JPH06509525A - ポリマーマトリックス複合体とその製造方法 - 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】 ポリマーマトリックス複合体とその製造方法技術分野 本発明は一般に自己支持ポリマーマトリックス複合体の新規な製造方法、及びそ れによって得られる新規な生成物に関する。より詳しくは、適切なフィラー材料 を特定のポリマー材料の中に配置させ、それによりポリマー材料がマトリックス として機能し、フィラー材料はポリマーと相乗的に相互作用して新規な複合体を 形成する。特定のポリマーマトリックス材料を特定のフィラー材料又は強化材料 と混合することによって極めて望ましい耐磨耗部品を製造することができる。

背景技術 種々の構造体に使用するための構成部品の表面の早期の磨耗は、多数の各種工業 分野における製造業に長い問直面している問題である０例えば、１つの構成部品 が他の構成部品と滑り、擦り、衝突の仕方で接触する場合、２つの構成部品の少 なくとも１つは必然的に磨耗又は損耗する傾向がある。このような接触は２つの 固体部品の間で生じることがあり、或いは液体中に懸濁した固体と接触して配置 された固体部品で生じることがある。構成部品のこのタイプの磨耗又は損耗は、 構成部品の少なくとも１つから物質が減少するため、構成部品の接触を容認する ことを継続できないことになる。物質の減少は、例えば構成部品の機械的損傷（ 例、破壊）、シっかりと適合していた構成部品の容認不可能な許容差等に帰着す ることがある。

従って、当該業界では従来よりも耐磨耗性や耐損耗性のある新しい改良された構 成部品を製造する試みを行っている。高温耐磨耗性、低温耐磨耗性、ドライ浸蝕 耐磨耗性、ウェット浸蝕耐磨耗性等を含む多くの各種用途に対する耐磨耗部品を 製造する試みがなされている。所望の磨耗特性を有する材料の製造における主な 志向因子は、他の考えもあるが、コスト、材料の加工性、最終形状又は最終形状 に近い形状や大きな形状への成形能力、材料の磨耗特性である。

磨耗部品に利用されてきた材料の例には焼結炭化ケイ素、焼結アルミナのような 特定のセラミック材料、ステライト、ニッケル硬化（Ｎｉ−Ｈａｒｄ）　、ニッ ケルレジスト等のような特定の金属材料、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ ）　、ポリエーテルイミド、ポリウレタンのような特定のポリマー又は樹脂があ る。ここで、経済的に製造でき、耐磨耗性の高い部品への探究は依然として継続 している。

また、従来技術において、種々の最終特性を得るためにポリマー中に特定のフィ ラー材料を混合するためのいろいろな試みを行っている。最初に、フィラー材料 をポリマーと混合する試みは米国特許第３５８５１００号（１９７１年６月１５ 日発行、発明者１１．０．　Ｇｒｅｅｎｌｅｓｓ）に開示されている。この特許 は、硬い耐表面損傷の表面は圧砕石英フィラー材料を樹脂と混合することによっ て製造することができると開示している。具体的には、好ましい態様において８ ０重量％の圧砕石英を２０重量％の樹脂材料と混合したときに硬い耐表面損傷の 表面を有するパネル構造体に帰着することができると開示している。パネル構造 物は石英と樹脂を一緒に混合することによって得る。得られた混合物をゴム型に 注ぎ入れ、その型を振動させて石英を型の底の部分に落ち着かせ、このようにし て石英リッチ層と樹脂リッチ層を形成する。ハニカム構造物をその後樹脂リッチ 層の中に押し込み、更に処理して軽量パネル構造物の上に硬い耐表面損傷の表面 を形成する。

米国特許第２７５１７７５号（１９５６年６月２６日発行、発明者Ｊ、Ａ、　Ｓ ｅｒｇｏｖｉｃ）は、基材材料（例、組積造ビルディングブロック）上のコーテ ィングとして粒子（例、砂粒子）を含む注型樹脂表面を製造する方法を開示して いる。詳しくは、砂のフィラー材料を樹脂と混合し、得られたスラリーを振動型 に注ぎ入れると開示している。砂は典型的に少なくとも約５０重量％の量で存在 する。振動型はスラリーを水平にし、閉じ込められた空気をスラリーから除去す る。スラリーが水平になり、閉じ込められた空気が除去された後、基材材料（例 、組積造ビルディングブロック）を型の中の下に沈め、樹脂を表面として基材上 で硬化させ、このようにして装飾性の保護コーティングを有する基材を提供する 。

耐磨耗材料を形成するための別な試みが米国特許第３８８８７１４号（１９７５ 年６月ｌＯ日発行、発明者Ｊ、Ｔ、　Ｆｉｓｅｒ）に開示されている。この特許 は管状（例、パイプや導管）の内側層の耐磨耗面を提供するだめの方法を開示し ている。開示の強化パイプや導管は、例えばドライ又はスラリー状の岩石や金属 鉱石の輸送に使用することができる。具体的には、繊維状の材料を最初にマンド レルの周囲に巻き、次いで繊維状の材料に未硬化樹脂を含浸させる９次いでマン ドレルを回転しながら繊維状材料／樹脂の組み合わせの上に耐磨耗粒子を振りか ける。耐磨耗粒子の均一でかなり厚い層が適用されるまでこの手順を繰り返す、 二番目の繊維状材料を耐磨耗層に巻き、樹脂を含浸してライナーを完成する。最 終的に熱硬化樹脂で含浸した繊維フィラメントをライナーの周りの適用して複合 体を硬化させ、このようにして耐磨耗耐浸蝕物品を形成する。この特許は更に、 繊維状材料としてチーズクロス、フィラー材料としてセラミック粒子（例、アル ミナ）、繊維状材料に耐磨耗セラミック材料を固定するための例えば２，０００ 〜２０，０００センチポイズの粘度を有するエポキシタイプ樹脂の選択を開示し ている。また更に、樹脂材料に密着するために改良された、金属の少なくとも部 分的な表面コーティングを有するセラミックフィラー材料を提供することが望ま しいと開示している。

従来技術は耐磨耗物品を製造するための多数の種々の方法、及びそれによって得 られる多数の種々の物品を開示しているが、所望の物理的特性を有する耐磨耗物 品を製造するための、複雑でなく、経済的で、信鯨性のある方法の探究が依然と して続いている０本発明は、新規な仕方で材料を混合し、工程を進めることによ る最終形状又は最終形状に近い形状の部品を製造するための簡単なプロセスを提 供することにより、この長く感じられた要求を満足させる。

本出願人が存する米国特許及び特許出願の説明本出願は米国特許出願第０７／６ ９０１３４号（１９９１年４月２３日出願、発明者Ｃｈｒｔｓｔｏｐｈｅｒ　Ｍ 、　Ｌｏｏｂｙら、発明の名称″Ｐｏ１ｙ＋ｓｅｒ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏ ｓｉｔｅｂｏｄｉｅｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　Ｆｏｒ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｔｈ ｅ　Ｓａｍｅ″）の一部継続出願である。

発明の要旨 本発明に従うと、自己支持ポリマーマトリックス複合体を製造するために使用す る複数の材料と方法を開示する。特定の基準で選択したフィラー材料と特定の基 準で選択したポリマー材料を混合し、本発明の処理方法を組み合わせると、望ま しい磨耗特性を含む極めて望ましい特性を有する自己支持ポリマーマトリックス 複合体が製造できることが予期せずに発見された。

具体的には、選択するフィラーとポリマー材料の間の相乗作用に焦点を合わせる ことにより、自己支持ポリマーマトリックス複合体の望ましい加工、及び得られ る望ましい耐磨耗性自己支持ポリマーマトリックス複合体が達成される。

本発明に有用なフィラー材料は、耐磨耗性セラミックフィラー材料及び耐磨耗性 金属フィラー材料を含む。

本発明の重要な面は任意な形状に混合物を成形することを助長するグイラタント なポリマー／フィラー材料の混合物の創成である。

具体的には、フィラー材料とポリマーの特定の組み合わせを選択することにより 、比較的弱い振動で材料の混合物を複雑形状の型の中にも流動させることができ る。

グイラタントな混合物が型の形状を確保した後、ポリマーマトリックスを硬化さ せ、このようにして比較的硬質の自己支持ポリマーマトリックス複合体が形成し 、これはその後型から取り出すことができる。

本発明と好ましい態様の詳細な説明 本発明においては、自己支持ポリマーマトリックス複合体を製造するための多く の方法に使用するための多数の材料を開示する。具体的には、種々のポリマーと 組み合わせて種々のフィラー材料を使用した場合、望ましい耐磨耗性自己支持ポ リマーマトリックス複合体に帰着することができる。

本発明の最初の好ましい態様において、適切なフィラー材料を選択する。フィラ ー材料は、組成、フィラーの耐磨耗性、ポリマー中でのフィラーの充填を生じさ せる粒子径分布を得ることができること、個々のフィラー粒子の形状、フィラー がポリマーマトリックスに結合できること、加工の際及び得られる生成物におけ るフィラーとポリマー材料の相乗作用を含むいくつか異なる基準に基づいて選択 される。更に、ポリマーマトリックス複合体のマトリックスとして機能する適切 なポリマー材料の選択はまたいくつかの異なる基準に依存する０例えば、ポリマ ーはフィラー材料に潤滑性を提供することができるべきであり、それによってフ ィラー材料粒子がポリマーで濡れること及び振動下のポリマーとフィラーの混合 物の成形の際に比較的容易に互いに流動することを可能にする。ポリマーはポリ マーとフィラーを一緒に混合することを可能にするに充分な低い粘度を有するべ きであり、またその粘度とレオロジー挙動が本発明のプロセス条件下でポリマー とフィラー材料の混合物の流動を許容する。フィラー材料の少なくとも部分的な 充填が生じることを可能にし、加工の際にポリマーマトリックスの中の全ての閉 じ込められたガスの脱気や放出を可能にするように、ポリマーは早過ぎて固化又 は硬化すべきでない（例、充分に長いポットライフを有する）。

また、ポリマーは硬化の際に関係する比較的少ない収縮を有するべきであり、ポ リマーは室温又は比較的低い加温で作業でき、硬化できるべきであり、ポリマー がそれ自身で耐磨耗性で耐引裂き性であることが好ましい。

本発明に有用なフィラー材料はセラミックフィラー材料、例えば炭化物（例、炭 化ケイ素粒子、炭化タングステン粒子）、酸化物（例、アルミナ粒子）、窒化物 （例、窒化アルミニウム粒子）、ホウ化物（例、２ホウ化チタン）等があり、特 には炭化物が好ましい。

なお、本発明の加工条件下では、所望の特性を有する自己支持ポリマーマトリッ クス複合体を得るためにセラミックフィラー材料を前処理又は前コートする必要 はない。また、耐磨耗性金属粒子も本発明に使用できる。

荒い粒度の炭化ケイ素粒子が特に望ましいフィラー材料であるこが見出されてい る。殆どの炭化ケイ素粒子は比較的安価であり、容易に入手可能であり、耐磨耗 性であり、何らかの特定の仕方で炭化ケイ素に前処理又はコーティングの必要な しで本発明に使用する多くの所望のポリマーに結合することが知られている。特 に好適なフィラーは炭化ケイ素粒子の粗い混合物である。粗粒炭化ケイ素の大き なギザギザのついた表面が炭化ケイ素とポリマーの間の良好な結合を提供するた めに役立つと考えられる。極めて望ましい耐磨耗特性が、適切なポリマーマトリ ックスの適当な量の中の１４グリツドの約１０重量部と５４グリツドの４重量部 の混合物の形成によって得られることが知られている。上記の重量比は効率のよ い充填を提供し、更に炭化ケイ素とポリマー間の結合が生じることを可能にする 。また、約５０〜１００重量％の量で存在する平均粒子径約７００〜８０００ミ クロンの粒子を約０〜５０重量％の量で存在する平均粒子径約１５０〜７００ミ クロンの粒子と混合した凝集体のブレンドの場合も望ましい充填と望ましい耐磨 耗結果を提供する。

本発明の技術を利用して得ることができる相乗効果を提供するように、フィラー 材料混合物とポリマーの適切な組み合わせを選択すること重要である０例えば、 特定のフィラー材料を特定のポリマーの強化材として含めることが望ましいので あれば、フィラー材料とポリマーの混合物は上記の全ての利点に帰着するはずで ある。また、フィラー材料とポリマーマトリックスの特定の組み合わせはその成 形の際にグイラタントな混合物に帰着するはずである。ここで、ダイラタントは 、ポリマーとフィラーの混合物が硬化する前は混合の際に剪断増粘を示すが、適 当な弱い（ｍｉｌｄ）振動下では良好な流動性を有することを意味する。従って 、ポリマーとフィラーの混合物が何らかの適切な技術で特定の型に装入された後 、型の弱い振動が型の最も複雑な細部にも混合物を流入させる。また、典型的に 、フィラーはポリマーマトリックスの全体に実質的に均一に分配されたままでポ リマーマトリックスの中にち密に充填される。

特に有用なポリマーマトリックス材料は約１００〜４００センチボイズ、より好 ましくは約１５０〜２５０センチボイズの粘度を有する耐磨耗性ポリマーである ことが見出された。炭化ケイ素粒子と混合した場合、このようなポリマーはポリ マーと炭化ケイ素の混合物に減摩性を提供することができ、従って炭化ケイ素粒 子をポリマーで完全に濡れさせ、比較的容易にそれぞれを流動させる。また、約 ２００センチボイズの粘度を有する特定のポリマー材料はポリマーとフィラー材 料の混合を抑制せず、完全に混合するとどろどろの（ｔｈｉｃｋ）コンクリート に匹敵するコンシスチンソーを備えたなることが見出されている。しかしながら 、この混合物を振動型に装入すると、ポリマーとフィラー材料は流動して型の内 側寸法に一致しようとし、ポリマーの中でフィラー材料の効率的で実質的に均一 な充填が生じることを可能にしようとする。また、低粘度ポリマーはポリマーマ トリックスから閉し込められた空気を脱気又は開放することを容易にすることが 見出されている。上記の特性、更に約室温で加工できる特性の多数のポリマー材 料が入手可能である。

フィラー材料とポリマーの適切な比が本発明の重要な面であることが見出されて いる。炭化ケイ素フィラー材料の約７０〜８０重量％に対するポリマーの２０〜 ３０重量％の特に好ましい比が極めて望ましい特性を示す、また、フィラー材料 とポリマーの相対密度によって重量比が異なることがある。ここで、上記のよう に、フィラー材料とポリマーの混合物がグイラタントであることが重要であり、 このため例えば、ポリマーマトリックス複合体中のフィラーの適切な体積％は約 ７０〜８０重量％で変化する。好ましい態様において、上記の比の炭化ケイ素粒 子（即ち、約１０重量部の１４グリツドに対して約４重量部の５４グリッ日の約 ８０重量％がポリマー材料の約２０重量部と混合された場合、上記のように結果 はグイラタントな混合物である。

炭化ケイ素粒子とポリマー材料を任意の適切な手段で完全に混合した後、得られ たグイラタントな混合物を型に入れる。

型は加工や得られるポリマーマＩ・リノクス複合材料の特性に悪影響を及ぼさな い任意の材料で任意の形状に作製できる。特に適切な型材料はシリコーンゴムで ある。具体的には、シリコーンゴムはポリマーマトリックス複合材料の全ての物 質と不利に相互作用せず、事実上任意の形状に成形することができる。また、シ リコーンゴム型はポリマーが硬化し、形成したポリマーマトリックス複合材料を 形成した後に容易に取り出すための柔軟性を提供する。

また殆どの場合、マトリックスに提供するポリマーの量は出来るだけ少なくすべ きであることが見出されている（例、マトリックスとフィラー材料の間に充分な 結合を提供するに足りるだけの置）。

フィラーに比較して少量のポリマーを提供すると、複合材料の磨耗性を向上する ことができるフィラー材料の存在量は最大になり、従って複合材料の磨耗特性を 潜在的に向上する。また、ポリマーは本発明で使用する殆どのフィラー材料より もコストが高い傾向があり、従って、フィラーを全く含まないポリマーに比較し て、フィラーの体積率を増すことにより複合体のコストが下がる可能性がある。

型・の中の混合物に与える振動の周波数と振幅は本発明の重要な面であることが 見出されている。振動か弱過ぎると混合物は流動して型の内部寸法に合致しよう とせず、振動が強過ぎるとフィラー材料を適切に充填することができず、気泡が 混合物から除去できない。

フィラー材料とポリマーの間の結合はポリマー自身よりも強いことが好ましく、 それによって磨耗用途の際のフィラー材料の損失を最小限にする。この結合は化 学的及び機械的因子の両方の組み合わせであることができる。具体的には、フィ ラー材料の表面化学はフィラーとマトリックス材料の間の化学的結合を向上させ ることがある。また、フィラーの表面の形態がフィラーとポリマーの間の物理的 結合を向上させることがある０例えば、物理的結合に関して、フィラー粒子が不 規則な形状であるほどマトリックスとフィラーの間の物理的結合が良好であるこ とが見出されている。また、フィラー粒子の形状は、本発明の加工条件下でのポ リマーとの組み合わせにおいて、マＩ・リックスに対して少量のみのフィラーの 沈降が生じるであろうように選択すべきである。この少量の沈降は本発明の振動 過程の間に典型的に生じ、実質的に不均一な自己支持ポリマーマトリックス複合 体に帰着することがある。

上記のように、ポリマーとフィラーの混合物を含む型の振動の周波数と振幅は、 ポリマーとフィラーの混合物が流動して型の形状に一敗させるように選択すべき である０本発明の好ましい態様において、ポリマーマトリックスに対するフィラ ー材料の沈降量は、フィラー材料の表面を濡らし、硬化したときにポリマーマト リックス中のフィラー材料を結合するに必要なだけのポリマー量を提供するこに より最小限にする。？ｊ［金材料の混合物が型の形状を呈したら、直ちにポリマ ーの硬化により混合物を硬化させることが好ましい、ここで上記のように、ポリ マーの硬化は混合物が成形型の流入するに充分な時間を与えられないうちに生じ させるべきでない。

ポリマーが硬化した後、ポリマーは型から取り出すことができ、自己支持ポリマ ーマトリックス複合体はそこで型の形状に一致すべきである。

上記の加工過程に従うことにより、約２．２８ｇ／ｃｃの密度を有する炭化ケイ 素強化自己支持マトリックス複合材料を形成できることが見出されており、この 複合材料は約５６体積％のフィラー又は約７９重量％のフィラーである。炭化ケ イ素粒子はポリマーマトリックスの全体に完全に均一な状態で充填される。

また、上記のフィラー材料とポリマーとの比、及び比較的低粘度のポリマーを使 用することにより、振動を型に適用したときにフィラー材料の凝Ｍ（ｓｅｇｒｅ ｇａｔｉｎｇ）が驚くほど少ないことが見出されている０本発明のこのユニーク な特徴により、本発明によって形成される自己支持ポリマーマトリックス複合体 には形状又は大きさの制限が殆どない、具体的には、本発明は、例えばポリマー マトリックス中のフィラー材料の沈降により板の１つの側だけが高いフィラー濃 度を有する板の製造に限定されない、このような沈降が生じたならば、板の１つ の側は板の他の側と大きく異なる磨耗特性を有する。

従って、本発明においてフィラーの凝離が不足することにより、いかなる数の複 雑形状の部材も製造することができ、この形状は複雑な型の形状を製造する能力 のみに制限される。フィラーは部材の全体に実質的に分散するため、部材の磨耗 特性は全体が実質的に一定である。当業者は本発明の方法を使用して製造するこ とができる多数の磨耗部材を直ぐに高く評価することができる。

なお、フィラーの少なくとも若干の脱離が生じるようにポリマーとフィラーの比 を変えることが可能である。特定の場合には、不均一な自己支持ポリマーマトリ ックス複合体の製造が望まれることがある。

本発明のいろいろな例示を次の例に示す、ここで、これらの例示は例証として考 えるべきであり、請求の範囲に限定した本発明の肺を制限すると解釈すべきでは ない。

舅↓ この例は炭化ケイ素強化自己支持ポリマーマトリックス複合材料の製造法を示す 、具体的には、約３５００グラムの１４グリツド３９ＣＲＹＳＴＯＬＯＮ　＠グ リーン炭化ケイ素粒子（Ｎｏｒｔｏｎ社、Ｗｏｒｃｅｓ　ｔｅｒ、マサチューセ ｙツ州）と約１５００グー７ム（７）５４グ’）　ッ）３９　ＣＲＹＳＴＯＬＯ Ｎ＠グリーン炭化ケイ素粒子を２クオートのプラスチック貯蔵容器（Ｆｉｓｃｈ ｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、　Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ。　ペンシルバニア州）に注 ぎ入れた。プラスチックの撹拌棒を用いて炭化ケイ素粒子混合物を完全に混合し た。

約２００°Ｆの温度をＩＳＯＴＥＭＰ　＠　５００シリーズ乾燥器（Ｆｉｓｅｈ ｅｒＳｅｉｅｎｔｔｆｉｃ、　Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ、ペンシルバニア州）の中に 形成し、プラスチック容器とその内容物を乾燥器の中に配置した。

約１４００グラムのυｎ１ｒｏｙａｌ　Ｂ２Ｏ２ＶＩＢＲＡＴＨＡＮＥ＠プレポ リマー（ｕｔｉｉｒｏｙａｌＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ社、Ｍｉｄｄｌ ｅｂｕｒｙ、コネクティカット州）を１ガロンのプラスチック貯蔵容器（Ｆｉｓ ｃｈｅｒ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、　Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ、ペンシルバニア州） に注ぎ入れ、プラスチック容器とその内容物をＩＳＯＴＥＭＰ　＠　５００シリ ーズ乾燥器の中に配置した。

約２７１．５　クラムの４，４゛−メチレン−ビス−（オルトクロロアニリン） （一般に？１ＯＣＡと称す）の硬化剤ベレットを４００ｍ１　の三角プラスチッ クビーカー（Ｆｉｓｃｈｅｒ　５ｃｉｅｎｔｉｆｊｃ、　Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ、 ペンシルバニア州）に注ぎ入れた。　Ｍｏｄｅｌ　８５０　Ｃ１００乾燥器（Ｇ ｒｕｅｎｂｅｒｇ　０ｖｅｎ　Ｃｏｓ＋ｐａｎｙ社、１１ｉ１１ｉａｍｓｐｏｒ ｔ、ペンシルバニア州）の内部温度を約２１２°Ｆとし、三角ビーカーとその内 容物を乾燥器に入れた。

約１／２時間後、プレポリマーを含む１ガロンのプラスチック貯蔵容器をｒｓＯ ＴＦＭＰ　＠　５００シリーズ乾燥器がら取り出し、５ｕｐｅｒ　Ｖａｃ−Ｍａ ｃ真空ペルジャー（Ｒｅｙ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社）に入れた。真空ペルジャ ーを水銀柱的２８ｍｍまで排気した。約５分後、真空ペルジャーの内部を周囲圧 力とし、プラスチック容器とプレポリマーを真空ペルジャーから取り出し、更に １７２時間ＩＳＯＴＥＭＰ　＠　５００シリーズ乾燥器に戻した。

Ｍｏｄｅｌ　８５０　Ｃ１００乾燥器に約１時間保持した後、ＭＯＣＡ硬化剤ペ レットを入れたプラスチック三角ビーカーを乾燥器から取り出し、実質的に全て のベレットが溶けたことが認められた。プラスチック三角ビーカーとＭＯＣＡ硬 化剤ベレットを直ちに排気フードの下に置いた。

次いで１ガロンのプラスチック貯蔵容器とプレポリマーをｌ５ＯＴ［！ＭＰ＠５ ００シリーズ乾燥器から取り出し、そこで液体ＭＯＣＡ硬化剤べＬ・ットをプレ ポリマーを入れた１ガロンのプラスチック貯蔵容器に注ぎ入れた。プレポリマー とＭＯＣＡをプラスチックスプーンで完全に混合した。　ＭＯＣＡとプレポリマ ーを混合した後、１ガロンのプラスチック貯蔵容器とその内容物を素早く真空ペ ルジャーに入れた。真空ペルジャーを水銀柱的２８ａ＋ｓ＋まで排気した。この レベルの真空を約３０秒間保ち、次いで真空ペルジャーの内部を周囲圧力に戻し た。１ガロンのプラスチック貯蔵容器とその内容物を素早く真空ペルジャーから 取り出した。炭化ケイ素粒子の混合物を入れた２クオートのプラスチック容器を ＩＳＯＴＥＭＰ　＠　５００シリーズ乾燥器から取り出し、プレポリマー／ＭＯ ＣＡ混合物を入れた１ガロンのプラスチック貯蔵容器に注ぎ入れた。プレポリマ ー／ＭＯＣＡ混合物／炭化ケイ素粒子を各々の炭化ケイ素粒子がプレポリマー／ ＭＯＣＡ混合物で濡れるようにプラスチックスプーンで混合した。混合物はどろ どろした（ｔｈｉｃｋ）コンクリートと同じようなコンシスチンシーを有するこ とが認められた。

約１２インチ×１２インチ×深さ１．５インチの内側寸法を有するグレードＧＴ −１０００シリコーンゴム型（Ｐｌａｓｔｉｃ　Ｔｏｏｌｉｎｇ　５ｕｐｐｌｙ 社、Ｅｘｔｏｎ。

ペンシルバニア州）を−ｏｄｅｌ　ＶＰ−５１−ＤＩ振動テーブル（ＦＭＣ，Ｗ ｅｓｔＲｅａｄｉｎｇ、ペンシルバニア州）の上に置いた０図１に示すように、 プレポリマー／）ＩＯｃ＾混合物／炭化ケイ素粒子の混合物を１ガロンのプラス チック貯蔵容器からすくってゴム型２の中央に置いた。振動テーブルを作動させ 、低い振動速度にセットした。ゴム型を穏やかな振動（振動テーブルの調節ノブ で約４目盛り）に供し、図２と図３に示すように、プレポリマー／ＭＯＣＡ混合 物／炭化ケイ素粒子の混合物を型の内側寸法に一敗させ、閉じ込められた空気を 混合物から除去した。更にプレポリマー／ＭＯＣＡ混合物／炭化ケイ素粒子の混 合物を型にす（って入れ、混合物が続いて型の内側寸法に一致するように振動を 強くした。約５分間の振動の後、振動テーブルを停止し、ゴム型とその内容物を 振動テーブルから取り出してＭｏｃｌｅｌ　８５０　Ｃ１００乾燥器に入れた。

乾燥器は約２１２°Ｆの温度に６時間保持した。約６時間後、型とその内容物を 乾燥器から取り出し、室温まで冷却した。冷却した後、型を逆にして得られた１ ２インチ×１２インチ×１インチの自己支持ポリマーマトリックス複合体を型か ら取り出した。

この例は、炭化ケイ素強化自己支持ポリマーマトリックス複合体の製造方法を更 に示す、具体的には、約８５０グラムの１４グリツド３９ＣＲＹＳＴＯＬＯＮ　 ＠グリーン炭化ケイ素粒子（Ｎｏｒｔｏｎ社、Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ、マサチュー セッツ州）と約３５０グラムの５４グリフト３９　ＣＲＹＳＴＯＬＯＮ　＠グリ ーン炭化ケイ素粒子を２クオートのプラスチック貯蔵容器（ＦｉｓｃｈｅｒＳｃ ｉｅｎｔｉｆｉｃ、　Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ、ペンシルバニア州）に注ぎ入れた。

プラスチングの撹拌棒を用いて炭化ゲイ素粒子混合物を完全に混合した。

約２５０グラムのＲＰ６４１３プレポリマー（Ｃｉｂａ−Ｇａｉｇｙ＋　Ｗ＋］ ＊ｆｎｇｔｏｎ、プラウエア州）を１ガロンのプラスチック貯蔵容器（Ｆｉｓｃ ｈｅｒ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ。

Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ、ペンシルバニア州）に注ぎ入れた。約２５０グラムのＲＰ ６４１３硬化剤（Ｃｉｂａ−Ｇａｉｇｙ＋　Ｗｉ１ｍｉｒ＋ｇｔｏｎ、プラウエ ア州）を４００ｍ１の三角プラスチックビーカー（Ｆｉｓｅｈｅｒ　５ｃｉｅｎ ｔｉｆｉｃ、　Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ、ペンシルバニア州）に注ぎ入れた。

１ガロンのプラスチック貯蔵容器とプレポリマーを５ｕｐｅｒ　Ｖａｃ−Ｍａｃ 真空ペルジャー（Ｒｅｙ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社）に入れた。真空ペルジャー を水銀柱的２８−鴫まで排気した。約５分後、真空ペルジャーの内部を周囲圧力 とし、プラスチック容器とプレポリマーを真空ペルジャーから取り出した。三角 ビーカーからＲＰ６４１３硬化剤をプレポリマーを入れた１ガロンのプラスチッ ク貯蔵容器に注ぎ入れ、プラスチックスプーンを用いてプレポリマーと硬化剤を 混合した。１ガロンのプラスチック貯蔵容器とその内容物を素早く真空ペルジャ ーに入れ、真空ベルジャ−を水銀柱的２８＋ｗｍまで排気した。約３０秒後、真 空ペルジャーの内部を周囲圧力に戻し、１ガロンのプラスチック貯蔵容器とその 内容物を取り出し、排気フードの下に置いた。

炭化ケイ素粒子の混合物を、プレポリマー／硬化剤の混合物を入れた１ガロンの プラスチック貯蔵容器に素早く注ぎ入れた。プレポリマー／硬化剤／炭化ケイ素 粒子を各々の炭化ケイ素粒子がプレポリマー／硬化剤の混合物で濡れるようにプ ラスチックスプーンで混合した。混合物はどろどろしたコンクリートと同じよう なコンシスチンシーを有することが認められた。

約フインチ×５インチ×深さ１．５インチの内側寸法を有するグレード１，１− １０００シリコーンゴム型（Ｐｌａｓｔｉｃ　Ｔｏｏｔｉｎｇ　５ｕｐｐｌｙ社 、Ｈｘｔｏｎ＋ペンシルバニア州）をＭｏｄｅｌ　ＶＰ−５１−ＤＩ振動テーブ ル（ＦＭＣ，ＷｅｓｔＲｅａｄｉｎｇ、ペンシルバニア州）の上に置いた。プレ ポリマー／硬化剤／炭化ケイ素粒子の混合物を１ガロンのプラスチック貯蔵容器 からすくってゴム型の中央に置いた。振動テーブルを作動させ、低い振動速度に セットした。ゴム型を弱い振動（振動テーブルの調節ノブで約４目盛り）に供し 、プレポリマー／［他剤／炭化ケイ素粒子の混合物を型の内側寸法に一致させ、 閉じ込められた空気を混合物から除去した。更にプレポリマー／硬化剤／炭化ケ イ素粒子の混合物を型にすくって入れ、混合物が続いて型の内側寸法に一致する ように振動を強くした。約５分間の振動の後、振動テーブルを停止し、ゴム型と その内容物を振動テーブルから取り出してＭｏｄｅｌ　８５０　Ｃ１００乾燥器 （Ｇｒｕｅｎｂｅｒｇ　０ｖｅｎ　Ｃｏ＋ｅｐａｎｙ社、Ｗｉｌｌｉａｍｓｐｏ ｒｔ、ペンシルバニア州）に入れた。乾燥器は約１８０°Ｆの内部温度に保持し た。約１６時間後、型とその内容物を乾燥器から取り出し、室温まで冷却した。

冷却した後、型を逆にして得られたフインチ×５インチ×１インチの自己支持ポ リマーマトリックス複合体を型から取り出した。

国除ｖ４査報告 フロントページの続き （７２）発明者　マクエルウィー、デビット　マークアメリカ合衆国、プラウエ ア　１９７１１．ニューアーク、ウェストフィールド　ドライブ８ （７２）発明者　ゴ一ドルバーグ、ベリー　プライアンアメリカ合衆国、メリー ランド　２１９０１゜ノース　イースト、マホガニー　ドライブ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．次の工程を含んでなる自己支持ポリマーマトリックス複合体の製造方法： フィラー材料を選択し、 ポリマー材料を選択し、 該ポリマー材料とフィラー材料を混合物がダイラタントになる量で混合し、 ダイラタントな混合物を型に入れ、 ダイラタントな混合物を流動させて型の形状にさせる周波数と振幅で型を振動し 、 ポリマーを硬化させて自己支持ポリマーマトリックス複合体を形成する。
2. ２．該フィラー材料がセラミックフィラー材料と金属フィラー材料の少なくとも １種を含んでなる請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．該セラミックフィラー材料が炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物からなる群 より選択された少なくとも１種の材料を含んでなる請求の範囲第２項に記載の方 法。
4. ４．該フィラー材料が炭化ケイ素又は炭化タングステンのフィラー材料を含んで なる請求の範囲第３項に記載の方法。
5. ５．炭化ケイ素を含む該フィラー材料を約７０〜８０重量％の量で提供し、該ポ リマー材料を約２０〜３０重量％の量で提供する請求の範囲第４項に記載の方法 。
6. ６．該セラミックフィラー材料が、平均粒子径が約７００〜８０００ミクロンの 約５０〜１００重量％と平均粒子径が約１５０〜７００ミクロンの約０〜５０重 量％との混合物を含んでなる請求の範囲第４項に記載の方法。
7. ７．該フィラー材料が、１４グリットの炭化ケイ素粒子の約１０重量部と５４グ リットの炭化ケイ素粒子の約４重量部との混合物を含んでなる請求の範囲第５項 に記載の方法。
8. ８．該ポリマーが耐磨耗性ポリマーを含んでなる請求の範囲第１項に記載の方法 。
9. ９．該ポリマーは、該ポリマー材料と該フィラー材料の混合の際に約１００〜４ ００センチポイズの粘度を有する請求の範囲第１項に記載の方法。
10. １０．該耐磨耗性ポリマーが、ポリエステルとポリエーテルウレタンからなる群 より選択された少なくとも１種のポリマーを含む請求の範囲第８項に記載の方法 。
11. １１．該フィラー材料を、形成した自己支持ポリマーマトリックス複合体の約５ ０〜７０体積％の量で提供する請求の範囲第１項に記載の方法。
12. １２．約７０〜８０重量％のフィラー及び約２０〜３０重量％の耐磨耗性ポリマ ーを含んでなる耐磨耗性自己支持ポリマーマトリックス複合体であって、該ポリ マーは該フィラーを埋封するマトリックスを構成し、該フィラーは該ポリマーの 全体に実質的に均一に分散した複合体。
13. １３．該フィラーが、耐磨耗性セラミック粒子と耐磨耗性金属粒子からなる群よ り選択された少なくとも１種の材料を含んでなる請求の範囲第１２項に記載の自 己支持ポリマーマトリックス複合体。
14. １４．該粒子が、炭化ケイ素と炭化タングステンの少なくとも１種を含む請求の 範囲第１３項に記載の自己支持ポリマーマトリックス複合体。
15. １５．該炭化ケイ素フィラーが、平均粒子径が約７００〜８０００ミクロンの約 ５０〜１００重量％と平均粒子径が約１５０〜７００ミクロンの約０〜５０重量 ％を含む混合物として存在する請求の範囲第１４項に記載の自己支持ポリマーマ トリックス複合体。
16. １６．約５０〜７０体積％のフィラー及び約３０〜５０体積％のポリマーを含ん でなる自己支持ポリマーマトリックス複合体であって、該ポリマーは該フィラー を埋封ずるマトリックスを構成し、該フィラーは該ポリマーの全体に実質的に均 一に分散した複合体。