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CN107709002B - 金属树脂复合成型体及其制造方法 - Google Patents

金属树脂复合成型体及其制造方法 Download PDF

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CN107709002B
CN107709002B CN201680034349.4A CN201680034349A CN107709002B CN 107709002 B CN107709002 B CN 107709002B CN 201680034349 A CN201680034349 A CN 201680034349A CN 107709002 B CN107709002 B CN 107709002B
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metal
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resin
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远藤正宪
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Nippon Light Metal Co Ltd
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Nippon Light Metal Co Ltd
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Abstract

本发明提供各种金属基材与树脂成型体被一体地牢固地接合得到的金属树脂复合成型体以及其通用的制造方法，特别提供铝基材与聚烯烃类树脂成型体被一体地牢固地接合得到的金属树脂复合成型体及其简便的制造方法。该金属树脂复合成型体其特征在于，具有金属基材、聚丙烯树脂层和热塑性树脂成型体，聚丙烯树脂层经由形成于金属基材的亲水性表面与金属基材接合，热塑性树脂成型体通过与聚丙烯树脂层的相容化以及锚固效应，与聚丙烯树脂层接合。

Description

金属树脂复合成型体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种由金属基材和树脂成型体构成的金属树脂复合成型体及其制造方法，更具体而言，涉及金属基材与树脂成型体被一体牢固地接合而成的金属树脂复合成型体及其制造方法。
背景技术
将机械特性优异的金属材料与轻量且廉价并且具有高绝缘特性的树脂材料一体接合而成的金属树脂复合成型体在各种工业领域中被广泛利用。
特别是在汽车的各种传感器部件、家用电器部件、工业机器部件等的领域中，将由放热性高的铝或铝合金构成的铝基材与热塑性树脂成型体一体成型得到的铝树脂接合体被广泛使用，该接合体的用途在不断扩大。
在这样的状况下，积极地研究着金属树脂复合成型体的制造方法，例如在专利文献1(WO2012/060311号公报)中，提出了使聚烯烃类树脂片材粘接于铝基材后，通过嵌件成型，使所注射的树脂材料与铝基材接合的技术。
在上述专利文献1中，据认为：通过将含有在聚烯烃类树脂中导入了极性基团的改性聚烯烃类树脂的具有粘着性的粘接膜与不具有粘着性的热塑性树脂膜层叠，将金属构件与粘接膜层叠时的操作性飞跃性地提高，并且金属构件与所注射成型的树脂良好地粘接，能够得到高的耐热性。
另外，专利文献2(日本特开2014-34201号公报)中，提出了将具有实施了物理处理和/或化学处理的表面的金属构件与丙烯树脂发泡构件一体化而成的金属构件‐丙烯树脂发泡构件复合体。
在上述专利文献2中，据认为：通过在对铝基材实施了阳极氧化等表面处理后进行嵌件发泡成型，铝基材与丙烯树脂发泡构件一体化得到的复合体能够成为密封性和接合性优异，并且也有助于轻量化的复合体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2012/060311号公报
专利文献2：日本特开2014-34201号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在上述专利文献1所记载的金属树脂复合成型体的制造方法中，由于需要使用粘接膜，所以适用方法存在限制，缺乏通用性。另外，在上述专利文献2所记载的金属树脂复合成型体中，难以说铝基材与丙烯树脂发泡构件的接合强度充分。
另外，除了上述专利文献1和2以外，还提出了在金属基材上预先形成微细的凹凸，使该金属基材与树脂成型体的接合强度提高的方法；以及在金属基材与树脂成型体的接合界面涂布粘接剂，使接合强度提高的方法等，但能够适用的树脂成型体的种类受到限制。特别是以聚丙烯树脂为代表的聚烯烃类树脂不仅极性低，而且不具有参与化学键合的官能团，因此难以化学地与金属基材接合。此外，由于聚烯烃类树脂的线膨胀系数高，所以冷却后的收缩大，容易从金属表面的微细的凹凸脱离(无法期待大的锚固效应)。
鉴于如以上那样的现有技术中的问题点，本发明的目的在于提供各种金属基材与树脂成型体一体地牢固地被接合而成的金属树脂复合成型体及其通用的制造方法，特别在于提供铝基材与聚烯烃类树脂成型体一体地被牢固地接合而成的金属树脂复合成型体及其简便的制造方法。
用于解决课题的技术手段
本发明者们为了实现上述目的，对金属树脂复合成型体及其制造方法反复进行了深入研究，其结果发现，对通过涂装形成有聚丙烯树脂层的金属基材，通过伴随适当的工艺温度的注射成型使树脂成型体熔合等极为有效，从而完成了本发明。
即，本发明提供一种金属树脂复合成型体，其特征在于，具有：
金属基材、
聚丙烯树脂层、和
热塑性树脂成型体，
上述聚丙烯树脂层经由形成于上述金属基材的亲水性表面与上述金属基材接合，
上述热塑性树脂成型体通过与上述聚丙烯树脂层的相容化和锚固效应，与上述聚丙烯树脂层接合。
在本发明的金属树脂复合成型体中，存在于聚丙烯树脂内的改性后的马来酸酐与存在于金属基材的亲水性表面的OH基反应而较强地结合，由此聚丙烯树脂层与金属基材牢固地接合。
另外，不仅热塑性树脂成型体与聚丙烯树脂层的接合界面附近充分相容化，而且该接合界面成为凹凸形状。即，在本发明的金属树脂复合成型体中，相容化和锚固效应同时发生，由此热塑性树脂成型体与聚丙烯树脂层极为牢固地接合。
另外，本发明的金属树脂复合成型体为通过包括第一工序和第二工序的工序所得到的金属树脂复合成型体，
第一工序，在上述金属基材的表面通过涂装形成上述聚丙烯树脂层；
第二工序，在将通过上述第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚丙烯树脂注射成型，通过在注射成型时产生的热，使上述聚丙烯树脂层与上述聚丙烯树脂熔合，
作为上述第二工序中的注射成型条件，成立如下关系：
T(gap)＝{(聚丙烯树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0。
{(聚丙烯树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}是利用料筒的加热而熔融的聚丙烯树脂的温度与聚丙烯树脂层的熔点的差，是指用于使聚丙烯树脂层熔融的能量，{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}是聚丙烯树脂层的熔点与模具的温度的差，是指减小用于使聚丙烯树脂层熔融的能量的能量。
这里，发明者们进行了各种实验和考察，其结果发现：通过以成为T(gap)≥0的条件进行注射成型，在热塑性树脂成型体与聚丙烯树脂层的接合界面附近实现十分的相容化，不仅如此，还实现了向该接合界面的凹凸形状的赋予(锚固效应)。即，通过以成为T(gap)≥0的条件进行注射成型，能够同时发生相容化和锚固效应，能够将聚丙烯树脂成型体与聚丙烯树脂层极为牢固地接合。
另外，在将热塑性树脂成型体设为聚酰胺树脂成型体的情况下，优选：在上述第二工序中，在由上述第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚酰胺树脂注射成型，通过在注射成型时产生的热，使上述聚丙烯树脂层与上述聚酰胺树脂熔合，
作为上述第二工序中的注射成型条件，成立如下关系：
T(gap)＝{(聚酰胺树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0。
即使将与在金属基材的表面所形成的聚丙烯树脂层不同的聚酰胺树脂注射成型的情况下，通过以满足T(gap)＝{(聚酰胺树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0的条件进行注射成型，也与将聚丙烯树脂注射成型的情况同样地，能够同时产生相容化和锚固效应，能够将聚酰胺树脂成型体与聚丙烯树脂层极为牢固地接合。
另外，在将热塑性树脂成型体设为聚碳酸酯树脂成型体的情况下，优选：在上述第二工序中，在由上述第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚碳酸酯树脂注射成型，通过在注射成型时产生的热，使上述聚丙烯树脂层与上述聚碳酸酯树脂熔合，
作为上述第二工序中的注射成型条件，成立如下关系：
T(gap)＝{(聚碳酸酯树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0。
即使在将与金属基材的表面所形成的聚丙烯树脂层不同的聚碳酸酯树脂注射成型的情况下，通过以满足T(gap)＝{(聚碳酸酯树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0的条件进行注射成型，也与将聚丙烯树脂注射成型的情况同样地，能够同时产生相容化和锚固效应，能够将聚碳酸酯树脂成型体与聚丙烯树脂层极为牢固地接合。
另外，在本发明的金属树脂复合成型体中，优选上述金属基材为由铝或铝合金构成的铝基材。通过将金属基材设为由铝或铝合金构成的铝基材，不仅能够实现金属树脂复合成型体的轻量化，而且能够有效地利用铝基材的高的放热性。
另外，在本发明的金属树脂复合成型体中，优选：对上述铝基材实施选自苛性碱处理、喷砂处理、阳极氧化处理、勃姆石处理和表面粗糙化处理中的1种或2种以上的表面处理，形成上述聚丙烯树脂层的聚丙烯树脂与上述铝基材的接触角为60度以下。
通过对铝基材实施选自苛性碱处理、喷砂处理、阳极氧化处理、勃姆石处理和表面粗糙化处理中的1种或2种以上的表面处理，能够实现在铝基材上形成亲水性表面和/或铝基材的表面粗糙度的增加。此外，通过形成聚丙烯树脂层的聚丙烯树脂与铝基材的接触角为60度以下，能够容易地通过涂布形成聚丙烯树脂层。
另外，在本发明的金属树脂复合成型体中，优选上述聚丙烯树脂层的膜厚为1～200μm。通过将聚丙烯树脂层的膜厚设为1μm以上，利用该聚丙烯树脂层的隔热效果，通过注射成型时的热量，聚丙烯树脂层充分熔融。另外，通过将聚丙烯树脂层的膜厚设为200μm以下，利用涂装形成均匀的聚丙烯树脂层。此外，更优选聚丙烯树脂层的膜厚为10～60μm。
此外，在本发明的金属树脂复合成型体中，优选在上述第一工序中，通过喷射涂装或粉体涂装来形成上述聚丙烯树脂层。通过在聚丙烯树脂层的形成中使用喷射涂装或粉体涂装，即使在金属基材具有复杂的表面形状的情况或表面积大的情况等下，也能够简便地形成均匀的聚丙烯树脂层。
另外，本发明还提供一种金属树脂复合成型体的制造方法，其特征在于，包括：
在金属基材的表面通过涂装形成聚丙烯树脂层的第一工序；和
在由上述第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚丙烯树脂注射成型，通过在注射成型时产生的热，使上述聚丙烯树脂层与上述聚丙烯树脂熔合的第二工序，
作为上述第二工序中的注射成型条件，成立如下关系：
T(gap)＝{(聚丙烯树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0。
本发明的金属树脂复合成型体的制造方法也能够适用于将金属基材与聚酰胺树脂成型体接合得到的金属树脂复合成型体的制造，此时，包括：
在金属基材的表面通过涂装形成聚丙烯树脂层的第一工序；和
在由上述第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚酰胺树脂注射成型，通过在注射成型时产生的热，使上述聚丙烯树脂层与上述聚酰胺树脂熔合的第二工序，
作为上述第二工序中的注射成型条件，成立如下关系即可：
T(gap)＝{(聚酰胺树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0。
这里，T(gap)≥0所具有的意义与上述本发明的金属树脂复合成型体的情况相同。
本发明的金属树脂复合成型体的制造方法也能够适用于将金属基材与聚碳酸酯树脂成型体接合得到的金属树脂复合成型体的制造，此时，包括：
在金属基材的表面通过涂装形成聚丙烯树脂层的第一工序；和
在由上述第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚碳酸酯树脂注射成型，通过在注射成型时产生的热，使上述聚丙烯树脂层与上述聚碳酸酯树脂熔合的第二工序，
作为上述第二工序中的注射成型条件，成立如下关系即可：
T(gap)＝{(聚碳酸酯树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0。
这里，T(gap)≥0所具有的意义与上述本发明的金属树脂复合成型体的情况相同。
在本发明的金属树脂复合成型体的制造方法中，优选将上述金属基材设为由铝或铝合金构成的铝基材。通过将金属基材设为由铝或铝合金构成的铝基材，能够容易地实现在金属基材上形成亲水性表面和表面的凹凸化。
另外，在本发明的金属树脂复合成型体的制造方法中，优选对上述铝基材实施选自苛性碱处理、喷砂处理、阳极氧化处理、勃姆石处理和表面粗糙化处理中的1种或2种以上的表面处理，且将形成上述聚丙烯树脂层的聚丙烯树脂与上述铝基材的接触角设为60度以下。
通过对铝基材实施选自苛性碱处理、喷砂处理、阳极氧化处理、勃姆石处理和表面粗糙化处理中的1种或2种以上的表面处理，能够实现在铝基材上形成亲水性表面和/或铝基材的表面粗糙度的增加。此外，通过使形成聚丙烯树脂层的聚丙烯树脂与铝基材的接触角为60度以下，能够容易地通过涂布形成聚丙烯树脂层。
另外，在本发明的金属树脂复合成型体的制造方法中，优选将上述聚丙烯树脂层的膜厚设为1～200μm。通过将聚丙烯树脂层的膜厚设为1μm以上，通过该聚丙烯树脂层的隔热效果，能够利用注射成型时的热量，使聚丙烯树脂层充分熔融。另外，通过将聚丙烯树脂层的膜厚设为200μm以下，能够通过涂装形成均匀的聚丙烯树脂层。此外，更优选聚丙烯树脂层的膜厚为10～60μm。
此外，在本发明的金属树脂复合成型体的制造方法中，优选在上述第一工序中，使用喷射涂装或粉体涂装来形成上述聚丙烯树脂层。通过在聚丙烯树脂层的形成中使用喷射涂装或粉体涂装，即使在金属基材具有复杂的表面形状的情况或表面积大的情况等下，也能够简便地形成均匀的聚丙烯树脂层。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种各种金属基材与树脂成型体被一体地牢固地接合得到的金属树脂复合成型体及其通用的制造方法，特别是能够提供一种铝基材与聚烯烃类树脂成型体被一体地牢固地接合得到的金属树脂复合成型体及其简便的制造方法。
附图说明
图1是本发明的金属树脂复合成型体的概略剖面图。
图2是表示聚丙烯树脂层与金属基材的接合原理的示意图。
图3是本发明的金属树脂复合成型体的制造方法的工序图。
图4是拉伸剪切强度测定用试片的概观照片和概略图。
图5是表示拉伸剪切强度测定的状况的概略图。
图6是实施金属树脂复合成型体的剖面的SEM照片。
图7是比较金属树脂复合成型体的剖面的SEM照片。
图8是表示注射成型的工艺温度和拉伸剪切强度的关系的图表。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对于关于本发明的金属树脂复合成型体及其制造方法的代表性的实施方式进行详细地说明，但本发明不仅仅限定于这些实施方式。此外，在以下的说明中，对同一或相当部分标注同一符号，有时省略重复的说明。另外，附图是用于概念性地说明本发明，所以有时所表示的各构成要素的尺寸和它们的比与实际的情况有所不同。
(1)金属树脂复合成型体
图1表示本发明的金属树脂复合成型体的概略剖面图。金属树脂复合成型体1具有金属基材2、聚丙烯树脂层4和热塑性树脂成型体6，聚丙烯树脂层4经由形成于金属基材2的亲水性表面8，与金属基材2接合，热塑性树脂成型体6通过与聚丙烯树脂层4的相容化和锚固效应，与聚丙烯树脂层4接合。
金属基材2在不损害本发明的效果的范围内没有特别限制，能够使用现有公知的各种金属基材，优选使用由铝或铝合金构成的铝基材。
另外，对于热塑性树脂成型体6，在不损害本发明的效果的范围内没有特别限制，能够使用现有公知的各种热塑性树脂成型体。此外，能够使用不仅极性低而且没有参与化学键合的官能团、而且由于线膨胀系数高所以与金属基材2的接合极为困难的以聚丙烯树脂为代表的聚烯烃类树脂，也能够使用与聚丙烯树脂的种类不同的聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂。
在将热塑性树脂成型体6设为聚丙烯树脂成型体的情况下，金属树脂复合成型体1通过包括第一工序和第二工序的工序而得到，第一工序：在金属基材2的表面通过涂装形成聚丙烯树脂层4；第二工序：在由第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚丙烯树脂注射成型，使聚丙烯树脂包覆金属基材的聚丙烯树脂层4与聚丙烯树脂通过在注射成型时产生的热而熔合，作为第二工序中的注射成型条件，优选成立：T(gap)＝{(聚丙烯树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0。
如上所述，{(聚丙烯树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}是通过料筒加热而熔融的聚丙烯树脂的温度与聚丙烯树脂层4的熔点之差，是指用于使聚丙烯树脂层4熔融的能量，{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}是聚丙烯树脂层4的熔点与模具的温度之差，是指减小用于使聚丙烯树脂层4熔融的能量的能量。
这里，通过以成为T(gap)≥0的条件进行注射成型，不仅在热塑性树脂成型体6与聚丙烯树脂层4的接合界面附近，实现充分的相容化，而且能够实现向该接合界面赋予凹凸形状(锚固效应)。即，通过以成为T(gap)≥0的条件进行注射成型，能够同时产生相容化和锚固效应，能够将聚丙烯树脂成型体(热塑性树脂成型体6)与聚丙烯树脂层4极为牢固地接合。
另外，在将热塑性树脂成型体6设为聚酰胺树脂成型体的情况下，在第二工序中，在由第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚酰胺树脂注射成型，使聚丙烯树脂包覆金属基材的聚丙烯树脂层4与聚酰胺树脂通过在注射成型时产生的热而熔合，由此能够得到金属树脂复合成型体1，作为第二工序中的注射成型条件，优选成立：T(gap)＝{(聚酰胺树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0。
即使在将与金属基材2的表面所形成的聚丙烯树脂层4不同的聚酰胺树脂注射成型的情况下，通过以满足T(gap)＝{(聚酰胺树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0的条件进行注射成型，也与将聚丙烯树脂注射成型的情况同样地，能够同时产生相容化和锚固效应，能够将聚酰胺树脂成型体(热塑性树脂成型体6)与聚丙烯树脂层4极为牢固地接合。
另外，在将热塑性树脂成型体6设为聚碳酸酯树脂成型体的情况下，在第二工序中，在由第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚碳酸酯树脂注射成型，使聚丙烯树脂包覆金属基材的聚丙烯树脂层4与聚碳酸酯树脂通过在注射成型时产生的热而熔合，由此能够得到金属树脂复合成型体1，作为在第二工序中的注射成型条件，优选成立：T(gap)＝{(聚碳酸酯树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0。
即使在将与金属基材2的表面所形成的聚丙烯树脂层4不同的聚碳酸酯树脂注射成型的情况下，通过以满足T(gap)＝{(聚碳酸酯树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0的条件进行注射成型，也与将聚丙烯树脂注射成型的情况同样地，能够同时产生相容化和锚固效应，能够将聚碳酸酯树脂成型体(热塑性树脂成型体6)与聚丙烯树脂层4极为牢固地接合。
图2表示关于聚丙烯树脂层4与金属基材2的接合原理的示意图。通过存在于聚丙烯树脂层4的聚丙烯树脂内的改性后的马来酸酐与存在于金属基材2的亲水性表面8的OH基反应而较强地结合，由此聚丙烯树脂层4被牢固地接合于金属基材2。
在作为金属基材2使用铝基材的情况下，优选对该铝基材实施选自苛性碱处理、喷砂处理、阳极氧化处理、勃姆石处理和表面粗糙化处理中的1种或2种以上的表面处理，且形成聚丙烯树脂层4的聚丙烯树脂与铝基材的接触角为60度以下。
通过对铝基材实施选自苛性碱处理、喷砂处理、阳极氧化处理、勃姆石处理和表面粗糙化处理中的1种或2种以上的表面处理，能够实现在铝基材上形成亲水性表面8和/或铝基材的表面粗糙度的增加。此外，通过形成聚丙烯树脂层4的聚丙烯树脂与铝基材的接触角为60度以下，能够容易地进行通过涂布的聚丙烯树脂层4的形成。
这里，通过实施苛性碱处理、阳极氧化处理和勃姆石处理，能够增加亲水性表面8的OH基，通过实施喷砂处理和表面粗糙化处理，能够在金属基材2(铝基材)的表面形成凹凸。此外，实施了苛性碱处理时的接触角为大致40度，实施了勃姆石处理时的接触角为大致20度，实施了阳极氧化处理时的接触角为大致20度。
此外，在高湿环境下使用金属树脂复合成型体1的情况下，水分透过聚丙烯树脂层4，在金属基材2(铝基材)的表面形成水合物。该水合物的形成会使聚丙烯树脂层4与金属基材2(铝基材)的密合性降低，因此，在高湿环境下使用金属树脂复合成型体1的情况下，优选预先实施水合氧化物处理，抑制之后的水合反应。
聚丙烯树脂层4的膜厚优选为1～200μm。通过将聚丙烯树脂层4的膜厚设为1μm以上，能够利用聚丙烯树脂层4的隔热效果，通过注射成型时的热量使聚丙烯树脂层4充分熔融。另外，通过将聚丙烯树脂层4的膜厚设为200μm以下，能够通过涂装，形成均匀的聚丙烯树脂层4。此外，更优选聚丙烯树脂层4的膜厚为10～60μm。
聚丙烯树脂层4优选在第一工序中通过喷射涂装或粉体涂装而形成。通过在聚丙烯树脂层4的形成中使用喷射涂装或粉体涂装，即使在金属基材2具有复杂的表面形状的情况或表面积大的情况等下，也可以形成均匀的聚丙烯树脂层4。
此外，本发明的金属树脂复合成型体例如能够通过本发明的金属树脂复合成型体的制造方法适当地制造。
(2)金属树脂复合成型体的制造方法
图3是本发明的金属树脂复合成型体的制造方法的工序图。本发明的金属树脂复合成型体的制造方法是各种金属基材与树脂成型体被一体地牢固地接合而成的金属树脂复合成型体的制造方法，包括：在金属基材的表面形成聚丙烯树脂层的第一工序(S01)；和通过注射成型使聚丙烯树脂层与树脂成型体熔接的第二工序(S02)，根据需要对金属基材的表面实施预处理工序(S00)。以下，对各工序进行详细地说明。
(2-1)预处理工序(S00)
预处理工序(S00)是用于进行亲水性表面在金属基材上的形成和/或表面的凹凸化的工序。其中，从即使在未处理的状态下也形成有一定程度的氧化被膜(亲水性表面)的观点出发，优选金属基材使用由铝或铝合金构成的铝基材，但即使在使用铝基材的情况下，也优选形成更良好的亲水性表面。
关于对金属基材的具体的预处理方法，在不损害本发明的效果的范围内没有特别限制，能够使用现有公知的各种表面处理方法。其中，在作为金属基材使用铝基材的情况下，优选实施选自苛性碱处理、喷砂处理、阳极氧化处理、勃姆石处理和表面粗糙化处理中的1种或2种以上的表面处理，且将形成聚丙烯树脂层的聚丙烯树脂与基材的接触角设为60度以下。
通过对铝基材实施选自苛性碱处理、喷砂处理、阳极氧化处理、勃姆石处理和表面粗糙化处理中的1种或2种以上的表面处理，能够实现在铝基材上形成亲水性表面和/或铝基材的表面粗糙度的增加。此外，通过形成聚丙烯树脂层的聚丙烯树脂与铝基材的接触角为60度以下，能够容易地进行第一工序(S01)中的通过涂布的聚丙烯树脂层的形成。
此外，预处理工序(S00)也可以仅在通过第一工序(S01)形成聚丙烯树脂层的区域实施。
(2-2)第一工序(S01：聚丙烯树脂层形成工序)
第一工序(S01)是用于通过涂布在金属基材的表面形成聚丙烯树脂层的工序。
所形成的聚丙烯树脂层的膜厚优选设为1～200μm。通过将聚丙烯树脂层的膜厚设为1μm以上，利用聚丙烯树脂层的隔热效果，通过第二工序(S02)中的注射成型时的热量，能够使聚丙烯树脂层充分熔融。另外，通过将聚丙烯树脂层的膜厚设为200μm以下，能够通过涂装，形成均匀的聚丙烯树脂层。此外，更优选的聚丙烯树脂层的膜厚为10～60μm。
聚丙烯树脂层优选通过喷射涂装或粉体涂装形成。通过在聚丙烯树脂层的形成中使用喷射涂装或粉体涂装，即使在金属基材具有复杂的表面形状的情况或表面积大的情况等下，也可以形成均匀的聚丙烯树脂层。
此外，第一工序(S01)也可以仅在第二工序(S02)中使树脂成型体与金属基材熔合的区域实施。
(2-3)第二工序(S02：注射成型工序)
第二工序(S02)是通过注射成型使聚丙烯树脂层与树脂成型体熔接的工序。
在树脂成型体使用聚丙烯树脂成型体的情况下，通过使用下述关系成立的注射成型条件，能够得到聚丙烯树脂层与聚丙烯树脂成型体被牢固地接合的金属树脂复合成型体：
T(gap)＝{(聚丙烯树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0。
另外，在树脂成型体使用聚酰胺树脂成型体的情况下，通过使用下述关系成立的注射成型条件，能够得到聚丙烯树脂层与聚酰胺树脂成型体被牢固地接合的金属树脂复合成型体：
T(gap)＝{(聚酰胺树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0。
另外，在树脂成型体使用聚碳酸酯树脂成型体的情况下，通过使用下述关系成立的注射成型条件，能够得到聚丙烯树脂层与聚碳酸酯树脂成型体被牢固地接合的金属树脂复合成型体：
T(gap)＝{(聚碳酸酯树脂的温度)－(聚丙烯树脂层的熔点)}－{(聚丙烯树脂层的熔点)－(模具的温度)}≥0。
在树脂成型体使用聚丙烯树脂成型体的情况、使用聚酰胺树脂成型体的情况、以及使用聚碳酸酯树脂成型体的情况的所有情况下，通过以满足T(gap)≥0的条件进行注射成型，能够同时产生树脂成型体与聚丙烯树脂层的相容化和锚固效应，能够将树脂成型体与聚丙烯树脂层极为牢固地接合。其中，例如，能够将在使用聚丙烯树脂成型体时的模具温度设为30～80℃、将料筒温度设为190～250℃，能够将在使用聚酰胺树脂成型体时的模具温度设为30～160℃、将料筒温度设为200～360℃，能够将在使用聚碳酸酯树脂成型体时的模具温度设为60℃～110℃、将料筒温度设为260℃～320℃。
此外，关于上述温度条件以外的注射成型条件，在不损害本发明的效果的范围内没有特别限制，能够使用现有公知的各种注射成型方法。
以上，对本发明的代表性的实施方式进行了说明，但本发明不仅仅限定于这些实施方式，能够进行各种设计变更，这些设计变更全部包括在本发明的技术范围中。
实施例
《实施例》#
从市售的铝板材(A1050，板厚2mm)或铝合金板材(A5052或A6061，板厚2mm)切出100mm×25mm的大小的铝基材后，经过预处理工序(S00)、第一工序(S01)和第二工序(S02)，得到本发明的实施例即实施金属树脂复合成型体1～28。各工序的详细情况如下所述。
1.预处理工序(S00)
作为预处理工序(S00)，实施了下述(1)～(4)中记载的A处理～D处理中的任意1种或2种。将各实施金属树脂复合成型体的制造中使用的处理示于表1或表2中。
(1)勃姆石处理：A处理
将铝基材在调整为30％的硝酸水溶液中在室温下浸渍1分钟，然后，在调整为5％的氢氧化钠水溶液中以50℃、1分钟的条件浸渍，进一步在调整为30％的硝酸水溶液中在室温下浸渍1分钟。接着，在60℃～100℃的热水(纯水或者水溶性胺溶液)中浸渍0.5～30分钟，得到在表面形成有以勃姆石或伪勃姆石为主体的水合氧化物皮膜的表面处理完毕的铝基材。
(2)表面粗糙化处理：B处理
将铝基材在调整为30％的硝酸水溶液中在室温下浸渍1分钟后，在调整为5％的氢氧化钠水溶液中以50℃、1分钟的条件浸渍，进一步在调整为30％的硝酸水溶液中在室温下浸渍1分钟。接着，在浓度调整为20％的以酸性氟化铵为主成分的处理液(Japan Cee-BeeChemicalCo.,Ltd.制造：JCB-3712)中以40℃、10分钟的条件浸渍，然后在调整为30％的硝酸水溶液中在室温下浸渍1分钟，得到表面粗糙化处理完毕的铝基材。
(3)阳极氧化处理：C处理
将铝基材在调整为30％的硝酸水溶液中在室温下浸渍1分钟后，在调整为5％的氢氧化钠水溶液中以50℃、1分钟的条件浸渍，进一步在调整为30％的硝酸水溶液中在室温下浸渍1分钟。接着，在调整为180g/L的硫酸溶液中以18℃、直流电压18V以皮膜厚度达到10μm的方式进行阳极氧化，得到阳极氧化处理完毕的铝基材。
(4)苛性碱处理：D处理
将铝基材在调整为30％的硝酸水溶液中在室温下浸渍1分钟后，在调整为5％的氢氧化钠水溶液中以50℃、1分钟的条件浸渍，进一步在调整为30％的硝酸水溶液中在室温下浸渍1分钟，制作苛性碱处理完毕的铝基材。
关于表面处理完毕的铝基材的表面，测定水滴的接触角。接触角的测定通过使用了自动接触角计DM-701(协和界面科学株式会社制造)的液滴法来进行。将所得到的结果示于表1或表2中。
2.第一工序(S01)
在表面处理(预处理工序(S00))后的铝基材上涂布聚丙烯树脂。在此，在向基材的涂布中使用了涂料A(Hardlen TD-15B，熔点95℃，东洋纺株式会社制造)和涂料B(HardlenNZ-1022，熔点130℃，东洋纺株式会社制造)这2种聚丙烯树脂。将各实施金属树脂复合成型体的制造中使用的涂料示于表1或表2中。
涂料的涂布以喷射涂装实施，用温风干燥机在规定的条件下加热，得到20～60μm的膜厚的聚丙烯树脂层。在此，涂料A时，将温风干燥的条件设为80℃、15分钟；涂料B时，将温风干燥的条件设为100℃、15分钟。
3.第二工序(S02)
树脂成型体使用聚丙烯树脂成型体、聚酰胺树脂成型体或聚碳酸酯树脂成型体，通过注射成型，使聚丙烯树脂层与树脂成型体熔接。将各实施金属树脂复合成型体的制造中使用的树脂成型体和注射成型条件(模具温度和料筒温度)示于表1或表2中。
在树脂成型体使用聚丙烯树脂成型体的情况下，将涂装(第一工序(S01))后的铝基材设置于模具中，以注射速度10mm/s、保压30MPa、保压时间8秒的注射成型条件将聚丙烯树脂(WELNEX CTR0755C，Japan Polypropylene Corporation制造)注射到模具内，由此得到100mm×25mm×2mm的大小的实施金属树脂复合成型体(铝/聚丙烯树脂复合成型体)。此外，该成型体在成型的同时以25mm×12.5mm的面积与铝基材接合。
在树脂成型体使用聚酰胺树脂成型体的情况下，将涂装(第一工序(S01))后的铝基材设置于模具中，以注射速度10mm/s、保压40MPa、保压时间8秒的注射成型条件，将聚酰胺树脂(Leona 90G33，旭化成化学株式会社制造)注射到模具内，由此得到100mm×25mm×2mm的大小的实施金属树脂复合成型体(铝/聚酰胺树脂复合成型体)。此外，该成型体在成型的同时以25mm×12.5mm的面积与铝基材接合。
在树脂成型体使用聚碳酸酯树脂成型体的情况下，将涂装(第一工序(S01))后的铝基材设置于模具中，以注射速度15mm/s、保压110MPa、保压时间10秒的注射成型条件，将聚碳酸酯树脂(IupilonS-3000N，三菱工程塑料株式会社制造)注射到模具内，由此得到100mm×25mm×2mm的大小的实施金属树脂复合成型体(铝/聚碳酸酯树脂复合成型体)。此外，该成型体在成型的同时以25mm×12.5mm的面积与铝基材接合。
由所得到的金属树脂复合成型体，制作图4所示的形状的拉伸剪切强度测定用的试片，以图5所示的方式将金属树脂复合成型体固定于夹具，在树脂成型体的上端从其上方以10mm/min的速度施加负荷，实施将金属与树脂之间的接合部分破坏的试验。将金属树脂复合成型体断裂时的断裂力作为拉伸剪切强度，将所得到的结果示于表1或表2中。
《比较例》#
除了使制造条件和注射条件为表1所示的条件以外，与实施例同样地操作，得到比较金属树脂复合成型体1～8。与实施例同样地进行接触角的测定和拉伸剪切试验，将所得到的结果示于表3中。
Figure BDA0001504138400000171
Figure BDA0001504138400000181
[表3]
PP：聚丙烯、PA：聚酰胺、PC：聚碳酸酯
Figure BDA0001504138400000191
*1)不可涂装
实施例中的实施金属树脂复合成型体1～28在拉伸剪切试验中全部在树脂成型体断裂，显示高的拉伸剪切强度。相对于此，在比较例(比较金属树脂复合成型体1～8)中，在聚丙烯树脂层与树脂成型体的接合界面断裂，无法得到充分的界面接合强度。
图6和图7中分别表示实施金属树脂复合成型体1(实施例1)和比较金属树脂复合成型体1(比较例1)的剖面的SEM照片。可知实施金属树脂复合成型体中，与比较金属树脂复合成型体相比，聚丙烯树脂层与聚丙烯树脂成型体的接合界面中的凹凸较大。另外，在比较金属树脂复合成型体中，该界面局部剥离，但在实施金属树脂复合成型体中完全密合。可以认为由接合界面的凹凸产生的锚固效应以及聚丙烯树脂层与聚丙烯树脂成型体的相容化同时发生，由此实施金属树脂复合成型体显示出高的拉伸剪切强度。
关于实施金属树脂复合体1～14和比较金属树脂复合体1～3，在图8中表示T(gap)与拉伸剪切强度的关系。T(gap)≥0的实施金属树脂复合体1～14显示了由树脂成型体中的断裂产生的高的拉伸剪切强度，但在不具备T(gap)≥0的条件的比较金属树脂复合成型体1～3中，为由聚丙烯树脂层与树脂成型体的接合界面处的断裂引起的低的拉伸剪切强度。
符号的说明
1···金属树脂复合成型体、
2···金属基材、
4···聚丙烯树脂层、
6···热塑性树脂成型体、
8···亲水性表面。

Claims (15)

1.一种金属树脂复合成型体，其特征在于，
具有：
金属基材、
聚丙烯树脂层、和
热塑性树脂成型体，
所述聚丙烯树脂层经由形成于所述金属基材的亲水性表面与所述金属基材接合，
所述热塑性树脂成型体通过与所述聚丙烯树脂层的相容化和锚固效应，与所述聚丙烯树脂层接合，
所述热塑性树脂成型体是通过以满足Tgap＝{热塑性树脂的温度－聚丙烯树脂层的熔点}－{聚丙烯树脂层的熔点－模具的温度}≥0的条件进行注射成型而形成的。
2.如权利要求1所述的金属树脂复合成型体，其特征在于，
是通过包括以下的第一工序和第二工序的工序得到的金属树脂复合成型体，
第一工序，通过涂装使所述聚丙烯树脂层形成于所述金属基材的表面；
第二工序，在由所述第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚丙烯树脂注射成型，通过在注射成型时产生的热，使所述聚丙烯树脂层与所述聚丙烯树脂熔合，
作为所述第二工序中的注射成型条件，成立如下关系：
Tgap＝{聚丙烯树脂的温度－聚丙烯树脂层的熔点}－{聚丙烯树脂层的熔点－模具的温度}≥0。
3.如权利要求1所述的金属树脂复合成型体，其特征在于，
是通过包括以下的第一工序和第二工序的工序得到的金属树脂复合成型体，
第一工序，通过涂装使所述聚丙烯树脂层形成于所述金属基材的表面；
第二工序，在由所述第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚酰胺树脂注射成型，通过在注射成型时产生的热，使所述聚丙烯树脂层与所述聚酰胺树脂熔合，
作为所述第二工序中的注射成型条件，成立如下关系：
Tgap＝{聚酰胺树脂的温度－聚丙烯树脂层的熔点}－{聚丙烯树脂层的熔点－模具的温度}≥0。
4.如权利要求1所述的金属树脂复合成型体，其特征在于，
是通过包括以下的第一工序和第二工序的工序得到的金属树脂复合成型体，
第一工序，通过涂装使所述聚丙烯树脂层形成于所述金属基材的表面；
第二工序，在由所述第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚碳酸酯树脂注射成型，通过在注射成型时产生的热，使所述聚丙烯树脂层与所述聚碳酸酯树脂熔合，
作为所述第二工序中的注射成型条件，成立如下关系：
Tgap＝{聚碳酸酯树脂的温度－聚丙烯树脂层的熔点}－{聚丙烯树脂层的熔点－模具的温度}≥0。
5.如权利要求1～4中任一项所述的金属树脂复合成型体，其特征在于，
所述金属基材为由铝或铝合金构成的铝基材。
6.如权利要求5所述的金属树脂复合成型体，其特征在于，
对所述铝基材实施了选自苛性碱处理、喷砂处理、阳极氧化处理、勃姆石处理和表面粗糙化处理中的1种或2种以上的表面处理，
形成所述聚丙烯树脂层的聚丙烯树脂与所述铝基材的接触角为60度以下。
7.如权利要求1～4中任一项所述的金属树脂复合成型体，其特征在于，
所述聚丙烯树脂层的膜厚为1～200μm。
8.如权利要求2～4中任一项所述的金属树脂复合成型体，其特征在于，
在所述第一工序中，通过喷射涂装或粉体涂装来形成所述聚丙烯树脂层。
9.一种金属树脂复合成型体的制造方法，其特征在于，
包括：
第一工序，其通过涂装使聚丙烯树脂层形成于金属基材的表面；和
第二工序，其在由所述第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚丙烯树脂注射成型，通过在注射成型时产生的热，使所述聚丙烯树脂层与所述聚丙烯树脂熔合，
作为所述第二工序中的注射成型条件，成立如下关系：
Tgap＝{聚丙烯树脂的温度－聚丙烯树脂层的熔点}－{聚丙烯树脂层的熔点－模具的温度}≥0。
10.一种金属树脂复合成型体的制造方法，其特征在于，
包括：
第一工序，其通过涂装使聚丙烯树脂层形成于金属基材的表面；和
第二工序，其在由所述第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚酰胺树脂注射成型，通过在注射成型时产生的热，使所述聚丙烯树脂层与所述聚酰胺树脂熔合，
作为所述第二工序中的注射成型条件，成立如下关系：
Tgap＝{聚酰胺树脂的温度－聚丙烯树脂层的熔点}－{聚丙烯树脂层的熔点－模具的温度}≥0。
11.一种金属树脂复合成型体的制造方法，其特征在于，
包括：
第一工序，其通过涂装使聚丙烯树脂层形成于金属基材的表面；和
第二工序，其在由所述第一工序得到的聚丙烯树脂包覆金属基材上，将聚碳酸酯树脂注射成型，通过在注射成型时产生的热，使所述聚丙烯树脂层与所述聚碳酸酯树脂熔合，
作为所述第二工序中的注射成型条件，成立如下关系：
Tgap＝{聚碳酸酯树脂的温度－聚丙烯树脂层的熔点}－{聚丙烯树脂层的熔点－模具的温度}≥0。
12.如权利要求9～11中任一项所述的金属树脂复合成型体的制造方法，其特征在于，
将所述金属基材设为由铝或铝合金构成的铝基材。
13.如权利要求12所述的金属树脂复合成型体的制造方法，其特征在于，
对所述铝基材实施选自苛性碱处理、喷砂处理、阳极氧化处理、勃姆石处理和表面粗糙化处理中的1种或2种以的表面处理，
将形成所述聚丙烯树脂层的聚丙烯树脂与所述铝基材的接触角设为60度以下。
14.如权利要求9～11中任一项所述的金属树脂复合成型体的制造方法，其特征在于，
将所述聚丙烯树脂层的膜厚设为1～200μm。
15.如权利要求9～11中任一项所述的金属树脂复合成型体的制造方法，其特征在于，
在所述第一工序中，使用喷射涂装或粉体涂装，形成所述聚丙烯树脂层。
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