JP2009166354A - 成形加工用樹脂被覆アルミニウム板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工時の絞り工程の破断や、カジリによる塗膜剥離の不具合を解消することができる成形加工用樹脂被覆アルミニウム板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】アルカリ洗浄、水洗、酸洗、リンス、水洗、乾燥したアルミニウム板上に、粒状ワックスを含む塗料を塗布し、添加したワックスの融点以下の温度で被膜を加熱乾燥させる工程、冷却後または連続してワックスの融点以上の温度に再度加熱する工程、更に引き続き室温まで冷却する工程を経ることにより、被膜量（樹脂とワックスの合計量）が０．１〜３．０ｇ／ｍ^２、被膜中の粒状ワックス量が被膜量の０．５〜１５％、かつ粒状ワックスの粒径が樹脂層厚みの８０〜１０００％、被膜表面の層状ワックス量が被膜量の１０〜５０％、かつ層状ワックスの被膜表面に占める面積が２５％以上である被膜を形成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、優れた成形加工性を有する樹脂被覆金属板に関するもので、特に高速連続プレス加工において、加工性、耐カジリ性、塗膜密着性に優れており、缶エンド材、缶ボディ材、電気電子機器部材、自動車用ボディ材や建材などで使用される樹脂被覆金属板に関するものである。

アルミニウム板及びアルミニウム合金板（以下、総称してアルミニウム板という）は、耐食性が良好で軽量であることから、飲料缶材料、建材、電機及び電子部品を含む家電材並びに自動車材等の用途に広く適用されている。アルミニウム板を前記用途に適用する場合は、通常、アルミニウム板を所定の形状にプレス成形して適用する。アルミニウム板のプレス成形は、プレス機に枚葉状のシートを１枚ずつ供給して行う方法と、プレス機にコイル状のアルミニウム板を連続的に供給して行う方法とがあり、後者は生産性が優れた製造方法として前記用途の事業分野において広く採用されている。また、前記用途のアルミニウム板は、耐食性のより一層の向上、外観の向上及びキズ付きの防止等を目的として、表面に塗料が塗布されて使用されることが多い。

しかし、上述の従来技術により製造されたアルミニウム塗装板を適用すると潤滑性が不足するため、強い加工を受ける部分、金型に対する塗膜の焼付きや塗膜剥離などの、いわゆるカジリ現象を生じることがある。これは、プレス成形品の商品価値を著しく低減するため、その抑止が求められる。

また、アウターワックスと呼ばれる被覆材としては例えば特許文献１に見られるように成形用材料として使われるが成形時絞り性は満たすが、カジリ性は満たされなかった。

さらに、インナーワックスと呼ばれる被覆材としては、例えば特許文献２に見られるような成形用材料として使われるが高成形時における絞り性は満たされなかった。
特開平０６−２５４４９０号公報 特開２００５−３４３０４３号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、加工時の絞り工程の破断や、カジリによる塗膜剥離の不具合を解消することができる成形加工用樹脂被覆アルミニウム板を提供しようとするものである。

すなわち本発明は請求項１に記載した様に、アルミニウム板表面に、高分子樹脂の塗装被膜を設けた樹脂被覆アルミニウム板であって該被膜中に樹脂層厚みの８０〜１０００％の粒径となるような粒状ワックスが分散しており、かつ表面に同成分のワックスが層状に拡がっている被膜で、被膜量（樹脂とワックスの合計量）が０．１〜３．０ｇ／ｍ^２、被膜中の粒状ワックス量が被膜量の０．５〜１５％、被膜表面の層状ワックス量が被膜量の１０〜５０％、かつ層状ワックスの被膜表面に占める面積が２５％以上であることを特徴とする成形加工用樹脂被覆アルミニウム板である。

また、請求項２においては、請求項１において、高分子樹脂が、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂及びアクリル樹脂の中の１種または２種以上からなる樹脂であり、ワックスがポリエチレンワックスであることを規定する。

さらに、請求項３では、連続的に、アルカリ洗浄、水洗、酸洗、リンス、水洗、乾燥したアルミニウム板上に、粒状ワックスを含む塗料を塗布し、添加したワックスの融点以下の温度で被膜を加熱乾燥させる工程、冷却後または連続してワックスの融点以上の温度に再度加熱する工程、更に引き続き室温まで冷却する工程を経ることにより、被膜量（樹脂とワックスの合計量）が０．１〜３．０ｇ／ｍ^２、被膜中の粒状ワックス量が被膜量の０．５〜１５％、かつ粒状ワックスの粒径が樹脂層厚みの８０〜１０００％、被膜表面の層状ワックス量が被膜量の１０〜５０％、かつ層状ワックスの被膜表面に占める面積が２５％以上である被膜を形成することを特徴とする成形加工用樹脂被覆アルミニウム板の製造方法を規定する。

本発明では成形加工用樹脂被覆アルミニウム板の高分子樹脂塗装被膜中の被膜量（樹脂とワックスの合計量）、粒状ワックスの粒径、表面に拡がる層状ワックス量、層状ワックスの被膜表面に占める面積率を規定することにより、高速連続プレス加工において、加工性、耐カジリ性、塗膜密着性に優れており、缶エンド材、缶ボディ材、電気電子機器部材、自動車用ボディ材や建材などに好適に使用される。

アルミニウム板表面に、高分子樹脂及びワックスからなる塗装被膜を設ける。

本発明に適用可能なワックスとしては、加工性に優れるのでポリエチレンワックスの含有を必須とし、それ以外に、植物系の植物系のカルナウバ、木蝋、ライスワックス、キャンデリラワックス、動物系のラノリン、蜜蝋、鯨蝋、セラミック蝋、石油系のパラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、鉱物系のモンタンワックス、オゾケライト、合成ワックスのフィッシャートロプシュワックス、油脂系合成ワックス、水素化ワックス、加工・変性ワックス、配合ワックス、変性モンタンワックス等が含まれてもよい。

また、本発明に適用可能なワックスの形態として、被膜中の粒状ワックス量は被膜量の０．５〜１５％、かつ層状ワックスの被膜表面に占める面積が２５％以上にすることがある。
ここで被膜中の粒状ワックスはプレス成形加工における耐カジリ性に寄与している。被膜中に分散する粒状ワックスの平均粒径は、樹脂層厚みの８０〜１０００％にする必要がある。樹脂層の厚みの８０％未満であると皮膜欠陥になり、カジリ性が劣化する。１０００％以上であると成形時脱落しやすくなり、ワックスの保持が低下する。

被膜中に分散されている粒状ワックス量として、被膜量の０．５％未満では、加工時におけるカジリ性を満足することはできなく、１５％を超えると、被膜におけるワックスの保持も低下し、カジリ性も低下してしまう。

また、本発明では、層状ワックスを形成することにより、絞り性を向上させる。層状ワックスの被覆率を２５％以上形成することにより、表面の潤滑性を保持することができる。被覆率が２５％未満であると、動摩擦係数の高い樹脂成分の面積が大きくなり、絞り性が低下する。

また、被膜上の層状ワックス量を被膜量の１０〜５０％とすることにより、絞り性を向上させる。層状ワックス量が１０％未満であると、成形時における潤滑性が不十分となり、絞り性を満足することはできない。ワックス量が５０％を超えても、効果が飽和して不経済である。

また、本発明では、樹脂、被膜中に分散したワックス及び層状に形成されたワックスによる被膜量を０．１〜３．０ｇ／ｍ^２とする。被膜量が０．１ｇ／ｍ^２未満であると、被膜が薄すぎて、成形時に金型とアルミニウム材が接触し、絞り性、カジリ性とも十分に満足できない。一方、被膜量が３．０ｇ／ｍ^２を超えると、その効果が飽和し、不経済である。

また、本発明で使用する有機樹脂は、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエステル樹脂の１種または２種以上の混合物であるのが好ましい。なお、ベース樹脂中に、反応促進剤、安定剤、分散剤等の一般的な添加剤を、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜添加することは差し支えなく、むしろ好ましい。その中でもポリエステル、エポキシ、ウレタン、アクリルいずれかを含む樹脂を用いることにより、加工性、塗膜密着性ともに優れるので好ましい。

上述の本発明に係る被膜の形成方法であるが、被膜を形成できさえすればよく、特に方法は規定しない。塗装材における被膜形成方法としては、ロールコーター法、ロールスクイズ法、ケミコーター法、エアナイフ法、浸漬法、スプレー法、静電塗装法等の方法が用いられ、乾燥は一般的な加熱法、誘電加熱法、温風吹き付け（エアブロー）法などにより行うことができる。これらの方法のうち塗膜の均一性に優れ、生産性が良好なロールコーター法が好ましい。ロールコーター法としては、塗布量管理が容易なグラビアロール方式や、厚塗りに適したナチュラルコート方式や、塗布面に美的外観を付与するのに適したリバースコート方式等を採用することができる。

本発明における被膜を形成するには、塗装焼付は二段階で行うのが好ましい。一段階目ではワックスの融点以下で焼付を行うことにより、塗料中に含有されるワックスが被膜中に分散する。焼付け温度が融点以上ならば樹脂が固まる前にワックスが溶融してしまうので、塗膜中に粒状のワックスが形成されない。温度はワックスの融点に合わせて設定すればよいが、生産性等を考慮すると４０〜１３０℃程度が好ましい。

また乾燥時間は樹脂の特性、膜厚に合わせて設定すれば良いが、あまり長時間にすると炉が長くなりコストアップとなる。よって５〜１２０秒程度が好ましい。

二段目の乾燥ではワックスの融点以上で焼付を行うことが効果的である。融点以下だと表面には層状のワックスが形成されない。１段目の焼付けと同様に焼付け温度はワックスの融点に合わせて設定すれば良いが、あまり高温では塗膜内の粒状ワックスのすべてが融解してしまうので、好ましくない。焼付けにおける加熱時間にもよるが２００℃以下が好ましい。

乾燥時間は生産性を考慮して適宜設定すれば良いが、あまり長時間加熱すると塗膜中の粒状ワックスが全て溶融してしまう。反対に短時間では溶融したワックスが塗膜表面に層状に析出できないので、５〜６０秒が好ましい。

２段の焼付け工程を経て、その後冷却工程を行うことが好ましい。冷却方法は乾燥後、室温またはそれ以下まで急速に冷却する。乾燥炉から出たまま巻き取ると、板温が高く表面のワックスが溶融したまま巻き取ってしまうために溶融ワックス同士が融着し、ブロッキング等の不具合を生じる。この冷却工程は空冷、水冷どちらでも良い。ただし水冷の場合はその後さらにエアブロー等により水分を除去した後に巻き取ることが必要である。上記のような構造をとることにより、加工性、密着性とも良好な成形加工用樹脂被覆アルミニウム板を得ることができる。

以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。

熱処理を行ったＪＩＳ Ａ ５１８２−Ｏ（０．８ｍｍ厚さ）を中エッチングタイプアルカリエッチング処理液でエッチングする工程→水洗工程→酸洗工程→水洗工程→乾燥工程にて処理したアルミニウム板を供試材とした。処理液は板表面にスプレーにて噴霧させ、乾燥はブローにて行った。

その後、所定の塗料をロールコーターにて塗布し、所定の到達板表面温度（ＰＭＴ）、時間で１段目の焼付けを行い、更に所定の到達板表面温度（ＰＭＴ）、時間で１段目の焼付けを行い、所定の被膜構成をとる樹脂被覆アルミニウム板を作製した。また、比較のために、それぞれの製造方法によって製造された塗装板を作製した。それぞれのサンプルの製造方法及びそれによって得られた塗膜構成を表１に示す。

成形性（絞り性）
ポンチ径５０ｍｍφ、肩Ｒ５ｍｍＲの金型にて、ＢＨＦ６００Ｎ、成形速度５ｍｍ／ｓで深絞り成形 を行い、限界絞り比（Ｌ．Ｄ．Ｒ．）を求めた。
○ ：ＬＤＲ ２．１を超える
△ ：ＬＤＲ １．９〜２．１
× ：ＬＤＲ １．９未満

成形性（カジリ性） 試験荷重＝５００ｇｆ，摺動速度＝０．６ｍｍ／ｓ，鋼球直径＝３／１６インチ でのバウデン式磨耗試験器にて、５０往復目の動摩擦係数（μ）を測定した。なお、５０往復未満で、カジリを発生したものについては、×とした
○ ：μ ≦ ０．２
△ ：μ ＞ ０．２
× ：５０往復未満で、カジリ発生

塗膜密着性
１８０度曲げ試験後、テープ剥離試験にて、塗膜剥離状況を目視にて観察した。
○ ：剥離無し
× ；剥離有り

表１に示すように本発明例は、いずれも絞り性、カジリ性の成形性、塗膜密着性に不具合はみられず、十分に満足している。
これに対し、比較例は、それぞれ本発明から逸脱してしまったため、十分な成形性（絞り性、カジリ性）、塗膜密着性を得ることは出来なかった。本比較例１２は樹脂被膜の被膜量が請求範囲以外のため成形性能と塗膜性能が劣っている。比較例１３, １４は粒状ワックス量が請求範囲外のため成形性能が劣る。比較例１５, １６は樹脂被膜の粒径比が請求範囲外のため成形性能と塗膜性能が劣る。比較例１７は層状ワックス量が請求範囲外のため成形性能が劣る。比較例１８は層状ワックス面積比が請求範囲外のため成形性能が劣る。比較例１９は焼付工程温度が融点以下なため成形性能が劣る。比較例２０は酸洗処理後アルミニウム表面にワックス含有樹脂被膜がない為、成形性能が劣る。比較例２１は酸洗処理後ワックスのみで高分子樹脂被膜がない為、成形性能が劣った。

Claims (3)

1. アルミニウム板表面に、高分子樹脂の塗装被膜を設けた樹脂被覆アルミニウム板であって該被膜中に樹脂層厚みの８０〜１０００％の粒径となるような粒状ワックスが分散しており、かつ表面に同成分のワックスが層状に拡がっている被膜で、被膜量（樹脂とワックスの合計量）が０．１〜３．０ｇ／ｍ^２、被膜中の粒状ワックス量が被膜量の０．５〜１５％、被膜表面の層状ワックス量が被膜量の１０〜５０％、かつ層状ワックスの被膜表面に占める面積が２５％以上であることを特徴とする成形加工用樹脂被覆アルミニウム板。
2. 高分子樹脂が、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂及びアクリル樹脂の中の１種または２種以上からなる樹脂であり、ワックスがポリエチレンワックスであることを特徴とする請求項１記載の成型加工用樹脂被覆アルミニウム板。
3. 連続的に、アルカリ洗浄、水洗、酸洗、リンス、水洗、乾燥したアルミニウム板上に、粒状ワックスを含む塗料を塗布し、添加したワックスの融点以下の温度で被膜を加熱乾燥させる工程、冷却後または連続してワックスの融点以上の温度に再度加熱する工程、更に引き続き室温まで冷却する工程を経ることにより、被膜量（樹脂とワックスの合計量）が０．１〜３．０ｇ／ｍ^２、被膜中の粒状ワックス量が被膜量の０．５〜１５％、かつ粒状ワックスの粒径が樹脂層厚みの８０〜１０００％、被膜表面の層状ワックス量が被膜量の１０〜５０％、かつ層状ワックスの被膜表面に占める面積が２５％以上である被膜を形成することを特徴とする成形加工用樹脂被覆アルミニウム板の製造方法。