国立产业技术综合研究所［中钵良二会长］（以下简称“AIST”）纳米材料研究部[研究部主任佐佐木刚]电子显微镜组Shin Horiuchi高级首席研究员，电子与光子技术研究部[研究部部长森正彦]分子集成器件组首席研究员岛田悟和吉野电化工业株式会社[代表董事吉野博晴]（以下简称“吉野电化”）碳纤维增强树脂（CFRP）实现具有良好附着力的电镀化学镀我开发了一种方法。
CFRP是碳纤维和树脂的复合材料。它比金属轻，且具有高强度、高弹性模量等优异的机械性能，正在汽车、飞机、能源、运动器材等众多领域投入实际应用。户外使用的 CFRP 结构，例如飞机和风力涡轮机叶片，可免受雷击损坏 (抗雷击) 是必需的。如果能够赋予CFRP表面导电性，则可望显着提高耐雷击性，但由于CFRP表面化学和物理稳定，因此难以形成具有良好附着力的金属膜。
这是用于生产 CFRP 的中间材料半固化片进行化学镀的方法，使得可以形成具有优异附着力的金属膜。由于半固化片含有液态树脂，在传统的化学镀方法中，树脂成分会溶解到镀液中，导致镀液失活。因此，通过简单的湿处理仅使预固化预浸料坯表面稳定，从而抑制树脂成分的溶出。使用独特开发的钯胶体催化剂也可以实现化学镀。当由化学镀预浸料制成的CFRP电镀铜至约100μm（微米）的厚度以进一步提高其导电性时，与由相同厚度的铜箔制成的CFRP相比，其耐雷电性能显着提高。
详细结果将于3月10日在东洋大学川越校区（埼玉县川越市）召开的第135届表面技术协会（东洋大学）会议上公布。
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CFRP 上沉积的铜镀层的雷电测试结果（左）
作为比较，在CFRP上粘贴相同厚度的铜箔进行雷击测试的结果（右） |
| 发黑的部分为损坏部分，带铜箔的CFRP板有30毫米左右的大孔，但表面镀铜的CFRP板损坏范围只有几毫米。 |
CFRP是碳纤维和树脂的复合材料，是一种轻质、高强、散热的优良材料。因此，它受到了汽车、航空航天、能源、运动器材等工业领域的关注，并且已经在许多领域投入实际应用，特别是在户外使用的产品中。然而，CFRP的导电率比金属低，因此当大电流流过它时，例如被雷击时，存在严重损坏的风险。使用CFRP的工业领域，特别是飞机、汽车、能源领域（例如风力发电用的风力涡轮机叶片），都要求具有耐雷击性。应对雷击产生的大电流的有效方法是在CFRP表面形成金属膜，使其导电。一般采用电镀或真空沉积的方法在树脂表面形成金属膜，但CFRP表面具有化学惰性，难以形成具有优异附着力的金属膜。为此，在飞行器等中采用在CFRP表面贴附金属网等处理方法来防止雷击，但问题是成型工艺复杂，且无法充分利用固有的轻质性。
产业技术研究院发现了将作为化学镀催化剂的钯、铂等贵金属纳米粒子固定在聚合物表面的方法，正在开发无需对基材进行表面处理（蚀刻等）即可获得高密合性的无蚀刻化学镀工艺。这次，为了开发对CFRP具有优异密合性的化学镀，我们研究了在作为CFRP的中间材料的预浸料上进行电镀。
吉野电化自成立以来已有80多年的历史，是一家专业从事表面处理的公司，在电镀加工及其预处理方面拥有广泛的成就和经验。由于工程塑料被认为是难以电镀的材料，许多电镀工艺已投入实际应用，因此我们决定通过发现和改进批量生产的问题来承担工艺开发的角色。这项开发得到了埼玉县先进产业创建项目“产学合作研究与开发：利用化学镀开发碳/金属复合材料制造工艺技术”的支持。
这次，我们使用了粒径为数nm（纳米）的钯纳米粒子作为化学镀铜的催化剂。当诸如塑料的基材浸入钯胶体中时，钯纳米颗粒均匀地固定在基材的表面上，在钯胶体中，直径约3nm的均匀尺寸的钯纳米颗粒稳定地分散在水中，所述钯纳米颗粒的直径为约3nm，涂覆有聚合物。当将表面固定有钯纳米粒子的基材浸入市售的化学镀铜溶液中时，形成厚度为数百nm的铜镀膜。
预浸料是碳纤维均匀浸渍环氧树脂等热固性树脂至半固化状态的片状中间材料。 CFRP是通过将它们层压成预定形状、施加压力和加热以使树脂硬化而形成的。由于半固化片含有液态树脂，传统化学镀方法无法形成薄膜，因为树脂成分溶解到镀液中，镀液变得失活。新开发的技术使用水溶性液体进行几分钟的稳定化处理，以防止镀液因树脂成分而失活。通过该处理，可以抑制树脂成分向镀液中的溶出，并且在利用钯胶体进行催化剂固定化处理后，在化学镀铜液中浸渍，在32℃下进行15分钟，得到密合性良好的约300nm的铜镀膜。该镀铜膜使CFRP的表面具有导电性，因此可以在化学镀后通过电镀形成厚度约100μm的铜镀膜。如图1所示，在通过化学镀硬化之前，可以在柔性预浸料上形成金属膜，因此通过层压、压力和加热将其形成各种形状，可以制造表面具有高度粘附性金属膜的CFRP。
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| 图1 使用新开发的方法涂有铜（50 μm 厚）的柔性预浸料 |
在预浸料上镀铜后，通过层压13片预浸料(1片具有铜镀膜的预浸料和12片未处理的预浸料)、施加压力和加热来制作表面上具有约100μm厚的铜镀膜的CFRP板。与东京都产业技术研究中心合作，对该CFRP板和覆盖100μm厚铜箔的CFRP板进行了耐雷评价试验。在30kA的直击雷冲击电流下进行测试，镀有铜箔的CFRP板出现了约30mm的大孔，破损严重，而表面镀有铜膜的CFRP板只有几毫米的破损，抗雷击能力得到了提高。
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| 图2 使用雷电冲击电流的防雷评估测试 |
产业技术研究院计划通过使用更大雷电冲击电流的耐雷试验进行评估，同时明确提高耐雷性能的机理。吉野电化计划继续开发新开发的化学镀工艺，以实现量产。