CN117355403A - 金属－预浸料复合体 - Google Patents

Abstract

本发明提供降低制造成本且粘接力高的用于制造金属－纤维强化树脂成型体的金属－预浸料复合体及将所述金属－预浸料复合体压制成型而得到的金属－纤维强化树脂成型体。制作包括纤维强化树脂预浸料层、配置于所述纤维强化树脂预浸料层上的由具有多个贯通孔的金属构成的粘接强化层、配置于所述粘接强化层上的粘接片、以及配置于所述粘接片上的金属体的金属－预浸料复合体，通过对该金属－预浸料复合体、即金属与纤维强化树脂的复合材料进行加热压制成型，能够制造金属－纤维强化树脂复合成型体。

Description

金属－预浸料复合体

技术领域

本发明涉及金属―预浸料复合体及由其得到的金属－纤维强化树脂复合成型体。

背景技术

使用碳纤维等的纤维强化树脂为兼具高强度和轻度的材料，因此，被用于各种用途。例如，在汽车领域中，作为代替钢铁的新材料而备受期待。然而，纤维强化树脂目前比钢铁等价格高，因此，在想要压低产品的价格的情况下，很难大量使用纤维强化树脂。于是，使用钢铁等金属与纤维强化树脂的复合体，由此能够实现材料的轻量化且降低价格。

关于金属－树脂复合体，例如专利文献1中，作为制造树脂制部件与金属制部件的复合体的方法，公开了如下方法，即，利用化学蚀刻，对金属零部件进行表面处理，之后，通过注射方法，将树脂接合于处理后的零部件(专利文献1)。

另外，例如专利文献2中，作为使金属和有机高分子物质等粘接时发挥出优异的粘接力的金属的表面处理方法，公开如下方法，即，对金属的表面进行伴有被膜形成的化学蚀刻处理，之后，进行使用了硅烷偶联剂的处理、或涂布型铬酸盐处理(专利文献2)。

另外，例如专利文献3中公开如下方法，即，在由铝合金形成的基材的表面所设置的基底处理被膜之上形成具有引入有极性基团的改性聚丙烯树脂的粘接层，以与聚丙烯的相容化及锚固效应进行接合(专利文献3)。

上述现有技术中，为了实现粘接力的提高，对金属表面实施了利用由凸凹带来的锚固效应的粗面化处理、在将金属和树脂粘接时发挥出优异的粘接力的处理，但是，这些处理难以控制或者工序多，从而花费时间、成本。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001－225352号公报

专利文献2：日本特开平11－293476号公报

专利文献3：日本特开2016－016584号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供降低制造成本且粘接力高的金属－预浸料复合体。

本发明的发明人进行了潜心研究，结果，通过在金属与预浸料之间配置由具有多个贯通孔的金属构成的粘接强化层，发现了降低制造成本且粘接力高的能够加热压制成型的金属－预浸料复合体。即，本发明包含以下方案。

[1]一种金属－预浸料复合体，其包括：

纤维强化树脂的预浸料层；

粘接强化层，该粘接强化层配置于所述预浸料层之上；

粘接片，该粘接片配置于所述粘接强化层之上；以及

金属体，该金属体配置于所述粘接片之上，

且该金属－预浸料复合体是将所述纤维强化树脂的预浸料层、所述粘接强化层、所述粘接片以及所述金属体进行一体化而得到的，

所述金属－预浸料复合体的特征在于，

所述粘接强化层由具有多个贯通孔的金属构成，

所述粘接片的粘接成分从所述粘接强化层的所述贯通孔通过，与金属体接触，从而提高所述预浸料层与所述金属体的粘接力。

[2]根据[1]所述的金属－预浸料复合体，其特征在于，

所述预浸料层的预浸料为碳纤维强化树脂的预浸料。

[3]根据[1]或[2]所述的金属－预浸料复合体，其特征在于，

所述粘接强化层为冲孔金属、网状金属或膨胀金属。

[4]一种提高构成金属－预浸料复合体的纤维强化树脂的预浸料层与金属体的粘接强度的方法，其特征在于，包括：

在所述预浸料层与所述金属体之间重叠地配置粘接片和由具有多个贯通孔的金属构成的粘接强化层的工序、以及

使所述预浸料层、所述金属体、所述粘接片以及所述粘接强化层一体化的工序。

[5]一种制造金属－纤维强化树脂复合成型体的方法，其特征在于，包括：

使纤维强化树脂的预浸料层、由具有多个贯通孔的金属构成的粘接强化层、粘接片、以及金属体按该顺序层叠并使它们一体化而形成金属－预浸料复合体的工序、以及

对所述金属－预浸料复合体一边加热一边压制而制造金属－纤维强化树脂复合成型体的工序。

发明效果

通过使用本发明的金属－预浸料复合体，一边加热一边压制(加热压制方法)，能够降低制造成本且以短时间制造轻量的金属－纤维强化树脂复合成型体。

本发明的金属－预浸料复合体具备由具有多个贯通孔的金属构成的粘接强化层，在粘接强化层与金属体之间所设置的粘接片的粘接成分从粘接强化层的贯通孔通过，因此，粘接面积较大，能够提高金属体与粘接强化层的粘接力。此外，预浸料的一部分也嵌入于贯通孔，因此，与凸凹同样地利用贯通孔产生锚固效应，使得金属体与预浸料层的粘接力提高。

本发明的金属－预浸料复合体不需要进行用于提高粘接力的金属的表面处理及粗面化，由此，能够制造金属与纤维强化树脂的粘接力高、且低成本的金属－纤维强化树脂复合成型体。

附图说明

图1中，图1的上图是表示构成实施例的金属－预浸料复合体A的各层的图，1为碳纤维强化树脂的预浸料，2为网状铝(粘接强化层)，3为粘接片，4为金属板(金属体)。图1的下图是表示金属－预浸料复合体A的图。

具体实施方式

接下来，使用实施例，对本发明详细地进行说明。应予说明，本发明并不限定于实施例，可以在本领域技术人员周知的范围内进行适当设计变更等。

实施例

[金属－预浸料复合体]

如图1的下图所示，本说明书中的实施方式即金属－预浸料复合体A是：由碳纤维强化树脂的预浸料1、网状铝(由具有多个贯通孔21的金属构成的粘接强化层)2、粘接片3、以及金属板(金属体)4构成的复合体。预浸料1、粘接强化层2以及金属板4借助粘接片3而粘接在一起。通过对金属－预浸料复合体A进行加热及压制，能够得到金属－纤维强化树脂复合成型体。

(金属体)

构成作为金属体的金属板4的金属为能够以本发明的压制成型进行成型的材料即可，没有特别限定，可以使用铝、不锈钢、铁、钢、钛、高强度钢等各种金属。

金属板4的厚度没有限定，为了利用压制成型容易地形成为期望的形状，其为0.05mm以上即可，厚度的上限没有限定。金属板4可以为所谓的较薄金属(例如50mm以下)，也可以相对于预浸料1而言非常厚，不过，从加热压制的容易度的观点出发，优选为厚度0.05～50mm左右的金属板。

(预浸料)

构成预浸料1的预浸料为碳纤维强化树脂的预浸料，不过，本发明中并不限定于此，可以为仅以树脂使其半固化得到的物质，也可以为使树脂均等地含浸于像玻璃布、碳纤维那样的纤维状补强材料并进行加热或干燥而成为半固化状态的物质。例如可以使用织物预浸料、单向预浸料等。

构成预浸料1的树脂也没有特别限定，可以使用热固性树脂、热塑性树脂及包含它们中的一种的树脂组合物。作为热固性树脂，可以举出：环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂等，这些热固性树脂可以组合使用。作为热塑性树脂，可以举出：丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、氯乙烯树脂、聚酰胺树脂等。这些热塑性树脂可以单独使用，也可以多种混合使用。

预浸料1中可以含有的纤维可以使用玻璃纤维、碳纤维、金属纤维等。作为纤维强化树脂预浸料中的纤维基材，优选为0.03mm～0.5mm的厚度的碳纤维材料，但不限定于此。另外，构成预浸料1的碳纤维可以使用以聚丙烯腈为原料的PAN系碳纤维、以沥青为原料的沥青系碳纤维等。作为构成预浸料1的预浸料中的碳纤维，优选为PAN系碳纤维，但不限定于此。另外，构成预浸料的纤维中还包含SMC(Sheet Molding Compound)等复合体。

作为预浸料1，优选为由环氧树脂和碳纤维构成的织物预浸料，但不限定于此。预浸料1可以由各自一块预浸料构成，也可以由同种或异种的多块预浸料构成。

(粘接片)

本发明的金属－预浸料复合体A中使用的粘接片3为能够将金属体4和预浸料1进行粘接的粘接片3即可，没有特别限定，作为粘接成分，可以举出：环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、氯丁橡胶、氰基丙烯酸酯、改性有机硅等，优选在固化前具有粘结性。这些粘接成分可以单独使用，也可以多种混合使用。另外，可以将粘接成分不同的粘接片3进行层叠使用。

(粘接强化层)

作为粘接强化层的网状铝2被插入于金属板4和预浸料1之间所配置的粘接片3与预浸料1之间。网状铝2的材料由金属构成，具有多个贯通孔21。

网状铝2的金属为能够以本发明的压制成型进行成型的材料即可，没有特别限定，可以使用铝、不锈钢、铁、钢、钛、高强度钢等各种金属。

网状铝2的厚度没有限定，为了利用压制成型而容易地形成为期望的形状，优选为0.05～3mm左右。

网状铝2由冲孔金属、网状金属或膨胀金属构成。冲孔金属是：将金属板以冲孔压制模具设置孔而加工得到的材料。网状金属是：织入金属线材或将金属线材编织成网状得到的材料，膨胀金属是：将金属板利用机械以千鸟格状设置切口且扩张，将该切口加工成菱形或龟甲形的网眼得到的材料。

网状铝2的主要目的在于：提高金属体4与预浸料1的粘接力，并且，提高对金属－预浸料复合体A进行加热压制后的金属－纤维强化树脂复合成型体的纤维强化树脂与金属体的粘接力。网状铝2优选为与作为现有技术的同样提高粘接力的金属表面的粗面化接近的状态，因此，多个贯通孔21优选为0.01～500mm²左右的面积的贯通孔，另外，相邻的贯通孔21的距离(此处，距离是指：一个贯通孔的边缘与相邻的贯通孔的边缘之间最短的距离)为0.5mm～5cm左右。如果是网状，则优选为1～100目。因此，由于金属部分不多，厚度也薄，所以，网状铝2本身的强度未必高，不过，发挥出提高金属体4与预浸料1的粘接力这一效果。

金属－预浸料复合体A是使碳纤维强化树脂的预浸料1、由具有多个贯通孔21的金属构成的网状铝2、粘接片3以及金属板4层叠并按压，使它们粘接，实现一体化得到的。此时，按压力不需要较大，以用手按压的程度的压力就足够了。

在按压时，粘接片3的粘接成分进入于网状铝2的贯通孔21之中，相对于网状铝2而言到达相反侧的预浸料1，金属体4、网状铝2及预浸料1借助粘接片3而实现一体化。

[金属－纤维强化树脂复合成型体]

本发明的金属－纤维强化树脂复合成型体是对金属－预浸料复合体A进行加热及加压而制造的。

金属－纤维强化树脂复合成型体中，通过加热及加压，使得粘接片3的粘接成分、网状铝2以及预浸料1成为一体化的复合粘接强化层5，金属体4和复合粘接强化层5以高粘接力粘接在一起。此时，预浸料1在加压及加热后，被冷却而形成复合纤维强化树脂层5。这样构成的金属－纤维强化树脂复合成型体中，将强度高的金属和强度高的纤维强化树脂以高粘接力粘接在一起，可以用作与进行了以往使用的提高粘接力的处理的金属－纤维强化树脂的复合材料的代替品。

另外，本发明中，具有非常厚的厚度的金属体4的情况下，可以在金属体4设置复合粘接强化层5，使金属体4的强度进一步得以强化。

[压制成型]

本发明中，金属体4为较薄金属(例如金属板)的情况下，通过加热压制，能够制造具有规定形状的金属－纤维强化树脂复合成型体。使用上模和下模并夹入于两个模具之间，由此进行压制成型。上模及下模可以具有规定的形状，以便形成成型品。例如，针对上模及下模的压制面，可以在任一者设置凸部，并在另一者设置与凸部对应(所述凸部能够进入)的凹部。据此，金属－预浸料复合体被凸部和凹部夹持，因此，金属－纤维强化树脂复合成型体能够具有立体形状。

本发明的金属－纤维强化树脂复合成型体的制造中，压制加工温度通常为100～350℃。预浸料的树脂为热固性树脂的情况下，可以为120～160℃；预浸料的树脂为热塑性树脂的情况下，可以为230～350℃。

得到金属－纤维强化树脂成型体的压制加工的压力也没有特别限定，通常为0.1～15MPa。

这样得到的金属－纤维强化树脂复合成型体是根据用途或形状而使纤维强化树脂成型得到的，可以用于飞机、汽车等的零部件、例如汽车用电池的壳体等。

[粘接强度的确认]

使用作为预浸料1的含碳纤维的环氧树脂的预浸料、作为粘接强化层2的网状铝(厚度0.6mm、10目)、作为粘接片3的含有环氧树脂成分的片材、作为金属体4的高强度钢，制造能够进行剪切断裂力实验这样的金属－预浸料复合体A。另一方面，不使用网状铝2，利用同样的方法制造相同形状的金属－预浸料复合体B。将得到的金属－预浸料复合体A及B以相同条件实施加热压制，使用拉伸试验机，以拉伸速度10mm/分钟测定所得到的金属－纤维强化树脂成型体的剪切断裂力，结果，得知接合力提高约1.05倍～1.3倍左右。

符号说明

1···预浸料

2···网状铝

3···粘接片

4···金属板

5···复合纤维强化树脂层

A···金属－预浸料复合体A

Claims (5)

1.一种金属－预浸料复合体，其包括：

纤维强化树脂的预浸料层；

粘接强化层，该粘接强化层配置于所述预浸料层之上；

粘接片，该粘接片配置于所述粘接强化层之上；以及

金属体，该金属体配置于所述粘接片之上，

且该金属－预浸料复合体是将所述纤维强化树脂的预浸料层、所述粘接强化层、所述粘接片以及所述金属体进行一体化而得到的，

所述金属－预浸料复合体的特征在于，

所述粘接强化层由具有多个贯通孔的金属构成，

所述粘接片的粘接成分从所述粘接强化层的所述贯通孔通过，与金属体接触，从而提高所述预浸料层与所述金属体的粘接力。

2.根据权利要求1所述的金属－预浸料复合体，其特征在于，

所述预浸料层的预浸料为碳纤维强化树脂的预浸料。

3.根据权利要求1或2所述的金属－预浸料复合体，其特征在于，

所述粘接强化层为冲孔金属、网状金属或膨胀金属。

4.一种提高构成金属－预浸料复合体的纤维强化树脂的预浸料层与金属体的粘接强度的方法，其特征在于，包括：

在所述预浸料层与所述金属体之间重叠地配置粘接片和由具有多个贯通孔的金属构成的粘接强化层的工序、以及

使所述预浸料层、所述金属体、所述粘接片以及所述粘接强化层一体化的工序。

5.一种制造金属－纤维强化树脂复合成型体的方法，其特征在于，包括：

使纤维强化树脂的预浸料层、由具有多个贯通孔的金属构成的粘接强化层、粘接片、以及金属体按该顺序层叠而形成金属－预浸料复合体的工序、以及

对所述金属－预浸料复合体一边加热一边压制而制造金属－纤维强化树脂复合成型体的工序。