JPH02214749A - ＳｉＣウイスカー強化樹脂複合材の製造法 - Google Patents
ＳｉＣウイスカー強化樹脂複合材の製造法Info
- Publication number
- JPH02214749A JPH02214749A JP3460289A JP3460289A JPH02214749A JP H02214749 A JPH02214749 A JP H02214749A JP 3460289 A JP3460289 A JP 3460289A JP 3460289 A JP3460289 A JP 3460289A JP H02214749 A JPH02214749 A JP H02214749A
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- Japan
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- resin
- sic
- composite material
- sic whisker
- sic whiskers
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
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。
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〕
本発明は、ＳｉＣウィスカーにより強化する樹脂複合材
、とくに表面改質されたＳｉＣウィスカーを強化材とす
るＳｉＣウィスカー強化樹脂複合材の製造法に関する。
、とくに表面改質されたＳｉＣウィスカーを強化材とす
るＳｉＣウィスカー強化樹脂複合材の製造法に関する。
ＳｉＣウィスカーは、比強度、比弾性率などに優れ、ま
た熱的、化学的に安定であるため、各種樹脂材料の複合
強化物質として有用されている。
た熱的、化学的に安定であるため、各種樹脂材料の複合
強化物質として有用されている。
一般に、繊維質系強化材を用いて樹脂に期待通りの複合
性能を付与するためには、強化材の特性としてマトリッ
クス樹脂との濡れ性が良く、かつマトリックス樹脂成分
と界面化学反応を起こして強固に結合することが重要な
要素となる。ところが、ＳｉＣウィスカーは本質的に樹
脂との濡れ性が悪く、また化学的に極めて安定であるた
め、マトリックス樹脂との結合性は良くない。
性能を付与するためには、強化材の特性としてマトリッ
クス樹脂との濡れ性が良く、かつマトリックス樹脂成分
と界面化学反応を起こして強固に結合することが重要な
要素となる。ところが、ＳｉＣウィスカーは本質的に樹
脂との濡れ性が悪く、また化学的に極めて安定であるた
め、マトリックス樹脂との結合性は良くない。
このため、ＳｉＣウィスカーの表面性状を改質してマト
リックス樹脂との結合性を向上させる試みがなされてお
り、例えばＳｉＣウィスカーをシラン系のカップリング
剤で処理する方法、あるいはＳｉＣウィスカーを予め酸
化処理してその表面にｓｔｏｗの薄膜を形成したのちシ
ランカップリング剤で処理する表面改質方法（特開昭６
２−１１３８００号公報）が提案されている。
リックス樹脂との結合性を向上させる試みがなされてお
り、例えばＳｉＣウィスカーをシラン系のカップリング
剤で処理する方法、あるいはＳｉＣウィスカーを予め酸
化処理してその表面にｓｔｏｗの薄膜を形成したのちシ
ランカップリング剤で処理する表面改質方法（特開昭６
２−１１３８００号公報）が提案されている。
しかしながら、ＳｉＣウィスカーの表面は化学的に不活
性であるため、そのままシランカップリング処理を施し
てもその反応基と化学結合し難く、十分なカップリング
効果を得ることができない。
性であるため、そのままシランカップリング処理を施し
てもその反応基と化学結合し難く、十分なカップリング
効果を得ることができない。
この点、ＳｉＣウィスカーの表面を予め酸化処理したの
ちシランカップリング処理する方法は、表面に形成され
る一〇Ｈ基がシランカップリン剤の反応基との親和性を
高めるため結合性をかなり改善することができるが、−
ＯＨ基の反応性はさほど高くない関係で未だ十分な化学
結合を付与することが困難な問題がある。
ちシランカップリング処理する方法は、表面に形成され
る一〇Ｈ基がシランカップリン剤の反応基との親和性を
高めるため結合性をかなり改善することができるが、−
ＯＨ基の反応性はさほど高くない関係で未だ十分な化学
結合を付与することが困難な問題がある。
本発明は上記従来技術の問題点を解消するためになされ
たもので、その目的は新規な表面改質処理を施したＳｉ
Ｃウィスカーを強化材とすることによりマトリックス樹
脂との化学結合性を著しく高めたＳｉＣウィスカー強化
樹脂複合材の製造法を提供するところにある。
たもので、その目的は新規な表面改質処理を施したＳｉ
Ｃウィスカーを強化材とすることによりマトリックス樹
脂との化学結合性を著しく高めたＳｉＣウィスカー強化
樹脂複合材の製造法を提供するところにある。
（課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するための本発明によるＳｉＣウィス
カー強化樹脂複合材の製造法は、Ｓ１Ｃウイスカーの表
層面に炭化性樹脂の被膜を形成したのち炭化処理する工
程と、前工程により表層面に形成された炭素膜を酸化し
たのち薬剤表面処理する工程とを介して処理されたＳｉ
Ｃウィスカーを強化材としてマトリックス樹脂と複合化
することを構成上の特徴とする。
カー強化樹脂複合材の製造法は、Ｓ１Ｃウイスカーの表
層面に炭化性樹脂の被膜を形成したのち炭化処理する工
程と、前工程により表層面に形成された炭素膜を酸化し
たのち薬剤表面処理する工程とを介して処理されたＳｉ
Ｃウィスカーを強化材としてマトリックス樹脂と複合化
することを構成上の特徴とする。
まず、ＳｉＣウィスカーの表層面に炭化性樹脂の被膜を
形成したのち炭化処理する工程は、次のようにしておこ
なわれる。
形成したのち炭化処理する工程は、次のようにしておこ
なわれる。
フェノール系樹脂、フラン系樹脂あるいはジビニルベン
ゼンなどの炭化性樹脂を有機溶媒に溶解して樹脂溶液を
調製する。樹脂溶液の濃度は０．１〜２０重量％の範囲
に設定し、樹脂の高分子鎖が有機溶媒中に均一相として
分散するまで静置するこが望ましい。
ゼンなどの炭化性樹脂を有機溶媒に溶解して樹脂溶液を
調製する。樹脂溶液の濃度は０．１〜２０重量％の範囲
に設定し、樹脂の高分子鎖が有機溶媒中に均一相として
分散するまで静置するこが望ましい。
ついで、この樹脂溶液中にＳｉＣウィスカーを入れて十
分に攪拌混合し、分散液を吸引または加圧下に濾過して
有機溶媒と分別したのち、ＳｉＣウィスカーを風乾し、
表層面に付着した樹脂の被膜を加熱硬化する。このよう
にして表層面に炭化性樹脂の被膜を形成したＳｉＣウィ
スカーを焼成炉に入れ、不活性ガス中で８００〜１２０
０°Ｃの温度域で炭化処理する。 この炭化処理により
ＳｉＣウィスカーの表層面に強固に密着した厚さ５〜１
００人の炭素薄膜が形成される。
分に攪拌混合し、分散液を吸引または加圧下に濾過して
有機溶媒と分別したのち、ＳｉＣウィスカーを風乾し、
表層面に付着した樹脂の被膜を加熱硬化する。このよう
にして表層面に炭化性樹脂の被膜を形成したＳｉＣウィ
スカーを焼成炉に入れ、不活性ガス中で８００〜１２０
０°Ｃの温度域で炭化処理する。 この炭化処理により
ＳｉＣウィスカーの表層面に強固に密着した厚さ５〜１
００人の炭素薄膜が形成される。
上記の前工程により表層面に形成された炭素膜を酸化し
たのち薬剤表面処理する工程は、次のようにおこなわれ
る。
たのち薬剤表面処理する工程は、次のようにおこなわれ
る。
炭素膜の酸化方法としては、ＳｉＣウィスカーを例えば
熱部ＨＮＯ，溶液に浸漬するか、Ｈ，ＰＯ４とＨ，Ｓｏ
、の混酸またはＮａＯＨのようなアルカリ溶液中で電解
研磨する湿式法、あるいは空気中で３００〜４００°Ｃ
の温度に加熱する乾式法を用いることができる。この酸
化処理により炭素膜の表面に−ＣＯＯＨ，−ＯＨなどの
官能基が生成する。
熱部ＨＮＯ，溶液に浸漬するか、Ｈ，ＰＯ４とＨ，Ｓｏ
、の混酸またはＮａＯＨのようなアルカリ溶液中で電解
研磨する湿式法、あるいは空気中で３００〜４００°Ｃ
の温度に加熱する乾式法を用いることができる。この酸
化処理により炭素膜の表面に−ＣＯＯＨ，−ＯＨなどの
官能基が生成する。
ついで酸化した炭素膜を、−ＣＯＯＨ，−ＯＨ基との反
応結合性が良く、かつマトリックス樹脂に対して優れた
反応性もしくは相溶性を有する薬剤で表面処理する。し
たがって、表面処理剤となる薬剤の種類はマトリックス
樹脂に応じて選択する必要があり、例えばエポキシ樹脂
をマトリックスとする場合にはジイソシアネートとエポ
キシ樹脂との共用、ジアミンなど、ポリアミド樹脂また
はポリイミド樹脂をマトリックスとするときにはジアミ
ンとその化合物、ポリウレタン樹脂をマトリックスとす
るときにはウレタンプレポリマーポリエチレン樹脂、ポ
リオレフフィン樹脂などをマトリックスとするときには
ポリエチレングラフトアクリル酸メチルといった表面処
理薬剤が良好に使用される。
応結合性が良く、かつマトリックス樹脂に対して優れた
反応性もしくは相溶性を有する薬剤で表面処理する。し
たがって、表面処理剤となる薬剤の種類はマトリックス
樹脂に応じて選択する必要があり、例えばエポキシ樹脂
をマトリックスとする場合にはジイソシアネートとエポ
キシ樹脂との共用、ジアミンなど、ポリアミド樹脂また
はポリイミド樹脂をマトリックスとするときにはジアミ
ンとその化合物、ポリウレタン樹脂をマトリックスとす
るときにはウレタンプレポリマーポリエチレン樹脂、ポ
リオレフフィン樹脂などをマトリックスとするときには
ポリエチレングラフトアクリル酸メチルといった表面処
理薬剤が良好に使用される。
上記の工程を介して処理されたＳｉＣウィスカーは、混
練法、プリフォーム含浸法などの常法を用いてマトリッ
クス樹脂に複合化される。
練法、プリフォーム含浸法などの常法を用いてマトリッ
クス樹脂に複合化される。
本発明の工程に従えば、強化材に用いられるＳｉＣウィ
スカーの表層面は、まず橿めて薄い炭素膜により一体強
固に被覆された状態で酸化活性化され、−ＣＯＯＨｌ−
ＯＲなどの官能基を生成する、ついで、これらの官能基
と反応性が良く、かつマトリックス樹脂との化学結合あ
るいは相溶性に優れる薬剤で表面処理されている。
スカーの表層面は、まず橿めて薄い炭素膜により一体強
固に被覆された状態で酸化活性化され、−ＣＯＯＨｌ−
ＯＲなどの官能基を生成する、ついで、これらの官能基
と反応性が良く、かつマトリックス樹脂との化学結合あ
るいは相溶性に優れる薬剤で表面処理されている。
このような特有の表面改質作用はＳｉＣウィスカー強化
材とマトリックス樹脂との間の結合性を効果的に増大し
、複合性能を向上させるために機能する。
材とマトリックス樹脂との間の結合性を効果的に増大し
、複合性能を向上させるために機能する。
フェノール樹脂〔群栄化学■製、レジトップＰＧＡ−４
５０８） １４．４ｇをエチルアルコール４７８０ｍに
溶解（濃度０．３％）し、７日間静置してフェノール樹
脂の高分子鎖が均一相に分散する溶液を調製した。
５０８） １４．４ｇをエチルアルコール４７８０ｍに
溶解（濃度０．３％）し、７日間静置してフェノール樹
脂の高分子鎖が均一相に分散する溶液を調製した。
樹脂溶液中に直径０．３〜０．６ ｔｔ園、長さ３０〜
６０μ−のＳｉＣウィスカー４８０ｇを投入し、攪拌混
合して十分に分散させたのち、濾過、風乾して溶媒成分
を除去した。この処理によりＳｉＣウィスカーの表層面
に付着したフェノール樹脂の量は、２゜４ｇであった。
６０μ−のＳｉＣウィスカー４８０ｇを投入し、攪拌混
合して十分に分散させたのち、濾過、風乾して溶媒成分
を除去した。この処理によりＳｉＣウィスカーの表層面
に付着したフェノール樹脂の量は、２゜４ｇであった。
ついで、処理物を１７０℃で２時間保持して樹脂層を硬
化し、引続き焼成炉（高周波誘導加熱炉）に移してアル
ゴン気流中、１０００℃の温度で４時間に亘り炭化処理
した。形成された炭素膜の厚さは、平均１５μ鋤で、Ｓ
ｉＣウィスカーの表層面を一体密着状に被覆していた。
化し、引続き焼成炉（高周波誘導加熱炉）に移してアル
ゴン気流中、１０００℃の温度で４時間に亘り炭化処理
した。形成された炭素膜の厚さは、平均１５μ鋤で、Ｓ
ｉＣウィスカーの表層面を一体密着状に被覆していた。
炭素膜を形成したＳｉＣウィスカーは、次に７０℃に加
熱された６０％ＨＮＯ３溶液に２時間浸漬して表面酸化
した。この状態でフェーリエ変換赤外吸収スペクトル分
析（ＦＴ−Ｉ Ｒ）による吸収スペクトルを測定し、波
数７００〜３５００ｃｍ−’までのチャートを図に示し
た０図から判るように、１７００Ｃ１−１の波数位置に
Ｃ−０の、また３２００ｃｍ−’の波数位置にＯ−Ｈの
ピークが存在し、酸化によりこれら官能基が生成してい
るが認められた。
熱された６０％ＨＮＯ３溶液に２時間浸漬して表面酸化
した。この状態でフェーリエ変換赤外吸収スペクトル分
析（ＦＴ−Ｉ Ｒ）による吸収スペクトルを測定し、波
数７００〜３５００ｃｍ−’までのチャートを図に示し
た０図から判るように、１７００Ｃ１−１の波数位置に
Ｃ−０の、また３２００ｃｍ−’の波数位置にＯ−Ｈの
ピークが存在し、酸化によりこれら官能基が生成してい
るが認められた。
酸化処理物をトルエン中に入れ、ＳｉＣウィスカーに対
し５％の２．４ジイソシアン酸トリレンと１０％のエポ
キシ樹脂を表面処理薬剤として添加し、常温で１時間攪
拌したのち、余分な表面処理薬剤成分を除去して乾燥し
た。
し５％の２．４ジイソシアン酸トリレンと１０％のエポ
キシ樹脂を表面処理薬剤として添加し、常温で１時間攪
拌したのち、余分な表面処理薬剤成分を除去して乾燥し
た。
上記の工程により表面改質したＳｉＣウィスカーをエポ
キシ樹脂（エピコート８２８ ＋００Ｍ ）からなるマ
トリックス樹脂に体積含有率（Ｖｆ）２％になるように
配合し、三本ロールで混練し成形した。成形物を、１３
０℃で４時間、１８０℃で２時間の２段階硬化をおこな
ってＳｉＣウィスカー強化樹脂複合材を形成した。
キシ樹脂（エピコート８２８ ＋００Ｍ ）からなるマ
トリックス樹脂に体積含有率（Ｖｆ）２％になるように
配合し、三本ロールで混練し成形した。成形物を、１３
０℃で４時間、１８０℃で２時間の２段階硬化をおこな
ってＳｉＣウィスカー強化樹脂複合材を形成した。
得られた複合材について強度特性を測定し、結果を下表
に示した。
に示した。
比較のために、全く表面処理を施さないＳｉＣウィスカ
ーを強化材として同様に複合化したもの（比較例１）、
大気中６００°Ｃの温度に４時間加熱して表層面にＳｉ
ｎ、の膜を形成したのちアミノシラン〔チッソ■、５−
３３０ ）で処理したＳｉＣウィスカーを強化材として
同様に複合化したもの（比較例２）について測定した強
度特性を、下表に併載した。
ーを強化材として同様に複合化したもの（比較例１）、
大気中６００°Ｃの温度に４時間加熱して表層面にＳｉ
ｎ、の膜を形成したのちアミノシラン〔チッソ■、５−
３３０ ）で処理したＳｉＣウィスカーを強化材として
同様に複合化したもの（比較例２）について測定した強
度特性を、下表に併載した。
上表の結果を対比して明らかなように、本発明の実施例
は比較例１．２より複合強化特性が向上していることが
認められる。
は比較例１．２より複合強化特性が向上していることが
認められる。
以上のとおり、本発明によればＳｉＣウィスカーの表層
面にマトリックス樹脂と効果的な化学的結合をもたらす
特有の炭素膜を形成して複合化する手法が採られるから
、常に優れた複合性能、を備えるＳｉＣウィスカー強化
樹脂複合材を安定して生産することができる。
面にマトリックス樹脂と効果的な化学的結合をもたらす
特有の炭素膜を形成して複合化する手法が採られるから
、常に優れた複合性能、を備えるＳｉＣウィスカー強化
樹脂複合材を安定して生産することができる。
図は、本発明の実施例で形成された炭素膜の酸化状態を
ＦＴ−ＩＲにより測定した吸収スペクトルチャートであ
る。 比較例１ １３．５ ３７５ ２．７比
較例２ １２．０ ３７２ ２．０出願
人 東海カーボン株式会社 代理人 弁理士 高 畑 正 也 手続補正２（自発） 虜 、歇 （Ｃ次−タ
ＦＴ−ＩＲにより測定した吸収スペクトルチャートであ
る。 比較例１ １３．５ ３７５ ２．７比
較例２ １２．０ ３７２ ２．０出願
人 東海カーボン株式会社 代理人 弁理士 高 畑 正 也 手続補正２（自発） 虜 、歇 （Ｃ次−タ
Claims (1)
- １、ＳｉＣウィスカーの表層面に炭化性樹脂の被膜を形
成したのち炭化処理する工程と、前工程により表層面に
形成された炭素膜を酸化したのち薬剤表面処理する工程
とを介して処理されたＳｉＣウィスカーを強化材として
マトリックス樹脂と複合化することを特徴とするＳｉＣ
ウィスカー強化樹脂複合材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3460289A JPH02214749A (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | ＳｉＣウイスカー強化樹脂複合材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3460289A JPH02214749A (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | ＳｉＣウイスカー強化樹脂複合材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02214749A true JPH02214749A (ja) | 1990-08-27 |
| JPH0565544B2 JPH0565544B2 (ja) | 1993-09-17 |
Family
ID=12418902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3460289A Granted JPH02214749A (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | ＳｉＣウイスカー強化樹脂複合材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02214749A (ja) |
-
1989
- 1989-02-14 JP JP3460289A patent/JPH02214749A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0565544B2 (ja) | 1993-09-17 |
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