JP7385215B2 - 複合体、ガスケット、複合体の製造方法および塗装金属板 - Google Patents
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Description
本発明の複合体は、塗装金属板、および当該塗装金属板のプライマー層と接合されたゴム層を有する。
塗装金属板は、金属板、化成処理皮膜、およびプライマー層をこの順に有する。
金属板の例には、鋼板(冷延鋼板、熱延鋼板、およびそれらの焼鈍板を含む)、ステンレス鋼板、またはこれらの鋼板をめっき処理しためっき鋼板、アルミニウム板、アルミニウム合金板、および銅板などの金属板が含まれる。中でも、良好な耐熱性および強度を有する観点では、冷延鋼板、ステンレス鋼板、めっき鋼板が好ましく、特に高い耐熱性を有する観点では、ステンレス鋼板およびめっき鋼板が好ましい。
化成処理皮膜は、金属板とプライマー層との間に形成されており、金属板とプライマー層との間の密着性を向上させる。化成処理皮膜は、金属板の表面の少なくともゴム層と接合する領域(接合面)に形成されていればよいが、金属板の表面全体に形成されていてもよい。
プライマー層は、化成処理皮膜上であって、塗装金属板の最表層に配置されており、金属板とゴム層とを接着(または接合)させる。プライマー層は、金属板とゴム層との間の接着性(または接合性)を高める観点から、硬化性樹脂、硬化剤、および無機骨材を含む樹脂組成物の硬化物からなることが好ましい。
硬化性樹脂は、化成処理皮膜と良好な密着性を有するものであればよく、特に制限されない。中でも、成形加工時に塗膜剥離が生じない良好な密着性が得られやすい観点、または化成処理皮膜がアミノ基を有するシランカップリング剤を含む場合に、化成処理皮膜との良好な密着性が得られやすい観点などから、硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であることが好ましい。
硬化剤は、硬化性樹脂を硬化させうるものであればよく、特に制限されない。エポキシ樹脂を硬化させるための硬化剤の例には、アミン化合物、酸無水物およびイミダゾール化合物が含まれる。また、エポキシ樹脂が、前述のようなイソシアネート基と反応する官能基を有する変性エポキシ樹脂である場合、硬化剤としてイソシアネート化合物を用いることもできる。中でも、化成処理皮膜やゴム層に含まれる成分との親和性を高めて、加工部においても良好な密着性を得やすくする観点では、イソシアネート化合物が好ましい。
無機骨材は、プライマー層の膜硬度を高めて耐高温摺動性を高めたり、プライマー層の表面に凹凸を付与して、ゴム層との密着性を高めたりする。無機骨材は、粒状または塊状の無機骨材であればよく、特に制限されないが、その例には、チタニア粒子や、シリカ粒子が含まれる。中でも、プライマー層の強度を高めやすく、また低コストであるなどの観点から、シリカ粒子が好ましい。
プライマー層は、ゴム層側の表層部に膨潤部を有する。膨潤部は、後述する複合体の製造工程((2)の工程)において、塗装金属板のプライマー層上にゴム層用塗料組成物を付与する際に、当該塗料組成物に含まれる溶媒成分などがプライマー層中に浸透することによって形成される。
プライマー層の表面粗さRa(ゴム層側の表面粗さRa)は、0.1~10μmであることが好ましい。プライマー層の表面粗さRaが0.1μm以上であると、アンカー効果が得られやすいだけでなく、耐高温摺動性も高まりやすいため、ゴム層との間で界面剥離を生じにくく、良好な密着性が得られやすい。プライマー層の表面粗さRaが10μm以下であると、プライマー層からのシリカ粒子の脱落を生じにくいだけでなく、樹脂成分の割合が少なくなりすぎないため、ゴム層との密着性が損なわれにくい。プライマー層の表面粗さRaは、0.5~3μmであることがより好ましい。
ゴム層は、塗装金属板のプライマー層と接合されている。ゴム層は、含フッ素重合体とポリオール系架橋剤とを含むゴム層用塗料組成物の架橋物からなる。ゴム層用塗料組成物は、含フッ素重合体とポリオール系架橋剤とを溶媒に分散または溶解させた塗料組成物である。
含フッ素重合体は、特に制限されず、その例には、フッ化ビニリデンとフッ化ビニリデン以外の含フッ素オレフィンとの共重合体、含フッ素オレフィンとプロピレンとの共重合体が含まれる。含フッ素オレフィンの例には、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロペン、ペンタフルオロプロペン、テトラフルオロエチレン、トリフルオロクロロエチレン、フッ化ビニル、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)が含まれる。
ポリオール系架橋剤の例には、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)パーフルオロプロパン、ヒドロキノンなどのポリヒドロキシ芳香族化合物が含まれる。
含フッ素重合体とポリオール系架橋剤とを含む組成物は、ゴム層の塗膜凝集力を調整する観点から、PTFE粒子をさらに含むことが好ましい。
溶媒は、含フッ素重合体を溶解させるものであればよく、その例には、イソホロンやシクロヘキサノンが含まれる。
ゴム層用塗料組成物は、必要に応じて含フッ素重合体以外の他の成分をさらに含んでもよい。他の成分の例には、カーボンブラック、シリカなどの補強材、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ハイドロタルサイトなどの受酸剤、ステアリン酸などの滑剤、テトラメチルチラウラムジスルフィド、N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミドなどの架橋促進剤が含まれる。中でも、プライマー層との間の界面強度を高めて、耐高温摺動性をさらに高めやすくする観点では、ゴム層は、補強材をさらに含むことが好ましい。
本発明の複合体は、必要に応じて他の層をさらに有してもよい。
本発明の複合体の製造方法は、(1)塗装金属板を準備する工程、および(2)塗装金属板のプライマー層上にゴム層用塗料組成物を付与した後、架橋させて、ゴム層を形成する工程を有する。
まず、金属板の表面に化成処理液を付与して、化成処理皮膜を形成する。
得られた塗装金属板のプライマー層上に、前述の含フッ素重合体、ポリオール系架橋剤、および溶媒を含むゴム層用塗料組成物を付与する。
本発明の複合体は、耐熱性とシール性が求められる各種用途に用いることができる。中でも、本発明の複合体は、良好な耐熱性とシール性を有することから、エンジンシリンダヘッド用のガスケットとして好ましく用いることができる。
(1)金属板
<金属板M1>
SUS301-CSP-H(オーステナイト系ステンレス鋼板、厚み0.2mm)
日新製鋼株式会社製NSS431-DP2(複相系ステンレス鋼、厚み0.2mm)
厚み0.5mmの鋼板の両面を溶融亜鉛めっきした溶融めっき鋼板(めっき片面付着量90g/m2)
厚み0.8mmの鋼板の両面を溶融アルミニウムめっきした溶融めっき鋼板(めっき片面付着量40g/m2)
<化成処理液C1の調製>
エタノールを10質量%含む水に、N-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシランおよびウレタン樹脂の混合物(質量比6:4)を添加して、固形分濃度が5質量%の化成処理液C1を得た。
純水(溶媒)に、20g/LのTi化合物および40g/Lのフェノール樹脂を添加して、クロメートフリーの化成処理液を得た。
塗布型クロメート処理剤(サーフコートNRC300、日本ペイント株式会社製)を使用した。
<プライマー層用樹脂組成物PC1の調製>
エポキシ樹脂(水酸基とアミノ基を有する化合物で変性された変性ビスフェノールA型エポキシ樹脂)に対して、20質量%の硬化剤(メチレンジフェニルジイソシアネート)、および10質量%の無機骨材(平均粒子径5μmのシリカ粒子)を、キシレン、シクロヘキサノンおよび1-ブタノールの混合溶媒に溶解させて、プライマー用樹脂組成物PC1を得た。
エポキシ樹脂の数平均分子量および/または硬化剤の種類を表1に示されるように変更した以外は、プライマー層用樹脂組成物PC1と同様にしてプライマー層用樹脂組成物PC2~12を得た。
シリカ粒子の平均粒子径および/または含有量を、表2または3に示されるように変更した以外は、プライマー層用組成物PC3と同様にしてプライマー層用樹脂組成物PC13~47を得た。
樹脂の種類を表3に示されるように変更した以外は、プライマー層用樹脂組成物PC1と同様にしてプライマー層用樹脂組成物PC48を得た。
MDI:メチレンジフェニルジイソシアネート(芳香族)
TDI:トリレンジイソシアネート(芳香族)
XDI:キシリレンジイソシアネート(芳香族)
HDI:ヘキサメチレンジイソシアネート(脂肪族)
IPDI:イソホロンジイソシアネート(脂環式)
2E4MZ:2-エチル-4-メチルイミダゾール
ポリエステル樹脂:水酸基含有ポリエステル樹脂
エポキシ樹脂の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法により測定した。具体的には、以下の測定条件で測定した。
GPC装置には東ソー株式会社製のGPC装置HLC-8010を使用し、カラムにはShodex社製のK-800DとK805Lの2本のカラムを使用し、溶離液にはクロロホルムを用いた。重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の値は、標準ポリスチレンから換算した。
樹脂組成物中のシリカ粒子の平均粒子径は、レーザー粒度分布計(島津製作所社製、SALD7100)により測定した。
<ゴム層用塗料組成物R1の調製>
3元系フッ素ゴムポリマーに対して、5質量%のポリオール系架橋剤、15質量%のカーボンブラックおよび10質量%のPTFE粒子(PTFEマイクロパウダー、分子量10万、平均粒子径4μm)をイソホロンに分散させて、ゴム層用塗料組成物R1を得た。
PTFE粒子を添加しなかった以外はゴム層用塗料組成物R1と同様にしてゴム層用塗料組成物R2を得た。
<複合体1の作製>
(1)塗装金属板PCM1の作製
まず、厚み0.2mmのSUS301-CSP-H(金属板M1)の表面をアルカリ脱脂した。この鋼板のアルカリ脱脂した面上に、上記調製した化成処理液C1をバーコート法で塗布した後、乾燥させて、皮膜付着量100mg/m2の化成処理皮膜を形成した。次いで、化成処理皮膜上に、プライマー層用樹脂組成物PC1をバーコート法で塗布した後、板到達温度200℃で焼き付けて、厚み5μm、表面粗さRa0.8μmのプライマー層を形成し、塗装金属板PCM1を得た。
塗装金属板PCM1のプライマー層の表面粗さRa(算術平均粗さ)を、JIS B0601-2001に準拠して、株式会社東京精密製SURFCOM130Aを用いて測定した。
次いで、得られた塗装金属板PCM1上に、上記調製したゴム層用塗料組成物R1をスクリーン印刷し、温度170℃で20分間仮乾燥させた後(乾燥工程)、さらに250℃で30分間本乾燥(架橋工程)させて、厚み20μmのゴム層を積層した。それにより、塗装金属板PCM1とゴム層の複合体1を得た。
塗装金属板の種類を表4~6に示されるように変更した以外は複合体1と同様にして、複合体2~55を得た。
ゴム層用塗料組成物の種類を表7に示されるように変更した以外は複合体3および34とそれぞれ同様にして、複合体56および59を得た。
ゴム層の厚みを表7に示されるように変更した以外は複合体3と同様にして、複合体57および58を得た。
得られた複合体を、不凍液(トヨタ社製ロングライフクーラント)の50容積%水希釈液中に半分浸漬して、圧力容器中、150℃で24時間保持した。その後、不凍液から引き上げた複合体の表面に、JIS K6894に規定される描画試験に従って、半径4.5mmの螺旋を25回描き、未浸漬部(気相)と浸漬部(液相)の境界部(気液界面)のゴム層の剥離状態を、以下の基準で評価した。
○:描画線の太さが300μm未満で、ゴム層の剥離なし
△:描画線の太さが300μm以上で、ゴム層の剥離なし
×:描画線で囲まれた面積の最も小さい部分(重点調査部位)に1ヶ所以上の剥離が発生
△以上であれば良好と判断した。
得られた複合体の耐高温摺動性は、ラビングテスター(大平理化工業製)により行った。具体的には、150℃に加熱したステージ上に複合体を固定し、摩擦相手材として直径約5mmのSUS304鋼球を用いて、ステージ移動幅50mm、振動数50Hz、荷重は400gの条件で摺動試験(摩擦摩耗試験)を行った。
そして、耐高温摺動性の評価は、鋼球が接触する部分の80%において、ゴム層の磨耗、もしくは剥離により、プライマー層が視認されるようになるまでの往復回数によって行った。具体的には、以下の基準で評価した。
○:往復回数が20回以上
△:往復回数が10回以上20回未満
×:往復回数が10回未満
△以上であれば良好と判断した。
110 塗装金属板
120 ゴム層
111 金属板
112 化成処理皮膜
113 プライマー層
113A 膨潤部
Claims (15)
- 金属板、化成処理皮膜およびプライマー層をこの順に有する塗装金属板と、前記塗装金属板の前記プライマー層と接合されたゴム層とを有する複合体であって、
前記ゴム層は、含フッ素重合体およびポリオール系架橋剤を含むゴム層用塗料組成物の架橋物からなり、
前記プライマー層は、エポキシ樹脂、硬化剤および平均粒子径2~10μmのシリカ粒子とを含むエポキシ樹脂組成物の硬化物からなり、
前記プライマー層は、前記ゴム層側の表層部に膨潤部を有し、かつ
前記プライマー層の前記ゴム層側の表面粗さRaは、0.1~10μmである、
複合体。 - 前記プライマー層の厚みは、3~7μmである、
請求項1に記載の複合体。 - 前記シリカ粒子の含有量は、前記エポキシ樹脂に対して1~20質量%である、
請求項1または2に記載の複合体。 - 前記エポキシ樹脂の数平均分子量は、2000~8000である、
請求項1~3のいずれか一項に記載の複合体。 - 前記硬化剤は、イソシアネート化合物であり、
前記エポキシ樹脂は、イソシアネート基と反応する官能基を有する変性エポキシ樹脂である、
請求項1~4のいずれか一項に記載の複合体。 - 前記硬化剤は、芳香族イソシアネート化合物である、
請求項5に記載の複合体。 - 前記ゴム層用塗料組成物は、PTFE粒子をさらに含む、
請求項1~6のいずれか一項に記載の複合体。 - 前記化成処理皮膜は、アミノ基を有するシランカップリング剤および有機樹脂を含むクロメートフリー系皮膜である、
請求項1~7のいずれか一項に記載の複合体。 - 請求項1~8のいずれか一項に記載の複合体からなる、
ガスケット。 - 金属板、化成処理皮膜およびプライマー層をこの順に有し、
前記プライマー層は、エポキシ樹脂、硬化剤および平均粒子径2~10μmのシリカ粒子を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物からなり、前記プライマー層の表面粗さRaが0.1~10μmである塗装金属板を準備する工程と、
前記塗装金属板の前記プライマー層上に、含フッ素系重合体およびポリオール系架橋剤を含むゴム層用塗料組成物を付与した後、架橋させて、前記プライマー層と接合されたゴム層を形成する工程と、
を有する、
複合体の製造方法。 - 含フッ素重合体およびポリオール系架橋剤を含むゴム層用塗料組成物の架橋物からなるゴム層と接合されるための塗装金属板であって、
金属板、化成処理皮膜およびプライマー層をこの順に有し、
前記プライマー層は、前記塗装金属板の最表層に配置され、かつエポキシ樹脂、硬化剤および平均粒子径2~10μmのシリカ粒子を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物からなり、
前記プライマー層の表面粗さRaは、0.1~10μmである、
塗装金属板。 - 前記プライマー層の厚みは、3~7μmである、
請求項11に記載の塗装金属板。 - 前記硬化剤は、イソシアネート化合物であり、
前記エポキシ樹脂は、イソシアネート基と反応する官能基を有する変性エポキシ樹脂である、
請求項11または12に記載の塗装金属板。 - 前記硬化剤は、芳香族イソシアネート化合物である、
請求項13に記載の塗装金属板。 - 前記化成処理皮膜は、アミノ基を有するシランカップリング剤および有機樹脂を含むクロメートフリー系皮膜である、
請求項11~14のいずれか一項に記載の塗装金属板。
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