TWI288032B - Composite material and plastic-processing product using the same - Google Patents

Description

1288032 玖、發明說明： I：發明戶斤屬之技術領域3 發明領域 本發明係關於一種適合供熱塑加工之複合物料以及一 5 種該複合物料所得之塑性加工產物，特別為一種複合物料 包含一種樹脂及鎂（合金），其容易藉熱塑加工加工以及使用 該物料所得之塑性加工產物。 L先前】 發明背景 10 已知鎂板或鎂合金板具有特定強度及熱擴散等絕佳特 性，但於製造時塑性加工且特別為冷（室溫）塑性加工困難。 如此使用之鎂（合金)板較佳係用於產物，例如電子器材的本 體如膝上型電腦，該等產物要求重量輕、剛性高、電磁波 屏蔽以及散熱等性質。但鎂（合金)板成問題，為了以高度加 15 工成形例如深部壓延以及形成複雜的結構例如肋條及凸部 困難；當形成複雜結構位置時，於塑性加工後需要塑性加 工以外之額外步驟，例如切削步驟以及接合多個零組件步 驟，結果導致製造成本高、生產力下降。 至於改良塑性加工性質之方法，使用以下兩種方法： 20 一種方法，其中於潤滑劑施用至欲加工之金屬材料或用於 加工之模具中之至少一者後，進行熱塑加工；以及一種方 法，其中熱塑加工係經由將氟樹脂片插置於金屬材料與金 屬模具間進行。但當施用潤滑劑隨後加熱時，出現另一項 問題，依據溫度而定潤滑劑可能燃燒而沾黏於模具表面， 1288032 如此造成加工處理後難以完全去除潤滑劑。此外，氟樹脂 片成問題，氟樹脂片由於表面能低，幾乎不會黏著於金屬 材料或模具，難以成形成為複雜形狀，如此不適合用於需 要高度加工能力的處理。於兩種方法，加工後金屬材料皆 5 須做表面保護處理。 晚近由於使用潤滑劑方法以及插置樹脂片方法有前述 問題，故提出經由整合一體形成樹脂與金屬之複合物來改 良加工能力之技術，作為達成以高度加工性成形鎂材料目 的之另一項解決方法。例如日本專利公開案（JP-A)No. 10 2001-315162提出一項技術，其中塗覆以熱塑樹脂之金屬板 經過加壓成形，然後藉於模具内成形而於熱塑樹脂層該側 設置肋條或凸部。 JP-A No 7-124995提示一種方法，其中金屬零組件塗覆 以耐熱橡膠黏著劑、或以聚胺基甲酸酯為主之熱熔黏著劑 15 等，樹脂於原位被射出成形於黏著層上而於該位置形成肋 條或凸部。 前述技術需要對每一件零組件進行熱塑樹脂之射出成 形，以及需要改良樹脂對金屬材料黏著性處理。例如前者 需要二步驟，換言之，一塑性加工步驟以及一於模具内成 20 形步驟俾達成所需模製；而後者需要二步驟，換言之，施 用黏著劑至預定位置步驟以及於模具内成形步驟，如此有 生產過程複雜，生產力不佳等問題，欲接受射出成形之熱 塑樹脂材料所限制等問題。 當使用適合於模具内成形肋條等之而"f熱性不良之樹脂 1288032 /，於鎂（合金)之塑性加工所需加熱條件下，難以維持均勻 塗層，因此無法應用於涉及高溫加熱之塑性加工處理。 考量W述問題，本發明之目的係提供一種適合供熱塑 5制（熱塑工作）之鎂（合金)複合材料，其容易藉熱塑加工模 5 而未使用潤滑劑等，即使於需要高度加JL之加工例如 =部壓延以及形成如肋條及凸料複雜形狀時也容易模 衣本毛明之另一目的係提供一種藉熱塑聚合物由該複合 材料獲得之塑性鎂（合金)產物。 C發明内容】 10 發明概要 經由研究結果，發明人發現前述問題可經由於鎭（合金 )板上形成耐熱樹脂塗層而解決，如此完成本發明。 換言之，用於熱塑加工之本發明之複合材料具有一塗 覆層包括具有溶點或熱解點15(rc或以上之耐熱樹脂塗覆 15層，沉積於鎂板或鎮合金板之至少-側表面上。 耐熱树月曰較佳為熱固樹脂，且更佳為熱固聚醯亞胺樹 脂° 由效果觀點’塗覆層厚度較佳為1微米至250微米。 本毛明之塑性加工產物具有藉塑性加工於10CTC至350 加條件下模製之塑性加工產物，包含可用於熱塑加工 之複合材料，其包括一塗覆層，該塗覆層係由具有炫點或 熱解點150 C或以上之耐熱樹脂形成，設置於儀板或鎭合金 板之至少一側表面上。 本°兒明書中’「鎭或鎮合金」偶爾表示為「鎮(合金)」。 1288032 具有耐熱樹脂塗層之片狀複合材料係用作為當使用模 具加熱進行熱塑加工獲得塑性加工產物（模製產物）時作為 潤滑劑；複合材料經由插置於金屬材料於模具間，可調和 由模具至金屬板表面之直接應力；以及藉由樹脂塗覆層比 5 金屬更柔軟，複合材料可減少工作件與模具間的摩擦力。 因此由鎂（合金）板容易獲得具有複雜形狀之塑性加工產物 ，其於無介入潤滑劑或樹脂片之存在下將難以塑性加工。 於此項目的用於樹脂塗覆層之樹脂需具有優異耐熱性 。換言之，於塑性加工之加熱條件下，塗覆樹脂層形狀需 10 可維持而不會溶化或熱解。「於塑性加工加熱條件下不會炫 化或熱解」之特性要求使用具有熔點或熱解點150°C或以上 之耐熱樹脂，考慮樹脂塗覆層本身可能軟化至某種程度， 但樹脂塗覆層若於塑性加工期間呈流體態流出、或因熱解 或碳化而功能劣化，則將無法達成本發明效果。作為耐熱 15 樹脂，更佳使用具有熔點或熱解點250°C或以上之耐熱樹脂 。經由存在有樹脂塗覆層，熱塑加工變可行，而無需使用 潤滑劑，如此無需藉脫脂及洗滌等步驟採行潤滑劑之去除 步驟，該步驟通常係於加工後進行。 此種樹脂塗覆層可設置於至少一側，但較佳設置於兩 20 側。特別當使用具有複雜凹凸部區之模具進行高度加工性 之熱塑加工時，藉由設置樹脂塗覆層較佳於兩側上，而於 模具與兩側間之接觸面發揮本發明之功效。 經由使用本發明之複合材料加工所得塑性加工產物之 優點為，塑性加工完成後，樹脂塗覆層留在塑性加工產物 !288〇32 表面上，因此無需進行表面處理來防止表面的氣化或 損，通常於塑性加工之後進行表面處理。 圖式簡單說明 ‘具體例， 鎂合金板 第1圖為剖面圖，顯示本發明之複合材料<_ 5 其中由聚醯亞胺樹脂製成之樹脂塗覆層係形成於 表面上。 示於本發明之實施例1形成之圓頂 第2圖為剖面圖，顯 形塑性加工產物。 t實施方式3 10 較佳實施例之詳細說明 後文將參照實施例說明本發明之進一步細節。 第1圖為剖面圖，顯示本發明之複合材料之一具體例 ，其中聚醯亞胺樹脂製成之厚度10微米之樹脂塗覆層14係 形成於厚0.1毫米之鎮合金板12兩側上。為了形成樹脂塗覆 15層於鎂（合金)板上，可使用已知方法，特別典型方法包括塗 覆方法，塗覆方法涉及施用樹脂材料至鎂（合金)板表面來形 成塗覆層；以及層合方法，涉及形成以樹脂為主之薄膜， 然後層合薄膜。 本發明之複合材料之組成及其製造方法將循序說明如 20 後。 首先’鎭（合金)被成形為板狀，用作為基材。此板厚度 係依據期望模製產物之特性適當選用，由塑性成形加工性 觀點視之，板厚度較佳係於〇〇3毫米至5 〇毫米之範圍。 板狀形式之基材以尋常方式洗滌及脫脂，來由表面上 1288032 去除站=及油潰。然後為了改良基材對欲形成之樹脂塗覆 層之黏著性’基材表面可接受前處理，例如塗覆以黏著改 良劑，或接雙表面粗化處理。 於本具體例，將說明呈板狀形式之基材用作為欲接受 5塑性加工之材料案例。但欲加工材料非僅園限於此，線性 鎂（合金)基材也可接受塑性加工來形成線圈。 、 當樹脂塗覆層係經由塗覆方法而於基材表面形成時， 可使用加熱溶化法，其涉及以尋常方式施用熱溶樹膠至基 材表面上，然後冷卻至室溫來形成樹脂塗覆層；或可使用 10溶液塗覆法，其涉及乾燥含有樹脂分散於溶劑或溶解於溶 劑之樹脂溶液(分散液），藉此去除溶齊j而形成樹脂塗覆層t 於施用液體樹脂組成物之方法，可使用各項技術。該 等技術例如包括噴塗、浸塗、桿塗覆機塗覆、親塗覆機塗 覆、簾塗、氣刀塗、葉片塗覆等方法。 15 於本發明，為了發揮其功效較佳設置薄且均勻之樹脂 塗層，為了達成此項目的於前述各項技術中以桿塗覆機塗 覆、辕塗覆機塗覆及葉片塗覆為特佳。 相反地，當樹脂係呈粉狀組成物施用於基材表面時， 樹脂係藉靜電粉體塗裝施用，隨後於烤箱中烤乾來形成塗 20 層。 也較佳使用藉電沉積塗覆方法製備塗層。 當耐熱树爿曰層係藉層合方法製成時，樹脂薄膜藉層合 黏合至基材來形成樹脂塗層，其中若有所需，黏著劑可施 用至基材表面。層合使用之樹脂薄膜被成形為一種厚度， 10 !288〇32 ，厚度適合用於藉已知方法配合使用樹脂特性而意圖達成 · ^月曰塗彳i層厚度。於將所得樹脂膜層合於基材上之步驟， 〇月曰膜I讀經加壓及加熱黏合，來改良樹脂塗覆層之黏$ ’ 5性。加熱溫度適合根據樹脂特性選用。通常基材以及欲層 · 合其上之樹脂薄膜使用一對加壓輥加熱與加壓黏合，其中 · 至少一者設置有加熱裝置。 樹脂塗覆層厚度容易依據期望之成形產品、基材厚度 · 加工形狀以及使用之樹脂類別決定。經由形成又薄又均 ι勻之樹脂塗覆層，有助於塑性加工，可防止金屬板於塑性 · 1〇加工期間裂開。此外物理性質例如振動性質及材料質感例 $加工後鎂（合金)之金屬光澤與觸感不會變差。如此考慮此 等k點連同加工性的改良，樹脂塗覆層厚度較佳為丄至乃〇 微米。 樹脂塗覆層可設置於鎂（合金）基材之至少一側上，但較 15佳係設置於基材兩側上。由於鎂（合金)容易氧化因此於加 工前之儲存期間需採行各項措施來保賴（合金)表面；但於 加工後’如本發明所示，有樹脂塗覆層存在於表面時，汝 # 覆層可防止空氣(氧氣)直接接觸表面來避免氧化，如此益需 調整操控氣氛，因而獲得改良操控性質之另一項優點。 2〇 本發”，形成__塗覆層之樹脂即使係於難 1 加工溫度條件下仍然須維持樹脂塗覆層形狀，因此須使用 ； -有炼點或熱解點為！5GC或以上之耐熱樹脂，但於該等條 件下表面可能軟化。 耐熱樹脂可為熱塑樹脂或熱固樹脂，只要樹脂具有炫 11 1288032 點或熱解點為15Gt：或以上即可，但較佳使用熱固樹脂，由 * 於熱固樹脂於常溫為液體，容易藉加熱而形成為均勾薄膜 : ，即使於祕加謂加熱，其塗覆性質衫會改變。’、 於後文將制適合形成本發日狀雜_旨純層之肖 . 5 脂範例，但本發明非僅囿限於此。 熱固樹脂包括環氧樹脂、聚石夕氧樹脂、聚驢亞胺樹脂 等。 曰 特別鎭(合金)表面容易氧化，因此加熱加工時氧化位置 容易斷裂；或於加工後當去除表面氧化物層時，該區強度 φ 10可能下降，如此金屬表面較佳藉樹脂塗覆層保護，該樹脂 塗覆層於塑性加工時於加熱條件下難以改變，且具有足夠 硬度及拉伸性，由此觀點，較佳使用自我潤滑性質絕佳之 聚酿亞胺樹脂於該樹脂塗覆層。聚醯亞胺樹脂也有優點在 於其為透明，可於鎮(合金)板表面上形成金屬光澤，即使燃 15 燒也不會產生有毒物質如戴奥辛。 特別經由將環狀結構導入樹脂分子，可由具有熱解點 高於300°C之樹脂獲得聚醯亞胺樹脂，該聚醯亞胺樹脂為佳 鲁 ，車父佳使用肷段共聚物聚醯亞胺，其係經由四緩酸二酐與 芳香族二胺於内酯化合物及鹼組成之酸性催化劑存在下經 20 由縮聚合反應獲得。 ‘ 熱塑樹脂也可用於本發明，只要熱塑樹脂為廣用作為 · 工程塑膠之耐熱樹脂即可。其特例包括聚醯亞胺樹脂、聚 伸苯基硫化物樹脂、聚醚酮樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚醯 胺醯亞胺樹脂及氟樹脂。 12 1288032 由此等樹脂，可基於其使用目的而選擇組成本發曰 樹脂塗覆層之樹脂。樹脂可單獨使用或呈兩種月之 !Λ兩種以上 之混合物使用。此外，可❹其中添加添加劑例如耐教改 5 10 良劑之樹脂，或可使用經由添加交聯劑而改良交聯宓声'之 耐熱性經過改良之樹脂。 …& 如此所得本發明之複合材料接受塑性加工， + 3又传模

製產物（塑性加工產物）。於塑性加工步驟，複合材料固a於 模具内’讓其樹脂塗覆層接觸模具，然後當模具被加熱； 100°C至350°c時金屬經加壓模製來製造所需鎂（合金）塑2 加工產物。如此所得塑性加工產物具有鎂（合金)板之塑性加 工能力改良，如此具有微細元件如肋條及凸部各區之深部 壓延及模製可使用熱塑加工經由整合模製執行。 實施例 於後文將參照實施例說明本發明之細節，但本發明絕 15 非囿限於此。 實施例1

厚0.1¾米之鎂合金板(AZ31)表面經過脫脂、經過酸清 潔、然後藉塗覆方法塗覆以聚醯亞胺樹脂（重量平均分子量 7〇,〇〇〇 ;熱解溫度420°C)，經由於25(TC硬化30分鐘，如此 20獲得包含厚10微米之聚醯亞胺樹脂塗覆層14形成於鎂合金 板12兩側上之複合材料1〇，如第1圖所示。 複合材料10使用加熱至300°C之模具加壓模製來形成 直徑30毫米高15毫米之圓頂形產物作為揚聲器振動板，如 第2圖所示。 13 1288032 目測觀察產品於模製後之外觀，發現產品無裂痕，不 會因塑性加工造成外觀劣化，顯示良好塑性加工能力。 比較例1 以κ施例1之相同方式獲得複合材料，包含聚酯樹脂塗 5覆層形成於鎂（合金)板兩側上，但使用聚s旨樹脂（重量平均 分子量40,〇〇〇 ;熔點1〇0。〇用作為樹脂塗覆層之樹脂。 此種複合材料以實施例1之相同方式接受塑性加工。 目測觀察模製後產物外觀，發現樹脂塗覆層之融合及 部分釋放，且觀察得鎂合金表面的氧化。 10 根據本發明，提供一種樹脂/鎂（合金)複合材料，其容 易It熱塑加工核製，無需使用潤滑劑等，甚至可於需要高 度加工例如深部壓延且形成例如肋條及凸部等複雜形狀之 情況下加工。進一步，經由使用本發明之複合材料，容易 獲付複雜形狀之鎮（合金）熱塑加工產物，可免除加工後之表 15 面處理。 【圖式簡單說明】 弟1圖為剖面圖’顯不本發明之複合材料之—^呈體例， 其中由聚醯亞胺樹脂製成之樹脂塗覆層係形成於鎮合金板 表面上。 20 第2圖為剖面圖，顯示於本發明之實施例1形成之圓頂 形塑性加工產物。 【圖式之主要元件代表符號表】 10…複合材料 14...樹脂塗覆層 12···鎭合金板

Claims (1)

10 15 20 8. __________________-------一^^ IM»671 號專利申請案申請專利範圍修正本 修正日期：95年6月 拾、申請專利範園： 1· 一種用於熱塑加工之複合材料，該複合材料包含/塗覆 層設置於鎂板或鎂合金板之至少一側表面上，該塗覆層 包括一種具有熔點或熱解點15〇t或以上之耐熱樹脂。 5 2·如申明專利範圍第1項之用於熱塑加工之複合材料，其 中4 1、、、树月曰為具有熔點或熱解點2知。〇或以上之而才熱 樹脂。 3.如申請專利||圍第13戈2項之用於熱塑加工之複合材料 ，其中該耐熱樹脂為熱固樹脂。 4·如申請專利範圍第1或2瑁+ a ’員之用於熱塑加工之複合材料 ’其中該耐熱樹脂為選自斑& &目^虱樹脂、聚矽氧樹脂及聚醯 亞胺樹脂之熱固樹脂。 5·如申請專利範圍第4項之用於熱塑加卫之複合材料，其 中该熱固樹脂為聚醯亞胺樹脂。 6.1 申請專利範圍第4項之用^塑加工之複合材料，其 :,、、、[^指為》子具有環狀結構且具有熱解點高於 3〇〇C之聚醯亞胺樹脂。 如申請專利範圍第1或2箱+ m 乐义2項之用於熱塑加工之複合材料 介你括^耐熱奶日為—種選自聚醯胺樹脂、聚伸苯基硫 物_、__脂、聚祕亞胺樹脂、聚醯胺 月女樹脂及氟樹脂之熱塑樹脂。 :申物m圍第丨項之用於熱塑加工之複合材料，其 二Γ括耐熱樹脂之塗覆層厚度為1微米至25°微米。 紐加工產物，係經由於100°C至350°c之加熱條件

15 9. 1288032 下藉塑性加工模製，且包含一種用於熱塑加工之複合材 料，該複合材料包含一塗覆層設置於鎮板或鎮合金板之 至少一側表面上，該塗覆層包括一種具有熔點或熱解點 150°C或以上之耐熱樹脂。 5 10.如申請專利範圍第9項之塑性加工產物，其中該耐熱樹 脂為具有熔點或熱解點250°C或以上之耐熱樹脂。 11. 如申請專利範圍第9項之塑性加工產物，其中該耐熱樹 脂為熱固樹脂。 12. 如申請專利範圍第9項之塑性加工產物，其中該塑性加 10 工為將模具加熱至100°C至350°C進行金屬加壓成形之 力口工〇 13. —種用於熱塑加工之複合材料的製造方法，係包含形成 一塗覆層於鎮板或鎮合金板之至少一侧表面上，該塗覆 層包括一種具有熔點或熱解點150°C或以上之耐熱樹脂 15 且具有一 1〜250//m之厚度。 14. 一種塑性加工產物的製造方法，係包含於100°C至350°C 之加熱條件下藉塑性加工模製一複合材料，其中該複合 材料係用於熱塑加工且包含一塗覆層設置於鎂板或鎂 合金板之至少一側表面上，該塗覆層包括一種具有炼點 20 或熱解點150°C或以上之耐熱樹脂。 16