JP2017171928A - 剥離耐性を有する、溶接可能で形成可能な軽量複合材 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱可塑性ポリマーと金属繊維を含む充填ポリマー材料と金属層を含む、長期間の耐腐食性又は耐剥離性を有し、電荷消散等の電気特性に優れ、ポリマー層を有する、溶接可能な軽量複合材の提供。
【解決手段】金属の第１シートと第２シートからなり、第１シートに取り付けられたポリマー材料複合材の押出し物を含み、金属成分が、溶接された複合材料からなる物品。ポリマーベースのマトリックスがエチレン−オクテンコポリマー又はエチレン−ヘキシャンコポリマーであるエラストマーを一種以上含む熱可塑性ポリマーで１００％モジュラスが３ＭＰａ未満であるエラストマーとマトリックス全体に分布した鋼繊維を体積の約１０〜約２５体積％を含む、複合材で、鋼繊維が重量平均長さ０．５〜７ｍｍの略長方形の断面を有するリボン形状の繊維で厚さに対する中の比率が約２〜約２０であり、互いにもつれており、複合材料の厚さが０．７〜１０ｍｍである、物品。
【選択図】なし

Description

（出願日の利益の請求）
本発明は、２０１１年２月１５日に出願された米国仮特許出願番号１３／０２７，４２３、２０１０年８月６日に出願された６１／３７１，３６０、２０１０年８月２７日に出願された６１／３７７，５９９、および、２０１０年９月２８日に出願された６１／３８７，１６４の出願日の利益を請求し、これらの内容はそのまま引用することによって本明細書により組み込まれる。
本発明は、一般的に、繊維充填ポリマー材料と、繊維充填ポリマー材料の層を含む複合材料、とりわけ、繊維充填ポリマー材料の層と金属層を含んでいるサンドイッチ複合材に関する。
高剛性、高靭性、および、低重量のバランスが取れている軽量複合材は、低屈曲性を必要とし、かつ、部品の軽量化から利益を得ることができる、多くの応用例で使用される。
輸送機関は、例えば、車両の部品として、または、輸送される対象（コンテナなど）のために、このような材料を必要とする産業の１つである。
輸送車両と輸送される対象の重量を軽くするという常に存在するニーズと、他の軽量材料や従来の鋼材の代わりとなるものへのニーズから、産業界は、複合材料と、とりわけサンドイッチ複合材料を調査した。本発明者らによって出願された初期の出願は、そのような努力について詳細に記載している。
不運にも、多くの商用用途に一般に課された性能要件は競合する設計上の緊張を生む。
１つのニーズ（例えば、スタンピング性（ｓｔａｍｐａｂｉｌｉｔｙ））を満たす材料は、必ずしも別のニーズ、例えば、溶接性などを満たすとは限らないこともある。そのため、本発明者のこの業績まで、商業的に実現可能なやり方で様々なニーズを満たすことができる材料は、まだ採用されていない。層間の高い統合結合ができないことと、長期間の耐食性とに起因して、複雑な事態がしばしば発生したため、サンドイッチ複合材を使用しようとする努力は失敗に終わってきた。もちろん、スタンピング性と溶接性のニーズに加えられる際には、上記のような材料の多くが実行可能な候補から除外された。したがって、本発明者のこの業績に至るまで、従来技術における今日までの多大な努力にもかかわらず、従来の鋼材を組み入れて完成品へとする者にとって莫大な現金出資を必要とせず、従来の鋼材に取って替わることができる、サンドイッチ複合材料のような改善された複合材料に対するニーズが残っている。同様に、スタンピング可能な材料のニーズも依然としてある。さらに、溶接することができ、とりわけ、従来の溶接技術および／または器具を用いて溶接することができる材料も依然として必要とされている。耐腐食性または耐剥離性（例えば、自動車車両の通常の使用条件などの通常の使用条件での耐剥離性）の双方の１つなどの長期の耐久性特徴を示し、長期間（例えば、３、５、１０年以上）にわたって複合材の層を剥離させることなく上記条件に耐えることができる、材料に対するニーズも依然として存在している。さらに、優れた処理可能性、耐久性、電気的な特徴（例えば、電荷消散特徴）、または、これらの任意の組み合わせを示す、単独または層状材料などの他の材料と組み合わせて使用可能なポリマーベースの複合材の塊（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｓｓ）に対するニーズもある。
さらに、改善された溶接性を有する（すなわち、許容可能な接合部を得るために大型の処理窓（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ）を有する）ポリマー層を有する溶接可能な軽量複合材に対するニーズが依然として存在している。溶接性は、溶接電流範囲（すなわち、溶接圧力および溶接時間などの他の条件が好ましくは最良の溶接をもたらす値で一定に保たれながら、許容可能な溶接を生成する最大電流と許容可能な溶接を生成する最小電流との間の差）によって測定されてもよい。溶接性は、溶接時間範囲（すなわち、溶接圧力および溶接電流などの他の条件が好ましくは最良の溶接をもたらす値で一定に保たれながら、許容可能な溶接を生成する最大溶接時間と許容可能な溶接を生成する最小電流との間の差）によって測定されてもよい。
様々な態様での本発明は、上記のニーズのいくつかまたはすべてを満たし、特定の材料の組み合わせが、素晴らしい絞り能力を有し、溶接可能であり（および、従来の技術および／または器具を用いて溶接されてもよい）、および、通常は剥離をもたらす条件に直面して剥離に抵抗する、サンドイッチ複合材料などの複合材料を提供することができるという予想外の驚くべき認識に基づいて予測される。したがって、鋼の代替物が鋼の代わりの一時的な材料として効果的に使用可能である従来の多くの用途において、鋼の代替物を実現させる際に本明細書の材料ならびに他の教示は有効である。したがって、製造業者は、新しい設備や他の資本投資を取得する必要なく、製造作業で本材料を用いることができることが期待される。結果として生じる物品にも大幅な軽量化が可能である。
様々な態様が本明細書で開示され、１つの態様の教示は、以下の記載を見ればわかるように、他の態様の教示と組み合わせて用いられてもよい。
一般的な意味において、本教示は、複合材料を考慮しており、該複合材料は、少なくとも第１の熱可塑性ポリマーと第１の熱可塑性ポリマーとは異なる少なくとも１つの第２の熱可塑性ポリマーとの混合物を含むポリマーベースのマトリックス、および、ポリマーベースのマトリックスを含む複合材の塊を形成するために、マトリックス全体に分布した金属繊維の塊を備え、金属繊維の塊は、少なくとも１つの一般的には平面を随意に有する複数の金属繊維を含み、複合材の塊の総体積に基づいて、約３体積％よりも高い濃度で存在する。
本教示は、以下の詳細な説明にわたって記載された特徴のように、本発明のこの要約において以下の特徴の１つまたは任意の組み合わせも考慮する。実例として、少なくとも１つの第１の熱可塑性ポリマーは、少なくとも１つのポリオレフィン（ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎｉｃ）ポリマー（例えば、線状の低密度ポリエチレン）を含んでもよく、少なくとも１つの第２のポリマーは、エチレン−オクテンコポリマーのようなエラストマーを含む。ポリマーベースのマトリックスは、架橋結合が可能なポリマーを含んでもよい。例えば、ポリマーベースのマトリックスは、放射（例えば、紫外線放射および／または赤外線放射）、湿気、熱、または、その任意の組み合わせから選ばれた外部刺激の適用によって架橋結合することができるポリマーを含む。第２の熱可塑性ポリマーに対する第１の熱可塑性ポリマーの相対的な重量および／または比率は、約１：１から約１０：１まで変動してもよい。より好ましくは、約２：１から約５：１である。
複合材の塊は、金属板（例えば、それは対向する金属板の間で挟持される）のような基板に取り付けられてもよく、複合材の塊に取り付けられる前後の基板または金属板は、腐食に耐えるために、１以上のコーティング（例えば、亜鉛、リン酸塩、または、その両方を含むもの）によって、金属板の対向する主要表面上でコーティングされてもよく、基板の金属または任意の板金は、アルミニウム、鋼（高強度鋼（例えば、約２４０ＭＰａ以上、約３００ＭＰａ以上、約４００ＭＰａ以上、約４５０ＭＰａ以上、約５００ＭＰａ以上、または、約５５０以上の降伏強度を有するなどの等級と一致する機械強度特徴；約３４０ＭＰａ以上、約４５０ＭＰａ以上、約５００ＭＰａ以上、約５００ＭＰａ以上、約６００ＭＰａよりも大きな、または、約６５０以上の最大引張強度；または、その両方を有する鋼）、あるいは、さもなければ、ニッケル、マンガン、銅、ニオブ、バナジウム、クロム、モリブデン、チタン、カルシウム、１つ以上のレアアース元素、ジルコニウム、窒素、または、任意の組み合わせから選択された合金成分を含む鋼）であってもよい。
金属繊維の塊は、腐食に耐えるために、合成物でコーティングされた複数の繊維を含んでもよく、例えば、複数の繊維は、犠牲陽極を定義するための合成物でコーティングされ、その結果、耐腐食性が、複合材の塊が取り付けられる金属の標準的な電気化学的還元電位未満の標準電気化学的還元電位を有する繊維によって、複合材の塊が取り付けられる金属に提供される。金属繊維の塊は、アルミニウム繊維、亜鉛繊維、マグネシウム繊維、または、その任意の組み合わせを含んでもよく、ならびに／あるいは、繊維は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、または、その任意の組み合わせによって少なくとも部分的にコーティングされてもよい。金属繊維の塊は、リボンの形状をした複数の繊維を含む。例えば、金属繊維は、一般に平らな２つ以上の表面を有してもよく、金属繊維は、一般に直線の側を含む繊維の長手方向に直角な断面を有してもよく、金属繊維の断面は一般に多角形（例えば、一般に長方形）であってもよく、金属繊維は、幅と厚さを含む断面を有してもよく、幅と厚さの比率は、約２０：１から約１：１である。
結果として生じる複合材料は、多くの用途において、該材料を鋼の代替物として適切なものにする優れた特性を示してもよい。例えば、複合材の塊は、ＤＩＮ１１３３９下でピール試験にさらされた後に、該複合材が、かなりの量の凝集破壊を示すように（例えば、少なくとも約４０％、５０％、６０％以上などのように約２５％以上の凝集破壊）、任意の金属層に十分に結合されてもよい。複合材の塊は、ＤＩＮ１１４６５下で重ね剪断試験（ｌａｐ ｓｈｅａｒ ｔｅｓｔｉｎｇ）にさらされた後に、該複合材が、かなりの量の凝集破壊を示すように（例えば、少なくとも約４０％、５０％、６０％以上などのように約２５％以上の凝集破壊）、任意の金属層に十分に結合されてもよい。
本発明の特有の予期しない特徴の１つが、優れた結合強度が達成されるということであるということが上記から明らかとなり、そのような優れた耐剥離性は、多量の複合材の塊で使用されなくても、または、かなりの量の（例えば、３０重量％、２０重量％、１０重量％、５重量％、または、１重量％の可能性がある）任意の極性ポリマーの不在下でさえ、達成可能であってもよい。さらに、ポリマーマトリックスの複合材の塊の上記の結合強度が危険にさらされず、実際には、ポリマーマトリックスの複合材の塊内部の繊維の存在によって、リン酸塩化および／または亜鉛メッキした鋼板によって、または、その両方によって、増強されることもあるということは、予期しない驚くべきことである。例えば、普通炭素、コーティングされていない鋼、繊維を含む本明細書に記載の複合材、および、サンドイッチ層としてリン酸塩化および／または亜鉛メッキした鋼層も含んでもよい複合材の間で挟持される繊維を含まないポリマーを含んだサンドイッチ複合材と比較して、後者は、ＤＩＮ１１３３９に従って試験すると、驚くべきことに２倍または３倍ものピール強度の増加を達成することできると信じられている。
複合材料を用いて形成されたサンドイッチ複合材の降伏強度は、約１００ＭＰａ以上であってもよい。本教示の複合材料を用いて形成されたサンドイッチ複合材の引張強度は、約１６０ＭＰａ以上であってもよい。複合材は、約０．４ｍｍ以上の厚さを有するサンドイッチ複合材の形状であってもよく、複合材の塊がサンドイッチ複合材の総厚さの少なくとも約３０％である厚さを有するようなものであってもよい。
本明細書に記載の本教示を用いる、溶接物品も可能である。例えば、金属繊維の形状、大きさ、濃度、および、種類は、本明細書の教示の複合材料と、軽量複合材とほぼ同じ厚さを有するガルバニール処理された鋼板とからなる溶接スタック（ｗｅｌｄ ｓｔａｃｋ）が、各々が４．８ｍｍの電極表面直径を有する２つの軸方向に並べられた電極によって加えられる約５００ｌｂｓの圧縮力を用いて測定されるような０．００２０Ω以下の静的接触抵抗を示すように、選択される。さらなる例としては、金属繊維の形状、大きさ、濃度、および、種類は、軽量複合材が約０．０１以下の静的接触抵抗比を有するように選択され、該静的接触抵抗比は、（ｉ）請求項１乃至２３のいずれかの複合材料と、軽量複合材とほぼ同じ厚さを有する鋼板とからなる第１の溶接スタックの静的接触抵抗の、（ｉｉ）第１の溶接スタック中のような２枚の同じ鋼からなる第２の溶接スタックの静的接触抵抗に対する、比率であり、静的接触抵抗は、各々が４．８ｍｍの電極表面直径を有する２つの軸方向に並べられた電極によって加えられる約５００ｌｂｓ（約２２２４Ｎｔ）の圧縮力を用いて測定される。
本明細書の教示は物品を作る方法も想定しており、該方法は、本教示の複合材料を、（例えば、スタンピング作業において）少なくとも約１．５の絞り比へと可塑的に変形させる工程、（例えば、特別な溶接パラメータを用いる必要なく、従来の溶融亜鉛メッキ加工した鋼の２つの本体を溶接するために従来用いられるのと同じ溶接条件を用いて）複合材料を溶接する工程、または、その両方を含んでもよい。本教示は、教示の複合材料を用いるおよび／または教示の方法から作られた物品も考慮する。自動車車両の部品における、または、該部品の一部としての該材料の使用も同様に考慮される。
本教示の複合材料の他の属性は、以下の１以上を含んでもよい。複合材料の曲げ弾性率は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０によって測定されるような少なくとも約２００ＧＰａであってもよい。充填されたポリマー層の濃度が十分に高いため、複合材料の密度は約０．８ｄｍ以下である（ｄｍは複合材の塊と組み合わせて採用された任意の金属板の重量平均密度である）。金属層のいずれかの表面は、電気亜鉛メッキ技術などの亜鉛メッキ化によって、リン酸塩含有層を含むようにリン酸化することによって、または、その任意の組み合わせによって、腐食に耐えるために（複合材の形成前に）１つ以上の表面上で処理されてもよい。
金属繊維は、第１または第２の金属層のいずれかまたは両方に由来するスクラップおよび／または出発物質で形成されてもよく（例えば、その上にコーティングを有していない、切れ端の細断されたストリップまたは出発物質の細断された一片）、または、金属繊維は、鋼繊維と、鋼繊維の溶解温度よりも低い溶解温度を有する別の金属の繊維とを有してもよい。
２つ以上のポリマーが使用される場合、ポリマーの１つは、ＡＳＴＭ Ｄ６３８によって測定されるような引張係数、すなわち、別のポリマーの引張係数とは異なる約２５％以上を有してもよい。１つのポリマーは、ＡＳＴＭ Ｄ５７０によって測定されるような吸水率、すなわち、別のポリマーの吸水率とは異なる約２５％以上であってもよい。１つのポリマーは、ＡＳＴＭ Ｄ６４８によって測定されるような熱たわみ温度、すなわち、別のポリマーの熱たわみ温度とは異なって約５℃以上であってもよい。１以上のポリマーは、酸素および窒素原子をほとんど含まなくてもよい。１以上のポリマーは、他のポリマー中の酸素および窒素原子の総濃度未満のポリマーの総重量パーセントに基づいて、酸素および窒素原子の総濃度を含んでもよい。
使用されたポリマーの少なくとも１つはポリアミドであってもよい。使用されたポリマーの少なくとも１つはイオノマーであってもよい。ポリマーの少なくとも１つはコポリマーであってもよい。ポリマーの２つの間のような引張係数の比率は、１．２５：１以上であってもよい。一方のポリマーのもう一方のポリマーに対する重量または体積比は、約１０：９０から約９０：１０まで変動してもよい。ポリマーの１つは、グラフトポリオレフィン、例えば、無水マレイン酸でグラフトされたポリオレフィンを含んでもよい。
本明細書の教示は、複合材が以下の特徴の１つまたは任意の組み合わせによってさらに特徴づけられてもよい：軽量複合材は、０．００１７Ω以下の静的接触抵抗を有してもよい；軽量複合材は、約０．００１５Ω以下の静的接触抵抗を有してもよい；軽量複合材は、同じ厚さの亜鉛メッキ鋼の静的接触抵抗よりも大きな静的接触抵抗を有してもよい；軽量複合材は、同じ厚さを有する亜鉛メッキ鋼の静的接触抵抗よりも少なくとも１００％以上大きい静的接触抵抗を有してもよい；軽量複合材は、同じ厚さを有する亜鉛メッキ鋼の静的接触抵抗よりも少なくとも２００％以上大きい静的接触抵抗を有してもよい；軽量複合材は、同じ厚さを有する亜鉛メッキ鋼の静的接触抵抗よりも少なくとも４００％以上大きい静的接触抵抗を有してもよい；軽量複合材は、約０．０００１Ω以上の静的接触抵抗を有してもよい、軽量複合材は約１．５ｋＡ以上の電流範囲を有してもよい；軽量複合材は約２．１ｋＡ以上の電流範囲を有してもよい；軽量複合材は約２．１ｋＡ以上の電流範囲を有する；軽量複合材は約２．５ｋＡ以上の電流範囲を有してもよい；軽量複合材は同じ厚さの鋼の電流範囲よりも大きな電流範囲を有してもよい；軽量複合材は、同じ厚さの鋼の電流範囲よりも少なくとも約０．５ｋＡ以上大きな電流範囲を有してもよい；軽量複合材は、同じ厚さの鋼の電流範囲よりも約１．０ｋＡ以上大きな電流範囲を有してもよい。
金属繊維の濃度は、充填ポリマー材料の総体積に基づいて、約１０体積パーセントから約２５体積パーセントまでであってもよく、金属繊維の濃度は、充填ポリマー材料の総体積に基づいて、約１２体積パーセントから約２３体積パーセントまでであってもよく、金属繊維は約０．０００９ｍｍ２以上の平均断面積を有してもよく、断面積は繊維の長さに垂直な方向に測定され、金属繊維は約０．００２５ｍｍ２以上の平均断面積を有してもよく、断面積は繊維の長さに垂直な方向に測定され、金属繊維は繊維の長さに垂直な方向に一般に長方形の断面積を有してもよく、または、長方形の断面は、厚さと、厚さと少なくとも同じくらい長い幅とによって特徴づけられ、幅の厚さに対する比率は約２０以下である。
教示の別の態様は、ｉ）溶接スタックに圧力を加える工程、ｉｉ）圧力をかけている間に、第１の溶接電流を流す工程であって、第１の溶接電流は約０．８ｋＡ以下である、工程、ｉｉｉ）溶接電流が第２の溶接電流に達するまでアップスロープ時間にわたって溶接電流を、増分式に、徐々に、または、連続して、傾斜させる工程を含む工程を考慮し、第２の溶接電流は第１の溶接電流よりも少なくとも約０．５ｋＡ高く、アップスロープ時間は約０．０１秒以上であり、溶接スタックは、複合材料と、各々が少なくとも１つの金属層を含む１以上の追加の成分とを含み、複合材料は２つの金属層と、２つの金属層の間に少なくとも部分的に置かれた１つ以上のポリマー層とを含み、ポリマー層は１以上のポリマーを含み、ポリマー層は１以上の金属繊維を含み、および、１以上のポリマー層の総体積は複合材料の総体積の約３０％以上である。好ましくは、該工程は、少なくとも０．０６秒間、溶接電流を第２の溶接電流で維持する工程を含む。
１Ａはポリマー層と金属層を有する複合材料を示し、１Ｂは２つの金属層間に置かれたポリマーコア層を有する複合材料を示す。 ポリマー材料または複合材料をモニターするための典型的な工程の略図である。 コア層内で使用されてもよい典型的な金属繊維の顕微鏡写真である。 金属繊維とポリマーを含む典型的なコア層の顕微鏡写真である。 ２つの金属層、金属繊維、および、ポリマーを含む典型的な軽量複合材の顕微鏡写真である。 ２．０ｋＡ以上（例えば、約３．０ｋＡ）の溶接電流範囲を有するガルバニール処理された金属に溶接された軽量複合材料に関する、溶接ボタンサイズ（ｍｍの単位で）と溶接電流（ｋＡの単位で）の関係を示す曲線である。 約２．０ｋＡ以上（例えば、約２．８ｋＡ）の溶接電流範囲を有するコーティングされていない深絞り品質の鋼に溶接された軽量複合材料に関して、溶接ボタンサイズ（ｍｍの単位で）と溶接電流（ｋＡの単位で）の関係を示すグラフである。 約１．５ｋＡ以上（例えば、約１．７ｋＡ）の溶接電流範囲を有するガルバニール処理された金属に溶接された軽量複合材料に関して、溶接ボタンサイズ（ｍｍの単位で）と溶接電流（ｋＡの単位で）の関係を示すグラフである。 約１．５ｋＡ以上（例えば、約２．０ｋＡ）の溶接電流範囲を有する溶融亜鉛メッキ処理されてコーティングされた金属に溶接された軽量複合材料に関して、溶接ボタンサイズ（ｍｍの単位で）と溶接電流（ｋＡの単位で）の関係を示すグラフである。
一般的に、本明細書に記載の材料は、記述されるように、充填ポリマー材料を使用し、とりわけ、ポリマーマトリックス中に分布している金属繊維相を含む材料を用いる。一般に、本明細書に記載の複合材料は、少なくとも２つの層を用い、その１つは、上記の充填された（例えば、繊維で充填された）ポリマー材料（例えば、繊維で充填されたポリマー層中にある）である。特に、本明細書の材料は、サンドイッチ構造を含む複合材であり、該サンドイッチ構造に従って、繊維で充填されたポリマー層は２つ以上の他の層の間に挟持される。本明細書に記載の材料は、サンドイッチ構造先行物を、例えば、充填されたポリマー層が、露出した外部表面を有するように取り付けられる第１の層を同様に考慮している。第２の層は、充填されたポリマー層にその後取り付けられてもよい。本発明は、本教示に従って繊維で充填ポリマー材料を含む原料合成物（例えば、ペレット、板、または、それ以外の形状で）も考慮している。例証されるように、本明細書に記載の材料は、該材料を、変形作業に（例えば、スタンピングなどの比較的高い歪み速度の形成作業）、溶接作業に、またはその両方に適切なものとする特徴の特有な、驚くべき、および、魅力的な組み合わせを示す。例えば、本教示からわかるように、充填されたポリマー層は多相性となるように設計されている。少なくとも１つの相（例えば、充填）は、導電性の流路を提供し、塑性的に変形可能なものであり、塑性変形を誘発する応力にさらされると歪み硬化する（ｓｔｒａｉｎ ｈａｒｄｅｎ）。加えて、ポリマー相は、溶接および／または変形（例えば、スタンピングなどによる変形）のための複合材料の処理が複合材の剥離のない別の材料（金属板などの金属層）と十分に結合するようなものである。ポリマー相は、コーティング作業にさらされる際に（例えば、板金コーティング作業でよくみられる、静電コーティング槽（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ ｂａｔｈ）、または、耐食性を与えるための他の槽のような他の薬浴槽にさらされる際）、分解に耐えるようなものであってもよい。
本発明の複合材料は、一般には導電率が悪いポリマーを含むにもかかわらず、電気抵抗溶接性を用いて、驚くほど優れた溶接性を有していてもよい。例えば、許容可能な溶接部を得るための処理窓（ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｉｎｄｏｗ）は一般に広くてもよい。本明細書で使用されているように、許容可能な溶接部は、溶接部を作るために用いられる電極の直径の約９５％以上であるボタンサイズの直径を有する溶接部であってもよい。本明細書に記載されるように、複合材料は、同じ厚さの鋼（例えばガルバニール処理された鋼）よりも幅の広い、溶接のため処理窓を有していてもよい。
種々な態様における本発明は、魅力的な複合材、とりわけ、積層複合材を導き出す材料の独自の組み合わせを利用する。該積層は、鋼板（例えば、ステンレス鋼および／または低炭素鋼）などの従来技術で開示されている薄板材料と同様の手法で、絞り加工（例えば、深絞り）され、溶接され、あるいは、その両方がなされてもよい。一般に、本発明は、該材料が、全体として、溶接性、または、その両方を与えるように選択され用いられる、多相複合材料を利用する。さらに、該材料は、結果として生じる積層が、とりわけ、それが装飾的または機能的な表面処理（例えば、コーティング、メッキ、あるいは、それ以外のもの）を与える工程に関連するため、従来の技術で開示された薄壁に囲まれたのと同様の方法で処理され得るようなものであってもよい。
例えば、本明細書の材料の特定の好ましい組み合わせは、コア材の側面に位置する２つの層を含み、その後者の方は、好ましくは充填ポリマー材料である。充填ポリマー材料は、好ましくは少なくとも１つのポリマーを含み、該ポリマーは、熱可塑性ポリマーを含むか、本質的に熱可塑性ポリマーからなるか、あるいは、完全に熱可塑性ポリマーからなり、あるいは、それ以外のものは、一般的に熱可塑性ポリマーとして処理され得る特徴を有している。充填ポリマー材料は、充填層、好ましくは、充填材料を有する相を含み、該充填材料は、繊維相、とりわけ、細長い金属繊維相などの繊維相を含むか、本質的に該繊維相からなるか、完全に該繊維相からなる。上記のような相が、十分に位置づけおよび／または分配され（例えば、包まれ、編まれ、並べられ、もつれさせられ、または、その任意の組み合わせ）、および、十分な量で用いられるため、ポリマー自体が一般的に導電性を有していない場合でも、充填ポリマー材料の少なくとも一部の導電性ネットワークが実現化される。特に好ましい長方形の繊維相はそれ自体で、伸び（個々の繊維または全体としての塊のいずれかまたは両方）と、場合によっては歪み硬化を示してもよい。
当然のことながら、本明細書の「層」への言及は、材料の個別のまたは別々の小片を必ずしも必要とするわけではない。例えば、層状の複合材は、充填ポリマー材料の間にある共通の端を共有するにもかかわらず、材料の２つの層を定義するためにそれ自体で折り畳まれた材料の１つの薄板を含んでいる場合、依然としても本教示の範囲内であってもよい。
ここで、本明細書の教示にさらに具体的に目を向けると、第１の態様では、少なくとも１つの層（例えば、金属表面層のような金属層など）と、少なくとも１つのポリマー層とを含む、隣接する異種材料から作られた複合材料が考慮され、該複合材料は、成型パネルへと形成可能（例えば、材料の（比較的早い速度で）の塑性歪みを引き起こすために応力をかけることによってスタンピング可能であるか、あるいは、さもなければ、プレス機上に冷間成形することができる）であることがわかる。複合材料は、１つの金属層と１つのポリマー層とを含む複合材積層であってもよく、あるいは、１つ以上の他の層を含んでもよい。例えば、複合材料は、２つのポリマー層の間に置かれた１つの金属層を含む積層、または、少なくとも２つの対向する金属層の間に挟持されたポリマー層を含む積層であってもよい。示されたように、特に好ましい手法は、この後者の構造を想定しており、前者の構造は後者の構造のための先行物として機能することもある。そのような例において、サンドイッチ構造を形成する方法は、サンドイッチ構造を形成するために先行物に層を加える工程、サンドイッチ構造を形成するために第２の先行物に、第１の先行物を加える工程、または、その両方を含んでもよい。
１つの金属層（１４）と１つのポリマー層（１６）を有する複合材積層（１０）の一例が図１Ａに示される。サンドイッチ（１２）は、図１Ｂ内で例証されるように、第１の金属層（１４）と、第２の金属層（１４’）と、第１と第２の金属層の間に置かれたポリマー層（１６）（例えば、ポリマーコア層）を含んでもよい。図１Ａおよび１Ｂを参照すると、ポリマー層（１６）は少なくとも１つのポリマー（例えば、熱可塑性ポリマー）（１８）と１つの繊維（２０）を含む。ポリマー層（１６）および第１の金属層（１４）は共通の表面（２２）を有してもよい。図１Ａと１Ｂで示されるように、繊維のいくつかまたはすべては、ポリマー層の１つの表面からポリマー層の対向する表面まで及ぶような長さと配向性を有してもよい。しかしながら、他の繊維長および配向は本発明の範囲内であることがわかるだろう。例えば、ポリマー層の２つの向かい合う面の間で伸びる繊維（例えば、金属繊維）の断片は、２０％未満、１０％未満、５％未満、または、１％未満であってもよい。図１Ａと１Ｂに示される繊維は、一般的に直線の繊維である。本明細書の教示から、好ましい繊維は一般的に直線ではないことがわかるだろう。好ましい繊維は、繊維の長さに沿って１つ以上の湾曲があるか、一般的に曲線の特性を有するか、または、その両方を有している。
上記のように、複合材である多層構造に加えて、本発明の別の態様は、熱可塑性ポリマーと繊維（例えば、金属繊維）を含む、のちに２つの金属層の間で挟むことが可能な先行物ポリマー層シート材料（すなわち、単一層のポリマー層）について考慮している。
本発明のさらに別の態様は、ポリマーと繊維を含む先行物ポリマー原料を考慮している。そのようなポリマー原料は、単一の材料として、または、１つ以上の追加材料（例えば、１つ以上の追加ポリマー）で希釈することによって、ポリマー層へと（例えば、シートへと）成形（例えば、成型または押し出し）されてもよい。そのようなものとして、先行物ポリマー原料は、複合材料のポリマー層中の成分のいくつかまたはすべてを含んでもよい。好ましくは、ポリマー原料は、ポリマー層のための繊維のほとんどすべてを含む。
使用時、複合材は、変形され（例えば、スタンピング処理などによって形成され）、別の構造（例えば、鋼または別の複合材料）に取り付けられ、または、その両方がなされてもよい。好ましい手法は、別の構造に本発明の複合材を溶接する工程を使用することである。成型パネルは、接着剤、ろう付け工程を用いるなどの溶接以外の技術によって、必要に応じて、他の部分に連結されてもよい。両方の場合、複合材料（例えば、積層またはサンドイッチ板）は、廉価なスタンピング方法によって形成可能であるが、驚くべきことに、当該技術で以前直面していた制限がない。その特有な特徴によって、複合材料は、輸送（例えば、自動車）産業で現在使用されている車体パネル内のような規則的な単一体の金属板を従来用いるさまざまな用途向けの非常に魅力的な候補となっている。
本発明の１つの特有な特徴は、ポリマー（例えば、熱可塑性ポリマー）と金属繊維を特異的に選択することと、廉価なスタンピング処理作業のために新しい形成可能な複合材料（例えば、サンドイッチまたは積層構造）を生産するために、金属繊維と随意の粒子、および、他の随意の充填材をポリマーマトリックスに組み込むことを含むことである。別の新規な点は、スタンピング可能なサンドイッチが、抵抗溶接（例えば、スポット溶接、シーム溶接、フラッシュ溶接、プロジェクション溶接、または、アプセット溶接）、エネルギービーム溶接（例えば、レーザービーム、電子ビーム、または、レーザーハイブリッド溶接）、ガス溶接（例えば、酸素アセチレンのようなガスを使用するオキシ燃料（ｏｘｙｆｕｅｌ）溶接）、アーク溶接（例えば、ガス金属アーク溶接、ミグ溶接、または、シールド金属アーク溶接）のような従来の溶接技術によって接合されてもよいということである。好ましい接合技術は、抵抗スポット溶接とレーザー溶接のような高速溶接技術を含む。
形成可能な／スタンピング処理可能な材料の様々な特徴、上記のような試験方法、試験基準、欠陥の記載、および、形成工程の記載が、以下の出版物に述べられており、これらはすべて引用によって本明細書に組み入れられる：
Ｍ． Ｗｅｉｓｓ， Ｍ． Ｅ． Ｄｉｎｇｌｅ， Ｂ． Ｆ． Ｒｏｌｆｅ， ａｎｄ Ｐ． Ｄ． Ｈｏｄｇｓｏｎ， ”Ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｍｅｔａｌ／Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｍｉｎａｔｅｓ ｉｎ Ｓｈｅｅｔ Ｍｅｔａｌ Ｆｏｒｍｉｎｇ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００７， Ｖｏｌｕｍｅ １２９， Ｉｓｓｕｅ ４， ｐｐ． ５３０−５３７．
Ｄ． Ｍｏｈｒ ａｎｄ Ｇ． Ｓｔｒａｚａ， ”Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｏｒｍａｂｌｅ Ａｌｌ−Ｍｅｔａｌ Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｓｈｅｅｔｓ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”， Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｖｏｌｕｍｅ ７ Ｎｏ． ４， ２００５， ｐｐ． ２４３−２４６．
Ｊ．Ｋ．Ｋｉｍ ａｎｄ Ｔ．Ｘ．Ｙｕ， ”Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｂｅｈａｖｉｏｕｒ Ｏｆ Ｃｏａｔｅｄ， Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ａｎｄ Ｓａｎｄｗｉｃｈｅｄ Ｓｈｅｅｔ Ｍｅｔａｌｓ：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌｕｍｅ ６３， Ｎｏ１ −３， １９９７， ｐｐ． ３３−４２．
Ｋ．Ｊ．Ｋｉｍ， Ｄ． Ｋｉｍ， Ｓ．Ｈ． Ｃｈｏｉ．Ｋ． Ｃｈｕｎｇ， Ｋ．Ｓ． Ｓｈｉｎ， Ｆ． Ｂａｒｌａｔ， Ｋ．Ｈ． Ｏｈ， Ｊ．Ｒ． Ｙｏｕｎ， ”Ｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＡＡ５１８２ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ／ＡＡ５１８２ Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｓｈｅｅｔ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌｕｍｅ １３９．Ｎｕｍｂｅｒ １ ， ２０ Ａｕｇｕｓｔ ２００３ ， ｐｐ． １−７．
Ｔｒｅｖｏｒ Ｗｉｌｌｉａｍ Ｃｌｙｎｅ ａｎｄ Ａｔｈｉｎａ Ｍａｒｋａｋｉ 米国特許番号６，７６４，７７２ （２００１年１０月３日出願、２００４年７月２０日発行）．
Ｆｒａｎｋ Ｇｉｓｓｉｎｇｅｒ ａｎｄ Ｔｈｉｅｒｒｙ Ｇｈｅｙｓｅｎｓ， １９９３年３月４日出願、１９９４年９月１３日発行の米国特許番号５，３４７，０９９， ”Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｏｆ Ｓｈｅｅｔｓ Ｏｆ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”．
Ｓｔｒａｚａ Ｇｅｏｒｇｅ Ｃ Ｐ， 国際特許出願公開公報（ＰＣＴ）：ＷＯ２００７０６２０６１ ， ”Ｆｏｒｍｅｄ Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ”，公開日：２００７年５月３１日．
Ｈａｗａｒｄ Ｒ．Ｎ．， Ｓｔｒａｉｎ Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｏｆ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ， Ｍａｃｒｏｍｏｉｅｃｕｌｅｓ １９９３，２６， ５８６０−５８６９．
２０１０年２月２５日公開の国際特許公開公報Ｎｏ．ＷＯ２０ ０／０２１８９９（ｂｙ Ｍｉｚｒａｈｉ）
２００９年１２月２８日出願の米国特許出願Ｎｏ．６１／２９０，３８４（ｂｙ Ｍｉｚｒａｈｉ）
２００８年８月１８日出願の米国特許出願Ｎｏ．６１／０８９，７０４（ｂｙ Ｍｉｚｒａｈｉ）
２００９年３月２７日出願の米国特許出願 Ｎｏ．６１／１８１ ，５１１（ｂｙ Ｍｉｚｒａｈｉ）
米国特許出願公報 Ｎｏ．ＵＳ２０１０／００４０９０２Ａ１ ， ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｏｎ Ｆｅｂｒｕａｒｙ １８， ２０１０， ｂｙ Ｍｉｚｒａｈｉ．
＜材料＞
一例として、ポリマー層の繊維充填材の使用は、複合材の製作を促進すると考えられ、驚くほど低いレベルのものは、本明細書において有益な結果を達成するために使用することができる。驚くべきことに、本明細書に教示されている材料の選択および組み合わせは、類似の形状（例えば、金属板）の従来の金属構造物よりも単位容量当たり少ない金属を利用可能にし、その一方で、なお比較可能な特性および特徴を示す。当業者が予想外の材料の組み合わせで直面する問題は、回避される。この点で、予測され得る材料のいくつかの挙動特性は、驚くほど回避され、結果として生じる複合材において有利に使用され、またはその両方が行われる。結果として生じる積層は、それゆえ、現存する材料の一時的な代替物である魅力的な候補として提供され、例えば、それらは、設備を一新するか、あるいは処理条件を顕著に変更するために、供給源の顕著な投資を要せず、鋼板の代わりに使用され得る。
＜ポリマー層＞
ポリマー層は、充填ポリマー（例えば、金属繊維のような補強繊維により充填された熱可塑性ポリマー）を、一般に含み、あるいは、それらのものから本質的に成るものでもよい。そのようなものとして、一般に充填されたポリマー材料複合材の塊であり、当該ポリマー材料複合材の塊は、ポリマーマトリックスと、該ポリマーマトリックス全体にわたって分布した、繊維の塊を有する。
ポリマー層で使用される充填ポリマー材料は、好ましくは、比較的剛性であり、比較的丈夫であるとして一般的に特徴づけられる材料であり、比較的高い破断時の伸びを有し、高い歪み硬化特性を有し、軽量であるか、あるいはそれらの任意の組み合わせであり、例えば、Ｍｉｚｒａｈｉによる、２０１０年２月２５日に公開された国際特許出願公開第ＷＯ２０１０／０２１８９９号公報に記載され、その全体への引用によって本明細書に組み入れられた。
好ましくは、充填ポリマー材料の少なくともいくつかのポリマーは、熱可塑性を有するが、熱硬化性ポリマー、とりわけ、熱可塑性であるとして処理されるが、硬化される熱硬化性ポリマーであってもよく、または当該熱硬化性ポリマーを含み得る。好ましくは、充填ポリマー材料で使用されるポリマーの少なくとも５０重量％（１００％でない場合、好ましくは少なくとも６０重量％、７０重量％、８０重量％、９０重量％、または更に９５重量％）は、熱可塑性ポリマーである。
充填ポリマー材料は電気伝導特性（例えば、充填ポリマー材料が導電体でもよい）を有することもでき、この結果、導電性通路は充填ポリマーを介して設けられ、複合材料は、金属板などの第２の構造体に溶接され得る。ポリマーコア材の電気伝導特性は、例えば、Ｍｉｚｒａｈｉによる、２０１０年２月２５日に公開された国際特許出願公開第ＷＯ２０１０／０２１８９９号公報に記載された少なくともパーコレーション濃度を有する量でポリマー中に分散される、金属繊維および随意の金属若しくはカーボンブラック微粒子の使用によって達成することができる。本教示の充填ポリマー材料および複合材料は、Ｍｉｚｒａｈｉによる、２０１０年２月２５日に公開された国際特許出願公開第ＷＯ２０１０／０２１８９９号公報に記載された、開示された技術の溶接スケジュール（ｓｃｈｅｄｕｌｅ）あるいは他の溶接スケジュールを使用して溶接可能であり得る。例えば、当該材料は、より速く、あまりエネルギーは必要とせず、またはその両方である、より経済的な溶接を可能にし得る。
充填ポリマー材料（例えば、充填ポリマー材料のポリマー）は、Ｍｉｚｒａｈｉによる、２０１０年２月２５日に公開された国際特許出願公開第ＷＯ２０１０／０２１８９９号公報に記載された、ポリマー化合物技術に知られた、公知の１つ以上の添加材をさらに含み得る。例えば、充填ポリマー材料は、米国特許第３，７８４，５０９号（Ｄｏｔｓｏｎら、１９７４年１月８日、例えば、第１欄５９行から第４欄６４行に記載された置換イミドを参照）、米国特許第３，８６８，３８８号（Ｄｏｔｓｏｎら、１９７５年２月２５日、例えば、第１欄２３行〜第３欄３９行に記載された、ハロゲン化されたビスイミド参照）、米国特許第３，９０３，１０９号（Ｄｏｔｓｏｎらによる、１９７５年９月２日、例えば第１欄第４６行から第４欄第５０行に記載された置換イミドを参照）、米国特許第３，９１５，９３０（Ｄｏｔｓｏｎらによる、１９７５年１０月２８日、例えば第１欄第２７行から第３欄第４０行に記載されたハロゲン化されたビスイミドを参照）、および米国特許第３，９５３，３９７号（Ｄｏｔｓｏｎらによる、１９７６年４月２７日、第１欄第４行から第２欄第２８に記載されたブロム化イミドおよび塩化ベンゾイルの反応生成物を参照）に開示された、ハロゲン化された難燃材化合物を含み得、その各々は、そのすべてを引用することによって本明細書に取り込まれた。
充填ポリマー材料は可塑剤または他の比較的低分子量材料がないものであってもよく、当該低分子材料は、（例えば、抵抗溶接プロセス中に）揮発する。使用される場合、可塑剤または他の比較的低分子量材料の濃度は、充填ポリマー材料（例えば、充填ポリマー材料は金属層から薄層に分かれない）の総重量に基づき、好ましくは約３重量％未満、より好ましくは約０．５重量％未満、および最も好ましくは約０．１重量％未満である。
本明細書の教示が、材料、処理条件、またはその両方を選択する工程を熟慮することも可能であり、その結果、処理中、金属層からの充填ポリマー材料の剥離が、実質的に、または完全に回避される（例えば、剥離を引き起こすために充分な、充填ポリマー材料と金属層間の界面での蒸気圧増大によって、剥離が引き起こされる）。
＜ポリマー＞
本明細書で使用するポリマーの特定の実施例により多くの注意を払うと、充填ポリマー材料に用いられるポリマーは、好ましくは、熱可塑性ポリマーを含み、該熱可塑性ポリマーは、約５０°Ｃよりも高い（好ましくは、約８０℃よりも高い、さらに好ましくは約１００℃よりも高い、さらにより好ましくは約１２０℃より高い、より好ましくは約１６０℃よりも高い、さらに好ましくは１８０℃よりも高い、そして最も好ましくは約２０５℃よりも高い）（ＡＳＴＭ Ｄ３４１８−０８にしたがって測定されたとおりの）ピーク融解温度、あるいは（ＡＳＴＭ Ｄ３４１８−０８にしたがって測定されたとおりの）ガラス転移温度の何れかを有する。熱可塑性ポリマーは、ピーク融解温度、ガラス転移点またはその両方を有し、約３００°Ｃ未満、約２５０°Ｃ未満、約１５０°Ｃ未満、あるいは約１００°Ｃ未満である。熱可塑性ポリマーは、室温で少なくとも、部分的に結晶質、または室温で実質的に完全にガラス質であり得る。適切なポリマー（例えば、適切な熱可塑性ポリマー）は、以下の、引張特性（０．１ｓ−１の公称歪速度において、ＡＳＴＭ Ｄ６３８−０８にしたがって測定された）、約３０ＭＰａより大きい（例えば、約７５０ＭＰａより大きいか、あるいは約９５０ＭＰａより大きい）引張係数（例えばヤング率）、エンジニアリング引張強度（すなわちσｅ）、真の引張強度（すなわち、σｔ、ここで、σｔ＝（１＋εｅ）σｅ、ここで、εｅはエンジニアリング負荷である）、またはその両方であって、約８ＭＰａより大きい（例えば、約２５ＭＰａより大きい、約６０ＭＰａより大きい、さらに約８０ＭＰａより大きい）；あるいは、少なくとも約２０％（例えば、少なくとも約５０％、少なくとも約９０％、または少なくとも約３００％）の破断時の可塑的伸長；破壊時の伸び、の１つまたは任意の組み合わせを特徴とすることができる。別段の定めがない限り、用語「引張強度」は、エンジニアリング引張強度をいう。
ポリマーは、Ｍｉｚｒａｈｉによる、２０１０年２月２５日に公開された国際特許出願公開第ＷＯ２０１０／０２１８９９号公報に記載されるものなどの歪み硬化特性（例えば、比較的高い歪み硬化モジュラス、比較的低い推定された降伏応力または両方）を有することが好ましい。そのため、歪み硬化特性は、全体において本明細書に組み込まれるＨａｗａｒｄ Ｒ．Ｎの方法、「Ｓｔｒａｉｎ Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｏｆ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ， Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、１９９３年、２６巻、５８６０−５８６９頁」を使用して測定され得る。
ポリマー層に使用され得る熱可塑性ポリマーの例は、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン（線状低密度ポリエチレンなど）およびポリプロピレン）、および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（例えば、ポリエチレン・テレフタレートおよびポリブチレンテレフタレート）、ポリカーボネート、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリエーテル−エステルコポリマー（ＡＳＴＭ Ｄ ６８３５−０８に記載された熱可塑性エラストマー・エーテル−エステル材料、引用によって本明細書に組み入れられた）、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６０重量％のα−オレフィンと少なくとも１つの追加のモノマー（少なくとも８０重量％のエチレンを含むエチレンコポリマーなど）を含むコポリマー、これらのポリマーのいずれかを含むコポリマー、これらのポリマーのいずれかを含むアイオノマー、これらのポリマーのいずれかのブレンド、あるいは、これらの任意の組み合わせを含む。上記の特徴から分かるように、１つ以上のポリマーは熱可塑性エラストマーのようなエラストマーであり得る。
充填ポリマー材料は、好ましくは、１つ以上のポリマーを含むか、あるいは本質的に１つ以上のポリマーから成り、該１つ以上のポリマーは、当該ポリマーが金属繊維、金属層または両方に接着するように、金属に対して充分な接着力を有する。例えば、充填ポリマー材料は、当該ポリマーが金属繊維、金属層または両方に接着するように、充分な濃度の極性基を有する１つ以上のポリマーを含むか、あるいは本質的に構成され得る。
もちろん、教示が他の部分で支援するように、また、ポリマーを含む一般的に非極性の基が、優勢なポリマー成分として使用されることができ、満足な接着結果が得られ得ることは驚くべきことであり得る。とくに、剥離に対する良好な抵抗が、主な量の複合材料の塊における使用の欠如において、または任意の極性ポリマーの実質的な量（例えば、潜在的に３０重量％、２０重量％、１０重量％、５重量％、または更に１重量％まで）の欠如でさえ、達成され得る。
さらに、ポリマーマトリックスの複合材の塊間の接合力が妥協されず、実際、ポリマーマトリックスの複合材料の塊内の繊維の存在によって、燐酸塩化されたおよび／または亜鉛メッキ鋼板の使用によって、あるいはその両方によって、増強され得ることは予期されず、かつ驚くべきことである。例えば、平面状の炭素と、コーティング処理されていない鋼の間に挟持された繊維を有することなくポリマーを含むサンドイッチ状の複合材と、繊維を含み、かつ亜鉛メッキされたおよび／または燐酸塩化された鋼層をサンドイッチ層として含み得る本明細書に記載されている複合材と比較すると、後者は、例えばＤＩＮ １１３３９にしたがってテストされた時、驚くべきことに２ｘあるいはそれどころか３ｘのピール強度の増加を達成することができたと確信されている。そのような結果は、極性基を有するポリマー、極性基を含んでいないポリマー、またはその両方の使用により可能であり得る。１つの手法は、熱可塑性ポリマー（例えば、線状低密度ポリエチレンなどのポリオレフィン）と、エラストマー（例えば、エチレン含有コポリマーなどの熱可塑性エラストマー）の混合物、アイオノマーまたはその両方を使用することである。
充填ポリマー材料が、高速スタンピング作業で複合材料をスタンピングされることができるよう、破砕しないように、またはその両方の結果となるように、低温（例えば、約−３０°Ｃの温度で、約−４０°Ｃの温度で、または両方の温度で）インパクト処理された時、ダクタイル性である１つ以上の一般的にダクタイル性のポリマー（例えば、熱可塑性エラストマーなどのエラストマー）を含み得る、ダクタイル性である１つ以上の一般的にダクタイル性のポリマーから成り得る、あるいはダクタイル性の１つ以上の一般的にダクタイル性のポリマーから本質的に成り得る。一例として、一般にダクタイル性のポリマーは、約−２５°Ｃ以下、−３０°Ｃ以下、−３５°Ｃ以下、−４０°Ｃ以下、または−４５°Ｃ以下のガラス転移温度を有するポリマーを含む。限定なしに、一般にダクタイル性のポリマーのガラス転移温度は約−１００°Ｃ以上であり得る。ダクタイル性のポリマーは、約９０重量％以下、約８０重量％以下、約７０重量％以下、約６０重量％以下、約５０重量以下、あるいは約４０重量％以下の結晶性を有する半結晶質ポリマーであり得る。
そのようなポリマーは、高い引張伸び、ＡＳＴ Ｄ６３８によって測定されたとき、好ましくは約５０％以上、より好ましく８０％以、最も好ましくは約１１０％以上を有することで特徴づけられる。
本明細書において述べられているように、本発明の種々の態様では、複合材料は１つ以上の電気抵抗溶接作業にさらされる。前記溶接作業が低分子量化合物（すなわち、約２００°Ｃ、または約３００°Ｃの温度で揮発する化合物）へとポリマーを分解し、低分子量化合物を揮発させる（恐らく、剥離を引き起こす化合物内に、内圧をかける）若しくは両方を引き起こす、溶接部近傍で高温を生成し得ることが認識されるであろう。そういうものとして、ポリマーが選択され得るのであり、その結果、溶接作業の間にポリマーは著しく劣化して、低分子量化合物を生成する。低分子量化合物の濃度は、もしあれば、充分に低いように、ポリマーが選択され得る。その結果、充填ポリマー材料は、抵抗溶接作業中に金属層から剥離しない。更に、複合材料は、好ましくは、溶接作業で加熱された時、金属層の金属などの金属を分解することができる化合物を生成するポリマーまたは他の化合物が実質的にないか、あるいは完全にない。
好ましいポリマーは、とりわけ湿度が高いか（例えば、約９０％の相対湿度、約９５％の相対湿度、それ以上）、熱いか（例えば、約２５°Ｃ、約４０°Ｃ、または約６０°Ｃ）、腐食するか（例えば、約５重量％の塩化ナトリウムを含有している塩水噴霧）、あるいはこれらの任意の組み合わせでの環境で、金属繊維、金属層または両方の腐食を減少するか、若しくは防ぐ。例えば、ポリマーは金属に接着することができ、水が金属の表面と接触するのを防ぎ得る。そのようなものとして、充填ポリマー組成物は、約８重量％以下、好ましくは約３重量％以下、より好ましくは約１重量％以下、さらにより好ましくは約０．２重量％以下、および最も好ましくは約０．０５重量％以下の平衡水濃度（例えば、約９０％の相対湿度において、約２５°Ｃで測定された）を有する１つ以上のポリマーを含み得るか、あるいは本質的に構成され得る。充填ポリマー材料は、金属を腐食するポリマーが実質的にないか、あるいは完全にない。金属を腐食するポリマーが使用される場合、ポリマーは、１以上の添加物、１以上の追加のポリマー、またはその両方と混ぜ合わせられるのが好ましく、その結果、金属腐食は減少されるか、あるいは実質的に防止される。
単一の熱可塑性ポリマーは、本明細書に記載されている特徴のような、充填される熱可塑性組成物または軽量複合材料についての１つ以上の所望の特徴を提供し得る。そのようなものとして、熱可塑性ポリマーは、本質的に単一の熱可塑性ポリマーから構成され得る。しかしながら、１つ以上の特徴を達成するため、コストを下げるため、あるいはその両方のために、熱可塑性ポリマーのブレンドまたは混合物を使用するか、１つ以上の異なる熱可塑性ポリマーを含有する複数の層をさらに使用することは望まれ得る。充填された熱可塑性組成物は、ｉ）第１の熱可塑性ポリマー、およびｉｉ）第１の熱可塑性ポリマーとは異なる、第２の熱可塑性ポリマーを少なくとも含み得る。例えば、充填された熱可塑性組成物は、以下の特徴の１つまたは任意の組み合わせを有する第１の熱可塑性ポリマー、および第２の熱可塑性ポリマーを含み得る：第１の熱可塑性ポリマーは１つ以上の酸素原子、１つ以上のチッ素原子、または両方を有し得る；第２の熱可塑性ポリマーは、酸素原子とチッ素原子が実質的になくてもよい；第２の熱可塑性ポリマーは、第１の熱可塑性ポリマーにおける酸素原子とチッ素原子の総濃度未満のポリマーの総重量パーセントに基づいて、酸素原子とチッ素原子の総濃度を含み得る（好ましくは、第１の熱可塑性ポリマーと第２の熱可塑性ポリマーにおける酸素原子とチッ素原子の総濃度の差は約２重量％以上、より好ましくは約４重量％以上、さらにより好ましくは約１０重量％以上、および最も好ましくは約２０重量％以上）。ＡＳＴ Ｄ６３８にしたがって測定されるように、第２の熱可塑性ポリマーは縦弾性係数を有し得るのであり、すなわち、第１の熱可塑性ポリマーの縦弾性係数と約１５％以上異なる（好ましくは、約２５％以上異なる、より好ましくは約５０％以上異なる、そして最も好ましくは約７０％以上異なる）縦弾性係数を有しうる。第２の熱可塑性ポリマーは、ＡＳＴＭ Ｄ５７０によって測定されるとおりの吸水率、すなわち、第１の熱可塑性ポリマーの吸水率と約１５％以上異なる（好ましくは約２５％以上異なる、より好ましくは約５０％以上異なる、および最も好ましくは約７０％以上異なる）吸水率を有し得る。第２の熱可塑性ポリマーはＡＳＴＭ Ｄ６４８に従って測定されるとおりの熱変形温度などの軟化点、すなわち、第１の熱可塑性ポリマーの熱変形温度と約５°Ｃ以上異なり（好ましくは約１５以上°Ｃ異なり、より好ましくは約２５°Ｃ以上異なり、さらにより好ましくは約３５°Ｃ以上異なり、および最も好ましくは約５０°Ｃ以上異なる）熱変形温度などの軟化点を有しる。驚いたことに、第１の熱可塑性ポリマーおよび第２の熱可塑性ポリマーを含む前記混合物は、単一の熱可塑性ポリマーにおいて見出されない特性を有する材料を結果として生じ得る。
本明細書の任意の実施形態のいずれかにおいて使用するための好ましいポリオレフィンは、ポリプロピレン・ホモポリマー（例えば、アイソタクチック・ポリプロピレン・ホモポリマー）、ポリプロピレンコポリマー（例えば、ランダムポリプロピレンコポリマー、インパクトポリプロピレンコポリマー、またはアイソタクチック・ポリプロピレンを含有する他のポリプロピレンコポリマー）、ポリエチレン・ホモポリマー（例えば、高密度ポリエチレン、または約０．９４ｇ／ｃｍ３より大きい密度を有している他のポリエチレン；線状低密度ポリエチレン（例えば、約０．９３ｇ／ｃｍ３未満などの高密度ポリエチレンの密度より下の密度を有する）、あるいは他のもの）、ポリエチレンコポリマー（例えば、好ましくは少なくとも約６０％のエチレン、より好ましくは少なくとも８０重量％エチレン）、これらのポリマーの任意のブレンド、またはその任意の組み合わせを含む。ポリプロピレン・ホモポリマーおよびポリプロピレンコポリマーは、実質的にアタクチック・ポリプロピレンがなくてもよい。存在する場合、ポリプロピレン中のアタクチック・ポリプロピレンの濃度は、約１０重量％未満であるのが好ましい。適切なポリプロピレンコポリマーおよびポリエチレンコポリマーはコポリマーを含み、当該コポリマーは、本質的に１以上のα−オレフィンから成る（例えば、少なくとも９８重量％）か、あるいは完全に構成される。使用され得る、他のポリプロピレンコポリマーおよびポリエチレンコポリマーは、アクリラート、酢酸ビニル、アクリル酸またはその任意の組み合わせを含む群から選択された１以上のコモノマーを含むコポリマーを含む。コモノマーの濃度は、コポリマーの総重量に基づいた重量で、約４０重量％未満、好ましくは約２５重量％未満、より好ましくは約２０重量％未満、および最も好ましくは約１５重量％未満であり得る。使用され得る、例示的なポリエチレンコポリマーは、エチレン−ｃｏ−酢酸ビニル（すなわち「ＥＶＡ」、例えば約２０重量％未満の酢酸を含む）、エチレン−ｃｏ−メタクリル酸メチル（すなわち、ＥＭＡ）、エチレン−ｃｏ−アクリル酸、またはその任意の組合せを含む。
ポリアミドは、一般に１つ以上の反復単位（ｕｎｉｔ）を有するポリマーであり、当該反復単位はポリマー鎖のバックボーンに沿ったアミド基を含む。例えば、ポリアミドは、ジアミンとジアシドの反応生成物であり得る。ポリアミドの他の例は、単体のポリアミドを含む。一般に、単体のポリアミドは、開環反応によって形成される。ジアミンとジアシドから形成される、例示的なポリアミドは、ジアミンと、アジピン酸またはテレフタル酸のいずれかとの反応生成物を含むポリアミド（例えば、ポリアミド）を含み得る。例示的な単体のポリアミドは、ポリアミド６、およびポリ（ｐ−ベンズアミド）を含む。ポリアミドは、ホモポリマー、コポリマー、またはその混合物であり得る。本発明の中で使用され得る好ましいポリアミドホモポリマーは、ポリアミド３、ポリアミド４、ポリアミド５、ポリアミド６、ポリアミド６Ｔ、ポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド６９、ポリアミド７、ポリアミド７７、ポリアミド８、ポリアミド９、ポリアミド１０、ポリアミド１１、ポリアミド１２およびポリアミド９１を含む。上述のポリアミドのうちの何かを含むコポリマーも使用され得る。ポリアミドコポリマーは、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、その組み合わせであり得る。ポリアミドコポリマーの例は、複数の異なるアミド（すなわち、ポリアミド−ポリアミドコポリマー）、ポリエステルアミドコポリマー、ポリエーテルエステルアミドコポリマー、ポリカーボネート・エステル・アミド、またはその任意の組み合わせを有するポリマーを含む。
ポリアミド・ポリアミドコポリマーは、ポリアミドホモポリマーに関して本明細書に記載されたポリアミドの２つ以上を含み得る。好ましいポリアミド・ポリアミドコポリマーは、ポリアミド６およびポリアミド６６、ポリアミド６１０、あるいは任意の組み合わせを含む。例えば、ポリアミド・ポリアミドコポリマーは、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド６９、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２およびポリアミド１２から成る群から選ばれた２つ以上のポリアミドから本質的に成り得る。より好ましくは、ポリアミド・ポリアミドコポリマーは、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド６９およびポリアミド６１０から成る群から選ばれた２つ以上のポリアミドから本質的に成る。そのようなコポリマーの例は、ポリアミド６／６６、ポリアミド６／６９およびポリアミド６／６６／６１０を含む。特に好ましいポリアミド・ポリアミドコポリマーはポリアミド６／６６コポリマーである。ポリアミド６／６６コポリマーにおけるポリアミド６６の濃度は、コポリマーの総重量に基づいて、約９０重量％以下、好ましくは約７０重量％以下、さらに好ましくは約６０重量％以下、および最も好ましくは約５０重量％以下であり得る。
ポリアミド６／６６コポリマーにおけるポリアミド６の濃度は、コポリマーの総重量に基づいて、約１０重量％以上、好ましくは約３０重量％以上、より好ましくは約４０重量％以上、および最も好ましくは約５０重量％以上であり得る。他の特に好ましいポリアミド・ポリアミドコポリマーは、ポリアミド６およびポリアミド６９のランダムコポリマーまたはブロックコポリマーである。ポリアミドコポリマー（すなわち、１つ以上のアミドモノマーを含むコポリマー）は、脂肪族エーテルまたは芳香族エーテルなどのポリエーテルを含み得る。
もし使用されると、ポリアミドコポリマーは、単独、または１つ以上の追加の熱可塑性物質との混合物として使用され得る。ポリアミドコポリマーは、ブロックコポリマー、ランダムコポリマー、交互コポリマー、グラフトコポリマー、またはその任意の組み合わせであり得る。限定なしに、ポリアミドコポリマーは、ポリアミド６、ポリアミド６，９、または両方を含み得る。例えば、ポリアミドコポリマーは、コポリマーであり得、約１重量％以上、好ましくは約５重量％以上、より好ましくは約１０重量％以上、そして最も好ましくは約２０重量％以上の濃度のポリアミド６を含む。もし使用されると、コポリマーにおけるポリアミド６の濃度は、約９９重量％以下、好ましくは約９５重量％以下、さらにより好ましくは約９０重量％以下、そして最も好ましくは約８０重量％以下であり得る。ポリアミドコポリマーはコポリマーであり得、約１重量％以上、好ましくは約５重量％以上、より好ましくは約１０重量％以上、そして最も好ましくは約２０重量％以上の濃度のポリアミド６，９を含む。もし使用されると、コポリマーにおけるポリアミド６，９の濃度は、約９９重量％以下、好ましくは約９５重量％以下、さらにより好ましくは約９０重量％以下、そして最も好ましくは約８０重量％以下であり得る。特に好ましいポリアミドコポリマーは、ポリアミド６と、ポリアミド６，９とを含むか、あるいは本質的にポリアミド６と、ポリアミド６，９とから成る。ポリアミドコポリマーは、１以上のポリアミドホモポリマーとブレンドされ得る。限定なしに、使用され得るポリアミドホモポリマーは、ポリアミド６、ポリアミド６，６、ポリアミド６，９、またはその任意の組み合わせ、を含むか、あるいは本質的に成る。そのようなブレンドは、充分な量のポリアミドコポリマーを有することができ、その結果、充填ポリマー層は良好な粘り強さ、良好な成形性、またはその両方を有する。そのようなブレンドは、充分な量のポリアミドホモポリマーを有することができ、その結果、充填ポリマー材料は、高い熱変形温度、一般に低い価格、または両方を有する。ポリアミドコポリマーに対するポリアミドホモポリマーの重量比は、約１：９９以上、約５：９５以上、約１０：９０以上、約３０：７０以上、または約５０：５０以上であり得る。ポリアミドコポリマーに対するポリアミドホモポリマーの重量比は、約９９：１以下、約９５：１以下、約９０：１０以下、約８０：２０以下、または約７０：３０以下であり得る。ポリアミドホモポリマーとポリアミドコポリマーの特に好ましいブレンドは、ポリアミド６およびポリアミド６／６，９のコポリマーのブレンド（例えば、約３０：７０乃至約７０：３０の比率）である。
ポリアミドコポリマーにおいて使用され得るポリエーテルは、グリコール（例えば、１以上の追加のモノマーを備える）などのジオールのポリマー化によって形成され得る。使用され得る、例示的なグリコールは、プロピレングリコール、エチレングリコール、テトラメチレングリコール、ブチレングリコール、またはその任意の組み合わせを含む。上記のコポリマーのうちの何れもが、比較的ソフトなブロックおよび比較的ハードなブロックを含むブロックコポリマーであり得る。比較的ハードなブロックに対する比較的ハードなブロックの弾性係数の比率は、約１．１より大きく、好ましくは約２より大きく、そしてより好ましくは、約１０より大きい。比較的ハードなブロックは、１以上の芳香族アミド、１以上の半芳香族アミドまたは１以上の脂肪族アミドを含み得るか、本質的に構成し得る。比較的ソフトなブロックは、上述のポリエステル（例えば、脂肪族ポリエステル）、ポリカーボネート（例えば、脂肪族ポリカーボネート）、ポリエーテル（例えば、脂肪族ポリエーテル）、またはその任意の組み合わせなどのポリエステルを含み得る。アミドコポリマーは第１のモノマー（例えば、第１のアミドモノマー）と、第２のモノマーを含み得、その両方は、各々、コポリマーの総重量に基づいて、約５重量％より大きい、好ましくは約２０重量％より大きい、より好ましくは約３０重量％より大きい、そして最も好ましくは約４０重量％より大きい濃度を、独立して有する。第１のモノマー、第２のモノマー、あるいは両方の濃度は、コポリマーの総重量に基づいて、約９５重量％未満、好ましくは約８０重量％未満、より好ましくは約７０重量％未満、および最も好ましくは約６０重量％未満であり得る。第１のモノマーと第２のモノマーの混合された濃度は、コポリマーの総重量に基づいて、約５０重量％より大きい、好ましくは約７５重量％より大きい、より好ましくは約９０重量％より大きい、および最も好ましくは約９５重量％より大きくてもよい。
ポリアミドコポリマーは、比較的低い融解温度、比較的低い弾性係数またはその両方を有する熱可塑性エラストマーであると特徴づけられ得る。例えば、コポリマーは、コポリマーのモノマーの一つから本質的に成るホモポリマーのいずれかのうちの最も高い融解温度と比較される比較的低い融解温度を有し得る。例えば、コポリマーは、コポリマーのモノマーの一つから本質的に成るホモポリマーのいずれかのうちの最も高い弾性係数と比較して比較的低い弾性係数を有し得る。本明細書における使用のための好ましいポリアミドコポリマーまたは他のポリマー材料は、ＡＳＴＭ Ｄ３４１８−０８によって測定されるとおりの約２２０°Ｃ未満（好ましくは約１９０°Ｃ未満、より好ましくは約１７０°Ｃ未満、そして最も好ましくは約１５０°Ｃ未満）の融点；ＡＳＴＭ Ｄ３４１８−０８によって測定されるとおりの約６０°Ｃを超える（好ましくは約８０°Ｃを超える、好ましくは約１００°Ｃを超える、および最も好ましくは約１１０°Ｃ未満）の融点；ＡＳＴＭ Ｄ６３８−０８によって測定されるとおりの約２．５ＧＰａ未満（好ましくは約１．２ＧＰａ未満、より好ましくは約８００ＭＰａ未満、および最も好ましくは約５００ＭＰａ未満）の弾性係数；ＡＳＴＭ Ｄ６３８−０８によって測定されるとおりの約５０ＭＰａを超える（好ましくは約１００ＭＰａを超える、より好ましくは約２００ＭＰａを超える）弾性係数；ＡＳＴＭ Ｄ６３８−０８によって測定されるとおりの約５０％を超える（好ましくは約９０％を超える、より好ましくは約３００％を超える）破壊歪；若しくはそれらの組み合わせによって特徴づけられる。
本明細書の教示は、２つ以上のポリマーの組み合わせを使用し得ることであり、そのうちの少なくとも１つは線状低密度ポリエチレンなどのポリオレフィンであり得る。ポリマーは、少なくとも約５０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも約６０ＭＰａ（ＡＳＴＭ Ｄ８８２−１０につき）の引張強度、および少なくとも約５００％、より好ましくは少なくとも約６００％の極限伸（ＡＳＴＭ Ｄ８８２−１０につき）を示すことができる。市場で入手可能なポリオレフィンの例は、Ｗｅｓｔｌａｋｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌからの、ＨＩＦＯＲ（登録商標）ＬＴ７４１０４；Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙからのＤｏｗｌｅｘ（商標）２５５３、２０４５Ｇ、２５１７；Ｅｑｕｉｓｔａｒ Ｐｅｔｒｏｔｈｅｎｅ ＳｅｌｅｃｔのＧＳ７１００６０；Ｃｅｖｒｏｎ ＰｈｉｌｌｉｐｓのＭａｒＦｌｅｘ（登録商標）７１０９；または、ＳＡＢＩＣのＳＡＢＩＣ ＬＬＤＰＥ７２６シリーズを含み得る。
極性モノマーおよび非極性モノマーを含むイオン化合物とコポリマーの適切なアイオノマー混合物。アイオノマーのコポリマーにおいて使用され得る適切な非極性モノマーは、２から約２０の炭素原子（例えば、約２から約８の炭素原子）を有するα−オレフィンなどのα−オレフィンを含む。本明細書においてコポリマー（アイオノマーの有無に関わらず）で使用され得る例示的な非極性モノマーは、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ヘキセン、および１−オクテン、あるいはその任意の組み合わせを含み得る。適切な極性モノマーは、ポリマー化の際にイオン性基を有するモノマーを含む。限定なしに、本明細書におけるコポリマー（アイオノマーの有無に関わらず）に使用され得る極性モノマーの例は、約２から約２０の炭素原子（例えば、エタクリル酸）を有する酸などの酸を含む。本明細書における任意の極性モノマーの濃度は、（アイオノマーの有無に関わらず）アイオノマーの総重量に基づいて、約４０重量％未満、好ましくは約２５重量％未満、およびより好ましくは約２０重量％未満であり得る。アイオノマーにおける極性モノマーの濃度は約１重量％以上、約２重量％以上、約３重量％以上、約５重量％以上、約７重量％以上、あるいは約１０重量％以上であり得る。本明細書における任意のアイオノマーのために適切なイオン化合物は、１以上のアルカリ土類金属、１以上のアルカリン土類金属または両方を含有する化合物を含み得る。限定なしに、イオン化合物は、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウム、またはその任意の組み合わせを含み得る。特に好ましいイオン化合物は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムおよび水酸化マグネシウムを含む。例として、市場で入手し得るアイオノマーはＳＵＲＬＹＮ（登録商標）ポリ（エチレン−ｃｏ−メタクリル酸）アイオノマーおよびＮＡＦＩＯＮ（登録商標）パーフルオロスルホン酸アイオノマーを含む。本明細書で使用され得る一般に非極性ポリマー（例えば、単独、またはポリマーの混合物の一部として）の一例は、エチレン−オクテンコポリマーである。適切な非極性ポリマーは、ＡＳＴ Ｄ６３８−０８につき、少なくとも約７．５、より好ましくは少なくとも９．０の極限引張強度（ＭＰａ）、ＡＳＴＭ Ｄ６３８−０８につき、少なくとも約７００、およびより好ましくは少なくとも８００の極限引張伸び（％）、ＡＳＴＭ Ｄ７９０−１０につき、少なくとも約１３、およびより好ましくは少なくとも約１５（１％ｓｅｃａｎｔ）、および少なくとも約１２およびより好ましくは約１４（２％ｓｅｃａｎｔ）の曲げ弾性率（ＭＰａ）を有し得る。可能な市場で入手し得るポリマーの例は、Ｍｉｔｓｕｉ ＣｈｅｍｉｃａｌｓのＴａｆｍｅｒ（登録商標）Ａ−０５５０Ｓ、ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌのＥｘａｃｔ（商標）９０７１、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙのＥｎｇａｇｅ（商標）８１５０、あるいはＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙのＩｎｆｕｓｅ（商標）９００７を含み得る。
もし使用されると、上述されるようなアイオノマーまたは非極性ポリマーは、単独、若しくは１つ以上の追加の熱可塑性物質などの１つ以上の追加のポリマーとの混合物として使用され得る。例えば、アイオノマーは、１つ以上のポリオレフィンを含む混合物において使用され得る。
本明細書の実施形態のいずれかで使用され得る例示的なポリオレフィン、あるいは随意にアイオノマーと混合され得る例示的なポリオレフィンは、ホモポリマーと、約２乃至１０の炭素を有する約５０重量％以上のα−オレフィンを含むコポリマーを含む。アイオノマーと混合するために好ましいポリオレフィンは、約５０重量％以上のエチレン、プロピレン、ブタンまたはヘキサンを有するポリオレフィンを含む。アイオノマーと混合するためのより好ましいポリオレフィンは、約５０重量％以上のエチレン、またはプロピレンを有するポリオレフィンを含む。ポリオレフィン中のα−オレフィンの濃度（例えば、エチレンまたはプロピレンの濃度）は、ポリオレフィンの総重量に基づいて、好ましくは約６０重量％以上、より好ましくは約７０重量％以上、さらにより好ましくは約８０重量％、および最も好ましくは約９０重量％以上である。好ましいポリオレフィンは、１つ以上のα−オレフィンから本質的に成るポリオレフィンを含む。例えば、１つ以上のα−オレフィンの濃度は、ポリオレフィンの総重量に基づいて、約９０重量％以上、約９５重量％以上、約９８重量％以上、約９９重量％以上、あるいは９９．９重量％以上であり得る。限定なしに、アイオノマーとのブレンドで使用されるポリオレフィンは、高密度ポリエチレン（例えば、約０．９４５乃至約０．９９０ｇ／ｃｍ３の密度を有する）、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン（例えば、約０．９１５乃至約０．９３０ｇ／ｃｍ３の密度を有するコポリマー）、中密度ポリエチレン（例えば、約０．９３０乃至約０．９４５ｇ／ｃｍ３の密度を有するコポリマー）、超低密度ポリエチレン（例えば、約０．９００乃至約０．９１５ｇ／ｃｍ３の密度を有する）、ポリエチレン・プラストマー（例えば、約０．８６０乃至約０．９００ｇ／ｃｍ３、好ましくは約０．８７０乃至約０．８９５ｇ／ｃｍ３の密度を有するコポリマー）、アイソタクチック・ポリプロピレン・ホモポリマー、約５重量％以上の結晶化度を有するアイソタクチック・ポリプロピレン・コポリマー、インパクト・ポリプロピレン、アイソタクチック・ポリプロピレンの１つ以上のブロックを含むポリプロピレン・ブロック・コポリマー、それらの混合物、若しくはそれらの任意の組み合わせを含むか、あるいは本質的に成る。
他のポリマーとの（例えば、エラストマー、アイオノマー、あるいはそれ以外との）随意のブレンド若しくは他の混合のためなど、本明細書における使用のために適している他のポリオレフィンの例は、ｉ）約６０重量％以上のα−オレフィン；およびｉｉ）酢酸ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸およびその任意の組み合わせから成る群から選ばれた１つ以上のモノマーを含むか、あるいは、本質的に成るコポリマーである。アイオノマーとポリオレフィンの混合物は充分な量のアイオノマーを含むことができ、その結果、ポリマーは、金属層、金属繊維、あるいはその両方に接着する。ポリオレフィンに対するアイオノマーの重量比は、約１：９９以上、約３：９７以上、約５：９５以上、約１０：９０以上、または約２０：８０以上であり得る。ポリオレフィンに対するアイオノマーの重量比は約９９：１以下、約９０：１０以下、約７０：３０以下、約５０：５０以下、または約４０：６０以下であり得る。
適切なポリウレタンは、１つ以上のジイソシアネートと、１つ以上のジオールとをポリマー化することにより形成された熱可塑性物質を含む。好ましいポリウレタンは、１つ以上のジイソシアネートと、２つ以上のジオールとをポリマー化することにより形成された熱可塑性物質を含む。ポリウレタンは、第１のジオールと、第２のジオールを含む第２のポリマーブロックを含有する第１のポリマーブロックを含むものなどの、熱可塑性ポリウレタン・エラストマーであり得、ここで第１のブロックは比較的ハードなブロックであり（例えば、比較的高い弾性率を有する）、第２のブロックは比較的ソフトなブロックである（例えば、比較的ハードなブロックより低い弾性率を有する）。比較的ハードなブロックと比較的ソフトなブロックの濃度は、コポリマーの総重量に基づいて、おのおの独立して、約５重量％を超え、好ましくは約１０重量％を超え、およびより好ましくは約２０重量％を超え得る。比較的ハードなブロックおよび比較的ソフトなブロックの濃度は、コポリマーの総重量に基づいて、おのおの独立して、約９５重量％未満、好ましくは約９０重量％未満、およびより好ましくは約２０重量％未満であり得る。比較的ハードなブロックおよび比較的ソフトなブロックの総濃度は、ポリマーの総重量に基づいて、約６０の重量％を超え、好ましくは約８０重量％を超え、より好ましくは約９５重量％を超え、そして最も好ましくは、量約９８重％を超え得る。使用され得る市場で入手可能な熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）は、Ｌｕｂｒｉｚｏｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＥＳＴＡＮＥ（登録商標）ブランドのＴＰＵ，ＢＡＳＦから入手可能なＥＬＡＳＯＬＡＮ（登録商標）ブランド，Ｂａｙｅｒから入手可能なＤＥＳＭＯＰＡＮ（登録商標）ブランドのＴＰＵを含む。
熱可塑性ポリマーは、好ましくは、比較的長鎖のポリマーであり、その結果、それらは、約２０，０００を超え、好ましくは約６０，０００を超え、そして最も好ましくは、約１４０，０００を超える平均分子量を有し得る。それらは、可塑化されていないもの、可塑化されたもの、エラストマー修飾されたもの、あるいはエラストマーのないものであり得る。半結晶性ポリマーは、約１０重量％を超え、好ましくは約２０重量％を超え、より好ましくは約３５重量％を超え、さらに好ましくは約４５重量％を超え、そして最も好ましくは、約５５重量％を超える結晶化度を有し得る。半結晶性ポリマーは、約９０重量％未満、好ましくは約８５重量％未満、より好ましくは約８０重量％未満、および最も好ましくは約６８重量％未満の結晶化度を有し得る。熱可塑性ポリマーの結晶質は、融解熱を測定し、当該溶解熱を特定のポリマーの当該技術分野で既知の融解熱と比較することにより、示差走査熱量測定法を使用して測定され得る。
充填ポリマー材料のポリマーは、また、無水マレイン酸のような極性分子によりグラフトされる、グラフトポリマー（例えば、アイソタクチック・ポリプロピレン・ホモポリマーまたはコポリマーなどのグラフトポリオレフィンまたはポリエチレン・ホモポリマー若しくはコポリマー）の約１０重量％までを含み得る。グラフト化された化合物の濃度は、グラフト化されたポリマーの総重量に基づいて、約０．０１重量％以上であり得る。特に好ましいグラフト化されたポリマーは、約０．１重量％から約３重量％の無水マレイン酸を含む。
熱可塑性ポリマーは、実質的に非晶質のポリマー（例えば、約１０℃／分のレートにおける示差走査熱量測定法によって測定された、約１０重量％未満、好ましくは約５重量％未満、および最も好ましくは約１重量％未満の結晶質を有するポリマー）を含み得る。例えば、熱可塑性ポリマーは、約１Ｈｚのレートで動的機械分析によって測定されるとおり、５０°Ｃを超え、好ましくは１２０°Ｃを超え、さらに好ましくは１６０°Ｃを超え、さらにより好ましくは１８０°Ｃを超え、そして最も好ましくは２０５°Ｃを超えるガラス転移温度を有する実質的に非晶質のポリマーを含み得る。例示的な非晶質のポリマーは、ポリスチレン含有ポリマー、ポリカーボネート含有ポリマー、アクリロニトリル含有ポリマー、およびその組み合わせを含み得る。
限定なしに、充填ポリマー材料に使用され得るコポリマーを含有するスチレンの例は、２０１０年２月２５日にＭｉｚｒａｈｉによって公開された国際特許出願公開第ＷＯ２０１０／０２１８９９号公報に記載されている。
本明細書の教示から認識されるように、任意の熱可塑性ポリマーの代わりに、または当該熱可塑性ポリマーに加えて、ポリマー層は、以下の特性の一つまたはその両方を有するエラストマーを使用し得る：１００％の伸びにおける比較的低い縦弾性係数（例えば、約３ＭＰａ未満、好ましくは約２ＭＰａ未満）、比較的高い破壊伸び（例えば、約１１０％を超え、好ましくは約１５０％を超える）、両方とも約０．１ｓ−１の公称歪率においてＡＳＴＭ Ｄ６３８−０８により測定された。使用され得るエラストマーの例は、２０１０年２月２５日にＭｉｚｒａｈｉによって公開された国際特許出願公開第ＷＯ２０１０／０２１８９９号公報に記載されている。
１つ以上のポリマーが、架橋可能あるいは架橋されるという本明細書の教示の任意の実施形態において使用され得ることは可能である。当該ポリマーは、熱硬化性の材料またはモノマー、若しくは熱硬化性の材料の他の前駆体であり得る。当該ポリマーは、エポキシをベースにした、ゴム、ウレタンまたは他のある適切な材料であり得る。１以上の物質が、熱、放射（例えば、紫外線および／または赤外線）、水分またはその任意の組み合わせなどの、刺激に反応して架橋を可能にするために使用され得る（および、架橋が使用され得る）。
特定の量のエポキシが使用され得るのは可能であるが、充填ポリマー材料のポリマーは、好ましくは、エポキシ、あるいは他の脆性ポリマー（例えば、約０．１ｓ−１の公称歪率でＡＳＴＭ Ｄ６３８−０８によって測定されるとおり、約２０％未満の破断での伸びを有するポリマー）、若しくはその両方が実質的にないか、あるいは完全にない。存在する場合、エポキシ、他の脆性ポリマー、またはその両方の濃度は、充填ポリマー材料の総体積に基づいて、好ましくは約２０体積％未満、より好ましくは約１０体積％未満、より好ましくは約５体積％未満、および最も好ましくは約２体積％未満である。
本発明の１つの特に好ましい態様において、充填ポリマー材料は１つ以上のポリアミドコポリマー、１つ以上の熱可塑性ポリウレタン、１つ以上の熱可塑性ポリエーテル・エステルコポリマー、１つ以上のアイオノマーまたはその任意の組み合わせを含む。ポリアミドコポリマーは、本明細書に記載されたポリアミドコポリマーのうちのいずれかであり得る。好ましいポリアミドコポリマーは、ポリアミド−ポリアミドコポリマー、ポリエステルアミドコポリマー、ポリエーテルエステルアミド、ポリカーボネート−エステルアミドコポリマー、またはその任意の組み合わせを含む。熱可塑性物質のいずれかは、ランダムコポリマーまたはブロックコポリマーであり得る。熱可塑性物質のうちの何かでは熱可塑性エラストマーであり得る。一例として、充填ポリマー材料はポリエステル・アミド熱可塑性エラストマー、ポリエーテルエステルアミド熱可塑性エラストマー、ポリカーボネート−エステルアミド熱可塑性エラストマー、ポリエーテル・エステル熱可塑性エラストマー、アミド・ブロックコポリマー熱可塑性エラストマー、またはその任意の組み合わせを含み得る。充填ポリマー材料は、随意に１つ以上のポリマーを含み得るが、当該ポリマーはコポリマーではない。例えば、充填ポリマー材料は、１つ以上のポリアミドホモポリマーを含み得る。特に好ましいポリアミドホモポリマーは、ポリアミド６、およびポリアミド６，６を含む。もし使用されるとき、１つ以上のポリアミドホモポリマーの濃度は、好ましくは比較的低い（例えば、１つ以上のコポリマーの濃度と比較して）。もし存在するならば、１つ以上のポリアミドホモポリマーの濃度は、充填ポリマー材料におけるポリマーの総重量に基づいて、好ましくは約５０重量％以下、より好ましくは約４０重量％以下、さらにより好ましくは約３０重量％以下、および最も好ましくは約２５重量％以下である。
一般に極性ポリマーを含む充填ポリマー材料は、極性ポリマーと金属繊維の間に充分な引力を有し得るのであり、その結果、熱可塑性物質と金属繊維の間の接着を改善する、機能的にされたポリマーを必要としない。そのため、充填ポリマー材料は、無水マレイン酸、アクリル酸、アクリル酸塩、酢酸、またはその任意の組み合わせを有するポリマーが実質的にないか、あるいは完全になくしてもよい。例えば、充填ポリマーは、マレイン酸グラフトポリマーが実質的にないか、あるいは完全になくしてもよい。もし使用されれば、充填ポリマー材料に無水マレイン酸、アクリル酸、アクリル酸塩、酢酸または任意の組み合わせを有するポリマーの濃度は、充填ポリマー材料におけるポリマーの総重量に基づいて、好ましくは約２０重量％以下、より好ましくは約１０重量％以下、さらにより好ましくは約５重量％以下、さらにより好ましくは約１重量％以下、および最も好ましくは約０．１重量％以下である。一例として、一般に、極性ポリマーは、アセタール・ホモポリマーまたはコポリマー、ポリアミドホモポリマーまたはコポリマー、ポリイミド・ホモポリマーまたはコポリマー、ポリエステル・ホモポリマーまたはコポリマー、ポリカーボネート・ホモポリマーまたはコポリマー、およびそれらの任意の組み合わせを含む。一般に極性ポリマーを含む充填ポリマー材料は、１つ以上のオレフィンの約５０重量％を含む、ポリオレフィンホモポリマーおよびコポリマーが、実質的にないか、あるいは完全になくしてもよい。もし使用されると、１つ以上のオレフィンの約５０重量％を含むポリオレフィンホモポリマーおよび任意のコポリマーの総濃度は、充填ポリマー材料中のポリマーの総重量に基づいて、約３０重量％以下、好ましくは約２０重量％以下、より好ましくは約１０重量％以下、さらにより好ましくは約５重量％以下、そして最も好ましくは約１重量％以下であり得る。
複合材料のライフサイクル使用は、充分に高い温度に複合材料を加熱する工程を含み得るのであり、その結果、金属が取り戻され得る。そのため、ポリマーは、それが燃焼するか、熱的に劣化する温度に加熱され得る。複合材料で使用される好ましいポリマーは、燃焼、またはさもなければ熱分解（例えば、約６００°Ｃ以上の温度）中に、有毒な化合物（例えば、毒ガス、あるいは発癌性化合物）を形成しないポリマーを含む。
＜フィラー＞
充填ポリマー材料（例えば、充填熱可塑性ポリマー層）は、１つ以上のフィラーを含有する。フィラーは繊維などの補強フィラー、および、とくに金属繊維であり得る。使用され得る金属のフィラー（例えば、金属繊維）は、２０１０年２月２５日にＭｉｚｒａｈｉによって公開された国際特許出願公開第ＷＯ２０１０／Ｏ２１８９９号公報に記載されている。例えば、本発明において使用され得る金属繊維は、鋼（例えば、低炭素鋼、ステンレス鋼など）、アルミニウム、マグネシウム、チタン、銅、少なくとも４０重量％の銅を含む金属、少なくとも４０重量％の鉄を含む他の合金、少なくとも４０重量％のアルミニウムを含む他の合金、少なくとも４０重量％のチタンを含む他の合金、およびそれらの任意の組み合わせ、などの金属から形成された繊維を含む。金属繊維は、約１０重量％以下のクロム、約７重量％以下のクロム、または約３重量％以下のクロムを有する鋼などの炭素鋼、を含むか、あるいは本質的に成る。
金属繊維は、充分低い融解温度または液相温度を有し得、その結果、溶接（電気抵抗スポット溶接など）の工程の間、金属層の１つまたは両方が溶融する前に溶接チップ間の領域内の金属層のいくつか若しくはすべてが、少なくとも部分的に溶融する（例えば、完全
に溶融する）。充填ポリマー材料の電気抵抗率は、金属層の電気抵抗率より高くなり得（例えば、約１０倍高い、あるいは約１００倍高い）、その結果、金属層が溶融し始める前に、金属繊維は溶融し始める。溶接プロセスは、充分に溶接チップを冷却する工程を使用し得、その結果、金属層が溶融し始める前に金属繊維が溶融する。そのため、金属繊維は、第１の金属層、第２の金属層、あるいは両方の融解温度または液相温度を下回るか、または同一、若しくは超える融解温度または液相温度を有する金属（例えば、鋼）を含み得るか、あるいは本質的に成る。
充填ポリマー材料は、２０１０年２月２５日にＭｉｚｒａｈｉによって公開された公開された国際特許出願公開第ＷＯ２０１０／０２１８９９号公報に記載されたものなどの非金属の導電性繊維を含み得る。
充填ポリマー材料に使用される金属繊維または他のフィラーは、好ましくは金属層の腐食を少なくするか除去することができる。１つの手法において、金属繊維または充填ポリマー材料中の金属繊維または他のフィラーの１つ以上は、比較的高いガルバニック活性を有し得る。例えば、金属繊維または充填ポリマー材料中の金属繊維または他のフィラーは、充填ポリマー材料と接触するか、または対向する（複合材料の）金属層の１つ若しくは好ましくは両方の表面に使用される金属より高いガルバニック活性を有し得る。そのため、低いガルバニック活性を有するフィラーが実質的にないか、あるいは完全にないことが、充填ポリマー材料に望まれ得る。一例として、複合材料の腐食を少なくするこの手法は、カーボンブラックが、実質的にないか、あるいは完全にない充填ポリマー材料を使用し得る。比較的高いガルバニック活性を有する１つ以上のフィラーは、約０．０５Ｖ以上、より好ましくは約０．１Ｖ以上、さらに好ましくは約０．２Ｖ以上、そして最も好ましくは約０．２５Ｖ以上の金属層より高い陽極酸化インデックスを好適に有する。比較的高いガルバニック活性を有する１つ以上のフィラーは、金属層より高いガルバニック活性を有する任意の公知技術の材料であり得る。一例として、そのようなフィラーは、１つ以上の亜鉛含有材料、１つ以上のマグネシウム含有材料、１つ以上のアルミニウム含有材料、またはその任意の組み合わせを含み得る。第２のフィラーが犠牲フィラーである場合、１つ以上のフィラーは第１のフィラー、および第１のフィラーよりガルバニック活性を有する第２のフィラーを含み得る。充填ポリマー材料が、第１のフィラーおよび犠牲フィラーを含む場合、第１のフィラーは好ましくは金属繊維である。犠牲フィラーは、金属層の表面積、第１のフィラーの全表面積、または好ましくは両方と比較して、比較的高い全表面積（すなわち、犠牲フィラー粒子のすべての）を有し得る。例えば、金属層の表面積に対する犠牲フィラーの全表面積の比率は、約１．５以上、好ましくは約３以上、さらに好ましくは約１０以上、および最も好ましくは約５０以上であり得る。充填ポリマー材料が、第１のフィラーおよび犠牲フィラーを含む場合、第１のフィラーは、金属層の表面のガルバニック活性を下回るか、または等しいか、若しくは超える表面を有し得る。第１のフィラーが、金属層の表面のガルバニック活性より大きいガルバニック活性を有する表面を有する場合、第１のフィラーは犠牲フィラーとして機能し得る。そのため、第２の犠牲のフィラーは必要ではないかもしれず、ポリマーで充填されたものは、第２の犠牲フィラーが実質的にないか、完全になくてもよい。
金属繊維のうちのいくつか、またはすべては、複合材料の１つ以上の金属層に陰極防食を設けてもよい。例えば、金属繊維は、第１の金属層、第２の金属層または両方の標準電気化学還元ポテンシャルを下回る標準電気化学還元ポテンシャルを有する材料で形成されるか、あるいはコーティングされた繊維を含み得る。一般に低い標準電気化学還元ポテンシャルを有する金属は、鋼（例えば、ＳＡＥ炭素鋼１０１５）を下回る標準電気化学還元ポテンシャルを有する金属を含む。一般に低い標準電気化学還元ポテンシャルを有する金属は、アルミニウム、亜鉛およびマグネシウムを含む。そのため、金属繊維のうちのいくつか、またはすべては、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、その合金、若しくはそれらの任意の組み合わせを含むか、あるいは本質的に含み得る。陰極防食用の特に好ましい繊維は亜鉛繊維である。金属繊維のうちのいくつか、またはすべては、電気コーティング、電気メッキまたは両方の１つ以上の工程を含むプロセスによるなどして、コーティングされるかおよび／またはメッキされた金属（例えば、鋼）を含み得る。例えば、金属は亜鉛メッキの工程によってコーティングされ得る。金属繊維は、その側面の１以上の上でコーティングされるか、またはその側面がすべてコーティングされ得る。限定なしに、繊維は、スプレーによって、浸漬によって（例えば、溶融メッキによって）コーティングされ得る。一例として、金属繊維は、１つまたは２つの表面上に（例えば、スプレーまたは浸漬によって）コーティングされたシートまたはフォイルから準備され得、次に、狭いストリップまたはリボンに割り込まれ得る。そのため、金属繊維は、１つまたは２つのコーティングされた表面を有し得る。他の例として、繊維に形成された後に、繊維がコーティングされ得、その結果、繊維の側面がすべてコーティングされる。さらに他の例として、連続フィラメントはコーティングされ、ついで、端部以外の繊維の側面がすべてコーティングされるように、繊維に割り込まれ得る。コーティングは、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、その合金、またはそれらの任意の組み合わせから選ばれた金属を好適に含む。そういうものとして、金属繊維は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、その合金、またはそれらの任意の組み合わせを含む金属の１つ以上のコーティング層、およびアルミニウム、亜鉛、マグネシウム、その合金、またはそれらの任意の組み合わせがない１つ以上の基板層を含み得る。特に好ましいコーティングされた金属繊維は、複合材料の金属層（例えば、第１の金属層、第２の金属層、または両方）の標準電気化学還元ポテンシャルを下回る標準電気化学還元ポテンシャルを有するコーティング層を含む。特に好ましいコーティングされた繊維は、亜鉛または亜鉛合金を含む層でコーティングされる繊維である。
利用される場合、カソード式防食を提供する繊維は、約２００時間以上の間、食塩水（例えば、約５重量％の塩化ナトリウムを含有する）のミスト散布による腐食環境への長期被曝（例えば、約４０℃での）の間の金属層の表面（例えば、ポリマー層に面する表面）の腐食が、減少されるまたは実質的に排除されるのに、十分な量、サイズ、表面積、またはそれらの任意の組み合わせにて設けられ得る。
金属繊維は好ましくは、２０１０年２月２５日発行の国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９に記載されるような次元および次元の分布を有する。制限なしで、金属繊維は、約１ｍｍより大きい、好ましくは約２ｍｍより大きい、および最も好ましくは約４ｍｍより大きい重量平均長さ（Ｌａｖｇ）を有し得る。適切な繊維は、約２００ｍｍ未満、好ましくは約５５ｍｍ未満、より好ましくは約３０ｍｍ、および最も好ましくは約２５ｍｍ未満のＬａｖｇを有し得る。繊維の重量平均直径は、約０．１μｍより大きく、より好ましくは約１．０μｍより大きく、および最も好ましくは約４μｍより大きいものであり得る。繊維の重量平均直径は、約３００μｍ未満、好ましくは約５０μｍ未満、より好ましくは約４０μｍ未満、および最も好ましくは約３０μｍ未満であり得る。
金属繊維は、任意の形状を有し得る。好ましくは、金属繊維は曲線である。例えば、一般に直線的な金属繊維が使用され得る。より好ましくは、金属繊維は、繊維の長さに沿った直線の繊維ではない。一例として、直線でない金属繊維は、１つ以上の屈曲を有し得、一般にアーチ形の特性を有し得、一般に螺旋形の形状を有し得、あるいはそれらの任意の組み合わせを有し得る。最初に直線である金属繊維は、好ましくは、熱可塑性のポリマーと組み合わされた時、（上述のように）直線でない繊維になる。
繊維の長さに垂直な、金属繊維の断面は、任意の幾何学的形状を有し得る。例えば、断面は、一般にアーチ形の１以上の側面、一般に直線の１以上の側面、またはそれらの任意の組み合わせを有し得る。一例として、金属繊維は、多角形、環状、楕円状、星形、半環状などの断面を有し得る。
本発明の１つの実施形態において、金属繊維は、好ましくは、繊維の縦方向における一般に平坦な表面などの、１以上の一般に平坦な表面を有する。理論に縛られることなく、一般に平坦な表面を有する金属繊維は、充填ポリマー材料、および／または、金属繊維が一般に筒状形状を有している材料と比較して軽量の複合材の導電率を増加させ得ることが、信じられている。繊維の横方向（即ち、繊維の長さに垂直）にある、金属繊維の断面は、１つ以上の一般的な長手を有し得る。例えば、横方向の金属繊維の断面は、４つ以上の一般的な長手、２つ以上の平行の側面、またはその両方を有し得る。制限なしで、金属繊維は、一般的な長方形、一般的な平行四辺形、４つ以上の側面を有する一般的な多角形、または一般的な正方形である断面を有し得る。金属繊維は、約３以上、好ましくは約５以上、およびより好ましくは約７以上のアスペクト比を有する楕円などの、一般的な楕円形である断面を有し得ることが、認識されるであろう。横方向の金属繊維の断面は、幅（すなわち、最長の次元）および厚さ（例えば、最も薄い次元および／または幅に対して垂直な方向）を特徴とし得る。繊維の厚さに対する幅の比率は、約１以上、約２以上、または約３以上であり得る。繊維の厚さに対する幅の比率は、約３０以下、約２０以下、または約１５以下であり得る。例示的な繊維は、金属ホイル（例えば、ほぼ繊維の厚さである厚さを有する）を切断し、小さいリボン（例えば、切断間の間隔は、繊維の幅であり得る）にすることにより準備される繊維である。金属繊維は、一体の金属ホイルから、または電気防食を設けるコーティングのような１以上のコーティング（例えば、両方の大きな表面上のコーティング）を有する金属ホイルから、金属繊維が準備されうることが、本明細書の教示から認識されるであろう。
金属繊維は、幅と厚さよりも大きい長さを有する。金属繊維の重量平均長さは、好ましくは約２００μｍ以上、より好ましくは約５００μｍ以上、さらにより好ましくは約８００μｍ以上、および最も好ましくは約１ｍｍ以上である。金属繊維は、約１０ｍｍ以上の重量平均長さを有し、または一般的に連続的であることが、認識されるであろう。スポット溶接を必要とする適用に関して、金属繊維は、好ましくは、金属繊維が溶接プロセス中により容易に溶接部から離れて流れ得る程の、スポット溶接に典型的に使用される溶接チップの直径未満である重量平均長さを有する。例えば、金属繊維は、約２０ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下、約７ｍｍ以下、約５ｍｍ以下、約４ｍｍ以下、または約３ｍｍ以下の重量平均長さを有し得る。繊維の態様は、（４ＡＴ／ＴＴ）１／２で繊維の長さを割ることにより評価され得、ここで、ＡＴは、横方向の繊維の横断面積である。繊維のアスペクト比は、約５以上、約１０以上、約２０以上、または約５０以上であり得る。繊維のアスペクト比は、約１０，０００以下、約１，０００以下、または約２００以下であり得る。１０，０００より大きなアスペクト比を有する金属繊維が利用され得ることは、本明細書の教示から評価されるであろう。
２つの金属層間のポリマー層において使用された時、金属繊維は、繊維の塊として存在する。金属繊維の塊は、相互に連結し得る。金属繊維の塊は、もつれ得る。繊維の塊は、機械的な連動機構を形成し得る（すなわち、２つ以上の繊維が機械的に連結され得る）。
金属繊維の塊は、好ましくは、ポリマー層の厚さに広がり（ｓｐａｎｓ）、その結果、繊維（例えば、金属繊維のネットワーク）の大部分が２つの金属層を電気的に接続する。単一の金属繊維は、ポリマー層の厚さに広がり得るが、好ましくは、どの金属繊維もポリマー層の厚さに広がらない。金属繊維が、ポリマー層の厚さに広がる場合、厚さに広がる繊維のフラクションは、好ましくは約０．４以下、より好ましくは約０．２０以下、さらにより好ましくは約０．１０以下、さらにより好ましくは約０．０４以下、および最も好ましくは約０．００１以下である。繊維の塊における繊維は、好ましくは、順序づけられていない配列で配列される。例えば、一般的に整えられた配列で配列される近隣の金属繊維の最大数は、約１００未満、好ましくは約５０未満、より好ましくは約２０未満、さらにより好ましくは約１０未満、および最も好ましくは約５未満であり得る。より好ましくは、繊維の塊は、一般的にランダム配列で配列される。金属層のうちの１つの表面を接触させる個々の金属繊維は、好ましくは、平面の接触が無い。そのため、複合材料は、金属繊維と金属層の間の平面の接触がほとんどない、あるいは完全にないものであると、特徴づけられ得る。金属表面を接触させる繊維は、好ましくは、線接触、点接触、またはその組み合わせを有する。金属繊維のいずれかが、金属繊維の長さの大部分にわたり金属層を接触させる場合、金属繊維のうちのいくつかは、金属層のうちの１つを接触させるが、ほとんど接触させないこともある。そのため、金属繊維の大きなフラクションは、金属層を接触させない、または少なくとも、金属層に接していないかなりの部分を有する。繊維の長さの少なくとも半分に沿って金属層を接触させる金属繊維のフラクションは、好ましくは約０．３以下、より好ましくは約０．２以下、さらにより好ましくは約０．１以下、さらにより好ましくは約０．０４以下、および最も好ましくは約０．０１以下である。
金属繊維は、好ましくは十分に薄く、多くの繊維が層の表面の間に配列されるのに充分な厚さに存在する。例えば、ポリマー層の厚さ方向に平行であり、ポリマー層を通る（ｇｏ ｔｈｒｏｕｇｈ）線と交差する繊維の平均数は、好ましくは約３以上、より好ましくは約５以上、より好ましくは約１０以上、および最も好ましくは２０以上である。理論に縛られずに、多くの金属繊維は、スタンピング工程中などに、材料のより多くの一様な変形を有利に可能にすると、信じられている。
金属繊維の濃度は、充填ポリマー材料の総体積に基づいて、好ましくは約１体積％より大きく、より好ましくは約３体積％より大きく、さらにより好ましくは約５体積％より大きく、さらにより好ましくは約７体積％より大きく、さらにより好ましくは約１０体積％より大きく、および最も好ましくは約１２体積％より大きい。金属繊維は、約６０体積％未満、好ましくは約５０体積％未満、より好ましくは約３５体積％未満、さらにより好ましくは約３３体積％未満、および最も好ましくは約３０体積％未満（例えば、約２５体積％未満、または約２０、１０あるいは５体積％未満）の濃度の、充填ポリマー材料の中に存在し得る。例えば、繊維の量は、充填ポリマー材料の総体積に基づいて、約１体積％、２体積％、３体積％、４体積％、５体積％、６体積％、７体積％、８体積％、９体積％または１０体積％、または、それらの値（約１％から約６％までなど）によって境界された範囲内にあり得る。本明細書の複合材は、驚くことに、同様の溶接特性を達成するのに必要な粒子フィラーの量よりほぼ低い、金属繊維の濃度を使用し得ることが可能である。さらに、繊維と材料が選択され、その結果、金属繊維のより高い濃度を有する同一の複合材料と比較して、より優れた溶接作業は驚くことに、比較的低濃度の金属繊維で実現され得ることも可能である。例えば、約１０体積％の金属繊維を有する充填ポリマー材料を使用すると、金属繊維のより高い濃度を有する充填ポリマー材料で作られたものと比較して、優れた溶接特性を有する複合材料がもたらされることが、驚くほどに見られる。
熱可塑性ポリマー材料は、約４０体積％より大きい、好ましくは約６５体積％より大きい、より好ましくは約６７体積％より大きい、さらにより好ましくは約７０体積％より大きい、および最も好ましくは約７５体積％より大きい（例えば、少なくとも約８０体積％、少なくとも約９０体積％、または少なくとも約９５体積％）濃度の、充填ポリマー材料の中に存在し得る。
繊維（例えば、金属繊維）に対するポリマー（例えば、熱可塑性ポリマー）の体積比率は、好ましくは約２．２：１よりも大きく、より好ましくは約２．５：１よりも大きく、および最も好ましくは約３：１よりも大きい。繊維（例えば金属繊維）に対するポリマー（例えば熱可塑性ポリマー）の体積比率は、好ましくは約９９：１未満、より好ましくは約３３：１未満、さらにより好ましくは約１９：１未満、および最も好ましくは約９：１未満（例えば、約７：１未満）である。
本明細書のサンドイッチ複合材における、任意のコアの材料は、細孔または空洞を含み得る、あるいは細孔または空洞が実質的に無い。好ましくは、充填ポリマー材料中の細孔または空洞の濃度は、充填ポリマー材料の総体積に基づいて、約２５体積％未満、より好ましくは約１０体積％未満、さらにより好ましくは約５体積％未満、および最も好ましくは約２体積％未満（例えば、約１体積％未満）である。
繊維（例えば金属繊維などの導電繊維）は、好ましくは、充填ポリマー材料中のフィラーの総体積に基づいて、約４０体積％より大きく、より好ましくは約７０体積％より大きく、および最も好ましくは約８０体積％より大きい（例えば、約９０体積％より大きい、または約９５体積％より大きい）濃度で存在する。ポリマー（例えば、熱可塑性ポリマー）と金属繊維の組み合わされた体積は、充填ポリマー材料の総体積に基づいて、好ましくは少なくとも約９０体積％、より好ましくは少なくとも約９５体積％、および最も好ましくは約９８体積％である。
金属繊維は、溶接のための電気伝導度、補強、または金属がポリマーコアへのより優れた歪み硬化特性を広げて与えることができるような繊維を利用することによりポリマー構造を歪み硬化するための強化材のうちの１つあるいは任意の組み合わせを提供する。そのため、金属繊維の伸長可能な伸率（破壊時）は、ＡＳＴＭ Ａ３７０−０３ａによって測定されるように、好ましくは約５％より大きく、より好ましくは約３０％より大きく、および最も好ましくは約６０％より大きい。
本明細書の材料は、繊維、金属粒子と組み合わせて利用され得ることが可能である。金属粒子は、球状、伸長した状態、または繊維形状以外の任意の形状であり得る。利用され得る金属粒子は、２０１０年２月２５日発行の、国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９に記載されるものを含む。繊維（例えば金属繊維）、または繊維と金属粒子の組み合わせは、好ましくは、合計のポリマー層の約３０体積％未満（より好ましくは、約２５体積％未満、および最も好ましくは約２０体積％未満）の体積濃度にあるポリマーマトリックスにおいて分散される（例えば、無作為に分散される）。金属粒子が利用される場合、充填ポリマー材料層における金属粒子の体積に対する、繊維（例えば金属繊維）の体積の比率は、約１：３０よりも大きく、好ましくは約１：１よりも大きく、および最も好ましくは約２：１よりも大きいこともある。
本発明の１つの態様において、金属粒子、金属繊維、またはその両方は、Ｍｉｚｒａｈｉによる、２０１０年２月２５日発行の国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９に記載されるような屑および／またはスクラップを粉砕する工程によって得られ得る。屑および／またはスクラップは、本明細書のサンドイッチ複合材を作るために使用される金属板に由来し得る。したがって、金属板が、腐食に耐えるためにコーティングまたは他に処理される範囲まで、屑および／またはスクラップはまた、前記コーティングまたは処理を含み得る。繊維は、故に、高強度鋼材であり得る、細分された、または他に寸断された、リン酸塩化されたおよび／または亜鉛メッキした鋼材の形であり得る。
随意に１つ以上の他の繊維と共に使用され得る、特に好ましい金属繊維は、長さに直角な方向に一般的に長方形の断面、約１０乃至７０μｍの重量平均厚さ、約４０乃至約２００μｍの重量平均幅、および約０．８乃至約５ｍｍの重量平均長さを有する炭素鋼である。驚くことに、この金属繊維は、繊維が一般に円筒状の断面および約１０μｍ以下の直径を有するステンレス鋼繊維によって取り替えられる以外は、同一の複合材料に比べて大きな（例えば、約５０％以上、または約１００％以上）板厚方向に導電率を有する、複合材料において使用することができる。
図３に関して、金属繊維（２０’’）は、１、２、またはそれ以上の一般的に真っ直ぐな側面（一般的に長方形の断面など）を含む、長手方向に交わる方向の断面を有し得る。金属繊維の長さは、一般に直線の領域、一般にアーチ形の領域、またはその両方を有し得る。金属繊維は、十分な長さであり、十分な曲率（例えば繊維の長さに沿った）を有し、十分な量またはその任意の組み合わせの中に存在し得、その結果、もつれた繊維の塊が形成される。
図４は、金属繊維（２０）およびポリマー（１８）を含むコア層（１６）のセクションの例示的な顕微鏡写真である。図４で示されるように、電流がコア層を通って伝えられることができるように、繊維は十分に重複し得る。例えば、コア層の導電率は、複合材料が電気抵抗溶接を使用して溶接され得るほど十分であり得る。
図５は、繊維の長手方向に交わる方向の一般的な長方形の断面を有する金属繊維（２０’）を含む、例示的な複合材料の縁を図示する。コア層は、もつれた金属繊維（２０’）の塊、および２つの金属層（１４’’）の間に狭持されたポリマー（１８’）を含む。
分かるように、金属繊維は好ましくは、複合材料が一般的に優れた（ｇｏｄ）溶接部の特徴を有するように選択される。例えば、金属繊維の濃度、金属繊維のサイズ、金属繊維間の接触の量、金属繊維の形状、金属繊維と金属層の間の接触の量、あるいはその任意の組み合わせは、複合材料が一般的に優れた溶接部処理窓、一般的に高い導電率、一般的に高い静止接点抵抗、あるいはその任意の組み合わせを有するように選択され得る。一般に優れた溶接部処理窓は、例えば、高い溶接電流範囲、高い溶接時間の範囲、またはその両方を特徴とし得る。
上記のフィラーに加えて、１つ以上の当該技術分野で開示された従来のフィラーも、それらの当該技術分野で開示された比率において、本明細書で利用され得、それらの実施例は、タルク、マイカ、珪灰石、ナノ粘土、炭酸カルシウム、ケイ酸塩などを含み得る。
＜溶接電流範囲の測定のための試験方法＞
試験材料に関する電流の範囲は、試験材料の薄板、および試験材料の薄板と同じ厚さを有する調節性の一体の鋼（１枚の亜鉛メッキした鋼材など）から成るスタックの溶接により、測定することができる。溶接は、２つの電極を使用して行なわれ得る。試験材料に対する電極は、フェース直径（ｆａｃｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）ｄを有する。調節性の鋼の薄板に対する電極は、ｄに等しいまたはｄより大きいこともある。溶接時間および溶接圧力は固定され、材料のための標準の溶接スケジュールなどから、予め定められ得る。溶接ボタンサイズは、２枚の薄板の分離により測定され得る。測定は、０．９５ｄ以上の溶接ボタンを作る電流を選択することにより始められる。その後、溶接ボタンがｄ未満となるまで、溶接電流は漸増的に減少する。その後、溶接不良が得られるまで、溶接電流は増加される。許容可能な溶接（例えば、少なくとも０．９５ｄの溶接ボタンサイズを有する溶接）を作る最小の電流は、最小の溶接電流である。高い溶接電流にて、溶接不良は、金属の排出、薄板の電極への固着、大きな溶接ポッピング音（ｌｏｕｄ ｗｅｌｄ ｐｏｐｐｉｎｇ ｎｏｉｓｅ）、または他に、それらの任意の組合せによって示され得る。許容可能な溶接を作る最も高い電流は、最大の溶接電流である。溶接電流範囲は、最大の溶接電流と初期の溶接電流の間の差である。一例として、溶接電流範囲は、約０．８ｍｍの厚さを有する複合材料、および約０．８ｍｍの厚さを有するガルバニール処理された鋼板を使用して実行され得る。複合材料上の電極の直径は約３．８ｍｍであり得、ガルバニール処理された鋼の上の電極の厚さは約４．８ｍｍであり得る。約６１０ｐｓｉの圧縮力が適用され得る。溶接条件は、約１，０００Ｈｚの周波数、約５０ミリ秒のアップスロープ時間、および約２００ミリ秒の溶接時間を有する、中間の周波数ＤＣ溶接電流を含み得る。材料は、好ましくは、約２５ｍｍの幅、および２５ｍｍまたは７５ｍｍの厚さを有する。
複合材料と同じ厚さを有する１枚の一体の鋼に溶接された時、複合材料に関する溶接電流範囲、ｌｃは、好ましくは、複合材料と同じ厚さを有する一体の２枚の鋼に関する電流の範囲、ｌｍよりも大きい。ｌｃ対ｌｍの比率は、好ましくは約１．１以上、より好ましくは約１．２以上、さらにより好ましくは約１．３以上、さらにより好ましくは約１．４以上、および最も好ましくは約１．５以上である。複合材料の電流範囲、ｌｃは、好ましくは約１．５ｋＡ以上、より好ましくは約１．７ｋＡ以上、さらにより好ましくは約１．９ｋＡ以上、さらにより好ましくは約２．１ｋＡ以上、さらにより好ましくは約２．３ｋＡ以上、および最も好ましくは約２．５ｋＡ以上である。図６は、驚くほど高い溶接電流範囲を有する複合材料に関する溶接電流範囲を図示する。
＜静止接点抵抗を測定するための試験方法＞
静止接点抵抗は、複合材シート、および２つのクラスのＩ−ＲＷＮＡ電極間で約０．８ｍｍの厚さを有する（好ましくは約４．８ｍｍのフェース直径を有する）冷却圧延鋼の薄板から成るスタックによって測定され得、２枚の薄板を溶接することなく約４５秒以上の間約５００ｐｓｉの力を加え、抵抗が安定する時間の後５秒間、溶接スタックの平均抵抗を測定する。安定した抵抗は、毎秒２％未満、毎秒１％未満、または毎秒０．５％未満の抵抗変化によって決定され得る。好ましくは、静止接点抵抗は、約０．８ｍｍの厚さ、約２５ｍｍの幅、および約２５ｍｍまたは約７５ｍｍの長さを有する薄板を使用して測定され得る。しかしながら、他の厚さ、長さ、および幅を有する薄板が使用され得る。
複合材料の静止接点抵抗は、好ましくは約０．００２０Ω以下、より好ましくは約０．００１７Ω以下、さらにより好ましくは約０．００１５Ω以下、さらにより好ましくは約０．００１２Ω以下、および最も好ましくは約０．０００８Ω以下である。
理論に縛られることなく、一体の鋼より大きな静止接点抵抗を有することは、高い溶接電流範囲を達成して増加するのに役立つと信じられている。そのため、鋼（例えば、冷却圧延鋼、亜鉛メッキした鋼材、ガルバニール処理された鋼、またはその任意の組み合わせ）の静止接点抵抗に対する複合材料の静止接点抵抗の比率は、好ましくは約１以上、より好ましくは約１．２以上、さらにより好ましくは約１．５以上、さらにより好ましくは約２以上、さらにより好ましくは約３以上、さらにより好ましくは約４以上、さらにより好ましくは約５以上、および最も好ましくは約１０以上である。静止接点抵抗が高すぎると、複合材が、電流を通すことが困難となり、故に容易に溶接されないこともあることが認識されるであろう。そのため、鋼（例えば、冷却圧延鋼、亜鉛メッキした鋼、ガルバニール処理された鋼、またはその任意の組み合わせ）の静止接点抵抗に対する複合材料の静止接点抵抗の比率は、好ましくは約１０００以下、より好ましくは約３００以下、さらにより好ましくは約１００以下、さらにより好ましくは約７５以下、および最も好ましくは約４０以下である。
＜金属層＞
議論されるように、本明細書の複合材は、ポリマーコアの塊が間隔を置いた層により対向する側面上に位置する、サンドイッチ構造を利用し得ることが予見される。例えば、本明細書の構造は、シート間に配置される、好ましくはシートに接して配置される、金属繊維を強化したポリマーのコア材料を有する、２枚の薄板（例えば、金属板）を含み得る。
サンドイッチ構造の金属層（例えば、第１金属層および第２金属層）は、層をわたる、ホイルまたは薄板または等しいあるいは不等な厚さ（例えば、平均厚さ）を有する層の形をした、適切な材料（例えば、金属）から作られ得る。各金属層は、一般に一定の厚さを有し、または異なる厚さを有し得る。各側面の各面金属（ｆａｃｅ ｍｅｔａｌ）は、同じまたは異なる特性を有する材料で作られ、同じまたは異なる金属で作られ得る。金属面が不等な厚さの金属板で作られている場合、材料は、異なる特性を有し、または異なる金属を有する。複合材料は、マーキング、または、異なる金属面を同定し、区別する他の手段を有し得る。層は、互いの層と比較して、構成、サイズ（例えば、厚さ、幅、体積、またはそれ以外のもの）、形状、または他の特徴において、同じまたは異なり得る。金属層は、腐食（例えば、亜鉛、リン、またはその両方によるコーティング）に抵抗するのを支援するための表面処理を有し得る。故に、充填ポリマー層を有する複合材を作る前、またはその後に、１以上の金属層は、亜鉛メッキされ、リン酸塩化され、またはその両方が行われ得る。
利用され得る金属層の例は、Ｍｉｚｒａｈｉにより２０１０年２月２５日に発行された、国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９に記載されている。
自動車のパネル適用などの、パネル適用において高張力鋼を使用して、鋼の薄板をダウンゲージ（ｄｏｗｎ ｇｕａｇｅ）する能力は、一般的に鋼の強度によって制限されず、鋼の曲げ弾性率によって制限される。驚くことに、充填ポリマー層は、さらなるダウンゲージングが可能となるような、複合材料の曲げ弾性率に対する十分な剛性を提供する。そのため、複合材料の１つ以上の金属層（例えば、第１金属層、第２金属層、またはその両方）での使用に特に好ましい鋼は、高張力鋼である。制限なしで、高張力鋼は、約２８０ＭＰａ以上、好ましくは約２８０ＭＰａ以上、より好ましくは約３２０ＭＰａ以上、および最も好ましくは約３４０ＭＰａ以上の降伏強度を有し得る。高張力鋼は、約６００ＭＰａ以下の降伏強度を有し得る。制限なしで、高張力鋼は、約３４０ＭＰａ以上、好ましくは約３７０ＭＰａ以上、より好ましくは約４００ＭＰａ以上、さらにより好ましくは約４３０ＭＰａ、および最も好ましくは約４５０ＭＰａ以上の引張強度を有し得る。高張力鋼は、約８００ＭＰａ以下の引張強度を有し得る。
第１金属層、第２金属層、またはその両方は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０によって測定されるように、複合材料の曲げ弾性率が少なくとも約２００ＧＰａであるような、十分な量の高張力鋼を含み得、ここで、充填ポリマー層の濃度は、複合材料の密度が約０．８ｄｍ以下となるように十分に高く、ｄｍは、第１の金属層と第２の金属層の重量平均密度である。驚くことに、前記複合材料は、約１００ＭＰａ以上（好ましくは約１２０ＭＰａ以上、より好ましくは約１４０ＭＰａ以上、さらにより好ましくは約１７０ＭＰａ以上、さらにより好ましくは約２００ＭＰａ以上、および最も好ましくは約２４０ＭＰａ以上）の高い降伏強度；または約１６０ＭＰａ以上（好ましくは約２００ＭＰａ以上、より好ましくは約２２０ＭＰａ以上、さらにより好ましくは約２５０ＭＰａ以上、さらにより好ましくは約２７０ＭＰａ以上、さらにより好ましくは約２９０ＭＰａ以上、および最も好ましくは約３１０ＭＰａ以上）の高い引張強度といった特性の１つまたはその両方を有し得る。
好ましい金属層は、複合材料の特性が周期パターン等において変わらないような、一般的に均一な厚さを有する。例えば、金属層の１００ｍｍ×１００ｍｍのセクションにおいて、平均厚さにより割られる、最高の厚さと最低の厚さの間の差は、約２０％以下、約１０％以下、または約５％以下であり得る。金属面の１つまたは両方は、好ましくは、複合材料を準備および／または加工する際、金属面がしわを作らず、裂けず、または他の欠陥を形成しないぐらいに、比較的厚い。好ましくは、金属面の１つまたは両方の厚さは、少なくとも約０．０５ｍｍ、より好ましくは少なくとも約０．１０ｍｍ、さらにより好ましくは少なくとも約０．１５ｍｍ、および最も好ましくは少なくとも約０．１８ｍｍである。薄板は、約３ｍｍ未満、好ましくは約１．５ｍｍ未満、より好ましくは約１ｍｍ未満、および最も好ましくは約０．５ｍｍ未満の厚さを有し得る。例えば、複合材料は、（例えば、スタンピング工程、溶接工程、電着コーティング工程、ペインティング工程、またはその任意の組み合わせの後で）少なくとも１つのＡ級またはＢ級の表面、好ましくは少なくとも１つのＡ級の表面を必要とする、自動車のパネルにおいて使用され得る。前記複合材料は、Ａ級表面である第１表面と、Ａ級表面でない第２表面を有し得る。Ａ級表面は、比較的高い厚さを有する第１金属面の表面と、比較的低い（例えば、第１金属面の厚さよりも少なくとも約２０％または少なくとも約４０％低い）厚さを有する第２金属面の表面であり得る、随意にクラスＡ表面でない表面を有し得る。一般的に、第２金属層の厚さに対する第１金属層の厚さ（例えば、平均厚さ）の比率は、約０．２〜約５、好ましくは約０．５〜約２．０、より好ましくは約０．７５〜約１．３３、および最も好ましくは約０．９１〜約１．１であり得る。
＜複合材料＞
複合材料は、多層のシート（例えば、充填ポリマー材料のコアを狭持する金属等の材料のシートを含む、サンドイッチ構造）の形状であってもよい。シートは、約３０ｍｍ未満、好ましくは約１０ｍｍ未満、好ましくは約４ｍｍ、および最も好ましくは約２ｍｍ未満の；および好ましくは約０．１ｍｍより大きな、より好ましくは約０．３ｍｍより大きな、および最も好ましくは約０．７ｍｍより大きな、合計の平均厚さを有し得る。複合材料は、一般的に均一な厚さを有し、または複合材料は、異なる（例えば、１つ以上の方向における無作為または周期的な変化）厚さを有し得る。例えば、厚さの変化は、厚さの標準偏差が平均厚さの約１０％未満であるようなものである。厚さの標準偏差は、好ましくは平均厚さの約５％未満、より好ましくは平均厚さの約２％未満、および最も好ましくは平均厚さの約１％未満である。
充填ポリマー層の厚さは、複合材料の総厚さの約１０％、２０％、３０％、４０％、またはそれ以上に大きくてもよい。充填ポリマー層の体積は、複合材料の総体積の約１０％、２０％、３０％、４０％、またはそれ以上に大きくてもよい。好ましくは、複合材料の体積の５０％より多くは、充填ポリマー材料である。充填ポリマー材料の濃度は、複合材料の総体積に基づいて、より好ましくは約６０体積％より大きく、より好ましくは約７０体積％より大きい。充填ポリマー材料の濃度は、複合材料の総体積に基づいて、典型的に９２体積％未満である；しかしながら、より高い濃度は、特に、比較的厚さのある複合材（例えば、約１．５ｍｍより大きな厚さを有する）において使用され得る。
本明細書のサンドイッチ複合材構造の外側層（例えば金属層）の総厚さは、複合材料の総厚さの約７０％未満であり得る。金属層の総厚さは、好ましくは複合材料の総厚さの約５０％未満、より好ましくは約４０％未満、および最も好ましくは約３０％未満である。外側層（例えば金属層）の総厚さは、複合材料の厚さの総厚さの約５％より大きく、好ましくは約１０％より大きく、およびより好ましくは約２０％より大きくてもよい。
ポリマーコアは、好ましくは、コア層に面する隣接した層（例えば１つ以上の金属層）の表面の少なくとも一部と接している（直接、または、プライマーおよび／または粘着性の層を介するように間接的に）。好ましくは、接触の領域は、ポリマーのコア層に面する隣接した層の表面の全面積の、少なくとも約３０％、より好ましくは少なくとも約５０％、最も好ましくは少なくとも約７０％である。プライマーまたは粘着性の層が利用される場合、厚さは、好ましくは、複合材料の電気的特性に影響を及ぼさないほど十分に低い。利用される場合、プライマーおよび／または粘着性の層の厚さと、ポリマーコア層の厚さとの比率は、好ましくは０．３０以下、より好ましくは約０．２０以下、さらにより好ましくは約０．１０以下、さらにより好ましくは約０．０５以下、および最も好ましくは約０．０２以下である。隣接した２つの金属層は、好ましくは実質的に互いに接触していない。第１金属層の表面が第２金属層に接触すると、接触の領域と第１金属層の表面の領域との比率は、好ましくは約０．３以下、より好ましくは約０．１以下、さらにより好ましくは約０．０５以下、さらにより好ましくは約０．０２以下、および最も好ましくは約０．０１以下である。
複合材料は、多くのポリマーのコア層を含み得る。例えば、複合材料は、金属層、異なるコア層、またはその両方に付着するような粘着性を含む１つ以上のコア層を含み得る。
複合材料は、Ｍｉｚｒａｈｉによって２０１０年２月２５日に発行された、国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９に記載のものなど、密度比に対して比較的高い剛性を有し得る。
＜充填ポリマー層および複合体を準備するプロセス＞
充填ポリマー材料および複合材料を準備するプロセスは、Ｍｉｚｒａｈｉによって２０１０年２月２５日に発行された、国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９に記載されるプロセスを利用し得る。
複合材料は、少なくとも１つの隣接した層（例えば、金属様シート）に接合され、好ましくは２つの層（例えば、２つの金属層）の間に挟まれ、１つまたは両方の層に接合される、充填ポリマー材料（例えばコア層）をもたらすプロセスを使用して、準備され得る。プロセスは、最終的な所望の論説に到達するために、加熱、冷却、変形（例えば、スタンピングなどによる成形）、または結合の工程の１つまたはそれらの任意の組み合わせを含み得る。隣接した層（例えば、金属層）の少なくとも１つ、またはそのすべては、ロールシート、鍛造、鋳造、形成された構造、押出し加工された層、焼結層、またはそれらの任意の組み合わせの形で提供され得ることが予見される。
シートは、約９０℃よりも高い温度（例えば、約１３０℃より高い、または約１８０℃より高い）にまで加熱され得る。好ましくは、シートは、約Ｔｍｉｎより高い温度にまで加熱され、Ｔｍｉｎは、充填ポリマー材料の熱可塑性物質の最も高いガラス転移温度（Ｔｇ）と溶融温度（Ｔｍ）である。金属シート、充填ポリマー材料、またはその両方は、ポリマー（例えば、熱可塑性ポリマー）が著しい劣化を受ける最高温度にまで加熱され得る。熱可塑性ポリマーは、好ましくは約３５０℃未満の温度にまで、より好ましくは約３００℃未満の温度にまで加熱され得る。加熱されたポリマーは、金属繊維、および任意の追加のフィラーと混合され得る。加熱されたポリマー（例えば、熱可塑性ポリマー）は、シート層として押し出され得る。シート層は、金属面の間で直接押出し加工されるか、またはプロセスあるいは別々の工程において、後で金属面の間に配され得る。プロセスは、ポリマーを乾燥する１つ以上の工程を含み得、その結果、ポリマー中の水の濃度は、予め定められた最大の水分濃度よりも低い。ポリマーを乾燥する工程は、ポリマーを加熱する工程の前、その間、またはその後に生じ得る。プロセスは、低湿度の環境において、ポリマー、ポリマーコア層、または複合材料を貯蔵する１つ以上の工程を含み得、その結果、ポリマー中の水の濃度は、予め定められた最大の水分濃度よりも低く維持される。
ポリマーコア層は、均質な層であり、または複数の下層を含み得る。例えば、充填ポリマー材料は、Ｍｉｚｒａｈｉによって２０１０年２月２５日に発行された、国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９に記載されるもの等の接着剤層を含み得る。
複合材料を製作するプロセスはまた、１つ以上の金属層を加熱する工程、層に圧力を加える工程、ポリマー（例えば、熱可塑性ポリマー、または金属繊維と任意のフィラーで複合された熱可塑性ポリマー）をカレンダリングする工程、（例えば、材料における任意の熱可塑性ポリマーの溶融温度より大きな温度で）複合材シートをアニール処理する工程の、１つ以上の工程を含み得る。充填ポリマー材料（例えば、本明細書のサンドイッチ複合材用のコア層）を製造するプロセスは、繊維とポリマー（例えば熱可塑性ポリマー）の少なくとも一部を接触させる工程、繊維とポリマーの少なくとも一部をブレンドする工程、またはその両方を含み得る。ポリマー層を形成するプロセスは、連続プロセスまたはバッチプロセスでもよい。好ましくは、プロセスは連続プロセスである。ブレンドまたは接触させる工程は、約９０℃より高い、約１４０℃より高い、約１７０℃より高い、または約１９０℃より高い最大の温度にまで、ポリマーを加熱する工程を含み得る。ブレンドまたは接触させる工程は、約３５０℃未満、約３００℃未満、約２８０℃未満、約２７０℃未満、または約２５０℃未満の最大の温度にまで、ポリマーを加熱する工程を含み得る。
適切なプロセスは、充填ポリマー材料のポリマーのうちの少なくともいくつかが、約８０℃より高い、好ましくは約１２０℃より高い、より好ましくは約１８０℃より高い、さらにより好ましくは約２１０℃より高い、および最も好ましくは約２３０℃より高い温度下にあるときに、圧力を加える１以上の工程を利用し得る。圧力を加える工程は、約０．０１ＭＰａより大きな、好ましくは約０．１ＭＰａより大きな、より好ましくは約０．５ＭＰａより大きな、さらにより好ましくは約１ＭＰａより大きな、および最も好ましくは約２ＭＰａより大きな最大圧力を利用し得る。圧力を加える工程中の最大圧力は、約２００ＭＰａ未満、好ましくは約１００ＭＰａ未満、より好ましくは約４０ＭＰａ未満、および最も好ましくは約２５ＭＰａ未満であり得る。プロセスはまた、複合材料を（例えば、Ｔｍｉｎ未満の、好ましくは充填ポリマー材料のポリマーの溶融温度未満の、より好ましくは約５０℃未満の温度にまで）冷却する工程を含み得る。
複合材料は、Ｍｉｚｒａｈｉによって２０１０年２月２５日に発行された、国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９に記載されるもの等の積層であり、または当該積層を含み得る。
水（液体、ガス、または固体）がポリマー材料を接触させるのを防ぎ、その結果、ポリマー材料における水分量が低くなり、ポリマー材料におけるフィラーが腐食せず、またはその両方の結果となることが、望ましい。そのため、複合材料を準備するプロセスは、液体またはガスとの接触から複合材料の縁を十分に保護する１つ以上の工程を含み得る。例えば、コーティングまたは保護層は、１以上の（または好ましくは全ての）ポリマー層（コア層）、密封され得る１以上の（または好ましくは全ての）複合材料の縁、またはそれらの任意の組合せにわたって配置され得る。利用されれば、ポリマー層の縁にわたり配置されたコーティングまたは保護層は、好ましくは、充填ポリマー材料のポリマーと比較して、水分に対して比較的低い透過性を有する１以上の材料を含む。水分に対して比較的低い透過性を有する任意の材料が使用され得る。制限なしで、低透過性の材料は、ポリエチレンビニルアルコールまたはそのコポリマー層、ポリオレフィンホモポリマー層、または実質的に１つ以上のオレフィンから成るコポリマー、またはその任意の組み合わせを含み得る。コーティングまたは保護層は、ポリマー層に、金属層に、またはその両方に永久に付けられ得る。あるいは、コーティングまたは保護層は一時的に使用され得る。例えば、コーティングまたは保護層は、１つ以上の成形工程前に、１つ以上の溶接工程前に、１つ以上の電着コーティング工程前に、または１つ以上のペインティング工程前に除去され得る。複合材料の任意の縁は、金属層間の１つ以上の密封された空間を形成する、任意の当該技術分野で既知の方法を使用して、密封され得る。一例として、金属層は、縁の近くで共に溶接され得る。金属層は、複合材料の全周囲に沿って共に溶接され得る。
部品の質を監視する１つ以上の工程が、ポリマー層または複合材料の構成要素の組み立て中に、またはその後に利用され得る。監視工程は、２つ以上の層の間の結合保全性を確実にする目的、繊維の適切な分散を確実にする目的、表面異常（割れ、汚れ、しわ、ざらつきなど）を検出する目的、空隙を検出する目的、複合材の層の１つまたは任意の組合せの膜厚分布（例えば、平均厚さ、中間の厚さ、厚さの変動、最小厚さ、最大厚さ、またはその任意の組み合わせ）を測定する目的、あるいはそれらの任意の組合せのためのものでもよい。
１つの手法は、１つ以上のプローブにより部品（例えば、ポリマー材料または複合材料）を監視する工程を含み得る。監視は、（表面欠陥を検出するため、赤外線計測などによって厚さまたは厚さの分布、温度を測定するため、またはそれらの任意の組み合わせのために）光学的に行われ得る。それは、１つ以上の外部刺激に対する部品の反応の測定により、行われ得る。例えば、導電率、抵抗率、インピーダンス、または幾つかの他の電気的特性は、１以上の適用された電気刺激に対する反応において測定され得る。例えば、プローブは、電気刺激に対する反応において部品上の１つ以上の位置で電気的特性を（連続的に、および／または、ほぼ同時に）測定するために使用され得る。磁気特徴は、同様の方法で監視され得る。刺激は磁場であり、反応は、機械的な反応、電気的な反応、磁気的な反応、またはその任意の組み合わせでもよい。監視は、聴覚的に（例えば、プローブ、または超音波などの音波の他のソースを使用して）行われ得る。聴覚の測定は、空隙、ひび割れ、成分分布などを検出するために利用され得る。
監視に適切なアセンブリは、１以上の電気プローブのソース（例えば、品質の評価のために部品に本質的に広がる、または測定を得るために部品にわたり翻訳される、一般的なキャリア（プローブの配列さえ可能である）の複数のプローブ）、およびプローブから信号を受け取るための少なくとも１つのプロセッサを含み得る。プロセッサは、測定された部品の予測された値の範囲と信号を比較する工程、および、測定された値が予測された範囲の外にある、または他に特定の予め定められた範囲内に含まれる時にシグナル伝達を行う工程等の操作を実行し得る。図２は、前記システムの実施例を示す。
本教示の層状ワークピース（例えば、金属繊維を包含するポリマー層（１６）を狭持する金属層（１４）（１４’）の積層）が、組み立てられる。層が連結された後、刺激が、金属層（１４）（１４’）、ポリマー層（１６）、またはその任意の組合せの１つ以上に適用される（例えば、電気的なソース（１０２）によって適用された電気刺激）。電気刺激は、１以上のワイヤー（１１０）または電気通信の他の手段を使用して、１以上の金属層に伝送され得る。
１つ以上のプローブ（１０４）が、キャリア（１０６）によって運ばれ得、刺激に対するワークピースの反応を測定するであろう。プローブは、ワークピースの１つまたは両方の面の上にあってもよい。測定された反応は、プロセッサ（１０８）に信号によって送信され、前記プロセッサはまた、制御下、または刺激ソース（例えば電気的なソース（１０２））との他のシグナル伝達通信下にあってもよい。
本明細書に記載の監視プロセスは、ポリマー材料（例えば、ペレット、シートまたはポリマー材料の他のサンプル）の監視のためにも使用され得ることが、認識されるであろう。
＜成形プロセス＞
本発明の複合材料は、材料を塑性的に変形し、スタンピング、ロール成形、曲げ、鍛造、パンチング、引き伸ばし、巻きつけ、幾つかの他の金属細工、またはそれらの任意の組み合わせの工程を含み得るプロセスなどの適切な成形プロセスにさらされる。好ましい成形プロセスは、複合材料をスタンピングする工程を含むプロセスである。スタンピングプロセスは、大気温度またはその付近の温度で生じ得る。例えば、スタンピング中の複合材料の温度は、約６５℃未満、好ましくは約４５℃未満、およびより好ましくは約３８℃未満であり得る。成形プロセスは、様々な延伸比率に複合材料の領域を延伸させる工程を含み得る。本発明の１つの態様において、複合材料は、ひび割れ、皺、またはねじれのない、比較的高い延伸比率に延伸する工程にさらされる。例えば、複合材料が延伸工程にさらされ、その結果、少なくとも一部の複合材は、１．２より高い延伸比率にまで延伸される。望ましくは、複合材料は、延伸されることができ、約１．５より大きい、好ましくは約１．７より大きい、より好ましくは約２．１より大きい、および最も好ましくは約２．５より大きい最大延伸比率に延伸されることができる。延伸比率のひび割れが生じる限界点は、Ｗｅｉｓｓ ｅｔ ａｌ．（Ｍ． Ｗｅｉｓｓ， Ｍ． Ｅ． Ｄｉｎｇｌｅ， Ｂ． Ｆ． Ｒｏｌｆｅ， ａｎｄ Ｐ． Ｄ． Ｈｏｄｇｓｏｎ， ”Ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｍｅｔａｌ／Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｍｉｎａｔｅｓ ｉｎ Ｓｈｅｅｔ Ｍｅｔａｌ Ｆｏｒｍｉｎｇ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， （Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００７）， Ｖｏｌｕｍｅ １２９， Ｉｓｓｕｅ ４， ｐｐ． ５３４−５３５）により記載されているような、環状のカップ図面試験（ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｕｐ ｄｒａｗｉｎｇ ｔｅｓｔ）を用いて測定されるものであり、これら文献は引用によって本明細書に組み込まれる。成形プロセスは、複合材料に接して、ダイス型（ｄｉｅ）（例えば、モールの硬度計によって測定されるように、金属繊維の硬度より大きな硬度を有するダイス型）に圧力を加える工程を含み得る。
利用され得る適切な成形プロセスは、Ｍｉｚｒａｈｉにより２０１０年２月２５日に発行された国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９に記載のものを含む。
複合材料を形成した後に、プロセスは、充填ポリマー材料への水分の浸透を少なくするために、複合材料の縁を保護する１つ以上の工程を含み得る。複合材料の縁を保護するための前述の工程の何れかが使用され得る。
＜複合材の特徴＞
ポリマー層、複合材料、またはその両方は、Ｍｉｚｒａｈｉにより２０１０年２月２５日に発行された国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９に記載されるもの等、低いスプリングバック角度、比較的低い電気抵抗率、優れた溶接性（例えば、抵抗溶接を使用して）、比較的低い熱伝導率、比較的低い音響伝送、またはその任意の組み合わせを有し得る。
好ましくは、充填された熱可塑性材料、複合材料、またはその両方は、溶接可能であり（例えば、スポット溶接、シーム溶接、フラッシュ溶接、プロジェクション溶接、またはアプセット溶接などの抵抗溶接技術を使用して溶接可能）、比較的低い電気抵抗を有している。したがって、本明細書の教示はまた、本明細書で教示される複合材料を溶接する１つ以上の工程を考慮する。板厚方向における複合材料の電気抵抗は、金属層とコア層の電気抵抗の和によって記載され得る。典型的に、金属層の電気抵抗は、コア層の電気抵抗よりはるかに少なく、その結果、複合材料の電気抵抗がコア層の電気抵抗によって評価され得る。固有抵抗（例えば、板厚方向（シートの平面に垂直）において測定された固有抵抗）は、ＡＣ変調（ＡＣ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を使用して測定され、電圧降下、Ｖ、および電流、Ｉから測定される：
固有抵抗＝（Ｖ／Ｉ）（Ａ／ｔ）
ここで、Ａはシートの領域であり、ｔはシートの厚さである。複合材料、コア層、またはその両方の（導通の厚さ方向における）固有抵抗は、比較的低い（例えば、複合材料、コア層、またはその両方は、約１００，０００Ω・ｃｍ未満、好ましくは約１０，０００Ω・ｃｍ未満、より好ましくは約３，０００Ω・ｃｍ未満、および最も好ましくは約１，０００Ω・ｃｍ未満の固有抵抗により特徴化され得る）。
複合材料は、複合材料が同じ厚さの２枚の一体の鋼を溶接するための溶接スケジュールと一般的に同じである溶接スケジュールを使用する、抵抗溶接技術によって一体の鋼のシートに溶接されることができる程の、十分に低い電気抵抗率を有し得る。例えば、板厚方向における電気抵抗率は、約１００Ω・ｃｍ以下、好ましくは約１０Ω・ｃｍ以下、より好ましくは約１Ω・ｃｍ以下、さらにより好ましくは約０．１５Ω・ｃｍ以下、さらにより好ましくは約０．１Ω・ｃｍ以下、および最も好ましくは約０．０７５Ω・ｃｍ以下であり得る。
複合材料は、金属を溶接する当業者に既知の任意の溶接プロセスを使用して溶接され得る。溶接プロセスは、Ｍｉｚｒａｈｉにより２０１０年２月２５日に発行された国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９、米国特許出願第６１／２９０，３８４号（Ｍｉｚｒａｈｉにより２００９年１２月２８日に出願）に記載される１以上の工程、デバイス、またはプロセスを含み得、その両方は、全ての目的のために全体において引用により本明細書に組み込まれる。
好ましい複合材料は、比較的優れた耐腐食性を有する。複合材料は、好ましくは、コア層に面する金属層、ポリマーと金属フィラーを含むコア層の表面の腐食の割合により特徴化され、即ち、コア層中の金属フィラーがコア層のポリマーと取り替えられることを除いて、同じ複合材料のコア層に面する金属層の表面の腐食の割合より低い（より好ましくは少なくとも５０％未満）。例えば、複合材料は、コア層に面する金属層の表面の腐食の割合を有し、コア層は犠牲フィラーを含み、即ち、犠牲フィラーがコア層のポリマーと取り替えられることを除いて、同じ複合材料のコア層に面する金属層の表面の腐食の割合より低い。水における腐食の割合は、予め定義した腐食試験時間の予め定義した腐食試験温度の水浴において、予め定義した次元を有する複合材料のサンプルを置くことにより、および表面上の腐食の量を測定することにより、決定され得る。塩水における腐食の割合は、予め定義した腐食試験時間の予め定義した腐食試験温度で、予め定義した塩濃度を有する塩水浴において、予め定義した次元を有する複合材料のサンプルを置くことにより、および表面上の腐食の量を測定することにより、決定され得る。制限なしで、腐食試験温度は約４０℃であり、腐食試験時間は約１６８時間であり得る。
本明細書で説明された様々な複合材を使用して作られた溶接継ぎ手は、Ｍｉｚｒａｈｉにより２０１０年２月２５日に公開された国際特許出願公開第ＷＯ２０１０／０２１８９９に記載されているような複合材の全体にわたる微細構造の変形を示し得ることが可能である。
＜複合材料の溶接＞
複合材料を１つ以上の一体の金属材料（例えば鋼板などの鋼材）に溶接する場合（例えばスポット溶接）、プロセスは複合材料と接触する第１の電極、および一体の金属と接触する第２の電極を使用し得る。第１の電極および第２の電極は同じまたは異なり得る。好ましくは、第１の電極および第２の電極は異なる。驚くことに、第１の電極が第２の電極の直径に満たない直径を有している場合、複合材料の両方の金属層は、より容易に一体の金属材料に溶接される。理論に縛られず、複合材料と接触するための、より小さな直径の電極の使用は、より均等な熱分布をもたらすか、より効率的に溶接領域からポリマーを取り除くか、またはその両方をもたらすと考えられている。最も好ましくは、第１の電極は、第２の電極の直径よりも十分に小さな直径を有し、そのため、第１の金属層および第２の金属層は両方ともスポット溶接プロセスの間に溶接される。第１の電極の直径に対する、第２の電極の直径の比率は、好ましくは約１．０２以上、より好ましくは約１．０６以上、さらにより好ましくは約１．１２以上、および最も好ましくは約１．２以上である。第１の電極の直径に対する、第２の電極の直径の比率は、好ましくは約５以下、より好ましくは約３以下、および最も好ましくは約２以下である。
本発明の複合材料は、好ましくは、１つ以上の一体の金属材料に溶接され得る。例えば、複合材料が、コーティングされていない鋼、溶融亜鉛メッキ鋼、ガルバニール処理された鋼、またはそれらの任意の組み合わせから成る群より選択された鋼材に溶接されることが出来るように、金属繊維の形状、大きさ、濃度および種類は選択され得る。本発明の特に好ましい実施形態において、溶接時間、電極加圧力、溶接時間、または溶接チップの大きさを変更する必要なく、複合材料は、２つ以上の異なる一体の鋼材（２つ以上のコーティングされていない鋼、溶融亜鉛メッキ鋼、またはガルバニール処理された鋼）に関して、異なる厚さを有する２つ以上の一体の鋼材（ひとつの材料は複合材料とほぼ同じ厚さを有し、別の材料は複合材料の約１．５倍またはそれ以上の厚さを有する）に関して、またはその両方に関して、全体的に高い溶接電流範囲を有する（本明細書に上述されるように）。そのため、溶接条件を変更する必要なく、複合材料は驚くほど多種多様の材料に溶接され得、驚くほど広範囲の厚さを有する。溶接条件へのいくつかの変更が求められ得るが、溶接電流範囲が広いため、これらの変更を他の材料に対して大幅に減らすことが出来る。
一例として、図７、８、および９は、コーティングされていない鋼、ガルバニール処理された鋼および溶融亜鉛メッキ鋼それぞれに溶接された、本発明の複合材料に関する溶接電流範囲の測定を例示する。図７、８および９は、溶接電流に応じて溶接ボタンサイズを示すグラフである。許容可能または優れた溶接部は、ｉ）溶接電極直径の約９５％を超える溶接ボタンサイズを有する、ｉｉ）金属を全く排出しない、またはその両方である溶接であり得る。例えば、約３．８ｍｍの電極直径が複合材料を接触させるために使用される場合、優れた溶接部は約３．６ｍｍ以上の溶接ボタンサイズを有し得る。図７、８および９は、約１．５以上（例えば約１．７以上）の溶接電流範囲を有する複合材料を例示する。図７は、複合材料を第１の鋼（例えばコーティングされていない鋼）に溶接する際に、優れた溶接部が約６．４ｋＡから約９．２ｋＡに及ぶ溶接電流で得られ得ることを例示する。図８は、複合材料を異なる鋼（例えばガルバニール処理された鋼）に溶接する際に、優れた溶接部が約７．７５ｋＡから約９．４５ｋＡの溶接電流で得られ得ることを例示する。図９は、複合材料を別の鋼（例えば溶融亜鉛メッキ鋼）に溶接する際に、優れた溶接部が約７．３５ｋＡから約９．３５ｋＡの溶接電流で得られ得ることを例示する。最初に、３つの材料はすべて、全体的に高い溶接電流範囲を与える。次いで、優れた溶接部をもたらすような電流の重複（すなわち重複する溶接電流範囲）は全体的に高い。例えば、複合材料は、約７．８ｋＡから約９．２ｋＡでこれらの３つの材料により優れた溶接部を作り出し、重複する溶接電流範囲は約１．４ｋＡ以上である。
本発明の複合材料は、本明細書に記載される特性の１つまたは任意の組み合わせを必要とする、任意の数の用途において使用され得、この特性は、限定されないが、比較的低い密度、比較的低い熱伝導度、比較的高い剛性対密度比、または比較的低い音響透過を含む。本発明の複合材料を利用し得る例示的な用途は、自動車および他の交通手段に関連する用途、建築構造に関連する用途、および電気機器に関連する用途を含み得る。複合材料は、自動車のパネル、トラックのパネル、バスのパネル、コンテナ（例えば出荷に使用されるコンテナ）、電車の車両上のパネル、ジェット機上のパネル、チューブ（例えば自転車のチューブ）、オートバイのパネル（例えばカウリングまたはフェアリング）、トレーラーのパネル、レクリエーショナル・ビークル上のパネル、スノーモービル上のパネル、自動車のバンパー・フェイシア、スポイラー、ホイールウェルライナー、空気力学的な地面効果、エア・ダム、コンテナ、ベッドライナー、仕切り壁（ｄｉｖｉｄｅｒ ｗａｌｌ）、電気機器のハウジング（ａｐｐｌｉａｎｃｅ ｈｏｕｓｉｎｇ）、車両給油口のドア、車両バンパー、装飾用インサート（ｄｅｃｏｒａｔｉｖｅ ｉｎｓｅｒｔ）、ダクト、手摺り、収納仕切りドア（ｓｔｏｒａｇｅ ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）、電子デバイス（携帯電話、コンピュータ、カメラ、タブレットコンピュータ、音楽またはビデオプレイヤーなど）のハウジング、コンソール、吸気口部分、バッテリーカバー（ｂａｔｔｅｒｙ ｈｏｕｓｉｎｇ）、格子、ホイールウェル、あるいはシートパンなどの用途において使用され得る。複合材料は、外装要素（ｅｘｔｅｒｉｏｒ ｔｒｉｍ ｅｌｅｍｅｎｔ）、雨よけ（ｆｌａｓｈｉｎｇ）、樋（ｇｕｔｔｅｒ）、こけら板（ｓｈｉｎｇｌｅ）、壁、床板（ｆｌｏｏｒｉｎｇ）、カウンター（ｃｏｕｎｔｅｒｔｏｐ）、キャビネット前板（ｃａｂｉｎｅｔ ｆａｃｉｎｇ）、窓枠、ドア枠、羽目板（ｐａｎｅｌｉｎｇ）、通気口（ｖｅｎｔ）、ダクト、敷板（ｐｌａｎｋｉｎｇ）、枠組み研究（ｆｒａｍｉｎｇ ｓｔｕｄｙ）、棚、給排水設備（ｐｌｕｍｂｉｎｇ ｆｉｘｔｕｒｅ）、流し、シャワーパン、浴槽、および囲いなどの建築構造材料として使用され得る。例示的な用途は、車体パネル（例えば、自動車などの車両の本体の外板）である。本明細書に記載される複合材料を使用し得る自動車パネルは、フロントクォーターパネル、リアクォーターパネル、ドアパネル、フードパネル、ルーフパネル、またはそれ以外のものを含む。自動車のパネルは、Ａ級、Ｂ級、またはＣ級の表面、好ましくはＡ級またはＢ級の表面、およびより好ましくはＡ級の表面を有し得る。本明細書の複合材料は、１つ以上の装飾的な外表面、または金属のベニヤ、木のベニヤ、ポリマーのベニヤ、またはそれ以外といったベニヤも含み得る。外表面は、対向層として、質感、色、またはその他の外観を有し得る。例えば、鉄の外層は、銅色、ブロンズ色、黄銅色、金色または幾つかの他の色を装うように色付けされてもよい。
本発明の複合材料は、電着コーティングプロセス、塗装プロセス、粉体コーティングプロセス、それらの任意の組み合わせなど、複合材料をコーティングする工程を含むプロセスにおいて使用されてもよい。利用される場合、コーティング工程は、表面を清掃又さもなければ準備する１つ以上の工程、コーティングを熱するまたは焼く１つ以上の工程（例えば、約１００℃以上、好ましくは約１２０℃以上の温度で）、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。コーティングは、浸漬プロセス、噴霧プロセス、またはローラーあるいはブラシなどの塗布用具を利用するプロセスなどによる、任意の従来の手段によって施され得る。そのため、好ましくは、複合材料には、外に浸出し、電着（ｅｌｅｃｔｒｏｃｏａｔ）プロセスの槽などコーティングプロセスの槽を汚染する成分（例えば、低分子量成分）がない。同様に、本明細書の方法は、複合材の成分による槽の汚染がない、１つ以上のコーティング工程を含む。
複合材料（例えば、複合材料で形成されたスタンピング処理された部品）は、複合材料を１つ以上の他の材料または部品に連結することを必要とするアセンブリにおいて使用され得る。例えば、複合材料は、固定具を使用して別の部品に機械的に連結され、または接着剤、接着促進剤（例えばプライマー）、またはその両方を使用して別の部品に化学的に連結され得る。連結の他の手段は、溶接、ろう付け、およびはんだ付けを含む。これらの連結方法の１つまたは任意の組み合わせが使用され得る。
前に論じられたように、使用中の剥離耐性を有する、高品質の積層は本明細書の教示に従って可能である。結果として生じる複合材料は、多くの用途においてそれを鋼の代替物として適切にする、優れた特性を示し得る。例えば、複合材の塊が、ＤＩＮ １１３３９下でのピール試験にさらされると、複合材は相当な量の凝集破壊（例えば、約２５％以上の、少なくとも約４０％、５０％、６０％またはより高いような凝集破壊）を示すように、任意の金属層に十分に結合され得る。複合材の塊が、その結果ＤＩＮ １１４６５の下での重ね剪断試験にさらされると、複合材は相当な量の凝集破壊（例えば、約２５％以上の、少なくとも約４０％、５０％、６０％またはより高いような凝集破壊）を示すように、任意の金属層に十分に結合される。分かるように、凝集破壊に対する言及は、ポリマーマトリックス内に生じるだろう破壊を一般に言及し、これはポリマーマトリックスと隣接金属層との間に生じるだろう接着破壊とは対照的である。したがって、大量の凝集破壊は、ポリマーマトリックスと、ポリマーマトリックス材料の内部強度を超えるようなサンドイッチ複合材の金属層の一つまたは両方との間の、結合の強度を反映する。
好ましくは、複合材料は、部品またはアセンブリを形成するための複合材料の加工中に、または部品の使用中に、剥離しない（例えば、金属層はコア層から剥離しない）。そのため、複合材料は、好ましくは、スタンピング作業中に、連結作業中に（例えば溶接作業中に）、またはその両方の間に、剥離しない。
本発明の別の態様は、本発明を使用して作られた部品の、使用済みのものの再生、リサイクル、またはその両方のための方法を考慮する。１つの手法は、本明細書で教示された複合材構造を有する部品を提供し、金属材料から炭化水素化合物を（例えば高温加熱工程によって）分離する工程に該部品をさらすことを想定する。炭化水素化合物または金属材料のいずれかまたは両方は、回復され再利用され得る。別の手法は、複合材料を粉砕するか、そうでなければ複合材料から粒子を形成することによってリサイクルすること、および複合材（本明細書に記載されるような複合材料）のコア材の成分として前記粒子を随意に提供することを想定する。
実施例
以下の実施例の構成は、約±２０％だけ変動することもあり、同様の結果（例えば約±２０％内）を与えることを理解されたい。さらに、本明細書で教示された他の材料は、記述されたものに置き換えられ、同様の結果が考慮される。
＜実施例１＞
軽量複合材用のコア材は、約４５ｇのポリアミド６と、約３乃至１０μｍの平均直径および約２乃至４ｍｍの平均長さを有する、約７２ｇのステンレス鋼繊維とを、約２０ｒｐｍの速度で、２６０℃でのブラベンダー・プラストグラフ・ミキサー内で、溶融混合により準備される。ポリアミド６は約１．１４２ｇ／ｃｍ３の密度を有し、鋼は約７．９ｇ／ｃｍ３の密度を有する。約６０分間混ぜ合わせた後、混合物はブラベンダー・ミキサーから取り除かれる。より長いまたは好ましくはより短い混合時間（例えば、約３０分未満、約２０分未満、約１０分未満または約５分未満でさえも）が使用され得ることが、当業者に理解されるだろう。さらに、そのような混合時間は、本教示の他のポリマーに使用され得る。このように準備されると、実施例１は、約１８．８体積％の鋼繊維および約８１．２体積％のポリアミド６を含み、約２．４１ｇ／ｃｍ３の密度を有する。
＜実施例２＞
ステンレス鋼繊維の重量が約１０２ｇであり、ポリアミド６の重量が約４０ｇであることを除いては、コア料は実施例１と同じ方法を使用して準備される。このように準備されると、混合物は、約２６．９体積％の鋼繊維および約７３．１体積％のポリアミド６を含み、約２．９６２ｇ／ｃｍ３の密度を有する。
＜実施例３＞
ステンレス鋼繊維の重量が約３５．４ｇであり、ポリアミド６の重量が約５０．６ｇであることを除いては、コア材は実施例１と同じ方法を使用して準備される。このように準備されると、混合物は、約１０体積％の鋼繊維および約９０体積％のポリアミド１２を含み、約１．８１６ｇ／ｃｍ３の密度を有する。
＜比較例４＞
ステンレス鋼繊維が一切使用されず、約５３ｇのポリアミド６がブラベンダー・プラストグラフ・ミキサーにおいて混合されることを除いては、コア料は実施例１と同じ方法を使用して準備される。比較例５は、約１．１４２ｇ／ｃｍ３の密度を有する。
＜比較例５乃至６＞
複合材料は、２つの鋼板を含むサンドイッチパネルを圧縮成型することによって準備され、前記２つの鋼板の各々は約０．２０ｍｍの厚さ、約７４．２ｍｍの長さ、約１２４．２ｍｍの幅を有し、ポリアミド１２は金属繊維なしで、金属板の間に置かれる。鋼板は、ＡＩＳＡ １００８およびＡＳＴＭ Ａ１０９基準を満たす５番の焼き戻し（ｔｅｍｐｅｒ）（アルミニウムキルド）低炭素鋼で作られている。表１に示されるように、比較例５および６のためのコア材の厚さは、それぞれ約０．３０ｍｍ、および約０．４４ｍｍである。比較例５および６は、約２５０℃の温度および約１２０００ｋｇの負荷での押し込み金型を使用して圧縮成型される。複合材パネルの総合的な密度は、鋼板で使用される鋼の密度より約３２乃至４６重量％低い。比較例５および６の板厚（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）電気抵抗率は、１×１０１０ Ω・ｃｍより大きく、これらのパネルが絶縁特性を有することを示している。スタンピング処理が可能ではあるが、比較例５および６を一体の鋼パネルに溶接しようとする試みは、一緒に溶接されない構造をもたらす。これらのサンプルは、溶接部が、一緒に溶接されているパネルよりも弱いという点において、溶接試験で不合格となる。
Figure 2017171928
＜実施例７乃至８＞
約２６．９体積％の鋼繊維および約７３．１体積％のポリアミド１２を含むコア材が使用されることを除いては、実施例７および８は、比較例７に記載された方法を使用し、サンドイッチパネルを圧縮成型することによって準備された、複合材料である。コア材における鋼繊維は、約３乃至１０μｍの平均直径および約２乃至４ｍｍの平均長さを有し、約２６０℃でブラベンダー・プラストグラフ・ミキサーにおいて、ポリアミド１２と混合される。コア材の厚さは、実施例７および８に関して、それぞれ約０．４０ｍｍおよび約０．５７ｍｍである。これらのサンプルは表２に例示される。複合材パネルの総合的な密度は、鋼の密度より約２９乃至３６重量％低い。これらの複合材パネルは、ＡＣ抵抗溶接（スポット溶接）を使用して、約０．８ｍｍの厚さを有する鋼板に溶接される。優れた溶接部（すなわち、溶接されているパネルより強いため、溶接パネルが力によって分離される際に、溶接ボタンを得るような溶接部）は、約６００ｐｓｉの圧力で、約９．７ｋＡの溶接電流および８つの溶接サイクルを使用して得られる。これらの条件は、厚さ０．８ｍｍの鋼の２枚の一体の薄板を溶接するために必要とされるものより低い（１２．９ｋＡ、１５つの溶接サイクル、６００ｐｓｉの圧力）。各溶接サイクルは約１／６０秒であり、溶接パラメータは約１つのサイクル（すなわち約１／６０秒）の勾配、約１０つのサイクル（すなわち約１／６秒）の保持時間、および約１秒の圧搾時間を含む。
Figure 2017171928
＜実施例９乃至１０＞
約２０．２体積％の鋼繊維および約７９．８体積％のポリアミド１２を含むコア材が使用されることを除いては、実施例１２および１３は、比較例５乃至６に関して記載された方法を使用し、サンドイッチパネルを圧縮成型することによって準備された複合材料である。コア材における鋼繊維は、約３乃至１０μｍの平均直径および約２乃至４ｍｍの平均長さを有し、約２６０℃でブラベンダー・プラストグラフ・ミキサーにおいてポリアミド１２と混合される。コア材の厚さは、実施例９および１０に関して、それぞれ約０．３７および約０．５５ｍｍである。これらのサンプルは表２に例示される。複合材パネルの総合的な密度は、鋼の密度より約３１乃至４１重量％低い。これらの複合材パネルは、ＡＣ抵抗溶接（スポット溶接）を使用して、約０．８ｍｍの厚さを有する鋼の薄板に溶接される。優れた溶接部は、約６００ｐｓｉの圧力で、約９．７ｋＡの溶接電流および８つの溶接サイクルを使用して得られる。
実施例９の剛性と密度、および実施例９の金属層において使用される同じ鋼材の一体の薄板は、両方とも約０．８７ｍｍの厚さを有し、これらは板厚方向において測定される。
実施例９は、鋼の一体の薄板よりも、高い剛性対密度比を有すると予想される。
＜実施例１１＞
実施例１１の複合材料サンプルは、実施例３がコア材に使用されることを除いては、比較例５に関して記載された方法を使用して、サンドイッチパネルを圧縮成型することにより準備される。この複合材パネルのサンプルは、ＡＣ抵抗溶接（スポット溶接）を使用して、約０．８ｍｍの厚さを有する鋼板に溶接される。優れた溶接部は、約６００ｐｓｉの圧力で、約９．７ｋＡの溶接電流および８つの溶接サイクルを使用して得られる。
＜実施例１２乃至１４＞
実施例１２から１４は、純粋なポリマー、および実施例１の方法を使用して準備されたステンレス鋼繊維とポリマーとの混合物である。実施例１２から１４は、実施例１２、１３および１４に関して、それぞれ約０重量％、約３重量％、および約１０重量％のステンレス鋼繊維を備えたポリアミド６を使用して準備される。実施例１２のコア材の引張係数は、約３．３ＧＰａである。鋼繊維が約３重量％の濃度で加えられる場合（実施例１３）、引張係数は約３．９ＧＰａまで１７％以上増加する。鋼繊維が約１０重量％の濃度で加えられる場合（実施例１４）、引張係数は約７．３ＧＰａまで１００％以上増加する。ポリアミドはコポリアミドと置き換えられ、ステンレス鋼繊維の濃度は、実施例１５、１６および１７に関して、それぞれ約０重量％、約３重量％、および約１０重量％である。実施例１５のコア材の引張係数は、約７００ＭＰａである。鋼繊維が約３重量％の濃度で加えられる場合（実施例１６）、引張係数は約１１６０ＭＰａまで５０％以上増加する。鋼繊維が約１０重量％の濃度で加えられる場合（実施例１７）、引張係数は約２２８０ＭＰａまで２００％以上増加する。そのため、一般に、本明細書に教示された発明のこのおよび他の実施形態は、鋼繊維を含まないが同じ複合材を有する充填ポリマー材料（例えばコア層の材料）の引張係数よりも、好ましくは、少なくとも１５％、より好ましくは少なくとも５０％以上、さらにより好ましくは少なくとも約１００％、最も好ましくは少なくとも約２００％大きい、鋼繊維を含む充填ポリマー材料（例えばコア層の材料）の引張係数により特徴付けられる。
＜実施例１５乃至２０＞
実施例１５乃至２０は、表３に示されるポリマーおよび鋼繊維の濃度を使用して、ブラベンダー・ミキサーにおいて鋼繊維と熱可塑性物質を混合することにより準備される。その後、複合材料は、２枚の厚さ０．２ｍｍの鋼板の間に、０．４ｍｍの繊維充填熱可塑性層を有する、サンドイッチを成型することにより準備される。複合材料の板厚電気抵抗率は、ＡＣ変調を使用して測定され、表３に示される。複合材料を充填した熱可塑性物質の全ては、比較的低い電気抵抗率を有し、充填していない熱可塑性物質の全ては、比較的高い電気抵抗率を有する。
Figure 2017171928
＜実施例２１＞
充填された熱可塑性物質は、約４乃至約４０μｍの直径、および約１乃至約１０ｍｍの長さを有する約１５体積％の低炭素鋼繊維と、約５０重量％のポリアミド６と約５０重量％のポリアミド６，９の約８５体積％のコポリアミド（ＩＳＯ ５２７−２に従って測定された約３００ＭＰａの弾性係数、ＩＳＯ １１３５７に従って測定された約１３０℃の溶融点、およびＩＳＯ ５２７−３に従って測定された約９００％の破断伸びにより特徴付けられたコポリマー）とを混合することで準備される。充填された熱可塑性物質は、約１９０°Ｃ乃至約２５０°Ｃの温度で混合される。その後、充填された熱可塑性物質は、２枚の低炭素鋼の間に配置され、その各々は約０．２ｍｍの厚さを有する。その後、該材料は約２２０℃乃至約２３０℃の温度で、約１乃至約２２ＭＰａの圧力で圧縮される。複合材料は、約０．４ｍｍの充填された熱可塑性材料のコア厚を有する。複合材料は、約３より大きな絞り比で、高速のスタンピング作業においてスタンピング処理され、割れまたはその他の表面欠陥は一切観察されない。スタンピングの後、複合材料の表面は、同じ全体の厚さを有し、かつ同じ条件下でスタンピング処理された一体の低炭素鋼サンプルの表面と比較して、比較的滑らかである。その後、複合材料は典型的な電着（ｅ−ｃｏａｔ）プロセスにさらされ、プライマーおよび黒色の塗料で塗装される。塗面には、点食、橙色のはがれ、および他の目に見える表面欠陥が一切なく、滑らかな仕上がりである。塗面はＡ級の仕上がりとして特徴付けられる。塗装された複合材料の表面は、約０．８ｍｍの厚さを有する、低炭素鋼の同様に処理された一体のサンプルの表面よりも滑らかである。
＜実施例２２＞
複合材料は、繊維が、繊維の長さに直角な方向に通常長方形の断面を有する低炭素繊維と置き換えられることを除いては、実施例２１と同じ材料、合成物および方法を使用して準備される。繊維は約２．３ｍｍの平均の長さを有する。繊維の平均の断面積は約０．００４５ｍｍ２である。繊維の厚さに対する幅の比率は、約２対８である。複合材料は約０．８ｍｍの厚さを有する。複合材料は、約０．８ｍｍの厚さを有する冷間圧延鋼のサンプルで積み重ねられる。スタックは、約１３ｍｍの直径を有する一対の溶接チップの間にある、スポット溶接機械に配置される。約２．２ ｋＮｔの力は溶接チップに適用される。
板厚方向における複合材料の抵抗性は、２．２ ｋＮｔの力にかけられている間に測定される。このように測定されると、実施例２２の複合材料の電気抵抗率は、約０．１Ω以下である。約０．８ｍｍの厚さを有する冷間圧延鋼の２枚の薄板にとって典型的な溶接計画を使用して溶接されたとき、複合材料は冷間圧延鋼に溶接され、溶接チップの直径より大きな直径を有する溶接ボタンを作り出す。実施例２２により優れた溶接部を作り出すために、余分な加熱、余分な溶接サイクル、および余分な電流は一切必要とされない。
＜実施例２２Ｂ＞
実施例２２Ｂは、充填ポリマー材料における金属繊維の濃度が、約２０体積パーセント増加され、ポリマーの濃度が約８０体積パーセント減少されることを除いては、実施例２２と同一である。実施例２２Ｂの複合材料は、約０．８ｍｍの厚さを有する、１枚のガルバニール処理された鋼に溶接される。約３．８ｍｍの表面直径を有する電極は、複合材料を有する溶接スタックの側で使用され、約４．８ｍｍの表面直径を有する電極は、ガルバニール処理された鋼を有する側で使用される。約６１０ｌＢｓの力が電極によって溶接スタックに適用される。材料は、約１，０００Ｈｅｒｔｚの周波数を有する中間周波数のＤＣ溶接を使用して溶接される。各溶接は、約２５ｍｍの幅および約７５ｍｍの長さを有するサンプル上で為される。溶接時間は約２００ミリ秒で一定している。溶接は、約８．８ ｋＡ乃至１３ｋＡ以上に及ぶ溶接電流を使用して為される。複合材板上の溶接ボタンサイズは、溶接が完了した後に測定される。溶接ボタンサイズおよび各溶接サンプル（４６）の溶接電流は、図６内の図表３０に示される。領域（４４）によって与えられた低い溶接電流で溶接ボタンサイズは、溶接工程間の複合材料の面で使用される、電極（３６）の直径の９５％未満である。領域（４０）によって例示された中間溶接電流で、ボタンサイズは、電極（３６）の直径の９５％以上である。領域（４２）によって例示された溶接電流で、金属の排出および／または大きなポッピング音を生じ、結果として生じた溶接は許容できないものである。許容可能な溶接を得るための最小の溶接電流（３４）は、実施例２２Ｂの関しては約１０ｋＡである。許容可能な溶接を得るための最大の溶接電流（３２）は約１３ｋＡである。最大の溶接電流（３２）と最小の溶接電流（３４）の間の差は、電流範囲（３８）である。このように測定されると、実施例２２Ｂの溶接電流範囲は約３．０ｋＡである。比較のために、溶接電流範囲は、各々が同様に測定された約０．８ｍｍの厚さを有する、ガルバニール処理された鋼の２枚の一体の薄板から成る溶接スタックに関するものであり、約１．３ｋＡ未満であるように決定される。驚くことに、実施例２２Ｂの複合材料は、そのより高い溶接電流範囲によって測定されるように、ガルバニール処理された鋼より溶接するのが容易である（すなわち、溶接のためにより広い処理窓を有する）。
＜実施例２２Ｃ＞
溶接電流範囲は、各々が同様に測定された約０．８ｍｍの厚さを有する、２枚の一体のガルバニール処理された鋼から成る溶接スタックに関して測定され、約１．３ｋＡ未満であるように決定される。溶接電流範囲は実施例２２８に関するものと同じ方法を使用して測定される。驚くことに、実施例２２８の複合材料は、そのより高い溶接電流範囲（例えば、実施例２２Ｃと比較して）で測定されたように、ガルバニール処理された鋼よりも溶接するのが容易である（すなわち、溶接のためにより広い処理窓を有する）。
＜実施例２２Ｄ＞
実施例２２Ｄは、実施例２２８と同じ合成物、充填熱可塑性ポリマー、および構造を有する複合材料である。溶接への負荷が約２．７６ｋＮ（約６００ｌｂ）、アップスロープ時間が約５０ミリ秒、溶接時間が約３００ミリ秒、および初期の溶接電流が約８乃至９ｋＡであることを除いては、実施例２２０の溶接電流範囲は、実施例２２８と同じ条件を使用して測定される。溶接電流範囲は、初めに、実施例２２０の複合材料、および約１．２ｍｍの厚さを有するコーティングされていない深絞り品質鋼（Ｌｅ．，０００）からなる溶接ストック（ｓｔｏｃｋ）に関して測定される。溶接ボタンサイズは図７で示されるように異なる溶接電流で測定される。ｉ）ボタンサイズの直径が約３．６ｍｍ以上であること、およびｉｉ）金属が一切排出されないことにより特徴付けられた優れた溶接部は、溶接電流が約６．４ｋＡ乃至約９．２ｋＡであるときに得られる。溶接電流範囲は、実施例２２Ｄを１．２ｍｍの厚さのコーティングされていないＤＤＷに溶接するために、約２．８ｋＡであると決定される。
次に、複合材料および０．８ｍｍの厚さのガルバニール処理された鋼から成る溶接スタックは、コーティングされていないＤＯＣ鋼に関するものと同じ条件を使用して準備され、溶接される。驚くことに、優れた溶接部は、アップスロープ時間、溶接時間、最初の溶接電流、または溶接チップへの負荷を変更せずに得られる。溶接ボタンは、図８で示されるように異なる溶接電流で測定される。ｉ）ボタンサイズの直径が約３．６ｍｍ以上であること、およびｉｉ）金属が一切排出されないことによって特徴付けられた優れた溶接部は、溶接電流が約７．７５ｋＡ乃至約９．４５ｋＡであるときに得られる。溶接電流範囲は、実施例２２Ｄの複合材料を０．８ｍｍの厚さのガルバニール処理された鋼に溶接するために決定される。
実施例２２Ｄの複合材料は、約１．５ｍｍの厚さを有する溶融亜鉛メッキ鋼（Ｌｅ．， ＨＯＧ）にも溶接される。複合材料から成る溶接スタックおよび１．５ｍｍの厚さのＨＤＧは、コーティングされていないＤＤＱ鋼に関するものと同じ条件を使用して準備および溶接される。驚くことに、優れた溶接部は、アップスロープ時間、溶接時間、初期の溶接電流、または溶接チップへの負荷を変更せずに得られる。溶接ボタンは図９に示されるように異なる溶接電流で測定される。ｉ）ボタンサイズの直径が約３．６ｍｍ以上であること、およびｉｉ）金属が一切排出されないことによって特徴付けられた優れた溶接部は、溶接電流が約７．３５ｋＡから９．３５ｋＡであるときに得られる。溶接電流範囲は、実施例２２０の複合材料を１．５ｍｍの厚さのＨＯＧに溶接するために、約２．０ｋＡであるように決定される。
驚くことに、同じ溶接条件は、複合材料を異なる種類の鋼（例えば、０００、ＨＯＧ、または亜鉛メッキ鋼）に溶接するために使用することが出来る。さらに、溶接条件を変更することなく、複合材料が、約８７％だけ変動する厚さを有する鋼（Ｌｅ、０．８ｍｍから０．８ｍｍ×１８７％＝１．５ｍｍ）に溶接されることが可能であることは驚くべきことである。異なる種類の鋼および異なる厚さの鋼に関して、複合材料への溶接が、全体的に広い溶接電流範囲によって特徴付けられることも驚くべきことである。
＜実施例２３＞
複合材料は、鋼薄板が約３５９ＭＰａの降伏強度、約４６０ＭＰａの引張強度、および約２２％の伸びを有する、０．２ｍｍの厚さの高強度鋼に置き換えられることを除いては、実施例２１と同じ材料、合成物および方法を使用して準備される。複合材料は、約１９３ＭＰａの降伏強度、約２５３ＭＰａの引張強度、および約２２％の伸びを有すると予想される。複合材料の密度は、同じ厚さ（約０．８ｍｍ）を有する低炭素鋼の一体の薄板より約３４％低いと予想される。複合材料は、同じ厚さを有する低炭素鋼の一体の薄板の降伏強度よりも、約５０ＭＰａまたはそれ以上である降伏強度を有すると予想される。複合材料は、同じ厚さを有する低炭素鋼の一体の薄板の引張強度の、少なくとも約９０％である引張強度を有すると予想される。複合材料は、同じ厚さを有する低炭素鋼の一体の薄板の曲げ弾性率の少なくとも約８５％である曲げ弾性率を有すると予想される。
本明細書で使用されるように、特に指定されない限り、教示は、部類（一覧）の任意の構成要素が部類から除外され得、および／またはマーカッシュ分類の任意の構成要素が該分類から除外され得ることを想定する。
特に指定されない限り、本明細書で述べられる任意の数値は、任意の低い値と任意の高い値の間に少なくとも２つの単位の分離があることを仮定すると、一つの単位きざみの低い値から高い値までの全ての値を含む。例として、例えば成分、特性または例えば温度、圧力、時間など変更可能なプロセスの値の量が、例えば、１から９０、好ましくは２０から８０、より好ましくは３０から７０であると述べられた場合、例えば、１５から８５、２２から６８、４３から５１、３０から３２などの中間の範囲値は、本明細書の教示の範囲内にある。同様に、個々の中間値は本発明の教示の範囲内でもある。１未満である値については、１つの単位は、適宜０．０００１、０．００１、０．０１または０．１であると考慮される。これらは具体的に指定されるもののほんの一例にすぎず、列挙された最低値の間と最高値の間の数値の全ての可能な組み合わせが、同様のやり方で本出願に明白に記載されるものと考慮されるものとする。理解されるように、本明細書中に「重量部」として表わされた量の教示は、重量パーセントの用語で表わされた同じ範囲を考慮する。したがって、結果として生じるポリマー混紡構成物の「ｘ」重量部の用語での範囲の、本発明の詳細な説明における表現は、結果として生じるポリマー混紡合成物の重量パーセントでのｘの同様に列挙された量の範囲の教示を考慮するものである。
特に指定されない限り、全ての範囲は、両方の終点および終点間の全ての数字を含む。
範囲に関連した「約」または「およそ」の使用は、範囲の両端部にも適用される。したがって、「約２０乃至３０」は、「約２０乃至約３０」にわたるように意図され、少なくとも指定された終点を含む。
特許出願および刊行物を含む、全ての論文と引用の開示は、全ての目的のための引用によって組込まれる。組み合わせを説明する用語「から本質的になる」は、特定された要素、成分、構成要素または工程を含みものとし、そのような要素、成分、構成要素、または工程は、前記組み合わせの基礎的および新しい特徴に実質的に影響しない。本明細書に記載の要素、成分、構成要素、または工程の組み合わせを記載するための用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇまたはｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、要素、成分、構成要素、または工程から成る、または本質的にこれらからなりさえする実施例を考慮する。
複数の要素、成分、構成要素または工程は、ひとつの統合された要素、成分、構成要素または工程によって提供され得る。代替的に、ひとつの統合された要素、成分、構成要素または工程は、別個の複数の要素、成分、構成要素、または工程へ分けられ得る。要素、成分、構成要素または工程を記載するための「ａ」または「ａｎ」の開示は、追加の要素、成分構成要素または工程を排除することを意図するものではない。特定の分類に属する要素または金属に対する、本明細書における言及は、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃにより１９８９年に発行され著作権のあるＰｅｒｉｏｄｉｃ Ｔａｂｌｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｍｅｎｔｓを参照にしている。分類（ＧｒｏｕｐまたはＧｒｏｕｐｓ）の任意の言及は、分類は、分類に番号をつけるためにＩＵＰＡＣシステムを使用して、このＰｅｒｉｏｄｉｃ Ｔａｂｌｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｍｅｎｔｓに反映された分類（ＧｒｏｕｐまたはＧｒｏｕｐｓ）で当然あるものとする。
本明細書に使用されるように、用語「ポリマー」および「ポリマー化」は総括的であり、それぞれ「ホモポリマーとコポリマー」および「ホモポリマー化とコポリマー化」のより具体的な場合のいずれかまたは両方を含むことができる。
上記の記載は例示的かつ非制限的なものであるように意図されたものである。提供された実施例に加え多くの実施例および、多くの適用は、上述の記載を読めば当該技術者に明確である。それゆえ、本発明の範囲は、上述の記載についての言及では決定されないが、添付の請求項の言及によって、そのような請求項が与えられる同等物の完全な範囲に沿って決定されるべきである。特許出願と刊行物を含む、全ての論文と引用の開示は、全ての目的のために引用によって組込まれる。本明細書に開示される主題の任意の態様の以下の請求項における省略は、そのような主題を放棄するものではなく、発明者がそのような主題を、開示された創意に富んだ主題の一部とみなしたものと考えられてはならない。

Claims (34)

  1. 複合材料であって、
    前記複合材料は、
    ａ）
    ｉ）少なくとも第１の熱可塑性ポリマー、および、
    ｉｉ）第１の熱可塑性ポリマーとは異なる少なくとも１つの第２の熱可塑性ポリマーの混合物を含むポリマーベースのマトリックス、
    ｂ）ポリマーベースのマトリックスを含む複合材の塊を形成するために、マトリックス全体に分布した金属繊維の塊を備え、
    金属繊維の塊は、
    ｉ）少なくとも１つの一般的には平面を有する複数の金属繊維を含み、および、
    ｉｉ）複合材の塊の総体積に基づいて、約３体積％よりも高い濃度で存在する、複合材料。
  2. 少なくとも１つの第１の熱可塑性ポリマーは、少なくとも１つのポリオレフィンポリマーを含む、請求項１に記載の複合材料。
  3. 少なくとも１つの第１の熱可塑性ポリマーは、線状の低密度ポリエチレンを含む、請求項１または２に記載の複合材料。
  4. 少なくとも１つの第２のポリマーは、熱可塑性エラストマー（エチレン−オクテンコポリマーのようなエラストマー）、イオノマー、または、その組み合わせから選択される、請求項１乃至３のいずれかに記載の複合材料。
  5. 複合材の塊は基板に取り付けられる、請求項１乃至４のいずれかに記載の複合材料。
  6. 複合材の塊は金属板に取り付けられる、請求項１乃至５のいずれかに記載の複合材料。
  7. 複合材の塊は対向する金属板の間に挟持される、請求項１乃至６のいずれかに記載の複合材料。
  8. 複合材の塊は、腐食に耐えるためのコーティングによって、金属板の少なくとも１つのほとんどの表面がコーティングされた対向する金属板の間に挟持される、請求項１乃至７のいずれかに記載の複合材料。
  9. 複合材の塊は、亜鉛、リン酸塩、または、その両方を含む、１以上のコーティングによって、金属板の少なくとも１つのほとんどの表面がコーティングされた対向する金属板の間に挟持される、請求項１乃至８のいずれかに記載の複合材料。
  10. 複合材の塊は、アルミニウム、普通炭素鋼、高強度鋼、または、ニッケル、マンガン、銅、ニオブ、バナジウム、クロム、モリブデン、チタン、カルシウム、１つ以上のレアアース元素、ジルコニウム、窒素、または、任意の組み合わせから選択された合金成分を含む鋼の１つ以上に取り付けられる、請求項１乃至９のいずれかに記載の複合材料。
  11. 金属繊維の塊は、腐食に耐えるための合成物とともに１つの層を有する複数の繊維を含む、請求項１乃至１０のいずれかに記載の複合材料。
  12. 金属繊維の塊は、犠牲陽極を定義するための合成物でコーティングされた複数の繊維を含み、その結果、耐腐食性は、複合材の塊が取り付けられる金属の標準的な電気化学的還元電位未満の標準電気化学的還元電位を有する繊維によって、複合材の塊が取り付けられる金属に提供される、請求項１乃至１１のいずれかに記載の複合材料。
  13. 金属繊維の塊は、アルミニウムの粒子および／または繊維、亜鉛、マグネシウムの粒子および／または繊維、あるいは、その任意の組み合わせを含む、請求項１乃至１２のいずれかに記載の複合材料。
  14. 金属繊維は、アルミニウム、亜鉛、リン酸塩、または、その任意の組み合わせで少なくとも部分的にコーティングされた繊維を有する、請求項１乃至１３のいずれかに記載の複合材料。
  15. 金属繊維の塊は、リボンの形状をした複数の繊維を含む、請求項１乃至１４のいずれかに記載の複合材料。
  16. ポリマーベースのマトリックスは、架橋結合可能なポリマーを含む、請求項１乃至１５のいずれかに記載の複合材料。
  17. ポリマーベースのマトリックスは、放射（例えば、紫外線放射および／または赤外線放射）、湿気、熱、または、その任意の組み合わせから選ばれた外部刺激の適用によって架橋結合することができるポリマーを含む、請求項１乃至１６のいずれかに記載の複合材料。
  18. 複合材の塊は、ＤＩＮ１１３３９下でピール試験にさらされた後に、該複合材が、少なくとも約４０％の凝集破壊を示すように、任意の金属層に十分に結合される、請求項１乃至１７のいずれかに記載の複合材料。
  19. 複合材の塊は、ＤＩＮ１１４６５下で重ね剪断試験にさらされた後に、該複合材が、少なくとも約４０％の凝集破壊を示すように、任意の金属層に十分に結合される、請求項１乃至１７のいずれかに記載の複合材料。
  20. 複合材料であって、
    複合材料を用いて形成されたサンドイッチ複合材の降伏強度は、約１００ＭＰａ以上である、複合材料。
  21. 複合材料であって、
    複合材料を用いて形成されたサンドイッチ複合材の引張強度は、約１６０ＭＰａ以上である、複合材料。
  22. 複合材は、約０．４ｍｍ以上の厚さを有するサンドイッチ複合材の形状であり、複合材の塊は、サンドイッチ複合材の総厚さの少なくとも約３０％である厚さを有する、請求項１乃至２１のいずれかに記載の複合材料。
  23. 請求項１乃至２２のいずれかの複合材料を含む溶接物品。
  24. 請求項１乃至２２のいずれかの複合材料を含む溶接物品であって、
    金属繊維の形状、大きさ、濃度、および、種類は、請求項１乃至２２のいずれかの複合材料と、軽量複合材とほぼ同じ厚さを有するガルバニール処理された鋼板とからなる溶接スタックが、各々が４．８ｍｍの電極表面直径を有する２つの軸方向に並べられた電極によって加えられる約５００ｌｂｓの圧縮力を用いて測定されるような０．００２０Ω以下の静的接触抵抗を示すように、選択される、溶接物品。
  25. 請求項１乃至２４のいずれかの複合材料を含む溶接物品であって、
    金属繊維の形状、大きさ、濃度、および、種類は、軽量複合材が約０．０１以下の静的接触抵抗比率を有するように選択され、該静的接触抵抗比率は、（ｉ）請求項１乃至２３のいずれかの複合材料と、軽量複合材とほぼ同じ厚さを有する鋼板とからなる第１の溶接スタックの静的接触抵抗の、（ｉｉ）第１の溶接スタック中のような２枚の同じ鋼からなる第２の溶接スタックの静的接触抵抗に対する、比率であり、静的接触抵抗は、各々が４．８ｍｍの電極表面直径を有する２つの軸方向に並べられた電極によって加えられる約５００ｌｂｓ（約２２２４Ｎｔ）の圧縮力を用いて測定される、溶接物品。
  26. 物品を作る方法であって、
    前記方法は、
    請求項１乃至２５のいずれかの複合材料を、少なくとも約１．５の絞り比へと可塑的に変形させる工程を含む、方法。
  27. 物品を作る方法であって、
    前記方法は、
    請求項１乃至２５のいずれかの複合材料を、スタンピング動作において、少なくとも約１．５の絞り比へと可塑的に変形させる工程を含む、方法。
  28. 物品を作る方法であって、
    前記方法は、
    請求項１乃至２５のいずれかの複合材料を、少なくとも約１．５の絞り比へと可塑的に変形させる工程を含む、方法。
  29. 物品を作る方法であって、
    前記方法は、
    請求項１乃至２５のいずれかの複合材料を用いて形成されたサンドイッチ複合材を、金属本体に溶接する工程を含む、方法。
  30. 物品を作る方法であって、
    前記方法は、請求項１乃至２５のいずれかの複合材料を用いて形成されたサンドイッチ複合材を、金属本体に溶接する工程を含み、
    該工程は、ｉ） 溶接スタックに圧力を加える工程、ｉｉ） 圧力をかけている間に、第１の溶接電流を流す工程であって、第１の溶接電流は約０．８ｋＡ以下である、工程、ｉｉｉ）溶接電流が第２の溶接電流に達するまでアップスロープ時間にわたって、溶接電流を、増分式に、徐々に、または、連続して、傾斜させる工程であって、第２の溶接電流は第１の溶接電流よりも少なくとも約０．５ｋＡ高く、アップスロープ時間は約０．０１秒以上であり、該工程は、少なくとも０．０６秒間、溶接電流を第２の溶接電流で維持する工程を含んでいる、工程を含む、方法。
  31. 物品を作る方法であって、
    前記方法は、
    特別な溶接パラメータを用いる必要なく、従来の溶融亜鉛メッキ加工した鋼の２つの本体を溶接するために従来用いられるのと同じ溶接条件を用いて、請求項１乃至２５のいずれかの複合材料を用いて形成されたサンドイッチ複合材を、金属本体に溶接する工程を含む、方法。
  32. 請求項２６乃至３０のいずれかの方法に従って作られた物品。
  33. 請求項１乃至２５のいずれかの、または、請求項２６乃至３１のいずれかの方法に由来する複合材を用いた物品の使用。
  34. 自動車車両の部品としての、請求項１乃至２５のいずれかの、または、請求項２６乃至３０のいずれかの方法に由来する複合材を用いた物品の使用。
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