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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