JP2012500142A5 - - Google Patents

Description

本発明は、合成材料に一般に関係し、特に、繊維充填材入りポリマー層および金属層を含むサンドイッチ合成材料に関する。

サンドイッチ複合材の溶接を増強させる技術分野での試みは、一般に比較的大量の導電性粒子充填材をそれらに充填することによりサンドイッチ複合材の重合体コアを変えることに向けられた。

本発明のこの態様は、以下の特徴の１つまたは任意の組み合わせをさらに特徴としてもよい。即ち、ポリマーは、ガラス転移温度Ｔｇ（約８０℃よりも高い）または融解温度Ｔｍ（約８０℃よりも高い）を有している熱可塑性ポリマーを含んでおり；金属繊維へのポリマー（例えば熱可塑性ポリマー）の容量の比率は、約２．２：１（好ましくは、約２．５：１よりも大きい、そしてより好ましくは、約３：１よりも大きい）よりも大きく；合成材は、第２金属層を含み、その結果、ポリマー層が第１金属層と第２金属層の間に置かれたコア層であり；熱可塑性ポリマーは、ポリプロピレン、アセタールコポリマー、ポリアミド、ポリアミドコポリマー、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン・コポリマー）、ポリスチレン、少なくとも８０重量％エチレンを含むエチレンコポリマー、およびそれの任意の混合または、組み合わせから成る基から選択されたポリマーを含んでおり；熱可塑性ポリマーは、約２０％から約８０％の結晶度を有しているポリマーを含んでおり；充填熱可塑性ポリマーは、０．１ｓ^−１の歪率で測定された推定降伏応力Ｙ、および歪み硬化係数Ｇによって特徴付けられており、ここで、比率Ｙ／Ｇは約９未満（例えば約３未満）であり；充填材入り熱可塑性ポリマー（以下、充填熱可塑性ポリマーという）は、約１ＭＰａより大きい歪み硬化係数Ｇ、によって特徴付けられており；充填熱可塑性ポリマーは、約１２０ＭＰａ未満の推定降伏応力、Ｙ、約７５０ＭＰａより大きな引張係数、少なくとも約２５ＭＰａの引張強さ、またはその任意の組み合わせを特徴としており；熱可塑性ポリマーは、エラストマー修正ポリマーを含み；熱可塑性ポリマーは、任意の可塑剤が実質無く；金属繊維は、ポリマー層内に一様に分配され；金属繊維は、選択的にポリマー層内にあり；金属繊維は、約１ｍｍより大きな重量平均長さを特徴としており；金属繊維は、約１．０μｍから約５０μｍの重量平均直径を特徴としており；充填材は、約０．１０ｍｍ未満の重量平均粒径を有している金属粒子をさらに含み；充填材は、カーボンブラック、黒鉛、鉄のリン化物またはその組み合わせから選択された充填材粒子をさらに含んでおり、また、充填材粒子は、コア層の全容積に基づいた約５容量％未満の濃度で存在し；金属繊維は、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、マグネシウム、チタン、銅、少なくとも４０重量％銅を含んでいる合金、少なくとも４０重量％鉄を含んでいる合金、少なくとも４０重量％アルミニウムを含んでいる合金、少なくとも４０重量％チタンを含んでいる合金、またそれらの任意の組み合わせ、から成る基から選択され；金属繊維濃度は、ポリマー層の全容量に基づく約２０容量％未満であり；充填材は、再利用された金属粒子、あるいは、スタンピング操作から回復した屑から生産される再利用された金属繊維を含んでおり；第１金属層は、鋼、高張力鋼、中張力鋼、超高張力鋼、チタン、アルミニウムおよびアルミニウム合金から成る群から選択された第１金属材料を含み；第２金属層は、鋼、高張力鋼、中張力鋼、超高張力鋼、チタン、アルミニウムおよびアルミナム合金から成る群から選択された第２金属材料を含み、ここで、第１金属材料および第２金属材料は同じ金属材料からなり；第２金属層は、鋼、高張力鋼、中張力鋼、超高張力鋼、チタン、アルミニウムおよびアルミニウム合金から成る群から選択された第２金属材料を含み、ここで第１金属材料および第２金属材料は異なる金属材料からなり；合成材は、複数の金属層、複数のポリマー層またはその両方を含み；合成材は、２つのポリマー層間に置かれた第３金属層を含み、ここで、第３金属層が穿孔されており；合成材は、ｉ）エポキシが実質無く、ｉｉ）ポリマー繊維が無く、ｉｉｉ）ポリマー層および第１金属層間に置かれた粘着剤層が実質無く、または、ｉｖ）（ｉ）から（ｉｉｉ）の任意の組み合わせであり；合成材は、ポリマー層と第１金属層の間に置かれた粘着層を含み、ここで、粘着層は、金属繊維、金属粒子、金属繊維、カーボンブラック、黒鉛、鉄のリン化物またはその任意の組み合わせから成る群から選択された導電性充填材粒子、またはその両方を含んでおり；あるいは、合成材は、スタンピング操作で少なくとも１．５の延伸比とすることができる。

発明のこの態様は、以下の特徴の１つまたは任意の組み合わせをさらに特徴としてもよ
い。即ち、ポリマー層は、第１金属層に直接接合され；プロセスは、第１金属層へポリマ
ー層を熱接合する工程と、ポリマー層および第１金属層に圧力を加える工程を含んでおり
、ここで、熱接合工程は少なくともＴｍｉｎより大きな温度へ第１金属層に接するポリマー層の一部を熱することを含んでおり、ここで、Ｔｍｉｎは、充填熱可塑性材料の１つ以上のポリマーの最大の融解温度（１０℃／分の加熱率で示差走査熱量測定法によって測定されるとともに）、充填熱可塑性材料の１つ以上のポリマーの最大のガラス転移温度の中でより高い温度であり；そのプロセスは、ポリマー層へ第２金属層を接合し、その結果、ポリマー層が第１、第２金属層間に置かれたコア層を形成する、工程をさらに含み；プロセスは、Ｔｍｉｎより高い温度で、押出成形機中の金属繊維および１つ以上のポリマーを含む混合物を押し出す工程をさらに含み；プロセスは、引抜成形工程によって形成された金属繊維を含む、予め合成された充填材入りポリマー（以下、充填材入りポリマー）の微粒子として押出成形機に少なくとも金属繊維のうちのいくつかを与える工程を含み、ここで、引抜成形工程は１つ以上のポリマーで金属繊維の複数個のストランドを覆う工程と、金属繊維を含んでいる充填ポリマー材料の粒子状材料を形成するためにコーティングされたストランドを切り刻み、その結果、金属繊維が充填ポリマー材料の軸方向に方向付けられる、ことを含み、ここで、金属繊維の濃度は充填ポリマー材料の全容量に基づいた約１容量％より大きく；金属繊維は、切り刻まれた金属繊維であり；金属繊維は、短繊維として押出成形機の１つ以上の穴に与えられ；プロセスは、合成材料を再利用するまたは再使用する工程を含んでおり；第１、第２金属層は金属箔ロールとして与えられ、および、プロセスは、Ｔｍｉｎより大きな熱で、充填熱可塑性材料を押し出す工程と、Ｔｍｉｎより低い温度への充填熱可塑性材料の冷却工程を始める前に、充填熱可塑性材料の対向面へ第１、第２金属層を接触させる工程と、を連続して行うプロセスであり；圧力を加える工程は少なくとも１セットの反回転ローラを通って合成材料を通し、その結果、合成材料の厚さが少なくとも２％少なくされる工程を含んでおり；そのプロセスは、第１、第２金属層間にスペーサーを少なくとも部分的に置く工程を含み、ここで、スペーサーは、Ｔｍｉｎで固体であり；スペーサーの第１部品は第１、第２金属層間に置かれ、および、スペーサーの第２部品は第１、第２金属層間に置かれず、および、スペーサーの第２部品はスペーサーの第１部品の厚さより厚くなっており；プロセスは、第１金属層を洗浄する工程をさらに含んでおり；コア層は、コア層の全容量に基づいた、約３容量％から約３０容量％の金属繊維を含んでおり；コア層は、コア層の全容量に基づいた、約５容量％から約２５容量％の金属繊維を含んでおり；金属繊維の容量に対する１つ以上のポリマーの容量の比率は約２．２：１よりも大きく；充填熱可塑性材料の容量は、第１、第２金属層間の空間の少なくとも９０容量％であり；合成材料は、ＡＣ調節を使用して、２枚のプレート間の電圧降下に
よって測定されるような約１０，０００Ω・ｃｍ未満の貫通厚さ方向抵抗を有しており；混合物は再利用された金属の充填材粒子をさらに含み；ここで、そのプロセスは、再利用された金属の充填材粒子を形成するためにポリマー材料によるスタンピング操作から屑（ｏｆｆａｌ）を接触させる工程を含み；再利用された充填材粒子は、約０．１０ｍｍ未満の重量平均粒径を有しており、約１０未満のアスペクト比を有しており；屑は、金属材料である少なくとも１つの屑層、および熱可塑性材料を含んでいる少なくとも１つの屑層を含んでおり；プロセスは、１０未満のアスペクト比を有している金属粒子を含んでいるプライマーで、そして、１０未満のアスペクト比を有している金属粒子を含んでいる接着剤材料、またはその両方で、第１金属層の第１表面を覆う工程を含んでおり；第１金属層の第１表面は、両方のプライマー、接着剤材料、またはその両方が無いものであり；金属繊維は、熱可塑性材料（例えば、垂線方向の繊維の容量に対して繊維の中で最も高い濃度を有しているコア層のプレーン内の方角の繊維の容量比率は、約３：１未満好ましくは約２：１未満）内で任意に配列されており；プロセスは、金属繊維および他の充填材粒子を混合する工程を含んでおり；プロセスは、短繊維を形成する金属繊維の繊維を切り刻む工程と、押出成形機に短繊維を供給する工程と、を含んでおり、ここで、プロセスには、容器に短繊維を置く工程が無く；プロセスは、次の工程をさらに含み：第２充填熱可塑性材料の第１表面へ第２金属層の第１表面を付着させる工程と、第１金属層に接着された充填熱可塑性材料の第２表面を第２金属層に接着された充填熱可塑性材料の第２表面へと接触させ、この結果、２つの充填熱可塑性材料は第１、第２金属層の間に置かれる工程と、充填熱可塑性材料の第２表面に圧力を加える工程と、を含み；ここで、充填熱可塑性材料の第２表面はＴｍｉｎより高い温度を有しており、この結果、２つの充填熱可塑性材料は、接合し、第１、第２金属層の間に置かれるコア層を形成し；あるいは、プロセスは、約１２０℃よりも高いＴｍｉｎによって特徴付けられる。

例えば、本明細書に記載の材料の特定の好ましい組み合わせは、コア材料の側部に置く２つの層と、好ましくは充填ポリマー材料であるコア材料と、を含むことができる。充填ポリマー材料は、好ましくは少なくとも１つのポリマーを含む。該ポリマーは、本質的に、あるいは完全に熱可塑性ポリマーから成り、さもなくば熱可塑性ポリマーのように一般に処理可能な特徴を有するものでもよい。充填ポリマー材料は、好ましくは、また、充填材相、および好ましくは、本質的に、あるいは完全に繊維相から成るもの、および特に伸長金属繊維相等の伸長繊維相、を含む充填材を有している相を含む。そのような相は、十分に位置を決め、及び／又は、分配され（例えば、外装が設けられ、編まれて、位置を調整され、絡み合わされ、あるいはその任意の組み合わせ）、および、十分な容量で使用される。該量は、ポリマーがそれ自身一般に伝導性でなくても、充填ポリマー材料の少なくとも部分を横切る電気導電性ネットワークが実現される量である。特に好ましい伸長繊維の相は、それ自体伸び（個々の繊維の各々または両方、あるいは全量）および可能性のある歪み硬化を示してもよい。

Claims (6)

1. 軽量合成材料であって、
   （ｉ） 第１金属層、
   （ｉｉ）第２金属層、
   （ｉｉｉ）第１金属層と第２金属層間に配置されたポリマー層、および
   （ｉｖ）ポリマー層内に分配された金属繊維、を含んでおり、
   ここで、ポリマー層は、ポリマーを含んでいる充填材入りポリマー材料を含んでおり、
   前記ポリマーは、
   約８０％未満の結晶化度と、ＡＳＴＭ Ｄ６３８−０８によって測定される約０．１ｓ^−１の伸歪率で少なくとも約２０％の欠乏伸長度と、約０．１Ｓ−１の歪率で測定される約１ＭＰａより大きな歪硬化係数Ｇと、を有しており、前記充填材入りポリマーは、８０℃よりも高い融解温度有している熱可塑性ポリマーを含んでおり、該熱可塑性ポリマーはポリエチレンコポリマーであり、当該ポリエチレンコポリマーは、１以上のα−オレフィンと当該ポリエチレンコポリマーの全重量に基づいた少なくとも８０重量％エチレンの濃度を有し、
   金属繊維は、前記ポリマー層の全容量に基づいた７容量％の濃度より大きく、かつ２０容量％の濃度より小さく、かつ外装が設けられた繊維、編まれた繊維、又は絡み合わされた繊維のいずれかを含んでおり、金属繊維は、約１ｍｍより大きく、かつ２５ｍｍより小さい重量平均長さを有しており、および、繊維は、鋼、マグネシウム、チタン、銅、少なくとも４０重量％銅を含んでいる合金、少なくとも４０重量％鉄を含んでいる他の合金、少なくとも４０重量％アルミニウムを含んでいる他の合金、少なくとも４０重量％チタンを含んでいる合金、またそれらの任意の組み合わせ、から成る群から選択された金属で形成されており、
   その結果、結果として生じる合成材料は、溶接、約０．１ｓ^−１より大きな歪率での可塑変形、またはその両方がされ得るものであり、
   前記金属繊維は、約１０よりも大きい、各々の垂直の寸法に対して最長の寸法のアスペクト比を有し、ポリマーは伝導性ではなく、および、電気的な導電性ネットワークが充填ポリマー材料の少なくとも一部分を横切って実現されるように、繊維の容量は十分であり、かつ金属繊維は、金属層に陰極防食を提示する金属繊維を含み、合成材料は、ＡＣ変調を使用して、２つの金属層間の電圧降下によって測定される約１０，０００Ω・ｃｍ未満の導通の厚さ方向の抵抗率を有してなる
   ことを特徴とする軽量合成材料。
2. 前記金属繊維に対するポリマーの容量の比率は３：１より大きく、前記ポリマー層における細孔又は空洞の容積は１０容量％未満である請求項１に記載の軽量合成材料。
3. 前記充填材入りポリマー材料は充填材入り熱可塑性ポリマー材料であり、当該充填材入り熱可塑性ポリマー材料は前記第１金属層と前記第２金属層の間の空間の容積の少なくとも９０％であり、前記ポリマーは１０％以上の結晶度と２００００を超える数平均分子量を有してなることを特徴とする請求項２に記載の軽量合成材料。
4. 前記金属繊維が１ｍｍ〜８ｍｍの長さを有してなる請求項１乃至３のいずれかに記載の軽量合成材料。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の軽量合成材料にスタンピングする工程と、軽量合成材料を抵抗溶接する工程と、を含む、
   ことを特徴とする物を形成する方法。
6. 請求項１乃至４の何れかに記載の軽量合成材料を含んでいる溶接構造物であって、鋼、鋼以外の金属、同一の軽量合成材料、請求項１乃至４の何れかに定められる異なる軽量合成材料、またはその任意の組合せに、溶接される、ことを特徴とする溶接構造物。