JPS5953640A - 無機質繊維−金属マトリツクス複合プリプレグ材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

近来、耐熱性１強度、ｔ〜伝専１゛１．阿酋撃仁１．酸
形成などの面から、繊維強化金１″：袂合月料（ｌｉ″
１ｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｍｅｔａｌｓ以下Ｆ　
ｎ、Ｍと呵ぶ）が注目されている。 従来からのＦ”ｌ’ｔＭの製造方法としては４ｊｉ々の
方法が行われているが、繊維−金１１へ７１リソクスの
プリプレグを積層し、ポットプレスによる拡散接合法に
。１；っ−Ｃ製造する方法が比較前条〈実施されている
。。 また、この場合に使用されろｔ′・１５維−全域−２１
−リソクス複合ブリブレクの製造についても各秤の方法
が行われているが、Ｆｎ、Ｍとして欠陥のない成形体を
得るためには、フリブレクＺこおける繊維表面りこ のコーティング金属に欠のようなｌｌケ性が求められる
。 （１）　　繊維に対し、］〆１−て緻密である・、（２
）　　繊維に対し密着性がよい。 （３）　　凹凸が少なく　Ｍ’坦である。 本発明は以上のよ−）な拡散接合法における心数条件を
満足せしめるプリブｌ／りを容易１こ製造する方法に門
するもの−Ｃ１具体的にｉ、ｌ、　ｄＨｌｌ、（幾′ｔ
′

【繊維へθ）コーチインク金属を無電解めっテ＼と電
気めっきとの組み合わせにより形成せしめるものであり
、以下実施例によってその詳細を説明する。 炭ネ枦）　維Ｈ１のＦＲＭに用いるプリプレグの製造に
おいて、Ｐ、素Ｐ維の表面に生成された電気めっき鋼は
、緻密性、密着性など拡散接合工法に適した性能を持っ
ていると同時に、電気めっきなどの湿式めっきは生産性
の上でも優れた方法である〇しかしながら、炭素織ｌ伸
は直径がわずか数ミクロン（μｍ）の極めて細い繊維で
あり、且つそれらを５０００〜２００００本の多数の束
にしてあって、しかも電気抵抗が２Ｘ１０−３Ω確と高
いので、繊Ｍｆ−に対して直接電気メッキを行うと電源
に近い部分に多くめっきされ、且つ突起状のめっき層が
形成され易く、平坦な表面を得ることが困難である。 第１図は炭素Ｐ維への電気めっき装置の一例の平面図で
あり、第２図は第１図の１−１断面矢視図である。硬質
塩化ビニル製の枠２は平行に置かれた２本の長辺２ａの
両端部を同じく平行に買かれた２本の短辺２ｂに５１り
固定して形成さイ１．でおり、長辺２ａの両端部附近に
それぞれ炭素ｔ”ｔ　＜ＩＩ　１に給電Ｊるためのステ
ン１／ス判の負ｉｆ（＋’ｔ　ｆｉｌ　３が短辺２ｂと
平行にｈ１定されている。長辺２ａの凹陥は約１２０門
、負Ｗｔ、極神３の間隔は３００間に（（′Ｉ成され、
繊維束から分散して拡げられた炭９４−Ｍｌ、　（Ｑ　
１の一端を一方の短辺２ｂに粘着テープなとて固定し、
各炭素繊維１が負極梓３に接触づ−るように緊張して他
端を他方の短辺２１）に粘着テープなどにより固定−Ｊ
’　／’Ｔ　ｏこのようにして約１００間の幅に脚累繊
〆イＢ　１が緊張して固定された枠２を硫Ｐ銅の稀硫酸
溶液からなる電解液中に浸して、別に設置されたｍ板を
正極♂し各負電極棒３との間に直流電圧を印加すること
により、炭素繊維１に銅を市５気めっきするものである
。 かくのごとき装置で銅の１［１，気、Ｖ）つきを炭素繊
維に施した場合、脚素繊ＸｆＬの電気抵抗か高いため、
２個の負電極棒３から３０〜４０闘の所まてしか炭素繊
維１に銅がめっきされない。また、炭素繊ｐ束を分散し
て拡ける場合、これを光力に分散することは極めて困難
で、数十本程度０）束のままで繊維密度の＾い部分が残
ることがあり、このような束の部分では外側の１Ｍｔ　
１４のみがめっきされ、束の中心にある繊維には銅がめ
つきされないことが起こる。このような現象は、炭素繊
維に直接電気めっきを行いプリプレグを作ることを不可
能にしている。 本発明は、炭素繊維表面の電気抵抗を低くしで電気めっ
きに対する性能を向上せしめ、前記のととき／Ｊ％さい
繊維束についても均一に電気めっきするこキナ目的とし
て、無電九了絹めっきの前処理全行うことを特徴とする
ものである。 無ｍ　Ｆｆｆｌめっきは化学反応によってめっきが進行
するものであるから、繊維の分散が悪く若干繊維密度の
高い小さな繊維束の部分が存在し−Ｃも、めっき液はＰ
Ｍ束の中まで浸透するので繊維１こ対して均一な銅めっ
きが可能である。ただ、熱電解鋼めっきはめっき速度が
極めて遅いので、これだりでＦＲ，Ｍ用のプリプレグを
作ることは４［：産性の上で不利である。 しかしながら、前記のごとく炭：Ｐ、繊１１ｊ　ｆｉ’
ｖ：面の１（Ｈ１気伝導性の向上を目的として無電）５
“Ｆｆｆｌめっきを用いる場合は、めっきによる金Ｗ　
被Ｉｆ・′を層の７′Ｊ＋さは僅かでもその目的を達し
イ；するので、めつき速１１’ＣＯ）遅いことは何ら障
害にならない。 以下、本発明のために行った実験についてダ（べる。ま
ず、炭素繊維の表面に′ｌ１１．気＋Ｖ）つきのみによ
って銅の被膜層を形成せしめた。２丁１３図は炭素繊維
の全光面に直接ｉ＋を気めっきを１Ｊうために作ｙｌ　
ＬだＴ［を気めっき共１への平面図であり、２１５４図
は第３図のＩＩ　−Ｉ＋回面矢視図である。硬質υλ化
ヒニル製の枠２′は平行に（ＦＪかれた２木の１ト辺２
ａ’の両端部を同じく平行に置かれた２木の短辺２旧こ
より固定して形成されており、炭ｉ　ｒＵ　薪１に給η
１．するためＯ）７木の負電極棒３が短辺２ｂと平行に
約５（）間の間隔でその両端を長辺２イに保持されでい
る。７本は）ステンレス製の負電極棒３は短辺２ｂ間に
炭Ｚ（り繊維ｌを緊張して懸架した１１’、′ｌｉ　、
全てのｆ１電（・散性３に接触するように円弧腺−１−
に配置されてＧ）る。繊＃Ｉｋ束／λ１ら分散して約１
００門の幅に拡げられた炭素繊維１の一端を一方の知辺
２１〕に粘着ブーツで固定し、各炭素Ｐｆ４Ｇ１が全て
のｆｉＴハ、極棒３に充分Ｊ’＞！：　Ｉ’＋・１（す
るよう１こ緊張して他端を他方の知１辺２１）　ＲＺ粘
産（ｊ−）で固定する０１ｆｔ　”＋’ｌ、（、極棒３
の数を増しイーの間隔を約５０閂としたのは、先にコホ
ベたよう＋？：　ｔ、：：　、（、ｐ紐にｉ／Ｉ接’ｊ
１ｉ、気めっきを行う場合は、炭素繊維の１１１．抗が
高いので電極から３０〜４０訓尊程度までの距Ｈｔの範
囲しかめっきされないためである。 このように炭素繊維１を緊張しで１ＩＩＩＩ！イシ３し
た枠２′を、組成がイ吃酸銅２００Ｆ、＃　、硫酸７０
ｉｎｌ／ρの硫酸銅浴めっき液内に浸し、別に設置され
た銅板を正極とし各負電極棒３を負極として、前記のご
とく約１００　ｖｍ　Ｘ　３００闘に広げた炭素繊維に
対してめっき、り電流９Ａで３０分間のめっきを行った
。このようＩこして作ったプリプレグをＭＭし、水素炉
により温度８００°Ｃ２圧力２０　ｋ！？／／ｃｉで焼
成しＦ几Ｍを成形した。 第５図はこのようにして作成したＦＲＭ成形体断面の金
属顕微鏡写真（７５倍）であり、加圧焼成しても拡散接
合が不充分な欠陥部分が発生していることがわかる。 コレ（才、めっき枠２′のステントス４・“１のＡ　′
１１ｉ、極朴３の間隔を短か＜１７て、一応外捜」二は
全１百１的にめっきができていてイ１、繊ｔイＫ　Ｑ）
　ｆｂ、　′／ｌ、ｌｌに抗１」１イ１（＜な０のでυ
゛）つきされ約１［い欠点を４１１つでいるので、均一
。 平坦なめっきができハ′いことは勿ご・′ｑ％繊維の分
１１ｋが不充分で小さい、ｌｙ、　（ハ、Ｆま残−，７
５部分ては繊維束の外側たりがめっきされ、束の中心？
１１Ｘの繊維に対してはめっきが不冗全であるため、焼
成による拡散接合力ソノｔｆｌｔ　分テハＡｆ；行−１
ｊ　ｉ、９ｐ、　５図に見らＪするような欠陥部分が生
じたものと、考えられる０尚、第３，４図に示した。Ｖ
）−）き枠２′においては第１゜２図に示しためつき枠
２よりも急止４；（＜枠３の数を増したため、めっきが
行われ１．Ｃい炭素繊俊１とｊ′１電極棒３との接触点
の数も増加するが、これら０〕めっきが行われない部分
は炭：Ｉ＜　ｔ！Ｉ＜　ｌ＋ｆ　ｌ　、＋１負１１１：
イへ４′、ｐ３とが点接触する極めて狭い範囲に過ぎず
、これが拡散接合に悪影響を及ぼずことは全（；Ｉ！ｌ
ζｂ’。 以上のごとき炭素繊Ｆ（表面・＼のｒｒＴ接の′＋’ｌ
ｌ、気と）つきに対して、本発明による無？ｆｆ、　Ｉ
（′（めっきと１１ｆ、気めっきを組み合わ−せた損金
めつきによれは、炭素を曳維に対して極めてＪ’３−　
Ｉｆなｆｌｌめつきを行うことができた〇 第６図は実験１こ１史用した無ｉＫ　ｉ’ｌ’ｌめ−、
き川の枠の平面図であり、第７図は第６１ｙ１のｌ−１
１断面矢視図テアルｏ　枠４　ｉｔ　４ｊ”、　Ｆ（塩
化ヒ、、＝、　／Ｌ／　Ｊｉ　Ｒ−１’ｉ、！約６　（
ｌ　ｍｍ　。 長さ約３２０門の怒７ｔＢ　４ｂを明けたものであり、
この枠４の長手方向の一端には炭素繊維１な粘着テープ
（図示」えず）て固ン己ずべく固定部４ａを践り、他端
には炭素繊維１の拡張幅全規正１−べく【・クリ込み４
ｃを入れた３、 ｉ５′”＜　１４ｑ束から分散して約５０間の１９，１
に拡げられた炭％　ｌ”、　＃Ｆ＋１の一端を枠４の固
定部４ａの表面（”Ｑに粘着テープで固定し、窓部４ｂ
表面上を；１０遇せしめて切り込み４Ｃにおい゛Ｃ裏面
へ反転上しめ、窓部４ｂＪ％面を辿遇せしめて緊張した
状態でイ１（け；、１を固定ｆｉｌＬ４ａσ）裏面↑■
１（−粘着テープで固定する。 このようにして枠４に拡げで１−・１定した炭素繊維ｌ
に炉室解銅めっきを行うには、繊維表面を活性化するた
めに、塩化第一錫１０ｇ／ｌ、塩酸１０ｍ１／１の組成
をイｉづ−る前処理１第１液に冷温で３分間浸漬し、引
き出して水洗後に、ｉ、・１化）〈ラン覧ツノ、０．２
５ｆ／Ｒ，。 塩ｍ　１０ｍ１／　１　　　の　組成　全　イｊ　す　
る　Ｍｉｌ　イ“ノｌ、　Ｊ’ｌ　ｊｌシ　２１こ　≦
＜温で３分間浸漬して引き出しイ、灸に水洗する０以上
の前処理の後、硫ｒｌ”ｌ！ｆ’ｐ　１　ｏ　ｙ７ρ、
し１ノシエル塩２５９ハ９パラホルムアルデに１−１２
ｇ／／！　、　（−ｔ　ｆＲｍ　０．１　ｒｐｇ、／　
ｇの水溶液ヲ水酸化す１−Ｉｊ（ジノ、てＰＨ１２，５
に調製されためっき浴液中に室？１．Ａで１５〜２０分
間浸漬するこさにより、化学反応によって炭素（，１Ｉ
４ｉｉ１ｉ　］の表面に０５〜０．８μｍの厚さの鋸ｒ
（“ｊ　Ｉｌ侍Ｎが均一（こｙ）つきされる０ このようにして炭素ｊ！’ｌ　Ｐｉ６のと１？］ｉ　ｌ
ｉ二銅わ１２）Ｉパ、゛シ層力ｓ３杉成されることによ
り、炭素繊Ｐ（の表面Ｊ、Ｉｋ抗力＋（ＩＩＩ：＜なり
、↑１４気めっきに対して４べめ−Ｃ良好な状）１１．
！：　ｌ、、“る。従って、第１図およびｊ（１２１ν
（１に示した、（′、うｙ、（ステンレス製の負電極棒
３（Ｊ）Ｊｉ旧もが３°Ｏｆ？ｆｉあＺＩ　Ｍ）つき用
の枠２を用いるこきができる。こｏ、）枠２１こ前Ｖ己
のごとくして炉室１す７めつきを施した炭才織耕を約１
００閂の幅Ｉこ拡げて張り伺り、負７１＋：　ｐ＊枠３
を負極にし別置の銅板を正（命にして前ｊｊ１．：θ〕
硫酸川浴めっ硫酸川下めつきｉｃｙ、流を９Ａて３０分
間０〕めっきを行ってプリプレグ々した。 第８図はこの、にうにしてできｌＪフ゛リフ゛″レク（
ハ表面状Ｆｉｎ　ｆ　７ｊｅ　スｔ’ｃ　イ：’ｔ＋微
鏡写Ｒ，（ｚｏｏｏ倍）７１あり、繊維に対して均一で
緻密に銅がヨーティ５ノグされているこ吉を示している
。 また、このプリプレグを積層し、水素炉により温度８０
０°Ｃ４圧力２０　Ｊｃｇ／ｒｙ／ｌ　ｔ’加ｒｒ−焼
成しＦＩｔ　Ｍを成形した。第９図はこのＪ、うにして
作成したＦ　Ｒ，Ｍ成形体断面の金属顕微鏡写真（７５
倍）であるが、炭素繊維に対し銅が均一にコーティング
されＣいるため、焼成時の加圧が２０１ｒｇ／ｃｒｄで
も拡散接合が充分に進行し、炭素繊維が均一に分散さイ
１ており第５・図に見られたような欠陥は全く認められ
ない。 以上のことを更に４４％械的強度の面から比較して見る
と、炭素繊維３０Ｖｏｆｉチ、銅７０ＶｏタチのＦ　１
１．Ｍ成形体において、第５図のごとき欠陥のあるプリ
プレグで作られた場合の曲げ強さは６０１ｃｇ／ｍｄ　
Ｆあったが、本発明による無電解銅めっき一電気鋼めっ
きの組み合わせによるプリプレグにより作られた成形体
の場合は、欠陥を持っていないので１３０１４７／戸イ
の曲げ強さを示１−た１、こθ）こ、Ｊｌ：（」、欠１
゛ぐｉ（〕）　ｙＡいノリブレクを作るζノがＰ　！Ｌ
１１＋　ｆ＋”、形体５−、　ｆ＋−ろ」ていハ１こ「
■要であるか？＋小している・）以上、’ＣＸ　Ｆ、　
維＄１　’−’　Ｌ　ｊｌ　’７　クス’ｉ’ｙ合４）
料ノ：！、Ｊ３合を例＝’−シ’ｃ　ｎＷ、　明しｆ、
が１．ＪＩ　Ｈｌ、　’、：”−７ｉ、”！イ’ＩＩ　
ＺＩ　Ｉ’ｉ　；Ｒｔ’ｌ！　＃（ｔよりも更に導孔、
　（’ｌ：ｔハ低いアルミリ＊’、ｌ（７４ｔ＼・炭化
りい素繊維などの蕪イｆ＝　Ｍ千）【紐ｊこλ・１しで
イ）、無？＋１’、　Ｉ’＋’（めっきと電気めっきを
川・バチ合イ）ぜた複合？八つき１こよってブリブ１／
りに作ノ１ｔ、！−がてキト）。 才だ、異種全屈（、＋１イ］（、ｊ合わ一１Ｊ、＼）っ
Ａにも応用することができる。例えば、弁「７７７１４
’ｒニツケル？・）つきにより形成したニッケル被膜層
の上（（−１１（者、気組めっきにより銅被膜層を形成
したり、または逆に無電Ｗｌ！絹めっきした後にＸ１１
□気ニソ／Ｉル・＼・′）−１きを行うことにより、ニ
ッケル２：飛さの具門金Ｐｉの川み合わぜによるｐ機質
横維−金Ｊ”ｉ　７１−リソクス複合ブリブｌ／り材料
をイ；する（−吉かて）“ｔ；、前記のこきく、欠陥の
ｆｌいブリノ１／りは２１Ｊ　／ｒ、ｇ／バ（程度の比
較的低Ｈての拡散キち合を（ｐ易ζε−するが、このよ
う１こ金１・・］マトリックスＩ−シてζ′１を一１１
イＩＨ−ｒＬ　ｌ。 めるこ、Ｊ−ｔでよ０．８００“Ｃ程１１１の比較的低
い温１圧でも拡散によって光分１こ合金され、容易に゛
７１リツクス金属の耐熱性、ぜジ械的強度の向上１．Ｉ
ど、’ｌ′ｆ性改竹を行うこ吉がてきる。。 ４　図面のｆｔｌ　ｊｌｊな説、１ｊ１」第１図は旌累
絨維への箱、気Ｗ）つき装置Ｎの一１ｒｌｌの平面図、
第２図は第１図の１−１断面矢祝図、第３図は炭素繊維
の全表面に直接電気めっきを行うために作製した１（４
，気めっき装置の平面図、第４図は第３図のｎ−ｎ断面
矢視図、２ｆジ５図１：ｉ、　ＰＲＭｌ茂形体断面の全
屈顕微錦写Δ（７５倍）、第６図は無電解めっき用の枠
の平面図、第７図は第６図の■−貰断面矢祝図、Ｆ１％
　８図はブリブｌ／りの表面状態に示ず電子顕徴鈎写真
（２０００倍）、第９図は完成したＦＩＬＭ成形体断面
の金１”ｔＷＲ微鐘写声、（７５倍）である０ 】・・・　炭素Ｐ、Ｐ、　２　、２’、　４　　　枠、
３−　急止極神。 ネ　Ｉ　　１ｆｆｉ ） ？ｌ、２し 第５図 （７５４舌） 尾と１り］ 踊γ１躬 ｏ− ７１−二−→−−７．辷工っ （、 ｆＣ １　近七：　　ｉｌｉ　　、ｉｌｊ’！’　　（自イへ
）１’１ｆ　ｊｌｌ　！’ｉ　７４１−１　（１月Ｚ／
［１特ｉｉ’ｌ庁長官　殿 １　月１ｆ′（の表示 Ｈ（イン１１１５７　年Ｉｔ！　Ｈ’ｒ　ｌｉｕ、第１
６２３００　　シ≦１、発明の名称 無機質繊維−金ｌ・弓マドｌ）ソクスｉ＋７合ブリブト
り（−ｊ料の製造方法 ：Ｉ　イｉｌｉ　、ｉ、ｔ−、をづ−る渚！ｊｉイ′（
とＱ）間係　！ｆ￥ｔｒ′ｔ　Ｉｌｌ　ｊ用人郵便７（
１シ′３１０４ 明＆ｌＲｉ’ｔの発明の１＠７１入門の１１ｊ１．５　
補正の内賓 （１）　　明細′ｉＩＦの発＋ｙｌ　ｏ〕７ｉｆ＃ｌ’
ｉｌ　７よ５ｊ１ノ月の（枠１て、第２ペーソｔ（−１
〜２１１目ｉＣｒ　Ｊｌ−ｚ〕１〉成１．ｌ□あ／、）
〔）〕介１成形ｔ’［−＋と補ＩＦ−する。 （２）　　同じく、第４ページｆ−Ｗ頗〜ｑ行目１こ「
　　をイ滝６タ少１１０）衰 稀硫酸溶鮮からなる箱５Ｍ液中に　　−１とＪ）：！０
（Ｊ）を１硫酸鋼浴めっき液中に　−」と補止Ｊる。 ３４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）繊維強化金属複合材料の基材である無機ｆｑ、繊維
   −金６マトリックス複合プリプレグにおいて、繊維表面
   の金石被膜層を無電解めっきと電気めっきを組み合わせ
   た複合めっきによって形成することを特徴とする無機質
   繊維−金汽マ）　ＩＪツクス複合プリヅレク利料のりｖ
   遣方法。 ２）無電解めっきによる金属被膜層とｒｆＰＬ′；Ａめ
   −、きによる金属被１１（１層とを同種の金円に、Ｊ、
   り形成する特許請求の範囲２１１１項記載の無機質繊維
   −金ｊＱ　−７トリツクス複合グリプレク材料の製造方
   法。 ３）無電解めっきによる金属被１１７．ｊ層と’ｉ１１
   ．気めっきによる金属被膜層とを異種の金石により形成
   −４る特許請求の範囲第１項記載の芦機質繊維−金属７
   トリツクス複合プリプレグ材料ｔｔ＋　９’、Ｗ、　ｒ
   ？＜　ｊｊ　ｉ７：、。