JPH06198741A - ふっ素樹脂と金属製品等との結合物製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特別の表面処理や樹脂質することなく金属、
セラミック等の安定した固体表面にパーフルオロ樹脂を
接着により結合する。 【構成】 金属、セラミック等の表面を片方の被着材と
し、他方の被着材をパーフルオロ樹脂の一種であるＰＴ
ＦＥとし、接着剤は熱可塑性パーフルオロ樹脂であるＰ
ＦＡ、ＦＥＰ等を接着剤とし、接着に際してスペーサー
を使用して接着層の厚みを一定値以上になるようにし、
ＰＴＦＥとの接着では接着温度は摂氏３４０度以上、接
着時間は接着温度等に依存する接着開始時間以上の時間
とし、接着剤の融解した状態で接着剤と被着材とを密着
させて接着する方法。熱可塑性パーフルオロ樹脂層を表
面とする接着物を得るためには接着温度は３２０度付近
として接着し、この際ＰＴＦＥは離型材として使用する
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用の分野】本発明は金属、セラミックなど
と対薬品性、対汚染性の優れたパーフルオロ樹脂との接
着を可能とすることにより、これら素材の利用分野の拡
大、新分野の創出が可能となる。 具体的な例として、
化学用容器、パイプ、ロール、ハンドリング用具、プレ
ート類、結合器具等をあげることができる。

【０００２】

【従来の技術】本発明におけるパーフルオロ樹脂とは、
高分子の主鎖である炭素−炭素結合に結合する側鎖の主
要なものは、ふっ素原子、炭素−ふっ素原子結合からな
る高分子であり、工業製品としてはポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥとして記す）、テトラフルオロエチ
レン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体
（ＰＦＡと記す）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフ
ルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰと記す）、テトラフ
ルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン− パーフ
ルオロアルキルビニルエーテル（ＥＰＥと記す）が知ら
れている。 このなかで熱可塑性樹脂として知られてい
るものはＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＰＥであり、ＰＴＦＥは融
点があるが粘度が著じるしく高いので熱可塑性樹脂とみ
なしていない。 これらの樹脂と他の材料との接着には
従米、製品の表面の化学処理、高エネルギー電磁波、粒
子線処理が必要とされてきた。また金属表面にに対する
皮膜形成方法としてはサンドブラストによる金属表面処
理の後、プライマー処理等を併用して、これらの樹脂粉
体を表面に塗布し、焼き付け、塗布・焼き付けを繰り返
し行なうことにより厚さ、数十ミクロンの樹脂皮膜を形
成する方法により可能とされているが、詳細は企業秘密
とされている。最近、超微粒子を熱可塑性パーフルオロ
樹脂に混合し、接着剤として使用し、金属とＰＴＦＥと
の接着との接着を可能にする方法が出願されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術において処
理では金属ナトリユムを使用するため接着作業中に引火
爆発する危険性があり、電磁波、粒子線処理には真空装
置などの設備を必要とする。 超微粒子は一殿に高価格
で種類も限定される。 このような難点のない方法、特
別の表面処理を施すことなく、金属、セラミック等無機
材料表面にパーフルオロ樹脂を容易に接着する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】特許請求範囲に記載した
化学的・構造的に安定な固体とは接着温度において接着
剤成分、空気中の酸素気体と化学反応を起こさない、ま
た融解、軟化しない材料で金属、セラミック、硝子質材
料であり、有機材料ではポリイミド高分子が対象にな
る。

【０００５】接着の操作は、実験的方法に従って述ベ
る。被着材は金属箔とし、熱可塑性パーフルオロ樹脂は
ＰＦＡで、そのシート状に成形した材料が接着剤であ
り、他の被着材はＰＴＦＥシートである。 接着にはプ
レスを使用するものとしてて説明する。 金属箔の表面
の接着予定部分に接着剤とスペーサーを載せ、更にその
上にＰＴＦＥシートを載せる。 スペーサーは２枚の被
着材の接着の面間隔を一定に保つためのものである。
この配置した状態をプレスの上下２枚の加熱板の間に挿
入し、一定温度で加熱し、接着剤が融解している状態に
おいて加圧し被着材表面と接着剤樹脂とを密着させる。
加圧と同じに加熱が開始される、接着力が発生するに
は一定の時間を必要とすることがわかった。 この時間
を接着開始時間と称することにする。 開始時間を経過
して一定時間経過してから加熱を停止し、冷却を開始す
る。冷却が終了して加圧を解除して接着試料を加熱板の
間から取りだす。 上記の接着方法は一般に行なわれて
いる方法であるが、パーフルオロ樹脂の融解物は本発明
における固体表面とは親和性が低く、スペーサーを使用
して被着材間の面間隔を保持していないと、加圧により
表面から流出し、接着は不可能になる。 スペーサ−の
使用は本発明において重要である。

【０００６】本発明の目的を達成するために、接着温度
と接着時間は極めて重要である。接着力が期待できる条
件には接着温度に下限があり、接着時間にも下限がある
がこの限界は接着温度によって変化し、温度が高いと短
縮される。 この点について更に詳しく述べる。ここに
言う接着温度とは接着剤、被着材表面の実際の温度のこ
とである。 また接着時間は加圧開始により被着材表面
と融解した接着剤が密着してからその状態を保っている
時間のことである。 実際的なことを考慮して本発明で
は加圧開始より冷却開始する時間迄を言うことにする。
冷却開始してから融点に達する迄、若干時間があるこ
とになる。 ＰＴＦＥを接着する為の好ましい接着温度
は摂氏３４０度以上である。 より高い接着温度は接着
時間を短縮することは原理的には可能であるが、実際的
には正確に所定の温度で秒単位で加熱することには困難
が伴うが、加熱板等の加熱装置を予定する接着温度より
かなり高い温度、例えば摂氏４５０度に設定し、接着時
間を数秒としても良い。パーフルオロ高分子は耐熱性の
優れた材料として知られているが摂氏３５０度付近を境
にして高温では熱分解を伴うことが知られているので好
ましい接着温度の上限は熱分解の著じるしくない温度と
いうことになる。 樹脂製品の種類、熱安定剤の種類、
含有量料によって分解開始温度は異なるが接着温度は摂
氏４００度付近が上限である。熱可塑性パーフルオロ樹
脂は前記温度ではＰＴＦＥと接着し、このような高温度
・長時間で接着しない固体材料は発見し難い、という従
来の常識とは反する事実を見出している。 そのため熱
可塑性パーフルオロ樹脂のみを接着するにはＰＴＦＥの
融点（摂氏３２７度付近）以下ではＰＴＦＥとの接着は
困難であるから、熱可塑性パーフルオロ樹脂の融点ブラ
ス２０度以上、好ましくは摂氏３２０度付近がこの接着
に適している。 同じ接着温度では接着力は接着時間に
より変化することが本発明により見出された。 接着
剤、被着材表面が化学変化を生じない範囲において接着
時間が長くなると接着力は上昇し、一定値に達する。
より高い接着力を得るためには、前記の範囲において一
定値に到達する時間迄、接着をすれば良い。 接着力の
上昇速度は被着材表面、接着剤の種類によって異なり、
接着剤がＰＦＡ、被着材ステンレスとＰＴＦＥを接着を
する際は接着開始時間は接着温度摂氏３５０度では１
分、ＦＥＰでは５分であった。 最高値にたっするには
ＰＦＡでは約１時間、ＦＥＰでは約４０分である。接着
力が接着時間により変化することは熱硬化性接着剤につ
いては良く知られているが熱可塑性接着剤については本
発明においてはじめて見出された。 実際の接着作業と
しては接着時間が経過しても、加圧を続け接着剤が固化
し、さらに温度が転移点以下となるまで、そのままで冷
却を続け、加圧を解除し、接着した試料をとりだす。
接着に必要とする加圧力は融解した接着剤が被着材表面
に広がり被肴材表面と密着するに十分な圧力であれば良
い。

【０００７】接着にスペーサーを使用することにより被
着材面間隔を一定とし、また接着剤層の厚みも一定以上
に保つ、更に接着剤層の厚みは接着力に関係する。被着
材をステンレス箔とし箔同士をＰＦＡを接着剤とし、厚
み０．０２５ミリのポリイミドフィルムをスペーサーと
し摂氏３５０度で接着を行なったが接着力は極めて低い
ことがわかった。 スペーサーに厚手のＰＴＦＥシート
を使用し、接着剤層の厚みを変えて接着を試みた結果、
厚み約０．２ミリ以上で接着が可能であった。これは接
着層の厚みが狭いと接着界面の金属と樹脂との結合が他
の界面に影響されて結合力が低下することを意昧してい
る。 また接着可能の厚みの１／２である０．１ミリの
ＰＦＡ層により接着界面の結合は他の金属面からの影響
を受けないことを意昧している。 同様な条件でステン
レス箔と厚み０．１５ミリのＰＴＦＥのシートの接着は
可能であった。 他の金属、例えばアルミ箔はステンレ
ス箔より金属同士の接着力が期待できるが接着剤層の厚
み効果があることがわかった。 この理由は明らかでな
いが、接着剤層は０．０１５ミリ以上、接着界面からＰ
ＦＡ、ＰＴＦＥのようなパーフルオロ樹脂層は約０．０
７ミリ以上あることが接着に必要であると結論づけられ
た。スぺーサーを使用することは本発明の重要事項であ
る。

【０００８】スペーサー使用と同じ効果のある方法とし
て機械的方法で加圧を一定の厚みで停止させる方法もあ
るが本発明より類推できる事項である。 この接着方法
は実施例に記載してあるように各種固体表面にも適用で
きる。 一般の接着では酸化処理、薬品処理により被着
材表面処理が行なわれているが、これら処理された被着
材とパーフルオロ樹脂との接着も本発明より類推できる
事項である。

【０００９】

【作用】特別の表面処理、特別の第三成分を使用するこ
となく熱可塑性パーフルオロ樹脂を接着剤として金属、
セラミック等安定な固体表面と熱可塑性パーフルオロ樹
脂およびＰＴＦＥからなるパーフルオロ樹脂との接着条
件を見出すことにより、接着が可能となり、上記固体と
パーフルオロ樹脂フィルム、シート、成形物との接着に
よる結合物が得られる。

【００１０】

【実施例】被着材としてステンレスＳＵＳ３０４：厚み
０．０５ミリの箔、アルミ：厚み０．０４ミリの箔、シ
ンチュ：厚み０．０５ミリの箔、ＰＴＦＥは市販の厚み
０．１５ミリのシ−トの各々より幅２５ミリ、長さ７０
ミリの短冊を切削により作製し、溶剤により表面を清浄
にしたものを使用した。 長さ方向の一方の端の辺を被
着材接着用端と呼ぶことにする。 接着剤は原料とし
て、ＰＦＡは”テフロン”ＰＦＡ ３４０Ｊ（射出成形
用）、ＦＥＰは”テフロン”ＦＥＰ １００（押し出し
成形用）、ともに三井・デュポンフロロケミカル（株）
製品を使用し、熱プレスにより厚み０．３ミリのシート
を作製し、これより幅２５ミリ、長さ３０ミリの小片を
切り出して接着剤とした。スペーサーは標準として厚み
０．０２５ミリのポリイミドフィルム：”アピカル”鐘
淵化学（株）製を使用し、一辺の長さが５０ミリ（短
辺）、６０ミリ（長辺）の矩形の小フィルムを切り出
し、このフィルムに一方の長辺に対し幅５ミリを残し
（この部分のフィルムの端をスペーサ−接着用端と称す
る）、短辺に対しても幅５ミリを残し（この部分は窓枠
と称する）、４０×２０ミリの窓をあけ、窓の一辺が４
０ミリである方向は被着材の幅方向と一致して使用す
る。 この他、接着に際し、接着剤が被着材の間より流
出し、加熱板と接着することを防ぐためポリイミド、Ｐ
ＴＦＥフィルムを適当に保護材料として使用した。接着
力測定のための接着試験用試料の作製のために小型プレ
スを使用した。プレスの上下に配置された２枚の加圧・
加熱板は加熱有効面に３５×３５ミリの正方形の面をも
つアルミ製のブロックでヒーター、温度制御センサーが
内蔵されている。 加圧・加熱板の駆動は空気による。
実験では圧力一定とし、ゲージ、シリンダーの直径に
よる計算より圧力は接着状態は異なるが０．６〜１．２
キログラム／平方センチである。 接着力の測定は９０
度近似の剥離試験により行なった。 クロスオーバーヘ
ッドの移動速度は２０ミリ／分である。

【００１１】接着試験用試料の作製の手順は次の通であ
る。 汚染防止用のフィルムの上に金属被着材を配置
し、被着材接着用端とスペーサ−接着用端が同一線上に
重なり、窓の開放部分は被着材面上にあるが、被着材の
長さ方向のスペーサーの窓枠の部分は被着材面上からは
ずれるように配置する、この上に接着剤を被着材の幅方
向の端と被着材接着端とに接着剤の辺が重なるように配
置し、その上に幅と端が重なるように他の被着材を配置
する。 この上に更に汚染防止用フィルムを置いて接着
の準備をする。準備した状態を薄い金属板、箔等に包む
ことにより加圧の際にじる被着材の配列の乱れを防ぐこ
とは測定用試料の作製には好ましい。一般に外部加熱に
より加熱するとき加熱部分と試料の温度の間には差があ
る。 加熱部分が温度制御されていても、加熱初期は試
料の熱容量のため加熱部分の温度は低下するから実験で
は加熱板を所定の温度に保っている状態でプレスの熱板
のあいだに準備された状態の被接着物を挿入し、予熱１
分とし、加圧を開始した。所定の時間経過してから加圧
はそのままとし、加熱を停止する。加熱板の温度が融点
以下になるのに１〜１．５分必要とし、プレスからの試
料のとりだしは摂氏２００度付近としたが、加熱時間は
加圧開始から加熱停止迄の時間とする。 接着力と接着
条件との関係を特徴的な例について示す。 接着剤と被
着材の組み合わせは 被着材／接着剤／被着材：として
示し、接着温度（度）：接着時間（分）：接着力（キロ
グラム／センチ）として示す。 ステンレス／ＰＦＡ／
ＰＴＦＥ：３５０：１．５〜２０：２．０、アルミ／Ｐ
ＦＡ／ＰＴＦＥ：３５０：１０：１．５、上記の組み合
わせにおいて、３２０度ではＰＦＡは接着しているがＰ
ＴＦＥは容易に剥れた。 ＰＦＡにかえてＦＥＰ、ＥＰ
Ｅについても類似の傾向を見出した。 シンチュも類似
であるが３５０度、２０分以上では金属面の化学作用が
原因と思われる接着力の低下が認められた。 金属に替
えてガラス等無機材料の平滑な表面についても類似の傾
向を見出した。 高温度で安定な有機材料としはポリイ
ミドが知られているが、３５０度でポリイミドとパーフ
ルオロ樹脂との接着は可能であった。

【００１２】

【発明の効果】金属、セラミック等の固体材料とパーフ
ルオロ樹脂との接着が容易になった。この発明により無
混合、非改質パーフルオロ樹脂の金属表面に対する厚手
被覆が可能となり、特に剛性は高いが化学物質に侵され
易い金属製品の表面に薬品性の優れたパ−フルオロ樹脂
接着被覆層の形成が容易となり、この発明は金属を腐食
する物質を取り扱う金属製化学装置、理化学装置類の容
器、パイプ、結合部品、機械部品、把持用具等の表面保
護の応用分野がある。 また樹脂の融点以下ではパーフ
ルオロ樹脂の表面は一般の接着剤に対し、接着は困難で
あり、汚れ難い性質を持っているので、金属製ロール、
搬送用板、物体取り扱い用具等の表面の物体付着防止に
応用することができる。 その他、接着の関係する分野
である複合材料では繊維等と樹脂との接着がその性能に
関係するからパーフルオロ樹脂をマトリックスとする複
合材料技術にも応用できる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学的、構造的に安定な固体表面を一方
   の被着材とし、熱可塑性パーフルオロ樹脂を接着剤とし
   て使用し、接着後の接着剤層の厚みが一定以上になるよ
   うにスペーサー等を使用し、熱可塑性パーフルオロ樹脂
   が固体表面と接触するように配列し、その上に他の被着
   材としてＰＴＦＥシートを配列させ、熱プレス等により
   樹脂を加熱融解し、樹脂温度摂氏３４０度以上、加圧時
   間は接着開始時間以上で、熱分解の著じるしく生じない
   範囲において加熱、加圧して固体表面と樹脂を密着させ
   ることにより、固体表面にＰＴＦＥを含むパーフルオロ
   樹脂層を接着結合させる方法。
2. 【請求項２】 請求項１においてＰＴＦＥシートは柔軟
   な薄いものを使用し、樹脂温度摂氏３２７度以下の３２
   ０度付近の範囲で１０分以上加圧・加熱し、冷却してか
   らＰＴＦＥシートを剥がすことにより被着材表面に熱可
   塑性パーフルオロ樹脂層が接着形成された材料を得る方
   法。