JPH0565544B2 - - Google Patents
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- JPH0565544B2 JPH0565544B2 JP3460289A JP3460289A JPH0565544B2 JP H0565544 B2 JPH0565544 B2 JP H0565544B2 JP 3460289 A JP3460289 A JP 3460289A JP 3460289 A JP3460289 A JP 3460289A JP H0565544 B2 JPH0565544 B2 JP H0565544B2
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- Japan
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- resin
- sic
- sic whiskers
- whiskers
- surface layer
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- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、SiCウイ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ウイスカーを
強化材とするSiCウイスカー強化樹脂複合材の製
造法に関する。
〔従来の技術〕
SiCウイスカーは、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。
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
としてマトリツクス樹脂との濡れ性が良く、かつ
マトリツ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ウイ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
リツクス樹脂との結合性は良くない。
このため、SiCウイスカーの表面性状を改質し
てマトリツ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ウイスカーをシラン
系のカツプリング剤で処理する方法、あるいは
SiCウイスカーを予め酸化処理してその表面に
SiO2の薄膜を形成したのちシランカツプリング
剤で処理する表面改質方法(特開昭62−113800号
公報)が提案されている。
〔発明が解決しようとする手段〕
しかしながら、SiCウイスカーの表面は化学的
に不活性であるため、そのままシランカツプリン
グ処理を施してもその反応基と化学結合し難く、
十分なカツプリング効果を得ることができない。
この点、SiCウイスカーの表面を予め酸化処理
したのちシランカツプリング処理する方法は、表
面に形成される−OH基がシランカツプリング剤
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SiCウイスカーを強化材とすることに
よりマトリツクス樹脂との化学結合性を著しく高
めたSiCウイ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
ウイスカー強化樹脂複合材の製造法は、SiC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SiCウイスカーを強化
材としてマトリツ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は、次のよ
うにしておこなわれる。
フエノール系樹脂、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
とが望ましい。
ついで、この樹脂溶液中にSiCウイスカーを入
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ウイ
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ウイスカーを焼成炉に入
れ、不活性ガス中で800〜1200℃の温度域で炭化
処理する。この炭化処理によりSiCウイスカーの
表層面に強固に密着した厚さ5〜100Å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。
炭素膜の酸化方法としては、SiCウイスカーを
例えば熱濃HNO3溶液に浸漬するか、H3PO4と
H2SO4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℃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なども官能基が生成する。
ついで酸化した炭素膜を、−COOH、−OH基と
の反応結合性が良く、かつマトリツクス樹脂に対
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。したがつて、表面処理剤となる薬
剤の種類はマトリツ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ツクスと
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ツ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ツ
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、ポリオレフイン樹脂などをマトリ
ツクスとするときにはポリエチレングラフトアク
リル酸メチルといつ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ウイスカー
は、混練法、プリフオーム含浸法などの常法を用
いてマトリツクス樹脂に複合化される。
〔作用〕
本発明の工程に従えば、強化材に用いられる
SiCウイスカーの表層面は、まず極めて薄い炭素
膜により一体強固に被覆された状態で酸化活性化
され、−COOH、−OH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
トリツ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ウイスカ
ー強化材とマトリツ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。
〔実施例〕
フエノール樹脂〔群栄化学(株)製、レジトツプ
PGA−4508〕14.4gをエチルアルコール4780ml
に溶解(濃度0.3%)し、7日間静置してフエノ
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0.3〜0.6μm、長さ30〜60μm
のSiCウイスカー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ウイスカーの表
層面に付着したフエノール樹脂の量は、2.4gで
あつた。
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15μmで、SiCウイ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ウイスカーは、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。この状態でフエーリエ変換赤外吸収
スペクトル分析(FT−IR)による吸収スペクト
ルを測定し、波数700〜3500cm-1までのチヤート
を図に示した。図から判るように、1700cm-1の波
数位置C=Oの、また3200cm-1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ウイスカ
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。
上記の工程により表面改質したSiCウイスカー
をエポキシ樹脂(エピコート828+DDM)から
なるマトリツ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形成し
た。成形物を、130℃で4時間、180℃で2時間の
2段階硬化をおこなつてSiCウイスカー強化樹脂
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。
比較のために、全く表面処理を施さないSiCウ
イ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℃の温度に4時間加熱し
て表層面にSiO2の膜を形成したのちアミノシラ
ン〔チツソ(株)、S−330〕で処理したSiCウイス
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。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a resin composite material reinforced with SiC whiskers, and particularly to a method for producing a SiC whisker-reinforced resin composite material using surface-modified SiC whiskers as a reinforcing material. [Prior Art] SiC whiskers have excellent specific strength, specific modulus, etc., and are thermally and chemically stable, so they are useful as composite reinforcing substances for various resin materials. In general, in order to use a fibrous reinforcing material to impart the expected composite performance to a resin, the reinforcing material must have good wettability with the matrix resin, and also undergo an interfacial chemical reaction with the matrix resin component to become strong. An important element is to combine them with each other. However, SiC whiskers inherently have poor wettability with resins and are chemically extremely stable, so they do not bond well with matrix resins. For this reason, attempts have been made to improve the bonding properties with matrix resin by modifying the surface properties of SiC whiskers. For example, methods of treating SiC whiskers with silane-based coupling agents,
SiC whiskers are oxidized in advance and the surface
A surface modification method has been proposed (Japanese Unexamined Patent Publication No. 113800/1983) in which a thin film of SiO 2 is formed and then treated with a silane coupling agent. [Means to be solved by the invention] However, since the surface of SiC whiskers is chemically inert, even if the silane coupling treatment is applied as is, it is difficult to chemically bond with the reactive groups.
It is not possible to obtain a sufficient coupling effect. In this regard, the method of pre-oxidizing the surface of SiC whiskers and then silane coupling treatment significantly improves the bonding properties because the -OH groups formed on the surface increase the affinity with the reactive groups of the silane coupling agent. However, since the reactivity of the -OH group is not very high, it is still difficult to provide sufficient chemical bonds. The present invention was made in order to solve the problems of the conventional technology described above, and its purpose is to significantly increase the chemical bonding property with the matrix resin by using SiC whiskers that have been subjected to a novel surface modification treatment as a reinforcing material. The present invention provides a method for producing a SiC whisker-reinforced resin composite material. [Means for solving the problem] SiC according to the present invention to achieve the above object
The manufacturing method for whisker-reinforced resin composites consists of two steps: forming a carbonizable resin film on the surface of SiC whiskers and then carbonizing them; and after oxidizing the carbon film formed on the surface in the previous step, chemical surface treatment is performed. The structural feature is that the SiC whiskers processed through the process are combined with the matrix resin as a reinforcing material. First, the process of forming a carbonizable resin film on the surface layer of SiC whiskers and then carbonizing them is performed as follows. A resin solution is prepared by dissolving a carbonizable resin such as a phenolic resin, a furan resin, or divinylbenzene in an organic solvent. The concentration of resin solution is 0.1
It is desirable to set the amount in the range of ~20% by weight and leave it standing until the polymer chains of the resin are dispersed as a homogeneous phase in the organic solvent. Next, SiC whiskers are added to this resin solution and thoroughly stirred and mixed, and the dispersion is filtered under suction or pressure to separate it from the organic solvent.Then, the SiC whiskers are air-dried to remove the resin film attached to the surface layer. Heat and harden. The SiC whiskers with a carbonizable resin coating formed on the surface layer in this manner are placed in a firing furnace and carbonized in an inert gas at a temperature in the range of 800 to 1200°C. This carbonization process forms a carbon thin film with a thickness of 5 to 100 Å that is tightly adhered to the surface layer of the SiC whiskers. The process of oxidizing the carbon film formed on the surface layer surface in the above-mentioned pre-process and then subjecting it to surface treatment with a chemical agent is carried out as follows. Methods for oxidizing carbon films include, for example, immersing SiC whiskers in hot concentrated HNO3 solution or oxidizing them with H3PO4 .
Wet method of electropolishing in a mixed acid of H 2 SO 4 or an alkaline solution such as NaOH, or in air.
A dry method of heating to a temperature of 300-400°C can be used. This oxidation treatment makes the surface of the carbon film -
Functional groups such as COOH and -OH are also generated. The oxidized carbon film is then surface-treated with a chemical that has good reactive bonding properties with -COOH and -OH groups and has excellent reactivity or compatibility with the matrix resin. Therefore, the type of agent used as a surface treatment agent must be selected depending on the matrix resin. For example, when using an epoxy resin as a matrix, diisocyanate and epoxy resin may be used together, diamine etc., polyamide resin or polyimide resin, etc. Surface treatment agents such as diamines and their compounds are preferably used when the matrix is made of polyurethane resin, and urethane prepolymers, polyethylene resins, polyolefin resins, etc. are used as the matrix, such as polyethylene grafted methyl acrylate. The SiC whiskers treated through the above steps are composited into a matrix resin using a conventional method such as a kneading method or a preform impregnation method. [Function] According to the process of the present invention, it can be used as a reinforcing material.
The surface layer of the SiC whisker is first oxidized and activated while being tightly coated with an extremely thin carbon film to generate functional groups such as -COOH and -OH.
Then, the surface is treated with a drug that is highly reactive with these functional groups and has excellent chemical bonding or compatibility with the matrix resin. This unique surface modification effect effectively increases the bonding between the SiC whisker reinforcement and the matrix resin and functions to improve composite performance. [Example] Phenol resin [Manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd., Retop]
PGA-4508〕14.4g in ethyl alcohol 4780ml
(concentration: 0.3%) and allowed to stand for 7 days to prepare a solution in which the polymer chains of the phenolic resin were dispersed in a homogeneous phase. Diameter 0.3-0.6μm, length 30-60μm in resin solution
480 g of SiC whiskers were added, stirred and mixed to sufficiently disperse the mixture, and then filtered and air-dried to remove the solvent component. The amount of phenol resin that adhered to the surface layer of the SiC whiskers by this treatment was 2.4 g. Next, the treated product was held at 170°C for 2 hours to harden the resin layer, and then heated in a firing furnace (high-frequency induction heating furnace).
The carbonization treatment was carried out at a temperature of 1000° C. for 4 hours in an argon stream. The thickness of the formed carbon film was 15 μm on average, and the surface layer of the SiC whisker was integrally covered. The SiC whiskers with the carbon film formed are then heated to 70°C.
The surface was oxidized by immersion in a 60% HNO 3 solution heated to 2 hours for 2 hours. In this state, the absorption spectrum was measured by Farier transform infrared absorption spectroscopy (FT-IR), and the chart from wave numbers 700 to 3500 cm -1 is shown in the figure. As can be seen from the figure, at the wave number position C=O at 1700 cm -1 , and at the wave number position C=O at 3200 cm -1 ,
A H peak was present, indicating that these functional groups were produced by oxidation. The oxidized product was placed in toluene, and 5% of tolylene 2,4 diisocyanate was added to the SiC whiskers.
After adding 10% epoxy resin as a surface treatment agent and stirring at room temperature for 1 hour, excess surface treatment agent components were removed and the mixture was dried. SiC whiskers surface-modified by the above process are added to a matrix resin made of epoxy resin (Epicoat 828 + DDM) with a volume content (Vf) of 2%.
The mixture was mixed and kneaded with three rolls to form the following. The molded product was cured in two stages: 4 hours at 130°C and 2 hours at 180°C to form a SiC whisker-reinforced resin composite. The strength characteristics of the obtained composite material were measured and the results are shown in the table below. For comparison, a similar composite was made using SiC whiskers as a reinforcing material without any surface treatment (Comparative Example 1), and a film of SiO 2 was formed on the surface layer by heating at a temperature of 600°C in the air for 4 hours. The strength characteristics measured for a similar composite (Comparative Example 2) using SiC whiskers treated with aminosilane (Chitsuso Co., Ltd., S-330) as a reinforcing material are also listed in the table below.
以上のとおり、本発明によればSiCウイスカー
の表層面にマトリツ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ウイ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。
As described above, according to the present invention, a method of forming a composite by forming a unique carbon film on the surface of the SiC whisker that brings about effective chemical bonding with the matrix resin is adopted, so that excellent composite performance is always achieved. It is possible to stably produce SiC whisker-reinforced resin composites.
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
チヤートである。
The figure is an absorption spectrum chart obtained by measuring the oxidation state of a carbon film formed in an example of the present invention by FT-IR.
Claims (1)
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ウイ
スカーを強化材としてマトリツクス樹脂と複合化
することを特徴とするSiCウイスカー強化樹脂複
合材の製造法。1 SiC treated through the steps of forming a carbonizable resin film on the surface layer of SiC whiskers and then carbonizing them, and oxidizing the carbon film formed on the surface layer in the previous step and then subjecting them to chemical surface treatment. A method for producing a SiC whisker-reinforced resin composite material, which is characterized by combining whiskers with a matrix resin as a reinforcing material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3460289A JPH02214749A (en) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | Production of composite material of resin reinforced with sic whisker |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3460289A JPH02214749A (en) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | Production of composite material of resin reinforced with sic whisker |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02214749A JPH02214749A (en) | 1990-08-27 |
| JPH0565544B2 true JPH0565544B2 (en) | 1993-09-17 |
Family
ID=12418902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3460289A Granted JPH02214749A (en) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | Production of composite material of resin reinforced with sic whisker |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02214749A (en) |
-
1989
- 1989-02-14 JP JP3460289A patent/JPH02214749A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02214749A (en) | 1990-08-27 |
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