JP2016016584A - アルミニウム複合材、複合構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
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前記射出成形部を形成するポリプロピレン樹脂は、ガラス繊維又は炭素繊維を含有していてもよい。
また、前記射出成形部の線膨張率は、例えば20〜100(×10−6/℃)である。
前記下地処理皮膜は、リン酸クロメート処理、クロム酸クロメート処理、塗布型クロメート、酸化ジルコニウム処理又はチタンジルコニウム処理などにより形成することができる。
また、前記射出成形部を形成するポリプロピレン樹脂は、ガラス繊維又は炭素繊維を含有していてもよい。
その場合、前記射出成形部の線膨張率を20〜100(×10−6/℃)とすることができる。
先ず、本発明の第1の実施形態に係るアルミニウム複合材について説明する。図1は本実施形態のアルミニウム複合材の構成例を模式的に示す断面図である。図1に示すように、本実施形態のアルミニウム複合材10は、アルミニウム合金又はアルミニウム合金からなる基材1の表面に、下地処理皮膜2と、接着層3と、ポリプロピレン樹脂層4とが設けられている。
基材1は、アルミニウム材又はアルミニウム合金材であればよく、その種類、成分組成及び形状は特に限定されるものではない。具体的には、A1100、A3004及びA5052などの一般に用いられているものを使用することができる。
下地処理皮膜2は、接着層3との密着性を向上させて、より安定した接合強度を得るためのものである。この下地処理皮膜2は、少なくとも接着層3が形成される部分に形成されていればよいが、基材1の接着層3が形成されない部分にも形成されていてもよく、また、基材1の全面に形成されていてもよい。
接着層3は、極性基が導入された変性ポリプロピレンを主成分とする樹脂組成物により形成されている。接着層3の主成分である変性ポリプロピレンに導入されている極性基は、塗装下地処理を行った基材との接着性が良好なものであればよく、具体的には、−OH、−COOH、−O−基及びNH2基などが挙げられる。接着層3の厚さは、特に限定されるものではないが、加工性などへの影響を考慮するとできるだけ薄い方が好ましく、更に下地処理皮膜2とポリプロピレン層4との接着性を考慮すると、0.5〜5μm程度にすることが好ましい。
ポリプロピレン樹脂層4を構成するポリプロピレン樹脂は、下記数式(A)により算出される結晶化度Xcが40%以下である。ここで、下記数式(A)におけるΔHはポリプロピレン樹脂層4を構成するポリプロピレン樹脂の融解熱(J/g)、ΔHppは結晶化度100%のポリプロピレン樹脂の融解熱(=209J/g)である。
次に、前述したアルミニウム複合材10の製造方法について説明する。図2は本実施形態のアルミニウム複合材10の製造方法をその工程順に示す図である。図2に示すように、アルミニウム複合材11を製造する際は、先ず、基材1となるアルミニウム材又はアルミニウム合金材の表面を下地処理し、下地処理皮膜2を形成する。次に、この下地処理皮膜2上に、極性基を有する変性ポリプロピレン樹脂を含有する組成物を塗布し、必要に応じて120〜250℃程度の温度で焼き付けを行い、接着層3を形成する。
次に、本発明の第2の実施形態に係る複合構造体について説明する。図4は本実施形態の複合構造体の構成例を模式的に示す図である。図4に示すように、本実施形態の複合構造体は、前述した第1の実施形態のアルミニウム複合材10に、射出成形により、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部5を一体形成したものである。
射出成形部5は、アルミニウム複合材10のポリプロピレン樹脂層4上に形成されている。射出成形部5を形成するポリプロピレン樹脂の種類や物性は、特に限定されるものではなく、用途や仕様に応じて適宜選択して使用することができる。ただし、基材1と射出成形部5の線膨張率の差が大きいと、長期的には気温や雰囲気温度の変化により、射出成形部5にクラックが発生し、接合力が低下する虞がある。そこで、射出成形部5の線膨張率は、基材1にできるだけ近いことが望ましく、具体的には射出成形部5の線膨張率は20〜100(×10−6/℃)であることが好ましい。これにより、長期に亘って優れた接合強度を維持することが可能となる。
次に、本実施形態の樹脂・金属複合構造体の製造方法について説明する。本実施形態の複合構造体を製造する際は、先ず、アルミニウム複合材10を所定形状にプレス成形する(プレス成形工程)。次に、プレス成形されたアルミニウム複合材10を、射出型内に配置し、型内にポリプロピレン樹脂を射出することにより、アルミニウム複合材10に、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部5を一体形成する(射出成形工程)。
縦300mm、横200mm、厚さ1mmのアルミニウム合金材(5052H34)を脱脂した後、りん酸クロメート処理(Cr:15mg/m2)を行った。その後、バーコート法により、三井化学株式会社製 ユニストールR200(変性ポリプロピレン接着剤)を塗布し、180℃で20秒間焼付けを行い、厚さ3μmの接着層を形成した。次に、この接着層付きアルミニウム合金材に、熱ラミネートロールを用いて、120℃の温度条件で、東レ株式会社製 ポリプロピレンフィルム(トレファン3301,厚さ30μm)を貼り合わせた。
実施例1と同品種のアルミニウム合金材の表面に、クロム酸クロメート処理(Cr:15mg/m2)を施した後、同様の接着層を設けた。また、ポリプロピレンフィルムには、東レ株式会社製 トレファンZK207(厚さ50μm)を使用して、実施例2のアルミニウム複合材を作製した。なお、実施例2のアルミニウム複合材について、実施例1と同様の方法で、ポリプロピレン樹脂層の結晶化度を測定したところ、33%であった。
実施例1と同品種のアルミニウム合金材の表面に、チタンジルコニウム処理(Zr::15mg/m2)を施した後、実施例1と同様の方法及び条件で、射出成形部を作製した。なお、ポリプロピレンフィルムには、東レ株式会社製 トレファン9141(厚さ20μm)を使用した。また、実施例3のアルミニウム複合材について、実施例1と同様の方法で、ポリプロピレン樹脂層の結晶化度を測定したところ、38%であった。
実施例1と同品種のアルミニウム合金材の表面に、リン酸クロメート処理(Cr::15mg/m2)を施した後、熱ラミネートロールを用いて、120℃の温度条件で、変性ポリプロピレン樹脂を含む接着層を備えたポリプロピレン樹脂フィルム(東レ株式会社製 9710B、厚さ50μm)を加圧接合した。その後、170℃の温度条件で30秒間熱処理した後、空冷して、アルミニウム合金板の表面にポリプロピレン樹脂層を形成し、実施例4のアルミニウム合金複合材を形成した。この実施例4のアルミニウム複合材について、実施例1と同様の方法で、ポリプロピレン樹脂層の結晶化度を測定したところ、25%であった。
ガラス繊維を含有しないポリプロピレン樹脂を用いて、射出成形部を形成した以外は、前述した実施例1と同様の条件及び方法で、試験片を作製した。
アルミニウム合金板に下地処理を実施しなかった以外は、前述した実施例1と同様の方法及び条件で、アルミニウム合金複合材を作製した。そして、この比較例1のアルミニウム合金複合材に、実施例2と同様のポリプロピレン樹脂を射出成形して射出成形部を形成し、試験片を作製した。
実施例1と同様の方法で、アルミニウム合金材に接着剤層を形成し、ポリプロピレンフィルムを積層した後、特に再熱処理やその後の急冷を行わずに比較例2のアルミニウム複合材を作製した。また、再熱処理を行い、急冷却のみを実施せずに比較例3のアルミニウム複合材を作製した。これらのアルミニウム複合材におけるポリプロピレン層の結晶化度は、それぞれ比較例2が60%、比較例3が45%であり、いずれも本発明の範囲を超えていた。
アルミニウム合金材の表面に、りん酸クロメート処理を実施した後、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用いて樹脂層を形成したアルミニウム複合材に、ポリプロピレン樹脂を射出成形した。しかしながら、ポリエチレンテレフタレート樹脂層とポリプロピレン樹脂からなる射出成形部とは、外観上は接合するが、接合強度が低く、一体化することはできなかった。
アルミニウム合金材の表面をりん酸クロメート処理した後、接着層やポリプロピレン樹脂層を設けず、そのまま射出形成に用いて、実施例2と同様の方法及び条件で、、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を形成し、図5A及び図5Bに示す形状の試験片を作製した。
縦25mm、横100mm、厚さ1mmのアルミニウム合金材の表面を、塩酸でエッチングし、発生したスマットを硝酸で洗浄し、平均粗さRaが3μmに粗面化した。このアルミニウム合金材を用いて、実施例2と同様の方法及び条件で射出成形して、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を形成し、図5A及び図5Bに示す形状の試験片を作製した。
縦25mm、横100mm、厚さ1mmのアルミニウム合金材の表面に、30μmの硫酸アルマイト皮膜を形成したものを用いて、実施例2と同様の方法及び条件で射出成形して、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を形成し、図5A及び図5Bに示す形状の試験片を作製した。
引張試験機を用いて、実施例及び比較例の各試験片について引張試験を行い、引張強度及び破壊形態により接合力を評価した。また、特に、温度変化の厳しい使用条件を想定し、実施例及び比較例の各試験片について、(1)塩水噴霧(JIS Z2371に準拠、500時間)、(2)85℃−85%相対湿度暴露500時間、(3)−30℃1時間/+120℃1時間(切り替え5分)300サイクルの3種類の耐久試験を実施し、接合力の低下度合いを調査した。
2 下地処理皮膜
3 接着層
4 ポリプロピレン層
5 射出成形部
10 アルミニウム複合材
20 プレス成形品
21 試験片
Claims (9)
- 前記下地処理皮膜は、リン酸クロメート処理、クロム酸クロメート処理、塗布型クロメート処理、酸化ジルコニウム処理又はチタンジルコニウム処理により形成されたものである請求項1に記載のアルミニウム複合材。
- 射出成形により、請求項1又は2に記載のアルミニウム複合材に、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を一体形成した複合構造体。
- 前記射出成形部を形成するポリプロピレン樹脂は、ガラス繊維又は炭素繊維を含有する請求項3に記載の複合構造体。
- 前記射出成形部は、線膨張率が20〜100(×10−6/℃)である請求項4に記載の複合構造体。
- アルミニウム複合材を所定形状にプレス成形する工程と、
プレス成形されたアルミニウム複合材を、射出型内に配置し、前記型内にポリプロピレン樹脂を射出することにより、前記アルミニウム複合材にポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を一体形成する工程と、
を有し、
前記アルミニウム複合材として、アルミニウム合金又はアルミニウム合金からなる基材と、前記基材の表面の少なくとも一部に設けられた下地処理皮膜と、前記下地処理皮膜上に設けられ、極性基が導入された変性ポリプロピレン樹脂を含有する接着層と、前記接着層上に設けられたポリプロピレン樹脂層とを有し、前記ポリプロピレン樹脂層を構成するポリプロピレン樹脂は、その融解熱をΔH、結晶化度100%のポリプロピレン樹脂の融解熱をΔHpp(=209J/g)としたとき、下記数式(A)により算出される結晶化度Xcが40%以下であるものを使用する複合構造体の製造方法。
- 前記下地処理皮膜は、リン酸クロメート処理、クロム酸クロメート処理、塗布型クロメート処理、酸化ジルコニウム処理又はチタンジルコニウム処理により形成されたものである請求項6に記載の複合構造体の製造方法。
- 前記射出成形部を形成するポリプロピレン樹脂は、ガラス繊維又は炭素繊維を含有する請求項6又は7に記載の複合構造体の製造方法。
- 前記射出成形部は、線膨張率が20〜100(×10−6/℃)である請求項8に記載の複合構造体の製造方法。
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