JP2006315398A - アルミニウム合金と樹脂の複合体とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定形状に加工されたアルミニウム合金形状物1を、アンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される1種以上の水溶液に浸漬させ、水洗し、乾燥させた後、射出成形金型にインサートする。射出成形金型にポリアミド系樹脂を主成分とする熱可塑性樹脂組成物2を射出してアルミニウム合金形状物1と一体化させ複合体4を製造する。アルミニウム合金形状物1は、水溶性アミン系化合物の水溶液に浸漬する前に塩基性水溶液及び/又は酸性水溶液に浸漬することが好ましい。
【選択図】 図1
Description
〔接合条件〕
前記した本発明者らの発明を更に効果的に実施するための基礎として、種々の実施例を通じて射出接合の有効性を理論的に確認した。本発明者らはこの研究過程で次の条件を確認した。即ち、
(1)金属側の表面は20〜50nm径の凹凸部で全面的に覆われていること。
(2)樹脂は結晶性樹脂であること。
が特に重要な最低条件として認められた。この射出接合のための条件により、射出により溶融した樹脂が射出金型内で冷やされながらも金属表面の奥まで入り、前述の微細凹凸部に満遍なく入り込み、その後に結晶化し固化するというのが最も理想的な射出接合の姿である。
(3)融点以下の冷たい環境に急速注入された時に結晶化、固化する速度が遅い樹脂組成物であることが好ましい。
更に、
(4)金属表面に樹脂と発熱反応するか樹脂を分断する分子が吸着していることが急冷時にも固化が遅れて好ましい。
即ち、上記(3)項で示す性質が樹脂側に十分にあれば、急冷されて樹脂温度が融点以下となっても即刻に結晶が出来るのではなく、100分の数秒後にでも種結晶が発生する可能性がある。
〔アルミニウム合金形状物〕
アルミニウム合金は、1000〜7000番系の物、またダイカストグレードの各種が使用できる。このアルミニウム合金形状物は、切断、切削、曲げ、絞り、研削加工、研磨加工等により、射出成形でのインサート用として必要な形状に加工される。必要な形状に加工されたアルミニウム合金形状物は、接着すべき面が厚く酸化や水酸化されていないことが必要であり、長期間の自然放置等で表面に錆の存在が明らかなものは研磨やブラストで取り除くことが必要である。錆以外の汚れ、即ち、金属加工工程で付着した表面の油層、あるいは持ち運び等で付着した指脂などは以下に述べる脱脂工程で除くようにする。
アルミニウム合金形状物の表面に加工油や指脂が付いたもの、あるいはブラスト加工後等に微細な油滴や汚れが付いたものは、脱脂、洗浄する。この脱脂、洗浄は有機溶剤での洗浄と水洗浄の組み合せで行なうこともできるが量産に対応するのは難しい。通常は、市販のアルミニウム合金用の脱脂材を湯に溶解しこれに数分浸漬し、水洗する。
アルミニウム合金の表面が当初の段階から清浄な状態である場合、脱脂工程もこの前処理工程も省略し、後で述べる本処理工程のみ実施すればよい。しかしながら、実際の量産では汚れが生じるので、例えアルミニウム合金形状物が特別に清浄な状態であったと判断されても、前の脱脂工程に引き続きこの前処理工程も実施しておくのが好ましい。その処理は次のようにして行う。
この工程は、前処理工程を終えたアルミニウム合金形状物をアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される1種以上の水溶液に浸漬させる工程である。使用する処理液はPH9〜10の弱塩基性であり、浸漬したアルミニウム合金は表面が超微細にエッチングされ、電子顕微鏡で観察すると20〜40nm径の凹凸部で覆われた状況になっている。更に、この工程によって、アルミニウム合金形状物にこれらアミン系化合物分子を吸着させることができる。
乾燥後のアルミニウム合金形状物は乾燥空気下で保管する。具体的には、射出接合に相当する部位には決して指や手を触れずにアルミニウム箔で包み、更にポリエチレンの袋に入れて封じて保管するのがよい。保管時間は短いほうがよいが、常温で1ヶ月以内であれば全く問題はない。その他の保管方法もあるが、要点は、陽光、水分、油性ガスに触れぬことである。水分はアルミニウム合金表面をミクロ単位で錆びさせる。又、油性ガスはアルミニウム合金表面に沈着して微細な凹凸部を埋め、前述の処理を無にしてしまう。
次に本発明に適用される熱可塑性樹脂組成物について説明する。ポリアミド系樹脂としては、ナイロン66、及びナイロン6が好ましい。熱可塑性樹脂組成物は、ナイロン66、ナイロン6以外にその他のポリマー、例えば、ナイロン610、ナイロン46、ナイロン11、芳香族ナイロン、ポリオレフィン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などがあり、又それをコンパウンドしたものでもよい。
フィラーを含まない場合でも接着し、接着直後はアルミニウム合金に接着した熱可塑性樹脂組成物を取り去るにはある程度の強い力を必要とする。しかしながら射出成形された複合体を温度サイクル試験にかけると、フィラーを含まない樹脂の系ではサイクルを重ねることで急速に接着強度が低下することが判明している。これには二つの原因があると推定されている。一つの原因は、線膨張率でアルミニウム合金形状物と熱可塑性樹脂組成物に大きな差があることによる。
成形は、射出成形金型を用意し、金型を開いてその一方に前述のアルミニウム合金形状物をインサートし、金型を閉じ、前記の熱可塑性樹脂組成物を射出し、固化した後、金型を開き離型する手順で行われる。次に射出条件について述べる。金型の射出温度は高い方が良い結果が得られるが無理に上げることはなく、前記の熱可塑性樹脂組成物を使う通常の射出成形時とほぼ同様の条件でも十分な接着効果が発揮できる。
本発明によれば、前述のようにアルミニウム合金形状物とポリアミド系樹脂組成物を、インサート後の射出成形によって強固に接着することができる。実用的には、適用する樹脂組成物としては、高濃度のフィラーを含むナイロン66やナイロン6を主成分とするコンパウンドが好ましい。
この強固な接着を可能にした理由は、アルミニウム合金形状物をアミン系化合物の水溶液で処理したことにある。即ち、この処理によりアルミニウム合金形状物の表面が超微細エッチングされ、しかもアミン系化合物分子がアルミ合金表面に吸着したためである。本発明を使用することは、電子機器や家電機器の軽量化、車載機器や部品の軽量化、その他多くの分野で幅広く、部品、筐体の供給に役立つ。
図1は、本発明のアルミニウム合金と樹脂の複合体を模式的に示す概観図である。
アルミニウム用脱脂材「NE−6(メルテックス社製)」15%を含む槽を用意し、この溶液の液温を75℃とした。この脱脂材水溶液に5分浸漬し、水洗した。続いて、別の槽に1%濃度の塩酸水溶液を用意し、この溶液の液温を40℃とした。この槽にアルミニウム合金形状物1を1分間浸漬し水洗した。次に、別の槽に1%苛性ソーダ水溶液を用意し、この溶液の液温を40℃とした。この槽にアルミニウム合金形状物1を1分間浸漬し水洗した。
2…熱可塑性樹脂組成物
3…接合部
4…アルミニウム合金と樹脂の複合体
Claims (7)
- アンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される1種以上の水溶液に浸漬させる工程を経たアルミニウム合金形状物と、
前記アルミニウム合金形状物を射出成形金型にインサートした後、このアルミニウム合金形状物の表面に、射出成形により一体的に付着するポリアミド系樹脂を主成分として含む熱可塑性樹脂組成物と
からなるアルミニウム合金と樹脂の複合体。 - 請求項1に記載のアルミニウム合金と樹脂の複合体において、
前記アルミニウム合金形状物は、前記アンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される1種以上の水溶液に浸漬させる工程の前に、塩基性水溶液及び/又は酸性水溶液に浸漬された形状物である
ことを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体。 - 請求項1又は2に記載のアルミニウム合金と樹脂の複合体において、
前記ポリアミド系樹脂は、ナイロン6、又はナイロン66である
ことを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体。 - 請求項1ないし3に記載のアルミニウム合金と樹脂の複合体で選択される1項において、
前記熱可塑性樹脂組成物には、ガラス繊維、炭素繊維、及びアラミド繊維の高強度繊維から選択される1種以上の繊維質充てん材が加えられているものである
ことを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体。 - 請求項1ないし3に記載のアルミニウム合金と樹脂の複合体で選択される1項において、
前記熱可塑性樹脂組成物には、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、及び粘土から選択される1種以上の無機系充てん材が加えられているものである
ことを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体。 - 所定形状に加工されたアルミニウム合金形状物を、アンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される1種以上の水溶液に浸漬させる浸漬工程と、
前記浸漬処理された前記アルミニウム合金形状物を射出成形金型にインサートするインサート工程と、
前記アルミニウム合金形状物とポリアミド系樹脂を主成分とする熱可塑性樹脂組成物とを接合し一体化させるために、前記射出成形金型にポリアミド系樹脂を主成分とする熱可塑性樹脂組成物を射出する射出工程と
からなるアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法。 - 請求項6に記載のアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法において、
所定形状に加工された前記アルミニウム合金形状物を、アンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される1種以上の水溶液に浸漬させる工程の前に、塩基性水溶液及び/又は酸性水溶液に浸漬する
ことを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法。
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