JP7056779B2 - 金属-繊維強化樹脂複合体 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、構造物の補強にCFRPを貼りつける際、良好な接着性を担保するために、CFRP表面に垂直な方向から平面視した場合に、繊維を含有した樹脂をCFRPの外縁からはみ出させるように配置している。そして、その樹脂がはみ出した領域(はみ出し部)より樹脂を追加注入することで、接着力の向上が期待できる旨が開示されている。
例えば特許文献4及び5には、金属部材とCFRPの間に樹脂やエラストマーからなる接着剤(接着層)を介在させることで複合化する(貼り合わせる)方法が開示されている。
特に、金属部材が鉄鋼材料又は鉄系合金等である場合、これらは表面に安定な酸化皮膜や不働態膜を形成せず比較的腐食しやすい材料であるため、異種材料接触腐食がより顕著に発生し得る。
まず、金属部材と炭素繊維強化樹脂(CFRP)を複合化する際に発生する電食作用の原因について検討を行った。通常、金属部材上に絶縁層を設けてCFRPを熱圧着する場合には、絶縁層の広さと、CFRPの広さを一致させることが多い。このような条件の下で金属部材とCFRPを熱圧着すると、CFRPの端部からマトリクス樹脂が流出し、この樹脂の流れに乗って炭素繊維も流出する。この流出した炭素繊維が金属部材と接触することが原因で電食が発生することを、本発明者らは初めて明らかにした。
また、一部の炭素繊維が絶縁層を突き抜け、金属部材と接触することが原因で電食が発生することも、明らかにした。
まず、本発明者らは、熱圧着の際に幅方向端部からのマトリクス樹脂の流出に伴う炭素繊維と金属部材との接触を防止できるよう、絶縁層の広さを繊維強化樹脂層より広くすることにより、電食を抑制可能であることを見出した。これにより、金属部材の反り及び撓みも抑制可能であることも見出した。
また、絶縁層に非導電性繊維を含めることにより、絶縁性を担保しつつ、炭素繊維が絶縁層を突き抜けることを抑止できることも見出した。
(1)
金属部材と、前記金属部材の表面上の少なくとも一部に配置され、第1のマトリクス樹脂中に非導電性繊維を含む絶縁層と、前記絶縁層の表面上の少なくとも一部に配置され、第2のマトリクス樹脂中に炭素繊維を含む繊維強化樹脂層とを備え、前記金属部材の表面を垂直上方から見たときに、前記絶縁層が存在する領域の内側に前記繊維強化樹脂層が位置し、前記繊維強化樹脂層の外縁と、前記絶縁層の外縁とが0.2mm以上離隔する、金属-繊維強化樹脂複合体。
(2)
前記金属部材の少なくとも片側であって、前記金属部材と前記絶縁層との間に配置され、バインダ樹脂中に導電性粒子を含む皮膜層を更に備え、前記導電性粒子が、Zn、Si、Zr、V、Cr、Mo、Mn及びWからなる群から選択される元素を1種又は2種以上含む金属粒子、金属間化合物粒子、導電性酸化物粒子、又は非酸化物セラミクス粒子から選択される、上記(1)に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(3)
前記バインダ樹脂のガラス転移温度が100℃以下である、上記(2)に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(4)
前記バインダ樹脂がエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、及びウレタン樹脂から選択される少なくとも1種を含む、上記(2)又は(3)に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(5)
前記導電性粒子が、25℃で7.0×107Ωcm以下の粉体抵抗率を有する、上記(2)~(4)のいずれかに記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(6)
前記皮膜層と前記金属部材との間に、Cr、P、Si及びZrから選択される少なくとも1種を含む化成処理層をさらに備える、上記(2)~(5)のいずれか1項に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(7)
前記絶縁層が配置されていない前記皮膜層の表面に電着塗膜をさらに備える、上記(2)~(6)のいずれかに記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(8)
前記絶縁層が配置されていない前記金属部材の表面に電着塗膜をさらに備える、上記(1)に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(9)
前記絶縁層の厚みが20μm以上200μm以下である、上記(1)~(8)のいずれかに記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(10)
前記非導電性繊維が、前記絶縁層中に10体積%以上60体積%以下含まれる、上記(1)~(9)のいずれかに記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(11)
前記非導電性繊維がガラス繊維及びアラミド繊維から選択される少なくとも1種を含む、上記(1)~(10)のいずれかに記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(12)
前記第1のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂を含む、上記(1)~(11)のいずれかに記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(13)
前記第1のマトリクス樹脂がフェノキシ樹脂又はポリプロピレン樹脂を含む、上記(12)に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(14)
前記第2のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂を含む、上記(1)~(13)のいずれかに記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(15)
前記第2のマトリクス樹脂がフェノキシ樹脂を含む、上記(14)に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(16)
前記金属-繊維強化樹脂複合体を厚み方向に切断した切断面において、前記繊維強化樹脂層中に、前記炭素繊維が面積率で30%以下である端部領域が存在する、上記(1)~(15)のいずれかに記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(17)
前記絶縁層の前記金属部材側の界面には、前記炭素繊維が存在しない、上記(1)~(16)のいずれかに記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
(18)
前記金属部材は、鋼材、めっき鋼材、鉄系合金、アルミニウム、又は、アルミニウム合金である、上記(1)~(17)のいずれかに記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
本発明の実施形態に係る金属-繊維強化樹脂複合体について説明するに先立ち、本発明者らが得た、本発明を完成するに至る動機となった知見について、図1を参照しながら簡単に説明する。
また、炭素繊維142が絶縁層130を突き抜けないように、絶縁層130の材料を適切に選択することで、炭素繊維142と金属部材110との直接的な接触を防止できるとの着想を得た。
そして、この皮膜を導電性にすることにより、従来同様の電着塗装が可能となり、製造プロセスを変えることなく、製造できることを着想した。
後述する本発明の第2の実施形態に係る金属-繊維強化樹脂複合体は、かかる知見に基づき完成されたものである。
[金属-繊維強化樹脂複合体1の全体的な構成について]
本発明の第1の実施形態に係る金属-繊維強化樹脂複合体1の全体的な構成について説明する。なお、便宜的に、図2及び図4に示した座標軸を適宜用いて説明する。
ここで、「複合化」とは、金属部材10と、絶縁層30と、CFRP層40とが、互いに接合され(貼り合わされ)、一体化していることを意味する。また、「一体化」とは、金属部材10、絶縁層30及びCFRP層40が、加工や変形の際、一体として動くことを意味する。
また、金属部材10の表面を垂直上方から見たときに、絶縁層30のうち、CFRP層40の外縁43からはみ出ている部分を「はみ出し部」(図2、図5Aの絶縁層30のうち、X2の範囲内にある部分)と称する。すなわち、両外縁の離隔距離X2は、「はみ出し部の幅X2」でもある。
次に、図5~図6を参照しながら、絶縁層30及びCFRP層40の大きさ及び位置関係について説明する。
絶縁層30は、金属部材10とCFRP層40との間を電気的に絶縁する層である。また、金属部材10とCFRP層40との間を強固に接着する接着層としても機能する。
金属部材10の材質、形状及び厚みなどは、プレス等による成形加工が可能であれば特に限定されるものではない。加工性や製造の容易性の観点から薄板状が好ましい。金属部材10の材質としては、例えば、鉄、アルミニウム及びこれらの合金などが挙げられる。特に鉄鋼材料又は鉄系合金材料は、表面に安定な酸化皮膜や不働態膜を形成せず比較的腐食しやすい材料であるため、異種材料接触腐食が起こりやすい。しかし、本発明に係る複合体では、絶縁層30の存在により、異種材料接触腐食を抑制できるため、金属部材10に鉄鋼材料又は鉄系合金材料を使用しても異種材料接触腐食が問題とならない。
絶縁層30として、絶縁性を有する第1のマトリクス樹脂を用いる。第1のマトリクス樹脂31の樹脂種は、絶縁性を示すものであれば、特に限定されず、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のいずれも使用することができる。良好な曲げ強度を有し加工性に優れる熱可塑性樹脂が好ましい。例えば、第1のマトリクス樹脂31の樹脂成分としては、樹脂成分100質量部に対して、50質量部以上、60質量部以上、70質量部以上、80質量部以上、又は90質量部以上の熱可塑性樹脂を含むとよい。第1のマトリクス樹脂31は熱可塑性樹脂のみを含んでもよい。第1のマトリクス樹脂31に用いることができる熱可塑性樹脂の種類は、特に制限されない。例えば、フェノキシ、ポリオレフィン及びその酸変性物、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、AS樹脂、ABS樹脂、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテル及びその変性物、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリオキシメチレン、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン、熱可塑性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂並びにナイロン等から選ばれる樹脂を使用できる。
絶縁層30には、非導電性繊維32が含まれていてもよい。非導電性繊維32の存在により、絶縁層30が絶縁性を有する層となり、CFRP層40中の炭素繊維材料42と金属部材10との接触を防止し、異種材料接触腐食(電食)をより抑制できる。また、非導電性繊維32が添加されることにより、第1のマトリクス樹脂31のみの絶縁層に比べ強度が向上する。本発明における非導電性繊維32としては、非導電性を有する繊維材料であれば特に限定されないが、好ましくは、ガラス繊維及びアラミド繊維から選択される少なくとも1種を含むとよい。
ナイフ又は切削機等を用いて、金属-CFRP複合体1から絶縁層30とCFRP層40との界面からCFRP層40を剥離した後、金属部材10と絶縁層30との界面から絶縁層30を剥離し、非導電性繊維32の含有量の測定用試験体を得る。当該試験体(剥離した絶縁層30)の絶乾質量(W1)を測定しておく。次いで、当該試験体を20%塩酸に浸漬し、第1のマトリクス樹脂を溶解させ、残渣として得られる非導電性繊維の絶乾質量(W2)を測定する。測定後、質量に基づく非導電性繊維の含有量Wf(質量%)=(W2/W1)×100を求め、試験体の密度ρ1(g/cm3)及び非導電性繊維の密度ρ2(g/cm3)により、絶縁層における非導電性繊維の含有量Vf(体積%)=Wf×(ρ1/ρ2)を算出する。
本実施形態に係るCFRP層40は、第2のマトリクス樹脂41と、第2のマトリクス樹脂41中に含有され、複合化された炭素繊維42を有する。また、CFRP層40は、1つのCFRPから構成される単層構造を有していてもよいし、複数のCFRPから構成される積層構造を有していてもよい。
本発明におけるCFRP層40には、炭素繊維材料42が含まれる。当該炭素繊維材料42の存在により、第2のマトリクス樹脂41のみの樹脂層に比べ強度が向上する。本発明における炭素繊維材料42としては、炭素繊維材料であれば特に限定されなく、ピッチ系の炭素繊維材料又はPAN系の炭素繊維材料を用いることができる。炭素繊維材料42は、1種のみの炭素繊維材料を含んでもよく、2種以上の炭素繊維材料を含んでもよい。
第2のマトリクス樹脂41は、例えば熱可塑性を示す樹脂組成物(もしくは架橋性樹脂組成物)の固化物又は硬化物であるとよい。ここで、単に「固化物」というときは、樹脂成分自体が固化したものを意味し、「硬化物」というときは、樹脂成分に対して各種の硬化剤を含有させて硬化させたものを意味する。なお、硬化物に含有されうる硬化剤には、後述するような架橋剤も含まれ、上記の「硬化物」は、架橋形成された架橋硬化物を含むものとする。
上述した本発明における第1のマトリクス樹脂31及び第2のマトリクス樹脂41(以下、まとめて単に「マトリクス樹脂」ともいう)に熱硬化性樹脂を用いたとき、絶縁層30及びCFRP層40が脆性を示すこと、タクトタイムが長いこと、曲げ加工ができないことなどの問題点が生じる。そこで、マトリクス樹脂41が熱可塑性樹脂を含有することで、これらの問題点を解消することができる。
ただし、通常、熱可塑性樹脂は、溶融したときの粘度が高く、熱硬化前のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂のように低粘度の状態で繊維材料に含浸させることができないことから、繊維材料に対する含浸性に劣る。そのため、熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂として用いた場合のように、絶縁層30及びCFRP層40中の繊維体積含有率(Vf)を上げることができない。
また、ポリプロピレンやナイロン等の熱可塑性樹脂を用いると、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いたときのように絶縁層30及びCFRP層40が高い耐熱性を有することができない。
フェノキシ樹脂(以下、「フェノキシ樹脂(A)」ともいう。)を含有する樹脂組成物に、例えば、酸無水物、イソシアネート、カプロラクタムなどを架橋剤として配合することにより、架橋性樹脂組成物(すなわち、樹脂組成物の硬化物)とすることもできる。架橋性樹脂組成物は、フェノキシ樹脂(A)に含まれる2級水酸基を利用して架橋反応させることにより、樹脂組成物の耐熱性が向上するため、より高温環境下で使用される部材への適用に有利となる。フェノキシ樹脂(A)の2級水酸基を利用した架橋形成には、架橋硬化性樹脂(B)と架橋剤(C)を配合した架橋性樹脂組成物を用いることが好ましい。架橋硬化性樹脂(B)としては、例えばエポキシ樹脂等を使用できるが、特に限定するものではない。このような架橋性樹脂組成物を用いることによって、樹脂組成物のTgがフェノキシ樹脂(A)単独の場合よりも大きく向上した第2の硬化状態の硬化物(架橋硬化物)が得られる。架橋性樹脂組成物の架橋硬化物のTgは、例えば、160℃以上であり、170℃以上220℃以下の範囲内であることが好ましい。
次に、図7を参照しながら、本実施形態に係る金属-CFRP複合体1の製造方法の一例について、簡単に説明する。
これにより、金属部材10及びCFRP層40は、絶縁層30を介して複合化して、本実施形態に係る金属-CFRP複合体1となる。
加熱圧着温度は、マトリクス樹脂が非晶性の熱可塑性樹脂又は非晶性の熱可塑性樹脂のポリマーアロイである場合には、非晶性の熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg~Tg+170℃の範囲内とすることが好ましい。マトリクス樹脂が結晶性の熱可塑性樹脂又は結晶性の熱可塑性樹脂のポリマーアロイである場合には、結晶性の熱可塑性樹脂の融点MP~MP+50℃の範囲内とすることが好ましい。上限温度を超えると、樹脂の分解が起きる可能性があり、また、下限温度を下回ると樹脂の溶融粘度が高くなり、炭素繊維への付着性及び強化繊維基材への含浸性が悪くなる可能性がある。
マトリクス樹脂として、フェノキシ樹脂(A)に架橋硬化性樹脂(B)及び架橋剤(C)を含有する架橋性接着樹脂組成物を使用する場合、更に、追加の加熱工程を含めることができる。
前処理工程として、金属部材10を脱脂することが好ましい。また、金型への離型処理や金属部材10の表面の付着物の除去(ゴミ取り)を行うことがより好ましい。TFS(Tin Free Steel)のように密着性が非常に高い鋼板を除き、通常は、防錆油などが付着した鋼板等の金属部材10は、脱脂をして密着力を回復させることが好ましい。脱脂の必要性については、事前に、対象とする金属部材を、脱脂工程無しで、対象とするCFRPと接合させて一体化し、十分な接着性が得られるかどうかを確認して、判断すればよい。
後工程として、塗装の他、ボルトやリベット留めなどによる他の部材との機械的な接合のため、穴あけ加工、接着接合のための接着剤の塗布などが適宜行われる。
ここで、CFRP層40を形成する際に用いるCFRP又はCFRPプリプレグ45(以下、まとめてCFRPプリプレグとよぶ。)の製造方法について説明する。
[金属-繊維強化樹脂複合体の全体的構成]
本発明の第2の実施形態に係る金属-繊維強化樹脂複合体を図9に沿って説明する。第2の実施形態に係る金属-CFRP複合体1は、図9に示されるように、金属部材10、皮膜層20、絶縁層30(以下、ガラス繊維強化樹脂(GFRP)を例としてGFRP層とよぶ場合がある。)、及び繊維強化樹脂層(以下、炭素繊維強化樹脂を例とし、CFRP層とよぶ場合がある。)40を含む。
金属部材10、絶縁層30、CFRP層40、電着塗膜50については、その位置関係も含め第1の実施形態と同様である。電着塗膜50は、第1の実施形態と同様、備えていても、いなくてもよい。
本実施形態における皮膜層20は、図9に示されるように、バインダ樹脂21及び導電性粒子22を含む。導電性粒子22は皮膜層20内に分散されている。したがって、当該皮膜層20は、導電性を有する層である。また、皮膜層20は、金属部材10の少なくとも片面に配置されていればよく、金属部材10の片面又は両面に配置されることができる。また、上述したように、金属部材10と皮膜層20との間には、Cr、P、Si及びZrから選択される少なくとも1種を含む化成処理層をさらに備えてもよい。したがって、皮膜層20は、金属部材10上に接触して配置されてもよく、間に化成処理層のような別の層を含んでもよい。
本実施形態における皮膜層20中のバインダ樹脂21は、皮膜層20を構成する樹脂である。バインダ樹脂21の樹脂種は、特に限定されないが、ガラス転移温度Tgが100℃以下である樹脂種から選択するとよい。ガラス転移温度が100℃以下であると、CFRP層40を金属部材10に貼り付けた後に成形加工を行ってもCFRP層40を剥離しにくくすることが可能となる。バインダ樹脂21としては、特に限定されず、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂のいずれも使用することができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ビニルエステル樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン(ポリプロピレン等)およびその酸変性物、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ナイロン等が挙げられる。上述した中でも、バインダ樹脂21は、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びメラミン樹脂からなる群から選択される1種又は2種以上を含むことが好ましい。これら樹脂は分子量やガラス転移温度にもよるが常温で流動しやすい、もしくは溶剤などに溶解して塗布することが容易であるためバインダ樹脂21として好適である。バインダ樹脂21のガラス転移点は、好ましくは10℃以上60℃以下、より好ましくは10℃以上35℃以下である。バインダ樹脂21の硬化剤としては、一般的な硬化剤、例えば、アミン系樹脂又はメラミン系樹脂を使用すればよい。
本実施形態における皮膜層20には、導電性粒子22が含まれる。当該導電性粒子22の存在により、皮膜層20が導電性を有する層となり、当該皮膜層20上に電着塗膜50を形成することができる。本実施形態における導電性粒子22は、Zn、Si、Zr、V、Cr、Mo、Mn及びWからなる群から選択される元素を1種又は2種以上含む金属粒子、金属間化合物粒子、導電性酸化物粒子、又は非酸化物セラミクス粒子から選択される。導電性酸化物粒子及び非酸化物セラミクス粒子については、電着塗膜50を容易に形成できるように、25℃において7.0×107Ωcm以下の粉体抵抗率を有するのが好ましい。なお、金属粒子及び金属間化合物は、25℃において7.0×107Ωcm以下の粉体抵抗率を有する。皮膜層20に含まれる導電性粒子22は、1種のみであってもよいし、2種以上が混合されていてもよい。導電性粒子22は、好ましくは、5.0×107Ωcm以下、3.0×107Ωcm以下、又は1.0×107Ωcm以下の25℃での粉体抵抗率を有する。導電性粒子22を構成する元素については、金属-CFRP複合体1における皮膜層20の断面をSEM-EDS(走査型電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光器)により分析することで特定することができる。
本実施形態に係る金属-CFRP複合体1は、図9に示されるように、絶縁層30が配置されてない皮膜層20の表面(皮膜層20の表面が露出している部分)に電着塗膜50をさらに備えていてもよい。導電性粒子22を含む皮膜層20の存在により、絶縁層30が配置されてない皮膜層20の表面に電着塗膜50を形成することができる。電着塗膜50は耐食性を高める等の目的で形成されることがある。電着塗膜50は、例えば5μm以上30μm以下であればよい。
特に、樹脂(例えば、カルボキシル基、水酸基、メチロール基、アミノ基、スルホン酸基、ポリオキシエチレン結合等の親水性基と、硬化剤と反応する水酸基等の官能基とを有する水性樹脂(アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂等の公知の水性樹脂等))と、硬化剤(例えば、メラミン樹脂、ブロックポリイソシアネート等)と、その他添加剤(例えば、着色顔料、光干渉性顔料、体質顔料、分散剤、沈降防止剤、反応促進剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、紫外線吸収剤、表面調整剤等の公知の添加剤)とを含む水系塗料を用いたカチオン電着塗装処理により形成された電着塗装膜は、樹脂塗膜との密着性が向上し易くなる。
以下に、本実施形態に係る複合体の製造方法の例を示す。本発明に係る複合体の製造方法は、本発明に係る複合体が得られれば特に限定されなく、以下の製造方法は単なる例示にすぎない。
上述したように、金属部材10、絶縁層30、CFRP層40、電着塗膜50については、その構造的関係も含め第1の実施形態と同じである。金属部材上に皮膜層を形成することが第1の実施形態と相違するので、皮膜層の形成を中心に説明する。
皮膜層のバインダ樹脂用の樹脂(例えばエポキシ樹脂)に、硬化剤(例えばアミン系硬化剤)と所定量・所定平均粒径の導電性粒子(例えばホウ化バナジウム)とを添加して、撹拌等により溶液中で導電性粒子を均一に分散させ、皮膜層形成用塗布液を調製するとよい。硬化剤と導電性粒子の添加の順番は問わない。硬化剤の量はバインダ樹脂の樹脂種により決定すればよいが、例えば、樹脂100質量部に対して20~40質量部であればよい。
次いで、鋼板又はめっき鋼板等の金属部材上に、調製した皮膜層形成用塗布液を塗布して加熱処理を施し皮膜層用樹脂膜を形成することができる。なお、鋼板等に塗布液を塗布する前に、鋼板等と当該樹脂膜との密着性を向上させるための前処理として、鋼板等の表面をアルカリ脱脂剤等で脱脂することが好ましい。また、追加の前処理として、金属部材上に水分散シリカを含む水溶液等をバーコーター等で塗布し、熱風オーブンで到達板温が120~180℃程度で乾燥させてもよい。皮膜層形成用塗布液の塗布の方法は、公知の方法で行うことができ、例えばブレードコーター等を使用して塗布すればよく、熱処理により乾燥硬化させることができる。皮膜層形成用塗布液の塗布量は、複合体になった後の皮膜層の所望の平均厚みを考慮して決定することができる。また、皮膜層用樹脂膜は、絶縁層又はCFRP層を貼り付ける部分のみに形成してもよい。
皮膜層用樹脂膜を有する金属部材上に、絶縁層形成用材料と、CFRP層形成用材料とを順に重ね、加熱しながら加圧して樹脂を熱融着させることで皮膜層、絶縁層、及びCFRP層を形成し本発明に係る複合体を得ることができる。本工程の加熱・加圧の条件も適宜設定すればよく、例えば、200~300℃の温度及び1~5MPaの圧力で、1~30分間加熱・加圧すればよい。
[絶縁性評価のための、CFRP層のマトリクス樹脂としてポリプロピレン樹脂を適用した、絶縁層を有する金属-CFRP複合体の作製]
絶縁性評価のために、CFRP層のマトリクス樹脂としてポリプロピレン樹脂を適用した、絶縁層を有する金属-CFRP複合体を作製した。
ポリプロピレン樹脂をマトリクス樹脂としたCFRPプリプレグには、上記TENCATE社製CETEX-TC960を用い、絶縁層には、日本電気硝子製GFRPプリプレグUD材を積層することで用いた。CFRP層の厚みを800μmとし、GFRP層の厚みを40~1000μmと変化させ、かつ、GFRP層(絶縁層)の端部との離隔距離Xの設計値を、900μm~20000μmと変化させて、長さ100mm×幅100mm×厚み0.2mmの日本製鉄株式会社製ティンフリースチール板に対し、貼り合せを行った。このとき、プリプレグの面積調整は、カッター切断で実施した。CFRPは、長さ20mm×幅20mmで、ティンフリースチールの中心に位置するよう貼り合せを行った。貼り合せ条件は、圧力3MPaとし、240℃×30minで熱圧着を行った。
絶縁性評価のために、CFRP層のマトリクス樹脂としてフェノキシ樹脂を適用した、絶縁層を有する金属-CFRP複合体を作製した。
CFRPの前駆体であるプリプレグには、フェノキシ樹脂(日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製フェノトートYP-50S)を、粉体塗装法にてPAN系炭素繊維クロス材に塗着させたものを用いた(Vf=約55%)。上記と同様にして、絶縁層には、日本電気硝子製GFRPプリプレグUD材又はクロス材を積層することで用いた。CFRP層の厚みを800μmとし、GFRP層の厚みを40~1000μmと変化させ、かつ、GFRP層(絶縁層)の端部との離隔距離Xの設計値を、-5000μm~20000μmと変化させて、長さ100mm×幅100mm×厚み0.2mmの鋼板(日本製鉄株式会社製ティンフリースチール板)に対し、貼り合せを行った。ここで、「離隔距離X=-5000μm」とは、積層状態を上から見た際に、CFRP層が絶縁層の端部から5000μmだけはみ出た状態となる場合を表している。このとき、プリプレグの面積調整は、カッター切断で実施した。CFRPは、長さ20mm×幅20mmで、ティンフリースチールの中心に位置するよう貼り合せを行った。貼り合せ条件は、圧力3MPaとし、240℃×30minで熱圧着を行った。
また、厚み0.1mmのAl板(ニラコ社製)に対しても、同様の試料作製を行った(以下の表1におけるNo.34~45の試料)。更に、絶縁層に非導電性繊維を含まないよう、フェノキシ樹脂フィルムを複数層積層させて、ティンフリースチール板/フェノキシ樹脂/CFRPの積層構造を有する複合体も作製した(以下の表1におけるNo.21の試料)。
続いて、離隔距離X、X2の設計値に対して、設計通りに離隔距離Xが試作されているかどうかを確認した。得られたそれぞれの金属-CFRP複合材について、ダイヤモンドカッターにて切断を行い、金属部材、絶縁層、CFRP層の接着面が観察できるよう、断面を切り出した。得られた切断面を、常温硬化のポリエステル樹脂(Kulzer社製 Technovit4000)で樹脂包埋し、エメリー研磨紙で#1000、#1200、#2000と番手を変えながら表面研磨を行い、最後は、平均粒度0.06μmのAl2O3懸濁液を用いて鏡面研磨を行った。現れた断面に対して、光学顕微鏡(オリンパス製BX51)で断面観察を行い、得られた画像解析データーより画像処理ソフトウェアIMGProcesser(オプトリンクス社製)で2値化を行って炭素繊維とマトリクス樹脂とを区別し、CFRP層の視野中、炭素繊維の面積率が30%以下になる領域を、流動が起きた個所(すなわち、端部領域)として判定した。なお、CFRP層の厚みが同一であれば、流れ出す炭素繊維とマトリクス樹脂の比率は一定になるため、面積率も同一の値となる。また、マトリクス樹脂が流れ性の低いポリプロピレンの場合、フェノキシ樹脂に比べて面積率は若干低下した。また、フェノキシ樹脂を絶縁層に用いると、CFRPから染み出す樹脂と同じ樹脂になるため、面積率は大きく低下した(No.21)。なお、中央部33の面積率の実測値は68~70%であった。また、CFRP層の端部については、絶縁層に接している部分の中で最も絶縁層の末端部に近い部分を、CFRP層の末端部と判定した。同様のサンプルより断面を5か所観察し、絶縁層の端部との離隔距離をそれぞれ測定し、得られた測定値の平均値として、離隔距離X、X2を求めた。また、絶縁層の厚みd1に対しても、同様に、光学顕微鏡写真で断面観察を行い、絶縁層のみの部分(CFRP層が積層していない部分)、CFRP層と積層している部分の両方を5点ずつ含むように厚みを測定し、その平均値をd1と設定した。
図3に示したような抵抗測定装置により、得られた各試料の貫通抵抗値(抵抗値)を測定した。まず、試料を1cm2の東レ株式会社製カーボンペーパー(TGP-H-120)で挟み込み、更にカーボンペーパーの外側に、金めっきを施した20mmφの端子を配置した。その上で、荷重を1平方センチメートル当たり100kgf(約980N)印加し、更に、定電流電源(菊水電子社製PAN16-10A)により金めっきを施した端子間に0.1mAの直流電流を流し、端子間の電圧から抵抗値を読み取ることで貫通抵抗値を評価した。なお、電圧計には、(HEWLETTPACKARD社製MULTIMETER34401A)を使用した。得られた貫通抵抗値に関して、100mΩ以上の抵抗値を示すものは導電性が十分に遮断されており、電食が大きく抑制されていると判断し、以下の表1において評点Aを付した。また、得られた貫通抵抗値が50mΩ以上100mΩ未満であった場合には、導電性が遮断されており、電蝕が抑制されていると判断し、以下の表1において評点Bを付した。一方、貫通抵抗値が50mΩ以下と非常に低い場合には、導電性の遮断ができていないと判断し、評点Cを付した。
サイクル腐食試験による耐食性の評価は、後述する第2の実施形態と同様の条件で行った。巾70mm×長さ150mmの皮膜層を積層した金属部材の中央に、はみ出し部を形成するような巾及び長さを有するGFRPと、巾50mm×長さ100mmCFRPとをプレスした複合サンプルを用いて、脱脂、表面調整、リン酸亜鉛処理を行った後に電着塗装を施した。脱脂は、日本パーカライジング社製脱脂剤(ファインクリーナーE6408)を用いて、60℃の条件で5分間浸漬して脱脂した。脱脂した複合サンプルの表面調整は、日本パーカライジング社製(プレパレンX)を用いて、40℃の条件で5分浸漬した。その後に日本パーカライジング社製リン酸亜鉛化成剤(パルボンドL3065)を用いて35℃の条件で3分間浸漬することで、リン酸亜鉛処理を行った。リン酸亜鉛処理を行った後は水洗して150℃雰囲気のオーブンで乾燥させた。その後、日本ペイント社製の電着塗料(パワーフロート1200)を15μm電着塗装し、170℃雰囲気のオーブンで20分焼き付けたものをサンプルとして用いた。
反り量評価のために、CFRP層のマトリクス樹脂としてポリプロピレン樹脂を適用した、絶縁層を有する金属-CFRP複合体を作製した。
かかる試料は、絶縁性評価のための上記のような正方形の試料形状ではなく、短冊状の試験片とした。ポリプロピレンをマトリクス樹脂としたCFRPプリプレグには、上記TENCATE社製CETEX-TC960を用い、絶縁層には、日本電気硝子製GFRPプリプレグUD材を積層することで用いた。CFRP層の厚みを800μmとし、GFRP層の厚みを40~1000μmと変化させ、かつ、GFRP層(絶縁層)の端部との離隔距離Xの設計値を、1000μm~20000μmと変化させて、長さ100mm×幅10mm×厚み0.2mmの日本製鉄株式会社製ティンフリースチール板に対し、貼り合せを行った。このとき、プリプレグの面積調整は、カッター切断で実施した。CFRPは、長さ25mm×幅10mmで、ティンフリースチールの中心に位置するよう貼り合せを行った。貼り合せ条件は、圧力3MPaとし、240℃×30minで熱圧着を行った。
反り量評価のために、CFRP層のマトリクス樹脂としてフェノキシ樹脂を適用した、絶縁層を有する金属-CFRP複合体を作製した。
CFRPの前駆体であるプリプレグには、フェノキシ樹脂(日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製フェノトートYP-50S)を、粉体塗装法にてPAN系炭素繊維クロス材に塗着させたものを用いた(Vf=約55%)。上記と同様にして、絶縁層には、日本電気硝子製GFRPプリプレグUD材を積層することで用いた。CFRP層の厚みを800μmとし、GFRP層の厚みを40~1000μmと変化させ、かつ、GFRP層(絶縁層)の端部との離隔距離Xの設計値を、1500μm~20000μmと変化させて、長さ100mm×幅10mm×厚み0.2mmの日本製鉄株式会社製ティンフリースチール板に対し、貼り合せを行った。このとき、プリプレグの面積調整は、カッター切断で実施した。CFRPは、長さ25mm×幅10mmで、ティンフリースチールの中心に位置するよう貼り合せを行った。貼り合せ条件は、圧力3MPaとし、240℃×30minで熱圧着を行った。
また、厚み0.1mmのAl板(ニラコ社製)に対しても、上記と同様の試料作製を行った。
上記のようにして、金属-CFRP複合体を作製した後、反り量の評価を行った。長さ100mmのティンフリースチール板がCFRP及びGFRPを貼り合せすることによってどの程度反るのかの評価を行うために、図8に示したような検証を行った。すなわち、金属-CFRP複合体の反り測定用試料91を水平台90の上に乗せ、試料91の一方の端部が水平台90と平行になるように置いたとき、100mm離れたもう片方の端部と水平台90の上面との距離を反り量とした。反り量が1mm未満であった場合には、良好と判断し、以下の表1に評点Aを付した。反り量が1mm~5mmまでは、許容範囲として評点Bを付した。反り量が5mm超の場合に不良と判断し評点Cを付した。
上記のようにして、金属-CFRP複合体を作製した後、絶縁層と金属部材との界面を走査型電子顕微鏡にて観察することで、絶縁層と金属部材との界面に、炭素繊維が存在しているか否かを確認した。まず、得られた金属-CFRP複合材について、ダイヤモンドカッターにて切断を行い、金属部材、絶縁層、CFRP層の接着面が観察できるよう、断面を切り出した。得られた切断面を、常温硬化のポリエステル樹脂(Kulzer社製 Technovit4000)で樹脂包埋し、エメリー研磨紙で#1000、#1200、#2000と番手を変えながら表面研磨を行い、最後は、平均粒度0.06μmのAl2O3懸濁液を用いて鏡面研磨を行った。その後、導電性付与のためのPtコーティング行うため、蒸着装置(JEOL社製AUTO FINE COATER JFL-1000)で20mA120secの条件で表面コーティングを行い、走査型電子顕微鏡(JEOL JSM-6500F)で観察を行った。絶縁層と金属部材との界面への炭素繊維の存在を確認するために、500倍の倍率で同試験片内で10視野、切断面によって炭素繊維の存在にばらつきが考えられるため同一複合材で5つ試験片の切り出しを行い、炭素繊維の有無を確認した。観察の結果、絶縁層と金属部材との界面に炭素繊維が存在しなかった場合を、評点「A」とし、炭素繊維が存在した場合を、評点「B」として、以下の表1にあわせて示した。なお、絶縁層30としてGFRPを用いた場合、炭素繊維とともにガラス強化繊維が観察されるが、炭素繊維の太さが10μm以下であるのに対し、ガラス強化繊維の太さは40μm程度であるため、両者の太さの相違から、炭素繊維を容易に識別可能である。
ポリプロピレン樹脂、及び、フェノキシ樹脂のMVRは、JIS K7210-1B法に準拠した試験法により測定した。ポリプロピレン樹脂として、TENCATE社製プリプレグCETEX-TC960より採取した樹脂を用い、フェノキシ樹脂として、日鉄ケミカル&マテリアル社製YP-50Sを1晩60℃で真空乾燥したものを用いた。これらの樹脂を用い、株式会社東洋精機製作所製メルトインデックサF-F01型機により、流動性評価試験を大気中で実施した。より詳細には、ピストン断面積0.711cm2より樹脂を10kgf(約98N)で吐出させて、240℃でのMVRを測定した。その結果、ポリプロピレン樹脂の240℃におけるMVRは47cc/10min.であり、フェノキシ樹脂の240℃におけるMVRは、80cc/min.であった。
以下の表1に示すように、熱可塑性樹脂をマトリクス中に含むCFRPの端部には熱プレスにより樹脂流動が生じ、かかる部位には30%以下の炭素繊維が含まれる部分が存在する。そのため、金属とCFRPとを直接貼り合せると導電性が生じるが、絶縁層を挿入することで大きく絶縁性が増し、電食の可能性が大きく軽減されることがわかった。また、絶縁層にGFRPを用いた場合、離隔距離を所定の長さに設定することで、薄い金属板の反り・撓みを軽減し、絶縁性も担保することができ、電食の少ない金属-CFRP複合材を提供することが可能であることが明らかとなった。
以下に、第2の実施形態に係る実施例を実施例2に示す。
成分がC:0.131質量%、Si:1.19質量%、Mn:1.92質量%、P:0.009質量%、S:0.0025質量%、Al:0.027質量%、N:0.0032質量%、残部はFe及び不純物からなるスラブを熱間圧延、酸洗後、冷間圧延を行い、厚さ1.0mmの冷延鋼板を得た。次に、作製した冷延鋼板を連続焼鈍装置で最高到達板温が820℃となる条件で焼鈍した。焼鈍工程の焼鈍炉内のガス雰囲気は、1.0体積%のH2を含むN2雰囲気とした。作製した冷延鋼板を「CR」と称す。
作製した金属部材を日本パーカライジング社製アルカリ脱脂剤「ファインクリーナーE6404」で脱脂後に金属部材上にγ-アミノプロピルトリエトキシシランを2.5g/L、水分散シリカ(日産化学社製「スノーテックN」を1g/L、水溶性アクリル樹脂(試薬のポリアクリル酸)を3g/L添加した水溶液をバーコーターで塗布し、熱風オーブンで到達板温が150℃となる条件で乾燥させた。また、炭酸ジルコニウムアンモニウム水溶液3g/L水溶液、及び日本パーカライジング社製クロメート処理液「ZM-1300AN」についても同様に、それぞれバーコーターで塗布し、熱風オーブンで到達板温が150℃となる条件で乾燥させた。以降、水分散シリカを含む水溶液を塗布したものを「Si系処理」(又は単に「Si系」)、炭酸ジルコニウムアンモニウム水溶液で塗布したものを「Zr系処理」(又は単に「Zr系」)、クロメート処理液で処理したものを「Cr系処理」(又は単に「Cr系」)と称する。
バインダ樹脂として三菱ケミカル社製エポキシ樹脂「jER(登録商標)828」、三井化学社製ウレタン変性エポキシ樹脂「エポキー(登録商標)802-30CX」、及び東洋紡社製ポリエステル樹脂「バイロン(登録商標)300」を準備した。また、硬化剤として三菱ガス化学社製アミン「MXDA(メタキシレンジアミン)」、宇部興産社製「1,12-ドデカメチレンジアミン」、及び三井化学社製メラミン「ユーバン(登録商標)20SB」を準備した。次にこれら樹脂と硬化剤を以下のように混合した。
・エポキシ樹脂B:三菱ケミカル社製「jER(登録商標)828」100質量部に対して三菱ガス化学社製「MXDA(メタキシレンジアミン)」を30質量部添加して混合した。
・エポキシ樹脂C:三井化学社製「エポキー(登録商標)802-30CX」の固形分100質量部に対して三井化学社製「ユーバン(登録商標)20SB」を固形分で20質量部添加して混合した。
・ポリエステル樹脂:東洋紡社製「バイロン(登録商標)300」を溶剤であるシクロヘキサノンに30質量%溶解したものの固形分100質量部に対して三井化学社製「ユーバン(登録商標)20SB」を固形分で20質量部添加して混合した。
・Alドープ型酸化亜鉛:ハクステック社製導電性酸化亜鉛(Al-Doped ZnO)「23-K」、1次粒径120~250nm(カタログ値)を用いた。以降「Al-ZnO」と称する。
・金属亜鉛:試薬の亜鉛粒を、ふるいを用いて分級し平均粒径10μmとしたものを用いた。以降「Zn」と称する。
・フェロシリコン:丸紅テツゲン社製のフェロシリコンを粉砕機で微粒子状に粉砕し、ふるいを用いて分級し平均粒径3μm、9μm、47μm、98μmとしたものを用いた。以降「Fe-Si」と称す。
・フェロマンガン:丸紅テツゲン社製のフェロマンガンを粉砕機で微粒子状に粉砕し、ふるいを用いて分級し平均粒径3.5μmとしたものを用いた。以降、「Fe-Mn」と称す。
・ホウ化ジルコニウム:日本新金属社製「ZrB2-O」をふるいにて分級し、平均粒径2μmにしたものを用いた。以降、「ZrB2」と称する。
・ケイ化モリブデン:日本新金属社製「MoSi2-F」をふるいにて分級し、平均粒径3.5μmにしたものを用いた。以降、「MoSi2」と称する。
・ホウ化クロム:日本新金属社製「CrB2-O」をふるいにて分級し、平均粒径5μmにしたものを用いた。以降、「CrB2」と称する。
・ケイ化タングステン:日本新金属社製「B2-O」をふるいにて分級し、平均粒径2μmにしたものを用いた。以降、「WSi2」と称する。
・ニッケル:試薬のニッケル粉末を、ふるいを用いて分級し平均粒径5μmとしたものを用いた。以降「Ni」と称する。
・アルミナ:昭和電工社製細粒アルミナ「A-42-2」平均粒径(粒度分布中心径)4.7μm(カタログ値)を用いた。以降「アルミナ」と称する。
・酸化チタン:石原産業社製「タイペーク(登録商標)CR-95」、平均粒径0.28μm(カタログ値)を用いた。以降「TiO2」と称する。
・窒化アルミニウム:トクヤマ社製フィラー用窒化アルミニウム粉末、粒径2μm(カタログ値)を用いた。以降「AlN」と称する。
・導電性酸化チタン:石原産業社製Snドープ型酸化チタン「ET-500W」平均粒径2~3μm(カタログ値)を用いた。以降「導電Ti」と称する。
調製した皮膜層形成用塗布液を評価に必要なサイズに切断した金属部材の上にブレードコーターにて片面のみ、且つ、GFRPを貼り付ける部分のみ部分塗布し、到達板温が60秒で230℃となる条件で乾燥硬化させ、金属部材上に皮膜層用樹脂膜を得た。部分塗布は予めCFRPを貼り付ける部分以外をマスキングテープ(日東電工社製「ニトフロン(登録商標)テープ」を使用)にてマスキングした後に、皮膜層形成用塗布液を塗布し、乾燥焼付後にマスキングテープを剥がすことで行った。なお、各樹脂膜は、表3に記載の皮膜層の膜厚が得られるように、塗布液の塗布量を適宜変更した。
日本製鉄化学株式会社製ビスフェノールA型フェノキシ樹脂「フェノトートYP-50S」をオーブンで170℃、1分間加熱溶融して厚み20μmの樹脂シートを成形した。このフェノキシ樹脂シートとガラス強化繊維基材(日東紡社製ガラスクロス 厚み15μm~180μm)、又はアラミド繊維基材(前田工繊社製アラミド繊維シート 厚み30μm)とを交互に積層させて積層体を得た。この積層体を220℃に加熱したプレス機で3MPa、3分間プレスして樹脂を熱融着させ、表3記載の厚みのフェノキシ樹脂ガラス繊維強化樹脂形成用材料、フェノキシ樹脂アラミド繊維強化樹脂形成用材料を作製した。なお、ガラス繊維の繊維含有量は、ガラス強化繊維基材の厚みを調整することで変更した。
日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製ビスフェノールA型フェノキシ樹脂「フェノトートYP-50S」を粉砕、分級した平均粒子径D50が80μmである粉体を、炭素繊維からなる強化繊維基材(クロス材:東邦テナックス社製、IMS60)に、静電場において、電荷70kV、吹き付け空気圧0.32MPaの条件で粉体塗装を行った。その後、粉体塗装後の強化繊維基材を積層させ、この積層体を220℃に加熱したプレス機で3MPa、3分間プレスして樹脂を熱融着させ、厚み0.5mm、Vf(繊維体積含有率)60%のフェノキシ樹脂CFRP層形成用材料を作製した。なお、粉砕、分級したフェノキシ樹脂の平均粒子径は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置(マイクロトラックMT3300EX、日機装社製)により、体積基準で累積体積が50%となるときの粒子径を測定した。
次に皮膜層を積層した金属部材上に作製した絶縁層形成用材料及び作製したCFRP層形成用材料を順に重ね、250℃に加熱した平金型を有するプレス機で、3MPaで3分間プレスすることで表3に示すような複合材サンプルとしての金属-CFRP複合材料を作製した。なお、プレス前に絶縁層のCFRP層に対するはみ出し部の長さ(はみ出し量ともよぶ。第1の実施形態におけるX2に相当)が表3に記載の値になるように、適宜、絶縁層及びCFRP層のサイズを調整した。
[耐食性の評価]
巾70mm×長さ150mmの皮膜層を積層した金属部材の中央に、表3(表3-1、表3-2、および表3-3を合せて表3という。)に記載の量のはみ出し部を形成するような巾及び長さを有するGFRPと、巾50mm×長さ100mmCFRPとをプレスした複合サンプルを用いて、脱脂、表面調整、リン酸亜鉛処理を行った後に電着塗装を施した。脱脂は、日本パーカライジング社製脱脂剤(ファインクリーナーE6408)を用いて、60℃の条件で5分間浸漬して脱脂した。脱脂した複合サンプルの表面調整は、日本パーカライジング社製(プレパレンX)を用いて、40℃の条件で5分浸漬した。その後に日本パーカライジング社製リン酸亜鉛化成剤(パルボンドL3065)を用いて35℃の条件で3分間浸漬することで、リン酸亜鉛処理を行った。リン酸亜鉛処理を行った後は水洗して150℃雰囲気のオーブンで乾燥させた。その後、日本ペイント社製の電着塗料(パワーフロート1200)を15μm電着塗装し、170℃雰囲気のオーブンで20分焼き付けたものをサンプルとして用いた。
V字型の凹凸金型を用いて、金型を200℃に加熱した状態で熱間加工によるV字のプレス加工性を評価した。巾50mm×長さ50mmの皮膜層を積層した金属部材全面に非導電性繊維強化樹脂及びCFRPを貼りつけた複合材サンプルを用いて試験した。凹金型側をCFRP、凸金型側を金属材となるように金型に設置して、プレスを行った。なおV字型金型のV部の角度は90°の金型を用い、曲げ部のR(曲率半径)の異なる金型を使ったプレス加工をそれぞれ行い、CFRPが剥離しない限界Rを求めた。より小さい曲率半径でも剥離しない複合材ほどプレス成形性加工性に優れることを意味する。100mmR以下であれば実用上問題はない。好ましくは70mmR以下、50mmR以下、40mmR以下であるとよい。プレス加工後の断面を観察し、金属部材と非導電性繊維強化樹脂又はCFRPとの接着部分において、金属部材とCFRPとが接着部分全体に対して30%以上剥がれた場合を「剥離」とした。
10 金属部材
20 皮膜層
21 バインダ樹脂
22 導電性粒子
30 絶縁層
30a 絶縁層外縁(端部)
31 第1のマトリクス樹脂
32 非導電性繊維
33 中央部
34 端部領域
40 CFRP層
41 第2のマトリクス樹脂
42 炭素繊維
43 繊維強化樹脂層(CFRP層)外縁(端部)
45 CFRPプリプレグ
X2 両外縁の離隔距離(はみ出し部の長さ)
50 電着塗膜
90 水平台
91 反り測定用試料
101 貫通抵抗測定用試料
102 端子
103 金めっき
104 定電流電源
105 電圧計
110 金属部材
111 (従来技術)金属-繊維強化樹脂(CFRP)複合体
130 絶縁層
140 CFRP層
141 マトリクス樹脂
142 炭素繊維
Claims (11)
- 金属部材と、
前記金属部材の表面上の少なくとも一部に配置され、第1のマトリクス樹脂中に非導電性繊維を含む絶縁層と、
前記絶縁層の表面上の少なくとも一部に配置され、第2のマトリクス樹脂中に炭素繊維を含む繊維強化樹脂層とを備え、
前記金属部材の厚みが0.1mm以上4.0mm以下、
前記絶縁層の厚みが15μm以上700μm以下であり、
前記金属部材の表面を垂直上方から見たときに、前記絶縁層が存在する領域の内側に前記繊維強化樹脂層が位置し、前記繊維強化樹脂層の外縁と、前記絶縁層の外縁とが0.2mm以上離隔し、
前記金属-繊維強化樹脂複合体を厚み方向に切断した切断面において、前記繊維強化樹脂層中に、前記炭素繊維が面積率で30%以下である端部領域が存在する、金属-繊維強化樹脂複合体。 - 前記絶縁層が配置されていない前記金属部材の表面に電着塗膜をさらに備える、請求項1に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
- 前記絶縁層の厚みが20μm以上200μm以下である、請求項1または2に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
- 前記非導電性繊維が、前記絶縁層中に10体積%以上60体積%以下含まれる、請求項1~3のいずれか1項に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
- 前記非導電性繊維がガラス繊維及びアラミド繊維から選択される少なくとも1種を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
- 前記第1のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
- 前記第1のマトリクス樹脂がフェノキシ樹脂又はポリプロピレン樹脂を含む、請求項6に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
- 前記第2のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂を含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
- 前記第2のマトリクス樹脂がフェノキシ樹脂を含む、請求項8に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
- 前記絶縁層の前記金属部材側の界面には、前記炭素繊維が存在しない、請求項1~9のいずれか1項に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
- 前記金属部材は、鋼材、めっき鋼材、鉄系合金、アルミニウム、又は、アルミニウム合金である、請求項1~10のいずれか1項に記載の金属-繊維強化樹脂複合体。
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