JPH0243769B2 - Senikyokafukugozairyonotamenoichijikoseibuzai - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、各種の繊維強化複合材料の製造に際
し添加するための繊維素材を所望特性に改変した
一次構成部材に関するものである。

金属、プラスチツク等の基材と各種繊維素材で
ある一次構成部材とを適宜混合して得られる繊維
強化複合材料は、基材単体では得られない特殊な
性質を付与することが可能であることから幅広い
需要がある。繊維素材としては、炭素、炭化ケイ
素、ガラス、アルミナ、シリカ等の無機素材をは
じめケプラー、耐熱ナイロン等の有機素材および
金属素材等があり、これら素材を目的に応じて適
宜加工したものが使用される。これら繊維素材を
包含すべき基材としては金属、金属粉末入りプラ
スチツク、またはプラスチツク等が使用される。

このような基材単独の性質に対して、例えば、
強度増加、軽量化、耐疲労性または耐熱性の向
上、導電性または透磁性を付与すること等が可能
である。そのため、多種多様の基材および繊維素
材の組合せから成る複合材料の研究開発が行なわ
れている。

このような複合材料はその基材の種類によつ
て、金属系とプラスチツク系に大別される。

金属を基材とする金属複合材料は、極めて多種
類であり、加工性をはじめとする特性の相違によ
り、極く限定された例を除き複合加工工程に難が
ある。例えば、ボロン繊維をチタン箔の間に並べ
てロールを通過させた後高温炉で拡散接合させ、
又は直接ホツトロールで接合させる高温拡散接合
法や、あるいは整列させた繊維を溶融金属中を通
して引上げると同時に急速に冷却凝固させる溶融
浸透法等が試みられ、かなりの成果を収めてい
る。しかしながら、価格、加工性等の点で最も普
及しているアルミ系合金を炭素系繊維で強化する
ことは従来殆んど不可能であつた。

このように繊維強化金属複合材料（FRM）が
優れた特性を認識されながら広く実用化されない
理由は主として以下の点にある。

１ 繊維素材の複合化に要する温度が比較的高い
のに対して基材金属の融点が低いため、接合過
程中に基材金属の炭化物が繊維素材表面に生成
し、両者間の接合が不可能となる。

２ 繊維素材表面が容易に酸化し、酸化被膜が生
成するので、繊維材と基材との剥離が発生す
る。

一方、プラスチツクを基材とする繊維強化プラ
スチツク複合材料（FRP）は、早くから研究が
進み、加工工程も順次開発されている。その結
果、プラスチツクの本質的弱点である低強度、非
剛性等が改良され、その用途も拡大しつゝある。
すなわち、強度的に十分に改良された繊維強化プ
ラスチツク複合材料は、さらに金属材料と代替す
る用途も考慮されつつある。この場合、材料全体
として電気的および磁気的特性等は、金属に類似
することが要求されるが、実際はプラスチツク基
材の特性によつて左右され、絶縁性を呈する。例
えば、電磁波遮蔽材等としてFRPを使用する場
合は高導電率、高透磁率を付与しなければならな
い。従来は炭素粉末等の導電粒子又は第１図ａの
ように導電ガラス等の繊維１をプラスチツク基材
２に混入する方法が試みられているが、同図ｂに
示すように金属と比較した電気抵抗率において満
足すべきものは得られていない。また、FRPに
対して金属材料との代替性を付与するためには、
その表面に電着塗装等の加工を可能にしなければ
ならない。

本発明の目的は、表面特性が繊維強化複合材料
を構成するために適合するように改変された一次
構成部材を提供することである。

この目的は、その表面に所望種類の金属アモル
フアス薄膜が形成された繊維素材から成る一次構
成部材によつて達成される。この場合、繊維強化
複合材料用の一次構成部材においては、繊維素材
表面が主として基材金属に対して親和接合性を有
するように改変され、また繊維強化プラスチツク
複合材料用の一次構成部材においては、繊維素材
自体が主として金属に類似する電気的磁気特性を
呈するように改変される。しかしながら、薄膜形
成金属の選定により、上記以外の特性も付与し得
るものである。

このようなアモルフアス金属薄膜を繊維素材表
面に形成するには、同一出願人にかかる特許出願
昭和56−172122号（特開昭58−73765号公報参照）
に開示する技術、すなわち、処理室を減圧して真
空状態にし、付着素材（所望金属）を処理室内に
おいて蒸発せしめ、基板（繊維素材）および蒸発
源に無線周波電界を印加して蒸発せしめられてい
る付着素材を陽イオン化し、基板に直流負バイア
スを印加して、陽イオン化付着素材を基板表面に
誘引すると同時に、蒸発源に直流正バイアスを印
加して陽イオンの基板への衝突を加速せしめ、基
板表面に付着素材である金属又は金属化合物によ
るアモルフアス薄膜を形成させる、一連の工程よ
り成る技術が適用し得る。

本発明にかかる、繊維素材表面に各種金属のア
モルフアス薄膜が形成された一次構成部材によつ
て、任意特性が得られ、従来困難視された繊維強
化複合材料が容易に得られ、従来不可能とされた
用途にも適用可能となる利点が得られる。

以下添付図を参照して本発明を詳述する。

第２図は炭素繊維１１の表面にサフアイヤ
（Al₂O₃）のアモルフアス薄膜１２を約300Å、さ
らにアルミニウムのアモルフアス薄膜１３を約
500Åの膜厚となるように形成した繊維強化金属
複合材料用の一次構成部材の実施例のモデル図で
ある。この実施例にかかる一次構成部材は特にア
ルミニウム基材を使用する複合材料用として適
し、以下のような特徴を有する。

１ 親和接合性が良好であり、薄板状、球状、棒
状等多様な形状の複合材料の加工が容易であ
る。

２ 金属酸化物（Al₂O₃）および金属（Al）から
なるアモルフアス薄膜がガラス状であり、表面
が容易に酸化されず、部材および基材金属間の
剥離が生じない。

ここに開示された実施例のアモルフアス金属薄
膜は、基材金属がアルミニウムであることを考慮
し、サフアイヤ（Al₂O₃）およびアルミニウム
（Al）が採用された。その他の基材金属が使用さ
れる場合は、それに合わせてルビー（Al₂O₃）、
SiO₂等の金属酸化物、モネル、ガーネツト、ト
リバロイ等の金属化合物、またはAl，Ti，Cr，
Ni，Cu等の単一金属を適宜使用し、これらを単
層または適宜組合わせた複合層とすることができ
る。例えば基材金属としてTi合金の場合は繊維
素材にTi薄膜を被層し、あるいはCr合金を基材
金属とする場合はCr薄膜を被層した繊維素材を
使用すると都合がよい。

一方、一次構成部材が繊維強化プラスチツク複
合材料（FRP）に使用される場合は、比較的早
くから研究開発が進み、親和接合性には殆んど問
題がなく、前述の如く、完成材料の電気的または
磁気的特性を改変する点に重点が置かれる。この
場合、例えば導電性を付与するためには、繊維素
材表面にアルミニウムのアモルフアス薄膜の被層
された一次構成部材を使用すると好都合である。
金属アルミニウムに加えて金属酸化物であるサフ
アイヤ（Al₂O₃）のガラス状アモルフアス薄膜が
施されると、その表面は容易に酸化しない部材と
なる。したがつて、基材プラスチツクとの剥離が
防止され、完成材料の強度低下を防止することが
できる。

第３図ａは本発明にかかる、導電性の付与され
た一次構成部材３１を格子状になるように基材プ
ラスチツク３２中に混入したFRPの拡大図であ
り、同図ｂのようにほぼ金属に匹敵する電気抵抗
率が得られる。

導電性以外の磁気特性その他の特性が要求され
る場合は、前述の金属複合材料における一次構成
部材と同様に、各種の金属酸化物、金属化合物ま
たは単一金属を採用し、また単層被膜ないしは多
層被膜とすることも任意である。

その他本発明の範囲内において各種の変更また
は変形が可能であることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは従来技術にかかる繊維強化プラ
スチツク複合材料のモデル図および電気抵抗率を
示す図表である。第２図は本発明にかかる一次構
成部材の実施例を示す拡大図である。第３図ａ，
ｂは本発明にかかる繊維強化プラスチツク複合材
料のモデル図および電気抵抗率を示す図表であ
る。 １，３１：一次構成部材、２，３２：プラスチ
ツク基材、１１：繊維素材、１２：ａ−Al₂O₃薄
膜、１３：ａ−Al薄膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 繊維強化複合材料のための一次構成部材であ
   つて、繊維素材の表面上の特性を改変するため
   に、金属、金属化合物、金属酸化物等のアモルフ
   アス薄膜が繊維素材表面に被着せしめられたこと
   を特徴とする一次構成部材。