JP7722959B2

JP7722959B2 - 金属樹脂複合材及びそれを用いた車両、並びに金属樹脂複合材の解体方法

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Publication number: JP7722959B2
Application number: JP2022071194A
Authority: JP
Inventors: 剛資近藤; 慎吾田中; 俊介森; 亮上田; 忠正金保
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2022-04-22
Filing date: 2022-04-22
Publication date: 2025-08-13
Anticipated expiration: 2042-04-22
Also published as: JP2023160676A

Description

本発明は、金属樹脂複合材及びそれを用いた車両、並びに金属樹脂複合材の解体方法に関する。

環境規制や省エネ対応に伴い、自動車、航空機、鉄道車両など、移動体の軽量化が進められている。中でも、構成部材を、金属部材に繊維を含有した繊維強化樹脂を貼り付けて構成することにより、軽量化かつ剛性向上が図られている。特許文献１には、鉄道車両構体のダブルスキン材に炭素繊維強化樹脂を貼り付け、構体の剛性を向上させることが記載されている。

特開２０１３－８６５８８号公報

特許文献１に記載の技術は、金属と繊維強化樹脂を接着剤で接合し、場合によってはリベットやハックボルト等を使用する。これら金属と樹脂の金属樹脂複合材は、使用時には部材間が強固に接着もしくは接合している必要があるが、製造時に不良品となった場合や、製品の使用後には、部材が容易に分離でき、金属、樹脂といった構成部材をリサイクルできることが望ましい。環境規制強化により、リサイクル性も強く要求され、この、接着性と易解体性という、相反する特性を両立することは困難である。特許文献１の技術では、接着剤の使用により金属と繊維強化樹脂同士が剥離し難く、繊維樹脂部材のリサイクルが困難である。

そこで本発明は、容易に解体できる、金属部材と繊維強化樹脂を接着剤で接合した金属樹脂複合材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明の「金属樹脂複合材」の一例を挙げるならば、金属部材と繊維強化樹脂が接着剤を介して接合されている金属樹脂複合材であって、前記繊維強化樹脂は、接着剤と可逆的に解離及び結合可能な動的共有結合を有する樹脂と繊維から構成され、前記接着剤のガラス転位温度が前記繊維強化樹脂のガラス転位温度より低いことを特徴とする。

また、本発明の「金属樹脂複合材の解体方法」の一例を挙げるならば、金属部材と繊維強化樹脂が接着剤を介して接合されている金属樹脂複合材を解体する方法であって、前記繊維強化樹脂と前記金属部材の接合部分を、前記接着剤のガラス転位温度以上、前記繊維強化樹脂のガラス転位温度以下の温度に加熱し、接合を解くことで、前記金属部材と前記繊維強化樹脂とを分離して前記金属樹脂複合材を解体することを特徴とする。

本発明によれば、金属樹脂複合材の加熱によって接着剤と繊維強化樹脂間の化学結合が結合の可逆性により解離し、金属部材と繊維強化樹脂を容易に分離することが可能となる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の金属樹脂複合材の断面模式図である。本発明の金属樹脂複合材における、繊維強化樹脂の官能基と接着層の官能基との作用を示す図であり、繊維強化樹脂と接着層とが化学的に接合している状態を示す図である。本発明の金属樹脂複合材の解体方法を示す図である。本発明の金属樹脂複合材を用いた自動車の模式図である。本発明の金属樹脂複合材を用いた鉄道車両の模式図である。

以下に、本発明の金属樹脂複合材及び金属樹脂複合材の解体方法の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし主旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

図１は、金属樹脂複合材１０の断面図である。金属樹脂複合材１０は、接着剤と可逆的に解離及び結合する共有結合（以下、動的共有結合という。）を有する繊維強化樹脂１と、金属部材２とを接着層３を介して接合して構成される。繊維強化樹脂１と接着層３とは、繊維強化樹脂１の表面に存在する官能基と接着層３の表面に存在する官能基との間で動的共有結合が形成されている。

動的共有結合は例えばエステル結合であり、目標官能基は例えばヒドロキシル基であるが、いずれもこれらに限られない。動的共有結合について、化学式１を参照して説明する。化学式１は、本発明の動的共有結合の構造である。なお、化学式１はエステル交換反応で得られる構造の一部である。なお、この化学反応式において、Ｒ、Ｒ’及びＲ’’は任意の化学構造を表す。例えば、表面に存在する官能基同士の結合により動的共有結合が形成されることで、繊維強化樹脂１と接着層３とが化学的に接合されている。化学式１において、左辺は結合状態を示している。

一方で、左辺の状態において、少なくとも接合部分を加熱し、応力をかけることにより動的共有結合の組み換えが行われ、反応が右辺に進行する。これにより、繊維強化樹脂１のＲ’Ｏと、接着層３のＲ’’ＯＨとによって形成された動的共有結合が解離され、右辺第１項に示す繊維強化樹脂１及び右辺第２項に示す接着層３が得られる。この結果、繊維強化樹脂１と接着層３との間で形成されていたエステル結合が容易に切断されることで動的共有結合の組み換えが生じ、接合が解かれる。

本発明の繊維強化樹脂の樹脂は、接着剤と動的共有結合を形成する樹脂であれば特に制限されず、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂等の少なくとも１種が挙げられる。中でも、エポキシ樹脂であることが好ましい。エポキシ樹脂は、エポキシ化合物と硬化剤である酸無水物の組成比を調整することで、硬化反応により、容易に動的共有結合であるエステル基と水酸基を導入することができるという利点が得られる。以下、一例として繊維強化樹脂の樹脂としてエポキシ樹脂である場合を例示するが、第１樹脂はエポキシ樹脂に限定されない。

エポキシ樹脂は、例えば、分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物と、カルボン酸又はカルボン酸無水物から選択される少なくとも１種の硬化剤と、エステル交換反応を促進させるエステル交換反応触媒とを含む混合物の硬化により得られる。混合物は、更に、重合開始触媒等を含んでもよい。

分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物としては、ビスフェノールＡ型樹脂、ノボラック型樹脂、脂環式樹脂、グリシジルアミン樹脂が好ましい。エポキシの例としては、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルフェノール、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、ビスフェノールＳジグリシジルエーテル、レゾシノールジグリシジルエーテル、ヘキサヒドロビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエステル、ダイマー酸ジグリシジルエステル、トリグリシジルイソシアヌレート、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、クレゾールノボラックポリグリシジルエーテル、テトラブロムビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールヘキサフロロアセトンジグリシジルエーテル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

硬化剤であるカルボン酸、酸無水物の例としては、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、３－ドデセニル無水コハク酸、オクテニルコハク酸無水物、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ドデシル無水コハク酸、無水クロレンディック酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビス（アンヒドロトリメート）、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、無水トリメリット酸、ポリアゼライン酸無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、１，２，３，４－ブタンテトラカルボン酸、４－シクロヘキセン－１，２－ジカルボン酸、多価脂肪酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

酸無水物の添加量は、例えばエポキシ基に対して３０モル％以上７０モル％以下である。より好ましくは４０モル％以上６０モル％以下であることが望ましい。酸無水物の量をこの範囲にすることにより、重合後にヒドロキシル基が存在するため、動的共有結合による高分子構造の再編成を効率的に行うことができる。特に、３０モル％以上にすることで、硬化を十分に進行できる。７０モル％以下にすることで、ヒドロキシル基の生成量を増やし、エステル交換反応を進行し易くできる。

また、繊維強化樹脂の樹脂は、ヒドロキシル基、エステル基及び２つ以上のビニル基を有するビニルモノマー、及び、そのビニルモノマーを重合させる重合開始触媒を含んでもよい。ビニルモノマーの具体例としては、２－ヒドロキシメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、４－ヒドロキシブチルアクリレート、ジビニルエチレングリコール、モノメチルフマレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、エチル２－（ヒドロキシメチル）アクリレート、グリセロールジメタクリレート、アリルアクリレート、メチルクロトネート、メチルメタクリレート、メチル３，３－ジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリラート、エチレングリコールジメタクリラート、トリエチレングリコールジメタクリラート、ジメチルフマレート、フマル酸、１，４－ブタンジオールジメタクリラート、１，６－ヘキサンジオールジメタクリラート、１，３－ブタンジオールジメタクリラート、テトラエチレングリコールジメタクリラート、テトラエチレングリコールジアクリラート、ビニルクロトネート、クロトン酸無水物、マレイン酸ジアリル、ネオペンチルグリコールジアクリラート、ネオペンチルグリコールジメタクリラート、トリメチロールプロパントリアクリラート、トリメチロールプロパントリメタクリラート、ビスフェノールＡグリセロラートジメタクリラート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

重合開始触媒としては、過酸化物重合開始剤、アゾ化合物重合開始剤等が挙げられ、具体例として２，２’－アゾビスイソブチロニトリル、２，２’－アゾビス（２，４－ジメチルバレロニトリル）、２，２’－アゾビス（２，４－ジメチル－４－メトキシバレロニトリル）、１，１’－アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリル）、２，２’－アゾビス（２，４，４－トリメチルペンタン）等のアゾ化合物、ジ－ｔ－ブチルパーオキサイド、ジ－ｔ－ヘキシルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド等のジアルキルパーオキサイド類、１，１－ビス（ｔ－ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１－ビス（ｔ－ブチルパーオキシ）－３，３，５－トリメチルシクロヘキサン、２，２－ビス（４，４－ジ－ｔ－ブチルパーオキシシクロヘキシル）プロパン等のパーオキシケタール類、ｔ－ブチルパーオキシベンゾエート、ｔ－ヘキシルパーオキシベンゾエート、ｔ－ブチルパーオキシアセテート、ｔ－ブチルパーオキシラウレート、ｔ－ヘキシルパーオキシネオデカノエート等のパーオキシエステル類、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類、ｔ－ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、ｔ－ヘキシルペルオキシイソプロピルモノカーボネート、ジ－ｎ－プロピルペルオキシジカーボネート、ジイソプロピルペルオキシジカーボネート、ジ－２－エチルヘキシルペルオキシジカーボネート等のペルオキシカーボネート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

エステル交換反応触媒としては、混合物中で均一に分散し、エステル交換反応を促進するものであることが好ましい。例えば、マンガン（III）アセチルアセトナート、マンガン（III）ナフタネート、マンガン（III）イソプロポキシド、マンガン（III）アセテート、ジ（２－エチルヘキサン酸）マンガン（III）、酢酸亜鉛（II）、亜鉛（II）アセチルアセトナート、ナフテン酸亜鉛（II）、アセチルアセトン鉄（III）、アセチルアセトンコバルト（II）、アセチルアセトンコバルト（III）、アルミニウムイソプロポキシド、チタニウムイソプロポキシド、メトキシド（トリフェニルホスフィン）銅（Ｉ）錯体、エトキシド（トリフェニルホスフィン）銅（Ｉ）錯体、プロポキシド（トリフェニルホスフィン）銅（Ｉ）錯体、イソプロポキシド（トリフェニルホスフィン）銅（Ｉ）錯体、メトキシドビス（トリフェニルホスフィン）銅（II）錯体、エトキシドビス（トリフェニルホスフィン）銅（II）錯体、プロポキシドビス（トリフェニルホスフィン）銅（II）錯体、イソプロポキシドビス（トリフェニルホスフィン）銅（II）錯体、トリス（２，４－ペンタンジオナト）コバルト（III）、ナフテン酸コバルト（II）、ステアリン酸コバルト（II）、二酢酸すず（II）、ジ（２－エチルヘキサン酸）すず（II）、Ｎ，Ｎ－ジメチル－４－アミノピリジン、ジアザビシクロウンデセン、ジアザビシクロノネン、トリアザビシクロデセン、トリフェニルホスフィン、２－フェニルイミダゾール、２－フェニル－４－メチルイミダゾール、１－ベンジル－２－フェニルイミダゾール、１－シアノエチル－２－フェニルイミダゾール等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

本発明の繊維強化樹脂１は繊維を含む。繊維を含むことで、繊維強化樹脂の強度及び剛性を向上させることができる。

繊維としては、無機繊維及び有機繊維が挙げられる。例えば無機繊維として、アラミド繊維、ガラス繊維、アスベスト繊維、炭素繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、チタン酸カリウム繊維、チラノ繊維、炭化ケイ素繊維、金属繊維等が挙げられる。また、例えば有機繊維として、高強度ポリエチレン繊維、ポリアセタール繊維、脂肪族又は芳香族ポリアミド繊維、ポリアクリレート繊維、フッ素繊維、ボロン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ（ポリ－ｐ－フェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維等が挙げられる。これらの繊維は、単独又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの繊維のうち、機械的強度等の点から、有機繊維、特に炭素繊維が好ましい。炭素繊維は、その原料により、合成高分子由来の炭素繊維（ポリアクリロニトリル系、ポリビニルアルコール系、レーヨン系炭素繊維等）と、鉱物由来の炭素繊維（ピッチ系炭素繊維等）とに分類できる。これらのうち、機械的強度の観点から合成高分子由来の炭素繊維が好ましい。これらの繊維は、連続繊維、長繊維、短繊維、チョップド等の形状で、一方向材、平織り、不職布等の形状で用いられる。また樹脂中に直接添加して用いられることもあるが、本実施形態ではこれらの繊維形状、繊維状態に限定されるものではない。繊維を含む繊維強化樹脂を作製する方法としては、樹脂を含浸させた繊維を重ねて加圧及び加熱する方法、繊維を敷いた金型内に樹脂を注入して加熱する方法、樹脂中に繊維を混練して射出成型する方法等が挙げられる。

さらに、繊維強化樹脂１は、無機フィラーを含んでも良い。本発明に適用できる無機フィラーとしては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、チタン酸カリウム、炭化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコン、フォステライト、ステアライト、スピレル、ムライト、チタニア等の粉体、また、これらを球形化したビーズ、ガラス繊維等が挙げられる。また、無機フィラーの形状に限定はなく、球状、鱗片状などどれを用いてもよい。

また、繊維強化樹脂１は、必要に応じて、硬化促進剤、難燃剤、酸化防止剤、光安定剤、分散剤、滑剤、可塑剤、帯電防止剤、顔料、染料等の添加剤を配合されてもよい。

本発明の金属部材２は、繊維強化樹脂による補強対象部材である。金属部材２は、鉄鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金等があげられる。

本発明に使用される接着剤は、ウレタン、エポキシ、アクリル樹脂等があげられる。これらは、たとえば動的共有結合の目標官能基としてのヒドロキシル基やエステル基等を有する接着剤である。後述する解体方法に向け、硬化した接着層のガラス転位温度は、繊維強化樹脂のガラス転位温度より低いことが必要になる。

接着剤としてのウレタン樹脂は、ポリオールとポリイソシアネートを重合することにより得られる。ポリオールとポリイソシアネートを所定の比率で、混ぜ合わせ、塗布、硬化工程を経ることで接着層を得ることができる。ポリオールは、特に限定されない。具体的には、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、アクリルポリオール、低分子量のポリオールが挙げられる。これらは単独、または２種類以上を混合して使用することができる。ポリイソシアネートは、特に限定されない。例えば、２，４－トリレンジイソシアネート、２，６－トリレンジイソシアネート、キシレン－１，４－ジイソシアネート、キシレン－１，３－ジイソシアネート、４，４ ’ －ジフェニルメタンジイソシアネート、これらの混合変性体が挙げられる。これらは単独、または２種類以上を混合して使用することができる。

接着剤としてエポキシ樹脂は、分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物と、アミンや酸無水物、カルボン酸とを反応することで得られる。

接着剤としてアクリル樹脂は、アクリルモノマーと硬化剤とを反応することで得られる。

図２は、本発明の金属樹脂複合材における、繊維強化樹脂１の官能基と接着層３の官能基との作用を示す図であり、金属部材２と繊維強化樹脂１とが接着層３を介して接合している状態を示す図である。図２に示すように、金属樹脂複合材１０は、繊維強化樹脂１と接着層３とを備える。繊維強化樹脂１は、接着剤と動的共有結合する樹脂と繊維から構成される。そして、金属樹脂複合材１０では、繊維強化樹脂１と接着層３の界面で、可逆的な解離可能なエステル交換反応が発現する。具体的には、繊維強化樹脂１を構成するエステル基または水酸基と、接着層３のヒドロキシル基またはエステル基との間でエステル結合が形成されることで、繊維強化樹脂１と接着層３とが化学的に接合している。そして、このエステル結合が前記の動的共有結合であり、可逆的に切断されるものである。

図３は、金属樹脂複合材１０を解体する方法である。金属樹脂複合材１０が使用済となり廃棄されることになった際に、繊維強化樹脂１と金属部材２とを分けて廃棄するために、図３に示す方法が適用可能である。金属樹脂複合材１０にて、接合部分を加熱し、剥離の応力をかけることで、繊維強化樹脂１と接着剤３との間で形成されているエステル結合が切断される。この結果、接着力が低くなり、接着層３から繊維強化樹脂１を容易に剥離することができる。この結果、金属樹脂複合材１０を容易に解体することができ、リサイクルすることができる。

これらの加熱は、任意の方法で行うことができる。例えば、加熱は、恒温槽等で全体を加熱してもよいし、所望の位置にマイクロ波又は赤外線を照射して部分的に加熱してもよい。さらには、例えば、電気ヒータ等を用いて加熱した金属板を所望の位置に押しつけることで、加熱してもよい。

分離の際には、繊維強化樹脂１と金属部材２との積層方向に引く力を加えながら加熱してもよいし、そのような力を加えずに加熱してもよい。また、そのような力を加えずに加熱する場合には、加熱後に引く力を加えてこれらを分離することもできる。

加熱温度は、繊維強化樹脂１、接着層３の材料組成及び配合比率によって異なるが、例えば１００℃～１５０℃程度である。この温度は、繊維強化樹脂１に含まれる樹脂のガラス転位温度以下、かつ接着層３のガラス転位温度以上の温度となる。この温度範囲に加熱することで、接着層３が加熱により、ゴム状態となり、弾性率が低下することで剥離が容易となる。また、ゴム状態となることで、エステル交換反応が進行しやすくなり、繊維強化樹脂１と接着層３との界面において、エステル結合が切断され、剥離が容易となる。

加熱温度が接着層３のガラス転位温度以下の場合、エステル交換反応は進行しにくく、接着層３の弾性率は維持したままのため、接着強度は高く、剥離は困難である。また、加熱温度が繊維強化樹脂１のガラス転位温度以上の場合、接着層３に加え、繊維強化樹脂１もゴム状態となるため、剥離が容易になるものの、繊維強化樹脂１の母材破壊が発生するため、リサイクルには適さない。

次に実施例を示しながら本発明を更に具体的に説明する。
金属樹脂複合材の解体方法として、金属樹脂複合材を恒温槽に入れ、その全体を任意の温度で１０分加熱した。１０分の加熱直後、繊維強化樹脂と金属部材を手で剥離し、解体性を評価した。繊維強化樹脂に接着剤が付着していない、および繊維強化樹脂が破壊せず剥離できるものを易解体性を有しているものとした。

以下に具体的に説明する。

［実施例１］
繊維強化樹脂を以下のようにして作製した。まず、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル型のエポキシ化合物（ｊＥＲ８２８、三菱ケミカル社製）１００質量部に対し、酸無水物（ＨＮ－２２００、昭和電工マテリアルズ社製）４４質量部、マンガン（III）アセチルアセトナート(エステル交換反応触媒、東京化成社製)１９質量部、硬化促進剤としての２Ｅ４ＭＺ－ＣＮ（四国化成製）０．３質量部を大気中で攪拌及び混合し、混合物を得た。酸無水物の使用量は、エポキシ化合物の使用量に対して５０モル％（化学両論比で半量）、マンガン（III）アセチルアセトナートの使用量は、エポキシ化合物の使用量に対して１０モル％である。次いで、混合物をバキュームインフュージョン法にて炭素繊維（ＣＯ６３４３Ｂ、東レ製）に含侵後、１００℃で１時間、２００℃で１時間加熱し、混合物を硬化させ、平板状の繊維強化樹脂を得た。この繊維強化樹脂のガラス転位温度は１５０℃である。繊維強化樹脂は、酸無水物とヒドロキシル基との脱水縮合により生じたエステル結合を動的共有結合として表面及び内部に有する。その後、作製した繊維強化樹脂と金属部材であるアルミニウム合金板とをウレタン接着剤で接合し、金属樹脂複合材を得た。なお、ウレタン接着剤のガラス転位温度は８０℃である。作製した金属樹脂複合材を恒温槽に入れ、その全体を１００℃で１０分加熱した。１０分の加熱直後、繊維強化樹脂と金属部材を手で剥離し、解体性を評価した結果、繊維強化樹脂に接着剤が付着せず、繊維強化樹脂が破壊せず剥離できることを確認した。

［実施例２］
実施例１に記載の繊維強化樹脂と金属部材であるアルミニウム合金とをエポキシ接着剤で接合し、金属樹脂複合材を得た。なお、エポキシ接着剤のガラス転位温度は１００℃である。作製した金属樹脂複合材を恒温槽に入れ、その全体を１２０℃で１０分加熱した。１０分の加熱直後、繊維強化樹脂と金属部材を手で剥離し、解体性を評価した結果、繊維強化樹脂に接着剤が付着せず、繊維強化樹脂が破壊せず剥離できることを確認した。

［実施例３］
実施例１に記載の繊維強化樹脂と金属部材であるアルミニウム合金とをアクリル接着剤で接合し、金属樹脂複合材を得た。なお、アクリル接着剤のガラス転位温度は１１０℃である。作製した金属樹脂複合材を恒温槽に入れ、その全体を１３０℃で１０分加熱した。１０分の加熱直後、繊維強化樹脂と金属部材を手で剥離し、解体性を評価した結果、繊維強化樹脂に接着剤が付着せず、繊維強化樹脂が破壊せず剥離できることを確認した。

［比較例１］
酸無水物の使用量を、エポキシ化合物の使用量に対して１００モル％（化学両論比で等量）にしたこと以外は実施例１と同様にして繊維強化樹脂を作製した。比較例１では作製中にエポキシ化合物と酸無水物とが化学両論比通りに反応し、繊維強化樹脂は動的共有結合を有していない。この繊維強化樹脂と金属部材であるアルミニウム合金板とをウレタン接着剤で接合し、金属樹脂複合材を得た。なお、ウレタン接着剤のガラス転位温度は８０℃である。作製した金属樹脂複合材を恒温槽に入れ、その全体を１００℃で１０分加熱した。１０分の加熱直後、繊維強化樹脂と金属部材を手で剥離し、解体性を評価した結果、接着剤の凝集破壊が起こり、剥離後の繊維強化樹脂に接着剤が付着した。これは、接着剤と樹脂は動的共有結合ではないため、界面での結合の組み換えが起きず、容易に剥離できなかったためである。

［比較例２］
実施例１に記載の金属樹脂複合材を恒温槽に入れ、その全体を５０℃で１０分加熱した。１０分の加熱直後、繊維強化樹脂と金属部材を手で剥離し、解体性を評価した結果、接着剤の凝集破壊が起こり、剥離後の繊維強化樹脂に接着剤が付着した。

［比較例３］
実施例１に記載の金属樹脂複合材を恒温槽に入れ、その全体を１８０℃で１０分加熱した。１０分の加熱直後、繊維強化樹脂と金属部材を手で剥離し、解体性を評価した結果、繊維強化樹脂の母材破壊が起こり、繊維強化樹脂が破壊した。

［比較例４］
実施例２に記載の金属樹脂複合材を恒温槽に入れ、その全体を５０℃で１０分加熱した。１０分の加熱直後、繊維強化樹脂と金属部材を手で剥離し、解体性を評価した結果、接着剤の凝集破壊が起こり、剥離後の繊維強化樹脂に接着剤が付着した。

［比較例５］
実施例２に記載の金属樹脂複合材を恒温槽に入れ、その全体を１８０℃で１０分加熱した。１０分の加熱直後、繊維強化樹脂と金属部材を手で剥離し、解体性を評価した結果、繊維強化樹脂の母材破壊が起こり、繊維強化樹脂が破壊した。

［比較例６］
実施例３に記載の金属樹脂複合材を恒温槽に入れ、その全体を５０℃で１０分加熱した。１０分の加熱直後、繊維強化樹脂と金属部材を手で剥離し、解体性を評価した結果、接着剤の凝集破壊が起こり、剥離後の繊維強化樹脂に接着剤が付着した。

［比較例７］
実施例３に記載の金属樹脂複合材を恒温槽に入れ、その全体を１８０℃で１０分加熱した。１０分の加熱直後、繊維強化樹脂と金属部材を手で剥離し、解体性を評価した結果、繊維強化樹脂の母材破壊が起こり、繊維強化樹脂が破壊した。

以上の結果から、実施例１～３で作製した金属樹脂複合材においては、繊維強化樹脂のガラス転位温度以下、接着剤のガラス転位温度以上に加熱し剥離することで、容易に解体が可能である。

［実施例４］
図４に、本発明の金属樹脂複合材を車体に用いた自動車の一例を示す。自動車の車体２０に本発明の金属樹脂複合材を用いる。金属樹脂複合材の金属部材は車体鋼板が好ましい。
［実施例５］
図５に、本発明の金属樹脂複合材を車体に用いた鉄道車両の一例を示す。鉄道車両の車体３０に本発明の金属樹脂複合材を用いる。金属樹脂複合材の金属部材はアルミニウム合金板が好ましい。

本発明の金属樹脂複合材を車体に用いた自動車や鉄道車両などの車両では、金属樹脂複合材を用いることにより、車体の軽量化および車体の剛性を向上させることができる。そして、リサイクル時には金属部材と樹脂とを容易に解体することができる。

本発明の金属樹脂複合材は、車両部品の他、たとえば、船舶、航空機、ユニットバス、浄化槽、プリント基板、遊具、スキー板等、各種分野で使用される部品や本体に使用することができる。また、大きさ及び形状は、所望される上記部品等の大きさ及び形状に依存して種々の大きさ及び形状とすることができる。

本発明によれば、金属樹脂複合材の解体時に、接着剤のガラス転位温度以上、かつ繊維強化樹脂のガラス転位温度以下に加熱することで、接着剤と繊維強化樹脂間の化学結合を結合の可逆性により解離し、接着層と繊維強化樹脂の界面で容易に分離することができる。これにより、繊維強化樹脂に接着剤が付着することなく、また繊維強化樹脂を破壊することなく、金属部材から繊維強化樹脂を剥離できる。そして、金属部材や樹脂といった構成部材を容易にリサイクルすることができる。

１繊維強化樹脂
２金属部材
３接着層（接着剤）
１０金属樹脂複合材
２０自動車の車体
３０鉄道車両の車体

Claims

金属部材と繊維強化樹脂が接着剤を介して接合されている金属樹脂複合材であって、
前記繊維強化樹脂は、接着剤と可逆的に解離及び結合可能な動的共有結合を有する樹脂と繊維から構成され、
前記接着剤のガラス転位温度が前記繊維強化樹脂のガラス転位温度より低く、
前記繊維強化樹脂は、硬化工程を経てエステル結合と水酸基が形成されるエポキシ樹脂が充填され、
また前記繊維強化樹脂は、エステル交換反応触媒として、マンガン(III)アセチルアセトナート、マンガン(III)アセテート、マンガン(III)ナフタネートのいずれかを含むことを特徴とする金属樹脂複合材。
請求項１に記載の金属樹脂複合材であって、
前記繊維強化樹脂の表面に存在する官能基と接着層の表面に存在する官能基との間で動的共有結合が形成されていることを特徴とする金属樹脂複合材。
請求項１に記載の金属樹脂複合材であって、
前記金属部材は、鉄鋼、アルミニウム製の部材またはアルミニウム合金製の部材であることを特徴とする金属樹脂複合材。
請求項１に記載の金属樹脂複合材であって、
前記繊維強化樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂のいずれかと前記繊維から構成されていることを特徴とする金属樹脂複合材。
請求項１に記載の金属樹脂複合材であって、
前記繊維強化樹脂は、アラミド繊維、ガラス繊維、炭素繊維のいずれかが含有されていることを特徴とする金属樹脂複合材。
請求項１に記載の金属樹脂複合材であって、
前記接着剤は、エポキシ、ウレタン、アクリルのいずれかの熱硬化性接着剤であることを特徴とする金属樹脂複合材。
請求項１に記載の金属樹脂複合材を車体に用いた車両。
請求項７に記載の車両であって、
車両は、自動車であり、
前記金属部材が車体鋼板であることを特徴とする車両。
請求項８に記載の車両であって、
車両は、鉄道車両であり、
前記金属部材がアルミニウム合金であることを特徴とする車両。