JP4057101B2 - 合成樹脂等真空含浸方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は合成樹脂真空含浸方法であって、超音波を作用させることによって多孔質体の各種の特性を向上させる合成樹脂等真空含浸方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、径１μｍ乃至０．１μｍの気孔で気孔率１２乃至２０％の多孔質体に合成樹脂を減圧中で含浸させることは行われていた。またこの合成樹脂の含浸を効果的にするため、真空度を１０-2mmＨｇ以上に高くしたり、合成樹脂の液温度を６０°乃至１００°Ｃ程度の高温にしたり、また逆に合成樹脂を加圧したりしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこれでは微細の多孔質体には合成樹脂が入り難く、含浸時間が長くなったり、高温にするため装置が大型且つ精密になり、またエネルギー量が多くなったりした。
また上記条件をそなえてもセラミック等の多孔質体には合成樹脂が完全に内部まで含浸せず、均一含浸性が劣る結果、素材の物性向上が不足した。
【０００４】
例えば、超微粒子の素材を含む、細密の多孔質体は合成樹脂が入りずらく、そのため従来は合成樹脂の液温度を高温にしたり、又真空減圧を１０-2mmＨｇ以上にしたりする含浸方法がとられていたが、含浸時間が長くかかったり、装置が大型且つ精密であることが要求されたり、又、高温にするためにエネルギー量が多かったりし、経済的にも大変な場合が多い。又、上記条件を備えても、セラミック等の密度の高い多孔質体は合成樹脂が完全に内部まで含浸せず、均一含浸性が劣る結果、素材の物質向上には不足していた。
【０００５】
一方、木材等の材料には合成樹脂、特にエポキシ樹脂、フェノール、アクリル樹脂、尿素樹脂等を含浸し、含浸した材料を焼成して、カーボンの均一性の多孔質体カーボンセラミックスとする焼成形ウッドセラミックス（特開平４─１６４，８０６号参照）が提案されているが、これらの含浸目的は木材の物性向上を目的とする為のものではなく、あくまでウッドセラミックスの製品化を目的とするもので、含浸する樹脂は低粘度で耐熱性は必要とせず、又、樹脂自体が被含浸体に存在することを必要としないものである。
【０００６】
他方、セラミックやカーボン板や電磁コイル等の含浸には真空中で合成樹脂等を温度をかけて含浸する方法が一般的に行われており、合成樹脂が低粘度液状体ならば問題なく含浸するが、高粘度の合成樹脂で真空中にてガスの発生の少ない合成樹脂を含浸する場合には均一に含浸せず、かつ、含浸した後の製品が、高真空下にて使用される場合は、合成樹脂より発生するガス等により使用できない場合が多い。
【０００７】
また、従来の含浸方法は、加圧含浸か減圧含浸かが主体であり、この方法は電磁コイルやセラミック、カーボン成形体その他の多孔質を一定の温度下におき、減圧又は加圧中にて合成樹脂等を含浸させる方法であるが、この方法では多孔質でも密度の低い物質には含浸が可能であるが、細密微小気孔体については内部まで均一に含浸することは不可能であり、高真空にすれば含浸は可能であるが、含浸する合成樹脂が揮発してしまうため実用的には不可能である。
【０００８】
そこで、本発明は細密微小気孔自身の機械的強度の向上、加工性の向上、耐摩耗性の向上、気孔の封密性等の複合的機能の向上を目的とする合成樹脂等真空含浸方法を提案するものである。
本発明者は、以上のような問題を解決するため誠意研究した結果、一定条件下にて、被含浸体を超音波をかけながら含浸することにより均一の含浸体の成形ができることを発見した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は多孔質体１を１０-1乃至１０-6mmＨｇ好ましくは１０-1乃至１０-5mmＨｇの真空雰囲気中で空気を抜いて合成樹脂２内に浸漬し、この多孔質体１に周波数１０ｋＨｚ乃至３００ｋＨｚ好ましくは２０ｋＨｚ乃至１００ｋＨｚ，出力１０ｗ乃至１００Ｋｗ好ましくは３０ｗ乃至３０Ｋｗの超音波を作用させつつ多孔質体１に合成樹脂２を含浸させることを特徴とする合成樹脂等真空含浸方法である。
また、上記多孔質体１と合成樹脂２は０°乃至３００°Ｃの範囲で予熱しておくことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
含浸させる合成樹脂２は超音波で振動するため、多孔質体１に対して細部迄合成樹脂２が入り込む。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１示のように多孔質体１を真空機械１０内に入れて１０-1乃至１０-6mmＨｇ好ましくは１０-1乃至１０-5mmＨｇの真空雰囲気中で空気を抜く。なお図中１１は真空ポンプ、１２はヒーターである。
次に多孔質体１を合成樹脂２の容器１３内に浸漬し、この多孔質体１に超音波発生装置１４からの周波数１０ｋＨｚ乃至３００ｋＨｚ好ましくは２０ｋＨｚ乃至１００ｋＨｚ，出力１０ｗ乃至１００Ｋｗ好ましくは３０ｗ乃至３０Ｋｗの超音波を作用させつつ多孔質体１に合成樹脂２を含浸させる。
【００１２】
上記多孔質体１としては径１μｍ乃至０．１μｍの細密微小気孔が気孔率１２乃至２０％と高密度にある多孔質体で、セラミック、カーボン成形品、天然石、コンクリート、焼結金属、合金、繊維集合体、人工骨、合板、アルミダイキャスト、鋳物、石膏ボード、無機質の焼き物等である。
【００１３】
上記合成樹脂２としては、具体的にはエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、カプロラクタム樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂等の熱硬化性樹脂の単体又は複合体、さらに、ナイロン、ビニロン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニール、熱可塑性アクリル樹脂、アルキミド樹脂等の熱可塑性樹脂の単体又は複合体、さらには、水ガラスやシリカ水溶液、シラン素オリゴマーやポリシロキサン化合物等まで含浸作用が出来る形状の物質等で、含浸しずらい物質をも含む。
【００１４】
本発明はかかる方法よりなるものであるから、含浸させる合成樹脂２は超音波で振動するため、減圧中で効率よく含浸し、多孔質体１に対して細部迄合成樹脂２が入り込む。図２は多孔質体１がセラミックの場合の含浸体の断面図を本発明と従来とで比較して示す。図２イ示のように本発明においては合成樹脂２は多孔質体１に対して完全且つ均一に入り込み、図２ロ示の従来のように多孔質体１に含浸されてない部分１５が発生することがない。
上記の方法でセラミック、陶器、カーボン成形体、コンクリート、焼結金属、合金等の細密微少気孔の多孔質体１に均一にかつ内部まで合成樹脂を含浸できることが判明した。
【００１５】
【実施例】
以下比較例１，２，３とそれに対応する本発明の実施例１，２，３を説明する。
（比較例１）
セラミック １００×１００×１０mmとポリイミド樹脂を８０℃雰囲気中で温めた後、真空炉の中にポリイミド樹脂を容器に入れセラミックをその中に入れ、真空炉を６０℃に保ち、１０-4mmＨｇまで減圧を４０分かけた。
（比較例２）
焼結金属 ５０×５０×５０mmとエポキシ樹脂を１０５℃雰囲気中で温めた後、真空炉の中にエポキシ樹脂を容器に入れセラミックをその中に入れ真空炉を９５℃に保ち１０-4mmＨｇまで減圧を１５分かけた。
（比較例３）
セラミック ８０×８０×１０mmとフェノール樹脂を１００℃雰囲気中で温めた後、真空炉の中にフェノール樹脂を容器に入れセラミックをその中に入れ、真空炉を１００℃に保ち、１０-5mmＨｇまで減圧を４０分かけた。
【００１６】
（実施例１）
セラミック １００×１００×１０mmとポリイミド樹脂を６５℃雰囲気中で温めた後、真空炉の中にポリイミド樹脂を容器に入れセラミックをその中に入れ、真空炉を４０℃に保ち、１０-3mmＨｇまで減圧をしながら超音波を１５分かけた。
（実施例２）
焼結金属 ５０×５０×５０mmとエポキシ樹脂を７０℃雰囲気中で温めた後、真空炉の中にエポキシ樹脂を容器に入れセラミックをその中に入れ真空炉を６５℃に保ち１０-3mmＨｇまで減圧をしながら超音波を１５分かけた。
（実施例３）
セラミック ８０×８０×１０mmとフェノール樹脂を８０℃雰囲気中で温めた後、真空炉の中にフェノール樹脂を容器に入れセラミックをその中に入れ、真空炉を７５℃に保ち、１０-3mmＨｇまで減圧をしながら超音波を１５分かけた。
【００１７】
以上の結果を表に示すと下表１の通りである。
【表１】
【００１８】
以上のように比較例１，２，３は超音波はかけず、実施例１，２，３は超音波をかけた。
比較例１，２，３で得た多孔質体１すなわち被含浸体の含浸率を調べたところ、実施例１，２のセラミック、焼結金属の含浸率は温度，圧力が低いにも拘らず、比較例１，２のセラミック、焼結金属のそれよりアップしている。また、含浸時間も短縮している。
また、比較例３，実施例３とでは、比較例３の合成樹脂は真空率が高い為、ガス化してしまい含浸不可能だったが、実施例３ではうまくいった。
さらに、減圧中にて超音波をかけることにより含浸体が効率よく含浸し短時間で細部まで含浸できることが判明した。
また合成樹脂等は低温より高温の方が低粘度のため、０℃〜３００℃，出来れば５０℃〜１８０℃前後の温度下で含浸することがさらに含浸向上につながることが判明した。
本発明は超音波と減圧化、雰囲気温度の組合せにより、より高付加材料、低コスト、短時間で、セラミック，天然石，石膏，カーボン成形体等の細密微少気孔体に合成樹脂等、簡単に含浸することによってこれらの細密微少気孔体の加工性、機械的強度、気密性等が加わった高機能性材料体を作ることが出来た。
【００１９】
以上の表から明らかなように、本発明は減圧、温度、超音波をかけることにより従来の含浸より効率よく含浸し、含浸率が向上することがわかった。又、含浸時間が短縮し、温度が低くて含浸できる。又、合成性樹脂などの高分子はあまり真空率を上げて行くと分解してしまうが、本発明の方法だと真空率を下げられるため有効である。
【００２０】
又、この本発明方法で作った素材は、より均一に細部にわたり含浸されている為に、気密性に富んだり、機械加工がし易く、例えばセラミックの穴加工が２．０φから０．２φに可能だったり、落下による衝撃がたとえば高さ１ｍで割れたものが割れなかったりする。このようなことから切削コストの低減、割れ、欠け等の製品の不良削減、摩擦低減など本発明の工業的価値は大きい。
【００２１】
以上説明したように、本発明は多孔質体１、その中でも細密微少気孔体等に効率よく合成樹脂２を含浸させるため、上記のような合成樹脂が含浸しずらい物質でも、ある一定の雰囲気温度中で減圧中で超音波をかけることにより均一に含浸を施され、それにより含浸された多孔質体などの機械的強度向上、機械的加工性向上等が得られる。
【００２２】
（比較例４）
ワラストナイト５０×５０×１０mmとポリイミド樹脂を１１０℃雰囲気中で暖めた後、ワラストナイトを真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら４０分間減圧を行った。
（比較例５）
窒化アルミニウム８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を８０℃雰囲気中で暖めた後、窒化アルミニウムを真空炉の中の容器に入れ、１０-5mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ち４０分間減圧を行った。
（比較例６）
フェライト外径３０φ内径２０φ厚さ５mmとポリイミド樹脂を１２０℃雰囲気中で暖めた後、フェライトを真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ち４０分間減圧を行った。
【００２３】
（実施例４）
ワラストナイト５０×５０×１０mmとポリイミド樹脂を１００℃雰囲気中で暖めた後、ワラストナイトを真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
（実施例５）
窒化アルミニウム８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を８０℃雰囲気中で暖めた後、窒化アルミニウムを真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
（実施例６）
フェライト外径３０φ内径２０φ厚さ５mmとポリイミド樹脂を１１０℃雰囲気中で暖めた後、フェライトを真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
【００２４】
以上の結果を表に示すと下表２の通りである。
【表２】
【００２５】
比較例４，５，６は超音波をかけず、実施例４，５，６は超音波６０kHz をかけた。比較例４，５，６の含浸率より実施例４，５，６の超音波６０kHz をかけたほうが含浸率が上がっている。また、比較例４，５，６と実施例４，５，６とを比べると、超音波をかけたほうが予熱を低めにでき、なおかつ減圧を低く出来た。
【００２６】
（比較例７）
カーボン成形体１２０×１２０×５mmとポリイミド樹脂を９５℃雰囲気中で暖めた後、カーボン成形体を真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら４０分間減圧を行った。
（比較例８）
Ｃ．Ｃコンポジット１５０×１５０×１０mmとポリイミド樹脂を９５℃雰囲気中で暖めた後、Ｃ．Ｃコンポジットを真空炉の中の容器に入れ、１０-5mmＨｇまで４０分間減圧を行った。
（比較例９）
アルミナ８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を８５℃雰囲気中で暖めた後、アルミナを真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら４０分間行った。
【００２７】
（実施例７）
カーボン成形体１２０×１２０×５mmとポリイミド樹脂を８５℃雰囲気中で暖めた後、カーボン成形体を真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
（実施例８）
Ｃ．Ｃコンポジット１５０×１５０×１０mmとポリイミド樹脂を８５℃雰囲気中で暖めた後、Ｃ．Ｃコンポジットを真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
（実施例９）
アルミナ８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を７５℃雰囲気中で暖めた後、アルミナを真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
【００２８】
以上の結果を表に示すと下表３の通りである。
【表３】
【００２９】
比較例７，８，９は超音波をかけず、実施例７，８，９は超音波６０kHz をかけた。比較例７，８，９の各々の含浸率より実施例７，８，９の超音波６０kHz をかけたほうが含浸率が上がっている。また、比較例７，８，９と実施例７，８，９とを比べると、超音波をかけたほうが予熱を低めにでき、なおかつ減圧を低く出来た。比較例８，９と実施例８，９とでは、超音波をかけた方がほぼ気孔率に比例した含浸率になっている。
【００３０】
（比較例１０）
窒化ケイ素８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を９５℃雰囲気中で暖めた後、窒化ケイ素を真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を１０５℃に保ちながら４０分間減圧を行った。
（比較例１１）
窒化ホウ素８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を９５℃雰囲気中で暖めた後、窒化ホウ素を真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を１０５℃に保ちながら４０分間減圧を行った。
（比較例１２）
炭化ケイ素８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を９５℃雰囲気中で暖めた後、炭化ケイ素を真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を１０５℃に保ちながら４０分間減圧を行った。
【００３１】
（実施例１０）
窒化ケイ素８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を８５℃雰囲気中で暖めた後、窒化ケイ素を真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を１０５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
（実施例１１）
窒化ホウ素８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を８５℃雰囲気中で暖めた後、窒化ホウ素を真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を１０５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
（実施例１２）
窒化ケイ素８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を８５℃雰囲気中で暖めた後、窒化ケイ素を真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を１０５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
【００３２】
以上の結果を表に示すと下表４の通りである。
【表４】
【００３３】
比較例１０，１１，１２は超音波をかけず、実施例１０，１１，１２は超音波６０kHz をかけた。比較例１０，１１，１２の各々の含浸率より実施例１０，１１，１２の超音波６０kHz をかけたほうが含浸率が上がっている。また、比較例１０，１１，１２と実施例１０，１１，１２とを比べると、超音波をかけたほうが予熱を低めにでき、なおかつ減圧を低く出来た。
【００３４】
以上説明したように、本発明によれば、減圧，温度，超音波をかけることにより従来の含浸より含浸率が向上することがわかった。また、Ｃ．Ｃコンポジットや有気孔のアルミナはほぼ気孔率に比例して含浸されていた。又、超音波をかけることによって、含浸時間が短縮でき、温度が低くても含浸できる。又、合成性樹脂などの高分子はあまり真空率を上げていくと分解してしまうので、この方法だと真空率を下げられるため有効である。この工程で作った素材は、より均一に細部にわたり含浸されている為に、気密性に富んだり、機械加工がし易く、例えばセラミックの穴加工が２．０φから０．２φに可能だったり、落下による衝撃がたとえば高さ１ｍで割れたものが割れなかったりする。このようなことから、切削コストの低減、割れ、欠け等の製品の不良削減、摩擦低減が可能となり、本発明の工業的価値は大きい。
また、ポリイミド樹脂を超音波含浸をすることにより、ポリイミド樹脂の特性を生かした複合材などがより確実に製作出来る。たとえば、窒化アルミなどに含浸した場合、対放射線性が良くなる。またポリイミド樹脂は耐熱性を向上させる。したがってこれを窒化アルミニウム（実施例５）、窒化ホウ素（実施例１１）に含浸させると、真空放射部品，ＩＣ基板，配線基材等の放熱性の良い回路基板、パワートランジスタの放熱板等に好適な素材を提供できるものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、含浸させる合成樹脂２は超音波で振動するため、多孔質体１に対して細部迄合成樹脂２が入り込み、小型の装置で短時間で、均一に含浸出来、含浸素材の物性を向上させることが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を行う装置の一実施の形態の概略を示す説明図である。
【図２】（イ）は本発明による合成樹脂真空含浸体、（ロ）は従来の合成樹脂真空含浸体を比較して示す断面図である。
【符号の説明】
１ 多孔質体
２ 合成樹脂
１０ 真空機械
１１ 真空ポンプ
１２ ヒーター
１３ 容器
【産業上の利用分野】
本発明は合成樹脂真空含浸方法であって、超音波を作用させることによって多孔質体の各種の特性を向上させる合成樹脂等真空含浸方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、径１μｍ乃至０．１μｍの気孔で気孔率１２乃至２０％の多孔質体に合成樹脂を減圧中で含浸させることは行われていた。またこの合成樹脂の含浸を効果的にするため、真空度を１０-2mmＨｇ以上に高くしたり、合成樹脂の液温度を６０°乃至１００°Ｃ程度の高温にしたり、また逆に合成樹脂を加圧したりしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこれでは微細の多孔質体には合成樹脂が入り難く、含浸時間が長くなったり、高温にするため装置が大型且つ精密になり、またエネルギー量が多くなったりした。
また上記条件をそなえてもセラミック等の多孔質体には合成樹脂が完全に内部まで含浸せず、均一含浸性が劣る結果、素材の物性向上が不足した。
【０００４】
例えば、超微粒子の素材を含む、細密の多孔質体は合成樹脂が入りずらく、そのため従来は合成樹脂の液温度を高温にしたり、又真空減圧を１０-2mmＨｇ以上にしたりする含浸方法がとられていたが、含浸時間が長くかかったり、装置が大型且つ精密であることが要求されたり、又、高温にするためにエネルギー量が多かったりし、経済的にも大変な場合が多い。又、上記条件を備えても、セラミック等の密度の高い多孔質体は合成樹脂が完全に内部まで含浸せず、均一含浸性が劣る結果、素材の物質向上には不足していた。
【０００５】
一方、木材等の材料には合成樹脂、特にエポキシ樹脂、フェノール、アクリル樹脂、尿素樹脂等を含浸し、含浸した材料を焼成して、カーボンの均一性の多孔質体カーボンセラミックスとする焼成形ウッドセラミックス（特開平４─１６４，８０６号参照）が提案されているが、これらの含浸目的は木材の物性向上を目的とする為のものではなく、あくまでウッドセラミックスの製品化を目的とするもので、含浸する樹脂は低粘度で耐熱性は必要とせず、又、樹脂自体が被含浸体に存在することを必要としないものである。
【０００６】
他方、セラミックやカーボン板や電磁コイル等の含浸には真空中で合成樹脂等を温度をかけて含浸する方法が一般的に行われており、合成樹脂が低粘度液状体ならば問題なく含浸するが、高粘度の合成樹脂で真空中にてガスの発生の少ない合成樹脂を含浸する場合には均一に含浸せず、かつ、含浸した後の製品が、高真空下にて使用される場合は、合成樹脂より発生するガス等により使用できない場合が多い。
【０００７】
また、従来の含浸方法は、加圧含浸か減圧含浸かが主体であり、この方法は電磁コイルやセラミック、カーボン成形体その他の多孔質を一定の温度下におき、減圧又は加圧中にて合成樹脂等を含浸させる方法であるが、この方法では多孔質でも密度の低い物質には含浸が可能であるが、細密微小気孔体については内部まで均一に含浸することは不可能であり、高真空にすれば含浸は可能であるが、含浸する合成樹脂が揮発してしまうため実用的には不可能である。
【０００８】
そこで、本発明は細密微小気孔自身の機械的強度の向上、加工性の向上、耐摩耗性の向上、気孔の封密性等の複合的機能の向上を目的とする合成樹脂等真空含浸方法を提案するものである。
本発明者は、以上のような問題を解決するため誠意研究した結果、一定条件下にて、被含浸体を超音波をかけながら含浸することにより均一の含浸体の成形ができることを発見した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は多孔質体１を１０-1乃至１０-6mmＨｇ好ましくは１０-1乃至１０-5mmＨｇの真空雰囲気中で空気を抜いて合成樹脂２内に浸漬し、この多孔質体１に周波数１０ｋＨｚ乃至３００ｋＨｚ好ましくは２０ｋＨｚ乃至１００ｋＨｚ，出力１０ｗ乃至１００Ｋｗ好ましくは３０ｗ乃至３０Ｋｗの超音波を作用させつつ多孔質体１に合成樹脂２を含浸させることを特徴とする合成樹脂等真空含浸方法である。
また、上記多孔質体１と合成樹脂２は０°乃至３００°Ｃの範囲で予熱しておくことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
含浸させる合成樹脂２は超音波で振動するため、多孔質体１に対して細部迄合成樹脂２が入り込む。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１示のように多孔質体１を真空機械１０内に入れて１０-1乃至１０-6mmＨｇ好ましくは１０-1乃至１０-5mmＨｇの真空雰囲気中で空気を抜く。なお図中１１は真空ポンプ、１２はヒーターである。
次に多孔質体１を合成樹脂２の容器１３内に浸漬し、この多孔質体１に超音波発生装置１４からの周波数１０ｋＨｚ乃至３００ｋＨｚ好ましくは２０ｋＨｚ乃至１００ｋＨｚ，出力１０ｗ乃至１００Ｋｗ好ましくは３０ｗ乃至３０Ｋｗの超音波を作用させつつ多孔質体１に合成樹脂２を含浸させる。
【００１２】
上記多孔質体１としては径１μｍ乃至０．１μｍの細密微小気孔が気孔率１２乃至２０％と高密度にある多孔質体で、セラミック、カーボン成形品、天然石、コンクリート、焼結金属、合金、繊維集合体、人工骨、合板、アルミダイキャスト、鋳物、石膏ボード、無機質の焼き物等である。
【００１３】
上記合成樹脂２としては、具体的にはエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、カプロラクタム樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂等の熱硬化性樹脂の単体又は複合体、さらに、ナイロン、ビニロン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニール、熱可塑性アクリル樹脂、アルキミド樹脂等の熱可塑性樹脂の単体又は複合体、さらには、水ガラスやシリカ水溶液、シラン素オリゴマーやポリシロキサン化合物等まで含浸作用が出来る形状の物質等で、含浸しずらい物質をも含む。
【００１４】
本発明はかかる方法よりなるものであるから、含浸させる合成樹脂２は超音波で振動するため、減圧中で効率よく含浸し、多孔質体１に対して細部迄合成樹脂２が入り込む。図２は多孔質体１がセラミックの場合の含浸体の断面図を本発明と従来とで比較して示す。図２イ示のように本発明においては合成樹脂２は多孔質体１に対して完全且つ均一に入り込み、図２ロ示の従来のように多孔質体１に含浸されてない部分１５が発生することがない。
上記の方法でセラミック、陶器、カーボン成形体、コンクリート、焼結金属、合金等の細密微少気孔の多孔質体１に均一にかつ内部まで合成樹脂を含浸できることが判明した。
【００１５】
【実施例】
以下比較例１，２，３とそれに対応する本発明の実施例１，２，３を説明する。
（比較例１）
セラミック １００×１００×１０mmとポリイミド樹脂を８０℃雰囲気中で温めた後、真空炉の中にポリイミド樹脂を容器に入れセラミックをその中に入れ、真空炉を６０℃に保ち、１０-4mmＨｇまで減圧を４０分かけた。
（比較例２）
焼結金属 ５０×５０×５０mmとエポキシ樹脂を１０５℃雰囲気中で温めた後、真空炉の中にエポキシ樹脂を容器に入れセラミックをその中に入れ真空炉を９５℃に保ち１０-4mmＨｇまで減圧を１５分かけた。
（比較例３）
セラミック ８０×８０×１０mmとフェノール樹脂を１００℃雰囲気中で温めた後、真空炉の中にフェノール樹脂を容器に入れセラミックをその中に入れ、真空炉を１００℃に保ち、１０-5mmＨｇまで減圧を４０分かけた。
【００１６】
（実施例１）
セラミック １００×１００×１０mmとポリイミド樹脂を６５℃雰囲気中で温めた後、真空炉の中にポリイミド樹脂を容器に入れセラミックをその中に入れ、真空炉を４０℃に保ち、１０-3mmＨｇまで減圧をしながら超音波を１５分かけた。
（実施例２）
焼結金属 ５０×５０×５０mmとエポキシ樹脂を７０℃雰囲気中で温めた後、真空炉の中にエポキシ樹脂を容器に入れセラミックをその中に入れ真空炉を６５℃に保ち１０-3mmＨｇまで減圧をしながら超音波を１５分かけた。
（実施例３）
セラミック ８０×８０×１０mmとフェノール樹脂を８０℃雰囲気中で温めた後、真空炉の中にフェノール樹脂を容器に入れセラミックをその中に入れ、真空炉を７５℃に保ち、１０-3mmＨｇまで減圧をしながら超音波を１５分かけた。
【００１７】
以上の結果を表に示すと下表１の通りである。
【表１】
以上のように比較例１，２，３は超音波はかけず、実施例１，２，３は超音波をかけた。
比較例１，２，３で得た多孔質体１すなわち被含浸体の含浸率を調べたところ、実施例１，２のセラミック、焼結金属の含浸率は温度，圧力が低いにも拘らず、比較例１，２のセラミック、焼結金属のそれよりアップしている。また、含浸時間も短縮している。
また、比較例３，実施例３とでは、比較例３の合成樹脂は真空率が高い為、ガス化してしまい含浸不可能だったが、実施例３ではうまくいった。
さらに、減圧中にて超音波をかけることにより含浸体が効率よく含浸し短時間で細部まで含浸できることが判明した。
また合成樹脂等は低温より高温の方が低粘度のため、０℃〜３００℃，出来れば５０℃〜１８０℃前後の温度下で含浸することがさらに含浸向上につながることが判明した。
本発明は超音波と減圧化、雰囲気温度の組合せにより、より高付加材料、低コスト、短時間で、セラミック，天然石，石膏，カーボン成形体等の細密微少気孔体に合成樹脂等、簡単に含浸することによってこれらの細密微少気孔体の加工性、機械的強度、気密性等が加わった高機能性材料体を作ることが出来た。
【００１９】
以上の表から明らかなように、本発明は減圧、温度、超音波をかけることにより従来の含浸より効率よく含浸し、含浸率が向上することがわかった。又、含浸時間が短縮し、温度が低くて含浸できる。又、合成性樹脂などの高分子はあまり真空率を上げて行くと分解してしまうが、本発明の方法だと真空率を下げられるため有効である。
【００２０】
又、この本発明方法で作った素材は、より均一に細部にわたり含浸されている為に、気密性に富んだり、機械加工がし易く、例えばセラミックの穴加工が２．０φから０．２φに可能だったり、落下による衝撃がたとえば高さ１ｍで割れたものが割れなかったりする。このようなことから切削コストの低減、割れ、欠け等の製品の不良削減、摩擦低減など本発明の工業的価値は大きい。
【００２１】
以上説明したように、本発明は多孔質体１、その中でも細密微少気孔体等に効率よく合成樹脂２を含浸させるため、上記のような合成樹脂が含浸しずらい物質でも、ある一定の雰囲気温度中で減圧中で超音波をかけることにより均一に含浸を施され、それにより含浸された多孔質体などの機械的強度向上、機械的加工性向上等が得られる。
【００２２】
（比較例４）
ワラストナイト５０×５０×１０mmとポリイミド樹脂を１１０℃雰囲気中で暖めた後、ワラストナイトを真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら４０分間減圧を行った。
（比較例５）
窒化アルミニウム８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を８０℃雰囲気中で暖めた後、窒化アルミニウムを真空炉の中の容器に入れ、１０-5mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ち４０分間減圧を行った。
（比較例６）
フェライト外径３０φ内径２０φ厚さ５mmとポリイミド樹脂を１２０℃雰囲気中で暖めた後、フェライトを真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ち４０分間減圧を行った。
【００２３】
（実施例４）
ワラストナイト５０×５０×１０mmとポリイミド樹脂を１００℃雰囲気中で暖めた後、ワラストナイトを真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
（実施例５）
窒化アルミニウム８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を８０℃雰囲気中で暖めた後、窒化アルミニウムを真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
（実施例６）
フェライト外径３０φ内径２０φ厚さ５mmとポリイミド樹脂を１１０℃雰囲気中で暖めた後、フェライトを真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
【００２４】
以上の結果を表に示すと下表２の通りである。
【表２】
比較例４，５，６は超音波をかけず、実施例４，５，６は超音波６０kHz をかけた。比較例４，５，６の含浸率より実施例４，５，６の超音波６０kHz をかけたほうが含浸率が上がっている。また、比較例４，５，６と実施例４，５，６とを比べると、超音波をかけたほうが予熱を低めにでき、なおかつ減圧を低く出来た。
【００２６】
（比較例７）
カーボン成形体１２０×１２０×５mmとポリイミド樹脂を９５℃雰囲気中で暖めた後、カーボン成形体を真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら４０分間減圧を行った。
（比較例８）
Ｃ．Ｃコンポジット１５０×１５０×１０mmとポリイミド樹脂を９５℃雰囲気中で暖めた後、Ｃ．Ｃコンポジットを真空炉の中の容器に入れ、１０-5mmＨｇまで４０分間減圧を行った。
（比較例９）
アルミナ８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を８５℃雰囲気中で暖めた後、アルミナを真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら４０分間行った。
【００２７】
（実施例７）
カーボン成形体１２０×１２０×５mmとポリイミド樹脂を８５℃雰囲気中で暖めた後、カーボン成形体を真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
（実施例８）
Ｃ．Ｃコンポジット１５０×１５０×１０mmとポリイミド樹脂を８５℃雰囲気中で暖めた後、Ｃ．Ｃコンポジットを真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
（実施例９）
アルミナ８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を７５℃雰囲気中で暖めた後、アルミナを真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を９５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
【００２８】
以上の結果を表に示すと下表３の通りである。
【表３】
比較例７，８，９は超音波をかけず、実施例７，８，９は超音波６０kHz をかけた。比較例７，８，９の各々の含浸率より実施例７，８，９の超音波６０kHz をかけたほうが含浸率が上がっている。また、比較例７，８，９と実施例７，８，９とを比べると、超音波をかけたほうが予熱を低めにでき、なおかつ減圧を低く出来た。比較例８，９と実施例８，９とでは、超音波をかけた方がほぼ気孔率に比例した含浸率になっている。
【００３０】
（比較例１０）
窒化ケイ素８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を９５℃雰囲気中で暖めた後、窒化ケイ素を真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を１０５℃に保ちながら４０分間減圧を行った。
（比較例１１）
窒化ホウ素８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を９５℃雰囲気中で暖めた後、窒化ホウ素を真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を１０５℃に保ちながら４０分間減圧を行った。
（比較例１２）
炭化ケイ素８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を９５℃雰囲気中で暖めた後、炭化ケイ素を真空炉の中の容器に入れ、１０-4mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を１０５℃に保ちながら４０分間減圧を行った。
【００３１】
（実施例１０）
窒化ケイ素８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を８５℃雰囲気中で暖めた後、窒化ケイ素を真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を１０５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
（実施例１１）
窒化ホウ素８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を８５℃雰囲気中で暖めた後、窒化ホウ素を真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を１０５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
（実施例１２）
窒化ケイ素８０×８０×１５mmとポリイミド樹脂を８５℃雰囲気中で暖めた後、窒化ケイ素を真空炉の中の容器に入れ、１０-3mmＨｇまで減圧をしながらポリイミド樹脂をそこに注入し、真空炉を１０５℃に保ちながら超音波６０kHz を１５分かけた。
【００３２】
以上の結果を表に示すと下表４の通りである。
【表４】
比較例１０，１１，１２は超音波をかけず、実施例１０，１１，１２は超音波６０kHz をかけた。比較例１０，１１，１２の各々の含浸率より実施例１０，１１，１２の超音波６０kHz をかけたほうが含浸率が上がっている。また、比較例１０，１１，１２と実施例１０，１１，１２とを比べると、超音波をかけたほうが予熱を低めにでき、なおかつ減圧を低く出来た。
【００３４】
以上説明したように、本発明によれば、減圧，温度，超音波をかけることにより従来の含浸より含浸率が向上することがわかった。また、Ｃ．Ｃコンポジットや有気孔のアルミナはほぼ気孔率に比例して含浸されていた。又、超音波をかけることによって、含浸時間が短縮でき、温度が低くても含浸できる。又、合成性樹脂などの高分子はあまり真空率を上げていくと分解してしまうので、この方法だと真空率を下げられるため有効である。この工程で作った素材は、より均一に細部にわたり含浸されている為に、気密性に富んだり、機械加工がし易く、例えばセラミックの穴加工が２．０φから０．２φに可能だったり、落下による衝撃がたとえば高さ１ｍで割れたものが割れなかったりする。このようなことから、切削コストの低減、割れ、欠け等の製品の不良削減、摩擦低減が可能となり、本発明の工業的価値は大きい。
また、ポリイミド樹脂を超音波含浸をすることにより、ポリイミド樹脂の特性を生かした複合材などがより確実に製作出来る。たとえば、窒化アルミなどに含浸した場合、対放射線性が良くなる。またポリイミド樹脂は耐熱性を向上させる。したがってこれを窒化アルミニウム（実施例５）、窒化ホウ素（実施例１１）に含浸させると、真空放射部品，ＩＣ基板，配線基材等の放熱性の良い回路基板、パワートランジスタの放熱板等に好適な素材を提供できるものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、含浸させる合成樹脂２は超音波で振動するため、多孔質体１に対して細部迄合成樹脂２が入り込み、小型の装置で短時間で、均一に含浸出来、含浸素材の物性を向上させることが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を行う装置の一実施の形態の概略を示す説明図である。
【図２】（イ）は本発明による合成樹脂真空含浸体、（ロ）は従来の合成樹脂真空含浸体を比較して示す断面図である。
【符号の説明】
１ 多孔質体
２ 合成樹脂
１０ 真空機械
１１ 真空ポンプ
１２ ヒーター
１３ 容器
Claims (3)
- 多孔質体（１）を１０-1乃至１０-6mmＨｇの真空雰囲気中で空気を抜いて合成樹脂（２）内に浸漬し、この多孔質体（１）に周波数１０ｋＨｚ乃至３００ｋＨｚ，出力１０ｗ乃至１００Ｋｗの超音波を作用させつつ多孔質体（１）に合成樹脂（２）を含浸させることを特徴とする合成樹脂等真空含浸方法。
- 上記多孔質体（１）は０°乃至３００°Ｃの範囲で予熱しておく請求項１記載の合成樹脂等真空含浸方法。
- 上記合成樹脂（２）は０°乃至３００°Ｃの範囲で予熱しておく請求項１記載の合成樹脂等真空含浸方法。
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