粘接剂及结构体、以及粘接方法与流程

本发明涉及粘接剂、使用了该粘接剂的结构体、以及使用了该粘接剂的粘接方法，特别是涉及用于对热塑性树脂彼此进行粘接的粘接剂。

背景技术：

利用碳纤维进行了强化的树脂(碳纤维强化塑料)是轻质且具有高强度、高弹性的原材料。碳纤维强化塑料可应用于航空器构件、风车翼等。碳纤维强化塑料中具有以热固性树脂为基体树脂的成分(碳纤维强化热固性树脂塑料：cfrp)和以热塑性树脂为基体树脂的成分(碳纤维强化热塑性树脂塑料：cfrtp)。与cfrp相比，cfrtp具有成型时间短的优点(高循环特性)。

例如，在航空器构件中存在将cfrtp制构件彼此接合的部位、将cfrtp制构件与热塑性树脂制构件接合的部位、或者将热塑性树脂制构件彼此接合的部位。为了发挥cfrtp的高循环特性，需要在短时间内对构件彼此进行接合的粘接技术。

作为粘接剂，通常以热固性树脂作为主剂。在使用以热固性树脂作为主剂的粘接剂时，需要对粘接剂进行加热。然而，在利用上述粘接剂对热塑性树脂进行粘接时，不能加热至热固性树脂的固化温度，因此无法确保足够的粘接强度。

作为其它粘接技术，有使用了微波感应加热的粘接技术。在该技术中，将作为微波发热体的磁性体(铁氧体等)混入粘接剂中，在对粘接剂照射微波时，利用微波发热体发出的热使粘接剂固化。

专利文献1中使用了含有炭黑或由sic形成的填料的粘接剂。专利文献1公开了一种利用对粘接剂照射微波来加热填料而使粘接剂固化，从而对两个被粘附物进行接合的方法。

作为新的粘接技术，研究了超声波接合。在超声波接合中，使包含导能筋(energydirector)的粘接剂以突起状附着于一个树脂制构件的预定接合部位，然后将涂布了粘接剂的部分向下与另一个树脂制构件接触。在从构件上部对预定粘接部位照射超声波时，导能筋接收超声波而发热，粘接剂熔融，从而对构件进行粘接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-156510号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

在上述的超声波接合中，必须使粘接剂涂布成突起形状，即使将粘接剂朝下也必须附着于构件上，因此粘接剂涂布工序繁琐。由于粘接剂为突起状，因此在使两个构件接触时容易产生间隙等，因此存在粘接精度降低的问题。另外，还存在由于超声波而使构件受到损伤的问题。

在通过专利文献1的方法将碳纤维强化塑料彼此粘接的情况下，碳纤维强化塑料均大量含有碳成分。因此，通过微波照射，不仅粘接剂被加热，而且被粘附物也会被加热，不仅无法适当地进行粘接，而且存在被粘附物受到损伤的问题。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够在短时间内将热塑性树脂彼此粘接，且可以得到优异的粘接强度的粘接剂、以及通过该粘接剂粘接而成的结构体、使用了该粘接剂的粘接方法。

用于解决课题的方案

本发明的第一方式为一种粘接剂，其是对第一构件和第二构件进行粘接的粘接剂，所述第一构件包含热塑性树脂或利用碳纤维进行了强化的热塑性树脂，所述第二构件包含所述热塑性树脂或所述利用碳纤维进行了强化的热塑性树脂，所述粘接剂以所述热塑性树脂作为主剂，该主剂中含有吸收电磁波而发热的金属制纳米材料。

在对上述粘接剂照射电磁波时，金属制纳米材料吸收电磁波而发热。利用该热量对作为主剂的热塑性树脂进行加热，热塑性树脂熔融而形成粘接层。其结果是，在对含有热塑性树脂的构件彼此进行粘接时，可以得到足够的粘接强度。

在本发明中，由于使用了与第一构件及第二构件材质不同且电磁波吸收效率高的金属制纳米材料，因此，利用电磁波照射的加热效率高，可以在短时间内进行粘接，起到防止构件损伤的效果。

在第一方式中，优选所述纳米材料为纳米纤维或纳米线圈。上述形状的纳米材料的电磁波吸收效率特别高，因此是有利的。

在第一方式中，优选所述电磁波为3mhz以上且3ghz以下。本方式的纳米材料对上述频率电磁波的吸收效率高。由于上述范围的电磁波不进行需要特殊的管理，因此可以利用简易装置进行电磁波照射。

在第一方式中，优选所述金属为铂或金。

即使金属制纳米材料的制造过程为氧化气体氛围，铂或金也不易被氧化，氧化物具有导电性。因此，可以制造电磁波吸收效率高的纳米材料。

在第一方式中，优选所述纳米材料相对于所述主剂的添加量为30μg/cm²以下。

由于金属制纳米材料的电磁波吸收效率高，因此，即使是这样极少的添加量，对于热塑性树脂的加热也是足够的。另外，在纳米材料的添加量多的情况下，粘接后成为粘接层产生裂纹的原因。本方式的粘接剂可以抑制裂纹的产生，提高粘接构件的疲劳强度。

本发明的第二方式为一种结构体，其是利用第一方式的粘接剂将所述第一构件和所述第二构件粘接而成的。

在本方式中，可形成具有足够粘接强度的粘接层，因此可形成高强度的结构体。由于能够抑制粘接层产生裂纹，因此可形成疲劳强度高的结构体。

在第二方式中，优选所述粘接剂的所述热塑性树脂与所述第一构件及所述第二构件中至少一者的所述热塑性树脂为相同材料。

由此，能够获得更高的粘接强度。

本发明的第三方式为一种粘接方法，该方法包括：在所述第一构件的预定粘接部位配置第一方式的粘接剂的工序；在所述粘接剂上配置所述第二构件的工序；对所述粘接剂照射所述电磁波，利用所述粘接剂将所述第一构件和所述第二构件粘接的工序。

根据本方式，可以通过简单的工序在短时间内制作粘接强度高且耐久性优异的结构体。

发明效果

根据本发明，可以在短时间内对由热塑性树脂或碳纤维强化热塑性树脂形成的构件彼此进行粘接而不对其造成损伤。在使用本发明的粘接剂时显示出足够的粘接强度，因此可以得到高强度的结构体。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的结构体的示意图。

图2是对电磁波的照射方法进行说明的示意图。

图3是对电磁波的另一照射方法进行说明的示意图。

图4是示出实施例1及比较例的基板温度的经时变化的图表。

图5是示出纳米材料相对于主剂的载置量与基板温度的经时变化的图表。

符号说明

10结构体

11第一构件

12第二构件

13粘接层

14粘接剂

15腔室

16照射器

具体实施方式

图1是本发明一个实施方式的结构体的粘接部分的示意图。在结构体10中，将第一构件11与第二构件12叠合，并将叠合部分隔着粘接层13进行接合。具体而言，结构体10是航空器、风车翼等。

第一构件11及第二构件12是由热塑性树脂形成的构件或由碳纤维强化热塑性树脂塑料(cfrtp)形成的构件。即，第一构件11及第二构件12的组合是由热塑性树脂形成的构件彼此的组合、由cfrtp形成的构件彼此的组合、以及由热塑性树脂形成的构件和由cfrtp形成的构件的组合。列举航空器为例时，第一构件11及第二构件12是蒙皮及桁条、地板梁及支架等。

粘接层13由粘接剂形成，所述粘接剂以热塑性树脂为主剂，且在主剂中含有吸收电磁波而发热的金属制纳米材料。

作为粘接剂的主剂的热塑性树脂为例如：聚醚醚酮(peek)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、尼龙6(pa6)、尼龙66(pa66)、聚苯硫醚(pps)、聚醚酰亚胺(pei)、聚醚酮酮(pekk)等。在主剂与第一构件11及第二构件12为相同材质时，粘接层13的粘接强度良好，因此优选。在第一构件11和第二构件12中的热塑性树脂的种类不同时，优选粘接剂与第一构件11及第二构件12中的任一者为相同材质。

“纳米材料”是二维或三维的尺寸为纳米级(1～数百nm)的材料。具体而言，纳米材料是纳米纤维(截面的直径为纳米级)、纳米线圈(截面的直径为纳米级且长度方向形成了线圈状的材料)、纳米粒子(粒径为纳米级)、纳米管(截面的直径为纳米级的中空纤维)等。特别是纳米线圈、纳米纤维的电磁波吸收效率高，因此优选。

在纳米材料相对于主剂的添加量较多的情况下，在使用中于粘接层13上产生裂纹。因此，对于相对于主剂的纳米材料添加量而言，将粘接剂每单位面积的质量设为0.1mg/cm²以下，优选设为30μg/cm²以下。由于上述纳米材料的电磁波吸收效率高，因此，即使添加量少也能够得到很大的发热量。另一方面，考虑到管理添加量的容易性、纳米材料的分散性、发热量等，添加量的下限值优选为0.1μg/cm²。

金属的种类没有特别限制，优选为在被照射的电磁波的频率下电磁波吸收效率高的金属。具体而言，为pt、au、ni、cu。

在后面叙述的纳米线圈、纳米纤维的形成工序中，金属被氧化。pt、au不易被氧化，且即使在被氧化的情况下，也是具有导电性的物质，因此，pt、au适于作为纳米材料。

金属制纳米纤维可以使用静电纺丝法进行制作。

使金属乙酸盐溶解于高分子溶液(例如，聚乙烯醇水溶液)中。通过静电纺丝法将得到的溶液喷雾于基板上，形成含有金属的纳米纤维。在还原气体氛围中对得到的纳米纤维进行热处理，得到金属制纳米纤维。

金属制纳米线圈通过将使用静电纺丝法制作的纳米纤维作为芯部并在表面形成金属薄膜而得到。在该情况下，芯部可以是金属，也可以是高分子。纳米线圈可以是实心的，也可以是中空的。作为形成中空的纳米线圈的方法，具有使用高分子的芯部，在形成金属薄膜后实施热处理，并使高分子蒸发的方法等。

粘接剂可以是液体状，也可以是片状(厚度150μm左右)。如果是片状粘接剂，则能够容易地将粘接剂粘贴于构件上，可以使粘接层13的厚度基本上均匀。

以下，对使用本实施方式的粘接剂粘接第一构件11及第二构件12的方法进行说明。

在第一构件11的预定粘接部位涂布给定量的上述粘接剂。在使用片状粘接剂的情况下，将粘接剂片裁切成给定的大小，并载置于第一构件11上。使第二构件12的预定粘接部位与第一构件11上的粘接剂接触，将第二构件12载置于第一构件11上。

使第一构件11与第二构件12叠合后，对粘接剂照射电磁波。电磁波的频率没有限定，优选不是例如x射线那样需要特殊管理的电磁波。优选为构成纳米材料的金属的频率吸收效率高的频率的电磁波。考虑到上述情况，优选照射短波(hf，3mhz以上且30mhz以下)、超短波(vhf，30mhz以上且300mhz以下)、超高频(300mhz以上且3ghz以下)。具体而言，可使用ism频段的电磁波。

要求照射的电磁波能够透射第一构件11及第二构件12，可适当地选定电磁波的频率。

图2是说明电磁波的照射方法的示意图。在图2所示的方法中，将隔着粘接剂14使第一构件11与第二构件12叠合而成的构件放置于腔室15内。在腔室15内对构件照射电磁波时，电磁波到达粘接剂14。粘接剂14中的纳米材料(金属制纳米线圈、金属制纳米纤维)吸收电磁波而发热。利用由纳米材料发出的热使主剂(热塑性树脂)加热而熔融。当电磁波照射被屏蔽时，粘接剂冷却，形成粘接层。

图3是说明电磁波的另一照射方法的示意图。在图3所示的方法中，在构件的粘接剂14的上方设置照射器16。此时，涂布有粘接剂14的区域的中央与照射器16的中央基本一致。在图3的方法中，不需要将构件放置于腔室等容器中。在通过照射器16的运行而从照射器16对构件照射电磁波时，电磁波与上述同样地被纳米材料吸收，纳米材料发热，粘接剂14的主剂熔融。然后，在使照射器16停止时，电磁波被屏蔽，由此，粘接剂冷却，形成粘接层。

电磁波的照射量及照射时间可如下设定：使主剂熔融，且可以保持粘接剂在涂布时的形状或片状而不会流出至预定粘接部位以外的部位。

实施例

实施例1

作为实施例的试样，准备了载置有pt纳米线圈(直径250nm、线圈节距3.2μm的实心线圈)的pps树脂基板(东丽株式会社制造、型号a900、10mm×10mm×厚度2mm)。将基板设置于电子天秤上，并在基板上载置pt纳米线圈。通过该测量确认了称重为下限值(0.1mg)以下。因此，基板上的pt纳米线圈量为0.1mg/cm²以下。

作为比较例的试样，准备了将混合有60重量％(1.3g/cm³)nizn系铁氧体(jfe化学(株式会社)制造，型号jn-350)的pps树脂(东丽株式会社制造，型号a900)成型于10mm×10mm×厚度2mm的基板上而得到的材料。需要说明的是，铁氧体材料是目前已知的材料，其是电磁波吸收效率高的物质。

从各基板的上方照射微波(2.45ghz、20w)，通过红外线热像仪测定了基板表面温度的经时变化。将结果示于图4。

在实施例中，在从照射开始约20秒钟的期间，温度急剧上升，然后温度上升率降低。从照射开始20秒钟后达到282.2℃，约33秒钟后达到300℃。pps树脂的熔点约为280℃。即，在实施例的方法中，能够加热至超过pps树脂熔点的温度。

在比较例中，照射开始后的温度上升缓慢，5分钟后达到72.2℃。在比较例中，未达到pps树脂的熔点，因此无法使pps树脂熔融。即，无法利用pps树脂对构件彼此进行粘接。

由此可以认为，与铁氧体相比，pt纳米线圈是电磁波吸收效率极高的材料。因此可以认为，仅使用极少量的pt纳米线圈，就能够使pps树脂熔化而对构件彼此进行粘接，可以得到足够的粘接强度。

实施例2

作为试样，准备了载置有pt纳米线圈(直径250nm、线圈节距3.2μm的实心线圈)的聚醚醚酮(＝peek)树脂基板(victrexjapan公司制造、型号450g、10mm×10mm×厚度3mm)。

这里，纳米材料的载置量设为7.2μg/cm²、12μg/cm²、24μg/cm²。

作为比较例的试样，准备了与上述实施例相同的聚醚醚酮树脂基板，未载置pt纳米线圈，与上述实施例同样地从基板上方照射微波，使用红外线热像仪测定了基板表面温度的经时变化。将结果示于图5。

未载置纳米材料的试样(peek树脂基板)的表面温度基本上没有上升。与此相对，随着纳米材料的载置量的增加，基板的表面温度也升高。peek树脂的熔点约为340～380℃。即，对于实施例的方法而言，均能够加热至超过peek树脂熔点的温度。实际上，在载置了本实施例的纳米材料的peek树脂基板中，均确认到了基板表面的熔融。根据图5，即使纳米材料的载置量为30μg/cm²以下的少量，也可以得到很大的发热量。