JPH1081891A - 皮膜密着性と耐キズつき性に優れた表面潤滑処理金属材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐キズつき性、潤滑性、耐ブロッキング性、
脱膜性等、塑性加工時に必要な全ての性能を満足する潤
滑処理鋼板を得ること。 【解決手段】 基材金属の表面に、ガラス転移温度が10
〜85℃の水溶性および／または水分散性のアルカリ可溶
性樹脂と、このアルカリ可溶性樹脂固形分に対し、無機
質と結合する官能基数ｎにより1/10ｎ〜10/n重量％のシ
ランカップリング剤および0.5 〜10重量％の金属石鹸と
を含有する処理剤を塗布乾燥してなる膜厚が0.5 μｍ以
上10μｍ以下の潤滑処理皮膜を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面に皮膜密着性
と耐キズつき性に優れた潤滑処理皮膜を有する金属材に
関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板を始めとする金属薄板を塑性加工す
る際に潤滑剤を使用し、金型と金属板との潤滑性を高め
て、加工時に加えられる荷重を低減したり、焼き付きを
防止する技術は従来より常套的に採用されている。しか
し、近年は、潤滑剤を使用する際および使用後の潤滑剤
の処理の問題等、環境問題への対応や製造コスト低減の
ために、需要家が加工時にプレス油等の潤滑剤を塗布す
るのではなく、金属薄板の製造段階または需要家までの
適当な段階で金属薄板表面に種々の潤滑剤を含有する固
体有機被膜 (以下、本明細書においては「潤滑処理皮
膜」という) を予め塗布した表面潤滑処理金属薄板が広
く利用されるようになってきた。

【０００３】このような表面潤滑処理金属薄板は、塑性
加工後に脱脂等の手法により潤滑処理皮膜を除去し、そ
の後、無処理で使用されるか、あるいは更に化成処理お
よび塗装などを施して使用される脱膜型の表面潤滑処理
金属薄板と、塑性加工後に潤滑処理皮膜を除去すること
なく、その皮膜表面のままで、ないしはさらに塗装など
を施して使用される非脱膜型の表面潤滑処理金属薄板と
に大別される。一般に、ステンレス鋼板やアルミニウム
鋼板など、その美麗な表面を生かして最終製品化される
素材の場合は、脱膜型の表面潤滑処理金属薄板として使
用されることが多い。

【０００４】このような脱膜型の塑性加工用潤滑処理皮
膜に要求される主な性能は下記の〜である。 皮膜厚が薄くても良好な潤滑性を示す。 皮膜形成後、積重ねても皮膜同士が容易に粘着しない
(耐ブロッキング性が良好である) 。 皮膜の洗浄除去が容易である。

【０００５】金属薄板の表面にこのような潤滑処理皮膜
を形成させることができる潤滑処理皮膜剤の主成分は、
アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂等の
従来より公知の乾燥もしくは焼付硬化型皮膜形成成分で
あり、これに潤滑性成分として、脂肪酸、脂肪酸塩、脂
肪酸金属石鹸、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、高級ア
ルコール、グラファイト、二硫化モリブデン、フッ素樹
脂粉末などの一種もしくは二種以上を配合したものが提
唱されている。しかしながら、これら従来の潤滑処理皮
膜では絞り加工時の潤滑性が十分でなく、金属薄板に対
する耐キズつき性が問題となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、上述したステン
レス鋼板など表面に研磨ないしは光輝焼鈍等を施した美
麗な金属光沢を有する金属薄板の場合、絞り加工等の成
形が可能なだけでは不十分で、加工を施し、潤滑処理皮
膜を除去した後も美麗な表面を保持することが重要であ
る。したがって、特に耐キズつき性の問題は深刻であ
る。このために現在は、加工前の金属薄板表面に厚み80
μｍ程度のビニールフィルム等を貼合して、潤滑性およ
び美麗な表面を確保しているのが一般的である。しかし
このようにビニルフィルム等を貼合した場合、加工後に
フィルムを剥離することが必要であり、通常この作業は
人力で行わなければならないため、製造ラインの自動化
・省力化の大きな妨げとなり、あるいは高コストを招く
原因ともなっている。また、特に加工部ではフィルムの
剥離が困難になる場合が多い。さらに剥離したフィルム
は嵩高く、また、多くは焼却処分が困難で、その減容・
埋立処理等に多大な経費を要する。

【０００７】そのため、脱膜型潤滑処理金属薄板の耐キ
ズつき性の改善に対する要求が強く、例えば、特開昭52
−104459号公報には特定組成からなる有機化合物皮膜を
表裏面に有し、これを下地層として片面にのみ潤滑皮膜
を形成せしめてなる高加工ステンレス鋼板が開示されて
おり、また、特開昭53−75159 号公報には、特定の酸価
およびガラス転移温度を有するビニル系樹脂等を表面に
被覆したステンレス鋼板が開示されている。しかしなが
ら、家電メーカー等の需要家の要求する非常に高度な耐
キズつき性を満足するような潤滑処理皮膜を有する金属
薄板は今だ得られていないのが現状である。

【０００８】本発明はこのような状況に鑑みなされたも
ので、その目的は耐キズつき性をはじめ、潤滑性、耐ブ
ロッキング性、脱膜性等、塑性加工時に必要とされてい
る全ての性能を満足する表面潤滑処理金属材を提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】従来、塑性加工時に発生
する表面キズを防止するための主たる考え方は以下のよ
うなものであった。 (a) 潤滑処理皮膜の膜厚を厚くして、金型と金属薄板の
直接接触を避ける。 (b) 潤滑処理皮膜の潤滑性を固体潤滑剤などの添加によ
って向上させ、キズ発生にいたるまでの摺動長さを増加
させる。

【００１０】しかし、このような従来の考え方によって
得られた潤滑皮膜では、近年一般化しつつある金型によ
る厳しい加工条件の場合は基材金属に表面キズが発生す
ることが判明した。

【００１１】そこで、本発明者らは、塑性加工時におけ
る表面キズ発生のメカニズムについて種々の検討を行っ
た結果、材料との接触によって金型内に堆積する潤滑処
理皮膜の剥離片そのものが表面キズ発生の原因になると
いうことを見い出した。

【００１２】すなわち、どんなに潤滑性のよい皮膜を厚
く成形させても、皮膜と基材金属の密着力が低ければ皮
膜が根こそぎ剥離し、その剥離した皮膜が金型に堆積し
表面キズの原因となるのである。従って、皮膜と基材金
属の密着性を高めることにより、表面キズの発生を抑制
することが可能であるという結論に達した。

【００１３】このような観点から、本発明者らが脱膜型
の潤滑処理皮膜を構成する樹脂の主成分、添加剤等につ
いて検討を重ねた結果、潤滑処理皮膜にシランカップリ
ング剤を、その官能基数により決定される適当量添加
し、潤滑処理皮膜と基材金属との密着力を強化すること
により耐キズつき性が飛躍的に向上し、かつ脱膜性も良
好であることを見い出した。

【００１４】ここに、本発明は、基材金属の表面に、ガ
ラス転移温度が10℃以上85℃以下の水溶性および／また
は水分散性のアルカリ可溶性樹脂と、このアルカリ可溶
性樹脂固形分に対して、無機質と結合する官能基数ｎに
より1/10ｎ重量％以上10/n重量％以下のシランカップリ
ング剤および0.5 重量％以上10重量％以下の金属石鹸と
を含有する処理剤を塗布乾燥してなる膜厚が0.5 μｍ以
上10μｍ以下の潤滑処理皮膜を有することを特徴とする
皮膜密着性、耐キズつき性に優れた表面潤滑処理金属材
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の表面潤滑処理金属
材について詳細に説明する。 基材金属：本発明にかかる表面潤滑処理金属材の基材で
ある金属の形状および種類は特に限定されるものではな
い。しかし、金型によるプレス加工等の塑性加工の対象
物として主に使用される薄板形状のものが基材金属とし
て広く適用される。金属の種類としては、熱延鋼板、冷
延鋼板、めっき鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム鋼
板等が例示される。

【００１６】基体樹脂：本発明の潤滑処理金属材の潤滑
処理皮膜を構成する基体樹脂は、水溶性または水分散性
のアルカリ可溶性樹脂で、例えばアクリル系樹脂、エポ
キシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂等一般
に塗料用として使用されているものであればよい。これ
らの重合法についても何ら限定はない。

【００１７】本発明の表面潤滑処理金属材で用いられる
アルカリ可溶性樹脂は、ガラス転移温度が10℃以上85℃
以下であることが必要である。ガラス転移温度が10℃未
満であると、皮膜の耐ブロッキング性が不十分で、皮膜
同士を重ねたときに密着してしまうおそれがあり、ま
た、耐キズつき性も劣化する。一方、ガラス転移温度が
85℃を越える場合は皮膜の加工性が劣化する。好ましく
は、ガラス転移温度は、20〜70℃である。

【００１８】また、本発明で使用されるアルカリ可溶性
樹脂は、酸価が20以上であることが好ましい。酸価が20
未満では、得られる潤滑処理皮膜のアルカリ溶液による
脱膜性が不十分となるおそれがある。したがって、好ま
しいアルカリ可溶性樹脂はガラス転移温度が20℃以上70
℃以下で酸価が20以上のアルカリ可溶性樹脂である。

【００１９】本発明にかかる表面潤滑処理金属材は、１
種以上の水溶性および／または水分散性のアルカリ可溶
性樹脂が用いられたものであってもよいし、それら水溶
性および水分散性の両方のアルカリ可溶性樹脂をそれぞ
れ１種以上含むアルカリ水溶性樹脂が用いられたもので
あってもよい。

【００２０】シランカップリング剤：本発明にかかる表
面潤滑処理金属材は、後述するように、アルカリ水溶性
樹脂を水に溶解または分散させた樹脂液を処理剤として
基材金属表面に塗布し、乾燥してなる潤滑処理皮膜を有
するものであるが、この樹脂液にはシランカップリング
剤が含まれる。このシランカップリング剤は樹脂皮膜と
基材金属との密着力を強化する作用を有し、これによっ
て耐キズつき性が飛躍的に向上する。

【００２１】シランカップリング剤の密着性強化能力
は、シランカップリング剤がもつ無機質と結合する官能
基数と相関があり、官能基数ｎが大きいほど密着性強化
の効果は大きい。すなわち、官能基数ｎが大きいほど少
量の添加で優れた密着性を有する。

【００２２】官能基数ｎにより含有量 (添加量) は樹脂
固形分に対して1/10ｎ重量％以上10/n重量％以下である
ことが必要である。添加量が1/10ｎ重量％未満であれば
樹脂皮膜と基材金属の密着性強化の効果が小さく、耐キ
ズつき性の改善効果も小さい。また、含有量 (添加量)
が10/n重量％より多くなると樹脂皮膜自体の架橋が進行
し、塑性加工後の脱膜性が著しく劣化する。

【００２３】添加されるカップリング剤の種類および官
能基数は特に限定されることはない。例えば、ビニルト
リメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、Ｎ−(2
−アミノエチル) ３−アミノプロピルメチルジメトキシ
シラン、Ｎ−(2−アミノエチル) ３−アミノプロピルト
リメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシ
ラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、
３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等が挙
げられる。

【００２４】金属石鹸：前記の樹脂液には官能基数によ
る適量のシランカップリング剤に加え、金属石鹸が含ま
れる。金属石鹸は潤滑と破水の両効果を有するが、含有
量 (添加量) が0.5 重量％未満であると潤滑性が不十分
となり、一方、10重量％を越えると、潤滑性の向上効果
が飽和するのみならず、樹脂皮膜の凝集強化が低下し、
耐キズつき性が劣化する。

【００２５】従って、金属石鹸の添加量は、樹脂固形分
に対して0.5 重量％以上10重量％以下であることが必要
である。好ましくは、１重量％以上５重量％以下であ
る。金属石鹸としては、ステアリン酸アルミニウム、ス
テアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン
酸マグネシウム等が例示される。

【００２６】潤滑処理皮膜：本発明の表面潤滑処理金属
材は、上述したアルカリ水溶性樹脂とシランカップリン
グ剤と金属石鹸を含有する処理剤が基材金属表面に塗布
され形成された潤滑処理皮膜を有する金属材であるが、
その膜厚は0.5 μｍ以上10μｍ以下である。0.5 μｍ未
満では耐キズつき性が不十分であり、10μｍを越えると
逆に金型への皮膜堆積の問題が生じる。好ましい皮膜厚
は1.0 μｍ以上5.0 μｍ以下である。この潤滑処理皮膜
の形成方法は特に限定されるものではないが、以下に標
準的な手法を例示する。

【００２７】「前処理」潤滑処理皮膜の形成に使用され
る処理剤はアルカリ可溶性樹脂等を水に溶解または分散
させた水系のものなので、基材金属はアルカリ脱脂等で
十分に脱脂されている状態でなければならない。この脱
脂が不十分であると、形成される皮膜に塗装はじきある
いは塗装ムラ等の欠陥が発生する。

【００２８】「処理剤」処理剤は所定のガラス転移温度
と好ましい酸価を示すようにコントロールされた樹脂液
に、まず金属石鹸を添加して十分に分散させた後、シラ
ンカップリング剤を添加し、攪拌することにより調製す
る。シランカップリング剤を先に添加すると泡立ちが起
こり調製に支障が生じる恐れがある。調製の際、希釈は
イオン交換水を用いて行うが、濡れ性の改善、消泡・乾
燥性の向上のため、水と相溶性のよい有機溶剤を添加し
てもよい。なお、処理剤の固形分濃度は、形成する潤滑
処理皮膜の厚さおよび塗布方法によって調整する。

【００２９】「処理剤の塗布」処理剤の塗布方法は基材
金属の形状により異なるが、板形状の場合はバーコータ
ーまたはロールコーターによる塗布が最も好ましい。バ
ーコーターまたはロールコーターを用いると、塗布膜厚
の調整が容易で、かつ美麗な塗装が可能である。その
他、スプレー法、刷毛塗り法、浸漬法なども適用でき
る。特に、形状が複雑なものに対してはスプレー法等が
実用的である。

【００３０】「乾燥」処理剤を塗布した後、乾燥するこ
とにより潤滑処理皮膜が形成される。乾燥温度は水が蒸
発する程度でよいが、最高到達板温が40〜100 ℃となる
条件で行うのが効率よく好ましい。乾燥方法としては、
温風乾燥、赤外線による乾燥等、通常用いられる方法が
適用できる。

【００３１】上記本発明の潤滑処理金属材は、潤滑処理
皮膜と基材金属との密着力が強く、優れた耐キズつき性
を有しており、後述する実施例に示すように、脱膜性、
耐ブロッキング性にも優れている。

【００３２】

【実施例】以下実施例により、本発明の詳細を説明す
る。表１に示した基本樹脂、ならびにガラス転移温度(T
g)および酸価を有する各種のアルカリ可溶性樹脂に、シ
ランカップリング剤および金属石鹸を添加して、表２に
示すように固形分組成を有する処理剤を調製した。シラ
ンカップリング剤および金属石鹸の添加量は樹脂固形分
に対する重量割合でもって表わす。処理剤の総固形分濃
度は20重量％とし、イオン交換水を添加して調整した。

【００３３】この処理剤を、表面をアルカリ脱脂したス
テンレス鋼板 (SUS430、2B仕上げ、板厚1.2mm)の両面に
バーコーターで塗布し、最高到達温度が60℃になるよう
に熱風炉で乾燥して試験板を得た。この試験板を以下の
試験に供し、その性能を調査した。

【００３４】「耐キズつき性評価」図１に示すような簡
易的な摺動試験装置を用い、供試材料１をスライドテー
ブル５上に置き、材料１の表面に荷重４をかけたダイス
２を押し当て、これをホルダ３によって支持しながら、
スライドテーブル１を矢印方向に移動させることで材料
１の潤滑処理皮膜とダイス先端とを摺動させて、以下の
条件で耐キズつき性試験を行った。このとき摺動部のキ
ズを目視観察して下記の判定基準により耐キズつき性の
評価を行った。◎または○であれば良好とした。

【００３５】 ダイス研磨紙 ： ＃600 ダイス研磨方向 ： 平行研磨 押し付け圧 ： 0.66Mpa(66g/mm²) 試験片採取方向 ： 圧延方向 試験片形状 ： 1.2 mm厚×30mm幅×150 mm長さ 摺動長さ ： 50mm 目視判定基準 ◎： 完全無キズ ○： 軽微な擦りキズ (外観上問題なし) △： 軽度な擦りキズ (外観上問題あり) ×： 明瞭なキズ発生。

【００３６】「脱膜性評価」市販のアルカリ脱脂液 (日
本パーカライジング社製、FC-L-4480)の２％水溶液を使
用し、温度40℃、スプレー圧１kg/cm²で10秒間スプレー
することにより脱膜した後、水はじきの有無を目視にて
判定し、脱膜性を以下の基準で判定した。○であれば良
好とした。 ○：水はじきなし △：水はじき一部あり ×：水はじき全面発生。

【００３７】「耐ブロッキング性評価」耐ブロッキング
性評価は、潤滑処理板の積み重ね保管時における潤滑処
理皮膜同士の粘着 (ブロッキング) に対する耐性を調べ
るものである。この粘着が起こると、作業性が低下し塑
性加工性が悪化する。

【００３８】試験は、片面のみに皮膜を形成した２枚の
試験片の皮膜同士を重ねあわせ、40℃、200 kg/cm²の圧
力で３時間押し付け、剥離した後の粘着状態を下記の４
段階で評価した。◎または○であれば良好とした。 ◎：自重で剥離し、粘着痕がない。 ○：自重で剥離するが、粘着痕がみられる。 △：粘着するが、軽く叩くと剥離する。 ×：粘着し、叩いても剥離しない。

【００３９】評価結果を表２に併せて示す。この結果か
ら明らかなように、実施例として示した本発明の潤滑処
理金属材は耐キズつき性に優れるとともに、脱膜性およ
び耐ブロッキング性も良好であった。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【発明の効果】本発明の潤滑処理金属材は、塑性加工時
に金型との接触による表面キズが発生せず、成形後の脱
膜性および耐ブロッキング性にも優れており、従来のビ
ニールシートを貼合して成形していた金属材に変わり得
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例において耐キズつき性評価に用いた簡易
的な摺動試験装置の概略説明図である。

【符号の説明】

１：材料、 ２：ダイス、 ３：ホルダー、
４：荷重、５：スライドテーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｍ 139:00 129:40）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材金属の表面に、ガラス転移温度が10
   ℃以上85℃以下の水溶性および／または水分散性のアル
   カリ可溶性樹脂と、このアルカリ可溶性樹脂固形分に対
   して、無機質と結合する官能基数ｎにより1/10ｎ重量％
   以上10/n重量％以下のシランカップリング剤および0.5
   重量％以上10重量％以下の金属石鹸とを含有する処理剤
   を塗布乾燥してなる膜厚が0.5 μｍ以上10μｍ以下の潤
   滑処理皮膜を有することを特徴とする皮膜密着性、耐キ
   ズつき性に優れた表面潤滑処理金属材。