(57)【要約】【課題】少なくとも何らかの熱可塑性表面を有する熱硬化性複合体に、少なくとも熱可塑性部材を有する機能部材を接合する方法を提供する。【解決手段】熱硬化性複合体は機能熱可塑性表面層を有し、この機能熱可塑性表面層は、相溶性熱可塑性材を選択する工程と、組合せた材料を加熱して未硬化の熱硬化性ポリマーを熱可塑性ポリマー中に移行させる工程と、組合せた材料を冷却して、強固に取付けられた熱可塑性表面を得る工程とを含む方法によって熱硬化性複合体に取付けられる。熱硬化性複合部材はポリマー材料被覆層を有することもある。また、本発明は、高速振動相対変位または高速連続相対変位を用いる、機能部材と熱硬化性ポリマー複合部材の接合に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性ポリマー複合材料を含み、接合される表面の少なくとも１部に熱可塑性ポリマー層を有する熱硬化性ポリマー複合部材に、機能部材を接合する方法であって、以下の工程を含む方法：
高周波振動相対変位または高速連続相対変位溶着作業において前記熱硬化性ポリマー複合部材の熱可塑性表面と強力な接合部を形成可能であるように選択される第２の熱可塑性ポリマーを、少なくとも接合すべき表面上に有する機能部材を選択する工程；  
前記複合部材の前記熱可塑性表面を、前記機能部材の前記熱可塑性表面に密着した状態で配置する工程；
各部材の各熱可塑性表面の少なくとも１部分が少なくとも部分的に溶融および溶解するように、前記熱硬化性ポリマー複合部材と前記機能部材との間に、高周波振動相対変位または高速連続相対変位を加える工程；および
前記高周波振動相対変位または高速連続相対変位を停止し、溶融した熱可塑性材または複数の熱可塑性材が再度硬化して両部材が共に溶着されるように、前記熱硬化性ポリマー複合部材および前記機能部材を共に固定した関係に保持する工程。
【請求項２】
前記熱可塑性表面は、以下の工程を用いて、前記熱硬化性ポリマー複合部材上に形成される請求項１に記載の方法：
熱可塑性ポリマーおよび未硬化の熱硬化性ポリマー樹脂成分の相互浸透能力を示すハンセン溶解度パラメータを有する、未硬化の熱硬化性ポリマー複合樹脂成分および第１の熱可塑性ポリマーを選択する工程；
硬化したときに、前記複合部材の１表面の少なくとも１部が前記熱可塑性ポリマーから構成されるように、前記熱可塑性ポリマーを未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材に接触した状態で配置する工程；
前記熱可塑性ポリマーおよび未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材を、前記熱硬化性ポリマーの硬化温度まで加熱する工程、ここで、前記未硬化の熱硬化性ポリマー樹脂成分および前記熱可塑性ポリマーは前記熱硬化性ポリマーが硬化する前に少なくとも部分的に相互浸透可能である；および
前記熱可塑性ポリマーが硬化した熱硬化性ポリマー部材に非常に強力に結合するように前記熱可塑性ポリマーおよび前記硬化した熱硬化性ポリマー部材を冷却する工程。
【請求項３】
前記機能部材または熱硬化性ポリマー複合部材の少なくとも１つの前記熱可塑性表面が１または複数の突起を有して造形される請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記機能部材上の熱可塑性表面突起の高さは前記熱硬化性ポリマー複合部材上の熱可塑性材の厚み以下である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
接合される表面の少なくとも１部に熱可塑性ポリマー層を有する熱硬化性ポリマー複合材料と前記熱可塑性ポリマー層を覆うポリマー被覆層とを含む、被覆された熱硬化性ポリマー複合部材に、機能部材を接合する方法であって、以下の工程を含む方法：
高周波振動相対変位または高速連続相対変位溶着作業において、前記熱硬化性ポリマー複合製品のポリマー被覆層の下の熱可塑性表面と強力な接合部を形成可能であるように選択される第２の熱可塑性ポリマーを、少なくとも接合すべき表面上に有する機能部材を選択する工程；
前記複合部材の熱可塑性表面を、前記機能部材の前記被覆された熱可塑性表面に密着した状態で配置する工程；
前記熱可塑性表面の上の前記ポリマー材料の少なくとも１部が変位し、各部材の各熱可塑性表面の少なくとも１部分が接触、溶融および溶解するように、前記熱硬化性ポリマー複合部材と前記機能部材との間に、高周波振動相対変位または高速連続相対変位を加える工程；および
前記高周波振動相対変位または高速連続相対変位を停止し、溶融した熱可塑性材または複数の熱可塑性材が再度硬化し、両部材が共に接合されるように、前記熱硬化性ポリマー複合部材および前記機能部材を共に固定した関係に保持する工程。
【請求項６】
前記被覆された熱硬化性ポリマー複合材が以下の工程によって形成される請求項１に記載の方法：
熱可塑性ポリマーおよび未硬化の熱硬化性ポリマー樹脂成分の相互浸透能力を示すハンセン溶解度パラメータを有する、未硬化の熱硬化性ポリマー複合樹脂成分および第１の熱可塑性ポリマーを選択する工程；
硬化したときに、前記複合部材の１表面の少なくとも１部が前記熱可塑性ポリマーから構成されるように、前記熱可塑性ポリマーを未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材に接触した状態で配置する工程；
前記熱可塑性ポリマーおよび未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材を、前記熱硬化性ポリマーの硬化温度まで加熱する工程、ここで、前記未硬化の熱硬化性ポリマー樹脂成分および前記熱可塑性ポリマーは前記熱硬化性ポリマーが硬化する前に少なくとも部分的に相互浸透可能である；
前記熱可塑性ポリマーが前記硬化した熱硬化性ポリマー部材に非常に強力に接合するように前記熱可塑性ポリマーおよび硬化した熱硬化性ポリマー部材を冷却する工程；および
前記熱可塑性表面を含む、前記熱硬化性ポリマー複合材を、ポリマー材料の層で被覆する工程。
【請求項７】
前記機能部材上の前記熱可塑性表面が１または複数の突起を有して造形される請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記機能部材上の前記熱可塑性表面突起の高さは前記熱硬化性複合部材の表面の前記熱可塑性材の層を覆うポリマー材料被覆層の厚みより大きい請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記機能部材上の前記熱可塑性表面突起の高さは０．５ｍｍ以上である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記機能部材または熱硬化性ポリマー複合部材の前記熱可塑性ポリマー表面は、純粋熱可塑性ポリマー、コポリマー、またはポリマー配合物の群から選択される請求項１または５に記載の方法。
【請求項１１】
前記機能部材は射出成形によって製造され、熱可塑性材または充填熱可塑性ポリマーを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記機能部材は、金属サブコンポーネントと組合せた、充填または未充填熱可塑性材からなる請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記機能部材は、充填または未充填熱可塑性ポリマーをオーバーインジェクトした金属サブコンポーネントからなる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
高周波振動相対変位または高速相対変位を、１回の操作で、すべての熱可塑性突起に加える請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
高周波振動相対変位または高速相対変位を、すべての熱可塑性突起の全領域の１部に局部的に加える請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
高周波振動相対変位または高速相対変位を、熱可塑性突起を含む、より遠い領域に漸進的に加える請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記複合部材上の前記熱可塑性層の厚みは２０ミクロン以上である請求項１から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
高周波振動相対変位または高速相対変位の適用前に、前記熱硬化性ポリマー複合部材と機能部材との間に熱可塑性ポリマーを含有する追加の層を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
２以上の機能部材が前記熱硬化性ポリマー複合部材に接合される請求項１から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記機能部材または熱硬化性ポリマー複合部材表面の前記熱可塑性ポリマーは、半結晶または非結晶ポリマーのいずれかとして分類される請求項１または５に記載の方法。
【請求項２１】
前記熱硬化性複合部材上の表面処理用熱可塑性ポリマーは、前記機能部材上の前記第２の前記熱可塑性ポリマーとは異なる熱可塑性ポリマーである請求項１または５に記載の方法。
【請求項２２】
前記熱硬化性複合部材、または機能部材、または両部材上の前記熱可塑性ポリマーはＰＶＤＦである請求項１または５に記載の方法。
【請求項２３】
熱硬化性ポリマー複合部材上に機能部材を溶着する装置であって、高速連続相対変位または高周波振動相対変位を、前記機能部材と前記熱硬化性ポリマー複合部材との間に加えるためのアクチュエータと、該アクチュエータの相対変位を前記機能部材に加えるためのツールと、前記アクチュエータを、前記機能部材に対して配置し、および／または圧力を前記機能部材に加えるための少なくとも１つの構造とを含む装置。
【請求項２４】
前記高周波振動相対変位アクチュエータは可搬式超音波溶着装置の１部である請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記高速連続相対変位アクチュエータはスピン式溶着機の１部である請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記アクチュエータを前記機能部材に対して配置し、および／または圧力を前記機能部材に加えるための前記構造は、造形されたインタフェースを有し、該インタフェースは前記機能部材上にしっかりと配置される、前記機能部材を保持する請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
前記アクチュエータを前記機能部材に対して配置し、および／または圧力を前記機能部材に加えるための前記構造は、部分的にまたは全体を排気可能な、気密シールを提供するシール部材を有する、シュラウドまたはチャンバである請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
１または複数の配置構造を用いて前記装置を前記熱硬化性複合部材に取付ける請求項２３から２７のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
請求項１から２２のいずれかに記載の方法により取付けられた機能部材を有する熱硬化性ポリマー複合部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱硬化性ポリマー複合部材への熱可塑性ポリマーの接合に関する。本発明は、特に、高周波振動を加えることによる、熱可塑性表面を有するポリマー複合部材への、熱可塑性ポリマーを含む部材の溶着に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化ポリマー部材（あるいはポリマー複合部材として知られる）は、ポリマー樹脂（マトリックスとして知られる）によって結合された強化ファイバからなる。マトリックスが、エポキシ樹脂のような熱硬化性ポリマーである場合はその複合部材を熱硬化性複合部材と呼ぶことができる。あるいはマトリックスが、ポリアミドまたはポリエーテルエーテルケトンのような熱可塑性ポリマー（または熱可塑性材として知られる）である場合は、その部材を熱可塑性複合部材と呼ぶことができる。なお熱硬化性複合部材は、例えば表面処理用フィルム、樹脂添加物、または結合材として少量の熱可塑性ポリマーを含むことがある。同様に、熱可塑性複合部材は、例えばコアまたはインサート用に少量の熱硬化性ポリマーを含むことがある。
【０００３】
構造ポリマー複合材の多くは熱硬化性マトリックスを有する。従って、これらの構造ポリマー複合部材に他の部材を接合する技術は、熱硬化性複合材の接合、機械的締結、および接着結合に用られる標準方法に基づく。これらの接合方法は時間のかかる方法であるため、小さな部材の取付であっても、組付け費用が著しく増加する。
【０００４】
付属装置や取付具としても知られ、隔離材、埋込みボルト、ブッシュ、ブラケットおよび他の同様物を含む、小型の機能部材は、構造熱硬化性複合積層体および構造体に各種の物体の取付に用いられる。このような機能部材は従来は金属製であったが、熱可塑性材、強化熱可塑性材、各種の繊維強化複合体、および他の材料、またはこれらの組合せを用いて製造することができる。そのような機能部材を、硬化前の複合材料に埋め込むことにより、機能部材と複合材料との間に強力な取付を得ることができる。しかしながら、これはいつでも可能というわけではなく、不都合であることが多い。従って、機械的締結具、または接着剤の使用を通じて取付を行って、機能部材を接合する。これらの方法は、金属および他の材料で作成された構造物に機能部材を接合する際に通常用いられる方法であってよい。機械的締結具は、複合積層体に対して強力な取付を提供するが、その取付には複合積層体に穴をあける必要があり、その結果、複合積層体の機械的特性を低下させる恐れがある。多くの場合、接着結合によって機能部材を取付ける方がはるかに好ましい。しかし、接着剤を用いる場合、機能部材が接着結合部より、はるかに高い負荷容量を有しうる。強力な接着接合を阻害する可能性のある他のケースとしては、複合部材が塗装されている場合がある。この場合、接着接合の強度は、塗料と部材との間の低い接合強度に支配されることが多い。そのため、信頼性の高い取付を得るために、機能部材の接合部の近隣部の塗料を除去する必要がある場合が多い。
【０００５】
安価で入手しやすい大量生産による機能部材を、全体または部分的に、熱可塑性材または強化熱可塑性材で作成することが可能である。しかし、このような部材との良好な接着結合を得るのが困難であることなどの理由により、これらを採用することは容易ではなかった。熱可塑性機能部材と熱硬化性複合体との間で強力な接着結合を可能にするためには、通常、熱硬化性複合体および熱可塑性機能部材の両方の表面に表面処理を必要とする。熱硬化性複合体の場合、表面処理は、表面の研磨および適切な溶剤による洗浄でありうる。熱可塑性材の場合、表面処理は、はコロナ放電またはガス−プラズマ処理などの各処理の１つでありうる。
【０００６】
従って、本発明では、部分的または全体が熱可塑性材で作成された機能部材を熱硬化性複合積層体または部材に取付けるための方法を提供することにより、上述の問題の１つまたは複数を、少なくとも部分的に軽減することが望ましい。有利なこととして、機能部材を熱硬化性複合部材に取付ける場合にもこの方法を用い、非常に高い取付強度を達成することができる。更に有利なこととして、この方法は非常に短時間で行うことができ、機能部材の熱硬化性部材表面への取付にあたり、著しく経費削減が可能である。この方法は塗装または未塗装のいずれの複合部材に対しても適用することができる。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、広義では、少なくとも部分的に熱可塑性ポリマーを含む機能部材を熱硬化性ポリマー複合部材、すなわち、大部分が熱硬化性ポリマーおよび強化繊維で作成された部材に接合するための方法に関する。
【０００８】
本発明の第１の実施態様は、熱硬化性ポリマー複合材料を含み、接合される表面の少なくとも１部に熱可塑性ポリマー層を有する熱硬化性ポリマー複合部材に、機能部材を接合する方法であって、以下の工程を含む方法を提供する：
高周波振動相対変位または高速連続相対変位溶着作業において、前記熱硬化性ポリマー複合部材の熱可塑性表面と強力な接合部を形成可能であるように選択される第２の熱可塑性ポリマーを少なくとも接合される表面上に有する機能部材を選択する工程；
前記複合部材の熱可塑性表面を、前記機能部材の熱可塑性表面に密着した状態で配置する工程；
各部材の各熱可塑性表面の少なくとも１部分が少なくとも部分的に溶融および溶解するように、前記熱硬化性ポリマー複合部材と前記機能部材との間に、高周波振動相対変位または高速連続相対変位を加える工程；および
前記高周波振動相対変位または高速連続相対変位を停止し、溶融した熱可塑性材または複数の熱可塑性材が再度硬化して両部材が共に溶着されるように、前記熱硬化性ポリマー複合部材および前記機能部材を共に固定した関係に保持する工程。
【０００９】
好ましくは、本発明の第１の実施態様によれば、少なくとも機能部材または熱硬化性ポリマー複合部材の熱可塑性表面が１または複数の突起、または表面エンボス、またはエネルギーディレクタ、を有して造形され、高周波振動相対変位または高速連続相対変位溶着中に放出されるエネルギーによってこれらの突起を融解する。機能部材上のこれらの突起の大きさは、熱硬化性部材上の熱可塑性材の厚み以下であってよい。有利なこととして、これによって、機能部材と熱硬化性複合部材との間にシームレスな接合を得やすくすることができる。
【００１０】
好ましくは、本発明の第１の実施態様によると、前記熱可塑性表面は、以下の工程を用いて、前記熱硬化性ポリマー複合部材上に形成される：
熱可塑性ポリマーおよび未硬化の熱硬化性ポリマー樹脂成分の相互浸透能力を示すハンセン溶解度パラメータを有する、未硬化の熱硬化性ポリマー複合樹脂成分および第１の熱可塑性ポリマーを選択する工程；
硬化したときに、前記複合部材の１表面の少なくとも１部が前記熱可塑性ポリマーから構成されるように、前記熱可塑性ポリマーを未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材に接触した状態で配置する工程；
前記熱可塑性ポリマーおよび未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材を、前記熱硬化性ポリマーの硬化温度まで加熱する工程、ここで、前記未硬化の熱硬化性ポリマー樹脂成分および  前記熱可塑性ポリマーは前記熱硬化性ポリマーが硬化する前に少なくとも部分的に相互浸透可能である；および
前記熱可塑性ポリマーが前記硬化した熱硬化性ポリマー部材に非常に強力に接合するように前記熱可塑性ポリマーおよび硬化した熱硬化性ポリマー部材を冷却する工程。
【００１１】
有利なこととして、部材の硬化中に、熱可塑性表面を熱硬化性ポリマー複合部材上に一体化することにより、熱可塑性ポリマー表面層が熱硬化性ポリマー複合体に強力に取付けられる。
【００１２】
本発明の第２に実施態様は、接合される表面の少なくとも１部に熱可塑性ポリマー層を有する熱硬化性ポリマー複合材料と前記熱可塑性ポリマー層を覆うポリマー被覆層とを含む、被覆された熱硬化性ポリマー複合部材に、機能部材を接合する方法であって、以下の工程を含む方法を提供する：
高周波振動相対変位または高速連続相対変位溶着作業において、前記熱硬化性ポリマー複合製品のポリマー被覆層の下の熱可塑性表面と強力な接合部を形成可能であるように選択される第２の熱可塑性ポリマーを、少なくとも接合される表面上に有する機能部材を選択する工程工程；
前記複合部材の熱可塑性表面を、前記機能部材の前記被覆された熱可塑性表面に密着した状態で配置する工程；
前記熱可塑性表面の上の前記ポリマー材料の少なくとも１部が変位し、各部材の各熱可塑性表面の少なくとも１部分が接触、溶融および溶解するように、前記熱硬化性ポリマー複合部材と前記機能部材との間に、高周波振動相対変位または高速連続相対変位を加える工程；および
前記高周波振動相対変位または高速連続相対変位を停止し、溶融した熱可塑性材または複数の熱可塑性材が再度硬化して両部材が共に接合されるように、前記熱硬化性ポリマー複合部材および前記機能部材を共に固定した関係に保持する工程。
【００１３】
好ましくは、本発明の第２の実施態様によれば、機能部材の熱可塑性表面が１または複数の突起、または表面エンボス、またはエネルギーディレクタ、を有して造形され、高周波振動相対変位または高速連続相対変位溶着中に放出されるエネルギーによってこれらの突起を融解する。機能部材上のこれらの突起の大きさは、熱硬化性部材の表面上の熱可塑性層を覆うポリマー材料被覆層の厚みより大きくてよい。好ましいこととして、これによって、機能部材および熱硬化性複合部材の熱可塑性表面の熱可塑性の突起が接触し、少なくとも部分的に溶融および融解する前に、ポリマー被覆層の変位を起こしやすくする。
【００１４】
本発明の第２の実施態様によれば、前記被覆された熱硬化性ポリマー複合部材は以下の工程を用いて形成されることが好ましい：
熱可塑性ポリマーおよび未硬化の熱硬化性ポリマー樹脂成分の相互浸透能力を示すハンセン溶解度パラメータを有する、未硬化の熱硬化性ポリマー複合樹脂成分および第１の熱可塑性ポリマーを選択する工程；
硬化したときに、前記複合部材の１表面の少なくとも１部が前記熱可塑性ポリマーから構成されるように、前記熱可塑性ポリマーを未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材に接触した状態で配置する工程；
前記熱可塑性ポリマーおよび未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材を、前記熱硬化性ポリマーの硬化温度まで加熱する工程、ここで、前記未硬化の熱硬化性ポリマー樹脂成分および  前記熱可塑性ポリマーは前記熱硬化性ポリマーが硬化する前に少なくとも部分的に相互浸透可能である；および
前記熱可塑性ポリマーが前記硬化した熱硬化性ポリマー部材に非常に強力に接合するように前記熱可塑性ポリマーおよび硬化した熱硬化性ポリマー部材を冷却し、熱可塑性表面を含む熱硬化性ポリマー部材を、ポリマー材料の層で被覆する工程。
【００１５】
有利なこととして、部材の硬化中に、熱可塑性表面を熱硬化性ポリマー複合部材上に一体化することにより、熱可塑性ポリマー表面層が強力に熱硬化性ポリマー複合体に取付けられる。
【００１６】
本発明のいずれかの実施態様を用いることの更なる利点としては、構造上の設計または元の複合部材の性能を妥協することなく、例えば、機械的結合を達成するには孔を開けるなどの妥協をすることなく、機能部材を熱硬化性ポリマー複合部材の表面に取付けることができることである。
【００１７】
いずれの実施態様においても、機能部材は、純粋熱可塑性ポリマー、コポリマー、任意の種類のコポリマー、または任意の種類のポリマー配合物のいずれかからなり、あるいは、熱可塑性材料中に数パーセントの充填剤、繊維、または他の材料を含む。機能部材が全体的に熱可塑性材または強化熱可塑性材で作成される場合は、射出成形のような方法によって簡単に製造することができる。また、機能部材は、金属部品と組合せた充填または未充填熱可塑性材からなる場合もある。部材が熱可塑性材または強化熱可塑性材と金属との組合せである場合は、金属部分は、機械加工、鍛造、鋳込、または同様の手段を用いて製造することができ、熱可塑性材または強化熱可塑性材料は、１つのアセンブリとして、金属の上に配置される。あるいは、金属部材を射出成形型内に配置することにより、金属の１部に熱可塑性材または強化熱可塑性材を「オーバーインジェクト」することもできる。
【００１８】
機能部材は、大型部材である場合もあり、その場合は一連の局所的な「スポット」溶着によって熱硬化性ポリマー複合部材に溶着し、縦長の機能部材および熱硬化性ポリマー複合部材が溶着機を介して横方向に移動する場合は、連続する「シーム」溶着作業によって溶着し、溶着機によって接合が連続的に行われる。
【００１９】
有利なこととして、溶着によって最低限の溶着品質が達成された場合は、機能部材の熱硬化性ポリマー複合部材に対する取付強度は、熱硬化性ポリマー複合部材に対する熱可塑性材の取付強度、または機能部材に対する熱可塑性材の取付強度のいずれかに依存する。熱硬化性ポリマー複合部材の場合は、本発明の方法を用いることによって、未硬化の熱硬化性ポリマーと熱可塑性ポリマーと間の相互浸透を介して非常に高い強度が得られる。機能部材の場合、これは部材の設計に依存するが、純粋熱可塑性部材の場合は、基材の熱可塑性材の強度になる。
【００２０】
一般に、熱硬化性複合体上に溶着可能な表面を得るための方法は、その熱可塑性層が、高周波振動相対変位または高速連続相対変位溶着を起こさせるに十分な厚みを持っていることが要件となる。熱硬化性複合部材の表面上の熱可塑性材が、特定の溶着作業に、不十分である場合は、溶着作業以前または作業中に純粋ポリマーまたは他の材料と組合せたポリマーのいずれかの熱可塑性材を余分に追加する工程を更にこの方法に含む。
【００２１】
有利なこととして、熱可塑性表面が、本発明の方法によって、熱硬化性ポリマー複合部材上に形成されている場合は、直ぐにまたは後で、それを用いて本発明の手段による機能部材の取付を行うことも可能である。更に、機能部材の配置を変更する必要がある場合は、切断、研削、または熱可塑性材が熱硬化性ポリマー部材の表面上に留保されるような同様の手段を用いて、その機能部材を除去することができる。また、機能部材は、「溶着解除」することができる、すなわち、任意の熱源から熱を加えることにより除去することができる。その結果、一般には平坦化処理および清浄処理または余分な熱可塑性材の追加処理などにより、その表面を適切に処理する必要がある場合がある。その後、別の機能部材をその場所に溶着して、高い接合強度を得ることができる。
【００２２】
１または複数の機能部材を、熱可塑性表面の個々の領域毎に、熱硬化性ポリマー複合部材に溶着することができる。更に、熱硬化性ポリマー複合部材の表面に、複数領域の熱可塑性表面が存在する場合は、機能部材をそれらの領域のいくつか、または全部に接合することができる。
【００２３】
本発明の別の形態によると、熱硬化性ポリマー複合部材上に機能部材を溶着する装置であって、高速連続相対変位または高周波振動相対変位を、前記機能部材と前記熱硬化性ポリマー複合部材の間に加えるためのアクチュエータと、該アクチュエータの相対変位を前記機能部材に加えるためのツールと、前記アクチュエータを、前記機能部材に対して配置し、および／または圧力を前記機能部材に加えるための少なくとも１つの構造とを含む装置を提供する。
【００２４】
本発明のこの形態の溶着装置は、高速連続相対変位、または高周波振動相対変位を機能部材と熱硬化性ポリマー複合部材との間に加えることができる。本発明の第１および第２の実施態様では、この装置が部材の１つに接触する。この溶着装置は、一般的に周波数２０ｋＨｚで動作する、ハンドヘルド部を有する可搬式の超音波溶着装置でありうる。あるいは、この溶着装置は、機能部材と熱硬化性ポリマー複合部材との間に、高速回転相対移動を加えるスピン式溶着装置であってもよい。
【００２５】
機能部材に相対変位を加える溶着ツールは、機能部材上にしっかりと配置される、または機能部材を保持するように造形されたインタフェースを随意的に有することもある。このツールはソリッド（中空でない）であってもよく、または各種形状の機能部材が溶着可能であるように中空であってもよい。
【００２６】
溶着装置は、機能部材に対してアクチュエータを配置する、および／または、機能部材に圧力を加える、ための１または複数の構造を更に有する。これらの配置および／または圧力構造は、溶着される部材に対する相対変位の適用を妨げないように、溶着中は溶着装置にしっかりと取付けられる。これらの構造は、溶着装置の横方向の移動を禁止し、溶着される部材に対する溶着ツールの圧力を更に増加することができる。高周波溶着装置に対する移動および調整機能をこれらの構造が有する場合は、溶着作業の前にこれらの構造を当該溶着装置にしっかりと固定し、後に解放する。また、連続的または定期的な軽い伸展力を利用してこれらの構造を溶着ツールの端部より遠くに伸展させ、溶着作業の前に溶着ツールを最適に位置決めすることもできる。これらの構造は、溶着ツールの端部に真の力が加わるように、部分的にまたは全体的に排気可能なシュラウドまたはチャンバを含むこともある。このシュラウドまたはチャンバは１端部にシール部材を備えて、機能部材と当該熱硬化性複合部材との間に気密シールを得ることができる。
【００２７】
本発明では、「熱可塑性ポリマー」は、純粋熱可塑性ポリマー、任意の種類のコポリマー、または任意の種類のポリマー配合物を意味する。熱可塑性ポリマーは、更に、数パーセントの充填材、繊維、または他の材料を、熱可塑性材料中に含むことがある。熱可塑性ポリマーは、半結晶または非結晶として分類されうる。更に、各々の熱可塑性材が溶着において相溶性であれば、熱硬化性複合部材上の表面処理用熱可塑性材は、機能部材のそれとは異なってもよい。
【００２８】
本発明の別の形態では、上述の方法によって取付けられた機能部材を有する熱硬化性複合部材を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本明細書中に開示および定義される発明は、記述または図面で記載または実証された個々の特徴の２つまたはそれ以上の代替的組合せすべてに拡大されるべきものである。これらの各種の組合せは、すべて、本発明の各種の代替的態様を構成するものである。
【００３０】
本発明の第１または第２の実施態様のいずれにおいても、良好に取付具を取付けるためには熱可塑性表面を有する熱硬化性複合体が必要である。以下では、そのような表面処理された複合体を良好に形成する方法、材料の相溶性要件、材料選択、および表面を良好に一体化する方法について説明する。
【００３１】
（ポリマーの熱力学および溶解度基準）
相溶性の材料の選択には、いくつかの溶解度パラメータを密接にマッチングさせることが必要である。相溶性の非結晶熱可塑性材の材料選択の原則は、以下に示す混合ギブス自由エネルギー（ΔＧｍ）に基づく。
【００３２】
ΔＧｍ  ＝  ΔＨｍ  −ＴΔＳｍ  ≦  ０  （１）
【００３３】
式中、ΔＨｍ は混合のエンタルピーであり、Ｔは温度で、ΔＳｍ  は混合のエントロピーである。次にヒルデブランド−スキャッチャード式を用いて、以下のように混合のエンタルピーを求める。
【００３４】
ΔＨｍ  ＝  ＶΦａΦｂ（δａ  −  δｂ）２  （２）
【００３５】
式中、δａおよびδｂは、検討した２種、例えば非結晶ポリマーおよびモノマー硬化剤、の溶解度パラメータ（ヒルデブランドパラメータとしても知られる）である。
【００３６】
しかし、ヒルデブランド−スキャッチャード式（上記の式（２））は、本発明に適用可能であるような、高機能の半結晶熱可塑性材の類には、極性力のような分子間力がこれらのポリマーの溶解挙動に大きな影響を与えるため、不十分である場合がある。適切なアプローチとして、非結晶および半結晶のポリマーに同等に適用することができ、分散、極性、および水素結合力を考慮するハンセンパラメータの使用が推奨される（ＡＦＭ  Ｂａｒｔｏｎ  ”ＣＲＣ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｃｏｈｅｓｉｏｎ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ”，  ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，  １９８３参照）。これらのパラメータを用いることによって、ポリマー−溶剤相溶性のための合理的な指針が得られる。ポリマーｂの相溶性の半径は図１の溶解度チャートに示されるように、ｂＲによって定義される。任意の溶剤ａの分散力（δｄ）、極性力（δｐ）、および水素結合力（δｈ）のハンセン溶解度パラメータを求めて図に示すことができる。溶剤ａの３つのハンセンパラメータ（ａδｄ、ａδｐ、およびａδｈ）を位置決めする溶解度チャート上の点が、ｂＲによって定義される球体の中に存在する場合は、このポリマーはこの溶剤中に溶解可能である。すなわち、次式で示される。
【００３７】
［４（ａδｄ―ｂδｄ）２＋（ａδｐ―ｂδｐ）２＋（ａδｈ―ｂδｈ）２］１／２＜  ｂＲ  （３）
【００３８】
式中、この例では溶剤はモノマーまたは硬化剤であり、ｂＲは、公知のハンセンパラメータを有する一般の溶剤を用いる標準実験にて求められる。
【００３９】
（材料選択および表面の一体化）
上記の基準に従って選択された熱可塑性材料は、実質的な半相互浸透型ポリマーネットワーク（ＳＩＰＮ）の形成によって、熱硬化性ポリマーの表面または熱硬化性材料に、良好に一体化されうる。この方法の１つの態様は、ハンセンパラメータを用いて決定した溶解度を持つ熱硬化性ポリマーおよび熱可塑性材を選択すること、および熱硬化性モノマーおよび硬化剤が非結晶ポリマー中に、または半結晶熱可塑性ポリマーの結晶部材中に、結晶部材の溶融熱を克服することによって、十分移行するように硬化温度／時間サイクルを選択することである。部材の硬化後、熱可塑性材は、分子鎖を元の表面の領域に絡ませることによって、部材に密着して結合され、それによって熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との間に半相互浸透型ポリマーネットワークを形成する。
【００４０】
有利なこととして、上述の熱力学的および溶解度相溶性基準が合致した場合には、一般に、製造者が推奨する熱硬化性ポリマーの硬化サイクルになんら変更を加えることなく、結合プロセスが起こる。
【００４１】
（本発明の好適実施態様）
本発明の好ましい実施態様では、熱硬化性ポリマー複合体と共硬化するための第１の熱可塑性材を選択し、同様に、機能部材のための第２の熱可塑性材を選択するが、第１の熱可塑性材と同じであっても異なっていてもよい。上述したように、熱硬化性ポリマー複合体の表面処理用の熱可塑性材の最適な選択は、熱可塑性材および未硬化の熱硬化性ポリマー部材の複合的溶解度パラメータを密接に合致させることによって達成される。この技術は、高い取付強度を達成可能な非結晶または半結晶ポリマー候補を選択する際に良好に用いることができる。本発明の好適実施態様による方法は、未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材と共に用いる場合に適している。１つの例として、オートクレーブ内で予備含浸繊維（プレプレグ）複合体を硬化させる例を図２に示す。プレプレグ１０の積層を、熱可塑性材１４の個々の領域を最外側にして、硬化装置１２上に配置する。熱可塑性材をフィルム形式にして用いると一般に便利である。次にプレプレグと熱可塑性材の組合せを、有孔フィルム１６および息抜き材１８の中に入れ、シールテープ２２でツールにシールされたナイロンバッグフィルム２０で覆う。次に、オートクレーブ内に配置する前に、真空孔２４を介してアセンブリ全体を排気する。アセンブリの温度および圧力を上昇させて、未硬化の熱硬化性ポリマー部材の熱可塑性材内への移行が起こりうる溶液相溶性になるような温度にする。すなわち、熱硬化性および熱可塑性ポリマーの相互浸透が、十分な深さまで起こり、その結果、表面処理された部材に高い接合強度が得られる温度にする。移行の温度は、熱硬化性ポリマーの硬化温度でありうる。しかし、この温度において未硬化ポリマー部材の移行の発生が不十分である場合は、硬化サイクルに低温浸透工程を含めて、相互浸透領域を拡大してもよい。熱硬化性ポリマーの硬化の後、アセンブリを冷却し、オートクレーブから取出し、少なくとも部分的に熱可塑性表面を有する熱硬化性ポリマー複合体を得る。
【００４２】
熱硬化性ポリマー複合体に、熱可塑性材を硬化および表面一体化するための上述の技術は、プレプレグ複合体のオートクレーブ硬化に限定されるものではない。未硬化の熱硬化性ポリマー部材を、熱硬化性ポリマーの硬化以前に、熱可塑性材に接触させて、未硬化の熱硬化性ポリマー部材の移行を起こさせることができれば、積層や硬化手順に修正を加えた他の様々な熱硬化性複合体製造方法を用いてこの技術を達成することができる。
【００４３】
機能部材の溶着表面用の熱可塑性材は、いくつかの異なる目的を満たす必要がある。熱可塑性材は、熱硬化性ポリマー複合体の表面処理用熱可塑性材とブレンディングまたは溶液相溶性を持たなければならない。また、この段階で十分な分子混合が起こるように、熱可塑性材と選択された溶着プロセスとの間に適合性がなければならない。最後に、機能部材の設計に依存して、熱可塑性材は、所期の機能を遂行するために、多くの機械的特性を有するものでなければならない。ブレンディングおよび溶液相溶性は、熱硬化性ポリマー複合体の表面上の熱可塑性材と同じ熱可塑性材を選択することによって一般に確保される。しかし、すべての熱可塑性材が高周波接合処理に良好に適合するわけではない；特に、いくつかの半結晶熱可塑性材で作成された部品は、特定の形状を持つ機械的損傷を受けることがあり、その後の機能を妥協することになる。そのため、および、機能部材の効率のよい作業のために、機能部材および熱硬化性ポリマー複合体表面用として、異なる熱可塑性材を選択する必要がある場合がある。高周波溶着作業に適合することがわかっている非結晶熱可塑性材は数多くある。高周波溶着作業に適合することが知られている非結晶熱可塑性材料には、ＰＥＩとＡＢＳ、ＰＭＭＡとＡＢＳ、およびＰＰＯとＰＳが含まれる。これより少ないが、高周波溶着作業に適合することが知られている半結晶熱可塑性材の例としては、ＰＥＴとＰＥＩ、およびＰＥＴとＰＣがある。
【００４４】
機能部材の例を図３に示す。図３Ａは、熱硬化性ポリマー複合体の熱可塑性表面に接合するための下側表面３２と、別の用途の機能端部３４（この場合はネジ付き支柱）とを備える熱可塑性機能部材３０を示す。接合表面３２は、多数の突起を有し、それによって高周波溶着中の、特に超音波溶着中の昇温調整がしやすくなる。これらの突起は、高周波サイクリック変位下で、近傍の熱可塑性材よりも速く昇温する傾向がある。本発明の第１の実施態様を用いる場合は、これらの突起の高さは、熱硬化性複合体上の熱可塑性材の厚み以下であることが好ましい。しかし、最適溶着強度を維持するために、これらの突起の高さは、熱硬化性ポリマー複合体の熱可塑性表面と同程度に維持する必要がある場合がある。熱硬化性複合部材の表面の熱可塑性材の、推奨される最小の厚みは２０μｍであり、熱可塑性材の最大厚みは重量、寸法、およびコストの実用性によって制限され、また本発明の実施にとっては、５ｍｍ以下であることが好ましい。突起の高さが、複合部材上の熱可塑性層の厚みと同様または同一である場合は機能部材と複合体上の熱可塑性表面の間にほぼシームレスの接合を得ることができ、最大の取付強度を得ることができる。機能部材の熱可塑性材と熱硬化性複合部材上の熱可塑性材との間に、ポリマー被覆層が配置されている本発明の第２の実施態様には、異なるアプローチが必要となる。効果的な溶着を得るためには、溶着作業中は、この被覆層を変位させる必要がある。突起を用いる場合は、突起は、変位した被覆層が機能部材と熱硬化性複合部材の間の間隙に収まるような十分な高さでなければならない。突起の高さは、複合部材 熱硬化性ポリマー複合部材の表面上の熱可塑性材を覆うポリマー被覆層の厚みより大きいことが好ましい。高さの低い突起を用いても取付は達成可能であるが、プロセスの堅牢性のためには、突起の高さは０．５ｍｍ以上であることが推奨される。
【００４５】
機能部材が特定の特性を必要とする場合は、金属で製造されたなんらかの部材を有することが好ましい場合がある。そのような部材の１つの例を図３Ｂに示す。この機能部材３６の金属部３８は、機械加工、鋳込、または同等の方法で製造されうる。機能部材の金属部３８を包む熱可塑性材４０の製造は、後で射出成形型内に金属部３８を入れ、それをオーバーインジェクトすることによって達成しうる。この部材は本発明の目的に有利な点として、熱可塑性材溶着インタフェース、部材の金属部への高い取付強度、および機能金属部を有する。金属および熱可塑性材の両方から作成された同様の機能部材４２を図３Ｃに示す。この例では、熱可塑性材料部４４および金属部４６は別々に製造し、後で組付けることができる。この例の部材の基材は、図３Ｄに概略を示すが、ピラミッド形の超音波溶着エネルギーディレクタを有する熱可塑性基材４８を有する。金属部材４６は複合部材に組付けるように設計され、その際、最初に接触させる時は複合部材から所定のすき間を有し、溶着作業が完了した後に複合部材と接触するように設計することが理想である。
【００４６】
このような機能部材の材料は、金属および熱可塑性材または強化熱可塑性材に限定されるものではない。また、機能部材は、セラミックである部分を有してもよく、また電子部品を含んでもよく、あるいは各種の他の材料を含んでもよい。しかし、本発明に記載する様式で熱硬化性ポリマー複合部材に機能部材を接合可能にするためには、機能部材は熱可塑性材である部分を保有しなければならない。
【００４７】
機能部材を熱硬化性ポリマー複合部材に接合する方法の１つは、ホーンを有する超音波溶着機のような高周波サイクリック変位系を用いる方法である。溶着作業の例を図４に示す。本発明の第１の実施態様の好ましい方法に従って作成された熱硬化性ポリマー複合部材５０は、部材上の領域に熱可塑性表面５２を有する。本発明の方法に従って選択および／または設計した機能部材５４を、その熱可塑性表面５６が、複合部材５０の熱可塑性表面５２に対向するようにして、配置する。次に、溶着機ホーン５８を介して機能部材５４および複合部材５０の相対する熱可塑性表面５２，５６に圧力を加えるように、超音波溶着機ホーン５８を機能部材５４の上面６０に対向させる。この例では、超音波溶着機ホーン５８は、機能部材５４の支柱６４を収容するための中空部６２を有する。次に、高周波サイクリック変位を機能部材５４に伝達して、部材中、最初にエネルギーディレクタ６６が、次に少なくともいくつかの近傍の熱可塑性材料が、昇温および溶解し、その結果、機能部材の熱可塑性表面５６と複合体の熱可塑性表面５２とを実質的に混合させる。一般的に、このプロセスは、振幅と周波数に依存して、０．５から１０秒の間行われる。次に、サイクリック変位を停止し、一方、アセンブリは冷却中も継続して合わせて保持したままにする。他の方法としては、スピン溶着のような摩擦法を用いて、機能性部材の熱可塑性突起と複合部材の熱可塑性表面との間で局所的に発熱させることもできる。摩擦溶着の場合、熱可塑性突起の使用が絶対的に必要であるわけではないが、溶着プロセスの調整のためには好ましい。
【００４８】
塗装、粉体被覆、吹付、浸漬、はけ塗り、接着剤アップリケ、またはその他の方法など技術を用いて熱硬化性ポリマー部材がポリマー材料中に被覆され、ポリマーの薄層を部材の表面に形成している場合でも、この方法を同様に実施することができる。なお、以下の説明において、塗装という用語を用いる場合は、上述の各技術の１つまたは部材表面上にポリマー層を提供する同様の方法を広義に意味するものとする。溶着作業の例を図５に示す。熱硬化性ポリマー複合部材７０は、部材の１領域上に熱可塑性表面７２を有し、その上にポリマー材料被覆層７４が塗布されている。本発明のプロセスに従って選択および／または設計された機能部材７６を、その熱可塑性表面７８を複合部材の塗装された熱可塑性表面８０に対向して、配置する。
【００４９】
突起８２を本発明の第２の実施態様の１部として用いる場合、突起は機能部材上に配置するのが最も都合が良い。好ましい実施態様では、次に、超音波溶着機ホーン８４を機能部材７６の上面８６に対向させて、溶着機ホーン８４を介して機能部材７６の突起状の熱可塑性表面７８に圧力を加える。サイクリック相対変位下で、機能部材７６の突起状の熱可塑性材８２が熱可塑性材７２上の塗装８０を変位させ、突起状の熱可塑性材８２の先端から離れる方向に塗装を移動する。機能部材７６の突起状の熱可塑性材８２は、最終的には、下にある、熱硬化性複合部材７０の熱可塑性表面７２に接触する。他の態様では、本発明の第１の実施態様と同様の方法で、溶着を行う。スピン溶着作業中に塗装を除去する際にも、機能部材の溶着表面上の突起が有用である。この場合は、突起が、塗装された表面を削り取り、下の熱可塑性表面を露出させ、その後、摩擦による蓄熱を介して溶着を行うことができる。
【００５０】
機能部材が、上述の方法で溶着されると、一般に、溶着は達成されるが、部材が正確に配置されていない場合がある。超音波溶着で見られるように、高周波振動下では、機能部材および熱硬化性複合体の積層または部材が互いに対して横方向に移動する傾向がある。機能部材と超音波ホーンとの間の横方向の移動は、機能部材上の上側インタフェースの、すなわち超音波ホーンと接触する表面の、形状によって調整することができる。また、熱硬化性ポリマー複合部材に対する超音波溶着機および機能部材の横方向移動の調整も、達成可能である。１つの方法としては、溶着作業中、機能部材の縦方向の移動を可能にする一方で、著しい水平移動は禁止するように、複合部材上に一時的にまたは永久的に制限を設けることである。第２の方法は、図６に示すような装置を用いることである。図６Ａは、機能部材９０、熱硬化性ポリマー複合部材９２および超音波溶着機９４の１部の概略を示す。更に、機能部材または熱硬化性ポリマー複合部材の位置決めおよび加圧構造を、シュラウド９６として示すが、シュラウド９６は超音波溶着機ホーン９８に直接接触しないように、超音波溶着機９４に接続される。シュラウド９６は超音波溶着機９４と熱硬化性複合部材９２との間の横方向の移動を阻止するように用いることができる。断面図で示されているが、シュラウド９６は環状であり、内側壁１００，外側壁１０２、および溶接密閉を行うのに適した可撓性基材１０４を有する。また、可撓性基材１０４を用いて熱硬化性複合部材９２に対するシュラウドの振動を減衰することもでき、この目的のために、可撓性基材は粘着性であり、あるいは表面に嵌合して振動を減衰するように特別に造形または構成される。シュラウド９６を、熱硬化性複合部材９２に接触させ、内側壁１０２および外側壁１０４の間の空気を排気する。これによって、超音波溶着機９４が熱硬化性複合部材９２に対して横方向に動くことを阻止する。有利なこととして、熱硬化性複合部材９２に対して、超音波溶着機９４に真の下方向の圧力が発生し、溶着プロセスを容易にするように、シュラウド９６を設計することも可能である。
【００５１】
平坦でない表面の溶着を可能にし、また溶着ホーンの最適な位置決めを可能にする、同様の装置を図６Ｂに示す。機能部材１１０、熱硬化性複合部材１１２、および超音波溶着機１１４は上述と同様である。超音波溶着ホーン１２０に直接接触しないように、１または複数の支柱１１８が超音波溶着機ケーシング１１６に接続される。支柱１１８は、中空構造および密接密閉に適した可撓性基材１２２を有する。支柱１１８は、超音波溶着機１１４に対して垂直方向に滑動可能であり、溶着時には、曲線または角度のある熱硬化性複合部材１１２がすべての支柱１１８に接触できる。溶着前に支柱１１８が所望の高さに調整されている場合は、支柱１１８の高さを超音波溶着機１１４に対して固定することもできる。次いで、支柱１１８の内部の空気を排出し、それによって、超音波溶着機１１４と熱硬化性複合部材１１２との間で横方向の移動が阻止され、機能部材１１０に対して真の下方向圧力が発生する。
【００５２】
使用可能な他の配置または位置決め装置としては、案内装置があり、真空、クランプ、または除去可能な接着剤によって一時的に熱硬化性複合部材に取付けることができ、ホーンまたは溶着機のための案内または位置決め装置として機能する。
【００５３】
溶着装置の上述の例は、単に例として挙げたものであり、本発明に記載された原理に基づく様々な変形によって達成可能である。
【００５４】
（実験的考察）
本発明の第１の実施態様により、Ｔ３００炭素繊維およびＨｅｘｃｅｌ  Ｆ５９３エポキシ樹脂を含有する、予備含浸平織り繊維の積層上に２５４μｍのＰＶＤＦ熱可塑性フィルムを配置して、熱可塑性表面を有する熱硬化性ポリマー複合体パネルを作成した。この積層をフラットツール上に配置し、真空バッグで包んだ。真空バッグ中の空気を排気し、次に積層を１７７℃および外圧０．６３ＭＰａで１２０分間硬化させた。硬化後、熱可塑性層は複合基材に強固に取付けられた。１表面の超音波溶着用に、機能部材として２０×２０ｍｍの表面接触面積を有するＰＶＤＦポリマー製の簡易な形状を準備した。その際、開先角度６０度の三角溝をポリマーブロックの１表面上に水平および垂直に機械加工した。その結果、機能部材の１つの表面に高さ０．５ｍｍおよび間隔０．５８ｍｍのピラミッド形状の一連の突起ができた。機械加工した機能部材の表面および熱硬化性複合積層体の熱可塑性表面をプロパノールで清浄した後、共に合わせて、周波数２０ｋＨｚで動作中の超音波溶着機の下に配置した。およそ０．２ＭＰａの圧力を溶着機ホーンに、従って機能部材に加えた。超音波振動を３秒間加え、圧力下で冷却した後、機能部材は、熱硬化性ポリマー複合部材に強固に固定された。その後のプルオフ試験では取付強度５ＭＰａを示した。
【００５５】
本発明の第２の実施態様により、Ｔ３００炭素繊維およびＣｙｃｏｍ  ９７０エポキシ樹脂を含有する、予備含浸平織り繊維の積層の上に２５４μｍのＰＶＤＦ熱可塑性フィルムを配置して、熱可塑性表面を有する第２の熱硬化性ポリマー複合パネルを作成した。この積層をフラットツール上に配置し、真空バッグ内で包んだ。真空バック内の空気を排気し、その後積層を、温度１７７℃、外圧０．６３  ＭＰａで、１２０分間硬化させた。硬化後、熱可塑性層は複合基材にしっかりと取付けられた。次に、熱可塑性表面を含むパネルを、Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ  Ａｅｒｏｄｕｒ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｐｒｉｍｅｒ  ３７０４５およびＡｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ  Ａｅｒｏｄｕｒ  Ｆｉｎｉｓｈ  Ｃ２１／１００ポリウレタンエナメルを用いて塗装した。１表面の超音波溶着用に、機能部材として２０×２０ｍｍの表面接触面積を有するＰＶＤＦポリマー製の簡単な形状を準備した。その際、開先角度６０度の三角溝を、ポリマーブロックの１表面上に水平および垂直に、機械加工した。その結果、機能部材の１表面に高さ１．７ｍｍおよび間隔２ｍｍのピラミッド形状の一連の突起ができた。機械加工した機能部材の表面および熱硬化性複合積層体の塗装した熱可塑性表面を共に合わせて、周波数２０ｋＨｚで動作中の超音波溶着機の下に配置した。およそ１ＭＰａの圧力を溶着機ホーンに、従って機能部材に加えた。超音波振動を１秒間加え、圧力下で冷却した後、機能部材は、熱硬化性ポリマー複合部材に強固に固定された。その後の試験では、機能部材の熱可塑性材は複合部材の熱可塑性表面に直接取付けられたことが示された。その後のプルオフ試験では取付強度３ＭＰａを示した。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、ポリマーのハンセン溶解度の図を示す。特定のポリマーのための溶剤の溶融度を決定するために用いることができる。
【図２】図２は、熱硬化性ポリマーのプレプレグおよびオートクレーブ硬化前の熱可塑性層の概略図である。
【図３】図３Ａは、一般的な機能部材、または熱可塑性材または強化熱可塑性材から作成した取付具の概略図であり；    図３Ｂは、一般的な機能部材、または基材が熱可塑性材に包まれた金属部材から作成された取付具の概略図であり；    図３Ｃは、一般的な機能部材、または熱可塑性基材中に挿入された金属部材から作成された取付具の概略図であり；    図３Ｄは、図３Ｃを下から見た図であり、熱可塑性基材の中の部分的な金属基材およびピラミッド型のエネルギーディレクタを示す。
【図４】図４は、図３Ｂと同様の、機能部材または取付具の概略図であり、熱可塑性表面を有する硬化した熱硬化性複合部材、および溶着装置の下方部分を示す。
【図５】図５は、３Ｂと同様の、機能部材または取付具、ポリマー被覆層を持つ熱可塑性表面を有する硬化した熱硬化性複合部材、および溶着装置の下方部分の概略図である。
【図６】図６Ａは、３Ｂと同様の、機能部材または取付具、熱可塑性表面を有する硬化した熱硬化性複合部材、および環状の真空シュラウドを有する溶着装置の下方部分の概略図であり；    図６Ｂは、機能部材または取付具、熱可塑性表面を有する硬化した熱硬化性複合体、および調節可能な真空チューブを有する溶着装置の下方部分の概略図である。
【図１】
2009531194.tif 000003
【図２】
2009531194.tif 000004
【図３Ａ】
2009531194.tif 000005
【図３Ｂ】
2009531194.tif 000006
【図３Ｃ】
2009531194.tif 000007
【図３Ｄ】
2009531194.tif 000008
【図４】
2009531194.tif 000009
【図５】
2009531194.tif 000010
【図６Ａ】
2009531194.tif 000011
【図６Ｂ】
2009531194.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月6日(2008.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性ポリマー複合材料を含み、接合される表面の少なくとも１部に熱可塑性ポリマー層を有する熱硬化性ポリマー複合部材に、機能部材を接合する方法であって、以下の工程を含む方法：
熱可塑性ポリマーおよび未硬化の熱硬化性ポリマー樹脂成分の相互浸透能力を示すハンセン溶解度パラメータを有する、未硬化の熱硬化性ポリマー複合樹脂成分および第１の熱可塑性ポリマーを選択することによって、前記熱硬化性ポリマー複合部材上に熱可塑性層を形成する工程；
硬化したときに、少なくとも前記複合部材の１つの表面の少なくとも１部が前記熱可塑性ポリマーから構成されるように、前記熱可塑性ポリマーを前記未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材に接触して配置する工程；
前記熱可塑性ポリマーおよび未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材を、前記熱硬化性ポリマーの硬化温度まで加熱する工程、ここで前記未硬化の熱硬化性ポリマー樹脂成分および前記熱可塑性ポリマーが、前記熱硬化性ポリマーが硬化する前に、少なくとも部分的に相互浸透可能である；および
前記熱可塑性ポリマーが硬化した熱硬化性ポリマー部材に非常に強力に結合するように前記熱可塑性ポリマーおよび前記硬化した熱硬化性ポリマー部材を冷却する工程；更に、
高周波振動相対変位溶着作業において、前記熱硬化性ポリマー複合製品のポリマー被覆層の下の熱可塑性表面と強力な接合部を形成可能であるように選択される第２の熱可塑性ポリマーを、少なくとも接合すべき表面上に有する機能部材を選択する工程；
前記複合部材の熱可塑性表面を、前記機能部材の前記被覆された熱可塑性表面に密着した状態で配置する工程；
前記熱可塑性表面の上の前記ポリマー材料の少なくとも１部が変位し、各部材の各熱可塑性表面の少なくとも１部分が接触、溶融および溶解するように、前記熱硬化性ポリマー複合部材と前記機能部材との間に、高周波振動相対変位を加える工程；
前記高周波振動相対変位を停止し、溶融した熱可塑性材または複数の熱可塑性材が再度硬化し、両部材が共に接合されるように、前記熱硬化性ポリマー複合部材および前記機能部材を共に固定した関係に保持する工程。
【請求項２】
前記機能部材または熱硬化性ポリマー複合部材の少なくとも１つの前記熱可塑性表面が１または複数の突起を有して造形される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記機能部材上の熱可塑性表面突起の高さは前記熱硬化性ポリマー複合部材上の熱可塑性材の厚み以下である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
接合される表面の少なくとも１部に熱可塑性ポリマー層を有する熱硬化性ポリマー複合材料と前記熱可塑性ポリマー層を覆うポリマー被覆層とを含む、被覆された熱硬化性ポリマー複合部材に、機能部材を接合する方法であって、以下の工程を含む方法：
熱可塑性ポリマーおよび未硬化の熱硬化性ポリマー樹脂成分の相互浸透能力を示すハンセン溶解度パラメータを有する、未硬化の熱硬化性ポリマー複合樹脂成分および第１の熱可塑性ポリマーを選択することによって、被覆された熱硬化性ポリマー複合体を形成する工程；
硬化したときに、少なくとも前記複合部材の１つの表面の少なくとも１部が前記熱可塑性ポリマーから構成されるように、前記熱可塑性ポリマーを前記未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材に接触して配置する工程；
前記熱可塑性ポリマーおよび未硬化の熱硬化性ポリマー複合部材を、前記熱硬化性ポリマーの硬化温度まで加熱する工程、ここで前記未硬化の熱硬化性ポリマー樹脂成分および前記熱可塑性ポリマーが、前記熱硬化性ポリマーが硬化する前に、少なくとも部分的に相互浸透可能である；
前記熱可塑性ポリマーが硬化した熱硬化性ポリマー部材に非常に強力に結合するように前記熱可塑性ポリマーおよび前記硬化した熱硬化性ポリマー部材を冷却する工程；および
前記熱可塑性表面を含む前記熱硬化性ポリマー部材を、ポリマー材料の層で被覆する工程：更に、
高周波振動相対変位溶着作業において、前記熱硬化性ポリマー複合製品のポリマー被覆層の下の熱可塑性表面と強力な接合部を形成可能であるように選択される第２の熱可塑性ポリマーを、少なくとも接合すべき表面上に有する機能部材を選択する工程；
前記複合部材の熱可塑性表面を、前記機能部材の前記被覆された熱可塑性表面に密着した状態で配置する工程；
前記熱可塑性表面の上の前記ポリマー材料の少なくとも１部が変位し、各部材の各熱可塑性表面の少なくとも１部分が接触、溶融および溶解するように、前記熱硬化性ポリマー複合部材と前記機能部材との間に、高周波振動相対変位を加える工程；
前記高周波振動相対変位を停止し、溶融した熱可塑性材または複数の熱可塑性材が再度硬化し、両部材が共に接合されるように、前記熱硬化性ポリマー複合部材および前記機能部材を共に固定した関係に保持する工程。
【請求項５】
前記機能部材上の前記熱可塑性表面が１または複数の突起を有して造形される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記機能部材上の前記熱可塑性表面突起の高さは前記熱硬化性複合部材の表面の前記熱可塑性材の層を覆うポリマー材料被覆層の厚みより大きい請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記機能部材上の前記熱可塑性表面突起の高さは０．５ｍｍ以上である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記機能部材または熱硬化性ポリマー複合部材の前記熱可塑性ポリマー表面は、純粋熱可塑性ポリマー、コポリマー、またはポリマー配合物の群から選択される請求項１または４に記載の方法。
【請求項９】
前記複合部材上の前記熱可塑性層の厚みは２０ミクロン以上５ｍｍ未満である請求項１または４に記載の方法。
【請求項１０】
高周波振動相対変位の適用前に、熱可塑性ポリマーを含有する追加の層が前記熱硬化性ポリマー複合部材と機能部材との間に含まれる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
２以上の機能部材が前記熱硬化性ポリマー複合部材に接合される請求項１または４に記載の方法。
【請求項１２】
前記機能部材または熱硬化性ポリマー複合部材表面の前記熱可塑性ポリマーは、半結晶または非結晶ポリマーのいずれかとして分類される請求項１または４に記載の方法。
【請求項１３】
前記熱硬化性複合部材上の第１の表面熱可塑性ポリマーは、前記機能部材上の前記第２の熱可塑性ポリマーとは異なる熱可塑性ポリマーである請求項１または４に記載の方法。
【請求項１４】
前記熱硬化性複合部材、または機能部材、または両部材上の前記熱可塑性ポリマーはＰＶＤＦである請求項１または４に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の方法により取付けられた機能部材を有する熱硬化性ポリマー複合部材。
【国際調査報告】
2009531194.tif 000013
2009531194.tif 000014
2009531194.tif 000015