JP7352027B2 - 複合材料積層体 - Google Patents
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Description
本開示は、複合材料積層体に関する。
振動エネルギーを他のエネルギーに変換して振動を低減する制振材は、車両又は電気機器の部材、或いは建築又は容器の構造材料などの様々な技術分野で使用されている。そして、当該制振材の振動低減性能(以下、制振性と称する。)を向上させ、且つ機械的特性を低下させることなく制振材の軽量化を図ることが日々検討されている。このような制振材としては、炭酸カルシウムなどの無機充填材、改質剤、繊維材及び可塑剤を含有するペースポリマーを、鋼板又は粘弾性樹脂シートで拘束したタイプ、或いは充填材及び添加剤を含有する変性アクリル樹脂を被対象体に塗布するタイプが代表的である。例えば、前者の一例として特許文献1及び2の技術が挙げられる。当該特許文献1には、繊維強化樹脂(FRP)と樹脂発泡体層と金属製部材との積層体が開示されている。また、特許文献2には、鋼板表面に発泡性材料が付着した重合鋼板を形成した後、当該重合鋼板を加熱して前記発泡性材料を発泡させた発泡体層の形成と、前記鋼板及び前記発泡体層の接着とを同時に行う方法が開示されている。
上記特許文献1の技術では、絶えず振動状態の環境下に曝される制振材として異種層の積層体を使用するため、当該異種層の剥離による機械的強度及び制振性の低下の問題が常に付きまとう。また、上記特許文献2の技術では、発泡層を備えた制振重合鋼板の製造効率及び発泡層のつぶれ、破れなどの不具合を抑制することは検討しているが、発泡層自体の物性、耐衝撃性などの機械的強度及び制振性の向上について何ら検討されていない。
そこで、本開示の目的は、耐衝撃性及び制振性に優れた複合材料積層体を提供することである。
そこで、本開示の目的は、耐衝撃性及び制振性に優れた複合材料積層体を提供することである。
本発明者は、上記問題点に鑑み、鋭意研究し、実験を重ねた結果、特定範囲の弾性率と、特定範囲の加熱寸法安定性を備えた発泡体層を用いることにより、上記の課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1]本開示は、金属基材と、前記金属基材表面に形成される接着層と、前記接着層表面に形成される発泡体層とを有し、
前記金属基材と前記接着層との界面のせん断破断強度(S)が1.0MPa以上であり、前記界面のせん断破断強度(S)を、前記発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)が0.007以上0.5以下である、複合材料積層体である。
[2]本実施形態において、前記発泡体層の融点(Tm)又はガラス転移温度(Tg)から20℃除した温度における75%圧縮の圧縮強度が、0.3MPa以上であることが好ましい。
[3]本実施形態において、室温(23℃)での中央加振法を用いた測定における50~2000Hzの損失係数が0.05以上であり、かつ、80℃での中央加振法を用いた測定における損失係数が、50~2000Hzの範囲内で室温時の損失係数の1.2倍以上となることが好ましい。
[4]本実施形態において、前記発泡体層の引張破断測定時の伸びが、10%以上であることが好ましい。
[5]本実施形態において、前記接着層と接する前記金属基材の表面における前記金属基材の表面粗度(Rz)が、0.5μm以上300μm以下であることが好ましい。
[6]本実施形態において、前記発泡体層の曲げ弾性率が、20~2000MPaであることが好ましい。
[7]本実施形態において、前記発泡体層の引張破断測定時の伸びが、10%以上であることが好ましい。
[8]本実施形態において、前記発泡体層の曲げ弾性率が、20~2000MPaであり、
以下の式(I):
(上記式(I)中、L1は、発泡体層を140℃の雰囲気下で30分間静置した後における前記発泡体層の平均厚み(μm)を表し、L0は、発泡体層を140℃の雰囲気下で30分間静置する前における前記発泡体層の平均厚み(μm)を表す。)で表わされる前記発泡体層の加熱寸法安定性(x)が、3%未満であることが好ましい。
前記金属基材と前記接着層との界面のせん断破断強度(S)が1.0MPa以上であり、前記界面のせん断破断強度(S)を、前記発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)が0.007以上0.5以下である、複合材料積層体である。
[2]本実施形態において、前記発泡体層の融点(Tm)又はガラス転移温度(Tg)から20℃除した温度における75%圧縮の圧縮強度が、0.3MPa以上であることが好ましい。
[3]本実施形態において、室温(23℃)での中央加振法を用いた測定における50~2000Hzの損失係数が0.05以上であり、かつ、80℃での中央加振法を用いた測定における損失係数が、50~2000Hzの範囲内で室温時の損失係数の1.2倍以上となることが好ましい。
[4]本実施形態において、前記発泡体層の引張破断測定時の伸びが、10%以上であることが好ましい。
[5]本実施形態において、前記接着層と接する前記金属基材の表面における前記金属基材の表面粗度(Rz)が、0.5μm以上300μm以下であることが好ましい。
[6]本実施形態において、前記発泡体層の曲げ弾性率が、20~2000MPaであることが好ましい。
[7]本実施形態において、前記発泡体層の引張破断測定時の伸びが、10%以上であることが好ましい。
[8]本実施形態において、前記発泡体層の曲げ弾性率が、20~2000MPaであり、
以下の式(I):
[9]本実施形態において、前記発泡体層は、ポリアミド樹脂発泡体を含有することが好ましい。
[10]本実施形態において、前記発泡体層は、ポリアミド樹脂発泡体と、金属化合物とを含有し、前記発泡体層の総量に対して、前記金属化合物を合計0.5~10質量%含有することが好ましい。
[11]本実施形態において、平均直径0.1mm以上3mm以下の開口部が、前記発泡体層の表面に設けられていることが好ましい。
[12]本実施形態において、以下の式(2)で表わされる、1000Hzにおける透過損失の差分が、2db以上であることが好ましい。
(式2):
複合材料積層体の全体透過損失(B)-複合材料積層体に用いる金属基材の透過損失(A)
(式2):
複合材料積層体の全体透過損失(B)-複合材料積層体に用いる金属基材の透過損失(A)
[13]本実施形態において、前記発泡体層の表面に第1樹脂が溶融した第1樹脂溶融層をさらに有することが好ましい。
[14]本実施形態において、前記接着層は、前記発泡体層の一部が溶融した前記発泡体溶融層であることが好ましい。
[14]本実施形態において、前記接着層は、前記発泡体層の一部が溶融した前記発泡体溶融層であることが好ましい。
本開示によれば、耐衝撃性及び制振性に優れた複合材料積層体を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態(以下、「本実施形態」と言う。)について詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。また、なお、本実施形態において、A(数値)~B(数値)は、A以上B以下を意味する。
本実施形態の複合材料積層体は、金属基材と、前記金属基材の表面に形成される接着層と、前記接着層の表面に形成される発泡体層とを有する。そして、前記金属基材と前記接着層との界面のせん断破断強度(S)が1.0MPa以上である。さらに、前記界面のせん断破断強度(S)を、前記発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)が0.007以上0.5以下である。
金属基材、接着層及び発泡体層の順に積層され、かつ界面のせん断破断強度(S)と、界面のせん断破断強度に対する発泡体層の曲げ弾性率の比率(S/F)とを特定の範囲にすることにより、複合材料積層体全体として優れた耐衝撃性及び制振性を示す。
本実施形態において、金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)は、1.0MPa以上である。金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)の下限は、好ましくは1.5MPa以上、より好ましくは2.0MPa以上、さらに好ましくは2.5MPa以上である。一方、金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)の上限は、好ましくは30MPa以下、より好ましくは20MPa以下、さらに好ましくは15MPa以下である。金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)の好ましい範囲は、上記下限及び上限を任意に組み合わせすることができる。
金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)が1.0MPa以上であると、振動状態の環境下に曝された環境で接着性を維持でき、なおかつ湿熱環境の変化に伴う材料の膨張および収縮の歪を吸収できるという効果を奏する。
金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)の上限は、30MPa以下であることがさらにより好ましく、23MPa以下であることが特に好ましい。
なお、金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)の測定方法は、実施例の欄に記載した方法を準用する。
本実施形態において、界面のせん断破断強度(S)を、発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)は、0.007以上0.5以下である。前記界面のせん断破断強度(S)を発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)の下限は、好ましくは0.008以上、より好ましくは0.01以上、さらに好ましくは0.012以上である。一方、前記界面のせん断破断強度(S)を発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)の上限は、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下、さらに好ましくは0.2以下である。前記界面のせん断破断強度(S)を発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)の好ましい範囲は、上記下限及び上限を任意に組み合わせすることができる。
前記界面のせん断破断強度(S)を発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)が0.007以上であると、複合材料積層体に衝撃エネルギーが加わった場合に、発泡体(層)が剥離をせず、なおかつ発泡体(層)の粘弾性特性により、金属の変形を少なく、かつエネルギーを広い面積に分散させることができるという効果がある。一方、当該(S/F)が0.5以下であると、衝撃エネルギーが加わった場合に発泡体(層)の剛性により十分に制振効果が発揮され、金属の振動によるエネルギー伝達を抑制でき、金属から発泡体へエネルギーが伝達され、吸収効率が高まる。
また、界面のせん断破断強度(S)が強い場合、鋭利な形状の物体から衝撃を受けた際に、応力が集中してしまうため、発泡体層に破断が生じやすくなり、エネルギー吸収性が低下するため、金属基材と接着層とは、適度な接着力が好ましい。特に、S/Fが、0.5以下であることが好ましい。
なお、界面のせん断破断強度(S)を発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)の算出方法は、実施例の欄に記載した方法を準用する。
以下、図を参照して、本実施形態の複合材料積層体を説明する。図1に示すように、複合材料積層体1は、金属基材4と、当該金属基材4の一方の面に設けられた接着層3と、当該接着層3の一方の面に設けられた発泡体層2とを有する積層体である。また、図1では、複合材料積層体1の好ましい形態として、後述の任意成分である樹脂溶融層5が、発泡体層2の表面に設けられた形態を示している。
金属基材、接着層及び発泡体層の順に積層され、かつ界面のせん断破断強度(S)と、界面のせん断破断強度に対する発泡体層の曲げ弾性率の比率(S/F)とを特定の範囲にすることにより、複合材料積層体全体として優れた耐衝撃性及び制振性を示す。
本実施形態において、金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)は、1.0MPa以上である。金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)の下限は、好ましくは1.5MPa以上、より好ましくは2.0MPa以上、さらに好ましくは2.5MPa以上である。一方、金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)の上限は、好ましくは30MPa以下、より好ましくは20MPa以下、さらに好ましくは15MPa以下である。金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)の好ましい範囲は、上記下限及び上限を任意に組み合わせすることができる。
金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)が1.0MPa以上であると、振動状態の環境下に曝された環境で接着性を維持でき、なおかつ湿熱環境の変化に伴う材料の膨張および収縮の歪を吸収できるという効果を奏する。
金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)の上限は、30MPa以下であることがさらにより好ましく、23MPa以下であることが特に好ましい。
なお、金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)の測定方法は、実施例の欄に記載した方法を準用する。
本実施形態において、界面のせん断破断強度(S)を、発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)は、0.007以上0.5以下である。前記界面のせん断破断強度(S)を発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)の下限は、好ましくは0.008以上、より好ましくは0.01以上、さらに好ましくは0.012以上である。一方、前記界面のせん断破断強度(S)を発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)の上限は、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下、さらに好ましくは0.2以下である。前記界面のせん断破断強度(S)を発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)の好ましい範囲は、上記下限及び上限を任意に組み合わせすることができる。
前記界面のせん断破断強度(S)を発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)が0.007以上であると、複合材料積層体に衝撃エネルギーが加わった場合に、発泡体(層)が剥離をせず、なおかつ発泡体(層)の粘弾性特性により、金属の変形を少なく、かつエネルギーを広い面積に分散させることができるという効果がある。一方、当該(S/F)が0.5以下であると、衝撃エネルギーが加わった場合に発泡体(層)の剛性により十分に制振効果が発揮され、金属の振動によるエネルギー伝達を抑制でき、金属から発泡体へエネルギーが伝達され、吸収効率が高まる。
また、界面のせん断破断強度(S)が強い場合、鋭利な形状の物体から衝撃を受けた際に、応力が集中してしまうため、発泡体層に破断が生じやすくなり、エネルギー吸収性が低下するため、金属基材と接着層とは、適度な接着力が好ましい。特に、S/Fが、0.5以下であることが好ましい。
なお、界面のせん断破断強度(S)を発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)の算出方法は、実施例の欄に記載した方法を準用する。
以下、図を参照して、本実施形態の複合材料積層体を説明する。図1に示すように、複合材料積層体1は、金属基材4と、当該金属基材4の一方の面に設けられた接着層3と、当該接着層3の一方の面に設けられた発泡体層2とを有する積層体である。また、図1では、複合材料積層体1の好ましい形態として、後述の任意成分である樹脂溶融層5が、発泡体層2の表面に設けられた形態を示している。
本実施形態における複合材料積層体1の厚さは、2~100mmが好ましく、5~80mmがより好ましい。なお、複合材料積層体1の厚さは、後述する実施例記載の方法によって算出する。
以下、本実施形態の複合材料積層体1の好ましい特性について説明した後、本実施形態の複合材料積層体1の構成要素である、発泡体層2、接着層3及び金属基材4について説明する。
「複合材料積層体の好ましい特性」
本実施形態において、発泡体層2の融点(Tm)又はガラス転移温度(Tg)から20℃除した温度における複合材料積層体1の75%圧縮の圧縮強度が、0.3MPa以上であることが好ましく、0.35MPa以上5MPa以下であることがより好ましく、0.4MPa以上3MPa以下であることがさらに好ましい。
発泡体層2の融点(Tm)又はガラス転移温度(Tg)20℃除した温度[Tm(℃)又はTg(℃)-20℃]において、本実施形態の複合材料積層体1の75%圧縮の圧縮強度を測定すると、接着工程の前処理において、金属基板4側からの伝熱により直接的に、あるいは、赤外線照射などにより間接的に発泡体表面を加熱し、続く、接着工程では、金属基板4側、あるいは、発泡体層2側から十分な荷重を与えても、接着層3に隣接する発泡体層2の圧縮変形により接着層3に荷重を付与できる効果を定量的に把握できるという観点で好ましい。そして、当該温度での本実施形態の複合材料積層体1の75%圧縮の圧縮強度が0.3MPa以上であると、接着層3を形成する際に、ボイドの発生を抑制でき、凹凸部への樹脂の侵入を促進できる観点で好ましい。さらには、当該圧縮強度が0.3MPa以上であると、上記金属基材4と接着層3との界面のせん断破断強度(S)及び当該界面のせん断破断強度(S)を発泡体層2の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)を所定の範囲に制御しやすくなる。
また、発泡体層2の融点(Tm)又はガラス転移温度(Tg)20℃除した温度[Tm(℃)又はTg(℃)-20℃]としては、具体的には、40~300℃であることが好ましく、100~250℃であることがより好ましい。
なお、複合材料積層体1の75%圧縮の圧縮強度の測定方法は、実施例の欄に記載した方法を準用する。
「複合材料積層体の好ましい特性」
本実施形態において、発泡体層2の融点(Tm)又はガラス転移温度(Tg)から20℃除した温度における複合材料積層体1の75%圧縮の圧縮強度が、0.3MPa以上であることが好ましく、0.35MPa以上5MPa以下であることがより好ましく、0.4MPa以上3MPa以下であることがさらに好ましい。
発泡体層2の融点(Tm)又はガラス転移温度(Tg)20℃除した温度[Tm(℃)又はTg(℃)-20℃]において、本実施形態の複合材料積層体1の75%圧縮の圧縮強度を測定すると、接着工程の前処理において、金属基板4側からの伝熱により直接的に、あるいは、赤外線照射などにより間接的に発泡体表面を加熱し、続く、接着工程では、金属基板4側、あるいは、発泡体層2側から十分な荷重を与えても、接着層3に隣接する発泡体層2の圧縮変形により接着層3に荷重を付与できる効果を定量的に把握できるという観点で好ましい。そして、当該温度での本実施形態の複合材料積層体1の75%圧縮の圧縮強度が0.3MPa以上であると、接着層3を形成する際に、ボイドの発生を抑制でき、凹凸部への樹脂の侵入を促進できる観点で好ましい。さらには、当該圧縮強度が0.3MPa以上であると、上記金属基材4と接着層3との界面のせん断破断強度(S)及び当該界面のせん断破断強度(S)を発泡体層2の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)を所定の範囲に制御しやすくなる。
また、発泡体層2の融点(Tm)又はガラス転移温度(Tg)20℃除した温度[Tm(℃)又はTg(℃)-20℃]としては、具体的には、40~300℃であることが好ましく、100~250℃であることがより好ましい。
なお、複合材料積層体1の75%圧縮の圧縮強度の測定方法は、実施例の欄に記載した方法を準用する。
本実施形態において、室温(23℃)での中央加振法を用いた測定における50~2000Hzの損失係数(η23)が、0.05以上であることが好ましく、0.06~0.5であることがより好ましい。損失係数(η23)が、0.05以上であると、複合材料積層体1に衝撃エネルギーが加わった場合に、発泡体(層)の粘弾性特性により、金属(基材)の振動によるエネルギーの伝達を抑制でき、かつエネルギーを広い面積に分散させることができるという観点で好ましい。金属(基材)の振動によるエネルギーの伝達により、複合材料積層体1を固定するための溶接部分などへエネルギーが伝播し、脱離してしまう不具合を抑制させることができる。
本実施形態において、80℃での中央加振法を用いた測定における損失係数(η80)が、50~2000Hzの範囲内で室温(23℃)時の損失係数(η23)の1.2倍以上となることが好ましく、1.3~10倍であることがより好ましい。
本実施形態の複合材料積層体1が、室温(23℃)での中央加振法を用いた測定における50~2000Hzの損失係数(η23)が、0.05以上であり、かつ80℃での中央加振法を用いた測定における損失係数(η80)が、50~2000Hzの範囲内で室温(23℃)時の損失係数(η23)の1.2倍以上を示すと、振動の減衰が速い制振性により優れた材料であることが確認できる。
本実施形態において、80℃での中央加振法を用いた測定における50~2000Hzの損失係数(η80)が、0.06~0.6であることが好ましく、0.072~0.5であることがより好ましい。
なお、損失係数の測定方法は、実施例の欄に記載の通り、JIS K7391に基づいて、中央加振法により計測した周波数応答関数の2次共振のピークから、半値幅法により損失係数を算出している。
本実施形態において、80℃での中央加振法を用いた測定における損失係数(η80)が、50~2000Hzの範囲内で室温(23℃)時の損失係数(η23)の1.2倍以上となることが好ましく、1.3~10倍であることがより好ましい。
本実施形態の複合材料積層体1が、室温(23℃)での中央加振法を用いた測定における50~2000Hzの損失係数(η23)が、0.05以上であり、かつ80℃での中央加振法を用いた測定における損失係数(η80)が、50~2000Hzの範囲内で室温(23℃)時の損失係数(η23)の1.2倍以上を示すと、振動の減衰が速い制振性により優れた材料であることが確認できる。
本実施形態において、80℃での中央加振法を用いた測定における50~2000Hzの損失係数(η80)が、0.06~0.6であることが好ましく、0.072~0.5であることがより好ましい。
なお、損失係数の測定方法は、実施例の欄に記載の通り、JIS K7391に基づいて、中央加振法により計測した周波数応答関数の2次共振のピークから、半値幅法により損失係数を算出している。
「発泡体層」
本実施形態の複合材料積層体1は、発泡体層2を有する。そして、本実施形態における発泡体層2は、20~2000MPaの曲げ弾性率と、3%未満の加熱寸法安定性とを備えていることが好ましい。
本実施形態における発泡体層2は、独立気泡型発泡体であることが好ましい。当該独立気泡型発泡体とは、独立気泡型のビーズ発泡成形法による発泡体である。より詳細には、独立気泡型発泡体は、樹脂膜で隔てられた独立気泡を有し、気泡の膨張に起因する発泡粒子間の相互に融着する機構により成形されるため、通常得られる発泡体の気泡構造が基本的に独立気泡構造となる発泡体である。そのため、剛性による遮音特性がより発揮されやすくなる。
本実施形態の複合材料積層体1は、発泡体層2を有する。そして、本実施形態における発泡体層2は、20~2000MPaの曲げ弾性率と、3%未満の加熱寸法安定性とを備えていることが好ましい。
本実施形態における発泡体層2は、独立気泡型発泡体であることが好ましい。当該独立気泡型発泡体とは、独立気泡型のビーズ発泡成形法による発泡体である。より詳細には、独立気泡型発泡体は、樹脂膜で隔てられた独立気泡を有し、気泡の膨張に起因する発泡粒子間の相互に融着する機構により成形されるため、通常得られる発泡体の気泡構造が基本的に独立気泡構造となる発泡体である。そのため、剛性による遮音特性がより発揮されやすくなる。
<曲げ弾性率>
本実施形態において、発泡体層2の曲げ弾性率は、20~2000MPaであることが好ましく、25~1500MPa以上であることがより好ましく、30~1000MPaであることがさらに好ましい。
本実施形態において、発泡体層2の曲げ弾性率は、20~2000MPaであることが好ましく、25~1500MPa以上であることがより好ましく、30~1000MPaであることがさらに好ましい。
発泡体層2の曲げ弾性率が20MPa以上であると、発泡体がもつ弾性特性により、室温(23℃)での50~1000Hzの周波数域での損失係数が高い値となり、制振性性効果が得られる。一方、発泡体層の弾性率が2000MPa以下であると、制振材として十分な軽量性が確保できる。また、発泡体層2の曲げ弾性率が20~2000MPaであると、界面のせん断破断強度(S)と、界面のせん断破断強度に対する発泡体層2の曲げ弾性率の比率(S/F)とを特定の範囲に制御しやすくなる傾向を示す。
本実施形態において、発泡体層2の弾性率は、発泡体層2の曲げ弾性率を測定して評価することができ、曲げ弾性率の数値が大きい程、剛性に優れる。当該発泡体層2の曲げ弾性率は、JIS K7171(2008)に従って測定できる。発泡体層2の曲げ弾性率は、発泡体層2を構成する発泡体の発泡倍率、発泡体樹脂が有する剛性等によりコントロールできる。また、発泡体層2の曲げ剛性は、発泡体層2の厚さ又は材質の調節などでも調整することができる。
<加熱寸法安定性>
本実施形態において、発泡体層2の加熱寸法安定性は、以下の一般式(I):
(上記式(I)中、L1は、発泡体層2を140℃の雰囲気下で30分間静置した後における発泡体層の平均厚み(μm)を表し、L0は、発泡体層2を140℃の雰囲気下で30分間静置する前における発泡体層2の平均厚み(μm)を表す。)で表される。そして、発泡体層2の加熱寸法安定性とは、一般式(I)で表わされる通り、所定条件下の加熱前後の発泡体層の平均厚みの変位率(%)をいう。発泡体層2の加熱寸法安定性が3%未満であると、実使用環境下における高温体から熱伝導、輻射熱、または、振動エネルギーから変換された熱に対する変形量を低減できるため、金属基材4又は接着層3からの剥離を抑制することができる。
本実施形態において、発泡体層2の加熱寸法安定性は、以下の一般式(I):
本実施形態において、上記一般式(I)で表される発泡体層2の加熱寸法安定性は、3%未満であることが好ましく、2%未満であることがより好ましく、1.5%未満であることがさらに好ましく、1%未満であることが特に好ましい。また、発泡体層2の加熱寸法安定性の下限値は、0%であることが理想であるが、実際には0.01%以上である。
本実施形態において、発泡体層2を構成する樹脂の種類、当該樹脂の分子量、独立気泡率、及び発泡体層2を構成する樹脂又は樹脂組成物の組成などを調節することにより、発泡体層2の加熱寸法安定性を3%未満にすることができる。また、発泡体層2を構成する樹脂等は、後述の発泡体層2の組成の欄に記載の通りである。
なお、上記140℃で30分間の加熱前後の発泡体層2の平均厚みL0及びL1の測定方法は、ノギスなどの測長機器により発泡体層2を6回測定した結果の数平均値である。
本開示における加熱寸法安定性は、均一な接着層3を形成する目的で140℃の雰囲気下における平均厚みの比率としている。すなわち、接着層3の前駆体である接着剤組成物は、その混合状態などにより、接着剤としての性能にばらつきがでてしまい、金属基材4と発泡体(層)との複合体を形成した後、反応が不十分な個所を起点に耐衝撃性が著しく低下する場合がある。このような不均一な反応を防止するために、本実施形態では、比較的高温条件下で、後述の接着剤組成物を介して発泡体(層)と金属基材とを接着して硬化させている。したがって、140℃以上の雰囲気下であれば、均一な接着層3を形成でき、かつ加熱寸法安定性に優れた発泡体層2を形成できると考えられる。
本実施形態において、発泡体層2の引張破断測定時の伸びが、10%以上であることが好ましく、12%以上80%以下であることがより好ましく、15%以上%50以下であることがさらに好ましい。
発泡体層2の引張破断測定時の伸びが10%以上であると、複合材料積層体1に衝撃エネルギーが加わった場合に、発泡体層2の曲げ変形による破断を抑制でき、高い歪みの状態でも衝撃吸収特性が維持できるという観点で好ましい。また、発泡体層2の引張破断測定時の伸びを10%以上にすることにより、界面のせん断破断強度(S)と界面のせん断破断強度に対する発泡体層2の曲げ弾性率の比率(S/F)とを特定の範囲に制御しやすくなる傾向を示す。
本実施形態において、発泡体層2の引張破断測定時の伸びが、10%以上であることが好ましく、12%以上80%以下であることがより好ましく、15%以上%50以下であることがさらに好ましい。
発泡体層2の引張破断測定時の伸びが10%以上であると、複合材料積層体1に衝撃エネルギーが加わった場合に、発泡体層2の曲げ変形による破断を抑制でき、高い歪みの状態でも衝撃吸収特性が維持できるという観点で好ましい。また、発泡体層2の引張破断測定時の伸びを10%以上にすることにより、界面のせん断破断強度(S)と界面のせん断破断強度に対する発泡体層2の曲げ弾性率の比率(S/F)とを特定の範囲に制御しやすくなる傾向を示す。
<厚さ>
本実施形態における発泡体層2の厚さは、2~100mmが好ましく、5~80mmがより好ましい。ここでいう厚さとは、本発明に係る複合材料積層体1における発泡体層2の厚さの数平均値をいい、上記のL0(140℃の雰囲気下で30分間静置する前における発泡体層2の平均厚み(μm)に相当する。本明細書では、層厚をノギスなどの測長機器により発泡体層を6回測定した結果の数平均値を意味する。
本実施形態における発泡体層2の厚さは、2~100mmが好ましく、5~80mmがより好ましい。ここでいう厚さとは、本発明に係る複合材料積層体1における発泡体層2の厚さの数平均値をいい、上記のL0(140℃の雰囲気下で30分間静置する前における発泡体層2の平均厚み(μm)に相当する。本明細書では、層厚をノギスなどの測長機器により発泡体層を6回測定した結果の数平均値を意味する。
前記発泡体層2の厚さが2mm以上であると、発泡体層2が自立性を持ち、構造部材として使用できる点で好ましく、さらに好ましくは5mm以上である。また、発泡体層2の厚さが80mm以下であると、加熱プレス機や発泡成型機により成型品が得られるという点で好ましい。
<平均気泡径>
本実施形態において、発泡体層2の平均気泡径が10~300μmであることが好ましく、より好ましくは20~280μmの範囲であり、さらに好ましくは30~270μmの範囲である。
発泡体層2の平均気泡径が上記範囲であると、独立気泡内の空気層による衝撃吸収エネルギーを分散でき、かつ独立気泡の座屈を抑制できる観点から好ましい。また、発泡体層2の平均気泡径が上記範囲であると、上記金属基材4と接着層3との界面のせん断破断強度(S)及び当該界面のせん断破断強度(S)を発泡体層2の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)を所定の範囲に制御しやすくなる。なお、発泡体層2の平均気泡径の測定方法は、実施例の欄に記載した方法を適用する。
本実施形態において、発泡体層2の平均気泡径が10~300μmであることが好ましく、より好ましくは20~280μmの範囲であり、さらに好ましくは30~270μmの範囲である。
発泡体層2の平均気泡径が上記範囲であると、独立気泡内の空気層による衝撃吸収エネルギーを分散でき、かつ独立気泡の座屈を抑制できる観点から好ましい。また、発泡体層2の平均気泡径が上記範囲であると、上記金属基材4と接着層3との界面のせん断破断強度(S)及び当該界面のせん断破断強度(S)を発泡体層2の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)を所定の範囲に制御しやすくなる。なお、発泡体層2の平均気泡径の測定方法は、実施例の欄に記載した方法を適用する。
<独立気泡率>
本実施形態において、発泡体層2の独立気泡率は、特に限定されないが、30%以上99%以下であることが好ましい。独立気泡率がこの範囲であることにより、圧縮時に弾性反発力が維持され、金型への追従性が向上し、表面平滑性が高い意匠面を形成することができる。本実施形態の発泡体層2の独立気泡率は、複合材料積層体1の強度を向上させると共に、連続気泡部分において生じ得る樹脂中への水の取り込みを生じにくくして、発泡体層2の密度を低下しにくくする観点から、80%以上99%以下であることがより好ましく、85%以上99%以下であることが更に好ましい。
なお、独立気泡率S(%)は、下記式(1)で表される式により算出される。
S(%)={(Vx-W/ρ)/(Va-W/ρ)}×100
・・・(1)
上記式(1)中、Vxは、発泡体層2の真の体積(cm3)であり、Vaは、発泡体層2の見かけの体積(cm3)であり、Wは、発泡体層2の重量(g)であり、ρは、発泡体層2の樹脂密度(g/cm3)である。
本実施形態において、発泡体層2の独立気泡率は、特に限定されないが、30%以上99%以下であることが好ましい。独立気泡率がこの範囲であることにより、圧縮時に弾性反発力が維持され、金型への追従性が向上し、表面平滑性が高い意匠面を形成することができる。本実施形態の発泡体層2の独立気泡率は、複合材料積層体1の強度を向上させると共に、連続気泡部分において生じ得る樹脂中への水の取り込みを生じにくくして、発泡体層2の密度を低下しにくくする観点から、80%以上99%以下であることがより好ましく、85%以上99%以下であることが更に好ましい。
なお、独立気泡率S(%)は、下記式(1)で表される式により算出される。
S(%)={(Vx-W/ρ)/(Va-W/ρ)}×100
・・・(1)
上記式(1)中、Vxは、発泡体層2の真の体積(cm3)であり、Vaは、発泡体層2の見かけの体積(cm3)であり、Wは、発泡体層2の重量(g)であり、ρは、発泡体層2の樹脂密度(g/cm3)である。
本実施形態の発泡体層2を構成する発泡粒子の発泡倍率は、軽量化の観点から、3.0倍以上が好ましく、5.0倍以上であればより好ましい。また、圧縮時の弾性反発力を維持できる観点から30倍未満であることが好ましく、20倍以下であることがより好ましい。ここで、発泡倍率とは、体積が、基材樹脂の状態から、発泡剤の含有(含浸)、予備発泡、および最終段階の発泡を経て、どの程度膨張したかを意味する。
本実施形態の発泡体層2を構成する発泡粒子の発泡倍率は、発泡体層2を構成する基材樹脂(出発材料)の密度を、発泡体層部分の見掛け密度で除することによって算出すればよい。あるいは、基材樹脂の密度を、中間製品である発泡体層2の見掛け密度で除することによって算出してもよい。発泡体層2を構成する発泡粒子は、当該発泡体層2を構成する発泡粒子の存在により、発泡体層2の製造過程の加圧圧縮の影響を受け難く、加圧圧縮直前の発泡倍率を維持することができるためである。発泡倍率は、より具体的には、後述する実施例記載の方法で算出することができる。
<発泡体層の組成>
本発明の発泡体層2は、発泡粒子の形態で、第1樹脂を含む。そして、当該第1樹脂は、熱可塑性樹脂であることが好ましい。
本発明の発泡体層2は、発泡粒子の形態で、第1樹脂を含む。そして、当該第1樹脂は、熱可塑性樹脂であることが好ましい。
ここで、本明細書における「発泡粒子」とは、本実施形態の発泡体層を構成する粒子であり、予備発泡粒子に最終段階の発泡を行った後の膨張した粒子を指す。
また、本明細書における「予備発泡粒子」とは、最終段階の発泡を行っていない発泡性の粒子を指し、最終段階でない予備的な発泡の実施前から実施後の状態を含む。
上記熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリアセタール、ポリスチレン、ポリα-メチルスチレン、スチレン無水マレイン酸コポリマー、ポリフェニレンオキサイドとポリスチレンとのブレンド又はグラフトポリマー、アクリロニトリル-スチレンコポリマー、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンポリマー、スチレン-ブタジエンコポリマー、ハイインパクトポリスチレンなどのスチレン系重合体;ポリ塩化ビニル、塩化ビニル-酢酸ビニルコポリマー、後塩素化ポリ塩化ビニル、エチレン又はプロピレンと塩化ビニルのコポリマーなどの塩化ビニル系重合体;ポリ塩化ビニリデン系共重合樹脂;ナイロン-6、ナイロン-6,6などの、単独および共重合ポリアミド樹脂;ポリブチレンテレフタレート若しくはポリエチレンテレフタレートなどの、単独および共重合ポリエステル系樹脂;ポリエーテルスルホン若しくはポリエーテルエーテルケトンなどのポリエーテル樹脂;変性ポリフェニレンエーテル樹脂(フェニレンエーテル-ポリスチレンアロイ樹脂);ポリカーボネート樹脂;ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、メタクリルイミドなどのイミド樹脂;ポリフェニレンスルフィド樹脂;ポリスルホン樹脂;ポリエーテルスルホン樹脂;フェノール樹脂;ウレタン樹脂;ポリプロピレン若しくはポリメチルペンテンなどのポリオレフィン系樹脂;ポリエステル系樹脂;ポリビニリデンフルオライド若しくはポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂;などが挙げられる。
上記ポリオレフィン系樹脂としては、チーグラー触媒またはメタロセン触媒等を用いて重合されたポリプロピレン、エチレン-プロピレンランダム共重合体、プロピレン-ブテンランダム共重合体、エチレン-プロピレンブロック共重合体、エチレン-プロピレン-ブテン3元共重合体等のポリプロピレン系樹脂や、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、直鎖状超低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-メチルメタクリレート共重合体、アイオノマー樹脂等のポリエチレン系樹脂があげられ、これらポリオレフィン系樹脂はそれぞれ単独であるいは混合して用いられる。
特に好ましい熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、メタクリル系樹脂、変性ポリエーテル樹脂(フェニレンエーテル-ポリスチレンアロイ樹脂)等である。中でも、耐熱性、耐薬品、耐溶剤性に優れ、高耐熱発泡構造材料用途に適した樹脂としてポリアミド樹脂、耐熱性、高温剛性に優れた樹脂としては、変性ポリエーテル樹脂(フェニレンエーテル-ポリスチレンアロイ樹脂)が挙げられる。
上記熱可塑性樹脂としては、20℃における表面張力が35mN/m以上60mN/m以下であることが好ましく、より好ましくは36mN/m以上57mN/m以下、更に好ましくは37mN/m以上55mN/mである。熱可塑性樹脂の表面張力が上記範囲内であれば、力学的強度の高い発泡成型体が得られ、意匠面に剛性を付与することができる。
上記熱可塑性樹脂の表面張力は、JIS K6768:1999「プラスチック-フィルム及びシート-ぬれ張力試験方法」記載の方法において測定温度を20℃に変更して測定される値を用いる。
上記熱可塑性樹脂は、無架橋の状態で用いてもよく、パーオキサイドや放射線などにより架橋させて用いてもよい。
本実施形態における発泡体層は、発泡体層2の総量(100質量%)に対して、熱可塑性樹脂は、50~99質量%含有することが好ましく、70~95質量%含有することがより好ましく、80~90質量%含有することがさらに好ましい。
本実施形態において、第1樹脂は、ポリアミド樹脂であることが好ましい。換言すると、本実施形態における発泡体層2は、発泡粒子の形態で、ポリアミド樹脂を含むことが好ましく、発泡体層2は、ポリアミド樹脂発泡体を含有することがより好ましい。これにより、本実施形態の複合材料積層体に連続繊維を使用することなく、所望の弾性率を確保しやすくなる。また、ポリアミド樹脂を発泡体層2に使用することにより、耐熱性が確保され、且つ硬化時間を短縮することができる。また、ポリアミド樹脂を発泡体層2に使用することにより、接着層3との接着強度がより向上する。特に、ポリアミド樹脂を発泡体層2に使用し、且つ接着層3にエポキシ樹脂を使用することにより、樹脂同士の相溶性が向上するため、より優れた接着強度と、安定した耐衝撃性及び制振性とが発揮しやすくなる。
上記ポリアミド樹脂としては、例えば、ε-カプロラクタム、アジピン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ヘキサメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、2-メチルペンタメチレンジアミン、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、メタキシリレンジアミン、ビス(3-メチル-4アミノシクロヘキシル)メタンなどのポリアミド形成性モノマーを適宜組み合わせて得られるホモポリマー単独、共重合体単独、ホモポリマー同士の混合物、共重合体同士の混合物、共重合体とホモポリマーとの混合物などを用いることができる。
上記ポリアミド樹脂の具体例としては、ポリカプロアミド(ナイロン6)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン66)、ポリテトラメチレンアジパミド(ナイロン46)、ポリテトラメチレンセバカミド(ナイロン410)、ポリペンタメチレンアジパミド(ナイロン56)、ポリペンタメチレンセバカミド(ナイロン510)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ナイロン612)、ポリデカメチレンアジパミド(ナイロン106)、ポリデカメチレンセバカミド(ナイロン1010)、ポリデカメチレンドデカミド(ナイロン1012)、ポリウンデカンアミド(ナイロン11)、ポリドデカンアミド(ナイロン12)、ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンアジパミドコポリマー(ナイロン6/66)、ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン6/6T)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6T)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6I)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミド/ポリカプロアミドコポリマー(ナイロン66/6I/6)などが挙げられる。なお、上記“/”は共重合体を示す。また、本実施形態において、ポリアミド樹脂は1種単独で使用してもよく、あるいは2種以上混合して使用してもよい。また、上記発泡体層は、ポリアミド樹脂発泡体のみから構成されてもよい。
本実施形態における発泡体層2は、発泡体層2の総量(100質量%)に対して、ポリアミド樹脂は、50~99質量%含有することが好ましく、70~95質量%含有することがより好ましく、80~90質量%含有することがさらに好ましい。
本実施形態における発泡体層2は、熱可塑性樹脂と、金属化合物とを含有することが好ましく、ポリアミド樹脂と、金属化合物とを含有することがより好ましい。当該発泡体層に金属化合物を含有することにより下記接着材料との接着力が増加するという効果を奏する。特に、熱可塑性樹脂であるポリアミド樹脂と、金属化合物とを併用すると、ラジカルの捕捉による加水分解反応を抑制できるという相乗効果を奏する。
本実施形態において、発泡体層2の総量(100質量%)に対して、金属化合物を合計0.2~10質量%含有することが好ましく、金属化合物を合計0.5~8質量%含有することがより好ましく、金属化合物を合計0.8~7.5質量%含有することがさらに好ましい。発泡体層中に金属化合物を合計0.2~10質量%含有すると、上記接着材料との接着力が増加するという効果をより発揮しやすくなる。
上記金属化合物としては金属又は金属酸化物が挙げられる。当該金属としては、例えば、銀、金、カルシウム、カリウム、鉄、各種鉄鋼剤、銅、ニッケル、ネオジウム、チタン、亜鉛、ニオブ、マンガン、クロム、スズ、シリコン、アルミニウム又はこれらの合金が挙げられる。
また、上記金属酸化物としては、上記金属の酸化物が挙げられる。具体的には、酸化銀、酸化カルシウム、酸化マグネシウム(タルクを含む)、酸化カリウム、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化ネオジウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化マンガン、酸化クロム、酸化スズ、シリコン酸化物(シリカ、ヒューズドシリカを含む。)、酸化アルミニウムが好ましい。また、上記金属又は金属酸化物は、公知の方法により表面修飾されていてもよい。なお、本実施形態において、金属化合物は1種単独で使用してもよく、あるいは2種以上混合して使用してもよい。
本実施形態における発泡体層2は、必須成分である上記第1樹脂及び任意成分である上記金属化合物以外に、必要によりさらに配合剤を含有してもよい。
当該配合剤としては、上述した金属化合物以外、例えば、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、難燃剤、気泡調整剤、発泡剤、染料若しくは顔料などの着色剤、可塑剤、滑剤、結晶化核剤、炭酸カルシウムなどの無機充填剤が挙げられる。なお、本実施形態において、配合剤は1種単独で使用してもよく、あるいは2種以上混合して使用してもよい。
上記難燃剤としては、臭素系、リン系などの難燃剤が使用可能である。上記酸化防止剤としては、フェノール系、リン系、硫黄系などの酸化防止剤が使用可能である。上記光安定剤としては、ヒンダードアミン系、ベンゾフェノン系などの光安定剤が使用可能である。
また、本実施形態おいて、発泡体層2を形成する際、予備発泡粒子の平均気泡径を調節する必要がある場合は、気泡調整剤を含有してもよい。気泡調整剤としては、タルク、シリカ、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、珪藻土、クレー、重曹、アルミナ、硫酸バリウム、酸化アルミニウム、ベントナイトなどがあり、その使用量は通常、予備発泡粒子の原料全量100質量部に対して、0.005~2質量部とする。
上記予備発泡粒子は、ペレット化した上記第1樹脂(例えば、熱可塑性樹脂)に発泡剤を含有(含浸)させて、発泡を生じさせることによって得ることができる。この発泡は、最終段階の発泡でない、予備発泡である。
上記予備発泡粒子の製造時に用いる発泡剤としては、揮発性発泡剤などが挙げられる。上記揮発性発泡剤としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、へプタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタンなどの鎖状又は環状低級脂肪族炭化水素類、ジシクロジフルオロメタン、トリクロロモノフルオロメタン、1-クロロ-1、1-ジフルオロエタン、1-クロロ-2,2,2-トリフルオロエタンなどのハロゲン化炭化水素類、窒素、空気、二酸化炭素などの無機ガス系発泡剤などが挙げられる。
本実施形態における発泡体層2における配合剤の量は、本発明の効果を妨げない範囲で適宜選択することができる。
本実施形態における発泡体層2は、第1樹脂と、金属化合物などの任意成分である配合剤とを含有する第1樹脂組成物から形成されることが好ましい。また、必要により第1樹脂を含有する発泡粒子に発泡剤を含浸させるために、水などの水性溶媒(塩又は分散剤を含有してもよい。)、又はアルコール溶媒などの溶媒を前記第1樹脂組成物に添加してもよい。
上記第1樹脂組成物の好ましい組成は、上述した発泡体層の組成比になるように調製すればよく、具体的には、第1樹脂組成物の総量(100質量%)に対して、第1樹脂80~99質量%、金属化合物0.5~10質量%、配合剤0~10質量%含有することが好ましく、第1樹脂85~99質量%、金属化合物1~7.5質量%、溶媒0~50質量%及び配合剤0~7.5質量%含有することがより好ましい。
上記予備発泡粒子の平均粒子径は、100gの予備発泡粒子をJIS Z8801-1:2006で規定される標準ふるいを用いた分級法により測定することができる。上記予備発泡粒子の平均粒子径は1.0~4.0mmであることが好ましく、より好ましくは1.2~3.0mmである。平均粒子径が1.0mm未満であると製造工程での取り扱いが難しく、4.0mmを超えると複雑な成形品の表面精度が低下する傾向が現れ好ましくない。なお、本実施形態の予備発泡粒子の形状は、特に限定されず、様々な形状としてよい。
本実施形態において、予備発泡粒子の製造方法としては、(i)第1樹脂として熱可塑性樹脂を使用し、その熱可塑性を利用した方法、(ii)固体状態の第1樹脂粒子の切削などの後加工による方法などが可能であり、粒子に所望の外形を付与できる方法であればいずれも適用可能である。その中でも、生産性に優れ、安定した形状の粒子が製造可能な方法として、吐出断面を設けたダイを使用した異形押し出し法が好適に使用できる。異形押し出し法として、押出機により第1樹脂(例えば、熱可塑性樹脂)を溶融押し出し、ストランドカット又はアンダーウォーターカットなど工業的に通常使用されている方法によりペレタイズして得られた基材樹脂ペレットを発泡させ予備発泡粒子を得る方法;および押し出し機に発泡剤をバレル途中から注入し吐出と同時に発泡させ、冷却後、アンダーウォーターカット又はストランドカットし予備発泡粒子を直接得る方法;押出機内で熱可塑性樹脂を溶融させ所望の断面形状を有するダイスから押し出し、冷却後ペレタイザーにより所定の長さに切断することにより基材樹脂ペレットを製造し、該基材樹脂ペレットに発泡剤を含浸させ、加熱することにより所定の発泡倍率で発泡させる方法;等、従来公知の方法を任意に応用して製造することができる。
第1樹脂に発泡剤を含有(含浸)させる方法としては、特に限定されることなく、一般的に用いられている方法としてよい。
かかる方法としては、特に限定されないが、例えば、水などの懸濁系で水性媒体を用いて行う方法(懸濁含浸)や、重炭酸ナトリウムなどの熱分解型発泡剤を用いる方法(発泡剤分解)、ガスを臨界圧力以上の雰囲気とし液相状態にして、基材樹脂に接触させる方法(液相含浸)、ガスを臨界圧力未満の雰囲気とし気相状態にして、基材樹脂に接触させる方法(気相含浸)などが挙げられる。
-基材樹脂の粒子又はペレットの形状-
予備発泡粒子の原料としての基材樹脂の粒子又はペレットには、任意の3次元形状を付与することができる。かかる3次元形状としては、特に限定されないが、中実のビーズ形状、中空部又は凹外形部を有するビーズ形状などが挙げられる。
予備発泡粒子の原料としての基材樹脂の粒子又はペレットには、任意の3次元形状を付与することができる。かかる3次元形状としては、特に限定されないが、中実のビーズ形状、中空部又は凹外形部を有するビーズ形状などが挙げられる。
基材樹脂の粒子又はペレットの正射影像は、任意の形状を取ることができる。一般的な中実のビーズ形状は、正射影像が、円形状もしくは楕円形状を有している略球状のものを意味する。中空部を有するとは、粒子又はペレットの正射影像が内部に中空領域を有しつつ該中空円領域を取り囲む外周領域を有することを意味し、かかる中空領域及び外周領域がある正射影像が得られる方向が存在することを意味する。
また、凹外形部を有するとは、粒子又はペレットの正射影像が凹図形となる正射影像が得られる方向が存在することを意味する。また、本明細書において凹図形とは、凹図形となる正射影像図形の外表面上の2点間を結んだ線分の少なくとも一部(好ましくは全線分)が粒子又はペレットの外部領域を通る線分となる2点を選ぶことが可能であることを言う。凹外形部は、発泡時に形成される発泡気泡と異なる構造である。上記凹外形部は、一個でも複数個でもよい。
本実施形態において、基材樹脂の粒子又はペレットに、中実のビーズ形状、中空部を有するビーズ形状を用いると、例えば、後述の図3(a)及び(b)の独立気泡構造を形成しやすくなる。一方、基材樹脂の粒子又はペレットに、凹外形部を有するビーズ形状を用いると、例えば、後述の図3(c)及び(d)の連通気泡構造を形成しやすくなる。
本実施形態の好ましい発泡体層2は、ポリアミド樹脂発泡体と、金属化合物とを含有し、前記発泡体層の総量に対して、前記金属化合物を合計0.5~10質量%含有する。
これにより、下記接着材料との接着力が増加するという効果を奏する。特に、熱可塑性樹脂であるポリアミド樹脂と、金属化合物とを併用すると、ラジカルの捕捉による加水分解反応を抑制できるという相乗効果を奏する。
「樹脂溶融層」
本実施形態において、発泡体層2の表面が溶融した樹脂溶融層5をさらに有することが好ましい。換言すると、本実施形態の複合材料積層体1は、金属基材4-接着層3-発泡体層2-樹脂溶融層5の順に積層された積層体であることが好ましい。そして、前記樹脂溶融層5は、熱溶融により発泡粒子の独立気泡構造が消失した層として規定される。
上述したように、本発明に係る複合材料積層体1は、金属基材4を内側とした場合、発泡体層2が外側に形成されており、金属基材4-接着層3-発泡体層2の順に積層された構成を必須とする。上記樹脂溶融層5は、発泡体層2の最外側の表面部(に存在する第1樹脂を含有する発泡粒子)が熱溶融された層である。そのため、当該樹脂溶融層5の内部は、第1樹脂(例えば、熱可塑性樹脂)を含有する発泡粒子の独立気泡構造が消失し、第1樹脂が詰まった構造である。
本実施形態において、発泡体層2の表面が溶融した樹脂溶融層5をさらに有することが好ましい。換言すると、本実施形態の複合材料積層体1は、金属基材4-接着層3-発泡体層2-樹脂溶融層5の順に積層された積層体であることが好ましい。そして、前記樹脂溶融層5は、熱溶融により発泡粒子の独立気泡構造が消失した層として規定される。
上述したように、本発明に係る複合材料積層体1は、金属基材4を内側とした場合、発泡体層2が外側に形成されており、金属基材4-接着層3-発泡体層2の順に積層された構成を必須とする。上記樹脂溶融層5は、発泡体層2の最外側の表面部(に存在する第1樹脂を含有する発泡粒子)が熱溶融された層である。そのため、当該樹脂溶融層5の内部は、第1樹脂(例えば、熱可塑性樹脂)を含有する発泡粒子の独立気泡構造が消失し、第1樹脂が詰まった構造である。
本実施形態の複合材料積層体1の表面に樹脂溶融層5を形成することにより、耐衝撃性、耐擦傷性がより向上する。より詳細には、200~5000Hzの遮音性能が、一般的な質量則で求まる透過損失に加えて、樹脂溶融層5と発泡体層2との異なる弾性率を持つ層を同時にもつことにより、樹脂溶融層5の振動が発泡体に吸収、減衰され、透過損失の効果が得られる。
本実施形態において、樹脂溶融層5の層厚は、特に限定されないが、機械特性を発現する観点から、0.1mm以上が好ましい。0.1mm以上であると、耐衝撃性を発現できる。また、曲げ強度、圧縮強度の観点から、樹脂溶融層5の層厚は、大きいことが好ましいが、複合材料積層体1の軽量化の観点から5mm以下が好ましい。
なお、樹脂溶融層5の層厚は、後述する実施例記載の方法によって算出する。
なお、樹脂溶融層5の層厚は、後述する実施例記載の方法によって算出する。
本実施形態において、樹脂溶融層5のデュロメータ硬度は、HDA90以上であることが好ましく、より好ましくはHDA92以上である。本実施形態において、樹脂溶融層5のデュロメータ硬度が前記範囲以下であると、十分な耐擦傷性が得られない。
本明細書における樹脂溶融層5のデュロメータ硬度は、樹脂溶融層5の上面、すなわち、意匠面に対して、JIS K7215:1986に準拠して、荷重1kgfで加圧してから1秒以内に測定された値とする。そして、樹脂溶融層5においてデュロメータ硬度を30箇所測定し、その相加平均値を樹脂溶融層5のデュロメータ硬度とする。
<開口部>
本発明に係る複合材料積層体1における発泡体層2側の表面には、平均直径0.1mm以上3mm以下の開口部が、設けられていることが好ましい。以下、図1~3を参照して複合材料積層体1の好ましい形態を説明する。図1に示すように、複合材料積層体1は、金属基材4と、接着層3と、発泡体層2との順に積層された積層体である。また、図1では、複合材料積層体1の好ましい形態の一例として、上述した任意成分である樹脂溶融層5が、発泡体層2の表面に設けられた形態を示している。本実施形態において、複合材料積層体1の発泡体層2の表面(樹脂溶融層5が形成されている場合は、樹脂溶融層5の内部)には複数の開口部(図1では図示せず)を設けてもよい。図1の複合材料積層体1の表面に開口部を設けた例を図2に示す。図2は、説明の便宜上、開口部6が設けられた複合材料積層体1の断面図を表す。図2の例では、開口部6は、発泡体層2内部の多孔質領域が外部に露出されている状態を示している。図3は、図2で示す複合材料積層体1の発泡体層2の部分を拡大した図である。そして図3(a)は、発泡体層2の発泡体中の空孔が閉塞した多孔体構造(独立気泡構造)を示している。また図3(b)は、図3(a)の断面図を表し、発泡体層2の発泡体中の閉塞した空孔7が多数存在している。一方、図3(c)は、発泡体層2の発泡体中の空孔が連通した多孔体構造(連通気泡構造)を示している。また図3(c)は、図3(d)の断面図を表し、発泡体層2の発泡体中の空孔が多数連通した状態で存在している。
本実施形態において、発泡体層2は、上述した図3(a)及び(b)のような独立気泡構造を有することが好ましい。
本発明に係る複合材料積層体1における発泡体層2側の表面には、平均直径0.1mm以上3mm以下の開口部が、設けられていることが好ましい。以下、図1~3を参照して複合材料積層体1の好ましい形態を説明する。図1に示すように、複合材料積層体1は、金属基材4と、接着層3と、発泡体層2との順に積層された積層体である。また、図1では、複合材料積層体1の好ましい形態の一例として、上述した任意成分である樹脂溶融層5が、発泡体層2の表面に設けられた形態を示している。本実施形態において、複合材料積層体1の発泡体層2の表面(樹脂溶融層5が形成されている場合は、樹脂溶融層5の内部)には複数の開口部(図1では図示せず)を設けてもよい。図1の複合材料積層体1の表面に開口部を設けた例を図2に示す。図2は、説明の便宜上、開口部6が設けられた複合材料積層体1の断面図を表す。図2の例では、開口部6は、発泡体層2内部の多孔質領域が外部に露出されている状態を示している。図3は、図2で示す複合材料積層体1の発泡体層2の部分を拡大した図である。そして図3(a)は、発泡体層2の発泡体中の空孔が閉塞した多孔体構造(独立気泡構造)を示している。また図3(b)は、図3(a)の断面図を表し、発泡体層2の発泡体中の閉塞した空孔7が多数存在している。一方、図3(c)は、発泡体層2の発泡体中の空孔が連通した多孔体構造(連通気泡構造)を示している。また図3(c)は、図3(d)の断面図を表し、発泡体層2の発泡体中の空孔が多数連通した状態で存在している。
本実施形態において、発泡体層2は、上述した図3(a)及び(b)のような独立気泡構造を有することが好ましい。
複合材料積層体1における発泡体層2側の表面に開口部6を設けると、発泡体層2内部の多孔質領域が外部に露出されて、圧力変動が直接に多孔質領域内の気泡部の空気に伝播される。それにより、空気の粘性摩擦を生じ、音のエネルギーの一部が熱エネルギーに変換できるため、制振効果及び吸音効果がより向上する。
本実施形態において、開口部6の数は特に制限されることはなく、使用目的に応じて適宜設定することができる。例えば、開口部6は、複合材料積層体1における発泡体層2側の表面積25cm2当たり、1~100個設けられていることが好ましく、10~50個設けられていることがより好ましい。
本明細書における「平均直径」とは、開口部6の最長径(dmax)と、当該最長径の中央から最長径に対して垂直方向の径(dv)との相加平均をいう。
すなわち、平均直径=(dmax+dv)/2である。
なお、開口部6の平均直径は、後述する実施例記載の方法によって算出する。
すなわち、平均直径=(dmax+dv)/2である。
なお、開口部6の平均直径は、後述する実施例記載の方法によって算出する。
また、本実施形態の複合材料積層体1が樹脂溶融層5を表面に有する場合は、当該樹脂溶融層5の表面に開口部6が形成されていることが好ましい。一方、本実施形態の複合材料積層体1が樹脂溶融層5を表面に有さない場合、当該発泡体層2の表面に開口部6が形成されていることが好ましい。また、樹脂溶融層5を表面に有する場合の開口部6の厚さ方向の深さは、発泡体層2内部の多孔質領域が外部に露出される程度であればよい。
本実施形態において、例えば、開口部6の厚さ方向の深さは、0.01~2mmであることが好ましく、0.1~1mmであることがより好ましい。なお、開口部6の厚さ方向の深さは、後述する実施例記載の方法によって算出する。
「金属基材」
本実施形態の複合材料積層体は、金属基材4を有する。そして、本実施形態における金属基材4は、特に制限されることはなく、用途に応じて適宜選択することができる。例えば、軽量化を重視する場合、金属基材の材料としては、例えば、アルミニウム板、アルミニウム合金板、マグネシウム板、又はマグネシウム合金板などが好ましい。機械的強度を重視する場合は、当該金属基材4としては、鉄、鉄鋼材、ステンレス、銅、銅合金、マンガン、マンガン合金、チタン、又はチタン合金などが好ましい。制振性を重視する場合は、当該金属基材としては、マグネシウム、マグネシウム合金、鉄系合金、銅合金、又はマンガン合金などが好ましい。また、金属基材4の形状は、接着層3あるいは発泡体層2と密着可能な面を有していれば、使用目的に応じて適宜選択することができ、いわゆる平面板又は曲面板などが挙げられる。
本実施形態の複合材料積層体は、金属基材4を有する。そして、本実施形態における金属基材4は、特に制限されることはなく、用途に応じて適宜選択することができる。例えば、軽量化を重視する場合、金属基材の材料としては、例えば、アルミニウム板、アルミニウム合金板、マグネシウム板、又はマグネシウム合金板などが好ましい。機械的強度を重視する場合は、当該金属基材4としては、鉄、鉄鋼材、ステンレス、銅、銅合金、マンガン、マンガン合金、チタン、又はチタン合金などが好ましい。制振性を重視する場合は、当該金属基材としては、マグネシウム、マグネシウム合金、鉄系合金、銅合金、又はマンガン合金などが好ましい。また、金属基材4の形状は、接着層3あるいは発泡体層2と密着可能な面を有していれば、使用目的に応じて適宜選択することができ、いわゆる平面板又は曲面板などが挙げられる。
本実施形態における金属基材4の平均厚さは、特に限定されることはないが、例えば、0.2mm以上であることが好ましく、0.5~3mmであることがより好ましく、0.7~2mmであるのがさらに好ましい。金属基材4の平均厚さが0.2mm未満であると、機械的強度が不十分であるとともに制振金属板の製造が困難となる。
なお、金属基材4の平均厚さは、後述する実施例記載の方法によって算出する。
なお、金属基材4の平均厚さは、後述する実施例記載の方法によって算出する。
本実施形態において、金属基材4の表面、特に接着層3と接する面に対して、必要により表面処理を行ってもよい。当該表面処理としては、サンドブラスト処理、研磨処理、脱脂処理、エッチング処理、防錆剤浸漬又はスプレーによる表面処理、クロム化成処理、リン酸塩化成処理、硫化物化成処理、陽極酸化被膜形成、又はフッ素樹脂コーティングなどが挙げられる。
また、本実施形態において、酸、アルカリ又は酸化剤などの薬品を使用して、金属基材4の表面を酸化、エッチングして、接着層3又は発泡体層2に対する親和性を向上させる方法、オゾン、プラズマ、紫外線などにより金属基材4の表面を酸化、エッチングして、接着層3又は発泡体層2に対する親和性を向上させる方法、あるいは金属基材4にシラン又はチタネートなどのプライマー処理を行い、接着層3又は発泡体層2に対する親和性を向上させる方法を適用してもよい。
また、本実施形態において、酸、アルカリ又は酸化剤などの薬品を使用して、金属基材4の表面を酸化、エッチングして、接着層3又は発泡体層2に対する親和性を向上させる方法、オゾン、プラズマ、紫外線などにより金属基材4の表面を酸化、エッチングして、接着層3又は発泡体層2に対する親和性を向上させる方法、あるいは金属基材4にシラン又はチタネートなどのプライマー処理を行い、接着層3又は発泡体層2に対する親和性を向上させる方法を適用してもよい。
本実施形態において、金属基材4の表面であって、かつ接着層3と接する表面、すなわち金属基材4の接着面の表面粗さ(10点平均最大高さ(Rz) 基準長0.25mm)が、0.5μm以上300μm以下であることが好ましく、0.5~150μmであることが好ましく、0.8~100μmであることがより好ましい。金属基材4における接着層3との接着面側の金属基材4の表面粗度が上記範囲であると、接着層3が粗面に侵入して、アンカー効果を発揮し、かつ接着時に粗面内に気泡の発生を抑制できる観点で好ましい。また、金属基材4の接着面の表面粗度が上記範囲であると、上記金属基材4と接着層3との界面のせん断破断強度(S)及び当該界面のせん断破断強度(S)を発泡体層2の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)を所定の範囲に制御しやすくなる。なお、金属基材4の接着面の表面粗度の測定方法は、実施例の欄に記載した方法を適用する。
「接着層」
本実施形態の複合材料積層体1は、接着層3を有する。本実施形態における接着層3は、金属基材4と発泡体層2とを接合せしめるための層でありうる。接着層3は、目的又は用途に応じて適宜選択することができる。例えば、各種の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂又はゴムなどを含有する接着剤組成物を用いて接着層3を形成することができる。また、発泡体層2の一部が溶融した発泡体溶融層を接着層3としてもよい。より詳細には、複合材料積層体1は、金属基材4の表面に発泡体層2が直接積層され、かつ前記金属基材4の表面近傍の発泡体層2が溶融した発泡体溶融層を形成している積層体であってもよい。この場合、発泡体溶融層を接着層3とする。
本実施形態の複合材料積層体1は、接着層3を有する。本実施形態における接着層3は、金属基材4と発泡体層2とを接合せしめるための層でありうる。接着層3は、目的又は用途に応じて適宜選択することができる。例えば、各種の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂又はゴムなどを含有する接着剤組成物を用いて接着層3を形成することができる。また、発泡体層2の一部が溶融した発泡体溶融層を接着層3としてもよい。より詳細には、複合材料積層体1は、金属基材4の表面に発泡体層2が直接積層され、かつ前記金属基材4の表面近傍の発泡体層2が溶融した発泡体溶融層を形成している積層体であってもよい。この場合、発泡体溶融層を接着層3とする。
本実施形態において、接着層3の厚さは、特に限定されることはないが、例えば、0.01~2000μm以上であることが好ましく、10~1000μmであることがより好ましく、50~500μmであるのがさらに好ましい。接着層3の厚さが50~500μmの範囲であると、所望の接着強度、追随性、及び加工性の観点から好ましい。なお、接着層3の平均厚さは、後述する実施例記載の方法によって算出する。
本実施形態において、接着層3を形成する接着剤組成物に使用する接着剤としては、より具体的には、例えば、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、ビスマレイミドトリアジン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、フェノキシ系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、シアネート系樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリビニル系樹脂などの熱可塑性樹脂、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ビニル基、アミノ基、エポキシ基などの官能基を1種又は2種以上含むゴムやエラストマーなどが挙げられる。中でも、上記接着剤としては、エポキシ樹脂が好ましい。上記接着剤は、1種単独で使用しても、あるいは2種以上混合して使用してもよい。
本実施形態における接着剤組成物は、エポキシ樹脂を含有することが好ましく、エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤を含有することがより好ましい。
上記エポキシ樹脂としては、例えば、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、シロキサン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂などが挙げられる。上記エポキシ樹脂は、1種単独で使用しても、あるいは2種以上混合して使用してもよい。
上記エポキシ樹脂硬化剤としては、例えば、イミダゾール系硬化剤、フェノール系硬化剤、チオール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、有機過酸化物系硬化剤が挙げられる。なかでも、上記エポキシ樹脂硬化剤としては、潜在性を有する潜在性硬化剤であることが好ましい。当該潜在性硬化剤としては、熱、光、湿気又は圧力を外部刺激として、硬化反応を開始する潜在性硬化剤が好ましく、マイクロカプセル型硬化剤がより好ましい。当該マイクロカプセル型硬化剤とは、エポキシ系樹脂に反応しやすい硬化剤成分がマイクロカプセルに包摂されて潜在性を示す硬化剤である。
また、上記潜在性硬化剤の化学構造の種類としては、潜在性を有する、イミダゾール系硬化剤又はアミン系硬化剤がより好ましく、ジシアンジアミド系硬化剤、ケチミン系硬化剤、又はイミダゾール系硬化剤であることがより好ましい。
本実施形態の好ましいマイクロカプセル型硬化剤の具体例としては、潜在性イミダゾール変性体をコアとし、当該コア表面をポリウレタンで被覆してなるマイクロカプセル型潜在性硬化剤が挙げられる。市販品としては、例えば、ノバキュア(登録商標)シリーズ(旭化成社製)を使用できる。本実施形態において、エポキシ樹脂硬化剤は、1種単独で使用する、あるいは2種以上混合して使用してもよい。
本実施形態において、接着剤組成物の総量(100質量%)に対する接着剤の含有量は、90~100質量%であることが好ましく、92~100質量%であることがより好ましく、95~100質量%であることがさらに好ましい。
本実施形態において、接着剤組成物は、必要により公知の有機溶剤をさらに含有してもよい。その場合、接着剤組成物の総量(100質量%)に対する溶剤の含有量は、0.01~10質量%であることが好ましく、0.1~5質量%であることがより好ましい。
上記溶剤としては、使用する接着剤に応じて適宜選択されるものであるが、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、t-ブチルアルコール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのアルコール類;テトラヒドロフラン若しくはジオキサンなどのエーテル類;酢酸エチルなどのエステル類;アセトン、メチルエチルケトン若しくはシクロヘキサノンなどのケトン類;ジメチルホルムアミド若しくはN-メチルピロリドンなどのアミド類などが挙げられる。本実施形態において、溶剤は、1種単独で使用する、あるいは2種以上混合して使用してもよい。
本実施形態において、例えば、接着剤としてエポキシ樹脂を使用する場合、接着剤組成物の総量(100質量%)に対するエポキシ樹脂の含有量は、50~99質量%であることが好ましく、55~95質量%であることがより好ましく、60~90質量%であることがさらに好ましい。また、接着剤組成物の総量(100質量%)に対するエポキシ樹脂硬化剤の含有量は、5~100質量%であることが好ましく、10~90質量%であることがより好ましく、20~80質量%であることがさらに好ましい。
本実施形態における接着剤組成物は、本発明の性能を損なわない範囲で、種々の添加剤を含有してもよい。当該添加剤としては、軟化剤、老化防止剤、ホウ酸エステル化合物などの安定剤、接着促進剤、レベリング剤、消泡剤、脂肪族モノグリシジルエーテルなどの希釈剤、可塑剤、無機フィラー、スペーサー(ガラスビーズ等)、粘着付与性樹脂、繊維類、可使用時間延長剤、酸化防止剤、酸化カルシウムなどの吸湿剤、紫外線吸収剤、加水分解防止剤、防黴剤、増粘剤、可塑剤、顔料などの着色剤、又はシリカ、ヒュームドシリカ、若しくは炭酸カルシウムなどの充填剤などが挙げられる。添加剤は、1種単独で使用する、あるいは2種以上混合して使用してもよい。
本実施形態において、金属基材4上に接着層3を被覆する方法としては特に制限されることはなく、スピンコ-ティング法、エクストルージョン法、グラビアコーティング法、ダイコーティング法、スリットコーティング法、バーコーティング法、噴霧法、アプリケータ法などの塗布法;フレキソ法などの印刷法;シート状に成形した接着剤組成物を加熱又は加圧により溶融させた後、接着剤組成物と金属基材4とを接合させるホットメルト法などが挙げられる。
また、必要により、溶媒などの低分子化合物を除去する目的で接着層3を乾燥してもよい。当該乾燥方法としては、自然乾燥法、通風乾燥法、加熱乾燥、減圧乾燥法などが挙げられる。
また、必要により、溶媒などの低分子化合物を除去する目的で接着層3を乾燥してもよい。当該乾燥方法としては、自然乾燥法、通風乾燥法、加熱乾燥、減圧乾燥法などが挙げられる。
本実施形態において、金属基材4上に接着層3を形成する際、接着層3の厚みを均一にする目的で、必要に応じて、ガラスビーズ、またはシリカビーズ等のスペーサ-を接着剤組成物中に含有させる、あるいは接着剤組成物の塗膜上に設けてもよい。当該スペーサ-の大きさ(粒子径)は、接着層3の厚みに応じて適宜選択できる。
本実施形態において、複合材料積層体1を形成する好ましい態様は、金属基材の少なくとも一方の面に接着剤組成物を塗布する塗布工程と、前記塗布された接着剤組成物と発泡体(層)とを接着して、20~250℃、0.5~900分で前記接着剤組成物を硬化させる硬化工程とを有する。
上記塗布工程において、金属基材の少なくとも一方の面に接着剤組成物を塗布する前に、必要により、当該金属基材の表面をブラスト処理、脱脂等の公知の表面処理を行ってもよい。また、接着剤組成物を塗布する方法としては、上述した金属基材上に接着層を被覆する方法を適用できる。
上記硬化工程において、発泡体又は発泡体層(=発泡体(層)とも称する。)と、塗布された接着剤組成物とを接着する場合、位置ずれなどを抑制するため、治具又は公知の固定器具(例えば、荷重分散用の平板及び重り)を用いて、塗布された接着剤組成物と発泡体(層)とを固定してもよい。
また、接着剤組成物の硬化条件は、使用する接着剤又は硬化剤等により適宜設定することができ、例えば20~250℃の雰囲気下、0.5~900分間、前記金属基材及び前記発泡体(層)と接着した接着剤組成物を養生することにより、硬化することができる。一般的に、エポキシ樹脂の接着剤と硬化剤とを使用した場合、エポキシ基の反応性の高さから混合直後から反応を開始し、粘度が上昇し始める。そのため、接着剤組成物の混合不十分により、接着剤としての性能にばらつきがでてしまい、金属基材と発泡体との複合体を形成した後、反応が不十分な個所を起点に耐衝撃性が著しく低下してしまう。そのため、混合直後に反応が開始せず、安定的な接着層を得るためには、硬化条件を高温化する方法、あるいは低温で硬化反応を遅くし、かつ硬化時間を長時間化する方法が挙げられる。実用上は、硬化条件を高温化することが望ましい。そのため本発明では、発泡体(層)の加熱寸法安定性は140℃以上の条件が好ましい。
本実施形態において、接着層3は発泡体(層)を熱溶着により溶融させることで形成させることができる。すなわち、上述した通り、複合材料積層体1は、金属基材4と、当該金属基材4の表面に積層される発泡体層2とを有し、かつ金属基材4と発泡体層2との間に設けられた接着層3は、前記金属基材4の表面近傍の前記発泡体層2が溶融した発泡体溶融層である積層体であることが好ましい。
当該発泡体溶融層の厚みは、特に限定されないが、機械特性を発現する観点から、0.1mm以上が好ましい。0.1mm以上であると、耐衝撃性を発現できる。また、曲げ強度、圧縮強度の観点から、表面層の厚みは、大きいことが好ましいが、発泡成型体の軽量化の観点から1mm以下が好ましい。
なお、発泡体溶融層の厚みは、後述する実施例記載の方法によって求める。
また、本実施形態において、発泡体溶融層の独立気泡率は、30%未満であることが好ましく、0.1%以上20%以下であることが好ましい。発泡体溶融層の独立気泡率の測定方法は、上記の発泡体層2の独立気泡率の測定方法を適用できる。
当該発泡体溶融層の厚みは、特に限定されないが、機械特性を発現する観点から、0.1mm以上が好ましい。0.1mm以上であると、耐衝撃性を発現できる。また、曲げ強度、圧縮強度の観点から、表面層の厚みは、大きいことが好ましいが、発泡成型体の軽量化の観点から1mm以下が好ましい。
なお、発泡体溶融層の厚みは、後述する実施例記載の方法によって求める。
また、本実施形態において、発泡体溶融層の独立気泡率は、30%未満であることが好ましく、0.1%以上20%以下であることが好ましい。発泡体溶融層の独立気泡率の測定方法は、上記の発泡体層2の独立気泡率の測定方法を適用できる。
〔複合材料積層体の製造方法〕
本実施形態における複合材料積層体1は、上述の通り、公知の方法を用いて金属基材4上に接着層3及び発泡体層2を積層して製造することができる。例えば、本実施形態の複合材料積層体1の製造方法において、発泡体層2を金属層4又は接着層3上に形成する前に、当該発泡体層2として使用する発泡体を構成する第1樹脂を予備加熱する予備加熱工程を行ってもよい。
より詳細には、当該予備加熱工程は、第1樹脂が非晶性樹脂であるか、あるいは第1樹脂が結晶性樹脂であるかによって、予備加熱温度を調整できる。すなわち、前記予備加熱工程は、第1樹脂のガラス転移温度以上(第1樹脂が非晶性熱可塑性樹脂である場合)、または第1樹脂の融点温度以上(第1樹脂が結晶性熱可塑性樹脂である場合)で加熱する工程であることが好ましい。予備加熱工程を実施することによって、発泡体の表面部を溶融流動化させ、また樹脂溶融層又は発泡体溶融層を形成させたい部位を選択的に加熱、軟化させることができる。その後に圧縮と金型の急冷却工程を実施することによって、発泡体層2の表面部又は発泡体層と金属基材との接着面近傍に写像鮮明性の良い比較的に平滑な層が形成された複合材料積層体1を得ることができる。
本実施形態における複合材料積層体1は、上述の通り、公知の方法を用いて金属基材4上に接着層3及び発泡体層2を積層して製造することができる。例えば、本実施形態の複合材料積層体1の製造方法において、発泡体層2を金属層4又は接着層3上に形成する前に、当該発泡体層2として使用する発泡体を構成する第1樹脂を予備加熱する予備加熱工程を行ってもよい。
より詳細には、当該予備加熱工程は、第1樹脂が非晶性樹脂であるか、あるいは第1樹脂が結晶性樹脂であるかによって、予備加熱温度を調整できる。すなわち、前記予備加熱工程は、第1樹脂のガラス転移温度以上(第1樹脂が非晶性熱可塑性樹脂である場合)、または第1樹脂の融点温度以上(第1樹脂が結晶性熱可塑性樹脂である場合)で加熱する工程であることが好ましい。予備加熱工程を実施することによって、発泡体の表面部を溶融流動化させ、また樹脂溶融層又は発泡体溶融層を形成させたい部位を選択的に加熱、軟化させることができる。その後に圧縮と金型の急冷却工程を実施することによって、発泡体層2の表面部又は発泡体層と金属基材との接着面近傍に写像鮮明性の良い比較的に平滑な層が形成された複合材料積層体1を得ることができる。
発泡体層に使用する第1樹脂が非晶性樹脂の場合、予備加熱工程における発泡体の加熱温度は、ガラス転移温度を「Tg(℃)」として、Tg℃以上で且つ(Tg+100)℃未満であることが好ましく、(Tg+10)℃以上で且つ(Tg+90)℃未満であることがより好ましい。発泡体の加熱温度が低過ぎると、溶融した樹脂の流動性が悪く、得られる意匠面に発生した気泡が消失せず、発泡体(層)の意匠面の意匠性が低下する虞れがある。また、発泡体の加熱温度が高過ぎると、発泡体層内部まで加温され、冷却時に収縮するため、圧縮時に弾性反発力が得られず、表面の平滑性が低下する虞れがある。
なお、非晶性樹脂のガラス転移温度は、JIS K7121に準じて、示差走査熱量測定(DSC)により測定した値を指す。測定で現れた吸熱を示すピークを樹脂の融解を示すピークとし、最も高温側に現れた吸熱を示すピークにおける温度を、ガラス転移温度とする。測定装置としては、市販の示差走査熱量計を用いてよく、エスアイアイナノテクノロジー社から商品名「DSC6220型」が挙げられる。
なお、本開示において、発泡体層に使用する第1樹脂が非晶性樹脂である場合、そのガラス転移温度は、JIS K7121:1987「プラスチックの転移温度測定方法」に記載されている方法で測定する。但し、サンプリング方法・温度条件に関しては以下のように行う。示差走査熱量計装置を用いアルミニウム製測定容器の底にすきまのないよう試料を約6mg充てんして、窒素ガス流量20mL/分のもと、試料を30℃から290℃まで昇温(1st Heating)し290℃に10分間に亘って保持した後に290℃から30℃まで降温(Cooling)し、30℃で10分間に亘って保持した後に30℃から290℃まで昇温(2nd Heating)した時のDSC曲線を得た。なお、全ての昇温速度及び降温速度は10℃/分で行い、基準物質としてアルミナを用いる。
発泡体層に使用する第1樹脂が結晶性樹脂の場合、その融点温度を「Tm(℃)」とした時に、Tm℃以上で且つ(Tm+100)℃未満が好ましく、(Tm+10)℃以上で且つ(Tm+90)℃未満がより好ましい。発泡体(層)の加熱温度が低過ぎると、溶融樹脂の流動性が悪く、得られる意匠化表面に発生した気泡が消失せず、これにより発泡体(層)の意匠性が低下する虞れがある。また、発泡体(層)の加熱温度が高過ぎると、発泡体層内部まで加温され、冷却時に収縮するため、圧縮時に弾性反発力が得られず、表面の平滑性が低下する虞れがある。
発泡体層に使用する第1樹脂が結晶性樹脂である場合、その融点は、以下の手順で測定を行う。発泡体層に使用する第1樹脂6mgを試料として採取する。示差走査熱量計装置を用い、装置内で流量20mL/分の窒素ガス流の下、試料を10℃/分の昇温速度で30℃から290℃まで昇温して290℃にて試料を10分間に亘って保持する。その後、試料を装置から速やかに取出して30℃まで冷却した後、装置内で、流量20mL/分の窒素ガス流の下、10℃/分の昇温速度で試料を290℃まで再度、昇温した時に得られるDSC曲線より融点(中間点)を算出する。測定においては基準物質としてアルミナを用いる。なお、示差走査熱量計装置としては、例えば、エスアイアイナノテクノロジー社から商品名「DSC6220型」にて市販されている示差走査熱量計装置を用いることができる。
「複合材料積層体の好ましい形態」
本実施形態における複合材料積層体の好ましい形態は、以下の式(2)で表わされる、1000Hzにおける透過損失の差分が、2db以上である。
(式2):
複合材料積層体の全体透過損失(B)-複合材料積層体に用いる金属基材の透過損失(A)
上記透過損失の差分が2db以上であると、優れた制振効果及び吸音効果が期待できる。200~5000Hzの吸音性能は、発泡体層の有する気泡構造内部が空気振動を吸収することにより発現されることが主な要因である。そのため、発泡体層の透過損失が占める割合が大きいほど吸音効果が大きくなる。
本実施形態における複合材料積層体の好ましい形態は、以下の式(2)で表わされる、1000Hzにおける透過損失の差分が、2db以上である。
(式2):
複合材料積層体の全体透過損失(B)-複合材料積層体に用いる金属基材の透過損失(A)
上記透過損失の差分が2db以上であると、優れた制振効果及び吸音効果が期待できる。200~5000Hzの吸音性能は、発泡体層の有する気泡構造内部が空気振動を吸収することにより発現されることが主な要因である。そのため、発泡体層の透過損失が占める割合が大きいほど吸音効果が大きくなる。
また、以下の式(2)で表わされる、1000Hzにおける透過損失の差分が、0.1~20dbであることがより好ましく、1~20dbであることがさらに好ましい。
本実施形態における複合材料積層体の別の好ましい形態は、金属基材と、前記金属基材表面に形成される接着層と、前記接着層表面に形成されるポリアミド樹脂発泡体層と、前記ポリアミド樹脂発泡体層の表面が溶融した樹脂溶融層と、を有する複合材料積層体であって、
前記発泡体層の弾性率が、20~200MPaであり、
以下の式(I):
(上記式(I)中、L1は、発泡体層を140℃の雰囲気下で30分間静置した後における前記発泡体層の平均厚み(μm)を表し、L0は、発泡体層を140℃の雰囲気下で30分間静置する前における前記発泡体層の平均厚み(μm)を表す。)で表わされる加熱寸法安定性(x)が、3%未満である。
発泡体層の一方の面には金属基材が、他方の面には樹脂溶融層という2つの密な層がそれぞれ発泡体層に配置されている。そのため、このような2つの密な層に発泡体層が囲まれた二重壁構造を有すると、より優れた制振性、耐衝撃性及び吸音効果が発揮される。
前記発泡体層の弾性率が、20~200MPaであり、
以下の式(I):
発泡体層の一方の面には金属基材が、他方の面には樹脂溶融層という2つの密な層がそれぞれ発泡体層に配置されている。そのため、このような2つの密な層に発泡体層が囲まれた二重壁構造を有すると、より優れた制振性、耐衝撃性及び吸音効果が発揮される。
本実施形態の他の別の好ましい形態は、金属基材と、ポリアミド樹脂を有する発泡体層と、前記金属基材及び前記発泡体層との間に設けられ、かつ前記発泡体層の一部が溶融した発泡体溶融層と、を有し、
前記金属基材と前記接着層との界面のせん断破断強度(S)が1.0MPa以上であり、前記界面のせん断破断強度(S)を、前記発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)が0.007以上0.5以下である複合材料積層体である。
特定の樹脂(特に、ポリアミド樹脂)を主成分とする発泡体層を有し、かつ接着層として発泡体層の一部が溶融した発泡体溶融層を用いることにより、制振性及び耐衝撃性についてより優れた効果を発揮するだけでなく、80℃における制振性と衝撃試験エネルギー吸収にも優れた効果を発揮する。
なお、主成分とは、発泡体層の総量(100質量%)に対して50質量%超を占める成分をいう。
前記金属基材と前記接着層との界面のせん断破断強度(S)が1.0MPa以上であり、前記界面のせん断破断強度(S)を、前記発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)が0.007以上0.5以下である複合材料積層体である。
特定の樹脂(特に、ポリアミド樹脂)を主成分とする発泡体層を有し、かつ接着層として発泡体層の一部が溶融した発泡体溶融層を用いることにより、制振性及び耐衝撃性についてより優れた効果を発揮するだけでなく、80℃における制振性と衝撃試験エネルギー吸収にも優れた効果を発揮する。
なお、主成分とは、発泡体層の総量(100質量%)に対して50質量%超を占める成分をいう。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明の実施形態を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
1.測定及び評価方法
発泡体層、金属基材、接着層及び複合材料積層体に関する物性の測定及び評価は、次の方法に基づいて行った。
(1)発泡体層の曲げ弾性率
発泡体層の曲げ弾性率は、JIS K7171(2008)に従って実施した。真空乾燥処理を40℃、24時間以上行った後、発泡体層(1)~(4)の試験片(試験片寸法;長さ300mm、幅40mm、厚さ20mm)を作製した。曲げ強度測定は、島津製作所製 オートグラフ(AG-5000D)型を用いて行い、厚さ方向に荷重を掛けることで曲げ弾性率(MPa)を計測した。
発泡体層、金属基材、接着層及び複合材料積層体に関する物性の測定及び評価は、次の方法に基づいて行った。
(1)発泡体層の曲げ弾性率
発泡体層の曲げ弾性率は、JIS K7171(2008)に従って実施した。真空乾燥処理を40℃、24時間以上行った後、発泡体層(1)~(4)の試験片(試験片寸法;長さ300mm、幅40mm、厚さ20mm)を作製した。曲げ強度測定は、島津製作所製 オートグラフ(AG-5000D)型を用いて行い、厚さ方向に荷重を掛けることで曲げ弾性率(MPa)を計測した。
(2)平均厚み(L0及びL1)及び層厚
発泡体層、金属基材、接着層、樹脂溶融層層及び複合材料積層体の厚さと、平均厚み(L1)(発泡体層を140℃の雰囲気下で30分間静置した後の発泡体層の平均厚み(μm)と、平均厚み(L0)(発泡体層を140℃の雰囲気下で30分間静置する前の発泡体層の平均厚み(μm))とは、以下の方法を用いて測定した。
発泡体層、金属基材、接着層、樹脂溶融層及び複合材料積層体をそれぞれ、表面に対して垂直方向に切断し、得られた断面をマイクロスコープ(VHX-2000 キーエンス株式会社)により撮影した画像を、発泡成型体の断面をマイクロスコープVHX-2000付随の解析ソフトの測長機能により解析して、10点平均値から平均厚み(L0及びL1)及び各層の厚さを算出した。
また、断面図の画像上で発泡粒子の断面形状を観察して、独立気泡の有無によって樹脂溶融層層と発泡体層との境界を特定する。
なお、発泡体層の加熱寸法安定性の測定では、測長機器(ノギス)により発泡体層を6回測定した結果の数平均値としてもよい。
発泡体層、金属基材、接着層、樹脂溶融層層及び複合材料積層体の厚さと、平均厚み(L1)(発泡体層を140℃の雰囲気下で30分間静置した後の発泡体層の平均厚み(μm)と、平均厚み(L0)(発泡体層を140℃の雰囲気下で30分間静置する前の発泡体層の平均厚み(μm))とは、以下の方法を用いて測定した。
発泡体層、金属基材、接着層、樹脂溶融層及び複合材料積層体をそれぞれ、表面に対して垂直方向に切断し、得られた断面をマイクロスコープ(VHX-2000 キーエンス株式会社)により撮影した画像を、発泡成型体の断面をマイクロスコープVHX-2000付随の解析ソフトの測長機能により解析して、10点平均値から平均厚み(L0及びL1)及び各層の厚さを算出した。
また、断面図の画像上で発泡粒子の断面形状を観察して、独立気泡の有無によって樹脂溶融層層と発泡体層との境界を特定する。
なお、発泡体層の加熱寸法安定性の測定では、測長機器(ノギス)により発泡体層を6回測定した結果の数平均値としてもよい。
(3)金属基材と接着層との界面のせん断破断強度(S)
後述の各実施例の複合材料積層体1及び比較例の各積層体から切り出して、金属基材4と接着層3の接着面が図4のようになるように試験片を作製し、接着面積を測定する。この際、発泡体層2の断面積は接着面積よりも十分に大きい面積となるように任意のサイズに調整する。
図4の試験片の両側をチャックで固定し、島津製作所製 オートグラフ(AG-5000D)型を用いて行い、接着面にせん断荷重を掛けることにより、金属基材4と接着層3との界面のせん断破断強度(S)を計測した。
後述の各実施例の複合材料積層体1及び比較例の各積層体から切り出して、金属基材4と接着層3の接着面が図4のようになるように試験片を作製し、接着面積を測定する。この際、発泡体層2の断面積は接着面積よりも十分に大きい面積となるように任意のサイズに調整する。
図4の試験片の両側をチャックで固定し、島津製作所製 オートグラフ(AG-5000D)型を用いて行い、接着面にせん断荷重を掛けることにより、金属基材4と接着層3との界面のせん断破断強度(S)を計測した。
(4)衝撃圧縮試験
後述の各実施例の複合材料積層体1及び比較例の各積層体の作製方法に記載の通り、図5の左図に記載の金属基材4/発泡体層2の複合試験片(長さ100mm)を作製した。その後、以下の手順(図6参照)及び条件下で衝撃試験装置を用いてSSカーブを取得した。また、図5の右図は、前記複合試験片(長さ100mm)の断面図であって、金属基材4の寸法を表示している。図6は、衝撃圧縮試験の手順を表す概略図であり、図6(a)は複合試験片(長さ100mm)の断面図であり、図6(b)は上部にロードセル8が取り付けられた上下にφ200mmの衝撃圧縮試験の治具9を用いて、衝撃圧縮を測定する様子の概略図である。より詳細には、図6(b)は、複合試験片にかかる荷重を治具9への反発力としてロードセル8で検出することにより測定する測定系である。
すなわち、図6(b)に示す通り、上下にφ200mmの衝撃圧縮治具9を、衝撃時の速度は2~6m/sとなるように試験高さを調整し、落錘荷重を29.4kgとして衝撃圧縮試験を実施した。また、変位、荷重曲線を取得し、衝撃圧縮試験を行った。
衝撃圧縮試験は、IMATEK社製(英国) IM10T-30型において測定を実施した。さらには、金属基材4と、発泡体(層)2との剥離状態を衝撃試験と同期した高速CCDカメラ(HX-5 ナックイメージテクノロジー社製 500万画素)で撮影し、変位状態に対応する、試験片の剥離状態を以下の基準において確認した。
剥離状態の判断基準:
3%圧縮時に剥離が起きなかったもの △
5%圧縮で剥離が起きなかったもの 〇
10%圧縮で剥離が起きなかったもの ◎
後述の各実施例の複合材料積層体1及び比較例の各積層体の作製方法に記載の通り、図5の左図に記載の金属基材4/発泡体層2の複合試験片(長さ100mm)を作製した。その後、以下の手順(図6参照)及び条件下で衝撃試験装置を用いてSSカーブを取得した。また、図5の右図は、前記複合試験片(長さ100mm)の断面図であって、金属基材4の寸法を表示している。図6は、衝撃圧縮試験の手順を表す概略図であり、図6(a)は複合試験片(長さ100mm)の断面図であり、図6(b)は上部にロードセル8が取り付けられた上下にφ200mmの衝撃圧縮試験の治具9を用いて、衝撃圧縮を測定する様子の概略図である。より詳細には、図6(b)は、複合試験片にかかる荷重を治具9への反発力としてロードセル8で検出することにより測定する測定系である。
すなわち、図6(b)に示す通り、上下にφ200mmの衝撃圧縮治具9を、衝撃時の速度は2~6m/sとなるように試験高さを調整し、落錘荷重を29.4kgとして衝撃圧縮試験を実施した。また、変位、荷重曲線を取得し、衝撃圧縮試験を行った。
衝撃圧縮試験は、IMATEK社製(英国) IM10T-30型において測定を実施した。さらには、金属基材4と、発泡体(層)2との剥離状態を衝撃試験と同期した高速CCDカメラ(HX-5 ナックイメージテクノロジー社製 500万画素)で撮影し、変位状態に対応する、試験片の剥離状態を以下の基準において確認した。
剥離状態の判断基準:
3%圧縮時に剥離が起きなかったもの △
5%圧縮で剥離が起きなかったもの 〇
10%圧縮で剥離が起きなかったもの ◎
(5)加熱寸法安定性
加熱寸法安定性(%)は、JIS K6767に従って実施した。具体的には、後述の方法で作製した発泡体層(1)~(4)を用いて、140℃雰囲気下のオーブン中に30分間放置する前と後における発泡体層(1)~(4)の平均厚み(L0及びL1)を上記(2)の方法を用いて測定し、以下の式(1)により加熱寸法安定性を算出した。
(上記式(I)中、L1は、発泡体層を140℃の雰囲気下で30分間静置した後における前記発泡体層の平均厚み(μm)を表し、L0は、発泡体層を140℃の雰囲気下で30分間静置する前における前記発泡体層の平均厚み(μm)を表す。)
加熱寸法安定性(%)は、JIS K6767に従って実施した。具体的には、後述の方法で作製した発泡体層(1)~(4)を用いて、140℃雰囲気下のオーブン中に30分間放置する前と後における発泡体層(1)~(4)の平均厚み(L0及びL1)を上記(2)の方法を用いて測定し、以下の式(1)により加熱寸法安定性を算出した。
(6)発泡体層の融点(Tm)及びガラス転移温度(Tg)の測定
発泡体層に使用される第1樹脂が非晶性樹脂の場合、軟化点Tgの測定を、JIS K7121に準じて、示差走査熱量計(商品名:DSC7、パーキンエルマー社製)を用いて行った。基材樹脂ペレット8mgを精秤し、これを測定に用いた。測定条件は、窒素雰囲気下、温度条件:30℃で3分間保持、その後、昇温速度:10℃/分で30℃から280℃まで昇温後に3分保持し、次いで降温速度:10℃/分で30℃まで降温後に3分保持し、次いで、昇温速度:10℃/分で30℃から280℃まで昇温とした。そして、2回目の加熱時に最も高温側に現れた吸熱を示すピークにおける温度(℃)を、基材樹脂の軟化点Tmとした。
非晶性樹脂等、上記測定で明確なピークが得られない場合は、レオメーター(商品名:Physica MCR301、アントンパール社製)を用いて下記条件にて粘弾性測定を行い、損失正接(tanδ)のピーク温度(℃)を基材樹脂の軟化点Tgとした。
測定治具 :SRF10
測定モード :振動φ、γ
ひずみ :0.015%
周波数 :1Hz
測定温度 :20℃~250℃
昇温速度 :2℃/分
ノーマルフォース:-0.3N
測定点 :160
時間単位 :s
発泡体層に使用される第1樹脂が非晶性樹脂の場合、軟化点Tgの測定を、JIS K7121に準じて、示差走査熱量計(商品名:DSC7、パーキンエルマー社製)を用いて行った。基材樹脂ペレット8mgを精秤し、これを測定に用いた。測定条件は、窒素雰囲気下、温度条件:30℃で3分間保持、その後、昇温速度:10℃/分で30℃から280℃まで昇温後に3分保持し、次いで降温速度:10℃/分で30℃まで降温後に3分保持し、次いで、昇温速度:10℃/分で30℃から280℃まで昇温とした。そして、2回目の加熱時に最も高温側に現れた吸熱を示すピークにおける温度(℃)を、基材樹脂の軟化点Tmとした。
非晶性樹脂等、上記測定で明確なピークが得られない場合は、レオメーター(商品名:Physica MCR301、アントンパール社製)を用いて下記条件にて粘弾性測定を行い、損失正接(tanδ)のピーク温度(℃)を基材樹脂の軟化点Tgとした。
測定治具 :SRF10
測定モード :振動φ、γ
ひずみ :0.015%
周波数 :1Hz
測定温度 :20℃~250℃
昇温速度 :2℃/分
ノーマルフォース:-0.3N
測定点 :160
時間単位 :s
また、発泡体層に使用される第1樹脂が結晶性樹脂の場合、当該発泡体層に使用される樹脂の融点(Tm)は、以下の手順で測定を行う。樹脂6mgを試料として採取する。示差走査熱量計装置を用い、装置内で流量20mL/分の窒素ガス流の下、試料を10℃/分の昇温速度で30℃から290℃まで昇温して290℃にて試料を10分間に亘って保持する。その後、試料を装置から速やかに取出して30℃まで冷却した後、装置内で、流量20mL/分の窒素ガス流の下、10℃/分の昇温速度で試料を290℃まで再度、昇温した時に得られるDSC曲線より融点(中間点)を算出する。測定においては基準物質としてアルミナを用いる。なお、示差走査熱量計装置としては、例えば、エスアイアイナノテクノロジー社から商品名「DSC6220型」にて市販されている示差走査熱量計装置を用いることができる。
(8)75%圧縮弾性率
後述の発泡体(層)(1)~(19)から、それぞれ20mm×20mm×20mmの大きさの発泡体片を切り出した。そして、当該切り出した試験片に対して40℃、24時間以上の真空乾燥処理を行った後、島津製作所製 恒温槽付きオートグラフ(AG-5000D)型を用いて、75%圧縮の圧縮強度の測定を行った。この際、各発泡体層2の融点(Tm)又はガラス転移温度(Tg)から20℃引いた温度条件に設定した恒温槽中で発泡体層2を10分以上加温した後、発泡体層を5mm/minで15mm圧縮した際の荷重を測定し、75%圧縮の圧縮強度を算出した。
後述の発泡体(層)(1)~(19)から、それぞれ20mm×20mm×20mmの大きさの発泡体片を切り出した。そして、当該切り出した試験片に対して40℃、24時間以上の真空乾燥処理を行った後、島津製作所製 恒温槽付きオートグラフ(AG-5000D)型を用いて、75%圧縮の圧縮強度の測定を行った。この際、各発泡体層2の融点(Tm)又はガラス転移温度(Tg)から20℃引いた温度条件に設定した恒温槽中で発泡体層2を10分以上加温した後、発泡体層を5mm/minで15mm圧縮した際の荷重を測定し、75%圧縮の圧縮強度を算出した。
(9)制振性
制振性は、JIS G0602に従って実施した。後述で得られた実施例及び比較例の複合材料積層体から試験片を採取し、中央支持定常加振法を用いて損失係数を算出した。具体的には、恒温槽内(20℃及び30℃)において当該試験片の中央にコンタクトチップを取り付け、インピーダンスヘッドを装着した加振器によりコンタクトチップを加振することにより、試験片に曲げ振動を発生させ、50~2000Hzの範囲の周波数応答関数を測定し、各共振点または反共振点で半値幅法により、20℃及び30℃における損失係数を算出した。また、測定した各共振点での損失係数の平均値が0.07以上をSS、0.07未満0.04以上をS、0.04未満0.01以上をA、0.01未満をBとした。
制振性は、JIS G0602に従って実施した。後述で得られた実施例及び比較例の複合材料積層体から試験片を採取し、中央支持定常加振法を用いて損失係数を算出した。具体的には、恒温槽内(20℃及び30℃)において当該試験片の中央にコンタクトチップを取り付け、インピーダンスヘッドを装着した加振器によりコンタクトチップを加振することにより、試験片に曲げ振動を発生させ、50~2000Hzの範囲の周波数応答関数を測定し、各共振点または反共振点で半値幅法により、20℃及び30℃における損失係数を算出した。また、測定した各共振点での損失係数の平均値が0.07以上をSS、0.07未満0.04以上をS、0.04未満0.01以上をA、0.01未満をBとした。
(10)高温制振性
恒温槽内(80℃)にて、上記(9)と同様の条件で高温制振性の測定を実施した。
恒温槽内(80℃)にて、上記(9)と同様の条件で高温制振性の測定を実施した。
(11)透過損失
透過損失は、JISA1441-1に従って実施した。各実施例及び各比較例の複合材料積層体及び冷間圧延鋼板(1)のそれぞれの遮音性は、準備した直径41.5mmの略円柱形のサンプルを、日本音響エンジニアリング社製垂直入射遮音率測定システムWinZacMTX型を用い、1000Hzの透過損失を求めることで遮音性を評価した。音源を発泡体層2側とし、金属面側(金属基板4側)にマイクを置くことで、サンプルを透過する音の減衰量を測定した。
複合材料積層体及び冷間圧延鋼板(1)のそれぞれの遮音性の差から、評価した。
透過損失は、JISA1441-1に従って実施した。各実施例及び各比較例の複合材料積層体及び冷間圧延鋼板(1)のそれぞれの遮音性は、準備した直径41.5mmの略円柱形のサンプルを、日本音響エンジニアリング社製垂直入射遮音率測定システムWinZacMTX型を用い、1000Hzの透過損失を求めることで遮音性を評価した。音源を発泡体層2側とし、金属面側(金属基板4側)にマイクを置くことで、サンプルを透過する音の減衰量を測定した。
複合材料積層体及び冷間圧延鋼板(1)のそれぞれの遮音性の差から、評価した。
(12)外観
表面外観は、後述の方法で作製した300mm×300mmの試験片(b)の一方の表面を観察し、発泡体表面にうねりがない場合を「優:○」とし、10%以下の面積の発泡体表面がうねっている場合を「良:△」とし、10%以上のうねりがみられた場合を「不良;×」と評価した。
表面外観は、後述の方法で作製した300mm×300mmの試験片(b)の一方の表面を観察し、発泡体表面にうねりがない場合を「優:○」とし、10%以下の面積の発泡体表面がうねっている場合を「良:△」とし、10%以上のうねりがみられた場合を「不良;×」と評価した。
(13)発泡体層の独立気泡率
S(%)={(Vx-W/ρ)/(Va-W/ρ)}×100・・・(1)
式中、Vxは、発泡体層の真の容積(cm3)であり、Vaは、発泡体層の見かけの容積(cm3)であり、Wは、発泡体層の重量(g)であり、ρは、発泡体層の基材樹脂(第1樹脂)の密度(g/cm3)である。発泡体の真の容積はピクノメータにより算出される。
なお、実施例で使用した発泡体(層)(1)~(19)の独立気泡率はいずれも33%~97%の範囲内であった。
(14)発泡体溶融層の独立気泡率
複合材料を切断し、断面を研磨した後、接着層の気泡をSEMにより観察した。
断面観察は厚み方向が入るように倍率を調整し、気泡として観測された部分の面積を画像解析により特定し、全体に占める面積比率から算出した。
なお、実施例12~14及び実施例17~24の発泡体溶融層の独立気泡率は、約3%~20%程度であった。
(15)高速面衝撃試験
面衝撃吸収エネルギーは、JISK7221-2に従って実施した。各実施例及び各比較例の複合材料積層体及び冷間圧延鋼板(1)のそれぞれの最大衝撃力点での衝撃吸収エネルギーを、高速衝撃試験機(島津製作所 HYDRO SHOT HITS-PA10)により測定(ストライカー径 20mmφ 受け径 40mmφ 試験速度4.4mm)した。
複合材料積層体及び冷間圧延鋼板(1)のそれぞれの衝撃吸収エネルギーI、I0を測定し、I/I0で表される衝撃吸収エネルギーの比が1~1.05をB、1.05~1.1をA、1.1~1.2をS、1.2以上をSSとした。
S(%)={(Vx-W/ρ)/(Va-W/ρ)}×100・・・(1)
式中、Vxは、発泡体層の真の容積(cm3)であり、Vaは、発泡体層の見かけの容積(cm3)であり、Wは、発泡体層の重量(g)であり、ρは、発泡体層の基材樹脂(第1樹脂)の密度(g/cm3)である。発泡体の真の容積はピクノメータにより算出される。
なお、実施例で使用した発泡体(層)(1)~(19)の独立気泡率はいずれも33%~97%の範囲内であった。
(14)発泡体溶融層の独立気泡率
複合材料を切断し、断面を研磨した後、接着層の気泡をSEMにより観察した。
断面観察は厚み方向が入るように倍率を調整し、気泡として観測された部分の面積を画像解析により特定し、全体に占める面積比率から算出した。
なお、実施例12~14及び実施例17~24の発泡体溶融層の独立気泡率は、約3%~20%程度であった。
(15)高速面衝撃試験
面衝撃吸収エネルギーは、JISK7221-2に従って実施した。各実施例及び各比較例の複合材料積層体及び冷間圧延鋼板(1)のそれぞれの最大衝撃力点での衝撃吸収エネルギーを、高速衝撃試験機(島津製作所 HYDRO SHOT HITS-PA10)により測定(ストライカー径 20mmφ 受け径 40mmφ 試験速度4.4mm)した。
複合材料積層体及び冷間圧延鋼板(1)のそれぞれの衝撃吸収エネルギーI、I0を測定し、I/I0で表される衝撃吸収エネルギーの比が1~1.05をB、1.05~1.1をA、1.1~1.2をS、1.2以上をSSとした。
(16)表面粗度測定
表面粗度(Rz)測定は、ダイナミックフォース型の走査型プローブ顕微鏡「SPM-9600(株式会社 島津製作所製)」を使用して測定した。表面粗度(Rz)は、日本工業規格(JIS B 0601:2001,ISO 4287:1997)に規定される最大高さに準拠した。
(17)引張破断測定
JISK6767 120×10×10t N=3 ダンベル状1号形の発泡体片を切り出し、5mm/min速度で島津製作所製 オートグラフ(AG-5000D)型測定を行った。
表面粗度(Rz)測定は、ダイナミックフォース型の走査型プローブ顕微鏡「SPM-9600(株式会社 島津製作所製)」を使用して測定した。表面粗度(Rz)は、日本工業規格(JIS B 0601:2001,ISO 4287:1997)に規定される最大高さに準拠した。
(17)引張破断測定
JISK6767 120×10×10t N=3 ダンベル状1号形の発泡体片を切り出し、5mm/min速度で島津製作所製 オートグラフ(AG-5000D)型測定を行った。
2.実施例及び比較例で使用した発泡体層、金属基材及び接着層
実施例及び比較例で用いた各材料は下記の通りである。
「発泡体層」
(発泡体(層)(1)の作製)
ポリアミド6/66樹脂(2430A、(株)DSM製、20℃における表面張力46mN/m、表中「PA6/66」と表記する)(タルク0.8質量%含有)を、押出し機を用いて溶融し、押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズし、平均粒子径1.4mmのペレットを得た。このペレットの融点は193℃であった。得られたペレットを10℃の圧力釜に投入し、4MPaの炭酸ガスを吹き込み12時間吸収させた。次いで炭酸ガス含浸ペレットを発泡装置に移し、200℃の空気を20秒間吹き込み、ポリアミド発泡粒子の集合体を得た。得られたポリアミド予備発泡粒子(1a)は、中実の球状の断面形状の4.0倍の発泡倍率を有し、平均粒子径は2.2mmであり、独立気泡の平均径は0.15mmであり、含水率は1.5%、表面付着水は0%であった。
実施例及び比較例で用いた各材料は下記の通りである。
「発泡体層」
(発泡体(層)(1)の作製)
ポリアミド6/66樹脂(2430A、(株)DSM製、20℃における表面張力46mN/m、表中「PA6/66」と表記する)(タルク0.8質量%含有)を、押出し機を用いて溶融し、押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズし、平均粒子径1.4mmのペレットを得た。このペレットの融点は193℃であった。得られたペレットを10℃の圧力釜に投入し、4MPaの炭酸ガスを吹き込み12時間吸収させた。次いで炭酸ガス含浸ペレットを発泡装置に移し、200℃の空気を20秒間吹き込み、ポリアミド発泡粒子の集合体を得た。得られたポリアミド予備発泡粒子(1a)は、中実の球状の断面形状の4.0倍の発泡倍率を有し、平均粒子径は2.2mmであり、独立気泡の平均径は0.15mmであり、含水率は1.5%、表面付着水は0%であった。
上記ポリアミド予備発泡粒子(1a)を通水性の不織布の袋に入れ、50℃に加温された恒温水槽に30分浸漬したのち、含水したポリアミド予備発泡粒子(1b)を得た。このポリアミド予備発泡粒子(1b)の含水率は12%、表面付着水率は7.0%で平均粒子径(D1)は2.3mm、独立気泡の平均径(D2)は0.15mmであった。
得られたポリアミド予備発泡粒子(1b)をオートクレーブ中に封入し、オートクレーブ内の圧力が0.4MPaとなるまで、圧縮空気を1時間かけて導入し、その後、圧力を0.4MPaに24時間保持することによって、ポリアミド予備発泡粒子(1b)に加圧処理を施した。
加圧処理したポリアミド予備発泡粒子(1c)を、型内成形金型のキャビティ(キャビティ寸法は、縦:300mm、横:300mm、高さ:30mm)内に充填し、その後、型締めした。そして、この金型を型内発泡成形機に取り付けた。
その後、キャビティ内に105℃の飽和水蒸気を10秒間供給し、その後、キャビティ内に116℃の飽和水蒸気を30秒間供給して、ポリアミド予備発泡粒子(1c)を発泡させ、且つ熱融着させることによって、ポリアミド予備発泡粒子(1c)を発泡体層(1)へ成形した。金型のキャビティ内に冷却水を供給することによって、得られた発泡体層(1)を冷却し、その後、型開きを行い、ポリアミド発泡体(層)(1)を取り出した。このポリアミド発泡体(層)(1)の乾燥後の比容は5.4(cc/g)であり、曲げ強度は4.5MPaであった。この発泡体(層)(1)は、発泡粒子充填不良による欠陥がみられなかった。
(発泡体(層)(2)の作製)
ポリアミド6/66樹脂(2430A、(株)DSM製、20℃における表面張力46mN/m、表中「PA6/66」と表記する)(タルク0.8質量%含有)を、押出し機を用いて溶融し、異形押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズし、平均粒子径1.4mmのペレットを得た。このペレットの融点は193℃であった。得られたペレットを10℃の圧力釜に投入し、4MPaの炭酸ガスを吹き込み12時間吸収させた。次いで炭酸ガス含浸ペレットを発泡装置に移し、200℃の空気を20秒間吹き込み、ポリアミド予備発泡粒子(2a)の集合体を得た。得られたポリアミド予備発泡粒子(2a)は、3.8倍の発泡倍率を有し、平均粒子径は2.2mmであり、独立気泡の平均径は0.18mmであり、含水率は1.5%、表面付着水は0%であった。
ポリアミド6/66樹脂(2430A、(株)DSM製、20℃における表面張力46mN/m、表中「PA6/66」と表記する)(タルク0.8質量%含有)を、押出し機を用いて溶融し、異形押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズし、平均粒子径1.4mmのペレットを得た。このペレットの融点は193℃であった。得られたペレットを10℃の圧力釜に投入し、4MPaの炭酸ガスを吹き込み12時間吸収させた。次いで炭酸ガス含浸ペレットを発泡装置に移し、200℃の空気を20秒間吹き込み、ポリアミド予備発泡粒子(2a)の集合体を得た。得られたポリアミド予備発泡粒子(2a)は、3.8倍の発泡倍率を有し、平均粒子径は2.2mmであり、独立気泡の平均径は0.18mmであり、含水率は1.5%、表面付着水は0%であった。
上記ポリアミド予備発泡粒子(2a)を通水性の不織布の袋に入れ、50℃に加温された恒温水槽に5分浸漬したのち、脱水機で1000rpm/分で3分脱水処理をし、含水したポリアミド予備発泡粒子(2b)を得た。このポリアミド予備発泡粒子(2b)の含水率は9.5%、表面付着水率は9.0%、平均粒子径(D1)は2.3mm、独立気泡の平均径(D2)は0.18mmであった。
得られたポリアミド予備発泡粒子(2b)をオートクレーブ中に封入し、オートクレーブ内の圧力が0.4MPaとなるまで、圧縮空気を1時間かけて導入し、その後、圧力を0.4MPaに24時間保持することによって、ポリアミド予備発泡粒子(2b)に加圧処理を施した。
加圧処理したポリアミド予備発泡粒子(2c)を、型内成形金型のキャビティ(キャビティ寸法は、縦:300mm、横:300mm、高さ:25mm)内に充填し、その後、型締めした。そして、この金型を型内発泡成形機に取り付けた。
その後、キャビティ内に105℃の飽和水蒸気を10秒間供給し、その後、キャビティ内に116℃の飽和水蒸気を30秒間供給して、ポリアミド予備発泡粒子(2c)を発泡させ、且つ熱融着させることによって、ポリアミド発予備泡粒子(2c)を発泡体(層)(2)へ成形した。金型のキャビティ内に冷却水を供給することによって、得られた発泡体(層)(2)を冷却し、その後、型開きを行い、ポリアミド発泡体(層)(2)を取り出した。このポリアミド発泡体(層)(2)の乾燥後の比容は5.2(cc/g)であり、曲げ強度は3.8MPaであった。この発泡体(層)(2)は、発泡粒子充填不良による欠陥がみられなかった。また、上述した通り、異形押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズして発泡体(層)(2)を形成することにより、当該発泡体(層)(2)に開口部を設けている。当該開口部の平均開口径は1.1mmであった。深さは1.2mmであった。
(発泡体(層)(3)の作製)
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)50質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)50質量%を、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)50質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)50質量%を、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
得られた混合物を、予備発泡機の耐圧容器に収容し、容器内の気体を乾燥空気で置換した後、発泡剤として二酸化炭素(気体)を注入し、圧力3.0MPa、温度10℃の条件下で3時間かけて混合物に二酸化炭素を含浸させ、導入蒸気圧6kg/cm2Gで予備発泡させ、予備発泡粒子(3a)を得た。
この予備発泡粒子(3a)を加圧・加温装置に収容し、圧力源として空気を注入し、23℃の条件下で0.4MPaまで4時間かけて昇圧し、その後0.4MPaで4時間保持し、加圧処理を施した。これを、水蒸気孔を有する成形金型内(内寸法312mm×312mm×10mm)に充填し、加圧水蒸気で加熱して予備発泡粒子(3a)を膨張・融着させた後、冷却し成形金型より取り出し、発泡体(層)(3)を得た。
(発泡体(層)(4)の作製)
樹脂の混合比率を、ポリスチレン系樹脂56質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂44質量%とし、難燃剤としてのトリフェニルホスフェートを樹脂100質量部に対して10質量部用いたこと以外は上記発泡体層(3)の作製と同様方法にして発泡体(層)(4)を得た。
樹脂の混合比率を、ポリスチレン系樹脂56質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂44質量%とし、難燃剤としてのトリフェニルホスフェートを樹脂100質量部に対して10質量部用いたこと以外は上記発泡体層(3)の作製と同様方法にして発泡体(層)(4)を得た。
(発泡体(層)(5)の作製)
ポリアミド6/66樹脂(2430A、(株)DSM製、20℃における表面張力46mN/m、表中「PA6/66」と表記する)(タルク0.8質量%含有)を、押出し機を用いて溶融し、異形押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズし、平均粒子径1.4mmのペレットを得た。このペレットの融点は193℃であった。得られたペレットを10℃の圧力釜に投入し、4MPaの炭酸ガスを吹き込み12時間吸収させた。次いで炭酸ガス含浸ペレットを発泡装置に移し、210℃の空気を20秒間吹き込み、ポリアミド予備発泡粒子(5a)の集合体を得た。得られたポリアミド予備発泡粒子(5a)は、4.5倍の発泡倍率を有し、平均粒子径は2.3mmであり、独立気泡の平均径は0.19mmであり、含水率は1.5%、表面付着水は0%であった。
ポリアミド6/66樹脂(2430A、(株)DSM製、20℃における表面張力46mN/m、表中「PA6/66」と表記する)(タルク0.8質量%含有)を、押出し機を用いて溶融し、異形押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズし、平均粒子径1.4mmのペレットを得た。このペレットの融点は193℃であった。得られたペレットを10℃の圧力釜に投入し、4MPaの炭酸ガスを吹き込み12時間吸収させた。次いで炭酸ガス含浸ペレットを発泡装置に移し、210℃の空気を20秒間吹き込み、ポリアミド予備発泡粒子(5a)の集合体を得た。得られたポリアミド予備発泡粒子(5a)は、4.5倍の発泡倍率を有し、平均粒子径は2.3mmであり、独立気泡の平均径は0.19mmであり、含水率は1.5%、表面付着水は0%であった。
上記ポリアミド予備発泡粒子(5a)を通水性の不織布の袋に入れ、50℃に加温された恒温水槽に5分浸漬したのち、脱水機で1000rpm/分で3分脱水処理をし、含水したポリアミド予備発泡粒子(5b)を得た。このポリアミド予備発泡粒子(5b)の含水率は9.5%、表面付着水率は9.0%、平均粒子径(D1)は2.4mm、独立気泡の平均径(D2)は0.19mmであった。
得られたポリアミド予備発泡粒子(2b)をオートクレーブ中に封入し、オートクレーブ内の圧力が0.4MPaとなるまで、圧縮空気を1時間かけて導入し、その後、圧力を0.4MPaに24時間保持することによって、ポリアミド予備発泡粒子(2b)に加圧処理を施した。
加圧処理したポリアミド予備発泡粒子(5c)を、型内成形金型のキャビティ(キャビティ寸法は、縦:300mm、横:300mm、高さ:25mm)内に充填し、その後、型締めした。そして、この金型を型内発泡成形機に取り付けた。
その後、キャビティ内に105℃の飽和水蒸気を10秒間供給し、その後、キャビティ内に116℃の飽和水蒸気を30秒間供給して、ポリアミド予備発泡粒子(5c)を発泡させ、且つ熱融着させることによって、ポリアミド発予備泡粒子(5c)を発泡体層(5)へ成形した。金型のキャビティ内に冷却水を供給することによって、得られた発泡体層(5)を冷却し、その後、型開きを行い、ポリアミド発泡体層(5)を取り出した。このポリアミド発泡体層(5)の乾燥後の比容は6.1(cc/g)であり、曲げ強度は3.2MPaであった。また、上述した通り、異形押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズして発泡体(層)(2)を形成することにより、当該発泡体(層)(2)に開口部を設けている。当該当該開口部の平均開口径は1.2mmであった。深さは1.3mmであった。
(発泡体(層)(6)の作製)
ポリアミド6/66樹脂(2430A、(株)DSM製、20℃における表面張力46mN/m、表中「PA6/66」と表記する)(タルク0.3質量%含有)を、押出し機を用いて溶融し、押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズし、平均粒子径1.4mmのペレットを得た。このペレットの融点は193℃であった。得られたペレットを10℃の圧力釜に投入し、4MPaの炭酸ガスを吹き込み12時間吸収させた。次いで炭酸ガス含浸ペレットを発泡装置に移し、200℃の空気を20秒間吹き込み、ポリアミド発泡粒子の集合体を得た。得られたポリアミド予備発泡粒子(6a)は、中実の球状の断面形状の4.0倍の発泡倍率を有し、平均粒子径は2.2mmであり、独立気泡の平均径は0.25mmであり、含水率は1.5%、表面付着水は0%であった。
ポリアミド6/66樹脂(2430A、(株)DSM製、20℃における表面張力46mN/m、表中「PA6/66」と表記する)(タルク0.3質量%含有)を、押出し機を用いて溶融し、押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズし、平均粒子径1.4mmのペレットを得た。このペレットの融点は193℃であった。得られたペレットを10℃の圧力釜に投入し、4MPaの炭酸ガスを吹き込み12時間吸収させた。次いで炭酸ガス含浸ペレットを発泡装置に移し、200℃の空気を20秒間吹き込み、ポリアミド発泡粒子の集合体を得た。得られたポリアミド予備発泡粒子(6a)は、中実の球状の断面形状の4.0倍の発泡倍率を有し、平均粒子径は2.2mmであり、独立気泡の平均径は0.25mmであり、含水率は1.5%、表面付着水は0%であった。
上記ポリアミド予備発泡粒子(6a)を通水性の不織布の袋に入れ、50℃に加温された恒温水槽に30分浸漬したのち、含水したポリアミド予備発泡粒子(6b)を得た。このポリアミド予備発泡粒子(6b)の含水率は12%、表面付着水率は7.0%で平均粒子径(D1)は2.3mm、独立気泡の平均径(D2)は0.25mmであった。
得られたポリアミド予備発泡粒子(6b)をオートクレーブ中に封入し、オートクレーブ内の圧力が0.4MPaとなるまで、圧縮空気を1時間かけて導入し、その後、圧力を0.4MPaに24時間保持することによって、ポリアミド予備発泡粒子(6b)に加圧処理を施した。
加圧処理したポリアミド予備発泡粒子(6c)を、型内成形金型のキャビティ(キャビティ寸法は、縦:300mm、横:300mm、高さ:30mm)内に充填し、その後、型締めした。そして、この金型を型内発泡成形機に取り付けた。
その後、キャビティ内に105℃の飽和水蒸気を10秒間供給し、その後、キャビティ内に116℃の飽和水蒸気を30秒間供給して、ポリアミド予備発泡粒子(6c)を発泡させ、且つ熱融着させることによって、ポリアミド予備発泡粒子(6c)を発泡体層(6)へ成形した。金型のキャビティ内に冷却水を供給することによって、得られた発泡体層(6)を冷却し、その後、型開きを行い、ポリアミド発泡体(層)(6)を取り出した。このポリアミド発泡体(層)(6)の乾燥後の比容は5.4(cc/g)であり、曲げ強度は3.8MPaであった。この発泡体(層)(6)は、発泡粒子充填不良による欠陥がみられなかった。
(発泡体(層)(7)の作製)
上記発泡体(層)(1)で使用したポリアミド予備発泡粒子(1a)を通水性の不織布の袋に入れ、50℃に加温された恒温水槽に30分浸漬したのち、含水したポリアミド予備発泡粒子(1b)を得た。このポリアミド予備発泡粒子(b)の含水率は12%、表面付着水率は7.0%で平均粒子径(D1)は2.3mm、独立気泡の平均径(D2)は0.15mmであった。
上記発泡体(層)(1)で使用したポリアミド予備発泡粒子(1a)を通水性の不織布の袋に入れ、50℃に加温された恒温水槽に30分浸漬したのち、含水したポリアミド予備発泡粒子(1b)を得た。このポリアミド予備発泡粒子(b)の含水率は12%、表面付着水率は7.0%で平均粒子径(D1)は2.3mm、独立気泡の平均径(D2)は0.15mmであった。
得られたポリアミド予備発泡粒子(1b)をオートクレーブ中に封入し、オートクレーブ内の圧力が0.4MPaとなるまで、圧縮空気を1時間かけて導入し、その後、圧力を0.4MPaに24時間保持することによって、ポリアミド予備発泡粒子(1b)に加圧処理を施した。
加圧処理したポリアミド予備発泡粒子(1c)を、型内成形金型のキャビティ(キャビティ寸法は、縦:300mm、横:300mm、高さ:30mm)内に充填し、その後、型締めした。そして、この金型を型内発泡成形機に取り付けた。
その後、キャビティ内に105℃の飽和水蒸気を10秒間供給し、その後、キャビティ内に112℃℃の飽和水蒸気を30秒間供給して、ポリアミド予備発泡粒子(1c)を発泡させ、且つ熱融着させることによって、ポリアミド予備発泡粒子(1c)を発泡体層(7)へ成形した。金型のキャビティ内に冷却水を供給することによって、得られた発泡体層(7)を冷却し、その後、型開きを行い、ポリアミド発泡体(層)(7)を取り出した。このポリアミド発泡体(層)(1)の乾燥後の比容は5.4(cc/g)であり、曲げ強度は4.5MPaであった。この発泡体(層)(7)は、発泡粒子充填不良による欠陥がみられなかった。引張破断測定時の伸びは10%であった。
(発泡体(層)(8)の作製)
発泡体(層)(1)で使用したポリアミド予備発泡粒子(1a)を通水性の不織布の袋に入れ、50℃に加温された恒温水槽に30分浸漬したのち、含水したポリアミド予備発泡粒子(1b)を得た。このポリアミド予備発泡粒子(1b)の含水率は12%、表面付着水率は7.0%で平均粒子径(D1)は2.3mm、独立気泡の平均径(D2)は0.15mmであった。
発泡体(層)(1)で使用したポリアミド予備発泡粒子(1a)を通水性の不織布の袋に入れ、50℃に加温された恒温水槽に30分浸漬したのち、含水したポリアミド予備発泡粒子(1b)を得た。このポリアミド予備発泡粒子(1b)の含水率は12%、表面付着水率は7.0%で平均粒子径(D1)は2.3mm、独立気泡の平均径(D2)は0.15mmであった。
得られたポリアミド予備発泡粒子(1b)をオートクレーブ中に封入し、オートクレーブ内の圧力が0.2MPaとなるまで、圧縮空気を1時間かけて導入し、その後、圧力を0.2MPaに24時間保持することによって、ポリアミド予備発泡粒子(1b)に加圧処理を施した。
加圧処理したポリアミド予備発泡粒子(1c)を、型内成形金型のキャビティ(キャビティ寸法は、縦:300mm、横:300mm、高さ:30mm)内に充填し、その後、型締めした。そして、この金型を型内発泡成形機に取り付けた。
その後、キャビティ内に105℃の飽和水蒸気を10秒間供給し、その後、キャビティ内に112℃の飽和水蒸気を30秒間供給して、ポリアミド予備発泡粒子(1c)を発泡させ、且つ熱融着させることによって、ポリアミド予備発泡粒子(1c)を発泡体層(8)へ成形した。金型のキャビティ内に冷却水を供給することによって、得られた発泡体層(8)を冷却し、その後、型開きを行い、ポリアミド発泡体(層)(8)を取り出した。このポリアミド発泡体(層)(8)の乾燥後の比容は5.4(cc/g)であり、曲げ強度は4.5MPaであった。この発泡体(層)(8)は、発泡粒子充填不良による欠陥がみられなかった。引張破断測定時の伸びは8%であった。
(発泡体(層)(9))
発泡体(層)(9)として、エペランPP(カネカ製 15倍)を使用した。
発泡体(層)(9)として、エペランPP(カネカ製 15倍)を使用した。
(発泡体(層)(10))
発泡体(層)(10)として、エペランPP(カネカ製 30倍)を使用した。
発泡体(層)(10)として、エペランPP(カネカ製 30倍)を使用した。
(発泡体(層)(11))
発泡体(層)(11)として、エスレンビーズ(積水化成品工業 10倍)を使用した。
発泡体(層)(11)として、エスレンビーズ(積水化成品工業 10倍)を使用した。
(発泡体(層)(12)の作製)
ポリアミド6/66樹脂(2430A、(株)DSM製、20℃における表面張力46mN/m、表中「PA6/66」と表記する)(タルク3.0質量%含有)を、押出し機を用いて溶融し、押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズし、平均粒子径1.4mmのペレットを得た。このペレットの融点は193℃であった。得られたペレットを10℃の圧力釜に投入し、4MPaの炭酸ガスを吹き込み12時間吸収させた。次いで炭酸ガス含浸ペレットを発泡装置に移し、190℃の空気を20秒間吹き込み、ポリアミド発泡粒子の集合体を得た。得られたポリアミド予備発泡粒子(12a)は、中実の球状の断面形状の2.4倍の発泡倍率を有し、平均粒子径は1.8mmであり、独立気泡の平均径は0.12mmであり、含水率は1.5%、表面付着水は0%であった。
ポリアミド6/66樹脂(2430A、(株)DSM製、20℃における表面張力46mN/m、表中「PA6/66」と表記する)(タルク3.0質量%含有)を、押出し機を用いて溶融し、押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズし、平均粒子径1.4mmのペレットを得た。このペレットの融点は193℃であった。得られたペレットを10℃の圧力釜に投入し、4MPaの炭酸ガスを吹き込み12時間吸収させた。次いで炭酸ガス含浸ペレットを発泡装置に移し、190℃の空気を20秒間吹き込み、ポリアミド発泡粒子の集合体を得た。得られたポリアミド予備発泡粒子(12a)は、中実の球状の断面形状の2.4倍の発泡倍率を有し、平均粒子径は1.8mmであり、独立気泡の平均径は0.12mmであり、含水率は1.5%、表面付着水は0%であった。
ポリアミド予備発泡粒子(12a)を通水性の不織布の袋に入れ、50℃に加温された恒温水槽に30分浸漬したのち、含水したポリアミド予備発泡粒子(12b)を得た。このポリアミド予備発泡粒子(12b)の含水率は12%、表面付着水率は7.0%で平均粒子径(D1)は1.9mm、独立気泡の平均径(D2)は0.12mmであった。
得られたポリアミド予備発泡粒子(12b)をオートクレーブ中に封入し、オートクレーブ内の圧力が0.4MPaとなるまで、圧縮空気を1時間かけて導入し、その後、圧力を0.4MPaに24時間保持することによって、ポリアミド予備発泡粒子(12b)に加圧処理を施した。
加圧処理したポリアミド予備発泡粒子(12c)を、型内成形金型のキャビティ(キャビティ寸法は、縦:300mm、横:300mm、高さ:30mm)内に充填し、その後、型締めした。そして、この金型を型内発泡成形機に取り付けた。
その後、キャビティ内に105℃の飽和水蒸気を10秒間供給し、その後、キャビティ内に116℃の飽和水蒸気を30秒間供給して、ポリアミド予備発泡粒子(12c)を発泡させ、且つ熱融着させることによって、ポリアミド予備発泡粒子(12c)を発泡体層(12)へ成形した。金型のキャビティ内に冷却水を供給することによって、得られた発泡体層(12)を冷却し、その後、型開きを行い、ポリアミド発泡体(層)(12)を取り出した。このポリアミド発泡体(層)(12)の乾燥後の比容は3.5(cc/g)であり、曲げ強度は7.0MPaであった。この発泡体(層)(12)は、発泡粒子充填不良による欠陥がみられなかった。
(発泡体(層)(13)の作製)
ポリアミド6/66樹脂(2430A、(株)DSM製、20℃における表面張力46mN/m、表中「PA6/66」と表記する)(タルク3.0質量%含有)を、押出し機を用いて溶融し、押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズし、平均粒子径1.4mmのペレットを得た。このペレットの融点は193℃であった。得られたペレットを10℃の圧力釜に投入し、4MPaの炭酸ガスを吹き込み12時間吸収させた。次いで炭酸ガス含浸ペレットを発泡装置に移し、190℃の空気を20秒間吹き込み、ポリアミド発泡粒子の集合体を得た。得られたポリアミド予備発泡粒子(13a)は、中実の球状の断面形状の5.0倍の発泡倍率を有し、平均粒子径は2.5mmであり、独立気泡の平均径は0.19mmであり、含水率は1.5%、表面付着水は0%であった。
ポリアミド6/66樹脂(2430A、(株)DSM製、20℃における表面張力46mN/m、表中「PA6/66」と表記する)(タルク3.0質量%含有)を、押出し機を用いて溶融し、押し出しダイから吐出させたストランドを水中下でペレタイズし、平均粒子径1.4mmのペレットを得た。このペレットの融点は193℃であった。得られたペレットを10℃の圧力釜に投入し、4MPaの炭酸ガスを吹き込み12時間吸収させた。次いで炭酸ガス含浸ペレットを発泡装置に移し、190℃の空気を20秒間吹き込み、ポリアミド発泡粒子の集合体を得た。得られたポリアミド予備発泡粒子(13a)は、中実の球状の断面形状の5.0倍の発泡倍率を有し、平均粒子径は2.5mmであり、独立気泡の平均径は0.19mmであり、含水率は1.5%、表面付着水は0%であった。
ポリアミド予備発泡粒子(13a)を通水性の不織布の袋に入れ、50℃に加温された恒温水槽に30分浸漬したのち、含水したポリアミド予備発泡粒子(13b)を得た。このポリアミド予備発泡粒子(13b)の含水率は12%、表面付着水率は7.0%で平均粒子径(D1)は2.6mm、独立気泡の平均径(D2)は0.19mmであった。
得られたポリアミド予備発泡粒子(13b)をオートクレーブ中に封入し、オートクレーブ内の圧力が0.4MPaとなるまで、圧縮空気を1時間かけて導入し、その後、圧力を0.4MPaに24時間保持することによって、ポリアミド予備発泡粒子(13b)に加圧処理を施した。
加圧処理したポリアミド予備発泡粒子(13c)を、型内成形金型のキャビティ(キャビティ寸法は、縦:300mm、横:300mm、高さ:30mm)内に充填し、その後、型締めした。そして、この金型を型内発泡成形機に取り付けた。
その後、キャビティ内に105℃の飽和水蒸気を10秒間供給し、その後、キャビティ内に116℃の飽和水蒸気を30秒間供給して、ポリアミド予備発泡粒子(13c)を発泡させ、且つ熱融着させることによって、ポリアミド予備発泡粒子(13c)を発泡体層(13)へ成形した。金型のキャビティ内に冷却水を供給することによって、得られた発泡体層(13)を冷却し、その後、型開きを行い、ポリアミド発泡体(層)(13)を取り出した。このポリアミド発泡体(層)(13)の乾燥後の比容は7.2(cc/g)であり、曲げ強度は3.0MPaであった。この発泡体(層)(13)は、発泡粒子充填不良による欠陥がみられなかった。
(発泡体(層)(14)の作製)
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)60質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)40質量%を、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)60質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)40質量%を、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
得られた混合物を、予備発泡機の耐圧容器に収容し、容器内の気体を乾燥空気で置換した後、発泡剤として二酸化炭素(気体)を注入し、圧力3.0MPa、温度10℃の条件下で3時間かけて混合物に二酸化炭素を含浸させ、導入蒸気圧2kg/cm2Gで予備発泡させ、予備発泡粒子(14a)を得た。
この予備発泡粒子(14a)を加圧・加温装置に収容し、圧力源として空気を注入し、23℃の条件下で0.4MPaまで4時間かけて昇圧し、その後0.4MPaで4時間保持し、加圧処理を施した。これを、水蒸気孔を有する成形金型内(内寸法312mm×312mm×30mm)に充填し、加圧水蒸気で加熱して予備発泡粒子(14a)を膨張・融着させた後、冷却し成形金型より取り出し、発泡体(層)(14)を得た。
(発泡体(層)(15)の作製)
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)60質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)40質量%を、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)60質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)40質量%を、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
得られた混合物を、予備発泡機の耐圧容器に収容し、容器内の気体を乾燥空気で置換した後、発泡剤として二酸化炭素(気体)を注入し、圧力3.0MPa、温度10℃の条件下で3時間かけて混合物に二酸化炭素を含浸させ、導入蒸気圧1.8kg/cm2Gで予備発泡させ、予備発泡粒子(15a)を得た。
この予備発泡粒子(15a)を加圧・加温装置に収容し、圧力源として空気を注入し、23℃の条件下で0.4MPaまで4時間かけて昇圧し、その後0.4MPaで4時間保持し、加圧処理を施した。これを、水蒸気孔を有する成形金型内(内寸法312mm×312mm×30mm)に充填し、加圧水蒸気で加熱して予備発泡粒子(15a)を膨張・融着させた後、冷却し成形金型より取り出し、発泡体(層)(15)を得た。
(発泡体(層)(16)の作製)
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)60質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)40質量%を、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)60質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)40質量%を、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
得られた混合物を、予備発泡機の耐圧容器に収容し、容器内の気体を乾燥空気で置換した後、発泡剤として二酸化炭素(気体)を注入し、圧力3.0MPa、温度10℃の条件下で3時間かけて混合物に二酸化炭素を含浸させ、導入蒸気圧2.6kg/cm2Gで予備発泡させ、予備発泡粒子(16a)を得た。
この予備発泡粒子(16a)を加圧・加温装置に収容し、圧力源として空気を注入し、23℃の条件下で0.4MPaまで4時間かけて昇圧し、その後0.4MPaで4時間保持し、加圧処理を施した。これを、水蒸気孔を有する成形金型内(内寸法312mm×312mm×30mm)に充填し、加圧水蒸気で加熱して予備発泡粒子(16a)を膨張・融着させた後、冷却し成形金型より取り出し、発泡体(層)(16)を得た。
(発泡体(層)(17)の作製)
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)60質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)40質量%を、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)60質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)40質量%を、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
得られた混合物を、予備発泡機の耐圧容器に収容し、容器内の気体を乾燥空気で置換した後、発泡剤として二酸化炭素(気体)を注入し、圧力3.0MPa、温度10℃の条件下で3時間かけて混合物に二酸化炭素を含浸させ、導入蒸気圧3.7kg/cm2Gで予備発泡させ、予備発泡粒子(17a)を得た。
この予備発泡粒子(17a)を加圧・加温装置に収容し、圧力源として空気を注入し、23℃の条件下で0.4MPaまで4時間かけて昇圧し、その後0.4MPaで4時間保持し、加圧処理を施した。これを、水蒸気孔を有する成形金型内(内寸法312mm×312mm×30mm)に充填し、加圧水蒸気で加熱して予備発泡粒子(17a)を膨張・融着させた後、冷却し成形金型より取り出し、発泡体(層)(17)を得た。
(発泡体(層)(18)の作製)
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)56質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)44質量%とし、難燃剤としてのトリフェニルホスフェートを樹脂100質量部に対して10質量部用い、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)56質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)44質量%とし、難燃剤としてのトリフェニルホスフェートを樹脂100質量部に対して10質量部用い、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
得られた混合物を、予備発泡機の耐圧容器に収容し、容器内の気体を乾燥空気で置換した後、発泡剤として二酸化炭素(気体)を注入し、圧力3.0MPa、温度10℃の条件下で3時間かけて混合物に二酸化炭素を含浸させ、導入蒸気圧2.2kg/cm2Gで予備発泡させ、予備発泡粒子(18a)を得た。
この予備発泡粒子(18a)を加圧・加温装置に収容し、圧力源として空気を注入し、23℃の条件下で0.4MPaまで4時間かけて昇圧し、その後0.4MPaで4時間保持し、加圧処理を施した。これを、水蒸気孔を有する成形金型内(内寸法312mm×312mm×30mm)に充填し、加圧水蒸気で加熱して予備発泡粒子(18a)を膨張・融着させた後、冷却し成形金型より取り出し、発泡体(層)(18)を得た。
(発泡体(層)(19)の作製)
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)56質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)44質量%とし、難燃剤としてのトリフェニルホスフェートを樹脂100質量部に対して10質量部用い、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
ポリスチレン系樹脂(商品名「GP685」、PSジャパン株式会社製)56質量%、ポリフェニレンエーテル系樹脂(商品名「S201A」、旭化成ケミカルズ株式会社製)44質量%とし、難燃剤としてのトリフェニルホスフェートを樹脂100質量部に対して10質量部用い、押出機にて加熱溶融混練した後に押出し、混合物を調製した。
得られた混合物を、予備発泡機の耐圧容器に収容し、容器内の気体を乾燥空気で置換した後、発泡剤として二酸化炭素(気体)を注入し、圧力3.0MPa、温度10℃の条件下で3時間かけて混合物に二酸化炭素を含浸させ、導入蒸気圧3.3kg/cm2Gで予備発泡させ、予備発泡粒子(19a)を得た。
この予備発泡粒子(19a)を加圧・加温装置に収容し、圧力源として空気を注入し、23℃の条件下で0.4MPaまで4時間かけて昇圧し、その後0.4MPaで4時間保持し、加圧処理を施した。これを、水蒸気孔を有する成形金型内(内寸法312mm×312mm×30mm)に充填し、加圧水蒸気で加熱して予備発泡粒子(19a)を膨張・融着させた後、冷却し成形金型より取り出し、発泡体(層)(19)を得た。
「金属基材」
冷間圧延鋼板(1):SPCC(厚さ:0.8mm) JISG3141
金属基材(1):アルミニウム A6061 厚さ1mm 表面粗度(Rz)<0.2μm
金属基材(2):アルミニウム A6061 厚さ1mm 表面処理済(特開2011-156764号記載の方法を準用) 表面粗度(Rz)=3.5μm
「金属基材」
冷間圧延鋼板(1):SPCC(厚さ:0.8mm) JISG3141
金属基材(1):アルミニウム A6061 厚さ1mm 表面粗度(Rz)<0.2μm
金属基材(2):アルミニウム A6061 厚さ1mm 表面処理済(特開2011-156764号記載の方法を準用) 表面粗度(Rz)=3.5μm
「接着層」
(接着層(1))
接着層(1)を形成するために、下記の接着剤組成物(1)の組成を用いて、接着剤組成物(1)を調製した。当該接着剤組成物(1)の調製方法は、以下の成分を配合し、撹拌脱泡機HM-400WV(共立精機株式会社製)で2分間減圧攪拌脱泡し、目的の接着剤組成物(1)を調製した。
(接着層(1))
接着層(1)を形成するために、下記の接着剤組成物(1)の組成を用いて、接着剤組成物(1)を調製した。当該接着剤組成物(1)の調製方法は、以下の成分を配合し、撹拌脱泡機HM-400WV(共立精機株式会社製)で2分間減圧攪拌脱泡し、目的の接着剤組成物(1)を調製した。
接着剤組成物(1)の組成:
接着剤:ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂(商品名「DER331」、Olin Corporation社製) 100質量部
エポキシ系硬化剤:マイクロカプセル型硬化剤(旭化成社製のビスフェノールA型液状エポキシ樹脂(商品名「HX-3088」)2質量部と、イミダゾール誘導体をエポキシ樹脂などの反応物で被覆した潜在性硬化剤1質量部との混合物)30質量部
ジシアンジアミド系硬化剤:ジシアンジアミド(商品名「ダイハード 100SH」、AlzChem社製)8質量部
イミダゾ-ル系硬化剤:エポキシ-イミダゾールアダクト系硬化剤(商品名「PN-23」、味の素ファインテクノ社製)0質量部
添加剤(1):酸化カルシウム(商品名「QC-X」、井上石灰社製)5質量部
添加剤(2):表面処理された酸化カルシウム(商品名「CML-31」、近江化学社製)5質量部
添加剤(3):ポリジメチルシロキサン処理されたヒュームドシリカ(商品名「TS-720」、キャボットジャパン社製)のポリジメチルシロキサン処理されたヒュームドシリカ8質量部
添加剤(4):炭酸カルシウム(商品名「NN#500」、日東粉化工業社製)6質量部
添加剤(5):ホウ酸エステル化合物(商品名「L-07N」、四国化成社製)38質量部
添加剤(6):脂肪族モノグリシジルエーテル(商品名「ED-502S」、ADEKA社製)3質量部
接着剤:ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂(商品名「DER331」、Olin Corporation社製) 100質量部
エポキシ系硬化剤:マイクロカプセル型硬化剤(旭化成社製のビスフェノールA型液状エポキシ樹脂(商品名「HX-3088」)2質量部と、イミダゾール誘導体をエポキシ樹脂などの反応物で被覆した潜在性硬化剤1質量部との混合物)30質量部
ジシアンジアミド系硬化剤:ジシアンジアミド(商品名「ダイハード 100SH」、AlzChem社製)8質量部
イミダゾ-ル系硬化剤:エポキシ-イミダゾールアダクト系硬化剤(商品名「PN-23」、味の素ファインテクノ社製)0質量部
添加剤(1):酸化カルシウム(商品名「QC-X」、井上石灰社製)5質量部
添加剤(2):表面処理された酸化カルシウム(商品名「CML-31」、近江化学社製)5質量部
添加剤(3):ポリジメチルシロキサン処理されたヒュームドシリカ(商品名「TS-720」、キャボットジャパン社製)のポリジメチルシロキサン処理されたヒュームドシリカ8質量部
添加剤(4):炭酸カルシウム(商品名「NN#500」、日東粉化工業社製)6質量部
添加剤(5):ホウ酸エステル化合物(商品名「L-07N」、四国化成社製)38質量部
添加剤(6):脂肪族モノグリシジルエーテル(商品名「ED-502S」、ADEKA社製)3質量部
(接着層(2))
接着層(2)を形成するために、下記の接着剤組成物(2)の組成を用いて、接着剤組成物(2)を調製した。当該接着剤組成物(2)の調製方法は、上記接着剤組成物(1)と同様に、以下の成分を配合し、撹拌脱泡機HM-400WV(共立精機株式会社製)で2分間減圧攪拌脱泡し、目的の接着剤組成物(2)を調製した。
接着剤組成物(2)の組成:
接着剤組成物(2)として、エポキシ系接着剤A(SikaPower-1200:Sika Schweiz AG)及びアミン系樹脂B(SikaPower-1200:Sika Schweiz AG)を使用した。
当該接着剤組成物(2)の組成は、以下の通りである。
接着剤:エポキシ系樹脂A 100質量部
硬化剤:アミン系樹脂B 54質量部
接着層(2)を形成するために、下記の接着剤組成物(2)の組成を用いて、接着剤組成物(2)を調製した。当該接着剤組成物(2)の調製方法は、上記接着剤組成物(1)と同様に、以下の成分を配合し、撹拌脱泡機HM-400WV(共立精機株式会社製)で2分間減圧攪拌脱泡し、目的の接着剤組成物(2)を調製した。
接着剤組成物(2)の組成:
接着剤組成物(2)として、エポキシ系接着剤A(SikaPower-1200:Sika Schweiz AG)及びアミン系樹脂B(SikaPower-1200:Sika Schweiz AG)を使用した。
当該接着剤組成物(2)の組成は、以下の通りである。
接着剤:エポキシ系樹脂A 100質量部
硬化剤:アミン系樹脂B 54質量部
(接着層(3))
表中おいて接着剤組成物(3)とあるものについては、発泡体層表面に接着剤組成物(3)として、瞬間接着剤用プライマーであるTB1797E(スリーボンド1797E(アミン系化合物):スリーボンド社製))を塗布し、乾燥させた後にスリーボンド1741(スリーボンド社製)を用いて接着を行ったものである。
表中おいて接着剤組成物(3)とあるものについては、発泡体層表面に接着剤組成物(3)として、瞬間接着剤用プライマーであるTB1797E(スリーボンド1797E(アミン系化合物):スリーボンド社製))を塗布し、乾燥させた後にスリーボンド1741(スリーボンド社製)を用いて接着を行ったものである。
(実施例1)
上記で得られた各材料を配合し、攪拌脱泡することで得られた接着剤組成物(1)を、塗布厚さ0.1mmに塗布し、以下の手順により複合材料積層体(1)を製造した。
300mm×300mm×0.8mmの冷間圧延鋼板(1)上に接着剤組成物(1)を目的厚みの塗布厚さとなるよう塗布し、目的となる接着層厚みと同じ寸法の直径を持つガラスビーズを複数個撒き、その上に300mm×300mm発泡体層(1)を静置した。
発泡体層は表に記載の厚みになるように切削加工した。
さらに発泡体層(1)上に荷重分散用の平板及び重りを乗せ、表1に記載の所定の温度、時間で処理することで接着剤組成物(1)を硬化させた。またこの際、縁からはみ出た接着剤組成物はかきとった。そして、冷間圧延鋼板(1)-接着層(1)-発泡体層(1)の構成の複合材料積層体を作製した。得られた複合材料積層体を以下のサイズに加工して、耐衝撃試験、透過損失試験及び制振性試験を行った。当該試験結果を表1に示す。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
透過損失試験 直径41.5mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm × 幅約20mmに切削加工した。
上記で得られた各材料を配合し、攪拌脱泡することで得られた接着剤組成物(1)を、塗布厚さ0.1mmに塗布し、以下の手順により複合材料積層体(1)を製造した。
300mm×300mm×0.8mmの冷間圧延鋼板(1)上に接着剤組成物(1)を目的厚みの塗布厚さとなるよう塗布し、目的となる接着層厚みと同じ寸法の直径を持つガラスビーズを複数個撒き、その上に300mm×300mm発泡体層(1)を静置した。
発泡体層は表に記載の厚みになるように切削加工した。
さらに発泡体層(1)上に荷重分散用の平板及び重りを乗せ、表1に記載の所定の温度、時間で処理することで接着剤組成物(1)を硬化させた。またこの際、縁からはみ出た接着剤組成物はかきとった。そして、冷間圧延鋼板(1)-接着層(1)-発泡体層(1)の構成の複合材料積層体を作製した。得られた複合材料積層体を以下のサイズに加工して、耐衝撃試験、透過損失試験及び制振性試験を行った。当該試験結果を表1に示す。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
透過損失試験 直径41.5mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm × 幅約20mmに切削加工した。
(実施例2~11)
以下の表1-1及び表1-2に示す層構成になるよう、上記実施例1と同様の手順により、実施例2~11の複合材料積層体を作製した。また、得られた複合材料積層体を実施例1と同一のサイズに加工して、耐衝撃試験、透過損失試験及び制振性試験を行った。当該試験結果を表1-1及び表1-2に示す。
以下の表1-1及び表1-2に示す層構成になるよう、上記実施例1と同様の手順により、実施例2~11の複合材料積層体を作製した。また、得られた複合材料積層体を実施例1と同一のサイズに加工して、耐衝撃試験、透過損失試験及び制振性試験を行った。当該試験結果を表1-1及び表1-2に示す。
(表面溶融層の作製)
上記で得られた発泡体(層)(1)18mmを、特開2015-112827号公報に開示されるような、通常のプレス機構に加えて、加熱および冷却機構を備え、加圧圧縮前に効率よく発泡体を予備加熱できるようなヒートアンドクール金型機構を備えた装置を使用して、3mm圧縮成型することにより、15mm厚みの発泡成型体(1)を作製した。
なお、前記装置の圧縮機構としては、油圧シリンダー式又はサーボモーター式のものを用いた。あらかじめ、加熱機構をもつ金型に上記発泡体(層)(1)をセットし、当該発泡体(層)(1)が上金型及び下金型と接触した状態で加熱した。この際、意匠面を形成する側である上金型の温度を210℃とし、意匠面を形成しない側である下金型の温度は100℃とした。加熱時間は30秒とした。
加熱後、サーボモーター式の圧縮機構により、上金型を1mm圧縮し、4秒保持する圧縮サイクルを10回行い、40秒かけて10mm圧縮した。
圧縮開始と同時に冷却を開始し、40秒後金型温度が100℃になったところで、金型を開き、表面溶融層を備えた発泡(層)(1)(表面意匠化された発泡成型体)を取り出した。
上記で得られた発泡体(層)(1)18mmを、特開2015-112827号公報に開示されるような、通常のプレス機構に加えて、加熱および冷却機構を備え、加圧圧縮前に効率よく発泡体を予備加熱できるようなヒートアンドクール金型機構を備えた装置を使用して、3mm圧縮成型することにより、15mm厚みの発泡成型体(1)を作製した。
なお、前記装置の圧縮機構としては、油圧シリンダー式又はサーボモーター式のものを用いた。あらかじめ、加熱機構をもつ金型に上記発泡体(層)(1)をセットし、当該発泡体(層)(1)が上金型及び下金型と接触した状態で加熱した。この際、意匠面を形成する側である上金型の温度を210℃とし、意匠面を形成しない側である下金型の温度は100℃とした。加熱時間は30秒とした。
加熱後、サーボモーター式の圧縮機構により、上金型を1mm圧縮し、4秒保持する圧縮サイクルを10回行い、40秒かけて10mm圧縮した。
圧縮開始と同時に冷却を開始し、40秒後金型温度が100℃になったところで、金型を開き、表面溶融層を備えた発泡(層)(1)(表面意匠化された発泡成型体)を取り出した。
(比較例1)
上記で得られた発泡体層(4)を用いて、実施例と同様の手順により比較例の積層体(1)を製造した。上記実施例1~11及び比較例1の実験結果を、以下の表1-1及び表1-2に示す。
上記で得られた発泡体層(4)を用いて、実施例と同様の手順により比較例の積層体(1)を製造した。上記実施例1~11及び比較例1の実験結果を、以下の表1-1及び表1-2に示す。
(実施例12)
<試験片(1)>
以下、図7を用いて、実施例12で作製した複合材料積層体(発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との複合体)について説明する。
発泡体層2として、上記で作製した発泡体(層)(1)を100mm×25.5mm×26mmに切り出した。また、図7(a)に示す寸法の金属基材4(金属基材(2):アルミニウム A6061製 特許公報JP4270444の手法で表面処理を実施済)を準備した。そして、図7(b)に示すように、切り出した発泡体層2の表面から約5cm離れた位置で赤外線ヒーター式加熱機10「メトロ電気工業製 ハンディ加熱器 HK-2028W(200V 2800W)」を用いて、金属基材4との接着面を1分間加熱した(図7(b)参照、3方向からの赤外線ヒーター式加熱機10による加熱)。次いで、図7(c)に示すように、前記金属基材4(金属基材(2))の凹部を拡開させた状態で、加熱した発泡体層2に押し当て、図7(c)に記載の断面凹型の形状の複合成形金型11にて0.5mm圧縮した状態を維持して、1cm2あたり、30kgの荷重をかけた後、3分間冷却し、発泡体層2と発泡体溶融層と金属基材4との複合材料積層体を作製した。
上記で得られた発泡体層2と発泡体溶融層と金属基材4との複合材料積層体から図4又は図5左図の形状の試験片(1)を切り出して、界面のせん断破断強度及び衝撃圧縮試験などの表2-1及び表2-2に示す評価を行った。なお、上記(4)衝撃圧縮試験の結果、実施例12で作製した複合材料積層体は、11%で発泡体層と金属基材とが剥離した。
<試験片(1)>
以下、図7を用いて、実施例12で作製した複合材料積層体(発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との複合体)について説明する。
発泡体層2として、上記で作製した発泡体(層)(1)を100mm×25.5mm×26mmに切り出した。また、図7(a)に示す寸法の金属基材4(金属基材(2):アルミニウム A6061製 特許公報JP4270444の手法で表面処理を実施済)を準備した。そして、図7(b)に示すように、切り出した発泡体層2の表面から約5cm離れた位置で赤外線ヒーター式加熱機10「メトロ電気工業製 ハンディ加熱器 HK-2028W(200V 2800W)」を用いて、金属基材4との接着面を1分間加熱した(図7(b)参照、3方向からの赤外線ヒーター式加熱機10による加熱)。次いで、図7(c)に示すように、前記金属基材4(金属基材(2))の凹部を拡開させた状態で、加熱した発泡体層2に押し当て、図7(c)に記載の断面凹型の形状の複合成形金型11にて0.5mm圧縮した状態を維持して、1cm2あたり、30kgの荷重をかけた後、3分間冷却し、発泡体層2と発泡体溶融層と金属基材4との複合材料積層体を作製した。
上記で得られた発泡体層2と発泡体溶融層と金属基材4との複合材料積層体から図4又は図5左図の形状の試験片(1)を切り出して、界面のせん断破断強度及び衝撃圧縮試験などの表2-1及び表2-2に示す評価を行った。なお、上記(4)衝撃圧縮試験の結果、実施例12で作製した複合材料積層体は、11%で発泡体層と金属基材とが剥離した。
<試験片(2)の作製>
また、耐衝撃試験(複合材料積層体の耐衝撃性(衝撃エネルギー吸収比))及び制振性試験(複合材料積層体の制振性)を行うために、以下の方法により複合材料積層体を別途作製した。
発泡体(層)(1)を300mm×300mm×25.5mmに切りだした。そして、切り出した発泡体層(1)の表面から約5cm離れた位置で赤外線ヒーター式加熱機「メトロ電気工業製 ハンディ加熱器 HK-2028W(200V 2800W)」を用いて、金属基材との接着面(片面)を1分間加熱した。次いで、300mm×300mm×1mmの金属基材(金属基材(2):アルミニウム A6061製 特許公報JP4270444の手法で表面処理を実施済)を発泡体層(1)に押し当て、0.5mm圧縮した状態を維持して1cm2あたり、30kgの荷重をかけた後、3分間冷却し、発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との複合材料積層体を作製した。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm × 幅約20mmに切削加工した。
上記切削加工した試験片(2)について耐衝撃試験(複合材料積層体の耐衝撃性(衝撃エネルギー吸収比))及び制振性試験を行った。
また、耐衝撃試験(複合材料積層体の耐衝撃性(衝撃エネルギー吸収比))及び制振性試験(複合材料積層体の制振性)を行うために、以下の方法により複合材料積層体を別途作製した。
発泡体(層)(1)を300mm×300mm×25.5mmに切りだした。そして、切り出した発泡体層(1)の表面から約5cm離れた位置で赤外線ヒーター式加熱機「メトロ電気工業製 ハンディ加熱器 HK-2028W(200V 2800W)」を用いて、金属基材との接着面(片面)を1分間加熱した。次いで、300mm×300mm×1mmの金属基材(金属基材(2):アルミニウム A6061製 特許公報JP4270444の手法で表面処理を実施済)を発泡体層(1)に押し当て、0.5mm圧縮した状態を維持して1cm2あたり、30kgの荷重をかけた後、3分間冷却し、発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との複合材料積層体を作製した。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm × 幅約20mmに切削加工した。
上記切削加工した試験片(2)について耐衝撃試験(複合材料積層体の耐衝撃性(衝撃エネルギー吸収比))及び制振性試験を行った。
(実施例13~実施例14)
使用する発泡体層の材料を表3に示す組成に変えた以外は上記実施例12と同様の方法で実施例13及び実施例14の複合材料積層体(発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との複合体)を作製した。そして、表2-1及び表2-2に示す評価を行った。
使用する発泡体層の材料を表3に示す組成に変えた以外は上記実施例12と同様の方法で実施例13及び実施例14の複合材料積層体(発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との複合体)を作製した。そして、表2-1及び表2-2に示す評価を行った。
(実施例15)
<試験片(1)の作製>
以下、図7の一部(図7(a),(c))を準用して、実施例15で作製した複合材料積層体について説明する。
発泡体層2として、上記で作製した発泡体(層)(9)を100mm×25mm×25mmに切り出した。また、図7(a)に示す寸法の金属基材4(金属基材(1):アルミニウム A6061製 表面処理を未実施)を準備した。次いで、接着剤組成物(3)のプライマーを発泡体層(9)に塗布した。
そして、前記金属基材4の表面上に接着剤組成物(3)を目的厚みの塗布厚さとなるよう塗布し、目的となる接着層3の厚みと同じ寸法の直径を持つガラスビーズを前記接着剤組成物(3)の塗布面に複数個撒き、発泡体層(9)上に図7(c)に示す形状の複合成形金型11内にて30kgの荷重をかけた状態で、表1に記載の所定の温度、時間(23℃、24時間)で処理することにより接着剤組成物(3)を硬化させた。またこの際、縁からはみ出た接着剤組成物(3)をかきとった。そして、金属基材(1)-接着層(3)-発泡体層(9)の構成の複合材料積層体を作製した。得られた金属基材(1)-接着層(3)-発泡体層(9)の構成の複合材料積層体から図4又は図5左図の形状の試験片(1)を切り出して、せん断破断強度及び衝撃圧縮試験などの表2-1及び表2-2に示す評価を行った。なお、上記(4)衝撃圧縮試験の結果、実施例15で作製した複合材料積層体は12%で剥離した。
<試験片(1)の作製>
以下、図7の一部(図7(a),(c))を準用して、実施例15で作製した複合材料積層体について説明する。
発泡体層2として、上記で作製した発泡体(層)(9)を100mm×25mm×25mmに切り出した。また、図7(a)に示す寸法の金属基材4(金属基材(1):アルミニウム A6061製 表面処理を未実施)を準備した。次いで、接着剤組成物(3)のプライマーを発泡体層(9)に塗布した。
そして、前記金属基材4の表面上に接着剤組成物(3)を目的厚みの塗布厚さとなるよう塗布し、目的となる接着層3の厚みと同じ寸法の直径を持つガラスビーズを前記接着剤組成物(3)の塗布面に複数個撒き、発泡体層(9)上に図7(c)に示す形状の複合成形金型11内にて30kgの荷重をかけた状態で、表1に記載の所定の温度、時間(23℃、24時間)で処理することにより接着剤組成物(3)を硬化させた。またこの際、縁からはみ出た接着剤組成物(3)をかきとった。そして、金属基材(1)-接着層(3)-発泡体層(9)の構成の複合材料積層体を作製した。得られた金属基材(1)-接着層(3)-発泡体層(9)の構成の複合材料積層体から図4又は図5左図の形状の試験片(1)を切り出して、せん断破断強度及び衝撃圧縮試験などの表2-1及び表2-2に示す評価を行った。なお、上記(4)衝撃圧縮試験の結果、実施例15で作製した複合材料積層体は12%で剥離した。
<試験片(2)の作製>
また、耐衝撃試験及び制振性試験を行うために、以下の方法により別途複合材料積層体を作製した。
発泡体(層)(9)を300mm×300mm×25.5mmに切りだした。そして、300mm×300mm×1mmの金属基材(金属基材(1):アルミニウム A6061製 表面処理を未実施)を準備した。次いで、接着剤組成物(3)のプライマーを発泡体層(9)に塗布した。
その後、前記300mm×300mm×1mmの金属基材の表面上に接着剤組成物(3)を目的厚みの塗布厚さとなるよう塗布し、目的となる接着層3の厚みと同じ寸法の直径を持つガラスビーズを前記接着剤組成物(3)の塗布面に複数個撒き、発泡体層(9)上に成形金型内にて30kgの荷重をかけた状態で、表1に記載の所定の温度、時間(23℃、24時間)で処理することにより接着剤組成物(3)を硬化させた。またこの際、縁からはみ出た接着剤組成物(3)をかきとった。そして、金属基材(1)-接着層(3)-発泡体層(9)の構成の複合材料積層体を作製した。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm × 幅約20mmに切削加工した。
上記切削加工した試験片(2)について耐衝撃試験及び制振性試験を行った。
また、耐衝撃試験及び制振性試験を行うために、以下の方法により別途複合材料積層体を作製した。
発泡体(層)(9)を300mm×300mm×25.5mmに切りだした。そして、300mm×300mm×1mmの金属基材(金属基材(1):アルミニウム A6061製 表面処理を未実施)を準備した。次いで、接着剤組成物(3)のプライマーを発泡体層(9)に塗布した。
その後、前記300mm×300mm×1mmの金属基材の表面上に接着剤組成物(3)を目的厚みの塗布厚さとなるよう塗布し、目的となる接着層3の厚みと同じ寸法の直径を持つガラスビーズを前記接着剤組成物(3)の塗布面に複数個撒き、発泡体層(9)上に成形金型内にて30kgの荷重をかけた状態で、表1に記載の所定の温度、時間(23℃、24時間)で処理することにより接着剤組成物(3)を硬化させた。またこの際、縁からはみ出た接着剤組成物(3)をかきとった。そして、金属基材(1)-接着層(3)-発泡体層(9)の構成の複合材料積層体を作製した。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm × 幅約20mmに切削加工した。
上記切削加工した試験片(2)について耐衝撃試験及び制振性試験を行った。
(実施例16)
<試験片(1)の作製>
以下、図7の一部(図7(a),(c))を準用して、実施例16で作製した複合材料積層体について説明する。
発泡体層2として、上記で作製した発泡体(層)(10)を100mm×25mm×25mmに切り出した。また、図7(a)に示す寸法の金属基材4(金属基材(1):アルミニウム A6061製 表面処理を未実施)を準備した。次いで、接着剤組成物(3)のプライマーを発泡体層(10)に塗布した。
前記金属基材4の表面上に接着剤組成物(3)を目的厚みの塗布厚さとなるよう塗布し、目的となる接着層厚みと同じ寸法の直径を持つガラスビーズを前記接着剤組成物(3)の塗布面に複数個撒き、発泡体層2上に図7(c)に示す形状の複合成形金型11内にて30kgの荷重をかけ、表1に記載の所定の温度、時間(23℃、24時間)で処理することにより接着剤組成物(3)を硬化させた。またこの際、縁からはみ出た接着剤組成物(3)をかきとった。そして、金属基材(1)-接着層(3)-発泡体層(10)の構成の複合材料積層体を作製した。
得られた金属基材(1)-接着層(3)-発泡体層(10)の構成の複合材料積層体から図4又は図5左図の形状の試験片(1)を切り出して、せん断破断強度及び衝撃圧縮試験などの表2-1及び表2-2に示す評価を行った。なお、上記(4)衝撃圧縮試験の結果、実施例16で作製した複合材料積層体は12%で剥離した。
<試験片(1)の作製>
以下、図7の一部(図7(a),(c))を準用して、実施例16で作製した複合材料積層体について説明する。
発泡体層2として、上記で作製した発泡体(層)(10)を100mm×25mm×25mmに切り出した。また、図7(a)に示す寸法の金属基材4(金属基材(1):アルミニウム A6061製 表面処理を未実施)を準備した。次いで、接着剤組成物(3)のプライマーを発泡体層(10)に塗布した。
前記金属基材4の表面上に接着剤組成物(3)を目的厚みの塗布厚さとなるよう塗布し、目的となる接着層厚みと同じ寸法の直径を持つガラスビーズを前記接着剤組成物(3)の塗布面に複数個撒き、発泡体層2上に図7(c)に示す形状の複合成形金型11内にて30kgの荷重をかけ、表1に記載の所定の温度、時間(23℃、24時間)で処理することにより接着剤組成物(3)を硬化させた。またこの際、縁からはみ出た接着剤組成物(3)をかきとった。そして、金属基材(1)-接着層(3)-発泡体層(10)の構成の複合材料積層体を作製した。
得られた金属基材(1)-接着層(3)-発泡体層(10)の構成の複合材料積層体から図4又は図5左図の形状の試験片(1)を切り出して、せん断破断強度及び衝撃圧縮試験などの表2-1及び表2-2に示す評価を行った。なお、上記(4)衝撃圧縮試験の結果、実施例16で作製した複合材料積層体は12%で剥離した。
<試験片(2)の作製>
また、耐衝撃試験及び制振性試験を行うために、以下の方法により別途複合材料積層体を作製した。
発泡体(層)(10)を300mm×300mm×25.5mmに切りだした。そして、300mm×300mm×1mmの金属基材(金属基材(1):アルミニウム A6061製 表面処理を未実施)を準備した。次いで、接着剤組成物(3)のプライマーを発泡体層(10)に塗布した。
その後、前記300mm×300mm×1mmの金属基材の表面上に接着剤組成物(3)を目的厚みの塗布厚さとなるよう塗布し、目的となる接着層3の厚みと同じ寸法の直径を持つガラスビーズを前記接着剤組成物(3)の塗布面に複数個撒き、発泡体層(10)上に成形金型内にて30kgの荷重をかけた状態で、表1に記載の所定の温度、時間(23℃、24時間)で処理することにより接着剤組成物(3)を硬化させた。またこの際、縁からはみ出た接着剤組成物(3)をかきとった。そして、金属基材(1)-接着層(3)-発泡体層(10)の構成の複合材料積層体を作製した。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm× 幅約20mmに切削加工した。
上記切削加工した試験片(2)について、表2に記載の耐衝撃試験及び制振性試験を行った。
また、耐衝撃試験及び制振性試験を行うために、以下の方法により別途複合材料積層体を作製した。
発泡体(層)(10)を300mm×300mm×25.5mmに切りだした。そして、300mm×300mm×1mmの金属基材(金属基材(1):アルミニウム A6061製 表面処理を未実施)を準備した。次いで、接着剤組成物(3)のプライマーを発泡体層(10)に塗布した。
その後、前記300mm×300mm×1mmの金属基材の表面上に接着剤組成物(3)を目的厚みの塗布厚さとなるよう塗布し、目的となる接着層3の厚みと同じ寸法の直径を持つガラスビーズを前記接着剤組成物(3)の塗布面に複数個撒き、発泡体層(10)上に成形金型内にて30kgの荷重をかけた状態で、表1に記載の所定の温度、時間(23℃、24時間)で処理することにより接着剤組成物(3)を硬化させた。またこの際、縁からはみ出た接着剤組成物(3)をかきとった。そして、金属基材(1)-接着層(3)-発泡体層(10)の構成の複合材料積層体を作製した。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm× 幅約20mmに切削加工した。
上記切削加工した試験片(2)について、表2に記載の耐衝撃試験及び制振性試験を行った。
(実施例17~実施例24)
使用する発泡体層2の材料を表2に示す組成に変えた以外は上記実施例12と同様の方法で実施例17~実施例24の複合材料積層体(発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との複合体)を作製した。そして、表2に示す評価を行った。
使用する発泡体層2の材料を表2に示す組成に変えた以外は上記実施例12と同様の方法で実施例17~実施例24の複合材料積層体(発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との複合体)を作製した。そして、表2に示す評価を行った。
(比較例2)
<試験片(1)の作製>
以下、図7を用いて、比較例2で作製した積層体について説明する。
発泡体層2として、上記で作製した発泡体層(1)を100mm×25.5m×26mmに切り出した。また、図7(a)に示す寸法の金属基材4(金属基材(1):アルミニウム A6061製 表面未処理)を準備した。そして、発泡体層(1)の表面から約5cm離れた位置でメトロ電気工業製 ハンディ加熱器 HK-2028W(200V 2800W)を用いて、金属基材4との接着面を1分間加熱した(図7(b)参照、3方向から赤外線加熱)。次いで、前記金属基材4(A6061製 表面未処理)の凹部を拡開させた状態で加熱した発泡体層2に押し当て、図7(c)に示す形状の複合成形金型11にて0.5mm圧縮した状態を維持し、1cm2あたり、30kgの荷重をかけた後、3分間冷却して、発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との積層体を作製した。得られた発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との積層体から図4又は図5左図の形状の試験片(1)を切り出して、界面のせん断破断強度及び衝撃圧縮試験などの表2に示す評価を行った。なお、上記(4)衝撃圧縮試験の結果、比較例2で作製した積層体は、3%以下で発泡体層と金属基材とが剥離した。
<試験片(1)の作製>
以下、図7を用いて、比較例2で作製した積層体について説明する。
発泡体層2として、上記で作製した発泡体層(1)を100mm×25.5m×26mmに切り出した。また、図7(a)に示す寸法の金属基材4(金属基材(1):アルミニウム A6061製 表面未処理)を準備した。そして、発泡体層(1)の表面から約5cm離れた位置でメトロ電気工業製 ハンディ加熱器 HK-2028W(200V 2800W)を用いて、金属基材4との接着面を1分間加熱した(図7(b)参照、3方向から赤外線加熱)。次いで、前記金属基材4(A6061製 表面未処理)の凹部を拡開させた状態で加熱した発泡体層2に押し当て、図7(c)に示す形状の複合成形金型11にて0.5mm圧縮した状態を維持し、1cm2あたり、30kgの荷重をかけた後、3分間冷却して、発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との積層体を作製した。得られた発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との積層体から図4又は図5左図の形状の試験片(1)を切り出して、界面のせん断破断強度及び衝撃圧縮試験などの表2に示す評価を行った。なお、上記(4)衝撃圧縮試験の結果、比較例2で作製した積層体は、3%以下で発泡体層と金属基材とが剥離した。
<試験片(2)の作製>
また、耐衝撃試験及び制振性試験を行うために、金属基材のサイズを300mm×300mm×1mmとし、発泡体層(1)のサイズを300mm×300mm×25.5mmに切りだした以外は、上記の比較例2の試験片(1)の作製方法と同様にして、耐衝撃試験及び制振性試験に使用する試験片(2)を別途作製した。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm × 幅約20mmに切削加工した。
上記切削加工した試験片(2)について耐衝撃試験及び制振性試験を行った。
また、耐衝撃試験及び制振性試験を行うために、金属基材のサイズを300mm×300mm×1mmとし、発泡体層(1)のサイズを300mm×300mm×25.5mmに切りだした以外は、上記の比較例2の試験片(1)の作製方法と同様にして、耐衝撃試験及び制振性試験に使用する試験片(2)を別途作製した。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm × 幅約20mmに切削加工した。
上記切削加工した試験片(2)について耐衝撃試験及び制振性試験を行った。
(比較例3)
<試験片(1)の作製>
以下、図7の一部(図7(a),(c))を準用して、比較例3で作製した積層体について説明する。
発泡体層2として、発泡体層2として、発泡体(層)(9)を100mm×25.5m×26mmに切り出した。また、図7(a)に示す寸法の金属基材4(金属基材(1):A6061製 特許公報JP4270444の手法で表面処理を実施済)を準備した。そして、発泡体層(1)の表面から約5cm離れた位置でメトロ電気工業製 ハンディ加熱器 HK-2028W(200V 2800W)を用いて、金属基材4との接着面を30秒間加熱した(図7(b)参照、3方向から赤外線加熱)。次いで、前記金属基材4(A6061製 特許公報JP4270444の手法で表面処理を実施済)の凹部を拡開させた状態で加熱した発泡体層2に押し当て、図7(c)に示す形状の複合成形金型11にて0.5mm圧縮した状態を維持し、1cm2あたり、30kgの荷重をかけた後、3分間冷却して、発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との積層体を作製した。得られた発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との積層体から図4又は図5左図の形状の試験片(1)を切り出して、界面のせん断破断強度及び衝撃圧縮試験などの表2に示す評価を行った。なお、上記(4)衝撃圧縮試験の結果、比較例3で作製した積層体は、3%以下で発泡体層と金属基材とが剥離した。
<試験片(1)の作製>
以下、図7の一部(図7(a),(c))を準用して、比較例3で作製した積層体について説明する。
発泡体層2として、発泡体層2として、発泡体(層)(9)を100mm×25.5m×26mmに切り出した。また、図7(a)に示す寸法の金属基材4(金属基材(1):A6061製 特許公報JP4270444の手法で表面処理を実施済)を準備した。そして、発泡体層(1)の表面から約5cm離れた位置でメトロ電気工業製 ハンディ加熱器 HK-2028W(200V 2800W)を用いて、金属基材4との接着面を30秒間加熱した(図7(b)参照、3方向から赤外線加熱)。次いで、前記金属基材4(A6061製 特許公報JP4270444の手法で表面処理を実施済)の凹部を拡開させた状態で加熱した発泡体層2に押し当て、図7(c)に示す形状の複合成形金型11にて0.5mm圧縮した状態を維持し、1cm2あたり、30kgの荷重をかけた後、3分間冷却して、発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との積層体を作製した。得られた発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との積層体から図4又は図5左図の形状の試験片(1)を切り出して、界面のせん断破断強度及び衝撃圧縮試験などの表2に示す評価を行った。なお、上記(4)衝撃圧縮試験の結果、比較例3で作製した積層体は、3%以下で発泡体層と金属基材とが剥離した。
<試験片(2)の作製>
また、耐衝撃試験及び制振性試験を行うために、金属基材のサイズを300mm×300mm×1mmとし、発泡体層(9)のサイズを300mm×300mm×25.5mmに切りだした以外は、上記の比較例3の試験片(1)の作製方法と同様にして、耐衝撃試験及び制振性試験に使用する試験片(2)を別途作製した。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm × 幅約20mmに切削加工した。
上記切削加工した試験片(2)について耐衝撃試験及び制振性試験を行った。
また、耐衝撃試験及び制振性試験を行うために、金属基材のサイズを300mm×300mm×1mmとし、発泡体層(9)のサイズを300mm×300mm×25.5mmに切りだした以外は、上記の比較例3の試験片(1)の作製方法と同様にして、耐衝撃試験及び制振性試験に使用する試験片(2)を別途作製した。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm × 幅約20mmに切削加工した。
上記切削加工した試験片(2)について耐衝撃試験及び制振性試験を行った。
(比較例4)
<試験片(1)の作製>
以下、図7を用いて、比較例2で作製した積層体について説明する。
発泡体層2として、上記で作製した発泡体層(15)を100mm×25.5m×26mmに切り出した。また、図7(a)に示す寸法の金属基材4(金属基材(2):アルミニウム A6061製 特許公報JP4270444の手法で表面処理を実施済)を準備した。
そして、発泡体層2の表面から約5cm離れた位置でメトロ電気工業製 ハンディ加熱器 HK-2028W(200V 2800W)を用いて、金属基材4との接着面を1分間加熱した(図7(b)参照、3方向から赤外線加熱)。次いで前記金属基材4の凹部を拡開させた状態で加熱した発泡体層2に押し当て、図7(c)に示す形状の複合成形金型11にて0.5mm圧縮した状態を維持して、1cm2あたり、30kgの荷重をかけ、3分間冷却して、発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との積層体を作製した。得られた積層体から図4又は図5左図の形状の試験片(1)を切り出して、界面のせん断破断強度及び衝撃圧縮試験などの表2-1及び表2-2に示す評価を行った。なお、上記(4)衝撃圧縮試験の結果、比較例4で作製した積層体は、3%以下で発泡体層と金属基材とが剥離した。
<試験片(1)の作製>
以下、図7を用いて、比較例2で作製した積層体について説明する。
発泡体層2として、上記で作製した発泡体層(15)を100mm×25.5m×26mmに切り出した。また、図7(a)に示す寸法の金属基材4(金属基材(2):アルミニウム A6061製 特許公報JP4270444の手法で表面処理を実施済)を準備した。
そして、発泡体層2の表面から約5cm離れた位置でメトロ電気工業製 ハンディ加熱器 HK-2028W(200V 2800W)を用いて、金属基材4との接着面を1分間加熱した(図7(b)参照、3方向から赤外線加熱)。次いで前記金属基材4の凹部を拡開させた状態で加熱した発泡体層2に押し当て、図7(c)に示す形状の複合成形金型11にて0.5mm圧縮した状態を維持して、1cm2あたり、30kgの荷重をかけ、3分間冷却して、発泡体層と発泡体溶融層と金属基材との積層体を作製した。得られた積層体から図4又は図5左図の形状の試験片(1)を切り出して、界面のせん断破断強度及び衝撃圧縮試験などの表2-1及び表2-2に示す評価を行った。なお、上記(4)衝撃圧縮試験の結果、比較例4で作製した積層体は、3%以下で発泡体層と金属基材とが剥離した。
<試験片(2)の作製>
また、耐衝撃試験及び制振性試験を行うために、金属基材のサイズを300mm×300mm×1mmとし、発泡体層(15)のサイズを300mm×300mm×25.5mmに切りだした以外は、上記の比較例4の試験片(1)の作製方法と同様にして、耐衝撃試験及び制振性試験に使用する試験片(2)を別途作製した。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm × 幅約20mmに切削加工した。
上記切削加工した試験片(2)について耐衝撃試験及び制振性試験を行った。
また、耐衝撃試験及び制振性試験を行うために、金属基材のサイズを300mm×300mm×1mmとし、発泡体層(15)のサイズを300mm×300mm×25.5mmに切りだした以外は、上記の比較例4の試験片(1)の作製方法と同様にして、耐衝撃試験及び制振性試験に使用する試験片(2)を別途作製した。
耐衝撃試験 60mm×60mmに切削加工した。
制振性試験 長さ約285mm × 幅約20mmに切削加工した。
上記切削加工した試験片(2)について耐衝撃試験及び制振性試験を行った。
本実施形態の複合材料積層体は、耐衝撃性と制振性を兼ね備えた構造部材として提供することができる。
本実施形態の複合材料積層体の用途例としては、軽量性と意匠性が求められる自動車、電車、汽車などの車両および航空機などの部材が挙げられ、特に内装材として、部品を被覆するカバー等に好適に使用できる。
本開示の複合材料積層体は、その特徴を生かし、高温条件下で使用される断熱材や自動車部材、例えば、オイルパン、エンジンカバーやシリンダーヘッドカバー、その他カバー形状の部品、インテークマニホールド及びその集積部品、車体構造体、ダクト類、電装品ケース、電池ケース等に好適に用いることができる。
本実施形態の複合材料積層体の用途例としては、軽量性と意匠性が求められる自動車、電車、汽車などの車両および航空機などの部材が挙げられ、特に内装材として、部品を被覆するカバー等に好適に使用できる。
本開示の複合材料積層体は、その特徴を生かし、高温条件下で使用される断熱材や自動車部材、例えば、オイルパン、エンジンカバーやシリンダーヘッドカバー、その他カバー形状の部品、インテークマニホールド及びその集積部品、車体構造体、ダクト類、電装品ケース、電池ケース等に好適に用いることができる。
1 複合材料積層体
2 発泡体層
3 接着層
4 金属基材
5 樹脂溶融層
6 開口部
7 閉塞された空孔
8 ロードセル
9 衝撃圧縮試験の治具(φ200mm)
10 赤外線ヒーター式加熱機
11 複合成形金型
2 発泡体層
3 接着層
4 金属基材
5 樹脂溶融層
6 開口部
7 閉塞された空孔
8 ロードセル
9 衝撃圧縮試験の治具(φ200mm)
10 赤外線ヒーター式加熱機
11 複合成形金型
Claims (9)
- 金属基材と、前記金属基材の表面に形成される接着層と、前記接着層の表面に形成される発泡体層とを有し、
前記金属基材と前記接着層との界面のせん断破断強度(S)が1.0MPa以上であり、前記界面のせん断破断強度(S)を、前記発泡体層の曲げ弾性率(F)で除した(S/F)が0.007以上0.5以下である、複合材料積層体。 - 前記発泡体層の融点(Tm)又はガラス転移温度(Tg)から20℃除した温度における75%圧縮の圧縮強度が、0.3MPa以上である、請求項1に記載の複合材料積層体。
- 前記発泡体層は、前記発泡体層の総量(100質量%)に対して、金属化合物を合計0.5~10質量%含有する、請求項1又は2に記載の複合材料積層体。
- 室温(23℃)での中央加振法を用いた測定における50~2000Hzの損失係数が、0.05以上であり、かつ、80℃での中央加振法を用いた測定における損失係数が、50~2000Hzの範囲内で室温時の損失係数の1.2倍以上となる、請求項1~3のいずれか1項に記載の複合材料積層体。
- 前記発泡体層の曲げ弾性率が、20~2000MPaである、請求項1~4のいずれか1項に記載の複合材料積層体。
- 前記発泡体層の引張破断測定時の伸びが、10%以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載の複合材料積層体。
- 平均直径1mm以上3mm以下の開口部が、前記発泡体層の表面に設けられている、請求項1~7のいずれか1項に記載の複合材料積層体。
- 以下の式(2)で表わされる、1000Hzにおける透過損失の差分が、2db以上である、請求項1~8のいずれか1項に記載の複合材料積層体。
(式2):
複合材料積層体の全体透過損失(B)-複合材料積層体に用いる金属基材の透過損失(A)
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