JP2001270015A - 耐摩耗性に優れるプラスチック基複合材料およびその製造方法 - Google Patents
耐摩耗性に優れるプラスチック基複合材料およびその製造方法Info
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- Coating Of Shaped Articles Made Of Macromolecular Substances (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】耐摩耗性、耐熱性、密着性に優れた炭素繊維や
ガラス繊維で強化されたプラスチック基複合材料および
それの有利な製造方法を提案すること。 【解決手段】繊維強化プラスチック基材の表面に、その
基材構成成分である樹脂と同種の樹脂とセラミックス粒
子との混合物からなる中間層を介し、トップコートとし
て、炭化物サーメットからなる溶射被覆層を形成してな
るプラスチック基複合材料。
ガラス繊維で強化されたプラスチック基複合材料および
それの有利な製造方法を提案すること。 【解決手段】繊維強化プラスチック基材の表面に、その
基材構成成分である樹脂と同種の樹脂とセラミックス粒
子との混合物からなる中間層を介し、トップコートとし
て、炭化物サーメットからなる溶射被覆層を形成してな
るプラスチック基複合材料。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維強化プラ
スチック、ガラス繊維強化プラスチックなどのプラスチ
ック基複合材料に関し、とくに耐摩耗性に優れた構造体
などに用いられるプラスチック基複合材料およびその製
造方法に関するものである。
スチック、ガラス繊維強化プラスチックなどのプラスチ
ック基複合材料に関し、とくに耐摩耗性に優れた構造体
などに用いられるプラスチック基複合材料およびその製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】炭素繊維強化プラスチックやガラス繊維
強化プラスチックなどの材料は、金属材料などに比べる
と比重が小さく、高い縦弾性係数をもち、とくに比強度
に優れるという特徴がある。こうした繊維強化プラスチ
ック材料については、従来、エンジニアリング用材料た
とえば、航空機や自動車などの機械部品用材料、釣り竿
などのスポーツ用具用材料などの分野で広く利用されて
いる。とくに、機械強度特性や軽量で小さな慣性モーメ
ント特性を示すという特長から、とくに近年では種々の
産業機械装置におけるロール部材としての用途が期待さ
れている。
強化プラスチックなどの材料は、金属材料などに比べる
と比重が小さく、高い縦弾性係数をもち、とくに比強度
に優れるという特徴がある。こうした繊維強化プラスチ
ック材料については、従来、エンジニアリング用材料た
とえば、航空機や自動車などの機械部品用材料、釣り竿
などのスポーツ用具用材料などの分野で広く利用されて
いる。とくに、機械強度特性や軽量で小さな慣性モーメ
ント特性を示すという特長から、とくに近年では種々の
産業機械装置におけるロール部材としての用途が期待さ
れている。
【０００３】しかし、かかる繊維強化プラスチック材料
は、構造体用強度部材としては優れた特性を示すもの
の、表面特性についてはなお克服すべき課題を多く残し
ているのが実情である。たとえば、その表面は、繊維が
分散しているものの本質的に樹脂 (エポキシ樹脂等) が
主体であることから、耐摩耗性が不十分である。しか
も、基材表面の耐熱性が樹脂自体の耐熱性に支配される
ので使用温度にも制限があった。
は、構造体用強度部材としては優れた特性を示すもの
の、表面特性についてはなお克服すべき課題を多く残し
ているのが実情である。たとえば、その表面は、繊維が
分散しているものの本質的に樹脂 (エポキシ樹脂等) が
主体であることから、耐摩耗性が不十分である。しか
も、基材表面の耐熱性が樹脂自体の耐熱性に支配される
ので使用温度にも制限があった。
【０００４】これに対し、従来、強化プラスチック材料
の上述した問題点を克服するために、その表面に、溶射
法によってアルミナ，アルミナ／チタニアなどの酸化物
セラミックスを被覆したり、めっき法によって、金属Ni
やNi−Ｐのめっき被膜などで被覆する方法が提案されて
いる。しかし、前者は、基材に対する接着力が不足し、
一方後者は、硬さ特性に起因する耐摩耗性の不足が顕著
であり、それぞれに克服すべき課題となっている。もち
ろん、たとえば接着力の不足については、中間層を設け
て基材と溶射皮膜との接着力を高める提案 (特開平２−
２６８７５号公報) はあるが、内挿繊維と溶射皮膜との
接合を図ることについてまでは検討していない。また、
後者の耐摩耗性を向上させる提案としてはたとえば、繊
維強化プラスチック製ロール素管の表面に無電解めっき
層を形成する方法 (特開平４−９６４２６号公報) 、繊
維強化プラスチック製ロール素管の表面にふっ素樹脂微
粒子を含有した複合めっき層を被覆する方法 (特開平４
−２９２６３４号公報) を開示しているが、なお不充分
な領域に止まっているのが実情である。
の上述した問題点を克服するために、その表面に、溶射
法によってアルミナ，アルミナ／チタニアなどの酸化物
セラミックスを被覆したり、めっき法によって、金属Ni
やNi−Ｐのめっき被膜などで被覆する方法が提案されて
いる。しかし、前者は、基材に対する接着力が不足し、
一方後者は、硬さ特性に起因する耐摩耗性の不足が顕著
であり、それぞれに克服すべき課題となっている。もち
ろん、たとえば接着力の不足については、中間層を設け
て基材と溶射皮膜との接着力を高める提案 (特開平２−
２６８７５号公報) はあるが、内挿繊維と溶射皮膜との
接合を図ることについてまでは検討していない。また、
後者の耐摩耗性を向上させる提案としてはたとえば、繊
維強化プラスチック製ロール素管の表面に無電解めっき
層を形成する方法 (特開平４−９６４２６号公報) 、繊
維強化プラスチック製ロール素管の表面にふっ素樹脂微
粒子を含有した複合めっき層を被覆する方法 (特開平４
−２９２６３４号公報) を開示しているが、なお不充分
な領域に止まっているのが実情である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来の繊維強
化プラスチック基材は、これを金属板や金属箔、紙、プ
ラスチックフィルムなどの製造設備における搬送、案内
などを司るロール部材に適用した場合、形状精度の低下
あるいは表面への異種材の付着などが発生しやすく、繊
維強化プラスチック基材本来の特性および寿命を発揮す
ることができないという問題があった。
化プラスチック基材は、これを金属板や金属箔、紙、プ
ラスチックフィルムなどの製造設備における搬送、案内
などを司るロール部材に適用した場合、形状精度の低下
あるいは表面への異種材の付着などが発生しやすく、繊
維強化プラスチック基材本来の特性および寿命を発揮す
ることができないという問題があった。
【０００６】また、かかる繊維強化プラスチック基材の
表面にアルミナ、アルミナ／チタニアのセラミックス溶
射皮膜や金属Ni， Ni −Ｐのめっき被膜などを被覆した
材料についても、接着力の不足や耐摩耗性の不足が目立
ち、繊維強化プラスチック基材としての本来の特性を発
揮できていないのが実情である。
表面にアルミナ、アルミナ／チタニアのセラミックス溶
射皮膜や金属Ni， Ni −Ｐのめっき被膜などを被覆した
材料についても、接着力の不足や耐摩耗性の不足が目立
ち、繊維強化プラスチック基材としての本来の特性を発
揮できていないのが実情である。
【０００７】そこで本発明は、従来技術が抱えている上
述したような問題点を解決するためになされたものであ
って、耐摩耗性あるいは耐熱性などの表面特性に優れた
炭素繊維やガラス繊維で強化されたプラスチック基複合
材料を提供することを目的とする。本発明の他の目的
は、繊維強化プラスチック基材の表面に耐摩耗性，耐熱
性および密着性に優れた皮膜を有利に被覆形成する方法
を提案するところにある。
述したような問題点を解決するためになされたものであ
って、耐摩耗性あるいは耐熱性などの表面特性に優れた
炭素繊維やガラス繊維で強化されたプラスチック基複合
材料を提供することを目的とする。本発明の他の目的
は、繊維強化プラスチック基材の表面に耐摩耗性，耐熱
性および密着性に優れた皮膜を有利に被覆形成する方法
を提案するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上掲の目的の実現に向け
て検討した結果、発明者らは、下記の要旨構成にかかる
プラスチック基複合材料およびその製造方法が有効な課
題解決手段となることを知見し、本発明を開発するに到
った。即ち、本発明は、繊維強化プラスチック基材の表
面に、その基材構成成分である樹脂と同種の樹脂および
セラミックス粒子の混合物からなる中間層を介し、トッ
プコートとして、炭化物サーメットからなる溶射被覆層
を形成してなる耐摩耗性等の表面特性に優れるプラスチ
ック基複合材料である。
て検討した結果、発明者らは、下記の要旨構成にかかる
プラスチック基複合材料およびその製造方法が有効な課
題解決手段となることを知見し、本発明を開発するに到
った。即ち、本発明は、繊維強化プラスチック基材の表
面に、その基材構成成分である樹脂と同種の樹脂および
セラミックス粒子の混合物からなる中間層を介し、トッ
プコートとして、炭化物サーメットからなる溶射被覆層
を形成してなる耐摩耗性等の表面特性に優れるプラスチ
ック基複合材料である。
【０００９】本発明において、上記中間層におけるセラ
ミックスが、Al２O３，ZrO２，Y２O ３，SiO２，TiO２，
MgＯおよびCr２O３から選ばれる１種以上の酸化物、も
しくはWC，Cr３C２，TiＣおよびNbＣから選ばれる炭化
物であることが好ましく、そして、トップコートは、W
C，Cr３C２，TiＣおよびNbＣから選ばれるいずれか１種
以上の炭化物セラミックスと、Ni，Cr，CoおよびＣの群
から選ばれる１種以上の成分および不可避的不純物成分
で構成される炭化物サーメットからなるものであって、
そして、そのトップコートは、表面の平均あらさＲａが
0.05〜８μｍ程度であり、硬さＨｖが 800〜1300程度を
示す特性を有することが好ましい。
ミックスが、Al２O３，ZrO２，Y２O ３，SiO２，TiO２，
MgＯおよびCr２O３から選ばれる１種以上の酸化物、も
しくはWC，Cr３C２，TiＣおよびNbＣから選ばれる炭化
物であることが好ましく、そして、トップコートは、W
C，Cr３C２，TiＣおよびNbＣから選ばれるいずれか１種
以上の炭化物セラミックスと、Ni，Cr，CoおよびＣの群
から選ばれる１種以上の成分および不可避的不純物成分
で構成される炭化物サーメットからなるものであって、
そして、そのトップコートは、表面の平均あらさＲａが
0.05〜８μｍ程度であり、硬さＨｖが 800〜1300程度を
示す特性を有することが好ましい。
【００１０】また、本発明では、繊維強化プラスチック
基材の表面に、その基材構成成分である樹脂と同種の樹
脂とセラミックス粒子との混合物を、粉体吹き付け法に
よって被覆して中間層を形成し、次いでその中間層の上
に、炭化物サーメット粒子を溶射してトップコートを被
覆形成することを特徴とするプラスチック基複合材料の
製造方法を提案する。
基材の表面に、その基材構成成分である樹脂と同種の樹
脂とセラミックス粒子との混合物を、粉体吹き付け法に
よって被覆して中間層を形成し、次いでその中間層の上
に、炭化物サーメット粒子を溶射してトップコートを被
覆形成することを特徴とするプラスチック基複合材料の
製造方法を提案する。
【００１１】本発明にかかる上記製造方法において、中
間層で用いるセラミックス粒子が、Al２O３，ZrO２，Y
２O３，SiO２，TiO２，MgＯおよびCr２O３から選ばれる
１種以上の酸化物もしくはWC，Cr３C２，TiＣおよびNb
Ｃから選ばれる１種以上の炭化物であること、および中
間層形成手段として、圧縮空気によるスラリー吹き付け
法を適用し、必要に応じてさらに大気下で70〜120 ℃に
て焼成し、一方、トップコート形成手段としては、プラ
ズマ炎、ガス燃焼炎を用いた溶射法を適用することが好
ましい。なお、そのトップコートは、WC，Cr３C２，Ti
ＣおよびNbＣから選ばれるいずれか１種以上の炭化物セ
ラミックスと、Ni，Cr，CoおよびＣの群から選ばれる１
種以上の成分および不可避の不純物成分で構成される炭
化物サーメットを溶射することによって形成することが
好ましい。
間層で用いるセラミックス粒子が、Al２O３，ZrO２，Y
２O３，SiO２，TiO２，MgＯおよびCr２O３から選ばれる
１種以上の酸化物もしくはWC，Cr３C２，TiＣおよびNb
Ｃから選ばれる１種以上の炭化物であること、および中
間層形成手段として、圧縮空気によるスラリー吹き付け
法を適用し、必要に応じてさらに大気下で70〜120 ℃に
て焼成し、一方、トップコート形成手段としては、プラ
ズマ炎、ガス燃焼炎を用いた溶射法を適用することが好
ましい。なお、そのトップコートは、WC，Cr３C２，Ti
ＣおよびNbＣから選ばれるいずれか１種以上の炭化物セ
ラミックスと、Ni，Cr，CoおよびＣの群から選ばれる１
種以上の成分および不可避の不純物成分で構成される炭
化物サーメットを溶射することによって形成することが
好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明にかかるプラスチック基複
合材料は、炭素繊維強化プラスチック等を基材とし、そ
の基材に下記の耐摩耗性等の表面特性に優れた皮膜を形
成してなるものであって、金属板，金属箔，紙，樹脂フ
ィルム製造用の各種ロール部材などとして用いられるも
のである。繊維強化プラスチック基材の望ましい条件と
しては、寸法精度の経年変化が小さいこと (特に母線
真直度に優れること) 、耐摩耗性に優れること、基
材(ロール) 表面に残滓が付着し難く剥離性が良好なこ
と、表面が非吸着性であること、などが挙げられる。
合材料は、炭素繊維強化プラスチック等を基材とし、そ
の基材に下記の耐摩耗性等の表面特性に優れた皮膜を形
成してなるものであって、金属板，金属箔，紙，樹脂フ
ィルム製造用の各種ロール部材などとして用いられるも
のである。繊維強化プラスチック基材の望ましい条件と
しては、寸法精度の経年変化が小さいこと (特に母線
真直度に優れること) 、耐摩耗性に優れること、基
材(ロール) 表面に残滓が付着し難く剥離性が良好なこ
と、表面が非吸着性であること、などが挙げられる。
【００１３】これらの要求に応えられる繊維強化プラス
チック基材として、本発明では、用途や要求性能に応じ
た強化プラスチック用樹脂と補強材とを適宜に選択使用
することができる。例えば、補強材としては、ガラス繊
維やカーボン繊維が重要であるが、そのほか、ウィス
カ，アスベスト，マイカなどの無機材料やアラミト繊
維、綿，麻，レーヨン，ビニロン，テトロン（登録商
標），アクリルなどの各種の繊維も用いられる。これら
に対し、マトリックスとなる合成樹脂としては、ポリエ
ステル樹脂をはじめ、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、
フラン樹脂などの熱硬化性樹脂が主に用いられる。一
方、ポリプロピレン，ポリアミド，ポリカーボネート，
ポリエチレンテレフタレート (ＰＥＴ）などの熱可塑性
樹脂も用いられるが、これらは主としてエンジニアリン
グ用としての性能を高めるために、ガラス短繊維で強化
されることが多い。なお、これらはプリプレグ法または
ワインディング法によって所定の形に成形され、基材と
される。
チック基材として、本発明では、用途や要求性能に応じ
た強化プラスチック用樹脂と補強材とを適宜に選択使用
することができる。例えば、補強材としては、ガラス繊
維やカーボン繊維が重要であるが、そのほか、ウィス
カ，アスベスト，マイカなどの無機材料やアラミト繊
維、綿，麻，レーヨン，ビニロン，テトロン（登録商
標），アクリルなどの各種の繊維も用いられる。これら
に対し、マトリックスとなる合成樹脂としては、ポリエ
ステル樹脂をはじめ、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、
フラン樹脂などの熱硬化性樹脂が主に用いられる。一
方、ポリプロピレン，ポリアミド，ポリカーボネート，
ポリエチレンテレフタレート (ＰＥＴ）などの熱可塑性
樹脂も用いられるが、これらは主としてエンジニアリン
グ用としての性能を高めるために、ガラス短繊維で強化
されることが多い。なお、これらはプリプレグ法または
ワインディング法によって所定の形に成形され、基材と
される。
【００１４】かかる繊維強化プラスチック基材は、後述
する中間層の形成に先立ち、アルミナ粒などの研削材で
軽く研削し、粗面化することが好ましい。しかし、炭素
繊維強化プラスチックやガラス繊維強化プラスチックな
どの基材は、あまり強い粗面化を施すと、基材自体の表
面形状が損なわれることが多いので、軽いブラスト処理
を施すことが肝要である。
する中間層の形成に先立ち、アルミナ粒などの研削材で
軽く研削し、粗面化することが好ましい。しかし、炭素
繊維強化プラスチックやガラス繊維強化プラスチックな
どの基材は、あまり強い粗面化を施すと、基材自体の表
面形状が損なわれることが多いので、軽いブラスト処理
を施すことが肝要である。
【００１５】次に、上記繊維強化プラスチック基材上に
は、中間層を形成する。この中間層の役割は、主として
基材上に形成すべき所望の被覆層 (トップコート) の良
好な密着性を確保するために、その繋ぎ、即ち接着剤と
しての作用を担うことにあり、基本的には基材とトップ
コートの両方に相性の良いものが選ばれる。この意味に
おいて、この中間層は、プラスチック基材の樹脂成分と
同種 (全く同じでなくともよい) の樹脂と、酸化物ある
いは炭化物の微細セラミックス粒子との混合物を、0.02
〜0.3 mm程度の厚さに被覆形成する。例えば、かかる中
間層として、ガラス繊維強化エポキシ樹脂基材の表面
に、熱可塑性エポキシ樹脂とAl２O３やSiO２等の酸化物
粒子 (５〜50μｍ) の混合物を被覆した場合、その混合
物の層からなる中間層はその後、焼成 (キュアリング)
すると、基材のエポキシ樹脂成分と中間層中のエポキシ
樹脂とが互いに融合して強固に接着することが明らかで
ある。
は、中間層を形成する。この中間層の役割は、主として
基材上に形成すべき所望の被覆層 (トップコート) の良
好な密着性を確保するために、その繋ぎ、即ち接着剤と
しての作用を担うことにあり、基本的には基材とトップ
コートの両方に相性の良いものが選ばれる。この意味に
おいて、この中間層は、プラスチック基材の樹脂成分と
同種 (全く同じでなくともよい) の樹脂と、酸化物ある
いは炭化物の微細セラミックス粒子との混合物を、0.02
〜0.3 mm程度の厚さに被覆形成する。例えば、かかる中
間層として、ガラス繊維強化エポキシ樹脂基材の表面
に、熱可塑性エポキシ樹脂とAl２O３やSiO２等の酸化物
粒子 (５〜50μｍ) の混合物を被覆した場合、その混合
物の層からなる中間層はその後、焼成 (キュアリング)
すると、基材のエポキシ樹脂成分と中間層中のエポキシ
樹脂とが互いに融合して強固に接着することが明らかで
ある。
【００１６】しかも、このような中間層は、後工程にお
いてこの層の表面に対してさらに最外層 (トップコー
ト) が被覆されるとき、該中間層の一部を構成するエポ
キシ樹脂自体は、トップコート施工用溶射噴流の熱 (粒
子衝突熱を含む) によって一部が軟化し、このとき該中
間層中にトップコート成分の炭化物サーメットの溶射粒
子が入り込んで固形化する。こうした機構により、炭化
物セラミックスあるいは炭化物サーメット等の粒子が該
中間層中に食い込んだ構造となり、その結果としてトッ
プコート溶射皮膜とその下層の中間層との強固な接合状
態が発現するのである。図１は、こうした積層被覆構造
を説明する模式図、図２は、本発明にかかるプラスチッ
ク基複合材料断面の光学顕微鏡写真である。
いてこの層の表面に対してさらに最外層 (トップコー
ト) が被覆されるとき、該中間層の一部を構成するエポ
キシ樹脂自体は、トップコート施工用溶射噴流の熱 (粒
子衝突熱を含む) によって一部が軟化し、このとき該中
間層中にトップコート成分の炭化物サーメットの溶射粒
子が入り込んで固形化する。こうした機構により、炭化
物セラミックスあるいは炭化物サーメット等の粒子が該
中間層中に食い込んだ構造となり、その結果としてトッ
プコート溶射皮膜とその下層の中間層との強固な接合状
態が発現するのである。図１は、こうした積層被覆構造
を説明する模式図、図２は、本発明にかかるプラスチッ
ク基複合材料断面の光学顕微鏡写真である。
【００１７】上記中間層における樹脂成分とセラミック
ス粒子との混合割合は、樹脂：セラミックス粒子＝70〜
150 ：20〜60、好ましくは90〜120 ：30〜40程度とす
る。このような配合割合とした理由は、上記混合割合で
形成した中間層の断面組織を観察した結果、生地中の粒
子の分散形態が比較的均一になると認められたからであ
る。なお、両者の配合構成については、基材側に樹脂成
分を多くする一方、トップコート側にセラミック粒子を
多くする傾斜配合にしてもよいし、段階的に変わる配合
としてもよい。
ス粒子との混合割合は、樹脂：セラミックス粒子＝70〜
150 ：20〜60、好ましくは90〜120 ：30〜40程度とす
る。このような配合割合とした理由は、上記混合割合で
形成した中間層の断面組織を観察した結果、生地中の粒
子の分散形態が比較的均一になると認められたからであ
る。なお、両者の配合構成については、基材側に樹脂成
分を多くする一方、トップコート側にセラミック粒子を
多くする傾斜配合にしてもよいし、段階的に変わる配合
としてもよい。
【００１８】上記中間層の施工後は、その中間層を、大
気下において70〜120 ℃の温度で１時間程度焼成する。
ここで、中間層を焼成する理由は、エポキシ樹脂などか
らなる樹脂の強度を高めるために行う。
気下において70〜120 ℃の温度で１時間程度焼成する。
ここで、中間層を焼成する理由は、エポキシ樹脂などか
らなる樹脂の強度を高めるために行う。
【００１９】基材表面に中間層を被覆形成する方法とし
ては、圧縮空気を用いたスラリー吹付け方法が有効であ
り、この方法により0.02〜0.3 mm、好ましくは0.05〜0.
15mmの厚さに施す。このような厚さにする理由は、0.02
mmよりも薄いと中間層の連続性を維持することができな
いし、一方、0.3 mmよりも厚いと中間層の剪断強度が低
下するからである。
ては、圧縮空気を用いたスラリー吹付け方法が有効であ
り、この方法により0.02〜0.3 mm、好ましくは0.05〜0.
15mmの厚さに施す。このような厚さにする理由は、0.02
mmよりも薄いと中間層の連続性を維持することができな
いし、一方、0.3 mmよりも厚いと中間層の剪断強度が低
下するからである。
【００２０】次に、本発明においては、強化プラスチッ
ク基材に所望の表面特性、とくに耐摩耗性，耐熱性等を
付与するために、上記中間層の上にさらに、炭化物サー
メットの粉末を溶射してトップコートを施工する。たと
えば、WC，Cr３C２，TiＣおよびNbＣのうちから選ばれ
た１種以上の炭化物セラミックスとCo，Ni，Cr，Mo等の
金属，合金との混合物からなる炭化物サーメットを溶射
する。これらの溶射皮膜は、硬度 (Ｈｖ：800 〜1300)
が高く、耐摩耗性表面として効果がある。なお、これら
炭化物サーメットは、粒径10〜120 μｍのものをプラズ
マ炎、ガス燃焼炎を用いた溶射法により、大体0.05〜0.
7 mm厚、好ましくは 0.1〜0.5 mm厚に施工する。
ク基材に所望の表面特性、とくに耐摩耗性，耐熱性等を
付与するために、上記中間層の上にさらに、炭化物サー
メットの粉末を溶射してトップコートを施工する。たと
えば、WC，Cr３C２，TiＣおよびNbＣのうちから選ばれ
た１種以上の炭化物セラミックスとCo，Ni，Cr，Mo等の
金属，合金との混合物からなる炭化物サーメットを溶射
する。これらの溶射皮膜は、硬度 (Ｈｖ：800 〜1300)
が高く、耐摩耗性表面として効果がある。なお、これら
炭化物サーメットは、粒径10〜120 μｍのものをプラズ
マ炎、ガス燃焼炎を用いた溶射法により、大体0.05〜0.
7 mm厚、好ましくは 0.1〜0.5 mm厚に施工する。
【００２１】本発明において、中間層の上に被覆形成し
たトップコートは、平均表面粗さRaを0.05〜８μｍにす
る。その理由はつぎの通りである。繊維強化プラスチッ
ク基材を種々の用途、例えば工業材料の搬送，案内媒体
の分野で使用するときには、摩擦特性の付与，ロール体
としての母線真直度，さらには表面封孔処理剤などの表
面処理剤の担持部形成などのため、表面を種々のあらさ
にする必要が生じる。そして、本発明の場合、最外層の
炭化物サーメット皮膜がそれらの機能を担うものであ
る。例えば、面の平滑性からすると、工業的に経済的な
研削ラップ量による形成あらさRaの下限は0.05μｍが好
ましい。一方、８μｍを越えると、皮膜固有のうねりが
大きくなって、例えばロール体母線の真直度が低下する
ので、0.05〜８μｍとした。
たトップコートは、平均表面粗さRaを0.05〜８μｍにす
る。その理由はつぎの通りである。繊維強化プラスチッ
ク基材を種々の用途、例えば工業材料の搬送，案内媒体
の分野で使用するときには、摩擦特性の付与，ロール体
としての母線真直度，さらには表面封孔処理剤などの表
面処理剤の担持部形成などのため、表面を種々のあらさ
にする必要が生じる。そして、本発明の場合、最外層の
炭化物サーメット皮膜がそれらの機能を担うものであ
る。例えば、面の平滑性からすると、工業的に経済的な
研削ラップ量による形成あらさRaの下限は0.05μｍが好
ましい。一方、８μｍを越えると、皮膜固有のうねりが
大きくなって、例えばロール体母線の真直度が低下する
ので、0.05〜８μｍとした。
【００２２】
【実施例】実施例１ この実施例は、炭素繊維強化プラスチック基材の耐摩耗
性について行った試験の結果を報告するものである。供
試した基材は、50mm×100 mm、厚さ７mmの角材である。
まず、上記基材はその平面度を修正するために、予め平
面研削盤を用いて研削した。そして、中間層の施工に先
立つ前処理として、被覆する面を粗面化処理した。この
粗面化処理は、通常の金属基材に対するものにくらべ軽
度とした。即ち、白色アルミナ質人造研削材ＷＡ＃60を
用い、駆動空気圧を0.2 〜0.3 MPa 、ブラスト距離を50
0 〜600 mmの条件で行った。このときの基材表面粗さ
は、平均粗さRa：２μｍであった。その後、被覆対象面
にエポキシ樹脂70wt％とSiO２粒子(30μｍ) 30wt％の混
合物を、圧縮空気駆動ガンで、厚さ：0.03〜0.05mmとな
るように吹き付け、中間層とした。次に、中間層の施工
を完了した基材を電気炉内に装入し、大気下で80℃、１
時間の焼成を行った。その後、最外層 (トップコート)
として、高速ガス炎溶射装置を用いて、WC−12wt％Co，
WC−20wt％Cr３C２-７Ni，WC−10wt％Co-4wt％Cr，Cr３
C２-25wt％NiCr，Cr３C２-20wt％NiCr，WC・TiＣ−17wt
％Niの各溶射材料を、0.15〜0.25mm厚さに溶射して被覆
した。そして、その被覆処理の後、人造ダイヤモンド砥
石を用いて平面研削を行い、さらにラップ研磨仕上げし
て、皮膜厚さ0.10±0.05mm、平均粗さRa≦0.1 μｍに仕
上げた。このようにして製造した複合材料 (炭素繊維強
化プラスチックス／中間層／溶射皮膜複合体) を、図３
に示す方法で、耐アグレッシブ摩耗性を測定した (摩擦
輪：50mmφ×12mmW ，荷重：31.85N) 。
性について行った試験の結果を報告するものである。供
試した基材は、50mm×100 mm、厚さ７mmの角材である。
まず、上記基材はその平面度を修正するために、予め平
面研削盤を用いて研削した。そして、中間層の施工に先
立つ前処理として、被覆する面を粗面化処理した。この
粗面化処理は、通常の金属基材に対するものにくらべ軽
度とした。即ち、白色アルミナ質人造研削材ＷＡ＃60を
用い、駆動空気圧を0.2 〜0.3 MPa 、ブラスト距離を50
0 〜600 mmの条件で行った。このときの基材表面粗さ
は、平均粗さRa：２μｍであった。その後、被覆対象面
にエポキシ樹脂70wt％とSiO２粒子(30μｍ) 30wt％の混
合物を、圧縮空気駆動ガンで、厚さ：0.03〜0.05mmとな
るように吹き付け、中間層とした。次に、中間層の施工
を完了した基材を電気炉内に装入し、大気下で80℃、１
時間の焼成を行った。その後、最外層 (トップコート)
として、高速ガス炎溶射装置を用いて、WC−12wt％Co，
WC−20wt％Cr３C２-７Ni，WC−10wt％Co-4wt％Cr，Cr３
C２-25wt％NiCr，Cr３C２-20wt％NiCr，WC・TiＣ−17wt
％Niの各溶射材料を、0.15〜0.25mm厚さに溶射して被覆
した。そして、その被覆処理の後、人造ダイヤモンド砥
石を用いて平面研削を行い、さらにラップ研磨仕上げし
て、皮膜厚さ0.10±0.05mm、平均粗さRa≦0.1 μｍに仕
上げた。このようにして製造した複合材料 (炭素繊維強
化プラスチックス／中間層／溶射皮膜複合体) を、図３
に示す方法で、耐アグレッシブ摩耗性を測定した (摩擦
輪：50mmφ×12mmW ，荷重：31.85N) 。
【００２３】その結果、表１に示すような1200回擦過後
の試験片質量減 (mg) に関する測定値が得られた。その
結果によると、質量減は僅か２〜１２ｍｇであり、炭素
繊維強化プラスチック基材への耐摩耗性付与の効果が認
められた。これに対して、比較例として、何の表面処理
も施していない炭素繊維強化プラスチック基材について
の表面の耐摩耗性について同様の試験を行ったが、この
材料の場合、摩耗減量は３０ｍｇにも達し、耐摩耗性が
低いという結果を示した。
の試験片質量減 (mg) に関する測定値が得られた。その
結果によると、質量減は僅か２〜１２ｍｇであり、炭素
繊維強化プラスチック基材への耐摩耗性付与の効果が認
められた。これに対して、比較例として、何の表面処理
も施していない炭素繊維強化プラスチック基材について
の表面の耐摩耗性について同様の試験を行ったが、この
材料の場合、摩耗減量は３０ｍｇにも達し、耐摩耗性が
低いという結果を示した。
【００２４】
【表１】
【００２５】実施例２ 炭素繊維強化プラスチック材における本発明による表面
耐摩耗性付与の実施態様を示す。準備した基材の寸法は
50mm角、厚さ５mmである。中間層被覆に先立つ前処理と
して、被覆面の粗面化処理を行った。粗面化は通常の金
属材料に対するものに比べ軽度とした。すなわち、白色
アルミナ質人造研削材ＷＡ＃60を用い、駆動空気圧を
0.2〜0.3 ＭPa、ブラスト距離を 500〜600 mmとした。
このときの基材表面あらさは算術平均あらさRa：２μｍ
であった。続いて、被覆対象面にエポキシ樹脂70wt％と
SiO２粒子 (30μｍ) 30wt％の混合物を圧縮空気駆動ガ
ンで厚さ0.03〜0.05mmに吹き付けて中間層とした。
耐摩耗性付与の実施態様を示す。準備した基材の寸法は
50mm角、厚さ５mmである。中間層被覆に先立つ前処理と
して、被覆面の粗面化処理を行った。粗面化は通常の金
属材料に対するものに比べ軽度とした。すなわち、白色
アルミナ質人造研削材ＷＡ＃60を用い、駆動空気圧を
0.2〜0.3 ＭPa、ブラスト距離を 500〜600 mmとした。
このときの基材表面あらさは算術平均あらさRa：２μｍ
であった。続いて、被覆対象面にエポキシ樹脂70wt％と
SiO２粒子 (30μｍ) 30wt％の混合物を圧縮空気駆動ガ
ンで厚さ0.03〜0.05mmに吹き付けて中間層とした。
【００２６】上記中間層の被覆完了後、基材を電気炉に
挿入し、大気下で50，80，120 ，200 ℃の４温度水準で
いずれも１時間の焼成を行った。また、焼成しない水準
も準備した。その後、最外層 (トップコート) として、
高速ガス炎溶射装置を用いて、ＷＣ−12wt％Coを、0.15
〜0.25mm厚さに溶射して被覆した。そしてその処理の
後、人造ダイヤモンド砥石を用いて平面研削を試みた。
その結果、焼成温度50℃，200℃および焼成しない水準
では、研削中に溶射皮膜が中間層から剥離した。焼成温
度80℃，120 ℃の温度水準では研削が実行でき、さらに
ラップ研磨仕上げして、皮膜厚さ0.10±0.05mm、算術平
均あらさRa≦0.1 μｍに到達できた。このようにして作
製した複合材料 (炭素繊維強化プラスチックス／中間層
／溶射皮膜複合体) を、スガ式アブレッシブ摩耗試験法
によって耐摩耗特性を調査した。その結果、表２に示す
ように、比較例の炭素繊維強化プラスチックス材に比
べ、表面耐摩耗性の明らかな向上が認められた。このほ
か、ＷＣ−10wt％Co−４wt％Cr、Cr３C２−25wt％NiC
r、Cr３C２−20wt％NiCr、ＷＣ／TiＣ−17wt％Niの各溶
射材料でも同様の結果を得ることができた。
挿入し、大気下で50，80，120 ，200 ℃の４温度水準で
いずれも１時間の焼成を行った。また、焼成しない水準
も準備した。その後、最外層 (トップコート) として、
高速ガス炎溶射装置を用いて、ＷＣ−12wt％Coを、0.15
〜0.25mm厚さに溶射して被覆した。そしてその処理の
後、人造ダイヤモンド砥石を用いて平面研削を試みた。
その結果、焼成温度50℃，200℃および焼成しない水準
では、研削中に溶射皮膜が中間層から剥離した。焼成温
度80℃，120 ℃の温度水準では研削が実行でき、さらに
ラップ研磨仕上げして、皮膜厚さ0.10±0.05mm、算術平
均あらさRa≦0.1 μｍに到達できた。このようにして作
製した複合材料 (炭素繊維強化プラスチックス／中間層
／溶射皮膜複合体) を、スガ式アブレッシブ摩耗試験法
によって耐摩耗特性を調査した。その結果、表２に示す
ように、比較例の炭素繊維強化プラスチックス材に比
べ、表面耐摩耗性の明らかな向上が認められた。このほ
か、ＷＣ−10wt％Co−４wt％Cr、Cr３C２−25wt％NiC
r、Cr３C２−20wt％NiCr、ＷＣ／TiＣ−17wt％Niの各溶
射材料でも同様の結果を得ることができた。
【００２７】
【表２】
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、プラス
チック基材の表面に対し、該基材上に予めエポキシ樹脂
などの繊維強化プラスチックと同種成分の樹脂とセラミ
ックス粒子との混合物を被覆形成し、さらにその上に、
炭化物サーメットをトップコートとして溶射被覆したも
のであるから、基材表面の耐摩耗性や耐熱性を著しく向
上させることができると共に、皮膜の密着性にも優れる
ことから、エンジニアリング用材料あるいは構造用材料
として有用な繊維強化プラスチック材料を得ることがで
きる。
チック基材の表面に対し、該基材上に予めエポキシ樹脂
などの繊維強化プラスチックと同種成分の樹脂とセラミ
ックス粒子との混合物を被覆形成し、さらにその上に、
炭化物サーメットをトップコートとして溶射被覆したも
のであるから、基材表面の耐摩耗性や耐熱性を著しく向
上させることができると共に、皮膜の密着性にも優れる
ことから、エンジニアリング用材料あるいは構造用材料
として有用な繊維強化プラスチック材料を得ることがで
きる。
【図１】本発明にかかる皮膜積層接着構造を示す模式図
である。
である。
【図２】本発明にかかる多層溶射皮膜断面の光学顕微鏡
写真である。
写真である。
【図３】耐摩耗性試験機の模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ０８Ｊ 5/04 Ｃ０８Ｊ 5/04 (72)発明者 田中 愛 兵庫県神戸市東灘区深江北町４丁目13番４ 号 トーカロ株式会社内 Ｆターム(参考） 4F006 AA12 AA31 AA33 AA34 AA35 AA36 AA38 AB73 BA02 CA04 DA04 EA04 4F072 AA07 AA08 AB02 AB03 AB04 AB05 AB06 AB08 AB09 AB10 AD04 AD11 AD13 AD23 AD37 AD38 AD41 AD44 AG03 AG16 AL02 AL05 AL09 AL16 4F100 AA37C AB13C AB15C AB16C AD00B AD00H AD03B AD07B AD07C AD11A AK01A AK01B AK53A AK53B BA03 BA10A BA10C BA13 DE01B DE01H DG01A DH02A EH562 EH611 EJ471 GB51 GB87 JK06 JK09 JK12C JK15C YY00C 4J002 BB121 CC031 CD001 CF061 CF211 CG001 CH121 CL001 DE076 DE096 DE136 DE146 DJ016 DM006
Claims (8)
- 【請求項１】 繊維強化プラスチック基材の表面に、そ
の基材構成成分である樹脂と同種の樹脂およびセラミッ
クス粒子の混合物からなる中間層を介し、トップコート
として、炭化物サーメットからなる溶射被覆層を形成し
てなる耐摩耗性等の表面特性に優れるプラスチック基複
合材料。 - 【請求項２】 中間層におけるセラミックスが、Al２O
３，ZrO２，Y２O３，SiO２，TiO２，MgＯおよびCr２O３
から選ばれる１種以上の酸化物、もしくはWC，Cr
３C２，TiＣおよびNbＣから選ばれる炭化物であること
を特徴とする請求項１に記載のプラスチック基複合材
料。 - 【請求項３】 上記トップコートは、WC，Cr３C２，Ti
ＣおよびNbＣから選ばれるいずれか１種以上の炭化物セ
ラミックスと、Ni，Cr，CoおよびＣの群から選ばれる１
種以上の成分および不可避的不純物成分で構成される炭
化物サーメットの溶射層であることを特徴とする請求項
１に記載のプラスチック基複合材料。 - 【請求項４】 上記トップコートは、その表面の平均あ
らさＲａが0.05〜８μｍであり、硬さＨｖが 800〜1300
の特性を有することを特徴とする請求項１または３に記
載のプラスチック基複合材料。 - 【請求項５】 繊維強化プラスチック基材の表面に、そ
の基材構成成分である樹脂と同種の樹脂とセラミックス
粒子との混合物を、粉体吹き付け法によって被覆して中
間層を形成し、次いでその中間層の上に、炭化物サーメ
ット粒子を溶射してトップコートを被覆形成することを
特徴とするプラスチック基複合材料の製造方法。 - 【請求項６】 中間層で用いるセラミックス粒子が、Al
２O３，ZrO２，Y２O ３，SiO２，TiO２，MgＯおよびCr２
O３から選ばれる１種以上の酸化物もしくはWC，Cr
３C２，TiＣおよびNbＣから選ばれる１種以上の炭化物
であることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。 - 【請求項７】 中間層形成手段としては、圧縮空気によ
るスラリー吹き付け法を適用すると共に、必要に応じて
その中間層は大気下で70〜120 ℃で焼成し、一方、トッ
プコート形成手段としては、プラズマ炎、ガス燃焼炎を
用いた溶射法を適用することを特徴とする請求項５また
は６に記載の製造方法。 - 【請求項８】 上記トップコートは、WC，Cr３C２，Ti
ＣおよびNbＣから選ばれるいずれか１種以上の炭化物セ
ラミックスと、Ni，Cr，CoおよびＣの群から選ばれる１
種以上の成分および不可避の不純物成分で構成される炭
化物サーメットを溶射することによって形成することを
特徴とする請求項７に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081634A JP4436957B2 (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 耐摩耗性に優れるプラスチック基複合材料およびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001270015A true JP2001270015A (ja) | 2001-10-02 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2003340512A (ja) * | 2002-05-22 | 2003-12-02 | Nippon Steel Hardfacing Co Ltd | 無駆動ロール |
| JP2006137143A (ja) * | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Tocalo Co Ltd | プラスチック基複合材料およびその製造方法 |
| CN103286516A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-11 | 河海大学 | 一种水力机械过流部件空蚀复合修复覆层及其制备方法 |
| JP2013199666A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Yoshikawa Kogyo Co Ltd | 耐熱用繊維強化プラスチックロール |
| WO2017179545A1 (ja) * | 2016-04-12 | 2017-10-19 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 樹脂成形体とその製造方法、並びにキッチンカウンター、浴室用床パン、便器及び洗面化粧台 |
| JP2018048554A (ja) * | 2017-12-18 | 2018-03-29 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 樹脂成形体とその製造方法、並びにキッチンカウンター、浴室用床パン、便器及び洗面化粧台 |
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| WO2018190420A1 (ja) * | 2017-04-14 | 2018-10-18 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 樹脂成形体とその製造方法、並びにキッチンカウンター、浴室用床パン、便器及び洗面化粧台 |
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| CN115925434A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-04-07 | 湖南金博碳素股份有限公司 | 碳化钨碳化铬复合材料及其制备方法和应用、刀具 |
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-
2000
- 2000-03-23 JP JP2000081634A patent/JP4436957B2/ja not_active Expired - Fee Related
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