具体实施方式
以下,参照附图对本发明的优选的实施方式进行详细说明。再有,在本说明书及附图中,对于具有实质上相同功能构成的构成要素,通过标注相同的符号而省略重复说明。
[第1实施方式]
[层叠钢板的构成]
首先,参照图1,对本发明的第1实施方式的层叠钢板的整体构成进行说明。图1是表示本实施方式的层叠钢板1的整体构成的一例子的剖视图。
如图1所示,本实施方式的层叠钢板1具有在芯层10的两表面分别层叠钢板(以下称为“表层钢板”。)5(5A、5B)的结构。即,层叠钢板1具有在表层钢板5A上层叠芯层10,进而在其上层叠表层钢板5B的结构。芯层10是由1张或2张以上的网状的线材组11和将树脂基材形成为片材状的1张或2张以上的树脂片材13构成的层。芯层10在由2张以上的网状的线材组11或2张以上的树脂片材构成的情况下,为分别层叠这些网状的线材组11或树脂片材13而成的结构。再有,图1中示出芯层10具有从表层钢板5侧依次按树脂片材13、网状线材组11、树脂片材13、网状线材组11、树脂片材13的顺序进行层叠而成的结构的例子。此外,也可以不按分别各1层的顺序层叠网状线材组11和树脂片材13,芯层10也可以是连续地层叠网状线材组11或树脂片材13中的至少任一方而成的结构。
此外,详细情况后述,但在本实施方式的层叠钢板1中,优选构成网状线材组11的线材是碳含量为0.24质量%以上的钢线。另外,网状线材组11的网眼尺寸在表层钢板5的厚度ts的10倍以下是必要的。以下,对构成层叠钢板1的各部件进行详细说明。
(网状线材组的构成)
首先,参照图1、图2A及图2B,对本实施方式的网状线材组11的构成进行详细说明。图2A及图2B是表示本实施方式的网状线材组11的构成的一例子的图,图2A为平面图,图2B为剖视图。
如图2A所示,网状线材组11通过使用线材作为纵线111和横线113而形成网状。这里,所谓纵线111,指的是在构成网状线材组11的所有线材中沿长度方向(在图2A所示的例中为纵向)走向的线材。此外,所谓横线113,指的是在构成网状线材组11的所有线材中沿着与长度方向垂直的宽度方向(图2A所示的例中为横向)走向的线材。此外,在图2A所示的 例中,所谓网状线材组11的网眼尺寸w(wL、wH),是两根相邻的纵线111或横线113间的距离。将两根相邻的纵线111间的距离作为纵网眼尺寸wL、将两根相邻的横线113间的距离作为横网眼尺寸wH,进行区别。在网状线材组11为正方格的情况下,wL=wH。此外,在网状线材组11中,在被纵线111和横线113围住的部分存在有空孔(网眼)115,由于有该空孔115,能够使芯层10比钢板或Al板等轻量化。再有,将形成网状线材组11的线材的直径(线径)d和网眼尺寸w的和称为间距(网孔间距)p。再有,以下说明的网眼尺寸w,是用与空孔内接的最大面积的长方形的长边来定义,表示任意抽出的10个空孔的长边的平均值,在平行地排列线材时,表示平行排列的线材的平均间隔。
此外,网状线材组11的厚度tN用纵线111或横线113的一方的弯曲部111a与另一方的弯曲部111b的距离来表示。在图2B所示的例中,网状线材组11的厚度tN用横线113的上侧的弯曲部111a与下侧的弯曲部111b的距离来表示。如上所述在本实施方式的层叠钢板1中,芯层10由1张或2张以上的网状线材组11和1张或2张以上的树脂片材13构成。芯层10的厚度因网状线材组11和树脂片材13的层叠方法而异。在网状线材组11没有被树脂片材13包埋时,如果将网状线材组11的张数规定为n1、将树脂片材13的厚度规定为tR、将树脂片材13的张数规定为n2,则芯层10的厚度tc为tc=n1×tN+n2×tR。另一方面,在完全被包埋时,tc=n2×tR。此外,在部分被包埋时,tc为其中间值。
<线材的抗拉强度>
即使确保可轻量化的网眼尺寸,只要构成网状线材组的线材的抗拉强度在601MPa以上,仍可确保芯层的强度。其结果是,在将层叠钢板供于弯曲或深冲等强力加工后,芯层也不被破坏,可维持坚固。线材的抗拉强度优选为1000MPa以上,更优选为2000MPa以上,在该范围可确保上述效果,而且还可获得冲击吸收能力。另一方面,从剪切或弯曲加工性出发,线材的抗拉强度优选为6000MPa以下。如果线材的抗拉强度超过6000MPa,则芯层的剪切阻力增大,在对层叠钢板进行弯曲加工时,分别施加给表层或表层与粘接层之间的接合层的弯曲力或剪切力增大,容易产生表层破坏或在粘接层的剥离、破坏。
<线材的线径>
线材的直径(线径)d没有特别的限定,根据层叠钢板1的用途从所要求的刚性或耐冲击性的观点出发,只要在所要求的芯层10的厚度以下就可以,可按每个用途根据层叠钢板1的优先的特性(板密度、刚性、耐冲击性等)适宜决定。例如,在层叠钢板1的板密度特别重要时,可根据网状线材组11的网眼尺寸、芯层10的目标板密度ρ目标,从下式(1)及式(2)决定线径d。此外,在层叠钢板1的耐冲击性特别重要的情况下,可根据耐冲击性的控制因素即塑性变形区的弯矩Mp目标,从下式(3)及式(2)决定线径d。
ρ目标>7.8×(1-Vair)×n (1)
Vair=w2/(w+d)2 (2)
(在上述式(1)~(3)中,ρ目标表示芯层10的目标板密度、Vair表示芯层10中的空孔115部分的体积、n表示网状线材组11的层叠张数、w表示网状线材组11的网眼尺寸、Mp目标表示目标弯矩、 表示表层钢板5的屈服强度、 表示芯层10的屈服强度、ts表示表层钢板5的厚度、tc表示芯层10的厚度、d表示网状线材组11的线径。)
<网状线材组的网眼尺寸>
在本实施方式的层叠钢板1中,网状线材组11的网眼尺寸w为表层钢板5的厚度ts的10倍以下是必要的。这样,将网状线材组11的网眼尺寸w规定为表层钢板5的厚度ts的10倍以下,是根据以下说明的本发明人的研究。假设对芯层10的母材即线材与表层钢板5的抗拉强度比为1/50(将抗拉强度大的一方作为分母的值)以下的具有芯层10的层叠钢板1进行拉伸变形。在此种情况下,通过FEM(有限要素法)解析判明:如果将存在于芯层10中的空孔115的一边的长度(网眼尺寸w)规定为超过表层钢板5的厚度的10倍,则应力集中在表层钢板1中的位于空孔115上的部分,表层钢板5早期断裂。在表层钢板5中,在芯层10的位于空孔115上的部分和位于线材(纵线111及横线113)上的部分,实质上的钢板厚度不相同。因此,位于空孔115上的部分的强度(抗拉强度或屈服强度)小于位于线材上的部分的强度。其结果是,如果对层叠钢板1施加拉伸变形或压缩变 形等,应力集中在位于表层钢板5中强度较低的空孔115上的部分,断裂延伸率减小,因而加工性下降。
因而,通过使网状线材组11的网眼尺寸w微细化至表层钢板5的厚度ts的10倍以下,在层叠钢板1的拉伸、压缩变形时,能够使集中于表层钢板5的位于空孔115上的部分的应力分散,能够增大表层钢板5的断裂延伸率。其结果是,能够提高层叠钢板1的加工性,即使施加弯曲加工或深冲加工等强力加工,也能够确保层叠钢板1的加工稳定性。再有,为了使应力充分分散,优选将网状线材组11的网眼尺寸w规定为表层钢板5的厚度ts的3.5倍以下。
此外,网状线材组11的网眼尺寸越减小,越能够使集中于表层钢板5的位于空孔115上的部分的应力分散。而且,假设即使在表层钢板5发生裂纹,该裂纹也被封闭在具有微小的网眼尺寸w的空孔115内,难以向其它部分传播。所以,网状线材组11的网眼尺寸w越小,从加工性方面出发越优选。另一方面,如果减小网状线材组11的网眼尺寸w,则根据上述的式(1)及式(2),芯层10的板密度增加。因而,从确保轻量性的观点出发,网状线材组11的网眼尺寸w优选为表层钢板5的厚度ts的0.1倍以上。
从以上所述的、更高度地兼顾优良的加工性及加工稳定性和轻量性的观点出发,更优选网状线材组11的网眼尺寸w为表层钢板5的厚度ts的0.5倍~1倍。
此外,在本实施方式中,形成网状的线材组11被包含在芯层10中,因此与通过对金属材等板材进行冲裁加工或埋头孔压形加工等形成空孔时相比,能够容易地控制空孔的尺寸。即,容易将空孔115的一边的长度(网眼尺寸w)控制在表层钢板5的厚度ts的10倍以下的微小的尺寸。因此,根据本实施方式的层叠钢板,可削减成本,或提高生产率。
<网状线材组的形成方法>
关于网状线材组11的形成方法,只要满足上述的线材的抗拉强度及网眼尺寸的条件,织造方法或编织方法等没有特别的限制,例如,可以是正方格、菱形、龟甲状等矩形格等中的任一种即可。作为正方格的网状线材组11,有织网状线材组、绉纹网状线材组等。作为织网状线材组的具体例,可列举出平纹、斜纹、草席纹、草席斜纹等。此外,作为绉纹网状线材组 的具体例,可列举出绉纹、锁式绉纹(lock climp weave)、双层绉纹(double climp weave)、平绉纹(flat climp weave)、矩形孔丝网(ton-cap screen)、条缝丝网(slot screen)等。此外,作为网状线材组11的形成方法,也可以不通过织造或编织,而通过焊接等固相连接。即,也可以通过焊接等固相连接来接合纵线111和横线113而形成网状。另外,作为网状线材组11的织造方法,也可以不是2维织造,而是3维的立体织造。
在以上的网状线材组11的形成方法中,从制造的容易度或经济性的观点出发,优选平纹网状线材组,从表层钢板5和芯层10的接合性的观点出发,优选扁平头纹(flat top weave)的网状线材组。
此外,在本实施方式的网状线材组11中,也可以采用上述的线材在正方格中加入斜方向的织物(线)。所谓该斜方向,指的是与纵线111及横线113的双方交叉的方向,具体而言,例如,能够将相对于纵线111或横线113的方向为15°、30°、45°等方向的织物(线)加入正方格的网状线材组11中。
<关于网状线材组带来的表层钢板的约束效果>
图3是表示本实施方式的网状线材组的变形例的构成的平面图。在本实施方式中,为了有效地表现出以下说明的网状线材组11带来的对表层钢板5的约束效果,如图3所示的网状线材组11’那样,特别优选在由纵线111和横线113构成的正方格的网状线材组中加入相对于纵线111及横线113的方向为45°的方向的斜方向的织物(线)117。
这里,参照图4对网状线材组11带来的对表层钢板5的约束效果进行说明。图4是表示本实施方式的网状线材组带来的对表层钢板的约束效果的一例子的说明图。再有,在图4中,为便于说明,用实线表示纵线111及横线113。
在本实施方式中,芯层10中含有网状线材组11,如图4的左图所示,对线材组11例如用沿着纵线111的方向的力T进行拉伸加工。于是,如图4的右图所示,在纵线111的方向产生拉伸变形,而在横线113的方向不产生拉伸变形。即,拉伸加工后的纵网眼尺寸 大于拉伸加工前的纵网眼尺寸 但拉伸加工后的横网眼尺寸 与拉伸加工前的横网眼尺寸 大致相同,横网眼尺寸在拉伸加工前后几乎没有变化。
这样,在芯层10含有网状线材组11的情况下,如果将构成网状线材组11的线材(纵线111及横线113)的一部分与弯曲加工时的压缩变形、拉伸变形方向垂直地排列,则可得到在构成网状线材组11的线材不变形的情况下约束表层钢板5的横向变形的效果。通过该约束效果,能够使表层钢板5的杨氏模量Es增大,可使由下式(4)表示的层叠钢板1的刚性EI有效地增大。再有,如此的约束效果是通过采用网状线材组11而表现出的,不能通过例如对金属材等板材进行冲裁加工等来得到。
EI=(1/12)Es[(ts+tc)3-tc 3]++1/12Ectc 3 (4)
(在上述式(4)中,EI表示层叠钢板1的刚性、Es表示表层钢板5的杨氏模量、Ec表示芯层10的杨氏模量、ts表示表层钢板5的厚度、tc表示芯层10的厚度。)
在本实施方式中,通过确保各向同性,且与上述的变形方向垂直地排列线材(纵线111及横线113),可在广泛的变形方位表现出对表层钢板5的约束效果。因而,作为含在芯层10中的网状线材组,优选使用在由纵线111和横线113构成的正方格的网状线材组中加入了相对于纵线111及横线113的方向为45°的方向的斜方向的织物(线)117的网状线材组11’。
<网状线材组的层叠>
如上所述,本实施方式的含在芯层10中的网状线材组11可以是1张,也可以层叠2张以上。此外,也可以将1种以上的网状线材组11二维地随机排列。再有,在层叠2张以上的情况下,也包括在2个网状线材组11之间层叠树脂片材13的情况。特别是,在本实施方式中,为了增加芯层10的各向同性,在芯层10上层叠n层(n为2以上)的网状线材组11的情况下,也可以按照将形成各层的网状线材组11的线材的方向在相邻层的网状线材组11之间分别以360/3n°~360/n°的角度错开一定方向的方式,层叠各层的网状线材组11。如果例示如此的层叠方法,则有相对于最下层的网状线材组11,使其上层的各网状线材组11分别转动45°来进行4层层叠的方法等。从增加各向同性的观点出发,优选通过增大网状线材组11的层数n,使网状线材组11分别转动微小的角度(分别转动360/3n°~360/n°)进行层叠。另一方面,从经济的合理性的观点出发,优选对层数确定上限。所以,层叠的网状线材组11的层数优选为2层~20层。再有,在层叠2张以上的网状线材组11的情况下,各网状线材组也可以不转动而平行。
这里,参照图5对芯层10具有层叠了3张以上的网状线材组11而成的结构时的优选例进行说明。图5是表示本实施方式的层叠钢板1’的变形例的构成的剖视图。
如图5所示,层叠钢板1’中的芯层10具有从表层钢板5侧按照树脂片材13、网状线材组11A、树脂片材13、网状线材组11B、树脂片材13、网状线材组11C、树脂片材13的顺序进行层叠的结构。而且,配置在靠近表层钢板5的一侧2张网状线材组11A、11C的网眼尺寸wA小于配置在远离表层钢板5的一侧的网状线材组11B的网眼尺寸wB。如此,优选的是,配置在相对于芯层的厚度方向的中央位置更远的一侧的网状线材组的网眼尺寸小于配置在相对于芯层的厚度方向的中央位置更近的一侧的网状线材组的网眼尺寸。这是由于以下的理由。
通常,钢板的厚度方向的中央部对刚性或耐冲击性的贡献比较小。因此,通过在对刚性或耐冲击性的贡献比较小的层叠钢板1的芯层10的厚度方向的中央部配置网眼尺寸大、强度小的网状线材组11B,进一步轻量化。另一方面,通过在对刚性或耐冲击性的贡献比较大的表层钢板5侧配置网眼尺寸小、强度大的网状线材组11A、11C,确保了刚性或耐冲击性。这样在本实施方式的变形例的层叠钢板1’中,使表层钢板5侧的网状线材组11A、11C的网眼尺寸wA较小,使芯层10的中央侧的网状线材组11B的网眼尺寸wB较大。
再有,在层叠多个网状线材组11或树脂片材13的情况下,通过采用后述的粘接剂,能够接合各网状线材组11或树脂片材13。此外,在直接接合2张网状线材组11的情况下,通过焊接接点,或者通过交织增加在接点的摩擦力,可以赋予对剪切变形的约束力。
<线材的物质>
在本实施方式中,形成网状的线材只要是抗拉强度在601MPa以上的就可以,可考虑以下的金属系、无机系、有机系线材。其中,在使芯层和表层间的变形行为类似、施加弯曲等大变形时,由于芯层和表层间更加成为一体地变形,因而更优选金属系线材。从此观点出发最优选的是钢线。作为金属系线材,有碳含量在0.24%以上的碳钢、奥氏体、铁素体系不锈钢等 钢线,铜、黄铜、青铜、磷青铜等铜系线材,镍、镍-铜、镍-铬、镍-铬-钼合金等镍线材,钛线材,铝线材等。再有,在铁系线材的情况下,也可以实施镀锌、镀Ni、镀黄铜、镀铜等公知的镀覆。此外,作为无机系线材,有PAN系、沥青系的碳纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维等无机纤维等。另外,作为有机系线材,可举出芳香族聚酰胺纤维、多芳化纤维、高强度聚烯烃纤维(例如称为高聚合度聚乙烯纤维的高强度纤维等)的高强力高模量(日语原文为“高ジュラス”)有机纤维。
<钢线的组成>
作为本实施方式中的网状线材组11,在采用钢线的情况下,其碳含量优选为0.24质量%以上。通过将钢线的碳含量规定为0.24质量%以上,能够确保钢线的抗拉强度。例如,即使将芯层10内的钢线密度降低到必要的板密度(芯层10内的钢线的质量比),也能够确保加工层叠钢板1时或加工后的作为制品所必需的芯层10的网状线材组11的抗拉强度及屈服强度。因此,可保持层叠钢板1的刚性或耐冲击性为较高,同时可使层叠钢板1充分轻量化。
另一方面,在钢线的碳含量低于0.24质量%时,钢线的抗拉强度或屈服强度下降。所以,如果不通过增大芯层10内的钢线强度来进行增强,则有时不能确保所必需的芯层10的抗拉强度或屈服强度,不能使层叠钢板1充分轻量化。此外,作为钢线,具体而言,能够适合地使用JIS G 3506-2004、JIS G 3502-2004等,但也不限定于这些,只要是满足上述组成的钢线,就能作为构成本实施方式的网状线材组11的钢线使用。
此外,从进一步提高芯层10的抗拉强度或屈服强度的观点出发,钢线的碳含量优选为0.60质量%以上。由此,即使与以往相比降低芯层10的板密度,也能够充分确保芯层10的抗拉强度或屈服强度,因而可谋求更高度地兼顾轻量化和刚性或耐冲击性。另一方面,如果钢线的碳含量过高,则芯层10的网状线材组11过于硬质。因此,有可能难以将网状线材组11的网眼尺寸控制在表层钢板5的厚度的10倍以下的微细的间隔的顾虑。从如此的观点出发,钢线的碳含量优选为0.96质量%以下。
(树脂片材的构成)
接着,对本实施方式的树脂片材13的构成进行说明。作为本实施方式的树脂片材13的基材,不特别限制树脂种类,能够使用热塑性树脂、热固性树脂、由橡胶状弹性体构成的树脂片材、或它们中的1种或2种以上的混合物。具体而言,作为树脂片材13的树脂种类,例如,能够列举出:聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、硬质、软质氯乙烯、高密度、低密度或线性低密度聚乙烯、聚丙烯等通用的乙烯系树脂片材,离聚物、聚烯烃系弹性体、苯乙烯系弹性体等弹性体系树脂片材,聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚芳酯等聚酯树脂片材,尼龙6、尼龙66、尼龙12等聚酰胺树脂片材,聚酰亚胺树脂片材,聚酯碳酸酯树脂片材,聚苯醚等缩聚系热塑性树脂片材,环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚酯三聚氰胺系树脂等热固性树脂片材等,以及它们的混合物。此外,以对树脂片材13的片材成型性或耐冲击性等进行改性为目的,也能够在上述树脂中混合:聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、硬质、软质氯乙烯等卤化乙烯树脂,高密度、低密度或线性低密度聚乙烯、聚丙烯、非晶态聚烯烃等通用的乙烯系树脂,离聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等的聚烯烃系弹性体、苯乙烯系弹性体等的弹性体系树脂,聚碳酸酯等缩聚物。
树脂片材13通过网状线材组11被增强,因而与不含有网状线材组11这样的增强材的树脂片材相比,高温时的形状稳定性优良。所以,对树脂片材13的基材的耐热性也没有必要特别规定,但在为非晶性的树脂片材13时,优选玻璃化转变温度为100℃以上。此外,在为结晶性的树脂片材13时,优选熔点为120℃以上。在采用玻璃化转变温度或熔点(结晶温度)在上述温度范围之外的基材的树脂片材13中,有时因热涂装时局部蠕变变形,而在表层钢板5的表面发生与网状的线材组11的空孔部115对应的凹凸。
另外,为了确保表层钢板5及网状线材组11与树脂片材13的粘附力,优选树脂片材13含有引入了羧基、酸酐基、磷酸基、磺基或它们的金属盐或活性基、环氧基、羟基、氨基、羰基、酯键基、碳酸酯键基、酰胺键基、酰亚胺键基等极性基的树脂。
基于上述理由,最优选的树脂片材13的树脂基材为聚酯树脂或聚酰胺树脂,更具体地讲,特别优选聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙6、尼龙66、尼龙12等。采用这样的树脂基材的树脂片材13 具有耐热性,且通过分子链中的酯基、酰胺基或末端羧基、或羟基、氨基等极性基,能够确保表层钢板5和网状线材组11与树脂片材13之间的良好的粘附性。另外,这样的树脂片材13在强度、韧性等机械特性的平衡方面也良好。更优选是采用分子链末端的70%以上残留羧基的聚酯树脂或聚酰胺树脂作为树脂基材的树脂片材13。在种种取代基中,羧基与表层钢板5或网状线材组11的粘附力最大,因此树脂基材中越含有较多羧基,越能够强化树脂片材13与表层钢板5及网状线材组11之间的粘附力。再有,上述的树脂可通过较多地配合含有羧基的单体、用含有2官能团以上的羧基的化合物进行封端等进行聚合来得到。此外,末端羧基残留率可根据通过用碱溶液对溶解于具有亲和性的溶剂中的树脂基材进行中和滴定求出的端基数与从通过尺寸排阻色谱(SEC,Size Extrusion Chromatography)求出的数均分子量算出的端基数的比值来算出。
此外,本实施方式的树脂片材13为了体现出轻量化效果,优选使用发泡体作为树脂基材。在此种情况下,为了体现出良好的轻量化效果,发泡体的发泡倍率优选2倍以上,更优选4倍以上,进一步优选10倍以上。另一方面,发泡体的发泡倍率优选15倍以下。其理由是因为,即使发泡倍率超过15倍,也能通过网状线材组11的增强效果体现出芯层10的压缩强度的提高效果,但弹性模量或剪切强度显著下降,在层叠钢板1的加工时,容易发生剪切破坏或压曲。
在作为树脂片材13的树脂基材使用发泡体的情况下,优选气泡以相邻气泡间距离达到0.1μm~5μm的方式分散。通过使相邻气泡间距离在0.1μm以上,应力集中在微细分散的各气泡和基体树脂的界面,其结果是,能够作为层叠钢板1整体使应力分散。此外,通过将相邻气泡间距离控制在5μm以下,能够使因集中在气泡和基体树脂的界面的应力而形成的塑性变形区域连续,能够通过阻止裂纹传播来提高树脂片材13的韧性。其结果是,即使对层叠钢板1进行冷加工,也容易防止层叠钢板1在使用发泡体的树脂片材13中被破坏。作为相邻气泡间距离的更优选的范围,为2.0μm以下,更优选为1.0μm以下。相邻气泡间距离越小,越容易使塑性变形区域连续,越容易提高树脂片材13的韧性。
另外,优选将作为树脂片材13的树脂基材而使用的发泡体的平均气泡 直径控制在0.1μm~10μm。在平均气泡直径低于0.1μm时,难以使应力集中在气泡和基体树脂的界面。另一方面,在平均气泡直径超过10μm时,难以将相邻气泡间距离控制在上述的优选范围。从此观点出发,平均气泡直径更优选为5μm以下,进一步优选为3μm以下。这里,相邻气泡间距离及平均气泡直径能够通过用扫描型电子显微镜等观察树脂片材13的断面并进行图像处理等来进行评价。具体而言,通过使断面显微镜图像2值化,能以置换成圆的面积时的直径即等价圆直径的平均值算出平均气泡直径。另外,也能从连结各气泡的中心的直线上的气泡周边距离估算相邻气泡间距离。
此外,本实施方式的树脂片材13通过实施电晕处理、等离子体处理、UV处理等公知的表面处理,也可以增加临界表面张力,改善与表层钢板5或粘接剂的粘附性。从确保与表层钢板5的粘附性的观点出发,优选的是,在层叠树脂片材13之前,通过上述表面处理将临界表面张力控制在45dyn/cm(mN/m)以上。此外,在通过粘接剂层叠树脂片材13的情况下,从粘附性和耐热形状稳定性出发,优选使用后述的粘接剂。
这里,在本实施方式中,优选树脂片材13包埋网状线材组11。这里所说的“树脂片材13包埋网状线材组11”,指的是相当于网状线材组11整体的体积的90%以上的部分被包在树脂片材13内的状态。通过将网状线材组11包埋在树脂片材13中,能够增加芯层10的弹性模量或抗拉强度,能够增大刚性及冲击强度。此外,通过用树脂片材13包埋网状线材组11,在表层钢板5和网状线材组11之间,或者在网状线材组11相互之间可经由树脂片材13接触。由此,树脂片材13起到缓冲材的作用,从而能够提高层叠钢板1的减振性能。此外,通过将网状线材组11包埋在树脂片材13中,能够确保比网状线材组11单独时更大的厚度,同时能够轻量化。另外,即使使用具有空孔部115的网状线材组11,也能够通过树脂填充空孔部115,因此通过使芯层10和表层钢板5的粘接面积增大,能够提高芯层10和表层钢板5的粘附性。另外,通过对表层钢板5内面上因结露而形成的水分的附着进行抑制,能够防止腐蚀,因而还能够提高层叠钢板1的耐腐蚀性。
此外,树脂片材13的厚度优选超过网状线材组11的厚度的40%。在 树脂片材13的厚度在网状线材组11的厚度的40%以下时,层叠钢板1有可能不能表现出良好的减振性。
(表层钢板的构成)
作为本实施方式的表层钢板5,没有特别的限定,具体而言,例如能够使用白铁皮、薄镀锡钢板、电解铬酸处理钢板(无锡钢板)、镀镍钢板等罐用钢板,或热浸镀锌钢板、热浸镀锌-铁合金钢板、热浸镀锌-铝-镁合金钢板、热浸镀铝-硅合金钢板、热浸镀铅-锡合金钢板等热浸镀钢板,或电镀锌钢板、电镀锌-镍钢板、电镀锌-铁合金钢板、电镀锌-铬合金钢板等电镀钢板等表面处理钢板,冷轧钢板、热轧钢板、不锈钢板等。此外,表层钢板5也可以是涂装钢板、印刷钢板、薄膜层叠钢板等表面处理钢板。
另外,也可在钢种不同的钢板间层叠芯层10。具体而言,在需要弯曲加工、深冲加工等的用途中,也可在强度不同的钢板间层叠芯层10,在曲率r小、加工严格的一面使用软钢,在另一面为确保强度,使用高张力钢等。
此外,为了提高粘附力或耐腐蚀性,也可对本实施方式的表层钢板5的表面实施公知的表面处理。作为如此的表面处理,例如,可列举出铬酸盐处理(反应型、涂布型、电解)、磷酸盐处理、有机树脂处理等,但也不限定于此。
(树脂片材与表层钢板或网状线材组的接合)
接着,对本实施方式中的树脂片材13与表层钢板5或网状线材组11的接合进行说明。
对于本实施方式中的树脂片材13与表层钢板5或网状线材组11的接合,可以在表层钢板5或网状线材组11上直接层叠树脂片材13而接合,也可以在表层钢板5或网状线材组11与树脂片材13之间层叠粘接剂层而接合。在层叠粘接剂层的情况下,粘接剂对树脂片材13和表层钢板5或网状线材组11双方必须具有亲和性。树脂片材13和粘接剂的亲和性以粘接剂与树脂片材13的溶解度参数的差为6MJ/m3以下为目标。或者,在是具有极性基的树脂片材13的情况下,以在粘接剂中导入能够与该极性基形成共价键、氢键、离子相互作用、配位键等化学键、或者不伴有电荷移动的物理结合等的官能团(含有键合基团)为目标。关于溶解度参数,能够从构成单元的化学结构等用Fedors或Small的方法等进行推断。粘接剂与树 脂片材13的溶解度参数的差优选为6MJ/m3以下,更优选为3MJ/m3以下,进一步优选为2MJ/m3以下。粘接剂与树脂片材13的溶解度参数的差越小,两者的相容性越提高,初期粘附性越提高。
另一方面,实用上的树脂片材13与粘接剂之间的适合的粘附力可通过用粘接剂粘接2张树脂片材13、并测定T剥离强度来进行评价。在此种情况下,T剥离强度优选为20N/cm以上,更优选为30N/cm以上,进一步优选为45N/cm以上,更进一步优选为60N/cm以上。再有,在T剥离强度低于20N/cm时,刚层叠了表层钢板5或网状线材组11后的初期粘附强度较低,在加工时或加工后的加热中有时在树脂片材13与粘接剂的界面发生剥离。
关于表层钢板5或网状线材组11与粘接剂的实用的亲和性,可通过将2张表层钢板5之间、或2张网状线材组11之间用粘接剂粘接而成的试验片的T剥离试验(JIS Z 0238)来进行评价。此时的T剥离强度也优选为与树脂片材13和粘接剂之间同样的强度范围,具体而言,优选与树脂片材13和粘接剂的界面同样,T剥离强度为20N/cm以上。在T剥离强度低于20N/cm时,表层钢板5(或网状线材组11)与粘接剂之间的界面形成粘附力的瓶颈(neck),在层叠钢板1的加工时或加热时有时发生剥离。此外,表层钢板5或网状线材组11与粘接剂之间的T剥离强度更优选为30N/cm以上,进一步优选为45N/cm以上,更进一步优选为60N/cm以上。
此外,为了在加工后也保持耐热形状稳定性,粘接剂的100℃~160℃时的储能模量G’优选为0.05MPa~100GPa。如果对层叠钢板1进行成形,则在表层钢板5(或网状线材组11)与粘接剂的界面产生残留应力。如果在该温度下对层叠钢板1的成形品进行加热,则在粘接剂的储能模量G’低于0.05MPa时,因该残留应力,有时粘接剂层蠕变变形而破坏粘接剂层,或以粘接剂层为起点发生剥离。从如此的观点出发,粘接剂的100℃~160℃时的储能模量G’更优选为1.0MPa以上,进一步优选为5MPa以上。另一方面,如果粘接剂的储能模量G’超过100GPa,则常温下的储能模量G’进一步增大,因而加工随动性降低。因此,在对层叠钢板1进行加工时,有可能容易破坏粘接剂层,或以粘接剂层为起点发生剥离。再有,粘接剂的储能模量G’可通过在频率0.1Hz~10Hz测定的粘接剂的储能模量的最大值进 行评价。在热固性粘接剂的情况下,可用公知的动态粘弹性测定装置对因赋予与层叠条件相同的热过程而交联固化的粘接剂薄膜进行测定,在热塑性粘接剂的情况下,可用公知的动态粘弹性测定装置对粘接剂薄膜进行测定。
另外,粘接剂层在该温度下的损失弹性模量G”和储能模量G’的比tanδ(=G”/G’)优选为tanδ<1,更优选为tanδ<0.8,进一步优选为tanδ<0.5,更进一步优选为tanδ<0.1。tanδ越小,即使加热也越能够对残留应力形成的粘接剂层的蠕变变形进行抑制,使形状稳定化。另一方面,在tanδ≥1时,如果在该温度下对加工品进行加热,则有时粘接剂层粘性流动而形状变得不稳定,或因蠕变变形破坏而发生剥离。
作为可在粘接剂层中使用的粘接剂,例如,可列举出:脲醛树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、间苯二酚树脂、环氧树脂、聚酯系、聚氨酯系、聚酰胺系、聚苯并咪唑系、丙烯酸酯系等热固化树脂系粘接剂,醋酸乙烯酯树脂系、聚乙烯醇缩醛系、乙烯-醋酸乙烯酯系树脂系、氯乙烯系、丙烯酸、丙烯酸酯树脂系、聚酰胺系、纤维素系、聚酯系、聚烯烃系等热塑性树脂系粘接剂,沥青、天然橡胶、蛋白、淀粉系等天然粘接剂,丁腈橡胶、苯乙烯系橡胶、聚硫系、丁基橡胶系、硅橡胶系、丙烯酸橡胶系、改性硅橡胶系、聚氨酯橡胶系、甲硅烷化聚氨酯橡胶系等弹性体系粘接剂,γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、或β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷等硅烷偶联剂、钛偶联剂等无机系粘接剂等,可根据树脂片材13适宜选择。在树脂片材13为聚酰胺系树脂或聚酯系树脂的情况下,从对树脂片材13和表层钢板5(或网状线材组11)双方的亲和性出发,优选聚氨酯系、聚酯系、聚酰胺系的粘接剂。另外,从粘接剂的耐热性出发,优选在上述的粘接剂基材中添加了交联剂的反应型热熔粘接剂,其中从操作性方面出发,特别优选在聚酯系粘接剂基材添加了交联剂的聚酯系反应型热熔粘接剂。
作为可在反应型热熔粘接剂中使用的聚酯基材,例如,可列举出先前列举的含有二醇残基和二羧酸残基的饱和聚酯。其中,含有多个二醇残基或多个二羧酸残基或者它们的组合的共聚聚酯能够通过降低结晶化度而提高粘接性,因而是优选的。具体而言,优选以1,4-丁二醇和对苯二甲酸残 基作为主成分,共聚其它二醇残基或二羧酸残基而成的聚酯。如果更具体地例示,可列举出东洋纺织制“VYLON”、旭日化成制“ハ一デック”、Toray制“ケミット”、东亚合成制“ARON MELT PES”、日本合成化学工业制“Polyester”等。与非晶质等级相比结晶等级一方从耐热性出发是优选的。
作为可在反应型热熔粘接剂中使用的交联剂,例如,可列举出咪唑、异氰酸酯、环氧树脂、酚醛清漆化合物、三聚氰胺化合物等。其中,从交联反应速度控制性出发,特别优选异氰酸酯化合物。所谓异氰酸酯化合物,是具有2个以上的异氰酸酯官能团的芳香族或脂肪族异氰酸酯化合物及其混合物。具体而言,可列举出:二苯基甲烷二异氰酸酯化合物(MDI)、碳化二亚胺改性MDI、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、二苯基甲烷-2,2’-二异氰酸酯、二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯、低聚物甲苯二异氰酸酯(TDI)、四甲基苯二甲基二异氰酸酯(TMXDI)、萘二异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯等芳香族异氰酸酯化合物、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、氢化芳香族二异氰酸酯、脂肪族聚异氰酸酯、脂环式聚异氰酸酯等脂肪族的二异氰酸酯、三异氰酸酯、聚异氰酸酯。
(网状线材组和表层钢板的接合)
接着,在本实施方式中,由于有时候也可直接接合网状线材组11和表层钢板5,因此对本实施方式中的网状线材组11和表层钢板5的接合进行说明。首先,可通过剥离强度对网状线材组11和表层钢板5的适合的粘附力进行评价,但优选以5N/cm以上的剥离强度来接合本实施方式中的网状线材组11和表层钢板5。在剥离强度低于5N/cm时,有可能在层叠钢板1的弯曲变形或拉伸变形时,芯层10的两表面的表层钢板5成为一体而不变形,不能表现出层叠钢板1的刚性或耐冲击性。为了减小层叠钢板1的弯曲变形时的剪切造成的芯层10两表面的表层钢板的错动,更优选将剥离强度规定为25N/cm以上、进一步优选规定为40N/cm以上,更进一步优选规定为60N/cm以上。再有,剥离强度可通过JIS Z0238的T剥离试验来评价。
在网状线材组11是从钢线形成的金属网的情况下,作为网状线材组11和表层钢板5的接合方法,能够采用公知的钢材的接合方法,具体而言, 例如能够使用粘接接合、钎焊接合、焊接等。
在通过粘接来接合网状线材组11和表层钢板5的情况下,使用粘接剂作为接合材料。此时,为了在加工后也保持耐热形状稳定性,粘接剂在100℃~160℃下的储能模量G’优选为0.05MPa~100GPa。如前所述,如果对层叠钢板1进行成形,则在表层钢板5(或网状线材组11)和粘接剂的界面产生残留应力。如果将层叠钢板1的成形品加热到该温度(100℃~160℃),则在粘接剂的储能模量G’低于0.05MPa时,因该残留应力,有时粘接剂层蠕变变形而破坏粘接剂层,或以粘接剂层为起点发生剥离。为了更确实防止粘接剂层的蠕变变形,更优选储能模量G’为1.0MPa以上,进一步优选储能模量G’为5MPa以上。另一方面,如果粘接剂的储能模量G’超过100GPa,则常温下的储能模量G’进一步增大,因而加工随动性降低。因此,在对层叠钢板1进行加工时,有可能容易破坏粘接剂层,或以粘接剂层为起点发生剥离。再有,粘接剂的储能模量G’可通过在频率0.1Hz~10Hz测定的粘接剂的储能模量的最大值进行评价。在热固性粘接剂的情况下,可用公知的动态粘弹性测定装置对因赋予与层叠条件相同的热过程而交联固化的粘接剂薄膜进行测定,在热塑性粘接剂的情况下,可用公知的动态粘弹性测定装置对粘接剂薄膜进行测定。
另外,粘接剂的100℃~160℃下的损失弹性模量G”和储能模量G’的比tanδ(=G”/G’)优选为tanδ<1,更优选为tanδ<0.8,进一步优选为tanδ<0.5,更进一步优选为tanδ<0.1。tanδ越小,即使加热也越能够对残留应力造成的粘接剂层的蠕变变形进行抑制,使形状稳定。在tanδ≥1时,如果在100℃~160℃对加工品进行加热,则有时粘接剂层粘性流动而形状不稳定,或因蠕变变形破坏而发生剥离。
作为可在网状线材组11和表层钢板5的接合材料中使用的粘接剂的具体例,可列举出与在上述的树脂片材13和表层钢板5或网状线材组11的接合中使用的粘接剂相同的粘接剂。
在通过钎焊接合来进行网状线材组11和表层钢板5的接合的情况下,使用钎焊剂作为接合材料。作为此时可使用的钎焊剂,例如,可列举出由铅、锡、锑、镉、锌等合金构成的软钎料(软焊料),Ni-Cr系的钎焊剂、铜钎料、金钎料、钯钎料、银钎料、铝钎料等硬钎料等。
在通过焊接来进行网状线材组11和表层钢板5的接合的情况下,能够使用公知的焊接法,作为具体的焊接方法,例如,可列举出点焊、缝焊等电阻焊接、电子束焊接、激光焊接、电弧焊接等。
此外,在网状线材组11是由钢线形成的金属网的情况下,为了保持钢线的强度,维持钢线的初期的金属组织是重要的。从此观点出发,将网状线材组11和表层钢板5接合时的接合温度优选在不产生钢组织的相转变的400℃以下,更优选为300℃以下,进一步优选为200℃以下,更进一步优选为100℃以下。此外,只要能够在100℃以下接合网状线材组11和表层钢板5,就能够防止表层钢板5的时效劣化,强力加工变得容易。
(层叠钢板的厚度)
本实施方式的层叠钢板1的厚度没有特别的限制,可根据目标特性适宜变更。例如,在作为层叠钢板1的特性优先考虑刚性或耐冲击性的情况下,根据选择的网状线材组11的构成(线材的线径、网眼尺寸、屈服强度等),能够分别通过上述式(3)或式(4)等决定层叠钢板1的厚度。
本实施方式的层叠钢板1的总厚度、构成厚度比(表层钢板5和芯层10的厚度比)没有特别的限定,可根据表层钢板5的厚度及刚性D和轻量性的平衡来决定。具体而言,能够通过下式(5)~(7),根据所要求的刚性和板密度(钢板比重ρ)来决定必要的芯层10和表层钢板5的厚度。
D=1/3[(E1-E2)(y1-ye)3+(E2-E3)(y2-ye)3+E1ye 3+E3(h-ye)3] (5)
ye=[(e1-E2)y1 2+(E2-E3)y2 2+E3h2]/[2((E1-E2)y1+(E2-E3)y2+E3h)](6)
ρ=[7.8(h-y2+y1)+ρ芯层(y2-y1)]/h (7)
(在上述式(5)~(7)中,E1为下表面侧的表层钢板5A的杨氏模量、E2为芯层10的杨氏模量、E3为上表面侧的表层钢板5B的杨氏模量、y1为表层钢板5的厚度、y2为y1+芯层10的厚度、ye为中性轴的y坐标、h为y2+上表面侧的表层钢板5A的厚度、ρ芯层为芯层密度。)
此外,优选的表层钢板5的厚度为0.2mm~2.0mm,优选的芯层10的厚度为0.1mm~3.0mm。在表层钢板5的厚度低于0.2mm时,有时弯曲加工时容易压曲。另一方面,如果表层钢板5的厚度超过2.0mm,则轻量化效果容易变得不充分。从轻量化的观点出发,表层钢板5的厚度更优选为1.0mm以下。另一方面,在芯层10的厚度低于0.1mm时,不能获得层叠钢 板1的总厚度,因而有时维持轻量性且增大刚性变得困难。此外,如果芯层10的厚度超过3.0mm,则层叠钢板1本身的厚度加厚,因而施加给表层钢板5的弯曲应力增大,钢板容易压曲。
另外,在本实施方式的层叠钢板1中,也可以在厚度不同的表层钢板5间层叠芯层10。如此一来,能够将厚的表层钢板面作为曲率大的部位进行加工,从而改善加工性。此外,在将表层钢板5、网状线材组11和树脂片材13之间用粘接剂接合的情况下,关于粘接层的厚度,只要在100℃~160℃的总温度范围储藏弹性率G’为0.05MPa~100GPa,即使减薄厚度也能够对粘接层赋予充分的耐热耐久性,因而没有特别的限制。但是,从经济性方面出发,粘接层的厚度优选为30μm以下。此外,为了充分发挥粘接层的效果,粘接层的厚度更优选为1μm以上。
[层叠钢板的制造方法]
接着,对具有上述构成的层叠钢板1的制造方法进行详细说明。
本实施方式的层叠钢板1可采用公知的钢板的层叠方法进行制造。具体而言,能够通过以下的工序等进行制造。
(1)采用碳含量为0.24质量%以上的钢线来制造网状线材组11。
(2)在芯层10(1张或2张以上的网状线材组11、1张或2张以上的树脂片材13)的两表面,根据需要涂布接合材料(粘接剂、钎焊剂等)。另外,例如,在要形成具有图1所示的结构的芯层10的情况下,按照表层钢板5A、树脂片材13、网状线材组11、树脂片材13、网状线材组11、树脂片材13、表层钢板5B的顺序进行层叠,在常温下加压或一边加热一边加压。
再有,芯层10的结构并不局限于图1所示的例子,例如,也可以具有网状线材组11或树脂片材13连续地层叠的部分。此外,在(2)的工序中,也可以不使用接合材料,直接接合芯层10和表层钢板5A、5B。另外,关于接合材料或接合方法的具体例,与上述相同。
[第2实施方式]
接着,参照图6对本发明的第2实施方式的层叠钢板的整体构成进行说明。图6是表示本实施方式的层叠钢板2的整体构成的一例子的剖视图。
如图6所示,本实施方式的层叠钢板2与第1实施方式的层叠钢板1 同样,具有在芯层10的两表面分别层叠表层钢板5(5A、5B)的结构。即,层叠钢板2具有在表层钢板5A上层叠芯层10、进而在其上层叠表层钢板5B的结构。芯层10与第1实施方式时同样,是由采用线材形成网状的1张或2张以上的网状线材组11和将树脂基材形成片材状的1张或2张以上的树脂片材13构成的层。可是,在本实施方式的层叠钢板2中,如图6所示,在网状线材组11向表层钢板5侧偏在这点上,与第1实施方式时不同。
在图6中,示出网状线材组11与表层钢板5直接接合的例子,但也不一定必须直接接合网状线材组11和表层钢板5,只要在表层钢板5和网状线材组11之间,层叠比层叠于2张网状线材组11之间的树脂片材13更薄的树脂片材,作为芯层10整体,网状线材组11向表层钢板5侧偏在就可以。当然,从通过上述的树脂片材13进一步提高网状线材组11的包埋效果即减振性能、粘附力及耐腐蚀性的观点出发,与表层钢板5接触的芯层10的最表层优选由树脂片材13构成。
此外,在图6中,示出2张网状线材组11分别向表层钢板5A、5B偏在的例子,但向表层钢板5A、5B偏在的网状线材组11没有必要分别各为1张,也可以在表层钢板5A、5B中的任何一方或双方上层叠2张以上的网状线材组11。在此种情况下,也包括在相邻的网状线材组11间层叠树脂片材13的情况。
如此,通过在芯层10中使网状线材组11向表层钢板5侧偏在,加工层叠钢板2时的中性轴和网状线材组11的距离增大,能够更有效地提高层叠钢板2的刚性或耐冲击性。所以,作为特别要求刚性或耐冲击性的用途的钢板,适合使用本实施方式的层叠钢板2。
再有,关于其它的层叠钢板2的构成或制造方法,与上述第1实施方式时相同,因而省略其详细的说明。
[第3实施方式]
接着,参照图7对本发明的第3实施方式的层叠钢板的整体构成进行说明。图7是表示本实施方式的层叠钢板3的整体构成的一例子的剖视图。
如图7所示,本实施方式的层叠钢板3与第1实施方式的层叠钢板1同样,具有在芯层10的两表面分别层叠表层钢板5(5A、5B)的结构。即,层叠钢板3具有在表层钢板5A上层叠芯层10、进而在其上层叠表层钢板 5B的结构。芯层10与第1实施方式时同样,是由采用线材形成网状的1张或2张以上的网状线材组11和将树脂基材形成片材状的1张或2张以上的树脂片材13构成的层。可是,在本实施方式的层叠钢板3中,如图7所示,在网状线材组11向芯层10的厚度方向的中央部侧偏在这点上,与第1实施方式时不同。
在图7中,示出2张网状线材组11在芯层10的厚度方向的中央部附近直接接合的例子,但也不一定必须直接接合2张网状线材组11,只要在2张网状线材组11之间,层叠比层叠于2张网状线材组11和表层钢板5(5A、5B)之间的树脂片材13更薄的树脂片材,作为芯层10整体,2张网状线材组11向芯层10的厚度方向的中央部侧偏在就可以。
此外,在图7中,示出2张网状线材组11向芯层10的厚度方向的中央部侧偏在的例子,但向芯层10的厚度方向的中央部侧偏在的网状线材组11不是必须为2张,也可以在芯层10的厚度方向的中央部侧层叠3张以上的网状线材组11。在此种情况下,也包括在相邻的网状线材组11间层叠树脂片材13的情况。
如此,通过使网状线材组11向芯层10的厚度方向的中央部侧偏在,即使弯曲变形也无芯层10的剪切变形造成的中性轴的移动。另一方面,在上述的第1及第2实施方式中,芯层10的中心部没有通过网状线材组11被充分增强,因而通过芯层10的剪切变形,在弯曲变形时中性轴向弯曲内侧移动,曲率增加。与此相对应,在本实施方式的层叠钢板3中,与第1及第2实施方式的层叠钢板1、2相比较,能够在较宽的范围进行压缩变形及拉伸变形,能够使应力分散。所以,能够提高本实施方式的具有芯层10的层叠钢板3的延展性。如此,作为特别要求延展性的用途的钢板,适合使用本实施方式的层叠钢板3。
这里,参照图8A及图8B对本实施方式的层叠钢板3带来的提高延展性的效果进行详细说明。图8A及图8B是表示本发明的第1实施方式的层叠钢板和本实施方式的层叠钢板的弯曲变形行为的差异的一例子的说明图。图8A中示出第1实施方式的层叠钢板的弯曲变形行为,图8B中示出第3实施方式的层叠钢板的弯曲变形行为。
首先,如图8A所示,例如,在采用辊R对第1实施方式的层叠钢板1 进行弯曲加工时,屈服强度比树脂片材13大的网状线材组11存在于比较靠近表层钢板5的位置。因此,在弯曲变形时中性轴C向层叠钢板1的厚度方向的中央部的更内侧(辊R侧)移动,因而曲率增大。此外,在层叠钢板1的弯曲变形时,拉伸应力大的部位1a、或压缩应力大的部位1b集中于狭窄的范围。所以,层叠钢板1的断裂挠度比较小,对于特别需要延展性的用途等,有时延展性稍微不足。
另一方面,如图8B所示,例如,在采用辊R对本实施方式的层叠钢板3进行弯曲加工时,屈服强度比树脂片材13大的网状线材组11存在于远离表层钢板5的位置。因此,在弯曲变形时中性轴C不会向层叠钢板1的厚度方向的中央侧的更内侧(辊R侧)移动,因而能够减小曲率。此外,在层叠钢板3的弯曲变形时,能够使拉伸应力大的部位3a和压缩应力大的部位3b分散在较宽的范围。所以,在网状线材组11向芯层10的厚度方向的中央部偏在的层叠钢板3中,能够增大断裂挠度,能够比层叠钢板1提高延展性。
再有,关于其它的层叠钢板3的构成或制造方法,与上述第1实施方式时相同,因而省略其详细的说明。
[总结]
以上说明的本发明的第1~第3实施方式的层叠钢板轻量,刚性、耐冲击性高,且加工性也优良,即使进行弯曲加工、深冲加工等强力加工,加工后的耐热形状稳定性也优良。此外,在上述的各实施方式的层叠钢板中,芯层10除了网状线材组11以外还具有树脂片材13,因而还能够提高减振性能。所以,本发明的第1~第3实施方式的层叠钢板能够应用于汽车用、家电用、家具用、OA设备等的部件用,特别是适合作为在通过深冲加工、弯曲加工、压型加工等强力加工成形后进行涂装的片材部件用的钢板使用。
实施例
以下,采用实施例对本发明进行更具体的说明。
(使用的钢板、网状线材组和树脂片材)
在本实施例及比较例中,使用表1所示的表层钢板、表2所示的金属网(网状线材组)、表3所示的树脂片材制造了层叠钢板。这里,表3的 PET系合金是由PET(RN163:东洋纺织制)/离聚物(Himilan 1706:三井DuPont制)/乙烯系橡胶(EBM2401P:JSR制)以质量比为80质量份/10质量份/10质量份组成的合金。此外,表3所示的本实施例及比较例中使用的发泡体(发泡片材)是在PET系合金及尼龙片材中含浸了20MPa、32℃的超临界CO2后,释放压力,分别加热到260℃、240℃使其发泡。而且,在加热后冷却到0℃,通过使气泡停止生长,得到表3所示的发泡片材。再有,通过调整超临界CO2的浸渗时间、加热时间及冷却速度,控制了发泡片材的发泡率及发泡直径。此外,表2中的“织物”中的所谓“平纹织物+45°”表示在平纹的金属网中织入相对于纵线及横线的方向为45°的方向的斜线。
表1表层钢板的构成
表层钢板 |
镀覆 |
厚度(mm) |
抗拉强度(MPa) |
1 |
GI |
0.27 |
340 |
2 |
TFS |
0.22 |
400 |
3 |
GA |
0.8 |
270 |
4 |
SUS304 |
0.8 |
630 |
5 |
GA |
1 |
1000 |
表2金属网的构成
*矩形孔丝网纹:短眼及长眼尺寸(JIS G3553),龟甲纹:命名网眼尺寸(JIS G3554)
表3树脂片材的构成
(包埋在树脂中的金属网的制造)
接着,用表3所示的树脂片材包埋表2所示的金属网而得到包埋在树脂中的金属网。具体而言,首先,在具有金属网的0.55倍的厚度的树脂片材的一面涂布下表4所示的粘接剂。接着,通过使树脂片材的涂布有粘接剂的一面与金属网接触,在金属网的两表面上层叠该树脂片材,通过在规定温度(在树脂片材为PET系合金时为260℃、在树脂片材为尼龙时为240℃)及规定压力(10kgf/cm2~40kgf/cm2(0.98MPa~2.92MPa))下进行压接,得到下表4所示的被包埋在树脂中的金属网No.1~15。再有,关于包埋在树脂中的金属网No.1~15中的使用多张金属网的情况,首先,如上所述制作用树脂片材包埋1张金属网而形成的包埋在树脂中的金属网。然后,在得到的包埋在树脂中的金属网的表面上涂布粘接剂,以各包埋在树脂中的金属网的粘接剂涂布面相接触的方式进行层叠,然后进行加热压接,从而得到层叠有多个金属网的包埋在树脂中的金属网(No.3~No.6、No.9、No.12)。
表4树脂包埋金属网
此外,与上述包埋在树脂中的金属网No.1~15不同,按具有150μm厚度的PET系合金发泡片材、金属网的顺序重复层叠10层。再在最表面(最上面)层叠具有150μm厚度的PET系合金发泡片材,通过在上述条件下进行热压接,得到表4所示的包埋在树脂中的金属网No.16。上述包埋在树脂中的金属网No.16中,金属网被均匀地配置在芯层中的树脂内。
此外,与上述包埋在树脂中的金属网No.1~15不同,在两表面涂布有表5所示的粘接剂的具有1350μm厚度的PET系合金发泡片材的两表面,分别各层叠5张金属网。接着,在两表面的金属网上分别层叠具有150μm厚度的PET系合金,通过在上述条件下进行热压接,得到表4所示的包埋在树脂中的金属网No.17。上述包埋在树脂中的金属网No.17中,金属网在芯层内向树脂层的上下的表层部(表层钢板侧)偏在。
表5粘接剂层的组成
|
基材 |
固化剂 |
基材/固化剂 |
G’ |
tanδ |
粘接剂1 |
PES314S30 |
Coronate L |
100/5 |
1~30MPa |
0.3 |
G’(储能模量)、tanδ为100~160℃下的动态测定值(10Hz)
另外,与上述包埋在树脂中的金属网No.1~15不同,以层叠10张金属网的方式接合相邻的金属网。然后,分别在层叠的金属网的上下两表面,层叠具有1100μm厚度的PET系合金发泡片材,通过在上述条件下进行热压接,得到表4所示的包埋在树脂中的金属网No.18。上述包埋在树脂中的金属网No.18中,金属网在芯层内向树脂层的中央部(芯层的厚度方向的中央侧)偏在。
再有,在上述包埋在树脂中的金属网No.1~No.18中,采用表5所示的粘接剂对层叠的各金属网、或金属网与树脂片材进行接合。
(层叠钢板的制造)
作为本实施例中的层叠钢板的具体的制造方法,首先,在表1所示的300mm×300mm的钢板的一面上涂布表5所示的粘接剂。然后,按照粘接剂与按上述方法得到的包埋在树脂中的金属网相接触的方式,按钢板、包埋在树脂中的金属网、钢板的顺序进行层叠,得到层叠体。接着,加热到上述规定温度(在树脂片材为PET系合金时为260℃、在树脂片材为尼龙时为240℃)。接着,采用规定厚度的填隙片包住层叠体的四方,在压接力为10kgf/cm2~40kgf/cm2(0.98MPa~2.92MPa)下进行2分钟加热压接,然后冷却到室温,得到表6所示的实施例No.1~No.25的各层叠钢板。
表6层叠钢板的构成
此外,各比较例中的层叠钢板的制造方法如下。
(比较例1)
在表2所示的金属网No.1的两表面涂布表3所示的粘接剂,然后在该金属网的两表面上层叠表1所示的表层钢板No.1,通过在与表6所示的实施例No.1相同的条件下进行热压接,得到比较例No.1的层叠钢板。
(比较例2)
首先,对板厚2.1mm的抗拉强度为980MPa的高强度钢板进行冲孔加工,赋予直径为2.0mm的圆形孔(开孔率66%)。然后,将冲孔加工后的加工板按照与表5所示的包埋在树脂中的金属网No.1同样的方式包埋在PET系合金发泡片材中。另外,然后通过与实施例No.1同样的条件,得到将包埋在该树脂中的加工板作为芯层的比较例No.2的层叠钢板。
(比较例3~4)
通过与实施例No.1相同的步骤,得到包埋了碳含量最低的金属网No.10的比较例No.3的层叠钢板。此外,通过与实施例No.1相同的步骤,得到包埋了网眼尺寸最大的金属网No.11的比较例No.4的层叠钢板。
(比较例5~6)
将含玻璃短纤维的尼龙片材(厚度:1.3mm、含有玻璃纤维30质量%、抗拉强度:34MPa)按照与实施例No.1同样的方式层叠在表层钢板1之间,得到比较例5的层叠钢板。另外,将PET系合金发泡片材按照与实施例1同样的方式层叠在表层钢板1之间,得到比较例6的层叠钢板。
(比较例7)
使用1mm厚度的PP发泡片材作为芯层,使用0.05mm厚度的酸改性PP作为粘接层,通过与实施例1相同的步骤,得到比较例7的层叠钢板。
(层叠钢板的物性、加工、减振性试验)
从按上述方法得到的各实施例的层叠钢板根据ASTM D-790切取试验片(25mm×150mm),将支点间距离设定为50mm、将速度设定在5mm/分钟,实施3点弯曲试验。此时,在实施例No.1~No.19、No.22~No.24中,按照试验片的长度方向及宽度方向与最下层金属网的正方格子的方向一致的方式切取试验片。此外,在实施例No.20、No.21中,按照试验片的长度方向及宽度方向与最下层金属网的正方格子的对角线的方向一致的方 式切取试验片。
然后,从各试验片,通过将实测应变-载荷曲线的斜率δ(使用直到最大载荷的1/3的载荷来算出)代入式(i),算出弯曲刚性D。此外,通过式(ii)算出层叠钢板的塑性区的弯矩M。再有,由于已知钢板的耐冲击性与塑性区的弯矩相关,因此将通过式(2)算出的塑性区的弯矩作为耐冲击性的指标。
δ=PeI3/48D (i)
M=PI/4b (ii)
这里,在上述式(i)及式(ii)中,Pe为实测载荷、P为实测弯曲最大载荷、δ为应变量、I为支点间距离、b为试验片宽度。
另外,从各实施例的层叠钢板上切取125mm×30mm的试验片,用Erichsen公司制20T综合试验机的方型深冲实验装置(r=100mm、BHF(Blank Holder Force,压边力):2ton),制作U型帽形弯曲试验片。
此外,从实施例No.1~No.24的层叠钢板上切取试验片(25mm×150mm),按照JIS-G-0602,通过悬臂梁共振法测定了2次共振频率下的损失系数。
(评价)
<1.轻量性的评价>
通过式(iii)算出各层叠钢板的板密度ρ。
ρ=vaρa+vsρs (iii)
这里,在上述式(iii)中,va、vs分别为金属网、表层钢板的体积分数,ρa、ρs分别为金属网、表层钢板的板密度。再有,粘接层的厚度与层叠钢板整体的厚度相比较薄,因而其影响作为可无视的影响处理。
另外,从通过式(i)求出的刚性D,通过式(iv)算出对于表现出与层叠钢板相同的弯曲刚性是必需的表层钢板单独的板厚度tp,通过式(v)求出该单位面积的质量Wp。用层叠钢板的单位面积的质量W和式(v)的钢板的单位面积的质量Wp的比(W/Wp),对将弯曲刚性固定时的轻量性进行了评价。
tp=12D/Es (iv)
Wp=ρstp (v)
这里,在上述式(iv)及式(v)中,Es为表层钢板的杨氏模量(在本实施例中为180GPa),Wp为具有与层叠钢板相同的刚性的钢板的单位面积的质量。
<2.弯曲刚性、耐冲击性的评价>
通过式(vi)算出具有与通过式(v)算出的层叠钢板的单位面积的质量W相同质量的钢板单独的刚性Dp。此外,算出通过式(vi)求出的刚性Dp与层叠钢板的刚性D的比(D/Dp),评价了层叠钢板的刚性。这里,将D/Dp>1的情况评价为与钢板单独时相比刚性合理地增大。
Dp=Es/12(ρ/ρs)3 (vi)
与弯曲刚性的评价同样地,通过式(vii)算出同一单位面积的质量的钢板单独的弯矩Mp,用该钢板单独的弯矩Mp与通过式(ii)求出的层叠钢板的塑性区的弯矩M的比(M/Mp),评价了耐冲击性的大小。这里,将M/Mp>1的情况评价为与钢板单独时相比耐冲击性合理地增大。
Mp=Ts/4(ρ/ρs)2 (vii)
这里,在上述式(vii)中,P为弯曲最大载荷、Ts为表层钢板的抗拉强度、I为支点间距离、b为试验片宽度。再有,在芯层上下两表面的表层钢板的Ts不同时,采用上下两表面的表层钢板的Ts平均值作为表层钢板的抗拉强度。
<3.延展性的评价>
对实施例No.22~No.24的层叠钢板继续进行弯曲直到断裂,测定断裂时的挠曲量,采用测定的挠曲量,评价了层叠钢板的延展性。这里,规定挠曲量越大评价为延展性越高。再有,挠曲量的测定根据载荷点的移动距离来测定。
<4.加工完好程度的评价>
目视或用立体显微镜观察帽形弯曲试验片的断面,检查有无表层钢板的剥离、表层钢板的破坏或压曲以及向芯层的凹陷、芯层的破损、压曲。这里,在所有都没有异常的情况下,评价为加工完好程度优良。此外,将该加工片装入加热到180℃的烘箱中,在保持30分钟后,从烘箱中取出,冷却到室温。然后,对加工后的表层钢板的剥离、芯层的破坏、流动等加热形状完好程度进行了评价。这里,在所有都没有异常的情况下,评价为 加热形状完好程度优良。
<5.减振性的评价>
基于按上述方法测定的2次共振频率的损失系数,评价了实施例No.1~No.24的层叠钢板的减振性。再有,判断为损失系数越大减振特性越好。
(评价结果)
以上的评价结果示于下表7。
表7特性评价结果
※1:在局部表层钢板剥离。发生率=2/10
※2:端面树脂漏泄
如表7所示,得知:实施例No.1~No.24的层叠钢板为W/Wp<1.0,与相同刚性的钢板相比板密度小,轻量性优良。另外,得知:实施例No.1~No.24的层叠钢板为D/Dp>1.0、M/Mp>1.0,与相同板密度的钢板相比,弯曲刚性及塑性区的弯矩大,高刚性且抗冲击特性优良。
另外,得知:实施例No.1~No.21的层叠钢板即使在帽形弯曲加工、 加工后的加热中也都没有发生表层钢板的剥离、表层钢板的破坏或压曲及向芯层的凹陷、芯层的破损、压曲,能够保持加工及加工后加热后的完好程度。
此外,得知:实施例No.1~No.24的层叠钢板的损失系数都在0.5以上,减振性能也都优良。
此外,与实施例No.1相比,实施例No.20的刚性D及弯矩M稍小的原因推测如下。实施例No.1中,具有1层含有与表层钢板的宽度方向平行地排列的钢线的金属网,而在实施例No.20中不具有含有与表层钢板的宽度方向平行地排列的钢线的金属网。与宽度方向平行地排列的钢线在弯曲变形载荷下没有变形,因而约束表层钢板的横向变形。其结果是,在含有该钢线的实施例No.1的层叠钢板中,产生表层钢板的约束力,因而认为在实施例No.1的层叠钢板中,杨氏模量及屈服强度进一步增大,刚性D及弯矩M增加。另一方面,在实施例No.20的层叠钢板中,由于金属网的格子的对角线与弯曲试验片的长度方向及宽度方向一致,因而认为如果施加弯曲载荷则金属网剪切变形,在上下两表面的表层钢板间产生错动。因此,认为与实施例No.1的层叠钢板相比刚性D及弯矩M减小。
此外,实施例No.12的层叠钢板的刚性D及弯矩M和实施例No.21的层叠钢板的刚性D及弯矩M为大致相等的值。推断这是因为通过变化金属网的层叠方向来进行层叠,形成各向同性。
此外,实施例No.23的层叠钢板与实施例No.22的层叠钢板相比,刚性D及弯矩M增大。认为这起因于因芯层的金属网向表层钢板侧偏在,而使金属网和中性轴的距离加大,从而使刚性D及弯矩M更有效地增大。
另外,实施例No.24的层叠钢板与实施例No.22的层叠钢板相比,断裂挠度大,延展性优良。认为这是起因于因在中心部配置屈服强度高的金属网,而能够防止中性轴的移动,减小了曲率。实际上,临断裂前的实施例No.24的弯曲试验片的曲率是通过用摄像机摄影弯曲变形,并对临断裂前的试验片形状进行图像处理而算出的,结果为实施例No.22的1/5以下。
此外,实施例No.25的层叠钢板与实施例No.3的层叠钢板的刚性D、弯矩M、加工性、耐热形状稳定性及减振性大致相同,但板密度小。推断这是因为在对刚性D及弯矩M的贡献小的芯层的中心部,采用网眼尺寸大 的金属网No.5来代替金属网No.3,因而使刚性D及弯矩M更有效地增大,且实现了轻量化的结果。
此外,对于比较例No.1的层叠钢板,如果进行帽形弯曲加工,则有时在表层钢板和金属网间的界面产生剥离,与实施例No.1~No.24的层叠钢板相比,表层钢板和芯层间的粘附性较差。这是因为在实施例No.1~No.24的层叠钢板中将金属网包埋在树脂片材中,因而使表层钢板和芯层间成为面接触。与此相对,在比较例No.1的层叠钢板中,推测是起因于因表层钢板和金属网间为线接触或点接触,因而接触面积减小。此外,得知:比较例No.1的层叠钢板的损失系数小于实施例No.1~No.24的层叠钢板的损失系数,减振性也较差。
此外,关于比较例No.2,通过弯曲试验评价了刚性D及弯矩M。其结果是,比较例No.2的层叠钢板与实施例No.1的质量W相同,但刚性D及弯矩M小。这是因为在比较例No.2中,将弯曲变形时按照横向变形而变形的加工板材作为芯层,与此相对,在采用本发明的实施例No.1中,使用金属网作为芯层。因此,推断是因芯层的变形背离横向变形,而使表层钢板的约束力起作用,杨氏模量及屈服强度进一步提高的效果造成的。
比较例No.3的层叠钢板的刚性D及弯矩M与实施例No.1相比较小。推断这是因为金属网No.10中的钢线的碳含量低于0.24质量%,芯层的抗拉强度不充分。
另外,在比较例No.4的层叠钢板中,通过帽形弯曲加工,发生向表层钢板的芯层的凹陷(表层钢板向芯层的空孔的侵入)及从表层钢板端部开始的裂纹,不能保持加工完好程度。推断这是因为金属网No.11的网眼尺寸超过表层钢板的厚度的10倍,应力集中发生在表层钢板中的位于空孔上的部分。
此外,比较例No.5~No.6的层叠钢板通过式(viii)按照表现出与实施例No.1大致相同的塑性区的弯矩的方式设计了层叠钢板整体的厚度,但在实测中厚度小于实施例No.1。对该比较例No.5~No.6的弯曲试验片进行了解析,其结果是,在比较例No.5的层叠钢板中,芯层的70%为树脂,且增强纤维不连续,因而剪切变形阻力小于实施例No.1。其结果是,通过芯层的剪切变形,上下两表面的表层钢板发生最大为1.5mm(实施例No.1的10 倍)的错动,推断因该错动使塑性区的弯矩降低。此外,关于比较例No.6,除了树脂部只为芯层的50%以外,还不存在增强纤维,因此与比较例No.5时相比发生更大的错动,推断因该错动使塑性区的弯矩降低。
M(实施例No.1)=1/4(Ts((ts+tc)2-tc 2))-Tc(tc 2))(viii)
此外,对比较例No.7的层叠钢板进行了帽形弯曲加工品的耐热形状稳定性的评价。其结果是,有树脂从钢板端部流出,发生形状不良。
以上,参照附图对本发明的优选的实施方式进行了说明,当然本发明并不限定于上述例子。显然,只要是本领域技术人员,就可在权利要求书所记载的范畴内联想到各种变更例或修正例,当然这些也要理解为属于本发明的技术的范围。
产业上的可利用性
根据本发明,可提供一种轻量、刚性及耐冲击性高、且兼备减振性能、剪切、弯曲、深冲、胀形等加工性及加工后的形状稳定性的层叠钢板。
符号说明
1层叠钢板
5(5A、5B)(表层)钢板
10芯层
11网状线材组
13树脂片材
111纵线
113横线
115空孔(网眼)
117斜方向的织物(线)
ts 表层钢板的厚度
tc 芯层的厚度
wL,wH 网眼尺寸
p (网孔)间距
d 线径