KR20160112950A - 수지 접합체, 수지 접합체의 제조 방법 및 차량용 구조체 - Google Patents

수지 접합체, 수지 접합체의 제조 방법 및 차량용 구조체 Download PDF

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KR20160112950A
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

수지 접합체는, 열가소성 수지 성형체(20)와, 열가소성 수지부(30)가 용착에 의해 접합된다. 열가소성 수지부(30)는, 열경화성 수지 성형체(40)의 표면의 일부에 노출되어 설치된다.

Description

수지 접합체, 수지 접합체의 제조 방법 및 차량용 구조체{RESIN JOINED BODY, MANUFACTURING METHOD OF RESIN JOINED BODY, AND VEHICLE STRUCTURE}
본 발명은 수지 접합체, 수지 접합체의 제조 방법 및 차량용 구조체에 관한 것이다.
차세대의 차량용 차체에는, 수지제(樹脂製) 부품의 채용의 확대가 예상되고 있다. 그 때문에, 수지제 부품끼리의 접합 방법의 확립이 급선무가 되었다.
섬유 강화 열가소성 수지끼리를 접합하기 위해, 섬유 강화 열가소성 수지의 사이에 배치한 열가소성 수지 시트를 개재하여 섬유 강화 열가소성 수지끼리를 접합하는 접합 방법이 개시되어 있다(예를 들면, 일본 공개특허 특개2014-076565호 공보 참조).
열경화성 수지와 열가소성 수지를 포함하는 섬유 강화 복합 재료판에 대해서는 알려져 있다(예를 들면, 일본 공개특허 특개2008-230238호 공보 참조).
또한, 섬유 강화 수지 A의 표면의 일부에, 수지 B로 이루어지는 수지체를 미리 접합하여 수지체 일체화 예비 성형체를 형성하고, 당해 수지체 일체화 예비 성형체를 형(型) 내에 배치하여, 상기 수지 B와 동일 수지에 의한 인서트 성형을 행하는 복합 성형체의 제조 방법이 개시되어 있다(예를 들면, 일본 공개특허 특개2013-028159호 공보 참조).
열경화성 수지 경화물을 이용한 수지제 부품과 열가소성 수지를 이용한 수지제 부품의 접합에는, 접착제를 이용한 접합 또는 리벳 등의 체결 부재를 이용한 고정이 일반적이다.
그러나, 일본 공개특허 특개2014-076565호 공보에 기재된 기술은, 가소성을 나타내는 열가소성 수지끼리의 접합에 이용되는 것으로서, 열가소성 수지와 이미 경화 반응이 완료되어 가소화하기 어려운 열경화성 수지 경화물과의 접합에는 적용할 수 없다. 또한, 열경화성 수지 경화물을 이용한 수지제 부품과 열가소성 수지를 이용한 수지제 부품의 접합에 접착제 또는 리벳 등의 체결 부재를 이용하면, 질량 또는 비용의 증가의 한 원인이 되어, 바람직하지 않다. 특히, 접착제를 이용하여 열가소성 수지와 열경화성 수지 경화물을 접합한 경우, 접착제의 강도로 접합부의 강도가 결정되기 때문에, 수지제 부품 자신의 재료 강도를 살릴 수 없는 경우가 있다. 게다가, 일본 공개특허 특개2008-230238호 공보에 기재된 기술은 열가소성 수지와 아직 미경화의 열경화성 수지를 이용한 섬유 강화 복합 재료판의 제조에 적용되는 것으로서, 이미 경화 반응이 완료되어 있는 열경화성 수지 경화물과 열가소성 수지의 접합에는 적용할 수 없다. 또한, 일본 공개특허 특개2013-028159호 공보에 기재된 기술은 수지제 부품의 접합을 목적으로 하는 것이 아니다.
본 발명은, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체가 접착제 또는 리벳 등의 체결 부재를 이용하지 않고 접합된 수지 접합체 및 그 제조 방법 및 이 수지 접합체를 갖는 차량용 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 양태에 의하면, 수지 접합체는, 열가소성 수지 성형체와, 열가소성 수지부가 용착에 의해 접합된다. 열가소성 수지부는, 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 설치된다.
상기의 양태에 의하면, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체가, 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 설치된 열가소성 수지부를 개재하여 용착에 의해 접합하고 있다. 그 때문에, 접착제 또는 리벳 등의 체결 부재를 이용하지 않고 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체가 접합된 수지 접합체를 얻을 수 있다.
상기 제 1 양태에 있어서, 열가소성 수지부는 앵커부, 접합부, 연결부를 포함해도 된다. 앵커부는 열경화성 수지 성형체에 매설된다. 접합부는 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 열가소성 수지 성형체와 용착된다. 연결부는 앵커부와 접합부를 연결한다. 접합부는 열가소성 수지 성형체와 용착하고 있다.
상기의 양태에 의하면, 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 열가소성 수지 성형체와 용착되는 접합부가, 연결부를 개재하여 열경화성 수지 성형체에 매설된 앵커부와 연결되어 있다. 그 때문에, 열가소성 수지부의 열경화성 수지 성형체로부터의 박리 강도가 향상하고, 열가소성 수지 성형체와 열가소성 수지부를 용착하여 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체를 접합한 경우에, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체의 접합 강도가 향상한다.
상기 제 1 양태에 있어서, 열가소성 수지 성형체가 섬유를 포함해도 된다.
상기의 양태에 의하면, 열가소성 수지 성형체가 섬유를 포함하기 때문에, 열가소성 수지 성형체와 열가소성 수지부가 용착에 의해 접합한 상태에서, 열가소성 수지 성형체에 포함되는 섬유가 열가소성 수지부에 진입한다. 그 때문에, 열가소성 수지부를 개재한 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체의 접합 강도가 향상한다.
상기 제 1 양태에 있어서, 열가소성 수지부가 섬유를 포함해도 된다.
상기의 양태에 의하면, 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 설치된 열가소성 수지부가 섬유를 포함하기 때문에, 열가소성 수지 성형체와 열가소성 수지부가 용착에 의해 접합한 상태에서, 열가소성 수지부에 포함되는 섬유가 열가소성 수지 성형체에 진입한다. 그 때문에, 열가소성 수지부를 개재한 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체의 접합 강도가 향상한다.
상기 제 1 양태에 있어서, 열경화성 수지 성형체가 열가소성 수지부를 두 개 이상 가져도 된다.
상기의 양태에 의하면, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체의 접합 개소가 2개소 이상으로 되기 때문에, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체의 접합 강도가 향상한다.
본 발명의 제 2 양태에 의하면, 수지 접합체의 제조 방법은 이하를 포함함:
열가소성 수지 성형체를 준비하는 것;
열가소성 수지부를 포함하는 열경화성 수지 성형체를 준비하는 것. 열가소성 수지부는, 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 설치됨;
열가소성 수지 성형체와 열가소성 수지부를 용착하여, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체를 접합하는 것.
상기의 양태에 의하면, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체가, 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 설치된 열가소성 수지부를 개재하여 용착에 의해 접합된다. 그 때문에, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체를 접착제 또는 리벳 등의 체결 부재를 이용하지 않고 접합할 수 있다.
상기 제 2 양태에 있어서, 열가소성 수지 성형체가 섬유를 포함해도 된다.
상기의 양태에 의하면, 열가소성 수지 성형체가 섬유를 포함하기 때문에, 열가소성 수지 성형체와 열가소성 수지부를 용착에 의해 접합할 때에, 열가소성 수지 성형체에 포함되는 섬유가 열가소성 수지부에 진입한다. 그 때문에, 열가소성 수지부를 개재한 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체의 접합 강도가 향상한다.
상기 제 2 양태에 있어서, 열가소성 수지부가 섬유를 포함해도 된다.
상기의 양태에 의하면, 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 설치된 열가소성 수지부가 섬유를 포함하기 때문에, 열가소성 수지 성형체와 열가소성 수지부를 용착에 의해 접합할 때에, 열가소성 수지부에 포함되는 섬유가 열가소성 수지 성형체에 진입한다. 그 때문에, 열가소성 수지부를 개재한 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체의 접합 강도가 향상한다.
상기 제 2 양태에 있어서, 열경화성 수지 성형체가, 열가소성 수지부를 두 개 이상 가져도 된다.
상기의 양태에 의하면, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체의 접합 개소가 2개소 이상으로 되기 때문에, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체의 접합 강도가 향상한다.
상기의 양태에 있어서, 열가소성 수지부가 앵커부, 접합부, 연결부를 가져도 된다. 앵커부는 열경화성 수지 성형체에 매설된다. 접합부는, 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 열가소성 수지 성형체와 용착된다. 연결부는 앵커부와 접합부를 연결한다.
상기의 양태에 의하면, 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 열가소성 수지 성형체와 용착되는 접합부가, 연결부를 개재하여 열경화성 수지 성형체에 매설된 앵커부와 연결되어 있다. 그 때문에, 열가소성 수지부의 열경화성 수지 성형체로부터의 박리 강도가 향상하고, 열가소성 수지 성형체와 열가소성 수지부를 용착하여 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체를 접합한 경우에, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체의 접합 강도가 향상한다.
상기 제 2 양태에 있어서, 열가소성 수지부가 앵커부, 돌출부를 포함해도 된다. 앵커부는 열경화성 수지 성형체에 매설된다. 돌출부는, 앵커부로부터 열경화성 수지 성형체의 표면을 향해 표면으로부터 돌출하도록 설치된다.
상기의 양태에 의하면, 돌출부가, 열경화성 수지 성형체에 매설된 앵커부로부터 열경화성 수지 성형체의 표면을 향해 상기 표면으로부터 돌출하도록 설치되어 있다. 그 때문에, 열가소성 수지 성형체와 열가소성 수지부를 용착하여 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체를 접합할 때에, 돌출부의 선단(先端)이 열가소성 수지 성형체와 접촉한다. 돌출부의 선단이 열가소성 수지 성형체와 접촉한 상태에서 열가소성 수지 성형체와 열가소성 수지부를 용착하면, 돌출부의 선단이 발열하기 쉽기 때문에 발열 효율이 향상하고, 작업성 및 용착성이 향상한다. 또한, 열가소성 수지부가, 열경화성 수지 성형체에 매설된 앵커부를 갖기 때문에, 열가소성 수지부의 열경화성 수지 성형체로부터의 박리 강도가 향상하고, 열가소성 수지 성형체와 열가소성 수지부를 용착하여 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체를 접합한 경우에, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체의 접합 강도가 향상한다.
상기 제 2 양태에 있어서, 열경화성 수지 성형체의 표면 중, 열가소성 수지부의 노출된 부분의 주위에 홈부가 설치되어도 된다.
상기의 양태에 의하면, 열경화성 수지 성형체의 표면의 열가소성 수지부의 노출된 부분의 주위에 홈부가 설치됨으로써, 열가소성 수지 성형체와 열가소성 수지부를 용착하여 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체를 접합할 때에 생기는 바리(burr)의 적어도 일부가 홈부에 충전된다. 그 때문에, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체가 접합된 개소에 생기는 바리의 발생량이 경감되어, 보다 강고한 용착이 가능해진다.
상기 제 1 양태에 있어서, 차량용 구조체가 상기의 수지 접합체를 가져도 된다.
상기의 양태에 의하면, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체가, 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 설치된 열가소성 수지부를 개재하여 용착에 의해 접합되기 때문에, 접착제 또는 리벳 등의 체결 부재를 이용하지 않고 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체가 접합된 수지 접합체를 갖는 차량용 구조체를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 수지 접합체는, 열가소성 수지 성형체 및 열경화성 수지 성형체를 포함한다. 열경화성 수지 성형체는, 열가소성 수지부를 포함하고, 열가소성 수지부가 열가소성 수지 성형체와 용착에 의해 접합한다. 열가소성 수지부는, 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 설치된다.
본 발명의 양태에 의하면, 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체가 접착제 또는 리벳 등의 체결 부재를 이용하지 않고 접합된 수지 접합체 및 그 제조 방법 및 이 수지 접합체를 갖는 차량용 구조체가 제공된다.
본 발명의 실시형태의 특징, 장점, 기술적 및 산업적 특성은 아래 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이며, 도면 내에 동일 요소는 동일 참조 번호로 표시된다.
도 1은, 본 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 제 1 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은, 제 1 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법의 변형례를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는, 제 2 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는, 제 2 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법의 변형례를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은, 제 3 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은, 제 4 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 본 발명의 수지 접합체, 수지 접합체의 제조 방법 및 차량용 구조체의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.
수지 접합체의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 1에 있어서, 열가소성 수지 성형체(20)는, 표면의 일부에 노출되어 설치된 열가소성 수지부(30)를 갖는 열경화성 수지 성형체(40)의 열가소성 수지부(30)와, 용착에 의해 접합하여 수지 접합체(10)를 구성하고 있다.
열가소성 수지 성형체(20)를 구성하는 열가소성 수지는 특별히 한정되는 것은 아니고, 목적에 따라 공지된 각종 열가소성 수지를 사용 가능하다. 본 실시형태에 있어서 이용되는 열가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드(PA) 수지, 폴리우레탄(PU) 수지, 폴리염화비닐 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 수지 및 폴리프로필렌(PP) 수지를 들 수 있다. 이들 중에서도 PA 수지 및 PP 수지가 바람직하다.
열가소성 수지부(30)를 구성하는 열가소성 수지는 특별히 한정되는 것은 아니고, 목적에 따라 공지된 각종 열가소성 수지를 사용 가능하다. 본 실시형태에 있어서 이용되는 열가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드(PA) 수지, 폴리우레탄(PU) 수지, 폴리염화비닐 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 수지 및 폴리프로필렌(PP) 수지를 들 수 있다. 이들 중에서도 PA 수지 및 PP 수지가 바람직하다.
열가소성 수지 성형체(20)를 구성하는 열가소성 수지와 열가소성 수지부(30)를 구성하는 열가소성 수지는, 동일한 종류여도 되고 다른 종류여도 된다. 본 실시형태에 있어서는, 열가소성 수지 성형체(20)를 구성하는 열가소성 수지와 열가소성 수지부(30)를 구성하는 열가소성 수지는, 동일한 종류인 것이 바람직하다.
열경화성 수지 성형체(40)는, 열경화성 수지를 열경화시킨 후의 경화물이다. 당해 경화물의 형성에 이용되는 열경화성 수지는 특별히 한정되는 것은 아니고, 목적에 따라 공지된 각종 열경화성 수지를 사용 가능하다. 본 실시형태에 있어서 이용되는 열경화성 수지로서는, 예를 들면 비닐에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지 및 우레탄 수지를 들 수 있다. 이들 중에서도 에폭시 수지가 바람직하다.
열가소성 수지 성형체(20)의 성형 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 목적에 따라 공지된 각종 성형 방법을 사용 가능하다. 본 실시형태에 있어서 이용되는 성형 방법으로서는, 예를 들면 사출 성형, 압출 성형, 취입 성형 및 분말 성형을 들 수 있다.
열경화성 수지 성형체(40)의 성형 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 사출 성형, 압출 성형, 취입 성형, 분말 성형, 캘린더 성형, 적층 성형 등에 의해 열가소성 수지부(30)를 성형하고, 성형된 열가소성 수지부(30)를 이용하여 인서트 성형 등에 의해 열가소성 수지부(30)가 일체로 된 열경화성 수지 성형체(40)를 성형할 수 있다.
열가소성 수지 성형체(20)는 섬유를 포함하고 있어도 된다. 열가소성 수지 성형체(20)에 이용되는 섬유의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니고, 목적에 따라 공지된 각종 섬유를 사용 가능하다. 열가소성 수지 성형체(20)에 이용되는 섬유의 종류로서는, 예를 들면 아라미드 섬유, 셀룰로오스 섬유, 나일론 섬유, 비닐론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리올레핀 섬유, 레이온 섬유 등의 수지 섬유, 탄소 섬유, 유리 섬유, 금속 섬유 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 높은 기계적 강도를 실현 가능한 탄소 섬유가 바람직하다.
열가소성 수지부(30)는 섬유를 포함하고 있어도 된다. 열가소성 수지부(30)에 이용되는 섬유의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니고, 목적에 따라 공지된 각종 섬유를 사용 가능하다. 열가소성 수지부(30)에 이용되는 섬유의 종류로서는, 예를 들면 아라미드 섬유, 셀룰로오스 섬유, 나일론 섬유, 비닐론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리올레핀 섬유, 레이온 섬유 등의 수지 섬유, 탄소 섬유, 유리 섬유, 금속 섬유 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 높은 기계적 강도를 실현 가능한 탄소 섬유가 바람직하다.
열경화성 수지 성형체(40)는 섬유를 포함하고 있어도 된다. 열경화성 수지 성형체(40)에 이용되는 섬유의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니고, 목적에 따라 공지된 각종 섬유를 사용 가능하다. 열경화성 수지 성형체(40)에 이용되는 섬유의 종류로서는, 예를 들면 아라미드 섬유, 셀룰로오스 섬유, 나일론 섬유, 비닐론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리올레핀 섬유, 레이온 섬유 등의 수지 섬유, 탄소 섬유, 유리 섬유, 금속 섬유 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 높은 기계적 강도를 실현 가능한 탄소 섬유가 바람직하다.
본 실시형태에 있어서 이용되는 섬유의 상태는 특별히 한정되는 것은 아니고, 목적에 따라 공지된 상태의 섬유를 사용 가능하다. 본 실시형태에 있어서 이용되는 섬유의 상태로서는, 예를 들면, 직포 및 부직포를 들 수 있다.
열가소성 수지부(30)의 구성은 특별히 한정되는 것은 아니다. 도 1에 나타내는 바와 같은 시트 형상으로 되어 있어도 되고, 열경화성 수지 성형체에 매설된 앵커부와, 열경화성 수지 성형체의 표면의 일부에 노출되어 열가소성 수지 성형체(20)와 용착되는 접합부와, 앵커부와 접합부를 연결하는 연결부를 가지고, 접합부가 열가소성 수지 성형체(20)와 용착하고 있는 구성으로 해도 된다. 열가소성 수지부(30)의 구성을 앵커부와 접합부와 연결부를 갖는 구성으로 함으로써, 열가소성 수지부(30)가 열경화성 수지 성형체(40)로부터 탈리하기 어렵다. 그 때문에, 열가소성 수지부(30)의 열경화성 수지 성형체(40)로부터의 박리 강도가 향상하고, 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)의 접합 강도가 향상한다.
본 실시형태에 관련되는 수지 접합체에 있어서는, 열경화성 수지 성형체(40)에 설치되는 열가소성 수지부(30)의 수는 특별히 한정되지 않는다. 도 1에서는 열경화성 수지 성형체(40)에 설치되는 열가소성 수지부(30)의 수는 하나로 되어 있으나, 두 개 이상이어도 되고, 필요로 하는 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)의 접합 강도에 맞춰 열가소성 수지부(30)의 수를 선택할 수 있다.
열가소성 수지와 섬유를 복합화시켜 열가소성 수지 성형체(20) 또는 열가소성 수지부(30)를 얻는 방법에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 목적에 따라 공지된 각종 방법을 사용 가능하다. 예를 들면, 섬유에 열가소성 수지의 용액 또는 융액을 함침시키고, 필요에 따라 건조하여 시트 형상으로 성형하는 방법, 및, 섬유와 열가소성 수지 필름을 교대로 적층한 후에 가열 가압 성형하는 방법을 들 수 있다. 열경화성 수지와 섬유를 복합화시켜 열경화성 수지 성형체(40)를 얻는 방법에 대해서도, 특별히 한정되는 것은 아니고, 목적에 따라 공지된 각종 방법을 사용 가능하다. 열경화성 수지 성형체(40)의 제조에는, 열경화성 수지와 섬유를 복합화시킨 프리프레그를 이용해도 된다.
다음에, 수지 접합체의 제조 방법의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에 있어서, 수지 접합체의 실시형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다. 또한, 각 도면에 있어서의 부재의 크기는 개념적인 것이며, 부재간의 크기의 상대적인 관계는 이에 한정되지 않는다.
도 2는, 제 1 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 제 1 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법에 있어서는, 열가소성 수지 성형체(20)와, 표면의 일부에 노출되어 설치된 열가소성 수지부(30)를 갖는 열경화성 수지 성형체(40)가 준비된다. 열가소성 수지 성형체(20) 및 열경화성 수지 성형체(40)를 준비하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 후술의, 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)를 접합하는 공정을 실시하는 자가 스스로 제작해도 되고, 열가소성 수지 성형체(20) 및 열경화성 수지 성형체(40)를 구입 등에 의해 입수해도 된다. 열가소성 수지 성형체(20) 및 열경화성 수지 성형체(40)를 제작하기 위해 이용되는 재료, 방법 등은 상술한 바와 같다.
도 2에 있어서, 열경화성 수지 성형체(40)의 표면의 일부에 노출되어 설치된 열가소성 수지부(30)의 형상은, 시트 형상으로 되어 있다.
제 1 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법에 있어서는, 열가소성 수지 성형체(20)와 열가소성 수지부(30)를 용착하여, 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)를 접합함으로써 수지 접합체(10)가 제조된다.
열가소성 수지 성형체(20)와 열가소성 수지부(30)를 용착시켜 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)를 접합하는 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지된 각종 용착 방법을 사용 가능하다. 본 실시형태에 있어서 이용할 수 있는 용착 방법으로서는, 예를 들면 초음파 용착, 진동 용착, 유도 용착, 고주파 용착, 레이저 용착, 열용착 및 스핀 용착을 들 수 있다. 이들 중에서도, 초음파 용착 및 진동 용착이 바람직하다.
용착 방법으로서 진동 용착을 이용함으로써, 수지 접합체의 강도가 보다 향상한다. 한편, 용착 방법으로서 초음파 용착을 이용함으로써, 접합되는 열가소성 수지 성형체 및 열경화성 수지 성형체의 설계 및 구조의 자유도가 높아진다.
진동 용착은, 용착시키는 열가소성 수지 성형체 및 열경화성 수지 성형체에 대하여 프레스기 등을 이용하여 하중을 건 상태에서, 열가소성 수지 성형체 및 열경화성 수지 성형체의 일방을 열가소성 수지 성형체 및 열경화성 수지 성형체의 접촉면에 대하여 수평방향으로 진동시키고, 그로 인해 발생하는 마찰열을 이용하여 용착하는 방법이다.
한편, 초음파 용착은, 초음파 발진기에 의해 전기 에너지를 진동 에너지로 변환하고, 이 진동 에너지를 접촉시킨 상태의 열가소성 수지 성형체 및 열경화성 수지 성형체의 접촉면에 부여함으로써 당해 접촉면에 발생한 마찰열을 이용하여 용착하는 방법이다.
제 1 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법에 있어서는, 열경화성 수지 성형체(40)에 설치되는 열가소성 수지부(30)의 수는 특별히 한정되지 않는다. 도 2에서는 열경화성 수지 성형체(40)에 설치되는 열가소성 수지부(30)의 수는 하나로 되어 있으나, 두 개 이상이어도 되고, 필요로 하는 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)의 접합 강도에 맞춰 열가소성 수지부(30)의 수를 선택할 수 있다.
또한, 열경화성 수지 성형체(40)에 설치되는 열가소성 수지부(30)의 수를 두 개 이상으로 함으로써, 열가소성 수지 성형체(20)와 열가소성 수지부(30)를 용착할 때에 생기는 바리(열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)를 용착에 의해 접합할 때에 생기는 잉여의 열가소성 수지)가 열경화성 수지 성형체(40)와 열가소성 수지 성형체(20)의 사이에 개재하여, 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)의 접합 강도가 보다 향상한다.
도 3은, 제 1 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법의 변형례를 설명하기 위한 단면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 열가소성 수지부(30)는, 열경화성 수지 성형체(40)의 표면으로부터 돌출하도록 설치되어 있어도 된다.
도 4는, 제 2 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 제 2 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법에 있어서는, 열가소성 수지부(30)가, 열경화성 수지 성형체(40)에 매설된 앵커부(32)와, 열경화성 수지 성형체(40)의 표면의 일부에 노출되어 열가소성 수지 성형체(20)와 용착되는 접합부(34)와, 앵커부(32)와 접합부(34)를 연결하는 연결부(36)를 갖는 구성으로 되어 있다.
제 2 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법에 있어서는, 접합부(34)가 연결부(36)을 개재하여 열경화성 수지 성형체(40)에 매설된 앵커부(32)와 연결되어 있기 때문에, 열가소성 수지부(30)가 열경화성 수지 성형체(40)로부터 탈리하기 어렵다. 그 때문에, 열가소성 수지부(30)의 열경화성 수지 성형체(40)로부터의 박리 강도가 향상하고, 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)의 접합 강도가 향상한다.
제 2 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법에 있어서의 용착 방법으로서는, 초음파 용착 및 진동 용착이 바람직하고, 진동 용착이 보다 바람직하다.
제 2 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법에 있어서는, 열경화성 수지 성형체(40)에 설치되는 열가소성 수지부(30)의 수는 특별히 한정되지 않는다. 도 4에서는 열경화성 수지 성형체(40)에 설치되는 열가소성 수지부(30)의 수는 하나로 되어 있으나, 두 개 이상이어도 되고, 필요로 하는 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)의 접합 강도에 맞춰 열가소성 수지부(30)의 수를 선택할 수 있다.
또한, 열경화성 수지 성형체(40)에 설치되는 열가소성 수지부(30)의 수를 두 개 이상으로 함으로써, 열가소성 수지 성형체(20)와 열가소성 수지부(30)를 용착할 때에 생기는 바리가 열경화성 수지 성형체(40)와 열가소성 수지 성형체(20)의 사이에 개재하여, 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)의 접합 강도가 보다 향상한다.
도 5는, 제 2 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법의 변형례를 설명하기 위한 단면도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 열가소성 수지부(30)에 있어서의 접합부(34)는, 열경화성 수지 성형체(40)의 표면으로부터 돌출하도록 설치되어 있어도 된다.
도 6은, 제 3 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 제 3 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법에 있어서는, 열가소성 수지부(30)가, 열경화성 수지 성형체(40)에 매설된 앵커부(32)와, 앵커부(32)로부터 열경화성 수지 성형체(40)의 표면을 향해 표면으로부터 돌출하도록 설치된 돌출부(38)를 갖는 구성으로 되어 있다.
그 때문에, 열가소성 수지 성형체(20)와 열가소성 수지부(30)를 용착하여 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)를 접합할 때에는, 돌출부(38)의 선단이 열가소성 수지 성형체(20)와 접촉한다. 돌출부(38)의 선단이 열가소성 수지 성형체(20)와 접촉한 상태에서, 예를 들면 진동 용착을 실시하면, 돌출부(38)의 선단이 마찰에 의해 발열하기 쉽기 때문에 발열 효율이 향상되고, 돌출부(38)와 열가소성 수지 성형체(20)가 용이하게 접합된다. 그 때문에, 작업성 및 용착성이 향상한다.
열경화성 수지 성형체(40)의 열가소성 수지 성형체(20)와의 접합면과 직교하는 방향으로부터 보았을 때의 돌출부(38)의 면적은, 열경화성 수지 성형체(40)의 열가소성 수지 성형체(20)와의 접합면과 직교하는 방향으로부터 보았을 때의 앵커부(32)의 면적보다 작은 것이 바람직하다. 돌출부(38)의 면적을 작게 함으로써, 돌출부(38)의 선단이 열가소성 수지 성형체(20)와 접촉한 상태에서, 예를 들면 진동 용착을 실시할 때에, 돌출부(38)와 열가소성 수지 성형체(20)의 접촉 압력을 보다 높게 할 수 있어, 발열 효율이 보다 향상한다.
또한, 열가소성 수지부(30)가, 열경화성 수지 성형체(40)에 매설된 앵커부(32)를 갖기 때문에, 열가소성 수지부(30)가 열경화성 수지 성형체(40)로부터 탈리하기 어렵다. 그 때문에, 열가소성 수지부(30)의 열경화성 수지 성형체(40)로부터의 박리 강도가 향상하고, 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)의 접합 강도가 향상한다.
제 3 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법에 있어서는, 열경화성 수지 성형체(40)에 설치되는 열가소성 수지부(30)의 수는 특별히 한정되지 않는다. 도 6에서는 열경화성 수지 성형체(40)에 설치되는 열가소성 수지부(30)의 수는 하나로 되어 있으나, 두 개 이상이어도 되고, 필요로 하는 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)의 접합 강도에 맞춰 열가소성 수지부(30)의 수를 선택할 수 있다.
열경화성 수지 성형체(40)에 설치되는 열가소성 수지부(30)의 수를 두 개 이상으로 함으로써, 열가소성 수지 성형체(20)와 열가소성 수지부(30)를 용착할 때에 생기는 바리가 열경화성 수지 성형체(40)와 열가소성 수지 성형체(20)의 사이에 개재하여, 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)의 접합 강도가 보다 향상한다.
제 3 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법에 있어서의 용착 방법으로서는, 진동 용착이 바람직하다.
도 7은, 제 4 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 제 4 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법에 있어서는, 열경화성 수지 성형체(40)의 표면의 열가소성 수지부(30)의 노출된 부분의 주위에, 홈부(42)가 설치된 구성으로 되어 있다.
홈부(42)의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니다. 열가소성 수지 성형체(20)와 열가소성 수지부(30)를 용착할 때의, 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)의 용입량으로부터 열가소성 수지의 바리의 발생량을 어림잡아, 바리의 발생량에 맞춰 홈부(42)의 체적을 설정함으로써, 발생한 바리의 대부분이 홈부(42)에 충전된다. 그 때문에, 열가소성 수지 성형체(20)와 열경화성 수지 성형체(40)가 접합된 개소에 생기는 바리의 발생량이 보다 경감되기 때문에 바람직하다.
제 4 실시형태에 관련되는 수지 접합체의 제조 방법에서는, 열가소성 수지부(30)가 앵커부(32)와 돌출부(38)를 갖는 구성으로 되어 있으나, 열가소성 수지부(30)의 구성은 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 실시형태에 관련되는 차량용 구조체는, 상술한 본 실시형태에 관련되는 수지 접합체를 갖는 것이다. 본 실시형태에 관련되는 차량용 구조체의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 사이드 도어, 후드, 루프, 백 도어, 러기지 도어, 범퍼 및 크래시 박스를 들 수 있다.
일반적으로, 열가소성 수지 성형체와 비교하여 열경화성 수지 성형체의 쪽이 표면 평활성이 우수하기 때문에, 예를 들면, 본 실시형태에 관련되는 수지 접합체를 이용하여 차량용 구조체로서 도어를 형성하는 경우, 수지 접합체 중의 열경화성 수지 성형체로 도어의 겉쪽이 구성되는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 관련되는 차량용 구조체에 의하면, 요구되는 특성에 따라 부분별로 바람직한 수지 재료를 조합하여 수지제의 차량용 구조체를 구성하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 본 실시형태에 관련되는 차량용 구조체에 의하면, 복수종의 수지(멀티 머티리얼)를 병용하는 차세대의 차량이 실현 가능해진다.
이하, 실시예에 의거하여, 본 실시형태를 보다 구체적으로 설명하겠으나, 본 실시형태는 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(시험편의 준비) 열경화성 수지로서, 도레이 주식회사 제품 CFRP(연속 섬유 프리프레그재(材)) 3K 능재(綾材)를 이용하였다. 열가소성 수지로서, 도레이 주식회사 제품 CFRTP(랜덤재)를 이용하였다. ·열가소성 수지 성형체의 준비 열가소성 수지를 이용하여 길이 100mm, 폭 25mm, 두께 3mm의 열가소성 수지 성형체를 형성하였다. ·열경화성 수지 성형체의 준비 열가소성 수지를 이용하여 길이 10mm, 폭 5mm, 두께 3mm의 열가소성 수지부를 2개 형성하였다. 이 열가소성 수지부의 표면에 코로나 방전 처리를 실시하였다. 열경화성 수지와 이 열가소성 수지부를 이용하여, 열경화성 수지 성형체의 경화 전의 전구체(前驅體)를 형성하고, 오븐에서 135℃에서 2시간 가열하고, 이어서 오토클레이브에서 135℃, 0.4MPa의 조건으로 2시간 가열 가압하여, 열경화성 수지 성형체를 얻었다. 열경화성 수지 성형체의 크기는 길이 100mm, 폭 25mm, 두께 3mm로 하였다. 열경화성 수지 성형체의 단부(端部)에는, 2개의 열가소성 수지부가 그 길이방향을 열경화성 수지 성형체의 길이방향과 평행하게, 5mm의 간격으로 배치하였다. 열가소성 수지부의 열경화성 수지 성형체로부터의 돌출량은, 1mm로 하였다.
(진동 용착) 얻어진 열가소성 수지 성형체 및 열경화성 수지 성형체를, 25±2℃로 관리된 방에서 10일 이상 보관 후, 용착 시험에 이용하였다. 진동 용착기로서, 브랜슨 MICROPPL(일본 에머슨 주식회사)을 이용하였다. 열가소성 수지 성형체와 열경화성 수지 성형체의 열가소성 수지부를 접촉시키고, 진동 용착을 실시하여, 수지 접합체를 제작하였다. 용착 조건으로서는, 진동 진폭을 1.8mm로 하고, 가압을 0.75MPa로 하고, 용입 치수를 1.0mm로 하였다.
(전단 강도 측정) 주식회사 시마즈제작소 제품 오토그래프 AG-X100KN을 이용하여, 전단 시험을 실시한 바, 전단 강도는 21.9MPa로서, 우수한 접합 강도를 나타내는 것을 알 수 있었다.

Claims (14)

  1. 열가소성 수지 성형체(20)와, 열가소성 수지부(30)가 용착에 의해 접합하고,
    상기 열가소성 수지부(30)는, 열경화성 수지 성형체(40)의 표면의 일부에 노출되어 설치되는 것을 특징으로 하는 수지 접합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지부(30)는 앵커부(32), 접합부(34), 연결부(36)를 포함하고,
    상기 앵커부(32)는, 상기 열경화성 수지 성형체(40)에 매설되고,
    상기 접합부(34)는, 상기 열경화성 수지 성형체(40)의 표면의 일부에 노출되어 상기 열가소성 수지 성형체(20)와 용착되고,
    상기 연결부(36)는, 상기 앵커부(32)와 상기 접합부(34)를 연결하는 것을 특징으로 하는 수지 접합체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지 성형체(20)가 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 접합체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지부(30)가 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 접합체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열경화성 수지 성형체(40)가, 상기 열가소성 수지부(30)를 두 개 이상 갖는 것을 특징으로 하는 수지 접합체.
  6. 열가소성 수지 성형체(20)를 준비하는 것;
    열가소성 수지부(30)를 포함하는 열경화성 수지 성형체(40)를 준비하는 것-상기 열가소성 수지부(30)는, 상기 열경화성 수지 성형체(40)의 표면의 일부에 노출되어 설치됨;
    상기 열가소성 수지 성형체(20)와 상기 열가소성 수지부(30)를 용착하여, 상기 열가소성 수지 성형체(20)와 상기 열경화성 수지 성형체(40)를 접합하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 접합체의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지 성형체(20)가 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지부(30)가 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열경화성 수지 성형체(40)가, 상기 열가소성 수지부(30)를 두 개 이상 갖는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지부(30)가 앵커부(32), 접합부(34), 연결부(36)를 포함하고,
    상기 앵커부(32)는, 상기 열경화성 수지 성형체(40)에 매설되고,
    상기 접합부(34)는, 상기 열경화성 수지 성형체(40)의 표면의 일부에 노출되어 상기 열가소성 수지 성형체(20)와 용착되고,
    상기 연결부(36)는, 상기 앵커부(32)와 상기 접합부(34)를 연결하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  11. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지부가 앵커부(32), 돌출부(38)를 포함하고,
    상기 앵커부(32)는, 상기 열경화성 수지 성형체(40)에 매설되고,
    상기 돌출부(38)는, 상기 앵커부(32)로부터 상기 열경화성 수지 성형체(40)의 표면을 향해 상기 표면으로부터 돌출하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  12. 제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열경화성 수지 성형체(40)의 표면 중, 상기 열가소성 수지부(30)가 노출되는 부분의 주위에 홈부(42)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 수지 접합체를 갖는 차량용 구조체.
  14. 열가소성 수지 성형체(20); 및
    열가소성 수지부(30)를 포함하고, 상기 열가소성 수지부(30)가 상기 열가소성 수지 성형체(20)와 용착에 의해 접합하는 열경화성 수지 성형체(40)-상기 열가소성 수지부(30)는, 열경화성 수지 성형체(40)의 표면의 일부에 노출되어 설치됨-을 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 접합체.
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