JP7144881B1 - プレス用積層体及びプレス済積層体 - Google Patents
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Abstract
Description
また、いわゆるプレス成型において、金属-繊維強化樹脂複合体を製造するために、金属板と繊維強化樹脂プリプレグ板とを一気にプレスしてしまうと、金属と繊維強化樹脂との柔軟性及び熱膨張率の違いから、金属と繊維強化樹脂との間で寸法差ができてしまい、きれいに貼り合わせることが難しく、完成度の高い成型品を提供することはできない。
[1] 第一繊維強化樹脂プリプレグ層と、
前記第一繊維強化樹脂プリプレグの上に配置された樹脂発泡体層と、
前記樹脂発泡体層の上に配置され、金属パンチングにより構成される金属層と、
前記金属層の上に配置され、第二繊維強化樹脂プリプレグ層とを含むプレス用積層体。
[2] 前記金属層が、アルミニウム、ステンレス、銅、鉄、鋼鉄、真鍮、ニッケル及びチタンから選択される一種である、[1]に記載のプレス用積層体。
[3] 前記第一繊維強化樹脂プレプレグ層及び前記第二繊維強化樹脂プリプレグ層を構成する樹脂が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、又はウレタン樹脂を少なくとも一種含む、[1]に記載のプレス用積層体。
[4] 前記樹脂発泡体層は、ポリスチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリメタクリルイミド樹脂、及びアクリル系樹脂から選択される樹脂を含む、[1]に記載のプレス用積層体。
[5] [1]に記載の前記プレス用積層体をプレス成型して得られる、プレス済積層体。
[6] 第一繊維強化樹脂層と、
前記第一繊維強化樹脂層の上に配置されている金属-樹脂複合層と、
前記金属-樹脂複合層の上に配置されている第二繊維強化樹脂層とを備え、
前記金属は、金属パンチングにより構成されている、プレス済積層体。
本発明のプレス用積層体の金属層は、非常に軽量な金属パンチングにより構成される金属層から構成されており、非常に軽量であり、強度がある。また、その金属層は、樹脂発泡体とともに、繊維強化樹脂プリプレグに挟み込まれており、加熱プレスにより、樹脂発泡体及び強度の高い繊維強化樹脂が一体化されたプレス済積層体を得ることができる。
プレス済積層体は、プレス時に金属層の少なくとも一部が樹脂発泡体に潜りこむため、金属層と繊維強化樹脂の凸凹との接触が減少し、接着性が高まる。また、金属パンチングは伸びやすく、樹脂発泡体は弾力性があるため、プレス成型で所望の形状に成型しやすい。また、本発明のプレス用積層体は、伸びやすい金属パンチングを用いるため、一般的にはプレス加工の際、金属板では角の部分がしわになりやすいにもかかわらず、本発明ではしわの発生が少ないプレス済積層体を得ることができる。
本明細書において、プレス用積層体とは、プリプレグから構成される第一繊維強化樹脂プリプレグ層と、樹脂発泡体層と、金属パンチングにより構成される金属層と、プリプレグから構成される第二繊維強化樹脂プリプレグ層との積層体である。樹脂発泡体層と、金属層と、プリプレグ層とは、接着されている。プレス用積層体を加熱及び加圧することにより、これらの層が一体化され、プレス済積層体を得る。
金属層の厚さは限定されるものではないが、プレス成型により所望の形状に容易に形成するため、0.05~5mm程度が好ましく、0.25mm~2mmがさらに好ましい。
金属層は、金属パンチングにより構成される。本明細書では、金属パンチングとは、金属の板をパンチングプレスの金型で穴をあけて加工した材料である。金属パンチングは、所定の金属板を穴をあけて製造するものであり、全体体積に対する金属体積の割合は、使用する用途に応じて適宜変更することができる。
一方、金属パンチングは、絞り形状のとき、金属の延展性が発揮されて、プリプレグが菱形になると同時に、金属の丸い穴が楕円形になり、プリプレグの賦形に追従することができる。強度を高める場合には、金属層の厚さ、穴の直径も適宜選択することができ、様々な用途に適用が可能である。
さらに、本発明の積層体は、金属層を入れることによって成形時間が短縮される。すなわち、アルミなどの金属は熱伝導が良いので、加熱硬化するときに接着シートの加熱を助けるため、短時間で接着強度をさらに高め、冷却の時は放熱が良いのでプレス後の成形体の冷却を助ける。例えば、発泡体厚さ10mmに対して金属パンチング0.3mmを積層すると成形時間20秒短縮されることを確認している。
炭素繊維は、繊維が織り込まれていることが好ましい。
第一繊維強化樹脂プリプレグ層、第二繊維強化樹脂プリプレグ層は、独立に縦300~2000mm×横300~2000mmの矩形のプリプレグを用いることが好ましい。
その他、さらに強度を上げる場合は、ポリフェニレンエーテル樹脂が好ましく、例えば、旭化成株式会社製サンフォース(登録商標)などが挙げられる。
樹脂発泡体は、平板状で0.7~10.0mmの厚さが好ましいが、それに限定されるものではない。
本発明のプレス済積層体は、第一繊維強化樹脂プリプレグ層と、前記第一繊維強化樹脂プリプレグ層に接着した樹脂発泡体層と、前記樹脂発泡体層上に配置された金属パンチングにより構成される金属層と、前記金属層及び前記金属層の穴部より露出した前記発泡体層に接着した第二繊維強化樹脂プリプレグ層を含むプレス用積層体を加熱及び加圧により製造したものである。
具体的には、第一繊維強化樹脂層と、前記第一繊維強化樹脂層の上に配置されている金属-樹脂複合層と、前記金属-樹脂複合層の上に配置されている第二繊維強化樹脂層とを備え、前記金属は、金属パンチングから構成されている、プレス済積層体である。
プレス済積層体において、加熱及び加圧により、金属層は樹脂層と一体化された金属-樹脂複合層となり、金属-樹脂複合層を繊維強化樹脂層でサンドウィッチされている。なお、プリプレグは、加圧及び加熱し、その後、冷却され、繊維強化樹脂層を形成している。このような構成のプレス済積層体は、強度の高い金属層を強度の高い繊維強化樹脂でサンドウィッチされているため、非常に強度が高く、また軽量な材料であり、従来から使用されているアルミニウムとアラミド繊維ハニカムの複合材料の代替品として利用できる。
プレス済積層体は板状に形成されてもよいが、プレス用積層体をプレス成型することにおり、所定の形状を有するプレス済積層体を形成することができる。
本発明においてプレス成型は、上金型と下金型とを用いて、両金型に挟み込まれることによって行われる。上金型及び下金型は、成型品を形成するために、所定の形状を有することができる。例えば、上金型及び下金型のプレス面に、いずれか一方には凸部、もう一方には凸部に対応する(前記凸部が入り込むことができる)凹部を設けることができる。このようにすることにより、プレス用積層体は、凸部と凹部とに挟まれることになるため、プレス済積層体は、立体的な形状を有することができる。
まず、炭素繊維強化樹脂プリプレグ1及び5をウレタン樹脂発泡体3に接着させるために、炭素繊維強化プリプレグ1及び5の表面上に接着シート2を配置した。実施例では接着シート2として、エポキシ樹脂を含む接着シートを用いた。炭素繊維強化樹脂プリプレグ1及び5は、エポキシ樹脂と炭素繊維とから構成されているものを用いた。
接着シート2を備えた炭素繊維強化樹脂プリプレグ1上に、ウレタン樹脂発泡体3を配置した。次に、ウレタン樹脂発泡体3の上にアルミニウムメッシュ板4を配置した。アルミニウムメッシュ板4の上に、接着シート2を備える炭素繊維強化樹脂プリプレグ5を配置した。接着シート2がアルミニウムメッシュ板4と接するように配置し、配置の微調整を行い、軽く手の力で押し付けて、接着シート2により接着させ、プレス用積層体13を得た(図1を参考)。なお、軽く押し付けたとき、アルミニウムメッシュ板4の穴部よりウレタン樹脂発泡体3が通り抜け、アルミニウムメッシュ板4の一部がウレタン樹脂発泡体3の中にもぐりこんだ。
プレス機を用いるプレス方法について説明する。まず、図4Aの(a)のように、矩形上に貫通している孔を有するしわ取り板9の上にプレス用積層体13を載置する。そして、第二金型800の内部又は外部に備えられている加熱ヒーター(図示しない)により、プレス用積層体13を加熱する。
2・・・接着シート
3・・・ウレタン樹脂発泡体
4・・・アルミニウムメッシュ板
5・・・炭素繊維強化樹脂プリプレグ
6・・・アルミニウムメッシュ板-ウレタン樹脂発泡体複合層(金属-樹脂複合層)
7・・・キャビティ
8・・・コア
9・・・しわ取り板
10・・・伸縮部材
11・・・昇降部
700・・・第一の金型
800・・・第二の金型
13・・・プレス用積層体
14・・・プレス済積層体
Claims (6)
- 第一繊維強化樹脂プリプレグ層と、
前記第一繊維強化樹脂プリプレグの上に配置された樹脂発泡体層と、
前記樹脂発泡体層の上に配置され、金属パンチングにより構成され、加熱プレスによるしわの発生を抑制する金属層と、
前記金属層の上に配置され、第二繊維強化樹脂プリプレグ層とを含み、
前記金属パンチングの孔が、直径1mm以上、20mm以下、ピッチ2mm以上、配列60°千鳥であり、前記金属パンチングの開口率が10~50%であり、前記金属層の厚さが0.05~5mmである、加熱プレス用積層体。 - 前記金属層が、アルミニウム、ステンレス、銅、鉄、鋼鉄、真鍮、ニッケル及びチタンから選択される一種である、請求項1に記載の加熱プレス用積層体。
- 前記第一繊維強化樹脂プレプレグ層及び前記第二繊維強化樹脂プリプレグ層を構成する樹脂が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、又はウレタン樹脂を少なくとも一種含む、請求項1に記載の加熱プレス用積層体。
- 前記樹脂発泡体層は、ポリスチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリメタクリルイミド樹脂、及びアクリル系樹脂から選択される樹脂を含む、請求項1に記載の加熱プレス用積層体。
- 請求項1に記載の前記加熱プレス用積層体を加熱プレス成型して得られる、加熱プレス済積層体。
- 第一繊維強化樹脂層と、
前記第一繊維強化樹脂層の上に配置され、金属層と、樹脂発泡体とからなる金属-樹脂発泡体複合層と、
前記金属-樹脂発泡体複合層の上に配置されている第二繊維強化樹脂層とを備え、
前記金属-樹脂発泡体複合層の金属層は、金属パンチングにより構成され、加熱プレスによるしわの発生を抑制し、
前記金属パンチングの孔が直径1mm以上、20mm以下、ピッチ2mm以上、配列60°千鳥であり、前記金属パンチングの開口率が10~50%であり、前記金属層の厚さが0.05~5mmである、加熱プレス済積層体。
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