KR101273755B1 - 적층 강판 - Google Patents
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Abstract
코어층의 양면에 강판이 접합된 적층 강판에 있어서, 코어층을 선재를 사용하여 메쉬 형상으로 형성한 메쉬 형상의 선재군과 수지 시트로 구성하고, 메쉬 형상의 선재군을 형성하는 선재의 인장 강도를 601㎫ 이상이고, 또한 메쉬 형상의 선재군의 눈의 크기를 강판의 두께의 10배 이하로 하였다. 이와 같이, 선재의 인장 강도를 규정함으로써, 경량성과 높은 강성이나 내충격성을 양립할 수 있고, 메쉬 형상의 선재군의 눈의 크기를 규정함으로써, 가공성이나 가공 후의 형상 안정성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은, 경량화를 위한 코어층의 양면에 강판이 적층된 적층 강판에 관한 것이다. 본원은, 2009년 7월 31일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2009-179851호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
자동차 부재, 가전의 하우징, 가구, OA 기기 부품 등의 다양한 용도에 있어서, 경량이며, 강성 및 내충격성이 높고, 또한 전단, 굽힘, 딥 드로잉, 돌출 등의 가공성이나, 가공 후의 형상 안정성이 우수한 강판이 널리 요구되고 있다. 최근, 지구 온난화 대책으로서, CO2의 배출량이 엄격하게 규제되고 있다. 특히, 자동차 부재의 용도에 있어서는, CO2의 배출량을 삭감하기 위해, 경량화뿐만 아니라, 강성이나 내충격성, 가공성이나 가공 후의 형상 안정성도 높은 수준의 성능이 특히 요구된다. 이러한 요구에 대한 해결책으로서, 수지 시트, 무기 필러 내장 수지 시트, 가공 금속판, 허니콤, 섬유 등으로 이루어지는 코어층을 강판 사이에 적층한 적층 강판이 다양하게 제안되어 있다.
그러나 지금까지 제안되어 있는 적층 강판에서는, 경량성, 고강성, 높은 내충격성, 우수한 가공성(전단 가공성, 굽힘 가공성, 딥 드로잉 가공성, 돌출 가공성 등), 우수한 가공 후의 형상 안정성 등을 겸비하는 것에까지 이르고 있지 않다.
D. Mohr 저, Int. J. Mech. Sci., Vol.45., P.253(2003년)
본 발명은 이러한 문제에 비추어 이루어진 것으로, 경량이며, 강성 및 내충격성이 높고, 또한 전단, 굽힘, 딥 드로잉, 돌출 등의 가공성이나 가공 후의 형상 안정성을 겸비한 적층 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 메쉬 형상으로 형성된 선재군과 수지 시트로 코어층을 구성하고, 또한 선재의 인장 강도 및 메쉬 형상의 선재군의 눈의 크기를 제어함으로써, 경량성, 고강성, 높은 내충격성, 우수한 제진 성능, 가공성 및 우수한 가공 후의 형상 안정성을 겸비하는 것을 발견하고, 이 지식에 기초하여 본 발명을 완성하는 것에 이르렀다.
즉, 본 발명에 따르면, 선재를 사용하여 메쉬 형상으로 형성한 선재군과 수지 시트를 구비한 코어층과, 상기 코어층의 양면에 접합된 강판을 갖고, 상기 선재의 인장 강도가 601㎫ 이상이고, 또한 상기 선재군의 눈의 크기가 상기 강판의 두께의 10배 이하인 적층 강판이 제공된다.
여기서, 상기 적층 강판에 있어서, 상기 선재의 인장 강도가, 1000㎫ 이상인 것이 바람직하고, 2000㎫ 이상인 것이 보다 바람직하다. 더욱 바람직한 인장 강도의 범위는 2000㎫ 이상 6000㎫ 이하이다.
또한, 상기 적층 강판에 있어서, 상기 선재군의 눈의 크기가, 상기 강판의 두께의 3.5배 이하인 것이 바람직하다. 그리고 상기 적층 강판에 있어서, 상기 선재군의 눈의 크기가, 상기 강판의 두께의 0.1배 이상인 것이 바람직하고, 상기 강판의 두께의 0.5배 이상 1배 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 적층 강판에 있어서, 상기 수지 시트의 기재(基材)가, 발포체인 것이 바람직하다.
또한, 상기 적층 강판에 있어서, 상기 코어층과 상기 강판이 접착제를 사용하여 접합되어 있고, 상기 접착제와 상기 강판의 전단 밀착 강도가 30N/㎠ 이상이고, 상기 접착제의 100℃ 내지 160℃에서의 저장 탄성률 G'가 0.05㎫ 이상 100㎫ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 적층 강판에 있어서, 상기 선재군은, 세로선 및 가로선에 대해 경사 방향으로 제직이 가해져 있어도 되고, 또한 상기 선재군은, 정방형 눈의 그물이며, 상기 경사 방향은, 상기 세로선 및 상기 가로선의 방향에 대해 45°의 방향인 것이 바람직하다.
또한, 상기 적층 강판에 있어서, 상기 코어층이, n(n은 2 이상의 정수)층의 적층된 상기 선재군으로 이루어지고, 각 층의 상기 선재군을 형성하는 상기 선재의 방향을, 인접하는 층의 상기 메쉬 사이에서 360/3n°이상 360/n°이하의 각도씩 일정 방향으로 어긋나게 하여, 각 층의 상기 선재군이 적층되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 코어층은, 2층 내지 20층의 적층된 상기 선재군으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 적층 강판에 있어서, 상기 코어층은, 3매 이상의 상기 선재군을 갖고 있고, 3매 이상의 상기 선재군으로부터 임의로 선택된 인접하는 2매의 상기 선재군 중, 상기 코어층의 두께 방향의 중앙 위치에 대해, 보다 먼 측에 배치된 상기 선재군의 눈의 크기가, 보다 가까운 측에 배치된 상기 선재군의 눈의 크기보다도 작은 것이 바람직하다. 또한, 상기 적층 강판에 있어서, 상기 코어층은, 복수의 상기 선재군을 갖고 있고, 상기 복수의 선재군이 서로 용접 등의 고용(固溶) 접합 또는 위빙(weaving)에 의해 접합되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 경량이며, 강성 및 내충격성이 높고, 또한 제진 성능, 전단, 굽힘, 딥 드로잉, 돌출 등의 가공성이나 가공 후의 형상 안정성을 겸비한 적층 강판을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 적층 강판의 전체 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 2a는 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군의 구성의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 2b는 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군의 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 3은 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군의 변형예의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 4는 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군에 의한 표층 강판의 구속 효과의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 5는 실시 형태에 관한 적층 강판의 변형예의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 적층 강판의 전체 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 적층 강판의 전체 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 8a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 적층 강판의 굽힘 변형 거동의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 8b는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 적층 강판의 굽힘 변형 거동의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 2a는 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군의 구성의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 2b는 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군의 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 3은 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군의 변형예의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 4는 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군에 의한 표층 강판의 구속 효과의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 5는 실시 형태에 관한 적층 강판의 변형예의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 적층 강판의 전체 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 적층 강판의 전체 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 8a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 적층 강판의 굽힘 변형 거동의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 8b는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 적층 강판의 굽힘 변형 거동의 일례를 도시하는 설명도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
〔제1 실시 형태〕
[적층 강판의 구성]
우선, 도 1을 참조하면서, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 적층 강판의 전체 구성에 대해 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(1)의 전체 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(1)은, 코어층(10)의 양면에 각각 강판(이하, 「표층 강판」이라 칭함)[5(5A, 5B)]이 적층된 구조를 갖고 있다. 즉, 적층 강판(1)은, 표층 강판(5A) 상에 코어층(10)이 적층되고, 또한 그 위에 표층 강판(5B)이 적층된 구조를 갖고 있다. 코어층(10)은, 1매 또는 2매 이상의 메쉬 형상의 선재군(11)과, 수지 기재를 시트 형상으로 형성한 1매 또는 2매 이상의 수지 시트(13)로 이루어지는 층이다. 코어층(10)이, 2매 이상의 메쉬 형상의 선재군(11)이나 2매 이상의 수지 시트로 구성되어 있는 경우에는, 이들 메쉬 형상의 선재군(11)이나 수지 시트(13)는, 각각이 적층된 구조로 되어 있다. 또한, 도 1에서는, 코어층(10)이, 표층 강판(5)측으로부터 차례로, 수지 시트(13), 메쉬 형상의 선재군(11), 수지 시트(13), 메쉬 형상의 선재군(11), 수지 시트(13)의 순으로 적층된 구조를 갖는 예를 나타내고 있다. 또한, 메쉬 형상의 선재군(11)과 수지 시트(13)는, 각각이 1층씩 차례로 적층되어 있지 않아도 되고, 코어층(10)은, 메쉬 형상의 선재군(11) 또는 수지 시트(13) 중 적어도 어느 한쪽이 연속해서 적층된 구조여도 된다.
또한, 상세한 것은 후술하지만, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(1)에서는, 메쉬 형상의 선재군(11)을 구성하는 선재는 탄소 함유량이 0.24질량％ 이상인 강선인 것이 바람직하다. 또한, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기가 표층 강판(5)의 두께 ts의 10배 이하인 것이 필요하다. 이하, 적층 강판(1)을 구성하는 각 부재에 대해 상세하게 설명한다.
(메쉬 형상의 선재군의 구성)
우선, 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군(11)의 구성에 대해 상세하게 설명한다. 도 2a 및 도 2b는, 본 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군(11)의 구성의 일례를 도시하는 도면으로, 도 2a는 평면도를 도시하고, 도 2b는 단면도를 도시하고 있다.
도 2a에 도시하는 바와 같이, 메쉬 형상의 선재군(11)은, 선재를 세로선(111)과 가로선(113)으로 사용하여 메쉬 형상으로 형성되어 있다. 여기서, 세로선(111)이라 함은, 메쉬 형상의 선재군(11)을 구성하는 모든 선재 중, 길이 방향(도 2a에 도시하는 예에서는 종방향)으로 뻗어 있는 선재를 의미한다. 또한, 가로선(113)이라 함은, 메쉬 형상의 선재군(11)을 구성하는 모든 선재 중, 길이 방향과 직교하는 폭 방향(도 2a에 도시하는 예에서는 횡방향)으로 뻗어 있는 선재를 의미한다. 또한, 도 2a에 도시하는 예에서는, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기 w(wL, wH)라 함은, 2개의 인접하는 세로선(111) 또는 가로선(113) 사이의 거리이다. 2개의 인접하는 세로선(111) 사이의 거리를 세로 눈의 크기 wL로 하고, 2개의 인접하는 가로선(113) 사이의 거리를 가로 눈의 크기 wH로 하여 구별하는 경우도 있다. 메쉬 형상의 선재군(11)이 정방형 눈인 경우에는, wL＝wH로 된다. 또한, 메쉬 형상의 선재군(11)에는, 세로선(111)과 가로선(113)으로 둘러싸인 부분에 공공(메쉬)(115)이 존재하고 있고, 이 공공(115)이 있음으로써, 코어층(10)을 강판이나 Al판 등에 비해 경량화할 수 있다. 또한, 메쉬 형상의 선재군(11)을 형성하는 선재의 직경(선 직경) d와 눈의 크기 w의 합은 피치(메쉬 피치) p라 칭해진다. 또한, 이하에서 설명하는 눈의 크기 w라 함은, 공공에 내접하는 최대 면적의 직사각형의 긴 변으로 정의되고, 임의로 추출한 10개의 공공에 있어서의 긴 변의 평균을 나타내고 있고, 선재가 평행하게 배열되어 있는 경우는, 평행 배열되어 있는 선재의 평균 간격을 나타내는 것으로 한다.
또한, 메쉬 형상의 선재군(11)의 두께 tN은, 세로선(111) 또는 가로선(113) 중 한쪽의 굴곡부(111a)와 다른 쪽의 굴곡부(111b) 거리로 나타내어진다. 도 2b에 도시하는 예에서는, 메쉬 형상의 선재군(11)의 두께 tN은, 가로선(113)의 상측의 굴곡부(111a)와 하측의 굴곡부(111b)의 거리로 나타내어진다. 전술한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 적층 강판(1)에서는, 코어층(10)은, 1매 또는 2매 이상의 메쉬 형상의 선재군(11)과, 1매 또는 2매 이상의 수지 시트(13)로 이루어진다. 코어층(10)의 두께는 메쉬 형상의 선재군(11)과 수지 시트(13)의 적층의 방법에 따라 다르다. 메쉬 형상의 선재군(11)이 수지 시트(13)에 포매(包埋)되어 있지 않은 경우는, 메쉬 형상의 선재군(11)의 매수를 n1, 수지 시트(13)의 두께를 tR, 수지 시트(13)의 매수를 n2로 하면, 코어층(10)의 두께 tc는, tc＝n1×tN＋n2×tR로 된다. 한편, 완전히 포매되어 있는 경우에는, tc＝n2×tR로 된다. 또한, 일부 포매되어 있는 경우는, tc는 이 중간으로 된다.
<선재의 인장 강도>
경량화 가능한 눈의 크기를 확보해도, 메쉬 형상의 선재군을 구성하는 선재의 인장 강도가 601㎫ 이상이면, 코어층의 강도는 확보된다. 그 결과, 적층 강판을 굽힘이나 드로잉 등 강가공(强加工)에 이용한 후에도, 코어층은 파괴하는 일 없이 건전하게 유지된다. 선재의 인장 강도는 1000㎫ 이상인 것이 바람직하고, 2000㎫ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 이 범위에서 상기한 효과가 확보되는 동시에, 충격 흡수능도 얻어진다. 한편, 전단이나 굽힘 가공성으로부터는, 선재의 인장 강도는 6000㎫ 이하인 것이 바람직하다. 선재의 인장 강도가 6000㎫를 초과하면 코어층의 전단 저항이 커져, 적층 강판을 굽힘 가공할 때에, 표층이나 표층과 접착층 사이의 접합층의 각각에 가해지는 굽힘력이나 전단력이 증가하여, 표층 파괴나 접착층에서의 박리·파괴가 발생하기 쉬워진다.
<선재의 선 직경>
선재의 직경(선 직경) d는, 특별히 한정되지 않고, 적층 강판(1)의 용도에 따라서 필요해지는 강성이나 내충격성의 관점에서, 필요해지는 코어층(10)의 두께 이하이면 되고, 용도마다 우선시키는 적층 강판(1)의 특성(판 밀도, 강성, 내충격성 등)에 따라서 적절하게 결정할 수 있다. 예를 들어, 적층 강판(1)의 판 밀도가 특히 중요한 경우에는, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기, 코어층(10)의 목표로 하는 판 밀도 ρ목표에 따라서, 하기 수학식 1 및 2로부터 선 직경 d를 결정할 수 있다. 또한, 적층 강판(1)의 내충격성이 특히 중요한 경우에는, 내충격성의 지배 인자인 소성 변형 영역의 굽힘 모멘트 Mp목표에 따라서, 하기 수학식 3 및 2로부터 선 직경 d를 결정할 수 있다.
[상기 수학식 1 내지 3에서, ρ목표는 코어층(10)의 목표 판 밀도, Vair는 코어층(10) 중의 공공(115) 부분의 체적, n은 메쉬 형상의 선재군(11)의 적층 매수, w는 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기, Mp목표는 목표 굽힘 모멘트, σYs는 표층 강판(5)의 항복 강도, σYc는 코어층(10)의 항복 강도, ts는 표층 강판(5)의 두께, tc는 코어층(10)의 두께, d는 메쉬 형상의 선재군(11)의 선 직경을 나타냄]
<메쉬 형상의 선재군의 눈의 크기>
본 실시 형태에 관한 적층 강판(1)에서는, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기 w가, 표층 강판(5)의 두께 ts의 10배 이하인 것이 필요하다. 이와 같이, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기 w를 표층 강판(5)의 두께 ts의 10배 이하로 한 것은, 이하에 설명하는 본 발명자의 검토에 의한 것이다. 코어층(10)의 모재인 선재와 표층 강판(5)의 인장 강도비가 1/50(인장 강도가 큰 쪽을 분모로 한 값) 이하로 되는 코어층(10)을 갖는 적층 강판(1)을 인장 변형시킨 경우를 상정한다. 이 경우에, 코어층(10)에 존재하는 공공(115)의 1변의 길이(눈의 크기 w)를 표층 강판(5)의 두께의 10배 초과로 하면, 표층 강판(1) 중 공공(115) 상에 위치하는 부분에 응력이 집중되어, 조기에 표층 강판(5)이 파단되어 버리는 것이 FEM(유한 요소법) 해석에 의해 판명되었다. 표층 강판(5)에 있어서, 코어층(10)의 공공(115) 상에 위치하는 부분과, 선재[세로선(111) 및 가로선(113)] 상에 위치하는 부분에서는, 실질상의 강판 두께가 다르다. 그로 인해, 공공(115) 상에 위치하는 부분의 강도(인장 강도나 항복 강도)의 쪽이, 선재 상에 위치하는 부분의 강도보다도 작아진다. 그 결과, 적층 강판(1)에 인장 변형이나 압축 변형 등이 가해지면, 표층 강판(5) 중에서도 강도가 낮은 공공(115) 상에 위치하는 부분에 응력이 집중되어, 파단 연신이 감소하고, 이에 의해 가공성이 저하되어 버린다.
따라서, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기 w를 표층 강판(5)의 두께 ts의 10배 이하로 미세화함으로써, 적층 강판(1)의 인장·압축 변형시에, 표층 강판(5)의 공공(115) 상에 위치하는 부분에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있어, 표층 강판(5)의 파단 연신을 크게 할 수 있다. 그 결과, 적층 강판(1)의 가공성을 향상시킬 수 있어, 굽힘 가공이나 딥 드로잉 가공 등의 강가공을 가해도, 적층 강판(1)의 가공 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 충분히 응력을 분산시키기 위해서는, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기 w를 표층 강판(5)의 두께 ts의 3.5배 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기 w를 작게 할수록, 표층 강판(5)의 공공(115) 상에 위치하는 부분에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있다. 또한, 가령 표층 강판(5)에 균열이 발생하였다고 해도, 당해 균열이 미소한 눈의 크기 w를 갖는 공공(115) 내에 가두어져 다른 부분으로 전파되기 어려워진다. 따라서, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기 w가 작을수록, 가공성의 면에서 바람직하다. 한편, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기 w를 작게 하면, 상술한 수학식 1 및 2에 의해, 코어층(10)의 판 밀도가 증가한다. 따라서, 경량성을 확보하는 관점도 고려하여, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기 w는, 표층 강판(5)의 두께 ts의 0.1배 이상인 것이 바람직하다.
이상 서술한 바와 같은, 우수한 가공성 및 가공 안정성과 경량성을 보다 고도로 양립시킨다고 하는 관점에서, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기 w는, 표층 강판(5)의 두께 ts의 0.5배 이상 1배 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 메쉬 형상을 형성한 선재군(11)이 코어층(10)에 포함되어 있으므로, 금속재 등의 판재를 펀칭 가공이나 딤플 가공 등을 하여 공공을 형성하는 경우보다도, 공공의 크기를 용이하게 제어할 수 있다. 즉, 공공(115)의 1변의 길이(눈의 크기 w)를 표층 강판(5)의 두께 ts의 10배 이하로 하는 미소한 크기로 제어하는 것이 용이해진다. 이로 인해, 본 실시 형태에 관한 적층 강판에 따르면, 비용을 삭감하거나, 생산성을 향상시키는 것도 가능해진다.
<메쉬 형상의 선재군의 형성 방법>
메쉬 형상의 선재군(11)의 형성 방법에 대해서는, 상술한 선재의 인장 강도 및 눈의 크기의 조건을 만족시키는 것이면, 제직 방법이나 편성 방법 등은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 정방형 눈, 마름모, 육각 형상 등의 직사각형 눈 등의 어느 것이라도 좋다. 정방형 눈의 메쉬 형상의 선재군(11)으로서는, 직조 메쉬 형상의 선재군, 크림프 메쉬 형상의 선재군 등이 있다. 직조 메쉬 형상의 선재군의 구체예로서는, 평직, 능직, 첩직, 첩능직 등을 들 수 있다. 또한, 크림프 메쉬 형상의 선재군의 구체예로서는, 크림프 제직, 로크 크림프 제직, 더블 크림프 제직, 플랫 크림프 제직, 톤캡 스크린 제직, 슬롯 스크린 제직 등을 들 수 있다. 또한, 메쉬 형상의 선재군(11)의 형성 방법으로서는, 제직이나 편성이 아니어도 되고, 용접 등의 고상(固相) 접합에 의해서도 상관없다. 즉, 세로선(111)과 가로선(113)을 용접 등의 고상 접합에 의해 접합하여, 메쉬 형상으로 형성해도 된다. 또한, 메쉬 형상의 선재군(11)의 제직 방법으로서는, 2차원 제직이 아닌, 3차원의 입체 제직으로 해도 된다.
이상의 메쉬 형상의 선재군(11)의 형성 방법 중, 제조의 용이성이나 경제성의 관점에서는 평직 메쉬 형상의 선재군이 바람직하고, 표층 강판(5)과 코어층(10)의 접합성의 관점에서는 플랫 톱 제직 메쉬 형상의 선재군이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군(11)에서는, 상술한 선재를 사용하여, 정방형 눈에 경사 방향의 제직(선)을 가해도 된다. 이 경사 방향이라 함은, 세로선(111) 및 가로선(113)의 양쪽과 교차하는 방향을 의미하고, 구체적으로는, 예를 들어 세로선(111) 또는 가로선(113)의 방향에 대해 15°, 30°, 45° 등의 방향의 제직(선)을 정방형 눈의 메쉬 형상의 선재군(11)에 가할 수 있다.
<메쉬 형상의 선재군에 의한 표층 강판의 구속 효과에 대해>
도 3은, 본 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군의 변형예의 구성을 도시하는 평면도이다. 본 실시 형태에서는, 이하에 설명하는 메쉬 형상의 선재군(11)에 의한 표층 강판(5)의 구속 효과를 효율적으로 발현시키기 위해, 도 3에 도시한 메쉬 형상의 선재군(11')과 같이, 세로선(111)과 가로선(113)으로 이루어지는 정방형 눈의 메쉬 형상의 선재군에, 세로선(111) 및 가로선(113)의 방향에 대해 45°의 방향의 경사 방향의 제직(선)(117)이 가해져 있는 것이 특히 바람직하다.
여기서, 도 4를 참조하면서, 메쉬 형상의 선재군(11)에 의한 표층 강판(5)의 구속 효과에 대해 설명한다. 도 4는, 본 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군에 의한 표층 강판의 구속 효과의 일례를 나타내는 설명도이다. 또한, 도 4에서는, 설명의 편의를 위해, 세로선(111) 및 가로선(113)을 실선으로 나타내고 있다.
본 실시 형태에서는, 코어층(10)에 메쉬 형상의 선재군(11)이 포함되어 있지만, 도 4의 좌측 도면에 도시하는 바와 같이, 메쉬 형상의 선재군(11)을, 예를 들어 세로선(111)의 방향을 따른 힘 T로 인장 가공한 것으로 한다. 그러면, 도 4의 우측 도면에 도시하는 바와 같이, 세로선(111)의 방향으로는 인장 변형이 발생하는 한편, 가로선(113)의 방향으로는 인장 변형이 발생하지 않는다. 즉, 인장 가공 후의 세로 눈의 크기 wL2는, 인장 가공 전의 세로 눈의 크기 wL1보다도 커지지만, 인장 가공 후의 가로 눈의 크기 wH2는, 인장 가공 전의 가로 눈의 크기 wH1과 거의 동일하여, 가로 눈의 크기는 인장 가공 전후에서 거의 변화되지 않는다.
이와 같이, 코어층(10)이 메쉬 형상의 선재군(11)을 갖는 경우, 메쉬 형상의 선재군(11)을 구성하는 선재[세로선(111) 및 가로선(113)]의 일부를 굽힘 가공시의 압축 변형·인장 변형 방향에 대해 수직으로 배열하면, 메쉬 형상의 선재군(11)을 구성하는 선재는 변형되지 않고 표층 강판(5)의 푸아송 변형을 구속하는 효과가 얻어진다. 이 구속 효과에 의해, 표층 강판(5)의 영률 Es를 증대시킬 수 있어, 하기 수학식 4로 나타내어지는 적층 강판(1)의 강성 EI를 효율적으로 증대시키는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 구속 효과는, 메쉬 형상의 선재군(11)을 사용함으로써 발현되는 것이며, 예를 들어 금속재 등의 판재를 펀칭 가공 등을 한 것 등에 의해서는 얻을 수 없다.
[상기 수학식 4에 있어서, EI는 적층 강판(1)의 강성, Es는 표층 강판(5)의 영률, Ec는 코어층(10)의 영률, ts는 표층 강판(5)의 두께, tc는 코어층(10)의 두께를 나타냄]
본 실시 형태에서는, 등방성을 확보하여, 상술한 바와 같은 변형 방향과 수직으로 선재[세로선(111) 및 가로선(113)]를 배열함으로써, 표층 강판(5)의 구속 효과를 광범위한 변형 방위에서 발현시킨다. 따라서, 코어층(10) 중에 포함되는 메쉬 형상의 선재군으로서, 세로선(111)과 가로선(113)으로 이루어지는 정방형 눈의 메쉬 형상의 선재군에, 세로선(111) 및 가로선(113)의 방향에 대해 45°의 방향의 경사 방향의 제직(선)(117)이 가해져 있는 메쉬 형상의 선재군(11')을 사용하는 것이 바람직하다.
<메쉬 형상의 선재군의 적층>
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 코어층(10)에 포함되는 메쉬 형상의 선재군(11)은, 1매여도 되고, 2매 이상 적층되어 있어도 된다. 또한, 1종 이상의 메쉬 형상의 선재군(11)이 2차원으로 랜덤하게 배열되어도 된다. 또한, 2매 이상 적층하는 경우는, 수지 시트(13)가 2개의 메쉬 형상의 선재군(11) 사이에 적층되어 있는 경우도 포함된다. 특히, 본 실시 형태에서는, 코어층(10)의 등방성을 증가시키기 위해, 코어층(10)에 n층(n은 2 이상)의 메쉬 형상의 선재군(11)을 적층하는 경우, 각 층의 메쉬 형상의 선재군(11)을 형성하는 선재의 방향을, 인접하는 층의 메쉬 형상의 선재군(11) 사이에서 360/3n°이상 360/n°이하의 각도씩 일정 방향으로 어긋나게 하여, 각 층의 메쉬 형상의 선재군(11)을 적층하는 것도 가능하다. 이러한 적층 방법을 예시하면, 최하층의 메쉬 형상의 선재군(11)에 대해, 그 상층의 각 메쉬 형상의 선재군(11)을 45°씩 회전시켜 4층 적층하는 방법 등이 있다. 등방성을 증가시키는 관점에서는, 메쉬 형상의 선재군(11)의 층수 n을 크게 하여, 메쉬 형상의 선재군(11)을 미세한 각도씩(360/3n°내지 360/n°씩) 회전시켜 적층하는 것이 바람직하다. 한편, 경제적 합리성의 관점에서는 층의 수에 상한을 정한 쪽이 바람직하다. 따라서, 적층하는 메쉬 형상의 선재군(11)의 수는, 2층 이상 20층 이하인 것이 바람직하다. 또한, 2매 이상의 메쉬 형상의 선재군(11)을 적층하는 경우에, 회전하지 않고 각 메쉬 형상의 선재군이 평행하게 되도록 해도 된다.
여기서, 도 5를 참조하면서, 코어층(10)이, 3매 이상의 메쉬 형상의 선재군(11)을 적층한 구조를 갖는 경우의 적합한 예에 대해 설명한다. 도 5는, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(1')의 변형예의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 적층 강판(1')에 있어서의 코어층(10)은, 표층 강판(5)측으로부터, 수지 시트(13), 메쉬 형상의 선재군(11A), 수지 시트(13), 메쉬 형상의 선재군(11B), 수지 시트(13), 메쉬 형상의 선재군(11C), 수지 시트(13)의 순으로 적층된 구조를 갖고 있다. 그리고 표층 강판(5)에 가까운 측에 배치된 2매의 메쉬 형상의 선재군(11A, 11C)의 눈의 크기 wA의 쪽이, 표층 강판(5)으로부터 먼 측에 배치된 메쉬 형상의 선재군(11B)의 눈의 크기 wB보다도 작게 되어 있다. 이와 같이, 코어층의 두께 방향의 중앙 위치에 대해 보다 먼 측에 배치된 메쉬 형상의 선재군의 눈의 크기가, 코어층의 두께 방향의 중앙 위치에 대해 보다 가까운 측에 배치된 메쉬 형상의 선재군의 눈의 크기보다도 작은 쪽이 바람직하다. 이것은, 다음과 같은 이유에 따른다.
일반적으로, 강판의 두께 방향의 중앙부는, 강성이나 내충격성에의 기여가 비교적 작다. 그로 인해, 강성이나 내충격성에 대해 비교적 기여가 작은 적층 강판(1)의 코어층(10)의 두께 방향의 중앙부에, 눈의 크기가 크고 강도가 작은 메쉬 형상의 선재군(11b)을 배치하여 더욱 경량화하고 있다. 한편, 강성이나 내충격성에 대해 비교적 기여가 큰 표층 강판(5)측에는, 눈의 크기가 작고 강도가 큰 메쉬 형상의 선재군(11A, 11C)을 배치하여 강성이나 내충격성을 확보하고 있다. 이와 같이 본 실시 형태의 변형예에 관한 적층 강판(1')에서는, 표층 강판(5)측의 메쉬 형상의 선재군(11A, 11C)의 눈의 크기 wA를 비교적 작게 하고, 코어층(10)의 중앙측의 메쉬 형상의 선재군(11B)의 눈의 크기 wB를 비교적 크게 하고 있다.
또한, 복수의 메쉬 형상의 선재군(11)이나 수지 시트(13)를 적층하는 경우에는, 후술하는 접착제 등을 사용함으로써, 각 메쉬 형상의 선재군(11)이나 수지 시트(13)를 접합할 수 있다. 또한, 2매의 메쉬 형상의 선재군(11)을 직접 접합하는 경우에는, 접점을 용접하거나 위빙하여 접점에서의 마찰력을 증가시키거나 하여, 전단 변형에 대한 구속력을 부여시키도록 해도 된다.
<선재의 물질>
본 실시 형태에 있어서는, 메쉬 형상을 형성하는 선재는, 인장 강도가 601㎫ 이상이면 되고, 이하의 금속계, 무기계, 유기계 선재가 생각된다. 그 중에서도 코어층과 표층 사이의 변형 거동을 유사하게 하고, 굽힘 등의 큰 변형을 부여하였을 때에, 코어층과 표층이 보다 일체로 되어 변형되므로, 금속계 선재가 보다 바람직하다. 이 관점에서 가장 바람직한 것은, 강선이다. 금속계 선재로서는, 탄소 함유량이 0.24％ 이상인 탄소강, 오스테나이트, 페라이트계 스테인리스강 등의 강선, 구리, 황동, 청동, 인청동 등의 구리계 선재, 니켈, 니켈·구리, 니켈·크롬, 니켈·크롬·몰리브덴 합금 등의 니켈 선재, 티탄 선재, 알루미늄 선재 등이 있다. 또한, 철계 선재인 경우는, 아연 도금, Ni 도금, 황동 도금, 구리 도금 등의 공지의 도금을 실시하고 있어도 된다. 또한, 무기계 선재로서는, PAN계, 피치계의 탄소 섬유, 유리 섬유, 알루미나 섬유, 탄화규소 섬유 등의 무기 섬유 등이 있다. 또한, 유기계 선재로서는, 아라미드 섬유, 폴리아릴레이트 섬유, 고강도 폴리올레핀 섬유(예를 들어, 고중합도 폴리에틸렌 섬유라고 불리는 고강도 섬유 등)의 고강력 고(高)듀라스 유기 섬유를 들 수 있다.
<강선의 조성>
본 실시 형태에 있어서의 메쉬 형상의 선재군(11)으로서, 강선을 사용하는 경우, 그 탄소 함유량은 0.24질량％ 이상인 것이 바람직하다. 강선의 탄소 함유량을 0.24질량％ 이상으로 함으로써, 강선의 인장 강도를 확보할 수 있다. 예를 들어, 코어층(10) 내의 강선 밀도를 필요로 하는 판 밀도[코어층(10) 내에 있어서의 강선의 질량비]까지 저하시켜도, 적층 강판(1)을 가공할 때나 가공 후의 제품으로서 필요로 하는 코어층(10)의 메쉬 형상의 선재군(11)의 인장 강도 및 항복 강도를 확보할 수 있다. 이로 인해, 적층 강판(1)의 강성이나 내충격성을 높게 유지하면서, 적층 강판(1)을 충분히 경량화하는 것이 가능해진다.
한편, 강선의 탄소 함유량이 0.24질량％ 미만에서는, 강선의 인장 강도나 항복 강도가 작아져 버린다. 따라서, 코어층(10) 내의 강선 강도를 증대시켜 보강하지 않으면, 필요로 하는 코어층(10)의 인장 강도나 항복 강도를 확보할 수 없어, 적층 강판(1)을 충분히 경량화할 수 없는 경우가 있다. 또한, 강선으로서, 구체적으로는 JIS G 3506-2004, JIS G 3502-2004 등을 적절하게 사용할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니며, 상기 조성을 만족시킨 강선이면, 본 실시 형태에 관한 메쉬 형상의 선재군(11)을 구성하는 강선으로서 사용할 수 있다.
또한, 코어층(10)의 인장 강도나 항복 강도를 보다 향상시킨다고 하는 관점에서, 강선의 탄소 함유량은 0.60질량％ 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 코어층(10)의 판 밀도를 종래보다도 저하시켜도, 코어층(10)의 인장 강도나 항복 강도를 충분히 확보할 수 있으므로, 보다 고도의 경량화와 강성이나 내충격성의 양립을 도모하는 것이 가능해진다. 한편, 강선의 탄소 함유량이 지나치게 높으면, 코어층(10)의 메쉬 형상의 선재군(11)이 지나치게 경질로 된다. 이로 인해, 메쉬 형상의 선재군(11)의 눈의 크기를 표층 강판(5)의 두께의 10배 이하로 하는 미세한 간격으로 제어하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 이러한 관점에서, 강선의 탄소 함유량은 0.96질량％ 이하인 것이 바람직하다.
(수지 시트의 구성)
다음에, 본 실시 형태에 관한 수지 시트(13)의 구성에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 수지 시트(13)의 기재로서는, 수지종을 특별히 제한하는 것은 아니며, 열가소성 수지, 열경화성 수지, 고무상 탄성체로 이루어지는 수지 시트, 혹은 이들 중 1종 또는 2종류 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 수지 시트(13)의 수지종으로서는, 예를 들어 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 경질, 연질 염화비닐, 고밀도, 저밀도 혹은 리니어 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 범용 비닐계 수지 시트, 아이오노머, 폴리올레핀계 엘라스토머, 스티렌계 엘라스토머 등의 엘라스토머계 수지 시트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트 등의 폴리에스테르 수지 시트, 6나일론, 66나일론, 12나일론 등의 폴리아미드 수지 시트, 폴리이미드 수지 시트, 폴리에스테르카보네이트 수지 시트, 폴리페닐렌에테르 등의 축중합계 열가소성 수지 시트, 에폭시 수지, 페놀 수지, 유리아 수지, 폴리에스테르 멜라민계 수지 등의 열경화 수지 시트 등 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 또한, 수지 시트(13)의 시트 성형성이나 내충격성 등을 개질할 목적으로, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 경질, 연질 염화비닐 등의 할로겐화 비닐 수지, 고밀도, 저밀도 혹은 리니어 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비정질 폴리올레핀 등의 범용 비닐계 수지, 아이오노머, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 등의 폴리올레핀계 엘라스토머, 스티렌계 엘라스토머 등의 엘라스토머계 수지, 폴리카보네이트 등의 축중합체를 상술한 수지에 혼합할 수도 있다.
수지 시트(13)는, 메쉬 형상의 선재군(11)에 의해 보강되어 있으므로, 메쉬 형상의 선재군(11)과 같은 보강재를 포함하지 않는 수지 시트에 비해 고온에 있어서의 형상 안정성이 우수하다. 따라서, 수지 시트(13)의 기재의 내열성도 특별히 규정할 필요는 없지만, 비정성(非晶性)의 수지 시트(13)인 경우는, 글래스 전이 온도가 100℃ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 결정성의 수지 시트(13)인 경우는, 융점이 120℃ 이상인 것이 바람직하다. 이러한 온도 범위로부터 벗어난 글래스 전이 온도나 융점(결정 온도)의 기재를 사용한 수지 시트(13)에서는, 열간 도장시에 국소적으로 크리프 변형되어, 표층 강판(5)의 표면에 메쉬 형상의 선재군(11)의 공공부(115)에 대응한 요철이 발생하는 경우가 있다.
또한, 표층 강판(5) 및 메쉬 형상의 선재군(11)과 수지 시트(13)의 밀착력을 확보하기 위해, 수지 시트(13)는, 카르복실기, 산무수물기, 인산기, 술폰기 또는 이들의 금속염이나 활성기, 에폭시기, 수산기, 아미노기, 카르보닐기, 에스테르 결합기, 카보네이트 결합기, 아미드 결합기, 이미드 결합기 등의 극성기가 도입되어 있는 수지를 함유하는 것이 바람직하다.
상기한 이유로부터, 가장 바람직한 수지 시트(13)의 수지 기재는, 폴리에스테르 수지 또는 폴리아미드 수지이며, 보다 구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 6나일론, 66나일론, 12나일론 등이 특히 바람직하다. 이러한 수지 기재를 사용한 수지 시트(13)는, 내열성이 있고, 또한 분자쇄 중의 에스테르기, 아미드기, 혹은 말단 카르복실기나, 수산기, 아미노기 등의 극성기에 의해, 표층 강판(5)이나 메쉬 형상의 선재군(11)과 수지 시트(13) 사이의 양호한 밀착성을 확보할 수 있다. 또한, 이러한 수지 시트(13)는, 강도, 인성 등의 기계 특성의 밸런스도 양호하다. 더욱 바람직하게는, 분자쇄 말단의 70％ 이상으로 카르복실기를 잔류시킨 폴리에스테르 수지 또는 폴리아미드 수지를 수지 기재로서 사용한 수지 시트(13)이다. 각종 치환기 중, 카르복실기가 가장 표층 강판(5)이나 메쉬 형상의 선재군(11)과의 밀착력이 크므로, 수지 기재 중에 카르복실기를 많이 포함할수록, 수지 시트(13)와 표층 강판(5) 및 메쉬 형상의 선재군(11)과의 밀착력을 강화할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 수지는, 카르복실기 함유 모노머를 약간 많이 배합하는, 2관능 이상의 카르복실기를 함유하는 화합물로 말단 밀봉하는 것 등에 의해 중합하여 얻어진다. 또한, 말단 카르복실기 잔류율은, 친화성이 있는 용매에 용해된 수지 기재를 알칼리 용액으로 중화 적정(滴定)하여 구한 말단기 수와, SEC(Size Extrusion Chromatography)로 구한 수 평균 분자량으로부터 산출한 말단기 수의 비로부터 산출할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 수지 시트(13)는, 경량화 효과를 발현하기 위해, 수지 기재로서 발포체를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 발포체의 발포 배율은, 충분한 경량화 효과를 발현시키기 위해, 2배 이상이 바람직하고, 4배 이상이 더욱 바람직하고, 10배 이상이 한층 더 바람직하다. 한편, 발포체의 발포 배율은, 15배 이하인 것이 바람직하다. 이 이유는, 발포 배율이 15배 초과라도 메쉬 형상의 선재군(11)의 보강 효과에 의해 코어층(10)의 압축 강도의 향상 효과를 발현할 수는 있지만, 탄성률이나 전단 강도가 현저하게 저하되어, 적층 강판(1)의 가공시에, 전단 파괴나 좌굴(buckling)이 발생하기 쉽기 때문이다.
수지 시트(13)의 수지 기재로서 발포체를 사용하는 경우는, 인접 기포간 거리가 0.1㎛ 이상 5㎛ 이하로 되도록 기포가 분산되어 있는 것이 바람직하다. 인접 기포간 거리를 0.1㎛ 이상으로 함으로써, 미세하게 분산한 각 기포와 매트릭스 수지의 계면에 응력이 집중되고, 이 결과, 적층 강판(1) 전체적으로 응력을 분산시킬 수 있다. 또한, 인접 기포간 거리를 5㎛ 이하로 제어함으로써, 기포와 매트릭스 수지의 계면에 집중된 응력에 의해 형성된 소성 변형 영역을 연속시킬 수 있어, 균열 전파를 저지하여 수지 시트(13)의 인성을 향상시킬 수 있다. 이 결과, 적층 강판(1)을 냉간 강가공해도, 발포체를 사용한 수지 시트(13)에서 파괴되는 것을 방지하기 쉽다. 인접 기포간 거리의 보다 바람직한 범위로서는, 2.0㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.0㎛ 이하이다. 인접 기포간 거리가 작을수록, 소성 변형 영역을 연속시켜, 수지 시트(13)의 인성을 향상시키기 쉽다.
또한, 수지 시트(13)의 수지 기재로서 사용한 발포체의 평균 기포 직경은 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 평균 기포 직경이 0.1㎛ 미만인 경우, 응력을 기포와 매트릭스 수지의 계면에 집중시키기 어렵다. 한편, 평균 기포 직경이 10㎛ 초과에서는, 인접 기포간 거리를 상술한 바람직한 범위로 제어하기 어렵다. 이러한 관점에서, 평균 기포 직경은, 5㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 3㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 여기서, 인접 기포간 거리 및 평균 기포 직경은, 수지 시트(13)의 단면을 주사형 전자 현미경 등으로 관찰하여, 화상 처리하는 것 등에 의해 평가할 수 있다. 구체적으로는, 단면 현미경 이미지를 2치화하여, 원의 면적으로서 치환한 경우의 직경인 등가 원 직경의 평균값으로서 평균 기포 직경을 산출할 수 있다. 또한, 각 기포의 중심을 연결하는 직선상의 기포 주위간의 거리로부터, 인접 기포간 거리를 어림할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 수지 시트(13)는, 코로나 처리, 플라즈마 처리, UV 처리 등의 공지 표면 처리를 실시하여, 임계 표면 장력을 증가시켜, 표층 강판(5)이나 접착제의 밀착성을 개선해도 된다. 표층 강판(5)과의 밀착성 확보의 관점에서, 수지 시트(13)의 적층 전에, 상기한 표면 처리에 의해 임계 표면 장력을 45dyn/㎝(mN/m) 이상으로 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 접착제를 통해 수지 시트(13)를 적층하는 경우는, 후술하는 접착제를 사용하는 것이, 밀착성과 내열 형상 안정성으로부터 바람직하다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서, 수지 시트(13)는, 메쉬 형상의 선재군(11)을 포매하고 있는 것이 바람직하다. 여기서 말하는「수지 시트(13)가 메쉬 형상의 선재군(11)을 포매한다」라 함은, 메쉬 형상의 선재군(11) 전체의 체적의 90％ 이상에 상당하는 부분이 수지 시트(13) 내에 둘러싸인 상태를 의미한다. 수지 시트(13)로 메쉬 형상의 선재군(11)을 포매함으로써, 코어층(10)의 탄성률이나 인장 강도를 증가시킬 수 있어, 강성 및 충격 강도를 증대시킬 수 있다. 또한, 수지 시트(13)에 의해 메쉬 형상의 선재군(11)을 포매함으로써, 표층 강판(5)과 메쉬 형상의 선재군(11) 사이, 혹은 메쉬 형상의 선재군(11)끼리의 사이에서, 수지 시트(13)를 통해 접촉하게 된다. 이에 의해, 수지 시트(13)가 완충재적인 역할을 하여 적층 강판(1)의 제진 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 수지 시트(13)로 메쉬 형상의 선재군(11)을 포매함으로써, 메쉬 형상의 선재군(11) 단독의 경우보다도 큰 두께를 확보하면서 경량화할 수 있다. 또한, 공공부(115)를 갖는 메쉬 형상의 선재군(11)을 사용해도 수지에 의해 공공부(115)를 충전할 수 있으므로, 코어층(10)과 표층 강판(5)의 접착 면적을 증대시켜, 코어층(10)과 표층 강판(5)의 밀착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 표층 강판(5) 내면에 결로 등에 의한 수분이 부착되는 것을 억제하여 부식을 방지할 수 있으므로, 적층 강판(1)의 내식성을 향상시킬 수도 있다.
또한, 수지 시트(13)의 두께는, 메쉬 형상의 선재군(11) 두께의 40％ 초과인 것이 바람직하다. 수지 시트(13)의 두께가 메쉬 형상의 선재군(11) 두께의 40％ 이하에서는, 적층 강판(1)이 충분한 제진성을 발현시킬 수 없을 우려가 있다.
(표층 강판의 구성)
본 실시 형태에 관한 표층 강판(5)으로서는, 특별히 한정되지는 않지만, 구체적으로는, 예를 들어 틴플레이트, 박 주석 도금 강판, 전해 크롬산 처리 강판(틴 프리 스틸), 니켈 도금 강판 등의 캔용 강판이나, 용융 아연 도금 강판, 용융 아연-철 합금 도금 강판, 용융 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금 강판, 용융 알루미늄-실리콘 합금 도금 강판, 용융 납-주석 합금 도금 강판 등의 용융 도금 강판이나, 전기 아연 도금 강판, 전기 아연-니켈 도금 강판, 전기 아연-철 합금 도금 강판, 전기 아연-크롬 합금 도금 강판 등의 전기 도금 강판 등의 표면 처리 강판, 냉연 강판, 열연 강판, 스테인리스 강판 등을 사용할 수 있다. 또한, 표층 강판(5)은, 도장 강판, 프린트 강판, 필름 라미네이트 강판 등의 표면 처리 강판이어도 된다.
또한, 다른 강종의 강판 사이에, 코어층(10)을 적층하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 굽힘 가공, 드로잉 가공 등이 필요한 용도에서는, 강도가 다른 강판 사이에 코어층(10)을 적층하고, 곡률 r이 작고 가공이 엄격한 면에 연강을 사용하고, 다른 쪽의 면에는 강도 확보를 위해, 고장력강을 사용하는 것 등도 가능하다.
또한, 본 실시 형태에 관한 표층 강판(5)의 표면에 대해, 밀착력이나 내식성을 향상시키기 위해, 공지의 표면 처리를 실시하는 것도 가능하다. 이러한 표면 처리로서는, 예를 들어 크로메이트 처리(반응형, 도포형, 전해), 인산염 처리, 유기 수지 처리 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
(수지 시트와 표층 강판이나 메쉬 형상의 선재군의 접합)
다음에, 본 실시 형태에 있어서의 수지 시트(13)와 표층 강판(5) 또는 메쉬 형상의 선재군(11)과의 접합에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 수지 시트(13)와 표층 강판(5) 또는 메쉬 형상의 선재군(11)과의 접합에는, 표층 강판(5) 또는 메쉬 형상의 선재군(11)에 수지 시트(13)를 직접 적층하여 접합해도 되고, 표층 강판(5) 또는 메쉬 형상의 선재군(11)과 수지 시트(13) 사이에 접착제층을 적층하여 접합해도 된다. 접착제층을 적층하는 경우, 접착제는 수지 시트(13)와 표층 강판(5) 또는 메쉬 형상의 선재군(11)의 양쪽에 친화성이 있어야 한다. 수지 시트(13)와 접착제의 친화성은, 접착제와 수지 시트(13)의 용해도 파라미터의 차가 6MJ/㎥ 이하인 것이 기준으로 된다. 또는, 극성기가 있는 수지 시트(13)의 경우는, 이 극성기와 공유 결합, 수소 결합, 이온 상호 작용, 배위 결합 등의 화학 결합, 또는 전하의 이동을 수반하지 않는 물리 결합 등을 형성할 수 있는 관능기(결합기를 포함함)가 접착제에 도입되어 있는지가 기준으로 된다. 용해도 파라미터는, 구성하는 유닛의 화학 구조 등으로부터 Fedors나 Small의 방법 등으로 추정할 수 있다. 접착제와 수지 시트(13)의 용해도 파라미터의 차는, 바람직하게는 6MJ/㎥ 이하이고, 보다 바람직하게는 3MJ/㎥ 이하, 더욱 바람직하게는 2MJ/㎥ 이하이다. 접착제와 수지 시트(13)의 용해도 파라미터의 차가 작을수록 양자의 상용성(相溶性)이 향상되어, 초기 밀착성이 향상된다.
한편, 실용상의 수지 시트(13)와 접착제 사이의 적정한 밀착력은, 2매의 수지 시트(13)를 접착제로 접착하고, T 박리 강도를 측정함으로써 평가할 수 있다. 이 경우, T 박리 강도는, 20N/㎝ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30N/㎝ 이상이고, 더욱 바람직하게는 45N/㎝ 이상이고, 한층 더 바람직하게는 60N/㎝ 이상이다. 또한, T 박리 강도가 20N/㎝ 미만에서는, 표층 강판(5) 또는 메쉬 형상의 선재군(11)을 적층한 직후의 초기 밀착 강도가 작아, 가공시나 가공 후의 가열에 의해 수지 시트(13)와 접착제의 계면에서 박리되는 경우가 있다.
표층 강판(5) 또는 메쉬 형상의 선재군(11)과 접착제의 실용적인 친화성은, 2매의 표층 강판(5) 사이, 또는 2매의 메쉬 형상의 선재군(11) 사이를 접착제로 접착한 시험편의 T 박리 시험(JIS Z 0238)에 의해 평가할 수 있다. 이 경우의 T 박리 강도도, 수지 시트(13)와 접착제 사이와 마찬가지의 강도 범위에 있는 것이 바람직하고, 구체적으로는 수지 시트(13)와 접착제의 계면과 마찬가지로, T 박리 강도가 20N/㎝ 이상이 바람직하다. T 박리 강도가 20N/㎝ 미만에서는, 표층 강판(5)[또는 메쉬 형상의 선재군(11)]과 접착제의 계면이 밀착력의 넥으로 되어, 적층 강판(1)의 가공시나 가열시에 박리되는 경우가 있다. 또한, 표층 강판(5) 또는 메쉬 형상의 선재군(11)과 접착제 사이의 T 박리 강도는, 보다 바람직하게는 30N/㎝ 이상이고, 더욱 바람직하게는 45N/㎝ 이상이고, 한층 더 바람직하게는 60N/㎝ 이상이다.
또한, 가공 후에도 내열 형상 안정성을 유지하기 위해, 접착제의 100℃ 내지 160℃에서의 저장 탄성률 G'는, 0.05㎫ 이상 100㎬ 이하인 것이 바람직하다. 적층 강판(1)을 성형하면, 표층 강판(5)[또는 메쉬 형상의 선재군(11)]과 접착제의 계면에 잔류 응력이 발생한다. 적층 강판(1)의 성형품을 당해 온도로 가열하면, 접착제의 저장 탄성률 G'가 0.05㎫ 미만에서는, 이 잔류 응력에 의해 접착제층이 크리프 변형되어, 접착제층이 파괴되거나, 접착제층을 기점으로 하여 박리되거나 하는 경우가 있다. 이러한 관점에서, 접착제의 100℃ 내지 160℃에서의 저장 탄성률 G'는, 보다 바람직하게는 1.0㎫ 이상, 더욱 바람직하게는 5㎫ 이상이다. 한편, 접착제의 저장 탄성률 G'가 100㎬를 초과하면, 상온의 저장 탄성률 G'는 보다 커지므로, 가공 추종성이 저하된다. 그로 인해, 적층 강판(1)을 가공할 때에 접착제층이 파괴되거나, 접착제층을 기점으로 하여 박리되거나 하기 쉬워질 우려가 있다. 또한, 접착제의 저장 탄성률 G'는, 주파수 0.1㎐ 내지 10㎐에서 측정한 접착제층의 저장 탄성률의 최대값으로 평가할 수 있다. 열경화성 접착제의 경우는, 적층 조건과 동일한 열이력을 부여하여 가교 경화한 접착제 필름, 열가소성 접착제의 경우는 접착제 필름을 공지의 동적 점탄성 측정 장치로 측정할 수 있다.
또한, 접착제층의 당해 온도에서의 손실 탄성률 G"와 저장 탄성률 G'의 비 tanδ(＝G"/G')는, tanδ＜1이 바람직하고, 보다 바람직하게는 tanδ＜0.8, 더욱 바람직하게는 tanδ＜0.5, 한층 더 바람직하게는 tanδ＜0.1이다. tanδ가 작을수록, 가열해도 잔류 응력에 의한 접착제층의 크리프 변형을 억제하여, 형상을 안정화할 수 있다. 한편, tanδ≥1에서는, 당해 온도로 가공품을 가열하면, 접착제층이 점성 유동하여, 형상이 불안정해지거나, 크리프 변형 파괴되어 박리되거나 하는 경우가 있다.
접착제층에 사용 가능한 접착제로서는, 예를 들어 유리아 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 레조르시놀 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리아미드계, 폴리벤즈이미다졸계, 아크릴레이트계 등의 열경화 수지계 접착제, 아세트산비닐 수지계, 폴리비닐아세탈계, 에틸렌-아세트산비닐계 수지계, 염화비닐계, 아크릴, 아크릴레이트 수지계, 폴리아미드계, 셀룰로오스계, 폴리에스테르계, 폴리올레핀계 등의 열가소성 수지계 접착제, 아스팔트, 천연 고무, 단백, 전분계 등의 천연 접착제, 니트릴 고무, 스티렌계 고무, 폴리설파이드계, 부틸 고무계, 실리콘 고무계, 아크릴 고무계, 변성 실리콘 고무계, 우레탄 고무계, 실릴화 우레탄 고무계 등의 엘라스토머계 접착제, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 혹은, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란 등의 실란 커플링제, 티탄 커플링제 등의 무기계 접착제 등을 들 수 있고, 수지 시트(13)에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 수지 시트(13)가 폴리아미드계 수지 혹은 폴리에스테르계 수지인 경우는, 수지 시트(13)와, 표층 강판(5)[또는 메쉬 형상의 선재군(11)]의 양쪽에의 친화성으로부터, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계의 접착제가 바람직하다. 또한, 접착제의 내열성으로부터, 이들 접착제 기재에 가교제를 첨가한 반응형 핫멜트 접착제가 바람직하고, 그 중에서도 폴리에스테르계 접착제 기재에 가교제를 첨가한 폴리에스테르계 반응형 핫멜트 접착제가, 핸들링성의 면으로부터 특히 바람직하다.
반응형 핫멜트 접착제에 사용 가능한 폴리에스테르 기재로서는, 예를 들어 앞서 언급한 디올 잔기와 디카르본산 잔기로 이루어지는 포화 폴리에스테르를 들 수 있다. 그 중에서도, 복수의 디올 잔기 혹은 복수의 디카르본산 잔기, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 공중합 폴리에스테르가, 결정화도를 낮추어 접착성을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다. 구체적으로는, 1,4-부타디올과 테레프탈산 잔기를 주성분으로 하여 다른 디올 잔기 또는 디카르본산 잔기를 공중합한 폴리에스테르가 바람직하다. 보다 구체적으로 예시하면, 도오요오 보오세끼(東洋紡績)제 "바이론", 아사히 가세이(旭日化成)제 "하덱", 도레이제 "케미트", 도오아 고오세이(東亞合成)제 "아론 멜트 PES", 니혼 고오세이 가가꾸 고오교오(日本合成化學工業)제 "폴리에스테르" 등을 들 수 있고, 비정질 그레이드보다도 결정 그레이드의 쪽이, 내열성의 면으로부터 바람직하다.
반응형 핫멜트 접착제에 사용 가능한 가교제로서는, 예를 들어 이미다졸, 이소시아네이트, 에폭시 수지, 페놀 노볼락 화합물, 멜라민 화합물 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 가교 반응 속도 제어성으로부터 이소시아네이트 화합물이 특히 바람직하다. 이소시아네이트 화합물이라 함은, 2개 이상의 이소시아네이트 관능기를 갖는 방향족 혹은 지방족 이소시아네이트 화합물 및 이 혼합물이다. 구체적으로는, 디페닐메탄디이소시아네이트 화합물(MDI), 카르보디이미드 변성 MDI, 디페닐메탄4,4-디이소시아네이트, 디페닐메탄-2,2'-디이소시아네이트, 디페닐-메탄-2,4'-디이소시아네이트, 올리고머페닐메틸렌이소시아네이트(TDI), 테트라메틸크실렌디이소시아네이트(TMXDI), 나프틸렌디이소시아네이트, 트리페닐메탄트리이소시아네이트 등의 방향족 이소시아네이트 화합물, 이소포론디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 수소화 방향족 디이소시아네이트, 지방족 폴리이소시아네이트, 지환식 폴리이소시아네이트 등의 지방족 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 폴리이소시아네이트를 들 수 있다.
(메쉬 형상의 선재군과 표층 강판의 접합)
다음에, 본 실시 형태에 있어서는, 메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판(5)을 직접 접합하는 경우도 있을 수 있으므로, 본 실시 형태에 있어서의 메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판(5)의 접합에 대해 설명한다. 우선, 메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판(5)의 적합한 밀착력은, 박리 강도에 의해 평가할 수 있지만, 본 실시 형태에 있어서의 메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판(5)은, 5N/㎝ 이상의 박리 강도로 접합되는 것이 바람직하다. 박리 강도가 5N/㎝ 미만에서는, 적층 강판(1)의 굽힘 변형이나 인장 변형시에, 코어층(10)의 양면의 표층 강판(5)이 일체로 되어 변형되지 않아, 적층 강판(1)의 강성이나 내충격성을 발현시킬 수 없을 우려가 있다. 적층 강판(1)의 굽힘 변형시의 전단에 의한 코어층(10)의 양면의 표층 강판의 어긋남을 작게 하기 위해, 박리 강도를 25N/㎝ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 40N/㎝ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 60N/㎝ 이상으로 하는 것이 한층 더 바람직하다. 또한, 박리 강도는, JIS Z0238의 T 박리 시험에 의해 평가할 수 있다.
메쉬 형상의 선재군(11)이 강선으로 형성되는 철망인 경우에는, 메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판(5)의 접합 방법으로서는, 공지의 강재의 접합 방법을 응용할 수 있고, 구체적으로는, 예를 들어 접착 접합, 브레이즈 접합, 용접 등을 사용할 수 있다.
메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판(5)을 접착하여 접합하는 경우에는 접합재로서 접착제를 사용한다. 이때, 가공 후에도 내열 형상 안정성을 유지하기 위해, 접착제의 100℃ 내지 160℃에서의 저장 탄성률 G'가, 0.05㎫ 이상 100㎬ 이하인 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 적층 강판(1)을 성형하면 표층 강판(5)[또는 메쉬 형상의 선재군(11)]과 접착제의 계면에 잔류 응력이 발생한다. 적층 강판(1)의 성형품을 당해 온도(100℃ 내지 160℃)로 가열하면, 접착제의 저장 탄성률 G'가 0.05㎫ 미만에서는, 이 잔류 응력에 의해 접착제의 층이 크리프 변형되어, 접착제층이 파괴되거나, 접착제층을 기점으로 하여 박리되거나 하는 경우가 있다. 접착제층의 크리프 변형을 보다 확실하게 방지하기 위해서는, 저장 탄성률 G'는 1.0㎫ 이상인 것이 보다 바람직하고, 저장 탄성률 G'가 5㎫ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 접착제의 저장 탄성률 G'가 100㎬를 초과하면, 상온의 저장 탄성률 G'는 보다 커지므로, 가공 추종성이 저하된다. 그로 인해, 적층 강판(1)을 가공할 때에 접착제층이 파괴되거나, 접착제층을 기점으로 하여 박리되거나 하기 쉬워질 우려가 있다. 또한, 접착제의 저장 탄성률 G'는, 주파수 0.1㎐ 내지 10㎐에서 측정한 접착제의 저장 탄성률의 최대값으로 평가할 수 있다. 열경화성 접착제의 경우는, 적층 조건과 동일한 열이력을 부여하여 가교 경화한 접착제 필름, 열가소성 접착제의 경우는 접착제 필름을 공지의 동적 점탄성 측정 장치에 의해 측정할 수 있다.
또한, 접착제의 100℃ 내지 160℃에서의 손실 탄성률 G"와 저장 탄성률 G'의 비 tanδ(＝G"/G')는, tanδ＜1인 것이 바람직하고, tanδ＜0.8인 것이 보다 바람직하고, tanδ＜0.5인 것이 더욱 바람직하고, tanδ＜0.1인 것이 한층 더 바람직하다. tanδ가 작을수록, 가열해도 잔류 응력에 의한 접착제층의 크리프 변형을 억제하여, 형상을 안정시킬 수 있다. tanδ≥1에서는, 100℃ 내지 160℃로 가공품을 가열하면, 접착제층이 점성 유동하여, 형상이 불안정해지거나, 크리프 변형 파괴되어 박리되거나 하는 경우가 있다.
메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판(5)의 접합재에 사용 가능한 접착제의 구체예로서는, 상술한 수지 시트(13)와 표층 강판(5) 또는 메쉬 형상의 선재군(11)의 접합에 사용되는 접착제와 마찬가지인 것을 들 수 있다.
메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판(5)을 브레이즈 접합에 의해 접합하는 경우에는 접합재로서 브레이즈제를 사용한다. 이때에 사용 가능한 브레이즈제로서는, 예를 들어 납, 주석, 안티몬, 카드뮴, 아연 등의 합금으로 이루어지는 연납(땜납), Ni-Cr계의 납제, 구리납, 금납, 팔라듐납, 은납, 알루미늄납 등의 경납 등을 들 수 있다.
메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판(5)을 용접에 의해 접합하는 경우에는, 공지의 용접법을 사용할 수 있다. 구체적인 용접법으로서는, 예를 들어 스폿 용접, 시임 용접 등의 저항 용접, 전자 빔 용접, 레이저 용접, 아크 용접 등을 들 수 있다.
또한, 메쉬 형상의 선재군(11)이 강선으로 형성되는 철망인 경우에는, 강선의 강도를 유지하기 위해, 강선의 초기의 금속 조직을 유지하는 것이 중요하다. 이러한 관점에서, 메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판(5)을 접합할 때의 접합 온도는, 강 조직의 상(相) 변태가 일어나지 않는 400℃ 이하인 것이 바람직하고, 300℃ 이하인 것이 보다 바람직하고, 200℃ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 100℃ 이하인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, 100℃ 이하에서 메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판(5)을 접합할 수 있으면, 표층 강판(5)의 시효 열화를 방지할 수 있어, 강가공이 용이해진다.
(적층 강판의 두께)
본 실시 형태에 관한 적층 강판(1)의 두께는 특별히 제한되지 않고, 목적으로 하는 특성에 따라서 적절하게 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 적층 강판(1)의 특성으로서 강성이나 내충격성을 우선시키고자 하는 경우에는, 선택하는 메쉬 형상의 선재군(11)의 구성(선재의 선 직경, 눈의 크기, 항복 강도 등)에 따라서 각각 상기 수학식 3 또는 4 등에 의해, 적층 강판(1)의 두께를 결정할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 적층 강판(1)의 총 두께, 구성 두께비[표층 강판(5)과 코어층(10)의 두께비]는 특별히 한정되지 않고, 표층 강판(5)의 두께 및 강성 D와 경량성의 밸런스에 의해 결정할 수 있다. 구체적으로는, 이하의 수학식 5 내지 7에 의해, 원하는 강성과 판 밀도(강판 비중 ρ)로부터, 필요한 코어층(10) 및 표층 강판(5)의 두께를 결정할 수 있다.
[상기 수학식 5 내지 7에 있어서, E1은 하면측의 표층 강판(5A)의 영률이고, E2는 코어층(10)의 영률이고, E3은 상면측의 표층 강판(5B)의 영률이고, y1은 표층 강판(5)의 두께이고, y2는 y1＋코어층(10)의 두께이고, ye는 중립축의 y 좌표이고, h는 y2＋상면측의 표층 강판(5A)의 두께, ρ코어층은 코어층 밀도임]
또한, 바람직한 표층 강판(5)의 두께는, 0.2㎜ 내지 2.0㎜이고, 바람직한 코어층(10)의 두께는, 0.1㎜ 내지 3.0㎜이다. 표층 강판(5)의 두께가 0.2㎜ 미만에서는 굽힘 가공시에 좌굴되기 쉬운 경우가 있다. 한편, 표층 강판(5)의 두께가 2.0㎜를 초과하면 경량화 효과가 불충분해지기 쉽다. 경량화의 관점에서는, 표층 강판(5)의 두께는 1.0㎜ 이하가 더욱 바람직하다. 한편, 코어층(10)의 두께가 0.1㎜ 미만에서는, 적층 강판(1)의 총 두께를 벌 수 없으므로, 경량성을 유지하여 강성을 크게 하는 것은 곤란해지는 경우가 있다. 또한, 코어층(10)의 두께가 3.0㎜를 초과하면, 적층 강판(1) 자체의 두께가 커지므로, 표층 강판(5)에 가해지는 굽힘 응력이 커져, 강판이 좌굴되기 쉬워진다.
또한, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(1)에서는, 두께가 다른 표층 강판(5) 사이에 코어층(10)을 적층해도 된다. 이와 같이 함으로써, 두꺼운 표층 강판면을 곡률이 큰 부위로 하여 가공하여, 가공성을 개선할 수 있다. 또한, 표층 강판(5), 메쉬 형상의 선재군(11), 수지 시트(13)의 사이를 접착제에 의해 접합하는 경우, 접착층의 두께는, 100℃ 내지 160℃의 모든 온도 범위에서 저장 탄성률 G'가 0.05㎫ 이상 100㎬ 이하이면, 두께를 작게 해도 접착층에 충분한 내열 내구성을 부여할 수 있으므로, 특별히 제한은 없다. 단, 경제성의 면으로부터는, 접착층의 두께는, 30㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 접착층의 효과를 충분히 발휘하기 위해서는, 접착층의 두께는 1㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다.
[적층 강판의 제조 방법]
계속해서, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 적층 강판(1)의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.
본 실시 형태에 관한 적층 강판(1)은, 공지의 강판의 적층 방법을 적용하여 제조하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 이하의 공정 등에서 제조할 수 있다.
(1) 탄소 함유량이 0.24질량％ 이상인 강선을 사용하여 메쉬 형상의 선재군(11)을 제조한다.
(2) 코어층(10)[1매 또는 2매 이상의 메쉬 형상의 선재군(11), 1매 또는 2매 이상의 수지 시트(13)]의 양면에 필요에 따라서 접합재(접착제, 브레이즈제 등)를 도포한다. 그리고 예를 들어, 도 1에 도시한 구조를 갖는 코어층(10)을 형성하고자 하는 경우는, 표층 강판(5A), 수지 시트(13), 메쉬 형상의 선재군(11), 수지 시트(13), 메쉬 형상의 선재군(11), 수지 시트(13), 표층 강판(5B)의 순으로 적층하여, 상온 혹은 가열하면서 가압한다.
또한, 코어층(10)의 구조는, 도 1에 도시한 예에 한정되지 않고, 예를 들어 메쉬 형상의 선재군(11) 또는 수지 시트(13)가 연속해서 적층되어 있는 부분이 있어도 된다. 또한, (2)의 공정에 있어서, 접합재를 사용하지 않고, 코어층(10)과 표층 강판(5A, 5B)을 직접 접합해도 된다. 또한, 접합재나 접합 방법의 구체예에 대해서는 상술한 바와 같다.
〔제2 실시 형태〕
다음에, 도 6을 참조하면서, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 적층 강판의 전체 구성에 대해 설명한다. 도 6은, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(2)의 전체 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(2)은, 제1 실시 형태에 관한 적층 강판(1)과 마찬가지로, 코어층(10)의 양면에 각각 표층 강판[5(5A, 5B)]이 적층된 구조를 갖고 있다. 즉, 적층 강판(2)은, 표층 강판(5A) 상에 코어층(10)이 적층되고, 또한 그 위에 표층 강판(5B)이 적층된 구조를 갖고 있다. 코어층(10)은, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 선재를 사용하여 메쉬 형상으로 형성한 1매 또는 2매 이상의 메쉬 형상의 선재군(11)과, 수지 기재를 시트 형상으로 형성한 1매 또는 2매 이상의 수지 시트(13)로 이루어지는 층이다. 그런데, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(2)에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 메쉬 형상의 선재군(11)이 표층 강판(5)측에 편재되어 있는 점에서, 제1 실시 형태의 경우와 다르다.
도 6에서는, 메쉬 형상의 선재군(11)이 표층 강판(5)과 직접 접합되어 있는 예를 나타내고 있지만, 반드시 메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판(5)이 직접 접합되어 있지 않아도 되고, 표층 강판(5)과 메쉬 형상의 선재군(11) 사이에, 2매의 메쉬 형상의 선재군(11) 사이에 적층된 수지 시트(13)보다도 얇은 수지 시트가 적층되어 있고, 코어층(10) 전체적으로, 메쉬 형상의 선재군(11)이 표층 강판(5)측에 편재되어 있으면 된다. 오히려, 상술한 수지 시트(13)에 의해 메쉬 형상의 선재군(11)의 포매 효과인 제진 성능, 밀착력 및 내식성을 보다 향상시킨다고 하는 관점에서는, 표층 강판(5)과 접촉하는 코어층(10)의 최표층은, 수지 시트(13)로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 도 6에서는, 2매의 메쉬 형상의 선재군(11)이 각각 표층 강판(5A, 5B)측에 편재되어 있는 예를 나타내고 있지만, 표층 강판(5A, 5B)측에 편재되어 있는 메쉬 형상의 선재군(11)은, 각각 1매씩일 필요는 없고, 표층 강판(5A, 5B) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에, 2매 이상의 메쉬 형상의 선재군(11)이 적층되어 있어도 된다. 이 경우, 인접하는 메쉬 형상의 선재군(11) 사이에 수지 시트(13)가 적층되어 있는 경우도 포함된다.
이와 같이, 코어층(10)에 있어서 메쉬 형상의 선재군(11)이 표층 강판(5)측에 편재됨으로써, 적층 강판(2)을 가공할 때의 중립축과 메쉬 형상의 선재군(11)의 거리가 커져, 보다 효율적으로 적층 강판(2)의 강성이나 내충격성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 강성이나 내충격성이 특히 요구되는 용도의 강판으로서는, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(2)을 사용하는 것이 적합하다.
또한, 그 밖의 적층 강판(2)의 구성이나 제조 방법에 대해서는, 상술한 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지이므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
〔제3 실시 형태〕
다음에, 도 7을 참조하면서, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 적층 강판의 전체 구성에 대해 설명한다. 도 7은, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(3)의 전체 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(3)은, 제1 실시 형태에 관한 적층 강판(1)과 마찬가지로, 코어층(10)의 양면에 각각 표층 강판[5(5A, 5B)]이 적층된 구조를 갖고 있다. 즉, 적층 강판(3)은, 표층 강판(5A) 상에 코어층(10)이 적층되고, 또한 그 위에 표층 강판(5B)이 적층된 구조를 갖고 있다. 코어층(10)은, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 선재를 사용하여 메쉬 형상으로 형성한 1매 또는 2매 이상의 메쉬 형상의 선재군(11)과, 수지 기재를 시트 형상으로 형성한 1매 또는 2매 이상의 수지 시트(13)로 이루어지는 층이다. 그런데, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(3)에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 메쉬 형상의 선재군(11)이 코어층(10)의 두께 방향의 중앙부측에 편재되어 있는 점에서, 제1 실시 형태의 경우와 다르다.
도 7에서는, 2매의 메쉬 형상의 선재군(11)이 코어층(10)의 두께 방향의 중앙부 부근에서 직접 접합되어 있는 예를 나타내고 있지만, 반드시 2매의 메쉬 형상의 선재군(11)이 직접 접합되어 있지 않아도 되고, 2매의 메쉬 형상의 선재군(11)과의 사이에, 2매의 메쉬 형상의 선재군(11)과 표층 강판[5(5A, 5B)] 사이에 적층된 수지 시트(13)보다도 얇은 수지 시트가 적층되어 있고, 코어층(10) 전체적으로, 2매의 메쉬 형상의 선재군(11)이 코어층(10)의 두께 방향의 중앙부측에 편재되어 있으면 된다.
또한, 도 7에서는, 2매의 메쉬 형상의 선재군(11)이 코어층(10)의 두께 방향의 중앙부측에 편재되어 있는 예를 나타내고 있지만, 코어층(10)의 두께 방향의 중앙부측에 편재되어 있는 메쉬 형상의 선재군(11)은, 2매일 필요는 없고, 코어층(10)의 두께 방향의 중앙부측에, 3매 이상의 메쉬 형상의 선재군(11)이 적층되어 있어도 된다. 이 경우, 인접하는 메쉬 형상의 선재군(11) 사이에 수지 시트(13)가 적층되어 있는 경우도 포함된다.
이와 같이, 메쉬 형상의 선재군(11)이 코어층(10)의 두께 방향의 중앙부측에 편재됨으로써, 굽힘 변형되어도 코어층(10)의 전단 변형에 의한 중립축의 이동이 없어진다. 한편, 상술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 코어층(10)의 중심부가 메쉬 형상의 선재군(11)에 의해 충분히 보강되어 있지 않으므로, 코어층(10)의 전단 변형에 의해 굽힘 변형시에 굽힘 내측으로 중립축이 이동하여, 곡률이 증가한다. 이에 대해 본 실시 형태에 관한 적층 강판(3)에서는, 제1 및 제2 실시 형태에 관한 적층 강판(1, 2)과 비교하여 넓은 범위에서 압축 변형 및 인장 변형할 수 있어, 응력을 분산시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 코어층(10)을 갖는 적층 강판(3)의 연성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 연성이 특히 요구되는 용도의 강판으로서는, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(3)을 사용하는 것이 적합하다.
여기서, 도 8a 및 도 8b를 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 적층 강판(3)에 의한 연성 향상 효과에 대해 상세하게 설명한다. 도 8a 및 도 8b는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 적층 강판과 본 실시 형태에 관한 적층 강판의 굽힘 변형 거동의 차이의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 8a에는, 제1 실시 형태에 관한 적층 강판의 굽힘 변형 거동을 나타내고, 도 8b에는, 제3 실시 형태에 관한 적층 강판의 굽힘 변형 거동을 나타내고 있다.
우선, 도 8a에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 제1 실시 형태에 관한 적층 강판(1)을, 롤(R)을 사용하여 굽힘 가공할 때에는, 항복 강도가 수지 시트(13)보다도 큰 메쉬 형상의 선재군(11)이 표층 강판(5)에 비교적 가까운 위치에 존재한다. 이로 인해, 굽힘 변형시에 중립축(C)이 적층 강판(1)의 두께 방향의 중앙부보다도 내측[롤(R)측]으로 이동해 버리므로 곡률이 커진다. 또한, 적층 강판(1)의 굽힘 변형시에, 인장 응력이 큰 부위(1a)나, 압축 응력이 큰 부위(1b)가 좁은 범위에 집중되어 버린다. 따라서, 적층 강판(1)의 파단 휨이 비교적 작아져, 특히 연성이 필요해지는 용도 등에 따라서는, 연성이 약간 부족한 경우가 있다.
한편, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 본 실시 형태에 관한 적층 강판(3)을, 롤(R)을 사용하여 굽힘 가공할 때에는, 항복 강도가 수지 시트(13)보다도 큰 메쉬 형상의 선재군(11)이 표층 강판(5)으로부터 먼 위치에 존재한다. 이로 인해, 굽힘 변형시에 중립축(C)이 적층 강판(1)의 두께 방향의 중앙부보다도 내측[롤(R)측]으로 이동하는 일이 없어, 곡률을 작게 할 수 있다. 또한, 적층 강판(3)의 굽힘 변형시에, 인장 응력이 큰 부위(3a)와, 압축 응력이 큰 부위(3b)를 넓은 범위로 분산시킬 수 있다. 따라서, 메쉬 형상의 선재군(11)이 코어층(10)의 두께 방향의 중앙부에 편재되어 있는 적층 강판(3)에서는, 파단 휨을 크게 할 수 있어, 적층 강판(1)보다도 연성을 향상시킬 수 있다.
또한, 그 밖의 적층 강판(3)의 구성이나 제조 방법에 대해서는, 상술한 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지이므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
〔정리〕
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 제1 내지 제3 실시 형태에 관한 적층 강판은, 경량이며, 강성, 내충격성이 높고, 또한 가공성도 우수하여, 굽힘 가공, 드로잉 가공 등의 강가공을 행해도 가공 후의 내열 형상 안정성이 우수한 것으로 된다. 또한, 상술한 각 실시 형태에 관한 적층 강판에서는, 코어층(10)이 메쉬 형상의 선재군(11) 외에, 수지 시트(13)를 가짐으로써, 제진 성능도 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1 내지 제3 실시 형태에 관한 적층 강판은, 자동차용, 가전용, 가구용, OA 기기 등의 부재용에 이용할 수 있고, 특히, 드로잉 가공, 굽힘 가공, 프로파일링 가공 등의 강가공에 의해 성형한 후에 도장하는 시트 부품용의 강판으로서 적절하게 사용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 사용하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
(사용한 강판, 메쉬 형상의 선재군, 수지 시트)
본 실시예 및 비교예에서는, 표 1에 나타내는 표층 강판, 표 2에 나타내는 철망(메쉬 형상의 선재군), 표 3에 나타내는 수지 시트를 사용하여 적층 강판을 제조하였다. 여기서, 표 3의 PET계 얼로이는, PET(RN163:도오요요 보오세끼제)/아이오노머(하이밀란 1706:미쯔이 데슈폰제)/에틸렌계 고무(EBM2401P:JSR제)의 질량비가, 80질량부/10질량부/10질량부로 이루어지는 얼로이이다. 또한, 표 3에 나타낸 본 실시예 및 비교예에서 사용한 발포체(발포 시트)는, PET계 얼로이 및 나일론 시트에 20㎫, 32℃의 초임계 CO2를 함침한 후, 압력을 해방하고, 각각 260℃, 240℃로 가열하여 발포시켰다. 그리고 가열 후, 0℃까지 냉각하여, 기포의 성장을 정지시킴으로써, 표 3에 나타낸 발포 시트를 얻었다. 또한, 초임계 CO2의 함침 시간, 가열 시간 및 냉각 속도를 조정함으로써, 발포 시트의 발포율 및 발포 직경을 제어하였다. 또한, 표 2의 「제직」에 있어서의 「평직＋45°」라 함은, 평직의 철망에, 세로선 및 가로선의 방향에 대해 45°의 방향의 비스듬한 선을 위빙한 것을 나타내고 있다.
(수지 중에 포매된 철망의 제조)
다음에, 표 2에 나타내는 철망을 표 3에 나타내는 수지 시트로 포매한 수지 중에 포매된 철망을 얻었다. 구체적으로는, 우선, 철망의 0.55배의 두께를 갖는 수지 시트의 한쪽 면에 하기 표 4에 나타내는 접착제를 코트하였다. 이어서, 수지 시트의 접착제를 코트한 면이 철망과 접촉하도록 하여, 철망의 양면에 당해 수지 시트를 적층하고, 소정 온도(수지 시트가 PET계 얼로이인 경우는 260℃, 수지 시트가 나일론인 경우는 240℃) 및 소정 압력[10kgf/㎠ 내지 40kgf/㎠(0.98㎫ 내지 2.92㎫)]으로 압착함으로써, 하기하는 표 4에 나타낸 수지 중에 포매된 철망 No.1-15를 얻었다. 또한, 수지 중에 포매된 철망 No.1-No.15 중, 복수의 철망을 사용한 것에 대해서는, 우선, 상술한 바와 같이 하여 1매의 철망을 수지 시트로 포매한 수지 중에 포매된 철망을 제작하였다. 그리고 얻어진 수지 중에 포매된 철망의 표면에 접착제를 코트하고, 각 수지 중에 포매된 철망의 접착제 코트면이 접촉하도록 적층하고, 가열 압착하여 복수의 철망이 적층된 수지 중에 포매된 철망(No.3-No.6, No.9, No.12)을 얻었다.
또한, 상기 수지 중에 포매된 철망 No.1-No.15와는 별도로, 150㎛의 두께를 갖는 PET계 얼로이 발포 시트, 철망의 순으로 반복하여 10층 적층하였다. 또한 최표면(최상면)에 150㎛의 두께를 갖는 PET계 얼로이 발포 시트를 적층하고, 상기한 조건에서 열압착을 함으로써, 표 4에 나타내는 수지 중에 포매된 철망 No.16을 얻었다. 이와 같이 수지 중에 포매된 철망 No.16은, 철망이 코어층 중의 수지 내에 균일하게 배치되어 있는 것으로 된다.
또한, 상기 수지 중에 포매된 철망 No.1-No.15와는 별도로, 표 5에 나타내는 접착제를 양면에 코트한 1350㎛의 두께를 갖는 PET계 얼로이 발포 시트의 양면에, 각각 철망을 5매씩 적층하였다. 이어서, 150㎛의 두께를 갖는 PET계 얼로이를 양면의 철망에 각각 적층하고, 상기한 조건에서 열압착을 함으로써, 표 4에 나타내는 수지 중에 포매된 철망 No.17을 얻었다. 이와 같이 수지 중에 포매된 철망 No.17은, 철망이 코어층 내에 있어서 수지층의 상하의 표층부(표층 강판측)에 편재되어 있는 것으로 된다.
또한, 상기 수지 중에 포매된 철망 No.1-No.15와는 별도로, 철망 10매가 적층되도록 인접하는 철망을 접합하였다. 그리고 적층된 철망의 상하 양면의 각각에, 1100㎛의 두께를 갖는 PET계 얼로이 발포 시트를 적층하고, 상기한 조건에서 열압착을 함으로써, 표 4에 나타내는 수지 중에 포매된 철망 No.18을 얻었다. 이와 같이 수지 중에 포매된 철망 No.18은, 철망이 코어층 내에 있어서 수지층의 중앙부(코어층의 두께 방향의 중앙측)에 편재되어 있는 것으로 된다.
또한, 상기 수지 중에 포매된 철망 No.1-No.18에 있어서, 적층된 각 철망, 혹은 철망과 수지 시트는, 표 5에 나타내는 접착제를 사용하여 접합하였다.
(적층 강판의 제조)
본 실시예에 있어서의 적층 강판의 구체적인 제조 방법으로서는, 우선, 표 1에 나타내는 300㎜×300㎜의 강판의 한쪽 면에 표 5에 나타내는 접착제를 코트하였다. 그리고 접착제가, 상술한 바와 같이 하여 얻어진 수지 중에 포매된 철망과 접촉하도록, 강판, 수지 중에 포매된 철망, 강판의 순으로 적층하여 적층체를 얻었다. 다음에, 상기한 소정 온도(수지 시트가 PET계 얼로이인 경우는 260℃, 수지 시트가 나일론인 경우는 240℃)까지 가온하였다. 이어서, 소정 두께의 시임을 사용하여 적층체의 사방을 둘러싸고, 압착력 10kgf/㎠ 내지 40kgf/㎠(0.98㎫ 내지 2.92㎫)로 2분간 가열 압착한 후, 실온까지 냉각하여, 표 6에 나타낸 실시예 No.1 내지 No.25의 각 적층 강판을 얻었다.
또한, 각 비교예에 있어서의 적층 강판의 제조 방법은 이하와 같다.
(비교예 1)
표 2에 나타내는 철망 No.1의 양면에, 표 3에 나타내는 접착제를 코트한 후, 당해 철망의 양면에 표 1에 나타내는 표층 강판 No.1을 적층하고, 표 6에 나타내는 실시예 No.1과 동일한 조건에서 열압착함으로써, 비교예 No.1의 적층 강판을 얻었다.
(비교예 2)
우선, 판 두께 2.1㎜의 인장 강도 980㎫의 고강도 강판을 펀칭 가공하여, 직경 2.0㎜의 원형 구멍을 부여하였다(개공률 66％). 그리고 펀칭 가공 후의 가공판을, 표 5에 나타내는 수지 중에 포매된 철망 No.1과 마찬가지로 하여 PET계 얼로이 발포 시트에 포매하였다. 그리고 그 후에는 실시예 No.1과 마찬가지의 조건에 의해, 당해 수지 중에 포매된 가공판을 코어층으로 한 비교예 No.2의 적층 강판을 얻었다.
(비교예 3-4)
탄소 함유량이 가장 낮은 철망 No.10을 포매한 비교예 No.3의 적층 강판을, 실시예 No.1과 마찬가지의 수순에 의해 얻었다. 또한, 눈의 크기가 가장 큰 철망 No.11을 포매한 비교예 No.4의 적층 강판을 실시예 No.1과 마찬가지의 수순에 의해 얻었다.
(비교예 5-6)
글래스 단섬유가 내장된 나일론 시트(두께:1.3㎜, 유리 섬유 30질량％ 함유, 인장 강도:34㎫)를 실시예 No.1과 마찬가지로 표층 강판(1) 사이에 적층하여 비교예 5의 적층 강판을 얻었다. 또한, PET계 얼로이 발포 시트를 제1 실시예와 마찬가지로 표층 강판(1) 사이에 적층하여 비교예 6의 적층 강판을 얻었다.
(비교예 7)
코어층으로서 1㎜의 두께의 PP 발포 시트를 사용하고, 접착층으로서 0.05㎜의 두께의 산 변성 PP를 사용하여 제1 실시예와 마찬가지의 수순에 의해 비교예 7의 적층 강판을 얻었다.
(적층 강판의 물성, 가공·제진성 시험)
상술한 바와 같이 하여 얻어진 각 실시예의 적층 강판으로부터 ASTM D-790에 준하여 시험편(25㎜×150㎜)을 잘라내고, 지지점간 거리를 50㎜, 속도를 5㎜/min으로 설정하여 3점 굽힘 시험을 실시하였다. 이때, 실시예 No.1-No.19, No.22-No.24에서는, 시험편의 길이 방향 및 폭 방향이 최하층 철망의 정방 격자의 방향과 일치하도록 시험편을 잘라냈다. 또한, 실시예 No.20, No.21에서는, 시험편의 길이 방향 및 폭 방향이 최하층 철망의 정방 격자의 대각선의 방향과 일치하도록 시험편을 잘라냈다.
그리고 각각의 시험편으로부터, 실측 변형-하중 곡선의 기울기 δ(최대 하중의 1/3의 하중까지의 하중을 사용하여 산출)를 수학식 8에 대입하여, 굽힘 강성 D를 산출하였다. 또한, 적층 강판의 소성 영역의 굽힘 모멘트 M을 수학식 9에 의해 산출하였다. 또한, 강판의 내충격성이 소성 영역의 굽힘 모멘트와 상관이 있는 것이 알려져 있으므로, 수학식 9에 의해 산출한 소성 영역의 굽힘 모멘트를 내충격성의 지표로 하였다.
여기서, 상기 수학식 8 및 9에 있어서, Pe:실측 하중, P:실측 굽힘 최대 하중, δ:변형량, l:지지점간 거리, b:시험편 폭이다.
또한, 각 실시예의 적층 강판으로부터 125㎜×30㎜의 시험편을 잘라내고, 에릭센사제 20T 종합 시험기의 각형 딥 드로잉 실험 장치[r＝100㎜, BHF(블랭크 홀드 포스):2ton]에 의해, U형 햇(hat) 굽힘 시험편을 제작하였다.
또한, 실시예 No.1-No.24의 적층 강판으로부터 시험편(25㎜×150㎜)을 잘라내고, JIS-G-0602에 준거하여 외팔보 공진법에 의해, 2차 공진 주파수에서의 손실 계수를 측정하였다.
(평가)
<1. 경량성의 평가>
각각의 적층 강판의 판 밀도 ρ를 수학식 10에 의해 산출하였다.
여기서, 상기 수학식 10에 있어서, va, vs는, 각각 철망, 표층 강판의 체적 분율이고, ρa, ρs는, 각각 철망, 표층 강판의 판 밀도이다. 또한, 접착층의 두께는, 적층 강판 전체의 두께에 비해 얇기 때문에, 그 영향은 무시할 수 있는 것으로서 취급하였다.
또한, 수학식 8에 의해 구한 강성 D로부터, 수학식 11에 의해 적층 강판과 동일한 굽힘 강성을 발현하는 데 필요한 표층 강판 단독의 판 두께 tp를 산출하고, 이 단위 면적당의 질량 Wp를 수학식 12에 의해 구하였다. 적층 강판의 단위 면적당의 질량 W와 수학식 12의 강판의 단위 면적당의 질량 Wp의 비(W/Wp)로, 굽힘 강성을 일정하게 한 경우의 경량성을 평가하였다.
여기서, 상기 수학식 11 및 수학식 12에 있어서, Es는 표층 강판의 영률(본 실시예에서는 180㎬)이고, Wp는 적층 강판과 동일한 강성을 갖는 강판의 단위 면적당의 질량이다.
<2. 굽힘 강성, 내충격성의 평가>
수학식 12에서 산출한 적층 강판의 단위 면적당의 질량 W와 동일 질량을 갖는 강판 단독의 강성 Dp를 수학식 13에 의해 산출하였다. 또한, 수학식 13에 의해 구한 강성 Dp와 적층 강판의 강성 D의 비(D/Dp)를 산출하여, 적층 강판의 강성을 평가하였다. 여기서, D/Dp＞1인 경우는, 강판 단독인 경우와 비교하여 합리적으로 강성이 증대되어 있다고 평가한다.
굽힘 강성의 평가와 마찬가지로, 동일 단위 면적당의 질량의 강판 단독의 굽힘 모멘트 Mp를 수학식 14에 의해 산출하고, 이 강판 단독의 굽힘 모멘트 Mp와 수학식 9에 의해 구한 적층 강판의 소성 영역의 굽힘 모멘트 M의 비(M/Mp)로, 내충격성의 크기를 평가하였다. 여기서, M/Mp＞1인 경우는, 강판 단독인 경우와 비교하여 합리적으로 내충격성이 증대되어 있다고 평가한다.
여기서, 상기 수학식 14에 있어서, P:굽힘 최대 하중, Ts:표층 강판의 인장 강도, l:지지점간 거리, b:시험편 폭이다. 또한, 코어층의 상하 양면의 표층 강판에서 Ts가 다른 경우에는, 상하 양면의 표층 강판의 Ts 평균값을 표층 강판의 인장 강도로서 사용하였다.
<3. 연성의 평가>
실시예 No.22-No.24의 적층 강판에 대해 파단될 때까지 굽힘을 계속하여, 파단시의 휨량을 측정하고, 측정된 휨량을 이용하여 적층 강판의 연성을 평가하였다. 여기서, 휨량이 클수록 연성이 높다고 평가하는 것으로 한다. 또한, 휨량의 측정은, 하중점의 이동 거리에 의해 측정하였다.
<4. 가공 건전성의 평가>
햇 굽힘 시험편의 단면을 육안 및 실체 현미경으로 관찰하여, 표층 강판의 박리, 표층 강판의 파괴나 좌굴 및 코어층에의 푹 패임, 코어층의 파손, 좌굴의 유무를 검사하였다. 여기서, 모두 이상이 없는 경우에는 가공 건전성이 우수하다고 평가하였다. 또한, 당해 가공편을 180℃로 가열한 오븐에 장입하고, 30분 유지 후, 오븐으로부터 취출하여, 실온까지 냉각하였다. 그리고 가공 후에 있어서의 표층 강판의 박리, 코어층의 파괴, 흐름 등의 가열 형상 건전성을 평가하였다. 여기서, 모두 이상이 없는 경우에는, 가열 형상 건전성이 우수하다고 평가하였다.
<5. 제진성의 평가>
상술한 바와 같이 하여 측정한 2차 공진 주파수에서의 손실 계수에 기초하여, 실시예 No.1-No.24의 적층 강판의 제진성을 평가하였다. 또한, 손실 계수가 클수록 제진 특성이 양호하다고 판단하는 것으로 한다.
(평가 결과)
이상의 평가 결과를 하기 표 7에 나타낸다.
표 7에 나타내는 바와 같이, 실시예 No.1-No.24의 적층 강판은, W/Wp＜1.0으로, 동일 강성의 강판과 비교하여 판 밀도가 작고, 경량성이 우수한 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 No.1-No.24의 적층 강판은, D/Dp＞1.0, M/Mp＞1.0으로, 동일 판 밀도인 것과 비교하여 굽힘 강성 및 소성 영역의 굽힘 모멘트가 크고, 고강성 또한 내충격 특성이 우수한 것을 알 수 있었다.
또한, 실시예 No.1-No.21의 적층 강판은 모두, 햇 굽힘 가공, 가공 후의 가열에서도 표층 강판의 박리, 표층 강판의 파괴나 좌굴 및 코어층에의 푹 패임, 코어층의 파손, 좌굴은 없어, 가공 및 가공 후 가열 후의 건전성을 유지할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 실시예 No.1-No.24의 적층 강판은 모두, 손실 계수가 0.5 이상으로, 제진 성능도 우수한 것을 알 수 있었다.
또한, 실시예 No.1과 비교하여 실시예 No.20의 강성 D 및 굽힘 모멘트 M이 약간 작은 것은, 이하와 같이 추측된다. 실시예 No.1에서는, 표층 강판의 폭 방향에 평행하게 배열된 강선을 함유하는 철망을 1층 갖는 것에 대해, 실시예 No.20에서는, 표층 강판의 폭 방향에 평행하게 배열된 강선을 함유하는 철망을 갖지 않는다. 폭 방향에 평행하게 배열된 강선은 굽힘 변형 하중에 의해서는 변형되지 않으므로, 표층 강판의 푸아송 변형을 구속한다. 그 결과, 당해 강선을 함유하는 실시예 No.1의 적층 강판에는 표층 강판의 구속력이 발생하므로, 실시예 No.1의 적층 강판에서는, 영률 및 항복 강도가 보다 증가하여, 강성 D 및 굽힘 모멘트 M이 증가하였다고 생각된다. 한편, 실시예 No.20의 적층 강판에서는, 철망의 격자의 대각선이 굽힘 시험편의 길이 방향 및 폭 방향과 일치하고 있으므로, 굽힘 하중을 가하면 철망이 전단 변형되어, 상하 양면의 표층 강판 사이에 어긋남이 발생한 것이라고 생각된다. 그로 인해, 실시예 No.1의 적층 강판보다도 강성 D 및 굽힘 모멘트 M이 작아진 것이라 생각된다.
또한, 실시예 No.12의 적층 강판의 강성 D 및 굽힘 모멘트 M과, 실시예 No.21의 적층 강판의 강성 D 및 굽힘 모멘트 M이, 거의 동등한 값으로 되었다. 이것은, 철망의 적층 방향을 바꾸어 적층하여, 등방적으로 되었기 때문이라고 추정된다.
또한, 실시예 No.23의 적층 강판은, 실시예 No.22의 적층 강판보다도 강성 D 및 굽힘 모멘트 M이 크게 되어 있다. 이것은, 코어층의 철망이 표층 강판측에 편재되어 있으므로, 철망과 중립축의 거리가 커져, 보다 효율적으로 강성 D 및 굽힘 모멘트 M을 증대시킬 수 있었던 것에 기인하고 있다고 생각된다.
또한, 실시예 No.24의 적층 강판은, 실시예 No.22의 적층 강판보다도 파단 휨이 커, 연성이 우수하였다. 이것은, 중심부에 항복 강도가 큰 철망이 배치되어 있으므로, 중립축의 이동을 방지할 수 있어, 곡률을 작게 할 수 있었던 것에 기인하고 있다고 생각된다. 실제로, 파단 직전의 실시예 No.24의 굽힘 시험편의 곡률은, 굽힘 변형을 비디오로 촬영하고, 파단 직전의 시험편 형상을 화상 처리하여 산출한 바, 실시예 No.22의 1/5 이하였다.
또한, 실시예 No.25의 적층 강판은, 실시예 No.3의 적층 강판과 강성 D, 굽힘 모멘트 M, 가공성, 내열 형상 안정성 및 제진성은 거의 동일하였지만, 판 밀도는 작았다. 이것은, 강성 D 및 굽힘 모멘트 M의 기여가 작은 코어층의 중심부에서, 철망 No.3 대신에 눈의 크기가 큰 철망 No.5를 사용하였으므로, 효율적으로 강성 D 및 굽힘 모멘트 M을 증가시키고, 또한 경량화할 수 있었던 결과라고 추정된다.
또한, 비교예 No.1의 적층 강판은, 햇 굽힘 가공하면 표층 강판과 철망 사이의 계면에서 박리를 발생하는 경우가 있어, 실시예 No.1-No.24의 적층 강판보다도 표층 강판과 코어층 사이의 밀착성이 떨어져 있었다. 이것은, 실시예 No.1-No.24의 적층 강판에서는, 수지 시트로 철망을 포매하고 있으므로, 표층 강판과 코어층 사이가 면 접촉으로 되어 있다. 이에 대해, 비교예 No.1의 적층 강판에서는, 표층 강판과 철망 사이가 선 접촉 또는 점 접촉으로 되므로 접촉 면적이 작아지는 것에 기인한다고 추측된다. 또한, 비교예 No.1의 적층 강판의 손실 계수는, 실시예 No.1-No.24의 적층 강판의 손실 계수보다도 작고, 제진성도 떨어지는 것을 알 수 있었다.
또한, 비교예 No.2에 관해서는, 굽힘 시험에 의해 강성 D 및 굽힘 모멘트 M을 평가하였다. 그 결과, 비교예 No.2의 적층 강판은, 실시예 No.1과 질량 W는 동일하였지만, 강성 D 및 굽힘 모멘트 M은 작았다. 이것은, 비교예 No.2에서는, 굽힘 변형시에 푸아송 변형에 따라서 변형되는 가공 판재를 코어층으로 하고 있는 것에 대해, 본 발명을 적용한 실시예 No.1에서는 철망을 코어층에 사용하고 있다. 이로 인해, 코어층의 변형이 푸아송 변형으로부터 괴리되므로, 표층 강판의 구속력이 작용하여, 영률 및 항복 강도가 보다 증가한 효과에 의한 것이라고 추정된다.
비교예 No.3의 적층 강판의 강성 D 및 굽힘 모멘트 M은, 실시예 No.1과 비교하여 작았다. 이것은, 철망 No.10에 있어서의 강선의 탄소 함유량이 0.24질량％ 미만으로, 코어층의 인장 강도가 불충분하기 때문이라고 추정된다.
또한, 비교예 No.4의 적층 강판에서는, 햇 굽힘 가공에 의해, 표층 강판의 코어층에의 푹 패임(코어층의 공공에 표층 강판의 파고들어감) 및 표층 강판의 단부로부터의 균열이 발생하여, 가공 건전성을 유지할 수 없었다. 이것은, 철망 No.11의 눈의 크기가 표층 강판의 두께의 10배 초과로, 표층 강판 중 공공 상에 위치하는 부분에 응력 집중이 발생하였기 때문이라고 추정된다.
또한, 비교예 No.5-No.6의 적층 강판은, 수학식 15에 의해, 실시예 No.1과 거의 동일한 소성 영역에서의 굽힘 모멘트를 발현하도록 적층 강판 전체의 두께를 설계하였지만, 실측에서는 실시예 No.1보다도 작아졌다. 이 비교예 No.5-No.6의 굽힘 시험편을 해석한 결과, 비교예 No.5의 적층 강판에서는, 코어층의 70％가 수지이고, 또한 보강 섬유가 불연속이므로, 전단 변형 저항이 실시예 No.1보다도 작았다. 그 결과, 코어층의 전단 변형에 의해, 상하 양면의 표층 강판은 최대 1.5㎜(실시예 No.1의 10배)의 어긋남이 발생하고, 이 어긋남에 의해 소성 영역에서의 굽힘 모멘트가 저하된 것이라고 추정된다. 또한, 비교예 No.6에 대해서는, 수지부가 코어층의 50％ 뿐인 것에 더하여, 보강 섬유도 존재하지 않으므로, 비교예 No.5의 경우보다도 더욱 큰 어긋남이 발생하고, 이 어긋남에 의해 소성 영역에서의 굽힘 모멘트가 저하된 것이라고 추정된다.
또한, 비교예 No.7의 적층 강판에 대해서는, 햇 굽힘 가공품의 내열 형상 안정성을 평가하였다. 그 결과, 강판 단부로부터 수지의 유출이 있어, 형상 불량이 발생하였다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 물론이다. 당업자라면 특허청구범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 양해된다.
본 발명에 따르면, 경량이며, 강성 및 내충격성이 높고, 또한 제진 성능, 전단, 굽힘, 딥 드로잉, 돌출 등의 가공성이나 가공 후의 형상 안정성을 겸비한 적층 강판을 제공하는 것이 가능해진다.
1 : 적층 강판
5(5A, 5B) : (표층) 강판
10 : 코어층
11 : 메쉬 형상의 선재군
13 : 수지 시트
111 : 세로선
113 : 가로선
115 : 공공(메쉬)
117 : 경사 방향의 제직(선)
ts : 표층 강판의 두께
tc : 코어층의 두께
wL, wH : 눈의 크기
p : (메쉬) 피치
d : 선 직경
5(5A, 5B) : (표층) 강판
10 : 코어층
11 : 메쉬 형상의 선재군
13 : 수지 시트
111 : 세로선
113 : 가로선
115 : 공공(메쉬)
117 : 경사 방향의 제직(선)
ts : 표층 강판의 두께
tc : 코어층의 두께
wL, wH : 눈의 크기
p : (메쉬) 피치
d : 선 직경
Claims (13)
- 선재를 사용하여 메쉬 형상으로 형성한 선재군과 수지 시트를 구비한 코어층과, 상기 코어층의 양면에 접합된 강판을 갖고,
상기 선재의 인장 강도가 601㎫ 이상이고, 또한 상기 선재군의 눈의 크기가 상기 강판의 두께의 10배 이하인 것을 특징으로 하는, 적층 강판. - 제1항에 있어서, 상기 선재의 인장 강도가, 1000㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 적층 강판.
- 제1항에 있어서, 상기 선재군의 눈의 크기가, 상기 강판의 두께의 3.5배 이하인 것을 특징으로 하는, 적층 강판.
- 제1항에 있어서, 상기 선재군의 눈의 크기가, 상기 강판의 두께의 0.1배 이상인 것을 특징으로 하는, 적층 강판.
- 제3항에 있어서, 상기 선재군의 눈의 크기가, 상기 강판의 두께의 0.5배 이상 1배 이하인 것을 특징으로 하는, 적층 강판.
- 제1항에 있어서, 상기 수지 시트의 기재가, 발포체인 것을 특징으로 하는, 적층 강판.
- 제1항에 있어서, 상기 코어층과 상기 강판이 접착제를 사용하여 접합되고,
상기 접착제와 상기 강판의 전단 밀착 강도가 30N/㎠ 이상이고,
상기 접착제의 100℃ 내지 160℃에서의 저장 탄성률 G'가, 0.05㎫ 이상 100㎫ 이하인 것을 특징으로 하는, 적층 강판. - 제1항에 있어서, 상기 선재군은, 세로선 및 가로선에 대해 경사 방향으로 제직이 가해져 있는 것을 특징으로 하는, 적층 강판.
- 제8항에 있어서, 상기 선재군은, 정방형 눈의 메쉬이고,
상기 경사 방향은, 상기 세로선 및 상기 가로선의 방향에 대해 45°의 방향인 것을 특징으로 하는, 적층 강판. - 제1항에 있어서, 상기 코어층이, n(n은 2 이상의 정수)층의 적층된 상기 선재군으로 이루어지고,
각 층의 상기 선재군을 형성하는 상기 선재의 방향을, 인접하는 층의 상기 선재군 사이에서 360/3n°이상 360/n°이하의 각도씩 일정 방향으로 어긋나게 하여, 각 층의 상기 선재군이 적층되는 것을 특징으로 하는, 적층 강판. - 제10항에 있어서, 상기 코어층은, 2층 내지 20층의 적층된 상기 선재군으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 적층 강판.
- 제1항에 있어서, 상기 코어층은, 3매 이상의 상기 선재군을 갖고 있고,
3매 이상의 상기 선재군으로부터 임의로 선택된 인접하는 2매의 상기 선재군 중, 상기 코어층의 두께 방향의 중앙 위치에 대해, 보다 먼 측에 배치된 상기 선재군의 눈의 크기가, 보다 가까운 측에 배치된 상기 선재군의 눈의 크기보다도 작은 것을 특징으로 하는, 적층 강판. - 제1항에 있어서, 상기 코어층은, 복수의 상기 선재군을 갖고 있고,
상기 복수의 선재군이 서로 고상 접합 또는 위빙에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는, 적층 강판.
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