TWI869736B - 保險桿強化樑的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供:接合處理時間短,且開放時間長之保險桿強化樑的製造方法。其中一個實施形態之保險桿強化樑的製造方法含有:接合前步驟,準備下述狀態的積層體,該積層體依序配置有:作為本體部的金屬構件、以「熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂之至少其中任一種的非晶質熱可塑性樹脂」作為主成分的固形接合劑、作為樹脂補強部的樹脂構件;接合步驟,對積層體加熱及加壓而促使固形接合劑熔融,進而將金屬構件與樹脂構件接合。非晶質熱可塑性樹脂的環氧當量為1600以上、或者非晶質熱可塑性樹脂不含有環氧基,非晶質熱可塑性樹脂的融解熱為15J/g以下。
Description
本發明關於保險桿強化樑的製造方法。
為了吸收撞擊時來自外部的能量進而保護車體及乘車空間,在汽車的前部及後部安裝有保險桿結構體。保險桿結構體,一般如圖11所示,從外部起依序具備:保險桿飾板10、能量吸收體20、保險桿強化樑30、潰縮箱40、及車體固定構件50。
在專利文獻1(日本特開2020-019307號公報)中記載了一種保險桿強化樑,其具備:金屬製的本體部,具有配置成彼此相對向的一對縱壁;補強構件,使用纖維強化樹脂形成薄片狀,配置在其中一個縱壁中面向另一個縱壁的面;黏著劑層,被設在其中一個縱壁與補強構件之間而將兩者接合,從補強構件的面方向外側端部到配置於面方向外側的部位之車輛前後方向的厚度,形成越朝面方向外側則越薄。
在專利文獻2(日本特開2019-209767號公報)中記載了一種保險桿等的車輛用結構體,其具有:第1構件,由「編織纖維而成的織物(fabic)」及「含有基體樹脂(matrix resin)的纖維強化樹脂」所形成,且具有朝向第1方向形成開口之溝形的剖面;第2構件,由金屬構件所形成,相對於第1構件配置於第1方向,並結合於第1構件,相對於第2構件,第1構件配置於車外側。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2020-019307號公報
[專利文獻2]日本特開2019-209767號公報
[發明欲解決之問題]
如同汽車的前部及後部般,從汽車的重心分離之部位處的輕量化,除了燃料費的改善效果之外,還能提高行駛穩定性。因此,相較於車輛的其它部位,上述部位的輕量化有更強烈的期待。
被配置於汽車之前部及後部的保險桿強化樑要求以下的性能:關於撞擊時的負荷,對輕負荷呈現高剛性,對重負荷形成塑性變形而大量地吸收能量。如圖12所示,當承受了重負荷W時,倘若保險桿強化樑30不會形成塑性變形地折斷或者過度地塑性變形,由於配置於車體側的潰縮箱40不會潰縮,將不會由潰縮箱40吸收撞擊能量。其結果,由於保險桿結構體無法有效率地吸收撞擊時來自外部的能量,恐有不能充分保護車體及乘車空間的疑慮。
如圖11所示,保險桿強化樑30是沿著車輛寬度方向(圖11的±y方向)延伸的細長構件,一般是採用鋁及鐵之類的金屬材料所形成。金屬製的保險桿強化樑,藉由形成中空構造而達成其輕量化。但是,在具有用來發揮上述性能之剖面形狀的中空構造的保險桿強化樑中,輕量化卻不夠充分。
採用樹脂材料所形成的保險桿強化樑,相較於採用金屬材料所形成的保險桿強化樑更加輕量。然而,樹脂製的保險桿強化樑,由於不容易塑性變形且剛性也不足,因此很難充分地發揮上述性能。
即使是採用金屬材料與樹脂材料所形成之專利文獻1及2所記載的保險桿強化樑,也很難充分地發揮上述性能。
在保險桿強化樑中,含有金屬材料的金屬構件與含有樹脂材料的樹脂構件,是採用螺栓等連結、或者藉由焊接、或採用黏著劑等的黏著而接合。
作為堅固地接合金屬構件與樹脂構件這樣的異種材料的手段,已知有:含有液體狀或半硬化階段(B-stage)狀的熱硬化型環氧樹脂系黏著劑、及含有熱可塑性樹脂的熱熔黏著劑(hot-melt adhesive)。
但是,具有良好黏著性的熱硬化型環氧樹脂系黏著劑,即使是液體狀或者半硬化階段狀的任一種狀態,其接合處理時間長、或開放時間短。接合處理時間短,且開放時間長的熱熔黏著劑,無法穩定地獲得高黏著力。
在本發明中,所謂的接合處理時間,是意味著:將「構成接合體的至少其中任一個基材」與接合劑接觸的時間做為起始點,並將接合體的製作完成時作為終點,從起始點到終點為止的時間。舉例來說,接合處理時間包含:液態黏著劑的塗裝步驟及乾燥步驟或者固態接合劑的載置步驟所需的時間、及黏著基材彼此(譬如,使黏著層硬化)所需的時間。接合處理時間越短,能提高接合體的生產性。
在本發明中,所謂的開放時間,是意味著:將接合劑塗裝或者放置於基材A上後,到基材B的放置完成為止的限制時間。只要在開放時間內,接合劑的黏著力不會下降,能以充分的黏著力將基材A與基材B貼合。開放時間越長,能提高接合體之製造步驟的自由度。
本發明是有鑑於上述的技術背景所研發的發明,其目的是提供一種保險桿強化樑的製造方法,關於撞擊時的負荷,對輕負荷呈現高剛性,對重負荷則形成塑性變形而吸收撞擊能量,並將無法悉數吸收的能量有效地傳導至潰縮箱,當製造輕量的保險桿強化樑時,接合處理時間短,且開放時間長。
[解決問題之手段]
本發明包含以下的樣態。
[1]一種保險桿強化量的製造方法,包含:
接合前步驟,準備下述狀態的積層體,依序配置有金屬構件、以「熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂(phenoxy resin)之至少其中任一種的非晶質熱可塑性樹脂」作為主成分的固形接合劑、與前述金屬構件接合的樹脂構件;
接合步驟,對前述積層體加熱及加壓而使前述固形接合劑熔融,而接合前述金屬構件與前述樹脂構件,
前述金屬構件,是沿著車輛寬度方向延伸,且在車體側具有至少1個第1接合部的本體部,
前述樹脂構件,是沿著車輛寬度方向延伸,且具有至少1個第2接合部的樹脂補強部,
前述本體部的前述第1接合部與前述樹脂構件的前述第2接合部透過前述固形接合劑而接合,
前述樹脂補強部,被配置在比前述本體部更車體側,
前述樹脂補強部,具有1個以上的補強肋,該補強肋朝車體側突出,並沿著車輛寬度方向延伸,
前述非晶質熱可塑性樹脂的環氧當量為1600以上,或者前述非晶質熱可塑性樹脂不含環氧基,前述非晶質熱可塑性樹脂的融解熱為15J/g以下。
[2]
如[1]所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中以100~400℃及0.01~20MPa的條件執行前述加熱及加壓。
[3]
如[1]或[2]所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中熔融前的固形接合劑,具有從薄膜、棒、粒(pellet)及粉體所形成的群中選出的任何一種形狀。
[4]
如[1]至[3]的其中任一個所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述本體部具有開口剖面(open section),前述本體部的前述第1接合部、與前述樹脂補強部的前述第2接合部,以在前述本體部的內部形成空洞部的方式接合。
[5]
如[1]至[4]的其中任一個所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述本體部的剖面形狀,呈現帽型的形態。
[6]
如[1]至[5]的其中任一個所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述本體部在其上下分別具有前述第1接合部,前述補強肋配置成對應於前述第1接合部。
[7]
如[1]至[6]的其中任一個所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述樹脂補強部,具有1個以上的孔。
[8]
如[1]至[7]的其中任一個所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述本體部含有:呈現350MPa以上之拉伸強度的鋁合金。
[9]
如[1]至[8]的其中任一個所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述樹脂補強部含有:在80℃,呈現5GPa以上之彈性率的樹脂。
[10]
如[1]至[9]的其中任一個所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中
前述本體部在其上下分別具有前述第1接合部,
前述樹脂補強部具有:
樹脂本體,延伸於車輛寬度方向;
前述第2接合部,分別於前述樹脂本體的上下,
前述第1接合部與前述第2接合部,在與車輛前後方向交叉的接合面形成接合。
[11]
如[1]至[10]的其中任一個所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述樹脂補強部,具有延伸於車輛上下方向的第2補強肋。
[發明的效果]
根據本發明的製造方法,能以短的接合處理時間且長的開放時間,製作以下所述之輕量的保險桿強化樑:關於撞擊時的負荷,對輕負荷呈現高剛性,對重負荷則形成塑性變形而吸收撞擊能量,並將無法悉數吸收的能量有效地傳導至潰縮箱。在本發明中,對於這種具有剛性及塑性變形的材料、構件及構造,有時稱為「適當的剛性」及「適當的塑性變形」。
以下,參考圖面詳述本發明的實施形態。本發明並不侷限於以下的實施形態,在本發明要旨的範圍內可實施各種的變形。
在本發明中,所謂的「車輛的前方向」及「車輛的後方向」,是意味著圖11的x方向及-x方向,所謂的「車輛的上方向」及「車輛的下方向」,是意味著圖11的z方向及-z方向,所謂的「車輛的寬度方向」,是意味著圖11的±y方向。在本發明中,所謂的「車輛」是意味著汽車整體,所謂的「車體」是意味著:比保險桿結構體更位於車輛內部,承載搭乘者或貨物的部分。在以下的說明中,譬如在沒有特別說明的狀態下,使用「上下方向」、「前後方向」、「寬度方向」的場合中,則分別表示車輛的上下方向、車輛的前後方向、車輛的寬度方向。
在本發明中,所謂的接合,是意味著將物體與物體結合,黏著及熔接為其下位概念。所謂的黏著,是意味著透過膠帶、黏著劑等的有機材料(硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等),使2個被黏著材(欲進行黏著的物體)形成接合狀態。所謂的熔接,則意味著:藉由熱使「作為披覆材之熱可塑性樹脂等的表面」熔融,藉由接觸加壓與冷卻,以分子擴散所造成的聯鎖(interlocking)與結晶化而形成接合狀態。
[保險桿強化樑]
汽車,在車輛的前部及後部具備保險桿結構體。如圖11所示,保險桿結構體100,一般而言,從車輛的前部或者後部起依序具有:保險桿飾板10、能量吸收體20、保險桿強化樑30、潰縮箱40、及車體固定構件50。這些構件,其剛性的程度各不相同,且皆具有吸收「撞擊時來自外部之任一個能量」的性能。為了有效率地吸收撞擊能量,理想的狀態,是保險桿結構體構成:從外部承受撞擊能量時,從位於車輛外部的構件起依序塑性變形或受到破壞。
舉例來說,如圖12所示,在「由於已形成輕量化,而形成容易折斷或者過度地塑性變形的保險桿強化樑30」被配置於保險桿結構體的場合中,當承受了重負荷W時,由於潰縮箱40不容易潰縮,因此無法有效率地吸收撞擊能量。另外,在本發明的保險桿強化樑400中,具有1個以上的「相對於構成保險桿強化樑400的本體部,朝車體側突出,沿著車輛寬度方向延伸的補強肋」的樹脂補強部,相較於本體部,配置於車體側並形成接合。其結果,如圖13所示,本發明的保險桿強化樑400,當承受了重負荷W時,不會產生折斷等不良結果,產生塑性變形的同時,將撞擊能量傳導至潰縮箱40而促使潰縮箱40變形,因此,具備保險桿強化樑400的保險桿結構體,能有效率地吸收撞擊能量。
保險桿強化樑之每個單位長度的質量(g/m),可形成未滿2700g/m、2650g/m以下、或2600g/m以下。每個單位長度的質量的下限值雖無特殊的限制,但可形成:譬如2000g/m以上、2200g/m以上、2400g/m以上、或2500g/m以上。每個單位長度的質量,為保險桿強化樑之輕量化的指標。舉例來說,在保險桿強化樑彎曲的場合中,保險桿強化樑的單位長度,是意味著保險桿強化樑沿著延長方向的長度。
保險桿強化樑的殘留應變量,在溫度25℃、負荷5t、及位移速度1mm/分的條件下,可形成未滿0.50%、0.45%以下、或0.40%以下,並可形成0.20%以上、0.25%以上、或0.30%以上。殘留應變量,是保險桿強化樑是否呈現適當的剛性及適當的塑性變形的指標。
圖1為其中一種實施樣態之保險桿強化樑的概略立體圖,圖4顯示圖1的A-A線剖面圖。保險桿強化樑400具有:本體部200,沿著車輛寬度方向延伸;樹脂補強部300,沿著車輛寬度方向延伸,相較於本體部200,配置於車體側。以下,針對構成保險桿強化樑的本體部200及樹脂補強部300依序說明。這裡所說明的保險桿強化樑,為了易於理解,雖提及了「設置於車輛前部之保險桿結構體(前保險桿)」的保險桿強化樑,但本發明的保險桿強化樑,也可以是設置於車輛後部的保險桿結構體(後保險桿)。在採用本發明的保險桿強化樑作為後保險桿的場合中,可將下述說明中的「前面部」置換成「後面部」。
樹脂補強部300之車輛寬度方向的長度,可設為本體部200的車輛寬度方向之長度的50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、或85%以上、100%以下、95%以下、90%以下、85%以下、80%以下、或75%以下。
〈本體部〉
圖2顯示其中一種實施樣態的本體部。本體部200,沿著車輛寬度方向延伸,且在車體側具有下方第1接合部210及上方第1接合部220。本體部200,對應於保險桿的設計,藉由彎曲加工等在彎曲部202平緩地形成彎曲。藉此,本體部200的左右兩端部,在車輛的前後方向上,相較於本體部200的中央部,位於更後側。在後保險桿的場合中,本體部200的左右兩端部,在車輛的前後方向上,相較於本體部200的中央部,位於更前側。
在下方第1接合部210及上方第1接合部220的左右兩端部設有:可利用螺栓-螺帽、固定螺絲等的鎖緊用零件將保險桿強化樑400安裝於潰縮箱40的長孔270及校準孔272。在本體部,除了上述的孔之外,亦可形成:例如,以輕量化作為目的的孔、用來釋放因彎曲加工所造成之變形應力的釋放孔、以及可供鎖緊螺栓用的板手工具插入的孔。
本體部200,具有用來連接下方第1接合部210與上方第1接合部220的下部230、前面部250、及上部240。前面部250具有:沿著車輛寬度方向延伸的中央凹陷部252、下部面254、及上部面256。藉由設置中央凹陷部252,可使本體部200輕量化並提高本體部200的剛性。
在前面部250的左右兩端部設有:用來安裝或者定位「胺甲酸乙酯發泡體及聚丙烯發泡體等的能量吸收體20」的開口部280。
本體部200,根據輕量化的觀點,具有中空構造,具體地說,具有開口剖面。本體部200的剖面形狀,具有如圖2及圖4所示,下方第1接合部210及上方第1接合部220,從下部230及上部240分別朝下方及上方延伸,前面部250的相反側呈現開放的形態,亦即被稱為帽型的形態。圖4所示的本體部200,由於具有中央凹陷部252,朝右轉動90度時的剖面形狀呈現W狀帽型的形態,故可稱為W狀帽型本體部。
本體部200的尺寸、厚度及形狀,可因應於安裝有保險桿強化樑的車輛(譬如:客車(passenger car)、卡車等)、及必要的性能(譬如:輕量化、適當的剛性及塑性變形性)而適當地設定。
圖5,顯示為關於本體部200及樹脂補強部300之尺寸的剖面圖。採用圖5的下述說明,並不侷限於本體部的剖面形狀為圖5所示之形狀的實施形態。
上方第1接合部220的寬度a1及下方第1接合部210的寬度a2,可各自獨立地設定為10mm以上、15mm以上、20mm以上或25mm以上,並可設定為50mm以下、45mm以下、40mm以下或35mm以下。第1接合部的寬度,可因應於「和所接合的樹脂補強部的第2接合部之間的必要接合力等」而適當地設定。
上部240的縱深d1及下部230的縱深d2,可各自獨立地設定為20mm以上、30mm以上、40mm以上或50mm以上,並可設定為100mm以下、90mm以下、80mm以下或70mm以下。上部240的縱深d1及下部230的縱深d2,可因應於必要的剛性及塑性變形性而適當地設定。
前面部250的高度c,可設定為50mm以上、60mm以上、80mm以上或100mm以上,並可設定為200mm以下、180mm以下、160mm以下或150mm以下。前面部250的高度c,可因應於必要的剛性及塑性變形性而適當地設定。
在本體部200為W狀帽型本體部的場合中,上部面256的高度b1、及下部面254的高度b2,可各自獨立地設定為5mm以上、10mm以上、13mm以上或15mm以上,並可設定為40mm以下、35mm以下、30mm以下或25mm以下。從上部面256到中央凹陷部252為止的深度e1、及從下部面254到中央凹陷部252為止的深度e2,可各自獨立地設定為5mm以上、8mm以上、10mm以上或13mm以上,並可設定為35mm以下、30mm以下、25mm以下或20mm以下。b1、b2、e1及e2,可因應於必要的剛性及塑性變形性而適當地設定。
本體部200的厚度t1,可設定為1.0mm以上、1.5mm以上或2.0mm以上,並可設定為5.0mm以下、4.5mm以下或4.0mm以下。構成本體部的各部位(譬如:第1接合部)的厚度,可因應於「輕量化、適當的剛性及塑性變形性」等的必要性能而適當地設定。本體部200的厚度,在各部位可以是相同的厚度,亦可於各部位形成不同的厚度。
圖4所示的本體部200中由上部240與上方第1接合部220所形成的角度α1,可設定為75度以上、80度以上或85度以上,並可設定為105度以下、100度以下或95度以下。角度α1最好為90度。該角度也同樣適用於:下部230與下方第1接合部210所形成的角度α2。
前面部250的上部面256與上部240所形成的角度β1,可設定為75度以上、80度以上或85度以上,並可設定為105度以下、100度以下或95度以下。角度β1最好為90度。該角度也同樣適用於:前面部250的下部面254與下部230所形成的角度β2。
作為本體部的材料,譬如可列舉出金屬材料、及金屬合金材料。其中以鋁、及鋁合金最佳,而鋁合金最為合適。這些材料,可單獨地使用、或組合兩種以上使用。
作為鋁合金,根據輕量化、適當的剛性及塑性變形性等的觀點,最好是呈現350MPa以上、400MPa以上或450MPa以上之拉伸強度的鋁合金。上述合金之拉伸強度的上限值並無特殊的限制,舉例來說,可設為600MPa以下、550MPa以下或500MPa以下。在此,拉伸強度,是採用依據JIS Z 2241的萬能試驗裝置(日本株式會社島津製作所製作的AG-100KNX)所測量的值。
作為這樣的鋁合金,譬如是鋁含有量為50質量%以上的合金,具體地說,可列舉出A7000系合金(譬如:A7003、A7075及A7N01)、A6000系合金(譬如:A6061、A6082及A6110)、A5000系合金及A3000系合金。
本體部,也可以是採用金屬材料或者金屬合金材料所形成的擠製形材(extruded shape)、壓鑄(die casting)材、鑄造材、鍛造材等。根據生產性等的觀點,其中又以擠製形材最合適。
本體部的擠製形材,舉例來說,可如同以下的方式製造。依據所記載的順序,而執行以下的步驟:藉由將「具有特定特性的金屬材料或金屬合金材料的熔融金屬」供給至連續製造裝置,而連續鑄造「鑄造棒」的步驟;對鑄造棒實施均質化處理的步驟;藉由將鑄造棒裁切成特定的長度而獲得作為擠壓加工材料之胚料(billet)的步驟;對胚料進行外徑面切削的步驟;藉由對胚料執行熱擠壓加工後執行水冷淬火,而形成特定橫剖面形狀之擠製形材的步驟。接著,將擠製形材裁切成特定的長度,並對經裁切的兩端面實施表面切削、去除毛邊加工之類的特定加工,再利用彎折加工形成彎曲部,藉此可形成擠製形材。可在擠製形材的裁切前或裁切後、或者擠製形材的彎折加工前或彎折加工後的其中任一個時間點,對擠製形材實施人工老化(artificial aging)處理等的熱處理步驟。舉例來說,在採用A6000系合金及/或A7000系合金形成擠製形材的場合中,最好實施上述的熱處理步驟。
(樹脂補強部)
圖3顯示其中一種實施樣態的樹脂補強部。樹脂補強部300,具有沿著車輛寬度方向延伸的至少1個第2接合部。在本圖的場合中,樹脂補強部300,具有作為第2接合部的下方第2接合部310與上方第2接合部320,樹脂補強部300,在具有2個第2接合部,亦即下方第2接合部310與上方第2接合部320的場合中,最好具備樹脂本體304。
樹脂本體304,呈現將車輛寬度方向作為長邊方向,將車輛上下方向作為短邊方向,並將車輛前後方向作為厚度方向的板狀,在對應於本體部200之彎曲部202的位置,具有彎曲部302。樹脂本體304,分別在本體部側表面的上及下,一體地具有下方第2接合部310及上方第2接合部320。
下方第2接合部310,被配置於樹脂本體304的下側,從車輛寬度方向的其中一端朝另一端延伸,是具有特定寬度的帶狀領域。上方第2接合部320,被配置於樹脂本體304的上側,從車輛寬度方向的其中一端朝另一端延伸,是具有特定寬度的帶狀領域。下方第2接合部310及上方第2接合部320的寬度,可配合第1接合部之車輛上下方向的長度而選擇。如此一來,下方第2接合部310及上方第2接合部320,遍及樹脂本體304的整個長度方向。下方第2接合部310及上方第2接合部320,透過樹脂本體304而成為一體。下方第2接合部310及上方第2接合部320,在本體部側的表面,分別以接觸於下方第1接合部210及上方第1接合部220的狀態形成接合。
如圖1及圖4所示,樹脂補強部300,其下方第2接合部310及上方第2接合部320分別接合於本體部的下方第1接合部210及上方第1接合部220。「下方第2接合部310及上方第2接合部320」與「下方第1接合部210及上方第1接合部220」,在「與車輛的前後方向交叉的接合面」形成接合。本體部200具有開口剖面,本體部200的下方第1接合部210及上方第1接合部220、與樹脂補強部300的下方第2接合部310及上方第2接合部320,以在本體部200的內部形成空洞部260的方式分別接合。
樹脂補強部300具有:朝車體側突出,並沿著車輛寬度方向延伸的下方補強肋330及上方補強肋340。如圖4所示,下方補強肋330及上方補強肋340,分別對應於本體部200的下方第1接合部210及上方第1接合部220而配置。如此一來,可採用更輕量的樹脂補強部300,對保險桿強化樑賦予適當的剛性及塑性變形性。
在此,所謂「對應於第1接合部而配置」,是意味著:將所選定的1個補強肋,主要配置在「可以確定透過哪一個第1接合部,而對保險桿強化樑的剛性及塑性變形帶來有利之效果」的位置。對於樹脂補強部之補強肋的配置關係,譬如參考圖4的上方第1接合部220與上方補強肋340進行說明。根據適當的剛性及塑性變形性的觀點,上方補強肋340之z方向的位置,最好是從上方第1接合部220的範圍起,在較上方第1接合部220更下方的空洞部260領域內,距離「上方第1接合部220」10mm以內、5mm以內或3mm以內的範圍。上方補強肋340之更佳的z方向的位置,是從上部240之z方向的位置起,朝其上方的10mm以內、5mm以內或者3mm以內的範圍,最好如同圖4所示,將補強肋配置成與上部240之z方向的位置一致。該配置關係,也同樣適用於下部補強肋330。
樹脂補強部,只要具有1個以上的補強肋即可。在第1接合部為複數個的場合中,最好是複數個補強肋分別對應於第1接合部而配置。複數個補強肋亦可對應於1個第1接合部而配置。在對1個第1接合部配置複數個補強肋的場合中,根據均衡地承受撞擊的觀點,最好是將補強肋對稱地配置。對於補強肋之配置數量的上限並無特殊的限制,可以為6個以下或者4個以下,但根據輕量化的觀點,補強肋最好為2個以下。
樹脂補強部,亦可具有1個以上之延伸於上下方向的追加的補強肋。對於追加的補強肋(第2補強肋)之配置數量的上限並無特殊的限制,可以為6個以下或者4個以下。在考慮輕量化的場合中,追加的補強肋最好為2個以下,而不配置則更佳。
樹脂補強部300的尺寸、厚度及形狀,可因應於安裝有保險桿強化樑的車輛(譬如:客車、卡車等)、及必要的性能(譬如:輕量化、適當的剛性及塑性變形性)而適當地設定。
上方第2接合部320的寬度h1及下方第2接合部310的寬度h2,可各自獨立地設定為10mm以上、15mm以上、20mm以上或25mm以上,並可設定為50mm以下、45mm以下、40mm以下或35mm以下。第2接合部的寬度,可因應於「和所接合的本體部的第1接合部之間的必要接合力等」而適當地設定。
上方補強肋340的突出量f1及下方補強肋330的突出量f2,可各自獨立地設定為30mm以上、35mm以上、40mm以上或45mm以上,並可設定為100mm以下、90mm以下、80mm以下、70mm以下或60mm以下。補強肋的突出量,可因應於必要的剛性及塑性變形性而適當地設定。在圖3中,由於樹脂補強部300在彎曲部302處形成彎曲,因此下方補強肋330及上方補強肋340,在比彎曲部302更外側,其突出量逐漸地減少。該場合的上述突出量f1及f2,是表示最大突出量。補強肋的突出量,亦可在車輛寬度方向形成變化,不形成變化亦無妨。如圖3所示,連結「補強肋330、340之車體側前端」的線,最好與車輛寬度方向平行。
上方補強肋340與下方補強肋330之間的間隔g,可設定為50mm以上、60mm以上、80mm以上或100mm以上,並可設定為200mm以下、180mm以下、160mm以下或150mm以下。在具有2個以上之補強肋的場合中,補強肋之間的間隔,可因應於必要的剛性及塑性變形性而適當地設定。
補強肋之車輛寬度方向的長度,可設為本體部的車輛寬度方向之長度的50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上或85%以上、100%以下、90%以下、85%以下、80%以下或75%以下。
樹脂補強部的厚度t2,可設定為1.0mm以上、1.5mm以上或2.0mm以上,並可設定為5.0mm以下、4.5mm以下或4.0mm以下。構成樹脂補強部的各部位(譬如:補強肋及第2接合部)的厚度,可因應於「輕量化、適當的剛性及塑性變形性」等的必要性能而適當地設定。樹脂補強部300的厚度,在各部位可以是相同的厚度,亦可於各部位形成不同的厚度。
圖4所示的樹脂補強部300中由上方第2接合部320與上方補強肋340所形成的角度γ1,可設定為75度以上、80度以上或85度以上,並可設定為105度以下、100度以下或95度以下。角度γ1最好為90度。該角度也同樣適用於:下方第2接合部310與下方補強肋330所形成的角度γ2。
圖3所示的樹脂補強部300,在中央附近具有2個輕量孔350。藉由設置輕量孔,能使樹脂補強部更輕量化。輕量孔可以為1個以上,輕量孔的數量、尺寸及形狀,可因應於必要的性能(譬如:輕量化、適當的剛性及塑性變形性)而適當地設定。
作為樹脂補強部的材料,只要是樹脂材料則無特殊的限制。作為樹脂補強部的材料,譬如可列舉出熱可塑性樹脂及熱硬化性樹脂,具體地說,最好含有從「由熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及纖維強化塑膠(FRP)形成的群」所選出的至少1種,根據黏著力、成本及成形容易性的觀點,又以熱可塑性樹脂最佳。
作為熱可塑性樹脂,最好是從以下的材料所形成的群選出的1種以上:譬如聚烯烴及其酸變性物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、AS樹脂、ABS樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯等的熱可塑性芳香族聚酯、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚醯胺、聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醚碸(polyethersulfone)、聚苯醚(polyphenylene ether)及其變性物、聚苯硫(polyphenylene sulfide)、聚甲醛(polyoxymethylene)、聚芳酯、聚醚酮(polyetherketone)、聚醚醚酮、聚醚酮酮(polyetherketone ketone)、以及熱可塑性環氧樹脂。作為熱硬化性樹脂,譬如可使用從「由環氧樹脂、乙烯酯樹脂、酚樹脂及胺甲酸乙酯樹脂所形成的群」選出的1種以上。熱可塑性樹脂及熱硬化性樹脂,可單獨地使用、或亦可併用2種以上。
作為樹脂補強部的材料,也可以是對上述的樹脂材料混合了補強纖維(譬如:碳纖維、玻璃纖維、纖維素奈米纖維(Cellulose nanofiber))的樹脂。作為這樣的材料,譬如可列舉出碳纖維強化樹脂(CFRP)、及玻璃纖維強化樹脂(GFRP)。
作為樹脂補強部的材料,在上述的材料中,根據輕量化、適當的剛性及塑性變形性等的觀點,最好是使用:在80℃時,呈現5GPa以上、7GPa以上或10GPa以上之彈性率的樹脂。對於彈性率的上限值並無特殊的限制,舉例來說,可設為70GPa以下、60GPa以下或50GPa以下。在此,彈性率,是採用依據JIS K 7161的萬能試驗裝置(日本株式會社島津製作所製作的AG-100KNX)所測量的值。
樹脂補強部可採用習知成形法來成形,譬如:射出成形法(包含嵌入成形法)、轉注成形法(transfer molding)、衝壓成形法、及纏繞成形法(filament winding molding)、手積成形法(hand lay up molding)等。
[保險桿強化樑30(接合體)的製造方法]
本發明之保險桿強化樑的製造方法,具有:接合前步驟,用來形成積層體,該積層體呈現將金屬構件(以下稱為「基材A」)、以熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂之至少其中任一種的非晶質熱可塑性樹脂作為主成分的固形接合劑、與前述金屬構件接合的樹脂構件(以下稱為「基材B」),依前述順序形成配置的狀態;接合步驟,對前述積層體加熱並加壓而促使前述固形接合劑熔融,進而將前述金屬構件與前述樹脂構件接合。在前述接合前步驟中,不執行「基材A與固形接合劑」及「基材B與固形接合劑」之間的接合,而在後續的接合步驟中執行接合。固形接合劑亦可具有黏性,在該場合中,於接合前步驟將固形接合劑暫時固定於基材。
金屬構件(基材A),是沿著車輛寬度方向延伸,且在車體側具有至少1個第1接合部的前述本體部。樹脂構件(基材B),是沿著車輛寬度方向延伸,且具有至少1個第2接合部的前述樹脂補強部。前述本體部的第1接合部與前述樹脂構件的第2接合部透過固形接合劑而接合。
(接合前步驟)
在接合前步驟中,形成下述狀態的積層體:基材A、以「熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂之至少其中任一種的非晶質熱可塑性樹脂」作為主成分的固形接合劑、基材B,依前述順序配置。在前述積層體中,基材A與固形接合劑、固形接合劑與基材B的其中任一個並未彼此接合,各自獨立的構件呈現重疊的狀態。
前述固形接合劑的「固形」,是意味著常溫下的固體,亦即在23℃之未加壓的狀態下沒有流動性。前述固形接合劑,在23℃之未加壓的狀態下,可以30天以上不變形地保持外形,最好更進一步具備不變質的特性。
前述「主成分」,是意味著固形接合劑的樹脂成分之中,含有量最高的成分,固形接合劑中的樹脂成分中的含有量為50質量%以上的成分。固形接合劑,最好含有50質量%以上的樹脂成分,含有70質量%以上更佳,含有80質量%以上又更佳,含有90質量%以上則最佳。
(固形接合劑)
固形接合劑,是以下述的非晶質熱可塑性樹脂作為主成分:熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂之至少其中任一種的非晶質熱可塑性樹脂,且環氧當量為1600以上,融解熱為15J/g以下。
本發明中所謂的非晶質樹脂,是在採用了微差掃描熱量法(DCS:Differential Scanning Calorimetry)的測量中,雖具有熔點(Tm),卻不具有明顯地伴隨著融解的吸熱峰值(熔點)、或吸熱峰值非常小的樹脂。融解熱,可根據DSC之吸熱峰值的面積、與熱可塑性樹脂成分的質量而算出。在固形接合劑含有無機充填劑等的場合中,熔解熱可根據無機充填劑以外之樹脂成分的質量而算出。具體地說,本發明中所謂的非晶質熱可塑性樹脂,係以下所述之物。秤量2~10mg的試料,並放入鋁製盤,利用DSC(日本株式會社Rigaku製造的DSC8231),以10℃/min從23℃升溫至200℃以上,而獲得DSC曲線。接著,根據「從該DSC曲線所求出之融解時的吸熱峰值面積」與前述秤量質而算出融解熱時,將融解熱為15J/g以下者視為非晶質熱可塑性樹脂。
根據將非晶質熱可性樹脂的特性充分賦予於固形接合劑的這一點,前述非晶質熱可塑性樹脂的含有量,最好占固形接合劑中的樹脂成分之中的60質量%以上,70質量%以上更佳,80質量%以上又更佳,90質量%以上則最佳。
融解熱為15J/g以下,其中以融解峰值為偵測限界以下者最佳,其次為4J/g以下,其次為7J/g以下,其次為11J/g以下。
環氧當量為1600以上,其中以「在偵測限界以上實質地偵測不到環氧基者」為最佳,其次為9000以上、其次為5000以上,其次為2000以上。
藉由採用「以環氧當量為1600以上,且融解熱為15J/g以下的非晶質熱可塑性樹脂作為主成分」的固形接合劑,當加熱時不會引發常見於傳統熱熔黏著劑之黏度的劇烈下降,即使在超過200℃的高溫領域中,也不會形成低黏度(0.001~100Pa×s)狀態。因此,該固形接合劑即使在已熔融的狀態下也不會從積層體流出,可穩定地確保黏著層的厚度,並可穩定地獲得高黏著力。本發明的環氧當量(含有1莫耳(mole)環氧基之前述樹脂的質量),是接合前之固形接合劑所含有的熱可塑性環氧樹脂或苯氧基樹脂成分之環氧當量的值,是以JIS K 7236:2001規定的方法所測量的值(單位:g/eq.)。具體地說,樹脂的環氧當量,是採用電位滴定儀(potentiometric titrator),並使用環己酮(cyclohexanone)作為溶媒,對樹脂添加溴化四乙銨醋酸溶液,使用0.1mol/L的過氯酸-醋酸溶液所測量。對於溶媒稀釋品(樹脂清漆),依據不揮發成分而作為「固形成分換算值」的數值算出。2種以上之樹脂的混合物的環氧當量,也可分別根據樹脂的含有量與環氧當量來算出。
作為固形接合劑之主成分的非晶質熱可塑性樹脂的融點最好為50℃~400℃,60℃~350℃更好,而70℃~300℃最佳。藉由「融點為50℃~400℃的範圍」,前述固形接合劑可藉由加熱而更有效率地變形及熔融,而有效且大範圍地潤濕於接合面,故能獲得高黏著力。在本發明中,所謂非晶質熱可塑性樹脂的融點,是意味著「實質上可從固體軟化且帶有熱可塑性,而成為可熔融與黏著」的溫度。
含有傳統之熱硬化性黏著劑的接合體,很難將接合體解體,很難將構成接合體的不同材料予以區分回收(亦即,回收性不佳)。此外,在使用熱硬化性黏著劑的場合中,於接合體的製造步驟中存在接合部位偏移等時,或者被接合體存在瑕疵而必須更換時,很難重新貼合(亦即,維修性不佳),缺乏方便性。另外,前述固形接合劑,能利用熱促進軟化及熔融,可容易地將2個被接合體分離,因此回收性極佳。此外,由於前述固形接合劑為熱可塑性,故能可逆地重複軟化及熔融與硬化(固化),也具有良好的維修性。
(熱可塑性環氧樹脂)
熱可塑性環氧樹脂,最好是下述(a)與(b)的聚合物:(a)2官能環氧樹脂單體(monomer)或寡聚物(oligomer);(b)具有從由酚系羥基、羧基、硫基、異氰酸酯基及氰酸酯基所形成的群選出之相同或不同的2種官能基的2官能性化合物。藉由使用這樣的化合物,形成直鏈聚合物(straight-chain polymer)的聚合反應優先地進行,可形成具有所期望之特性的熱可塑性環氧樹脂。
所謂前述(a)2官能環氧樹脂單體或寡聚物,是指在分子內具有2個環氧基的環氧樹脂單體或寡聚物。作為前述(a)2官能環氧樹脂單體或寡聚物,可列舉出譬如:雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、2官能的酚醛型環氧樹脂、雙酚AD型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂、2官能的萘型環氧樹脂、2官能的脂環式環氧樹脂、2官能的氧化丙烯酯型環氧樹脂(譬如:二環氧丙基酞、二環氧丙基四氫酞酸酯、二聚物酸縮水甘油酯等)、2官能的縮水甘油胺型環氧樹脂(譬如:二環氧苯胺、二環氧丙基甲苯胺等)、2官能的雜環式環氧樹脂、2官能的二芳基碸型環氧樹脂、對苯二酚型環氧樹脂(譬如:對苯二酚二環氧丙基醚、2,5-二(三級-丁)氫醌二環氧丙基醚、間苯二酚二環氧丙基醚等)、2官能的烷基環氧丙基醚系化合物(譬如:丁烷二醇二環氧丙基醚、丁烯二醇二環氧丙基醚、丁炔二醇二環氧丙基醚等)、含有2官能之環氧丙基的尿囊素化合物(譬如:1,3-二環氧丙基-5,5-二烷基尿囊素、1-環氧丙基-3-(環氧丙氧烷基)-5,5-二烷基尿囊素等)、含有2官能之環氧丙基的矽氧烷(譬如:1,3-雙(3-環氧丙氧丙基)-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷、α,β-雙(3-環氧丙氧丙基)聚二甲基矽氧烷等);以及上述各材料的變性物。其中,基於反應性及作業性的觀點,以雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂及聯苯型環氧樹脂最佳。
作為前述(b)之具有酚系羥基的2官能化合物,可列舉出譬如:兒茶酚、間苯二酚、對苯二酚等具有1個苯環的單核芳香族二羥基化合物;雙(4-羥基苯基)丙烷(雙酚A)、雙(4-羥基苯基)甲烷(雙酚F)、雙(4-羥基苯基)乙烷(雙酚AD)等的雙酚化合物;二羥基萘等具有稠環的化合物;二烯丙基間苯二酚、二烯丙基雙酚A、三芳基二羥基聯苯等已導入烯丙基的2官能酚化合物;及二丁基雙酚A。
作為前述(b)之具有羧基的2官能性化合物,可列舉出譬如:己二酸、丁二酸、丙二酸、環己烷二甲酸、酞酸、異酞酸及對酞酸。
作為前述(b)之具有硫基的2官能性化合物,可列舉出譬如:乙二醇雙(乙酸鈉)及乙二醇雙(硫基丙酸酯)。
作為前述(b)之具有異氰酸酯基的2官能性化合物,可列舉出譬如:二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)、異佛酮二異氰酸酯(IPDI)、環己烷二異氰酸酯(HMDI)及甲苯二異氰酸酯(TDI)。
作為前述(b)之具有氰酸酯基的2官能性化合物,可列舉出譬如:2,2-雙(4-氰氧苯基)丙烷、1,1-雙(4-氰氧苯基)乙烷、及雙(4-氰氧苯基)甲烷。
在前述(b)中,具有酚系羥基的2官能性化合物可形成「具有適合特性之熱可塑性的聚合物」故較為合適,根據耐熱性及黏著性的觀點,具有2個酚系羥基,且具有雙酚結構或者聯苯結構的2官能性化合物較為合適,根據耐熱性及成本的觀點,雙酚A、雙酚F及雙酚S較為合適。
在前述(a)為雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂或聯苯型環氧樹脂,而前述(b)為雙酚A、雙酚F或雙酚S的場合中,藉由前述(a)與(b)的聚合而獲得的聚合物,具備配置有以下所述之主鏈及側鏈的結構:前述主鏈具有對伸苯結構及醚鍵結作為主架構,並以伸烷基連結前述兩者;前述側鏈配置有藉由複加成(polyaddition)而生成的烴基。藉由起因於「具有伸苯結構及醚鍵結的主架構」的直鏈狀結構,可提高聚合後之聚合物的機械性強度,同時可藉由被配置於側鏈的烴基,而提高對基材的緊密附著性。其結果,可在維持作業性的同時,實現與熱硬化性樹脂相同水準的高黏著強度。除此之外,能利用熱促進軟化及熔融故能回收及維修,可改善熱硬化性樹脂之「回收性及維修性」的問題點。
《苯氧基樹脂》
苯氧基樹脂,是由雙酚化合物與環氧氯丙烷所合成的多烴基聚醚,具有熱可塑性。作為苯氧基樹脂的製造方法,已知有:利用二烴酚或合物與環氧氯丙烷之直接反應的方法;及利用二烴酚化合物的二環氧丙基醚與二烴酚化合物之加成聚合反應的方法,但是苯氧基樹脂也可以是利用任何一種製法所獲得者。在二烴酚化合物與環氧氯丙烷之直接反應的場合中,作為二烴酚化合物,可列舉出譬如:雙酚A、雙酚F、雙酚S、聯苯酚、聯苯烯二醇、聯苯茀等的酚化合物。其中,根據成本、黏著性、黏度及耐熱性的觀點,以雙酚A、雙酚F及雙酚S最合適。除了二烴酚化合物之外,上述直接反應亦可包含:乙二醇、丙二醇、 二乙二醇等的脂肪族二醇。上述材料可單獨使用、亦可併用2種以上。苯氧基樹脂,具有類似環氧樹脂的化學結構,以伸苯結構及醚鍵結作為主架構,並具有「連結有前述兩者的主鏈」及「烴基配置於側鏈」的結構。
《熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂》
前述熱可性環氧樹脂及苯氧基樹脂的重量平均分子量(weight‐average molecular weight),GPC(Gel Permeation Chromatography:凝膠滲透層析法)所測量的聚苯乙烯換算值,最好為10000~500000,其中18000~300000更佳,20000~200000最佳。重量平均分子量,是根據「由GPC所偵測的溶出峰值位置」所算出的標準聚苯乙烯換算值。倘若重量平均分子量為上述範圍則熱可塑性與耐熱性取得良好的平衡,故能藉由有效率的熔融而形成接合體,也能提高接合體的耐熱性。倘若重量平均分子量為10000以上則具有良好的耐熱性,倘若為500000以下則熔融時的黏度低,黏著性變高。
《固形接合劑的製造方法》
固形接合劑的製造方法並無特殊限制,舉例來說,可藉由對2官能環氧化合物的單體或者寡聚物加熱並促使其聚合而獲得。聚合時為了降低黏度有助於攪拌,亦可添加溶媒。在添加溶媒的場合中,有必要將其去除,藉由在脫模薄膜等上執行乾燥或聚合、或者一併執行前述兩者,亦可獲得固形接合劑。
可視需要,在不妨礙本發明效果的範圍內,對固形接合劑摻入其他的添加劑。相對於非晶質熱可塑性樹脂的總量,添加劑的配合量最好為50體積%以下,30體積%以下更佳,20體積%以下又更佳,10體積%以下最佳。本發明中所謂「添加劑的體積%」是表示:以非晶質熱可塑性樹脂之總量的體積作為基準,2官能環氧化合物的單體或寡聚物於聚合前所含有之添加劑的體積比,添加劑的體積,能以「所含有之添加劑的質量」除以「添加劑的真比重(true specific gravity)」而求出。
作為上述的添加劑,可列舉出譬如:黏度調整劑、無機填料、有機填料(樹脂粉體)、消泡劑、矽烷偶合劑(silane coupling agent)等的偶合劑、及顏料。這些添加劑,可單獨使用、亦可組合2種以上使用。作為黏度調整劑,可列舉出譬如:反應性稀釋劑。作為無機填料,可列舉出譬如:球狀熔融二氧化矽、鐵等金屬的金屬粉、矽砂、滑石(talc)、碳酸鈣、雲母、酸性黏土(acid clay)、矽藻土、高嶺土、石英、氧化鈦、二氧化矽、酚樹脂微球(microballoon)、及玻璃微球。
以上述方式所獲得的固形接合劑,由於未反應的單體或者末端環氧基含有量少、或者實質上不含有未反應的單體或者末端環氧基,故貯藏穩定性良好,能在常溫下長期保存。
固形接合劑的形態雖無特殊限制,但最好是從薄膜、棒、粒(pellet)及粉體所形成的群中選出的任何一種形狀。特別是,固形接合劑之外形的至少其中1個邊最好為5mm以下,其中以0.3mm以下最佳,0.5mm以下次之,1mm以下又次之,3mm以下再次之。倘若固形接合劑的尺寸為上述範圍,當固形接合劑夾入基材A與基材B之間加壓加熱時,能有效率地擴散於黏著面,能獲得高黏著力。
固形接合劑,在不妨礙黏著力及耐熱性的範圍內,亦可具有黏性。在該場合中,可於積層體準備步驟中將前述固形接合劑暫時固定於基材。
(接合步驟)
在接合步驟中,對前述積層體加熱及加壓而使前述固形接合劑熔融,在此之後,藉由使溫度下降而促使前述固形接合劑固化,進而接合前述基材A與前述基材B。
前述加熱及加壓時的溫度,最好為100℃~400℃,120℃~350℃更佳,150℃~300℃最佳。藉由「以100℃~400℃進行加熱」,使前述固形接合劑有效率地變形及熔融,並有效地擴散浸潤於黏著面,故能獲得高黏著力。
前述加熱及加壓時的壓力,最好為0.01~20 MPa,0.1~10MPa更佳,0.2~5MPa最佳。一旦在這樣的壓力範圍內,前述固形接合劑能有效率地變形及熔融,並有效地擴散浸潤於黏著面,故能獲得高黏著力。在基材A或基材B的至少其中一個含有熱可塑性樹脂的場合中,藉由以0.01~20MPa進行加壓,促使固形接合劑與基材形成相容化(compatibilizing),能獲得高黏著力。
固形接合劑的主成分亦即熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂,由於樹脂內的凝集力低且具有烴基,故和基材之間的相互作用強,相較於傳統之結晶性的熱熔黏著劑,能以更高的黏著力接合不同材料。
前述基材A與前述基材B的接合,是利用固形接合劑的相變化(固體-液體-固體)的結果,由於未伴隨著化學反應,相較於傳統之熱硬化型的環氧樹脂,能以更短的時間完成接合。
[保險桿強化樑30(接合體)]
圖14,是金屬構件2與樹脂構件5已透過固形接合劑接合之狀態的概略剖面圖,舉例來說,是顯示:圖1及圖4中所示,本體部200的下方第1接合部210(相當於金屬構件2)與樹脂補強部300的下方第2接合部310(相當於樹脂構件5)之間的接合部位;或者本體部200的上方第1接合部220(相當於金屬構件2)與樹脂補強部300的上方第2接合部320(相當於樹脂構件5)之間的接合部位的圖。
在圖14所示的接合體中,金屬構件2與樹脂構件5是透過黏著層3而接合成一體化,該黏著層3是指:以熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂之至少其中任一種的非晶質熱可塑性樹脂作為主成分的固形接合劑,經熔融固化後的黏著層。儘管金屬構件2與樹脂構件5為不同的材質,但接合體展現出絕佳的接合強度。接合強度,除了「作用於黏著層與基材間之界面交互作用(interface interaction)的強度」之外,也受到黏著層的厚度、構成黏著劑之聚合物的分子量及化學結構、力學特性、黏彈性的特性等因素的影響。因此,顯示「本發明的接合體具有絕佳強度」之機構的細節雖不明朗,但可推測「構成黏著層3的非晶質熱可塑性樹脂的凝集力低」、「樹脂中存有烴基,在黏著層與金屬構件2的界面、及黏著層與樹脂構件5的界面,形成氫鍵結、凡得瓦力(Van der Waals force)等的化學結合或者分子間力(intermolecular force)」為主要的因素。但是,在接合體中,接合體之界面的狀態或特性,由於厚度為奈米級以下之極薄的化學結構的緣故致使分析困難,藉由特定「本發明的接合體之界面或狀態」而與「不含有本發明之固形接合劑的接合體」作出區分的這點,在現今的技術中為不可能或者不實際。
黏著層含有非晶質熱可塑性樹脂之本發明的保險桿強化樑,具有絕佳的回收性及維修性,可藉由對接合體加熱,而輕易地解體為金屬構件2與樹脂構件5,亦即可輕易地解體成本體部200與樹脂補強部300。
藉由對金屬構件2或樹脂構件5或者雙方實施適合的前處理,可獲得高黏著力。作為前處理,最好是「洗淨基材表面」前處理或者「使表面具有凹凸」的前處理。前處理可以僅為1種、亦可實施2種以上。作為上述前處理的具體方法,可採用習知的方法。
對金屬構件2而言,最好是從脫脂處理、UV臭氧處理、噴砂處理、研磨處理、電漿處理及蝕刻處理所形成的群中選出的至少1種。
對樹脂構件5而言,最好是從脫脂處理、UV臭氧處理、噴砂處理、研磨處理、電漿處理及電暈放電處理所形成的群中選出的至少1種。
[作用及效果]
如圖4所示,以「保險桿強化樑承受車輛前後方向之重負荷W」的場合作為例子,說明其作用及效果。首先,重負荷W所產生的力,施加於本體部200的前面部250。該力,從前面部250通過下部230及上部240而朝下方第1接合部210及上方第1接合部220傳遞。由於本體部200為帽型,上述力分散成「相對於樹脂補強部300,車輛前後方向的力F1」、「相對於下方第1接合部210及上方第1接合部220,沿著接合面的方向,在圖4的場合中,分別沿著車輛上下方向之向外的力F2」而各自傳遞。
「下方第2接合部310及上方第2接合部320」、「下方第1接合部210及上方第1接合部220」,在「與車輛的前後方向交叉的接合面」形成接合。亦即,將力F2傳遞至接合面。力F2,由於重負荷W所產生的力之中,還分散出力F1,故小於重負荷W。因此,相較於「下方第2接合部310及上方第2接合部320」、「下方第1接合部210及上方第1接合部220」,設有與車輛的前後方向平行之接合面的場合,能顯著地提高接合強度。
下方第1接合部210及上方第1接合部220,分別各自與下方第2接合部310及上方第2接合部320接合,不僅如此,下方第2接合部310及上述第2接合部320一體地形成於樹脂本體304。因此,樹脂補強部300,發揮「對抗上述力F2」的應力。亦即,樹脂本體304發揮「對抗上述力F2」的應力。據此,樹脂補強部300抑制:本體部200的下方第1接合部210及上方第1接合部220在車輛上下方向上朝外側的變形。
此外,重負荷W產生:將保險桿強化樑400朝車輛寬度方向折彎的力。樹脂補強部300的下方第2接合部310及上方第2接合部320,與本體部200的下方第1接合部210及上方第1接合部220,分別遍及整個車輛寬度方向形成接合。據此,樹脂補強部300,在保持與本體部200接合的狀態下,下方補強肋330及上方補強肋340,發揮「對抗朝車輛寬度方向折彎之力」的應力。據此,樹脂補強部300抑制:本體部200朝車輛寬度方向折彎的情形。
因此,保險桿強化樑400,其本體部200及樹脂補強部300塑性變形而吸收「重負荷W所衍生的力」,並可將無法悉數吸收的撞擊能量有效率地朝潰縮箱傳導。其結果,具備保險桿強化樑400的車輛,藉由有效地將「重負荷W所衍生的撞擊能量」傳導至潰縮箱40,並有效率地吸收撞擊能量,而可抑制車輛的損傷。
〈變形例1:保險桿強化樑的變形例1〉
圖6顯示另一種實施樣態之保險桿強化樑的剖面圖。保險桿強化樑,具有本體部500、樹脂補強部600。對於本體部500及樹脂補強部600的材料及厚度、樹脂補強部600之補強肋620的角度,可採用與上述的本體部200及樹脂補強部300中所記載的條件相同的條件。
本體部500,前面部550的相反側封閉,該封閉部構成第1接合部510。亦即,本體部500具有封閉剖面,而這樣的本體部,在本發明中有時稱為「封閉型本體部」。樹脂補強部600,具有沿著車輛寬度方向延伸的樹脂本體602及第2接合部610。樹脂本體602,呈現將車輛寬度方向作為長邊方向,將車輛上下方向作為短邊方向,並將車輛前後方向作為厚度方向的板狀。樹脂本體602與第2卡合部610呈現一體。第2接合部610,在本體部側之樹脂本體602的整個表面,以接觸於第1接合部510的狀態形成接合。樹脂補強部600的第2接合部610,與第1接合部510形成接合,補強肋620,在對應於本體部500之中部520的位置形成1個,並朝車體側突出。
(封閉型本體部)
封閉型本體部500,以中部520作為邊界,形成有2個空洞部560。雖然封閉型本體部之空洞部的數量並無特殊限制,可考慮輕量化、適當的剛性及塑性變形性而適當地選擇,但最好形成2個以上。舉例來說,在形成3個空洞部的場合中,存在2個中部520。
在圖6中,本體部500之外周剖面形狀為長方形。封閉型本體部的外周剖面形狀並無特殊限制,可以是方形、正方形、梯形、半圓形等的形狀。
在圖7中,顯示關於本體部500及樹脂補強部600之尺寸的剖面圖。採用圖7的下述說明,並不侷限於本體部的剖面形狀為圖7所示之形狀的實施形態。
前面部550的高度i1及第1接合部510的寬度j,可各自獨立地設定為50mm以上、60mm以上、80mm以上或100mm以上,並可各自獨立地設定為200mm以下、180mm以下、160mm以下或150mm以下。前面部550的高度i1及第1接合部510的寬度j,可因應於必要的性能(接合強度、剛性及塑性變形性)而適當地設定。
本體部500的縱深i2,可設定為20mm以上、30mm以上、40mm以上或50mm以上,並可設定為100mm以下、90mm以下、80mm以下或70mm以下。本體部500的縱深i2,可因應於必要的剛性及塑性變形性而適當地設定。
空洞560的高度i3,可設定為20mm以上、30mm以上、40mm以上或50mm以上,並可設定為100mm以下、90mm以下、80mm以下或70mm以下。空洞部560的高度i3,可因應於必要的剛性及塑性變形性而適當地設定。
本體部500的厚度t3,可形成和本體部200的厚度t1相同的範圍。
(樹脂補強部)
在圖6中,對應於本體部500的中部520,配置有1個補強肋620。最好是對應於本體部500的下部530、中部520及上部540之其中至少任一個的部位,配置有補強肋620。根據適當的塑性變形性、均衡地承受撞擊的觀點,在配置1個補強肋620的場合中,最好是對應於中部520的配置來配置補強肋620,在配置2個以上之補強肋620的場合中,最好是對稱地配置補強肋620。其中又以「補強肋620,與下部530、中部520及上部540之其中至少任一個的部位對齊配置」較佳。
樹脂補強部600之第2接合部k1的寬度(相當於樹脂補強部的高度),是和第1接合部510的寬度j相同的範圍,但和第1接合部510的寬度j不同亦無妨。樹脂補強部600的厚度t4,可形成和樹脂補強部300之厚度t2相同的範圍。樹脂補強部600之補強肋620的突出量k2,可形成和「樹脂補強部300之下方補強肋330及上方補強肋340的突出量f1及f2」相同的範圍。
〈變形例2:保險桿強化樑的變形例2〉
圖8顯示另一種實施樣態之保險桿強化樑700的概略立體圖。對於與上述實施樣態相同的構造,標示相同的符號並省略說明。保險桿強化樑700具有:本體部200,沿著車輛寬度方向延伸;樹脂補強部800,沿著車輛寬度方向延伸,相較於本體部200,配置於車體側。
樹脂補強部800,具有沿著車輛寬度方向延伸的樹脂本體304、下方第2接合部310及上方第2接合部320。樹脂本體304,呈現將車輛寬度方向作為長邊方向,將車輛上下方向作為短邊方向,並將車輛前後方向作為厚度方向的板狀,在對應於本體部200之彎曲部202的位置,具有彎曲部302。樹脂本體304,分別在上下,一體地具有下方第2接合部310及上方第2接合部320。
如圖9所示,下方第2接合部310,被配置於樹脂本體304的下側,從車輛寬度方向的其中一端朝另一端延伸,是具有特定寬度的帶狀領域。上方第2接合部320,被配置於樹脂本體304的上側,從車輛寬度方向的其中一端朝另一端延伸,是具有特定寬度的帶狀領域。下方第2接合部310及上方第2接合部320,透過樹脂本體304而成為一體。下方第2接合部310及上方第2接合部320,在本體部側的表面,分別以接觸於下方第1接合部210及上方第1接合部220的狀態形成接合。
樹脂補強部800具有:朝車體側突出,並沿著車輛寬度方向延伸的下方補強肋330及上方補強肋340(圖8)。以下,在不區分下方補強肋330及上方補強肋340的場合中,簡稱為補強肋。補強肋,呈現將車輛寬度方向作為長邊方向,將車輛前後方向作為短邊方向,並將車輛上下方向作為厚度方向的板狀。補強肋之長邊方向的長度,比「樹脂本體304之彎曲部彼此間的距離」更長,短邊方向的前端,具有沿著樹脂本體304之車體側表面的形狀。補強肋,在短邊方向的前端,一體地連接於樹脂本體304的車體側表面。補強肋之短邊方向的後端,在車輛寬度方向上呈現大致平行的直線狀。
不僅如此,樹脂補強部800具有:朝車體側突出,並沿著車輛上下方向延伸的至少1個第2補強肋810,在圖8的場合中具有1個。第2補強肋810呈現:在車輛前後方向及車輛上下方向上具有大致平行面的板狀。第2補強肋810,最好是被配置在樹脂本體304之車輛寬度方向的中央。第2補強肋810,在前端,一體地連接於樹脂本體304的車體側表面。第2補強肋810之車輛上下方向的上下端,分別一體地連接於上方第2接合部320及下方第2接合部310。
本實施樣態的保險桿強化樑700,其樹脂補強部800具備樹脂本體304、下方第2接合部310、上方第2接合部320、下方補強肋330、上方補強肋340,藉此可獲得與上述實施樣態相同的效果。不僅如此,本實施樣態的樹脂補強部800,藉由具有第2補強肋810,「樹脂本體304對抗車輛上下方向之向外的力F」的應力更大。因此,樹脂補強部800更確實地抑制:本體部200的下方第1接合部210及上方第1接合部220在「朝車輛上下方向分離的方向」上形成變形。
[實施例]
以下顯示與本發明關聯的實施例、比較例、實驗實施例及比較試驗例,然而本發明並不侷限於這些例子。在以下的例子中,將基材A與基材B統稱為接合基材。
〈接合基材〉
使用以下的接合基材。
《PA66(6,6-尼龍)》
射出成形「東麗(TORAY)株式會社製アミラン(註冊商標)CM3001G-30」,獲得寬10mm、長度45mm、厚度3mm的試驗片。不進行表面處理而直接使用。當超音波熔接時為了有效率地加熱,而在從端部起2.5mm的位置,製作了剖面呈正三角形之高度為0.5mm的線狀突起。
《PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)》
射出成形「SABIC製20-1001」,獲得寬18mm、長度45mm、厚度1.5mm的試驗片。不進行表面處理而直接使用。
《鋁》
對「A6061-T6的表面」實施噴砂處理,獲得寬10mm、長度45mm、厚度3mm的試驗片。
〈熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂的重量平均分子量、融解熱及環氧當量〉
熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂的重量平均分子量、熔解熱及環氧當量,分別利用以下的步驟測量。
(重量平均分子量)
將熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂溶解於四氫呋喃,並採用Prominence 501(SHOWA SCIENCE株式會社製,Detector:Shodex(註冊商標) RI-501(昭和電工株式會社製)),利用以下的條件進行了測量。
管柱(column):昭和電工株式會社製 LF-804×2支
管柱溫度:40℃
試料:樹脂的0.4質量%四氫呋喃溶液
流量:1mL/分
溶析液(eluent):四氫呋喃
校正法:標準聚苯乙烯的換算
(融解熱)
秤量2~10mg的熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂,並放入鋁製盤,利用DSC(株式會社Rigaku製造的DSC8231),以10℃/min從23℃升溫至200℃,而獲得DSC曲線。根據「所獲得的DSC曲線之融解時的吸熱峰值面積」與前述秤量質而算出融解熱。
(環氧當量)
將依據JIS K 7236:2001所獲得的測量值,換算為樹脂固形量的值。在不會伴隨著反應的單純混合物的場合中,根據各自的環氧當量與含有量來算出。
〈實施試驗例1〉
(固形接合劑P-1)
將203g(1.0等量)的jER(註冊商標)1007(Mitsubishi Chemical株式會社製,雙酚A型環氧樹脂,重量平均分子量約10000)、12.5g(1.0等量)的雙酚S、2.4g的三苯膦、及1000g的甲基乙基酮,放入具備攪拌機、回流冷凝器、氣體導入管及溫度計的反應裝置,在氮氣環境下攪拌並升溫至100℃。以目視確認已溶解,冷卻至40℃而獲得固形量約20質量%的樹脂組成物。從樹脂組成物去除溶劑,獲得固形量100質量%之厚度100μm的薄膜狀的固形接合劑(P-1)。重量平均分子量約為37000。環氧當量為偵測限界以上。在DSC中,融解熱峰值並未被偵測出。
(接合體)
製作表1所示之基材A(金屬構件)與基材B(樹脂構件)之間的接合體。除了「開放時間評價用,將固形接合劑配置於前述鋁(基材A)上之後靜置3天,然後載置前述PBT(基材B)」之外,以相同的順序,製作開放時間評價用接合體。
將裁切成10×15mm大小的前述固形接合劑P-1配置於基材A上,然後快速地將基材B配置於其上。這些基材之間的重疊,形成寬度10mm、縱深5mm。前述固形接合劑P-1配置成:完全覆蓋前述基材之間的重疊領域。亦即,前述基材A與基材B之間並未直接接觸,而使形成在其間夾著前述固形接合劑的狀態,而準備好未接合的積層體。
採用高頻感應熔接機(精電舍電子工業株式會社製,振盪器UH-2.5K,衝壓機JIIP30S),利用高頻感應促使金屬發熱,再藉由加熱、加壓而將試驗片彼此接合。加壓力設為110N(壓力2.2MPa),振盪頻率設為900KHz。振盪時間設為6秒。
〈實施試驗例2〉
(固形接合劑P-2)
將20g的PhenoTohto(註冊商標)YP-50S(日本製鐵化學材料株式會社製,苯氧基樹脂,重量平均分子量約50000)、80g的環己酮,放入具備攪拌機、回流冷凝器、氣體導入管及溫度計的反應裝置,攪拌並升溫至60℃,以目視確認已經溶解,冷卻至40℃而獲得固形量20質量%的樹脂組成物。從樹脂組成物去除溶劑,獲得固形量100質量%之厚度100μm的薄膜狀的固形接合劑(P-2)。重量平均分子量為50000,環氧當量為偵測限界以上。在DSC中,融解熱峰值並未被偵測出。
(接合體)
除了採用P-2作為固形接合劑這點之外,其餘與實施試驗例1相同,製作表1所示的接合體及開放時間評價用接合體。
〈實施試驗例3〉
(固形接合劑P-3)
將前述樹脂組成物P-2與結晶性環氧樹脂YSLV-80XY(日本製鐵化學材料株式會社製)以98比2的質量比混合,獲得固形接合劑(P-3)。重量平均分子量為36000,環氧當量為9600g/eq,融解熱為2J/g。
(接合體)
除了採用P-3作為固形接合劑這點之外,其餘與實施試驗例1相同,製作表1所示的接合體及開放時間評價用接合體。
〈實施試驗例4〉
(固形接合劑P-4)
將前述樹脂組成物P-2與結晶性環氧樹脂YSLV-80XY (日本製鐵化學材料株式會社製)以94比6的質量比混合,獲得固形接合劑(P-4)。重量平均分子量為35000,環氧當量為2100g/eq,融解熱為4J/g。
(接合體)
除了採用P-4作為固形接合劑這點之外,其餘與實施試驗例1相同,製作表1所示的接合體及開放時間評價用接合體。
〈實施試驗例5〉
(固形接合劑P-5)
將前述樹脂組成物P-2與結晶性環氧樹脂YSLV-80XY(日本製鐵化學材料株式會社製)以89比11的質量比混合,獲得固形接合劑(P-5)。重量平均分子量為33000,環氧當量為1745g/eq,融解熱為11J/g。
(接合體)
除了採用P-5作為固形接合劑這點之外,其餘與實施試驗例1相同,製作表1所示的接合體及開放時間評價用接合體。
〈實施試驗例6〉
(固形接合劑P-6)
將203g(1.0等量)的jER(註冊商標)1007(三菱化學株式會社製,雙酚A型環氧樹脂,分子量約4060)、12.5g(0.6等量)的雙酚S(分子量250)、2.4g的三苯膦、及1000g的甲基乙基酮,放入具備攪拌機、回流冷凝器、氣體導入管及溫度計的反應裝置,在氮氣環境下攪拌並升溫至100℃。以目視確認已溶解,冷卻至40℃而獲得固形量約20質量%的樹脂組成物。從樹脂組成物去除溶劑,獲得固形量100質量%之厚度100μm的薄膜狀的固形接合劑(P-6)。重量平均分子量約為30000,環氧當量為偵測限界以上。在DSC中,融解熱峰值並未被偵測出。
(接合體)
除了採用P-6作為固形接合劑這點之外,其餘與實施試驗例1相同,製作表1所示的接合體及開放時間評價用接合體。
〈比較試驗例1〉
(固形接合劑Q-1)
將熱硬化性液狀環氧黏著劑E-250(KONISHI株式會社製,雙酚型環氧樹脂與胺硬化劑的2液型)的2液予以混合,並塗裝於脫模薄膜,以100℃進行1小時硬化後冷卻,從脫模薄膜剝離而獲得厚度100μm之薄膜狀的固形接合劑(Q-1)。在DSC中,融解熱峰值並未被偵測出。環氧當量及重量平均分子量,由於不溶於溶媒故無法測量。
(接合體)
除了採用Q-1作為固形接合劑這點之外,其餘與實施試驗例1相同,製作表1所示的接合體及開放時間評價用接合體。
〈比較試驗例2〉
(固形接合劑Q-2)
採用非晶質的聚碳酸酯薄膜(lupilon(註冊商標) FE2000,三菱工程塑膠株式會社製,厚度100μm)作為固形接合體Q-2。在DSC中,融解熱峰值並未被偵測出。
(接合體)
除了採用Q-2作為固形接合劑這點之外,其餘與實施試驗例1相同,製作表1所示的接合體及開放時間評價用接合體。
〈比較試驗例3〉
(固形接合劑Q-3)
採用結晶性環氧樹脂YSLV-80XY(日本製鐵化學材料株式會社製)作為固形接合劑(Q-3)。環氧當量為192g/eq。重量平均分子量約為340。融解熱為70J/g。
(接合體)
除了採用Q-3作為固形接合劑這點之外,其餘與實施試驗例1相同,製作表1所示的接合體及開放時間評價用接合體。
〈比較試驗例4〉
(接合體)
將熱硬化性液狀環氧黏著劑E-250(KONISHI株式會社製,雙酚型環氧樹脂與胺硬化劑的2液型)的2液予以混合,分別塗裝於與前述實施試驗例1相同的基材A與基材B,並在1分鐘以內將前述兩者貼合,在此之後,在利用扣件固定的狀態下,藉由在100℃的烤箱內靜置1小時而促使黏著成分硬化,然後藉由冷卻至室溫,來製作表1所示的接合體。除了「將前述熱硬化性液狀環氧黏著劑E-250分別塗裝於基材A與基材B後,並於靜置3天後將其貼合」這點以外,其餘與上述相同,並製作開放時間評價用接合體。
〈比較試驗例5〉
將203g(1.0等量)的jER(註冊商標)1007(三菱化學株式會社製,雙酚A型環氧樹脂,重量平均分子量約10000)、12.5g(1.0等量)的雙酚S、2.4g的三苯膦、及1000g的甲基乙基酮放入燒瓶(flask),並藉由以常溫攪拌,而獲得固形量約20質量%的液狀樹脂組成物。利用棒式塗佈(bar-coating)將前述液狀樹脂組成物塗裝於與前述實施試驗例1相同的基材B上,並於室溫下進行30分鐘乾燥後,藉由在160℃的烤箱靜置2小時,而在基材B的表面上形成厚度100μm之固形的熱可塑性環氧樹脂聚合物被覆層。被覆層的重量平均分子量約為40000。環氧當量為偵測限界以上。在DSC中,融解熱峰值並未被偵測出。
(接合體)
除了將基材A直接配置於「具有前述披覆層的基材B」上的這點之外,其餘與實施試驗例1相同,製作表1所示的接合體。除了「開放時間評價用,在基材B的表面上形成熱可塑性環氧樹脂聚合物披覆層後,靜置3天,然後與基材A積層」這點以外,其餘與上述相同,並製作開放時間評價用接合體。
〈比較試驗例6〉
將20g的PhenoTohto(註冊商標)YP-50S(日本製鐵化學材料株式會社製,苯氧基樹脂,重量平均分子量約50000)、80g的環己酮,放入具備攪拌機、回流冷凝器、氣體導入管及溫度計的反應裝置,攪拌並升溫至60℃,以目視確認已經溶解,冷卻至40℃而獲得固形量20質量%的液狀樹脂組成物。利用棒式塗佈(bar-coating)將前述液狀樹脂組成物塗裝於與前述實施試驗例1相同的基材B上,並藉由在70℃的烤箱靜置30分鐘,而在基材B的表面上形成厚度100μm的苯氧基樹脂披覆層。前述披覆層的重量平均分子量約為50000。環氧當量為偵測限界以上。在DSC中,融解熱峰值並未被偵測出。
(接合體)
除了將基材A直接配置於「具有前述苯氧基樹脂披覆層的基材B」上的這點之外,其餘與實施試驗例1相同,製作表1所示的接合體。除了「開放時間評價用,在基材B的表面上形成苯氧基樹脂披覆層後,靜置3天,然後與基材A積層」這點以外,其餘與上述相同,並製作開放時間評價用接合體。
〈比較試驗例7〉
(接合體)
除了採用結晶性的聚醯胺系熱熔黏著劑薄膜NT-120(日本瑪泰株式會社製,厚度100μm)作為固形接合劑這點之外,其餘與實施試驗例1相同,製作表1所示的接合體及開放時間評價用接合體。融解熱為60J/g。
[剪切黏著力]
將實施試驗例1~6、比較試驗例1~7所獲得的接合體以測量溫度(23℃或80℃)靜置30分鐘以上之後,依據ISO19095,採用拉伸試驗機(萬能試驗機Autograph AG-Xplus,株式會社島津製作所製;測力計10kN、拉伸速度10mm/min),執行23℃及80℃環境下的拉伸剪切黏著強度試驗,測量了接合強度。測量結果顯示於表1。
[接合處理時間]
接合處理時間採以下的方式測量。將「構成接合體的至少其中任一個基材」與接合劑接觸的時間做為起始點,並將接合體的製作完成時作為終點,測量從起始點到終點為止的時間。對於加熱、加壓時間,將表1所示之接合體的各個加熱、加壓時間予以平均。
[回收性]
將表1所示的接合體放置於200℃的熱板(hot plate)加熱1分鐘後,判斷是否能以1N以下的力輕易地剝離。對於所有的接合體,能剝離者判斷為良好(OK),不能剝離者判斷為不適合(NG)。
[維修性]
前述拉伸剪切強度試驗於23℃的試驗後,黏著面已斷裂的鋁與鐵之各自的試驗片(在基材A、或基材B、或者雙方的表面殘存有接合固體層)之中,將基材A配置於基材B上,製作與前述實施試驗例1相同的接合體,而獲得修復接合體。採用與前述試驗方法相同的方式,測量前述修復接合體於23℃的剪切黏著力,第1次的剪切黏著力為80%以上者為良好(OK),未達80%者則不適合(NG)。
[開放時間評價]
採用開放時間評價用接合體,以23℃實施前述拉伸剪切黏著強度試驗。相較於以前述實施試驗例及比較試驗例的方法所製作的試驗片,剪切黏著力為80%以上者為良好(OK),未達80%者則不適合(NG)。所謂「開放時間評價良好(OK)」,是意味著開放時間長,具有良好的便利性。
《實施例1》
〈本體構件(本體部)〉
對鋁合金的A6061合金胚料進行熱擠壓加工,製造出圖5所示的W狀帽型之開口剖面形狀的擠製形材,擠壓後立即以水執行淬火,並於人工老化處理(200℃×6小時)後,裁切成400mm的長度,準備作為本體部的本體構件。在此,圖5所示之第1接合部的寬度a1及a2為26.3mm,上部面的高度b1及下部面的高度b2為18mm,前面部的高度c為105mm,上部的縱深d1及下部的縱深d2為57.5mm,從上部面到中央凹陷部為止的深度e1及從下部面到中央凹陷部為止的深度e2為15mm,厚度t1為2.5mm。
〈樹脂補強構件(樹脂補強部)〉
採用PA66-GF30(含有30質量%之玻璃纖維的聚醯胺66),藉由射出成形而成形,準備成為「圖5所示之具有剖面且長度240mm的樹脂補強部」的樹脂補強構件。在此,圖5所示之補強肋的突出量f1及f2為50mm,2個補強肋的間隔g為105mm,第2接合部的寬度是和第1接合部的寬度a1及a2相同的26.3mm,厚度t2為2.5mm。
對於本體構件與樹脂補強構件之間的接合,將本體構件作為基材A,並將樹脂補強構件作為基材B,採用實施試驗例1所記載的固形接合劑,並以實施試驗例1所記載的步驟執行。藉此,製作了「具備本體構件及樹脂補強構件之保險桿強化樑」的試驗樣品。
《實施例2》
〈本體構件(本體部)〉
對鋁合金的A6061合金胚料進行熱擠壓加工,製造「結合了2個形狀與圖7所示保險桿強化樑的本體部相同之略呈正方形」的封閉剖面形狀的擠製形材,擠壓後立即以水執行淬火,並於人工老化處理(200℃×6小時)後,裁切成400mm的長度,準備作為本體部的本體構件。在此,圖7所示的高度i1為100mm,縱深i2為60mm,厚度t3為2.0mm。
〈樹脂補強構件(樹脂補強部)〉
採用PA66-GF30(含有30質量%之玻璃纖維的聚醯胺66),藉由射出成形而成形,準備成為「圖7所示之具有剖面且長度240mm的樹脂補強部」的樹脂補強構件。在此,圖7所示之第2接合部的寬度k1為100mm,補強肋的突出量k2為50mm,厚度t4為2.0mm。
和實施例1相同地將本體構件與樹脂補強構件接合,製作了「具備本體構件及樹脂補強構件之保險桿強化樑」的試驗樣品。
《實施例3》
對於本體構件與樹脂補強構件之間的接合,將本體構件作為基材A,並將樹脂補強構件作為基材B,除了「採用實施試驗例2所記載的固形接合劑且以實施試驗例2所記載的步驟執行」這點之外,以和實施例1相同的步驟,製作了「具備本體構件及樹脂補強構件之保險桿強化樑」的試驗樣品。
《實施例4》
對於本體構件與樹脂補強構件之間的接合,將本體構件作為基材A,並將樹脂補強構件作為基材B,除了「採用實施試驗例3所記載的固形接合劑且以實施試驗例3所記載的步驟執行」這點之外,以和實施例1相同的步驟,製作了「具備本體構件及樹脂補強構件之保險桿強化樑」的試驗樣品。
《實施例5》
對於本體構件與樹脂補強構件之間的接合,將本體構件作為基材A,並將樹脂補強構件作為基材B,除了「採用實施試驗例4所記載的固形接合劑且以實施試驗例4所記載的步驟執行」這點之外,以和實施例1相同的步驟,製作了「具備本體構件及樹脂補強構件之保險桿強化樑」的試驗樣品。
《實施例6》
對於本體構件與樹脂補強構件之間的接合,將本體構件作為基材A,並將樹脂補強構件作為基材B,除了「採用實施試驗例5所記載的固形接合劑且以實施試驗例5所記載的步驟執行」這點之外,以和實施例1相同的步驟,製作了「具備本體構件及樹脂補強構件之保險桿強化樑」的試驗樣品。
《實施例7》
對於本體構件與樹脂補強構件之間的接合,將本體構件作為基材A,並將樹脂補強構件作為基材B,除了「採用實施試驗例6所記載的固形接合劑且以實施試驗例6所記載的步驟執行」這點之外,以和實施例1相同的步驟,製作了「具備本體構件及樹脂補強構件之保險桿強化樑」的試驗樣品。
《比較例1》
除了將厚度t3變更為2.7mm這點之外,與實施例2相同地製作了本體構件。將該本體構件作為比較例1的試驗樣品使用。
《比較例2》
除了將厚度t3變更為2.8mm這點之外,與實施例2相同地製作了本體構件。將該本體構件作為比較例2的試驗樣品使用。
《比較例3》
除了將厚度t3變更為3.3mm這點之外,與實施例2相同地製作了本體構件。將該本體構件作為比較例3的試驗樣品使用。
《比較例4》
將實施例1的本體構件作為比較例4的試驗樣品使用。
《評價》
對各試驗樣品實施了以下的評價。將其結果彙整於表2。
〈塑性變形性的評價:三點彎曲壓縮試驗〉
採用構造如圖10所示的三點彎曲壓縮試驗機實施了試驗。具體地說,以「位在上方的按壓件置放於試驗樣品中央」的方式將試驗樣品配置於試驗機後,在25℃的環境下以1mm/分的位移速度,透過按壓件將5t以上的負荷作用於試驗樣品。根據所獲得的資料,製作成x軸為位移(mm)、y軸為荷重(t)的荷重-位移曲線的圖表。根據該圖表,求取初期之現形領域(1t與2t之間)的傾斜,根據該傾斜使平行線朝右側偏移,並根據5t荷重時之荷重-位移曲線與平行線交會時,x軸與平行線之間的交點而求出位移量(殘留位移量)。接著,依據以下的算式1,根據該位移量而算出殘留應變量(%)。在此,當殘留應變量為0.20%以上、未達0.50%時可評價為「良」,當0.50%以上時可評價為「不良」。
殘留應變量(%)=(6×試驗樣品的厚度×位移量)/(支點間距離)
2....算式1
算式1中,支點間距離為300mm。
〈輕量化的評價〉
求出各試驗樣品之每單位長度的質量(g/m),作為輕量化的指標。構成本體構件之鋁合金(A6061合金)的密度為2.70g/cm
3,構成樹脂補強構件之PA66-GF30的密度為1.37g/cm
3。每單位長度的質量未達2700g/m時評價為「良」,當2700g/m以上時評價為「不良」。
《結果》
從表2可得知,具備本體構件及樹脂補強構件之實施例1~實施例7的構造輕量,並可確認具有良好的「剛性與塑性變形性之平衡」。
根據本發明,能以短的接合時間、且長的開放時間製作:將本體構件及樹脂補強構件穩固地接合,輕量且具有良好的「剛性與塑性變形性之平衡」的保險桿強化樑。
[產業上的利用性]
本發明可應用於成為汽車的保險桿結構體之骨骼的保險桿強化樑的製造方法。
2:金屬構件
3:黏著層
5:樹脂構件
10:保險桿飾板(bumper fascia)
20:能量吸收體
30:保險桿強化樑
40:潰縮箱(crush box)
50:車體固定構件
100:保險桿結構體
200:本體部
202:彎曲部
210:下方第1接合部
220:上方第1接合部
230:下部
240:上部
250:前面部
252:中央凹陷部
254:下部面
256:上部面
260:空洞部
270:長孔
272:校準孔
300:樹脂補強部
302:彎曲部
304:樹脂本體
310:下方第2接合部
320:上方第2接合部
330:下方補強肋
340:上方補強肋
350:輕量孔
400:保險桿強化樑
500:本體部
510:第1接合部
520:中部
530:下部
540:上部
550:前面部
560:空洞部
600:樹脂補強部
602:樹脂本體
610:第2接合部
620:補強肋
700:保險桿強化樑
800:樹脂補強部
810:第2補強肋
a1:上方第1接合部的寬度
a2:下方第2接合部的寬度
b1:上部面的高度
b2:下部面的高度
c:前面部的高度
d1:上部的縱深
d2:下部的縱深
e1:從上部面到中央凹陷部的深度
e2:從下部面到中央凹陷部的深度
f1:上方補強肋的突出量
f2:下方補強肋的突出量
g:上方補強肋與下方補強肋的間隔
h1:上方第2接合部的寬度
h2:下方第2接合部的寬度
i1:前面部的高度
i2:本體部的縱深
i3:空洞部的高度
j:第1接合部的寬度
k1:第2接合部的寬度
k2:補強肋的突出量
t1:本體部的厚度
t2:樹脂補強部的厚度
t3:本體部的厚度
t4:樹脂補強部的厚度
α1:上部與上方第1接合部所形成的角度
α2:下部與下方第1接合部所形成的角度
β1:上部面與上部所形成的角度
β2:下部面與下部所形成的角度
γ1:上方第2接合部與上方補強肋所形成的角度
γ2:下方第2接合部與下方補強肋所形成的角度
[圖1]圖1為其中一種實施樣態之保險桿強化樑的概略立體圖。
[圖2]圖2為其中一種實施樣態之本體部的概略立體圖。
[圖3]圖3為其中一種實施樣態之樹脂補強部的概略立體圖。
[圖4]圖4為圖1的A-A線剖面圖。
[圖5]圖5為關於其中一種實施樣態的本體部200及樹脂補強部300之尺寸的剖面圖。
[圖6]圖6為另一種實施樣態之保險桿強化樑的剖面圖。
[圖7]圖7為關於另一種實施樣態的本體部500及樹脂補強部600之尺寸的剖面圖。
[圖8]圖8為另外一種實施樣態之保險桿強化樑的概略立體圖。
[圖9]圖9為另外一種實施樣態的樹脂補強部800之本體部側表面的概略立體圖。
[圖10]圖10為三點彎曲試驗之評價裝置的示意圖。
[圖11]圖11為顯示車輛之保險桿構造的概略立體圖。
[圖12]圖12為對「配置於潰縮箱上之容易彎折的保險桿強化樑」施加了衝擊荷重時的示意圖。
[圖13]圖13為對「配置於潰縮箱上之其中一種實施樣態的保險桿強化樑」施加了衝擊荷重時的示意圖。
[圖14]圖14為金屬構件與樹脂構件透過含有固形膠合劑的黏著劑而接合之狀態的概略剖面圖。
200:本體部
202:彎曲部
210:下方第1接合部
220:上方第1接合部
230:下部
240:上部
250:前面部
252:中央凹陷部
254:下部面
256:上部面
270:長孔
272:校準孔
280:開口部
300:樹脂補強部
304:樹脂本體
310:下方第2接合部
320:上方第2接合部
330:下方補強肋
340:上方補強肋
350:輕量孔
400:保險桿強化樑
Claims (10)
- 一種保險桿強化樑的製造方法,是具備下述步驟之保險桿強化樑的製造方法:接合前步驟,準備下述狀態的積層體,該狀態為依序配置有金屬構件、以熱可塑性環氧樹脂及苯氧基樹脂之至少其中任一種的非晶質熱可塑性樹脂作為主成分的固形接合劑、與前述金屬構件接合的樹脂構件;接合步驟,對前述積層體加熱及加壓而促使前述固形接合劑熔融,進而將前述金屬構件與前述樹脂構件接合,其中,前述金屬構件,是沿著車輛寬度方向延伸,且在車體側具有至少1個第1接合部的本體部,前述樹脂構件,是沿著車輛寬度方向延伸,且具有至少1個第2接合部的樹脂補強部,前述本體部的前述第1接合部與前述樹脂構件的前述第2接合部透過前述固形接合劑而接合,前述樹脂補強部,被配置在比前述本體部更車體側,前述樹脂補強部,具有1個以上的補強肋,該補強肋朝車體側突出,並沿著車輛寬度方向延伸,前述非晶質熱可塑性樹脂的環氧當量為1600以上、或者前述非晶質熱可塑性樹脂不含有環氧基,前述非晶質熱可塑性樹脂的融解熱為15J/g以下,前述固形接合劑,是從含有前述非晶質熱可塑性樹脂及溶劑的樹脂組成物去除前述溶劑所製造的薄膜。
- 如請求項1所記載之保險桿強化樑的製造 方法,其中以100~400℃及0.01~20MPa的條件執行前述加熱及加壓。
- 如請求項1所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述本體部具有開口剖面,前述本體部的前述第1接合部、與前述樹脂補強部的前述第2接合部,以在前述本體部的內部形成空洞部的方式接合。
- 如請求項1或請求項2所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述本體部的剖面形狀,呈現帽型的形態。
- 如請求項1或請求項2所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述本體部在其上下分別具有前述第1接合部,前述補強肋配置成對應於前述第1接合部。
- 如請求項1或請求項2所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述樹脂補強部,具有1個以上的孔。
- 如請求項1或請求項2所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述本體部含有:呈現350MPa以上之拉伸強度的鋁合金。
- 如請求項1或請求項2所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述樹脂補強部含有:在80℃,呈現5GPa以上之彈性率的樹脂。
- 如請求項1或請求項2所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述本體部在其上下分別具有前述第1接合部, 前述樹脂補強部具有:樹脂本體,延伸於車輛寬度方向;前述第2接合部,分別於前述樹脂本體的上下,前述第1接合部與前述第2接合部,在與車輛前後方向交叉的接合面形成接合。
- 如請求項1或請求項2所記載之保險桿強化樑的製造方法,其中前述樹脂補強部,具有延伸於車輛上下方向的第2補強肋。
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