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1、(10)申请公布号 CN 103561936 A (43)申请公布日 2014.02.05 CN 103561936 A (21)申请号 201280017324.5 (22)申请日 2012.04.06 2011-085873 2011.04.08 JP B29C 65/02(2006.01) B23K 11/06(2006.01) B23K 11/00(2006.01) H01B 1/24(2006.01) (71)申请人 帝人株式会社 地址 日本大阪府 申请人 欧利生电气株式会社 (72)发明人 加藤卓巳 齐藤清 小松秋男 (74)专利代理机构 北京泛诚知识产权代理有限 公司 11298。
2、 代理人 陈波 朱弋 (54) 发明名称 接合体的制造方法 (57) 摘要 本发明的目的在于提供一种能够以低电流在 短时间内得到含有热塑性树脂和碳纤维的复合材 料制成的、 且挠曲等变形少的高强度接合体的制 造方法， 本发明的接合体的制造方法具备下述各 工序 ：（i） 制备含有热塑性树脂和不连续碳纤维， 且不连续碳纤维无规分布的多个复合材料的工 序 ；（ii） 将多个复合材料叠合的工序 ；（iii） 以 一对电极夹持叠合部位的至少一部分的工序 ； 和 （iv） 在电极之间通电， 利用焦耳热使热塑性树脂 熔敷的工序。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2013.10.08 。
3、(86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2012/060088 2012.04.06 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2012/137985 JA 2012.10.11 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 13 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书13页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103561936 A CN 103561936 A 1/2 页 2 1. 一种接合体的制造方法， 其特征在于， 具备下述各工序 ： （i） 制备含有热塑性树脂和不连续碳纤维， 且不连续碳纤维无规分布的多个复合材料 。
4、的工序 ； （ii） 将多个复合材料叠合的工序 ； （iii） 以一对电极夹持叠合部位的至少一部分的工序 ； 和 （iv） 在电极之间通电， 利用焦耳热使热塑性树脂熔敷的工序。 2. 如权利要求 1 所述的接合体的制造方法， 其特征在于， 不连续碳纤维的平均纤维长 度在 5 100mm 的范围内。 3. 如权利要求 1 所述的制造方法， 其特征在于， 在复合材料中， 每 100 重量份的热塑性 树脂中含有不连续碳纤维 10 1000 重量份。 4. 如权利要求 1 所述的制造方法， 其特征在于， 热塑性树脂选自聚酰胺、 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。
5、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 树脂中的至少一 种。 5. 如权利要求 1 所述的制造方法， 其特征在于， 在以电极加压的状态下进行夹持。 6. 如权利要求 5 所述的制造方法， 其特征在于， 在对电极及其周边加压的状态下进行 夹持。 7. 如权利要求 6 所述的制造方法， 其特征在于， 利用电极的加压和对电极周边的加压 由独立的加压机构进行。 8. 如权利要求 1 所述的制造方法， 其特征在于， 将复合材料夹持在辊状电极之间， 在加 压的状态下通电。 9. 如权利要求 1 所述的制造方法， 其特征在。
6、于， 电流为 5 100A， 通电时间为 1 20 秒。 10. 如权利要求 1 所述的制造方法， 其特征在于， 通电后， 用电极再夹持 1 30 秒钟。 11. 一种接合体的制造装置， 用于制造含有热塑性树脂和不连续碳纤维， 且不连续碳纤 维无规分布的多个复合材料叠合而成的接合体， 其具备 ： （i） 与相互叠合的多个复合材料中的一侧表面层接触的第一电极 ； （ii） 与相互叠合的多个复合材料中的另一侧表面层接触的第二电极 ； （iii） 在第一电极和第二电极之间通电的电源 ； （iv） 与第一电极和第二电极中的至少一个电极连接的加压机构 ； 和 （v） 控制接合电流和通电时间的控制装置， 。
7、由第一电极和第二电极夹持多个复合材料的叠合部位中的至少一部分， 在加压的状态 下向电极之间通电， 利用焦耳热将热塑性树脂熔敷。 12. 如权利要求 11 所述的制造装置， 其特征在于， 具有对电极的周边进行加压的加压 辅助机构。 13. 如权利要求 12 所述的制造装置， 其特征在于， 电极的加压机构和对电极的周边进 行加压的加压辅助机构各自独立作用。 14. 如权利要求 11 所述的制造装置， 其特征在于， 第一电极和第二电极均呈辊状， 在相 互叠合的复合材料被夹持在辊间并加压的状态下进行通电。 权 利 要 求 书 CN 103561936 A 2 2/2 页 3 15. 一种复合材料的接合。
8、方法， 其将含有热塑性树脂和碳纤维的多个复合材料叠合， 向 叠合部位的至少一部分通电， 使热塑性树脂熔敷， 将复合材料接合， 其特征在于， 作为复合材料， 使用含有热塑性树脂和不连续碳纤维， 且不连续碳纤维无规分布的复 合材料。 权 利 要 求 书 CN 103561936 A 3 1/13 页 4 接合体的制造方法 技术领域 0001 本发明涉及对以热塑性树脂为基体且含有不连续碳纤维的复合材料进行接合的 接合体的制造方法。 背景技术 0002 通常， 作为以热塑性树脂为基体的复合材料的接合方法， 可以举出利用螺栓 - 螺 母和 / 或铆钉的连结、 粘合剂、 熔敷等。 0003 在利用螺栓 -。
9、 螺母或铆钉进行连结时， 需要在母材上开孔。因此， 存在着母材强度 降低、 加工程序增加等问题。 而且， 尽管近年碳纤维复合材料因其强度和质量轻而作为具有 轻量化效果的材料而受到关注， 但是， 一旦利用螺栓 - 螺母或者铆钉的连结位置增多， 则随 着连结部件的增加而导致重量增加， 从而有损于使用碳纤维复合材料的益处。而利用粘合 剂的接合由于无法实现高接合强度， 因此不适用于结构部件。 0004 就熔敷而言， 有利用加热板、 振动、 超声波的熔敷方法。由于这类方法中使原材料 直接一体化， 不会因接合而增加重量， 能够实现高强度， 因此是非常有利于热塑性树脂的接 合方法。 但由于加热板熔敷中会出现。
10、拉丝现象， 因此存在树脂附着于加热板的问题 ； 在振动 熔敷中， 每一个工件都需要专用夹具， 还需要使接合面振动， 因此存在无法应对复杂形状的 问题 ； 在超声波熔敷中， 存在着变幅杆 （horn） 的尺寸受到限制、 无法应对大型工件和产生 高频噪声的问题。 0005 已知还有向含有导电性材料的树脂通电， 使导电性材料发热， 从而将树脂熔融进 行熔敷的方法。专利文献 1 中记载了使得由导电性热塑性树脂成型的两个塑料成形体接 触， 在向两成形体之间通电使两者的接触部位发热熔融的状态下进行压接的塑料成形体的 接合方法。但该方法中用于发热熔融的电流高达非常高的 500 1200 安培 （专利文献 1。
11、 的 第 3 页左上栏） ， 尚有改善的余地。 0006 专利文献 2 中公开了使得由热塑性树脂和碳纤维制成的两个树脂复合体相互熔 融固化来制造热粘合体的方法。但在该方法中， 也要施加高达 10 万安培的极大量的电流 （专利文献 2 的第 【0030】 段） 。 0007 在非专利文献 1 中， 公开了将由热塑性树脂和碳纤维制成的两个复合体夹持在电 极之间进行通电焊接的方法。 但是， 其碳纤维使用连续纤维的单向材料， 因此存在着复合体 产生挠曲的缺点 （非专利文献 1 的第 264 页左栏） 。 0008 这样， 作为以热塑性树脂为基体的复合材料的接合方法， 现在尚不存在不受工件 尺寸及形状的。
12、影响、 以低电流短得到无挠曲等缺点的高强度接合体的方法。 0009 专利文献 1 ： 日本特开昭 62-62733 号公报 0010 专利文献 2 ： 日本特开 2009-73132 号公报 0011 非专利文献1 ：“碳纤维增强热塑性复合材料利用阻抗点焊的接合” ， 守屋一政，日 本航空宇宙学会志 ， 第 42 卷第 259 266 页， 1994 年 4 月。 说 明 书 CN 103561936 A 4 2/13 页 5 发明内容 0012 本发明的目的在于提供一种能够以低电流在短时间内得到含有热塑性树脂和碳 纤维的复合材料制成的、 且挠曲等变形少的高强度接合体的方法。 0013 本发明。
13、人为了解决上述课题进行了深入研究后， 结果发现 ： 在将含有热塑性树脂 和碳纤维的多个复合材料叠合， 用电极夹持进行通电， 利用焦耳热使热塑性树脂熔融进行 熔敷来制造接合体的方法中， 当将热塑性树脂中无规 （random） 分布有不连续碳纤维的材料 用作复合材料时， 能够以低电流得到挠曲的产生少、 强度高的接合体， 至此完成了本发明。 0014 即， 本发明涉及一种接合体的制造方法， 其具备下述各工序 ： 0015 （i） 制备含有热塑性树脂和不连续碳纤维， 不连续碳纤维无规分布的多个复合材 料的工序 ； 0016 （ii） 将多个复合材料叠合的工序 ； 0017 （iii） 以一对电极夹持叠。
14、合部位的至少一部分的工序 ； 和 0018 （iv） 在电极之间通电， 利用焦耳热使热塑性树脂熔敷的工序。 0019 且本发明还涉及一种接合体的制造装置， 其用于制造含有热塑性树脂和不连续碳 纤维， 且不连续碳纤维无规分布的多个复合材料叠合而成的接合体， 其具备 ： 0020 （i） 与相互叠合的多个复合材料中的一侧表面层接触的第一电极 ； 0021 （ii） 与相互叠合的多个复合材料中的另一侧表面层接触的第二电极 ； 0022 （iii） 在第一电极和第二电极之间通电的电源 ； 0023 （iv） 与第一电极和第二电极中的至少一个电极连接的加压机构 ； 和 0024 （v） 控制接合电流和通。
15、电时间的控制装置， 0025 由第一电极和第二电极夹持多个复合材料的叠合部位中的至少一部分， 在加压的 状态下向电极之间通电， 利用焦耳热将热塑性树脂熔敷。 附图说明 0026 图 1 为本发明的制造方法的一例。 0027 图 2 为本发明的制造方法的一例。 0028 图 3 为本发明的制造方法的一例。 0029 图 4 为本发明的制造方法的一例。 0030 图 5 为本发明的制造方法的一例。 0031 图 6 为按照实施例 10 制造的接合体的立体图。 0032 符号说明 0033 4 电源 0034 12 电极 0035 13 电极 0036 W1 复合材料 0037 W2 复合材料 00。
16、38 22 电极 0039 23 电极 0040 32 带有加压辅助的电极 说 明 书 CN 103561936 A 5 3/13 页 6 0041 32a 电极 0042 32b 加压辅助部件 0043 33 带有加压辅助的电极 0044 33a 电极 0045 33b 加压辅助部件 0046 42 带有加压辅助的电极 0047 42a 电极 0048 42b 加压辅助部件 0049 43 带有加压辅助的电极 0050 43a 电极 0051 43b 加压辅助部件 0052 52 带有加压辅助的电极 0053 52a 电极 0054 52b 加压辅助部件 0055 53 带有加压辅助的电极 。
17、0056 53a 电极 0057 53b 加压辅助部件 0058 54 复合材料 0059 55 复合材料 0060 56 接合部 具体实施方式 0061 下面说明本发明的具体实施方式。 0062 复合材料 0063 本发明所用的复合材料是以热塑性树脂为基体、 含有不连续碳纤维的复合材料。 由于含有不连续碳纤维， 因此能够使通常为绝缘体的热塑性树脂表现出导电性。 0064 碳纤维以 PAN 系碳纤维、 沥青系碳纤维等为代表。根据用途不同， 可选择 PAN 系、 沥青系， 但在要求更高强度的情况下， 通常使用 PAN 系碳纤维。 0065 “不连续碳纤维” 是指纤维中的平均纤维长度为 0.1 3。
18、00mm 的碳纤维。 “不连续 纤维” 之外的纤维被称为 “连续纤维” 。 0066 作为不连续纤维的平均纤维长度， 优选为 5mm 100mm， 更优选为 8mm 以上、 80mm 以下， 进一步优选为 10mm 以上、 5mm 以下， 特别优选为 10mm 以上、 40mm 以下。 0067 平均纤维长度是用游标卡尺和放大镜测量并记录至1mm单位的随机抽出的100根 强化纤维的长度， 根据下式， 由测得的全部的强化纤维的长度 （Li， 其中， i=1 100 的整数） 求出平均纤维长度 （La） 。 0068 La=Li/100 0069 本发明中的构成复合材料的碳纤维优选为以下式 （1）。
19、 定义的临界单丝数 0070 临界单丝数 =600/D （1） 0071 （在此， D 为碳纤维的纤维平均直径 （m） ） 说 明 书 CN 103561936 A 6 4/13 页 7 0072 以上的碳纤维束相对于碳纤维总量的体积比例为 20% 以上、 低于 99% 的碳纤维。 0073 纤维平均直径是用显微镜将纤维截面放大至 1000 倍以上， 并拍摄照片， 从中随机 挑选 50 根纤维的截面， 将该纤维截面的外接圆的直径记作纤维直径， 通过下式从测得的全 部纤维直径 （Di， 其中， i=1 50 的整数） 求出纤维平均直径 （Da） 。 0074 Da=Da/50 0075 在该范围。
20、以外的范围中， 当存在单丝状态的碳纤维或者以低于临界单丝数的状态 构成的开松的其它碳纤维束时， 复合材料的成形性良好， 因此优选。在此， 尽管碳纤维束相 对于碳纤维总量的比例低于 20% 时， 具备能够得到表面品质优异的接合体的优点， 但由于 复合材料难以均匀加热， 因此难以得到机械物性优异的接合体。当该碳纤维束的比例达到 99% 以上时， 则碳纤维的混杂部局部变厚， 难以得到薄壁制品， 且还有容易损伤复合材料的 无规性的可能。碳纤维束的范围以体积比例计优选为 30% 以上、 低于 90%。 0076 并且优选为， 由临界单丝数以上构成的碳纤维束中的平均纤维数 （N） 满足下式 （2） 。 0。
21、077 0.7104/D2 N 1105/D2 (2) 0078 （在此， D 为碳纤维的纤维平均直径 （m） ） 。 0079 平均纤维数是通过用镊子取出 100mm100mm 左右的范围内的全部纤维束， 测量 并记录强化纤维束 （A） 的束数 （I） 及强化纤维束的长度 （Li） 和质量 （Wi） 。对于镊子无法取 出的细小纤维束， 收集起来并最后测量其质量 （Wk） 。质量测量采用能够测量低达 1/100mg （0.01mg） 的天平。 0080 根据强化纤维的纤维直径 （D） 计算临界单丝数， 将其分成临界单丝数以上的强化 纤维束 （A） 和其它纤维束。需要说明的是， 当使用两种以上的。
22、强化纤维时， 则按照纤维种类 单独分束， 对各种纤维进行测量和评价。 0081 强化纤维束 （A） 和平均纤维数 （N） 的求法如下。根据所用强化纤维的纤度 （F） ， 按 照下式求出各强化纤维束中的纤维根数 （Ni） 。 0082 Ni=Wi/(LiF) 0083 根据强化纤维束 （A） 的束数， 按照下式求出强化纤维束 （A） 中的平均纤维数 （N） 。 0084 N=Ni/I 0085 使用强化纤维的密度 （） 通过下式求出强化纤维束 （A） 相对于垫块 （mat） 的纤维 总量的比例 （VR） 。 0086 VR=（Wi/） 100/（ （Wk+Wi） /） 0087 具体而言， 当碳。
23、纤维的纤维平均直径为 5 7m 时， 临界单丝数为 86 120 根。 当碳纤维的纤维平均直径为 5m 时， 纤维束中的平均纤维数为 280 4000 根的范围， 其中 优选为 600 2500 根的范围。当碳纤维的纤维平均直径为 7m 时， 纤维束中的平均纤维 数为 142 2040 根的范围， 其中优选为 300 1600 根的范围。 0088 当上述碳纤维束中的平均纤维数 （N） 在 0.7104/D2以下时， 难以实现高纤维体积 含有率 （Vf） 。且当该碳纤维束中的平均纤维数 （N） 在 1105以上时， 容易产生局部较厚部 分， 易成为空腔的成因。为了得到 1mm 以下的薄壁复合材。
24、料， 在仅使用分丝后的纤维时， 疏 密度大， 无法实现良好的物性。而在将全部纤维开松的情况下， 尽管容易得到更薄的制品， 但存在纤维的混杂区增多， 无法得到纤维体积含有率高的制品的情况。 通过使上述式 （1） 定 说 明 书 CN 103561936 A 7 5/13 页 8 义的临界单丝以上的碳纤维束与单丝状态碳纤维或不足临界单丝数的碳纤维共存， 能够实 现薄壁化， 且物性表达率高的复合材料。 令人惊奇的是， 能够提供能够以低电流短时间实现 接合的复合材料。发明人推断， 满足上述条件的碳纤维束、 碳纤维的长度、 以及碳纤维与热 塑性树脂的含有比例与接合性相关。特别是由于碳纤维束的碳纤维密度高。
25、， 单向纤维长度 由于是非连续纤维而较短。即， 碳纤维的混杂部分被认为适度。 0089 本发明的复合材料中的碳纤维的含量以体积比例 （Vf） 计优选为 10 90%。当 Vf 在 10% 以上时， 能够稳定实现向复合材料的通电。当 Vf 在 90% 以下时， 能够确保阻抗值， 得 到焦耳热量。为了得到通电和发热方面均稳定的接合体， 更优选为 Vf 为 20 55%、 进一步 优选为 Vf 为 20 50%。 0090 碳纤维的取向在大致平行于与电流的流动方向、 即通电方向垂直的方向 （面内方 向） 上为无规态。由于电流通常沿碳纤维流动， 因此， 复合材料的面内方向中碳纤维无方向 性即无规分布的。
26、复合材料能够在厚度方向稳定通电。 0091 其中， 由于具有一定电阻抗值的碳纤维能够稳定接合， 因此优选为均质无规。在 此， 不连续纤维无规分布复合材料是指， 例如在碳短纤维叠合配置的复合材料的情况下， 是 特征为碳纤维由平均纤维长度5100mm的不连续碳纤维构成、 碳纤维在253000g/m2的 单位面积重量下基本上二维无规取向的无规垫块成形而得的复合材料。 0092 适用于本发明的无规垫块是该无规垫块的面内方向的物性例如， 强度、 弹性 模量、 导电性基本不具备各向异性， 在面内方向呈各向同性的垫块。此外， 该无规垫块 中的碳纤维的面内方向中的各向同性在所得接合体中得以维持。 0093 需。
27、要说明的是， 在本发明中， 分别对最终所得接合体的面内任意方向及其与之正 交的方向进行拉伸试验， 测量拉伸弹性模量， 并计算两拉伸弹性模量值中较大值除以较小 值的比值 （E） 。 该E值不高于2则该接合体被认为是各向同性接合体。 E不高于1.3， 则各向同性更优。 0094 复合材料中的基体树脂为热塑性树脂。 作为热塑性树脂， 优选为选自聚酰胺、 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、 聚萘二甲酸乙二醇酯、 聚乙烯、 聚丙烯、 聚苯乙烯、 聚甲基丙烯酸甲酯、 AS 树脂和 ABS 树脂中 的至少一种。 热塑性树脂没有特别限定， 只。
28、要是能够利用焦耳热熔解的树脂即可， 可根据各 种用途适当选择。 0095 只要调节不连续碳纤维的含量和种类并能够达到期望的电阻抗值， 则可以不拘热 塑性树脂的种类进行熔敷。复合材料的接合部位所含的不连续碳纤维的重量比例优选为， 相对于每 100 重量份热塑性树脂， 不连续碳纤维为 10 1000 重量份。更优选为相对于每 100 重量份的热塑性树脂， 不连续碳纤维为 10 300 重量份、 进一步优选为 10 150 重量 份。但接合部位以外的复合材料中所含不连续碳纤维的重量比例不限于此。 0096 另外， 在无损于本发明目的的范围内， 复合材料中可以含有不连续碳纤维以外的 各种填料、 添加剂。
29、。 作为添加剂， 例如可以举出阻燃剂、 热稳定剂、 紫外线吸收剂、 成核剂、 增 塑剂等， 但不限于此。 0097 接合体的制造方法 0098 图 1 为用于说明利用阻抗焊接的接合方法的第一实施方式的装置的示意图。是 12、 13 为一对电极、 4 为电源、 W1、 W2 为被焊接件的复合材料的示意图。在本发明中， 将以热 说 明 书 CN 103561936 A 8 6/13 页 9 塑性树脂为基体的含有不连续碳纤维的复合材料 W1、 W2 叠合， 将叠合部位的一部分夹在一 对电极之间并向电极之间通电。具体而言， 将两片以上的复合材料 W1、 W2 叠合， 同时用电极 12、 13将叠合部位。
30、的至少一部分夹持， 并使电流流过电极12、 13之间。 此时， 为了简化工艺， 优选以电极 12、 13 夹持并固定复合材料， 且对其加压。这样进行的复合材料的固定优选在 以电极进行加压的状态下进行。 0099 在本接合方法中， 只要能够夹持复合材料 W1、 W2 并通电即可， 通过多点接合， 能够 应对所有尺寸的复杂形状的成形品。 0100 作为用于接合的电源 4， 既可以是交流电源， 也可以是直流电源。但为实现有效发 热， 优选为直流电源。 0101 所用电极 12、 13 的材质、 电极直径无特别限定， 但作为材质， 优选采用铜或铜合 金， 作为电极直径优选为 3 30。电极 12、 1。
31、3 的形状无特别限定， 在本实施例中， 使用 棒状电极。另外， 电极 12、 13 中的至少一个电极与未图示的加压装置连接， 优选以规定的压 力对复合材料 W1、 W2 进行加压。 0102 由于本发明是利用焦耳热将基体树脂熔解进行熔敷的方法， 因此优选以与基体树 脂的熔点、 不连续碳纤维的含量等匹配的方式控制通电量。 0103 接合时流过的电流值优选为 10A 500A、 更优选为 10A 200A。 0104 通电时间优选为 10 秒以内， 实际下限为 0.1 秒。此时优选控制为以额定电流通电 规定时间， 或者控制为额定功率， 但不限于此。加压压力优选在 0.01MPa 以上， 实际上限为。
32、 1000MPa。 0105 另外， 上述的接合电流和通电时间可根据复合材料 W1、 W2 的材质、 大小、 厚度等条 件变更。例如， 接合电流可以为 5 250A， 更优选为 5 100A。此外， 接合电流的通电时 间可以为 10 秒以上， 优选为再长也在 30 秒以内。例如， 接合电流为 5 100A， 通电时间为 1 20 秒。 0106 图 2 为用于说明利用阻抗焊接的接合方法的第二实施方式的装置的示意图。第二 实施方式的电极结构与第一实施方式不同， 其它结构相同。 0107 该实施方式的电极 22、 23 采用辊状电极。辊状电极 22、 23 与电源 4 连接， 被施加 了规定的电压。
33、， 因此， 能够随着辊状电极 22、 23 的转动连续地将复合材料 W1、 W2 接合。只是 在使用辊状电极 22、 23 的情况下， 通电方式与上述棒状电极 12、 13 同样也是间歇进行。通 过这样将复合材料 W1、 W2 夹持在辊状电极之间， 使辊状电极转动， 就能够在对复合材料加 压的状态下进行通电。 0108 需要说明的是， 在使用辊状电极 22、 23 通电以接合电流的情况下， 除了在转动电 极 22、 23 的状态下连续通入接合电流的方式以外， 也可以通入脉冲状接合电流。在该情况 下， 相当于一次通电时间的 1 脉冲的时间与上述第一实施方式同样优选在 30 秒之内， 更优 选为 。
34、1 20 秒， 实际下限为 0.1 秒。 0109 图 3 为用于说明利用阻抗焊接的接合方法的第三实施方式的装置示意图。 0110 在含有热塑性树脂的复合材料的阻抗焊接的接合中， 根据通电时间的长短， 会出 现因发热导致复合材料 W1、 W2 挠曲或变形的情况。为此， 如图 3 所示， 在第三实施方式中， 采用分别在一对电极32a、 33a设置了加压辅助部件32b、 33b的带有加压辅助的电极32、 33， 从上下方向按压位于电极 32a、 33a 的外延长线的复合材料 W1、 W2。优选为这样对电极及其 说 明 书 CN 103561936 A 9 7/13 页 10 周边加压的状态下对其进。
35、行夹持。加压辅助部件 32b、 33b 由耐热性好的电绝缘材料， 例如 氟树脂、 特别是聚四氟乙烯 （PTFE） 、 陶瓷等制成， 加压辅助部件 32b、 33b 的底面， 即其与复 合材料 W1、 W2 的接触面以与电极 32a、 33a 的底面一致的方式分别固定于电极 32a、 33a。 0111 根据第三实施方式， 由于以比电极 32a、 33a 的通电面积还大的面积对复合材料 W1、 W2 进行加压， 因此能够抑制因加热导致复合材料 W1、 W2 发生挠曲或变形的情况。此外， 由于以比通电面积还大的面积对复合材料 W1、 W2 进行加压， 因此能够扩大复合材料 W1、 W2 的熔融面积。
36、， 从而能够提高接合强度。在未设该加压辅助部件 32b、 33b 的情况下， 当复合材 料 W1、 W2 出现了挠曲或变形时， 流入复合材料 W1 和 W2 之间所产生的缝隙的熔融树脂将有 可能与空气接触而导致熔融树脂表面氧化， 以致难以熔敷。因此优选这样在对电极及其周 边进行加压的状态下进行复合材料的固定。 0112 另外， 还可以不仅在通电期间， 而且在通电后也维持规定时间的对电极及其周边 加压的状态。例如， 优选在切断接合电流的通电后， 仍维持从复合材料 W1、 W2 上下方向以规 定的加压压力按压电极和加压辅助部件的状态 1 30 秒。考虑到通电后即从复合材料撤 去电极和加压辅助部件将。
37、有可能因残存放热使得复合材料出现挠曲或变形， 因此， 通过在 通电后仍向对应于复合材料的接合部位周边的复合材料表面进行按压， 将能够抑制发热导 致的复合材料的挠曲或变形。 0113 图 4 表示第三实施方式的变形例。在该变形例中， 采用设有独立于电极 42a、 43a 而另行设于电极 42a、 43a 的外延长线的从上下方向按压复合材料 W1、 W2 的加压辅助部件 42b、 43b 的带有加压辅助的电极 42、 43。加压辅助部件 42b、 43b 与不同于电极 42a、 43a 所 用的其它未图示的加压机构连接。 0114 由于根据该变形例能够改变电极42a、 43a的加压力和电极42a、。
38、 43a的外延部的加 压力， 因此， 即使在复合材料 W1、 W2 的表面不平坦或接合过程中复合材料 W1、 W2 的表面出 现变形的情况下， 也能够确保电极 42a、 43a 与复合材料 W1、 W2 的接触。另外， 可以在开始进 行复合材料 W1、 W2 的接合之前首先利用加压辅助部件 42b、 43b 以规定压力使复合材料 W1、 W2被压接并被固定， 然后以规定压力使电极42a、 43a与复合材料W1、 W2接触后再开始接合。 这样， 就能利用独立的加压机构进行利用电极 42a、 43a 的加压和利用电极周边的加压辅助 部件 42b、 43b 的加压。 0115 需要说明的是， 尽管在。
39、该变形例中采用加压辅助部件 42b、 43b 两者均能够独立于 电极 42a、 42b 进行加压的结构， 但也可采用加压辅助部件 42b、 43b 中的某一部件， 例如， 只 有配置在复合材料 W1 之上的电极 42a 的外延部的加压辅助部件 42b 能够独立进行加压的 结构。 0116 此外， 在如上述第二实施方式所示地使用辊状电极 22、 23 的情况下， 通过在电极 22、 23 的各自的两端设置辊状加压辅助部件， 能够在抑制复合材料 W1、 W2 的挠曲或变形的 状态下进行连续接合。 0117 例如， 如图5所示， 本发明也可适用于电极52a、 53a的各自两端设有辊状加压辅助 部件 。
40、52b、 53b 的带有辊状加压辅助的电极 52、 53。 0118 复合材料的变更 0119 接合的复合材料的厚度无特别限定， 只要能固定且能通电即可。优选为单张复合 材料厚度为 0.1 10mm、 更优选为单张 0.5 5mm、 进一步优选为单张 0.5 2mm。 说 明 书 CN 103561936 A 10 8/13 页 11 0120 在本发明的接合体的制造方法中， 在熔敷的复合材料之间， 可夹持热塑性树脂小 片或以热塑性树脂为基体的含有不连续碳纤维的复合材料的小片。所谓小片是指具有接 合后不致影响产品形状、 产品尺寸的大小的构件， 其形状和尺寸没有限定， 例如为 33mm 的切片 。
41、（pellet） 等。构成小片的热塑性树脂可以与复合材料中的材质相同也可不同。另 外， 小片中所含的不连续碳纤维可以与复合材料中的材质相同也可不同。 0121 另外， 在本发明的接合体的制造方法中， 可以在熔敷的复合材料中设置由基材或 复合材料形成的突起形状。所谓突起形状是指具有接合后不致影响产品形状、 产品尺寸的 大小的形状， 其形状和尺寸没有限定， 例如为 3 的高度 3mm 的圆锥状突起等。 0122 在本发明的接合体的制造方法中， 优选熔敷的复合材料之间夹持选自不连续碳纤 维、 导电纤维和导电片材中的至少一种。 作为导电纤维， 可举出碳纤维、 金属纤维， 作为纤维 形状， 除了连续纤维。
42、的单向材料以外， 还可举出织物、 编织物、 无纺布 ； 作为导电片材， 可举 出碳纤维复合材料、 金属板、 金属箔等， 但不限于此。 0123 制造装置 0124 本发明的制造装置用于制造含有热塑性树脂和不连续碳纤维， 且不连续碳纤维无 规分布的多个复合材料 （W1、 W2） 叠合而成的接合体， 其具备 ： 0125 （i）与相互叠合的多个复合材料中的一侧表面层接触的第一电极 （12、 22、 32a、 42a、 52a） ； 0126 （ii） 与相互叠合的多个复合材料中的另一侧表面层接触的第二电极 （13、 23、 33a、 43a、 53a） ； 0127 （iii） 在第一电极和第二电。
43、极之间通电的电源 （4） ； 0128 （iv） 与第一电极和第二电极中的至少一个电极连接的加压机构 （未图示） ； 和 0129 （v） 控制接合电流和通电时间的控制装置 （未图示） ， 0130 由第一电极和第二电极夹持多个复合材料的叠合部位中的至少一部分， 在加压的 状态下向电极之间通电， 利用焦耳热将热塑性树脂熔敷。 0131 制造装置优选具有对电极周边进行加压的加压辅助机构。另外， 优选为电极的加 压机构和对电极周边进行加压的加压辅助机构各自独立起作用。 第一电极和第二电极优选 为辊状， 且在辊间夹持相互叠合的复合材料， 在加压的状态下通电。 0132 接合方法 0133 本发明包括。
44、将含有热塑性树脂和碳纤维的多个复合材料叠合， 向叠合部位的至少 一部分通电， 将热塑性树脂熔敷， 从而将复合材料接合的方法， 其特征在于， 0134 作为复合材料， 使用含有热塑性树脂和不连续碳纤维， 不连续碳纤维无规分布的 复合材料。 根据本发明， 由于使用不连续碳纤维无规分布的复合材料， 因此被接合的复合材 料不易产生挠曲等变形。 0135 即， 本发明包括抑制了将含有热塑性树脂和碳纤维的多个复合材料叠合， 向叠合 部位的至少一部分通电， 将热塑性树脂熔敷而将复合材料接合时产生变形的方法， 其特征 在于， 0136 作为复合材料， 使用含有热塑性树脂和不连续碳纤维， 不连续碳纤维无规分布的。
45、 复合材料。 0137 实施例 说 明 书 CN 103561936 A 11 9/13 页 12 0138 下面基于实施例具体说明本发明， 但本发明并非限定于此。 0139 实施例 1 0140 （复合材料） 0141 无规配置切割为平均纤维长度 20mm 的碳纤维 （东邦 Tenax 株式会社制 Tenax STS40、 纤维平均直径 7m） ， 使其平均单位重量为 540g/m2、 碳纤维的重量比例为 52%， 基体 使用 UNITIKA 株式会社制 UNITIKA 尼龙 6， 制成碳纤维复合材料。 0142 （固定， 通电） 0143 用该复合材料制备两张尺寸为 100mm25mm2m。
46、m 的板材并叠合， 用电极夹持叠 合部分。此时， 使用前端为 12 的铜制电极， 加压力为 6.6kN （58.4MPa） 。在加压状态下由 直流电源通入 60A 的电流 1 秒钟。接合点数量为 1。 0144 （评价） 0145 使用 Instron 公司制万能试验机 5587 300kN 容量坐地式试验机， 以 1mm/min 的速 度对所得接合体进行拉伸剪切试验， 结果是破坏强度为 1.61kN。确认所得接合体无挠曲等 变形。 0146 实施例 2 0147 制备与实施例1同样的两张复合材料并叠合， 使用前端为5的铜制电极夹持。 加 压力为 3.4kN（173MPa） ， 由直流电源通入。
47、 60A 的电流 2 秒钟。接合点数量为 1。 0148 （评价） 0149 使用 Instron 公司制万能试验机 5587 300kN 容量坐地式试验机， 以 1mm/min 的速 度对所得接合体进行拉伸剪切试验， 结果是破坏强度为 2.77kN。确认所得接合体无挠曲等 变形。 0150 实施例 3 0151 （复合材料） 0152 无规配置切割为平均纤维长度 20mm 的碳纤维 （东邦 Tenax 株式会社制 Tenax STS40、 纤维平均直径 7m） ， 使其平均单位重量为 540g/m2、 碳纤维的重量比例为 52%， 基体 使用 UNITIKA 株式会社制 UNITIKA 尼龙。
48、 6， 制成碳纤维复合材料。 0153 （固定， 通电） 0154 用该复合材料制备两张尺寸为 100mm25mm1.5mm 的板材并叠合， 用电极夹持 叠合部分。此时， 内侧使用 7 的铜制电极， 外侧使用 16 的氟树脂制带有加压辅助的电 极。电极之间的加压力为 5.6kN （27.9MPa） 。在加压状态下由直流电源通电。在最初的 0.5 秒内， 电流值从 5A 上升到 50A， 此后则保持 50A 通电 1.5 秒。接合点数量为 1。 0155 （评价） 0156 使用 Instron 公司制万能试验机 5587 300kN 容量坐地式试验机， 以 1mm/min 的速 度对所得接合体进行拉伸剪切试验， 结果是破坏强度为 4.34kN。确认所得接合体无挠曲等 变形。 0157 比较例 1（单向材料） 0158 在碳纤维束 （东邦 Tenax 株式会社制 Tenax STS40， 纤维平均直径 7m） 被延展为 宽度 16mm 的状态下单向并丝而得的片材的上下方向，。