JP2017039280A - 金属とポリスチレン樹脂との複合体 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム又はアルミ合金材の表面に、シンジオタクチック構造を有する結晶性のポリスチレン樹脂を接合させる。
【解決手段】２０〜５０ｎｍ径の超微細凹部で全面が覆われているアルミニウム又はアルミ合金材を形成する。これを射出成形金型に入れて、樹脂分中の主成分として、シンジオタクチック構造を有する結晶性のポリスチレン樹脂を含み、従成分として、非晶性のポリスチレン樹脂、スチレン含む変性ポリオレフィン樹脂、スチレンを含む熱可塑性エラストマー、スチレンブタジエンゴム等を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属とポリスチレン樹脂との複合体に関する。更に詳しくは、金属材を射出成形金型にインサートした後、高結晶性のシンジオタクチックポリスチレン樹脂を主成分とする樹脂を射出して成形したものであり、金属とポリスチレン樹脂との複合体に関する。

電子電気機械、家電機器、移動機械、建材、その他一般機械等の筐体、機体、部品等には、金属部品と樹脂製の部品とを一体化した複合体（積層体）が用いられている。この複合体は、切削等の機械加工、又はプレス等の塑性加工で作られた金属部品、金属薄板材等の板状体と、耐熱性のある軽量な樹脂成形物が一体化したものが用いられている。これは、生産性が良く、機械的に強度があり、かつ高耐食性のものが要求される。一方、現在、大量に流通しているポリスチレン樹脂（以下、「ＰＳ」という。）は、有機過酸化物を用いてスチレンをラジカル重合させた物である非晶性ポリスチレンが知られている。ＰＳは、軟化点が低く容易に射出成形できることから、日用品やプラモデルの素材として広く用いられている。また、ＰＳは、発泡剤を用いて成形する発泡ＰＳ成形品は、断熱容器や建築材料として、これも広く用いられている。

要するに、ＰＳは安価なモノマーであり、且つ、大市場を有していて安価な樹脂である。又、立体規則性（シンジオタクチック構造）を有するポリスチレン樹脂（以下、「ＳＰＳ」という。）は、スチレンモノマーをメタロセン触媒を用いて合成された樹脂であり、高結晶性ポリスチレン樹脂である。ＰＳと異なりＳＰＳは、融点が約２７０℃の耐熱性を有する樹脂である。この融点は、エンプラを越してスーパーエンプラ並みである。その一方、ＳＰＳはＰＳと同じ全炭化水素樹脂であるから、軽量さ、高耐水性、着色性等に優れている。

（射出接合技術、新ＮＭＴ）
一方、本出願人が提案した金属と樹脂を接合する技術がある（以下、射出接合技術という。）。射出接合技術とは、射出成形金型に何らかの形状物（例えば金属片）をインサートし、そこへ特定の熱可塑性樹脂を射出して、このインサート物と射出成形された樹脂成形物とが強く接合一体化した一体化物を得る技術をいう。射出接合技術で、本出願人等が命名し提唱する新ＮＭＴとは、ほぼ実用的な全金属種が対象の射出接合技術である（特許文献１〜７参照）。

ＷＯ２００８／０６９２５２ ＷＯ２００８／０８１９３３ ＷＯ２００８／０４７８１１ ＷＯ２００９／０７８４６６ ＷＯ２００８／０７８７１４ ＷＯ２００９／０１１３９８ ＷＯ２００９／０８４６４８

しかしながら、上記で提案した射出接合技術で使用する樹脂は、主樹脂分として結晶性のＰＢＴ、ＰＰＳ、又は芳香族ポリアミド樹脂を使用するものであり、前述したＳＰＳを使用するものではない。生産性が高いこともあり射出接合技術は、各種分野、用途で市場が広がっており、このＳＰＳの特性を活かした金属と樹脂の複合体を用いたいとの要請がある。本発明は、この要請に応えた発明であり、以下の目的を達成するものである。
本発明の目的は、ＳＰＳと金属の接合力が実用的な強度を有する金属とポリスチレン樹脂との複合体を得ることを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の手段を採用する。
本発明１の金属とポリスチレン樹脂との複合体は、
２０〜５０ｎｍ径の超微細凹部で全面が覆われているアルミニウム又はアルミ合金材と、
射出成形により、前記アルミニウム又はアルミ合金材の表面に接合され、樹脂分中の主成分として、シンジオタクチック構造を有する結晶性のポリスチレン樹脂を含み、従成分として非晶性の高分子を含む樹脂組成物とを特徴とする。

本発明２の金属とポリスチレン樹脂との複合体は、本発明１において、
前記従成分は、非晶性のポリスチレン樹脂、スチレンを含む変性ポリオレフィン樹脂、スチレンを含む熱可塑性エラストマー、及び、スチレンブタジエンゴムから選択される１種であることを特徴とする。
本発明３の金属とポリスチレン樹脂との複合体は、本発明１又は２において、
前記ポリスチレン樹脂は、ガラス繊維を含むものであり、前記従成分の添加量は、１〜１５％であることを特徴とする。

（主樹脂）
本発明で用いる主樹脂は、スチレンモノマーを、メタロセン触媒を用いて合成された立体規則性（シンジオタクチック構造）を有する結晶性のシンジオタクチックポリスチレン（Syndiotactic Polystyrene(ＳＰＳ）)である。自動車、家電、住宅設備の水回り製品、日用品等に広く使われている樹脂である。具体的には、IDEMITSU ZAREC(商標名、出光興産株式会社（本社：東京都）)から市場に売り出されているものである。好ましくは、上記ＳＰＳに、ガラス繊維を１５〜４０重量％程度を混合させたものを使用すると良い。

（従樹脂としての異高分子）
従樹脂としての異高分子である前記非晶性の高分子は、非晶性のポリスチレン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、スチレン系熱可塑性エラストマー、及び、スチレンブタジエンゴムから選択される１種以上である。

（新ＮＭＴ処理）
本出願人が提唱したＮＭＴ理論に基づくＮＭＴ処理を改良した新ＮＭＴ処理も公知技術であり、全金属の種類が対象の処理方法である。新ＮＭＴ処理による金属と樹脂の複合体の製造方法は、機械加工等で必要な形状物に金属合金材を加工した後、新ＮＭＴ処理で各合金に適した特定の表面処理を施して、この合金を射出成形金型内にインサートして、これに結晶性熱可塑性樹脂を射出して、金属と樹脂の複合体（積層体）を得るものである。このとき、金属表面を最適な表面形状と表面物性を有するように処理する方法は、公知技術である新ＮＭＴ処理法（例えば、ＷＯ２００８／０８１９３３、ＷＯ２００４／４１５３２等）である。即ち、この新ＮＭＴ処理とは、金属材の種類で若干異なるが、表面を液浸漬処理法によって、結果的に、０．８〜１０μｍ周期（好ましくは１〜４μｍ周期）の凹凸ある粗面とし、且つ、その粗面を更に５〜３００ｎｍ周期の微細凹凸面形状にし、且つ、その表面は金属酸化物、金属リン酸化物の様なセラミック質の表面薄層で覆われた物にする化成処理法である。

実際の最適な液処理法は、金属の種類毎に異なる。しかしながら、この処理法の大筋は、油脂等の汚れを除去する前処理、本処理（ミクロンオーダー周期の粗面化処理、超微細凹凸面化処理、及び、表面硬化処理等）からなる。しかしながら、金属の化学物性は全て異なるので、各種類に対する具体的処理法は全く試行錯誤で時間をかけて解明して行ったものである。新ＮＭＴ処理済み金属片を、射出成形金型にインサートして、射出接合用樹脂を射出した場合、射出樹脂はその融点以下の温度になってもしばらくは結晶化しない（発明者等の推定では、一種の過冷却状態）ように調整してあるので、前述した金属上の２重凹凸面形状上の微細凹部に侵入可能なのである。結局、射出樹脂として急冷時に（その融点以下の温度に急冷された時に）、結晶化速度が通常より大きく低下させた樹脂組成物を使うことがこの技術を成功させる方法でもある。

本発明の金属とポリスチレン樹脂との複合体は、ＳＰＳと金属の接合力が実用的な強度を有する金属とポリスチレン樹脂との複合体を得ることができる。

図１は、化成処理済のアルミ合金矩形板と射出接合用樹脂を射出して接合した複合体の剪断破断応力を測定するための試験片である。

以下、本発明を実施するための形態を、実験例に変えた実施例で説明する。

（アルミ合金（Ａ５０５２）の表面処理）
矩形の板材である１０ｍｍ（横）×４５ｍｍ（縦）×０．４ｍｍ（肉厚）のアルミ合金矩形板（Ａ５０５２）を用意した。このアルミ矩形板を液槽に浸漬した。この浸漬は、アルミ用脱脂剤「ＮＥ−６（メルテックス株式会社（本社：日本国東京都）製）」７．５％を含む水溶液を６０℃とし、アルミ矩形板を５分間浸漬した後、これを公共水道水（日本国群馬県太田市）で水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１％濃度の塩酸水溶液を用意し、この脱脂処理したアルミ矩形板を、この塩酸水溶液に１分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、４０℃とした１．５％苛性ソーダ水溶液を用意し、これにアルミ矩形板を４分間浸漬した後、水洗した。次に別の槽に、４０℃の３％濃度の硝酸水溶液に、アルミ矩形板を３分間浸漬した後、これを水洗した。次に別の槽に、６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意してこれに１分間浸漬し、次に別の槽に、３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意して、これに６分間浸漬し水洗した。これを６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥させた。

（主樹脂）
主樹脂として、立体規則性（シンジオタクチック構造）を有する結晶性のポリスチレンを用いた。具体的には、IDEMITSU ZAREC(商標名、出光興産株式会社（本社：東京都）)の「UL94 HBグレードＳ１０５（ガラス繊維なし）、Ｓ１３１（ガラス繊維３０重量％）２種類を用いた。

（従樹脂）
上記主樹脂に従樹脂として、非晶性ＰＳ「ＧＰ５５０」(Vietnam polystylen Co. , LTD(所在地：VUNG TAU,VIETNAM)製）、スチレン系熱可塑性エラストマー「ラバロン（ＳＪ６３００Ｃ）」（三菱化学株式会社（本社：日本国東京都）製）、同じくスチレン系熱可塑性エラストマー「アーネストン（ＣＪ００２Ｎ）」（株式会社クラレ（本社：日本国東京都）製）、変性ポリオレフィン「Bondine（ＴＸ８０３０）（アルケマ株式会社（本社：東京都）製」、市販されている「スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ（メーカー不明）」の５種類を用いた。添加量は、射出接合用樹脂の１〜１５重量％程度が好ましい。

（射出接合用樹脂）
上記主樹脂に、上記従樹脂を加えて、添加量を変えて混合して、これを射出接合用樹脂とした。

（射出接合）
次に、上記の化成処理済のアルミ合金矩形板１を射出成形金型に、インサートして上記射出接合用樹脂を、ゲート２の位置（接合の中心部）で射出して、樹脂部分３を成形して、図１に示すような複合体である試験片５を成形した。そして、アルミ合金矩形板１と樹脂部分３を接合部４で接合させた。この接合部４の面積は、０．５ｃｍ²である。この接合部４の剪断破断応力をそれぞれ測定した。この剪断破断応力の測定は、上記主樹脂「UL94 HB」であるグレードＳ１０５、Ｓ１３１の２種類に、上記従樹脂の種類５種類でそれぞれ行った。従樹脂の添加量は表２〜６に示した通りであり、この測定結果も表２〜６に示した通りである。接合力である剪断破壊応力は、引っ張り試験機「ＡＧ−５００Ｎ／１ｋＮ（株式会社 島津製作所（本社：日本国京都府）製」を使用し、引っ張り速度１０ｍｍ／分で剪断破断応力を測定した。

なお、表１に示すように、この剪断破断応力の測定では、ガラス繊維を含まない「Ｓ１０５」は、接着しなかった。

１…アルミ合金矩形板
２…ゲート
３…樹脂部分
４…接合部
５…試験片

Claims (3)

1. ２０〜５０ｎｍ径の超微細凹部で全面が覆われているアルミニウム又はアルミ合金材と、
   射出成形により、前記アルミニウム又はアルミ合金材の表面に接合され、樹脂分中の主成分として、シンジオタクチック構造を有する結晶性のポリスチレン樹脂を含み、従成分として非晶性の高分子を含む樹脂組成物と
   を特徴とする金属とポリスチレン樹脂との複合体。
2. 請求項１に記載の金属とポリスチレン樹脂との複合体において、
   前記従成分は、非晶性のポリスチレン樹脂、スチレンを含む変性ポリオレフィン樹脂、スチレンを含む熱可塑性エラストマー、及び、スチレンブタジエンゴムから選択される１種である
   ことを特徴とする金属とポリスチレン樹脂の接合複合体。
3. 請求項１又は２に記載の金属とポリスチレン樹脂との複合体において、
   前記ポリスチレン樹脂は、ガラス繊維を含むものであり、前記従成分の添加量は、１〜１５％である
   ことを特徴とする金属とポリスチレン樹脂の接合複合体。

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