(57)【要約】  赤外線溶着又は抵抗インプラント溶着又は接着接合された複合材部品などの、溶着熱可塑性複合材部品の溶着界面の性能を試験するための重ね剪断試験装置及びその使用方法である。試験される試料は、典型的な幾何形状で量産部品から提供される。試験装置は、２つの溶着された基材を含む試料を作動可能に保持する少なくとも２つの横方向支持ブロックを備える少なくとも２つの整列したブロックを有する。試験は、１ｍｍ／ｍｉｎのクロスヘッド速度で、汎用試験機によって生成された最大荷重が２つの熱可塑性基材の間の溶着界面を剪断モードで破損させるまで圧縮モードで行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性複合材の基材の間の溶着界面を測定するための試験装置であって、
試料の第１の基材を保持するよう作動可能な第１のチャンネルを有する第１のグリップ部に作動的に結合する第１の横方向支持ブロックと、
前記第１の横方向支持ブロックに平行であり、第２のグリップ部に作動的に結合する第２の横方向支持ブロックであって、前記第２のグリップ部が、前記第１のグリップ部よりも下側に配置され、試料の第２の基材を保持するように作動可能な第２のチャンネルを有し、前記第２の基材が前記第１の基材に溶着されている、第２の横方向支持ブロックと、
前記第１の横方向支持ブロックの荷重点に荷重を加える圧縮装置と、を備えている、
ことを特徴とする試験装置。
【請求項２】
前記基材は、赤外線溶着、抵抗インプラント溶着、又は接着接合される、
請求項１に記載の試験装置。
【請求項３】
前記熱可塑性複合材基材のうちの少なくとも１つは、微細発泡体であり、２５Ｍｐａ未満の低引張強度を有する、
請求項１に記載の試験装置。
【請求項４】
前記試験装置は、前記試料の溶着強度を測定するために重ね剪断試験装置であり、前記試料は、量産部品から取得したものである、
請求項１に記載の試験装置。
【請求項５】
複合材料基材の間の溶着界面を試験する方法であって、
２つのグリップ部に作動的に結合された２つの対向するブロックを有する小型の試験装置を準備する段階と、
一緒に溶着された２つの基材を有する部品試料を準備する段階と、
前記溶着された部品試料を前記試験装置の中に装填する段階と、
前記２つのグリップ部のうちの１つに荷重を加える段階と、
前記２つの基材の間の溶着界面を剥離するのに必要な最大荷重を測定する段階と、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
前記溶着は、赤外線溶着、抵抗インプラント溶着、又は接着接合である、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基材のうちの少なくとも１つは、微細発泡熱可塑性オレフィン基材又は繊維強化熱可塑性複合材である、
請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記基材のうちの少なくとも１つは、低引張強度を有する、
請求項５に記載の方法。
【請求項９】
記引張強度は、２５ＭＰａ未満である、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記部品試料は、２０ｘ２５ｍｍであり、厚さ３ｍｍである、
請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記２つのグリップ部の間の距離は最大０．０２ｍｍである、請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
前記２つのブロックの各々の上部は、６０ｘ２５ｍｍであり、厚さ９ｍｍである、
請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
前記試験は圧縮モードで行われる、
請求項５に記載の方法。
【請求項１４】
前記試験は、１ｍｍ／ｍｉｎのクロスヘッド速度で、生成された最大荷重が前記２つの基材の間の前記溶着界面を剪断モードで破損させるまで行われる、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
試験は、ＤＰＰＤ２０１６０４１９ｐ（参考としてＡＳＴＭ  Ｄ４５０１、２５．４Ｘ２０ｍｍ、１ｍｍ／ｍｉｎ）に従って行われる、
請求項５に記載の方法。
【請求項１６】
前記部品試料を１．０から３．０ｍｍの厚さに切断する段階をさらに含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項１７】
部品試料には接着剤を使用しない、
請求項５に記載の方法。
【請求項１８】
部品試料には接着硬化を使用しない、
請求項５に記載の方法。
【請求項１９】
微細発泡熱可塑性複合材基材の間の溶着界面を測定するための小型試験装置であって、
試料の前記２つの微細発泡熱可塑性複合材基材のうちの第２の基材に対して少なくとも１つの所定の位置で溶着された、前記試料の前記２つの微細発泡熱可塑性複合材基材のうちの第１の基材を保持する第１のグリップ部に作動的に結合した第１の横方向支持ブロックと、
前記第１の横方向支持ブロックに整列しかつそこから離間すると共に、前記試料の前記第２の基材を保持する第２のグリップ部に作動的に結合した第２の横方向支持ブロックと、
最大荷重が前記２つの微細発泡熱可塑性複合材基材の間の溶着界面を剪断モードで破損させるまで、前記第１及び第２の横方向支持ブロックの荷重点に対して荷重を加えるように作動可能であるが、前記第１及び第２の横方向支持ブロックのうちの他方には直接荷重を加えない、圧縮装置と、を備えている、
ことを特徴とする試験装置。
【請求項２０】
前記第１のグリップ部に形成された第１のチャンネルと、前記第２のグリップ部に形成された第２のチャンネルとを備え、前記チャンネルは、荷重点に対して荷重を加える前に前記試料を保持するように整列し、かつ最大荷重が剪断モードで溶着界面を破損させる場合に整列しないようになる、
請求項１９に記載の試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年６月１０日出願の米国仮出願番号６２／３４８，２６４の利益を主張する。この出願の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、自動車用の赤外線溶着熱可塑性部品又は抵抗インプラント溶着熱可塑性部品又は接着接合複合材部品の溶着界面を試験するための試験装置、その方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
熱可塑性複合材を接合するための一般的な技術は、接着接合、機械的締結、及び溶着を含むことができる。一般的な溶着プロセスは、例を挙げるだけでも、超音波、レーザ、赤外線、高周波、及び抵抗インプラント溶着を含むことができる。溶着プロセスは、時間、温度、及び圧力などのパラメータによって管理されるので、各適用に関して、特に単一のステップでは製造することができない大型で複雑な構造体を作るために、溶着パラメータの慎重な最適化が必要である。
【０００４】
プロセスの選択は、接合される材料、接合構造、必要な接合強度、処理コスト及び速度、並びに生産量の影響を受ける。溶着プロセスは、２つの溶着面にわたるポリマー鎖の相互拡散が起こるのを可能にする溶着界面で溶融するポリマーに依存し、冷却工程で溶着部が形成される。
【０００５】
一般に、材料及びプロセス開発時に溶着界面の強度を試験する必要がある。試験は、溶着部の機械的性能に関しての応力集中、層間剥離、部品幾何形状、及び厚さを決定するための信頼性が高く、再現可能でコスト効率の高い方法を必要とする。
【０００６】
溶着部が破損することなく耐え得る最大荷重を決定するための多数の方法がある。剪断、引張、及び圧縮モードでの破壊試験法は、単一の二枚重ね接合（ｄｏｕｂｌｅ−ｌａｐ  ｊｏｉｎｔ）試料と組み合わせて、又はブロック剪断試験装置を用いて使用することができる。それにもかかわらず、これらの方法は、通常、特定の幾何形状及び機械的性能の試験試料を必要とし、これは実際の量産部品において常に利用可能とは限らないであろう。
【０００７】
従って、品質及び性能に関して実物大の部品を検証することは、微細発泡熱可塑性複合材を溶着することが新しい動向になってきている、特に自動車業界において難易度が高い。
【０００８】
例えば、従来の自動車のリフトゲートの幾何形状は複雑である。これは、実際に溶着性能を試験するために切り取ることができる試料の形状、厚さ、及びサイズを制限する。多くの試験から、単一の重ね接合試料における低表面エネルギ溶着の使用は、長い硬化サイクル（通常、室温で７８時間）を必要し、さらに、一般的に、特に熱可塑性基材のうちの１つの機械的性能が非常の低い場合、溶着破損が発生する前に破損することが分かっている。一般的に、このことは微細発泡熱可塑性複合材に当てはまる。発泡熱可塑性複合材と組み合わせてブロック剪断装置を使用した場合に過度の試料反り及び曲がりが見受けられ、これは基材の（溶着界面ではない）早期破損につながった。
【０００９】
１つの典型的な公知の試験装置は、界面の係数よりも高い係数を備える２つの材料を剥離するのに必要な最大荷重を特定（ｉｓｏｌａｔｅ）するように設計されたブロック剪断試験装置である。一般的に、この試験装置は、少なくとも６０ＭＰａの引張強度で、厚さが最大１２．７ｍｍの３ｘ３″ブロックの中心にブロック接合された約２５．４ｘ２５．４ｍｍの典型的な試料幾何形状を有するＩＲ溶着されたポリマー基材に適している。この種の幾何形状は、通常、量産部品では利用できないので、試料採取及び試験プロセスを難しくする。通常、より小さな試験試料が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この種の試験装置の主たる制約は、試験試料は試験中に撓んで曲がる傾向にあるので、微細発泡熱可塑性複合材に当てはまる低引張強度材料（＜６０ＭＰａ）と互換性がないことである。
【００１１】
従って、赤外線溶着熱可塑性複合材部品の溶着界面の性能を試験するための、単純で高速かつ正確で再現可能な試験装置をもたらすことが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、概して、自動車用のリフトゲート又は他の自動車組立体などの赤外線溶着熱可塑性複合材部品の溶着界面の性能を試験するための、単純で高速かつ正確で再現可能な試験装置に関する。詳細には、熱可塑性複合材のうちに１つは微細発泡体であり低引張強度（例えば、＜２５ＭＰａ）を有する。
【００１３】
試料は、典型的な幾何形状：例えば２０ｘ２５ｍｍで厚さが最大３．０ｍｍでもって量産部品から切り取ることができる。このようにして、微小セル発泡熱可塑性複合材などの低引張強度熱可塑性基材の溶着界面を試験することができるので、試験方法が単純になり高速で終了する。
【００１４】
所定の大きさ（好ましくは、６０ｘ２５ｘ９ｍｍ）の少なくとも２つの矩形鋼ブロック（ブロック１及びブロック２）は、動作可能に一端において規定の寸法に作られており、試料（好ましくは、２０ｘ２５ｍｍで最大３ｍｍの厚さ）を保持する。ブロック１及びブロック２は、互いに整列して、個別にブロックを支持する（好ましくは、その間に最大間隙０．０２ｍｍを有して）。試験は、典型的には、所定のクロスヘッド速度（好ましくは、１ｍｍ／ｍｉｎ）で、汎用試験機によって生成される最大荷重が２つの熱可塑性基材の間の溶着界面を剪断モードで破損させるまで、圧縮モードで行われる。
【００１５】
本発明によって、剪断モードで低引張強度の２つの微細発泡熱可塑性複合材基材の間の溶着界面を剥離させるのに必要な最大荷重を測定することができる。さらに、低エネルギ表面接着は必要ない。さらに、接着硬化は必要ないので、試験サイクルが一般により速くなる。加えて、小さな試料だけが必要であり、所定の厚さ（好ましくは、３．０から１．０ｍｍの間）で量産部品から切り取ることができる。
【００１６】
本発明の適用可能なさらなる領域は、以下の詳細な説明から明らかになるはずである。詳細な説明及び特定の実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すが、例示を目的としており、本発明の範囲を制限することが意図されていないことを理解されたい。
本発明は、詳細な説明及び添付図面からより完全に理解できるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の１つの実施形態による、試験装置の斜視図である。
【図２】本発明の１つの実施形態による、試験装置の正面図である。
【図３】従来のブロック剪断試験装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に単なる例示であり、本発明、その用途、及び使用を限定することは全く意図されていない。
【００１９】
全体的に本発明による図１−図２を参照すると、全体として１０で示された試験装置が提示され、試験装置は、基部１６に作動的に結合された少なくとも第１のブロック１２及び反対側の第２のブロック１４を備える。第１及び第２のブロック１２、１４は、横方向支持ブロックである。第１及び第２のブロック１２、１４は略矩形であるが、他の何らかの適切な形状も本発明の範囲内にある（例えば、図２に示す第１及び第２のブロック１２ａ、１４ａ）。好ましい実施形態において、各ブロックは、約６０ｘ２５ｘ９ミリメートル（ｍｍ）である。第１及び第２のブロック１２、１４は、金属であり、最も好ましくは鋼である。
【００２０】
また、少なくとも第１のグリップ部１８（例えば、上側グリップ部）及び第２のグリップ部２０（例えば、第１のグリップ部よりも下の）が設けられている。第１及び第２のブロック１２、１４は、それぞれの側面上で第１及び第２のグリップ部１８、２０に対して作動的に整列しており、第１及び第２のグリップ部１８、２０が、第１及び第２のブロック１２、１４の間の全体として２２で示される空間内に配置されるようになっている。第１及び第２のグリップ部１８、２０の間には所定の大きさの間隙が存在し、概して約０．００１−０．０２ｍｍ、典型的には約０．０１５ｍｍ、好ましくは約０．０１８ｍｍ、最も好ましくは、０．０２ｍｍの最大間隙である。
【００２１】
少なくとも両半分（第１の基材３０ａ及び第２の基材３０ｂ）を有し、所定の位置に溶着界面を備える試験片、又は「試料」（図２に全体として３０で示されるような）、又は「プラーク」を保持するため、第１のチャンネル２６が第１のグリップ部１８に設けられ、第２のチャンネル２８が第２のグリップ部２０に設けられる。本発明の範囲を逸脱することなく他の形状及び構成が想定される。その後、チャンネル２６、２８内に装填された試料３０に対して、汎用試験機の装置３２によって、重ね剪断試験（ｌａｐ  ｓｈｅａｒ  ｔｅｓｔｉｎｇ）を行うことが必要な場合に、荷重点に対して、好ましくは、より高い位置の第１のグリップ部１８に対して下向きに荷重が加えられる（例えば、矢印「Ｆ」で示すように下向きに）。試験は、典型的には、１ｍｍ／ｍｉｎのクロスヘッド速度で、汎用試験機によって生成された最大荷重が２つの熱可塑性基材の間の溶着界面を剪断モードで破損させるまで圧縮モードで行われる。
【００２２】
重ね剪断試験装置及び方法は、低引張強度（＜２５ＭＰａ）での発泡基材の溶着強度を特徴付ける。溶着線の破壊を再現できる。加えて、試験装置は小型であり、これにより量産部品からの試験が可能になる。
【００２３】
本発明の実施形態によれば、重ね剪断試験法は上記の試験装置１０を含む。所定の試料３０を準備する。非限定的な例として、発泡熱可塑性オレフィン（ＴＰＯ）の赤外線溶着されたプラークである。次に、試料３０を試験装置１０に作動的に装填して試験を行う。例示的に、重ね剪断法は、ＤＰＰＤ２０１６０４１９ｐ（参考としてＡＳＴＭ  Ｄ４５０１、２５．４Ｘ２０ｍｍ、１ｍｍ／ｍｉｎ）である。
【００２４】
概して、試験は、１ｍｍ／ｍｉｎのクロスヘッド速度で、汎用試験機によって生成された最大荷重が２つの熱可塑性基材の間の溶着界面を剪断モードで破損させるまで圧縮モードで行う。
【００２５】
本発明は、ＩＲ−溶着された熱可塑性複合材リフトゲートの溶着界面の性能を試験するための単純で高速かつ正確で再現可能な試験装置を提供する。特に、熱可塑性複合材のうちの１つが微細発泡体であり、低引張強度（例えば＜２５ＭＰａ）を有する場合が当てはまる。加えて、試料３０は、厚さが最大３．０ｍｍで典型的な幾何形状２０ｘ２５ｍｍで量産部品から切り取ることができる。このようにして、微細発泡熱可塑性複合材などの低引張強度の熱可塑性基材の溶着界面を試験することができ、結果的に試験方法が単純になり高速で終了する。
【００２６】
本発明によって、剪断モードで低引張強度の２つの微細発泡熱可塑性複合材の基材の間の溶着界面を剥離させるのに必要な最大荷重を測定することができる。加えて、低エネルギ表面接着は必要ない。加えて、接着硬化は必要ないので、試験サイクルが一般により速くなる。加えて、小さな試料だけが必要であり、３．０から１．０ｍｍの間の厚さで量産部品から切り取ることができる。
【００２７】
本発明の範囲から逸脱することなく、ＩＲ溶着以外の、限定されるものではないが、ＲＩＷ（抵抗インプラント溶着）などの何らかの他の接合プロセスが想定される。
【００２８】
図３は従来技術の全体として１００で示されるブロック剪断試験装置を例示し、ＤＰＰＤ２０１６０４１９（ＡＳＴＭ  Ｄ４５０１、２８Ｘ２８ｍｍ、１ｍｍ／ｍｉｎ）の試験法を用いて早期損傷まで試験された２８ｘ２８ｍｍの試料を用いる。しかしながら、損傷は、溶着界面ではなく基材に対するものであった。
【００２９】
本発明の説明は本質的に単なる例示であり、本発明の本質から逸脱しない変形例が本発明の範疇に含まれることが意図される。このような変形例は、本発明の精神及び範疇から逸脱すると見なされない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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