JP5612497B2 - 押出被覆一体化された成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、押出成形と表面塗装を一体化した成形体の製造方法に関する。

自動車車両、家電、建材等に使用される押出成形品に装飾性等の付加価値を付けたり、あるいは耐候性や耐蝕性を高めて製品の長寿命化を図ることを目的として、押出成形品の表面に塗装を施すことは従来から広く行われている。

また押出成形と同時に合成樹脂で被覆する方法が開示されている。例えば特許文献１には、芯材入り合成樹脂製品の製造方法として、表面に樹脂系接着剤を塗布した金属製芯材を用いて合成樹脂により積層成形及び又は押出成形によって芯材入りの合成樹脂製品を得ることを特徴とした方法が開示されている。しかしながら、このような方法では、接着剤を芯材に予め塗布する必要があるので、製造が煩雑であり、生産性に問題があった。前記接着剤を用いない方法として、以下の方法が提案されている。

例えば特許文献２には、建築用板材の製造方法として、所定の厚み寸法、幅寸法及び長手寸法を有し、長手方向に一様断面を有するとともに、波板状に形成された金属製の芯材と、この芯材を包含する樹脂とを含んだ建築用板材を製造する方法であって、金属帯板材を長手方向に搬送しつつ、長手方向に一様断面の波板状をした芯材を連続形成する第１工程と、樹脂押出成形法により、上記芯材を包含する樹脂成形物を連続形成する第２工程と、上記第２工程で形成された樹脂成形物を所定の長さごとに切断して単位板材を得る第３工程と、を含むことを特徴とする方法が開示されている。具体的には、０．３〜１．０ｍｍ程度の肉厚の波板状芯材の表面に樹脂原料と共に複合押出成形（共押出成形）を行うものである。しかしながら、このような方法では、確かに生産性は向上するが、金属製芯材にそのまま直接的に合成樹脂を被覆しているため金属製芯材と合成樹脂との接着力が不足し、強い衝撃を受けた場合には割れ、剥離の問題があった。合成樹脂としては押出成形が可能な熱可塑性樹脂としている。

特許文献３には、アルミニウム形材と両端に係合爪が突設された硬質のチャンネル形基材に軟質の被覆材を一体に複合して押出成形された樹脂形材とからなり、アルミニウム形材に、凹所を設けることによりその口縁に樹脂形材の係合爪が落ち込みにおいて掛かる掛止部を形成し、その係合爪を掛止部に逃げ角で掛かる斜面を形成し、アルミニウム形材に樹脂形材を接着剤無しで剥離可能に被着したことを特徴とする樹脂化粧アルミニウム形材が開示されている。樹脂形材としては、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ＡＡＳ等の熱可塑性樹脂が開示されている。しかしこの方法も金属製芯材にそのまま機械的に合成樹脂を接合しているため、金属製芯材と合成樹脂との接着力が不足し、強い衝撃を受けた場合には割れ、剥離の問題があった。

特許文献４には、アルミニウム製芯材の表面を合成樹脂層で被覆した建築用部材が開示されている。この建築用部材は、一体押出成形により芯材と被覆層が一体化されている。この方法では、アルミニウム製芯材の外表面における周方向の一部又は全部に、該芯材の長手方向に沿って合成樹脂からなる被覆層が形成されてなり、芯材の外表面が少なくとも被覆層形成領域において長手方向に沿って、深さ０．０３〜１．０ｍｍの溝を有するものである。合成樹脂からなる被覆層としては、ポリエステル系その他熱可塑性樹脂が開示されている。しかしこの方法もアルミニウム製芯材の表面に溝を設け、物理的に合成樹脂を接合しているため、アルミニウム製芯材と合成樹脂との接着力が不足し、強い衝撃を受けた場合には割れ、剥離の問題があった。

特許文献５には、一般的に断面形状が複雑であるサッシ構成部材について、アルミニウム芯材とこれを被覆する合成樹脂層からなっている。この合成樹脂層は一体押出成形により、芯材の表面に、芯材の形状に沿って被覆されている。このため、合成樹脂層を芯材に対して物理的に着脱可能な複雑な形状に構成したり、芯材の表面に予め接着剤を塗布するといった手間が不要としている。合成樹脂層としては、押出成形可能な熱可塑性樹脂が開示されている。しかしこの方法もアルミニウム芯材にそのまま物理的に合成樹脂を接合しているため、アルミニウム芯材と合成樹脂との接着力が不足し、強い衝撃を受けた場合には割れ、剥離の問題があった。

特開昭６２−１３３１５号公報 特開２００３−１３５４３号公報 特開２００３−１０５９４５号公報 特開２００７−１７５９４９号公報 特開２００９−２０３７７８号公報 特開平８−２０６７２９号公報 特開２０１０−９９７２７号公報

先行技術は、表面被覆層はいずれも熱可塑性樹脂で構成されている。しかし、熱可塑性樹脂は耐熱性に乏しく高温環境下においては合成樹脂層が軟化し、容易に圧痕が付いたり、擦り傷が付いて商品価値を低下させている。また、押出芯材と表面被覆層である合成樹脂とは化学的な結合ではなく、物理的な接合であり、低温環境下では衝撃により合成樹脂層が割れたり、剥離するといった不具合が生じている。

そこで、本発明は上記した問題点のない、金属の押出成形体に対し、押出成形と同時に熱硬化性塗料組成物により表面塗装を行う塗装方法を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために本発明は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム又はマグネシウム合金等の金属を押出成形するに際し、成形用ダイスの先に表面塗装するための塗装用ダイスを設け、押出成形された成形体の表面に連続的に塗装し、塗膜を形成する方法を提供するものである。

即ち、本発明に従って、押出成形用ダイス及び塗装用ダイスが備えられた押出成形機に押出成形用部材を供給し、押出成形法により押出成形体芯部を形成する工程と、
該塗装用ダイスに２５℃における粘度が５００〜５０，０００ｍＰａ・ｓの熱硬化性塗料組成物を供給する工程と、
該押出成形体芯部の外周に供給した熱硬化性塗料組成物を熱により硬化させる工程
を有することを特徴とする、押出成形体芯部の外周に塗膜層を有してなる成形体の製造方法が提供される。

本発明によれば、金属の押出成形と同時に連続的に表面塗装をするため、表面酸化され易い活性な金属であっても、密着性に優れた塗膜を容易に形成することが可能である。

また、硬化塗膜は塗装用ダイスの表面を転写するため、平滑性に優れ、押出成形体の表面粗さを改善する。

また押出成形体を後塗装する場合は、化成処理を施し表面に酸化被膜等を不活性で安定な状態に処理した後、成形体の凹凸を修正するためパテ埋めを行い、パテが硬化した後、表面サンディングを行い、プライマー塗装、上塗り塗装を行う複雑な塗装工程が必要となるが、本発明では、押出成形と同時に表面に塗膜が形成されているため、そのまま最終製品としても良いし、必要に応じ上塗り塗装を行うだけで済み、大幅な工程短縮が可能となる。

本発明における押出装置の概念を説明する側面断面図である。 本発明における中空材の中空部を形成する押出装置の概念を説明する側面断面図である。

以下、本発明の成形体の製造方法について、具体的に説明する。

本発明に係わる成形体は、金属からなる押出成形体芯部と、その表面に形成された熱硬化性塗料組成物の塗膜からなっている。

本発明に係る押出成形体芯部と樹脂のように物と物とが接着（接合）する機構については、いろいろな説があるが、一般的には、
１）物理的な接合力として、例えば投錨効果が代表的なものとして挙げられ、
２）化学的な接合力としては、（ａ）共有結合等の一次結合、（ｂ）水素結合、（ｃ）ファンデルワールス力（二次結合）がある。

化学的な結合が発現するためには、物と物とが充分に濡れなければならない。また、共有結合や水素結合するためには、お互いが反応するための官能基を持っていなければならない。上記特許文献のように熱可塑性樹脂の押出成形による被覆では、押出成形体芯部との濡れ性が不十分であるため、化学的な結合を発現することは困難であった。従って、投錨効果を持たせるため、結合爪や溝を形成して物理的な接合力を発現させいたと思われる。本発明にかかる熱硬化性塗料組成物を用いた場合、組成物中に水酸基やカルボキシル基等の官能基を持っており、熱硬化性塗料が硬化を開始するまでの間、押出成形体芯部と充分に濡れることにより強固な化学的な結合力が発現するものと本発明者らは想像している。

前記金属からなる押出成形体芯部としては、従来より公知の金属が使用でき、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ニッケル合金又は銅合金等が挙げられ、好ましくは、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金が挙げられる。

前記熱硬化性塗料組成物を構成する樹脂の少なくとも一部としては、不飽和二重結合を有する架橋系、イソシアネート樹脂とポリオール樹脂とからなる架橋系及びグリシジル基を有する樹脂と多塩基酸を有する組み合わせからなる架橋系からなる群から選ばれる少なくとも１つの架橋系を含んでなる樹脂を使用することが好ましい。例えば、不飽和二重結合を有する架橋系として、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、シリコンアクリレート樹脂等の不飽和二重結合を有する樹脂とスチレン、トリプロピレングリコールジアクリレート等のモノマー及び有機過酸化物とのラジカル反応による架橋が挙げられ、イソシアネート樹脂とポリオール樹脂とからなる架橋系として、イソシアネート基を有するイソシアネート樹脂とアクリルポリオール樹脂、ポリエステルポリオール樹脂等の水酸基を有する樹脂によるウレタン架橋が挙げられ、及びエポキシ樹脂等のグリシジル基を有する樹脂と多塩基酸による架橋が挙げられる。

これらの樹脂に対し、塗料成分として、着色顔料、体質顔料又は防錆顔料等の顔料、酸化防止剤、重合防止剤、分散剤、離型剤等の各種添加剤を加えることができる。

着色顔料としては、二酸化チタン、カーボンブラック、弁柄、鉄黄等の無機顔料や、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン等の有機顔料等が挙げられる。

体質顔料としては、炭酸カルシウム、タルク、クレー、シリカ、マイカ、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム等が挙げられる。

防錆顔料としては、リン酸亜鉛、トリポリリン酸アルミニウム、トリポリリン酸カルシウム、縮合リン酸カルシウムのマグネシウム中和塩等のリン酸系防錆顔料や亜鉛粉末等が挙げられる。

また、塗装用ダイスとの離型性を確保するため、離型剤の添加は有効である。離型剤としては、金属のステアリン酸塩、リン酸エステル等の通常プラスチック成形に使用している離型剤が使用できる。

塗料の製造方法としては、通常の溶剤型塗料を製造する装置が使用できる。例えば、ガラスビーズを分散媒体とする分散機や、ロールミル、高速ディスパー等が挙げられる。

本発明にかかる熱硬化性塗料組成物は、２５℃における粘度が５００〜５０，０００ｍＰａ・ｓの範囲であることが必要である。５００ｍＰａ・ｓ未満では塗料中に気泡を巻き込んで平滑な塗膜が得られ難い。５０，０００ｍＰａ・ｓを超えると塗料の流動性に劣り、塗膜中に巣穴が生じ平滑な塗膜が得られない。好ましくは、１，０００〜４０，０００ｍＰａ・ｓ、特に好ましくは、２，０００〜３５，０００ｍＰａ・ｓの範囲である。

押出成形体芯部の成形方法は、公知の成形方法が使用できる。例えば、特許文献６及び特許文献７を挙げることができる。押出成形の方法としては、温間押出成形法又は熱間押出成形法が好ましい。押出成形時の加工温度は、温間押出成形の場合は１５０〜２００℃に、熱間押出成形の場合には２００〜５５０℃に設定される。温間押出とは常温より高いが材料の再結晶化温度より低い温度で行う技法である。これに対し熱間押出とは熱間加工の一種で材料が再結晶化する温度より高い温度を保って加工硬化を防ぎ、材料が金型を通り易くする技法である。

図１は、本発明の製造方法の一実施例の説明図である。コンテナ１内に加熱した押出成形用部材３及びダミーブロック４を挿入し、ステム２で押出成形用部材３を加圧して、前方に取り付けられた押出成形用ダイス５の穴より所定の形状を有する押出成形体芯部６を押し出させる。押出成形と同時に連続的に表面塗装をするために前方に取り付けられた塗装用ダイス７を成形体が通過する際、塗料タンク１１から吸い上げられた熱硬化性塗料を圧送ポンプ１０により塗装用ダイス７内に供給する。この場合の塗装用ダイス７の表面温度は塗装用ダイス加熱用パイプ８内を循環する熱媒体によって、６０〜２００℃の任意の温度に制御されていることが好ましい。６０℃未満では熱硬化性塗料の硬化に時間がかかり過ぎて生産性に乏しいので好ましくない。２００℃を超えると熱硬化性塗料の硬化が早くなり過ぎて流動性が低下し、均一な塗膜が得られ難い。また、塗装用ダイス冷却用パイプ９内を循環する冷媒によって、熱硬化性塗料がこの部分で硬化しない様に冷却している。冷媒の温度は熱硬化性塗料の硬化性に応じて適宜設定する。また、熱硬化性塗料は圧送ポンプによって、１０〜３０ＭＰａの圧力で供給される。圧力はこの範囲で任意に設定することができる。熱硬化性塗料は塗装用ダイス及び押出成形体芯部６の熱により硬化する。

塗膜の厚みは、本発明において特に限定されるものではないが、例えば０．０５〜５．０ｍｍとするのが好ましい。０．０５ｍｍ未満では押出成形体の表面凹凸を隠蔽することが困難である。また、５．０ｍｍを超える場合には、押出成形体自体の厚みが厚くなり過ぎるため重量が増し、またコスト的にも不利となる。より好ましくは、０．１〜４．０ｍｍ、特に好ましくは、０．２〜３．０ｍｍの範囲である。

また、塗装用ダイスが先端に行くに従って内径が徐々に小さくなるように僅かにテーパーを設けることにより、塗料に圧力を加えることが可能となり、塗料の硬化に伴う収縮による圧力低下を補い、表面平滑性と、押出芯材との付着性に優れた塗装成形体が得られる。

図２は、本発明の中空材の中空部を形成する製造方法の一実施例の説明図である。この図においては塗装にかかる塗装用ダイス等は図１と同様なので省略している。コンテナ１内に加熱した押出成形用部材３及びダミーブロック４を挿入し、ステム２で押出成形用部材３を加圧して、前方に取り付けられた中空材の押出加工用の押出用ダイス（雌型）１４と雄型マンドレル１３とによる組み合わせダイスからなるダイス出口１５より所定の形状を有する中空押出芯材２０を押し出させる。雄型マンドレル１３の先端面には冷却媒体吐出口１８が設けられ、冷却媒体流通路１７を通じて冷却媒体供給源１９に連通接続されることにより、冷却媒体が雄型マンドレル１３の先端面の冷却媒体吐出口から中空部内に吐出され中空部内から中空押出芯材２０を冷却するようになっている。冷却媒体としては、空気（エアー）が挙げられる。

以下、実施例により、本発明について更に詳細に説明する。なお、「部」は質量部を意味する。

（実施例１〜７及び比較例１〜２）
φ１００ｍｍの中空成形体を成形する一般に知られた押出加工用の押出設備を用いて、１７０℃に加熱されたマグネシウム合金を温間押出成形し、中空パイプ状の成形体を得た。押出成形と同時に連続的に表面塗装をするために、押出成形体は内部表面温度が１６０℃に調整された塗装用ダイスに挿入され、表１に示した熱硬化性塗料組成物を塗装用ダイスに圧送し、押出成形体及び塗装用ダイスにより加熱され、硬化した塗膜で表面被覆された成形体を得た。なお、塗装用ダイスは先端に向かって徐々に内径が小さくなっている。得られた塗膜の厚さは平均０．５ｍｍであった。

得られた成形体について塗膜の外観、付着性、耐おもり落下性を評価した結果を表１に示す。なお塗膜の外観、付着性は下記の評価方法に従って評価した。

＜塗膜の外観＞
塗膜のツヤ、シワ、均一性等を目視にて評価。
○…ツヤのムラ、シワがなく、外観が均一であるもの
△…わずかにツヤのムラ、シワが見られるもの
×…かなりのツヤのムラ、シワが著しく、外観が不均一であるもの

＜付着性＞
ＪＩＳ Ｋ ５６００−５−６：付着性（クロスカット法）に従って初期の塗膜付着性試験を実施した。塗膜の付着性はＪＩＳ Ｋ ５６００−５−６に記載の試験結果の分類に基づき下記の０〜５の６段階で評価した。
＜段階評価＞
０…カットの縁が完全に滑らかで、どの格子の目にも剥がれがない。
１…カットの交差点における塗膜の小さな剥がれ。クロスカット部分で影響を受けるのは、明確に５％を上回ることはない。
２…塗膜がカットの縁に沿って、及び／又は交差点において剥がれている。クロスカット部分で影響を受けるのは明確に５％を超えるが１５％を上回ることはない。
３…塗膜がカットの縁に沿って、部分的又は全面的に大きな剥がれを生じており、及び又は目のいろいろな部分が、部分的又は全面的に剥がれている。クロスカット部分で影響を受けるのは、明確に１５％を超えるが３５％を上回ることはない。
４…塗膜がカットの縁に沿って、部分的又は全面的に大きな剥がれを生じており、及び又は数カ所の目が部分的又は全面的には剥がれている。クロスカット部分で影響を受けるのは、明確に３５％を超えるが６５％を上回ることはない。
５…剥がれの程度が分類４を超える場合。

＜耐おもり落下性＞
ＪＩＳ Ｋ ５６００−５−３：耐おもり落下性（デュポン式）に従って初期の耐おもり落下性試験を下記試験条件にて実施した。
ａ）雰囲気温度：０℃
ｂ）半径６．３５±０．３ｍｍの撃ち型と受け台とを取り付け、試験片の塗面を上向きにしてその間に挟む。
ｃ）質量５００±１ｇのおもりを、高さ２０ｃｍの高さから撃ち型の上に落とす。
ｄ）２３℃の室内に１時間放置後、目視によって塗面の損傷を調べる。
（判定）
試験片２枚について、試験片の衝撃変形による塗膜の割れ・はがれを認めないときは「合格」、衝撃による変形で割れ・はがれが認められるときは「割れ・はがれ」とする。

（＊１）数平均分子量７００のエポキシアクリレート５５部、スチレンモノマー４５部
（＊２）数平均分子量２０００の非黄変性ウレタンアクリレート７０部、スチレンモノマー３０部
（＊３）数平均分子量２５００のイソフタル酸系不飽和ポリエステル樹脂７０部、スチレンモノマー３０部
（＊４）トリプロピレングリコールジアクリレート
（＊５）数平均分子量８０００のポリメチルメタアクリレート３０部、スチレンモノマー７０部
（＊６）ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート

（実施例８）
熱硬化性塗料組成物として表２に示したものを使用した以外は実施例１と同様の方法で行った。評価結果を表２に示した。

（＊７）Ｄｅｓｍｏｐｈｅｎ ＶＰＬＳ２２４９−１ ポリエステルポリオール、Ｂａｙｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＡＧ社製
（＊８）Ｄｅｓｍｏｄｕｒ ＸＰ２４１０ 脂肪族ポリイソシアネート、Ｂａｙｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＡＧ社製

（実施例９〜１０）
熱硬化性塗料組成物として表３に示したものを使用した以外は実施例１と同様の方法で行った。評価結果を表３に示した。

（＊９）エポキシ当量１９０、数平均分子量３８０
（＊１０）芳香族ポリアミン、油化シェルエポキシ社製

（実施例１１〜１２）
中空成形体内部から冷却用エアーが吐出可能な、φ１００ｍｍの中空成形体を成形する押出加工用の押出設備を用いて、５５０℃に加熱されたアルミニウム合金を熱間押出成形し、中空パイプ状の成形体を得た。成形部材が押出されると同時に中空成形体内部に冷却用エアーを吐出した。押出成形と同時に連続的に表面塗装をするために、押出成形体は内部表面温度が２００℃に調整された塗装用ダイスに挿入され、表４に示した熱硬化性塗料組成物を塗装用ダイスに圧送し、押出成形体及び塗装用ダイスにより加熱され、硬化した塗膜で表面被覆された成形体を得た。なお、塗装用ダイスは先端に向かって徐々に内径が小さくなっている。得られた塗膜の厚さは平均０．３ｍｍであった。評価結果を表４に示す。

１ コンテナ
２ ステム
３ 押出成形用部材
４ ダミーブロック
５ 押出成形用ダイス
６ 押出成形体芯部
７ 塗装用ダイス
８ 塗装用ダイス加熱用パイプ
９ 塗装用ダイス冷却用パイプ
１０ 塗料圧送ポンプ
１１ 塗料タンク
１２ 塗膜
１３ 雄型マンドレル
１４ 押出用ダイス（雌型）
１５ ダイス出口
１６ ダイリング
１７ 冷却媒体流通路
１８ 冷却媒体吐出口
１９ 冷却媒体供給源
２０ 中空押出芯材

Claims (9)

1. 押出成形用ダイス及び塗装用ダイスが備えられた押出成形機に押出成形用部材を供給し、押出成形法により押出成形体芯部を形成する工程と、
   該塗装用ダイスに２５℃における粘度が５００〜５０，０００ｍＰａ・ｓの熱硬化性塗料組成物を供給する工程と、
   該押出成形体芯部の外周に供給した熱硬化性塗料組成物を熱により硬化させる工程
   を有することを特徴とする、押出成形体芯部の外周に塗膜層を有してなる成形体の製造方法。
2. 前記押出成形用部材がマグネシウム又はマグネシウム合金である請求項１に記載の成形体の製造方法。
3. 前記押出成形用部材がアルミニウム又はアルミニウム合金である請求項１に記載の成形体の製造方法。
4. 前記押出成形法が温間押出成形であり、その押出加工時の加工温度が１５０〜２００℃である請求項１〜３のいずれかに記載の成形体の製造方法。
5. 前記押出成形法が熱間押出成形であり、その押出加工時の加工温度が２００〜５５０℃である請求項１〜３のいずれかに記載の成形体の製造方法。
6. 中空材の押出加工用の押出設備において、中空材の中空部を形成する雄型マンドレルの先端面に、冷却媒体を吐出する吐出口が設けられ、押出中、該吐出口を通じて冷却媒体が押出成形体の中空部内に吐出されるようになされている請求項１〜５のいずれかに記載の成形体の製造方法。
7. 前記塗装用ダイスの内部表面温度が６０〜２００℃である請求項１〜６のいずれかに記載の成形体の製造方法。
8. 前記塗装用ダイスが先端に向かって徐々に内径が小さくなっている請求項１〜７のいずれかに記載の成形体の製造方法。
9. 前記熱硬化性塗料組成物を構成する樹脂の少なくとも一部として不飽和二重結合を有する架橋系、イソシアネート樹脂とポリオール樹脂とからなる架橋系及びグリシジル基を有する樹脂と多塩基酸を有する組み合わせからなる架橋系からなる群から選ばれる少なくとも１つの架橋系を含んでなる樹脂を使用した請求項１〜８のいずれかに記載の成形体の製造方法。