(57)【要約】      （修正有）【課題】自動車部品や建築部材などの部品に使用される軽量で剛性が高い複合体を提供する。【解決手段】炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３と塗装金属素形材２を有する複合体１であって、塗装金属素形材の表面に有機樹脂層５を被覆していることを特徴とする炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材を有する複合体であって、塗装金属素形材の表面に有機樹脂層を被覆していることを特徴とする炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
【請求項２】
塗装金属素形材の表面に被覆されている有機樹脂層が酸変性ポリプロピレンを含むことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
【請求項３】
塗装金属素形材の表面に被覆されている有機樹脂層がポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
【請求項４】
塗装金属素形材は鉄鋼材料または非鉄金属であることを特徴とする請求項１〜３に記載の炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
【請求項５】
塗装金属素形材と炭素繊維強化熱可塑性プラスチックの少なくともどちらか一方が加工された形状であることを特徴とする請求項１〜４に記載の炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
【請求項６】
塗装金属素形材と炭素繊維強化熱可塑性プラスチックの少なくともどちらか一方が平板形状であることを特徴とする請求項１〜４に記載の炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
【請求項７】
炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと、表面に有機樹脂層を被覆している塗装金属素形材と、ホットメルトフィルムを有する複合体であって、ホットメルトフィルムが炭素繊維強化熱可塑性プラスチックの樹脂層と塗装金属素形材表面の有機樹脂層に融着していることを特徴とする炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品や建築部材などの部品に使用される炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと金属素形材との複合体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用部品のうち、衝突時の変形抑制や走行時の剛性を保つことが必要な骨格部品に関しては、高強度鋼板が使用されている。また、燃費向上などの理由から比較的密度が低いアルミニウム合金も使用されるようになってきた。このうち、高強度鋼板は、降伏応力や引張強さが高くて全伸びが低いために複雑な加工を行うことは難しく、曲げ加工などの比較的単純な加工が施される部品に適用が限定されている。また、様々な合金元素を含んでいるため、溶融溶接や抵抗溶接時に高温割れが発生しやすく適用できる部品範囲がせまいという問題がある。アルミニウム合金の場合は、車体の軽量化に寄与できるものの引張強さが鉄鋼材料よりも低いために部品の剛性を確保する理由から厚板化する必要がある。しかし、高熱伝導性能であるため溶接によって厚板化することは難しいため、押出し加工する場合が多く、これによって部品形状が限定されるという問題がある。
【０００３】
建築部材に関しては、耐震性向上の観点から、特に屋根部材の軽量化が求められている。しかし、屋根部材は積雪や台風に対する剛性を確保する必要があり、その剛性確保が優先的に行われているため鉄鋼材料の適用が多く、軽量化を達成するまでには至っていない。  
【０００４】
上記の問題に対して近年では、炭素繊維強化プラスチックが部品に用いられており、特に自動車用部品への適用が広がっている。この炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維を様々な形態で織り込んで布状とし、それをプラスチックで包含させて板状やコイル状にしたものであり、炭素繊維による高剛性化と軽量化が図れるという利点がある。しかし、鉄鋼材料や非鉄材料を素材とした部品との接合に関しては、抵抗溶接や溶融溶接、かしめ接合などの塑性変形タイプの機械的接合が困難であるため、下穴を設けてボルト締結したり、接着剤による接合となる。しかし、ボルト締結では、下穴加工により織り込んだ炭素繊維が分断されて炭素繊維強化プラスチックを素材とした部品の強度が低下するという問題がある。また、接着剤による接合では、長時間の乾燥が必要なため生産効率が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の炭素繊維強化プラスチックを扱う上での問題を解決するため、炭素繊維強化プラスチックと塗装金属素形材との複合体として塗装金属素形材部分で他の部品と接合すれば、炭素繊維強化プラスチックの強度低下を招くことなく効率的に製造できることを見出して完成したものである。ここで塗装金属素形材とは、鉄鋼材料や非鉄材料などの金属全般が素材であり、形状は限定されず、板状やコイル状、加工製品などが該当する。
【０００６】
前記の複合体を製造する方法としては、特許文献１に示すように金属材の表面粗さを大きくした後に熱融着し、金属材とプラスチックをアンカー効果によって接合する方法が提案されている。しかし、この方法では、素材の表面粗さを大きくしても加工した後に表面の凹凸寸法が変化するため、加工後でなければ適用することができず、おのずと製造工程が増えてしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５１０８８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来方法の問題を解消して炭素繊維強化プラスチックと塗装金属素形材との複合体を実現している。本発明の炭素繊維強化プラスチックと塗装金属素形材との複合体は、炭素繊維強化プラスチックに炭素繊維強化熱可塑性プラスチックを用い、それと鉄鋼材料などを素材とした塗装金属素形材を接合した複合体である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
炭素繊維強化熱可塑性プラスチックは、加熱することでプラスチック部分が軟質化するため、この軟質化状態にすることで絞り加工などの塑性加工を実現することができるとともに、金属素形材の表面に接合用処理層を設ければ熱融着も可能となる。つまりは、特許文献１のような金属素形材の表面に凹凸を付与する工程を省略することができる。
上記のような特徴を持つ本発明の内容は以下の通りである。
（１）炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材を有する複合体であって、塗装金属素形材の表面に有機樹脂層を被覆している炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
（２）塗装金属素形材の表面に被覆されている有機樹脂層が酸変性ポリプロピレンを含むことを特徴とする炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
（３）塗装金属素形材の表面に被覆されている有機樹脂層がポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂を含むことを特徴とする炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
（４）塗装金属素形材は鉄鋼材料または非鉄金属である炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
（５）塗装金属素形材と炭素繊維強化熱可塑性プラスチックの少なくともどちらか一方が加工された形状でことを特徴とする炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
（６）塗装金属素形材と炭素繊維強化熱可塑性プラスチックの少なくともどちらか一方が平板形状であることを特徴とする炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
（７）炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと、表面に有機樹脂層を被覆している塗装金属素形材と、ホットメルトフィルムを有する複合体であって、ホットメルトフィルムが炭素繊維強化熱可塑性プラスチックの樹脂層と塗装金属素形材表面の有機樹脂層に融着していることを特徴とする炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、様々な種類の塗装金属素形材が接合されていても、その密着性に優れた炭素繊維強化熱可塑性プラスチックと塗装金属素形材との複合体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の複合体の一例に係る断面図である。
【図２】本発明の複合体のその他の例に係る断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１．複合体
本発明の複合体は、一方面あるいは両面に有機樹脂層を形成した塗装金属素形材と炭素繊維強化熱可塑性プラスチックを塗装金属素形材の樹脂層と炭素繊維強化プラスチックの樹脂層とで接合している。
【００１３】
図１は、本発明の複合体の一例である。複合体１は、図１に示したように、塗装金属素形材２、炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３を有する。塗装金属素形材２は、金属素形材４と有機樹脂層５を有する。複合体１では、有機樹脂層５と炭素繊維強化熱可塑性プラスチックの樹脂層が融着することで接合している。
【００１４】
図２は、本発明の複合体のその他の例である。複合体１は、図２に示したように、塗装金属素形材２、炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３を有しているが、塗装金属素形材２の有機樹脂層５と炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３の樹脂層の間にホットメルトフィルム６を挿入し、ホットメルトフィルム６と塗装金属素形材２の有機樹脂層５と炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３の樹脂層が融着することで接合している。
【００１５】
２．塗装金属素形材
本発明の塗装金属素形材２は、金属素形材４と有機樹脂層５を含む。有機樹脂層５は、金属素形材４の表面に形成されている。また、塗装金属素形材２の形状は、特に限定されず、平板や絞り形状などの加工形状でも良い。金属素形材４表面への有機樹脂層５の被覆方法も、特に限定されず、ロールコート法やカーテンフロー法、スピンコート法、スプレー法、浸漬引き上げ法などを適用できる。
【００１６】
金属素形材４の材質は、金属であれば特に限定されない。例えば、亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ−Ａｌ合金めっき鋼板、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、ステンレス鋼板、特殊鋼などの鉄鋼材料やアルミニウム合金や銅合金、マグネシウム合金、チタンなどの非鉄金属材料が含まれる。
【００１７】
３．有機樹脂層
有機樹脂層５は、有機樹脂を含有する層であり、塗装金属素形材２と炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３との密着性を向上させる。有機樹脂層５は、金属素形材４の表面に形成されている。有機樹脂層５が炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３の樹脂層に融着することで強固に密着される。
【００１８】
有機樹脂層５の有機樹脂の種類は、金属素形材４と水素結合する官能基（水素結合性官能基）を有し、ホットメルトフィルム６に対する融着性を有するものであれば、特に限定されない。前記の水素結合性官能基の例には、カルボキシル基およびアミノ基が含まれる。水素接合性官能基を有し、ホットメルトフィルム６との融着性も有する樹脂としては、酸変性ポリプロピレン系樹脂やポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂があり、これらは特に融着性が高い。また、その他にポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂などが含まれる。これらの樹脂は、単独で使用しても良いし、２種以上を組み合わせて使用しても良い。
【００１９】
４．炭素繊維強化熱可塑性プラスチック
炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３は、炭素繊維と熱可塑性プラスチックを混合して固形化したものである。炭素繊維としては、連続状態となっている長繊維と一定長さに切断した短繊維がある。特に連続状態の長繊維は、一方向のみに繊維を揃えた布状タイプと縦方向と横方向で繊維を交差させた織物タイプで使用される。これらのタイプは、板状だけでなく絞り形状などの加工形状としても良い。また、熱可塑性プラスチックとしては、熱可塑性能があれば、特に限定されない。例えば、酸変性ポリプロピレン系樹脂やポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂などが含まれる。これらの樹脂は、単独で使用しても良いし、２種以上を組み合わせて使用しても良い。
【００２０】
５．ホットメルトフィルム
ホットメルトフィルム６の種類は、熱可塑性樹脂組成物の延伸または押出し成形などの既存方法で作製され、加熱により溶融して種々の部材と接合力を発現する成分で構成されるフィルムまたはシート状のものであれば、特に限定されない。例えば、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリオレフィン系などが適用できる。
【実施例】
【００２１】
１．塗装金属素形材の作製
（１）金属素形材
金属素形材４として、片面当りのめっき付着量が４５ｇ／ｍ２の溶融Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇ合金めっき鋼板を使用した。このめっき鋼板の基材は、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）である。また、この金属素形材４の寸法は、幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍ、板厚１．６ｍｍである。
【００２２】
（２）有機樹脂塗料の調製
有機樹脂のエマルジョン、ポリエチレンワックスおよび架橋剤を水に添加して不揮発成分が２０質量％の有機樹脂塗料を調製した。有機樹脂のエマルジョンには、ウレタン系樹脂のエマルジョン、ポリプロピレン系樹脂のエマルジョン（アデカボンタイターＨＵＸ−３８６：株式会社ＡＤＥＫＡ）を用いた。ウレタン系樹脂のエマルジョンには、市販のポリカーボネートユニットを含有するポリウレタン樹脂のエマルジョンを用いた。ポリプロピレン系樹脂のエマルジョンには、市販の酸変性ポリプロピレン樹脂エマルジョン（ハードレンＮＺ−１００５：東洋紡株式会社）を用いた。
【００２３】
（３）有機樹脂層の形成
前記の金属素形材４を液温４０℃、ｐＨ１２のアルカリ脱脂水溶液（ＳＤ−２７０：日本ペイント株式会社）に１分間浸漬して、表面を脱脂した。次いで、脱脂した金属素形材４の表面に上記（２）で調製した有機樹脂塗料をロールコーターで塗布し、到達温度が１５０℃となるように熱風乾燥機で乾燥させて、有機樹脂層５を形成した。有機樹脂層５の付着量は、有機樹脂塗料の種類に係わらず約１．２ｇ／ｍ２であった。こうして、塗装金属素形材２を得た。
【００２４】
２．炭素繊維強化熱可塑性プラスチック
（１）炭素繊維強化熱可塑性プラスチックの種類
炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３としては、織物タイプの炭素繊維に上記「１．（２）」の有機樹脂塗料と同じ有機樹脂を混合して固化した平板形状のものを用意した。寸法は、幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ１ｍｍである。また、長さ１０ｍｍの短繊維を上記「１．（２）」の有機樹脂塗料と同じ有機樹脂に混合したものも用意した。
【００２５】
３．塗装金属素形材と炭素繊維強化熱可塑性プラスチックとの接合方法
（１）熱融着方法
上記の「２．（１）」の織物タイプの炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３を上記「１．」の塗装金属素形材２の長手方向の一端側の幅１００ｍｍ、長さ３０ｍｍの領域に設置し、加熱した金型で加圧して接合した。熱融着条件は、加圧力が１ＭＰａ、温度が１５０℃、加熱後の金型保持時間が５秒である。また、上下の金型寸法は、幅１２０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、高さ２０ｍｍの矩形状である。
【００２６】
（２）射出成形方法
射出成形金型に上記「１．」の塗装金属素形材２を挿入し、１２０℃で溶融している短繊維と有機樹脂を混合している炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３を射出成形金型のキャビテイーに射出した。キャビテイーの形状は、幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ４ｍｍである。塗装金属素形材２の長手方向の一端側の幅１００ｍｍ、長さ３０ｍｍの領域に塗装金属素形材２と炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３との接合領域を形成した。射出成形条件としては、圧力が５０ＭＰａ、速度が１０ｍｍ／ｓ、射出後の保持時間が１０秒である。
【００２７】
４．ホットメルトフィルムの種類
ホットメルトフィルム６としては、ポリウレタン系で厚さが７０μｍ、融点が１１０℃のＳＨＭ１０７−ＰＵＲ（シーダム株式会社）と、ポリプロピレン系で厚さが４０μｍ、融点が１３９℃のアドマーＱＥ０６０（三井化学東セロ株式会社）を用いた。
【００２８】
５．接合力の評価方法
表１に上記の「１．」〜「４．」で作製した複合体１を示す。比較例としては、有機樹脂層５を被覆していない金属素形材４を用いて炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３を接合したものとした。各々の複合体１の接合力は、塗装金属素形材２と炭素繊維強化熱可塑性プラスチック３を把持し、互いに逆向きに速度１００ｍｍ／分で引っ張り、破断したときの強度を測定した。強度が１．０ｋＮ未満は「×」、強度が１．０ｋＮ以上を「○」とし、「○」を合格とした。
【００２９】
上記「５．」で評価した接合力の結果も表１に示した。本発明の複合体１は、何れも十分な接合強度を示して合格であったが、比較例の複合体は強度１．０ｋＮ未満で不合格であった。
【００３０】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の複合体は、優れた接合力を有していることから、自動車部品や建築部材などの軽量化や剛性が求められる部品に好適である。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・複合体
２・・・塗装金属素形材
３・・・炭素繊維強化熱可塑性プラスチック
４・・・金属素形材
５・・・有機樹脂層
６・・・ホットメルトフィルム
【図１】
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【図２】
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