TWI823004B - 成形體、複合成形體及複合成形體的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的為提供一種可獲得可兼具高標準的接合強度與氣密性的複合成形體的具有溝槽形狀的第1成形體，和可兼具高標準的接合強度與氣密性的複合成形體以及此複合成形體的製造方法。 本發明的目的是藉由附有溝槽的第1樹脂成形體而達成，其為含有纖維狀填充劑，用以藉由將第2樹脂射出成形進行接合的具有藉由雷射光的照射所設置的溝槽的附有溝槽的第1樹脂成形體，該溝槽具有：(A)在相對於該第1樹脂成形體的該纖維狀填充劑的以配向方向90∘±60∘以內相交的區域的投影面積比例，相對於溝槽全體的投影面積，為60%以上的接合強度確保部，以及(B)在與該第2成形體的接合部中，氣密性所必須的，對於從一端部至另一端部的路徑，在阻斷方向上相交的氣密性確保部。

Description

成形體、複合成形體及複合成形體的製造方法
本發明是關於一種成形體、複合成形體以及複合成形體的製造方法。
近年來，以汽車、電器製品、產業機器等為首的領域，為了回應二氧化碳的排出量削減、製造成本的削減等的需求，將金屬成形體以樹脂成形體取代的作法逐漸擴展。隨之而來，要求提供將一樹脂成形體與其他樹脂成形體或金屬成形體等堅固地一體化的技術。
專利文獻1揭示將一樹脂成形體與其他成形體進行一體化而製造複合成形品的方法。此方法為在含有纖維狀無機填充劑的樹脂成形品中將樹脂的一部分進行去除，在獲得形成有從側面露出無機填充劑的溝槽的有溝槽的樹脂成形體後，將有溝槽的樹脂成形體的具有溝槽的面作為接觸面與其他成形體進行一體化。當獲得有溝槽的樹脂成形體時，樹脂的一部分去除，藉由雷射照射進行。根據此方法，透過溝槽所露出的無機填充劑擔任限制有溝槽的成形體及其他成形體的破壞的錨定的角色，結果是可顯著地提高複合成形體的強度。
此外，專利文獻2提案一種在第1成形體形成溝槽，以溝槽作為凹部，溝槽間作為凸部，藉由制定第2樹脂的流動體被射出的方向的凸部、凹部等的溝槽的形狀，而提升複合成形體的接合強度的技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2015-91642號公報 專利文獻2：日本特許6366861號公報
[發明欲解決的問題]
此類使用有溝槽的第1成形體的複合成形體，雖然能夠相當的提升接合強度，然而，當不僅接合強度更要求氣密性時，由於設置多個用以提升接合強度的溝槽部，透過該溝槽部產生漏氣路徑的所謂兩難困境，因而有難以兼顧兩者的情形。
本發明為用以解決以上之類的課題而完成者，其目的提供一種能夠獲得可以兼具高標準的接合強度與氣密性的複合成形體的具有溝槽形狀的第1成形體，和可以兼具高標準的接合強度與氣密性的複合成形體以及此複合成形體的製造方法。 [解決問題的手段]
本發明者等藉由下述而解決上述課題。
1.一種附有溝槽的第1樹脂成形體，為含有纖維狀填充劑，用以藉由將第2樹脂射出成形進行接合的具有藉由雷射光的照射所設置的溝槽的附有溝槽的第1樹脂成形體，該溝槽具有：(A)在相對於該第1樹脂成形體的該纖維狀填充劑的配向方向以90∘±60∘以內相交的區域的投影面積比例，相對於溝槽全體的投影面積，為60%以上的接合強度確保部，以及(B)在與該第2樹脂的成形體的接合部中，氣密性所必須的，對於從一端部至另一端部的路徑，在阻斷方向上相交的氣密性確保部。 2.上述1記載之附有溝槽的第1樹脂成形體，其中，上述(A)接合強度確保部為具有1種以上選自直線狀、帶狀、格子狀、波浪狀、樹枝狀、魚骨狀的構造。 3.上述1或2記載之附有溝槽的第1樹脂成形體，其中，上述(A)接合強度確保部的溝槽寬為上述纖維狀填充劑的平均纖維長的80%以下。 4.上述1〜3中任一項記載之附有溝槽的第1成形體，其中，上述(B)氣密性確保部為具有1種以上選自直線狀、沿著氣密性所必須的接合面的端部的圓周狀、同心圓狀、等高線狀的構造。 5.一種複合成形體，為含有纖維狀填充劑，具有藉由雷射光的照射所設置的溝槽的附有溝槽的第1樹脂成形體與第2樹脂成形體的複合成形體，該溝槽具有：(A)在相對於該第1樹脂成形體的該纖維狀填充劑的配向方向以90∘±45∘以內相交的區域的投影面積比例，相對於溝槽全體的投影面積為60%以上的接合強度確保部，以及(B)在與該第2樹脂成形體的接合部中，氣密性所必須的，對於從一端部至另一端部的路徑，在阻斷方向上相交的氣密性確保部。 6.一種複合成形體的製造方法，為在含有纖維狀填充劑的第1樹脂成形體上，將第2樹脂進行射出成形的複合成形體的製造方法，具有：在含有纖維狀填充劑的第1樹脂成形體上，將具有(A)在相對於第1樹脂成形體的纖維狀填充劑的配向方向以90∘±45∘以內相交的區域的投影面積比例，相對於溝槽全體的投影面積，為60%以上的接合強度確保部，以及(B)在與第2樹脂的成形體的接合部中，氣密性所必須的，對於從一端部至另一端部的路徑，在阻斷方向上相交的氣密性確保部的溝槽，藉由雷射光的照射而形成的步驟；以及在該具備具有(A)接合強度確保部以及(B)氣密性確保部的溝槽的第1樹脂成形體上，將第2樹脂進行射出成形的步驟。 [發明效果]
根據本發明，可以解決用以提升接合強度的溝槽造成的漏氣路徑產生的課題，和兼具高標準的接合強度及氣密性。
以下，詳細說明有關於本發明的實施形態，但本發明不限定於以下的實施形態，在本發明目的的範圍內，可加上適當變更而實施。且，關於說明有重複的地方，有時會適當省略說明，但並非用以限定發明的主旨。
＜第1樹脂成形體＞ 第1樹脂成形體可使用含有纖維狀填充劑的樹脂成形體。 作為纖維狀填充劑，並無特別限定，可使用玻璃纖維(短切束(chopped strands)、長纖維、扁平剖面纖維等)、碳纖維、觸鬚纖維、金屬纖維等習知的纖維狀填充劑。此等當中，以藉由下述雷射光有效率地進行對樹脂成形體的溝槽的形成而言，纖維狀填充劑以雷射光能穿透者為佳，以使用玻璃纖維為特別佳。
構成第1樹脂成形體的樹脂，並無特別限定，但從使成形體中的纖維狀填充劑配向的觀點而言，以使用藉由射出成形便於加工的熱可塑性樹脂為佳。作為適當樹脂的範例，可列舉，聚縮醛(POM)、聚醯胺(PA)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚伸苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、苯乙烯系樹脂、丙烯酸系樹脂等。且，以藉由下述雷射光有效率地進行對樹脂成形體的溝槽的形成而言，樹脂成形體亦可含有吸收雷射光的化合物(著色劑等)。
圖1表示本發明實施形態的第1樹脂成形體1所具有的(A)接合強度確保部的溝槽3以及(B)氣密性確保部的溝槽4。圖1中的2為第1樹脂成形體中所含的纖維狀填充劑，相對於其配向方向，溝槽3呈現以45∘相交的斜格子狀。此外，由於溝槽3相對於纖維狀填充劑的纖維長，以約70%的寬度所形成，纖維狀填充劑2幾乎不會脫落，以溝槽3的側壁部進行橋接，或是從側壁部突出的狀態而存在。
藉此在成形第2樹脂時，由於倒入在溝槽3中的第2樹脂圍繞纖維狀填充劑2進行維持，故可發揮高的錨定效果，獲得充分的接合強度。抑制纖維狀填充劑2的脫落，且用以獲得與第2樹脂的錨定效果的溝槽3與纖維狀填充劑2的配向方向的形成角度，以在90∘±45∘以內相交的方式而形成。
該角度以90∘±40∘以內為佳，以90∘±35∘以內為更佳，以90∘±30∘以內為特別佳。此外，相對於溝槽3全體的投影面積，以該角度相交的區域的投影面積的比例為60%以上，以70%以上為佳，以75%以上為更佳，以80%以上為進一步較佳。
且，纖維狀填充劑2的配向方向未必在成形品內完全以同一方向對準，雖然通常會以某種程度的散亂存在，但在本發明中纖維狀填充劑2的配向方向，為從在接合強度確保部的溝槽3內部所露出的纖維狀填充劑2中隨機地選擇100條的配向方向的平均計算出即可，當因為纖維狀填充劑2稀少等而難以達成時，也可以將第1樹脂成形體進行成形時的接合強度確保部中的樹脂的流動方向視為纖維狀填充劑2的配向方向。
且，該溝槽3只要是以直線狀、帶狀、格子狀、波浪狀、樹枝狀、魚骨狀等的圖案形成即可，但分別從考慮到纖維狀填充劑2的配向方向具有散亂時，以格子狀(斜格子狀)或波浪狀、樹枝狀、魚骨狀為佳，從加工的容易性及對於設計的通用性而言，以格子狀(斜格子狀)較佳，從形成第2樹脂時的溝槽內的空氣有效排出的觀點而言，以樹枝狀、魚骨狀較佳。此外，溝槽3的寬度為纖維狀填充劑2的纖維長的80%以下而形成為佳，以75%以下形成為更佳，以70%以下形成為進一步較佳。
在此，溝槽3為格子狀(斜格子狀)的圖案，如圖2所示，排列於某方向上的溝槽為與纖維狀填充劑2的配向方向成為90∘±45∘以內的角度(θ1)時，形成格子的排列在其他方向的溝槽必然地會成為不等於90∘±45∘以內的角度(θ2)，此時以90∘±45∘以內的角度相交的比例變得未達60%。
當此種情形時，忽略θ2，只要θ1成為滿足上述比例的方式即可。此外，當溝槽3成為波浪狀等的曲線狀的圖案時，溝槽3只要在與纖維狀填充劑2的配向方向相交的位置的接線，與該配向方向所形成角度成為滿足上述比例的方式即可。
再者，圖1的(B)氣密性確保部的溝槽4，呈現對於氣密性所必須的路徑5，在阻斷方向相交的等高線狀。溝槽4的寬度與溝槽3同樣地以纖維狀填充劑2的纖維長的70%而形成。溝槽4的寬度無論纖維狀填充劑2的纖維長為何，只要考慮用以確保必要的氣密性的沿面距離而適當設定即可，但考慮到變更雷射照射裝置的設定的複雜性，通常以溝槽3為基準進行設定即可。通常，以溝槽的寬度為10~1000μm，深度為10~1000μm為佳。
該溝槽4為對於氣密性所必須的路徑5在邊緣相切方向相交的方式，以直線狀、波浪狀、帶狀、沿著氣密性所必須的接合面的端部的圓周狀、同心圓狀、等高線狀等的圖案而形成即可。溝槽4及溝槽3的配置並無特別限定，以對路徑5的始點或終點確實地阻斷的意思而言，溝槽4以設置在接合區域的外緣部為佳。(A)接合強度確保部及(B)氣密性確保部可以分別為複數。
且，如圖3A所示，作為溝槽3的圖案所列舉的格子狀、魚骨狀等的圖案，藉由以如圖3B所示的等高線狀等的作為溝槽4的圖案所舉例的形態排列，亦可對路徑5阻斷。
作為溝槽的剖面形狀，可適當選擇一般已知的形狀，以矩形、梯形、V字、U字、圓弧等為佳。
<附有溝槽的第1樹脂成形體的製造方法>
形成本發明的第1樹脂成形體的溝槽的方法，對於第1樹脂成形體的接合預訂區域，藉由照射雷射光而進行。藉由透過雷射使樹脂分解、昇華而形成溝槽，毋須準備複雜的模具，而能夠在任意的區域上形成細緻的溝槽。且，根據第1樹脂成形體的溝槽部表面的拉曼光譜分析，若能夠確認樹脂的碳化層存在的話，則能夠判斷可藉由雷射照射而形成。
<複合成形體>
本發明的複合成形體可藉由在第1樹脂成形體上結合第2樹脂成形體而製造。對第1樹脂成形體的結合，藉由在第1樹脂成形體上對構成第2樹脂成形體的第2樹脂進行射出成形而製造。
構成第2樹脂成形體的樹脂為熱可塑性或熱硬化性。構成第1樹脂成形體的第1樹脂及構成第2樹脂成形體的第2樹脂，可相同亦可相異。第1樹脂成形體連同第2樹脂成形體，可以是含有纖維狀無機填充劑的樹脂成形體，也可以是含有其他已知的添加劑(抗氧化劑、穩定劑、紫外線吸收劑、潤滑劑、脫模劑、塑化劑、著色劑、強化材料、韌性改良劑、流動性改良劑、耐水解性改良劑等)的樹脂成形體。
<複合成形體的製造方法>
首先，將構成第1樹脂成形體的第1樹脂溶融，藉由形成期望形狀的模具進行射出成形。此時在模具上設置凹凸，根據雷射也可以分別形成溝槽。之後，藉由雷射光的照射在第1樹脂成形體的與第2樹脂成形體結合的面上，形成期望的溝槽。接著，將形成有溝槽的附有溝槽的第1樹脂成形體配置在模具上，於其上將構成第2樹脂成形體的第2樹脂流動進行射出成形。對第1樹脂成形體的射出成形，可適當選擇一般的條件。
[實施例]
以下，雖然藉由實施例更詳細說明本發明，然而本發明並不限於此等實施例。
如圖4A所示，作為第1樹脂成形體，使用含有40質量%玻璃纖維的聚伸苯硫醚樹脂(POLYPLASTICS CO.,LTD.製，DURAFIDE(註冊商標)1140A1)，藉由氣缸溫度320℃，模具溫度140℃，射出速度30mm/sec，保壓力60MPa，將80mm×80mm×3mm的樹脂板，藉由從設置在一邊的中央部上的寬 度6mm×厚度3mm的側閘口進行射出成形而製作，如圖4B所示，準備由從中央部切出直徑50mm的圓盤狀試驗片當中，並從其中央切除直徑20mm而成者6。接著，如圖4C的剖面線所示，從開有此穴的圓盤的中心起直徑20mm至直徑30mm的區域當作接合預定區域，藉由雷射製作形成下述各種圖案的溝槽的試料101。
<溝槽的形成>
使用雷射標位MD-V9900(KEYENCE CORPORATION製，雷射類型：YV04雷射，發射波長：1064nm，最大額定輸出：13W(平均))，以輸出90%，頻率40kHz，掃描速度1000mm/s，在第1樹脂成形體的接合預定區域上，形成如圖3B~8所示的各種圖案的溝槽。且，溝槽的深度及寬度，以及溝槽的間隔皆調整成為100μm的方式。
圖5中所示的實施例1，從內緣起偏移100μm的位置開始，形成2圈以100μm為間隔，100μm寬的等高線狀(同心圓狀)的溝槽後，空出100μm的間隔，形成至外緣為止寬度100μm，100μm間隔的斜格子狀的溝槽。在此，纖維狀填充劑的配向方向為紙面上下方向，θ1及θ2皆為45°。
圖6中所示的實施例2，從內緣起偏移100μm的位置開始，形成2圈以100μm間隔，100μm寬度的等高線狀(同心圓狀)的溝槽後，空出100μm的間隔，形成至外緣為止寬度100μm、100μm間隔的紙面左右方向的帶狀的溝槽。在此，纖維狀填充劑的配向方向為紙面上下方向，與溝槽的形成角度為90°。
圖7中所示的比較例1，從內緣起偏移100μm的位置開始，形成5圈以100μm間隔，100μm寬度的等高線狀(同心圓狀)的溝槽。在此，纖維狀填充劑的配向方向為紙面上下方向，與溝槽的形成角度雖然在紙面的圓周上下端部為90°，然而，在圓周左右端部為0°，在90°±45°以內相交的溝槽的比例為50%。且，比較例1的情況場合雖然是所謂接合強度確保部不存在的圖案，然而，將氣密性確保部視為作為接合強度確保部的機能的部分，計算出上述比例。
圖8中所示的比較例2，形成從內緣起至外緣為止，以寬度100μm，100μm間隔的斜格子狀的溝槽。在此，纖維狀填充劑的配向方向為紙面上下方向，θ1及θ2皆為45°。
圖9中所示的比較例3，從內緣起偏移100μm的位置開始，形成2圈以100μm間隔，100μm寬度的等高線狀(同心圓狀)的溝槽後，空出100μm的間隔，形成至外緣為止寬度100μm，100μm間隔的紙面上下方向的帶狀的溝槽。在此，纖維狀填充劑的配向方向為紙面上下方向，與溝槽的形成角度為0°。
接著，如圖4C所示，以接觸各實施例、比較例的第1樹脂成形體101的接合預定區域的方式，將第2樹脂射出成形為直徑30mm，厚度1mm的圓盤狀，形成第2樹脂成形體102，獲得複合成形體(101及102)。第2樹脂為使用含有30質量%玻璃纖維的聚對苯二甲酸丁二酯樹脂(POLYPLASTICS CO.,LTD.製、DURANEX(註冊商標)3300)，在氣缸溫度270℃、模具溫度80℃，以射出速度30mm/sec，保壓力60MPa，從設置在接合面的相反側的面的中心上的直徑1mm的針孔進行填充。
<評價>
關於以上述方法所製作的複合成形體，藉由以下方法實施漏氣試驗。圖10為表示使用氣密測試機E的氣密性評價的方法的縱剖面圖。氣密測試機E具備氣密測試機本體106及氣密測試機蓋103。透過O型環105，將複合成形體安裝在氣密測試機本體106上，複合成形體的下部進行密封。之後，將氣密測試機蓋103載置在複合成形體的第1樹脂成形體101上進行夾持。
在包含第2樹脂成形體102的複合成形體上注入蒸餾水104，使複合成形體的第2樹脂成形體102部分完全地沉浸在蒸餾水104中。透過管路107送進空氣，在氣密測試機本體內部106中發生0.2MPa的壓力洩漏為止，再加上以目視觀察氣泡的滲漏。
＜結果＞ 實施例1與2在洩漏之前第2樹脂成形體先受到破劃。比較例1與3因為接合強度不足導致第1樹脂成形體與第2樹脂成形體的界面剝離。比較例2則是從第1樹脂成形體與第2樹脂成形體的界面開始發生洩漏。由以上可確認，根據本發明，可兼具高接合強度及氣密性。
1:第1樹脂成形體 2:纖維狀填充劑 3:(A)接合強度確保部的溝槽 4:(B)氣密性確保部的溝槽 5:確保氣密性所必要的路徑 (A):接合強度確保部 (B):氣密性確保部 101:第1樹脂成形體 102:第2樹脂成形體 103:氣密測試機 104:蒸餾水 105:O型環 106:氣密測試機本體 107:加壓用管路 108:壓力
[圖1]為表示本實施形態相關的第1樹脂成形體的示意圖。 [圖2]為表示在格子狀的溝槽中纖維狀填充劑的配向方向與溝槽所形成的角度(θ1,θ2)的示意圖。 [圖3A]為表示本實施形態相關的第1樹脂成形體的溝槽圖案的範例(a)的示意圖。 [圖3B]為表示本實施形態相關的第1樹脂成形體的溝槽圖案的範例(b)的示意圖。 [圖4A]為表示實施例的試驗片的製作步驟的概略示意圖(a)。 [圖4B]為表示實施例的試驗片的製作步驟的概略示意圖(b)。 [圖4C]為實施例的試驗片的製作步驟的概略示意圖(c)。 [圖5]作為實施例，為表示同心圓狀的溝槽與相對於纖維狀填充劑的配向方向45∘的斜格子狀的溝槽所形成的試驗片的示意圖。 [圖6]作為實施例，為表示同心圓狀的溝槽與相對於纖維狀填充劑的配向方向90∘帶狀的溝槽所形成的試驗片的示意圖。 [圖7]為表示作為比較例的只有同心圓狀的溝槽所形成的試驗片的示意圖。 [圖8]作為比較例，為表示只有相對於纖維狀填充劑的配向方向45∘的斜格子狀的溝槽所形成的試驗片的示意圖。 [圖9]作為比較例，為表示同心圓狀的溝槽與相對於纖維狀填充劑的配向方向0∘的帶狀的溝槽所形成的試驗片的示意圖。 [圖10]為表示實施例所使用的氣密測試機E的圖。
2:纖維狀填充劑
3:(A)接合強度確保部的溝槽
4:(B)氣密性確保部的溝槽
5:確保氣密性所必要的路徑
(A):接合強度確保部
(B):氣密性確保部

Claims (7)

  1. 一種附有溝槽的第1樹脂成形體，為含有纖維狀填充劑，藉由將第2樹脂射出成形進行接合，具有藉由雷射光的照射所設置的溝槽的附有溝槽的第1樹脂成形體，該溝槽具有：(A)在相對於該第1樹脂成形體的該纖維狀填充劑的配向方向以90°±60°以內相交的區域的投影面積比例，相對於溝槽全體的投影面積，為60%以上的接合強度確保部，以及(B)在與該第2樹脂的成形體的接合部中，氣密性所必須的，對於從一端部至另一端部的路徑，在阻斷方向上相交的氣密性確保部。
  2. 如請求項1所述之附有溝槽的第1樹脂成形體，其中，上述(A)接合強度確保部為具有1種以上選自直線狀、帶狀、格子狀、波浪狀、樹枝狀、魚骨狀的構造。
  3. 如請求項1或2所述之附有溝槽的第1樹脂成形體，其中，上述(A)接合強度確保部的溝槽寬為上述纖維狀填充劑的平均纖維長的80%以下。
  4. 如請求項1或2所述之附有溝槽的第1樹脂成形體，其中，上述(B)氣密性確保部為具有1種以上選自直線狀、沿著氣密性所必需的接合面的端部的圓周狀、同心圓狀、等高線狀的構造。
  5. 請求項3項所述之附有溝槽的第1樹脂成形體，其中，上述(B)氣密性確保部為具有1種以上選自直線狀、沿著氣密性所必需的接合面的端部的圓周狀、同心圓狀、等高線狀的構造。
  6. 一種複合成形體，含有纖維狀填充劑，為具有藉由雷射光的照射所設置的溝槽的附有溝槽的第1樹脂成形體與第2樹脂成形體的複合成形體，該溝槽具有：(A)在相對於該第1樹脂成形體的該纖維狀填充劑的配向方向以90°±45°以內相交的區域的投影面積比例，相對於溝槽全體的投影面積，為60%以上的接合強度確保部，以及(B)在與該第2樹脂成形體的接合部中，氣密性所必 須的，對於從一端部至另一端部的路徑，在阻斷方向上相交的氣密性確保部。
  7. 一種複合成形體的製造方法，為在含有纖維狀填充劑的第1樹脂成形體中，將第2樹脂進行射出成形的複合成形體的製造方法，具有：在含有纖維狀填充劑的第1樹脂成形體，將具有(A)在相對於第1樹脂成形體的纖維狀填充劑的配向方向以90°±45°以內相交的區域的投影面積比例，相對於溝槽全體的投影面積，為60%以上的接合強度確保部，以及(B)在與第2樹脂的成形體的接合部中，氣密性所必須的，對於從一端部至另一端部的路徑，在阻斷方向上相交的氣密性確保部的溝槽，藉由雷射光的照射而形成的步驟；以及在該具備具有(A)接合強度確保部以及(B)氣密性確保部的溝槽的第1樹脂成形體中，將第2樹脂進行射出成形的步驟。
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