JP6999472B2 - アルミ材と繊維強化樹脂材との複合構造体 - Google Patents

Description

本発明は、押出形材等のアルミ材に繊維強化樹脂材を接着剤を用いて接合した複合構造体に関し、特にその防食構造に係る。

車両の分野において、例えばバンパーリインフォース，ドアビーム等の構造部材には、軽量で耐衝撃吸収性，高剛性等が要求される。
さらなる軽量化，高剛性の向上を目的に、ガラス繊維や炭素繊維等による繊維強化樹脂部材とアルミ材との複合化を検討した結果、本発明に至った。
例えば、特許文献１には、アルミニウム合金材に繊維強化プラスチックをボルトで接合したビーム状の部材を開示する。
しかし、ボルトによる接合では部分的な結合であり、複合構造体としての効果が充分に発揮されない。
そこで本発明者らは、接着剤による複合化を検討したところ、腐食環境下ではアルミ材と接着剤との接合部分から腐食が進行し、接合強度が低下する恐れがあることが判明した。
特許文献２には、アルミニウム基材に犠牲金属層を接着接合する技術を開示するが、本技術は犠牲金属の腐食により接合強度が低下する恐れがある。

特開平６－１０１７３２号公報 特開２００８－１９４４号公報

本発明は、防食性に優れたアルミ材と繊維強化樹脂材との複合構造体の提供を目的とする。

本発明に係る複合構造体は、アルミ材と繊維強化樹脂材とが接着剤を用いて接合された接合部を有し、前記接合部は腐食の進行を抑えるためのバリアー部を有していることを特徴とする。
ここでバリアー部とは、アルミ材と接着剤との界面に沿って腐食が進行するのを抑えるために設けたものである。
例えば、バリアー部は前記接合部の端部にアルミ材を繊維強化樹脂材の表面側に折り返した折返部を前記アルミ材に有している例が挙げられ、この場合に折返部はカシメにて折り返したものでもよい。
また、バリアー部はアルミ材側に前記繊維強化樹脂材と接触する突起部を有している例が挙げられ、この場合に突起部は周辺部にシール剤を有していてもよい。

ここでアルミ材とは、アルミニウム及びその合金材をいい、繊維強化樹脂材はガラス繊維，炭素繊維等のファイバーが樹脂材料中に複合化されたガラス繊維強化樹脂，炭素繊維強化樹脂等が例として挙げられる。
繊維は、短繊維，長繊維のどちらでもよく、長繊維の場合には複合構造体に負荷がかかる曲げ方向に配向しているのがよい。
樹脂は熱可塑性樹脂，熱硬化性樹脂のどちらでもよい。

本発明において、例えばアルミ材はアルミニウム合金を用いた展伸材であり、前記繊維強化樹脂材は炭素繊維強化樹脂材である態様が例として挙げられる。

本発明において、接着剤は複合構造体に曲げ応力，圧縮応力等が負荷された場合に、その変位に追随できるように伸びは７５～２５０％の範囲が好ましく、接着剪断力が１５ＭＰａ以上であるのが好ましい。
また、絶縁性の接着剤であるのが好ましい。

本発明において、バリアー部としてアルミ材に折返部を形成したのは、アルミ材で繊維強化樹脂材の端部を断面コ字形状のカギ状部で包み込むことで、腐食の進行を抑えるためである。
アルミ材に折返部を形成する方法としては、アルミ材の端部を繊維強化樹脂の端部から突出するように長くしておいて接合時にプレス等にて折り返す方法や、予めアルミ材の端部を略Ｌ字状の略直角に形成しておき、接合時にカシメにて折り返す方法が例として挙げられる。
アルミ材の折返部の折り返し内側に凹凸形状の接着面を形成してあってもよい。
また、アルミ材に繊維強化樹脂材と接触する突起部は、アルミ材と接着剤との界面に沿って腐食が進行しようとするのを遮るとともに、接着剤層の厚みを管理するのに有用である。
また、アルミ材の突起部の周辺にシール剤を形成することで、腐食の進行を抑えることができるが、このシール剤としてはシリコン，ブチルゴム，塩化ビニル，エポキシ，ウレタン，ポリサルファイド，テレケリックポリアクリレート等を用いることができる。

本発明に係る複合構造体は、アルミ材と繊維強化樹脂材とを接着剤にて接着接合する際に接合部にバリアー部を有しているので、この複合構造体が腐食環境下にあっても接着剤とアルミ材との接合面に沿って腐食が進行するのを抑えることができる。
これにより、接着強度の低下を防ぎ、車両部品等に本発明に係る複合構造体を適用した場合に、部品の信頼性が向上する。

本発明に係る複合構造体の例を示し、（ａ）は構造１、（ｂ）は構造２を示す。 比較評価のために用いた構造を示し、（ａ）は比較１、（ｂ）は比較２を示す。 評価結果を示す。 接着剪断強度を評価する試験片の形状を示す。（ａ）は折返部を有する場合、（ｂ）は折返部を有しない場合を示す。 （ａ）は構造３、（ｂ）は構造４を示す。 構造３，４の評価結果を示す。 （ａ）～（ｃ）はバリアー部の形状例を示す。

図１は、本発明に係る複合構造体の構造例を示し、アルミ材１の側面に繊維強化樹脂材２を接着剤３を用いて接合してあり、バリアー部の構造例として図１は、繊維強化樹脂材２の端部をアルミ材の折返部１ａにて包み込む構造になっている。
（ａ）は折返部１ａの内側に凹凸形状の接合面を形成した＜構造１＞であり、（ｂ）は板状の折返部に形成した＜構造２＞である。
図２（ａ）は、アルミ材３の側面にシート状の繊維強化樹脂材２を単に貼り合せた＜比較１＞を示し、図２（ｂ）は接着剤３をアルミ材１の側部まで塗った＜比較２＞を示す。

図１は、車両のバンパーリインフォースに適用した構造例を示したものであるが、複合構造体の防食性を評価するために、図４に示すような試験片を作成した。
図４（ａ）は、アルミ材に折返部を形成した場合に対応し、図１の＜構造１＞に対応するものは、折返部１ａの内側接着面に凹凸を形成してあり、＜構造２＞に対応するものは、上記凹凸を有していない。
図４（ｂ）は、図１の比較に対応させたものであり、＜比較１＞は図４（ｂ）において接着剤３のはみ出しが無く、図４（ｂ）に示した形態は＜比較２＞に相当する。
アルミ材の厚みｔ＝３．０ｍｍ、繊維強化樹脂材の厚みｔ＝１．０ｍｍとした。
図３に塩水浸漬試験結果を示す。
表中、アルミ材質を示す「７０７５」は、ＪＩＳに規定されている７０００系アルミニウム合金の例を示し、「６０６３」は６０００系のアルミニウム合金の例を示す。
繊維強化樹脂材は、炭素繊維が体積率で５０～７０％含有する炭素繊維強化樹脂材を用いた。
表中、接着剤Ａはアクリル樹脂２０～３０％，メタクリレートモノマー５０～６０％からなるアクリル系接着剤を示し、接着剤ＢはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂４０～５０％含有するエポキシ系接着剤を示す。
腐食促進試験は、３．５％のＮａＣｌを含有する塩水中に、２７℃，１０ｍｉｎ浸漬し、その後に室温（湿度３０～８０％）にて５０ｍｉｎ乾燥する１時間を１サイクルとして試験を繰り返した。
試験日数を２５ｄａｙ，５０ｄａｙ，７５ｄａｙ，１００ｄａｙとし、それぞれ経過毎にアルミ材と接着剤の界面において接合端部から内部側に進行が認められた腐食深さを平均腐食速度［μｍ／ｄａｙ］で評価した。
また、試験前と１００ｄａｙの試験後との接着剪断強度を比較評価した。
その結果、図３の表に示すように、実施例１～８のいずれも１００ｄａｙ試験後の値が試験前の８０％以上を確保しているのに対して、図２に示した比較例はいずれも強度低下量が大きく、腐食の進行が速いことが明らかになった。

バリアー部の構造例として、図５（ａ）に構造３、図５（ｂ）に構造４を示す。
構造４は、アルミ材と繊維強化樹脂材２とを接着剤３を用いて接合してあるが、このアルミ材１の接合面であって、繊維強化樹脂材２に向けて突出したノッチ状の突起部１ｂを形成してある。
この突起部１ｂの先端部を繊維強化樹脂材２に接触されることで、接着剤３とアルミ材１との界面に沿って腐食が進行するのを抑えるバリアーとして作用する。
この場合に、突起部１ｂの形状に制限はなく、図７（ａ）に示す断面半円状の突起部１ｃでもよい。
また、図７（ｄ）に示すように突起部１ｆの表面をギザギザ状の波形状にしてもよい。
このように、突起部１ｆの表面に凹凸を設けると、それだけアルミ材１と接着剤３との延面距離が長くなることで、腐食の進行が遅くなる。
また、この突起部の突出高さを制御することで、接着剤３の厚みを管理するのが容易になる。
この場合に、図５（ａ）の構造３に示すように、突起部１ｂの周辺部にシリコンやブチルゴム等のシール剤を塗布することでバリアー部を形成すると、さらに腐食の進行を抑えることができる。
シール剤と接着剤とは、それぞれが硬化する前に接触させるのがよい。
これにより、相互の接着面の密着性がよい。
構造３，構造４を用いて、前記と同様の塩水浸漬試験を実施した評価結果を図６の表に示す。
この結果から、構造４においても前記比較例よりも腐食進行を抑え、接着強化の低下が少なくなった。
特に構造３に示すように、突起部の周辺部にシール剤４を塗布したものは腐食の進行を抑える効果が高かった。

１ アルミ材
１ａ 折返部
１ｂ 突起部
２ 繊維強化樹脂材
３ 接着剤
４ シール剤

Claims (3)

1. アルミ材と繊維強化樹脂材とが接着剤を用いて接合された接合部を有し、
   前記接合部は腐食の進行を抑えるためのバリアー部を有し、
   前記バリアー部はアルミ材側に前記繊維強化樹脂材と接触する突起部を有していることを特徴とする複合構造体。
2. 前記突起部は周辺部にシール剤を有していることを特徴とする請求項１記載の複合構造体。
3. 前記アルミ材はアルミニウム合金を用いた展伸材であり、
   前記繊維強化樹脂材は炭素繊維強化樹脂材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合構造体。

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