JPH0959076A

JPH0959076A - 軽量繊維強化セラミックス

Info

Publication number: JPH0959076A
Application number: JP7214854A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakamura; 裕行中村; Nobuhiro Kaneko; 伸宏金子; Naomasa Miyahara; 直正宮原
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 1997-03-04
Anticipated expiration: 2015-08-23
Also published as: JP2852207B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐火性能が優れ、軽量化を達成した繊維強化
セラミックスを提供することを目的とする。【解決手段】（Ａ）特定粒径の金属酸化物微粉末、
（Ｂ）特定の可溶性シロキサン重合体、（Ｃ）特定の３
官能性シラン化合物、（Ｄ）有機過酸化物、（Ｅ）特定
のラジカル重合可能な単量体、（Ｆ）ゼオライトを含有
するマトリックス組成物の液またはシート状物を無機繊
維の製品に含浸あるいは加熱浸透してなるプリプレグ
を、加熱加圧処理してなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は軽量繊維強化セラ
ミックスに関し、詳しくは優れた熱遮蔽性を備え、さら
に従来の繊維強化プラスチックと同等の比重までに軽量
化することのできる軽量繊維強化セラミックスに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、航空機の内装材として、例えばア
ラミドハニカム（ノーメックス等）の表面に、有機系難
燃材として、フェノール樹脂をガラス繊維に含浸し、こ
れを硬化してなるシート、印刷を施したポリフッ化ビニ
ル製（テドラー等）のフィルムおよび印刷を施していな
い透明なポリフッ化ビニル製のフィルムをこの順に備え
てなる内装材が知られている。

【０００３】このような材質のシートあるいはフィルム
が表面被覆材として使用されている理由は、これらが優
れた柔軟性を有すること、取り扱いが簡単であること等
の理由からである。

【０００４】しかしながら、このような有機系難燃材を
用いた内装材においては、火災が発生した場合に、煙や
有毒ガスを多量に発生するという問題点を有する。

【０００５】例えば、１９９４年４月に名古屋空港にお
いて発生した中華航空機の事故においては、墜落の衝撃
に加え、その後に発生した火災が死傷の大きな原因とな
ったと考えられる。従来の有機系難燃材や壁紙等で構成
されている内装材が多量の煙や有毒ガスを発生し、これ
により迅速な避難が不可能になるのである。

【０００６】近年では、航空機の内装材に対し、より高
度な耐火性能が要求されるようになっている。

【０００７】例えば、アメリカ連邦航空局（ＦＡＡ）の
客室内装材についての最新基準には、従来の最大熱放出
量等の基準に加えて発煙濃度（Ｄｓ）の基準が設けられ
ている。したがって、古くなった内装材（例えばサイド
パネル等）を改装する場合には、上記最新基準を満足す
る必要がある。このためには、全てを新品に変更するこ
とが考えられるがコスト面での問題が大きい。また、古
くなった内装材の表面被覆材の上に更に従来の有機素材
を被覆するといった方法によっては、このような要求を
満たすことが非常に困難になっている。さらに、安全性
の向上の要請から、今後も内装材には益々高度な耐火性
能が要求されることが予想される。

【０００８】このような耐火性能の向上に対する要請
は、航空機に限らず、その他の乗り物や建築物の内装材
に対しても同様に存在する。

【０００９】これらの分野へ繊維強化セラミックスなど
を応用することも考えられていた。

【００１０】通常の繊維強化セラミックスは、チタン、
インコネル、ハステロイといった耐熱性の高い金属より
は軽いけれど、有機系難燃材よりは高重量であるという
欠点を有している。

【００１１】航空機に限らず内装材や耐熱部材（航空機
エンジンについて言えばノズルやプラグといった機械、
器具あるいは装置）は耐熱（耐火）性能を保持しながら
重量はより一層軽いものが要求されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、優
れた耐火性能、特に熱遮蔽性を備えた軽量な繊維強化セ
ラミックスを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の請求項１に記載の発明は、以下の（Ａ）成分、（Ｂ）
成分、（Ｃ）成分、（Ｄ）成分、（Ｅ）成分、（Ｆ）成
分を含有するマトリックス組成物の液またはシート状物
を無機繊維の製品に含浸あるいは加熱浸透してなるプリ
プレグを、シート状に積層または成形し、温度１２０℃
〜２５０℃および圧力２〜１０ｋｇ／ｃｍの条件下に加
熱加圧処理してなることを特徴とする軽量繊維強化セラ
ミックスであり、（Ａ）成分；平均粒径が最大で１μｍの金属酸化物の微
粉末、（Ｂ）成分；二重鎖構造を有する可溶性シロキサン重合
体、（Ｃ）成分；エチレン性不飽和二重結合を少なくとも１
個分子中に有する３官能性シラン化合物、（Ｄ）成分；有機過酸化物、（Ｅ）成分；エチレン性不飽和二重結合を少なくとも２
個分子中に有するラジカル重合可能な単量体、（Ｆ）成分；ゼオライト請求項２に記載の発明は、前記マトリックス組成物中の
前記（Ａ）成分の配合量が５０〜２５０重量部、（Ｂ）
成分の配合量が８０〜１７０重量部、（Ｃ）成分の配合
量が２５〜１２５重量部、（Ｄ）成分の配合量が１〜４
重量部、（Ｅ）成分の配合量２５〜１２５重量部および
（Ｆ）成分の配合量が２５０〜４５０重量部である前記
請求項１に記載の軽量繊維強化セラミックスであり、請
求項３に記載の発明は、前記無機繊維が、ガラス繊維、
アルミナ繊維、シリカ繊維、チラノ繊維、ならびにアル
ミナおよび／またはシリカを主成分とする各種繊維より
なる群から選択される少なくとも一種である前記請求項
１および前記請求項２のいずれかに記載の軽量繊維強化
セラミックスであり、請求項４に記載の発明は、前記無
機繊維の製品がトウ引き揃え物および編織物のいずれか
である前記請求項１〜３のいずれかに記載の軽量繊維強
化セラミックスである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明について詳細に説
明する。

【００１５】この発明における軽量繊維強化セラミック
スの製造に使用されるマトリックス組成物は、以下の
（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分、（Ｄ）成分、
（Ｅ）成分および（Ｆ）成分を含有する。

【００１６】（Ａ）成分；平均粒径最大で１μｍの金属
酸化物の微粉末、（Ｂ）成分；二重鎖構造を有する可溶性シロキサン重合
体、（Ｃ）成分；エチレン性不飽和二重結合を少なくとも１
個分子中に有する３官能性シラン化合物、（Ｄ）成分；有機過酸化物、（Ｅ）成分；エチレン性不飽和二重結合を少なくとも２
個分子中に有するラジカル重合可能な単量体、（Ｆ）成分；ゼオライト。

【００１７】前記（Ａ）成分である金属酸化物として、
たとえばシリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化リチウ
ム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化カルシウム、酸化マグネ
シウム、三酸化ホウ素、ジルコニア、部分安定化ジルコ
ニア、五酸化バナジウム、酸化バリウム、イットリアお
よびフェライトなどの単一酸化物、ならびに、ムライ
ト、ステアタイト、フォルステライト、コージュエライ
ト、チタン酸アルミニウム、チタン酸バリウム、チタン
酸ストロンチウム、チタン酸カリウムおよびチタン酸ジ
ルコン酸鉛などの複合酸化物を挙げることができる。こ
れらは、その一種を単独で使用することもできるし、ま
たその二種以上を併用することもできる。

【００１８】これら金属酸化物の中でも好ましいのは、
アルミナ、シリカおよび酸化チタン等であり、さらに好
ましいのはアルミナである。

【００１９】この発明に使用する金属酸化物は、その平
均粒径が最大で１μｍ、好ましくは最大で０．５μｍで
ある。このような微細な粒径を有する金属酸化物の微粉
末は、主に（Ｃ）成分、（Ｄ）成分および（Ｅ）成分に
より形成される三次元網目構造中に（Ｂ）成分によって
稠密に接合された状態で包含される。それ故に、前記平
均粒径を有する金属酸化物を使用すると、破壊靭性等の
特性に優れた軽量繊維強化セラミックスが得られる。一
方、平均粒径が１μｍを超える金属酸化物を使用する
と、良好な強度を有する軽量繊維強化セラミックスを得
ることができない。

【００２０】大気中に曝されていた金属酸化物の微粉末
は、少なくともその表面の一部に水酸基が存在するの
で、後述する接合効果に有効に機能する。これに対し、
金属の窒化物、金属の炭化物などの微粉末は、その表面
の一部に水酸基を十分に有していないので、この発明の
軽量繊維強化セラミックスの製造には使用することがで
きない。

【００２１】（Ｂ）成分である二重鎖構造を有する可溶
性シロキサン重合体は、ホモポリマーであってもコポリ
マーであっても良い。この（Ｂ）成分は、前記金属酸化
物のバインダーとして作用する。

【００２２】一般に二重鎖構造を有する所謂ラダー型の
有機高分子は、線状の有機高分子に比べて耐熱性に優
れ、剛直で熱収縮が小さいとされている。しかしなが
ら、有機高分子は、たとえラダー型であっても、５００
℃以上の加熱時には熱分解し、あるいは収縮し、しかも
大量のガスを発生するから、この発明の軽量繊維強化セ
ラミックスの製造には好ましくない。

【００２３】この発明者らは、金属酸化物の微粉末のバ
インダーについて種々検討した結果、二重鎖構造を有す
るシロキサンホモポリマーあるいはシロキサンコポリマ
ーは、二次転移点（ガラス転移点）が高く、金属酸化物
に対する良好な接合効果を有し、しかも熱分解後にはそ
の大部分がセラミック組成に転換するので、この発明に
用いる金属酸化物微粒子のバインダーとして最適である
ことを認めた。なお、この発明における二重鎖構造を有
する可溶性シロキサン重合体はオリゴマーと称されるも
のを含む。

【００２４】二重鎖構造を有するシロキサン重合体を調
製するための原料としては、化学式Ｒ’Ｓｉ（ＯＲ）₃
（式中、Ｒはメチル基、エチル基などのアルキル基、
Ｒ’はアルキル基、フェニル基、ビニル基、シクロペン
チル基、シクロヘキシル基、メタクリロイル基などの脂
肪族、脂環族または芳香族の置換基を表す。）で示され
るトリアルコキシシランが挙げられる。

【００２５】このトリアルコキシシランとして、メチル
トリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、プロ
ピルトリメトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシ
ラン、メチルトリブトキシシラン、オクチルトリエトキ
シシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリエ
トキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキ
シシランなどを挙げることができる。

【００２６】（Ｂ）成分である二重鎖構造を有する可溶
性シロキサン重合体は、たとえばJ.F.Brown et at., J.
Polymer Sci., Part C No.1 p.83 (1963)に記載されて
いる公知の方法により、一種または二種以上のトリアル
コキシシランを酸触媒を用いて加水分解し、縮合するこ
とにより調製することができる。これらはポリシルセス
キオキサンとも呼ばれ、一般的には以下の化学式で示さ
れる。

【００２７】

【化１】

【００２８】ただし、Ｒ₁ は水素原子または前記化学式
Ｒ’Ｓｉ（ＯＲ）₃ 中のＲを表し、Ｒ₂ およびＲ₃ は前
記化学式Ｒ’Ｓｉ（ＯＲ）₃ 中のＲ’を表す。

【００２９】ポリシルセスキオキサンとしては、たとえ
ば、ポリメチルシルセスキオキサン、ポリフェニルシル
セスキオキサン、ポリビニルメチルシルセスキオキサ
ン、ポリフェニルメチルシルセスキオキサン、ポリフェ
ニルプロピルシルセスキオキサン、ポリメチル−ｎ−ヘ
キシルシルセスキオキサン、ポリフェニルメタクリロキ
シプロピルシルセスキオキサンなどを挙げることができ
る。

【００３０】これらの中でも好ましいのは、ポリフェニ
ルシルセスキオキサン、ポリフェニルメチルシルセスキ
オキサン、ポリフェニルエチルシルセスキオキサンであ
る。共重合体である場合、フェニル基とメチル基または
エチル基とのモル比（フェニル基／メチル基またはエチ
ル基）が２／１〜１／２であるのが好ましい。これら
は、加熱時の熱収縮率が小さく、しかも製造が容易であ
るからである。

【００３１】バインダーとして好ましい前記シロキサン
重合体の分子量は特に限定されるものではないが、通常
１，０００〜１０，０００、特に１，５００〜５，００
０であるのが好ましい。

【００３２】たとえばポリフェニルシルセスキオキサン
は、溶媒に可溶性であり、その溶液から強靭なフィルム
を形成することができ、またガラス転移点Ｔｇが３００
〜４００℃と高く、そのために硬化時の熱変形を最小限
に抑制することができる。

【００３３】このシロキサン重合体は、９００℃に加熱
しても主鎖の切断が起こらず、高収率でたとえば非晶質
のシリコーンオキシカーバイド（Ｓｉ−Ｃ−Ｏ）のよう
なセラミック構造に転換する。これに対し、有機高分子
をバインダーに用いる場合、常圧での焼成過程で有機高
分子が熱分解し、金属酸化物同士の接合力が失われ、亀
裂を発生させる。

【００３４】上記説明から明らかなように、この発明に
おける二重鎖構造を有する可溶性シロキサン重合体は、
バインダーとして使用すると、高温まで加熱しても収縮
が小さく、また、それ自体がセラミック化するので、耐
熱保護シートの収縮が小さくなる。したがって、この二
重鎖構造を有する可溶性シロキサン重合体は、特に常圧
下かつ非拘束条件下での焼成操作に有利である。ここ
で、常圧とは特に意図的に加圧または減圧の操作を加え
ない場合を含む。

【００３５】この発明において、前記二重鎖構造を有す
る可溶性シロキサン重合体のなかで特に有利であるの
は、分子末端にシラノール基またはアルコキシ基を有す
るものである。分子末端にシラノール基またはアルコキ
シ基を有する可溶性シロキサン重合体は、表面の少なく
とも一部に水酸基を有する（Ａ）成分すなわち金属酸化
物の微粒子と可溶性シロキサン重合体と、相互に親和性
を有し、容易に相互分散する。また、加熱加圧処理時に
は反応して相互に結合し、焼成時には一体となってセラ
ミック化する。

【００３６】この発明では、（Ａ）成分および（Ｂ）成
分ならびに有機物である（Ｅ）成分との相互の親和性を
高め、マトリックス中に強固な網目構造の生成を容易な
らしめると共にマトリックス物質と無機繊維との間の接
合性を高める作用ならびに効果を達成するためには、公
知のシランカップリング剤のいずれをも任意に使用する
ことができるというわけではない。

【００３７】この発明では、（Ｃ）成分としてエチレン
性不飽和二重結合を少なくとも１個分子中に有する３官
能性シラン化合物が使用される。この（Ｃ）成分は
（Ｂ）成分である二重鎖構造を有する可溶性シロキサン
重合体の分子末端および金属酸化物の微粒子と容易に結
合する。これらの結合は、加熱時に水酸基の脱水縮合に
より生成する。また、この（Ｃ）成分である３官能性シ
ラン化合物は、無機繊維の表面水酸基とも容易に反応す
るので、マトリックス組成物と無機繊維との接合性を高
めることができる。したがって、この点では、窒化物系
の無機繊維や炭化物系の無機繊維よりも、酸化物系の無
機繊維が好ましい。さらにこの（Ｃ）成分に含まれるエ
チレン性不飽和二重結合は（Ｄ）成分であるラジカル触
媒と反応して網目構造に組み込まれる。

【００３８】このエチレン性不飽和二重結合を少なくと
も１個分子中に有する３官能性シラン化合物として、ビ
ニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、ビニルト
リメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メ
タクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタク
リロキシプロピルトリエトキシシランなどを挙げること
ができる。これらの中でも、γ−メタクリロキシアルキ
ルトリアルコキシシランが好ましく、特にγ−メタクリ
ロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキ
シプロピルトリエトキシシランが好ましい。

【００３９】硬化体に網目構造を形成するには、架橋剤
が必要である。この発明においては（Ｄ）成分である有
機過酸化物が架橋剤として有効である。

【００４０】この発明において、有機過酸化物が有効に
作用するためには、硬化前の作業中に分解してラジカル
を発生させるものは好ましくなく、したがって、１０時
間の半減期を得るための温度が１１０℃以上である有機
過酸化物が好ましい。

【００４１】このような有機過酸化物としては、ジクミ
ルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、
ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、α，α−ビス（ｔ−ブ
チルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ジ−ｔ−ブチ
ルパーオキシジイソプロピルベンゼン、２，５−ジメチ
ル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−
３、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，
５−トリメチルシクロヘキサン、２，２−ビス（ｔ−ブ
チルパーオキシ）ブタン、２，２−ビス（ｔ−ブチルパ
ーオキシ）オクタンなどを挙げることができる。

【００４２】この発明におけるマトリックス組成物は、
（Ｄ）成分として架橋剤である前記有機過酸化物に加え
て、（Ｅ）成分としてエチレン性不飽和二重結合を少な
くとも２個、好ましくは３個有するラジカル重合可能な
単量体を含有する。この（Ｅ）成分は、共架橋剤とし
て、硬化により、更に強固な三次元網目構造の形成に寄
与する。この（Ｅ）成分を含有するマトリックス組成物
は、金属酸化物の微粒子を包含し、しかも加熱により変
形しない有効かつ十分な鎖長を有する網目構造に変化す
る。

【００４３】前記（Ｅ）成分としては、エチレングリコ
ールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコール
ジ（メタ）アクリレート、エチレングリコールジイタコ
ネート、テトラメチレングリコールジイタコネート、エ
チレングリコールジクロトネート、エチレングリコール
ジマレエート、トリメチロールプロパントリ（メタ）ア
クリレート、トリメチロールエタントリ（メタ）アクリ
レート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレー
ト、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート
などを挙げることができる。なお、上記例示において、
（メタ）アクリレートなる表現は、アクリレートとメタ
クリレートとの両者を示すものである。

【００４４】これらの中でも、ラジカル重合性に優れ、
有効な鎖長を与え、しかも後述するようなプリプレグに
優れたタック性を与えるという点で、多価アルコールの
ジ（メタ）アクリレートおよび／または多価アルコール
のトリ（メタ）アクリレートたとえばトリメチロールプ
ロパントリ（メタ）アクリレートが好ましい。

【００４５】前記（Ｆ）成分であるゼオライトとして
は、天然ゼオライトおよび合成ゼオライトが挙げられ、
天然ゼオライトよりも合成ゼオライトが好適である。

【００４６】この発明においては、天然ゼオライトおよ
び合成ゼオライトのいずれを使用するにしても、好まし
いのは嵩比重が０．３〜０．７であるゼオライトが好ま
しい。嵩比重が前記範囲内にあるときには、（Ａ）成分
〜（Ｆ）成分を含有するマトリックス組成物を用いて得
られる繊維強化セラミックスの軽量化および熱遮蔽性を
良く達成することができる一方、嵩比重が０．３未満に
なるとセラミックス組成物を無機繊維の製品に含浸する
のが困難になる場合がある。

【００４７】この発明においては、自重の少なくとも２
０％、好ましくは２０〜３０％の水を吸着するゼオライ
トが好ましい。２０％以上の水を吸着するゼオライト
は、ゼオライトから水を脱着する際に水の蒸発熱および
ゼオライト脱着時の吸熱量として２１０ｃａｌ以上の熱
を吸収する。したがって、火災時には、このようなゼオ
ライトを含有する軽量繊維強化セラミックスは大量の熱
を吸収して熱伝導を遅らせるという優れた熱遮蔽効果を
奏することができる。

【００４８】これらの中でも、吸熱反応性がよく、しか
も比重が小さいという点で、合成ゼオライト（たとえば
アルミノけい酸塩）などのゼオライトが好ましい。

【００４９】前記合成ゼオライトは、たとえば以下の組
成式で表される。

【００５０】Ｍ_X/n ・〔（ＡｌＯ₂ ）_X ・（ＳｉＯ₂ ）
_Y 〕・ＺＨ₂ Ｏただし、Ｍは原子価ｎの金属陽イオンであり、ＸとＹと
の合計は単位格子当たりの四面体数であり、Ｚは水分子
のモル数を示す。

【００５１】前記合成ゼオライト中の金属陽イオンとし
ては、Ｋ、Ｎａ等のアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａ等のアル
カリ土類金属等が挙げられる。

【００５２】好ましい合成ゼオライトとしては、細孔径
が３〜９Å、好ましくは４〜７Åであり、平均粒径が１
〜４μｍであり、内部の金属がＫ、Ｎａ、Ｍｇ、および
Ｃａよりなる群から選択される少なくとも一種、好まし
くはＣａである合成ゼオライトである。

【００５３】前記合成ゼオライトとして、日本化学工業
株式会社製の、Ｋを陽イオンとするゼオスターＫＡ−１
００Ｐ、ゼオスターＫＡ−１１０Ｐ、ゼオスターＫＡ−
１１０Ｌ、ゼオスターＫＡ−１１２Ｌ、Ｎａを陽イオン
とするゼオスターＮＡ−１００Ｐ、ゼオスターＮＡ−１
１０Ｐ、ゼオスターＮＡ−１１０Ｌ、ゼオスターＮＡ−
１１２Ｌ、ゼオスターＮＸ−１００Ｐ、ゼオスターＮＸ
−１１０Ｐ、ゼオスターＮＭ−１００Ｐ、ゼオスターＮ
Ｍ−１１０Ｌ、ゼオスターＮＭ−１１２Ｌ、ゼオスター
ＮＭ−１１０Ｓ、ゼオスターＮＭ−１１２Ｓ、Ｍｇを陽
イオンとするゼオスターＧＡ−１００Ｐ、Ｃａを陽イオ
ンとするゼオスターＣＸ−１００Ｐ、ゼオスターＣＸ−
１１０Ｐ等の市販品が挙げられる。

【００５４】上述したところのマトリックス組成物を構
成する各成分は、有機溶媒中に溶解または分散される。

【００５５】溶剤は、各構成成分の種類とそれらの混合
割合によって適宜にその種類を選択してよい。この発明
に好適に使用される溶媒は、アルコール、芳香族炭化水
素、アルカン、ケトン、ニトリル、エステルおよびグリ
コールエステルなどから選択される。溶剤は、硬化前に
完全に除去されるのが好ましく、したがって、低沸点の
アセトンのような溶剤が好ましいが、必ずしもこれに限
定されるものではない。なお、溶媒はこれらの一種を単
独で使用することもできるし、またその二種以上を併用
することもできる。

【００５６】この発明においては、前記（Ａ）成分〜
（Ｆ）成分が、軽量繊維強化セラミックスに緻密な組織
を与えるように、できるだけ均一に、前記溶剤中に溶解
または分散していることが望ましい。そのためには、
（Ｂ）成分、（Ｃ）成分、（Ｄ）成分、（Ｅ）成分およ
び（Ｆ）成分それぞれを撹拌しながら溶剤中に溶解し、
得られた溶液に（Ａ）成分を添加し、各成分が均一に分
散するまで撹拌を継続する手法を採用しても良いが、ま
た、（Ａ）成分〜（Ｆ）成分の全てを同時に溶剤に添加
し、十分に撹拌をする手法を採用してもこの発明の効果
を達成することができる。また、公知の界面活性剤のよ
うな分散安定化剤を微量添加しても良い。さらに、この
マトリックス組成物の性状を損なわない限り、公知の添
加剤を付加することを妨げない。

【００５７】マトリックス組成物中の各成分の割合は、
各成分の種類とこれと複合してなる軽量繊維強化セラミ
ックスの性能に依存して適宜に選択される。多くの場
合、マトリックス組成物は、以下のような成分割合を有
する。

【００５８】すなわち、（Ａ）成分の配合量が５０〜２
５０重量部、好ましくは５０〜１５０重量部、（Ｂ）成
分の配合量が８０〜１７０重量部、好ましくは１００〜
１５０重量部、（Ｃ）成分の配合量が２５〜１２５重量
部、好ましくは３０〜８０重量部、（Ｄ）成分の配合量
が１〜４重量部、好ましくは１．５〜３重量部、（Ｅ）
成分の配合量が２５〜１２５重量部、好ましくは２５〜
１００重量部および（Ｆ）成分の配合量が２５０〜４５
０重量部、好ましくは３５０〜４５０重量部である。

【００５９】プリプレグのタック性は、他の成分と相俟
って（Ｅ）成分の量により調整される。したがって、前
記（Ｅ）成分の役割は網目構造の形成に止まらず、この
発明の重要な効果であるタック性の形成に重要な役割を
果す。

【００６０】この発明において使用されるマトリックス
組成物は、後述するように、溶剤を有するまま使用され
るし、また、溶剤を除去してシート状物にして使用され
ることもできる。

【００６１】この発明において使用されるプリプレグは
前記マトリックス組成物の液またはシート状物を、無機
繊維のトウまたはその製品に含浸あるいは加熱浸透する
ことにより製造される。

【００６２】前記無機繊維としては、不活性雰囲気ある
いは空気などの酸化性雰囲気のいずれかにおいて、少な
くとも５００℃以下、好ましくは１，０００℃以下、さ
らに好ましくは１，２００℃以下に加熱しても、実用に
耐える強度を保持するものが好ましい。このような条件
を満たすものとして、窒化物系の無機繊維、炭化物系の
無機繊維、酸化物系の無機繊維および炭素繊維を挙げる
ことができる。これらの無機繊維は、この発明で要求さ
れる十分な耐熱性と強化効果とを有する。

【００６３】好ましい無機繊維としては、ガラス繊維、
アルミナ繊維、シリカ繊維、チラノ繊維（Ｓｉ−Ｔｉ−
Ｃ−Ｏ）、ならびにアルミナおよび／またはシリカを主
成分とする各種繊維よりなる酸化物系無機繊維を挙げる
ことができる。

【００６４】この発明において特に好ましいのは、Ｅガ
ラス繊維やＳガラス繊維などのガラス繊維であり、特に
Ｅガラス繊維が好ましい。一般にガラス繊維は室温強度
が他の酸化物系無機繊維より高いので、一定の破壊靭性
を維持しつつも薄い軽量繊維強化セラミックスを得るこ
とができ、したがって、例えば内装材の曲面部等にも好
適に使用することができる。

【００６５】無機繊維は、市販品を使用する場合には、
付着しているサイジング剤を除去してから使用すること
が好ましい。無機繊維は、トウ引き揃え物として、ある
いは編物、織物の形態として使用される。

【００６６】この発明におけるプリプレグは、従来のエ
ポキシ樹脂プリプレグの製造に採用されている溶剤法
（別に湿式法とも称されている。）、ホットメルト法
（別に乾式法と称されている。）と類似の手法を用い
て、製造することができる。

【００６７】溶剤法に準じた方法では、マトリックス組
成物の液に、無機繊維のトウまたはその製品を浸漬し、
余分の液を絞り出した後に、熱風を吹き付けるか、ある
いは乾燥機中を通過させて溶剤を除去することにより、
プリプレグが得られる。

【００６８】また、ホットメルト法では、マトリックス
組成物の液から所定の坪量を有するシート状物（この用
語は、概念としてフィルム状物を含む。）を形成し、無
機繊維のトウまたは無機繊維の製品の片面または両面に
前記シート状物を重ね合わせ、あるいは前記シート状物
と無機繊維のトウまたは無機繊維の製品とを交互に重ね
合わせ、これを通常１２０℃以下の温度に加熱すること
によりシート状物の粘度を低下させながら、無機繊維間
にマトリックス組成物を浸透させることにより、プリプ
レグが得られる。このようにして得られたプリプレグ
は、積層形成に十分なタック性とドレープ性と作業上十
分なアウトタイム性とを有している。

【００６９】このようにして製造されたプリプレグは、
公知の積層法あるいはフィラメントワインディング法な
どの方法によりシート状にされ、次いで加熱加圧処理す
なわち硬化処理が加えられる。この発明で特筆するべき
ことは、一段硬化で硬化反応が十分に完結するので、二
段硬化（予備硬化を含む。）や三段硬化（予備硬化と後
硬化とを含む。）を必要としないことである。もっと
も、場合によってはこれら予備硬化および後硬化を行っ
ても差し支えはない。

【００７０】前記加熱加圧処理の条件は、加熱温度が１
２０〜２５０℃、好ましくは１３０〜１８０℃、圧力が
２〜１０ｋｇ／ｃｍ² 、好ましくは３〜５ｋｇ／ｃｍ
² 、処理時間が１０〜６０分、好ましくは１５〜３０分
である。

【００７１】この加熱加圧処理は、真空バッグ後にオー
トクレーブ中で行われるかあるいはホットプレスを用い
て行われる。後者は、均一な厚さを有するシートを製造
することができるので有利である。

【００７２】このようにして得られる軽量繊維強化セラ
ミックスは、これを利用して肉厚の大きな所謂厚物の各
種製品に加工することもでき、またこれを利用して肉厚
の小さな所謂薄物の各種製品に加工することもできる。
厚物の製品を製造する場合、この軽量繊維強化セラミッ
クスは、通常、その厚さが０．１〜５ｍｍであり、好ま
しくは０．１〜３ｍｍである。厚さが、前記範囲内であ
ると、内装材に充分な耐火性能を与えることができると
ともに、ある程度の柔軟性が確保され、さらに従来の繊
維強化プラスチックと同等の比重を保持するので従来の
繊維強化セラミックスよりも軽量である。

【００７３】これにより、前記軽量繊維強化セラミック
スは、乗り物および建物の内装材だけでなく、たとえば
航空機用エンジン内のノズルおよびプラグ、高温ガス原
子炉の配管等の耐熱部材全般に応用するができる。

【００７４】

【実施例】以下に、この発明の実施例を示してこの発明
をより具体的に説明する。なお、この発明は、以下の実
施例に限定されるものでないことは言うまでもない。

【００７５】（実施例１）〈マトリックス組成物の調製〉セラミックボールを入れ
たボールミルに、アルミナ粉末（平均粒径；０．４μ
ｍ）１００重量部、合成ゼオライト（日本化学工業
（株）；ゼオスターＣＡ−１００Ｐ、吸水量２０％、嵩
比重０．４）４００重量部、ポリフェニルメチルシルセ
スキオキサン（分子量２，３００、フェニル／メチル比
＝６／４）１２５重量部、γ−メタクリロキシプロピル
トリメトキシシラン４０重量部、トリメチロールプロパ
ントリメタクリレート５０重量部、２，５−ジメチル−
２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−ヘキシン−３
２重量部およびアセトン２５０重量部を入れ、ボールミ
ルを１時間回転させることにより混合し、均一に溶解、
分散した液状のマトリックス組成物を得た。

【００７６】〈試験片の調製〉前記マトリックス組成物
に、１８１スタイルのガラス繊維織物（ＫＳ１５８１；
カネボウガラス株式会社製）を浸漬した後に、スクイズ
ロールを用いて余分のマトリックスを取り除き、８０℃
の温風循環乾燥機に５分間入れてアセトンを蒸発させ、
マトリックス組成物の含有率が５０重量％である繊維強
化プリプレグを作製した。

【００７７】このプリプレグ１層を用いて、１５０℃、
１５分間、３．５ｋｇ／ｃｍ² の条件のホットプレス
で、厚さ０．３２ｍｍの軽量繊維強化セラミックスを製
造した。

【００７８】なお、前記試験片の比重を、エタノールを
用いたアルキメデス法により測定したところ、１．９５
であった。

【００７９】従来のガラス繊維および／またはフェノー
ル樹脂の比重が約１．９であるので、前記軽量繊維強化
セラミックスシートの比重は繊維強化プラスチックの比
重と同等であることが確認された。

【００８０】〈熱遮蔽性試験〉図１に示される開口部を
遮蔽板でふさぎ、予め８００℃に昇温しておいた電気炉
１の開口部に、遮蔽板のかわりにこの開口部を閉鎖する
ように、前記軽量繊維強化セラミックスのシート（以下
単に硬化体と称す）２を取り付けた。この時図１に示さ
れるように、熱電対Ａを、前記硬化体２における電気炉
１とは反対側の表面に接するように取り付け、他の熱電
対Ｂを、前記硬化体２における電気炉１側の表面に接す
るように取りつておいた。

【００８１】電気炉１の開口部を硬化体２で閉鎖後ただ
ちに、前記熱電対Ａおよび熱電対Ｂにより、電気炉１内
および電気炉１外の温度変化を測定した。

【００８２】測定結果を図２に示す。

【００８３】（比較例１）〈マトリックス組成物の調製〉アルミナ粉末１００重量
部およびゼオライト４００重量部を使用する代わりに、
アルミナ粉末（平均粒径；０．４μｍ）４００重量部お
よび酸化チタン粉末（平均粒径０．４μｍ）２００重量
部を使用した外は前記実施例１と同様にして、マトリッ
クス組成物を得た。

【００８４】〈試験片の調製〉前記マトリックス組成物
を用いて前記実施例１と同様にしてマトリクッス含有率
が６０％である無機繊維強化プリプレグを作製し、この
無機繊維強化プリプレグを用いて前記実施例と同様にし
てセラミックスシートを作製し、前記実施例１における
のと同様の評価試験を行った。

【００８５】なお、前記試験片の比重を、エタノールを
用いたアルキメデス法により測定したところ、２．４６
であった。

【００８６】〈熱遮蔽性試験〉前記実施例１と同様にし
てセラミックスシートにつき熱遮蔽試験を行った。

【００８７】試験結果を図３に示した。

【００８８】前記図２および図３によると、電気炉外側
および内側の温度差は、実施例１では２１０℃、比較例
１では１７０℃であった。

【００８９】以上により、この発明の前記軽量繊維強化
セラミックスは熱遮蔽性に優れていることが確認され
た。

【００９０】

【発明の効果】この発明によると、高い熱遮蔽性を有
し、従来のガラス繊維強化樹脂と同じ位に軽量な軽量繊
維強化セラミックスを提供することができる。

【００９１】この発明の軽量繊維強化セラミックスは従
来のガラス繊維強化樹脂（ＦＲＰ）と同程度まで軽量化
が達成されたので、従来において重量増加が問題になる
ことによって繊維強化セラミックスの適用が困難であっ
た耐熱性の部材あるいは装置等にこの軽量化繊維強化セ
ラミックスを適用することによって、そのような部材、
装置たとえば航空機エンジンのノズル、航空機エンジン
のプラグ等の軽量化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の実施例における測定に使用
された電気炉の断面を示した説明図である。

【図２】図２は、この発明の実施例１における熱遮蔽性
試験の測定結果を示したグラフである。

【図３】図３は、この発明の比較例１における熱遮蔽性
試験の測定結果を示したグラフである。

【符号の説明】

１・・・電気炉、２・・・硬化体、Ａ・・・熱電対、Ｂ
・・・熱電対

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）
成分、（Ｄ）成分、（Ｅ）成分、および（Ｆ）成分を含
有するマトリックス組成物の液またはシート状物を無機
繊維の製品に含浸あるいは加熱浸透してなるプリプレグ
を、シート状に積層または成形し、温度１２０℃〜２５
０℃および圧力２〜１０ｋｇ／ｃｍの条件下に加熱加圧
処理してなることを特徴とする軽量繊維強化セラミック
ス。（Ａ）成分；平均粒径が最大で１μｍの金属酸化物の微
粉末、（Ｂ）成分；二重鎖構造を有する可溶性シロキサン重合
体、（Ｃ）成分；エチレン性不飽和二重結合を少なくとも１
個分子中に有する３官能性シラン化合物、（Ｄ）成分；有機過酸化物、（Ｅ）成分；エチレン性不飽和二重結合を少なくとも２
個分子中に有するラジカル重合可能な単量体、（Ｆ）成分；ゼオライト
【請求項２】前記マトリックス組成物中の前記（Ａ）
成分の配合量が５０〜２５０重量部、（Ｂ）成分の配合
量が８０〜１７０重量部、（Ｃ）成分の配合量が２５〜
１２５重量部、（Ｄ）成分の配合量が１〜４重量部、
（Ｅ）成分の配合量２５〜１２５重量部、および（Ｆ）
成分の配合量が２５０〜４５０重量部である前記請求項
１に記載の軽量繊維強化セラミックス。
【請求項３】前記無機繊維が、ガラス繊維、アルミナ
繊維、シリカ繊維、チラノ繊維、ならびにアルミナおよ
び／またはシリカを主成分とする各種繊維よりなる群か
ら選択される少なくとも一種である前記請求項１および
前記請求項２のいずれかに記載の軽量繊維強化セラミッ
クス。
【請求項４】前記無機繊維の製品がトウ引き揃え物お
よび編織物のいずれかである前記請求項１〜３のいずれ
かに記載の軽量繊維強化セラミックス。