(57)【要約】      （修正有）【課題】射出成形前に行う金属材の表面処理が不要で、ポリプロピレン樹脂部との接合性に優れた樹脂・金属複合構造体が得られるアルミニウム複合材、複合構造体及びその製造方法の提供。【解決手段】アルミニウム合金又はアルミニウム合金からなる基材１の表面の少なくとも一部に下地処理皮膜２を形成し、この下地処理皮膜２上に、極性基が導入された変性ポリプロピレン樹脂を含有する接着層３を形成し、更にその上に、その融解熱をΔＨ、結晶化度１００％のポリプロピレン樹脂の融解熱をΔＨｐｐ（＝２０９Ｊ／ｇ）としたとき、数式（Ａ）により算出される結晶化度Ｘｃが４０％以下であるポリプロピレン樹脂によりポリプロピレン樹脂層４を形成して、アルミニウム複合材１０とする。そして、射出成形により、このアルミニウム複合材１０に、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を一体形成して複合構造体とする。数式（Ａ）；Ｘｃ＝（ΔＨ／ΔＨｐｐ）×１００【選択図】図１
2018171933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形により、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部と一体形成されるアルミニウム複合材であって、
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材と、
前記基材の表面の少なくとも一部に設けられ、リン酸クロメート処理、クロム酸クロメート処理、塗布型クロメート処理、酸化ジルコニウム処理又はチタンジルコニウム処理により形成された下地処理皮膜と、
前記下地処理皮膜上に設けられ、極性基が導入された変性ポリプロピレン樹脂を含有する接着層と、
前記接着層上に設けられたポリプロピレン樹脂層と、
を有し、
前記ポリプロピレン樹脂層を構成するポリプロピレン樹脂は、その融解熱をΔＨ、結晶化度１００％のポリプロピレン樹脂の融解熱をΔＨｐｐ（＝２０９Ｊ／ｇ）としたとき、下記数式（Ａ）により算出される結晶化度Ｘｃが４０％以下であるアルミニウム複合材。
【数１】
2018171933.tif 000006
【請求項２】
射出成形により、請求項１に記載のアルミニウム複合材に、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を一体形成した複合構造体。
【請求項３】
前記射出成形部を形成するポリプロピレン樹脂は、ガラス繊維又は炭素繊維を含有する請求項２に記載の複合構造体。
【請求項４】
前記射出成形部は、線膨張率が２０〜１００（×１０−６／℃）である請求項３に記載の複合構造体。
【請求項５】
アルミニウム複合材を所定形状にプレス成形する工程と、
プレス成形されたアルミニウム複合材を、射出型内に配置し、前記型内にポリプロピレン樹脂を射出することにより、前記アルミニウム複合材にポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を一体形成する工程と、
を有し、
前記アルミニウム複合材として、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材と、前記基材の表面の少なくとも一部に設けられ、リン酸クロメート処理、クロム酸クロメート処理、塗布型クロメート処理、酸化ジルコニウム処理又はチタンジルコニウム処理により形成された下地処理皮膜と、前記下地処理皮膜上に設けられ、極性基が導入された変性ポリプロピレン樹脂を含有する接着層と、前記接着層上に設けられたポリプロピレン樹脂層とを有し、前記ポリプロピレン樹脂層を構成するポリプロピレン樹脂は、その融解熱をΔＨ、結晶化度１００％のポリプロピレン樹脂の融解熱をΔＨｐｐ（＝２０９Ｊ／ｇ）としたとき、下記数式（Ａ）により算出される結晶化度Ｘｃが４０％以下であるものを使用する複合構造体の製造方法。
【数１】
2018171933.tif 000007
【請求項６】
前記射出成形部を形成するポリプロピレン樹脂は、ガラス繊維又は炭素繊維を含有する請求項５に記載の複合構造体の製造方法。
【請求項７】
前記射出成形部は、線膨張率が２０〜１００（×１０−６／℃）である請求項６に記載の複合構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形によりポリプロピレン樹脂部と一体形成されるアルミニウム複合材、このアルミニウム複合材を用いて形成された複合構造体及びその製造方法に関する。より詳しくは、ポリプロピレン樹脂とアルミニウム材との複合構造体における樹脂部と金属材との接合性向上技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や電子機器の部品として、樹脂製部材と金属製部材とを一体化した複合成形体が用いられている。このような樹脂・金属複合成形体は、主に、金属材を金型内に配置し、そこに熱可塑性樹脂を射出して一体形成することにより製造される。一方、樹脂・金属複合成形体には、使用する材料又はその組み合わせによっては、射出成形された樹脂部と金属材との間に十分な接合強度が得られないという課題もある。
【０００３】
そこで、従来、樹脂・金属複合成形体における樹脂部と金属材との接合性を向上させるために、種々の検討がなされている。例えば、金属材としてアルミニウム材又はアルミニウム合金材を用いた樹脂・金属複合成形体については、化学的処理により金属材表面にｎｍ〜μｍレベルの凹凸を設ける方法（例えば、特許文献１，２参照）、表面にアルマイト処理を施す方法（例えば、特許文献３参照）などが実用化されている。これら特許文献１〜３に記載されている方法では、射出成形時に熱可塑性樹脂を金属材表面の微細な凹凸や孔に入り込ませることにより、樹脂部と金属材との接合性向上を図っている。
【０００４】
一方、金属材上にポリエステル系樹脂層を設けることにより、樹脂部と金属材との接合性向上を図った樹脂・金属複合成形体も提案されている（特許文献４参照）。この特許文献４に記載の樹脂・金属複合成形体では、金属材表面に特定のポリエステル系樹脂からなる最表層を設け、この最表層上にＡＢＳ（アクリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂）系樹脂、ＡＢＳ／ポリカーボネートアロイ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂及びポリエステル系エラストマー樹脂などの樹脂を射出成形し、一体化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４４７９５号公報
【特許文献２】特開２００９−１４４１９８号公報
【特許文献３】国際公開第２００４／０５５２４８号
【特許文献４】特開２０１２−０４５９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。即ち、従来の樹脂・金属複合成形体は、樹脂部をＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＡＢＳ及びＰＡ６（ナイロン６）などのように分子内に極性基を有する熱可塑性樹脂で形成する場合は比較的一体形成しやすいが、ポリオレフィン系樹脂などのように分子内に極性基を持たない熱可塑性樹脂で形成する場合は、一体形成が難しいという問題点がある。
【０００７】
また、特許文献１〜４に記載されている金属材表面に微細な凹凸や孔を形成する方法は、前述したＰＢＴ、ＰＰＳ及びＡＢＳなどには有効であるが、ポリプロピレン樹脂のように流動性が低い樹脂では、微細な凹凸や孔に樹脂が入り込み難く、接合性向上に寄与する極性基も有していないため、十分な接合強度が得られない。特に、特許文献４に記載の技術は、ポリエステル樹脂層を金属表面に形成させ、極性基を有するＡＢＳ樹脂やポリカーボネート樹脂と接合する技術であるため、ポリエステルと相溶性が小さく、極性基を有さないＰＰ樹脂では十分な接合力が得られない。
【０００８】
近年、自動車などでも樹脂−金属複合化した部材が使用され始めているが、エンジンコンパートメントなどのように高温から低温への熱サイクルが繰り返される用途においては、前述した従来技術では、十分な接合耐久性を得ることができない。
【０００９】
このように、分子内に極性基を持たず、化学的に安定なポリプロピレン樹脂と、金属材との複合成形体は、射出成形では十分な接合性が得られず、樹脂部と金属材に貫通孔を設け、この貫通孔を介して表裏面をポリプロピレン樹脂で機械的に接合するなどの方法で、一体化されているのが現状である。そして、この従来金属との一体化が難しいポリプロピレン樹脂を用いた複合成形体において、プレス加工後の金属材を粗面化処理などを実施せずにそのままの状態で射出し、樹脂と一体化することができる技術の開発が望まれている。
【００１０】
そこで、本発明は、射出成形前に行う金属材の表面処理が不要で、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部との接合性に優れた樹脂・金属複合構造体が得られるアルミニウム複合材、複合構造体及びその製造方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、前述した課題を解決し、射出成形に用いるポリプロピレン樹脂とアルミニウム（合金）材とを接合するために、鋭意検討行った。その結果、アルミニウム（合金）材に、結晶化度が特定値以下のポリプロピレン樹脂層を設けることにより、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部との接合性が良好で、温度サイクルが繰り返される環境においても、良好な接合力が維持される複合構造体を実現できることを見出し、本発明に至った。
【００１２】
即ち、本発明に係るアルミニウム複合材は、アルミニウム合金又はアルミニウム合金からなる基材と、前記基材の表面の少なくとも一部に設けられた下地処理皮膜と、前記下地処理皮膜上に設けられ、極性基が導入された変性ポリプロピレン樹脂を含有する接着層と、前記接着層上に設けられたポリプロピレン樹脂層とを有し、前記ポリプロピレン樹脂層を構成するポリプロピレン樹脂は、その融解熱をΔＨ、結晶化度１００％のポリプロピレン樹脂の融解熱をΔＨｐｐ（＝２０９Ｊ／ｇ）としたとき、下記数式（Ａ）により算出される結晶化度Ｘｃが４０％以下のものである。
【００１３】
【数１】
2018171933.tif 000003
【００１４】
本発明のアルミニウム複合材における下地処理皮膜は、リン酸クロメート処理、クロム酸クロメート処理、塗布型クロメート、酸化ジルコニウム処理又はチタンジルコニウム処理などにより形成することができる。
【００１５】
本発明に係る複合構造体は、射出成形により、前述したアルミニウム複合材に、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を一体形成したものである。
前記射出成形部を形成するポリプロピレン樹脂は、ガラス繊維又は炭素繊維を含有していてもよい。
また、前記射出成形部の線膨張率は、例えば２０〜１００（×１０−６／℃）である。
【００１６】
本発明に係る複合構造体の製造方法は、アルミニウム複合材を所定形状にプレス成形する工程と、プレス成形されたアルミニウム複合材を、射出型内に配置し、前記型内にポリプロピレン樹脂を射出することにより、前記アルミニウム複合材に前記ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を一体形成する工程と、を有し、前記アルミニウム複合材として、アルミニウム合金又はアルミニウム合金からなる基材と、前記基材の表面の少なくとも一部に設けられた下地処理皮膜と、前記下地処理皮膜上に設けられ、極性基が導入された変性ポリプロピレン樹脂を含有する接着層と、前記接着層上に設けられたポリプロピレン樹脂層とを有し、前記ポリプロピレン樹脂層を構成するポリプロピレン樹脂は、その融解熱をΔＨ、結晶化度１００％のポリプロピレン樹脂の融解熱をΔＨｐｐ（＝２０９Ｊ／ｇ）としたとき、上記数式（Ａ）により算出される結晶化度Ｘｃが４０％以下であるものを使用する。
前記下地処理皮膜は、リン酸クロメート処理、クロム酸クロメート処理、塗布型クロメート、酸化ジルコニウム処理又はチタンジルコニウム処理などにより形成することができる。
また、前記射出成形部を形成するポリプロピレン樹脂は、ガラス繊維又は炭素繊維を含有していてもよい。
その場合、前記射出成形部の線膨張率を２０〜１００（×１０−６／℃）とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材表面のポリプロピレン樹脂からなる射出成形部が形成される領域に、結晶化度が特定範囲にあるポリプロピレン樹脂層を設けているため、射出成形前に表面の粗面化や薬液浸漬処理などの表面処理を施さなくても、射出成形部と金属材との接合性に優れた樹脂・金属複合構造体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態のアルミニウム複合材の構成例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示すアルミニウム複合材の製造方法をその工程順に示す図である。
【図３】図１に示すアルミニウム複合材の他の製造方法をその工程順に示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の複合構造体の構成例を模式的に示す断面図である。
【図５】Ａ及びＢは接合力評価に用いた試験片の形状を示す図であり、Ａは底面図であり、Ｂは側面図である。
【図６】プレス成形品の接合力評価用試験片の切り出し位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態に係るアルミニウム複合材について説明する。図１は本実施形態のアルミニウム複合材の構成例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態のアルミニウム複合材１０は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材１の表面に、下地処理皮膜２と、接着層３と、ポリプロピレン樹脂層４とが設けられている。
【００２１】
［基材１］
基材１は、アルミニウム材又はアルミニウム合金材であればよく、その種類、成分組成及び形状は特に限定されるものではない。具体的には、Ａ１１００、Ａ３００４及びＡ５０５２などの一般に用いられているものを使用することができる。
【００２２】
［下地処理皮膜２］
下地処理皮膜２は、接着層３との密着性を向上させて、より安定した接合強度を得るためのものである。この下地処理皮膜２は、少なくとも接着層３が形成される部分に形成されていればよいが、基材１の接着層３が形成されない部分にも形成されていてもよく、また、基材１の全面に形成されていてもよい。
【００２３】
下地処理皮膜２を形成する下地処理としては、りん酸クロメート処理、クロム酸クロメート処理、塗布型クロメート処理、酸化ジルコニウム処理及びチタンジルコニウム処理などを適用することができる。これらの下地処理を行うことにより、湿度の高い雰囲気に暴露される用途や、温度変化の大きい環境で使用される場合でも、アルミニウム複合材と射出成形部との間で安定した接合力を維持することができる。
【００２４】
［接着層３］
接着層３は、極性基が導入された変性ポリプロピレンを主成分とする樹脂組成物により形成されている。接着層３の主成分である変性ポリプロピレンに導入されている極性基は、塗装下地処理を行った基材との接着性が良好なものであればよく、具体的には、−ＯＨ、−ＣＯＯＨ、−Ｏ−基及びＮＨ２基などが挙げられる。接着層３の厚さは、特に限定されるものではないが、加工性などへの影響を考慮するとできるだけ薄い方が好ましく、更に下地処理皮膜２とポリプロピレン層４との接着性を考慮すると、０．５〜５μｍ程度にすることが好ましい。
【００２５】
［ポリプロピレン樹脂層４］
ポリプロピレン樹脂層４を構成するポリプロピレン樹脂は、下記数式（Ａ）により算出される結晶化度Ｘｃが４０％以下である。ここで、下記数式（Ａ）におけるΔＨはポリプロピレン樹脂層４を構成するポリプロピレン樹脂の融解熱（Ｊ／ｇ）、ΔＨｐｐは結晶化度１００％のポリプロピレン樹脂の融解熱（＝２０９Ｊ／ｇ）である。
【００２６】
【数２】
2018171933.tif 000004
【００２７】
ポリプロピレン樹脂層４の結晶化度Ｘｃを４０％以下にすることにより、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部との間で安定して良好な接合力が得られると共に、自動車のエンジンルームのように１２０℃程度の高温から冬季には−３０℃程度の低温になる温度サイクルが繰り返される環境においても、良好な接合力を維持することができる。一方、ポリプロピレン樹脂層４の結晶化度Ｘｃが４０％を超えると、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部との間で十分な接合力が得られなかったり、温度サイクルが繰り返される環境で使用すると、射出成形部との接合力が低下したりする。
【００２８】
ポリプロピレン樹脂層４を構成するポリプロピレン樹脂の融点Ｔｍは、射出成形温度以下とすることが望ましく、具体的には１２０〜２００℃であることが好ましい。ポリプロピレン樹脂の射出成形は、通常、２００〜２４０℃の温度範囲で行われるため、ポリプロピレン樹脂層４を構成する樹脂の融点がこの範囲であると、射出成形時に基材１に形成されたポリプロピレン樹脂層４が融解して射出されたポリプロピレン樹脂と相溶し、ポリプロピレン樹脂層４と射出成形部とが一体化する。その結果、より強固な接合力が得られる。
【００２９】
また、ポリプロピレン樹脂層４の厚さは、特に限定されるものではないが、ポリプロピレン樹脂層４を形成後に金属材１にプレス成形などの加工を施す場合は、加工性の観点から１０〜１００μｍとすることが望ましい。これにより、加工性を良好に保ちつつ、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部との接合力を向上させることができる。更に、ポリプロピレン樹脂層４は、基材１の全面に設けることもできるが、少なくとも射出成形部が形成される部分に設けられていればよい。
【００３０】
［製造方法］
次に、前述したアルミニウム複合材１０の製造方法について説明する。図２は本実施形態のアルミニウム複合材１０の製造方法をその工程順に示す図である。図２に示すように、アルミニウム複合材１１を製造する際は、先ず、基材１となるアルミニウム材又はアルミニウム合金材の表面を下地処理し、下地処理皮膜２を形成する。次に、この下地処理皮膜２上に、極性基を有する変性ポリプロピレン樹脂を含有する組成物を塗布し、必要に応じて１２０〜２５０℃程度の温度で焼き付けを行い、接着層３を形成する。
【００３１】
引き続き、例えば加熱ロールを用いたラミネート法などにより、接着層３上にポリプロピレン樹脂フィルム４１を積層して熱融着した後、加熱炉などにより１６０℃以上の温度に加熱する。その際の加熱温度の上限は、特に限定されるものではないが、２５０℃以上で加熱すると、ポリプロピレン樹脂の分解が顕著になることから、ポリプロピレン樹脂層４を形成する際の加熱温度は、２５０℃以下とすることが好ましい。その後、空冷又は水冷などにより急冷して、結晶化度Ｘｃが４０％以下のポリプロピレン樹脂層４を形成する。
【００３２】
ポリプロピレン樹脂フィルム４１の厚さは、形成されるポリプロピレン樹脂層４の厚さに応じて適宜選択することができるが、樹脂を射出する際の衝撃に耐え得る接合力を確保する観点から、１５〜７０μｍとすることが好ましい。ポリプロピレン樹脂層４を形成するポリプロピレン樹脂フィルム４１の厚さが薄いと、射出成形時の衝撃に耐えられないだけでなく、欠陥などの品質管理が難しいため高価となる。一方、ポリプロピレン樹脂フィルム４１の厚さが１００μｍを超えると、製造コストが増加すると共に、切断や絞り加工などの加工特性が低下する場合がある。
【００３３】
また、本実施形態の複合アルミニウム材１０は、接着層を備えるポリプロピレン樹脂シートを用いて形成することもできる。図３は本実施形態のアルミニウム複合材１０の他の製造方法を示す図である。具体的には、図３に示すように、一方の面に、変性ポリプロピレン樹脂を含有する接着層３１が形成されたポリプロピレン樹脂シート４２を、下地処理皮膜２が形成された基材１の表面に、接着層３１が基材１側になるように配置し、接着層３１に応じた加熱温度で加熱した後、１６０℃以上の温度で熱処理を行う。
【００３４】
その後、空冷又は水冷などにより急冷して、接着層３と、結晶化度Ｘｃが４０％以下のポリプロピレン樹脂層４を形成する。このように、接着層３１を備えるポリプロピレン樹脂シート４２を用いると、接着性塗料を用いなくても、基材１上に簡便な方法で接着層３を形成して、強固な接合力を有するポリプロピレン樹脂層４を形成することが可能となる。
【００３５】
本実施形態のアルミニウム複合材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材上にポリプロピレン樹脂層を設けているため、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を形成する前に、表面の粗面化や薬液浸漬処理などの基材を表面処理する必要がない。このポリプロピレン樹脂層は、下地処理皮膜及び変性ポリプロピレン樹脂を主成分とする接着層を介して、基材に積層されているため、基材との接合性にも優れている。更に、本実施形態のアルミニウム複合材は、ポリプロピレン樹脂層の結晶化度を４０％以下にしているため、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部との接合性に優れ、更に、温度サイクルが繰り返される環境下においても、接合力の低下を抑制することができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る複合構造体について説明する。図４は本実施形態の複合構造体の構成例を模式的に示す図である。図４に示すように、本実施形態の複合構造体は、前述した第１の実施形態のアルミニウム複合材１０に、射出成形により、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部５を一体形成したものである。
【００３７】
［射出成形部５］
射出成形部５は、アルミニウム複合材１０のポリプロピレン樹脂層４上に形成されている。射出成形部５を形成するポリプロピレン樹脂の種類や物性は、特に限定されるものではなく、用途や仕様に応じて適宜選択して使用することができる。ただし、基材１と射出成形部５の線膨張率の差が大きいと、長期的には気温や雰囲気温度の変化により、射出成形部５にクラックが発生し、接合力が低下する虞がある。そこで、射出成形部５の線膨張率は、基材１にできるだけ近いことが望ましく、具体的には射出成形部５の線膨張率は２０〜１００（×１０−６／℃）であることが好ましい。これにより、長期に亘って優れた接合強度を維持することが可能となる。
【００３８】
射出成形部５を熱環境の変化の影響を受けにくくするためには、ポリプロピレン樹脂に、ガラス繊維や炭素繊維を添加すればよい。その際、ガラス繊維や炭素繊維の添加量は特に限定されるものではないが、組成物全質量あたり２０〜４０質量％とすることが好ましく、より好ましくは２０〜３０質量％である。これにより、射出成形部５の線膨張率を、これらの繊維材を含有しないものに比べて、半分以下にすることができる。特に、射出成形部５に、炭素繊維を含有させると、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材と近い線膨張率にすることができるため、接合耐久性に優れた構造物が得られる。
【００３９】
なお、射出成形部５に含有させる炭素繊維及びガラス繊維の長さは、特に限定されるものではないが、１０ｍｍ以下であることが好ましい。繊維長が１０ｍｍを超えると、ポリプロピレン樹脂の射出性やアルミニウム複合材１０に設けたプロピレン樹脂層４との相溶性が低下することがある。
【００４０】
［製造方法］
次に、本実施形態の樹脂・金属複合構造体の製造方法について説明する。本実施形態の複合構造体を製造する際は、先ず、アルミニウム複合材１０を所定形状にプレス成形する（プレス成形工程）。次に、プレス成形されたアルミニウム複合材１０を、射出型内に配置し、型内にポリプロピレン樹脂を射出することにより、アルミニウム複合材１０に、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部５を一体形成する（射出成形工程）。
【００４１】
アルミニウム複合材１０は、揮発プレス油などの油種によっては、加工時に付着したプレス油などの潤滑油を除去せず、そのまま射出成形に使用することができるが、一般的にはプレス成形工程後に、アルミニウム複合材１０に付着した油分を除去する脱脂工程を行ってから射出成形を実施する。なお、アルミニウム複合材１０の成形方法は、プレス成形に限定されるものではなく、曲げ加工などの各種加工方法を適用することができる。また、アルミニウム複合材１０は、成形加工せずに、板状のまま使用することもできる。
【００４２】
本実施形態の複合構造体は、ポリプロピレン樹脂と相溶性のあるポリプロピレン樹脂層を備えるアルミニウム複合材を用い、このポリプロピレン樹脂層が設けられている部分にポリプロピレン樹脂からなる射出成形部が形成されている。その結果、金属材と射出成形部との間に強固な接合力が得られ、金属の強度や硬さが生かされた上で、ポリプロピレン樹脂の射出成形による三次元形状対応力を有し、高強度で、意匠性に優れ、安価な樹脂・金属複合成形体を実現することができる。
【００４３】
自動車など分野においては、これまで、ボルト止めにより、鉄製部材、アルミニウム製部材又はアルミニウム合金製部材と、ポリプロピレン樹脂部とを締結していたが、本実施形態の複合構造体は、樹脂部と金属材とが一体化して生産することができる。その結果、ボルトが省略されるなどの理由から、コストダウンや工数の削減が図れる。更に、本実施形態の本実施形態の複合構造体は、強度が必要な部材に対しても、適用が可能であり、軽量化の更なる進展が期待される。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、以下に示す方法で実施例及び比較例の樹脂・金属複合接合体を作製し、その接合力を評価した。図５Ａ，Ｂは接合力評価に用いた試験片の形状を示す図であり、Ａは底面図であり、Ｂは側面図である。
【００４５】
＜実施例１＞
縦３００ｍｍ、横２００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム合金材（５０５２Ｈ３４）を脱脂した後、りん酸クロメート処理（Ｃｒ：１５ｍｇ／ｍ２）を行った。その後、バーコート法により、三井化学株式会社製  ユニストールＲ２００（変性ポリプロピレン接着剤）を塗布し、１８０℃で２０秒間焼付けを行い、厚さ３μｍの接着層を形成した。次に、この接着層付きアルミニウム合金材に、熱ラミネートロールを用いて、１２０℃の温度条件で、東レ株式会社製  ポリプロピレンフィルム（トレファン３３０１，厚さ３０μｍ）を貼り合わせた。
【００４６】
その後、１７０℃にて３０秒間加熱した後、水冷し、実施例１のアルミニウム複合材を作製した。なお、同条件の熱処理を実施したポリプロピレンフィルムを、セイコーインスツル株式会社製  ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ：示差操査熱量分析器）  ７０２０を用いて分析したところ、結晶化度は３５％であった。
【００４７】
次に、実施例１のアルミニウム複合材を、横２５ｍｍ、縦１００ｍｍの大きさに切断したものを金型内に配置し、ポリプロピレン樹脂層上に、ポリプロピレン樹脂（ダイセルポリマー株式会社製  プラストロン  ＰＰ−ＧＦ４０：ガラス繊維含有量４０質量％）を射出成形して、縦２５ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの射出成形部を形成し、図５Ａ及び図５Ｂに示す形状の試験片を得た。その際、射出温度は２３０℃とし、射出時間は２０秒間とした。また、射出成形後は、室温で冷却した。
【００４８】
＜実施例２＞
実施例１と同品種のアルミニウム合金材の表面に、クロム酸クロメート処理（Ｃｒ：１５ｍｇ／ｍ２）を施した後、同様の接着層を設けた。また、ポリプロピレンフィルムには、東レ株式会社製  トレファンＺＫ２０７（厚さ５０μｍ）を使用して、実施例２のアルミニウム複合材を作製した。なお、実施例２のアルミニウム複合材について、実施例１と同様の方法で、ポリプロピレン樹脂層の結晶化度を測定したところ、３３％であった。
【００４９】
そして、ポリプロピレン樹脂のガラス繊維含有量を２０質量％にした以外は、前述した実施例１と同様の方法及び条件で、射出成形部を形成し、図５Ａ及び図５Ｂに示す形状の試験片を得た。
【００５０】
＜実施例３＞
実施例１と同品種のアルミニウム合金材の表面に、チタンジルコニウム処理（Ｚｒ：：１５ｍｇ／ｍ２）を施した後、実施例１と同様の方法及び条件で、射出成形部を作製した。なお、ポリプロピレンフィルムには、東レ株式会社製  トレファン９１４１（厚さ２０μｍ）を使用した。また、実施例３のアルミニウム複合材について、実施例１と同様の方法で、ポリプロピレン樹脂層の結晶化度を測定したところ、３８％であった。
【００５１】
＜実施例４＞
実施例１と同品種のアルミニウム合金材の表面に、リン酸クロメート処理（Ｃｒ：：１５ｍｇ／ｍ２）を施した後、熱ラミネートロールを用いて、１２０℃の温度条件で、変性ポリプロピレン樹脂を含む接着層を備えたポリプロピレン樹脂フィルム（東レ株式会社製  ９７１０Ｂ、厚さ５０μｍ）を加圧接合した。その後、１７０℃の温度条件で３０秒間熱処理した後、空冷して、アルミニウム合金板の表面にポリプロピレン樹脂層を形成し、実施例４のアルミニウム合金複合材を形成した。この実施例４のアルミニウム複合材について、実施例１と同様の方法で、ポリプロピレン樹脂層の結晶化度を測定したところ、２５％であった。
【００５２】
この実施例４のアルミニウム複合材から、縦２５ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのサイズに切り出したものを用いて、実施例１と同様の方法及び条件で射出成形部を形成し、図５Ａ及び図５Ｂに示す形状の試験片を得た。
【００５３】
＜実施例５＞
ガラス繊維を含有しないポリプロピレン樹脂を用いて、射出成形部を形成した以外は、前述した実施例１と同様の条件及び方法で、試験片を作製した。
【００５４】
＜比較例１＞
アルミニウム合金板に下地処理を実施しなかった以外は、前述した実施例１と同様の方法及び条件で、アルミニウム合金複合材を作製した。そして、この比較例１のアルミニウム合金複合材に、実施例２と同様のポリプロピレン樹脂を射出成形して射出成形部を形成し、試験片を作製した。
【００５５】
＜比較例２，３＞
実施例１と同様の方法で、アルミニウム合金材に接着剤層を形成し、ポリプロピレンフィルムを積層した後、特に再熱処理やその後の急冷を行わずに比較例２のアルミニウム複合材を作製した。また、再熱処理を行い、急冷却のみを実施せずに比較例３のアルミニウム複合材を作製した。これらのアルミニウム複合材におけるポリプロピレン層の結晶化度は、それぞれ比較例２が６０％、比較例３が４５％であり、いずれも本発明の範囲を超えていた。
【００５６】
これら比較例２，３のアルミニウム複合材を用いて、前述した実施例１と同様の方法及び条件で、射出成形部を形成し、図５Ａ及び図５Ｂに示す形状の試験片を作製した。
【００５７】
＜比較例４＞
アルミニウム合金材の表面に、りん酸クロメート処理を実施した後、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いて樹脂層を形成したアルミニウム複合材に、ポリプロピレン樹脂を射出成形した。しかしながら、ポリエチレンテレフタレート樹脂層とポリプロピレン樹脂からなる射出成形部とは、外観上は接合するが、接合強度が低く、一体化することはできなかった。
【００５８】
＜比較例５＞
アルミニウム合金材の表面をりん酸クロメート処理した後、接着層やポリプロピレン樹脂層を設けず、そのまま射出形成に用いて、実施例２と同様の方法及び条件で、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を形成し、図５Ａ及び図５Ｂに示す形状の試験片を作製した。
【００５９】
＜比較例６＞
縦２５ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム合金材の表面を、塩酸でエッチングし、発生したスマットを硝酸で洗浄し、平均粗さＲａが３μｍに粗面化した。このアルミニウム合金材を用いて、実施例２と同様の方法及び条件で射出成形して、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を形成し、図５Ａ及び図５Ｂに示す形状の試験片を作製した。
【００６０】
＜比較例７＞
縦２５ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム合金材の表面に、３０μｍの硫酸アルマイト皮膜を形成したものを用いて、実施例２と同様の方法及び条件で射出成形して、ポリプロピレン樹脂からなる射出成形部を形成し、図５Ａ及び図５Ｂに示す形状の試験片を作製した。
【００６１】
［評価］
引張試験機を用いて、実施例及び比較例の各試験片について引張試験を行い、引張強度及び破壊形態により接合力を評価した。また、特に、温度変化の厳しい使用条件を想定し、実施例及び比較例の各試験片について、（１）塩水噴霧（ＪＩＳ  Ｚ２３７１に準拠、５００時間）、（２）８５℃−８５％相対湿度暴露５００時間、（３）−３０℃１時間／＋１２０℃１時間（切り替え５分）３００サイクルの３種類の耐久試験を実施し、接合力の低下度合いを調査した。
【００６２】
図６はプレス成形品の接合力評価用試験片の切り出し位置を示す図である。更に、プレス成形後に、そのまま射出成形ができることを確認するため、実施例及び比較例の各アルミニウム複合材を用いて、図６に示す長方形形状のプレス品２０を作製し、この加工品から縦２５ｍｍ、横１００ｍｍの試験片２１を切り出し、同様の方法でポリプロピレン樹脂を射出成形して、接合力を調査し、実際のプレス成形品でも同様の接合力が得られるか、調べた。
【００６３】
以上の結果を、下記表１にまとめて示す。なお、下記表１に示す接合強度の評価結果において、引張強度が１５００Ｎ以上であったものを「○」、１５００Ｎ未満かつ１０００Ｎ以上であったものを「△」、１０００Ｎ未満であったものを「×」とした。
【００６４】
【表１】
2018171933.tif 000005
【００６５】
比較例１は、アルミニウム合金材表面に下地処理を実施しない例であり、初期は、実施例に近い接合力が見られるが、耐久試験後の接合力低下が大きかった。比較例２，３は、接着層を設けてポリプロピレン樹脂層を形成したが、特に、再熱処理やその後の急冷を実施しない場合であり、ポリプロピレン樹脂層の結晶化度が本発明の結晶化度を超えているため、初期の接合強度も実施例に比べ低く、射出成形部との接合力が劣っていた。また、剥離界面を見ても、射出成形部の残存がほとんど見られず、アルミニウム合金材と射出成形部との接合力が不十分であった。これにより、結晶化度の調整の有効性が確認された。
【００６６】
比較例４〜７は、いずれも、アルミニウム合金材と射出成形部とが接合しないか、接合したように見えても接合力自体が低く、引張り試験での接合強度は非常に小さかった。これらは、特に、耐久試験後の接合力の低下が大きかったため、厳しい環境での使用は難しいと考えられる。
【００６７】
これに対して、実施例１〜５のアルミニウム複合材を用いた試験片は、良好な接合力を安定して維持することができた。ただし、実施例５の試験片は、射出成形部を形成するポリプロピレン樹脂がガラス繊維を全く含んでいないため、冷熱サイクル後については、他の実施例の試験片に比べて、接合強度の低下の割合が若干大きかった。
【符号の説明】
【００６８】
１  基材
２  下地処理皮膜
３  接着層
４  ポリプロピレン層
５  射出成形部
１０  アルミニウム複合材
２０  プレス成形品
２１  試験片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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