接合構(gòu)件的制造方法和接合構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】提供一種接合構(gòu)件的制造方法，在該接合構(gòu)件中，包含熱塑性樹脂作為基質(zhì)的碳纖維復(fù)合材料與金屬堅(jiān)固地接合。一種接合構(gòu)件的制造方法，該接合構(gòu)件通過將包含熱塑性樹脂作為基質(zhì)的碳纖維復(fù)合材料與金屬相接合而獲得，該方法包括：在接合部處的金屬表面上形成深度為0.02至0.6mm的凹凸形狀的步驟(i)；在金屬表面與復(fù)合材料表面之間的接合部處設(shè)置厚度在5μm以上且5mm以下的范圍內(nèi)的熱塑性樹脂層的步驟(ii)；以及通過加熱接合部來熔化熱塑性樹脂層從而將金屬與復(fù)合材料合并為一體的步驟(iii)。
【專利說明】接合構(gòu)件的制造方法和接合構(gòu)件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熱塑性碳纖維復(fù)合材料與金屬的接合構(gòu)件的制造方法，以及利用該方 法獲得的接合構(gòu)件。

【背景技術(shù)】
[0002] 具有高比強(qiáng)度和比剛度的碳纖維復(fù)合材料是輕量的，使得作為各種領(lǐng)域中的極其 優(yōu)異的材料，一直受到人們的重視。迄今為止，在將使用熱固性樹脂作為基質(zhì)的熱固性碳纖 維復(fù)合材料接合到不同種類的材料、尤其是金屬的接合中，已經(jīng)采用了作為機(jī)械接合的使 用螺栓和螺母、或鉚釘?shù)鹊慕雍?，或使用粘合劑的接合。利用螺栓或螺母等的機(jī)械接合一般 會(huì)導(dǎo)致重量增加，而且特別是，存在以下顧慮：在復(fù)合材料中，應(yīng)力在接合點(diǎn)集中，并且在最 壞的情況下，破裂從最初的應(yīng)力集中點(diǎn)開始連續(xù)進(jìn)行。在使用粘合劑的接合中，為確保強(qiáng) 度，一般需要確保粘合劑層具有一定的厚度。特別是，在接合大尺寸構(gòu)件的情況下，需要相 當(dāng)大的量的粘合劑。結(jié)果，存在獲得的構(gòu)件的重量大幅增加的情況。此外，還存在僅利用粘 合劑無法使其接合強(qiáng)度總是足夠的問題。另外，在利用粘合劑的接合中，由于直到由接合獲 得實(shí)際接合強(qiáng)度一般需要很長時(shí)間，所以必需考慮接合之后的老化步驟。
[0003] 另一方面，在使用熱塑性樹脂作為基質(zhì)的碳纖維復(fù)合材料（以下有時(shí)稱作"熱塑 性碳纖維復(fù)合材料"或簡稱為"復(fù)合材料"）中，通過在熱塑性樹脂相容的范圍內(nèi)進(jìn)行焊接 而將材料相互接合，并且能夠預(yù)期可與基質(zhì)樹脂的接合體相比的接合強(qiáng)度。然而，即使在熱 塑性碳纖維復(fù)合材料的情況下也存在許多難以通過焊接（融合）將基質(zhì)樹脂接合到金屬的 情況。
[0004] 為了將熱塑性碳纖維復(fù)合材料焊接到金屬，需要被用作基質(zhì)的熱塑性樹脂自身能 夠被焊接到金屬。專利文獻(xiàn)1描述了通過焊接來接合金屬和樹脂。具體而言，描述了二者 由于通過將樹脂注塑成型至表面形成為細(xì)微孔隙的鋁材料的錨效應(yīng)而能夠被接合。此外， 專利文獻(xiàn)2至6描述了通過對(duì)金屬表面施加一定的處理而將樹脂與金屬接合。
[0005] 此外，關(guān)于包含熱固性樹脂作為基質(zhì)的熱固性碳纖維復(fù)合材料，專利文獻(xiàn)7描述 了利用布置與金屬和復(fù)合材料二者具有親和性的中間樹脂層的接合方法。
[0006] 引用列表
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn) I JP-A-2003-103563
[0009] 專利文獻(xiàn) 2 JP-B-5-51671
[0010] 專利文獻(xiàn) 3:W〇2〇〇9/l57445
[0011] 專利文獻(xiàn) 4 :W02007/072603
[0012] 專利文獻(xiàn) 5 JP-A-2Oll-23557O
[0013] 專利文獻(xiàn) 6 :W02012/074083
[0014] 專利文獻(xiàn) 7 JP-A-2006-297927


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明要解決的問題
[0016] 包含熱塑性樹脂作為基質(zhì)的熱塑性碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)在于當(dāng)施加熱量時(shí)其 形狀易于改變。因此，與包含熱固性樹脂作為基質(zhì)的熱固性碳纖維復(fù)合材料相比，能夠在極 短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行注塑成型或壓制成型。因此，如果能夠?qū)⒆鳛榛|(zhì)的熱塑性樹脂用于在熱 塑性碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行接合，據(jù)認(rèn)為通過在模具中熱壓焊接能夠極其容易且極其有效地 獲得碳纖維復(fù)合材料與金屬的接合，并且還能夠同時(shí)執(zhí)行接合構(gòu)件的成型。
[0017] 然而，即使當(dāng)通過如專利文獻(xiàn)2和3所述的熱塑性樹脂與金屬的接合方法來嘗試 獲得熱塑性碳纖維復(fù)合材料的接合時(shí)，在熱塑性碳纖維復(fù)合材料中，作為基質(zhì)的熱塑性樹 脂也處于"滲透入"碳纖維束的狀態(tài)下。因此，樹脂并非總是均勻地存在于材料的表面上， 并且在某些情況下，在熱塑性樹脂中存在"缺陷"部分，使得存在無法展現(xiàn)出足夠的接合強(qiáng) 度且結(jié)合強(qiáng)度表現(xiàn)出極大變化的顧慮。此外，碳纖維導(dǎo)致所謂的對(duì)金屬的電解腐蝕。因此， 當(dāng)碳纖維與金屬在基質(zhì)樹脂中缺陷部分中產(chǎn)生接觸時(shí)，該接觸導(dǎo)致金屬的腐蝕。
[0018] 本發(fā)明的主要目的是提供一種熱塑性碳纖維復(fù)合材料與金屬堅(jiān)固地接合的接合 構(gòu)件的制造方法。
[0019] 解決問題的技術(shù)方案
[0020] 作為對(duì)用于獲得熱塑性碳纖維復(fù)合材料與金屬之間的堅(jiān)固接合的方法進(jìn)行廣泛 研究的結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在復(fù)合材料待接合于其上的金屬表面部分上形成具 有特定深度的凹凸形狀、以特定厚度在這樣的金屬表面部與復(fù)合材料之間設(shè)置熱塑性樹脂 層、并且通過加熱包含熱塑性樹脂層的接合部來熔化構(gòu)成熱塑性樹脂層和熱塑性碳纖維復(fù) 合材料的熱塑性樹脂的一部分從而使金屬緊密地粘附并接合到復(fù)合材料，能夠?qū)⒔饘倥c復(fù) 合材料緊密地粘附并堅(jiān)固且穩(wěn)定地接合，并由此完成了本發(fā)明。
[0021] 即，本發(fā)明涉及一種接合構(gòu)件的制造方法，該接合構(gòu)件通過將包含熱塑性樹脂作 為基質(zhì)的碳纖維復(fù)合材料與金屬接合而獲得，該方法包括：
[0022] 在接合部處的金屬表面上形成深度為0. 02至0. 6mm的凹凸形狀的步驟（i);
[0023] 在金屬與復(fù)合材料之間的接合部處設(shè)置厚度在5μπι以上且5mm以下的范圍內(nèi)的 熱塑性樹脂層的步驟（ii);以及
[0024] 通過加熱接合部來熔化熱塑性樹脂層從而堅(jiān)固地接合金屬與復(fù)合材料的步驟 (iii)。
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，通過簡單的方法能夠使熱塑性碳纖維復(fù)合材料與金屬堅(jiān)固且穩(wěn)定地 接合。此外，通過碳纖維復(fù)合材料與金屬通過熱塑性樹脂相接合，能夠同時(shí)防止由碳纖維所 導(dǎo)致的電解腐蝕。因此，在短時(shí)間內(nèi)能夠獲得碳纖維復(fù)合材料與金屬的接合構(gòu)件。
[0027] 此外，能夠在相同的模具中同時(shí)或連續(xù)地執(zhí)行接合和成型。因此，當(dāng)接合與成型同 時(shí)或連續(xù)地執(zhí)行時(shí)，變得能夠在短時(shí)間內(nèi)以更少的步驟獲得具有被成型為所期望的形狀的 碳纖維復(fù)合材料與金屬的接合體（金屬復(fù)合成型體）。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1是示出本發(fā)明的接合構(gòu)件的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖（截面圖）。
[0029] 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例6中的帽的示意圖。
[0030] 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例6中獲得的盤接合帽材料的示意圖。
[0031] 參考標(biāo)記列表
[0032] 1.熱塑性碳纖維復(fù)合材料
[0033] 2.熱塑性樹脂層
[0034] 3.金屬表面凹凸部
[0035] 4.金屬

【具體實(shí)施方式】
[0036] 本發(fā)明涉及一種用于通過將包含熱塑性樹脂作為基質(zhì)的碳纖維復(fù)合材料（熱塑 性碳纖維復(fù)合材料）與金屬進(jìn)行接合而獲得的接合構(gòu)件的制造方法，該方法包括：
[0037] 在接合部處的金屬表面上形成深度為0. 02至0. 6mm的凹凸形狀的步驟（i);
[0038] 在金屬與碳纖維復(fù)合材料之間的接合部處設(shè)置厚度在5μπι以上且5mm以下的范 圍內(nèi)的熱塑性樹脂層的步驟（ii);以及
[0039] 通過加熱接合部來熔化熱塑性樹脂層從而堅(jiān)固地接合金屬與復(fù)合材料的步驟 (iii)。
[0040] [熱塑性碳纖維復(fù)合材料]
[0041] 本發(fā)明的用于接合金屬的熱塑性碳纖維復(fù)合材料是使用熱塑性樹脂作為基質(zhì)并 且在這樣的基質(zhì)中包含碳纖維作為增強(qiáng)纖維的復(fù)合材料。
[0042] 此處，以100重量份碳纖維計(jì)，熱塑性碳纖維復(fù)合材料優(yōu)選地包含50至1，000重 量份的量的熱塑性樹脂。更優(yōu)選地，以100重量份碳纖維計(jì)，熱塑性樹脂的量為50至400 重量份。還更優(yōu)選地，以100重量份碳纖維計(jì)，熱塑性樹脂的量為50至100重量份。當(dāng)以 100重量份碳纖維計(jì)，熱塑性樹脂的量為50重量份以上時(shí)，從基質(zhì)樹脂露出的干燥碳纖維 不易于增加，所以該情況是優(yōu)選的。此外，當(dāng)以100重量份碳纖維計(jì)，所包含的熱塑性樹脂 的量為1，〇〇〇重量份以下時(shí)，所包含的碳纖維的量是適當(dāng)?shù)牟⑶易鳛榻Y(jié)構(gòu)材料是適合的， 所以該情況是優(yōu)選的。
[0043] 熱塑性樹脂的實(shí)例包括聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚苯醚、改性聚苯 醚、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯 乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、AS樹脂和ABS樹脂。尤其是，從成本與性能之間的平衡的角度， 優(yōu)選的是選自由聚酰胺、聚丙烯、聚碳酸酯和聚苯硫醚所組成的組中的至少一種。
[0044] 此外，作為聚酰胺（有時(shí)簡稱為"PA"，有時(shí)也被稱作作為別名的"尼龍"），優(yōu)選的 是選自由下列所組成的組中的至少一種：PA6(被稱作聚己酰胺或聚己內(nèi)酰胺，更準(zhǔn)確地， 被稱作聚ε -己內(nèi)酰胺）、PA26(聚乙二酰乙二胺）、PA46(聚己二酰丁二胺）、PA66(聚己二 酰己二胺）、PA69(聚壬二酰已二胺）、PA610(聚癸二酰已二胺）、PA611(聚^^一烷二酰己 二胺）、PA612(聚十二烷二酰己二胺）、PA11 (聚i^一酰胺）、PA12(十二酰胺）、PA1212(聚 十二烷二酰十二烷二胺）、PA6T (聚亞己基對(duì)苯二甲酰胺）、PA6I (聚亞己基間苯二甲酰胺）、 PA912 (聚十二烷二酰壬二胺）、PA1012 (聚十二烷二酰癸二胺）、PA9T (聚亞壬基對(duì)苯二酰 胺）、PA9I (聚亞壬基間苯二甲酰胺）、PAlOT (聚亞癸基對(duì)苯二甲酰胺）、PAlOI (聚亞癸基 間苯二甲酰胺）、PA11T(聚亞十一烷基對(duì)苯二甲酰胺）、PAllI (聚亞十一烷基間苯二甲酰 胺）、PA12T (聚亞十二烷基對(duì)苯二甲酰胺）、PA12I (聚亞十二烷基間苯二甲酰胺）以及聚酰 胺MXD6 (聚己二酰間苯二胺）。
[0045] 根據(jù)需要，這些熱塑性樹脂可以包含諸如穩(wěn)定劑、阻燃劑、顏料和填充劑的添加 劑。
[0046] (碳纖維）
[0047] 對(duì)熱塑性碳纖維復(fù)合材料中的碳纖維的形式?jīng)]有特別限制，并且碳纖維可以是不 連續(xù)（非連續(xù)）纖維或連續(xù)纖維。在連續(xù)纖維的情況下，碳纖維可以是機(jī)織物的形式，并且 可以是碳纖維單向排列的片材的形式，例如，連續(xù)纖維的線股在其中層疊的所謂的"UD片"。 在層疊那些纖維單向排列的片材的情況下，可以在改變每層的纖維布置方向的同時(shí)執(zhí)行層 疊。例如，可以在相互垂直的方向上交替地層疊這些層。此外，可以在厚度方向上對(duì)稱地布 置層疊表面。
[0048] 碳纖維可以以復(fù)合材料中的碳纖維束的狀態(tài)、或者以與單纖維相混合的碳纖維束 的狀態(tài)存在。實(shí)質(zhì)上，僅單纖維可以以分散狀態(tài)存在。在使用不連續(xù)纖維的情況下，纖維可 以形成為通過對(duì)這樣的碳纖維進(jìn)行造紙而獲得的片材、或者可以形成為碳纖維可以被布置 成在平面內(nèi)隨機(jī)分散并重疊的無序氈。在不連續(xù)碳纖維中，優(yōu)選的是，其中大量碳單纖維結(jié) 束的碳纖維束與單纖維或類似于單纖維狀態(tài)的纖維相混合，并且它們以特定比率存在。當(dāng) 不連續(xù)碳纖維在復(fù)合材料中在平面內(nèi)無序地、即二維地隨機(jī)地布置時(shí)，片狀成型件的可成 型性和使用模具的情況下的可成形性變得良好，所以該情況是優(yōu)選的。
[0049] 在使用不連續(xù)碳纖維的情況下，從接合強(qiáng)度和制造具有期望形狀的成型體的容易 性的角度，其平均纖維長度優(yōu)選為在3mm以上且IOOmm以下的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在5mm以上 且50mm以下的范圍內(nèi)。當(dāng)碳纖維的平均纖維長度為3mm以上時(shí)，接合后復(fù)合材料的熱收縮 小。當(dāng)平均纖維長度為IOOmm以下時(shí)，抑制了露出到復(fù)合材料的表面的碳纖維的比例，并且 能夠充分地確保與金屬的接觸面積，使得能夠獲得足夠的接合強(qiáng)度。
[0050] 在本發(fā)明中，特別優(yōu)選的是，熱塑性碳纖維復(fù)合材料由各向同性的無序氈和熱塑 性樹脂構(gòu)成，在該無序氈中，不連續(xù)碳纖維二維地隨機(jī)地布置，并且氈中的包含臨界單纖 維數(shù)以上的碳纖維的碳纖維束（A)與氈中碳纖維的總體積的比率優(yōu)選為20V〇1%以上且 99Vol %以下，更優(yōu)選為20V〇1 %以上且小于99Vol %，進(jìn)一步優(yōu)選為30V〇1 %以上且小于 90V〇1 %，特別優(yōu)選為35to SOVol %，該臨界單纖維數(shù)由下式（a)定義，并且碳纖維束（A)中 的平均纖維數(shù)量（N)滿足下式（b):
[0051] 臨界單纖維數(shù)=600/D (a)
[0052] 0· 7 X 104/D2〈N〈1 X 105/D2 (b)
[0053] 其中，D為單碳纖維的平均纖維直徑（μ m)。
[0054] 例如，可以通過W02012/105080和JP-A-2013-49208中所描述的方法來制造這樣 的構(gòu)成熱塑性碳纖維復(fù)合材料的無序氈。例如，在根據(jù)需要將包含多個(gè)碳纖維的線股沿著 纖維長度方向連續(xù)地分條以形成多個(gè)寬度為〇. 05至5mm的窄線股之后，將窄線股連續(xù)地切 割成平均纖維長度為3至IOOmm的線股。然后，通過向短切線股（碳纖維束）吹送空氣以 對(duì)其進(jìn)行開纖，并且在該狀態(tài)下，將開纖的束以層狀形式沉積在透氣傳送網(wǎng)等上。從而能夠 獲得各向同性的無序氈。在此情況下，還可以采用通過將顆粒狀或短纖維狀熱塑性樹脂與 碳纖維一起沉積在透氣傳送網(wǎng)上或者通過向氈狀碳纖維層供應(yīng)膜狀熔融熱塑性樹脂以將 樹脂浸漬到碳纖維層中來制造包含熱塑性樹脂的二維各向同性無序氈的方法。
[0055] 此處使用的"二維各向同性無序氈"表示不連續(xù)碳纖維在水平面內(nèi)在隨機(jī)方向上 布置且在平面內(nèi)缺乏方向的均勻氈。通過熔化熱塑性樹脂并以該熔融的熱塑性樹脂均勻地 浸漬該二維各向同性無序氈能夠獲得各向同性的熱塑性碳纖維復(fù)合材料。
[0056] 在該方法中，通過控制用于對(duì)碳纖維束進(jìn)行開纖的條件，能夠?qū)⑻祭w維束開纖成 以由上式（a)所定義的臨界單纖維數(shù)以上結(jié)束的碳纖維束（A)與小于臨界單纖維數(shù)的碳纖 維束（BI)和/或碳單纖維（B2)相混合。足以形成各向同性無序氈，其中，各向同性無序氈 中的碳纖維束（A)與碳纖維的總體積的比率被控制為，例如，20V〇1%以上且小于99Vol%， 優(yōu)選為30V〇1 %以上且小于90V〇1 %，進(jìn)一步優(yōu)選為35to80Vol %，并且碳纖維束（A)中的平 均纖維數(shù)量（N)滿足上式（b)。
[0057] 在上述方法中，也可以通過將由熱塑性樹脂組成的無紡布布置在傳送網(wǎng)上、并使 無紡布與傳送網(wǎng)一起移動(dòng)，以在無紡布上形成包含碳纖維的各向同性無序氈。
[0058] 由此，使用包含特定比率的處于一定數(shù)量的碳纖維結(jié)束的狀態(tài)下的纖維束的各向 同性無序氈制造的熱塑性碳纖維復(fù)合材料具有特別好的將在以下描述的與金屬構(gòu)件的可 接合性。盡管原因尚不清楚，但據(jù)推測是由熱塑性碳纖維復(fù)合材料與金屬之間的熱收縮差 異、接合面積以及復(fù)合材料的表面狀態(tài)所導(dǎo)致的。
[0059] 關(guān)于前述無序氈，通過造紙法制備的包含不連續(xù)碳纖維的片材和連續(xù)纖維單向排 列的UD片等中的每一種都通過在包含熱塑性樹脂的狀態(tài)下對(duì)其單層或?qū)盈B體進(jìn)行加熱并 加壓、并且熔化包含在片材或氈中的熱塑性樹脂以將熔融的熱塑性樹脂浸漬到碳纖維中而 被形成為包含熱塑性樹脂作為基質(zhì)的熱塑性碳纖維復(fù)合材料。在此情況下，可以在制造片 材或碳纖維氈時(shí)供應(yīng)熱塑性樹脂，或者在片材和包含碳纖維的制造之后，通過層疊包含熱 塑性樹脂的層并且對(duì)該層進(jìn)行加熱并加壓來以熱塑性樹脂浸漬片材或氈。任何熱塑性碳纖 維復(fù)合材料都不限于平板狀，其可以形成為具有L形、T形、H形、U形和V形截面，并且可以 具有曲面。
[0060] 作為制造熱塑性碳纖維復(fù)合材料的另一種方法，存在以下方法，在該方法中，使用 長纖維粒料，即通過將熔融樹脂調(diào)節(jié)至特定粘度、以該熔融樹脂浸漬連續(xù)纖維的碳纖維、然 后切割的步驟而獲得的粒料，通過注塑成型機(jī)將粒料成型為特定形狀。碳纖維復(fù)合材料的 形式可以是通過利用注塑成型機(jī)將上述粒料成型為特定形狀而獲得的碳纖維復(fù)合材料，或 者通過以熔融熱塑性樹脂對(duì)連續(xù)纖維的UD片或通過濕式造紙法而獲得片材進(jìn)行浸漬而獲 得的復(fù)合材料。然而，在本發(fā)明中，特別優(yōu)選使用通過以熔融熱塑性樹脂對(duì)前述二維各向同 性無序氈進(jìn)行浸漬而獲得的復(fù)合材料。
[0061] 同時(shí)，本發(fā)明所使用的熱塑性碳纖維復(fù)合材料并不限于增強(qiáng)纖維僅由碳纖維構(gòu)成 的復(fù)合材料，并且包括50重量％以上、優(yōu)選70重量％以上的增強(qiáng)纖維由碳纖維構(gòu)成的復(fù)合 材料。即，可以使用包含代替碳纖維的諸如芳綸纖維或玻璃纖維的其它增強(qiáng)纖維的熱塑性 碳纖維復(fù)合材料，所述其它增強(qiáng)纖維的在在復(fù)合材料中所含的增強(qiáng)纖維的小于50重量％、 優(yōu)選小于30%的范圍內(nèi)。
[0062] [金屬]
[0063] 作為本發(fā)明所使用的金屬，可以具體提及諸如鐵、不銹鋼、鋁、銅、黃銅、鎳和鋅的 金屬以及這些金屬的合金。優(yōu)選的是，該金屬包括選自鐵和鋁中的至少一種，更優(yōu)選的是， 構(gòu)成該金屬的元素主要包括鐵或鋁。此處使用的術(shù)語"主要包括"是指其含量占90重量％ 以上。特別地，優(yōu)選使用諸如SS鋼（用于一般結(jié)構(gòu)的軋制鋼材）、SPCC(冷軋鋼材）或高強(qiáng) 度材料（高強(qiáng)度鋼）的鐵，諸如SUS304或316的不銹鋼，#1000至#700的錯(cuò)，以及這些材 料的合金。對(duì)待接合的金屬構(gòu)件的形狀沒有特別限制，能夠根據(jù)待獲得的接合構(gòu)件適合的 選擇。
[0064] 同時(shí)，金屬構(gòu)件可以包含兩種以上的金屬，并且可以是至少在其表面上包含金屬 的構(gòu)件。此外，也可以使用在其表面上鍍有金屬的構(gòu)件。形狀不僅僅限于平板狀，只要確保 接合到熱塑性碳纖維復(fù)合材料所需的表面即可，可以使用任意形狀。例如，可以使用具有L 形、T形、H形、U形和V形截面的金屬構(gòu)件，并且可以使用筒狀金屬構(gòu)件。此外，可以使用具 有曲面的金屬構(gòu)件。
[0065][步驟（i):金屬表面的加工]
[0066] 在步驟（i)中，對(duì)于待接合的金屬，在作為接合部的表面的一部分或全部上形成 深度為〇. 02至0. 6mm、優(yōu)選深度為0. 05至0. 5mm的凹凸。能夠通過對(duì)金屬表面進(jìn)行激光照 射、噴射（blasting)、研磨、切削、銼削或化學(xué)處理而形成該凹凸。通過如上所述在金屬表面 上形成凹凸，在對(duì)熱塑性碳纖維復(fù)合材料與金屬進(jìn)行接合時(shí)，通過加熱而熔化的熱塑性樹 脂滲透進(jìn)金屬表面的凹凸的凹部中，并由此獲得更高的接合強(qiáng)度。
[0067] 作為凹凸的形狀，優(yōu)選的是間隔為0. 02至0. 6mm的格子狀凹凸或以直徑為0. 02 至0. 6mm的凹痕作為凹凸形狀的凹部。
[0068] 在通過激光照射形成凹凸的情況下，將20W型號(hào)的激光束點(diǎn)直徑聚焦以形成0. 02 至0· 6mm，并由此能夠以激光點(diǎn)中心的間隔為0· 02至0· 6mm的距離的格子狀形成具有0· 02 至0. 6mm的深度的U形或V形截面的凹槽。在此情況下，凹槽寬度優(yōu)選為0. 05至0. 5mm。
[0069] 在激光處理中，優(yōu)選以波長為300nm至1，IOOnm的激光以50W/mm2以上的強(qiáng)度照 射金屬的表面。通過采用這樣的激光照射條件，能夠在抑制金屬強(qiáng)度降低的情況下均勻地 形成凹凸形狀。通過選擇激光處理的條件，上述凹槽的深度和寬度是可控的。
[0070] 此處，作為可用的激光，能夠使用諸如固體激光、液體激光、氣體激光、半導(dǎo)體激光 和化學(xué)激光的各種激光，固體激光的實(shí)例包括YAG (釔-鋁-石榴石）激光和藍(lán)寶石激光， 而氣體激光的實(shí)例包括二氧化碳激光和氦氖激光。
[0071] 作為噴射，可以提及噴丸、噴砂、噴粒和濕噴等，噴砂是優(yōu)選的。在通過噴射形成凹 凸的情況下，使用顆粒尺寸（直徑）為40至2, 000 μ m的噴撒材料，能夠形成被視作直徑（） 為0. 02至0. 6mm且深度為0. 02至0. 6mm的球形的凹痕。作為噴射材料，除了由金屬或陶 瓷制成的材料之外，還可以使用干冰等。
[0072] 在作為接合部的金屬表面上形成的凹凸可以均勻或不均勻地布置。然而，為了獲 得更高的接合強(qiáng)度，優(yōu)選地將凹凸部分布置成使得該凹凸部分的總面積占接合部處的金屬 上的表面積的10%以上。金屬表面上形成的每個(gè)凹凸部分的深度、形狀和尺寸等不必完全 相同，可以混合各種形狀的凹凸。同時(shí)，在僅僅在平坦金屬表面上形成諸如凹槽或凹痕的凹 部的情況下，此處形成的凹凸的深度表示基于平坦表面的直到凹槽或凹痕的最深部的凹槽 或凹痕的深度；而在于金屬表面上形成凹部和凸部的情況下，該深度表示基于包括凸部的 最突出部的水平面測量的直到凹部的最深部的深度。在測量中，對(duì)于在其上形成凹凸的金 屬表面，隨機(jī)選擇10個(gè)Icm見方的區(qū)域的位置，對(duì)每個(gè)區(qū)域內(nèi)存在的所有凹凸進(jìn)行深度測 量，并將其平均值取作凹凸的深度。
[0073] 〈有機(jī)被覆層〉
[0074] 本發(fā)明的接合構(gòu)件的制造方法可以包括在已經(jīng)形成凹凸的金屬表面上設(shè)置有機(jī) 被覆層的步驟（i-A)。步驟（i-A)優(yōu)選地是在已經(jīng)形成凹凸的金屬表面與熱塑性樹脂層之 間設(shè)置有機(jī)被覆層的步驟，并優(yōu)選地在步驟（i)與步驟（ii)之間執(zhí)行步驟（i-A)。在步驟 (i-A)中，利用通過涂覆或浸漬等、將強(qiáng)化金屬與熱塑性樹脂層之間的接合力的有機(jī)化合物 賦予到已經(jīng)形成凹凸的金屬表面、然后執(zhí)行干燥處理的方法，或者通過電化學(xué)方法，能夠預(yù) 先在待接合的金屬的表面上形成有機(jī)化合物的薄層（以下有時(shí)稱作"有機(jī)被覆層")。由此， 能夠?qū)Ρ砻鎴?zhí)行接合，并且從而能夠更進(jìn)一步增強(qiáng)金屬與熱塑性樹脂層之間的接合部處的 粘附性。作為有機(jī)被覆層，包含三嗪硫醇衍生物的層是優(yōu)選的。
[0075] 不必在待接合的金屬的整個(gè)表面上形成有機(jī)被覆層，且對(duì)其厚度沒有特別限制， 只要能夠確保粘附性即可。有機(jī)被覆層的平均厚度優(yōu)選為〇. 005至10 μ m。
[0076] 作為適于形成有機(jī)被覆層的三嗪硫醇衍生物，優(yōu)選提及能夠期望與金屬化學(xué)鍵合 的含脫氫硅醇的三嗪硫醇衍生物，以及含烷氧基硅烷的三嗪硫醇衍生物。含烷氧基硅烷的 三嗪硫醇衍生物優(yōu)選為選自由以下通式（1)、（2)和（3)表示的化合物所組成的組中的至少 一種：
[0077]

【權(quán)利要求】
1. 一種接合構(gòu)件的制造方法，在該接合構(gòu)件中，包含熱塑性樹脂作為基質(zhì)的碳纖維復(fù) 合材料與金屬相接合，該方法包括： 步驟（i)，在接合部處的所述金屬的表面上形成深度為0. 02至0. 6mm的凹凸形狀； 步驟（ii)，在所述金屬的所述表面與所述復(fù)合材料的表面之間的接合部處設(shè)置厚度在 5 μ m以上且5mm以下的范圍內(nèi)的熱塑性樹脂層；以及 步驟（iii)，通過加熱所述接合部來熔化所述熱塑性樹脂層，以將所述金屬與所述復(fù)合 材料合并為一體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，形成在所述金屬的所述表面上的所述凹凸形狀為凹槽間隔為0. 02至0. 6mm的格 子狀凹槽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，通過激光在所述金屬的所述表面上形成所述凹凸形狀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，形成在所述金屬的所述表面上的所述凹凸形狀為直徑為0. 02至0. 6mm的凹痕。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，通過噴射在所述金屬的所述表面上形成所述凹凸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合構(gòu)件的制造方法，該方法包括步驟（i-A)，在已經(jīng)形成所 述凹凸的所述金屬的所述表面上設(shè)置有機(jī)被覆層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，所述有機(jī)被覆層為包含三嗪硫醇衍生物的層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，所述熱塑性樹脂層的樹脂與所述碳纖維復(fù)合材料的基質(zhì)是相同種類的樹脂。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，所述熱塑性樹脂層由至少一片薄膜、片材或無紡布形成，所述薄膜、所述片材和 所述無紡布實(shí)質(zhì)上由熱塑性樹脂構(gòu)成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，實(shí)質(zhì)上構(gòu)成所述薄膜、所述片材或所述無紡布的所述熱塑性樹脂與所述碳纖維 復(fù)合材料的所述基質(zhì)是相同種類的樹脂。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，在所述步驟（ii)中，所述熱塑性樹脂層融合在作為所述接合部的所述金屬的所 述表面上，并且將所得物重疊至所述碳纖維復(fù)合材料，使得所述熱塑性樹脂層與所述碳纖 維復(fù)合材料的所述表面進(jìn)行接觸。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，所述金屬包括選自由鐵、鋁以及它們的合金所組成的組中的至少一種。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，所述金屬是在所述接合部中具有平面或曲面的構(gòu)件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，以100重量份所述碳纖維計(jì)，所述碳纖維復(fù)合材料中的作為所述基質(zhì)的所述熱 塑性樹脂的含量為50至1，000重量份。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，所述碳纖維復(fù)合材料中的碳纖維平均纖維長度為3至100mm。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的接合構(gòu)件的制造方法， 其中，所述碳纖維復(fù)合材料包含所述碳纖維的各向同性的無序氈和熱塑性樹脂， 所述無序氈中包含臨界單纖維數(shù)以上的所述碳纖維的碳纖維束（A)與所述無序氈中 所述碳纖維的總體積的比率為20V〇1 %以上且小于99V〇l %，所述臨界單纖維數(shù)由下式（a) 定義，并且所述碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)滿足下式（b): 臨界單纖維數(shù)=600/D (a) 0. 7X104/D2 < N < 1X105/D2 (b) 其中，D為單碳纖維的平均纖維直徑（μ m)。
17. -種接合構(gòu)件的制造方法，該接合構(gòu)件通過將包含熱塑性樹脂作為基質(zhì)的碳纖維 復(fù)合材料與金屬相接合而獲得，該方法包括： 在接合部處的所述金屬的表面上形成深度為〇. 02至0. 6mm的多個(gè)凹凸部分的步驟， 在所述金屬的所述表面上形成三嗪硫醇衍生物的有機(jī)被覆層的步驟， 在所述金屬的所述表面上的所述三嗪硫醇衍生物的有機(jī)被覆層上融合熱塑性樹脂，以 形成厚度在5 μ m以上且5mm以下的熱塑性樹脂層的步驟， 在所述熱塑性樹脂層上層疊熱塑性碳纖維復(fù)合材料，從而形成包括所述金屬/所述三 嗪硫醇衍生物的有機(jī)被覆層/所述熱塑性樹脂層/所述熱塑性碳纖維復(fù)合材料的層積體的 步驟，以及 通過與在厚度方向上加壓一起對(duì)所獲得的層積體進(jìn)行加熱，從而將所述金屬與所述復(fù) 合材料合并為一體的步驟。
18. -種接合構(gòu)件，在該接合構(gòu)件中，通過熱塑性樹脂層使碳纖維復(fù)合材料與金屬相接 合，該接合構(gòu)件通過權(quán)利要求1或權(quán)利要求17所述的方法而獲得， 其中，當(dāng)以1mm/秒的拉伸速度執(zhí)行拉伸測試時(shí)，接合強(qiáng)度為5MPa以上。
【文檔編號(hào)】B32B15/08GK104245282SQ201380018183
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月29日
【發(fā)明者】竹內(nèi)正基, 平田滋己, 加藤卓巳, 佐野弘樹 申請(qǐng)人:帝人株式會(huì)社