本發(fā)明涉及復(fù)合材料的表面改性方法、復(fù)合材料的接合方法、復(fù)合材料、及粘接結(jié)構(gòu)體。

背景技術(shù)：

近年來，為了汽車的車體輕量化，使用在增強(qiáng)基材中浸滲有樹脂的復(fù)合材料作為汽車部件。汽車部件通過介由粘接劑將復(fù)合材料彼此接合而形成，一般而言，復(fù)合材料及粘接劑間的粘接性低，因此需要提高復(fù)合材料對(duì)粘接劑的粘接性。

與此相關(guān)，例如在下述專利文獻(xiàn)1中公開了使用混合有具有介電加熱性且通過加壓能夠嵌入復(fù)合材料的顆粒/纖維狀的介電加熱介質(zhì)的粘接劑的接合方法。

根據(jù)該方法，將混合有介電加熱介質(zhì)的粘接劑配置在一對(duì)復(fù)合材料之間，通過感應(yīng)加熱使其熔融并進(jìn)行加壓，由此介電加熱介質(zhì)嵌入復(fù)合材料，因此能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合材料及粘接劑間的適宜的粘接。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2013-166904號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

但是，對(duì)于專利文獻(xiàn)1中記載的接合方法，利用介電加熱不僅對(duì)粘接劑進(jìn)行了加熱，而且對(duì)復(fù)合材料也進(jìn)行了加熱，因此復(fù)合材料有可能變形。

本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，目的在于提供能夠抑制復(fù)合材料的變形且提高復(fù)合材料對(duì)粘接劑的粘接性的復(fù)合材料的表面改性方法、及使用其的復(fù)合材料的接合方法。

目的還在于提供抑制變形且提高對(duì)粘接劑的粘接性的復(fù)合材料、及具備該復(fù)合材料的粘接結(jié)構(gòu)體。

用于解決問題的方案

達(dá)成上述目的的本發(fā)明的復(fù)合材料的表面改性方法是通過對(duì)在增強(qiáng)基材中浸滲有樹脂的復(fù)合材料的表面中要涂布粘接劑的位置照射激光、從而使前述增強(qiáng)基材露出、使前述增強(qiáng)基材起毛的方法。

另外，達(dá)成上述目的的本發(fā)明的復(fù)合材料的接合方法是如下方法：對(duì)通過上述復(fù)合材料的表面改性方法而起毛的前述增強(qiáng)基材涂布前述粘接劑，然后，對(duì)前述粘接劑在前述復(fù)合材料的相反側(cè)配置其它構(gòu)件、對(duì)前述復(fù)合材料接合前述其它構(gòu)件的方法。

另外，達(dá)成上述目的的復(fù)合材料是如下得到的：通過對(duì)在增強(qiáng)基材中浸滲有樹脂的復(fù)合材料的表面中要涂布粘接劑的位置照射激光，從而使前述增強(qiáng)基材露出，前述增強(qiáng)基材起毛，從而得到。

另外，達(dá)成上述目的的粘接結(jié)構(gòu)體如下得到：對(duì)上述復(fù)合材料的起毛的前述增強(qiáng)基材涂布前述粘接劑，對(duì)前述粘接劑在前述復(fù)合材料的相反側(cè)配置其它構(gòu)件，對(duì)前述復(fù)合材料接合前述其它構(gòu)件，從而得到。

發(fā)明的效果

根據(jù)如上所述構(gòu)成的復(fù)合材料的表面改性方法、及復(fù)合材料的接合方法，對(duì)復(fù)合材料的起毛的增強(qiáng)基材涂布粘接劑，因此錨固效果及粘接面積增大，從而能夠提高復(fù)合材料對(duì)粘接劑的粘接性。另外，通過對(duì)復(fù)合材料的表面照射激光而提高粘接性，因此能夠抑制復(fù)合材料的變形且提高粘接性。因此，可以提供能夠抑制復(fù)合材料的變形且提高復(fù)合材料對(duì)粘接劑的粘接性的復(fù)合材料的表面改性方法、及使用其的復(fù)合材料的接合方法。

另外，根據(jù)如上所述構(gòu)成的復(fù)合材料及粘接結(jié)構(gòu)體，由于對(duì)起毛的增強(qiáng)基材涂布粘接劑，因此錨固效果及粘接面積增大，從而能夠提高對(duì)粘接劑的粘接性。另外，通過對(duì)復(fù)合材料的表面照射激光而提高粘接性，因此能夠抑制復(fù)合材料的變形且提高粘接性。因此，可以提供抑制了變形且提高了對(duì)粘接劑的粘接性的復(fù)合材料、及具有該復(fù)合材料的粘接結(jié)構(gòu)體。

附圖說明

圖1為示出本發(fā)明的實(shí)施方式的粘接結(jié)構(gòu)體的示意圖。

圖2為用于說明本實(shí)施方式的復(fù)合材料的表面改性方法的圖。

圖3為示出本實(shí)施方式的復(fù)合材料的接合方法的流程圖。

圖4為示出露出增強(qiáng)基材的情況的示意圖。

圖5為示出使增強(qiáng)基材起毛的情況的示意圖。

圖6為示出對(duì)復(fù)合材料的表面照射激光的情況的示意圖。

圖7為示出對(duì)起毛的增強(qiáng)基材涂布放入有纖維的粘接劑的情況的圖。

圖8為示出起毛的增強(qiáng)基材與粘接劑中所含的纖維纏繞的情況的圖。

圖9為示出在對(duì)粘接劑的上表面配置有其它復(fù)合材料的情況的示意圖。

圖10為示出對(duì)粘接劑照射激光的情況的示意圖。

圖11為示出激光的照射強(qiáng)度與粘接強(qiáng)度的關(guān)系的圖。

圖12為示出激光照射的有無與最大應(yīng)力的關(guān)系的圖。

圖13為用于說明變形例的復(fù)合材料的接合方法的圖。

具體實(shí)施方式

以下，邊參照附圖邊說明本發(fā)明的實(shí)施方式。需要說明的是，附圖的說明中對(duì)同一要素賦予同一符號(hào)，省略重復(fù)說明。附圖的尺寸比率為了方便說明而被夸大，有時(shí)與實(shí)際的比率不同。

圖1為示出本發(fā)明的實(shí)施方式的粘接結(jié)構(gòu)體1的示意圖。圖2為用于說明本實(shí)施方式的復(fù)合材料10的表面改性方法的圖。圖3為示出本實(shí)施方式的復(fù)合材料10的接合方法的流程圖。圖4為示出露出增強(qiáng)基材11的情況的示意圖。圖5為示出使增強(qiáng)基材11起毛的情況的示意圖。圖6為示出對(duì)復(fù)合材料10的表面10a照射激光l的情況的示意圖。圖7為示出對(duì)起毛的增強(qiáng)基材11涂布放入有纖維21的粘接劑20的情況的圖。圖8為示出起毛的增強(qiáng)基材11與粘接劑20中含有的纖維21纏繞的情況的圖。圖9為示出在粘接劑20的上表面20a配置其它復(fù)合材料(其它構(gòu)件)30的情況的示意圖。圖10為對(duì)粘接劑20照射激光l的情況的示意圖。

首先，參照?qǐng)D1，對(duì)本實(shí)施方式的粘接結(jié)構(gòu)體1的構(gòu)成進(jìn)行說明。

粘接結(jié)構(gòu)體1是介由粘接劑20將復(fù)合材料10及復(fù)合材料30接合而構(gòu)成的。

概述的話，復(fù)合材料10是在增強(qiáng)基材11中浸滲樹脂12而成的。通過對(duì)復(fù)合材料10的表面10a中要涂布粘接劑20的位置照射激光l，從而使增強(qiáng)基材11露出，增強(qiáng)基材11起毛。

復(fù)合材料10通過組合增強(qiáng)基材11及樹脂12，從而具備與單獨(dú)的樹脂12相比更高的強(qiáng)度及剛性。

增強(qiáng)基材11由碳纖維、玻璃纖維、有機(jī)纖維等的織物片材形成。

樹脂12可以使用作為熱固性樹脂的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。對(duì)于環(huán)氧樹脂而言，2液型為主流，將主劑及固化劑混合來使用。主劑通常使用雙酚a型的環(huán)氧樹脂，固化劑通常使用胺系固化劑，沒有特別限定，可以根據(jù)期望的材料特性適當(dāng)選擇。

粘接劑20為熱固性粘接劑，例如可以適宜使用環(huán)氧樹脂系粘接劑、酚醛樹脂系粘接劑等。

接著，參照?qǐng)D2，對(duì)復(fù)合材料10的接合裝置100的構(gòu)成進(jìn)行說明。圖2中，為了容易理解，激光l、掃描鏡112、及透鏡113用實(shí)線表示。這里，舉出在作為前片的復(fù)合材料10上接合作為后片的復(fù)合材料30時(shí)為例進(jìn)行說明。

復(fù)合材料10的接合裝置100具有：激光頭110、第1機(jī)械手(handrobot)120、第2機(jī)械手130、粘接劑涂布槍140、和第3機(jī)械手150。

激光頭110具有：射出激光l的照射部111、使激光l掃描的掃描鏡112、將激光l聚焦的透鏡113。掃描鏡112通過未圖示的控制部進(jìn)行控制，使得對(duì)復(fù)合材料10的表面10a中要涂布粘接劑20的位置照射激光l。對(duì)于激光l的照射位置的詳細(xì)內(nèi)容，在后面敘述。激光l例如為co2激光，但并不限定于此。另外，從易于實(shí)現(xiàn)高輸出功率的觀點(diǎn)出發(fā)，激光l優(yōu)選為脈沖波。

第1機(jī)械手120握持激光頭110。第1機(jī)械手120通過被未圖示的控制部控制，從而使激光頭110移動(dòng)至復(fù)合材料10上的規(guī)定位置。

第2機(jī)械手130握持復(fù)合材料30。第2機(jī)械手130在復(fù)合材料10的增強(qiáng)基材11起毛后通過被未圖示的控制部控制，從而使復(fù)合材料30移動(dòng)至復(fù)合材料10附近(參照?qǐng)D10)。

粘接劑涂布槍140對(duì)表面10a經(jīng)過改性且增強(qiáng)基材11起毛的復(fù)合材料10涂布粘接劑20。

第3機(jī)械手150握持粘接劑涂布槍140。第3機(jī)械手150通過被未圖示的控制部控制，從而使粘接劑涂布槍140移動(dòng)至復(fù)合材料10上的規(guī)定位置。

接著，參照?qǐng)D3的流程圖說明本實(shí)施方式的復(fù)合材料10的接合方法。

首先，如圖4所示，對(duì)復(fù)合材料10的表面10a照射低輸出功率的激光l(s01)。此時(shí)的激光輸出功率例如為1.8mj。通過對(duì)復(fù)合材料10的表面10a照射低輸出功率的激光l，從而蒸發(fā)/去除表面10a的脫模劑及樹脂12，復(fù)合材料10中所含的增強(qiáng)基材11露出。

接著，如圖5所示，提高激光l的輸出功率，朝向增強(qiáng)基材11照射激光l(s02)。此時(shí)的激光輸出功率例如為6mj。朝向露出的增強(qiáng)基材11照射激光l，由此增強(qiáng)基材11被局部切斷，如圖5所示，成為起毛的狀態(tài)。如上所述，如果是在照射低輸出功率的激光l使增強(qiáng)基材11露出后，提高激光輸出功率使增強(qiáng)基材11起毛的工序，則能夠在預(yù)先沿深度方向均勻地去除了表面具有凹凸的樹脂12后，使增強(qiáng)基材11起毛。因此，能夠使增強(qiáng)基材11在面方向上均勻地起毛，所以復(fù)合材料10及粘接劑20間能夠具有在面方向上均勻的粘接力。

接著，參照?qǐng)D6，對(duì)于激光l對(duì)復(fù)合材料10的表面10a的照射位置進(jìn)行說明。圖6為從激光l的照射方向觀察的圖。

增強(qiáng)基材11例如如圖6所示由8根纖維束構(gòu)成，以具有8根纖維束交錯(cuò)相交的編織圖案(weavepattern)的方式構(gòu)成。以激光l的照射面積s1小于1個(gè)編織圖案的面積s2的方式進(jìn)行照射。根據(jù)該照射方法，與激光l的照射面積s1大于1個(gè)編織圖案的面積s2的情況相比，能夠局部地照射激光l，因此能夠更適宜地使增強(qiáng)基材11起毛。

另外，激光l與編織圖案的圖案對(duì)應(yīng)，以散布在復(fù)合材料10的表面10a上的方式照射。根據(jù)該照射方法，能夠與散布的數(shù)量相對(duì)應(yīng)地改變粘接強(qiáng)度，因此粘接強(qiáng)度的管理變得容易。

接著，如圖7所示，對(duì)起毛的增強(qiáng)基材11涂布放入有纖維21的粘接劑20(s03)。利用粘接劑涂布槍140涂布粘接劑20。如此，通過對(duì)起毛的增強(qiáng)基材11涂布放入有纖維21的粘接劑20，從而如圖8所示，纖維21與增強(qiáng)基材11纏繞。因此，復(fù)合材料10及粘接劑20的界面處的粘接性提高。另外，通過在粘接劑20的內(nèi)部存在纖維21，從而粘接劑20自身的強(qiáng)度提高，有助于提高粘接結(jié)構(gòu)體1整體的強(qiáng)度。

需要說明的是，纖維21優(yōu)選為與增強(qiáng)基材11相同的材料。根據(jù)該構(gòu)成，可以將不需要的增強(qiáng)基材11切斷而作為纖維21使用，因此生產(chǎn)率提高。

接著，如圖9所示，在涂布后的粘接劑20的上表面20a上配置其它復(fù)合材料30(s04)。復(fù)合材料30利用第2機(jī)械手130進(jìn)行配置。需要說明的是，復(fù)合材料30與復(fù)合材料10同樣地，優(yōu)選在粘接劑20側(cè)使增強(qiáng)基材露出并起毛。另外，配置在粘接劑20的上表面的構(gòu)件不限定于復(fù)合材料30，可以為金屬材料等。

接著，如圖10所示，對(duì)粘接劑20照射激光l(s05)。粘接劑20為熱固性，因此通過激光照射被固化，復(fù)合材料10及復(fù)合材料30介由粘接劑20被接合。此時(shí)，為了使復(fù)合材料10不被激光l的能量損傷，優(yōu)選使激光l的焦點(diǎn)位置散焦而照射。

通過以上的工序，復(fù)合材料10及復(fù)合材料30介由粘接劑20被接合，制造圖1所示的粘接結(jié)構(gòu)體1。

接著，參照?qǐng)D11及圖12，說明本實(shí)施方式的復(fù)合材料10的接合方法的效果。

圖11為示出激光l的照射強(qiáng)度與粘接強(qiáng)度的關(guān)系的圖。圖11中，橫軸表示激光l的照射強(qiáng)度，縱軸表示復(fù)合材料10及復(fù)合材料30間的粘接強(qiáng)度。圖11中示出在玻璃纖維中浸滲聚丙烯而成的復(fù)合材料10、30彼此的粘接強(qiáng)度。如圖11所示，通過提高激光l的照射強(qiáng)度，增強(qiáng)基材11的起毛量增加，結(jié)果復(fù)合材料10及復(fù)合材料30間的粘接強(qiáng)度增大。

圖12為示出激光照射的有無與最大應(yīng)力的關(guān)系的圖。圖12中，橫軸的左側(cè)為僅進(jìn)行了脫脂而沒有對(duì)復(fù)合材料10的表面10a照射激光的情況的結(jié)果，橫軸的右側(cè)為對(duì)復(fù)合材料10的表面10a照射激光的情況的結(jié)果。另外，圖12中，縱軸表示進(jìn)行了粘接的復(fù)合材料10及粘接劑20間的最大應(yīng)力。如圖12所示，通過對(duì)復(fù)合材料10的表面10a照射激光l，使增強(qiáng)基材11起毛，從而最大應(yīng)力提高。

如以上所說明，本實(shí)施方式的復(fù)合材料10的表面改性方法中，對(duì)在增強(qiáng)基材11中浸滲有樹脂12的復(fù)合材料10的表面10a中要涂布粘接劑12的位置照射激光l。然后，通過照射激光l使增強(qiáng)基材11露出，使增強(qiáng)基材11起毛。因此，對(duì)復(fù)合材料10的起毛的增強(qiáng)基材11涂布粘接劑20，所以錨固效果及粘接面積增大，從而能夠提高復(fù)合材料10對(duì)粘接劑20的粘接性。另外，通過對(duì)復(fù)合材料10的表面10a照射激光l從而提高粘接性，因此能夠抑制復(fù)合材料10的變形并且提高粘接性。因此，能夠抑制復(fù)合材料10的變形，并且提高復(fù)合材料10對(duì)粘接劑20的粘接性。

另外，使增強(qiáng)基材11露出后，提高激光l的輸出功率進(jìn)行照射，由此使增強(qiáng)基材11起毛。因此，能夠在預(yù)先沿深度方向上均勻地去除了表面具有凹凸的樹脂12后，使增強(qiáng)基材11起毛。因此，能夠使增強(qiáng)基材11在面方向上均勻地起毛，因此復(fù)合材料10及粘接劑20間能夠具有在面方向上均勻的粘接力。

另外，構(gòu)成增強(qiáng)基材11的纖維束以具有交錯(cuò)相交的編織圖案的方式構(gòu)成，以激光l的照射面積s1小于1個(gè)編織圖案的面積s2的方式照射激光l。根據(jù)該照射方法，與激光l的照射面積s1大于1個(gè)編織圖案的面積s2的情況相比，能夠局部地照射激光l，因此可以更適宜地使增強(qiáng)基材11起毛。

另外，如以上所說明，本實(shí)施方式的復(fù)合材料10的接合方法中，對(duì)利用上述表面改性方法而起毛的增強(qiáng)基材11涂布粘接劑20，對(duì)粘接劑20在復(fù)合材料10的相反側(cè)配置復(fù)合材料30。然后，對(duì)復(fù)合材料10接合復(fù)合材料30。因此，對(duì)復(fù)合材料10的起毛的增強(qiáng)基材11涂布粘接劑20，因此錨固效果及粘接面積增大，由此能夠提高復(fù)合材料10對(duì)粘接劑20的粘接性。另外，通過對(duì)復(fù)合材料10的表面10a照射激光l從而提高粘接性，因此能夠抑制復(fù)合材料10的變形，并且提高粘接性。因此，能夠抑制復(fù)合材料10的變形，并且提高復(fù)合材料10對(duì)粘接劑20的粘接性。

另外，粘接劑20中包含與起毛的增強(qiáng)基材11纏繞的纖維21。因此，復(fù)合材料10及粘接劑20間的粘接性進(jìn)一步提高。

另外，與增強(qiáng)基材11纏繞的纖維21由與增強(qiáng)基材11相同的材料形成。因此，可以將不需要的增強(qiáng)基材11切斷而作為纖維21使用，可以再利用，生產(chǎn)率提高。

另外，粘接劑20為熱固性，配置復(fù)合材料30后，對(duì)粘接劑20照射激光l使其固化。因此，使粘接劑20固化的工序中，可以使用與復(fù)合材料10的表面改性所使用的激光l相同的激光l，可以省略設(shè)備。

另外，如以上所說明，本實(shí)施方式的復(fù)合材料10通過對(duì)復(fù)合材料10的表面10a中要涂布粘接劑20的位置照射激光l，從而使增強(qiáng)基材11露出，增強(qiáng)基材11起毛。因而，對(duì)起毛的增強(qiáng)基材11涂布粘接劑20，故錨固效果及粘接面積增大，由此能夠提高對(duì)粘接劑20的粘接性。另外，通過對(duì)復(fù)合材料10的表面10a照射激光l從而提高粘接性，因此能夠抑制復(fù)合材料10的變形，并且提高粘接性。因此，可以提供抑制了變形且提高了對(duì)粘接劑20的粘接性的復(fù)合材料10。

另外，是以具有構(gòu)成增強(qiáng)基材11的纖維束交錯(cuò)相交的編織圖案的方式構(gòu)成，以激光l的照射面積s1小于1個(gè)編織圖案的面積s2的方式照射激光l而成的復(fù)合材料10。因而，與激光l的照射面積s1大于1個(gè)編織圖案的面積s2的情況相比，能夠局部地照射激光l，因此可以更適宜地使增強(qiáng)基材11起毛。

另外，如以上所說明，本實(shí)施方式的粘接結(jié)構(gòu)體1如下得到：對(duì)起毛的增強(qiáng)基材11涂布粘接劑20，對(duì)粘接劑20在復(fù)合材料10的相反側(cè)配置復(fù)合材料30，對(duì)復(fù)合材料10接合復(fù)合材料30。因而，對(duì)復(fù)合材料10的起毛的增強(qiáng)基材11涂布粘接劑20，因此錨固效果及粘接面積增大，由此能夠提高對(duì)粘接劑20的粘接性。另外，通過對(duì)復(fù)合材料10的表面10a照射激光l從而提高粘接性，因此能夠抑制復(fù)合材料10的變形，并且提高粘接性。因此，可以提供具有抑制了變形且提高了對(duì)粘接劑20的粘接性的復(fù)合材料10的粘接結(jié)構(gòu)體1。

另外，粘接劑20中包含與增強(qiáng)基材11纏繞的纖維21。因此，復(fù)合材料10及粘接劑20的粘接性進(jìn)一步提高。

另外，與增強(qiáng)基材11纏繞的纖維21由與增強(qiáng)基材11相同的材料形成。因此，可以將不需要的增強(qiáng)基材11切斷而作為纖維21使用，可以再利用，生產(chǎn)率提高。

以下，例示上述實(shí)施方式的變形例。

上述實(shí)施方式中，對(duì)經(jīng)過了表面改性的復(fù)合材料10涂布放入有纖維21的粘接劑20。但是，也可以涂布未放入纖維的粘接劑。此時(shí)，優(yōu)選如圖13所示，在涂布粘接劑之前，利用纖維涂布裝置230涂布纖維221。如此，通過在涂布粘接劑之前涂布纖維221，纖維221與增強(qiáng)基材11纏繞，因此復(fù)合材料10及粘接劑間的粘接性進(jìn)一步提高。

另外，上述實(shí)施方式中，在照射低輸出功率的激光l使增強(qiáng)基材11露出后，通過提高激光l的輸出功率進(jìn)行照射，從而使增強(qiáng)基材11起毛。但是，也可以在預(yù)先提高了輸出功率的狀態(tài)下對(duì)復(fù)合材料10的表面10a照射激光l，使增強(qiáng)基材11露出并起毛。

另外，上述實(shí)施方式中，樹脂12為熱固性樹脂，但不限定于此，也可以為熱塑性樹脂。

另外，上述實(shí)施方式中，用于進(jìn)行表面改性的激光l及用于使粘接劑20固化的激光l使用相同的激光l。但是，也可以分別使用不同的激光。此時(shí)從易于使部件的溫度上升、能夠以寬范圍升溫的觀點(diǎn)出發(fā)，粘接劑20的固化所使用的激光優(yōu)選為連續(xù)光。

另外，上述實(shí)施方式中，使用熱固性粘接劑作為粘接劑20。但是，粘接劑也可以為熱塑性粘接劑。該情況下，通過冷卻粘接劑，將復(fù)合材料10、30彼此接合。

附圖標(biāo)記說明

1粘接結(jié)構(gòu)體，

10復(fù)合材料，

11增強(qiáng)基材，

12樹脂，

20粘接劑，

21、221纖維，

30復(fù)合材料(其它構(gòu)件)，

l激光，

s1激光的照射面積，

s21個(gè)編織圖案的面積。