本發(fā)明涉及粘接劑、使用了該粘接劑的結(jié)構(gòu)體、以及使用了該粘接劑的粘接方法，特別是涉及用于對(duì)熱塑性樹(shù)脂彼此進(jìn)行粘接的粘接劑。

背景技術(shù)：

利用碳纖維進(jìn)行了強(qiáng)化的樹(shù)脂(碳纖維強(qiáng)化塑料)是輕質(zhì)且具有高強(qiáng)度、高彈性的原材料。碳纖維強(qiáng)化塑料可應(yīng)用于航空器構(gòu)件、風(fēng)車(chē)翼等。碳纖維強(qiáng)化塑料中具有以熱固性樹(shù)脂為基體樹(shù)脂的成分(碳纖維強(qiáng)化熱固性樹(shù)脂塑料：cfrp)和以熱塑性樹(shù)脂為基體樹(shù)脂的成分(碳纖維強(qiáng)化熱塑性樹(shù)脂塑料：cfrtp)。與cfrp相比，cfrtp具有成型時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)(高循環(huán)特性)。

例如，在航空器構(gòu)件中存在將cfrtp制構(gòu)件彼此接合的部位、將cfrtp制構(gòu)件與熱塑性樹(shù)脂制構(gòu)件接合的部位、或者將熱塑性樹(shù)脂制構(gòu)件彼此接合的部位。為了發(fā)揮cfrtp的高循環(huán)特性，需要在短時(shí)間內(nèi)對(duì)構(gòu)件彼此進(jìn)行接合的粘接技術(shù)。

作為粘接劑，通常以熱固性樹(shù)脂作為主劑。在使用以熱固性樹(shù)脂作為主劑的粘接劑時(shí)，需要對(duì)粘接劑進(jìn)行加熱。然而，在利用上述粘接劑對(duì)熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行粘接時(shí)，不能加熱至熱固性樹(shù)脂的固化溫度，因此無(wú)法確保足夠的粘接強(qiáng)度。

作為其它粘接技術(shù)，有使用了微波感應(yīng)加熱的粘接技術(shù)。在該技術(shù)中，將作為微波發(fā)熱體的磁性體(鐵氧體等)混入粘接劑中，在對(duì)粘接劑照射微波時(shí)，利用微波發(fā)熱體發(fā)出的熱使粘接劑固化。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1中使用了含有炭黑或由sic形成的填料的粘接劑。專(zhuān)利文獻(xiàn)1公開(kāi)了一種利用對(duì)粘接劑照射微波來(lái)加熱填料而使粘接劑固化，從而對(duì)兩個(gè)被粘附物進(jìn)行接合的方法。

作為新的粘接技術(shù)，研究了超聲波接合。在超聲波接合中，使包含導(dǎo)能筋(energydirector)的粘接劑以突起狀附著于一個(gè)樹(shù)脂制構(gòu)件的預(yù)定接合部位，然后將涂布了粘接劑的部分向下與另一個(gè)樹(shù)脂制構(gòu)件接觸。在從構(gòu)件上部對(duì)預(yù)定粘接部位照射超聲波時(shí)，導(dǎo)能筋接收超聲波而發(fā)熱，粘接劑熔融，從而對(duì)構(gòu)件進(jìn)行粘接。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2008-156510號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

在上述的超聲波接合中，必須使粘接劑涂布成突起形狀，即使將粘接劑朝下也必須附著于構(gòu)件上，因此粘接劑涂布工序繁瑣。由于粘接劑為突起狀，因此在使兩個(gè)構(gòu)件接觸時(shí)容易產(chǎn)生間隙等，因此存在粘接精度降低的問(wèn)題。另外，還存在由于超聲波而使構(gòu)件受到損傷的問(wèn)題。

在通過(guò)專(zhuān)利文獻(xiàn)1的方法將碳纖維強(qiáng)化塑料彼此粘接的情況下，碳纖維強(qiáng)化塑料均大量含有碳成分。因此，通過(guò)微波照射，不僅粘接劑被加熱，而且被粘附物也會(huì)被加熱，不僅無(wú)法適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行粘接，而且存在被粘附物受到損傷的問(wèn)題。

本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的，其目的在于提供一種能夠在短時(shí)間內(nèi)將熱塑性樹(shù)脂彼此粘接，且可以得到優(yōu)異的粘接強(qiáng)度的粘接劑、以及通過(guò)該粘接劑粘接而成的結(jié)構(gòu)體、使用了該粘接劑的粘接方法。

用于解決課題的方案

本發(fā)明的第一方式為一種粘接劑，其是對(duì)第一構(gòu)件和第二構(gòu)件進(jìn)行粘接的粘接劑，所述第一構(gòu)件包含熱塑性樹(shù)脂或利用碳纖維進(jìn)行了強(qiáng)化的熱塑性樹(shù)脂，所述第二構(gòu)件包含所述熱塑性樹(shù)脂或所述利用碳纖維進(jìn)行了強(qiáng)化的熱塑性樹(shù)脂，所述粘接劑以所述熱塑性樹(shù)脂作為主劑，該主劑中含有吸收電磁波而發(fā)熱的金屬制納米材料。

在對(duì)上述粘接劑照射電磁波時(shí)，金屬制納米材料吸收電磁波而發(fā)熱。利用該熱量對(duì)作為主劑的熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行加熱，熱塑性樹(shù)脂熔融而形成粘接層。其結(jié)果是，在對(duì)含有熱塑性樹(shù)脂的構(gòu)件彼此進(jìn)行粘接時(shí)，可以得到足夠的粘接強(qiáng)度。

在本發(fā)明中，由于使用了與第一構(gòu)件及第二構(gòu)件材質(zhì)不同且電磁波吸收效率高的金屬制納米材料，因此，利用電磁波照射的加熱效率高，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行粘接，起到防止構(gòu)件損傷的效果。

在第一方式中，優(yōu)選所述納米材料為納米纖維或納米線(xiàn)圈。上述形狀的納米材料的電磁波吸收效率特別高，因此是有利的。

在第一方式中，優(yōu)選所述電磁波為3mhz以上且3ghz以下。本方式的納米材料對(duì)上述頻率電磁波的吸收效率高。由于上述范圍的電磁波不進(jìn)行需要特殊的管理，因此可以利用簡(jiǎn)易裝置進(jìn)行電磁波照射。

在第一方式中，優(yōu)選所述金屬為鉑或金。

即使金屬制納米材料的制造過(guò)程為氧化氣體氛圍，鉑或金也不易被氧化，氧化物具有導(dǎo)電性。因此，可以制造電磁波吸收效率高的納米材料。

在第一方式中，優(yōu)選所述納米材料相對(duì)于所述主劑的添加量為30μg/cm²以下。

由于金屬制納米材料的電磁波吸收效率高，因此，即使是這樣極少的添加量，對(duì)于熱塑性樹(shù)脂的加熱也是足夠的。另外，在納米材料的添加量多的情況下，粘接后成為粘接層產(chǎn)生裂紋的原因。本方式的粘接劑可以抑制裂紋的產(chǎn)生，提高粘接構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。

本發(fā)明的第二方式為一種結(jié)構(gòu)體，其是利用第一方式的粘接劑將所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件粘接而成的。

在本方式中，可形成具有足夠粘接強(qiáng)度的粘接層，因此可形成高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)體。由于能夠抑制粘接層產(chǎn)生裂紋，因此可形成疲勞強(qiáng)度高的結(jié)構(gòu)體。

在第二方式中，優(yōu)選所述粘接劑的所述熱塑性樹(shù)脂與所述第一構(gòu)件及所述第二構(gòu)件中至少一者的所述熱塑性樹(shù)脂為相同材料。

由此，能夠獲得更高的粘接強(qiáng)度。

本發(fā)明的第三方式為一種粘接方法，該方法包括：在所述第一構(gòu)件的預(yù)定粘接部位配置第一方式的粘接劑的工序；在所述粘接劑上配置所述第二構(gòu)件的工序；對(duì)所述粘接劑照射所述電磁波，利用所述粘接劑將所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件粘接的工序。

根據(jù)本方式，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的工序在短時(shí)間內(nèi)制作粘接強(qiáng)度高且耐久性?xún)?yōu)異的結(jié)構(gòu)體。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)由熱塑性樹(shù)脂或碳纖維強(qiáng)化熱塑性樹(shù)脂形成的構(gòu)件彼此進(jìn)行粘接而不對(duì)其造成損傷。在使用本發(fā)明的粘接劑時(shí)顯示出足夠的粘接強(qiáng)度，因此可以得到高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)體。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)體的示意圖。

圖2是對(duì)電磁波的照射方法進(jìn)行說(shuō)明的示意圖。

圖3是對(duì)電磁波的另一照射方法進(jìn)行說(shuō)明的示意圖。

圖4是示出實(shí)施例1及比較例的基板溫度的經(jīng)時(shí)變化的圖表。

圖5是示出納米材料相對(duì)于主劑的載置量與基板溫度的經(jīng)時(shí)變化的圖表。

符號(hào)說(shuō)明

10結(jié)構(gòu)體

11第一構(gòu)件

12第二構(gòu)件

13粘接層

14粘接劑

15腔室

16照射器

具體實(shí)施方式

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)體的粘接部分的示意圖。在結(jié)構(gòu)體10中，將第一構(gòu)件11與第二構(gòu)件12疊合，并將疊合部分隔著粘接層13進(jìn)行接合。具體而言，結(jié)構(gòu)體10是航空器、風(fēng)車(chē)翼等。

第一構(gòu)件11及第二構(gòu)件12是由熱塑性樹(shù)脂形成的構(gòu)件或由碳纖維強(qiáng)化熱塑性樹(shù)脂塑料(cfrtp)形成的構(gòu)件。即，第一構(gòu)件11及第二構(gòu)件12的組合是由熱塑性樹(shù)脂形成的構(gòu)件彼此的組合、由cfrtp形成的構(gòu)件彼此的組合、以及由熱塑性樹(shù)脂形成的構(gòu)件和由cfrtp形成的構(gòu)件的組合。列舉航空器為例時(shí)，第一構(gòu)件11及第二構(gòu)件12是蒙皮及桁條、地板梁及支架等。

粘接層13由粘接劑形成，所述粘接劑以熱塑性樹(shù)脂為主劑，且在主劑中含有吸收電磁波而發(fā)熱的金屬制納米材料。

作為粘接劑的主劑的熱塑性樹(shù)脂為例如：聚醚醚酮(peek)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、尼龍6(pa6)、尼龍66(pa66)、聚苯硫醚(pps)、聚醚酰亞胺(pei)、聚醚酮酮(pekk)等。在主劑與第一構(gòu)件11及第二構(gòu)件12為相同材質(zhì)時(shí)，粘接層13的粘接強(qiáng)度良好，因此優(yōu)選。在第一構(gòu)件11和第二構(gòu)件12中的熱塑性樹(shù)脂的種類(lèi)不同時(shí)，優(yōu)選粘接劑與第一構(gòu)件11及第二構(gòu)件12中的任一者為相同材質(zhì)。

“納米材料”是二維或三維的尺寸為納米級(jí)(1～數(shù)百nm)的材料。具體而言，納米材料是納米纖維(截面的直徑為納米級(jí))、納米線(xiàn)圈(截面的直徑為納米級(jí)且長(zhǎng)度方向形成了線(xiàn)圈狀的材料)、納米粒子(粒徑為納米級(jí))、納米管(截面的直徑為納米級(jí)的中空纖維)等。特別是納米線(xiàn)圈、納米纖維的電磁波吸收效率高，因此優(yōu)選。

在納米材料相對(duì)于主劑的添加量較多的情況下，在使用中于粘接層13上產(chǎn)生裂紋。因此，對(duì)于相對(duì)于主劑的納米材料添加量而言，將粘接劑每單位面積的質(zhì)量設(shè)為0.1mg/cm²以下，優(yōu)選設(shè)為30μg/cm²以下。由于上述納米材料的電磁波吸收效率高，因此，即使添加量少也能夠得到很大的發(fā)熱量。另一方面，考慮到管理添加量的容易性、納米材料的分散性、發(fā)熱量等，添加量的下限值優(yōu)選為0.1μg/cm²。

金屬的種類(lèi)沒(méi)有特別限制，優(yōu)選為在被照射的電磁波的頻率下電磁波吸收效率高的金屬。具體而言，為pt、au、ni、cu。

在后面敘述的納米線(xiàn)圈、納米纖維的形成工序中，金屬被氧化。pt、au不易被氧化，且即使在被氧化的情況下，也是具有導(dǎo)電性的物質(zhì)，因此，pt、au適于作為納米材料。

金屬制納米纖維可以使用靜電紡絲法進(jìn)行制作。

使金屬乙酸鹽溶解于高分子溶液(例如，聚乙烯醇水溶液)中。通過(guò)靜電紡絲法將得到的溶液噴霧于基板上，形成含有金屬的納米纖維。在還原氣體氛圍中對(duì)得到的納米纖維進(jìn)行熱處理，得到金屬制納米纖維。

金屬制納米線(xiàn)圈通過(guò)將使用靜電紡絲法制作的納米纖維作為芯部并在表面形成金屬薄膜而得到。在該情況下，芯部可以是金屬，也可以是高分子。納米線(xiàn)圈可以是實(shí)心的，也可以是中空的。作為形成中空的納米線(xiàn)圈的方法，具有使用高分子的芯部，在形成金屬薄膜后實(shí)施熱處理，并使高分子蒸發(fā)的方法等。

粘接劑可以是液體狀，也可以是片狀(厚度150μm左右)。如果是片狀粘接劑，則能夠容易地將粘接劑粘貼于構(gòu)件上，可以使粘接層13的厚度基本上均勻。

以下，對(duì)使用本實(shí)施方式的粘接劑粘接第一構(gòu)件11及第二構(gòu)件12的方法進(jìn)行說(shuō)明。

在第一構(gòu)件11的預(yù)定粘接部位涂布給定量的上述粘接劑。在使用片狀粘接劑的情況下，將粘接劑片裁切成給定的大小，并載置于第一構(gòu)件11上。使第二構(gòu)件12的預(yù)定粘接部位與第一構(gòu)件11上的粘接劑接觸，將第二構(gòu)件12載置于第一構(gòu)件11上。

使第一構(gòu)件11與第二構(gòu)件12疊合后，對(duì)粘接劑照射電磁波。電磁波的頻率沒(méi)有限定，優(yōu)選不是例如x射線(xiàn)那樣需要特殊管理的電磁波。優(yōu)選為構(gòu)成納米材料的金屬的頻率吸收效率高的頻率的電磁波?？紤]到上述情況，優(yōu)選照射短波(hf，3mhz以上且30mhz以下)、超短波(vhf，30mhz以上且300mhz以下)、超高頻(300mhz以上且3ghz以下)。具體而言，可使用ism頻段的電磁波。

要求照射的電磁波能夠透射第一構(gòu)件11及第二構(gòu)件12，可適當(dāng)?shù)剡x定電磁波的頻率。

圖2是說(shuō)明電磁波的照射方法的示意圖。在圖2所示的方法中，將隔著粘接劑14使第一構(gòu)件11與第二構(gòu)件12疊合而成的構(gòu)件放置于腔室15內(nèi)。在腔室15內(nèi)對(duì)構(gòu)件照射電磁波時(shí)，電磁波到達(dá)粘接劑14。粘接劑14中的納米材料(金屬制納米線(xiàn)圈、金屬制納米纖維)吸收電磁波而發(fā)熱。利用由納米材料發(fā)出的熱使主劑(熱塑性樹(shù)脂)加熱而熔融。當(dāng)電磁波照射被屏蔽時(shí)，粘接劑冷卻，形成粘接層。

圖3是說(shuō)明電磁波的另一照射方法的示意圖。在圖3所示的方法中，在構(gòu)件的粘接劑14的上方設(shè)置照射器16。此時(shí)，涂布有粘接劑14的區(qū)域的中央與照射器16的中央基本一致。在圖3的方法中，不需要將構(gòu)件放置于腔室等容器中。在通過(guò)照射器16的運(yùn)行而從照射器16對(duì)構(gòu)件照射電磁波時(shí)，電磁波與上述同樣地被納米材料吸收，納米材料發(fā)熱，粘接劑14的主劑熔融。然后，在使照射器16停止時(shí)，電磁波被屏蔽，由此，粘接劑冷卻，形成粘接層。

電磁波的照射量及照射時(shí)間可如下設(shè)定：使主劑熔融，且可以保持粘接劑在涂布時(shí)的形狀或片狀而不會(huì)流出至預(yù)定粘接部位以外的部位。

實(shí)施例

實(shí)施例1

作為實(shí)施例的試樣，準(zhǔn)備了載置有pt納米線(xiàn)圈(直徑250nm、線(xiàn)圈節(jié)距3.2μm的實(shí)心線(xiàn)圈)的pps樹(shù)脂基板(東麗株式會(huì)社制造、型號(hào)a900、10mm×10mm×厚度2mm)。將基板設(shè)置于電子天秤上，并在基板上載置pt納米線(xiàn)圈。通過(guò)該測(cè)量確認(rèn)了稱(chēng)重為下限值(0.1mg)以下。因此，基板上的pt納米線(xiàn)圈量為0.1mg/cm²以下。

作為比較例的試樣，準(zhǔn)備了將混合有60重量％(1.3g/cm³)nizn系鐵氧體(jfe化學(xué)(株式會(huì)社)制造，型號(hào)jn-350)的pps樹(shù)脂(東麗株式會(huì)社制造，型號(hào)a900)成型于10mm×10mm×厚度2mm的基板上而得到的材料。需要說(shuō)明的是，鐵氧體材料是目前已知的材料，其是電磁波吸收效率高的物質(zhì)。

從各基板的上方照射微波(2.45ghz、20w)，通過(guò)紅外線(xiàn)熱像儀測(cè)定了基板表面溫度的經(jīng)時(shí)變化。將結(jié)果示于圖4。

在實(shí)施例中，在從照射開(kāi)始約20秒鐘的期間，溫度急劇上升，然后溫度上升率降低。從照射開(kāi)始20秒鐘后達(dá)到282.2℃，約33秒鐘后達(dá)到300℃。pps樹(shù)脂的熔點(diǎn)約為280℃。即，在實(shí)施例的方法中，能夠加熱至超過(guò)pps樹(shù)脂熔點(diǎn)的溫度。

在比較例中，照射開(kāi)始后的溫度上升緩慢，5分鐘后達(dá)到72.2℃。在比較例中，未達(dá)到pps樹(shù)脂的熔點(diǎn)，因此無(wú)法使pps樹(shù)脂熔融。即，無(wú)法利用pps樹(shù)脂對(duì)構(gòu)件彼此進(jìn)行粘接。

由此可以認(rèn)為，與鐵氧體相比，pt納米線(xiàn)圈是電磁波吸收效率極高的材料。因此可以認(rèn)為，僅使用極少量的pt納米線(xiàn)圈，就能夠使pps樹(shù)脂熔化而對(duì)構(gòu)件彼此進(jìn)行粘接，可以得到足夠的粘接強(qiáng)度。

實(shí)施例2

作為試樣，準(zhǔn)備了載置有pt納米線(xiàn)圈(直徑250nm、線(xiàn)圈節(jié)距3.2μm的實(shí)心線(xiàn)圈)的聚醚醚酮(＝peek)樹(shù)脂基板(victrexjapan公司制造、型號(hào)450g、10mm×10mm×厚度3mm)。

這里，納米材料的載置量設(shè)為7.2μg/cm²、12μg/cm²、24μg/cm²。

作為比較例的試樣，準(zhǔn)備了與上述實(shí)施例相同的聚醚醚酮樹(shù)脂基板，未載置pt納米線(xiàn)圈，與上述實(shí)施例同樣地從基板上方照射微波，使用紅外線(xiàn)熱像儀測(cè)定了基板表面溫度的經(jīng)時(shí)變化。將結(jié)果示于圖5。

未載置納米材料的試樣(peek樹(shù)脂基板)的表面溫度基本上沒(méi)有上升。與此相對(duì)，隨著納米材料的載置量的增加，基板的表面溫度也升高。peek樹(shù)脂的熔點(diǎn)約為340～380℃。即，對(duì)于實(shí)施例的方法而言，均能夠加熱至超過(guò)peek樹(shù)脂熔點(diǎn)的溫度。實(shí)際上，在載置了本實(shí)施例的納米材料的peek樹(shù)脂基板中，均確認(rèn)到了基板表面的熔融。根據(jù)圖5，即使納米材料的載置量為30μg/cm²以下的少量，也可以得到很大的發(fā)熱量。