CN109530189B - 车辆用的树脂制复合组件及其制造方法 - Google Patents

车辆用的树脂制复合组件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种具备设计性和耐擦伤性的车辆用的树脂制复合组件及其制造方法。该制造方法为具有车窗并具有三维形状表面的车辆用的树脂制复合组件的制造方法，其中，所述树脂制复合组件具备树脂制组件基体、以及在该树脂制组件基体上形成的有机硅类聚合物的硬质涂层，该制造方法包括：在树脂制组件基体上涂布有机硅类聚合物以形成硬质涂层的步骤，以及对该硬质涂层表面的至少一部分照射紫外线，使得其硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上的步骤，在照射紫外线的步骤中，使用至少具有光源并从出射面射出波长为360nm以下的紫外线的光源单元，以从所述出射面至所述硬质涂层表面的距离为10mm以下的方式，对所述硬质涂层的表面照射紫外线。

Description

车辆用的树脂制复合组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及车辆用的树脂制复合组件及其制造方法。
背景技术
专利文献1及专利文献2等中提出了一体地具有车辆用灯或后窗等的后部组件。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2014-8810号公报
[专利文献2]日本特开2014-8837号公报
发明内容
[发明所要解决的课题]
本发明人研究了将专利文献1及专利文献2中所提出的后部组件具体化。在后部组件中，需要以光滑的曲面来覆盖多个部件，另外，由于特别需要外观设计性，因而需要将后部组件成形为复杂的三维形状。因此注意到，优选采用具有比玻璃更高的成形自由度的树脂来形成后部组件。然而，当仅通过树脂进行成形时，则对应于窗部的部位特别容易受到伤害。
因此，本发明的目的在于提供具备设计性和耐擦伤性的车辆用的树脂制复合组件及其制造方法。
[用于解决课题的手段]
根据本发明一个方面的车辆用的树脂制复合组件的制造方法是具有车窗并具有三维形状表面的车辆用的树脂制复合组件的制造方法，
所述树脂制复合组件具备：
树脂制组件基体、以及
在所述树脂制组件基体上形成的有机硅类聚合物的硬质涂层，
所述制造方法包括：
在树脂制组件基体上涂布有机硅类聚合物以形成硬质涂层的步骤、以及
对所述硬质涂层表面的至少一部分照射紫外线，使得其硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上的步骤，
在所述照射紫外线的步骤中，使用至少具有光源并从出射面射出波长为360nm以下的紫外线的光源单元，以从所述出射面至所述硬质涂层表面的距离为10mm以下的方式，在(例如)惰性气体气氛中对所述硬质涂层的表面照射紫外线。
另外，根据本发明一个方面的车辆用的树脂制复合组件具有车窗并具有三维形状表面，所述树脂制复合组件具备：
树脂制组件基体、以及
在所述树脂制组件基体上形成的有机硅类聚合物的硬质涂层，
所述硬质涂层表面的至少一部分被波长为360nm以下的紫外线照射，使得其硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上。
[发明的效果]
根据本发明，可提供具备设计性和耐擦伤性的车辆用的树脂制复合组件及其制造方法。
附图简要说明
[图1]为具备根据本实施方案的车辆用的树脂制复合组件的车辆的截面图。
[图2]为示出了根据第一实施方案的车辆用的树脂制复合组件的制造方法的示意图。
[图3]为示出了紫外线的到达照度相对于照射距离而衰减的状态的曲线图。
[图4]为示出了表1的样品的表面硬度与塔伯摩擦试验后的雾度值之间的关系的曲线图。
[图5]为示出了常规的车辆用的树脂制复合组件的制造方法的示意图。
[图6]为示出了根据第二实施方案的车辆用的树脂制复合组件的制造方法的示意图。
[图7]为示出了根据第三实施方案的车辆用的树脂制复合组件的制造方法的示意图。
[图8]为示出了根据第四实施方案的车辆用的树脂制复合组件的制造方法的示意图。
[符号的说明]
10:后部组件；11:外部透镜；12:后窗；13:表面；14:后部组合灯；20、120、220、320:光源单元；21、121、221、321:光源；22、222:光纤；23、223:端面；124、324:透镜部件；125、325:出射面
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的车辆用的树脂制复合组件及其制造方法进行详细说明。需要说明的是，为了便于说明，本附图中所示的各部件的尺寸可能会不同于各部件的实际尺寸。
[第一实施方案]
首先，对于本发明的第一实施方案进行说明。本实施方案的树脂制复合组件为三维形状的后部组件。图1为搭载了本发明第一实施方案的后部组件10的车辆的截面示意图。该后部组件10一体地具有后窗12以及后部组合灯14的外部透镜11。另外，后部组件10的一部分也构成了扰流板。在这样的后部组件10中，后部组合灯14的周边部分多具有复杂的凹凸形状。
后部组件10具有：聚碳酸酯树脂基体、在该基体上形成的丙烯酸类树脂底漆层、以及在该底漆层上形成的有机硅聚合物的硬质涂层。在车辆的后窗等中，为了确保长期可见性，需要透明部分的耐擦伤性。因此，为了提高耐擦伤性，在基体上设置了硬质涂层。
若对有机硅类聚合物照射波长为360nm以下的紫外线，则高分子的键(Si-C键)断开，氧原子与硅原子重新键合，从而形成了以二氧化硅为主成分的硬质表面。通过紫外线的波长为360nm以下，从而可使Si-C键断开。在后部组件10的硬质涂层表面13当中，外部透镜11及后窗12的表面13通过被波长为360nm以下的紫外线照射而改性。该经过改性的表面13的硬度在作为薄膜硬度评价方法之一的纳米压痕法评价中为0.8GPa以上。需要说明的是，该评价通过使用“アジレント·テクノロジー社”制的纳米压痕仪G200(压痕深度：50nm)来进行。
接下来，对根据第一实施方案的后部组件10的制造方法进行说明。该制造方法具有：在基体上形成底漆层并在底漆层上形成硬质涂层的第一步骤；以及对该硬质涂层表面13的至少一部分照射紫外线的第二步骤。
首先，对于第一步骤进行说明。在第一步骤中，基体由聚碳酸酯树脂形成，底漆层由丙烯酸类树脂形成，硬质涂层由有机硅类聚合物形成。底漆层这样形成：利用浸渍涂布法等湿法而涂布在基体上，在室温下干燥预定时间，然后通过加热预定时间来进行固化干燥。硬质涂层这样形成：利用(例如)浸渍涂布法而涂布在底漆层上，在室温下干燥预定时间，然后通过加热预定时间来进行固化干燥。
接下来，对于第二步骤进行说明。图2为示出了对硬质涂层表面13照射紫外线的状态的示意图。需要说明的是，图2示出了图1的后部组件10的A-A截面。
在第二步骤的紫外线照射中，使用了具有光源21、以及将从光源21射出的光导出的多根光纤22的光源单元20。光源单元20将紫外线从多根光纤22的端面23照射至表面13。作为光源21，只要是射出360nm以下的紫外线的光源即可，没有特别限定，在本实施方案中使用了具有172nm的波长的Xe2准分子灯。作为光纤22，只要能够在抑制紫外线衰减的同时还可将紫外线从光源21导出至端面23，那么可使用任何光纤。
另外，波长为200nm以下的紫外线随着照射对象物与出射面的距离的增大，照度会衰减。图3为示出了在空气中、在氮气气氛中、以及在氮气和空气的混合气氛中，172nm的紫外线的从出射端至对象物之间的照射距离与到达对象物的到达照度之间的关系的曲线图。从图3可以确定，不管在哪个气体气氛中，都是照射距离越近则到达照度越大。若照射距离超过10mm，则到达照度变低，因而在本实施方案中，在10mm以下的距离内进行紫外线照射。另外，若照射距离为2mm以下的距离，则可进一步降低到达照度的衰减，因而是优选的。
此外，波长为200nm以下的紫外线会被空气中的氧所吸收。如图3所示，若在不吸收紫外线的高氮气浓度的气氛中，则照度的衰减得到了抑制。从生产效率的观点出发，优选在诸如氮气之类的紫外线吸收少的惰性气体气氛中进行紫外线的照射。具体而言，紫外线的出射面与照射对象之间的空间中的氧浓度优选为0.1至10％。在本实施方案中，将从端面23至表面13之间的空间设为氮气气氛。作为将从端面23至表面13之间的空间设为氮气气氛的手段，可采用向该空间中吹入氮气的方法、或者对每个腔室置换为氮气的方法等。
回到图2，对第二步骤中光源单元20与后部组件10之间的关系进行说明。以如下的方式配置光源单元20的多根光纤22：在照射紫外线时，使得从其端面23至后部组件10的硬质涂层表面13之间的距离为10mm以下，并且使得端面23沿着具有复杂的凹凸形状(三维形状)的表面13。
当紫外线照射到表面13时，表面13的有机硅类聚合物被改性。照射紫外线，使得至少外部透镜11及后窗12的表面13在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上。虽然没有特别的限制，但根据本实施方案，可通过约2分钟的照射来获得所期望的硬度。由此，可得到具有三维形状的后部组件10，其表面13的至少一部分的硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上。
作为有机硅类聚合物，涂布了使信越化学制的硅烷“KBM-13”预缩聚而得的低聚物，表1中示出了有机硅类聚合物的表面在照射紫外线以进行光改性之前以及光改性之后的、由纳米压痕法所测定的硬度以及塔伯摩擦试验(JIS K7204)后所测定的雾度值(JISK7136)。另外，还一同示出了来自六甲基二硅氮烷的玻璃膜的由纳米压痕法所测定的硬度、以及塔伯摩擦试验(JIS K7204)后所测定的雾度值(JIS K7136)。需要说明的是，在塔伯摩擦试验中，将转数设定为1000转。
[表1]
样品 硬度(GPa) 塔伯摩擦试验后的雾度值(％)
光改性之前的有机硅类聚合物 0.345 4.6
光改性之后的有机硅类聚合物 0.91 1.9
玻璃膜 2.07 0.8
作为能够用于汽车的可视区的部件的耐擦伤性，初期的雾度值与将转数设定为1000转的塔伯摩擦试验后的雾度值之间的差异需要为2％以下。图4为示出了表1的样品的表面硬度与塔伯摩擦试验后的雾度值之间的关系的曲线图。从图4可以确认，若样品表面的硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上，则塔伯摩擦试验后的雾度值基本上满足所要求的标准。另外可以确认，若表面的硬度为0.9GPa以上，则塔伯摩擦试验后的雾度值满足所要求的标准。
图5为示出了通过使用诸如常规的荧光灯之类的长条状光源21的方法而对三维形状的后部组件10进行紫外线照射的状态的示意图。当使用树脂来代替玻璃时，与玻璃相比，可形成形状更加复杂的组件。然而，如图3所示，随着照射距离的增加，紫外光的照度衰减。因此，在常规方法中将紫外线照射至大型且具有复杂凹凸部分的三维形状的组件表面13，难以对组件的凹凸部分进行表面改性。
根据本发明的第一实施方案，由于使用成型性比玻璃更高的树脂来构成后部组件10的三维形状，因而易于实现设计性高的后部组件10。另外，通过使三维形状的表面13的硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上，从而可实现高的耐擦伤性。进一步，通过沿着三维形状的后部组件10的复杂凹凸部分而配置多根细光纤22，从而能够在不使紫外线大量衰减的情况下将紫外线导出至后部组件10的表面13，可以简单且有效地使表面13硬质化，从而可提供具备设计性和耐擦伤性的后部组件10。
[第二实施方案]
接下来，对于本发明的第二实施方案进行说明。图6为示出了在第二实施方案中将紫外线照射至硬质涂层的表面13的状态的示意图。除了光源单元120有所不同之外，本实施方案与第一实施方案相同。光源单元120具有：光源121、以及将从光源121射出的光从光源121导出至表面13的透镜部件124。透镜部件124具有形状与硬质涂层的表面13相对应的出射面125。光源单元120将波长为360nm以下的紫外线从透镜部件124的出射面125照射至表面13。作为该光源121，可使用在第一实施方案中所列举的那些。作为透镜部件124，只要在抑制紫外线的衰减的同时还能够将紫外线从光源121导出至出射面125即可，没有特别的限制，可以使用石英玻璃等。
如图6所示，以如下方式配置光源单元120的透镜部件124：在照射紫外线时，使得从其出射面125至硬质涂层的表面13之间的距离为10mm以下。将出射面125配置为与表面13的复杂凹凸形状相一致。通过在图6的状态下照射紫外线，从而可得到具有三维形状的后部组件10，其表面13的至少一部分的硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上。
根据本发明的第二实施方案，由于使用成型性比玻璃更高的树脂来构成后部组件10的三维形状，因而易于实现设计性高的后部组件10。另外，通过使三维形状的表面13的硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上，从而可实现高的耐擦伤性。另外，通过使用与三维形状的后部组件10的复杂凹凸部分相对应的透镜部件124，从而能够在不使紫外线衰减的情况下将紫外线导出至表面13，可简单且有效地使表面13硬质化，从而可提供具备设计性和耐擦伤性的后部组件10。
[第三实施方案]
接下来，对于本发明的第三实施方案进行说明。图7为示出了在第三实施方案中将紫外线照射至硬质涂层的表面13的状态的示意图。除了光源单元220有所不同之外，本实施方案与第一实施方案相同。光源单元220具有：光源221、以及将从光源221射出的光从光源221导出至表面13的光纤222。光源单元220将紫外线从光纤222的端面223照射至表面13。作为该光源221及光纤222，可使用在第一实施方案中所列举的那些。
如图7所示，以如下的方式配置光源单元120的光纤222：在照射紫外线时，使得从其端面223至表面13之间的距离为10mm以下。然后，为了对表面13当中的至少外部透镜11及后窗12的表面13进行改性，使光纤222沿着表面13的凹凸形状进行移动。通过在图7的状态下照射紫外线，从而可得到具有三维形状的后部组件10，该后部组件10的至少外部透镜11及后窗12的表面13的硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上。
根据本发明的第三实施方案，由于使用成型性比玻璃更高的树脂来构成后部组件10的三维形状，因而易于实现设计性高的后部组件10。另外，通过使三维形状的表面13的硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上，从而可实现高的耐擦伤性。此外，通过使细光纤222沿着三维形状的后部组件10的复杂凹凸部分进行移动，从而能够在不使紫外线衰减的情况下简单且有效地使表面13硬质化，可提供具备设计性和耐擦伤性的后部组件10。
[第四实施方案]
接下来，对于本发明的第四实施方案进行说明。图8为示出了在第四实施方案中将紫外线照射至硬质涂层的表面13的状态的示意图。除了光源单元320有所不同之外，本实施方案与第一实施方案相同。光源单元320具有：光源321、以及具有出射面325的透镜部件324。光源单元320是小型的，使得其能够接近后部组件10，一直到从三维形状的凹部的表面13至透镜部件324的出射面325之间的距离为10mm以下的位置处。光源单元320将紫外线从出射面325照射至表面13。作为光源321，可使用在第一实施方案中所列举的那些。作为透镜部件324，只要其能够使紫外线透过即可，没有特别的限定。另外，光源单元320本身也可以为在第一实施方案中所列举的光源。
如图8所示，以如下的方式配置光源单元320：在照射紫外线时，使得从其出射面325至硬质涂层的表面13之间的距离为10mm以下。然后，为了对表面13当中的至少外部透镜11及后窗12的表面13进行改性，使光源单元320沿着表面13的凹凸形状进行移动。通过在图8的状态下照射紫外线，从而可得到具有三维形状的后部组件10，至少其外部透镜11及后窗12的表面13的硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上。
根据本发明的第四实施方案，由于使用成型性比玻璃更高的树脂来构成后部组件10的三维形状，因而易于实现设计性高的后部组件10。进一步，通过使三维形状的表面13的硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上，从而可实现高的耐擦伤性。此外，通过使小型的光源单元320沿着三维形状的后部组件10的复杂凹凸部分进行移动，从而能够在不使紫外线衰减的情况下简单且有效地使表面13固化，可提供具备设计性和耐擦伤性的后部组件10。
[多种变形例]
以上，对于本发明的实施方案进行了说明，但是显然地，本发明的技术范围并不是由本实施方案的说明来进行限定性解释的。本领域技术人员应当理解的是，本实施方案仅仅是示例，在权利要求书所记载的本发明范围内可以对实施方案进行多种变更。本发明的技术范围应基于权利要求书所记载的发明及其同等的范围来决定。
在上述实施方案中，对于一体地具有后部组合灯的外部透镜和后窗的后部组件作为树脂制复合组件进行了说明，但是作为树脂制复合组件的其他例子，也可以为具有后窗的后部组件、一体地具有刹车灯的外部透镜和后窗的后部组件、一体地具有高位刹车灯的外部透镜和后窗的后部组件、一体地具有头灯、转向灯及日间行车灯的外部透镜中的至少一者和前部窗口的前部组件等。
上述实施方案中的外部透镜也可以是使光折射的元件，也可以是使光直接通过的元件。另外，车辆的灯单元也可以是仅具有外部透镜而不具有内部透镜的结构。
在上述实施方案中，对于使用聚碳酸酯树脂作为树脂制复合组件的基体的例子进行了说明，但是也可以另外地使用丙烯酸类树脂、环烯烃树脂、聚苯乙烯树脂。
在上述实施方案中，对于使用丙烯酸类树脂作为树脂制复合组件的底漆层的例子进行了说明，但是也可以另外地使用氨基甲酸酯树脂。
在上述实施方案中，对于将有机硅类聚合物用于三层结构的树脂制复合组件的表层中的例子进行了说明，但是本发明并不限于此。也可以是除去了基体、底漆层或上述两者而得的单层或两层结构的树脂制复合组件，通过两色成型等，也可以使表层部分地由有机硅类聚合物形成。
在上述实施方案中，对于使用具有172nm波长的Xe2准分子灯作为紫外线光源的例子进行了说明，但是可以另外地使用Ar2准分子灯、Kr2准分子灯、Ar2准分子激光、F2准分子激光、ArF准分子激光、低压汞灯、LED、半导体激光灯等。
在上述实施方案中，对于使用氮气作为不吸收紫外线的惰性气体的例子进行了说明，但是也可以另外地使用包含氩气、氦气和二氧化碳当中的至少一者的气体。

Claims (8)

1.一种车辆用的树脂制复合组件的制造方法，其为具有车窗并具有三维形状表面的车辆用的树脂制复合组件的制造方法，
所述树脂制复合组件具备：
树脂制组件基体、以及
在所述树脂制组件基体上形成的有机硅类聚合物的硬质涂层，
所述制造方法包括：
在树脂制组件基体上涂布有机硅类聚合物以形成硬质涂层的步骤、以及
对所述硬质涂层表面的至少一部分照射紫外线，使得其硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上的步骤，
在所述照射紫外线的步骤中，使用至少具有光源并从出射面射出波长为360nm以下的紫外线的光源单元，以从所述出射面至所述硬质涂层表面的距离为10mm以下的方式对所述硬质涂层的表面照射紫外线。
2.根据权利要求1所述的车辆用的树脂制复合组件的制造方法，其中，所述光源单元具有：
所述光源、以及
将由所述光源射出的光从所述光源导出至所述硬质涂层的表面的光纤，
所述出射面为所述光纤的端面。
3.根据权利要求2所述的车辆用的树脂制复合组件的制造方法，其中，使所述光纤的所述端面沿着所述硬质涂层的表面进行移动。
4.根据权利要求2所述的车辆用的树脂制复合组件的制造方法，其中，将多根所述光纤的所述端面沿着所述硬质涂层的表面进行排列。
5.根据权利要求1所述的车辆用的树脂制复合组件的制造方法，其中，所述光源单元具有：
所述光源、以及
将由所述光源射出的光从所述光源导出至所述硬质涂层的表面的透镜部件，该透镜部件具有形状与所述硬质涂层的表面相对应的所述出射面。
6.根据权利要求1所述的车辆用的树脂制复合组件的制造方法，其中，所述光源单元具有：
所述光源、以及
具有所述出射面的透镜部件，
以所述出射面沿着所述硬质涂层的表面的方式使所述光源单元进行移动。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的车辆用的树脂制复合组件的制造方法，其中，紫外线照射区域中的氧浓度为0.1至10％。
8.一种车辆用的树脂制复合组件，其具有车窗并具有三维形状表面，该树脂制复合组件是由权利要求1至7中任一项所述的车辆用的树脂制复合组件的制造方法制造的，具备：
树脂制组件基体、以及
在所述树脂制组件基体上形成的有机硅类聚合物的硬质涂层，
所述硬质涂层表面的至少一部分被波长为360nm以下的紫外线照射，使得其硬度在纳米压痕法评价中为0.8GPa以上。
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