CN117355414A - 压制用层叠体及压制后层叠体 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于降低制造成本且高精度且短时间地制造金属－纤维强化树脂的复合成型品的压制用层叠体及将所述压制用层叠体进行压制成型而得到的压制后层叠体。压制用层叠体包括：第一纤维强化树脂预浸料层；树脂发泡体层，其配置于所述第一纤维强化树脂预浸料之上；金属层，其配置于所述树脂发泡体层之上，由冲孔金属构成；以及第二纤维强化树脂预浸料层，其配置于所述金属层之上。

Description

压制用层叠体及压制后层叠体

技术领域

本发明涉及压制用层叠体及压制后层叠体。

背景技术

使用碳纤维等的纤维强化树脂为兼具高强度和轻度的材料，因此，被用于各种用途。例如，在汽车领域中，作为代替钢铁的新材料而备受期待。然而，纤维强化树脂目前比钢铁等价格高，因此，在想要压低产品的价格的情况下，很难大量使用纤维强化树脂。于是，使用钢铁等金属与纤维强化树脂的复合体，由此能够实现材料的轻量化且降低价格。

作为金属与纤维强化树脂的复合材料，例如可以举出：像专利文献1的实施例那样将蜂窝材料利用冲压加工制作成期望形状的蜂窝结构体，使纤维强化树脂复合材料粘接于该蜂窝结构体，并使其加热固化得到的层叠体等，但是，存在如下问题，即，蜂窝材料的成本高，另外，为了制作层叠体而在对蜂窝材料进行加工之后粘接纤维强化树脂复合材料并使其加热固化，因此，无法以短时间制造，且花费制造成本。

另外，在所谓的压制成型中，如果为了制造金属－纤维强化树脂复合体而一口气地对金属板和纤维强化树脂预浸料板进行压制，则因为金属与纤维强化树脂之间的柔软性及热膨胀率的差异，在金属与纤维强化树脂之间产生尺寸差，很难完美贴合，无法提供完成度高的成型品。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2021－112849号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供降低制造成本、轻量且成型精度高的压制用层叠体。

本发明的发明人进行了潜心研究，结果发现，通过采用作为金属层使用冲孔金属且在金属层与纤维强化树脂预浸料层之间配置有树脂发泡体层的压制用层叠体，能够降低制造成本且以高精度进行压制成型。即，本发明包含以下方案。

[1]一种压制用层叠体，其中，包括：

第一纤维强化树脂预浸料层；

树脂发泡体层，该树脂发泡体层配置于所述第一纤维强化树脂预浸料之上；

金属层，该金属层配置于所述树脂发泡体层之上，由冲孔金属构成；以及

第二纤维强化树脂预浸料层，该第二纤维强化树脂预浸料层配置于所述金属层之上。

[2]根据[1]所述的压制用层叠体，其中，

所述金属层为选自铝、不锈钢、铜、铁、钢、黄铜、镍及钛中的一种。

[3]根据[1]所述的压制用层叠体，其中，

构成所述第一纤维强化树脂预浸料层及所述第二纤维强化树脂预浸料层的树脂包含环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂或聚氨酯树脂中的至少一种。

[4]根据[1]所述的压制用层叠体，其中，

所述树脂发泡体层包含选自聚苯乙烯树脂、聚氨酯树脂、聚烯烃系树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚苯醚树脂、聚甲基丙烯酰亚胺树脂及丙烯酸系树脂中的树脂。

[5]一种压制后层叠体，其是将[1]所述的所述压制用层叠体进行压制成型而得到的。

[6]一种压制后层叠体，其中，具备：

第一纤维强化树脂层；

金属－树脂复合层，该金属－树脂复合层配置于所述第一纤维强化树脂层之上；以及

第二纤维强化树脂层，该第二纤维强化树脂层配置于所述金属－树脂复合层之上，

所述金属由冲孔金属构成。

发明效果

通过采用本发明的压制用层叠体，能够利用压制方法降低制造成本、高精度且短时间地制造轻量的压制后层叠体。

本发明的压制用层叠体的金属层由利用非常轻的冲孔金属构成的金属层构成，非常轻，具有强度。另外，该金属层与树脂发泡体一同夹入于纤维强化树脂预浸料，利用加热压制，能够得到树脂发泡体及强度高的纤维强化树脂实现一体化的压制后层叠体。

对于压制后层叠体，压制时，金属层的至少一部分潜入于树脂发泡体，因此，金属层与纤维强化树脂的凸凹之间的接触减少，粘接性提高。另外，冲孔金属容易伸展，树脂发泡体具有弹性，因此，利用压制成型容易成型为期望的形状。另外，本发明的压制用层叠体使用容易伸展的冲孔金属，因此，尽管通常进行压制加工时在金属板的角的部分容易出现褶皱，但是，本发明中能够得到褶皱较少的压制后层叠体。

附图说明

图1中，图1的上图是实施例的压制用层叠体13的示意图。压制用层叠体13是将第一碳纤维强化树脂预浸料1、粘接片2(由于是薄片，所以仅记载了符号)、聚氨酯树脂发泡体3、网状铝板4、粘接片2及第二碳纤维强化树脂预浸料5进行层叠得到的。图1的下图是将压制用层叠体14的材料进行层叠后进行加热、加压而制造的压制用层叠体14。聚氨酯树脂发泡体3和网状铝板4因压制而复合化，形成金属－聚氨酯树脂复合层6。压制用层叠体14中，碳纤维强化预浸料1、5成为纤维强化树脂层。

图2是表示排列60°千鸟格的图。

图3是说明用于制造本发明所涉及的压制后层叠体的制造装置的整体构成的示意图。

图4A是说明本发明所涉及的压制后层叠体的制造工序的示意图。

图4B是说明本发明所涉及的压制后层叠体的制造工序的紧接着图4A的示意图。

具体实施方式

[压制用层叠体]

本说明书中，压制用层叠体是：由预浸料构成的第一纤维强化树脂预浸料层、树脂发泡体层、由冲孔金属构成的金属层、以及由预浸料构成的第二纤维强化树脂预浸料层的层叠体。树脂发泡体层、金属层以及预浸料层粘接在一起。通过对压制用层叠体进行加热及加压，使得这些层实现一体化，得到压制后层叠体。

构成金属层的金属为能够利用本发明的压制成型进行成型的材料即可，没有特别限定，可以使用铝、不锈钢、铜、铁、钢、黄铜、镍及钛等各种金属。

金属层的厚度没有限定，为了利用压制成型容易地形成为期望的形状，优选为0.05～5mm左右，更优选为0.25mm～2mm。

金属层由冲孔金属构成。本说明书中，冲孔金属是：将金属板以冲孔压制模具设置孔而加工得到的材料。冲孔金属是在规定的金属板设置孔而制造的，金属体积相对于整体体积的比例可以根据使用用途而适当变更。

本说明书中，金属层使用冲孔金属而不是网状金属。在网状金属的情况下，后述的图3、图4A、图4B那样的成型(成为拉深形状的成型)极其困难。通常，在下模的凸部的弯曲部分，能够将预浸料以折线呈菱形的方式进行赋形。在使用了网状金属的情况下，如果网眼不会与预浸料同样地变为菱形形状，则无法形成均匀的拉深形状。即，无法同时对预浸料和网眼进行赋形。如果能够赋形，则网眼的直径为0.25mm以下，且间距为5mm以上。但是，对于这样的网状金属，难以提高层叠体的强度。

另一方面，冲孔金属在拉深形状时发挥出金属的延展性，使得预浸料变为菱形，同时金属的圆孔变为椭圆形，能够追随预浸料的赋形。在提高强度的情况下，金属层的厚度、孔的直径也可以适当选择，能够应用于各种用途。

此外，本发明的层叠体因放入金属层而使得成型时间缩短。即，由于铝等金属的热传导良好，所以，加热固化时有助于粘接片的加热，因此，以短时间进一步提高粘接强度，冷却时，由于放热良好，所以，有助于压制后的成型体的冷却。例如，如果相对于发泡体厚度10mm而层叠冲孔金属0.3mm，则确认到成型时间缩短20秒钟。

冲孔金属的孔没有特别限定，在拉深成型的情况下，凸模具的角部分通常设置曲率半径，其曲率半径R为R3～R25(距离半径为3mm～25mm)的情况下，如果孔直径1mm以上且20mm以下、间距P2以上、排列60°千鸟格，则能够对应于拉深形状。为了参考，图2中示出排列60°千鸟格。图2中，D为孔直径，P为间距。P2表示间距的长度为2mm。在这样的条件下，即便是拉深形状，金属层及预浸料也能够以层叠体的状态同时成型。应予说明，冲孔的开孔率优选为10％～50％。

另外，构成第一纤维强化树脂预浸料层、第二纤维强化树脂预浸料层的预浸料为使树脂均等地含浸于玻璃布、碳纤维这样的纤维状补强材料并进行加热或干燥而使其成为半固化状态得到的片状中间材料即可，没有特别限定，可以使用织物预浸料、单向预浸料等。

构成预浸料的树脂也没有特别限定，可以使用热固性树脂、热塑性树脂及包含它们中的一种的树脂组合物。作为热固性树脂，可以举出：环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂等，这些热固性树脂可以组合使用。作为热塑性树脂，可以举出：丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、氯乙烯树脂、聚酰胺树脂等。这些热塑性树脂可以单独使用，也可以多种混合使用。

构成预浸料的纤维可以使用玻璃纤维、碳纤维、金属纤维等。作为纤维强化树脂预浸料中的纤维基材，优选为0.03mm～0.5mm的厚度的碳纤维材料，但不限定于此。另外，构成预浸料的碳纤维可以使用以聚丙烯腈为原料的PAN系碳纤维、以沥青为原料的沥青系碳纤维等。作为构成预浸料层的预浸料中的碳纤维，优选为PAN系碳纤维，但不限定于此。另外，构成预浸料的纤维中还包含SMC(Sheet Molding Compound)、FRD(Firber ReinforcedPlastics)、GMT(Glass Reinforced Thermoplastics)等复合体。

碳纤维优选织入有纤维。

作为构成预浸料层的预浸料，优选为由环氧树脂和碳纤维构成的织物预浸料，但不限定于此。应予说明，第一纤维强化树脂预浸料层、第二纤维强化树脂预浸料层可以相同，也可以不同。另外，第一纤维强化树脂预浸料层、第二纤维强化树脂预浸料层可以分别由一块预浸料构成，也可以由同种或异种的多块预浸料构成。

第一纤维强化树脂预浸料层、第二纤维强化树脂预浸料层优选独立地使用纵300～2000mm×横300～2000mm的矩形的预浸料。

构成树脂发泡体层的树脂发泡体也没有特别限定，可以使用将树脂进行发泡成型得到的物质。由于是发泡体，所以，不仅轻，隔热性也极高，因此，可以用作汽车的用途。作为树脂发泡体的树脂，可以举出：聚苯乙烯树脂、聚氨酯树脂、聚烯烃系树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚苯醚树脂、聚甲基丙烯酰亚胺树脂及丙烯酸系树脂等树脂。其中，从弹性、层叠时金属层容易潜入于树脂之中的观点出发，优选为聚氨酯树脂。聚氨酯树脂有时在强度方面稍逊于其他树脂，不过，制成三明治状的预浸料具有极高的强度，因此，作为层叠体，强度非常高。

此外，进一步提高强度的情况下，优选为聚苯醚树脂，例如可以举出旭化成株式会社制的SunForce(注册商标)等。

树脂发泡体优选为平板状且具有0.7～10.0mm的厚度，但不限定于此。

构成压制用层叠体的树脂发泡体层和纤维强化树脂预浸料层采用用于使树脂发泡体和预浸料粘接的粘接片进行粘接。粘接片可以为片状的粘接片。作为粘接片的粘接成分的材料，可以举出：环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂等。作为粘接片的配置方法，在与树脂发泡体进行粘接之前，配置于纤维强化树脂预浸料上即可。应予说明，也可以使用液体状的粘接剂来代替粘接片。

[压制后层叠体]

本发明的压制后层叠体是将压制用层叠体进行加热及加压而制造的，该压制用层叠体包括：第一纤维强化树脂预浸料层；树脂发泡体层，其粘接于所述第一纤维强化树脂预浸料层；金属层，其配置于所述树脂发泡体层上，且由冲孔金属构成；以及第二纤维强化树脂预浸料层，其粘接于所述金属层及从所述金属层的孔部露出的所述发泡体层。

具体而言，压制后层叠体具备：第一纤维强化树脂层、配置于所述第一纤维强化树脂层之上的金属－树脂复合层、以及配置于所述金属－树脂复合层之上的第二纤维强化树脂层，所述金属由冲孔金属构成。

压制后层叠体中，通过加热及加压，金属层成为与树脂层实现一体化的金属－树脂复合层，将金属－树脂复合层以纤维强化树脂层夹持。应予说明，预浸料在加压及加热之后，经冷却，形成纤维强化树脂层。对于这样的构成的压制后层叠体，由于将强度高的金属层以强度高的纤维强化树脂夹持，所以，强度非常高，另外，材料轻量，可以用作以往使用的铝与芳纶纤维蜂窝的复合材料的代替品。

压制后层叠体可以形成为板状，不过，通过对压制用层叠体进行压制成型，能够形成具有规定形状的压制后层叠体。

[压制成型]

本发明中，使用上模和下模并夹入于两个模具之间，由此进行压制成型。上模及下模可以具有规定的形状，以便形成成型品。例如，针对上模及下模的压制面，可以在任一者设置凸部，并在另一者设置与凸部对应(所述凸部能够进入)的凹部。据此，压制用层叠体被凸部和凹部夹持，因此，压制后层叠体能够具有立体的形状。

本发明的压制用层叠体的制造中，压制加工温度通常为100～350℃。预浸料的树脂为热固性树脂的情况下，可以为120～160℃；预浸料的树脂为热塑性树脂的情况下，可以为230～350℃。

压制后层叠体成型的压制加工的压力也没有特别限定，通常为0.1～15MPa。

这样得到的压制后层叠体是根据用途、形状而使纤维强化树脂成型得到的，可以用于汽车零部件、摩托车、自行车、轮椅、飞机零部件、飞天汽车零部件、直升机、铁路车辆零部件、船舶零部件、电池壳体、燃料电池壳体、蓄电池壳体、建筑材料、家具(桌子、衣柜)零部件等。

实施例

接下来，使用实施例，对本发明详细地进行说明。应予说明，本发明并不限定于实施例，可以在本领域技术人员周知的范围内进行适当设计变更等。

[压制用层叠体13的制造]

首先，在碳纤维强化预浸料1及5的表面上配置粘接片2，以使碳纤维强化树脂预浸料1及5粘接于聚氨酯树脂发泡体3。实施例中，作为粘接片2，使用包含环氧树脂的粘接片。碳纤维强化树脂预浸料1及5使用由环氧树脂和碳纤维构成的预浸料。

在具备粘接片2的碳纤维强化树脂预浸料1上配置聚氨酯树脂发泡体3。接下来，在聚氨酯树脂发泡体3之上配置网状铝板4。在网状铝板4之上配置具备粘接片2的碳纤维强化树脂预浸料5。以粘接片2与网状铝板4接触的方式进行配置，并进行配置的微调，轻轻地用手的力量按压，利用粘接片2使其粘接，得到压制用层叠体13(参照图1)。应予说明，在轻轻按压时，聚氨酯树脂发泡体3穿过网状铝板4的孔部，网状铝板4的一部分潜入于聚氨酯树脂发泡体3之中。

[压制用层叠体的成型]

对使用压制机的压制方法进行说明。首先，像图4A的(a)那样，将压制用层叠体13载放于具有呈矩形贯通的孔的除皱板9之上。然后，利用在第二模具800的内部或外部所配备的加热器(未图示)，对压制用层叠体13进行加热。

在将压制用层叠体13于130℃进行加热时，利用升降部11，使第二模具800及其所具备的除皱板9上升至与第一模具700(上模)接触(参照图4A的(b))。

压制用层叠体13接触到第一模具700后，具有型芯8的第二模具800进一步上升。此时，伸缩部分10收缩，从而除皱板9维持其位置，仅有第二模具800(型芯8)进一步上升，将压制用层叠体14引入于型腔7与型芯8之间，一边使压制用层叠体14变形，一边进一步上升(参照图4A的(c))。

型芯8进入于第一模具700的型腔7之中，以对压制用层叠体14进行了加压的状态，在规定的位置停止第二模具800的上升。在将上升停止的位置，继续进行加热，以使其成为期望的形状的方式继续进行加压、加热。第二模具800停止的状态的时间为10秒钟至1小时的范围(参照图4B的(d))。

实施必要的加压、加热之后，停止加热，冷却至规定的温度后，使第二模具800下降，得到经压制成型的压制后层叠体14(图4B的(e)参照)。

符号说明

1…碳纤维强化树脂预浸料

2…粘接片

3…聚氨酯树脂发泡体

4…网状铝板

5…碳纤维强化树脂预浸料

6…网状铝板－聚氨酯树脂发泡体复合层(金属－树脂复合层)

7…型腔

8…型芯

9…除皱板

10…伸缩部件

11…升降部

700…第一模具

800…第二模具

13…压制用层叠体

14…压制后层叠体

Claims (6)

1.一种加热压制用层叠体，其中，包括：

第一纤维强化树脂预浸料层；

树脂发泡体层，该树脂发泡体层配置于所述第一纤维强化树脂预浸料之上；

金属层，该金属层配置于所述树脂发泡体层之上，由冲孔金属构成，抑制因加热压制而产生褶皱；以及

第二纤维强化树脂预浸料层，该第二纤维强化树脂预浸料层配置于所述金属层之上，

关于所述冲孔金属的孔，直径为1mm以上且20mm以下，间距为2mm以上，排列为60°千鸟格，所述冲孔金属的开口率为10～50％，所述金属层的厚度为0.05～5mm。

2.根据权利要求1所述的加热压制用层叠体，其中，

所述金属层为选自铝、不锈钢、铜、铁、钢、黄铜、镍及钛中的一种。

3.根据权利要求1所述的加热压制用层叠体，其中，

构成所述第一纤维强化树脂预浸料层及所述第二纤维强化树脂预浸料层的树脂包含环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂或聚氨酯树脂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的加热压制用层叠体，其中，

所述树脂发泡体层包含选自聚苯乙烯树脂、聚氨酯树脂、聚烯烃系树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚苯醚树脂、聚甲基丙烯酰亚胺树脂及丙烯酸系树脂中的树脂。

5.一种加热压制后层叠体，其是将权利要求1所述的所述加热压制用层叠体进行加热压制成型而得到的。

6.一种加热压制后层叠体，其中，具备：

第一纤维强化树脂层；

金属－树脂发泡体复合层，该金属－树脂发泡体复合层配置于所述第一纤维强化树脂层之上，包括金属层和树脂发泡体；以及

第二纤维强化树脂层，该第二纤维强化树脂层配置于所述金属－树脂发泡体复合层之上，

所述金属－树脂发泡体复合层的金属层由冲孔金属构成，抑制因加热压制而产生褶皱，

关于所述冲孔金属的孔，直径为1mm以上且20mm以下，间距为2mm以上，排列为60°千鸟格，所述冲孔金属的开口率为10～50％，所述金属层的厚度为0.05～5mm。