JP5890851B2 - 特性の異なる領域を含む複合材料および方法 - Google Patents

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Description

（出願日の利益の請求）
本発明が、２０１１年２月２１日に出願された米国仮特許出願６１／４４４，９４２号の出願日の利益を請求し、これらの内容はそのまま引用されることによって本明細書に組み入れられる。
本発明は、２つの金属層の間に置かれたポリマーコアを含むサンドイッチ構造を有する、１つ以上の異なる特性を有する複合材料と、そのような複合材料を製造する工程、そのような複合材料を含む部品を製造する工程、およびそのような複合材料を含む部品に一般に関する。
多くの金属部品が、比較的需要の多い特性を有する領域と、重要の少ない特性を有する他の領域とを必要としている。金属部品の重量および／または材料の使用量を少なくするために、一枚板の金属部品を機械加工する、切断する、さもなければ、調整する様々な技術が存在している。
例えば、縁に沿ってひとつに溶接された厚みの異なる金属を含むテーラードブランク溶接を用いることによって、近年、部分的な減量が実現されてきた。テーラードブランク溶接、生産方法、そのようなブランクの溶接、および、テーラードブランク溶接の用途は、特許文献１（ｂｙ Ｒｅｅｄ ｅｔ ａｌ．）、特許文献２（ｂｙ Ｗａｌｔｈｅｒ）、および、特許文献３（ｂｙ Ｎｉ ａｔ ａｌ．）で、ならびに、非特許文献１（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉ−ｃａｒ．ｃｏｎＶｐｄｆ／ａｄｖａｎｔａｇｅ／ｏｎｌｉｎｅ／２００４／１２０６０４．ｐｄｆで利用可能）に記載されており、すべて、そのまま引用することで本明細書に組み込まれる。
テーラードブランク溶接で達成された減量にもかかわらず、さらなる減量やコスト削減を実現することができ、製造しやすく、処理しやすく、他の部品に溶接しやすく、あるいはその組み合わせを容易に行う材料系が依然として必要とされている。減音（ｓｏｕｎｄ ｄａｍｐｅｎｉｎｇ）特性、優れた耐食性を有し、（例えば、１つ以上の領域で）容易に形成可能である、または、この任意の組み合わせを有する上記のような材料も必要とされている。
米国特許出願７，０６２，８５３号 米国特許出願６，９５７，８４８号 米国特許出願７，５４３，３８４号
Ｔａｉｌｏｒ Ｗｅｌｄｅｄ Ｂｌａｎｋｓ（Ｉ−Ｃａｒ Ａｄｖａｎｔａｇｅ Ｏｎｌｉｎｅ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ６，２００４）
本発明は、異なる特性を有する領域を含む複合材料を設計および製造する能力を前提としている。好ましくは、複合材料は、様々な性能要件を有する部品で用いられてもよく、その結果、（例えば、一枚板の金属から作られた部品と比較して）部品の重量を減らすことができるか、あるいは、このような部品をさらに容易に、またはさらに廉価に製造することができる。
一般に、本明細書の教示は、２つの金属層に挟まれたポリマーを含むコア層を備える複合材料に関連する。複合材料は、好ましくは、異なる厚みを有する領域、挿入物を含む領域（例えば、および、挿入物がない異なる領域）、またはその両方を含んでいる。
本発明の１つの態様では、複合材料は、次のものを含む軽量複合材である：第１の金属板：第２の金属板；第１の金属板と第２の金属板の間に置かれた１つ以上の金属挿入物；および、第１の金属板と第２の金属板の間に置かれたポリマー層；ここで、ポリマー層は熱可塑性ポリマーを含み、軽量複合材は、第１の金属板の間に置かれる挿入物を有する第１の領域を含み、第１の領域は、比較的高い引張強さ、比較的高い厚み、またはその両方を有し、軽量複合材は、第１の領域の引張強さ未満の引張強さ、第１の領域の厚み未満の厚み、またはその両方を有する第２の領域を含む。
本発明の別の態様は、本発明の教示による複合材などの軽量複合材を生産する方法を対象としており、該方法は、ポリマー材料の層を押し出し成型する工程、または型でポリマー材料の層を形作る工程を含む。
本発明の別の態様は、本明細書の教示による複合材料などの複合材料を変形させる工程を含む、部品または構成要素を形成する方法を対象としている。
本明細書の教示による軽量複合材は、スタンピング方法を使用して変形され得ることもあり、抵抗溶接方法を使用して溶接され得ることもあり、またはその両方がなされてもよい。
本発明の別の態様は、本明細書の教示による方法を用いて形成された、および／または、本明細書の教示による複合材から形成された、自動車の部分または構成要素などの部品または構成要素である。
一般に均質な特性と一般に均一な厚みを有する例証的な複合材の図である。 一般に均一な厚みを有し、異なる特性を有する領域を有するように挿入物を含む例証的な複合材の断面図である。 一般に均一な厚みを有し、異なる特性を有する領域を有するように２つの挿入物を含む例証的な複合材の断面図である。 一般に均一な厚みを有し、異なる幅を有する２つの挿入物を含む例証的な複合材の断面図である。 一般に均一な厚みを有するとともに、１つの金属層に接触し、第２の金属層には接触しないように取り付けられる挿入物を含む例証的な複合材の断面図である。 金属層に接触しない挿入物を含む例証的な複合材の断面図である。 挿入物、金属層、およびコア層の特徴を例証している例証的な軽量複合材の断面図である。 挿入物、金属層、およびコア層の特徴を例証している例証的な軽量複合材の断面図である。 厚みの異なる領域を備える例証的な軽量複合材の断面図である。 厚みの異なる領域を備える例証的な軽量複合材の断面図である。 厚みの異なる領域を備える例証的な軽量複合材の断面図である。 厚みの異なる領域を備える例証的な軽量複合材の断面図である。 厚みの異なる領域を備える例証的な軽量複合材の断面図である。 厚みの異なる領域を備える例証的な軽量複合材の断面図である。 厚みの異なる領域を備える例証的な軽量複合材の断面図である。 厚みの異なる領域を備える例証的な軽量複合材の断面図である。 ２つの一枚板の金属板をレーザー溶接することによって作られたテーラードブランク溶接と比較して、本明細書の教示による複合材料の重量の減少を示すプロットである。
本明細書の教示による軽量複合材（すなわち、不均質な軽量複合材）は、様々な厚みを有するテーラードブランク溶接を使用して達成されたように、異なる性能特性を有する領域を必要とする部品の必要性を満たすことができる。不均質な、機械的な、および／または物理的な特性を有する新規な複合材を用いることで、例えば、テーラードブランク溶接を使用して作られた部品と比較して、驚いたことに、部分の重量をさらに減らす、および／または、製造を容易にすることが可能である。必要とされる不均質な特性を得るために様々な手法が駆使されてもよい。例えば、複合材は１つ以上の補強または強化部品を使用してもよく、複合材は厚みの異なる１つ以上の部品を使用してもよく、複合材は異なる材料を使用してもよく、あるいは、これらの任意の組み合わせを使用してもよい。
本明細書の教示による軽量複合材は、図１で示された複合材（１０）などの、一般に均一な厚みと一般に均一な特性を有する他の複合材とは異なる。例えば、一般に均質な特性を有する複合材が記載されており、例えば、（２０１１年２月１５日に出願された）国際特許出願公開ＷＯ２０１０／０２１８９９、および、ＷＯ２０１１／１００７３４、ならびに、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１１／４５７７８（２０１１年８月１５日に出願）を参照のこと。これらはすべてそのまま引用することによって本明細書に組み込まれる。図１によって例証された複合材シートの断面に関して、複合材（１０）は、一対の金属層（１２）、および金属層（１２）の間に置かれたコア層（１４）を含むサンドイッチ複合材でもかまわない。図１で示された複合材（１０）は一般に、複合材の長さと幅に沿って均一な厚みを有している。図１で示された複合材（１０）は、複合材の長さと幅に沿って、一般に均一な特性（例えば、一般に一定の引張特性、一般に一定の剛性、またはその両方）を有している。コア層（１４）および金属層（１２）はそれぞれ一般に一定の厚みを有してもかまわない。コア層（１４）はポリマー（１６）および金属繊維（１８）を含んでもよい。図１の金属繊維は、コア層の厚みと比較して比較的小さな幅と厚み（例えば、その長さに垂直な方向に）を有している。複合材（１０）の任意の位置にある金属層（１２）の間の空間における金属の量は、一般に約６０体積％未満、５０体積％未満、または４０体積％未満である。それ自体としては、複合材（１０）は、制限された、または一般に均一な金属補強材を含む。
本明細書の教示による軽量複合材は、断面の異なる、機械的特性の異なる、またはその両方を有する、２つ以上の領域を有するという点で、一般に不均質である。図２に関して、不均質な軽量複合材（２０）は、第２の領域（２６）として断面の異なる第１の領域（２４）を有しても構わない。第１の領域（２４）は、一対の金属層（１２）の間に置かれた挿入物（２２）を含んでもよい。第２の領域（２６）は、１つ以上のポリマー（１６）を含むコア層（１４）を含んでも構わない。挿入物（２２）は好ましくは、コア層（１４）の引張強さよりも高い引張強さを有する材料から作られる。コア層は随意に十分な量の１以上の金属繊維（１８）を含んでもよく、その結果、抵抗溶接方法を用いて第２の領域を溶接することができる。図２で示されるように、挿入物（２２）は、金属層（１２）の一方または両方と接触してもよく、および／または、コア層（１４）は金属層（１２）の一方または両方と接触してもかまわない。例えば、コア層（１４）、挿入物（２２）、またはその両方は、それぞれの領域で２つの金属層（１２）の間の空間に及んでもよい。図２で示されるように、挿入物（２２）はコア層（１４）と接触してもよい。例えば、挿入物（２２）は、挿入物（２２）の端面（２３）上でコア層（１４）と接触してもかまわない。挿入物（２２）とコア層（１４）の間の唯一の接触は、挿入物（２２）の１つの端面（２３）に沿ったものでもかまわない。
不均質な軽量複合材は、比較的高い引張強さ（２４）を有する少なくとも２つの領域と、比較的低い引張強さ（２６）を有する領域を含む、図３で示された複合材（２０）の断面などの、２つ以上の領域を含んでもよい。比較的低い引張強さ領域（２６）は、２つの隣接する比較的高い引張強さ領域（２４）を分離させることもある。複合材（２０）は２つの挿入物（２２）を含んでもよい。挿入物（２２）の一方または両方は、２つの金属層（１２）の間の距離に及ぶこともある。コア層（１４）は、２つの金属層（１２）の間の距離に及ぶこともある。挿入物（２２）の一方または両方は、挿入物（２２）の端に沿ってコア層（１４）と接触してもよく、またはその任意の組み合わせで接触してもかまわない。図２、３、４、５、６、７、および８で示された断面に関して、複合材（２０）は一般に均一な厚みを有してもかまわない。それ自体としては、複合材（２０）の不均質な特性は主として、複合材の異なる領域の材料の差に（またはそれだけに）よるものであってもかまわない。不均質な軽量複合材（２０）は、図３で示されたように、複合材料の１つ以上の端面（２５）に伸長する挿入物（２２）を有してもよい。それ自体としては、複合材料は、周囲領域に沿った比較的高い引張強さと、中央領域に沿った比較的低い引張強さを特徴とする幅を有することもある。複合材料は、図４で示されたように、２つ以上の比較的低い引張強さ領域（２６）を含んでもかまわない。例えば、２つの隣接する比較的低い引張強さ領域（２６）は、１つ以上の挿入物（２２）によって離されてもよい。複合材は、図４で示されるように、２つの挿入物（２２）、異なる幅を有する２つのコア層（１４）、またはその両方を含んでもよい。挿入物（２２）は、図４で示されるように、挿入物の２つの縁上でコア層材料と接触しても構わない。
２つ以上の挿入物を有する複合材料は、同じ材料または異なる材料で作られる挿入物を含んでもよい。例えば、複合材料は、同じまたは異なる特性（例えば、引張強さ、密度、厚み、またはその任意の組み合わせ）を有する第１の挿入物および第２の挿入物を含んでもよい。特定の挿入物の材料は、複合材料の機能要件によって決定されてもよく、それは複合材料の領域ごとに変わってもよい。例示目的のために、複合材の第１の領域は、異なる領域よりも高い強度を必要とすることもあり、それは、異なる領域中の挿入物と比べて、第１の領域中の高い引張強さのおよび／または厚みのある挿入物を用いて、達成されることもある。
挿入物（２４）の領域で金属層（１２）の分離距離未満の厚みを有する挿入物（２２）が、図５および６で例証されるように企図される。例えば、挿入物（２２）は、（図５で示されるように）１つの金属層（１２）としか接触しないこともあり、あるいは、挿入物（２２）は、（図６で示されるように）金属層（１２）と接触しないこともある。挿入物（２２）と金属層（１２）の間の空間は、ポリマー材料（３０）を含んでもかまわない。ポリマー材料（３０）は、コア層（１４）の材料と同じであるか、異なることもある。挿入物は、図６で示されるように、ポリマー材料（３０）またはコア層（１４）のいずれかと接触する４つの表面を有してもかまわない。
図７および８に関して、コア層（１４）は、厚み（例えば、平均厚み）（３４）を有してもよく、第１の金属層は厚み（３２）を有してもよく、第２の金属層は厚み（３６）を有してもよい。コア層の厚みが十分に高くてもよく、その結果、複合材の重量が一般に低い（例えば、同じ寸法をしており、第１の金属層および／または第２の金属層と同じ金属で作られた、一枚板の金属材料の重量よりも少なくとも約５％、少なくとも約１０％、あるいは少なくとも約１５％低い）。例えば、コア層（３４）の厚みは、第１の金属層（３２）の厚み、第２の金属層（３６）の厚み、またはその両方よりも大きくてもよい。好ましくは、コア層（３４）の厚みは、第１と第２の金属層（３２）（３６）を合わせた厚みの厚みよりも大きいこともある。図８に関して、挿入物は、ｔｉによって与えられる厚み（例えば、平均厚み）（４０）を有してもよく、挿入物（２２）と第１の金属層（１２）の間の分離（４２）は、距離ｔｓ１であってもよく、挿入物（２２）と第２の金属層（１２）の間の分離（３８）は、距離ｔｓ２であってもよい。挿入物の厚み（ｔｉ）は、ｔｓ１よりも大きく、ｔｓ２よりも大きく、あるいは、その両方よりも大きくてもよい。ｔｓ１＋ｔｓ２に対するｔｉの比率は、好ましくは約１以上、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、および、もっとも好ましくは３以上である。これより前に議論されたように、ｔｓ１およびｔｓ２はそれぞれ、独立して約０であってもよい。挿入物が、１つ以上の表面にわたって接触している挿入物の１つ以上の部分に置き換えられてもよい（例えば、挿入物の２つの部分が複合材の厚みに沿うなどして積み重ねられてもよく、挿入物の２つの部分が複合材の幅で縁に沿って接触してもよく、あるいはその両方であってもよい）ことが理解されよう。それ自体としては、直接接触している挿入物は、単一の挿入物として扱われてもよく、挿入物について本明細書に記載された特徴の１つまたは任意の組み合わせを有しても構わない。
図８に関して、比較的高い引張強さ（２４）を有する領域の幅（４６）（４６’）、挿入物（２２）の幅、またはその両方の幅は、Ｗｉで与えられてもよい。比較的低い引張強さ（２６）を有する領域の幅（４４）、コア層（１４）の幅、または２つの挿入物（２２）間の間隔は、Ｗｃで与えられてもよい。複合材中の挿入物（２２）の全幅はΣＷｉであってもよく、コア層の全幅はΣＷｃであってもよい。ΣＷｃは十分に高いことが好ましく、その結果、部品の重量が（例えば、同じ寸法を有する一枚板の金属と比較して）大幅に減らされる。ΣＷｉに対するΣＷｃの比率は、約０．１５以上であってもよく、好ましくは約０．４以上、より好ましくは約０．７以上、さらにより好ましくは約１．０以上、さらにより好ましくは約１．５以上、そして、もっとも好ましくは約２．０以上であってもかまわない。
不均質な軽量複合材は、図９、１０、１１、１２、１３、１４Ａ、１４Ｂ、および１４Ｃにおいて示される断面で例証されるように、異なる厚みを有している２つ以上の領域を有することもある。例えば、複合材は、図９で示されるように、２つの金属層（１２）の間に置かれたコア層（１４）を含み、該コア層（１４）から基本的になり、または、コア層（１４）からなりさえする。図９に関して、コア層（１４）の厚みは変わってもよい。例えば、第１の領域（２４）が比較的厚いコア層（１４）を含んでもよく、第２の領域（２６）が比較的薄いコア層を含んでもかまわない。比較的厚いコア層を有する領域中の複合材の剛性は、比較的薄いコア層を有する領域中の複合材の剛性よりも大きくてもよいことが理解されよう。第２の領域（２６）中のコア層の厚みに対する第１の領域（２４）中のコア層の厚みの比率、第２の領域中の複合材の厚みに対する第１の領域中の複合材の厚みの比率、またはその両方が、約１以上、約１．１以上、約１．４以上、約１．６以上、または約２以上であってもよいことが理解されよう。
異なる厚みを備えた領域を有する複合材（２０）が、図１０、１１、１２、１３、１４Ａ、１４Ｂ、および１４Ｃにおいて示される断面で例証されるように、１つ以上の挿入物（２２）を含むこともある。図１０、１１、および１２に関して、比較的高い厚みを有する第１の領域は、（例えば、厚みが低い領域および／または挿入物を含まない領域と比較して）比較的高い剛性、比較的高い引張強さ、またはその両方を有してもかまわない。コア層は図９、１０、および１１に例証されたように、複合材の幅全体にわたって存在することもある。コア層が複合材の幅全体に存在する場合、コア層の厚みは一般に均一であってもよく（例えば、図１１に例証されるように）、コア層の厚みは複合材の幅にわたって変わってもよく（例えば、図９および１０で示されるように）、複合材層は、１つ以上の領域中で複数の層に分けられてもよく（例えば図１０で示されるように）、あるいは、これらの任意の組み合わせであってもよい。
厚みの異なる領域を有する複合材が、一般に均一な厚みをした複合材に関して、本明細書に記載の特徴の１つまたは任意の組み合わせを有してもよいことが理解されよう。
厚みの異なる２つ以上の領域を有する複合材が、連続的に異なる厚みをした移行領域（例えば、図９−１４に例証されるような）などの１つ以上の移行領域を有することもある。
比較的厚い領域を有し、比較的厚いコア層（例えば、ポリマーコア層）を含む複合材が、１つ以上の挿入物を使用してもよく、その結果、比較的厚い領域中のコア層の比較的高い厚みは、図１４Ｂで例証されるように（例えば、複合材が生産される際に）維持される。ここで、挿入物は好ましくは２つの金属層の間の空間に及ぶ。挿入物の幅は一般に低いこともある（例えば、コア層の増加した厚みにより、複合材の１つ以上の機械的特性が十分に改善されるとき）。
複合材が図１４Ｃに例証されるように、比較的薄い領域中に挿入物を含むこともある。例えば、一般に厚い領域がコア層と金属層を含み、コア層と金属層から基本的になり、あるいは、コア層と金属層からすべてなるものであってもよく、一般に薄い層が、挿入物および２つの金属層、またはその任意の組み合わせを含み、基本的にこれらからなり、あるいは、すべてこれらからなるものでもかまわない。第１の領域および第２の領域を有する複合材を準備するためにそのような手法が使用されてもよく、第１の領域は第２の領域の引張強さよりも大きな引張強さを有し、第２の領域は第１の領域の剛性よりも大きな剛性を有することが理解されよう。
本明細書の教示によれば、第１の金属層と第２の金属層の間の空間の一部またはすべてが、１つ以上の挿入物および１つ以上のポリマー層を含んでいる。好ましくは、２つの金属層の間の空間の十分な部分が、１つ以上の挿入物および１つ以上のポリマー層で満たされ、その結果、第１の金属層を引き裂くことなく、および／または、しわを作ることなく、あるいは、その両方を起こすことなく、複合材を変形させることができる。例えば、１つ以上の挿入物および／または１つ以上のポリマー層を含む２つの金属層の間の空間の一部（第１と第２の金属層の間の重複部分への挿入物およびポリマー層の突出によって測定される、または、挿入物およびポリマー層によって占められる２つの金属層の間の空間の体積分率によって測定される）は、好ましくは約５０％以上であり、より好ましくは約７５％以上であり、さらにより好ましくは約９０％以上であり、さらにより好ましくは約９５％以上であり、そしてもっとも好ましくは約９８％以上である。
議論されたように、本明細書に記載の複合材はサンドイッチ構造を使用してもよく、そのサンドイッチ構造を介して、ポリマーコアの塊が間隔を開けた層によって対向する側に位置付けられることが想定されよう。例えば、本明細書の構造が、その間に配された、好ましくは接触して配されたポリマーコアを有する２枚のシート（例えば、金属板）を含んでもよい。ポリマーコアは、１つ以上のポリマーを含み、かつ、１つ以上の充填材（例えば、１つ以上の金属繊維および／または１つ以上の粒状充填材などの１つ以上の強化充填材）、１つ以上の添加剤などを含むこともある材料から作られる。ポリマーコアは、金属層の密度未満の密度を有し、複合材料の重量を減少させる。サンドイッチ構造の金属層（例えば、第１の金属層および第２の金属層）は、ホイルまたはシート、あるいは、層にわたって均一なまたは不均一な厚み（例えば、平均厚み）を有する他の層の形状の適切な材料（例えば、金属）で作られることもある。金属の層（例えば、金属層）はそれぞれ、一般に一定の厚みを有してもよく、または、異なる厚みを有してもかまわない。各側の表面金属は、同じまたは異なる特性を有する材料で作られてもよく、同じまたは異なる金属で作られてもよい。金属層が不均一な厚みの金属板、異なる特性を有する材料、または異なる金属を有する材料で作られている場合。複合材料は、印（ｍａｒｋｉｎｇ）、または、異なる金属層を特定および区別する他の手段を有してもよい。金属層は、他のそれぞれの層と比べて、組成、大きさ（例えば、厚み、幅、体積、または、それ以外のもの）、形状、または他の特徴が同じでも異なってもかまわない。
使用されてもよい金属層の例が、国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９（２０１０年２月２５日にＭｉｚｒａｈｉにより公開）の段落番号０８２−０９１と、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／２４８２９（２０１１年２月１５日にＭｉｚｒａｈｉらにより出願）の段落番号８１−８６、および国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１１／４５７７８（２０１１年８月１５日に出願）に記載されており、これらはすべて引用により本明細書に組み込まれる。好ましい金属層は、鉄（例えば、約５０重量％以上の鉄原子を含む）、チタン、マグネシウム、アルミニウム（例えば、約５０重量％以上のアルミニウム原子を含む）、または、その任意の組み合わせを含む、金属または合金を含み、基本的にこれらからなり、あるいは、完全にこれらからなる。特に好ましい金属層は、１つ以上の鋼を含み、該鋼から基本的になり、該鋼から完全になる。
特に好ましい鋼金属層が、１つ以上の熱間圧延工程、１つ以上の冷間圧延工程、１つ以上のアニール処理工程、１つ以上の清浄工程、１つ以上の焼き戻し工程（例えば、単一圧延、二重圧延、あるいはそれ以外のもの）またはその任意の組み合わせを含む方法を使用して、準備されてもよい。特に好ましい鋼金属層は、明るい（例えば、滑らかな仕上がりまたは光沢のある滑らかな仕上がりをした）、石（例えば、砥石パターンを有する）の、光沢がない（例えば、サテン仕上げまたはブラスト仕上げを有する）、または、この任意の組み合わせの、一方または両方の表面を有することもある。鋼は、当該技術で知られているように、または、本明細書に記載されるように、露出した鋼、さもなければ、コーティングした鋼、めっきした鋼、あるいは処理をした鋼であってもかまわない。制限なく、鋼金属層が、引き伸ばした黒板を含み、または、基本的に該黒板からなり、または完全に該黒板からなるものでもよい。
金属層は、めっきしたまたはコーティングした（例えば、薄膜で）、あるいは、１つ以上の他の表面処理（例えば、表面を洗浄し、エッチング処理し、粗面処理し、または化学的に修正する）を施した１以上の表面を有してもよい。一方または両方の金属層は、充填ポリマー材料の金属層への付着を改善する１つ以上のコーティング、めっき、または表面処理を有することもある。金属層（例えば、１つまたは両方の金属層）は、めっきした、コーティングした、さもなければ、耐食性をもたらし、ペンキまたはプライマーへの付着を改善し、剛性を改善し、あるいはその任意の組み合わせをもたらす処理を施した、１つ以上の表面を有してもよい。典型的なコーティングおよびめっきは、亜鉛めっき、電気亜鉛めっき、クロムめっき、ニッケルめっき、耐食性処理、電着、亜鉛コーティング、Ｇｒａｎｏｃｏａｔ（登録商標）、Ｂｏｎａｚｉｎｃ（登録商標）などの１つまたは任意の組み合わせを含んでもよい。１つ以上のコーティング、めっき、または表面処理は、複合材料上で（例えば、複合材料が準備された後で）行われることが理解されよう。それ自体としては、充填ポリマー層に面する金属層の表面には、コーティング、めっき、または表面処理がなくてもよく、金属層の露出した表面はコーティング、めっき、または表面処理が施されてもよい。１つまたは両方の金属層には、コーティング、めっき、または表面処理が施されなくてもよい（例えば、充填ポリマー材料は、コーティング、めっき、または表面処理の必要なく、金属層との優れた接着をもたらすように、処理または選択されてもよい）。
金属層の１つまたは両方は、好ましくは十分に厚く、その結果、複合材料を準備および／または処理する場合に、金属層にしわが寄ったり、裂けたり、他の欠陥を形成したり、またはその任意の組み合わせが起こらない。好ましくは、金属層の１つまたは両方の厚みは、約０．０５ｍｍ以上、より好ましくは約０．１０ｍｍ以上、さらにより好ましくは約０．１５ｍｍ以上、および、もっとも好ましくは約０．１８ｍｍ以上である。好ましくは、１または両方の金属層の厚みは、約３０ｍｍ以下であり、より好ましくは約１０ｍｍ以下であり、さらにより好ましくは約３ｍｍ以下であり、さらにより好ましくは約１．５ｍｍ以下であり、さらにより好ましくは約１ｍｍ以下であり、および、もっとも好ましくは約０．５ｍｍ以下である。例えば、複合材料は、少なくとも１つのクラスＡまたはクラスＢの表面、好ましくは少なくとも１つのクラスＡの表面（例えば、スタンピング工程、溶接工程、電着工程、塗装工程、またはその任意の組み合わせの後の）を必要とする自動車パネルで使用されることもある。そのような複合材料は、クラスＡの表面である第１の表面と、クラスＡの表面ではない第２の表面を有してもよい。クラスＡの表面は、比較的高い厚みを有する第１の金属層の表面であってもよく、随意にクラスＡの表面ではない表面は、比較的薄い厚み（例えば、第１の金属層の厚みの少なくとも約２０％、または、少なくとも約４０％以下）の第２の金属層の表面であってもよい。好ましくは、第２の金属層の厚みに対する第１の金属層の厚み（例えば、平均厚み）の比率は、約０．２〜約５であり、好ましくは約０．５〜約２．０までであり、より好ましくは約０．７５〜約１．３３までであり、および、もっとも好ましくは約０．９１〜約１．１までである。応用例の中には、厚みが大きく異なる金属層（第２の金属層の厚みに対する第１の金属層の厚みの比率は、約０．２以下、または約５以上であってもよい）を要求するものあることが企図されよう。
驚いたことに、充填ポリマー層は、複合材料の曲げ弾性率に対する十分な剛性をもたらすこともあり、その結果、２０１０年８月２７日に出願された米国仮特許出願６１／３７７，５９９号の段落１２０と１２１、および国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１１／４５７７８（２０１１年８月１５日に出願）に記載されるように、例えば、軽量複合材料の１つ以上の金属層に高強度鋼を使用することによってダウンゲージングが可能である（両文献は引用によって本明細書に組み込まれる）。第１の金属層、第２の金属層、またはその両方は、十分な量の高強度鋼を含んでもよく、その結果、複合材料の曲げ弾性率は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０によって測定されるように少なくとも約２００ＧＰａであり、充填ポリマー層の濃度は十分に高く、その結果、複合材料の密度は約０．８ｄｍ以下（ｄｍは第１の金属層および第２の金属層の加重平均密度である）である。驚いたことに、このような複合材料は、以下の特徴、約１００ＭＰａ以上、約１２０ＭＰａ以上、約１４０ＭＰａ以上、約１７０ＭＰａ以上、約２００ＭＰａ以上、または約２４０ＭＰａ以上の高降伏強度、または、約１６０ＭＰａ以上、約２００ＭＰａ以上、約２２０ＭＰａ以上、約２５０ＭＰａ以上、約２７０ＭＰａ以上、約２９０ＭＰａ以上、または約３１０ＭＰａ以上の高い引張強さの１つまたは両方を有してもよい。
本明細書の教示によると、軽量複合材は１つ以上の挿入物を含んでもよい。挿入物は、（例えば、本明細書に記載のポリマーコア層と比較して）比較的高い引張強さ、比較的高い剛性、またはその両方を有する１つ以上の材料を含む、基本的に該材料からなる、または、完全に該材料からなる挿入物であってもよい。挿入物は、コア層の引張強さよりも大きな引張強さ、好ましくは約２０％以上、より好ましくは約５０％以上、さらにより好ましくは約１００％以上、そしてもっとも好ましくは約１５０％以上の引張強さを有する１つ以上の材料を含み、基本的に該材料からなり、または、完全に該材料からなることもある。
挿入物は、１つ以上の金属、１つ以上の高充填ポリマー、またはその両方を含んでもよい。金属層で使用される本明細書に記載の金属または材料のいずれかが挿入物中で使用されてもよい。好ましい挿入物は、金属層に関して本明細書で前に記載された鋼のような１つ以上の鋼を含み、基本的に鋼からなり、完全に鋼からなる。挿入物中で使用される好ましい高充填ポリマーは、４０体積％以上のガラス充填などの約４０体積％以上の充填材を包含するポリマーを含む。
本明細書で議論されたように、１つ以上の接着剤および／または１つ以上のプライマーを用いて挿入物と金属層を連結することが望ましいこともある。それ自体としては、金属層、挿入物、またはその両方が、挿入物と金属層の間の接着の強度および／または耐久性を改善するために、１つ以上のコーティングまたは処置を施されてもよい。
挿入物の領域における複合材料の引張強さが増加するように、挿入物の厚みは十分に厚いことが好ましい。例えば、挿入物は、約０．１ｍｍよりも大きな、約０．２ｍｍよりも大きな、約０．３ｍｍよりも大きな、約０．４ｍｍよりも大きな、約０．５ｍｍよりも大きな、約０．７ｍｍよりも大きな、または、約１．０ｍｍよりも大きな厚みを有しても構わない。挿入物の厚みは、約２０ｍｍ以下、約１５ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下、約８ｍｍ以下、約６ｍｍ以下、または、約４ｍｍ以下であってもよい。例えば、挿入物の厚みは、約０．５ｍｍから約２．０ｍｍまででもかまわない。２０ｍｍよりも大きな厚みを有する挿入物も用いられてもよいことが企図されよう。
挿入物の幅は好ましくは十分に広く、その結果、比較的高い引張強さ領域の十分な幅を有する複合材から部品を作ることができ、そうすることで、その部品の１つ以上の工学的な必要性も満たされる。例えば、複合材が挿入物の領域中で（１つ、２つ、３つ以上の接合部を用いて）別の材料に溶接可能となるように、挿入物の幅は十分に広い。挿入物の幅は、約２０ｍｍ以上、約５０ｍｍ以上、約８０ｍｍ以上、約１００ｍｍ以上、約１５０ｍｍ以上、または、約２００ｍｍ以上であってもよい。挿入物は、１つ以上の工学的な必要性を満たすために必要な幅だけを有しているのが好ましく、その結果、複合材の平均密度が（例えば、金属層および／または挿入物の密度と比較して）比較的低い。複合材の全幅に対する１つ以上の挿入物の全幅の比率は、約０．９以下、約０．８以下、約０．７以下、約０．６以下、約０．５以下、約０．４以下、または、約０．３５以下でもよい。
挿入物は任意の長さを有してもよい。好ましくは、挿入物は、複合材の長さほどの長さを有している。
複合材料は複数の挿入物を含んでもよい。２つの挿入物（例えば、２つの隣接する挿入物）は、同じ形状（例えば、幅、厚み、またはその両方）を有してもよく、あるいは、異なる形状（例えば、幅、厚み、またはその両方）を有してもかまわない。例えば、一般に同じ引張要件を有する２つの領域が、一般に同じ厚みを有する挿入物を使用してもよい。挿入物の必要条件によっては、複合材料は、同じ特性（例えば、同じ材料から作られる）を有する挿入物、または１以上の特性が異なる（例えば、異なる種類の材料から作られる）挿入物を有することもある。一例として、２つの挿入物は、その引張強さ、比透磁率、密度、融解温度、またはその任意の組み合わせによって異なることもある。
好ましい挿入物が、十分に高い比透磁率を有する材料を含み、または、該材料からなり、その結果、誘導加熱を使用して挿入物を加熱することができる。挿入物の少なくとも一部の比透磁率は好ましくは、約５０以上、より好ましくは約１００以上、さらにより好ましくは約３００以上、さらにより好ましくは約５００以上、さらにより好ましくは約６００以上、そして、もっとも好ましくは約１０００以上であってもかまわない。
コア層（すなわち、ポリマー層）は一般に１つ以上のポリマーを含んでいる。コア層は比較的低い密度を有するのが好ましい。例えば、コア層の密度は、金属層の密度未満であり、挿入物（もし使用されれば）の密度未満であり、またはその両方であってもよい。金属層（例えば、第１の金属層、第２の金属層、またはその両方）の密度に対するコア層の密度の比率は好ましくは約０．９以下、より好ましくは約０．７以下、さらにより好ましくは約０．６以下、さらにより好ましくは約０．５以下、および、もっとも好ましくは約０．４以下である。好ましいコア層が、約４．０ｇ／ｃｍ３以下、約３．５ｇ／ｃｍ３以下、約３．０ｇ／ｃｍ３以下、約２．５ｇ／ｃｍ３、約２．０ｇ／ｃｍ３以下、約１．５ｇ／ｃｍ３以下、約１．２ｇ／ｃｍ３以下、あるいは約１．０ｇ／ｃｍ３以下の密度を有している。
様々な用途では、コア層は、抵抗溶接されていない複合材の領域にのみ用いられる。それ自体としては、コア層は、電気絶縁特性を有してもよく、その結果、コア層を含む１つ以上の領域を溶接することができない。他の用途では、コア層は、優れた溶接性を要求する複合材の領域で使用されてもよい。ここで、コア層が、好ましくは比較的優れた導電性（例えば、充填ポリマー材料中で使用されたポリマーと比較して）を有する充填ポリマー材料であることが望ましいこともある。使用されてもよい典型的な充填ポリマー材料は国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／２４８２９（Ｍｉｚｒａｈｉらによって２０１１年２月１５日に出願）の段落２７−８０と、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１１／４５７７８（２０１１年８月１５日に出願）に記載されたものを含み、両文献とも引用によって本明細書に組み込まれる。
複合材料は、一般に均一なポリマー層（例えば、一般に均一な組成を有する）を含み、または基本的に該ポリマー層からなることもあり、その結果、複合材料は形成するのが容易である。しかしながら、複合材料の異なる領域で異なる特性を達成するために、複数の異なるポリマー層を使用することが有利なこともある。例えば、複合材料は、金属繊維の濃度に関して異なるポリマー層（金属繊維を含まない１つのポリマー層など）、そのポリマーに対して異なるポリマー層、またはその両方を備えた領域を含んでもよい。
コア層は、一般に均一な厚みを有してもよく、またはその厚みにばらつきがあってもよい。例えば、コア層が、１つ以上の溝、１つ以上のチャンネル、１つ以上の棚板（ｓｈｅｌｖｅｓ）、またはその任意の組み合わせを含むこともある。溝、チャンネル、または棚板が、挿入物を収容および／または確実に位置決めするのに十分な寸法を有してもよい。例えば、複合材を形成する方法は、溝、チャンネル、棚板、またはその任意の組み合わせを使用して、挿入物を位置決めする（例えば、確実に位置決めする）工程を含んでもよい。制限なく、該方法は、溝またはチャンネルに、または棚板の上に挿入物を挿入する工程を含んでもかまわない。
ここで、本明細書で使用されるポリマーの特定の例にさらに着目すると、（例えば、充填ポリマー材料中の）コア層に用いられるポリマーは、約５０°Ｃよりも大きな（好ましくは約８０°Ｃよりも大きな、さらにより好ましくは約１００°Ｃよりも大きな、さらにより好ましくは約１２０°Ｃよりも大きな、より好ましくは約１６０°Ｃよりも大きな、さらにより好ましくは約１８０°Ｃよりも大きな、そしてもっとも好ましくは約２０５°Ｃよりも大きな）ピーク融解温度（ＡＳＴＭ Ｄ３４１８−０８によって測定されるような）、またはガラス転移温度（ＡＳＴＭ Ｄ３４１８−０８によって測定されるような）のいずれかを有する熱可塑性ポリマーを含むのが好ましい。熱可塑性ポリマーは、約３００°Ｃ未満、約２５０°Ｃ未満、約１５０°Ｃ未満、または、約１００°Ｃ未満でさえある、ピーク融解温度、ガラス転移温度、またはその両方を有することもある。それらは、室温で少なくとも部分的に結晶であってもよく、または、室温でほぼ完全にガラス質であってもよい。適切なポリマー（例えば、適切な熱可塑性ポリマー）が、（０．１ｓ−１の公称歪み速度でＡＳＴＭ Ｄ６３８−０８によって測定された）以下の引張特性の１つまたは任意の組み合わせを特徴としてもかまわない：約３０ＭＰａよりも大きな（例えば、約７５０ＭＰａよりも大きな、あるいは約９５０ＭＰａより大きな）縦弾性係数（例えば、ヤング率）；約８ＭＰａよりも大きな（例えば、約２５ＭＰａより大きな、約６０ＭＰａよりも大きな、約８０ＭＰａよりもさらに大きな）、工学上の引張強さ（すなわち、σｅ）、真の引張強さ（すなわち、σｔ、ここで、σｔ＝（１＋εｅ）σｅであり、εｅは工学的な歪みである）、または、その両方；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、または破損時の伸長。別段の定めがない限り、引張強さとの用語は工学上の引張強さを指す。
ポリマーは、国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９（２０１０年２月２５日にＭｉｚｒａｈｉによって公開された。例えば、段落０５２−０６３を参照。引用によって本明細書に組み込まれる）に記載されたような、歪み硬化特性（例えば、比較的高い歪み硬化係数、比較的低い挿入された降伏応力、またはその両方）を有するのが好ましい。それ自体としては、歪み硬化特性は、Ｈａｗａｒｄ Ｒ．Ｎ．，Ｓｔｒａｉｎ Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｏｆ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ， Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ １９９３， ２６， ５８６０−５８６９の方法を使用して、測定されてもよく、この文献はそのまま引用することにより本明細書に組み込まれる。
ポリマー層に使用されてもよい熱可塑性ポリマーの例には、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはその両方）、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ラート）、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（引用によって本明細書に組み込まれるＡＳＴＭ Ｄ６８３５−０８で記載される熱可塑性エラストマーエーテルエステル材料のような）、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、α−オレフィンの少なくとも６０重量％と少なくとも１つの追加モノマーを含むコポリマー（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、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、その任意の組み合わせが挙げられる。
熱可塑性ポリマーは、２０１０年８月６日に出願された米国仮特許出願６１／３７１，３６０の段落０６５と、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１１／４５７７８（２０１１年８月１５日に出願）に記載されたポリオレフィンなどのポリオレフィンを含んでもよく、両文献は引用によって本明細書に組み込まれる。ポリオレフィンはホモポリマーまたはコポリマーでもよい。ポリオレフィンは、約２から約１０の炭素原子を有するα−オレフィンなどの１つ以上のα−オレフィンを含み、基本的に該α−オレフィンからなり、あるいは、完全に該α−オレフィンからなるものであってもよい。
好ましいポリオレフィンには、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、耐衝撃性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包含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よりも大きな密度を有する他のポリエチレン）、ポリエチレンコポリマー（例えば、少なくとも約６０重量％のエチレン、より好ましくは少なくとも８０重量％エチレンを含む）、低密度ポリエチレン、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が挙げられる。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、アタクチックポリプロピレンをほとんど含まない。もし存在するとしても、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好ましくは約１０重量％未満である。制限なく、使用されてもよいコポリマーには、１つ以上のオレフィンから基本的になる（例えば、少なくとも９８重量％）、または、完全に１つ以上のオレフィンからなるコポリマー（例えば、ポリプロピレンコポリマー、またはポリエチレンコポリマー）が挙げられる。より好ましいポリオレフィンには、高密度ポリエチレン（例えば、約０．９４５ｇ／ｃｍ３から約０．９９０ｇ／ｃｍ３、または、約０．９４５ｇ／ｃｍ３から約０．９６０ｇ／ｃｍ３などの、約０．９４５ｇ／ｃｍ３よりも大きな密度を有する）、低密度ポリエチレン（例えば、通常約１５の炭素原子長よりも大きく、その結果、密度が約０．９４５ｇ／ｃｍ３以下である、十分な濃度の長鎖分岐を有するポリエチレン）、直鎖状低密度ポリエチレン（例えば、約０．９１５ｇ／ｃｍ３から約０．９３０ｇ／ｃｍ３まで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０．９３０ｇ／ｃｍ３から約０．９４５ｇ／ｃｍ３まで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０．９００ｇ／ｃｍ３から約０．９１５ｇ／ｃｍ３までの密度を有する）、ポリエチレン・プラストマー（例えば、約０．８６０ｇ／ｃｍ３から約０．９００ｇ／ｃｍ３まで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、アイソタクチックポリプロピレンコポリマー（例えば、約５重量％以上の結晶度を有する）、耐衝撃性ポリプロピレン、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、その混合物、またはその任意の組み合わせが挙げられる。さらにより多くの好ましいポリオレフィンには、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、または任意の組み合わせが挙げられる。使用されてもよい他のポリオレフィンには、少なくとも１つのオレフィンと、オレフィンではない１つ以上のモノマーのコポリマーを含んでいる。例えば、使用されてもよい他のポリオレフィンには、ｉ）１つ以上のオレフィン（例えば、オレフィンの少なくとも６０重量％）と、および、ｉｉ）アクリレート（例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、またはその両方）、酢酸ビニル、アクリル酸（例えば、アクリル酸、メタクリル酸、またはその両方）、メチルメタクリレート、またはその任意の組み合わせからなる群から選ばれた極性コモノマーのような１つ以上の極性コモノマーとを含み、から基本的になり、から完全になるコポリマーが挙げられる。コモノマーの濃度は、コポリ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、より好ましくは約２０重量％未満、および、もっとも好ましくは約１５重量％未満であってもよい。使用されてもよい典型的なポリエチレンコポリマーには、エチレン酢酸ビニル共重合体（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｃｏ−ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）（すなわち、例えば、約２０重量％未満の酢酸ビニルを包含する「ＥＶＡ」）、エチレンアクリル酸メチル共重合体（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｃｏ−ｍｅｔｈｙｌ ａｃｒｙｌａｔｅ）（すなわち、ＥＭＡ）、エチレンメタクリル酸共重合体（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｃｏ−ｍｅｔｈａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉｄ）、または、その任意の組み合わせが挙げられる。コポリマー中で使用されてもよい典型的なα−オレフィンには、エチレン、プロピレン、ブテン、ヘキセン、オクテン、またはその任意の組み合わせが挙げられる。
本教示で有用なポリアミドが、ポリマー鎖の骨格に沿ってアミノ基を有する１以上の反復単位を備えるポリマーを含んでもよい。例えば、ポリアミドは、ジアミンと二酸の反応生成物でもかまわない。ポリアミドの他の例は一価元素の（ｍｏｎａｄｉｃ）ポリアミドを含んでいる。一般に、一価元素のポリアミドは開環反応によって形成される。ジアミンと二酸から形成される典型的なポリアミドには、アジピン酸またはテレフタル酸のいずれかと、ジアミンの反応生成物を包含するポリアミド（例えば、ナイロン）が挙げられてもよい。典型的な一価元素のポリアミドは、ナイロン６、およびポリ（ｐ−ベンズアミド）を含んでいる。ナイロンは、ホモポリマー、コポリマー、またはその混合物であってもよい。本発明で使用されてもよい好ましいポリアミドホモポリマーには、ナイロン３、ナイロン４、ナイロン５、ナイロン６、ナイロン６Ｔ、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン６９、ナイロン７、ナイロン７７、ナイロン８、ナイロン９、ナイロン１０、ナイロン１１、ナイロン１２、および、ナイロン９１が挙げられる。上記の言及されたポリアミドのいずれかを包含するコポリマーも使用されることがある。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ってもよい。ポリアミドコポリマーの例には、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が挙げられる。
ポリアミドポリアミドコポリマーが、ポリアミドホモポリマーに関して本明細書に記載のポリアミドの２つ以上を含んでもよい。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、または、その任意の組み合わせを含んでもよい。例えば、ポリアミドポリアミドコポリマーが、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からなる群から選ばれた２つ以上のポリアミドから基本的にはなることもある。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からなる群から選ばれた２つ以上のポリアミドから基本的になる。そのようなコポリマーの例としては、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が挙げられる。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コポリマー中のポリアミド６６の濃度は、コポリマーの総重量に基づいて、約９０重量パーセント以下、好ましくは約７０重量パーセント以下、より好ましくは約６０重量パーセント以下、およびもっとも好ましくは約５０重量パーセント以下であってもよい。ポリアミド６／６６コポリマー中のポリアミド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重量パーセント以上、より好ましくは約４０重量パーセント以上、およびもっとも好ましくは約５０重量パーセント以上であってもよい。別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んでもかまわない。
複合材を使用する用途は、コア層中に分散する１つ以上の充填材を包含することによって利益を得てもよいことが企図される。ポリマー化合物の当該技術で知られている任意のフィルタが用いられてもよい。コア層は、充填ポリマー材料（例えば、１つ以上の熱可塑性物質および１つ以上の充填材を包含している）から作られてもよい。充填材は、繊維とりわけ金属繊維などの１つ以上の強化充填材を含む、該強化材から基本的になる、または、該強化材からなる。用いられてもよい金属充填材（例えば、金属繊維）、および他の充填材が、国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９（２０１０年２月２５日にＭｉｚｒａｈｉによって公開された）（例えば、引用によって本明細書に組み込まれる段落番号０６４ー０８１を参照）、米国特許出願１２／９７８，９７４号（２０１０年１２月２７日にＭｉｚｒａｈｉによって出願された）の段落番号５２−７０、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ、２Ｉ、２Ｊ、３、および、４と、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／２４８２９（２０１１年２月１５日にＭｉｚｒａｈｉらによって出願された）の段落番号５８−８０に記載されている。これらはすべて引用によって本明細書に組み込まれる。例えば、本発明で使用されてもよい金属繊維には、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％の銅を包含している合金、少なくとも４０重量％の鉄を包含している他の合金、少なくとも４０重量％のアルミニウムを包含している他の合金、少なくとも４０重量％のチタンを包含している他の合金、またはその任意の組み合わせなどの金属から作られる繊維が挙げられる。好ましい繊維は、鋼を含む、基本的に鋼からなる、完全に鋼からなる。採用されれば、繊維の鋼は普通炭素鋼（例えば、約０．２、０．１５、または０．０８重量％未満の炭素濃度を有している）であってもかまわないが、１つ以上の合金要素（例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、またはステンレス鋼を定義するための他の要素）を含んでもかまわない。繊維は、以下に記載されたような、犠牲陽極材または要素を運ぶこともある。繊維は、２つ以上の異なる組成物（例えば、繊維の１つは犠牲陽極に選ばれてもよい）の繊維の混合物、異なる断面形状、異なる大きさ、またはそれ以外のものの２つ以上の混合物などの、２種類以上の繊維の混合物を組み合わせてもよい。
充填ポリマー材料は、国際特許出願公開公報ＷＯ２０１０／０２１８９９（２０１０年２月２５日にＭｉｚｒａｈｉによって公開された）に記載されるような他の非金属導電性の繊維を包含してもよい。
金属繊維は、複合材料が一般に優れた溶接特徴を有するように選択されるのが好ましい。例えば、金属繊維の濃度、金属繊維の大きさ、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、または任意の組み合わせは、複合材料（例えば、コアが金属繊維を含んでいる複合材料の領域）が一般に優れた溶接処理窓（ｗｅｌｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ）、一般に高い導電率、一般に低い静接触抵抗、またはその任意の組み合わせを有するように、選択されてもよい。一般に優れた溶接処理窓が、例えば、高い溶接電流範囲、高い溶接時間範囲、またはその両方によって特徴付けられてもよい。複合材料の溶接電流範囲と静接触抵抗は、２０１０年８月２７日に出願された米国仮特許出願６１／３７７，５９９の段落番号１１１−１１７と、２０１０年１２月２７日に出願された米国特許出願１２／９７８，９７４の段落番号０１３、０１６、０２３、０３４−０３９、０７６−０８０、１２１−１２６、および図５−８と、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１１／４５７７８（２０１１年８月１５日に出願された）に記載された方法に従って、特性を有してもよく、測定されてもよい。これらの文献はすべて引用によって本明細書に組み込まれる。
金属繊維は好ましくは、国際特許出願公報ＷＯ２０１０／０２１８９９（２０１０年２月２５日にＭｉｚｒａｈｉによって公開される）に記載されるような寸法および寸法分布を有してもよい。制限なく、金属繊維は、約１ｍｍよりも大きな、好ましくは約２ｍｍよりも大きな、およびもっとも好ましくは約４ｍｍよりも大きな重量平均長さＬａｖｇを有してもかまわない。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未満、および、もっとも好ましくは約２５ｍｍ未満のＬａｖｇを有してもよい。繊維の重量平均直径は、約０．１μｍよりも大きく、より好ましくは約１．０μｍよりも大きく、そしてもっとも好ましくは、約４μｍよりも大きくてもかまわない。繊維の重量平均直径は、約３００μｍ未満、好ましくは約５０μｍ未満、さらにより好ましくは約４０μｍ未満、そして、もっとも好ましくは約３０μｍ未満であってもよい。
金属繊維は任意の形状を有してもよい。金属繊維が曲線部分を含んでもよい。一般に直線的な金属繊維が使用されてもよい。金属繊維が直線の繊維ではないことがより好ましい。一例として、直線ではない金属繊維は、１つ以上の屈曲を有してもよく、一般に弓形の外形を有してもよく、一般に螺旋形の形状を有してもよく、または任意の組み合わせを有してもよい。当初直線である金属繊維は、ポリマーと結合する際には直線ではない（上記のとおり）繊維になることが好ましい。
金属繊維は、２０１０年８月６日に出願された米国仮特許出願６１／３７１，３６０の段落番号０９９−１０２、１５７、および図５に記載された１つ以上の特徴を有してもよい。この文献は引用によって本明細書に組み込まれる。例えば、金属繊維の断面（すなわち、繊維の長さに対して直角な方向に）は１つ以上の平らな側面を有してもよい。そのため、複合材中の金属繊維の一部が、金属層、別の繊維、またはその両方との平面接触を有してもよい。金属繊維は、一般に長方形、平行四辺形、または、一般に正方形の断面などの４つ以上の側面を有する多角形である断面を有してもよい。そのような繊維はこのように、長方形の平らなリボンストリップ（ｒｉｂｂｏｎ ｓｔｒｉｐ）のように構成されてもよい。リボンストリップの幅（例えば、加重平均幅）に対する長さ（例えば、平均長）の比率は、約２以上、約４以上、約８以上、または約１５以上であってもよい。リボンストリップの幅（例えば、加重平均幅）に対する長さ（例えば、平均長）の比率は、約５０００以下、約１０００以下、約４００以下、約１００以下、または約３０以下であってもよい。繊維の厚み（例えば、加重平均厚み）に対する幅（例えば、加重平均幅）の比率は、１以上、約１．４以上、約２以上、約３以上、約５以上、または約７以上であってもよい。繊維の厚みに対する幅の比率は、約３００以下、約１００以下、約５０以下、または約１５以下であってもよい。そのような繊維は、金属箔（例えば、繊維の厚みとほぼ同じ厚みを有する）を切断して狭いリボンストリップ（例えば、切断部間の間隔が繊維の幅を定義してもよい）にする工程のような、１つ以上の繊維形成工程によって準備されてもよい。
繊維の長さに垂直な金属繊維の断面は、任意の形状を有してもかまわない。例えば、断面は、多角形（長方形または正方形など）、または一般に直線の側面を有する他の形状であってもよく、あるいは、断面は、一般に弓形（例えば、金属繊維は、ほぼ円形またはほぼ卵形の断面である断面を有してもよい）である少なくとも１つの側面を含むこともある。縦軸に直交する面における金属繊維の断面積は、好ましくは約１ｘ１０−５ｍｍ２以上、より好ましくは１×１０−５ｍｍ２以上、さらに好ましくは約８ｘ１０−５ｍｍ２以上、さらにより好ましくは１ｘ１０−４ｍｍ２以上、そしてもっとも好ましくは４ｘ１０−４ｍｍ２以上である。縦軸に直交する面における金属繊維の断面積は、好ましくは約２．５ｘ１０−２ｍｍ２以下、より好ましくは１×１０−２ｍｍ２以下、さらに好ましくは約２．５ｘ１０−３ｍｍ２以下、そしてもっとも好ましくは１ｘ１０−３ｍｍ２以下である。例えば、約８×１０−５ｍｍ２よりも大きな、縦軸に直交する面における断面を有する鋼繊維を用いる複合材料が、それよりも断面積の小さな繊維を有する材料と比較して溶接処理窓を改善したことは驚くべきことである。約８×１０−５ｍｍ２よりも大きな断面積を有する繊維を含むそのような複合材料は、もっと薄い繊維を備えた複合材料で見られる高い深絞り性および成形性を維持する。
金属繊維は、繊維の長さにわたって、繊維の幅にわたって、またはその両方で、ほとんど一定の厚みを有してもよい。繊維の平面は滑らかであってもよく（すなわち、一般に粗い質感がない）、または粗い質感があってもよい。例えば、リボン状の繊維は、滑らかな両方の主な表面、粗さのある両方の主な表面、または粗さのある１つの主な表面と滑らかな１つの主な表面を有してもかまわない。
随意に１つ以上の他の繊維とともに使用されてもよいとりわけ好ましい金属繊維は、長さに直角な方向に一般に長方形の断面（例えば、一般に平らなリボンストリップの外形を定義するために）を有する鋼繊維（例えば、炭素鋼繊維）である。金属繊維は、約１０−約７０μｍの加重平均厚み、約４０−約２００μｍの加重平均幅、約０．８−約５ｍｍの加重平均長さ、またはその任意の組み合わせを有してもよい。
２つの金属層の間のポリマー層（例えば、コア層）中で使用される場合、金属繊維は繊維の塊として存在することが好ましい。金属繊維の塊は、好ましくは多くの個別の繊維を含んでいる。金属繊維の塊は相互に連結してもよい。好ましくは、金属繊維の塊の一部またはすべてが、一般に永久的に相互連結されていない。金属繊維の塊は絡み合ってもよい。繊維の塊は、機械的な連結（すなわち、２つ以上の繊維は機械的に連結してもよい）を形成することもある。金属繊維の塊は好ましくはポリマー層の厚みに及び、その結果、繊維の塊（例えば、金属繊維網）が２つの金属層と電気的に接続する。単一の金属繊維はポリマー層の厚みに及ぶこともあるが、金属繊維のいずれもポリマー層の厚みには及ばないことが好ましい。金属繊維がポリマー層の厚みに及ぶ場合、その厚みに及ぶ繊維の一部は、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、およびもっとも好ましくは約０．０１以下である。繊維の塊の中の繊維は、順序づけられていない配置で配されるのが好ましい。例えば、一般に一直線の配置で準備された隣接する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、およびもっとも好ましくは約５未満であってもよい。より好ましくは、繊維の塊は一般にランダムな配置で配される。金属層の１つの表面と接触するそれぞれの金属繊維は、（例えば、繊維の長さにわたって）平面接触していない。そのため、複合材料は、金属繊維と金属層の間では平面接触が基本的にない、または完全にないと特徴付けられてもよい。金属表面と接触する繊維は、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。しかしながら、金属繊維のいずれかが金属繊維の長さの大部分にわたって金属層と接触する場合、金属繊維のいくつかは金属層の１つと接触してもよい。そういうものとして、金属繊維の大部分は、金属層とは接触せず、または、金属層に接触していないかなりの部分を少なくとも有している。繊維の長さの少なくとも半分に沿って金属層と接触する金属繊維の一部は、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、およびもっとも好ましくは約０．０１以下である。
金属の繊維は好ましくは十分に薄く、かつ、十分な濃度で存在しており、その結果、多くの繊維が層の表面の間に配される。例えば、ポリマー層の厚み方向に並行な線と交差し、ポリマー層を通過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、およびもっとも好ましくは約２０以上である。理論によって縛られることなく、多くの金属繊維は、スタンピングプロセス中などで材料のより均一な変形を有利にもたらすことができ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％よりも大きく、より好ましくは約３体積％よりも大きく、さらに好ましくは約５体積％よりも大きく、さらにより好ましくは約７体積％よりも大きく、さらにより好ましくは約１０体積％よりも大きく、そしてもっとも好ましくは約１２体積％よりも大きい。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、およびもっとも好ましくは約３０体積％未満（例えば、約２５体積％未満、または約２０体積％未満、約１０体積％未満、約５体積％未満でもよい）の濃度で充填ポリマー材料中に存在してもかまわない。例えば、繊維の量は、充填ポリマー材料の全体積に基づいて、約１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、または１０％であってもよく、あるいは、それらの値によって縛られた範囲内（約１％から約６％までのような）であってもよい。本明細書に記載の複合材は、同様の溶接特徴を達成するのに必要な粒子充填材の量よりも驚くほど著しく少ない金属繊維の濃度を使用してもよいことが可能である。さらに、より高濃度の金属繊維を有する同一の複合材料と比較して、より優れた溶接性能が比較的低い金属繊維濃度で驚くほど実現され得るように、繊維と材料は選択されることも可能である。例えば、驚くべきことに、より高濃度の金属繊維を有する充填ポリマー材料で作られたものと比較すると、約１０体積％の金属繊維を有する充填ポリマー材料を用いることによって、上質な溶接特徴を有する複合材料をもたらすことが分かる。
熱可塑性ポリマー材料は、約４０体積％よりも大きな、好ましくは約６５体積％よりも大きな、より好ましくは約６７体積％よりも大きな、さらにより好ましくは約７０体積％よりも大きな、および、もっとも好ましくは約７５体積％よりも大きな（例えば、少なくとも約８０体積％。少なくとも約９０体積％、あるいは少なくとも約９５体積％）濃度で充填ポリマー材料中に存在してもよい。
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、そしてもっとも好ましくは約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）の体積比は、好ましくは約９９：１未満で、より好ましくは約３３：１未満で、さらにより好ましくは約１９：１未満で、そしてもっとも好ましくは約９：１未満（例えば、７：１未満）である。
第１の領域および第２の領域は、異なる１つ以上の特性を有してもよい。好ましくは、第１の領域および第２の領域は、密度、最大引張強さ、剛性、降伏応力、最大伸長、またはその任意の組み合わせによって異なる。第２の領域に対する第１の領域の最大引張強さの比率（例えば、ＡＳＴＭ Ｅ−８によって測定されるような）は、好ましくは約１．１以上、さらに好ましくは約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２．０以上、およびもっとも好ましくは約３．０以上である。第２の領域の降伏強度に対する第１の領域の降伏強度の比率（例えば、ＡＳＴＭ Ｅ−８によって測定されるような）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１．５以上、さらにより好ましくは約１．８以上、およびもっとも好ましくは約２．０以上である。第２の領域の密度に対する第１の領域の密度の比率は、好ましくは約１．２以上、より好ましくは約１．４以上、さらにより好ましくは約１．８以上、さらにより好ましくは約２．０以上、およびもっとも好ましくは約２．５以上である。
軽量複合材シート／コイル
軽量複合材はシートの形状であってもよい。例えば、軽量複合材は、縦に巻かれたコイルなどのコイルであることができてもよい。シート（例えば、コイル）は、その長さに対して（例えば、異なる直線的な位置で）垂直な断面を有してもよく、それは一般的に同じである。好ましくは、シートまたはコイルは、その長さに対して垂直な一般に均一な断面を有する。例えば、巻かれた複合材料は、巻かれた材料の長さを伸張する一対の金属板（一対の金属の外部シートのような）、巻かれた材料の長さを伸張する１つ以上の挿入物、巻かれた材料の長さを伸張する１つ以上のポリマーコア層を含んでもよい。１つ以上のポリマーコア層は、好ましくは一対の金属板の間に置かれ、および、直接的または間接的に一対の金属板に取り付けられる。１つ以上の挿入物は、好ましくは一対の金属板の間に置かれ、および、直接的または間接的に一対の金属板に取り付けられる。断面は、挿入物を含む第１の領域と、挿入物を含まない第２の領域を含んでいることが好ましい。そのため、挿入物の幅、挿入物の全幅、またはその両方は、シート（例えば、コイルの）の全幅に基づいて、約９０％以下、約８０％以下、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下、約４０％以下、または、約３０％以下であってもかまわない。挿入物の幅、挿入物の全幅、またはその両方は、シートの幅の合計に基づいて、好ましくは約１％以上、より好ましくは約４％以上である。シートの長さに垂直な平面で測定された挿入物の断面積、挿入物の総断面積、またはその両方は、シートの総断面積に基づいて、約８０％以下、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、または約２０％以下であってもよい。したがって、測定された挿入物の断面積、挿入物のすべての総断面積、または、その両方は、シートの総断面積に基づいて、好ましくは約２％以上、より好ましくは約５％以上である。
本明細書の教示による複合材料は、バッチ処理（成形処理など）または連続的な処理によって作られることもある。一例として、成形方法は、２つの外部の金属層の間にポリマーを注入する工程（例えば、溶融ポリマーを注入する工程）を含んでもよく、あるいは、２つの外部の金属層の間に固体のポリマー層を配し、その後、ポリマーを（例えば、圧縮成形操作で）溶かすために熱を加える工程を含んでもよい。好ましい方法は、金属板の１つ以上のコイル、ポリマーシートの１つ以上のコイル、またはその任意の組み合わせを使用する方法などの連続的な方法である。例えば、連続的な方法は、第１の金属板、第２の金属板、およびポリマーシートをほどく工程を含んでもよく、その結果、ポリマーシートが第１と第２の金属板の間に置かれる。該方法は、第１の金属板と第２の金属板の幅未満の幅を有する第３の金属コイルをほどく工程を含んでもよく、その結果、第１の金属板と第２の金属板の間に第３の金属板が置かれる。該方法は、（例えば、ポリマーを溶かすために、金属板の１つ以上にポリマーを付着させるために、あるいはその任意の組み合わせのために）シートの１つ以上を加熱する１つ以上の工程を含むこともある。ポリマーシートのコイルを使用する代わりに、該方法は、ポリマーシートを押し出すために、ポリマーシートをカレンダー加工するために、あるいはそうでなければポリマーシートを形成するために、ポリマー材料を加熱する（例えば、融解させる）工程、（例えば、ポリマーが溶融状態またはそれ以外の状態にある間に）２つの外部の金属板の間にポリマーシートを置く工程、および、外部の金属板の１つまたは両方にポリマーシートを付着させる工程を含んでもよいことが理解されよう。
該方法は、複合材の少なくとも一部に（またはすべてにも）圧縮圧力を与える１つ以上の工程を使用してもよいことが理解されよう。一例として、圧縮力は、一対の反回転ロールなどの一対のロールを使用して、および、該ロール間に複合材の少なくとも一部（またはすべて）を通過させて、加えられてもよい。ロール間の間隔は、ロールによって圧縮される複合材の一部の厚みと同じ距離であってもよく、好ましくはその厚みよりも小さくてもよい。複合材の少なくとも一部（またはすべて）を一対のロール間に通す工程の間、以下の工程の１つまたは任意の組み合わせが生じてもよい：複合材料の密度を高める工程、１つ以上の金属層にポリマー層を付着させる工程、挿入物に複合材層を付着させる工程、またはポリマー層の少なくとも一部を流す工程。（例えば、ポリマーを溶解するおよび／または柔らかくするために、ポリマーを架橋するために、またはその両方のために）複合材に熱を提供するために、加熱されたロール（温度が約８０以上°Ｃ、約１１０以上°Ｃ、または約１２５以上°Ｃあるロールなどの）が使用されてもよい。（例えば、ポリマーを結晶化するために、そのガラス転移温度以下でポリマーを冷やすためなど）複合材を冷やすために、冷却したロール（温度が約７５°Ｃ以下、約３０°Ｃ以下、または約２０°Ｃ以下のロールなど）が用いられてもよい。該方法は複数のロール対を使用してもかまわない。例えば、該方法は、複合材の比較的厚い領域を圧縮するための一対のロール、および複合材の比較的薄い領域を圧縮するための別の一対のロールを使用してもよく、該二対のロールは異なる間隔を有している。該方法は、（例えば、材料を加熱するまたは冷やすことによって）材料の温度を制御するために、１つのロールまたは一対のロール（材料の少なくとも一部を圧縮するために使用されるロールと同じでも異なってもよい）を含んでもかまわない。様々な厚みを有する複合材を圧縮するための他の手法は、ロール間に様々な間隔を有する一対のロールを用いる工程、あるいは、平行ではない軸角を有する一対のロールを用いる工程を含む。該方法は、（例えば、複合材の１つの領域を圧縮するために）第１の対のロールの間に複合材を通す工程、および（例えば、複合材の異なる領域を圧縮するために）第２の対のロール（ロール間の軸角において、ロール間の間隔に対して第１の対のロールとは異なる第２の対のロールなど）の間に複合材を通す工程、あるいはその両方の工程を含んでもよいことが理解されよう。
該方法は、挿入物に一つまたは両方の外部の金属板を取り付ける（例えば、接合する）工程を含んでもよい。挿入物は、挿入物の一部またはすべて（例えば、挿入物の１つ以上の表面）、および／または（誘導加熱、抵抗溶接、ろう付け、またはレーザー溶接の工程などを使用することによって）挿入物が取り付けられるシート、またはその組み合わせを溶解させることによって、ポリマー材料を使用するプライマーまたは接着剤を用いて、外部の層に取り付けられてもよい。挿入物がレーザー溶接によって外部の層に取り付けられてもよく、挿入物の少なくとも一部および金属層の一部がレーザーの光からのエネルギーを用いて溶融される。挿入物と金属層の間のインターフェースを加熱するために（例えば、挿入物と金属層が一緒に融合されるように）シートの厚みにわたって電流を流すことによって、挿入物が金属層に取り付けられてもよい。挿入物、第１の金属層、第２の金属層、またはその任意の組み合わせが、金属または金属（例えば、亜鉛コーティング）でコーティングされた１つ以上の表面を有してもよく、その結果、ろう付け工程によって金属層と挿入物を取り付けることができてもよい。挿入物と金属層（または両方の金属層）を接合するためのとりわけ好ましい方法が、誘導加熱を用いて１つ以上の部品（例えば、挿入物、金属層、またはその両方）を加熱する工程を含む。前述の工程に加えて、接合するための方法は、一対のローラーに複合材を通す工程、ローラーを使って圧縮圧力を複合材に加える工程、ローラーを用いて複合材を加熱する工程、伝熱流体を用いてローラーに熱を移す工程、ローラーを用いて複合材を通して電流を加える工程（例えば、ローラーは、ろう付けおよび／または溶接のための電極であってもよい）、誘導加熱のために高周波磁場を加える工程、またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。好ましくは、挿入物および／または挿入物の領域にある別の部品は、挿入物が高周波磁場を用いて容易に加熱され得るように十分に高い比透磁率（例えば、約５０以上、約１００以上、約３００以上、約５００以上、約６００以上、または約１０００以上の比透磁率）を有する材料を含む（例えば、コア層として、外部の金属板に面する１つ以上の表面で、またはその表面の近くで、あるいはその両方で）、あるいは、基本的に該材料からなる。
導電性のポリマー接着剤を使用して、挿入物は１つまたは両方の金属層に取り付けられてもよい。導電性のポリマー接着剤は、挿入物、金属層、または好ましくはその両方に組成物が付着するという条件で、ポリマー層で使用されたポリマー組成物であってもよい。導電性のポリマー接着剤は、ポリマー層に関して本明細書で上に記載された１つまたは任意の充填材を含んでもよい。例えば、導電性のポリマー接着剤は、金属粒子、金属繊維、カーボンブラック、黒鉛、またはその任意の組み合わせを含んでもよい。用いられる場合、導電性のポリマー接着剤は、一般に薄層として使用されることが好ましい。導電性のポリマー接着剤の層は、好ましくは約０．２ｍｍ以下、より好ましくは約０．１ｍｍ以下、さらにより好ましくは約０．０４ｍｍ以下、そしてもっとも好ましくは約０．０２ｍｍ以下の厚みを有する。
本発明の複合材料は、比較的低密度の、比較的低い熱伝導度の、密度比に対して比較的高い剛性の、比較的低い音響伝達の、または不均質な機械的および／または物理的な特性を含む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あらゆる用途で使用されてもよい。本発明の複合材料を使用してもよい典型的な用途には、自動車と他の輸送に関連する用途、建築構造に関連する用途、および、電化製品に関連する用途が挙げられてもよい。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、容器（例えば、輸送に使用された容器）、列車のパネル、ジェット機のパネル、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、ドアインナー（例えば、車両のドアインナー）、ルーフパネル、車両のフードインナー、車両のフロアーパン、車両のリアシェルフパネル、車両のリアコンパートメントパネル、車両のバックシートパネル、車両のデッキリッドインナー、レクリエーション用車両のパネル、スノーモービルのパネル、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（ａ ｗｈｅｅｌ ｗｅｌｌ ｌｉｎｅｒ）、空気力学的大地効果、エアダム、容器、ベッドライナー、障壁（ｄｉｖｉｄｅｒ ｗａｌｌ）、電化製品のハウジング、車両の燃料給油ドア、車両のバンパー、装飾用の挿入物、ダクト、グラブバー、収納庫扉（ａ ｓｔｏｒａｇｅ ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ ｄｏｏｒ）、電子デバイス（携帯電話、コンピューター、カメラ、タブレットコンピューター、音楽またはビデオ記憶装置、あるいは、音楽またはビデオプレーヤーなど）用のハウジング、コンソール、空気入口部、電池収納ケース（ｂａｔｔｅｒｙ ｈｏｕｓｉｎｇ）、グリル、ホイールウェル、またはシートパンなどの用途で使用されてもよい。複合材料は、外部のトリム要素、フラッシング、ガター、屋根板、壁、床、カウンタートップ、キャビネットの外装（ｃａｂｉｎｅｔ ｆａｃｉｎｇ）、窓枠、ドアフレーム、パネル、ベント、ダクト、敷板、フレーム研究（ｆｒａｍｉｎｇ ｓｔｕｄｉｅｓ）、棚上げ（ｓｈｅｌｖｉｎｇ）、衛生器具、シンク、シャワーパン、タブ、またはカバーなどの建築構造材料として使用されてもよい。典型的な用途は、車両の車体パネル（例えば、自動車のような車両の車体の外板）である。本明細書に記載の複合材料を使用してもよい自動車パネルは、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、ルーフパネルなどを含む。自動車のパネルは、クラスＡ、クラスＢ、またはクラスＣの表面を有してもよく、好ましくはクラスＡまたはクラスＢの表面を、そしてより好ましくは、クラスＡの表面を有してもかまわない。
（比較例１）
テーラードブランク溶接は、約１．０ｍｍの均一な厚みを有する一枚板の鋼の第１のシートの縁を、約０．８ｍｍの均一な厚みを有する一枚板の鋼の第２のシートの縁にレーザー溶接することによって準備される。２枚のシートはそれぞれ一般に立方形状である。第１の鋼板および第２の鋼板はほぼ同じ長さを有しており、同じ金属から形成される。該鋼板は、シートの長さと各シートの厚みによって定義される縁に沿って取り付けられる。テーラードブランク溶接の重量が、第１の鋼板から形成される（すなわち、１ｍｍ厚のシートを形成する）テーラードブランク溶接の幅の割合に応じて測定される。
（実施例２）
実施例２は、約１ｍｍの均一な厚みを有する第１の領域と、約０．８ｍｍの均一な厚みを有する第２の領域からなるサンドイッチ複合材である。第１の領域および第２の領域は同じ２つの外部の層を有するが、外部の層間のコア材料において異なる。外部の層はそれぞれ約０．２ｍｍの均一な厚みを有する。第１の領域では、コア材料は、約０．６ｍｍの均一な厚みを有する一枚板の金属板である。第２の領域では、コア材料は、一般に約０．４ｍｍの均一な厚みを有するポリマー材料である。第１の領域は、比較例１の第１の金属板の長さおよび幅と同じ長さおよび幅を有している。第２の領域は、比較例１の第２の金属板の長さおよび幅と同じ長さおよび幅を有している。外部のシートおよび挿入物はすべて、比較例１の金属板と同じ金属から作られる。実施例２の重量は、第１の領域から形成される（すなわち、厚みが約１ｍｍの領域から形成され、挿入物を含んでいる）実施例２の幅の割合に応じて測定される。軽量化（重量％の単位で）は、比較例１の重量で、実施例２と比較例１の重量の差を割ることによって測定される。軽量化は、厚みが１ｍｍであるサンプルの幅の割合に応じて図１５に示されている。
（比較例３）
第２の鋼板が、約０．７ｍｍの厚みで比較例１の第２の鋼板とほぼ同じ幅および長さの一般に立体的なシートと置き換えられていることを除けば、比較例３は比較例１と同じ方法を使用して準備されている。テーラードブランク溶接の重量は、第１のシート（すなわち、１ｍｍ厚のシートを形成する）から形成されるテーラードブランク溶接の幅の割合に応じて測定される。
（実施例４）
実施例４は、約１ｍｍの均一な厚みを有する第１の領域と、約０．７ｍｍの均一な厚みを有する第２の領域からなるサンドイッチ複合材である。第２の領域中のコア材料が一般に約０．３ｍｍの均一な厚みを有することを除けば、実施例４は実施例２と同じ材料を用いて準備されている。実施例４の重量は、第１の領域から（すなわち、挿入物を含む厚みが約１ｍｍの領域から）形成される実施例４の幅の割合に応じて測定される。軽量化（重量％の単位で）は、比較例３の重量で、実施例４と比較例３の重量の差を割ることによって測定される。軽量化は、厚みが１ｍｍであるサンプルの幅の割合に応じて図１５に示される。
（比較例５）
第２の鋼板が、約０．６ｍｍの厚みを有して比較例１の第２の鋼板とほぼ同じ幅および長さの一般に立体的なシートと置き換えられていることを除けば、比較例５は比較例１と同じ方法を使用して準備されている。テーラードブランク溶接の重量は、第１のシート（すなわち、１ｍｍ厚のシートを形成する）から形成されるテーラードブランク溶接の幅の割合に応じて測定される。
（実施例６）
実施例６は、約１ｍｍの均一な厚みを有する第１の領域と、約０．６ｍｍの均一な厚みを有する第２の領域からなるサンドイッチ複合材である。第２の領域中のコア材料が一般に約０．２ｍｍの均一な厚みを有することを除けば、実施例６は実施例２と同じ材料を使用して準備されている。実施例６の重量は、第１の領域から（すなわち、挿入物を含む厚みが約１ｍｍの領域から）形成される実施例６の幅の割合に応じて測定される。軽量化（重量％の単位で）は、比較例５の重量で、実施例６と比較例５の重量の差を割ることによって測定される。
比較例１、３、および５に対する実施例２、４、および６の軽量化は、厚みが１ｍｍであるサンプルの幅の割合に応じて図１５に示されている。（厚みが１ｍｍの幅の固定された割合に関して）図１５で示されているように、実施例２の重量は比較例１の重量未満であり、実施例４の重量は比較例３の重量未満であり、および、実施例６の重量は比較例５の重量未満である。そのため、複合材料は、同じ厚みを有するテーラードブランク溶接よりも重量が少ない。

Claims (10)

  1. ｉ）０．０５ｍｍ乃至３０ｍｍの厚みを有する第１の金属板、
    ｉｉ）０．０５ｍｍ乃至３０ｍｍの厚みを有する第２の金属板、
    ｉｉｉ）第１の金属板と第２の金属板の間に置かれた１つ以上の金属挿入物、および、
    ｉｖ）第１の金属板と第２の金属板の間に置かれた、押し出されたポリマー層であって、第１の金属板の厚みよりも大きな厚みを有する、ポリマー層、
    を含む、軽量複合材であって、
    ポリマー層は熱可塑性ポリマーを含み、
    軽量複合材は、第１の金属板と第２の金属板の間に置かれた挿入物を有する第１の領域を含み、第１の領域は比較的大きな厚みを有し、
    軽量複合材は、第１の領域の厚み未満の厚みを有する第２の領域を含み、および、
    第２の領域の厚みに対する第１の領域の厚みの比率は、１．１以上であり、軽量複合材は、挿入物と第１の金属板との間にはポリマー材料を実質的に含まず、軽量複合材は、挿入物と第２の金属板との間にはポリマー材料を実質的に含まず、あるいは、その両方である、ことを特徴とする軽量複合材。
  2. 第２の領域は、第１の金属板と第２の金属板の間に置かれる挿入物を有してないことを特徴とする請求項１に記載の軽量複合材。
  3. 軽量複合材は、コイルで縦に巻かれることができるシートの形状であり、軽量複合材は一般に均一の厚みを有し、１以上の金属挿入物は、第１の金属板と第２の金属板に直接的にまたは間接的に取り付けられ、ポリマー層は第１の金属板と第２の金属板に直接的にまたは間接的に取り付けられる、ことを特徴とする請求項２に記載の軽量複合材。
  4. ポリマーは、ＡＳＴＭ Ｄ３４１８−０８によって測定されるような８０°Ｃよりも高いピーク融解温度を有する熱可塑性ポリマーを含み、熱可塑性ポリマーはポリオレフィンを含む、ことを特徴とする請求項３に記載の軽量複合材。
  5. ポリオレフィンは、少なくとも８０重量パーセントのエチレンを含むエチレンコポリマーである、ことを特徴とする請求項４に記載の軽量複合材。
  6. 軽量複合材は、軽量複合材の全体積に基づいて、ポリマー層の約１５体積％以上を含み、
    第２の領域は、第１の金属板と第２の金属板の間に置かれる挿入物を含まないものとして特徴付けられ、ポリマー層は、軽量複合材を第２の領域に埋め込むことができるように、十分な濃度の金属繊維を含む、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の軽量複合材。
  7. 挿入物は、接着剤、溶接、ろう付け、プライマー、または、これらの任意の組み合わせによって、１つ以上の金属板に取り付けられ、
    第２の領域は、第１の金属板と第２の金属板の間に置かれる挿入物を有していないことを特徴とし、
    軽量複合材は、軽量複合材の全体積に基づいて、約１５体積％以上のポリマー層を含み、
    ポリマー層はポリマー材料から形成され、軽量複合材は、十分な量のポリマー材料を含み、その結果、ポリマー材料が第１の金属層と第２の金属層の軽い方の材料と置き換えられるということを除けば、軽量複合材は、同一の材料の密度よりも約５％以上低い密度を有し、
    第１の領域は、抵抗溶接方法を用いて溶接されることができ、
    第１の領域は、第２の領域の引張強さよりも少なくとも１０％高い引張強さを有し、
    第１の金属板と第２の金属板は重複領域を有し、重複領域の約９５％以上は、２つの金属板の間に存在する挿入物および／またはポリマー層を含み、
    軽量複合材は、挿入物と第１の金属板との間にはポリマー材料を実質的に含まず、軽量複合材は、挿入物と第２の金属板との間にはポリマー材料を実質的に含まず、あるいは、その両方であり、
    軽量複合材は一般に均一な厚みを有し、
    第１の金属層、第２の金属層、挿入物、または、これらの任意の組み合わせは鋼を含み、
    挿入物の幅は約２０ｍｍ以上である、ことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の軽量複合材。
  8. 第１の金属板と第２の金属板は重複領域を有し、重複領域の約９５％以上は、２つの金属板の間に存在する挿入物および／またはポリマー層を含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の軽量複合材。
  9. 第１の金属層、第２の金属層、挿入物、または、これらの任意の組み合わせは、高強度鋼を含み、
    挿入物の幅は約２０ｍｍ以上である、ことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の軽量複合材。
  10. 請求項１乃至９のいずれかの軽量複合材から形成された部品または構成要素。
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