实用的汽车轻量化技术（二）利用异种材料接合减重
利用异种材料接合减重
减轻52％的制动踏板
F-TECH通过更换材料、组合中空形状，开发出了轻量化的制动踏板（图5）。使用聚苯硫醚（PPS）制作截面中空的框架部件，两侧包裹铝合金板冲压成型品。PPS与铝合金接合使用大成PLAS（总部：东京）的异种材料接合技术“Nano Molding Technology（NMT）”。将经过了化学转化处理的铝合金板冲压成型品放入模具中，然后通过注射PPS进行嵌件成型。
图5：利用异种材料接合减重52％的制动踏板
新型制动踏板通过更换材料、组合中空形状，成功减轻了重量（a）。铝合金板冲压成型品夹在PPS制成的框架部件的两侧（b）。
而现行制动踏板由实心的钢制部件焊接而成。如果为减轻重量而采用中空形状，在焊接时很难维持加工精度。
新型制动踏板的重量为400g，比现行制动踏板的892g轻52％。但部件有6个，比现行制动踏板多3个。因此成本估计高于现行制动踏板。据称已经有日本的汽车企业决定采用。
传动轴通过摩擦压接减重3成
泉美工业（IZUMI MACHINE MFG，总部：爱知县大府市）开发出了通过摩擦压接，将钢与铝合金接合在一起的技术。接合的材料为A6061、S45C（碳素结构钢）等（图6）。目前正针对传动轴等轴件的轻量化用途，向客户等提交解决方案。接合部的拉伸强度可确保达到铝合金拉伸强度的80％以上。
图6：通过摩擦压接减轻了重量的传动轴样品
铝合金A6061与碳素结构钢S45C直接接合。
摩擦压接是用于轴件连接等用途的技术，该技术通过旋转一方的构件并按压在另一方构件上，利用摩擦来发热，然后加压接合。因为接合时的温度低于熔点，而且加工时间短，所以属于材料不熔融的固态接合。但在摩擦热和压力的作用下，接合界面会产生铁与铝的金属间化合物。
铁与铝的金属间化合物虽然是接合所需的物质，但物理性质脆硬，如果大量生成并形成厚层，接合处容易断裂。摩擦压接与焊接相比，温度低、加工时间短，金属间化合物层很薄，只有数μm，有望取得良好的接合效果。
已知可接合的钢与铝合金的配对如下：钢为碳钢、铬钼钢、铬钢、碳素工具钢、合金工具钢、不锈钢等，铝合金为A1000系、A5000系、A6000系等（A6000系与碳素工具钢、合金工具钢的组合除外）。
与金属粘合的玻璃纤维强化PA
东洋纺开发出了适合与金属实施异种材料接合、强度和刚性出色的玻璃纤维增强聚酰胺（PA）“GLAMIDE JF-30G ”（图7）。这种树脂高密度填充了玻璃纤维，可与铝合金等金属直接强力接合。该公司将充分利用其树脂部分具有高强度、高刚性的特点，力争在汽车车体骨架和转向构件等领域投入实用。通过替换部分钢制部件实现轻量化。
图7：与金属强力接合的玻璃纤维增强PA
玻璃纤维增强PA（贴有JF-30G字样）与金属直接接合的试片。因为玻璃纤维的填充率高，所以强度和刚性良好。
新型玻璃纤维增强PA在PA6或PA66中添加了重量比例为70％的玻璃纤维。使玻璃纤维的填充率达到“业内高水平”（该公司），并在树脂中均匀分散。通过这一举措，提高强度和刚性，得到了曲翘少、外观品质良好的成型品。弯曲强度为480MPa，弯曲弹性为28GPa。
而以往的通用玻璃纤维增强PA，也就是玻璃纤维重量比例为30％的PA6，其弯曲强度只有240MPa，弯曲弹性只有8.5GPa。也就是说，新型玻璃纤维增强PA与以往的通用玻璃纤维增强PA相比，弯曲强度是后者的2倍，弯曲弹性提高到了后者的3倍多。
金属与新型玻璃纤维增强PA通过“锚固效应”接合。具体使用的是大成PLAS（总部：东京）的异种材料接合技术“NMT（Nano Molding Technology）”。先将金属工件浸泡在药液中进行表面处理，再在金属工件的表面大量形成nm尺寸的微孔。然后将金属工件放入模具，注射新型玻璃纤维增强PA进行嵌件成型。这样一来，熔融树脂会进入微孔并凝固，起到楔子的作用，将金属与玻璃纤维增强PA牢牢接合在一起。
新型PA提高了流动性。容易穿过玻璃纤维的缝隙，流入金属工件表面的微孔。而且优化了结晶化速度，树脂会在进入微孔后凝固。而以往的PA流动性低，不仅不易流过玻璃纤维的缝隙，而且有时在进入微孔前就会凝固。因此，金属与玻璃纤维增强PA的接合强度较低。
CFRP与橡胶一体成型的复合部件
藤仓橡胶工业试制出了CFRP管表面覆盖橡胶的“CFRP-橡胶复合管”（图8）。这是使作为CFRP母材的环氧树脂与橡胶同时硬化制成的一体部件。与无橡胶的CFRP管相比，能够获得可快速衰减振动的特性、耐磨性、防滑效果和绝缘性等。
图8：CFRP与橡胶一体成型的复合部件
通过使CFRP的母材环氧树脂与橡胶同时硬化，制成一体部件。
通过在环氧树脂中加入特定成分，环氧树脂与橡胶发生化学反应，形成了交联结构。再加上锚固效应，橡胶不会从CFRP上脱落下来。无需使用粘合剂。橡胶除包裹管件表面外，还可以按照CFRP-橡胶-CFRP的结构，在层间注入。藤仓橡胶工业表示，“如果是只使用CFRP的管件，其他公司也能制造，我们希望使产品具备功能性，借此实现差异化”。
更多信息请关注复合材料信息网www.cnfrp.com
减轻52％的制动踏板
F-TECH通过更换材料、组合中空形状，开发出了轻量化的制动踏板（图5）。使用聚苯硫醚（PPS）制作截面中空的框架部件，两侧包裹铝合金板冲压成型品。PPS与铝合金接合使用大成PLAS（总部：东京）的异种材料接合技术“Nano Molding Technology（NMT）”。将经过了化学转化处理的铝合金板冲压成型品放入模具中，然后通过注射PPS进行嵌件成型。
图5：利用异种材料接合减重52％的制动踏板
新型制动踏板通过更换材料、组合中空形状，成功减轻了重量（a）。铝合金板冲压成型品夹在PPS制成的框架部件的两侧（b）。
而现行制动踏板由实心的钢制部件焊接而成。如果为减轻重量而采用中空形状，在焊接时很难维持加工精度。
新型制动踏板的重量为400g，比现行制动踏板的892g轻52％。但部件有6个，比现行制动踏板多3个。因此成本估计高于现行制动踏板。据称已经有日本的汽车企业决定采用。
传动轴通过摩擦压接减重3成
泉美工业（IZUMI MACHINE MFG，总部：爱知县大府市）开发出了通过摩擦压接，将钢与铝合金接合在一起的技术。接合的材料为A6061、S45C（碳素结构钢）等（图6）。目前正针对传动轴等轴件的轻量化用途，向客户等提交解决方案。接合部的拉伸强度可确保达到铝合金拉伸强度的80％以上。
图6：通过摩擦压接减轻了重量的传动轴样品
铝合金A6061与碳素结构钢S45C直接接合。
摩擦压接是用于轴件连接等用途的技术，该技术通过旋转一方的构件并按压在另一方构件上，利用摩擦来发热，然后加压接合。因为接合时的温度低于熔点，而且加工时间短，所以属于材料不熔融的固态接合。但在摩擦热和压力的作用下，接合界面会产生铁与铝的金属间化合物。
铁与铝的金属间化合物虽然是接合所需的物质，但物理性质脆硬，如果大量生成并形成厚层，接合处容易断裂。摩擦压接与焊接相比，温度低、加工时间短，金属间化合物层很薄，只有数μm，有望取得良好的接合效果。
已知可接合的钢与铝合金的配对如下：钢为碳钢、铬钼钢、铬钢、碳素工具钢、合金工具钢、不锈钢等，铝合金为A1000系、A5000系、A6000系等（A6000系与碳素工具钢、合金工具钢的组合除外）。
与金属粘合的玻璃纤维强化PA
东洋纺开发出了适合与金属实施异种材料接合、强度和刚性出色的玻璃纤维增强聚酰胺（PA）“GLAMIDE JF-30G ”（图7）。这种树脂高密度填充了玻璃纤维，可与铝合金等金属直接强力接合。该公司将充分利用其树脂部分具有高强度、高刚性的特点，力争在汽车车体骨架和转向构件等领域投入实用。通过替换部分钢制部件实现轻量化。
图7：与金属强力接合的玻璃纤维增强PA
玻璃纤维增强PA（贴有JF-30G字样）与金属直接接合的试片。因为玻璃纤维的填充率高，所以强度和刚性良好。
新型玻璃纤维增强PA在PA6或PA66中添加了重量比例为70％的玻璃纤维。使玻璃纤维的填充率达到“业内高水平”（该公司），并在树脂中均匀分散。通过这一举措，提高强度和刚性，得到了曲翘少、外观品质良好的成型品。弯曲强度为480MPa，弯曲弹性为28GPa。
而以往的通用玻璃纤维增强PA，也就是玻璃纤维重量比例为30％的PA6，其弯曲强度只有240MPa，弯曲弹性只有8.5GPa。也就是说，新型玻璃纤维增强PA与以往的通用玻璃纤维增强PA相比，弯曲强度是后者的2倍，弯曲弹性提高到了后者的3倍多。
金属与新型玻璃纤维增强PA通过“锚固效应”接合。具体使用的是大成PLAS（总部：东京）的异种材料接合技术“NMT（Nano Molding Technology）”。先将金属工件浸泡在药液中进行表面处理，再在金属工件的表面大量形成nm尺寸的微孔。然后将金属工件放入模具，注射新型玻璃纤维增强PA进行嵌件成型。这样一来，熔融树脂会进入微孔并凝固，起到楔子的作用，将金属与玻璃纤维增强PA牢牢接合在一起。
新型PA提高了流动性。容易穿过玻璃纤维的缝隙，流入金属工件表面的微孔。而且优化了结晶化速度，树脂会在进入微孔后凝固。而以往的PA流动性低，不仅不易流过玻璃纤维的缝隙，而且有时在进入微孔前就会凝固。因此，金属与玻璃纤维增强PA的接合强度较低。
CFRP与橡胶一体成型的复合部件
藤仓橡胶工业试制出了CFRP管表面覆盖橡胶的“CFRP-橡胶复合管”（图8）。这是使作为CFRP母材的环氧树脂与橡胶同时硬化制成的一体部件。与无橡胶的CFRP管相比，能够获得可快速衰减振动的特性、耐磨性、防滑效果和绝缘性等。
图8：CFRP与橡胶一体成型的复合部件
通过使CFRP的母材环氧树脂与橡胶同时硬化，制成一体部件。
通过在环氧树脂中加入特定成分，环氧树脂与橡胶发生化学反应，形成了交联结构。再加上锚固效应，橡胶不会从CFRP上脱落下来。无需使用粘合剂。橡胶除包裹管件表面外，还可以按照CFRP-橡胶-CFRP的结构，在层间注入。藤仓橡胶工业表示，“如果是只使用CFRP的管件，其他公司也能制造，我们希望使产品具备功能性，借此实现差异化”。
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