金属-纤维强化树脂材料复合体制造技术

本发明专利技术的课题是提供一种金属‑纤维强化树脂材料复合体，其使金属构件与纤维强化树脂材料牢固地接合，实现强度的提高，同时轻量并且加工性优异，进而能够使纤维强化树脂材料的使用量少。解决手段是具备金属构件、以及具有基体树脂和强化纤维材料的第1纤维强化树脂材料，在金属构件与第1纤维强化树脂材料经由粘接树脂层而被复合化了的金属‑纤维强化树脂材料复合体中，使粘接树脂层为包含苯氧基树脂(A)50质量份以上的粘接树脂组合物的固化物或硬化物，与上述金属构件单独的最大荷重和上述纤维强化树脂材料单独的最大荷重的合计荷重相比，上述金属‑纤维强化树脂材料复合体的最大荷重大(即，相对于拉伸荷重显示超过混合定律(law of mixture)的超混合定律)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属-纤维强化树脂材料复合体
本专利技术涉及将金属构件与纤维强化树脂材料进行叠层而被一体化了的金属-纤维强化树脂材料复合体。
技术介绍
使基体树脂中包含强化纤维(例如，玻璃纤维、碳纤维等)而进行了复合化的纤维强化塑料(FRP：FiberReinforcedPlastics)轻量且抗拉强度、加工性等优异。因此，从民生领域到产业用途广泛利用。在汽车产业中，也满足与燃耗、其它性能的提高有关的车体轻量化的需求，因此着眼于FRP的轻量性、抗拉强度、加工性等，研究了FRP对汽车构件的应用。在使用FRP本身作为汽车构件的情况下，例如具有以下那样的各种问题。第1，在涂装、弯曲加工等时，不能将设置在钢材等金属构件用的涂装管线、弯曲加工的模具等现有设备对FRP直接使用。第2，由于FRP压缩强度低，因此难以直接用于要求高压缩强度的汽车构件。第3，FRP的基体树脂一般为环氧树脂等热硬化性树脂，因此具有脆性，如果变形则有脆性破坏的可能性。第4，由于FRP(特别是，强化纤维使用了碳纤维的碳纤维强化塑料(CFRP：CarbonFiberReinforcedPlastics))价格高，因此成为汽车构件的成本升高的因素。第5，如上所述，由于使用热硬化性树脂作为基体树脂，因此硬化时间花费长，节拍时间(takttime)长，不适于要求短的节拍时间的汽车构件的制造。第6，由于使用热硬化性树脂作为基体树脂的FRP不会塑性变形，因此如果一旦硬化则不能进行弯曲加工。为了解决这些问题，最近，研究了将金属构件与FRP叠层进行了一体化(复合化)的金属构件-FRP复合材料。关于上述第1问题，金属构件-FRP复合材料中，可以使钢材等金属构件位于复合材料的表面，因此可以直接使用设置在钢材等金属材料用的涂装管线、模具等。关于上述第2问题，通过使压缩强度高的金属构件与FRP复合化，从而也可以提高复合材料的压缩强度。关于上述第3问题，通过与具有延性的钢材等金属构件复合化，从而脆性降低，可以将复合材料变形。关于上述第4问题，通过将低价格的金属构件与FRP复合化，可以减少FRP的使用量，因此可以降低汽车构件的成本。为了将金属构件与FRP复合化，需要将金属构件与FRP接合或粘接，作为接合方法，一般而言，已知使用环氧树脂系的热硬化性粘接剂的方法。此外，为了解决将上述FRP使用于汽车构件时的问题，近年来，作为FRP的基体树脂，研究了代替环氧树脂等热硬化性树脂而使用热塑性树脂。关于上述第3问题，由于使用热塑性树脂作为基体树脂，因此能够使FRP塑性变形，可以降低脆性。关于上述第5问题，通过使用热塑性树脂作为基体树脂，从而容易固化和软化，因此可以缩短节拍时间。关于上述第6问题，如上述那样，能够使FRP塑性变形，因此弯曲加工也变得容易。如以上那样，通过将使用了热塑性树脂作为基体树脂的FRP与金属构件复合化，可以解决使用上述FRP作为汽车构件的情况下的问题。这里，关于FRP等纤维强化树脂材料与金属构件的接合或粘接手段，主要盛行从使与金属构件接合或粘接手段的接合力牢固的观点考虑的技术开发。例如，在专利文献1和专利文献2中，提出了对金属构件的粘接面进行表面粗化处理而以硬质将高结晶性的热塑性树脂进行注射成型，或对金属构件设置环氧树脂的粘接层从而使金属构件与CFRP的粘接强度提高的技术。在专利文献3中提出了使环氧系等的粘接树脂含浸于碳纤维基材的与金属构件的贴合面，使热塑性树脂含浸于另一面而制成预浸料的强化纤维基材与金属的复合体。在专利文献4中，提出了使用了利用聚氨酯树脂基体的CFRP成型材料的与钢板的夹层结构体的制造方法。本文献的材料利用热塑性聚氨酯树脂的良成型性，并且通过后熟化(aftercure)与聚氨酯树脂发生交联反应来制成热硬化性树脂，从而实现高强度化。在专利文献5中提出了将苯氧基树脂或在苯氧基树脂中配合了结晶性环氧树脂和作为交联剂的酸酐的树脂组合物的粉体，通过粉体涂装法涂覆于强化纤维基材而制作预浸料，将其利用热压进行成型硬化而制成CFRP。在专利文献6中提出了将由金属和进行了纤维强化的热塑性材料等所形成的平板状的载体材料、和热塑性材料所形成的支持材料构成的复合材料进行加热，在支持材料形成凸缘结构，并且将载体材料成型为三维部件的车体用结构部件的制造方法。在专利文献7中提出了在叠层状态下被加热和加压而使用的纤维强化树脂中间材，强化纤维基材具有在外表面开口了的空隙，粉体形态的树脂处于半含浸状态。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2009/116484号专利文献2：日本特开2011-240620号公报专利文献3：日本特开2016-3257号公报专利文献4：日本特开2015-212085号公报专利文献5：国际公开第2016/152856号专利文献6：日本特表2015-536850号公报专利文献7：日本专利第5999721号公报非专利文献非专利文献1：田中丈之，色材協会誌，63卷，10号，622-632页，1990年
技术实现思路
专利技术所要解决的课题可是，在将金属构件与FRP等纤维强化树脂材料复合化了的复合材料的设计中，在要设计高强度的材料的情况下，一般需要使金属构件的厚度厚，或增加强度高的纤维强化树脂材料的使用量而使包含纤维强化树脂材料的层的厚度厚。此外，为了将具有厚度的金属构件与包含纤维强化树脂材料的层接合，有时也需要使粘接层厚。然而，如果使金属构件的厚度厚则有时重量增加，不会使轻量化的需求满足。此外，如果使包含纤维强化树脂材料的层厚，则加工性降低，或由于纤维强化树脂材料的使用量的增加而成本上升。这样，在将金属构件与FRP等纤维强化树脂材料复合化了的复合材料中，高强度化与轻量化处于此消彼长的关系(trade-off)，进一步要求技术革新。因此，本专利技术是鉴于上述问题而提出的，其目的是提供使金属构件与纤维强化树脂材料牢固地接合，实现强度的提高，同时轻量并且加工性优异，进而能够使纤维强化树脂材料的使用量少的金属-纤维强化树脂材料复合体。用于解决课题的方法本专利技术人等进行了深入研究，结果发现，通过将金属构件与纤维强化树脂材料通过包含规定量的苯氧基树脂(A)的粘接树脂组合物的硬化物进行接合而进行一体化(复合化)，可以解决上述课题，完成了本专利技术。即，根据本专利技术的某观点，提供一种金属-纤维强化树脂材料复合体，其具备：金属构件；以及第1纤维强化树脂材料，上述第1纤维强化树脂材料具有基体树脂、和在该基体树脂中含有的强化纤维材料，上述金属构件与上述第1纤维强化树脂材料经由粘接树脂层而被复合化了，上述粘接树脂层包含粘接树脂组合物的硬化物，上述粘接树脂组合物相对于树脂成分100质量份包含苯氧基树脂(A)50质量份以上，上述金属-纤维强化树脂材料复合体的最大荷重显示超过混合定律(lawofmixture)的超混合定律。如上述那样，通过使粘接树脂组合物含有苯氧基树脂，可以使金属构件与第1纤维强化树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属-纤维强化树脂材料复合体，其具备：/n金属构件；以及/n第1纤维强化树脂材料，所述第1纤维强化树脂材料具有基体树脂、和在该基体树脂中含有的强化纤维材料，/n所述金属构件与所述第1纤维强化树脂材料经由粘接树脂层而被复合化了，/n所述粘接树脂层包含粘接树脂组合物的固化物或硬化物，所述粘接树脂组合物相对于树脂成分100质量份包含苯氧基树脂(A)50质量份以上，/n所述金属-纤维强化树脂材料复合体的最大荷重显示超混合定律。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171228 JP 2017-2546941.一种金属-纤维强化树脂材料复合体，其具备：
金属构件；以及
第1纤维强化树脂材料，所述第1纤维强化树脂材料具有基体树脂、和在该基体树脂中含有的强化纤维材料，
所述金属构件与所述第1纤维强化树脂材料经由粘接树脂层而被复合化了，
所述粘接树脂层包含粘接树脂组合物的固化物或硬化物，所述粘接树脂组合物相对于树脂成分100质量份包含苯氧基树脂(A)50质量份以上，
所述金属-纤维强化树脂材料复合体的最大荷重显示超混合定律。


2.根据权利要求1所述的金属-纤维强化树脂材料复合体，所述超混合定律是下式(2-2)成立，
C＞A2+B(2-2)
在式(2-2)中，荷重A2表示所述金属-纤维强化树脂材料复合体断裂时的所述金属构件单独的拉伸荷重，荷重B表示所述第1纤维强化树脂材料单独的最大荷重，荷重C为所述金属-纤维强化树脂材料复合体的最大荷重。


3.根据权利要求2所述的金属-纤维强化树脂材料复合体，作为所述荷重C相对于所述荷重A2与所述荷重B的合计荷重之比的超混合定律程度为1.01以上。


4.根据权利要求3所述的金属-纤维强化树脂材料复合体，所述超混合定律程度为1.05以上。

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【专利技术属性】
技术研发人员：茨木雅晴，祢宜教之，臼井雅史，中井雅子，
申请(专利权)人：日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP