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技術 金属/樹脂複合構造体および金属/樹脂複合構造体の製造方法

出願人 三井化学株式会社
発明者 栗谷川瑞枝
出願日 2018年6月28日 (2年6ヶ月経過) 出願番号 2018-123118
公開日 2020年1月9日 (11ヶ月経過) 公開番号 2020-001271
状態 未査定
技術分野 積層体(2) エッチングと化学研磨(つや出し)
主要キーワード 長方形片 フッ素プラスチック 金属樹脂複合体 ステンレス鋼片 酸系エッチング剤 面心立方結晶構造 放熱性フィラー ヘビーデューティ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (4)

課題

接合性に優れたステンレス鋼樹脂との金属樹脂複合体およびその製造方法を提供する。

解決手段

ステンレス鋼からなる金属部材2と、熱可塑性樹脂組成物からなる樹脂部材3とが接合してなる金属/樹脂複合構造体1であって、金属部材2における、少なくとも樹脂部材3との接合面が粗化されており、かつ、該粗化による金属の重量減少率が0.5(mg/cm2)以上3.5(mg/cm2)以下の範囲にあることを特徴とする金属/樹脂複合構造体。

概要

背景

ステンレス鋼は、その高い機械強度を利用してヘビーデューティ用の各種電子電気機器車両用搭載用機器自動車部品船舶用機器医療機器、特に海水被る可能性の高い機器ケース外装部に使用されている。
近年は、耐食性意匠性等の観点から、産業用部品や自動車部品、家電製品等の多くの用途において各種の塗料塗装したステンレス鋼板、あるいは合成樹脂類被覆したステンレス鋼板に注目が集まっている。例えば、住宅やビル内外壁に有用な塗装ステンレス鋼板メンテナンスフリー化ニーズに対応可能な材料として注目されている。また、合成樹脂被覆体については、例えば自動車エンジンシリンダーガスケット用途のゴム被覆ステンレス鋼製ガスケットが注目を浴びている。

ステンレス鋼板と塗膜またはプラスチックゴム類密着性を向上させる方法として、ステンレス鋼板表面を粗面化して密着力を向上させる方法が知られている。例えば、特許文献1には、ステンレス鋼を一定の条件下で化学エッチングすることにより、適度な表面粗度を形成した後、インモールド射出成形法を介して、ステンレス鋼を樹脂部材と強固に一体接合できることが開示されている。

概要

接合性に優れたステンレス鋼と樹脂との金属樹脂複合体およびその製造方法を提供する。ステンレス鋼からなる金属部材2と、熱可塑性樹脂組成物からなる樹脂部材3とが接合してなる金属/樹脂複合構造体1であって、金属部材2における、少なくとも樹脂部材3との接合面が粗化されており、かつ、該粗化による金属の重量減少率が0.5(mg/cm2)以上3.5(mg/cm2)以下の範囲にあることを特徴とする金属/樹脂複合構造体。

目的

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、接合性に優れたステンレス鋼と樹脂との金属樹脂複合体およびその製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ステンレス鋼からなる金属部材と、熱可塑性樹脂組成物からなる樹脂部材とが接合してなる金属/樹脂複合構造体であって、前記金属部材における、少なくとも前記樹脂部材との接合面が粗化されており、かつ、該粗化による金属の重量減少率が0.5(mg/cm2)以上3.5(mg/cm2)以下の範囲にあることを特徴とする金属/樹脂複合構造体。

請求項2

前記ステンレス鋼がオーステナイト系ステンレス鋼を含む請求項1に記載の金属/樹脂複合構造体。

請求項3

前記ステンレス鋼がSUS301、SUS304、SUS316およびSUS316Lからなる群から選ばれる一種または二種以上を含む請求項1または2に記載の金属/樹脂複合構造体。

請求項4

前記熱可塑性樹脂が、ポリエステル系樹脂ポリアリーレンスルフィド系樹脂およびポリアミド系樹脂からなる群から選ばれる一種または二種以上を含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の金属/樹脂複合構造体。

請求項5

請求項1〜4のいずれか一項に記載の金属/樹脂複合構造体を製造するための製造方法であって、ステンレス鋼からなる金属部材における、少なくとも樹脂部材との接合面を化学エッチング剤によって粗化する工程を含む金属/樹脂複合構造体の製造方法。

請求項6

前記化学エッチング剤が酸系エッチング剤を含む請求項5に記載の金属/樹脂複合構造体の製造方法。

請求項7

前記酸系エッチング剤を構成する酸が、塩酸および硫酸からなる群から選ばれる少なくとも一種の酸を含む請求項6に記載の金属/樹脂複合構造体の製造方法。

請求項8

前記酸系エッチング剤が、塩酸および硫酸からなる群から選ばれる少なくとも一種の酸に起因する酸イオン(H+)、第二銅イオン(Cu2+)およびハライドイオン(X−)を含んでなり、各々の成分濃度が以下の範囲にあることを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載の金属/樹脂複合構造体の製造方法。H+;1.0(mol/L)〜4.0(mol/L)Cu2+;0.03(mol/L)〜0.6(mol/L)X−;1.0(mol/L)〜4.5(mol/L)

技術分野

0001

本発明は、金属/樹脂複合構造体および金属/樹脂複合構造体の製造方法に関する。

背景技術

0002

ステンレス鋼は、その高い機械強度を利用してヘビーデューティ用の各種電子電気機器車両用搭載用機器自動車部品船舶用機器医療機器、特に海水被る可能性の高い機器ケース外装部に使用されている。
近年は、耐食性意匠性等の観点から、産業用部品や自動車部品、家電製品等の多くの用途において各種の塗料塗装したステンレス鋼板、あるいは合成樹脂類被覆したステンレス鋼板に注目が集まっている。例えば、住宅やビル内外壁に有用な塗装ステンレス鋼板メンテナンスフリー化ニーズに対応可能な材料として注目されている。また、合成樹脂被覆体については、例えば自動車エンジンシリンダーガスケット用途のゴム被覆ステンレス鋼製ガスケットが注目を浴びている。

0003

ステンレス鋼板と塗膜またはプラスチックゴム類密着性を向上させる方法として、ステンレス鋼板表面を粗面化して密着力を向上させる方法が知られている。例えば、特許文献1には、ステンレス鋼を一定の条件下で化学エッチングすることにより、適度な表面粗度を形成した後、インモールド射出成形法を介して、ステンレス鋼を樹脂部材と強固に一体接合できることが開示されている。

先行技術

0004

国際公開2008−081933号

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、特許文献1の方法で得られる金属樹脂複合体を用いて、例えば容器を作製し、その容器に内容物を封入して長期保存すると内容物が漏洩してしまう場合があった。
すなわち、本発明者の検討によれば、特許文献1の方法で得られる金属樹脂複合体は、例えば引張せん断試験等において、ある程度の接合強度を示す場合であっても界面剥離が部分的に併発してしまい、ステンレス鋼と樹脂との接合性が不十分となる場合があることが明らかになった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、接合性に優れたステンレス鋼と樹脂との金属樹脂複合体およびその製造方法を提供するものである。

課題を解決するための手段

0006

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を進めた。その結果、粗化による金属の重量減少率が特定の範囲にある金属部材を用いることによって、接合性に優れたステンレス鋼と樹脂との金属樹脂複合体が得られることを見出し本発明に到達した。

0007

すなわち、本発明によれば、以下に示す金属/樹脂複合構造体および金属/樹脂複合構造体の製造方法が提供される。

0008

[1]
ステンレス鋼からなる金属部材と、熱可塑性樹脂組成物からなる樹脂部材とが接合してなる金属/樹脂複合構造体であって、
上記金属部材における、少なくとも上記樹脂部材との接合面が粗化されており、かつ、該粗化による金属の重量減少率が0.5(mg/cm2)以上3.5(mg/cm2)以下の範囲にあることを特徴とする金属/樹脂複合構造体。
[2]
上記ステンレス鋼がオーステナイト系ステンレス鋼を含む上記[1]に記載の金属/樹脂複合構造体。
[3]
上記ステンレス鋼がSUS301、SUS304、SUS316およびSUS316Lからなる群から選ばれる一種または二種以上を含む上記[1]または[2]に記載の金属/樹脂複合構造体。
[4]
上記熱可塑性樹脂が、ポリエステル系樹脂ポリアリーレンスルフィド系樹脂およびポリアミド系樹脂からなる群から選ばれる一種または二種以上を含む上記[1]〜[3]のいずれか一つに記載の金属/樹脂複合構造体。
[5]
上記[1]〜[4]のいずれか一つに記載の金属/樹脂複合構造体を製造するための製造方法であって、
ステンレス鋼からなる金属部材における、少なくとも樹脂部材との接合面を化学エッチング剤によって粗化する工程を含む金属/樹脂複合構造体の製造方法。
[6]
上記化学エッチング剤が酸系エッチング剤を含む上記[5]に記載の金属/樹脂複合構造体の製造方法。
[7]
上記酸系エッチング剤を構成する酸が、塩酸および硫酸からなる群から選ばれる少なくとも一種の酸を含む上記[6]に記載の金属/樹脂複合構造体の製造方法。
[8]
上記酸系エッチング剤が、塩酸および硫酸からなる群から選ばれる少なくとも一種の酸に起因する酸イオン(H+)、第二銅イオン(Cu2+)およびハライドイオン(X−)を含んでなり、各々の成分濃度が以下の範囲にあることを特徴とする上記[5]〜[7]のいずれか一つに記載の金属/樹脂複合構造体の製造方法。
H+;1.0(mol/L)〜4.0(mol/L)
Cu2+;0.03(mol/L)〜0.6(mol/L)
X−;1.0(mol/L)〜4.5(mol/L)

発明の効果

0009

本発明によれば、接合性に優れたステンレス鋼と樹脂との金属樹脂複合体およびその製造方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0010

本実施形態に係る金属/樹脂複合構造体の構造の一例を模式的に示した外観図である。
実施例1で得られた金属/樹脂複合構造体(E1)の、引張りせん断試験後の破断面金属側)のルーペ観察結果を示す図である。
比較例1で得られた金属/樹脂複合構造体(C1)の、引張りせん断試験後の破断面(金属側)のルーペ観察結果を示す図である。

0011

以下に、本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。文中の数字の間にある「〜」は特に断りがない限り、以上から以下を示す。

0012

図1は、本実施形態に係る金属/樹脂複合構造体1の構造の一例を模式的に示した外観図である。
金属/樹脂複合構造体1は、金属部材2と、樹脂部材3とが接合されており、金属部材2と樹脂部材3とを接合することにより得られる。

0013

≪金属部材≫
本実施形態に係る金属部材2は、ステンレス鋼からなる。ステンレス鋼はFe中にCrを12質量%程度以上含む限りは制限なく使用できる。ステンレス鋼としては、面心立方結晶構造を有するγ相からなるものが好ましく、具体的にはオーステナイト系ステンレス鋼を挙げることができ、より好ましい例としてJIS分類の300番台のステンレス鋼を挙げることができる。このようなステンレス鋼は耐力降伏点)が330N/mm2程度以下であるという特徴があり、具体的にはSUS301、SUS304、SUS316およびSUS316Lからなる群から選ばれる一種または二種以上がより好ましく、SUS316が特に好ましい。

0014

金属部材2の、少なくとも樹脂部材との接合面は、例えば化学エッチング剤によって粗化されている。そして、該粗化による金属の重量減少率は0.5(mg/cm2)以上3.5(mg/cm2)以下の範囲であり、好ましくは0.6(mg/cm2)以上、より好ましくは0.7(mg/cm2)以上、特に好ましくは0.8(mg/cm2)以上であり、そして好ましくは3.3(mg/cm2)以下、より好ましくは3.2(mg/cm2)以下、特に好ましくは3.1(mg/cm2)以下である。
重量減少率が0.5(mg/cm2)未満では樹脂との接合強度が十分でない。この理由は、0.5(mg/cm2)未満の領域では化学エッチングによって樹脂のアンカー効果発現に必要な微細凹凸構造が十分に形成されていないためと考えられる。一方で3.5(mg/cm2)を超える場合は、化学エッチングが進行し過ぎる結果、金属表面にせっかく形成された微細凹状部の雪庇部が部分的に溶解してしまいアンカー効果が弱められるので好ましくない。

0015

上記重量減少率を満たすようにステンレス鋼からなる金属部材を化学エッチングすることによって、金属部材の表面上に微細凹凸形状を形成することができる。該微細凹凸形状は、JIS B 0601に準じて金属部材2の表面粗さ測定を行った場合、金属部材2の十点平均粗さ(Rz)が例えば10μm以下、好ましくは2μm〜8μmの範囲にあり、粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)が例えば70μm〜200μm、好ましくは80μm〜160μmの範囲にある。

0016

本実施形態に係る化学エッチング剤を用いたエッチング法として特段の制限はないが、例えば、水酸化ナトリウム等の無機塩基水溶液および/または塩酸や硝酸等の無機酸水溶液に金属部材を浸漬する方法;陽極酸化法によりアルミニウム合金部材金属部材を処理する方法;国際公開第2009/31632号パンフレットに開示されているような、水和ヒドラジンアンモニア、および水溶性アミン化合物から選ばれる1種以上の水溶液に金属部材を浸漬する方法等を挙げることができる。これらの化学エッチング剤の中では、樹脂との接合強度の視点から酸系エッチング剤が好ましい。酸系エッチング剤は、酸を必須構成成分として含み、好ましくは塩酸および硫酸からなる群から選ばれる少なくとも一種の酸を含む。本実施形態に係るより好ましい酸系エッチング剤は、塩酸および硫酸からなる群から選ばれる少なくとも一種の酸に起因する酸イオン(H+)、第二銅イオン(Cu2+)およびハライドイオン(X−)を含んでなる水溶液である。

0017

この水溶液に占める上記各成分の濃度は、
[H+];通常1.0(mol/L)〜4.0(mol/L)、好ましくは、1.2(mol/L)〜3.5(mol/L)、より好ましくは1.5(mol/L)〜3.0(mol/L)の範囲にある。
[Cu2+];通常0.03(mol/L)〜0.6(mol/L)、好ましくは0.05(mol/L)〜0.5(mol/L)、より好ましくは0.07(mol/L)〜0.4(mol/L)の範囲にある
[X−];通常1.0(mol/L)〜4.5(mol/L)、好ましくは1.5(mol/L)〜4.0(mol/L)、より好ましくは2.0(mol/L)〜3.5(mol/L)の範囲にある。

0018

各構成成分の濃度範囲がこのような範囲を満たすことによって、樹脂接合した場合の金属/樹脂複合構造体の接合強度が優れるとともに、また接合面の気密性にも優れる。
本実施形態に係る化学エッチング剤を用いたエッチングは、例えば40〜80℃、好ましくは45〜70℃下、より好ましくは45〜60℃下、例えば0.5分〜30分、好ましくは1分〜20分程度行われる。エッチングは超音波照射下であってもよい。

0019

上記化学エッチング剤を用いたエッチング(以下、“本エッチング”と呼ぶ場合がある)においては、必要に応じて前後に付加的な工程を追加することができる。このような付加的な工程としては、本エッチング工程前の前処理工程、および本エッチング工程後酸化性酸希薄水溶液処理を代表例として挙げることができる。前処理工程としては金属表面の脱脂を目的として脱脂工程と、酸化被膜除去を目的とした希アルカリ水溶液処理があげられ、通常は本エッチングの前にこの順で実行される。
脱脂工程では市販脱脂剤を溶解させた水溶液中に浸漬させる方法が一般に行われる(60℃で5分程度)。希アルカリ水溶液処理は通常40℃下、1分程浸漬させることによって行われる。この際の希アルカリ水としては1〜2質量%程度の苛性ソーダ水溶液が用いられる。本エッチング後に粗化表面の構造安定化を目的として行われる酸化性酸の水溶液処理工程で用いられる酸としては通常、3質量%程度の硝酸水溶液頻用される。また、その際の処理条件は40℃、3分程度である。各工程の間には、必要に応じて更に水洗工程が付加されても良い。水洗は工業用水であってもイオン交換水であってもよく、また水洗時には超音波照射してもよい。
以上の処理を終えた金属部材を乾燥させることによって金属部材2を得ることができる。

0020

≪樹脂部材≫
本実施形態における樹脂部材3は、熱可塑性樹脂組成物からなる。熱可塑性樹脂組成物は樹脂成分としての熱可塑性樹脂と必要に応じて充填材とからなる。
熱可塑性樹脂としては特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン系樹脂極性基含有ポリオレフィン系樹脂ポリメタクリル酸メチル樹脂等のポリメタクリル系樹脂ポリアクリル酸メチル樹脂等のポリアクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂ポリビニルアルコールポリ塩化ビニル共重合体樹脂ポリビニルアセタール樹脂ポリビニルブチラール樹脂ポリビニルホルマール樹脂ポリメチルペンテン樹脂無水マレイン酸スチレン共重合体樹脂ポリカーボネート樹脂ポリフェニレンエーテル樹脂ポリエーテルエーテルケトン樹脂ポリエーテルケトン樹脂等の芳香族ポリエーテルケトン、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド樹脂ポリイミド樹脂ポリエーテルイミド樹脂スチレン系エラストマーポリオレフィン系エラストマーポリウレタン系エラストマーポリエステル系エラストマーポリアミド系エラストマーアイオノマーアミノポリアクリルアミド樹脂、イソブチレン無水マレイン酸コポリマー、ABS、ACS、AES、AS、ASA、MBS、エチレン塩化ビニルコポリマー、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、エチレン−酢酸ビニル塩化ビニルグラフトポリマー、エチレン−ビニルアルコールコポリマー塩素化ポリ塩化ビニル樹脂塩素化ポリエチレン樹脂塩素化ポリプロピレン樹脂カルボキシビニルポリマーケトン樹脂、非晶性コポリエステル樹脂ノルボルネン樹脂フッ素プラスチックポリテトラフルオロエチレン樹脂フッ素化エチレンポリプロピレン樹脂、PFAポリクロフルオロエチレン樹脂、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマーポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂ポリアリレート樹脂熱可塑性ポリイミド樹脂ポリ塩化ビニリデン樹脂ポリ塩化ビニル樹脂ポリ酢酸ビニル樹脂ポリサルホン樹脂ポリパラメチルスチレン樹脂ポリアリルアミン樹脂ポリビニルエーテル樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂等のポリアリーレンスルフィド系樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、オリゴエステルアクリレートキシレン樹脂マレイン酸樹脂ポリヒドロキシブチレート樹脂、ポリスルホン樹脂ポリ乳酸樹脂ポリグルタミン酸樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂ポリアクリロニトリル樹脂スチレンアクリロニトリル共重合体樹脂等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は一種単独で使用してもよいし、二種以上組み合わせて使用してもよい。

0021

これらの中でも、熱可塑性樹脂としては、接合強度をより効果的に得ることができるという観点から、ポリエステル系樹脂、ポリアリーレンスルフィド系樹脂およびポリアミド系樹脂からなる群から選ばれる一種または二種以上の熱可塑性樹脂が好適に用いられる。

0022

上記ポリエステル系樹脂としては、例えば、ポリ乳酸、ポリグルコール酸、ポリカプロラクトン、ポリエチレンサクシネート等の脂肪族ポリエステルポリエチレンテレフタレートポリエチレンナフタレートポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート(PCT)等が挙げられる。

0023

上記ポリアミド系樹脂としては、例えば、PA6、PA12等の開環重合脂肪族ポリアミド;PA66、PA46、PA610、PA612、PA11等の重縮合系ポリアミド;MXD6、PA6T、PA9T、PA6T/66、PA6T/6、アモルファスPA等の半芳香族ポリアミド;ポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)、ポリ(m−フェニレンテレフタルアミド)、ポリ(m−フェニレンイソフタルアミド)等の全芳香族ポリアミドアミドエラストマー等が挙げられる。

0024

上記ポリアリーレンスルフィド系樹脂としては、例えば、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂等が挙げられる。

0025

本実施形態に係る熱可塑性樹脂組成物においては、接合部の機械的特性改良の視点や線膨張係数差調整などの視点からその他の成分と充填材を併用できる。その他の成分としては、例えば、難燃剤、銅系、リン系等の熱安定剤ヒンダードフェノール系等の酸化防止剤離型剤耐侯性改良剤造核剤発泡剤耐衝撃改良剤滑剤可塑剤流動性改良剤を例示できる。その他の成分を併用する場合は、その配合量は樹脂組成物100質量部当たり通常0.01〜10質量部、好ましくは0.05〜5質量部である。

0026

充填材としては、例えば、ガラス繊維炭素繊維炭素粒子粘土タルクシリカミネラルセルロース繊維からなる群から一種または二種以上を選ぶことができる。これらのうち、好ましくは、ガラス繊維、炭素繊維、タルク、ミネラルから選択される一種または二種以上である。また、アルミナフォルステライトマイカ窒化アルミナ、窒化ホウ素酸化亜鉛酸化マグネシウムなどに代表される放熱性フィラーを用いることもできる。これらの充填材の形状は特に限定されず、繊維状、粒子状、板状等どのような形状であってもよいが、金属部材2の表面に形成された微細凹凸形状の凹部に侵入できる程度の大きさを含む充填材を使用することが好ましい。なお、熱可塑性樹脂組成物が充填材を含む場合、その含有量は、熱可塑性樹脂100質量部に対して、好ましくは1質量部以上100質量部以下であり、より好ましくは5質量部以上90質量部以下であり、特に好ましくは10質量部以上80質量部以下である。

0027

≪金属/樹脂複合構造体の製造方法≫
つづいて、本実施形態に係る金属/樹脂複合構造体1の製造方法について説明する。
金属/樹脂複合構造体1の製造方法は、上記化学エッチング剤によって粗化処理を行った金属部材2に対して、上記熱可塑性樹脂組成物を所望の樹脂部材3の形状になるように成形しながら接合させることにより得られる。

0028

樹脂部材3の成形方法としては、射出成形押出成形加熱プレス成形圧縮成形トランスファーモールド成形、注型成形レーザー溶着成形、反応射出成形RIM成形)、リム成形(LIM成形)、溶射成形等の樹脂成形方法を採用できる。

0029

これらの中でも、金属/樹脂複合構造体1の製造方法としては、射出成形法が好ましく、具体的には、金属部材2を射出成形金型キャビティ部にインサートし、熱可塑性樹脂組成物を金型射出する射出成形法により製造することが好ましい。具体的には、以下の(i)〜(iii)の工程を含む方法が好ましい。
(i)熱可塑性樹脂組成物を調製する工程
(ii)金属部材2を射出成形用金型内に設置する工程
(iii)熱可塑性樹脂組成物を、金属部材2の少なくとも一部と接するように、上記金型内に射出成形し、樹脂部材3を形成する工程
以下、各工程について説明する。

0030

(i)熱可塑性樹脂組成物を製造する工程は、例えば、上記熱可塑性樹脂、必要に応じて上記充填材、さらに必要に応じて上記その他成分と、をバンバリーミキサー単軸押出機、2軸押出機高速2軸押出機等の混合装置を用いて、混合または溶融混合する方法を挙げることができる。

0031

次いで、(ii)、(iii)の工程による射出成形方法について説明する。

0032

まず、射出成形用の金型を用意し、その金型を開いてその一部に金属部材2を設置する。その後、金型を閉じ、熱可塑性樹脂組成物の少なくとも一部が金属部材2の表面の化学エッチングされた領域と接するように、上記金型内に(i)工程で得られた熱可塑性樹脂組成物を射出して固化する。その後、金型を開き離型することにより、金属/樹脂複合構造体1を得ることができる。

0033

また、上記(i)〜(iii)の工程による射出成形の際には、射出発泡成形や、金型を急速に加熱冷却する高速ヒートサイクル成形(RHCMヒート&クール成形)を併用してもよい。
射出発泡成形の方法として、化学発泡剤を樹脂に添加する方法や、射出成形機シリンダー部に直接、窒素ガス炭酸ガス注入する方法、あるいは、窒素ガスや炭酸ガスを超臨界状態で射出成形機のシリンダー部に注入するMuCell射出発泡成形法があるが、いずれの方法でも樹脂部材が発泡体である金属/樹脂複合構造体を得ることができる。また、いずれの方法でも、金型の制御方法として、カウンタープレッシャーを使用したり、成形品の形状によってはコアバックを利用したりすることも可能である。

0034

≪金属/樹脂複合構造体の用途≫
本実施形態に係る金属/樹脂複合構造体1は、生産性が高く、形状制御の自由度も高いので、様々な用途に展開することが可能である。

0035

例えば、車両用構造部品車両搭載用品、電子機器筐体家電機器の筐体、建築部材構造用部品機械部品、種々の自動車用部品電子機器用部品家具台所用品等の家財向け用途、医療機器、建築資材の部品、その他の構造用部品や外装用部品等が挙げられる。

0036

以上、本実施形態に係る金属/樹脂複合構造体1の用途について述べたが、これらは本発明の用途の例示であり、上記以外の様々な用途に用いることもできる。

0037

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を含む。

0038

以下、本実施形態を、実施例・比較例を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。

0039

〔実施例1〕
市販の2.0mm厚SUS316板材購入し、多数の18mm×45mmの長方形片に切断して、試験用ステンレス鋼片とした。次いで、市販脱脂剤NE−6(メルテック株式会社製)5質量%を含む水溶液中に5分間浸漬させた。この際の温度は60℃、超音波照射下とした。工業用水で水洗後、ステンレス鋼片を50℃に維持し、表1に示す酸イオン濃度、第二銅イオンおよびハライドイオン濃度となるように、塩酸と塩化第二銅から調製された酸系エッチング剤水溶液に15分間浸漬させた。浸漬は超音波照射下で行った。なお、酸系エッチング剤水溶液を構成する酸イオン濃度、第二銅イオンおよびハライドイオンの濃度(mol/L)は表1に示す通りであった。
次いで、工業用水で水洗後、80℃下、15分間乾燥させて粗化ステンレス鋼片(me1)を得た。全粗化面の面積と粗化前後の重量変化から重量減少率(ΔW)を求めたところ、1.9(mg/cm2)であった。粗化ステンレス鋼板(me1)の粗化面を表面粗さ測定装置サーフコム1400D(東京精密社製)」を使用し、JIS B0601(対応ISO 4287)に準拠して測定される十点平均粗さ(Rz)は5μm、粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)は110μmであった。

0040

日本製鋼所社製の射出成形機J55ADに小型ダンベル金属インサート金型を装着した。次いで、金型を160℃に加熱した後、金型内に粗化ステンレス鋼板(me1)を設置後、ポリブチレンテレフタレート(PBT)(ポリプラスチックス社製;ジュラネックス(登録商標)930HL)を射出ユニットホッパー投入し、シリンダー温度270℃、射出一次圧96MPa、保圧80MPaの条件にて射出成形を行い、金属/樹脂複合構造体(E1)を得た。
得られた金属/樹脂複合構造体(E1)について、引張試験機モデル1323(アイコエンジニヤリング社製)」を使用し、引張試験機に専用の治具を取り付け、室温(23℃)にて、チャック間距離60mm、引張速度10(mm/min)の条件にて図1に示すx方向に引っ張って測定をおこなった。破断荷重(N)を金属/樹脂接合部分の面積(50mm2)で除することにより接合強度(引張りせん断強度)(MPa)を求めた。その結果、接合強度は29MPaであった。また破断面(金属側)の観察を行った結果、ほとんど全ての接合面に母材破壊に起因する樹脂残りが認められた(図2参照)。

0041

〔実施例2〕
実施例1において、酸系エッチング剤水溶液の組成を、表1に示す酸イオン濃度、第二銅イオンおよびハライドイオン濃度となるように、硫酸と塩化第二銅と塩化ナトリウムから調製された酸系エッチング剤水溶液に変更した以外は実施例1と同様にして粗化ステンレス鋼板(me2)を得た。なお、酸系エッチング剤水溶液を構成する酸イオン濃度、第二銅イオンおよびハライドイオンの濃度(mol/L)は表1に示す通りであった。粗化前後の重量変化から重量減少率(ΔW)を求めたところ、1.3(mg/cm2)であった。
この粗化ステンレス鋼板(me2)の表面に、実施例1と同じ条件でPBTを射出して金属/樹脂複合構造体(E2)を得た。得られた金属/樹脂複合構造体(E2)の接合強度(引張りせん断強度)は、27MPaであった。また破断面(金属側)のルーペ観察を行った結果、ほとんど全ての接合面に母材破壊に起因する樹脂残りが認められた。

0042

〔実施例3〕
実施例1において、酸系エッチング剤への浸漬時間を15分から3分に短縮した以外は実施例1と同様に粗化して粗化ステンレス鋼板(me3)を得た。粗化前後の重量変化から重量減少率(ΔW)を求めたところ、0.6(mg/cm2)であった。この粗化ステンレス鋼板(me3)の表面に、実施例1と同じ条件でPBTを射出して金属/樹脂複合構造体(E3)を得た。得られた金属/樹脂複合構造体(E3)の接合強度(引張りせん断強度)は、19MPaであった。また破断面(金属側)のルーペ観察を行った結果、ほとんど全ての接合面に母材破壊に起因する樹脂残りが認められた。

0043

〔比較例1〕
実施例1において、酸系エッチング剤による粗化を二回繰り返した。一回目の粗化に用いた酸系エッチング剤水溶液の組成は、5.0質量%の塩酸と8.2質量%の塩化第二銅を含む酸系エッチング剤であり、浸漬条件は50℃、5分間、二回目の粗化に用いた酸系エッチング剤水溶液の組成は、7.5質量%の塩酸と2.1質量%の塩化第二銅を含む酸系エッチング剤であり、浸漬条件は50℃、5分間であり、いずれも超音波照射下で粗化を行った。実施例1と同様にして粗化ステンレス鋼板(mc1)を得た。なお、酸系エッチング剤水溶液を構成する酸イオン濃度、第二銅イオンおよびハライドイオンの合算濃度(mol/L)は表1に示す通りであった。粗化前後の重量変化から重量減少率(ΔW)を求めたところ、3.9(mg/cm2)であった。この粗化ステンレス鋼板(mc1)の表面に、実施例1と同じ条件でPBTを射出して金属/樹脂複合構造体(C1)を得た。得られた金属/樹脂複合構造体(C1)の接合強度(引張りせん断強度)は、13MPaであった。また破断面(金属側)のルーペ観察を行った結果、母材破壊に起因する樹脂残りは全接合面の30面積%程度で認められたが、特に接合面周縁部の残り70面積%程度には樹脂残りは認められず界面破壊モードであることが確認された(図3参照)。

0044

〔比較例2〕
実施例1において、酸系エッチング剤水溶液の組成を、表1に示す酸イオン濃度、第二銅イオンおよびハライドイオン濃度となるように、塩酸と塩化第二銅から調製された酸系エッチング剤水溶液に変更した以外は実施例1と同様にして粗化ステンレス鋼板(mc2)を得た。粗化前後の重量変化から重量減少率(ΔW)を求めたところ、7.1(mg/cm2)であった。この粗化ステンレス鋼板(mc2)の表面に、実施例1と同じ条件でPBTを射出して金属/樹脂複合構造体(C2)を得た。得られた金属/樹脂複合構造体(C2)の接合強度(引張りせん断強度)は、14MPaであった。また破断面(金属側)のルーペ観察を行った結果、母材破壊に起因する樹脂残りは全接合面の30面積%程度で認められたが、特に接合面周縁部の残り70面積%程度には樹脂残りは認められず界面破壊モードであることが確認された。

0045

〔比較例3〕
実施例1において、酸系エッチング剤水溶液の組成を、表1に示す酸イオン濃度、第二銅イオンおよびハライドイオン濃度となるように、塩酸と塩化第二銅と塩化ナトリウムから調製された酸系エッチング剤水溶液に変更し、さらに浸漬時間を表1に示す時間にした以外は実施例1と同様にして粗化ステンレス鋼板(mc3)を得た。粗化前後の重量変化から重量減少率(ΔW)を求めたところ、0.4(mg/cm2)であった。この粗化ステンレス鋼板(mc3)の表面に、実施例1と同じ条件でPBTを射出して金属/樹脂複合構造体(C3)を得た。得られた金属/樹脂複合構造体(C3)の接合強度(引張りせん断強度)は、4MPaであった。また破断面(金属側)のルーペ観察を行った結果、母材破壊に起因する樹脂残りは認められず界面破壊モードであることが確認された。

0046

〔比較例4〕
実施例1において、酸系エッチング剤水溶液の組成を、表1に示す酸イオン濃度、第二銅イオンおよびハライドイオン濃度となるように、塩酸と塩化第二銅と塩化ナトリウムから調製された酸系エッチング剤水溶液に変更し、さらに浸漬時間を表1に示す時間にした以外は実施例1と同様にして粗化ステンレス鋼板(mc4)を得た。粗化前後の重量変化から重量減少率(ΔW)を求めたところ、0.2(mg/cm2)であった。この粗化ステンレス鋼板(mc4)の表面に、実施例1と同じ条件でPBTを射出して金属/樹脂複合構造体(C4)を得た。得られた金属/樹脂複合構造体(C4)の接合強度(引張りせん断強度)は、6MPaであった。また破断面(金属側)のルーペ観察を行った結果、母材破壊に起因する樹脂残りは全接合面の10面積%程度で認められたが、特に接合面周縁部の残り90面積%程度には樹脂残りは認められず界面破壊モードであることが確認された。

0047

〔比較例5〕
実施例1において、酸系エッチング剤水溶液の組成を、表1に示す酸イオン濃度、第二銅イオンおよびハライドイオン濃度となるように、硫酸と塩化第二銅と塩化ナトリウムから調製された酸系エッチング剤水溶液に変更し、さらに浸漬時間を表1に示す時間にした以外は実施例1と同様にして粗化ステンレス鋼板(mc5)を得た。なお、酸系エッチング剤水溶液を構成する酸イオン濃度、第二銅イオンおよびハライドイオンの濃度(mol/L)は表1に示す通りであった。粗化前後の重量変化から重量減少率(ΔW)を求めたところ、0.2(mg/cm2)であった。この粗化ステンレス鋼板(mc5)の表面に、実施例1と同じ条件でPBTを射出して金属/樹脂複合構造体(C5)を得た。得られた金属/樹脂複合構造体(C5)の接合強度(引張りせん断強度)は、12MPaであった。また破断面(金属側)のルーペ観察を行った結果、母材破壊に起因する樹脂残りは全接合面の20面積%程度で認められたが、特に接合面周縁部の残り80面積%程度には樹脂残りは認められず界面破壊モードであることが確認された。

0048

〔比較例6〕
実施例1において、酸系エッチング剤水溶液の組成を、表1に示す酸イオン濃度となるように、塩酸のみを含む酸系エッチング剤に変更した以外は実施例1と同様にして粗化ステンレス鋼板(mc6)を得た。粗化前後の重量変化から重量減少率(ΔW)を求めたところ、0.1(mg/cm2)であった。この粗化ステンレス鋼板(mc6)の表面に、実施例1と同じ条件でPBTを射出して金属/樹脂複合構造体(C6)を得た。得られた金属/樹脂複合構造体(C6)の接合強度(引張りせん断強度)は、24MPaであった。また破断面(金属側)のルーペ観察を行った結果、母材破壊に起因する樹脂残りは全接合面の40面積%程度で認められたが、特に接合面周縁部の残り60面積%程度には樹脂残りは認められず界面破壊モードであることが確認された。

実施例

0049

0050

1 金属/樹脂複合構造体
2金属部材
3 樹脂部材

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