CN113924208A - 金属-纤维增强树脂材料复合体及其制造方法、金属-纤维增强树脂复合单元和汽车零件 - Google Patents

金属-纤维增强树脂材料复合体及其制造方法、金属-纤维增强树脂复合单元和汽车零件 Download PDF

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Abstract

在金属‑纤维增强树脂材料(FRP)复合体中，通过将FRP与金属部件之间粘合，产生由金属部件与FRP的热膨胀系数的失配引起的内部应力(热应力)，不仅会发生粘合层剥离而得不到FRP的力学特性，还会发生外观不良(表面应变)。因此，本发明的课题是确保作为复合体的力学特性，并且缓和内部应力，抑制表面应变的发生。本发明涉及的金属‑纤维增强树脂材料(FRP)复合体，利用两个金属部件夹持FRP，并使至少一个金属部件与FRP未接合(粘合)，由此解决上述课题。另外，在另一方法的金属部件与FRP之间，可以配置中间部件，利用两个金属部件隔着中间材料夹持FRP。

Description

金属-纤维增强树脂材料复合体及其制造方法、金属-纤维增 强树脂复合单元和汽车零件
技术领域
本发明涉及金属-纤维增强树脂材料复合体、金属-纤维增强树脂复合单元、金属-纤维增强树脂材料复合体的制造方法、以及汽车零件。
背景技术
将热塑性树脂等作为基体树脂并利用碳纤维等纤维材料进行强化而成的纤维增强树脂材料(FRP：Fiber Reinforced Plastics)，由于重量轻且拉伸强度等力学特性优异，因此从民用领域到工业用途被广泛利用。另一方面，FRP由于加工性受到限制和价格等经济原因，并没有代替以往的金属材料。特别是汽车需求高强度化、轻量化，但另一方面，复杂形状的部件多，要求其加工性、经济性，FRP对汽车零件的应用存在限制。因此，研究了将以往的金属部件与所谓的FRP组合复合而成的金属-纤维增强树脂材料复合体(金属-FRP复合体)的应用。
作为将金属部件与FRP复合化的方法，已知在金属部件与FRP之间设置粘合树脂层(例如专利文献1～4)。另外，作为其他方法，已知将金属部件与FRP用螺栓或铆钉进行机械紧固的方法。
在先技术文献
专利文献1：国际公开第2018/124215号
专利文献2：日本特开2019-119212号公报
专利文献3：日本特开2019-119213号公报
专利文献4：日本特开2013-159019号公报
发明内容
发明要解决的课题
在将金属部件与FRP复合化的情况下，由于金属部件与FRP的热膨胀差而产生的内部应力(热应力)成为问题。即、在钢材等金属部件、和以热塑性树脂等树脂为主成分的FRP中，线膨胀系数大不相同。因此，通过粘合、机械紧固而将金属部件与FRP牢固接合而成的金属-FRP复合体(以下，在本说明书中有时简称为“复合体”)在温度上升的情况下，会产生由两种部件之间的热膨胀系数的失配导致的内部应力。如果产生内部应力，则复合体会发生大的热应变。在通过粘合而接合的复合体的情况下，由于该热应变的发生，粘合层有可能会破坏而使FRP从金属部件剥离。在通过机械紧固进行复合化的情况下，FRP会产生大的拉伸应力，有可能导致FRP断裂。这样，不仅作为金属-FRP复合体无法确保如设计那样的特性，而且会在金属部件的表面产生凹凸、褶皱等外观不良(表面应变)，成为问题。该问题在材料的两端局部地将金属部件与FRP接合的情况下也是同样的。
另一方面，在仅由金属部件或仅由FRP制成部件的情况下，虽然在该部件中不会产生由温度变化引起的内部应力，但从兼顾轻量化和高强度化、加工性的观点出发，比金属-FRP复合体差。另外，由于碳纤维非常贵，因此在仅由使用了碳纤维的FRP(CFRP：CarbonFiber Reinforced Plastics)制造零件的情况下，该零件也会非常贵，从而例如不在一般量产汽车的成本范围内，因此是不现实的。通过由使用了比CFRP便宜的金属的金属-FRP复合体来制造零件，能够对此有所改善。
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其课题在于，在金属-纤维增强树脂材料复合体(金属-FRP复合体)中，确保作为复合体的力学特性，并且缓和内部应力(热应力)，抑制复合体的外观不良(表面应变)的产生。本发明的目的是提供这样的金属-纤维增强树脂材料复合体、金属-纤维增强树脂复合单元、金属-纤维增强树脂材料复合体的制造方法、以及具有这样的复合体的汽车零件。
用于解决课题的手段
本发明人认为，在金属-纤维增强树脂材料复合体(金属-FRP复合体)中，为了抑制金属部件与FRP之间的内部应力(热应力)，在金属部件与FRP相互不约束的状态下进行复合化是有效的。因此，想到了不通过粘合或机械紧固等将FRP接合于金属部件，而是仅进行按压而成为伪复合状态。即、发现通过不将FRP牢固地接合于金属部件，而是仅进行按压而成为伪复合状态，由此对于外部应力可发挥与以往的金属-FRP复合体同样的功能，并且即使由于温度上升而产生了热膨胀时，也不会在金属-FRP界面处相互约束，因此成为内部应力(热应力)被缓和的状态。其结果发现能够抑制复合体的外观不良(表面应变)的产生，从而完成了本发明。
本发明是基于上述见解而完成的，其主旨如下。
[1]一种金属-纤维增强树脂复合体，具有第1金属部件、第2金属部件、以及夹在所述第1金属部件与所述第2金属部件之间的纤维增强树脂材料，
所述纤维增强树脂材料配置在所述第1金属部件与所述第2金属部件重叠的部分的至少一部分上，
所述第1金属部件和第2金属部件中的至少一者与所述纤维增强树脂材料之间未接合。
[2]根据[1]记载的金属-纤维增强树脂复合体，所述纤维增强树脂材料与所述未接合的第1金属部件或第2金属部件之间的剪切剥离强度为1N/mm2以下，且180°剥离粘合力为5N/10mm以下。
[3]根据[1]或[2]记载的金属-纤维增强树脂复合体，在所述第1金属部件和所述第2金属部件中的至少一者与所述纤维增强树脂材料之间具备中间部件，所述纤维增强树脂材料隔着所述中间部件而夹在所述第1金属部件与第2金属部件之间。
[4]根据[3]记载的金属-纤维增强树脂复合体，所述中间部件由选自金属材料、橡胶材料、发泡材料和板簧中的一种或两种以上制成。
[5]根据[1]～[4]中任一项记载的金属-纤维增强树脂复合体，所述第1金属部件和所述第2金属部件为钢材。
[6]根据[1]～[5]中任一项记载的金属-纤维增强树脂复合体，所述第1金属部件与所述第2金属部件在未配置所述纤维增强树脂材料的部分接合。
[7]根据[6]记载的金属-纤维增强树脂复合体，所述第1金属部件与所述第2金属部件的接合是机械紧固或焊接或这些的组合。
[8]一种汽车零件，具有上述[1]～[7]中任一项记载的金属-纤维增强树脂复合体。
[9]根据[8]记载的汽车零件，所述第1金属部件和所述第2金属部件中的至少一者是汽车的内部件或增强件。
在此，内部件是指位于汽车内部的部件，增强件是指补强部件。都是不面向汽车外表面的部件。
[10]一种金属-纤维增强树脂复合单元，用于上述[1]～[7]中任一项记载的金属-纤维增强树脂复合体，
所述金属-纤维增强树脂复合单元具有第1金属部件、和在所述第1金属部件的至少一侧配置的纤维增强树脂材料。
[11]根据[10]记载的金属-纤维增强树脂复合单元，在所述第1金属部件与所述纤维增强树脂材料之间，具有选自发泡材料、金属材料、橡胶材料和板簧中的至少一种中间部件，
所述中间部件配置在所述第1金属部件的表面内的至少一部分。
[12]根据[10]或[11]记载的金属-纤维增强树脂复合单元，所述第1金属部件是汽车零件中的内部件或增强件。
[13]根据[10]～[12]中任一项记载的金属-纤维增强树脂复合单元，所述第1金属部件是钢材。
[14]一种金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，是制造[1]～[7]中任一项记载的金属-纤维增强树脂复合体的方法，包括：
在第1金属部件的表面上配置纤维增强树脂材料，形成金属-纤维增强树脂复合单元的复合单元形成工序；和
将所述金属-纤维增强树脂复合单元的所述纤维增强树脂材料以配置在第2金属部件的表面内的方式进行按压，形成金属-纤维增强树脂复合体的复合化工序，所述第1金属部件和第2金属部件中的至少一者与所述纤维增强树脂材料之间不接合。
[15]根据[14]记载的金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，所述复合单元形成工序中，在所述第1金属部件的表面上配置由选自发泡材料、金属材料、橡胶材料和板簧中的至少一种制成的中间部件，并在其上配置所述纤维增强树脂材料。
[16]根据[14]或[15]记载的金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，所述复合化工序包括在所述第2金属部件与所述金属-纤维增强树脂复合单元之间配置由选自发泡材料、金属材料、橡胶材料和板簧中的至少一种制成的中间部件后，将所述金属-纤维增强树脂复合单元对所述第2金属进行按压。
[17]根据[14]～[16]中任一项记载的金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，所述中间部件是发泡材料。
[18]根据[14]～[17]中任一项记载的金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，所述第1金属部件和所述第2金属部件是钢材。
[19]根据[14]～[18]中任一项记载的金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，所述复合化工序包括将所述第1金属部件与所述第2金属部件通过选自机械紧固、粘合、焊接以及这些的组合中的方法进行接合。
[20]根据[19]记载的金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，所述复合化工序包括在将所述金属-纤维增强树脂复合单元对所述第2金属进行按压后，将所述第1金属部件与所述第2金属部件进行接合。
发明的效果
根据本发明，对于外部应力，能够得到与FRP和金属部件粘合或机械紧固而成的复合体同等程度的力学特性(强度、刚性等)，并且能够抑制由金属部件与纤维增强树脂材料的线膨胀系数的差异引起的内部应力的产生。另外，根据本发明，由于不需要在金属部件与纤维增强树脂材料之间设置粘合树脂层，因此能够抑制工序成本(例如与涂布、加热固化、养护工序等相关的成本)的增加，进而能够应用于现有的生产线，特别是汽车零件的生产线。
附图说明
图1是表示本发明涉及的例示的复合体(无中间部件)的截面的概要图。图1(a)是应用于帽型截面的部件的例子的概要图，图1(b)是应用于平板状的部件的例子的概要图。
图2是表示本发明涉及的例示的复合体(中间部件：发泡材料)的截面的概要图。
图3是表示本发明涉及的例示的复合体(中间部件：金属材料)的截面的概要图。
图4是表示本发明涉及的例示的复合体(中间部件：板簧材料)的截面的概要图。
图5是本发明中的剪切剥离强度的测定的概要图。
图6是本发明中的180°剥离粘合力的测定的概要图。
图7是实施例中使用的试料和3点弯曲试验的概要图。
图8是表示实施例中的代表例的行程-弯曲载荷的关系的图。
图9示出了本发明涉及的不同例示的复合体的截面的概要图。图9(a)是表示不具备中间部件的情况下的截面的概要图，图9(b)是表示具备发泡材料的中间部件的情况下的截面的概要图，图9(c)是表示具备金属材料的中间部件的情况下的截面的概要图。
图10是表示以往的金属-FRP复合体的一个例子的截面的概要图。
具体实施方式
[以往的金属-FRP复合体]
以往的金属-FRP复合体在金属部件与FRP之间设置由树脂形成的粘合层，将两个部件复合化。图10表示以往的金属-FRP复合体的一个例子。FRP103经由粘合层106配置于2个金属部件101、102之间。FRP103通过粘合层106而牢固地与金属部件101、102粘接。为了改善该粘合层106的粘合强度、赋予功能等，进行了各种开发。另外，虽然未图示，但也有通过螺栓或铆钉等将金属部件101、102和FRP103机械紧固的方法。这些复合化的方法根据复合体的用途或所要求的功能等而适当选择。
但是，例如在汽车零件(例如支柱或侧梁等骨架部件，或者车顶、引擎盖或车门等外板部件)中使用以往的复合体的情况下，如果该复合体的温度上升，则会产生由金属部件和FRP的线膨胀系数的失配导致的内部应力(热应力)。由于内部应力的产生，粘合层或FRP自身产生较大的力，有时粘合层破坏使得FRP从金属部件剥离，或者在FRP产生细的断裂或裂纹。这样的情况下，不仅得不到作为复合体的力学特性(例如强度降低、刚性降低)，而且在复合体的外观上容易产生凹凸、褶皱(将这些统称为表面应变)。另外，如果得不到复合体的力学特性，则无法增强钢材，容易由于小径的固体物(例如小石子)的碰撞而在复合体的表面产生凹部(耐凹陷性降低)。特别是汽车零件还要求优异的外观性，因此无法忽视这样的外观上的问题。由该内部应力的产生导致的复合体所具有的问题，在粘接和机械紧固的任一情况下，都是由于金属部件和FRP在水平方向(与层叠方向垂直的方向，即金属部件与FRP的界面的面内方向)上被牢固约束而引起的。
另外，在用于形成复合体的粘合层中，通常为了维持作为复合体的形态而需要强力且耐久性高的粘接剂，因此成为成本增加的原因。根据情况，甚至有可能并不存在担保充分的密合性的粘接剂。另外，粘接剂通常需要涂布工序、加热固化工序和/或养护工序等，因此担心工序上的时间和成本增大。另外，粘接剂的导入有时难以应用于现有的生产线(例如汽车零件的生产线)。
[本发明涉及的金属-FRP复合体]
本发明涉及的金属-FRP复合体，通过不将FRP与2个金属部件(第1金属部件和第2金属部件)中的至少一方接合，而是在2个金属部件之间夹持FRP而构成。由此，能够消除未接合FRP的金属部件与FRP的界面面内方向的约束，因此能够缓和在金属与FRP之间产生的内部应力，另一方面，相对于外部应力能够发挥作为复合体的功能。
FRP被配置在2个金属部件重叠的部分的至少一部分。2个金属部件重叠的部分是指从一方的金属部件表面的垂直上方观察时，2个金属部件重叠而投影的部分(以下有时称为“重叠的部分”)。FRP也可以配置成与该重叠的部分的全部重叠。但是，如后面说明的那样，在将2个金属部件彼此接合的情况下，优选在未配置FRP的部位进行接合。因此，2个金属部件重叠的部分优选存在未配置FRP的部分。
本发明涉及的金属-FRP复合体的特征在于，FRP与金属部件之间不进行接合(粘接、焊接、机械紧固等统称为接合)。也就是说，在FRP与金属部件的界面不存在粘合层等。FRP被夹在2个金属部件之间，由此被按压于金属部件，与金属部件接触。此时，在FRP与金属部件之间，按压力作用于与界面垂直的方向上。由此，FRP虽然不会受到金属部件约束，但能够确保近似的复合状态。
通过形成这样的结构，即使在温度上升的情况下，由于金属部件与FRP在水平方向(与层叠方向垂直的方向，金属部件与FRP的界面的面内方向)上相互自由地移动，因此内部应力得到缓和。另一方面，在该复合体中，通过FRP被按压于金属部件，能够近似地得到金属-FRP的复合化状态，因此金属部件被FRP增强、补强，能够具有与以往的复合体同等程度的力学特性。
虽然详细情况尚不明确，但通过将FRP按压于金属部件，FRP与金属部件之间的密接面的摩擦力发挥作用。因此，对于外部应力，认为两个金属部件与FRP成为一体而受力。另一方面，对于内部应力(热应力)，认为由于金属部件与FRP之间在水平方向上相互自由移动，因此当超过摩擦限度时会在界面滑动，使内部应力得到缓和。
在不将一方的金属部件与FRP接合的情况下，可以不将想要增强、补强(以下统称为增强)的金属部件与FRP接合。由于想要增强的金属部件与FRP之间的约束消失，因此金属-FRP复合体的内部应力得到缓和，并且对于外部应力能够期待作为复合体的效果。关于使哪个金属部件与FRP非接合接触，可以考虑每个金属部件的热、力的条件而适当选择。特别是，由于不与FRP接合的金属部件可抑制内部应力，因此难以产生表面应变。所以，例如可以将汽车的外板(面向外侧的部件)设为不与FRP接合的金属部件。
也可以设为2个金属部件都不与FRP接合。这是由于金属-FRP复合体通常作为一个部件放置在同一温度环境下，因此两个金属部件都会在与FRP之间经常产生内部应力。该情况下，为了使制造中的操作更加容易，可以以在制造中不剥离的程度，将FRP与某一个金属部件轻度接合固定。
在此，所谓金属部件与FRP未接合，例如FRP与金属部件之间的剪切剥离强度为1N/mm2以下、以及180°剥离粘合力为5N/10mm以下即可。
两个金属部件，优选在从一方的金属部件表面的垂直上方观察时，在未配置FRP的区域接合。这是由于通过两个金属部件彼此接合，能够维持作用于FRP与金属部件之间的按压力。另一方面，如果在两个金属部件之间配置有FRP的区域将两个金属部件接合，则FRP会与两个金属部件接合。因此，FRP被两个金属部件约束，无法缓和金属-FRP复合体的内部应力。所以，在从一方的金属部件表面的垂直上方观察时，在两个金属部件重叠的部分且未配置FRP的区域将两个金属部件接合即可。接合方法可以适当选择机械紧固(铆钉、螺栓螺母等)或焊接(电弧焊、电焊、激光焊等)，不限定其方法。
本发明涉及的金属-FRP复合体，例如在第1金属部件上配置FRP，并将其按压于第2金属部件进行复合化(用两个金属部件夹持固定FRP)即可得到，因此制造工序非常简单，能够大大降低制造成本，并且能够应用于现有的生产线。
以下，基于附图进行说明。为了便于说明，以将想要增强的金属部件作为第2金属部件，第2金属部件与FRP不接合的情况为例进行说明。
图1表示本发明涉及的复合体100的一个例子，图1(a)表示应用于帽型截面的部件的一个例子，图1(b)表示应用于平板状的部件的例子。图1(以下在指图(a)(b)这两者的情况下简称为图1)中，复合体100具备第1金属部件101、第2金属部件102、以及夹在它们之间的FRP103。
如图1所示，成为第1金属部件101与第2金属部件102在从一方的金属部件表面的垂直上方观察时重叠，在其重叠部分的至少一部分夹持FRP103的结构。FRP103仅夹在两个金属部件(第1金属部件101和第2金属部件102)之间，没有被接合(粘接等)。FRP103通过被夹在第1金属部件101与第2金属部件102之间，成为被按压于两个金属部件101、102的状态。由此，FRP103不会被第1金属部件101和第2金属部件102约束，通过被按压于第1金属部件101和第2金属部件102而成为近似的复合状态。
图1表示第1金属部件101和第2金属部件102通过固定部件104(例如螺栓或铆钉等机械紧固手段)而接合的复合体。通过将第1金属部件101与第2金属部件102接合，能够维持复合体的结构。图1所示的接合方法是一个例子，并不特别限定本实施方式的接合方法。因此，固定部件104不仅可以是机械紧固，也可以是粘接或焊接。但从工艺成本和现有生产线(特别是汽车零件的生产线)适用性的观点出发，优选机械紧固、焊接或其组合。
虽然未图示，但作为其他接合方法，可以通过利用其他部件向FRP103的方向对第1金属部件101施加外力，将FRP103按压于第2金属部件102。即、在第一金属部件101上配置FRP103，在FRP103上配置第二金属部件102，通过利用未图示的部件从下向上对第一金属部件101施加压力，该压力经由第一金属部件101和FRP103施加于第二金属部件102。由此，FRP103被按压于第二金属部件102的下表面，并被夹在第1与第2金属部件之间。例如，可以对图1(b)所示的平板状的复合体进行冲压加工，形成图1(a)那样的帽型截面。
在图1的复合体100中，第2金属部件102与FRP103虽然在某一按压载荷下接触，但两个部件之间未接合，相互不约束。由此，复合体100能够在得到作为金属-FRP复合体的力学特性(强度、刚性等)的同时，抑制内部应力的产生。
图2～4也示出了在一方的金属部件(图中为第1金属部件101)与FRP103之间具备中间部件105的形态的一个例子。FRP103隔着中间部件105而被夹在第1金属部件101与第2金属部件102之间。本实施方式中的中间部件105层叠在一方的金属部件(第1金属部件101或第2金属部件102)与FRP103之间。中间部件105在层叠方向(垂直于金属部件表面的方向)上被压缩，由此产生力(恢复力)，能够将FRP103按压于金属部件(第1金属部件101、第2金属部件102)。只要具有这样的功能，就不特别限定中间部件105的形状和材料。作为中间部件105的一个例子，可以使用金属材料、橡胶材料、发泡材料以及板簧等。
发泡材料是指空出多个细孔或空隙的材料，作为发泡材料的种类，只要是在压缩时回弹(复原)的材料，就没有特别限定。发泡材料具体地可举出例如低反弹聚氨酯材料、发泡聚氨酯材料、发泡EVA材料、聚氨酯泡沫、乙丙橡胶等。
由于发泡材料的发泡倍率与FRP103对于第2金属部件102的按压载荷有关，因此发泡倍率可以根据用途进行选择。通常，由于按压载荷越高，越能够形成良好的复合化状态，因此为了能够发挥强的弹性力，优选发泡倍率小。
图2表示使用发泡材料作为中间部件105的情况。由发泡材料构成的中间部件105在第1金属部件101与FRP103之间，以在垂直于金属部件表面的方向上被压缩的状态配置。利用被压缩的中间部件105的弹性力(复原力)，能够将FRP103按压于第2金属部件102，由此能够近似地使第2金属部件102与FRP103复合化。另外，如图2所示，由于第1金属部件101(平板状)和第2金属部件102(帽型)未必是相同的形状，因此也能够利用中间部件105来填埋金属部件101、102之间的空间。
再者，第1金属部件101(中间部件105接触的一侧的金属部件)与中间部件105也可以通过粘合层106粘接。图2例示出具有粘合层106的情况。另外，在图2的形态中，为了进一步提高刚性，中间部件105可以与第2金属部件102的纵壁部接合(也包括粘接)。
中间部件105的恢复力作用于FRP103和第一金属部件101这两者，其结果，FRP103被按压于第二金属部件102。
图3表示具有与图2在外形上相同的帽型截面的复合体的一个例子。图3的复合体100的中间部件105由金属材料构成，是与第2金属部件102相对应的形状，具有帽型的顶板部111’以及纵壁部112’。FRP103以夹在该中间部件105的顶板部111’与第2金属部件102之间的方式配置，并且，在未配置FRP103的部分(图3的情况下为帽型的凸缘部)，第一金属部件101和中间部件105和第2金属部件102通过固定部件104而相互接合。另外，在将第2金属部件102与中间部件105重叠时，优选两者的顶板部111、111’重叠的区域中的第2金属部件102与中间部件105的间隔比FRP103的厚度薄。由此，从中间部件105的顶板部111’经由FRP103对第2金属部件102的顶板部111施加压力，FRP103被按压于第2金属部件102并被夹持。
如果由金属材料构成中间部件105，则复合体100的整体重量有可能增加，但在强度方面是有利的，因此可以根据用途采用这样的结构。
在使用金属材料作为中间部件105时，对于其材质和板厚等没有特别限定。从使热膨胀系数一致的观点出发，优选使用与第1和第2金属部件(101、102)相同材质的材料。此时的中间部件105的板厚，从复合体100的轻量化、FRP103的按压力的观点出发确定即可。例如，在使用钢板的情况下，可以使用薄板(例如为0.1～2.0mm)。
图4也表示具有与图2在外形上相同的帽型截面的复合体的一个例子。图4的复合体100的中间部件105是截面形状为M字型的板簧。作为中间部件105的板簧与第一金属部件101的上表面和FRP103的下表面接触，并且第一金属部件101和第2金属部件102如图4所示通过固定部件104而接合，由此能够使中间部件(板簧)105的弹性力发挥作用，将FRP103按压于第2金属部件102。
再者，为了便于说明，将第1金属部件和第2金属部件分别用“101”和“102”表示，但也可以将图中的“101”作为第2金属部件，将“102”作为第1金属部件。
虽然未图示，但可以在第2金属部件102(作为增强对象的金属部件)与FRP103之间具备中间部件105。因此，FRP103可以隔着中间部件105而间接地被按压于作为增强对象的第2金属部件102。这样的情况下，与FRP103直接被按压于第2金属部件102的情况相比，复合体的刚性有时会稍微变差。但是，认为作为复合体的强度能够高于金属部件单体。
另外，为了防止电腐蚀，可以将中间部件105配置于第2金属部件102与FRP103之间。该情况下，中间部件105优选为橡胶材料，以使得在有效获得由FRP103带来的增强效果和防电腐蚀效果的同时，对第2金属部件102均匀施加按压载荷。再者，在第2金属部件(被增强的金属部件)与FRP之间设置中间部件的情况下，该中间部件与第2金属部件之间、以及中间部件与FRP之间不接合。
图9(a)～(c)示出形状与图2～图4的帽型形状的复合体相同，但从帽型的顶板部到纵壁部配置了FRP的情况的一个例子。
图9(a)与图1相对应，没有中间部件，在第1金属部件101与第2金属部件102之间夹持FRP103。图9(a)中的FRP103以从帽型顶板部111跨至纵壁部112的方式(以跨过拐角的方式)配置。由此，帽型的肩部(由顶板部111和纵壁部112构成的角)处的向FRP的压入载荷增加，作为整体可得到更大的复合化效果。也就是说，由于能够利用FRP103从帽型的顶板部111跨至纵壁部112进行增强，因此不仅能够提高部件整体的刚性，还能够提高扭转刚性。所以，能够在缓和内部应力的同时，应对复杂的外部应力。
另外，虽然未图示，但可以分别对帽型的顶板部111和纵壁部112独立地配置FRP。然而，从得到上述效果的观点出发，优选横跨顶板部111和纵壁部112连续地配置FRP。再者，也可以将FRP配置直到凸缘部，但该情况下，配置FRP的面积变得过大。因此，从经济的观点、必要刚性的观点出发来确定配置FRP的区域即可。再者，由于期望两个金属部件在未配置FRP的重叠部分被紧固，因此在配置FRP的情况下，需要考虑在哪个区域将两个金属部件紧固。
图9(b)与图2相对应，是例如将发泡材料作为中间部件105配置，以横跨帽型的顶板部111和纵壁部112的方式配置FRP103的复合体的例子。基本上能够得到与图9(a)的情况相同的效果。可以以利用中间部件105按压FRP103的整个面的方式配置中间部件105。这是由于如果FRP103中存在没有被按压于金属部件的部分，则该部分的FRP103没有成为被夹在金属部件之间的状态，得不到FRP的增强效果。
图9(c)与图3相对应，是配置例如由金属材料构成的中间部件105，以横跨帽型的顶板部111和纵壁部112的方式配置FRP103的复合体的例子。基本上，该例子也能够得到与图9(a)的情况同样的效果。
图9中，以帽型截面的复合体为例进行了说明，但即使是截面形状中具有角的复合体(截面图中为多边形的复合体)，只要跨角连续地配置FRP，就能够得到同样的效果。例如，在第2金属部件为L字截面的情况下，如果以在截面中跨过第2金属部件的2条边所成的角的方式配置FRP(即、如果在第2金属部件的2条边上连续地配置FRP)，则在角部FRP的压入载荷增加，可得到更大的复合化效果。
当然，在截面中，第2金属部件可以具有多个角，可以以跨过各个角的方式连续地配置FRP，也可以以连续地跨过多个角的方式配置。另外，对于角的角度(截面中的角度)没有特别限定，锐角、直角、钝角均可。任意的多边形都与上述说明的帽型截面的情况同样地，通过跨角连续地配置FRP，能够在缓和内部应力的同时应对复杂的外部应力，能够得到更大的复合效果。
[按压载荷的判别方法]
可以如下所述地判断FRP103是否被按压于第2金属部件102。利用光学显微镜观察(在FRP103与第2金属部件102的层叠方向上切断进行观察)形成了复合体的状态下的截面图，测定金属部件之间的FRP103以及存在中间部件的情况下中间部件105的厚度(层叠方向的长度)。将测定的厚度与各部件的通常状态(即未复合化的状态)下的厚度进行比较，在存在厚度差(通常状态的厚度-复合体中的厚度)的情况下(通常状态的厚度＞复合体中的厚度)，判断为第2金属部件被按压于FRP103。优选厚度差为通常状态的厚度的1％以上，进一步优选为2％以上。
作为具体的计测手段，例如在图2的复合体100的情况下，以复合体100的状态在5处测定FRP103与中间部件105的合计厚度，算出其平均值作为平均厚度A。接着，在解体分离成各个部件后，在5处测定FRP103和中间部件105的厚度，算出各自的平均值。将FRP103和中间部件105的平均值合计，算出平均厚度B。在平均厚度A与平均厚度B存在实质性差异的情况下(平均厚度B＞平均厚度A)，能够判断为FRP103被按压于第2金属部件。
可以如以下这样测定按压载荷。
首先，记录复合化状态下的第2金属部件、FRP、以及存在中间部件的情况下中间部件的厚度。然后，将复合体解体，在未复合化的状态下的第2金属部件、FRP之间插入薄型的压力传感器，施加压力直到FRP成为复合体时的厚度，测定以多少载荷进行按压。施加压力的方法可以使用液压机械，也可以使用虎钳或夹钳之类的器具，只要能成为与切断前相同的形状或厚度等尺寸，就不限定其方法。在第2金属部件与FRP之间例如装有橡胶片的情况下，可以插入到橡胶片的金属部件侧，也可以插入到橡胶片的FRP侧。另外，也可以是润滑脂等。即、由于计测的是压力，所以无论在哪个位置都能够测定“按压载荷”，因此可以在中间部件与FRP之间，也可以在中间部件与第1(或第2)金属部件之间。作为薄型的压力传感器，例如有使用了佳能化成株式会社制的CKS18L-F的感压测定器、使用了Tekscan公司制的薄型压力传感器的tactile公司制的I-Scan系统。传感器优选较薄，可以使用厚度为0.1～0.2mm的传感器。测定点数在部件中选择5点以上进行测定，在任一点上施加0.01kg/cm2以上、优选测定值的平均为0.01kg/cm2以上的压力即可。
按压载荷根据用途适当选择即可，从将第2金属部件与FRP良好地复合化的观点出发，以测定值的平均计，例如为0.01kg/cm2以上、0.10kg/cm2以上、0.20kg/cm2以上、进一步为0.30kg/cm2以上。
在金属部件与FRP之间，例如也可以涂布润滑脂、蜡等润滑剂，或设置薄的橡胶片等。
[金属部件]
对于金属部件的材质没有特别限定，例如可举出铁、钛、铝、镁以及它们的合金等。在此，作为合金的例子，例如可举出钢(包括不锈钢在内的铁系合金)、Ti合金、Al合金、Mg合金等。
另外，从强度和加工性的观点出发，金属部件的材质优选为钢。作为可使用的钢，没有特别限定，例如有日本工业标准(JIS)等规定的钢，可举出作为一般结构用或机械结构用而使用的碳钢、合金钢、高强度钢等。对于钢的成分没有特别规定，除了Fe、C以外，可以还含有选自Mn、Si、P、Al、N、Cr、Mo、Ni、Cu、Ca、Mg、Ce、Hf、La、Zr和Sb中的1种或2种以上。例如，钢铁材料可以具有包含C、Si、Mn、P、S、Al和N，余量由铁和杂质构成的成分。第1金属部件和第2金属部件可以是相同材质，也可以是不同材质，从加工性等观点出发，优选为相同材质。因此，第1金属部件和第2金属部件更优选为钢。再者，第1金属部件和第2金属部件可以具有相同的形状(例如图1的方式)，也可以具有不同的形状(例如图2～4的方式)。
金属部件为钢的情况下，可以实施任意的表面处理。在此，表面处理例如可举出镀锌(熔融镀锌钢板、电镀锌等)和镀铝等各种镀敷处理、铬酸盐处理和无铬酸盐处理等化学转化处理、以及喷砂之类的物理表面粗糙化处理或化学蚀刻之类的化学表面粗糙化处理，但并不限定于这些。另外，也可以实施镀层的合金化或多种表面处理。作为表面处理，优选进行至少以赋予防锈性为目的的处理。
对于金属部件的形状没有特别限定。从容易夹持FRP的观点出发，优选为板状。这里所说的板状也包括对平板状的金属材料进行加工而成的板状。例如，也包括剖视时为帽型(图1(a))、L字型等多边形的形状，以及管状的形状等。对用于得到金属部件的加工方法也没有限定。可以适当应用现有的加工方法(冲压加工、弯曲加工、拼焊等)。另外，也可以在部件的一部分局部地形成复合体。例如，可以将复合体形成于汽车用支柱等汽车零件的一部分(想要增强的部分等)上。
在金属部件为板状的情况下，对于其厚度没有特别限定，从复合体100的强度和加工性等观点出发决定即可。例如在钢板的情况下可以为0.1～3.5mm。另外，第1和第2金属部件各自的厚度可以相同也可以不同。
对于2个金属部件的接合方法没有特别限定。例如，可以是利用粘接剂的粘接、螺栓或铆钉等的机械紧固、焊接、或这些的两种以上的组合。但是，粘接剂的使用有可能导致工序成本(例如与涂布、加热固化、养护工序等相关的成本)的增加，因此接合方法优选为螺栓或铆钉等的机械紧固、焊接、或它们的组合。在图1～图4中，作为2个金属部件的接合方法的一个例子，例示了利用固定部件104(更具体而言为螺栓)的机械紧固。
[纤维增强树脂材料(FRP)]
FRP只要是用纤维材料将基体树脂强化而成的，就不特别限定材料和树脂。例如，FRP可以仅由基质树脂和纤维材料构成。或者，为了赋予功能性等目的，FRP可以包含导电性粒子、无机填料、橡胶材料、颜料、着色剂、抗氧化剂、阻燃剂等。FRP可以是单层，也可以是多层，可以根据用途适当选择层叠数。FRP的厚度优选为0.2～3.0mm，该厚度可以通过观察复合体100的截面来求出。
另外，对于FRP的形状没有特别限定，可以是平板，可以是与金属部件局部一致的形状，也可以是任意形状。
[基体树脂]
对于FRP的基体树脂没有特别限定，可以使用热塑性树脂和热固性树脂中的任一种。优选使用具有良好的弯曲强度且加工性优异的热塑性树脂。例如，相对于树脂成分100质量份，可以包含50质量份以上、60质量份以上、70质量份以上、80质量份以上、或90质量份以上的热塑性树脂。基体树脂可以仅是热塑性树脂。作为能够用于基体树脂的热塑性树脂，没有特别限制，例如可以使用选自聚烯烃及其酸改性物、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、AS树脂、ABS树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等热塑性芳香族聚酯、聚碳酸酯、热塑性环氧树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚苯醚及其改性物、聚苯硫醚、聚甲醛、聚芳酯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、以及尼龙等之中的1种或2种以上。其中，作为能够用于基体树脂的热固性树脂，例如可以使用选自环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂和聚氨酯树脂中的1种以上。
[纤维材料]
作为FRP中包含的纤维材料，没有特别限定，例如可以使用碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。纤维材料可以是长纤维，也可以是短纤维。从有效提高FRP的强度的观点出发，优选使用碳纤维。关于碳纤维的种类，例如可以使用PAN系、沥青系中的任一种，根据目的、用途选择即可。另外，作为纤维材料，可以单独使用1种上述纤维，也可以并用多种。
作为成为上述纤维材料的基材的增强纤维基材(预浸料)，例如可以使用利用了短切纤维的无纺布基材、利用了连续纤维的布料、单向增强纤维基材(UD材料)等。从增强效果的方面出发，优选使用布料或UD材料作为增强纤维基材。
对于纤维材料的纤维体积含有率Vf没有特别限定，从强度和加工性的观点出发，优选为20体积％以上且70体积％以下。FRP中的纤维材料的Vf优选为25体积％以上或30体积％以上，并且为65体积％以下、60体积％以下。Vf的测定可以通过本领域技术人员公知的方法进行。
复合体100的层叠结构和各部件的厚度可以通过如下方法测定：将复合体埋入环氧树脂等热固性树脂中，利用切割机在应该观察的部位，与厚度方向平行地切断试料而露出截面，用电子显微镜观察该截面。更具体而言，可以从截面图像中确定第1金属部件101、第2金属部件102和FRP103、以及存在的情况下中间部件105和其它层的各区域，在图像上测定各区域的厚度。
[剪切剥离强度和180°剥离粘合力]
如上所述，由于金属部件和FRP不受约束，因此金属部件与FRP之间的该剪切剥离强度可以为1N/mm2以下，180°剥离粘合力可以为5N/10mm以下。对于剪切剥离强度和180°剥离粘合力的下限没有特别限定，由于FRP没有与金属部件接合，只要直接或间接地被压入即可，因此剪切剥离强度和180°剥离粘合力的下限分别可以为0N/mm2和0N/10mm。
[剪切剥离强度的测定]
以下，参照图5对金属部件与FRP之间的剪切剥离强度的测定进行说明。首先，从成为对象的复合体中以图5那样的形状取出包含与作为增强对象的金属部件相当的部件和FRP的试验片。再者，图5(a)是试验片的侧视图，图5(b)是试验片的俯视图。取出的试验片的金属部件和FRP的厚度t取决于复合体的形状，分别为0.1mm以上，宽度w为5mm，长度l为50mm即可。接着，在图5所示的箭头的方向上，以金属部件和FRP自身不断裂的速度对试验片施加载荷，求出断裂力(N)，将其除以截面积(mm2)，由此算出剪切剥离强度(N/mm2)。对5个试验片进行同样的操作，将它们的平均值作为“剪切剥离强度(N/mm2)”。再者，在第2金属部件与FRP之间具备中间部件和/或其它层的情况下，包括中间部件和/或其它层在内地取出试验片，对金属部件和FRP施加载荷即可。如果在试验片的取样中金属部件与FRP分离了的情况下，则意味着这些部件未粘接，可以视为剪切剥离强度为0N/mm2(当然，剪切剥离强度为1N/mm2以下)。
[180°剥离粘合力的测定]
以下，参照图6对金属部件与FRP之间的180°剥离粘合力的测定进行说明。首先，从成为对象的复合体中以图6那样的形状取出包含金属部件和FRP的试验片。以能够测定在相对于金属部件和FRP的面垂直的方向上剥离的力的方式，将界面剥离而制成试验片。再者，图6(a)是试验片的侧视图，图6(b)是试验片的正视图(主视图)。在金属部件、FRP都不能弯曲成图6所示的形状的情况下，在界面夹着带状材料等，将其安装于测定机，测定在相对于第2金属部件和FRP的面垂直的方向上剥离的力。试验片的金属部件和FRP的厚度t取决于复合体的形状，分别为0.1mm以上，宽度w为10mm，长度l为50mm左右即可。接着，在图6所示的箭头的方向上，以金属部件和FRP自身不断裂的速度对试验片施加载荷，求出载荷(N)，将其除以测定宽度(10mm)，由此算出180°剥离粘合力(N/10mm)。对5个试验片进行同样的操作，将平均值作为“180°剥离粘合力(N/10mm)”。再者，在金属部件与FRP之间具备中间部件和/或其它层的情况下，包括中间部件和/或其它层在内地取出试验片，对金属部件和FRP施加载荷即可。如果在试验片的取样中第2金属部件与FRP分离了的情况下，则意味着这些部件未粘接，可以视为剪切剥离强度为5N/10mm(当然，剪切剥离强度为5N/10mm以下)。
[金属-纤维增强树脂复合单元]
本发明涉及的金属-纤维增强树脂复合单元(以下有时简称为“复合单元”)是用于制造金属-FRP复合体的中间制品。复合单元具有一个金属部件(例如第1金属部件)和配置在该金属部件的至少一侧的FRP。另外，在第1金属部件与FRP之间可以具备选自发泡材料、金属材料、橡胶材料和板簧中的中间部件。FRP和中间部件也可以配置在金属部件的两侧。特别是在复合单元中，金属部件优选为钢材，并且/或者中间部件优选为发泡材料。
金属-纤维增强树脂复合单元，将FRP侧按压于第2金属部件(要增强的金属部件)使其接触而形成复合体。由此，在将第1金属部件与FRP接合的情况下(即、不将第2金属部件与FRP接合的复合体的情况下)，在复合单元中，可以将第1金属部件与FRP粘接。
另一方面，在不将两方的金属部件与FRP接合的复合体的情况下，由于第1金属部件与FRP不接合，因此在金属部件与FRP界面不形成粘接树脂层。但是，从复合单元的操作上的观点出发，也可以将金属部件与FRP轻度粘接。在插入中间部件的情况下，中间部件与FRP之间和/或金属部件与中间部件之间也可以轻度粘接。在此，轻度粘接是指剪切剥离强度为1N/mm2以下、且180°剥离粘合力为5N/10mm以下的粘接。
[金属-纤维增强树脂复合体的制造方法]
[复合单元形成工序]
在复合单元形成工序中，在第1金属部件(例如钢材)上配置FRP而形成金属-纤维增强树脂复合单元。或者，在复合单元形成工序中，也可以在第1金属部件与FRP之间配置选自发泡材料、金属材料、橡胶材料和板簧材料中的至少1个中间部件，在其上配置FRP而形成复合单元。
如上所述，在第1金属部件与FRP不接合的情况下，在第1金属部件上配置FRP时优选不粘接。但是，从复合单元的操作上的观点出发，也可以将金属部件与FRP轻度粘接。在插入中间部件的情况下，中间部件与FRP之间和/或金属部件与中间部件之间可以轻度粘接。
[复合化工序]
在复合化工序中，将复合单元形成工序中得到的金属-纤维增强树脂复合单元按压于第2金属部件进行复合化，形成金属-纤维增强树脂复合体。
对于复合化方法没有特别限定，优选将第1金属部件与第2金属部件接合。在将第1金属部件与第2金属部件接合的情况下，可以在未配置FRP的部分进行接合。这是由于如果包含FRP在内进行接合，则金属部件和FRP被约束，无法抑制内部应力。对于第1金属部件和第2金属部件的接合方法没有特别限定。例如可以是利用粘接剂的粘接、螺栓或铆钉等的机械紧固、焊接(点焊、激光焊接、电弧焊等，对于焊接方法没有特别限定)、或这些的任意组合。但是，从工序成本或对现有的生产线的适用性的观点出发，优选螺栓或铆钉等的机械紧固、焊接、或这些的任意组合。将复合单元按压于第2金属部件时的载荷(按压载荷)可以根据用途而适当决定。例如可以通过调整发泡材料的发泡倍率等来进行变更。
按压载荷为0.01/cm2以上即可。由于按压载荷越高，越能够形成良好的复合化状态，因此按压载荷越高越好。例如，按压载荷可以为0.10kg/cm2以上、0.15kg/cm2以上、0.20kg/cm2以上或0.30kg/cm2以上。在第2金属部件与FRP之间也可以设置中间部件，该情况下，例如可以在第2金属部件的表面配置中间部件，在其上按压复合单元而形成复合体。
实施例
以下，对实施例进行说明，但实施例只是本发明的一个方式，本发明并不限定于这些实施例。
[金属部件]
作为第1金属部件和第2金属部件，准备了日本制铁公司制无锡钢板(板厚0.18mm)：“TFS0.18”、日本制铁公司制电镀锌钢板(板厚0.45mm)：“EG0.45”、以及日铁化学&材料公司制不锈钢箔SUS304(板厚0.10mm)：“SUS0.10”。接着，如图7(a)所示，将它们在第1金属部件101(图7(a)的下侧的金属部件)中作为平板材料直接使用，在第2金属部件102中弯曲加工成帽型材料(图7(b)的上侧的帽型的金属部件)而使用。帽部件如图7(a)所示，纵壁部的高度为5mm，顶板部的宽度为30mm。
[增强部件]
作为FRP，将东丽公司制碳纤维T-700交叉编织，准备了纤维体积含有率(Vf)为60％、基体树脂使用了环氧树脂的厚度为1mm的CFRP。该CFRP的力学特性为拉伸弹性模量75GPa、拉伸强度1200MPa。
作为其它的增强部件，准备了塑料板(板厚1.0mm)：“PC-1.0”、钢板(板厚0.4mm)和板簧。板簧是将厚度为0.5mm的淬火带状钢如图4所示弯曲成M字型而使用的。另外，在试料No.30中，如图9(a)所示，CFRP的形状不是平板，而是跨越第2金属部件的顶板部和纵壁部与其一致的形状。
[中间部件]
作为中间部件，准备了发泡材料“低反弹聚氨酯”、“发泡EVA”、“聚氨酯泡沫”、“乙丙橡胶”或“低反弹聚氨酯(一半)”、板簧和钢板(帽状)。低反弹聚氨酯使用エスコ公司制EA944KD-84，在无载荷状态下厚度约为35mm的低反弹聚氨酯。低反弹聚氨酯(一半)使用将上述低反弹聚氨酯的厚度切割为一半，在无载荷状态下约为17.5mm的低反弹聚氨酯。发泡EVA使用uxcell公司制5mm厚度的海绵带。聚氨酯泡沫使用Henkel公司Sista发泡聚氨酯M5250，将其喷射而制作发泡体的块，固化后，将其切割成厚度5mm、宽度30mm的大小而使用。乙丙橡胶使用厚度5mm的TRUSCO公司制气密防水带TWST-1050。钢板(帽状)如图3所示，作为中间部件使用了与第2金属部件相同形状的帽状的钢板(板厚0.18mm)。再者，该帽状的钢板向第2金属部件的方向按压而固定。作为中间部件使用的板簧与作为增强部件使用的板簧相同。
将准备的第1金属部件、第2金属部件、增强部件和中间部件以表1～表6记载的组合和顺序层叠而制作复合体。各部件的固定方法是用螺纹直径2mm的不锈钢制螺栓和螺母进行机械紧固(表中为“螺栓”)、或通过セメダイン公司制的Metal lock(粘接剂)进行粘接(表中为“粘接”)。在包含增强部件的所有试料中，增强部件被按压于第2金属部件而接触，由此成为被两个金属部件夹持的状态。表中的固定方法的“无”(No.15)表示不固定各部件(即、仅层叠)地进行了后述的3点弯曲试验，通过由3点弯曲试验施加的外力，成为CFRP间接地被按压于第2金属部件的状态。
表中的增强部件的“位置”表示增强部件与中间部件的位置关系。“上”是指增强部件相对于中间部件位于上方，即、增强部件与第2金属部件直接接触而层叠。“下”是指增强部件相对于中间部件位于下方，即、增强部件隔着中间部件与第2金属部件层叠。另外，表中的“上侧结构”表示增强部件的上侧(第2金属部件侧)的结构，“无接合”是指没有接合，在夹有润滑脂等的情况下，也记载了夹有的情况。“有接合”是指增强部件与第2金属部件由粘接剂接合。“润滑脂”是指将JX日矿日石公司制杯脂1种3号以5g/m2的量涂布于CFRP的上表面、即与第2金属部件相接的面。“Hytrel”是指在CFRP上设有将三井化学公司制Hytrel3046以200℃热压制成的0.5mm厚度的片。“硅橡胶片”是指在CFRP上设有厚度0.5mm的タイガースポリマー公司制硅橡胶片SR-50。表中的“下侧接合”表示是否具有与增强部件中的下侧的部件(第1金属部件或中间部件)的接合(粘接)。在进行粘接的情况下，使用了上述粘接剂。存在“按压载荷”的情况下，表示增强部件被第1金属部件(或中间部件)与第2金属部件夹持的状态。
对于如表1～表6那样构成的试料，按照图5和图6，测定了第2金属部件与增强部件之间的剪切剥离强度(N/mm2)和180°剥离粘合力(N/10mm)。各个样品的取得方法和测定如上述说明。表中的“剪切剥离强度的测定”和“180°剥离粘合力”中，在样品的准备阶段、即进行试验之前第2金属部件与增强部件分离了的情况下，表示为“＜0.01”。表中的“按压载荷”如上所述，使用薄型压力传感器：佳能化成株式会社制的CKS18L-F测定，以每单位面积的应力表示。
[表面应变的评价]
对于各试料，在刚制成后，在大气压下加热至150℃，保持1小时，放置冷却后，目测观察第2金属部件的表面(帽型材料的顶板部)有无表面应变。确认方法是照射荧光灯等明亮的光，从面内的阴影(根据情况，也能观察到反射到表面的荧光灯的直线部的应变)观察有无应变或凹凸。将能够确认应变或凹凸的情况记为“有表面应变(符号：×)”，将没能确认的情况记为“无表面应变(符号：○)”。各试料的结果示于表1～表6。
(3点弯曲试验)
对各试料进行图7(b)所示的3点弯曲试验，由所得到的行程-载荷曲线求出“弯曲载荷最大值”，作为力学特性进行评价。作为代表性的行程-载荷曲线，将试料No.4(实施例)和No.20(比较例)的结果示于图8。行程是指帽状材料的第2金属部件被压入的距离(mm)，弯曲载荷是指行程量所需的载荷(N)。另外，通过3点弯曲试验得到的最大载荷是指该曲线中的载荷的最大值。使用的试验条件如下所述。各试样的结果示于表1～表6。
·样品长度：100mm
·支点间距：90mm
·压头半径：5mm
·支点半径：5mm
·载荷速度：1mm/分钟
参照表1，满足本发明的结构的试料，由于CFRP没有与第2金属部件接合，而是被两个金属部件夹持，因此具有充分的力学特性，能够抑制表面应变。另一方面，试料No.2和3仅由金属部件构成，不具有充分的力学特性。
参照表2，满足本发明的结构的试料No.4～16，具有充分的力学特性，并且能够抑制表面应变。另外，将试料No.4和10～13进行比较，与使用板簧作为中间部件的情况相比，使用发泡材料的情况具有更高的强度。这是由于发泡材料能够将CFRP均匀地按压于第2金属部件，与此相对，板簧在按压方向上产生不均。另外，将试料No.4与14进行比较，按压载荷大的试料No.4的力学特性更优异。
另一方面，试料No.17中，通过将CFRP与第2金属部件粘接，产生了表面应变。另外，试料No.18～23中，由于不使用增强部件或使用了FRP以外的材料作为增强部件，因此无法充分增强第2金属部件，不具有充分的力学特性。试料No.24中，使用板簧作为增强部件，结果由于板簧不是平面，从而在顶板部产生了应变。
参照表3、表4、表5，满足本发明的结构的试料No.25、27和29与分别未被增强的试料No.26、28和30相比，抑制了表面应变的产生，并且具有优异的力学特性。
参照表6，如试料No.41那样，通过将FRP制成合适的形状(从帽型材料的顶板部连续地沿着纵壁部的形状)，显示出具有进一步提高本发明效果的优异的力学特性。
Figure BDA0003390467720000261
Figure BDA0003390467720000271
Figure BDA0003390467720000281
Figure BDA0003390467720000291
Figure BDA0003390467720000301
Figure BDA0003390467720000311
产业可利用性
本发明涉及的金属-纤维增强树脂材料复合体，能够用于所有产业设备的部件、建材等。例如，可以适用于汽车用的外部件、内部件、加固件。另外，能够适用于现有的生产线，因此产业可利用性极高。
附图标记说明
100 金属-纤维增强树脂复合体
101 第1金属部件
102 第2金属部件
103 纤维增强树脂材料(FRP)
104 固定部件(螺栓的例子)
105 中间部件
106 粘合层
111 顶板部
112 纵壁
200 金属-纤维增强树脂复合单元

Claims (20)

1.一种金属-纤维增强树脂复合体，具有第1金属部件、第2金属部件、以及夹在所述第1金属部件与所述第2金属部件之间的纤维增强树脂材料，
所述纤维增强树脂材料配置在所述第1金属部件与所述第2金属部件重叠的部分的至少一部分上，
所述第1金属部件和第2金属部件中的至少一者与所述纤维增强树脂材料之间未接合。
2.根据权利要求1所述的金属-纤维增强树脂复合体，所述纤维增强树脂材料与所述未接合的第1金属部件或第2金属部件之间的剪切剥离强度为1N/mm2以下，且180°剥离粘合力为5N/10mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的金属-纤维增强树脂复合体，在所述第1金属部件和所述第2金属部件中的至少一者与所述纤维增强树脂材料之间具备中间部件，所述纤维增强树脂材料隔着所述中间部件而夹在所述第1金属部件与第2金属部件之间。
4.根据权利要求3所述的金属-纤维增强树脂复合体，所述中间部件由选自金属材料、橡胶材料、发泡材料和板簧中的一种或两种以上制成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的金属-纤维增强树脂复合体，所述第1金属部件和所述第2金属部件为钢材。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的金属-纤维增强树脂复合体，所述第1金属部件与所述第2金属部件在未配置所述纤维增强树脂材料的部分接合。
7.根据权利要求6所述的金属-纤维增强树脂复合体，所述第1金属部件与所述第2金属部件的接合是机械紧固或焊接或这些的组合。
8.一种汽车零件，具有权利要求1～7中任一项所述的金属-纤维增强树脂复合体。
9.根据权利要求8所述的汽车零件，所述第1金属部件和所述第2金属部件中的至少一者是汽车的内部件或增强件。
10.一种金属-纤维增强树脂复合单元，用于权利要求1～7中任一项所述的金属-纤维增强树脂复合体，
所述金属-纤维增强树脂复合单元具有第1金属部件、和在所述第1金属部件的至少一侧配置的纤维增强树脂材料。
11.根据权利要求10所述的金属-纤维增强树脂复合单元，在所述第1金属部件与所述纤维增强树脂材料之间，具有选自发泡材料、金属材料、橡胶材料和板簧中的至少一种中间部件，
所述中间部件配置在所述第1金属部件的表面内的至少一部分。
12.根据权利要求10或11所述的金属-纤维增强树脂复合单元，所述第1金属部件是汽车零件中的内部件或增强件。
13.根据权利要求10～12中任一项所述的金属-纤维增强树脂复合单元，所述第1金属部件是钢材。
14.一种金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，是制造权利要求1～7中任一项所述的金属-纤维增强树脂复合体的方法，包括：
在第1金属部件的表面上配置纤维增强树脂材料，形成金属-纤维增强树脂复合单元的复合单元形成工序；和
将所述金属-纤维增强树脂复合单元的所述纤维增强树脂材料以配置在第2金属部件的表面内的方式进行按压，形成金属-纤维增强树脂复合体的复合化工序。
15.根据权利要求14所述的金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，所述复合单元形成工序中，在所述第1金属部件的表面上配置由选自发泡材料、金属材料、橡胶材料和板簧中的至少一种制成的中间部件，并在其上配置所述纤维增强树脂材料。
16.根据权利要求14或15所述的金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，所述复合化工序包括在所述第2金属部件与所述金属-纤维增强树脂复合单元之间配置由选自发泡材料、金属材料、橡胶材料和板簧中的至少一种制成的中间部件后，将所述金属-纤维增强树脂复合单元对所述第2金属进行按压。
17.根据权利要求14～16中任一项所述的金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，所述中间部件是发泡材料。
18.根据权利要求14～17中任一项所述的金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，所述第1金属部件和所述第2金属部件是钢材。
19.根据权利要求14～18中任一项所述的金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，所述复合化工序包括将所述第1金属部件与所述第2金属部件通过选自机械紧固、粘合、焊接以及这些的组合中的方法进行接合。
20.根据权利要求19所述的金属-纤维增强树脂复合体的制造方法，所述复合化工序包括在将所述金属-纤维增强树脂复合单元对所述第2金属进行按压后，将所述第1金属部件与所述第2金属部件进行接合。
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