JPH06134920A - 溶接性と接着性に優れた複合鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中間樹脂層を熱硬化性樹脂の溶液から形成可
能で、スポット溶接性と接着性に優れた鋼板／樹脂／鋼
板３層構造の複合鋼板の製造方法。 【構成】各鋼板の片面に導電性フィラーを含有する熱硬
化性樹脂液の塗膜を形成し、この塗膜を焼付けて主成分
樹脂の架橋点間分子量がその樹脂の分子量の30〜95％の
値になるまで該樹脂を架橋させ、熱圧着後、圧着した鋼
板を再度焼付けて樹脂を硬化させ、さらに熱圧着した
後、加圧下に冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車や家電製品、建
材などに適用が進んでいる鋼板／樹脂層／鋼板の３層積
層型複合鋼板の製造方法、特に溶接性と接着性のいずれ
にも優れた複合鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車、家電製品、建材用品の技
術の進展に伴い、各種機械装置のエンジンおよびモータ
ー等により発生する騒音、振動が環境面から問題とされ
るようになっており、その軽減化が社会的な要請として
クローズアップされている。そのため、２枚の鋼板の間
に樹脂層を挟んだ鋼板／樹脂層／鋼板の３層構造を持つ
制振性に優れた複合鋼板の利用が拡大している。制振用
途以外にも、軽量化あるいは断熱性等の性能を目的とし
た複合鋼板が開発され、今までにない機能性を有した複
合鋼板が多方面に使用されつつある。

【０００３】このような複合鋼板は、鋼板／樹脂間の接
着性がよくないと、所定の製品形状への成形加工が困難
となる。また、多くの用途において組立てが溶接により
行われるため、溶接可能であることが望まれる。

【０００４】複合鋼板にスポット溶接性を付与するに
は、樹脂層中に導電性フィラーとして金属粒子を含有さ
せることが一般的である。含有させる金属粒子に関して
は研究開発が進み、その種類、粒径、含有量等について
溶接性あるいは接着性の観点から最適な条件について知
見が得られてきている。しかし、複合鋼板の製造方法に
ついては充分に確立されておらず、そのために満足でき
る溶接性を示す複合鋼板をなかなか得ることができなか
った。

【０００５】溶接可能な複合鋼板の製造方法として、特
開昭63-249621 号公報には、導電性フィラーを含有する
樹脂層を鋼板間に挟んだ後、樹脂の貯蔵弾性率が 1.0×
10⁷dyne/cm²以上になる温度領域まで加圧下に冷却する
方法が記載されている。特開平2-253943号公報には、鋼
板の一方にフィラー含有樹脂液を塗布し、樹脂を乾燥・
溶融させた後、他方の鋼板を重ねて冷却ロールに通して
圧着し、次いで強制冷却する方法が開示されている。

【０００６】これらの方法は、いずれも冷却中または冷
却前に加圧下に拘束することで樹脂と鋼板との界面にボ
イドが発生することを防止することができ、溶接性にと
って有効であることは確かであるが、このような冷却の
最適化だけでは、得られる溶接性がまだ不十分である。

【０００７】特開平2-263636号公報には、中間層に用い
る熱硬化性樹脂のゲル化開始前に鋼板と圧着し、ゲル化
終了まで保温して、ゲル化終了後に冷却することが開示
されている。この公報には、樹脂は溶媒に溶解して鋼板
に塗布することもできると記載されているが、この方法
を適用できるのは実際には無溶剤系の熱硬化性樹脂に限
定される。従って、この方法は極めて特殊な樹脂にのみ
適用可能であって、汎用性に乏しい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、中間
樹脂層を溶剤系の熱硬化性樹脂から形成する場合にも適
用可能であって、しかも非常に優れたスポット溶接性を
有し、かつ接着性にも優れた複合鋼板の製造方法を提供
することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、２枚の鋼板の
間に導電性フィラーを含有する熱硬化性樹脂組成物から
形成した樹脂層を有する複合鋼板の製造において、少な
くとも一方の鋼板の片面に導電性フィラーを含有する熱
硬化性樹脂組成物の塗膜を形成し、この塗膜を焼付けて
該熱硬化性樹脂組成物中の主成分樹脂の架橋点間分子量
がその樹脂の分子量の30〜95％の値になるまで樹脂を架
橋させ、次いで塗膜面を内側にして両鋼板を熱圧着し、
圧着した鋼板を再度焼付けて樹脂の硬化を完了させ、さ
らに熱圧着した後、加圧下に冷却することを特徴とする
複合鋼板の製造方法を要旨とする。

【００１０】

【作用】近年、耐熱性、耐久性等の性能改善を追求した
複合鋼板の開発が進み、鋼板／樹脂／鋼板の３層構造か
らなる複合鋼板の中間層樹脂には、耐熱性や耐久性が比
較的低い熱可塑性樹脂に代わって、架橋構造を有した熱
硬化性樹脂が使用される例が増えている。熱硬化性樹脂
を用いた複合鋼板においては、その架橋度が複合鋼板の
接着強度等の性能に大きな影響力を持つため、樹脂の架
橋度を制御することが重要である。

【００１１】従って、かかる複合鋼板の製造において
は、架橋反応を所定の程度まで充分に進行させるように
樹脂の焼付・硬化を行うことは当然であるが、その架橋
過程のどの時点で樹脂／鋼板の熱圧着を行うかが、複合
鋼板、特に導電性フィラー入り樹脂層を持つ溶接可能型
複合鋼板にとっては重要なポイントとなる。

【００１２】なぜなら、このような導電性フィラー入り
複合鋼板のスポット溶接を可能にするためには、熱圧着
時に導電性フイラーが絶縁体である樹脂層を突き破って
両側の鋼板と接触して通電経路を確保する必要がある
が、熱硬化性樹脂を用いた場合には、架橋構造を有して
いるために、導電性フイラーが樹脂を突き破りにくく、
上下鋼板の間の通電経路の確保が困難なために溶接性に
問題を生じていたからである。

【００１３】鋼板に塗布された導電性フィラー入り熱硬
化性樹脂組成物の塗膜は、焼付により樹脂を硬化させて
から、樹脂層を内側にして鋼板をヒートロールに通し、
熱圧着を行なうが、この熱圧着時点の樹脂の架橋度が溶
接性に非常に大きな影響力を持つことを見出した。そし
て、その架橋度を示す指標として、主成分樹脂の架橋点
間分子量（即ち、架橋した重合体分子鎖において隣接す
る２点の架橋点間の分子量）が溶接性と密接な相関関係
を持つことが判明した。

【００１４】即ち、架橋した主成分樹脂の架橋点間分子
量がその樹脂の分子量の30〜95％の範囲にあると、熱圧
着時に導電性フィラーは樹脂層を突き破って鋼板と充分
に接触することができ、ひいては優れた溶接性を得るこ
とができるようになる。

【００１５】しかし、熱圧着時に主成分樹脂の架橋点間
分子量がその分子量の30％より小さくなるまで架橋が進
んでいると、導電性フイラーは樹脂を突き破ることがで
きず、充分な溶接性が得られなくなる。一方、主成分樹
脂の架橋点間分子量がその分子量の95％より大きい場合
は、焼付温度が低すぎるか、焼付時間が短すぎるため、
架橋がほとんど起こっていない状況である。この場合に
は溶剤が塗膜中に残留している可能性があり、この状態
で熱圧着すると樹脂層にボイドが発生し、接着性、溶接
性も低下する。

【００１６】以上の知見に基づいて、本発明において
は、フィラーを含有する熱硬化性樹脂組成物から形成し
た塗膜の熱圧着前の焼付硬化を、主成分樹脂の架橋点間
分子量がその樹脂の分子量（未架橋での分子量）の30〜
95％の範囲になるまで樹脂の架橋反応が進行するように
行う。この時点では、樹脂の架橋・硬化は不完全であ
る。樹脂がこの架橋度の範囲にある時に熱圧着すること
により、上記のように導電性フィラーが鋼板と接触する
ことができ、優れた溶接性を確実に得ることができる。

【００１７】熱硬化性樹脂の架橋点間分子量は、樹脂の
粘弾性を測定し、ゴム状領域での貯蔵弾性率の値から算
出することができる。具体的には、架橋点間分子量 (Ｍ
c)は、Ｍｃ＝３ρＲＴ／Ｅ'(ρ: 樹脂の比重、Ｒ: 気体
定数、Ｔ: 温度、Ｅ':ゴム状領域の貯蔵弾性率) なる式
により算出される。

【００１８】また、主成分樹脂とは、熱硬化性樹脂の主
体をなす重合体、即ち、架橋剤や触媒その他の添加剤を
除外した樹脂本体の意味である。

【００１９】上記架橋度の状態での熱圧着により、導電
性フィラーが樹脂層を突き破った複合鋼板が得られる
が、そのままでは樹脂の架橋が不完全であって、接着強
度が不足する。そのため、次工程として、架橋反応を完
了させるために再度の焼付により樹脂を硬化させる。こ
の２回目の焼付の条件は、樹脂の架橋硬化を完了させる
ように設定する。

【００２０】このように、本発明においては、フィラー
入り中間層樹脂に用いた熱硬化性樹脂の焼付硬化を２回
に分けて行い、その間に熱圧着工程を設けることによっ
て、溶接性と接着強度を同時に改善することができる。

【００２１】２回目の焼付硬化により樹脂の架橋が完了
した後、製品の厚み精度を向上させるために再度の熱圧
着を行う。その後、鋼板温度が常温付近になるまで加圧
下に冷却する。

【００２２】本発明の方法で用いる鋼板は、冷延鋼板、
ステンレス鋼板、亜鉛系およびアルミニウム系などの各
種めっき鋼板等のいずれでも良く、所望により、クロメ
ート処理もしくはリン酸塩処理などの適当な下地処理を
施して使用しても良い。鋼板の板厚は特に制限されない
が、好ましくは 0.2〜2.0 mmの範囲である。

【００２３】中間の樹脂層を形成する熱硬化性樹脂も特
に制限されず、複合鋼板の使用目的に応じた特性を持つ
ものから適宜選択すればよい。例えば、ポリエステル樹
脂を各種硬化剤で架橋させる種類の熱硬化性ポリエステ
ル樹脂、熱硬化型のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリ
ウレタン等を用いることができる。熱硬化性樹脂は１種
もしくは２種以上使用することができ、少量であれば熱
可塑性樹脂との併用も可能である。

【００２４】樹脂塗膜の形成は、使用する熱硬化性樹脂
(主成分樹脂) と必要であれば架橋剤、触媒、その他の
添加剤を適当な溶媒にとかして塗布に適した熱硬化性樹
脂組成物を調製し、これを適当な手段で２枚の鋼板の少
なくとも一方の片面に塗布することにより実施できる。
塗布は、溶接性を重視する時は一方の鋼板のみに、接着
性を重視する時には両方の鋼板に行うことが好ましい。
主成分の熱硬化性樹脂自体が塗布可能な液状である場合
には、溶媒を使用する必要はない。その他の添加剤とし
て、防錆顔料、充填材 (例、シリカ) 、補強材 (例、ガ
ラス繊維) などを樹脂層中に含有させることもできる。
樹脂層全体の厚みは使用目的に応じて選択すればよい
が、通常は30〜200 μｍの範囲であることが好ましい。

【００２５】本発明で用いる導電性フイラーは、鉄、
銅、ニッケル、ステンレス、亜鉛、アルミニウム等の良
導電性金属粒子が好適である。フィラーの粒径は、樹脂
層の厚みに応じて適宜選択するが、一般に平均粒径で40
〜90μｍの範囲が好ましい。

【００２６】導電性フィラーを樹脂層中に含有させる方
法としては、鋼板の塗布に用いる熱硬化性樹脂組成物中
にフィラー粒子を分散させておくか、或いはこの樹脂組
成物の塗布により形成された未乾燥の塗膜に後からフィ
ラー粒子を散布する方法が可能である。導電性フィラー
の配合量は、溶接性、接着強度、制振性などの複合鋼板
の各種性能を考慮して選択すればよいが、通常は樹脂固
形分に対して５〜45重量％の範囲が好ましい。

【００２７】本発明の複合鋼板の製造方法の実施に使用
できる装置の例を図１に示す。図１において、それぞれ
ペイオフリール1,1'より巻き出された２枚の鋼板2,2'
は、少なくともコーター3,3'の１つにおいて樹脂溶解液
が少なくとも一方の鋼板の片面に塗布された後、加熱オ
ーブン4,4'で焼付が行われる。この焼付により溶剤が留
去されると共に、架橋点間分子量が主成分樹脂の分子量
の30〜95％の値になるまで樹脂を架橋させる。こうして
樹脂塗膜を不完全に架橋させた鋼板は、デフレクターロ
ール5,5'を経て、２対の加熱ロール６で樹脂塗膜面を内
側にして熱圧着される。熱圧着した鋼板は、さらに加熱
オーブン７で加熱されて樹脂の架橋硬化反応を完了させ
た後、加熱ロール８で再度熱圧着され、次いで冷却ロー
ル９で鋼板温度が常温付近に戻るまで加圧下に冷却され
る。その後、ブライドルロール10を通ってテンションリ
ール12に巻き取られる。

【００２８】図１の装置は例示のために示したものであ
って、装置の構成はこれに限定されるものではない。コ
ーターとしては、ロールコーター、スプレーコーターな
ど慣用のいずれの塗布装置も使用できる。オーブンでの
焼付条件や加熱ロールでの熱圧着条件は、樹脂種や製品
用途に応じて適宜選択すればよい。

【００２９】以下、実施例により本発明を具体的に説明
するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【００３０】

【実施例】図１に示す構成の装置を用いて複合鋼板を製
造した。使用した鋼板は、0.4 mm厚、900 mm幅の冷延鋼
板であり、導電性フィラーとして平均粒径60μｍのニッ
ケル粉末を中間層樹脂固形分に対して17.5重量％の割合
で配合した。使用した熱硬化性樹脂は、ポリエステル−
メラミン樹脂 (樹脂Ａ)(主成分ポリエステル樹脂の分子
量１万) とアクリル系熱硬化性樹脂 (樹脂Ｂ)(主成分ア
クリル樹脂の分子量３万) の２種類であり、これをそれ
ぞれ有機溶媒 (シクロヘキサノンとキシレンの混合溶
媒) に溶解して用いた。

【００３１】樹脂溶液に上記配合量でニッケル粉末を分
散させた塗布液を、ロールコーターにより上下２枚の鋼
板の片面に塗布した。塗布量は、上下鋼板共に乾燥後の
塗膜厚みが20μｍとなる量であり、圧着後に40μｍの厚
みの樹脂層が形成されるようにした。

【００３２】図１の加熱オーブン4,4'および２回目の焼
付用の加熱オーブン７での焼付温度および加熱ロール６
での加圧力を変化させて複合鋼板を製造した。加熱オー
ブン4,4'で焼付が済んだ熱圧着前の鋼板の試験片につい
て、樹脂塗膜の粘弾性を測定し、ゴム状領域での貯蔵弾
性率から架橋点間分子量を上記のように算出した。

【００３３】得られた複合鋼板の性能をスポット溶接性
と剪断接着強度について次のように試験した。スポット
溶接性は、30mm×30mmの試験片200 枚に対して溶接試験
を行い、その溶接欠陥数により評価した。溶接条件は、
ダブルＲドーム型1%Cr−Cu電極を用い、電流8500Ａ、加
圧力200 kgf 、通電時間12サイクルで行った。

【００３４】剪断接着強度は、25mm×150 mmの試験片に
対して12.5mmの継手長さになるように12.5mm長さのＶノ
ッチ加工を施し、引張試験に供して求めた引張破壊荷重
により、◎→○→△→×→××の５段階で評価した。◎
と○が成形加工上問題のないレベルである。

【００３５】試験結果を、樹脂種、初回と２回目の焼付
温度 (加熱オーブン4,4'と７の出側での鋼板温度) 、こ
の初回の焼付後の樹脂の架橋点間分子量 (Ｍｃと略記)
、主成分樹脂分子量に対するＭｃの割合 (％) 、初回
と２回目の熱圧着条件 (加熱ロール６と８での加圧力)
と共に表１に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１より、いずれの樹脂種 (樹脂Ａ、Ｂ)
を用いた場合でも、本発明に従って最初の熱圧着前の主
成分樹脂の架橋点間分子量 (Ｍｃ) がその樹脂の分子量
の３０〜９０％の範囲内であれば、良好な溶接性および
剪断接着強度が得られ、Ｍｃが上記範囲から外れると、
溶接性および剪断接着強度が共に著しく低下した。

【００３８】表１の試験No. 13は、加熱オーブン７をOF
F にしたためにその出側温度が100℃に低下した例、即
ち、焼付硬化を一度しか行わなかった比較例を示すが、
樹脂の最終的な架橋度が不足しているため、剪断接着強
度が不十分となった。この結果から、良好な溶接性を得
るために初回での焼付における樹脂の架橋度を制限した
本発明方法では、熱圧着後に架橋反応を完了させるた
め、再度の焼付が必要であることがわかる。

【００３９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、中間層樹脂として導電性フィラーを含有させた熱硬
化性樹脂を使用し、スポット溶接性と接着性のいずれに
も優れた複合鋼板を製造することができる。得られた複
合鋼板は、これらの性質に加え、熱硬化性樹脂に固有の
優れた耐熱性や耐久性を示し、接着強度が高いことか
ら、加工性も良好である。従って、本発明により自動
車、家電製品、建材などの各種用途に適した高性能の複
合鋼板の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合鋼板の製造方法の実施に使用可能
な装置の構成例を示す。

【符号の説明】

1,1': ペイオフリール, 2,2': 鋼板, 3,3': コーター,
4,4',7: 加熱オーブン,5,5': デフレクターロール5,5',
6, 8: 加熱ロール, ９: 冷却ロール,10: ブライドルロ
ール, 11: テンションリール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の鋼板の間に導電性フィラーを含有
   する熱硬化性樹脂組成物から形成した樹脂層を有する複
   合鋼板の製造において、少なくとも一方の鋼板の片面に
   導電性フィラーを含有する熱硬化性樹脂組成物の塗膜を
   形成し、この塗膜を焼付けて該熱硬化性樹脂組成物中の
   主成分樹脂の架橋点間分子量がその樹脂の分子量の30〜
   95％の値になるまで樹脂を架橋させ、次いで塗膜面を内
   側にして両鋼板を熱圧着し、圧着した鋼板を再度焼付け
   て樹脂の硬化を完了させ、さらに熱圧着した後、加圧下
   に冷却することを特徴とする複合鋼板の製造方法。