【別添資料3】プレゼン資料様式

毒劇物を用いない熱硬化性樹脂
CFRPへのめっき方法
埼玉県産業技術総合センター
材料技術・事業化支援室 化学技術担当
主任研究員 熊谷知哉
2021年11月25日
1

CFRPへのめっきの必要性◼ 炭素繊維強化樹脂（CFRP）
比強度
比剛性

軽量化

金属に代わる材料

用途拡大（自動車、航空機、産業機械、エネルギー産業等）◼ CFRP表面は樹脂・耐摩耗性・硬度・導電性・装飾（金属光沢）

金属膜形成・めっき・溶射・金属箔

▶（湿式）めっきが作業性、効率の点で有利
2

従来技術とその問題点
炭素繊維

マトリックス樹脂

めっき皮膜

（表面）

（断面）

めっき
▶CFRPへのめっき＝樹脂へのめっき（マトリックスは熱硬化性エポキシ樹脂が大半）▶CFRPへのめっき≒エポキシ樹脂へのめっき
問題点
剥がれやすい3

従来技術とその問題点
CFRP

触媒付与▷活性化処理

無電解めっき昭６３－２９７５７０

クロム酸エッチング
問題点

電解めっき・クロム酸など有害物質使用・主にABS樹脂には使えるが、エポキシ樹脂での効果は不明
4

新技術の特徴
CFRP

微細クラックの形成

導電材による埋め戻し

触媒付与▷活性化処理

無電解めっき

電解めっき

電解エッチング（表面活性化、アンカー効果）
5新技術の特徴・従来技術との比較
・炭素繊維の導電性をエポキシ樹脂外表面まで誘導
・その導電性を活用した前処理とめっき層形成
エポキシCFRPに対し、有害物質を使用することなく、丈夫なめっき皮膜を形成できる。
電解Niめっき層
無電解Niめっき層

触媒

エポキシ樹脂層
炭素繊維層
6

具体的手順25mm①CFRP試料
マトリックス樹脂

0.2mm

30mm
炭素繊維（CF）

市販品 1層 平織 エポキシCFRP

オゾン処理②微細クラックの生成

酸素原料

45000vol-ppm

室温

6h7

具体的手順③導電材料による埋め戻し
ワット浴電解ニッケルめっき
陽極 ： ﾆｯｹﾙ板
陰極 ： 試験片
13mA/cm2、50℃、5min（めっき液組成）NiSO4.6H2O ： 240g/L
NiCl2.6H2O ： 45g/L
B(OH)3 ： 30g/L
ｻｯｶﾘﾝ酸 ： 1g/L
pH ： 5～68具体的手順④表面活性化、アンカー効果付与

オゾン再処理酸素原料

45000vol-ppm

室温6h・O2O3－Ni

電解エッチング
陽極：チタン板、
陰極：試験片40mA/cm2、10minor 40mA/cm2、60min
or 190mA/cm2、60min（電解液）
ｴﾁﾚﾝｸﾞﾘｺｰﾙ：450mL＋ NaCl：30g9具体的手順

表面の濡れ性評価

純水2μL滴下106°

65°10具体的手順
触媒付与⑤めっき被膜形成

A-30（奥野製薬工業㈱） 80mL/L、
HCL：5.5vol-%
室温、2min

触媒賦活
触媒付与、賦活

OPC-500 MX-1（奥野製薬工業㈱）100mL/L
35℃、5min

無電解めっき無電解めっき

45℃、10min（めっき液組成）NiSO4.6H2O：25g/L、Na3C6 H5O7：50g/L、NaH2PO2 ：25g/L

ワット浴電解ニッケルめっき
電解めっき

テープ引き剥がし

陽極：ﾆｯｹﾙ板、陰極：試験片
33mA/cm2、50℃、60min（めっき液組成）NiSO4.6H2O：240g/L
NiCl2.6H2O：45g/L
B(OH)3：30g/L
ｻｯｶﾘﾝ酸：1g/L pH:5～611

新技術の効果クラック形成（オゾン処理）
ニッケル埋め戻し（電解めっき）

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

（オゾン再処理）
ｸﾗｯｸ増大表面活性化●

40mA/cm2・10min●（電解ｴｯ 40mA/cm2・60min
ﾁﾝｸﾞ）

●

●

●

190mA/cm2・60min

●

●

●

●

●

○

○

濡れ性評価

接触角(deg)

100806040200

無電解めっき～電解めっき
テープ試験

●

×○

××

実験結果

○

○

○

○

○

○

12

新技術の効果120

接触角度(deg)

10080

6040
■オゾン処理なし

20■オゾン処理あり■オゾン処理＋再オゾン処理あり

0

電解ｴｯﾁﾝｸﾞ 40mA/cm2なし
10min

40mA/cm260min

190mA/cm260min

オゾン前処理有無による接触角度の違い
13新技術の効果120

接触角度(deg)

10080
Ni埋め戻しなし

60

Ni埋め戻しあり40200

電解ｴｯﾁﾝｸﾞなし

40mA/cm260min

190mA/cm260min

ニッケル埋め戻し処理による接触角度の違い
14新技術の効果120

接触角度(deg)

10080

電解エッチングなし

40mA/cm2・10min

6040mA/cm2・60min
190mA/cm2・60min

40200

オゾン処理なし

オゾン処理あり電解エッチング処理による接触角度の違い
15新技術の効果クラック形成（オゾン処理）
ニッケル埋め戻し（電解めっき）

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

●

（オゾン再処理）
ｸﾗｯｸ増大表面活性化●40mA/cm2・10min●（電解ｴｯ 40mA/cm2・60minﾁﾝｸﾞ）

●

●

●

190mA/cm2・60min

●

●

●

●

●

○

○

濡れ性評価

接触角(deg)

100
80
60

40200

無電解めっき～電解めっき
テープ試験

●

×

○

×

×

実験結果

○

○

○

○

○

○

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新技術の特徴・従来技術との比較
・炭素繊維の導電性をエポキシ樹脂外表面まで誘導
・その導電性を活用した前処理とめっき層形成
エポキシCFRPに対し、有害物質を使用することなく、丈夫なめっき皮膜を形成できる。

補 足
オゾン処理（微細クラック形成）、 電気ニッケルめっき（導電材埋め戻し）、電解エッチン
グ（アンカー効果付与）、各操作単独でも相応の効果があり、併用により効果増大

17実用化に向けた更なる検討（溶媒浸漬との併用）
CFRP溶媒浸漬
微細クラック形成

樹脂溶解剤
市販品
水酸化カリウム ～4wt％
炭化水素系溶剤（主・副）導電材埋め戻し
表面活性化、アンカー効果付与

温度：90℃
浸漬時間：3h、6h、24h

触媒付与▷活性化処理

無電解めっき
電解めっき

試験片概観（24h浸漬後）

試験片概観（浸漬前）（重り：55g袋ナット）
18実用化に向けた更なる検討（溶媒浸漬との併用）
8

密着強度(N/cm)

765
4

32
10
浸漬なし

3h浸漬

6h浸漬

24h浸漬

図５ ピール試験機による90度剥離試験結果
溶媒浸漬＋オゾン＋Ni埋め戻し＋電解エッチング＋オゾン → 無電解Niめっき → 電解Niめっき
溶媒浸漬 →→→→→→→→→ → 無電解Niめっき → 電解Niめっき

19実用化に向けた課題• 炭素繊維の導電性を生かした電解エッチング前処理と、樹脂溶解剤浸漬処理との併用により密着強度6.5N/cmを得た。

• 実用化のためには、更に高い密着強度を狙うと同時に、樹脂溶解剤の利用を少なく抑えていく検討が必要である。
• 前処理からめっき被膜形成までの一連の工程を仔細に検討することにより、更なる密着強度向上が期待できる。
ex （電解エッチング）PR電解法 / 樹脂溶解剤中での電圧印加・・・（無電解めっき）スルホン基導入 / 無電解めっき液高ｐH化 / 焼入れ・・・（電解めっき）パルスめっき法・・・

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表１ CFRPめっき100m2あたりコスト試算
工 程費 用使 用 量

原料CFRP

素材

10cm×10cm

313円

溶媒処理

試薬

市販樹脂溶解剤14mL

421円

オゾン処理

酸素、電力、装置ﾒﾝﾃ

1g-O3

0 .73円試薬

硫酸ﾆｯｹﾙ6水：1.1g / 塩化ﾆｯｹﾙ6水：0.11g / ﾎｳ酸：0.14g /ｻｯｶﾘﾝ酸Na：0.006g / 水酸化ﾅﾄﾘｳﾑ：若干11円

電力0.083Wh

0 .0025 円

酸素、電力、装置メンテ

1g-O3

0 .73円試薬

ｴﾁﾚﾝｸﾞﾘｺｰﾙ：26mL / 塩化ﾅﾄﾘｳﾑ：1.7g50円

電力

26Wh0 .77円

試薬

硫酸ﾆｯｹﾙ：1.8g / ｸｴﾝ酸三ﾅﾄﾘｳﾑ：3.6g / 次亜りん酸ﾅﾄﾘｳﾑ：1.8g / 市販ｺﾝﾃﾞｲｼｮﾅｰ：0.071mL / 市販ｷｬﾀﾘｽﾄ液：0.57mL / 市販ｱｸｾﾚｰﾀ：0.71mL

68円

試薬

硫酸ﾆｯｹﾙ6水：20g / 塩化ﾆｯｹﾙ6水：2g / ﾎｳ酸：2.5g / ｻｯｶ
ﾘﾝ酸Na：0.1g / 水酸化ﾅﾄﾘｳﾑ：若干194円

電力

1.4Wh

0 .043円

洗浄水

5.7L

2 .3円

洗浄用ｱｾﾄﾝ

11mL

21円

埋め戻し促進酸化処理
電解ｴｯﾁﾝｸﾞ

無電解めっき電解めっき

その他

注1）電極等の消耗費、温調用電力、人件費、諸加工費含まない。
注2）オゾン発生費は、富塚和男:最新のオゾン利用技術:紙・パ技協誌 第50巻第2号(1996)より引用

試薬代：768円
電力代他：2.3円
めっき代計：771円
21想定される用途◼ 耐摩耗性が要求される生産機械
・搬送ロール・ガイドロール◼ 化学分析装置
・最先端の質量分析手段（TOFフライトチューブ内壁）
特開2012-064437◼ 導電性が要求される屋外構造物
・風力発電機・避雷針◼ 軽量化が要求される輸送機部品
・自動車フロントサスペンションストラット
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企業様へ期待すること• 今回お示しした方法を、企業様のご経験と技術で深彫りすることにより、更なる密着強度向上を得られると考えています。
• 企業様にもお試しいただくと共に、受託研究、共同研究等も視野に意見交換を進めていければ幸いです。

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本技術に関する知的財産権
••
•
•
•

発明の名称
出願番号
出願人
発明者

：炭素繊維強化樹脂基材の表面にめっき皮膜を有する物品の製造方法：特開2021-50387：埼玉県：熊谷知哉、出口貴久、須川真希代

その他の参照文献・熊谷知哉、須川真希代、出口貴久 炭素繊維強化樹脂（CFRP/CFRTP)へのめっき技術の開発
埼玉県産業技術総合センター研究報告 第18巻(2020)
・熊谷知哉、須川真希代、出口貴久 炭素繊維強化樹脂（CFRP/CFRTP)へのめっき技術の開発
埼玉県産業技術総合センター研究報告 第17巻(2019)24

お問い合わせ先
埼玉県産業技術総合センター 企画総務室
企画担当 主任 大澤 直幸
ＴＥＬ ０４８－２６５ －１３６８
ＦＡＸ ０４８－２６５ －１３３４
e-mail osawa.naoyuki@pref.saitama.lg.jp

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