KR20190003998A - Delamination resistant, weldable and formable light weight composites - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열가소성 중합체(18) 및 금속 섬유(20)를 포함하는 충전된 중합체 재료(16)로 이루어진 중합체 층 및, 금속 층(14)을 포함하는 경량 복합 재료(10, 12)에 관한 것이다. 중합체 층은 충전된 중합체 재료(16)을 포함한다. 본 발명의 복합 재료는 실온에서 종래의 스탬핑 장치를 사용하여 성형할 수 있다. 본 발명의 복합 재료는 종래의 용접 기술을 사용하여 다른 금속 재료에 용접 가능하다. 복합물은 박리에 대한 내성을 나타낸다. The present invention is directed to a lightweight composite material (10, 12) comprising a polymer layer of a filled polymeric material (16) comprising a thermoplastic polymer (18) and a metal fiber (20) and a metal layer (14). The polymer layer comprises a filled polymeric material 16. The composite material of the present invention can be molded at room temperature using a conventional stamping apparatus. The composite material of the present invention can be welded to other metal materials using conventional welding techniques. The composite shows resistance to peeling.
Description
본 발명은 섬유-충전된 중합체 재료, 섬유-충전된 중합체 재료 층을 포함하는 복합 재료, 및 특히 섬유-충전된 중합체 재료 층 및 금속 층을 포함하는 샌드위치 복합물에 관한 것이다. The present invention relates to a sandwich composite comprising a fiber-filled polymeric material, a composite material comprising a fiber-filled polymeric material layer, and in particular a fiber-filled polymeric material layer and a metal layer.
높은 강성, 높은 인성, 및 낮은 중량의 우수한 균형을 갖는 경량 복합물은 낮은 가요성과 감소된 중량이 필요한 여러 용도에 사용된다. 수송 분야는 그러한 재료가 필요한 한 산업으로, 예를 들어, 자동차 부품 또는 수송되는 대상(예를 들어, 컨테이너)에 사용될 수 있다. Lightweight composites with high stiffness, high toughness, and good balance of low weight are used in many applications requiring low flexibility and reduced weight. The transport sector can be used in industries where such materials are necessary, for example, in automotive parts or in objects to be transported (e.g. containers).
운송 수단, 및 수송되는 대상뿐 아니라 다른 경량 재료 및 종래의 강철 재료를 대체하는 재료에 대한 필요성이 새로운 복합 재료, 특히 샌드위치 복합 재료를 개발하는 산업을 일으켰다. 본 발명자에 의한 선행 출원들에 그러한 노력이 기재되어 있다. The need for materials replacing other lightweight materials and conventional steel materials as well as vehicles, vehicles and objects to be transported has created an industry that develops new composite materials, particularly sandwich composites. Such efforts are described in prior applications by the present inventors.
불행하게도, 많은 상업적 용도에 강조되는 성능 요건이 디자인을 제한하게 만든다. 한 조건(예를 들어, 스탬프 가능성)에 맞는 재료는 다른 조건, 예를 들어, 용접성에 맞지 않는다. 이와 같이, 본 발명의 발명자의 작업 전까지, 상업적인 다양한 요구에 맞는 재료는 사용된 적이 없었다. 샌드위치 복합물을 사용하려는 노력은 근사하게 성공한 적이 있었으나, 층 간의 결합이 온전하지 않고 장기간의 내부식성도 높지 않았다. 물론, 스탬프 가능성과 용접성이 동시에 요구될 때, 많은 그러한 재료들이 후보에서 제외된다. 따라서, 선행 기술의 많은 노력에도 불구하고, 최종 제품에 재료를 포함시키는데 많은 비용을 들이지 않고 종래의 장철 재료를 대체할 수 있는, 개선된 복합재료, 예를 들어 샌드위치 복합 재료에 대한 요구는 여전히 존재한다. 스탬프 될 수 있는 재료에 대한 요구도 존재한다. 또한 용접될 수 있는, 특히 종래의 용접 기술 및/또는 장치로 용접될 수 있는 재료에 대한 요구도 존재한다. 또한, 장기 내구 특성, 예를 들어, 내부식성 또는 내박리성(예를 들어, 일반적인 서비스 조건, 예를 들어, 자동차의 일반적인 서비스 조건에서 박리에 대한 내성과, 그러한 조건에서 장기간(예를 들어, 3, 5, 10, 년 또는 그 이상) 복합물 층의 박리 없이 견딜 수 있는) 재료에 대한 요구가 남아있다. 또한, 우수한 가공특성, 내구성, 전기적 성질(예를 들어, 전하 소멸 특성), 또는 이들의 조합을 나타내는, 단독으로 또는 다른 재료, 예를 들어, 적층된 재료, 와 결합하여 사용될 수 있는 중합체-기재의 복합물 덩어리에 대한 요구가 남아 있다.Unfortunately, performance requirements that are emphasized for many commercial applications limit design. Materials that meet one condition (e.g., stampability) do not match other conditions, such as weldability. Thus, until the work of the inventors of the present invention, materials meeting various commercial demands have never been used. Efforts to use sandwich composites have been successful, but the bond between the layers is not perfect and the long-term corrosion resistance is not high. Of course, when stampability and weldability are required at the same time, many such materials are excluded from the candidates. Thus, despite the great efforts of the prior art, there is still a need for improved composites, such as sandwich composites, which can replace conventional rigid materials without incurring too much cost to include the material in the finished product do. There is also a demand for materials that can be stamped. There is also a need for materials that can be welded, in particular, those that can be welded with conventional welding techniques and / or devices. It is also possible to obtain a long term durability characteristic, for example, resistance to abrasion or peel resistance (e.g., resistance to peeling under general service conditions, for example, general service conditions of an automobile, 3, 5, 10, years or more) of the composite material layer). It is also possible to use a polymer-substrate which can be used alone or in combination with other materials, such as a laminated material, which exhibits excellent processing characteristics, durability, electrical properties (e.g., charge dissipation properties) Lt; / RTI >
또, 개선된 용접성을 갖는(즉, 수용 가능한 용접을 얻기 위한 더 큰 가공창을 갖는)중합체 층을 포함하는 용접가능한 경량 복합물에 대한 요구가 남아 있다. 용접성은 용접 전류 범위(즉, 수용 가능한 용접을 형성하는 최대 전류와 최소 전류의 차이, 다른 조건 예를 들어, 용접 압력 및 용접 시간은 고정되는데, 바람직하게는 최상을 용접을 형성하는 값으로 고정된다)로 측정할 수 있다. 용접성은 용접 시간 범위(즉, 수용가능한 용접을 형성하는 최대 시간과 최소 시간의 차이, 다른 조건 예를 들어, 용접 압력 및 용접 전류는 고정되는데, 바람직하게는 최상을 용접을 형성하는 값으로 고정된다)로 측정할 수도 있다. There remains a need for a weldable lightweight composite comprising a polymer layer with improved weldability (i. E., Having a larger processing window to obtain an acceptable weld). The weldability is fixed in the welding current range (i.e., the difference between the maximum current and the minimum current to form an acceptable weld, the other conditions, for example, the welding pressure and the welding time, ). ≪ / RTI > The weldability is fixed in the welding time range (i.e., the difference between the maximum time and the minimum time to form an acceptable weld, other conditions, for example, welding pressure and welding current, ). ≪ / RTI >
본 발명은 독특한 재료의 조합으로 상기 조건의 일부 또는 전부를 만족하고, 우수한 연신 성능을 나타내고 용접가능하며(종래의 기술 및 장치를 사용하여서도 용접가능하며), 박리에 좋은 조건에서도 박리에 내성을 나타내는, 복합재료, 예를 들어, 샌드위치 복합 재료를 제공할 수 있다. 그러한 효과적인 재료는 강철을 대체하여 다양한 강철의 용도에 효과적으로 사용될 수 있다. 따라서, 새로운 장치나 다른 비용의 투자 없이 본 발명의 재료를 그 제조 공정에 사용할 수 있다. 제조되는 제품은 또한 중량 절감이 가능하다. The present invention relates to a steel sheet which satisfies some or all of the above conditions with a combination of unique materials, exhibits excellent stretchability and is capable of welding (which can be welded also by using a conventional technique and apparatus) , ≪ / RTI > for example, a sandwich composite. Such effective materials can be effectively used for various steel applications by replacing steel. Therefore, the materials of the present invention can be used in the manufacturing process without investing in new equipment or other costs. The manufactured products can also be weight-reduced.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
복합 재료는, 하나 이상의 첫 번째 열가소성 중합체; 및 첫 번째 열가소성 중합체와 다른 하나 이상의 두 번째 열가소성 중합체; 의 혼합물을 포함하는 중합체 기재의 매트릭스 및 하나 이상의 일반적으로 평평한 표면을 갖는 다수의 금속 섬유를 임의로 포함하고, 복합물 덩어리 전체 부피를 기준으로 약 3부피% 이상의 농도로 존재하고, 메트릭스 전체에 분포되어 중합체 기재 매트릭스와 충전된 중합체 재료 복합물 덩어리를 형성하는 금속 섬유의 덩어리를 포함한다. The composite material comprises at least one first thermoplastic polymer; And one or more second thermoplastic polymers different from the first thermoplastic polymer; And a plurality of metal fibers having at least one generally flat surface, wherein the polymer matrix is present at a concentration of at least about 3 vol% based on the total volume of the composite mass, and wherein the polymer is distributed throughout the matrix, And a lump of metal fibers forming a matrix of the substrate and a filled polymeric material composite mass.
본 발명의 특징은 발명의 요약 부분과 하기 발명을 실시하기 위한 구체적인 수단에 걸쳐 상세하게 설명되어 있다. The features of the present invention are explained in detail in the summary part of the invention and the concrete means for carrying out the following invention.
하나 이상의 첫 번째 열가소성 중합체는 하나 이상의 폴리올레핀계 중합체 (예를 들어, 선형 저밀도 폴리에틸렌)를 포함할 수 있고; 하나 이상의 두 번째 중합체는 탄성체, 예를 들어 예를 들어, 에틸렌-옥텐 공중합체를 포함한다. 중합체-기재의 매트릭스는 가교 가능한 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중합체-기재의 매트릭스는 방사(예를 들어, 자외선 방사 및/또는 적외선 방사), 수분, 열, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 외부 자극에 의해 가교가능한 중합체를 포함한다. 첫 번째 열가소성 중합체 대 두 번째 열가소성 중합체의 상대적인 중량 및/또는 비는 약 1:1 내지 약 10:1, 보다 바람직하게는 약 2:1 내지 약 5:1이다. The one or more first thermoplastic polymers may comprise one or more polyolefinic polymers (e.g., linear low density polyethylene); The at least one second polymer comprises an elastomer, for example, an ethylene-octene copolymer. The polymer-based matrix may comprise a crosslinkable polymer. For example, the polymer-based matrix comprises a polymer that is crosslinkable by external stimuli selected from radiation (e.g., ultraviolet radiation and / or infrared radiation), moisture, heat, or a combination thereof. The relative weight and / or ratio of the first thermoplastic polymer to the second thermoplastic polymer is from about 1: 1 to about 10: 1, more preferably from about 2: 1 to about 5: 1.
복합체 덩어리는 기재, 예를 들어, 금속 시트에 부착될 수 있고 (예를 들어, 대향하는 금속 시트 사이에 샌드위치된다); 기재 또는 금속 시트는 복합체 덩어리에 부착되기 전 또는 후에 시트의 대향하는 주 표면이 내부식성 향상을 위해 하나 이상의 코팅(예를 들어, 아연, 인산염 또는 둘 다)으로 피복될 수 있고; 기재 금속 또는 시트는 알루미늄, 강철 (고강도 강(예를 들어, 등급에 부합하는 기계적 강도, 예를 들어, 항복 강도 약 240MPa 이상, 약 300MPa 이상, 약 400MPa 이상, 약 450MPa 이상, 약 500MPa 이상, 또는 약 550 이상; 최대 강도 약 340MPa 이상, 약 450MPa 이상, 약 500MPa 이상, 약 500MPa 이상, 약 600MPa 이상, 또는 약 650 이상; 또는 둘 다인 갖는 강철) 또는 니켈, 망간, 구리, 니오븀, 바나듐, 크롬, 몰리브덴, 티타늄, 칼슘, 하나 이상의 희토류 원소, 지르코늄, 질소 또는 이들의 조합으로부터 선택된 합금 성분을 포함하는 강철일 수 있다. The composite agglomerates may be attached to a substrate, e.g., a metal sheet (e.g., sandwiched between opposed metal sheets); The base or metal sheet may be coated with one or more coatings (e. G., Zinc, phosphate, or both) to improve corrosion resistance before or after the major surface of the sheet is adhered to the composite lump. The base metal or sheet may be made of aluminum, steel (e.g., high strength steel (e.g., having a mechanical strength in accordance with the rating, for example, a yield strength of at least about 240 MPa, at least about 300 MPa, at least about 400 MPa, at least about 450 MPa, A steel having a maximum strength of at least about 550 MPa, a maximum strength of at least about 340 MPa, at least about 450 MPa, at least about 500 MPa, at least about 500 MPa, at least about 600 MPa, or at least about 650; or both) Molybdenum, titanium, calcium, one or more rare earth elements, zirconium, nitrogen, or a combination thereof.
금속 섬유의 덩어리는 내부식성 향상을 위한 조성물로 코팅된 복수의 섬유 를 포함할 수 있고; 예를 들어 복수의 섬유는 희생 양극을 규정하는 조성물로 피복될 수 있어서, 섬유가 복합체 덩어리가 부착되는 금속의 표준 전기화학적 환원 전위보다 적은 표준 전기화학적 환원 전위를 갖는 것에 기인하여 복합체 덩어리가 부착되는 금속에 내부식성이 제공된다. 금속 섬유의 덩어리는 알루미늄 섬유, 아연 섬유, 마그네슘 섬유, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고; 및/또는 섬유는 적어도 부분적으로 알루미늄, 아연, 마그네슘, 또는 이들의 조합으로 코팅될 수 있다. 금속 섬유의 덩어리는 리본 형태의 복수의 섬유를 포함한다. 예를 들어, 금속 섬유는 일반적으로 평평한 둘 이상의 표면을 가질 수 있고; 금속 섬유는 섬유의 길이 방향을 가로지르는 단면을 가지고; 금속 섬유의 단면은 일반적으로 다각형(예를 들어, 일반적으로 사각형)일 수 있고; 금속 섬유는 폭과 두께를 포함하는 단면을 가질 수 있고, 여기에서 폭과 두께의 비는 약 20:1 내지 약 1:1이다.The agglomerates of the metal fibers may comprise a plurality of fibers coated with a composition for improving corrosion resistance; For example, the plurality of fibers can be coated with a composition defining the sacrificial anode so that the fibers are adhered to the composite mass due to having a standard electrochemical reduction potential that is less than the standard electrochemical reduction potential of the metal to which the composite mass is attached Corrosion resistance is provided to the metal. Agglomerates of metal fibers may include aluminum fibers, zinc fibers, magnesium fibers, or combinations thereof; And / or the fibers may be at least partially coated with aluminum, zinc, magnesium, or combinations thereof. The mass of metal fibers includes a plurality of fibers in the form of a ribbon. For example, the metal fibers may have two or more surfaces that are generally flat; The metal fiber has a cross-section crossing the longitudinal direction of the fiber; The cross section of the metal fibers may be generally polygonal (e.g., generally rectangular); The metal fibers may have a cross-section including width and thickness, wherein the ratio of width to thickness is from about 20: 1 to about 1: 1.
생성되는 복합 재료는 다양한 용도에서 강철을 대체할 수 있는 우수한 성질을 나타낸다. 예를 들어, 복합체 덩어리는 금속 층에 충분히 결합하여 DIN 11339의 박리시험에서 상당량의 응집파괴 (예를 들어, 약 25% 이상, 예를 들어, 약 40%, 50%, 60% 또는 그 이상의 응집파괴)를 나타낸다. 복합체 덩어리는 어떤 금속 층에 충분히 결합하여 DIN 11465하의 중첩 전단 시험에서, 복합물은 상당량의 응집파괴 (예를 들어, 약 25% 이상, 예를 들어, 약 40%, 50%, 60% 또는 그 이상의 응집파괴)를 나타낸다.The resulting composite material exhibits excellent properties to replace steel in various applications. For example, the composite agglomerates are sufficiently bonded to the metal layer that a significant amount of cohesive failure (e. G., At least about 25%, such as about 40%, 50%, 60% Destruction). In the superposition shear test under DIN 11465, the composite is subjected to a significant amount of cohesive failure (for example, at least about 25%, for example, at least about 40%, 50%, 60% Cohesive failure).
상기한 바와 같이, 본 발명에 의해 다량의, 또는 실질적인 양의 극성 중합체를 사용하지 않고(예를 들어, 중량으로 30%, 20%, 10%, 5% 또는 1% 이하), 우수한 결합 강도와 우수한 내박리성을 나타내는 복합체 덩어리를 얻을 수 있다. 또한, 중합체 매트릭스 복합물 덩어리 사이의 결합 강도는 예상과 달리 줄어들지 않고, 중합체 매트릭스 복합물 덩어리 내에 존재하는 섬유에 의해, 인산염처리 및/또는 아연 도금 강철 시트의 사용에 의해, 또는 둘 다에 의해 사실 향상되었다. 예를 들어, 중합체를 포함하고 섬유를 포함하지 않으며 피복되지 않은 일반 탄소강 사이에 샌드위치된 샌드위치 복합물과, 본 발명의 복합물, 즉 섬유를 포함하고 인산염처리 및/또는 아연 도금 강 층을 샌드위치 층으로 포함하는 경우, 후자의 박리 강도가 예를 들어, DIN 11339에 따라 시험했을 때 2배 또는 3배 향상되었다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a polymer having excellent bonding strength and excellent bonding strength without using a large amount or a substantial amount of polar polymer (for example, 30%, 20%, 10%, 5% A composite mass showing excellent peeling resistance can be obtained. In addition, the bond strength between the polymer matrix composite masses is not reduced unexpectedly, and is actually enhanced by the fibers present in the polymer matrix composite mass, by the use of phosphate treatment and / or galvanized steel sheets, or both . For example, a sandwich composite comprising a polymer and sandwiched between ordinary carbon steels that does not include fibers and is uncoated and a composite of the present invention, i. E., Fibers, and includes a phosphate treatment and / or galvanized steel layer as a sandwich layer , The latter peel strength was improved by a factor of two or three when tested according to DIN 11339, for example.
복합 재료를 사용하는 샌드위치 복합물의 항복 강도는 약 100MPa 이상이다. 복합 재료를 사용하는 샌드위치 복합물의 인장 강도는 약 160MPa 이상이다. 복합물은 두께 약 0.4mm 이상의 샌드위치 복합물일 수 있고, 복합체 덩어리의 두께는 샌드위치 복합물 전체 두께의 약 30% 이상이다.The yield strength of sandwich composites using composites is greater than about 100 MPa. The tensile strength of a sandwich composite using a composite material is greater than about 160 MPa. The composite may be a sandwich composite having a thickness of about 0.4 mm or more, and the composite lump thickness is at least about 30% of the total thickness of the sandwich composite.
본 발명에 따라 용접된 제품을 제조하는 것도 가능하다. 예를 들어, 금속 섬유의 모양, 크기 농도 및 형태는, 복합 재료로 구성되는 용접 스택 및 경량 복합물과 거의 동일한 두께를 갖는 아연 도금된 강철 시트가 약 0.0020 Ω 이하의 정전 접촉 저항을 나타내도록 선택된다. 정전 접촉 저항은 대면 직경 약 4.8mm의 나란히 놓인 두 전극 사이에 놓고 약 500lb의 힘을 적용하여 측정한다. 실시 예에서, 금속 섬유의 모양, 크기 농도 및 형태는 경량 복합물의 정전 접촉 저항 비가 약 0.01 또는 그 이상이 되도록 선택되며, 여기에서 정전 접촉 저항 비는 : (i) 청구항 1 내지 23의 복합 재료로 구성되는 첫 번째 용접 스택 및 경량 복합물과 거의 동일한 두께를 갖는 강철 시트의 정전 접촉 저항, 대 (ii) 첫 번째 용접 스택과 동일한 두 강철 시트로 구성되는 두 번째 용접 스택의 정전 접촉 저항이다. 정전 접촉 저항은 대면 직경 약 4.8mm의 나란히 놓인 두 전극 사이에 놓고 약 500lb의 힘을 적용하여 측정한다.It is also possible to produce a welded product according to the invention. For example, the shape, size, and shape of the metal fibers are selected such that the galvanized steel sheet having a thickness approximately equal to the weld stack and lightweight composite comprised of the composite exhibits an electrostatic contact resistance of less than or equal to about 0.0020 ohms . The electrostatic contact resistance is measured by applying a force of about 500 lb between two electrodes placed side by side with a diameter of about 4.8 mm. In embodiments, the shape, size concentration and shape of the metal fibers are selected such that the ratio of electrostatic contact resistances of the lightweight composite is about 0.01 or greater, wherein the electrostatic contact resistivity ratio is: (i) (Ii) the electrostatic contact resistance of a second weld stack consisting of the same two steel sheets as the first weld stack, and (ii) the electrostatic contact resistance of a steel sheet having a thickness approximately equal to the first weld stack and lightweight composite comprised. The electrostatic contact resistance is measured by applying a force of about 500 lb between two electrodes placed side by side with a diameter of about 4.8 mm.
본 발명은 또한 제품을 제조하는 방법을 포함할 수 있고, 이 방법은 복합 재료를 연신률 약 1.5 이상(예를 들어 고속 스탬핑 조작)으로 변형하거나, 복합 재료를 용접(예를 들어, 특별한 용접 파라미터의 사용 없이 종래의 용융 아연 도금강을 서로 용접할 때 사용하던 일반적인 용접 조건을 사용하여)하거나, 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 본 발명은 또한 그 방법에 의해 제조된, 복합재료를 포함하는 제품도 포괄한다. 자동차 부품으로서의 재료의 용도 및 제품도 포함한다.The present invention can also include a method of making a product, which method comprises modifying the composite material to an elongation of at least about 1.5 (e.g., a high speed stamping operation), or welding the composite material to a weld Using conventional welding conditions used to weld conventional hot-dip galvanized steel to each other without use), or both. The present invention also encompasses articles comprising composite materials prepared by the method. The use of the material as an automobile part, and the product.
복합 재료의 다른 특성은 하기와 같다. ASTM D790에 따라 측정한 복합 재료의 탄성 계수는 최소 약 200GPa이고, 충전된 중합체 층의 농도는 충분히 높아 복합 재료의 밀도는 약 0.8 dm 이하이며, 여기에서 dm 은 복합체 덩어리에 사용된 금속 시트의 중량평균 밀도이다. 금속 층의 표면은 하나 이상의 표면이(복합물 성형 전에) 아연도금, 예를 들어, 전기-아연도금 기술; 인산염 함유 층을 포함하도록 인산염 처리; 정전 피복; 또는 이들의 조합으로 내부식을 위한 처리가 될 수 있다.Other properties of the composite material are as follows. And a modulus of elasticity of the composite material is approximately 200GPa minimum measured according to ASTM D790, the concentration of the filled polymeric layer is sufficiently high density of the composite material is greater than about 0.8 d m, where d m is a metal sheet used in the composite loaf Lt; / RTI > The surface of the metal layer may be coated with one or more surfaces (prior to compounding) by galvanizing, e.g., electro-galvanizing techniques; Phosphate treatment to include a phosphate containing layer; Electrostatic coating; Or a combination thereof, may be a treatment for an internal formula.
금속 섬유는 첫 번째 또는 두 번째 금속 층의 하나 또는 둘 다로부터 유도된 스크랩 및/또는 출발 재료(예를 들어, 코팅되거나 되지 않은, 스크랩의 잔 조각 스트립 또는 출발 재료의 잔 조각 스트립)로 형성될 수 있거나; 금속 섬유는 강철 섬유 및 강철 섬유의 융점보다 낮은 융점을 갖는 다른 금속을 포함할 수 있다. The metal fibers may be formed of scrap and / or starting material (e.g., uncoated, scrap strips or scrap strips of starting material) derived from one or both of the first or second metal layers Or; The metal fibers may include steel fibers and other metals having a melting point lower than the melting point of the steel fibers.
둘 이상의 중합체가 사용되는 경우, 한 중합체의 ASTM D638에 따라 측정된 인장 탄성률이 약 25% 이상이고 다른 중합체의 인장 탄성률과 다르다. 한 중합체 는 ASTM D570에 따라 측정된 수분 흡수율이 약 25% 이상이고 다른 중합체의 수분 흡수율과 다르다. 한 중합체의 ASTM D648에 따라 측정된 열변형 온도는 약 5℃ 이상이고 다른 중합체의 열변형 온도와 다르다. 하나 이상의 중합체는 실질적으로 산소 및 질소 원자를 포함하지 않는다. 하나 이상의 중합체의 중합체 전체 중량을 기준으로 하는 산소 및 질소 원자의 전체 농도는 다른 중합체의 산소 및 질소 원자 의 전체 농도보다 적다.When two or more polymers are used, the tensile modulus of one polymer measured according to ASTM D638 is at least about 25% and is different from the tensile modulus of another polymer. One polymer has a water absorption rate measured according to ASTM D570 of at least about 25% and is different from the water absorption rate of the other polymer. The heat distortion temperature measured according to ASTM D648 of one polymer is at least about 5 DEG C and is different from the heat distortion temperature of the other polymer. The one or more polymers do not substantially contain oxygen and nitrogen atoms. The total concentration of oxygen and nitrogen atoms based on the total weight of the polymer of the at least one polymer is less than the total concentration of oxygen and nitrogen atoms of the other polymer.
사용되는 하나 이상의 중합체는 폴리아미드일 수 있다. 사용되는 하나 이상의 중합체는 이오노머일 수 있다. 하나 이상의 중합체는 공-중합체일 수 있다. 두 중합체 사이의 인장 탄성률 비는 1.25:1 또는 그 이상일 수 있다. 한 중합체 대 다른 중합체의 중량 또는 부피비는 약 10:90 내지 약 90:10이다. 중합체 중 하나는 그래프트된 폴리올레핀, 예를 들어, 말레인산 무수물로 그래프트된 폴리올레핀을 포함할 수 있다. The one or more polymers used may be polyamides. The one or more polymers used may be ionomers. The one or more polymers may be co-polymers. The ratio of the tensile modulus between the two polymers may be 1.25: 1 or more. The weight or volume ratio of one polymer to the other is from about 10:90 to about 90:10. One of the polymers may comprise a grafted polyolefin, for example a polyolefin grafted with maleic anhydride.
본 발명의 복합물은 하기의 특성을 하나 이상 갖는다: 경량 복합물의 정전 접촉 저항은 약 0.0017 Ω 이하이다; 경량 복합물의 정전 접촉 저항은 약 0.0015 Ω이하이다; 경량 복합물의 정전 접촉 저항은 동일한 두께의 아연도금 강의 정전 접촉 저항보다 클 수 있다; 경량 복합물의 정전 접촉 저항은 동일한 두께의 아연도금 강의 정전 접촉 저항보다 100% 이상 클 수 있다; 경량 복합물의 정전 접촉 저항은 동일한 두께의 아연도금 강의 정전 접촉 저항보다 20% 이상 클 수 있다; 경량 복합물의 정전 접촉 저항은 동일한 두께의 아연도금 강의 정전 접촉 저항보다 400% 이상 클 수 있다. 경량 복합물은 약 0.0001 Ω 이상의 정전 접촉 저항을 가질 수 있다; 경량 복합물은 약 1.5 kA 이상의 전류 범위를 가질 수 있다; 경량 복합물은 약 2.1 kA 이상의 전류 범위를 가질 수 있다; 경량 복합물은 약 2.5 kA 이상의 전류 범위를 가질 수 있다; 경량 복합물은 동일한 두께의 강철의 전류 범위보다 큰 전류 범위를 가질 수 있다; 경량 복합물은 동일한 두께의 강철의 전류 범위보다 약 0.5 kA 이상 큰 전류 범위를 가질 수 있다; 경량 복합물은 동일한 두께의 강철의 전류 범위보다 약 1.0 kA 이상 큰 전류 범위를 가질 수 있다.The composite of the present invention has one or more of the following properties: the electrostatic contact resistance of the lightweight composite is less than or equal to about 0.0017 ohms; The electrostatic contact resistance of the lightweight composite is about 0.0015 Ω or less; The electrostatic contact resistance of lightweight composites may be greater than the electrostatic contact resistance of galvanized steel of the same thickness; The electrostatic contact resistance of lightweight composites may be greater than 100% of the electrostatic contact resistance of galvanized steel of the same thickness; The electrostatic contact resistance of lightweight composites may be greater than 20% of the electrostatic contact resistance of galvanized steel of the same thickness; The electrostatic contact resistance of lightweight composites may be greater than 400% of the electrostatic contact resistance of galvanized steel of the same thickness. The lightweight composite may have an electrostatic contact resistance of about 0.0001? Or more; Lightweight composites can have a current range of about 1.5 kA or more; Lightweight composites can have a current range of about 2.1 kA or more; The lightweight composite may have a current range of about 2.5 kA or more; The lightweight composite may have a current range greater than the current range of steel of the same thickness; The lightweight composite may have a current range greater than about 0.5 kA above the current range of steel of the same thickness; The lightweight composite may have a current range greater than about 1.0 kA above the current range of steel of the same thickness.
금속 섬유의 농도는 충전된 중합체 재료 전체 부피를 기준으로 약 10부피% 내지 약 25부피%일 수 있다; 금속 섬유의 농도는 충전된 중합체 재료 전체 부피를 기준으로 약 12부피% 내지 약 23부피%일 수 있다; 길이 방향 축을 가로지르는 금속 섬유의 단면적은 약 0.0009㎟ 이상이다; 길이 방향 축을 가로지르는 금속 섬유의 단면적은 약 0.0025㎟ 이상이다; 금속 섬유는 길이 방향 축을 가로지르는 일반적으로 사각형의 단면을 갖는다; 또는 사각형 단면은 두께 및 폭으로 특정되고 두께에 대한 폭의 비는 약 20 또는 그 이하이다.The concentration of the metal fibers may be from about 10% by volume to about 25% by volume based on the total volume of the charged polymeric material; The concentration of the metal fibers may be from about 12% by volume to about 23% by volume based on the total volume of the charged polymeric material; The cross-sectional area of the metal fibers across the longitudinal axis is greater than about 0.0009 mm < 2 >; The cross-sectional area of the metal fibers across the longitudinal axis is at least about 0.0025 mm < 2 >; The metal fibers have a generally rectangular cross-section across the longitudinal axis; Or rectangular cross section is specified by thickness and width and the ratio of width to thickness is about 20 or less.
본 발명은 또한 i) 용접 스택에 압력을 가하고; ii) 압력을 가하면서 약 0.8 kA 이하의 초기 용접 전류를 용접 스택에 부가하고; iii) 용접 전류가 첫 번째 용접 전류보다 약 0.5 kA 이상 높은 두 번째 용접 전류에 도달할 때까지 0.01 초 이상 걸리도록 연속적으로 용접 전류를 증가시키는 단계를 포함하는 용접 방법에 관한 것이다. 여기에서 용접 스택은 복합 재료를 포함하는 성분, 하나 이상의 금속 층을 각각 포함하는 하나 이상의 부가적인 성분을 포함할 수 있고; 여기에서 복합 재료는 두 금속 층; 및 두 금속 층 사이에 끼워지는 하나 이상의 중합체 층을 포함할 수 있고, 중합체 층은 하나 이상의 중합체를 함유할 수 있으며, 중합체 층은 하나 이상의 금속 섬유를 포함할 수 있고, 하나 이상의 중합체 층의 전체 부피는 복합 재료 전체 부피의 30% 이상이다. 바람직하게, 상기 공정은 두 번째 용접 전류에서 용접 전류를 0.06 초 이상 정지시키는 단계를 포함한다.The present invention also relates to a process for the preparation of a weld stack comprising: i) applying pressure to a weld stack; ii) adding an initial welding current of about 0.8 kA or less to the weld stack while applying pressure; and iii) continuously increasing the welding current so that the welding current takes 0.01 second or more until reaching a second welding current which is higher than the first welding current by about 0.5 kA or more. Wherein the weld stack may comprise a component comprising a composite material, one or more additional components each comprising one or more metal layers; Wherein the composite material comprises two metal layers; And at least one polymer layer sandwiched between two metal layers, wherein the polymer layer may contain one or more polymers, the polymer layer may comprise one or more metal fibers, and the total volume of one or more polymer layers Is at least 30% of the total volume of the composite material. Preferably, the process includes stopping the welding current for a second welding current for at least 0.06 seconds.
본 발명의 복합 재료는 강철을 대체하여 다양한 강철의 용도에 효과적으로 사용될 수 있다. 따라서, 새로운 장치나 다른 비용의 투자 없이 본 발명의 재료를 그 제조 공정에 사용할 수 있다. 제조되는 제품은 또한 중량 절감이 가능하다.The composite material of the present invention can be effectively used in various steel applications by replacing steel. Therefore, the materials of the present invention can be used in the manufacturing process without investing in new equipment or other costs. The manufactured products can also be weight-reduced.
도 1a는 중합체 층 및 금속 층을 갖는 복합 재료를 나타낸 것이다.
도 1b는 두 금속 층 사이에 끼워진 중합체 심재 층을 갖는 복합 재료를 나타낸 것이다.
도 2는 중합체 재료 또는 복합 재료를 관찰하는 과정을 나타내는 다이아그램이다.
도 3은 심재 층에 사용될 수 있는 금속 섬유를 나타내는 마크로그래프이다.
도 4는 금속 섬유 및 중합체를 포함하는 심재 층를 나타내는 마크로그래프이다.
도 5는 두 금속 층, 금속 섬유, 및 중합체를 포함하는 경량 복합물을 나타내는 마크로그래프이다.
도 6은 용접 전류 범위 약 2.0 kA 이상(예를 들어, 약 3.0 kA)을 갖는 아연도금 금속에 용접된 경량의 복합 재료에 대한, 용접 버튼 크기(mm 단위)와 용접 전류(kA 단위)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 용접 전류 범위 약 2.0 kA 이상(예를 들어, 약 2.8 kA)을 갖는 도금되지 않은 심 가공 강판에 용접된 경량의 복합 재료에 대한, 용접 버튼 크기(mm 단위)와 용접 전류(kA 단위)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 용접 전류 범위 약 1.5 kA 이상(예를 들어, 약 1.7 kA)을 갖는 아연도금 금속에 용접된 경량의 복합 재료에 대한, 용접 버튼 크기(mm 단위)와 용접 전류(kA 단위)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9은 용접 전류 범위 약 1.5 kA 이상(예를 들어, 약 2.0 kA)을 갖는 도금되지 않은 심 가공 강판에 용접된 경량의 복합 재료에 대한, 용접 버튼 크기(mm 단위)와 용접 전류(kA 단위)의 관계를 나타낸 그래프이다. 1A shows a composite material having a polymer layer and a metal layer.
1B shows a composite material having a polymer core layer sandwiched between two metal layers.
2 is a diagram showing a process of observing a polymer material or a composite material.
3 is a macrograph showing the metal fibers that can be used for the core layer.
4 is a macrograph showing a core layer comprising metal fibers and a polymer.
Figure 5 is a macrograph showing a lightweight composite comprising two metal layers, metal fibers, and a polymer.
Figure 6 shows the relationship between the welding button size (in mm) and the welding current (in kA) for a lightweight composite material welded to a galvanized metal having a welding current range of about 2.0 kA or more (e.g., about 3.0 kA) Fig.
Figure 7 shows the welding button size (in mm) and the welding current (in units of kA) for a lightweight composite material welded to an unplated deep-drawn steel plate having a welding current range of about 2.0 kA or more (e.g., about 2.8 kA) ). ≪ / RTI >
8 shows the relationship between the welding button size (in mm) and the welding current (in kA) for a lightweight composite material welded to a galvanized metal having a welding current range of about 1.5 kA or more (e.g., about 1.7 kA) Fig.
Figure 9 shows the welding button size (in mm) and the welding current (in units of kA) for a lightweight composite material welded to an unplated deep-drawn steel sheet having a welding current range of about 1.5 kA or greater (e.g., about 2.0 kA) ). ≪ / RTI >
일반적으로, 본 발명의 재료는 하기의 충전된 중합체 재료, 특히 중합체 매트릭스에 분포된 금속 섬유 상을 포함한다. 일반적으로, 본 발명의 복합재료는 둘 이상의 층을 사용하고, 그 가운데 하나는 상기의 충전된 (예를 들어, 섬유 충전된) 중합체 재료 (예를 들어, 그 안에 섬유-충전된 중합체 층)이다. 특히, 본 발명의 재료는 샌드위치 구조를 포함하는 복합물로, 섬유-충전된 중합체 층이 둘 이상의 다른 층에 샌드위치된 것이다. 본 발명의 재료는 또한 샌드위치 구조 전구체, 예를 들어, 첫 번째 층 위에 충전된 중합체 층이 부착되어 충전된 중합체 층이 외부에 노출된 것을 포함한다. 두 번째 층은 그 다음으로 충전된 중합체 층에 부착될 수 있다. 본 발명은 또한 본 발명에 따라 섬유-충전된 중합체 재료를 포함하는 원료 조성물 (예를 들어, 펠렛, 시트 등의 형태)을 포함한다. 본 발명의 재료는 독특하고 우수한 여러 가지 성질을 나타내어, 변형 조작 (예를 들어, 비교적 고 변형율의 성형 조작, 예를 들어 스탬핑), 용접 조작, 또는 둘 다에 적합한 재료이다. 즉, 충전된 중합체 층이 여러 상을 갖도록 디자인된다. 하나 이상의 상(예를 들어, 충전재)은 전도성 경로를 제공하고, 가소적으로 변성 가능하도록 하면서, 플라스틱 변형을 유도하는 응력이 가해졌을 때 변형 경화할 수도 있다. 또한, 중합체 상은 다른 재료 (예를 들어, 금속 층 예를 들어, 강철 시트)에 부착하여 용접 및/또는 변형(예를 들어, 성형, 예를 들어 스탬핑)을 위한 복합 재료 가공시에 복합물의 박리가 일어나지 않도록 한다. 중합체 상은 코팅(예를 들어, 화학 도금욕, 예를 들어 정전코팅조 또는 시트 금속 코팅에 일반적인 내부식성을 부여하는 다른 도금욕) 조작 시에 분해되지 않는다.In general, the materials of the present invention include the following filled polymeric materials, particularly metal fiber phases distributed in polymer matrices. Generally, the composite material of the present invention uses two or more layers, one of which is a filled (e.g., fiber filled) polymeric material (e.g., a fiber-filled polymeric layer therein) . In particular, the material of the present invention is a composite comprising a sandwich structure, wherein the fiber-filled polymer layer is sandwiched between two or more different layers. The material of the present invention also includes a sandwich structure precursor, e. G., A polymer layer filled with a polymer layer packed on the first layer exposed to the outside. The second layer may then be attached to the filled polymer layer. The present invention also includes a raw composition (e.g. in the form of pellets, sheets, etc.) comprising a fiber-filled polymeric material according to the invention. The material of the present invention exhibits various unique and excellent properties and is a material suitable for a deforming operation (for example, a relatively high strain forming operation such as stamping), a welding operation, or both. That is, the packed polymer layer is designed to have multiple phases. One or more phases (e. G., Fillers) may provide a conductive path and strain harden when subjected to stresses that induce plastic deformation, while allowing for plastic deformation. In addition, the polymeric phase can be attached to other materials (e.g., metal layers, e.g., steel sheets) and used for composite (e.g., stamping) . The polymer phase is not decomposed during operation (e.g., a chemical plating bath, such as an electrostatic coating bath or other plating bath that imparts general corrosion resistance to sheet metal coatings).
본 발명의 복합 재료는, 일반적으로 낮은 전기전도성을 갖는 중합체를 포함하는데도 불구하고 우수한 용접성을 나타내어 전기 저항 용접 가능하다. 예를 들어 수용 가능한 용접을 얻기 위한 가공 창의 크기는 일반적으로 넓다. 본 발명에서, 수용 가능한 용접은 용접 버튼 크기가 용접 전극 직경의 약 95% 이상일 수 있다. 본 발명에서, 복합 재료는 같은 두께의 강철 (예를 들어, 아연 도금강)보다 용접을 위한 더 넓은 가공창을 가질 수 있다. The composite material of the present invention exhibits excellent weldability in spite of the fact that it generally contains a polymer having low electrical conductivity, and is capable of electric resistance welding. For example, the size of the processing window for obtaining acceptable welds is generally wide. In the present invention, an acceptable weld may have a weld button size of at least about 95% of the weld electrode diameter. In the present invention, the composite material may have a wider processing window for welding than steel (e.g., galvanized steel) of the same thickness.
본 발명은 독특한 재료의 조합으로 매력적인 복합물, 특히 적층체 복합물을 제공한다. 예를 들어, 적층체는 공지의 시트 재료, 예를 들어 시트 금속((예를 들어, 스테인레스 및/또는 저탄소강)과 비슷한 방법으로 드로잉하거나(예를 들어, 딥 드로잉), 용접하거나 또는 둘 다 할 수 있다. 일반적으로, 본 발명은 여러 가지-상의 복합 재료를 사용하는데, 재료는 연신성, 용접성 또는 둘 다를 부여하도록 선택된다. 또, 재료는 생성 적층체가 일반적인 공지 기술의 얇은 벽 구조물로 가공될 수 있도록, 특히 장식 또는 기능적인 표면 처리 가공 (예를 들어, 코팅, 도금 등)을 할 수 있도록 선택된다.The present invention provides attractive composites, particularly laminate composites, with a unique combination of materials. For example, the laminate can be drawn (e.g., deep drawn), welded, or both in a manner similar to known sheet materials, such as sheet metal (e.g., stainless steel and / or low carbon steel) In general, the present invention uses a variety of composite materials, wherein the material is selected to impart stretchability, weldability, or both. The material can also be produced by processing the resulting laminate into a thin, (E. G., Coating, plating, etc.) so that it can be applied to the surface of the substrate.
예를 들어, 특히 바람직한 조합의 재료는 심재를 갖는 두 개의 층을 포함할 수 있고, 심재는 바람직하게는 충전된 중합체 재료이다. 충전된 중합체는 재료 바람직하게는 하나 이상의 중합체를 포함하고, 중합체는 열가소성 중합체나 일반적으로 열가소성 중합체로서 가공 가능한 다른 재료를 포함하거나 그 재료로 구성된다. 충전된 중합체 재료 바람직하게는 충전재 상을 포함하고, 바람직하게는 충전재는 섬유 상, 특히 긴 섬유 상 가늘고 긴 섬유 상, 예를 들어, 가늘고 긴 금속 섬유 상을 포함하거나 그 상으로 구성되는 충전재를 갖는다. 그러한 상은 충분히 위치하거나 분포되고(예를 들어, 감싸거나, 꼬거나, 나란히 배열되거나, 얼기설기 얽히거나, 또는 이들의 조합), 충분한 부피로 사용되어 중합체 자체가 일반적으로 비전도성인 경우 충전된 중합체 재료에 전기 전도성을 부여하는 네트워크를 형성한다. 특히 바람직한 가늘고 긴 충전재 상은 그 자체로 연신되고(개별 섬유 또는 전체로) 변형 경화 가능하다. For example, a particularly preferred combination of materials may comprise two layers with a core, and the core is preferably a filled polymeric material. The filled polymer comprises a material, preferably one or more polymers, and the polymer comprises or consists of a thermoplastic polymer or other material that is generally processable as a thermoplastic polymer. The filled polymeric material preferably comprises a filler phase, and preferably the filler has a filler which comprises or consists of a fiber phase, in particular an elongated, long fiber phase, for example, a thin and long metal fiber phase . Such an image may be sufficiently located or distributed (e.g., wrapped, twisted, arranged side by side, puckered, or a combination thereof) and used in a sufficient volume so that when the polymer itself is generally non- Thereby forming a network for imparting electrical conductivity to the substrate. A particularly preferred slender filler phase is stretched by itself (individual fibers or whole) and is strain hardenable.
여기에서 사용된 "층"은 명확하게 구별된 재료를 요구하는 것은 아니다. 예를 들어, 층으로 된 복합물은 하나의 재료로 된 단일 시트를 접어서 그 재료로 된 두 개의 층을 형성할 수 있고, 공통의 모서리를 공유할 수 있으며 그 사이에 충전된 중합체 재료를 위치하게 할 수 있다.As used herein, " layer " does not require a clearly distinguished material. For example, a layered composite may be folded into a single sheet of material to form two layers of the material, to share common edges and to place the filled polymeric material therebetween .
본 발명의 첫 번째 특징은 비슷하지 않은 재료가 결합한 층으로 만들어진 복합 재료이고, 하나 이상의 층 (예를 들어, 금속 층 예를 들어, 금속 면 층) 및 하나 이상의 중합체 층을 포함하고, 복합물은 성형(예를 들어, 탄성 변형을 일으키는 응력을 가해 스탬핑 또는 프레스 기계 상에서 냉간 성형)하여 패널로 만들 수 있다. 복합 재료는 하나의 금속 층 및 하나의 중합체 층을 포함하거나, 하나 이상의 다른 층을 더 포함하는 복합물 적층체일 수 있다. 예를 들어, 두 중합체 층 사이에 금속 층을 끼운 적층체, 또는 중합체 층을 둘 이상의 마주보는 금속 층 사이에 샌드위치시킨 적층체일 수 있다. 특히 바람직한 구조는 후자이고, 전자의 구조는 후자를 위한 전구체로 사용할 수 있다. 그러한 샌드위치 구조를 형성하는 방법은 단계 한 층을 전구체에 적용하여 샌드위치 구조를 만드는 단계, 첫 번째 전구체를 두 번째 전구체에 적용하여 샌드위치 구조를 만드는 단계, 또는 둘 다를 포함할 수 있다.A first feature of the present invention is a composite material made of a layer in which dissimilar materials are combined and comprises at least one layer (e.g. a metal layer, for example a metal surface layer) and at least one polymer layer, (E. G., Cold stamping on a stamping or press machine with stress causing elastic deformation) to form a panel. The composite material may include one metal layer and one polymer layer, or may be a composite laminate further comprising one or more other layers. For example, a laminate with a metal layer sandwiched between two polymer layers, or a laminate in which a polymer layer is sandwiched between two or more opposing metal layers. A particularly preferred structure is the latter, and the former structure can be used as a precursor for the latter. The method of forming such a sandwich structure may include the steps of applying a layer to the precursor to form a sandwich structure, applying the first precursor to the second precursor to form a sandwich structure, or both.
금속 층(14) 및 중합체 층(16)을 갖는 복합물 적층체(10)의 일례가 도 1a에 되시되어 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 샌드위치(12)는 첫 번째 금속 층(14), 두 번째 금속 층(14)' 및, 첫 번째 및 두 번째 금속 층 사이에 끼워진 중합체 층(16)(예를 들어, 중합체 심재 층)을 포함할 수 있다. 도 1a 및 1b에서, 중합체 층(16)은 하나 이상의 중합체 (예를 들어, 열가소성 중합체)(18) 및 섬유(20)를 포함한다. 중합체 층(16) 및 첫 번째 금속 층(14)는 공통의 표면(22)를 가질 수 있다. 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 섬유의 일부 또는 전부는 길이와 방향을 가지고 중합체 층의 한 표면으로부터 반대 표면으로 연장될 수 있다. 그러나 다른 섬유 길이와 방향도 본 발명의 범위 내에 포함된다. 예를 들어, 중합체 층의 대향면 사이에 연장되는 섬유(예를 들어, 금속 섬유) 분획은 20% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 또는 1% 이하이다. 도 1a 및 1b에 도시된 섬유는 일반적으로 곧은 섬유이다. 바람직한 섬유는 일반적으로 곧은 섬유는 아니다. 바람직한 섬유는 길이를 따라 하나 이상의 굴곡이 있는 섬유이다. An example of a
상기한 바와 같이, 복합물, 다층 구조 외에도, 본 발명은 전구체 중합체 층 시트 재료(즉, 중합체 층 단일 층)에 관한 것으로, 이 재료는 열가소성 중합체 및 섬유 (예를 들어, 금속 섬유)를 포함하고, 두 금속 층 사이에 샌드위치 될 수 있다. As described above, in addition to composites, multi-layer structures, the present invention relates to a precursor polymer layer sheet material (i.e., a polymer layer single layer) comprising a thermoplastic polymer and a fiber (e.g., a metal fiber) It can be sandwiched between two metal layers.
본 발명은 또한 중합체 및 섬유를 포함하는 전구체 중합체 원료에 관한 것이다. 그러한 중합체 원료는 단일 재료 또는 하나 이상의 부가 재료((예를 들어, 하나 이상의 부가 중합체)와 함께 중합체 층(예를 들어, 시트로)으로 성형(예를 들어, 압축 또는 압출)된다. 전구체 중합체 원료는 복합 재료의 중합체 층 구성 성분의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 전구체 중합체 원료는 중합체 층을 위한 모든 섬유를 실질적으로 포함한다.The present invention also relates to a precursor polymer raw material comprising a polymer and a fiber. Such polymeric raw materials are formed (e.g., compressed or extruded) into a polymeric layer (e.g., sheet) with a single material or with at least one additional material (e.g., one or more addition polymers). The precursor polymeric material May comprise some or all of the polymeric layer components of the composite material. Preferably, the precursor polymeric material comprises substantially all of the fibers for the polymeric layer.
사용시에, 복합물은 변형되거나(예를 들어, 성형, 예를 들어 스탬핑에 의한), 다른 구조물에 부착(예를 들어, 강철 또는 다른 복합 재료에)되거나, 또는 둘 다이다. 바람직한 방법은 본 발명의 복합물을 다른 구조물에 용접하는 단계를 사용하는 것이다. 성형된 패널은 필요하다면, 용접이 아닌 다른 기술, 예를 들어 접착제, 납땜 공정 등을 사용하여 다른 부품에 결합시킬 수 있다. 두 경우에, 복합 재료(예를 들어, 적층체 또는 샌드위치 시트)는 낮은-비용의 스탬핑 방법에 의해 성형될 수 있고 놀랍게도 공지 기술에서 직면했던 제한으로부터 자유로울 수 있었다. 복합 재료의 이러한 특성은 정규의 단일 금속 시트를 사용하는 적용 분야, 예를 들어 수송 (예를 들어, 자동차) 산업에서 사용되는 차체 패널에 매우 매력적인 후보가 될 수 있도록 한다.In use, the composite can be deformed (e.g., by molding, e.g., stamping), attached to other structures (e.g., steel or other composite material), or both. A preferred method is to use the step of welding the composite of the present invention to another structure. The molded panel may be bonded to other components, if desired, using techniques other than welding, such as adhesives, brazing processes, and the like. In both cases, the composite material (e.g., laminate or sandwich sheet) could be molded by a low-cost stamping method and surprisingly could be free from the limitations encountered in the known art. This property of the composite material makes it a very attractive candidate for application areas using regular single metal sheets, for example, body panels used in the transportation (e.g., automotive) industry.
본 발명의 특징은 특정한 중합체 (예를 들어, 열가소성 중합체) 및 금속 섬유를 선택하고, 금속 섬유 및 임의의 입자, 그리고 다른 임의의 충전재를 중합체 매트릭스에 부가하여 낮은-비용의 스탬핑 조작으로 성형 가능한 신규의 복합 재료(예를 들어 샌드위치 또는 적층체 구조)를 제공하는 것이다. 다른 특징은 저항 용접(예를 들어, 스폿 용접, 시임 용접, 불꽃 용접, 돌기 용접, 또는 업셋 용접), 에너지 비임 용접 (예를 들어, 레이저 비임, 전자 비임, 또는 레이저 하이브리드 용접), 가스 용접 (예를 들어, 옥시아세틸렌과 같은 가스를 사용하는, 산소 연료 용접), 아크 용접 (예를 들어, 가스 금속 아크 용접, 금속 불활성 가스 용접, 또는 차폐 금속 아크 용접)과 같은 일반적인 용접 기술에 의해 결합할 수 있는 스탬핑 가능한 샌드위치를 제공하는 것이다. 바람직한 결합 기술은 저항 스폿 용접 및 레이저 용접과 같은 고속 용접 기술을 포함하는 것이다. A feature of the present invention is the ability to select a particular polymer (e.g., a thermoplastic polymer) and metal fibers, add metal fibers and optional particles and any other filler to the polymer matrix to form a new (E. G., A sandwich or laminate structure). ≪ / RTI > Other features include but are not limited to resistance welding (e.g., spot welding, seam welding, spark welding, protrusion welding, or upset welding), energy beam welding (e.g. laser beam, electron beam or laser hybrid welding) (For example, oxygen fuel welding using a gas such as oxyacetylene), arc welding (e.g., gas metal arc welding, metal inert gas welding, or shielded metal arc welding) To provide a stampable sandwich. Preferred joining techniques include high speed welding techniques such as resistance spot welding and laser welding.
다양한 성형가능한/스탬핑가능한 재료, 시험 방법, 시험 범위, 용접 공정 및 특징, 및 상세한 성형 공정은 하기 문헌에 게시되어 있다:Various formable / stampable materials, test methods, test ranges, welding processes and features, and detailed molding processes are disclosed in the following references:
M. Weiss, M. E. Dingle, B. F. Rolfe, and P. D. Hodgson, "The Influence of Temperature on the Forming Behavior of Metal/Polymer Laminates in Sheet Metal Forming" Journal of Engineering Material and Technology, October 2007, Volume 129, Issue 4, pp. 530-537.M. Weiss, ME Dingle, BF Rolfe, and PD Hodgson, "Influence of Temperature on the Forming Behavior of Metal / Polymer Laminates in Sheet Metal Forming", October 2007, Volume 129,
D. Mohr and G. Straza, "Development of Formable All-Metal Snadwitch Sheets for Automotive Applications" Advanced Engineering Material, Volume 7 No. 4, 2005, pp. 243-246.D. Mohr and G. Straza, " Development of Formable All-Metal Snidwitch Sheets for Automotive Applications " 4, 2005, pp. 243-246.
J. K. Kim and T. X. Yu, "Forming And Failure Behaviour Of Coated, Laminated And Sandwiched Sheet Metals: A Review" Journal of Material Processing Technology, Volume 63, No1-3, 1997, pp. 33-42.J. K. Kim and T. X. Yu, "Forming And Failure Behavior Of Coated, Laminated And Sandwiched Sheet Metals: A Review", Volume 63, No.1-3, 1997, pp. 33-42.
K.J. Kim, D. Kim, S.H. Choi, K. Chung, K.S. Shin, F. Barlat, K.H. Oh, J.R. Youn, "Formability of AA5182/Polypropylene/AA5182 Sandwitch Sheet, Journal of Material Processing Technology, Volume 139, Number 1, 20 August 2003 , pp. 1-7. Trevor William Clyne and Athina Markaki U.S. Patent Number 6,764,772 (filed Oct 31, 2001, issued Jul 20, 2004).K.J. Kim, D. Kim, S.H. Choi, K. Chung, K.S. Shin, F. Barlat, K.H. Oh, J.R. Youn, " Formability of AA5182 / Polypropylene / AA5182 Sandwitch Sheet, Journal of Material Processing Technology,
Frank Gissinger and Thierry Gheysens, U.S. Patent Number 5,347,099, Filed Mar 4, 1993, Issued Sep 13, 1994, "Method And Device For The Electric Welding Of Sheets Of Multilayer Structure".Frank Gissinger and Thierry Gheysens, U.S. Pat. Patent Number 5,347,099, Filed
Straza George C P, International Patent Application Publication (PCT): WO2007062061, "Formed Metal Core Sandwitch Structure And Method And System For Making Same" Publication date: May 31, 2007. Straza George C P, International Patent Application Publication (PCT): WO2007062061, "Formed Metal Core Sandwitch Structure And Method And System For Making Same" Publication date: May 31, 2007.
Haward R. N., Strain Hardening of Thermoplastics, Macromolecules 1993, 26, 5860-5869.Haward R. N., Strain Hardening of Thermoplastics, Macromolecules 1993, 26, 5860-5869.
국제특허공개공보 제 WO 2010/021899 호(2010, 2, 25 공개, Mizrahi). International Patent Publication No. WO 2010/021899 (published on Feb. 25, 2010, Mizrahi).
미국특허출원번호 제 61/290,384 호(2009,12,28 출원, Mizrahi).U.S. Patent Application No. 61 / 290,384 (2009,12,28 application, Mizrahi).
미국특허출원번호 제 61/089,704 호(2008,8,18 출원, Mizrahi).U.S. Patent Application No. 61 / 089,704 (2008, 8,18 application, Mizrahi).
미국특허출원번호 제 61/181,511 호(2009, 5,27 출원, Mizrahi).U.S. Patent Application No. 61 / 181,511 (2009, 5,27 application, Mizrahi).
미국특허공개공보 제 US2010/0040902A1 호, 2010,2,18 공개, Mizrahi.U.S. Patent Publication No. US2010 / 0040902A1, 2010, 2, 18 disclosed in Mizrahi.
재료material
예를 들어, 중합체 층에 섬유 충전재를 사용하는 것이 복합물 제조를 용이하게 하고 놀랍게도 낮은 레벨을 사용하여 훌륭한 결과를 얻을 수 있다. 놀랍게도, 재료의 선택과 조합으로 같은 형태의 일반적인 금속 구조물(예를 들어, 시트 금속)보다 단위 부피당 더 적은 금속을 사용하면서도 비교할만한 성질과 특성을 나타낼 수 있다. 당업자는 통상 그러한 재료의 조합을 예견할 수 없었고 피해왔던 것이다. 이 점에서, 놀랍게도 회피할 것으로 예견되는 재료의 몇 행동 특성이 복합물에서 우수하게 사용되었다. 따라서, 생성 적층체는 기존 재료의 대체제로, 예를 들어, 강철 시트 대신에, 강철재료에 비해 가벼운 무게로, 재가공이나 특별한 공정 조건 없이 사용 가능하다. 재료 For example, the use of a fiber filler in the polymer layer facilitates composite fabrication and surprisingly low levels can be used to obtain excellent results. Surprisingly, with the selection and combination of materials, comparable properties and properties can be exhibited while using less metal per unit volume than common metal structures (e.g. sheet metal) of the same type. Those skilled in the art have generally not been able to foresee the combination of such materials and have been avoided. In this respect, surprisingly, some behavioral properties of the material, which is expected to be avoided, were used excellently in the composite. Thus, the resulting laminate can be used as an alternative to conventional materials, for example, instead of a steel sheet, with a light weight as compared to a steel material, without rework or special process conditions. material
중합체 층 The polymer layer
중합체 층은 일반적으로 충전된 중합체, (예를 들어, 강화 섬유, 예를 들어, 금속 섬유로 충전된 열가소성 중합체)를 포함하거나 충전된 중합체로 구성될 수 있다. 일반적으로, 중합체 매트릭스와 그 매트릭스에 분포된 섬유 덩어리로 이루어진 충전된 중합체 재료 복합물 덩어리이다. The polymer layer can generally consist of a filled polymer, or a filled polymer (e. G., A thermoplastic polymer filled with reinforcing fibers, e. G., Metal fibers). Generally, it is a packed polymeric material composite mass consisting of a polymeric matrix and a fiber mass distributed in the matrix.
중합체 층에 사용하기 위한 충전된 중합체 재료는 바람직하게는 일반적으로 비교적 단단하고, 비교적 강하고, 비교적 높은 파단 신율을 가지고, 높은 변형 경화 성질을 가지고, 경량이거나, 또는 이들의 조합으로, 예를 들어 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 (2010년 2월 25일 공개)호에 기재되어 있으며 여기에서 참고로 삽입된다.The filled polymeric material for use in the polymeric layer is preferably generally relatively hard, relatively strong, has a relatively high elongation at break, has high strain hardening properties, is lightweight, or a combination thereof, Is disclosed in the patent application publication publication WO 2010/021899 (published on February 25, 2010), which is hereby incorporated by reference.
바람직하게는, 충전된 중합체 재료의 적어도 일부의 중합체는 열가소성이지만, 열경화성 중합체, 특히 열가소성으로 가공 가능하나 경화되는 열경화성 중합체 를 포함할 수 있다. 충전된 중합체 재료에 사용되는 중합체의 바람직하게는, 50중량% 이상의(보다 바람직하게는 70중량%, 80중량%, 90중량% 또는 95중량% 이상의) 중합체가 열가소성 중합체이다.Preferably, at least a portion of the polymer of the charged polymeric material is thermoplastic, but may comprise a thermosetting polymer, particularly a thermosetting processable thermosetting polymer. Preferably, at least 50 wt.% (More preferably at least 70 wt.%, 80 wt.%, 90 wt.% Or 95 wt.% Or more) of the polymer used in the filled polymeric material is a thermoplastic polymer.
충전된 중합체 재료는 전기 전도성 (예를 들어, 충전된 중합체 재료는 전기 전도체일 수 있다)을 가져서 충전된 중합체 층을 통해 전도성 경로를 제공하고 복합 재료가 다른 구조물 예를 들어, 시트 금속에 잘 용접되도록 한다. 중합체 심재의 전기 전도성은 금속 섬유 및, 예를 들어 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)에 기재된 적어도 투과 농도를 갖는 양으로 중합체에 분산된 임의의 금속 또는 카본블랙 입자에 의해 얻어진다. 본 발명의 충전된 중합체 재료 및 복합 재료는 공지의 용접 스케쥴 또는 다른 용접 스케쥴에 의해 용접될 수 있고, 그러한 용접 스케쥴은 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)에 게시되어 있다. 예를 들어, 재료는 보다 빠르고 에너지 소모가 적거나 둘 다인, 보다 경제적인 용접 스케쥴을 가능하게 한다.The filled polymeric material may be electrically conductive (e.g., the filled polymeric material may be an electrical conductor) to provide a conductive path through the filled polymeric layer and to allow the composite material to be well welded to other structures, . The electrical conductivity of the polymer cores can be controlled by the use of metal fibers and any metal or carbon dispersed in the polymer in an amount having at least a permeation concentration as described, for example, in International Patent Application Publication WO 2010/021899 (published Feb. 25, 2010) Black particles. The filled polymeric materials and composites of the present invention can be welded by known welding schedules or other welding schedules, and such welding schedules are disclosed in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published February 25, 2010) It is posted. For example, materials enable a more economical welding schedule that is faster, less energy consuming, or both.
충전된 중합체 재료 (예를 들어, 충전된 중합체 재료의 중합체)는 부가적으로 중합체 혼합 기술에서 공지된 하나 이상의 첨가제, 예를 들어 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)호에 게시된 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전된 중합체 재료는 할로겐화된 미국특허등록 제 3,784,509 호 (1974년 1월 8일, 예를 들어 칼럼 1, 59줄부터 칼럼 4, 64줄까지에 게시된 치환된 이미드), 제 3,868,388 호(1975년 2월 25일, 예를 들어 칼럼 1, 23줄부터 칼럼 3, 39줄까지에 게시된 할로겐화된 비스이미드); 제 3,903,109 호(1975년 9월 2일, 예를 들어 칼럼 1, 46줄부터 칼럼 4, 50줄까지에 게시된 치환된 이미드); 제 3,915,930 호(1975년 10월 28일, 예를 들어 칼럼 1, 27줄부터 칼럼 3, 40줄까지에 게시된 할로겐화된 비스이미드); 및 제 3,953,397 호(1976년 4월 27일, 예를 들어 칼럼 1, 4줄부터 칼럼 2, 28줄까지에 게시된 브롬화된 이미드와 벤조일 클로라이드의 반응 생성물)에 게시된 방염 화합물을 포함할 수 있다.The filled polymeric material (e.g., a polymer of charged polymeric material) may additionally include one or more additives known in polymer blending technology, such as those disclosed in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (Feb. 25, 2010 Which may be incorporated by reference herein. For example, the charged polymeric material may be a halogenated U.S. Pat. No. 3,784,509 (January 8, 1974, eg, substituted imides, column 1, line 59 to
충전된 중합체 재료는 가소제나 휘발할 수 있는(예를 들어, 저항 용접 공정 중에) 휘발할 수 있는 비교적 저분자량 재료는 포함하지 않을 수 있다. 만약 사용된다면, 가소제나 비교적 저분자량 재료의 농도는 (예를 들어, 충전된 중합체 재료 가 금속 층으로부터 벗겨지지 않도록)충전된 중합체 재료 전체 중량을 기준으로 바람직하게는 3중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.5중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.1중량% 이하인 것이 바람직하다.The filled polymeric material may not include a plasticizer or a relatively low molecular weight material that can volatilize (e.g., during a resistance welding process). If used, the concentration of the plasticiser or relatively low molecular weight material is preferably less than or equal to 3% by weight, based on the total weight of the polymeric material loaded (e.g., so that the filled polymeric material is not stripped from the metal layer) Is preferably 0.5% by weight or less, and most preferably 0.1% by weight or less.
본 발명은 또한 공정 중에 충전된 중합체 재료가 금속 층으로부터 실질적으로, 또는 완전히 박리(예를 들어, 충전된 중합체 재료와 금속 층 사이 공간의 증기압에 의해 발생하는 박리)되지 않도록 재료, 가공 조건, 또는 둘 다를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.The invention also relates to a process for preparing a polymeric material, wherein the polymeric material charged during the process is substantially or completely peeled from the metal layer (for example, by peeling caused by the vapor pressure of the space between the charged polymeric material and the metal layer) And selecting both of them.
중합체polymer
본 발명의 중합체의 특정 예로서, 충전된 중합체 재료에 사용하기 위한 중합체는 바람직하게는 약 50℃ (바람직하게는 80℃ 이상, 보다 바람직하게는 100℃ 이상, 보다 바람직하게는 120℃, 보다 바람직하게는 160℃ 이상, 보다 바람직하게는 180℃ 이상, 가장 바람직하게는 205℃ 이상)의 피크 융점 (ASTM D3418-08에 따라 측정했을 때) 또는 유리 전이 온도 (ASTM D3418-08에 따라 측정했을 때)를 갖는 열가소성 중합체를 포함할 수 있다. 열가소성 중합체는 피크 융점, 유리 전이 온도, 또는 둘 다를 가질 수 있고, 300℃ 이하, 250℃ 이하, 150℃ 이하, 또는 100℃ 이하이다. 이들은 실온에서 적어도 일부는 결정성이거나 실질적으로 전체적으로 유리질이다. 적합한 중합체(예를 들어, 적합한 열가소성 중합체)는 하기 인장 성질(ASTM D638-08에 따라 공칭 변형 속도약 0.1 s-1에서 측정했을 때) 중의 하나 이상으로 특정된다: 인장 탄성률 (예를 들어, 영율) 약 30MPa 이상, (예를 들어, 약 750MPa 이상, 또는 약 950MPa 이상); 공칭 인장 강도(즉, σe), 진 인장 강도 (즉, σt, σt=(1+εe)σe , 여기서 σe는 공칭 인장 강도), 또는 둘 다가 약 8MPa 이상(예를 들어, 약 25MPa 이상, 약 60MPa 이상, 또는 약 80MPa 이상); 또는 파단 신율 최소 약 20% (예를 들어, 최소 약 50%, 최소 약 90%, 최소 약 300%). 본 발명에서 특별한 언급이 없는 한 인장 강도는 공칭 인장 강도를 의미한다.As a specific example of the polymer of the present invention, the polymer for use in the filled polymer material preferably has a temperature of about 50 캜 (preferably 80 캜 or higher, more preferably 100 캜 or higher, more preferably 120 캜, (Measured according to ASTM D3418-08) or glass transition temperature (measured according to ASTM D3418-08) of greater than or equal to 160 DEG C, more preferably greater than or equal to 180 DEG C, and most preferably greater than or equal to 205 DEG C ). ≪ / RTI > The thermoplastic polymer may have a peak melting point, a glass transition temperature, or both, and is 300 ° C or lower, 250 ° C or lower, 150 ° C or lower, or 100 ° C or lower. They are at least partially crystalline or substantially vitreous at room temperature. Suitable polymers (e.g., suitable thermoplastic polymers) are specified by one or more of the following tensile properties (as measured at a nominal strain rate of about 0.1 s -1 according to ASTM D638-08): tensile modulus (e.g., ) Greater than or equal to about 30 MPa, (e.g., greater than or equal to about 750 MPa, or greater than or equal to about 950 MPa); (I.e., σ e ), true tensile strength (ie, σ t , σ t = (1 + ε e ) σ e , where σ e is the nominal tensile strength), or both of about 8 MPa or more At least about 25 MPa, at least about 60 MPa, or at least about 80 MPa); Or at least about 20% (e.g., at least about 50%, at least about 90%, at least about 300%) of elongation at break. Unless otherwise specified in the present invention, tensile strength means nominal tensile strength.
중합체는 바람직하게는 변형 경화 성질(예를 들어, 비교적 높은 변형 경화 율, 비교적 낮은 외삽 항복 강도, 또는 둘 다), 예를 들어 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개), 예를 들어 단락 052-063에 게시된 성질을 갖는다. 그러한 변형 경화 성질은 Haward R. N., Strain hardening of Plastics, Macromolecules 1993, 26, 5860-5869에 게시된 방법으로 측정한다.The polymer preferably has a strain hardening property (e.g., a relatively high strain hardening rate, a relatively low extrapolative yield strength, or both), for example, in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 Publicly available), for example, as published in paragraph 052-063. Such strain hardening properties are measured by the method published in Haward RN, Strain hardening of Plastics, Macromolecules 1993, 26, 5860-5869.
중합체 층에 사용되는 열가소성 중합체의 예로는 폴리올레핀류(예를 들어, 폴리에틸렌(예를 들어, 선형 저밀도 폴리에틸렌) 및 폴리프로필렌), 아세탈 공중합체, 폴리아미드, 폴리아미드 공중합체, 폴리이미드, 폴리에스테르(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트), 폴리카보네이트, 열가소성 폴리우레탄, 열가소성 폴리에테르-에스테르 공중합체(예를 들어 ASTM D 6835-08에 게시된 열가소성 탄성체 에테르-에스테르 재료), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체, 폴리스티렌, 60중량% 이상의 알파 올레핀 및 하나 이상의 부가 단량체를 포함하는 공중합체(예를 들어 80중량% 이상의 에틸렌을 포함하는 에틸렌 공중합체), 이들 중합체를 포함하는 공중합체, 이들 중합체를 포함하는 이오노머, 이들 중합체의 블렌드, 또는 이들의 조합이 있다. 하나 이상의 중합체는 탄성체, 예를 들어, 열가소성 탄성체일 수 있다.Examples of thermoplastic polymers for use in the polymer layer include polyolefins (e.g., polyethylene (e.g., linear low density polyethylene) and polypropylene), acetal copolymers, polyamides, polyamide copolymers, polyimides, Thermoplastic polyether-ester copolymers (e.g., thermoplastic elastomeric ether-ester materials as disclosed in ASTM D 6835-08), acrylics, such as acrylonitrile-butadiene- (For example, an ethylene copolymer containing at least 80% by weight of ethylene), polystyrene, at least 60% by weight of an alpha olefin and at least one addition monomer, a copolymer comprising these polymers, Ionomers comprising these polymers, blends of these polymers, There is a combination thereof. The at least one polymer may be an elastomer, for example, a thermoplastic elastomer.
충전된 중합체 재료는 바람직하게는 금속에 충분히 부착할 수 있는 하나 이상의 중합체를 포함하여 중합체가 금속 섬유, 금속 층, 또는 둘 다에 부착된다. 예를 들어, 충전된 중합체 재료는 극성 그룹을 충분한 농도로 갖는 하나 이상의 중합체를 포함하여 중합체가 금속 섬유, 금속 층, 또는 둘 다에 부착된다.The filled polymeric material preferably comprises one or more polymers that are capable of fully adhering to the metal, such that the polymer is attached to the metal fiber, metal layer, or both. For example, the charged polymeric material includes at least one polymer having a sufficient concentration of polar groups, such that the polymer is attached to the metal fiber, metal layer, or both.
물론, 일반적으로 비-극성 그룹을 포함하는 중합체가 주 중합체 성분으로 사용되어도 만족스러운 부착결과를 얻을 수 있다. 특히, 다량의, 또는 실질적인 양의 극성 중합체를 사용하지 않고도(예를 들어, 중량으로 30%, 20%, 10%, 5% 또는 1% 이하), 우수한 결합 강도와 우수한 내박리성을 나타내는 복합체 덩어리를 얻을 수 있다. Of course, satisfactory adhesion results can be obtained even if a polymer containing a non-polar group is generally used as the main polymer component. In particular, a composite exhibiting excellent bonding strength and excellent peel resistance without using a large amount or a substantial amount of polar polymer (for example, 30%, 20%, 10%, 5% You can get a lump.
또한, 중합체 매트릭스 복합물 덩어리 사이의 결합 강도는 예상과 달리 줄어들지 않고, 중합체 매트릭스 복합물 덩어리 내에 존재하는 섬유에 의해, 인산염처리 및/또는 아연 도금 강철 시트의 사용에 의해, 또는 둘 다에 의해 사실 향상되었다. 예를 들어, 중합체를 포함하고 섬유를 포함하지 않으며 피복되지 않은 일반 탄소강 사이에 샌드위치된 샌드위치 복합물과, 본 발명의 복합물, 즉 섬유를 포함하고 인산염처리 및/또는 아연 도금 강 층을 샌드위치 층으로 포함하는 경우, 후자의 박리 강도가 예를 들어, DIN 11339에 따라 시험했을 때 2배 또는 3배 향상되었다. 그러한 결과는 극성 그룹을 갖는 중합체, 극성 그룹을 갖지 않는 중합체 또는 둘 다에 의해서도 얻을 수 있다. 열가소성 중합체 (예를 들어, 폴리올레핀, 예를 들어, 선형 저밀도 폴리에틸렌) 및 탄성체 (예를 들어, 열가소성 탄성체, 예를 들어, 에틸렌-함유 공중합체), 이오노머, 또는 둘 다의 혼합물을 사용하는 것도 가능하다. In addition, the bond strength between the polymer matrix composite masses is not reduced unexpectedly, and is actually enhanced by the fibers present in the polymer matrix composite mass, by the use of phosphate treatment and / or galvanized steel sheets, or both . For example, a sandwich composite comprising a polymer and sandwiched between ordinary carbon steels that does not include fibers and is uncoated and a composite of the present invention, i. E., Fibers, and includes a phosphate treatment and / or galvanized steel layer as a sandwich layer , The latter peel strength was improved by a factor of two or three when tested according to DIN 11339, for example. Such a result can be obtained by using a polymer having a polar group, a polymer having no polar group, or both. It is also possible to use mixtures of thermoplastic polymers (for example polyolefins, for example linear low density polyethylene) and elastomers (for example thermoplastic elastomers such as ethylene-containing copolymers), ionomers, Do.
충전된 중합체 재료는 저온(예를 들어, 약 -30℃, 약 -40℃, 또는 둘 다)에서 연성인 하나 이상의 일반적으로 연성의 중합체(예를 들어, 탄성체, 예를 들어, 열가소성 탄성체)로 복합 재료는 고속으로 스탬핑 조작될 수 있고, 복합 재료는 -30℃ 또는 -40℃, 또는 둘 다에서도 부서지지 않는다. 예를 들어, 일반적으로 연성의 중합체는 유리 전이 온도 약 -25℃ 이하, 약 -30℃ 이하, 약 -35℃ 이하, 약 -40℃ 이하, 또는 약 -45℃ 이하의 중합체를 포함한다. 일반적으로 연성 중합체의 유리 전이 온도는 약 -100℃ 이상이다. 연성의 중합체는 약 90중량% 이하, 약 80중량% 이하, 약 70중량% 이하, 약 60중량% 이하, 약 50중량% 이하, 또는 약 40중량% 이하의 결정도를 갖는 반결정성 중합체일 수 있다. 그러한 중합체는 ASTM D638에 의해 측정했을 때 높은 인장 신율, 바람직하게는 약 50% 이상, 보다 바람직하게는 약 80% 이상, 가장 바람직하게는 약 110% 이상을 갖는다.The filled polymeric material can be made from one or more generally flexible polymers (e.g., elastomers, e.g., thermoplastic elastomers) that are flexible at low temperatures (e.g., about -30 캜, about -40 캜, or both) The composite material can be stamped at high speed, and the composite material does not break at -30 캜 or -40 캜, or both. For example, generally, a soft polymer includes polymers having a glass transition temperature of about -25 占 폚 or lower, about -30 占 폚 or lower, about -35 占 폚 or lower, about -40 占 폚 or lower, or about -45 占 폚 or lower. Generally, the glass transition temperature of the flexible polymer is about -100 ° C or higher. The ductile polymer may be a semi-crystalline polymer having a crystallinity of up to about 90 wt%, up to about 80 wt%, up to about 70 wt%, up to about 60 wt%, up to about 50 wt%, or up to about 40 wt% . Such polymers have a high tensile elongation, preferably at least about 50%, more preferably at least about 80%, and most preferably at least about 110%, as measured by ASTM D638.
본 발명의 복합 재료는 하나 이상의 전기 저항 용접 조작을 받게 된다. 그러한 용접 조작은 중합체가 저분자량 화합물로 분해될 수 있는 높은 온도에서 행해지고(즉, 화합물은 약 200℃, 또는 약 300℃에서 휘발할 수 있다), 저분자량 화합물을 휘발시킬 수 있다(복합물에 내부 압력을 부가하여 박리를 일으킬 수도 있다). 그러므로, 중합체는 용접조작 중에 분해되어 저분자량 화합물을 생성하지 않도록 선택된다. 중합체는 저분자량 화합물이 존재하더라도 그 농도가 충분히 낮아서 충전된 중합체 재료가 저항 용접 중에 금속 층으로부터 박리되지 않도록 선택된다. 또한, 복합 재료는 바람직하게는 용접 조작으로 가열될 때 금속, 예를 들어, 금속 의 금속을 분해하는 화합물을 실질적으로 또는 전혀 포함하지 않는다. The composite material of the present invention is subject to one or more electrical resistance welding operations. Such a welding operation can volatilize low molecular weight compounds (e.g., the compound can volatize at about 200 占 폚, or about 300 占 폚) at a high temperature at which the polymer can decompose into a low molecular weight compound Pressure may be added to cause peeling). Therefore, the polymer is selected so as not to decompose during the welding operation to produce low molecular weight compounds. The polymer is selected so that its concentration is sufficiently low even in the presence of low molecular weight compounds so that the charged polymeric material is not stripped from the metal layer during resistance welding. Further, the composite material preferably contains substantially no or no metal, for example, a metal decomposing compound when heated by a welding operation.
바람직한 중합체는, 특히, 습한 환경(예를 들어, 약 90% 상대 습도, 약 95% 상대 습도, 이상), 더운 환경(예를 들어, 약 25℃, 약 40℃, 또는 약 60℃), 부식 환경(예를 들어, 약 5 중량% 염화나트륨을 포함하는 식염수 분무), 또는 이들의 조합에서 금속, 예를 들어, 금속 층의 금속의 부식을 방지 또는 감소시킨다. 예를 들어, 중합체는 금속에 부착되어 금속 표면이 수분과 접촉하는 것을 방지한다. 따라서, 충전된 중합체 조성물은 평형 수분농도 (예를 들어, 약 25℃, 상대 습도 약 90%에서 측정했을 때) 약 8중량% 이하, 바람직하게 약 3중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 1중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.2중량% 이하, 가장 바람직하게는 약 0.05중량% 이하를 갖는 하나 이상의 중합체를 포함한다. 충전된 중합체 재료는 금속을 부식시키는 중합체를 실질적으로 또는 전혀 포함하지 않는다. 금속을 부식시키는 중합체가 사용되는 경우, 중합체는 바람직하게는 하나 이상의 첨가제, 하나 이상의 추가의 중합체, 또는 둘 다와 함께 사용하여, 금속 부식을 감소시키거나 방지한다.Preferred polymers include, but are not limited to, humid environments (e.g., about 90% relative humidity, about 95% relative humidity, and above), hot environments (e.g., about 25C, about 40C, (E. G., A saline spray comprising about 5 wt.% Sodium chloride), or combinations thereof, to prevent or reduce corrosion of metal, e. For example, the polymer is attached to the metal to prevent the metal surface from coming into contact with moisture. Thus, the filled polymer composition may have an equilibrium moisture content (e.g., measured at about 25 DEG C, at about 90% relative humidity) of about 8 wt% or less, preferably about 3 wt% or less, Or less, more preferably about 0.2 wt% or less, and most preferably about 0.05 wt% or less. The filled polymeric material does not contain any or substantially no polymer that corrodes the metal. When a metal corroding polymer is used, the polymer is preferably used in combination with one or more additives, one or more additional polymers, or both to reduce or prevent metal corrosion.
단일 열가소성 중합체가 충전된 열가소성 조성물 또는 경량 복합 재료에 바람직한 특성을 제공할 수 있으며, 예를 들어, 그러한 특성은 본 명세서에 게시된다. 그러므로 열가소성 중합체는 단일 열가소성 중합체로 이루어질 수 있다. 그러나 하나 이상의 특성을 얻거나 비용절감, 또는 둘 다를 위해 열가소성 중합체의 혼합물이나 블렌드를 사용하거나, 다른 열가소성 중합체를 포함하는 복수의 층을 사용할 수도 있다. 충전된 열가소성 조성물은 i) 첫 번째 열가소성 중합체 및 ii) 첫 번째 열가소성 중합체와 다른 두 번째 열가소성 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전된 열가소성 조성물은 하나 이상의 하기 특성을 갖는 첫 번째 열가소성 중합체 및 두 번째 열가소성 중합체를 포함할 수 있다: 첫 번째 열가소성 중합체는 하나 이상의 산소 원자, 하나 이상의 질소 원자, 또는 둘 다를 포함하고; 두 번째 열가소성 중합체는 실질적으로 산소 및 질소 원자를 포함하지 않고; 두 번째 열가소성 중합체의 산소 및 질소 원자의 전체 농도는, 중합체의 전체 중량%를 기준으로, 첫 번째 열가소성 중합체의 산소 및 질소 원자의 전체 농도보다 적다(바람직하게는 첫 번째 열가소성 중합체와 두 번째 열가소성 중합체의 산소 및 질소 원자의 농도 차이는 약 2 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 4 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 10중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 20중량% 이상이다). 두 번째 열가소성 중합체의 인장 탄성률은, ASTM D638에 따라 측정했을 때, 첫 번째 열가소성 중합체의 인장 탄성률과 약 15% 이상 다르다(바람직하게는 약 25% 이상 다르고, 보다 바람직하게는 약 50% 이상 다르고, 가장 바람직하게는 약 70% 이상 다르다). 두 번째 열가소성 중합체의 수분흡수율은, ASTM D570에 따라 측정했을 때, 첫 번째 열가소성 중합체의 수분흡수율과 약 15% 이상 다르다(바람직하게는 약 25% 이상 다르고, 보다 바람직하게는 약 50% 이상 다르고, 가장 바람직하게는 약 70% 이상 다르다). 두 번째 열가소성 중합체의 연화점 예를 들어, 열변형 온도는 ASTM D648 에 따라 측정했을 때, 첫 번째 열가소성 중합체의 열변형 온도와 약 5℃ 이상 다르다(바람직하게 약 15℃ 이상 다르고, 보다 바람직하게는 약 25℃ 이상 다르고, 보다 바람직하게는 약 35℃ 이상 다르고, 가장 바람직하게는 약 50℃ 이상 ㄷ다다르다). 놀랍게도, 첫 번째 열가소성 중합체 및 두 번째 열가소성 중합체를 포함하는 혼합물은 단일 열가소성 중합체에서 발견되지 않은 성질을 갖는 재료를 생성한다.A single thermoplastic polymer can provide desirable properties for a filled thermoplastic composition or lightweight composite material, for example, such properties are disclosed herein. The thermoplastic polymer may thus consist of a single thermoplastic polymer. However, it is also possible to use a mixture or blend of thermoplastic polymers for obtaining one or more properties, cost savings, or both, or a plurality of layers comprising other thermoplastic polymers. The filled thermoplastic composition may comprise i) a first thermoplastic polymer and ii) a second thermoplastic polymer different from the first thermoplastic polymer. For example, the filled thermoplastic composition may comprise a first thermoplastic polymer and a second thermoplastic polymer having one or more of the following properties: the first thermoplastic polymer comprises at least one oxygen atom, at least one nitrogen atom, or both ; The second thermoplastic polymer does not substantially contain oxygen and nitrogen atoms; The total concentration of oxygen and nitrogen atoms in the second thermoplastic polymer is less than the total concentration of oxygen and nitrogen atoms in the first thermoplastic polymer, based on the total weight percent of the polymer (preferably, the first thermoplastic polymer and the second thermoplastic polymer Is at least about 2% by weight, more preferably at least about 4% by weight, more preferably at least about 10% by weight, and most preferably at least about 20% by weight. The tensile modulus of the second thermoplastic polymer is at least about 15% different (preferably at least about 25% different, more preferably at least about 50% different from the tensile modulus of the first thermoplastic polymer, as measured according to ASTM D638, Most preferably by about 70% or more). The moisture absorption rate of the second thermoplastic polymer differs from the water absorption rate of the first thermoplastic polymer by about 15% (preferably by at least about 25%, more preferably at least about 50% Most preferably by about 70% or more). The softening point of the second thermoplastic polymer, e.g., the heat deflection temperature, differs from the thermal deflection temperature of the first thermoplastic polymer by about 5 DEG C, as measured according to ASTM D648 (preferably at least about 15 DEG C, and more preferably about More preferably at least about 25 占 폚, more preferably at least about 35 占 폚, most preferably at least about 50 占 폚. Surprisingly, a mixture comprising the first thermoplastic polymer and the second thermoplastic polymer produces a material having properties not found in a single thermoplastic polymer.
본 발명에 사용하기에 바람직한 폴리올레핀은 폴리프로필렌 단일 중합체 (예를 들어, 이소탁틱 폴리프로필렌 단일 중합체), 폴리프로필렌 공중합체 (예를 들어, 랜덤 폴리프로필렌 공중합체, 임팩트 폴리프로필렌 공중합체, 또는 이소탁틱 폴리프로필렌을 포함하는 다른 폴리프로필렌 공중합체), 폴리에틸렌 단일 중합체 (예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌, 또는 0.94g/㎤ 이상의 밀도를 갖는 다른 폴리에틸렌), 폴리에틸렌 공중합체(예를 들어, 바람직하게는 60중량% 이상의 에틸렌, 보다 바람직하게는 80중량% 이상의 에틸렌을 포함하는 폴리에틸렌 공중합체), 저밀도 폴리에틸렌, 이들 중합체의 블렌드, 또는 이들의 조합이다. 폴리프로필렌 단일 중합체 및 폴리프로필렌 공중합체는 실질적으로 아탁틱 폴리프로필렌을 포함하지 않는다. 만약 포함한다면, 폴리프로필렌 중의 아탁틱 폴리프로필렌의 농도는 바람직하게는 10중량% 이하이다. 공중합체는 하나 이상의 알파 올레핀으로 실질적으로(예를 들어, 98 중량% 이상) 또는 완전히 구성되는 공중합체(예를 들어, 폴리프로필렌 공중합체 또는 폴리에틸렌 공중합체)일 수 있다. 더 바람직한 폴리올레핀은 고밀도 폴리에틸렌 (예를 들어, 0.945g/㎤ 이상, 예를 들어 0.945 내지 0.990g/㎤ 또는 0.945 내지 0.960g/㎤의 밀도를 갖는 폴리에틸렌), 저밀도 폴리에틸렌 (예를 들어, 긴, 일반적으로 15 탄소 원자 이상의, 측쇄를 충분한 농도로 포함하여 0.945g/㎤ 이하의 밀도를 갖는 폴리에틸렌), 선형 저밀도 폴리에틸렌 (예를 들어, 0.915 내지 0.930g/㎤의 밀도를 갖는 공중합체), 중밀도 폴리에틸렌 (예를 들어, 0.930 내지 0.945g/㎤의 밀도를 갖는 공중합체), 극저밀도 폴리에틸렌 (예를 들어, 0.900 내지 0.915g/㎤의 밀도를 갖는 공중합체), 폴리에틸렌 플라스토머(예를 들어, 0.860 내지 0.900g/㎤의 밀도를 갖는 공중합체), 이소탁틱 폴리프로필렌 단일 중합체, 이소탁틱 폴리프로필렌 공중합체(예를 들어, 5 중량 % 이상의 결정성을 갖는 공중합체), 임팩트 폴리프로필렌, 이소탁틱 폴리프로필렌의 하나 이상의 블럭을 포함하는 폴리프로필렌 블럭 공중합체, 이들의 혼합물, 또는 이들의 조합이다. 보다 바람직한 폴리올레핀은 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 극저밀도 폴리에틸렌, 또는 이들의 조합이다. 다른 폴리올레핀은 하나 이상의 올레핀과 올레핀이 아닌 하나 이상의 단량체의 공중합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다른 폴리올레핀은 하나 이상의 알파 올레핀(예를 들어, 60중량% 이상의 알파 올레핀) 및 ii) 예를 들어 아크릴래이트, (예를 들어, 메틸 아크릴래이트, 부틸 아크릴래이트, 또는 둘 다), 비닐 아세테이트, 아크릴산 (예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산, 또는 둘 다), 메틸 메타크릴래이트, 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 극성 공단량체로 실질적으로 또는 완전하게 구성되는 공중합체를 포함한다. 공단량체의 농도는 공중합체 전체 중량을 기준으로 40중량% 이하, 바람직하게는 25 중량% 이하, 보다 바람직하게는 20중량% 이하, 가장 바람직하게는 15 중량% 이하이다. 폴리에틸렌 공중합체의 예로는 에틸렌-공-비닐 아세테이트 (즉, 예를 들어 20중량% 이하의 비닐 아세테이트를 포함하는 EVA), 에틸렌-공-메틸 아크릴래이트 (즉, EMA), 에틸렌-공-메타크릴산 또는 이들의 조합이 있다. 알파 올레핀의 예로는 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 헥센, 옥텐, 또는 이들의 조합이 있다. Preferred polyolefins for use in the present invention are polypropylene homopolymers (e.g., isotactic polypropylene homopolymers), polypropylene copolymers (e.g., random polypropylene copolymers, impact polypropylene copolymers, or isotactic (E.g., other polypropylene copolymers including polypropylene), polyethylene homopolymers (e.g., high density polyethylene, or other polyethylene having a density of at least 0.94 g / cm3), polyethylene copolymers (e.g., By weight or more of ethylene, more preferably 80% by weight or more of ethylene), a low density polyethylene, a blend of these polymers, or a combination thereof. The polypropylene homopolymer and the polypropylene copolymer do not substantially contain an atactic polypropylene. If included, the concentration of the atactic polypropylene in the polypropylene is preferably less than or equal to 10% by weight. The copolymer may be substantially (e.g., greater than 98 weight percent) or fully composed of a copolymer (e. G., A polypropylene copolymer or a polyethylene copolymer) with one or more alpha olefins. More preferred polyolefins are high density polyethylene (e.g., polyethylene having a density of at least 0.945 g / cm3, such as 0.945 to 0.990 g / cm3 or 0.945 to 0.960 g / cm3), low density polyethylene (e.g., (E.g., polyethylene having a density of 0.945 g /
본 발명에 유용한 폴리아미드는 중합체의 주쇄에 하나 이상의 아미드 그룹 반복 단위를 포함하는 중합체이다. 예를 들어, 폴리아미드는 디아민과 이가 산의 반응물이다. 다른 예의 폴리아미드는 단일 원료의 폴리아미드를 포함한다. 일반적으로, 단일 원료의 폴리아미드는 개환 반응에 의해 형성된다. 디아민과 이가 산의 반응물인 폴리아미드의 예로는 아디프산과 테레프탈산을 디아민과 반응시킨 폴리아미드(예를 들어, 나일론)이 있다. 단일 원료 폴리아미드의 예로는 나일론 6, 및 폴리(p-벤즈아미드)가 있다. 나일론은 단일 중합체, 공중합체, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 본 발명에 사용되는 바람직한 폴리아미드 단일 중합체는 나일론 3, 나일론 4, 나일론 5, 나일론 6, 나일론 6T, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 612, 나일론 69, 나일론 7, 나일론 77, 나일론 8, 나일론 9, 나일론 10, 나일론 11, 나일론 12, 및 나일론 91이다. 상기 폴리아미드를 포함하는 공중합체도 사용할 수 있다. 폴리아미드 공중합체는 랜덤 공중합체, 블럭 공중합체, 또는 이들의 조합일 수 있다. 폴리아미드 공중합체의 예로는 복수의 다른 아미드를 갖는 공중합체(즉, 폴리아미드-폴리아미드 공중합체), 폴리에스테르아미드 공중합체, 폴리에테르에스테르아미드 공중합체, 폴리카보네이트-에스테르 아미드, 또는 이들의 조합이 있다.Polyamides useful in the present invention are polymers comprising at least one amide group repeat unit in the main chain of the polymer. For example, polyamides are reactants of diamines and diacids. Other examples of polyamides include polyamides of a single source. Generally, the polyamide of a single raw material is formed by a ring opening reaction. An example of a polyamide which is a reaction product of a diamine and a dicarboxylic acid is a polyamide (for example, nylon) in which adipic acid and terephthalic acid are reacted with a diamine. Examples of single raw polyamides include
폴리아미드-폴리아미드 공중합체는 폴리아미드 단일 중합체에 대해 게시된 폴리아미드를 둘 이상 포함하는 것이다. 바람직한 폴리아미드-폴리아미드 공중합체로는 폴리아미드 6 및 폴리아미드 66, 폴리아미드 610, 또는 이들의 조합이 있다. 예를 들어, 폴리아미드-폴리아미드 공중합체는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 69, 폴리아미드 610, 폴리아미드 612, 및 폴리아미드 12로 구성된 그룹에서 선택된 둘 이상의 폴리아미드를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 폴리아미드-폴리아미드 공중합체는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 69, 및 폴리아미드 610으로 구성된 그룹에서 선택된 둘 이상의 폴리아미드로 구성된다. 그러한 공중합체의 예로는 폴리아미드 6/66, 폴리아미드 6/69, 및 폴리아미드 6/66/610가 있다. 특히 바람직한 폴리아미드-폴리아미드 공중합체는 폴리아미드 6/66 공중합체이다. 폴리아미드 6/66 공중합체에서 폴리아미드 66의 농도는 공중합체 전체의 중량을 기준으로 약 90중량% 이하, 바람직하게는 약 70중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 60중량% 이하, 가장 바람직하게는 약 50중량% 이하이다. 폴리아미드 6/66 공중합체에서 폴리아미드 66의 농도는 공중합체 전체의 중량을 기준으로 약 10중량% 이상, 바람직하게는 약 30중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 40중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 50중량% 이상이다. 다른 특히 바람직한 폴리아미드-폴리아미드 공중합체는 폴리아미드 6 및 폴리아미드 69의 랜덤 또는 블럭 공중합체이다. 폴리아미드 공중합체(즉, 하나 이상의 아미드 단량체를 포함하는 공중합체)는 폴리에테르, 예를 들어 지방족 에테르 또는 방향족 에테르를 포함할 수 있다. The polyamide-polyamide copolymer is one that contains two or more polyamides published relative to the polyamide homopolymer. Preferred polyamide-polyamide copolymers include
폴리아미드 공중합체에 사용되는 폴리에테르는 디올, 예를 들어 글리콜(예를 들어, 하나 이상의 부가의 단량체와)의 중합에 의해 형성될 수 있다. 글리콜의 예로는 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 또는 이들의 조합이 있다. 상기 공중합체는 비교적 부드러운 블럭과 비교적 단단한 블럭을 포함하는 블럭 공중합체일 수 있다. 비교적 단단한 블럭에 대한 비교적 부드러운 블럭의 탄성계수 비는 약 1.1 이상, 바람직하게는 약 2 이상, 보다 바람직하게는 약 10 이상이다. 비교적 단단한 블럭은 하나 이상의 방향족 아미드, 하나 이상의 반-방향족 아미드, 또는 하나 이상의 지방족 아미드를 포함할 수 있다. 비교적 부드러운 블럭은 폴리에스테르, 예를 들어 상기의 폴리에스테르(예를 들어, 지방족 폴리에스테르), 폴리카보네이트 (예를 들어, 지방족 폴리카보네이트), 폴리에테르 (예를 들어, 지방족 폴리에테르), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 아미드 공중합체는 첫 번째 단량체 (예를 들어, 첫 번째 아미드 단량체) 및 두 번째 단량체를 포함할 수 있고, 각각은 모두 독립적으로 공중합체 전체 중량을 기준으로 약 5 중량% 이상, 바람직하게는 약 20중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 30중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 40중량% 이상 포함된다. 첫 번째 단량체 및 두 번째 단량체를 합한 농도는 공중합체 전체 중량을 기준으로 약 95중량% 이하, 바람직하게는 약 80중량% 이하, 더욱 바람직하게는 약 70중량% 이하, 가장 바람직하게는 약 60중량% 이하이다. 첫 번째 단량체 및 두 번째 단량체를 합한 농도는 공중합체 전체 중량을 기준으로 약 50중량% 이상, 바람직하게는 약 75 중량% 이상, 보다 바람직하게는 90중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 95 중량% 이상이다.The polyether used in the polyamide copolymer can be formed by the polymerization of a diol, for example a glycol (e.g. with one or more additional monomers). Examples of glycols include propylene glycol, ethylene glycol, tetramethylene glycol, butylene glycol, or combinations thereof. The copolymer may be a block copolymer comprising a relatively soft block and a relatively hard block. The elastic modulus ratio of the relatively soft block relative to the relatively hard block is at least about 1.1, preferably at least about 2, more preferably at least about 10. The relatively hard block may comprise at least one aromatic amide, at least one semi-aromatic amide, or at least one aliphatic amide. A relatively soft block may be formed of a polyester, such as a polyester (e.g., an aliphatic polyester), a polycarbonate (e.g., an aliphatic polycarbonate), a polyether (e.g., an aliphatic polyether) As shown in FIG. The amide copolymer may comprise a first monomer (e.g., a first amide monomer) and a second monomer, each of which is independently at least about 5% by weight, preferably at least about 20% by weight, based on the total weight of the copolymer By weight, more preferably at least about 30% by weight, and most preferably at least about 40% by weight. The combined concentration of the first monomer and the second monomer is less than or equal to about 95 wt%, preferably less than or equal to about 80 wt%, more preferably less than or equal to about 70 wt%, and most preferably less than or equal to about 60 wt% % Or less. The combined concentration of the first monomer and the second monomer is at least about 50 wt%, preferably at least about 75 wt%, more preferably at least 90 wt%, and most preferably at least about 95 wt%, based on the total weight of the copolymer, Or more.
폴리아미드 공중합체는 비교적 낮은 융점, 비교적 낮은 탄성계수, 또는 둘 다를 갖는 열가소성 탄성체로 특징지워진다. 예를 들어, 공중합체는 공중합체의 한 단량체로만 구성된 단일 중합체의 가장 높은 융점에 비해 비교적 낮은 융점을 갖는다. 예를 들어, 공중합체는 공중합체의 한 단량체로만 구성된 단일 중합체의 가장 높은 탄성계수에 비해 비교적 낮은 탄성계수를 갖는다. 바람직한 폴리아미드 공중합체는 ASTM D3418-08에 따라 측정된 융점이 220℃ 이하(바람직하게는 190℃ 이하, 보다 바람직하게는 170℃ 이하, 가장 바람직하게는 150℃ 이하)이고; 60℃ 이상(바람직하게는 80℃ 이상, 보다 바람직하게는 100℃ 이상, 가장 바람직하게는 110℃ 이상)이며; ASTM D638-08에 따라 측정된 탄성계수가 2.5GPa 이하(바람직하게는 1.2 GPa 이하, 보다 바람직하게는 800MPa 이하, 가장 바람직하게는 500MPa 이하)이고; 50MPa (바람직하게는 100MPa 이상, 보다 바람직하게는 200MPa 이상이며; ASTM D638-08에 따라 측정된 파단 변형은 50% 이상(바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 300% 이상); 또는 이들의 조합이다.The polyamide copolymer is characterized by a thermoplastic elastomer having a relatively low melting point, a relatively low modulus of elasticity, or both. For example, the copolymer has a relatively low melting point relative to the highest melting point of the homopolymer consisting solely of one monomer of the copolymer. For example, the copolymer has a relatively low modulus of elasticity compared to the highest modulus of a single polymer consisting solely of one monomer of the copolymer. Preferred polyamide copolymers have a melting point of 220 占 폚 or less (preferably 190 占 폚 or less, more preferably 170 占 폚 or less, most preferably 150 占 폚 or less) measured according to ASTM D3418-08; 60 DEG C or higher (preferably 80 DEG C or higher, more preferably 100 DEG C or higher, and most preferably 110 DEG C or higher); The elastic modulus measured according to ASTM D638-08 is 2.5 GPa or less (preferably 1.2 GPa or less, more preferably 800 MPa or less, and most preferably 500 MPa or less); 50 MPa (preferably 100 MPa or more, more preferably 200 MPa or more; breaking strain measured according to ASTM D638-08 is 50% or more (preferably 90% or more, more preferably 300% or more) It is a combination.
본 발명에서는 들 이상의 중합체의 조합을 사용할 수 있고, 그 중 하나 이상은 폴리올레핀, 예를 들어, 선형 저밀도 폴리에틸렌이다. 중합체는 약 50MPa 이상, 보다 바람직하게는 약 60MPa 이상(ASTM D882-10에 따라)의 최대 강도, 약 500%, 이상 및 보다 바람직하게는 약 600% 이상의 최대 신율( ASTM D882-10에 따라)을 갖는다. 상용 폴리올레핀의 예로는 HIFOR LT74104(Westlake Chemical); DowlexTM 2553, 2045G, 2517(The Dow Chemical Company); Equistar Petrothene Select GS710060; MarFlex 7109(Chevron Phillips); 또는 SABIC LLDPE 726 시리즈(SABIC) 등이 있다.In the present invention, combinations of the above polymers can be used, and at least one of them is a polyolefin, for example, a linear low density polyethylene. The polymer has a maximum strength of at least about 50 MPa, more preferably at least about 60 MPa (according to ASTM D882-10), a maximum elongation of at least about 500%, and more preferably at least about 600% . Examples of commercial polyolefins include HIFOR LT74104 (Westlake Chemical); Dowlex TM 2553, 2045G, 2517 (The Dow Chemical Company); Equistar Petrothene Select GS710060; MarFlex 7109 (Chevron Phillips); Or SABIC LLDPE 726 series (SABIC).
바람직한 이오노머는 이온성 화합물과, 극성 단량체 및 비극성 단량체를 포함하는 공중합체의 혼합물이다. 이오노머의 공중합체에 사용되는 비극성 단량체는 알파 올레핀, 예를 들어 약 2 내지 약 20 탄소 원자 (예를 들어, 약 2 내지 약 8 탄소 원자)의 올레핀을 포함할 수 있다. 비극성 단량체의 예로는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 및 1-옥텐, 또는 이들의 조합이 있다. 적합한 극성 단량체는 중합시에 이온 그룹을 갖는 단량체를 포함한다. 이오노머의 공중합체에 사용되는 극성 단량체의 예로는 산, 예를 들어 약 2 내지 약 20 탄소 원자의 산 (예를 들어, 메타크릴산, 에타크릴산)이 있다. 이오노머의 공중합체에서 극성 단량체의 농도는 이오노머의 중량을 기준으로 약 40중량% 이하, 바람직하게는 약 25 중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 20중량% 이하이다. 이오노머의 공중합체에서 극성 단량체의 농도는 이오노머의 중량을 기준으로 1 중량% 이상, 약 2 중량% 이상, 약 3 중량% 이상, 약 5 중량% 이상, 약 7 중량% 이상, 또는 약 10중량% 이상이다. 이오노머에 적합한 이온성 화합물에서 극성 단량체는 하나 이상의 알칼리금속, 하나 이상의 알칼리토금속, 또는 둘 다를 함유하는 화합물을 포함할 수 있다. 이온성 화합물은 나트륨, 칼륨, 리튬, 칼슘, 마그네슘, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특히 바람직한 이온성 화합물은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘 및 수산화마그네슘이다. 예를 들어, 상용 이오노머로는 SURLYN 폴리(에틸렌-공-메타크릴산)이오노머 및 NAFION 퍼플루오로술포네이트 이오노머가 있다. 일반적으로 비-극성 중합체의 예(예를 들어, 단독 또는 중합체 혼합물의 일부로)로는 에틸렌-옥텐 공중합체가 있다. 적합한 비-극성 중합체는 ASTM D638-08의 최대 강도(MPa), 약 7.5 이상, 보다 바람직하게는 약 9.0 이상, ASTM D638-08의 최대 신율(%) 최소 약 700, 및 보다 바람직하게는 최소 약 800, ASTM D790-10 (1% secant)의 굴곡 탄성률 (MPa) 약 13 이상, 보다 바람직하게는 약 15 이상, (2% secant)의 굴곡 탄성률 (MPa) 약 12 이상, 보다 바람직하게는 약 14 이상이다. 상용 중합체로는 Tafmer A-0550S(Mitsui Chemicals), Exact 9071(ExxonMobil), EngageTM 8150(The Dow Chemical Company) 또는, Infuse 9007(The Dow Chemical Company)가 있다.A preferred ionomer is a mixture of an ionic compound and a copolymer comprising a polar monomer and a non-polar monomer. The non-polar monomers used in the copolymer of the ionomer may include alpha olefins, for example olefins of from about 2 to about 20 carbon atoms (e.g., from about 2 to about 8 carbon atoms). Examples of non-polar monomers include ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, and 1-octene, or combinations thereof. Suitable polar monomers include monomers having an ionic group at the time of polymerization. Examples of polar monomers for use in the copolymer of the ionomer include acids, for example, acids of from about 2 to about 20 carbon atoms (e.g., methacrylic acid, ethacrylic acid). The concentration of the polar monomer in the copolymer of the ionomer is no more than about 40 wt%, preferably no more than about 25 wt%, more preferably no more than about 20 wt%, based on the weight of the ionomer. The concentration of the polar monomer in the copolymer of the ionomer may be at least 1 wt%, at least about 2 wt%, at least about 3 wt%, at least about 5 wt%, at least about 7 wt%, or at least about 10 wt% Or more. In ionic compounds suitable for ionomers, polar monomers may comprise one or more alkali metals, one or more alkaline earth metals, or both. The ionic compound may include sodium, potassium, lithium, calcium, magnesium, or combinations thereof. Particularly preferred ionic compounds are sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide and magnesium hydroxide. For example, commercial ionomers include SURLYN poly (ethylene-co-methacrylic acid) ionomers and NAFION perfluorosulfonate ionomers. In general, examples of non-polar polymers (e.g., alone or as part of a polymer mixture) include ethylene-octene copolymers. Suitable non-polar polymers have a maximum strength (MPa) of ASTM D638-08 of at least about 7.5, more preferably at least about 9.0, a maximum elongation (%) of ASTM D638-08 of at least about 700, and more preferably at least about (MPa) of about 13 or more, more preferably about 15 or more, (2% secant), and more preferably about 14 or more, of a bending elastic modulus (MPa) of about 800 to 800 ASTM D790-10 Or more. Commercially available polymers include Tafmer A-0550S (Mitsui Chemicals), Exact 9071 (ExxonMobil), Engage TM 8150 (The Dow Chemical Company), or Infuse 9007 (The Dow Chemical Company).
사용되는 경우, 상기 이오노머 또는 비-극성 중합체는 단독으로 또는 하나 이상의 추가의 중합체, 예를 들어, 하나 이상의 추가의 열가소성 중합체와의 혼합물로 사용된다. 예를 들어, 혼합물에 사용되는 이오노머는 하나 이상의 폴리올레핀을 포함한다.If used, the ionomer or non-polar polymer may be used alone or as a mixture with one or more additional polymers, for example, one or more additional thermoplastic polymers. For example, the ionomer used in the mixture comprises at least one polyolefin.
실시 예에 사용될 수 있는 또는 임의로 이오노머와 혼합될 수 있는 폴리올레핀은 약 2 내지 약 10 탄소를 갖는 약 50중량% 이상의 알파 올레핀을 포함하는 단일 중합체및 공중합체이다. 이오노머와 혼합하기에 바람직한 폴리올레핀은 약 50중량% 이상의 에틸렌, 프로필렌, 부탄, 또는 헥산을 포함하는 것들이다. 이오노머와 혼합하기에 더 바람직한 폴리올레핀은 약 50중량% 이상의 에틸렌, 또는 프로필렌을 포함하는 것들이다. 폴리올레핀 중의 알파 올레핀의 농도(예를 들어, 에틸렌 또는 프로필렌의 농도)는 폴리올레핀 전체 중량을 기준으로 바람직하게는 약 60중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 70중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 80중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 90중량% 이상이다. 바람직한 폴리올레핀은 하나 이상의 알파 올레핀으로만 구성되는 폴리올레핀이다. 예를 들어, 하나 이상의 알파 올레핀의 농도는 폴리올레핀 전체 중량을 기준으로 약 90중량% 이상, 약 95 중량% 이상, 약 98 중량% 이상, 약 99 중량% 이상, 또는 약 99.9 중량% 이상이다. 이오노머와 혼합되는 폴리올레핀은 고밀도 폴리에틸렌 (예를 들어, 밀도 약 0.945 내지 약 0.990g/cm3), 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌 (예를 들어, 밀도 약 0.915 내지 약 0.930g/cm3의 공중합체 ), 중간 밀도 폴리에틸렌 (예를 들어, 밀도 약 0.930 내지 약 0.945g/cm3의 공중합체), 매우 저밀도의 폴리에틸렌 (예를 들어, 밀도 약 0.900 내지 약 0.915g/cm3), 폴리에틸렌 플라스토머(예를 들어, 밀도 약 0.860 내지 약 0.900g/cm3, 바람직하게는 약 0.870 내지 약 0.895g/cm3의 공중합체), 이소탁틱 폴리프로필렌 단일중합체, 약 5중량% 이상의 결정도를 갖는 이소탁틱 폴리프로필렌 공중합체, 임팩트 폴리프로필렌, 하나 이상의 이소탁틱 폴리프로필렌 블럭을 포함하는 폴리프로필렌 블럭 공중합체, 이들의 혼합물, 또는 이들의 조합이 있다. Polyolefins which may be used in the examples or optionally mixed with the ionomer are homopolymers and copolymers comprising at least about 50% by weight of alpha olefins having from about 2 to about 10 carbons. Preferred polyolefins for mixing with the ionomer are those containing at least about 50% by weight of ethylene, propylene, butane, or hexane. More preferred polyolefins for mixing with the ionomer are those containing about 50% by weight or more of ethylene, or propylene. The concentration of alpha olefins in the polyolefin (e.g., the concentration of ethylene or propylene) is preferably at least about 60% by weight, more preferably at least about 70% by weight, more preferably at least about 80% by weight, %, And most preferably at least about 90 wt%. A preferred polyolefin is a polyolefin consisting solely of one or more alpha olefins. For example, the concentration of the one or more alpha olefins is at least about 90 weight percent, at least about 95 weight percent, at least about 98 weight percent, at least about 99 weight percent, or at least about 99.9 weight percent, based on the total weight of the polyolefin. The ionomer is mixed with the polyolefin is high-density polyethylene (e. G., A density of about 0.945 to about 0.990g / cm 3), low density polyethylene, linear low density polyethylene (e.g., copolymers of from about 0.915 to about 0.930g / cm 3 density ), Medium density polyethylene (e. G., Density copolymer) of about 0.930 to about 0.945g / cm 3, for example, polyethylene (for example, a very low density, a density of about 0.900 to about 0.915g / cm 3), polyethylene plastomer (e. g., a density of about 0.860 to about 0.900g / cm 3, preferably a copolymer of from about 0.870 to about 0.895g / cm 3), isotactic polypropylene and isotactic having a single polymer, a crystallinity of at least about 5 wt% Polypropylene copolymers, impact polypropylene, polypropylene block copolymers comprising at least one isotactic polypropylene block, mixtures thereof, or combinations thereof.
예를 들어, 임의의 블렌딩 또는 다른 중합체 (예를 들어, 탄성체, 이오노머, 또는 다른 중합체)와 혼합하기에 본 발명에 적합한 다른 폴리올레핀류로는 i) 약 60중량% 이상의 알파 올레핀; 및 ii) 비닐 아세테이트, 메틸 아크릴래이트, 부틸 아크릴래이트, 아크릴산, 메틸메타아크릴래이트, 메타아크릴산, 및 이들의 조합에서 선택된 하나 이상의 단량체를 포함하는 공중합체가 있다. 이오노머와 폴리올레핀의 혼합물은 충분한 양의 이오노머를 포함하여 중합체가 금속 층, 금속 섬유, 또는 둘 다에 부착하도록 한다. 이오노머 대 폴리올레핀의 중량비는 약 1:99 이상, 약 3:97 이상, 약 5:95 이상, 약 10:90 이상, 또는 약 20:80 이상이다. 이오노머 대 폴리올레핀의 중량비는 약 99:1 이하, 약 90:10 이하, 약 70:30 이하, 약 50:50 이하, 또는 약 40:60 이하이다.Other polyolefins suitable for the present invention, for example, for blending with any blending or other polymer (e.g., elastomer, ionomer, or other polymer) include: i) about 60% or more by weight of an alpha olefin; And ii) at least one monomer selected from vinyl acetate, methyl acrylate, butyl acrylate, acrylic acid, methyl methacrylate, methacrylic acid, and combinations thereof. The mixture of ionomer and polyolefin comprises a sufficient amount of ionomer to allow the polymer to adhere to the metal layer, metal fiber, or both. The weight ratio of ionomer to polyolefin is at least about 1:99, at least about 3:97, at least about 5:95, at least about 10:90, or at least about 20:80. The weight ratio of ionomer to polyolefin is about 99: 1 or less, about 90:10 or less, about 70:30 or less, about 50:50 or less, or about 40:60 or less.
바람직한 폴리우레탄은 하나 이상의 디이소시아네이트와 하나 이상의 디올의 중합으로 형성되는 열가소성 중합체를 포함한다. 보다 바람직한 폴리우레탄은 하나 이상의 디이소시아네이트와 둘 이상의 디올의 중합으로 형성되는 열가소성 중합체를 포함한다. 폴리우레탄은 열가소성 폴리우레탄 탄성체, 예를 들어 첫 번째 디올을 포함하는 첫 번째 중합체 블럭과 두 번째 디올을 포함하는 두 번째 중합체 블럭을 포함하고, 첫 번째 블럭은 비교적 단단한 블럭 (예를 들어, 비교적 고 강성을 갖는)이고 두 번째 블럭은 비교적 부드러운 블럭 (예를 들어, 비교적 단단한 블럭보다 낮은 강성을 갖는)인 것이다. 비교적 단단한 블럭과 비교적 부드러운 블럭의 농도는 각각 공중합체 전체 중량을 기준으로 5 중량% 이상, 바람직하게는 10중량% 이상, 보다 바람직하게는 20중량% 이상이다. 비교적 단단한 블럭과 비교적 부드러운 블럭의 농도는 각각 공중합체 전체 중량을 기준으로 95 중량% 이하, 바람직하게는 90중량% 이하, 보다 바람직하게는 20중량% 이하이다. 비교적 단단한 블럭과 비교적 부드러운 블럭의 전체 농도는 공중합체 전체 중량을 기준으로 60중량% 이상, 바람직하게는 80중량% 이상, 보다 바람직하게는 95 중량% 이상, 가장 바람직하게는 98 중량% 이상이다. 상용 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로는 루브리졸 사에서 구입가능한 ESTANE 브랜드의 TPU, BASF에서 구입가능한 ELASTOLAN브랜드의 TPU 및 바이엘에서 구입가능한 DESMOPAN 브랜드가 있다.Preferred polyurethanes include thermoplastic polymers formed by the polymerization of one or more diisocyanates with one or more diols. More preferred polyurethanes include thermoplastic polymers formed by polymerization of one or more diisocyanates and two or more diols. The polyurethane comprises a thermoplastic polyurethane elastomer, for example a first polymer block comprising a first diol and a second polymer block comprising a second diol, wherein the first block comprises a relatively rigid block (e.g., Stiffness) and the second block is a relatively soft block (e. G., Has a lower stiffness than a relatively hard block). The concentration of the relatively hard block and the relatively soft block is at least 5 wt%, preferably at least 10 wt%, more preferably at least 20 wt%, based on the total weight of the copolymer, respectively. The concentration of the relatively hard block and the relatively soft block is 95 wt% or less, preferably 90 wt% or less, more preferably 20 wt% or less, based on the total weight of the copolymer, respectively. The total concentration of the relatively hard block and relatively soft block is at least 60 wt%, preferably at least 80 wt%, more preferably at least 95 wt%, and most preferably at least 98 wt%, based on the total weight of the copolymer. Commercial thermoplastic polyurethanes (TPUs) include ESTANE brand TPUs available from Lubrizol, ELASTOLAN brand TPUs available from BASF, and DESMOPAN brand available from Bayer.
열가소성 중합체는 비교적 긴 사슬을 갖도록 선택되고 수 평균 분자량 20,000 이상, 바람직하게는 60,000 이상, 가장 바람직하게는 140,000 이상이다. 가소제가 첨가되거나 첨가되지 않을 수 있고, 탄성체로 변성되거나 탄성체를 포함하지 않을 수 있다. 반-결정성 중합체의 결정화도는 10중량% 이상, 보다 바람직하게는 20중량% 이상, 보다 바람직하게는 35중량% 이상, 보다 바람직하게는 45중량% 이상, 가장 바람직하게는 55중량% 이상이다. 반-결정성 중합체의 결정화도는 90중량% 이하, 바람직하게는 85중량% 이하, 보다 바람직하게는 80중량% 이하, 가장 바람직하게는 68중량% 이하이다. 열가소성 중합체의 결정화도는 시차주사열량계로 융융열을 측정하고 특정 중합체의 알려진 용융열과 비교하여 측정할 수 있다.The thermoplastic polymer is selected to have a relatively long chain and has a number average molecular weight of 20,000 or more, preferably 60,000 or more, and most preferably 140,000 or more. The plasticizer may or may not be added, may be modified with an elastomer or may not contain an elastomer. The crystallinity of the semi-crystalline polymer is at least 10% by weight, more preferably at least 20% by weight, more preferably at least 35% by weight, more preferably at least 45% by weight and most preferably at least 55% by weight. The crystallinity of the semi-crystalline polymer is 90% by weight or less, preferably 85% by weight or less, more preferably 80% by weight or less and most preferably 68% by weight or less. The crystallinity of the thermoplastic polymer can be measured by measuring the fusing heat with a differential scanning calorimeter and comparing the known fusing heat of the particular polymer.
충전된 중합체 재료의 중합체는 극성 분자, 예를 들어 말레인산 무수물과 그래프트된 중합체(예를 들어, 이소탁틱 폴리프로필렌 단일 중합체 또는 공중합체와 같이 그래프트된 폴리올레핀)를 약 10중량% 이하 포함할 수 있다. 그래프트된 화합물의 농도는 그래프트된 중합체의 전체 중량을 기준으로 0.01중량% 이상이다. 특히 바람직한 그래프트된 중합체는 약 0.1 중량% 내지 약 3 중량%의 말레인산 무수물을 포함한다.The polymer of charged polymeric material may contain up to about 10% by weight of polar molecules, such as grafted polymers with maleic anhydride (e.g., grafted polyolefins such as isotactic polypropylene homopolymers or copolymers). The concentration of the grafted compound is at least 0.01% by weight based on the total weight of the grafted polymer. A particularly preferred grafted polymer comprises from about 0.1% to about 3% by weight of maleic anhydride.
열가소성 중합체는 실질적으로 비정질인 중합체 (예를 들어, 시차주사열량계로 10℃/분으로 측정했을 때, 결정화도 10중량% 이하, 바람직하게는 5중량% 이하, 가장 바람직하게는 1중량% 이하를 갖는 중합체)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열가소성 중합체는 1Hz 속도에서 동역학 분석을 했을 때 50℃ 이상, 바람직하게는 120℃ 이상, 보다 바람직하게는 160℃ 이상, 보다 바람직하게는 180℃ 이상, 가장 바람직하게는 205℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는 실질적으로 비정질인 중합체를 포함할 수 있다. 비정질 중합체의 예로는 폴리스티렌 함유 중합체, 폴리카보네이트 함유 중합체, 아크릴로니트릴 함유 중합체, 및 이들의 조합이 있다.The thermoplastic polymer has a crystallinity of at most 10% by weight, preferably at most 5% by weight, most preferably at most 1% by weight, as measured by a differential scanning calorimeter at 10 캜 / Polymer). For example, the thermoplastic polymer may have a glass transition temperature of at least 50 占 폚, preferably at least 120 占 폚, more preferably at least 160 占 폚, more preferably at least 180 占 폚, and most preferably at least 205 占 폚 And may comprise a substantially amorphous polymer having a transition temperature. Examples of amorphous polymers include polystyrene containing polymers, polycarbonate containing polymers, acrylonitrile containing polymers, and combinations thereof.
스티렌 함유 공중합체의 예로는 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 ( 2010년 2월 25일 공개)에 게시된 충전된 중합체 재료에 사용된 것들이 있다.Examples of styrene-containing copolymers include those used in filled polymeric materials published in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published February 25, 2010).
열가소성 중합체 대신 또는 열가소성 중합체에 부가하여, 중합체 층은 하나 이상의 하기 성질을 갖는 탄성체를 사용할 수 있다: 100% 연신에서 비교적 낮은 인장 탄성률(예를 들어, 약 3MPa 이하, 바람직하게는 약 2MPa 이하), 비교적 높은 인장 파단 신율(예를 들어, 약 110% 이상, 바람직하게는 약 150% 이상). 두 성질 모두 ASTM D638-08에 따라 공칭 변형 속도약 0.1 s-1에서 측정되었다. 탄성체의 예로는 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 ( 2010년 2월 25일 공개)에 게시된 것들이 있다.Instead of or in addition to the thermoplastic polymer, the polymer layer may use one or more elastomers having the following properties: a relatively low tensile modulus (e.g., about 3 MPa or less, preferably about 2 MPa or less) at 100% A relatively high tensile elongation at break (e.g., at least about 110%, preferably at least about 150%). Both properties were measured at a nominal strain rate of about 0.1 s < -1 > according to ASTM D638-08. Examples of elastomers are those published in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published Feb. 25, 2010).
본 발명에 사용되는 하나 이상의 중합체는 가교 가능하거나 가교된다. 이들은 열경화성 재료 또는 단량체, 또는 열경화성 재료의 전구체일 수 있다. 이들은 에폭시 기재, 고무, 우레탄 또는 다른 적합한 재료일 수 있다. 자극, 예를 들어, 열, 방사(예를 들어, 자외선 및/또는 적외선), 수분 또는 이들의 조합에 반응하여 가교되는 하나 이상의 다른 제제를 사용할 수도 있다. The one or more polymers used in the present invention are crosslinkable or crosslinked. These may be thermosetting materials or monomers, or precursors of thermosetting materials. They may be epoxy based, rubber, urethane or other suitable materials. One or more other agents that are crosslinked in response to stimulation, for example, heat, radiation (e.g., ultraviolet and / or infrared), moisture, or combinations thereof, may be used.
소량의 에폭시가 사용될 수 있으나, 충전된 중합체 재료의 중합체 바람직하게는 실질적으로 에폭시나 다른 깨지기 쉬운 중합체(예를 들어, ASTM D638-08에 따라 공칭 변형 속도 약 0.1 s-1에서 측정했을 때 약 20% 이하의 연신률을 갖는 중합), 또는 둘 다를 포함하지 않는다. 사용하는 경우, 에폭시, 다른 깨지기 쉬운 중합체, 또는 둘 다의 농도는 충전된 중합체 재료의 전체 부피를 기준으로 바람직하게는 20부피% 이하, 보다 바람직하게는 10부피% 이하, 보다 바람직하게는 5부피% 이하, 가장 바람직하게는 2부피% 이하이다. A small amount of epoxy may be used, but the polymer of the filled polymeric material, preferably substantially epoxy or other fragile polymer (e.g., at a nominal strain rate of about 0.1 s -1 measured according to ASTM D638-08 of about 20 % Or less), or both. When used, the concentration of the epoxy, other fragile polymer, or both, is preferably no more than 20% by volume, more preferably no more than 10% by volume, more preferably no more than 5% % Or less, and most preferably 2 volume% or less.
특히 바람직한 예에서, 충전된 중합체 재료는 하나 이상의 폴리아미드 공중합체, 하나 이상의 열가소성 폴리우레탄, 하나 이상의 열가소성 폴리에테르-에스테르 공중합체, 하나 이상의 폴리올레핀, 하나 이상의 이오노머, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 폴리아미드 공중합체는 상기의 폴리아미드 공중합체 중 어느 것도 사용 가능하다. 바람직한 폴리아미드 공중합체는 폴리아미드-폴리아미드 공중합체, 폴리에스테르아미드 공중합체, 폴리에테르에스테르아미드, 폴리카보네이트-에스테르아미드 공중합체, 또는 이들의 조합이다. 열가소성 중합체는 랜덤 공중합체 또는 블럭 공중합체일 수 있다. 열가소성 중합체는 열가소성 탄성체일 수 있다. 예를 들어, 충전된 중합체 재료는 폴리에스테르 아미드 열가소성 탄성체, 폴리에테르에스테르아미드 열가소성 탄성체, 폴리카보네이트-에스테르아미드 열가소성 탄성체, 폴리에테르-에스테르 열가소성 탄성체, 아미드 블럭 공중합체 열가소성 탄성체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어 충전된 중합체 재료는 공중합체가 아닌 하나 이상의 폴리아미드 단일 중합체를 포함할 수 있다. 특히 바람직한 폴리아미드 단일 중합체는 폴리아미드 6 및 폴리아미드 6,6이다. 하나 이상의 폴리아미드 단일 중합체의 농도는 바람직하게는 비교적 낮다(예를 들어, 하나 이상의 공중합체의 농도에 비해). 하나 이상의 폴리아미드 단일 중합체의 농도는 충전된 중합체 재료에서 중합체의 전체 중량을 기준으로 바람직하게는 50중량% 이하, 보다 바람직하게는 40중량% 이하, 보다 바람직하게는 30중량% 이하, 가장 바람직하게는 25 중량% 이하이다. In a particularly preferred example, the filled polymeric material may comprise one or more polyamide copolymers, one or more thermoplastic polyurethanes, one or more thermoplastic polyether-ester copolymers, one or more polyolefins, one or more ionomers, or combinations thereof . As the polyamide copolymer, any of the above-mentioned polyamide copolymers can be used. Preferred polyamide copolymers are polyamide-polyamide copolymers, polyester amide copolymers, polyether ester amides, polycarbonate-ester amide copolymers, or combinations thereof. The thermoplastic polymer may be a random copolymer or a block copolymer. The thermoplastic polymer may be a thermoplastic elastomer. For example, the filled polymeric material includes a polyester amide thermoplastic elastomer, a polyetheresteramide thermoplastic elastomer, a polycarbonate-esteramide thermoplastic elastomer, a polyether-ester thermoplastic elastomer, an amide block copolymer thermoplastic elastomer, or combinations thereof can do. For example, the filled polymeric material may comprise one or more polyamide homopolymers that are not copolymers. Particularly preferred polyamide homopolymers are
일반적으로 극성 중합체를 포함하는 충전된 중합체 재료는 극성 중합체 및 금속 섬유 사이의 인력이 충분하여 작용기를 갖는 중합체를 사용하여 플라스틱과 금속 섬유 사이의 부착을 향상시킬 필요가 없다. 그와 같이, 충전된 중합체 재료는 실질적으로 또는 완전히 말레인산 무수물, 아크릴산, 아크릴래이트, 아세테이트, 또는 이들의 조합을 갖는 중합체를 포함하지 않는다. 예를 들어, 충전된 중합체는 실질적으로 또는 완전히 말레인 그래프트된 중합체를 포함하지 않는다. 사용되는 경우, 말레인산 무수물, 아크릴산, 아크릴래이트, 아세테이트, 또는 이들의 조합을 갖는 중합체의 농도는 충전된 중합체 재료에서 중합체 전체 중량을 기준으로 바람직하게는 20중량% 이하, 보다 바람직하게는 10중량% 이하, 보다 바람직하게는 5 중량% 이하, 보다 바람직하게는 1 중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.1 중량% 이하이다. 예를 들어, 일반적으로 극성 중합체는 아세탈 단일 중합체 또는 공중합체, 폴리아미드 단일 중합체 또는 공중합체, 폴리이미드 단일 중합체 또는 공중합체, 폴리에스테르 단일 중합체 또는 공중합체, 폴리카보네이트 단일 중합체 또는 공중합체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일반적으로 극성 중합체를 포함하는 충전된 중합체 재료는 폴리올레핀 단일 중합체 및 약 50중량%의 하나 이상의 올레핀을 포함하는 공중합체를 실질적으로 또는 완전히 포함하지 않을 수 있다. 사용되는 경우, 폴리올레핀 단일 중합체 및 약 50중량%의 하나 이상의 올레핀을 포함하는 공중합체의 전체 농도는 충전된 중합체 재료에서 중합체 전체 중량을 기준으로 약 30중량% 이하, 바람직하게는 약 20중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 10중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 5 중량% 이하, 가장 바람직하게는 약 1 중량% 이하이다.Generally, a filled polymeric material comprising a polar polymer does not need to have sufficient attraction between the polar polymer and the metal fiber to improve adhesion between the plastic and the metal fiber using a polymer having a functional group. As such, the filled polymeric material does not include polymers that are substantially or completely free of maleic anhydride, acrylic acid, acrylate, acetate, or combinations thereof. For example, the filled polymer does not include a substantially or completely maleinated grafted polymer. When used, the concentration of the polymer with maleic anhydride, acrylic acid, acrylate, acetate, or combinations thereof is preferably less than or equal to 20 weight percent, more preferably less than or equal to 10 weight percent, %, More preferably not more than 5 wt%, more preferably not more than 1 wt%, most preferably not more than 0.1 wt%. For example, in general, the polar polymer may be an acetal homopolymer or copolymer, a polyamide homopolymer or copolymer, a polyimide homopolymer or copolymer, a polyester homopolymer or copolymer, a polycarbonate homopolymer or copolymer, . ≪ / RTI > Generally, a filled polymeric material comprising a polar polymer may be substantially or completely free of a copolymer comprising a polyolefin homopolymer and about 50 weight percent of one or more olefins. When used, the total concentration of the copolymer comprising the polyolefin homopolymer and about 50% by weight of the at least one olefin in the filled polymeric material is up to about 30% by weight, preferably up to about 20% by weight, More preferably about 10% by weight or less, more preferably about 5% by weight or less, and most preferably about 1% by weight or less.
복합 재료 사용 기간 중에 복합 재료를 충분히 높은 온도로 가열하여 금속이 변형될 수도 있다. 그러므로 중합체가 그 온도로 가열되면 타거나 열적으로 분해될 수도 있다. 복합 재료 사용에 바람직한 중합체는 연소 또는 열적 분해시(예를 들어, 약 600℃ 이상에서)에 독성 화합물(예를 들어, 독성 가스 및/또는 발암 화합물)을 발생하지 않는 중합체이다. During the use of the composite material, the composite material may be heated to a sufficiently high temperature to deform the metal. Therefore, when the polymer is heated to that temperature, it may be burned or thermally decomposed. Polymers preferred for composite use are polymers that do not generate toxic compounds (e.g., toxic gases and / or carcinogenic compounds) upon combustion or thermal degradation (e.g., at temperatures above about 600 ° C).
충전재filling
충전된 중합체 재료 (예를 들어, 충전된 열가소성 중합체 층)는 하나 이상의 충전재를 포함한다. 충전재는 강화 충전재, 예를 들어 섬유, 특히 금속 섬유일 수 있다. 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)에 게시된 금속 충전재(예를 들어, 금속 섬유)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 사용되는 금속 섬유는 금속, 예를 들어 강철 (예를 들어, 저탄소강, 스테인레스강 등), 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 구리, 40중량% 이상의 구리를 포함하는 합금, 40중량% 이상의 철을 포함하는 다른 합금, 40중량% 이상의 알루미늄을 포함하는 다른 합금, 40중량% 이상의 티타늄을 포함하는 다른 합금, 또는 이들의 조합으로 형성된 섬유를 포함한다. 금속 섬유는 탄소강, 예를 들어, 약 10중량% 이하 크롬, 약 7 중량% 이하 크롬, 또는 약 3 중량% 이하 크롬을 포함하는 강철로 구성되거나 그 강철을 포함할 수 있다. The filled polymeric material (e.g., the filled thermoplastic polymeric layer) comprises one or more fillers. The filler may be a reinforcing filler, for example a fiber, especially a metal fiber. A metal filler (for example, metal fiber) disclosed in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published on February 25, 2010) can be used. For example, the metal fiber used in the present invention may be a metal such as steel (e.g., low carbon steel, stainless steel, etc.), aluminum, magnesium, titanium, copper, an alloy containing 40 wt% Another alloy containing more than 40% by weight of aluminum, another alloy containing 40% by weight or more of titanium, or a combination of these. The metal fibers may comprise or consist of carbon steel, for example, steel containing less than about 10 weight percent chromium, less than or equal to about 7 weight percent chromium, or less than or equal to about 3 weight percent chromium.
금속 섬유는 충분히 낮은 융점을 가져서 용접(예를 들어, 전기 저항 점 용접 ) 중에, 하나 또는 두 금속 층이 녹기 전에 용접 팁 사이의 일부 또는 모든 금속 섬유가 적어도 부분적으로 녹는다 (예를 들어, 전부 녹는다). 충전된 중합체 재료의 전기 저항은 금속 층의 전기 저항보다 높아(예를 들어, 약 10 배 높거나, 약 100 배 높다), 금속 층이 녹기 시작하기 전에 금속 섬유가 녹기 시작한다. 용접 공정은 용접 팁을 충분히 냉각시키는 단계를 포함하여 금속 층이 녹기 시작하기 전에 금속 섬유가 녹는다. 그러므로 금속 섬유는 첫 번째 금속 층, 두 번째 금속 층, 또는 둘 다에 포함된 강철보다 낮은, 같은 또는 높은 용접을 갖는 금속 (예를 들어, 강철)을 포함할 수 있다. 충전된 중합체 재료는 다른 비-금속 전도성 섬유, 예를 들어 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 (2010년 2월 25일 공개)에 게시된 섬유를 포함할 수 있다.The metal fibers have a sufficiently low melting point so that during welding (e.g., electrical resistance spot welding), some or all of the metal fibers between the welding tips melt at least partially before one or both metal layers are melted (e.g., ). The electrical resistance of the charged polymeric material is higher than the electrical resistance of the metal layer (e.g., about 10 times higher or about 100 times higher) and the metal fibers start to melt before the metal layer begins to melt. The welding process includes a step of sufficiently cooling the welding tip so that the metal fiber melts before the metal layer begins to melt. Thus, the metal fibers may include metals (e.g., steel) having a same or higher weld, lower than the steel contained in the first metal layer, the second metal layer, or both. The filled polymeric material may include other non-metallic conductive fibers, such as those disclosed in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published Feb. 25, 2010).
충전된 중합체 재료는 금속 층의 부식을 방지하거나 감소시킬 수 있는 금속 섬유 또는 다른 충전재를 포함할 수 있다. 충전된 중합체 재료 중의 하나 이상의 금속 섬유 또는 다른 충전재는 비교적 높은 갈바니 활성을 갖는다. 예를 들어, 충전된 중합체 재료 중의 금속 섬유 또는 다른 충전재는 충전된 중합체 재료에 접하는 금속 층의 한 면, 바람직하게는 두 면에 사용되는 금속 층(복합 재료의)보다 높은 갈바니 활성을 갖는다. 그와 같이, 충전된 중합체 재료는 낮은 갈바니 활성을 갖는 충전재를 실질적으로, 또는 완전히 포함하지 않는다. 예를 들어, 복합 재료의 부식을 감소시키기 위해 카본 블랙을 실질적으로, 또는 완전히 포함하지 않는 충전된 중합체 재료를 사용할 수 있다. 비교적 높은 갈바니 활성을 갖는 하나 이상의 충전재는 바람직하게는 금속 층보다 약 0.05 V 이상, 보다 바람직하게는 약 0.1 V 이상, 보다 바람직하게는 약 0.20 V 이상, 가장 바람직하게는 약 0.25 V 이상 큰 양극 지수를 갖는다. 비교적 높은 갈바니 활성을 갖는 하나 이상의 충전재는 금속 층보다 높은 갈바니 활성을 갖는 공지의 재료일 수 있다. 예를 들어, 그러한 충전재는 하나 이상의 아연 함유 재료, 하나 이상의 마그네슘 함유 재료, 하나 이상의 알루미늄 함유 재료, 또는 이들의 조합을 포함한다. 하나 이상의 충전재는 첫 번째 충전재 및 첫 번째 충전재보다 높은 갈바니 활성을 갖는 두 번째 충전재를 가질 수 있고, 여기에서 두 번째 충전재는 희생 충전재이다. 충전된 중합체 재료가 첫 번째 충전재 및 희생 충전재를 포함한다면, 첫 번째 충전재는 바람직하게는 금속 섬유이다. 희생 충전재는 금속 층의 표면적 또는 첫 번째 충전재의 전체 표면적, 또는 둘 다에 비해 비교적 높은 전체 표면적(즉, 모든 희생 충전재 입자의)을 갖는다. 예를 들어, 금속 층의 표면적에 대한 희생 충전재의 전체 표면적의 비율은 약 1.5 이상, 바람직하게는 약 3 이상, 보다 바람직하게는 약 10 이상, 가장 바람직하게는 약 50 이상이다. 충전된 중합체 재료가 첫 번째 충전재 및 희생 충전재를 포함한다면, 첫 번째 충전재는 금속 층 표면의 갈바니 활성보다 적거나, 같거나, 큰 갈바니 활성을 갖는 표면을 가질 수 있다. 첫 번째 충전재가 금속 층 표면의 갈바니 활성보다 큰 갈바니 활성을 갖는 표면을 가진다면, 첫 번째 충전재가 희생 충전재로 작용할 수 있다. 그와 같이, 두 번째 희생 충전재가 필요 없을 수도 있고 충전된 중합체는 실질적으로 또는 완전히 두 번째 희생 충전재를 포함하지 않는다. The filled polymeric material may include metal fibers or other fillers that can prevent or reduce corrosion of the metal layer. One or more of the metal fibers or other fillers in the filled polymeric material has a relatively high galvanic activity. For example, metal fibers or other fillers in the charged polymeric material have a higher galvanic activity than the metal layer (of the composite) used on one, preferably two, sides of the metal layer in contact with the filled polymeric material. As such, the filled polymeric material does not substantially or completely contain a filler having a low galvanic activity. For example, filled polymeric materials that do not substantially or completely contain carbon black can be used to reduce corrosion of the composite material. The at least one filler having a relatively high galvanic activity preferably has a positive electrode index greater than about 0.05 V, more preferably about 0.1 V, more preferably about 0.20 V, and most preferably about 0.25 V greater than the metal layer . The one or more fillers having a relatively high galvanic activity may be a known material having a higher galvanic activity than the metal layer. For example, such fillers include one or more zinc containing materials, one or more magnesium containing materials, one or more aluminum containing materials, or combinations thereof. The one or more fillers may have a first filler and a second filler having a higher galvanic activity than the first filler, wherein the second filler is a sacrificial filler. If the filled polymeric material comprises a first filler and a sacrificial filler, then the first filler is preferably a metal fiber. The sacrificial filler has a relatively high total surface area (i.e., of all sacrificial filler particles) compared to the surface area of the metal layer or the total surface area of the first filler, or both. For example, the ratio of the total surface area of the sacrificial filler to the surface area of the metal layer is at least about 1.5, preferably at least about 3, more preferably at least about 10, and most preferably at least about 50. If the filled polymeric material comprises a first filler and a sacrificial filler, the first filler may have a surface with galvanic activity that is less than, equal to, or greater than the galvanic activity of the surface of the metal layer. If the first filler has a surface with galvanic activity greater than that of the metal layer surface, then the first filler may act as a sacrificial filler. As such, a second sacrificial filler may not be necessary and the filled polymer does not substantially or completely comprise the second sacrificial filler.
일부 또는 모든 금속 섬유는 복합 재료의 하나 이상의 금속 층에 대해 양극 보호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 금속 섬유는 첫 번째 금속 층, 두 번째 금속 층, 또는 둘 다의 표준 전기화학적 환원 전위보다 적은 표준 전기화학적 환원 전위를 갖는 재료로 코팅되거나 그러한 재료로 형성된 섬유를 포함한다. 일반적으로 낮은 표준 전기화학적 환원 전위를 갖는 금속은 강철(예를 들어, SAE 탄소강 1015)보다 낮은 표준 전기화학적 환원 전위를 갖는 금속을 포함한다. 일반적으로 낮은 표준 전기화학적 환원 전위를 갖는 금속은 알루미늄, 아연, 및 마그네슘을 포함한다. 따라서, 일부 또는 모든 금속 섬유는 알루미늄, 아연, 마그네슘, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 양극 보호에 특히 바람직한 섬유는 아연 섬유이다. 일부 또는 모든 금속 섬유는 하나 이상의 전기 코팅, 전기 도금, 또는 둘 다에 의해 피복되거나 및/또는 도금된 금속 (예를 들어, 강철)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속은 아연 도금에 의해 피복될 수 있다. 금속 섬유는 하나 이상의, 또는 모든 면이 피복될 수 있다. 섬유는 분무에 의해 피복, 도금(예를 들어, 용융 도금)에 의해 피복될 수도 있다. 예를 들어, 금속 섬유는 한 면 또는 두 면이 피복(예를 들어 분무 또는 도금에 의해)시트 또는 호일로 제조되어 좁은 스트립 또는 리본 형태로 절단될 수 있다. 다른 예로는, 섬유가 섬유 형태로 성형 된 후에 모든 면이 피복되도록 코팅될 수 있다. 또 다른 예에서는, 연속 필라멘트를 코팅하고 섬유로 잘단하여 단부를 제외한 섬유의 모든 면이 코팅되도록 하는 것이다. 코팅은 바람직하게는 알루미늄, 아연, 마그네슘, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그러므로 금속 섬유는 알루미늄, 아연, 마그네슘, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함하는 하나 이상의 코팅층과 알루미늄, 아연, 마그네슘, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함하지 않는 하나 이상의 기재 층으로 이루어질 수 있다. 특히 바람직한 코팅된 금속 섬유는 복합 재료의 금속층(예를 들어, 첫 번째 금속 층, 두 번째 금속 층, 또는 둘 다)의 표준 전기화학적 환원 전위보다 적은 표준 전기화학적 환원 전위를 갖는 코팅층을 포함하는 것이다. 특히 바람직한 코팅된 섬유는 아연 또는 아연 합금을 포함하는 층으로 코팅된 섬유이다. Some or all of the metal fibers may provide bipolar protection for one or more metal layers of the composite material. For example, the metal fibers may be coated with or formed from a material having a standard electrochemical reduction potential that is less than the standard electrochemical reduction potential of the first metal layer, the second metal layer, or both. In general, metals with low standard electrochemical reduction potentials include metals having a lower standard electrochemical reduction potential than steel (e.g. SAE carbon steel 1015). In general, metals with low standard electrochemical reduction potential include aluminum, zinc, and magnesium. Thus, some or all of the metal fibers may comprise aluminum, zinc, magnesium, alloys thereof, or combinations thereof. A particularly preferred fiber for anode protection is zinc fiber. Some or all of the metal fibers may be coated with one or more electrical coatings, electroplating, or both, and / or may include plated metals (e.g., steel). For example, the metal may be covered by zinc plating. The metal fibers may be coated with one or more or all sides. The fibers may be covered by spraying, plating (e. G., Hot dip galvanizing) by spraying. For example, the metal fibers can be made from a sheet or foil with one or both sides coated (e.g., by spraying or plating) and cut into narrow strips or ribbons. As another example, after the fiber is formed into a fiber form, it can be coated so that all sides are covered. In another example, continuous filaments are coated and finished with fibers to allow all sides of the fiber to be coated except for the ends. The coating may preferably comprise aluminum, zinc, magnesium, alloys thereof, or combinations thereof. The metal fibers may thus consist of one or more coating layers comprising aluminum, zinc, magnesium, alloys thereof, or combinations thereof and one or more substrate layers that do not comprise aluminum, zinc, magnesium, alloys thereof, have. A particularly preferred coated metal fiber comprises a coating layer having a standard electrochemical reduction potential that is less than the standard electrochemical reduction potential of the metal layer of the composite (e.g., the first metal layer, the second metal layer, or both) . Particularly preferred coated fibers are fibers coated with a layer comprising zinc or a zinc alloy.
양극 보호를 제공하는 섬유는 충분한 양, 크기, 표면적 또는 이들의 조합을 갖도록 제공되어 부식 환경(예를 들어, 약 40℃에서, 식염수 분무(예를 들어, 약 5 중량% 염화나트륨을 포함하는)에서 장기간(예를 들어 200시간 이상) 노출되어도 금속 층 표면(예를 들어, 중합체 층과 접하는 면)의 부식이 줄거나 없어진다. The fibers providing the anode protection may be provided to have a sufficient amount, size, surface area, or a combination thereof, to provide a protective barrier against corrosion in a corrosive environment (e.g., at about 40 ° C, in a saline spray (including, for example, about 5 weight percent sodium chloride) The corrosion of the metal layer surface (for example, the surface in contact with the polymer layer) is reduced or eliminated even when exposed for a long period of time (for example, 200 hours or more).
금속 섬유는 바람직하게는 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)에 기재된 크기와 분포를 갖는다. 금속 섬유의 중량 평균 길이, Lavg, 는 약 1mm 이상, 보다 바람직하게는 약 2mm 이상, 가장 바람직하게는 약 4mm 이상이다. 적합한 섬유의 Lavg는 약 200mm 이하, 바람직하게는 약 55mm 이하, 보다 바람직하게는 약 30mm 이하, 가장 바람직하게는 약 25mm 이하이다. 섬유의 중량 평균 직경은 약 0.1㎛ 이상, 보다 바람직하게는 약 1.0㎛ 이상, 가장 바람직하게는 약 4㎛ 이상이다. 섬유의 중량 평균 직경은 약 300㎛ 이하, 바람직하게는 약 50㎛ 이하, 보다 바람직하게는 약 40㎛ 이하, 가장 바람직하게는 약 30㎛ 이하이다. The metal fibers preferably have a size and distribution as described in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published Feb. 25, 2010). The weight average length of the metal fibers, L avg , is at least about 1 mm, more preferably at least about 2 mm, and most preferably at least about 4 mm. The L avg of suitable fibers is about 200 mm or less, preferably about 55 mm or less, more preferably about 30 mm or less, and most preferably about 25 mm or less. The weight average diameter of the fibers is at least about 0.1 탆, more preferably at least about 1.0 탆, and most preferably at least about 4 탆. The fibers have a weight average diameter of about 300 탆 or less, preferably about 50 탆 or less, more preferably about 40 탆 or less, and most preferably about 30 탆 or less.
금속 섬유는 어떤 모양을 가져도 좋다. 금속 섬유는 곡선 부분을 포함할 수 있다. 일반적으로 선형 금속 섬유가 사용될 수 있다. 보다 바람직하게는 금속 섬유 는 섬유의 길이 방향을 따라 직선 섬유가 아니다. 예를 들어, 금속 섬유는 직선 섬유가 아니고 하나 이상의 굴곡 부분, 호 모양, 일반적으로 나선형 모양, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 금속 섬유는 초기에는 직선이다가, 바람직하게는 열가소성 중합체와 결합되는 경우 직선이 아닌 섬유(상기와 같은)가 될 수도 있다.The metal fiber may have any shape. The metal fibers may include curved portions. In general, linear metal fibers can be used. More preferably, the metal fibers are not linear fibers along the length direction of the fibers. For example, the metal fibers may not be straight fibers but may include one or more bends, arcs, generally helical shapes, or a combination thereof. The metal fibers may initially be straight, and preferably they may be non-straight fibers (as described above) when combined with a thermoplastic polymer.
예를 들어, 섬유 길이에 수직인 금속 섬유의 단면은, 기하적인 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 단면은 일반적으로 직선 또는 일반적으로 호, 또는 이들의 조합인 하나 이상의 면을 가질 수 있다. 예를 들어, 금속 섬유는 타원, 다각형, 별-모양, 반원 등의 단면을 가질 수 있다. For example, the cross section of the metal fiber perpendicular to the fiber length may have a geometric shape. For example, the cross-section may have one or more faces that are generally straight or generally arcs, or combinations thereof. For example, the metal fibers may have an elliptical, polygonal, star-shaped, semi-circular cross-section.
본 발명의 일례에서, 금속 섬유는, 예를 들어 섬유 길이를 가로지르는 방향으로, 하나 이상의 평면을 가진다. 이는 일반적으로 평평한 면을 갖는 금속 섬유 가 일반적으로 원형의 금속 섬유에 비해 충전된 중합체 재료 및/또는 경량 복합물의 전기 전도성을 향상시키기 때문인 것으로 여겨진다. 섬유 길이를 가로지르는 방향( 즉, 섬유의 길이에 수직으로)의 금속 섬유의 단면은 하나 이상의 일반적으로 직선 면을 갖는다. 예를 들어, 가로지르는 방향으로 금속 섬유의 단면은 넷 이상의 직선면과 둘 이상의 평행면을 가질 수 있다. 금속 섬유의 단면은, 예를 들어, 일반적으로 직사각형, 일반적으로 평행사변형, 또는 일반적으로 정사각형 단면을 갖는다. 금속 섬유는 일반적으로 타원형, 예를 들어, 약 3 이상, 바람직하게는 약 5 이상, 보다 바람직하게는 약 7 이상의 비를 갖는 타원형일 수도 있다. 가로지르는 방향으로 금속 섬유의 단면은 폭(즉, 가장 긴 치수) 및 두께 (예를 들어, 가장 얇은 치수 및/또는 폭에 수직인 방향)로 특정된다. 섬유의 폭 대 두께 비율은 1 이상, 약 1.4 이상, 약 2 이상, 또는 약 3 이상이다. 섬유의 폭 대 두께의 비는 약 300 이하, 약 100 이하, 약 50 이하, 또는 약 15 이하이다. 그러한 섬유는 하나 이상의 섬유 형성 단계, 예를 들어, 금속 호일 (예를 들어, 거의 섬유 두께인 두께를 갖는)을 좁은 리본 스트립(예를 들어, 절단 사이의 공간이 섬유의 폭을 한정하는)으로 절단하는 단계를 포함한다. 금속 섬유는 단일 금속 호일, 또는 하나 이상의 코팅(예를 들어, 두 넓은 면에 코팅), 예를 들어, 아연 도금 보호를 제공하는 코팅을 갖는 금속 호일로 제조된다.In one example of the invention, the metal fibers have at least one plane, for example in a direction transverse to the fiber length. This is believed to be due to the fact that metal fibers with flat surfaces generally improve electrical conductivity of filled polymeric materials and / or lightweight composites compared to generally circular metal fibers. The cross-section of the metal fibers in a direction transverse to the fiber length (i.e., perpendicular to the length of the fiber) has at least one generally straight surface. For example, the cross-section of the metal fiber in the transverse direction may have at least four straight sides and at least two parallel sides. The cross section of the metal fibers has, for example, a generally rectangular shape, a generally parallelogram shape, or a generally square cross-section. The metal fibers may be generally elliptical, e.g. having an aspect ratio of about 3 or more, preferably about 5 or more, and more preferably about 7 or more. The cross-section of the metal fibers in the transverse direction is specified by the width (i.e., the longest dimension) and the thickness (e.g., the direction perpendicular to the thinnest dimension and / or width). The width to thickness ratio of the fibers is at least 1, at least about 1.4, at least about 2, or at least about 3. The ratio of fiber width to thickness is less than about 300, less than about 100, less than about 50, or less than about 15. Such a fiber may be subjected to one or more fiber forming steps, for example, a metal foil (e.g. having a thickness that is approximately the thickness of a fiber) to a narrow ribbon strip (e.g., the space between the cuts defining the width of the fiber) And cutting. The metal fiber is made of a single metal foil, or a metal foil having a coating that provides one or more coatings (e.g., coating on two broad sides), for example, zinc plating protection.
금속 섬유는 폭 및 두께보다 긴 길이를 갖는다. 금속 섬유의 평균 길이는 바람직하게는 약 200㎛ 이상, 보다 바람직하게는 약 500㎛ 이상, 보다 바람직하게는 약 800㎛ 이상, 가장 바람직하게는 약 1mm 이상이다. 금속 섬유의 중량 평균 길이는 약 10mm 이상, 또는 일반적으로 연속적일 수 있다. 점 용접을 위해, 금속 섬유는 바람직하게는 점 용접에 사용되는 용접 팁의 직경보다 적은 중량 평균 길이를 가져서, 금속 섬유가 용접 중에 더 쉽게 용접 구역으로부터 흘러가도록 한다. 예를 들어, 금속 섬유의 중량 평균 길이는 약 20mm 이하, 약 10mm 이하, 약 7mm 이하, 약 5mm 이하, 약 4mm 이하, 또는 약 3mm 이하이다. 섬유의 종횡비는 섬유의 길이를 (4AT/Π)1/2로 나눈 것으로, 여기에서 AT 는 가로지르는 방향으로 섬유의 단면적이다. 섬유의 종횡비는 약 5 이상, 약 10 이상, 약 20 이상, 또는 약 50 이상이다. 섬유의 종횡비는 약 10,000 이하, 약 1,000 이하, 또는 약 200 이하이다. 10,000 이상의 종횡비를 갖는 섬유도 사용될 수 있다.The metal fibers have a length greater than the width and thickness. The average length of the metal fibers is preferably at least about 200 占 퐉, more preferably at least about 500 占 퐉, more preferably at least about 800 占 퐉, and most preferably at least about 1 mm. The weight average length of the metal fibers may be about 10 mm or more, or generally continuous. For spot welding, the metal fibers preferably have a weighted average length less than the diameter of the welding tip used for spot welding, so that the metal fibers flow more readily from the welding zone during welding. For example, the weight average length of the metal fibers is about 20 mm or less, about 10 mm or less, about 7 mm or less, about 5 mm or less, about 4 mm or less, or about 3 mm or less. The aspect ratio of the fiber is the length of the fiber divided by (4A T / Π) 1/2 , where A T is the cross-sectional area of the fiber in the direction transverse. The aspect ratio of the fibers is about 5 or more, about 10 or more, about 20 or more, or about 50 or more. The aspect ratio of the fibers is about 10,000 or less, about 1,000 or less, or about 200 or less. Fibers having an aspect ratio of 10,000 or more can also be used.
두 금속 층 사이의 중합체에 사용되는 경우, 금속 섬유는 바람직하게는 섬유 덩어리로 존재한다. 금속 섬유 덩어리는 서로 연결되어 있을 수 있다. 섬유 덩어리는 기계적으로 맞물릴 수 있다(즉, 둘 이상의 섬유가 기계적으로 맞물릴 수 있다). 금속섬유 덩어리는 바람직하게는 중합체 층의 두께로 퍼져 섬유 덩어리(예를 들어, 금속 섬유 망)가 전기적으로 두 금속 층을 연결한다. 단일 금속 섬유가 중합체 층의 두께로 퍼질 수 있어도, 금속 섬유가 중합체 층의 두께로 퍼지지 않는 것이 바람직하다. 금속 섬유가 중합체 층의 두께를 가로지르는 경우, 두께를 가로지르는 섬유 분획은 바람직하게는 약 0.4 이하, 보다 바람직하게는 약 0.20 이하, 보다 바람직하게는 약 0.10 이하, 보다 바람직하게는 약 0.04 이하, 가장 바람직하게는 약 0.01 이하이다. 섬유 덩어리에서 섬유는 바람직하게는 불규칙하게 배열된다. 예를 들어, 일반적으로 나란히 배열된 이웃한 금속 섬유의 최대 숫자는 약 100 이하, 바람직하게는 약 50 이하, 보다 바람직하게는 약 20 이하, 보다 바람직하게는 약 10 이하, 가장 바람직하게는 약 5 이하이다. 보다 바람직하게는 섬유 덩어리는 일반적으로 불규칙하게 배열된다. 금속 층의 표면을 접촉하는 각각의 금속 섬유는 바람직하게는 평면 접촉을 하지 않는다. 그와 같이, 복합 재료는 실질적으로, 또는 완전히 금속 섬유와 금속 층 사이의 면 접촉이 없다. 금속 표면을 접촉하는 섬유는, 바람직하게는 선 접촉, 접 접촉, 또는 이들의 조합으로 접촉한다. 몇 금속 섬유는 금속 층 중의 하나와 접촉할 수 있으나, 금속 섬유 길이의 많은 부분을 금속 층과 접촉하는 금속 섬유는 거의 없다. 그와 같이, 금속 섬유의 많은 분획은 금속 층과 접촉하지 않거나 적어도 현저한 부분이 금속 층과 접촉하지는 않는다. 섬유 길이의 절반 이상을 따라 금속 층과 접촉하는 금속 섬유 분획은 바람직하게는 약 0.3 이하, 보다 바람직하게는 약 0.2 이하, 보다 바람직하게는 약 0.1 이하, 보다 바람직하게는 약 0.04 이하, 가장 바람직하게는 약 0.01 이하이다.When used in a polymer between two metal layers, the metal fibers are preferably present as a fiber agglomerate. The metal fiber agglomerates may be connected to each other. The fiber agglomerates can be mechanically engaged (i.e., two or more fibers can be mechanically engaged). The metal fiber agglomerates preferably spread to the thickness of the polymer layer such that the fiber agglomerates (e.g., metal fiber meshes) electrically couple the two metal layers. Although it is possible for the single metal fibers to spread to the thickness of the polymer layer, it is preferred that the metal fibers do not spread to the thickness of the polymer layer. When the metal fibers cross the thickness of the polymer layer, the fiber fraction across the thickness is preferably less than about 0.4, more preferably less than about 0.20, more preferably less than about 0.10, more preferably less than about 0.04, Most preferably about 0.01 or less. The fibers in the fiber agglomerate are preferably arranged irregularly. For example, the maximum number of generally aligned neighboring metal fibers is about 100 or less, preferably about 50 or less, more preferably about 20 or less, more preferably about 10 or less, and most preferably about 5 Or less. More preferably, the fiber agglomerates are generally irregularly arranged. The respective metal fibers contacting the surface of the metal layer preferably do not make planar contact. As such, the composite material is substantially or completely free of surface contact between the metal fibers and the metal layer. The fibers in contact with the metal surface are preferably contacted by line contact, contact, or a combination thereof. Some metal fibers may contact one of the metal layers, but few metal fibers contact a metal layer over a large portion of the length of the metal fibers. As such, many fractions of the metal fibers do not come into contact with the metal layer, or at least the significant portion does not contact the metal layer. The metal fiber fraction contacting the metal layer along more than half of the fiber length is preferably less than about 0.3, more preferably less than about 0.2, more preferably less than about 0.1, more preferably less than about 0.04, Is about 0.01 or less.
금속 섬유는 바람직하게는 충분히 얇고 충분한 농도로 존재하여 많은 섬유 가 층의 표면 사이에 배열된다. 예를 들어, 중합체 층의 두께 방향에 평행한 섬유의 평균 수는 바람직하게는 약 3 이상, 보다 바람직하게는 약 5 이상, 보다 바람직하게는 약 10 이상, 가장 바람직하게는 약 20 이상이다. 다수의 금속 섬유는 재료의 균일한 변형, 예를 들어 스탬핑 공정에 유리하다.The metal fibers are preferably sufficiently thin and of sufficient concentration that many fibers are arranged between the surfaces of the layers. For example, the average number of fibers parallel to the thickness direction of the polymer layer is preferably at least about 3, more preferably at least about 5, more preferably at least about 10, and most preferably at least about 20. Many metal fibers are advantageous for uniform deformation of the material, for example a stamping process.
금속 섬유의 농도는 충전된 중합체 재료의 전체 부피를 기준으로 바람직하게는 약 1부피% 이상, 보다 바람직하게는 약 3부피% 이상, 보다 바람직하게는 약 5부피% 이상, 보다 바람직하게는 약 7부피% 이상, 보다 바람직하게는 약 10부피% 이상, 가장 바람직하게는 약 12부피% 이상이다. 충전된 중합체 재료에서 금속 섬유의 농도는 약 60부피% 이하, 바람직하게는 약 50부피% 이하, 보다 바람직하게는 약 35부피% 이하, 보다 바람직하게는 약 33부피% 이하, 가장 바람직하게는 약 30부피% 이하(예를 들어, 약 25부피% 이하, 또는 약 20, 10, 또는 5부피% 이하)이다. 예를 들어 섬유의 양은 충전된 중합체 재료의 전체 부피를 기준으로 약 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 또는 10%이거나, 그 수치 범위 내이다(예를 들어 약 1% 내지 약 6%). 입자 충전재보다 실질적으로 낮은 양의 금속 섬유를 사용하여 놀랍게도 비슷한 용접 특성을 얻는 것이 가능하다. 또한, 섬유 및 재료를 적절하게 선택하여 비교적 낮은 농도의 금속 섬유를 사용하면서도 높은 농도의 금속 섬유를 사용하는 복합재료에 비해 우수한 용접성능을 얻는 것이 가능하다. 예를 들어, 놀랍게도 약 10부피% 금속 섬유를 갖는 충전된 중합체 재료로 높은 농도의 금속 섬유를 사용하는 복합재료에 비해 우수한 용접성능을 갖는 복합 재료를 생성할 수 있다. The concentration of the metal fibers is preferably at least about 1% by volume, more preferably at least about 3% by volume, more preferably at least about 5% by volume, and more preferably at least about 7% by volume, based on the total volume of the charged polymeric material By volume, more preferably at least about 10% by volume, and most preferably at least about 12% by volume. The concentration of the metal fibers in the filled polymeric material is less than or equal to about 60 vol%, preferably less than or equal to about 50 vol%, more preferably less than or equal to about 35 vol%, more preferably less than or equal to about 33 vol% 30 vol% or less (e.g., about 25 vol% or less, or about 20, 10, or 5 vol% or less). For example, the amount of fiber may be about 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, or 10% based on the total volume of the charged polymeric material (E.g., from about 1% to about 6%). It is possible to obtain similar welding characteristics surprisingly using metal fibers of an amount substantially lower than the particle filler. In addition, it is possible to obtain excellent welding performance as compared with a composite material using a metal fiber having a high concentration while using a relatively low concentration of metal fiber by suitably selecting fibers and materials. For example, it is possible to produce a composite material having excellent welding performance compared to a composite material using a high concentration of metal fibers with a filled polymeric material having surprisingly about 10 volume% metal fibers.
충전된 중합체 재료의 열가소성 중합체 재료의 농도는 약 40부피% 이상, 바람직하게는 약 65부피% 이상, 보다 바람직하게는 약 67부피% 이상, 보다 바람직하게는 약 70부피% 이상, 가장 바람직하게는 약 75부피% 이상(예를 들어, 최소 약 80부피%, 최소 약 90부피%, 최소 약 95부피%)이다.The concentration of the thermoplastic polymeric material in the filled polymeric material is at least about 40% by volume, preferably at least about 65% by volume, more preferably at least about 67% by volume, more preferably at least about 70% by volume, (E.g., at least about 80 vol%, at least about 90 vol%, at least about 95 vol%).
중합체 (예를 들어, 열가소성 중합체) 대 섬유 (예를 들어, 금속 섬유)의 부피비는 바람직하게는 약 2.2:1 이상, 보다 바람직하게는 약 2.5:1 이상, 가장 바람직하게는 약 3:1 이상이다. 중합체 (예를 들어, 열가소성 중합체) 대 섬유 (예를 들어, 금속 섬유)의 부피 비는 바람직하게는 약 99:1 이하, 보다 바람직하게는 약 33:1 이하, 보다 바람직하게는 약 19:1 이하, 가장 바람직하게는 약 9:1 이하, (예를 들어, 약 7:1 이하)이다.The volume ratio of polymer (e.g., thermoplastic polymer) to fiber (e.g., metal fiber) is preferably at least about 2.2: 1, more preferably at least about 2.5: 1, and most preferably at least about 3: 1 to be. The volume ratio of polymer (e.g., thermoplastic polymer) to fiber (e.g., metal fiber) is preferably less than about 99: 1, more preferably less than about 33: 1, more preferably less than about 19: Most preferably about 9: 1 or less (e.g., about 7: 1 or less).
샌드위치 복합물의 심재 재료는 구멍이나 공극을 포함할 수도 있고, 실질적으로 포함하지 않을 수도 있다. 바람직하게는, 충전된 중합체 재료에서 구멍이나 공극의 부피는 충전된 중합체 재료 전체 부피를 기준으로 약 25부피% 이하, 보다 바람직하게는 약 10부피% 이하, 보다 바람직하게는 약 5부피% 이하, 가장 바람직하게는 약 2부피% 이하(예를 들어, 약 1부피% 이하)이다. The core material of the sandwich composite may or may not include pores or voids. Preferably, the volume of the pores or voids in the filled polymeric material is less than or equal to about 25 percent by volume, more preferably less than or equal to about 10 percent by volume, more preferably less than or equal to about 5 percent by volume based on the total volume of the charged polymeric material, And most preferably about 2 vol% or less (e.g., about 1 vol% or less).
섬유(예를 들어, 전도성 섬유, 예를 들어 금속 섬유)는 충전된 중합체 재료에서 충전재 전체 중량을 기준으로 바람직하게는 약 40부피% 이상, 보다 바람직하게는 약 70부피% 이상, 가장 바람직하게는 약 80부피% 이상(예를 들어, 약 90부피% 이상, 또는 약 95부피% 이상)의 농도로 존재한다.The fibers (e. G., Conductive fibers, e. G., Metal fibers) are preferably present in the filled polymeric material in an amount of preferably at least about 40 percent by volume, more preferably at least about 70 percent by volume, About 80 vol% or more (e.g., about 90 vol% or more, or about 95 vol% or more).
중합체(예를 들어, 열가소성 중합체) 및 금속 섬유의 전체 부피는 충전된 중합체 재료의 전체 부피를 기준으로 바람직하게는 최소 약 90부피%, 보다 바람직하게는 최소 약 95부피%, 가장 바람직하게는 최소 약 98부피%이다. The total volume of polymer (e.g., thermoplastic polymer) and metal fibers is preferably at least about 90% by volume, more preferably at least about 95% by volume, and most preferably at least about 95% by volume, About 98% by volume.
금속 섬유는 용접을 위한 전기 전도성, 강화를 위한 강도를 제공하거나, 또는 섬유를 사용하는 중합체 구조물을 금속처럼 연신할 수 있게 하고 중합체 심재에 변형 경화 성질을 부여한다. ASTM A370-03a에 따라 측정할 때, 금속 섬유의 파단시 인장 신율은 바람직하게는 약 5% 이상, 보다 바람직하게는 약 30% 이상, 가장 바람직하게는 약 60% 이상이다. The metal fibers provide electrical conductivity for welding, strength for reinforcement, or allow the polymer structure using the fibers to be stretched like a metal and impart strain hardening properties to the polymer core. When measured according to ASTM A370-03a, the elongation at break of the metal fiber is preferably at least about 5%, more preferably at least about 30%, and most preferably at least about 60%.
본 발명의 재료는 섬유와 함께, 금속 입자를 사용하는 것도 가능하다. 금속 입자는 구형, 길쭉한 형 또는 섬유 모양이 아닌 어떠한 모양도 가능하다. 금속 입자는 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)에 게시되어 있다. It is also possible to use metal particles together with fibers in the material of the present invention. The metal particles can be any shape other than spherical, elongated, or fibrous. The metal particles are disclosed in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published Feb. 25, 2010).
섬유(예를 들어, 금속 섬유) 또는 섬유 및 금속 입자의 조합은 바람직하게는 중합체 매트릭스에 전체 중합체 층 부피의 약 30% 이하(보다 바람직하게는 약 25 % 이하, 가장 바람직하게는 약 20% 이하)로 분산(예를 들어, 불규칙하게 분산)된다. 금속 입자가 사용되는 경우, 충전된 중합체 재료 층에서 섬유(예를 들어, 금속 섬유) 부피 대 금속 입자 부피의 비는 약 1:30 이상, 바람직하게는 약 1:1 이상, 가장 바람직하게는 약 2:1 이상이다.The combination of fibers (e.g., metal fibers) or fibers and metal particles preferably comprises up to about 30% (more preferably up to about 25%, most preferably up to about 20% (For example, irregularly dispersed). When metal particles are used, the ratio of volume of fibers (e.g., metal fibers) to volume of metal particles in the layer of charged polymeric material is at least about 1:30, preferably at least about 1: 1, 2: 1 or more.
본 발명에서, 금속 입자, 금속 섬유, 또는 둘 다는 예를 들어, 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)의 단락 21에 게시된 마쇄 찌꺼기 또는 스크랩으로부터 얻을 수 있다. 본 발명의 샌드위치 복합물을 만드는데 사용되는 금속시트로부터 찌꺼기 또는 스크랩이 유도될 수도 있다. 따라서, 시트 금속이 코팅되거나 내부식 처리되는 한, 찌꺼기 또는 스크랩도 코팅이나 그러한 처리를 포함할 수 있다. 따라서, 섬유는 세분 또는 잘게 조각난 인사염 처리된 및/또는 아연도금된 강철, 고강도강일 수 있다. In the present invention, metal particles, metal fibers, or both can be obtained, for example, from scrubbing scraps or scraps published in paragraph 21 of International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published February 25, 2010) . Debris or scrap may be derived from the metal sheet used to make the sandwich composite of the present invention. Thus, as long as the sheet metal is coated or internally treated, debris or scrap may also include coating or such treatment. Thus, the fibers can be subdivided or finely divided personnel greased and / or galvanized steel, high strength steels.
특히 바람직한 금속 섬유는, 임의로 하나 이상의 다른 섬유를 가지고, 길이에 수직인 방형으로 일반적으로 사각 단면(예를 들어, 일반적으로 평평한 리본 스트립에 대한 프로파일을 한정하는)을 갖는 강철 섬유(예를 들어, 탄소강 섬유)이다. 금속 섬유의 중량 평균 두께는 약 10 내지 약 70㎛, 중량 평균 폭은 약 40 내지 약 200㎛, 중량 평균 길이는 약 0.8 내지 약 5mm, 또는 이들의 조합이다. 놀랍게도 이 금속 섬유가 복합 재료에 사용되면 약 10㎛ 이하 직경의 둥근 단면을 가지는 섬유를 사용하는 복합재료에 비해 전체-두께 방향에서 전기전도성이 커진다 (예를 들어, 약 50% 이상, 또는 약 100% 이상) Particularly preferred metal fibers are metal fibers having optionally one or more other fibers and having a square cross-section perpendicular to the length, generally having a square cross-section (e.g., defining a profile for a generally flat ribbon strip) Carbon steel fibers). The weight average thickness of the metal fibers is about 10 to about 70 mu m, the weight average width is about 40 to about 200 mu m, the weight average length is about 0.8 to about 5 mm, or a combination thereof. Surprisingly, when the metal fibers are used in a composite material, the electrical conductivity in the whole-thickness direction becomes larger (for example, about 50% or more, or about 100 % More than)
도 3에서, 금속 섬유(20)"은 길이 방향을 가로지르는 방향의 단면이 하나 또는 둘 이상의 일반적으로 직선 면을 포함한다(예를 들어, 일반적으로 사각형 단면이다). 금속 섬유의 길이는 일반적으로 직선인 구역과 호를 이루는 구역, 또는 둘 다를 포함한다. 금속 섬유는 충분히 길고, 충분히 구부러져(예를 들어, 섬유의 길이를 따라), 충분한 양으로 존재하거나 또는 이들의 조합으로, 섬유 덩어리를 형성한다. In Fig. 3, the
도 4는 금속 섬유(20) 및 중합체 18를 포함하는 심재 층(16)의 면을 보여주는 마이크로그래프이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 섬유는 충분히 중첩되어 있어 전기 전류가 심재 층으로 전달된다. 예를 들어, 심재 층의 전기 전도성은 충분하여 복합 재료가 전기 저항 용접으로 용접될 수 있다.4 is a micrograph showing the surface of the
도 5는 섬유 길이 방향을 가로지르는 방향에서 일반적으로 사각형의 단면을 갖는 금속 섬유(20') 을 포함하는 복합재료를 보여주는 마이크로그래프이다. 심재 층 은 금속 섬유(20') 덩어리 및 중합체(18')을 포함하여 금속층(14") 사이에 샌드위치된다. 5 is a micrograph showing a composite material comprising a metal fiber 20 'having a generally rectangular cross-section in a direction transverse to the fiber length direction. The core layer is sandwiched between the
금속 섬유는 바람직하게는 복합 재료가 우수한 용접 특성을 갖도록 선택된다. 예를 들어, 금속 섬유의 농도, 금속 섬유의 크기, 금속 섬유 사이의 접촉량, 금속 섬유의 모양, 금속 섬유와 금속 층 사이의 접촉량, 또는 이들의 조합은 복합 재료가 일반적으로 우수한 용접 가공창, 일반적으로 높은 전기전도성, 일반적으로높은 정전 접촉 저항, 또는 이들의 조합을 갖도록 선택된다. 일반적으로 우수한 용접 가공창은 예를 들어 높은 용접 전류 범위, 높은 용접 시간 범위, 또는 둘 다에 의해 특정된다.The metal fibers are preferably selected so that the composite material has excellent weld properties. For example, the concentration of the metal fibers, the size of the metal fibers, the amount of contact between the metal fibers, the shape of the metal fibers, the amount of contact between the metal fibers and the metal layer, , Generally high electrical conductivity, generally high electrostatic contact resistance, or a combination thereof. Generally, excellent welding process windows are specified by, for example, a high welding current range, a high welding time range, or both.
상기 충전재 외에, 하나 이상의 공지의 충전재를 공지 비율로 사용할 수 있는데, 예를 들어 탈크, 운모, 규회석, 나노점토, 탄산칼슘, 실리케이트 등이 있다.In addition to the above fillers, one or more known fillers can be used in known proportions, for example, talc, mica, wollastonite, nano-clay, calcium carbonate, silicate and the like.
용접 전류 범위 측정의 시험방법Test method for measurement of welding current range
용접 전류 범위를 위한 시험 방법 Test method for welding current range
용접 가공 창의 측정은 전류 범위(즉, 용접 전류 범위)이다. 시험 재료에 대한 용접 전류 범위는 시험 재료의 시트 및 시험 재료의 시트와 동일한 두께를 갖는 대조군의 강철 시트(예를 들어 아연도금 강판)으로 구성된 스택을 용접하여 측정할 수 있다. 용접은 두 전극을 사용하여 수행된다. 시험 재료에 대한 전극은 면 직경, d를 갖는다. 대조군의 강철 시트에 대한 전극은 d와 동일하거나 더 크다. 용접 시간 및 용접 압력은 고정되고, 예를 들어 재료에 대한 표준 용접 스케쥴로부터 미리 정할 수 있다. 용접 버튼 크기는 두 시트를 분리하는 것으로 측정하고 용접 버튼의평균 직경으로 정해진다. 0.95 d 이상의 용접 버튼을 생성하는 전류를 선택하는 것으로 측정을 시작한다. 그러면 용접 전류는 용접 버튼의 직경이 d보다 작아질 때까지 급격히 감소하게 된다. 용접 전류의 하한은 수용 가능한 용접 (예를 들어, 최소 0.95 d의 용접 버튼 크기를 갖는 용접)을 생성하는 가장 낮은 전류이다. 용접 전류는 금속 방출, 전극에 시트의 부착, 시끄러운 용접 소음, 또는 이들의 조합 등에 의해 특징 지워지는 수용 불가능한 용접이 얻어질 때까지 다시 증가한다. 수용가능한 용접을 생성하는 가장 높은 전류는 용접 전류의 상한이다. 용접 전류 범위는 용접 전류의 상한과 하한 사이이다. 예를 들어, 두께 약 0.8mm의 복합 재료 및 두께 약 0.8mm의 아연 도금 강판을 사용하여 용접 전류 범위 측정을 수행할 수 있다. 복합 재료상의 전극은 약 3.8mm의 직경을 가지고 아연 도금 강판 상의 전극은 두께 약 4.8mm를 갖는다. 약 2713 Nt (예를 들어, 610파운드)의 압축력이 적용될 수 있다. 용접 전류 범위 측정을 위한 용접 조건은 약 1,000Hz 파장을 갖는 중간 파장 DC 용접 전류, 약 50밀리초의 활승 시간, 약 200밀리초의 용접시간을 포함한다. 재료는 바람직하게는 폭 약 25mm이고, 두께는 25mm 또는 75mm이다. 복합 재료와 동일한 두께의 강철에 용접될 때, 복합 재료의 용접 전류 범위 lc는, 바람직하게는 복합 재료와 동일한 두께의 두 강철 시트에 대한 전류 범위 lm보다 크다. lm에 대한 lc의 비는 바람직하게는 약 1.1 이상, 보다 바람직하게는 약 1.2 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.3 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.4 이상, 가장 바람직하게는 약 1.5 이상이다. 복합 재료의 전류 범위, lc는, 바람직하게는 약 1.5 kA 이상, 보다 바람직하게는 약 1.7 kA 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.9. kA 이상, 더욱 바람직하게는 약 2.1 kA 이상, 더욱 바람직하게는 약 2.3 kA 이상, 가장 바람직하게는 약 2.5 kA 이상이다. 도 6은 놀라울 정도로 높은 용접 전류 범위를 갖는 복합 재료에 대한 용접 전류 범위를 도시한 것이다. The measurement of the welding process window is the current range (i.e., the welding current range). The welding current range for the test material can be determined by welding a stack of test sheet and a control sheet (for example, galvanized steel sheet) having the same thickness as the test sheet. Welding is performed using two electrodes. The electrode for the test material has a face diameter, d. The electrode for the steel sheet of the control is equal to or greater than d. The welding time and welding pressure are fixed and can be predetermined, for example, from a standard welding schedule for the material. The welding button size is measured by separating the two sheets and is determined by the average diameter of the welding button. The measurement is started by selecting a current that produces a weld button of 0.95 d or more. The welding current then drops sharply until the diameter of the welding button is less than d. The lower limit of the welding current is the lowest current that produces an acceptable weld (e. G. Welding with a welding button size of at least 0.95 d). The welding current increases again until an unacceptable weld is obtained which is characterized by metal release, adhesion of the sheet to the electrode, noisy welding noise, or a combination thereof. The highest current producing an acceptable weld is the upper limit of the welding current. The welding current range is between the upper and lower limits of the welding current. For example, a welding current range measurement can be performed using a composite material having a thickness of about 0.8 mm and a galvanized steel sheet having a thickness of about 0.8 mm. The electrode on the composite has a diameter of about 3.8 mm and the electrode on the galvanized steel sheet has a thickness of about 4.8 mm. A compressive force of about 2713 Nt (e.g., 610 pounds) may be applied. Welding conditions for the welding current range measurement include an intermediate wavelength DC welding current having a wavelength of about 1,000 Hz, a stroke time of about 50 milliseconds, and a welding time of about 200 milliseconds. The material is preferably about 25 mm wide and 25 mm or 75 mm thick. When welded to steel of the same thickness as the composite material, the welding current range lc of the composite material is preferably greater than the current range lm for two steel sheets of the same thickness as the composite material. The ratio of lc to lm is preferably at least about 1.1, more preferably at least about 1.2, more preferably at least about 1.3, even more preferably at least about 1.4, and most preferably at least about 1.5. The current range, lc, of the composite material is preferably at least about 1.5 kA, more preferably at least about 1.7 kA, and even more preferably at least about 1.9. kA, more preferably at least about 2.1 kA, more preferably at least about 2.3 kA, and most preferably at least about 2.5 kA. Figure 6 shows the welding current range for a composite material having a surprisingly high welding current range.
정전 접촉 저항(SCR)의 시험방법Test method of electrostatic contact resistance (SCR)
재료 또는 두 재료 스택의 SCR은 복합물 시트와 두께 약 0.8mm의 냉연강 시트를 포함하는 스택을 대면 직경 약 4.8mm의 두 class I - RWNA 전극 사이에 놓고 측정한다. 특별한 언급이 없는 한, SCR은 전극에 의해 적용된 약 2220Nt(약 500lb)의 힘을 사용하여 측정한다. SCR 측정 동안, 전극에 부하가 걸리는 시간으로부터 약 45초 동안 저항을 측정한다. SCR은 저항이 안정된 다음, 5초 동안 재료 또는 두 재료 스택의 평균 저항에 의해 결정된다. 안정한 SCR은 초당 2% 이하, 1% 이하, 0.5% 이하의 변화로 결정한다. 약 1.2mm 이상 두께를 갖는 재료의 SCR 측정에는 고압이 사용될 수 있다. 재료의 SCR은 두께 약 0.8mm, 폭 약 25mm 및 길이 약 25mm 또는 75mm의 시료를 사용하여 측정한다. 그러나 다른 두께, 길이, 및 폭의 시료를 사용할 수도 있다.The SCR of the material or two material stacks is measured by placing the composite sheet and the stack containing the cold rolled steel sheet with a thickness of about 0.8 mm between two class I - RWNA electrodes with a diameter of about 4.8 mm. Unless otherwise noted, the SCR is measured using a force of about 2220 Nt (about 500 lb) applied by the electrode. During the SCR measurement, the resistance is measured for about 45 seconds from the time the electrode is loaded. The SCR is determined by the average resistance of the material or two material stacks for 5 seconds after the resistance is stable. A stable SCR is determined by a change of less than 2%, less than 1%, less than 0.5% per second. High pressure may be used for SCR measurements of materials having a thickness greater than about 1.2 mm. The SCR of the material is measured using a sample having a thickness of about 0.8 mm, a width of about 25 mm, and a length of about 25 mm or 75 mm. However, samples of different thickness, length, and width may be used.
복합 재료의 SCR은 바람직하게는 약 0.0020 Ω 이하, 보다 바람직하게는 약 0.0017 Ω 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.0015 Ω 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.0012 Ω 이하, 가장 바람직하게는 약 0.0008 Ω 이하이다.The SCR of the composite material is preferably about 0.0020 Ω or less, more preferably about 0.0017 Ω or less, more preferably about 0.0015 Ω or less, still more preferably about 0.0012 Ω or less, and most preferably about 0.0008 Ω or less.
단일재료의 강철보다 큰 정전 접촉 저항을 갖는 것이 높은 용접 전류 범위를 얻는데 유용하다. 따라서, 강철 (예를 들어, 냉연강, 아연 도금강, 또는 이들의 조합)의 정전 접촉 저항에 대한 복합재료의 정전 접촉 저항 비는 바람직하게는 약 1 이상, 보다 바람직하게는 약 1.2 이상, 보다 바람직하게는 약 1.5 이상, 보다 바람직하게는 약 2 이상, 보다 바람직하게는 약 3 이상, 보다 바람직하게는 약 4 이상, 보다 바람직하게는 약 5 이상 및 가장 바람직하게는 약 10 이상이다. 복합 재료의 SCR이 너무 높으면, 복합물이 전류를 통과시키는데 어려움을 겪어서 쉽게 용접되지 않는다. 따라서, 강철 (예를 들어, 냉연강, 아연 도금강, 또는 이들의 조합)의 정전 접촉 저항에 대한 복합재료의 정전 접촉 저항 비는 바람직하게는 약 1000 이하, 보다 바람직하게는 약 300 이하, 보다 바람직하게는 약 100 이하, 보다 바람직하게는 약 75 이하, 가장 바람직하게는 약 40 이하이다. Having a larger electrostatic contact resistance than steel of a single material is useful for obtaining a high welding current range. Thus, the ratio of electrostatic contact resistances of the composite to the electrostatic contact resistance of steel (e. G., Cold rolled steel, galvanized steel, or combinations thereof) is preferably at least about 1, more preferably at least about 1.2, Preferably about 1.5 or more, more preferably about 2 or more, more preferably about 3 or more, still more preferably about 4 or more, still more preferably about 5 or more, and most preferably about 10 or more. If the SCR of the composite is too high, the composite will have difficulty passing current and will not be easily welded. Thus, the ratio of electrostatic contact resistances of the composite to the electrostatic contact resistance of steel (e. G., Cold rolled steel, galvanized steel, or combinations thereof) is preferably less than about 1000, more preferably less than about 300, Preferably about 100 or less, more preferably about 75 or less, and most preferably about 40 or less.
금속 층Metal layer
상기한 바와 같이, 복합물은 샌드위치 구조를 사용하는데, 중합체 심재가 대향하는 층 사이에 끼워진다. 예를 들어, 구조물은 두 시트(예를 들어, 금속 시트)를 포함하고 금속 섬유 강화 중합체 심재가 시트 사이에, 바람직하게는 시트와 접촉하도록 끼워진다. 샌드위치 구조의 금속 층 (예를 들어, 첫 번째 금속 층 및 두 번째 금속 층)은 적합한 재료(예를 들어, 금속)로 호일, 시트 또는 층을 따라 같거나 다른 두께(예를 들어, 평균 두께)를 갖는 다른 층의 형태를 갖는다. 각 금속 층은 일반적으로 일정하거나 변화하는 두께를 갖는다. 각 면의 금속은 같거나 다른 성질을 갖는 재료로 만들어지고 같거나 다른 금속으로 만들어진다. 금속 면이 다른 두께의 금속 시트로 만들어진다면, 재료는 다른 성질을 갖거나, 다른 금속을 갖는다. 복합 재료는 다른 금속 면을 구별하기 위한 표시나 다른 수단을 가질 수 있다. 그 층은 다른 층과 같거나 다른 조성물, 크기(예를 들어, 두께, 폭, 부피 등), 모양, 등을 가진다. 금속 층은 내부식성에 도움이 되는 표면처리 (예를 들어 아연, 인 또는 둘 다로 피복)를 가질 수 있다. 충전된 중합체 층으로 복합물을 제조하기 전, 또는 후에, 하나 이상의 금속 층은 아연도금, 인산염 처리 또는 둘 다로 처리될 수 있다.As described above, the composite uses a sandwich construction in which a polymer core is sandwiched between opposed layers. For example, the structure includes two sheets (e.g., a metal sheet) and the metal fiber reinforced polymer core is sandwiched between the sheets, preferably in contact with the sheet. The metal layers (e.g., the first metal layer and the second metal layer) of the sandwich structure may be of the same or different thicknesses (e.g., average thickness) along the foil, sheet or layer with a suitable material Lt; / RTI > layer. Each metal layer generally has a constant or varying thickness. The metal on each side is made of the same or different material and is made of the same or different metal. If the metal surface is made of a metal sheet of different thickness, the material may have different properties or have different metals. The composite material may have markings or other means to distinguish the different metal surfaces. The layer may have the same composition or size (e.g., thickness, width, volume, etc.), shape, etc., as the other layers. The metal layer may have a surface treatment (e. G., Coated with zinc, phosphorus, or both) that contributes to corrosion resistance. Before or after fabricating the composite into a filled polymer layer, one or more of the metal layers may be treated with zinc plating, a phosphate treatment, or both.
금속 층의 예는 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)의 단락 082-091에 게시되어 있다. 바람직한 금속 층은 하나 이상의 강철을 포함한다. An example of a metal layer is disclosed in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published Feb. 25, 2010), paragraph 082-091. Preferred metal layers include one or more steels.
패널용, 예를 들어 자동차 패널용의 고강도 강을 사용하는 강철의 다운 게이징 성능은 일반적으로 고강도 강철에 의해서가 아니라, 강철의 굴곡 탄성률에 의해 한정된다. 놀랍게도, 충전된 종합체층은 다운 게이징이 가능하도록 복합 재료의 굴곡 탄성률에 대한 충분한 강성을 제공한다. 예를 들어 고강도의 강철을 경량 복합 재료의 하나 이상의 금속 층(첫 번째 금속 층, 두 번째 금속 층 또는 둘 다)으로 사용할 수 있다. 고강도 강철은 약 200MPa 이상, 바람직하게는 약 320MPa 이상, 더 바람직하게는 310MPa 이상의 높은 항복 강도를 갖는다. 고강도 강철은 약 600MPa 이하의 항복 강도를 갖는다. 고강도 강철은 약 340MPa 이상, 바람직하게는 약 370MPa 이상, 보다 바람직하게는 약 400MPa 이상, 더 바람직하게는 약 430MPa 이상, 가장 바람직하게는 약 450MPa 이상의 인장 강도를 갖는다. 고강도 강철은 약 800MPa 이하의 인장 강도를 갖는다.Down gauging performance of steel for panels, such as those using high strength steels for automotive panels, is generally limited by the flexural modulus of the steel, not by high strength steels. Surprisingly, the filled composite layer provides sufficient stiffness to the flexural modulus of the composite to allow down sizing. For example, high-strength steel can be used as one or more metal layers (first metal layer, second metal layer, or both) of a lightweight composite material. The high-strength steel has a high yield strength of at least about 200 MPa, preferably at least about 320 MPa, more preferably at least 310 MPa. The high strength steel has a yield strength of about 600 MPa or less. The high strength steel has a tensile strength of at least about 340 MPa, preferably at least about 370 MPa, more preferably at least about 400 MPa, more preferably at least about 430 MPa, and most preferably at least about 450 MPa. The high strength steel has a tensile strength of about 800 MPa or less.
첫 번째 금속 층, 두 번째 금속 층 또는 둘 다는 충분한 양의 고강도 강철을 포함하여 ASTM D790에 따라 측정한 복합 재료의 탄성 계수는 최소 약200 GPa이고, 충전된 중합체 층의 농도는 충분히 높아 복합 재료의 밀도는 약 0.8 dm 이하이며, 여기에서 dm 은 첫 번째 금속 층 및 두 번째 금속 층의 중량평균 밀도이다. 놀랍게도 그러한 복합 재료는 하나 또는 두 가지의 하기 특성을 갖는다: 약 100MPa 이상, (바람직하게는 약 120MPa 이상, 보다 바람직하게는 약 140MPa 이상, 더 바람직하게는 약 170MPa 이상, 더 바람직하게는 약 200MPa 이상, 그리고 가장 바람직하게는 약 240MPa 이상)의 높은 항복 강도; 또는 약 160MPa 이상( 바람직하게는 약 200MPa 이상, 보다 바람직하게는 약 220MPa 이상, 더 바람직하게는 약 250MPa 이상, 더 바람직하게는 약 270MPa 이상, 더 바람직하게는 약 290MPa 이상, 그리고 가장 바람직하게는 약 310MPa 이상)의 높은 인장 강도.The first metal layer, the second metal layer, or both, including a sufficient amount of high strength steel, the elastic modulus of the composite measured according to ASTM D790 is at least about 200 GPa, and the concentration of the filled polymer layer is sufficiently high, density is greater than about 0.8 d m, where d m is the weight average density of the first metal layer and second metal layers. Surprisingly, such a composite material has one or two of the following properties: at least about 100 MPa, (preferably at least about 120 MPa, more preferably at least about 140 MPa, more preferably at least about 170 MPa, even more preferably at least about 200 MPa , And most preferably at least about 240 MPa); Or about 160 MPa or higher (preferably about 200 MPa or higher, more preferably about 220 MPa or higher, more preferably about 250 MPa or higher, more preferably about 270 MPa or higher, even more preferably about 290 MPa or higher, and most preferably about 310 MPa or higher) tensile strength.
바람직한 금속 층은 복합 재료가, 예를 들어, 주기적인 패턴으로 변화하지 않도록, 일반적으로 균일한 두께를 갖는다. 예를 들어, 100mm x 100mm로 절단한 금속에서 가장 높은 두께와 가장 낮은 두께의 차이를, 평균 두께로 나누면, 약 20% 이하, 약 10% 이하, 또는 약 5% 이하이다.The preferred metal layer has a generally uniform thickness such that the composite does not change, for example, in a periodic pattern. For example, the difference between the highest thickness and the lowest thickness in a metal cut to 100 mm x 100 mm is about 20% or less, about 10% or less, or about 5% or less by the average thickness.
하나 또는 두 금속 면은 바람직하게는 비교적 두꺼워, 복합 재료의 제조 도는 가공 시에 금속 면이 주름이 지거나 찢어지거나, 다른 결점이 생기지 않는다. 바람직하게는, 하나 또는 두 금속 면의 두께는 최소 약 0.05mm, 보다 바람직하게는 최소 약 0.10mm, 보다 바람직하게는 최소 약 0.15mm, 가장 바람직하게는 최소 약 0.18mm이다. 시트는 3mm 이하, 바람직하게는 1.5mm 이하, 보다 바람직하게는 1mm 이하, 가장 바람직하게는 0.5mm 이하의 두께를 갖는다. 예를 들어, 복합 재료는 하나 이상의 A 또는 B 등급 표면, 바람직하게는 하나 이상의 A 등급 표면(예를 들어, 스탬핑 단계, 용접 단계, 전기코팅 단계, 페인팅 단계, 또는 이들의 조합 후에)을 요구하는 자동차 패널에 사용될 수 있다. 그러한 복합 재료는 첫 번째 표면은 A 등급 표면이고 두 번째 표면은 A 등급 표면이 아닐 수 있다. A 등급 표면인 첫 번째 금속 면은 비교적 두께가 두껍고 임의로 A 등급 표면이 아닌 두 번째 금속 면은 비교적 얇은 두께(예를 들어, 첫 번째 금속 면 두께의 약 20% 또는 약 40% ㅇ이하)를 가질 수 있다. 일반적으로, 두 번째 금속 층의 두께에 대한 첫 번째 금속 층의 두께(예를 들어, 평균 두께) 비율은 약 0.2 내지 약 5, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 2.0, 보다 바람직하게는 약 0.75 내지 약 1.33, 가장 바람직하게는 약 0.91 내지 약 1.1이다.The one or both metal surfaces are preferably relatively thick, so that the metal surface does not wrinkle, tear, or otherwise suffer defects during fabrication or processing of the composite. Preferably, the thickness of one or both of the metal surfaces is at least about 0.05 mm, more preferably at least about 0.10 mm, more preferably at least about 0.15 mm, and most preferably at least about 0.18 mm. The sheet has a thickness of 3 mm or less, preferably 1.5 mm or less, more preferably 1 mm or less, and most preferably 0.5 mm or less. For example, the composite material may require one or more A or B grade surfaces, preferably one or more A grade surfaces (e.g., after stamping, welding, electrocoating, painting, Can be used in automotive panels. In such a composite, the first surface may be a Class A surface and the second surface may not be a Class A surface. The first metal surface, which is a Class A surface, is relatively thick and optionally has a second metal surface that is not a Class A surface (e.g., about 20% or less than about 40% of the first metal surface thickness) . Generally, the ratio of the thickness (e.g., average thickness) of the first metal layer to the thickness of the second metal layer is from about 0.2 to about 5, preferably from about 0.5 to about 2.0, more preferably from about 0.75 to about 1.33, and most preferably from about 0.91 to about 1.1.
복합 재료Composite material
복합 재료는 적층된 시트, 예를 들어, 금속 재료의 시트에 샌드위치된 충전된 중합체 재료를 포함하는 샌드위치 구조이다. 시트의 전체 평균 두께는 약 30mm 이하, 바람직하게는 약 10mm 이하, 보다 바람직하게는 약 4mm 이하, 가장 바람직하게는 약 2mm 이하이고; 바람직하게는 약 0.1mm 이상, 보다 바람직하게는 약 0.3mm 이상, 가장 바람직하게는 약 0.7mm 이상이다. 복합 재료는 일반적으로 균일한 두께를 가지거나 변화하는(예를 들어, 하나 이상의 방향으로 불규칙하게 또는 주기적으로 변화하는) 두께를 갖는다. 예를 들어, 두께 변화는 평균 두께의 약 10% 이하의 표준 편차를 갖는다. 두께의 표준 편차는 평균 두께의 바람직하게는 약 5% 이하, 보다 바람직하게는 약 2% 이하, 가장 바람직하게는 약 1% 이하이다. The composite material is a sandwich structure comprising a laminated sheet, for example, a filled polymeric material sandwiched between sheets of metal material. The total average thickness of the sheet is about 30 mm or less, preferably about 10 mm or less, more preferably about 4 mm or less, and most preferably about 2 mm or less; Preferably at least about 0.1 mm, more preferably at least about 0.3 mm, and most preferably at least about 0.7 mm. Composite materials generally have a uniform thickness or varying thickness (e.g., irregularly or periodically varying in one or more directions). For example, the thickness variation has a standard deviation of less than about 10% of the average thickness. The standard deviation of the thickness is preferably no more than about 5%, more preferably no more than about 2%, and most preferably no more than about 1% of the average thickness.
충전된 중합체 층의 두께는 복합 재료 전체 두께의 약 10%, 20% 30%, 40%, 이상이다. 충전된 중합체 층의 부피는 복합 재료 전체 부피의 약 10%, 20%, 30%, 40%, 이상이다. 바람직하게는, 충전된 중합체 층의 부피는 복합 재료 전체 부피의 50% 이상이다. 충전된 중합체 재료의 농도는 복합 재료 전체 부피를 기준으로, 보다 바람직하게는 약 60부피% 이상, 보다 바람직하게는 약 70부피% 이상이다. 충전된 중합체 재료의 농도는 일반적으로 복합 재료 전체 부피를 기준으로 92부피% 이하이다. 그러나 더 높은 농도도, 사용될 수 있는데, 특히 비교적 두꺼운 복합물 (예를 들어, 약 1.5mm 이상의 두께를 갖는 경우)에서 그러하다.The thickness of the filled polymer layer is about 10%, 20%, 30%, 40%, or more of the total composite material thickness. The volume of the filled polymer layer is about 10%, 20%, 30%, 40%, or more of the total volume of the composite material. Preferably, the volume of the filled polymer layer is at least 50% of the total volume of the composite material. The concentration of the charged polymeric material is more preferably at least about 60% by volume, more preferably at least about 70% by volume, based on the total volume of the composite material. The concentration of the charged polymeric material is generally no greater than 92% by volume based on the total volume of the composite material. However, higher concentrations may also be used, especially in relatively thick composites (e.g., having a thickness of at least about 1.5 mm).
샌드위치 복합물 구조의 외부 층(예를 들어, 금속 층)의 전체 두께는 복합 재료 전체 두께의 약 70% 이하, 바람직하게는 약 50% 이하, 보다 바람직하게는 약 40% 이하, 가장 바람직하게는 약 30% 이하이다. 외부 층(예를 들어, 금속 층)의 전체 두께는 복합 재료 전체 두께의 약 5% 이상, 바람직하게는 약 10% 이상, 보다 바람직하게는 약 20% 이상이다. The total thickness of the outer layer (e.g., metal layer) of the sandwich composite structure is about 70% or less, preferably about 50% or less, more preferably about 40% or less, most preferably about 30% or less. The total thickness of the outer layer (e.g., metal layer) is at least about 5%, preferably at least about 10%, and more preferably at least about 20% of the total thickness of the composite material.
중합체 심재 층은 바람직하게는 심재 층에 면하는 결합 층 (예를 들어, 하나 이상의 금속 층)의 적어도 일부 표면과 직접 또는 간접 접촉 (예를 들어 프라이머 및/또는 접착제 층)을 한다. 바람직하게는, 접촉 면적은 중합체 심재 층에 면하는 결합 층 표면 전체 면적의 최소 약 30%, 보다 바람직하게는 최소 약 50%, 가장 바람직하게는 최소 약 70%이다. 프라이머 또는 접착제 층이 사용되는 경우, 복합재료의 성질에 영향을 주지 않도록 두께는 바람직하게는 충분히 얇아야 한다. 사용되는 경우 중합체 심재 층의 두께에 대한 프라이머 및/또는 접착제 층의 두께 비율은 바람직하게는 약 0.30 이하, 보다 바람직하게는 약 0.20 이하, 보다 바람직하게는 약 0.10 이하, 보다 바람직하게는 약 0.05 이하, 가장 바람직하게는 약 0.02 이하이다. 두 인접한 금속 층은 바람직하게는 실질적으로 서로 접촉하지 않는다. 첫 번째 금속 층이 두 번째 금속 층을 접촉하는 경우에는, 첫 번째 금속 층의 표면적에 대한 접촉면적의 비율은 바람직하게는 약 0.3 이하, 보다 바람직하게는 약 0.1 이하, 보다 바람직하게는 약 0.05 이하, 보다 바람직하게는 약 0.02 이하, 가장 바람직하게는 약 0.01 이하이다.The polymeric core layer preferably undergoes direct or indirect contact (e.g., primer and / or adhesive layer) with at least a portion of the surface of the bonding layer (e.g., one or more metal layers) facing the core layer. Preferably, the contact area is at least about 30%, more preferably at least about 50%, and most preferably at least about 70% of the total area of the bonding layer surface facing the polymer core layer. If a primer or adhesive layer is used, the thickness should preferably be sufficiently thin so as not to affect the properties of the composite material. When used, the thickness ratio of the primer and / or adhesive layer to the thickness of the polymeric core layer is preferably less than or equal to about 0.30, more preferably less than or equal to about 0.20, more preferably less than or equal to about 0.10, , And most preferably about 0.02 or less. The two adjacent metal layers preferably do not substantially contact each other. When the first metal layer contacts the second metal layer, the ratio of the contact area to the surface area of the first metal layer is preferably less than about 0.3, more preferably less than about 0.1, more preferably less than about 0.05 , More preferably not more than about 0.02, and most preferably not more than about 0.01.
복합 재료는 복수의 중합체 심재 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복합 재료는 금속 층, 다른 심재 층 또는 둘 다에 접착하는 접착제를 포함하는 하나 이상의 심재 층을 포함할 수 있다. The composite material may comprise a plurality of polymer core layers. For example, the composite material may include one or more core layers, including an adhesive that adheres to a metal layer, another core layer, or both.
예를 들어 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899호에 기재된 바와 같이, 복합 재료는 밀도 비에 비해 비교적 고강성일 수 있다.For example, as described in International Patent Application Publication WO 2010/021899, a composite material may be relatively stiff compared to a density ratio.
충전된 중합체 층 및 복합물의 제조공정 Processes for preparing filled polymer layers and composites
충전된 중합체 재료 및 복합 재료의 제조 공정은 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개) 단락 092-107에 기재된 방법으로 실시된다. 공정을 사용하여 제조된 복합 재료는 충전된 중합체 재료 (예를 들어, 심재 층)이 하나 이상의 결합 층(예를 들어, 금속 시트)에 부가된 것으로, 바람직하게는 두 층 (예를 들어, 두 금속 층) 사이에 끼워져 하나 또는 두 층에 부착된 것이다. 공정은 가열, 냉각, 변형(예를 들어, 성형, 예를 들어 스탬핑), 또는 부착 중의 하나 이상을 거치게 되며 최종 제품에 도달하게 된다. 하나 이상의, 또는 모든 결합 층(예를 들어, 금속 층)은 압연 시트, 단조물, 주조물, 성형 구조물, 압출된 층, 소결된 층, 또는 이들의 조합으로 제공될 수 있다.The manufacturing process of the filled polymeric material and the composite material is carried out by the method described in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published on Feb. 25, 2010) paragraph 092-107. (E.g., a core layer) is added to one or more bonding layers (e.g., metal sheets), preferably two layers (e. G., Two Metal layer) and attached to one or both layers. The process goes through at least one of heating, cooling, deforming (e.g., molding, e.g. stamping), or attaching, and arriving at the final product. One or more, or all, bonding layers (e.g., metal layers) may be provided in the form of a rolled sheet, forgings, castings, forming structures, extruded layers, sintered layers, or combinations thereof.
시트는 90℃ 이상의 온도(예를 들어 130℃ 이상, 또는 180℃ 이상)로 가열될 수 있다. 바람직하게는, 시트는 약 Tmin 이상의 온도로 가열될 수 있고, 여기에서 Tmin 은 충전된 중합체 재료의 열가소성 재료의 최고 유리 전이 온도 (Tg) 및 융점 (Tm) 이다. 금속 시트, 충전된 중합체 재료, 또는 둘 다는 중합체 (예를 들어, 열가소성 중합체)가 현저한 분해를 진행하는 이상의 초고 온도로 가열될 수 있다. 열가소성 중합체는 바람직하게는 약 350℃ 이하, 보다 바람직하게는 약 300℃ 이하로 가열될 수 있다. 가열된 중합체는 금속 섬유, 및 부가의 충전재와 혼합될 수 있다. 가열된 중합체(예를 들어, 열가소성 중합체)는 시트 층으로 압출될 수 있다. 시트 층은 직접 금속 면 사이로 압출되거나, 공정에서 또는 별도의 단계에서 금속 면 사이에 놓일 수 있다. 공정은 중합체가 미리 정해놓은 최대 수분 함량 이하로 물을 포함하도록 중합체를 건조하는 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 중합체 건조 단계는 중합체 가열 전, 가열 중, 또는 가열 단계 후에 행해질 수 있다. 공정은 중합체, 중합체 심재 층, 또는 복합 재료를 낮은 습도 환경에 보관하여 중합체의 수분 농도를 미리 정해놓은 최대 수분 함량 이하로 유지하는 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. The sheet may be heated to a temperature of 90 占 폚 or higher (e.g., 130 占 폚 or higher, or 180 占 폚 or higher). Preferably, the sheet is about T min , Where T min is the maximum glass transition temperature (T g ) and melting point (T m ) of the thermoplastic material of the filled polymeric material. The metal sheet, the filled polymeric material, or both, can be heated to an ultra-high temperature at which the polymer (e.g., a thermoplastic polymer) undergoes significant degradation. The thermoplastic polymer may preferably be heated to about 350 캜 or less, more preferably to about 300 캜 or less. The heated polymer may be mixed with metal fibers, and additional fillers. The heated polymer (e.g., a thermoplastic polymer) can be extruded into a sheet layer. The sheet layer may be extruded directly between the metal surfaces, or may be placed between the metal surfaces in a process or in a separate step. The process may include one or more steps of drying the polymer such that the polymer comprises water at or below a predetermined maximum moisture content. The polymer drying step may be performed before, during, or after the heating of the polymer. The process may include one or more steps of keeping the polymer, polymeric core layer, or composite material in a low humidity environment to maintain the moisture concentration of the polymer below a predetermined maximum moisture content.
중합체 심재 층은 균일한 층이거나 다수의 하부 층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 충전된 중합체 재료는 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)에 기재된 접착층을 포함할 수 있다.The polymer core layer may be a uniform layer or may consist of multiple lower layers. For example, the filled polymeric material may include an adhesive layer as described in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published Feb. 25, 2010).
복합 재료의 제작 공정은 하나 이상의 금속 층을 가열, 층에 압력을 적용, 중합체(예를 들어, 열가소성 중합체 또는 금속 섬유 및 임의의 충전재와 혼합된 열가소성 중합체)를 캘린더링, 및 복합물 시트를 담금질(예를 들어, 재료에서 열가소성 중합체의 융점 이상에서)하는 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. The process of making the composite material may include heating one or more metal layers, applying pressure to the layers, calendering a polymer (e.g., a thermoplastic polymer mixed with a thermoplastic polymer or metal fiber and optional filler), and quenching the composite sheet At least above the melting point of the thermoplastic polymer in the material).
충전된 중합체 재료 (예를 들어, 샌드위치 복합물의 심재 층)의 제조 공정은 섬유를 중합체(예를 들어, 열가소성 중합체)의 적어도 일부와 접촉하는 단계, 섬유와 중합체의 적어도 일부를 블렌딩하는 단계, 또는 둘 다를 포함한다. 중합체 층을 성형하는 공정은 연속 공정 또는 배치 공정이다. 바람직하게는, 공정은 연속 공정이다. 블렌딩 또는 접촉 단계는 중합체를 약 90℃ 이상, 약 140℃ 이상, 약 170℃ 이상, 또는 약 190℃ 이상의 최대 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 블렌딩 또는 접촉 단계는 중합체를 약 350℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 280℃ 이하, 약 270℃ 이하, 또는 약 250℃ 이하의 최대 온도로 가열하는 단계를 포함한다. . The process of making a filled polymeric material (e.g., a core layer of a sandwich composite) comprises contacting the fibers with at least a portion of a polymer (e.g., a thermoplastic polymer), blending at least a portion of the fibers and polymer, Both. The step of molding the polymer layer is a continuous process or a batch process. Preferably, the process is a continuous process. The blending or contacting step includes heating the polymer to a maximum temperature of at least about 90 占 폚, at least about 140 占 폚, at least about 170 占 폚, or at least about 190 占 폚. The blending or contacting step includes heating the polymer to a maximum temperature of about 350 DEG C or less, about 300 DEG C or less, about 280 DEG C or less, about 270 DEG C or less, or about 250 DEG C or less. .
공정은 적어도 일부의 충전된 중합체 재료의 중합체가 약 80℃ 이상, 바람직하게는 120℃ 이상, 보다 바람직하게는 180℃ 이상, 보다 바람직하게는 210℃ 이상, 가장 바람직하게는 230℃ 이상의 온도에 있을 때 압력을 적용하는 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 압력 적용 단계는 0.01MPa 이상, 바람직하게는 0.1MPa 이상, 보다 바람직하게는 0.5MPa 이상, 보다 바람직하게는 1MPa 이상, 가장 바람직하게는 2MPa 이상의 최대 압력을 사용할 수 있다. 압력 적용 단계 중의 최대 압력은 200MPa 이하, 바람직하게는 100MPa 이하, 보다 바람직하게는 40MPa 이하, 가장 바람직하게는 25MPa 이하이다. 공정은 또한 복합 재료의 냉각 단계를 포함할 수 있다(예를 들어, Tmin 이하의 온도로, 바람직하게는 충전된 중합체 재료의 중합체의 융점 이하로, 보다 바람직하게는 약 50℃ 이하로). Process is performed such that the polymer of at least a portion of the charged polymeric material is at a temperature of at least about 80 캜, preferably at least 120 캜, more preferably at least 180 캜, more preferably at least 210 캜, and most preferably at least 230 캜 And may include one or more steps of applying pressure. The pressure application step may use a maximum pressure of 0.01 MPa or higher, preferably 0.1 MPa or higher, more preferably 0.5 MPa or higher, more preferably 1 MPa or higher, and most preferably 2 MPa or higher. The maximum pressure in the pressure applying step is 200 MPa or less, preferably 100 MPa or less, more preferably 40 MPa or less, and most preferably 25 MPa or less. The process may also include cooling the composite material (e.g., T min Preferably below the melting point of the polymer of charged polymeric material, more preferably below about 50 < 0 > C).
복합 재료는 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)에 기재된 적층체를 포함할 수 있다. The composite material may include the laminate described in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published Feb. 25, 2010).
중합체 재료에 수분함량을 낮춰서 중합체 재료의 충전재가 부식이 일어나지 않도록 중합체 재료가 물(액체, 가스 또는 고체)과 접촉하는 것을 막는 것이 바람직하다. 따라서, 복합 재료의 제조 공정은 복합 재료가 액체 또는 가스와 접촉하지 못하도록 모서리를 실질적으로 보호하는 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅 또는 보호층을 하나 이상의 (또는 바람직하게는 모든 ) 중합체 층(심재 층)의 모서리에 설치하거나, 또는 하나 이상의 (또는 바람직하게는 모든) 복합 재료의 모서리를 밀봉하거나, 또는 이들의 조합을 실시하는 것이다. 이러한 방법이 사용되는 경우, 중합체 층의 모서리에 설치되는 코팅 또는 보호층은 충전된 중합체 재료의 중합체에 비해 비교적 낮은 수분 투과성을 갖는 하나 이상의 재료를 포함한다. 비교적 낮은 수분 투과성을 갖는 어떤 재료를 사용해도 좋다. 낮은 투과성 재료는 폴리에틸렌 비닐 알코올 또는 이들의 공중합체 층, 폴리올레핀 단일 중합체 또는 하나 이상의 올레핀을 포함하는 공중합체 층, 또는 이들의 조합을 포함한다. 코팅 또는 보호층은 영구적으로 중합체 층, 금속 층 또는 둘 다에 부착될 수 있다. 또는, 코팅 또는 보호층은 일시적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 코팅 또는 보호층은 하나 이상의 성형 단계 전, 하나 이상의 용접 단계 전, 하나 이상의 전기코팅 단계 전, 또는 하나 이상의 페인팅 단계 전에 제거될 수 있다. 금속 층 사이의 하나 이상의 밀폐된 공간을 형성하는 공지 기술을 사용하여 복합 재료의 모서리를 밀봉할 수 있다. 예를 들어, 금속 층은 모서리 근처로 서로 용접될 수 있다. 금속 층은 복합 재료의 전체 주변을 따라 함께 용접될 수 있다 . It is desirable to reduce the moisture content of the polymeric material to prevent the polymeric material from contacting water (liquid, gas or solid) so that the filler of the polymeric material will not corrode. Thus, the manufacturing process of the composite material may include one or more steps that substantially protect the edge to prevent the composite material from contacting the liquid or gas. For example, a coating or protective layer may be placed on the edge of one or more (or preferably all) polymer layers (core layers), or the edges of one or more (or preferably all) Is performed. When such a method is used, the coating or protective layer provided on the edge of the polymeric layer comprises one or more materials having a relatively low water permeability compared to the polymer of the filled polymeric material. Any material having a relatively low moisture permeability may be used. The low permeability material includes a polyethylene vinyl alcohol or copolymer layer thereof, a polyolefin homopolymer or a copolymer layer comprising at least one olefin, or a combination thereof. The coating or protective layer may be permanently attached to the polymer layer, the metal layer, or both. Alternatively, the coating or protective layer may be used temporarily. For example, the coating or protective layer may be removed before one or more molding steps, before one or more welding steps, before one or more electrical coating steps, or before one or more painting steps. The edges of the composite material can be sealed using known techniques to create at least one enclosed space between the metal layers. For example, the metal layers can be welded together near the edges. The metal layers can be welded together along the entire periphery of the composite material.
중합체 층 또는 복합 재료의 구성성분을 조립하는 동안 또는 그 후에 사용되는 부품의 질을 모니터링하는 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 모니터링은 둘 이상의 층 사이의 결합 강도를 확인하거나, 복합물의 하나 이상의 층의 섬유의 적절한 분산을 확인하거나, 표면 이상(예를 들어 균열, 흠, 주름, 거칠기 등)을 검출하거나, 공극을 검출하거나, 두께 분포(예를 들어, 평균 두께, 두께 분포, 최소 두께, 최대 두께, 또는 이들의 조합)를 측정하거나 또는 이들의 조합이다. And may include one or more steps of monitoring the quality of the parts used during or after the assembly of the polymer layer or components of the composite. Monitoring may include identifying the bond strength between two or more layers, confirming proper dispersion of the fibers of one or more layers of the composite, detecting surface anomalies (e.g., cracks, flaws, wrinkles, roughness, etc.) , A thickness distribution (e.g., average thickness, thickness distribution, minimum thickness, maximum thickness, or a combination thereof), or a combination thereof.
하나 이상의 프로브를 사용하여 부품(예를 들어, 중합체 재료 또는 복합 재료)을 모니터링 하는 방법도 있다. 모니터링은 광학적으로(예를 들어 표면 흠결의 검출, 두께나 두께 분포의 측정, 적외선 측정에 의한 온도, 또는 이들의 조합) 행해질 수도 있다. 하나 이상의 외부 자극에 대한 부품의 반응을 측정하는 것으로 행할 수도 있다. 예를 들어, 전기 전도성, 전기 저항, 임피던스, 또는 다른 전기적 특성은 적용된 전기 자극에 대한 반응으로 측정한다. 예를 들어 프로브를 사용하여 부품 상의 하나 이상의 부위에서 전기 특성을 측정할 수 있다(전기 자극에 대해 순차적으로 및/또는 동시에). 자기적 성질도 비슷한 방법으로 측정할 수 있다. 자극은 자기장일 수 있고 반응은 기계적 반응, 전기적 반응, 자기 반응, 또는 이들의 조합일 수 있다. 모니터링은 음향적으로 행해질 수도 있다(예를 들어, 프로브 또는 다른 음파, 예를 들어 초음파를 사용하여). 음향 측정은 공극, 균열, 조성물 분포 등을 측정하는데 사용된다. There is also a method of monitoring a part (e.g., a polymeric material or a composite material) using one or more probes. Monitoring may be done optically (e.g., detection of surface defects, measurement of thickness or thickness distribution, temperature by infrared measurement, or a combination thereof). Or by measuring the response of the part to one or more external stimuli. For example, electrical conductivity, electrical resistance, impedance, or other electrical properties are measured in response to applied electrical stimuli. For example, probes can be used to measure electrical properties at one or more sites on the part (sequentially and / or simultaneously to electrical stimulation). The magnetic properties can also be measured in a similar way. The stimulus may be a magnetic field and the response may be a mechanical response, an electrical response, a magnetic response, or a combination thereof. Monitoring may be done acoustically (e.g., using probes or other sound waves, e.g., using ultrasound). Acoustic measurements are used to measure pores, cracks, composition distribution, and so on.
바람직한 모니터링 장치는 하나 이상의 프로브 (예를 들어, 품질을 평가하기 위한 부품을 가로지르는, 일반적인 캐리어 상의 복수의 프로브(프로브 집합체도 가능) 및 프로브로부터 신호를 받는 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 조작, 예를 들어 신호를 측정된 부품에 대해 미리 예측된 값 범위와 비교하고, 신호가 예측된 값 범위 밖일 때 또는 미리 정해진 범위 내에 들 때 신호를 발생시킨다. 도 2는 그러한 시스템의 예를 나타낸다.A preferred monitoring device includes one or more probes (e.g., one or more processors that receive signals from a probe and a plurality of probes (also collectively referred to as probe assemblies) on a common carrier across a component for evaluating quality. For example, compares the signal to a range of predicted values for the measured part, and generates a signal when the signal is outside the predicted value range or within a predetermined range. Figure 2 shows an example of such a system.
본 발명의 적층된 작업편 12(예를 들어, 금속 층(14, 14') 사이에 금속 섬유를 포함한 중합체 층(16)이 샌드위치 된 적층체)이 장착된다. 층이 결합된 후 자극을 (예를 들어, 전기 자극을 전원(102)에 의해 인가한다) 하나 이상의 금속 층(14, 14'), 중합체 층(16), 또는 이들의 조합에 인가한다. 전기 자극은 하나 이상의 와이어(110) 또는 다른 수단의 전기 통신을 이용해 하나 이상의 금속 층으로 전달된다. A stack of
하나 이상의 프로브(104)는 캐리어(106)에 의해 이송되고, 작그에 대한 작업편의 반응을 측정한다. 프로브는 작업편의 한 면 또는 두 면에 올 수 있다. 측정된 반응은 프로세서(108)로 신호로 전송되고, 제어 상태에 있거나 자극원(예를 들어 전원(102))과 다른 신호 통신 상태에 있을 수 있다. The one or
본 발명의 모니터링 과정은 중합체 재료 (예를 들어, 펠렛, 시트, 또는 다른 중합체 재료의 시료)를 모니터링하는데도 사용될 수 있다. The monitoring process of the present invention can also be used to monitor polymeric materials (e. G., Samples of pellets, sheets, or other polymeric materials).
성형 공정Molding process
본 발명의 복합 재료는 적합한 성형 공정, 예를 들어, 재료를 가소적으로 변형하는 공정에 적용될 수 있고, 스탬핑, 롤 성형, 구부리기, 단조, 천공, 연신, 감기, 다른 금속 가공, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 바람직한 성형 공정은 복합 재료의 스탬핑 단계를 포함한다. 스탬핑 공정은 실온 또는 그 근처에서 일어난다. 예를 들어, 스탬핑 중 복합 재료의 온도는 약 65℃ 이하, 바람직하게는 약 45℃ 이하, 보다 바람직하게는 약 38℃ 이하이다. 성형 공정은 복합 재료의 영역을 다양한 연신비로 연신하는 공정을 포함할 수 있다. 본 발명에서, 복합 재료는 파단, 주름, 또는 좌굴 없이 비교적 높은 연신비로 연신하는 단계를 거치게 된다. 예를 들어, 연신 단계에서 적어도 일부의 복합물이 1.2이상의 연신비로 연신된다. 바람직하게는, 복합 재료는 약 1.5 이상, 바람직하게는 약 1.7 이상, 보다 바람직하게는 약 2.1 이상, 가장 바람직하게는 약 2.5 이상의 최대 연신비로 연신될 수 있다. 연신비의 균열 한계는 M. Weiss, M. E. Dingle, B. F. Rolfe, and P. D. Hodgson, "The Influence of Temperature on the Forming Behavior of Metal/Polymer Laminates in Sheet Metal Forming" Journal of Engineering Material and Technology, October 2007, Volume 129, Issue 4, pp. 534-535에 기재된 원형 컵 연신시험을 사용하여 측정한다. 성형 공정은 복합재료가 접촉하는 다이(예를 들어, 모스 경도 스케일로 측정했을 때 금속 섬유의 경도보다 큰 경도를 갖는 다이)에 압력을 적용하는 단계를 포함한다. The composite material of the present invention can be applied to a suitable forming process, for example, a process of tamponally deforming a material, and can be used for stamping, roll forming, bending, forging, perforating, drawing, winding, . ≪ / RTI > A preferred forming process comprises a stamping step of the composite material. The stamping process occurs at or near room temperature. For example, the temperature of the composite material during stamping is about 65 占 폚 or less, preferably about 45 占 폚 or less, and more preferably about 38 占 폚 or less. The forming process may include a step of stretching the area of the composite material at various stretching ratios. In the present invention, the composite material is subjected to a step of stretching at a relatively high stretching ratio without breaking, wrinkling, or buckling. For example, at least some of the composites in the stretching step are stretched at a stretching ratio of 1.2 or more. Preferably, the composite material can be stretched to a maximum draw ratio of at least about 1.5, preferably at least about 1.7, more preferably at least about 2.1, and most preferably at least about 2.5. The cracking limits of the stretching ratio are described in M. Weiss, ME Dingle, BF Rolfe, and PD Hodgson, "Influence of Temperature on the Forming Behavior of Metal / Polymer Laminates in Sheet Metal Forming", October 2007, Volume 129 ,
적합한 성형 공은 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)에 기재된 것을 포함할 수도 있다.Suitable molding balls may include those described in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published February 25, 2010).
복합 재료의 성형 후에, 공정은 충전된 중합체 재료로 수분의 투과를 막기 위해 복합 재료의 모서리를 보호하는 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 복합 재료의 모서리를 보호하기 위한 상기에 언급된 단계들을 사용할 수 있다. After molding of the composite material, the process may include one or more steps of protecting the edges of the composite material to prevent transmission of moisture to the filled polymer material. The above-mentioned steps for protecting the edges of the composite material may be used.
복합물의 특성Characteristics of Complex
중합체 층, 복합 재료, 또는 둘 다는, 낮은 스프링백 각도, 비교적 낮은 전기 저항, 우수한 용접 성능(예를 들어, 저항 용접을 사용하는 경우), 비교적 낮은 열 전도성, 비교적 낮은 음 전달, 또는 이들의 조합, 예를 들어 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)에 기재된 특성을 갖는다.The polymer layer, the composite material, or both can have a low spring back angle, relatively low electrical resistance, good weld performance (e.g., when using resistance welding), relatively low thermal conductivity, relatively low sound transmission, , For example, in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published Feb. 25, 2010).
바람직하게는, 충전된 열가소성 재료, 복합 재료, 또는 둘 다는 용접 가능(예를 들어, 저항 용접 기술, 예를 들어 스폿 용접, 시임 용접, 불꽃 용접, 돌기 용접, 또는 업셋 용접을 사용하여 용접 가능)하고 비교적 낮은 전기 저항을 갖는다. 본 발명은 복합 재료를 용접하는 하나 이상의 단계를 포함한다. 복합 재료의 전기 저항은 금속 층 및 심재 층의 전기 저항의 합으로 표시된다. 일반적으로, 금속 층의 전기 저항은 심재 층의 전기 저항보다 훨씬 적기 때문에, 복합 재료의 전기 저항은 심재 층의 전기 저항으로 추정할 수 있다. 저항(예를 들어, 시트 면에 대해 두께 방향으로 측정되는 저항)은 AC 변조를 사용하여 측정하고 전압 강하, V, 및 전류, I로부터 결정한다:Preferably, the filled thermoplastic material, composite material, or both are weldable (e.g., can be welded using resistance welding techniques such as spot welding, seam welding, spark welding, projection welding, or upset welding) And has a relatively low electrical resistance. The invention includes one or more steps of welding a composite material. The electrical resistance of the composite is expressed as the sum of the electrical resistances of the metal layer and the core layer. Generally, since the electrical resistance of the metal layer is much smaller than the electrical resistance of the core layer, the electrical resistance of the composite material can be estimated as the electrical resistance of the core layer. The resistance (for example, the resistance measured in the thickness direction with respect to the sheet surface) is measured using AC modulation and is determined from the voltage drop, V, and current, I:
저항 = (V/I) (A/t)Resistance = (V / I) (A / t)
여기에서 A는 시트의 면적이고, t는 시트의 두께이다. 복합 재료, 심재 층, 또는 둘 다의 저항(두께 방향을 통하는)은 비교적 낮다(예를 들어, 복합 재료, 심재 층(예를 들어, 충전된 열가소성 재료), 또는 둘 다의 저항은 약 100,000 Ω·cm, 바람직하게는 약 10,000 Ω·cm, 보다 바람직하게는 약 3,000 Ω·cm 이하, 가장 바람직하게는 약 1,000 Ω·cm 이하이다).Where A is the area of the sheet and t is the thickness of the sheet. The resistance (through the thickness direction) of the composite material, the core layer, or both is relatively low (e.g., the resistance of the composite material, core layer (e.g., filled thermoplastic material) Cm, preferably about 10,000 Ω · cm, more preferably about 3,000 Ω · cm or less, and most preferably about 1,000 Ω · cm or less.
바람직하게는, 복합 재료의 전기 저항성 충분히 낮아서 복합 재료와 동일한 두께를 갖는 두 개의 강판을 용접하는 것과 동일한 용접 스케쥴을 사용하여 기재에 용접할 수 있다. 예를 들어, 충진된 중합체 재료, 또는 복합 재료의 전기 저항성은 두께 방향을 통해 바람직하게는 약 100 Ω·cm 이하, 약 10 Ω·cm 이하, 약 1 Ω·cm 이하, 약 0.15 Ω·cm 이하, 약 0.1 Ω·cm 이하, 또는 약 0.075 Ω·cm 이하이다. Preferably, the electrical resistivity of the composite is sufficiently low so that it can be welded to the substrate using the same welding schedule as welding two steel plates having the same thickness as the composite. For example, the electrical resistance of the filled polymeric material, or composite, through the thickness direction is preferably less than about 100? Cm, less than about 10? Cm, less than about 1? Cm, less than about 0.15? , About 0.1? Cm or less, or about 0.075? Cm or less.
복합 재료는 일반적인 금속 용접 기술의 용접 공정을 사용하여 용접될 수 있다. 용접 공정은 국제특허출원 공개공보 WO 2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개), 및 미국특허출원 제 61/290,384 호(2009년 12월 28일 출원)에 기재된 하나 이상의 단계, 장치, 또는 공정을 포함할 수 있다. The composite material may be welded using a welding process of conventional metal welding techniques. The welding process may be one or more of the steps, apparatus, or apparatus described in International Patent Application Publication No. WO 2010/021899 (published February 25, 2010), and U.S. Patent Application No. 61 / 290,384 (filed December 28, 2009) Process.
바람직한 복합 재료는 비교적 우수한 내부식성을 갖는다. 복합 재료는 바람직하게는 첨가제 및 금속 충전재를 포함하는 심재 층과 접하는 금속 층 표면의 부식률이 심재 층의 금속 충전재를 심재 층의 중합체로 대체한 것을 제외한 동일한 복합 재료의 심재 층과 접하는 금속 층 표면의 부식률보다 낮다(보다 바람직하게는 최소 50% 낮다). 예를 들어, 복합 재료는 희생 충전재를 포함하는 심재 층과 접하는 금속 층 표면의 부식률이 심재 층의 희생 충전재를 심재 층의 중합체로 대체한 것을 제외한 동일한 복합 재료의 심재 층과 접하는 금속 층 표면의 부식률보다 낮다. 물에서의 부식률은 시료를 미리 정해진 부식 시험 온도의 수조에 놓고 표면 부식의 양을 측정하는 것으로 정해진다. 염수에서의 부식률은 미리 정해진 염 농도를 갖는 염수조에 놓고 미리 정해진 부식 시험 온도에서 표면 부식의 양을 측정하는 것으로 정해진다. 부식 시험 온도는 약 40℃이고, 부식시험 시간은 약 168 시간일 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.Preferred composite materials have relatively good corrosion resistance. The composite material preferably has a metal layer surface in contact with the core layer of the same composite material except that the corrosion rate of the surface of the metal layer in contact with the core layer containing the additive and the metal filler is replaced by the polymer of the core layer, (More preferably at least 50% lower). For example, the composite material may be a composite material having a surface of the metal layer in contact with the core layer of the same composite material, except that the corrosion rate of the surface of the metal layer in contact with the core layer containing the sacrificial filler is replaced by the polymer of the core layer. It is lower than the corrosion rate. The corrosion rate in water is determined by placing the sample in a bath of predetermined corrosion test temperature and measuring the amount of surface corrosion. The corrosion rate in salt water is determined by placing the salt in a salt bath having a predetermined salt concentration and measuring the amount of surface corrosion at a predetermined corrosion test temperature. The corrosion test temperature may be about 40 占 폚, and the corrosion test time may be about 168 hours, but is not limited thereto.
본 발명의 다양한 복합물을 사용하여 만들어진 용접 이음은 복합물을 따라 다양한 미세구조, 예를 들어, 국제특허공개공보 제 WO2010/021899 호(2010년 2월 25일 공개)에 게시된 미세구조를 나타낸다. Weld joints made using the various composites of the present invention exhibit various microstructures along the composite, such as the microstructure posted in International Patent Publication No. WO2010 / 021899 (published Feb. 25, 2010).
복합 재료의 용접Welding of composite materials
복합 재료를 하나 이상의 단일 금속 재료(예를 들어, 강철 시트와 같은 강철 재료)에 스폿 용접할 때, 공정은 복합 재료를 접촉하는 첫 번째 전극과 단일 금속을 접촉하는 두 번째 전극을 사용할 수 있다. 첫 번째 전극 및 두 번째 전극은 같거나 다를 수 있다. 첫 번째 전극 및 두 번째 전극은 다른 것이 바람직하다. 예를 들어, 첫 번째 전극의 직경이 두 번째 전극의 직경보다 작을 때, 복합 재료의 두 금속 층은 단일 금속 재료에 보다 쉽게 용접될 수 있다. 더 작은 직경의 전극을 복합 재료에 접촉시키는 것이 보다 균형 있는 열 분포를 가져오고, 보다 효과적으로 중합체를 용접 구역에서 제거하는 것으로 여겨진다. 가장 바람직하게는, 첫 번째 전극이 두 번째 전극보다 충분히 작은 직경을 가져서 첫 번째 금속 층 및 두 번째 금속 층 모두가 스폿 용접 공정 중에 용접되는 것이다. 첫 번째 전극의 직경에 대한 두 번째 전극의 직경의 비는 바람직하게는 약 1.02 이상, 보다 바람직하게는 약 1.06 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.12 이상, 가장 바람직하게는 약 1.2 이상이다. 첫 번째 전극의 직경에 대한 두 번째 전극의 직경의 비는 바람직하게는 약 5 이하, 보다 바람직하게는 약 3 이하, 가장 바람직하게는 약 2 이하이다. When the composite material is spot welded to one or more single metal materials (e.g., a steel material such as a steel sheet), the process may use a second electrode that contacts a single metal with the first electrode contacting the composite material. The first electrode and the second electrode may be the same or different. The first electrode and the second electrode are preferably different. For example, when the diameter of the first electrode is less than the diameter of the second electrode, the two metal layers of the composite material can be more easily welded to a single metal material. It is believed that contacting a smaller diameter electrode to the composite material results in a more balanced thermal distribution and more effectively removes the polymer from the weld zone. Most preferably, the first electrode has a diameter sufficiently smaller than the second electrode so that both the first metal layer and the second metal layer are welded during the spot welding process. The ratio of the diameter of the second electrode to the diameter of the first electrode is preferably at least about 1.02, more preferably at least about 1.06, even more preferably at least about 1.12, and most preferably at least about 1.2. The ratio of the diameter of the second electrode to the diameter of the first electrode is preferably about 5 or less, more preferably about 3 or less, and most preferably about 2 or less.
본 발명의 복합 재료는 바람직하게는 하나 이상의 단일 금속 재료에 용접될 수 있다. 예를 들어, 금속 섬유의 모양, 크기, 농도, 및 형태는 복합 재료가 피복되지 않은 강판, 용융 아연도금 강판, 아연도금 강판, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 강판에 용접(예를 들어, 스폿 용접)될 수 있도록 선택된다. 특히 바람직한 본 발명의 예에서, 복합 재료는 용접 시간, 전극 압력, 용접 시간, 또는 용접 전극 크기를 바꿀 필요 없이, 둘 이상의 다른 단일 철강 재료(예를 들어, 둘 이상의 피복되지 않은 강판, 용융 아연도금 강판, 또는 아연도금 강판), 또는 다른 두께를 갖는 둘 이상의 단일 철강 재료(예를 들어, 한 재료는 복합 재료와 거의 동일한 두께를 가지고 두 번째 재료는 복합 재료 두께의 약 1.5배 이상의 두께를 갖는 재료)에 대해 일반적으로 높은 용접 전류 범위 (예를 들어, 상기한 바와 같은) 를 갖는다. 마찬가지로, 복합 재료는 용접 조건을 바꿀 필요 없이 다양한 범위의 두께를 갖는 놀라울 정도로 다양한 재료에 용접될 수 있다. 용접 조건을 약간 바꿀 필요가 있더라도, 다른 재료에 비해 작은 변화에 큰 용접 전류 범위가 허용된다. The composite material of the present invention can preferably be welded to one or more single metal materials. For example, the shape, size, concentration, and shape of the metal fibers may be welded (e.g., spot welded) to a steel sheet selected from a steel sheet without a composite material, a hot dip galvanized steel sheet, a galvanized steel sheet, Lt; / RTI > In a particularly preferred embodiment of the invention, the composite material can be made from two or more different single steel materials (e.g., two or more uncoated steel sheets, hot dip galvanized Steel, or galvanized steel), or a combination of two or more single steel materials having different thicknesses (e.g., one material having approximately the same thickness as the composite material and the second material having a thickness of at least about 1.5 times the thickness of the composite material (E. G., As described above) relative to the source current (i. E. Likewise, composites can be welded to an incredibly diverse range of materials with varying thicknesses without having to change welding conditions. Even if the welding conditions need to be changed slightly, a larger welding current range is allowed for small changes compared to other materials.
예를 들어, 도 7, 8 및 9는 피복되지 않은 강판, 아연도금 강판, 및 용융 아연도금 강판에 각각 용접된 본 발명의 복합 재료에 대해 측정된 용접 전류 범위를 나타낸 것이다. 도 7, 8 및 9는 용접 전류의 함수로서 용접 버튼 크기를 보여주는 그래프이다. 수용 가능한 또는 우수한 용접은 i) 용접 버튼 크기가 용접 전극 직경의 약 95% 이상, ii) 금속 방출이 없는, 또는 둘 다인 용접이다. 예를 들어, 약 3.8mm 의 전극 직경을 복합 재료를 접촉하는데 사용하는 경우, 우수한 용접은 약 3.6mm 이상의 용접 버튼 크기를 가질 수 있다. 도 7, 8, 및 9는 약 1.5 이상 (예를 들어, 약 1.7 이상)의 용접 전류 범위를 갖는 복합 재료를 나타낸 것이다. 도 7은 복합 재료를 첫 번째 강판(예를 들어, 피복되지 않은 강판)에 용접할 때 6.4 kA 내지 9.2 kA의 용접 전류로 우수한 용접이 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다. 도 8은 복합 재료를 다른 강판(예를 들어, 아연도금 강판)에 용접할 때 약 7.75 kA 내지 약 9.45 kA의 용접 전류로 우수한 용접이 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다. 도 9는 복합 재료를 또 다른 강판(예를 들어, 용융 아연도금 강판)에 용접할 때 약 7.35 kA 내지 약 9.35 kA의 용접 전류로 우수한 용접이 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다. 먼저, 모든 세 재료는 일반적으로 높은 용접 전류 범위를 가진다. 두 번째로, 우수한 용접을 이루는 전류의 중복(즉, 중복되는 용접 전류 범위)은 일반적으로 높다. 예를 들어, 이들 세 가지 재료로 우수한 용접을 얻는 전류 범위는 약 7.8 kA 내지 약 9.2 kA이고, 중복 용접 전류 범위는 약 1.4 kA 이상이다. For example, Figs. 7, 8 and 9 show the measured welding current ranges for the inventive composite material welded to uncoated steel sheet, galvanized steel sheet, and hot-dip galvanized steel sheet, respectively. Figures 7, 8 and 9 are graphs showing weld button sizes as a function of welding current. Acceptable or superior welds are i) welded button sizes of at least about 95% of the weld electrode diameter, ii) no metal release, or both. For example, when an electrode diameter of about 3.8 mm is used to contact a composite material, an excellent weld may have a weld button size of about 3.6 mm or greater. Figures 7, 8, and 9 show composite materials having a welding current range of about 1.5 or more (e.g., about 1.7 or more). Fig. 7 shows that good welding can be obtained with a welding current of 6.4 kA to 9.2 kA when the composite material is welded to a first steel sheet (for example, an uncoated steel sheet). 8 shows that good welding can be obtained with a welding current of about 7.75 kA to about 9.45 kA when the composite material is welded to another steel sheet (for example, a galvanized steel sheet). Fig. 9 shows that good welding can be obtained with a welding current of about 7.35 kA to about 9.35 kA when the composite material is welded to another steel sheet (for example, a hot dip galvanized steel sheet). First, all three materials generally have a high welding current range. Second, overlapping currents (i.e., overlapping welding current ranges) that result in good welds are generally high. For example, the current range for obtaining good welds with these three materials is about 7.8 kA to about 9.2 kA, and the overlap welding current range is about 1.4 kA or more.
여러 용도에 사용 가능한 본 발명의 복합 재료는 비교적 저밀도, 비교적 낮은 열 전도성, 밀도에 비해 비교적 높은 강성, 또는 비교적 낮은 음 전달을 나타낸다. 본 발명의 복합 재료는 예를 들어 자동차 및 다른 수송 관련 용도, 빌딩 건설 관련 용도, 및 그와 관련된 장치에 사용될 수 있다. 복합 재료가 사용될 수 있는 용도는 예를 들어, 승용차 패널, 트럭 패널, 버스 패널, 컨테이너(예를 들어, 선적용 컨테이너), 기타 패널, 비행기 패널, 큐브(예를 들어, 자전거 튜브), 오토바이 패널 (예를 들어, 엔진 덮개 또는 페어링), 트레일러 패널, 문 내부(예를 들어, 자동차 도어 내부), 루프 패널, 자동차 후드 내부, 자동차 바닥 팬, 자동차 뒷 선반 패널, 자동차 트렁크 패널, 자동차 뒷좌석 팬, 자동차 데크 뚜껑 내부, 레저용 차량 패널, 설상차 패널, 자동차 범퍼 판, 스포일러, 바퀴집 라이너, 해면 효과 또는 지면효과, 통기 차단벽, 용기, 침대 라이너, 분리 벽, 장치 하우징, 자동차 연료 충진제 도어, 자동차 범퍼, 장식, 덕트, 가로대, 수납 공간 도어, 전기 장치(예를 들어, 휴대폰, 컴퓨터, 카메라, 컴퓨터, 음악 또는 비디오 보관 장치, 또는 음악 또는 비디오 재생 장치)의 도어, 콘솔, 공기 유입 부품, 배터리 하우징, 그릴, 바퀴집, 또는 좌석 팬이다. 복합 재료는 빌딩 건설 재료, 예를 들어, 외부 트림 부품, 비막이, 홈통, 지붕널, 벽, 바닥, 카운터 갑판, 캐비넷 외장, 창틀, 문틀, 벽판, 환기구, 배관, 널빤자, 틀, 선반, 배관 고정구, 배수구, 샤워 팬, 욕조 및 봉입 용기이다. 예를 들어 자동차 차체 패널(예를 들어, 승용차와 같은 수송기구의 차체 외부 스킨)에 적용될 수 있다. 복합 재료를 사용할 수 있는 자동차 패널은 전방 패널, 후방 패널, 도어 패널, 후드 패널, 루프 패널 등이다. 자동차 패널은 A등급, B등급 또는 C등급의 표면을 가질 수 있고, 바람직하게는 A등급 또는 B등급 표면, 보다 바람직하게는 A등급 표면을 갖는다. 본 발명의 복합재료는 하나 이상의 외부 장식 표면 또는 치장, 예를 들어, 금속 장식, 나무 장식, 중합체 장식 등을 포함할 수 있다. 외부 표면은 서로 마주보는 층과는 다른 질감, 색상 또는 외관을 가질 수 있다. 예를 들어, 강철 외부 층은 구리 색, 청동색, 황동색, 황금색, 또는 다른 색상으로 채색될 수 있다. The composite materials of the present invention, which can be used in various applications, exhibit relatively low density, relatively low thermal conductivity, relatively high stiffness in density, or relatively low sound transmission. The composite materials of the present invention can be used, for example, in automotive and other transportation related applications, building construction related applications, and related devices. Applications for which the composite material may be used include, for example, passenger car panels, truck panels, bus panels, containers (e.g., liners), other panels, airplane panels, cubes (E.g., engine cover or pairing), trailer panel, interior of a door (e.g., inside a car door), roof panel, interior of a car hood, car floor pan, car rear panel, car trunk panel, Inside the car deck lid, a vehicle panel for leisure, a snowmobile panel, an automobile bumper plate, a spoiler, a wheel house liner, a spongy effect or floor effect, a vent wall, a container, a bed liner, (For example, a cellular phone, a computer, a camera, a computer, a music or video storage device, or a music or video recording device) A video player, a door, a console, an air inflow part, a battery housing, a grill, a wheel house, or a seat fan. The composite material can be used as a material for building construction such as exterior trim parts, roofing, troughs, shingles, walls, floors, counter decks, cabinet closures, window frames, door frames, wall panels, vents, plumbing, Tubing anchor, drain, shower pan, bathtub and enclosure. For example, an automobile body panel (e.g., a body exterior skin of a transport mechanism such as a passenger car). Automotive panels that can use composites include front panels, rear panels, door panels, hood panels, and roof panels. The automobile panel may have an A-grade, B-grade or C-grade surface, preferably an A-grade or B-grade surface, more preferably an A-grade surface. The composite material of the present invention may include one or more exterior decorative surfaces or decorations, such as metal decorations, wood decorations, polymer decorations, and the like. The outer surface may have a different texture, color or appearance than the layers facing each other. For example, the steel outer layer may be colored in copper, bronze, brass, gold, or other colors.
본 발명의 복합 재료는 복합 재료의 코팅, 예를 들어, 전기코팅 공정, 페인팅 공정, 분말 코팅 공정, 이들의 조합 등을 포함하는 단계에 사용될 수 있다. 사용되는 경우, 코팅 공정은 세정 또는 표면 준비 단계, 코팅을 가열 또는 베이킹하는 단계(예를 들어, 약 100℃ 이상, 바람직하게는 약 120℃ 이상의 온도에서), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 코팅은 일반적인 수단, 예를 들어 침지 공정, 분무 공정, 또는 예를 들어, 롤러 또는 브러쉬 등의 기구를 사용하는 공정으로 행해질 수 있다. 복합 재료는 바람직하게는 유출되어 코팅 공정의 욕, 예를 들어, 전기코팅 욕을 오염시키는 성분(예를 들어, 저분자량 성분)을 포함하지 않는다. 마찬가지로, 본 발명의 공정은 복합물에 기인한 욕의 오염이 없는 하나 이상의 코팅 단계를 포함한다.The composite material of the present invention can be used in a step including a coating of a composite material, for example, an electrocoating process, a painting process, a powder coating process, a combination thereof, and the like. If used, the coating process may comprise a cleaning or surface preparation step, heating or baking the coating (e.g., at a temperature of at least about 100 캜, preferably at least about 120 캜), or a combination thereof . The coating may be carried out by conventional means, for example, an immersion process, a spray process, or a process using a device such as, for example, a roller or a brush. The composite material preferably does not contain any components that leach out and contaminate the bath of the coating process, e. G., The electrocoating bath (e. G., Low molecular weight components). Likewise, the process of the present invention comprises one or more coating steps free of contamination of the bath due to the composite.
복합 재료(예를 들어, 복합 재료로 형성된 스탬프된 부품)는 하나 이상의 다른 재료나 부품에 결합되어야 하는 장치에 사용될 수 있다. 예를 들어 복합 재료는 패스너를 사용하여 기계적으로 다른 부품에 결합될 수 있거나, 접착제, 접착 증진제(예를 들어, 프라이머)를 사용하여 화학적으로 다른 부품에 결합될 수 있거나, 또는 들 다이다. 다른 결합수단으로는 용접, 경납땜, 및 납땜이 있다. 이들 결합 방법 중 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용해도 좋다. Composite materials (e.g., stamped parts formed of a composite material) can be used in devices that must be bonded to one or more other materials or components. For example, the composite material may be mechanically joined to another component using a fastener, chemically bonded to another component using an adhesive, an adhesion promoter (e.g., a primer), or the like. Other bonding means include welding, brazing, and soldering. One or more of these bonding methods may be used in combination.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의해 박리에 대한 내성이 우수한 고강도 적층체가 제공된다. 생성 복합 재료는 여러 용도에서 강철을 대체할 수 있는 우수한 성질을 나타낸다. 예를 들어, 복합체 덩어리는 금속 층에 부착되어 DIN 11339 하의 박리 시험에서, 복합물은 상당량의 응집파괴 (예를 들어, 약 25% 이상, 예를 들어, 최소 약 40%, 50%, 60% 또는 그 이상의 응집파괴)를 나타낸다. 복합체 덩어리는 충분히 금속 층에 부착하여 DIN 11465 하의 접착 이음 시험에서, 복합물은 상당량의 응집파괴 (예를 들어, 약 25% 이상, 예를 들어, 최소 약 40%, 50%, 60% 또는 그 이상의 응집파괴)를 나타낸다. 응집파괴는 일반적으로 중합체 매트릭스와 결합 금속 층 사이에 일어나는 접착 실패와는 대조적으로 중합체 매트릭스 내에 일어나는 실패를 의미하는 것이다. 따라서, 다량의 응집파괴는 샌드위치 복합물의 중합체 매트릭스와 하나 또는 두 금속 층의 결합 강도가 중합체 매트릭스 재료의 내부 강도를 초과한다는 것이다.As described above, the present invention provides a high strength laminate excellent in resistance to peeling. The resulting composite material exhibits excellent properties that can replace steel in many applications. For example, the composite lumps are attached to the metal layer so that, in the delamination test under DIN 11339, the composite has a significant amount of cohesive failure (e.g., at least about 25%, such as at least about 40%, 50% Further cohesive failure). The composite mass is sufficiently adhered to the metal layer that, in the adhesive joint test under DIN 11465, the composite has a significant amount of cohesive failure (e.g., at least about 25%, such as at least about 40%, 50%, 60% Cohesive failure). Cohesive failure generally refers to failure that occurs within the polymer matrix as opposed to adhesion failure that occurs between the polymer matrix and the bonding metal layer. Thus, a large amount of cohesive failure is that the bond strength of the polymer matrix and one or both of the metal layers of the sandwich composite exceeds the internal strength of the polymer matrix material.
바람직하게는, 복합 재료는 복합 재료를 부품이나 장치로 가공하는 중에, 또는 부품을 사용하는 동안에 박리되지 않는다(예를 들어, 금속 층이 심재 층에서 박리되지 않는다). 마찬가지로, 복합 재료는 바람직하게는 스탬핑 조작, 결합 조작(예를 들어, 용접 조작), 또는 둘 다에서 박리되지 않는다.Preferably, the composite material is not peeled off (e.g., the metal layer is not peeled off from the core layer) during processing of the composite into a part or device, or during use of the part. Likewise, the composite material is preferably not peeled off in a stamping operation, a joining operation (e.g., a welding operation), or both.
본 발명은 또한 본 발명을 사용하여 제조된 부품의 회수 방법을 포함한다. 한 방법은 본 발명의 복합물 구조를 갖는 부품을 제공하는 단계, 및 금속 재료로부터 탄화수소 화합물을 분리하는 단계(예를 들어, 고온 가열에 의해)를 포함한다. ㅌ타탄화수소 화합물 또는 금속재료는 회수되어 재사용될 수 있다. 다른 방법은 복합 재료를 분쇄하거나 복합 재료로부터 입자를 형성하고, 임의로 복합물 (예를 들어, 상기의 복합 재료) 심재의 성분으로 입자를 제공하여 재사용하는 방법을 포함한다.The present invention also includes a method of recovering parts manufactured using the present invention. One method includes providing a component having a composite structure of the present invention, and separating the hydrocarbon compound from the metal material (e.g., by high temperature heating). The titanium hydrocarbon compound or metal material can be recovered and reused. Another method involves grinding the composite material or forming particles from the composite material, and optionally reusing the particles by providing the composite as a component of the composite (e. G., The composite material).
실시 예Example
하기 실시 예의 조성은 약 ±20%까지 변화할 수 있으며 비슷한 결과(예를 들어, 약 ±20% 이내로)를 나타낸다. 또, 본 발명의 재료들도 상기의 다른 재료들로 대체될 수 있고 비슷한 결과를 나타낸다. The compositions of the following examples can vary by about +/- 20% and exhibit similar results (e.g., within about +/- 20%). In addition, the materials of the present invention can be replaced with the above-mentioned other materials and exhibit similar results.
실시 예 1 Example 1
경량 복합물의 심재를 약 45g 폴리아미드 6 및 약 72g 스테인레스 강철 섬유를 Brabender Plastograph 믹서에서 260℃의 온도, 약 20rpm의 속도로 혼합하고. 녹여 제조하였다. 스테인레스 강철 섬유의 직경은 약 3-10㎛이고 길이는 약 2-4mm였다. 폴리아미드 6의 밀도는 약 1.142g/cm3 이고 강철의 밀도는 약 7.9g/cm3이다. 약 60분간 혼합 후, 혼합물을 Brabender 믹서에서 제거하였다. 당업자는 혼합시간을 더 길거나 짧게 조절할 수 있다(예를 들어, 약 30분 이하, 약 20분 이하, 약 10분 이하, 또는 약 5분 이하). 또, 그러한 혼합 시간은 본 발명의 다른 중합체에도 사용할 수 있다. 제조된 실시 예 1은 약 18.8부피% 강철 섬유 및 약 81.2부피% 폴리아미드 6를 포함하고 밀도 약 2.411g/cm3이다.A lightweight composite core was prepared by mixing about 45 grams of
실시 예 2Example 2
실시 예 1의 방법과 동일한 방법으로 제조하되, 스테인레스 강철 섬유가 약 102g이고 폴리아미드 6의 중량이 약 40g으로 심재를 제조하였다. 제조된, 혼합물은 약 26.9부피% 강철 섬유 및 약 73.1부피% 폴리아미드 6를 포함하고 밀도 약 2.962g/cm3이다.The core material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the core material was made of about 102 g of stainless steel fibers and about 40 g of
실시 예 3Example 3
실시 예 1의 방법과 동일한 방법으로 제조하되, 스테인레스 강철 섬유가 약 35.4g이고 폴리아미드 6의 중량이 약 50.6g으로 심재를 제조하였다. 제조된, 혼합물은 약 10부피% 강철 섬유 및 약 90부피% 폴리아미드 12를 포함하고 밀도 약 1.816g/cm3이다.The core material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the core material was made of about 35.4 g of stainless steel fibers and about 50.6 g of
비교 예 4Comparative Example 4
실시 예 1의 방법과 동일한 방법으로 제조하되, 스테인레스 강철 섬유를 사용하지 않고 약 53g의 폴리아미드 6를 Brabender Plastograph 믹서에서 혼합하였다. 비교 예 4는 약 1.142g/cm3의 밀도를 갖는다.Approximately 53 grams of
비교 예 5-6 Comparative Example 5-6
*두께 약 0.20mm, 길이 약 74.2mm 및 폭 약 124.2mm의 두 강판, 및 금속 판 사이에 끼워진 금속 섬유가 없는 폴리아미드 12를 포함하는 샌드위치 패널을 압축 성형하여 복합재료를 제조하였다. 강철 판은 AISA 1008 및 ASTM A109 규격을 만족하는 No. 5 알루미늄 킬드 저탄소강으로 제조되었다. 비교 예 5 및 6의 심재 두께는 각각 약 0.30mm, 및 약 0.44mm이고, 표 1에 나타내었다. 비교 예 5 및 6의 압축 성형은 약 250℃ 및 약 12000 kg 부하의 몰드에서 행해졌다. 복합물 패널의 전체 밀도는 강판에 사용된 강철 밀도보다 약 32-46 중량% 낮았다. 비교 예 5 및 6의 전체-두께의 전기 저항은 1x1010 Ω·cm 이상이고, 절연 특성을 나타내었다. 스탬핑은 가능했으나, 비교 예 5 및 6을 단일 강판에 대한 용접 시도에서는 용접이 잘 되지 않았다. 이들 시료는 용접 시험에서 실패하였고 용접이 서로 용접된 패널보다 약했다. A composite material was prepared by compression molding a sandwich panel comprising two steel sheets having a thickness of about 0.20 mm, a length of about 74.2 mm and a width of about 124.2 mm, and a
실시 예 7-8Examples 7-8
약 26.9부피%의 강철 섬유 및 약 73.1부피% 폴리아미드 12를 포함하는 심재를 사용한 것 외에는 비교 예 5 및 6에 기재된 방법을 사용하여 샌드위치 패널을 압축 성형하여 실시 예 7 및 8의 복합 재료를 제조하였다. 심재의 강철 섬유는 평균 직경 약 3-10㎛, 평균 길이 약 2-4mm이고, 폴리아미드 12와 Brabender Plastograph 믹서에서 약 260℃ 온도로 혼합되었다. 실시 예 7 및 8의 심재의 두께는 각각 약 0.40mm 및 약 0.57mm이다. 이들 시료는 표 2에 게시하였다. 복합물 패널의 전체 밀도는 강철 밀도보다 약 29-36 중량% 낮다. 이들 복합물 패널은 두께 약 0.8mm의 강철 시트에 AC 저항 용접(점 용접)하는 경우 잘 용접되었다. 용접 전류 약 9.7 kA 및 8 용접 사이클, 압력 약 600psi를 사용하여 용접하는 경우 우수한 용접이 얻어졌다(즉, 용접이 용접되는 패널보다 강하여 용접 패널이 강제로 분리될 때 용접 버튼이 얻어진다). 이 조건은 0.8mm 두께의 강철 시트 두 장을 용접하는데 필요한 것(12.9 KA, 15 용접 사이클, 600psi 압력)보다 낮은 조건이다. 각 용접 사이클은 약 1/60 초이고 용접 파라미터는 약 1 사이클의 기울기 (즉, 약 1/60초), 약 10 사이클의 정지 시간(즉, 약 1/6초) 및 약 1초의 초기 가압시간을 포함한다. The composite material of Examples 7 and 8 was prepared by compression molding the sandwich panel using the method described in Comparative Examples 5 and 6 except that the core material containing about 26.9 volume% of steel fiber and about 73.1
심재의부피%Metal fibers,
The volume%
26.9%
26.9%
Ω·cmCore layer resistance,
Ω · cm
실시 예 9-10 약 20.2부피%의 강철 섬유 및 약 79.8부피% 폴리아미드 12를 포함하는 심재를 사용한 것 외에는 비교 예 5 및 6에 기재된 방법을 사용하여 샌드위치 패널을 압축 성형하여 실시 예 9 및 10의 복합 재료를 제조하였다. 심재의 강철 섬유는 평균 직경 약 3-10㎛, 평균 길이 약 2-4mm이고, 폴리아미드 12와 Brabender Plastograph 믹서에서 약 260℃ 온도로 혼합되었다. 실시 예 9 및 10의 심재의 두께는 각각 약 0.37 및 약 0.55mm이다. 이들 시료는 표 2에 게시하였다. 복합물 패널의 전체 밀도는 강철 밀도보다 약 31-41 중량% 낮다. 이들 복합물 패널은 두께 약 0.8mm의 강철 시트에 AC 저항 용접(점 용접)하는 경우 잘 용접되었다. 용접 전류 약 9.7 kA 및 8 용접 사이클, 압력 약 600 psi를 사용하여 용접하는 경우 우수한 용접이 얻어졌다.EXAMPLES 9-10 Sandwich panels were compression molded using the methods described in Comparative Examples 5 and 6, except that core material comprising about 20.2% by volume of steel fibers and about 79.8% by volume of
둘 다 두께 약 0.87mm인, 실시 예 9 및 실시 예 9의 금속 층에 사용된 강철 재료와 동일한 재료의 강판의 강성 및 밀도를 전체 두께 방향으로 측정하였다. 실시 예 9가 강판보다 밀도에 비해 더 높은 강성을 나타내었다. The stiffness and density of the steel sheet of the same material as that of the steel material used for the metal layers of Example 9 and Example 9, both of which were about 0.87 mm in thickness, were measured in the entire thickness direction. Example 9 exhibited higher rigidity than the steel sheet in comparison with the density.
실시 예 11Example 11
실시 예 3의 심재를 사용하는 것 외에는 비교 예 5에 기재된 방법을 사용하여 샌드위치 패널을 압축 성형하여 실시 예 11의 복합 재료를 제조하였다. 이들 복합물 패널 시료는 두께 약 0.8mm의 강철 시트에 AC 저항 용접(점 용접)하는 경우 잘 용접되었다. 용접 전류 약 9.7 kA 및 8 용접 사이클, 압력 약 600 psi를 사용하여 용접하는 경우 우수한 용접이 얻어졌다.A sandwich panel was compression molded using the method described in Comparative Example 5, except that the core material of Example 3 was used to produce the composite material of Example 11. These composite panel samples were well welded when subjected to AC resistance welding (spot welding) to steel sheets of about 0.8 mm thickness. Good welding was obtained when welding using a welding current of about 9.7 kA and 8 welding cycles with a pressure of about 600 psi.
실시 예 12-14Examples 12-14
실시 예 12 내지 14는 중합체 및 실시에 1의 방법으로 제조된 스테인레스 강철 섬유를 포함하는 중합체 혼합물이다. 실시 예 12 내지 14는 각각 약 0중량%, 약 3중량%, 및 약 10중량% 스테인레스 강철 섬유를 갖는 폴리아미드 6를 사용하여 제조되었다. 실시 예 12의 심재의 인장 탄성률은 약 3.3 GPa이다. 강철 섬유가 농도 약 3중량%로 부가되는 경우(실시 예 13), 인장 탄성률은 17% 증가하여 약 3.9GPa가 된다. 강철 섬유가 약 10중량%로 부가되는 경우(실시 예 14), 인장 탄성률은 100% 증가하여 약 7.3 GPa가 된다. 폴리아미드를 폴리아미드 공중합체로 바꾸고 스테인레스 강철 섬유의 농도가 약 0% 중량%, 약 3 중량% 및 약 10중량%인 실시 예는 각각 15, 16, 및 17이다. 실시 예 15의 심재의 인장 탄성률은 약 700MPa이다. 강철 섬유가 농도 약 3 중량%로 부가되는 경우(실시 예 16), 인장 탄성률은 50% 이상 증가하여 약 1160MPa이다. 강철 섬유가 농도 약 10중량%로 부가된 경우(실시 예 17), 인장 탄성률은 200%이상 증가하여 약 2280MPa이다. 이와 같이, 본 발명의 일반적인 에 및 다른 예에서 금속 섬유를 포함하는 충전된 중합체 재료(예를 들어, 심재 층의 재료)의 인장 탄성률은 동일한 조성을 가지고 금속 섬유를 포함하지 않는 충전된 중합체 재료(예를 들어, 심재 층의 재료)의 인장 탄성률보다 최소 15%, 보다 바람직하게는 최소 50%, 보다 바람직하게는 최소 약 100%, 가장 바람직하게는 최소 약 200%까지 향상된다.Examples 12-14 are polymers and polymer mixtures comprising stainless steel fibers prepared by the method of Example 1. [ Examples 12-14 were prepared using
실시 예 15-20 (전기 저항)Examples 15-20 (electrical resistance)
표 3에 게시한 중합체 및 강철 섬유 농도를 사용하여 강철 섬유 및 열가소성 중합체를 Brabender 믹서에서 혼합하여 실시 예 15 내지 20을 제조하였다. 복합재료는 두 0.2mm 두께의 강판 사이에 0.4mm의 섬유 충전된 열가소성 중합체 층을 갖는 샌드위치를 압축 성형하여 제조하였다. AC 변조를 사용하여 측정한, 복합 재료의 전체-두께 전기 저항은 표 3에 게시하였다. 복합 재료 충전된 열가소성 중합체를 갖는 복합 재료는 모두 비교적 낮은 전기저항을 가지고 충전되지 않은 열가소성 중합체를 갖는 복합재료는 모두 상대적으로 높은 전기 저항을 나타내었다. Examples 15 to 20 were prepared by mixing steel fibers and thermoplastic polymers in a Brabender mixer using the polymer and steel fiber concentrations reported in Table 3. The composite material was prepared by compression molding a sandwich having a 0.4 mm fiber filled thermoplastic polymer layer between two 0.2 mm thick steel sheets. The total-thickness electrical resistance of the composite, measured using AC modulation, is shown in Table 3. Composites with composite filled thermoplastic polymers all exhibited relatively low electrical resistance and composites with uncharged thermoplastic polymers all exhibited relatively high electrical resistance.
EVA= 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체EVA = ethylene vinyl acetate copolymer
실시 예 21Example 21
충전된 열가소성 재료는 약 15부피%의, 직경 약 4 내지 약 40㎛, 길이 약 1 내지 약 10mm의 저탄소강 섬유와 약 85 부피 %의 폴리아미드 공중합체(약 50중량% 폴리아미드 6 및 약 50중량% 폴리아미드 6,9의 공중합체, ISO 527-2에 의해 측정된 탄성 계수 약 300MPa, ISO 11357에 의해 측정된 융점 약 130℃, ISO 527-3에 의해 측정된 파단 신율 약 900 %)를 혼합하여 제조하였다. 충전된 열가소성 재료는 약 190℃ 내지 약 250℃에서 혼합되었다. 충전된 열가소성 재료를 두께 약 0.2mm의 두 개의 저탄소강 시트 사이에 넣는다. 재료를 약 200℃ 내지 약 230℃에서 약 1 내지 약 22MPa 압력으로 압축한다. 복합 재료의 충전된 열가소성 재료로 된 심재의 두께는 약 0.4mm이다. 복합 재료를 고속 스탬핑 조작으로 약 3 이상의 연신률을 갖도록 스팸핑하였고 균열이나 표면 결함은 발견되지 않았다. 스탬핑 후에, 복합 재료의 표면은 동일한 두께를 가지고 동일한 조건에서 스탬핑된 단일 재료의 저탄소강에 비해 비교적 매끄러웠다. 복합 재료를 일반적인 전기 코팅 공정을 거치게 하고 프라이머 및 검은 페인트를 칠하였다. 페인트된 표면은 점식, 박리, 및 다른 가시적인 표면 결함을 나타내지 않았다. 페인트된 표면은 등급 A 마감처리를 나타냈다. 페인트된 복합 재료의 표면은 비슷하게 처리된 두께 약 0.8mm의 저탄소강 단일 재료의 표면보다 더 매끄러웠다.The filled thermoplastic material comprises about 15 vol% of low carbon steel fibers of about 4 to about 40 microns in diameter and about 1 to about 10 mm in length and about 85 vol% of a polyamide copolymer (about 50 wt
실시 예 22Example 22
섬유를 길이 방향에 수직인 방향의 단면이 사각인 저탄소강 섬유로 대체한 것 외에는 실시 예 21과 동일한 재료, 조성, 및 방법으로 복합 재료를 제조하였다. 섬유의 평균 길이는 약 2.3mm이다. 섬유의 평균 단면적은 약 0.0045mm2이다. 섬유의 두께에 대한 폭의 비는 약 2 내지 8이다. 복합 재료의 두께는 약 0.8mm이다. 복합 재료는 두께 약 0.8mm의 냉간 압연 강철 시료로 스택된다. 스택을 약 13mm의 직경을 갖는 한 쌍의 용접 팁 사이의 스폿 용접 기계에 놓는다. 약 2.2 kNt의 힘을 용접 팁에 가한다. 2.2 kNt의 힘 하에서, 두께 방향의 복합 재료의 저항을 측정한다. 측정된 실시 예 22의 복합재료의 전기 저항은 약 0.1 Ω.cm 이하이다. 두께는 약 0.8mm의 냉간 압연 강철 시트 두 장에 대해 일반적인 용접 스케쥴로 용접했을 때, 용접 팁의 직경보다 큰 직경을 갖는 용접 버튼을 생성한다. 추가의 가열, 추가의 용접 사이클, 추가의 전류 필요없이 실시 예 22로 우수한 용접을 얻는다. Composites were prepared by the same materials, compositions and methods as in Example 21, except that the fibers were replaced by low carbon steel fibers having a square cross section in the direction perpendicular to the longitudinal direction. The average length of the fibers is about 2.3 mm. The average cross-sectional area of the fibers is about 0.0045 mm 2 . The ratio of the width to the thickness of the fibers is about 2 to 8. The thickness of the composite material is about 0.8 mm. The composite material is stacked with a cold rolled steel sample having a thickness of about 0.8 mm. The stack is placed in a spot welding machine between a pair of welding tips with a diameter of about 13 mm. Apply a force of approximately 2.2 kNt to the welding tip. Under the force of 2.2 kNt, the resistance of the composite in the thickness direction is measured. The electrical resistance of the measured composite material of Example 22 is less than about 0.1 ohm.cm. The thickness produces a weld button with a diameter greater than the diameter of the welding tip when welded with a common welding schedule for two sheets of cold rolled steel sheets of about 0.8 mm. Excellent welding is obtained in Example 22 without the need for additional heating, additional welding cycles, and additional current.
실시 예 22BExample 22B
실시 예 22B는 충전된 중합체 재료에서 금속 섬유의 농도를 약 20부피%로 증가시키고 중합체의 농도를 약 80부피%로 감소시킨 것 외에는 실시 예 22와 동일하다. 실시 예 22B의 복합재료를 두께 약 0.8mm의 아연 도금 강판에 용접한다. 대면 직경 약 3.8mm의 전극을 복합 재료를 갖는 용접 스택 쪽에 사용하고 대면 직경 약 4.8mm의 전극을 아연 도금 강판 족에 사용하였다. 약 610 lbs의 부하가 전극에 의해 용접 스택에 적용된다. 약 1,000 Hertz의 주파수를 갖는 중간 주파수 DC 용접을 사용하여 재료를 용접하였다. 폭 약 25mm 및 길이 약 75mm를 갖는 시료에 각 용접이 행해졌다. 용접시간은 약 200 밀리초로 일정하였다. 용접 전류 범위 약 8.8 ka 내지 13kA로 용접되었다. 복합물 시트의 용접 버튼의 크기를 용접 후에 측정하였다. 각 용접 시료(46)의 용접 버튼의 크기 및 용접 전류를 도 6의 그래프 30에 나타내었다. 영역(44)에 낮은 용접 전류가 주어진 경우, 용접 버튼 크기는 용접 단계 동안 복합 재료 쪽에 사용된 전극(36) 직경의 95% 이하이다. 구역(40)에 중간 용접 전류가 사용된 경우, 버튼 크기는 전극(36)의 직경의 95% 이상이다. 구역(42)의 높은 용접 전류에서는, 용접 중에 금속 방출이 있거나 소음이 심해서 용접이 불가능하였다. 수용 가능한 용접을 얻기 위한 최소 용접 전류(34)는 실시 예 22B에서 약 10 kA이다. 수용가능한 용접을 얻기 위한 최대 용접 전류(32)는 약 13kA이다. 최대 용접 전류(32)와 최소 용접 전류(34)의 차이는 전류 범위(38)이다. 따라서, 측정된 용접 전류 범위는 실시 예 22B에서 약 3.0 kA이다. 비교를 위해, 두께 약 0.8mm의 아연 도금 강판 두장으로 구성된 용접 스택에 대한 용접 전류 범위를 측정하였고 약 1.3kA 이하로 측정되었다. The 용접 전류 범위는 실시 예 22B와 동일한 방법으로 측정하였다. 놀랍게도, 실시 예 22B의 복합재료는 아연 도금강보다 더 용접되기 쉽고(즉, 용접을 위한 더 넓은 가공창을 갖는다), 더 높은 용접 전류 범위를 갖는다(예를 들어 실시 예 22C에 비해).Example 22B is the same as Example 22 except that the concentration of the metal fibers in the filled polymeric material was increased to about 20% by volume and the concentration of the polymer was reduced to about 80% by volume. The composite material of Example 22B is welded to a galvanized steel sheet having a thickness of about 0.8 mm. An electrode with a face-to-face diameter of about 3.8 mm was used for the weld stack with a composite material and an electrode with a face-to-face diameter of about 4.8 mm was used for the galvanized steel sheet. A load of about 610 lbs is applied to the weld stack by the electrode. Materials were welded using intermediate frequency DC welding with a frequency of about 1,000 Hertz. Each weld was performed on a sample having a width of about 25 mm and a length of about 75 mm. The welding time was constant about 200 milliseconds. The welding current range was about 8.8 ka to 13 kA. The size of the weld button of the composite sheet was measured after welding. The size and welding current of the welding button of each
실시 예 22DExample 22D
실시 예 22D는 실시 예 22B와 동일한 조성, 충진된 열가소성 중합체, 및 구조를 갖는 복합 재료이다. 실시 예 22D는 실시 예 22B와 동일한 조건을 사용하여 용접 전류 범위를 측정하되, 용접 전극 상의 부하는 약 2.76 kN(약 600lb), 활승 시간은 약 50ms, 용접 시간은 약 300ms, 및 초기 용접 전류는 약 8-9 kA를 사용한다. 실시 예 22D의 복합 재료 및 두께 약 1.2mm의 피복되지 않은 심가공강(즉, DDQ)으로 구성된 용접 스톡에 대해 용접 전류 범위를 먼저 측정한다. 도 7에 나타낸 바와 같이 다른 용접 전류에서 용접 버튼 크기를 측정한다. 우수한 용접은 i) 직경 약 3.6mm 이상의 용접 버튼 크기 및 ii) 용접 전류 약 6.4 kA 내지 약 9.2 kA에서 금속 방출이 없는 것으로 특징지워진다. 1.2mm 두께의 피복되지 않은 DDQ에 실시 예 22D를 용접할 때 측정된 용접 전류 범위는 약 2.8 kA이다.Example 22D is a composite material having the same composition, filled thermoplastic polymer, and structure as in Example 22B. Example 22D measures the welding current range using the same conditions as in Example 22B, with a load on the welding electrode of about 2.76 kN (about 600 lb), a stroke time of about 50 ms, a welding time of about 300 ms, Use about 8-9 kA. The welding current range is first measured for the composite of Example 22D and for a weld stock consisting of uncoated deep-drawn steel (i.e., DDQ) with a thickness of about 1.2 mm. The welding button size is measured at different welding currents as shown in Fig. Good welding is characterized by i) a weld button size of about 3.6 mm or more in diameter and ii) no metal release at a welding current of about 6.4 kA to about 9.2 kA. The welding current range measured when welding the Example 22D to a 1.2 mm thick uncovered DDQ is about 2.8 kA.
다음으로, 복합 재료 및 0.8mm 두께의 아연도금 강판으로 구성된 용접 스택을 준비하여 피복되지 않은 DDQ 강과 동일한 조건을 사용하여 용접한다. 놀랍게도, 활승 시간, 용접 시간, 초기 용접 전류, 또는 용접 전극 상의 부하의 변화없이 없이 우수한 용접이 얻어진다. 도 8에 나타낸 바와 같이 다른 용접 전류에서 용접 버튼 크기를 측정한다. 우수한 용접은 i) 직경 약 3.6mm 이상의 용접 버튼 크기 및 ii) 용접 전류 약 7.75 kA 내지 약 9.45 kA에서 금속 방출이 없는 것으로 특징지워진다. 0.8mm 두께의 아연도금 강판에 실시 예 22D를 용접할 때 측정된 용접 전류 범위는 약 1.7 kA이다.Next, a weld stack composed of a composite material and a 0.8 mm thick galvanized steel sheet is prepared and welded using the same conditions as uncoated DDQ steels. Surprisingly, excellent welding is obtained without any change in the stroke time, the welding time, the initial welding current, or the load on the welding electrode. The welding button size is measured at different welding currents as shown in Fig. Excellent welds are characterized by i) a weld button size of about 3.6 mm or more in diameter and ii) no metal release at a welding current of about 7.75 kA to about 9.45 kA. The welding current range measured when welding the example 22D to a 0.8 mm thick galvanized steel sheet is about 1.7 kA.
실시 예 22D의 복합 재료를 1.5mm 두께의 융용 아연도금 강판(즉, HDG)에 용접한다. 복합 재료 및 1.5mm 두께의 HDG로 이루어진 용접 스택을 준비하여 피복되지 않은 DDQ 강과 동일한 조건을 사용하여 용접한다. 놀랍게도, 활승 시간, 용접 시간, 초기 용접 전류, 또는 용접 전극 상의 부하의 변화없이 없이 우수한 용접이 얻어진다. 도 9에 나타낸 바와 같이 다른 용접 전류에서 용접 버튼 크기를 측정한다. 우수한 용접은 i) 직경 약 3.6mm 이상의 용접 버튼 크기 및 ii) 용접 전류 약 7.35 kA 내지 약 9.35 kA에서 금속 방출이 없는 것으로 특징지워진다. 1.5mm 두께의 HDG에 실시 예 22D를 용접할 때 측정된 용접 전류 범위는 약 2.0 kA이다.The composite of Example 22D is welded to a 1.5 mm thick fused zinc plated steel sheet (i.e., HDG). Welding stacks of composite material and 1.5 mm thick HDG are prepared and welded using the same conditions as uncoated DDQ steels. Surprisingly, excellent welding is obtained without any change in the stroke time, the welding time, the initial welding current, or the load on the welding electrode. The welding button size is measured at different welding currents as shown in Fig. Good welding is characterized by i) a weld button size of about 3.6 mm or greater in diameter and ii) no metal release at a welding current of about 7.35 kA to about 9.35 kA. The welding current range measured when welding the Example 22D to 1.5 mm thick HDG is about 2.0 kA.
놀랍게도, 복합 재료를 다른 종류의 강판(예를 들어, DDQ, HDG, 또는 아연도금 강판)에 용접하는 데 동일한 용접 조건을 사용할 수 있다. 또한, 용접 조건의 변화 없이 약 87%까지 변하는 다양한 두께(즉, 0.8mm 내지 0.8mm x 187% = 1.5mm)의 강판을 용접할 수 있다는 것은 놀라운 일이다. 또한, 다른 강판 형태와 다른 두께를 갖는 강판에 대해, 복합 재료를 용접하는 것이 일반적으로 큰 용접 전류 범위에 의해 특징 지워진다는 것도 놀라운 일이다Surprisingly, the same welding conditions can be used to weld the composite material to different kinds of steel sheets (e.g., DDQ, HDG, or galvanized steel sheets). It is also surprising to be able to weld steel sheets of various thicknesses varying up to about 87% (i.e., 0.8 mm to 0.8 mm x 187% = 1.5 mm) without changing welding conditions. It is also surprising that for steel sheets having different thicknesses from those of other steel sheet types, welding of the composite material is generally characterized by a large welding current range
실시 예 23Example 23
금속 시트를 0.2mm 두께의, 항복 강도 약 350MPa, 인장 강도 약 460MPa, 신율 약 22%를 갖는 고강도 강판으로 대체하는 것 외에는 실시 예 21과 동일한 재료, 조성물을 사용하여 동일한 방법으로 복합재료를 제조하였다. 복합 재료의 항복 강도는 약 193MPa, 인장강도 약 253MPa, 및 신율은 약 22%로 예견된다. 복합 재료의 밀도는 동일 두께 (약 0.8mm)의 저탄소강 시트보다 약 34 % 적을 것으로 예견된다. 복합 재료의 항복 강도는 동일 두께의 저탄소강 시트의 항복 강도보다 약 50MPa 이상 높다. 복합 재료의 인장 강도는 동일 두께 저탄소강 시트의 인장강도의 약 90% 이상으로 예견된다. 복합 재료의 굴곡 탄성률은 동일 두께 저탄소강 시트의 굴곡 탄성률의 약 85% 이상으로 예견된다. A composite material was prepared in the same manner as in Example 21 except that the metal sheet was replaced with a 0.2 mm thick high strength steel sheet having a yield strength of about 350 MPa, a tensile strength of about 460 MPa, and a elongation of about 22% . The yield strength of the composite material is predicted to be about 193 MPa, a tensile strength of about 253 MPa, and a elongation of about 22%. The density of the composite material is expected to be about 34% less than a low carbon steel sheet of the same thickness (about 0.8 mm). The yield strength of composite materials is about 50 MPa higher than the yield strength of low carbon steel sheets of the same thickness. The tensile strength of the composite material is predicted to be about 90% or more of the tensile strength of the same thickness low carbon steel sheet. The flexural modulus of the composite material is predicted to be about 85% or more of the flexural modulus of the same thickness low carbon steel sheet.
다른 언급이 없는 한, 그 속에서 제외된 멤버나, 그 그룹에서 제외된 멤버를 포함할 수 있다. Unless otherwise noted, it may include members excluded from it or members excluded from the group.
다른 언급이 없는 한, 본 발명에 기재된 숫자는 최소값과 최대값 사이의 모든 값을 포함하며 최대값과 최소값 사이의 간격은 적어도 2단위이다. 예를 들어, 성분의 양, 성질, 다양한 공정 조건, 예를 들어, 온도, 압력, 시간 등을 언급하는 경우, 예를 들어, 1 내지 90, 바람직하게는 20 내지 80, 보다 바람직하게는 30 내지 70은 그 사이의 중간 값을 모두 포함하는 것이다(예를 들어, 15 내지 85, 22 내지 68, 43 내지 51, 30 내지 32 등). 마찬가지로, 각각의 중간 값도 본 발명의 범위 내에 드는 것이다. 1 이하의 값에 대해, 한 단위는 0.0001, 0.001, 0.01 또는 0.1 등이 고려될 수 있다. 이들은 단지 예에 불과하고 최대치와 최소치 사이의 모든 수치 값이 고려되어야 한다. 본 발명에서 양을 표현할 때 "중량부" 는 중량%로 전환하여 표현이 가능한 것이다. 즉 "x" 중량부를 해당하는 예를 들어 생성되는 ㅂ블렌드 조성물에서 "x" 중량 %로 전환하여 표현할 수 있다. Unless otherwise stated, the numbers recited in the present invention include all values between the minimum and maximum values, and the interval between the maximum and minimum values is at least two units. For example, when referring to the amount and nature of the components, various process conditions such as temperature, pressure, time, and the like, it is preferable to use, for example, 1 to 90, preferably 20 to 80, (For example, 15 to 85, 22 to 68, 43 to 51, 30 to 32, etc.). Likewise, each intermediate value is within the scope of the present invention. For values less than or equal to 1, one unit may be considered to be 0.0001, 0.001, 0.01, or 0.1. These are merely examples and all numerical values between the maximum and minimum values should be considered. When expressing amounts in the present invention, " weight parts "Quot; x " parts by weight of the corresponding " b " blend compositions produced, for example.
다른 언급이 없는 한, 모든 범위는 양 종점과 그 종점 사이의 모든 수치를 포함한다. "약" 또는 "대략"은 범위의 양쪽 종점에 적용되는 범위를 연결한 것이다. 따라서, 약 20 내지 30은 약 20 내지 약 30을 다 충족하는 것이고, 최소한 특정된 종점은 포함한다.Unless otherwise noted, all ranges include all numerical values between both endpoints and their endpoints. &Quot; about " or " roughly " refers to a range that is applied to both ends of the range. Thus, from about 20 to about 30 meets about 20 to about 30, and at least the specified endpoint is included.
특허출원이나 공개공보를 포함한 모든 문헌은 참고 목적으로 사용된다. "실질적으로 구성되는"은 원소, 성분, 구성요소 또는 단계를 포함하는 것이고, 다른 원소, 성분, 구성요소 또는 단계가 기본적이고 신규한 특성에 영향을 주지 않는 것이다. "포함하는"은 원소, 성분, 구성요소 또는 단계로 실질적으로 구성되는, 또는 원소, 성분, 구성요소 또는 단계로 구성되는 것을 모두 포함하는 것이다. All documents, including patent applications and public announcements, are used for reference purposes. &Quot; Substantially composed " is intended to encompass an element, component, element or step, and does not affect other elements, components, elements or steps that are fundamental and novel. &Quot; comprising " is intended to encompass any element, component, element, or step consisting essentially of, or consisting of, elements, elements, components or steps.
복수의 원소, 성분, 구성요소 또는 단계들은 하나의 원소, 성분, 구성요소 또는 단계에 의해 제공될 수 있다. 혹은 하나의 원소, 성분, 구성요소 또는 단계가 복수의 원소, 성분, 구성요소 또는 단계로 나누어질 수 있다. "한" 또는 "하나"는 구성요소, 원소, 성분, 구성요소 또는 단계가 부가의 원소, 성분, 구성요소 또는 단계를 필요로 하지 않는다는 것을 의미한다. 모든 원소 또는 금속은 CRC Press, Inc., 1989 에 의해 발행된 원소 주기율표의 특정 그룹에 기재된 것이다. 원소 주기율표의 특정 그룹의 번호는 IUPAC 시스 템을 사용하여 명명한다.A plurality of elements, components, elements, or steps may be provided by one element, component, component, or step. Or an element, component, element, or step may be divided into a plurality of elements, components, components, or steps. &Quot; a " or " an " means that an element, element, component, element, or step does not require additional elements, elements, components, or steps. All elements or metals are listed in a particular group of the Periodic Table of the Elements issued by CRC Press, Inc., 1989. The number of a particular group of elements in the periodic table is specified using the IUPAC system.
"중합체" 및 "중합"은 일반적인 것이고 특정 경우의 "단일 및 공중합체" 그리고 "단일 및 공중합"을 각각 포함하는 것이다.&Quot; Polymer " and " polymerisation " are generic and include in each case "single and copolymer" and "single and copolymer", respectively.
본 발명의 명세서는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 실시 예 이외에도 본 발명의 명세서에 의해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자는 다양한 구현 예와 적용이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 본 발명의 명세서에 의해 정해지는 것이 아니라 본 발명의 특허청구범위에 의해 정해지며 이에 균등한 범위에도 적용된다. 본 명세서에 참고로 삽입된 모든 문헌과 참고문헌, 특허출원 및 공개공보는 모든 목적을 위해 공개될 수 있다. 상기 특허청구범위에 기재되지 않은 부분이 그 부분에 대한 권리의 포기를 의미하는 것은 아니며, 그 대상을 발명자가 본 발명의 일부로 간주하지 않았다고 여겨져서도 아니된다. The specification of the present invention is merely for the purpose of illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the scope of the present invention should not be limited by the above description of the present invention, but is defined by the claims of the present invention and applies to the same scope. All documents and references, patent applications, and public announcements incorporated herein by reference may be disclosed for all purposes. The portion not described in the claims does not mean the renunciation of the right to the portion, nor should it be considered that the inventor has not regarded the object as a part of the present invention.
10, 12 : 경량 복합물
14, 14' : 금속 층
16 : 중합체 층
18 : 중합체
20 : 섬유 10, 12: Lightweight composite
14, 14 ': metal layer
16: polymer layer
18: polymer
20: Fiber
Claims (11)
(ii) 첫 번째 열가소성 중합체와 다른 하나 이상의 두 번째 열가소성 중합체; 의 혼합물을 포함하는 중합체 기재의 매트릭스(a) 및
(i) 하나 이상의 직선 면(straight side)에 의해 특정되는 단면을 가지는 다수의 금속 섬유를 포함하고, 상기 단면은 섬유길이에 수직이며,
(ii)복합물 전체 부피를 기준으로 3부피% 이상의 농도로 존재하는,
매트릭스 전체에 분포되어 중합체 기재 매트릭스와 충전된 중합체 재료 복합물을 형성하는 금속 섬유(b)를 포함하고,
충전된 중합체 재료 복합물은 두께를 가지고 대향하는 금속 시트 사이에 샌드위치되며;
상기 다수의 금속 섬유는 충전된 중합체 재료 복합물의 두께로 연장되지 않는 금속 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료. (i) at least one first thermoplastic polymer; And
(ii) at least one second thermoplastic polymer different from the first thermoplastic polymer; (A) and < RTI ID = 0.0 >
(i) a plurality of metal fibers having a cross-section that is defined by one or more straight sides, said cross-sections being perpendicular to the fiber length,
(ii) at a concentration of at least 3 vol% based on the total volume of the composite,
(B) distributed throughout the matrix to form a filled polymeric material composite with the polymeric matrix,
The filled polymeric material composite is sandwiched between opposing metal sheets in thickness;
Wherein the plurality of metal fibers comprise metal fibers that do not extend to the thickness of the filled polymeric material composite.
(ii) 첫 번째 열가소성 중합체와 다른 하나 이상의 두 번째 열가소성 중합체; 의 혼합물을 포함하는 중합체 기재의 매트릭스(a) 및
(i) 하나 이상의 직선 면(straight side)에 의해 특정되는 단면을 가지는 다수의 금속 섬유를 포함하고, 상기 단면은 섬유길이에 수직이며,
(ii)복합물 전체 부피를 기준으로 3부피% 이상의 농도로 존재하는,
매트릭스 전체에 분포되어 중합체 기재 매트릭스와 충전된 중합체 재료 복합물을 형성하는 금속 섬유(b)를 포함하고,
충전된 중합체 재료 복합물은 두께를 가지고 금속 시트에 부착되며;
상기 다수의 금속 섬유는 충전된 중합체 재료 복합물의 두께로 연장되지 않는 금속 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료. (i) at least one first thermoplastic polymer; And
(ii) at least one second thermoplastic polymer different from the first thermoplastic polymer; (A) and < RTI ID = 0.0 >
(i) a plurality of metal fibers having a cross-section that is defined by one or more straight sides, said cross-sections being perpendicular to the fiber length,
(ii) at a concentration of at least 3 vol% based on the total volume of the composite,
(B) distributed throughout the matrix to form a filled polymeric material composite with the polymeric matrix,
The filled polymeric material composite is attached to the metal sheet with a thickness;
Wherein the plurality of metal fibers comprise metal fibers that do not extend to the thickness of the filled polymeric material composite.
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