(57)【要約】      （修正有）【課題】樹脂を含有する成形体表面を損傷せずに表面を微細に粗面化し、とりわけ成形体が複合材である場合には、繊維を損傷させずに表層の樹脂層のみを微細に粗面化できる成形体の前処理方法を提供するとともに接着対象物又は塗膜との密着性に優れた、物品及びその製造方法を提供する。【解決手段】樹脂を含む成形体の表面の少なくとも一部の面に、平均粒径が２００μｍ以下の粒子を投射する前処理工程を施す。前記前処理面に接着剤又は塗膜を塗布する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を含む成形体の表面の少なくとも一部の面に、平均粒径が２００μｍ以下の粒子を投射する工程を有する、成形体の前処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の前処理方法を施した前記成形体の前記面に接着剤を塗布する工程を有する、接着物品の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の前処理方法を施した前記成形体の前記面に塗料を塗布する工程を有する、塗装物品の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の製造方法により前記接着剤が塗布された前記面に、接着対象物が接着されてなる、接着物品。
【請求項５】
請求項３に記載の製造方法により、前記成形体の前記面上に前記塗料が硬化した塗膜が形成されてなる、塗装物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂を含む成形体の接着又は塗装のための前処理方法、接着物品及びその製造方法、並びに塗装物品及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック等の樹脂を含む複合材は、軽量で高強度であるため、航空機、自動車、船舶等の構造部材として広く用いられている。このような複合材からなる部材は、必要に応じて、他の部材と接着されたり、表面に塗装が施されたりして、用いられる（例えば、特許文献１参照）。この際、接着を強固なものとするために、あるいは塗装により形成された塗膜の密着性を高めるために、部材の被接着面又は被塗装面に前処理が行われる。このような接着前処理又は塗装前処理としては、サンディング、グリットブラスト等の方法が広く採用されている。また、接着前処理としては、ピールプライ法も採用されている。
【０００３】
上記前処理はいずれも、部材の被接着面又は被塗装面を粗面化するとともに，新生面により表面の活性化を図るために行われる。サンディングは、サンドペーパー等の研磨媒体によって、部材表面を研磨する方法である。グリットブラストは、グリットと呼ばれる尖鋭な稜角をもつ粒を、圧縮空気等によって部材表面に吹き付ける方法である。ピールプライ法は、部材表面に剥離層（ピールプライ）を接着した後に、これを剥離する方法である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６２８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サンディングやグリットブラストによる前処理を行うと、複合材表面の樹脂層を除去してしまい、内部の繊維を損傷させることが避けられない。その結果、接着又は塗装の際の接着対象物又は塗膜との密着性が低下してしまうとともに，複合材の強度が低下する恐れもある。また、塗装前処理の場合には、表面が荒れ、塗装肌が悪くなる問題も生じている。一方、ピールプライ法は、剥離面の残渣の問題があるとともに、付帯作業量が多く、廃棄物が発生する問題もある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、従来のサンディングやグリットブラスト等による接着及び塗装前処理方法と異なり、樹脂を含有する成形体表面を損傷せずに表面を微細に粗面化し、とりわけ成形体が複合材である場合には繊維を損傷させずに表層の樹脂層表面のみを微細に粗面化できる成形体の前処理方法を提供することを目的とする。また本発明は、接着対象物又は塗膜との密着性が優れた、接着物品及びその製造方法並びに塗装物品及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の成形体の前処理方法は、樹脂を含む成形体の表面の少なくとも一部の面に、平均粒径が２００μｍ以下の粒子を投射する工程を有している。
この成形体の前処理方法によれば、樹脂を含有する成形体表面を損傷せずに表面を微細に粗面化し、とりわけ成形体が複合材である場合には繊維を損傷させずに表層の樹脂層表面のみを微細に粗面化することができる。
【０００８】
本発明の接着物品の製造方法は、前記前処理方法を施した前記成形体の前記面に接着剤を塗布する工程を有している。また、本発明の接着物品は、この製造方法により前記接着剤が塗布された前記面に、接着対象物が接着されてなるものである。
この接着物品は、成形体と接着対象物との密着性が優れている。
【０００９】
本発明の塗装物品の製造方法は、前記前処理方法を施した前記成形体の前記面に塗料を塗布する工程を有している。又、本発明の塗装物品は、この製造方法により、前記成形体の前記面上に前記塗料が硬化した塗膜が形成されてなるものである。
この塗装物品は、成形体と塗膜との密着性が優れ、塗装肌も良好である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の成形体の前処理方法によれば、樹脂を含有する成形体表面を損傷せずに表面を微細に粗面化し、とりわけ成形体が複合材である場合には繊維を損傷させずに表層の樹脂層表面のみを微細に粗面化することができる。また、前記前処理方法を施した成形体は、その微細に粗面化された表面に接着剤や塗料が強固に機械的結合をすることにより、接着又は塗装した際に、接着対象物又は塗膜との密着性が良好となる。また、本発明の成形体の前処理方法によれば、表面の汚染層を均一に除去することも出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
本発明の前処理方法で処理対象となる樹脂成形体としては、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維又はボロン繊維等の無機繊維やナイロン繊維、ビニロン繊維、又はアラミド繊維等の有機繊維を不飽和ポリエステル又はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に配合させた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）や、前記各繊維をポリカーボネート樹脂、メタクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、又はＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂に配合した熱可塑性強化プラスチック（ＦＲＴＰ）等の、樹脂をマトリックスとした複合材料が好適に採用される。ただし、本発明はこれに限定されず、樹脂のみからなる材料も本発明の前処理方法で処理対象となり得る。
【００１３】
本発明の前処理方法において用いられる粒子（投射材）としては、金属、セラミックス、ガラス等の硬質粒子が挙げられ、なかでもアルミナ、シリカ、炭化ケイ素、ジルコニア粒子等のセラミックス粒子を好適に用いることができる。本発明において用いられる粒子の形状は特に限定されず、略球形の粒子を用いてもよいし、また前記アルミナ、炭化ケイ素粒子等の尖鋭な稜角を有する粒子を用いてもよい。
【００１４】
この投射材の平均粒径は２００μｍ以下であり、１０μｍ以上１００μｍ以下が特に好ましい。投射材の平均粒径が２００μｍより大きいと、投射材粒子の過大な運動エネルギーにより成形体表面を損傷してしまい、特に成形体が前述の複合材料の場合は内部の繊維を損傷してしまうので、好ましくない。また、投射材の平均粒径が１０μｍより小さいと、安定した噴射状態を得ることが困難となる。
【００１５】
前記投射材粒子を、樹脂を含む成形体の表面の少なくとも一部の面に投射することにより、本発明の成形体の前処理方法が行われる。粒子を処理対象物の表面に投射して粗面を形成する処理を一般に「ショットブラスト」ともいう。ショットブラストの際の噴射速度は、例えば圧縮空気の噴射圧力により規定される。本発明において、ショットブラストの際の噴射圧力は０．１ＭＰａ以上１ＭＰａ以下が好ましく、０．３ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下がより好ましい。噴射圧力が１ＭＰａより大きいと、投射材粒子の過大な運動エネルギーにより成形体表面を損傷してしまい、特に成形体が前述の複合材料の場合は内部の繊維を損傷してしまうので、好ましくない。また、噴射圧力が０．１ＭＰａより小さいと安定した噴射状態を得ることが困難となる。
【００１６】
本発明において、ショットブラストのカバレージは、好ましくは１００％以上１０００％以下、より好ましくは１００％以上５００％以下である。カバレージが１００％未満では、成形体表面が十分に粗面化／活性化されず、成形体の被処理面と接着対象物又は塗膜との密着性の向上効果が得られない。また、カバレージが１０００％を超えると、成形体表面を損傷してしまい、特に成形体が前述の複合材料の場合は内部の繊維を損傷してしまうので、好ましくない。
【００１７】
上記の条件で前処理を行った成形体の被処理面の算術平均表面粗さＲａは、０．３μｍ以上２μｍ以下となることが好ましい。被処理面の表面粗さが０．３μｍより小さいと、成形体表面が十分に粗面化/活性化されず，成形体の被処理面と接着対象物又は塗膜との密着性の向上効果が得られないので好ましくない。また、被処理面の表面粗さが２μｍより大きいと、前述の複合材料の場合は内部の繊維を損傷してしまうので好ましくない。
【００１８】
本発明の接着物品の製造方法においては、上記の前処理を行った成形体の被処理面に接着剤が塗布される。
接着剤としては、一般に樹脂の接着に用いられる接着剤であれば特に限定されず、例えば、エポキシ系接着剤、合成ゴム系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、アクリル系接着剤、ホットメルト等を用いることができる。また、成形体を形成する樹脂及び接着剤の両方と親和性を有する下地処理剤（プライマー）を成形体の被処理面に塗布してから、接着剤を塗布してもよい。
本発明の接着物品は、前記接着剤を成形体の被処理面に塗布した後に、その塗布面に接着対象物が接着されて形成される。接着対象物も樹脂を含む成形体である場合には、この接着対象物の被接着面にも、上記と同様に本発明の前処理方法が施されることが好ましい。
【００１９】
本発明の塗装物品の製造方法においては、上記の前処理を行った成形体の被処理面に塗料が塗布される。
塗料としては、一般に樹脂の塗装に用いられる塗料であれば特に限定されず、例えば、アクリル系塗料、ウレタン系塗料、アルキド系塗料、エポキシ系塗料等を用いることができる。また、成形体を形成する樹脂及び塗料の両方と親和性を有する下地処理剤（プライマー）を成形体の被処理面に塗布してから、塗料を塗布してもよい。
本発明の塗装物品は、前記塗料を成形体の被処理面に塗布した後に、この塗料が硬化した塗膜となって、形成される。
【００２０】
次に、実施例および比較例を用いて、本発明による成形体の前処理方法、接着物品及びその製造方法、並びに塗装物品及びその製造方法についてさらに詳述する。
【００２１】
［接着性評価試験１（層間破壊靱性試験）］
（比較例１）
２枚の短冊状の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）片（寸法３５０ｍｍ×２５ｍｍ×４．５ｍｍ）を、表面の前処理を行わずに供試体として用いた。各供試体の片面の端部から約３００ｍｍの位置までエポキシ系接着剤を塗布し、接着剤を塗布した側の接着剤塗布面同士を向かい合わせて、塗布面同士を接着した。
接着剤が硬化した後に、ダブル・カンチレバー・ビーム（ＤＣＢ）法により層間破壊靱性試験を行った。すなわち、各供試体において、接着部分と反対側のそれぞれの端部に、接着面と略垂直方向の互いに離間する向きに荷重を与え、硬化した接着剤層において層間剥離が起こったときの靱性値を測定した。図１は、ＤＣＢ法の概略図である。
同様の試験を計５回行った。得られた靱性値の平均値を表１に示す。
【００２２】
（比較例２）
比較例１と同様の２枚のＣＦＲＰ片のそれぞれにおいて、片面に以下の条件でショットブラストを行ったものを供試体とした。
投射材：  アルミナ不定形粒子、＃２３０
噴射圧力：  ０．３ＭＰａ
カバレージ：  １００％
各供試体のショットブラスト被処理面の端部から約３００ｍｍの位置まで、比較例１で用いたものと同様のエポキシ系接着剤を塗布し、比較例１と同様に塗布面同士を接着した。比較例１と同様にＤＣＢ法により層間破壊靱性試験を行い、靱性値を測定した。同様の試験を計５回行った。得られた靱性値の平均値を表１に示す。
【００２３】
（実施例１）
比較例１と同様の２枚のＣＦＲＰ片のそれぞれにおいて、片面に以下の条件でショットブラストを行ったものを供試体とした。
投射材：  セラミックス球形粒子（アルミナ、シリカ）、
＃４００（平均粒径５０μｍ以下）
噴射圧力：  ０．５ＭＰａ
カバレージ：  １００％
各供試体のショットブラスト被処理面の端部から約３００ｍｍの位置まで、比較例１で用いたものと同様のエポキシ系接着剤を塗布し、比較例１と同様に塗布面同士を接着した。比較例１と同様にＤＣＢ法により層間破壊靱性試験を行い、靱性値を測定した。同様の試験を計５回行った。得られた靱性値の平均値を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
上記層間破壊靱性試験においては、靱性値の値が大きいほど密着性が供試体同士の密着性が高いことを表す。本発明によるショットブラストを行った供試体（実施例１）は密着性が優れていることが分かる。
【００２６】
［接着性評価試験２（圧縮層間剪断試験）］
（比較例３）
２枚の短冊状の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）片（寸法８０ｍｍ×１５ｍｍ×４．５ｍｍ）を、表面の前処理を行わずに供試体として用いた。各供試体の片面全面にエポキシ系接着剤を塗布し、接着剤を塗布した側の接着剤塗布面同士を向かい合わせて、塗布面同士を接着した。接着剤が硬化した後に，図２に示すように，供試体の両側から接着面まで切り欠きを設けた。
図２に示す圧縮荷重を与え、切り欠き部において層間剥離が起こったときの剪断強度値を測定した。図２は、この圧縮層間剪断試験の概略図である。同様の試験を計５回行った。得られた剪断強度値を表２に示す。
【００２７】
（比較例４）
比較例３と同様の２枚のＣＦＲＰ片のそれぞれにおいて、片面を＃４００の炭化ケイ素サンドペーパーを用いて水が弾かなくなるまで研磨したものを供試体とした。
比較例３で用いたものと同様のエポキシ系接着剤を塗布し、比較例３と同様に塗布面同士を接着した。比較例３と同様に圧縮層間剪断試験を行い、剪断強度値を測定した。得られた剪断強度値を表２に示す。
【００２８】
（実施例２）
比較例３と同様の２枚のＣＦＲＰ片のそれぞれにおいて、片面に以下の条件でショットブラストを行ったものを供試体とした。
投射材：  炭化ケイ素不定形粒子、＃４００
噴射圧力：  ０．５ＭＰａ
カバレージ：  １００％
比較例３で用いたものと同様のエポキシ系接着剤を塗布し、比較例３と同様に塗布面同士を接着した。比較例３と同様に圧縮層間剪断試験を行い、剪断強度値を測定した。得られた剪断強度値を表２に示す。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
上記圧縮層間剪断試験においても、本発明によるショットブラストを行った供試体（実施例２）は密着性が優れていることが分かる。
【００３１】
［塗膜密着性評価試験］
（比較例５）
ＣＦＲＰ片（寸法  ２００ｍｍ×１００ｍｍ×４．５ｍｍ）を、表面の前処理を行わずに供試体として用いた。供試体の片面に複合材塗装用のプライマーをスプレー塗装し、クロスカット法により塗装面に粘着テープを貼付後、剥離して、粘着テープと共に剥離された塗膜の面積百分率を測定することにより、塗膜密着性を評価した。
塗膜密着性評価試験の結果を表３に示す。
【００３２】
（比較例６）
比較例５と同様のＣＦＲＰ片の片面を、＃４００の炭化ケイ素サンドペーパーを用いて水が弾かなくなるまで研磨したものを、供試体とした。
供試体のサンディング被処理面に比較例５で用いたものと同様のプライマーをスプレー塗装し、比較例５と同様に塗膜密着性試験を行った。
塗膜密着性評価試験の結果を表３に示す。
【００３３】
（実施例３）
比較例５と同様のＣＦＲＰ片の片面に以下の条件でショットブラストを行ったものを供試体とした。
投射材：  セラミックス球形粒子（アルミナ、シリカ）、
＃４００（平気粒径５０μｍ以下）
噴射圧力：  ０．５ＭＰａ
カバレージ：  １００％
供試体のショットブラスト被処理面に比較例５で用いたものと同様のプライマーをスプレー塗装し、比較例５と同様に塗膜密着性試験を行った。
塗膜密着性評価試験の結果を表３に示す。
【００３４】
（実施例４）
比較例５と同様のＣＦＲＰ片の片面に以下の条件でショットブラストを行ったものを供試体とした。
投射材：  炭化ケイ素不定形粒子、＃４００
噴射圧力：  ０．５ＭＰａ
カバレージ：  １００％
供試体のショットブラスト被処理面に比較例５で用いたものと同様のプライマーをスプレー塗装し、比較例５と同様に塗膜密着性試験を行った。
塗膜密着性評価試験の結果を表３に示す。
【００３５】
【表３】
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【００３６】
上記塗膜密着性評価試験においては、本発明によるショットブラストを行った供試体（実施例３及び４）は塗膜密着性が優れていることが分かる。
【００３７】
［断面光学顕微鏡観察結果］
比較例１、比較例３及び比較例５で用いた供試体（接着前）と同様の無処理のＣＦＲＰ並びに実施例２及び実施例４で用いた供試体（ショットブラスト後、接着前）と同様のＣＦＲＰの断面光学顕微鏡写真を、それぞれ図３及び図４に示す。
図３及び図４より、本発明によるショットブラスト後はＣＦＲＰの表面が粗面化されていることが分かるが、あくまでも表層の樹脂層の表面のみが荒れており、繊維に損傷がないことが分かる。
【００３８】
［表面ＳＥＭ観察結果］
実施例２及び実施例４のショットブラストで用いた炭化ケイ素不定形粒子＃４００及びこれを用いてショットブラスト処理されたＣＦＲＰ表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を、それぞれ図５及び図６に示す。図６より、ＣＦＲＰの表面は粗面化されているものの、繊維に損傷がないことが分かる。
【００３９】
実施例１及び実施例３のショットブラストで用いたセラミックス球形粒子＃４００及びこれを用いてショットブラスト処理されたＣＦＲＰ表面のＳＥＭ写真を、それぞれ図７及び図８に示す。図８より、ＣＦＲＰの表面は粗面化されているものの、繊維に損傷がないことが分かる。
【００４０】
比較例２のショットブラストで用いたアルミナ不定形粒子＃２３０及びこれを用いてショットブラスト処理されたＣＦＲＰ表面のＳＥＭ写真を、それぞれ図９及び図１０に示す。図１０より、ＣＦＲＰ内部の繊維が露出し、損傷していることが分かる。
【００４１】
比較例４及び比較例６の方法により、＃４００の炭化ケイ素サンドペーパーを用いてサンディング処理されたＣＦＲＰ表面のＳＥＭ写真を、図１１に示す。図１１より、ＣＦＲＰ内部の繊維が露出し、損傷していることが分かる。
図５から図１１より、ショットブラスト処理されたＣＦＲＰ表面の形態は、粒子の大きさや形状に対応していることが分かる。
図１２に、表面処理を行っていないＣＦＲＰの表面ＳＥＭ写真を示す。
【００４２】
［表面粗さ測定結果］
実施例１及び実施例３の方法により、セラミックス球形粒子＃４００を用いてショットブラスト処理されたＣＦＲＰの表面粗さの測定結果を図１３に示す。また、実施例２及び実施例４の方法により、炭化ケイ素不定形粒子＃４００を用いてショットブラスト処理されたＣＦＲＰの表面粗さの測定結果を図１４に示す。さらに、無処理のＣＦＲＰの表面粗さの測定結果を図１５に示す。炭化ケイ素不定形粒子＃４００でショットブラスト処理した方が表面が荒れているものの、いずれのショットブラスト処理においても表面粗さは数μｍのレベルであり、表層樹脂層の表面のみの粗面化が可能であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ダブル・カンチレバー・ビーム法の概略図である。
【図２】圧縮層間剪断試験の概略図である。
【図３】無処理のＣＦＲＰの断面光学顕微鏡写真である。
【図４】実施例２及び実施例４で用いた供試体と同様のＣＦＲＰの断面光学顕微鏡写真である。
【図５】実施例２及び実施例４のショットブラストで用いた投射材のＳＥＭ写真である。
【図６】図５の投射材を用いてショットブラスト処理されたＣＦＲＰ表面のＳＥＭ写真である。
【図７】実施例１及び実施例３のショットブラストで用いた投射材のＳＥＭ写真である。
【図８】図７の投射材を用いてショットブラスト処理されたＣＦＲＰ表面のＳＥＭ写真である。
【図９】比較例２のショットブラストで用いた投射材のＳＥＭ写真である。
【図１０】図９の投射材を用いてショットブラスト処理されたＣＦＲＰ表面のＳＥＭ写真である。
【図１１】比較例４及び比較例６のサンディング処理されたＣＦＲＰ表面のＳＥＭ写真である。
【図１２】無処理のＣＦＲＰの表面ＳＥＭ写真である。
【図１３】実施例１及び実施例３の方法によりショットブラスト処理されたＣＦＲＰの表面粗さの測定結果を示す図である。
【図１４】実施例２及び実施例４の方法によりショットブラスト処理されたＣＦＲＰの表面粗さの測定結果を示す図である。
【図１５】無処理のＣＦＲＰの表面粗さの測定結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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