JP2009078434A - 金属−樹脂複合成形品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属−樹脂複合成形品における金属部は表面にシラノール基が付与されたものであり、合成樹脂はシラノール基と相互に作用し合う接着性官能基を含む接着性改質剤が配合されたものである。金属−樹脂複合成形品では、金属部と樹脂部とがシラノール基と接着性官能基との相互作用により接着されている。金属−樹脂複合成形品は、金属部の表面にシラノール基を付与する処理と、シラノール基と相互に作用し合う接着性官能基を含む接着性改質剤を合成樹脂に配合して成形材料とする処理と、金属部をインサートとして樹脂成形金型内に配置し、成形材料を溶融状態にして樹脂成形金型内で賦形して樹脂部を成形しつつ、シラノール基と接着性官能基との相互作用により樹脂部を金属部に接着させる処理とを経て得られる。
【選択図】なし
Description
上記の構成によれば、金属−樹脂複合成形品では、金属部の表面のシラノール基と、樹脂部の接着性改質剤中の接着性官能基との相互作用により、金属部と樹脂部とが接着される。従って、金属部と樹脂部の接着に接着剤が不要となる。
上記の構成によれば、シラノール基と接着性官能基との相互作用として、エポキシ基の酸素原子とシラノール基の水素原子との間に静電的な引力が働き、すなわち酸素原子及び水素原子が水素結合し、金属部と樹脂部とが接着されるものと考えられる。
上記の構成によれば、上記接着性改質剤の配合された合成樹脂では、変性されたポリエチレンにおける無水マレイン酸の不飽和有機酸基が接着性官能基として機能する。不飽和有機酸基とシラノール基との相互作用により金属部と樹脂部とが接着接合されるものと考えられる。
なお、請求項7に記載の発明における改質剤化合物としては、例えば請求項8に記載の発明によるように、アルキルシラン化合物及びアルコキシシラン化合物の少なくとも一方からなるものを用いることができる。
一方の被着材である金属部の表面を除く大部分は、金属材料を例えば機械加工することによって所定形状に形成されている。金属の種類としては特に制限を受けないが、例えば、銅、ニッケル、スズ、金、アルミニウム、鉄、マグネシウム、ステンレス、クロム、タングステン、亜鉛、鉛等、及びこれらの合金を用いることができる。
樹脂部は、ベースとなる合成樹脂(以下「母材」という)に接着性改質剤を配合してなる成形材料を溶融させて所定の形状に賦形(成形)したものである。樹脂部において接着性改質剤は、5〜40重量%配合されることが好ましい。接着性改質剤の配合量が5重量%未満であると接着性が低下し、40重量%よりも多いと成形時の金型離型性が悪くなる。樹脂部における接着性改質剤のより好ましい配合量は10〜30重量%である。
なお、上記母材の機械的強度、耐熱性、導電性、電気絶縁特性等の物理特性を向上させる目的で、ガラス繊維、無機フィラー等が含有されてもよい。
接着性官能基としては、無水マレイン酸、無水フタル酸、アクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等における不飽和有機酸基のほか、エポキシ基、グリシジル基等が挙げられる。
<接着態様>
金属−樹脂複合成形品では、金属部と樹脂部とがそれらの界面において相互に強固に接着されて一体となっている。この接着は、金属部の表面に付与されたシラノール基と樹脂部の接着性官能基との相互作用によるものと考えられる。
金属−樹脂複合成形品の形状は特に制限されない。例えば、金属−樹脂複合成形品は板状、シート状、フィルム状、テープ状、短冊状、パネル状、紐状等の平面構造を有するものであってもよいし、筒状、柱状、球状、ブロック状、チューブ状、パイプ状、凹凸状、膜状、繊維状、織物状、束状等の三次元構造を有するものであってもよい。
(1)金属部の表面処理
金属部の表面には、機械加工時に用いられた油、酸化物、水酸化物等の異物が存在しており、樹脂部との接着を阻害する。そこで、金属部から上記異物を除去するために、同金属部の表面処理が行われる。この表面処理としては、例えば金属部の表面をサンドペーパ等の研磨紙で擦って油分を除去する方法、塩酸(金属部がアルミニウムからなる場合)又は硫酸(金属部が銅からなる場合)等の酸中に浸漬してエッチングし異物を除去する方法、強アルカリ脱脂剤水溶液中に浸漬して脱脂する方法等が採用される。
イトロ処理は表面改質技術の一態様である。イトロ処理に際しては、シラン原子を含んだ改質剤化合物が加熱により気化させられ燃料ガスとされる。この燃料ガスが引火性ガスに混合されて燃焼させられ、得られた火炎が金属部に吹き付けられる。金属部の表面部分が炎熱分解されて二酸化ケイ素の層が形成される。
なお、燃料ガスの引火性ガスとの混合に先立ち、燃料ガス中にキャリアガスが添加されてもよい。これは、比較的分子量が大きく、移動しづらい改質剤化合物が用いられた場合であっても、改質剤化合物をキャリアガスに均一に混合し、そのうえで引火性ガスに均一に混合するためである。その結果、改質剤化合物が燃焼しやすくなり、金属部の表面改質が均一かつ充分に行われる。キャリアガスとしては、引火性ガスと同種のガスを使用することが好ましく、例えば、空気や酸素、又はプロパンガスや天然ガス等の炭化水素が用いられる。
母材と接着性改質剤が例えば1軸又は2軸の押出機により所定温度で均一に溶融混練され造粒される。所定温度は、母材及び接着性改質剤の両者が溶解する温度である。溶融混練により、接着性改質剤が母材中に一様に分布した状態で分散される。
上記イトロ処理の行われた金属部がインサートとして樹脂成形金型内に配置されるととともに、造粒された成形材料が樹脂成形金型内の金属部上に載置される。樹脂成形金型が閉じられて加圧及び加熱が行われることで成形材料が加熱溶融される。成形材料が所定形状に賦形されて樹脂部が成形される。この際、金属部と樹脂部との界面では、金属部表面のシラノール基と成形材料中の接着性官能基とが相互に作用して引き合い、樹脂部と金属部とが接着接合される。樹脂部が硬化することで、界面において相互に接着接合された目的とする金属−樹脂複合成形品が得られる。
<実施例1〜12及び比較例1〜9について>
金属部として、長さ75mm、幅25mm、厚み2mmの大きさを有するアルミニウム(A1050)製の板材を用いた。
金属−樹脂複合成形品が、接着性官能基を含む接着性改質剤の配合された母材と、イトロ処理の行われたアルミニウム製の金属部とからなる実施例1〜12では、母材の種類に拘わらず、また接着性改質剤の種類に拘わらず引張り剪断強度が6.3〜10.3MPaであった。これらの値は、上述した比較例1〜9のいずれ(0.2〜1.2MPa)に対しても大きなものである。ここで、実施例1〜12は、比較例1〜5の内容と、比較例6〜9の内容とを組み合わせたものと言えるが、引張り剪断強度については、単に組み合わせたものよりも格段に高いものである。
(I)実施例1,3は、母材(リニア型のポリフェニレンサルファイド)と接着性改質剤(変性PE/PS)との配合割合が上記実施例2と異なっている。これらの実施例1,3では実施例2(10.3MPa)ほどではないが、いずれも引張り剪断強度が高かった(6.5MPa、7.3MPa)。これらのことから、母材に対する接着性改質剤(変性PE/PS)の配合量が所定の範囲内にあり、少なくとも10〜30重量%の範囲内にあれば、高い引張り剪断強度を得られることが判る。
金属部として、上記アルミニウム(A1050)に代えて銅(C1100)を用いるとともに、母材及び接着性改質剤として表2に示すものを用い、上記実施例1〜12及び比較例1〜9と同様の手順で処理を行い金属−樹脂複合成形品の試験片をそれぞれ作成し、試験片毎に引張り剪断強度の測定を実施した。その測定結果を表2の下欄に示す。
(γ)母材としてポリアミド66(PA66)を用い、接着性改質剤として変性PE/PSを用いた比較例18では、同じ条件の比較例8よりも引張り剪断強度が若干高くなった(1.0MPa→1.1MPa)。
Claims (8)
- 金属により形成された金属部と合成樹脂により形成された樹脂部とが接着された複合成形品であって、
前記金属部はその表面にシラノール基が付与されたものであり、前記合成樹脂は前記シラノール基と相互に作用し合う接着性官能基を含む接着性改質剤が配合されたものであり、前記金属部と前記樹脂部とが、前記シラノール基と前記接着性官能基との相互作用により接着されていることを特徴とする金属−樹脂複合成形品。 - 前記接着性官能基はエポキシ基である請求項1に記載の金属−樹脂複合成形品。
- 前記接着性改質剤は、接着性官能基としてエポキシ基を有するポリエチレンあるいはポリエチレンの共重合体である請求項2に記載の金属−樹脂複合成形品。
- 前記接着性改質剤は無水マレイン酸により変性されたポリエチレンである請求項1に記載の金属−樹脂複合成形品。
- 前記合成樹脂はエンジニアリングプラスチックである請求項1〜4のいずれか1つに記載の金属−樹脂複合成形品。
- 金属により形成された金属部と合成樹脂により形成された樹脂部とが接着された複合成形品を製造する方法であって、
前記金属部の表面にシラノール基を付与する処理と、
前記合成樹脂に対し、前記シラノール基と相互に作用し合う接着性官能基を含む接着性改質剤を配合して成形材料とする処理と、
前記金属部をインサートとして樹脂成形金型内に配置するとともに、前記成形材料を溶融状態にして前記樹脂成形金型内で賦形して前記樹脂部を成形しつつ、前記シラノール基と前記接着性官能基との相互作用により前記樹脂部を前記金属部に接着させる処理と
を含むことを特徴とする金属−樹脂複合成形品の製造方法。 - 前記シラノール基を付与する処理は、シラン原子が含まれた改質剤化合物を有する燃料ガスの火炎を前記金属部の表面に吹き付ける処理を含む請求項6に記載の金属−樹脂複合成形品の製造方法。
- 前記改質剤化合物は、アルキルシラン化合物及びアルコキシシラン化合物の少なくとも一方からなる請求項7に記載の金属−樹脂複合成形品の製造方法。
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