JP6401413B1 - Method for producing metal-fiber reinforced resin composite molded body - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストを抑えつつ、高い精度で、かつ短時間で金属−繊維強化樹脂の複合成型体を製造する方法。【解決手段】所定の形状に成型した金属板３と、前記金属板に接着するための接着フィルム又は接着層５１を備える繊維強化樹脂プリプレグ５２とを、第一上金型１とプリフォーム成型用下金型６との間に配置する工程と、前記第一上金型１及び前記プリフォーム成型用下金型６によりプレスすることによって、金属層と繊維強化樹脂プリプレグ層とを含むプリフォームを製造する第一プレス工程と、前記プリフォームを、前記第一上金型と同一又は異なる第二上金型及び仕上げ用下金型によりプレスすることによって、金属−繊維強化樹脂複合成型体を製造する第二プレス工程とを含み、前記仕上げ用下金型は、２０〜９０のデュロメータ硬度と、２００℃以上の耐熱温度を有する材料から構成される、方法。【選択図】図２A method of manufacturing a metal-fiber reinforced resin composite molded body with high accuracy and in a short time while suppressing manufacturing cost. A metal plate 3 molded into a predetermined shape and a fiber reinforced resin prepreg 52 provided with an adhesive film or an adhesive layer 51 for bonding to the metal plate are used for molding a first upper mold 1 and a preform. A preform including a metal layer and a fiber-reinforced resin prepreg layer is formed by pressing between the first upper mold 1 and the preform molding lower mold 6 and the step of disposing it between the lower mold 6 A metal-fiber reinforced resin composite molded body is manufactured by pressing a first press step to be manufactured, and a second upper mold and a finishing lower mold that are the same as or different from the first upper mold. A second pressing step, wherein the lower lower mold is made of a material having a durometer hardness of 20 to 90 and a heat resistant temperature of 200 ° C. or higher. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、金属層及び繊維強化樹脂層を含む金属−繊維強化樹脂複合成型体をプレス成型によって製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a metal-fiber reinforced resin composite molded body including a metal layer and a fiber reinforced resin layer by press molding.
炭素繊維等を用いる繊維強化樹脂は、高い強度と軽さを併せ持つ材料のため、様々な用途に使用されている。例えば、自動車分野では、鋼鉄に代わる新材料として期待されている。しかし、繊維強化樹脂は、現時点で鋼鉄等に比べ高価格であるため、製品の価格を抑えようとする場合は、繊維強化樹脂を多く用いることが難しい。そこで、鋼鉄等の金属と、繊維強化樹脂との複合体を用いることにより、材料の軽量化を実現しながらも、価格を抑えることができる。 A fiber reinforced resin using carbon fiber or the like is a material having both high strength and lightness, and is therefore used in various applications. For example, in the automotive field, it is expected as a new material to replace steel. However, since fiber reinforced resin is currently more expensive than steel or the like, it is difficult to use a large amount of fiber reinforced resin when trying to reduce the price of a product. Therefore, by using a composite of a metal such as steel and a fiber reinforced resin, it is possible to reduce the price while realizing weight reduction of the material.
金属と繊維強化樹脂との複合材料を用いた成型品の製造方法としては、例えば、特許文献１の実施例の製造方法のように、炭素繊維強化樹脂の上に金属を配置させて、高い圧力をかけながら、１０５０℃という高温下で５分間加熱する方法などが挙げられるが、短時間で製造できないため、製造コストがかかってしまうという問題がある。また、いわゆるプレス成型において、金属板と繊維強化樹脂プリプレグ板とを一気にプレスしてしまうと、金属と繊維強化樹脂との柔軟性及び熱膨張率の違いから、金属と繊維強化樹脂との間で寸法差ができてしまい、きれいに貼り合わせることが難しく、完成度の高い成型品を提供することはできない。 As a manufacturing method of a molded article using a composite material of a metal and a fiber reinforced resin, for example, as in the manufacturing method of the example of Patent Document 1, a metal is placed on a carbon fiber reinforced resin, and a high pressure is applied. A method of heating at a high temperature of 1050 ° C. for 5 minutes, etc., is mentioned, but there is a problem that the manufacturing cost is increased because it cannot be manufactured in a short time. Also, in so-called press molding, if the metal plate and the fiber reinforced resin prepreg plate are pressed all at once, due to the difference in flexibility and thermal expansion coefficient between the metal and the fiber reinforced resin, between the metal and the fiber reinforced resin. Due to the difference in dimensions, it is difficult to paste them together neatly, and it is impossible to provide a molded product with a high degree of completion.
そこで、本発明は、製造コストを抑えつつ、成型精度が高い、金属と繊維強化樹脂とを含む金属−繊維強化樹脂複合成型体を製造する方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a metal-fiber reinforced resin composite molded body containing a metal and a fiber reinforced resin, which has high molding accuracy while suppressing the production cost.
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、特定のプレス方法によれば、金属−繊維強化樹脂複合成型体を、高い精度でプレス成型できる方法を見出した。すなわち、本発明は、以下を包含する。
［１］ 金属層と、前記金属層に接着した繊維強化樹脂層とを含む金属−繊維強化樹脂複合成型体をプレス成型によって製造する方法であって、所定の形状に成型した金属板と、前記金属板に接着するための接着フィルム又は接着層を備える繊維強化樹脂プリプレグとを、第一上金型とプリフォーム成型用下金型との間に配置する工程と、前記第一上金型及び前記プリフォーム成型用下金型によりプレスすることによって、金属層と繊維強化樹脂プリプレグ層とを含むプリフォームを製造する第一プレス工程と、前記プリフォームを、前記第一上金型と同一又は異なる第二上金型及び仕上げ用下金型によりプレスすることによって、金属−繊維強化樹脂複合成型体を製造する第二プレス工程とを含み、前記仕上げ用下金型は、２０〜９０のデュロメータ硬度と、２００℃以上の耐熱温度を有する材料から構成される、方法。
［２］ 前記仕上げ用下金型は、０．３ＭＰａ以上の引張強さをさらに有する、［１］に記載の方法。
［３］ 前記プリフォーム成型用下金型は、プレス面に炭素繊維強化樹脂が備わっている、［１］又は［２］に記載の方法。
［４］ 前記仕上げ用下金型は、シリコーンからなる材料から構成される、［１］乃至［３］のいずれか一項に記載の方法。
［５］ 前記第一上金型と、前記第二上金型とは同一である、［１］乃至［４］のいずれか一項に記載の方法。
As a result of intensive studies, the present inventors have found a method capable of press-molding a metal-fiber reinforced resin composite molded body with high accuracy according to a specific pressing method. That is, the present invention includes the following.
[1] A method of manufacturing a metal-fiber reinforced resin composite molded body including a metal layer and a fiber-reinforced resin layer bonded to the metal layer by press molding, the metal plate molded into a predetermined shape, A step of disposing a fiber reinforced resin prepreg having an adhesive film or an adhesive layer for adhering to a metal plate between a first upper mold and a preform molding lower mold, and the first upper mold and A first press step of manufacturing a preform including a metal layer and a fiber reinforced resin prepreg layer by pressing with the lower mold for preform molding, and the preform is the same as the first upper mold or A second pressing step of producing a metal-fiber reinforced resin composite molded body by pressing with a different second upper die and a finishing lower die, and the finishing lower die has a duo of 20 to 90. A method comprising a material having a rheometer hardness and a heat resistant temperature of 200 ° C. or higher.
[2] The method according to [1], wherein the lower mold for finishing further has a tensile strength of 0.3 MPa or more.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the preform molding lower mold is provided with a carbon fiber reinforced resin on a press surface.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the finishing lower mold is made of a material made of silicone.
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein the first upper mold and the second upper mold are the same.
本発明の金属−繊維強化樹脂複合成型体の製造方法によれば、特定のプレス方法により、製造コストを抑えつつ、高い精度で、かつ短時間で金属−繊維強化樹脂の複合成型体を製造することができる。 According to the method for producing a metal-fiber reinforced resin composite molded body of the present invention, a metal-fiber reinforced resin composite molded body is manufactured with high accuracy and in a short time while suppressing the production cost by a specific pressing method. be able to.
［金属−繊維強化樹脂複合成型体］
本明細書において、金属−繊維強化樹脂複合成型体とは、アルミニウム等の金属から構成される金属層と、繊維強化樹脂から構成される繊維強化樹脂層との積層体を意味する。金属層と繊維強化樹脂層とは、接着されており、一体成型物となっている。なお、本明細書では、金属−繊維強化樹脂複合成型体を、単に、複合成型体ということもある。
[Metal-fiber reinforced resin composite molding]
In this specification, the metal-fiber reinforced resin composite molded body means a laminate of a metal layer composed of a metal such as aluminum and a fiber reinforced resin layer composed of a fiber reinforced resin. The metal layer and the fiber reinforced resin layer are bonded together to form an integrally molded product. In the present specification, the metal-fiber reinforced resin composite molded body may be simply referred to as a composite molded body.
金属層を構成する金属とは、本発明のプレス成型で成型できる金属であれば特に限定されるものではなく、アルミニウム、鉄、鋼鉄、チタン等の種々の金属を用いることができる。 The metal which comprises a metal layer will not be specifically limited if it is a metal which can be shape | molded by the press molding of this invention, Various metals, such as aluminum, iron, steel, titanium, can be used.
また、繊維強化樹脂層を構成する樹脂についても、特に限定されるものではなく、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、及びそれらの一種を含む樹脂組成物を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂等が挙げられ、これらは組み合わせて使用することができる。熱可塑性樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビニール樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、複数混合して用いてもよい。 Moreover, it does not specifically limit about resin which comprises a fiber reinforced resin layer, The resin composition containing a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and those 1 type can be used. Examples of the thermosetting resin include epoxy resins, vinyl ester resins, unsaturated polyester resins, polyurethane resins, phenol resins, and the like, and these can be used in combination. Examples of the thermoplastic resin include acrylic resin, polyester resin, polycarbonate resin, polypropylene resin, polyethylene resin, polystyrene resin, vinyl chloride resin, and polyamide resin. These may be used alone or in combination.
複合成型体の繊維強化樹脂層を構成する繊維は、ガラス繊維基材、炭素繊維基材、金属繊維基材等を用いることができる。繊維強化樹脂層の材料となる繊維強化樹脂プレプレグ中の繊維基材としては、０．０３ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さの炭素繊維材が好ましいが、それに限定されるものではない。また、繊維強化樹脂層を構成する繊維強化樹脂には、ＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）などの複合体も包含されるものとする。 A glass fiber base material, a carbon fiber base material, a metal fiber base material, etc. can be used for the fiber which comprises the fiber reinforced resin layer of a composite molding. The fiber base material in the fiber reinforced resin prepreg used as the material of the fiber reinforced resin layer is preferably a carbon fiber material having a thickness of 0.03 mm to 0.5 mm, but is not limited thereto. The fiber reinforced resin constituting the fiber reinforced resin layer includes a composite such as SMC (Sheet Molding Compound).
複合成型体を構成する金属層と、繊維強化樹脂層とは、金属と樹脂とを接着させるための接着剤を用いて接着させる。接着剤は、塗布できるような液体状接着剤であってもよいし、シート状の接着シートであってもよい。接着剤の材料としては、エポキシ、アクリル、ウレタン等が挙げられる。液体状接着剤の場合は、金属板との接着前（第一プレス前）に、繊維強化樹脂プリプレグに塗布すればよい。また、接着シートを用いる場合は、金属板との接着前（第一プレス前）に、繊維強化樹脂プリプレグ上に配置すればよい。 The metal layer constituting the composite molded body and the fiber reinforced resin layer are bonded using an adhesive for bonding the metal and the resin. The adhesive may be a liquid adhesive that can be applied, or a sheet-like adhesive sheet. Examples of the material for the adhesive include epoxy, acrylic, urethane, and the like. In the case of a liquid adhesive, it may be applied to the fiber reinforced resin prepreg before bonding to the metal plate (before the first press). Moreover, what is necessary is just to arrange | position on a fiber reinforced resin prepreg before adhesion | attachment with a metal plate (before 1st press), when using an adhesive sheet.
［金属−繊維強化樹脂複合成型体の製造方法］
本発明の複合成型体の製造方法は、以下の通りである。すなわち、金属層と、前記金属層に接着した繊維強化樹脂層とを含む金属−繊維強化樹脂複合成型体をプレス成型によって製造する方法であって、所定の形状に成型した金属板と、前記金属板に接着するための接着フィルム又は接着層を備える繊維強化樹脂プリプレグとを、第一上金型とプリフォーム成型用下金型との間に配置する工程と、前記第一上金型及び前記プリフォーム成型用下金型によりプレスすることによって、金属層と繊維強化樹脂プリプレグ層とを含むプリフォームを製造する第一プレス工程と、前記プリフォームを、前記第一上金型と同一又は異なる第二上金型及び仕上げ用下金型によりプレスすることによって、金属−繊維強化樹脂複合成型体を製造する第二プレス工程とを含み、前記仕上げ用下金型は、２０〜９０のデュロメータ硬度と、２００℃以上の耐熱温度を有する材料から構成される、方法である。
[Method for producing metal-fiber reinforced resin composite molded body]
The method for producing the composite molded body of the present invention is as follows. That is, a method for producing a metal-fiber reinforced resin composite molded body including a metal layer and a fiber-reinforced resin layer bonded to the metal layer by press molding, the metal plate molded into a predetermined shape, and the metal A step of arranging a fiber reinforced resin prepreg having an adhesive film or an adhesive layer for bonding to a plate between a first upper mold and a lower mold for preform molding, the first upper mold and the A first press step for producing a preform including a metal layer and a fiber reinforced resin prepreg layer by pressing with a lower mold for molding a preform, and the preform is the same as or different from the first upper mold. A second pressing step of producing a metal-fiber reinforced resin composite molded body by pressing with a second upper die and a finishing lower die, wherein the finishing lower die is 20 to 90 And Yurometa hardness, made of a material having a heat resistance temperature of above 200 ° C., is a method.
本発明の複合成型体の製造方法は、上記のとおり、プレス成型によって行われる。プレス成型とは、材料を複数（例えば２つ）の金型（例えば、上金型及び下金型）により材料を挟み込み、加熱・加圧することにより、材料を変形させ成型させる成型方法である。 As described above, the method for producing a composite molded body of the present invention is performed by press molding. The press molding is a molding method in which a material is deformed and molded by sandwiching the material with a plurality of (for example, two) molds (for example, an upper mold and a lower mold), and heating and pressing the material.
本発明においてプレス成型は、上金型と下金型とを用いて、両金型に挟み込まれることによって行われる。上金型及び下金型は、複合成型体や中間物であるプリフォームを形成するために、所定の形状を有することができる。例えば、上金型及び下金型のプレス面に、いずれか一方には凸部、もう一方には凸部に対応する（前記凸部が入り込むことができる）凹部を設けることができる。このようにすることにより、成型対象物は、凸部と凹部とに挟まれることになるため、複合成型体や中間物であるプリフォームは、立体的な形状を有することができる。 In the present invention, press molding is performed by being sandwiched between both molds using an upper mold and a lower mold. The upper mold and the lower mold can have a predetermined shape in order to form a composite molded body or an intermediate preform. For example, the press surface of the upper mold and the lower mold can be provided with a convex portion on one side and a concave portion corresponding to the convex portion on the other side (the convex portion can enter). By doing in this way, since a molding target object will be pinched | interposed into a convex part and a recessed part, the preform which is a composite molded object and an intermediate body can have a three-dimensional shape.
本発明の複合成型体をプレス成型により製造する方法は、少なくとも２回のプレスを実施する。第一プレスでは、金属板と接着層を設けた繊維強化樹脂プリプレグとを一緒にプレスし、プリフォームを製造する。第一プレスに用い得る第一上金型は、特に限定されない。第一プレスに用い得る第一上金型として、具体的には上金型発熱部を備える鋼鉄の金型を用いることができる。第一プレスに用いるプリフォーム成型用下金型は、鋼鉄等の通常の素材である。プリフォーム成型用下金型に一次プレスしたプリフォームが付着している状態であると、次の工程に移行しにくいため、第一上金型側に付着させる必要がある。そのため、第一プレスに用いるプリフォーム成型用下金型のプレス面には、放熱性の高い材料である炭素を含む炭素繊維強化樹脂を用いることが好ましい。放熱性が高い材料を含む炭素繊維強化樹脂部を備えることにより、プレス面が冷却されやすくなり、プリフォームは下金型に付着しにくくなり、結果的に第一上金型に付着しやすくなる。 In the method for producing the composite molded body of the present invention by press molding, the pressing is performed at least twice. In the first press, a metal plate and a fiber reinforced resin prepreg provided with an adhesive layer are pressed together to produce a preform. The first upper mold that can be used for the first press is not particularly limited. As the first upper mold that can be used in the first press, specifically, a steel mold including an upper mold heating portion can be used. The lower mold for preform molding used in the first press is an ordinary material such as steel. If the preform that has been primarily pressed is attached to the lower mold for preform molding, it is difficult to proceed to the next step, so it is necessary to attach the preform to the first upper mold side. Therefore, it is preferable to use a carbon fiber reinforced resin containing carbon, which is a material with high heat dissipation, on the press surface of the lower mold for preform molding used in the first press. By providing a carbon fiber reinforced resin part containing a material with high heat dissipation, the press surface is easily cooled, and the preform is less likely to adhere to the lower mold, and consequently, more likely to adhere to the first upper mold. .
第一プレス時の冷却には、プリフォーム成型用下金型に冷却ガスを吹き付ける。これにより、プリフォーム成型用下金型のプレス面が急速に冷却され容易に脱型することができる。用いられる冷却ガスは、特に限定されるものではないが、−３０℃以上−５℃以下の空気を使用することが好ましい。例えば、−２０℃程度の空気を作る装置としては、日本精器株式会社製「ジェットクーラー（商品名）」等が挙げられる。 For cooling at the time of the first press, a cooling gas is sprayed onto the lower mold for preform molding. Thereby, the press surface of the lower mold for preform molding is rapidly cooled and can be easily removed. The cooling gas used is not particularly limited, but it is preferable to use air of −30 ° C. or more and −5 ° C. or less. For example, as a device for producing air at about −20 ° C., “Jet Cooler (trade name)” manufactured by Nippon Seiki Co., Ltd. can be cited.
プレス面の炭素繊維強化樹脂部の厚さは、特に限定されるものではないが、０．１ｍｍ〜３ｃｍが好ましく、１ｍｍ〜１ｃｍがさらに好ましい。 Although the thickness of the carbon fiber reinforced resin part of a press surface is not specifically limited, 0.1 mm-3 cm are preferable and 1 mm-1 cm are more preferable.
金型のプレス面の炭素繊維強化樹脂部には、特に限定されるわけではないが、プリプレグの樹脂の融点よりも３０℃以上高い融点を有する樹脂を用いることが好ましい。そのような樹脂としては、例えば、シアネート樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビニール樹脂、ポリアミド樹脂が挙げられる。 The carbon fiber reinforced resin portion on the press surface of the mold is not particularly limited, but it is preferable to use a resin having a melting point higher by 30 ° C. than the melting point of the prepreg resin. Examples of such a resin include cyanate resin, polycarbonate resin, acrylic resin, polyester resin, polypropylene resin, polyethylene resin, polystyrene resin, vinyl chloride resin, and polyamide resin.
本発明では、後述する第二プレスで精度の高いプレスをするため、第一プレスでは、最終形状に近くなる程度にプレスを行えばよく、高い精度でのプレスは求められない。 In the present invention, since a high-precision press is performed by a second press described later, the first press may be performed to a degree close to the final shape, and a press with high accuracy is not required.
第二プレスは、第一プレスで得られたプリフォームを完成品である複合成型体の形状にするためのプレスである。第一プレスにより、金属と繊維強化樹脂とをなじませた完成品に近い形状であるプリフォームを、第二プレスにより、完成品の形状にする。 The second press is a press for making the preform obtained by the first press into the shape of a composite molded body as a finished product. The preform that has a shape close to the finished product in which the metal and the fiber reinforced resin are blended is made into the shape of the finished product by the second press.
第二プレスに用いる第二上金型は、特に限定されないが、通常の鋼鉄製の金型である。第二上金型は、第一プレスの第一上金型と同一であっても、異なっていてもよい。 The second upper mold used for the second press is not particularly limited, but is a normal steel mold. The second upper mold may be the same as or different from the first upper mold of the first press.
第二プレスに用いる仕上げ用下金型は、２０〜９０のデュロメータ硬度を有することにより、仕上げ用下金型が第二上金型に押し込むときに、押し込む方向だけでなく、押し込む方向に垂直な方向にも、圧力をかけることができるため、隙間なく金属層と繊維強化樹脂層とをきれいに接着できる。なお、本明細書において、デュロメータ硬度とは、ＪＩＳ Ｋ ６２５３準拠のタイプＡデュロメータで測定した硬度である。デュロメータ硬度が２０未満である場合は、柔軟性が高すぎるため、押し込む際に力が伝わりにくくきれいに接着できない。一方、デュロメータ硬度が９０を超える場合は、柔軟性が低く、押し込む方向に垂直な方向に力が伝わりにくく、接着部に隙間ができる場合がある。 The finishing lower mold used for the second press has a durometer hardness of 20 to 90, so that when the finishing lower mold is pushed into the second upper mold, not only the pushing direction but also the perpendicular direction is pushed. Since pressure can be applied also in the direction, the metal layer and the fiber reinforced resin layer can be adhered cleanly without gaps. In addition, in this specification, durometer hardness is the hardness measured with the type A durometer based on JISK6253. When the durometer hardness is less than 20, since the flexibility is too high, it is difficult to transmit force when pushing, and it is not possible to bond cleanly. On the other hand, when the durometer hardness exceeds 90, the flexibility is low, the force is difficult to be transmitted in a direction perpendicular to the pushing direction, and a gap may be formed in the bonded portion.
また、仕上げ用下金型は、２００℃以上の耐熱温度を有する。この耐熱温度を有しなければ、プリプレグに用いられる様々な樹脂の成型温度に適合できなく、汎用性に劣るものとなる。仕上げ用金型の耐熱温度は、樹脂の成型温度よりも５０℃以上高いことが好ましい。なお、仕上げ用下金型の耐熱温度は、２２０℃以上であることが好ましい。耐熱温度の上限は特に限定されるものではないが、例えば上限として３００℃以下であることが挙げられる。 Further, the finishing lower mold has a heat resistant temperature of 200 ° C. or higher. If it does not have this heat-resistant temperature, it cannot adapt to the molding temperature of various resins used for the prepreg, and is inferior in versatility. The heat resistance temperature of the finishing mold is preferably higher by 50 ° C. or more than the molding temperature of the resin. Note that the heat resistance temperature of the finishing lower mold is preferably 220 ° C. or higher. Although the upper limit of heat-resistant temperature is not specifically limited, For example, it is mentioned that it is 300 degrees C or less as an upper limit.
仕上げ用下金型は、好ましくは、０．３ＭＰａ以上の引張強さをさらに有する。上記範囲の引張強さを有していれば、仕上げ用下金型に使用したときに、仕上げ用下金型の破損するのを防ぐことができる。引張強さの下限は、０．５ＭＰａ以上であることが好ましく、２ＭＰａ以上であればさらに好ましく、３．９ＭＰａ以上であれば特に好ましい。なお、本明細書において、引張強さは、ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準拠して行う。 The finishing lower mold preferably further has a tensile strength of 0.3 MPa or more. If it has the tensile strength of the said range, when used for the lower mold for finishing, it can prevent that the lower mold for finishing is damaged. The lower limit of the tensile strength is preferably 0.5 MPa or more, more preferably 2 MPa or more, and particularly preferably 3.9 MPa or more. In addition, in this specification, tensile strength is performed based on JISK6251.
２０〜９０のデュロメータ硬度と、２００℃以上の耐熱温度を有する材料として、例えば、シリコーンからなる材料を使用することができ、具体的には、シリコーンゴム、シリコーン樹脂などが挙げられる。 As a material having a durometer hardness of 20 to 90 and a heat resistant temperature of 200 ° C. or more, for example, a material made of silicone can be used, and specifically, silicone rubber, silicone resin, and the like can be given.
第二プレスの後、第二上金型と仕上げ用下金型を引き離す際に、仕上げ用下金型、第二上金型、及びこれらに挟まれている複合成型体に冷却ガスを吹き付けることにより、上下の金型から複合成型体を脱型することができる。 After the second press, when the second upper mold and the finishing lower mold are separated, the cooling gas is sprayed onto the finishing lower mold, the second upper mold, and the composite molded body sandwiched between them. Thus, the composite molded body can be removed from the upper and lower molds.
本発明のプレス成型において、第一プレスの温度は、通常２０〜９０℃、第二プレスの温度は、プリプレグが熱硬化性樹脂を用いる場合は通常１２０〜１６０℃であり、プリプレグが熱可塑性樹脂を用いる場合は、通常２３０〜３５０℃である。 In the press molding of the present invention, the temperature of the first press is usually 20 to 90 ° C., and the temperature of the second press is usually 120 to 160 ° C. when the prepreg uses a thermosetting resin, and the prepreg is a thermoplastic resin. When is used, it is usually 230 to 350 ° C.
第一プレスの圧力、第二プレスの圧力についても、特に限定されるものではなく、通常０．１ＭＰａ〜１５ＭＰａである。第一プレスの圧力、第二プレスの圧力は同じであっても、異なってもよい。 The pressure of the first press and the pressure of the second press are not particularly limited, and are usually 0.1 MPa to 15 MPa. The pressure of the first press and the pressure of the second press may be the same or different.
このようにして得られる複合成型体は、用途・形状に応じて、繊維強化樹脂を成型させたものであり、航空機、自動車等の部品、例えば、自動車用電池のケース等に使用することができる。 The composite molded body obtained in this way is obtained by molding a fiber reinforced resin according to the application and shape, and can be used for parts such as aircraft and automobiles, for example, battery cases for automobiles. .
次に本発明を、実施例を用いて詳細に説明する。なお、本発明は、実施例に限定されるものではなく、当業者に周知された範囲で適宜設計変更等することが可能である。 Next, the present invention will be described in detail using examples. It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments, and the design can be changed as appropriate within a range well known to those skilled in the art.
［複合成型体の金属層の成型］
まず、複合成型体８Ｂを構成する材料であるアルミニウム板３の成型を行う。なお、本実施例では、金属層の金属としてアルミニウムを用いる。アルミニウム板３を、上金型１と下金型４の間に配置する（図１の（ａ）参照）。上金型１には、上金型発熱部２，２，２，２が備えられている。加熱されたアルミニウム板３を上金型１と下金型４とで挟み込み、アルミニウム板３を成型する（図１の（ｂ）参照）。上金型１と下金型４とは、いずれも鋼鉄である。
[Molding of metal layer of composite molded body]
First, the aluminum plate 3 which is a material constituting the composite molded body 8B is molded. In this embodiment, aluminum is used as the metal of the metal layer. The aluminum plate 3 is disposed between the upper mold 1 and the lower mold 4 (see FIG. 1A). The upper mold 1 is provided with upper mold heat generating portions 2, 2, 2, 2. The heated aluminum plate 3 is sandwiched between the upper mold 1 and the lower mold 4 to mold the aluminum plate 3 (see FIG. 1B). Both the upper mold 1 and the lower mold 4 are steel.
本発明において、アルミニウム板３の成型は、必須ではなく、必要に応じて行うことができる。本実施例のように、金属層の成型を、複合成型体の製造の一連の工程の一つとして行ってもよい。また、本実施例において、金属層の成型、及び後述するプリフォーム成型、及び仕上げ成型は、すべて同じ上金型１を用いる。 In the present invention, the molding of the aluminum plate 3 is not essential and can be performed as necessary. As in this embodiment, the metal layer may be molded as one of a series of steps for producing a composite molded body. In the present embodiment, the same upper mold 1 is used for the metal layer molding, the preform molding described later, and the finish molding.
［プリフォーム成型（第一プレス）］
金属層の成型に引き続き、成型したアルミニウム板３を用いて、プリフォーム８Ａを成型する。アルミニウム板３の成型において、上金型１と下金型４とを離すと、アルミニウム板３は、通常、上金型１に付着する。そこで、付着したアルミニウム板３の下、かつ、プリフォーム用下金型６の上に、複合成型体８Ｂの材料である炭素繊維強化樹脂プリプレグ５２を配置する。炭素繊維強化樹脂プリプレグ５２は、エポキシ樹脂と炭素繊維とから構成されている。
[Preform molding (first press)]
Following the molding of the metal layer, the preform 8A is molded using the molded aluminum plate 3. When the upper mold 1 and the lower mold 4 are separated in the molding of the aluminum plate 3, the aluminum plate 3 usually adheres to the upper mold 1. Therefore, a carbon fiber reinforced resin prepreg 52, which is a material of the composite molded body 8B, is disposed under the adhered aluminum plate 3 and on the lower mold 6 for preform. The carbon fiber reinforced resin prepreg 52 is composed of an epoxy resin and carbon fibers.
炭素繊維強化樹脂プリプレグ５２をアルミニウム板３に接着させるために、炭素繊維強化樹脂プリプレグ５２の上に、接着シート５１を設ける。実施例では接着シート５１として、エポキシ樹脂からなるシートを用いた。 In order to adhere the carbon fiber reinforced resin prepreg 52 to the aluminum plate 3, an adhesive sheet 51 is provided on the carbon fiber reinforced resin prepreg 52. In the embodiment, a sheet made of an epoxy resin is used as the adhesive sheet 51.
プリフォーム８Ａの製造には、プリフォーム用下金型６を用いる。プリフォーム用下金型６は、プリフォーム用下金型６を加熱するためのプリフォーム用下金型加熱部７，７，７，７を備える。プリフォーム用下金型６の素材は、鋼鉄であるが、そのプレス面には、炭素繊維強化樹脂部６１を備える。炭素は、放熱しやすい材料であり、プリフォーム成型後に、プリフォーム用下金型の温度を急速に降下させ、下金型への付着を防止することができる。 For the manufacture of the preform 8A, the lower mold 6 for preform is used. The preform lower mold 6 includes preform lower mold heating sections 7, 7, 7, 7 for heating the preform lower mold 6. The material of the lower mold 6 for preform is steel, but a carbon fiber reinforced resin portion 61 is provided on the press surface. Carbon is a material that easily dissipates heat, and after preform molding, the temperature of the preform lower mold can be rapidly lowered to prevent adhesion to the lower mold.
図２（ａ）は、接着シート５１を備えた炭素繊維強化樹脂プリプレグ５２を上金型１と、プリフォーム用下金型６との間に配置した図である。接着シート５１が、上金型１に付着しているアルミニウム板３と接するように配置する。 FIG. 2A is a view in which a carbon fiber reinforced resin prepreg 52 provided with an adhesive sheet 51 is disposed between the upper mold 1 and the preform lower mold 6. The adhesive sheet 51 is disposed so as to be in contact with the aluminum plate 3 attached to the upper mold 1.
図２（ｂ）は、プリフォーム成型するために、上金型１と、プリフォーム用下金型６とにより挟み込み、プレスした図である。第一プレスの後のプリプレグ８Ａの形状は、最終的な複合成型体８Ｂと類似しているが、完全な最終的な形状とは異なるものである。プリフォーム８Ａの製造（第一プレス）は、主として、アルミニウム板３と、炭素繊維強化樹脂プリプレグ５２とをなじませることを目的とする。 FIG. 2 (b) is a diagram showing a state in which the upper mold 1 and the lower mold 6 for preform are sandwiched and pressed for preform molding. The shape of the prepreg 8A after the first press is similar to the final composite molded body 8B, but is different from the complete final shape. The manufacture (first press) of the preform 8A is mainly intended to make the aluminum plate 3 and the carbon fiber reinforced resin prepreg 52 conform to each other.
プリフォーム８Ａを製造するための第一プレスの温度は、１００℃であった。 The temperature of the first press for producing the preform 8A was 100 ° C.
実施例で用いた炭素繊維強化樹脂部６１の樹脂は、シアネート樹脂を用いる。シアネート樹脂は、軟化点が高く好適である。 Cyanate resin is used as the resin of the carbon fiber reinforced resin portion 61 used in the examples. Cyanate resins are preferred because of their high softening point.
図２（ｂ）後、プリフォーム用下金型６に−２０°程度の冷却ガス１１０を吹き付ける。それにより、上金型１にプリフォーム８Ａが付着する。プリフォーム８Ａが上金型１に付着している間に、仕上げ下金型９の上に移動し、仕上げプレスを準備する。 After FIG. 2B, a cooling gas 110 of about −20 ° is sprayed onto the preform lower mold 6. Thereby, the preform 8 </ b> A adheres to the upper mold 1. While the preform 8A adheres to the upper mold 1, it moves onto the finishing lower mold 9 and prepares a finishing press.
［仕上げプレス成型（第二プレス）］
次に、第二プレス、すなわち、仕上げプレスについて説明する。仕上げプレスは、第一プレスで製造したプリフォーム８Ａをさらにプレスし、完成体である複合成型体８Ｂを製造する工程である。
[Finishing press molding (second press)]
Next, the second press, that is, the finishing press will be described. The finishing press is a step of further pressing the preform 8A manufactured by the first press to manufacture a composite molded body 8B that is a finished product.
仕上げプレスには、仕上げ用下金型９を用いる。仕上げ用下金型９は、仕上げ用下金型発熱部１００，１００，１００，１００を備える。仕上げ用下金型９は、柔軟性のある素材として、シリコーンゴムから構成されている。仕上げ用下金型９にシリコーンゴム等の柔軟性のある素材を用いることにより、より正確で所望の形状を有する複合成型体を成型することができる。 A finishing lower die 9 is used for the finishing press. The finishing lower mold 9 includes finishing lower mold heating portions 100, 100, 100, 100. The finishing lower die 9 is made of silicone rubber as a flexible material. By using a flexible material such as silicone rubber for the lower die 9 for finishing, a composite molded body having a more accurate and desired shape can be molded.
図３（ａ）は、上金型に付着したプリフォーム８Ａに対して、所定の位置に仕上げ用下金型９を配置した図である。 FIG. 3A is a diagram in which a finishing lower mold 9 is arranged at a predetermined position with respect to the preform 8A attached to the upper mold.
第二プレスにより、所定の形状の複合成型体８Ｂを得ることができる。本実施例において、第二プレスの温度は、１３０℃である。第二プレス後、上金型１と、仕上げ用下金型９とを離すと、複合成型体８Ｂは、上金型１に付着する。付着した状態から、複合成型体８Ｂを脱型するために、上金型１と、仕上げ用下金型９とを離す際に、上金型１、仕上げ用下金型９、複合成型体８Ｂに−２０°程度の冷却空気（冷却ガス）１１１を図３（ｂ）の矢印の向きに吹きかける。それにより、複合成型体８Ｂ及び上金型１のプレス面を数秒で十数度冷却させ、脱型することができる。 By the second press, a composite molded body 8B having a predetermined shape can be obtained. In this example, the temperature of the second press is 130 ° C. When the upper mold 1 and the finishing lower mold 9 are separated after the second press, the composite molded body 8B adheres to the upper mold 1. When the upper mold 1 and the finishing lower mold 9 are separated in order to remove the composite molded body 8B from the attached state, the upper mold 1, the finishing lower mold 9, and the composite molded body 8B are separated. Then, cooling air (cooling gas) 111 of about −20 ° is blown in the direction of the arrow in FIG. Thereby, the press surface of the composite molded body 8B and the upper mold 1 can be cooled by several tens of degrees in a few seconds and demolded.
図４は、脱型した状態である。上金型１のプレス面付近を冷却させて脱型したため、上金型１全体としては大きく温度が低下しておらず、次のプレス時に必要な加熱時間を短く抑えることができる。 FIG. 4 shows a state where the mold is removed. Since the vicinity of the press surface of the upper die 1 is cooled and removed, the temperature of the upper die 1 as a whole is not greatly reduced, and the heating time required for the next pressing can be kept short.
本実施例では、金属層３の成型のためのプレス、プリフォームを成型するための第一プレス、及び仕上げ成型をするための第二プレスのいずれも、同一の上金型１を用いた。一連の工程で同一の上金型１を用いることにより、下金型のみを変更すればよいため、連続成型も容易になり、製造設備の費用を抑えることもできる。 In this example, the same upper mold 1 was used for all of the press for forming the metal layer 3, the first press for forming the preform, and the second press for performing the finish forming. By using the same upper mold 1 in a series of steps, it is only necessary to change the lower mold, so that continuous molding becomes easy and the cost of manufacturing equipment can be reduced.
以下、本実施例の効果について説明する。
［効果］
［１］ 金属層と、前記金属層に接着した繊維強化樹脂層とを含む金属−繊維強化樹脂複合成型体をプレス成型によって製造する方法であって、所定の形状に成型した金属板と、前記金属板に接着するための接着フィルム又は接着層を備える繊維強化樹脂プリプレグとを、第一上金型とプリフォーム成型用下金型との間に配置する工程と、前記第一上金型と前記プリフォーム成型用下金型によりプレスすることによって、金属層と繊維強化樹脂プリプレグ層とを含むプリフォームを製造する第一プレス工程と、前記プリフォームを、前記第一上金型と同一又は異なる第二上金型と、仕上げ用下金型によりプレスすることによって、複合成型体を製造する第二プレス工程とを含み、前記仕上げ用下金型は、２０〜９０のデュロメータ硬度と、２００℃以上の耐熱温度を有する材料から構成される、方法は、製造コストを抑えつつ、短時間で、かつ高精度に金属−繊維強化樹脂複合成型体を製造することができる。
［２］ 前記仕上げ用下金型は、０．３ＭＰａ以上の引張強さをさらに有する、［１］に記載の方法であれば、仕上げ用下金型の破損を防止することができる。
［３］ 前記プリフォーム成型用下金型は、プレス面に炭素繊維強化樹脂が備わっている、［１］又は［２］に記載の方法は、プレスによる加熱状態から、プリフォーム成型用下金型の温度を下げることができ、下金型に付着することを防止することができる。
［４］ 前記仕上げ用下金型は、柔軟性を有する樹脂を含む材料から構成される、［１］乃至［３］のいずれか一項に記載の方法は、第二プレス工程では高い精度の複合成型体を製造することができる。
［５］ 前記第一上金型と、前記第二上金型とは同一である、［１］乃至［４］のいずれか一項に記載の方法であれば、第一上金型を、そのまま第二プレスの上金型として用いることができるため、簡便で作業時間を低減することができる。
Hereinafter, the effect of the present embodiment will be described.
[effect]
[1] A method of manufacturing a metal-fiber reinforced resin composite molded body including a metal layer and a fiber-reinforced resin layer bonded to the metal layer by press molding, the metal plate molded into a predetermined shape, A step of disposing a fiber reinforced resin prepreg having an adhesive film or an adhesive layer for adhering to a metal plate between a first upper mold and a lower mold for preform molding; and the first upper mold, A first press step of manufacturing a preform including a metal layer and a fiber reinforced resin prepreg layer by pressing with the lower mold for preform molding, and the preform is the same as the first upper mold or A second pressing step for producing a composite molded body by pressing with a different second upper mold and a lower mold for finishing, wherein the lower mold for finishing has a durometer hardness of 20 to 90, 20 The method composed of a material having a heat-resistant temperature of 0 ° C. or higher can produce a metal-fiber reinforced resin composite molded body in a short time and with high accuracy while suppressing the production cost.
[2] The finishing lower mold can be prevented from being damaged by the method according to [1], wherein the finishing lower mold further has a tensile strength of 0.3 MPa or more.
[3] The preform molding lower mold is provided with a carbon fiber reinforced resin on the press surface. The method according to [1] or [2] is performed from a heated state by a press from a preform molding lower mold. The temperature of the mold can be lowered, and adhesion to the lower mold can be prevented.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the finishing lower mold is made of a material including a resin having flexibility, and the second pressing step has high accuracy. A composite molded body can be produced.
[5] If the method according to any one of [1] to [4], wherein the first upper mold is the same as the second upper mold, the first upper mold is Since it can be used as it is as the upper die of the second press, it is simple and the working time can be reduced.
１ 上金型
２ 上金型発熱部
３ 金属板
４ 金属板成型用下金型
５１ 接着シート
５２ 炭素繊維強化樹脂プリプレグ
６ プリフォーム成型用下金型
６１ 炭素繊維強化樹脂部
７ プリフォーム成型用発熱部
８Ａ プリフォーム
８Ｂ 金属−繊維強化樹脂複合成型体
９ 仕上げ用下金型
１００ 仕上げ用下金型発熱部
１１０、１１１ 冷却ガス噴出方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Upper mold 2 Upper mold heat generating part 3 Metal plate 4 Lower mold 51 for metal plate molding Adhesive sheet 52 Carbon fiber reinforced resin prepreg 6 Lower mold 61 for preform molding Carbon fiber reinforced resin part 7 Heat generation for preform molding Part 8A Preform 8B Metal-fiber reinforced resin composite molded body 9 Finishing lower mold 100 Finishing lower mold heating part 110, 111 Cooling gas ejection direction
Claims (4)
所定の形状に成型した金属板と、前記金属板に接着するための接着フィルム又は接着層を備える繊維強化樹脂プリプレグとを、第一上金型とプリフォーム成型用下金型との間に配置する工程と、
前記第一上金型及び前記プリフォーム成型用下金型によりプレスすることによって、金属層と繊維強化樹脂プリプレグ層とを含むプリフォームを製造する第一プレス工程と、
前記プリフォームを、前記第一上金型と同一又は異なる第二上金型及び仕上げ用下金型によりプレスすることによって、金属−繊維強化樹脂複合成型体を製造する第二プレス工程とを含み、前記仕上げ用下金型は、２０〜９０のデュロメータ硬度と、２００℃以上の耐熱温度を有する材料から構成され、
前記プリフォーム成型用下金型は、プレス面に炭素繊維強化樹脂が備わっている、方法。 A method for producing a metal-fiber reinforced resin composite molded body comprising a metal layer and a fiber-reinforced resin layer bonded to the metal layer by press molding,
A metal plate molded into a predetermined shape and a fiber reinforced resin prepreg having an adhesive film or adhesive layer for bonding to the metal plate are disposed between the first upper mold and the lower mold for preform molding. And a process of
A first pressing step for producing a preform including a metal layer and a fiber-reinforced resin prepreg layer by pressing with the first upper mold and the lower mold for molding a preform;
A second pressing step of manufacturing a metal-fiber reinforced resin composite molded body by pressing the preform with a second upper mold and a finishing lower mold that are the same as or different from the first upper mold. The finishing lower mold is composed of a material having a durometer hardness of 20 to 90 and a heat resistance temperature of 200 ° C. or higher ,
The preform lower mold is a method in which a press surface is provided with a carbon fiber reinforced resin.
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