JP6595097B2 - 振動減殺特性に優れた軽量複合金属板及びその製造方法 - Google Patents

振動減殺特性に優れた軽量複合金属板及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、複合金属板及びその製造方法に関し、特に、振動減殺特性に優れた軽量複合金属板及びその製造方法に関する。
従来の自動車用軽量サンドイッチ鋼板は、０．２〜０．３ｍｍ厚さを有する薄板の鉄板を両側に置いて、その間にポリプロピレンやポリアミド類のプラスチックコアを配置して製造した。既存の技術では、薄板の鉄板を使用することで製造原価が上昇し、プラスチックコアと鋼板の密着力が充分に確保されないため別途の接着層を使用したり、別途のプラスチックの開発が必要であった。
本発明の目的は、プラスチック層と金属板の密着力及び振動減殺特性に優れた軽量複合金属板及びその製造方法を提供することである。
本発明は前記目的を達成するために、金属板；及び金属板の一面または両面に形成され、ポリオレフィンと熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーとを含むプラスチック層を含む複合金属板を提供する。
本発明で金属板は、鋼板であり得る。
本発明で金属板の厚さは、０．２〜１．２ｍｍであり得る。
本発明でポリオレフィンは、ポリプロピレンであり得る。
本発明で熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーは、ジメチレンテレフタレートと１、４−ブタンジオールの重合体を２０〜９０重量％、及びジメチレンテレフタレートとテトラメチレンエーテルグリコールの重合体を１０〜８０重量％で含む原料組成物から製造され得る。
本発明でプラスチック層は、ポリオレフィン２０〜８０重量％及び熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー２０〜８０重量％を含み得る。
本発明でプラスチック層の厚さは、０．３〜１．０ｍｍであり得る。
本発明で金属板とプラスチック層は、別途の接着層なしに熱圧搾方式で結合し得る。
本発明による複合金属板の１次固有振動数での振動は、４０〜８５ｄＢ、２次固有振動数での振動は、４０〜６４ｄＢであり得る。
本発明による複合金属板のせん断強度は、１０００〜３０００Ｎであり得る。
また、本発明は、金属板を準備する段階；ポリオレフィンと熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーを含むプラスチック層を製造する段階；及び金属板及びプラスチック層を熱圧搾方式で結合させる段階を含む複合金属板の製造方法を提供する。
本発明で熱圧搾は、１７０〜２４０℃の温度及び６０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で実行し得る。
本発明による複合金属板は、プラスチック層に熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーを使用することで、プラスチック層と金属板との密着力に優れ、特に、振動減殺特性に優れる。
図１は、本発明の一実施形態による複合金属板の断面図である。 図２は、本発明の一実施形態による複合金属板に対する振動減殺の試験方式を示した図である。 図３は、本発明の他の実施形態による複合金属板の断面図である。 図４は、本発明の他の実施形態による複合金属板に対する密着力試験方式を示した図である。
以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による複合金属板の断面図であって、この実施形態による複合金属板は、金属板１０及びプラスチック層２０を含み得る。本発明による複合金属板の積層構造は、図１に限定されず、必要に応じて多様に変更され得る。例えば、図３のように、プラスチック層２０が中間に配置されてプラスチック層２０の上部と下部に金属板１０が積層されるサンドイッチ構造が可能である。また、金属板１０及びプラスチック層２０以外に他の層が積層されてもよい。
金属板１０は、鋼板であり得る。鋼板としては、溶融亜鉛メッキ鋼板（Ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ Ｉｒｏｎ：ＧＩ）、電気亜鉛メッキ鋼板、溶融アルミニウムメッキ鋼板、溶融アルミニウム−亜鉛合金メッキ鋼板、合金化溶融亜鉛メッキ鋼板などを使用し得る。
金属板１０の厚さは、０．２〜１．２ｍｍ、好ましくは、０．３〜１ｍｍ、より好ましくは、０．４〜０．８ｍｍであり得る。金属板１０の厚さが過度に薄い場合、十分な剛性を確保しにくく、製造原価が大きく上昇し得る。反対に、金属板１０の厚さが過度に厚い場合、軽量化の効果が減少し、加工が難しくなり得る。
プラスチック層２０は、ポリオレフィン及び熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー（ＴＰＥＥ：Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）を含み得る。
本発明では、経済性の確保のためにポリオレフィンをプラスチック層２０の主原料として使用し、熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーを混合することで、ポリオレフィンの接着性の短所を改善すると同時に、優れた振動減殺特性を確保し得る。
ポリオレフィンとしては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンなどを使用し得るが、好ましくは、耐熱性及び経済性の確保のためにポリプロピレン（ＰＰ）を使用し得る。
熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマ（ＴＰＥＥ）は、第１モノマーとしてハードセグメント（ｈａｒｄ ｓｅｇｍｅｎｔ）であるポリエステル及び第２モノマーとしてソフトセグメント（ｓｏｆｔ ｓｅｇｍｅｎｔ）であるポリエーテルを含む原料組成物を重合して製造し得る。
第１モノマー（ポリエステル）としては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどを使用し得、この中でポリブチレンテレフタレートが好ましい。その理由は、高い結晶性を有することが可能であるためである。ポリブチレンテレフタレートは、ジメチレンテレフタレートと１，４−ブタンジオールの重合体であり得る。
ポリエステルの含量は、原料組成物の全体重量に対して、２０〜９０重量％、好ましくは、２０〜６０重量％、より好ましくは、２０〜４０重量％であり得る。ポリエステルの含量が過度に少ないと、収得された熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーの剛性と弾性及び耐熱性が劣り得る。反対に、ポリエステルの含量が過度に多いと、熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーの結晶性が高くなって柔軟性がなく、粘性が高くなって製品化するための成形が困難になり得る。
第２モノマー（ポリエーテル）は、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリアルキレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどを使用し得、この中でポリテトラメチレンエーテルグリコールが好ましい。その理由は、ソフトセグメントとして高い柔軟性を有するためである。ポリテトラメチレンエーテルグリコールは、ジメチレンテレフタレートとテトラメチレンエーテルグリコールの重合体であり得る。
ポリエーテルの含量は、原料組成物の全体重量に対して、１０〜８０重量％、好ましくは、４０〜８０重量％、より好ましくは、６０〜８０重量％であり得る。ポリエーテルの含量が過度に少ないと、柔軟性が劣化し得る。反対に、ポリエーテルの含量が過度に多いと、強度及び耐熱性が劣化し得る。
熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーの原料組成物は、上述した第１モノマー及び第２モノマー以外に通常の重合開始剤及び添加剤を含み得る。
熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーの分子量は、ゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）などを利用して測定した重量平均分子量（Ｍｗ）として、３００〜１０,０００であり得る。熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーの分子量が過度に小さいと、プラスチック層２０の機械的物性、耐熱性及び粘性が過度に低くなり得、金属板１０との密着力が劣ることがある。反対に、熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーの分子量が過度に大きいと、プラスチック層２０の粘性が過度に高くなって弾性が高くなり、複合金属板にした際に複合金属板の成形性が劣ることがある。
プラスチック層２０は、プラスチック層の全体重量に対して、ポリオレフィン２０〜８０重量％及び熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー２０〜８０重量％を含み得る。ポリオレフィンの含量が過度に少ないか熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーの含量が過度に多いと、プラスチック層２０の機械的強度、耐熱性、耐候性を保証しにくく、経済性に劣ることがある。反対に、ポリオレフィンの含量が過度に多いか熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーの含量が過度に少ないと、プラスチック層２０と金属板１０との間の密着力を確保しにくく、柔軟性及び耐屈曲疲労性が劣ることがある。
プラスチック層２０は、上述したポリオレフィン及び熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー以外に添加剤（硬化剤、酸化防止剤、充填剤など）を含み得る。
プラスチック層２０は、圧出、カレンダーリング（ｃａｌｅｎｄｅｒｉｎｇ）、キャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）などを通じてシート形態に製造され得る。
プラスチック層２０の厚さは、０．３〜１．０ｍｍ、好ましくは、０．３〜０．８ｍｍ、より好ましくは、０．４〜０．６ｍｍであり得る。プラスチック層２０の厚さが過度に薄いと、外部の衝撃や荷重を減殺する厚さが薄くなるに等しいので、全体的に複合金属板の振動減殺効果が低くなり得る。反対に、プラスチック層２０の厚さが過度に厚いと、プラスチック層２０の弾性により複合金属板を製品に成形しにくくなる。
金属板１０とプラスチック層２０は、別途の接着層なしに熱圧搾方式で結合し得る。すなわち、本発明による複合金属板は、熱圧搾方式で製造が可能であり、別途の接着層は必要ではない。
本発明による複合金属板の振動減殺試験の結果、１次固有振動数での振動は、８５ｄＢ以下であり得る。振動の下限値は、特に制限されず、例えば、４０ｄＢであり得る。具体的に、１次固有振動数での振動は、４０〜８５ｄＢ、好ましくは、４０〜８０ｄＢ、より好ましくは、４０〜７５ｄＢであり得る。２次固有振動数での振動は、６４ｄＢ以下であり得る。振動の下限値は、特に制限されず、例えば、４０ｄＢであり得る。具体的に、２次固有振動数での振動は、４０〜６４ｄＢ、好ましくは、４０〜６２ｄＢであり得る。
本発明による複合金属板の密着力と関連したせん断強度は、プラスチック層２０の組成によって異なり、エラストマーの含量が増加することによってせん断強度が増加し得る。例えば、１０００〜３０００Ｎ、好ましくは、１２００〜２５００Ｎであり得る。
また、本発明は、金属板を準備する段階；ポリオレフィンと熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーを含むプラスチック層を製造する段階；及び金属板及びプラスチック層を熱圧搾方式で結合させる段階を含む複合金属板の製造方法を提供する。
熱圧搾は、ホットプレス（ｈｏｔ ｐｒｅｓｓ）装置を利用して１７０〜２４０℃、好ましくは、１９０〜２４０℃、より好ましくは、２１０〜２３０℃の温度、及び６０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２、好ましくは、８０〜１３０ｋｇｆ／ｃｍ２、より好ましくは、９０〜１１０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で実行できる。熱圧搾の温度が過度に低いと、プラスチック層２０を十分な流れ性を有する溶融状態にすることが不可能であり、プラスチック層２０が金属板１０の全面に広がらない。反対に、熱圧搾の温度が過度に高いと、プラスチック層２０が焼けやすいので固有の物性を失うことがある。熱圧搾の圧力が過度に低いと、金属板１０とプラスチック層２０を充分に密着させることが不可能である。反対に、熱圧搾の圧力が過度に高いと、プラスチック層２０の一定の厚さを維持しにくい。
本発明による軽量複合鋼板は、プラスチック層を構成するポリプロピレンのプラスチック性質及び熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーのゴム性質が適切に調和することで、金属板とプラスチック層の密着力が非常に優れ、特に振動減殺特性が非常に優れる。
本発明による複合金属板は、密度が１．４６〜７．０であって、自動車の締め切り材（Ｃｌｏｓｕｒｅ）類、自動車外板材類など軽量化が要求される所に適用され得る。特に、自動車のドアモジュール（Ｄｏｏｒ Ｍｏｄｕｌｅ）などに適用して自動車の軽量化が可能である。また、本発明による複合金属板を自動車のドアモジュールなどに適用する場合、振動及び騷音の減少のために追加して適用する防塵パッドの除去が可能である。
＜実施例１＞
金属板としては、厚さ０．６ｍｍの溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＩ）を使用した。プラスチック層は、ポリプロピレン（ＰＰ）８０重量％及び熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー（ＴＰＥＥ）２０重量％を溶融混合した後、圧出して厚さ０．５ｍｍで製造した。この時、熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーは、ポリブチレンテレフタレート３０重量％及びポリテトラメチレンエーテルグリコール７０重量％を含む原料組成物から製造した。準備された溶融亜鉛メッキ鋼板及び製造されたプラスチック層を、ホットプレス装置を利用して２２０℃の温度及び１００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力条件で熱圧搾することで、鋼板とプラスチック層を一体化した。
＜比較例１＞
金属板としては、厚さ０．８ｍｍの溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＩ）を使用し、プラスチック層を製造するとき、熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー（ＴＰＥＥ）を使用せず、その代わりにポリプロピレン（ＰＰ）のみを使用したこと以外は、実施例１と同様に製造した。
＜比較例２＞
プラスチック層を製造するとき、熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー（ＴＰＥＥ）を使用せず、その代わりにポリビニルブチラール（ＰＶＢ：Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌ Ｂｕｔｙｒａｌ）を使用したこと以外は、実施例１と同様に製造した。
＜試験例１＞
１．振動減殺試験
実施例１、比較例１及び比較例２で製造した２層構造のラミネート（Ｌａｍｉｎａｔｅ）鋼板に対して振動減殺試験を実行した。試験は、図２に示したように、直径３ｍｍのホール（ｈｏｌｅ）を有するサイズ９５×３０ｍｍの試験片（ｓｐｅｃｉｍｅｎ）に対して、インパクトハンマー（ＰＣＢ Ｐｉｅｚｏｔｒｏｎｉｃｓ ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．０８６Ｅ８０ ｉｍｐａｃｔ ｈａｍｍｅｒ）及び加速度センサー（Ｂ＆Ｋ ｔｙｐｅ ４３７３ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ）を利用して実行した。加振力は、５０Ｎを付与した。表で、１次モードは、１次固有振動数での振動を測定したものであり、２次モードは、２次固有振動数の条件で実行したものである。
Figure 0006595097
表１によると、本発明によるラミネート鋼板の場合、振動改善特性に非常に優れることを定量的に確認した。特に、比較例２のＰＶＢ素材より実施例１のＴＰＥＥ素材を用いた場合に、振動減少効果が非常に大きいことが確認できた。
＜実施例２〜実施例７＞
金属板としては、厚さ０．３ｍｍの溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＩ）２枚を使用した。プラスチック層は、表２のように、ポリプロピレン（ＰＰ）及び熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー（ＴＰＥＥ）の含量を変化させて溶融混合した後、圧出して厚さ０．５ｍｍで製造した。この時、熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーは、ポリブチレンテレフタレート３０重量％及びポリテトラメチレンエーテルグリコール７０重量％を含む原料組成物から製造した。準備した２枚の溶融亜鉛メッキ鋼板及び製造されたプラスチック層を、ホットプレス装置を利用して２２０℃の温度及び１００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力条件で熱圧搾することで、プラスチック層２０が中間に配置されてプラスチック層２０の上部と下部に金属板１０が積層されたサンドイッチ構造とした。
＜比較例３＞
プラスチック層を製造するとき、熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー（ＴＰＥＥ）を使用せず、その代わりにポリプロピレン（ＰＰ）のみを使用したこと以外は、実施例２と同様に製造した。
＜比較例４＞
プラスチック層を製造するとき、ポリプロピレン（ＰＰ）及び熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー（ＴＰＥＥ）を使用せず、その代わりにポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のみを使用したこと以外は、実施例２と同様に製造した。
＜比較例５＞
プラスチック層を製造するとき、ポリプロピレン（ＰＰ）及び熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー（ＴＰＥＥ）を使用せず、その代わりにナイロン６、６のみを使用したこと以外は、実施例２と同様に製造した。
＜比較例６〜比較例１２＞
プラスチック層を製造するとき、熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー（ＴＰＥＥ）を使用せず、その代わりにポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を表２のように含量を変化させて使用したこと以外は、実施例２と同様に製造した。
＜試験例２＞
２．密着力試験
実施例２〜実施例７及び比較例３〜比較例１２で製造した３層構造のサンドイッチ構造に対して密着力試験を実行した。試験は、図４に示したように、横２５×縦２５５×厚さ１．１ｍｍの試験片（ｓｐｅｃｉｍｅｎ）に対して、重ね剪断（Ｌａｐ ｓｈｅａｒ）テストを実行した。具体的に、引張速度５０ｍｍ／分及びロードセル（Ｌｏａｄ ｃｅｌｌ）５０ｋＮの条件で実行してせん断強度を測定した。
Figure 0006595097
表２によると、本発明によるサンドイッチ構造の複合金属板が密着力に優れることを確認した。特に、比較例６〜比較例１２のＰＶＢ素材のプラスチック層２０と金属板との間の密着力より実施例２〜実施例７のＴＰＥＥ素材のプラスチック層２０と金属板との間の密着力が増加することが確認できた。

Claims (10)

  1. 金属板；及び
    金属板の一面または両面に形成され、ポリオレフィンと熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーとを含むプラスチック層
    を含むことを特徴とする複合金属板であって、
    熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーは、ジメチレンテレフタレートと１，４−ブタンジオールの重合体を２０〜９０重量％、及びジメチレンテレフタレートとテトラメチレンエーテルグリコールの重合体を１０〜８０重量％で含む原料組成物から製造されるものであり、
    プラスチック層は、ポリオレフィン２０〜８０重量％、及び熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー２０〜８０重量％からなるプラスチック層である、
    複合金属板。
  2. 金属板は、鋼板であることを特徴とする、請求項１に記載の複合金属板。
  3. 金属板の厚さは、０．２〜１．２ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の複合金属板。
  4. ポリオレフィンは、ポリプロピレンであることを特徴とする、請求項１に記載の複合金属板。
  5. プラスチック層の厚さは、０．３〜１．０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の複合金属板。
  6. 金属板とプラスチック層は、別途の接着層なしに熱圧搾方式で結合することを特徴とする、請求項１に記載の複合金属板。
  7. 複合金属板の１次固有振動数での振動は、４０〜８５ｄＢ、２次固有振動数での振動は、４０〜６４ｄＢであり、
    前記振動は、厚さ０．６ｍｍの鋼板と厚さ０．５ｍｍのプラスチック層を含む２層構造のラミネート鋼板に対して振動減殺試験を行って測定される振動であり、前記振動減殺試験は、直径３ｍｍのホールを有するサイズ９５ｍｍ×３０ｍｍの試験片に対して、インパクトハンマー（ＰＣＢ Ｐｉｅｚｏｔｒｏｎｉｃｓ, ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．０８６Ｅ８０）及び加速度センサー（Ｂ＆Ｋ ｔｙｐｅ ４３７３）を利用して、５０Ｎの加振力を付与して行われる、
    請求項１に記載の複合金属板。
  8. 複合金属板のせん断強度は、１０００〜３０００Ｎであり、
    前記せん断強度は、厚さ０．３ｍｍの第一の鋼板と、厚さ０．５ｍｍのプラスチック層と、厚さ０．３ｍｍの第二の鋼板を含む三層のサンドイッチ構造に対して密着力試験を行って測定されるせん断強度であり、前記密着力試験は、横２５ｍｍ×縦２５５ｍｍ×厚さ１．１ｍｍの試験片に対して、重ね剪断テストを使用して、引張速度５０ｍｍ／分及びロードセル５０ｋＮを含む条件でせん断強度を測定する、
    請求項１に記載の複合金属板。
  9. 金属板を準備する段階；
    ポリオレフィンと熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマーを含む、プラスチック層を製造する段階；及び
    金属板及びプラスチック層を熱圧搾方式で結合させる段階
    を含むことを特徴とする、請求項１に記載の複合金属板の製造方法。
  10. 熱圧搾は、１７０〜２４０℃の温度及び６０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で実行されることを特徴とする、請求項９に記載の製造方法。
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