JPH07506542A - 金属化繊維を含むポリマーマトリクス複合材料及びその製造方法 - 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】 金属化ｍ維を含むポリマーマトリクス複合材料及びその製造方法本発明は、電気 的な目的のポリマー材料に金属化繊維を含むポリマーマトリクス複合構造に関す る。

金属繊維の組み込み、ｍ維の導電コーティングの適用、または導電フィラーの組 み込みによって前述した種類のポリマー複合構造体を製造する事は知られている 。織物に織るか、または編むタイプの繊維の場合、このような織物は、まず、必 要とされる予備形成体に成形される。

ポリマーマトリクス複合構造のウェット表面金属化部は、ポリマー成分の特性及 び安定性を減少させる。ＥＭＣ用の金属織物は、予備成形の形成中の導電の低下 によるＥＭＣの低い予備成形能力及び低い性能に悩まされている。

例えば、金属スプールへの絶縁ライナーを成形するために射出成型技術を使用す ることは英国特許第ＧＢ−Ａ−２１１８４７７号から公知である。

また、先行技術としてＥＰ−Ａ−００７４２６３号があり、これは、導電材料、 好ましくは、金属、金属コートガラス繊維、ｋｃｖｌａｒ　（登録商標）または 炭素のフィラメントを有する織物補強層を使用することを開示している。

本発明によれば、上述した種類のポリマーマトリックス複合構造体は、繊維補強 フ、（板を準備する工程と、基板を予備成形して所望の形状及び構造の予備成形 体を製造する工程と、予備成形体を金属化してＥＭＣ能力のための導電性コーテ ィングを形成する工程と、金属化予備成形体を樹脂に含浸する工程によって製造 される。

金属化繊維は、ガラスまたは炭素繊維を有する。

従って、コーティングは環境から複合体を保護し、従来の複合体の有利な寸法特 性及び寸法公差が、金属化の高い安定性によって保持され、達成されるから、高 度な機械的な性能を有するポリマーマトリクス複合体が提供される。また、材料 構造体における熱制御方法を含む能力にょって、低い投資コストによって高度に 複雑な形状を達成することができる。

この処理を使用することによって、高度に機械的及び電磁的な性能（ＥＭＣ）及 び選択的な熱管理性能を有する複雑なポリマーマトリクス複合体を製造すること ができる。

基板は、切断されるか、または編まれるか、または連続的な繊維形状の補強材料 を有し、この材料は、予備成形体の所望の形状及び構造に切断されるか、次に予 備成形される。

編まれた材料が好ましい。これは、金属源を隠して手用な織物繊維の平面に重な る繊維によって形成された非導電性通路を最小限にすることによって、表面の導 電率を最大限にするからである。織物によっては、小さい輪郭のサテンはこの効 果を低減する。織られていない単一方向性の繊維に関しては、材料は、繊維の方 向に従う金属化によって著しい方向性を示す。これは、材料の中で複数の方向を 向いた織物層を組み合わせることによってつくられた複数層の薄層において、あ る方向において高度な導電性を提供する場合に有利である。これは、ウェット金 属化技術を使用する場合には、余り関連はないが、重要である。しかしながら、 マグネトロンスパッタリングを通して編み物構造体を金属化することによって、 特に製造されたこの３次元の電気的な導電網（ＰＶＤ）は、織物構造と等価のコ ーティングにおける電気抵抗未満、すなわち、電気抵抗１０’乃至１０６を示し 、すなわち、１０−”オーム／平方（表面抵抗）を示す。この場合のコーティン グは、Ｎｌ−Ｃｒ　（０，１−０，３μｍ）／Ｃｕ　（１−３μｍ）／Ａｕ　（ ０，１μｍ）であり、重量の増加及びコーティングの処理時間を最小限にする上 で有効な導電性を達成するに容易な薄さであった。しかしながら、厚いＰＶＤコ ーティング及び異なるコーティング金属の使用を通じての導電性の増大は、都合 よく達成することができる。別の案として、導電性は、金属のスプレーまたはウ ェット・メタライゼーション技術、例えば、エレクトロレスめっきによる連続的 なオーバーコーテイングによって増大することができる。しかしながら、金属ス プレーは、ラインの視点であり、これは、十分にコートすることができる予備成 形の形状を逆に制限する。また、厚く重い層をつくる。ウェットコーティングは 、織物材料のコーティングの浸透の制御に関する問題を呈するが、材料の形状に ほとんど無関係に一様なコーティングのカバーを生じる。

予備成形体の金属化は、物理蒸着デポジッション（ＰＶＤ）方法、またはウェブ （・・メタライゼーション技術を使用することによって達成される。

金属化の後、予備成形体は、好ましくは、樹脂トランスファー・モールディング （ＲＴＭ）技術を使用して部品形態に成形される網形態である。このような製造 において、成形樹脂は、予備成形体に浸透して金属化部分の包囲する利点によっ て、外側のエレメントによる金属化の劣化を防止する。

これは、金属化部分に生じる導電網の摩耗をほとんど生じることのない利点を有 する。従って、最大限の導電性及びＥＭｒ減衰を達成することができ、これらを 部品寿命を通して保持することができる。金属化部分を有する織物とは異なり、 ＲＴＭ含浸樹脂の作用は、コートされた繊維の接触による導電通路の破壊を防止 することはできない。

本発明のある実施例を添付図面において説明する。

第１図は、織物体の斜視図である。

第２図は、予備成形体を形成するために適した展開形態における織物である。

第３図は、第２図と同様の展開形態を図示したものであるが、所望の形態に編ま れている。

第４図は、予備成形体を形成するために変形された第２図及び第３図の展開した 予備成形体である。

第５図は、金属化された後の予備成形体材料を通る断面図である。

第６図は、予備成形体を含む空洞に樹脂を射出することを示す成形型の断面図で ある。

第１図は、シート１を形成するために織られた繊維、例えば、ガラスまたは炭素 繊維を示す。このシートを第２図に示すような所望の予備成形の展開形状に切断 する。

別の案として、第３図に示すように、第２図に示した展開予備成形体２を１つの 編み操作でつくることができる。

第２図または第３図の展開した予備成形体を形成する繊維は、形成された予備形 状の形状をつくるバインダとして作用する熱により変形可能な合成樹脂を有する 。

展開した予備成形体は、例えば、第４図に示すような矩形のボックスの形状４に 適当なネット形状になるように高温時に加圧することができる。高温加熱した後 に、予備成形体の形状を固定するために冷却する。

変形例において、第３図の編まれた展開予備成形体を工具内に配置して、必要な 形状、例えば、添付図面の第４図に示したボックスの形状に縫いとじられる。

第４図に図示した予備成形体の形成後に、構成を固定するために、または熱シン キング用に金属挿入体を構造体に導入することができる。

第４図の予備成形体を、金属スパッタリング物理蒸着法（ＰＶＤ）を使用するこ とによって適当に金属化する。これは、非直線コーティング及び予備成形体を電 気的に付勢してコーティングの応答を側御する性能をつくる。金属化は、予備成 形体の外側に高度な導電面を形成するが、第５図に示すような段階的な深さのコ ーティングをつくるために予備成形体の「開放」面に浸透する。金属の浸透をｒ ｔＪによって指示する。もし必要ならば、多数の予備成形体を段状に接続して複 数の導体層組立体を形成する。

最後に、第６図に示すように、２つの部分からなる樹脂射出（成形）装ｆｉ！ｉ ６の空洞５に金属化予備成形体４を配置する。金属化予備成形体を合成樹脂に含 浸して複合材料を形成するために射出器７から空洞に合成樹脂を射出する。

サブ表面金属化の存在は、第６図に示した段階中の樹脂の含浸時に電磁干渉（Ｅ ＭＴ）減衰層が環境による変形に露出されず、酷使から受ける層の剥離に反応し ないことを保証する。

同様であるが、あまり有利でない金属化（すなわち、１シヨツト方法ではなく、 制限されたコーティングの深さ調御）は、ウェットエレクトロレスめっき、例え ば、繊維予備成形体組立体のニッケルめっきによって達成される。上述した方法 によってつくられたＲＰＭ成形金属化予備成形部分は、高度の機械性能、及び長 期にわたって保持される高度なＥＭＣ性能を有する。ＲＰＭ処理は、低い投資及 び工具コストで高度に複雑な部品をつくることができる。部品の縁部に沿った金 属化の研削の実施は、簡単に達成される。例えば、工具は、予備成形体が部品の 縁部に含浸されない領域を有し、この領域は、ＥＭＣガスケットと連続的に干渉 するか、または電気接触シムにはんだを流すことができる。これは高度なＥＭＴ 性能を保証する。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　６年　８月を日 特許庁長官　高　島　章　殿　・！う １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＧＢ９３１００２５２ ２、発明の名称 金属化繊維を含むポリマーマトリクス複合材料及びその製造方法３、特許出願人 住　所　イギリス国ウェスト・ミッドランズ　ビー９１・３テイーエツクス、ソ リハル、二ニー・ロート。

ブリニートン・ハウス（番地ない 名　称　ルーカス・インダストリーズ・パブリック・リミテッド・カンパニー ４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 電話　３２７０−６６４１〜６６４６ 氏名（２７７０）弁理士湯浅恭三 （１）　補正書の翻訳文　１通 ［明細Ｓ第１頁第１行目から第１頁第１６行目までを次のように補正する］明細 書 金属化繊維を含むポリマーマトリクス複合材料及びその製造方法本発明は、電気 的な目的のポリマー材料に金属化繊維を含むポリマーマトリクス複合構造に関す る。

金属ファイバの組み込み、繊維の導電コーティングの適用、または導電フィルタ の組み込みによって前述した種類のポリマー複合構造を製造する事は知られてい る。織物に編むかまたは織るタイプの繊維の場合、このような織物は、必要とさ れる予備形成形状に成形される。

ポリマーマトリクス複合構造の濡れた表面の金属化は、ポリマー成分の特性及び 安定性を減少させる。ＥＭＣの金属織物は、予備成形の形成中、導電率の低下に よってＥＭＣの低い予備成形能力及び低い性能に悩まされている。

例えば、金属スプールへの絶縁ライナーを成形するために射出成型技術を使用す ることは英国特許第ＧＢ−Ａ−２１１８４７７号から公知である。

また、先行技術としてＥＰ−Ａ−００７４２６３号があり、これは、導電材料、 好ましくは、金属、金属コートガラス繊維、ｋｅｖｌａｒ　（登録商標）または 炭素のフィラメントを有する織物補強層を使用することを開示している。

電流のない化学的状態の下に金属化され、プラスティックの基板に埋め込まれた 織物から複合材料を製造することは米国特許第Ａ−４５２２８８９号から公知で ある。

ｒＪ本特許出願第ＪＰ−Ａ−６０−７７１５１号（７）［１本第９巻第２１１号 Ｃ−３００のアブストラクトによれば、金属被覆ガラス繊維を準備して、エレク トロレスめっきを使用する方法が開示され、ここで、ガラス繊維は個別に成形さ れ、裏打ちされ、ケーシングまたはカバーに挿入されるか、またはプラスティッ クに組み入れられ、繊維補強プラスティック（ＦＲＰ）の製品に成形される。

［明細書第５頁第１行目から第６頁第１１行目までを次のように補正する］請求 の範囲 １、繊維補強基板（１）によって開始する製造方法であって、電気的な目的でポ リマー材料に金属化された繊維を含む種類のポリマーマトリックス複合構造体を 製造する方法において、 ａ）前記基板を予備成形して所望の形状及び構造の予備成形体を製造する段階と 、 ｂ）予備成形体（４）を金属化してＥＭＣ能力のための導電性コーティングを形 成する工程と、 Ｃ）金属化予備成形体（４）を樹脂に含浸する工程とを有することを特徴とする ポリマーマトリックス複合構造体の製造方法。

２、基板を予備成形体（４）に形成する前に、基板（１）を展開予備成形体（２ ）に形成する工程を有する請求項１に記載の方法。

３、基板（１）は、織物シートであり、切断工程は、シートを展開予備成形体（ ２）になるように使用する請求項２に記載の方法。

４、展開予備成形体（２）の形状は、編み作用によって形成される請求項２に記 載の方法。

５、展開予備成形体を形成する繊維は、熱変形可能な合成樹脂を有し、加熱時に 適当な形状になるように展開予備成形体（２）に加圧する工程を含む請求項１乃 至３に記載の方法。

６、展開した予備成形体（２）を適当な形状に縫いとじる工程を有する請求項１ ．２及び４のいずれか１項に記載の方法。

７、局所的な熱の導電率を制御するために工程ｂ）とＣ）の間の構造体に金属挿 入体を導入する工程を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。

８、工程Ｃ）を実施するために金属スパッタリング物理蒸着法（ＰＶＤ）を使用 する工程を含む請求項１項から７項に記載の方法。

９一工程ｂ）を実施するためにウェットエレクトロレスめっきを含む請求項１乃 至７のいずれか１項に記載の方法。

１０、工程Ｃ）は、樹脂転移成形（ＲＴＭ）技術の使用によって実施される請求 項１乃至９項のいずれか１項に記載の方法。

１１、請求項１項から１０項のいずれか１項に２載の方法によって製造されたポ リマー基板構造体。

１２、繊維構造体は、成形された予備成形体の形状保持を行うために結合剤とし て作用する熱変形可能な合成樹脂を含む請求項１１に記載の構造体。

１３、繊維は、ガラスまたは炭素源である請求項１１または１２に記載の構造体 。

１４、構造体は、織物、編み物の連続した繊維のランダムなまたは単−一の方向 の形態に形成された補強材料（１）を有する請求項１１乃至１３のいずれか１項 に記載の構造体。

１５、予備成形体は、電気的な接地の目的で部品の縁部に含浸されない領域を有 する請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の構造体。

１６、電気的な接地の目的で部品の周囲に接触シムの流れのはんだを設ける請求 項１１乃至１４に記載の構造体。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．電気的な目的でポリマー材料に金属化された繊維を含む種類のポリマーマト リックス複合構造体を製造する方法において、ａ）繊維補強基板（１）を準備す る工程と、ｂ）基板（１）を予備成形して所望の形状及び構造の予備成形体（４ ）を製造する工程と、 ｃ）予備成形体（４）を金属化してＥＭＣ能力のための導電性コーティングを形 成する工程と、 ｄ）金属化予備成形体（４）を樹脂に含浸する工程とを有することを特徴とする ポリマーマトリックス複合構造体の製造方法。
2. ２．基板を予備成形体（４）に形成する前に、基板（１）を展開予備成形体（２ ）に形成する工程を有する請求項１に記載の方法。
3. ３．基板（１）は、織物シートであり、切断工程は、シートを展開予備成形体（ ２）になるように使用する請求項２に記載の方法。
4. ４．展開予備成形体（２）の形状は、編み作用によって形成される請求項２に記 載の方法。
5. ５．加熱時に適当な形状になるように展開予備成形体（２）に加圧する工程を含 む請求項１乃至３に記載の方法。
6. ６．展開した予備成形体（２）を適当な形状に縫いとじる工程を有する請求項１ ，２及び４のいずれか１項に記載の方法。
7. ７．局所的な熱の導電率を制御するために工程ｂ）とｃ）の間の構造体に金属挿 入体を導入する工程を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
8. ８．工程ｃ）を実施するために金属スパッタリング物理蒸着法（ＰＶＤ）を使用 する工程を含む請求項１項から７項に記載の方法。
9. ９．工程ｃ）を実施するためにウエットエレクトロレスめっきを含む請求項１乃 至７のいずれか１項に記載の方法。
10. １０．工程ｄ）は、樹脂転移成形（ＲＴＭ）技術の使用によって実施される請求 項１乃至９項のいずれか１項に記載の方法。
11. １１．請求項１項から１０項のいずれか１項に記載の方法によって製造されたポ リマー基板構造体。
12. １２．繊維構造体は、成形された予備成形体に形状保持を行うために結合剤とし て作用する熱変形可能な合成樹脂を含む請求項１１に記載の構造体。
13. １３．繊維はガラスまたは炭素製である請求項１１または１２に記載の構造体。
14. １４．構造体は、織物、編み物の連続した繊維のランダムなまたは単一の方向の 形態に形成された補強材料（１）を有する請求項１１乃至１３のいずれか１項に 記載の構造体。
15. １５．予備成形体は、電気的な接地の目的で部品の縁部に含浸されない領域を有 する請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の構造体。
16. １６．電気的な接地の目的で部品の周囲に電気接触シムのはんだ流を設ける請求 項１１乃至１４に記載の構造体。