JP2021178432A - 複合成形品および溝付き樹脂成形品 - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂成形品にガラス繊維等の無機充填剤が含まれていない場合であっても、他の成形品と接合したときの強度をよりいっそう高めることが可能な複合成形品を提供する。【解決手段】レーザー照射により接合部の表面に溝が形成された樹脂Ａからなる第１成形品１と、樹脂Ｂ６により成形で一体化された複合成形品５であり、該樹脂Ａは繊維状の無機化合物を含んでおらず、該樹脂ＡのＴＧＡによる空気中での熱分解温度が３００℃以上であり、且つ該樹脂Ａの該熱分解温度と、融点又はガラス転移温度のいずれか高い値との差が１３０℃以上であり、該接合部の垂直方向を０°とした場合の該溝の深さ方向の角度θが、０＜θ＜９０°である複合成形品。【選択図】図３
Description
本発明は、複合成形品およびこの複合成形品を形成するための溝付き樹脂成形品に関する。
近年、自動車、電気製品、産業機器等をはじめとした分野では、二酸化炭素の排出量削減、製造コストの削減等の要請に応えるため、金属成形品の一部を樹脂成形品に置き換える動きが広がっている。これに伴い、樹脂成形品と金属成形品とを一体化した複合成形品が広く普及している。これに限らず、同種又は異種の材料からなる成形品を一体化した複合成形品も広く普及している。
一の成形品と他の成形品とを一体化した複合成形品の製造方法として、例えば特許文献１には、一方の樹脂成形品の表面に電磁放射線を照射することで該表面にナノ構造を形成し、その後、該表面に他方の樹脂成形品を接して充填、成形し、一体化させることが提案されている。
特許文献２には、ガラス繊維を含有する第１樹脂成形品の接合面にレーザーにより溝を形成し、その接合面に第２樹脂を射出成型することで複合成形品とする技術が提案されている。
しかしながら、一の成形品と他の成形品とを接合したときの強度に関し、さらなる改良の余地がある。特に、樹脂成形品にガラス繊維等の無機充填剤が含まれていない場合にさらなる改良の余地がある。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、樹脂成形品にガラス繊維等の繊維状無機充填剤が含まれていない場合であっても、他の成形品と接合したときの強度をよりいっそう高めることの可能な複合成形品を提供することである。
本発明の目的は、下記によって達成された。
１） レーザー照射により接合部の表面に溝が形成された樹脂Ａからなる第１成形品と、樹脂Ｂにより成形で一体化された複合成形品であり、該樹脂Ａは繊維状の無機化合物を含んでおらず、該樹脂ＡのＴＧＡによる空気中での熱分解温度が３００℃以上であり、且つ該樹脂Ａの該熱分解温度と、融点又はガラス転移温度のいずれか高い値との差が１３０℃以上であり、該接合部の垂直方向を０°とした場合の該溝の深さ方向の角度θが、０＜θ＜９０°である複合成形品。
２） 前記深さ方向の角度θが、１０＜θ＜８０°である前記１記載の複合成形品。
３） 前記溝の深さは前記溝の短手方向の長さの１／２以上である、前記１又は２に記載の複合成形品。
４） レーザー照射により接合部の表面に溝が形成された樹脂Ａからなる溝付き樹脂成形品であって、該溝の深さ方向の角度θは、該接合部の垂直方向を０°とした場合、０＜θ＜９０°である溝付き樹脂成形品。
１） レーザー照射により接合部の表面に溝が形成された樹脂Ａからなる第１成形品と、樹脂Ｂにより成形で一体化された複合成形品であり、該樹脂Ａは繊維状の無機化合物を含んでおらず、該樹脂ＡのＴＧＡによる空気中での熱分解温度が３００℃以上であり、且つ該樹脂Ａの該熱分解温度と、融点又はガラス転移温度のいずれか高い値との差が１３０℃以上であり、該接合部の垂直方向を０°とした場合の該溝の深さ方向の角度θが、０＜θ＜９０°である複合成形品。
２） 前記深さ方向の角度θが、１０＜θ＜８０°である前記１記載の複合成形品。
３） 前記溝の深さは前記溝の短手方向の長さの１／２以上である、前記１又は２に記載の複合成形品。
４） レーザー照射により接合部の表面に溝が形成された樹脂Ａからなる溝付き樹脂成形品であって、該溝の深さ方向の角度θは、該接合部の垂直方向を０°とした場合、０＜θ＜９０°である溝付き樹脂成形品。
本発明の複合成形品は、溝の角度θが存在することによってより強固に接合し成形品の破壊を抑えるアンカーの役割を果たし、結果として複合成形体の強度を著しく高めることができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の要旨を限定するものではない。
＜複合成形品＞
本発明の複合成形品は、レーザー照射により接合部の表面に溝が形成された樹脂Ａからなる第１成形品と、樹脂Ｂにより成形で一体化された複合成形品であり、該接合部の垂直方向を０°とした場合の該溝の深さ方向の角度θが、０＜θ＜９０°であることを特徴とする。
本発明の複合成形品は、レーザー照射により接合部の表面に溝が形成された樹脂Ａからなる第１成形品と、樹脂Ｂにより成形で一体化された複合成形品であり、該接合部の垂直方向を０°とした場合の該溝の深さ方向の角度θが、０＜θ＜９０°であることを特徴とする。
＜第１成形品＞
≪溝≫
第１成形品の表面には複数の溝が形成されている。本発明は、溝付きの樹脂成形品である第１成形品の溝を有する面を接合部として、他の成形品と一体化して複合成形品を製造する。
≪溝≫
第１成形品の表面には複数の溝が形成されている。本発明は、溝付きの樹脂成形品である第１成形品の溝を有する面を接合部として、他の成形品と一体化して複合成形品を製造する。
第１成形品の表面に形成される溝は、複数の溝を設けることにより、アンカーの効果がより高まる。複数の溝は、１本の溝で隣り合う形で折り返し形成しても良いし、複数の溝で形成しても良い。
複数の溝は両端が繋がった溝を等高線のように並べて設けても良いし、交差しない縞状に形成されても、溝が交差する格子状に形成されてもよく、水玉状に形成されてもよい。溝を格子状に形成する場合は、ひし形状であっても良い。
溝の長さは特に限定されるものでなく、溝が短い場合、開口部の形状は四角形であってもよいし、丸形や楕円形であってもよい。アンカー効果を得るためには、溝は長い方が好ましい。
本発明の隣り合う溝の間隔は、溝の幅の０．５倍以上８倍以下、すなわち溝の幅が２００μｍであれば１５０μｍ以上１６００μｍ以下、であることが好ましく、溝の幅の1倍以上４倍以下、すなわち溝の幅が２００μｍであれば２００μｍ以上８００μｍ以下、であることがより好ましい。
隣り合う溝の間隔は、溝の形状が斜格子状であれば１０００μｍ以下であることが好ましく、一方向の直線状であれば１０００μｍ以下であることがより好ましい。また、溝の深さは、溝の短手方向の長さの１／２以上、好ましくは1倍以上、更に好ましくは3倍以上程度である。
≪溝の深さ方向の角度θ≫
図１は本発明の第１成形品の模式図である。上部が接合部、矢印の方向が接合部の垂直方向であり、θが溝の深さ方向の角度である。θは０＜θ＜９０°であり、１０≦θ≦８０°であることが好ましく、さらに１５≦θ≦７０°、特に２０≦θ≦６０°であることが好ましい。
図１は本発明の第１成形品の模式図である。上部が接合部、矢印の方向が接合部の垂直方向であり、θが溝の深さ方向の角度である。θは０＜θ＜９０°であり、１０≦θ≦８０°であることが好ましく、さらに１５≦θ≦７０°、特に２０≦θ≦６０°であることが好ましい。
溝の深さ方向に角度θを付けることでθ＝０°の場合よりも、複合成形品における第１成形品の接合強度を大きく向上させることができる。特に垂直方向の引張力に対しては角度θが抵抗となり、大きな効果が得られる。
≪第１成形品の樹脂Ａ≫
第１成形品の樹脂Ａは、レーザー照射により溝を形成できるものであり、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が適用できる。樹脂Ａの熱分解温度は空気中でＴＧＡにより測定することが出来、３００℃以上、好ましくは４００℃以上、より好ましくは４５０℃以上である。
第１成形品の樹脂Ａは、レーザー照射により溝を形成できるものであり、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が適用できる。樹脂Ａの熱分解温度は空気中でＴＧＡにより測定することが出来、３００℃以上、好ましくは４００℃以上、より好ましくは４５０℃以上である。
樹脂Ａの熱分解温度と、融点又はガラス転移温度のいずれか高い値との差は１３０℃以上が好ましく、より好ましくは１５０℃以上、最も好ましいのは２００℃以上である。１３０℃未満の場合、レーザー照射により樹脂Ａをガス化させ溝を形成するときに周囲が溶融してしまい、微細な形状を加工することが難しい。
第１成形品に好適な樹脂として例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）等を挙げることができる。
樹脂Ａには、本発明の効果を害さない範囲で、その他の成分が含まれていてもよい。その他の成分としては、例えば、核剤、顔料、酸化防止剤、安定剤、可塑剤、滑剤、離型剤及び難燃剤等の添加剤等を挙げることができる。
≪レーザー照射による溝の形成方法≫
本発明の第１成形品にレーザーの照射を行い、樹脂を部分的に除去することで、複数の溝を形成することによって得られる。
本発明の第１成形品にレーザーの照射を行い、樹脂を部分的に除去することで、複数の溝を形成することによって得られる。
レーザーの照射は、照射対象材料の種類やレーザー装置の出力等をもとに設定されるが、樹脂に適度のエネルギーを照射して溝を形成しないと、設定どおりの幅や深さの溝を形成することが難しい場合があるため、複数回に分けて行うことが好ましい。
また、微細な溝を形成するためにレーザーは連続波ではなくパルス波が有効である。連続波の場合、周囲を溶融させやすく微細な溝を形成するにはレーザー出力と速度の制御が困難である。パルス波のパルス幅は５０ｎｓ以下程度が好ましい。
θの調整は、レーザーをθと同角度で接合部に対して照射することですることができる。樹脂Ａには、レーザー照射の吸収を向上させるために色素、染料等のレーザー吸収剤を添加することもできる。レーザー吸収剤としては、カーボンブラックが好ましい。
なお、溝部のラマン分光分析によって、樹脂の炭化層が存在することが確認できれば、溝がレーザー光照射によって形成されたものであると判断することができる。
＜複合成形品＞
図２、３は本発明の複合成形品の概略拡大断面の模式図である。図２では、溝が同方向に並列的に形成されている、各溝のθが同一の場合である。図３では、逆向きのθを有する溝による複合成形品を示している。０＜θ＜９０°以外にθ＝０°が含まれていてもよい。その場合、溝面積の６０％以上が０＜θ＜９０°であることが好ましい。
図２、３は本発明の複合成形品の概略拡大断面の模式図である。図２では、溝が同方向に並列的に形成されている、各溝のθが同一の場合である。図３では、逆向きのθを有する溝による複合成形品を示している。０＜θ＜９０°以外にθ＝０°が含まれていてもよい。その場合、溝面積の６０％以上が０＜θ＜９０°であることが好ましい。
≪樹脂Ｂ≫
樹脂Ｂは、射出成形可能な樹脂であれば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の種類は特に問わない。例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）等を挙げることができる。
樹脂Ｂは、射出成形可能な樹脂であれば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の種類は特に問わない。例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）等を挙げることができる。
＜複合成形品の形成方法＞
本発明の複合成形品は、多重成形に限らず、超音波溶着、熱板溶着、レーザー溶着、高周波誘導加熱溶着、熱プレス成形等、樹脂成形品の加熱によっても得られる。また、塗装や印刷、接着剤などの室温硬化や加熱硬化、湿気硬化、二液硬化、ＵＶ硬化、ホットメルトなどによっても得られる。
本発明の複合成形品は、多重成形に限らず、超音波溶着、熱板溶着、レーザー溶着、高周波誘導加熱溶着、熱プレス成形等、樹脂成形品の加熱によっても得られる。また、塗装や印刷、接着剤などの室温硬化や加熱硬化、湿気硬化、二液硬化、ＵＶ硬化、ホットメルトなどによっても得られる。
二重成形の場合、第１成形品を金型に入れ、この金型の内部に、溝を有する面を接触面として、熱可塑性の樹脂Ｂを封入する。その際樹脂Ｂは溝にも入り込み、この状態で冷却することにより複合成形品を形成することができる。
このように、二重成形は、樹脂Ｂを金型内部に封入する際の圧力により、溝の内部まで充填することが容易である。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、特に断りの無い限り、測定は２３℃５０％ＲＨの雰囲気下で行った。
＜実施例１＞
＜実施例１＞
実施例において使用した材料は下記のとおりである。
≪樹脂Ａ≫
Ａ−１ ＰＰＳ：ポリプラスチックス社製 ジュラファイド（登録商標）０２２０Ａ９ ＨＤ９１００
Ａ−２ ＬＣＰ：ポリプラスチック社製 ラペロス（登録商標）Ａ９５００ＶＤ３００３
Ａ−３ ＰＯＭ：ポリプラスチックス社製 ジュラコン（登録商標）Ｍ９０−４４ ＣＤ３０６８
≪樹脂Ａ≫
Ａ−１ ＰＰＳ：ポリプラスチックス社製 ジュラファイド（登録商標）０２２０Ａ９ ＨＤ９１００
Ａ−２ ＬＣＰ：ポリプラスチック社製 ラペロス（登録商標）Ａ９５００ＶＤ３００３
Ａ−３ ＰＯＭ：ポリプラスチックス社製 ジュラコン（登録商標）Ｍ９０−４４ ＣＤ３０６８
≪樹脂Ｂ≫
Ｂ−１ ＰＯＭ：ポリプラスチックス社製 ジュラコン（登録商標）Ｍ４５０−４４ ＣＦ２００１
Ｂ−１ ＰＯＭ：ポリプラスチックス社製 ジュラコン（登録商標）Ｍ４５０−４４ ＣＦ２００１
＜第１成形品の作製＞
≪試験片の作製≫
第１成形品は、ＡＳＴＭ Ｄ２５６のアイゾット試験片形状（Ｗ１２．７×Ｄ６．４×Ｌ６３．５ｍｍ ノッチは未作成）で作製した。
樹脂Ａを、下記成形条件で、ＡＳＴＭのアイゾット試験片金型に射出成形した。
ＰＰＳ：シリンダー温度３１０℃、金型温度１４０℃
ＬＣＰ：シリンダー温度３１０℃、金型温度８０℃
ＰＯＭ：シリンダー温度１９０℃、金型温度８０℃
≪試験片の作製≫
第１成形品は、ＡＳＴＭ Ｄ２５６のアイゾット試験片形状（Ｗ１２．７×Ｄ６．４×Ｌ６３．５ｍｍ ノッチは未作成）で作製した。
樹脂Ａを、下記成形条件で、ＡＳＴＭのアイゾット試験片金型に射出成形した。
ＰＰＳ：シリンダー温度３１０℃、金型温度１４０℃
ＬＣＰ：シリンダー温度３１０℃、金型温度８０℃
ＰＯＭ：シリンダー温度１９０℃、金型温度８０℃
ついでレーザー照射装置にて、照射径８０μｍレーザーにより接合部に対して所定の角度から表面処理し第１成形品を作製した。縞状は、図４および図５のようなピッチ１．０ｍｍ、幅８０μｍ、深さ約１０００μｍの溝となるように照射した。格子状は、図６および５のような格子となるように同方向ピッチ２．０ｍｍ、幅８０μｍ、深さ３００μｍの溝となるように照射した。
なお、表中「逆」とは、ハの字となるように照射した２度目の照射角度を表し、１度目の照射位置に対して１８０°逆側から照射したことを示す。
≪レーザー照射条件≫
レーザー波長 ：１０６４ｎｍ
レーザー照射径：８０μｍ
照射機 ：キーエンス社製レーザー マーカー ＭＤ−Ｘ１５２０
レーザー出力 ：２２．５Ｗ
照射速度 ：２０ｍｍ／ｓ
パルス幅：４．６ｎｓ
レーザー波長 ：１０６４ｎｍ
レーザー照射径：８０μｍ
照射機 ：キーエンス社製レーザー マーカー ＭＤ−Ｘ１５２０
レーザー出力 ：２２．５Ｗ
照射速度 ：２０ｍｍ／ｓ
パルス幅：４．６ｎｓ
＜複合成形品の作製＞
上記で作製した試験片を、ＡＳＴＭ曲げ試験片金型を用い、樹脂Ｂよりシリンダー温度１９０℃、金型温度８０℃の条件にて二重成形を行い、図７のようなＡＳＴＭの曲げ試験片（１２．７×６．４×１２７ Ｄ７９０）ｍｍを作製した。接合部の断面積は、８１．３ｍｍ２（１２．７×６．４ｍｍ）である。
上記で作製した試験片を、ＡＳＴＭ曲げ試験片金型を用い、樹脂Ｂよりシリンダー温度１９０℃、金型温度８０℃の条件にて二重成形を行い、図７のようなＡＳＴＭの曲げ試験片（１２．７×６．４×１２７ Ｄ７９０）ｍｍを作製した。接合部の断面積は、８１．３ｍｍ２（１２．７×６．４ｍｍ）である。
＜接合強度測定＞
作製した複合成形品試料について、万能試験機を用いて、ＡＳＴＭの曲げ試験片の引張破壊強度を測定し、接合部の断面積より引張応力を算出した。結果を表１、２に示す。
破壊速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ/
試験機 ：島津製作所製万能試験機 ＡＧ−２０ｋＮＸＤｐｌｕｓ
作製した複合成形品試料について、万能試験機を用いて、ＡＳＴＭの曲げ試験片の引張破壊強度を測定し、接合部の断面積より引張応力を算出した。結果を表１、２に示す。
破壊速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ/
試験機 ：島津製作所製万能試験機 ＡＧ−２０ｋＮＸＤｐｌｕｓ
＜重量減少温度＞
樹脂Ａを１０ｍｇ測り、セイコー電子製ＴＧ／ＤＴＡ６２００にて空気雰囲気下 １０℃／ｍｉｎで昇温し、１％重量減少温度を重量減少温度とした。
樹脂Ａを１０ｍｇ測り、セイコー電子製ＴＧ／ＤＴＡ６２００にて空気雰囲気下 １０℃／ｍｉｎで昇温し、１％重量減少温度を重量減少温度とした。
＜融点、ガラス転移温度＞
樹脂Ａを５ｍｇ測り、Ｐｅｒｋｉｎｅｌｍｅｒ社のＤＩＡＭＯＮＤ ＤＳＣを用いて窒素下 １０℃/ｍｉｎ条件にて融点を測定した。なお、Ａ−２ＬＣＰは、液晶ポリマーであり、溶融状態で液晶性を示すためガラス転移温度は測定していない。
樹脂Ａを５ｍｇ測り、Ｐｅｒｋｉｎｅｌｍｅｒ社のＤＩＡＭＯＮＤ ＤＳＣを用いて窒素下 １０℃/ｍｉｎ条件にて融点を測定した。なお、Ａ−２ＬＣＰは、液晶ポリマーであり、溶融状態で液晶性を示すためガラス転移温度は測定していない。
表１および２から、本発明の０＜θ＜９０°を有する溝は、θ＝０に対して接合強度が改善されていることが分かる。
１ 第１成形品（樹脂Ａ）
２ 接合部の垂直方向
３ 溝
４ 接合部
５ 複合成形品
６ 樹脂Ｂ
Ｐ 引張張力
２ 接合部の垂直方向
３ 溝
４ 接合部
５ 複合成形品
６ 樹脂Ｂ
Ｐ 引張張力
Claims (4)
- レーザー照射により接合部の表面に溝が形成された樹脂Ａからなる第１成形品と、樹脂Ｂにより成形で一体化された複合成形品であり、該樹脂Ａは繊維状の無機化合物を含んでおらず、該樹脂ＡのＴＧＡによる空気中での熱分解温度が３００℃以上であり、且つ該樹脂Ａの該熱分解温度と、融点又はガラス転移温度のいずれか高い値との差が１３０℃以上であり、該接合部の垂直方向を０°とした場合の該溝の深さ方向の角度θが、０＜θ＜９０°である複合成形品。
- 前記深さ方向の角度θが、１０≦θ≦８０°である請求項１記載の複合成形品。
- 前記溝の深さは前記溝の短手方向の長さの１／２以上である、請求項１又は２に記載の複合成形品。
- レーザー照射により接合部の表面に溝が形成された樹脂Ａからなる溝付き樹脂成形品であって、該溝の深さ方向の角度θは、該接合部の垂直方向を０°とした場合、０＜θ＜９０°である溝付き樹脂成形品。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020083760A JP2021178432A (ja) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | 複合成形品および溝付き樹脂成形品 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
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| JP2020083760A Pending JP2021178432A (ja) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | 複合成形品および溝付き樹脂成形品 |
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-
2020
- 2020-05-12 JP JP2020083760A patent/JP2021178432A/ja active Pending
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