JP4970964B2 - 反応性の溶融接着剤を含有するハイブリッド部材 - Google Patents

Description

本発明は、金属とポリマーとからなるハイブリッド部材の製造方法に関する。本発明は、ハイブリッド部材（構造部材）中での反応性の溶融接着剤の使用を記載するものである。

該構造部材は、車両構造並びに飛行機構造において支持部並びに応力吸収部の範囲で使用され、かつ特に該部材に特定の機械的特性を付与する局所的な補強剤を有する点で際だつ副次的な視覚的要求を有する構成要素である。特に強調されることは、今までに使用されていた構成要素と比較して、ねじり剛性の向上に加えて追加的に質量が減少することである。

本発明に記載されるハイブリッド部材は、特に、該部材が主に金属とポリマーとからの複合材料からなるという点で際だっている。この場合に、金属部材中にポリマー構造が射出成形法によって導入され、その構造は該部材に相応のねじり剛性及びクラッシュ剛性を、追加的な比較的低い質量で付与する。

前記のハイブリッド部材の弱点は、今までは、ポリマーと金属材料との結合性であった。ここで、材料収縮と異なる材料の種々異なる膨張係数とによって構成要素同士の脱着が生じ、これにより機械的特性の悪化がもたらされる。目下、構造を形成するハイブリッド部材は、金属材料中にポリマー材料を射出成形技術によって注入することで製造される。この物質結合の問題は、ポリマーと金属との間の接合性である。それというのもこれらの材料は種々異なる機械的特性を有し、それにより複合材料の強度は、例えばポリマーの収縮によって悪影響を受け、従って部材のねじり剛性も同様に悪影響を受けるからである。

ここで、驚くべきことに、本願特許請求の範囲に記載されるように、反応性の接着剤を使用することによって先行技術の欠点を払拭できることが判明した。

金属部材をラウリンラクタムを基礎とする合成溶融接着剤で事前被覆することによって、実質的により良好な両方の構成要素の接合性と改善されたハイブリッド部材の耐蝕性がもたらされる。この効果は、使用される溶融接着剤に、更に分子量の増大作用をもたらすブロックイソシアネートと、付着改善作用と架橋性作用とをもたらすエポキシドとを添加した場合に更に改善することができる。分子量増大は、該部材に耐蝕性の理由から必要な陰極浸漬塗装（ＫＴＬ塗装）によって促される。それというのも１５０℃より高い温度での浸漬塗料中での２５分より長時間の滞留時間は、前記の部材に必要な高められた粘着強度と接着強度を生ずるからである。純粋に熱可塑性の溶融接着剤は、上述の温度負荷に際して既に熱分解し、従って該部材の機械的特性は悪影響を受ける。記載された溶融接着剤は、一般に金属材料に対して非常に良好な親和性を示し、かつハイブリッド部材中で定着材として金属とポリマーとの間に使用される。

使用される溶融接着剤の更なる利点は、耐蝕性の改善である。今までは、これらの問題は金属と射出成形材料との間の物質結合した接続部の範囲で問題が生じた。それというのも前記のポリマーの少ない収縮によって僅かな間隔が生じ、そこにはＫＴＬ塗装は存在せず、従って未処理の金属に腐蝕が生ずるからである。反応性の溶融接着剤による事前被覆は、その収縮を補い、そして腐蝕されやすい間隔形成を妨げる。

ここで、本発明は、金属材料上にプライマー（溶融接着剤）を施与することにあり、該プライマーは接着性を実質的に改善し、従って特に車両構造に要求されるクラッシュ性によい影響を及ぼす。

該プライマーは、ラウリンラクタムを基礎とするコポリアミドであって２．５〜１５％の割合、有利には４〜６％の割合のブロックイソシアネートと２．５〜１０％の割合、有利には４〜６％の割合のエポキシドを有するコポリアミドである。前記の添加物質は、純粋な熱可塑性コポリアミドと比較して、なおも実質的に改善された金属材料に対する接着性を達成し、温度の影響下に分子量増大を引き起こし、その増大は化合物の温度安定性を明らかに改善する。分子量増大について決定的なことは、熱を加える時間である。１５０℃〜１９０℃で１０〜３０分間が最適であると見なされ、これは通常はＫＴＬ炉中で見られる。

使用される溶融接着剤は、例えばＤｅｇｕｓｓａ社のＶＥＳＴＡＭＥＬＴ型である：
− Ｘ１０３８−Ｐ１：６０％のラウリンラクタム＋２５％のカプロラクタム＋１５％のＡＨ塩（５０％のアジピン酸と５０％のヘキサメチレンジアミンとからなる混合物）
− Ｘ１３１６−Ｐ１：９５％のＶＥＳＴＡＭＥＬＴ Ｘ１０３８−Ｐ１＋５％のＶＥＳＴＡＧＯＮ ＢＦ１５４０−Ｐ１
− Ｘ１３３３−Ｐ１：９５％のＶＥＳＴＡＭＥＬＴ Ｘ１０３８−Ｐ１＋５％のＶＥＳＴＡＧＯＮ ＢＦ１５４０−Ｐ１＋５％のＡｒａｌｄｉｔｅ ＧＴ７００４
該方法は、金属異形材をまずコポリアミド−溶融接着剤で全面に又は部分的に静電スプレーガンもしくは好適な塗装装置により被覆し、そして引き続き約１５０℃で約１２０〜３００秒、好ましくは約１５０秒の時間にわたり加熱して、接着剤を溶融させるという点で際だっている。最終工程として、ポリマー構造を射出成形技術によって注入する。この構造形成している部材を次いでＫＴＬ炉に導通させて塗装する。ＫＴＬ塗装は、約１９０℃で約３０分の時間にわたり行われる。

本発明によるハイブリッド部材は、車両構造、航空産業、軌条構造などで使用され、典型的な用途は、フロントエンド（バンパー）の範囲で見いだされる。

付着向上を明確に説明するために、種々のＶＥＳＴＡＭＥＬＴ−溶融接着剤によって接合された相応の金属／プラスチック複合材料での引張試験を実施した。温度の影響を強調するために、試料を、ＫＴＬ処理（１９０℃、３０分）の前と後のいずれでも試験した。未処理の、プライマー（溶融接着剤）を備えていない試料は、非常に低い付着性を有するが、これは図面に示されるようにポリアミド−溶融接着剤の使用によって実質的に改善することができる。これによって、あとの方の部材の機械的特性は、かなり改善されているので、構造を形成する部材として使用することに実質的により高い重要性を有する。

これらの金属は、一様な表面を示しかつ粘着指数の変動を回避するために、被覆前に脱脂されていることが好ましい。更に、６０〜８０℃に金属部を予熱することは、濡れのために好ましい。

図１は、種々のＶＥＳＴＡＭＥＬＴ溶融接着剤によって接合された相応の金属／プラスチック複合材料での、ＫＴＬ処理（１９０℃、３０分）の前と後での接着指数比較したグラフである

Claims (6)

1. 金属とポリマーとからなるハイブリッド部材の製造方法において、金属とポリマーとを、コポリアミドを基礎とする溶融接着剤によって結合させること、及び、当該溶融接着剤として、ラウリンラクタムを基礎とするコポリアミドを使用することを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、金属とポリマーとを、コポリアミドを基礎とし、付加的にイソシアネートとエポキシドとを含有する溶融接着剤によって結合させることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２記載の方法において、溶融接着剤が、２．５〜１５％のブロックイソシアネートと２．５〜１０％のエポキシドを含有することを特徴とする方法。
4. 請求項１から３までのいずれか１項記載の方法において、金属を、溶融接着剤で全面に又は部分的に静電スプレーガンによって、あるいは塗装装置により被覆し、そして１５０℃で約１５０秒間焼結させることを特徴とする方法。
5. 請求項３記載の方法において、ハイブリッド部材を引き続きＫＴＬ炉に導通して塗装することを特徴とする方法。
6. 車両構造又は飛行機構造で使用するための、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法により製造されるハイブリッド部材。

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