JP2012206503A - Method for producing metal composite - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属複合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a metal composite.
金属材と繊維強化樹脂材とを積層及び接着した金属複合体は、金属が有する均質的な強度及び弾性率、優れた耐衝撃性、並びに熱伝導性等の特性と、繊維強化樹脂が有する優れた軽量性、比強度、比弾性率及び繊維方向による補強の異方性等の特性とを両立することができる。この金属複合体は、航空機部材、自動車部材、船舶部材、機械機構部材、ゴルフクラブ、ノートパソコン及びビデオカメラなどの電子機器の部材などの多様な用途に用いられている(特許文献1〜5を参照)。
A metal composite in which a metal material and a fiber reinforced resin material are laminated and bonded has characteristics such as homogeneous strength and elastic modulus, excellent impact resistance, and heat conductivity that the metal has, and excellent properties that the fiber reinforced resin has. Furthermore, it is possible to achieve both the lightness, the specific strength, the specific elastic modulus, and the properties such as the anisotropy of reinforcement depending on the fiber direction. This metal composite is used for various applications such as aircraft members, automobile members, ship members, mechanical mechanism members, golf clubs, notebook computers, video cameras, and other electronic equipment members (see
従来、このような金属複合体を製造する場合には、金属材を所定の形状に成形した後、成形された金属材と強化繊維及び熱硬化性樹脂を含むシート状基材とを積層し、その状態で熱硬化性樹脂を硬化させる方法によるのが一般的であった。例えば、特許文献4では、成形された後の金属パイプに、強化繊維および熱硬化樹脂を注入して硬化させることにより複合構造材を製造している。 Conventionally, when producing such a metal composite, after forming the metal material into a predetermined shape, the formed metal material and a sheet-like base material containing reinforcing fibers and a thermosetting resin are laminated, It was common to use a method of curing the thermosetting resin in that state. For example, in Patent Document 4, a composite structural material is manufactured by injecting reinforcing fibers and a thermosetting resin into a metal pipe after being molded and curing the same.
また、二つ以上の金属材を、熱硬化性樹脂を介して接着した金属複合材を製造する場合にも、同様に金属材をそれぞれ所定形状に成形した後、金属材と金属材の間に熱硬化性樹脂を配置し、熱硬化性樹脂の硬化により金属材を接着することが一般的であった。 Also, in the case of manufacturing a metal composite material in which two or more metal materials are bonded via a thermosetting resin, after the metal materials are similarly molded into a predetermined shape, It has been common to place a thermosetting resin and bond a metal material by curing the thermosetting resin.
しかしながら、このような製造方法では、金属材の成形工程と、複合化される他の構造部材の成形工程とが必須であり、十分に高い製造効率が得られないという問題がある。また、金属材を複雑形状に成形した後で熱硬化性樹脂を配置するため、製造工程の中で接着強度を保証することが困難であり、例えば一部でも熱硬化性樹脂が十分に配置されていないと、金属材が剥離するなど、金属複合体の使用時に問題が生じる恐れがある。 However, in such a manufacturing method, the metal material forming step and the forming step of another structural member to be combined are essential, and there is a problem that sufficiently high manufacturing efficiency cannot be obtained. In addition, since the thermosetting resin is arranged after the metal material is molded into a complicated shape, it is difficult to guarantee the adhesive strength in the manufacturing process. For example, even part of the thermosetting resin is sufficiently arranged. If not, problems such as peeling of the metal material may occur when the metal composite is used.
本発明の課題は、金属材同士、又は金属材と他の構造材とを樹脂硬化層を介して複合化した金属複合体の製造方法であって、金属材の複雑形状への加工性と短時間での複合化を容易に達成し、且つ、接着強度に優れる金属複合体を製造可能な、製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is a method for producing a metal composite in which metal materials or a metal material and another structural material are compounded via a resin hardened layer, and the processability and shortness of the metal material into a complex shape are reduced. It is an object of the present invention to provide a production method capable of producing a metal composite that easily achieves composite in time and is excellent in adhesive strength.
本発明は、前記した課題を解決するため、次の構成を有する。すなわち、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂からなる群より選択される少なくとも一種である熱硬化性樹脂を含むシート状基材と、該シート状基材に接するように配置または積層された金属材とを備えるプリフォームを加熱及び加圧により成形して、金属材と該金属材に沿って設けられた樹脂硬化層とを備える金属複合体を製造する方法であって、プリフォームを成形金型内に配置し、金属材の表面温度が180℃を超えるまで加熱するとともに、熱硬化性樹脂を半硬化させる第1の工程と、第1の工程で加熱されたプリフォームを圧力P2の加圧により金属複合体に成形する第2の工程と、第2の工程で成形された金属複合体を、圧力P3の加圧下において、金属材の表面温度が180℃以下となるまで冷却する第3の工程とを備える、金属複合体の製造方法である。 In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configuration. That is, a sheet-like base material containing a thermosetting resin that is at least one selected from the group consisting of an epoxy resin, a phenol resin, a benzoxazine resin, and an unsaturated polyester resin, and placed in contact with the sheet-like base material A method for producing a metal composite comprising a metal material and a cured resin layer provided along the metal material by forming a preform comprising the laminated metal material by heating and pressing. The reform is placed in a molding die and heated until the surface temperature of the metal material exceeds 180 ° C, and the preform heated in the first step is semi-cured with the thermosetting resin. The second step of forming the metal composite by pressurization with the pressure P2 and the metal composite formed in the second step under the pressure P3, the surface temperature of the metal material is 180 ° C. or higher. And a third step of cooling to the bottom.
従来、上記のような熱硬化性樹脂を硬化させる場合、硬化反応の急激な進行による暴走を避けるため、加熱温度は高くても180℃以下とすることが一般的である。このような事情は、金属複合体の製造においても同様であり、通常、熱硬化性樹脂を、180℃を超える温度で硬化させると、硬化反応が急激に進行して金属複合体の成形を阻害することが考えられる。 Conventionally, when the thermosetting resin as described above is cured, in order to avoid runaway due to rapid progress of the curing reaction, the heating temperature is generally set to 180 ° C. or less at the highest. This situation is the same in the production of metal composites. Normally, when a thermosetting resin is cured at a temperature exceeding 180 ° C., the curing reaction rapidly proceeds to inhibit the formation of the metal composite. It is possible to do.
さらに、金属材の熱間加工には高い圧力が必要であり、高い圧力で高温に加熱すると、成形金型の外へ熱硬化性樹脂が過剰に流出してしまい、金属複合体の成形を阻害することが考えられる。 In addition, high pressure is required for hot working of metal materials, and if it is heated to high temperature with high pressure, the thermosetting resin will flow out of the molding die excessively, hindering the molding of metal composites. It is possible to do.
しかしながら、本発明においては、第1の工程でプリフォームにおける金属材の表面温度を、180℃を超える温度まで加熱して熱硬化性樹脂の硬化反応をある程度進行させるため、続く第2の工程で金属を熱間加工しても、そのときの圧力で成形金型の外へ熱硬化性樹脂が過剰に流出することがなく、かつ金属材と樹脂硬化層との強固な接着構造を形成することができる。 However, in the present invention, in the first step, the surface temperature of the metal material in the preform is heated to a temperature exceeding 180 ° C. so that the curing reaction of the thermosetting resin proceeds to some extent. Even if the metal is hot-worked, the thermosetting resin does not flow out of the molding die excessively by the pressure at that time, and a strong adhesive structure between the metal material and the cured resin layer is formed. Can do.
金属の熱間加工を行う場合、180℃以下の温度では金属材の成形性に劣り、複雑形状への成形が困難であったところ、本発明では金属材を、180℃を超える温度に加熱しているため、金属材を十分に軟化させることができ、複雑形状を容易に成形することができる。さらに、熱硬化性樹脂を常に180℃を超える温度に曝す必要がないため、従来のような硬化反応の急激な進行を抑制することができる。 When performing hot working of metal, the metal material is inferior in moldability at a temperature of 180 ° C. or less and difficult to form into a complicated shape. In the present invention, the metal material is heated to a temperature exceeding 180 ° C. Therefore, the metal material can be sufficiently softened and a complicated shape can be easily formed. Furthermore, since it is not always necessary to expose the thermosetting resin to a temperature exceeding 180 ° C., it is possible to suppress the rapid progress of the curing reaction as in the prior art.
本発明によれば、金属材と樹脂硬化層との間には強固な接着構造が形成されるが、この理由としては、金属材の表面の粗大または微細な凹凸形状に沿って熱硬化性樹脂が充填して硬化したことで、金属材との化学的・物理的結合力が高められたためと考えられる。 According to the present invention, a strong adhesion structure is formed between the metal material and the resin cured layer. The reason for this is that the thermosetting resin is along the rough or fine uneven shape of the surface of the metal material. It is considered that the chemical and physical bonding strength with the metal material was enhanced by filling and curing.
さらには、第3の工程において、金属複合体が加圧下で冷却されることにより、金属複合体内の残留応力が効果的に緩和される。 Furthermore, in the third step, the residual stress in the metal composite is effectively relieved by cooling the metal composite under pressure.
以上のように、本発明に係る方法によれば、金属材の複雑形状への加工性と短時間での複合化を容易に達成し、且つ、接着強度に優れる金属複合体を製造可能である。 As described above, according to the method of the present invention, it is possible to easily achieve the workability of a metal material into a complex shape and to combine it in a short time, and to manufacture a metal composite having excellent adhesive strength. .
本発明の製造方法において、シート状基材は、130℃で10分間加熱したときに、そこに含まれる熱硬化性樹脂が硬化状態になるものであることが好ましい。このような製造方法によれば、成形サイクルを短縮することができる。 In the production method of the present invention, it is preferable that the sheet-like substrate is one in which the thermosetting resin contained therein is cured when heated at 130 ° C. for 10 minutes. According to such a manufacturing method, a molding cycle can be shortened.
本発明の製造方法においては、第1の工程において、金属材の表面温度が200〜300℃となるまで加熱することが好ましく、プリフォームを配置する際の成形金型が、200〜300℃の表面温度を有することが好ましい。このような製造方法によれば、金属材の軟化により、複雑形状への成形が一層容易となり、簡便な手法によりプリフォームを加熱することが可能となる。 In the production method of the present invention, in the first step, it is preferable to heat until the surface temperature of the metal material becomes 200 to 300 ° C., and the molding die for placing the preform is 200 to 300 ° C. Preferably it has a surface temperature. According to such a manufacturing method, the metal material is softened so that it can be more easily formed into a complicated shape, and the preform can be heated by a simple method.
第1の工程、第2の工程、及び第3の工程を同一の成形金型内で行うことが好ましい。これにより、前記プリフォームの成形と熱硬化性樹脂の硬化が1工程で行われるため、より高い生産性と経済性で金属複合体を製造することができる。 The first step, the second step, and the third step are preferably performed in the same molding die. Thereby, since shaping | molding of the said preform and hardening of a thermosetting resin are performed by 1 process, a metal composite body can be manufactured with higher productivity and economical efficiency.
第2の工程及び/又は第3の工程において、熱硬化性樹脂が硬化状態となることが好ましい。このような製造方法によれば、プリフォームの成形と熱硬化性樹脂の硬化とが同時進行的に行われるため、より高い生産性で金属複合体を製造することができる。 In the second step and / or the third step, the thermosetting resin is preferably in a cured state. According to such a manufacturing method, since the molding of the preform and the curing of the thermosetting resin are performed simultaneously, the metal composite can be manufactured with higher productivity.
圧力P3は圧力P2以上であることが好ましい。これにより、冷却による反りや歪みを抑制することができる。 The pressure P3 is preferably equal to or higher than the pressure P2. Thereby, the curvature and distortion by cooling can be suppressed.
圧力P2は3〜30MPaであることが好ましい。これにより金属材の成形がより容易になる。 The pressure P2 is preferably 3 to 30 MPa. This makes it easier to form the metal material.
金属材の表面温度が180℃を超える温度から180℃以下まで降下するまでの時間が3分以内であることが好ましい。このような製造方法により、成形サイクルを一層短縮することができる。 It is preferable that the time until the surface temperature of the metal material falls from a temperature exceeding 180 ° C. to 180 ° C. or less is within 3 minutes. With such a manufacturing method, the molding cycle can be further shortened.
第2の工程及び/又は第3の工程において、プリフォームのエッジがヘミング加工又は圧接加工されることが好ましい。このような製造方法によれば、金属複合体の末端部の美観が良好となるとともに、金属材と樹脂硬化層との接合がより強固なものとなる。 In the second step and / or the third step, it is preferable that the edge of the preform is hemmed or pressed. According to such a manufacturing method, the appearance of the end portion of the metal composite is improved, and the bonding between the metal material and the cured resin layer becomes stronger.
本発明に係る方法は、第3の工程の後、金属複合体をアフターキュアする工程を更に備えることが好ましい。このような製造方法によれば、成形金型の拘束時間を低減することができるとともに、金属材と樹脂硬化層との接着性が一層向上する。 The method according to the present invention preferably further comprises a step of after-curing the metal composite after the third step. According to such a manufacturing method, the restraint time of the molding die can be reduced, and the adhesion between the metal material and the cured resin layer is further improved.
シート状基材は、好ましくは、繊維基材及び該繊維基材に含浸した前記熱硬化性樹脂を含むプリプレグである。このようなシート状基材は、成形後に繊維強化複合材料として機能する。そのため、このような製造方法により得られる金属複合体は、金属材と繊維強化複合材料との積層体となり、優れた軽量性と高い力学特性とを満足することができる。 The sheet-like substrate is preferably a prepreg containing a fiber substrate and the thermosetting resin impregnated in the fiber substrate. Such a sheet-like substrate functions as a fiber-reinforced composite material after molding. Therefore, the metal composite obtained by such a manufacturing method becomes a laminate of a metal material and a fiber-reinforced composite material, and can satisfy excellent lightness and high mechanical properties.
熱硬化性樹脂は、硬化促進剤を添加することが好ましい。このような製造方法により、上記熱硬化性樹脂の硬化反応を促進させ、成形サイクルを一層短縮することができる。 It is preferable to add a curing accelerator to the thermosetting resin. By such a manufacturing method, the curing reaction of the thermosetting resin can be promoted, and the molding cycle can be further shortened.
金属材が、0.1〜1mmの厚みを有する板状体であることが好ましい。このような金属材を用いて製造されることで、金属材の成形性を高め、複雑形状への成形を一層容易となる。 The metal material is preferably a plate-like body having a thickness of 0.1 to 1 mm. Manufacture using such a metal material improves the moldability of the metal material, and makes it easier to form a complex shape.
金属材は、シート状基材と接する面において、物理的、化学的又は電気的に表面粗化されていることが好ましい。このような金属材によれば、金属材と樹脂硬化層との接着性に一層優れる金属複合体が製造される。 The metal material is preferably roughened physically, chemically or electrically on the surface in contact with the sheet-like substrate. According to such a metal material, a metal composite that is further excellent in adhesiveness between the metal material and the cured resin layer is manufactured.
金属材は、シート状基材と接する面において、0.01〜100μmの孔が複数形成されていることが好ましい。このような金属材によれば、金属材と樹脂硬化層との接着性に一層優れる金属複合体が製造される。 The metal material preferably has a plurality of 0.01 to 100 μm holes formed on the surface in contact with the sheet-like substrate. According to such a metal material, a metal composite that is further excellent in adhesiveness between the metal material and the cured resin layer is manufactured.
金属材を形成する金属が、アルミニウム合金、マグネシウム合金及びチタン合金からなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。このような金属材は、前記製造方法において複雑形状への成形を特に容易に行うことができる。 The metal forming the metal material is preferably at least one selected from the group consisting of an aluminum alloy, a magnesium alloy, and a titanium alloy. Such a metal material can be particularly easily formed into a complicated shape in the manufacturing method.
プリフォームが、シート状基材の両面にそれぞれ金属材が積層されて構成されるサンドイッチ構造を有することが好ましい。このようなプリフォームによれば、樹脂硬化層の両面に金属材が積層されたサンドイッチ構造を有する金属複合体が製造される。このような製造方法によると、二つの金属材をそれぞれ個別に成形して熱硬化性樹脂で接着するような方法と比べて、金属複合体としての寸法精度に優れ、かつ高い生産性と経済性で金属複合体を製造することができる。 It is preferable that the preform has a sandwich structure in which metal materials are laminated on both sides of a sheet-like substrate. According to such a preform, a metal composite having a sandwich structure in which metal materials are laminated on both surfaces of the cured resin layer is manufactured. According to such a manufacturing method, compared to a method in which two metal materials are individually molded and bonded with a thermosetting resin, the dimensional accuracy as a metal composite is excellent, and high productivity and economy are achieved. A metal composite can be manufactured.
本発明の方法によれば、例えば、金属材と樹脂硬化層との接着強度が10MPa以上である金属複合体を製造することができる。 According to the method of the present invention, for example, a metal composite having an adhesive strength between a metal material and a cured resin layer of 10 MPa or more can be produced.
本発明はまた、上記した方法によって得ることのできる金属複合体を具備する、電子機器筐体に関する。 The present invention also relates to an electronic device casing comprising a metal composite that can be obtained by the above-described method.
本発明によれば、金属材同士、または金属材と他の構造材とを樹脂硬化層を介して複合化した金属複合体の製造方法であって、金属材の複雑形状への加工性と短時間での複合化とを容易に達成し、且つ、接着強度に優れる金属複合体を製造可能な、製造方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a method for producing a metal composite in which metal materials or a metal material and another structural material are compounded via a resin hardened layer. There is provided a production method capable of producing a metal composite that easily achieves composite in time and is excellent in adhesive strength.
本発明に係る成形体の製造方法の好適な実施形態について以下に説明する。 A preferred embodiment of the method for producing a molded body according to the present invention will be described below.
本実施形態においては、後述する第1の工程、第2の工程、及び第3の工程を備える方法により、熱硬化性樹脂を含むシート状基材とシート状基材に接するように配置または積層された金属材とを備えるプリフォームを加熱及び加圧により成形して、金属材と金属材に沿って設けられた樹脂硬化層とを備える金属複合体が製造される。 In this embodiment, it arrange | positions or laminates | stacks so that a sheet-like base material containing a thermosetting resin and a sheet-like base material may be contact | adhered by the method provided with the 1st process, 2nd process, and 3rd process which are mentioned later. A preform including the formed metal material is molded by heating and pressurizing to produce a metal composite including the metal material and a cured resin layer provided along the metal material.
(シート状基材)
シート状基材は、熱硬化性樹脂を含有する。後述する第1の工程で該熱硬化性樹脂の硬化反応が開始される。シート状基材は、後述する第2の工程で金属材とともに成形され、金属複合体における樹脂硬化層を形成する。
(Sheet substrate)
The sheet-like substrate contains a thermosetting resin. The curing reaction of the thermosetting resin is started in the first step described later. A sheet-like base material is shape | molded with a metal material at the 2nd process mentioned later, and forms the resin cured layer in a metal composite.
シート状基材は、熱硬化性樹脂を含み、シート状で取り扱うために加工した材料であれば特に制限はない。シート状基材は、例えば離型紙等の上にコーティングした樹脂フィルムであってもよく、繊維基材及び該繊維基材に含浸した熱硬化性樹脂を含むプリプレグであってもよい。このとき、プリプレグにおいて、熱硬化性樹脂の含浸の状態は特に制限されず、ボイドがない完全含浸状態、繊維基材の内部に全体的にボイドを有する半含浸状態、繊維基材に不均一に含浸部と未含浸部を有する部分含浸状態、さらには基材の表層部に熱硬化性樹脂が付着し固定されている状態であってもよい。 The sheet-like substrate is not particularly limited as long as it is a material containing a thermosetting resin and processed for handling in a sheet form. The sheet-like substrate may be, for example, a resin film coated on a release paper or the like, or a prepreg containing a fiber substrate and a thermosetting resin impregnated in the fiber substrate. At this time, in the prepreg, the state of impregnation of the thermosetting resin is not particularly limited, a complete impregnation state without voids, a semi-impregnation state having voids entirely inside the fiber base material, and unevenness in the fiber base material It may be in a partially impregnated state having an impregnated part and an unimpregnated part, or in a state where a thermosetting resin is adhered and fixed to the surface layer part of the substrate.
熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂からなる群より選択される少なくとも一種を用いる。このような熱硬化性樹脂を用いることにより、生産性と経済性に優れた金属複合体を得ることができる。なかでも、接着強度の高さと、最終製品が使用される環境に応じて設計の自由度の高さからエポキシ樹脂が好ましく用いられる。エポキシ樹脂としては、分子内にエポキシ基を2個以上有するエポキシ樹脂が挙げられる。エポキシ樹脂は、好ましくは、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン骨格を有するエポキシ樹脂、フェノール化合物とジシクロペンタジエンの共重合体を原料とするエポキシ樹脂、ジグリシジルレゾルシノール、テトラキス(グリシジルオキシフェニル)エタン、トリス(グリシジルオキシフェニル)メタンのようなグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾール、テトラグリシジルキシレンジアミンのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、イソシアネート変性エポキシ樹脂およびこれらの混合物から選ばれる。エポキシ樹脂は、これらの樹脂単独でも混合でもよい。特に、耐熱性、機械特性のバランスがとれた複合材料を要する場合には、3官能以上の多官能エポキシ樹脂と、2官能エポキシ樹脂との組み合わせ、例えば、多官能エポキシ樹脂であるフェノールノボラック型エポキシ樹脂と、2官能エポキシ樹脂であるビスフェノールA型エポキシ樹脂又はビスフェノールF型エポキシ樹脂とを組み合わせることが好ましい。 As the thermosetting resin, at least one selected from the group consisting of an epoxy resin, a phenol resin, a benzoxazine resin, and an unsaturated polyester resin is used. By using such a thermosetting resin, a metal composite excellent in productivity and economy can be obtained. Among these, an epoxy resin is preferably used because of its high adhesive strength and a high degree of design freedom according to the environment in which the final product is used. As an epoxy resin, the epoxy resin which has 2 or more of epoxy groups in a molecule | numerator is mentioned. The epoxy resin is preferably a bisphenol A type epoxy resin, a bisphenol F type epoxy resin, a bisphenol S type epoxy resin, a novolac type epoxy resin, a naphthalene type epoxy resin, an epoxy resin having a fluorene skeleton, a phenol compound and dicyclopentadiene. Polymer-based epoxy resin, diglycidyl resorcinol, glycidyl ether type epoxy resin such as tetrakis (glycidyloxyphenyl) ethane, tris (glycidyloxyphenyl) methane, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, triglycidylamino Glycidylamine type epoxy resins such as cresol, tetraglycidylxylenediamine, biphenyl type epoxy resins, isocyanate modified resins Carboxymethyl selected from resins and mixtures thereof. Epoxy resins may be used alone or in combination. In particular, when a composite material having a good balance between heat resistance and mechanical properties is required, a combination of a trifunctional or higher polyfunctional epoxy resin and a bifunctional epoxy resin, for example, a phenol novolac type epoxy that is a polyfunctional epoxy resin. It is preferable to combine the resin with a bisphenol A type epoxy resin or a bisphenol F type epoxy resin which is a bifunctional epoxy resin.
通常、熱硬化性樹脂には、硬化剤が添加され、樹脂組成物として熱硬化性が付与されている。 Usually, a curing agent is added to the thermosetting resin, and thermosetting is imparted to the resin composition.
シート状基材は、130℃で10分間加熱されたときに、そこに含まれる熱硬化性樹脂が硬化状態になるものであることが好ましい。適正な硬化特性のシート状基材を得るため、熱硬化性樹脂に添加する硬化剤が選択される。硬化剤の種類は、熱硬化性樹脂の種類に応じて適宜変更することができる。例えば、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、硬化剤としては、アミン化合物、酸無水物、フェノール類、メルカプタン、イソシアネートなどの重付加型の重合をする硬化剤、3級アミン、イミダゾール、ルイス酸などのアニオン重合またはカチオン重合の開始剤として機能する硬化剤が例示できる。とりわけアミン化合物は、用途に応じて設計の自由度が高く好ましい。 The sheet-like substrate is preferably such that when it is heated at 130 ° C. for 10 minutes, the thermosetting resin contained therein is cured. In order to obtain a sheet-like base material having appropriate curing characteristics, a curing agent to be added to the thermosetting resin is selected. The kind of hardening | curing agent can be suitably changed according to the kind of thermosetting resin. For example, when an epoxy resin is used as the thermosetting resin, the curing agent is a curing agent that polymerizes polyaddition type amine compounds, acid anhydrides, phenols, mercaptans, isocyanates, etc., tertiary amines, imidazole, Lewis Examples thereof include a curing agent that functions as an initiator for anionic polymerization or cationic polymerization of acid or the like. In particular, an amine compound is preferable because it has a high degree of design freedom depending on the application.
アミン系硬化剤とは、硬化剤分子中に窒素原子を有する硬化剤をいう。かかる硬化剤としては、例えば、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、m−フェニレンジアミン、m−キシリレンジアミン、ジエチルトルエンジアミンのような活性水素を有する芳香族ポリアミン化合物、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミン、ビス(アミノメチル)ノルボルナン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ポリエチレンイミンのダイマー酸エステルのような活性水素を有する脂肪族アミン、これらの活性水素を有するアミンにエポキシ化合物、アクリロニトリル、フェノールとホルムアルデヒド、チオ尿素などの化合物を反応させて得られる変性アミン、ジメチルアニリン、ジメチルベンジルアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールや1置換イミダゾールのような活性水素を持たない第三アミン、ジシアンジアミド、テトラメチルグアニジン、アジピン酸ヒドラジドやナフタレンジカルボン酸ヒドラジドのようなポリカルボン酸ヒドラジド、三フッ化ホウ素エチルアミン錯体のようなルイス酸錯体などがある。 The amine curing agent refers to a curing agent having a nitrogen atom in the curing agent molecule. Examples of the curing agent include 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, m-phenylenediamine, m-xylylenediamine, and diethyltoluenediamine. Aromatic polyamine compounds having active hydrogen, diethylenetriamine, triethylenetetramine, isophoronediamine, bis (aminomethyl) norbornane, bis (4-aminocyclohexyl) methane, aliphatic having active hydrogen such as dimer acid ester of polyethyleneimine Amines, modified amines obtained by reacting these amines with active hydrogen with compounds such as epoxy compounds, acrylonitrile, phenol and formaldehyde, thiourea, dimethylaniline, dimethylbenzylamine Polycarboxylic acid hydrazides, such as 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol and tertiary amines such as monosubstituted imidazoles, dicyandiamide, tetramethylguanidine, adipic acid hydrazide and naphthalenedicarboxylic acid hydrazide And Lewis acid complexes such as boron trifluoride ethylamine complex.
アミン系硬化剤としては、上記のうち、ジシアンジアミド、芳香族ポリアミン化合物が好ましく用いられる。ジシアンジアミドまたは芳香族ポリアミン化合物を用いると、熱硬化性樹脂から弾性率、耐熱性の高い硬化物が得られるようになる。中でも、ジシアンジアミド、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホンは、耐熱性、特に耐湿耐熱性に優れる樹脂組成物が得られること、エポキシ樹脂中に混合し一液化した場合に優れた貯蔵安定性を有すること、等の理由から特に好ましい。 Of the above, dicyandiamide and aromatic polyamine compounds are preferably used as the amine curing agent. When dicyandiamide or an aromatic polyamine compound is used, a cured product having a high elastic modulus and heat resistance can be obtained from the thermosetting resin. Among them, dicyandiamide, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, and 4,4′-diaminodiphenylsulfone can be used to obtain a resin composition having excellent heat resistance, particularly moisture and heat resistance, and when mixed into an epoxy resin into a single solution It is particularly preferable because it has excellent storage stability.
熱硬化性樹脂には、硬化剤に加えて、硬化活性を高めるために適当な硬化促進剤を添加することができる。例えば、ジシアンジアミドに、3−フェニル−1,1−ジメチル尿素、3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素(DCMU)、3−(3−クロロ−4−メチルフェニル)−1,1−ジメチル尿素、2,4−ビス(3,3−ジメチルウレイド)トルエンのような尿素誘導体やイミダゾール誘導体を硬化促進剤として好適に組み合わせることができる。特に、ジシアンジアミドと1分子中にウレア結合を2個以上有する化合物との組み合わせが好ましい。1分子中にウレア結合を2個以上有する化合物としては、1,1’−4(メチル−m−フェニレン)ビス(3,3−ジメチルウレア)あるいは4,4’−メチレンビス(フェニルジメチルウレア)が好ましい。これらの化合物を用いた場合、厚みの薄い板での難燃性が大幅に向上し、電気・電子材料用途等に応用した場合、特に好ましい。 In addition to the curing agent, an appropriate curing accelerator can be added to the thermosetting resin in order to increase the curing activity. For example, to dicyandiamide, 3-phenyl-1,1-dimethylurea, 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea (DCMU), 3- (3-chloro-4-methylphenyl) -1 , 1-dimethylurea, urea derivatives such as 2,4-bis (3,3-dimethylureido) toluene and imidazole derivatives can be suitably combined as a curing accelerator. In particular, a combination of dicyandiamide and a compound having two or more urea bonds in one molecule is preferable. Examples of the compound having two or more urea bonds in one molecule include 1,1′-4 (methyl-m-phenylene) bis (3,3-dimethylurea) or 4,4′-methylenebis (phenyldimethylurea). preferable. When these compounds are used, the flame retardancy of a thin plate is greatly improved, and it is particularly preferable when applied to electrical / electronic material applications.
このほかには、芳香族アミンに三フッ化ホウ素エチルアミン錯体を硬化促進剤として組合せる例があげられる。 In addition, there is an example in which an aromatic amine is combined with a boron trifluoride ethylamine complex as a curing accelerator.
硬化剤として、70〜125℃で活性化する潜在性硬化剤を用いることもできる。ここで、70〜125℃で活性化するとは、反応開始温度が70〜125℃の範囲にあることをいう。かかる反応開始温度(以下、活性化温度という)は示差走査熱量分析(以下、DSCという)により求めることができる。具体的には、エポキシ当量184〜194程度のビスフェノールA型エポキシ樹脂100重量部に評価対象の硬化剤10重量部を加えたエポキシ樹脂組成物について、DSCにより得られる発熱曲線の変曲点の接線とベースラインの接線の交点から求められる。かかる活性化温度が70℃未満であると保存安定性が十分でない場合があり、125℃を超えると期待されるような硬化性が得られない場合がある。 As the curing agent, a latent curing agent activated at 70 to 125 ° C. can also be used. Here, activating at 70-125 degreeC means that reaction start temperature exists in the range of 70-125 degreeC. Such reaction initiation temperature (hereinafter referred to as activation temperature) can be determined by differential scanning calorimetry (hereinafter referred to as DSC). Specifically, for an epoxy resin composition obtained by adding 10 parts by weight of the curing agent to be evaluated to 100 parts by weight of a bisphenol A type epoxy resin having an epoxy equivalent of about 184 to 194, the tangent of the inflection point of the exothermic curve obtained by DSC And the tangent of the baseline. When the activation temperature is less than 70 ° C, the storage stability may not be sufficient, and the curability as expected when the activation temperature exceeds 125 ° C may not be obtained.
70〜125℃で活性化する潜在性硬化剤としては、かかる活性化温度を有するものであれば特に限定されないが、例えば、アミンアダクト型潜在性硬化剤、マイクロカプセル型潜在性硬化剤、アミンイミド、ブロックイソシアネート、エポキシ基にカルバミン酸エステルを反応させオキサゾリジノン環とした化合物、ビニルエーテルブロックカルボン酸、イミダゾールとカルボン酸との塩、アミンのカルバミン塩、オニウム塩などが挙げられる。 The latent curing agent activated at 70 to 125 ° C. is not particularly limited as long as it has such an activation temperature. For example, an amine adduct type latent curing agent, a microcapsule type latent curing agent, an amine imide, Examples thereof include blocked isocyanates, compounds obtained by reacting an epoxy group with a carbamic acid ester to form an oxazolidinone ring, vinyl ether blocked carboxylic acids, salts of imidazole and carboxylic acid, amine carbamine salts, onium salts, and the like.
アミンアダクト型潜在性硬化剤とは、一級、二級もしくは三級アミノ基をもつ化合物や、種々のイミダゾール化合物などの活性成分を、それらの化合物と反応しうる何らかの化合物と反応させることによって高分子量化し、保存温度にて不溶化したもののことをいう。アミンアダクト型潜在性硬化剤としては、“アミキュア”(登録商標)PN−23、MY−24(以上、味の素ファインテクノ(株)製)、“アデカハードナー”(登録商標)EH−3293S,EH−3615S、EH−4070S(以上、旭電化工業(株)製)、“フジキュアー”(登録商標)FXE1000,FXR−1020(以上、富士化成工業(株)製)などを用いることができ、マイクロカプセル型潜在性硬化剤としては、“ノバキュア”(登録商標)HX−3721、HX−3722(旭化成工業(株)製)などを用いることができる。これらの中でも、特に“アミキュア”PN−23のようなアミンアダクト型潜在性硬化剤は、室温での優れた保存安定性を有しかつ速硬化性が顕著なため好ましく用いることができる。 An amine adduct type latent curing agent is a compound having a high molecular weight by reacting an active ingredient such as a compound having a primary, secondary or tertiary amino group or various imidazole compounds with any compound capable of reacting with those compounds. Means that it has become insoluble at storage temperature. As the amine adduct type latent curing agent, “Amicure” (registered trademark) PN-23, MY-24 (above, manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.), “Adeka Hardener” (registered trademark) EH-3293S, EH- 3615S, EH-4070S (Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.), "Fuji Cure" (registered trademark) FXE1000, FXR-1020 (Fuji Kasei Kogyo Co., Ltd.), etc. can be used. As the latent curing agent, “Novacure” (registered trademark) HX-3721, HX-3722 (manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd.) and the like can be used. Among these, an amine adduct type latent curing agent such as “Amicure” PN-23 has excellent storage stability at room temperature and remarkable rapid curability, and can be preferably used.
マイクロカプセル型潜在性硬化剤とは、硬化剤を核とし、これをエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン系、ポリイミドなどの高分子物質や、サイクロデキストリン等をシェルとして被膜したりすることにより、エポキシ樹脂と硬化剤との接触を減少させたものである。 A microcapsule type latent curing agent is an epoxy resin that is formed by coating a curing agent as a core and polymer material such as epoxy resin, polyurethane resin, polystyrene, polyimide, or cyclodextrin as a shell. And the contact with the curing agent is reduced.
硬化剤が70〜125℃で活性化する潜在性硬化剤に特定の硬化剤を組み合わせると、低温で速硬化が可能となる。例えば、“アミキュア”PN−23などの潜在性硬化剤にバジンジヒドラジドなどの有機酸ジヒドラジドを組み合わせた硬化剤系や、潜在性硬化剤にDCMUなどの硬化促進剤を組み合わせた硬化剤系は、110℃に10分程度で硬化が可能となり好ましく用いられる。 When a specific curing agent is combined with a latent curing agent which is activated at 70 to 125 ° C., rapid curing can be performed at a low temperature. For example, a curing agent system in which an organic acid dihydrazide such as bazine dihydrazide is combined with a latent curing agent such as “Amicure” PN-23, or a curing agent system in which a curing accelerator such as DCMU is combined with a latent curing agent is 110 It is preferably used because it can be cured at about 10 minutes.
上記特許文献6記載のアミン化合物とエポキシ樹脂と尿素を加熱反応させてなる硬化剤化合物、上記特許文献7記載のN、N−ジアルキルアミノアルキルアミンと活性水素を持つ窒素原子を有する環状アミンとイソシアネート、或いはさらにエポキシドとを加熱反応させて得られた硬化性化合物、上記特許文献8記載の特定のアミン化合物をコアとし、それとエポキシ樹脂の反応生成物をシェルとしてなるマスターバッチ型硬化剤等も用いることができる。これらを単独または複数組み合わせてもよい。
Curing agent compound obtained by heating reaction of amine compound, epoxy resin and urea described in
熱硬化性樹脂には、以上挙げた成分以外の成分を添加していてもよい。例えば、粘弾性制御や靭性付与のために熱可塑性樹脂を熱硬化性樹脂に配合することができる。難燃性を向上させるためにハロゲン化合物、リン系化合物、窒素系化合物、金属酸化物、金属水酸化物等を熱硬化性樹脂に配合することもできる。 Components other than the above-described components may be added to the thermosetting resin. For example, a thermoplastic resin can be blended with a thermosetting resin in order to control viscoelasticity and impart toughness. In order to improve the flame retardancy, a halogen compound, a phosphorus compound, a nitrogen compound, a metal oxide, a metal hydroxide, or the like can be added to the thermosetting resin.
シート状基材がプリプレグである場合、繊維基材としては、例えば、一方向に引き揃えられた長繊維、単一のトウ、織物、ニット、不織布、マット、組み紐などの繊維構造物を用いることができる。 When the sheet-like substrate is a prepreg, as the fiber substrate, for example, a fiber structure such as long fibers aligned in one direction, a single tow, a woven fabric, a knitted fabric, a non-woven fabric, a mat, and a braid is used. Can do.
一方向プリプレグは、繊維の方向が揃っており、繊維の曲がりが少ないため繊維方向の強度利用率が高いため好ましい。また、複数の一方向プリプレグを、適切な層構成で積層したものを繊維基材として用いると、各方向の弾性率、強度を自由に制御できるため好ましい。織物プリプレグも、強度、弾性率の異方性が少ない材料が得られることから好ましい。複数種のプリプレグ、例えば一方向プリプレグと織物プリプレグの両方を用いて、繊維基材を形成することも可能である。 The unidirectional prepreg is preferable because the fiber direction is uniform and the fiber bending is small, so that the strength utilization rate in the fiber direction is high. In addition, it is preferable to use a laminate in which a plurality of unidirectional prepregs are laminated in an appropriate layer configuration as the fiber base material because the elastic modulus and strength in each direction can be freely controlled. A woven prepreg is also preferable because a material having low strength and elastic anisotropy can be obtained. It is also possible to form a fiber substrate using a plurality of types of prepregs, for example, both unidirectional prepregs and woven prepregs.
繊維基材に用いられる繊維としては特に制限はないが、いわゆる強化繊維が好ましく、材料の軽量化や高強度化の要求が高い用途において、比弾性率、比強度に優れた炭素繊維が特に好ましい。強化繊維として、炭素繊維以外にも、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、PBO繊維、高強力ポリエチレン繊維、アルミナ繊維、および炭化ケイ素繊維などの繊維を用いることができ、これらの繊維を2種以上混合して用いても構わない。 The fiber used for the fiber substrate is not particularly limited, but a so-called reinforcing fiber is preferable, and a carbon fiber excellent in specific elastic modulus and specific strength is particularly preferable in an application where there is a high demand for weight reduction and high strength of the material. . In addition to carbon fibers, fibers such as glass fibers, aramid fibers, boron fibers, PBO fibers, high-strength polyethylene fibers, alumina fibers, and silicon carbide fibers can be used as the reinforcing fibers, and two or more of these fibers can be used. You may mix and use.
熱硬化性樹脂は、繊維基材の内部まで含浸されていても良いし、シート状プリプレグの場合などはその表層に局在化されていてもよい。 The thermosetting resin may be impregnated to the inside of the fiber base material, or may be localized on the surface layer in the case of a sheet-like prepreg.
プリプレグは、熱硬化性樹脂を、メチルエチルケトン、メタノール等の溶媒に溶解して低粘度化し含浸させるウェット法や、加熱により低粘度化し、含浸させるホットメルト法等によって製造できる。 The prepreg can be produced by a wet method in which a thermosetting resin is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone and methanol to lower the viscosity and impregnation, or a hot melt method in which the viscosity is reduced by heating and impregnated.
ウェット法は、繊維基材を熱硬化性樹脂の溶液に浸漬した後、引き上げ、オーブン等を用いて溶媒を蒸発せしめ、プリプレグを得る方法である。 The wet method is a method of obtaining a prepreg by immersing a fiber base material in a solution of a thermosetting resin, then pulling it up and evaporating the solvent using an oven or the like.
ホットメルト法は、加熱により低粘度化した熱硬化性樹脂を直接繊維基材に含浸させる方法、または熱硬化性樹脂を離型紙等の上にコーティングした樹脂フィルムを作製しておき、次に繊維基材の両側若しくは片側からその樹脂フィルムを重ね、加熱加圧することにより樹脂を含浸せしめ、プリプレグを得る方法である。このホットメルト法では、プリプレグ中に溶媒が実質的に残存しないため好ましい。 The hot melt method is a method in which a fiber base material is directly impregnated with a thermosetting resin whose viscosity has been reduced by heating, or a resin film in which a thermosetting resin is coated on release paper or the like is prepared, and then a fiber is prepared. This is a method of obtaining a prepreg by laminating the resin film from both sides or one side of the substrate and impregnating the resin by heating and pressing. This hot melt method is preferable because substantially no solvent remains in the prepreg.
ホットメルト法にてプリプレグを得る場合には、樹脂フィルムをコーティングする工程における熱硬化性樹脂の温度は30〜80℃であることが好ましく、40〜70℃であることがより好ましい。温度が30℃未満であると粘度が高くなって樹脂フィルムの目付が安定しない場合があり、80℃を超えるとコーティング中に樹脂の硬化が進行して大きく粘度上昇してしまう場合がある。 When obtaining a prepreg by the hot melt method, the temperature of the thermosetting resin in the step of coating the resin film is preferably 30 to 80 ° C, and more preferably 40 to 70 ° C. If the temperature is less than 30 ° C., the viscosity may increase and the basis weight of the resin film may not be stable. If the temperature exceeds 80 ° C., curing of the resin may progress during coating and the viscosity may increase significantly.
(金属材)
金属材は、後述する第1の工程で180℃を超える温度に加熱されるとともに、後述する第2の工程で成形され、金属複合体における金属材を形成する。
金属材を形成する金属としては、アルミニウム合金、マグネシウム合金及びチタン合金からなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。例えば、アルミニウム合金としては、工業用純アルミニウムのA1050やA1100、A1200、Al−Cu系のA2017、A2024、Al−Mn系のA3003、A3004、Al−Si系のA4032、Al−Mg系のA5005、A5052、A5083、Al−Mg−Si系のA6061、A6063、Al−Zn系のA7075等が挙げられる。
マグネシウムを含むマグネシウム合金としては、例えば、Mg−Al−Zn系のAZ31やAZ61、AZ91等が挙げられる。純マグネシウムについては、板状のものは流通が乏しく、マグネシウム合金が一般的とされる。
チタン合金としては、工業用純チタンである1〜4種のTP270Hや11〜23種のパラジウムを添加した合金やコバルトとパラジウムを添加した合金、50種(α合金)、60種(α−β合金)、80種(β合金)に該当するTi−6Al−4Vなどが挙げられる。
(Metal material)
The metal material is heated to a temperature exceeding 180 ° C. in a first step described later, and is formed in a second step described later to form a metal material in the metal composite.
The metal that forms the metal material is preferably at least one selected from the group consisting of an aluminum alloy, a magnesium alloy, and a titanium alloy. For example, as aluminum alloys, industrial pure aluminum A1050, A1100, A1200, Al-Cu series A2017, A2024, Al-Mn series A3003, A3004, Al-Si series A4032, Al-Mg series A5005, A5052, A5083, Al-Mg-Si-based A6061, A6063, Al-Zn-based A7075, and the like.
Examples of magnesium alloys containing magnesium include Mg-Al-Zn-based AZ31, AZ61, and AZ91. As for pure magnesium, a plate-like one is poorly distributed, and a magnesium alloy is generally used.
Titanium alloys include industrial pure titanium 1-4 TP270H, alloys added with 11-23 palladium, alloys added with cobalt and palladium, 50 (α alloy), 60 (α-β) Alloy), Ti-6Al-4V corresponding to 80 types (β alloy), and the like.
例えば、銅やステンレスなどの金属も好適に選択可能だが、本実施形態にかかる製造方法において、複雑形状への成形を特に容易に行うことが可能であり、比剛性の高い材料であることから、薄肉性および軽量性、高剛性を達成するために好ましい。
金属材の形状は特に制限されず、成形材料として未成形のままでもよく、目的の形状に成形されていてもよく、また目的の形状により近く予備賦形されていてもよい。経済性の観点からは、未成形の状態が好ましい。例えば、金属材は、厚みが0.1〜1mmの板状体であることが好ましい。金属材の厚みはさらに好ましくは0.3〜0.8mmである。このような金属材を用いることで、複雑形状への成形を特に容易に行うことができる。
For example, although metals such as copper and stainless steel can be suitably selected, in the manufacturing method according to the present embodiment, it can be easily formed into a complicated shape, and is a material having high specific rigidity. It is preferable for achieving thinness, lightness and high rigidity.
The shape of the metal material is not particularly limited, and may be left unmolded as a molding material, may be molded into a target shape, or may be preliminarily shaped closer to the target shape. From the viewpoint of economy, an unmolded state is preferable. For example, the metal material is preferably a plate-like body having a thickness of 0.1 to 1 mm. The thickness of the metal material is more preferably 0.3 to 0.8 mm. By using such a metal material, forming into a complicated shape can be performed particularly easily.
金属材は、物理的、化学的または電気的に表面粗化されていていてもよい。シート状基材と接する面において金属材が表面粗化されていると、金属材と樹脂硬化層との接着性に特に優れる金属複合体が製造される。表面粗化の方法は、種々の方法を採用することができる。物理的な表面粗化としては、例えば、サンドブラスト、サンドペーパーによる研磨処理等が挙げられる。化学的な表面粗化の方法としては、例えば、金属材を侵食しえる研磨液に、金属材の上記の面を浸漬する方法が挙げられる。電気的な表面粗化の方法としては、例えば、電解液に金属材の上記の面を浸漬し、電気化学的に表面を粗化する方法が挙げられる。これらの表面粗化方法は、1種または2種以上を併用してもよい。 The metal material may be surface roughened physically, chemically or electrically. When the metal material is roughened on the surface in contact with the sheet-like base material, a metal composite having particularly excellent adhesion between the metal material and the cured resin layer is produced. Various methods can be employed as the surface roughening method. Examples of physical surface roughening include sand blasting and polishing with sand paper. Examples of the chemical surface roughening method include a method of immersing the above-mentioned surface of the metal material in a polishing liquid capable of eroding the metal material. Examples of the electrical surface roughening method include a method of electrochemically roughening the surface by immersing the surface of the metal material in an electrolytic solution. These surface roughening methods may be used alone or in combination of two or more.
金属材は、シート状基材と接する面において、0.01〜100μmの孔が複数形成されていることが好ましい。0.1〜10μmの孔が複数形成されていることがより好ましい。このような金属材によれば、金属材と樹脂硬化層との接着性に一層優れる金属複合体が製造される。 The metal material preferably has a plurality of 0.01 to 100 μm holes formed on the surface in contact with the sheet-like substrate. More preferably, a plurality of 0.1 to 10 μm holes are formed. According to such a metal material, a metal composite that is further excellent in adhesiveness between the metal material and the cured resin layer is manufactured.
(プリフォーム)
プリフォームは、シート状基材と、該シート状基材に接するように配置又は積層された金属材とを備える。プリフォームは、後述する第1の工程において加熱されるとともに、後述する第2の工程において加圧成形され、金属複合体を形成する。
(preform)
The preform includes a sheet-like base material and a metal material arranged or laminated so as to be in contact with the sheet-like base material. The preform is heated in a first step described later, and is pressure-formed in a second step described later to form a metal composite.
プリフォームとしては、例えば、シート状基材に金属材を積層した二層構造を有するプリフォーム、シート状基材の両面にそれぞれ金属材を積層したサンドイッチ構造を有するプリフォーム、シート状基材の側面に金属材を突き当てた構造を有するプリフォーム等、目的とする金属複合体に応じて様々な形態のものを使用することができる。さらに、それらを応用して、シート状基材と金属材の交互積層した構造を有するプリフォームや、シート状基材の積層体に金属材を積層した構造を有するプリフォームや、これらの構造にサンドイッチ構造体で使用される芯材をさらに積層したサンドイッチ構造を有するプリフォームが例示できる。これらの積層構造を有するプリフォームにおいて、対称な積層構成を採用することが、得られる金属複合体の反りや捻れを抑制できる観点で好ましい。 Examples of the preform include a preform having a two-layer structure in which a metal material is laminated on a sheet-like base material, a preform having a sandwich structure in which metal materials are laminated on both sides of the sheet-like base material, and a sheet-like base material. Various forms such as a preform having a structure in which a metal material is abutted on the side surface can be used depending on the target metal composite. Furthermore, by applying them, a preform having a structure in which sheet-like base materials and metal materials are alternately laminated, a preform having a structure in which metal materials are laminated on a laminate of sheet-like base materials, and these structures are used. Examples thereof include a preform having a sandwich structure in which core materials used in the sandwich structure are further laminated. In a preform having these laminated structures, it is preferable to adopt a symmetrical laminated structure from the viewpoint of suppressing warpage and twisting of the resulting metal composite.
前記プリフォームの中でも、シート状基材の両面にそれぞれ金属材を積層したサンドイッチ構造体を有するプリフォーム、シート状基材の積層体の両面にそれぞれ金属材を積層したサンドイッチ構造体を有するプリフォームが好ましい。このようなプリフォームによれば、樹脂硬化層の両面に金属材が積層されたサンドイッチ構造を有する金属複合体が製造される。すなわち、このようなプリフォームを用いて本実施形態に係る製造方法を実施すると、二つの金属材をそれぞれ個別に成形して熱硬化性樹脂で接着するような方法と比べて、金属複合体としての寸法精度に優れ、かつ金属複合体を短工程で容易に製造できる。 Among the preforms, a preform having a sandwich structure in which metal materials are laminated on both sides of a sheet-like substrate, and a preform having a sandwich structure in which metal materials are laminated on both sides of a laminate of sheet-like substrates, respectively. Is preferred. According to such a preform, a metal composite having a sandwich structure in which metal materials are laminated on both surfaces of the cured resin layer is manufactured. That is, when the manufacturing method according to the present embodiment is performed using such a preform, compared to a method in which two metal materials are individually molded and bonded with a thermosetting resin, a metal composite is obtained. It is excellent in dimensional accuracy, and a metal composite can be easily manufactured in a short process.
プリフォームの厚みは、特に制限されないものの、金属複合体の複雑形状を成形する観点から、0.5〜5mmが好ましく、より好ましくは1〜3mmである。 Although the thickness of the preform is not particularly limited, it is preferably 0.5 to 5 mm, more preferably 1 to 3 mm from the viewpoint of forming a complicated shape of the metal composite.
(金属複合体の製造方法)
以下、本実施形態に係る金属複合体の製造方法の各工程について詳細に説明する。
(Metal composite manufacturing method)
Hereinafter, each process of the manufacturing method of the metal complex which concerns on this embodiment is demonstrated in detail.
第1の工程では、成形金型内に配置されたプリフォームにおける金属材を、その表面温度が180℃を超える温度に加熱するとともに、シート状基材も同時に加熱することにより熱硬化性樹脂の硬化を進行させ、熱硬化性樹脂を半硬化させる。 In the first step, the metal material in the preform placed in the molding die is heated to a temperature of which the surface temperature exceeds 180 ° C., and the sheet-like substrate is also heated at the same time. Curing is advanced and the thermosetting resin is semi-cured.
ここで、「半硬化」とは、未硬化状態と硬化状態との間にある状態を意味する。半硬化状態の熱硬化性樹脂は、ある程度の流動性を有する。例えば、熱硬化性樹脂を加熱して、経時変化による粘度カーブを測定したとき、飽和した粘度から最低粘度の差分を百分率表示し、飽和した粘度に対して10〜90%の粘度である状態を、半硬化ということができる。硬化状態は、熱硬化性樹脂が脱型により流動ないし変形しない状態であり、前記の測定により、飽和した粘度に対して90%を超える粘度である状態を、硬化状態ということができる。 Here, “semi-cured” means a state between an uncured state and a cured state. The semi-cured thermosetting resin has a certain degree of fluidity. For example, when a thermosetting resin is heated and a viscosity curve due to change over time is measured, the difference between the saturated viscosity and the minimum viscosity is displayed as a percentage, and the state is 10 to 90% of the saturated viscosity. It can be said to be semi-cured. The cured state is a state in which the thermosetting resin does not flow or deform due to demolding, and a state having a viscosity exceeding 90% with respect to the saturated viscosity can be referred to as a cured state.
また、熱硬化性樹脂のガラス転移温度(以下、Tgと省略する)から硬化状態を確認する方法も例示できる。例えば、硬化の進行にともなうTgの上昇が飽和したときのTgと、Tgの最小値(未硬化の熱硬化性樹脂のTg)とを予め測定しておき、飽和したTgからTgの最小値の差分を百分率表示し、飽和したTgに対して10〜90%のTgである状態を、半硬化ということができる。飽和したTgに対して90%を超えるTgである状態を、硬化状態ということができる。熱硬化性樹脂の加熱温度及び加熱時間とTgとの相関関係を予め測定しておき、この相関関係に基づいて、成形条件からおおよそのTgを内挿することができる。TgはDSCを用いた方法で測定することができる。 Moreover, the method of confirming a hardening state from the glass transition temperature (henceforth Tg) of a thermosetting resin can also be illustrated. For example, the Tg when the increase in Tg with progress of the saturation is saturated and the minimum value of Tg (Tg of the uncured thermosetting resin) are measured in advance, and the minimum value of Tg is determined from the saturated Tg. A state in which the difference is displayed as a percentage and the Tg is 10 to 90% with respect to the saturated Tg can be referred to as semi-curing. A state where the Tg is more than 90% with respect to the saturated Tg can be referred to as a cured state. The correlation between the heating temperature and heating time of the thermosetting resin and Tg is measured in advance, and based on this correlation, an approximate Tg can be interpolated from the molding conditions. Tg can be measured by a method using DSC.
さらには、熱硬化性樹脂のDSCで測定される発熱量から硬化状態を確認する方法も例示できる。例えば、未硬化の熱硬化性樹脂の発熱量を予め測定しておき、加熱後の熱硬化性樹脂の発熱量の割合から残存反応率が硬化状態を見積もることができる。この残存反応率が10〜90%である状態を、半硬化ということができる。10%未満である状態を、硬化状態ということができる。 Furthermore, the method of confirming a hardening state from the emitted-heat amount measured by DSC of a thermosetting resin can also be illustrated. For example, the calorific value of the uncured thermosetting resin is measured in advance, and the residual reaction rate can be estimated from the ratio of the calorific value of the thermosetting resin after heating. A state in which the residual reaction rate is 10 to 90% can be referred to as semi-curing. A state of less than 10% can be referred to as a cured state.
これらのうちいずれかの測定方法において半硬化状態といえれば、本発明においては、熱硬化性樹脂が半硬化状態であるとみなすことができる。 If it can be said that it is a semi-cured state in any of these measurement methods, in the present invention, it can be considered that the thermosetting resin is in a semi-cured state.
第1の工程を経た熱硬化性樹脂は半硬化状態にあり、第2の工程において金属材に追従して成形されるものの、過剰に流動せず、金属材に応じた形状で硬化状態となる。 The thermosetting resin that has undergone the first step is in a semi-cured state, and is molded following the metal material in the second step, but does not flow excessively and is cured in a shape according to the metal material. .
金属材を加熱する方法には特に制限はなく、例えば、180℃を超える表面温度、好ましくは200〜300℃の表面温度、より好ましくは200〜250℃の表面温度を有する成形金型を金属材と接触させる方法により金属材を加熱することができる。ここでの成形金型の表面温度は、金属複合体を成形するキャビティの温度を意味する。成形金型の表面温度を上げる方法に特に制限はなく、成形金型をホットプレス機に装着する方法、成形金型内にヒーターを埋設する方法、電磁誘導加熱やハロゲンヒーターなどで外部から直接加熱するなどの方法が例示でき、また加熱時間を短縮するたに、ヒーター、オーブン、トーチなどで予め加熱してもよい。 The method for heating the metal material is not particularly limited. For example, a molding die having a surface temperature exceeding 180 ° C, preferably a surface temperature of 200 to 300 ° C, more preferably a surface temperature of 200 to 250 ° C is used as the metal material. The metal material can be heated by a method of contacting with the metal. Here, the surface temperature of the molding die means the temperature of the cavity for molding the metal composite. There is no particular restriction on the method of raising the surface temperature of the molding die. The method of mounting the molding die on a hot press, the method of embedding a heater in the molding die, direct heating from the outside by electromagnetic induction heating, halogen heater, etc. In order to shorten the heating time, it may be preheated with a heater, oven, torch or the like.
第1の工程では、金属材の表面温度が通常は180℃を超える温度、好ましくは200〜300℃、より好ましくは200〜250℃となるようにプリフォームが加熱される。このような製造方法によれば、金属材の軟化により、続く第2の工程において複雑形状への成形が一層容易となる。金属材の表面のうち少なくとも一部が上記温度であればよいが、加圧成形により、金属複合体が変形する箇所の表面温度が上記温度であることが好ましい。 In the first step, the preform is heated so that the surface temperature of the metal material is usually higher than 180 ° C, preferably 200 to 300 ° C, more preferably 200 to 250 ° C. According to such a manufacturing method, it becomes easier to form a complicated shape in the subsequent second step by softening the metal material. Although at least a part of the surface of the metal material may be at the above temperature, it is preferable that the surface temperature of the portion where the metal complex is deformed by pressure molding is the above temperature.
第1の工程でプリフォームを加熱したときに、金属材とともに、シート状基材も加熱される。通常、シート状基材と金属材とでは温度差が生じ、シート状基材全体を上記温度まで昇温するには金属材よりも熱量が必要となるため、シート状基材が常に上記温度となることはない。このような温度差により、熱硬化性樹脂の硬化反応を適度に調整することができる。すなわち、シート状基材の熱伝導率が金属材よりも低いこと、シート状基材が金属材を介して加熱されること、シート状基材の熱源から距離が遠いこと、シート状基材の比熱が大きいことなどが、本発明の効果が奏される一因と考えられる。 When the preform is heated in the first step, the sheet-like substrate is also heated together with the metal material. Usually, a temperature difference occurs between the sheet-like base material and the metal material, and in order to raise the temperature of the entire sheet-like base material to the above temperature, a heat amount is required rather than the metal material. Never become. Such a temperature difference can moderately adjust the curing reaction of the thermosetting resin. That is, the thermal conductivity of the sheet-like base material is lower than that of the metal material, the sheet-like base material is heated via the metal material, the distance from the heat source of the sheet-like base material, A large specific heat is considered to be one of the reasons why the effects of the present invention are achieved.
第1の工程では、プリフォームを加圧することもできる。例えば、プリフォームを上下から保持するための加圧や、プリフォームを目的の形状に成形するために予備的な加圧を行うことなどが例示できる。このとき、プリフォームを加圧する圧力は、0〜3MPaが好ましく、0.2〜2MPaがより好ましい。 In the first step, the preform can be pressurized. For example, it is possible to exemplify pressurization for holding the preform from above and below, or preliminary pressurization for forming the preform into a desired shape. At this time, the pressure for pressurizing the preform is preferably 0 to 3 MPa, and more preferably 0.2 to 2 MPa.
第2の工程では、第1の工程で加熱されたプリフォームを、加圧により目的形状に成形する。好ましくは、成形金型に接している金属材の表面温度が第1の工程の加熱により180℃を超えてから、プリフォームを加圧により複合体に成形する。第2の工程では、金属材の表面温度が180℃を超えるように、好ましくは200〜250℃となるように加熱されながら、プリフォームが圧力P2で加熱される。すなわち、第1の工程で加熱された金属材は、180℃を超える温度のまま第2の工程に供されることが好ましく、200〜300℃の温度のまま第2の工程に供されることがより好ましい。 In the second step, the preform heated in the first step is formed into a target shape by pressurization. Preferably, after the surface temperature of the metal material in contact with the molding die exceeds 180 ° C. by heating in the first step, the preform is molded into a composite by pressing. In the second step, the preform is heated at the pressure P2 while being heated so that the surface temperature of the metal material exceeds 180 ° C., preferably 200 to 250 ° C. That is, the metal material heated in the first step is preferably supplied to the second step with a temperature exceeding 180 ° C., and is supplied to the second step with a temperature of 200 to 300 ° C. Is more preferable.
第2の工程は、第1の工程とは異なる成形金型内で行ってもよいが、同一の成形金型内で行うことが好ましい。 The second step may be performed in a molding die different from the first step, but is preferably performed in the same molding die.
第2の工程における圧力P2は、好ましくは3〜30MPa、より好ましくは5〜25MPaである。このような加圧により成形することで、複雑形状であっても容易に成形することができる。圧力P2は、プリフォームが目的の形状に成形されるまで上記範囲に保持されることが好ましい。プリフォームが目的の形状に成形された後、圧力を減少させてもよい。 The pressure P2 in the second step is preferably 3 to 30 MPa, more preferably 5 to 25 MPa. By molding by such pressure, even a complicated shape can be easily molded. The pressure P2 is preferably maintained in the above range until the preform is molded into a desired shape. After the preform is formed into the desired shape, the pressure may be reduced.
第2の工程及び/又は第3の工程では、プリフォームのエッジは、ヘミング加工または圧接加工されてもよい。このような加工によって、金属複合体の末端部の美観が良好となるとともに、金属材と樹脂硬化層との接合がより強固なものとなる。このような加工は、第3の工程の後に、追加の工程として実施してもよい。 In the second step and / or the third step, the edge of the preform may be hemmed or pressed. By such processing, the aesthetic appearance of the end portion of the metal composite is improved, and the bonding between the metal material and the cured resin layer becomes stronger. Such processing may be performed as an additional step after the third step.
第3の工程では、第2の工程で成形された金属複合体を、圧力P3の加圧下において、金属材の表面温度が180℃以下となるまで冷却する。第3の工程において180℃以下の温度で金属複合体が保持される時間は、好ましくは10分以内、より好ましくは5分以内、更に好ましくは3分以内である。また圧力P3は、冷却による反りや歪みを強制する観点から、圧力P2以上であることが好ましく、圧力P2を超えることがより好ましい。具体的には、圧力P3は、圧力P2に対して、好ましくは0〜10MPa、より好ましくは3〜5MPa高い圧力とするのが良く、上限については、特に限定はされないが、成形金型への過負荷を考慮すると30MPa程度が良いと考えられる。 In the third step, the metal composite formed in the second step is cooled until the surface temperature of the metal material becomes 180 ° C. or lower under pressure P3. The time during which the metal composite is held at a temperature of 180 ° C. or lower in the third step is preferably within 10 minutes, more preferably within 5 minutes, and even more preferably within 3 minutes. Further, the pressure P3 is preferably equal to or higher than the pressure P2 and more preferably higher than the pressure P2 from the viewpoint of forcing warping and distortion due to cooling. Specifically, the pressure P3 is preferably 0 to 10 MPa, more preferably 3 to 5 MPa higher than the pressure P2, and the upper limit is not particularly limited. Considering overload, about 30 MPa is considered good.
第1の工程、第2の工程及び第3の工程を同一の成形金型内で行うことが好ましい。これにより、より高い生産性と経済性で金属複合体を製造することができる。 The first step, the second step, and the third step are preferably performed in the same molding die. Thereby, a metal composite can be manufactured with higher productivity and economy.
第2の工程及び/又は第3の工程において、好ましくは、熱硬化性樹脂が、硬化状態まで硬化される。例えば、プリフォームが目的の形状に成形され、金属複合体が形成された後、そのまま成形金型内に金属複合体を保持することによって、熱硬化性樹脂を硬化することができる。第3の工程において金属複合体を180℃以下の温度で保持することによって、熱硬化性樹脂を硬化させることが好ましい。 In the second step and / or the third step, preferably, the thermosetting resin is cured to a cured state. For example, after the preform is formed into a desired shape and the metal composite is formed, the thermosetting resin can be cured by holding the metal composite in the molding die as it is. It is preferable to cure the thermosetting resin by holding the metal composite at a temperature of 180 ° C. or lower in the third step.
熱硬化性樹脂を硬化させるための保持時間は特に制限されないが、生産性の観点からは短時間であればあるほど好ましく、例えば、10分以内であることが好ましく、3分以内であることがより好ましく、1分以内であることがとりわけ好ましい。硬化反応の観点から、シート状基材の温度が好ましくは180℃以下、より好ましくは160℃以下となるように金属複合体を保持して熱硬化性樹脂を硬化させることがより好ましい。第1の工程における硬化の程度を高めることにより、第2の工程及び/又は第3の工程における硬化のための保持時間を短縮することもできる。 The holding time for curing the thermosetting resin is not particularly limited, but is preferably as short as possible from the viewpoint of productivity, for example, preferably within 10 minutes, preferably within 3 minutes. More preferably, it is particularly preferably within 1 minute. From the viewpoint of the curing reaction, it is more preferable to hold the metal composite and cure the thermosetting resin so that the temperature of the sheet-like substrate is preferably 180 ° C. or lower, more preferably 160 ° C. or lower. By increasing the degree of curing in the first step, the holding time for curing in the second step and / or the third step can also be shortened.
本実施形態に係る製造方法は、第3の工程の後に、金属複合体をアフターキュアする工程を更に備えていてもよい。アフターキュアを行う場合、熱硬化性樹脂の硬化のために金属複合体を成形金型内に保持する時間を更に短縮することができる。アフターキュアの方法は、熱硬化性樹脂を硬化し得る方法であればよく、例えば、金属複合体を所定の温度に加熱した乾燥機やオーブンなどに保持するなどの方法により行うことができる。 The manufacturing method according to the present embodiment may further include a step of after-curing the metal composite after the third step. When after-curing is performed, the time for holding the metal composite in the molding die for curing the thermosetting resin can be further shortened. The after-curing method may be any method that can cure the thermosetting resin. For example, the after-curing method can be performed by a method of holding the metal composite in a dryer or oven heated to a predetermined temperature.
図1は、金属複合体を製造する方法の一実施形態を説明する模式断面図である。図1(a)に示すように、成形金型は上側成形金型11と下側成形金型12とを備える。プリフォーム10は、シート状基材2の両面に板状の金属材1および金属材3がそれぞれ積層された、サンドイッチ構造を有している。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment of a method for producing a metal composite. As shown in FIG. 1A, the molding die includes an upper molding die 11 and a lower molding die 12. The
第1の工程において、プリフォーム10は、図1(b)に示すように、上側成形金型11と下側成形金型12との間に挟まれる。上側成形金型11及び下側成形金型12は、表面温度が180℃を超えるように加熱される。金属材1は、上側成形金型11及び/又は下側成形金型12との接触により180℃を超える温度に加熱される。加熱された金属材1を介してシート状基材2が加熱されて、シート状基材2の熱硬化性樹脂の硬化反応が開始され、半硬化状態にいたる。
In the first step, the
次いで、同一の上側成形金型11および下側成形金型12を用いて、第2の工程を行う。第2の工程では、図1(c)に示すように、上側成形金型11および下側成形金型12によりプリフォーム10が加圧され、プリフォーム10は成形金型に追従するように変形して、シート状基材2から形成された樹脂硬化層2aを有する金属複合体20に成形される。
Next, the second step is performed using the same upper molding die 11 and lower molding die 12. In the second step, as shown in FIG. 1C, the
図2は、金属複合体の製造方法の他の実施形態を説明する模式断面図である。図2に示すように、第2の工程における「成形」は、必ずしも金属材を変形するものである必要はなく、板状の金属材1同士を、シート状基材2を介して接着することも「成形」に含まれる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating another embodiment of a method for producing a metal composite. As shown in FIG. 2, the “forming” in the second step does not necessarily have to deform the metal material, and the plate-
図3は、金属複合体の製造方法における温度、時間および圧力の関係の一例を示す図である。図3において、成形金型温度T2及びT3は、上側成形金型および下側成形金型の表面温度である。第1の工程では、180℃を超える温度T2まで加熱された成形金型に接触した金属材の表面温度が、T2と同程度まで上昇する。これに伴い、シート状基材の熱硬化性樹脂の硬化反応が開始され、半硬化状態にいたる。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship among temperature, time and pressure in the method for producing a metal composite. In FIG. 3, molding die temperatures T2 and T3 are the surface temperatures of the upper molding die and the lower molding die. In the first step, the surface temperature of the metal material in contact with the molding die heated to a temperature T2 exceeding 180 ° C. rises to the same level as T2. Along with this, the curing reaction of the thermosetting resin of the sheet-like substrate is started, and a semi-cured state is reached.
次いで、第2の工程において、所定の圧力によりプリフォームを加圧して成形する。このとき、熱硬化性樹脂が半硬化状態であるため、加圧しても熱硬化性樹脂が過剰に流動することなく、金属材に沿って樹脂硬化層が形成される。 Next, in the second step, the preform is pressurized and molded with a predetermined pressure. At this time, since the thermosetting resin is in a semi-cured state, the cured resin layer is formed along the metal material without excessively flowing the thermosetting resin even when pressurized.
第2の工程から引き続き、加圧状態を保持しながら、成形金型温度が180℃以下の温度T3まで下げられる。第3の工程において、金属材の表面温度がT3の状態である程度の時間保持され、熱硬化性樹脂が硬化状態となる。 Continuing from the second step, the mold temperature is lowered to a temperature T3 of 180 ° C. or lower while maintaining the pressurized state. In the third step, the surface temperature of the metal material is maintained for a certain period of time in a state of T3, and the thermosetting resin is in a cured state.
第2の工程において金属材の表面温度が180℃を超え、温度の降下を開始してから金属材の表面温度が180℃以下になるまでの時間が、3分以内であることが好ましい。 In the second step, the surface temperature of the metal material exceeds 180 ° C., and it is preferable that the time from when the temperature starts to drop until the surface temperature of the metal material reaches 180 ° C. or less is within 3 minutes.
第3の工程が終了した時点で、上下の成形金型を開放して、金属複合体を脱型する。 When the third step is completed, the upper and lower molding dies are opened, and the metal composite is removed.
(金属複合体)
本実施形態に係る製造方法により製造される金属複合体は、金属材と、該金属材に沿って設けられた樹脂硬化層とを備える。樹脂硬化層は、シート状基材に含まれる熱硬化性樹脂が硬化することにより形成される層である。
(Metal composite)
The metal composite manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment includes a metal material and a cured resin layer provided along the metal material. The cured resin layer is a layer formed by curing the thermosetting resin contained in the sheet-like substrate.
本実施形態に係る製造方法によれば、金属材と樹脂硬化層との間には強固な接着構造が形成されるが、この理由としては、金属材の表面の粗大または微細な凹凸形状に沿って熱硬化性樹脂が充填して硬化したことや、比較的高温での硬化反応により金属材との化学的結合力が高められたことなどが一因として挙げられる。 According to the manufacturing method according to the present embodiment, a strong adhesion structure is formed between the metal material and the cured resin layer. This is because the surface of the metal material has a coarse or fine uneven shape. For example, the thermosetting resin is filled and cured, and the chemical bond strength with the metal material is enhanced by a curing reaction at a relatively high temperature.
金属材と樹脂硬化層との接着強度は、10MPa以上が好ましく、20MPa以上がより好ましい。これらの指標は、金属材同士、または金属材と他の構造部材とを樹脂硬化層を介して複合化した金属複合体が、使用環境や用途に応じた十分な接着力を保持していることを意味する。 The adhesive strength between the metal material and the cured resin layer is preferably 10 MPa or more, and more preferably 20 MPa or more. These indicators indicate that the metal composite that combines metal materials or metal materials and other structural members through a cured resin layer has sufficient adhesive strength depending on the usage environment and application. Means.
接着強度が10MPa以上であれば一般的な接着剤が使用される用途において十分な接着力があり、接着剤を使用した金属複合体よりも優れた耐久性を有する。接着強度が20MPa以上であればより厳しい環境で使用される用途において十分な接着力があり、構造用接着剤を使用した金属複合体よりも優れた耐久性を有する。 If the adhesive strength is 10 MPa or more, it has sufficient adhesive strength in applications where general adhesives are used, and has durability superior to metal composites using adhesives. If the adhesive strength is 20 MPa or more, it has sufficient adhesive strength in applications that are used in more severe environments, and has durability superior to a metal composite using a structural adhesive.
接着強度は、例えばJIS K 6849の接着剤の引張り接着強さ試験方法などの方法で測定できる。ただし、金属複合体は一般的には複雑形状であるため、規格に従った接着強度試験を実施することが難しい。そこで、接着強度が予め判っている接着剤を用いて、金属複合体から一部を切り出し、その両端を治具に接着し、治具を介して接着強度試験を行うことで、前記接着強度が接着剤の接着強度よりも優位であるか劣位であるかの大凡の目安を得ることができる。すなわち、接着剤の層内で破壊されれば金属複合体の接着強度は、接着剤の接着強度よりもおおよそ高いと判断される。一方、金属複合体の剥離で破壊されれば金属複合体の接着強度は、接着剤の接着強度よりもおおよそ低いと判断される。 The adhesive strength can be measured by a method such as a tensile adhesive strength test method of an adhesive according to JIS K 6849, for example. However, since the metal composite generally has a complicated shape, it is difficult to perform an adhesive strength test according to the standard. Therefore, by using an adhesive whose adhesive strength is known in advance, a part of the metal composite is cut out, both ends thereof are bonded to a jig, and an adhesive strength test is performed through the jig. A rough indication of whether the adhesive strength is superior or inferior to the adhesive strength of the adhesive can be obtained. That is, if broken within the adhesive layer, the adhesive strength of the metal composite is determined to be approximately higher than the adhesive strength of the adhesive. On the other hand, if the metal composite is broken by peeling, it is determined that the adhesive strength of the metal composite is approximately lower than the adhesive strength of the adhesive.
本発明の金属複合体の用途としては、例えば、航空機用部材、自動車用部材、二輪車用部材、船舶用部材、機械機構部材、土木用部材、建材用部材、電子機器用部材が挙げられる。中でも、生産性を高める効果から、自動車用部材や、電気機器用部材で好ましく使用され、とりわけ、軽量性、力学特性、放熱性などに優れる効果から、電子機器の筐体により好ましく使用される。 Applications of the metal composite of the present invention include, for example, aircraft members, automobile members, two-wheeled vehicle members, marine members, mechanical mechanism members, civil engineering members, building material members, and electronic device members. Among them, it is preferably used for automobile members and electrical device members because of the effect of increasing productivity, and is particularly preferably used for housings of electronic devices because of its excellent effects of lightness, mechanical properties, heat dissipation and the like.
以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
(熱硬化性樹脂の調製)
エポキシ樹脂として“エピコート”828、“エピコート”834、“エピコート”1001(以上、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製)、及び“エピコート”154(フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製)、硬化剤としてDicy7(ジシアンアミド、ジャパンエポキシレジン(株)製)、硬化促進剤として“オミキュア”24(2,4−トルエンビス(ジメチルウレア)、ピイ・ティ・アイジャパン(株)製)を用い、これらを表1に示す質量比で混合して、樹脂組成物として調製した。
Example 1
(Preparation of thermosetting resin)
“Epicoat” 828, “Epicoat” 834, “Epicoat” 1001 (above, bisphenol A type epoxy resin, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.) and “Epicoat” 154 (phenol novolac type epoxy resin, Japan Epoxy Resin) Co., Ltd.), Dicy7 (dicyanamide, manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) as a curing agent, “OMICURE” 24 (2,4-toluenebis (dimethylurea), PIT Japan Ltd. as a curing accelerator These were mixed at a mass ratio shown in Table 1 to prepare a resin composition.
調製した樹脂組成物のガラス転移温度(Tg)を、JIS K 7121記載の方法に基づき、Pyris 1DSC(パーキンエルマー・インスツルメント社製示差走査熱量計)を用い、昇温速度10分/分で測定されるDSC曲線から求めた。DSC曲線が階段状変化を示す部分における中間点を、ガラス転移温度とした。この測定方法において、樹脂組成物のTgは6℃であり、硬化により飽和したTgは138℃であった。すなわち、Tgが19〜125℃の範囲内にあるとき、樹脂組成物が半硬化状態であるといえる。 Based on the method described in JIS K7121, the glass transition temperature (Tg) of the prepared resin composition was measured using a Pyris 1DSC (differential scanning calorimeter manufactured by PerkinElmer Instruments) at a heating rate of 10 minutes / minute. It calculated | required from the measured DSC curve. The intermediate point in the portion where the DSC curve shows a step-like change was taken as the glass transition temperature. In this measurement method, the Tg of the resin composition was 6 ° C., and the Tg saturated by curing was 138 ° C. That is, when Tg is in the range of 19 to 125 ° C., it can be said that the resin composition is in a semi-cured state.
調製した樹脂組成物の加熱温度及び加熱時間とTgとの関係を求めた。加熱温度が130℃又は150℃の場合について、加熱時間によるTg変化を測定したところ、加熱温度130℃、加熱時間10分のときにTgが138℃となり、樹脂組成物が硬化状態となることがわかった。ここでの加熱温度は、加熱プレートを有するプレス装置で樹脂組成物を挟んで加熱する際の、加熱プレートの表面温度を意味する。 The relationship between the heating temperature and heating time of the prepared resin composition and Tg was determined. When the heating temperature was 130 ° C. or 150 ° C., the Tg change due to the heating time was measured. When the heating temperature was 130 ° C. and the heating time was 10 minutes, the Tg was 138 ° C., and the resin composition could be in a cured state. all right. The heating temperature here means the surface temperature of the heating plate when the resin composition is sandwiched and heated by a press device having a heating plate.
(シート状基材の作製)
調製した樹脂組成物を、リバースロールコータを用いて離型紙上に塗布することにより、樹脂フィルムを作製した。樹脂フィルムの単位面積あたりの樹脂量は、25g/m2とした。
(Preparation of sheet-like substrate)
A resin film was prepared by applying the prepared resin composition on release paper using a reverse roll coater. The amount of resin per unit area of the resin film was 25 g / m 2 .
次に、単位面積あたりの繊維重量が125g/m2となるようにシート状に一方向に整列させた炭素繊維(トレカ(登録商標)、T700SC−12K−50C、東レ(株)製、引張強度4900MPa、引張弾性率230GPa)の両面から樹脂フィルムを重ね、加熱及び加圧して樹脂組成物を炭素繊維に含浸させ、一方向プリプレグ(連続繊維強化プリプレグ(CF−PPg))を作製した。作製したプリプレグから所定の大きさを有する長方形のプリプレグシートを4枚切り出した。切り出したプリプレグシート長辺の方向を0°として、連続した強化繊維の方向が[0°/90°/90°/0°]の対称構成となるように、4枚のプリプレグシートを積層し、厚み0.5mmのシート状基材を作製した。積層の際、プリプレグ基材の90°層間にK熱電対を内挿した。 Next, carbon fibers (Treka (registered trademark), T700SC-12K-50C, manufactured by Toray Industries, Inc., tensile strength) aligned in one direction in a sheet shape so that the fiber weight per unit area is 125 g / m 2. Resin films were stacked from both sides of 4900 MPa and tensile modulus of 230 GPa), and heated and pressurized to impregnate the resin composition into carbon fibers to produce a unidirectional prepreg (continuous fiber reinforced prepreg (CF-PPg)). Four rectangular prepreg sheets having a predetermined size were cut out from the prepared prepreg. Laminating four prepreg sheets so that the direction of the cut long side of the prepreg sheet is 0 °, and the direction of continuous reinforcing fibers is a symmetrical configuration of [0 ° / 90 ° / 90 ° / 0 °], A sheet-like substrate having a thickness of 0.5 mm was produced. During the lamination, a K thermocouple was inserted between 90 ° layers of the prepreg base material.
プレス成形装置を用い、表面温度が130℃の加熱プレート上にシート状基材を配置して、加熱しながら1MPaで10分間加圧して、成形品を得た。得られた成形品のTgを前記と同様の方法により測定したところ137℃であり、成形品(樹脂組成物)は硬化状態であった。 Using a press molding apparatus, a sheet-like base material was placed on a heating plate having a surface temperature of 130 ° C., and pressed at 1 MPa for 10 minutes while heating to obtain a molded product. When Tg of the obtained molded product was measured by the same method as described above, it was 137 ° C., and the molded product (resin composition) was in a cured state.
(プリフォームの製造)
金属材として、表面にサンドブラスト処理が施された厚み0.5mmのアルミニウム合金板(A5052)を準備した。アルミニウム合金板の表面には、平均孔径30μmの多数の孔が観測された。この金属材と上述のシート状基材を、金属材/シート状基材/金属材の順で積層して、プリフォームを作製した。積層の際、一方の金属材の表面にK熱電対を、耐熱テープを用いて貼り付けた。
(Preform production)
As a metal material, an aluminum alloy plate (A5052) having a thickness of 0.5 mm whose surface was sandblasted was prepared. A large number of holes having an average pore diameter of 30 μm were observed on the surface of the aluminum alloy plate. This metal material and the above-mentioned sheet-like base material were laminated in the order of metal material / sheet-like base material / metal material to prepare a preform. During lamination, a K thermocouple was attached to the surface of one of the metal materials using a heat-resistant tape.
(金属複合体の製造)
図3に示すような第1の工程、第2の工程及び第3の工程を含む以下のプロセスにより、金属複合体を作製した。
(Manufacture of metal composites)
A metal composite was produced by the following process including the first step, the second step, and the third step as shown in FIG.
[第1の工程]
図1(b)に示すように、上側成形金型と下側成形金型とでプリフォームを挟み、0.5MPaの圧力で保持した。上側成形金型と下側成形金型の表面温度はいずれも220℃であった。この状態で約1分間保持して、樹脂組成物を半硬化させた。このとき、金属材の表面温度は215℃で、シート状基材の温度は150℃であった。上述のように予め取得した加熱温度及び加熱時間とTgとの相関関係に基づいて、金属複合体中の樹脂組成物のTgは115℃と見積もられた。このTgは飽和したTgに対して82%であることから、第1の工程の終了時点の樹脂組成物は半硬化状態であることがわかる。
[First step]
As shown in FIG. 1B, the preform was sandwiched between the upper molding die and the lower molding die, and held at a pressure of 0.5 MPa. The surface temperatures of the upper molding die and the lower molding die were both 220 ° C. The resin composition was semi-cured by holding in this state for about 1 minute. At this time, the surface temperature of the metal material was 215 ° C., and the temperature of the sheet-like substrate was 150 ° C. Based on the correlation between Tg and the heating temperature and heating time acquired in advance as described above, the Tg of the resin composition in the metal composite was estimated to be 115 ° C. Since this Tg is 82% with respect to the saturated Tg, it can be seen that the resin composition at the end of the first step is in a semi-cured state.
[第2の工程]
続いて、上側成形金型及び下側成形金型によりプリフォームを10MPaで加圧して、金属複合体を成形した。
[Second step]
Subsequently, the preform was pressed at 10 MPa with the upper molding die and the lower molding die to mold a metal composite.
[第3の工程]
第2の工程の加圧を開始してから約1分後、冷却水を流すことにより上側成形金型及び下側成形金型を表面温度が180℃以下となるまで冷却しながら、上側成形金型及び下側成形金型の設定温度を150℃に変更した。プリフォームを配置しない状態で、冷却水量と成形金型の表面温度との相関関係を予め確認しておき、この相関関係に基づいて冷却水量を調整した。金属材の表面温度が冷却を開始してから約2分後に180℃以下の状態となり、その後、約1分間加圧を行った。
[Third step]
About 1 minute after starting the pressurization in the second step, the upper mold is cooled while flowing the cooling water to cool the upper mold and the lower mold until the surface temperature becomes 180 ° C. or lower. The set temperature of the mold and the lower molding die was changed to 150 ° C. The correlation between the amount of cooling water and the surface temperature of the molding die was confirmed in advance without the preform being disposed, and the amount of cooling water was adjusted based on this correlation. The surface temperature of the metal material became 180 ° C. or less after about 2 minutes from the start of cooling, and then pressurization was performed for about 1 minute.
[脱型]
成形金型を開放し、金属複合体を成形金型から取り出した。得られた金属複合体を構成する金属材同士が強固に接着されており、人力による剥離は困難であった。二つの金属材の間にズレはなく、金属複合体の厚みは1.5mmであり、ヒケや捻れは認められず、金属複合体全体に反りや歪みも生じていなかった。金属複合体について、接着強度を後述する方法により測定したところ、16MPaであった。接着試験終了後に、金属材に付着した樹脂組成物を削り出し、そのTgを測定したところ、137℃であり、第3の工程の終了時点での樹脂組成物が硬化状態にあることが確認された。
[Demolding]
The mold was opened and the metal composite was removed from the mold. Metal materials constituting the obtained metal composite were firmly bonded to each other, and peeling by human power was difficult. There was no displacement between the two metal materials, the thickness of the metal composite was 1.5 mm, no sink marks or twists were observed, and no warpage or distortion occurred in the entire metal composite. It was 16 Mpa when the adhesive strength was measured by the method mentioned later about a metal composite. After the adhesion test, the resin composition adhered to the metal material was shaved and measured for Tg. It was 137 ° C., and it was confirmed that the resin composition at the end of the third step was in a cured state. It was.
(実施例2)
(プリフォームの作製)
金属材として、表面にサンドブラスト処理が施された厚み0.5mmのマグネシウム合金板(AZ31)を準備した。マグネシウム合金板の表面には平均孔径50μmの多数の孔が観察された。金属材をこのマグネシウム合金板に変更したこと以外は実施例1と同様にして、プリフォームを作製した。
(Example 2)
(Preform production)
As a metal material, a magnesium alloy plate (AZ31) having a thickness of 0.5 mm whose surface was subjected to sandblasting was prepared. A large number of holes having an average hole diameter of 50 μm were observed on the surface of the magnesium alloy plate. A preform was produced in the same manner as in Example 1 except that the metal material was changed to this magnesium alloy plate.
(金属複合体の作製)
[第1の工程]
図1(b)に示すように、上側成形金型と下側成形金型とでプリフォームを挟み、0.5MPaの圧力で保持した。上側成形金型と下側成形金型の表面温度はいずれも210℃であった。この状態で約1分間保持して、樹脂組成物を半硬化させた。このとき、金属材の温度は210℃で、シート状基材の温度は140℃であった。加熱温度及び加熱時間とTgとの相関関係に基づいて、金属複合体中の樹脂組成物のTgは108℃と見積もられた。このTgは飽和したTgに対して77%であることから、第1の工程の終了時点の樹脂組成物は半硬化状態であることがわかる。
(Production of metal composite)
[First step]
As shown in FIG. 1B, the preform was sandwiched between the upper molding die and the lower molding die, and held at a pressure of 0.5 MPa. The surface temperature of both the upper molding die and the lower molding die was 210 ° C. The resin composition was semi-cured by holding in this state for about 1 minute. At this time, the temperature of the metal material was 210 ° C., and the temperature of the sheet-like substrate was 140 ° C. Based on the correlation between the heating temperature and the heating time and Tg, the Tg of the resin composition in the metal composite was estimated to be 108 ° C. Since this Tg is 77% with respect to the saturated Tg, it can be seen that the resin composition at the end of the first step is in a semi-cured state.
[第2の工程]
続いて、上側成形金型及び下側成形金型によりプリフォームを15MPaで加圧して、金属複合体を成形した。
[Second step]
Subsequently, the preform was pressed at 15 MPa with the upper molding die and the lower molding die to mold a metal composite.
[第3の工程]
第2の工程の加圧を開始してから約1分後、冷却水を流すことにより上側成形金型及び下側成形金型を180℃以下となるまで冷却しながら、上側成形金型及び下側成形金型の設定温度を150℃に変更した。金属材の表面温度が冷却を開始してから約2分後に180℃以下の状態となり、その後、約1分間加圧を行った。
[Third step]
About 1 minute after starting the pressurization in the second step, the upper molding die and the lower molding die are cooled while cooling the upper molding die and the lower molding die to 180 ° C. or less by flowing cooling water. The set temperature of the side mold was changed to 150 ° C. The surface temperature of the metal material became 180 ° C. or less after about 2 minutes from the start of cooling, and then pressurization was performed for about 1 minute.
[脱型]
成形金型を開放し、金属複合体を成形金型から取り出した。二つの金属材の間にズレはなく、金属複合体の厚みは1.5mmであり、金属複合体は凹凸形状を有していた。金属複合体に皺、割れ、破れといった表面欠陥は認められず、金属複合体全体に反りや歪みも生じていなかった。得られた金属複合体の金属材同士は強固に接着されており、人力による剥離は困難であった。金属複合体について、後述する方法により接着強度を測定したところ、18MPaであった。接着試験終了後に、金属材に付着した樹脂組成物を削り出し、そのTgを測定したところ、137℃であり、第3の工程の終了時点での樹脂組成物が硬化状態にあることが確認された。
[Demolding]
The mold was opened and the metal composite was removed from the mold. There was no deviation between the two metal materials, the thickness of the metal composite was 1.5 mm, and the metal composite had an uneven shape. No surface defects such as wrinkles, cracks and tears were observed in the metal composite, and no warpage or distortion occurred in the entire metal composite. Metal materials of the obtained metal composite were firmly bonded to each other, and peeling by human power was difficult. When the adhesive strength of the metal composite was measured by the method described later, it was 18 MPa. After the adhesion test, the resin composition adhered to the metal material was shaved and measured for Tg. It was 137 ° C., and it was confirmed that the resin composition at the end of the third step was in a cured state. It was.
(実施例3)
金属材として、金属表面にアルマイト処理が施された厚み0.5mmのアルミニウム合金板(A5052)を準備した。このアルミニウム合金板の表面には平均孔径0.05μmの多数の孔が観察された。金属材をこのアルミニウム合金板に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で金属複合体を製造し、その評価を行った。
(Example 3)
As a metal material, an aluminum alloy plate (A5052) having a thickness of 0.5 mm and having a metal surface subjected to alumite treatment was prepared. A number of holes having an average hole diameter of 0.05 μm were observed on the surface of the aluminum alloy plate. A metal composite was produced in the same manner as in Example 1 except that the metal material was changed to this aluminum alloy plate, and its evaluation was performed.
(実施例4)
実施例1で調製した樹脂組成物を用いて樹脂フィルムを作製した。樹脂フィルムの単位面積あたりの樹脂量は、50g/m2とした。シート状基材をこの樹脂フィルムに変更したこと以外は実施例1と同様の方法で金属複合体を製造し、その評価を行った。
Example 4
A resin film was prepared using the resin composition prepared in Example 1. The amount of resin per unit area of the resin film was 50 g / m 2 . A metal composite was produced in the same manner as in Example 1 except that the sheet-like substrate was changed to this resin film, and evaluated.
(実施例5)
実施例1で製造したシート状基材と金属材を用い、金属材/シート状基材の二層構成のプリフォームを作製した。また第1の工程において、下側成形金型の表面温度が150℃となるように設定した。このプリフォームを用いたことおよび下側成形金型の表面温度以外は、実施例1と同様の方法で金属複合体を製造し、その評価を行った。
(Example 5)
Using the sheet-like substrate and metal material produced in Example 1, a preform having a two-layer structure of metal material / sheet-like substrate was produced. In the first step, the surface temperature of the lower molding die was set to 150 ° C. A metal composite was produced in the same manner as in Example 1 except that this preform was used and the surface temperature of the lower molding die was evaluated.
(実施例6)
実施例1と同様のプリフォームを用い、第1の工程の加熱を開始してから約30秒後、第2の工程の加圧を開始し、その約30秒後、第3の工程として、冷却水を流して上側成形金型と下側成形金型を180℃以下に冷却し、上側及び下側成形金型の設定温度を170℃に変更した。金属材の表面温度が冷却を開始してから約1分後に180℃以下の状態となり、その後、約1分間加圧を行った。その後、成形金型を開放し、金属複合体を成形金型から取り出した。取り出した金属複合体を雰囲気温度150℃に調整された熱風オーブンに入れ、10分間アフターキュアを行った。得られた金属複合体を、実施例1と同様に評価した。
(Example 6)
Using the same preform as in Example 1, about 30 seconds after the start of heating in the first step, pressurization in the second step was started, and about 30 seconds later, as the third step, The upper molding die and the lower molding die were cooled to 180 ° C. or less by flowing cooling water, and the set temperature of the upper and lower molding dies was changed to 170 ° C. About 1 minute after the surface temperature of the metal material started cooling, it became a state of 180 ° C. or lower, and then pressurization was performed for about 1 minute. Thereafter, the molding die was opened, and the metal composite was taken out from the molding die. The taken-out metal composite was put into a hot air oven adjusted to an atmospheric temperature of 150 ° C., and after-curing was performed for 10 minutes. The obtained metal composite was evaluated in the same manner as in Example 1.
(実施例7)
ベンゾオキサジン樹脂として、F−a型ベンゾオキサジン樹脂(四国化成工業(株)製)、酸触媒として、DY9577(ハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ(株)製、三塩化ホウ素オクチルアミン錯体)を用い、表1に示す質量比で混合した。この樹脂組成物を、シート状基材を形成する熱硬化性樹脂として用いた以外は、実施例1と同様の条件で金属複合体および電子機器筐体を製造した。粘度計を用いて樹脂の粘度を測定した結果から、樹脂の硬化度を算出したところ、第1の工程において、半硬化の状態であることがわかった。
(Example 7)
As the benzoxazine resin, a Fa type benzoxazine resin (manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) is used, and as the acid catalyst, DY9577 (manufactured by Huntsman Advanced Materials Co., Ltd., boron trichloride octylamine complex) is used. The mixture was mixed at a mass ratio shown in FIG. A metal composite and an electronic device casing were manufactured under the same conditions as in Example 1 except that this resin composition was used as a thermosetting resin for forming a sheet-like substrate. From the result of measuring the viscosity of the resin using a viscometer, the degree of curing of the resin was calculated, and it was found that the resin was in a semi-cured state in the first step.
(実施例8)
フェノール樹脂として、フェノライト(登録商標)5010(DIC(株)製、レゾール型フェノール樹脂)を準備し、シート状基材を形成する熱硬化性樹脂として用いたこと以外は、実施例1と同様とした。
(Example 8)
Phenolite (registered trademark) 5010 (manufactured by DIC Corporation, resol type phenolic resin) was prepared as a phenolic resin, and was used as a thermosetting resin for forming a sheet-like substrate. It was.
(実施例9)
金属材として、金属表面にサンドブラスト処理が施された厚み0.2mmのチタン合金板(Ti−6AL−4V)を用いた。成形金型の表面温度を240℃とし、成形圧力を15MPaとすること以外は、実施例1と同様の方法で金属複合体および電子機器筐体を製造し、評価を行った。なお、金属板の表面には平均孔径15μmの多数の孔が観察された。製造条件および、評価結果を表2に記載する。
Example 9
As a metal material, a 0.2 mm-thick titanium alloy plate (Ti-6AL-4V) having a metal surface subjected to sandblasting was used. A metal composite and an electronic device casing were manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the surface temperature of the molding die was 240 ° C. and the molding pressure was 15 MPa. A large number of holes with an average pore diameter of 15 μm were observed on the surface of the metal plate. Production conditions and evaluation results are shown in Table 2.
(実施例10)
上下の成形金型温度を190℃とすること以外は、実施例1と同様の方法で金属複合体および電子機器筐体を製造し、評価を行った。なお、第1の工程時の金属材の表面温度は、185℃であった。製造条件および、評価結果を表2に記載する。
(Example 10)
A metal composite and an electronic device casing were manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the upper and lower molding die temperatures were 190 ° C. In addition, the surface temperature of the metal material at the time of a 1st process was 185 degreeC. Production conditions and evaluation results are shown in Table 2.
(実施例11)
金属材の対向する2辺の端辺を図5(a)に示すように、約90°のL曲げ加工したアルミニウム合金(A5052)を準備した。実施例1と同じシート状基材を図5(b)に示すように配置し、L曲げ部分を曲げ込んで、プリフォームとした。これら以外は、実施例1と同様にして成形を行った。成形金型の加圧によって、曲げ込んだL曲げ部が平潰しされ、端部がヘミング加工された金属複合体を得た。
(Example 11)
As shown in FIG. 5A, an aluminum alloy (A5052) having an L-bending process of about 90 ° was prepared as shown in FIG. The same sheet-like base material as in Example 1 was arranged as shown in FIG. 5B, and the L-bent portion was bent into a preform. Except for these, molding was performed in the same manner as in Example 1. By pressurizing the molding die, the bent L bent part was flattened, and the end was hemmed to obtain a metal composite.
(実施例12)
金属材として、工業用純アルミニウム板(A1100)を用いたこと以外は、実施例1と同様とした。製造条件および、評価結果を表2に記載する。
(Example 12)
The same procedure as in Example 1 was performed except that an industrial pure aluminum plate (A1100) was used as the metal material. Production conditions and evaluation results are shown in Table 2.
(実施例13)
金属材として、工業用純チタン(KS40)を用いたこと以外は、実施例9と同様とした。製造条件および、評価結果を表2に記載する。
(Example 13)
As Example 9, except that industrial pure titanium (KS40) was used as the metal material. Production conditions and evaluation results are shown in Table 2.
(比較例1)
(プリフォームの作製)
熱硬化性樹脂の組成を表2に示す質量比に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で、金属複合体を製造した。プレス成形装置を用い、表面温度が130℃の加熱プレート上にシート状基材を配置して、加熱しながら10分間、1MPaで加圧した。得られた成形品のTgを前記と同様の方法で測定したところ75℃であった。このTgは飽和したTgに対して52%であることから、樹脂組成物は半硬化状態であることがわかる。
(Comparative Example 1)
(Preform production)
A metal composite was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition of the thermosetting resin was changed to the mass ratio shown in Table 2. Using a press molding apparatus, a sheet-like substrate was placed on a heating plate having a surface temperature of 130 ° C., and was pressurized at 1 MPa for 10 minutes while being heated. It was 75 degreeC when Tg of the obtained molded article was measured by the method similar to the above. Since this Tg is 52% with respect to the saturated Tg, it can be seen that the resin composition is in a semi-cured state.
(金属複合体の製造)
[第1の工程]
図1(b)に示すように、上側成形金型と下側成形金型とでプリフォーム10を挟み、0.5MPaの圧力で保持した。このとき、上側成形金型と下側成形金型の表面温度はいずれも220℃で、シート状基材の温度は150℃であった。この状態で約1分間保持して、樹脂組成物を反応させた。上述のように予め取得した加熱温度及び加熱時間とTgとの相関関係に基づいて、金属複合体中の樹脂組成物のTgは14℃と見積もられた。このTgは飽和したTgに対して6%であることから、第1の工程の終了時点の樹脂組成物は半硬化状態に至っていなかった。
(Manufacture of metal composites)
[First step]
As shown in FIG. 1B, the
[第2の工程]
続いて、上側成形金型及び下側成形金型によりプリフォームを10MPaで加圧した。このとき、成形金型の間から、多量の樹脂組成物がフローした。
[Second step]
Subsequently, the preform was pressurized at 10 MPa with the upper molding die and the lower molding die. At this time, a large amount of the resin composition flowed from between the molding dies.
[脱型]
第3の工程の冷却を行わず、そのまま約3分間加圧を行った後、成形金型を開放したところ、金属材と金属材がズレ、金属複合体全体に反りが生じており、かつ金属材の間から、シート状基材の一部が飛び出しており、目的の金属複合体が得られなかった。さらに、金属複合体を取り出そうとしたところ、金属材が成形金型に固着してしまい、複合体としての脱型が困難であった。従って、後述する接着強度の測定は不可能であった。
[Demolding]
After cooling for about 3 minutes without cooling in the third step, when the mold was opened, the metal material and the metal material were misaligned, and the entire metal composite was warped, and the metal Part of the sheet-like base material protruded from between the materials, and the target metal composite was not obtained. Furthermore, when the metal composite was taken out, the metal material was fixed to the molding die, and it was difficult to remove the composite. Therefore, it was impossible to measure the adhesive strength described later.
(比較例2)
図1(b)に示すように、上側成形金型と下側成形金型とで実施例2と同様のプリフォームを挟み、0.5MPaの圧力で保持した。上側成形金型と下側成形金型の表面温度はいずれも130℃とした。これ以外は、実施例2と同様の方法で金属複合体を製造し、評価を行った。製造条件および、評価結果を表2に示す。
(Comparative Example 2)
As shown in FIG. 1B, a preform similar to that in Example 2 was sandwiched between the upper molding die and the lower molding die, and held at a pressure of 0.5 MPa. The surface temperature of both the upper mold and the lower mold was 130 ° C. Except for this, a metal composite was produced in the same manner as in Example 2 and evaluated. Production conditions and evaluation results are shown in Table 2.
得られた金属複合体において、二つの金属材にズレが生じ、金属材の間から熱硬化性樹脂が少し漏れていた。凹凸の絞り部には皺が見られ、深く絞られた箇所では表面割れが生じていた。人力にて金属材が剥離可能であった。 In the obtained metal composite, the two metal materials were misaligned, and the thermosetting resin leaked slightly from between the metal materials. A wrinkle was observed in the squeezed portion of the unevenness, and a surface crack occurred in the deeply squeezed portion. The metal material was peelable by human power.
上記実施例、比較例における製造条件、評価結果を表1および表2にまとめて示す。 The production conditions and evaluation results in the above Examples and Comparative Examples are summarized in Tables 1 and 2.
(金属材表面の平均孔径測定)
金属材として用いる金属の表面を超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK−9500(コントローラー部)/VK−9510(測定部)((株)キーエンス製)を使用して、拡大倍率100倍で撮影した。撮影した画像より解析アプリケーションVK−H1A9を使用して金属表面に形成される任意の孔径D(n)(n=1〜100)を測定し、平均孔径を求めた。
(Measurement of average pore diameter on metal surface)
The surface of the metal used as the metal material was photographed at a magnification of 100 times using an ultra-deep color 3D shape measurement microscope VK-9500 (controller part) / VK-9510 (measurement part) (manufactured by Keyence Corporation). An arbitrary pore diameter D (n) (n = 1 to 100) formed on the metal surface was measured from the photographed image using the analysis application VK-H1A9, and an average pore diameter was obtained.
(金属複合体の接着強度測定)
製造された金属複合体の平滑部より、40mm角の試験片を切り出し、サンドブラストを用いて両表面を粗化し、アセトンで油分を拭き取った後、構造用エポキシ樹脂(東レファインケミカル(株)製ケミットTE−2220)を用いて、直径10mmの貫通孔を備えた40mm立方のアルミニウム合金製ブロックを接着した。もう一方の面に対しても同様にアルミニウム合金製ブロックを接着し、図4に示す接着強度測定用サンプルを作製した。引張試験装置“インストロン”(登録商標)5565型万能材料試験機(インストロン・ジャパン(株)製)の上下に取り付けた固定具とアルミニウム合金製ブロックの貫通孔にピンを通して接続し、引張速度1.6mm/分で評価サンプル数nを5として評価を行った。得られた値と次式(1)より金属複合体の接着強度Sを算出した。計算によって得られた接着強度が10MPa以上であれば、おおよそ人力での剥離は困難である。
S=P/A (1)
S:接着強度[MPa]、P:最大荷重[N]、A:サンプルの断面積[mm2]
(Measurement of adhesive strength of metal composite)
A 40 mm square test piece was cut out from the smooth part of the manufactured metal composite, both surfaces were roughened using sand blasting, and the oil was wiped off with acetone, followed by structural epoxy resin (Chemit TE manufactured by Toray Fine Chemical Co., Ltd.). -220) was used to bond a 40 mm cubic aluminum alloy block with a 10 mm diameter through hole. Similarly, an aluminum alloy block was adhered to the other surface to produce a sample for measuring adhesive strength shown in FIG. Tensile test equipment "Instron" (registered trademark) 5565 type universal material testing machine (Instron Japan Co., Ltd.) fixed at the top and bottom and through holes of aluminum alloy block through pins, and pulling speed Evaluation was performed with the number of evaluation samples n being 5 at 1.6 mm / min. The bond strength S of the metal composite was calculated from the obtained value and the following formula (1). If the bond strength obtained by calculation is 10 MPa or more, it is difficult to peel off by human power.
S = P / A (1)
S: Adhesive strength [MPa], P: Maximum load [N], A: Sample cross-sectional area [mm 2 ]
1 金属材
2 シート状基材
2a 樹脂硬化層
3 金属材
4 一方の部材
5 他方の部材
6 接着剤
7 アルミニウム合金製ブロック
8 L字曲げされた金属材
10 プリフォーム
11 上側成形金型
12 下側成形金型
20 金属複合体(試験片)
21 上側成形金型
22 下側成形金型
DESCRIPTION OF
21
Claims (20)
プリフォームを成形金型内に配置し、金属材の表面温度が180℃を超えるまで加熱するとともに、熱硬化性樹脂を半硬化させる第1の工程と、
第1の工程で加熱されたプリフォームを圧力P2の加圧により金属複合体に成形する第2の工程と、
第2の工程で成形された金属複合体を、圧力P3の加圧下において、金属材の表面温度が180℃以下となるまで冷却する第3の工程と、
を備える、金属複合体の製造方法。 A sheet-like substrate containing a thermosetting resin that is at least one selected from the group consisting of an epoxy resin, a phenol resin, a benzoxazine resin, and an unsaturated polyester resin, and disposed or laminated so as to be in contact with the sheet-like substrate Forming a preform comprising a metal material by heating and pressurizing, and producing a metal composite comprising the metal material and a cured resin layer provided along the metal material,
A first step of placing the preform in a molding die and heating until the surface temperature of the metal material exceeds 180 ° C., and semi-curing the thermosetting resin;
A second step of forming the preform heated in the first step into a metal composite by applying pressure P2,
A third step of cooling the metal composite formed in the second step until the surface temperature of the metal material is 180 ° C. or lower under pressure P3;
A method for producing a metal composite.
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