JP4486798B2 - 加工性に優れた樹脂被覆金属板 - Google Patents

Description

本発明は、優れた成形加工性を有する樹脂被覆金属板に関するもので、特に高速連続プレス加工において、成形性加工性、耐摩耗性、ワックス堆積性に優れていて、缶エンド材、缶ボディ材、電気電子機器部材、自動車用ボディ材や建材などで使用される樹脂被覆金属板に関するものである。

缶エンド材、缶ボディ材、電気電子機器部材、自動車用ボディ材や建材などの成形加工時には、その成形加工を容易にするために、金属板表面に潤滑性を付与することが行われている。通常、潤滑剤を金属板に塗布する方法で行われるが潤滑剤が飛散したり、成形加工後に潤滑剤を除去しなくてはならず、その扱いは容易ではない。また、金属板に塗料を塗布、焼付け後にワックスを塗布する方法も提案されたが、成形加工時にワックス汚れなどの問題が生じていた。
そこで、金属板に塗装を施す際にワックスを添加した塗料を塗布して金属表面に樹脂被覆層を形成して金属板表面自体の潤滑性を向上させる方法（例えば特許文献１〜３参照）が提案されている。この方法では、樹脂被覆層の厚み、ワックス含有量及びワックス粒径を規定することで成形加工性を高めている。更に、焼付工程後のワックス塗布設備が不要で、容易に潤滑剤の量を制御できる点でも優れている。

特開平７−３１４６０２号公報 特開平１１−３３３３７５号公報 特開２００２−２７５６５６号公報

しかしながら、前記従来技術による樹脂被覆金属板では、樹脂被覆層中のワックスの分散状態、特に金属板表面におけるワックスの状態を考慮していないために高速連続プレス加工や変形量の大きなプレス加工において、十分な成形加工性が発揮できないという問題が生じている。
更に、樹脂被覆層の耐摩耗性が高くないために金型に削られ易く、その結果寸法精度や形状が悪くなり歩留まりを低下させることや、樹脂被覆層に含まれるワックスが金型に堆積しやすく、そのため金型の調整時間が必要となり生産性を低下させる問題がある。

このような問題に鑑み、本発明では樹脂被覆層の表面状態に着目し、研究を重ねた結果本発明を完成させるに到ったものである。
本発明は、成形加工性に優れると共に、ワックス堆積性、耐摩耗性にも優れる樹脂被覆金属板の提供を目的とする。

本発明は、少なくとも片面に樹脂被覆層が設けられた金属板において、該樹脂被覆層の表面エネルギーが５０ｍＪ／ｍ^２以下、且つ前記樹脂被覆層の厚みが０．１ｇ／ｍ^２以上２０ｇ／ｍ^２以下あることを特徴とする加工性に優れた樹脂被覆金属板である。

本発明は、前記樹脂被覆層が総量で０．１重量％以上１０重量％以下のワックスを含むことを特徴とする加工性に優れた樹脂被覆金属板である。

本発明は、前記ワックスに少なくともポリエチレンワックスを含み、前記樹脂被覆層に０．１重量％以上１０重量％以下含まれることを特徴する加工性に優れた樹脂被覆金属板である。

本発明は、前記ワックスに少なくともポリエチレンワックスおよびカルナバワックスを含み、前記樹脂被覆層に各々０．１重量％以上９.９重量％以下含まれることを特徴する加工性に優れた樹脂被覆金属板である。

本発明は、少なくとも片面に樹脂被覆層が設けられた金属板において、前記樹脂被覆層は、表面エネルギーが５０ｍＪ／ｍ ^２ 以下、厚みが０．１ｇ／ｍ ^２ 以上２０ｇ／ｍ ^２ 以下であり、前記樹脂被覆層には、ポリエチレンワックスとカルナバワックスとがおのおの０．１重量％以上９．９重量％以下含まれ且つ前記カルナバワックス／ポリエチレンワックスの重量比が０．２４以上０．８７以下であるワックスが、含有されていることを特徴とする加工性に優れた樹脂被覆金属板である。

本発明は、前記樹脂被覆層に含まれる前記ポリエチレンワックスの平均粒径が０．３５μｍ以上１４μｍ以下であることを特徴とする加工性に優れた樹脂被覆金属板である。

本発明は、φ３ｍｍの金属球に５００ｇｆの荷重をかけ、摺動速度１０ｍｍ／ｓｅｃの条件で、少なくとも片面に樹脂被覆層が設けられている金属板の同一箇所を繰り返し摺動する耐摩耗試験において、摩擦係数が０．２を超えるまでの往復摺動回数が２００回以上であることを特徴とする加工性に優れた樹脂被覆金属板である。

本発明に係る樹脂被覆金属板は、優れた成形加工性を示す表面状態を得ることで、成形加工性のみならずワックス堆積性、耐摩耗性にも優れる。

本発明の骨子は、樹脂被覆層の表面エネルギーを５０ｍＪ／ｍ^２以下、且つ樹脂被覆層の厚みを０．１ｇ／ｍ^２以上２０ｇ／ｍ^２以下に制御すると良好なワックス堆積性や耐磨耗性を保持しつつ優れた成形加工性を示す樹脂被覆金属板が得られることにある。

即ち、ワックスを含む樹脂被覆層の場合、ワックスの種類や添加量によらず樹脂被覆層の表面エネルギーを５０ｍＪ／ｍ^２以下になるようにワックスを含有することで優れた成形加工性が得られる。この樹脂被覆層の表面エネルギーは、ワックスで覆われる樹脂被覆層の面積が大きくなるにつれてワックスの表面エネルギーに近づく。また、ワックスが添加されていない樹脂被覆層でも表面エネルギーを５０ｍＪ／ｍ^２以下にすると良好な成形加工性が得られる。
樹脂被覆層の表面エネルギーが、５０ｍＪ／ｍ^２以下であればワックス堆積性や耐摩耗性なども何ら問題なく、更に、４０ｍＪ／ｍ^２以下にするとより良好な成形加工性が得られ、より好ましい範囲は３０ｍＪ／ｍ^２以下である。

前記の表面エネルギーを示す樹脂被覆層は、その厚みが、０．１ｇ／ｍ^２以上２０ｇ／ｍ^２以下のときに成形加工性や他の特性も良好となる。
０．１ｇ／ｍ^２未満では、表面エネルギーを前記したように規定しても成形加工性が低下し且つ耐摩耗性も悪くなる。厚みが２０ｇ／ｍ^２を超えるとプレス加工時に金型にワックスが堆積するワックス堆積性に劣ってしまう。望ましくは、０．５ｇ／ｍ^２以上１５ｇ／ｍ^２以下の樹脂被覆層の厚みが良い。

樹脂被覆層の表面エネルギーの調整には、基材樹脂の表面エネルギーを小さくするようなワックスを選び、樹脂被覆層の表面エネルギーが前記規定の値より小さくなるようなワックス量を添加しておこなう。その場合、添加するワックスの総量は０．１重量％以上１０重量％以下が望ましく、０．１重量％未満では添加による成形加工性の向上の効果が不十分であり、１０重量％を超えての添加はワックス堆積性の劣化を招いてしまう。
添加するワックスとしては、ポリエチレンワックス、カルナバワックス、ラノリン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、ポリテトラフルオロエチレンなどを単体若しくは組み合わせて添加する。

特に、ポリエチレンワックスは成形加工性および耐摩耗性に顕著な効果を示し、その添加量として、０．１重量％以上１０重量％以下、望ましくは０．５重量％以上５重量％以下、より好ましくは０．５重量％以上２重量％以下がよく、０．１重量％未満では成形加工性の向上が見られず、１０重量％を超えての添加はワックス堆積性を劣化させる。
更に、その平均粒径は０．３５μｍ以上１４μｍ以下であることが望ましく、０．３５μｍ未満でも１４μｍを超えても耐磨耗性が劣化する。より望ましくは１μｍ以上１０μｍ以下がよい。

また、ポリエチレンワックスとカルナバワックスを同時に含むと成形加工性が更に良好になる。その添加量はワックスの総量が１０重量％を超えない範囲で，それぞれ０．１重量％以上９.９重量％以下を添加するが、望ましくは０．５重量％以上５重量％以下、より好ましくは０．５重量％以上２重量％以下がよい。更に、カルナバワックスとポリエチレンワックスの重量比を０．２４以上１０以下とすると成形加工性が向上するが、０．２４未満ではカルナバワックスを含むことによる潤滑性の寄与がなく、１０を超えるとワックス堆積性が悪化してしまう。

樹脂被覆層の基材樹脂には、水溶性樹脂若しくは溶剤系樹脂のどちらでもよく、アクリル変性エポキシ樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ−ユリア樹脂、エポキシ−フェノール樹脂、塩化ビニール樹脂およびポリエステル樹脂などが用いられ、樹脂被覆される金属板にはアルミニウム板、鋼板、銅板などいずれでもよい。

なお、金属板に樹脂を被覆する前に金属板の表面に下地処理を施すと樹脂被覆層の密着性がよくなり成形加工性の向上に寄与する。下地処理には、リン酸ジルコニウム処理やリン酸チタニウム処理などのノンクロメート処理およびリン酸クロメート処理などのクロメート処理を用いることができる。

缶エンド材のような厳しいプレス加工が行われる場合、材料に要求される耐摩耗性は、本発明のように樹脂が被覆された金属板では、φ３ｍｍの金属球に５００ｇｆの荷重をかけ、摺動速度１０ｍｍ／ｓｅｃの条件で行う耐摩耗性試験において、摩擦係数が０．２を超えるまでの往復摺動回数が２００回以上、望ましくは３００回以上、より好ましくは４００回以上という優れた耐摩耗性が要求されるものである。

本発明を以下に実施例を用いて詳細に説明する。
板厚０．８ｍｍのＪＩＳ Ａ５１８２合金板（Ｏ材）に、連続塗装ラインを用いて樹脂被覆を行った。市販のアルカリ脱脂液を用いて脱脂した後、下地処理に市販のリン酸クロメート液を使用して付着量としてＣｒ量換算で２０ｍｇ／ｍ^２の化成処理を行い、表１に示す基材樹脂とワックスを組み合わせた塗料をロールコーターを用いて合金板の両面に塗布し、焼付処理を焼付時間６０秒、焼付温度を基材樹脂の種類によって２３０〜２９０℃と変化させて行い供試材を作製し、表面エネルギー、成形加工性、耐摩耗性、ワックス堆積性の各特性を測定した。その結果を表２に記す。なお、樹脂被覆層の厚みは硫酸脱膜による皮膜質量試験法を用いて測定した。

表面エネルギーの測定は、接触角計を用いて対水接触角と対ヨウ化メチレン接触角を測定し、下記（１）式により算出した。
γ＝６．２８１ｃｏｓθ_ｗ＋１．１３２ｃｏｓθ_ｍ−０．１５４１ ・・・（１）
γ：表面エネルギー （ｍＪ／ｍ^２）
θ_ｗ：対水接触角 （ラジアン）
θ_ｍ：対ヨウ化メチレン接触角 （ラジアン）

成形加工性については、成形試験機を用いて、パンチ径φ４０ｍｍ、ブランク径φ８４ｍｍ、しわ押さえ力２．０トン、成形速度２０ｍｍ／ｓｅｃの条件で円筒深絞り試験を行い、成形破断高さを測定した。成形破断高さが９ｍｍ以上の場合を「◎」とし、５〜９ｍｍ未満の場合を「○」とし、それ未満の場合を「×」として評価した。

耐摩耗性に関しては、ヘイドン式摩擦摩耗試験機を用いて、接触子φ３ｍｍ超硬ボール、摺動幅１０ｍｍ、荷重５００ｇｆ、摺動速度１０ｍｍ／ｓｅｃの条件で、供試材の同一箇所を繰返し摺動し、摩擦係数が０．２を超えるまでの摺動回数を測定した。摺動回数が５００以上を「◎」、２００回以上５００回未満を「○」、２００回未満を「×」とした。

ワックス堆積性は、成形加工性に使用した金型を用いて、１万枚の連続プレス加工を行った後に金型に付着しているワックス量を測定して評価した。付着量が３ｍｇ未満を「◎」、３ｍｇ以上７ｍｇ未満を「○」、７ｍｇ以上を「×」とした。

表１、表２から明らかなように、本発明に係る樹脂被覆金属板の本発明例Ｎｏ．１からＮｏ．３９はいずれの特性も良好で問題なく利用できるものである。対して、樹脂被覆層の表面エネルギーが５０ｍＪ／ｍ^２を超える比較例のＮｏ．５０、Ｎｏ．５２では成形加工性が著しく劣っているのがわかる。また、樹脂被覆層が厚すぎる比較例Ｎｏ．５１は、表面エネルギーは５０ｍＪ／ｍ^２より低いので成形加工性を満足しているがワックス堆積性が著しく悪くなっている。

Claims (3)

1. 少なくとも片面に樹脂被覆層が設けられた金属板において、
   前記樹脂被覆層は、表面エネルギーが５０ｍＪ／ｍ^２以下、厚みが０．１ｇ／ｍ^２以上２０ｇ／ｍ^２以下であり、
   前記樹脂被覆層には、ポリエチレンワックスとカルナバワックスとがおのおの０．１重量％以上９．９重量％以下含まれ且つ前記カルナバワックス／ポリエチレンワックスの重量比が０．２４以上０．８７以下であるワックスが、含有されていることを特徴とする加工性に優れた樹脂被覆金属板。
2. 前記樹脂被覆層に含まれる前記ポリエチレンワックスの平均粒径が０．３５μｍ以上１４μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の加工性に優れた樹脂被覆金属板。
3. φ３ｍｍの金属球に５００ｇｆの荷重をかけ、摺動速度１０ｍｍ／ｓｅｃの条件で、少なくとも片面に樹脂被覆層が設けられている金属板の同一箇所を繰り返し摺動する耐摩耗試験において、摩擦係数が０．２を超えるまでの往復摺動回数が２００回以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の加工性に優れた樹脂被覆金属板。