CN117507410A - 模压成型用部件、其制造方法、及电池壳体的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于，提供一种在模压成型时纤维织物或单向纤维和金属箔能够不偏移地压制，导热率高而在使用时容易将内部热量释放到外部，且能够屏蔽电磁波的半固化树脂纤维增强复合材料中间体及加工其获得的电池壳体。本发明提供一种模压成型用部件，所述模压成型用部件包括含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间材料，所述含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间材料层叠至少2张以上的半固化树脂片材、纤维织物或单向纤维、及金属箔而一体化。
Description
技术领域
本发明涉及一种模压成型用部件、使用模压成型用部件的电池壳体、及它们的制造方法。
背景技术
由纤维和树脂构成的纤维增强树脂材料轻质且强度优异，因此广泛应用于汽车部件、飞机部件、铁路部件等各种产业用途(本发明中记载的“部件”可包括部件、材料、或材料构成)。特别是，用电池驱动的电动汽车载有重电池，与汽油汽车相比无法长距离行驶，因此减轻电动汽车的整体重量非常重要。
专利文献1公开了使用以随机分散状态含有碳纤维的纤维增强树脂材料来制造电动汽车的电池壳体。
(现有专利文献)
(专利文献)
(专利文献1)日本特开2012-109452号公报
发明内容
(发明要解决的技术问题)
从轻量化和强度的观点出发，现有电动汽车的电池壳体使用铝作为材料，但从强度的观点考虑的话，优选具有规定厚度，其结果，仅靠铝无法获得足够轻的电池壳体。
因此，近年来，探讨使用轻且高强度的纤维增强复合材料来代替现有的铝作为电池壳体的材料。然而，纤维增强复合材料的电磁波屏蔽效果极低，且导热率也低，因此存在难以将电池壳体内部的热量释放到外部的缺点。
(解决问题的方案)
本发明人们经过潜心研究，结果发现，通过使用层叠半固化树脂片材、织物或单向纤维、及金属箔而一体化的含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间材料，在模压成型时纤维和金属箔能够不偏移进行模压。进而，发现由于通过模压成型得到的电池壳体的热传导率高，所以在使用时容易向外部放出内部热量，另外，通过使用金属箔能够屏蔽电磁波，从而完成了本发明。
即，本发明包括以下内容。
(1)一种模压成型用部件，其中，包括含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间材料，所述含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间材料层叠至少2张以上的半固化树脂片材、纤维织物或单向纤维、及金属箔而一体化。
(2)根据(1)所述的模压成型用部件，其中，所述半固化树脂片材的树脂为热固性环氧树脂。
(3)根据(1)所述的模压成型用部件，其中，所述半固化树脂片材的树脂是含有充填材料的饱和或不饱和聚酯树脂。
(4)根据(1)所述的模压成型用部件，其中，所述金属箔具有用于粘接到所述树脂片材的粘接片材。
(5)根据(1)所述的模压成型用部件，其中，在所述金属箔的表面设置有直线状的槽。
(6)根据(1)所述的模压成型用部件，其中，所述纤维织物或所述单向纤维是玻璃纤维。
(7)根据(1)所述的模压成型用部件，其中，所述纤维织物或所述单向纤维是碳纤维。
(8)一种电池壳体的制造方法，其中，包括将(1)～(7)中的任一项所述的模压成型用部件进行热压成型的工序，且所述金属箔侧配置在电池壳体的内侧。
(9)一种模压成型用部件的制造方法，其中，包括采用双带方式一体化(1)所述的含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间材料的工序。
(发明的效果)
汽车所使用的电池壳体等部件由平坦部件和具有复杂形状的部分复合而成。作为用于复杂形状的材料，作为半固化树脂纤维增强复合材料之一的使用了短纤维的SMC等材料是其代表，但其在轻量化效果、强度等方面存在不足，因此，为了弥补这一点，正在推进层叠作为长纤维系的半固化纤维增强复合材料的预浸料的技术。当层叠2张半固化树脂片材时，可能会出现与金属的界面发生偏移而无法达到预期性能的问题。通过使用层叠作为长纤维系含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体的半固化树脂片材、纤维织物或单向纤维、及金属箔而一体化的中间材料，在模压成型过程中，界面和纤维能够通过金属箔的作用而不偏移地压制，此外，由通过对压制得到的含有金属箔的模压成型用部件进行硬化得到的材料构成的电池壳体，由于具备连续的金属层，因此导热率高，且在使用时容易将内部的热量释放到外部。无论是在工艺上还是在性能上，作为部件，对于解决问题的效果都很大。
附图说明
图1是作为第一实施方式的含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间体1A的剖面图。
图2是作为第二实施方式的含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间体1B的剖面图。
图3是作为第三实施方式的含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间体1C的剖面图。
图4是用于说明含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间体1A的制造工序的示意图。
图5是示出设置在含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间体的金属箔一面的槽9的示意图。
图6是用于说明纤维增强复合材料压制完毕成型部件11A的制造工序的示意图。
图7是通过将纤维增强复合材料压制完毕成型部件11A模压成型而获得的电池壳体材料的一例。
(附图标记说明)
1A本发明第一实施方式的半固化树脂纤维增强复合材料中间体
1B本发明第二实施方式的半固化树脂纤维增强复合材料中间体
1C本发明第三实施方式的半固化纤维增强复合材料中间体
2 金属箔
3 粘接片材
4 纤维织物
5 半固化树脂片材
7含有充填材料的饱和或不饱和聚酯树脂
8 双带装置
9 槽
10A上模具
10B下模具
11A纤维增强复合材料压制完毕成型部件
具体实施方式
(半固化纤维增强复合材料中间体)
图1是作为第一实施方式的含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A的剖面图。含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A是从上开始按照顺序层叠半固化树脂片材5、纤维织物4、半固化树脂片材5、粘接片材3及金属箔2而成的。
具有这种构成的含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A中，由于纤维增强树脂层5和金属箔2通过粘接片材3牢固地粘接，因此模压成型时纤维织物4和金属箔2能不偏移地压制。
电池壳体包含纤维增强复合材料压制完毕成型部件11A，而纤维增强复合材料压制完毕成型部件11A是通过将含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A模压成型而获得，因此，由于使用金属箔2，因此导热率高，除了使用时容易将内部热量释放到外部，还具有电磁波屏蔽效果。
作为构成含有金属箔半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A的树脂层5的树脂，只要是通过热压来制造纤维增强复合材料压制完毕成型部件11A的材料，没有特别限定，可以是热固性树脂、热塑性树脂中的任意一种，但从成型的容易性和成型完毕金属复合体11A的用途出发，优选热固性树脂。
作为可以使用的树脂的具体例，可以列举：热固性或热塑性环氧树脂、乙烯基酯树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、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。可以单独使用，也可以混合多种使用。
此外，在含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A的状态下，树脂呈半固化状态，但在为了制造电池壳体而热压时会固化。
其中，树脂的半固化状态是指：在制造含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A时，以比树脂中的固化开始的温度低的温度进行处理的状态。由于是半固化、没有完全固化，因此是能够通过热压成型为规定形状的状态。
纤维织物4是指通过将纤维平纹编织或斜纹编织而将其制成片状的织物。作为纤维织物4的纤维，只要是能够通过热压成型的材料，就没有特别限制，可以列举玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维(化学纤维和天然纤维)、聚乙烯醇系纤维、聚酯系纤维、聚酰胺系纤维、聚乙烯系纤维、聚对亚苯基苯并双恶唑纤维等。作为玻璃纤维，可以列举使用E玻璃、S玻璃、D玻璃、Q玻璃等的玻璃纤维。
可以使用将聚丙烯腈作为原料的PAN系碳纤维和将沥青作为原料的沥青系碳纤维等。作为预浸料中的碳纤维，优选PAN系碳纤维，但不限于此。
此外，作为纤维织物4的厚度，优选厚度为0.1mm～0.5mm的碳纤维材料或玻璃纤维，但不限于此。
在实施例中，举了使用纤维织物的示例，但是不仅可以使用纤维织物4，还可以使用单向纤维(除了玻璃棉)。
此外，含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A中的2张半固化树脂片材5和纤维织物4也可以使用市售的预浸料(由两层树脂层和夹在其间的平纹编织或斜纹编织构成的预浸料)。即使在使用该预浸料的实施方式中，获得的层叠体也包含在含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体中。
构成金属层2的金属，只要是在室温～300℃下稳定的金属即可，没有特别限制，可以列举铝、铝合金、镁合金、钛、钛合金、钢、铜、铜合金等。作为铝合金，可以使用A1-Mg系的A5052等5000系、PA1-Cu系的A2014等2000系、压铸用A1-Si-Cu系合金(JIS规格ADC12、ADC10等)等，但不限于此。
金属层2的厚度通常为0.02mm～2mm，特别优选是0.05mm～1.5mm程度。因为该厚度时可以通过模压成型更容易形成期望的形状，因此是优选的。此外，如果金属层2的厚度比0.02mm小，则在低Hz区域(特别是低于10MHz)磁场屏蔽性可能会降低。如果金属层2的厚度过大，则含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A的重量可能会增加。
粘接片材3用于粘接包括纤维织物4的半固化树脂片材5和金属箔2。在现有技术中，通过仅将浸渍过树脂的纤维织物和金属箔重叠并按压而形成压制完毕层叠体，但这种情况下，压制时树脂和金属箔偏移，难以获得期望的压制完毕层叠体，且实际上无法实施。在含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间体1A中，纤维织物4和金属箔2通过粘接片材3牢固地粘接而一体化，因此金属层2不会偏移，从而通过热压来制造期望的纤维增强复合材料，压制完毕成型部件11A。
作为粘接片材3的粘接成分的材料，没有特别限定，可以列举环氧树脂、丙烯酸纤维、聚氨酯等。为了将半固化性树脂5在半固化状态下粘接到金属层2，优选即使在常温下也具有粘接性的粘接片材。此外，也可以使用液体状的粘接剂来代替粘接片材3，但在通过下述的双带方式进行制造的情况下，优选使用粘接片材。
图2是作为第二实施方式的含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间体1B的剖面图。含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1B从上开始按序层叠半固化树脂片材5、纤维织物4、半固化树脂片材5、纤维织物4、半固化树脂片材5、粘接片材3及金属箔2而成。
即，含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1B是比含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A进一步层叠半固化性树脂5和纤维织物4而成。此外，图1和图2中的多个半固化性树脂5的厚度可以相同也可以不同，多个半固化性树脂5的树脂种类也是可以相同也可以不同。
此外，像这样，也可以在含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1B与金属层相反侧的面进一步反复层叠半固化树脂层5和纤维织物4。
图3是作为第三实施方式的含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1C的剖面图。第三实施方式是使用含有充填材料的饱和或不饱和聚酯树脂7作为含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A的半固化树脂层5的一层。含充填材料的饱和或不饱和聚酯树脂易于处理，且由于包括填充剂而强度非常高。含有充填材料的饱和或不饱和聚酯树脂也是半固化状态且包含在半固化树脂中。
作为树脂中包含的充填材料，除了碳纤维、玻璃纤维之外，还可以使用石墨、云母、矿物系粒状充填材料等。
(含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体的制造方法)
含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体的制造，例如按照如图4所示，通过双带压制方式来进行。图4将含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A的制造作为示例示出。
双带压制方式是指通过双带装置8从上下方向将工件加热、压制、轧制、成型，其中，双带装置8的上下配置有两个内置加热器块的传送带。但是，在制造模压成型用貼付金属箔预浸料1A时，也可以不实施加热而在常温下进行。这是因为在半固化树脂状态下层叠。
双带压制方式，以往在制造由树脂和纤维制成的通常的预浸料时使用，但在含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A的制造中，如图4所示，设置2张半固化树脂层片材5并将纤维织物4夹在其间，使得从上开始按照顺序为半固化树脂片材5、纤维4、半固化树脂片材5。进而，在其下以与半固化树脂片材5接触的方式层叠粘接片材3，以与粘接片材3接触的方式层叠金属箔2，进一步，通过双带压制方式使其一体化，可以制造含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A。
虽然未图示，但从上开始层叠半固化树脂片材5、纤维织物4、半固化树脂片材5、纤维织物4、半固化树脂片材5、粘接片材3及金属箔2，进而通过双带压制方式使其一体化，制造含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1B。
同样地，虽然未图示，但从上开始层叠含有充填材料的饱和或不饱和聚酯树脂7、纤维织物4、含有充填材料的饱和或不饱和聚酯树脂7、粘接片材3及金属箔2，进而通过双带压制方式使其一体化，可以制造含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1C。
此时，如图5所示，优选在金属箔2设置槽9，但其形状和数量没有特别限制，例如可以设置多条直线状的槽。通过设置槽9，在将通过热压获得的纤维增强复合材料压制完毕成型部件11A作为构成材料的电池壳体中，该构成材料与空气的接触面积增加，从而可以有效地散热。设置槽9时，可以通过热压等成型方法进行，也可以在不加热的室温下实施。此外，通过将槽9形成为直线状，槽设置为朝向电池壳体的出口，能够有效地散热。
制造含金属箔半固化树脂纤维增强复合材料中间体时模压加工的压力没有特别限制，通常为0.1～15MPa。
(模压成型用部件及模压成型用部件的制造方法)
使用如上所述获得的含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间体1A、1B、1C来制造模压成型用部件。
对于模压成型用部件而言，可以直接使用含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间材料1A、1B、1C，也可以在含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间材料1A、1B、1C基础上进一步重叠相同或不同种类的预浸料而用作模压成型用部件。
当在含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间材料1A、1B、1C上层叠预浸料等其他材料时，为了保持半固化状态，优选不加热仅层叠。此外，由于是半固化树脂，具有粘接性，因此材料相互间无需压制就能够粘接在一起。
模压成型用部件是用于下述热压的材料。
(纤维增强复合材料模压成型部件的制造方法)
通过热压如上所述获得的模压成型用部件，可以制造纤维增强复合材料模压成型部件11A。
例如，如图6(a)所示，将第一实施方式的模压成型用部件(图中，将含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间材料作为模压成型用部件使用)配置于具备上模具10A和下模具10B的模压机。当将纤维增强复合材料压制完毕成型部件11A成型为箱状时，为了有效散热，优选金属层2配置于内侧，因此以金属层2与凸型模具接触的方式配置。具体地，在如图6所示的情况下，配置为与上模具10A接触。
接着，如图6(b)所示，通过上模具10A和下模具10B将模压成型用部件从上下按压，使其变形为期望的形状，从而制成纤维增强复合材料压制完毕成型部件11A。当通过上模具10A和下模具10B施加压力时，加热模具。作为加热方法，例如可以通过在一侧或两侧具备加热器而对其进行加热、吹热风、电磁感应等方法进行加热，但加热方法没有特别限制。
按压时，通过使上模具10A向上移动或使下模具10B向下移动来按压模压成型用部件。
此外，虽然具备在模压成型用部件的树脂呈半固化状态，但优选经由上述热压工艺来固化。
接着，如图6(c)所示，将上模具10A和下模具10B从成型金属复合体11A取下，从而获得成型完毕金属复合体11A。
如上所述加工成期望的形状的纤维增强复合材料压制完毕成型部件11A适合用作电池壳体、个人电脑、OA设备、AV设备、移动电话、电话机、传真机、家电制品、玩具用品、平板显示器等电子设备的框体等材料或部件。
该纤维增强复合材料压制完毕成型部件11A压制加工后重量轻且高刚性，因此，特别适合于加工如图7所示的搭载在汽车上的大型车载用电池壳体。框体或电池壳体的形状没有特别限制。
此外，加工成电池壳体等箱状使用时，如图7所示，为了有效释放内部热量，优选将金属箔2的面作为内侧的形状。此外，为了设置槽9，可以仅使用金属箔2模压成型。槽9可以以直线状设置多条，且直线状的槽9可以相互平行。在具有热量的纤维增强复合材料压制完毕成型部件11A中，槽9部分相对容易具有热量，可以通过槽9的配置方向将热量引导到想要释放的方向。
Claims (9)
1.一种模压成型用部件，其中，
包括含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间材料，所述含有金属箔的半固化纤维增强复合材料中间材料层叠至少2张以上的半固化树脂片材、纤维织物或单向纤维、及金属箔而一体化。
2.根据权利要求1所述的模压成型用部件，其中，
所述半固化树脂片材的树脂为热固性环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的模压成型用部件，其中，
所述半固化树脂片材的树脂是含有充填材料的饱和或不饱和聚酯树脂。
4.根据权利要求1所述的模压成型用部件，其中，
所述金属箔具有用于粘接到所述树脂片材的粘接片材。
5.根据权利要求1所述的模压成型用部件，其中，
在所述金属箔的表面设置有直线状的槽。
6.根据权利要求1所述的模压成型用部件，其中，
所述纤维织物或所述单向纤维是玻璃纤维。
7.根据权利要求1所述的模压成型用部件，其中，
所述纤维织物或所述单向纤维是碳纤维。
8.一种电池壳体的制造方法，其中，
包括将权利要求1至7中的任一项所述的模压成型用材料进行热压成型的工序，且所述金属箔侧配置在电池壳体的内侧。
9.一种模压成型用部件的制造方法，其中，
包括采用双带方式一体化权利要求1所述的含有金属箔的半固化树脂纤维增强复合材料中间材料的工序。
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