JPS60264240A - 複合材料 - 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】 本発明はプラスチックスの基層中に多層の繊維マットを
組込んだ複合材料に、およびその、特に航空機製造の分
野での雷撃保護（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉ
ｏｎ　）材料としての使用に関するものでを）る。

航空機製造の分野で用いられる構成材料には、重量軽減
のために、アラミド繊維織物および／または炭素繊維織
物を、それぞれ、エポキシ樹脂およびポリイミドまたは
マレイミド樹脂と結合させて作られた複合材料が含まれ
ている（第２５回全国ＳＡＭＰＥンンポジウム（２５ｔ
ｈ　ＮａｔｉｏｎａｌＳＡＭＪ’Ｅ　５ｙｒｎ、ｐｏｓ
ｉｕｍ）、カリフォルニヤ州すンディエゴ、１９８０年
５月６〜８日）。これらの複合材料が着陸フラップ、舵
とり装置、エレベータ−等に用いられていることは公知
であり、将来においては全ての構成部分がこのような複
合材料で作られるようになるであろうとも言われている
。

このような合成樹脂と強化用繊維との複合材料の最も深
刻な欠点は雷撃に対する保護が不十分でその上、プラス
チックスから作られた繊維強化した航空機部品は、特に
雪やあられの中を通って飛ぶときおよび砂嵐の中を飛ぶ
ときには驚くほど高い静電荷を蓄えるのである。プラス
チックス材料であるため、航空機内の電線および電子機
器を電磁放射の貫通から保護する作用はないのである。

本発明の目的は、一方では金属と比較して極めて軽量で
構成部品の重量を軽減することができ、他方では高度に
電気伝導性で雷撃よりの保護を保証できるような材料を
製造することにある。

文献には航空機用の複合材料部品に雷撃保護性を与える
だめの数多くの提案がなされている。たとえば、西ドイ
ツ公開明細書第３．１４４．６５３号はアルミ被覆繊維
複合材料の使用を提案している。

西ドイツ公開明細書第３．１３９．３１３号は一般的な
用語で金属被覆アラミド繊維布が航空機部品の雷撃保護
に使用し得ると言っている。

しかｌ〜、この方法は、今までのところでは産業界にい
かなる用途をも見出していない。航空機製造に用いる複
合材料の雷撃保護に関して用いられている方法はアルミ
ニウムの使用以外の細物でもなく、アルミシートの形で
、または複合部品へのアルミの溶融スプレィにより用い
られている。この方法で適切な保護効果を得るだめには
１Ｍあたり数百グラムの量のアルミニウムを使用するこ
とが必要である。これによって、複合材料を用いること
により獲得した重量軽減の大部分が再び矢な５− われてしまうという欠点がおる。

本発明によれば、実質的に炭素含有繊維材料の多層マッ
トを含有し、その最外層のマットの繊維が２０〜２ｏｏ
ｒ／、７のＮｉで被覆されている複合材料を用いること
によって、重量を劇的に軽減し、同時に雷撃保護特性を
も有する材料を得ることが可能である。

１０ＧｋＡ、０．２５ＸＩ　Ｄ６Ａ”・Ｓお工び３．６
ｋＡ、１０クーロンまでの雷撃に対する保護効果は繊維
マット１ｎ？あたり８０乃至１４０ノという小量のニッ
ケル付着で得られる。付着量は好ましくは９０乃至１３
０２である。２ＧＯｋＡの雷撃に対しての保護には１ｎ
？あたり１４０乃至２００ｔのニッケル量が必要である
。好ましい水準は１ｎＩあたり１６０乃至１８０ｆでお
る。

これらの値が撃くべきものであるという理由は、ニッケ
ルがアルミよりも電気伝導度がかなり低い６− にも拘らず、かなり多量のアルミを用いた場合と同等の
雷撃保護効果が得られることにある。

好ましい繊維マットは、好ましくはグラファイト繊維ま
たはアラミド繊維から作られた織物、または編物布であ
る。上記の目的には、本質的に繊維糸の織り合わせが必
要なのである。炭素繊維布を特にヘリにおいて補強する
ためには、アラミド繊維糸を用いることが可能である。

この金属は蒸着、スパッタリング、電気メッキまたは非
電解湿式化学法により付着させることができる。この非
電解湿式化学沈着の場合には個々の繊維の上に極めて一
様な金属被覆が得られる。

布の金属付着により糸の内部または糸間の空間で金属同
志の結合が生ずることはないので、屈曲性の低下はとる
に足りない程度に過ぎない。布が比ｔｌｌｌ　較的に大
量の金属により被覆されて、ＤＩＮ５４゜６４５により
測定した表面抵抗が１オーム以下になったとしても、そ
の編物としての特性は殆ど保持されている。

ニッケルは非電解湿式化学法により複合材料に付着させ
るのが好ましい。特にニッケルの量が極めて高いときに
は、非電解法により得たニッケル表面に、さらに電気メ
ツキ法を用いてニッケルを付着させることも、もちろん
可能でおる。炭素繊維の織物または編物の場合には電気
メツキ法のみを用いてニッケルを付着させることも可能
である。

しかし、意外なことではないが、材料が極めてもろくな
るという結果が生ずる。

ニッケルを付着させるための高度に好ましい方法は、た
とえばＤＥ−，４３，０２５，３０７に記載されたよう
な型の有機金属活性化剤を用いる非電解湿式化学法であ
る。

繊維マットを埋込むのに適したプラスチックスは、最近
、航空機製造に好んで用いられる熱硬化性樹脂、たとえ
ば、エポキシ樹脂、マレイミド樹脂およびポリイミド樹
脂である。

以下に述べる利点により、本件複合材料は雷撃保護材料
としての使用に特に適している。本件材料は金属よりも
軽く、比較的高いパルス状電流負荷に耐える。くり返し
負荷が可能である。材料の製造が危険率を想定して経済
的に手直しできる。

本件材料は２００　ｋＡの雷撃が構造部品を破壊しない
ように設訂することができる。厚さ２關のアルミシート
の場合には雷撃を受けると折りたたみ部分が溶融してし
まい、目立った損傷がないようにするためにはアルミの
厚さが１０ｍｍなければならないことが知られている。

本発明記載の複合材料により提供された電磁放射線に対
する保護効果は雷に打たれた後でも持続し、静電荷は引
き続き蓄わえられずに流れ去ってしまう。本件複合材料
で作られた構成部品は、たとえば着氷防止のため９− 炭化アルミを生成させるのである。本件金網被覆繊維布
の電気伝導度が高いため、余分のγルミシートや銅網を
使用せずにすますことが可能である。

加えて、ニッケル被覆は複合材料部品のｊ−間剪断強度
（ｉｎｔｅｒｌａｍｉｎａｒ　ｓｈｅａｒｉｎｇ　ｓｔ
ｒｅｎｇｔｈ　）を増加させる効゛釆も有する。

雷撃保護効果は金属被覆繊維布と完成部品との双方につ
いて試験した。直径９５ＩＩｍの試験布を電極として用
いる２個の金属円環の間にクランプする。この試験布を
絶縁基板の上におく。直径１０關の高圧電極を布に軽く
押し付けるか（直接接触法）または試験布の表面から１
　ｍｍの距離に保持する（空隙法（ｇαｐ　ａｒｒαｎ
ｇｅｍｅｎｔ　）　）。第１の場合には約０．８Ｈの領
域で布を通して電流が流れ、第２の場合は実際的な状況
のモデルであるが、電１０− 極端と布の表面との間にアークが形成される。

下に示す実施例中に記載した実験は容量２０μＦ１ビ―
り負荷電圧１６０ｋＶの・９ルス発生装置を用いて行な
った。この装置は２５ＧｋＡ以上のピークを有する電流
のパルスを発生することができる。

電流および電圧を測定するのに必要な手段は、この装置
の中に組み込まれている。こ＼で言う電流値は最初の半
振動のピーク値であり、約２０μ秒継続する。

実験は１００および２００ｋＡの電流ノ９ルスを用いて
行ない、この電流値は直接接触またはアーク経由のいず
れの場合にも適用した。前の実験による損傷の効果を消
すため、電流を負荷するたびごとに新しい試験布片をク
ランプして実験用にセットした。アークを用いて電流を
加えても有意の差はなかった。金属の損失が起り得る面
積も大体に於て同様の大きさであった。゛ 実施例 実施例　１ 寸法４０Ｘ４６ｃｙｎ、単位面積あたり重量２００ｆ／
ｒｒ？の炭素繊維糸平織り布片を１．１’、１１リクロ
ロエタン１ｔあたり０．２５　ｆの二塩化ブタジェンパ
ラジウムを溶解させた溶液に浸漬し、乾燥する。つソい
て、１ｔあたり３０ｆの塩化ニッケル、３ｆのジメチル
アミノボランおよび１０ｆのクエン酸を含有しアンモニ
アでｐ　Ｈ８，１にした、非電解ニッケルメッキ浴中で
、室温で２０分間非電解的にメッキする。このニッケル
被覆布を洗浄し、ついで、希硫酸中に浸漬し、ついで６
０℃で６乃至８メルト、４０Ａの電流で約４０分間電気
メツキしてニッケルを追加的に付着させる。この布を洗
浄、乾燥する。ニッケルの総付着量は１６５ｆ／−であ
る。

試験原本は、金属被覆布片が最外層になるように配列し
た６層の相応する炭素繊維布を組込んだプレプレラグか
ら調製した。この試験標本を最上部の金属被覆層が常に
最初に雷撃を受けるような配置で固定する。

試験はＬＩＬ−５ＴＤ−１７５７、試験法ＴＯＡＥ４Ｌ
報告“雷撃試験波形ならびに大気圏輸送手段および装備
品に対する試験法”（１９７８年６月２０日）に従って
行なった。

２００　ｋＡ、２Ｘ　１０”Ａ”−Ｓの模擬雷（ｓｉｔ
ｎｕ−１ａｔｅｄ　ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　）　（帯域１
Ａ′）は炭素繊維複合体標本の貫通破壊（ｐｅｎｅｔｒ
ａｔｉｎｇ　ｄｅａｔｒｌＬ−ｃｔｉｏｎ）を生じなか
った。最上部の金属被覆層には約１ＣＩＩの大きさの衝
撃面が残り、そこでは金属層が若干蒸発してしまってい
た。すぐ下の炭素繊維織物層には殆んど損傷がなかった
。その他の金１３− 属被覆していない炭素繊維層は、いかなる損傷の徴候も
全く示さなかった。

実施例　２ アラミド繊維糸（ケブラー（Ｋｅｖｌａｒ〕）　）で作
った単位面積あたり重量ｓｏｐ／ｎ？の平織り布に西ド
イツ公開明細書筒３．１３９．３１３号の方法を用いて
８０ｆ／ｒ１？のニッケルで非電解的に金属被覆する。

この金属被覆繊維布の雷撃保護特性を実施例１と同様に
して試験した。１００　ｋＡ、０．２５Ｘ１０”Ａ”−
Ｓの模擬雷（帯域２）の衝撃の領域で金属層が蒸発した
けれども、アラミド繊維布には破壊が生じなかった。金
属被覆ケプラー繊維布の下に配置した５層の炭素繊維布
は破壊の徴候を全く示さなかった。

実施例　３ 技術的理由でアラミド繊維糸を含有する炭素縁１４− 維糸布を実施例２の記載と同様にして室温で２時間非電
解的にニッケル被覆する。ニッケル付着量は１−あたり
１０５２であった。この材料から調製した試験標本を１
００　ｋＡ、０．２５Ｘ　Ｉ　Ｇ６Ａ２・Ｓおよび３．
６に、（，１０クーロンの模擬雷にさらした。雷撃を受
けた領域のわずかな損傷以外には炭素繊維の目につくほ
どの破壊は見られなかった。

２００ｋＡの模擬雷（実施例１と同様のもの）は複合材
料中の第１の金属被覆炭素繊維布層を破壊１．た。下の
金属被覆ｌ〜ていない炭素繊維布の各層は外見上、いか
なる損傷をも示さなかった。

特許出願人　バイエル・アクチェングゼルシャフト １５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　マットが実質的に炭素含有繊維よりなり、かつ、
   最外層のマットの繊維が繊維マット１ばあたり８０〜２
   ００ｖのニッケルで被覆されていることを特徴とする、
   プラスチックス基層中に多層の繊維マットを有する複合
   材料。 ２、ニッケル添加量が１−あたり８０〜１４０Ｖである
   特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 ３、　ニッケル添加量が１−あたり１４０〜２００２″
   Ｃある特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 ４、使用する繊維材料が炭素繊維もしくはアラミド繊維
   またはこの２種類の混合物である特許請求の範囲第１項
   記載の複合材料。 ５、ニッケルを非電解湿式化学法または電気メツキ法の
   いずれかにより繊維材料に付着させた特許請求の範囲第
   １項記載の複合材料。 ６、繊維を有機金属化合物により活性化１〜だのちに非
   電解湿式化学法によりニッケル被覆１．た特許請求の範
   囲第１項記載の複合材料。 Ｚ　基層が熱硬化性樹脂、好ましくはエポキシ樹脂、ポ
   リイミド樹脂捷たはマレイミド樹脂である特許請求の範
   囲第１項記載の複合材料。 ａ　特許請求の範囲第１項乃至第７項に記載された複合
   材料の航空機製造の分野での雷撃保護材料としての使用
   。 ９８０〜１４０ｆ／ｙイの金属被膜を有する特許請求の
   範囲第１項乃至第７項に記載された複合材料の１００に
   、４−！！：での雷撃に対する使用。 １０．１４０〜２００　ｆ／−の金属被膜を有する特許
   請求の範囲第１項乃至第７項に記載された複合材料の２
   ００Ａ：Ａまでの雷撃に対する使用。