接合构件的制造方法和接合构件专利检索-激光熔覆熔覆技术金工专利检索查询-专利查询网

接合构件的制造方法和接合构件

阅读：39发布：2023-01-29

专利汇可以提供接合构件的制造方法和接合构件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种接合构件的制造方法，在该接合构件中，包含热塑性树脂作为基质的碳纤维复合材料与金属坚固地接合。一种接合构件的制造方法，该接合构件通过将包含热塑性树脂作为基质的碳纤维复合材料与金属相接合而获得，该方法包括：在接合部处的金属表面上形成深度为0.02至0.6mm的凹凸形状的步骤(i)；在金属表面与复合材料表面之间的接合部处设置厚度在5μm以上且5mm以下的范围内的热塑性树脂层的步骤(ii)；以及通过加热接合部来熔化热塑性树脂层从而将金属与复合材料合并为一体的步骤(iii)。，下面是接合构件的制造方法和接合构件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种接合构件的制造方法，在该接合构件中，包含热塑性树脂作为基质的碳纤维复合材料与金属相接合，该方法包括：
步骤(i)，在接合部处的所述金属的表面上形成深度为0.02至0.6mm的凹凸形状；
步骤(ii)，在所述金属的所述表面与所述复合材料的表面之间的接合部处设置厚度在
5μm以上且5mm以下的范围内的热塑性树脂层；以及
步骤(iii)，通过加热所述接合部来熔化所述热塑性树脂层，以将所述金属与所述复合材料合并为一体。
2.根据权利要求1所述的接合构件的制造方法，
其中，形成在所述金属的所述表面上的所述凹凸形状为凹槽间隔为0.02至0.6mm的格子状凹槽。
3.根据权利要求2所述的接合构件的制造方法，
其中，通过激光在所述金属的所述表面上形成所述凹凸形状。
4.根据权利要求1所述的接合构件的制造方法，
其中，形成在所述金属的所述表面上的所述凹凸形状为直径为0.02至0.6mm的凹痕。
5.根据权利要求4所述的接合构件的制造方法，
其中，通过喷射在所述金属的所述表面上形成所述凹凸。
6.根据权利要求1所述的接合构件的制造方法，该方法包括步骤(i-A)，在已经形成所述凹凸的所述金属的所述表面上设置有机被覆层。
7.根据权利要求6所述的接合构件的制造方法，
其中，所述有机被覆层为包含三嗪硫醇衍生物的层。
8.根据权利要求1所述的接合构件的制造方法，
其中，所述热塑性树脂层的树脂与所述碳纤维复合材料的基质是相同种类的树脂。
9.根据权利要求1所述的接合构件的制造方法，
其中，所述热塑性树脂层由至少一片薄膜、片材或无纺布形成，所述薄膜、所述片材和所述无纺布实质上由热塑性树脂构成。
10.根据权利要求9所述的接合构件的制造方法，
其中，实质上构成所述薄膜、所述片材或所述无纺布的所述热塑性树脂与所述碳纤维复合材料的所述基质是相同种类的树脂。
11.根据权利要求1所述的接合构件的制造方法，
其中，在所述步骤(ii)中，所述热塑性树脂层融合在作为所述接合部的所述金属的所述表面上，并且将所得物重叠至所述碳纤维复合材料，使得所述热塑性树脂层与所述碳纤维复合材料的所述表面进行接触。
12.根据权利要求1所述的接合构件的制造方法，
其中，所述金属包括选自由铁、铝以及它们的合金所组成的组中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的接合构件的制造方法，
其中，所述金属是在所述接合部中具有平面或曲面的构件。
14.根据权利要求1所述的接合构件的制造方法，
其中，以100重量份所述碳纤维计，所述碳纤维复合材料中的作为所述基质的所述热塑性树脂的含量为50至1,000重量份。
15.根据权利要求14所述的接合构件的制造方法，
其中，所述碳纤维复合材料中的碳纤维平均纤维长度为3至100mm。
16.根据权利要求15所述的接合构件的制造方法，
其中，所述碳纤维复合材料包含所述碳纤维的各向同性的无序毡和热塑性树脂，所述无序毡中包含临界单纤维数以上的所述碳纤维的碳纤维束(A)与所述无序毡中所述碳纤维的总体积的比率为20Vol％以上且小于99Vol％，所述临界单纤维数由下式(a)定义，并且所述碳纤维束(A)中的平均纤维数量(N)满足下式(b)：
临界单纤维数＝600/D (a)
4 2 5 2
0.7×10/D ＜N＜1×10/D (b)
其中，D为单碳纤维的平均纤维直径(μm)。
17.一种接合构件的制造方法，该接合构件通过将包含热塑性树脂作为基质的碳纤维复合材料与金属相接合而获得，该方法包括：
在接合部处的所述金属的表面上形成深度为0.02至0.6mm的多个凹凸部分的步骤，在所述金属的所述表面上形成三嗪硫醇衍生物的有机被覆层的步骤，
在所述金属的所述表面上的所述三嗪硫醇衍生物的有机被覆层上融合热塑性树脂，以形成厚度在5μm以上且5mm以下的热塑性树脂层的步骤，
在所述热塑性树脂层上层叠热塑性碳纤维复合材料，从而形成包括所述金属/所述三嗪硫醇衍生物的有机被覆层/所述热塑性树脂层/所述热塑性碳纤维复合材料的层积体的步骤，以及
通过与在厚度方向上加压一起对所获得的层积体进行加热，从而将所述金属与所述复合材料合并为一体的步骤。
18.一种接合构件，在该接合构件中，通过热塑性树脂层使碳纤维复合材料与金属相接合，该接合构件通过权利要求1或权利要求17所述的方法而获得，
其中，当以1mm/秒的拉伸速度执行拉伸测试时，接合强度为5MPa以上。

说明书全文

接合构件的制造方法和接合构件

技术领域

[0001] 本发明涉及热塑性碳纤维复合材料与金属的接合构件的制造方法，以及利用该方法获得的接合构件。

背景技术

[0002] 具有高比强度和比刚度的碳纤维复合材料是轻量的，使得作为各种领域中的极其优异的材料，一直受到人们的重视。迄今为止，在将使用热固性树脂作为基质的热固性碳纤维复合材料接合到不同种类的材料、尤其是金属的接合中，已经采用了作为机械接合的使用螺栓和螺母、或铆钉等的接合，或使用粘合剂的接合。利用螺栓或螺母等的机械接合一般会导致重量增加，而且特别是，存在以下顾虑：在复合材料中，应力在接合点集中，并且在最坏的情况下，破裂从最初的应力集中点开始连续进行。在使用粘合剂的接合中，为确保强度，一般需要确保粘合剂层具有一定的厚度。特别是，在接合大尺寸构件的情况下，需要相当大的量的粘合剂。结果，存在获得的构件的重量大幅增加的情况。此外，还存在仅利用粘合剂无法使其接合强度总是足够的问题。另外，在利用粘合剂的接合中，由于直到由接合获得实际接合强度一般需要很长时间，所以必需考虑接合之后的老化步骤。

[0003] 另一方面，在使用热塑性树脂作为基质的碳纤维复合材料(以下有时称作“热塑性碳纤维复合材料”或简称为“复合材料”)中，通过在热塑性树脂相容的范围内进行焊接而将材料相互接合，并且能够预期可与基质树脂的接合体相比的接合强度。然而，即使在热塑性碳纤维复合材料的情况下也存在许多难以通过焊接(融合)将基质树脂接合到金属的情况。

[0004] 为了将热塑性碳纤维复合材料焊接到金属，需要被用作基质的热塑性树脂自身能够被焊接到金属。专利文献1描述了通过焊接来接合金属和树脂。具体而言，描述了二者由于通过将树脂注塑成型至表面形成为细微孔隙的铝材料的锚效应而能够被接合。此外，专利文献2至6描述了通过对金属表面施加一定的处理而将树脂与金属接合。

[0005] 此外，关于包含热固性树脂作为基质的热固性碳纤维复合材料，专利文献7描述了利用布置与金属和复合材料二者具有亲和性的中间树脂层的接合方法。

[0006] 引用列表

[0007] 专利文献

[0008] 专利文献1：JP-A-2003-103563

[0009] 专利文献2：JP-B-5-51671

[0010] 专利文献3：WO2009/157445

[0011] 专利文献4：WO2007/072603

[0012] 专利文献5：JP-A-2011-235570

[0013] 专利文献6：WO2012/074083

[0014] 专利文献7：JP-A-2006-297927

发明内容

[0015] 本发明要解决的问题

[0016] 包含热塑性树脂作为基质的热塑性碳纤维复合材料的优势在于当施加热量时其形状易于改变。因此，与包含热固性树脂作为基质的热固性碳纤维复合材料相比，能够在极短的时间内执行注塑成型或压制成型。因此，如果能够将作为基质的热塑性树脂用于在热塑性碳纤维复合材料进行接合，据认为通过在模具中热压焊接能够极其容易且极其有效地获得碳纤维复合材料与金属的接合，并且还能够同时执行接合构件的成型。

[0017] 然而，即使当通过如专利文献2和3所述的热塑性树脂与金属的接合方法来尝试获得热塑性碳纤维复合材料的接合时，在热塑性碳纤维复合材料中，作为基质的热塑性树脂也处于“渗透入”碳纤维束的状态下。因此，树脂并非总是均匀地存在于材料的表面上，并且在某些情况下，在热塑性树脂中存在“缺陷”部分，使得存在无法展现出足够的接合强度且结合强度表现出极大变化的顾虑。此外，碳纤维导致所谓的对金属的电解腐蚀。因此，当碳纤维与金属在基质树脂中缺陷部分中产生接触时，该接触导致金属的腐蚀。

[0018] 本发明的主要目的是提供一种热塑性碳纤维复合材料与金属坚固地接合的接合构件的制造方法。

[0019] 解决问题的技术方案

[0020] 作为对用于获得热塑性碳纤维复合材料与金属之间的坚固接合的方法进行广泛研究的结果，本发明人已经发现，通过在复合材料待接合于其上的金属表面部分上形成具有特定深度的凹凸形状、以特定厚度在这样的金属表面部与复合材料之间设置热塑性树脂层、并且通过加热包含热塑性树脂层的接合部来熔化构成热塑性树脂层和热塑性碳纤维复合材料的热塑性树脂的一部分从而使金属紧密地粘附并接合到复合材料，能够将金属与复合材料紧密地粘附并坚固且稳定地接合，并由此完成了本发明。

[0021] 即，本发明涉及一种接合构件的制造方法，该接合构件通过将包含热塑性树脂作为基质的碳纤维复合材料与金属接合而获得，该方法包括：

[0022] 在接合部处的金属表面上形成深度为0.02至0.6mm的凹凸形状的步骤(i)；

[0023] 在金属与复合材料之间的接合部处设置厚度在5μm以上且5mm以下的范围内的热塑性树脂层的步骤(ii)；以及

[0024] 通过加热接合部来熔化热塑性树脂层从而坚固地接合金属与复合材料的步骤(iii)。

[0025] 本发明的优点

[0026] 根据本发明，通过简单的方法能够使热塑性碳纤维复合材料与金属坚固且稳定地接合。此外，通过碳纤维复合材料与金属通过热塑性树脂相接合，能够同时防止由碳纤维所导致的电解腐蚀。因此，在短时间内能够获得碳纤维复合材料与金属的接合构件。

[0027] 此外，能够在相同的模具中同时或连续地执行接合和成型。因此，当接合与成型同时或连续地执行时，变得能够在短时间内以更少的步骤获得具有被成型为所期望的形状的碳纤维复合材料与金属的接合体(金属复合成型体)。附图说明

[0028] 图1是示出本发明的接合构件的一个实施方式的示意图(截面图)。

[0029] 图2是本发明的实施例6中的帽的示意图。

[0030] 图3是本发明的实施例6中获得的盘接合帽材料的示意图。

[0031] 参考标记列表

[0032] 1.热塑性碳纤维复合材料

[0033] 2.热塑性树脂层

[0034] 3.金属表面凹凸部

[0035] 4.金属

具体实施方式

[0036] 本发明涉及一种用于通过将包含热塑性树脂作为基质的碳纤维复合材料(热塑性碳纤维复合材料)与金属进行接合而获得的接合构件的制造方法，该方法包括：

[0037] 在接合部处的金属表面上形成深度为0.02至0.6mm的凹凸形状的步骤(i)；

[0038] 在金属与碳纤维复合材料之间的接合部处设置厚度在5μm以上且5mm以下的范围内的热塑性树脂层的步骤(ii)；以及

[0039] 通过加热接合部来熔化热塑性树脂层从而坚固地接合金属与复合材料的步骤(iii)。

[0040] [热塑性碳纤维复合材料]

[0041] 本发明的用于接合金属的热塑性碳纤维复合材料是使用热塑性树脂作为基质并且在这样的基质中包含碳纤维作为增强纤维的复合材料。

[0042] 此处，以100重量份碳纤维计，热塑性碳纤维复合材料优选地包含50至1,000重量份的量的热塑性树脂。更优选地，以100重量份碳纤维计，热塑性树脂的量为50至400重量份。还更优选地，以100重量份碳纤维计，热塑性树脂的量为50至100重量份。当以100重量份碳纤维计，热塑性树脂的量为50重量份以上时，从基质树脂露出的干燥碳纤维不易于增加，所以该情况是优选的。此外，当以100重量份碳纤维计，所包含的热塑性树脂的量为1,000重量份以下时，所包含的碳纤维的量是适当的并且作为结构材料是适合的，所以该情况是优选的。

[0043] 热塑性树脂的实例包括聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚苯醚、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、AS树脂和ABS树脂。尤其是，从成本与性能之间的平衡的角度，优选的是选自由聚酰胺、聚丙烯、聚碳酸酯和聚苯硫醚所组成的组中的至少一种。

[0044] 此外，作为聚酰胺(有时简称为“PA”，有时也被称作作为别名的“尼龙”)，优选的是选自由下列所组成的组中的至少一种：PA6(被称作聚己酰胺或聚己内酰胺，更准确地，被称作聚ε-己内酰胺)、PA26(聚乙二酰乙二胺)、PA46(聚己二酰丁二胺)、PA66(聚己二酰己二胺)、PA69(聚壬二酰已二胺)、PA610(聚癸二酰已二胺)、PA611(聚十一烷二酰己二胺)、PA612(聚十二烷二酰己二胺)、PA11(聚十一酰胺)、PA12(十二酰胺)、PA1212(聚十二烷二酰十二烷二胺)、PA6T(聚亚己基对苯二甲酰胺)、PA6I(聚亚己基间苯二甲酰胺)、PA912(聚十二烷二酰壬二胺)、PA1012(聚十二烷二酰癸二胺)、PA9T(聚亚壬基对苯二酰胺)、PA9I(聚亚壬基间苯二甲酰胺)、PA10T(聚亚癸基对苯二甲酰胺)、PA10I(聚亚癸基间苯二甲酰胺)、PA11T(聚亚十一烷基对苯二甲酰胺)、PA11I(聚亚十一烷基间苯二甲酰胺)、PA12T(聚亚十二烷基对苯二甲酰胺)、PA12I(聚亚十二烷基间苯二甲酰胺)以及聚酰胺MXD6(聚己二酰间苯二胺)。

[0045] 根据需要，这些热塑性树脂可以包含诸如稳定剂、阻燃剂、颜料和填充剂的添加剂。

[0046] (碳纤维)

[0047] 对热塑性碳纤维复合材料中的碳纤维的形式没有特别限制，并且碳纤维可以是不连续(非连续)纤维或连续纤维。在连续纤维的情况下，碳纤维可以是机织物的形式，并且可以是碳纤维单向排列的片材的形式，例如，连续纤维的线股在其中层叠的所谓的“UD片”。在层叠那些纤维单向排列的片材的情况下，可以在改变每层的纤维布置方向的同时执行层叠。例如，可以在相互垂直的方向上交替地层叠这些层。此外，可以在厚度方向上对称地布置层叠表面。

[0048] 碳纤维可以以复合材料中的碳纤维束的状态、或者以与单纤维相混合的碳纤维束的状态存在。实质上，仅单纤维可以以分散状态存在。在使用不连续纤维的情况下，纤维可以形成为通过对这样的碳纤维进行造纸而获得的片材、或者可以形成为碳纤维可以被布置成在平面内随机分散并重叠的无序毡。在不连续碳纤维中，优选的是，其中大量碳单纤维结束的碳纤维束与单纤维或类似于单纤维状态的纤维相混合，并且它们以特定比率存在。当不连续碳纤维在复合材料中在平面内无序地、即二维地随机地布置时，片状成型件的可成型性和使用模具的情况下的可成形性变得良好，所以该情况是优选的。

[0049] 在使用不连续碳纤维的情况下，从接合强度和制造具有期望形状的成型体的容易性的角度，其平均纤维长度优选为在3mm以上且100mm以下的范围内，更优选在5mm以上且50mm以下的范围内。当碳纤维的平均纤维长度为3mm以上时，接合后复合材料的热收缩小。当平均纤维长度为100mm以下时，抑制了露出到复合材料的表面的碳纤维的比例，并且能够充分地确保与金属的接触面积，使得能够获得足够的接合强度。

[0050] 在本发明中，特别优选的是，热塑性碳纤维复合材料由各向同性的无序毡和热塑性树脂构成，在该无序毡中，不连续碳纤维二维地随机地布置，并且毡中的包含临界单纤维数以上的碳纤维的碳纤维束(A)与毡中碳纤维的总体积的比率优选为20Vol％以上且99Vol％以下，更优选为20Vol％以上且小于99Vol％，进一步优选为30Vol％以上且小于
90Vol％，特别优选为35to 80Vol％，该临界单纤维数由下式(a)定义，并且碳纤维束(A)中的平均纤维数量(N)满足下式(b)：

[0051] 临界单纤维数＝600/D (a)

[0052] 0.7×104/D2

[0053] 其中，D为单碳纤维的平均纤维直径(μm)。

[0054] 例如，可以通过WO2012/105080和JP-A-2013-49208中所描述的方法来制造这样的构成热塑性碳纤维复合材料的无序毡。例如，在根据需要将包含多个碳纤维的线股沿着纤维长度方向连续地分条以形成多个宽度为0.05至5mm的窄线股之后，将窄线股连续地切割成平均纤维长度为3至100mm的线股。然后，通过向短切线股(碳纤维束)吹送空气以对其进行开纤，并且在该状态下，将开纤的束以层状形式沉积在透气传送网等上。从而能够获得各向同性的无序毡。在此情况下，还可以采用通过将颗粒状或短纤维状热塑性树脂与碳纤维一起沉积在透气传送网上或者通过向毡状碳纤维层供应膜状熔融热塑性树脂以将树脂浸渍到碳纤维层中来制造包含热塑性树脂的二维各向同性无序毡的方法。

[0055] 此处使用的“二维各向同性无序毡”表示不连续碳纤维在水平面内在随机方向上布置且在平面内缺乏方向的均匀毡。通过熔化热塑性树脂并以该熔融的热塑性树脂均匀地浸渍该二维各向同性无序毡能够获得各向同性的热塑性碳纤维复合材料。

[0056] 在该方法中，通过控制用于对碳纤维束进行开纤的条件，能够将碳纤维束开纤成以由上式(a)所定义的临界单纤维数以上结束的碳纤维束(A)与小于临界单纤维数的碳纤维束(B1)和/或碳单纤维(B2)相混合。足以形成各向同性无序毡，其中，各向同性无序毡中的碳纤维束(A)与碳纤维的总体积的比率被控制为，例如，20Vol％以上且小于99Vol％，优选为30Vol％以上且小于90Vol％，进一步优选为35to80Vol％，并且碳纤维束(A)中的平均纤维数量(N)满足上式(b)。

[0057] 在上述方法中，也可以通过将由热塑性树脂组成的无纺布布置在传送网上、并使无纺布与传送网一起移动，以在无纺布上形成包含碳纤维的各向同性无序毡。

[0058] 由此，使用包含特定比率的处于一定数量的碳纤维结束的状态下的纤维束的各向同性无序毡制造的热塑性碳纤维复合材料具有特别好的将在以下描述的与金属构件的可接合性。尽管原因尚不清楚，但据推测是由热塑性碳纤维复合材料与金属之间的热收缩差异、接合面积以及复合材料的表面状态所导致的。

[0059] 关于前述无序毡，通过造纸法制备的包含不连续碳纤维的片材和连续纤维单向排列的UD片等中的每一种都通过在包含热塑性树脂的状态下对其单层或层叠体进行加热并加压、并且熔化包含在片材或毡中的热塑性树脂以将熔融的热塑性树脂浸渍到碳纤维中而被形成为包含热塑性树脂作为基质的热塑性碳纤维复合材料。在此情况下，可以在制造片材或碳纤维毡时供应热塑性树脂，或者在片材和包含碳纤维的制造之后，通过层叠包含热塑性树脂的层并且对该层进行加热并加压来以热塑性树脂浸渍片材或毡。任何热塑性碳纤维复合材料都不限于平板状，其可以形成为具有L形、T形、H形、U形和V形截面，并且可以具有曲面。

[0060] 作为制造热塑性碳纤维复合材料的另一种方法，存在以下方法，在该方法中，使用长纤维粒料，即通过将熔融树脂调节至特定粘度、以该熔融树脂浸渍连续纤维的碳纤维、然后切割的步骤而获得的粒料，通过注塑成型机将粒料成型为特定形状。碳纤维复合材料的形式可以是通过利用注塑成型机将上述粒料成型为特定形状而获得的碳纤维复合材料，或者通过以熔融热塑性树脂对连续纤维的UD片或通过湿式造纸法而获得片材进行浸渍而获得的复合材料。然而，在本发明中，特别优选使用通过以熔融热塑性树脂对前述二维各向同性无序毡进行浸渍而获得的复合材料。

[0061] 同时，本发明所使用的热塑性碳纤维复合材料并不限于增强纤维仅由碳纤维构成的复合材料，并且包括50重量％以上、优选70重量％以上的增强纤维由碳纤维构成的复合材料。即，可以使用包含代替碳纤维的诸如芳纶纤维或玻璃纤维的其它增强纤维的热塑性碳纤维复合材料，所述其它增强纤维的在在复合材料中所含的增强纤维的小于50重量％、优选小于30％的范围内。

[0062] [金属]

[0063] 作为本发明所使用的金属，可以具体提及诸如铁、不锈钢、铝、铜、黄铜、镍和锌的金属以及这些金属的合金。优选的是，该金属包括选自铁和铝中的至少一种，更优选的是，构成该金属的元素主要包括铁或铝。此处使用的术语“主要包括”是指其含量占90重量％以上。特别地，优选使用诸如SS钢(用于一般结构的轧制钢材)、SPCC(冷轧钢材)或高强度材料(高强度钢)的铁，诸如SUS304或316的不锈钢，#1000至#700的铝，以及这些材料的合金。对待接合的金属构件的形状没有特别限制，能够根据待获得的接合构件适合的选择。

[0064] 同时，金属构件可以包含两种以上的金属，并且可以是至少在其表面上包含金属的构件。此外，也可以使用在其表面上镀有金属的构件。形状不仅仅限于平板状，只要确保接合到热塑性碳纤维复合材料所需的表面即可，可以使用任意形状。例如，可以使用具有L形、T形、H形、U形和V形截面的金属构件，并且可以使用筒状金属构件。此外，可以使用具有曲面的金属构件。

[0065] [步骤(i)：金属表面的加工]

[0066] 在步骤(i)中，对于待接合的金属，在作为接合部的表面的一部分或全部上形成深度为0.02至0.6mm、优选深度为0.05至0.5mm的凹凸。能够通过对金属表面进行激光照射、喷射(blasting)、研磨、切削、锉削或化学处理而形成该凹凸。通过如上所述在金属表面上形成凹凸，在对热塑性碳纤维复合材料与金属进行接合时，通过加热而熔化的热塑性树脂渗透进金属表面的凹凸的凹部中，并由此获得更高的接合强度。

[0067] 作为凹凸的形状，优选的是间隔为0.02至0.6mm的格子状凹凸或以直径为0.02至0.6mm的凹痕作为凹凸形状的凹部。

[0068] 在通过激光照射形成凹凸的情况下，将20W型号的激光束点直径聚焦以形成0.02至0.6mm，并由此能够以激光点中心的间隔为0.02至0.6mm的距离的格子状形成具有0.02至0.6mm的深度的U形或V形截面的凹槽。在此情况下，凹槽宽度优选为0.05至0.5mm。

[0069] 在激光处理中，优选以波长为300nm至1,100nm的激光以50W/mm2以上的强度照射金属的表面。通过采用这样的激光照射条件，能够在抑制金属强度降低的情况下均匀地形成凹凸形状。通过选择激光处理的条件，上述凹槽的深度和宽度是可控的。

[0070] 此处，作为可用的激光，能够使用诸如固体激光、液体激光、气体激光、半导体激光和化学激光的各种激光，固体激光的实例包括YAG(钇-铝-石榴石)激光和蓝宝石激光，而气体激光的实例包括二氧化碳激光和氦氖激光。

[0071] 作为喷射，可以提及喷丸、喷砂、喷粒和湿喷等，喷砂是优选的。在通过喷射形成凹凸的情况下，使用颗粒尺寸(直径)为40至2,000μm的喷撒材料，能够形成被视作直径()为0.02至0.6mm且深度为0.02至0.6mm的球形的凹痕。作为喷射材料，除了由金属或陶瓷制成的材料之外，还可以使用干冰等。

[0072] 在作为接合部的金属表面上形成的凹凸可以均匀或不均匀地布置。然而，为了获得更高的接合强度，优选地将凹凸部分布置成使得该凹凸部分的总面积占接合部处的金属上的表面积的10％以上。金属表面上形成的每个凹凸部分的深度、形状和尺寸等不必完全相同，可以混合各种形状的凹凸。同时，在仅仅在平坦金属表面上形成诸如凹槽或凹痕的凹部的情况下，此处形成的凹凸的深度表示基于平坦表面的直到凹槽或凹痕的最深部的凹槽或凹痕的深度；而在于金属表面上形成凹部和凸部的情况下，该深度表示基于包括凸部的最突出部的水平面测量的直到凹部的最深部的深度。在测量中，对于在其上形成凹凸的金属表面，随机选择10个1cm见方的区域的位置，对每个区域内存在的所有凹凸进行深度测量，并将其平均值取作凹凸的深度。

[0073] <有机被覆层>

[0074] 本发明的接合构件的制造方法可以包括在已经形成凹凸的金属表面上设置有机被覆层的步骤(i-A)。步骤(i-A)优选地是在已经形成凹凸的金属表面与热塑性树脂层之间设置有机被覆层的步骤，并优选地在步骤(i)与步骤(ii)之间执行步骤(i-A)。在步骤(i-A)中，利用通过涂覆或浸渍等、将强化金属与热塑性树脂层之间的接合力的有机化合物赋予到已经形成凹凸的金属表面、然后执行干燥处理的方法，或者通过电化学方法，能够预先在待接合的金属的表面上形成有机化合物的薄层(以下有时称作“有机被覆层”)。由此，能够对表面执行接合，并且从而能够更进一步增强金属与热塑性树脂层之间的接合部处的粘附性。作为有机被覆层，包含三嗪硫醇衍生物的层是优选的。

[0075] 不必在待接合的金属的整个表面上形成有机被覆层，且对其厚度没有特别限制，只要能够确保粘附性即可。有机被覆层的平均厚度优选为0.005至10μm。

[0076] 作为适于形成有机被覆层的三嗪硫醇衍生物，优选提及能够期望与金属化学键合的含脱氢硅醇的三嗪硫醇衍生物，以及含烷氧基硅烷的三嗪硫醇衍生物。含烷氧基硅烷的三嗪硫醇衍生物优选为选自由以下通式(1)、(2)和(3)表示的化合物所组成的组中的至少一种：

[0077]

[0078] (在上述通式(1)和(2)中，R1为H-、CH3-、C2H5-、CH2＝CHCH2-、C4H9-、C6H5-和C6H13-中的任意一种；R2为-CH2CH2-、-CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2SCH2CH2-和-CH2CH2NHCH2CH2CH2-中的任意一种；R3为-(CH2CH2)2CHOCONHCH2CH2CH2-或-(CH2CH2)2N-CH2CH2CH2-，并且在此情况下，N和R3形成环状结构；通式中的X为CH3-、C2H5-、n-C3H7-、i-C3H7-、n-C4H9-、i-C4H9-、t-C4H9-和C6H5-中的任意一种；Y为CH3O-、C2H5O-、n-C3H7O-、i-C3H7O-、n-C4H9O-、i-C4H9O-、t-C4H9O-和C6H5O-中的任意一种，通式中的n为1至3的整数，并且M为-H或碱金属。)

[0079]

[0080] (在上述通式(3) 中，R4 为-S-、-O-、-NHCH2C6H4O-、-NHC6H4O-、-NHC6H3(Cl)O-、-NHCH2C6H3(NO2)O-、-NHC6H3(NO2)O-、-NHC6H3(CN)O-、-NHC6H2(NO2)2O-、-NHC6H3(COOCH3)O-、-NHC10H6O-、-NHC10H5(NO2)O-、-NHC10H4(NO2)2O-、-NHC6H4S-、-NHC6H3(Cl)S-、-NHCH2C6H3(NO2)S-、-NHC6H3(NO2)S-、-NHC6H3(CN)S-、-NHC6H2(NO2)2S-、-NHC6H3(COOCH3)S-、-NHC10H6S-、-NHC10H5(NO2)S-和-NHC10H4(NO2)2S-，M’为-H或碱金属，Z为烷氧基，并且j为1至6的整数。)

[0081] 在上述通式(1)至(3)中，碱金属优选为选自由锂、钠、钾、铷和铯所组成的组中的至少一种。

[0082] 本发明所使用的三嗪硫醇衍生物具体包括表现出优异效果的作为含烷氧基硅烷的三嗪硫醇衍生物的丙基氨基三乙氧基硅烷三嗪硫醇单钠(monosodium triethoxysilylpropylaminotriazine thiol)，其化学式由下式(4)表示。

[0083]

[0084] 作为形成包含三嗪硫醇衍生物的层的方法，优选提及WO2009/157445中描述的方法。具体而言，可以提及将待接合的金属浸渍到含烷氧基硅烷的三嗪硫醇的水和乙醇的溶液中、随后将金属拉出、进行热处理、完成反应并干燥的方法。此外，能够采用利用辊、喷雾器或毛刷等将含烷氧基硅烷的三嗪硫醇的水和乙醇的溶液涂覆在金属表面上并随后执行热处理的方法。该包含三嗪硫醇衍生物的层还可以在不损害本发明的目的范围内包含除三嗪硫醇衍生物以外的物质。

[0085] 在本发明中，有机被覆层优选为上述包含三嗪硫醇衍生物的层，但也可以是具有与上述同等的功能的其它有机化合物，例如，硅烷偶联剂或具有诸如羟基或羧基的极性官能团的化合物等的层。

[0086] <金属化合物层>

[0087] 由于能够期望进一步增强接合强度，所以优选地在包含三嗪硫醇衍生物的层与金属之间包含诸如氢氧化物、碳酸酯、磷酸酯或硫酸酯的金属化合物层。作为制备金属化合物层的方法，可以优选提及WO2009/157445中描述的方法。具体而言，可以提及在于待接合的金属的表面上形成包含三嗪硫醇衍生物的层之前，在诸如盐酸、硫酸或磷酸的酸中浸渍金属的方法。

[0088] [步骤(ii)：热塑性树脂层的形成]

[0089] 在本发明中，在包含热塑性树脂作为基质的碳纤维复合材料与已经形成深度为0.02至0.6mm的凹凸形状的金属的表面之间设置厚度范围为5μm至5mm、优选为20μm至
4mm，进一步优选为40μm至3mm的热塑性树脂层，并且对接合部进行加热以熔化热塑性树脂层，从而将金属与热塑性碳纤维复合材料接合。

[0090] <热塑性树脂层>

[0091] 上述热塑性树脂层优选地由至少一片实质上由热塑性树脂构成的层形成，该层包含热熔膜、片材、纺织物、无纺布或粉末。其中，更优选地由包含薄膜、片材或无纺布的层形成热塑性树脂层。此处，“实质上”是指除了热塑性树脂之外，该层还可以根据需要(以整体的20重量％以下的比率)含有，例如，诸如稳定剂、阻燃剂、颜料、填充剂、塑化剂和熔融粘度调节剂的添加剂。热塑性树脂层以薄膜、片材、纺织物、无纺布或粉末的形式使用，并且能够以以下方式布置：通过热压焊接在金属或热塑性碳纤维复合材料的表面上、或者通过注塑成型或熔融热塑性树脂的熔融挤出薄薄地粘附到或层叠在金属或热塑性碳纤维复合材料的表面上。

[0092] 关于构成热塑性树脂层的热塑性树脂的种类，该树脂优选为与热塑性碳纤维复合材料的基质树脂相容的树脂，并且可以优选提及与构成热塑性碳纤维复合材料的基质树脂相同的树脂。从接合强度的观点，更优选的是，构成热塑性树脂层的热塑性树脂和构成热塑性碳纤维复合材料的基质树脂的热塑性树脂是相同种类的树脂。

[0093] 与热塑性碳纤维复合材料的基质树脂相同，构成热塑性树脂层的热塑性树脂包括聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚苯醚、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、AS树脂和ABS树脂等。尤其是，从成本与物理性质之间的平衡的观点，优选的是选自由聚酰胺、聚丙烯、聚碳酸酯和聚苯硫醚所组成的组中的至少一种。作为构成热塑性树脂层的聚酰胺，特别优选的是与那些作为热塑性碳纤维复合材料的基质树脂被例举的聚酰胺相同的聚酰胺。

[0094] 根据需要，这些热塑性树脂可以包含诸如稳定剂、阻燃剂、颜料、填充剂、塑化剂和熔融粘度调节剂的添加剂。

[0095] 热塑性树脂层的厚度为5μm以上且5mm以下，优选为20μm以上且4mm优选，更优选为40μm以上且3mm以下。当树脂层的为5μm以上时，获得足够的强度。当树脂层的厚度超过5mm时，当剪切负荷施加至金属和碳纤维复合材料中的一个或两个时，力矩作用在接合表面上，并且整体的强度可能降低。通过设置厚度为5μm以上的热塑性树脂层，在步骤(iii)中融合时能够提供充足的树脂，并且能够防止碳纤维与金属进行接触，使得能够期望防止电腐蚀。

[0096] 此处，关于热塑性树脂层的厚度，在热塑性树脂层实质上由薄膜、片材或无纺布等构成的情况下，该厚度表示其熔化前的厚度。如果层叠多个层，则该厚度表示层叠后的总厚度。

[0097] 不必在待接合的金属的整个表面和待接合的复合材料的整个表面上设置热塑性树脂层，而是可以在其一部分上设置，只要能够确保粘附性即可。热塑性树脂层以薄膜、片材、纺织物、无纺布和/或粉末的形式布置在接合部上，并且施加热和压力以将热塑性树脂熔化至能够以树脂浸渍热塑性碳纤维复合材料的纤维的程度，最后将金属接合到碳纤维复合材料。

[0098] 在与金属的凹凸表面和复合材料的表面中的至少一个、优选地预先与金属的凹凸表面进行接触的状态下通过加热并熔化作为热塑性树脂层的薄膜、片材或无纺布等，然后冷却以固化，也能够在表面上形成均匀的热塑性树脂层。在待接合的金属或复合材料的表面上形成热塑性树脂层的步骤中的温度优选为在(热塑性树脂的熔化温度+15℃)以上且(其分解温度-30℃)以下的范围内，更优选在(热塑性树脂的熔化温度+20℃)以上且(其分解温度-20℃)以下的温度范围内。例如，在热塑性树脂为PA6(熔点：220℃)的情况下，优选的温度为235至300℃。同时，此处使用的“熔化温度”为构成热塑性树脂层的树脂的熔化温度并且当不存在熔点时为充分地流动性启动的温度。在通过使所述薄膜、片材或无纺布等与金属的凹凸表面相接触并且加热并熔化其来形成热塑性树脂层的情况下，优选地使用在预先被加热至上述温度的金属上层堆并融合薄膜、片材或无纺布等的方法、在金属上层堆热塑性树脂层后加热该金属以融合该层的方法或类似的方法。

[0099] 在此情况下，当金属的表面温度低于上述范围时，存在热塑性树脂难以适应表面的情况，当温度超过上述范围时，可能发生热塑性树脂的分解。此外，维持这样的温度的时间优选尽可能地短，只要时间能够确保将热塑性碳纤维复合材料本质上接合到金属即可，例如，时间优选为10秒至10分钟。

[0100] 而且，通过以熔融的热塑性树脂直接被覆金属的凹凸表面和复合材料的表面中的至少一个，可以在接合表面上形成热塑性树脂层。

[0101] 热塑性碳纤维复合材料与金属之间的接合表面不限于平坦表面，并且可以是曲面或凹凸表面。在本发明中，当将由挠性热塑性树脂制成的无纺布放置在两个接合表面上并且将树脂熔化以形成热塑性树脂层时，即使在待接合的复合材料与金属之间稍稍存在间隙也能够毫无问题地执行接合。

[0102] <无纺布>

[0103] 在本发明中，热塑性树脂层可以实质上由无纺布形成。在此情况下，优选地通过在热塑性碳纤维复合材料与具有凹凸形状的金属构件的表面之间放置有热塑性树脂制成的无纺布、并且加热并熔化构成无纺布的热塑性树脂来接合金属表面与热塑性碳纤维复合材料。此处使用的无纺布由通过加热而熔化并粘附到金属的热塑性树脂构成。例如，在上述热塑性树脂中，优选的是热熔性的聚酰胺(尼龙)、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚乙烯和聚丙烯等。在这些热塑性树脂中，从成本与物理性质的平衡的角度，聚酰胺和聚丙烯是更优选的。作为聚酰胺(有时简称为PA)，特别优选的是PA6、PA66、包含这些作为主要成分的共聚物和掺混物。根据需要，这些构成无纺布的树脂可以包含诸如稳定剂、阻燃剂、颜料和填充剂等的添加剂。

[0104] 无纺布的构成纤维可以是连续和/或不连续纤维，但易于通过加热而熔化的纤维是优选的。从这一观点，既没有进行拉伸也没有进行热处理的纤维是适合的。当包含与作为热塑性碳纤维复合材料的基质的热塑性树脂相同种类的无纺布被用作无纺布时，热塑性树脂与热塑性碳纤维复合材料的基质树脂在以下所述的加热并熔化后相容，并且整个树脂层变得完全均匀一体化，因此该情况是优选的。

[0105] 通过诸如air raid法或针织法的干法或者诸如造纸法的湿法制造的无纺布可以被用作无纺布。然而，使用在成本、生产率和热熔性方面优异的包含连续纤维的利用纺粘法(包括熔喷法，但不限于熔喷法)制造的无纺布是特别优选的。作为无纺布，可以单独使用一种无纺布，或者可以使用多种无纺布的层积制品。在后者的情况下，可以组合并层积不同种类的无纺布。

[0106] 优选地将该无纺布设置在热塑性碳纤维复合材料与金属待接合的整个表面上。然而，在能够确保必需的接合强度(粘附性)的情况下，也可以局部地设置无纺布。此外，根据需要，出于使无纺布易于通过加热而熔化的目的，无纺布可以包含适当的量的水或塑化剂等。

[0107] 优选的是，无纺布的总单位面积纤维重量为10至500g/m2，总体积密度为0.01至3
0.8g/cm。总单位面积纤维重量和总体积密度落入上述范围内的无纺布在其厚度方向上具有适当的透气性和弹性。因此，当热塑性碳纤维复合材料与金属构件在使无纺布插入其间的状态下层叠并在加热下加压时，无纺布几乎在均一的压力下熔化。因此，渗透到热塑性碳纤维复合材料的表面部分和/或金属表面上存在的细小凹凸内变得容易，结果，能够确保接合面积。从而，变得能够增强接合强度。此外，与薄膜相比，无纺布具有适当的柔性，因此，即使在接合表面为曲面的情况下，形状追随性也变得良好。结果，在成型时的材料设定是容易的，并且变得能够增强目标位点的接合强度。因此，通过使用上述无纺布，能够获得极其优异的接合状态。

[0108] 此处使用的“总单位面积纤维重量”和“总体积密度”分别表示无纺布整体的单位面积纤维重量和体积密度。当热塑性树脂层由一片无纺布构成时，“总单位面积纤维重量”和“总体积密度”为无纺布的单位面积纤维重量和体积密度，而在层积多个无纺布以构成热塑性树脂层的情况下，“总单位面积纤维重量”和“总体积密度”为层积的各个无纺布的单位面积纤维重量总和和体积密度总和。

[0109] [步骤(iii)：通过焊接接合]

[0110] 在本发明的接合构件的制造方法中，通过在于已经形成凹凸的金属表面与碳纤维复合材料之间设置热塑性树脂层的状态下加热，通过加热并优选地对整体同时进行加压来熔化热塑性树脂层，从而将金属与热塑性碳纤维复合材料接合。

[0111] 如已经描述的那样，本发明的制造方法包括：在接合部处在金属的表面上形成深度为0.02至0.6mm的凹凸形状的步骤(i)；在金属的表面与复合材料的表面之间的接合部处设置厚度在5μm以上且5mm以下的范围内热塑性树脂层的步骤(ii)；以及通过加热接合部而熔化热塑性树脂层的步骤(iii)。

[0112] 在本发明中，可以顺序地执行上述步骤(i)、(ii)和(iii)，也可以在步骤(i)之后作为一个步骤执行步骤(ii)和(iii)。由于制造过程简化，所以后者在生产率方面是优异的。此外，可以在上述步骤(i)之后添加形成有机被覆层的步骤，并且可以顺序地执行步骤(i)、(i-A)、(ii)和(iii)。

[0113] 上述步骤(iii)中的加热方法优选为利用外部加热器的热交换和辐射等。此外，也能够采用通过电磁感应来加热待接合金属的方法、通过超声波或激光对其进行加热的方法以及类似的方法。利用电磁感应加热的方法是极其优选的，原因在于能够直接加热金属的接合表面(A)与热塑性树脂层。

[0114] 加热温度优选为构成热塑性树脂层的热塑性树脂的熔点以上且其分解温度以下，更优选为(熔化温度+15℃)以上且(分解温度-30℃以下)。例如，在上述热塑性树脂全部为PA6的情况下，适合的温度为235至300℃。

[0115] 熔融的热塑性树脂层通过与热塑性碳纤维复合材料进行接触、随后进行压结合能够提供具有更好的强度的接合体。

[0116] 在本发明中，在步骤(iii)中将热塑性树脂层与热塑性碳纤维复合材料压结合，但在结合它们之后，可以根据需要进一步执行在加热下加压和压结合的步骤(iv)。

[0117] 在上述步骤(iii)和(iv)中，压结合时的加压条件为将优选0.01至2MPa，更优选为0.02至1.5MPa，并且还更优选为0.05至1MPa的压力施加到焊接表面。当压力为0.01MPa以上时，容易获得良好的接合强度，由于在加热期间热塑性碳纤维复合材料难以回弹所以容易维持形状，并且材料强度增强，因此该情况是优选的。当压力为2MPa以下时，加压部分难以粉碎，从而容易维持形状，并且材料强度增强，因此该情况是优选的。

[0118] 关于布置在金属与热塑性碳纤维复合材料之间的热塑性树脂层，可以通过将热塑性树脂层预先粘附至金属或热塑性碳纤维复合材料的任意一侧来形成热塑性树脂层。例如，可以采用通过加热并压结合在具有凹凸的金属的表面上设置热塑性树脂层、随后加热并压结合该热塑性树脂层和热塑性碳纤维复合材料的接合部的方法，即顺序地执行以上步骤(i)至(iii)的方法。此外，可以使用在执行步骤(i)之后，以层叠状态加热金属表面、诸如薄膜或无纺布的热塑性树脂层以及热塑性碳纤维复合材料以将它们全部一次性接合的方法，即将步骤(ii)和(iii)作为一个步骤执行的方法。例如，作为同时执行步骤(ii)和(iii)的情况的其它具体实例，可以提及将热塑性树脂的熔融薄膜直接涂覆在金属上并将热塑性碳纤维复合材料层叠在其上的方法。此外，当同时或连续地执行步骤(ii)至(iv)时，能够缩短成型时间并能够有效地制造接合构件。

[0119] 如前所述，在本发明中，优选地预先在待接合的金属表面上形成有机被覆层。在此情况下，还可以将布置在有机被覆层与热塑性碳纤维复合材料之间的热塑性树脂层预先粘附到具有有机被覆层的金属和热塑性碳纤维复合材料中的任意一侧或两侧，以在表面上形成热塑性树脂层。在热塑性树脂层仅粘附并形成在任意一侧上的情况下，优选地在具有形成在表面上的有机被覆层的金属表面层上形成热塑性树脂层。在热塑性树脂层粘附并布置在具有预先形成的有机被覆层的金属表面上或热塑性碳纤维复合材料的表面上的情况下，温度更优选为(热塑性树脂的熔化温度+15℃)以上且(其分解温度-30℃以下)。热塑性树脂层以薄膜、片材或无纺布形式使用，并且可以通过热压结合为所期望的形状，或者通过利用注塑成型或挤出等薄薄地粘附到熔融树脂来布置热塑性树脂层。

[0120] 与不存在有机被覆层的情况相同，当使热熔融的热塑性树脂层与具有有机被覆层的金属产生接触时的金属表面的温度优选为高于(热塑性树脂的熔化温度+15℃)且小于(其分解温度-30℃)。当金属的表面温度低于上述范围时，存在热塑性树脂难以适应表面的情况，而当温度超过上述范围时，可能发生热塑性树脂的分解。此外，维持这样的温度的时间优选尽可能地短，只要能够确保将热塑性碳纤维复合材料本质上接合到金属即可，例如，适合的时间优选为10秒至10分钟。关于热塑性树脂层与金属之间的接合强度，与金属表面上的包含三嗪硫醇衍生物的有机被覆层的亲和性是重要的，并且一般存在有机被覆层由于高温而劣化的顾虑。因此，在高温下长时间的处理是不优选的。作为一个实例，在275℃下的接合时间优选为约10分钟以下。

[0121] 此外，通过将一层或多层具有诸如薄膜、片材或无纺布形式的热塑性树脂层插入具有有机被覆层的金属的接合表面与复合材料之间、并通过在(热塑性树脂的熔化温度+15℃)以上且(热塑性树脂的分解温度-30℃以下)的温度下对其加热并加压来热压结合整体，也能够一次性制造接合体。在层叠多个热塑性树脂层的情况下，能够组合并使用包括不同种类的热塑性树脂的层。此外，可以同时或连续地执行接合和成型。

[0122] 根据本发明，通过执行如上所述的各个步骤，获得了形成有凹凸形状的金属表面与热塑性树脂层坚固地紧密地粘附的接合体。即，由于通过在接合时加热使热塑性树脂层中的熔融的热塑性树脂与金属表面上的凹凸部分进行接触并且由其渗透到凹部中并固化，据认为与金属的接合强度由于所谓的锚效应而增强。此外，由于至少接合部上的复合材料的表面(接触表面)上的热塑性树脂也通过加热并熔融在接合时熔化，所以其也与上述热塑性树脂层的树脂进行紧密接触。利用在加热的同时通过上述金属与复合材料的加压对整体进行压结合，使金属与复合材料通过熔融的热塑性树脂层完全紧密地粘附。在加热完成后，通过冷却，使热塑性树脂层固化并使整体一体化。据推测，由于加压促进复合材料中的碳纤维的一部分渗透到凹部中，所以接合时的加压有助于粘附强度的提高。

[0123] 同时，具有形成在接合部上的凹凸形状的金属能够被用于在热处理之后立刻进行接合。在许多情况下，通过热处理进一步提高了接合强度。在此情况下，热处理的条件优选为250至500℃的温度和10秒至10分钟的时间。

[0124] [接合构件]

[0125] 在将包含热固性树脂作为基质的热固性碳纤维复合材料接合到金属的情况下，不得不使用粘合剂或在将金属插入预浸坯料之后在压热釜内长时间成型。然而，本发明使用包含热塑性树脂作为基质的热塑性碳纤维复合材料，因此，通过压制成型等能够制造具有期望的形状的成型体。因此，能够在将碳纤维复合材料接合到金属的同时、或连续地进行成型。即，本发明包括由通过在模具中同时执行接合与成型而将热塑性碳纤维复合材料与金属相接合的金属复合成型体构成的接合构件的制造方法。例如，通过在配备有特定形状的模腔的模具中执行上述步骤(iii)能够同时执行接合与成型，使得还可以在短时间内容易地获得金属复合成型体。

[0126] 在本发明中，在制造包含热塑性树脂作为基质的碳纤维复合材料与金属相接合的接合构件时，通过在金属表面上形成凹凸形状并熔化设置在已经形成有凹凸形状的金属表面与碳纤维复合材料之间的热塑性树脂层，通过同时或连续地执行接合与成型，不仅能够坚固地接合金属与碳纤维复合材料，还能够在短时间内有效地制造金属复合成型体。由此，在本发明中，由于可以在短时间内同时在制造接合构件的制造时执行成型与接合，所以与使用传统的包含热固性树脂作为基质的情况相比，该制造方法是工业上有优势的方法。

[0127] 根据本发明的适当的实施方式，在通过将包含热塑性树脂作为基质的碳纤维复合材料与金属相接合而获得的接合构件的制造方法中，通过连续地执行在接合部处在金属的表面上形成多个深度为0.02至0.6mm的凹部的步骤、在金属表面上形成三嗪硫醇衍生物的薄层的步骤、融合金属表面上的三嗪硫醇衍生物的薄层上的热塑性树脂层以形成厚度在5μm以上且5mm以下的热塑性树脂层的步骤、将热塑性碳纤维复合材料层叠在热塑性树脂层上从而形成包含金属/三嗪硫醇衍生物的薄层/热塑性树脂层/热塑性碳纤维复合材料的层积体的步骤、以及通过与在厚度方向加压一起对获得的层积体进行加热来熔化热塑性树脂层从而将金属与热塑性碳纤维复合材料合并为一体的步骤，并且通过在用于成型的模具内通过熔化热塑性树脂层来执行金属与热塑性碳纤维复合材料的组合来进一步同时执行接合与成型，变得可以有效地制造具有优异的接合强度的金属-碳纤维复合材料接合体或其成型体。

[0128] 根据本发明，获得了热塑性碳纤维复合材料与金属坚固地接合的接合构件。图1示出通过本发明获得的接合构件的一个实施方式(截面图)。当以1mm/秒的拉伸速度对接合部进行拉伸测试时，接合强度优选为5MPa以上，并且在特别优选的条件下接合的情况下能够获得大于10MPa的接合强度。通过拉伸测试能够评价接合强度，并且接合强度的上限大致为约50MPa。因此，通过本发明获得的热塑性碳纤维复合材料与金属的接合构件适于用作需要充足的接合强度的结构构件。这样的结构构件的实例包括构成诸如汽车、自行车、铁路车辆、飞机和舰船的交通工具的部件，以及建筑和家具的结构材料和体育商品的材料等。

[0129] 对接合构件中的接合位点的数量没有限制，并且能够根据单折叠(lap)或双折叠并根据接合环境随意选择。在双折叠的情况下，接合面积变为两倍，因此，接合强度也变为两倍。

[0130] 实施例

[0131] 以下基于实施例具体描述本发明，但本发明不限于这些实施例。

[0132] 1)接合强度

[0133] 准备5片在每个实施例等中描述的热塑性碳纤维复合材料-金属构件接合体(接合构件)。对于每个片材，通过利用通用测试机“INSTRON(注册商标)5587”以1mm/分钟的拉伸速度执行拉伸测试而获得拉伸强度值，将其平均值取作接合体的接合强度的值。

[0134] 2)无序毡材料的纤维束的分析

[0135] 根据WO2012/105080中所描述的方法对通过参考例2B和2C获得的每个无序毡材料的纤维束进行分析。

[0136] 而且，通过以下参考例中描述的方法来制造实施例与比较例中所使用的热塑性碳纤维复合材料和无纺布。

[0137] 参考例1

[0138] 连续纤维0°和90°交替层叠材料的热塑性碳纤维复合材料(I)的制造

[0139] 将碳纤维线股(“TENAX”(注册商标)STS40-24KS(平均纤维直径：7μm，拉伸强度：4,000MPa)由Toho Tenax Co.,Ltd.制造)和尼龙6薄膜(“EMBLEM”(注册商标)ON，25μm厚，由Unitika Ltd.制造)顺序地层叠至64层(碳纤维：64层，尼龙6薄膜：65层)，使得0°纤维方向的层和90°纤维方向的层交替布置，在260℃的温度下加热下在2MPa的压力下对获得的层积体进行20分钟的压制。由此，制备具有0°和90°交替纤维的、对称层叠的、碳纤维体积分数(Vf)为47％(以质量计碳纤维含量：57％)且厚度为2mm的平板热塑性碳纤维复合材料(I)。以100重量份碳纤维计，热塑性碳纤维复合材料中的热塑性树脂的含量为75重量份。

[0140] 参考例2A

[0141] 由各向同性无序毡的热塑性碳纤维复合材料(II-A)的制造

[0142] 将切割至平均纤维长度为20mm的碳纤维(“TENAX”(注册商标)STS40，平均纤维直径：7μm，由Toho Tenax Co.,Ltd.制造)以随机布置的状态形成为片材形式，使得平均2
单位面积纤维重量变为540g/m，并且将获得的各向同性无序毡夹在由Unitika Ltd.制造的KE 435-POG(尼龙6)布之间，以便形成无序毡/尼龙6布的重复层积体。在260℃的温度下在2.5MPa的压力下对该层积体进行压制，以制备碳纤维体积分数为35％(以质量计碳纤维含量：45％)且厚度为2mm的平板热塑性碳纤维复合材料(II-A)。以100重量份碳纤维计，热塑性碳纤维复合材料中的热塑性树脂的含量为120重量份。

[0143] 参考例2B

[0144] 由各向同性无序毡的热塑性碳纤维复合材料(II-B)的制造

[0145] 将由Toho Tenax Co.,Ltd.制造的碳纤维线股“TENAX”( 注册商标 )STS40-24KS(平均纤维直径：7μm，拉伸强度：4,000MPa)用作碳纤维。利用WO2012/105080中描述的方法将线股切割至特定长度、并通过开纤装置(气体喷嘴)和柔性传送管沉积在配备有下方抽吸装置的固定网上，从而制备两种具有如表1中所示的不同平均纤维长度和开纤程度等的各向同性无序毡。以与参考例2A中相同的方式将每种无序毡都夹在由Unitika Ltd.制造的KE 435-POG(尼龙6)布之间。在260℃的温度下在2.5MPa的压力下对该层积体进行压制，以制备两种具有如表1所示的不同碳纤维体积分数的平板热塑性碳纤维复合材料(II-B)。在测试片1中，以100重量份碳纤维计，热塑性碳纤维复合材料中的热塑性树脂的含量为120重量份，而在测试片2中，以100重量份碳纤维计，热塑性碳纤维复合材料中的热塑性树脂的含量为100重量份。

[0146] 参考例2C

[0147] 由各向同性无序毡的热塑性碳纤维复合材料(II-C)的制造

[0148] 将由Toho Tenax Co.,Ltd.制造的碳纤维线股“TENAX”( 注册商标 )STS40-24KS(平均纤维直径：7μm，线股宽度：10mm)用作碳纤维。利用JP-A-2013-49208(日本专利申请No.2011-188768的说明书)中描述的方法使用垂直分条装置将线股分条至0.8mm的线股宽度，然后使用具有布置在表面上的螺旋刀具的旋切机切割至20mm或25mm的纤维长度。将穿过切割机的线股导入布置在旋切机正下方的柔性传送管中，随后导入布置在该传送管下端的开纤装置(气体喷嘴)中。作为开纤装置，焊接由SUS304制成的具有不同直径的螺纹套管以制备双管，然后由此使用。在双管的内管上设置小孔并利用压缩机在其内管与外管之间供应压缩空气。在此情况下，小孔处的风速为450m/sec。将直径朝着下侧增加的锥形管焊接至双管的下端，使得在锥形管中切割的碳纤维与气流一起移动到下侧。

[0149] 从设置在管的侧面的孔向锥形管内供应基质树脂。作为基质树脂，使用由Unitika Ltd.制造的尼龙6树脂“A1030”颗粒。将在一定方向上移动的透气支撑物(以下称作“固定网”)布置在锥形管的出口的下侧。利用鼓风机从其下侧执行抽吸，在以恒定速度移动的固定网的宽度方向上往复运动柔性传送管和锥形管，与气流一起从锥形管的末端排出的切割的碳纤维与尼龙树脂颗粒的混合物以带状沉积在固定网上。在此情况下，碳纤维的供应量设定为212g/min，基质树脂的供应量设定为320g/min。当装置运行时，在固定网上形成碳纤维与热塑性树脂均匀地混合的无序毡。无序毡的碳纤维的单位面积纤维重量为265g/2
m。尼龙6树脂颗粒以大致均匀的状态均匀地分散在碳纤维中。

[0150] 由此制备下表2所示的各种无序毡。层叠4片每种无序毡，放入模具中，在300℃的温度下在1.0MPa的压力下以3分钟的加热时间进行压制成形，以获得如表2所示的厚度为2.0mm的板状热塑性碳纤维复合材料(II-C)。在测试片3中，以100重量份碳纤维计，热塑性碳纤维复合材料中的热塑性树脂的含量为120重量份，而在测试片4中，以100重量份碳纤维计，热塑性碳纤维复合材料中的热塑性树脂的含量为100重量份。作为在复合材料(II-C)的0°和90°方向上的拉伸模量测量结果，拉伸模量的比率(Eδ)为1.03，几乎未发现纤维排列，并且获得了维持各向同性的成形板。此外，将该成形板在烘箱中在500℃下加热约1小时以除去树脂，然后调查碳纤维束(A)的比率和平均纤维数量(N)。结果，在上述无序毡的测量结果中未观察到任何差别。

[0151] 参考例3

[0152] 尼龙6无纺布的制造

[0153] 使用由DMS Japan Engineering Plastics Corporation制造的尼龙6树脂“NOVAMID”(注册商标)1010C2(熔化温度：225℃)作为原材料利用熔喷法制造尼龙6无纺布。此处采用的熔喷法是通过从多个并排的拉模孔排出熔融的聚合物、从与拉模孔相邻地设置的出气口放出高速气体以将排出的熔融的聚合物形成为细纤维、并且然后在作为收集器的传送网上收集纤维流来制造无纺布的方法。获得的尼龙6无纺布的平均纤维直径为2 3
5μm，平均单位面积纤维重量为20g/m，平均体积密度为0.1g/cm，并且平均厚度为0.2mm。

[0154] 实施例1

[0155] 在以丙酮对长度为100mm、宽度为25mm且厚度为1.6mm的SPCC板(冷轧钢板)的一侧的整个表面进行脱脂并干燥后，使用震荡波长为1.064μm、最大额定输出为20W且射束点为130μm的YAG激光(连续波)在待接合到热塑性碳纤维复合材料的一侧的整个表面上形成激光点中心间隔为0.08mm且深度为0.08mm的格子状凹槽。

[0156] 将2片尼龙6薄膜(“EMBLEM”(注册商标)ON，25μm厚度，熔点：225℃，由Unitika Ltd.制造)层叠堆在由此加工的金属表面上。然后，利用电磁感应加热将薄膜和SPCC板表面加热至250℃，然后立即冷却至常温。通过该步骤，将尼龙薄膜熔化并紧密地粘附到SPCC板表面且然后固化以在SPCC表面上形成厚度为50μm的尼龙6层。

[0157] 将在参考例1中获得的使用连续纤维的热塑性碳纤维复合材料(I)切割至长度为100mm且宽度为25mm并通过单折叠在25mm×25mm的范围内层叠在表面上具有尼龙层的SPCC板上。将该层叠体放入模具中并于模具中在250℃的温度的加热下在0.2MPa的压力下加压5分钟，以制备热塑性碳纤维复合材料与SPCC板的接合构件。

[0158] 制备5片该接合构件，并利用通用测试机INSTRON 5587以1mm/min的速度进行拉伸测试。结果，接合强度的平均值为13MPa。

[0159] 实施例2

[0160] 以与实施例1相同的方式对长度为100mm、宽度为25mm且厚度为1.6mm的590MPa级高强度材料的一侧的整个表面进行激光加工，以形成深度为0.08mm的格子状凹槽。

[0161] 将20片尼龙6薄膜(“EMBLEM”(注册商标)ON，25μm厚度，熔点：225℃，由Unitika Ltd.制造)层叠在上述材料的一个表面上。然后，利用电磁感应加热将该高强度材料加热至250℃，然后立即冷却至常温。尼龙薄膜熔化并紧密地粘附，并且然后固化以在该高强度材料的一个表面上形成厚度为500μm的尼龙6层。

[0162] 将在参考例2A中获得的由无序毡的构成的平板热塑性碳纤维复合材料(II-A)切割至长度为100mm且宽度为25mm，并通过单折叠在25mm×25mm的范围内层叠在具有尼龙6层的高强度材料上，将复合材料在250℃下加热，并将高弹性材料加热至140℃，随后使用模具在0.2MPa的压力下在加热下加压1分钟。随后，利用电磁感应加热将折叠材料中的高强度材料加热至250℃，在0.2MPa的压力下在加热下加压1分钟，以制备热塑性碳纤维复合材料与高强度材料的接合构件。

[0163] 制备5片该接合构件，并利用通用测试机INSTRON 5587以1mm/min的速度进行拉伸测试。结果，接合强度的平均值为10MPa。

[0164] 实施例3

[0165] 以与实施例1相同的步骤制备热塑性碳纤维复合材料(I)与SPCC的接合构件，区别在于将具有通过与实施例1相同的激光加工而在表面上形成深度为0.08mm的格子状凹槽的SPCC板在300℃下进行10分钟的热处理，然后在表面上形成厚度为0.05mm的尼龙6层。

[0166] 制备5片该接合构件，并利用通用测试机INSTRON 5587以1mm/min的速度进行拉伸测试。结果，接合强度的平均值为12MPa。

[0167] 实施例4

[0168] 以与实施例1相同的方式在铝板表面上形成厚度为50μm的尼龙6层，区别在于使用厚度为1mm的#5052铝板(在其一侧上形成有深度为0.08mm的格子状凹槽)代替SPCC板。

[0169] 将在参考例2A中获得的由无序毡的构成的平板热塑性碳纤维复合材料(II-A)切割至长度为100mm且宽度为25mm，并通过单折叠在25mm×25mm的范围内层叠在具有尼龙6层的铝板上，随后使用模具在0.2MPa的压力下在250℃加热下加压5分钟，从而制备碳纤维复合材料与#5052铝板的接合构件。

[0170] 制备5片该接合构件，并利用通用测试机INSTRON 5587以1mm/min的速度进行拉伸测试。结果，铝板部破损。由铝板的破坏强度计算，确认接合强度为7.1MPa以上。

[0171] 实施例5

[0172] 以与实施例1相同的方式制备热塑性碳纤维复合材料(I)与SPCC的接合构件，区别在于利用喷砂代替激光加工在SPCC(冷轧钢板)的一侧的整个表面上形成大量平均口径为100μm且深度为60μm的细凹痕，使得凹痕的总面积变为相对于接合部的金属表面面积为20％、然后在300℃下进行10分钟热处理。制备5片该接合构件，并利用通用测试机INSTRON 5587以1mm/min的速度进行拉伸测试。结果，接合强度的平均值为12MPa。

[0173] 实施例6

[0174] 使用厚度为1.6mm且直径为90mm的盘状SPCC材料，以与实施例1相同的方式在SPCC材料的一个表面上利用激光加工形成凹凸。将2片尼龙6薄膜(“EMBLEM”(注册商标)ON，25μm厚度，熔点：225℃，由Unitika Ltd.制造)放置在进行了激光加工的一侧上。然后，利用电磁感应加热将SPCC材料加热至250℃，然后立即冷却至常温。尼龙6薄膜熔化并紧密地粘附，并且然后固化以在该SPCC盘上形成厚度为0.05mm的尼龙6层。

[0175] 然后，将能够成型如图2所示的帽状的模具加热至140℃，将通过将在参考例1中获得的碳纤维复合材料(I)切割至250mm×270mm的尺寸而获得的平板与具有尼龙6层的SPCC盘加热至300℃。将它们装入模具中并在0.2MPa的压力下在加热下加压1分钟，以成型如图3所示的盘接合帽状材料。该盘接合帽状材料是SPCC盘坚固地接合在由碳纤维复合材料构成的接合帽状材料的上表面上的材料。

[0176] 实施例7

[0177] 对长度为100mm、宽度为25mm且厚度为1.6mm的SPCC(冷轧钢板)的两个表面进行与实施例1相同的激光加工，以形成激光点中心间隔为0.08mm且深度为0.08mm的格子状凹槽，并如下所述进一步在表面上形成有机被覆层。

[0178] 在有机被覆层的形成中，在60℃的温度下在浓度为15.0g/L的氢氧化钠水溶液中对上述在两个表面上具有格子状凹槽的金属板进行60秒的脱脂。然后用水将该金属板清洗60秒，并在80℃的烘箱内干燥30分钟。随后，将该金属板在温度为60℃浓度为30to50g/L的磷酸水溶液(除水以外的组分的90％以上为磷酸)中浸渍300秒，然后用热水(60℃)清洗60秒并用水清洗60秒，以在该金属板的两个表面上形成包含金属硫酸盐和氢氧化物作为主要组分的金属化合物被覆膜。然后，在室温下将该具有金属化合物被覆膜的金属板在浓度为0.7g/L的丙基氨基三乙氧基硅烷三嗪硫醇单钠的乙醇/水(体积比率：
95/5)溶液中浸渍30分钟。随后，在烘箱中在160℃下对该金属板热处理10分钟。然后将该金属板在室温下在含有浓度为1.0g/L的N,N'-间苯撑双马来酰亚胺和浓度为2g/L的过氧化二异丙苯的丙酮溶液中浸渍10分钟，并在烘箱中在150℃下热处理10分钟。在室温下将浓度为2g/L的过氧化二异丙苯的乙醇溶液喷撒在金属板的整个表面上并风干，以利用三嗪硫醇衍生物薄层(厚度：0.1μm)被覆该金属板的两个表面。

[0179] 将2片尼龙6薄膜(“EMBLEM”(注册商标)ON，25μm厚度，熔点：225℃，由Unitika Ltd.制造)设置在该如上所述处理的SPCC板的两个表面上。其后，利用电磁感应加热将SPCC板加热至250℃，然后立即冷却至常温。尼龙薄膜熔化并紧密地粘附，并且然后固化以在该SPCC表面上形成厚度为50μm的尼龙6层。

[0180] 将在参考例2A中获得的平板热塑性碳纤维复合材料(II-A)切割至长度为100mm且宽度为25mm并通过单折叠在25mm×25mm的范围内层叠在具有尼龙6层的SPCC板上随后使用模具在0.2MPa的压力下在250℃加热下加压5分钟，从而制备热塑性碳纤维复合材料与SPCC板的接合构件。

[0181] 制备5片该接合构件，并利用通用测试机INSTRON 5587以1mm/min的速度进行拉伸测试。结果，接合强度的平均值为13MPa。

[0182] 实施例8

[0183] 制备以与实施例7中相同的方式进行激光加工和利用三嗪硫醇衍生物的表面处理的长度为100mm、宽度为25mm且厚度为1.6mm的SPCC板(冷轧钢板)。在其温度上升至240℃后，将2片在参考例3中获得的利用熔喷法的尼龙6无纺布层积在SPCC的上表面上。
将作为碳纤维复合材料的、在参考例2B中获得的、使用各向同性无序毡材料的两种复合材料(II-B，表1中的测试片1和2)切割至100mm的长度和25mm的宽度，并在80℃下进行5小时的干燥处理。通过单折叠将该复合材料层叠在25mm×25mm的范围内，使得尼龙6无纺布布置在复合材料与SPCC板的上述处理的表面之间，在温度为240℃和压力为0.5MPa的条件下在加热下在压制成型机上对获得的层积体加压1分钟，以熔化尼龙6无纺布。由此，制备通过厚度为400μm的尼龙6层将热塑性碳纤维复合材料接合到SPCC而形成的板状接合体。

[0184] 制备5片该接合体，并对每片以与实施例7相同的方式进行拉伸测试。结果如表1所示。

[0185] [表1]

[0186]

[0187] 实施例9

[0188] 对长度为100mm、宽度为25mm且厚度为1.6mm的SPCC板(冷轧钢板)以与实施例7中相同的方式进行凹凸形成和利用三嗪硫醇衍生物的表面处理，然后将其温度升至240℃。将2片尼龙6薄膜(“EMBLEM”(注册商标)ON，25μm厚度，由Unitika Ltd.制造)放置在该SPCC板的上表面上。

[0189] 另一方面，将利用参考例2C的方法获得的、使用如表2所示的两种各向同性无序毡的每种碳纤维复合材料(II-C，表2中的测试片3和4)切割至100mm的长度和25mm的宽度，在80℃下进行5小时的干燥处理，并通过单折叠在25mm×25mm的范围内将尼龙6薄膜层叠在SPCC板的上述处理的表面上。在维持该状态的同时，在压制成型机上在240℃的温度下在0.5MPa的压力下对获得的层积体进行1分钟的压制处理。由此，熔化尼龙6薄膜以制备热塑性碳纤维复合材料与SPCC的接合体。

[0190] 制备5片该接合体，并对每片以与实施例7相同的方式进行拉伸测试。结果，每个接合体的接合强度(5片的平均值)如表2所示。

[0191] 表2

[0192]

[0193] 工业应用性

[0194] 根据本发明，通过简单的方法能够使热塑性碳纤维复合材料与金属坚固且稳定地接合。此外，由于碳纤维复合材料与金属通过热塑性树脂相接合，所以能够同时防止由碳纤维所导致的电解腐蚀。因此，在短时间内能够容易地获得碳纤维复合材料与金属的接合构件。

[0195] 此外，能够在相同的模具中同时或连续地执行接合和成型。因此，当接合与成型同时或连续地执行时，变得能够在短时间内以更少的步骤获得具有被成型为所期望的形状的碳纤维复合材料与金属的接合体(金属复合成型体)。

[0196] 尽管已经参考其具体实施方式对本发明进行了详细的描述，但对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，能够对本发明进行各种改变或改进。

[0197] 本发明基于2012年3月29日提交的日本专利申请No.2012-076865，其内容通过引用并入本文。

标题	发布/更新时间	阅读量
修复印刷电路迹线的方法和设备	2021-11-13	4
冷却的定子热障层	2022-11-17	1
一种激光振镜方式剥覆、端面处理、熔接光缆的方法	2020-09-03	4
基于光纤激光熔融的3D打印装置	2021-04-03	4
用于在热焊丝工艺期间使用两个激光束加热消耗品的方法和系统	2020-12-22	1
一种型钢传输辊道的激光强化方法	2021-07-17	2
层合的色彩形成组成物	2022-01-16	6
改进的扁平透镜和用于眼睛外科手术应用的方法	2022-02-18	2
一种用于中大型旋转件激光熔覆的夹持工装	2020-10-02	5
一种激光熔覆用数控机床	2020-07-29	3

接合构件的制造方法和接合构件

接合构件的制造方法和接合构件

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：