JP2011088296A - 複合部材 - Google Patents

Abstract

【課題】金属部材と熱可塑性エラストマーとを、容易かつ確実に接合させることができる複合部材を提供する。
【解決手段】金属部材２の少なくとも片面に、表面処理層３を介して熱可塑性エラストマー４を接合し、前記表面処理層３にアミノシラン系カップリング剤を含んでなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属部材と熱可塑性エラストマーを接合した複合部材および、その製造方法に関するものである。

従来の金属部材と樹脂材を接合する複合材としては、例えば、特許文献１には、金属材と、この金属材に被覆され、官能基としてのアミノ基を有するシランカップリング剤から成る表面処理層と、この表面処理層に被覆され、エチレン−酢酸ビニル共重合体から成るグルー層と、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体に対して相溶性を有し、当該相溶性より前記グルー層を介して接着された樹脂材と、を備える技術が提案されている。

しかるに、このような複合部材は、金属に表面処理層を、樹脂材にグルー層を塗布して乾燥させる必要があるため、作業が煩雑で生産性およびコストの面で、改良の余地があった。

また、樹脂材のかわりにゴム部材を用いて、ゴム部材と金属部材とを接合した場合には、ゴムの加硫接着の時間が長くなり、生産効率および成形性が劣るおそれがあった。

特開２００１−１９１４５１号公報

そこで、本発明は、金属部材と熱可塑性エラストマーとを、容易かつ確実に接合させることができる複合部材を提供することにある。

この発明にかかる複合部材は、金属部材の少なくとも片面に、表面処理層を介して熱可塑性エラストマーを接合したものであって、前記表面処理層にアミノシラン系カップリング剤を含んでなることを特徴とするものである。

このような複合部材においてより好ましくは、前記表面処理層にエポキシ系シランカップリング剤をさらに含む。
また好ましくは、前記熱可塑性エラストマーがスチレン系エラストマーまたはウレタン系エラストマーである。

ところで、このような複合部材は、金属部材の少なくとも片面に、アミノシラン系カップリング剤を含む表面処理層を形成し、表面層を形成した金属部材をモールドに挿入し、前記表面処理層上に熱可塑性エラストマーを射出成形して製造することが好ましい。

この発明の複合部材では、表面処理層にアミノシラン系カップリング剤を含むことで、金属部材に対してはシラノール基（Ｓｉ（ＯＲ）_３）が金属表面のＯＨと反応して結合し、熱可塑性エラストマーに対してはアミノ基が積極的に結合することができる。その結果、金属部材と熱可塑性エラストマーとが、グルー層等を必要とすることなく、単一の表面処理層で容易かつ確実に一体化することができる。

本発明の複合部材の一の実施形態を示す縦断面図である。 本発明の実施例の試験装置の一部を示す図である。 本発明の実施例の試験方法を示す図である。 本発明の実施例の試験方法を示す図である。 本発明の実施例の結果を示す図である。 本発明の実施例の結果を示す図である。

以下に、図面を参照しながら本発明の複合部材を詳細に説明する。
図１は本発明の複合部材の一の実施形態を示す縦断面図である。

図中１は複合部材の一部を示し、この複合部材１は、円筒状に形成する金属部材２と、この金属部材２の、図では内周面に表面処理層３と、この表面処理層３の内周面に熱可塑性エラストマー４とをそれぞれ配置する。

そしてこの複合部材１ではさらに、表面処理層３にアミノシラン系カップリング剤を含み、その表面処理層３によって、金属部材２と熱可塑性エラストマー４とを容易に接合させることができる。
この表面処理層３の厚さは、好ましくは０．０１〜１μｍ、より好ましくは０．０２〜０．５μｍの範囲とすることができる。

ここで、金属部材２は、熱圧延鋼板、冷延鋼板、ブリキ板、チンフリースチール板、ステンレス鋼板、アルミニウム鋼板などの各種の鋼板、あるいは、亜鉛メッキ鋼板、ニッケルメッキ鋼板などの各種のメッキ鋼板などで構成することができる。好ましくは、安価で、成形性に優れる鉄、ステンレス、アルミニウム等の冷延鋼板である。

この金属板２の表面は、必要に応じてブラスト処理、ヘアーライン処理、エッチング処理、クラックめっき処理、酸化処理、陽極酸化処理、コロナ放電処理、プラズマ処理、プライマー塗装等の表面処理を施すことができる。

また、熱可塑性エラストマー４としては公知の熱可塑性エラストマーを使用でき、例えば、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、エステル系エラストマー、アクリル系熱可塑性エラストマー、アミド系エラストマー等が挙げられる。これらの熱可塑性エラストマーは単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、効率的に生産が可能な、スチレン系熱可塑性エラストマーまたはウレタン系エラストマーを用いることが好ましい。
この熱可塑性エラストマー４の厚さは、特に制限はなく、複合部材の用途に応じて適宜選定されるが、通常０．１〜５ｍｍ、好ましくは０．２〜２ｍｍの範囲とすることができる。

そしてまた、アミノシラン系カップリング剤としては公知の種々のものを挙げることができ、例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリス（Ｎ−アミノエチル−アミノエチル）チタネート、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。好ましくは接着性能の観点からγ‐アミノプロピルメトキシシラン、γ‐アミノプロピルエトキシシランである。

表面処理層３には、同種または異なる官能基を有するカップリング剤を添加することもでき、好ましくは、表面処理層３には、アミノシラン系カップリング剤およびエポキシ系シランカップリング剤を併用することができる。
この組成により、エポキシ系シランカップリング剤が、アミノシラン系カップリング剤の耐水性を補強することができる。

このエポキシ系シランカップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシランなどを挙げることができる。

そして、アミノシラン系カップリング剤とエポキシ系シランカップリング剤とが用いられる表面処理層では、その割合が、重量比で好ましくは１００：０〜３０：７０の範囲であり、この範囲では優れた塗布性を維持しながら、必要かつ十分な接着力を保つことができる。
一方、アミノシラン系カップリング剤が３０％未満では、複合部材での接着性にばらつきが生じるおそれがある。

これらシラン系カップリング剤は溶剤に溶解させて用いることが好ましく、この溶剤は、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素、酢酸インプロピル、酢酸ブチル等のエステル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン、メタノール、エタノール等のアルコールなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。なかでも、エタノール等のアルコールを用いることが好ましい。

熱可塑性エラストマーおよび表面処理層には、各種の目的に応じて任意の配合成分を使用することができ、例えば、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、中和剤、滑剤、防曇剤、ブロッキング防止剤、スリップ剤、架橋剤、架橋助剤、着色剤、難燃剤、分散剤、帯電防止剤等の各種の添加剤等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

ところで、このような複合部材１は、メタノール、エタノールのアルコール系溶剤等の溶剤中に、所定の割合で、シラン系カップリング剤を溶解させて液状に調製し、その溶解物を直接金属部材２の少なくとも片面、図では片面に塗布して、室温ないし好ましくは１００℃以上２００℃以下の温度で加熱して溶剤を除去して表面処理層３を形成し、それらをモールドにインサートして、そのモールド内で、表面処理層３上に熱可塑性エラストマー４を、例えば射出注入温度を約１７０〜２５０℃で射出成形して製造することができる。

金属部材２上に表面処理層３を塗工する方法については特に制限はなく、例えば刷け塗り、筆塗り、綿棒塗りなどの他、既存のディスペンサー型塗布機、パッド印刷機などを用いて塗工することができる。また、乾燥処理は室温で行うことができるが、高温で行ってもよい。

このような複合部材は、サスペンションブッシュやエンジンマウント等の自動車用の防振装置の外筒と、本体ゴム、ダイヤフラムまたはシール部材とを接着したもの、ブラケットと本体ゴム、ダイヤフラムとストッパを接着したものに適用することができる。

次に、シラン系カップリング剤をエタノール（国産化学社製）で４％に希釈して、その溶液を図２，３に試験装置の一部を示すような、トリクロロエチレンで処理を行った冷間圧延鋼板１２（ＳＰＣＣ：５５ｍｍ×１６ｍｍ×２．６ｍｍ）に塗布して、表面処理層１３を形成し、それらを１２０℃で１時間乾燥後成形し、その表面処理層１３上に熱可塑性エラストマーを、表２の成形条件の下で、射出成形機（ＴＲ５０：ソディックプラステック社製）で射出成形を行って、表１，２に示すように、それぞれの諸元を変化させた実施例複合部材１〜４および比較例複合部材１〜８を得た。

ここで、熱可塑性エラストマーは、スチレン系エラストマー（ＡＲ ＢＯＩＮ−６５（アロン化成社製））、ウレタン系エラストマー（エラストラン ＥＴ３８５（ＢＡＳＦポリウレタンエラストマーズ社製））を用いた。

シランカップリング剤は、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＫＢＭ４０３（信越化学工業社製））、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン（ＫＢＭ９０３（信越化学工業社製））、γ−メタクリロキシピルトリメトキシシラン（ＫＢＭ５０３（信越化学工業社製））、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＫＢＭ８０３（信越化学工業社製））、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン（Ａ１１００（モメンテイブ製））、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン（Ａ１８７（モメンテイブ製））を用いた。

実施例複合部材１〜４および比較例複合部材１〜８のそれぞれを、初期接着の可否の確認後、接着している試料のみ１日，４日、７日の間室温で放置後、図４に示す万能材料試験機（インストロン社製 ５５８２）で、引張り速度５０ｍｍ／ｍｉｎにて室温下での剪断接着強度を測定した。各複合部材の成形時の接着の可否と経時変化による剪断接着強度を変化について、表３および図５に示す。

上記結果から、実施例複合部材１〜４は、いずれも良好な結果が得られ、また経時変化による剪断強度変化は見られなかった。エトキシシランとメトキシシシランの間でも、大きな差は認められなかった。一方、比較例複合部材１〜８はいずれも、熱可塑性エラストマーに対して、成形時に全く接着しなかった。

アミノシラン系カップリング剤濃度を０％、３３％、６６％、１００％に調整してエポキシシラン系カップリング剤を混合し、それらをエタノールで４％にさらに希釈して、冷間圧延鋼板１２に塗布して乾燥した後、表２に示す条件で成形して、１日、４日、７日放置後、実施例１と同様に剪断接着強度を測定した。その結果を図６に示す。

図６から、アミノシラン系カップリング剤の濃度が増加すると、剪断接着強度は増加する傾向にあり、これはアミノシラン系カップリング剤が接着への寄与が大きいためであると考えられる。また、放置時間は剪断接着強度に及ぼすことはなかった。

なお、予備実験の結果から、シランカップリング剤はオレフィン系エラストマーでは、成形時に剥離してしまい全く接着ができなかった。

１，１１ 複合部材
２，１２ 金属部材
３，１３ 表面処理層
４，１４ 熱可塑性エラストマー

Claims (4)

1. 金属部材の少なくとも片面に、表面処理層を介して熱可塑性エラストマーを接合した複合部材において、
   前記表面処理層にアミノシラン系カップリング剤を含んでなることを特徴とする複合部材。
2. 前記表面処理層にエポキシ系シランカップリング剤をさらに含んでなる請求項１に記載の複合部材。
3. 前記熱可塑性エラストマーがスチレン系エラストマーまたはウレタン系エラストマーである請求項１または２に記載の複合部材。
4. 金属部材の少なくとも片面に、アミノシラン系カップリング剤を含む表面処理層を形成し、
   表面層を形成した金属部材をモールドに挿入し、
   前記表面処理層上に熱可塑性エラストマーを射出成形する複合部材の製造方法。

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