JPH0565544B2 - - Google Patents
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- Publication number
- 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resin
- sic
- sic whiskers
- whiskers
- surface layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (1)
- １ 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
することを特徴とするSiCウイスカー強化樹脂複
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 JPH02214749A (ja) | 1990-08-27 |
| JPH0565544B2 true 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 |
|---|---|
| JPH02214749A (ja) | 1990-08-27 |
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