JP2023078064A - 多層体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い溶着強度が達成しにくい溶着方法でも、金属板とプリプレグを適切に溶着できる、多層体の製造方法の提供。【解決手段】ポリアミド樹脂100質量部に対し、連続強化繊維5~300質量部を含むプリプレグと、JISZ2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1400MPa以下である金属板からなる多層体の製造方法であって、金属板と、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと、プリプレグとを、その順に接するように積層し、さらに、加熱して溶着させることを含み、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムが、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含む、多層体の製造方法。【選択図】図1
Description
本発明は多層体の製造方法に関する。特に、金属板とプリプレグとの多層体の製造方法に関する。
従来から、金属板(金属層)とプリプレグとの多層体が検討されている。このような多層体は、高い強度を保ちつつ、その質量を軽くしたい場合に有益である。
しかしながら、熱可塑性樹脂の多くは、せん断力が弱く、熱可塑性樹脂を連続強化繊維に含浸させたプリプレグと金属板とを溶着して多層体とすると、金属板が剥がれてしまう場合がある。
この点を解消するため、特許文献1には、金属層と、前記金属層の表面上に炭素繊維強化ポリアミド樹脂層を有し、前記炭素繊維強化ポリアミド樹脂層が、ジアミン単位とジカルボン酸単位とからなるポリアミド樹脂(A)100質量部に対し、炭素繊維(B)5~300質量部を含み、前記ジアミン単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸単位の70モル%以上がセバシン酸に由来する積層体が開示されている。
しかしながら、熱可塑性樹脂の多くは、せん断力が弱く、熱可塑性樹脂を連続強化繊維に含浸させたプリプレグと金属板とを溶着して多層体とすると、金属板が剥がれてしまう場合がある。
この点を解消するため、特許文献1には、金属層と、前記金属層の表面上に炭素繊維強化ポリアミド樹脂層を有し、前記炭素繊維強化ポリアミド樹脂層が、ジアミン単位とジカルボン酸単位とからなるポリアミド樹脂(A)100質量部に対し、炭素繊維(B)5~300質量部を含み、前記ジアミン単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸単位の70モル%以上がセバシン酸に由来する積層体が開示されている。
上述のような多層体を製造するに際し、金属板とプリプレグとを溶着することが一般的である。金属板とプリプレグを溶着する方法は種々あり、例えば、熱プレスなどは、比較的強固な溶着が達成できる方法として知られている。しかしながら、例えば、車のピラーを製造する場合などのように、熱プレスなどの比較的強固な溶着方法の採用が難しい場合がある。
本発明は、かかる課題を解決することを目的とするものであって、例えば、レーザー溶着のような高い溶着強度が達成しにくい溶着方法でも、金属板とプリプレグとを適切に溶着できる、多層体の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、かかる課題を解決することを目的とするものであって、例えば、レーザー溶着のような高い溶着強度が達成しにくい溶着方法でも、金属板とプリプレグとを適切に溶着できる、多層体の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題のもと、本発明者が検討を行った結果、金属板とポリアミド樹脂を含むプリプレグの溶着に際し、両者の間にキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムを挟んだ状態で溶着させることにより、上記課題を解決しうることを見出した。
具体的には、下記手段により、上記課題は解決された。
<1>金属板と、前記金属板と面方向において溶着しているプリプレグとを有し、前記プリプレグは、ポリアミド樹脂が1方向に引き揃えられた連続強化繊維に含浸しており、前記プリプレグは、ポリアミド樹脂100質量部に対し、連続強化繊維5~300質量部を含み、前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1400MPa以下である、多層体の製造方法であって、前記金属板と、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと、前記プリプレグとを、前記順に接するように積層し、さらに、加熱して、前記金属板と前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと前記プリプレグとを溶着させることを含み、前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムが、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含む、多層体の製造方法。
<2>前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムの厚さは、15~50μmである、<1>に記載の多層体の製造方法。
<3>前記プリプレグが、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含む、<1>または<2>に記載の多層体の製造方法。
<4>前記溶着は、前記プリプレグ側からレーザーを照射するレーザー溶着によって行う、<1>~<3>のいずれか1つに記載の多層体の製造方法。
<5>前記連続強化繊維が、炭素繊維およびガラス繊維から選択される少なくとも1種を含む、<1>~<4>のいずれか1つに記載の多層体の製造方法。
<6>前記金属板の厚みが2.0mm以下である、<1>~<5>のいずれか1つに記載の多層体の製造方法。
<7>前記プリプレグにおける連続強化繊維の含有量が30~70体積%である、<1>~<6>のいずれか1つに記載の多層体の製造方法。
<8>前記多層体が車両のピラーまたはその構成部品である、<1>~<7>のいずれか1つに記載の多層体の製造方法。
<9>前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1200MPa以下である、<1>~<8>のいずれか1つに記載の多層体の製造方法。
<10>前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムの厚さは、15~50μmであり、前記プリプレグが、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含み、前記溶着は、前記プリプレグ側からレーザーを照射するレーザー溶着によって行うものであり、前記連続強化繊維が、炭素繊維およびガラス繊維から選択される少なくとも1種を含み、前記金属板の厚みが2.0mm以下であり、前記プリプレグにおける連続強化繊維の含有量が30~70体積%であり、前記多層体が車両のピラーまたはその構成部品である、<1>~<9>のいずれか1つ記載の多層体の製造方法。
<11>金属板と、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと、ポリアミド樹脂が1方向に引き揃えられた連続強化繊維に含浸しているプリプレグとが、前記順に接して積層しており、前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1400MPa以下であり、前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムがジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含む、多層体。
<12>前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1200MPa以下である、<11>に記載の多層体。
具体的には、下記手段により、上記課題は解決された。
<1>金属板と、前記金属板と面方向において溶着しているプリプレグとを有し、前記プリプレグは、ポリアミド樹脂が1方向に引き揃えられた連続強化繊維に含浸しており、前記プリプレグは、ポリアミド樹脂100質量部に対し、連続強化繊維5~300質量部を含み、前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1400MPa以下である、多層体の製造方法であって、前記金属板と、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと、前記プリプレグとを、前記順に接するように積層し、さらに、加熱して、前記金属板と前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと前記プリプレグとを溶着させることを含み、前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムが、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含む、多層体の製造方法。
<2>前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムの厚さは、15~50μmである、<1>に記載の多層体の製造方法。
<3>前記プリプレグが、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含む、<1>または<2>に記載の多層体の製造方法。
<4>前記溶着は、前記プリプレグ側からレーザーを照射するレーザー溶着によって行う、<1>~<3>のいずれか1つに記載の多層体の製造方法。
<5>前記連続強化繊維が、炭素繊維およびガラス繊維から選択される少なくとも1種を含む、<1>~<4>のいずれか1つに記載の多層体の製造方法。
<6>前記金属板の厚みが2.0mm以下である、<1>~<5>のいずれか1つに記載の多層体の製造方法。
<7>前記プリプレグにおける連続強化繊維の含有量が30~70体積%である、<1>~<6>のいずれか1つに記載の多層体の製造方法。
<8>前記多層体が車両のピラーまたはその構成部品である、<1>~<7>のいずれか1つに記載の多層体の製造方法。
<9>前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1200MPa以下である、<1>~<8>のいずれか1つに記載の多層体の製造方法。
<10>前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムの厚さは、15~50μmであり、前記プリプレグが、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含み、前記溶着は、前記プリプレグ側からレーザーを照射するレーザー溶着によって行うものであり、前記連続強化繊維が、炭素繊維およびガラス繊維から選択される少なくとも1種を含み、前記金属板の厚みが2.0mm以下であり、前記プリプレグにおける連続強化繊維の含有量が30~70体積%であり、前記多層体が車両のピラーまたはその構成部品である、<1>~<9>のいずれか1つ記載の多層体の製造方法。
<11>金属板と、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと、ポリアミド樹脂が1方向に引き揃えられた連続強化繊維に含浸しているプリプレグとが、前記順に接して積層しており、前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1400MPa以下であり、前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムがジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含む、多層体。
<12>前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1200MPa以下である、<11>に記載の多層体。
本発明により、レーザー溶着のような高い溶着強度が達成しにくい溶着方法でも、金属板とプリプレグを適切に溶着できる、多層体の製造方法を提供可能になった。
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という)について詳細に説明する。なお、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明は本実施形態のみに限定されない。
なお、本明細書において「~」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
本明細書において、各種物性値および特性値は、特に述べない限り、23℃におけるものとする。
本明細書において、数平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)法により測定したポリスチレン換算値である。
本明細書で示す規格が年度によって、測定方法等が異なる場合、特に述べない限り、2021年1月1日時点における規格に基づくものとする。
なお、本明細書において「~」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
本明細書において、各種物性値および特性値は、特に述べない限り、23℃におけるものとする。
本明細書において、数平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)法により測定したポリスチレン換算値である。
本明細書で示す規格が年度によって、測定方法等が異なる場合、特に述べない限り、2021年1月1日時点における規格に基づくものとする。
本実施形態の多層体の製造方法は、金属板と、前記金属板と面方向において溶着しているプリプレグとを有し、前記プリプレグは、ポリアミド樹脂が1方向に引き揃えられた連続強化繊維に含浸しており、前記プリプレグは、ポリアミド樹脂100質量部に対し、連続強化繊維5~300質量部を含み、前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1400MPa以下である、多層体の製造方法であって、前記金属板と、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと、前記プリプレグとを、前記順に接するように積層し、さらに、加熱して、前記金属板と前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと前記プリプレグとを溶着させることを含み、前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムが、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含むことを特徴とする。
このような構成とすることにより、金属板とプリプレグを強固に溶着することができる。
このような構成とすることにより、金属板とプリプレグを強固に溶着することができる。
本実施形態においては、例えば、図1に示すように、金属板1と、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルム2と、プリプレグ3とを、前記順に接するように積層している。このように、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルム2を介して、金属板1とプリプレグ3を溶着することにより、高い溶着強度が達成しにくい溶着方法を採用しても、強固に金属板1とプリプレグ3を溶着させることができる。これは、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂は、金属板1との密着性に優れた樹脂であること、また、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂は、ポリアミド樹脂を含むプリプレグとの密着性に優れた樹脂であることに基づく。
尚、図1においては、各層の厚さの比率が再現されている訳ではない。また、本実施形態の製造方法で得られる多層体においては、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムやプリプレグが溶融し、各層の境界があいまいになっている場合もあろう。
また、本実施形態における金属板とプリプレグとの溶着とは、金属板とプリプレグがキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムを介して溶着していることを含む趣旨であり、通常は、金属板とプリプレグがキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムを介して溶着している。
尚、図1においては、各層の厚さの比率が再現されている訳ではない。また、本実施形態の製造方法で得られる多層体においては、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムやプリプレグが溶融し、各層の境界があいまいになっている場合もあろう。
また、本実施形態における金属板とプリプレグとの溶着とは、金属板とプリプレグがキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムを介して溶着していることを含む趣旨であり、通常は、金属板とプリプレグがキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムを介して溶着している。
本実施形態においては、上述の通り、金属板1と、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルム2と、プリプレグ3とを、前記順に接するように積層し、さらに、加熱して、金属板1とキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルム2とプリプレグ3とを溶着させる。加熱による溶着により、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムの一部または全部と、プリプレグに含まれるポリアミド樹脂の一部または全部が溶融する。そして、溶融したキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂が金属板およびプリプレグと溶着する。ここで、金属板の表面は、凹凸が無くてもよいが、通常は、凹凸を有する。凹凸があることにより、金属板とキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂が、接触面積が多くなり、溶着強度を向上させることができる。また、溶融したキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂が金属板の表面の凹部に入り込んだ形で固化し、より強固な溶着を達成できる。
本実施形態においては、金属板と、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと、プリプレグとは、それぞれ1枚づつを積層してもよいが、複数枚を積層してもよい。複数枚のプリプレグを積層する場合、それぞれのプリプレグの連続強化繊維の方向は同じ方向に積層してもよいし、異なる方向に積層してもよい。例えば、1層目のプリプレグに含まれる連続強化繊維の繊維長方向に対して、2層目のプリプレグに含まれる連続強化繊維の繊維長方向が90°の角度をなすように設けられていてもよいし、45°や30°などの角度をなすように設けられていてもよい。
本実施形態においては、金属板と、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと、プリプレグとは、それぞれ1枚づつを積層してもよいが、複数枚を積層してもよい。複数枚のプリプレグを積層する場合、それぞれのプリプレグの連続強化繊維の方向は同じ方向に積層してもよいし、異なる方向に積層してもよい。例えば、1層目のプリプレグに含まれる連続強化繊維の繊維長方向に対して、2層目のプリプレグに含まれる連続強化繊維の繊維長方向が90°の角度をなすように設けられていてもよいし、45°や30°などの角度をなすように設けられていてもよい。
加熱による溶着手段は、いかなる手段であってもよいが、振動溶着、超音波溶着およびレーザー溶着が例示され、レーザー溶着が好ましい。このような溶着強度を高めにくい溶着手段においても、十分な溶着強度が達成できる点で本発明は価値が高い。しかしながら、本実施形態の製造方法における溶着として、熱プレス等の本来的高い溶着強度を達成できる溶着手段を採用してもよいことは言うまでもない。
本実施形態において、溶着をレーザー溶着によって行う場合、プリプレグ側、例えば、図1の矢印の側からレーザーを照射することが好ましい。このような構成とすることにより、光源強度や光源位置(プリプレグや金属との距離)、光源角度により、プリプレグのみへの照射、金属のみへ照射、プリプレグと金属双方への照射を制御することができる。
また、金属板も別途加熱することが好ましい。この時の加熱温度は、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムとプリプレグの厚みに応じて定めることができ、例えば、50~200℃が好ましい。
レーザー溶着の際は、加圧ローラーで加圧しながら溶着させることが好ましい。このとき、ローラーの温度は、プリプレグに含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度や融点に応じて定めることができる。例えば、プリプレグに含まれる熱可塑性樹脂の融点+10~40℃の温度とすることができる。また、加熱ローラーの加圧力は、例えば、1~10kgfとすることができる。
本実施形態において、溶着をレーザー溶着によって行う場合、プリプレグ側、例えば、図1の矢印の側からレーザーを照射することが好ましい。このような構成とすることにより、光源強度や光源位置(プリプレグや金属との距離)、光源角度により、プリプレグのみへの照射、金属のみへ照射、プリプレグと金属双方への照射を制御することができる。
また、金属板も別途加熱することが好ましい。この時の加熱温度は、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムとプリプレグの厚みに応じて定めることができ、例えば、50~200℃が好ましい。
レーザー溶着の際は、加圧ローラーで加圧しながら溶着させることが好ましい。このとき、ローラーの温度は、プリプレグに含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度や融点に応じて定めることができる。例えば、プリプレグに含まれる熱可塑性樹脂の融点+10~40℃の温度とすることができる。また、加熱ローラーの加圧力は、例えば、1~10kgfとすることができる。
次に、本実施形態における金属板について説明する。
本実施形態で用いる金属板は、JIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1400MPa以下である。このような金属板を用いることにより、強度に優れた多層体が得られる。前記金属板の引張強さは、400MPa以上であることが好ましく、550MPa以上であることがより好ましく、590MPa以上であることがさらに好ましく、600MPa以上であることが一層好ましく、800MPa以上であることがより一層好ましく、900MPa以上であることがよりさらに好ましく、1000MPa以上であることが特に一層好ましい。また、上限値としては、例えば、1200MPa以下であってもよい。
本実施形態における金属板の厚さは、2.0mm以下であることが好ましく、1.8mm以下であることがより好ましく、1.6mm以下であることがさらに好ましく、1.3mm以下であることが一層好ましく、1.1mm以下であることがより一層好ましい。前記上限値以下とすることにより、曲げ加工などの加工特性がより向上する傾向にある。また、本実施形態における金属板の厚さは、0.1mm以上であることが好ましく、0.3mm以上であることがより好ましく、0.6mm以上であることが一層好ましく、0.8mm以上であることがより一層好ましい。前記下限値以上とすることにより、多層体の強度がより向上する傾向にある。
本実施形態で用いる金属板は、JIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1400MPa以下である。このような金属板を用いることにより、強度に優れた多層体が得られる。前記金属板の引張強さは、400MPa以上であることが好ましく、550MPa以上であることがより好ましく、590MPa以上であることがさらに好ましく、600MPa以上であることが一層好ましく、800MPa以上であることがより一層好ましく、900MPa以上であることがよりさらに好ましく、1000MPa以上であることが特に一層好ましい。また、上限値としては、例えば、1200MPa以下であってもよい。
本実施形態における金属板の厚さは、2.0mm以下であることが好ましく、1.8mm以下であることがより好ましく、1.6mm以下であることがさらに好ましく、1.3mm以下であることが一層好ましく、1.1mm以下であることがより一層好ましい。前記上限値以下とすることにより、曲げ加工などの加工特性がより向上する傾向にある。また、本実施形態における金属板の厚さは、0.1mm以上であることが好ましく、0.3mm以上であることがより好ましく、0.6mm以上であることが一層好ましく、0.8mm以上であることがより一層好ましい。前記下限値以上とすることにより、多層体の強度がより向上する傾向にある。
金属板は、金属を主成分とする板である。ここで、金属を主成分とする板とは、金属板の70質量%以上が金属であることを意味し、通常は、金属板の90質量%以上が金属であり、98質量%以上が金属であることが好ましい。金属板に含まれる金属は1種であってもよいし、2種以上含まれていてもよい。2種以上含まれる場合、その合計量が上記金属板に含まれる金属の量となる。
本実施形態における金属板に含まれる金属は、ケイ素、マンガンを主成分とし、必要に応じて銅、クロム、ニッケル、モリブデンなどを含む、低炭素鋼である。
本実施形態で用いる金属板は、いわゆる、高張力鋼材であることが好ましい。
本実施形態における金属板に含まれる金属は、ケイ素、マンガンを主成分とし、必要に応じて銅、クロム、ニッケル、モリブデンなどを含む、低炭素鋼である。
本実施形態で用いる金属板は、いわゆる、高張力鋼材であることが好ましい。
本実施形態の金属板は、表面に凹凸を有していることが好ましい。凹凸を有することにより、得られる多層体において、プリプレグとの溶着強度をより高めることができる。
凹凸は、金属板の表面に粗面化処理を行うことによって形成することがきる。粗面化処理としては、特に定めるものではないが、例えば、切削加工および/または研磨加工が例示される。切削加工および/または研磨加工は、金属の表面の一部を削り取る作業である限り特に限定されるものではない。切削加工および/または研磨加工の具体例としては、サンドペーパー等を用いた鑢がけ、研磨剤を用いたサンドブラスト処理、ナノレベルのディンプルを金属板表面に形成させる表面処理などが例示される。これらの詳細については、特開2003-103563号公報の段落0018~0021の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本実施形態における粗面化処理は、いわゆる、物理的な処理によるものを意味するが、粗面化処理に加えて、または、粗面化処理に代えて、金属の表面に金属と反応する化合物を適用して、金属板の表面を処理してもよい。金属の表面に金属と反応する化合物を適用して金属板を処理する方法としては、特開2003-103563号公報の段落0021~0026の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
凹凸は、金属板の表面に粗面化処理を行うことによって形成することがきる。粗面化処理としては、特に定めるものではないが、例えば、切削加工および/または研磨加工が例示される。切削加工および/または研磨加工は、金属の表面の一部を削り取る作業である限り特に限定されるものではない。切削加工および/または研磨加工の具体例としては、サンドペーパー等を用いた鑢がけ、研磨剤を用いたサンドブラスト処理、ナノレベルのディンプルを金属板表面に形成させる表面処理などが例示される。これらの詳細については、特開2003-103563号公報の段落0018~0021の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本実施形態における粗面化処理は、いわゆる、物理的な処理によるものを意味するが、粗面化処理に加えて、または、粗面化処理に代えて、金属の表面に金属と反応する化合物を適用して、金属板の表面を処理してもよい。金属の表面に金属と反応する化合物を適用して金属板を処理する方法としては、特開2003-103563号公報の段落0021~0026の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
次に、本実施形態におけるプリプレグについて説明する。
本実施形態におけるプリプレグは、金属板と面方向において溶着しているものである。プリプレグを用いることにより、高い強度を達成しつつ、金属板のみを用いる場合と比較して、格段に軽量化を図ることも可能になる。
本実施形態において、プリプレグは、ポリアミド樹脂が1方向に引き揃えられた連続強化繊維に含浸しているものである。ポリアミド樹脂を用いることにより、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムとの密着性を向上させることができ、多層体の溶着強度を高めることができる。また、1方向に引き揃えられた連続強化繊維を用いることにより、繊維長方向における曲げ荷重を高くすることができる。そのため、曲げ加工などにも十分に対応できる材料とすることができる。特に、超高張力鋼材は弾性率が高いものの、その厚さが厚くなると、曲げ加工に高い応力が必要となり、加工性が著しく低下していたが、本実施形態の製造方法で得られる多層体は、良好な曲げ加工性を達成しつつ、強度を高くすることができる。
本実施形態におけるプリプレグは、金属板と面方向において溶着しているものである。プリプレグを用いることにより、高い強度を達成しつつ、金属板のみを用いる場合と比較して、格段に軽量化を図ることも可能になる。
本実施形態において、プリプレグは、ポリアミド樹脂が1方向に引き揃えられた連続強化繊維に含浸しているものである。ポリアミド樹脂を用いることにより、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムとの密着性を向上させることができ、多層体の溶着強度を高めることができる。また、1方向に引き揃えられた連続強化繊維を用いることにより、繊維長方向における曲げ荷重を高くすることができる。そのため、曲げ加工などにも十分に対応できる材料とすることができる。特に、超高張力鋼材は弾性率が高いものの、その厚さが厚くなると、曲げ加工に高い応力が必要となり、加工性が著しく低下していたが、本実施形態の製造方法で得られる多層体は、良好な曲げ加工性を達成しつつ、強度を高くすることができる。
本実施形態におけるプリプレグは、ポリアミド樹脂100質量部に対し、連続強化繊維5~300質量部を含む。
ポリアミド樹脂は、脂肪族ポリアミド樹脂であってもよいし、半芳香族ポリアミド樹脂であってもよいし、両者の混合物であってもよい。本実施形態においては、プリプレグに含まれるポリアミド樹脂は、少なくとも半芳香族ポリアミド樹脂を含むことが好ましい。
ここで、半芳香族ポリアミド樹脂とは、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位から構成され、ジアミン由来の構成単位およびジカルボン酸由来の構成単位の合計構成単位の20~80モル%が芳香環を含む構成単位であることをいう。このような半芳香族ポリアミド樹脂を用いることにより、得られる成形品の機械的強度を高くすることができる。半芳香族ポリアミド樹脂としては、ポリアミド6T、ポリアミド9T、ポリアミド10T、ポリアミド6I、ポリアミド9I、ポリアミド6T/6I、ポリアミド9T/9Iおよび後述するキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂が例示され、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂が好ましい。
脂肪族ポリアミド樹脂としては、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド666、ポリアミド10、ポリアミド610、ポリアミド11、ポリアミド12等が例示され、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド666が好ましく、ポリアミド66がより好ましい。
ポリアミド樹脂は、脂肪族ポリアミド樹脂であってもよいし、半芳香族ポリアミド樹脂であってもよいし、両者の混合物であってもよい。本実施形態においては、プリプレグに含まれるポリアミド樹脂は、少なくとも半芳香族ポリアミド樹脂を含むことが好ましい。
ここで、半芳香族ポリアミド樹脂とは、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位から構成され、ジアミン由来の構成単位およびジカルボン酸由来の構成単位の合計構成単位の20~80モル%が芳香環を含む構成単位であることをいう。このような半芳香族ポリアミド樹脂を用いることにより、得られる成形品の機械的強度を高くすることができる。半芳香族ポリアミド樹脂としては、ポリアミド6T、ポリアミド9T、ポリアミド10T、ポリアミド6I、ポリアミド9I、ポリアミド6T/6I、ポリアミド9T/9Iおよび後述するキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂が例示され、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂が好ましい。
脂肪族ポリアミド樹脂としては、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド666、ポリアミド10、ポリアミド610、ポリアミド11、ポリアミド12等が例示され、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド666が好ましく、ポリアミド66がより好ましい。
本実施形態においては、プリプレグが、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂を含むことが好ましい。キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂の詳細は、後述するキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムに含まれるキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂と同義であり、好ましい範囲も同様である。
本実施形態においては、プリプレグを構成するポリアミド樹脂が90~100質量%のキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂と、10~0質量%のポリアミド66と、他のポリアミド樹脂3~0質量%とからなることが好ましい。
プリプレグに含まれるポリアミド樹脂の融点は、150~350℃であることが好ましく、180~330℃であることがより好ましく、200~300℃であることがさらに好ましい。
融点は、示差走査熱量に従い、JIS K7121およびK7122に準じて測定できる。
融点は、示差走査熱量に従い、JIS K7121およびK7122に準じて測定できる。
プリプレグに含まれるポリアミド樹脂は、数平均分子量(Mn)の下限が、6,000以上であることが好ましく、8,000以上であることがより好ましく、10,000以上であることがさらに好ましい。上記Mnの上限は、25,000以下が好ましく、20,000以下がより好ましく、18,000以下が一層好ましい。このような範囲であると、耐熱性、弾性率、寸法安定性、成形加工性がより良好となる。
本実施形態で用いるプリプレグは、本実施形態の樹脂を逸脱しない範囲で、各種の含有成分を含めてもよい。具体的には、エラストマー、酸化防止剤、熱安定剤等の安定剤、耐加水分解性改良剤、耐候安定剤、艶消剤、紫外線吸収剤、核剤、可塑剤、分散剤、難燃剤、帯電防止剤、着色防止剤、ゲル化防止剤、着色剤、離型剤、滑剤等の添加剤等を加えることができる。これらの詳細は、特許第4894982号公報の段落番号0130~0155の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。これらの成分の合計量は、プリプレグに含まれるポリアミド樹脂の10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることがさらに好ましく、1質量%以下であってもよい。
これらの成分は、通常、ポリアミド樹脂に配合した状態で連続強化繊維に含浸させることが好ましい。
これらの成分は、通常、ポリアミド樹脂に配合した状態で連続強化繊維に含浸させることが好ましい。
本実施形態におけるプリプレグは、連続強化繊維を含む。
連続繊維とは、50mmを超える繊維をいい、50cmを超えるものが実際的である。本発明における強化繊維の断面は、円形であってもよいし、扁平であってもよい。連続強化繊維は、1種のみ用いてもよいし、2種以上用いてもよい。本実施形態で使用する連続強化繊維の平均繊維長に特に制限はないが、例えば、10cm~1,000mの範囲であることが好ましく、より好ましくは50cm~700m、さらに好ましくは1~500mである。
連続繊維とは、50mmを超える繊維をいい、50cmを超えるものが実際的である。本発明における強化繊維の断面は、円形であってもよいし、扁平であってもよい。連続強化繊維は、1種のみ用いてもよいし、2種以上用いてもよい。本実施形態で使用する連続強化繊維の平均繊維長に特に制限はないが、例えば、10cm~1,000mの範囲であることが好ましく、より好ましくは50cm~700m、さらに好ましくは1~500mである。
本実施形態で用いる連続強化繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、金属繊維(スチール繊維等)等の無機繊維、および、植物繊維(ケナフ(Kenaf)、竹繊維等を含む)、アラミド繊維、ポリオキシメチレン繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の有機繊維などが挙げられる。なかでも、炭素繊維、アラミド繊維およびガラス繊維の少なくとも1種を含むことが好ましく、炭素繊維およびガラス繊維から選択される少なくとも1種を含むことがより好ましく、炭素繊維の少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。
本実施形態で用いる連続強化繊維は、処理剤で処理されたものを用いることが好ましい。このような処理剤としては、集束剤や表面処理剤が例示され、特許第4894982号公報の段落番号0093および0094に記載のものが好ましく採用され、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
表面処理剤としては、例えば、エポキシ系化合物、アクリル系化合物、イソシアネート系化合物、シラン系化合物、チタネート系化合物等の官能性化合物からなるものが挙げられ、例えば、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤等であり、シラン系カップリング剤が好ましい。
また、収束剤としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シラン系化合物、イソシアネート系化合物、チタネート系化合物、ポリアミド樹脂の少なくとも1種であることが好ましく、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シラン系カップリング剤、水不溶性ポリアミド樹脂および水溶性ポリアミド樹脂の少なくとも1種であることがより好ましく、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、水不溶性ポリアミド樹脂および水溶性ポリアミド樹脂の少なくとも1種であることがさらに好ましく、水溶性ポリアミド樹脂であることが一層好ましい。
前記処理剤の量は、連続強化繊維の0.001~1.5質量%であることが好ましく、0.1~1.2質量%であることがより好ましく、0.3~1.1質量%であることがさらに好ましい。
連続強化繊維の処理剤による処理方法は、公知の方法を採用できる。例えば、連続強化繊維を、処理剤を溶液に溶解させたものに浸漬し、連続強化繊維の表面に処理剤を付着させることが挙げられる。また、処理剤を連続強化繊維の表面にエアブローすることもできる。さらに、既に、表面処理剤や処理剤で処理されている連続強化繊維を用いてもよいし、市販品の表面処理剤や処理剤を洗い落してから、再度、所望の処理剤量となるように、表面処理しなおしてもよい。
本実施形態においてプリプレグにおける連続強化繊維の含有量は、30体積%以上であることが好ましく、35体積%以上であることがより好ましく、また、70体積%以下であることが好ましく、65体積%以下であることがより好ましく、60体積%以下であることがさらに好ましく、55体積%以下であることが一層好ましく、さらには、50体積%以下、45体積%以下であってもよい。
本実施形態においてプリプレグにおける連続強化繊維の含有量は、ポリアミド樹脂100質量部に対し、10質量部以上であることが好ましく、20質量部以上であることがより好ましく、30質量部以上であることがさらに好ましく、40質量部以上であることが一層好ましく、50質量部以上であることがより一層好ましく、60質量部以上であることがさらに一層好ましく、70質量部以上であることがよりさらに一層好ましく、80質量部以上であることが特に一層好ましい。また、本実施形態においてプリプレグにおける連続強化繊維の含有量は、ポリアミド樹脂100質量部に対し、250質量部以下であることが好ましく、200質量部以下であることがより好ましく、150質量部以下であることがさらに好ましい。
前記プリプレグは、連続強化繊維を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計体積または合計質量が上記範囲となることが好ましい。
本実施形態においてプリプレグにおける連続強化繊維の含有量は、ポリアミド樹脂100質量部に対し、10質量部以上であることが好ましく、20質量部以上であることがより好ましく、30質量部以上であることがさらに好ましく、40質量部以上であることが一層好ましく、50質量部以上であることがより一層好ましく、60質量部以上であることがさらに一層好ましく、70質量部以上であることがよりさらに一層好ましく、80質量部以上であることが特に一層好ましい。また、本実施形態においてプリプレグにおける連続強化繊維の含有量は、ポリアミド樹脂100質量部に対し、250質量部以下であることが好ましく、200質量部以下であることがより好ましく、150質量部以下であることがさらに好ましい。
前記プリプレグは、連続強化繊維を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計体積または合計質量が上記範囲となることが好ましい。
前記プリプレグは、連続強化繊維とポリアミド樹脂が全体の90質量%以上を占めることが好ましく、95質量%以上を占めることがより好ましく、97質量%以上を占めることがより好ましい。上限は、連続強化繊維とポリアミド樹脂の合計が100質量%となることである。
プリプレグの厚さは、1プライあたり、15μm以上であることが好ましく、20μm以上であることがより好ましく、25μm以上であることがさらに好ましく、30μm以上であることが一層好ましく、また、300μm以下であることが好ましく、250μm以下であることがより好ましく、200μm以下であることがさらに好ましい。
本実施形態においては、プリプレグは、1~5プライ積層することが好ましく、1~3プライ積層することがより好ましい。
本実施形態においては、プリプレグは、1~5プライ積層することが好ましく、1~3プライ積層することがより好ましい。
次に、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムについて説明する。
本実施形態で用いるキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムは、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含む。キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂は、金属との溶着性に優れる樹脂であり、プリプレグと金属板の溶着強度を高めることができる。
本実施形態で用いるキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムは、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含む。キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂は、金属との溶着性に優れる樹脂であり、プリプレグと金属板の溶着強度を高めることができる。
キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂のジアミン由来の構成単位は、より好ましくは75モル%以上、さらに好ましくは80モル%以上、一層好ましくは85モル%以上、より一層好ましくは90モル%以上、さらに一層好ましくは95モル%以上がキシリレンジアミンに由来する。キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂のジカルボン酸由来の構成単位は、より好ましくは75モル%以上、さらに好ましくは80モル%以上、一層好ましくは90モル%以上、より一層好ましくは95モル%以上が、炭素数が4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来する。
キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂の原料ジアミン成分として用いることができるメタキシリレンジアミンおよびパラキシリレンジアミン以外のジアミンとしては、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、2-メチルペンタンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2,2,4-トリメチル-ヘキサメチレンジアミン、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3-ジアミノシクロヘキサン、1,4-ジアミノシクロヘキサン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、2,2-ビス(4-アミノシクロヘキシル)プロパン、ビス(アミノメチル)デカリン、ビス(アミノメチル)トリシクロデカン等の脂環式ジアミン、ビス(4-アミノフェニル)エーテル、パラフェニレンジアミン、ビス(アミノメチル)ナフタレン等の芳香環を有するジアミン等を例示することができ、1種または2種以上を混合して使用できる。
キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂の原料ジカルボン酸成分として用いるのに好ましい炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、コハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、アジピン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸が例示でき、1種または2種以上を混合して使用できるが、これらの中でもポリアミド樹脂の融点が成形加工するのに適切な範囲となることから、アジピン酸またはセバシン酸がより好ましく、アジピン酸がさらに好ましい。アジピン酸を用いることにより、金属板との溶着強度をより高めることができる。
上記炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸以外のジカルボン酸成分としては、イソフタル酸、テレフタル酸、オルソフタル酸等のフタル酸化合物、1,2-ナフタレンジカルボン酸、1,3-ナフタレンジカルボン酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、1,5-ナフタレンジカルボン酸、1,6-ナフタレンジカルボン酸、1,7-ナフタレンジカルボン酸、1,8-ナフタレンジカルボン酸、2,3-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、2,7-ナフタレンジカルボン酸といったナフタレンジカルボン酸の異性体等を例示することができ、1種または2種以上を混合して使用できる。
本実施形態におけるキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂は、ジアミン由来の構成単位の0~100モル%がパラキシリレンジアミンに由来し、100~0モル%がメタキシリレンジアミンに由来し、ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上(好ましくは80モル%以上、より好ましくは90モル%以上)がセバシン酸および/またはアジピン酸に由来するものが好ましい。
キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂のより好ましい実施形態として、ジアミン由来の構成単位の70モル%以上(好ましくは80モル%以上、より好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上)がメタキシリレンジアミンに由来し、ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上(好ましくは80モル%以上、より好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上、一層好ましくは99モル%以上)がアジピン酸に由来するものが例示される。
キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂のより好ましい実施形態として、ジアミン由来の構成単位の70モル%以上(好ましくは80モル%以上、より好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上)がメタキシリレンジアミンに由来し、ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上(好ましくは80モル%以上、より好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上、一層好ましくは99モル%以上)がアジピン酸に由来するものが例示される。
本実施形態におけるキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂は、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を主成分として構成されるが、これら以外の構成単位を完全に排除するものではなく、ε-カプロラクタムやラウロラクタム等のラクタム類、アミノカプロン酸、アミノウンデカン酸等の脂肪族アミノカルボン酸類由来の構成単位を含んでいてもよいことは言うまでもない。ここで主成分とは、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂を構成する構成単位のうち、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位の合計数が全構成単位のうち最も多いことをいう。本実施形態では、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂における、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位の合計は、全構成単位の90質量%以上を占めることが好ましく、95質量%以上を占めることがより好ましく、98質量%以上を占めることがさらに好ましい。
ポリアミド樹脂の融点は、150~350℃であることが好ましく、180~330℃であることがより好ましく、200~300℃であることがさらに好ましい。
融点は、示差走査熱量に従い、JIS K7121およびK7122に準じて測定できる。
融点は、示差走査熱量に従い、JIS K7121およびK7122に準じて測定できる。
ポリアミド樹脂は、数平均分子量(Mn)の下限が、6,000以上であることが好ましく、8,000以上であることがより好ましく、10,000以上であることがさらに好ましい。上記Mnの上限は、25,000以下が好ましく、20,000以下がより好ましく、18,000以下がさらに好ましい。このような範囲であると、耐熱性、弾性率、寸法安定性、成形加工性がより良好となる。
前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムにおけるキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂の割合は、フィルム全体の90質量%以上を占めることが好ましく、95質量%以上を占めることがより好ましく、97質量%以上を占めることがより好ましい。上限は、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂の合計が100質量%となることである。
前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムは、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムは、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムは、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂以外のポリアミド樹脂や添加剤を含んでいてもよい。
キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂以外のポリアミド樹脂としては、脂肪族ポリアミド樹脂であってもよいし、半芳香族ポリアミド樹脂であってもよいし、両者の混合物であってもよい。
半芳香族ポリアミド樹脂としては、ポリアミド6T、ポリアミド9T、ポリアミド10T、ポリアミド6I、ポリアミド9I、ポリアミド6T/6I、ポリアミド9T/9Iが好ましい。
脂肪族ポリアミド樹脂としては、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド666、ポリアミド10、ポリアミド610、ポリアミド11、ポリアミド12等が例示され、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド666が好ましく、ポリアミド66がより好ましい。
キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂以外のポリアミド樹脂としては、脂肪族ポリアミド樹脂であってもよいし、半芳香族ポリアミド樹脂であってもよいし、両者の混合物であってもよい。
半芳香族ポリアミド樹脂としては、ポリアミド6T、ポリアミド9T、ポリアミド10T、ポリアミド6I、ポリアミド9I、ポリアミド6T/6I、ポリアミド9T/9Iが好ましい。
脂肪族ポリアミド樹脂としては、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド666、ポリアミド10、ポリアミド610、ポリアミド11、ポリアミド12等が例示され、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド666が好ましく、ポリアミド66がより好ましい。
添加剤としては、充填材、エラストマー、酸化防止剤、熱安定剤等の安定剤、耐加水分解性改良剤、耐候安定剤、艶消剤、紫外線吸収剤、核剤、可塑剤、分散剤、難燃剤、帯電防止剤、着色防止剤、ゲル化防止剤、着色剤、離型剤、滑剤等の添加剤等を加えることができる。これらの詳細は、特許第4894982号公報の段落番号0130~0155の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。これらの成分の合計量は、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂の10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることがさらに好ましく、1質量%以下であってもよい。
前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムの厚さは、15μm以上であることが好ましく、17μm以上であることがより好ましく、19μm以上であることがさらに好ましい。また、前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムの厚さは、50μm以下であることが好ましく、40μm以下であることがより好ましく、35μm以下であることがさらに好ましく、30μm以下であることが一層好ましく、25μm以下であることがより一層好ましい。前記上限値以上下限値以下とすることにより、金属板とプリプレグとの溶着強度がより向上する傾向にある。
本実施形態の製造方法で製造される多層体は、凹部や凸部を有する成形品、屈曲部がある成形品、熱プレスなどが適用できない基板、サイズが小さい成形品に適している。
具体的には、本実施形態の製造方法で製造される多層体は、自動車、航空機、船舶、パソコン、OA機器、AV機器、携帯電話などの電気・電子機器、光学機器、精密機器、玩具、家庭・事務電気製品などの部品に好適に利用できる。
特に、本実施形態の製造方法で製造される多層体は、車両のピラーまたはその構成部品であることが好ましい。
具体的には、本実施形態の製造方法で製造される多層体は、自動車、航空機、船舶、パソコン、OA機器、AV機器、携帯電話などの電気・電子機器、光学機器、精密機器、玩具、家庭・事務電気製品などの部品に好適に利用できる。
特に、本実施形態の製造方法で製造される多層体は、車両のピラーまたはその構成部品であることが好ましい。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。
実施例で用いた測定機器等が廃番等により入手困難な場合、他の同等の性能を有する機器を用いて測定することができる。
実施例で用いた測定機器等が廃番等により入手困難な場合、他の同等の性能を有する機器を用いて測定することができる。
1.原料
PAMXD6:メタキシリレンジアミンとアジピン酸から合成されたポリアミド樹脂、三菱ガス化学社製、品番:#6000
PA6:ポリアミド6、宇部興産社製、品番:1022B
PA66:ポリアミド66、東レ社製、品番:CM3001M
炭素繊維:東レ製、エポキシ系樹脂で表面処理されている
タルク:MSタルク、日本タルク社製
StCa:ステアリン酸カルシウム、日東化成工業社製
高張力鋼材(金属板):引張強さ1180MPa、厚さ1.0mm、引張強さは、JIS Z2241に従って測定した値である。
PAMXD6:メタキシリレンジアミンとアジピン酸から合成されたポリアミド樹脂、三菱ガス化学社製、品番:#6000
PA6:ポリアミド6、宇部興産社製、品番:1022B
PA66:ポリアミド66、東レ社製、品番:CM3001M
炭素繊維:東レ製、エポキシ系樹脂で表面処理されている
タルク:MSタルク、日本タルク社製
StCa:ステアリン酸カルシウム、日東化成工業社製
高張力鋼材(金属板):引張強さ1180MPa、厚さ1.0mm、引張強さは、JIS Z2241に従って測定した値である。
<製造例1:プリプレグ(PAMXD6-CF)の製造>
PAMXD6を90質量部、PA66を9質量部、タルクを0.9質量部、StCaを0.1質量部を、それぞれ秤量して、ドライブレンドし、二軸押出機(商品名:TEM26SS、芝浦機械社製)のトップフィード口より供給し、シリンダー温度を280℃、スクリュー回転数200pmで溶融混練し、MXD6組成物を得た。
ロービング状の炭素繊維10ロールを等間隔に並べ、スプレッダーを通過させて約100mm幅に広げた。広げた炭素繊維を上下2つの含浸ロール間に入れる際に、溶融したMXD6組成物を供給し、含浸ロール中で炭素繊維に溶融したMXD6組成物を含浸させた。その後、冷却ロールで冷却しながら、引き取り、円柱状の芯材に巻き取り、テープを作製した。
プリプレグ中の炭素繊維の体積の割合は、38vol%(ポリアミド樹脂100質量部に対し、92質量部)であった。
PAMXD6を90質量部、PA66を9質量部、タルクを0.9質量部、StCaを0.1質量部を、それぞれ秤量して、ドライブレンドし、二軸押出機(商品名:TEM26SS、芝浦機械社製)のトップフィード口より供給し、シリンダー温度を280℃、スクリュー回転数200pmで溶融混練し、MXD6組成物を得た。
ロービング状の炭素繊維10ロールを等間隔に並べ、スプレッダーを通過させて約100mm幅に広げた。広げた炭素繊維を上下2つの含浸ロール間に入れる際に、溶融したMXD6組成物を供給し、含浸ロール中で炭素繊維に溶融したMXD6組成物を含浸させた。その後、冷却ロールで冷却しながら、引き取り、円柱状の芯材に巻き取り、テープを作製した。
プリプレグ中の炭素繊維の体積の割合は、38vol%(ポリアミド樹脂100質量部に対し、92質量部)であった。
<製造例2:プリプレグ(PA6-CF)の製造>
製造例1の樹脂(PAMXD6およびPA66)を等量のPA6に変えた以外は同様の方法にてPA6-CFからなるプリプレグを製造した。
プリプレグ中の炭素繊維の体積の割合は、44vol%(ポリアミド樹脂100質量部に対し、125質量部)であった。
製造例1の樹脂(PAMXD6およびPA66)を等量のPA6に変えた以外は同様の方法にてPA6-CFからなるプリプレグを製造した。
プリプレグ中の炭素繊維の体積の割合は、44vol%(ポリアミド樹脂100質量部に対し、125質量部)であった。
<製造例3:キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルム(PAMXD6)の製造>
ポリアミド樹脂PAMXD6を30mmφのスクリューとTダイを備える単軸押出機に供し、押出温度260℃、50rpmにて80℃の冷却ロールにて冷却して20μm厚のキャストフィルムを得た。
ポリアミド樹脂PAMXD6を30mmφのスクリューとTダイを備える単軸押出機に供し、押出温度260℃、50rpmにて80℃の冷却ロールにて冷却して20μm厚のキャストフィルムを得た。
<製造例4ポリアミド樹脂フィルム(PA6)の製造>
製造例3のポリアミド樹脂PAMXD6をPA6に変え、冷却ロール温度を40℃とした以外は同様の方法にてPA6のキャストフィルムを得た。
製造例3のポリアミド樹脂PAMXD6をPA6に変え、冷却ロール温度を40℃とした以外は同様の方法にてPA6のキャストフィルムを得た。
2.実施例1、2、比較例1、2
高張力鋼材の表面をAlumina #180(製造元:MonotaRO)を用いてサンドブラスト処理した。
上記サンドブラスト処理した高張力鋼材の処理面の上に、表1に示す種類のポリアミド樹脂フィルム(1枚)と、プリプレグ(1プライ)とを前記順に積層した。
その後、プリプレグ側から、以下の条件でレーザー溶着し、多層体を得た。
<レーザー溶着条件>
レーザー溶着装置:AFP装置 HUMM3
移送速度:24mm/sec
加圧ローラー付近温度:260℃
ローラー加圧力:4Kgf
高張力鋼材温度:表1に記載の温度
高張力鋼材の表面をAlumina #180(製造元:MonotaRO)を用いてサンドブラスト処理した。
上記サンドブラスト処理した高張力鋼材の処理面の上に、表1に示す種類のポリアミド樹脂フィルム(1枚)と、プリプレグ(1プライ)とを前記順に積層した。
その後、プリプレグ側から、以下の条件でレーザー溶着し、多層体を得た。
<レーザー溶着条件>
レーザー溶着装置:AFP装置 HUMM3
移送速度:24mm/sec
加圧ローラー付近温度:260℃
ローラー加圧力:4Kgf
高張力鋼材温度:表1に記載の温度
得られた多層体について、以下の通り、せん断強度を測定した。また、剥離モードが母材破壊か、界面剥離かについても示した。母材破壊の方がより強固に溶着していると言える。
<せん断強度の測定>
引張試験機(インストロン社製「5544型」)を使用し、溶着して一体化された金属板と樹脂組成物部分とを、ISO19095に準拠した引張用治具を用いて、その長軸方向の両端をクランプで挟み、引張速度5mm/分、チャック間距離80mmの条件で引張って、接合強度(単位:N)を測定した。
引張試験機(インストロン社製「5544型」)を使用し、溶着して一体化された金属板と樹脂組成物部分とを、ISO19095に準拠した引張用治具を用いて、その長軸方向の両端をクランプで挟み、引張速度5mm/分、チャック間距離80mmの条件で引張って、接合強度(単位:N)を測定した。
上記結果から明らかなとおり、本発明の多層体の製造方法では、金属板(高張力鋼材)とプリプレグが十分に溶着した(実施例1、2)。
これに対し、金属板とプリプレグの間に、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムを挟まずに溶着した場合(比較例1)、界面剥離が起きてしまった。また、金属板とプリプレグの間のフィルムがキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルム以外のポリアミド樹脂フィルムである場合(比較例2)、界面剥離が起きてしまった。
これに対し、金属板とプリプレグの間に、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムを挟まずに溶着した場合(比較例1)、界面剥離が起きてしまった。また、金属板とプリプレグの間のフィルムがキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルム以外のポリアミド樹脂フィルムである場合(比較例2)、界面剥離が起きてしまった。
1 金属板
2 キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルム
3 プリプレグ
2 キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルム
3 プリプレグ
Claims (12)
- 金属板と、前記金属板と面方向において溶着しているプリプレグとを有し、
前記プリプレグは、ポリアミド樹脂が1方向に引き揃えられた連続強化繊維に含浸しており、
前記プリプレグは、ポリアミド樹脂100質量部に対し、連続強化繊維5~300質量部を含み、
前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1400MPa以下である、
多層体の製造方法であって、
前記金属板と、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと、前記プリプレグとを、前記順に接するように積層し、さらに、加熱して、前記金属板と前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと前記プリプレグとを溶着させることを含み、
前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムが、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含む、
多層体の製造方法。 - 前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムの厚さは、15~50μmである、請求項1に記載の多層体の製造方法。
- 前記プリプレグが、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含む、請求項1または2に記載の多層体の製造方法。
- 前記溶着は、前記プリプレグ側からレーザーを照射するレーザー溶着によって行う、請求項1または2に記載の多層体の製造方法。
- 前記連続強化繊維が、炭素繊維およびガラス繊維から選択される少なくとも1種を含む、請求項1または2に記載の多層体の製造方法。
- 前記金属板の厚みが2.0mm以下である、請求項1または2に記載の多層体の製造方法。
- 前記プリプレグにおける連続強化繊維の含有量が30~70体積%である、請求項1または2に記載の多層体の製造方法。
- 前記多層体が車両のピラーまたはその構成部品である、請求項1または2に記載の多層体の製造方法。
- 前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1200MPa以下である、請求項1または2に記載の多層体の製造方法。
- 前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムの厚さは、15~50μmであり、
前記プリプレグが、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含み、
前記溶着は、前記プリプレグ側からレーザーを照射するレーザー溶着によって行うものであり、
前記連続強化繊維が、炭素繊維およびガラス繊維から選択される少なくとも1種を含み、
前記金属板の厚みが2.0mm以下であり、
前記プリプレグにおける連続強化繊維の含有量が30~70体積%であり、
前記多層体が車両のピラーまたはその構成部品である、請求項1に記載の多層体の製造方法。 - 金属板と、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムと、ポリアミド樹脂が1方向に引き揃えられた連続強化繊維に含浸しているプリプレグとが、前記順に接して積層しており、
前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1400MPa以下であり、
前記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂フィルムがジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、前記ジアミン由来の構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、前記ジカルボン酸由来の構成単位の70モル%以上が炭素数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するポリアミド樹脂を含む、多層体。 - 前記金属板のJIS Z2241に従って測定した引張強さが300MPa以上1200MPa以下である、請求項11に記載の多層体。
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JP2021191024 | 2021-11-25 | ||
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JP2022134333A Pending JP2023078064A (ja) | 2021-11-25 | 2022-08-25 | 多層体の製造方法 |
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2022
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CN118302293A (zh) | 2024-07-05 |
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