JPS63183837A - 積層物成形法 - Google Patents

積層物成形法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は積層物成形法に関し、特に通常の金属成形技術
を用いて金属−プラスチック−金属積層物を成形する際
に、成形性にすぐれ品質良好な成形品を与えるための原
料積層物を多くの積層物の中から選択する技術に関する
。
金属とプラスチックの積層物は周知である。これらには
包装材としての最終用途に有用な比較的薄い積層物や建
築材料として有用な比較的厚い積層物などが含まれる。
これらの積層物の製造法も知られている。
一つの方法はプラスチックの少なくとも１層と金属の少
なくとも１層を密に接触させ成形プレス等を用いて適宜
加熱、加圧する方法である。さらに便宜的な連続法はエ
クストルージョンコーティングやエクストルージョンラ
ミネートなどのエクストルージョン法である。
金属とプラスチックの接着性を高めるため、フィルムや
被覆材の形で接着剤やプライマーを中間層とすることが
これらの方法と併用されることが多い。
金属とプラスチックの積層物については多くの特許が存
在する。−たとえば、米国特許３，２９８，５５９；　
３，３４０，７１４；ミ３４８，９９５；３，３８λ１
３６；へ５４λ６ｏ５；乳５９４，２４９　；３，６１
６，０１９　；３，７１１，３６５　；及び３．７２１
，５９７などがある。公知の金属プラスチック積層物の
多くは上記したような多くの実用面で満足すべきもので
ある。しかしこのような積層物は他の製品に比し成形性
に劣るという欠点を有する。
積層物は各層の材質、厚さ、その他の特性の組合せによ
って無数といえる組合せが存在しうる。本発明者等はこ
れら積層物をプレス加工等の通常の金属成形技術によっ
て成形加工する際に、すぐれた成形性と品質とをもたら
す被成形用積層物の評価選択基準を確立すべく検討した
結果ここに効果の顕著な本発明に到達した。
即ち本発明は金属成形用成形機音用いて金属−プラスチ
ック−金属構造積層物を成形する方法において、被成形
積層物として、両側を鋼又は鋼合金からなる金属スキン
層に中間層によシ固着した重合体樹脂状物のコアを有し
、各金属スキン層の厚さが５０．８〜５０８μｍ、コア
厚さ対スキン厚さの比が９未満対１で全体の厚さが１２
７〜１６５１μｍである金属−プラスチック−金属構造
積層物であって、（１）ＡＳＴＭ　Ｄ７９０に基づき１
５４ｍ幅、１０．１６３スバンの試料について３点荷重
条件で測定した曲げ強度が、スキン層の固体金属でつく
った該積層物と同じ厚さの試料について測定した曲げ強
度の少なくとも４０％であり、（２）密度が両固体金属
スキン層の平均値の２５〜９０チであり、（３）延伸成
形性の尺度としての限界ドーム高さが、スキン層の固体
金属でつくった該積層物と同じ厚さの試料の限界ドーム
高さの少なくとも６０チであり、（４）積層物製造後、
無荷重オーブン試験で少なくとも１９０７（８７，８℃
）で３０分間剥離を起こさない能力を有し、且つ（５）
室温で９０°に曲げることによシ、金属破壊することな
く、臨界半径（ここで臨界半径とは、ピボット点から積
層物の内側スキン表面までの距離であり、積層物全体の
厚さにほぼ等しい）にすることができる能力を有する金
属−ポリマー−金属構造積層物を選ぶことを特徴とする
ものである。
本発明の被成形材料の選択基準について説明する。
各金属スキン層の厚さが５０．８〜５０８μｍという選
択条件は、成形用積層物を、包装用積層物、家庭用ラッ
プ、平らな建築用パネル及び遮音用積層物から区別する
ための条件である。
コアの厚さ対スキンの厚さの比が９未満対１という選択
条件は、金属面が防護又は装飾として役立つ積層物、或
いは間仕切り用のパネルのような厚手のものの上で防火
用として役立つような積層物全排除するためのものであ
る。そのような積層物は成形に適さず本発明の範囲外の
ものである。
全体の厚さが１２７〜１６５１μｍという選択条件は、
本発明の積層物を使用できる成形部品の大部分がこの厚
さを必要とするという意味である。
装飾的又は包装用積層物はより薄いものであり、断熱又
は他の目的の建物用のパネルはずっ゛と厚いものである
。
若し前記の９未満対１という比率が守られていたとして
も、１６５１μｍ以上の厚さの・骨プラスチックー鋼積
層物を室温で成形すると、プラスチックコア會変形させ
、コア／スキンの接着強度を上まわる力を発生させ、高
度の残留応力をもった不出来な部品が出来る。
積層物がＡＳＴＭＤ７９０に基づき２５４ｃｍ幅、１０
．１６（スパンの試料について３点荷重条件で測定した
曲げ強度が、スキン層の固体金属でつくった該積層物と
同じ厚さの試料について測定した曲げ強度の少くとも４
０チであるとの選択条件は、この基準に合わない積層物
が成形部品として十分な耐荷力を持たないことを意味し
ている。耐荷力を持たない部品は本来使用できないもの
である。
密度が両固体金属スキン層の平均値の２５〜９０チなる
選択条件についての説明は以下の通りである。
積層物の成形においては、金属層の表面に大きな引張り
強度を必要とする。若しこの強度が不十分だとシートは
裂けてしまい成形は不可能になる。この選択条件は適当
彦引張強度の要求であり、これが満たされれば積層物は
多くの場合、金属の一枚のシートのように扱い得る。
「限界ドーム高さ」とは１９７５年５月発行の「Ｍｅｔ
ａｌＰｒｏｇｒｅｓｓ　Ｊ　５２〜５４頁及び１９７５
年８月発行の「Ｍｅｔａｌ　　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
　ＱｕａｒｔｅｒｌｙＪ　５３〜５７頁に記載されたゼ
ネラルモータース社試験法に従がい、ブランク幅対クラ
ンプ直径約１．０の条件で、金属シート状物ブランク又
は積層物ブランク金試験した際に測定される高さである
。
この試験法によれば、Ｚ５４冒サークルのフォトグリッ
ド付きの正方形シートブランク（１５５ｍＸ１５５ｍ）
’ｉミロツクヘッドよりその周辺をしっかりとクランプ
し、非潤滑の１０１．６■径の半球パンチ上に伸ばす。
順次に狭い＠（１２７，１１４，１０２および７６鰭）
のグリッド付きブランクも同様にして伸ばす。試料の幅
は破断の場所がパンチ接触区域内にあるような幅である
。それぞれの試料について、爪大荷重におけるドームの
高さおよび狭くなった区域もしくは破断の最小のひずみ
を測定する。これらの限界ドーム高さの値をパンチ半径
（Ｒ＝５０．８ｍ＋）に関して標準化する。
この方法は金属シートの成形性を正確に測定する方法と
して最も優れたものである。典型的な成形においてやら
ざるを得ない二軸延伸に対する性能を、この方法では、
成形適性を決定する最重要のパラメーターとしている。
一定の限界の中では、同一の金属のより薄いシートは、
厚いシートより伸びが少く成形性が悪いことは、この領
域ではよく知られている。そこで実際的に成形部品とし
て用いられる積層物に対して、最／Ｊ−の延伸能力とし
て、スキンの限界ドーム高さの６０１という値を設定し
たのである。
この要求に合格した積層物は、実験的によい成形性を示
しているのである。
本発明において「固着した」とは、ＡＳＴＭＤ３１６５
−７３に基づいて、約０．２５インチ（０，６３５ｃｆ
Ｒ）　Ｏラップ長さで測定したラップシェア（ｌａｐ　
５ｈｅａｒ）値が室温で約５００ｐａｉ（３５−４−）
以上であることをいう。
このテストに合格しないものは一般に、５つのパラメー
ターのどれかに合格できないことになるのである。若し
も積層物が成形中、曲げ加工中或いは成形後の物体に荷
重がかけられたとき、一体のサンドイッチ構造が維持で
きないならば、その積層物は役に立たない。このように
スキンとコアの間の応力の水準は重要なものである。
本発明で用いられる金属スキン層は各々２〜２ｏミル（
５０，８〜５０８ｐｍン、好ましくは５〜１５ミル（１
２７〜３８１ｐｍ）の厚さを有する。金属スキン層は、
鋼（スチール）又は鋼合金からなる。具体的には鋼、無
すず鋼、すず−メッキ鋼、アルミニウム変性した鋼、不
銹鋼１表面変性した銅−クラッド不銹鋼、ターンプレー
ト鋼、亜鉛引き鋼、クロム又はクロム処理した鋼などか
らりくられうる。
これらの金属は、また表面処理したり表面変性複機処理
したりしてもよい。
特に好ましいのはクロム／敵化りロム被＆した鋼基材、
いわゆる無すす鋼（ＴＦＳ）で、これはカナダ特許８０
ａ、６３０及び米国特許式５２６．□４＄５及び３，８
２６，６２８に記載されている。クロム及び酸化クロム
層の厚さはよく知られるようにメッキ浴条件を変えるこ
とにより調節しうる。
本発明のポリマーコアは、金属スキン層に中間接着剤層
全弁して積層したとき、少なくとも１９０″Ｆ（８７，
８℃）で３０分間置かれて後、無荷重オーブン試験に合
格しうる重合体樹脂状物である。ポリマーコアは、接着
剤層を含め、１〜６１ミル（２５，４〜１５４９μｍ）
、より好ましくは１０〜４５ミル（２５４〜１１４３μ
ｒＲ）の厚さを有しうる。一般に、ゴム状ポリマーは高
温特性に劣るので有効でない。ガラス状ポリマーは室温
ぜい性のため有効でない。
本発明に有効なポリ１−を例示すれば、エチレ乙グロビ
レン、４−メチルペンテン−１などのオレフィンのホモ
ポリマー及びｂポリマー、塩化ビニルなどのビニルハラ
イドのポリマー、塩化ビニリデンのコポリマーがある。
また、ナイロン６、ナイロン６６などのポリアミド、ポ
リエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリカ
ーボネート、熱可塑性エポキシ樹脂及びポリウレタンも
好ましい。特に好ましい樹脂状物は、ＡＳＴＭＤ−７４
６により測定したぜい性（Ｂｒｉｔｔｌｅ）温度が３０
″Ｆ（−１，１℃）よシ低く、ＡＳＴＭ　Ｄ−１８７５
によシ測定したビカッド（Ｖｉｅａｔ）軟化点が約１７
０下（７６，７℃）よシ高いエチレンポリマー及ヒコボ
リマーとプロピレンポリマー及びコポリマーである。こ
のような物質としてはポリプロピレン、低密度又は高密
度ポリエチレン、エチレン／酢酸ビニルコポリマー、エ
チレン／アクリル酸コポリマー及びエチレン／ブテン−
１及び又は他のアルケン−１コポリマーなどがある。
コアの重合体樹脂状物は金属スキン層に中間接着剤層を
介して結合させうる。中間接着剤層は、０．１〜５ミル
（２５４〜１２７μＦＦＩ）％特に０．３〜２５ミル（
７，６２〜６３．５μｍ）の厚さを有することが好まし
い。この層はコア層と金属スキン層を強く接着するいづ
れかの熱可塑性重合体樹脂状物からつくられうる。特に
好ましい接着剤層は、反応性のカルボキシル基を有する
モノマーで変性した通常固体の熱可塑性エチレン系ポリ
マー、特に主要部がエチレンで、少量成分、好ましくは
１．−３０、よシ好ましくは２〜２０重量％、がエチレ
ン性不飽和カルボン酸であるコポリマーである。このよ
うな適当なエチレン性不飽和カルボン酸（ここでカルボ
ン酸とは、モノカルボン酸だけでなく多カルボン醗、酸
無水物、多塩基酸の部分エステルを包含する）の例とし
ては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、フマー
ル酸、マレイン酸、イタコン酸、無水マレイン酸、マレ
イン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、フマル酸モ
ノメチル、フマル酸モノエチル、トリプロピレングリコ
ールモノエチルエーテル酸マレエート、エチレングリコ
ールモノフェニルエーテル酸マレエートがアル。カルボ
ン酸モノマーは、好ましくは、分子当シ３〜８個の炭素
原子を有するモノ及びポリカルボン酸及び酸無水物、並
びにこれらのポリカルボン酸の部分エステルにして、酸
部分が少なくとも１個のカルボキシル基を有しアルコー
ル部分が１〜２０個の炭素原子を有するもの、から選ば
れ乏。コポリマーはアクリル酸エステルのような他の共
重合性モノマーを含みうる。コモノマーは、ランダムコ
ポリマー、ブロックコポリマー又はグラフトコポリマー
のような、任意の態様でコポリマー中に結合されうる。
この種の物質及びその製造法は公知である。コポリマー
の好ましい例としては、エチレンアクリル酸コポリマー
、エチレンメタクリル酸コポリマー及びエチレンマレイ
ン酸コポリマーがある。
接着剤層は、最初金属スキン層に付着させても、最初コ
アに付着させても、また金属スキン層とコアに同時に付
着させてもよい。接着剤層は、溶媒キャスト、ロールコ
ーティング又は、よシ好ましくはエクストルージョン法
、のような公知の付着方法で付着させうる。接着剤層を
コアと結合させてからこれを金属スキン層と積層する場
合には、これらの層を公知のコエクストルージョン法又
はエクストルージョン法とフィルム積層技術との組合せ
で積層物中に導入させることが好ましい。
本発明の一態様において、重合体樹脂状物のコアは、高
エネルギーイオン化放射線照射によって少なくとも部分
的に架橋させクリープ性と熱安定性を向上させうる。こ
れは特に有効である。
本発明の他の一態様において、コアは、カーボンブラッ
クや金属粒子のような導電性粒子を導入して、導電性に
させうる。
本発明の他の一態様において、重合体樹脂状物のコアは
、補強物を入れることにより、得られる積層物の機械的
性質を向上させることができる。このような補強物とし
ては、ガラス繊維、多孔性金属シート、伸張した金属シ
ート、金属線スクリーンなどがある。
顔料、潤滑剤、酸化防止剤などの公知の固体添加物を、
積層物が前記特性を維持する範囲で、コア又は接着剤層
に添加しうる。
本発明は、金属−ポリマー−金属構造積層物の製造に用
いられる方法を制限しない。エクストルージョン法、即
ちエクストルージョンコーティング又はエクストルージ
ョンラミネーション、フィルムラミネーション技術、　
溶ｉコーティング技術又はこれらの組合せなど公知の方
法戸体発明の積層物の製造に用いられうる。しかし、接
着剤及びコア層の熱可塑性重合体樹脂状物が、少なくと
もその軟化点に等しいが大巾な分解は受けない温度に、
該ポリマーが強く接着しうる時間、加熱され、またポリ
マ一層と金属スキン層が密に接触するように加圧される
ことがいづれの方法においても要求される。
本発明の積層物は、鋼又は鋼合金スキン層、よシ好まし
くは無すす鋼、を有し、各スキン層の厚さが５０．８〜
５０８ｐｍの範囲であり、且つＡＳＴＭ　Ｄ−７４６に
よって測定したぜい性温度が約３０゜Ｆ（−１，１℃）
よシ低く、ＡＳ’ｌ’ＭＤ−１５７５によシ測定したビ
カット軟化点が約１７０？（７６，７℃）よシ高いエチ
レン又はプロピレンのホモポリマー又はコポリマーのコ
アを有し、積層物全体の厚さが１２７〜１６５１μｍ、
よシ好ましく／ｌ１５０８〜１１４３１ｍの範囲にある
ものである。
上記した積層物のそれぞれは、金属スキン層とポリマー
コアの間に接着剤層を有する。好ましい接着剤層は前記
したエチレンとエチレン性不飽和カルボン醒とのコポリ
マーからつくられる。特にエチレンアクリル酸コポリマ
ーが好ましい。
本発明の金属−プラスチック−金属積層物に対する熱の
影響を測定するために用いられる無荷重オープン試験で
は、金属−プラスチック−金属積層物が１９０７（８７
，８℃）に維持されたエア循環式オープンに３０分間置
かれる。そして積層物の外観、ディメンション又は他の
性質の変化、独立層間の剥離の有無が調べられる。
このテストは二つの要素の上に立っている。即ち出来上
った部品には成形による残留応力が残されていること及
び、その部品は通常の温度で安定して使用可能でなけれ
ばならないということである。サンドインチ構造のもの
はすべて、曲げおよび／又は引つ張シの後には、残留応
力がその中に残るが、コアとスキンの間即ち接着部に特
に剪断応力が残る。若し接着が不適幽であるか又は、１
９０下或いはそれ以下の温度でコアが過度に軟化すると
、成形品は変形し、典型的な場合は一方又は両方のスキ
ンがコアからはなれてしまう。
このテストはコア又はコアとスキンの間の接着層の弱さ
を検出するものである。
尚本発明の積層物は、室温で９０℃に曲げることによシ
、金属破壊することなく、臨界半径（ここで臨界半径と
は、ピボット点から積層物の内側スキン表面までの距離
でアシ、積層物全体の厚さにほぼ等しい）にすることが
できる能力を持たなければならない。
実用においては、多くの成形された部品は、フランジと
の交切点で鋭い曲げがあるとか、組立の為のぶち取シが
あるとかで、小さい半径の曲げが要求されることが多い
。従ってこのパラメーターに合格しない積層物は、デザ
インの自由が著しく制限されるのである。
次に本発明を説明するために実施例を示すが、これは本
発明の範囲を限定するものてはない。
実施例　１〜４ 次の一般的操作を用いて本発明のに必要な範囲内の積層
物を作シ、その積層物の構成を表１にまとめた。この操
作において金属スキン材料からなる２ケのウェブの一方
の面に接着性コポリマー金約２ミルの厚さに被覆した。
このように被覆した２ケのウェブのそれぞれ接着性被覆
をもつ面を向かい合わせて、これらを結合ニップロール
に供給した。
結合ニップロールは予熱された一対の向かい合った互に
反対方向に回転する積層用ロールから構成されたもので
ある。
上記積層物を用い、以下のようなプレス加工を行った。
積層物（表■）　　−形　　　　　　　　圧力（２）及
び（３）　　　皿（径２５ｃｒＲ１深さＺ５ａｎ）　　
　７　ｔｏｎ（１）及び（４）　　　自動車オイルパン
　　　５００　ｔｏｎ成形により破損することなく、ま
た成形品は何れも剥離、残留応力による歪み易さ等がな
く、良好な結果が得られた。
比較例 エチレン−酢ビ共重合体又はポリプロピレンをプラスチ
ック層とし鋼板をスキンとする第■表の＊＃４ｔ！ｌは
第■表に示すように本発明の選択基準に合格しないもの
であったが、これらを用いて上記実施例におけるような
成形を行った結果は何れも、成形が満足に行われないか
或は成形後歪み易く、使用に耐えないものであった。
結果を表にして示す。
表　　■ １　　　９ミルＴＦ９０）／３９ミルＥＶＡ（２）／９
ミルＴＦＳ（１）　　　　５７２　　　９ミルＴＦｇｌ
）／３９ミルＥＶ４３）／９ミ、ｚＴＦｓＱ）　　　５
７３　　　９ミルＴＦｓ（１メ３９ミルＥＶＡ（４メ９
ミルＴＦＳ（０５７表■注： １ミル（ｍｉｌ）は０．０２５６ｍ、１ｍ＋は３９ミル
。
いずれのサンプルも圧縮積層した。
ＴＦＳ（１）・・・ナイン−フリー鋼、タイプＤ％Ｔ−
１テンパー。
ＥＶＡ（２）・・・エチレン−酢酸ビニルコポリマー、
密度０．９５１、酢と２８重量％、メルトインデックス
６．０、（デュポン、’　Ｅｌｖａｘ　２６０’）。
ＥＶＡ（３）・・・エチレン−酢酸ビニルコポリマー、
密ｉｏ、９３０、酢と９重量敷メルトインデックス０．
３、（デュポン、＠Ｅｌｖａｘ　３１３５−）。
ＥＶＡ（４）・・・エチレン−酢酸ビニルコポリマー、
密度０．９５７、酢と３３重量％、メルトインデックス
４３、（デュポン、＠Ｅｌｖａｘ　１５０”）。
（５）・・・接着性コホリマーフィルム（バーキュレス
、’Ｘ５Ｄ−１４１”）。
ＰＰ（６）・・・ポリプロピレン、密度０．００２、メ
ルトフロー０．４、（バーキュレス、”　６８２３”）
。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、金属成形用機械を用いて金属−プラスチック−金属
    構造積層物を成形する方法において被成形積層物として
    両側を鋼又は鋼合金からなる金属スキン層に中間接着剤
    層により固着した重合体樹脂状物のコアを有し、各金属
    スキン層の厚さが５０．８〜５０８μｍ、コア厚さ対ス
    キン厚さの比が９未満対１で全体の厚さが１２７〜１６
    ５１μｍである金属−プラスチツク−金属構造積層物で
    あつて、（１）ＡＳＴＭＤ７９０に基づき２．５４ｃｍ
    幅、１０．１６ｃｍスパンの試料について３点荷重条件
    で測定した曲げ強度がスキン層の固体金属でつくつた該
    積層物と同じ厚さの試料について測定した曲げ強度の少
    なくとも４０％であり、（２）密度が両固体金属スキン
    層の平均値の２５〜９０％であり、（３）延伸成形性の
    尺度としての限界ドーム高さが、スキン層の固体金属で
    つくつた該積層物と同じ厚さの試料の限界ドーム高さの
    少なくとも６０％であり、（４）積層物製造後、無荷重
    オープン試験で少なくとも１９０゜Ｆ（８７．８℃）で
    ３０分間剥離を起こさない能力を有し、且つ（５）室温
    で９０゜に曲げることにより、金属破壊することなく、
    臨界半径（ここで臨界半径とは、ピボット点から積層物
    の内側スキン表面までの距離であり、積層物全体の厚さ
    にほぼ等しい）にすることができる能力を有る金属−ポ
    リマー−金属構造積層物を成形材料として選ぶことを特
    徴とする積層物成形方法。 ２、重合体樹脂状物のコアとして放射線照射によりクリ
    ープ性と熱安定性を改良されたものを選ぶ特許請求の範
    囲第１項の積層物成形方法。 ３、重合体樹脂状物のコアとして導電性のものを選ぶ特
    許請求の範囲第１項ないし第２項いずれか１項の積層物
    成形方法。 ４、重合体樹脂状物のコアとして少なくとも１つの補強
    材をその内に有するものを選ぶ特許請求の範囲第１項な
    いし第３項いずれか１項の積層物成形方法。 ５、補強材として伸張した金属シートを選ぶ特許請求の
    範囲第４項の積層物成形方法。 ６、全体の厚さが５０８〜１１４３μｍである特許請求
    の範囲第１項ないし第５項いずれか１項の積層物成形方
    法。 ７、金属スキン層の厚さが１２７〜３８１μｍである特
    許請求の範囲第１項ないし第６項いずれか１項の積層物
    成形方法。 ８、重合体樹脂状物として高密度ポリエチレンを選ぶ特
    許請求の範囲第１項ないし第７項いずれか１項の積層物
    成形方法。 ９、中間接着剤としてエチレンとエチレン性不飽和カル
    ボン酸のコポリマーを選ぶ特許請求の範囲第１項ないし
    第８項いずれか１項の積層物成形方法。 １０、カルボン酸としてアクリル酸を選ぶ特許請求の範
    囲第９項の積層物成形方法。
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