JPS59199549A - 繊維強化ガラスマトリツクス複合物 - Google Patents

繊維強化ガラスマトリツクス複合物

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JPS59199549A
JPS59199549A JP59068373A JP6837384A JPS59199549A JP S59199549 A JPS59199549 A JP S59199549A JP 59068373 A JP59068373 A JP 59068373A JP 6837384 A JP6837384 A JP 6837384A JP S59199549 A JPS59199549 A JP S59199549A
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fibers
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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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】 本発明は最新の繊維強化ガラス複合物に関するものであ
る。imb 性nQ工学材料としてのセラミックが工業
的に好結果の技術的に投機的なものよりも、ずっと新規
性がめったのは、後者のタイ7°の材料は、製造に伴う
不利な点が多かったためである。
セラミックにとって、工学材料として更に広く適応でき
るようにするためには、強度及びじん性の主要な改良、
すなわち急熱急冷及び機械的衝撃に対する抵抗力の改良
か必要である。ひびの入りやすさ、すなわちもろさが本
質的にないセラミックを比較的容易に製造することがで
きるものとすれば17%性能工学材料としてのセラミッ
クにとっては、適用性の長い点で大きな将来性がある。
例えば、破壊係数が50,000ボンド/平方インチよ
りも大ぎい単一体の炭化ケイ票及び璽化ケイ累が値数さ
れた。
もつと良いセラミック恨合吻の製造に柚々の試みが開示
された。このような試みの一つは[高強度グラファイト
繊維/アルミノケイ酸リチウム複合物(Hlgh−8t
rength Graphite riber/Lit
hiumAluminosilicate Compo
sites ) J  と頌するニス・アール・レビツ
) (S、R,Lθvitt )  による論文(ジャ
ーナル・マテリアル・サイエンス[J、Mat。
set、)第8巻、第795ページ[1973年〕)ニ
発表しである。レビットは、組成がL120・A7!、
203゜ns io 2で、式中nが6,4及び8を取
る、一方向に配列したグラファイト繊維の、容積分率の
高し為セラミック マトリックス組成物をi+N 8し
たことを発表している。
[810、、a 維9+M 化ガラス マトリックス偵
合物の研究計画(Program to 5tudy 
13iG Fi’ber Re1n−forced G
lass Matrix 0onnpoeitee )
 J  と題するジェー、ジエー・プレナン(J、J、
Brennan )作製の報告(ニー・ティー・アール
・シー アニュアル    リ ポ − ト (、UT
ROAnnual、Report  )  R79−9
14401−2(1979年〕)では、複合物の製1世
に、アルミノケイ酸マグネシウムからのマトリックス組
成物、N+2びにアルミノケイ酸リチウムのマトリック
ス組成物を炭化ケイ素繊維と配合して使用した。プレナ
ンは、この糸では繊維とマ) IJラックスの間にぬれ
と結合とが無いために、製Jβが困難であったと報告し
ている。
最後にナサ コントラクト リボ−) (NASAco
ntract Report )の[グラファイト強化
ガラスマトリックス複合物に関する研究(Resθar
ch onGraphite  Re1nforced
  Glass  Matrix  Composit
es  月、及ヒシエー・エフ・バコム(J、F、Ba
com ) ソ(D 他のエフ・ティー・アイ・ニス 
リポート(NT工5Report ) N79−111
26(1978年)では、グラファイト繊維とホウケイ
11犯塩ガラスとの組み合わせで離合物を得ることを発
表している。
工学材料に関するこれらのやり方では、すべて骨の折れ
るホットプレス技法が必要である。ホットプレス技法で
は一般に1500 ’Cよりも副し)温度とi、o U
 (Jボンド/平方インチから5000ボンド/平方イ
ンチまでの圧力とが必要である。
炭紫又は炭化ケイ禦繊維及びシラずン重合体から製造す
る本発明の偵合物では、本明細沓に記載するように、ホ
ンドグレス技法を使用することなく、単に簡単な種層処
理が必要なだけであるから、本発明では先行技術の方法
の不利な点を克服している。その上、切理特性の優れた
偵合吻勿得ることができる。
本発明によれは、プレスし、且つ1々硬化させた)0リ
ルグをアルゴン、窒素、ヘリウムのような不活性雰囲気
中、あるいは真空中で、高温まで焼成することによって
繊維強化ガラス複合物を得ることができる。
繊a[化ガラス褒合物は、 (A)  有機溶剤に溶解した熱硬化性シラヂン市合体
を高モジュラス繊維に含しし、 (B)  (5)による生成物を乾Jyiしてグリルレ
グを作り、 (0)  (B)の乾燥生成物を約500℃を超えない
温度でプレスし、 (D)  (0)でプレスしたグリシレグ金、約5 L
J [1’Cを超えないyAWで、グリシレグの中の三
次元構造を偏実に完全な、あるいはほぼ完全なものにす
るのに十分な時間の間硬化させ、 (E)7°レスし且つ硬化させた(D)からの70リグ
レダ全、不活注雰囲′剋中又は真響中で、繊維強化ガラ
ス調齢物yfi 1けらシLるfて、少ノアくとも11
100”cの7.A1髪まてmi々に焼)茂し、且つ(
F’)  、、、tliη:■順化ガラス斃合吻を冷却
する、ことから成る方法でN7面する。
本発明の目的にとって、不明1Iilll idで最も
有効な繊維は高モジュラスの炭化ケイ話及び炭素の繊維
である。このようなijれXl[の例では米ト1A1ニ
ューシャーシー州、スミット、モリス・アベニュー86
のセラニース社(Oe’1aneee Corpora
tion、 86Morris Avenue、 Su
mmit、 New Jersey、 U、S、A、 
)から[セリオン(0elion ) J  な、う登
録曲襟名で購入することりできる、トウ又はストランド
当たり単繊維6000本を言イする炭撲繊維、及び日本
、東京の日本カーボン社がら[二カロン(N1calo
n ) Jなる登録商標名で購入することのできる暖化
ケイ累を世含する。+:発明では、例えは米国、ミネソ
タ州、セント・ボールのミネソタ・マイニング・アンド
・マヌ7アクチャリング社(Minnesota Mi
nning and Manufacturing c
Om−pany、 St、Paul、 Minneso
ta、 U、S、A、)から[ネクステル(Nexte
l ) 512 J  なる商品名でロ、゛、v人する
ことのできるアルミナ−ボリア−シリカm 維のような
、他の高モジュラス繊維も便用することができるのは当
然である。榎合物に使用する繊維は本質的に一方向性の
l+!4!綬した、誠、准、又は。、底力であるのが好
ましい。α合物中の一方向性の、又は織物にした繊維は
複合物に一段と大きな強酸を与える傾向がある。「本う
セ的に一方向′注の連続した( essentiall
y unidirectional ana cor上
tinuouslでは複合物中のf栽維が一般に゛IL
行配列になっており、且つ個々の繊維が一般に切れない
ようにα合物の端から端まで呻びていることを意味して
いる。
繊維は一般に含浸の1)σに処理して、装盾梁者の使用
したサイズ、すなわち表面処理剤を残らず除去する。例
えば1泪放炎処理を9・4維K 施してサイズを焼き払
うことができる。たいていは、繊維を76剤に浸漬して
、このようなコーティングを除去する。
次に繊維を削処坤して、シラヂン重合体浴液で、Gよる
かに艮く繊維をしめらせることかできる。この処理でマ
) IJラックス偵合物の繊維と更によく接着させて、
最終の複合物生成物中の物理特性を一段とよくすること
(lこなる。繊維を有機官能性シランで、あるいは1憬
楠脂と一緒にしである有機官能性シランで処」11(す
るのが代表的である。これらのタイグの材料をガラス糸
織榎合物などに使用することは公知である。例えば、6
−グリシドオキシフ0ロビルトリメトキシシラン(米国
、ミシガン州、ミドランドのダウ・コーニング社(1)
owOorning Corporation、 Mi
dland、 Michigan。
U、El、A、 )で製吋〕は単独で、あるいはサイメ
ル(Oymel ) 503なる登録商標のメラミン樹
脂(米国、ニュー・シャーシー州、ウニイネのアメリカ
ン・シアナミド社[American Oyanami
a、 Wayne。
New Jersey、 U、Ef、A、)と配合して
、本発明では繊維に対して恢れた011処理を行う。
本発明で有効なシラサ゛ン↓に合体は熱硬化特性がなけ
ればならないし、且つ又熱で転化させてセラミンク物質
にすることかできなければならない。
「熱硬化(thermosetting ) 」では、
熱あるいは熱及び圧力を最初に那えたとぎには、シラず
ン樹II旨をンnEd山ありいは4ψこ化させること力
)でき4つか、1桟合体樹1m中の三仄元4’i#遣を
介して更に加熱すれば、シラヂン重合体は凝固、すなわ
ち硬化することを:(九昧する。シラずン橿合体は又1
000℃又はこれ以上の温浸まで焼成すれば、ケイ素、
炭素、及び屋素含潰セラミック物質に転化することがで
きなければならない。
本発明で特に有効なシラデン重合体は米国特許第4.3
12,970号明細書(19):12年1月26日)、
及び米国特許第4.540.619号明細書(1982
年7月20日)、並びに米国特許出願第304.446
号明細書(1981年9月21日出願)に開示しである
米1.1IiI特叶第4,512.97 [J号明却1
書に記載のシラヂン瓜廿体は不活性の不買IJelに無
水の4囲スC中で、オルガノクロロシラン、あるいは一
般式がRn5iO14−nナルオルガノクロロシランの
混会物を25°Cからろuo’cまでの11リ一の濁度
で、一般式が(Rへ5i)2NHなるジシラずンと接触
さぜ、且つ反1ノロさせ、同時に副産する伸光生成物を
蒸留して製造するが、式中 Rはビニル基、炭素原子が1個から61固までのアルキ
ル基又はフェニル基であり、 R′はビニル基、氷菓、炭素原子が11II!ilから
6114までのアルキル基、又はフェニル基であり、且
つ nの値は1又は2である。
米国特許第4.512,970号明細、曙のオルガノク
ロロモノシランは一般式カRn5iOA!4−nノシ5
 ンであり、式中、Rはビニル基又は炭素原子1個から
6個までをゴ有するアルキルノy1あるいはフェニル基
である。このように、本発明で有効であると考えらGる
基はメチル、エチル、70口ピル、ビニル及び7エ= 
Ay テロ ル。
R捕はすべて同一であってもよく、あるいは異なってい
てもよい。オルガノクロロモノシランは普通の必需化¥
薬品であって、市販品を入手することができ、従って、
不明細畜では、それの製造についての説明か必要とは思
われない。
nの値は1又は2でめる。従って、OH3Si C13
+06H5SiO13、OH2−0H8iOA3、CH
3CH251C13、又は0i(3(OH2)2SiO
A!3  のような唯一有機基置換シラン、及び(0H
3)2SiOJ2、(02H5) 2SiO12及び(
OH2=OH) (OH3)B1012  のような二
重重機、偶d侠シラン、及びこのようなシラン類、例え
ば0H3SiCJ3及び(OH3)2SiO12の混合
物を使用することができる。オルガノクロロシラン混合
物を使用する・場合には、二有機基it換ケイ素原子の
t体位数は一有機基pi侯ケイ素原子の単位数を超えて
はならないことが好ましい。
米国特許第4.540,619号明a僧のシラデン疏合
体は、本発明を実施するのに好ましいシラデン重せ体で
あるが、不活性の本質的に無水の雰囲気中で、一般式が
(Ol、Rb S i )2  なる塩素含有ジシラン
又は」温素含有ジシランの混合物を、一般式が(Rh日
1)2NHなるジシラデンと25℃から500℃までの
1142囲内の1! 11’でi=させ、且つ反応させ
、同(1,・Jに副産する伸発注生戒物を蒸留して製1
青し、式中 Rはビニルノル、r i!、 +・に子が1 ii7.
Iから5個までのアルキル基、あるいはフェニル基Cあ
り、R/はビニル基、水禦、炭素原子が1個から6個ま
でのアルキル基、あるいはフェニル基であり、 aは0.5から5までの値であり、 bはOから2.5までの瞳であり、且つ和a+bは6に
4しい。
米国特許第4,640,619号明細蓄の壇累言有ジシ
ランは一般式が(C1aRbS1)2  なるジシラン
であり、式中、Rはビニル基、炭素原子1個から61固
までをま有するアルキル基、あるいはフェニル基である
。すなわちR4はメチル、エチル、グロビル、ビニル及
びフェニルである。R−j4はすべて同一でβってもよ
く、あるいは異なっていてもよい。塩素よ有ジシランは
ハロゲンシラン製造の直接法(イーボーン・ンー(ga
born、o、) l’4F 4mケイ素化合物(Or
ganosilicon Compounds :) 
j 、ブラタ−ワース・サイエンティフィック パブリ
ケーションズ(Butterworth 5c1ent
ific Publlcations)、o ン’r’
 ン[: London 〕、11960年第1ページ
)からの残留物中にあるものであってもよい。直接法と
は、触媒、一段には銅の伴在で高温で、クロロシランを
生成する、金、礪ケイ素と脂肪族ハロゲン化物、一般に
は塩化メチルとの184の反応である。
上記の塩素含有ジシランに関しては、a及びbの値はそ
れぞれ肌5から6まで、及びUから2.5までであり、
且つ和a+bは6に等しい。塩素含有ジシランの例は(
aA!(aH3)28i 〕2 、(a12aa3si
)2、(CII202H5Si:12、[:0l(06
Hs)2si)a及び(OA20H2−0H8i)2で
ある。
モノシランも父上記の塩素含有ジシランと混合して使用
することができる。例では0H3SiOA!3、(OH
3)2SiCIJ2、H(OH3)2SiO1,(OH
3)3SiCl。
(OH2=OH)(OH3)2SiOJ 、 (02H
5)2S10/2.06H5SiOA!3、亜ひに(O
af(5)2SiC12及び(06H5)3SiO1を
現金する。
本発明で使用するために$国特許第 4.340.619号明細書に従ってポリシラずン重合
体を工襄盾する場合には、ジオルガノ1道侯ケイ素原子
の単位数がモノオルガノa侯ケイ素j京子の単位数を超
過しない塩素含有ジシランの混合物を使用するのが好ま
しい。
米国特許の第4.512.970号明細書及び第4.3
40,619号明細書の両方での第二反応体は一般式が
(R’3Si)2NHのジシラずンである。この式のR
′はビニル基、水累、炭素原子が1個から6個までのア
ルキル基又はフェニル基である0それ故、この式のため
のR/は水素、メチル、エチル、ゾロビル、ビニル及び
フェニルである。この式の中の各R′基は同一であって
もよく、あるいは異なっていてもよい。ジシラずンの例
では[(OH31sEli)2NHs (06H5(O
H3)2Si〕2NH、((06H5)20H3Si 
)2NH% C0H2=OH(0H3) 2 Si ]
 2NH% [0H2=OH(OH3)06H5Si]
2NH、[0H2=OH(06)15)2Si)2.N
H、(OH2=OH(02H5ン2st:]2nH,(
H(OH3)2si12un及び[an2=cH(06
H5)02H5Si〕2NHを包含する。
これらの反応体を不油性の本質的に無水の雰囲をアルゴ
ン、窒素又はヘリウムのような不活性ガスのブランケッ
トの下で行うことを意味する。
[本質的に無水(essentially anhya
rous) Jで:け味するのは、微量の湿気は許容す
ることができるが、絶対に無水の雰囲気中で反ル6を行
うのが好ましいということである。
米国特許の第4,602,970号明細書及び第4,5
40,619号明細書に記載したように、反応体を相互
に接触させる場合には、反1ノロが開始して中間体のア
ミノ化合物を生じる。加熱すれば、更にアミノ化合物を
生じ、加熱を継続すれば、RQSiOAが反応混合物か
ら留出して、シリルシラデン重合体を生じる。原料の添
加順序は臨界的ではないようである。温良が上昇するに
つれて、更に縮合が起こり、連鎖停止剤として作用する
、混合物から蒸留されない残留R’3Si−で三次元何
造が生じる。この制御で反応を1±意の点で止めて、所
望のほとんどどんな粘度にでもすることができる。
この反rr6にとって望ましい温度範囲は25℃から3
00 ℃までである。この反応にとっての好ましい77
!度・(q律(は125℃から6UO℃までである。
反応に必要な時間の長さは、使用する温良、及び達成を
希望する粘度によって左右される。
[揮発性生成qgr) (volatle produ
cts ) Jで意味するものは、上記の反1・6で生
じる副産の揮発性生成物である。これらの物質は(OH
3)3SiOA! 。
(OH2=CIH)(G6H5)2SiO6,0H3(
06)I5)28104.(OH3)2C(3H5B1
011及び(OH2=CI()(OH3)zsio/で
示すことが゛できる。反応では、時には、これらの物質
を反応混合物から除去するために、熱と同時に真苧の使
用が必要である。
米国特許出前第304,446号明細書に記載のシラず
ン車合体は、不活性の本質的に無水の雰囲気中で、25
℃から570℃までの範囲の温度で、(A)  アンモ
ニア及び (B)1)  一般式がし07oR□S1〕2なる塩素
含有ジシラン、及び (fi)   ’AZ式がCa it oa 、s i
)2  なる項素言有ジシランの混合物、 から成る群から選定する塩素含有ジシラン、を接触させ
、且Q反応させて製造する力(、式中Cの値は1.5か
ら2.0までであり、dの値は1.0から1.5までで
あり、和C+dは6に等しく、比e対fは1.1から2
.1までの範囲内にあり、和e+fは6に等しく、且つ
各場合のRはビニル基、炭素原子が1個から6個までの
アルキル基及びフェニル基から選定する。
米国特許出願第504,446号明細書の塩素含有ジシ
ランは、一般式が(1) (OA’cR1iSi)2及
び(11)(CIoR2S1)2  なるジシランであ
る。これらの式では、Rはビニル基、炭素原子1個から
5個までを含有するアルキル基又はフェニル基である。
すなわち、R基はメチル、エチル、ゾロビル、ビニル及
びフェニルである。R4はすべて同一であってもよく、
あるいは異なっていてもよい。これらの塩素含有ジシラ
ンは又ノ10rンシランを製造するための直接法からの
残留物中にあるものであってもよい。
式が上記の(1)である、米国特許出願第504,44
6号明細書の塩素含有ジシランでは、CBt、びdの値
はそれぞれ1.5から2.0まで、及び1、(Jから1
.5までであり、且つ和Q+dは6に等しい。塩素含有
ジシランの例は(O1206H5S1)2、(C120
H3E]1h、((IV202H5E+1h、(On2
0H2=OH8i)2及び(an3)201jF3iB
加120H3である。式が上記の(11)である、楊索
含有ジシランの混合物では、比θ対fは1:1から2=
1までの範囲内にあり、且つ和e+fは乙に琲しい。こ
のような塩素含有ジシランの例は、まさに上記したもの
であり、且つ更に(C)3Si)2、(OH3)3Si
Si(OH3)2OAI 、 ((OH3)201S1
〕2、((06H5)(OH3)OIEIi:Ig及び
[: (OH2=OH)OH3CA611]2のような
ジシランで、ある。
米国特肝出鵬第504,446号明細書の過程で使用す
る他の反1ノロ体はアンモニアであり、且つ過程の性質
は無水であるから、使用するアンモニアは本質的に無水
であることが必要である。
米LI51特肝出顧第3−04,446号明細書の反応
体のジシラン及びアンモニアは不活性の本質的に無水の
雰囲気中で混合する。反応体を相互に接触させれば、反
応が開始して、遅波的な中間体のジシラン アミノ化合
物及びNH,Clを生じろ、すなわち 一8i7Si−(J+2NH3→−8i−8i−NH2
+、NH,O/原料の添加+11;を序は臨界的ではな
いようである。初期反応は白い綿状のNH4O/の沈殿
の出現で示される。Nn40Aは反応団塊の粘度を消火
する傾向があり、従って、低沸点の溶剤を添加してNf
olを分散させ、且つ反応混合物を更に均一にかき混ぜ
できるようにするのが好ましい。低沸点溶剤はペンタン
、ヘゲタン、ヘキサン、ベンゼンなどのよう7よ、那点
が約100℃よりも低い乾燥有機溶剤のどれかにするべ
きである。反応は成分を接触させれば開始する。反応は
室温で行うことができるが、しかし反応を促進するため
には、反応団塊を加熱して、樋やかに還流させるのか最
良である。訪合によっては、使用している成分のいかん
によって、反応を停止させて、反応混傍吻からNH,O
Aiを聞過する必要があるかも知れない。溶剤を使用し
ない場合には特にこれがあてはまる。場合によっては、
反応混合物を1回以上濾過して、清澄な濾液にする必要
があることもある。又反応混合物を濾過し、反応を継続
するために、濾液を加熱して力)ら再1m過してFft
澄な11ω敢にしたけれはしてもよI/)。反1心体系
のこの中11段階では1戊分子量物質を生じることにな
る。平衡に達するまで反応を継続する。7JIJ熱を淋
続しても、NH,Olがもはや生成しなければ平衡が4
im立する。次に・i11質を7)tu IIA) t
、、濾液を反1ノフ容器に戻し、且つ所望によっては、
更に時間をポカロして還流加熱する。蒸留して溶剤を除
去して力)ら、残留物を一段と高い温度まで加熱して高
分子生成物を1乍る。
温度が上昇して旨くなるにつれて、更にもつと1114
合が起って、三次元構造が生じる0反応系を冷却すれば
、縮合及び橋かけは鈍くなるか又は停止する。この副側
1で反jノロをどんな時点ででも止めて、所望のほとん
どどんな粘度にでもすることができる。木灰1+Ciの
好ましい温度相聞は25℃力)ら570℃までである。
最も好ましい範囲は125℃力)ら500 ’Cまでで
ある。反応に必要ンよ時間の長さは温度及び得たいと希
望するtu良のいかんによる。
不発明で有効なシラデン市合体製造のこれ以上の詳細に
ついては、米国II−fffの第4,512,970号
明細書及び第4,640,619号明細書、並びに米国
特許出願第504,446号明細書を参照されたい。当
業界の熟達者は熟知したことであるが、不明釧書に記載
の槙々の合成過程で製造したポリシラずンの混合物を本
発明で使用することができる。更に楠々の合成方法を組
み合わせてシラずンm d体を製造することができる。
例えば、クロロモノシラン及びクロロジシランの混合物
を檎々のジシラずンと反応させて、本発明で有効なシラ
ずン重合体を製造することができる。
本発明で有効なシラデン重合体は、一般に環境温度では
画体物質か又は高粘度の液体である。従って、このよう
な螺合体は、高モジュラス繊維を含浸する前に、まず有
機溶剤に溶解させることが必要である。適切な溶剤は脂
肪族及び芳香族の炭化水素を包含する。含浸させた洪維
束の乾燥を一段と容易に行うことができるように、溶剤
は祁点か大気圧で約125℃よりも低いのが好ましい。
好ましい浴剤はヘキサン、ヘラ0タン、ベンゼン及びト
ルエンを包含する。溶剤は本質o’yに無水であるべき
であり、これは溶剤の水分含有量が約1重量%よりも少
1辻であるべきことを、は味している。
好ましくは、溶剤かわすかにこん跡だけ、あるいはこれ
よりも歩道の、水を含有するべきである。
浴液中のシラザ゛ン重合庫の量は広範囲にわたって変化
させることができる。溶液中のシラずン重合体のWS度
ケ変化させて、y4維束を含浸するシラずン重合体の量
を変化させることができる。換言すれば、シラずン重合
体のfA度を変化させて、ノσ終の焼成複合物中で咄々
の繊維容量百分率にすることができる。一般にシラずン
重合体の20重4%から60単猷%までの溶液を使用す
る。所望によっては、浴液を濾過、あるいは遠心分離し
て、不溶解物質を残らず除くことができる。
本発明で使用するシラデン樹脂は又、所望によっては、
通常の増轍剤を含有していてもよい。このような檀嵐剤
ではAl2O3,5102、他の金属酸化物、S10及
びSi3N4の粉末などを視含する。
所望の繊維は通常のどの方法ででもポリシラデン溶液で
含浸させる。所望によっては、繊維を含浸の前に、上記
したように、サイジング又は他の表面処理剤をすっかり
除いてもよい。繊維のストランド又は織物を溶液中に浸
葭し、過剰の溶液を流し出すことができる。繊維をドラ
ム又は糸巻きに巻いて、ポリシラずン溶液で湿すことが
できる。
他の含浸方法を使用してもよい。
マ) IJラックス質の繊維への接着を増強するために
、繊維を含浸する前に、これを処理するのが一般に有利
である。これは、上記したように、ガラス復合物工業で
は普通である公知の接着促進性物質で繊維を処理して容
易に連成することができる。このようにして繊維を処理
してから繊維を風乾し、シラずン厘合体溶液で含がする
繊維から過剰の物質が流れ出してから、製品を乾燥する
。これは、含浸した繊維を室温に放置しておくことによ
って容易に果たされる。合浸し、乾燥した繊維を通常「
ノリルレグ(prepreg) Jと呼ぶ。
次に含浸、乾燥した繊維をろ00℃よりも低い温度でプ
レスする。型の中のマトリックス物質の流動性を高温に
よって著しく減じることができるので、含浸、乾燥した
繊維束をプレス工程の前に+1石1最に暴露するのを歳
けるよう注、ばするべきである。このルス工程で仮台−
μmを所望の形状に成形し、且つ繊維を取り巻く樹脂マ
トリックスを均一にする。プレスは約100℃から30
0℃までの温度で、数分から斂時1141までの(61
行う。外から加える圧力は、数ポンド/平方インチから
2500ホ′ンド/乎方インチまでの伸度である。温度
、持続時口i]及び圧力は、樹脂が型の中をくまなく流
動するように選定するべきである。圧力約2000ボン
ド/平方インチで、約175℃で、半時間プレスすれは
、申し分のない結果が得られることがわかった。約10
00ボンド/平方インチより低い圧力でも、やはり申し
分のない結果を示す。樹脂が型から押し出されるような
温IK及び圧力を赴けるよう、注、轍を払うべきである
。一般にプレス工程では、笑際の圧力は臨界的なパラメ
ーターではない。
プレスした複合物を次に、後硬化工程で3[]0℃を超
えない温度で更に硬化させて、確実に完全な、あるいは
完全に近い三次元1411 mにする。1夛硬化にとっ
ての好ましい計画は、100℃で約8時間、続いて25
0 ’Cで16時間であることを見い出した。接合物が
ほぼ完全に、あるいは完全に三次元構造化され、且つ温
良が′500℃を超i4 Lない限り、他の後硬化d1
゛幽を使用することができる。
この後硬化は圧力を加えながら型の中、あるいは圧力を
全く加えないで炉又は同様な装dの中、のどちらででも
行うことができる。
プレスし且つ11更化させた生成物(生恨合物)を次に
炉の中で、不活性雰囲気又は真至の中で、生成物がセラ
ミック化するまで、少なくとも1ooo’cの温良まで
徐々に焼成する。炭化ケイ素懺維倉有護合物も又、生成
物がセラミック化するまで、空気中で、高温で焼成して
製造することができる。
焼成はすべて不活性雰囲気又は真空中で行うのが好まし
い。生り合物は約12 LI O℃の温度で焼成するの
が好ましい。徐々のB゛ε或とは、1−J−在する大部
分の高帥点揮発物が複合物から残らず脱出するまで、複
合物を保々に、段階的な方法で加熱することを意味して
おり、ぞの時以後、を晶度を急上昇さ4士て・φtla
成温IWにすることができる。例えば、大部分の複合物
については、温度を徐々に上げて約5 [J [1’C
にし、且つ温度が約601J ℃に達するまで叩−9j
(をゆっくり4.1続するべきであり、それから温度を
むしろ急込に上げて、最終焼成温度にすることができる
。達成しなければならないことは、複合物中にある、あ
らゆる」・k発物の大部分を除去することである。大+
4S分の複合物については、これがほぼろ00℃を超え
る加熱範囲で起こり、且つ本発明の方法のシラデン重合
体で製危した大多数の榎@吻については、この範囲は5
00 ’C;から60U℃までである。所定の任意の処
方に対する範囲を確立するために、材料に熱電は分析を
行って、大部分の抽覚物を除去する温度範囲を定めるこ
とができる。
焼成1櫟が完結した後に複合物を冷却する。少なくとも
最初の冷却も、不活性雰囲気又は典空中で行うべきでめ
る。炭化ケイ素繊維で作った複合物は、断電によっては
、空気の雰1〕d気中で冷却することかでざる。冷却す
れば、得られる物質は月−な、硬い、丈夫な嫉維強化ガ
ラス復合物である。
本発明の複合物は所実の用途に基づいて、中の繊維の谷
蝋百分部を広範囲にわたって変化させたものにすること
ができる。大部分の複合物については、複合物の繊維は
50’4量%と50谷賦%との間になるのが好ましい。
又本発明の既に成形し且つ焼成した懺維噌化がラス複合
物に1本発明の工程(A)、(B)、(D)、(E)及
び(F)を凍り返すのも本発明の範囲に含まれるものと
考えられる。すなわち、本発明の工程仏)から(F)ま
でで繊維強化複合物にし、且つ焼成した翰合物に再度の
含浸、乾・燥、硬化及び焼成を施すのは本発明の範囲内
に含まれる。既に焼成した砦合物へのこの繰り返しで、
最終俵合物の密度(及び当然の結果として物理的強度)
を高めることかできる。
高密度、高傾度の生成物を得るために、焼成複合物に対
して工程(A)、(B八(D)、(E)及び(F’)全
多数回シ・4−二り返すのは本発明のi、’+1.囲に
詮まれる。
下記の・°4施例は本発明を祝用しようとするものであ
って、不明:iul書に記載の特許請求の範囲を制限す
るものと解釈するべきではない。
試験の方法 破壊係数(MOR) :像線係数あるいは曲げすmさば
ASTM D〜790の手1111iiを使用して測定
したOUnげ試験の試閘片は、試験片の長さを繊維軸に
平行にして大Pn 6.5cfrLX 1.0cTLX
 015crrtにした。
荷重対クロスヘッド移動を米国、マサチューセッツ州、
カントンのインストロン社(工n5tronCorpo
ration、 Canton、 MaillIe、U
、S、A、 )製造の万能試験惧で、三点曲げ方法で測
定した。機械にはスパン2インチで、ハ径が3//8イ
ンチのサファイア縛荷重ピンがあった。荷重速度は0.
2インチ/分であった。スパン対厚さの比(試+9A 
機で使用したスパンをSとし、試験試料の厚さをTとし
た場合、8/T)は−役に20と40との間であった。
実施例1 下記の万i& lr: tyi用し、メチルクロロジシ
ランをヘキサメチルジシランと反1メヘさせてシラずン
重合体を製造した。反応器は、かき混ぜ機及びrJL気
加熱器を装備しである721のステンレス鋼製容器でめ
った。副顔の揮発性生成物は水洗装fぼ全通して糸から
除去する。メチルクロロジシランの供給源は、ケイ素金
属と塩化メチルとの反+1Dからメチルクロロシランを
製造する直接法から出る残留物であった。蒸留した残留
物はジシランを約88重量%含有していた。ジシランは
気−液クロマトクラフ技法で測定して、(an3)2c
#51s1aA(aH3)210.8重量%、 0H3
0ノ2SiSi(J(C!H3)2  4 0.7  
車敏%、及びam3c12s1s1clj2(W548
.5 重i%から成っていた。
反応容器を最初に望禦ガスでパージし、反応の始めから
終りまで感電パージをR’A続した。上記のメチルクロ
ロジシラン26ボンド(al 1.D当磁)及びヘキサ
メチルジシラデン46.4ボンド(0,75当筺)を反
1r6 g器に仕込んだ。仕込み物をかき混ぜながら1
.1′G/分の゛割合で195℃まで加熱した。?71
I’t I嬰をろ0分間195℃に保付した。高lイ1
□iの浴融シラヂン市合体を”4紫案囲シも中で、ステ
ンレス副ll製の皿に注き入れて放冷した。固体のシラ
ずン1に骨体は使用するまで7禦中に貯1+mした。シ
ラit” ン屯合揮の軟化点は85℃でイろった。
ポリシラずンの50市繊%トルエン溶液を製jぼした0
樒維湿1i、) ’1ti−をは艮するために、一般式
が(OR3)3SiO((OH3)2.、:ViO)2
3(OH3SiO)・5i(OH3)3(OH2)3(
002H4)120000H。
であるシリコーン グリコール界面活性剤を数滴ポリシ
ラヂン溶液に添加した。
セラニース・セリオン(0elanese 0elio
n )炭素繊維(トウ又はストランド当たりm繊維6U
00本)はサイジングしてなかったので、これを受容体
として使用した。個々の炭禦絨維の平均回fセは^・9
7μであった。ストランドをポリシラデン溶液内を通過
させて、個々の各炭素ストランドを含浸させた。乾量し
て、べとつきの全くない状態にしてから、得られる東が
、厚さが約78インチから1/ インチまでで、1−が
約172インチになるような方法で、ストランド金6イ
ンチ×6インチの金属板の周りに巷ぎつけた。次に末を
切って、長さ約6インチにし、ルスするために型に入れ
た。
ステンレス鋼製の型は約5インチ×5インチで、内部の
争洞は約6インチ×U、5インチであった。
型の頂部はステンレス:〔闘製ノランジャーで、m部空
洞の内側にぴったりになっている。175°Cで200
0ポンド/平方インチの圧力で60分間繊維束ヲ70レ
スした。ブリゾレグの最終の厚さは一般に使用するマト
リックス及び戴維の量、並びに加える圧力に依存する。
ブレスしたノリゾレグを次に10口℃で8時間、それか
ら250℃で16詩間、後硬化させた。次にこのA勿′
員をアストロ・インダストリーズ(As シr。
工ndustriee )製水冷グラファイト抵抗炉(
モデル[Model、] 10 CI O,3060−
EP −12)の中で4紫雰囲気中で焼成して1ンOL
l’Cにした。試料は毎分釣2℃の割合で200℃から
s o o ”cまで、それから毎分約20℃の割合で
800℃/)\ら1000℃まで加熱した。知合物を1
200 ℃に12分間区持した。全焼成時間t−J、約
5.5時間であった。全部で41固の試料をこの今説明
したばかりの過程で作成した。結果は下記の通りであっ
た。
実施例2 実施例1で使用したのと同一の炭素繊維忙使用して、繊
維強化ガラス榎合物を#遺した。シリコーン グリコー
ル界面油性剤を全く添加していない実施例1のシラずン
溶液で綱維を含浸させた。
生の複合!18!lをズ1県に焼成した点を除いて、・
実施例1に記載したのと同一の過程を使用した。生幀合
物の試料3 n−aをリントバーク(Lindberg
)(米国、ウィスコンシン州、ウォータータウン(wa
tertoWnlwisconsin)) mの三帯域
管炉(シリーズ(series)5400 )中で、ア
ルゴン雰囲気中で1100’Cまで焼成した。複合物は
毎分6.6℃の割合で200℃から600℃まで、毎分
2.5℃のm1合で60 (J ℃から750 Gまで
、それから橙分5.8℃の割合で750℃から1100
℃まで加熱した。全焼成時間約4.5時1idlの間に
、ろ0分lTh11101J℃にtν合物全保持した。
下記の1,1買の炭系N裁維強化懐台物ができた、 実施例 ′A施例1に記載したようにして、シラデンイ1i脂及
び炭素繊維から、繊維強化ガラス複合物を製造した。し
かしながら、シラデン樹脂を50恵を代%Qてしてヘキ
サンに浴解し、これに同じシリコーングリコール界面活
性剤を数滴添加した。錠金物をlik’! gする過程
vj、実施例2に記載したのと同一にした。
実施例4 本実施例では織物全使用する繊維強化ガラス懐合物の製
造を示す。米国、ユタ州、マグナのハーキュリス社(H
ercules Incorporated、 Mag
na。
Utah、 Ll、S、A、) 7のLG2 $ 織物
(A−195Plを使用した。この織物はエポキシ仕上
げをしてあったが、受は取ってすぐ使用した。#i物を
冥施例1のシラずン貞合体の5U重景%トルエン溶液に
浸漬した。室温で終夜乾燥してから、含浸したm物の試
料を裁甫して輌に合わせた。指僧した点を除いて、冥施
例1の過程を使用した。俵合物を製造するのには、含浸
し乾燥した織物4枚重ねを使用した。含浸し、乾燥した
彌物の試料を165℃で、わずか数ボンド/平方インチ
の圧力で5分間)0レスした。初期圧力は型の頂部の部
分(ノランジャー)の?4j Mによるものであるた。
圧力を徐々に増大して20tJOボンド/平方インチに
したが、プレス中の時間の総計は50分であった。7°
レスしたノリグレグを100℃で8時間、250 ℃で
16時間後硬化させた。試料を実施例1に記載したよう
にして窒素中で焼成した。焼成した複合物は繊維約70
重量%を含有し、且つ曲げ強さは4445ボンド/平方
インチ(S/T = 54 )であった。
実施例5 本実施例では炭素織物強化偵金物を再含浸し、且つ焼成
して製造した複合物を示す。織物を10分間600 ℃
に加熱して仕上げ剤を除去した点を除いて、実施例4に
記載したのと同一の炭素繊物を使用した。次に戻素織物
を6−ゲリシドオキシゾロビルトリメトキシシラン0.
05重緘%及びサイytル(cymel) 3113 
 [J、95ztt磁%’&含有するトルエン溶液中に
15分間浸漬して処理した。
風屹してから、1.1物を実施例1に記載したように、
シリコーン グリコール界面活性剤を数滴添加しである
、同じポリシライン(502Ji 砿%)のトルエン溶
液中に15分間浸漬した。含浸した織物を数時間風乾し
た。織物を裁断して6.75インチ×5.75インチの
片にして、環境温度で終夜デシケータ−中に貯fmした
。8枚の織物を順次重ねて4インチ×4インチのステン
レスUI!平板型の中で、175℃で10Uボン17平
方インチで60分間プレスした。プレスしたノリゾレグ
を175℃で16時間後硬化させた。圧縮し、且つ硬化
させた7°リグレグを切断して1インチ×6インチの片
にしてから、管炉を使用し、且つ実1o1i例2に記載
した過4fを使用して、アルイン中で1200 ℃まで
焼成した。全焼成時間は約5.2時間であった。
焼成した俵合物を最初に使用したのと同一の宮浸溶液中
に6U分間浸漬して、再含浸した。再含浸した試料ケ1
時間風乾し、且つ11J O’Cで1時同11男化させ
た。再含浸過程学体をもう1回標り返した。再含浸を2
回施した試料を¥濡で終夜貯蔵してから、前回のように
アルゴン中で1200’Cまで焼成した。焼成した祷合
物を次に、最初の再含浸と同様な方法で、もう1回含浸
し、前回のようにアルゴン中で再び120 o、’cま
で焼成した。
合計で5回焼成を行った最414俵合物の数値を求めた
。最終懐合物は充てん密度が1.5g/cnL3  で
あり、繊維を26容量%含有し、且つ曲は輔さは666
Uボンド/平方インチ(S/T = 16 )あった。
実施例6 本実施例では複合物の製造での暖化ケイ素繊維の使用を
示す。本実施例では又樺々の雰囲気中でプレスし且つ1
便化させたノリルレグの焼成をも示す。日本カーボン社
製のニカロン炭化ケイ素戴維を使用した。これらの繊維
の平均直径は10μから15μまでであった。25イン
チのスパンの周りにsiamA維を60回巻いて、Si
Osi維の束を作った。
繊維の采を最初に6時間アセトンに浸漬し、次に乾燥し
、且つ繊維がふわふわに思われるまで、束をブンゼン(
Buneen)  バーナーの炎の中をくぐらせて、東
を熱処理することによって、繊維に施しであるエボギシ
 ザイソング全除去した。次に5−グリシrオキシ7°
ロビルトリメトキシシラン0.115眞1献%、及びサ
イメル505 0.95重世%を含有するトルエン溶液
中に東を?i!潰した。次に繊維を室温で2時間風乾し
た。冷却してから、実施例1に記載のシリコーン グリ
コール界面活性剤WI滴を添加しである、実施例11j
(記載したような、シラヂンの504量%トルエン溶液
中に、束を15分間浸漬した。東を風乾させて、べとつ
きの全くない状H7%にした。このようにして、乾J栗
した、処理に適した繊維束を準備した。次に繊維束をス
テンレス鋼製の型(実施例1に記載した)に入れ、17
5℃でろ0分間、圧力2LI[J[Jボンド/平方イン
チで70レスした。7°レスしたグリフ0レグを次に1
00℃で8時間、それから250℃で16時間後硬化さ
せた。次にアストロ炉及び実施例1に記載の焼成条件′
f:使用して、試料をヘリウム、室紫又はアルゴンのど
れかの雰囲気中でプレスし且つ硬化させた、同様なグリ
プレグの試料をリントパーク管炉、及び実施例2に記載
の焼成条件を使用して、空気中で、やはり1100℃ま
で焼成した。
本実施例に記載した炭化ケイ素繊維で製造した懐金物は
優れた酸化抵抗力を示した。例えは、炭化ケイ素繊維伽
合物は約1100℃で静止した空気に12.5時間暴4
した後に、曲げ強さが実質的に全く変化を示さなかった
。試料は酸化試験中に約0.2%から1.0%までの重
遺増加を示した。
実施例7 本実施例では炭化ケイ素懺細可化複合物を再含浸し、且
つ焼成して装荷した倭金物をボす。最初に、シラずン重
合体の50重遺%トルエン溶液を使用して最初の含浸を
行い、プレスした試料を175℃で16時間後硬化させ
た点を除いて、実施例6に記載の過程で慎合物を製造し
た。プレスし、硬化させた)0リダレグをアストロ炉を
使用して、窒素中で12 [J IJ ℃で焼成した。
焼成した限合物を次に真空室に入れた。具空にしてから
、シラデン重合体の10東量%トルエン浴液(最初の@
浸で使用したシラデン車合体そのもの)を添加して、焼
成した複は物を憶った。興空を緩めることによって、圧
力を徐々に増大ぎせて大気圧にした。次に再含浸させた
り金物を風乾し、且っ1(JO”cで60分+ci−1
、それから15 [J ℃で6回分間硬化させた。次に
、この含浸及びgill化の過程をそれぞれ更に2回及
び1回繰り返した。最終の再許浸過程の後に、俵金物を
175℃で16時向、後硬化させた。次に試料を窒素中
で1000℃で焼成した。次に、最終複合物の焼成が全
体で4回になるように、再含浸、硬化、後硬化及び焼成
を繰り返した。この最終偵合物は同様な実−条件の下で
、ただ1回だけ含浸させ、且つ焼成した対照よりも8、
[J重量%増加していた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 f11  方法は 久へ有1規溶剤にC−イ解した熱硬化圧シラヂン重合体
    を高モジュラス繊維に含浸し、 (ト))、(A)による生成物を乾燥してフ0リグレグ
    を作り、 (0)、(B)の乾ノ・−に生成物を約30 [、) 
    ’Cを超えない温良でプレスし、 (D)、(a) テr L/ X L、 タフ0!J 
    フ0L/グを、約300 ℃を超えない温度で、グリグ
    レグの中の三次元4’T4選を確実に完全な、あるいは
    ほぼ完全なものにするのに十分な時間の間、硬化させ、 (E)、プレスし且つ硬化させた(D)からのノリグレ
    グを、不活1生雰囲気中、又は輿望中で、械維強化ガラ
    ス俵合物が侍られるまで、徐々に焼成して少なくともi
     ooo℃の温11までにし、且つ(I’)、給ll化
    がラス複合*を冷却する、ことを特徴とする、繊維強化
    ガラス憤合物を製造する方法。 (2)  方法は (4)、有機溶剤に溶解した熱硬化性シラサ゛ン重合体
    を炭化ケイ素繊維に含浸し、 (B)、(A)の生成物を乾燥してグリルレグを作り、
    (C)、(B)の乾燥生成物を1110℃から500℃
    までの湿度でプレスし、 (D) 、(0)で7°レスしたグリグレグを600℃
    を超えない温度で、グリルレグの中の三次元栂造を確実
    に完全な、あるいはほぼ完全なものにするのに十分な時
    間の間硬化させ、 (E)、ルスし、且つ硬化させた(D)からのノリグレ
    グを空気中で、繊維強化ガラス襞合物が得られるまで、
    少なくとも1000℃の温度まで除徐に焼成し、且つ (F)、繊維強化ガラス複合物を冷却する、ことを特徴
    とする、繊維強化ガ゛ラス俟合物を製造
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