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概要

SiC繊維強化樹脂の曲げ特性に対するシラン処理条件の影響

高憲政、青柳勇人、大川正剛、魚島勝己

目的：本研究の目的は、SiC 繊維強化樹脂の機械的特性に対するシラン処理条件の影響を評価することであった。
材料と方法：可視光開始剤としてカンファーキノンと 2-(N,N-ジメチルアミノ)エチルメタクリレートを使用したウレタンジメタクリレートとトリエチレングリコールジメタクリレート (TEGDMA) の混合物をマトリックス樹脂として調製した。10 mass% の酸素を含む SiC 繊維を、0.5、1.0、および 2.0 mass% の 3-(メタクリロイルオキシ)プロピルトリメトキシシラン (γ-MPTS) を含む実験的なシランカップリング剤を使用して 2 つの方法でシラン処理した。シラン処理法は、2 週間の大気条件でのシラン処理を可能にする乾燥法と、30 分間 100°C でシラン処理を可能にする加熱法であった。シラン処理後、SiC繊維をフーリエ変換赤外分光法（FTIR）で分析した。実験用SiC繊維強化樹脂の機械的特性は、ISO 4049:2009に準拠した3点曲げ試験で測定し、SiC繊維強化樹脂の破断面を電子プローブマイクロアナライザー（EPMA）で観察した。
結果：乾燥法で1.0 mass % γ-MPTSでシラン処理したSiC繊維では、γ-MPTSのSi-O-CH3基に起因する815 cm ^{-1のFTIR吸光ピークと、Si-O-Siシロキサン結合に起因する1087 cm -1}のFTIR吸光ピークが観察された。さらに、EPMA観察では、これらのSiC繊維がマトリックス樹脂で覆われていることが示された。したがって、これらのSiC繊維はマトリックス樹脂に化学的に接着することができる。乾燥法で1.0 mass% γ-MPTSシラン処理したSiC繊維を含む繊維強化樹脂の曲げ強度と曲げ弾性率は、それぞれ238.7 ± 41.1 MPaと6.0 ± 1.1 GPaであった。対照的に、加熱法でシラン処理したSiC繊維を含むSiC繊維強化樹脂のそれらは向上しなかった。
結論：乾燥法で1.0 mass% γ-MPTSシラン処理したSiC繊維を含む強化樹脂は、他のSiC繊維強化樹脂よりも優れた機械的特性を示した。