JP2015527226A - サンドイッチ板金およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に建材または乗用車の車体部品の製造用サンドイッチ板金に関し、金属製のカバーシート（１．１、１．２）と、前記カバーシートの間に配置されたポリマーからなる少なくとも１のコア層（１．３）であって、前記カバー層（１．１、１．２）と一体に接合したコア層とを具えることを特徴とする。本発明におけるサンドイッチ板金のコア層（１．３）は、繊維含有担体を含み、前記担体の繊維はポリウレタン基質に包囲されており、前記ポリウレタン基質が水性の無溶剤型ポリウレタン分散液から形成され、前記繊維は前記ポリウレタン基質内で、最大で５０ｍｍの全長である比較的短い繊維片の形態を有することを特徴とする。前記担体の繊維は、鉱物繊維から、特にセラミック繊維からなる。本発明のサンドイッチ板金（１）は、安価で軽量なコア層を具え、サンドイッチ板金の可能な使用範囲を拡大する。このサンドイッチ板金の製造のために、製造方法がさらに開示されている。【選択図】図１

Description

本発明はサンドイッチ板金に関し、特に建材や車体部品の製造用の板金であって、両側の金属製カバーシートと、これらのカバーシートの間に配置されたポリマーからなる少なくとも１のコア層であって、これらのカバーシートと一体に接合されたコア層とを具える。特に、本発明はサンドイッチ板金の製造プロセスに関し、圧力および加熱処理を用いて金属製カバーシートをその間に配置されたポリマーからなるコア層に一体接合することで、特に建設業または乗用車の車体製造で使用される。

この種類のサンドイッチ状の材料は公知である。

出願人により開発され、「ＬＩＴＥＣＯＲ」として知られているサンドイッチ板金は、鋼鉄からなる２つのカバーシートと、プラスチックからなるコア層とから構成される。このサンドイッチ板金は、とくに乗用車の車体製造への適用のため、高い曲げ剛性を有しつつ比較的軽量である。この材料のコア層は熱可塑性共重合体で構成されている。

本発明は、上述の種類のサンドイッチ板金を、高いレベルの剛性を具えた安価なコア層を有して、特に冷間成形できるようにさらに発展させる目的に基づいており、可能な使用範囲に制限はない。逆にこの意図は、この種類のサンドイッチ板金の可能な使用範囲を拡大することである。

この目的は、請求項１の特徴を具えたサンドイッチ板金と、請求項９の特徴を具えた製造方法とを提供することで達成される。

本発明のサンドイッチ板金のコア層は、繊維含有担体を具え、前記担体の繊維はポリウレタン基質に包囲されており、前記ポリウレタン基質は水性の無溶剤型ポリウレタン分散液により形成され、前記繊維はポリウレタン基質内で、最大で５０ｍｍの全長の比較的短い繊維片の形態を有することを特徴とする。

繊維含有担体によって、前記繊維を包囲するポリウレタン基質と組み合わせた基材が提供され、サンドイッチ板金用の安価で軽量なコア層となる。ポリウレタン基質に包囲された、または予め含浸された短い繊維片によって、サンドイッチ板金は冷間形成に適しており、特によい結果が得られる。

様々な安価な種類の繊維が、本発明のサンドイッチ板金のコア層用の繊維として用いることができる。繊維はサンドイッチ板金の特性に影響するのに使用できるため、可能な用途の範囲が拡大される。

本発明のサンドイッチ板金の有利な一実施例によると、コア層の繊維は鉱物繊維から、好適にはセラミック繊維から構成される。このようにして、非常に高い曲げ剛性を具えた、軽量で耐熱性のあるサンドイッチ板金の実現が可能となる。

本発明の他の有利な実施例では、前記コア層の製造において、前記ポリウレタン分散液がブロックイソシアネートを含み、またはブロックイソシアネートが水性の無溶剤型ポリウレタン分散液に添加されていることを特徴とする。セラミック繊維やガラス繊維のような耐熱性のある繊維はもろく、わずかな程度の成形しかできない。本発明のサンドイッチ板金のコア層として用いられる、水性の無溶剤型ＰＵ（ポリウレタン）分散液に含浸させた繊維含有担体の、特に弾性と結合強度を増すために、ブロックＮＣＯ（イソシアネート）がＰＵ分散液に添加される。「ブロック」という用語は、ＰＵ分散液中のＮＣＯ含有物が室温（約２０℃）では絶縁され（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ）、一定温度に達したときにのみ活性化されることを意味する。これにより、特にポリウレタン分散液のより大きな交差結合が可能となる。好適には、芳香族イソシアネート（例えばモノマー状ジフェニルメタンジイソシアネート）、および／または脂肪族イソシアネート（例えばイソホロンジイソシアネート）がブロックＮＣＯとして加えられる。

本発明の他の実施例では、前記サンドイッチ板金のコア層に用いる繊維含有担体が、レイドスクリム（ｌａｉｄ ｓｃｒｉｍ）、織物、編物、または不織布の形態を有する。繊維含有担体の構造を介して、本発明のサンドイッチ板金の曲げ剛性および形成能に影響を与えることが可能である。特に高い曲げ剛性を得るためには、前記繊維含有担体は織物の形態を有することが好ましい。対照的に、良好ないし非常に良好な形成能が、不織物繊維の形態を有する繊維層によってより大きく達成される。

好ましくは本発明のサンドイッチ板金のコア層の厚みは、０．４ｍｍから２．０ｍｍの範囲であって、特に１．５ｍｍ以下である。

本発明のサンドイッチ板金に適したカバーシートは、アルミニウム材料、マグネシウム材料、または鋼鉄材料、およびこれらの組み合わせから製造される。厚みが０．１ｍｍから１．０ｍｍの範囲、好適には０．２ｍｍから０．８ｍｍの範囲である鋼鉄材料製のカバーシートを用いることが、特に好ましい。鋼鉄材料は比較的安価な材料であり、温度変化に対する高い耐性と、高い破折強度と、高い成形性と、特に有利な深絞り加工の特性および／またはエンボス加工の特性とを具える。ここで使用される鋼鉄の外板の降伏点は、典型例では、２５０から３５０ＭＰａの範囲である。より高い降伏強度を有する他の剛性レベルを使用することも可能である。

本発明の他の実施例では、前記カバーシートが、低い材料コストと同時に、本発明の構成要素の高寿命化を実現するために、腐食保護層を有する。腐食保護層は、例えば、金属製カバーシートの溶融めっき、および／または電解コーティングを介して実現される。典型例の溶融めっきは：Ｚで、亜鉛９９％；ＺＡで、亜鉛９５％＋アルミニウム５％；ＡＺで、アルミニウム５％＋亜鉛４３．４％＋ケイ素１．６％；ＡＳで、アルミニウム８８−９２％＋ケイ素８−１２％である。

本発明のサンドイッチ板金の他の有利な実施例では、前記両側のカバーシートが、異なる厚みを有し、および／または異なる腐食防止層を有することを特徴とする。このようにして、高い曲げ剛性と、軽量の構成要素と、高い腐食耐性に関して最適化されたサンドイッチ板金が実現される。

本発明のサンドイッチ板金の他の実施例では、前記両側のカバーシートの少なくとも一方が、亜鉛からなる腐食保護層を有する。代替的または付加的に、前記両側のカバーシートの少なくとも一方が、アルミニウムからなる腐食保護層を有してもよい。

同様に他の可能性として、ＣＶＤコーティング、ＰＶＤコーティング、および／またはゾルゲルコーティングを、従来の溶融めっきや電解コーティングと共に使用することができる。前記カバーシートは、例えば陽極処理によって、さらに仕上げがなされてもよいし、仕上げられていてもよい。このようにして所望の着色を実現することができる。

本発明のサンドイッチ板金の他の実施例によると、前記両側のカバーシートの少なくとも一方が、例えばラッカー、ラッカー箔、またはラッカー膜の形態の有機層を有する。本発明のサンドイッチ板金の所望の着色は、このようにして達成可能である。好適には、前記有機層が発光性（発光特性）を有する。

本発明の方法の有利な一実施例では、コア層がカバーシートに接合される前に、浸透（ｐｅｎｅｔｒａｔｅ）、および／または機械的に脱水される。繊維含有担体の含水量はこのようにして、水性の無溶剤型ポリウレタン分散液に含浸された後に効率的に低減される。こうして金属製カバーシートの内部の腐食を確実に防止することが可能となる。含水量の低減は例えば、コア層が複数の繊維含有担体（繊維層）から構築されるときに、層ごとに水性の無溶剤型ポリウレタン分散液を塗布する際に達成され、好適にはＰＵ分散液にブロックＮＣＯを添加して、ここでＰＵ分散液は例えば、スパイクロール、ゴムロール等のうちの少なくとも１つによりそれぞれの繊維層に浸透させられ、および／または余剰の水分を圧縮により除去することができる。対照的に、単一の繊維層のみを用いるときは、含水量の低減は例えば繊維層の気孔率を増加させることにより達成することができる。

本発明の方法の他の好適な実施例では、カバーシートとコア層から製造されるサンドイッチ板金が、コア層とカバーシートを一体に接合した直後に冷却されるステップと、この冷却中に同時にプレスされ、またはローラーにかけられるステップを具える。このようにして、水分の除去とともに、コア層の容積の収縮または圧縮を促進することが可能となる。特に、このようにして、複合材（サンドイッチ板金）の応力を制御して減少させることが可能となる。

本発明は、多くの実施例の図を提供する図面を参照して以下に説明される。

図１は、本発明のサンドイッチ板金の一部の断面図である。 図２は、本発明のサンドイッチ板金を製造するシステムである。

図に示すサンドイッチ板金１は、２つの金属製カバー層１．１および１．２と、繊維を含有して耐熱性のあるコア層１．３とから構成される。

カバー層１．１と１．２は、好適には腐食保護層を有する鋼板から構成される。ここでは、亜鉛またはアルミニウムベースの腐食保護層を用いることが好ましい。各カバー層（カバーシート）１．１と１．２の厚みは例えば、約０．１から０．８ｍｍであり、好適には０．５ｍｍ以下で、とくに好適には０．４ｍｍ以下である。図１に示す実施例では、２つのカバーシート１．１と１．２の厚みは、例えば約０．３ｍｍでほぼ同じであり、これらは同じ種類の材料から構成される。しかしながら、カバーシート１．１と１．２を異なる厚み、および／または異なる種類の材料で構成しても複合材１を製造することができる。特に、カバーシート１．１と１．２は異なる腐食保護層を有してもよく：例えば、カバーシート１．１または１．２は高い耐熱性を有するアルミニウムベースのコーティングを有し、もう一方のカバーシート１．２または１．１は亜鉛ベースのコーティングを有することができる。

コア層１．３は、少なくとも１の繊維層または１の繊維含有担体から構成され、担体の繊維は、ポリウレタン基質に包囲されている。基質は、繊維含有担体を水性の無溶剤型ポリウレタン分散液に浸透／含浸させることで生成される。本文中の「プリプレグ」という用語は、予め含浸された繊維を意味し、ここでポリウレタン基質内の繊維は、連続フィラメント繊維、または例えば繊維の全長が最大で５０ｍｍである比較的短い繊維片の形態を有する。ＰＵ分散液またはＰＵ基質は固着材（接着剤）として機能する。

好適には、ポリウレタン分散液は、室温では不活性であり、例えば５０℃の一定の温度に加熱することのみで活性化するブロックＮＣＯ（イソシアネート）も含む。芳香族および脂肪族のイソシアネートがこの種類の遮断剤に適しており、その例はモノマー状ジフェニルメタンジイソシアネート、およびイソホロンジイソシアネートである。適切な遮断剤を用いることにより、ポリウレタン分散液のより大きな交差結合を実現することができる。ＰＵ分散液とブロックＮＣＯとの混合比は、活性温度や、また繊維含有担体内の交差結合の所望の度合いによる。

担体の繊維は、高い耐熱性のある鉱物繊維からなり、好適には不燃性のセラミック繊維からなる。本書の繊維含有担体は、レイドスクリム（ｌａｉｄ ｓｃｒｉｍ）、織物、または不織物の形態を有する。コア層１．３の製造に用いられる繊維含有担体は、開放孔がある多孔性であり、すなわち液体に浸透できる。

本発明のサンドイッチ板金１の製造では、例えばプリプレグとして知られている、既製の半製品の形態のコア層１．３を用いる。本文中の「プリプレグ」という用語は、予め含浸された繊維を意味し、ここでポリウレタン基質内の繊維は、連続フィラメント繊維、または例えば繊維の全長が最大で５０ｍｍである比較的短い繊維片の形態を有する。

本発明のサンドイッチ板金１のコア層１．３の厚みは、０．４ｍｍから２．０ｍｍの範囲であり、好適には１．５ｍｍ以下である。この層は少なくとも３００℃、好適には少なくとも７００℃の温度に耐性がある。コア層１．３はさらに、煙の発生を低減するのに非常に効果的であるハロゲンフリー鉱物系難燃剤を含むことができる。

本発明のサンドイッチ板金１の繊維を含有するコア層１．３は、従来の熱可塑材からなるコア層と比べて、温度変化に対する高い耐性と断熱性だけでなく、著しく高いレベルの剛性も提供する。高いレベルの剛性により、比較的薄い金属カバー層１．１と１．２を使用することが可能となり、これにより、サンドイッチ板金１の重量を減らすことができる。

図１から、複合材１のカバーシート１．１と１．２はそれぞれ、コア層１．３よりも著しく薄いことがわかる。軽量のサンドイッチ板金を実現するために、コア層１．３の厚みは、２枚のカバーシート１．１と１．２の最も薄い厚みの、少なくとも１．５倍、好適には少なくとも２倍、特に好適には少なくとも２．５倍である。

図２は本発明のサンドイッチ板金１の製造方法の図である。好適には、カバーシート１．１、１．２、および既製のコア層１．３は、巻いた状態で提供され、この巻いた状態から繰り出される。代替的に、構成要素１．１、１．２、および１．３は定寸法の生地板（パネル）で提供され、互いに接合させることも可能である。

カバーシート１．１、１．２、および既製のコア層１．３は、好適にはツインベルト式プレス機である加熱プレス機２の中に差し込まれる。複合材はプレス機２において、約１２０℃から１８０℃で、好適には最大１６０℃で加熱される。プレス機、特にこのツインベルト式プレス機２によって生成される圧力は、ほぼ一定にすることができる。適用される圧力は、例えば最大で３０バールにすることができる。しかしながら、プレス機２はまた、異なる圧力で有利に作動することができ：例えばツインベルト式プレス機２は、加熱ゾーン２．１と、保温ゾーン２．２と、冷却ゾーン２．３とに分割され、保温ゾーン２．２内の圧力は、後に続く冷却ゾーン（冷却ステージ）に比べて著しく高くすることができる。

既に上述したように、特にブロックＮＣＯ（イソシアネート）が水性の無溶剤型ポリウレタン分散液に添加されて、ここに繊維の層が含浸されたときに、ＰＵ基質は固着剤（接着剤）として作用する。カバーシート１．１と１．２、および既製のコア層１．３からなる複合材の加熱は、ＰＵ基質の接着機能を活性化および／または再活性化させる。本発明にかかる既製のコア層１．３は、カバーシート１．１と１．２に一体に接合するための追加の接着促進層を必要とせず、特に有機の接着促進層を必要としない。

複合材が好適に室温まで冷却される冷却ゾーン２．３内の圧力は、有利に緩和され、したがって、ＰＵ基質から水分を除去してコア層の圧縮（容積の収縮）を促進し、または促進可能となる。この手順により、複合材に通常存在する応力を制御して低減することができる。

ツインベルト式プレス機２の下流で、製造されたサンドイッチ板金１はコイル３に巻かれ、または切断装置４によってそれぞれのパネル５の長さに切断される。

本発明のサンドイッチ板金１は、塑性加工の過程、特に深絞り加工および／またはエンボス加工においてよい結果が得られる。このため、例えば、生地板は適切な複合材１から細長い形状で切り出され、成形プレス機（図示せず）で冷間成形されて、例えば車体の部品などの３次元の部品が得られる。ポリウレタン基質中の繊維の長さは短いため、ここにおける部品は、特に乗用車の車体部品は、様々な大きさで、ほぼすべての所望の形状または輪郭に製造することができる。

本発明のサンドイッチ板金１はまた、例えば造船、航空機の製造、鉄道車両の製造、プラントエンジニアリング、および家具の構築にも有利に使用することができる。

本発明は図示された実施例に制限されない。本発明のサンドイッチ板金には数多くの考えられる変更例があり、その製造方法においてそれぞれ、示した実施例と異なるが添付された特許請求の範囲に記載された本発明を利用することができる。例えば、カバーシート１．１と１．２はまた、アルミニウム材料、および／またはマグネシウム材料から構成されうる。

Claims (16)

1. 特に建材または乗用車の車体部品の製造用のサンドイッチ板金において、金属製のカバーシート（１．１、１．２）と、前記カバーシートの間に配置されたポリマーからなる少なくとも１のコア層（１．３）であって、前記カバーシート（１．１、１．２）と一体に接合したコア層とを具え、前記コア層（１．３）が繊維含有担体を含み、前記担体の繊維がポリウレタン基質に包囲されており、当該ポリウレタン基質は水性の無溶剤型ポリウレタン分散液から形成され、前記繊維は前記ポリウレタン基質内で、最大で５０ｍｍの全長である比較的短い繊維片の形態を有することを特徴とするサンドイッチ板金。
2. 請求項１に記載のサンドイッチ板金において、前記ポリウレタン分散液がブロックイソシアネートを含むことを特徴とするサンドイッチ板金。
3. 請求項１または２に記載のサンドイッチ板金において、前記担体の繊維が、鉱物繊維から、好適にはセラミック繊維から構成されることを特徴とするサンドイッチ板金。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサンドイッチ板金において、前記繊維含有担体が、レイドスクリム（ｌａｉｄ ｓｃｒｉｍ）、織物、または不織物の形態を有することを特徴とするサンドイッチ板金。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のサンドイッチ板金において、前記コア層（１．３）の厚みが、０．４ｍｍから２．０ｍｍの範囲であり、好適には１．５ｍｍ以下であることを特徴とするサンドイッチ板金。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のサンドイッチ板金において、前記カバーシート（１．１、１．２）が、アルミニウム材料、マグネシウム材料、鋼鉄材料、またはこれらのいずれかの組み合わせから構成されることを特徴とするサンドイッチ板金。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のサンドイッチ板金において、前記カバーシート（１．１，１．２）のそれぞれの厚みが、０．１ｍｍから１．０ｍｍであり、好適には０．２ｍｍから０．８ｍｍの範囲であることを特徴とするサンドイッチ板金。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のサンドイッチ板金において、前記カバーシート（１．１、１．２）の少なくとも一方が、腐食保護層を有することを特徴とするサンドイッチ板金。
9. 特に建築産業または乗用車の車体製造に用いられるサンドイッチ板金の製造方法において、圧力および加熱を用いて、金属製カバーシート（１．１、１．２）を、その間に配置されてポリマーからなるコア層（１．３）に一体に接合するステップを具え、既製のコア層（１．３）が前記コア層に用いられて、繊維含有担体を含み、前記担体の繊維がポリウレタン基質に包囲されており、当該ポリウレタン基質は水性の無溶剤型ポリウレタン分散液から形成され、前記繊維は前記ポリウレタン基質内で、最大で５０ｍｍの全長である比較的短い繊維区分の形態を有することを特徴とするサンドイッチ板金。
10. 請求項９に記載の方法において、前記ポリウレタン分散液にブロックイソシアネートが添加されていることを特徴とする方法。
11. 請求項９または１０に記載の方法において、芳香族および／または脂肪族のイソシアネートが前記ブロックイソシアネートとして添加されていることを特徴とする方法。
12. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の方法において、前記コア層（１．３）が前記カバーシート（１．１、１．２）に接合される前に、前記コア層が浸透され、および／または機械的に脱水されるステップを具えることを特徴とする方法。
13. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の方法において、担体が鉱物繊維から、好適にはセラミック繊維から製造されて、前記繊維含有担体として使用されることを特徴とする方法。
14. 請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の方法において、前記カバーシート（１．１、１．２）が、アルミニウム材料、マグネシウム材料、鋼鉄材料、またはこれらのいずれかの組み合わせから構成されることを特徴とする方法。
15. 請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の方法において、前記カバーシート（１．１、１．２）が、鋼鉄材料から構成され、好適には亜鉛層である腐食保護層を有することを特徴とする方法。
16. 請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の方法において、前記カバーシート（１．１、１．２）および前記コア層（１．３）から製造される前記サンドイッチ板金（１）が、前記コア層とカバーシートを一体に接合した直後に冷却されるステップと、この冷却中に同時にプレスされ、またはローラーにかけられるステップとを具えることを特徴とする方法。
    

Images