KR20210107797A - 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료 - Google Patents

금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료 Download PDF

Info

Publication number
KR20210107797A
KR20210107797A KR1020217023506A KR20217023506A KR20210107797A KR 20210107797 A KR20210107797 A KR 20210107797A KR 1020217023506 A KR1020217023506 A KR 1020217023506A KR 20217023506 A KR20217023506 A KR 20217023506A KR 20210107797 A KR20210107797 A KR 20210107797A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
fiber
reinforced plastic
resin
resin composition
Prior art date
Application number
KR1020217023506A
Other languages
English (en)
Inventor
타카히로 요시오카
히로유키 타카하시
히데키 안도
Original Assignee
닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼 가부시키가이샤 filed Critical 닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼 가부시키가이샤
Publication of KR20210107797A publication Critical patent/KR20210107797A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B32B15/088—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin comprising polyamides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/003—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised by the matrix material, e.g. material composition or physical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
    • B29C70/088—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers and with one or more layers of non-plastics material or non-specified material, e.g. supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B32B15/098—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin comprising condensation resins of aldehydes, e.g. with phenols, ureas or melamines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/14—Layered products comprising a layer of metal next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/18—Layered products comprising a layer of metal comprising iron or steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/18—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives
    • B32B27/20—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives using fillers, pigments, thixotroping agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/022—Non-woven fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/024—Woven fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/241—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres
    • C08J5/243—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres using carbon fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L71/00—Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2705/00—Use of metals, their alloys or their compounds, for preformed parts, e.g. for inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/02—2 layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0261—Polyamide fibres
    • B32B2262/0269—Aromatic polyamide fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/101—Glass fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/103—Metal fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/105—Ceramic fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/107—Ceramic
    • B32B2264/108—Carbon, e.g. graphite particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2270/00—Resin or rubber layer containing a blend of at least two different polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/306—Resistant to heat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/542—Shear strength
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/546—Flexural strength; Flexion stiffness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/748—Releasability
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2311/00—Metals, their alloys or their compounds
    • B32B2311/24—Aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2311/00—Metals, their alloys or their compounds
    • B32B2311/30—Iron, e.g. steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2371/00—Polyethers, e.g. PEEK, i.e. polyether-etherketone; PEK, i.e. polyetherketone
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2419/00—Buildings or parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/18—Aircraft
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2650/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2650/28—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule characterised by the polymer type
    • C08G2650/56—Polyhydroxyethers, e.g. phenoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2371/00—Characterised by the use of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2377/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2377/02—Polyamides derived from omega-amino carboxylic acids or from lactams thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2377/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2377/06—Polyamides derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2471/00—Characterised by the use of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2477/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2477/02—Polyamides derived from omega-amino carboxylic acids or from lactams thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2477/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2477/06—Polyamides derived from polyamines and polycarboxylic acids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

강화 섬유 기재에의 매트릭스 수지의 함침과, 금속 부재와의 접착성이 양호하고, 내열성, 내충격성, 기계 특성이 우수한 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료를 제공한다. 금속 부재와 섬유 강화 플라스틱의 적층체로서, 상기 섬유 강화 플라스틱이 강화 섬유 기재(A)와 열가소성 수지 조성물(B)로 이루어지고, 열가소성 수지 조성물(B)은 페녹시 수지(B-1)와 폴리아미드 수지(B-2)를 질량비 (B-1)/(B-2)가 80/20~20/80인 비율로 포함하고, 강화 섬유 기재(A)의 모노필라멘트에 대한 열가소성 수지 조성물(B)의 접착 강도가 미세액적법에 있어서의 23℃에 있어서의 계면 전단강도로 40㎫ 이상이며, 금속 부재와 열가소성 수지 조성물(B)의 접착 강도가 23℃에 있어서의 인장 전단강도로 7.0㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료이다.

Description

금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료
본 발명은, 금속 부재와 섬유 강화 플라스틱 성형용 재료가 적층되어서 일체화된 금속·섬유 강화 복합 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
섬유 강화 플라스틱 재료(FRP)는 경량이며 고강도인 재료로서 낚시대나 테니스 라켓, 스포츠 사이클이나 자동차, 풍력 발전기의 블레이드, 항공기에까지 폭넓게 사용되고 있는 재료이다. 특히 자동차 산업에 있어서는, 섬유 강화 플라스틱 재료의 채용에 의해, 차체의 경량화를 도모하고, 연비나 주행 성능을 향상시키는 적극적인 검토가 진행되고 있다.
그러나, FRP는 경량 또한 고강도이지만, 종래 사용되어 온 금속계 재료보다 비용이 높고, 미리 정해진 형상으로밖에 부재를 제작할 수 없거나, 열경화성 수지인 에폭시 수지를 매트릭스 수지로 하고 있기 때문에 부재의 제조 시간이 길다는 과제를 안고 있다.
그래서, 프레스 가공이 가능하기 때문에 고생산성인 금속 재료와 열가소성 수지를 매트릭스 수지로 한 FRP 재료를 조합시킴으로써 이들 과제를 해결하려고 하는 시도가 행해지고 있다. 폴리아미드 등의 열가소성 수지를 사용한 FRP 재료는, 열경화성 수지보다 생산성이 높고, 사용 후의 리사이클성도 우수하기 때문에 그 적용 검토가 최근 활발하게 검토되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 있어서, 자동차용 부재로서 금속과 열가소성 수지를 매트릭스 수지로 한 탄소 섬유 강화 플라스틱 재료를 적층해서 일체화한 금속·CFRP 복합 재료가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에서는, 알루미늄합금과 폴리아미드 수지를 사용한 CFRP가 강고하게 일체화된 금속·CFRP 복합 재료가 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에서는 열가소성 수지에 의한 매트릭스 수지로서 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드 및/또는 이것들의 혼합물을 사용하는 것을 들 수 있지만, 페녹시 수지를 매트릭스 수지로서 사용하는 것에 대해서는 알리지 않는다.
또한, 특허문헌 2는, 금속의 표면을 마이크로 에칭 등의 방법을 이용하여 특정의 파라미터를 갖도록 미세 가공을 행하고, 그곳을 수지로 메움으로써 금속과 FRP를 강고하게 일체화시키는 것에 특징이 있는 것이며, 그 때문에 고결정성의 폴리아미드 또는 폴리페닐렌설파이드계 수지 조성물을 개시하고 있는 것에 지나지 않는다.
또한, 에폭시 화합물과 폴리아미드 수지를 배합한 수지 조성물은 특허문헌 3이나 특허문헌 4에서 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 3은, 분자량 10000 이하의 에폭시 화합물을 0.1~10중량부 배합해서 이루어지는 탄소 섬유 강화 폴리아미드 수지 조성물을 개시하는 것에 지나지 않고, 또한 사출 성형용 재료로서 금속과의 복합화는 상정되어 있지 않다. 한편, 특허문헌 4는, 나일론 6 수지와 페녹시 수지로 이루어지는 폴리아미드 수지 조성물을 개시하지만, 자동차 부품 등에 기계적으로 부착하는 제진성 재료로서 검토되어 있는 것에 지나지 않고, 금속과의 접착력에 대해서는 일체 고려되어 있지 않다. 또한, 수지 재료 단독의 성형물을 엔진 주위 등에 기계적으로 부착하는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 구조 재료로서의 금속·FRP 복합체의 검토는 되어 있지 않다.
일본 특허공표 2014-509971호 공보 일본 특허공개 2016-60051호 공보 일본 특허공개 2015-129271호 공보 일본 특허공개 평 4-11654호 공보
강화 플라스틱, vol.59(2013), pp.330
본 발명은, 강화 섬유 기재에의 매트릭스 수지의 함침과, 금속 부재와의 접착성이 양호하고, 내열성, 내충격성, 기계 특성이 우수한 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료의 제공을 목적으로 한다.
(1) 금속 부재와 섬유 강화 플라스틱의 적층체로서, 상기 섬유 강화 플라스틱이 강화 섬유 기재(A)와 열가소성 수지 조성물(B)로 이루어지고, 열가소성 수지 조성물(B)은 페녹시 수지(B-1)와 폴리아미드 수지(B-2)를 질량비 (B-1)/(B-2)가 80/20~20/80인 비율로 포함되고, 강화 섬유 기재(A)의 모노필라멘트에 대한 열가소성 수지 조성물(B)의 접착 강도가, 미세액적법에 있어서의 23℃에 있어서의 계면 전단강도(τ)로 40㎫ 이상이며, 금속 부재와 열가소성 수지 조성물(B)의 접착강도가, 23℃에 있어서의 인장 전단강도로 7.0㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료.
(2) 섬유 강화 플라스틱에 대하여 180℃, 30분의 열이력을 가한 후의 두께 변화율의 절대값이 2.0% 미만인 상기 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료.
(3) 폴리아미드 수지(B-2)가 전지방족 폴리아미드 및/또는, 반지방족 폴리아미드인 상기 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료.
(4) 금속 부재의 재질이 철강 재료, 스테인리스강, 알루미늄인 상기 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료.
(5) 강화 섬유 기재가 탄소 섬유, 보론 섬유, 규소카바이드 섬유, 유리 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어지는 군 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 섬유를 포함하는 것인 상기 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료.
본 발명에 의하면, 섬유 강화 플라스틱 재료와 금속 부재가 강고하게 접착하고, 기계 특성이 매우 우수하며, 저흡습이고 고내열성의 경량인 금속-섬유 강화 플라스틱 복합 재료를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료(금속·FRP 복합 재료라고도 한다.)는, 열가소성 수지 조성물(B)이 매트릭스 수지로서 강화 섬유 기재(A)에 함침된 섬유 강화 플라스틱(FRP) 재료와 금속 부재와 적층 일체화된 복합 재료이다.
본 발명의 금속·FRP 복합 재료에 있어서의, 금속 부재와 적층 일체화하는 FRP 재료의 매트릭스 수지는, 열가소성 수지인 페녹시 수지(B-1)와 폴리아미드 수지(B-2)를 필수 성분으로서 포함하는 열가소성 수지 조성물(B)이다. 본 발명의 FRP 재료는, 페녹시 수지(B-1)를 매트릭스 수지에 사용하고 있기 때문에, 가열 프레스에 의한 가압 성형이 용이하고, 생산성을 크게 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 엔지니어링 플라스틱인 폴리아미드 수지(B-2)를 매트릭스 수지에 사용하고 있기 때문에, 내열성이 높고, 인성이 우수한 등의 양호한 기계 특성을 가진다.
본 발명의 금속·FRP 복합 재료에 사용되는 FRP 재료의 강화 섬유 기재(A)에는, 탄소 섬유나 유리 섬유, 보론이나 알루미나, 규소카바이드 등의 세라믹스 섬유, 스테인리스 등의 금속 섬유, 아라미드 등의 유기 섬유 등, 폭넓게 선택이 가능하다. 이것들 중에서도, 탄소 섬유, 유리 섬유가 바람직하게 사용되고, 강도가 높고, 열전도성이 좋은 탄소 섬유를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 탄소 섬유는 피치계, PAN계의 어느 것이나 사용 가능하지만, 피치계의 탄소 섬유는, 고강도일 뿐만 아니라 고열전도성이기도 하고, 그 때문에 발생한 열을 신속하게 확산할 수 있으므로 열을 놓칠 필요가 있는 용도에서는 PAN계보다 바람직하다. 강화 섬유 기재의 형태는 특별히 제한되는 것이 아니고, 예를 들면 일방향재, 평직물이나 능직 등의 크로스, 삼차원 크로스, 촙드 스트랜드 매트, 수천개 이상의 필라멘트로 이루어지는 토우, 또는 부직포 등을 사용할 수 있다. 이들 강화 섬유 기재는 1종류로 사용할 수도 있고, 2종류 이상을 병용하는 것도 가능하다.
강화 섬유는, 그 표면에 사이징제(집속제)나 커플링제 등을 부착시킨 것이면 매트릭스 수지의 강화 섬유에의 젖음성이나, 취급성을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다. 사이징제로서는, 예를 들면, 무수 말레산계 화합물, 우레탄계 화합물, 아크릴계 화합물, 에폭시계 화합물, 페놀계 화합물 또는 이들 화합물의 유도체 등을 들 수 있다. 커플링제로서는, 예를 들면 아미노계, 에폭시계, 클로르계, 메르캅토계, 양이온계의 실란커플링제 등을 들 수 있다.
강화 섬유 100중량부에 대하여, 사이징제 및 커플링제의 함유량은, 0.1~10중량부, 보다 바람직하게는 0.5~6중량부이다. 사이징제 및 커플링제의 함유량이 0.1~10중량%이면, 매트릭스 수지 조성물과의 젖음성, 취급성이 보다 우수하다. 보다 바람직하게는 0.5~6중량%이다.
강화 섬유 기재(A)의 모노필라멘트는 FRP 재료의 매트릭스 수지 조성물인 열가소성 수지 조성물(B)과 양호한 접착성을 갖는 것이 바람직하다. 접착성의 평가 방법으로서는, 미세액적법(MD법)에 의해 모노필라멘트와 열가소성 수지 조성물(B)의 계면 전단강도(τ)를 측정함으로써 평가할 수 있다(비특허문헌 1). 본 법에 의해 측정한 23℃에 있어서의 계면 전단강도가 40㎫ 이상이면, 모노필라멘트와 매트릭스 수지 조성물 사이의 접착성은 양호하고, 강도가 우수한 섬유 강화 플라스틱이 얻어진다. 한편, 계면 전단강도가 40㎫ 미만이면, 섬유 강화 플라스틱에 하중부하가 걸렸을 경우, 모노필라멘트와 매트릭스 수지 조성물 사이의 계면으로부터 박리가 발생하고, 강화 섬유의 성능을 충분히 인출할 수 없어, 강도가 떨어지는 섬유 강화 플라스틱이 된다. 또한, 수지와 필라멘트 자신과의 친밀성도 나쁘기 때문에, FRP 재료를 성형하는 것이 곤란할 경우가 있고, 매트릭스 수지인 열가소성 수지 조성물(B)과 강화 섬유의 계면 전단강도가 부족하면 FRP 재료로서 충분한 기계 물성을 낼 수 없게 되기 때문에, 금속·FRP 복합 재료로서 소망의 성능이 얻어지지 않게 된다.
또한, 강화 섬유와의 계면 전단강도에 대해서는, 42㎫ 이상이 바람직하고, 45㎫ 이상이 보다 바람직하다.
매트릭스 수지의 필수 성분의 하나인 페녹시 수지(B-1)는, 2가 페놀 화합물과 에피할로히드린의 축합 반응, 또는 2가 페놀 화합물과 2관능 에폭시 수지의 중부가 반응으로부터 얻어지는 열가소성 수지이며, 용액 중 또는 무용매 하에 종래 공지의 방법으로 얻을 수 있다. 평균 분자량은, 질량 평균 분자량(Mw)으로서, 통상 10000~200000이지만, 바람직하게는 20000~100000이며, 보다 바람직하게는 30000~80000이다. Mw가 지나치게 낮으면 성형체의 강도가 떨어지고, 지나치게 높으면 작업성이나 가공성이 떨어지는 것으로 되기 쉽다. 또한, Mw는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정하고, 표준 폴리스티렌 검량선을 사용하여 환산한 값이다.
페녹시 수지의 수산기 당량(g/eq)은, 통상 50~1000이지만, 바람직하게는 50~750이며, 특히 바람직하게는 50~500이다. 수산기 당량은 지나치게 낮으면 수산기가 늘어남으로써 흡수율이 오르기 때문에, 기계 물성이 저하될 걱정이 있다. 수산기 당량이 지나치게 높으면 수산기가 적으므로, 강화 섬유 기재, 특히 탄소 섬유와의 젖음성이 저하된다.
페녹시 수지의 유리 전이 온도(Tg)는, 65℃~160℃인 것이 적합하지만, 바람직하게는 70℃~150℃이다. 유리 전이 온도가 65℃보다 낮으면 성형성은 좋아지지만, 블록킹에 의한 분체 또는 펠렛의 저장 안정성의 악화나 프리포밍시의 끈적임(점착성이 나쁘다) 등의 문제가 발생한다. 160℃보다 높으면 용융 점도도 높아져 성형성이나 섬유에의 충전성이 떨어지고, 결과적으로, 보다 고온의 프레스 성형이 필요해진다. 또한, 페녹시 수지의 유리 전이 온도는, 시차 주사 열량 측정 장치를 사용하고, 10℃/분의 온도 상승 조건으로, 20~280℃의 범위에서 측정하고, 세컨드 스캔의 피크값으로부터 구해지는 수치이다.
페녹시 수지로서는, 상기 물성을 충족시킨 것이면 특별히 한정되지 않지만, 비스페놀 A형 페녹시 수지(예를 들면, 닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼제 페노토토 YP-50, YP-50S, YP-55U), 비스페놀 F형 페녹시 수지(예를 들면, 닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼제 페노토토 FX-316), 비스페놀 A와 비스페놀 F의 공중합형 페녹시 수지(예를 들면, 닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼제 YP-70), 또는 특수 페녹시 수지(예를 들면, 닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼제 페노토토 YPB-43C, FX293) 등을 들 수 있고, 이것들을 단독 또는 2종 이상을 혼합해서 사용할 수 있다.
또한, 페녹시 수지와 유사한 열가소성 에폭시 수지로 호칭되는 열가소성 수지를 페녹시 수지의 대체로서 사용할 수도 있지만, 페녹시 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
페녹시 수지는, 상온에 있어서 고형이며, 또한 180~350℃의 온도 영역 중 어느 하나에 있어서 10~3000Pa·ｓ의 용융 점도를 나타내는 것이 바람직하다.
또한, 용융 점도가 3000Pa·ｓ를 초과하면 금속 부재와의 적층 복합화시에 강화 섬유 기재에의 수지의 함침이 불충분해지고, 용융 점도가 10Pa·ｓ 미만이면 수지의 흐름성이 과잉으로 되어, FRP 성형체의 섬유 체적 함유량의 제어가 곤란해지거나, 성형시에 수지 부족에 의한 긁힘의 발생이나 두께 정밀도가 저하된다. 이 때문에, FRP 성형물의 기계 강도가 저하되고, 결과적으로 금속 부재와의 복합체의 기계 물성도 저하되어 버릴 걱정이 있다.
또한, 열중량 측정(TG)에 있어서, 350℃까지 가열했을 때의 가열 중량 감소율이 1% 미만인 것이 바람직하다. 가열 중량 감소율이 1% 이상을 초과하면 성형 가공시에 페녹시 수지가 열열화함으로써, 성형체의 변색이나 기계 강도가 저하될 우려가 있다.
본 발명의 금속·FRP 복합 재료에 사용되는 FRP 재료의 매트릭스 수지에는, 페녹시 수지(B-1)와 함께 폴리아미드 수지(B-2)가 배합된다. 폴리아미드 수지를 배합함으로써, 매트릭스 수지의 내열성이나 내충격성, 기계 특성의 향상을 도모할 수 있다. 페녹시 수지(B-1)와 폴리아미드 수지(B-2)는 서로 상용하는 경우는 없지만, 모두 극성을 갖는 수지이므로 상용성이 좋기 때문에, 가열 성형시에 형성되는 구조가 강고하고, 그 때문에 페녹시 수지(B-1)의 강도와 폴리아미드 수지(B-2)의 신도나 내열성이 서로 저해되지 않고 반영된 수지 조성물로 이루어진다고 추측된다. 그리고, 이와 같은 성능의 향상은, 보다 높은 내열성이 요구되는 용도, 예를 들면 자동차 재료나 항공 우주용의 재료 등에의 전개도 가능해진다.
폴리아미드 수지(B-2)는, 아미드 결합의 반복에 의해 주쇄가 구성되는 열가소성 수지이며, 락탐의 개환 중합 또는 락탐끼리의 공축합 중합, 디아민과 디카르복실산의 탈수 축합에 등에 의해 얻어진다.
락탐으로서는 ε-카프로락탐, 운데칸락탐, 라우릴락탐 등을 들 수 있고, 상기 디아민으로서는 헥사메틸렌디아민, 노난디아민, 메틸펜타디아민 등의 지방족 디아민, 시클로헥산디아민, 메틸시클로헥산디아민, 이소포로디아민, 노보네인디메틸아민, 트리시클로데칸디메틸디아민 등의 지환족 디아민, p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, p-크실릴렌디아민, m-크실릴렌디아민, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노디페닐술폰, 4,4'-디아미노디페닐에테르 등의 방향족 디아민 등이다. 또한, 상기 디카르복실산으로서는 말론산, 디메틸말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 2-메틸아디프산, 트리메틸아디프산, 피멜산, 2,2-디메틸글루타르산, 3,3-디에틸숙신산, 아젤라산, 세바신산, 수베르산 등의 지방족 디카르복실산, 1,3-시클로펜탄디카르복실산, 1,4-시클로헥산디카르복실산 등의 지환족 디카르복실산, 테레프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 2,7-나프탈렌디카르복실산, 1,4-나프탈렌디카르복실산, 1,4-페닐렌디옥시디아세트산, 1,3-페닐렌디옥시디아세트산, 디펜산, 4,4'-옥시디벤조산, 디페닐메탄-4,4'-디카르복실산, 디페닐술폰-4,4'-디카르복실산, 4,4'-비페닐디카르복실산 등의 방향족 디카르복실산 등이다.
폴리아미드 수지(B-2)는, 주쇄가 지방족 골격으로 이루어지는 나일론이라고도 호칭되는 전지방족 폴리아미드 수지(예를 들면, 나일론 6, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 66, 나일론 610 등), 주쇄에 방향족이 포함되는 반지방족 폴리아미드 수지 또는 반방향족 폴리아미드 수지(예를 들면, 나일론 6I, 나일론 6T, 나일론 9T, 나일론 M5T, 나일론 MXD6 등), 및 주쇄가 방향족 골격만으로 구성되는 아라미드라고도 호칭되는 전방향족 폴리아미드 수지(케블라, 노멕스(토레이·듀폰제), 트와론, 코넥스(테이진제)가 있다.
본 발명의 금속·FRP 복합 재료의 FRP 재료의 매트릭스 수지에는, 이것들 중 어느 것이나 사용할 수 있지만, 전지방족 폴리아미드 수지 또는 반지방족(반방향족) 폴리아미드 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 전지방족 폴리아미드 수지이며, 가장 바람직하게는 ε-카프로락탐을 개환 중합해서 얻어지는 나일론 6이라 호칭되는 전지방족 폴리아미드 수지이다.
폴리아미드 수지(B-2)는, 융점이 180℃~320℃이고, 180~350℃에 있어서의 용융 점도가 10~3000Pa·ｓ 이하인 것이 좋다. 바람직하게는 융점이 200~310℃이다. 전지방족 및 반방향족 폴리아미드 수지는, 용융 점도가 비교적 낮고, 매트릭스 수지의 용융 점도를 낮게 억제할 수 있다.
또한, 폴리아미드 수지(B-2)의 용융 점도가 3000Pa·ｓ를 초과하면, 매트릭스 수지의 강화 섬유 기재에의 충전성이 떨어지고, 보이드 등의 결함이 발생하기 쉬워지므로, 얻어지는 섬유 강화 플라스틱 성형물의 균질성이 떨어진다. 한편, 10Pa·ｓ 미만까지 폴리아미드 수지의 용융 점도가 낮으면 유동성이 과잉으로 되고, FRP 성형체의 섬유 체적 함유량의 제어가 곤란해지거나, 성형시에 수지 부족에 의한 긁힘의 발생이나 두께 정밀도의 저하를 초래하여, 금속·FRP 복합 재료의 강도를 저하시켜 버릴 우려가 있다.
폴리아미드 수지(B-2)는, 그 Mw가 10000 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 25000 이상이다. Mw가 10000 이상인 폴리아미드 수지를 사용함으로써, 성형체가 양호한 기계 강도가 담보됨과 아울러, 과잉한 유동성에 의한 수지 부족이나 성형체의 두께 정밀도의 저하와 같은 트러블이 발생하는 사태를 억제할 수 있다.
상기 페녹시 수지(B-1)와 폴리아미드 수지(B-2)를 포함하는 본 발명의 열가소성 수지 조성물은, 가열 성형에 의해 매트릭스 수지로 되기 전의 상태에서는, 상온에서 고형이며, 그 용융 점도는 180~350℃의 온도 영역 중 어느 하나에 있어서 3000Pa·ｓ 이하이다. 이 열가소성 수지 조성물의 용융 점도는, 바람직하게는 10~2900Pa·ｓ이며, 보다 바람직하게는 30~2800Pa·ｓ이다. 180~350℃의 온도 영역 중 어느 것에 있어서도 용융 점도가 3000Pa·ｓ를 초과하면 성형 가공시의 매트릭스 수지 조성물의 유동성이 나빠지기 때문에, 표면에 부착된 고형의 수지가 섬유 기재 내에 충분히 널리 퍼지지 않고 보이드의 원인으로 되어서 성형물의 기계 물성이 저하된다. 또한, 용융 점도가 10Pa·ｓ 미만이면 수지의 흐름성이 과잉으로 되고, FRP 성형체의 섬유 체적 함유량의 제어가 곤란해지거나, 성형시에 수지 부족에 의한 긁힘의 발생이나 두께 정밀도의 저하를 초래해서 성형물의 기계 강도가 저하된다. 그리고, 이들 요인에 의해 금속·FRP 복합 재료의 기계 물성이 결과적으로 저하될 걱정이 있다.
본 발명의 금속·FRP 복합 재료의 매트릭스 수지는, 상기 페녹시 수지(B-1)와 폴리아미드 수지(B-2)를, (B-1)/(B-2)로 나타내어지는 배합비로 80/20~20/80의 비율로 배합된 수지 조성물이다. 질량비 (B-1)/(B-2)는, 바람직하게는 75/25~25/75이며, 보다 바람직하게는 70/30~30/70, 가장 바람직하게는 70/30~50/50이다. 질량비 (B-1)/(B-2)가 75/25를 초과하면 폴리아미드 수지를 배합한 효과인 내열성이나 기계 강도 등의 특성의 향상 효과가 불충분한 경향으로 된다. 또한, 질량비 (B-1)/(B-2)가 25/75 미만으로 되면 페녹시 수지의 배합에 의한 강화 섬유 기재에의 함침성의 향상이 보여지지 않게 되기 때문에, 강화 섬유 기재에의 함침이 곤란해진다.
본 발명의 금속 부재와 열가소성 수지 조성물(B)의 접착 강도는, 23℃에 있어서의 인장 전단강도가 7.0㎫ 이상이다. 본 발명에 있어서의 인장 전단강도란, JIS K 6850에 의해 측정되는 파단 응력을 가리키고, 상기 인장 전단강도가 7.0㎫ 이상이면 금속 부재와 열가소성 수지 조성물의 접착성이 양호하고, 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료로 했을 때의 금속과 강화 섬유 플라스틱 사이가 강고하게 접착되기 때문에, 복합 재료는 높은 기계 특성을 발휘할 수 있다. 그러나, 인장 전단강도가 7.0㎫ 미만일 경우, 금속과 섬유 강화 플라스틱 사이의 접착이 약하고, 재하시에 계면 박리를 일으키기 쉬워 기계 강도가 저하되어 버린다. 또한, 인장 전단강도는 7.5㎫ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 금속·FRP 복합체는, FRP 재료의 매트릭스 수지인 열가소성 수지 조성물이, 상술한 강화 섬유(모노필라멘트)와의 계면 전단강도가 35㎫ 이상인 것과, 금속 부재와의 인장 전단강도가 7.0㎫ 이상인 것의 어느 것이나 충족시키는 것을 필수로 한다.
본 발명의 섬유 강화 플라스틱 성형 재료의 매트릭스 수지가 되는 열가소성 수지 조성물을 구성하는 수지 재료의 하나인 페녹시 수지(B-1)는, 그 측쇄의 수산기의 존재에 의해 강화 섬유(특히 유리 섬유나 탄소 섬유)와의 친밀성이 양호하다. 이 때문에, 강화 섬유 기재의 표면에 열가소성 수지 조성물이 분말 상태 또는 필름등의 막 형상으로 부착된 상태에서 가압해도 매우 용이하게 강화 섬유 기재의 섬유다발의 내부까지 침투시킬 수 있다. 또한, 비정질의 폴리머이기 때문에 투명성이 있고, 성형 후에 표면의 의장성이 높은 성형체가 얻어진다. 한편, 매트릭스 수지를 구성하는 또 하나의 수지 재료인 폴리아미드 수지(B-2)는, 결정성 폴리머이지만 융점이나 용융 점도가 높기 때문에, 강화 섬유 기재에의 함침성은 떨어지지만, 미분말로서 사용함으로써 기재에의 함침성을 크게 개선할 수 있다. 추가해서, 폴리아미드 수지는 일반적으로 내열성이 높고, 내충격성 등의 기계 강도가 양호하다. 분말로서 사용할 경우, 예를 들면 평균 입자 지름(D50) 10~150㎛의 범위가 바람직하다.
본 발명의 섬유 강화 플라스틱은, 180℃, 30분의 열이력을 가한 후의 두께 변화율의 절대값이 2.0% 미만인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서의 두께 변화율(%)이란, 열이력을 가한 후의 상온에 있어서의 FRP 재료의 두께 L(㎜)을 열이력을 가하기 전의 상온에 있어서의 FRP 재료의 두께 Lo(㎜)로 나누고, 100을 곱한 것이다(L/Lo×100). 두께 변화율의 절대값이 2.0% 미만이면, 열에 의한 FRP 재료의 불가역적인 치수 변화가 작고, 열이력에 의한 기계 강도의 저하가 일어나기 어려워지므로 바람직하다. 한편, 두께 변화율의 절대값이 2.0% 이상으로 되면 열에 의한 FRP 재료의 불가역적인 치수 변화가 커지기 때문에, 열이력에 의해 기계 강도가 큰 저하를 초래하게 되고, 특히 구조 부재에의 적용이 어려워지는 등 복합체로서의 용도가 한정되어 버리므로 적합하지 않다.
페녹시 수지(B-1)와 폴리아미드 수지(B-2)는 미분쇄해서 혼합하고, 용융해도 상용해서 혼연일체로 되는 경우는 없다. 그러나, 페녹시 수지는 수산기의 존재에 의해, 또한 폴리아미드 수지는 아미드 결합에 의해 극성을 가지기 때문에, 어느 정도의 친화성을 가진 상태에서 해도 구조 또는 공연속 구조를 취한다고 추측된다. 이들 매트릭스 수지의 구조는, 페녹시 수지(B-1)와 폴리아미드 수지(B-2)의 배합 비율에 의해 임의로 조정할 수 있다. 따라서, FRP 재료의 페녹시 수지에 유래하는 양호한 가공성이나 의장성, 및 폴리아미드 수지에 유래하는 내충격성이나 내열성을 활용해서, 금속·FRP 복합 재료의 물성을, 요구되는 성능에 따라 임의로 조정하는 것이 가능하다.
본 발명의 금속·FRP 복합 재료의 FRP 재료에는, 난연제 및 난연 조제가 포함되어 있는 것이 바람직하다. 난연제는 상온에서 고체이며, 승화성이 없는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 이들 난연제로서는, 예를 들면 수산화칼슘과 같은 무기계 난연제나, 인산 암모늄류나 인산 에스테르 화합물과 같은 유기계 및 무기계의 인계 난연제, 트리아진 화합물 등의 함질소계 난연제, 브롬화페녹시 수지 등의 함브롬계 난연제 등을 들 수 있다. 그 중에서도 브롬화페녹시 수지나 인 함유 페녹시 수지는, 난연제겸 매트릭스 수지로서 사용하는 것이 가능하다. 난연제(및 난연 조제)의 배합량에 대해서는, 난연제의 종류나 소망의 난연성의 정도에 따라 적당히 선택되지만, 매트릭스 수지 100중량부에 대하여 대강 0.01~50중량부의 범위 내에서, 매트릭스 수지의 부착성이나 함침성, 성형물의 물성을 손상하지 않는 정도로 배합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 FRP 재료에는, 매트릭스 수지의 강화 섬유 기재에의 양호한 부착성이나, 그 물성을 손상하지 않는 범위에 있어서, 페녹시 수지나 폴리아미드 수지 이외의 열가소성 수지나 열경화성 수지, 예를 들면 폴리염화비닐리덴 수지, 천연 고무, 합성 고무, 에폭시 화합물 등을 배합할 수 있다.
특히, 에폭시 화합물은, 페녹시 수지(B-1)와 병용할 수 있고, FRP 재료의 성형성이나 매트릭스 수지의 강화 섬유 기재에의 함침성의 향상, 페녹시 수지와 폴리아미드 수지의 친화성의 향상, 금속 부재나 강화 섬유 기재와의 접착성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하게 사용된다.
에폭시 화합물이란, 1분자 중에 적어도 1개의 에폭시기를 갖는 화합물을 말하고, 상온에서 고형이며, 그 수 평균 분자량이 10000 이하, 바람직하게는 1000~10000, 보다 바람직하게는 5000~10000인 것이 바람직하고, 페녹시 수지 100중량부에 대하여 0.1~100중량부의 비율로 배합되는 것이 바람직하다.
이와 같은 에폭시 화합물로서, 비스페놀형 에폭시 수지나 페놀노볼락형 에폭시 수지, 트리페닐글리시딜에테르형 에폭시 수지 등이 예시되지만, 그 중에서도 비스페놀 A형 또는 비스페놀 F형의 골격이며, 연화점이 80℃ 이상인 고형 에폭시 수지가 바람직하게 사용된다.
본 발명의 금속·FRP 복합 재료의 FRP 재료는, 매트릭스 수지 조성물의 160~250℃에 있어서의 용융 점도가 3000Pa·ｓ를 초과하지 않는 범위 내이면, 여러가지 무기 필러나, 카본 블랙이나 카본 나노 튜브 등의 카본 필러, 체질 안료, 착색제, 산화방지제, 자외선방지제 등을 배합할 수 있고, 에폭시 화합물을 첨가한 경우에는 경화제나 경화촉진제 등, 그 밖의 첨가물을 더 배합할 수도 있다.
상기 수지 조성물은, 페녹시 수지와 폴리아미드 수지를 포함하는 혼합물이지만, 필요에 따라 상기와 같은 다른의 수지나 첨가물을 포함할 수 있다. 그러나, 무기 필러와 같은 수지 조성물과 함께 용융 또는 용해하지 않는 고형분은, 수지 조성물을 구성하는 성분으로서는 취급하지 않는다.
수지 조성물에 페녹시 수지와 폴리아미드 수지 이외의 성분을 포함하는 경우에는, 그 비율은 50질량% 이하, 바람직하게는 20질량% 이하가 좋다. 이 경우의 수지 조성물은 전체적으로 상기 용융 점도를 만족하는 것이 좋다.
본 발명의 금속·FRP 복합 재료에 사용되는 금속 부재는, 프레스 등에 의한 성형 가공이 가능하면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 형상은 박판 형상인 것이 바람직하다. 또한, 재질에 대해서는, 예를 들면 철, 티탄, 알루미늄, 마그네슘, 구리 및 이것들의 합금 등을 들 수 있다. 여기에서, 합금의 예로서는, 예를 들면 스테인리스강을 포함하는 철계 합금, Ti계 합금, Al계 합금, Mg합금, 황동 등의 동합금 등을 들 수 있다. 금속 부재의 재질은, 바람직하게는 철강 재료, 철계 합금, 티탄 및 알루미늄이며, 특히 다른 금속종에 비해서 탄성률이 높은 철강 재료인 것이 보다 바람직하다. 그와 같은 철강 재료로서는, 예를 들면, 일본 공업 규격(JIS) 등에서 규격된 철강 재료가 있고, 일반 구조용이나 기계 구조용으로서 사용되는 탄소강, 합금강, 고장력강 등을 들 수 있다. 이와 같은 철강 재료의 구체예로서는, 냉간 압연 강재, 열간 압연 강재, 자동차 구조용 열간 압연 강판재, 자동차 가공용 열간 압연 고장력 강판재 등을 들 수 있다.
철강 재료에는, 임의의 표면 처리가 실시되어 있어도 좋다. 여기에서, 표면처리란, 예를 들면, 아연 도금 및 알루미늄 도금 등의 각종 도금 처리, 크로메이트처리 및 논크로메이트 처리 등의 화성 처리, 및, 샌드 블래스트와 같은 물리적 또는 케미컬 에칭과 같은 화학적인 표면 조화 처리를 들 수 있지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 복수종의 표면 처리가 실시되어 있어도 좋다. 표면 처리로서는, 적어도 방청성의 부여를 목적으로 한 처리가 행해져 있는 것이 바람직하다.
FRP 재료와의 접착성을 높이는 것을 목적으로, 금속 부재의 표면을 프라이머에 의해 처리하는 것도 가능하다. 이 처리에서 사용하는 프라이머로서는, 예를 들면 실란커플링제나 트리아진티올 유도체가 바람직하다. 실란커플링제로서는 에폭시계 실란커플링제나 아미노계 실란커플링제, 이미다졸실란 화합물이 예시된다. 트리아진티올 유도체로서는 6-디아릴아미노-2,4-디티올-1,3,5-트리아진, 6-메톡시-2,4-디티올-1,3,5-트리아진모노나트륨, 6-프로필-2,4-디티올아미노-1,3,5-트리아진모노나트륨 및 2,4,6-트리티올-1,3,5-트리아진 등이 예시된다.
본 발명의 금속·FRP 복합 재료는, 다음 (1)~(3)의 공정을 포함하는 방법에 의해 얻을 수 있다.
(1) 열가소성 수지 조성물(B)을 조정하는 공정;
(2) 열가소성 수지 조성물(B)을 강화 섬유 기재(A)에 부착시키고, 프리프레그를 제조하는 공정;
(3) 금속 부재와 프리프레그를 적층하고, 열 프레스기 등에 의해 일괄하여 가열 성형함으로써 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료를 얻는 공정.
또한, 금속·FRP 복합체를 얻기 위한 공정에 대해서는, 상기 공정 (1)~(3)이 이 순서로 모두 포함되어 있으면 좋고, (1)~(3) 이외의 공정이 중간이나 그 전후에 있어도 개의치 않는다. 이하, 그 상세를 설명한다.
[공정(1)]
공정(1)은 페녹시 수지(B-1)와 폴리아미드 수지(B-2)를, 그 질량비 (B-1)/(B-2)가 80/20~20/80인 범위 내의 임의의 비율로 배합된 열가소성 수지 조성물(B)을 준비하는 공정이다.
페녹시 수지(B-1)와 폴리아미드 수지(B-2)의 배합 방법은, 특별히 제한은 없고 일반 공지의 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 양자를 각각 미분쇄해서 분말형상으로 하고, 그것을 헨쉘 믹서나 로킹 믹서 등의 블렌더를 사용하여 혼합해서 수지 조성물 분말로서 해도 좋고, 니더 등을 사용해서 양자를 용융 혼련한 것이라도 좋다.
또한, 본 공정은, 페녹시 수지(B-1), 폴리아미드 수지(B-2) 이외의 성분, 상기 난연제나 무기 필러 등을 동시에 혼합해도 좋다.
[공정(2)]
공정(2)은, 전공정에서 준비한 FRP 재료의 매트릭스 수지로 되는 열가소성 수지 조성물(B)을 강화 섬유 기재(A)에 부착시키고, 프리프레그를 제조하는 공정이다. 또한, 프리프레그란, FRP 재료를 성형하기 위한 성형 재료(FRP 성형 재료)를 가리킨다.
열가소성 수지 조성물(B)을 강화 섬유 기재(A)에 부착시키는 방법은, 특별히 제한은 없고, 일반 공지의 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 공정(1)에서 얻어진 열가소성 수지 조성물(B)을 필름화하고, 강화 섬유 기재(A)에 가열하면서 접합해서 가압 함침시키는 방법이라도 좋고, 열가소성 수지 조성물(B)을 미분말화하고, 강화 섬유 기재(A)에 분무 또는 퇴적시킨 뒤, 가열함으로써 용착하는 방법이라도 좋다.
강화 섬유 기재(A)에의 열가소성 수지 조성물(B)의 부착량(수지 비율: RC)은, 20~50%로 되도록 도공되지만, 바람직하게는 25~45%이며, 보다 바람직하게는 25~40%이다. RC가 50%를 초과하면 FRP의 인장·굽힘 탄성률 등의 기계 물성이 저하되어 버리고, 10%를 밑돌면 수지의 부착량이 극단적으로 적기 때문에 기재 내부에의 매트릭스 수지의 함침이 불충분해지고, 열 물성, 기계 물성 모두 낮아질 걱정이 있다.
또한, 사용하는 강화 섬유 기재(A)는 개섬 처리되어 있는 것이 바람직하다. 개섬 처리에 의해, 본 공정(열가시성 수지 조성물(B)의 부착 공정) 및 그 후의 성형 가공시에 있어서, 열가소성 수지 조성물의 강화 섬유 기재의 내부에의 함침이 보다 행해지기 쉬워지기 때문에, 보다 높은 성형물 물성을 기대할 수 있다.
[공정(3)]
공정(3)은, 금속 부재와 프리프레그를 적층하고, 열 프레스기 등에 의해 일괄하여 가열 성형함으로써 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료를 얻는 공정이다.
금속 부재와 FRP 성형 재료의 적층 방법에 대해서는 특별히 제한은 없다. 금속 부재의 적어도 하나의 면에 단독 또는 복수매의 FRP 성형 재료가 적층되어 있어도 좋고, 단독 또는 복수매로 적층된 FRP 성형 재료 중 적어도 하나의 면에 금속 부재가 적층되어 있어도 좋다. 또한, 다수 적층된 FRP 성형 재료에 복수매의 금속 부재가 인서트되어 있어도 좋다.
복합·성형 수단은, 가열 가압 성형인 한, 목적으로 하는 FRP 성형물의 크기나 형상에 맞춰서, 오토클레이브 성형이나 금형을 사용한 열 프레스 성형 등의 각종 성형법을 적당히 선택해서 실시할 수 있다.
또한, 이 때에 금형을 사용함으로써, 임의의 3차원 형상으로 부형된 금속·FRP 복합 재료를 얻는 것도 가능하다.
성형 온도는, 예를 들면 180~350℃, 바람직하게는 200℃~340℃, 보다 바람직하게는 220℃~340℃이다. 성형 온도가 상한 온도를 초과하면, 승온에 시간이 걸리고, 성형 시간(택트 타임)이 길어져 생산성이 나빠지는 것 외에, 필요 이상의 과잉한 열을 가함으로써 수지가 열열화될 우려가 있다. 한편, 성형 온도가 하한 온도를 밑돌면 매트릭스 수지의 용융 점도가 높아지는 것 외에, 특히 폴리아미드 수지의 용융이 불충분해지기 때문에, 강화 섬유 기재에의 매트릭스 수지의 함침성이 나빠진다. 성형 시간에 대해서는 통상 30~60분에서 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료에 있어서는, 섬유 강화 플라스틱 및 금속 부재의 두께는, 복합 재료가 사용되는 용도에 따라 요구되는 특성을 충족하는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 그러나, 생산성이나 비용 등을 고려하면 섬유 강화 플라스틱에 대해서는 약 50~5000㎛, 바람직하게는 100~2000㎛의 범위 내로 하는 것이 적당하다. 마찬가지로, 금속 부재의 두께도, 예를 들면 100~5000㎛, 바람직하게는 200~2000㎛의 범위에서 사용되는 것이 적당하다.
금속·FRP 복합 재료는, 복합·성형 후에 후공정으로서, 도장이나 다른 부재와의 볼트나 리벳 고정에 의한 기계적인 접합을 위한 드릴 가공을 행할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 금속 부재는, 페녹시 수지와 폴리아미드 수지가 적절한 질량비로 블렌드된 열가소성 수지 조성물(B)을 매트릭스 수지로 한 FRP 재료가 금속 부재와 강고하게 접합된 경량이며 고강도이고 또한 고내열성의 복합체이며, 간이한 방법으로 또한 저비용으로 제조하기 때문에 전기·전자기기 등의 케이싱뿐만 아니라, 자동차 부재, 항공기 부재 등의 용도에 있어서의 구조 부재로서도 적합하게 사용할 수 있는 것이다.
(실시예)
이하에 실시예를 나타내고, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예의 기재에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예 및 비교예에 있어서의 각종 물성의 시험 및 측정 방법은 이하와 같다.
[FRP 성형 재료(프리프레그)의 제조]
페녹시 수지(B-1)로서 YP50S(닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼제), 및 폴리아미드 수지(B-2)로서 CM1017(토레이제, 폴리아미드 6(PA6)), 1300S(아사히 카세이제, 폴리아미드 66(PA66)), 6002(미쓰비시 엔지니어링 플라스틱제, 폴리아미드 MXD6(PAMXD6)), N1000A(쿠라레제, 폴리아미드 9T(PA9T))를 동결 분쇄, 분급해서 평균 입자 지름(D50)이 60㎛인 분체를 준비했다. 이것을, 각종 질량비로 측정하고, 헨쉘 믹서를 사용하여 드라이블렌딩함으로써 열가소성 수지 조성물(B)을 조정했다.
강화 섬유 기재(A)로서, T700(토레이제 탄소 섬유)을 개섬해서 작성한 평직물의 탄소 섬유 직물을 사용하고, 탄소 섬유 직물에 대하여, 상기 열가소성 수지 조성물(B)을 정전 도장 장치(니혼 파커라이징제)를 사용하여 분체 도장을 행했다. 그 후, 오븐에서 240℃, 1분간 가열 용착시킴으로써 프리프레그를 작성했다. 또한, RC는 30%로 되도록 조정했다.
[접착성 1: 강화 섬유와의 계면 전단강도]
미세액적법에 의해 측정한 계면 전단강도(㎫)를 이용하여, 강화 섬유 기재(A)의 모노필라멘트에 대한 열가소성 수지 조성물(B)의 접착성을 평가했다.
본 시험에서 사용하는 열가소성 수지 조성물(B)은, 미리 믹서 내를 240℃로 예비 가열해 둔 혼련 압출 성형기(도요세이키제, 라보플러스트밀 4C150)에, 예의 질량비로 측정한 페녹시 수지(B-1) 및 폴리아미드 수지(B-2)를 투입한 후, 1분간의 예열, 3분간의 용융 혼련을 행하고, 방냉한 것을 사용했다.
계면 전단강도(㎫)의 측정 방법을 구체적으로 기재한다. 측정에는, 복합 재료 계면 특성 평가 장치(도에이 산교제, HM410)를 사용했다. 우선, 강화 섬유 기재(A)로부터 모노필라멘트를 인출하고, 시료 홀더에 세팅한다. 이 시료 홀더와 열가소성 수지 조성물(B)을 세팅하고, 장치 내에서 용융시키고, 필라멘트 상에 수지를 부착시킴으로써 필라멘트 상에 드롭을 형성시켜, 측정용의 시료를 얻었다. 얻어진 시료를 장치에 세팅하고, 드롭을 장치 블레이드에서 끼우고, 필라멘트를 장치 상에서 2㎛/s의 속도로 주행시켜, 필라멘트로부터 드롭을 뽑아낼 때의 최대 인발 하중(F)을 측정했다. 다음 식에 의해 계면 전단강도(τ)를 산출했다. 또한, 1시료당 10~20개 정도의 드롭의 계면 전단강도(τ)를 측정하고, 그 평균값을 구했다.
계면 전단강도τ(㎫)=F/πdl
(F: 최대 인발 하중, d: 필라멘트 직경, l: 인발 방향의 드롭 지름)
[내열성]
프리프레그를 소정의 매수 적층하고, 250℃, 3㎫로 5분간 열 프레스하고, 가압 상태를 유지한 채 50℃까지 냉각함으로써 시험편을 얻었다. 프리프레그의 적층매수는 시험편의 두께가 1.0㎜로 되도록 조정했다. 또한, 시험편은 25㎜×25㎜로 커팅했다.
본 시험편의 초기 두께 Lo(㎜)를 디지털 캘리퍼스로 측정 후, 120℃의 오븐에서 30분간 열이력을 가했다. 냉각 후의 시험편 두께 L(㎜)을 디지털 캘리퍼스로 측정했다. 다음 식에 의해 두께 변화율(%)을 산출하고, 그 절대값이 2.0% 미만일 경우에는 「내열성 ○」, 2.0~2.5%일 경우에는 「내열성 △」, 3.0% 이상일 경우를 「내열성 ×」로 판단했다.
두께 변화율(%)=L/Lo×100
[접착성 2: 금속 부재와의 인장 전단강도]
금속 부재와 열가소성 수지 조성물(B)의 인장 전단강도(㎫)를 이용하여, 금속 부재와 열가소성 수지 조성물(B)의 접착성을 평가했다.
인장 전단강도는, JIS K 6850에 준거한 시험편을 작성해 측정했다. 금속편 (25㎜×100㎜×두께 1.6㎜)의 선단, 25㎜×12.5㎜의 범위에, 미리 드라이 블렌딩함으로써 작성한 열가소성 수지 조성물(B)을 올리고, 그 위로부터 상기 금속편과 동 사이즈의 금속편을 겹치고, 240℃, 3㎫로 10분간 가열 프레스함으로써 시험편을 작성했다. 하중재하는, 시마즈 세이사쿠쇼제 AGS-X를 사용했다.
[굽힘 시험]
JIS K 7074을 참고로, 얻어진 금속·FRP 복합 재료의 기계 물성(굽힘 강도 및굽힘 탄성률)을 측정했다.
우선, 성형 후의 두께가 약 0.4㎜로 되는 것에 필요한 매수의 프리프레그를 2세트 준비했다. 이어서, 준비한 프리프레그의 1세트분을 우선 적층하고, 그 위에 두께가 0.4㎜인 금속판을 1매 적층하고, 상기 금속판 상에 프리프레그의 나머지의 1세트분을 더 적층하고, 이것을 250℃, 3㎫로 5분간 열 프레스하고, 가압 상태를 유지한 채 50℃까지 냉각함으로써 복합 재료를 성형했다(전체의 두께 1.2㎜). 이것을 10㎜×80㎜로 커팅함으로써 굽힘 시험편을 작성했다. 하중재하는, 시마즈 세이사쿠쇼제 AGS-X를 사용했다.
또한, 재하 시험 종료 후의 시험편에 대해서, 금속판과 FRP 재료가 계면 박리된 것을 ×, 박리되지 않은 것을 ○로 판단했다.
실시예 1~13, 비교예 1~6
표 1, 표 2에 기재된 수지 비율로 각종 시험을 행했다. 접착성 2 및 굽힘 시험에 사용한 금속 부재는, 철강 SGCC(스탠더드 테스트 피스로부터 구입)이다. 굽힘시험에 사용한 금속 부재의 두께는 0.4㎜이다.
Figure pct00001
Figure pct00002
상기 실시예 및 비교예에 의해, 본 발명에 기재된 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료는, 철강 재료와의 접착성이 양호하고, 복합 재료로서의 기계 특성이 양호한 것을 알 수 있다.
비교예 7~12
표 3에 기재된 수지 비율로 각종 시험을 행했다. 사용한 강화 섬유 기재(A)는 사카이 오벡스샤제의 개섬 탄소 섬유 직물 SA-3203이며, 접착성 2 및 굽힘 시험에 사용한 금속 부재는 SGCC(스탠더드 테스트 피스로부터 구입)이다. 굽힘 시험에 사용한 금속 부재의 두께는 0.4㎜이다.
Figure pct00003
열가소성 수지 조성물(B)과 강화 섬유 기재(A)의 모노필라멘트의 접착 강도(τ)가 낮기 때문에, 물성이 떨어지거나, 프리프레그를 가열 프레스할 때에 수지가 기재로부터 유출되어 시험편을 작성할 수 없었다(ND).
실시예 14~25, 비교예 13~17
표 4, 표 5에 기재된 수지 비율로 각종 시험을 행했다. 접착성 2 및 굽힘 시험에 사용한 금속 부재는, 알루미늄A1050(스탠더드 테스트 피스로부터 구입)이다. 굽힘 시험에 사용한 금속 부재의 두께는 0.5㎜이다.
Figure pct00004
Figure pct00005
상기 실시예 및 비교예에 의해, 본 발명의 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료는, 비철계 금속과의 접착성도 양호하고, 복합 재료로서의 기계 특성도 양호한 것을 알 수 있다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명의 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료는, 섬유 강화 플라스틱(FRP)재료로서, 노트 PC나 태블릿과 같은 전자기기류의 케이싱부터, 산업용 로봇 등의 암, 건축 구조물의 보강 재료, 또한 스포츠 레저 분야 등, 폭넓은 분야에서 이용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 금속 부재와 섬유 강화 플라스틱의 적층체로서,
    상기 섬유 강화 플라스틱이, 강화 섬유 기재(A)와 열가소성 수지 조성물(B)로 이루어지고,
    열가소성 수지 조성물(B)은 페녹시 수지(B-1)와 폴리아미드 수지(B-2)를 질량비 (B-1)/(B-2)가 80/20~20/80인 비율로 포함하고,
    강화 섬유 기재(A)의 모노필라멘트에 대한 열가소성 수지 조성물(B)의 접착강도가, 미세액적법에 있어서의 23℃에 있어서의 계면 전단강도로 40㎫ 이상이며,
    또한, 금속 부재와 열가소성 수지 조성물(B)의 접착 강도가, 23℃에 있어서의 인장 전단강도로 7.0㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    180℃, 30분의 열이력을 가한 후의 상온에 있어서의 강화 섬유 플라스틱의 두께 변화율의 절대값이 2.0% 미만인 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    폴리아미드 수지(B-2)가 전지방족 폴리아미드 및/또는 반지방족 폴리아미드인 것을 특징으로 하는 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속 부재의 재질이 철강 재료, 알루미늄인 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    강화 섬유 기재가 탄소 섬유, 보론 섬유, 규소카바이드 섬유, 유리 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어지는 군 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 섬유를 포함하는 것인 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료.
KR1020217023506A 2018-12-27 2019-12-23 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료 KR20210107797A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2018-244681 2018-12-27
JP2018244681 2018-12-27
PCT/JP2019/050298 WO2020137946A1 (ja) 2018-12-27 2019-12-23 金属・繊維強化プラスチック複合材料

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210107797A true KR20210107797A (ko) 2021-09-01

Family

ID=71127264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217023506A KR20210107797A (ko) 2018-12-27 2019-12-23 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220097345A1 (ko)
EP (1) EP3904074A4 (ko)
JP (1) JPWO2020137946A1 (ko)
KR (1) KR20210107797A (ko)
CN (1) CN113226737A (ko)
TW (1) TW202035138A (ko)
WO (1) WO2020137946A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020137972A1 (ja) * 2018-12-28 2020-07-02 日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社 高耐熱性熱可塑性樹脂組成物及び、その成形物
CN113140660A (zh) * 2020-01-20 2021-07-20 光宝光电(常州)有限公司 封装结构与封装结构的制作方法
WO2024017899A1 (en) * 2022-07-22 2024-01-25 Solvay Specialty Polymers Usa, Llc Thermoplastic composite materials

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0411654A (ja) 1990-04-27 1992-01-16 Toyoda Gosei Co Ltd ポリアミド樹脂組成物
JP2014509971A (ja) 2011-03-24 2014-04-24 ティッセンクルップ スチール ヨーロッパ アクチェンゲゼルシャフト 自動車の複合材料および構造部材
JP2015129271A (ja) 2013-12-05 2015-07-16 東レ株式会社 炭素繊維強化ポリアミド樹脂組成物およびそれを成形してなる成形品
JP2016060051A (ja) 2014-09-16 2016-04-25 合資会社アンドーコーポレーション 金属とｆｒｔｐの複合体の製造方法とその複合体

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5953742A (ja) 1982-09-17 1984-03-28 株式会社豊田自動織機製作所 流体噴射式織機における緯糸測長装置
JP5444825B2 (ja) * 2009-05-08 2014-03-19 日立化成株式会社 絶縁性樹脂組成物、プリプレグ、金属箔張積層板、プリント配線板及び多層配線板
TW201220977A (en) * 2010-07-01 2012-05-16 Sumitomo Bakelite Co Preppreg, circuit board, and semiconductor device
BR112017001488B1 (pt) * 2014-07-28 2021-10-19 Toho Tenax Co., Ltd Prepreg, material compósito reforçado com fibras, e, método para produzir um prepreg
US11352472B2 (en) * 2016-04-13 2022-06-07 Teijin Limited Prepreg, fiber-reinforced composite material and surface-modified reinforcing fibers
JP6543278B2 (ja) * 2016-09-06 2019-07-10 大成プラス株式会社 Ｃｆｒｔｐと金属の複合体
JP6953438B2 (ja) * 2016-12-28 2021-10-27 日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社 金属−繊維強化樹脂材料複合体、その製造方法及び接着シート
TW201903013A (zh) * 2017-03-31 2019-01-16 日商新日鐵住金化學股份有限公司 金屬-纖維強化樹脂材料複合體及其製造方法
JP7020184B2 (ja) * 2018-03-01 2022-02-16 日本製鉄株式会社 金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材の加工方法、金属―熱可塑性繊維強化樹脂材料複合部材及び自動車用部品。

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0411654A (ja) 1990-04-27 1992-01-16 Toyoda Gosei Co Ltd ポリアミド樹脂組成物
JP2014509971A (ja) 2011-03-24 2014-04-24 ティッセンクルップ スチール ヨーロッパ アクチェンゲゼルシャフト 自動車の複合材料および構造部材
JP2015129271A (ja) 2013-12-05 2015-07-16 東レ株式会社 炭素繊維強化ポリアミド樹脂組成物およびそれを成形してなる成形品
JP2016060051A (ja) 2014-09-16 2016-04-25 合資会社アンドーコーポレーション 金属とｆｒｔｐの複合体の製造方法とその複合体

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
강화 플라스틱, vol.59(2013), pp.330

Also Published As

Publication number Publication date
EP3904074A1 (en) 2021-11-03
EP3904074A4 (en) 2022-09-14
CN113226737A (zh) 2021-08-06
US20220097345A1 (en) 2022-03-31
JPWO2020137946A1 (ja) 2021-11-11
WO2020137946A1 (ja) 2020-07-02
TW202035138A (zh) 2020-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110461605B (zh) 金属-纤维强化树脂材料复合体及其制造方法
KR20210107797A (ko) 금속·섬유 강화 플라스틱 복합 재료
KR102456527B1 (ko) 금속-섬유 강화 수지 재료 복합체 및 그 제조 방법
EP2951259B1 (de) Faserverbundwerkstoff-hybridbauteile
JP6555360B2 (ja) プリプレグ、プリプレグ積層体、および繊維強化複合材料
EP2647486A1 (en) Method for producing metal composite, and chassis for electronic equipment
EP3072918B1 (en) Production method for fibre-reinforced composite material, prepreg, particle-containing resin composition, and fibre-reinforced composite material
JP7273795B2 (ja) 熱可塑性樹脂組成物、繊維強化プラスチック成形用材料および成形物
CN104837605A (zh) 复合材料的结合
CN101085865A (zh) 用于热结合的基材及用其制造层压品的方法
US10913223B2 (en) Fibre reinforced composites
CN113840866A (zh) 预浸料坯、层叠体及成型品
JP2021100807A (ja) 繊維強化プラスチック積層成形体、およびその製造方法
WO2021090820A1 (ja) 複合体の製造方法、複合体及び金属部材
CN116438229A (zh) 纤维增强树脂基材、预制件、一体化成型品及纤维增强树脂基材的制造方法
JP7373504B2 (ja) 高耐熱性熱可塑性樹脂組成物及び、その成形物
JP6716872B2 (ja) 樹脂成形体用中間体及び樹脂成形体