金属嵌入树脂成形制品的制造方法

金属嵌入树脂成形制品的制造方法
【专利摘要】一种金属嵌入树脂成形制品的制造方法，该方法包括将由无机纤维和热塑性树脂构成的复合体放置在用于成型的模具中，并把熔融状态下的金属注射到模具中以将金属与复合体一体化。此外，优选的是，无机纤维为碳纤维。更优选的是金属为铝合金或者镁合金，优选的是复合体中纤维的含量为10至70wt％，复合体的与金属接触的部分的厚度为25mm以下，复合体中预先存在通孔或者沟槽，金属具有肋形状或者凸台形状。本发明提供了一种无应变且结合部位中无缺陷的金属嵌入树脂成形制品的制造方法。
【专利说明】金属嵌入树脂成形制品的制造方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属嵌入树脂成形制品的制造方法，在该金属嵌入树脂成形制品中将纤维增强树脂材料与金属一体化。

【背景技术】
[0002]目前，用增强纤维进行增强的纤维增强树脂材料已被广泛用于各种领域，但在重复使用的部件例如凸台或自攻螺丝中，金属通常比树脂耐久性高。此外，众所周知，金属材料等比纤维增强树脂材料易于加工为例如薄壁肋或小尺寸的凸台的复杂形状。例如，在注塑成型中，在将用于增强的纤维与树脂混合的情况下，待注射的包含纤维的树脂的熔融粘度升高，变得难以获得复杂形状。
[0003]因此，有时使用纤维增强树脂材料与金属部件一体化的成形制品。作为用于将这样的金属部件与树脂一体化的方法，通常采用执行机械紧固或者使用粘合剂结合的方法。然而这些方法在产品设计中存在限制。此外，为确保强度等需要附加辅助部件。因此，加工时间和成本存在问题。
[0004]另一方面，已知预先在模具中嵌入金属部件然后将树脂注塑成型的方法。该方法为需要强度和高精确度的部分由金属部件构成，其它剩余部分以树脂围绕，从而使金属被树脂保持并与树脂结合的方法。为将金属部件与树脂坚固地一体化，由注塑成型的树脂的收缩应力维持结合力。然而，存在粘附力仍然不足的问题。
[0005]专利文件I公开了一种对金属部件施以表面处理，从而增强金属与树脂之间的结合部位的亲和力的方法。然而，即使对金属部件施加了表面处理，在结合表面上也容易产生应变，仍存在这样的问题:整个成形制品或金属部件扭曲，并且在连接部位中产生剥落和裂缝。此外，包含纤维的树脂粘度高，难以执行注塑成型。因此，以该方法还不能获得将纤维增强树脂与金属部件一体化的成形制品。
[0006]专利文件I JP-A-2001-225352


【发明内容】

[0007]本发明要解决的问题
[0008]本发明的目的是提供一种用于无应变并且在结合部位中无缺陷的金属嵌入树脂成形制品的制造方法。
[0009]解决问题的手段
[0010]本发明的金属嵌入树脂成形制品的制造方法，其特征在于包括:将由无机纤维和热塑性树脂构成的复合体放置在用于成型的模具中，并把在熔融状态下的金属注射到模具中以将金属与复合体一体化。
[0011]此外，优选的是，所述无机纤维为碳纤维。更优选的是，所述金属为铝合金或者镁合金，并且优选的是，所述纤维在复合体中的含量为10至70wt %，所述复合体的与所述金属接触的部分的厚度为25_以下，在所述复合体中预先存在通孔或者沟槽，所述金属具有肋形状或者凸台形状。
[0012]作为本发明的另一方面的金属嵌入树脂成形制品是由这些制造方法获得的制品。
[0013]有益效果
[0014]根据本发明，提供了一种无应变且结合部位无缺陷的金属嵌入树脂成形制品的制造方法。

【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1示出具有肋状金属部的金属嵌入树脂成形制品。
[0016]图2示出具有凸台状金属部的金属嵌入树脂成形制品。
[0017]图3示出预先存在通孔的复合体。
[0018]图4是具有凸台形金属部的金属嵌入树脂成形制品的剖视图。
[0019]图5示出在外构架上预先存在沟槽的复合体。
[0020]图6示出金属沿着沟槽存在的金属嵌入树脂成形制品。
[0021]附图标记说明
[0022]I纤维增强树脂(复合体)
[0023]2铝合金

【具体实施方式】
[0024]本发明的金属嵌入树脂成形制品的制造方法包括:将由无机纤维和热塑性树脂构成的复合体(纤维增强树脂)放置在用于成型的模具中，并将熔融状态的金属注射到模具中以将金属与复合体一体化。
[0025]在本发明中使用的由无机纤维和热塑性树脂构成的复合体通常称为纤维增强树脂复合体，通常能够通过，例如利用热塑性树脂浸溃增强纤维的基材而获得。
[0026]在复合体中使用的无机纤维是难以被热损坏的耐热纤维，并且是用于树脂增强的纤维。更具体地，无机纤维的实例包括碳纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维、硼纤维、玄武岩纤维和金属纤维。为了形成具有高强度和刚度的复合体，优选无机纤维为碳纤维。关于所使用的纤维的种类，可以使用一种纤维或者可以组合两种以上纤维使用。
[0027]本发明中使用的无机纤维具有增强纤维的作用，另外还具有在制造过程中散热的作用，从这点出发，优选的是无机纤维的导热率高于树脂的导热率。通常，在一维方向添加具有高导热率的纤维状材料，会使整个复合体的导热率增加。通过选择纤维的材料能够获得更高的导热率。具体地，优选的是，纤维为诸如碳纤维、硼纤维和金属纤维的高导热性纤维。数值上，在纤维的长度方向上的导热率优选为lW/m.K以上，更优选为5W/m.K以上，特别优选10W/m-K以上。上限没有特别的限制，但通常为约900W/m.Κ。从导热率的角度，纤维优选为碳纤维，并且能够使用普通的浙青系碳纤维和PAN系碳纤维。
[0028]优选的是，复合体中使用的纤维的平均直径为4至9 μ m的范围。为了增强树脂，优选具有高强度的纤维，优选纤维的抗张强度为3，500至7，OOOMPa,模量为220至900GPa。在该意义上，从能够获得高强度的成形制品的角度，纤维优选为碳纤维，纤维更优选为PAN系碳纤维。出于防止复合材料中产生翘曲的目的以及从获得具有良好尺寸精度的成形制品的角度，优选的是纤维的热膨胀系数小。
[0029]作为包括这些纤维的复合体(纤维增强树脂)中的纤维的形式，纤维可以以长纤维(连续纤维)或者短纤维(不连续纤维)的形式使用。从增强树脂的角度优选长纤维形状的纤维，从不产生导热性的各向异性等的角度优选短纤维形状的纤维。在纤维为短纤维的情况下，通常预先形成无纺布，或者能够使用由热塑性树脂和纤维构成的粒料来成型复合体。在纤维为长纤维的情况下，长纤维能够被用作一维片材或者以多种形式例如织物、针织物和织带使用。此外，纤维的这些形式能以一种使用或者两种以上组合使用。
[0030]在用作织物的情况下，织物纹理的实例包括，平纹织物、缎纹织、斜纹织和多轴织物。在纤维为平纹织物、缎纹织和斜纹织的情况下，通过使用200至SOOtex的纤维束作为经纱和纬纱、编织成编织密度在经向上为6至15纤维/25mm、在纬向上为6至15纤维/25mm而获得的织物是优选的。
[0031]特别是，通过以下获得的织物能够被用作多轴织物:将在一个方向上布置的一束常规纤维增强材料形成为片材形状，通过改变角度来堆叠这些片材(多轴织物的基材)，用缝合片材例如尼龙纱、涤纶纱或者玻璃纤维纱在堆叠体的厚度方向上穿透堆叠体，并且在堆叠体的前表面与后表面之间在表面方向上往复以将堆叠材料缝合。在多轴织物的情况下，通过使用400至2，OOOtex的纤维束、将各层之间的纤维重量编织成50至300g/m2而获得的多轴织物是优选的。
[0032]多轴织物的实例包括角度为[+45/-45]、[-45/+45]、[0/90]、[0/+45/-45]、[0/-45/+45]和[0/+45/90/-45]等的多轴织物。表述“O、+45和90”是指构成多轴织物的每层的堆叠角度，表明布置在一个方向上的增强纤维的纤维轴方向分别与织物的长度方向成0°、+45°和90°。堆叠角度不限于这些角度，能够为任意角度。
[0033]另一方面，在所使用的纤维为短纤维形状的情况下，优选的是长度为从2至10mm0在纤维以无纺织物的片状材料形式使用的情况下，优选的是该织物为由平均纤维长度为1mm至10mm的纤维构成的毡状材料。此外，优选的是，该织物具有纤维实质上二维随机定向的无序毡的形式。该排列利于成型，并更加有效地表现纤维的强度增强。例如，存在以下可能:在模具中利用热和压力对已被成形为板状的纤维-树脂复合体进行成型，同时将熔融状态的金属注塑成型，从而一次获得将金属嵌入成型的复杂树脂成形制品。本发明中使用的由无机纤维和热塑性树脂构成的纤维增强树脂的复合体，由上述的纤维和热塑性树脂组成。本发明中使用的热塑性树脂即使被热暂时熔融，通过冷却也回复到初始性能。结果，即使是在金属嵌入工序前后，也能够作为复合体维持高性能。例如，在具有熔点的情况下如结晶性树脂，优选的是树脂的熔点为150°C至300°C。更优选为220°C至300°C的高熔点树脂，特别优选为260°C以上。在本发明中即使是不具有熔点的树脂也能够使用，只要该树脂与嵌入的金属接触时保持形状就可以。例如，也优选使用不存在明显熔点的非结晶性树脂和液晶树脂。树脂单体(single body)的载荷下挠曲温度优选为30°C以上，更优选在60至350°C的范围中。此处使用的载荷下挠曲温度意思是，根据ISO 75通过在1.8MPa的载荷下测量厚度为4mm的样品所获得的温度。分解温度优选为300°C至500°C的范围。在本发明的制造方法中，由于复合体包含导热率高于树脂导热率的纤维，所以即使在，例如，使用了熔点相对低的聚酰胺树脂，也能够获得具有优异粘附性和更小应变的金属嵌入树脂成形制品。
[0034]更具体的热塑性树脂种类的实例包括:氯乙烯树脂，偏氯乙烯树脂，醋酸乙烯树月旨，聚乙烯醇树脂，聚苯乙烯树脂，丙烯腈-苯乙烯树脂(AS树脂)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS树脂)，丙烯酸树脂，甲基丙烯酸树脂，聚乙烯树脂，聚丙烯树脂，聚酰胺树脂，聚缩醛树脂，聚碳酸酯树脂(PC树脂)，聚对苯二甲酸乙二酯树脂，聚萘二甲酸乙二酯树脂，聚对苯二甲酸丁二酯树脂(PBT树脂)，聚萘二甲酸丁二酯树脂、聚丙烯酸酯树脂、聚苯醚树月旨、聚苯硫醚树脂(PPS树脂)、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚醚酰亚胺树脂(PEI树脂)、聚醚醚酮树脂和聚乳酸树脂(polyacetic resin)。最重要的是,优选使用聚碳酸酯树脂(PC树脂)、聚对苯二甲酸乙二酯树脂、聚萘二甲酸乙二酯树脂、聚对苯二酸丁二酯树脂(PBT树脂)、聚苯硫醚树脂(PPS树脂)和聚酰胺树脂等。这些热塑性树脂能够单独一种也能够为两种以上的混合物，还可以使用由两种以上构成的聚合物合金。
[0035]特别是，优选即使在成型过程中与处于高温的熔融状态的金属接触也难以恶化的耐热树脂，例如，能够优选使用聚苯硫醚树脂(PPS树脂)，聚醚酰亚胺树脂(PEI树脂)，聚醚醚酮树脂(PEEK树脂)，聚砜(PSF)树脂，聚醚砜树脂和聚酰胺酰亚胺树脂。
[0036]从获得的成形制品的物理性能和加工性能的角度，优选聚酰胺树脂。具体地，优选由PA6 (聚ε -己内酰胺，尼龙6树脂)组成的树脂，ΡΑ66 (聚己二酰己二胺)，ΡΑ69 (聚壬二酰己二胺)，ΡΑ610 (聚癸二酰己二胺)，ΡΑ611 (聚i^一烷二酰己二胺)，PA612 (聚十二烷二酰己二胺)，PAll (聚i^一酰胺)，PA12(聚十二酰胺)，PA6T(聚对苯二甲酰己二胺)，PA9T(聚对苯二甲酰壬二胺e)或聚酰胺MXD6(聚己二酰间苯二甲胺)。此外，从相同的角度，诸如聚碳酸酯树脂(PC树脂)和聚对苯二甲酸丁二酯树脂(PBT树脂)的树脂也是优选的。
[0037]本发明中使用的由无机纤维和热塑性树脂构成的复合体，可以包含其它成分。具体地，能够例举出通常在树脂成形制品中使用的添加剂，例如阻燃剂、UV抑制剂、光稳定剂、抗氧化剂、热稳定剂、颜料、脱模剂、软化剂、塑化剂和表面活性剂。特别是，在本发明中，由于在嵌入金属的工序中复合体被部分地加热到做为基质成分的热塑性树脂的熔点或玻璃化转变点的温度以上，所以热塑性树脂优选为预先包含抗氧化剂或热稳定剂的纤维增强热塑性树脂。
[0038]本发明中使用的由无机纤维和热塑性树脂构成的复合体，能够通过以下获得:例如，将热塑性树脂形成为膜状，通过加热熔融热塑性树脂，用熔融的树脂浸溃由长无机纤维或短无机纤维组成的基材，或者将粉状热塑性树脂与基材混合，随后加热并熔融。在热塑性树脂为粉状热塑性树脂的情况下，优选的是热塑性树脂的颗粒直径在50至2，000 μ m的范围内。用于将热塑性树脂固定到由无机纤维构成的基材的方法，优选为加热同时加压的方法，特别优选模压成型。
[0039]本发明的复合体中无机纤维的含量优选为在10至70?七％的范围内，更优选为20至60wt%的范围内。当增强纤维的基材的含量太小时，纤维导致的增强效果低，复合体的线性膨胀系数升高。结果，存在复合体中容易产生翘曲且无法获得良好的成形制品的倾向。此外，存在强度由于残余应力而降低的倾向。另外，复合体的导热率没有升高，在成型中无法有效地释放热量。因此存在难以获得能够承受实际使用的金属嵌入树脂成形制品的倾向。另一方面，当纤维的含量太大时，树脂的含量降低，存在纤维的基材难以被树脂浸溃、得不到良好的成形制品的倾向。
[0040]嵌入金属前的复合体的形状优选为板状，更优选薄板状。具体地，其厚度优选为25mm以下。该厚度更优选为I至10mm，特别优选为2至8mm。在以纤维增强的热塑性树脂复合体的厚度太大的情况下，存在金属嵌入处理过程中产生的热量保留在复合体中，因此性能恶化的倾向。另一方面，在厚度太小的情况下，存在由于金属嵌入处理过程中产生的热量而易于在成形制品中产生翘曲，得不到良好的成形制品的倾向。在金属嵌入处理的过程中与金属接触的纤维-树脂复合体的部分的厚度优选为25mm以下，更优选为I至10mm，特别优选为2至8mm。
[0041]出于预防在复合材料中产生翘曲的目的和获得具有良好尺寸精度的成形制品的角度，纤维增强树脂复合体的热膨胀系数优选为15X10_6/°C以下，更优选为在0.5X10_6至
15X 1-V0C的范围内，还更优选为在I X 10_6至10 X1-V0C的范围内。复合体的载荷下挠曲温度优选为在140至300°C的范围内，特别优选为150至280°C的范围内。此处使用的载荷下挠曲温度是指通过根据ISO 75在1.SMPa的载荷下测量厚度为4mm的样品所获得的温度。
[0042]本发明中使用的复合体由于包含无机纤维而易于散热。这使得能够如上所述保持低的复合体的热膨胀系数。具体地，整个纤维增强复合体的热膨胀系数优选为0.5ff/m-K以上，更优选为lW/m.K以上，特别优选2W/m*K以上。上限没有特别的限制，但通常上限为约900ff/m.K。
[0043]用于本发明的金属嵌入成形制品的制造方法为包括以下步骤的方法:将如上所述的由无机纤维和热塑性树脂构成的复合体放置在模具中，并将熔融状态的金属注射到模具中的复合体中以将金属与复合体一体化。
[0044]作为本发明中使用的金属，其熔点优选为800°C以下，更优选为在150°C至750°C的范围内。本发明特别有效的实施例是金属的熔点为450°C以上，并且特别是在550至650°C的范围内的情况。本发明通过使用将无机纤维用作增强纤维的、导热率高的复合材料，已经使得能够将未能被熔融并一体化的高熔点材料(铝等)熔融并一体化。
[0045]本发明中使用的金属的实例具体包括铝合金、锌合金、镁合金、铜合金、铅和锡合金。特别地，从机械性能和成型铸造性能的角度，特别优选铝合金和镁合金。
[0046]在通常单独成型待嵌入这些纤维-树脂复合体的金属的情况下，经常使用拉模铸造法或者触变成型法。拉模铸造法是一种高生产率的铸造方法，在铸造方法中，用特殊钢制备高精度模具，该模具配备有拉模铸造机，将熔点相对低的金属例如铝合金、锌合金或者镁合金熔融，在高压下将熔融状态下的金属注射进模具并迅速凝固，并且将得到的固体从模具中取出。触变成型法是将通过切割镁合金制备的镁条在成型机的缸中加热，将得到的熔融物不与大气接触而直接在模具中注塑成型的方法。
[0047]在这些拉模铸造方法和触变成型法中使用的模具，能够被转用做用于成型本发明的制造方法中使用的、由纤维和热塑性树脂构成的复合体的模具。使用拉模铸造机或者触变成型机熔融待嵌入的金属，将熔融状态下的金属注射进模具中的树脂复合体中以将金属与复合体一体化。即，在关注金属部件的情况下，本发明是将金属注射铸造入已经预先放置有纤维复合体的模具中，以将纤维增强树脂与金属一体化的方法。金属的注射速度优选为lm/sec以上，更优选为在2至10m/sec的范围内。在已预先放置纤维-树脂复合体的模具中的金属的填充时间为5秒以下，特别优选为在5至500毫秒的范围内。通过执行高速填充，能够有效地降低对纤维-树脂复合体的损坏。
[0048]对注射熔融状态下的金属时模具的温度没有特别地限制。然而在模具的温度高于树脂的熔融温度的情况下，从模具中取出纤维增强热塑性树脂的成形制品时，该成形制品易于变形。因此，模具的温度优选为树脂的熔融温度以下。另一方面，当模具的温度过低时，存在注射的金属的流动性迅速恶化并且得不到良好的成形制品的倾向。因此，模具的温度优选为在150°C至300°C的范围内，更优选低于构成成所使用的复合体的树脂的熔融温度。模具的温度特别优选为低于复合体的载荷下挠曲温度。此外，优选采用以下方法:注射金属时的模具温度和从模具取出成形制品时的模具温度是变化的，并降低温度以利于成形制品的取出。尤其是，在使用载荷下挠曲温度低(例如，载荷下挠曲温度为150°C以下)的复合体的情况下，优选方法为:模具的温度为树脂的载荷下挠曲温度以上，并且优选为150至200°C，以注射铸造低熔点金属；然后在模具温度降低到复合体的载荷下挠曲温度以下后取出成形制品，优选为低于载荷下挠曲温度的温度。
[0049]在本发明中，能够通过以下步骤获得如图1所示的金属嵌入树脂成形制品:将由无机纤维和热塑性树脂构成的复合体放置在模具中，通过转用(diverting)拉模铸造机或触变成型机而将熔融的金属注射入在其中具有树脂复合体的模具，并将纤维增强树脂的复合体与金属一体化。通常，为将树脂与金属一体化，例如，鉴于熔点不同，已知将预先成型的金属部件置于模具中然后将熔融的树脂浇铸至其中的方法。然而，在使用如本发明中的包含无机纤维的热塑性树脂的情况下，由于纤维-树脂复合体的流动性低而难以获得均匀的成形制品。此外，在常规方法中，当将金属部件预先置于模具中时，污点容易附着到金属的表面，并存在粘附性降低的倾向。在本发明中，由于使用熔融状态下的金属，在与复合体接触时金属表面是清洁的。此外，存在于复合体表面的增强纤维的锚定效应进一步提高了复合体与金属之间的粘附性。特别是，在使用具有耐热性和增强性二者的碳纤维作为纤维的情况下，提高粘附性的效果显著。
[0050]在本发明的方法中，优选在金属嵌入处理时在复合体中预先存在通孔或者沟槽。纤维增强树脂的复合体与金属能够更坚固地彼此连接。物理锚定效应由在放置于模具中的复合体的厚度方向贯穿的孔或者具有凸凹的沟槽产生，并增强了结合力。此外，优选的时纤维增强树脂复合体的通孔中存在不同层次。通过形成如图3所示的具有不同层次的形状，形成使金属进一步机械性地难以从复合体脱落的结构。在预先在复合体上设置沟槽的情况下，优选的是沟槽为越过整个外周的连续的沟槽。如图5所示的沟槽例示为优选的实例。用于设置在复合体的厚度方向上贯穿的孔或者沟槽方法能够采用将复合体预先施以加工以设置孔或沟槽的方法，以及在模具中利用热和压力、在金属注塑成型时形成孔或者沟槽的方法。
[0051]对金属嵌入树脂成形制品中金属部件的形状没有特殊的限制，但具有宽度的肋状和作为突起的凸台状是优选的。优选的是，凸台的形状为柱状或者规则的多边形突起。
[0052]优选的是，金属部件的一部分从复合体的表面暴露。特别优选的是，复合体为薄板状形式，并且金属部件在复合体的两个表面上都。在本发明的制造方法中，将高温金属注射入复合体中并成型。通过暴露金属部件，热量从金属部件直接传递到模具，缓和了金属与复合体(纤维增强树脂)之间的高温状态，增强了粘附力。特别地，优选的是，复合体中的嵌入部分存在凹部，并且例如，如图4中示出的，暴露的表面面积比内嵌体积相对大些。此外，优选金属部件暴露在复合体外的体积是嵌入的金属部件的体积的I倍以上，进一步优选为2倍以上。
[0053]本发明的制造方法在复合体中的金属嵌入部分小的情况下特别有效，并且是适合工业生产、具有高生产效率的制造方法。例如，在凸台状的金属部件中，优选的是，其直径为20mm以下，特别在I至1mm的范围内。在肋状金属部件中，优选的是，其宽度为1mm以下，特别是在0.5至5mm的范围内。优选的是，其长度为在20至200mm的范围内。像这样小的金属部件难以预先设置在模具中，也曾经难以作为金属嵌入树脂成形制品来制造。然而通过使用本发明的制造方法能够获得高性能的成形制品。
[0054]作为本发明的另一方面，金属嵌入部件是通过上述本发明的制造方法获得的制品。在由本发明的制造方法获得的金属嵌入树脂成形制品中，将金属与纤维增强复合体无应变地坚固结合，该金属嵌入树脂成形制品能够作为汽车、家用电器、工业设备等的部件在广泛的领域中使用。
[0055]在本发明的金属嵌入树脂成形制品中，金属部件与纤维增强复合材料被一体化，该金属嵌入树脂成形制品能被用作各种机器的部件，以及电气和电子部件。例如，将金属部件用作电气端子，金属端子在两个表面上都暴露，这些金属端子能被用作电气和电子部分对成形制品的内表面和外表面进行电连接。此外，虽然重复使用部分为耐磨和耐冲击的金属，但是将金属部件用在凸台和自攻螺丝等中、并且将纤维增强树脂用作主体的金属嵌入树脂成形制品仍然是轻量的成形制品，因此是特别优选的实施方式。
[0056]实施例
[0057]以下描述实施例，但应理解的是，本发明不限于这些实施例。载荷下挠曲温度为通过以下的测量方法获得的值。
[0058]〈载荷下挠曲温度〉
[0059]根据IS075,制备总长度为80mm、宽度为10mm、厚度4为mm的样品作为试样,在以下条件下进行测试:跨距64mm，升温速率:120°C /h±10°C，载荷:1.8MPa，将试样的变形体积达到0.34mm时的温度定义为“载荷下挠曲温度”。
[0060]实施例1
[0061]制备被切割至宽度为200mm、长度为200mm的碳纤维织物(由Toho Tenax C0.,Ltd.制造的“W-3101”，单位面积纤维重量:200g/m2，厚度:0.25mm,平织，使用的纤维:PAN系碳纤维，3，000单丝，200tex,强度:4，OOOMPa,直径7.0 μ m)作为构成复合体和增强树脂的纤维。
[0062]将作为热塑性树脂的聚苯硫醚树脂(线性PPS树脂，由Polyplastics C0.，Ltd.制造的“F0RTR0N W-202A”，熔点:280°C )通过热压薄膜化，以制备厚度为100 μ m，宽度为200mm且长度200_的PPS薄膜。
[0063]按照I张碳纤维织物和2张PPS薄膜次序在宽度为200mm、长度为200mm的平板模具中，设置为7张碳纤维织物和14张PPS薄膜。将模具的温度升高到320°C，模具在320°C、3MPa的表面压力下保持15分钟，然后将模具冷却到100°C。这样，获得以厚度为2mm的PPS树脂做为基质树脂的碳纤维增强热塑性树脂的复合体。碳纤维在复合体中的含量为50Wt%。复合体的热膨胀系数为1X10_6/°C，其导热率为4W/m*K，其载荷下挠曲温度为280。。。
[0064]将这样获得的由纤维和热塑性树脂构成的复合体切割成宽度为100mm、长度为10mm的平板形状,放置在具有肋形状的模具中(形成宽度为1.5mm,高度为5mm、长度为90mm的肋的模具)。模具的温度为180°C。使用拉模铸造机在650°C下以2m/sec的注射速度注射铝合金进行注射铸造，以获得将铝合金与由碳纤维和热塑性树脂构成的复合体一体化的金属嵌入树脂成形制品(图1)。获得的制品没有翘曲，并是金属紧密粘附到树脂的良好制品。
[0065]实施例2
[0066]除使用用于获得具有如图2所示的凸台状制品的模具(形成内径为2mm，外直径为4_、高度为5mm的凸台的模具)代替用于获得图1的制品的模具外，以和实施例1中同样的方式获得将铝合金与纤维-树脂复合体一体化的金属嵌入树脂成形制品(图2)。获得的制品没有翘曲，并是将金属紧密粘附到树脂的良好制品。
[0067]实施例3
[0068]使用在切割成宽度为100mm、长度为10mm的复合体的中心设置有具有一个直径为2_、另一个直径为4_的不同层次的通孔(图3)的板状片材，来代替实施例2的平片状复合体，除此以外以和实施例2中同样的方式获得将铝合金与纤维-树脂复合体一体化的金属嵌入树脂成形制品(图4)，获得的制品没有翘曲，并且与实施例2相较，是凸台部分更坚固地结合的制品。
[0069]实施例4
[0070]除了使用在距离被切割成宽度为100mm、长度为10mm的复合体边缘1mm的外周上设置有宽度为2mm且深度为0.3mm的沟槽的平板状片材(图5)，来代替实施例1的平片状复合体，并且使用用于获得具有图6所示的形状的制品的模具外，以和实施例1中同样的方式获得将铝合金与纤维和树脂组成的复合体的外周一体化的制品。获得的制品没有翘曲，并是部件坚固地结合的制品。
[0071]实施例5
[0072]将碳纤维(由Toho Tenax C0.，Ltd.制造的 “STS40-24K”，4，OOOMPa，平均纤维直径:7.0 μ m，纤维束宽度:10mm)开纤至纤维束宽度为20mm，用作构成复合体并增强树脂的纤维。将具有布置在其表面上的由硬质合金制成的螺旋刀的旋切机用作切割装置，刃间距为10mm，在纤维传送时利用旋切机将碳纤维切割为具有15mm的纤维长度。将通过焊接SUS304制成的具有不同直径的套管而获得的双管设置在旋切机正下方，在内管上形成小孔，用压缩机在内管与外管之间供应压缩空气。小孔处的风速为420m/sec。将锥形管焊接到其下部，从锥形管的侧表面供应作为基质树脂的热塑性树脂。
[0073]将通过冷冻粉碎聚苯硫醚树脂(线性PPS树脂，由Polyplastics C0., Ltd.制造的“F0RTR0N W-202A”，熔点:280°C )、并且进一步用20目和100目分选的颗粒用作热塑性树脂。PPS粉末的平均粒径为约700 μ m。
[0074]在锥形管的出口的下部设置在XY方向上可移动的台，从台下部用吹风机进行抽吸。将纤维的供应量设定为200g/min，基质树脂的供应量设定为300g/min，运行装置。由此，获得碳纤维与PPS树脂混合的单位面积纤维重量为240g/m2的无序毡。层叠4个获得的无序毡，用加热到320°C的加压装置在3MPa的压力下加热3分钟。由此，获得由碳纤维和热塑性树脂组成的、作为基质树脂的PPS树脂的厚度为2mm的复合体。碳纤维的含量为40Wt%。复合体的热膨胀系数为5X10_6/°C，其导热率为2W/m.k，其载荷下挠曲温度为
280。。。
[0075]除了使用以上获得的复合体外，以和实施例3中同样的方式获得将铝合金与纤维-树脂复合体一体化的金属嵌入树脂成形制品(图4)。获得的制品没有翘曲，并是凸台部分坚固地结合的制品。
[0076]实施例6
[0077]制备使用聚酰胺树脂(尼龙6树脂，由Ube Industries, Ltd.制造的“UBE NYLON1015B PELLET”，熔点220°C，载荷下挠曲温度:65°C )作为热塑性树脂来代替实施例1的聚苯硫醚树脂的厚度为100 μ m,宽度为200mm、长度为200mm的尼龙6薄膜。
[0078]准备与实施例1中同样的碳纤维织物(由Toho Tenax C0.，Ltd.制造的“W-3101”，厚度:0.25mm，平织，宽度:200mm，长度:200mm)作为用于增强树脂的纤维。
[0079]与实施例1相同，按照I张碳纤维织物2张PPS薄膜的次序在宽度为200mm、长度为200_的平板模具中设置成7张碳纤维织物和14张尼龙6薄膜。将模具的温度升高到2600C，模具在260°C、3MPa的表面压力下保持15分钟，然后将模具冷却到100°C。由此，获得以厚度为2mm的尼龙6树脂做为基质树脂的碳纤维增强热塑性树脂的复合体。碳纤维在复合体中的含量为50wt%。复合体的热膨胀系数为1X10_6/°C，其载荷下挠曲温度为220°C。
[0080]将由此获得的由纤维和热塑性树脂构成的复合体切割至宽度为100mm、长度为100_，使用凸台状模具(形成直径为3_且高度为5_的凸台的模具)来获得铝合金与纤维-树脂复合体一体化的金属嵌入树脂成形制品(图4)。获得的制品没有翘曲，并是凸台部分坚固地结合的制品。
[0081]实施例7
[0082]除了将PBT树脂(由Polyplastics C0.,Ltd.制造的“DURANEX500FP PELLET”，熔点:225°C )用作热塑性树脂代替实施例6的聚酰胺树脂(尼龙6树脂)之外，以与实施例6同样的方式获得将铝合金与纤维-树脂复合体一体化的金属嵌入树脂成形制品(图4)。获得的制品没有翘曲，并是凸台部分坚固地结合的制品。
[0083]实施例8
[0084]制备使用聚醚酰亚胺树脂(PEI树脂，由SABIC Innovative Plastics制造的"ULTEM 100PELLET”)作为热塑性树脂来代替实施例6中的聚酰胺树脂(尼龙6)的的厚度为100 μ m,宽度为200mm、长度为200mm的PEI薄膜。
[0085]准备与实施例6中相同的碳纤维织物(由Toho Tenax C0.,Ltd.制造的“w-3101”，厚度:0.25mm，平织，宽度:200mm，长度:200mm)作为用于增强树脂的纤维。
[0086]与实施例6相同，按照I张碳纤维织物2张PPS薄膜的次序在宽度为200mm、长度为200mm的平板模具中，设置成7张碳纤维织物和14张PEI薄膜。将模具的温度升高到340°C，模具在340°C、3MPa的表面压力下保持15分钟，然后将模具冷却至150°C。由此，获得以厚度2mm的PEI树脂做为基质树脂的碳纤维增强热塑性树脂的复合体。碳纤维在复合体中的含量为50wt%。复合体的热膨胀系数为1X10_6/°C，其载荷下挠曲温度为210°C。
[0087]将由此获得的由纤维和热塑性树脂构成的复合体切割至宽度为100mm、长度为100mm，使用凸台状模具(形成直径为3mm、高度为5mm的凸台的模具)获得将铝合金与纤维-树脂复合体一体化的金属嵌入树脂成形制品(图4)。获得的制品没有翘曲，并是凸台部分坚固地结合的制品。
[0088]实施例9
[0089]制备使用聚碳酸酯树脂(PC树脂，由Teijin Chemicals Ltd.制造的“PANLITE1250L PELLET”)作为热塑性树脂来代替实施例6中的聚酰胺树脂(尼龙6)的厚度为100 μ m、宽度为200mm、长度为200mm的聚碳酸酯薄膜。
[0090]准备与实施例6中相同的碳纤维织物(由Toho Tenax C0.,Ltd.制造的“W-3101”，厚度:0.25mm，平织，宽度:200mm，长度:200mm)作为用于增强树脂的纤维。
[0091]与实施例6相同，按照I张碳纤维织物2张聚碳酸酯薄膜的次序在宽度为200mm、长度为200_的平板模具中，设置7张碳纤维织物和14张聚碳酸酯薄膜。将模具的温度升高到280°C，模具在280°C、3MPa的表面压力下保持15分钟，然后将模具冷却到100°C。采用，获得以厚度为2mm的聚碳酸酯树脂做为基质树脂的碳纤维增强热塑性树脂的复合体。碳纤维在复合体中的含量为50wt %。复合体的热膨胀系数为1X10_6/°C，其载荷下挠曲温度为150。。。
[0092]将由此获得的由纤维和热塑性树脂构成的复合体切割至宽度为100mm、长度为100mm，使用凸台状模具(形成直径为3mm、高度为5mm的凸台的模具)，将模具的温度升高到180°C，使用拉模铸造机在650°C下注射铸造铝合金，然后将模具的温度冷却至130°C。由此，获得铝合金与纤维-树脂复合体一体化的金属嵌入树脂成形制品(图4)。获得的制品没有翘曲，并是凸台部分坚固地结合的制品。
[0093]实施例10
[0094]准备玻璃纤维织物(由Nitto Boseki C0.，Ltd.制造的“WF230N100”，单位面积纤维重量:200g/m2，厚度:0.22mm)用作构成复合体和增强树脂的纤维，来代替实施例8中的碳纤维织物。
[0095]准备使用实施例8中所使用的聚醚酰亚胺树脂(PEI树脂，由SABIC InnovativePlastics制造的“ULTEM 100PELLET”)作为热塑性树脂的厚度为100 μ m、宽度为200mm、长度为200mm的PEI薄膜。
[0096]与实施例8相同，按照I张玻璃纤维织物2张PEI薄膜的次序在宽度200mm、长度200mm的平板模具中，设置9张玻璃纤维织物和18张PEI薄膜。将模具的温度升高到340°C，模具在340°C、3MPa的表面压力下保持15分钟，然后将模具冷却至150°C。由此，获得以厚度为2mm的PEI树脂做为基质树脂的玻璃纤维增强热塑性树脂的复合体。玻璃纤维在复合体中的含量为40wt%。
[0097]将由此获得的由纤维和热塑性树脂构成的复合体切割至宽度为100mm、长度为100mm，使用凸台状模具(形成直径为3mm、高度为5mm的凸台的模具)获得将铝合金与纤维-树脂复合体一体化的金属嵌入树脂成形制品(图4)。获得的制品观察到轻微的翘曲，但仍是足以经受实际使用的水平的制品。
[0098]比较例I
[0099]除了不使用增强树脂的纤维外，以和实施例6中同样的方式制备由尼龙6树脂(热膨胀系数为80X 10_6/°C，导热率为0.2ff/m.k，载荷下挠曲温度为65°C )构成的片材；除了用该片材代替复合体外，以和实施例6中同样的方式获得将铝合金与树脂片材一体化的无纤维的金属嵌入树脂成形制品。获得的制品包括许多翘曲和金属与树脂之间的细小的空隙，并是不能经受实际使用的制品。
【权利要求】
1.一种金属嵌入树脂成形制品的制造方法，包括: 将由无机纤维和热塑性树脂构成的复合体放置在用于成型的模具中:以及 将熔融状态下的金属注射到所述模具中以将所述金属与所述复合体一体化。
2.根据权利要求1所述的金属嵌入树脂成形制品的制造方法， 其中，所述无机纤维为碳纤维。
3.根据权利要求1或2所述的金属嵌入树脂成形制品的制造方法， 其中，所述金属为铝合金或者镁合金。
4.根据权利要求1至3任一项所述的金属嵌入树脂成形制品的制造方法， 其中，所述复合体中所述无机纤维的含量为10至70wt%。
5.根据权利要求1至4任一项所述的金属嵌入树脂成形制品的制造方法， 其中，所述复合体的与所述金属接触的部分的厚度为25_以下。
6.据权利要求1至5任一项所述的金属嵌入树脂成形制品的制造方法， 其中，所述复合体中预先存在通孔、非通孔或者沟槽。
7.根据权利要求1至6任一项所述的金属嵌入树脂成形制品的制造方法， 其中，所述金属嵌入树脂成形制品中的金属部件为肋状或者凸台状。
8.一种金属嵌入树脂成形制品，该金属嵌入树脂成形制品通过根据权利要求1至7任一项所述的制造方法而获得。
【文档编号】B22D19/14GK104334300SQ201380026912
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年5月17日 优先权日:2012年5月21日
【发明者】金子彻, 冈本日吉 申请人:帝人株式会社