JP2021154578A - サンドイッチ型樹脂複合鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、以下を要旨とするものである。
なお、前記樹脂の緩和時間は、樹脂のサンプルを25℃の環境で単純引張により延びひずみを3%付与し応力変動を測定して、得られた応力−時間の曲線図の初期(0〜3秒)における傾きより算出した応力が、ゼロとなる時間とする。
(2)前記樹脂の緩和時間は、110秒以下である、(1)に記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
(3)前記樹脂の緩和時間は、40秒以下である、(1)又は(2)に記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
(4)前記樹脂層を構成する樹脂の80℃での弾性率は、300MPa以上である、(1)〜(3)の何れか1つに記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
(5)前記樹脂層を構成する樹脂の80℃での弾性率は、420MPa以上である、(1)〜(4)の何れか1つに記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
(6)前記樹脂層を構成する樹脂の25℃での弾性率は、500MPa以上である、(21)〜(5)の何れか1つに記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
(7)前記樹脂層を構成する樹脂の25℃での弾性率は、800MPa以上である、(1)〜(6)の何れか1つに記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
(8)前記鋼板の少なくとも一方は、少なくともその片面に化成処理層を有しており、前記化成処理層を介して前記樹脂層と積層されている、(1)〜(7)の何れか1つに記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
以下では、図1を参照しながら、本発明の実施形態に係るサンドイッチ型樹脂複合鋼板の全体構成について説明する。図1は、本実施形態に係るサンドイッチ型樹脂複合鋼板の全体構成を模式的に示した説明図である。
本実施形態に係る複合鋼板1に使用する鋼板11の種類は、特に制限されない。鋼板11は、例えば、冷延鋼板や熱延鋼板であってもよいし、ステンレス鋼板、めっき鋼板であってもよい。めっき鋼板を用いる場合、特にめっきの種類は制限されない。このようなめっき鋼板として、例えば、ブリキや薄錫めっき鋼板、電解クロム酸処理鋼板(ティンフリースチール)、ニッケルめっき鋼板、溶融亜鉛−鉄合金めっき鋼板、溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板、溶融アルミニウム−シリコン合金めっき鋼板、溶融鉛−錫合金めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛−ニッケルめっき鋼板、電気亜鉛−鉄合金めっき鋼板、電気亜鉛−クロム合金めっき鋼板を挙げることができる。
本実施形態に係る樹脂層20は、緩和時間が150秒以下の樹脂により構成される。これにより、複合鋼板の成形で発生する残留応力を低減でき、鋼板11と樹脂層20との界面での剥離を抑制することができる。成形後の密着性低下抑制の観点からは、樹脂の緩和時間が110秒以下であることが好ましい。樹脂の緩和時間は、より好ましくは40s以下である。緩和時間が40秒以下となることで、成形後の密着性の低下代が非常に小さくなる。
JIS K 7127に準拠し、試験片を、幅25mm×長さ200mm×厚さ0.5mmの短冊状(チャック間距離100mm)とし、装置として精密万能試験機を用いて、測定を実施する。測定は、25℃の環境で、ひずみ量を3%とし、引張速度を10mm/minとして樹脂を引張り、20分間保持して、経時の応力変化を測定する。得られた応力−時間の曲線図において、初期(0〜3秒)における傾きより算出した応力がゼロとなる時間が、着目する樹脂の緩和時間となる。
本実施形態に係る複合鋼板1において、鋼板11と樹脂層20とは、接着剤を介して積層されていてもよい。接着剤を用いることで、樹脂層20を構成する樹脂と鋼板11との接着性能に捉われずに、樹脂層20に用いる樹脂を選定することができる。接着剤の使用は、積層する鋼板と樹脂層との組み合わせ、成形条件、これら条件に伴い必要とされる接着性能に応じて、適宜選択、使用すればよい。
なお、図1では、樹脂層20と接する側の鋼板11の表面の全体にわたって、樹脂層20が積層されている場合を図示しているが、樹脂層20は、樹脂層20と接する側の鋼板11の表面の一部にだけ形成されていてもよい。
本実施形態に係る複合鋼板は、公知の鋼板ラミネート方法を適用して製造することが可能である。具体的には、(1)切り板状の樹脂シートを鋼板間に積層して熱圧着する方法と、(2)鋼板間に溶融した樹脂をTダイで押出して熱圧着する方法と、が挙げられる。中でも好ましい方法は、連続的に製造可能な、(2)鋼板間に溶融した樹脂をTダイで押出して熱圧着する方法である。
本実施形態に係る複合鋼板は、軽量で剛性が高く、加工後の密着性低下を抑制可能であり、自動車や家電、建材などの材料として好適に適用できる。また、本実施形態に係る複合鋼板を自動車の外板に適用する場合は、夏場などの高温環境での部品の性能低下や、自動車製造時の焼付塗装環境での外観不良を更に抑制することができる。
以下に示す実施例及び比較例では、以下の表1に示す鋼板と樹脂とを使用して、複合鋼板を作製した。鋼板としては、冷延鋼板(SPCC)と溶融亜鉛めっき鋼板(引張強度340MPa)とを用いた。
実施例及び比較例における複合鋼板は、はじめに樹脂シートを作製し、得られた樹脂シートを鋼板間に積層した上で、熱圧着することで作製した。樹脂シートに用いた樹脂は、ハギテック製ナイロンシートを除き、全てペレットである。そのため、樹脂がペレットのものについては、ホットプレス装置で樹脂シートを作製した。
表1に示す複合鋼板に使用した樹脂の緩和時間は、以下の手順で確認した。
上記手順で作成した樹脂シートから、試験片を調整した。試験片のサイズは、25mm×200mm×0.5mm(チャック間距離100mm)とした。測定装置は、精密万能試験機(島津製作所製、AG−X)を用いた。測定は、25℃の環境で、ひずみ量3%、引張速度10mm/minで樹脂を引張り、20分間保持して、経時の応力変化を測定した。得られた応力−時間の曲線図において、初期(0〜3秒)における傾きより算出した応力がゼロとなる時間を、樹脂の緩和時間として求めた。
<1.成形後の外観(剥離有無)調査>
複合鋼板の成形品の密着性を、評価した。評価は、下記条件で成形した角筒成形品について、成形直後、並びに、成形して25℃の環境で静置して3日後及び7日後の外観を、それぞれ目視で確認し、鋼板と樹脂層との界面での剥離有無を評価した。
得られた複合鋼板の初期密着性を、以下のように評価した。図2に、評価に用いた試験片100の形態を模式的に示した。図2に示したような試験片100を準備し、樹脂層103の存在しない部分の鋼板101を、図3に示すように、T字に折り曲げて使用した。試験片100のサイズは、幅が25mm、T字部分の長さが50mm、積層部分が100mmである。T字に折り曲げた部分の鋼板101を引張試験機に取り付けて、速度を100mm/minに設定して、25℃の環境で剥離試験を行った。剥離強度は、以下の式(i)より算出した。なお、下記の式(i)において、S:剥離強度、P:荷重[単位:N]である。
S=P/25mm ・・・式(i)
A:剥離強度が5.5N/25mm以上
B:剥離強度が4.0N/25mm以上5.5N/25mm未満
C:剥離強度が2.0N/25mm以上4.0N/25mm未満
D:剥離強度が2.0N/25mm未満
得られた複合鋼板をV曲げし、経時の密着性を評価した。
V曲げの条件は、以下の通りである。試験片サイズを、25mm×150mmとし、支点間距離を120mm、速度を1000mm/minに設定して、25℃の環境で金型を使用して、90°(R5)となるように、V曲げを行った。その後、試験片を、25℃の環境で7日間静置した。
A:初期の密着性からの低下率が5%未満
B:初期の密着性からの低下率が5%以上15%未満
C:初期の密着性からの低下率が15%以上30%未満
D:剥離発生
複合鋼板の曲げ剛性を求め、理論剛性との差異を評価した。3点曲げ試験は、ASTM D−790に準じ、試験片のサイズは、25mm×150mmとし、支点間距離を120mm、速度を1000mm/minに設定して、25℃の環境で実施した。測定の結果得られた荷重−ひずみ線図の傾き(最大荷重の1/8の荷重までの荷重を使用して算出)を式(ii)に代入して、曲げ剛性を算出した。理論剛性は、式(iii)より算出した。ここで、以下の(ii)及び式(iii)式において、De:曲げ剛性実測値、Dt:曲げ剛性理論値、k:荷重−ひずみ線図の傾き、l:支点間距離、H:複合鋼板の総厚、h:樹脂の厚さ、E:鋼板のヤング率である。
De=kl3/48 ・・・式(ii)
Dt=(E/12)・(H3−h3) ・・・式(iii)
A:実測値が理論値の95%以上
B:実測値が理論値の90%以上
C:実測値が理論値の90%未満
複合鋼板の比剛性を求め、厚さが0.6mmの単一鋼板の比剛性との差異を評価した。複合鋼板の比剛性は、以下の式(iv)より算出した。剛性は、<4.剛性評価>の測定値を用いた。ここで、下記の式(iv)において、W:複合鋼板の質量、D:複合鋼板の剛性、G:比剛性である。
G=W/D ・・・式(iv)
A:複合鋼板の比剛性が0.6mmの単一鋼板の比剛性の90%以上
B:複合鋼板の比剛性が0.6mmの単一鋼板の比剛性の90%未満
複合鋼板の80℃での曲げ剛性保持率を、評価した。ASTM D−790に準じ、試験片のサイズは、25mm×150mmとし、支点間距離を120mm、速度を1000mm/minに設定して、80℃の環境で3点曲げ試験を実施した。測定の結果、得られた荷重−ひずみ線図の傾き(最大荷重の1/8の荷重までの荷重を使用して算出)を式(v)に代入して、曲げ剛性を算出した。25℃での曲げ剛性は、<4.剛性評価>で得た測定値を用いた。曲げ剛性保持率を、以下の式(vi)により算出した。ここで、下記式(v)及び式(vi)において、D:曲げ剛性、k:荷重−ひずみ線図の傾き、l:支点間距離、H:80℃での曲げ剛性保持率、である。
D=kl3/48 ・・・式(v)
H=D80℃/D25℃×100 ・・・式(vi)
A:80℃での剛性保持率が95%以上
B:80℃での剛性保持率が90%以上95%未満
C:80℃での剛性保持率が90%未満
以上の評価結果を、以下の表2にまとめて示した。
成形直後、比較例5では、表層の鋼板が破断した。これは、比較例5の総厚が3mm以上あり、表層の鋼板に入るひずみ量が大きくなったため、鋼板が破断したと推察した。
初期の密着性に関し、鋼板への表面処理を施した実施例10〜11、17と比較例6は、その他の例に比べて、剥離強度が高かった。
比較例1と比較例6は、V曲げ後、数日経過したときに剥離が発生した。比較例3と比較例5は、曲げ外側の鋼板が破断した。そのため、これらの例は、V曲げ後の密着性の評価ができなかった。その他の例については、初期の密着性からの低下率が最大で30%未満であった。実施例1、実施例4、実施例6に着目すると、緩和時間が短いほど、良好な結果であった。緩和時間が短いほど、曲げ変形後の残留応力を低減したためと推察した。
実施例9では、剛性が理論剛性の90%未満であった。25℃での弾性率が500MPa未満のため、曲げ変形時に樹脂がせん断変形したためと推察した。
比較例2と比較例4は、比剛性が0.6mmの単一鋼板の比剛性の90%未満であった。比較例2は、樹脂層が総厚に占める割合が40%以下である。この結果、表層の鋼板が占める割合が大きくなり、比剛性が小さくなったと推察した。比較例4は、総厚が0.6mm未満である。この結果、表層の鋼板が占める割合が大きくなり、比剛性が小さくなったと推察した。
実施例7〜9と実施例17は、80℃での剛性保持率が30%程度低下し、実施例5は、10%程度低下した。これは、80℃で樹脂の弾性率が低下し、曲げ変形時に樹脂がせん断変形したためと推察した。80℃での樹脂弾性率が420MPa以上である実施例及び比較例は、いずれも80℃での剛性低下率が5%未満であった。
11、11a、11b、101 鋼板
20、103 樹脂層
100 試験片
Claims (8)
- 鋼板と鋼板との間に樹脂層が積層されたサンドイッチ型樹脂複合鋼板であって、
前記複合鋼板としての厚みが、0.6〜3.0mmであり、
前記複合鋼板の厚みに占める前記樹脂層の厚みが、40〜80%であり、
前記樹脂層を構成する樹脂の緩和時間が、150秒以下である、サンドイッチ型樹脂複合鋼板。
なお、前記樹脂の緩和時間は、樹脂のサンプルを25℃の環境で単純引張により延びひずみを3%付与し応力変動を測定して、得られた応力−時間の曲線図の初期(0〜3秒)における傾きより算出した応力が、ゼロとなる時間とする。 - 前記樹脂の緩和時間は、110秒以下である、請求項1に記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
- 前記樹脂の緩和時間は、40秒以下である、請求項1又は2に記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
- 前記樹脂層を構成する樹脂の80℃での弾性率は、300MPa以上である、請求項1〜3の何れか1項に記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
- 前記樹脂層を構成する樹脂の80℃での弾性率は、420MPa以上である、請求項1〜4の何れか1項に記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
- 前記樹脂層を構成する樹脂の25℃での弾性率は、500MPa以上である、請求項1〜5の何れか1項に記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
- 前記樹脂層を構成する樹脂の25℃での弾性率は、800MPa以上である、請求項1〜6の何れか1項に記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
- 前記鋼板の少なくとも一方は、
少なくともその片面に化成処理層を有しており、
前記化成処理層を介して前記樹脂層と積層されている、請求項1〜7の何れか1項に記載のサンドイッチ型樹脂複合鋼板。
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JP2020056451A JP2021154578A (ja) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | サンドイッチ型樹脂複合鋼板 |
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FR3140172A1 (fr) * | 2022-09-26 | 2024-03-29 | Safran Aircraft Engines | Eprouvette pour essai mécanique |
-
2020
- 2020-03-26 JP JP2020056451A patent/JP2021154578A/ja active Pending
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