JPH01132794A - 複合材料の表面処理方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は例えば補強材と合成樹脂により形成された複
合材料の表面上に、金属処理被膜層を作る表面処理方法
に関する。

（従来の技術） 近年、有機系、ガラス系、セラミックス系、金属系、炭
素系など高弾性、高強度を持つ補強材（多くは繊維状で
ある）が数多く発表され、合成樹脂にこれら補強材を包
含させて成型した高機能複合材料が広く利用されるに至
っている。

しかしこれら複合材料は圧縮強度や引張強度などは非常
に優れているものの、耐摩耗性や耐摺動傷付性などの特
性は金属と比較すると劣っているため、現状ではその使
用範囲が限られている。

これら複合材料の適用範囲や使用限界を拡大するために
、複合材料の表面にめっきや溶射などの金属被膜処理を
施し、耐摩耗性や耐摺動性を高める試みがなされている
。

ここで金属めっきについて述べると、多くの種類の補強
材と、この補強材を包含しでいる合成樹脂は、通常の金
属と異なり絶縁体であるため、めっき液中で金属イオン
を還元するための電子の授受ができず、直接的に電気め
っきを施すことは不可能となっている。

そのため、このような複合材料にめっきを施すのに次の
ような工程をとっている。

複合材料の表面の油や塵埃などの汚れを除去し、次いで
めっき処理液とのぬれ性を良くするための洗浄を行う。

材料表面を粗すためのエツチングを行い、表面に残った
エツチング液を塩酸で置換したのち、塩化第二錫を主成
分とする感受性処理、さらに塩化パラノユウムなどのｔ
金属塩を主成分とする活性化処理を行う。この後に初め
て無電解めっきを行うことができ、この無電解めっきを
下地めっきとすることで電気めっきが可能となる。

この方法は有機物である合成樹脂の共有結合と、めっき
被膜の金属結合とを接合させるため、金属同志の接合で
ある金属材料へのめっきに比較すると、その密着強度は
かなり低（、シかもめっきが剥離しやすいという欠点が
あるばかりか、めっき処理工程においても、各工程間の
水洗は当然必要となるため、全体の工程は艮く複雑とな
り、加工コストも高くつく。

そこで、複合材料に包含される補強材として、導電性補
強材や、材料表面に鉄、銅、ニッケル、金、銀及び白金
等の金属を被覆して導電性を付１＞した補強材（以下導
電性補強材等という）を使用することにより、その表面
に直接電気めっきを施す試みがなされている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このような複合材料に直接にめっきを施した場
合、めっきが析出するのは導電性補強材等の上のみで、
その周囲をとりまいている絶縁体である合成樹脂の上に
は析出しないため、全体として見ると、めっきは互いに
接続のない数多くの離島のような状態で析出することに
なる。これが−枚のめっき被膜として複合材料の表面を
全面的に覆うことができるのは、互いに隣り合う離島上
に析出しためっき同志が、合成樹脂の表面に沿って水平
方向に成長し、これらが接合し合って一体化するためで
ある。

ところで、めっき液中の電気密度の分布は、曲率半径の
小さい部分に集中するという、電気めつきの性質がある
。これは周囲より突出している部分に電流が集中し、そ
の部分で金属イオンの還元が優先的に進んでめっきが析
出し、これにより析出部分が周囲から一層突出して電流
がさらに集中しやすくなるためで、被めっき材の表面に
突起があると、その部分の被膜の成長は水平方向よりも
垂直方向にはるかに速いという結果をもたらす。

この電気めっきの性質により、導電性補強材等の上に離
島状に析出しためっきが合成樹皿上を水平方向に成長し
合い、互いに接合して一体化したときには、垂直方向の
成長ははるかに進んでいることになり、したがってめっ
きの厚みは合成樹脂の上では薄く、導電性補強材等の上
では厚い、凹凸の大きな、不均一なものとなる。

この様子を表したのが第４図である。これは下記の条件
に基づいて導電性補強材である炭素繊維と、通常の合成
樹脂からなる炭素繊維複合材料に電気めっきを施したも
のである。

（めっき条件） めっき液　　硝酸ニッケル　　３００ｇ／ｌ塩化ニッケ
ル　　４５ｇ／　１ 硼９　　　　　　３０ｇ／ｌ 浴温　　　　　　　　　　　　４０℃ 電流密度　　　　　　　　　　３八／ｄＬＩめっき時間
　　　　　　　　　　１０分この処理により炭素繊維上
には約５μの厚さでニッケルめっきの析出があるが、合
成ＰＪｕｎｔ上の水平方向の成長はまだ起っていない。

即ち、炭素繊維と合成樹脂の上では、めっき厚さに既に
５μの凹凸が生じているにもかかわらず、めっき被膜の
全域的な一体化はなされていないのである。本発明者の
実験によれば、めっき被膜の一体化が行なわれるために
は、隣りあった炭素ｍ雅量の距離の５倍以上のめっき厚
さが必要であること、また、表面粗度計により表面の凹
凸が大きν１ことも実際に確かめられた。

本発明の目的は、めっき処理工程が少ないにもかかわら
ず、めっきの密着性が高く、かつ表面の凹凸の少ない表
面処理を可能とする方法を提供することである。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は、基材表面に導電性補強材あるいは導電
性を付与した補強材及び導電性充填材と合成樹脂の混合
体からなる導電層を形成し、該導電層を硬化させた後、
内部に含まれる前記各素材が表面に露出するように導電
層に表面加工を施し、この加工表面に電気めっきあるい
は無電解めっきを施すことを特徴とする。

ここで導電性補強材とは炭素繊維等、素材そのものに導
電性のある繊維性補強材で、これに対して導電性を付与
、した補強材とは、繊維性補強材の表面に鉄、銅、ニッ
ケル、金、銀及び白金等の金属を被覆した材料をいう。

また、導電性充填材とは、金、銀、白金、ニッケル、パ
ラゾウム、銅、アルミニューラム、及び鉄等の導電性金
属粉、あるいは炭素粉末、〃２ス粉末、グラスファイバ
ー等の表面を金、銀等の導電性金属で被覆したものをい
い、これら導電性充填材の形状は粒状あるいは鱗片状が
好ましい。

また本発明に使用する合成樹脂は、基材、導電性補強材
等及び導電性充填材に対する接着性が良好で、めっきを
行うにあたり者しい阻害を示さない限り、従来この種の
複合材ベースに用いられていたものが適する１例えばエ
ポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ＡＢ
Ｓ樹脂などの熱硬化性樹脂が好ましい。

導電性補強材等と導電性充填材を合成樹脂間に混然一体
に混在させることにより、導電層における導電性物質の
密度が高まり、かつ合成樹脂を介しての相互の結合強度
も強くなる。

そして基材表面に導電ノーを形成硬化させたのち、この
導電層の表面に加工を施すことにより、導電層を構成す
る合成樹脂の硬化時に合成樹脂の表面張力及び導電性充
填材と合成樹脂との比重の差などにより内部に埋もれて
しまう各素材、つまり導電性補強材等と導電性充填材を
合成樹脂の間から表面１こ露出させ、即ち導電性充填材
の密度の高い部位まで表面加工するので、これら導電性
物質の露出表面積が拡大する。この場合の表面加工とは
、機械的な切削、研摩、研削またはサンドブラスト等に
より表面を加工することである。

この状態でめっきを施すのであるが、めっきの方法とし
ては従来行なわれている方法が総て有利に適用すること
ができる。即ち前述したような前処理−無電解めっき、
またはさらに電解めっきを行うか、前処理電解めっきを
省略し、直接的に電解めっきを行う等、必要条件により
選択すればよ（亀。

（発明の効果） このように本発明では、導電層の表面に機械的な表面加
工を施すことにより、導電性補強材等や導電性充填材の
導電性物質を層表面に多（露出させ、この状態で電気め
っきを施すために、平滑なめっき被膜の成長が速やかに
行なわれ、しかも均一な層１７をもって１＃、艮する。

またさらにめっき処理工程の大幅な短縮化が可能になる
と共に、めっき被膜の母材に対する密着性が高く、しか
も表面の凹凸の少ない均質なめっ！！層が得られる。

（実施例） 以下本発明の実施例を第１図〜ｆＪＩＪ３図を参照して
説明する。

Ａは導電性補強材及び導電性充填材と合成υ（虞とから
なる導電層、Ｂは炭素繊維と合成樹脂からなる複合材Ｊ
ｔ！Ｊ（ＦＲＰと略記、基材）、Ｃはこれらの境界を示
す。

導電性補強材１と粒状及び鱗片状の導電性充填材２．３
がエポキシ樹脂４の内部にこん然一体的に包含された導
電ｗＪＡをＦＲＰの表面に形成硬化させた。第１図に示
すように、導電性補強材１や導電性充填材２．３の一部
が表面に露出している。

しかし、合成ｕ４ｍ４が硬化する際に表面張力により、
導電性補強材１や導電性充填材２．３の露出部周囲は合
成樹Ｊ］１４の立ち上がり部分により覆われるため、露
出面積は少ない。

導電層Ａの硬化後にその表面を第２図に示すように、切
削加工により合成樹脂４に埋没していた導電性補強材１
や導電性充填材２．３を表面に露出させながら所定の仕
上げ代をもって平滑な面に仕上げた。

この研削面に前述しためっト条件と同一条件で電解めっ
きを施すと、導電性補強材１や導電性充填材２．３の上
に析出しためっきは、垂直方向にあまり進行しないうち
に水平方向に成長しためっき同志が互いに接合しあって
、めっき被膜として一体化し、第３図に示すように平滑
で高い剥離強度のめっき被膜が得られた。

導電性充填材２．３は導電層Ａの表面に現れている部分
でめっきにより析出した金属被膜と強固に結合し、残り
の部分は合成樹脂４の内部に埋設して錨のような効果を
発揮し、しかも導電性補強材１と形状の異なる導電性充
填材２．３とが互いにからみあい、かつ繊維状のために
合成樹脂４に対する結合強度が高い導電性補強材１によ
り導電性充填材２．３が抑え付けられる形にもなり、こ
れらの結果めっき被膜は剥離に対して非常に強固なもの
となるのである。

本例において導電層Ａの表面を研削せずに同条件で電気
めっきを行ったが、この場合には凹凸面の激しいめっき
被膜となり、剥離しやすい部分があった。また本例にお
いて、導電層Ａ中に導電性補強材を用いないほかは全く
同条件で電気めっきを行ったが、めっき層の厚さが薄く
凹凸があり、剥離しやすい被膜しか得られなかった。

なお、この実施例では電気めっきを例にして説明したが
、めっき被膜の目的とする性質によっては無電解めっき
を施すことも有効で、本実施例と同様の結果を得た。

【図面の簡単な説明】

ｆ５１図は本発明の方法により導電性補強材等と導電性
充填材を合成樹脂の内部に含む導電層を複合材料の表面
に形成した断面図、第２図は導電層の表面を機械的に表
面加］ニした状態を示す断面図、ｆｊＳ３図は導電層の
表面に電気めっきを施した状態を示す断面図である。第
４図は炭素繊維複合材料の表面に直接的に電気めっきを
施した状態を示す断面図である。 特許出願人　カヤバエ業株式会社 特許出願人　田岡化学工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基材表面に導電性補強材あるいは導電性を付与し
   た補強材及び導電性充填材と合成樹脂の混合体からなる
   導電層を形成し、該導電層を硬化させた後、内部に含ま
   れる前記各素材が表面に露出するように導電層に表面加
   工を施し、この加工表面に電気めっきあるいは無電解め
   っきを施すことを特徴とする材料の表面処理方法。
2. （２）導電性充填材の形状が粒状あるいは鱗片状であっ
   て、かつ導電性補強材または表面に導電性を付与した補
   強材と合成樹脂と当該導電性充填材とがこん然一体とな
   っていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   材料の表面処理方法。