KR20170021739A - 접합체, 접합체의 제조 방법 및 차량용 구조체 - Google Patents

접합체, 접합체의 제조 방법 및 차량용 구조체 Download PDF

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KR20170021739A
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요시히로 이와노
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

접합체는, 섬유 강화 수지를 포함하고, 상기 섬유 강화 수지의 섬유가 노출되는 섬유 노출부를 표면의 적어도 일부에 갖는 제 1 성형체와, 상기 제 1 성형체와 접합되는 제 2 성형체와, 상기 제 1 성형체에 있어서의 상기 섬유 노출부와 상기 제 2 성형체와의 접합부를 갖는다.

Description

접합체, 접합체의 제조 방법 및 차량용 구조체{JOINED BODY, METHOD OF MANUFACTURING JOINED BODY, AND STRUCTURE FOR VEHICLE}
본 발명은 접합체, 접합체의 제조 방법 및 차량용 구조체에 관한 것이다.
차세대 차량용 차체에는, 수지제 부품의 채용의 확대가 예상되고 있다. 그 때문에, 수지제 부품끼리의 접합 방법의 확립이 급선무가 되고 있다.
섬유 강화 열가소성 수지끼리를 접합하기 위하여, 섬유 강화 열가소성 수지의 사이에 배치한 열가소성 수지 시트를 개재하여 섬유 강화 열가소성 수지끼리를 접합하는 접합 방법이, 예를 들면, 일본 공개특허 특개2014-076565호에 개시되어 있다.
또, 수지제 부품과, 수지제 부품 또는 금속제 부품과의 접합에는, 접착제를 이용한 접합 또는 리벳 등의 체결 부재를 이용한 고정이 일반적이다.
또한, 열경화성 수지와 열가소성 수지를 포함하는 섬유 강화 복합 재료판에 대해서는, 예를 들면, 일본 공개특허 특개2008-230238호에 의해 알려져 있다.
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 동일한 수지에 의한 인서트 성형을 행하는 복합 성형체의 제조 방법이, 예를 들면, 일본 공개특허 특개2013-028159호에 개시되어 있다.
그러나, 일본 공개특허 특개2014-076565호에 기재된 기술은, 섬유 강화 열가소성 수지의 사이에 배치한 열가소성 수지 시트를 개재하여 섬유 강화 열가소성 수지끼리를 접합하는 것이며, 일본 공개특허 특개2014-076565호에 기재된 기술을 적용하여 열가소성 수지와 열경화성 수지, 금속 재료 등의 그 외의 재료를 접합하는 경우, 진동 용착이 어려워, 접합 방법에 연구를 필요로 하는 경우가 있다. 또, 일본 공개특허 특개2008-230238호 및 일본 공개특허 특개2013-028159호에 기재된 기술은 수지제 부품의 접합을 목적으로 하는 것은 아니다. 나아가서는, 수지제 부품과, 수지제 부품 또는 금속제 부품과의 접합에 접착제 또는 리벳 등의 체결 부재를 이용하면, 질량 또는 비용의 증가의 하나의 원인이 되는 경우도 있다. 특히, 접착제를 이용하여 수지제 부품과 수지제 부품 또는 금속제 부품을 접합한 경우, 접착제의 강도에 의해 접합부의 강도가 결정되기 때문에, 수지제 부품 자신의 재료 강도를 살릴 수 없는 경우가 있다.
본 발명은, 간이한 구성에 의해 접합 강도가 우수한 접합체 및 그 제조 방법 및 이 접합체를 갖는 차량용 구조체를 제공한다.
본 발명의 제 1 태양(態樣)에 의한 접합체는, 섬유 강화 수지를 포함하고, 상기 섬유 강화 수지의 섬유가 노출되는 섬유 노출부를 표면의 적어도 일부에 갖는 제 1 성형체와, 상기 제 1 성형체와 접합되는 제 2 성형체와, 상기 제 1 성형체에 있어서의 상기 섬유 노출부와 상기 제 2 성형체와의 접합부를 갖는다.
상기 태양에 있어서, 상기 제 1 성형체 및 상기 제 2 성형체 중 적어도 일방이 열가소성 수지를 포함해도 된다.
본 발명의 제 2 태양에 의한 접합체의 제조 방법은, 섬유 강화 수지를 포함하고, 상기 섬유 강화 수지의 섬유가 노출되는 섬유 노출부를 표면의 적어도 일부에 갖는 제 1 성형체, 및 제 2 성형체를 준비하는 공정과, 상기 제 1 성형체와 상기 제 2 성형체를, 상기 제 1 성형체에 있어서의 상기 섬유 노출부에 있어서 접합하는 공정을 갖는다
본 발명의 제 3 태양에 의한 차량용 구조체는, 상기 태양에 있어서의 접합체를 갖는다.
본 발명에 의하면, 간이한 구성에 의해 접합 강도가 우수한 접합체 및 그 제조 방법 및 이 접합체를 갖는 차량용 구조체를 제공할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 특징, 이점, 및 기술적 그리고 산업적 중요성이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기술될 것이며, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1은 섬유 노출부를 설치하기 전의 성형체의 모식 단면도를 나타낸다.
도 2는 코로나 방전 처리에 의해 섬유 노출부를 설치한 성형체의, 섬유 노출부에 있어서의 모식 단면도를 나타낸다.
도 3은 프레임 처리에 의해 섬유 노출부를 설치한 성형체의, 섬유 노출부에 있어서의 모식 단면도를 나타낸다.
도 4는 샌딩 처리에 의해 섬유 노출부를 설치한 성형체의, 섬유 노출부에 있어서의 모식 단면도를 나타낸다.
도 5는 이형제 제거 후의 성형체의 표면의 사진이다.
도 6은 샌딩 처리에 의해 형성된 성형체의 섬유 노출부의 사진이다.
도 7은 프레임 처리에 의해 형성된 성형체의 섬유 노출부의 사진이다.
도 8은 코로나 방전 처리에 의해 형성된 성형체의 섬유 노출부의 사진이다.
도 9는 코로나 방전 처리 후의 C-SMC를 이용한 제 1 성형체와, 연속 섬유재를 이용한 제 2 성형체를 초음파 용착하여 형성된 접합부의 단면 사진이다.
이하에서, 본 발명의 접합체, 접합체의 제조 방법 및 차량용 구조체의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
< 성형체 > 본 실시 형태의 성형체는, 섬유 강화 수지를 포함하고, 상기 섬유 강화 수지의 섬유가 노출되는 섬유 노출부를 표면의 적어도 일부에 갖는 것이다. 본 실시 형태의 성형체를 이용함으로써, 본 실시 형태의 성형체와 그 외의 성형체를 접합하여 접합체를 얻는 경우에, 접합체의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 그 이유는 명확하지는 않지만, 이하와 같이 추찰된다. 본 실시 형태의 성형체는, 그 표면의 적어도 일부에 섬유 강화 수지의 섬유가 노출되는 섬유 노출부가 설치되어 있기 때문에, 이 섬유 노출부에 있어서 본 실시 형태의 성형체(이하, 「제 1 성형체」라고 칭하는 경우가 있음)와 그 외의 성형체(이하, 「제 2 성형체」라고 칭하는 경우가 있음)를 접합하는 경우에, 섬유 노출부에서 노출되는 섬유가 제 2 성형체의 표면에 휘감기가 쉬워질 것으로 생각된다. 그 결과, 제 1 성형체와 제 2 성형체를 섬유 노출부에 있어서 접합함으로써, 접합체의 접합 강도를 향상시킬 수 있게 되는 것이라고 추찰된다.
본 실시 형태의 성형체에 포함되는 섬유 강화 수지는 특별히 한정되는 것이 아니라, 수지와 섬유로 구성되는 시판의 섬유 강화 수지 등을 본 실시 형태의 목적 에 따라서 선택할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 섬유 강화 수지를 구성하는 수지로서는, 열가소성 수지여도 되고 열경화성 수지여도 된다. 섬유 강화 수지를 구성하는 수지가 열경화성 수지인 경우, 수지는 경화되어 있어도 되고 미경화 또는 반경화의 상태여도 된다.
섬유 강화 수지를 구성하는 수지가 열가소성 수지인 경우, 열가소성 수지는 특별히 한정되는 것이 아니라, 목적에 따라서 공지의 각종 열가소성 수지를 사용 가능하다. 본 실시 형태에 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.
섬유 강화 수지를 구성하는 수지가 열경화성 수지인 경우, 열경화성 수지는 특별히 한정되는 것이 아니라, 목적에 따라서 공지의 각종 열경화성 수지를 사용 가능하다. 본 실시 형태에 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.
섬유 강화 수지를 구성하는 수지로서는, 열가소성 수지인 것이 바람직하다. 즉, 본 실시 형태에서 이용되는 섬유 강화 수지는, 섬유 강화 열가소성 수지인 것이 바람직하다. 섬유 강화 수지로서 섬유 강화 열가소성 수지를 이용함으로써, 섬유 강화 열가소성 수지를 구성하는 열가소성 수지가 용융하여 제 2 성형체의 표면에 강고하게 부착되기 쉬운 경향에 있다. 그 때문에, 본 실시 형태의 성형체를 이용하여 형성되는 접합체의 접합 강도를 보다 향상시킬 수 있다.
섬유 강화 수지를 구성하는 섬유의 종류는 특별히 한정되는 것이 아니라, 목적에 따라서 공지의 각종 섬유를 사용 가능하다. 섬유 강화 수지를 구성하는 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 실시 형태에 있어서 이용되는 섬유의 상태는 특별히 한정되는 것이 아니라, 목적에 따라서 공지의 상태의 섬유를 사용 가능하다. 본 실시 형태에 있어서 이용되는 섬유의 상태로서는, 예를 들면, 직포 및 부직포를 들 수 있다. 특히 섬유로서 탄소 섬유가 이용되는 경우, 탄소 섬유의 상태로서는, 예를 들면, 방적사, 직포, 편물, 조물(組物), 펠트, 매트, 페이퍼, 촙드 스트랜드(chopped strand), 필라멘트 및 밀드 파이버(milled fiber)를 들 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 섬유 강화 수지에 포함되는 섬유의 함유율로서는, 5 질량%∼50 질량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 질량%∼50 질량%이다.
본 실시 형태의 성형체를 얻는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것이 아니라, 목적에 따라서 공지의 각종 방법을 사용 가능하다. 섬유 강화 수지를 구성하는 수지로서 열가소성 수지를 이용하는 경우, 예를 들면, 섬유에 열가소성 수지의 용액 또는 융액을 함침시키고, 필요에 따라서 건조하여 시트 형상으로 성형하는 방법, 섬유와 열가소성 수지 필름을 번갈아 적층한 후에 가열 가압 성형하는 방법, 및 섬유 강화 열가소성 수지 필름을 적층한 후에 가열 가압 성형하는 방법 등을 들 수 있다. 섬유 강화 수지를 구성하는 수지로서 열경화성 수지를 이용하는 경우, 수지로서 열가소성 수지를 이용하는 경우와 동일하게 하여 미경화의 성형체를 제작하고, 필요에 따라서 당해 성형체를 가열 가압하여 경화 또는 반경화의 성형체를 얻는 방법을 들 수 있다. 열경화성 수지를 이용한 성형체를 가열 가압하는 조건은, 열경화성 수지 및 필요에 따라서 이용되는 수지 경화제의 종류, 양 등에 따라서 적절하게 설정할 수 있다.
본 실시 형태의 성형체는, 그 표면의 적어도 일부에 섬유 강화 수지의 섬유가 노출되는 섬유 노출부를 갖는다. 섬유 노출부가 설치되는 장소는 특별히 한정되는 것은 아니다. 섬유 노출부에 있어서 본 실시 형태의 성형체(제 1 성형체)와 제 2 성형체가 접합되기 때문에, 본 실시 형태의 성형체의 형상, 본 실시 형태의 성형체와 제 2 성형체와의 접합 위치 등을 감안하여, 섬유 노출부가 설치되는 장소를 설정할 수 있다.
본 실시 형태의 성형체에 섬유 노출부를 설치하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 섬유 노출부는, 성형체의 표면의 수지가 제거되어 섬유가 표면에 노출된 상태의 부분이면 된다. 그 때문에, 성형체의 표면에 섬유 노출부를 설치하는 방법으로서는, 성형체에 있어서의 섬유 노출부를 설치할 예정인 위치에 대하여, 성형체의 표면으로부터 수지를 제거하는 처리를 실시하는 방법을 들 수 있다.
성형체의 표면으로부터 수지를 제거하는 처리로서는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태에 있어서는, 성형체의 표면으로부터 수지를 제거하는 처리로서, 예를 들면, 코로나 방전 처리, 프레임 처리 및 샌딩 처리를 들 수 있다.
본 실시 형태에서 이용되는 코로나 방전 처리는, 예를 들면, 시판의 방전 표면 처리 장치를 이용하여 실시할 수 있다. 코로나 방전 처리에 있어서의 전극의 전압, 처리 시간, 코로나 방전 처리 장치에 있어서의 처리 헤드와 피처리물(성형체)과의 거리 등은, 성형체에 포함되는 수지, 섬유 등의 종류, 양 등을 감안하여 적절하게 선택된다. 예를 들면, 코로나 방전 처리 장치에 있어서의 전극의 전압으로서는, 1 ㎸∼50 ㎸가 바람직하고, 5 ㎸∼20 ㎸가 보다 바람직하다. 처리 시간으로서는, 전극의 전압값 등에도 따르지만, 1초∼10분이 바람직하고, 10초∼5분이 보다 바람직하다. 처리 헤드와 피처리물과의 거리로서는, 전극의 전압값 등에도 따르지만, 1 ㎜∼20 ㎜가 바람직하고, 2 ㎜∼10 ㎜가 보다 바람직하다. 코로나 방전 처리에 의해 섬유 노출부를 형성하는 경우, 섬유로서 카본 섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 카본 섬유를 포함하는 성형체에 대하여 코로나 방전 처리를 실시함으로써, 카본 섬유에 전류가 흘러 카본 섬유가 발열하고, 카본 섬유 주변의 수지가 효율적으로 제거된다. 카본 섬유와 동일한 관점에서, 섬유로서 유리 섬유가 이용되어도 된다.
본 실시 형태에서 이용되는 프레임 처리는, 예를 들면, 시판의 버너를 이용하여 실시할 수 있다. 프레임 처리에 있어서의 버너의 발열량, 화염 온도, 처리 시간 등은, 성형체에 포함되는 수지, 섬유 등의 종류, 양 등을 감안하여 적절하게 선택된다. 예를 들면, 버너의 발열량으로서는, 0.1 ㎾∼10 ㎾가 바람직하고, 0.5 ㎾∼5 ㎾가 보다 바람직하다. 화염 온도로서는, 버너의 발열량 등에도 따르지만, 1000℃∼2000℃가 바람직하고, 1000℃∼1500℃가 보다 바람직하다. 처리 시간으로서는, 버너의 발열량 등에도 따르지만, 1초∼1분이 바람직하고, 2초∼30초가 보다 바람직하다.
본 실시 형태에서 이용되는 샌딩 처리는, 연마지를 이용하여 실시할 수 있다. 연마지로서는, 예를 들면, 일본 공업 규격 JISR6252:2006에 있어서의 P60 상당의 입도(粒度)의 연마지를 들 수 있지만, 연마지는 P60 상당의 입도의 연마지에 한정되는 것은 아니다. 연마 시간, 연마지를 피처리물(성형체)에 접촉시킬 때의 압력 등에 대해서도, 성형체에 포함되는 수지, 섬유 등의 종류, 양 등을 감안하여 적절하게 선택된다.
이하에서, 본 실시 형태에 관련된 섬유 노출부에 대하여, 도면을 이용하여 그 개요를 설명한다. 또한, 이하에 있어서, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다. 또, 각 도면에 있어서의 부재의 크기는 개념적인 것이며, 부재간의 크기의 상대적인 관계는 이것에 한정되지 않는다.
도 1은 섬유 노출부를 설치하기 전의 성형체의 모식 단면도를 나타낸다. 도 1에 있어서, 성형체(1)는, 수지(2)와 섬유(3)를 포함하여 구성된다. 도 2는 코로나 방전 처리에 의해 섬유 노출부를 설치한 성형체의, 섬유 노출부에 있어서의 모식 단면도를 나타낸다. 도 2에 나타난 바와 같이, 성형체(1)의 표면에 다공성 형상의 요철이 존재하고, 섬유(3)가 성형체(1)의 표면에 노출되어 있다. 도 3은 프레임 처리에 의해 섬유 노출부를 설치한 성형체의, 섬유 노출부에 있어서의 모식 단면도를 나타낸다. 도 3에 나타난 바와 같이, 성형체(1)의 표면의 수지층이 소실되어, 섬유(3)가 성형체(1)의 표면에 노출되어 있다. 도 4는 샌딩 처리에 의해 섬유 노출부를 설치한 성형체의, 섬유 노출부에 있어서의 모식 단면도를 나타낸다. 도 4에 나타난 바와 같이, 성형체(1)의 표층과 섬유(3)의 일부가 깎여 있고, 섬유(3)가 성형체(1)의 표면에 노출되어 있다. 성형체에 섬유 노출부를 설치하는 방법의 차이에 의해, 섬유 노출부의 상태가 각각 다른 경향에 있다.
< 접합체 및 그 제조 방법 > 본 실시 형태의 접합체는, 섬유 강화 수지를 포함하고, 상기 섬유 강화 수지의 섬유가 노출되는 섬유 노출부를 표면의 적어도 일부에 갖는 제 1 성형체와, 제 2 성형체와, 상기 제 1 성형체에 있어서의 상기 섬유 노출부와 상기 제 2 성형체와의 접합부를 갖는다. 본 실시 형태의 접합체는, 제 1 성형체와 제 2 성형체가, 제 1 성형체에 있어서의 섬유 노출부에 있어서 접합부에서 접합된다. 섬유 노출부에 있어서 제 1 성형체와 제 2 성형체를 접합하는 경우에 섬유 노출부에서 노출되는 섬유가 제 2 성형체의 표면에 휘감기기 쉽다. 그 때문에, 본 실시 형태의 접합체는 접합 강도가 우수한 것으로 추찰된다.
본 실시 형태의 접합체에 이용되는 제 1 성형체로서, 상술의 본 실시 형태의 성형체가 이용된다. 본 실시 형태의 접합체에 이용되는 제 2 성형체는 특별히 한정되는 것은 아니다. 제 2 성형체로서는, 예를 들면, 열가소성 수지를 포함하는 성형체, 열경화성 수지를 포함하는 성형체 및 금속제의 성형체를 들 수 있다. 열가소성 수지를 포함하는 성형체 또는 열경화성 수지를 포함하는 성형체는, 섬유를 포함하고 있어도 된다. 제 2 성형체 중에 포함되어도 되는 섬유의 구체예는, 본 실시 형태의 성형체의 난에서 열거된 섬유를 들 수 있다. 열가소성 수지를 포함하는 성형체 또는 열경화성 수지를 포함하는 성형체를 구성하는 수지는, 열가소성 수지여도 되고, 열경화성 수지여도 된다. 열경화성 수지를 이용하는 경우, 수지는 경화되어 있어도 되고 미경화 또는 반경화의 상태여도 된다.
본 실시 형태에 있어서, 제 1 성형체 및 제 2 성형체의 조합으로서는, 제 1 성형체 및 제 2 성형체 중 적어도 일방(一方)이 열가소성 수지를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 제 1 성형체 및 제 2 성형체의 적어도 일방이 열가소성 수지를 포함함으로써, 제 1 성형체와 제 2 성형체를 접합하는 경우에, 열가소성 수지가 용융되어 타방(他方)의 성형체의 표면에 강고하게 부착되기 쉽다. 그 때문에, 접합체에 있어서의 제 1 성형체와 제 2 성형체의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 제 1 성형체와 제 2 성형체의 조합으로서는, 구체적으로는, 제 1 성형체가 열가소성 수지를 포함하는 경우, 제 2 성형체로서는, 예를 들면, 열가소성 수지를 포함하는 성형체, 열경화성 수지를 포함하는 성형체 및 금속제의 성형체를 들 수 있다. 한편, 제 1 성형체가 열경화성 수지를 포함하는 경우, 제 2 성형체로서는, 예를 들면, 열가소성 수지를 포함하는 성형체를 들 수 있다.
제 2 성형체가 열가소성 수지를 포함하고 섬유를 포함하지 않는 경우, 제 2 성형체의 성형 방법으로서는, 예를 들면, 사출 성형, 압출 성형, 블로우 성형 및 분말 성형을 이용해도 된다. 제 2 성형체가 섬유 강화 열가소성 수지를 포함하는 경우, 제 2 성형체는 제 1 성형체와 동일하게 제조할 수 있다. 또, 제 2 성형체로서, 본 실시 형태의 성형체를 이용할 수도 있다.
제 2 성형체가 금속제의 성형체인 경우, 제 2 성형체를 구성하는 금속으로서는, 철, 티탄, 알루미늄, 구리 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 제 2 성형체가 금속제의 성형체인 경우, 제 1 성형체에 포함되는 열가소성 수지가 금속제의 성형체와 강고하게 용착 가능하게 되도록, 금속제의 성형체의 적어도 제 1 성형체와 접합하는 부분은 조면화(粗面化) 처리가 실시되어 있어도 된다. 조면화 처리로서는, 건식으로 입자를 내뿜는 블라스트 가공법, 습식으로 입자를 내뿜는 호닝 가공법, 또는 숫돌 연삭법, 샌드 페이퍼에 의해 거칠게 하는 방법 등의 기계적 조면화 처리, 전해액 중에서 전기 분해를 행하는 전기화학적 조면화 처리, 약액 중에 침지하는 화학적 조면화 처리 등을 들 수 있다.
본 실시 형태의 접합체는, 예를 들면, 섬유 강화 수지를 포함하고, 상기 섬유 강화 수지의 섬유가 노출되는 섬유 노출부를 표면의 적어도 일부에 갖는 제 1 성형체, 및 제 2 성형체를 준비하는 공정과, 상기 제 1 성형체와 상기 제 2 성형체를, 상기 제 1 성형체에 있어서의 상기 섬유 노출부에 있어서 접합하는 공정을 갖는 본 실시 형태의 접합체의 제조 방법을 거쳐서 제조할 수 있다. 본 실시 형태의 접합체의 제조 방법에 의하면, 제 1 성형체와 제 2 성형체를, 제 1 성형체에 있어서의 섬유 노출부에 있어서 접합할 수 있다. 섬유 노출부에서는 섬유가 노출되어 있기 때문에, 섬유 노출부에 있어서 제 1 성형체와 제 2 성형체를 접합함으로써, 섬유 노출부에서 노출되는 섬유가 제 2 성형체의 표면에 휘감기기 쉽다. 그 때문에, 접합체의 접합 강도를 향상시킬 수 있는 것으로 추찰된다.
본 실시 형태의 접합체의 제조 방법에서는, 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 준비하는 공정에 있어서, 제 1 성형체 및 제 2 성형체가 준비된다. 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 준비하는 방법은 특별히 한정되는 것이 아니라, 후술의, 제 1 성형체와 제 2 성형체를 접합하는 공정을 실시하는 사람이 자신이 제작해도 되고, 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 구입 등에 의해 입수해도 된다. 제 1 성형체 및 제 2 성형체를 제작하기 위하여 이용되는 재료, 방법 등은 상술한 바와 같다.
본 실시 형태의 접합체의 제조 방법에서는, 제 1 성형체와 제 2 성형체를 접합하는 공정에 있어서, 제 1 성형체와 제 2 성형체가, 제 1 성형체에 있어서의 섬유 노출부에 있어서 접합된다. 제 1 성형체와 제 2 성형체를 접합하는 방법으로서는 특별히 한정되는 것이 아니라, 공지의 각종 용착 방법을 사용 가능하다. 본 실시 형태에 있어서 이용할 수 있는 용착 방법으로서는, 예를 들면, 초음파 용착, 진동 용착, 유도 용착, 고주파 용착, 레이저 용착, 열 용착 및 스핀 용착을 들 수 있다. 이들 중에서도 초음파 용착 및 진동 용착이 바람직하다.
용착 방법으로서 진동 용착을 이용함으로써, 접합체의 강도가 보다 향상한다. 한편, 용착 방법으로서 초음파 용착을 이용함으로써, 접합되는 성형체의 설계 및 구조의 자유도가 높아진다.
진동 용착은, 용착시키는 제 1 성형체 및 제 2 성형체에 대하여 프레스기 등을 이용하여 하중을 건 상태에서, 제 1 성형체 및 제 2 성형체의 일방을 제 1 성형체 및 제 2 성형체의 접촉면에 대하여 수평 방향으로 진동시키고, 그것에 의해서 발생하는 마찰열을 이용하여 용착하는 방법이다.
한편, 초음파 용착은, 초음파 발진기에 의해 전기 에너지를 진동 에너지로 변환하고, 이 진동 에너지를 접촉시킨 상태의 제 1 성형체 및 제 2 성형체의 접촉면에 부여함으로써, 당해 접촉면에 발생한 마찰열을 이용하여 용착하는 방법이다.
용착 방법으로서 진동 용착을 이용하는 경우, 진동 용착의 제(諸) 조건은, 제 1 성형체 및 제 2 성형체의 형상, 수지의 융해 온도, 접합면의 면적 등에 따라 선택될 수 있다. 예를 들면, 진동의 주파수는 100 ㎐∼300 ㎐가 바람직하고, 210 ㎐∼260 ㎐가 보다 바람직하다. 또, 제 1 성형체 및 제 2 성형체에 대한 하중으로서는, 0.1 ㎫∼5 ㎫가 바람직하고, 0.1 ㎫∼2 ㎫가 보다 바람직하고, 0.1 ㎫∼1 ㎫가 더 바람직하다. 또, 진동 진폭은 0.5 ㎜∼5 ㎜가 바람직하고, 1 ㎜∼3 ㎜가 보다 바람직하고, 1.5 ㎜∼2.5 ㎜가 더 바람직하다.
용착 방법으로서 초음파 용착을 이용하는 경우, 초음파 용착의 제 조건은, 제 1 성형체 및 제 2 성형체의 형상, 수지의 융해 온도, 접합면의 면적 등에 따라 선택될 수 있다. 예를 들면, 초음파를 발생시키는 초음파 발생 장치를 구성하는 호른(horn)의 호른 가압력은 100 N∼2000 N이 바람직하고, 300 N∼1000 N이 보다 바람직하고, 500 N∼800 N이 더 바람직하다. 초음파 진동의 진폭으로서는, 10 ㎛∼100 ㎛가 바람직하고, 15 ㎛∼50 ㎛가 보다 바람직하다. 제 1 성형체 및 제 2 성형체 에 대한 가압으로서는, 0 kN∼5 kN이 바람직하고, 0 kN∼3 kN이 보다 바람직하고, 0 kN∼1 kN이 더 바람직하다.
< 차량용 구조체 > 본 실시 형태의 차량용 구조체는, 상술한 본 실시 형태의 접합체를 갖는 것이다. 본 실시 형태의 차량용 구조체의 종류는 특별히 한정 되는 것이 아니라, 예를 들면, 사이드 도어, 후드, 루프, 백 도어, 러기지 도어, 범퍼 및 크래시 박스를 들 수 있다. 본 실시 형태의 차량용 구조체에서는, 제 1 성형체와 제 2 성형체가, 제 1 성형체에 있어서의 섬유 노출부에 있어서 접합된다. 섬유 노출부에 있어서 제 1 성형체와 제 2 성형체를 접합하는 경우에, 섬유 노출부에서 노출되는 섬유가 제 2 성형체의 표면에 휘감기기 쉽다. 그 때문에, 접합체의 접합 강도가 향상하고, 접합 강도가 우수한 접합체를 갖는 차량용 구조체가 얻어진다.
이하에서, 실시예 및 비교예를 들어, 본 실시 형태를 보다 구체적으로 설명하는데, 본 실시 형태는 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(시험편의 준비) 수지 재료로서 이하의 것을 이용하였다.
·미츠비시 레이온 주식회사제 섬유 강화 열가소성 수지(CFRTP, 연속 섬유재)
·도레이 주식회사제 섬유 강화 열가소성 수지(CFRTP, 랜덤재)
·미츠비시 레이온 주식회사제 C-SMC(Carbon-Sheet Molding Compound, 열경화성 수지재)
본 실시예에서는, C-SMC를 이용한 성형체를 제 1 성형체라고 하고, 연속 섬유재 또는 랜덤재를 이용한 성형체를 제 2 성형체라고 하였다. 시험편의 크기는 길이 175 ㎜, 폭 25 ㎜, 두께 3 ㎜로 하였다.
C-SMC를 이용한 성형체의 일단(一端)에 대하여 이하의 처리를 실시하였다.
이형제 제거 처리에 있어서, C-SMC를 이용한 성형체의 일단에 있어서의 이형제를, 클리너를 사용하여 제거하였다. 이것을 비교예로서 사용하였다. 또한, 이형제 제거 처리에서는, 섬유 노출부는 형성되지 않았다. 이형제 제거 처리 후의 성형체의 표면의 사진을, 도 5에 나타낸다.
샌딩 처리에 있어서, C-SMC를 이용한 성형체의 일단을, JISR6252:2006에 있어서의 P60 상당의 연마지를 오비탈 샌더에 장착하고, 약 0.6 ㎫의 에어 압력으로 처리하여, 섬유 노출부를 형성하였다. 샌딩 처리에 의해 형성된 성형체의 섬유 노출부의 사진을, 도 6에 나타낸다.
프레임 처리에 있어서, C-SMC를 이용한 성형체의 일단을, 화염 온도 약 1300℃, 발열량 2.1 ㎾의 버너에 의해 가열 처리하였다. 처리 시간은 7초로 하였다. 버너의 헤드로부터 50 ㎜의 거리에 성형체를 배치하고, 3 ㎜/sec의 속도로 프레임 처리를 실시하였다. 프레임 처리에 의해 형성된 성형체의 섬유 노출부의 사진을, 도 7에 나타낸다.
코로나 방전 처리에 있어서, 나비타스 주식회사제 멀티다인 1의 코로나 처리장치를 이용하여, C-SMC를 이용한 성형체의 일단에 대하여 코로나 방전 처리를 실시하였다. 처리 조건은 이하와 같이 설정하였다. 코로나 방전 처리를 실시한 개소의 젖음성은 48 dyne 이상이었다.
전극 전압 12 ㎸(×2개)
최대 처리 면적 65 ㎜×40 ㎜
처리 거리(처리 헤드와 대상물과의 거리) 5 ㎜
처리 시간 1 min
코로나 방전 처리에 의해 형성된 성형체의 섬유 노출부의 사진을, 도 8에 나타낸다.
각 시험편을 25±2℃로 관리된 방에서 10일 이상 보관 후, 용착 시험에 제공하였다.
(초음파 용착) C-SMC를 이용한 제 1 성형체에 있어서의, 상기 처리를 실시한 개소와, 연속 섬유재 또는 랜덤재를 이용한 제 2 성형체를 초음파 용착하여 접합체를 형성하였다. 초음파 용착기로서, 브론슨사제의 2000 Xdt를 이용하였다. 이 초음파 용착기의 공칭 주파수는 20 ㎑이며, 최대 출력은 300 W이다. 선단이 φ15의 플랫 호른을 사용하고, 진폭 28 ㎛, 싱크량(sinking amount) 0.5 ㎜, 가압력 650 N으로 하였다. 도 9에, 코로나 방전 처리 후의 C-SMC를 이용한 제 1 성형체와, 연속 섬유재를 이용한 제 2 성형체를 초음파 용착하여 형성된 접합부의 단면 사진을 나타낸다. 도 9로부터 명백한 바와 같이, C-SMC와 연속 섬유재의 계면에 섬유가 존재하고 있다는 것을 알 수 있다. 도 9 중, 점선을 그린 개소는, C-SMC와 연속 섬유재의 계면을 나타낸다.
(전단 강도 측정) 주식회사 시마즈제작소제 오토그래프 AG-X100KN을 이용하여, 접합체에 대하여 전단 시험을 실시하였다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pat00001
표 1로부터 명백한 바와 같이, 섬유 노출부가 형성되어 있지 않은 이형제 제거 처리를 실시한 시험편에 비교하여, 샌딩 처리, 프레임 처리, 코로나 방전 처리를 실시한 섬유 노출부가 형성된 시험편에 대한 전단 강도가 높다는 것을 알 수 있다. 이상의 결과로부터, 성형체를, 섬유 노출부에 있어서 접합함으로써, 접합 강도가 우수한 접합체가 얻어진다는 것을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 접합체로서,
    섬유 강화 수지를 포함하고, 상기 섬유 강화 수지의 섬유(2)가 노출되는 섬유 노출부를 표면의 적어도 일부에 갖는 제 1 성형체(1);
    상기 제 1 성형체와 접합되는 제 2 성형체; 및
    상기 제 1 성형체에 있어서의 상기 섬유 노출부와 상기 제 2 성형체와의 접합부를 포함하는 접합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 성형체 및 상기 제 2 성형체 중 적어도 일방이 열가소성 수지를 포함하는 접합체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 섬유 강화 수지에 포함되는 섬유의 함유량은, 5 질량%∼50 질량%인 접합체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 섬유 강화 수지에 포함되는 섬유의 함유량은, 10 질량%∼50 질량%인 접합체.
  5. 접합체의 제조 방법으로서,
    섬유 강화 수지를 포함하고, 상기 섬유 강화 수지의 섬유가 노출되는 섬유 노출부를 표면의 적어도 일부에 갖는 제 1 성형체, 및 제 2 성형체를 준비하고,
    상기 제 1 성형체와 상기 제 2 성형체를, 상기 제 1 성형체에 있어서의 상기 섬유 노출부에 있어서 접합하는 것을 포함하는 접합체의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 성형체 및 상기 제 2 성형체의 적어도 일방이 열가소성 수지를 포함하는 제조 방법.
  7. 차량용 구조체로서,
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 접합체를 포함하는 차량용 구조체.
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