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特開2023-174713熱溶着性フィルム、積層体、異種材接合体、及び異種材接合体の製造方法
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  • 特開-熱溶着性フィルム、積層体、異種材接合体、及び異種材接合体の製造方法 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023174713
(43)【公開日】2023-12-08
(54)【発明の名称】熱溶着性フィルム、積層体、異種材接合体、及び異種材接合体の製造方法
(51)【国際特許分類】
   B29C 65/48 20060101AFI20231201BHJP
   B32B 15/08 20060101ALI20231201BHJP
   B32B 15/085 20060101ALI20231201BHJP
   B32B 27/32 20060101ALI20231201BHJP
   C08J 5/18 20060101ALI20231201BHJP
【FI】
B29C65/48
B32B15/08 105Z
B32B15/085 Z
B32B27/32 101
C08J5/18 CES
【審査請求】有
【請求項の数】12
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023166502
(22)【出願日】2023-09-27
(62)【分割の表示】P 2018117336の分割
【原出願日】2018-06-20
(71)【出願人】
【識別番号】000002897
【氏名又は名称】大日本印刷株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100124431
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 順也
(74)【代理人】
【識別番号】100174160
【弁理士】
【氏名又は名称】水谷 馨也
(74)【代理人】
【識別番号】100175651
【弁理士】
【氏名又は名称】迫田 恭子
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 美帆
(72)【発明者】
【氏名】高萩 敦子
【テーマコード(参考)】
4F071
4F100
4F211
【Fターム(参考)】
4F071AA15
4F071AA20
4F071AA78
4F071AA88
4F071AH19
4F071BA01
4F071BB06
4F071BC01
4F071BC16
4F100AB00B
4F100AD11C
4F100AG00C
4F100AK01C
4F100AK04A
4F100AK07A
4F100AL07A
4F100BA01
4F100BA03
4F100BA07
4F100BA10B
4F100BA10C
4F100CA05A
4F100CA06A
4F100CA07A
4F100CA19A
4F100DD07A
4F100DG01C
4F100DH02C
4F100JA03
4F100JA04
4F100JA06A
4F100JB13C
4F100JB16C
4F100JK01
4F100JK07
4F100JL12A
4F100YY00A
4F211AA03
4F211AA04
4F211AA11
4F211AA16
4F211AA24
4F211AA28
4F211AA29
4F211AA33
4F211AA37
4F211AA39
4F211AA40
4F211AB06
4F211AD03
4F211AD16
4F211AG01
4F211AG03
4F211AR02
4F211AR06
4F211AR11
4F211AR20
4F211TA04
4F211TC01
4F211TD11
4F211TN56
4F211TN87
(57)【要約】
【課題】金属と繊維強化樹脂とをより簡易に接合する技術を提供する。
【解決手段】金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材とを接合させるための熱溶着性フィルムであって、一方面及び他方面が、いずれも酸変性ポリオレフィンを含有する熱溶着性樹脂層で構成されている、熱溶着性フィルム。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材とを1~30秒の熱溶着時間で接合させるための熱溶着性フィルムであって、
一方側の表面及び他方側の表面が、いずれも添加剤を含んでいてもよい酸変性ポリオレフィンからなる熱溶着性樹脂層で構成されており、
前記熱溶着性樹脂層の、温度230℃、荷重2.16kgにおけるメルトマスフローレートが2~20g/10分であり、
前記繊維強化プラスチックの表面に繊維が露出している、熱溶着性フィルム。
【請求項2】
金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材とを1~30秒の熱溶着時間で接合させるための熱溶着性フィルムであって、
一方側の表面及び他方側の表面が、いずれも添加剤を含んでいてもよい酸変性ポリオレフィンからなる熱溶着性樹脂層で構成されており、
前記熱溶着性樹脂層の、温度230℃、荷重2.16kgにおけるメルトマスフローレートが2~20g/10分であり、
前記繊維強化プラスチックの、JIS B0601:2013に準拠した算術平均粗さである表面粗さが、25μm以上である、熱溶着性フィルム。
【請求項3】
前記酸性ポリオレフィンの酸変性度が、0.005重量%以上である、請求項1又は2に記載の熱溶着性フィルム。
【請求項4】
前記酸変性ポリオレフィンの変性されるポリオレフィンが、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選択される、請求項1~3のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
【請求項5】
前記繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が熱硬化樹脂である、請求項1~4のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
【請求項6】
前記繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である、請求項1~5のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
【請求項7】
前記繊維強化プラスチックにおける繊維が、ガラス繊維又はカーボン繊維である、請求項1~6のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
【請求項8】
前記熱溶着性樹脂層の単層フィルムである、請求項1~7のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
【請求項9】
前記添加剤が、滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、及び光安定剤から選択される、請求項1~8のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
【請求項10】
金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材とを、請求項1~9のいずれかに記載の熱溶着性フィルムを介して積層した積層体を1~30秒加熱して熱溶着を行い、前記第1部材と前記第2部材とが接合された異種材接合体を得る、異種材接合体の製造方法。
【請求項11】
金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材とを、請求項1~9のいずれかに記載の熱溶着性フィルムを介して積層した積層体を1~30秒加熱して、熱溶着と熱成形とを同時に行い、前記第1部材と前記第2部材とが接合された異種材接合体を得る、異種材接合体の製造方法。
【請求項12】
金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材とが、請求項1~9のいずれかに記載の熱溶着性フィルムを介して接合状態且つ成形状態とされている、異種材接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱溶着性フィルム、積層体、異種材接合体、及び異種材接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
工業製品の部材は、金属、樹脂、セラミックスなど、種々の材料により構成されている。従来、これらの部材は、予め所望の形状に成形された上で、硬化性樹脂を用いた接着剤や、ねじ、リベットなどの接合部材によって接合されている(例えば特許文献1を参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2008-111536号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ねじ、リベットなどの機械的な接合部材を用いた接合は、接合作業が煩雑である。また、接着剤は、塗布作業に時間がかかると共に、接着層の膜厚管理が困難であるため接着強度にムラが出やすい。一方で、接着による接合方法は、機械的な接合部材が不要であるため、接合体の意匠性等が良好に得られる点で好ましい。このような好ましさから、2以上の部材の接合には依然として接着剤による接合を行うことが技術常識であり、例えば金属と繊維強化樹脂との接合に関しても同様であった。つまり、金属と繊維強化樹脂とをより簡易に接合する技術はこれまで見出されていない。
【0005】
本発明者らは、金属と繊維強化樹脂とをより簡易に接合する方法を検討したところ、これらの材料の接合に熱溶着性フィルムを用いるという新しい発想に至った。しかしながら、通常の熱可塑性樹脂では、一方の材料に接着しても他方の材料には全く接着しないというように、両方の部材を接合させることができないという課題に直面した。
【0006】
そこで、本発明は、金属と繊維強化樹脂とをより簡易に接合する技術を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、酸変性ポリオレフィンフィルムを熱溶着性フィルムとして用いた場合に、金属と繊維強化樹脂との両方を接合することができることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて更に検討を重ねることにより完成したものである。
【0008】
即ち、本発明は、下記に掲げる態様の発明を提供する。
項1. 金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材とを接合させるための熱溶着性フィルムであって、
一方側の表面及び他方側の表面が、いずれも酸変性ポリオレフィンを含有する熱溶着性樹脂層で構成されている、熱溶着性フィルム。
項2. 前記酸性ポリオレフィンの酸変性度が、0.005重量%以上である、項1に記載の熱溶着性フィルム。
項3. 前記酸変性ポリオレフィンの変性されるポリオレフィンが、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選択される、項1又は2に記載の熱溶着性フィルム。
項4. 前記繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が熱硬化樹脂である、項1~3のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
項5. 前記繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である、項1~3のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
項6. 前記繊維強化プラスチックにおける繊維が、ガラス繊維又はカーボン繊維である、項1~5のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
項7. 前記繊維強化プラスチックの表面に繊維が露出している、項1~6のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
項8. 前記繊維強化プラスチックの表面粗さが、25μm以上である、項1~7のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
項9. 前記熱溶着性樹脂層のメルトマスフローレートが2~20g/10分である、項1~8のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
項10. 前記熱溶着性樹脂層の単層フィルムである、項1~9のいずれかに記載の熱溶着性フィルム。
項11. 金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材とを、項1~10のいずれかに記載の熱溶着性フィルムを介して積層した積層体を加熱して熱溶着を行い、前記第1部材と前記第2部材とが接合された異種材接合体を得る、異種材接合体の製造方法。
項12. 金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックのプリプレグで構成される第2部材前駆体とを、項1~10のいずれかに記載の熱溶着性フィルムを介して積層した積層体を加熱して、熱溶着と前記プリプレグの熱硬化と成形とを同時に行い、前記第1部材と前記第2部材とが接合された異種材接合体を得る、異種材接合体の製造方法。
項13. 金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材とを、項1~10のいずれかに記載の熱溶着性フィルムを介して積層した積層体を加熱して、熱溶着と熱成形とを同時に行い、前記第1部材と前記第2部材とが接合された異種材接合体を得る、異種材接合体の製造方法。
項14. 金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材又は繊維強化プラスチックのプリプレグで構成される第2部材前駆体とが、項1~10のいずれかに記載の熱溶着性フィルムを介して積層されている、積層体。
項15 金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材とが、項1~10のいずれかに記載の熱溶着性フィルムを介して接合状態且つ成形状態とされている、異種材接合体。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、金属と繊維強化樹脂とをより簡易に接合する技術を提供することができる。つまり、本発明によれば、酸変性ポリオレフィンを用いた熱溶着性フィルムを用いることで、金属と繊維強化樹脂とをより簡易に接合することが可能となる。さらに、本発明によれば、当該熱溶着性フィルムを用いた、金属と繊維強化樹脂との異種材接合体を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本発明の熱溶着性フィルムの一例の略図的断面図である。
図2】本発明の熱溶着性フィルムの一例の略図的断面図である。
図3】本発明の熱溶着性フィルムの一例の略図的断面図である。
図4】本発明の熱溶着性フィルムの一例の略図的断面図である。
図5】本発明の熱溶着性フィルムの一例の略図的断面図である。
図6】本発明の異種材接合体の一例の略図的断面図である。
図7】シール強度の測定方法を説明するための模式図である。
図8】本発明の異種材接合体の製造方法の一例を説明するための模式図である。
図9】本発明の異種材接合体の製造方法の一例を説明するための模式図である。
図10】本発明の異種材接合体の製造方法によって製造された異種材接合体の一例の略図的断面図である。
図11】剪断強度の測定方法を説明するための模式図である。
図12】プローブの変位量測定におけるプローブの位置変化の概念図である。
図13】プローブの変位量測定において、プローブを設置する、熱溶着性フィルムの端部の中間層の表面の位置を示す模式図である。
図14】剥離強度の測定方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の熱溶着性フィルムは、金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材を接合させるための熱溶着性フィルムであり、当該熱溶着性フィルムは、酸変性ポリオレフィン熱溶着性樹脂層1を備えていることを特徴としている。以下、本発明の熱溶着性フィルム、当該熱溶着性フィルムを用いた異種材接合体、及びその製造方法について詳述する。
【0012】
なお、本明細書において、「~」で示される数値範囲は「以上」、「以下」を意味する。例えば、2~15mmとの表記は、2mm以上15mm以下を意味する。
【0013】
1.熱溶着性フィルム
本発明の熱溶着性フィルムは、金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材を接合させるための熱溶着性フィルムである。より具体的には、本発明の熱溶着性フィルムは、熱溶着性フィルムを金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材の間に配置し、熱溶着性フィルムを介して第1部材と第2部材を熱溶着することによって、第1部材と第2部材を接合する用途に使用される。なお、第1部材と第2部材に加えて、さらに他の部材を本発明の熱溶着性フィルムを用いて接合してもよい。すなわち、本発明の熱溶着性フィルムは、少なくとも金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材を熱溶着によって接合するための熱溶着性フィルムである。
【0014】
例えば、図1の模式図に示されるように、本発明の熱溶着性フィルム10は、少なくとも、酸変性ポリオレフィンを含有する熱溶着性樹脂層1を備えるように構成されている。図1で示される熱溶着性フィルム10は熱溶着性樹脂層1の単層フィルムとして構成されている。したがって、酸変性ポリオレフィンを含有する熱溶着性樹脂層1が、熱溶着性フィルム10の一方側の表面及び他方側の表面の両方を構成している。
【0015】
本発明の熱溶着性フィルム10は、酸変性ポリオレフィンを含有する熱溶着性樹脂層1が熱溶着性フィルム10の一方側の表面及び他方側の表面の両方を構成している限り、他の層が内在した複層構造を有してもよい。本発明の熱溶着性フィルム10が複層構造を有している場合、本発明の熱溶着性フィルム10の酸変性ポリオレフィンを含有する熱溶着性樹脂層1は、図2から図5の模式図に示されるように、少なくとも中間層3を介して、熱溶着性フィルム10の一方側の表面を構成する第1熱溶着性樹脂層1aと、熱溶着性フィルム10の他方側の表面を構成する第2熱溶着性樹脂層1bは、第1熱溶着性樹脂層1aと、に分かれていてもよい。つまり、本発明の熱溶着性フィルム10は、少なくとも、酸変性ポリオレフィンを含有する第1熱溶着性樹脂層1aと、中間層3と、酸変性ポリオレフィンを含有する第2熱溶着性樹脂層1bとをこの順に備えた熱溶着性フィルムにより構成されていてもよい。
【0016】
本発明の熱溶着性フィルム10が複層構造を有する場合の積層構成の具体例としては、図2に示されるような第1熱溶着性樹脂層1a/中間層3/第2熱溶着性樹脂層1bをこの順に備える積層構成;図3に示されるような第1熱溶着性樹脂層1a/中間層3/熱可塑性樹脂層4/第2熱溶着性樹脂層1bをこの順に備える積層構成;図4に示されるような第1熱溶着性樹脂層1a/熱可塑性樹脂層4/中間層3/第2熱溶着性樹脂層1bをこの順に備える積層構成;図5に示されるような第1熱溶着性樹脂層1a/熱可塑性樹脂層4/中間層3/熱可塑性樹脂層4/第2熱溶着性樹脂層1bをこの順に備える積層構成などが挙げられる。なお、後述の通り、第1熱溶着性樹脂層1a及び第2熱溶着性樹脂層1bは、それぞれ、粘着成分を含んで粘着性を有していてもよい。また、熱可塑性樹脂層4は、第1熱溶着性樹脂層1a及び第2熱溶着性樹脂層1bと同様、熱溶着性を有していてもよい。本発明の熱溶着性フィルムには、これらの層とは異なる他の層がさらに積層されていてもよい。例えば、図示は省略するが、中間層3の片面または両面に、後述の接着促進剤層を設けてもよい。
【0017】
低コスト、製造工程の簡略化の観点から、本発明の熱溶着性フィルムは、図1に示されるような単層であることが好ましい。一方で、複層構造の場合は、低コスト、製造工程の簡略化の観点から、熱溶着性フィルムを薄くすることが好ましく、本発明の熱溶着性フィルムは、図2に示されるような第1熱溶着性樹脂層1a/中間層3/第2熱溶着性樹脂層1bをこの順に備える3層の積層構成を備えていることが好ましい。また、凹凸形状等への追随性(つまり、凹凸形状における凹部に樹脂を進入させることで当該凹凸形状を均す特性)の観点からは熱溶着性フィルムを厚くすることが好ましく、本発明の熱溶着性フィルムは、第1熱溶着性樹脂層1a/中間層3/第2熱溶着性樹脂層1bの各層間に熱可塑性樹脂層を備えていることが好ましい。具体的には、図3に示されるような第1熱溶着性樹脂層1a/中間層3/熱可塑性樹脂層4/第2熱溶着性樹脂層1bをこの順に備える4層の積層構成;図4に示されるような第1熱溶着性樹脂層1a/熱可塑性樹脂層4/中間層3/第2熱溶着性樹脂層1bをこの順に備える4層の積層構成;図5に示されるような第1熱溶着性樹脂層1a/熱可塑性樹脂層4/中間層3/熱可塑性樹脂層4/第2熱溶着性樹脂層1bをこの順に備える5層の積層構成を備えていることが好ましい。また、接合後の異種材接合体において、接合面に平行な剪断応力に対する強度に影響を及ぼさないことを限度として第1熱溶着性樹脂層1aに粘着成分が含まれている場合、本発明の熱溶着性フィルムは、両面に粘着成分が含まれている5層の積層構成(具体的には、粘着成分を含む第1熱溶着性樹脂層1a/熱可塑性樹脂層4/中間層3/熱可塑性樹脂層4/粘着成分を含む第2熱溶着性樹脂層1bをこの順に備える積層構成)や、片面に粘着成分が含まれている4層の積層構成(具体的には、粘着成分を含む第1熱溶着性樹脂層1a/熱可塑性樹脂層4/中間層3/熱可塑性樹脂層4/粘着成分を含まない第2熱溶着性樹脂層1bをこの順に備える積層構成)を備えていてもよい。
【0018】
低コスト、層間剥離の可能性を抑える観点からは、本発明の熱溶着性フィルムの層数は少ない方が好ましく、好ましい下限としては1以上、好ましい上限としては5以下、が挙げられる。熱溶着時の高温環境における熱収縮率を低減し、熱溶着後の外観を良好なものとして、2つ以上の部材を好適に熱溶着させる観点からは、本発明の熱溶着性フィルムの層数としては、好ましくは3~5程度、より好ましくは3~4程度が挙げられる。
【0019】
また、本発明の熱溶着性フィルムの一方面の面積としては、熱溶着させる部材のサイズに応じて適宜設定することができる。
【0020】
<シール強度>
本発明の熱溶着性フィルム10は、後述の部材(第1部材、第2部材)と熱溶着された際の、熱溶着性フィルムと部材との間のシール強度が、約10N/15mm以上であることが好ましく、約15N/15mm以上であることがより好ましく、約20N/15mm以上であることがさらに好ましい。さらに、熱溶着性フィルムと部材との間のシール強度は、第1部材及び第2部材のいずれの間においても約10N/15mm以上であることが好ましい。なお、当該シール強度の好ましい上限は特にないが、通常、約100N/15mm以下である。すなわち、当該シール強度の範囲としては、好ましくは10~100N/15mm程度、より好ましくは15~100N/15mm程度、さらに好ましくは20~100N/15mm程度が挙げられる。第1部材と第2部材を熱溶着させる本発明の熱溶着性フィルム10において、これらの部材と熱溶着された際のシール強度がこのような値を有していることにより、得られる異種材接合体においては、本発明の熱溶着性フィルム10を介して第1部材と第2部材が好適に接合されているといえる。なお、熱溶着によって接合される際の第1部材及び第2部材の少なくともいずれかの形態が未硬化樹脂を含む固体部材である場合、未硬化樹脂が熱硬化された部材に熱溶着性フィルム10が熱溶着された際のシール強度を意味する。シール強度の測定方法の具体的な方法としては、以下の通りである。なお、本発明の熱溶着性フィルム10と、後述の部材(第1部材、第2部材)とが熱溶着された際のシール強度は、この範囲に限定されない。
【0021】
シール強度の測定においては、まず、熱溶着性フィルムを長さ方向(y方向)50mm×幅方向(x方向)25mmのサイズに切り出す。次に、熱溶着性フィルム10と、各部材50とを、7mmの奥行(y方向)でヒートシール(ヒートシール条件:温度190℃、面圧1MPa、加圧時間5秒)して試験サンプルを得る。図7の模式図において、破線で囲まれた領域Sが、ヒートシールされた領域を示している。なお、ヒートシールする領域以外の部分には、離型シートを挟み、7mmの奥行でヒートシールされるようにする。次に、幅方向(x方向)15mmでのシール強度(N/15mm)が測定できるように、試験サンプルを図7(a)に示されるように15mm幅に裁断する。次に、引張試験機を用いて、図7(b)に示されるように、固定された部材50から、長さ方向(y方向)に熱溶着性フィルム10を剥離する。このとき、剥離速度は300mm/分とし、剥離されるまでの最大荷重をシール強度(N/15mm)とする。なお、試験サンプルの作製における部材としては、繊維強化プラスチック部材については厚さ4mm、金属部材については厚さ0.5mmのものを用いる。各シール強度は、それぞれ、同様にして3つの試験サンプルを作製して測定された平均値(n=3)とする。
【0022】
<剥離強度>
本発明の熱溶着性フィルム10を用いて後述の部材(第1部材、第2部材)と熱溶着された際の、第1部材と第2部材との間の剥離強度は、約10N/25mm以上であることが好ましく、約20N/25mm以上であることがより好ましく、約25N/25mm以上であることがさらに好ましい。なお、当該剥離強度の好ましい上限は特にないが、通常、約100N/25mm以下である。すなわち、当該剥離強度の範囲としては、好ましくは10~100N/25mm程度、より好ましくは20~100N/25mm程度、さらに好ましくは25~100N/25mm程度が挙げられる。剥離強度の測定方法の具体的な方法としては、以下の通りである。なお、本発明の熱溶着性フィルム10と、後述の部材(第1部材、第2部材)とが熱溶着された際の剥離強度は、この範囲に限定されない。
【0023】
剥離強度は、ISO19095-2及びISO19095-3の規定に準拠した方法で測定する。具体的には、まず、熱溶着性フィルムを長さ方向160mm×幅方向25mmのサイズに切り出す。また、第1部材70(第2部材80と厚みが異なる場合は、例えば金属など厚みがより薄い方)を長さ方向250mm×幅方向25mmのサイズに、第2部材80を長さ方向200mm×幅方向25mmのサイズに切り出す。次に、図14(i)
に示すように、熱溶着性フィルム10の第1熱溶着性樹脂層または第2熱溶着性樹脂層と第1部材70及び第2部材80とを長手方向を揃えて重ね、長さ方向160mm×幅方向25mmの領域をヒートシール(ヒートシール条件:温度190℃、面圧1MPa、加圧時間30秒)して試験サンプルを得る。次に、試験サンプルを、第2部材80側で剥離試験治具に固定し、引張試験機を用いて、図14(ii)に示すように、第1部材70を、長さ方向に剥離する。このとき、剥離速度は100mm/分とし、剥離開始場所から剥離長さ25mmまでの箇所を省いた箇所における平均荷重を剥離強度(N/25mm)とする。なお、試験サンプルの作製における部材としては、繊維強化プラスチック部材については厚さ4mm、金属部材については厚さ0.5mmのものを用いる。各剥離強度は、それぞれ、同様にして3つの試験サンプルを作製して測定された平均値(n=3)とする。
【0024】
<剪断強度>
また、本発明の熱溶着性フィルム10を介して、第1部材と第2部材とを熱溶着させて得られる異種材接合体の剪断強度としては、好ましくは約5MPa以上、より好ましくは約8MPa以上が挙げられる。なお、当該剪断強度の上限は、特にないが、通常約50MPa以下となる。当該剪断強度の好ましい範囲としては、5~50MPa程度、8~50MPa程度が挙げられる。第1部材と第2部材を熱溶着させる本発明の熱溶着性フィルム10において、これらの部材と熱溶着された際の剪断強度がこのような値を有していることにより、得られる異種材接合体が接合状態を良好に維持することができる。
【0025】
さらに、本発明の熱溶着性フィルム10が中間層3を有する場合は、第1部材と第2部材とを熱溶着させて得られる異種材接合体の剪断強度としては、好ましくは約10MPa以上、より好ましくは約11MPa以上が挙げられる。本発明の熱溶着性フィルム10が中間層3を有する場合の剪断強度の好ましい範囲としては、10~50MPa程度、11~50MPa程度が挙げられる。第1部材と第2部材を熱溶着させる本発明の熱溶着性フィルム10において、これらの部材と熱溶着された際の剪断強度がこのような値を有していることにより、得られる異種材接合体が、接合面に平行な剪断応力に対する強度に優れているといえる。特に第1部材及び第2部材の少なくとも一方が1mm以上の厚みを有する異種材接合体は接合面に平行な剪断応力を受け易いが、このような剪断強度を有していることにより、当該剪断応力を受けても接合状態を良好に維持することができる。
【0026】
剪断強度は、ISO19095-2及びISO19095-3の規定に準拠した方法で測定する。試験サンプルの作製における第1部材及び第2部材のサイズは、それぞれ、長さ45mm×幅10mmとし、厚みは、金属部材の場合は1.5mm、繊維強化プラスチック部材の場合は3mmとする。また、熱溶着性フィルムは、長さ5mm×幅10mmとする。図11に示されるように第1部材70と第2部材80の長さ方向の端部において、第1部材70と第2部材80の間に、熱溶着性フィルム10を配置して、温度190℃、面圧1.5MPa、20秒間の条件で、第1部材70と第2部材80とを熱溶着性フィルム10を介して熱溶着させて異種材接合体を得る。また、熱溶着性フィルム10の両面全体がそれぞれ第1部材70と第2部材80にヒートシールされるように配置する(すなわち、ヒートシール面積は、片面が長さ5mm×幅10mm)。なお、図11には図示していないが、第1部材70と第2部材80とが互いに平行な状態で接合されたものについて測定を行うために、第1部材70及び第2部材80は、それぞれ、補整部材を用いて高さを調整して接合する。第1部材70の高さを調整する補整部材は、第1部材70と同じ材質、形状の部材を用い、第2部材80の高さを調整する補整部材は、第2部材80と同じ材質、形状の部材を用いる。次に、引張試験機を用いて、異種材接合体を長さ方向に引張り(引張り速度は、10mm/分)、最大荷重(N)を測定し、これをヒートシール面積(長さ5mm×幅10mm)で除して、剪断強度(MPa)を算出する。
【0027】
(熱溶着性樹脂層1(第1熱溶着性樹脂層1a及び第2熱溶着性樹脂層1b))
本発明において、熱溶着性樹脂層1は、本発明の熱溶着性フィルム10の一方側の表面及び他方側の表面の両方を構成している層である。すなわち、熱溶着性樹脂層1は、本発明の熱溶着性フィルム10の一方側及び他方側の最外層を構成している。
【0028】
熱溶着性樹脂層1には、少なくとも酸変性ポリオレフィンが含まれる。これによって、金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材との両方を熱溶着させる異種材接合が可能になる。熱溶着性樹脂層1を構成している樹脂が酸変性ポリオレフィンを含むことは、例えば、赤外分光法、ガスクロマトグラフィー質量分析法などにより分析可能であり、分析方法は特に問わない。例えば、赤外分光法にて無水マレイン酸変性ポリオレフィンを測定すると、波数1760cm-1付近と波数1780cm-1付近に無水マレイン酸由来のピークが検出される。
【0029】
また、酸変性ポリオレフィンとしては、具体的には、不飽和カルボン酸またはその無水物で変性されたポリオレフィンが挙げられる。酸変性に使用される不飽和カルボン酸またはその無水物としては、例えば、マレイン酸、アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸などが挙げられる。
【0030】
酸変性ポリオレフィンの酸変性度としては、下限として、例えば約0.005重量%以上が挙げられる。より良好に異種材接合させる観点から、下限として、約0.01重量%以上であることが好ましく、約0.04重量%以上であることがより好ましく、約0.08重量%以上であることがさらに好ましい。なお、酸変性度の好ましい上限は特にないが、通常、約0.5重量%以下である。すなわち、酸変性度の範囲としては、例えば0.005~0.5重量%程度、好ましくは0.01~0.5重量%程度、より好ましくは0.04~0.5重量%程度、さらに好ましくは0.08~0.5重量%程度、一層好ましくは0.1~0.5重量%程度が挙げられる。酸変性度は、酸変性ポリオレフィン中で酸変性基が占める重量比率である。例えばマレイン酸変性ポリオレフィンの場合は、酸変性ポリオレフィン中でマレイン酸変性基が占める重量比率である。酸変性度は、1H-NMR
の酸由来ピーク面積から定量される値から求める。具体的には、まず、ODCB-d4/C66(体積比4/1)溶媒で酸変性ポリオレフィンの1H-NMRと当該酸変性ポリオ
レフィンのメチルエステル化物の1H-NMRとを測定する。両1H-NMRの比較で、酸が誘導体化されたメチルエステル化物のピークを特定する。さらに、酸変性ポリオレフィン(メチルエステル化前)の1H-NMRから、メチルエステル化物の1H-NMRにおいてメチルエステル化物のピーク位置で重複している不純物由来ピークの面積を特定する。メチルエステル化物のピーク位置におけるピーク面積から不純物由来ピーク面積を差し引くことで、メチルエステル化物のピーク面積を求め、これに基づいて導出される酸変性基の質量とメチルエステル化前の酸変性ポリオレフィンの質量との比率から酸変性度を算出する。
【0031】
変性されるポリオレフィンとしては、特に制限されないが、より好適に異種材接合させる観点からは、好ましくは、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレンなどのポリエチレン;ホモポリプロピレン、ポリプロピレンのブロックコポリマー(例えば、プロピレンとエチレンのブロックコポリマー)、ポリプロピレンのランダムコポリマー(例えば、プロピレンとエチレンのランダムコポリマー)などの結晶性または非晶性のポリプロピレン;エチレン-ブテン-プロピレンのターポリマーが挙げられる。これらのなかでも、変性されるポリオレフィンとしては、ポリプロピレンが好ましい。
【0032】
より好適に異種材接合させる観点からは、熱溶着性樹脂層1に含まれる熱溶着性樹脂の中でも、特に、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性ポリエチレンが好ましい。
【0033】
熱溶着性樹脂層1に含まれる酸変性ポリオレフィンは、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
【0034】
熱溶着性樹脂層1に含まれる酸変性ポリオレフィンの割合としては、特に制限されないが、下限としては、好ましくは約70質量%以上、より好ましくは約80質量%以上が挙げられ、上限としては、好ましくは約100質量%以下が挙げられる。また、酸変性ポリオレフィンの割合の範囲としては、好ましくは、70~100質量%程度、80~100質量%程度が挙げられる。熱溶着性樹脂層1に含まれる酸変性ポリオレフィンの割合がこのような値を有していることにより、本発明の熱溶着性フィルム10は、金属部材及び繊維強化プラスチックの両方に対して熱溶着性を好適に発揮することができ、より好適に異種材接合させることができる。
【0035】
熱溶着性樹脂層1は、接合後の異種材接合体において、接合面に平行な剪断応力に対する強度に影響を及ぼさない限り、粘着成分をさらに含有していてもよい。より具体的には、熱溶着性樹脂層1は、粘着成分を含有する熱溶着性樹脂組成物により構成されていてもよい。熱溶着性樹脂層1が粘着成分を含むことにより、熱溶着性フィルム10の熱溶着性樹脂1層を第1部材及び第2部材の表面に好適に仮着させることができ、熱溶着時の位置ずれなどを抑制して、より好適に異種材接合させることが可能となる。なお、本発明において、仮着とは、仮に接着させることを意味し、一旦、仮に接着した後も剥がせる状態である。
【0036】
粘着成分としては、熱溶着性樹脂層1に粘着性を付与できるものであれば、特に制限されず、例えば、ロジン、水添ロジン、重合ロジン、ロジンエステルなどロジンまたはその誘導体;α-ピネン、β-ピネン、リモネンなどのテルペン系樹脂;テルペンフェノール樹脂、クマロン・インデン樹脂、スチレン系樹脂、キシレン系樹脂、フェノール系樹脂、石油樹脂、水添石油樹脂などが挙げられる。また、粘着成分としては、アモルファスポリオレフィンを用いることもできる。アモルファスポリオレフィンとしては、例えば、アモルファスポリプロピレン、またはアモルファスプロピレンと他のα-オレフィンとの共重合体などがあり、具体例としては、プロピレン・エチレン共重合体、プロピレン・ブテン-1共重合体、プロピレン・ブテン-1・エチレン・3元共重合体、プロピレン・ヘキセン-1・オクテン-1・3元重合体、プロピレン・ヘキセン-1・4-メチルペンテン-1・3元共重合体、プロピレン・ヘキセン-1・4-メチルペンテン-1・3元共重合体、ポリブテン-1などが挙げられる。粘着成分は、1種類単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
【0037】
熱溶着性樹脂層1に粘着成分が含まれる場合、粘着成分の割合としては、特に制限されないが、下限としては、好ましくは約1質量%以上、より好ましくは約5質量%以上が挙げられ、上限としては、好ましくは約30質量%以下、より好ましくは約25質量%以下が挙げられる。また、粘着成分の割合の範囲としては、好ましくは、1~30質量%程度、1~25質量%程度、5~30質量%程度、5~25質量%程度が挙げられる。熱溶着性樹脂層1に含まれる粘着成分の割合がこのような値を有していることにより、本発明の熱溶着フィルムは、優れた粘着性と優れた熱溶着性を好適に発揮することができるため、第1部材及び第2部材を好適に仮着させることができ、熱溶着時の位置ずれなどを抑制して、より好適に異種材接合させることができる。
【0038】
熱溶着性樹脂層1のメルトマスフローレート(MFR)としては、特に制限されないが、部材の表面への追随性を良好にしてより好適に異種材接合させる観点から、下限としては、好ましくは約2g/10分以上、より好ましくは約3g/10分以上が挙げられる。特に、繊維強化樹脂プラスチックで構成される第2部材の表面凹凸(表面粗さRa)が増大しても当該表面凹凸への熱溶着性樹脂層1の追随を良好にしてアンカー効果を有効に得ることによって第2部材と好適に熱溶着させる観点から、第2部材に熱溶着する側の表面を構成する熱溶着性樹脂層(つまり、熱溶着性樹脂層1、又は熱溶着性フィルム10が複層構造を有する場合にあっては第2熱溶着性樹脂層1b)のメルトマスフローレート(MFR)としては、さらに好ましくは約4g/10分以上が挙げられる。熱溶着時に溶融した樹脂の流出を防止してより好適に異種材接合させる観点からは、熱溶着性樹脂層1のメルトマスフローレート(MFR)の好ましい上限としては、好ましくは約20g/10分以下、より好ましくは約15g/10分以下が挙げられる。すなわち、当該メルトフローレートの範囲としては、2~20g/10分程度、2~15g/10分程度、3~20g/10分程度、3~15g/10分程度、4~20g/10分程度、又は4~15g/10分程度が挙げられる。メルトマスフローレート(MFR)は、JIS K7210:2014の規定に準拠した方法により、測定温度230℃、加重2.16kgをかけ、メルトインデクサーを用いて測定した値である。
【0039】
熱溶着性樹脂層1の軟化点としては、特に制限されないが、部材の表面への追随性を良好にして2つ以上の部材をより好適に熱溶着させる観点から、好ましくは約180℃以下、より好ましくは約160℃以下が挙げられる。また、熱溶着性樹脂層1の軟化点の下限としては、例えば約80℃以上、好ましくは100℃以上が挙げられる。熱溶着性樹脂層1の軟化点の好ましい範囲としては、80~180℃程度、80~160℃程度、100~180℃程度、100~160℃程度が挙げられる。
【0040】
本発明において、熱溶着性樹脂層1の軟化点は、次のプローブの変位量測定において、プローブのディフレクションが最大となった時の温度である。なお、熱溶着性樹脂層1の軟化点の測定においては、測定対象とする熱溶着性樹脂層1の5つのサンプルについて、プローブのディフレクションが最大となった時の温度を読み取り、5つの温度の最大値と最小値を除いた3つの温度の平均値を、軟化点とする。プローブの変位量測定においては、まず、例えば図12の概念図に示すように、熱溶着性フィルムの端部の熱溶着性樹脂層1の表面上の位置(例えば、図13の熱溶着性フィルム10における熱溶着性樹脂層1であれば、Pの位置)にプローブ90を設置する(図12の測定開始A)。このときの端部は、熱溶着性フィルムの中心部を通るように厚さ方向に切断して得られた、熱溶着性樹脂層1の断面が露出した部分である。切断は、市販品の回転式ミクロトームなどを用いて行うことができる。加熱機構付きのカンチレバーから構成されたナノサーマル顕微鏡を備える原子間力顕微鏡、例えば、ANASIS INSTRUMENTS社製のafm plusシステムを用い、プローブとしてはANASYS INSTRUMENTS社製を用いることができる。プローブの先端半径は30nm以下、プローブのディフレクション(Deflection)の設定値は-4V、昇温速度5℃/分とする。次に、この状態でプローブを加熱すると、プローブ90からの熱により、図12のBのように熱溶着性樹脂層1の表面が膨張して、プローブ90が押し上げられ、プローブ90の位置が初期値(プローブ90の温度が40℃である時の位置)よりも上昇する。さらに加熱温度が上昇すると、熱溶着性樹脂層1が軟化し、図12のCのように、プローブ90が熱溶着性樹脂層1に突き刺さり、プローブ90の位置が下がる場合がある。なお、加熱機構付きカンチレバーから構成されたナノサーマル顕微鏡を備える原子間力顕微鏡を用いたプローブ90の変位量測定においては、測定対象となる熱溶着性フィルムは室温(25℃)環境にあり、40℃に加熱されたプローブ90を熱溶着性フィルムの端部の熱溶着性樹脂層1の表面に設置して、測定を開始する。
【0041】
熱溶着性樹脂層1の厚さは、特に制限されないが、熱溶着時の高温環境における熱収縮率を低減し、接合後の異種材接合体を、接合面に平行な剪断応力に対する強度により優れたものとして得る観点から、下限としては、好ましくは約5μm以上、より好ましくは約10μm以上、さらに好ましくは約20μm以上が挙げられ、上限としては、好ましくは約200μm以下、より好ましくは約100μm以下が挙げられる。また、熱溶着性樹脂層1の厚さの範囲としては、好ましくは、5~200μm程度、5~100μm程度、10~200μm程度、10~100μm程度、20~200μm程度、20~100μm程度が挙げられる。
【0042】
(第1熱溶着性樹脂層1a及び第2熱溶着性樹脂1b)
本発明の熱溶着性フィルム10が複層構造を有する場合、熱溶着性樹脂層は、中間層3を介して第1熱溶着性樹脂層1aと第2熱溶着性樹脂層1bとに分かれている。第1熱溶着性樹脂層1aは熱溶着性フィルム10の一方側の表面を構成している層であり、第2熱溶着性樹脂層1bは熱溶着性フィルム10の他方側の表面を構成している層である。すなわちこの場合、第1熱溶着性樹脂層1aが本発明の熱溶着性フィルム10の一方側の最外層を構成し、第2熱溶着性樹脂層1bが本発明の熱溶着性フィルム10の他方側の最外層を構成している。
【0043】
第1熱溶着性樹脂層1aと第2熱溶着性樹脂層1bは、中間層3を介していることを除いて、上述の熱溶着性樹脂層1と同様である。また、第1熱溶着性樹脂層1a及び第2熱溶着性樹脂層1bにおける、熱変性ポリオレフィンの種類及び樹脂組成などの素材、メルトマスフローレート(MFR)などの物性、及び厚さなどは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【0044】
(中間層3)
本発明の熱溶着性フィルム10が中間層3を有する場合、中間層3は、第1熱溶着性樹脂層1aと第2熱溶着性樹脂層1bとの間に位置しており、熱溶着性フィルム10の優れた高引張弾性率を担保することができる。
【0045】
中間層3を構成する素材としては、高引張弾性率であれば、特に制限されず、例えば、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリカーボネート、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテルイミド、及びこれらの混合物や共重合物などが挙げられる。
【0046】
ポリエステルとしては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンイソフタレート、エチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体とした共重合ポリエステル、ブチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体とした共重合ポリエステルなどが挙げられる。また、エチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体とした共重合ポリエステルとしては、具体的には、エチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体としてエチレンイソフタレートと重合する共重合体ポリエステル(以下、ポリエチレン(テレフタレート/イソフタレート)にならって略す)、ポリエチレン(テレフタレート/イソフタレート)、ポリエチレン(テレフタレート/アジペート)、ポリエチレン(テレフタレート/ナトリウムスルホイソフタレート)、ポリエチレン(テレフタレート/ナトリウムイソフタレート)、ポリエチレン(テレフタレート/フェニル-ジカルボキシレート)、ポリエチレン(テレフタレート/デカンジカルボキシレート)などが挙げられる。また、ブチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体とした共重合ポリエステルとしては、具体的には、ブチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体としてブチレンイソフタレートと重合する共重合体ポリエステル(以下、ポリブチレン(テレフタレート/イソフタレート)にならって略す)、ポリブチレン(テレフタレート/アジペート)、ポリブチレン(テレフタレート/セバケート)、ポリブチレン(テレフタレート/デカンジカルボキシレート)、ポリブチレンナフタレートなどが挙げられる。これらのポリエステルは、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
【0047】
また、ポリエステルとしては、上述の他、芳香族ジオール、芳香族ジカルボン酸、芳香族ヒドロキシカルボン酸からなる群より選ばれるモノマーを任意の組成比で含む重縮合物である芳香族ポリエステルも挙げられる。芳香族ポリエステルの中でも、主鎖中に脂肪族炭化水素を有しない全芳香族ポリエステルが好ましい。全芳香族ポリエステルの具体例として、p-ヒドロキシ安息香酸と6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸の共重合体、p-ヒドロキシ安息香酸とテレフタール酸と4,4’-ジヒドロキシビスフェニルの共重合体等のポリアリレートが挙げられる。
【0048】
熱溶着時の高温環境における熱収縮率を低減し、熱溶着性フィルム10をより高引張弾性率とする観点からは、これらの中でも中間層3の素材としては、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、全芳香族ポリエステル、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、アラミド、及びビニロン(ポリビニルアルコール)が挙げられる。これらの樹脂は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
【0049】
中間層3の形状としては、特に制限されず、フィルム、繊維などが挙げられる。繊維の具体的な形状としては、不織布が好ましい。熱溶着性フィルム10の引張弾性率をより高いものとして得る観点から、中間層3の形状としては、フィルムであることが好ましい。
【0050】
中間層3の形状がフィルムの場合、中間層3は、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリイミドフィルムにより構成されていることが好ましい。
【0051】
中間層3の形状が繊維の場合、中間層3は、ポリフェニレンサルファイド繊維、アラミド繊維、ビニロン(ポリビニルアルコール)繊維、または全芳香族ポリエステル繊維により構成されていることが好ましい。
【0052】
これらの繊維の中でも、全芳香族ポリエステル繊維は、全芳香族ポリエステルが、溶融状態で分子配向(溶融異方性)が見られ、これを紡糸してなる繊維(溶融異方性全芳香族ポリエステル繊維)がさらに分子配向が進むため、繊維同士が交絡しやすくなり機械的強度の強く低吸湿性であるだけでなく、分割、細分化されてできた隙間に樹脂が浸透しやすく樹脂含浸性に優れる不織布となるため、熱溶着性フィルム10の層間強度が極めて高い点で好ましい。したがって、全芳香族ポリエステル繊維の中でも、溶融異方性全芳香族ポリエステル繊維からなる不織布が最も好適である。
【0053】
中間層3の引張弾性率は、熱溶着性フィルム10を特定の引張弾性率とし、接合後の異種材接合体を、接合面に平行な剪断応力に対する強度に優れたものとして得る観点から、下限としては、約1500MPa以上であることが好ましく、約2000MPa以上であることがより好ましく、約2900MPa以上であることがさらに好ましく、約5000MPa以上であることが特に好ましい。なお、当該引張弾性率の好ましい上限は特にないが、通常、約10000MPa以下、好ましくは約8000MPa以下、より好ましくは7000MPa以下である。すなわち、当該引張弾性率の範囲としては、1500~10000MPa程度、1500~8000MPa程度、1500~7000MPa程度、2000~10000MPa程度、2000~8000MPa程度、2000~7000MPa程度、2900~10000MPa程度、2900~8000MPa程度、2900~7000MPa程度、5000~10000MPa程度、5000~8000MPa程度、5000~7000MPa程度が挙げられる。中間層3の引張弾性率は、中間層3を構成する材料を、JIS K7161:2014規定に準拠して測定することで得られる値である。
【0054】
引張弾性率は、JIS K7161:2014規定に準拠して測定される値であり、具体的には、フィルムをMDが長辺になるように幅2.5、長さ120mmに切り出した試験片(長方形)を、25℃の温度環境にて、引張圧縮試験機(オリエンテック(株)製テンシロンRTC-1250A)を用い、引張速度200mm/分、チャック間距離100mmの条件で測定して得られた引張応力-ひずみ曲線の初めの直線部分から、次の式に従って算出する。
E=Δρ/Δε
E:引張弾性率
Δρ:直線上の2点間の元平均断面積による応力差
Δε:同じ2点間のひずみ差
【0055】
なお、引張弾性率の測定に供する試験片の作製において、中間層3のMDの確認方法は、次の通りである。熱溶着性フィルム10の長さ方向の断面と、当該長さ方向の断面と平行な方向から10度ずつ角度を変更し、長さ方向の断面と垂直な方向までの各断面(合計10の断面)について、それぞれ、中間層3を透過型電子顕微鏡写真で観察して海島構造を確認する。次に、各断面において、それぞれ、個々の中間層3の島の形状を観察する。個々の島の形状について、熱溶着性フィルム10の厚み方向とは垂直方向の最左端と、当該垂直方向の最右端とを結ぶ直線距離を径yとする。各断面において、島の形状の当該径yが大きい順に上位20個の径yの平均を算出する。島の形状の当該径yの平均が最も大きかった断面と平行な方向をMDと判断する。また、熱溶着性フィルム10の中間層3が繊維である場合は、中間層3を構成する繊維材料のロール方向に基づいてMDを決定すればよいが、MDを特定することができない場合は、任意の方向が長辺になるように試験片を作製すればよい。
【0056】
中間層3の、試験温度200℃、加熱時間10秒間の条件で測定される熱収縮率は、熱溶着時の高温環境における熱収縮率を低減し、接合後の異種材接合体を、接合面に平行な剪断応力に対する強度により優れたものとして得る観点から、上限としては、好ましくは約10%以下、より好ましくは約5%以下、さらに好ましくは約3%以下、特に好ましくは2%以下が挙げられ、下限としては、約0%以上、約0.1%以上が挙げられる。また、当該熱収縮率の範囲としては0~10%程度、0~5%程度、0~3%程度、0~2%程度、0.1~10%程度、0.1~5%程度、0.1~3%程度、0.1~2%程度が挙げられる。熱収縮率の測定は、JIS K 7133:1999の規定に準拠した方法により行うことができる。
【0057】
本発明においては、少なくとも、中間層3の一方向(中間層3の平面方向)と、これに直交する方向(中間層3の平面方向)との二方向で上記の熱収縮率を満たすことが好ましい。熱収縮率を測定する一方及びこれに直交する方向は、具体的には、中間層3がフィルムである場合、中間層3のMDを前記一方向とする。本発明において熱溶着性フィルム10の中間層3のMDの確認方法は、上述の中間層3の引張弾性率において記載の通りである。また、熱溶着性フィルム10の中間層3が繊維である場合においてMDを特定することができない場合は、任意の方向を前記一方向とすればよい。
【0058】
中間層3の融解ピーク温度としては、特に制限されないが、耐熱性をより一層高める観点から、中間層3の融解ピーク温度としては、好ましくは約200℃以上、より好ましくは約230℃以上、さらに好ましくは約240℃以上が挙げられる。中間層3の融解ピーク温度の上限としては特に限定されないが、例えば約300℃以下が挙げられる。中間層3の融解ピーク温度の好ましい範囲としては、好ましくは200~300℃程度、より好ましくは230~300℃程度、さらに好ましくは240~300℃程度が挙げられる。本発明において、融解ピーク温度は、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定した値であり、昇温速度を10℃/分、温度測定範囲を100~350℃とし、サンプルパンとしてアルミニウムパンを使用して測定される。
【0059】
中間層3の厚さは、特に制限されないが、熱溶着時の高温環境における熱収縮率を低減し、接合後の異種材接合体を、接合面に平行な剪断応力に対する強度に優れたものとして得る観点からは、下限としては、好ましくは約5μm以上、より好ましくは約10μm以上が挙げられ、上限としては、好ましくは約200μm以下、より好ましくは約100μm以下、さらに好ましくは約50μm以下が挙げられる。また、中間層3の厚さの範囲としては、好ましくは、5~200μm程度、5~100μm程度、5~50μm程度、10~200μm程度、10~100μm程度、10~15μm程度が挙げられる。さらに、中間層3がフィルムである場合は、中間層3の厚さは、上限として、好ましくは約30μm以下、より好ましくは約20μm以下であってもよい。また、中間層3がフィルムである場合、中間層3の厚さの範囲としては、5~30μm程度、10~30μm程度、5~20μm程度、10~20μm程度が挙げられる。
【0060】
また、中間層3が不織布により構成されている場合、不織布の目付としては、特に制限されないが、中間層3に隣接する層(例えば、第1熱溶着性樹脂層1a、第2熱溶着性樹脂層1b、熱可塑性樹脂層4など)を不織布に十分含浸させて、層間の接着強度を安定させる観点からは、目付は小さいことが好ましく、下限としては、好ましくは約5g/m2
以上が挙げられる。また、熱溶着時の高温環境における熱収縮率を低減する観点からは、目付は大きいことが好ましく、上限としては30g/m2以下が挙げられる。熱溶着時の
高温環境における熱収縮率を低減し、熱溶着後の外観を良好なものとして、2つ以上の部材をより好適に熱溶着させる観点から、当該目付の範囲としては、好ましくは5~30g/m2程度、より好ましくは7~25g/m2程度が挙げられる。
【0061】
<引張弾性率>
本発明の熱溶着性フィルム10が中間層3を有する場合、本発明の熱溶着性フィルム10の引張弾性率は、下限としては、1500MPa以上である。これによって、接合後の異種材接合体を、接合面に平行な剪断応力に対する強度に優れたものとして得ることができる。接合後の異種材接合体を、接合面に平行な剪断応力に対する強度により優れたものとして得る観点から、本発明の熱溶着性フィルム10の引張弾性率は、下限として、約1500MPa以上であることが好ましく、約2000MPa以上であることがより好ましく、約3000MPa以上であることがさらに好ましく、約5000MPa以上であることが特に好ましい。なお、当該引張弾性率の好ましい上限は特にないが、通常、約10000MPa以下、好ましくは約8000MPa以下、より好ましくは約7000以下である。すなわち、当該引張弾性率の範囲としては、1500~10000MPa程度、1500~8000MPa程度、1500~7000MPa程度、2000~10000MPa程度、2000~8000MPa程度、2000~7000MPa程度、3000~10000MPa程度、3000~8000MPa程度、3000~7000MPa程度、5000~10000MPa程度、5000~8000MPa程度、5000~7000MPa程度が挙げられる。
【0062】
引張弾性率の測定方法は、上述の中間層3の引張弾性率において記載の通りである。なお、当該測定方法において熱溶着性フィルム10のMDに相当する方向は、例えば中間層3がフィルムである場合は、熱溶着性フィルム10の中間層3のMDと同じ方向とすればよい。なお、本発明において熱溶着性フィルム10の中間層3のMDの確認方法は、上述の中間層3の引張弾性率において記載の通りである。また、熱溶着性フィルム10の中間層3が繊維である場合は、熱溶着性フィルム10のMDに相当する方向は、熱溶着性樹脂層1のMDと同じ方向とすればよい。熱溶着性樹脂層1のMDの確認方法も、中間層3のMDの確認方法と同様である。
【0063】
<熱収縮率>
本発明の熱溶着性フィルム10が中間層3を有する場合、熱溶着時の高温環境における熱収縮率を低減し、接合後の異種材接合体を、接合面に平行な剪断応力に対する強度により優れたものとして得る観点から、本発明の熱溶着性フィルム10について、試験温度200℃、加熱時間10秒間の条件で測定される熱収縮率は、上限としては、好ましくは、約10%以下、より好ましくは約3.0%以下、さらに好ましくは約2.8%以下が挙げられ、下限としては、約0%、約0.1%が挙げられる。また、当該熱収縮率の範囲としては、好ましくは、0~10%程度、0~3.0%程度、0~2.8%程度、0.1~10%程度、0.1~3.0%程度、0.1~2.8%程度が挙げられる。熱収縮率の測定は、JIS K 7133:1999の規定に準拠した方法により行う。
【0064】
本発明においては、少なくとも、熱溶着性フィルム10の一方向(熱溶着性フィルム10の平面方向)と、これに直交する方向(熱溶着性フィルム10の平面方向)との二方向で上記の熱収縮率を満たすことが好ましい。熱収縮率を測定する一方向及びこれに直交する方向は、具体的には、熱溶着性フィルム10の中間層3がフィルムである場合、熱溶着性フィルム10の中間層3のMDに相当する方向を前記一方向とする。なお、本発明において熱溶着性フィルム10の中間層3のMDの確認方法は、上述の中間層3の引張弾性率において記載の通りである。また、熱溶着性フィルム10の中間層3が繊維である場合は、熱溶着性樹脂層1のMDと同じ方向を前記一方向とすればよい。熱溶着性樹脂層1のMDの確認方法も、中間層3のMDの確認方法と同様である。
【0065】
(熱可塑性樹脂層4)
本発明において、熱可塑性樹脂層4は、必要に応じて、熱溶着性フィルム10に積層される層である。熱可塑性樹脂層4は、第1熱溶着性樹脂層1aと中間層3との間、中間層3と第2熱溶着性樹脂層1bとの間に積層されていることが好ましい。熱溶着性フィルム10には、熱可塑性樹脂層4が1層積層されていてもよいし、2層以上積層されていてもよい。熱溶着性フィルム10における熱可塑性樹脂層4の積層数としては、好ましくは0~2程度、より好ましくは0~1程度が挙げられる。第1熱溶着性樹脂層1a及び第2熱溶着性樹脂層1bの少なくとも一方に粘着成分が含まれている場合、粘着成分を含む層が熱可塑性樹脂層4を介して中間層3に積層されることで、層間の接着強度を安定させることができる。よって、例えば第1熱溶着性樹脂層1a及び第2熱溶着性樹脂層1bが熱溶着性フィルム10の両面を構成しており、第1熱溶着性樹脂層1a及び第2熱溶着性樹脂層1bに粘着成分が含まれる場合には、図5の積層構成のように、熱可塑性樹脂層4は、第1熱溶着性樹脂層1aと中間層3との間、及び、中間層3と第2熱溶着性樹脂層1bとの間に1層ずつ積層されていることが好ましい。また、例えば第1熱溶着性樹脂層1aが熱溶着性フィルム10の片面を構成しており、第1熱溶着性樹脂層1aに粘着成分が含まれる場合には、図4の積層構成のように、熱可塑性樹脂層4は、第1熱溶着性樹脂層1aと中間層3との間に1層積層されていることが好ましい。
【0066】
熱可塑性樹脂層4を構成する熱可塑性樹脂としては、熱可塑性を備えていれば、特に制限されない。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。これらの中でも、熱可塑性樹脂層4は、ポリオレフィンにより構成されていることが好ましく、酸変性ポリオレフィン(すなわち、ポリオレフィン骨格を有している)により構成されていることがより好ましい。酸変性ポリオレフィンとしては、熱溶着性樹脂層1で例示したものと同じものが好ましく例示される。すなわち、熱可塑性樹脂層4を構成している樹脂は、ポリオレフィン骨格を含んでいても含んでいなくてもよいが、前記の観点から、ポリオレフィン骨格を含んでいることが好ましい。ポリオレフィン骨格を有している熱可塑性樹脂は、耐溶剤性に優れるため、熱可塑性樹脂層4に含まれる熱可塑性樹脂として好ましい。熱可塑性樹脂層4を構成している樹脂がポリオレフィン骨格を含むことは、例えば、赤外分光法、ガスクロマトグラフィー質量分析法などにより分析可能であり、分析方法は特に問わない。例えば、赤外分光法にて無水マレイン酸変性ポリオレフィンを測定すると、波数1760cm-1付近と波数1780cm-1付近に無水マレイン酸由来のピークが検出される。
【0067】
なお、熱可塑性樹脂層4には、接合後の異種材接合体において、接合面に平行な剪断応力に対する強度に影響を及ぼさない限り、粘着成分が含まれていてもよい。熱可塑性樹脂層4に粘着成分が含まれている場合、熱可塑性樹脂層4は、粘着性を発揮することができる。熱可塑性樹脂層4に粘着成分が含まれている場合、粘着成分の種類としては、特に制限されず、熱溶着性樹脂層1で例示したものと同じものが例示される。また、熱可塑性樹脂層4における粘着成分の割合としては、特に制限されず、熱溶着性樹脂層1と同様の割合が挙げられる。
【0068】
(他の層)
本発明の熱溶着性フィルム10が複層構造を有する場合、第1熱溶着性樹脂層1a、第2熱溶着性樹脂層1b、中間層3、及び熱可塑性樹脂層4とは異なる他の層がさらに積層されていてもよい。
【0069】
(添加剤)
本発明の熱溶着性フィルム10は、必要に応じて、滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。なお、添加剤としては、熱溶着性フィルム10が変色しない種類及び含有量などが当業者によって適宜選択される。
【0070】
(熱溶着性フィルムの製造方法)
本発明の熱溶着性フィルム10は、少なくとも熱溶融性樹脂層1を溶融押出法及び必要に応じ延伸法を用いて製造することができる。本発明の熱溶着性フィルム10が複層構造を有する場合は、少なくとも、第1熱溶着性樹脂層1aと、中間層3と、第2熱溶着性樹脂層1bと、必要に応じて設けられる熱可塑性樹脂層4とを積層することにより製造することができる。これらの層の積層方法としては、特に制限されず、例えば、サーマルラミネート法、サンドイッチラミネート法、押出しラミネート法などを用いて行うことができる。
【0071】
また、本発明の熱溶着性フィルム10が複層構造を有する場合において、中間層3が樹脂フィルムにより構成されている場合、中間層3の両面に接着促進剤を塗布する(すなわち、接着促進剤層を設ける)ことにより、隣接する層(例えば、第1熱溶着性樹脂層1a、第2熱溶着性樹脂層1b、熱可塑性樹脂層4など)との密着強度を向上させ積層構造を安定させることができる。また、中間層3の表面には、必要に応じて、コロナ放電処理、オゾン処理、プラズマ処理等の周知の易接着手段を講じることができる。
【0072】
接着促進剤層を形成する接着促進剤としては、イソシアネート系、ポリエチレンイミン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリブタジエン系等の周知の接着促進剤を用いることができる。また、接着促進剤層は、2液硬化型接着剤や1液硬化型接着剤などの公知の接着剤を用いて形成することもできる。
【0073】
接着促進剤層は、中間層3の片面または両面に設けることができる。接着促進剤層は、バーコート法、ロールコート法、グラビアコート法等の公知の塗布法で塗布・乾燥することにより形成することができる。
【0074】
(部材)
熱溶着性フィルム10によって接合される第1部材は金属で構成され、第2部材は繊維強化プラスチックで構成される。
【0075】
第1部材を構成する金属の具体例としては、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼、銅、亜
鉛、銀、金、マグネシウム、チタン、真鍮、ニッケル、またはこれらのうち少なくとも
1種を含む合金などが挙げられ、これらの中でも、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼、
チタン、真鍮、ニッケルなどが好ましく挙げられる。
【0076】
金属の表面粗さRaとしては、例えば約10nm以上、好ましくは約0.5μm以上、より好ましくは約1μm以上であることが好ましい。なお、当該表面粗さRaの上限は特にないが、例えば約20μm以下が挙げられる。本発明の熱溶着性フィルム10は好適に異種材接合することが可能であるため、当該表面粗さRaの上限としては、約10μm以下、約5μm以下、又は約3μm以下であっても、効果的に異種材接合することが可能である。すなわち、当該表面粗さRaの範囲としては、10nm~20μm程度、10nm~10μm程度、10nm~5μm程度、10nm~3μm程度、0.5~20μm程度、0.5~10μm程度、0.5~5μm程度、0.5~3μm程度、1~20μm程度、1~10μm程度、1~5μm程度、1~3μm程度が挙げられる。表面粗さRaは、JIS B0601:2013に準拠して、接触式粗さ計を用いて測定される算術平均粗さである。接触式粗さ計としては、東京精密社製サーフコムNEXを用いることができる。
【0077】
第2部材を構成する繊維強化プラスチックは、繊維をマトリックス樹脂に含ませることで強度を向上させた複合材料であればよい。繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂(熱硬化性樹脂の硬化体)及び熱可塑性樹脂が挙げられ、好ましくは熱硬化性樹脂(熱硬化性樹脂の硬化体)が挙げられる。
【0078】
繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂として用いられる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられ、好ましくは、エポキシ樹脂が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、一種又は二種以上を組み合わせて用いることができる。繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂として用いられる熱可塑性樹脂としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、各種熱可塑性エラストマー等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、一種又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
【0079】
繊維強化プラスチックの繊維としては特に限定されず、カーボン繊維及びガラス繊維などの無機繊維、及びアラミド繊維などの有機繊維が挙げられる。これらの中でも、接合後の異種材接合体を、接合面に平行な剪断応力に対する強度により優れたものとして得る観点から、カーボン繊維及びガラス繊維が好ましく挙げられ、カーボン繊維がより好ましく挙げられる。カーボン繊維としては特に限定されず、ポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッチ系等のいずれを用いてもよく、またそれらが混合されているものを用いてもよい。繊維の織目としては、一方向に引き揃えられた長繊維、二方向織物、多軸織物、不織布、マット、ニット、組み紐などのいずれのものであってもよい。ここでいう長繊維とは、実質的に10mm以上連続な単繊維もしくは繊維束を意味する。
【0080】
繊維強化プラスチックの表面粗さRaとしては、例えば約1μm以上が挙げられる。本発明の熱溶着性フィルム10の熱溶着性樹脂層1が表面凹凸へ追随することによるアンカー効果をより有効に得て、より好適に異種材接合させる観点から、表面粗さRaとしては、約3μm以上であることが好ましく、約8μm以上であることがより好ましく、約25μm以上であることがさらに好ましい。なお、当該表面粗さRaの上限は特にないが、熱溶着性フィルムの熱溶着性樹脂層を表面凹凸へ容易に追随させる観点から、例えば約100μm以下である。すなわち、当該表面粗さRaの範囲としては、例えば1~100μm程度、好ましくは3~100μm程度、より好ましくは8~100μm程度、さらに好ましくは25~100μm程度が挙げられる。表面粗さRaは、JIS B0601:2013に準拠して、接触式粗さ計を用いて測定される算術平均粗さである。接触式粗さ計としては、東京精密社製サーフコムNEXを用いることができる。
【0081】
繊維強化プラスチックの表面には、繊維が露出していなくてもよいし、繊維が露出していてもよい。同じ表面粗さRaでは、繊維が露出している方が、より好適に異種材接合させる点で好ましい。また、繊維強化プラスチックの表面粗さRaを調整する目的で、繊維強化プラスチックの表面を露出させることもできる。繊維強化プラスチックの繊維を露出させるには、繊維が露出していない繊維強化プラスチックの表面のマトリックス樹脂を削去する処理を行うことができる。繊維強化プラスチックの表面における繊維の露出度、すなわち、繊維強化プラスチックの表面に対する露出繊維が占める面積の比率としては、例えば0%以上、好ましくは約5%以上、より好ましくは約10%以上、さらに好ましくは約25%以上、一層好ましくは約40%以上が挙げられる。なお、当該露出度の上限は特にないが、通常約90%以下である。すなわち、当該露出度の範囲としては、例えば0~90%程度、好ましくは5~90%程度、より好ましくは10~90%程度、さらに好ましくは25~90%程度、一層好ましくは40~90%程度が挙げられる。
【0082】
繊維強化プラスチックには、必要に応じて、滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、着色剤(顔料、染料など)などの各種添加剤を含んでいてもよい。
【0083】
第1部材及び第2部材の厚みは特に制限されないが、いずれも、下限として、いずれの部材の厚みも約0.1mm以上、好ましくは少なくとも一方の部材の厚みとして約1mm以上が挙げられる。部材の厚みとは、部材の最大厚みを指す。さらに、少なくとも一方の部材が1mm以上の厚みを有する場合、特に両方の部材が1mm以上の厚みを有する場合は、接合後に相当の厚みを有する異種材接合体となるため、異種材接合体は接合面に平行な剪断応力を容易に受ける。好ましくは中間層3を有する本発明の熱溶着性フィルム10を用いてこのような1mm以上の厚みを有する部材を接合することによって、当該剪断応力に対する強度に優れた異種材接合体を得ることができる。同様の観点で、少なくとも一方、好ましくは両方の部材の厚みは、より好ましくは1.3mm以上、さらに好ましくは1.5mm以上が挙げられる。なお、部材の好ましい上限は特にないが、例えば、約20mm以下である。すなわち、当該厚みの範囲としては、例えば0.1~20mm程度、好ましくは1~20mm程度、より好ましくは1.3~20mm程度、さらに好ましくは1.5~20mm程度が挙げられる。
【0084】
部材の形状や大きさとしては、特に制限されず、部材を接合して製造する異種材接合体に応じた形状及び大きさとすればよい。例えば、板状、画鋲のようなピン型形状、凹状、凸状、凹凸状等の各種形状の部材などが挙げられる。各種形状の部材は、例えば成形された部材が挙げられる。本発明において、部材を接合して製造される異種材接合体は、例えば、自動車の内装部材や外装部材などの用途に好適に使用することができる。よって、部材の素材、形状、大きさなども、これら用途に適したものを選択することができる。
【0085】
2.積層体、異種材接合体、及び異種材接合体の製造方法
本発明の積層体は、第1部材30と第2部材40又は第2部材40の前駆体とが、本発明の熱溶着性フィルム10を介して積層されてなることを特徴としている。本発明の熱溶着性フィルム10、第1部材30、及び第2部材40の詳細については、前述の通りである。また、第2部材40の前駆体は、後述図8で第2部材前駆体40aとして説明する通り、第2部材40の熱硬化性樹脂が硬化する前の状態である繊維強化プラスチックのプリプレグをいう。
【0086】
本発明の積層体は、熱溶着性フィルム10を介して第1部材30と第2部材40又は第2部材40の前駆体が積層された形状を有していればよく、例えば積層される部材が2つの場合であれば、第1部材/熱溶着性フィルム/第2部材又は第2部材の前駆体が順に積層された態様であり、積層される部材が3つの場合であれば、第1部材/熱溶着性フィルム/第2部材又は第2部材の前駆体/熱溶着性フィルム/他の部材が順に積層された態様や、熱溶着性フィルムの一方の面に第1部材及び他の部材を並べて配置し、この熱溶着性フィルムの他方の面に第2部材又は第2部材の前駆体を配置し、1枚の熱溶着性フィルムを介して3つの部材が積層された態様などが挙げられる。また、熱溶着性フィルムは、第1部材と第2部材又は第2部材の前駆体の間の全面に存在してこれらの部材が積層さていてもよいし、第1部材と第2部材又は第2部材の前駆体の間の一部に存在してこれらの部材が積層されていてもよい。
【0087】
本発明の積層体は、熱溶着性フィルム10を介して第1部材30と第2部材40又は第2部材40の前駆体が積層されていればよく、第1部材30及び第2部材40又は第2部材40の前駆体は、積層された本発明の熱溶着性フィルム10を介して熱溶着により接合されていてもよいし、接合されていなくてもよい。
【0088】
本発明の異種材接合体20は、例えば図6の模式図に示されるように、第1部材30及び第2部材40が、本発明の熱溶着性フィルム10によって熱溶着されてなることを特徴としている。すなわち、本発明の異種材接合体20は、本発明の熱溶着性フィルム10を介して接合状態且つ成形状態とされている。本発明の熱溶着性フィルム10、第1部材30、及び第2部材40の詳細については、前述の通りである。
【0089】
本発明の異種材接合体20は任意の形状に成形されている。例えば、図6には、本発明の異種材接合体20が板状である態様を示している。また、図10には、本発明の異種材接合体20が金型によって成形された態様を示している。
【0090】
本発明の異種材接合体20は、上述の積層体において、第1部材30及び第2部材40又は第2部材40の前駆体を、熱溶着性フィルム10を介して熱溶着させることにより製造することができる。この場合、具体的には、第1部材30及び第2部材40又は第2部材40の前駆体の間に熱溶着性フィルム10を配置した状態で、加熱・加圧して、熱溶着性フィルム10の表面を熱溶融させ、又はさらに第2部材40の前駆体を熱硬化する。その後、熱溶着性フィルム10を冷却することにより、熱溶融した表面を固化させ、これにより熱溶着性フィルム10を介して第1部材30及び第2部材40が熱溶着(接合)された成形体20が得られる。
【0091】
第2部材40を構成する繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が熱硬化性樹脂である場合、熱溶着の際の部材の状態としては、熱硬化性樹脂が硬化した後の状態が挙げられる。この場合、所定の形状に成形された金属の第1部材と、所定の形状に成形された繊維強化プラスチック(硬化後)との間に熱溶着性フィルム10を挟み、加圧及び加熱によって熱溶着を行い、第1部材と第2部材とが接合された異種材接合体を得ることができる。
【0092】
第2部材40を構成する繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が熱硬化性樹脂である場合、熱溶着の際の部材の状態としては、熱硬化性樹脂が硬化する前の状態、つまり第2部材前駆体であってもよい。この場合、金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックのプリプレグで構成される第2部材前駆体とを、熱溶着性フィルム10を介して積層した積層体を加熱して、熱溶着とプリプレグの熱硬化と成形とを同時に、つまり1つの工程で行うことができ、これによって、第1部材と第2部材とが接合された異種材接合体を得ることができる。より具体的には、例えば図8図10の一連の模式図に示されるように、金属部材(第1部材30)と繊維強化プラスチックのプリプレグ(第2部材前駆体40a)に、熱溶着性フィルム10を介して積層させた積層体とし(図8)、金型60などでプレス又は加熱プレスして積層体を変形させるとともに、積層体を加熱することで繊維強化プラスチックのプリプレグ(第2部材前駆体40a)の熱硬化と熱溶着性フィルム10溶融による熱溶着とを行う(図9)。金型60を冷却した後、図10に示されるように、第1部材30と第2部材40(硬化後)とが熱溶着性フィルム10で接合された異種材接合体20が得られる。
【0093】
第2部材40を構成する繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である場合、金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材とを、熱溶着性フィルム10を介して積層した積層体を加熱して、熱溶着と熱成形とを同時に、つまり1つの工程で行い、第1部材と第2部材とが接合された異種材接合体を得ることができる。より具体的には、繊維強化プラスチックのプリプレグ(第2部材前駆体40a)を繊維強化プラスチック40に変更することを除いて図8図10の一連の模式図に示される工程と同様の工程を行うことができる。つまり、金属部材(第1部材30)と繊維強化プラスチック(第2部材40)に、熱溶着性フィルム10を介して積層させた積層体とし、金型などで加熱プレスして積層体を塑性変形させるとともに、積層体を加熱することで熱溶着性フィルム10溶融による熱溶着とを行う。金型を冷却した後、第1部材30と第2部材40とが熱溶着性フィルム10で接合された異種材接合体20が得られる。
【0094】
熱溶着性フィルム10を介して、第1部材30及び第2部材40又は第2部材前駆体40aを熱溶着させる際の温度としては、熱溶着性フィルム10の表面が熱溶融する温度であれば特に制限されないが、好ましくは140~280℃程度、より好ましくは160~250℃程度が挙げられる。当該温度においては、さらに、繊維強化プラスチックにおけるマトリックス樹脂の硬化温度(熱硬化性樹脂の場合)又は軟化点(熱可塑性樹脂の場合)等が適宜考慮される。また、熱溶着させる際の圧力(面圧)としては、特に制限されないが、好ましくは0.1~5MPa程度、より好ましくは0.2~3MPa程度が挙げられる。なお、熱溶着させる際の加熱・加圧時間としては、通常、1~30秒間程度である。
【実施例0095】
以下に実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0096】
<熱溶着性フィルムの材料及び接合対象部材、並びにそれらの物性の測定>
実施例及び比較例において、材料の酸変性度、メルトマスフローレート(MFR)、融解ピーク温度、軟化点、引張弾性率及び熱収縮率、並びに接合対象となる部材の表面粗さ及び繊維強化プラスチックの繊維露出度は、以下の方法により測定した値である。
【0097】
(酸変性度の測定)
まず、ODCB-d4/C66(体積比4/1)溶媒で、測定対象(酸変性ポリオレフィン)の1H-NMRと当該酸変性ポリオレフィンのメチルエステル化物の1H-NMRとを測定した。得られた両1H-NMRの比較で、酸が誘導体化されたメチルエステル化物
のピークを特定した。さらに、酸変性ポリオレフィン(メチルエステル化前)の1H-NMRから、メチルエステル化物の1H-NMRにおいてメチルエステル化物のピーク位置で重複している不純物由来ピークの面積を特定した。メチルエステル化物のピーク位置におけるピーク面積から不純物由来ピーク面積を差し引くことで、メチルエステル化物のピーク面積を求め、これに基づいて導出される酸由来ピーク面積から酸変性度を算出した。なお、酸変性されていないポリオレフィンについては、酸変性度は0重量%とした。
【0098】
(メルトマスフローレート(MFR)の測定)
JIS K7210:2014の規定に準拠した方法において、熱融着性樹脂層のメルトインデクサーを用いて測定した。メルトインデクサーとしてはHAAKE社製「MiniLab」を用いた。測定条件としては、測定温度230℃、加重2.16kgとした。
【0099】
(融解ピーク温度の測定)
示差走査熱量計(DSC)を用いて中間層の融解ピーク温度を測定した。装置としては島津製作所製「DSC-60 Plus」を用いた。測定条件としては、昇温速度を10℃/分、温度測定範囲を100~350℃とし、サンプルパンとしてアルミニウムパンを使用した。
【0100】
(軟化点の測定)
プローブの変位量測定を用いて、軟化点を測定した。まず、図12の概念図に示すように、熱溶着性フィルムの端部の熱溶着性樹脂層の表面上の位置(例えば、図13の熱溶着性フィルム10における第1熱溶着性樹脂層1aであれば、Pの位置をいう。以下第1熱溶着性樹脂層1aを代表させて説明する。)にプローブ90を設置した(図12の測定開始A)。このときの端部は、熱溶着性フィルムの中心部を通るように厚さ方向に切断して得られた、第1熱溶着性樹脂層1aの断面が露出した部分である。切断は、市販品の回転式ミクロトームなどを用いて行った。加熱機構付きのカンチレバーから構成されたナノサーマル顕微鏡を備える原子間力顕微鏡、例えば、ANASIS INSTRUMENTS社製のafm plusシステムを用い、プローブとしてはANASYS INSTRUMENTS社製を使用した。プローブの先端半径は30nm以下、プローブのディフレクション(Deflection)の設定値は-4V、昇温速度5℃/分とした。次に、この状態でプローブを加熱すると、プローブ90からの熱により、図12のBのように第1熱溶着性樹脂層1aの表面が膨張して、プローブ90が押し上げられ、プローブ90の位置が初期値(プローブ90の温度が40℃である時の位置)よりも上昇した。さらに加熱温度が上昇すると、第1熱溶着性樹脂層1aが軟化し、図12のCのように、プローブ90が第1熱溶着性樹脂層1aに突き刺さり、プローブ90の位置が下がった。なお、プローブ90の変位量測定においては、測定対象となる熱溶着性フィルムは室温(25℃)環境にあり、40℃に加熱されたプローブ90を第1熱溶着性樹脂層1aの表面に設置して、測定を開始した。第1熱溶着性樹脂層1aの軟化点は、プローブの変位量測定において、プローブ90のディフレクションが最大となった時の温度である。第1熱溶着性樹脂層1aの軟化点の測定においては、測定対象とする第1熱溶着性樹脂層1aの5つのサンプルについて、プローブ90のディフレクションが最大となった時の温度を読み取り、5つの温度の最大値と最小値を除いた3つの温度の平均値を、軟化点とした。
【0101】
(引張弾性率の測定)
後述の熱溶着性フィルムについての引張弾性率の測定と同様にして、中間層の引張弾性率を測定した。
【0102】
(熱収縮率の測定)
熱溶着性フィルムが中間層を有し、且つ中間層がフィルムである場合、MDとTDとの二方向について、JIS K 7133:1999の規定に準拠し、試験温度200℃、加熱時間10分間の条件で熱収縮率を測定した。中間層が繊維である場合、MD(不織布ロールの長手方向)とTD(不織布ロールの長手方向に直交する方向)との二方向について、JIS K 7133:1999の規定に準拠し、試験温度200℃、加熱時間10分間の条件で熱収縮率を測定した。
【0103】
(表面粗さの測定)
各部材の表面粗さRaは、接触式粗さ計である東京精密社製サーフコムNEXを用いて、JIS B0601:2013に準拠した算術平均粗さとして測定した。
【0104】
(繊維露出度の測定)
繊維強化プラスチック部材の繊維露出度は、表面の顕微鏡観察によって、繊維の露出部分が占める面積比率を算出することによって測定した。
【0105】
[試験例1:単層の熱溶着性フィルムを用いた試験]
<熱溶着性フィルム>
(実施例1~18)
表1及び表2に示す無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂(PPa)又は無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂(PEa)の単層フィルム(厚さ100μm)を、熱溶着性フィルムとして用意した。
【0106】
(比較例1)
表1に示す未延伸ポリプロピレンフィルム(CPP)の単層フィルム(厚さ100μm)を、熱溶着性フィルムとして用意した。
【0107】
<異種材接合体の各物性の測定>
以下に記載する条件で試験サンプル及び異種材接合体を作成し、シール強度及び剪断強度を測定した。なお、表1及び2において、第1部材のALはアルミニウム(JIS H 4000:2014のA1100)、SUSはステンレス(JIS G 4305:2005のSUS304)を示す。第2部材の繊維強化プラスチックのうち、樹脂材料がエポキシ及び繊維材料が炭素であるものは、エポキシ樹脂が炭素繊維に含浸された繊維強化プラスチックの硬化後のものを示す。また、第2部材の繊維強化プラスチックのうち、樹脂材料がPP及び繊維材料が炭素であるものは、炭素繊維がポリプロピレン樹脂に含浸された繊維強化プラスチックを示す。
【0108】
(シール強度の測定)
実施例及び比較例の熱溶着性フィルムのそれぞれの面と、表1及び表2に記載の第1部材及び第2部材とのシール強度(N/15mm)を測定した。より具体的には、まず、各熱溶着性フィルムを長さ方向(y方向)50mm×幅方向(x方向)25mmのサイズに切り出した。次に、たとえば熱溶着性フィルムとして実施例の熱溶着性フィルムのシール強度を測定する場合、図7に示されるように、実施例の各熱溶着性フィルム10と、各部材50とを、7mmの奥行(y方向)でヒートシール(ヒートシール条件:温度190℃、面圧1MPa、加圧時間5秒)して試験サンプルを得た。図7の模式図において、破線で囲まれた領域Sが、ヒートシールされた領域を示している。なお、ヒートシールする領域以外の部分には、離型シートを挟み、7mmの奥行でヒートシールされるようにした。次に、幅方向(x方向)15mmでのシール強度(N/15mm)が測定できるように、試験サンプルを図7(a)に示されるように15mm幅に裁断した。次に、引張試験機を用いて、図7(b)に示されるように、固定された部材50から、長さ方向(y方向)に熱溶着性フィルム10を剥離した。このとき、剥離速度は300mm/分とし、剥離されるまでの最大荷重をシール強度(N/15mm)とした。なお、試験サンプルの作製における部材としては、繊維強化プラスチック部材については厚さ4mm、金属部材については厚さ0.5mmのものを用いた。各シール強度は、それぞれ、同様にして3つの試験サンプルを作製して測定された平均値(n=3)である。結果を表1及び表2に示す。
【0109】
(剪断強度の測定)
実施例及び比較例の熱溶着性フィルムを用いて、以下の条件により、第1部材と第2部材とを熱溶着させて得られた成形体の剪断強度(MPa)を測定した。剪断強度の測定は、ISO19095-2及びISO19095-3の規定に準拠した方法で測定した。試験サンプルの作製における第1部材及び第2部材のサイズは、それぞれ、長さ45mm×幅10mmであり、且つ、厚みは、繊維強化プラスチック部材については3mm、金属部材については1.5mmとした。また、各熱溶着性フィルムは、長さ5mm×幅10mmとした。図13に示されるように、第1部材70と第2部材80の長さ方向の端部において、第1部材70と第2部材80の間に、熱溶着性フィルム10を配置して、温度190℃、面圧1.5MPa、20秒間の条件で、第1部材70と第2部材80とを熱溶着性フィルム10を介して熱溶着させて成形体を得た。また、熱溶着性フィルム10の両面全体がヒートシールされるように配置した(すなわち、ヒートシール面積は、片面が長さ5mm×幅10mm)。なお、図13には図示していないが、第1部材70と第2部材80とが互いに平行な状態で接合されたものについて測定を行うために、第1部材70及び第2部材80は、それぞれ、補整部材を用いて高さを調整して接合した。第1部材70の高さを調整する補整部材は、第1部材70と同じ材質、形状の部材を用い、第2部材80の高さを調整する補整部材は、第2部材80と同じ材質、形状の部材を用いた。次に、引張試験機を用いて、異種材接合体を長さ方向に引張り(引張り速度は、10mm/分)、異種材接合体の層間剥離または破断が生じるまでの最大荷重(N)を測定し、これをヒートシール面積(長さ5mm×幅10mm)で除して、剪断強度(MPa)を算出した。結果を表1及び2に示す。
【0110】
【表1】
【0111】
【表2】
【0112】
表1及び表2の結果が示すように、一方側の表面及び他方側の表面が、いずれも酸変性ポリオレフィンを含有する熱溶着性樹脂層で構成されている熱溶着性フィルム(実施例1~18)は、金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材との両方を良好に接着させるため、このような熱溶着性フィルムを用いることによって、接着剤を用いなくとも、容易に異種材接合体が得られることが示された。一方、酸変性ポリオレフィンを含有しない熱溶着性樹脂で構成されている熱溶着性フィルム(比較例1)は、金属には接着されるものの繊維強化樹脂には全く接着しないため、このような熱溶着性フィルムを用いても、異種材接合体は得られないことが示された。
【0113】
[試験例2:中間層を有する熱溶着性フィルムを用いた試験]
<熱溶着性フィルムの製造及び各物性の測定>
(実施例19)
中間層としてのポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム(引張弾性率6000MPa、融解ピーク温度262℃、熱収縮率TD1.3%,MD1.1%、厚さ12μm)の一方の面に、熱溶着性樹脂として無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂(酸変性度0.09重量%、MFR8g/10分、軟化点140℃)を、Tダイ押出機で厚さ44μmに押出し塗布し、第1熱溶着性樹脂層(PPa)を形成した。次に、中間層の他方の面に、同じ無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂を、Tダイ押出機で厚さ44μmに押出し塗布し、第2熱溶着性樹脂層(PPa)を形成し、第1熱溶着性樹脂層(PPa、厚さ44μm)/中間層(PEN、厚さ12μm)/第2熱溶着性樹脂層(PPa、厚さ44μm)がこの順に積層された積層フィルムを熱溶着性フィルムとして得た。
【0114】
(実施例20)
中間層として、溶融異方性全芳香族ポリエステル(ポリアリレート(PAR))不織布(引張弾性率3000MPa、融解ピーク温度250℃、熱収縮率TD0.0%,MD0.0%、目付け9g/m2、厚さ40μm)を用い、熱溶着性樹脂として無水マレイン酸
変性ポリプロピレン樹脂(酸変性度0.09重量%、MFR9g/10分、軟化点140℃)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、第1熱溶着性樹脂層(PPa、厚さ20μm)/中間層(PAR、厚さ40μm)/第2熱溶着性樹脂層(PPa、厚さ20μm)がこの順に積層された積層フィルムを熱溶着性フィルムとして得た。
【0115】
(実施例21)
中間層として、未延伸ポリプロピレンフィルム(CPP、引張弾性率1400MPa、融解ピーク温度290℃、熱収縮率TD3.0%、MD81.0%)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、第1熱溶着性樹脂層(PPa、厚さ30μm)/中間層(CPP、厚さ40μm)/第2熱溶着性樹脂層(PPa、厚さ30μm)がこの順に積層された積層フィルムを熱溶着性フィルムとして得た。
【0116】
(引張弾性率の測定)
JIS K7161:2014規定に準拠した方法において、フィルムをMDが長辺になるように幅25mm、長さ120mmに切り出した試験片(長方形)を、25℃の温度環境にて、引張圧縮試験機(オリエンテック(株)製テンシロンRTC-1250A)を用い、引張速度200mm/分、チャック間距離100mmの条件で測定して得られた引張応力-ひずみ曲線の初めの直線部分から、次の式に従って算出した。
E=Δρ/Δε
E:引張弾性率
Δρ:直線上の2点間の元平均断面積による応力差
Δε:同じ2点間のひずみ差
【0117】
(熱収縮率の測定)
JIS K 7133:1999の規定に準拠した方法において、試験温度200℃、加熱時間10秒間の条件で、上記で得られた各熱溶着性フィルムの熱収縮率を測定した。結果を表1に示す。
【0118】
<成形体の各物性の測定>
以下に記載する条件で表3に記載の第1部材及び第2部材を用いた試験サンプル及び成形体を作成し、試験例1と同様にシール強度及び剥離強度を測定した。さらに、以下のようにして剪断強度も測定した。なお、表3において、第1部材のALはアルミニウム(JIS H 4000:2014のA1100)を示し、第2部材の繊維強化プラスチックは、エポキシ樹脂が炭素繊維に含浸された繊維強化プラスチックの硬化後のものを示す。
【0119】
(剥離強度の測定)
表1に記載の第1部材、熱溶着性フィルム、及び第2部材で構成される異種材接合体における、第1部材と第2部材との間との剥離強度(N/25mm)を測定した。より具体的には、まず、各熱溶着性フィルムを長さ方向160mm×幅方向25mmのサイズに切り出した。第1部材70を長さ方向250mm×幅方向25mmのサイズに、第2部材80を長さ方向200mm×幅方向25mmのサイズに切り出した。次に、また、図14(i)に示すように、各熱溶着性フィルム10と、第1部材70及び第2部材80とを長手
方向を揃えて重ね、長さ方向160mm×幅方向25mmの領域をヒートシール(ヒートシール条件:温度190℃、面圧1MPa、加圧時間30秒)して試験サンプルを得た。次に、試験サンプルを、第2部材80側で剥離試験治具に固定し、引張試験機を用いて、図14(ii)に示すように、第1部材70を剥離した。このとき、剥離速度は100mm/分とし、剥離開始場所から剥離長さ25mmまでの箇所を省いた箇所における平均荷重を剥離強度(N/25mm)とした。なお、試験サンプルの作製における部材としては、繊維強化プラスチック部材については厚さ4mm、金属部材については厚さ0.5mmのものを用いた。各剥離強度は、それぞれ、同様にして3つの試験サンプルを作製して測定された平均値(n=3)である。結果を表3に示す。
【表3】
【0120】
表3には、実施例19~21とともに、実施例10も並列して示した。表3の結果が示すように、一方側の表面及び他方側の表面が、いずれも酸変性ポリオレフィンを含有する熱溶着性樹脂層で構成されている熱溶着性フィルム(実施例19~21)は、金属で構成される第1部材と繊維強化プラスチックで構成される第2部材との両方を良好に接着させるため、このような熱溶着性フィルムを用いることによって、接着剤を用いなくとも、容易に異種材接合体が得られることが示された。特に、引張弾性率が1500MPa以上である熱溶着性フィルム(実施例19、20)は、同じ熱溶着性樹脂層を備えていても引張弾性率が1500MPa未満である熱溶着性フィルム(実施例10)に比べて、部材の接合後において10MPa以上という非常に優れた剪断強度が達成された。したがって、実施例19、20の積層フィルム(熱溶着性フィルム)は、接合面に平行な剪断応力を受けやすい1mm以上の部材を接合して成形体を得る用途において特に好適であることが示された。
【符号の説明】
【0121】
1 熱溶着性樹脂層
1a 第1熱溶着性樹脂層
1b 第2熱溶着性樹脂層
3 中間層
4 熱可塑性樹脂層
10 熱溶着性フィルム
20 異種材接合体
30 第1部材(金属)
40 第2部材(繊維強化プラスチック)
40a 第2部材前駆体(繊維強化プラスチックプリプレグ)
50 部材
60 金型
70 第1部材(金属)
80 第2部材(繊維強化プラスチック)
90 プローブ
S ヒートシールされた領域
P 熱溶着フィルムの端部の中間層の表面の位置
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14