JP7352164B2 - 複合体とその製造方法 - Google Patents
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(1)本発明は、第1部材と、第2部材と、該第1部材と該第2部材との間にある接合層とを有する複合体であって、該第2部材は、少なくとも該接合層側が繊維強化樹脂からなり、該接合層は、レピドクロサイト型層状チタン酸塩と樹脂を含む接合材からなり、該レピドクロサイト型層状チタン酸塩は、平均長さが15~50μm、平均厚みが1~10μmであり、該第2部材と該接合層は、該繊維強化樹脂と該接合材の接合界面を跨ぐ架橋繊維により補強されている複合体である。
本発明は複合体の製造方法としても把握され得る。複合体の製造方法は種々考えられる。その一例として、平均長さが15~50μmおよび平均厚みが1~10μmであるレピドクロサイト型層状チタン酸塩を樹脂中に含む接合材を付着させた第1部材の被接合面へ、溶融した繊維強化樹脂を接触させた後に該繊維強化樹脂を凝固させて、該繊維強化樹脂からなる第2部材を得る成形工程を備え、該第1部材と該第2部材が一体化した複合体を得る製造方法がある。
(1)本明細書でいう「第1」と「第2」は、説明の便宜上の呼称であり、各部材の形態(形状や大きさ等)や主従等とは関係ない。本明細書では、便宜上、接合層側に繊維強化樹脂を備える部材を第2部材とする。勿論、第1部材も、接合層側に繊維強化樹脂を備えてもよい。
レピドクロサイト型層状チタン酸塩(単に「層状チタン酸塩」または「チタン酸塩」ともいう。)は、ホスト層と金属イオン層とが交互に積層された結晶構造を有する。ホスト層は、TiにOが6配位した八面体(TiO6)が稜共有で2次元方向に連鎖した層状(面状)となっている。ホスト層は、Tiサイトの一部が空席になっており、ホスト層自体は負電荷を帯びている。ホスト層の負電荷は、隣接するホスト層間に存在する金属イオン層により補償され、レピドクロサイト型層状チタン酸塩全体は電気的に中性が保たれている。このように層状チタン酸塩は、多数の層状ホスト層が金属イオン層とのイオン結合により積層された状態となっている。
第1部材と第2部材を接合する接合層(中間層)は、主に接合材からなる。接合材は、樹脂と上述したレピドクロサイト型層状チタン酸塩が混在した組成物(混合物)からなる。接合材の樹脂(適宜「基体樹脂」ともいう。)は、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂である。
第2部材は、少なくとも接合層側(接合界面側)が繊維強化樹脂(FRP:Fiber Reinforced Plastics )からなる。繊維強化樹脂は、強化繊維の種類や形態(形状、大きさ)、樹脂の種類を問わない。
複合体の形態や用途等は問わない。複合体は、例えば、自動車や航空機等の各種部品や電子機器等に用いられる。但し、複合体は、解体時を除いて、湿潤環境で使用されない製品に適する。
表1に示す各試料に係る試験片を以下のように製作した。なお、試験片を構成する金属体、樹脂体およびそれらの接合層の各サイズは図1に示した通りである。
Al-Mg-Si系アルミニウム合金の展伸材(JIS A6061/Mg:0.8~1.2%、Si:0.4~0.8%、Cu:0.15~0.4%、Cr:0.04~0.35%、残部:Alと不純物/「%」は質量%を意味する。)からなる短冊状の板材を金属体とした。
金属体の被接合面に樹脂体を直接成形した試料D4を除く試料では、金属体の被接合面に、表1に示す接合材からなる接合層(厚さ15μm/目標値)を形成するため、次の処理を施した。
試料11~33および試料C4に示す無機化合物には、層状チタン酸塩(K0.8Ti1.73Li0.27O4)を用いた。この層状チタン酸塩は次のようにして製作した。
試料11~33および試料C1~C4で用いた樹脂系エマルジョンは、次のように調製した。先ず、基体樹脂を含む3種類のベースエマルジョンを用意した。表1に示した溶剤系アクリルエマルジョンには、アクリル樹脂を基体とする関西ペイント株式会社製KINO6500主剤を用いた。表1に示した水性ウレタンエマルジョンには、ウレタン樹脂を基体とするDIC株式会社製ハイドランWLS-210を用いた。
溶剤系アクリルエマルジョン:関西ペイント株式会社製KINO6500硬化剤 質量比で3:1
水性ウレタンエマルジョン :DIC株式会社製 DNW5000 10phr
水性アクリルエマルジョン :DIC株式会社製 DNW5000 10phr
樹脂体となる樹脂原料には、試料C4を除き、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)にガラス繊維(GF)が配合された繊維強化樹脂(東ソー株式会社製SGX120)を用いた。GF配合量は繊維強化樹脂全体に対して20質量%であった。試料C4には、強化繊維が未配合なPPS(東レ株式会社製A900)を用いた。
試料11~33および試料C1~C4は、樹脂系エマルジョンをアプリケーターで被接合面に塗布した金属体を、乾燥機で80℃×3分間加熱した(プレヒート工程)。いずれも接合層の厚さ(目標値)が15μmとなるようにした。
(1)引張試験
各試験片を用いて引張試験を行い、接合強度を測定した。引張試験は、ISO規格(ISO 19095)に準拠して、インストロン型万能試験機(Instron社製「INSTRON 5566」)を用いて、引張速度:10mm/minで行った。破断時の荷重を、試験片の初期断面(10mm×5mm)で除して求めたせん断強度(n=3:3回行った算術平均値)を、接合強度として表1に併せて示した。
引張試験用試験片とは別に用意した同様な試験片を用いて解体試験を行った。解体試験は、温水(60℃)に6時間浸漬した後の試験片の接合強度を、上述した引張試験と同様に測定して行った。こうして得られた解体試験後の接合強度も表1に併せて示した。
(1)無機化合物
試料11と試料C2、C3に係る複合体の接合層の縦断面(図1の上下方向の断面)を、それぞれ走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。得られたSEM像に基づいて、各接合層中の無機化合物の長さと厚みを測定した。測定領域は、各接合層の中央付近における視野(100μm×100μm)とした。各測定領域から無作為に抽出した50個の無機化合物について、それぞれ最大長と最大幅を測定した。それらの相加平均(算術平均)を、各無機化合物の平均長さおよび平均厚さとした。その結果は次の通りであった。
試料C2/Cs0.7Ti1.825O4 … 平均長さ10μm、平均厚さ3μm
試料C3/薄片状チタン酸塩 … 平均長さ20μm、平均厚さ10nm
試料11係る接合層の断面をX線により観察したCT(Computed Tomography)画像を図2に示した。図2には、その接合層の一部を拡大した写真も併せて示した。観察した接合層は、引張試験後(解体試験前)のものであるため、図2に金属体は現れていない。
表1から明らかなように、接合層が基体樹脂と層状チタン酸塩が混合(複合)された接合材からなる試料11~33では、相応な接合強度と優れた易解体性の両立が確認された。
試料11~33と試料C1~C4との比較からわかるように、接合材が基体樹脂と共に所定の層状チタン酸塩を含み、かつ、樹脂体が繊維強化樹脂からなる場合に、易解体性と接合強度を両立できることがわかった。易解体性は、接合層が水に接触し、層状チタン酸塩が吸湿(吸水)、膨潤等して発現されると考えられる。
Claims (8)
- 第1部材と、第2部材と、該第1部材と該第2部材との間にある接合層とを有する複合体であって、
該第2部材は、少なくとも該接合層側が繊維強化樹脂からなり、
該接合層は、レピドクロサイト型層状チタン酸塩と樹脂を含む接合材からなり、
該レピドクロサイト型層状チタン酸塩は、平均長さが15~50μm、平均厚みが1~10μmであり、
該接合材は、アクリル樹脂またはウレタン樹脂を含むと共に、該レピドクロサイト型層状チタン酸塩を3~50phr含み、
該第2部材と該接合層は、該繊維強化樹脂と該接合材の接合界面を跨ぐ架橋繊維により補強されている複合体。 - 前記架橋繊維は、前記繊維強化樹脂中の一部の繊維が前記接合材へ延出してなる請求項1に記載の複合体。
- 前記レピドクロサイト型層状チタン酸塩は、AxTi2-x/3Lix/3O4(AはK、Rb、Csの一種以上、0.5≦x≦1)である請求項1または2に記載の複合体。
- 前記AはKであると共に0.6≦x≦0.9である請求項3に記載の複合体。
- 水との接触により解体する請求項1~4のいずれかに記載の複合体。
- 前記第1部材は、少なくとも該接合層側が金属からなる請求項1~5のいずれかに記載の複合体。
- 平均長さが15~50μmおよび平均厚みが1~10μmであるレピドクロサイト型層状チタン酸塩を樹脂中に含む接合材を付着させた第1部材の被接合面へ、溶融した繊維強化樹脂を接触させた後に該繊維強化樹脂を凝固させて、該繊維強化樹脂からなる第2部材を得る成形工程を備え、
該接合材は、アクリル樹脂またはウレタン樹脂を含むと共に、該レピドクロサイト型層状チタン酸塩を3~50phr含み、
該第1部材と該第2部材が一体化した複合体を得る製造方法。 - 前記接合材は、前記第1部材の被接合面に、前記レピドクロサイト型層状チタン酸塩を含む樹脂系エマルジョンを塗布して乾燥させた塗布層からなる請求項7に記載の複合体の製造方法。
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