CN108136733B - 具有优异的振动阻尼特性的轻质复合金属板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有优异的振动阻尼特性的轻质复合金属板及其制造方法，并且提供了一种复合金属板，其包括：金属板；以及形成在所述金属板的一个表面或两个表面上的塑料层，所述塑料层包含聚烯烃和热塑性聚酯聚醚弹性体。

Description

具有优异的振动阻尼特性的轻质复合金属板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种复合金属板及其制造方法，更具体地，涉及一种具有优异的振动阻尼特性的轻质复合金属板及其制造方法。
背景技术
用于汽车的常规轻质夹层钢板是通过将由聚丙烯或聚酰胺形成的塑料芯设置在厚度为0.2mm至0.3mm的薄铁板之间来制造的。现有技术使用薄铁板，因此制造成本增加并且塑料芯与钢板之间的粘合并没有得到充分保证，因此需要使用单独的粘合剂层或者开发单独的塑料。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种在金属板与塑料层之间具有高的粘合性并且具有优异的振动阻尼特性的轻质复合金属板及其制造方法。
技术方案
为了实现目的，本发明提供了一种复合金属板，其包括：金属板；和设置在所述金属板的一个表面或两个表面上的塑料层，所述塑料层包含聚烯烃和热塑性聚酯聚醚弹性体。
在本发明中，金属板可以为钢板。
在本发明中，金属板的厚度可以为0.2mm至1.2mm。
在本发明中，聚烯烃可以为聚丙烯。
在本发明中，热塑性聚酯聚醚弹性体可以由包含20重量％至90重量％的对苯二甲酸二亚甲基酯与1，4-丁二醇的聚合物和10重量％至80重量％的对苯二甲酸二亚甲基酯与四亚甲基醚二醇的聚合物的原料组合物制备。
在本发明中，塑料层可以包含20重量％至80重量％的聚烯烃和20重量％至80重量％的热塑性聚酯聚醚弹性体。
在本发明中，塑料层的厚度可以为0.3mm至1.0mm。
在本发明中，金属板与塑料层可以通过热压彼此接合而没有单独的粘合剂层。
根据本发明的复合金属板在主固有频率(primary natural frequency)下的振动可以为40dB至85dB，以及在二阶固有频率(secondary natural frequency)下的振动可以为40dB至64dB。
根据本发明的复合金属板的剪切强度可以为1000N至3000N。
本发明还提供了一种制造复合金属板的方法，其包括：制备金属板；形成包含聚烯烃和热塑性聚酯聚醚弹性体的塑料层；以及通过热压使金属板与塑料层接合。
热压可以在170℃至240℃的温度和60kgf/cm2至150kgf/cm2的压力下进行。
有益效果
根据本发明的复合金属板在塑料层中使用热塑性聚酯聚醚弹性体，因此在金属板与塑料层之间具有高的粘合性，并且特别地，具有优异的振动阻尼特性。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的复合金属板的截面图。
图2示出了根据本发明的一个实施方案的复合金属板的振动阻尼测试方法。
图3是根据本发明的另一个实施方案的复合金属板的截面图。
图4示出了根据本发明的另一个实施方案的用于复合金属板的粘合性测试方法。
最佳实施方式
在下文中，将详细描述本发明。
图1是根据本发明的一个实施方案的复合金属板的截面图。根据本实施方案的复合金属板可以包括金属板10和塑料层20。根据本发明的复合金属板的堆叠结构不限于图1，并且可以在必要时进行各种不同地改变。例如，如图3所示，堆叠结构可以为夹层结构，其中金属板10堆叠在塑料层20的上部和下部上，塑料层20存在于其间。此外，还可以堆叠除了金属板10和塑料层20之外的其他层。
金属板10可以为钢板。作为钢板，可以使用热浸镀锌铁(GI)板、电解GI板、热浸镀铝钢板、热浸涂铝锌合金钢板、热浸镀锌合金化钢板等。
金属板10的厚度可以为0.2mm至1.2mm，优选为0.3mm至1mm，更优选为0.4mm至0.8mm。当金属板10的厚度太小时，难以确保足够的刚性，并且制造成本会显著增加。在另一方面，当金属板10的厚度太大时，轻质效果可能降低，并且可能难以对其进行加工。
塑料层20可以包含聚烯烃和热塑性聚酯聚醚弹性体(TPEE)。
在本发明中，为了确保经济效率，使用聚烯烃作为塑料层20的主要原料，并将其与TPEE混合，从而可以解决聚烯烃的粘合性方面的缺点，并且可以确保优异的震动阻尼特性。
作为聚烯烃，可以使用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯等，但可以优选使用PP以确保耐热性和经济效率。
热塑性聚酯聚醚弹性体(TPEE)可以通过将包含作为第一单体的聚酯(其为硬段)和作为第二单体的聚醚(其作为软段)的原料组合物聚合来制备。
作为第一单体(聚酯)，可以使用聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等。其中，聚对苯二甲酸丁二醇酯由于其结晶度高而优选使用。聚对苯二甲酸丁二醇酯可以为对苯二甲酸二亚甲基酯与1，4-丁二醇的聚合物。
相对于原料组合物的总重量，聚酯的含量可以为20重量％至90重量％，优选为20重量％至60重量％，更优选为20重量％至40重量％。当聚酯的含量太小时，获得的热塑性聚酯聚醚弹性体的刚性、弹性和耐热性可能劣化。在另一方面，当聚酯的含量太大时，热塑性聚酯聚醚弹性体由于其结晶度增加而没有柔性，并且具有增加的粘度，导致在使其成型时难以制造成产品。
作为第二单体(聚醚)，可以使用聚四亚甲基醚二醇、聚亚烷基二醇、聚乙二醇、聚丙二醇等。其中，聚四亚甲基醚二醇由于其柔性高(因为其是软段)而优选使用。聚四亚甲基醚二醇可以为对苯二甲酸二亚甲基酯与四亚甲基醚二醇的聚合物。
相对于原料组合物的总重量，聚醚的含量可以为10重量％至80重量％，优选为40重量％至80重量％，更优选为60重量％至80重量％。当聚醚的含量太小时，热塑性聚酯聚醚弹性体可能具有劣化的柔性。在另一方面，当聚醚的含量太大时，其强度和耐热性可能劣化。
除了上述第一单体和第二单体之外，热塑性聚酯聚醚弹性体的原料组合物还可以包含通常的聚合引发剂和通常的添加剂。
热塑性聚酯聚醚弹性体的分子量可以为使用凝胶渗透色谱法(GPC)等测量的重均分子量(Mw)，并且可以为300至10000。当热塑性聚酯聚醚弹性体的分子量太小时，塑料层20的机械和物理特性、耐热性以及粘度可能太低，并且塑料层20对金属板10的粘合性可能降低。在另一方面，当热塑性聚酯聚醚弹性体的分子量太大时，塑料层20可能具有过度的粘度和增加的弹性，因此，当使用塑料层20制造复合金属板时，复合金属板的可成形性可能劣化。
相对于塑料层20的总重量，塑料层20可以包含20重量％至80重量％的聚烯烃和20重量％至80重量％的热塑性聚酯聚醚弹性体。当聚烯烃的含量太小或者热塑性聚酯聚醚弹性体的含量太大时，可能无法保证塑料层20的机械强度、耐热性和耐候性，并且经济效率可能降低。在另一方面，当聚烯烃的含量太大或者热塑性聚酯聚醚弹性体的含量太小时，可能无法保证塑料层20与金属板10之间的粘合性，并且柔性和耐弯曲疲劳性可能降低。
除了上述聚烯烃和热塑性聚酯聚醚弹性体之外，塑料层20还可以包含添加剂(固化剂、抗氧化剂、填料等)。
塑料层20可以通过挤出、压延(calendering)、流延(casting)等形成为片状或板状。
塑料层20的厚度可以为0.3mm至1.0mm，优选为0.3mm至0.8mm，更优选为0.4mm至0.6mm。当塑料层20的厚度太小时，厚度不足以减弱外部冲击或负荷，因此复合金属板的整体振动阻尼效果可能降低。在另一方面，当塑料层20的厚度太大时，由于塑料层20的弹性，可能难以使复合金属板模制(mold)为产品。
金属板10与塑料层20可以通过热压彼此接合而没有单独的粘合剂层。也就是说，根据本发明的复合金属板可以通过热压制造，并且不需要单独的粘合剂层。
作为对根据本发明的复合金属板进行振动阻尼测试的结果，在主固有频率下的振动可以为85dB或更小。该振动的下限没有特别限制，并且可以为例如40dB。特别地，在主固有频率下的振动可以为40dB至85dB，优选为40dB至80dB，更优选为40dB至75dB。在二阶固有频率下的振动可以为64dB或更小。该振动的下限没有特别限制，并且可以为例如40dB。特别地，在二阶固有频率下的振动可以为40dB到64dB，优选为40dB到62dB。
与根据本发明的复合金属板的粘合性有关的剪切强度可以根据塑料层20的组成而改变，并且剪切强度可以随着弹性体含量增加而增加。例如，复合金属板的剪切强度可以为1000N至3000N，优选为1200N至2500N。
本发明还提供一种制造复合金属板的方法，其包括：制备金属板；形成包含聚烯烃和热塑性聚酯聚醚弹性体的塑料层；以及通过热压使金属板与塑料层接合。
热压可以使用热压装置在170℃至240℃，优选地190℃至240℃，更优选地210℃至230℃的温度和60kgf/cm2至150kgf/cm2，优选地80kgf/cm2至130kgf/cm2，更优选地90kgf/cm2至110kgf/cm2的压力下进行。当热压的温度太低时，无法使塑料层20形成具有足够流动性的熔融状态，并且塑料层20没有遍布到金属板10的整个表面。在另一方面，当热压的温度太高时，塑料层20可能容易燃烧，因此可能丧失固有的物理特性。当热压的压力太低时，金属板10与塑料层20无法充分粘附。在另一方面，当热压的压力太高时，可能难以保持塑料层20的均匀厚度。
根据本发明的轻质复合钢板通过适当地平衡构成塑料层的聚丙烯的塑性特性与构成塑料层的热塑性聚酯聚醚弹性体的橡胶特性而在金属板与塑料层之间具有非常高的粘合性，并且特别地，具有优异的振动阻尼特性。
根据本发明的复合金属板具有1.46至7.0的密度，并且可以应用于需要减重的汽车饰面(外壳)材料、汽车外板材料等。特别地，将复合金属板应用于汽车车门模块等，因此使得实现汽车的减重。此外，当将根据本发明的复合金属板应用于汽车车门模块等时，不需要使用另外用于除去振动和噪音的防振垫。
[实施例1]
使用厚度为0.6mm的热浸镀锌铁(GI)板作为金属板。通过使80重量％的聚丙烯(PP)与20重量％的热塑性聚酯聚醚弹性体(TPEE)熔融混合，然后将所得混合物挤出至0.5mm的厚度来形成塑料层。此时，由包含30重量％的聚对苯二甲酸丁二醇酯和70重量％的聚四亚甲基醚二醇的原料组合物制备热塑性聚酯聚醚弹性体。使用热压装置在220℃的温度和100kgf/cm2的压力下对所制备的热浸GI板和所形成的塑料层进行热压，由此使GI板和塑料层成为一体。
[比较例1]
以与实施例1中相同的方式制造复合金属板，不同之处在于使用厚度为0.8mm的热浸GI板作为金属板，并且仅使用聚丙烯(PP)而不使用热塑性聚酯聚醚弹性体(TPEE)来形成塑料层。
[比较例2]
以与实施例1中相同的方式制造复合金属板，不同之处在于使用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)代替热塑性聚酯聚醚弹性体(TPEE)来形成塑料层。
[实验例1]
1.振动阻尼测试
对根据实施例1以及比较例1和2制造的双层层合钢板进行振动阻尼测试。如图2中所示，使用冲击锤(PCB Piezotronics，型号086E80)和加速度传感器(B&K型4373)对尺寸为95mm×30mm的具有直径为3mm的孔的样品进行测试。向其施加50N的激振力。在下表1中，第一模式表示在主固有频率下进行振动测量，第二模式在二阶固有频率条件下进行。
[表1]
Figure BDA0001613862840000071
根据表1，定量地确定，根据本发明的层合钢板具有优异的振动改善特性。特别地，确定出实施例1的TPEE材料与比较例2的PVB材料相比具有更高的减振效果。
[实施例2至7]
使用两个厚度为0.3mm的热浸镀锌铁(GI)板作为金属板。通过使聚丙烯(PP)与热塑性聚酯聚醚弹性体(TPEE)以表2中所示的变化的含量熔融混合，然后将所得混合物挤出至0.5mm的厚度来形成塑料层。此时，由包含30重量％的聚对苯二甲酸丁二醇酯和70重量％的聚四亚甲基醚二醇的原料组合物制备热塑性聚酯聚醚弹性体。使用热压装置在220℃的温度和100kgffcm2的压力下对所制备的两个热浸GI板和所形成的塑料层进行热压以制造夹层结构，其中金属板10堆叠在塑料层20的上部和下部上，塑料层20存在于其间。
[比较例3]
以与实施例2中相同的方式制造复合金属板，不同之处在于仅使用聚丙烯(PP)而不使用热塑性聚酯聚醚弹性体(TPEE)来形成塑料层。
[比较例4]
以与实施例2中相同的方式制造复合金属板，不同之处在于仅使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)代替聚丙烯(PP)和热塑性聚酯聚醚弹性体(TPEE)来形成塑料层。
[比较例5]
以与实施例2中相同的方式制造复合金属板，不同之处在于仅使用尼龙6，6代替聚丙烯(PP)和热塑性聚酯聚醚弹性体(TPEE)来形成塑料层。
[比较例6至12]
以与实施例2中相同的方式制造复合金属板，不同之处在于以表2中所示的变化的含量使用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)代替热塑性聚酯聚醚弹性体(TPEE)来形成塑料层。
[实验例2]
2.粘合性测试
对根据实施例2至7和比较例3至12制造的三层夹层结构进行粘合性测试。如图4中所示，使用搭接剪切测试对尺寸为25mm(宽度)×255mm(长度)×1.1mm(厚度)的样品进行测试。具体地，在50mm/分钟的拉伸速度和50kN测力传感器的条件下测量剪切强度。
[表2]
Figure BDA0001613862840000081
Figure BDA0001613862840000091
根据表2，可以看出，根据本发明的夹层结构复合金属板具有高的粘合性。特别地，确定出与比较例6至12的情况的由PVB材料形成的塑料层20与金属板之间的粘合性相比，实施例2至7的情况在由TPEE材料形成的塑料层20与金属板之间表现出更高的粘合性。

Claims (10)

1.一种复合金属板，包括：
金属板；以及
设置在所述金属板的一个表面或两个表面上的塑料层，所述塑料层包含聚烯烃和热塑性聚酯聚醚弹性体，
其中所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯，
其中所述热塑性聚酯聚醚弹性体由包含20重量％至90重量％的对苯二甲酸二亚甲基酯与1，4-丁二醇的聚合物和10重量％至80重量％的对苯二甲酸二亚甲基酯与四亚甲基醚二醇的聚合物的原料组合物制备，
其中所述塑料层包含20重量％至80重量％的所述聚烯烃和20重量％至80重量％的所述热塑性聚酯聚醚弹性体。
2.根据权利要求1所述的复合金属板，其中所述金属板为钢板。
3.根据权利要求1所述的复合金属板，其中所述金属板的厚度为0.2mm至1.2mm。
4.根据权利要求1所述的复合金属板，其中所述聚烯烃为聚丙烯。
5.根据权利要求1所述的复合金属板，其中所述塑料层的厚度为0.3mm至1.0mm。
6.根据权利要求1所述的复合金属板，其中所述金属板与所述塑料层通过热压彼此接合而没有单独的粘合剂层。
7.根据权利要求1所述的复合金属板，其中所述复合金属板在主固有频率下的振动为40dB至85dB，以及在二阶固有频率下的振动为40dB至64dB。
8.根据权利要求1所述的复合金属板，其中所述复合金属板的剪切强度为1000N至3000N。
9.一种制造权利要求1所述的复合金属板的方法，所述方法包括：
制备金属板；
形成包含聚烯烃和热塑性聚酯聚醚弹性体的塑料层；以及
通过热压使所述金属板与所述塑料层接合。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述热压在170℃至240℃的温度和60kgf/cm2至150kgf/cm2的压力下进行。
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