JP5004940B2

JP5004940B2 - 複合部材およびその製造方法

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Publication number: JP5004940B2
Application number: JP2008329007A
Authority: JP
Inventors: 智久新野; 順栃平
Original assignee: Tomoegawa Paper Co Ltd
Current assignee: Tomoegawa Co Ltd
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP2010149350A

Description

本発明は、アルミニウムと繊維強化プラスチックとの複合部材およびその製造方法に関するものである。

従来、熱硬化性樹脂を繊維によって補強した繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰともいう。）は、自動車、船舶、航空機、構造材等に広く適用されている。
このようなＦＲＰとアルミニウムなどの軽金属とを複合化することにより、軽金属の比強度、比弾性、疲労特性等は大幅に改善され、軽くて強い複合部材が得られる（例えば、特許文献１を参照）。
しかしながら、該特許文献の複合部材は強度が十分でなく、剥離強度や耐衝撃性についてさらなる向上が求められていた。

特開平０３−１５０１５５号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とする処は、軽金属とＦＲＰとを強固に接着でき、剥離強度や耐衝撃性に優れる複合部材およびその製造方法を提供することにある。

本発明は、下記の技術的構成により上記課題を解決できたものである。
（１）軽金属と繊維強化プラスチックとを接着剤層を介して接合した複合部材であって、該接着剤層は２層構造を有し、軽金属側はゴムを含有するエポキシ系接着剤の層、繊維強化プラスチック側はエポキシ系常温硬化接着剤の層であることを特徴とする複合部材。
（２）前記ゴムは、アクリルゴムであることを特徴とする前記（１）記載の複合部材。
（３）前記ゴムを含有するエポキシ系接着剤は、シート状接着剤であることを特徴とする前記（１）記載の複合部材。
（４）軽金属と繊維強化プラスチックとを接着剤層を介して接合した複合部材の製造方法であって、軽金属にゴムを含有するエポキシ系接着剤の層を設ける工程と、該ゴムを含有するエポキシ系接着剤の層を加熱硬化させる工程と、該ゴムを含有するエポキシ系接着剤の層と繊維強化プラスチックとを、エポキシ系常温硬化接着剤を介して接合させる工程とを有することを特徴とする複合部材の製造方法。

本発明によれば、軽金属とＦＲＰとを強固に接着でき、剥離強度や耐衝撃性に優れる複合部材およびその製造方法を提供することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について具体的に説明する。

＜実施形態＞
まず、図１を用いて複合部材の構成を説明する。
図１は実施形態の複合部材を示す斜視図である。
１０は軽金属、２０は接着剤層、２１はゴムを含有するエポキシ系接着剤、２２はエポキシ系常温硬化接着剤、３０は繊維強化プラスチックである。
本発明の複合部材は、軽金属１０と繊維強化プラスチック３０とを接着剤層２０を介して接合した複合部材であって、接着剤層２０は２層構造を有し、軽金属側はゴムを含有するエポキシ系接着剤の層２１、繊維強化プラスチック側はエポキシ系常温硬化接着剤の層２２であることを特徴とする。
このように、接着剤層２０を特定の２層構造とすることで、軽金属１０、繊維強化プラスチック３０それぞれと強固な接着が可能となる。
また、ゴムを含有するエポキシ系接着剤の層２１とエポキシ系常温硬化接着剤の層２２も強固に接着できるので、接着剤層２０が分離することもない。

ゴムを含有するエポキシ系接着剤を用いることで、耐衝撃性を向上させることができる。
また、ゴムを含有するエポキシ系接着剤は、シート状接着剤とすることが好ましい。
これによって、軽金属１０の表面にムラなく層を形成できる。
ゴムとしては、アクリルゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴムなどを用いることができるが、その中でもアクリルゴムが好ましい。
なお、ゴムとエポキシ系接着剤の重量比は５：５〜８：２が好ましく、６：４〜７：３がより好ましい。

エポキシ系常温硬化接着剤を用いることで、ゴムを含有するエポキシ系接着剤の層２１との接着が強固になり、剥離強度を向上させることができる。
また、常温硬化接着剤を用いることで、繊維強化プラスチック３０を加熱せずに複合部材を作製でき、硬化の工程を簡素化して生産性を向上させることができる。

軽金属１０は、特に制限はないが、アルミニウムやマグネシウムおよびその合金などを用いることができる。
その中でもアルミニウムおよびその合金が好ましい。
軽金属１０の形状は、板状、棒状、筒状など適宜選択できる。

繊維強化プラスチック３０を構成する樹脂は、特に制限はないが、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ベンゾオキシザン樹脂などを用いることができる。
その中でもエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂が好ましい。
繊維強化プラスチック３０を構成する繊維は、ガラス繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維、炭素繊維などを用いることができる。
その中でもガラス繊維が好ましい。
繊維の形状は、針状、織物状など適宜選択でき、樹脂中に規則的または不規則的に配置することができる。

次に、図２を用いて複合部材の製造方法を説明する。
図２は実施形態の複合部材の製造方法を示す正面図であって、（ａ）は接合前の軽金属の図、（ｂ）は軽金属にシート状接着剤を貼った図、（ｃ）は完成した複合部材の図である。
本発明の複合部材の製造方法は、軽金属１０と繊維強化プラスチック３０とを接着剤層２０を介して接合した複合部材の製造方法であって、軽金属１０にゴムを含有するエポキシ系接着剤の層２１を設ける工程と、ゴムを含有するエポキシ系接着剤の層２１を加熱硬化させる工程と、ゴムを含有するエポキシ系接着剤の層２１と繊維強化プラスチック３０とを、エポキシ系常温硬化接着剤を介して接合させる工程とを有することを特徴とする。

まず、図２（ａ）に示すように、軽金属１０を用意する。
次に、図２（ｂ）に示すように、軽金属１０の表面にゴムを含有するエポキシ系接着剤の層２１を設ける。
このとき、ゴムを含有するエポキシ系接着剤がシート状接着剤であれば、シートを載せるだけでムラなく接着剤の層を形成できて好ましい。
そして、ゴムを含有するエポキシ系接着剤の層２１を加熱硬化させる。
加熱の条件は適宜変更できるが、１００〜２００℃で、３０分〜９０分程度が好ましい。
そして、図２（ｃ）に示すように、ゴムを含有するエポキシ系接着剤の層２１と繊維強化プラスチック３０とを、エポキシ系常温硬化接着剤を介して接合させる。
具体的には、硬化させたゴムを含有するエポキシ系接着剤の層２１にエポキシ系常温硬化接着剤を塗布し、繊維強化プラスチック３０を貼り合わせる。
または、繊維強化プラスチック３０にエポキシ系常温硬化接着剤を塗布し、ゴムを含有するエポキシ系接着剤の層２１に貼り合わせてもよい。
このとき、繊維強化プラスチック３０を加熱せずにすむので、破損したり劣化したりするおそれがない。

以下、実施例を用いて説明する。
＜実施例１＞
まず、以下のようにしてゴムを含有するエポキシ系接着剤を作製した。
アクリルゴム（ナガセケムテックス社製、商品名：「ＳＧ−８０Ｈ」）２００重量部を市販のメチルエチルケトンに溶解させ、１５重量％溶液とした。
エポキシ樹脂（ＪＥＲ社製、商品名：「エピコート１００１」）１００重量部を市販のメチルエチルケトンに溶解させ、８０重量％溶液とした。
シリカ（トクヤマ社製、商品名：「ＳＥ−０３」）３５重量部と、イミダゾール系硬化剤（四国化成社製、商品名：「２ＭＡ−ＯＫ」）５重量部と、市販のビーズ（粒径２ｍｍ）１５０重量部とを、市販のテトラヒドロフラン１５０重量部に入れ、シェイカーで１５分程度分散させて分散液とした。
該分散液に、前記８０重量％溶液および前記１５重量％溶液を加えて混合し、混合液とした。
該混合液を市販のフィルターに通し、ビーズを取り除いて、塗布液を得た。
該塗布液を厚さ１００μｍとなるように、剥離剤付きポリエチレンテレフタレートに塗工し、１１０℃で３ｍｉｎ乾燥させて、ゴムを含有するエポキシ系接着剤であるシート状接着剤を得た。

次に、以下のようにしてエポキシ系常温硬化接着剤を作製した。
液状エポキシ樹脂（ＪＥＲ社製、商品名：「エピコートＹＬ９８０」）１００重量部と、液状アミン系硬化剤（富士化成社製、商品名：「トーマイド２３５Ｒ」）１００重量部とを空気が入らないようにヘラで混合して、エポキシ系接着剤である常温硬化接着剤を得た。

次に、軽金属としてアルミニウム板（商品名：「ＡＡ１１００」）を用意した。
そして、該アルミニウム板にシート状接着剤を載せて、加熱炉で１５０℃、２時間加熱し、アルミニウム板の表面にゴムを含有するエポキシ系接着剤の層を設けた。
次に、ガラス繊維強化プラスチックを用意した（ガラス繊維１５．４重量％、不飽和ポリエステル８４．６重量％））
そして、ゴムを含有するエポキシ系接着剤の層に前記常温硬化接着剤を厚さ１００μｍとなるように塗布し、そこにガラス繊維強化プラスチックを貼り合わせた。
その後、常温で１日放置して乾燥させ、実施例１の複合部材を得た。
なお、複合部材は、ＪＩＳＫ６８５２、ＪＩＳＫ６８５５、ＪＩＳＫ６８５６に規定の大きさのものをそれぞれ作製した。ただし、ＪＩＳＫ６８５２についてはアルミニウム板の厚さは１ｍｍ、ガラス繊維強化プラスチックの厚さは５ｍｍとした。

＜比較例１＞
ゴムを含有するエポキシ系接着剤のみを用いたことを除き、実施例１と同様にして比較例１の複合部材を得た。

＜比較例２＞
エポキシ系常温硬化接着剤のみを用いたことを除き、実施例１と同様にして比較例２の複合部材を得た。

実施例および比較例の主な条件を表１に示す。

実施例および比較例の複合部材について、以下の評価を行った。
＜剥離強度＞
（圧縮せん断接着力）
ＪＩＳＫ６８５２に準じて市販のせん断力試験機による測定を行い、圧縮せん断接着力とした。
○：４０ｋｇ／ｃｍ^２以上、×：４０ｋｇ／ｃｍ^２未満

（曲げ接着強さ）
ＪＩＳＫ６８５２に準じて曲げ接着強さを測定した。ただし、手で荷重を加えて状態を目視で観察した。
○：アルミニウム板が屈曲しても接着状態を維持、×：アルミニウム板とガラス繊維強化プラスチックが剥離

＜耐衝撃性＞
ＪＩＳＫ６８５５に準じて耐衝撃性を測定した。ただし、衝撃を加えた状態を目視で観察した。
○：アルミニウム板とガラス強化繊維プラスチックが接着状態を維持、×：アルミニウム板とガラス繊維強化プラスチックが剥離

評価結果を表２に示す。

表２から明らかなように、実施例１では剥離強度も耐衝撃性も実用上問題なかった。
これに対し、比較例１では、そもそもアルミニウム板とガラス強化繊維プラスチックが熱膨張係数の違いにより接着しなかった。
また、比較例２では、曲げ接着強さと耐衝撃性において実用上問題があった。

実施形態の複合部材を示す斜視図実施形態の複合部材の製造方法を示す正面図であって、（ａ）は接合前の軽金属の図、（ｂ）は軽金属にシート状接着剤を貼った図、（ｃ）は完成した複合部材の図

符号の説明

１０軽金属
２０接着剤層
２１ゴムを含有するエポキシ系接着剤
２２エポキシ系常温硬化接着剤
３０繊維強化プラスチック

Claims

軽金属と繊維強化プラスチックとを接着剤層を介して接合した複合部材であって、
該接着剤層は２層構造を有し、軽金属側はゴムを含有するエポキシ系接着剤の層、繊維強化プラスチック側はエポキシ系常温硬化接着剤の層であることを特徴とする複合部材。
前記ゴムは、アクリルゴムであることを特徴とする請求項１記載の複合部材。
前記ゴムを含有するエポキシ系接着剤は、シート状接着剤であることを特徴とする請求項１記載の複合部材。
軽金属と繊維強化プラスチックとを接着剤層を介して接合した複合部材の製造方法であって、
軽金属にゴムを含有するエポキシ系接着剤の層を設ける工程と、
該ゴムを含有するエポキシ系接着剤の層を加熱硬化させる工程と、
該ゴムを含有するエポキシ系接着剤の層と繊維強化プラスチックとを、エポキシ系常温硬化接着剤を介して接合させる工程とを有することを特徴とする複合部材の製造方法。