JP2020040368A - 塗装金属素形材と樹脂材との複合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、図1の(a)に示すように、塗装金属素形材1と樹脂材4とを重ねて、塗装金属素形材1における有機樹脂層3が設けられた第1の表面6と樹脂材4の表面とが対向した被接合体5を作製する。後記する加熱処理によって、図1の(b)に示すように、有機樹脂層3を介して塗装金属素形材1と樹脂材4とが接合される。そのため、加熱処理に供される被接合体5は、塗装金属素形材1における第1の表面6と樹脂材4とが対向するように重ねた形態とすることが好ましい。
その後、本実施形態は、図2に示すように、被接合体5において、前記第1の表面6と反対側に位置する塗装金属素形材1の第2の表面7に、発熱手段10を配置する。塗装金属素形材と樹脂材とが対向する界面領域に、後記する押圧処理及び加熱処理による加熱圧着処理を施すことから、加圧及び加熱が当該界面領域に効率よく作用させるため、当該界面領域に対応する位置に発熱手段を配置することが好ましい。
次いで、図2に示すように、発熱手段10を塗装金属素形材の第2の表面7に対し押圧する。この押圧処理によって塗装金属素形材1と樹脂材4とが対向する界面領域は、塗装金属素形材の有機樹脂層3と樹脂材4とが密着し、双方が密接に接触した状態になる。この押圧するとともに、当該発熱手段により被接合体を加熱することによって当該界面領域で軟化及び溶融が生じて、塗装金属素形材と樹脂材との接合部が形成される。その後、冷却されて接合部が固化し、塗装金属素形材と樹脂材とが接合した複合体が得られる。軟化及び溶融した際、樹脂から含有水分が蒸発して気泡(ボイド)が生じることがある。そのような状態であっても、塗装金属素形材と樹脂材との界面領域が押圧されるので、双方が十分に密着した接合部が形成される。また、加圧力を高くすると、気泡を含む樹脂部分が樹脂材の本体の外側へ押し出されて、樹脂材本体の内部には気泡がほとんど残存しない接合部が形成される。その結果、良好に接合した界面領域が形成される。
本実施形態で使用される塗装金属素形材は、金属素形材の表面の片面または両面に有機樹脂層が設けられている。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、上記金属の種類は、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。
本実施形態で使用される樹脂材は、とくに限定されない。樹脂材は、樹脂からなる成形体や部材を含む。樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、等を含むものに適用できる。
本実施形態に係る製造方法によって、上記の塗装金属素形材と上記の樹脂材とを接合した複合体が得られ、単位面積当りのせん断接合強度が20MPa以上である複合体を提供することができる。本明細書では、当該せん断接合強度(単位:MPa)は、引張試験で得られたピーク荷重(単位:N)を、塗装金属素形材と樹脂材とが接触する面積(mm2)で除して、その単位面積当たりのせん断強度として算出された数値を意味する。また、本明細書では、当該せん断接合強度を、「接合強度」ということもある。本発明に係る複合体は、そのせん断接合強度が20MPa以上であるので、軽量化を求められる多くの用途に適する。
接合された試験体について、国際規格ISO 19095−2 2015(プラスチック −プラスチック・金属アセンブリの接着界面性能の評価−)の国際規格に準拠して、図6に示す引張試験装置による引張せん断試験を行った。引張速度を5mm/minで行い、試験体が破断するピーク荷重を求めた。試験体は、塗装金属素形材1側を上側治具15で固定され、樹脂材4側を下側治具16で固定された。塗装金属素形材1は、一端が上側治具15から突出するように固定し、当該突出した一端を上側つかみ部13で把持した。樹脂材4は、その全体を下側治具16で固定し、下側治具16を下側つかみ部14で把持した。これにより、樹脂材4が下側つかみ部14で潰されるのを防止できる。引張試験装置に試験体を取り付ける際は、試験体の接合界面と下側つかみ部16の中心軸とがほぼ一致するように試験体を把持した。試験体の接合部の面積は、塗装金属素形材1と樹脂材4との接触面積に相当するから、試験体のせん断接合強度の指標として、引張試験により求めたピーク荷重(N)を接合面積(50mm2)で除した数値を用いて、これを試験体の接合強度(MPa)とした。
接合試験において、発熱手段による加圧力がせん断接合強度に及ぼす影響について調べた。試験体の加熱温度を270℃、昇温時間を5s、保持時間を5sの条件で、加圧力を0.5MPa又は1.0MPaにより、試験体を接合した。その後、接合された試験体のせん断接合強度を測定した。その測定結果を表1に示す。本発明例1〜4は、PA6の樹脂材を用いた試験体であり、本発明例5及び6は、PVCの樹脂材を用いた試験体であり、本発明例7及び8は、PBTの樹脂材を用いた試験体である。また、本発明例3及び4は、80℃、48hrの乾燥処理を施した樹脂材を用いた。本発明例1及び2、本発明例5〜8は、乾燥処理を施していない樹脂材を用いた。
樹脂材の乾燥処理による影響について検討した。本発明例1〜4の樹脂材のポリアミド樹脂(PA6)は、高い吸水性を有する樹脂であり、このうち、本発明例1、2は、樹脂材に乾燥処理を施さなかったものであり、本発明例3,4は、樹脂材に乾燥処理を施したものである。表1に示すように、加圧力が0.5MPaの場合、本発明例3は、本発明例1よりもせん断接合強度が増加した。樹脂材の含有水分に起因して気泡が発生すると、装金属素形材と樹脂材との接合界面に残存し、せん断接合強度に影響する。本発明例3のせん断接合強度の増加は、樹脂材の乾燥処理によって気泡の発生が抑制されて、気泡の残存による影響が軽減したことによると考えられる。よって、加圧力が大きくないときは、樹脂材の乾燥処理を行うことにより、せん断接合強度をさらに増大させることができた。
実施例1の本発明例1〜4について、複合体の接合部の断面をCCDカメラで撮影した結果を図7に示す。本発明例1及び本発明例3の各断面によると、本発明例1の接合界面においては、気泡が若干残存する状態を観察した。本発明例3の接合界面においては、気泡の残存が見られなかった。
2 金属素形材
3 有機樹脂層
4 樹脂材
5 被接合体
6 第1の表面
7 第2の表面
8 複合体
9 接合部
10 発熱手段
11 位置決め用治具
12 凹部
13 上側つかみ部
14 下側つかみ部
15 上側治具
16 下側治具
17 樹脂変形部
18 気泡(ボイド)
19 ストッパー
21 常温
22 設定温度
23 昇温時間
24 保持時間
25 冷却時間
Claims (4)
- 金属素形材における少なくとも一方の表面に有機樹脂層を有する塗装金属素形材と樹脂材とが接合された複合体の製造方法であって、
前記塗装金属素形材と前記樹脂材とを重ねて、前記塗装金属素形材における有機樹脂層が設けられた第1の表面と樹脂材の表面とが対向した被接合体を作製すること、
その後、前記被接合体において、前記第1の表面と反対側に位置する前記塗装金属素形材の第2の表面に、発熱手段を配置すること、
次いで、当該発熱手段を前記第2の表面に対し押圧して、前記塗装金属素形材と前記樹脂材とを密着させるとともに、前記発熱手段により前記被接合体に加熱処理を施して、前記塗装金属素形材と前記樹脂材とを接合させること、
を含む、塗装金属素形材と樹脂材との複合体の製造方法。 - 前記加熱処理は、前記発熱手段を設定温度まで昇温させた後、当該設定温度を保持することを含む、請求項1に記載の塗装金属素形材と樹脂材との複合体の製造方法。
- 前記加熱処理は、前記発熱手段の加熱を停止した後、押圧した状態で冷却することを含む、請求項1または2に記載の塗装金属素形材と樹脂材との複合体の製造方法。
- 前記複合体は、単位面積当りのせん断接合強度が20MPa以上である、請求項1〜3のいずれかに記載の塗装金属素形材と樹脂材との複合体の製造方法。
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