JPS63206645A - 複合膜の評価方法 - 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） この発明は複数の材料からなる複合膜の組成比またはマ
クロ構造を簡易かつ迅速に評価する複合膜の評価方法に
関する。

（従来の技＄＃） 複合膜の組成比を求める方法としては従来ＳＩＭ。

ＳＡＭ、ＫＰＭＡ　　などによる元素の面分布から推定
する方法や、雰囲気制御による熱分析の重量変化、発熱
量などから推定する方法が知られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら元素の面分布から推定する方法は、膜表面
のミクロ的な情報は得やすいが、膜内部を含めたボイド
等の微細構造の評価が困難である。

また熱分析による方法は無機材料のみからなる複合膜、
あるいは有機材料のみからなる複合膜の場合には、評価
が困難でありまた微細構造に関する情報は皆無である。

さらに両方法とも評価に多くの時間と手間を要し、品質
管理における多数試料の迅速測定や製作条件検討時のス
クリーニングテストなどには適さない。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは複合膜の組成比や微細構造の評価を簡便
かつ迅速に行なう複合膜評価方法を提供することにある
。

（問題点を解決するための手段） 上記目的はこの発明によれば、複数の材料で構成された
厚さが一定でかつ薄い複合膜の片面の一部を前後に移動
自在なマスク部材で遮蔽して、この片面に一定振巾の光
エネルギを断続照射し、前記マスク部材を移動して複合
膜の遮蔽部における前記マスク部材の端部からの種々の
距離の点の交流温度を測定し、該距離と交流温度との関
係を基にして求めた複合膜の面方向に対する熱拡散率か
ら該複合膜の組成比または微細構造の評価を行うことに
よって達成される。

（作用） 熱拡散率の異なる材料から構成される複合膜のオーバオ
ールの熱拡散率は熱拡散率の異なる材料の組成比やボイ
ド等の微細構造によって変化する。

複合膜のオーバオールの熱拡散率は膜の面方向の熱拡散
率として断続加熱法によって測定することができる。

（実施例） 次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。特開
昭６０−１５５９５０号公報には断続加熱による熱拡散
率測定方法及び装置が開示されており、複合膜の熱拡散
率はこの測定方法と装置を用いて測定することができる
。

第１図及び第２図は複合膜の熱拡散率の測定装置を示す
。同図において１は熱拡散率測定用試料の複合膜であり
巾４寡痛、長さｌ　Ｑ　ｍ　７部程度で厚さ０．１乃至
０．５ｍｓである。２は複合膜１の片面の１部ヲ覆つマ
スク部材でマイクロメータ５により複合膜１の面に沿っ
て一方向に移動自在である。マスク部材２は複合膜１の
片面の１部を光エネルギが照射されないよう遮蔽する。

３はマスク部材２の上部に設けられたチョッパで回転自
在に軸支され、図示されないモータにより所定の回転数
で回転する半円形板よりなる。４はタングステンランプ
のような光源で前記チョッパ３に付設され、複合膜ｌの
非遮蔽部を光エネルギで加熱する。５は前記マスク部材
２と連結されたマイクロメータ、６は複合膜１のマスク
部材２で遮蔽された部分でマスク部材２の端部から距離
ｌの点に点溶接された熱電対である。８はフォトトラン
ジスタのような光センサ７の出力を参照信号として熱電
対６の交流出力を増巾するロックインアンプである。

このような測定装置においてチョッパ３を回転して、断
続的に光エネルギを複合膜１に照射すると、複合膜１の
光エネルギの照射される部分は加熱されて温度が上昇す
るのに対し、複合膜１の光遮蔽部は温度が上昇しないの
で光照射部と光遮蔽部との間に温度勾配を生じ、周期的
な熱波が複合膜の面方向に進行するので、熱電対６では
熱電対６の点溶接された点の交流温度番測定することが
できる。この交流温度は複合膜の熱的性質である熱拡散
率を反映したものとなる。この時該マスク２を所定の速
度で熱電対６に近づけるかまたは遠ざければ該熱電対６
により検出される交流温度は上昇または低下するが、マ
スク部材２の端面から熱電対までの距離をｌ、このとき
の熱電対６における交流温度をＴ、光エネルギ断続の周
波数をｆ。

複合膜の吸収した熱量をＱ、複合膜の単位体積あたりの
熱容量をＣ１試料厚さをｄとすると、複合膜の熱拡散率
αは次式の関係を満足する。

ｌ　ｎ　ｌ　Ｔ　ｌ／ｑ＝　ｌｎ（Ｑ／４πｆ　ｃ　ｄ
）　／、／７−　（戸）ｌ今距１’ｔにおける交流温度
をＴ（Ｚ＋）＋７２における交流温度をＴ（１２）　　
とすると、ｌ　ｒＬＩＴ　（ｌ、　）　ｌ　／（７：＝
　ｌ　ｎ　（Ｑ　／４ｒｃ　ｆ　ｃｄ）ｆ−（Ｊ’；；
７’ａ）　ｌ。

ｌｎ（Ｔ（’２　）ｌ／、／７”＝　１ＴＬ（Ｑ／＋ｒ
ｃｆＣ”＞（Ｔ　Ｃπ）　’２（２）式より　（３）式
を差引くと、 ｌルＩＴ（Ｚ、］−ｌルｌｎ　（ｌＪ＝　（、ｌ”：石
）　（１２−ｌ＋）σここで１２−１．　＝△ｌ、　１
ｒＬＩＴ　（ｌＨ）ｌ−ｌｚｌＴ　（ｌＪ＝△ｌｎＴと
おくと、 △ｌ　ＴＬＴ　＝（（’；；”７”’；薯△ｌ（△１ｒ
ＬＴ）／△ｔ　＝に７７ａ　　　　　−−−−＜　５　
）（５）式に示すように、断続加熱により熱拡散率αを
測定するときは、熱拡散率αは複合膜の寸法。

厚さ、熱容量、吸収熱量などにより影響を受けないので
測定は簡便である。（５）式において（△ＺＴＬＴ）／
△ｌ　は距離ｌと交流温度Ｔをプロットした直線の勾配
である。ただし測定原理上厚さ方向には温度分布の無い
ことが必要なので、適用できる複合膜の厚さｄはＯ，１
〜０．５７ＢＢが好ましい。

熱拡散率αの値は（６）式により熱伝導率λに変換する
こともできる。

λ＝α・Ｃ−一−（６） さて複合膜としては、金属微粒子と炭素粉体と、弗素樹
脂の微粒子の混合された有機／無機の複合膜を用いる。

この複合膜は以下のようにして調製される。カーボンブ
ラックなどの炭素粉体の上に白金などの金属微粒子を担
持させたものを１００　ｇｒ採取し、これを界面活性剤
の水溶液９ｏｒｎｌに十分分散させる。次にポリテトラ
フロロエチレン（ｐＴＦｍｌ弗素樹脂の微粒子を含むデ
ィスパージョン（固形分６０重量％）を所定量加え、十
分混合してから、エチレングリコール３６０ｒｒＬｌ加
え、金属微粒子を担持した炭素粉体とＦＴＦＥからなる
弗素樹脂の微粒子とを混合凝集させる。次に双腕型二〜
ダを用い前記混合凝集体をよく混練し、ＰＴＦＥ微粒子
を繊維化する。この混練の工程ではＰＴＩＰＫ微粒子の
繊維は勝手な向きをとり相互に絡み合う。続いて混練に
よって得られたペーストを押出成型してシート状に成型
させる。このとき繊維化したＰＴＦＥ　微粒子は一定の
方向に配向する。この配向性と共に複合膜はその機械的
強度を増す。この押出成型はＰＴＦＩの微粒子の配向性
のほか、次工程のカレンダロール工程の予備工程として
厚さ５０寡乳のシート状成型体とする。最後にカレンダ
ロール法により、厚さＱ、２ｍＢの複合膜を調製するこ
とができる。このようにして金属微粒子を担持した炭素
粉体（担持量は一定）に対する弗素樹脂の配合割合を変
化させた複合膜を３種類（Ａ、Ｂ、Ｏ）調製した。各配
合比においてはサンプルを３枚宛調製した。得られた複
合膜を４　ｍ　ｔａ　×Ｉ　Ｑ　Ｂ　ｍのサイズにカッ
トし熱拡散率の測定を行う。

測定においてはマスク部材２の端面から熱電対６までの
距離ｌを０から３００μ毎の範囲に変化させて交流温度
Ｔの測定を行い、直線の勾配を求め、（５）式に代入し
て熱拡散率αを計算する。

熱拡散率αの測定は簡易迅速に行われる。結果を第３図
に示す。炭素材料と弗素樹脂においては熱拡散率は弗素
樹脂の方が小さいが、この熱拡散率の小さい弗素１ｆ！
Ｊ詣の配合割合が増加すると、複合膜全体の熱拡散率が
小さくなることが予想されるが、このことが現実に第３
図において明瞭に示されている。この場合複合層はボイ
ド、凝集、結晶粒などの微細構造につき十分管理された
状態で膜の調製が行なわれている。例えば弗素樹脂の微
粒子は繊維化して配向させ、また炭素粉体は界面活性剤
でよく分散させている。その理由は微細構造も熱拡散率
を左右する因子だからである。管理状態にあることはデ
ータの再現性がこれを示している。

この実験はボイド、結晶粒、凝集などの微細構造を制御
された状態に保ちながら、予め組成比と熱拡散率との関
係を較正しておけば熱拡散率によって未知試料の組成比
が評価できることを示しているが、逆に組成比が十分管
理されているときは微細構造の状態を熱拡散率から評価
することも可能となる。

またいづれも管理が十分にできないときは、組成比と微
細構造の総合された状態が熱拡散率に反映される。なお
複合膜の調製は上述の方法に限定されるものではなく、
析出、スパッタ、蒸着などの薄膜形成法、溶射、ドクタ
ブレード等の厚膜形成方法も含まれることは言うまでも
ない。

このように断続法による複合膜の面方向の熱拡散率の測
定から、複合膜の微細構造や２組成比に関する情報を容
易に得ることができる。さらにこの方法は熱拡散率の測
定が簡易であることから複合膜製造の最適条件の決定や
得られた複合膜の品質管理にも応用することができ、さ
らに熱拡散率のデータを出発点として他の解析手段を併
用し、より詳細な解析を進めることも可能となる。

（発明の効果） この発明によれば断続加熱法により複合膜の面方向の熱
拡散率を測定するので、単一の方法で複合膜の組成比や
微細構造の評価を簡易迅速に行うことができ、これは従
来方法にない新しい複合膜の評価方法ということができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は断続加熱に用いる測定装置の説明図、第２図は
第１図の光源とロックインアンプを省略した平面図、第
３図はこの発明の実施例の弗素樹脂の配合割合と熱拡散
率の関係を示すグラフである０ １：複合膜、２＝マスク部材、３：チョッパ、４：光源
、５：マイクロメータ、６：熱電対、７オ光センサ、８
：ロックインアンプ。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）複数の材料で構成され厚さが一定でかつ薄い複合膜
   の組成比または微細構造の評価方法において、複合膜の
   片面の一部を前後に移動自在なマスク部材で遮蔽し、こ
   の片面に一定振巾の光エネルギを断続照射しながら前記
   マスク部材を移動して複合膜の遮蔽部における前記マス
   ク部材の端部からの種々の距離の点の交流温度を測定し
   、この距離と交流温度との関係を基にして前記複合膜の
   面方向に対する熱拡散率を求め、この熱拡散率の値から
   複合膜の組成比または微細構造の評価を行うことを特徴
   とする複合膜の評価方法。