JP2022122054A - 塗料及び該塗料を用いた樹脂成形品の塗装方法 - Google Patents

塗料及び該塗料を用いた樹脂成形品の塗装方法 Download PDF

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Abstract

【課題】上塗り塗膜３の表面における樹脂成形品１のピンホール４に対応する部位に凹み６を生ずることを防止する。【解決手段】樹脂成形品１に下地塗料を塗布して下地塗膜２を形成する工程と、下地塗膜２の表面に上塗り塗料して上塗り塗膜３を形成する工程と、上塗り塗膜３を加熱して硬化させる工程とを備え、樹脂成形品１よりも体積膨張率が大きいベース樹脂と、該ベース樹脂よりも体積膨張率が小さく且つ個数平均粒径が２μｍ以上１２μｍ以下である粒状フィラーとを含有する塗料を上記下地塗料として用いる。【選択図】図４

Description

本発明は塗料及び該塗料を用いた樹脂成形品の塗装方法に関する。
射出成形やプレス成形、内圧成形等によって形成される樹脂成形品には、成形材料に混入したエアによって表面にピンホールを生ずることが知られている。特にＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）成形品にあっては、プリプレグ積層間のエアに起因してピンホールを生じ易い。
特許文献１には、ＦＲＰ中空成形品の内圧成形において、表層部形成用のプリプレグを上下の金型内面に敷設し、その間に内圧バックをプリプレグで包んだものを配置し、内圧バックをエアで加圧することにより、成形品の外観を綺麗にすることが記載されている。
また、特許文献２に記載されているように、ＦＲＰの表面に下地塗料（例えば、プライマーサーフェイサ）を塗装し、その上に上塗りを行なうことにより、塗装仕上がり性を向上させることは一般に行なわれている。
特開２００８－２４６６７５号公報 特開平０２－０７１８７７号公報
しかし、下地塗膜の表面を研磨した上で上塗りを行なっても、その上塗り塗膜の表面を観察すると、樹脂成形品のピンホールに対応する部位に凹みを生じていることがあり、樹脂成形品の塗装外観の向上には限界があった。
そこで、本発明は、樹脂成形品の塗装外観の向上を図ることを課題とする。
本発明者は、上塗り塗膜表面の凹みについて調べて、次の知見を得て本発明を完成した。
（１）下地塗膜の表面を研磨して平滑にした上で上塗り塗料を塗布したとき、上塗り塗膜の表面は平滑であること。
（２）しかし、上塗り塗膜を加熱硬化させると、その表面に凹みを生ずること。
（３）上塗り塗膜表面の凹みは、樹脂成形品表面のピンホールがあった箇所に生ずること。特に、下地塗膜の表面は平滑であっても、上塗り塗膜の表面に当該凹みを生ずること。
（４）下地塗膜の熱膨張率が樹脂成形品の熱膨張率よりも大きいときに、当該凹みを生ずること。
（５）下地塗膜における樹脂成形品のピンホールを埋めた部分は局部的にボリュームが大きくなっていること。
（６）上塗り塗膜を硬化させるために加熱したときに、下地塗膜の当該ボリュームが大きくなった箇所が、熱膨張量がそのまわりよりも大きいために局部的に隆起すること。一方、上塗り塗膜は未硬化であるために、上塗り塗膜表面の対応する箇所の隆起は小さく（殆どなく）、そのため、その箇所の膜厚が周辺部に比べて薄くなること。
（７）上塗り塗膜の加熱硬化後、下地塗膜の隆起していた部分は冷却によって収縮し、隆起がなくなること。そのため、上塗り塗膜の膜厚が薄くなった部分が落ち込んで上述の凹みを生ずること。
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、下地塗膜の体積膨張率と樹脂成形品の体積膨張率の差を小さくするようにした。
ここに開示する塗料は、樹脂成形品の下地処理に用いる塗料であって、
ベース樹脂とフィラーとを含有し、
上記フィラーは、個数平均粒径が２μｍ以上１２μｍ以下である粒状フィラーであって、上記ベース樹脂よりも体積膨張率が小さいことを特徴とする。
このような塗料によれば、フィラーの体積膨張率がベース樹脂の体積膨張率よりも小さいから、ベース樹脂自体の体積膨張率が樹脂成形品の体積膨張率より大きい場合でも、樹脂成形品の表面にこの樹脂成形品との体積膨張率差が小さい下地塗膜を形成することができる。よって、樹脂成形品の表面にピンホールがあっても、そのピンホール上の下地塗膜の表面が大きく隆起することが避けられ、そのため、上塗り塗膜の表面に凹みを生ずることが抑制される。
ここに、下地塗膜のフィラーと樹脂成形品の接触面積が大きくなると、換言すれば、下地塗膜の樹脂部分と樹脂成形品との接着面積が小さくなると、それだけ、下地塗膜と樹脂成形品の付着性が低くなる。
これに対して、上記フィラーは粒状であるから、該フィラーの一部が樹脂成形品の表面に接触する状態になっても、フィラーが扁平であるときとは違って、フィラーと樹脂成形品の接触面積は大きくならない。また、フィラー配合量が同じであれば、フィラーの粒径が小さくなるほど上記接触面積が大きくなるが、上記フィラーの個数平均粒径は２μｍ以上であるから、この粒径の面からも上記接触面積の増大が抑制される。従って、体積膨張率の調整のためにフィラーの配合量を多くする場合でも、下地塗膜と樹脂成形品との付着性を確保することが容易になる。
上記付着力の確保（上記接触面積の増大防止）、並びに下地塗料の流動性（塗装性）の確保において好ましいのは、当該フィラーとして球状フィラーを採用することである。
また、下地塗膜に対して樹脂成形品から剥がす力が加わるときは、フィラーの樹脂成形品に接触した部分の縁に応力が集中し、フィラーの粒径が小さくなるほど応力集中が大きくなる。これに対して、上記フィラーは個数平均粒径が２μｍ以上であるから、応力集中が抑えられ、従って、下地塗膜の樹脂成形品に対する付着性の確保に有利になる。但し、フィラーの粒径が大きくなると、塗料の流動性が低下するから、塗装性確保の観点から、フィラーの個数平均粒径１２μｍ以下であることが好ましい。
個数平均粒径としては、例えば走査電子顕微鏡によりフィラーを観察し、複数の粒子（例えば１００個）の粒径を測定し、その平均値を採用することができる。
上記樹脂成形品の用途は、特に問わないが、例えば、運輸機械器具、運搬機械器具、事務機器等が挙げられる。上記樹脂成形品は、ＣＦＲＰ等の繊維強化樹脂成形品に限らず、繊維で強化されていない樹脂成形品であってもよい。
一実施形態では、上記フィラーの体積膨張率は上記ベース樹脂の体積膨張率の１／２以下である。これにより、フィラー配合量を過度に増大させることなく、下地塗膜の体積膨張率を低く抑えることが容易になる。
一実施形態では、上記下地塗膜における上記フィラーの配合率（体積濃度）が３０体積％以上４５体積％以下である。これにより、下地塗膜の体積膨張率を樹脂成形品の体積膨張率に近づけることが容易になる。
上記フィラーの材質は特に問わないが、例えば、アルミナフィラー、シリカフィラー、炭酸カルシウムフィラー、ガラスビーズ等を好ましく採用することができる。
一実施形態では、上記塗料のベース樹脂がウレタン系樹脂又はエポキシ系樹脂である。
ここに開示する樹脂成形品の塗装方法は、
樹脂成形品に下地塗料を塗布して下地塗膜を形成する工程と、
上記下地塗膜を硬化させる工程と、
上記下地塗膜の表面に上塗り塗料を塗布して上塗り塗膜を形成する工程と、
上記上塗り塗膜を加熱して硬化させる工程とを備え、
上記下地塗料として、上記樹脂成形品よりも体積膨張率が大きいベース樹脂と該ベース樹脂よりも体積膨張率が小さいフィラーとを含有し、該フィラーは個数平均粒径が２μｍ以上１２μｍ以下である粒状フィラーである塗料を用いることを特徴とする。
これによれば、下地塗料のベース樹脂の体積膨張率は樹脂成形品よりも大きいが、下地塗料にはベース樹脂よりも体積膨張率が小さいフィラーが配合されているため、当該下地塗料によって得られる下地塗膜の体積膨張率を低く抑えることができる。すなわち、下地塗膜の体積膨張率を樹脂成形品の体積膨張率に近づけることができる。
従って、樹脂成形品の表面にピンホールがあっても、上塗り塗膜をその硬化のために加熱したときに、下地塗膜の当該ピンホールに対応する部分が熱膨張によって大きく隆起することが避けられる。そのため、上塗り塗膜の当該ピンホールに対応する部分が薄くなることが抑えられ、その結果、冷却後に上塗り塗膜の表面に凹みを生ずることが抑えられる。
そうして、上記フィラーは個数平均粒径が２μｍ以上１２μｍ以下である粒状フィラーである。従って、樹脂成形品に対するフィラーの接触面積が大きくなること、下地塗膜に対して樹脂成形品から剥がす力が加わったときの応力集中が大きくなること、並びに下地塗料の流動性が低下することを避けることができる。よって、塗装性を低下させることなく、下地塗膜の樹脂成形品に対する付着性を確保することが容易になる。
一実施形態では、上記樹脂成形品が長繊維強化樹脂成形品である。長繊維強化樹脂成形品の場合、成形材料へのエアの混入量が多くなって、比較的大きなピンホールを生じやすい。このような場合であっても、下地塗料のフィラーとして、上述のベース樹脂よりも体積膨張率が小さい個数平均粒径が２μｍ以上１２μｍ以下である粒状フィラーを用いることにより、下地塗料の塗装性及び下地塗膜の樹脂成形品に対する付着性を確保しながら、上塗り塗膜の表面に樹脂成形品のピンホールに起因する凹みを生ずることを抑えることができる。
一実施形態では、上記下地塗膜を硬化させる工程と上記上塗り塗膜を形成する工程の間に、上記下地塗膜の表面を研磨する工程を備えている。これにより、上塗り塗膜の表面平滑性を確保することが容易になる。換言すれば、上記フィラーによる下地塗膜の体積膨張率の調整によって、上塗り塗膜の表面に樹脂成形品のピンホールに起因する凹みを生ずることを抑えることができるから、下地塗膜の表面を研磨によって平滑にする効果を上塗り塗膜の表面の平滑性に生かすことができる。
一実施形態では、上記フィラーの体積膨張率は上記ベース樹脂の体積膨張率の１／２以下である。これにより、フィラー配合量を過度に増大させることなく、下地塗膜の体積膨張率を低く抑えることが容易になる。
一実施形態では、上記フィラーが球状フィラーである。これにより、樹脂成形品に対する下地塗膜の付着力の確保（上記接触面積の増大防止）、並びに下地塗料の流動性（塗装性）の確保に有利になる。
一実施形態では、上記フィラーの配合率が３０体積％以上４５体積％以下である。これにより、下地塗膜の体積膨張率を樹脂成形品の体積膨張率に近づけることが容易になる。
一実施形態では、上記樹脂成形品のマトリックス樹脂がエポキシ系樹脂であり、上記下地塗料の上記ベース樹脂がウレタン系樹脂である。ウレタン系樹脂はエポキシ系樹脂に比べて体積膨張率が大きいため、上塗り塗膜の表面に上記凹みを生じやすいところ、下地塗料への上記フィラーの配合によって当該凹みの発生を抑えることができる。
なお、上記樹脂成形品のマトリックス樹脂と上記下地塗料の上記ベース樹脂が同じであっても、本発明の適用は可能である。樹脂の種類が同じであっても、樹脂成形品における配合剤や強化繊維の種類や量によっては、樹脂成形品と下地塗膜に熱膨張率差を生ずることがあるためである。
上記フィラーの材質は特に問わないが、例えば、アルミナフィラー、シリカフィラー、炭酸カルシウムフィラー、ガラスビーズ等を好ましく採用することができる。
上記塗装方法において、上記樹脂成形品の用途は、特に問わないが、例えば、運輸または運搬機械器具や事務機器が挙げられる。上記樹脂成形品は、ＣＦＲＰ等の繊維強化樹脂成形品に限らず、繊維で強化されていない樹脂成形品であってもよい。
本発明によれば、下地塗料の塗装性及び下地塗膜の樹脂成形品に対する付着性を確保しながら、上塗り塗膜の表面に樹脂成形品のピンホールに起因する凹みを生ずることを抑えることができる。
塗装された樹脂成形品の断面図。 樹脂成形品の上に下地塗膜を形成した状態を示す断面図。 樹脂成形品の上に下地塗膜及び上塗り塗膜を形成した状態及び下地塗膜表面の隆起を示す断面図。 樹脂成形品の上に下地塗膜及び上塗り塗膜を形成した状態及び上塗り塗膜の凹みを示す断面図。 上塗り塗膜の加熱硬化時の、ピンホール上の下地塗膜（体積膨張率が大きいケース）及び上塗り塗膜各々の表面高さの経時変化を示すグラフ図。 上塗り塗膜の加熱硬化時の、ピンホール上の下地塗膜（体積膨張率が小さいケース）及び上塗り塗膜各々の表面高さの経時変化を示すグラフ図。 扁平フィラーを含有する下地塗膜が形成された樹脂成形品の断面図。 球状フィラーを含有する下地塗膜が形成された樹脂成形品の断面図。 各種フィラー材の樹脂成形品に対する接触面積率と下地塗膜の付着性の関係を示すグラフ図。
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
図１に示すように、樹脂成形品１には、その表面にプライマーとしての又はプライマーサーフェイサーとしての下地塗料が塗布されて下地塗膜２が形成され、その上に上塗り塗装が施されて上塗り塗膜３が形成される。
樹脂成形品１の一例は、熱硬化性樹脂をマトリックスとする繊維強化樹脂成形品である。強化用繊維は、例えば、炭素繊維（長繊維）である。樹脂成形品（ＣＦＲＰ成形品）１の具体例は、複数のプリプレグ層が積層されてなる層状繊維強化樹脂材を成形させてなるものである。プリプレグ層は、強化用繊維材を含み、この強化用繊維材に熱硬化性樹脂をマトリックスとして含浸させてなるシート材である。強化用繊維材は、炭素繊維の繊維束が、例えば平織りによって所定方向に配向された状態となっている。なお、樹脂成形品１は強化用繊維を含有しない樹脂成形品であってもよい。
樹脂成形品１は、例えば車両部品、すなわち、エンジンカバー等のエンジン部品、ボンネット、リヤフェンダー、ルーフ、ドア、フロントパネル、リアパネル、リフトゲート等の車両外装材等に用いることができる。
＜樹脂成形品の下地塗料＞
その塗料は、ベース樹脂に該ベース樹脂よりも体積膨張率が小さいフィラーが下地塗膜２の体積膨張率調整のために配合されている。下地色（樹脂成形品１の色）隠蔽のための顔料が配合されたものであってもよい。
ベース樹脂としては、ウレタン系樹脂またはエポキシ系樹脂のいずれであってもよい。
上記フィラーの材質は、ベース樹脂よりも体積膨張率が小さいものであれば、特に問わず、例えば、アルミナ、シリカ、炭酸カルシウム、ガラスビーズ等が挙げられる。
ここに上記した代表的なベース樹脂及びフィラー、並びに樹脂成形品１の体積膨張率は次のとおりであり、フィラーの体積膨張率は、ベース樹脂の体積膨張率の１／２以下であること、１／５以下であること、さらには、１／１０以下であることが好ましく、また、樹脂成形品１の体積膨張率よりも小さいことが好ましい。
ウレタン系樹脂；３０×１０－５／Ｋ～６０×１０－５／Ｋ
エポキシ系樹脂；１３．５×１０－５／Ｋ～２５．５×１０－５／Ｋ
アルミナ ；２．０×１０－５／Ｋ～２．４×１０－５／Ｋ
非晶質シリカ ；０．１５×１０－５／Ｋ
炭酸カルシウム；７．５×１０－５／Ｋ～９．０×１０－５／Ｋ
ガラスビーズ ；１．５×１０－５／Ｋ～２．７×１０－５／Ｋ
樹脂成形品（ＣＦＲＰ成形品）；１９．５×１０－５／Ｋ（一例）
上記フィラーは、樹脂成形品１に対する接触面積の増大抑制の観点から、粒状であることが必要であり、特に球状であることが好ましい。
上記フィラーは、樹脂成形品１に対する接触面積の増大抑制、下地塗膜２に対して樹脂成形品１から剥がす力が加わったときの応力集中の抑制、並びに下地塗料の塗装性の観点から、個数平均粒径を２μｍ以上１２μｍ以下としている。
上記下地塗料における上記フィラーの配合率は、下地塗膜２の体積膨張率の低減、すなわち、下地塗膜２の体積膨張率を樹脂成形品１の体積膨張率に近づける観点、並びに下地塗料の塗装性の観点から、３０体積％以上４５体積％以下であることが好ましい。
さらに、上記下地塗料は、必要に応じて、レベリング剤、垂れ防止剤、安定剤、導電性付与剤等を含有してもよい。
＜樹脂成形品の塗装方法＞
－下地塗膜の形成－
図２に示すように、樹脂成形品１の塗装を要する表面に上記下地塗料を塗布して下地塗膜２を形成する。下地塗料の塗布には、特に限定するものではないが、エアスプレー塗装、エアレススプレー塗装、刷毛塗り塗装等を用いることができる。この下地塗膜２の形成が樹脂成形品１のピンホール４の目止めとなる。
樹脂成形品１のピンホール４以外の平坦部における下地塗膜２の厚さ（硬化後の厚さ）は、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下を目安とすればよく、１５μｍ以上８０μｍ以下、さらには、２０μｍ以上６０μｍ以下とすることが好ましい。
－下地塗膜の硬化－
下地塗料の塗装後、常温で例えば２０分～６０分程度大気乾燥することにより、下地塗膜２を硬化させる。下地塗膜２は加熱硬化させることもできる。
－下地塗膜の研磨－
硬化した下地塗膜２の表面を必要に応じて研磨する。この研磨は、特に限定するものではないが、サンドペーパー、バフ布等を用いて行なうことができる。また、乾式研磨でもよいし、水研磨等の湿式研磨であってもよい。
下地塗膜２の表面平滑性を向上させる観点から、下地塗膜２の膜厚が、研磨前の膜厚の８０％以上９９％以下になるようにすることが好ましく、８５％以上９８％以下、さらには、９０％以上９７％以下の厚さになるようにすることが好ましい。
－上塗り塗膜の形成－
図３に示すように、硬化した下地塗膜２の上に上塗り塗装（上塗り塗料の塗布）によって上塗り塗膜３を形成する。上塗り塗料の塗布には、特に限定するものではないが、エアスプレー塗装、エアレススプレー塗装、刷毛塗り塗装、回転霧化塗装等を用いることができる。上塗り塗装には、ソリッドコート・透明クリヤコートの２コート、メタリックコート・カラークリヤコート・透明クリヤコートの３コートなど種々の塗装法を採用することができる。
上塗り塗膜３の厚さ（硬化後の厚さ）は、クリヤ層を除く着色層が例えば１０μｍ以上４０μｍ以下となるように、クリヤ層が例えば２０μｍ以上５０μｍ以下となるようにすることができる。
－上塗り塗膜の加熱硬化－
上塗り塗膜３を形成した樹脂成形品１を加熱炉に搬入し、例えば、１００℃以上１３０℃以下の温度に１０分以上６０分以下保持することによって、上塗り塗膜３を硬化させる。
ここに、下地塗膜２が上記フィラーを含有しないときは、下地塗膜２の体積膨張率は、ベース樹脂の体積膨張率（ウレタン系樹脂の場合は３０×１０－５／Ｋ～６０×１０－５／Ｋ）に支配され、樹脂成形品１の体積膨張率（ＣＦＲＰであれば、例えば１９．５×１０－５／Ｋ）よりも大きい。従って、上塗り塗膜３の硬化のために加熱されたときに、図３に鎖線で示すように、下地塗膜２におけるピンホール４を埋めてボリュームが大きくなった箇所が大きく熱膨張して隆起５を生ずる。一方、上塗り塗膜３は、未硬化であるために、ピンホール４に対応する箇所の隆起は殆どない。そのため、上塗り塗膜３の当該箇所の膜厚が周辺部に比べて薄くなる。
その後、下地塗膜２の隆起５を生じた部分は冷却によって収縮して隆起がなくなる。その結果、図４に鎖線で示すように、上塗り塗膜３の膜厚が薄くなった部分が落ち込んで凹み６を生ずる。
これに対して、本実施形態の場合は、下地塗料が上記フィラーを含有するから、下地塗膜２の体積膨張率は樹脂成形品１の体積膨張率に近い値になる。そのため、上塗り塗膜３の硬化のために加熱されたとき、下地塗膜２におけるピンホール４を埋めてボリュームが大きくなった箇所に隆起を生ずることが抑えられる。従って、上塗り塗膜３のピンホールに対応する部分の膜厚が薄くなること、すなわち、凹みを生ずることが避けられる。
＜フィラーによる凹みの低減効果の確認＞
当該効果の確認のために、樹脂成形品に代えてアルミニウム板を使用して下地塗膜の体積膨張率が異なる２種類の試験片を次の要領で作成した。
アルミニウム板の平滑な表面に直径５２７μｍ、深さ２１８μｍの擬似ピンホール（底面の直径が２０μｍの円錐台状の凹部）を形成した。アルミニウム板の体積膨張率は７．５×１０－５／Ｋである。
下地塗料として、フィラーを含有しないウレタン系樹脂塗料とフィラーを含有するウレタン系樹脂塗料を準備した。各下地塗料を上記アルミニウム板の表面に塗布して下地塗膜を形成した。各々の下地塗膜の表面を研磨して平滑にし、その上に上塗り塗料としてクリヤ塗料を塗布して上塗り塗膜を形成した。
フィラーを含有しない下地塗料による下地塗膜の体積膨張率は４０．５×１０－５／Ｋ（下地塗膜とアルミニウム板の体積膨張率差Δαは３３．０×１０－５／Ｋ）である。フィラーを含有する下地塗料による下地塗膜の体積膨張率は２７．０×１０－５／Ｋ（下地塗膜とアルミニウム板の体積膨張率差Δαは１９．５×１０－５／Ｋ）である。
両試験片各々を常温から１００℃の温度まで加熱していき、その後、徐冷して、下地塗膜及び上塗り塗膜各々の擬似ピンホール上の表面高さの経時変化を測定した。
図５にフィラーを含有しないケース（Δα＝３３．０×１０－５／Ｋ）の試験結果を示し、図６にフィラーを含有するケース（Δα＝１９．５×１０－５／Ｋ）の試験結果を示す。
まず、体積膨張率差が大きい前者（図５）をみると、下地塗膜の表面は、温度の上昇に従って大きく隆起していき、高さ６μｍ程度まで隆起した後、徐冷によって表面が下がって、最終的には隆起量が零になっている。一方、上塗り塗膜の表面は、温度の上昇に従って緩やかに隆起しているが、その隆起量は下地塗膜のそれに比べて格段に少ない。このことは、擬似ピンホール上では、上塗り塗膜の厚さが薄くなっていることを意味する。そうして、その後の徐冷によって、上塗り塗膜の表面高さは下地塗膜の表面と同じ傾向で低下している。すなわち、陥没が進んで、最終的には上塗り塗膜の表面に、上記隆起高さに匹敵する深さ６μｍ程度の凹みを生じている。
これに対して、体積膨張率差が小さい後者（図６）では、下地塗膜の表面が温度上昇に伴って隆起しているものの、その隆起量は少ない。上塗り塗膜の方はその表面に僅かな隆起が見られる程度である。従って、擬似ピンホール上の上塗り塗膜は厚さが少し薄くなっている。その後の徐冷によって、下地塗膜はその表面が下がって、最終的には隆起量が零になっている。上塗り塗膜の表面高さの低下も見られるが、上塗り塗膜表面の最終的な凹み量は１μｍ程度であり、その凹みは小さい。
以上から、下地塗膜の体積膨張率を樹脂成形品の体積膨張率に近づけると、上塗り塗膜の凹みを抑制できることがわかる。
ここに、図３において、ピンホール４はその径がその深さ方向において一定であるとして、その深さをＬ（μｍ）、上塗り塗膜硬化時の温度上昇量をΔＴ（Ｋ）、下地塗膜と樹脂成形品の線膨張率差をΔγとすると、下地塗膜の隆起高さ（上塗り塗膜の凹み深さ）ΔＬ（μｍ）を次のように表すことができる。
ΔＬ＝３×（Δγ×Ｌ×ΔＴ） ……（１）
ΔＬを（Δγ×Ｌ×ΔＴ）の３倍としているのは、ピンホール４の内部の樹脂が上方向のみに膨張すると仮定したことによる。図５の例においては、Ｌ＝２１８μｍ、ΔＴ＝８０Ｋ、Δγ＝１１×１０－５／Ｋとすると、隆起高さ（凹み深さ）ΔＬは約５．８μｍとなり、図５の結果に近似した値である。このように上塗り塗膜の表面に比較的大きな凹みを生ずるときは、図３及び図４で説明した凹み発生原因の考え方が実際の凹み発生に即応するということができる。
＜下地塗膜の樹脂成形品に対する付着性＞
下地塗膜の体積膨張率を低下させるために、下地塗料に扁平フィラーを配合すると、図７に示すように、下地塗膜２の扁平フィラー７の一部が横たわった状態になって樹脂成形品１の表面に接触するため、その接触面積が大きくなりやすい。フィラー７が樹脂成形品１の表面に接触した部位では、下地塗膜２と樹脂成形品１の界面の付着性が悪くなる。すなわち、扁平フィラー７の場合は、樹脂成形品１との接触面積が大きくなりやすいため、下地塗膜２の樹脂成形品１に対する付着性が低くなる。
これに対して、図８に示すように、粒状フィラーの場合、特に球状フィラー８の場合は、フィラー８と樹脂成形品１との接触面積は広くならない。そのため、フィラー８を下地塗膜２に比較的多量に配合しても、樹脂成形品１に対する下地塗膜２の付着性が大きく低下することが避けられる。すなわち、樹脂成形品１に対する下地塗膜２の付着性を確保することができる。
下地塗膜２に含まれるフィラーの形状が樹脂成形品１に対するフィラーの接着面積の大きさに及ぼす影響を調べるために次の試験を行なった。
試験方法は、ＰＰ板に下地塗料を塗布して下地塗膜を形成し、下地塗膜を剥離してＰＰ板に接触していた下地塗膜の接触面をＳＥＭ分析し、ＳＥＭ画像の２値化によって、下地塗膜の全接触面積に占めるフィラーの接触面の割合（面積率）を求めるというものである。下地塗料のベース樹脂はエポキシ系樹脂であり、フィラーの配合率は３２．３体積％である。フィラーとして、粒径が２．０μｍ、５．０μｍ及び９．０μｍの各扁平アルミナと、粒径が２．５μｍ、４．５μｍ及び１０．５μｍの各球形アルミナを準備して試験を行なった。結果を表１に示す。
Figure 2022122054000002
表１によれば、フィラーの混入率は同じでも、扁平アルミナよりも球形アルミナの方が接触面積が小さく、また、粒径が大きい方が小さいものよりも接触面積が小さくなっている。
また、下地塗膜２に対して樹脂成形品１から剥がす力が加わるときは、フィラーの樹脂成形品に接触した部分の縁に応力が集中するところ、球状フィラー８では扁平フィラー７に比べて応力の集中が小さくなるから、上記付着性の確保に有利になる。さらに、球状フィラー８の場合は下地塗料の流動性の低下も抑えられる。
また、フィラーとして、粒径が２．０μｍ及び５．０μｍの各扁平アルミナ、粒径が２．５μｍ、４．５μｍ及び１０．５μｍの各球形アルミナ、並びに粒径が２．５μｍ及び７μｍの各扁平タルクを採用したときの、下地塗膜２と樹脂成形品１との付着性を下地塗膜の剥離試験によって評価した。下地塗膜のベース樹脂はエポキシ系樹脂である。結果を図９に示す。同図において、各プロットの注の「μｍ」は当該フィラーの粒径を示し、「Vol%」は下地塗膜における当該フィラーの配合率を示す。また、図９の縦軸は付着性の等級であり、数値が大きいほど付着性が良いことを表す。
図９によれば、樹脂成形品に対するフィラーの接触面積率が小さくなるほど付着性が良くなっていることがわかる。この接触面積率は、実用上の問題がない３等級以上の付着性を得る観点から３５％以下であることが好ましい。接触面積率の下限は、下地塗膜の体積膨張率を調整するためにある程度の量のフィラーの配合が必要になることから、１０％程度を目安にすることになる。
（フィラーの体積膨張率及び配合率）
ここに、下地塗膜の体積膨張率βallは、ベース樹脂の体積をＶp、体積膨張率をβp、フィラーの体積をＶf、体積膨張率をβf、下地塗膜の体積をＶallとすると、次のように表される。
βall＝(Ｖp×βp＋Ｖf×βf)／Ｖall ……（２）
下地塗膜におけるフィラー配合率をλ＝Ｖf／Ｖallとすると、Ｖp／Ｖall＝１－λであるから、（２）式は（３）式のように変形することができる。
βall＝βp×(１－λ)＋βf×λ ……（３）
下地塗膜の体積膨張率βallが樹脂成形品の体積膨張率βbと等しくなるときの、フィラー配合率λは、上記（３）式のβallをβbとおくと、（４）式のようになる。
λ＝(βp－βb)／(βp－βf) ……（４）
すなわち、（４）式を満足するように、フィラーの体積膨張率βf及び配合率λを設定すると、下地塗膜の体積膨張率βallが樹脂成形品の体積膨張率βbと等しくなって、樹脂成形品にピンホールがあっても、上塗り塗膜の表面に凹みを生ずることが防止される。
先の図５及び図６に係る実験結果の考察から、下地塗膜の隆起高さ（上塗り塗膜の凹み深さ）ΔＬは、（１）式；ΔＬ＝３×（Δγ×Ｌ×ΔＴ）で見積もることができた。ここに、Δγは下地塗膜と樹脂成形品の線膨張率差であるから、体積膨張率差Δαを用いると、（１）式は次のように表すことができる。
ΔＬ＝Δα×Ｌ×ΔＴ ……（５）
上塗り塗膜の凹み深さΔＬを１μｍ程度までに抑えるには、ピンホール深さＬ＝２１８μｍ、上塗り塗膜の加熱硬化時の温度上昇量ΔＴを８０Ｋとすると、（５）式から、Δαを６×１０－５／Ｋ程度までに抑えればよく、ΔＬを２μｍ程度までに抑えるには、Δαを１２×１０－５／Ｋ程度までに抑えればよいということができる。
例えば、βp＝４０×１０－５／Ｋ、βb＝１８×１０－５／Ｋ、βf＝２．４×１０－５／Ｋであれば、フィラー配合率が例えばλ＝０．３であるときは、下地塗膜の体積膨張率βallは（３）式から２８．７２×１０－５／Ｋである。従って、Δα＝１０．７２×１０－５／Ｋとなるから、上塗り塗膜の凹み深さΔＬは２μｍ以下になることが見込まれる。
フィラー配合率λ＝０．４５であれば、下地塗膜の体積膨張率βallは２３．０８×１０－５／Ｋとなり、Δα＝５．０８×１０－５／Ｋとなるから、上塗り塗膜の凹み深さΔＬは１μｍ以下に抑えられることが見込まれる。
上塗り塗膜の凹みを抑える観点から、フィラーとしては、先に例示した体積膨張率βfが１．５×１０－５／Ｋ以上９．０×１０－５／Ｋ以下のものを採用し、フィラー配合率γは０．３以上０．４５以下（３０％以上４５％以下）とすることが好ましい。
１ 樹脂成形品
２ 下地塗膜
３ 上塗り塗膜
４ ピンホール
５ 隆起
６ 凹み

Claims (13)

  1. 樹脂成形品の下地処理に用いる塗料であって、
    ベース樹脂とフィラーとを含有し、
    上記フィラーは、個数平均粒径が２μｍ以上１２μｍ以下である粒状フィラーであって、上記ベース樹脂よりも体積膨張率が小さいことを特徴とする塗料。
  2. 請求項１において、
    上記フィラーの体積膨張率は上記ベース樹脂の体積膨張率の１／２以下であることを特徴とする塗料。
  3. 請求項１又は請求項２において、
    上記フィラーが球状フィラーであることを特徴とする塗料。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
    上記フィラーの配合率が３０体積％以上４５体積％以下であることを特徴とする塗料。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
    上記フィラーがアルミナであることを特徴とする塗料。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
    上記ベース樹脂がウレタン系樹脂又はエポキシ系樹脂であることを特徴とする塗料。
  7. 樹脂成形品に下地塗料を塗布して下地塗膜を形成する工程と、
    上記下地塗膜を硬化させる工程と、
    上記下地塗膜の表面に上塗り塗料を塗布して上塗り塗膜を形成する工程と、
    上記上塗り塗膜を加熱して硬化させる工程とを備え、
    上記下地塗料として、上記樹脂成形品よりも体積膨張率が大きいベース樹脂と該ベース樹脂よりも体積膨張率が小さいフィラーとを含有し、該フィラーは個数平均粒径が２μｍ以上１２μｍ以下である粒状フィラーである塗料を用いることを特徴とする成形品の塗装方法。
  8. 請求項７において、
    上記樹脂成形品が長繊維強化樹脂成形品であることを特徴とする成形品の塗装方法。
  9. 請求項７または請求項８において、
    上記下地塗膜を硬化させる工程と上記上塗り塗膜を形成する工程の間に、上記下地塗膜の表面を研磨する工程を備えていることを特徴とする成形品の塗装方法。
  10. 請求項７乃至請求項９のいずれか一において、
    上記フィラーの体積膨張率は上記ベース樹脂の体積膨張率の１／２以下であることを特徴とする成形品の塗装方法。
  11. 請求項７乃至請求項１０のいずれか一において、
    上記フィラーが球状フィラーであることを特徴とする成形品の塗装方法。
  12. 請求項７乃至請求項１１のいずれか一において、
    上記下地塗料における上記フィラーの配合率が３０体積％以上４５体積％以下であることを特徴とする成形品の塗装方法。
  13. 請求項７乃至請求項１２のいずれか一において、
    上記樹脂成形品のマトリックス樹脂がエポキシ系樹脂であり、上記下地塗料の上記ベース樹脂がウレタン系樹脂であることを特徴とする成形品の塗装方法。
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