模后的金属复合体保持在加热至特定的温度的干燥机或烘箱等中等公知的方法进行。
另外,在第1、2或第3方案中的第2工序、以及第2方案中的第3工序中,可以对预成型体的边缘进行卷边加工或压接加工。通过这样的加工,金属复合体的末端部的美观变良好,同时金属材料与树脂固化层的接合变得更强固。需要说明的是,这样的加工可以在第2工序后作为追加的工序实施。
图1是对第1方案的金属复合体的制造方法的一个实施方式进行说明的示意剖面图。如图1(a)所示,成型模具具备上侧成型模具11和下侧成型模具12。另外,预成型体10具有夹层结构,所述夹层结构是在片状基材2的双面上层合板状的金属材料1以及金属材料3而构成的。
第1工序中,如图1(b)所示,预成型体10被夹持在上侧成型模具11与下侧成型模具12之间。在此,上侧成型模具11以及下侧成型模具12均被加热至超过180℃的温度,金属材料1以及金属材料3通过分别接触的上侧成型模具11以及下侧成型模具12被加热至超过180℃的温度。另外,隔着加热后的金属材料1以及金属材料3,加热片状基材2,通过该加热,片状基材2的热固性树脂开始固化反应,达到半固化状态。
接着,使用相同的上侧成型模具11以及下侧成型模具12,进行第2工序。第2工序中,如图1(c)所示,通过上侧成型模具11以及下侧成型模具12加压预成型体10,预成型体10以追随成型模具的方式发生变形,进行成型。
图2是表示第1发明的金属复合体的制造方法中的温度(左纵轴)、时间(横轴)以及压力(右纵轴)的关系的一例的曲线图。图2中,成型模具温度T2表示上侧成型模具11以及下侧成型模具12的表面温度。在第1工序S1中,将与成型模具(加热至超过180℃(T1)的温度T2)接触的金属材料1、3加热,金属材料1、3的表面温度Tm上升至超过180℃的温度。随之,片状基材2的热固性树脂开始固化反应,达到半固化状态(I)。
接着,在第2工序S2中,通过特定的压力对预成型体10进行加压,成型。此时,金属材料1、3被加热至与成型模具温度同等程度的温度。同时,进行热固性树脂的固化反应,优选固化至固化状态(II)。另外,由于热固性树脂为半固化状态,因此,即使加压也不会过度地流动,而是沿着金属材料1、3形成树脂固化层2a。
在第2工序S2结束的时刻,开放上侧成型模具11与下侧成型模具12的关闭,使金属复合体脱模。
图3是表示第2方案中的金属复合体的制造方法中的温度(左纵轴)、时间(横轴)以及压力(右纵轴)的关系的一例的曲线图。图3中,成型模具温度T2以及T3为上侧成型模具11以及下侧成型模具12的表面温度。第1工序S1中,与已经加热至超过180℃(T1)的温度T2的成型模具接触的金属材料1、3的表面温度Tm,上升至与T2同等程度。随之,片状基材2的热固性树脂开始固化反应,达到半固化状态。
接着,第2工序S2中,通过特定的压力对预成型体10进行加压,成型。此时,由于热固性树脂为半固化状态(I),因此,即使加压热固性树脂也不会过度地流动,而是沿着金属材料1、3形成树脂固化层2a。
紧接着第2工序S2,在保持加压状态的同时,成型模具温度下降至180℃以下的温度T3。第3工序S3中,在金属材料1、3的表面温度为T3的状态下,保持一定程度的时间,热固性树脂达到固化状态(II)。在第2工序S2中金属材料1、3的表面温度超过180℃,从开始温度下降至金属材料1、3的表面温度达到180℃以下的时间,优选为3分钟以内。
在第3工序S3结束的时刻,开放上侧成型模具11与下侧成型模具12的关闭,使金属复合体脱模。
图4是对制造金属复合体的方法的另一个实施方式进行说明的示意剖面图。作为第1-1工序,如图4(a-1)所示,片状基材2通过与下侧成型模具12的接触而被加热。优选与第1-1工序并行进行,作为第1-2工序,如图4(a-2)所示,板状的金属材料1在电炉EF内被预热。
第2工序中,如图4(b)所示,将被预热的金属材料1在片状基材2上层合,通过上侧成型模具11以及下侧成型模具12将其夹持,形成预成型体10。接着,如图4(c)所示,通过上侧成型模具11以及下侧成型模具12加压预成型体10,预成型体10以追随成型模具的方式发生变形,成型为具有由片状基材2形成的树脂固化层2a的金属复合体。
图5是表示金属复合体的制造方法中的温度(左纵轴)、时间(横轴)以及压力(右纵轴)的关系的一例的曲线图。图5中,成型模具温度T2为上侧成型模具11以及下侧成型模具12的表面温度。第1-2工序S12中,金属材料1在电炉EF中预热至其表面温度超过180℃。同时,作为第1-1工序S11,片状基材2在上侧成型模具11与下侧成型模具12之间以其他途径加热,热固性树脂半固化。
接着,第2工序中,在表面温度设定为180℃以下的成型模具内,通过特定的压力,对片状基材2以及金属材料1加压,成型。此时,由于热固性树脂为半固化状态,所以即使加压热固性树脂也不会过度地流动,而是沿着金属材料1,形成树脂固化层2a。该过程中,金属材料1的表面温度降低至180℃以下。在该状态下保持一定程度的时间,热固性树脂达到固化状态。
在第2工序结束的时刻,开放上侧成型模具11与下侧成型模具12的关闭,使金属复合体脱模。
根据这样的制造方法,预热机构与成型机构通过不同的装置进行,因此,占有用于成型金属复合体的成型模具的时间缩短,在生产线等连续成型时具有高生产率。
本实施方式的制造方法中,第1工序和/或第1-1工序中,由于使热固性树脂半固化,所以在第2工序中,即使对金属进行热加工,也不会引起在该压力下树脂向成型模具外流出等过量的物质流动,并且能够形成金属材料1与树脂固化层2a的强固的粘合结构。
在此,在进行金属的热加工的情况下,在180℃以下的温度下,金属材料的成型性低,难以成型为复杂的形状,但是本实施方式的制造方法中,将金属材料加热至超过180℃的温度,因此,能够使金属材料充分地软化,能够容易成型为复杂形状。
图6是对本发明的金属复合体的制造方法的其他实施方式进行说明的示意剖面图。如图6所示,第2工序中的“成型”不一定需要使金属材料变形,也可以将板状的金属材料1以及板状的金属材料3隔着片状基材2各自为平坦的状态下进行加压,粘合。
金属复合体:
通过本实施方式的制造方法制造的金属复合体,具备金属材料、和沿该金属材料设置的树脂固化层。在此,树脂固化层是加热片状基材、使片状基材中包含的热固性树脂固化而成的层。
根据本实施方式的制造方法的一例,在金属材料与树脂固化层之间形成强固的粘合结构,作为其理由,可以举出:沿着金属材料的表面的粗大或微小的凹凸形状,填充热固性树脂并固化;通过比较高的温度下的固化反应,与金属材料的化学结合力提高等。
在此,作为金属材料与树脂固化层的粘合强度,优选为10MPa以上,更优选为20MPa以上。作为其指标,是指:使金属材料之间、或金属材料与其他结构构件通过树脂固化层进行复合化而成的金属复合体保持对于使用环境和用途来说充分的粘合力。
粘合强度如果为10MPa以上,则在使用通常的粘合剂的用途中具有充分的粘合力,与使用粘合剂的金属复合体相比具有更优良的耐久性。粘合强度如果为20MPa以上,则在更严格的环境中使用的用途中具有充分的粘合力,与使用结构用粘合剂的金属复合体相比具有更优良的耐久性。
在此,粘合强度例如可以通过JIS K 6849的粘合剂的拉伸粘合强度试验方法等公知的方法来测定。但是,在金属复合体具有复杂的形状的情况下,有时难以依照规定实施粘合强度试验。因此,使用预先判定了粘合强度的粘合剂,并从金属复合体上切割一部分,将其两端粘合在夹具上,再经由夹具进行粘合强度试验,由此,能够得到上述粘合强度比粘合剂的粘合强度好还是差的大致的标准。即,如果在粘合剂的层内被破坏,则判断金属复合体的粘合强度比粘合剂的粘合强度略高。另一方面,如果因金属复合体的剥离被破坏,则判断金属复合体的粘合强度比粘合剂的粘合强度略低。
另外,优选对金属复合体A进行选自斜切加工、槽加工、孔加工、接头加工中的至少一种加工来赋予形成,将上述构件B与该形状嵌合,由此进行接合。为了得到具有高刚性的电子设备壳体,使由金属复合体A和热塑性树脂构成的构件B强固地接合非常重要,从该观点出发,优选构件B流入实施了斜切加工、槽加工、孔加工、接头加工后的形状中,由此金属复合体A与构件B发生一体化。
关于金属复合体A所具有的通过斜切加工、槽加工、孔加工、接头加工实施而成的形状,没有特别限定,从维持金属复合体A的刚性的观点出发,加工成这些形状的面积优选为金属复合体A的总面积的50%以下,更优选为30%以下。这样的加工在过宽的范围内实施时,金属复合体A的刚性有可能极端降低。
作为金属复合体的用途,例如,可以列举出:航空器用构件、汽车用构件、二轮车用构件、船舶用构件、机械机构构件、土木用构件、建材用构件、电子设备用构件。其中,从提高生产率的效果出发,优选使用汽车用构件、电气设备用构件,特别是从轻质性、力学特性、放热性等优良的效果出发,较优选使用电子设备的壳体。
电子设备壳体:
本发明的电子设备壳体是由通过本发明的制造方法得到的金属复合体A与由热塑性树脂b构成的构件B一体化而成的结构材料形成的。由热塑性树脂b构成的构件B可以设定为选自凸起部、肋部、铰链部、框架、键盘底座、立壁、基座中的至少一种的复杂形状构件。在金属复合体上接合的构件B,由适合赋予复杂形状的热塑性树脂b构成,因此,构件B可以形成为比金属复合体上形成的复杂形状更复杂的形状。
图7是本发明中的电子设备壳体的一例的示意立体图。图7中,电子设备壳体33是由热塑性树脂b构成的构件B与本发明中的金属复合体31(金属复合体A)通过成型一体化而形成的。
由热塑性树脂b构成的构件B:
作为由热塑性树脂b构成的构件B中的热塑性树脂,例如,可以列举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚萘二甲酸乙二醇酯、液晶聚酯等聚酯类树脂;聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯等聚烯烃;苯乙烯类树脂、聚氨酯树脂、以及聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯醚(PPE)、改性PPE、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚砜(PSU)、改性PSU、聚醚砜(PES)、聚丙烯酰丁二烯聚酮(polyacryl butadiene polyketone、PK)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚芳酯(PAR)、聚醚腈(PEN)、酚醛类树脂以及苯氧基树脂。另外,热塑性树脂可以为上述树脂的共聚物或改性物和/或2种以上混合而成的树脂等。
这些中,对于特定的目的而言,在热塑性树脂中优选含有60重量%以上的上述热塑性树脂的1种或2种以上。从成型品的强度以及耐冲击性的观点出发,优选使用聚酰胺(PA)和聚酯。另外,从耐热性以及耐化学品性的观点出发,优选使用聚芳硫醚、其中优选使用聚苯硫醚(PPS)。从成型品(例如,形成电子设备壳体的构件)的外观以及尺寸稳定性的观点出发,特别优选使用聚碳酸酯(PC)和苯乙烯类树脂。从成型性以及轻质性的观点出发,优选为聚烯烃类树脂,例如,优选聚丙烯树脂。从成型品的强度的观点出发,特别优选使用聚酰胺树脂。
为了提高耐冲击性,可以在热塑性树脂中添加弹性体或橡胶成分,由此,能够得到如下效果:保护位于电子设备壳体内部的电子部件和液晶等免受由电子设备壳体的落下等所产生的冲击。
为了提高成型品的强度和刚性,可以添加强化纤维,例如,可以列举出:短纤维强化颗粒或长纤维强化颗粒等纤维强化热塑性树脂颗粒、热塑性的片状成型料(热塑SMC)、含有热塑性树脂的玻璃纤维毡基材(GMT)和含有热塑性树脂的碳纤维毡基材等。
通过在热塑性树脂中添加强化纤维,除了能够得到具有高刚性的电气/电子设备壳体之外,还能够以低收缩得到尺寸精度高的构件B,从而能够应对更精密的设计。在热塑性树脂中添加的强化纤维,可以依照与上述片状基材中使用的纤维基材同样的想法进行选定。
不仅可以含有强化纤维,热塑性树脂也可以根据用途等在不损害本发明的目的的范围内适当含有填充材料和添加剂。作为填充材料和添加剂,例如,可以列举出无机填充材料、阻燃剂、导电性赋予剂、晶核剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、阻尼剂、抗菌剂、防虫剂、防臭剂、防着色剂、热稳定剂、脱模剂、抗静电剂、增塑剂、润滑剂、着色料、颜料、染料、发泡剂、消泡剂以及偶联剂等。
由热塑性树脂c构成的树脂层C:
本发明中,为了将金属复合体A与构件B进一步强固地接合,优选在金属复合体A的表面的至少一部分上形成由热塑性树脂c构成的树脂层C。由此,不仅能够得到上述机械的接合,而且能够得到化学的粘合力。在该金属复合体A的表面的至少一部中包含的热塑性树脂c,没有特别限定,但更优选选择与由热塑性树脂b构成的构件B具有的相容性的热塑性树脂。
对于树脂层C,从生产率的观点出发优选:在对向的一对成型模具之间进一步配置含有热塑性树脂c的片状基材,随着上述热固性树脂的固化,形成树脂层C。形成树脂层C的方法,没有特别限定,例如,可以与金属材料a1以及片状基材a2同样地进行配置或层合,以预成型体的形式形成,可以使用被覆有树脂层C的金属材料。
热塑性树脂c的熔点或玻璃化温度优选比热塑性树脂b低。此时,热塑性树脂b与热塑性树脂c的熔点或玻璃化温度之差,没有特别限定,优选为10℃以上,更优选为30℃以上。通过选择具有这样的关系的热塑性树脂,通过由熔融后的热塑性树脂b构成的构件B的热,热塑性树脂c达到软化和/或熔融状态,在成型模具内冷却时,在金属材料上强固地粘合。
将电子设备壳体的形成顺序的一例示于图8。如图8(a)所示,将金属复合体A插入可动侧成型模具41,接着,如图8(b)所示,使插入金属复合体A的可动侧成型模具41向固定侧模具42移动,关闭两模具。然后,从安装在固定侧模具42上的注射成型机43、向模具内注射形成构件B的热塑性树脂b,在金属复合体A的周围一体形成由热塑性树脂b构成的构件B。接着,在成型完成后,如图8(d)所示,使可动侧成型模具41移动,使模具为打开的状态,从模具中取出在模具内成型的成型品EH,即脱模。
金属复合体A与构件B的一体化的方法,不限于上述注射成型法。例如,可以列举出:在成型模具内配置金属复合体A和构件B,进行加热以及加压,通过加压成型而一体化的方法;将具有目标形状的金属复合体A与构件B以相接触的方式进行配置,通过利用激光和超声波的热熔敷而一体化的方法等方法。但是,其中,对于利用注射成型的方法,能够容易地形成具有复杂形状的凸起部、肋部、铰链部、框架、键盘底座、立壁、基座等构件,另外,能够使形成构件B的热塑性树脂b容易地流入通过对金属复合体A进行斜切加工、槽加工、孔加工、接头加工而形成的凹凸部或金属材料的表面上形成的孔中,从此方面考虑,为优选。
在电子设备壳体中,优选在形成于金属材料表面的孔中填充选自构成片状基材a1的热固性树脂、热塑性树脂b、热塑性树脂c中的至少一种树脂。例如,通过在制作金属复合体时的加压和制作电子设备壳体时的树脂填充,树脂流入并填充在形成于金属材料表面的孔中,由此,金属材料与各树脂材料的粘合强度提高。
构成电子设备壳体的由热塑性树脂b构成的构件B,从赋予天线特性的观点出发,其体积固有电阻值优选为104Ω·cm以上。具有这样的体积固有电阻值的材料没有特别限定,能够基于与上述热塑性树脂b同样的想法进行选择,也可以并用2种以上的上述热塑性树脂b。
例如,如图9所示,可以在形成电子设备壳体33的金属复合体A的一部分上配置的天线部件53的周边,配置由体积固有电阻值为104Ω·cm以上的热塑性树脂b构成的构件51,在其他部分配置其他由热塑性树脂b构成的构件52。关于这样的配置方法,没有特别限定,可以通过插入模拟材、分多次将不同的构件B与金属复合体A进行成型的方法、和改变不同的构件B的颜色的多色成型等方法,在金属复合体A上配置不同的构件B。
以上,对本发明的优选的实施方式进行说明,但本发明不限定于上述实施方式。
实施例
以下,使用实施例,对本发明具体地说明。但是,本发明不限定于以下的实施例。
实施例1-(1):
热固性树脂组合物的制备:
作为环氧树脂,使用“Epikote”828、“Epikote”834、“Epikote”1001(以上,双酚A型环氧树脂、日本环氧树脂株式会社制)、“Epikote”154(线型酚醛型环氧树脂、日本环氧树脂株式会社制),作为固化剂,使用Dicy7(双氰胺、日本环氧树脂株式会社制),作为固化促进剂,使用“Omicure”24(2,4-甲苯双(二甲基脲)、PTI日本株式会社制),以表1所示的质量比将这些进行混合,制备树脂组合物。
测定所制备的树脂组合物的玻璃化温度(Tg)。该测定基于JIS K7121记载的方法,使用Pyris 1DSC(珀金埃尔默仪器公司制造的差示扫描量热计),以升温速度10℃/分钟进行。将所得到的DSC曲线中表示阶梯状变化的部分的中间点设定为玻璃化温度。该测定中,所得到的树脂组合物的初期的玻璃化温度(Tg)为6℃,饱和的玻璃化温度(Tg)为138℃。判定该树脂组合物在玻璃化温度(Tg)为19至125℃的范围内达到半固化状态。
接着,求出制备的树脂组合物的加热温度与由加热时间引起的玻璃化温度(Tg)的变化的关系。在加热温度为130℃、150℃的情况下,测定加热时间引起的玻璃化温度(Tg)的变化时,在130℃×10分钟下,玻璃化温度(Tg)变为138℃,该树脂组合物达到固化状态。在此,加热温度是指在通过加压装置夹持进行加热时的、加热板的表面温度。
片状基材的制作:
使用逆辊式涂布机,将制备的树脂组合物涂布在脱模纸上,制作树脂膜。树脂膜的每单位面积的树脂量为25g/m2。
接着,为了使每单位面积的纤维重量达到125g/m2,在单向排列成片状的碳纤维Torayca(注册商标)T700SC-12K-50C(东丽株式会社制、拉伸强度4900MPa、拉伸弹性模量230GPa)上,将树脂膜从碳纤维的双面重叠,进行加热加压,含浸树脂组合物,制作单向预浸料坯(连续纤维强化预浸料坯(CF-PPg))。
从制作的预浸料坯上切割具有特定尺寸的长方形的预浸料坯片4片。以切割成长方形的预浸料坯片的长边的方向为0°、连续的强化纤维形成[0°/90°/90°/0°]的对称层合的方式,层合4片预浸料坯片,制作厚度0.5mm的片状基材。层合时,在预浸料坯基材的90°层之间内插热电偶(K热电偶)。
在此,使用加压成型装置,在表面温度为130℃的板上配置片状基材,加热10分钟,在压力1MPa下进行加压。通过上述同样的方法测定所得到的成型品的玻璃化温度(Tg),结果为137℃,确认了树脂为固化状态。
预成型体的制作:
接着,作为金属材料,准备对表面实施喷砂处理后的厚度0.5mm的铝合金板(A5052)。需要说明的是,在铝合金板的表面上观测到平均孔径30μm的多个孔。
将制作的片状基材以及金属材料以金属材料/片状基材/金属材料的顺序层合,制作预成型体。层合时,在一个金属材料的表面上使用耐热胶带粘贴热电偶(K热电偶)。
金属复合体的制造:
如图1(b)所示,用上侧成型模具11和下侧成型模具12夹持预成型体10,在0.5MPa的压力下保持。上侧成型模具11和下侧成型模具12的表面温度均为220℃。
第1工序中,在成型模具上配置预成型体10,约1分钟后,第2工序中,通过上侧成型模具11和下侧成型模具12,将预成型体10在10MPa下加压。此时,金属材料1、3的温度为210℃,片状基材2的温度为150℃。根据上述加热温度与加热时间、玻璃化温度(Tg)的相关关系,玻璃化温度(Tg)为115℃,相对于饱和的玻璃化温度(Tg),示出了82%的玻璃化温度(Tg),由此可知,树脂为半固化状态。需要说明的是,将金属材料1、3的温度变化和加压的状态示于图2的曲线。
进行加压约2分钟后,打开成型模具,将金属复合体A从成型模具中取出。所得到的金属复合体A在金属材料1、3之间通过固化树脂层2a强固地粘合,难以通过手动将两者剥离。另外,在两个金属材料1、3之间不产生错位,得到厚度1.5mm的不会产生缩孔和扭转的金属复合体A。关于金属复合体A,进行后述的粘合强度测定,结果,粘合强度为16MPa。在粘合试验结束后,切削在金属材料1、3上形成的树脂固化层2a,进行其玻璃化温度(Tg)的测定,结果,玻璃化温度(Tg)为137℃,确认树脂为固化状态。实施例1-(1)中的制造条件、以及评价结果示于表1以及表2。
实施例1-(2):
预成型体的制作:
作为金属材料,准备对表面实施了喷砂处理的厚度0.5mm的镁合金板(AZ31)。需要说明的是,在镁合金板的表面上观察到平均孔径50μm的多个孔。使用实施例1-(1)中使用的片状基材,与实施例1-(1)同样地制作预成型体。
复合体的制造:
如图1(b)所示,用上侧成型模具11和下侧成型模具12夹持预成型体10,在0.5MPa的压力下保持。上侧成型模具11和下侧成型模具12的表面温度均为210℃。
第1工序中,在成型模具上配置预成型体10,约1分钟后,第2工序中,通过上侧成型模具11和下侧成型模具12,将预成型体10在15MPa下加压。此时,金属材料1、3的温度为200℃,片状基材2的温度为140℃。热固性树脂的玻璃化温度(Tg)为108℃,相对于饱和的玻璃化温度(Tg),示出77%的玻璃化温度(Tg),由此可知,树脂为半固化状态。
进行加压约2分钟后,打开成型模具,将金属复合体A从成型模具中取出。所得到的金属复合体A中在两个金属材料1、3之间不产生错位,另外也不会产生褶皱、裂纹、破损这样的表面缺陷,得到厚度为约1.5mm、在金属材料的表面上具有凹凸形状的金属复合体A。所得到的金属复合体A在金属材料1、3之间强固地粘合,难以通过手动将两者剥离。与实施例1-(1)同样地进行粘合强度的测定,结果,粘合强度为18MPa。在粘合试验结束后,切削在金属材料1、3上形成的树脂固化层2a,测定其玻璃化温度(Tg),结果,玻璃化温度(Tg)为137℃,确认了树脂为固化状态。实施例1-(2)中的制造条件、以及评价结果示于表1以及表2。
实施例1-(3):
作为金属材料,使用对金属表面实施了氧化铝膜处理的厚度0.5mm的铝合金板(A5052),除此以外,通过与实施例1-(1)同样的方法,制造金属复合体,进行评价。在金属板的表面上观察到平均孔径0.05μm的多个孔。实施例1-(3)中的制造条件、以及评价结果示于表1以及表2。
实施例1-(4):
片状基材的制作:
使用实施例1-(1)中制备的热固性树脂组合物,制作树脂膜。树脂膜的每单位面积的树脂量为50g/m2。作为片状基材,使用所得到的树脂膜,除此以外,通过与实施例1-(1)同样的方法,制造金属复合体,进行评价。实施例1-(4)中的制造条件、以及评价结果示于表3以及表4。
实施例1-(5):
预成型体的制作:
使用实施例1-(1)中制作的片状基材和金属材料,层合金属材料/片状基材这二层,得到预成型体,将下侧成型模具的表面温度设定为150℃,除此以外,通过与实施例1同样的方法,制造金属复合体,进行评价。实施例1-(5)中的制造条件、以及评价结果示于表3以及表4。
实施例1-(6):
第1工序中,在成型模具上配置预成型体,约0.5分钟后,将第1-2工序中的加压时间设定为约1分钟,除此以外,通过与实施例1-(1)同样的方法,制造金属复合体。进行加压约1分钟后,打开成型模具,将金属复合体从成型模具中取出。接着,将金属复合体装入气氛温度被调节至150℃的热风炉中,进行后固化10分钟。关于所得到的金属复合体,与实施例1-(1)同样地进行评价。实施例1-(6)中的制造条件、以及评价结果示于表3以及表4。
实施例1-(7):
作为苯并噁嗪树脂,使用F-a型苯并噁嗪树脂(四国化成工业株式会社制),作为酸催化剂,使用DY9577(Huntsman Advanced Materials株式会社制、三氯化硼辛胺络合物),以表17所示的质量比进行混合。将该树脂组合物作为形成片状基材的热固性树脂使用,除此以外,与实施例1-(1)同样进行。使用粘度计,测定树脂的粘度,由其结果计算树脂的固化度,结果可知,在第1工序中,树脂为半固化的状态。实施例1-(7)中的制造条件、以及评价结果示于表5以及表6。
实施例1-(8):
作为酚醛树脂,准备PHENOLITE(注册商标)5010(DIC株式会社制、甲酚型酚醛树脂),作为形成片状基材的热固性树脂使用,除此以外,与实施例1-(1)同样进行。实施例1-(8)中的制造条件、以及评价结果示于表5以及表6。
实施例1-(9):
作为金属材料,使用对金属表面了实施喷砂处理的厚度0.2mm的钛合金板(Ti-6Al-4V),将成型模具的表面温度设为240℃,将成型压力设为15MPa,除此以外,通过与实施例1-(1)同样的方法,制造金属复合体,进行评价。在金属材料的表面上观察到平均孔径15μm的多个孔。实施例1-(9)中的制造条件、以及评价结果示于表5以及表6。
实施例1-(10):
除了将上下的成型模具温度设为190℃以外,通过与实施例1-(1)同样的方法,制造金属复合体,进行评价。需要说明的是,第1工序中的金属材料的表面温度为185℃。实施例1-(10)中的制造条件、以及评价结果示于表7以及表8。
实施例1-(11):
准备铝合金,所述铝合金是将金属材料的对向的2边的端边如图10(a)所示进行约90°的L弯曲加工而成的。如图10(b)所示配置与实施例1-(5)相同的片状基材,弯曲L弯曲部分,得到预成型体。除此之外,与实施例1-(5)同样操作,进行成型。通过成型模具的加压,弯曲后的L弯曲部被压平,得到端部进行了卷边加工的金属复合体。实施例1-(11)中的制造条件、以及评价结果示于表7以及表8。
实施例1-(12):
作为金属材料,使用工业用纯铝板(A1100),除此以外,与实施例1-(1)同样进行。实施例1-(12)中的制造条件、以及评价结果示于表9以及表10。
实施例1-(13):
作为金属材料,使用工业用纯钛(KS40),除此以外,与实施例1-(9)同样进行。实施例1-(13)中的制造条件、以及评价结果示于表9以及表10。
比较例1-(1):
预成型体的制作:
将热固性树脂以表11所示的组成质量比进行混合,除此以外,通过与实施例1-(1)同样的方法,制造金属复合体。
在此,使用加压成型装置,在表面温度为130℃的板上配置片状基材,加热10分钟,在1MPa下进行加压。测定所得到的金属复合体中的树脂的玻璃化温度(Tg),结果,玻璃化温度(Tg)为75℃,相对于饱和的玻璃化温度(Tg),示出了52%的玻璃化温度(Tg),由此,确认了树脂为半固化状态。
金属复合体的制造:
如图1(b)所示,用上侧成型模具11和下侧成型模具12夹持预成型体10,在0.5MPa的压力下保持。
第1工序中,在成型模具上配置预成型体10,约1分钟后,第1-2工序中,通过上侧成型模具11和下侧成型模具12,将预成型体10在10MPa下加压。此时,从成型模具之间树脂组合物流动。
进行加压约2分钟后,打开成型模具,结果,金属材料与金属材料产生错位,并且片状基材的一部分从金属材料之间突出,不能得到目标金属复合体。另外,要将金属复合体从成型模具中取出时,金属材料在成型模具上固定,作为复合体的脱模困难。因此,不能进行粘合强度的测定。比较例1-(1)中的制造条件、以及评价结果示于表11以及表12。
比较例1-(2):
使用实施例1-(2)的预成型体,进行金属复合体的制造。
金属复合体的制造:
如图1(b)所示,用上侧成型模具11和下侧成型模具12夹持预成型体10,在0.5MPa的压力下保持。使上侧成型模具11和下侧成型模具12的表面温度均为130℃,除此以外,通过与实施例1-(2)同样的方法,制造金属复合体,进行评价。
所得到的金属复合体在两个金属材料上产生错位,从金属材料之间热固性树脂少量泄漏。另外,在凹凸的拉深部观察到褶皱,在较深地拉深的部位产生表面裂纹。另外,能够手动地将金属复合体的两个金属材料剥离。比较例1-(2)中的制造条件、以及评价结果示于表11以及表12。
比较例1-(3):
使用以对金属表面实施了氧化铝膜处理的厚度1.5mm的铝合金板(A5052)作为金属材料的预成型体,将成型压力设为0.5MPa,除此以外,通过与实施例1-(3)相同的要领进行加热以及加压。
在成型模具上配置预成型体后约3分钟后,打开成型模具,结果,确认了预成型体没有被赋予目标形状。比较例1-(3)中的制造条件、以及评价结果示于表11以及表12。
实施例2-(1):
准备与实施例1-(1)同样的片状基材以及金属材料,制作预成型体。
金属复合体的制造:
第1工序:
如图1(b)所示,用上侧成型模具11和下侧成型模具12夹持预成型体10,在0.5MPa的压力下保持。上侧成型模具11和下侧成型模具12的表面温度均为220℃。在该状态下保持约1分钟,使树脂组合物半固化。此时,金属材料的表面温度为215℃,片状基材的温度为150℃。
如上所述,基于预先取得的加热温度以及加热时间与玻璃化温度(Tg)的相关关系,推测金属复合体中的树脂组合物的玻璃化温度(Tg)为115℃。该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为82%,由此可知,第1工序的结束时刻的树脂组合物为半固化状态。
第2工序:
接着,通过上侧成型模具11以及下侧成型模具12,将预成型体10在10MPa下加压,制造金属复合体。
第3工序:
开始第2工序的加压约1分钟后,在成型模具中流入冷却水,由此,将上侧成型模具11以及下侧成型模具12的表面温度冷却至180℃以下,同时将上侧成型模具11以及下侧成型模具12的设定温度变更成150℃。在没有配置预成型体10的状态下,预先确认冷却水量与成型模具的表面温度的相关关系,基于该相关关系,调节冷却水量。金属材料的表面温度在开始冷却后,约2分钟后达到180℃以下的状态,然后,进行加压约1分钟。
脱模:
打开成型模具,将金属复合体从成型模具中取出。构成所得到的金属复合体的金属材料之间强固地粘合,难以手动地将两者剥离。两个金属材料之间不产生错位,金属复合体的厚度为1.5mm,没有观察到缩孔和扭转,在整个金属复合体上也没有产生翘曲和变形。关于金属复合体,测定粘合强度,结果粘合强度为16MPa。在粘合试验结束后切削附着于金属材料上的树脂组合物,测定其玻璃化温度(Tg),结果玻璃化温度(Tg)为137℃,确认了在第3工序的结束时刻的树脂组合物处于固化状态。
实施例2-(1)中的制造条件、以及评价结果示于表13以及表14。
实施例2-(2):
预成型体的制作:
作为金属材料,准备对表面实施了喷砂处理的厚度0.5mm的镁合金板(AZ31)。在镁合金板的表面上观察到平均孔径50μm的多个孔。将金属材料变更成该镁合金板,除此以外,与实施例2-(1)同样操作,制作预成型体。
金属复合体的制作:
第1工序:
如图1(b)所示,用上侧成型模具11和下侧成型模具12夹持预成型体10,在0.5MPa的压力下保持。上侧成型模具11和下侧成型模具12的表面温度均为210℃。在该状态下保持约1分钟,使树脂组合物半固化。此时,金属材料的温度为210℃、片状基材的温度为150℃。基于加热温度以及加热时间与玻璃化温度(Tg)的相关关系,推测金属复合体中的树脂组合物的玻璃化温度(Tg)为108℃。该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为77%,由此可知,第1工序的结束时刻的树脂组合物为半固化状态。
第2工序:
接着,通过上侧成型模具11以及下侧成型模具12,将预成型体10在15MPa下加压,制造金属复合体。
第3工序:
开始第2工序的加压约1分钟后,在成型模具中流入冷却水,由此,将上侧成型模具11以及下侧成型模具12冷却至180℃以下,同时将上侧成型模具11以及下侧成型模具12的设定温度变更成150℃。金属材料的表面温度在开始冷却后约2分钟后达到180℃以下的状态,然后,进行加压约1分钟。
脱模:
打开成型模具,将金属复合体从成型模具中取出。两个金属材料之间不产生错位,金属复合体的厚度为1.5mm,金属复合体具有凹凸形状。在金属复合体上没有观察到褶皱、裂纹、破损这样的表面缺陷,在整个金属复合体上也没有产生翘曲和变形。所得到的金属复合体的金属材料之间强固地粘合,难以手动地将两者剥离。关于金属复合体,通过后述的方法测定粘合强度,结果粘合强度为18MPa。粘合试验结束后切削附着于金属材料上的树脂组合物,测定其玻璃化温度(Tg),结果确认了玻璃化温度(Tg)为137℃,在第3工序的结束时刻的树脂组合物处于固化状态。
实施例2-(2)中的制造条件、以及评价结果示于表13以及表14。
实施例2-(3):
作为金属材料,准备对金属表面实施了氧化铝膜处理的厚度0.5mm的铝合金板(A5052)。在该铝合金板的表面上观察到平均孔径0.05μm的多个孔。将金属材料变更成该铝合金板,除此以外,通过与实施例2-(1)同样的方法,制造金属复合体,进行其评价。实施例2-(3)中的制造条件、以及评价结果示于表13以及表14。
实施例2-(4):
使用实施例2-(1)中制备的树脂组合物,制作树脂膜。树脂膜的每单位面积的树脂量为50g/m2。将片状基材变更为该树脂膜,除此以外,通过与实施例2-(1)同样的方法,制造金属复合体,进行其评价。实施例2-(4)中的制造条件、以及评价结果示于表15以及表16。
实施例2-(5):
使用实施例2-(1)中制造的片状基材和金属材料,制作金属材料/片状基材的二层构成的预成型体。另外,第1工序中,以下侧成型模具的表面温度达到150℃的方式进行设定。使用该预成型体,以及变更下侧成型模具的表面温度,除此以外,通过与实施例2-(1)同样的方法,制造金属复合体,进行其评价。实施例2-(5)中的制造条件、以及评价结果示于表15以及表16。
实施例2-(6):
使用与实施例2-(1)同样的预成型体,在开始第1工序的加热后,约30秒后,开始第2工序的加压,约30秒后,作为第3工序,在成型模具中流入冷却水,将上侧成型模具和下侧成型模具冷却至180℃以下,将上侧以及下侧成型模具的设定温度变更为170℃。金属材料的表面温度在开始冷却后约1分钟后达到180℃以下的状态,然后,进行加压约1分钟。然后,打开成型模具,将金属复合体从成型模具中取出。将取出的金属复合体装入气氛温度被调节至150℃的热风炉中,进行后固化10分钟。与实施例2-(1)同样地评价所得到的金属复合体。实施例2-(6)中的制造条件、以及评价结果示于表15以及表16。
比较例2-(1):
预成型体的制作:
将热固性树脂的组成变更成表17所示的质量比,除此以外,通过与实施例2-(1)同样的方法,制造金属复合体。使用加压成型装置,在表面温度为130℃的加热板上配置片状基材,加热的同时在1MPa下进行加压10分钟。测定所得到的金属复合体的热固性树脂的玻璃化温度(Tg),结果玻璃化温度(Tg)为75℃。该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为52%,由此可知,树脂组合物为半固化状态。
金属复合体的制造:
第1工序:
如图1(b)所示,用上侧成型模具11和下侧成型模具12夹持预成型体10,在0.5MPa的压力下保持。此时,上侧成型模具11和下侧成型模具12的表面温度均为220℃,片状基材的温度为150℃。在该状态下保持约1分钟,使树脂组合物反应。如上所述,基于预先取得的加热温度以及加热时间与玻璃化温度(Tg)的相关关系,推测金属复合体中的树脂组合物的玻璃化温度(Tg)为14℃。该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为6%,由此判明,第1工序的结束时刻的树脂组合物没有达到半固化状态。
第2工序:
接着,通过上侧成型模具11以及下侧成型模具12将预成型体在10MPa下加压。此时,从成型模具之间流出大量树脂组合物。
脱模:
没有进行第3工序的冷却而直接进行加压约3分钟后,打开成型模具,结果,金属材料与金属材料发生错位,在整个金属复合体上产生翘曲,并且片状基材的一部分从金属材料之间突出,不能得到目标金属复合体。另外,要取出金属复合体时,金属材料在成型模具上固定,作为复合体的脱模困难。因此,不能进行粘合强度的测定。
比较例2-(1)中的制造条件、以及评价结果示于表17以及表18。
比较例2-(2):
如图1(b)所示,通过上侧成型模具11和下侧成型模具12,与实施例2-(2)同样地夹持预成型体,在0.5MPa的压力下保持。上侧成型模具11和下侧成型模具12的表面温度均为130℃。此外,通过与实施例2-(2)同样的方法,制造金属复合体,进行评价。比较例2-(2)中的制造条件、以及评价结果示于表17以及表18。
所得到的金属复合体中,两个金属材料中产生错位,从金属材料之间热固性树脂少量泄漏。在凹凸的拉深部观察到褶皱,在较深地拉深的部位产生表面裂纹。能够手动地剥离两个金属材料。比较例2-(2)中的制造条件、以及评价结果示于表17以及表18。
实施例3-(1):
准备与实施例1-(1)同样的片状基材和金属材料。
金属复合体的制造:
第1-1工序:
如图4(a-1)所示,在下侧成型模具12上配置片状基材2,开始片状基材2的加热。下侧成型模具12的表面温度为150℃。即将转移至后述第1-2工序中的片状基材2的表面温度为130℃。如上所述,基于预先取得的加热温度以及加热时间与玻璃化温度(Tg)的相关关系,推测金属复合体中的树脂组合物的玻璃化温度(Tg)为80℃。该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为57%,由此可知,第1-1工序的结束时刻的树脂组合物为半固化状态。
第1-2工序:
与第1-1工序并行进行,如图4(a-2)所示,在电炉EF内装入金属材料1,开始金属材料1的预热。电炉EF内的气氛温度为250℃。即将转移至后述第2工序中的金属材料1的表面温度为245℃。
第2工序:
在开始片状基材2的加热以及金属材料1的预热约1分钟后,将从电炉EP中取出的金属材料1如图4(b)所示在片状基材1上层合,形成预成型体10。接着,如图4(c)所示,通过上侧成型模具11以及下侧成型模具12在10MPa下将预成型体10加压约2分钟,成型为金属复合体A,使片状基材2中包含的树脂组合物固化。
脱模:
打开成型模具,将金属复合体A从成型模具中取出。构成所得到的金属复合体的金属材料与片状基材强固地粘合,难以通过手动将二者剥离。金属复合体的厚度为1mm,没有观察到缩孔和扭转。关于金属复合体,通过后述的方法测定粘合强度,结果粘合强度为14MPa。粘合试验结束后切削附着于金属材料上的树脂组合物,测定其玻璃化温度(Tg),结果玻璃化温度(Tg)为137℃,该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为100%,由此,确认了在第1-2工序的结束时刻的树脂组合物处于固化状态。
实施例3-(1)中的制造条件、以及评价结果示于表19以及表20。
实施例3-(2):
金属材料:
作为金属材料,准备对表面实施了喷砂处理的厚度0.5mm的镁合金板(AZ31)。在镁合金板的表面上观察到平均孔径50μm的多个孔。
金属复合体的制造:
第1-1工序:
如图4(a-1)所示,在下侧成型模具12上配置片状基材2,开始片状基材2的加热。下侧成型模具12的表面温度为150℃。即将转移至后述第2工序中的片状基材2的表面温度为130℃。如上所述,基于预先取得的加热温度以及加热时间与玻璃化温度(Tg)的相关关系,推测金属复合体中的树脂组合物的玻璃化温度(Tg)为80℃。该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为57%,由此可知,第1-1工序的结束时刻的树脂组合物为半固化状态。
第1-2工序:
与第1-1工序并行进行,如图4(a-2)所示,在电炉EF内装入金属材料1,开始金属材料1的预热。电炉EF内的气氛温度设定为250℃。即将转移至后述第2工序中的金属材料1的表面温度为240℃。
第2工序:
开始片状基材2的加热以及金属材料1的预热约1分钟后,将从电炉EF中取出的金属材料1如图4(b)所示层合在片状基材2上,形成预成型体10。接着,如图4(c)所示,通过上侧成型模具11以及下侧成型模具12在10MPa下将预成型体10加压约2分钟,成型为金属复合体A,使片状基材2中包含的树脂组合物固化。
脱模:
打开成型模具,将金属复合体A从成型模具中取出。在两个金属材料之间未产生错位,金属复合体的厚度为1mm,金属复合体具有凹凸形状。在金属复合体上没有观察到褶皱、裂纹、破损这样的表面缺陷。所得到的金属复合体的金属材料与片状基材强固地粘合,难以通过手动将二者剥离。关于金属复合体,通过后述的方法测定粘合强度,结果粘合强度为16MPa。粘合试验结束后切削附着于金属材料上的树脂组合物,测定其玻璃化温度(Tg),结果玻璃化温度(Tg)为137℃,该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为100%,由此,确认了在第2工序的结束时刻的树脂组合物处于固化状态。
实施例3-(2)中的制造条件、以及评价结果示于表19以及表20。
实施例3-(3):
作为金属材料,准备对金属表面实施了氧化铝膜处理的厚度0.5mm的铝合金板(A5052)。在该铝合金板的表面上观察到平均孔径0.05μm的多个孔。将金属材料变更成该铝合金板,除此以外,通过与实施例3-(1)同样的方法,制造金属复合体,进行其评价。实施例3-(3)中的制造条件、以及评价结果示于表19以及表20。
实施例3-(4):
使用实施例3-(1)中制备的热固性树脂,制作树脂膜。树脂膜的每单位面积的树脂量为50g/m2。将片状基材变更为该树脂膜,除此以外,通过与实施例3-(1)同样的方法,制造金属复合体,进行其评价。实施例3-(4)中的制造条件、以及评价结果示于表21以及表22。
实施例3-(5):
在开始第1-1工序的片状基材的加热以及第1-2工序的金属材料的预热之后约0.5分后,形成预成型体,将第2工序中的加压时间设定为约1分钟,除此以外,通过与实施例3-(1)同样的方法,制造金属复合体。打开成型模具,将金属复合体从成型模具中取出。接着,将金属复合体装入气氛温度被调节至150℃的热风炉中,进行后固化10分钟。关于所得到的金属复合体,与实施例3-(1)同样地进行评价。实施例3-(5)中的制造条件、以及评价结果示于表21以及表22。
实施例3-(6):
准备与实施例3-(1)同样的片状基材1片和金属材料2片。
第1-1工序:
在将气氛温度设定为150℃的热风炉中,投入片状基材,开始片状基材的加热。即将转移至后述第1-2工序中的片状基材的表面温度为130℃。如上所述,基于预先取得的加热温度以及加热时间与玻璃化温度(Tg)的相关关系,推测金属复合体中的树脂组合物的玻璃化温度(Tg)为80℃。该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为57%,由此可知,第1-1工序的结束时刻的树脂组合物为半固化状态。
第1-2工序:
与第1-1工序并行进行,在将气氛温度设定为250℃的电炉中,投入金属材料2片,开始预热。即将转移至后述第2工序中的金属材料的表面温度为245℃。
第2工序:
在开始第1-1工序约1分钟后,将从电炉中取出的金属材料和从热风炉中取出的片状基材以金属材料/片状基材/金属材料的方式配置在表面温度为150℃的成型模具内,得到预成型体。然后,关闭成型模具,在10MPa的压力下进行加压约2分钟,由此,使预成型体成型,使片状基材的树脂组合物固化。
脱模:
开始第2工序的加压约2分钟后,打开成型模具,将金属复合体从成型模具中取出。在两个金属材料之间未产生错位,金属复合体的厚度为1.5mm,金属复合体具有凹凸形状。在金属复合体上没有观察到褶皱、裂纹、破损这样的表面缺陷。所得到的金属复合体的金属材料之间强固地粘合,难以通过手动将二者剥离。关于金属复合体,通过后述的方法测定粘合强度,结果粘合强度为16MPa。粘合试验结束后切削附着于金属材料上的树脂组合物,测定其玻璃化温度(Tg),结果玻璃化温度(Tg)为137℃,该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为100%,由此,确认了在第2工序的结束时刻的树脂组合物处于固化状态。
实施例3-(6)中的制造条件、以及评价结果示于表21以及表22。
实施例3-(7):
热固性树脂的制备:
将组成变更为表23所示的质量比,除此以外,与实施例3-(1)同样操作,制备热固性树脂作为树脂组合物。
关于制备的树脂组合物,通过与实施例3-(1)同样的测定方法,测定玻璃化温度(Tg),结果,树脂组合物的玻璃化温度(Tg)为6℃,通过固化饱和的玻璃化温度(Tg)为136℃。即玻璃化温度(Tg)在13℃至117℃的范围内时,可以说树脂组合物为半固化状态。
与实施例3-(1)同样操作,求出多制备的树脂组合物的加热温度以及加热时间与玻璃化温度(Tg)的关系。在加热温度为130℃或150℃的情况下,测定由加热时间导致的玻璃化温度(Tg)的变化,结果在加热温度130℃、加热时间10分钟时,玻璃化温度(Tg)变为14℃,可知树脂组合物达到半固化状态。
片状基材的制作:
将树脂组合物变更为上述组合物,除此以外,通过与实施例3-(1)同样的方法得到片状基材。
使用加压成型装置,在表面温度为130℃的加热板上配置片状基材,加热的同时在1MPa下进行加压10分钟。通过与上述同样的方法测定所得到的成型品的玻璃化温度(Tg),结果,玻璃化温度(Tg)为75℃。该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为52%,由此可知,树脂组合物为半固化状态。另外,除了使用上述片状基材以外,与实施例3-(6)同样操作。
第1-1工序:
在如图11(a-1)所示的将气氛温度设定为150℃的热风炉HF中,投入片状基材2,开始片状基材2的加热。即将转移至后述第2工序中的片状基材2的表面温度为150℃。如上所述,基于预先取得的加热温度以及加热时间与玻璃化温度(Tg)的相关关系,推测金属复合体中的树脂组合物的玻璃化温度(Tg)为120℃。该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为86%,由此可知,第1-1工序的结束时刻的树脂组合物为半固化状态。
第1-2工序:
与第1-1工序并行进行,在图11(a-2)所示的将气氛温度设定为250℃的电炉EF中,投入2片金属材料1,开始预热。即将转移至后述第1-2工序中的金属材料1的表面温度为250℃。
第2工序:
开始第1-1工序约20分钟后,将从电炉EF中取出的2片金属材料1和从热风炉HF中取出的片状基材2如图11(b)所示,以金属材料/片状基材/金属材料的顺序配置在表面温度为150℃的成型模具内,得到预成型体10。然后,如图11(c)所示,关闭成型模具,在10MPa的压力下进行加压约2分钟,由此,使预成型体成型,使片状基材的树脂组合物固化。
脱模:
开始第2工序的加压约2分钟后,打开成型模具,将金属复合体A从成型模具中取出。在两个金属材料之间未产生错位,金属复合体A的厚度为1.5mm,金属复合体具有凹凸形状。在金属复合体上没有观察到褶皱、裂纹、破损这样的表面缺陷。所得到的金属复合体的金属材料之间强固地粘合,难以通过手动将二者剥离。关于金属复合体,通过后述的方法测定粘合强度,结果粘合强度为16MPa。粘合试验结束后切削附着于金属材料上的树脂组合物,测定其玻璃化温度(Tg),结果玻璃化温度(Tg)为137℃,该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为100%,由此,确认了在第1-2工序的结束时刻的树脂组合物处于固化状态。
实施例3-(7)中的制造条件、以及评价结果示于表23以及表24。
比较例3-(1):
预成型体的制作:
准备与实施例3-(7)同样的片状基材。
金属复合体的制造:
第1-1工序:
如图4(a-1)所示,在下侧成型模具12上配置片状基材2,开始片状基材2的加热。下侧成型模具12的表面温度为150℃。即将转移至后述第1-2工序中的片状基材2的表面温度为130℃。如上所述,基于预先取得的加热温度以及加热时间与玻璃化温度(Tg)的相关关系,推测金属复合体中的树脂组合物的玻璃化温度(Tg)为14℃。该玻璃化温度(Tg)相对于饱和的玻璃化温度(Tg)为6%,由此可知,第1-1工序的结束时刻的树脂组合物没有达到半固化状态。
第1-2工序:
与第1-1工序并行进行,如图4(a-2)所示,在电炉EF内装入金属材料1,开始金属材料1的预热。电炉EF内的气氛温度为250℃。
第2工序:
开始片状基材的加热以及金属材料的预热之后约1分钟后,将从电炉中取出的金属材料1层合在片状基材2上,如图4(b)所示,形成预成型体10。接着,如图4(c)所示,将预成型体10通过上侧成型模具11以及下侧成型模具12在10MPa下进行加压,成型为金属复合体A。此时,从成型模具之间流出大量树脂组合物。
在约2分钟的加压后,打开成型模具,结果,片状基材的一部分突出,不能得到目标金属复合体。另外,要取出金属复合体时,金属材料固定在成型模具上,难以以复合体的形式脱模。因此,不能进行后述的粘合强度的测定。
比较例3-(1)中的制造条件、以及评价结果示于表23以及表24。
比较例3-(2):
除了将第1-2工序中的电炉的气氛温度变更为130℃以外,与实施例3-(2)同样操作,制造金属复合体,进行其评价。
所得到的金属复合体中,在金属材料的凹凸的拉深部观察到褶皱,没有拉深至成型模具的凹凸的深度,未得到目标形状。
比较例3-(2)中的制造条件、以及评价结果示于表23以及表24。
实施例4-(1):
电子设备用壳体的制作:
将实施例1-(3)中得到的金属复合材料A如图8(a)所示配置在注射成型模具内。该注射成型模具由固定侧成型模具42和可动侧成型模具41构成,在固定侧成型模具42上连接注射成型机43。作为形成构件B的树脂,准备聚酰胺树脂颗粒(东丽株式会社制)CM1001,使用该颗粒,制作具有如图8(d)所示的形状的电子设备壳体EH。使用日本制钢所株式会社制造的J350EIII注射成型机43来进行注射成型,注射用于形成构件B的树脂b的气缸温度设为260℃。
实施例4-(1)中的制造条件、以及评价结果示于表25以及表26。
实施例4-(2):
电子设备用壳体的制作:
按照与实施例4-(1)相同的要领,将实施例1-(3)中得到的金属复合材料进行插入注射成型,制作电子设备壳体。实施例4-(2)中的制造条件、以及评价结果示于表25以及表26。
实施例4-(3):
树脂片的制作:
使用将2种尼龙树脂颗粒(东丽株式会社制CM4000以及CM1001)进行熔融混炼而成的物质,制作树脂膜。树脂膜的厚度为50μm。使用日本制钢所株式会社制TEX-30α进行熔融混炼,气缸温度为260℃。
预成型体的制作:
使用与实施例4-(1)相同的片状基材以及金属材料,并且使用上述树脂膜,得到金属材料/片状基材/树脂膜的层合构成,制作预成型体。
金属复合体的制造:
除了下侧成型模具的表面温度为150℃之外,按照与实施例4-(1)相同的要领,将预成型体配置在成型模具内,进行加热以及加压,制造金属复合体A。
电子设备壳体的制作:
作为构件B,使用碳纤维强化树脂颗粒(东丽株式会社制TLP1040),除此以外,通过与实施例4-(1)相同的要领,进行插入注射成型,制作电子设备壳体。实施例4-(3)中的制造条件、以及评价结果示于表25以及表26。
实施例4-(4):
预成型体的制作:
使用实施例4-(1)中制作的预成型体和与实施例4-(3)相同的树脂膜,以金属材料/片状基材/金属材料/树脂膜的层合构成的方式进行层合,制作预成型体。
金属复合体的制造:
除了使用上述预成型体之外,按照与实施例4-(1)相同的要领,将预成型体配置在成型模具之间,进行加热以及加压,制作金属复合体。
电子设备壳体的制作:
作为构件B,使用玻璃纤维强化树脂颗粒(东丽株式会社制CM1001G-20),除此以外,按照与实施例4-(1)相同的要领,进行插入注射成型,制作电子设备壳体。实施例4-(4)中的制造条件、以及评价结果示于表27以及表28。
实施例4-(5):
金属复合体的制作:
准备在与实施例4-(1)同样的条件下制作的金属复合材料。在所制作的金属复合体A的端边形成图12所示的具有凹凸形状的接头部。
电子设备壳体的制作:
作为金属复合体,使用在端边实施了凹凸形状的接头加工的金属复合体A,除此以外,按照与实施例4-(1)相同的要领,进行插入注射成型,制作电子设备壳体。实施例4-(5)中的制造条件、以及评价结果示于表27以及表28。
实施例4-(6):
电子设备壳体的制作:
按照与实施例4-(1)相同的要领,将制作的金属复合体和尼龙树脂配置在加压成型模具内,进行加压成型,制作电子设备壳体。成型模具的表面温度在上下侧均为260℃。实施例4-(6)中的制造条件、以及评价结果示于表27以及表28。
实施例4-(7):
热固性树脂组合物的制备:
除了没有混合作为固化促进剂的“Omicure”24(2,4-甲苯双(二甲基脲)、PTI日本株式会社制)之外,按照与实施例4-(1)相同的要领,制备树脂组合物。
片状基材的制作:
除了使用不含有上述固化促进剂的热固性树脂组合物之外,按照与实施例4-(1)相同的要领,制作片状基材。
在此,使用加压成型装置,在表面温度为130℃的板上配置片状基材,加热10分钟,在1MPa下进行加压。通过上述同样的方法测定所得到的成型品的玻璃化温度(Tg),结果,玻璃化温度(Tg)为75℃,相对于饱和的玻璃化温度(Tg),示出了52%的玻璃化温度(Tg),由此可知,树脂为半固化状态。
预成型体的制作:
除了使用上述片状基材之外,按照与实施例4-(1)相同的要领,进行层合,制作预成型体。
金属复合体的制造:
将所制作的预成型体装入150℃的热风炉中,进行10分钟的预热后,在与实施例4-(1)相同条件的成型模具中配置经过预热的预成型体。配置预成型体约1分钟后,通过上侧成型模具和下侧成型模具,将预成型体在10MPa下加压。
进行加压约5分钟后,打开成型模具,将金属复合体从成型模具中取出。
电子设备用壳体的制作:
按照与实施例4-(1)相同的要领,进行插入注射成型,制作电子设备壳体。实施例4-(7)中的制造条件、以及评价结果示于表29以及表30。
实施例4-(8):
准备通过与实施例4-(1)相同的要领制作的金属复合体。如图13(a)所示,交换注射成型模具61内的插入件,在关闭熔融树脂的流路的注射成型模具61内配置上述金属复合体,将实施例4-(3)中使用的碳纤维强化树脂颗粒填充到成型模具内的流路62中,形成大致三边。然后,使注射成型模具内达到如图13(b)所示的、大致三边的流路62被树脂颗粒填充的状态,同时将厚度1.5mm的不锈钢板在长方体插入成型模具内63,配置用注射成型材料插入上述大致三边得到的金属复合体,将实施例4-(4)中使用的玻璃纤维强化树脂颗粒填充到流路64中,将残存的一边进行插入注射成型,制作如图9所示的电子设备壳体33。实施例4-(8)中的制造条件、以及评价结果示于表29以及表30。
实施例4-(9):
按照与实施例4-(1)相同的要领,将实施例1-(12)中得到的金属复合体A进行插入注射成型,制作电子设备壳体。实施例4-(9)中的制造条件、以及评价结果示于表31以及表32。
实施例4-(10):
按照与实施例4-(1)相同的要领,将实施例1-(13)中得到的金属复合体A进行插入注射成型,制作电子设备壳体。实施例4-(10)中的制造条件、以及评价结果示于表31以及表32。
比较例4-(1):
金属复合体的制造:
除了成型模具的表面温度为130℃之外,按照与实施例4-(1)相同的要领制作预成型体,将该预成型体配置在成型模具上,进行成型。
所得到的金属复合体,在两个金属材料间产生错位,从金属材料之间热固性树脂少量泄漏。另外,在凹凸的拉深部观察到褶皱,在较深地拉深的部位产生表面裂纹。另外,对于金属复合体,能够手动地剥离金属材料。比较例4-(1)中的制造条件、以及评价结果示于表33以及表34。
比较例4-(2):
除了成型压力经常为0.5MPa以外,按照与实施例4-(1)相同的要领制作预成型体,将该预成型体配置在成型模具上,进行成型。此时,成型模具没有达到完全关闭的状态。
配置预成型体约3分钟后,打开成型模具,结果,未能得到目标金属复合体,因此,不能制作电子设备壳体。比较例4-(2)中的制造条件、以及评价结果示于表33以及表34。
比较例4-(3):
预成型体的制作:
准备对金属表面实施了氧化铝膜处理的厚度1.5mm的铝合金板(A5052),使该金属材料作为预成型体。通过上述评价方法1观察上述铝合金板的表面,结果平均孔径为0.05μm。
金属复合体的制造:
使用上述金属材料作为预成型体,并将成型压力设为0.5MPa,除此以外,按照与实施例4-(1)相同的要领,进行加热以及加压。
配置预成型体约3分钟后,打开成型模具,结果,确认预成型体没有被赋予目标形状。所得到的金属复合体中,即使配置在注射成型模具内,也不能关闭成型模具,从而不能制作电子设备壳体。
实施例以及比较例中使用的、金属材料表面的平均孔径的测定法、金属复合体的粘合强度的测定法、以及电子设备壳体的重量以及刚性的测定法如下。
观察用样品的制作方法:
使用切割机或金钢石切割机等切削工具,将使用的材料、所得到的成型体切割成目标尺寸,得到观察用样品。根据需要,对截面进行湿式研磨,并进行加工以便容易观察截面。
评价方法1-金属材料表面的平均孔径测定:
使用超深度彩色3D形状测定显微镜VK-9500(控制部)/VK-9510(测定部)(株式会社Keyence制),以放大倍率100倍拍摄作为金属材料使用的金属的表面。由拍摄的图像,使用分析应用软件VK-H1A9,测定金属表面上形成的任意的孔径D(n)(n=1至100),求出平均孔径。
评价方法2-金属复合体的粘合强度的测定:
从制造的金属复合体A的平滑部切出40mm见方的试验片70,使用喷砂,使两表面变粗糙,用丙酮擦取油分。然后,使用结构用环氧树脂(粘合剂)72(东丽精细化工株式会社制Kemit TE-2220),在所得到的试验片70上粘合具备直径10mm的通孔的40mm3的铝合金制块71。向试验片70的另一个面上同样地粘合铝合金制块71,制作图14所示的粘合强度测定用样品。
在拉伸试验装置“Instron”(注册商标)5565型万能材料试验机(Instron日本株式会社制)的上下安装的夹具与铝合金制块71的通孔中通过销进行连接,以拉伸速度1.6mm/分钟,将评价样品数设定为5,进行评价。由所得到的值和下式(1),计算金属复合体的粘合强度S。通过计算得到的粘合强度如果为10MPa以上,则大体上难以通过手动进行剥离。
S=P/A (1)
S:粘合强度[MPa]
P:最大载荷[N]
A:样品的截面面积[mm2]
评价方法3-电气/电子设备壳体的重量m的测定:
通过电子天平计量实施例以及比较例中得到的电气/电子设备壳体的重量m。假定在实施例以及比较例中使用的成型模具的整个腔室内填充含有连续的强化纤维和热固性树脂的成型体,将该情况下计算出的值作为基准重量M。由这些值和式(2)计算轻质化度。
评价如下,将20%以上设为优良,将10%以上且低于20%设为良好,将5%以上且低于10%设为稍差,将低于5%设为差。
[(M-m)/M]×100[%] (2)
评价方法4-电气/电子设备壳体的刚性的测定:
如图15所示,在“Instron(注册商标)”5565型万能材料试验机(Instron日本株式会社制)的上部安装压头81,所述压头81通过R20的圆筒将单侧的顶端加工成R100,压头81的中心配置在与电气/电子设备壳体33(置于固定夹具82的上面)的顶面的中心接触的位置上,以下降速度1.6mm/分钟对电气/电子设备壳体33施加负荷。使压头81下降至测定的载荷值达到50[N],测定距离无载荷处的移动距离。在载荷值从0[N]变为20[N]时为止,将压头81移动的距离设定为刚性评价的挠曲量[mm]。
评价如下:将低于0.3[mm]设为优良,将0.3以上且低于0.5[mm]设为良好,将0.5[mm]以上且低于0.7[mm]设为稍差,将0.7[mm]以上设为差。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
[表9]
[表10]
[表11]
[表12]
[表13]
[表14]
[表15]
[表16]
[表17]
[表18]
[表19]
[表20]
[表21]
[表22]
[表23]
[表24]
[表25]
[表26]
[表27]
[表28]
[表29]
[表30]
[表31]
[表32]
[表33]
[表34]
产业上的可利用性
本发明为一种使金属材料之间、或金属材料与其他结构材料通过树脂固化层进行复合化的金属复合体的制造方法,通过该制造方法能够容易地实现金属材料(具有市场上要求的优异的薄壁性以及轻质性、具有高刚性,且设计自由度高)向复杂形状的加工性和在短时间内的复合化。通过该制造方法能够制造粘合强度优良的金属复合体。通过该制造方法制造的金属复合体,作为电子设备壳体的部件优选使用,另外,作为具有搭载有无线通信功能的电子设备要求的电磁波屏蔽性以及天线特性的电子设备壳体的部件优选使用。
符号说明
1 金属材料
2 片状基材
2a 树脂固化层
3 金属材料
8 L弯曲的金属材料
10 预成型体
11 上侧成型模具
12 下侧成型模具
21 上侧成型模具
22 下侧成型模具
31 金属复合体(A)
32 由热塑性树脂(b)构成的构件(B)
33 电子设备壳体
41 可动侧成型模具
42 固定侧成型模具
43 注射成型机
51 由热塑性树脂(b)构成的构件(B)(体积固有电阻值104Ω·cm以上)
52 由热塑性树脂(b)构成的构件(B)(体积固有电阻值104Ω·cm以下)
53 天线部件
61 注射成型模具(单侧)
62 流路
63 注射成型模具(单侧)
64 流路
70 试验片
71 铝合金制块
72 粘合剂
81 压头
82 固定夹具
EF 电炉
EH 电子设备壳体
HF 热风炉
P 压力
Pm 成型时的压力
S1 第1工序
S2 第2工序
S3 第3工序
T 温度
T1 180℃
T2 成型模具温度1
T3 成型模具温度2
Tm 金属材料的表面温度
(I) 半固化状态
(II) 固化状态
Claims (30)
1.一种金属复合体的制造方法,所述制造方法通过加热及加压将预成型体成型,制造金属复合体,所述预成型体具备含有热固性树脂的片状基材和以与所述片状基材相接触的方式配置或层合的金属材料,所述金属复合体具备所述金属材料和将沿所述金属材料设置的所述热固性树脂固化而形成的树脂固化层,所述制造方法包括:
第1工序,在成型模具内配置所述预成型体,将所述金属材料加热至超过180℃的温度,同时加热所述片状基材,使所述热固性树脂半固化,“半固化”是指介于未固化状态与固化状态之间的状态;和
第2工序,通过加压将在所述第1工序中加热的所述预成型体成型为复合体,
所述热固性树脂为选自环氧树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂以及不饱和聚酯树脂中的至少一种。
2.一种金属复合体的制造方法,所述制造方法通过加热及加压将预成型体成型,制造金属复合体,所述预成型体具备片状基材、和以与所述片状基材相接触的方式配置或层合的金属材料,所述片状基材含有热固性树脂,所述热固性树脂为选自环氧树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂以及不饱和聚酯树脂中的至少一种,所述金属复合体具备所述金属材料和将沿所述金属材料设置的所述热固性树脂固化而形成的树脂固化层,所述制造方法包括:
第1工序,在成型模具内配置所述预成型体,将所述金属材料的表面温度加热至超过180℃,同时使所述热固性树脂半固化,“半固化”是指介于未固化状态与固化状态之间的状态;
第2工序,通过加压将在所述第1工序中加热的所述预成型体成型为金属复合体;和
第3工序,将在所述第2工序中成型的金属复合体在加压下冷却至所述金属材料的表面温度达到180℃以下。
3.如权利要求2所述的金属复合体的制造方法,其中,所述第3工序中对金属复合体施加的加压的压力大小为所述第2工序中对所述预成型体施加的加压的压力大小以上。
4.如权利要求2所述的金属复合体的制造方法,其中,所述金属材料的表面温度从超过180℃的温度下降到180℃以下的时间为3分钟以内。
5.如权利要求1或2所述的金属复合体的制造方法,其中,所述第1工序中配置所述预成型体时的所述成型模具具有200℃至300℃的表面温度。
6.一种金属复合体的制造方法,是制造具备金属材料和沿所述金属材料设置的树脂固化层的金属复合体的方法,所述制造方法包括:
第1-1工序,将含有选自环氧树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂以及不饱和聚酯树脂中的至少一种热固性树脂的片状基材加热,使所述热固性树脂半固化,“半固化”是指介于未固化状态与固化状态之间的状态;
第1-2工序,预热所述金属材料,使所述金属材料的表面温度超过180℃且在400℃以下;和
第2工序,在表面温度为180℃以下的成型模具内,使经过所述第1-1工序后的所述片状基材、与通过所述第1-2工序预热后的所述金属材料以相接触的方式进行配置或层合,通过加压成型为金属复合体。
7.如权利要求6所述的金属复合体的制造方法,其中,所述第1-1工序以及所述第1-2工序的加热通过不同的装置进行。
8.如权利要求6所述的金属复合体的制造方法,其中,所述第1-1工序与所述第1-2工序并行进行。
9.如权利要求6所述的金属复合体的制造方法,其中,实质上同时完成所述第1-1工序以及所述第1-2工序。
10.如权利要求6所述的金属复合体的制造方法,其中,在所述第2工序中,在成型金属复合体前,形成由所述片状基材与所述金属材料一体化而成的预成型体。
11.如权利要求1、2或6所述的金属复合体的制造方法,其中,将所述片状基材在130℃下加热10分钟时,所述片状基材中含有的所述热固性树脂达到固化状态。
12.如权利要求1、2或6所述的金属复合体的制造方法,其中,在所述热固性树脂中添加固化促进剂。
13.如权利要求1、2或6所述的金属复合体的制造方法,其中,所述预成型体具有夹层结构,所述夹层结构是通过在所述片状基材或其层合体的双面上分别层合所述金属材料而构成的。
14.如权利要求2所述的金属复合体的制造方法,其中,在所述第2工序或第3工序中热固性树脂达到固化状态。
15.如权利要求1或6所述的金属复合体的制造方法,其中,在所述第2工序中热固性树脂达到固化状态。
16.如权利要求2所述的金属复合体的制造方法,其中,在所述第2工序或第3工序中对预成型体的边缘进行卷边加工或压接加工。
17.如权利要求1或6所述的金属复合体的制造方法,其中,在所述第2工序中对预成型体的边缘进行卷边加工或压接加工。
18.如权利要求1、2或6所述的金属复合体的制造方法,其中,所述片状基材为在纤维基材中含浸热固性树脂而成的预浸料坯。
19.如权利要求1、2或6所述的金属复合体的制造方法,其中,所述金属材料为具有0.1mm至1mm的厚度的板状体。
20.如权利要求1、2或6所述的金属复合体的制造方法,其中,所述金属材料在与所述片状基材相接触的面上以物理的、化学的或电力的方式进行表面粗糙化。
21.如权利要求1、2或6所述的金属复合体的制造方法,其中,所述金属材料在与所述片状基材相接触的面上形成多个0.01μm至100μm的孔。
22.如权利要求1、2或6所述的金属复合体的制造方法,其中,形成所述金属材料的金属为选自铝合金、镁合金以及钛合金中的至少一种。
23.如权利要求1、2或6所述的金属复合体的制造方法,其中,制造的金属复合体中的所述金属材料与所述树脂固化层的粘合强度为10MPa以上。
24.一种电子设备壳体,是将通过权利要求1~23中任一项所述的方法制造的金属复合体A、与由热塑性树脂b构成的构件B一体化而形成的。
25.如权利要求24所述的电子设备壳体,其中,所述构件B为选自凸起部、肋部、铰链部、框架、键盘底座、立壁、基座中的至少一种的形状构件。
26.如权利要求24所述的电子设备壳体,其中,在所述金属复合体A的表面上进一步形成由热塑性树脂c构成的树脂层C。
27.如权利要求26所述的电子设备壳体,其中,所述热塑性树脂c的熔点或玻璃化温度低于所述热塑性树脂b。
28.如权利要求26所述的电子设备壳体,其中,在形成于所述金属材料的表面的孔中,填充选自所述热固性树脂、所述热塑性树脂b、所述热塑性树脂c中的至少一种。
29.如权利要求24所述的电子设备壳体,其中,对所述金属复合体A进行选自斜切加工、槽加工、孔加工、接头加工中的至少一种加工来赋予形状,将所述构件B与所述形状嵌合,由此进行接合。
30.如权利要求24所述的电子设备壳体,其中,将所述金属复合体A插入成型模具,将所述构件B注射成型,由此进行接合。
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