(57)【要約】【課題】樹脂基複合材との密着性に優れ疲労特性が良好な耐雷層を有する複合材を、良好な作業性で製造する方法を提供する。【解決手段】繊維で強化された樹脂を主たる要素として構成された第１の樹脂板１１上に、金属粉を含有する樹脂から構成された導電層１２と、繊維で強化された樹脂を主たる要素として構成された第２の樹脂板１３とを順次積層させて積層体を形成する工程と、該積層体を焼成して、前記第１の樹脂板１１と前記導電層１２と前記第２の樹脂板１３とを接着させて樹脂基複合材１０を形成する工程とを含む樹脂基複合材の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維で強化された樹脂を主たる要素として構成された第１の樹脂板上に、金属粉を含有する樹脂から構成された導電層と、繊維で強化された樹脂を主たる要素として構成された第２の樹脂板とを順次積層させて積層体を形成する工程と、
該積層体を焼成して、前記第１の樹脂板と前記導電層と前記第２の樹脂板とを接着させて樹脂基複合材を形成する工程とを含む樹脂基複合材の製造方法。
【請求項２】
繊維で強化された樹脂を主たる要素として構成された第１の樹脂板の一方の面上に、金属粉を含有する樹脂から構成された導電層を積層し、該導電層が形成された面と反対側の面上に、繊維で強化された樹脂を主たる要素として構成された第２の樹脂板とを順次積層させて積層体を形成する工程と、
該積層体を焼成して、前記第１の樹脂板と前記導電層と前記第２の樹脂板とを接着させて樹脂基複合材を形成する工程とを含む樹脂基複合材の製造方法。
【請求項３】
前記金属粉が、銅粉または銀粉とされる請求項１または請求項２に記載の樹脂基複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性を有する樹脂基複合材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂等の樹脂基複合材は、軽量で高強度であるため、航空機、自動車、船舶等の構造部材として広く用いられている。このような樹脂基複合材は、導電性の低い樹脂をマトリックスとして含んでいるため、例えば航空機主翼構造体として用いる場合、耐雷性を持たせるために表面に導電性を付与する必要がある。複合材の表面に導電性を付与する方法としては、複合材の成形と同時に銅箔を加熱接着することにより、複合材表面に銅箔を積層させる手法が一般的に用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１３８６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、樹脂基複合材の表面に銅箔を同時加熱接着成形する上記の方法では、熱膨張係数の大きく異なる樹脂と銅箔を貼り合せることから、リンクル(しわ)が発生するという問題があった。また、薄い銅箔はハンドリング性が悪い、折れやすい、コンタミが付着しやすい、銅箔の切断作業でバリが発生するなどの欠点があり、取扱いには細心の注意が必要であるため、樹脂基複合材上に銅箔を貼り合せる作業は、技術的に困難であった。また、リンクル(しわ)やコンタミの付着は、強度特性に悪影響を及ぼすという問題点があった。
【０００５】
また、耐雷層に銅箔を用いた樹脂基複合材は、切断や穿孔によりバリが発生しやすく、加工性が悪いことも問題となっていた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、樹脂基複合材との密着性に優れ耐雷層を有する複合材を、良好な作業性で製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、繊維で強化された樹脂を主たる要素として構成された第１の樹脂板上に、金属粉を含有する樹脂から構成された導電層と、繊維で強化された樹脂を主たる要素として構成された第２の樹脂板とを順次積層させて積層体を形成する工程と、該積層体を焼成して、前記第１の樹脂板と前記導電層と前記第２の樹脂板とを接着させて樹脂基複合材を形成する工程とを含む樹脂基複合材の製造方法を提供する。
【０００８】
また、本発明は、繊維で強化された樹脂を主たる要素として構成された第１の樹脂板の一方の面上に、金属粉を含有する樹脂から構成された導電層を積層し、該導電層が形成された面と反対側の面上に、繊維で強化された樹脂を主たる要素として構成された第２の樹脂板とを順次積層させて積層体を形成する工程と、該積層体を焼成して、前記第１の樹脂板と前記導電層と前記第２の樹脂板とを接着させて樹脂基複合材を形成する工程とを含む樹脂基複合材の製造方法を提供する。
【０００９】
上記導電層は樹脂を主成分とするため、導電層と繊維強化樹脂板との熱膨張係数の差が小さい。その結果、接着後の残留応力が小さくなるので、繊維強化樹脂板との密着性が良好な耐雷層を有する樹脂基複合材を得ることができる。また、ハンドリング性が向上するので、導電層を繊維強化樹脂板表面の広い面積に形成することができるようになる。
【００１０】
上記発明において、前記金属粉が、銅粉または銀粉であれば、良好な導電性を付与した導電層とすることができるので、好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記発明によれば、金属粉を含有する樹脂からなる導電層を用いることによって、繊維強化樹脂板との密着性に優れた耐雷層を形成した樹脂基複合材を得ることができる。また、ハンドリング性が向上するので、繊維強化樹脂板表面の広い面積に導電層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の製造方法により製造される樹脂基複合材の断面概略図である。
【図２】第３実施形態の製造方法により製造される樹脂基複合材の断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態を説明する。
(第１実施形態)
図１は、第１実施形態の製造方法により製造される樹脂基複合材の断面概略図である。樹脂基複合材１０は、第１の樹脂板１１、耐雷層として導電層１２、第２の樹脂板１３が順に積層された構成とされる。このように、導電層を第１及び第２の樹脂板で挟む構成の樹脂基複合材とすることにより、最表面を平滑にすることができる。図１の構成の樹脂基複合材を航空機主翼構造体に適用する場合、主翼構造体最表面に耐雷層を設ける構成と比べて、空力的に有利である。
【００１４】
第１の樹脂板１１は、ガラス繊維をエポキシ樹脂で固定したガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）からなる板とされる。第２の樹脂板１３は、炭素繊維をエポキシ樹脂で固めた炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）からなる板とされる。
【００１５】
本実施形態では、導電層１２は、金属粉を含有する樹脂からなる導電性シートとされる。導電性シートを構成する樹脂は、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などとされる。金属粉として、銅粉または銀粉を用いると、良好な導電性を得ることができる。
【００１６】
導電性シートは、金属粉を含有する樹脂を、例えば、スプレーやアプリケータにより所定の膜厚で成形用板上に塗布し、大気中で加熱乾燥させて樹脂中の溶媒を除去するとともに樹脂を硬化させた後、成形用板から剥離させることによって得られる。成形用板は、例えば樹脂塗布面に四フッ化エチレンがコーティングされた板であると、乾燥後の導電性シートを容易に剥離させることができる。乾燥温度は、使用する樹脂が硬化する温度とされる。例えば、フェノール樹脂の場合、１３０℃から１８０℃の温度範囲で乾燥させる。エポキシ樹脂の場合、６０℃から１５０℃の温度範囲で乾燥させる。
【００１７】
樹脂基複合材１０は、以下の工程により製造される。
まず、第１の樹脂板１１としてのＧＦＲＰプリプレグ上に、導電層１２としての導電性シートを配置する。複数枚の導電性シートをＧＦＲＰプリプレグに配置する際は、隣接する導電性シートの端部を、例えば５ｍｍ程度の幅で重ねる。なお、金属粉を含有する樹脂を成形用板上に塗布し乾燥させる上記の方法により作製した導電性シートは、樹脂内の金属粉が成形用板側に沈殿したり、塗布された樹脂の外表面が乾燥時に酸化されたりするため、外表面の抵抗値が成形用板側の抵抗値よりも大きくなる。このように、成形用板側の表面同士が接触するように隣接する導電性シートの端部を重ねて配置すると、接触面での抵抗値の上昇を防止できる。
【００１８】
次に、導電性シート上に、第２の樹脂板１３としてのＣＦＲＰプリプレグを配置する。ＧＦＲＰプリプレグ、導電性シート、及びＣＦＲＰプリプレグを積層させた積層体を、真空バッグの中に入れる。真空バッグ内部を排気しながら積層体を１７５℃から１８５℃の温度範囲内に加熱して、プリプレグと導電性シートとを接着させ、樹脂基複合材１０を作製する。
【００１９】
本実施形態のように、導電性シート（予めシート状に成形した金属粉を含有する樹脂）を用いることにより、溶剤による樹脂板の浸食や加熱接着時の水成分発生を防止することができる。樹脂を主成分とする導電性シートは、従来の銅箔と比べて可撓性に優れ、破れにくいなどハンドリング性に優れる。そのため、貼り合わせ時の作業性を大幅に向上させることができ、導電性シートを大面積で樹脂板に貼り合わせることができるので有利である。
また、本実施形態の樹脂基複合材は、金属粉を含有する樹脂を主成分とする導電性シートを耐雷層とするため、耐雷層と第１及び第２の樹脂板との熱膨張係数の差が小さい。その結果、耐雷層と第１及び第２の樹脂板との密着性が良好である。
【００２０】
複数枚の導電性シートを使用し、隣接する導電性シートの端部を重ね合わせる場合では、重ね合わせ部分での導電性シート同士の密着性が良好となる。このため、重ね合わせ部分での抵抗の上昇を防止できる。
【００２１】
また、本実施形態の樹脂基複合材に切断加工や穿孔加工を施した場合でも、耐雷層として銅箔を用いた従来の樹脂基複合材のような、加工面の耐雷層のバリが発生しない。
【００２２】
(第２実施形態)
第２実施形態では、金属粉を含有する樹脂を第１の樹脂板上に塗布することにより、導電層を形成する。なお、樹脂及び金属粉は、第１実施形態と同じ材料とされる。
【００２３】
第２実施形態において、樹脂基複合材１０は、以下の工程により製造される。
第１の樹脂板１１としてのＧＦＲＰプリプレグ上に、金属粉を含有する樹脂を塗布する。塗布方法は、スプレー塗布でも良いし、コーターを使用して樹脂ペーストを塗布しても良い。塗布後、大気中での加熱乾燥により樹脂中の溶媒を除去するとともに、樹脂を硬化させ、導電層１２を形成する。乾燥温度は、使用する樹脂が硬化する温度とされる。
【００２４】
次に、導電層１２上に、第２の樹脂板１３としてのＣＦＲＰプリプレグを配置する。ＧＦＲＰプリプレグ、導電層、及びＣＦＲＰプリプレグを積層させた積層体を、真空バッグの中に入れる。真空バッグ内部を排気しながら積層体を１７５℃から１８５℃の温度範囲内に加熱して、プリプレグと導電層とを接着させ、樹脂基複合材１０を作製する。
【００２５】
金属粉含有樹脂をＦＲＰプリプレグ上に直接塗布する場合、樹脂に含まれる溶剤量が多いと、ＦＲＰプリプレグを構成するエポキシ樹脂が溶剤によって浸食される場合がある。樹脂に含まれる溶剤量が少ない場合には、金属粉含有樹脂をＦＲＰプリプレグ上に直接塗布しても、溶剤によるプリプレグの浸食を防止できる。
【００２６】
金属粉含有樹脂を塗布後に乾燥させずに、別のＦＲＰプリプレグを積層して焼成すると、例えばフェノール樹脂では、金属粉含有樹脂の主成分である樹脂から水が発生することがある。このため、金属粉含有樹脂からなる層と樹脂板との密着が不良となる上、外観も損なわれるので好ましくない。従って、金属粉含有樹脂を塗布した後乾燥させてから、第２の樹脂板を積層することが好ましい。
【００２７】
(第３実施形態)
図２は、第３実施形態の製造方法により製造される樹脂基複合材の断面概略図である。樹脂基複合材２０は、第１の樹脂板２１の一方の表面に耐雷層として導電層２２、他方の表面に第２の樹脂板２３が形成された構成とされる。
【００２８】
第１実施形態と同様に、第１の樹脂板２１、第２の樹脂板２２、及び導電層２３はそれぞれ、ガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）からなる板、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）からなる板、及び導電性シートとされる。
【００２９】
本実施形態の樹脂基複合材２０は、以下の工程により製造される。
導電層２２としての導電性シート上に、第１の樹脂板２１としてのＧＦＲＰプリプレグを配置する。複数枚の導電性シートを使用する場合は、隣接する導電性シートの端部を、例えば５ｍｍ程度の幅で重ねる。次に、ＧＦＲＰプリプレグ上に、第２の樹脂板２３としてのＣＦＲＰプリプレグを配置し、積層体とする。なお、積層体は、ＣＦＲＰプリプレグ上に、ＧＦＲＰプリプレグ及び導電性シートを順に積層させて形成しても良い。
上記積層体を、真空バッグ中に入れる。真空バッグ内部を排気しながら積層体を１７５℃から１８５℃の温度範囲内に加熱して、プリプレグと導電性シートとを接着させ、樹脂基複合材２０を作製する。
【００３０】
(第４実施形態)
第４実施形態では、金属粉を含有する樹脂を第１の樹脂板上に塗布することにより、導電層を形成し、図２に示す構成の樹脂基複合材を製造する。
【００３１】
第４実施形態において、樹脂基複合材２０は、以下の工程により製造される。
第１の樹脂板２１としてのＧＦＲＰプリプレグ上に、スプレーやコーターにより、金属粉を含有する樹脂を塗布する。塗布後、大気中で加熱乾燥させて樹脂中の溶媒を除去するとともに樹脂を硬化させ、導電層２２を形成する。
次に、第１の樹脂板２１における導電層２２が形成された面と反対側の面に、第２の樹脂板２３としてのＣＦＲＰプリプレグを配置する。導電層、ＧＦＲＰプリプレグ、及びＣＦＲＰプリプレグを積層させた積層体を、真空バッグの中に入れる。真空バッグ内部を排気しながら積層体を１７５℃から１８５℃の温度範囲内に加熱して、プリプレグと導電層とを接着させ、樹脂基複合材２０を作製する。
【００３２】
第１乃至第４実施形態では、第１の樹脂板がＧＦＲＰ、第２の樹脂板がＣＦＲＰとされた樹脂基複合材としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の樹脂板がＣＦＲＰ、第２の樹脂板がＧＦＲＰとされる樹脂基複合材にも、本発明を適用できる。
【実施例】
【００３３】
（導電性シートの作製）
表面に四フッ化エチレンがコーティングされたアルミ製成形用板上に、銅ペイント（フェノール樹脂）をスプレーして塗布した。銅ペイントが塗布されたアルミ板を、１５０℃３０分の条件で加熱した。放冷後、銅ペイントの膜をアルミ板から剥離し、銅含有導電性シートを得た。銅含有導電性シートの膜厚は、７０μｍから８５μｍの範囲内であった。
【００３４】
表面に四フッ化エチレンがコーティングされたアルミ製成型用板上に、銀ペースト（ウレタン樹脂）をアプリケータを用いて塗布した。銀ペーストが塗布されたアルミ板を、８０℃２０分の条件で加熱した。放冷後、銀ペーストの膜をアルミ板から剥離し、銀含有導電性シートを得た。銀含有導電性シートの膜厚は、１００μｍから１５０μｍの範囲内であった。
【００３５】
（樹脂基複合材の作製）
表１に耐雷層の種類、耐雷層の配置場所、及び耐雷層の配置方法を示す。
実施例１乃至実施例４、及び比較例１及び比較例２では、ＧＦＲＰプリプレグ（東レ製、極薄型）上に、耐雷層として、上記の方法で作製した導電性シートまたは銅箔（電解銅箔）、ＣＦＲＰプリプレグ（東レ製、高強度弾力性一方向材）の順で配置し、積層体とした。実施例２及び４、比較例２は、２枚の導電性シートの成型用板側面同士を５ｍｍの幅で重ね合わせた。
実施例５及び実施例６では、導電性シートの成型用板側と反対側の面上に、ＧＦＲＰプリプレグ、ＣＦＲＰプリプレグの順で配置し、積層体とした。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
積層体を真空バッグに入れ、排気しながら加熱接着させ、樹脂基複合材を得た。接着条件は、真空度：３．４×１０３Ｐａ、圧力：５．９×１０５Ｐａ、加熱温度：１８０℃、加熱時間：２時間とした。
【００３８】
（密着性評価）
実施例及び比較例の樹脂基複合材の断面を、デジタル・マクロスコープ及び金属顕微鏡で観察した。実施例１及び２の樹脂基複合材は、導電性シートとＧＦＲＰとの密着性、及び、導電性シートとＣＦＲＰとの密着性が良好であった。実施例３及び４の樹脂基複合材は、導電性シートとＣＦＲＰとの密着性が良好であった。特に実施例４では、導電性シートの重ね合わせ部分にＦＲＰの樹脂成分が進入せず、導電性シート同士の密着性が良好であった。実施例５及び６の樹脂基複合材は、導電性シートとＧＦＲＰとの密着性が良好であった。比較例１及び２の複合材は、銅箔とＧＦＲＰとの密着性、及び、銅箔とＣＦＲＰとの密着性が良好であった。しかし、比較例２の複合材は、銅箔間に隙間があり、銅箔同士の密着性が不良であることが確認された。
【００３９】
実施例及び比較例の樹脂基複合材にカッターで傷を導入し、界面での剥離の有無を調べた。実施例１乃至実施例６の樹脂基複合材は、ＧＦＲＰ／導電性シート界面、及び、ＣＦＲＰ／導電性シート界面での剥離は発生しなかった。比較例１及び比較例２の樹脂基複合材では、ＣＦＲＰ／銅箔界面で剥離が発生した。
【００４０】
（加工性評価）
実施例及び比較例の樹脂基複合材を、ダイヤモンドカッターを用いて切断し、断面をデジタル・マイクロスコープで観察した。実施例の樹脂基複合材は、いずれもバリは発生しなかった。比較例の樹脂基複合材は、銅箔によるバリが発生しているのが確認された。
【００４１】
（抵抗値測定）
上記の方法で作製した導電性シートの外表面側及び成型用板側の表面抵抗、及び、上記の銅箔の表面抵抗（表裏２面）を測定した。端子間距離は１００ｍｍとした。
【００４２】
実施例１、実施例３、及び比較例１の樹脂基複合材について、端子間距離が１００ｍｍとなる点の周囲のＧＦＲＰを除去し、導電性シートまたは銅箔を露出させた。実施例２、実施例４、及び比較例２では、２枚の導電性シートまたは銅箔それぞれについて、重ね合わせ部の中心からそれぞれ５０ｍｍの位置となる点の周囲のＧＦＲＰを除去した。実施例５及び実施例６では、端子間距離が１００ｍｍとなる点の周囲の導電性シート表面を研磨し、酸化膜を除去した。
実施例及び比較例の樹脂基複合材の導電性シートまたは銅箔の表面抵抗（端子間距離：１００ｍｍ）を測定した。表２に、導電性シート、銅箔、実施例及び比較例の表面抵抗を示す。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
銅含有導電性シートの外表面側は、乾燥時に酸化されるため、成型用板側よりも表面抵抗が大きくなった。銅含有導電性シートの表面抵抗は銅箔の表面抵抗に比べて大きいが、航空機主翼構造材の耐雷層として十分な値であった。
銀含有導電性シートは、外表面側及び成型用板側で抵抗値がほぼ同じであった。なお、銀含有導電性シート作製後に１５０℃時間の条件で加熱すると、抵抗値がそれぞれ８ｍΩとなった。
【００４５】
実施例の表面抵抗は、実施例の表面抵抗に比べて大きくなったが、航空機主翼構造材の耐雷層として十分な値であった。
【符号の説明】
【００４６】
１０，２０  樹脂基複合材
１１，２１  第１の樹脂板
１２，２２  導電層（耐雷層）
１３，２３  第２の樹脂板
【図１】
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【図２】
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