JP2005349703A - 鋼板補強シート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 拘束層2と補強層3とを備える鋼板補強シート1において、拘束層2の両端部に、スリット4を、その両端部が対向する方向と略直交する方向の全体にわたって、かつ、各スリット4によって挟まれるスリット4間の長さが、そのスリット4間の長さに沿う方向における鋼板補強シート1の全体の長さに対して、40%以上となるように、形成する。そして、湾曲した鋼鈑5に、スリット4が湾曲方向に沿うように貼着した後、発泡硬化させる。
【選択図】 図1
Description
このような鋼板補強シートとして、未硬化のエポキシ樹脂組成物製基材層面に、常温で粘着性を有し、加熱分解性の発泡剤を含有するエポキシ樹脂組成物からなる未硬化の接着層が積層配設されている加熱硬化型薄鋼板補強用接着シートが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
一方、このような歪を低減させる方法として、例えば、強化シートの拡散抑制板材に、長手方向に対して直角に向けて、かつ、長手方向に所定間隔をあけて互い違いに、スリットを形成することにより、拡散抑制材における発泡熱硬化樹脂の拡散抑制を緩和させて、熱発泡時の膨張差によるアウタパネルの歪を防止することが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
また、ドアパネルなどの湾曲した鋼板を、鋼板補強シートによって補強する場合には、補強層を発泡させた後に、湾曲方向に沿う端部に急激な変形を生じる。これは、鋼板の湾曲方向に対して垂直な方向への曲げ剛性が大きくなり、この端部に応力が集中するためである。よって、このような急激な変形を防止するためには、鋼板の湾曲方向に沿う端部での応力を緩和する必要がある。
拘束層は、発泡後の補強層(以下、発泡体層とする。)に靭性を付与するものであり、シート状をなし、また、軽量および薄膜で、発泡体層と密着一体化できる材料から形成されることが好ましく、そのような材料として、例えば、ガラスクロス、樹脂含浸ガラスクロス、合成樹脂不織布、金属箔、カーボンファイバーなどが挙げられる。
これらのなかでは、重量、密着性、強度およびコストを考慮すると、ガラスクロスおよび樹脂含浸ガラスクロスが、好ましく用いられる。
このような拘束層の厚みは、例えば、0.05〜0.40mm、好ましくは、0.10〜0.30mmである。
ゴムは、特に制限されないが、例えば、スチレン・ブタジエンゴム(例えば、スチレン・ブタジエンランダム共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、スチレン・エチレン・ブタジエン共重合体、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体など)、スチレン・イソプレンゴム(例えば、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体など)、スチレン・イソプレン・ブタジエンゴムなどのスチレン系ゴムや、例えば、ポリブタジエンゴム(1,4−ポリブタジエンゴム、以下同じ)、シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、クロロプレンゴム、イソブチレン・イソプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、天然ゴムなどが挙げられる。
また、このようなゴムは、数平均分子量が、30000以上、好ましくは、50000〜1000000のものが用いられる。数平均分子量が30000未満であると、接着力、特に、油面鋼板への接着性が低下する場合がある。
また、ゴムの配合割合は、ゴムおよびエポキシ樹脂の合計100重量部に対して、例えば、30〜70重量部、好ましくは、40〜60重量部である。ゴムの配合割合がこれより少ないと、油面鋼板への接着性が低下する場合があり、一方、これより多いと、補強性が低下する場合がある。
また、エポキシ樹脂の配合割合は、ゴムおよびエポキシ樹脂の合計100重量部に対して、例えば、30〜70重量部、好ましくは、40〜60重量部である。エポキシ樹脂の配合割合がこれより少ないと、補強性が低下する場合があり、一方、これより多いと、油面鋼板への接着性が低下する場合がある。
無機系発泡剤としては、例えば、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸水素ナトリウム、亜硝酸アンモニウム、水素化ホウ素ナトリウム、アジド類などが挙げられる。
また、有機系発泡剤としては、例えば、N−ニトロソ系化合物(N,N’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、N,N’−ジメチル−N,N’−ジニトロソテレフタルアミドなど)、アゾ系化合物(例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾジカルボン酸アミド、バリウムアゾジカルボキシレートなど)、フッ化アルカン(例えば、トリクロロモノフルオロメタン、ジクロロモノフルオロメタンなど)、ヒドラジン系化合物(例えば、パラトルエンスルホニルヒドラジド、ジフェニルスルホン−3,3’−ジスルホニルヒドラジド、4,4’−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)、アリルビス(スルホニルヒドラジド)など)、セミカルバジド系化合物(例えば、p−トルイレンスルホニルセミカルバジド、4,4’−オキシビス(ベンゼンスルホニルセミカルバジド)など)、トリアゾール系化合物(例えば、5−モルホリル−1,2,3,4−チアトリアゾールなど)などが挙げられる。
また、発泡剤の配合割合は、ゴムおよびエポキシ樹脂の合計100重量部に対して、例えば、0.5〜10重量部、好ましくは、1〜5重量部である。発泡剤の配合割合がこれより少ないと、十分に発泡せず、厚み不足により補強性が低下する場合があり、一方、これより多いと、密度が低下し、補強性が低下する場合がある。
相溶化剤としては、特に制限されないが、例えば、エポキシ変性ゴムなどが挙げられる。エポキシ変性ゴムは、例えば、上記したゴムなどの分子鎖末端や分子鎖中に、エポキシ基が変性されているゴムであって、そのエポキシ当量が、例えば、100〜10000g/eqiv.、さらには、400〜3000g/eqiv.のものが好ましく用いられる。なお、ゴムをエポキシ基で変性するには、公知の方法が用いられ、例えば、不活性溶媒中で、ゴム中の二重結合に、過酸類やハイドロパーオキサイド類などのエポキシ化剤を反応させればよい。
より具体的には、例えば、エポキシ変性スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、エポキシ変性スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、エポキシ変性スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体などが用いられる。これらは単独で使用してもよく、あるいは、併用してもよい。また、これらエポキシ変性ゴムのなかでは、補強性、接着性の両立を考慮すると、エポキシ変性スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体が好ましく用いられる。
さらに、このような発泡性組成物は、上記成分に加えて、ゴム架橋剤および/またはエポキシ樹脂硬化剤を含んでいることが好ましい。ゴム架橋剤および/またはエポキシ樹脂硬化剤を含有させることにより、補強性の向上を図ることができる。
また、ゴム架橋剤の配合割合は、ゴムおよびエポキシ樹脂の合計100重量部に対して、例えば、1〜20重量部、好ましくは、2〜15重量部である。ゴム架橋剤の配合割合がこれより少ないと、補強性が低下する場合があり、一方、これより多いと、接着性が低下し、コスト的に不利となる場合がある。
アミン系化合物類としては、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、それらのアミンアダクト、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどが挙げられる。
アミド系化合物類としては、例えば、ジシアンジアミド、ポリアミドなどが挙げられる。
イミダゾール系化合物類としては、例えば、メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、エチルイミダゾール、イソプロピルイミダゾール、2,4−ジメチルイミダゾール、フェニルイミダゾール、ウンデシルイミダゾール、ヘプタデシルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾールなどが挙げられる。
これらは単独で使用してもよく、あるいは、併用してもよい。また、これらエポキシ樹脂硬化剤のなかでは、接着性を考慮すると、ジシアンジアミドが好ましく用いられる。
また、このような発泡性組成物は、上記成分に加えて、発泡助剤、架橋促進剤、硬化促進剤、充填剤、粘着付与剤や、さらには必要に応じて、例えば、顔料(例えば、カーボンブラックなど)、揺変剤(例えば、モンモリロナイトなど)、滑剤(例えば、ステアリン酸など)、スコーチ防止剤、安定剤、軟化剤、可塑剤、老化防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、防カビ剤、難燃剤などの公知の添加剤を適宜含有させてもよい。
架橋促進剤としては、例えば、酸化亜鉛、ジチオカルバミン酸類、チアゾール類、グアニジン類、スルフェンアミド類、チウラム類、キサントゲン酸類、アルデヒドアンモニア類、アルデヒドアミン類、チオウレア類などが挙げられる。これら架橋促進剤は、単独使用あるいは併用してもよく、その配合割合は、ゴムおよびエポキシ樹脂の合計100重量部に対して、例えば、1〜20重量部、好ましくは、3〜15重量部である。
充填剤としては、例えば、炭酸カルシウム(例えば、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、白艶華など)、タルク、マイカ、クレー、雲母粉、ベントナイト、シリカ、アルミナ、アルミニウムシリケート、酸化チタン、アセチレンブラック、アルミニウム粉などが挙げられる。これら充填剤は、単独使用あるいは併用してもよく、その配合割合は、ゴムおよびエポキシ樹脂の合計100重量部に対して、例えば、50〜150重量部、好ましくは、75〜125重量部である。
なお、このようにして得られた混練物のフローテスター粘度(60℃、24kg荷重)が、例えば、1000〜5000Pa・s、さらには、1500〜4000Pa・sとなるように調製することが好ましい。
その後、得られた混練物を、特に制限されないが、発泡剤が実質的に分解しない温度条件下で、例えば、カレンダー成形、押出成形あるいはプレス成形などによって圧延することにより、シート状に補強層を形成し、その補強層を拘束層に貼り合わせることにより、鋼板補強シートを得る。
このようにして得られた鋼板補強シートは、図1(a)に示すように、拘束層2に補強層3が積層されており、これを、補強すべき鋼板5(図2参照)の形状に対応して、裁断加工することにより、例えば、図1(b)に示すように、平面視略矩形状に形成する。
スリット4の形成は、特に制限されず、カッタによる切削など、公知の切削方法が用いられる。
また、スリット4の幅も、特に制限されず、例えば、20mm以下、好ましくは、10mm以下、さらに好ましくは、5mm以下で形成する。
また、スリット4の形状は、上記した方向の全体にわたって形成できれば、特に制限されず、平面視において、図1(b)に示す平行直線に限らず、波形状、鋸刃形状、テーパ形状、くびれ形状など、種々の形状で形成することができる。また、上記した方向の全体にわたって形成できれば、必ずしも、上記した方向に正確に沿って形成する必要はなく、上記した方向に交差する方向で形成してもよい。
また、鋼板補強シート1の両端部において形成される2本のスリット4は、互いに同一形状であっても、異なる形状であってもよいが、互いに対称となる形状で形成することが好ましい。
なお、上記したスリット4の配置、深さ、幅、形状などは、上記した範囲において、鋼板補強シート1を貼着する鋼板5の材質、形状などに応じて、具体的に決定される。
より具体的には、本発明の鋼板補強シート1は、図2(a)に示すように、拘束層2に補強層3が積層され、その補強層3の表面に必要により離型紙6が貼着されており、使用時には、仮想線で示すように、補強層3の表面から離型紙6を剥がして、図2(b)に示すように、その補強層3の表面を、鋼板5に貼着し、その後、図2(c)に示すように、所定温度(例えば、160〜210℃)で加熱することにより、発泡、架橋および硬化させて、発泡体層7を形成するようにして、用いられる。
そのため、この鋼板補強シートは、自動車のドアパネルなどの湾曲した鋼板に貼着して、湾曲方向に沿う端部での急激な変形を防止しつつ、確実な補強を図ることができる。
積層体の作製
スチレン・ブタジエンランダム共重合体(数平均分子量240000、スチレン含有量25重量%、ムーニー粘度35(ML1+4、at100℃)50重量部、半固形ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量250g/eqiv.)50重量部、エポキシ変性スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体(スチレン含有量40重量%、エポキシ当量1067g/eqiv.、ダイセル化学工業社製、エポフレンドAT501)10重量部、重質炭酸カルシウム50重量部、タルク50重量部、テルペン−芳香族系液状樹脂10重量部、C5/C9系石油樹脂30重量部を、130℃にて混練した。
図3(b)に示すように、上記で得られた積層体を、100mm(幅)×50mm(長さ)の長方形に加工し、その幅方向両端部において、図3(a)に示すように、拘束層2の厚さ方向を貫通する幅0.05mmの2本のスリット4をカッタで形成し、鋼鈑補強シート1を得た。
図4(b)に示すように、上記で得られた積層体を、100mm(幅)×50mm(長さ)の長方形に加工し、その幅方向両端部において、図4(a)に示すように、拘束層2の厚さ方向を貫通する幅0.05mmの2本のスリット4をカッタで形成し、鋼鈑補強シート1を得た。
図5(b)に示すように、上記で得られた積層体を、100mm(幅)×50mm(長さ)の長方形に加工し、その幅方向両端部において、図5(a)に示すように、拘束層2の厚さ方向を貫通する幅0.05mmの2本のスリット4をカッタで形成し、鋼鈑補強シート1を得た。
図6(b)に示すように、上記で得られた積層体を、100mm(幅)×50mm(長さ)の長方形に加工し、その幅方向両端部において、図6(a)に示すように、拘束層2の厚さ方向を貫通する幅0.05mmの2本のスリット4をカッタで形成し、鋼鈑補強シート1を得た。
図7(b)に示すように、上記で得られた積層体を、100mm(幅)×50mm(長さ)の長方形に加工したのみで、図7(a)に示すように、スリット4を形成することなく、鋼鈑補強シート1を得た。
比較例2
図8(b)に示すように、上記で得られた積層体を、70mm(幅)×50mm(長さ)の長方形に加工したのみで、図8(a)に示すように、スリット4を形成することなく、鋼鈑補強シート1を得た。
図9(b)に示すように、上記で得られた積層体を、100mm(幅)×50mm(長さ)の長方形に加工し、図9(a)に示すように、拘束層2の厚さ方向を貫通する幅0.05mmの6本のスリット4をカッタで形成し、鋼鈑補強シート1を得た。
各スリット4は、図9(b)に示すように、幅方向両端縁から幅方向内側に12.5mm毎の等間隔で3つの位置において、平面視平行直線状で長手方向全体にわたって左右対称となるように、それぞれ形成した。この鋼鈑補強シート1では、幅方向中央部において対向する各スリット4によって挟まれるスリット4間の幅方向長さが、鋼板補強シート1の全体の幅方向長さに対して、長手方向すべてにわたって25%に設定された。
図10(b)に示すように、上記で得られた積層体を、100mm(幅)×50mm(長さ)の長方形に加工し、図10(a)に示すように、拘束層2の厚さ方向を貫通する幅0.05mmの複数本(8本)のスリット4をカッタで形成し、鋼鈑補強シート1を得た。
評価
図11(a)に示すような、厚さ0.3mm、曲率半径250mmの湾曲したアルミパネル(A1050)を被着体5として、その被着体5の凹面側中央部に、各実施例および各比較例で得られた鋼板補強シート1を、スリット4が湾曲方向と略直交する方向に沿うように貼着し、180℃で20分間加熱して、補強層3を発泡硬化させて、発泡体層7を形成した。その後、常温にて24時間放置した後、被着体5の変形量および面強度を測定した。
被着体5をX−Yステージに載置し、湾曲方向に対して垂直な方向の変位量を、レーザ変位計(キーエンス社製 LT−8120型)にて測定した。
被着体5の変形は、図11(b)に示すように、鋼板補強シート1の端部から始まり、図11(b)のB−B線における測定方向10mmあたりの被着体5の変形量を算出し、鋼板補強シート1の端部における変形量とした。その変形量を表1に示す。
応力測定装置(島津製作所社製、AGS−100D型)を用いて、被着体5の周囲4辺を、治具にて固定した後、凸面側の中央部を、3mm押し込んだときの圧縮荷重をロードセル(SBL−1kN)にて測定した。その押し込み荷重(圧縮荷重)を表1に示す。なお、押込速度は、50mm/分、圧子には、φ11mmのゴムボール(ゴム硬度70)を用いた。また、表1には、アルミパネルのみの押し込み荷重を参考として示す。
2 拘束層
3 補強層
4 スリット
Claims (3)
- 拘束層と補強層とを備える鋼板補強シートにおいて、
少なくとも前記拘束層の両端部には、スリットが、その両端部が対向する方向と略直交する方向の全体にわたって形成されており、
各前記スリットによって挟まれるスリット間の長さが、そのスリット間の長さに沿う方向における前記鋼板補強シートの全体の長さに対して、40%以上となるように、各前記スリットが配置されていることを特徴とする、鋼板補強シート。 - 前記スリット間の長さが、そのスリット間の長さに沿う方向における前記鋼板補強シートの全体の長さに対して、50%以上となるように、各前記スリットが配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の鋼板補強シート。
- 前記スリット間の長さが、そのスリット間の長さに沿う方向における前記鋼板補強シートの全体の長さに対して、60%以上となるように、各前記スリットが配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の鋼板補強シート。
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