JPH0340999A - ウィスカーの改質方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ウィスカーの改質方法に関し、さらに詳しく
言うと、均一な表面改質が可能であるとともに、マトリ
クス中に高い体積含有率で含有させることのできるウィ
スカーを容易に得ることのできるウィスカーの改質方法
に関する。

［従来技術および発明が解決しようとする課ＷＵ］針状
結晶であるウィスカーは、その機械的特性が理論値に近
い値を示すことから、ｔａ雄雄花化複合材料一般の強化
材、たとえばカーボンファイバー、アラミド繊維等の繊
維よりも一層優れた強化材として注目されている。

しかしながら、ウィスカーは、その結晶完全性のために
、マトリックスに対する濡れ性や接着性に問題かある。

そこで１通常、ウィスカーには表面改質か必要とされる
。

ウィスカーの表面改質の方法としては、たとえば酸化な
どの表面処理や異種物質のコーティングが行なわれ、そ
れぞれマトリックスに応して使い分けられている。

たとえばマトリックスが合ｒ＆樹脂のときには。

気相酸化法や液相酸化法などの表面処理が一般的に行な
われている。

しかしながら、ウィスカーは結晶が完全であるために、
表面に官能基を形成するのが非常に困難であり、充分な
表面処理の効果を奏することができない。

また、ウィスカーの表面に化学蒸着、物理蒸着などによ
って、アルミニウム、ニッケルなどの金属被膜あるいは
炭化ケイ素などのセラミック被膜のコーティング等が行
なわれることもあるが。

コーテイング材が剥離し易いため、満足すべき結果は得
られていない。

一方、ウィスカーを含有する強化材については、複合材
料中のウィスカーの体積含有率が高いほど、複合材料と
しての効果が大きいことが知られている。

しかしながら、たとえば従来の方法により表面改質を行
なったグラファイトウィスカーにおいては、一般に体積
含有率が２０％を超えると、マトリックスの流動性の低
下を招いたり、均一分散性が低下したりするので、成形
を行なうことができないと言う問題がある。そして、こ
の問題は特に混練法において顕著である。

本発明は前記の事情に基いてなされたものである。

本発明の目的は、均一な表面改質が可能であるとともに
、マトリックス中に高い体積含有率で含有させることの
できるウィスカーを容易に得ることのできるウィスカー
の表面改質方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するために、本発明溝が鋭意検討を重ね
た結果、ウィスカーの表面をダイヤモンド粒子で擦過す
ると、均一な表面改質が可能であるとともに、マトリク
ス中に高い体積含有率で含有されることのできる気相Ｉ
Ｏ＃、長炭素繊維を容易に得ることができることを見い
出して、本発明に到達した。

請求項１記載の発明の構成は、ウィスカーの表面をダイ
ヤモンド粒子により擦過することを特徴とするウィスカ
ーの改質方法であり。

請求項２記載の発明の構成は、前記ウィスカーが気相成
長炭素！ａ錐である前記請求項Ｉに記載のウィスカーの
改質方法である。

以下、本発明の方法について詳述する。

本発明の方法により表面改質を好適に行なうことのでき
る前記ウィスカーとしては、気相成長法により得られる
ものを好適に用いることができる。また、気相成長法に
より得られるものであれば、たとえば流動気相法により
得られるもの、基板法により得られるものなどをいずれ
も好適に用いることができる。

そして、本発明の方法においては、特に気相成長炭素ａ
ｍであるウィスカーを特に好適に用いることができる。

また１本発明の方法においては、前記ウィスカーが、た
とえば窒素、アルゴン等の不活性雰囲気中で前記ウィス
カーを熱処理して得られるグラファイトウィスカーであ
ってもよい。

前記ウィスカーの直径およびアスペクト比についても、
特に制限はないが、通常は、直径が０．１←ｍ以上、ア
スペクト比が３００以下であることが好ましい。

直径が０．ｉ　ｐ−ｍ未満であったり、アスペクト比が
３００を超えたりすると、本発明の方法において、ウィ
スカーの表面をダイヤモンド粒子で擦過するときに、前
記ウィスカーの有する強化材としての所期の機能が充分
に発揮されないことがある。

使用に供される前記ダイヤモンド粒子は、天然ダイヤモ
ンドおよび人工ダイヤモンドのいずれの粒子であっても
良い。

いずれにせよ、前記ダイヤモンド粒子の粒径は１通常、
１〜３０外ｍ、好ましくは５〜２０川ｍである。この粒
径が１μｍ未満であると、前記ウィスカーの表面の改質
効果か充分ではないことがある。また、粒径が小さすぎ
ると、後の工程においてダイヤモンドの分離が困難にな
ることかある。

一方、３０＃Ｌｍ？：ａえると、表面改質の効果が充分
ではなかったり、前記ウィスカーの折損を招くことがあ
る。

なお、ダイヤモンド粒子の形状については特に制限がな
い。

本発明の方法においては、前記ウィスカーの表面を、前
記ダイヤモンド粒子で擦過することが１要である。

具体的には、たとえば、前記ウィスカーと前為ダイヤモ
ンド粒子とを収納した容器を、　Ｍｆｌｋシ。

あるいは、前記ウィスカーと前記ダイヤモンド農・子と
を攪拌混合し１両者間で擦過することにＪす、前記ウィ
スカーの表面改質を達成すること力できるし、また擦過
法であれば、その他の種々ｑ方法によっても前記ウィス
カーの表面改質を達鵡することができる。

前記ウィスカーに対する前記ダイヤモンド粒９の使用割
合は、前記ウィスカー１００重量部に対して、前記ダイ
ヤモンド粒子が、通常１５〜４０重量部、好ましくは２
９〜３５重量部である。前記ウィスカー１００重量部に
対する前記ダイヤモンド粒子の使用割合が１５重量部未
満であると、処理時間を１しく長く要し、実用的ではな
い。

処理時間は前記ウィスカーの種類、＃記つィスカーに対
する前記ダイヤモンド粒子の大きさや使用割合等により
異なるので一様に規定することばできないが、たとえば
、前記ダイヤモンド粒子の粒径が５〜２０ｐ−ｍである
ときに、流動気相法により得られたウィスカー１００　
ｆｆｉ量部に対して、前記ダイヤモンド粒子３５ｆｆｉ
量部を使用すれば１通常、１時間〜１２時間程度であり
、また、前記ウィスカーを熱処理して得られたグラファ
イトウィスカー１００重量部に対して、前記ダイヤモン
ド粒子３０重量部を使用すれば、通常、数時間〜２４時
間程度である。

このようにして表面改質を行なったウィスカーは、従来
、体積含有率２０％が限界であったものが、予想を超え
て、体積含有率４０％程度の高い割合でマトリクス中に
含有されることかできるようになる。

その理由は定かではないが、前記ダイヤモンド粒子によ
る擦過により、前記ウィスカーの表面に官能基が形成さ
れるとともに、前記ウィスカーの表面が物理化学的な改
質を受けており、前記ウィスカーの濡れ性や接着性が飛
躍的に向上するものと推測される。

いずれにしても１本発明の方法により表面改質を行なっ
たウィスカーは、たとえば繊維強化プラスチック（ＦＲ
Ｐ）、ｍ雑強化セラミックス（ＦＲＣ）や繊維強化金属
（ＦＲＭ）製造の際の強化材として好適に利用すること
ができる。

なお、本発明の方法により改質を行なった前記ウィスカ
ーを強化材として使用するに当たり、たとえばコロナ放
電・処理、酸処理、金属メツキ処理、シランカップリン
グ処理等の表面処理を組み合わせて行なうことも可能で
ある。

［実施例］ 次いで１本発明の実施例および比較例を示し、本発明に
ついてさらに具体的に説明する。

（実施例１） 気相成長炭素ｍ＃Ｉをアルゴン雰囲気中で２．９００°
Ｃにて４０分間かけて黒鉛化処理をすることによりグラ
ファイトウィスカーを得た。このグラファイトウィスカ
ーと粒径５〜ＺＯｐ、ｍのダイヤモンドパウダーとを自
動乳鉢を用いて２４時間擦過処理をした。その後、前記
グラファイトウィスカーとダイヤモンドパウダーとを分
離した。

次１．：、　１００重量部のエポキシ樹脂［Ｌ　Ｙ　−
５５６、チバガイギー社製］、９０重量部の硬化剤［Ｈ
Ｙ−９１７Ｊ、チバガイギー社製］および１重量部の硬
化促進剤［Ｄ　Ｙ−（１５２、チバガイギー社製〕から
なる混合物をプラスチックマトリクスとして、これに１
体積含有率が２０％になるように、表面改質済みの前記
グラファイトウィスカーを加え、１００°Ｃに加熱しな
がら２時間、次いで＋５ｆ）℃に加熱しながら２時間の
条件て硬化させることにより、複合材料を得た。

この複合材料につき、ＪＩＳ　　Ｋ７２０Ｂに準拠した
圧縮試験を行なった。

結果を第１表に示す。

（比較例１） 前記実施例１において、ダイヤモンドパウダーを使用し
た擦過処理を行なわなかったほか、前記実施例１と同様
にして複合材料を得た。

この複合材料につき、ＪＩＳ　　Ｋ７２０Ｂに準拠した
圧縮試験を行なった。

結果を第１表に示す。

（実施例２） 気相成長炭素繊維をアルゴン雰囲気中で２，０００°Ｃ
にて４０分間かけて黒鉛化処理をすることによりグラフ
ァイトウィスカーを得た。このグラファイトウィスカー
と粒径５〜２０）ｔｍのダイヤモンドパウダーとを自動
乳鉢を用いて１０時間擦過処理をした。その後、前記グ
ラファイトウィスカーとダイヤモンドパウダーとを分離
した。

次に、１００重量部のエポキシ樹脂［Ｌ　Ｙ　−５５６
゜チバガイギー社製］、９０重量部の硬化剤［ＨＹ−９
１７Ｊ、チバガイギー社製］および１重量部の硬化促進
剤［Ｄ　Ｙ−０６２、チバガイギー社！８！］からなる
混合物をプラスチックマトリクスとして、これに、体積
含有率が１０％になるように１表面改質済みの前記グラ
ファイトウィスカーを加え、１００°Ｃに加熱しなから
２時間１次いで１５０℃に加熱しながら２時間の条件で
硬化させることにより、複合材料を得た。

この複合材料につき、ＪＩＳ　　に７２ｏ８に準拠１ノ
た圧縮試験を行なった。

結果を第１表に示す。

（実施例３） 前記実施例２において、擦過処理をしたダイヤモンドパ
ウダーを分離除去した後に、さらに硝酸で１０時間かけ
て還流したしたほかは、前記実施例２と同様にして実施
した。

結果を第１表に示す。

（比較例２） 前記実施例２において、ダイヤモンドパウダーを使用し
た擦過処理をしなかったほかは、前記実施例２と同様に
して複合材料を製造した。

この複合材料につき、ＪＩＳ　　Ｋ７２０８に準拠した
圧縮試験を行なった。

結果を第１表に示す。

（実施例４） 気相成長炭素ａｍと粒径５〜２０Ｂｍのダイヤモンドパ
ウダーとを自動乳鉢を用いて２０時間擦過処理をした。

その後、前記気相成長炭素繊維とダイヤモンドパウダー
とを分離した。さらに、０．１重量％酢酸水溶液中に前
記気相成長炭素繊維重量の１％に相当するシランカップ
リング剤［信越化学工業■製；　ｒＫＢＭ４０３．］を
溶解してなる溶液中に、前記気相成長炭素ｍ！ｌを浸し
てから、脱水、乾燥を行なった後、温度１１０℃にて１
０分間熱処理してシランカップリング処理を行なった。

次に、１００重量部のエポキシ樹脂［Ｌ　Ｙ　−５５６
゜チバガイギー社製］、９０重量部の硬化剤［ＨＹ−９
１７Ｊ、チバガイギー社製］および１重量部の硬化促進
剤［Ｄ　Ｙ−０６２、チバガイギー社製Ｊからなる混合
物をプラスチックマトリクスとして、これに１体積含有
率が３０％になるように１表面改質済みの前記気相成長
炭素繊維を加え、１００°Ｃに加熱しながら２時間、次
いで＋５（１’Ｃに加熱しなから２時間の条件で硬化さ
せることにより、複合材料を得た。

この複合材料につき、ＪＩＳ　　Ｋ７２０８に準拠した
圧縮試験を行なった。

結果を第１表に示す。

（比較例３） 前記実施例４において、ダイヤモンドパウダーを使用し
た擦過処理をしなかったほかは、前記実施例４と同様に
して複合材料を製造した。

この複合材料につき、ＪＩＳ　　Ｋ７２０８に準拠した
ＪＥ１ａ試験を行なった。

結果を第１表に示す。

（来貢、以下余白） 第 １ 表 （評価） 第１表から明らかなように、実施例１の複合材料は比較
例１の複合材料に比較して、圧縮応力および圧縮弾性率
のいずれもが向上している。

また、実施例２および実施例３の複合材料と比較例３の
複合材料とを比較した場合、および実施例４の複合材料
と比較例４の複合材料とを比較した場合のそれぞれにつ
いても同様のことが言える。これらのことから、本発明
の方法により表面改質を行なったウィスカーを含有する
複合材料は機械的強度が大幅に向上していることを確認
した。

［発明の効果］ 本発明によると、 （１）　　ウィスカーの表面をダイヤモンド粒子により
擦過するので、攪拌混合操作により凝集体が破壊される
と同時に均一な表面改質が可能であるとともに、 （２）　　操作が容易であり、しかも、マトリクス中に
高い体積含有率で含有させることのできるウィスカーに
改質することができる驚くべき効果が奏される、 という利点を有する工業的に有用なウィスカーの表面改
質方法を提供することができる。

手続補正書 平成２年 ８月 ６日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウィスカーの表面をダイヤモンド粒子により擦過
   することを特徴とするウィスカーの改質方法。
2. （２）前記ウィスカーが気相成長炭素繊維である前記請
   求項１に記載のウィスカーの改質方法。