JPH03150155A - アルミニウムと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） 本発明は、アルミニウム形材の表面に炭素繊維強化プラ
スチック（以下ＣＦＲＰ−ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ　　
ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　　ｐｌａｓ−ｔｉｃｓ−と称す
る、）またはフラミド繊維強化プラスチック（以下、Ｋ
ＦＲＰ−ｋｅｖｌａｒ（商品名）ｆｉｂｅｒ　　ｒｅｉ
ｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓｔｉｃｓ−と称する、）を被着
したアルミニウムと繊維強化プラスチックとの複合材の
無加圧硬化熱処理による製造方法に関するものである。 （従来の技術） ＣＦＲＰは、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル
樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂。 フェノール樹脂等の熱硬化性マトリックス樹脂を炭素繊
維によって補強した複合材料であり、比強度、比弾性が
極めて高く、耐疲労性にも優れるため、スポーツｍ品な
どから［Ｉ動車、船舶、航空機の内装・外装材、さらに
は構造材にまでも適用が進められている。また。上記の
他にも、繊維方向には熱膨張率が小さく、寸法安定性が
良い、電気伝導度、電波シールド性がある。耐食性、１
１薬品性が良い、Ｘ線の透過性がよい、振動減衰性が良
い、摩擦係数が小さく摺動性が良いなど数多くの優れた
特性を備えている。 一方、ＫＦＲＰは、不飽和ポリエステル樹脂。 ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フエノール樹脂等
の熱硬化性マトリックス樹脂をアラミド繊維（芳香族ポ
リアミド繊Ｍ）によって補強した複合材であり、比強度
、比弾性が極めて高く、耐疲労性にも優れるため、スポ
ーツ用品、作χ用安全衣、プリント基板、タイヤコード
、ロープ、さらには航空機の構造部材、内装材など産業
用および一般汎用分野に輻広く利用される。 このようなＣＦＲＰまたはＫＦＲＰとアルミニウム押出
形材とを複合化することにより、アルミニウム押出形材
の比強度、比弾性、疲労特性等が大幅に改善され、軽く
て強い複合材が得られるものと考えられ、例えば建築用
材料に適用することができるならば、軽くて大きな開口
面積を持った窓などを作ることが可能となる。 このようなアルミニウム形材（異型材）とＣＦＲＰまた
はＫＦＲＰとの複合材は未だ実用化されておらず、その
製造方法も確立されていない。 現在一般的に行なわれている金属とＣＦＲＰまたはＫＦ
ＲＰとの複合材の製造方法は、金属と炭素繊維またはフ
ラミド繊維プリプレグとを貼り合わせた後マトリフクス
樹脂を加熱硬化させる工程を必要とし、その際、ＣＦＲ
ＰまたはＫＦＲＰが金属からはがれることを防止するた
め、貼り合わせた複合材をパラグに挿入し中の空気を抜
いて減圧し、さらにそれをオートクレーブ中で加圧しな
がら加熱硬化させている。 なお、炭素繊維プリプレグは、炭素繊維のストランド、
多本数の炭素繊維を平行に引き揃えたシート状物、ある
いは布状、ひも状に織った炭素繊維の織物などに熱硬化
性のマトリックス樹脂を含侵させたＣＦＲＰの成形素材
であって、硬化温度に加熱することにより使用可能なＣ
ＦＲＰとなる。 同様（アラミドｉａｓプリプレグは、アルミド繊誰のス
トランド、多本数のアラミド繊維を平行に引き揃えたシ
ート状物、あるいは布状、ひも状に織ったアラミド繊維
の織物などに熱硬化性のマトリックス樹脂を含侵させた
ＫＦＲＰの成形素材であって、硬化温度に加熱すること
により使用可能なＫＦＲＰとなる。 （発明が解決しようとする７１１１１）しかしながら、
上記の一般的な金属とＣＦＲＰまたはＫＦＲＰとの複合
材の製造方法では、オートクレーブといった専用設備が
必要となり、しかもバッグに挿入減圧するため板、円筒
など単純形状にしか対応出来ないといった倒題点を有す
る。 したがって、上記製造方法によって、形状が複雑でしか
も寸法・形状の品種が多いアルミニウム押出形材とＣＦ
ＲＰまたはＫＦＲＰとの複合材を製造することは不可能
であり、たとえ単純形状のものでも工程が複雑になり製
造コストが極めて高いものとなる。 （発明の目的） 本発明は、上記のようなアルミニウム押出形材とＣＦＲ
ＰまたはＫＦＲＰとの複合材の製造上の課題に若口して
なされたものであって、特殊な加圧装置を必要とせず、
種々の形状のアルミニウムとＣＦＲＰまたはＫＦＲＰと
の複合材を安価に製造することのできる製造方法を提供
することを目的としている。

【発明の構成】

　（！！Ｉ題を解決するための手段） 本発明に係わるアルミニウムと繊維強化プラスチックと
の複合材の製造方法は、アルマイト処理を施したのちの
ＡｌｌまたはＡｌ合金基材の表面に半封孔処理を施し、
次いで炭素繊維またはフルミド繊＃（必要に応じて、ガ
ラス繊維等の他の強化繊維を併用したものも含む、）プ
リプレグの加熱硬化の際に発生する変形力よりも大きな
接着力を有する常温硬化型接着剤を前記半封孔処理体お
よび炭素繊維またはアラミド繊維プリプレグの少なくと
も一方の表面に塗布したのち前記半封孔処理体の全面ま
たは強度の向上が必要な部分のみで前記両者を貼り合す
せ、常温で炭素繊維またはフラミド繊維プリプレグをは
がすことなくそのままの状態！硬化させ、その後前記炭
素繊維またはアラミド繊維プリプレグを無加圧で熱硬化
させる構成としたことを特徴としているものであり、こ
のようなアルミニウムと繊維強化プラスチックとの複合
材の製造方法の構成を前述したａ題を解決するための手
段としたことを特徴としている。 上記！ｌｌＩ造方法においては、まず公知の手段により
ＡｔまたはＡ１合金からなる基材の表面にアルマイト処
理（陽極酸化皮膜処理）を施した後、半刃孔第理を施す
、すなわち、通常のアルマイト処理においては、アルマ
イト処理後に処理表面を熱水で煮沸したり、熱水蒸気に
さらしたりする封孔処理を行い、前記皮膜を水和、膨潤
させることによって当該酸化皮膜の細孔なふさぐ処理を
行うが、本発明に係わる複合材の製造方法においては完
全に刃孔することなく、未月孔のまま残存させた状態と
する半封孔処理を施す、これにより、当該アルミニウム
基材と接着剤との密着性が向上し、接着力を大幅に高め
ることができる。なお。 この半封孔処理は従来から工業的に行われている湯洗処
理が望ましいが、煮沸処理や水蒸気処理を極〈短時間だ
け実施してもよい。 第１表は、アルミニウム基材と接着剤層との間の接着力
に及ぼす荊記基材表面状態の影響を速硬性の常温硬化型
のアクリル系ｍＲ剤を用いて調査した結果の一例を示す
もので、アルマイト処理を施した後８０℃ＸＩＯ分の湯
洗処理によって半封孔処理を施した場合には１．９ｋｇ
／２５ｍｍのかなり大きな初期接着力を示し、アルマイ
ト処理後水蒸気による４気圧Ｘ３０分の封孔処理を施し
た場合やアルマイト処理後塗装を行った場合とくらべ２
〜３倍の接着力が得られている。 なお、初期接着力とは接着剤の能力を第１図に示す２５
　ｍ　ｍ幅の炭素繊維プリプレグ（またはアルミド繊維
プリプレグ）１に接着剤を約５０ｊＬｍの厚さに塗布し
、１分後に同じ（２５ｍｍ輻のアルミニウム基材２にロ
ーラーを用いて貼り合わせ、５分経過後に同じく第１図
に矢印で示すように１８０°方向に引張ることによって
前記プリプレグを引き剥がしたときの引張荷重て表わし
たものであり、接着剤の性能を簡便に評価することがで
きるものである。 フー′ 次に、アルマイト処理を施すことによってアルマイト層
を形成させたのち、半封孔処理を施した荊記半刃孔処理
体および炭素繊維またはアラミド繊維（必要に応じて、
ガラス繊維等の他の強化繊維を併用したものを含む、）
プリプレグの少なくとも一方の表面に速硬性の常温硬化
型の接着剤を塗布し、前記炭素繊維またはアラミド繊維
プリプレグを前記半封孔処理体の全面または強度の向上
が必要な部分のみで前記両者を貼り合わせる。この炭素
繊維またはフラミド繊維プリプレグは、前述のように、
炭素繊維またはアラミド繊維を一方向に引き揃えたもの
や、布状、ひも状あるいはガラス繊維を混ぜたものなど
、炭素繊維またはアラミド繊維の形態に種々のものがあ
り、硬化時の変形挙動はこれらプリプレグの組織、サイ
ズ、繊維密度などによってそれぞれ異なっている。した
がって、＠定接着剤は、使用する炭素繊維またはアラミ
ド繊維プリプレグの硬化の際に発生する変形力を把握し
て、それよりも接着力の大きなものを選択することが必
要である。 このとき、前記接着剤は、前記プリプレグをアルミニウ
ム基材にしっかりと接若させる作用を有する。 なお、炭素繊維またはアラミド繊維プリプレグの硬化の
際における変形力やその温度における接着剤の接着力を
定着的に把握することは、実際には極めて困難であるの
で、接着剤によってアルミニウム基材表面に貼り合わせ
たプリプレグを加熱硬化させ、その時のはがれの有無を
実験的に確認することによって、前記プリプレグがはが
れないための接着剤の接着力を例えば前述の初期接着力
で把握する方法が簡便かつ現実的な方法と考えられる。 また。現在市販されている５票ｍｍまたはアラミド繊維
プリプレグのマトリックス樹脂は大部分がエポキシ樹脂
であり、その硬化温度は１３０℃と１８０℃との２種類
のものがあるが、本発明に係わるアルミニウムと繊維強
化プラスチックとの複合材のｇＪｌ造方法においては、
使用する常温硬化１１１１接着剤の高温強度の観点から
１３０℃硬化タイプのものが望ましい。 常温において前記接着剤が硬化し、アルミニウム基材と
炭素繊維またはアラミド繊維プリプレグとが接合された
ら、次に、前記プリプレグと一体化されたアルミニウム
基材を炭素繊維またはアラミド繊維プリプレグのマトリ
ックス樹脂の硬化温度である例えば１３０℃に加熱し、
前記マトリックス樹脂を硬化させる。 このとき、前記接着剤は、十分な接着力を有したもので
あるから、硬化に伴う前記プリプレグの変形に抗して、
アルミニウム基材との接合状態を保持するため炭素繊維
またはアラミド繊維プリプレグがアルミニウム基材から
はがれることはなく、特殊な加圧装置を用いることなく
、シかもアルミニウム押出形材の形状に制約されること
なく、安価にアルミニウムと繊維強化プラスチックとの
複合材を製造することができる。 （作用） また。本発明に係わるアルミニウムと繊維強化プラスチ
ックとの複合材の製造方法においては。 アルマイト処理を施したのちに、半封孔処理を施すこと
によって、炭素繊維またはアラミド繊維プリプレグをア
ルミニウム基材に貼り合わせる接着剤の接着力を高める
と共に、前記プリプレグの硬化時の変形力を上まわる接
着力を有する速硬性の常温硬化型接着剤によって当該プ
リプレグをアルミニウム基材に貼り合わせた後、前記プ
リプレグを加熱硬化するようにしたことにより、硬化時
の炭素繊維またはアラミド繊維プリプレグの変形を前記
常温硬化型接着剤が防止するため、加熱硬化に際して加
圧しなくても前記炭素繊維またはアラミド繊維プリプレ
グがアルミニウム基材からはがれることはない。 （実施例） 裏亀負ユ 第２表のＡ−Ｄに示すマトリックス樹脂としてエポキシ
樹脂を用いた１３０℃硬化タイプの各種炭素繊維プリプ
レグの表面に第３表に示す速硬性の常温硬化型の各種接
着剤をそれぞれ約５０３ｉ、ｍの厚さに塗布し、１分後
に同じく第３表に示す各種表面状態の２０Ｘ５０ｍｍの
アルミニウム角パイプ形材の全表面にローラーを用いて
貼り合わせた。 次いで、２４時間経過後プリプレグを貼り合わせた前記
角パイプを１３０℃に加熱することによって前記炭稟繊
維プリプレグを硬化させ、第３表に示す本発明実施例１
〜８および比較例１〜４のアルミニウム押出形材とＣＦ
ＲＰとの複合材をｔ−ｓ　た。 そして、アルミニウム押出形材からの前記ＣＦＲＰのは
がれ状況を１５１察した。 なお、各接若剤の初期接着力は、前記アルミニウム形材
と同様の処理を施したアルミニウム基材を用いて第１図
に示した１８０°方向の剥離試験によって求めたもので
ある。 ７７′ その結果は、同じく第３表に示すとおりであって、アル
マイト層を形成させた後、半刃孔処理を施し、かつそれ
ぞれの炭素繊維プリプレグの変形力に応じた接着力を備
えた速硬性の常温硬化型接着剤を用いた本発明方法によ
って製造したアルミニウムとＣＦＲＰとの複合材である
実施例１〜８では、加熱硬化後もＣＦＲＰがはがれなか
った。 これに対して、アルマイト処理を施していない形材に最
も変形力の大きい炭素繊維プリプレグＡを貼り合わせた
比較例１では接着力の最も大きなアクリル系接着剤を使
用したにもかかわず、形材の表面状態が原因で接着力が
低下し、加熱硬化後にＣＦＲＰがはがれる結果となった
。 また、硬化時の変形力が大きい炭素繊維プリプレグＡを
接着力が小さいウレタン系およびエポキシ系接着剤によ
って貼り合わせた比較例２および３では、アルマイト層
を設けかつ半月孔処理を施した形材を用いた場合でもＣ
ＦＲＰのはがれが発生した。 さらに、アルマイト処理後完全な對孔処理を行った比較
例４においても、アクリル系接着剤の実質的な接着力が
低下することにより、加熱硬化後にＣＦＲＰが剥離する
結果となった。 夾ム班名 第２表のＥ、Ｆに示す１３０℃硬化タイプの各種フラミ
ド繊誰プリプレグの表面に第４表に示す速硬性の常温硬
化型の各種接着剤（第３表と第４表に記載した接着剤は
同系同一の物を使用）を約５０＃Ｌｍの厚さに塗布し、
１分後に同じく第４表に示す各種表面状態の２０Ｘ５Ｇ
ｍｍのアルミニウム角パイプ形材の全表面にローラーを
用いて貼り合わせた。 次いで、２４時間経過後プリプレグを貼り合わせた前記
角パイプを１３０℃に加熱することによって前記アラミ
ド繊維プリプレグを硬化させ、第４表に示す本発明実施
例９〜１２および比較例５〜Ｂのアルミニウム押出形材
とにＦＲＰとの複合材を得た。 そして、アルミニウム押出形材からの前記ＫＦＲＰのは
がれ状況を観察した。 なお、各接着剤の初期接着力は、前記アルミニウム形材
と同様の処理を施したアルミニウム基材を用いて第１図
に示した１８０方向の剥離試験によって求めたものであ
る。 その結果は、同じく第４表に示すとおりであって、アル
マイト層を形成させた後、半封孔処理を施し、かつそれ
ぞれのアラミド繊維プリプレグの変形力に応じた接着力
を備えた速硬性の常温硬化型接着剤を用いた本発明方法
によって製造したアルミニウムとにＦＲＰとの複合材で
ある実施例９〜１２では、加熱硬化後もにＦＲＰがはが
れなかった。 これに対して、アルマイト処理を施していない形材に変
形力の大きいフラミド繊維プリプレグＥを貼り合わせた
比較例５では接着力の大きなアクリル系接着剤を使川し
たにもかかわず、形材の表面状態が原因で接着力が低下
し、加熱硬化後にＫＦＲＰがはがれる結果となった。 さらに、ｋＩ！死時の変形力が大きいアラミド繊維プリ
プレグＥを接着力が小さいウレタン系およびエポキシ系
接着剤によって貼り合わせた比較例６および７では、ア
ルマイト層を設けかつ半封孔処理を施した形材を用いた
場合でもにＦＲＰのはがれが発生した。 さらにまた。アルマイト処理後完全な封孔処理を行った
比較例８においても、アクリル系接着剤の実質的な接着
力が低下することにより。 加熱硬化後にＫＦＲＰが剥離する結果となった。

【発明の効果】

以上説明したように、本発明に係わるアルミニウムと繊
維強化プラスチックとの複合材の製造方法は、アルマイ
ト処理を施したのちのＡＩまたはＡｌ合金基材の表面に
半封孔処理を施し、次いで炭素繊維またはアラミド繊維
プリプレグの硬化の際に発生する変形力よりも大きな接
着力を有する常温硬化型接着剤を前記半封孔処理体およ
び炭素繊維またはアラミド繊維プリプレグの少なくとも
一方の表面に塗布したのち前記半封孔処理体の全面また
は強度の向上が必要な部分のみで前記両者を貼り合わせ
、常温で炭素繊維またはアラミド繊維プリプレグをはが
すことなくそのままの状態で硬化させ、その後前記炭素
繊維またはアラミド繊維プリプレグを無加圧で熱硬化さ
せる構成としたものであるから、硬化に際して特殊な加
圧装置をいっさい必要とせず、しかも種々の形状のアル
ミニウム押出形材に対応でき、前記アルミニウムと繊維
強化プラスチックとの複合材を簡便かつ安価に製造する
ことができるという極めて優れた効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は接着剤の初期接着力を測足する１８０°方向の
剥離試験方法を示す説明図である。 １・・・炭素繊維プリプレグ（またはアラミド繊維プリ
プレグ）。 ２・・・アルミニウム基材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルマイト処理を施したのちのＡｌまたはＡｌ合
   金基材の表面に半封孔処理を施し、次いで炭素繊維プリ
   プレグの硬化の際に発生する変形力よりも大きな接着力
   を有する常温硬化型接着剤を前記半封孔処理体および炭
   素繊維プリプレグの少なくとも一方の表面に塗布したの
   ち前記半封孔処理体の全面または強度の向上が必要な部
   分のみで前記両者を貼り合わせ、常温で炭素繊維プリプ
   レグをはがすことなくそのままの状態で硬化させ、その
   後前記炭素繊維プリプレグを無加圧で熱硬化させること
   を特徴とするアルミニウムと繊維強化プラスチックとの
   複合材の製造方法。
2. （２）請求項１記載のアルミニウムと繊維強化プラスチ
   ックとの複合材の製造方法において、炭素繊維プリプレ
   グの代りにアラミド繊維プリプレグを用いることを特徴
   とするアルミニウムと繊維強化プラスチックとの複合材
   の製造方法。