金属-纤维增强树脂复合体制造技术

本发明专利技术的课题是提供在将金属构件与包含增强纤维(碳纤维)和基质树脂的纤维增强树脂层复合化了的情况下能够更切实地防止电蚀作用的产生的金属

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属
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纤维增强树脂复合体


[0001]本专利技术涉及金属
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纤维增强树脂复合体。

技术介绍

[0002]使基质树脂中含有增强纤维(例如玻璃纤维、碳纤维等)而复合化了的纤维增强塑料(FRP：Fiber Reinforced Plastics)轻量且抗拉强度、加工性等优异。因此，从民生领域到产业用途被广泛利用。在汽车产业中，为了满足关系到燃油经济性和其他性能的提高的车身轻量化的需求，着眼于FRP的轻量性、抗拉强度、加工性等，研究了FRP向汽车构件的应用。
[0003]其中，将碳纤维用作为增强纤维的碳纤维增强塑料(CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics)，起因于碳纤维的强度而特别轻量，特别是抗拉强度优异，因此是在以汽车构件为首的各种用途中有希望的材料。
[0004]另一方面，CFRP的基质树脂一般是环氧树脂等热硬化性树脂，因此具有脆性，所以当发生变形时，有脆性破坏的可能性。另外，将热硬化性树脂用作为基质树脂的CFRP不发生塑性变形，因此一旦使其硬化，则不能够进行弯曲加工。而且，CFRP一般价格高，成为汽车构件等各种构件的成本上升的主要原因。
[0005]为了维持CFRP的上述那样的优点并且解决这些问题，最近正在研究将金属构件(金属制构件)与CFRP层叠而一体化(复合化)的金属
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CFRP复合体。由于金属具有延展性，因此通过与金属构件复合化，金属
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CFRP复合体的脆性降低，容易变形和加工。而且，通过将低价格的金属构件与CFRP复合化，从而能够减少CFRP的使用量，因此能够降低成本。
[0006]在复合化时，优选使CFRP适当地粘接于金属构件，因此以提高粘接性为目的而进行了各种研究。
[0007]例如，在专利文献1中，在为了结构物的增强而贴附CFRP时，为了确保良好的粘接性，在从与CFRP表面垂直的方向俯视的情况下，以使含有纤维的树脂从CFRP的外缘伸出的方式配置。而且，公开了如下内容：通过从该树脂伸出的区域(伸出部)追加注入树脂，能够期待粘接力的提高。
[0008]例如，在专利文献4及5中，公开了如下方法：通过使金属构件与CFRP之间介有由树脂、弹性体构成的粘接剂(粘接层)来复合化(贴合)。
[0009]但是，碳纤维是良好的导电体。因此，已知：在金属构件与CFRP的复合体中，若CFRP层中的碳纤维与金属构件接触或接近，则碳纤维与金属构件电导通，产生起因于其电位差而使金属腐蚀的异种材料接触腐蚀(也称为电蚀)(例如，专利文献6～8)。
[0010]特别是，在金属构件为钢铁材料或铁系合金等的情况下，它们是在表面未形成稳定的氧化皮膜、钝态膜而比较容易腐蚀的材料，因此能够更显著地产生异种材料接触腐蚀。
[0011]为了防止这样的异种材料接触腐蚀，曾提出了通过在金属构件与CFRP之间设置绝缘层来防止电蚀作用的方案。
[0012]例如，公开了如下技术：通过使金属构件与CFRP之间介有显示绝缘性的玻璃纤维
增强塑料(Glass Fiber Reinforced Plastics(GFRP))(专利文献2)、四氟化乙烯及GFRP(专利文献3)来确保绝缘性。
[0013]在先技术文献
[0014]专利文献
[0015]专利文献1：国际公开第2018/199032号
[0016]专利文献2：日本特开平1
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171850号公报
[0017]专利文献3：日本特开平11
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123765号公报
[0018]专利文献4：日本特开2010
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89394号公报
[0019]专利文献5：日本特表2012
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515667号公报
[0020]专利文献6：国际公开第2016/021259号
[0021]专利文献7：日本特开2014
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162848号公报
[0022]专利文献8：日本特开2012
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111090号公报

技术实现思路

[0023]专利文献4及5所记载的金属
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CFRP复合体，虽然在金属与CFRP层之间存在粘接层，但是没有关于由于金属与CFRP层的接触或接近而产生的异种材料接触腐蚀的课题认识，对于其对策没有公开。
[0024]专利文献6及7所记载的金属
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CFRP复合体，通过使用绝缘层，防止金属与CFRP中的碳纤维的接触或接近，抑制了异种材料接触腐蚀(电蚀)。
[0025]然而，在利用CFRP等的使用了导电性纤维的纤维增强树脂来构成的金属
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纤维增强树脂复合体的情况下，即使在金属构件与纤维增强树脂层之间设置绝缘层，有时也发生电蚀。特别是明确了存在在绝缘层端部附近发生电蚀这一问题。
[0026]本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其课题是在利用CFRP等的使用了导电性纤维的纤维增强树脂来构成的金属
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纤维增强树脂复合体中，抑制导电性纤维与金属构件的接触，防止金属构件的电蚀。
[0027]本专利技术人为了解决上述课题进行了深入研究，得到以下见解。
[0028]首先，对在将金属构件和碳纤维增强树脂(CFRP)复合化的情况下产生的电蚀作用的原因进行了研究。通常，在金属构件上设置绝缘层来热压接CFRP的情况下，大多使绝缘层的宽广度与CFRP的宽广度一致。当在这样的条件下将金属构件和CFRP热压接时，基质树脂从CFRP的端部流出，碳纤维也随着该树脂的流动而流出。由本专利技术人首次搞清了：由于该流出的碳纤维与金属构件接触的原因而发生电蚀。
[0029]另外，还搞清了：由于一部分碳纤维穿透绝缘层并与金属构件接触的原因而发生电蚀。
[0030]接着，观察到：在实施了电沉积涂装时，有时在绝缘层端部附近发生腐蚀。可知：在金属构件上的绝缘层端部附近、即金属构件上的存在绝缘层的部分与不存在绝缘层的部分的交界附近未充分形成电沉积涂膜，或者即使形成了涂膜也密合不足，产生金属构件露出的间隙。本专利技术人还搞清了：由于水分等浸入到该间隙的原因而使基底的金属构件腐蚀(以下称为间隙腐蚀)。
[0031]本专利技术人进一步进行了研究，结果得到了以下见解。
[0032]首先，本专利技术人发现：通过使绝缘层的宽广度比纤维增强树脂层宽广以使得能够防止与热压接时基质树脂从宽度方向端部的流出相伴的碳纤维与金属构件的接触，从而能够抑制电蚀。还发现由此也能够抑制金属构件的翘曲及挠曲。
[0033]另外，还发现：通过在绝缘层中包含非导电性纤维，从而能够确保绝缘性并且抑制碳纤维穿透绝缘层。
[0034]而且，本专利技术人还发现：通过在金属构件上设置含有导电性粒子的具备导电性的皮膜层，在该皮膜层上形成绝缘层，并实施电沉积涂装，即使在绝缘层与电沉积涂膜之间产生间隙，水分等也不与金属构件接触，能够抑制间隙腐蚀。
[0035]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种金属
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纤维增强树脂复合体，具备金属构件、绝缘层和纤维增强树脂层，所述绝缘层是在第1基质树脂中包含非导电性纤维的层，其配置于所述金属构件的表面的至少一部分，所述纤维增强树脂层是在第2基质树脂中包含碳纤维的层，其配置于所述绝缘层的表面的至少一部分，在从垂直上方观察所述金属构件的表面时，所述纤维增强树脂层位于所述绝缘层存在的区域的内侧，所述纤维增强树脂层的外缘与所述绝缘层的外缘隔离0.2mm以上。2.根据权利要求1所述的金属
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纤维增强树脂复合体，还具备皮膜层，所述皮膜层是在粘合剂树脂中包含导电性粒子的层，其配置于所述金属构件的至少一侧，并配置于所述金属构件与所述绝缘层之间，所述导电性粒子选自：包含选自Zn、Si、Zr、V、Cr、Mo、Mn和W中的1种或2种以上的元素的、金属粒子、金属间化合物粒子、导电性氧化物粒子、非氧化物陶瓷粒子。3.根据权利要求2所述的金属
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纤维增强树脂复合体，所述粘合剂树脂的玻璃化转变温度为100℃以下。4.根据权利要求2或3所述的金属
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纤维增强树脂复合体，所述粘合剂树脂包含选自环氧树脂、聚酯树脂和聚氨酯树脂中的至少1种。5.根据权利要求2～4的任一项所述的金属
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纤维增强树脂复合体，所述导电性粒子在25℃具有7.0
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107Ωcm以下的粉体电阻率。6.根据权利要求2～5的任一项所述的金属
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纤维增强树脂复合体，在所述皮膜层与所述金属构件之间还具备化学转化处理层，所述化学转化处理层包含选自Cr、P、Si和Zr中的至少1种。7.根据权利要求2～6的任一项所述的金属
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纤维增强树脂复合体，在未配置所述绝缘层的所述皮膜层的表面还具备电沉积涂膜。8.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郡真纯，植田浩平，古贺敦雄，茨木雅晴，祢宜教之，臼井雅史，
申请(专利权)人：日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：