JP2015020364A - 複合体およびその製造方法、ならびに塗装金属素形材およびその製造方法 - Google Patents
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[1]金属素形材、および前記金属素形材の上に配置され、酸変性ポリプロピレンを含む有機樹脂層を有する塗装金属素形材と、前記塗装金属素形材の表面にホットプレス成形または加熱圧着によって接合された繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体と、を有する、複合体。
[2]前記有機樹脂層は、前記有機樹脂層中の全樹脂の質量に対して40質量%以上の酸変性ポリプロピレンを含み、前記有機樹脂層の厚さは、0.2μm以上である、[1]に記載の複合体。
[3]金属素形材、および前記金属素形材の上に配置され、酸変性ポリプロピレンを含む有機樹脂層を有する塗装金属素形材を準備する工程と、前記有機樹脂層の表面に、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体をホットプレス成形または加熱圧着によって接合する工程と、を含む、複合体の製造方法。
[4]前記有機樹脂層は、前記有機樹脂層中の全樹脂の質量に対して40質量%以上の酸変性ポリプロピレンを含み、前記有機樹脂層の厚さは、0.2μm以上である、[3]に記載の複合体の製造方法。
本発明に係る複合体は、塗装金属素形材と、その表面に接合された繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体とを有する。以下、本発明に係る複合体の各構成要素について説明する。
塗装金属素形材は、金属素形材と、金属素形材の表面に配置された有機樹脂層とを有する。以下、塗装金属素形材の各構成要素について説明する。
金属素形材を構成する金属の種類は、特に限定されない。たとえば、金属の種類は、鉄であってもよいし、鉄以外の金属であってもよいし、合金であってもよい。金属素形材の例には、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、Zn−Al合金めっき鋼板、Zn−Al−Mg合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、ステンレス鋼板(オーステナイト系、マルテンサイト系、フェライト系、フェライト・マルテンサイト二相系を含む)、アルミニウム板、アルミニウム合金板、銅板などの金属板や、そのプレス加工品、あるいは、アルミダイカスト、亜鉛ダイカストなどの鋳造・鍛造物や、切削加工、粉末冶金などにより成形された各種金属部材などが含まれる。金属素形材は、必要に応じて、脱脂、酸洗などの公知の塗装前処理が施されていてもよい。
金属素形材と有機樹脂層との間には、化成処理皮膜が配置されていてもよい。化成処理皮膜は、金属素形材の表面に配置され、金属素形材と有機樹脂層の間の密着性および塗装金属素形材の耐食性を向上させる。化成処理皮膜は、金属素形材の表面のうち、少なくとも繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体と接合する領域(接合面)に配置されていればよいが、通常は金属素形材の表面全体に配置されている。
有機樹脂層は、金属素形材(または化成処理皮膜)の表面に配置されている。有機樹脂層は、金属素形材と繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体との密着性を向上させる。
繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体は、塗装金属素形材の表面(金属素形材上の有機樹脂層の表面)に接合されている。繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、強化繊維(長繊維または連続繊維)に熱可塑性樹脂を含浸させた複合材料である。シート状の繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、スタンパブルシートとして知られている。スタンパブルシートの製造方法は、例えば特開2003−080519号公報に開示されている。繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体の形状は、塗装金属素形材の接合面に接する形状であれば特に限定されず、用途に応じて適宜選択されうる。
{(La−Lb)/La}×100
本発明に係る複合体は、例えば、有機樹脂層の表面に、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体をホットプレス成形または加熱圧着によって接合する工程を含む方法によって製造されうる。以下、ホットプレス成形により複合体を製造する方法と、加熱圧着により複合体を製造する方法について、それぞれ説明する。
ホットプレス成形により複合体を製造する方法は、例えば、(1)塗装金属素形材を準備する第1工程と、(2)塗装金属素形材の表面に繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体をホットプレス成形により接合する第2工程と、を有する。以下、各工程について説明する。
加熱圧着により複合体を製造する方法は、例えば、(1)塗装金属素形材を準備する第1工程と、(2)繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体を作製する第3工程と(3)塗装金属素形材の表面に繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体を加熱圧着により接合する第4工程と、を有する。以下、各工程について説明する。第1工程は、ホットプレス成形による複合体の製造方法と同じである。
(1)塗装基材(金属素形材)
A.塗装基材1
板厚が0.8mmのSUS430の表面をNo.4仕上げして塗装基材1を準備した。TMAを用いて20〜100℃までの平均線膨張係数として塗装基材1の熱膨張係数(αm)を求めたところ、塗装基材1の線膨張係数(αm)は10×10−6/Kであった。
板厚が0.8mmの冷間圧延鋼板(SPCC)に、片面あたりのめっき付着量が45g/m2の溶融Zn−6質量%Al−3質量%Mg合金めっき鋼板を塗装基材2として準備した。塗装基材2の線膨張係数(αm)は12×10−6/Kであった。
樹脂合計質量に対する酸変性ポリプロピレンの質量の割合が95質量%になるように、酸変性ポリプロピレン(PP)樹脂(A)、ポリエチレン(PE)ワックス(C)、エポキシ系架橋剤(D)を水に添加して、不揮発成分が20質量%のプレ塗料1を調製した。このプレ塗料1に、防錆剤としてモリブデン酸アンモニウム(キシダ化学株式会社):0.5質量%、炭酸ジルコニウムアンモニウム(ジルコゾールAC−7;第一稀元素化学工業株式会社):0.5質量%、シリコーン系消泡剤(KM−73;信越化学工業株式会社):0.05質量%をそれぞれ配合し、塗料1を調製した。なお、「ジルコゾール」は、第一稀元素化学工業株式会社の登録商標である。
酸変性PP樹脂(A)には、酸価が2.0mgKOH/gである市販の酸変性ポリプロピレン(ハードレンEW−5303;東洋紡株式会社)を用いた。なお、「ハードレン」は、東洋紡株式会社の登録商標である。
樹脂合計質量に対する酸変性PPの割合を調整するためのPU系樹脂(B)として、ポリウレタン樹脂エマルジョン(スーパーフレックス830;第一工業製薬株式会社)を使用した。なお、「スーパーフレックス」は、第一工業製薬株式会社の登録商標である。
ポリエチレンワックス(HYTEC E−9015;東邦化学工業株式会社)を樹脂合計質量に対して、5.0質量%添加した。なお、「HYTEC」は、東邦化学工業株式会社の登録商標である。
市販のエポキシ系架橋剤(HUX−XW3;株式会社ADEKA)を樹脂合計質量に対して、3.0質量%添加した。
塗装基材1を液温40℃のアルカリ脱脂水溶液(サーフクリーナーSD−270;日本ペイント株式会社、pH=12)に1分間浸漬して、表面を脱脂した。次いで、脱脂した塗装基材1の表面に、乾燥膜厚が2.0μmとなるように、ロールコータ−で塗料2を塗布し、塗装基板1の到達板温が150℃となる温度で、塗布された塗料2を熱風乾燥機によって乾燥させて、有機樹脂層を形成した。この有機樹脂層を有する塗装金属素形材を基材Iとする。また、塗装基材および塗料を表1に示すように変えた以外は基材Iと同様にして塗装基材の表面に有機樹脂層を形成し、基材II〜VIIを作製した。さらに、塗料を塗布しない塗装基材2を基材VIIIとして用意した。基材I〜基材VIIIの材料およびその物性を表1に示す。なお、「サーフクリーナー」は、日本ペイント株式会社の登録商標である。
繊維強化熱可塑性樹脂組成物として、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン(PP)を含有し、強化繊維としてガラス繊維を20質量%含有する市販のスタンパブルシートであるGMTユニシート(クオドラント・プラスチック・コンポジット・ジャパン株式会社)を準備し、FRP1とした。また、同じく繊維強化熱可塑性樹脂組成物として、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン(PP)を含有し、強化繊維としてガラス繊維を74質量%含有する市販のスタンパブルシートであるクイックフォームランダムシート(東洋紡績株式会社)を準備し、FRP2とした。なお、「クイックフォーム」は、東洋紡績株式会社の登録商標である。
A.ホットプレス成形による複合体の作製
ホットプレス成形により複合体1を以下の手順で作製した。基材Iについて、幅20mm×長さ30mm×厚さ0.8mmの形状のものを2枚準備し、それぞれ第1基材11、第2基材12とした。図1に示される下金型13に、下金型のキャビティー17とのオーバーラップ長さが5mmとなるように第1基板11および第2基材12を1枚ずつ挿入し、押さえ金型14,14で第1基材11および第2基材12を下金型13に固定した状態で、第1基材11、第2基材12および押さえ金型14,14を含む下金型全体を120℃に予熱した。下金型13のキャビティー17の形状は、幅20mm×長さ30mm×深さ3mmである。シート状のFRP2は、成形後の形状が20mm×30mm×6mmの直方体となるように、予めチャージ体積(寸法)を調整し、赤外線加熱炉で220℃に予熱した後に、下金型13のキャビティー17投入し、120℃に予熱した上金型15を下降させ、図2に示される形状のFRP2の成形体16をホットプレス成形で作製すると同時に、第1基材11または第2基材12と、FRP2の成形体とをそれぞれの接触部分で接合させた。成形圧力は8MPaとした。その後、ホットプレス金型が70℃となった時点で複合体1を金型から取り出した。基材および繊維強化熱可塑性樹脂組成物を表3に示すように変更し、複合体1と同様にして、複合体2〜8、10および11をそれぞれ作製した。
加熱圧着により複合体9を以下の手順で作製した。予め、FRP2を用いて、通常実施されるホットプレス成形の手順で、図3に示される20mm×30mm×3mmの直方体形状を有するFRP2の成形体26を2枚作製した。一方、基材IIIについて、幅20mm×長さ45mm×厚さ0.8mmの形状のものを2枚準備し、それぞれ第1基材21および第2基材22とした。図3に示される下金型23のキャビティー(キャビティーの形状:幅20mm×長さ30mm×深さ3mm)に、FRP2の成形体26を1枚挿入した後、FRP2の成形体とのオーバーラップ長さが5mmとなるように第1基材21および第2基材22を1枚ずつ挿入し、押さえ金型24,24で第1基材21および第2基材22を下金型23に固定した。さらに、図3に示すようにFRP2の成形体をさらに一枚挿入し、上金型25をセットした。基材21,22、押さえ金型24,24、FRP2の成形体を含む、金型全体を150℃に昇温し、圧力1MPaでホットプレスを行い、基材21,22とFRPの成形体の加熱圧着を行った。その後、ホットプレス金型が70℃となった時点で複合体9を金型から取り出した。
(5)で得られた複合体1〜11の両端をそれぞれチャックで掴み、基材の表面に平行かつ互いに逆向きの方向に100mm/分の速度で引っ張り、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体と、第1基材または第2基材が破断したときの強さ(破断強度)を測定した。破断強度が2.0kN未満の場合を「×」と評価し、破断強度が2.0kN以上であって3.0kN未満の場合を「△」と評価し、剥離強度が3.0kN以上であって4.0kN未満の場合を「○」と評価し、破断強度が4.0kN以上の場合を「◎」と評価した。結果を表3に示す。複合体の接合力は、「△」、「○」または「◎」が合格である。
12,22 第2基材
13,23 下金型
14,24 押さえ金型
15,25 上金型
16,26 繊維強化型熱可塑性樹脂組成物の成形体
17 キャビティー
Claims (4)
- 金属素形材、および前記金属素形材の上に配置され、酸変性ポリプロピレンを含む有機樹脂層を有する塗装金属素形材と、
前記塗装金属素形材の表面にホットプレス成形または加熱圧着によって接合された繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体と、を有する、
複合体。 - 前記有機樹脂層は、前記有機樹脂層中の全樹脂の質量に対して40質量%以上の酸変性ポリプロピレンを含み、
前記有機樹脂層の厚さは、0.2μm以上である、
請求項1に記載の複合体。 - 金属素形材、および前記金属素形材の上に配置され、酸変性ポリプロピレンを含む有機樹脂層を有する塗装金属素形材を準備する工程と、
前記有機樹脂層の表面に、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形体をホットプレス成形または加熱圧着によって接合する工程と、
を含む、複合体の製造方法。 - 前記有機樹脂層は、前記有機樹脂層中の全樹脂の質量に対して40質量%以上の酸変性ポリプロピレンを含み、
前記有機樹脂層の厚さは、0.2μm以上である、
請求項3に記載の複合体の製造方法。
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