JP2017203117A - 構造接着フィルム、金属部材組立体及びその製造方法 - Google Patents

構造接着フィルム、金属部材組立体及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】接着性とエッジの被覆性とを両立することが可能な構造接着フィルムを提供すること。
【解決手段】第一の熱硬化性樹脂及び第一の発泡剤を含有する第一の硬化性樹脂層1aと、第二の硬化性樹脂を含有する第二の硬化性樹脂層1bと、を備え、第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度が第二の硬化性樹脂層1bの硬化温度よりも低く、第一の発泡剤の発泡開始温度が第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度より低い、構造接着フィルム1。
【選択図】図2

Description

本発明は、構造接着フィルム、金属部材組立体及びその製造方法に関する。
自動車等に用いられる金属部材同士を接着する方法として、接着剤を介して金属部材同士を接着する方法がある。例えば、特許文献1には、2枚の鋼板(外鋼板及び内鋼板)を用いて、外鋼板の端部をプレスして内鋼板を挟み込んで接合するヘムフランジ構造を形成する際に、外鋼板と内鋼板との間に接着剤シートを配置して鋼板同士を接着させる方法が開示されている。
国際公開第2012/166257号
ヘムフランジ構造を形成する場合、外鋼板と内鋼板とが互いに十分な強度で接着していることが必要である。また、使用される接着剤は、外鋼板の端面及び切断角(以下「エッジ」という。)を十分に被覆できるものであることが望ましい。
本発明は、接着性とエッジの被覆性とを両立することが可能な構造接着フィルム、並びに、該構造接着フィルムを用いた金属部材組立体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、一つの態様において、第一の熱硬化性樹脂及び第一の発泡剤を含有する第一の硬化性樹脂層と、第二の熱硬化性樹脂を含有する第二の硬化性樹脂層と、を備え、第一の硬化性樹脂層の硬化温度が第二の硬化性樹脂層の硬化温度よりも低く、第一の発泡剤の発泡開始温度が第一の硬化性樹脂層の硬化温度より低い、構造接着フィルムである。
本発明によれば、接着性とエッジの被覆性とを両立することが可能な構造接着フィルム、並びに、該構造接着フィルムを用いた金属部材組立体及びその製造方法を提供することができる。
一実施形態に係る構造接着フィルムを示す模式断面図である。 図1のII−II線に沿った矢視模式断面図である。 一実施形態に係る金属部材組立体の製造方法を示す模式断面図である。 図3に示した製造方法の加熱工程における金属接着体の要部を拡大した模式断面図である。 他の実施形態に係る金属部材組立体を示す模式断面図である。 図5(b)に示した金属部材組立体の製造方法を説明するための模式断面図である。 実施例におけるT型剥離強度の評価方法を示す模式断面図である。 実施例におけるせん断強度の評価方法を示す模式断面図である。 実施例1,2及び比較例1に係る金属部材組立体の外鋼板のエッジ部を示す断面写真である。 実施例3,4及び5に係る金属部材組立体の外鋼板のエッジ部を示す断面写真である。 比較例2に係る金属部材組立体の外鋼板のエッジ部を示す断面写真である。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る構造接着フィルム、金属部材組立体及びその製造方法の実施形態について詳細に説明する。
一実施形態に係る構造接着フィルムは、第一の熱硬化性樹脂及び第一の発泡剤を含有する第一の硬化性樹脂層と、第二の熱硬化性樹脂を含有する第二の硬化性樹脂層と、を備え、第一の硬化性樹脂層の硬化温度が第二の硬化性樹脂層の硬化温度よりも低く、第一の発泡剤の発泡開始温度が第一の硬化性樹脂層の硬化温度より低いことを特徴とする。ここで、本明細書における「フィルム」には、「シート」と呼ばれる物品も包含される。
この構造接着フィルムでは、第一の硬化性樹脂層の硬化温度が第二の硬化性樹脂層の硬化温度よりも低く、第一の発泡剤の発泡開始温度が第一の硬化性樹脂層の硬化温度より低いことにより、第一の発泡剤が第一の硬化性樹脂層及び第二の硬化性樹脂層の硬化前に発泡を開始する。そのため、第一の発泡剤の発泡開始時には第一の硬化性樹脂層及び第二の硬化性樹脂層は流動しやすい状態にあり、第一の発泡剤の発泡に伴って構造接着フィルム(特に第一の硬化性樹脂層)が膨張する。したがって、この構造接着フィルムを外鋼板のエッジ付近と内鋼板との接着に用いた場合、接着性を確保しながら、エッジを被覆することも可能になる。
本明細書における「硬化温度」は、示差走査熱量測定(以下「DSC測定」という)により得られるDSC曲線(縦軸:熱量、横軸:温度)における傾きが正に変化する変化点に対応する温度を意味し、「硬化開始温度」ということもできる。
図1は、一実施形態に係る構造接着フィルムを示す斜視図である。図2は、図1のII−II線に沿った矢視模式断面図である。構造接着フィルム1は、第一の硬化性樹脂層1aと第二の硬化性樹脂層1bとを備えている。
第一の硬化性樹脂層1aに含有される第一の熱硬化性樹脂と第二の硬化性樹脂層1bに含有される第二の熱硬化性樹脂とは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などを使用してよく、樹脂強度が優れ、硬化後の接着力を高める効果がある観点から、好ましくはエポキシ樹脂を使用する。
熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂のエポキシ当量は、例えば100〜250g/eqであってよい。エポキシ樹脂の重量平均分子量は、例えば200〜700であってよい。エポキシ樹脂1分子中に含まれる重合可能なエポキシ基の数は、例えば2〜4であってよい。
このようなエポキシ樹脂は、例えばビスフェノールA、ビスフェノールE、ビスフェノールF、ビスフェノールS、脂肪族若しくは芳香族アミン、ハロゲン元素で置換されたビスフェノール樹脂、ノボラック、脂肪族エポキシ化合物、又はこれらの組合せから誘導される樹脂である。このようなエポキシ樹脂は、室温において液状又は半液状であってよい。
このようなエポキシ樹脂としては、例えば「エポトート(登録商標) YD−128」、「エポトート(登録商標) YD−128」(ともに新日鉄住金化学株式会社(東京、日本)製)、「JER828」(三菱化学株式会社(東京、日本)製)、「アデカレジン EP4000」、「アデカレジン EP4100」(ともに株式会社アデカ(東京、日本)製)が入手可能である。
第一の硬化性樹脂層1a及び第二の硬化性樹脂層1bにおける熱硬化性樹脂の含有量は、それぞれ独立に、各硬化性樹脂層の全量を基準として、好ましくは30〜70質量%である。熱硬化性樹脂の含有量が30質量%以上であると接着強度に更に優れ、70質量%以下であると、構造接着フィルムのフィルムとしての形状を好適に保持できる。当該熱硬化性樹脂の含有量は、各硬化性樹脂層の全量を基準として、例えば40〜70質量%であってもよく、60〜70質量%であってもよい。
第一の硬化性樹脂層1aに含有される第一の発泡剤としては、例えば、熱可塑性樹脂を含有する殻内にブタン、ペンタン等の液化炭化水素を充填した密閉型の発泡剤を用いることができる。密閉型の発泡剤を用いた場合、発泡剤が加熱されると、殻内の液状物質が気化することによって殻が膨張する。密閉型の発泡剤の含有量は、第一の硬化性樹脂層1aの全量を基準として、好ましくは0.5〜10質量%、より好ましくは1〜5質量%、更に好ましくは1〜2質量%である。このような密閉型の発泡剤としては、例えば「マツモトマイクロスフェアー(登録商標)」(松本油脂製薬株式会社(大阪市、日本)製、)、「Expancel(登録商標)」(日本フェライト株式会社(大阪市、日本)製)、「アドバンセル(登録商標)」(積水化学工業株式会社(大阪市、日本)製)が入手可能である。
第一の発泡剤としては、例えば、加熱によって窒素、窒素酸化物、水蒸気、二酸化炭素等のガスを発生させる化合物である非密閉型の発泡剤を用いることもできる。非密閉型の発泡剤としては、例えばアゾビスイソブチロニトリル、アゾジカルボンアミド、カルバジド、ヒドラジド、ホウ化水素ナトリウム、重炭酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、ジニトロソペンタメチレンテトラアミンを用いることができる。非密閉型の発泡剤の含有量は、第一の硬化性樹脂層1aの全量を基準として、0.2〜2質量%であることが好ましく、0.5〜1.5質量%であることがより好ましい。
第一の発泡剤による第一の硬化性樹脂層の発泡率は、好ましくは、110%以上、120%以上又は130%以上であり、また、好ましくは、160%以下、150%以下又は140%以下である。発泡率が110%以上であるとエッジの被覆性に更に優れ、160%以下であると接着強度が更に好適に維持される。ここで、本明細書における「発泡率」は、発泡前の第一の硬化性樹脂層の層厚みに対する発泡・硬化後の層厚みを意味する。
第二の硬化性樹脂層2aは、第二の発泡剤を更に含有していてもよい。第二の発泡剤は、第一の発泡剤と同一であっても異なっていてもよく、第一の発泡剤として説明した発泡剤と同様の発泡剤であってよい。第二の発泡剤の発泡開始温度は、例えば90〜150℃であってよく、好ましくは、第二の硬化性樹脂層1bの硬化温度より低い。換言すれば、第二の発泡剤は、第二の硬化性樹脂層1bの硬化が完了する前に発泡を開始する。第二の発泡剤の発泡開始温度は、より好ましくは第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度より高い。
第一の発泡剤の発泡開始温度は、例えば80〜130℃又は100℃〜120℃であってよい。発泡開始温度が80℃以上であると、構造接着フィルム1を成形する際の不要な発泡を防止できる。第一の発泡剤の発泡開始温度は、好ましくは第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度より低い。換言すれば、第一の発泡剤は、好ましくは、第一の硬化性樹脂層1aの硬化が完了する前に発泡を開始する。
第二の発泡剤の発泡開始温度は、好ましくは第一の発泡剤の発泡開始温度よりも高い。第一の発泡剤の発泡開始温度と第二の発泡剤の発泡開始温度との差は、好ましくは5℃以上、より好ましくは10℃以上である。第一の発泡剤の発泡開始温度と第二の発泡剤の発泡開始温度との差は、例えば70℃以下であってよい。
ここで、本明細書における「発泡開始温度」は、温度変化に伴う体積変化を測定する熱機械分析において、いわゆる通常の熱膨張を超える体積膨張が生じる温度を意味する。なお、一般には、発泡剤の「発泡開始温度」は、発泡剤メーカからカタログ値として提供されている。
第一の硬化性樹脂層1a及び第二の硬化性樹脂層1bのそれぞれは、上記成分に加えて、アクリル樹脂を更に含有していてもよく、好ましくは上述のエポキシ樹脂及びアクリル樹脂を含有する。アクリル樹脂を含有することで、硬化前の粘着性及び成形性を高めることができる。
アクリル樹脂は、特に制限されないが、例えば、(メタ)アクリル酸エステルと含窒素モノマーとエポキシ基を有する架橋性モノマーとの共重合体であってよい。
(メタ)アクリル酸エステルは、好ましくは、ホモポリマーのTgが80℃以上である(メタ)アクリル酸エステルである。(メタ)アクリル酸エステルは、例えば下記式(1)で表されるモノマーであってよい。
式中、Rは水素原子又はメチル基を示し、Rは炭化水素基を示す。RはホモポリマーのTgが80℃以上となる炭化水素基であればよく、例えば、鎖状、分岐状又は環状の炭化水素基であってよい。
(メタ)アクリル酸エステルの含有量は、モノマー成分の全量基準で、例えば20質量%以上又は30質量%以上であってもよく、また、例えば60質量%以下であってよい。
含窒素モノマーは、窒素原子を有しており、(メタ)アクリル酸エステル及び架橋性モノマーと共重合してアクリル樹脂を形成できるモノマーである。含窒素モノマーは、例えば、エチレン性不飽和二重結合を有するモノマーであってよく、(メタ)アクリロイル基を有するモノマーであってもよい。
含窒素モノマーの含有量は、モノマー成分の全量基準で、例えば20質量%以上であってよく、また、例えば50質量%以下であってよい。
架橋性モノマーは、エポキシ基を有しており、(メタ)アクリル酸エステル及び含窒素モノマーと共重合してアクリル樹脂を形成できるモノマーである。架橋性モノマーは、例えば、エチレン性不飽和二重結合を有するモノマーであってよく、(メタ)アクリロイル基を有するモノマーであってもよい。架橋性モノマーは、例えば、グリシジル基を有するモノマーであってよい。
架橋性モノマーの含有量は、モノマー成分の全量基準で、例えば2質量%以上、5質量%以上又は10質量%以上であってよく、また、例えば30質量%以下、25質量%以下又は20質量%以下であってよい。
第一の硬化性樹脂層又は第二の硬化性樹脂層に含有されるアクリル樹脂は、ラジカル重合可能なものであってもよい。この場合、光重合により、シート状の構造接着フィルムを成形することが可能になる。
モノマー成分の重合態様は、特に限定されず、例えばランダム重合であってよい。すなわち、アクリル樹脂は、上述したようなモノマー成分のランダム共重合体であってよい。
モノマー成分の重合反応は、特に限定されないが、ラジカル重合であることが好ましい。すなわち、アクリル樹脂は、上述したようなモノマー成分のラジカル共重合体であることが好ましい。ラジカル重合は、例えば、モノマー成分とラジカル重合開始剤との反応により実施されてよい。
ラジカル重合開始剤は、モノマー成分のラジカル重合を開始できるものであれば特に限定されない。例えば、ラジカル重合開始剤は、光硬化型ラジカル重合開始剤であってよい。ラジカル重合開始剤の具体例としては、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン(Irgacure651、BASF社製)、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド(Irgacure819、BASF社製)等が挙げられる。ラジカル重合開始剤の量は、特に限定されず、例えば、モノマー成分の合計100質量部に対して0.05〜0.5質量部であってよく、0.1〜0.3質量部であってもよい。
第一の硬化性樹脂層1a及び第二の硬化性樹脂層1bのそれぞれは、上記の成分に加えて、その他の成分を更に含んでいてもよい。その他の成分としては、熱可塑性樹脂、改質剤、硬化剤、硬化助剤、スペーサー等が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、例えばフェノキシ樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ブチラール樹脂、又はこれらの組合せを用いることができる。このような熱可塑性樹脂としては、例えば「YP−50S」(新日鉄住金化学株式会社(東京、日本)製)、「PK−HP200」(InChem)、「Butvar B76」(Eastman Chemical)、「ハイパール M−5001」(根上工業株式会社(石川県、日本)製)などが入手可能である。第一の硬化性樹脂層1a及び第二の硬化性樹脂層1bがエポキシ樹脂及びアクリル樹脂を含有する場合は、これらの樹脂に対し良好な相溶性を示すフェノキシ樹脂及びブチラール樹脂が熱可塑性樹脂として好ましく用いられる。熱可塑性樹脂の軟化点は、例えば60〜140℃であってよい。熱可塑性樹脂は、主に、硬化前常温での形状保持性を担っている。
第一の硬化性樹脂層1a及び第二の硬化性樹脂層1bにおける熱可塑性樹脂の含有量は、それぞれ独立に、各硬化性樹脂層の全量を基準として、好ましくは10〜50質量%、より好ましくは15〜30質量%である。
改質剤としては、例えばコア−シェル型の改質剤、カルボキシル基末端アクリロニトリル−ブタジエンゴム、高分子量アミン末端ポリテトラメチレンオキサイドを用いることができる。このような改質剤としては、例えば「BTA−731」(クレハ)が入手可能である。
第一の硬化性樹脂層1a及び第二の硬化性樹脂層1bにおける改質剤の含有量は、それぞれ独立に、各硬化性樹脂層の全量を基準として、好ましくは10〜40質量%、より好ましくは10〜30質量%である。
硬化剤は、熱硬化性樹脂の種類に応じて選択される。熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である場合、硬化剤は、酸無水物(例えば、4-メチルヘキサヒドロフタル酸無水物など)、芳香族ポリアミン(例えば、ジアミノジフェニルメタンなど)、フェノール樹脂系、ジシアンジアミドなどであってよく、室温で安定した潜在性を有する観点から、好ましくはジシアンジアミドである。このような硬化剤としては、例えば「Amicure(登録商標) CG1200」(Air Products)、「EH−3636AS」(株式会社アデカ)が入手可能である。
第一の硬化性樹脂層1a及び第二の硬化性樹脂層1bにおける硬化剤の含有量は、それぞれ独立に、各硬化性樹脂層の全量を基準として、好ましくは2〜15質量%、より好ましくは2〜8質量%である。
硬化助剤は、例えばジシアンジアミドと併用することにより第一の硬化性樹脂層1a及び第二の硬化性樹脂層1bの硬化温度を制御するために用いられる。硬化助剤は、好ましくは、第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度が第二の硬化性樹脂層1bの硬化温度よりも低く、かつ第一の発泡剤の発泡開始温度が第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度より低くなるように、第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度及び第二の硬化性樹脂層1bの硬化温度を制御できる化合物であり、例えば第3アミン塩、イミダゾール類であってよい。このような硬化助剤としては、例えば「Omicure(登録商標) 52」(BTR Japan)、「キュアゾール2MZA」、「キュアゾール2MA−OK」「キュアゾール2PHZ」(ともに四国化成)などが入手可能である。
スペーサーとしては、例えばガラスビーズを用いることができる。このようなスペーサーとしては、例えば「910L」(ユニチカ)が入手可能である。
第一の硬化性樹脂層1a及び第二の硬化性樹脂層1bにおけるスペーサーの含有量は、それぞれ独立に、各硬化性樹脂層の全量を基準として、例えば0.5質量以下である。
本実施形態においては、第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度は、第二の硬化性樹脂層1bの硬化温度よりも低くなっている。換言すれば、第一の硬化性樹脂層1aがその形状を保持できる程度に硬化したときに、第二の硬化性樹脂層1bは流動性を有している。
具体的には、第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度は、好ましくは90〜150℃、より好ましくは110〜140℃、更に好ましくは120〜140℃である。第二の硬化性樹脂層1bの硬化温度は、好ましくは100〜170℃、より好ましくは120〜160℃、更に好ましくは130〜150℃である。第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度と第二の硬化性樹脂層1bの硬化温度との差は、好ましくは5℃以上、より好ましくは10℃以上である。第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度と第二の硬化性樹脂層1bの硬化温度との差は、例えば80℃以下であってよい。
上述した第一の硬化性樹脂層1a及び第二の硬化性樹脂層1bの組成は、第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度が第二の硬化性樹脂層1bの硬化温度よりも低くなるように、好ましくは第一の硬化性樹脂層の硬化温度と第二の硬化性樹脂層の硬化温度との差が上記の範囲となるように適宜調整される。
具体的には、例えば第一の硬化性樹脂層1aと第二の硬化性樹脂層1bとで異なる種類の熱硬化性樹脂を用いることによって、第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度を第二の硬化性樹脂層1bの硬化温度よりも低くすることができる。
また、例えば、上述したとおり硬化助剤を適宜選択したり、第一の硬化性樹脂層1aにおける硬化助剤の含有量を第二の硬化性樹脂層1bにおける硬化助剤の含有量よりも多くしたりすることによって、第一の硬化性樹脂層1aの硬化温度を第二の硬化性樹脂層1bの硬化温度よりも低くすることができる。
より具体的には、第一の硬化性樹脂層1aと第二の硬化性樹脂層1bとで異なる硬化助剤を用いることによって、第一の硬化性樹脂層1aの硬化開始温度を第二の硬化性樹脂層1bの硬化開始温度よりも低くすることができる。イミダゾール系硬化助剤で例を挙げると、第一の硬化性樹脂層1aの硬化助剤として「キュアゾール2MZ―A」を用い、第二の硬化性樹脂層1bの硬化助剤として「キュアゾール2PHZ―PW」を用いることによって、第一の硬化性樹脂層1aと第二の硬化性樹脂層1bとの間に好ましい硬化温度差を設けることができる。
また、第一の硬化性樹脂層1aにおける硬化助剤の含有量は、第一の硬化性樹脂層1aの全量を基準として、好ましくは0.1〜3.0質量%、より好ましくは0.2〜1.5質量%である。第二の硬化性樹脂層1bにおける硬化助剤の含有量は、好ましくは第一の硬化性樹脂層1aにおける硬化助剤の含有量のおよそ半分(例えば、第一の硬化性樹脂層1aにおける硬化助剤の含有量100質量部に対して45〜55質量部)であり、これにより、第一の硬化性樹脂層1aと第二の硬化性樹脂層1bとの間に好ましい硬化温度差を設けることができる。
本実施形態に係る構造接着フィルムは、第一の硬化性樹脂層及び第二の硬化性樹脂層に加えて、その他の層を更に備えていてもよい。例えば、第一の硬化性樹脂層1a及び第二の硬化性樹脂層1bの両方若しくはいずれかの中に、又は2つの層の中間に、織布、不織布、メッシュ等の通気性素材を配置してもよく、これにより、硬化前の構造接着フィルム1の性状を改善することができる。また、例えば、第二の硬化性樹脂層上に、ごく薄い熱可塑性樹脂のフィルムを備えることにより、硬化後の表面外観のさらなる改善を期待することができる。
本実施形態に係る構造接着フィルムは、一実施形態として、例えば以下のようにして得られる。
1)まず、熱硬化性樹脂と改質剤とを混合して十分に湿潤される程度に(例えば120℃程度で2時間以上)加熱する。続いて、熱可塑性樹脂を溶融する程度に(例えば180℃程度)に加熱して、熱硬化性樹脂と改質剤との混合物に更に混合する。
2)上記1)で得られた混合物を、この後に硬化剤、助剤、発泡剤を加えた際に急速に反応が進行せず、且つ混合物の流動性が損なわれないような温度(硬化剤、助剤、発泡剤の種類及び量にもよるが、例えば70℃程度)まで冷却する。続いて、当該混合物に硬化剤、硬化助剤、発泡剤を更に混合する。
3)上記2)で得られた混合物が冷却・固化する前に、カレンダリングやホットプレスによって当該混合物をシート状に成形する。
4)上記1)〜3)に従ってそれぞれ作製した第一の硬化性樹脂層1aと第二の硬化性樹脂層1bとを貼り合せて、構造接着フィルム1を得る。
本実施態様に係る構造接着フィルムにおいて、熱硬化性樹脂とともにラジカル硬化性のアクリル樹脂を使用する場合は、他の実施形態として、例えば以下の工程により構造接着フィルムを得ることもできる。
1)アクリル樹脂の原料となるアクリルモノマーを配合し、熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を相溶させる。
2)上記1)で得られた混合物に、アクリル樹脂用の光反応開始剤、硬化剤、硬化助剤、発泡剤、フィラーその他の添加物を更に加え、攪拌・分散させる。
3)混合物を脱泡して酸素を除き、所望の厚さになるように一対のPET等の透明フィルム間に挟む。
4)上記3)に光照射し、アクリルモノマーを反応させてポリマー化し、混合物をシート状に成形する。
5)上記1)〜4)に従ってそれぞれ作製した第一の硬化性樹脂層1aと第二の硬化性樹脂層1bとを貼り合せて、構造接着フィルム1を得る。
本実施形態に係る構造接着フィルムは、金属部材同士を接着して金属部材組立体を製造するために使用することができる。以下では、構造接着フィルムを用いた金属部材組立体の製造方法(金属部材同士の接合方法)の一実施形態について説明する。
図3は、一実施形態に係る金属部材組立体の製造方法(金属部材同士の接合方法)を示す模式断面図である。この製造方法では、まず、図3(a)に示すように、本体部11と折り曲げ部12とを有する外鋼板(第一の金属部材)10と、本体部21と被挟持部22とを有し、被挟持部22の両面にそれぞれ構造接着フィルム30が貼付された内鋼板(第二の金属部材)20とを準備する(準備工程)。
構造接着フィルム30は、第一の硬化性樹脂層30aと第二の硬化性樹脂層30bとを備えており、第一の硬化性樹脂層30aが内鋼板の被挟持部22に貼付されている。他の態様においては、第一の硬化性樹脂層30aが内鋼板の被挟持部22に貼付される代わりに、第二の硬化性樹脂層30bが外鋼板10の所定の位置に貼付されてもよい。内鋼板20の被挟持部22の両面に貼付されたそれぞれの構造接着フィルム30は、一体の構造接着フィルムを構成していてもよく、この場合、構造接着フィルムは、内鋼板20の被挟持部22の端部23側を覆うように折り畳まれた形状で配置される(図示せず)。
準備工程に続いて、折り曲げ工程が行われる。折り曲げ工程では、図3(b)に示すように、外鋼板10の一端部13側が内鋼板20の被挟持部22を挟み込むように、外鋼板10の一端部13側の折り曲げ部12を折り返す。このとき、外鋼板10の一端部13が構造接着フィルム30の第二の硬化性樹脂層30b上に位置するように、外鋼板10を折り返す。これにより、外鋼板10の一端部13と内鋼板20の被挟持部22の一面側とが互いに接着され、外鋼板10の本体部11と内鋼板20の被挟持部22の他面側とが互いに接着された、ヘムフランジ構造を有する金属接着体40が得られる。
続いて、折り曲げ工程で得られた金属接着体40を加熱する(加熱工程)。これにより、構造接着フィルム30の第一の硬化性樹脂層30a及び第二の硬化性樹脂層30bを硬化させる。
図4は、加熱工程における金属接着体40の要部(外鋼板10の一端部13付近)を拡大した模式断面図である。加熱工程では、折り曲げ工程で得られた金属接着体40(図4(a))を、例えば昇温速度が5〜15℃/分となるように室温から加熱していく。そうすると、温度上昇に伴って、まず、図4(b)に示すように、第一の硬化性樹脂層30aに含有される第一の発泡剤の発泡が開始する。次いで、第一の硬化性樹脂層30aの硬化反応が開始する。このとき、第一の硬化性樹脂層30aは、第一の発泡剤の発泡開始と共に徐々に膨張していき、温度が更に上昇すると、膨張した形状を保持できる程度まで硬化する。
ここで、第二の硬化性樹脂層30bの硬化温度は第一の硬化性樹脂層30aの硬化温度よりも高くなっており、第二の硬化性樹脂層30bの硬化は、第一の硬化性樹脂層30aの硬化開始後に開始する。なお、第二の硬化性樹脂層30bの硬化開始は、第一の硬化性樹脂層30aの硬化終了後であっても硬化進行中であってもよい。そのため、第一の硬化性樹脂層30aがその形状を保持できる程度まで硬化したときに、第二の硬化性樹脂層30bは流動性を有している。これにより、第二の硬化性樹脂層30bは、膨張且つ硬化した第一の硬化性樹脂層30aの形状に沿って流動し、図4(c)に示すように、外鋼板10の一端部(エッジ)13を被覆することができる。そして、温度を更に上昇させることで、第二の硬化性樹脂層30bが外鋼板10の一端部(エッジ)13を被覆した状態で硬化する。
第二の硬化性樹脂層30bが第二の発泡剤を含有している場合には、第二の硬化性樹脂層30bは、例えば第一の硬化性樹脂層30aがその形状を保持できる程度まで硬化した後(図4(c))に、第二の発泡剤の発泡に伴って膨張しながら流動することとなる。そのため、第二の硬化性樹脂層30bは、より好適に外鋼板10の端部(エッジ)13を被覆することができる。
以上説明した加熱工程を経ることにより、図3(c)に示すように、金属部材組立体41が得られる。図3(c)に示すように、金属部材組立体41は、少なくとも、外鋼板(第一の金属部材)10と、内鋼板(第二の金属部材)20と、第一の接合部材30とを備えている。
第一の接合部材30は、外鋼板10と内鋼板20との間の少なくとも一部(外鋼板10の一端部13側と内鋼板20の被挟持部22との間)に配置されている。第一の接合部材30は、外鋼板10の一端部13側と内鋼板20の被挟持部22の一面側とを互いに接合すると共に、外鋼板10の一端部(エッジ)13を被覆している。第一の接合部材30は、構造接着フィルムの硬化物である。金属部材組立体41においては、外鋼板10の一端部13側が折り返されて内鋼板20の被挟持部22を挟み込むようにヘムフランジ構造が形成されている。
金属部材組立体41は、外鋼板10の本体部11と内鋼板20の被挟持部22の他面側とを互いに接合する第二の接合部材を更に備えてもよい。図3(c)に示すように、第二の接合部材30は、例えば第一の接合部材30と同じ構成を有する接合部材であってよい。
他の態様においては、金属部材組立体41は、第二の接合部材として、第一の接合部材30とは異なる構成を有する接合部材を備えていてもよい。図5は、他の実施形態に係る金属部材組立体を示す模式断面図である。このように、接合部材を複数に分けることで、各接合場所で適した接合部材を選択することが可能になる。
他の一態様においては、図5(a)に示すように、金属部材組立体42は、第二の接合部材31として、一層の接着剤層から形成される接着剤シートの硬化物である接合部材を備えている。
更に他の一態様においては、図5(b)に示すように、金属部材組立体43は、第二の接合部材32として、接着剤層の硬化物32aと該硬化物中に埋没した通気性素材32bとを含む接合部材を備えている。
図6は、図5(b)に示した金属部材組立体43の製造方法を説明するための模式断面図である。図6(b)は図5(b)のI−I線に沿った矢視模式断面図であり、図6(a)は図6(b)に示した金属部材組立体43に対応する金属接着体(加熱工程を経る前の状態)を示す模式断面図である。
図6(a)に示すように、この態様において用いられる接着剤シート32は、接着剤層32aと、通気性素材32bを含む通気層とを備えている。接着剤層32aは、例えば第一の硬化性樹脂層30a及び第二の硬化性樹脂層30bにおいて説明した、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、改質剤、硬化剤、硬化助剤、スペーサー等を含有していてよい。通気性素材としては、例えば、織布、メッシュ、ニット、不織布等の繊維素材が挙げられる。繊維素材としては、例えば、コットン、ガラス、ポリエステル、ポリイミド、ポリプロピレン、カーバイド、アラミド、金属、又はこれらの組み合わせを材料とする繊維形状の素材が使用できる。これらの通気性素材は多孔質な層を形成でき、当該層は、層内を空気が通過できる通気層として機能しうる。
ヘムフランジ構造では、内鋼板20の端部23と外鋼板10との間の空隙が、密閉される場合がある。この密閉された空隙内に水等の揮発分が存在すると、加熱工程で揮発分が揮発・膨張したとき、加熱によって低粘度化した構造接着フィルム又は接着剤シートを揮発分が通過してしまう場合がある。この場合、構造接着フィルム又は接着剤シートの端部に気泡が生じ、形成される接合部材の外観が悪化するおそれがある。これに対して本態様では、接着剤層32aと外鋼板10との間に通気性素材32b(通気層)が存在するため、空隙内で揮発・膨張した揮発分は通気性素材32b(通気層)内部を通過する。このため、本態様では、構造接着フィルム30及び接着剤層32aの端部における気泡の発生が抑制される。その結果、気泡発生に起因する接着剤の泡立ちなどのエッジで生じる外観不良の発生を防止できる。揮発分の通過後は、加熱工程において流動した接着剤層32aが通気性素材32b(通気層)内の空隙を埋めて硬化し(通気性素材32bが接着剤層32aの硬化物中に埋没した状態)、外鋼板10と接することで、十分な接合強度が確保される(図6(b))。なお、通気性素材として、比較的硬質な織布、メッシュ、ニット等を使用した場合は、硬化前のシート形状を維持し、取り扱いをより容易にする効果も発揮できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。まず、実施例及び比較例における各特性の評価方法を以下に示す。
<硬化温度>
DSC測定により得られたDSC曲線(縦軸:熱量、横軸:温度)における傾きが正に変化する変化点に対応する温度を硬化温度(硬化開始温度)とした。
<発泡率>
鋼板に試料を貼り付けたものをオーブンに入れ、加熱条件1又は加熱条件2で試料を鋼板に焼き付けた(以下、この加熱条件を「加熱条件1」とする。)。焼き付け前後での膜厚を測定し、焼き付け後の膜厚/焼き付け前の膜厚を発泡率(%)とした。
なお、加熱条件1及び加熱条件2は、以下のとおりである。
加熱条件1:試料をオーブンに投入し、オーブン内の温度を室温付近から約7℃/分の昇温速度で約20分かけて170〜190℃として、その温度で10分間維持した。
加熱条件2:予め180℃に加熱しておいたオーブンに試料を投入し、30分間維持した。
<T型剥離強度>
25mm×150mm×0.8mm厚の鋼板Pを2枚と、25mm×120mmの試料Sとを用意した(図7(a))。一方の鋼板Pに試料Sを貼り付けた後、この試料S付きの鋼板Pと他方の鋼板Pを重ねて両者をクリップで挟んで固定した(なお、必要に応じて、鋼板P同士の間に150μmのワイヤーをスペーサーとして配置した。)。鋼板P同士をクリップで挟んだままで、加熱条件2で試料Sを焼き付けた(図7(b))。なお、試料Sの一部は発泡によって鋼板Pからはみ出して硬化するが、そのはみ出した部分は取り除いた。続いて、鋼板Pの接着剤が挟まれていない端部を外側に向けて90°に折り返し、折り返し部分をつかみしろにして鋼板P同士を鋼板Pの面方向に垂直な方向に引き離すように引っ張ったときの強度をT型剥離強度(N/25mm)として測定した(図7(c))。
<せん断強度>
10mm×100mm×1.6mm厚の鋼板Pを2枚と、10mm×10mmの試料Sとを用意した(図8(a))。一方の鋼板Pの端部に試料Sを貼り付けた後、試料S付きの鋼板Pともう一方の鋼板Pとを、試料Sがもう一方の鋼板Pの端部に配置されるように貼り合せた(なお、必要に応じて、鋼板P同士の間に150μmのワイヤーをスペーサーとして配置した。)。鋼板P同士は試料Sが配置されている部分のみで重なっており、それぞれの鋼板Pの試料Sが配置されていない部分はつかみしろになる。鋼板P同士が重なっている部分をクリップで挟んで固定し、加熱条件2で試料Sを焼き付けた(図8(b))。なお、試料Sの一部は発泡によって鋼板Pからはみ出して硬化するが、そのはみ出した部分は取り除いた。それぞれの鋼板Pのつかみしろをつかんで、鋼板Pの面方向に引き離すように引っ張ったときの強度をせん断強度(MPa)として測定した(図8(c))。
<エッジの被覆性評価>
構造接着フィルム、外鋼板、内鋼板を用いて図3に示すように、内鋼板側の端部を覆うように構造接着フィルムを折り返して貼り付けるか、もしくは、内鋼板の被挟持部の両面にそれぞれ構造接着フィルムを貼り付けた後、フランジ加工された(ヘミングプレスされるように角度をつけて折られている)外鋼板のフランジで内鋼板を挟み込むようにプレスする。このようにして得られたものをオーブンに入れ、加熱条件1で構造接着フィルムを焼き付けた。焼き付け後の試料の断面を切って研磨し、その断面を観察した。
また、構造接着フィルムの硬化物が外鋼板のエッジを被覆している長さ(被覆長さ)を測定した。被覆長さは、上記の試料断面において、外鋼板の端部と、外鋼板の一面(内鋼板と反対側の面)上に乗り上げている構造接着フィルムの硬化物の先端部との間の長さとした。
<実施例1、実施例2、比較例1>
(実施例1)
表1に示す組成を有する第一の硬化性樹脂層及び第二の硬化性樹脂層からなる構造接着フィルムを作製した。第一の硬化性樹脂層及び第二の硬化性樹脂層のそれぞれの単層での特性(硬化温度、発泡率、T型剥離強度、せん断強度)、並びに構造接着フィルムの特性(発泡率、被覆長さ、T型剥離強度、せん断強度)を併せて表1に示す。また、エッジの被覆性評価における断面写真を図9(a)に示す。
(実施例2)
第二の硬化性樹脂層の組成を表1のとおり変更した以外は、実施例1と同様にして構造接着フィルムの作製及び評価を行った。実施例1と同様に結果を表1に示し、エッジの被覆性評価における断面写真を図9(b)に示す。
(比較例1)
構造接着フィルムを表1に示す組成の硬化性樹脂層単層からなるものに変更した以外は、実施例1と同様にして構造接着フィルムの作製及び評価を行った。実施例1と同様に結果を表1に示し、エッジの被覆性評価における断面写真を図9(c)に示す。比較例1では、発泡率が高いため被覆性は実施例1,2と同様に良好であったものの、接着性能であるT型剥離強度及びせん断強度は劣っていた。
なお、表1中の基本樹脂成分は、熱硬化性樹脂としてのビスフェノールA型の液状エポキシ(「エポトートYD―128」(新日鉄住金化学))58質量%、熱可塑性樹脂としてのフェノキシ樹脂(「YP−50S」(新日鉄住金化学))28質量%、及び改質剤(「BTA−731」(クレハ))14質量%を120℃で混合して得られた成分である。
また、表1中の略称は、それぞれ以下の材料を意味する。
CG1200:硬化剤(「Amicure CG1200」(Air Products))
Omicure 52:硬化助剤(「Omicure 52」(BTR Japan))
910L:スペーサー(「910L」(ユニチカ))
FN−100SSD:発泡剤(「マツモトマイクロスフェアー FN−100SSD」(松本油脂製薬)、発泡開始温度:約120℃)
F−48D:発泡剤(「マツモトマイクロスフェアー F−48D」(松本油脂製薬)、発泡開始温度:約90℃)
<実施例3〜5、比較例2>
(実施例3)
表2に示す配合のとおり、モノマー成分(光反応性モノマー)、エポキシ樹脂をベースにして、ペレット状あるいは粉末状の各材料を順に混合していくことにより、第1の硬化性樹脂層及び第2の硬化性樹脂層となる接着剤組成物をそれぞれ調製した。
各接着剤組成物を、軽剥離処理されている一対のPETフィルムに挟んで0.2mmの厚みとなるようにシート状に成形した。成形したシートに、紫外線蛍光灯VC7692 T12バルブ(Sylvania Corp社製)を光源とした紫外線を、1mWで3分間照射し、5mWで3分間更に照射した。紫外線によって光反応性モノマーの成分は硬化し、PETフィルム間に固体化した接着剤シートを得た。その特性を表2に示す。
続いて、第1の硬化性樹脂層となる接着剤シートと、第2の硬化性樹脂層となる接着シートとを貼り合わせて、計0.4mm厚さの構造接着フィルムを得た。得られた構造接着フィルムの発泡率、被覆長さ、T型剥離強度、せん断強度を表2に示す。また、エッジの被覆性評価における断面写真を図10(a)に示す。
(実施例4)
第1の硬化性樹脂層及び第2の硬化性樹脂層の組成をそれぞれ表2に示す配合に変更した以外は、実施例3と同様にして構造接着フィルムの作製及び評価を行った。得られた構造接着フィルムの特性を実施例3と同様に表2に示し、エッジの被覆性評価における断面写真を図10(b)に示す。
(実施例5)
実施例4で作製した構造接着フィルムを第一の接合部材として用いた。
一方、表2において「接着剤シート」として示すとおりの配合で、実施例3と同様にして接着剤層を得た。この接着剤層に、通気性素材であるポリエステル製メッシュ(製品番号EF476、倉敷繊維加工株式会社製)を貼り合わせて接着剤シートとし、この接着剤シートを第二の接合部材として用いた。接着剤シートの特性を表2に示す。
続いて、図5に示すように、内鋼板の被挟持部の一方の面(図5の内鋼板20の被挟持部22上面側)に第一の接合部材である構造接着フィルムを貼り付けるとともに、内鋼板の被挟持部の他方の面(図5の内鋼板20の被挟持部22下面側)に第二の接合部材である接着剤シートを貼り付けた。
その後、実施例1と同様に、外鋼板のフランジで内鋼板を挟み込むようにプレスし、焼く付け、金属部材組立体を作製した。焼付け後の断面写真を図10(c)に示す。外鋼板のエッジは約0.15mmカバーされている。接着剤断面での発泡跡の大きさや色の差異によって、接着剤シートの配合の違いが分かる。
メッシュは焼付け工程を経て最終的に接着剤中に埋め込まれ、接着剤層と一体化していた。なお、エッジカバー部は、泡立ち跡の発生が抑制された良好な外観を示した。
(比較例2)
実施例5で作製した接着剤層のみからなる単層の接着剤シート(通気性層(メッシュ)を有していない接着剤シート)を準備した。これを比較例2における第一の接合部材として使用した。第二の接合部材には、実施例5で作製した接着剤シート(通気性層(メッシュ)を有している接着剤シート)を使用した。実施例5と同様にエッジの被覆性評価を行ったところ、図11に示す断面写真が得られた。比較例2における単層の接着剤シートは高い接着強度を示すが、外鋼板のエッジの被覆が得られないことが分かる。
なお、表2中の略称は、それぞれ以下の材料を意味する。
DMAA:ジメチルアクリルアミド
FA−511AS:ジシクロペンテニルアクリレート
BA:n−ブチルアクリレート
2EHA:2−エチルへキシルアクリレート
GMA:グリシジルメタクリレート
Irg651:光硬化型ラジカル重合開始剤(BASF株式会社製「Irugacure 651」)
YP−50S:フェノキシ樹脂(新日鉄住金化学株式会社製「YP−50S」)
YD−128:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(新日鉄住金化学株式会社製「YD−128」)
YDF−170:ビスフェノールF型エポキシ樹脂(新日鉄住金化学株式会社製「YDF−170」)
BTA731:コア−シェル型衝撃改質剤(ロームアンドハース株式会社製「BTA731」)
DICY:熱硬化型エポキシ樹脂硬化剤ジシアンジアミド(株式会社ADEKA製「EH3636AS」)
2MZA−PW:硬化助剤(四国化成工業株式会社製「2MZA−PW」)
2PHZ−PW:硬化助剤(四国化成工業株式会社製「2PHZ−PW」)
R972:疎水性表面処理シリカ(日本アエロジル株式会社製「R−972」)
FN−100MD:発泡剤(松本油脂製薬株式会社製「FN−100MD」、発泡開始温度:約125℃)
FN−100SD:発泡剤(松本油脂製薬株式会社製「FN−100SD」、発泡開始温度:約125℃)
FN−80GSD:発泡剤(松本油脂製薬株式会社製「FN−80GSD」、発泡開始温度:約100℃)
以上のとおり、本発明に係る構造接着フィルムによれば、接着性とエッジの被覆性とを両立できることが分かる。
1…構造接着フィルム、1a…第一の硬化性樹脂層、1b…第二の硬化性樹脂層、10…外鋼板(第一の金属部材)、13…外鋼板(第一の金属部材)の一端部、20…内鋼板(第二の金属部材)、40…金属接着体、41,42,43…金属部材組立体。

Claims (16)

  1. 第一の熱硬化性樹脂及び第一の発泡剤を含有する第一の硬化性樹脂層と、
    第二の熱硬化性樹脂を含有する第二の硬化性樹脂層と、を備え、
    前記第一の硬化性樹脂層の硬化温度が前記第二の硬化性樹脂層の硬化温度よりも低く、前記第一の発泡剤の発泡開始温度が前記第一の硬化性樹脂層の硬化温度より低い、構造接着フィルム。
  2. 前記第一の硬化性樹脂層の硬化温度と前記第二の硬化性樹脂層の硬化温度との差が5℃以上である、請求項1に記載の構造接着フィルム。
  3. 前記第二の硬化性樹脂層が第二の発泡剤を更に含有する、請求項1又は2に記載の構造接着フィルム。
  4. 前記第二の発泡剤の発泡開始温度が前記第一の硬化性樹脂層の硬化温度より高い、請求項3に記載の構造接着フィルム。
  5. 前記第一の熱硬化性樹脂及び前記第二の熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の構造接着フィルム。
  6. 前記第一の硬化性樹脂層及び前記第二の硬化性樹脂層がアクリル樹脂を更に含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の構造接着フィルム。
  7. 第一の金属部材と第二の金属部材との間に請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造接着フィルムを配置して金属接着体を形成する第一の工程と、
    前記金属接着体を加熱して前記第一の硬化性樹脂層及び前記第二の硬化性樹脂層を硬化させ、前記構造接着フィルムの硬化物を含む第一の接合部材により前記第一の金属部材と前記第二の金属部材とを互いに接合し、金属部材組立体を得る第二の工程と、を備え、
    前記第二の工程において、前記第一の発泡剤の発泡、前記第一の硬化性樹脂層の硬化、及び前記第二の硬化性樹脂層の硬化をこの順で開始させる、金属部材組立体の製造方法。
  8. 前記第一の工程において、前記第一の金属部材の一端部側を折り返して前記第二の金属部材を挟み込むようにヘムフランジ構造を形成し、前記構造接着フィルムが少なくとも前記第一の金属部材の前記一端部と前記第二の金属部材の一面側とを互いに接着させるように前記構造接着フィルムを配置する、請求項7に記載の金属部材組立体の製造方法。
  9. 前記第一の工程において、少なくとも前記第一の金属部材と前記第二の金属部材の他面側との間に接着剤シートを更に配置する、請求項8に記載の金属部材組立体の製造方法。
  10. 前記接着剤シートとして、通気性素材を含む通気層と接着剤層とを備える接着剤シートを用い、
    前記第二の工程において、前記金属接着体を加熱して前記接着剤層を硬化させると共に、前記通気性素材を前記接着剤層中に埋没させ、前記接着剤層の硬化物と該硬化物中に埋没した通気性素材とを含む第二の接合部材により前記第一の金属部材と前記第二の金属部材の他面側とを互いに接合する、請求項9に記載の金属部材組立体の製造方法。
  11. 前記通気性素材が、織布、メッシュ、ニット、又は不織布である、請求項10に記載の金属部材組立体の製造方法。
  12. 第一の金属部材と、
    第二の金属部材と、
    前記第一の金属部材と前記第二の金属部材との間の少なくとも一部に配置され、前記第一の金属部材と前記第二の金属部材とを互いに接合する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造接着フィルムの硬化物を含む第一の接合部材と、
    を備える金属部材組立体。
  13. 前記第一の金属部材の一端部側が折り返されて前記第二の金属部材を挟み込むようにヘムフランジ構造が形成されており、
    前記第一の接合部材が、前記第一の金属部材の前記一端部と前記第二の金属部材の一面側とを互いに接合する、請求項12に記載の金属部材組立体。
  14. 前記第一の金属部材と前記第二の金属部材の他面側とを互いに接合する第二の接合部材を更に備える、請求項13に記載の金属部材組立体。
  15. 前記第二の接合部材が、接着剤層の硬化物と該硬化物中に埋没した通気性素材とを含む、請求項14に記載の金属部材組立体。
  16. 前記通気性素材が、織布、メッシュ、ニット、又は不織布である、請求項15に記載の金属部材組立体。
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