(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素−炭素コンポジットを形成する方法であって、
65%を超えるチャーイールドを有するベンゾオキサジン樹脂およびシアネートエステル樹脂の混合物を含む化合物を有する炭素繊維を成形するステップと、
前記化合物を熱分解して、前記炭素−炭素コンポジットを形成するステップと、
を有し、
シアネートエステル樹脂に対するベンゾオキサジン樹脂の比は、80：20である、方法。
【請求項２】
前記成形するステップは、樹脂トランスファー成形法、反応射出成形法、真空インフュージョン成形法、真空バグオートクレーブ成形法、または圧縮成形法から選定される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記成形するステップは、樹脂トランスファー成形法である、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
さらに、
前記ベンゾオキサジン樹脂とシアネートエステル樹脂の混合物を、350°Fから400°F（175℃から205℃）で硬化するステップ、
を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
さらに、
前記化合物の熱分解を複数回繰り返し、前記炭素−炭素コンポジットを緻密化するステップ、
を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記炭素繊維は、成形前に、3次元または4次元の繊維プリフォームを有する、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
炭素−炭素コンポジットであって、
65%を超えるチャーイールドを有するベンゾオキサジン樹脂とシアネートエステルとの混合物を有する化合物で含浸された炭素繊維を有し、
シアネートエステル樹脂に対するベンゾオキサジン樹脂の比は、80：20である、炭素−炭素コンポジット。
【請求項８】
前記炭素繊維は、3次元または4次元の繊維プリフォームを有する、請求項7に記載の炭素−炭素コンポジット。
【請求項９】
前記ベンゾオキサジン樹脂は、ビスフェノールA系ベンゾオキサジン樹脂、ビスフェノールF系ベンゾオキサジン樹脂、または前述の少なくとも1つを有する組み合わせを有する、請求項7に記載の炭素−炭素コンポジット。
【請求項１０】
前記ベンゾオキサジン樹脂は、ビスフェノールF系ベンゾオキサジ樹脂を有する、請求項9に記載の炭素−炭素コンポジット。
【請求項１１】
前記ベンゾオキサジン樹脂は、
【化２】
0006651614.tif 000008
で表される化学式を有する、請求項10に記載の炭素−炭素コンポジット。
【請求項１２】
前記シアネートエステル樹脂は、ビスフェノールA系シアネートエステル樹脂、ビスフェノールE系シアネートエステル樹脂、ビスフェノールF系シアネートエステル樹脂、または前述の少なくとも一つを有する組み合わせを有する、請求項7記載の炭素−炭素コンポジット。
【請求項１３】
前記シアネートエステル樹脂のチャーイールドは、45％以上である、請求項7に記載の炭素−炭素コンポジット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、炭素−炭素コンポジットに関し、特に、炭素−炭素コンポジットを形成する材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素−炭素コンポジットは、多くの異なる形状に成形され、幅広い範囲に使用されている。炭素−炭素コンポジットは、極めて高温の環境下において、熱安定性を示すことが知られている。炭素−炭素コンポジットは、高い熱伝導性、低い熱膨張性、ならびに固体としての熱安定性を有し、熱衝撃に耐性を有する。その結果、炭素−炭素コンポジットは、高温に晒された際に、高いレベルの強度および剛性を維持することができる。
【０００３】
炭素−炭素コンポジットは、航空機用途に利用されており、これには、ロケット部材、機体（air  frame）部材、ノーズコーン、ウィングエッジ、スペースシャトルの他のリーディングエッジ、制動機（ブレーキ）などが含まれる。さらに、炭素−炭素コンポジットは、重いスチールブレーキが軽量の炭素−炭素コンポジットディスクに置換される自動車レース用途における、別の用途も見出されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、炭素−炭素コンポジットは、炭素繊維を、2、3、または4方向の強化構造で配置することにより形成される。その後、この構造は、炭素マトリクスの前駆体として機能する、炭素含有化合物で含浸される。含浸の後、この構造は、加熱され、より緻密な繊維構造が製造される。間のボイドは、前駆体の熱分解により生じる炭素で、少なくとも部分的に充填される。所望の量の緻密化が生じるまで、この全プロセスが、複数回（4から20回）繰り返される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、炭素−炭素コンポジットを形成する方法は、
ベンゾオキサジン樹脂およびシアネートエステル樹脂の混合物を含む化合物を有する炭素繊維を成形するステップと、
前記化合物を熱分解して、前記炭素−炭素コンポジットを形成するするステップと、
を有する。
【０００６】
別の実施形態では、炭素−炭素コンポジット構造は、65%を超えるチャーイールドを有するベンゾオキサジン樹脂で含浸された炭素繊維を有する。
【０００７】
別の実施形態では、炭素−炭素コンポジットは、ベンゾオキサジン樹脂とシアネートエステルとの混合物を有する化合物で含浸された炭素繊維を有する。
【０００８】
追加の特徴および利点は、本発明の技術を介して理解される。本発明の他の実施形態および態様は、本願に詳しく説明されており、請求項に記載の発明の一部と見なされる。本発明の利点および特徴のより良い理解のため、詳細な説明および図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】樹脂トランスファーモールディング（成形）法を用いて、コンポジット材料を製造する方法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のさらなる理解のため、添付図面および詳細な記載を考慮して、以下の記載が参照される。同様の部材には、同様の参照符号が付されている。
【００１１】
炭素−炭素（CC）コンポジットの既存の製造方法は、極めて長いサイクル時間を必要とし、極めて高コストである。これらの問題の一部は、緻密化（含浸）プロセスにおいて、フェノール樹脂および溶媒を使用することにある。炭素−炭素産業界においては、フェノール樹脂の使用が支配的である。フェノール樹脂は、硬化が難しく、周囲温度では粉末状の固体である。フェノール−炭素繊維コンポジットは、最初に硬化され、その後熱分解される。得られる炭素−炭素コンポジットは、全体に多くのボイドを有し、このボイドを充填するため、複数回の緻密化処理が必要となる。固体フェノール樹脂は、50%から70%の固体で、水およびアルコール溶媒に溶解する。この液体混合物は、硬化、およびその後の熱分解にわたり、多くのボイドを有する炭素−炭素コンポジットに押し込まれる。このプロセスの効率は、非生産的な溶媒の使用、およびフェノールの55%のチャーイールドのため、約25%に過ぎない。緻密化ステップは、炭素−炭素コンポジットの必要な緻密化が達成されるまで、4回から20回、繰り返す必要がある。本願に示した樹脂混合物を使用することにより、非生産的な溶媒を使用する必要がなくなり、あるいはこれの使用が大きく抑制され、より効率的に熱分解チャーイールドが得られ、これにより、プロセスステップ、繰り返し時間の回数が低減され、炭素−炭素コンポジットの全体的な製造コストが抑制される。
【００１２】
例えば、炭素−炭素コンポジットを形成する方法は、ベンゾオキサジン樹脂およびシアネートエステル樹脂の混合物を含む化合物を有する、炭素繊維を成形するステップと、化合物を熱分解して、炭素−炭素コンポジットを形成するステップと、を有する。化合物の熱分解処理は、炭素繊維に所望の量の緻密化が得られるまで、複数回繰り返すことができ、これにより、炭素−炭素コンポジットが形成される。成形の前に、炭素繊維は、2次元プリフォーム、3次元プリフォーム、または4次元プリフォームの形態であっても良い。成形ステップは、樹脂トランスファー成形法、反応射出成形法、真空インフュージョン成形法、真空バグオートクレーブ成形法、または圧縮成形法を含んでも良い。ベンゾオキサジン樹脂とシアネートエステル樹脂との混合物は、樹脂として含浸され、その後硬化され、その後熱分解される。混合樹脂を用いて、熱分解の後の追加のインフュージョンが行われても良い。処理温度は、150°Fから175°F（65℃から80℃）であっても良い。硬化温度は、350°Fから400°F（175℃から205℃）であっても良い。
【００１３】
本発明による方法を使用した場合、およびこれにより製造された炭素−炭素コンポジットでは、少なくとも50%から75％少ない溶媒を使用して、炭素−炭素コンポジットの緻密化を行うことができ、全体のプロセスが45％から50％以上効率化される。
【００１４】
ベンゾオキサジン樹脂は、ビスフェノールA系ベンゾオキサジン樹脂、ビスフェノールF系ベンゾオキサジン樹脂、または前述の少なくとも一つを含む組み合わせを元にしても良い。
【００１５】
炭素繊維は、チャーイールドが65%を超えるベンゾオキサジン樹脂で含浸することができる。シアネートエステル樹脂のチャーイールドは、35%以上とすることができ、例えば40%以上、例えば、45%以上、例えば、47%以上としても良い。ベンゾオキサジン樹脂とシアネートエステル樹脂の混合物の平均チャーイールドは、61%とすることができる。シアネートエステル樹脂に対するベンゾオキサジン樹脂と、ベンゾオキサジンシアネートエステル樹脂の比は、60：40とすることができ、例えば、70：30、例えば、80：20であっても良い。
【００１６】
コンポジット前駆体は、低い粘性を有し、複合材料で含浸される炭素−炭素表面の表面を、濡らすことができることが有意である。粘性材料は、望ましくない。粘性材料は、特に、各緻密化サイクル毎に、隙間がどんどん小さくなるため、炭素−炭素の表面に含浸させることが難しくなるからである。
【００１７】
ベンゾオキサジン樹脂は、65%のチャーイールドを有しても良い。これは、主要なフェノール樹脂よりも10%超大きい。ベンゾオキサジン樹脂の粘性は、比較的高くても良い。緻密化樹脂として使用されるため、ベンゾオキサジンは、緻密化のためフェノール樹脂が使用される際に使用されるものと同様の溶媒を使用しても良い。あるいは、ベンゾオキサジン樹脂は、別の低粘性樹脂と組み合わされても良い。例えば、シアネートエステル樹脂は、低溶融粘性特性を有し、周囲温度で低い粘性を有しても良い（すなわち迅速な包囲に関する）。例えば、シアネートエステル樹脂は、室温で150センチポイズの粘性を有しても良い。ベンゾオキサジンおよびシアネートエステルは、容易に共反応し、ベンゾオキサジンとシアネートエステルの混合物を形成する。これは、僅かに高い温度、例えば150°Fから175°F（65℃から80℃）で、十分に低い粘性を有し、非生産的な溶媒を使用せずに、形成される炭素−炭素コンポジットを緻密化する。いったん、炭素−炭素コンポジットに、混合樹脂が再充填されると、ベンゾオキサジンとシアネートエステル樹脂の混合物は、硬化し、熱分解される。これにより、フェノール樹脂を用いて行われる炭素−炭素プロセスにおいて存在する、多くのボイドが形成される溶媒トラップの問題が生じなくなる。炭素−炭素コンポジット用の緻密化樹脂としての、ベンゾオキサジンと炭酸エステルの混合樹脂の使用により、非生産的な（すなわちゼロチャーイールド）溶媒の使用が排除され、または大きく抑制される。ベンゾオキサジンとシアネートエステルの混合樹脂は、プロセス的に安定であるが、容易に硬化する結果、プロセスにおいて、チャーイールドの25%から50%の上昇、緻密化処理のステップの減少、サイクル時間の低減、および全体コストの抑制、という利点が得られる。
【００１８】
ある実施形態では、ベンゾオキサジン化合物（4）は、例えば、反応式1に示すように、フェノール（1）、ホルムアルデヒド（2）（またはパラホルムアルデヒド）、および一級アミン（3）を反応させることにより形成される：
【００１９】
【化１】
0006651614.tif 000002
反応式1は、モノマーのベンゾオキサジン化合物を製造する方法の一例を示している。反応式1において、R1、R2、およびR3は、それぞれ独立に、水素、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルキル基、置換されたもしくは非置換のC2−C20アルケニル基、置換されたもしくは非置換のC6−C20アリール基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロアリール基、置換されたもしくは非置換のC4−C20カルボサイクルック基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロサイクリック基、C3−C8シクロアルキル基、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルキレン基、置換されたもしくは非置換のC6−C20アリーレン基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロアリーレン基、酸素、硫黄、ハロゲン、カルボニル基、S＝O基、O＝S＝O基、ハロゲン、またはこれらの任意の組み合わせである。
【００２０】
反応式1において、R4は、水素、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルキル基、置換されたもしくは非置換のC2−C20アルケニル基、置換されたもしくは非置換のC6−C20アリール基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロアリール基、置換されたもしくは非置換のC4−C20カルボサイクルック基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロサイクリック基、C3−C8シクロアルキル基、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルキレン基、置換されたもしくは非置換のC6−C20アリーレン基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロアリーレン基、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルコキシ基、OH基、ハロゲン、またはこれらの任意の組み合わせである。
【００２１】
任意のモノマーベンゾオキサジン化合物を組み合わせて、架橋された化合物を形成しても良い。これには、ベンゾオキサジン、ベンゾオキサジンを含む重合化合物、またはベンゾオキサジンを含む樹脂が含まれる。ベンゾオキサジンポリマーまたは樹脂を形成するため、ベンゾオキサジンは、重合されても良い。重合化は、加熱により、オキサジン環を開放するステップを有しても良い。
【００２２】
ある実施形態では、ベンゾオキサジン化合物は、架橋され、熱可塑性ポリベンゾオキサジンが形成される。架橋化は、環の開放機構を介して生じる。架橋化ポリベンゾオキサジンは、2以上のベンゾオキサジン環を有するベンゾオキサジンモノマーから、形成される。
【００２３】
ポリベンゾオキサジンは、ベンゾオキサジン化合物を含むポリマーである。ポリベンゾオキサジンは、ベンゾオキサジンの化合物または官能化されたモノマーを含む。ベンゾオキサジンのモノマーは、1、2、3、もしくは4つの官能基、または架橋化を促進する反応サイトを有しても良い。
【００２４】
ある実施形態では、ベンゾオキサジン化合物は、二官能性のベンゾオキサジン化合物である。二官能性のベンゾオキサジン化合物は、加熱後に架橋して、架橋化ベンゾオキサジン樹脂を形成しても追い。
【００２５】
ある実施形態では、二官能性のベンゾオキサジン化合物は、以下の構造を有する：
【００２６】
【化２】
0006651614.tif 000003
ここでR1は、水素、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルキル基、置換されたもしくは非置換のC2−C20アルケニル基、置換されたもしくは非置換のC6−C20アリール基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロアリール基、置換されたもしくは非置換のC4−C20カルボサイクルック基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロサイクリック基、C3−C8シクロアルキル基、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルキレン基、置換されたもしくは非置換のC6−C20アリーレン基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロアリーレン基、置換されたもしくは非置換のC2−C20アルコキシ基、OH基、ハロゲン、またはこれらの任意の組み合わせである。R2は、一重結合、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルキル基、置換されたもしくは非置換のC2−C20アルケニル基、置換されたもしくは非置換のC6−C20アリール基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロアリール基、置換されたもしくは非置換のC4−C20カルボサイクルック基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロサイクリック基、C3−C8シクロアルキル基、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルキレン基、置換されたもしくは非置換のC6−C20アリーレン基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロアリーレン基、酸素、硫黄、ハロゲン、カルボニル基、S＝O基、O＝S＝O基、ハロゲン、またはこれらの任意の組み合わせである。
【００２７】
ある実施形態では、ベンゾオキサジン化合物は、以下の構造を有する：
【００２８】
【化３】
0006651614.tif 000004
このベンゾオキサジン化合物は、ビスフェノールFに基づく。
【００２９】
ある実施形態では、ベンゾオキサジン樹脂（2）は、反応式2に示すように、二官能性のベンゾオキサジン（1）の加熱後に形成される。
【００３０】
【化４】
0006651614.tif 000005
反応式2において、nは、約1から約2までの整数であり、R1は、水素、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルキル基、置換されたもしくは非置換のC2−C20アルケニル基、置換されたもしくは非置換のC6−C20アリール基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロアリール基、置換されたもしくは非置換のC4−C20カルボサイクルック基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロサイクリック基、C3−C8シクロアルキル基、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルキレン基、置換されたもしくは非置換のC6−C20アリーレン基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロアリーレン基、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルコキシ基、OH基、ハロゲン、またはこれらの任意の組み合わせである。また、R2は、一重結合、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルキル基、置換されたもしくは非置換のC2−C20アルケニル基、置換されたもしくは非置換のC6−C20アリール基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロアリール基、置換されたもしくは非置換のC4−C20カルボサイクルック基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロサイクリック基、C3−C8シクロアルキル基、置換されたもしくは非置換のC1−C20アルキレン基、置換されたもしくは非置換のC6−C20アリーレン基、置換されたもしくは非置換のC2−C20ヘテロアリーレン基、酸素、硫黄、ハロゲン、カルボニル基、S＝O基、O＝S＝O基、ハロゲン、またはこれらの任意の組み合わせである。別の実施形態では、nは、2よりも大きい整数である。
【００３１】
ベンゾオキサジン樹脂の非限定的な例は、N-フェニルビスフェノールAベンゾオキサジン（XU3560として、Huntsman社、ソルトレイク市、UTから市販されている）；N-フェニルビスフェノールFベンゾオキサジン（LBM6493として、Huntsman社から市販されている）；N-フェニルフェノールフタレインベンゾオキサジン（LMB6490として、Huntsman社から市販されている）；LOCTITE  BZ  9110  AERO（Henkel社、Dusseldorf、独国）、LOCTITE  BZ  9120  AERO（Henkel社）、またはこれらの任意の組み合わせを含む。
【００３２】
ある実施形態では、ベンゾオキサジンコンポジット材料は、約25から約45重量%（wt%）のベンゾオキサジン化合物を含む。別の実施形態では、ベンゾオキサジンコンポジット材料は、約75から約99wt%のベンゾオキサジン化合物を含む。さらに別の実施形態では、ベンゾオキサジンコンポジット材料は、約35から約99wt%のベンゾオキサジン化合物を含む。さらに別の実施形態では、ベンゾオキサジンコンポジット材料は、ベンゾオキサジン化合物の約25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、および95  wt%の量、またはこれらからの任意の範囲の量を含む。
【００３３】
ベンゾオキサジンコンポジット材料は、強化（補強）繊維を含んでも良い。強化繊維は、炭素、シリカ、石英、アラミド、セラミック、またはこれらの組み合わせを含んでも良い。強化繊維は、実質的に一つの方向に引き延ばし配列された、長繊維を含んでも良い。強化繊維は、連続補強繊維を含む、織物の部分を含んでも良い。強化繊維は、不連続な短繊維を含んでも良い。強化繊維は、不織布の部分を有しても良い。
【００３４】
ベンゾオキサジンコンポジットには、フェノールコンポジットに比べて、高い割合の強化繊維を使用しても良い。
【００３５】
ある実施形態では、ベンゾオキサジンコンポジット材料は、約45から約62体積%（vol%）の強化繊維を含む。別の実施形態では、ベンゾオキサジンコンポジット材料は、約48から約60vol%の強化繊維を含む。さらに別の実施形態では、ベンゾオキサジンコンポジット材料は、密度に応じて、約45から約70vol%の強化繊維を含む。さらに別の実施形態では、ベンゾオキサジンコンポジット材料は、密度に応じて、約45、50、55、60、65、および70  wt%の量、またはこれらの間の範囲の量の強化繊維を含む。
【００３６】
ある実施形態では、ベンゾオキサジンコンポジット材料は、シンタクチックフォームを含む。シンタクチックフォームは、樹脂から調製されても良い。シンタクチックフォームは、例えば、ガラス、石英マイクロバルーン、石英マイクロ球、またはこれらの任意の組み合わせを含んでも良い。
【００３７】
ベンゾオキサジンコンポジット材料は、混合物を形成する他のポリマーまたは化合物を含んでも良い。ベンゾオキサジンコンポジット材料に含まれる他のポリマー材料の非限定的な例には、エポキシ樹脂、シアネートエステル、マレイミド／ビスマレイミド、イソシアネート、ポリアミド、ホスファゼン、熱可塑性アクリレート、ビニルモノマー、トリアジン化合物、無水物、またはこれらの任意の組み合わせが含まれる。
【００３８】
シアネートエステル樹脂において、フェノール-OH基の水素原子は、シアン基（CN）で置換され、シアネートエステルと称される、-OCN基を有する生成物が得られる。シアネートエステル樹脂は、ビスフェノール系であり、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールE、ビスフェノールF等であっても良い。
【００３９】
ベンゾオキサジンコンポジット材料は、ベンゾオキサジン化合物（例えば、ベンゾオキサジン樹脂）で、強化繊維を直接含浸するステップを含む方法により、生成されても良い。ベンゾオキサジンコンポジットを製造する方法の非限定的な例には、ハンドレイアップ法、フィラメントワインディング法、引出法、樹脂射出成形法、および樹脂トランスファー成形法が含まれる。
【００４０】
図1には、一実施形態による樹脂トランスファー成形法を用いて、コンポジット材料を製造する方法を示す。まず、強化繊維が、プリフォームファイバ構造101に乾燥される。プリフォームファイバ構造101は、所望のモールド102に設置される。ベンゾオキサジン樹脂シアネートエステル混合物103が準備され、混合され、プリフォームファイバ構造102とともに、モールド102に導入される。この導入は、標準的な押出機105を用いて行われても良い。プリフォームファイバ構造101の強化繊維と、ベンゾオキサジン樹脂シアネートエステル樹脂混合物103とは、硬化され（図示されていない）、最終コンポジット構造／部品104が提供される。一実施形態では、硬化処理は、約175℃から約220℃の温度で、約2から約4時間実施され得る。
【００４１】
ベンゾオキサジンおよびシアネートエステル樹脂混合物を用いて、炭素−炭素コンポジットを調製する際に使用される炭素は、フィラメント状であっても良く、すなわち炭素繊維は、一方向、二方向、三方向、または多方向配列を有しても良い。炭素繊維は、浸漬法、スプレー法、塗布法などを含む任意の数の技術により、ベンゾオキサジンカーボネートエステル混合物で含浸される。その後、炭素構造は、750℃から1000℃で3日以上熱分解に晒されることにより炭化されても良い。加熱は、不活性雰囲気下（例えば窒素下）で実施される。炭素−炭素コンポジットは、室温まで冷却される。冷却の後、ベンゾオキサジンシアネートエステル樹脂混合物を用いて、緻密化（すなわち含浸）プロセスが再開される。
【００４２】
本願において、ベンゾオキサジン部304は、ロケットノズルの一部、機体用途の一部、スペースシャトルの一部（例えばタイル、シート）、ブレーキ（例えば航空機ブレーキまたは車両（例えばレースカー）ブレーキ）、または任意の形状もしくはサイズの一部であっても良い。
【００４３】
熱シールドは、ベンゾオキサジンコンポジット材料層102および基体101に加えて、多の層を有しても良い。ベンゾオキサジンコンポジット材料層102の1または2以上の層は、基体の上に配置されても良い。他の層は、ベンゾオキサジンコンポジット材料層102と基体101の間に挿入されても良い。また、複数の層が、ベンゾオキサジンコンポジット材料層102の上に、直接設置されても良い。
【００４４】
ベンゾオキサジンコンポジット材料は、炭素−炭素コンポジットの連続表面を提供する。ベンゾオキサジンコンポジット材料は、奪格的な（ablative）連続表面であり、例えば、過酷な再突入環境に耐えることができる。ベンゾオキサジンコンポジット材料は、高圧、例えば0.2気圧を超える圧力に耐えることができる。また、ベンゾオキサジンコンポジット材料は、加熱、例えば約100から約1000Ｗ／cm2の範囲の熱に耐えることができる。
【００４５】
ある実施形態では、炭素−炭素コンポジットは、サンプル回収カプセルのような、宇宙船に取り付けることができ、大気再突入の間、宇宙船に熱的保護が提供される。他の実施形態では、炭素−炭素コンポジットは、モータの排気から保護するブラスト（爆風）シールドとして使用され得る。さらに別の実施形態では、炭素−炭素コンポジットは、例えば、航空機、宇宙船、自動車（例えばレースカー）、潜水艦、および船舶（例えば軍用船）における、建物および移動通信装置の防火壁として使用され得る。
【００４６】
コンポジットおよびそれを形成する方法は、少なくとも以下の実施形態を含む：
実施例1：
炭素−炭素コンポジットを形成する方法であって、
ベンゾオキサジン樹脂およびシアネートエステル樹脂の混合物を含む化合物を有する炭素繊維を成形するステップと、
前記化合物を熱分解して、前記炭素−炭素コンポジットを形成するするステップと、
を有する方法。
【００４７】
実施例2：
実施例1の方法において、前記成形するステップは、樹脂トランスファー成形法、反応射出成形法、真空インフュージョン成形法、真空バグオートクレーブ成形法、または圧縮成形法から選定される。
【００４８】
実施例3：
実施例2の方法において、前記成形するステップは、樹脂トランスファー成形法である。
【００４９】
実施例4：
実施例1乃至3のいずれか一つの方法は、さらに、前記ベンゾオキサジン樹脂とシアネートエステル樹脂の混合物を、350°Fから400°F（175℃から205℃）で硬化するステップ、を有する。
【００５０】
実施例5：
実施例1乃至4のいずれか一つの方法は、さらに、前記化合物の熱分解を複数回繰り返し、前記炭素−炭素コンポジットを緻密化するステップ、を有する。
【００５１】
実施例6：
実施例1乃至5のいずれか一つの方法において、前記炭素繊維は、成形前に、3次元または4次元の繊維プリフォームを有する。
【００５２】
実施例7：
炭素−炭素コンポジット構造であって、
65%を超えるチャーイールドを有するベンゾオキサジン樹脂で含浸された炭素繊維を有する、炭素−炭素コンポジット構造。
【００５３】
実施例8：
実施例7の炭素−炭素コンポジット構造において、前記ベンゾオキサジン樹脂は、ビスフェノールA系ベンゾオキサジン樹脂、ビスフェノールF系ベンゾオキサジン樹脂、または前述の少なくとも1つを有する組み合わせを有する。
【００５４】
実施例9：
実施例7または8の炭素−炭素コンポジット構造において、前記ベンゾオキサジン樹脂は、ビスフェノールF系ベンゾオキサジン樹脂を有する。
【００５５】
実施例10：
実施例7乃至9のいずれか一つの炭素−炭素コンポジット構造において、前記ベンゾオキサジン樹脂は、
【００５６】
【化５】
0006651614.tif 000006
で表される化学式を有する。
【００５７】
実施例11：
実施例7乃至10のいずれか一つの炭素−炭素コンポジット構造において、前記ベンゾオキサジン樹脂のチャーイールドは、65%を超える。
【００５８】
実施例12：
炭素−炭素コンポジットであって、
ベンゾオキサジン樹脂とシアネートエステルとの混合物を有する化合物で含浸された炭素繊維を有する、炭素−炭素コンポジット。
【００５９】
実施例13：
実施例12の炭素−炭素コンポジットにおいて、前記炭素繊維は、3次元または4次元の繊維プリフォームを有する。
【００６０】
実施例14：
実施例12または13の炭素−炭素コンポジットにおいて、前記ベンゾオキサジン樹脂は、ビスフェノールA系ベンゾオキサジン樹脂、ビスフェノールF系ベンゾオキサジン樹脂、または前述の少なくとも1つを有する組み合わせを有する。
【００６１】
実施例15：
実施例12乃至14のいずれか一つの炭素−炭素コンポジットにおいて、前記ベンゾオキサジン樹脂は、ビスフェノールF系ベンゾオキサジ樹脂を有する。
【００６２】
実施例16：
実施例12乃至15のいずれか一つの炭素−炭素コンポジットにおいて、前記ベンゾオキサジン樹脂は、
【００６３】
【化６】
0006651614.tif 000007
で表される化学式を有する。
【００６４】
実施例17：
実施例12乃至16のいずれか一つの炭素−炭素コンポジットにおいて、前記シアネートエステル樹脂は、ビスフェノールA系シアネートエステル樹脂、ビスフェノールE系シアネートエステル樹脂、ビスフェノールF系シアネートエステル樹脂、または前述の少なくとも一つを有する組み合わせを有する。
【００６５】
実施例18：
実施例12乃至17のいずれか一つの炭素−炭素コンポジットにおいて、前記ベンゾオキサジン系樹脂のチャーイールドは、65%超である。
【００６６】
実施例19：
実施例12乃至18のいずれか一つの炭素−炭素コンポジットにおいて、前記シアネートエステル樹脂のチャーイールドは、45％以上である。
【００６７】
実施例20：
実施例12乃至19のいずれか一つの炭素−炭素コンポジットにおいて、シアネートエステル樹脂に対するベンゾオキサジン樹脂の比は、80：20である。
【００６８】
あるいは、全般に、本発明は、任意の好適な部材を有し、これで構成され、またはこれで実質的に構成されても良い。本発明は、追加でまたは代わりに、従来の組成物に使用される任意の成分、材料、含有成分、補助剤、もしくは化学種、または本発明の機能および／もしくは目的の達成に必要ではないものを有さず、あるいはこれらを実質的に有さないように、構成されても良い。同じ部材または特性に導かれる、全ての範囲の端点が含まれ、独立に組み合わされ得る（例えば、「25wt%以下、または5wt%から20wt%」の範囲には、端点と、「5wt%から25wt%」の範囲の全ての中間値とが含まれるなど）。狭い範囲の開示、または広い範囲に加えられたより具体的な群は、広い範囲または大きな群を排除するものではない。「組み合わせ」には、混合、混合物、合金、反応生成物などが含まれる。また、「第1の」、「第2の」などと言う用語は、いかなる順番、量、または重要性も意味せず、ある要素を別の要素と区別するために使用される。「a」、「an」、「the」という用語は、量を限定するものではなく、本願に記載がなく、または文章に明らかな矛盾がない限り、単一のものと複数のものの両方を網羅することが理解される。「または」は、「および／または」を意味する。末尾の「s」は、それが修飾する単一のものと複数のものの両方を含むことを意味し、従って、1または2以上の用語を含む（例えば膜は、1または2以上の膜を含む）。明細書を通じて参照される、「ある実施形態」、「別の実施形態」、「実施例」などは、少なくとも一つの実施形態に、実施例と関連する特定の要素（例えば特徴、構造および／または特性）が含まれることを意味し、これは、他の実施例には、存在してもしなくても良い。また、記載された要素は、各種実施例において任意の好適な方法で、組み合わされても良いことが理解される。
【００６９】
量と関連して使用される「約」という修飾語は、表示の値を含む上、文章により意図される意味を含む（例えば、特定の量の測定に関連する誤差の度合いを含む）。表記「±10%」は、意図する指標が、記載値の−10%の量から、＋10%の量までであり得ることを意味する。「前」、「後」、「底（部）」、および／または「上（部）」という用語は、特に記載がない限り、単に便宜的な記載のために使用され、いかなる一つの位置または配向にも限定されない。「任意の」または「必要な場合」と言う用語は、以降に記載される事象または状況が、生じても、生じなくても良いことを意味し、前記記載が、事象が生じる例および生じない例を含むことを意味する。本願に使用される技術的および化学的な用語は、特に定められない限り、本発明が属する分野の当業者に、普通に理解される意味と同じ意味を有する。「組み合わせ」には、混合、混合物、合金、反応生成物などが含まれる。
【００７０】
具体的に記載されない限り、ASTM  D1003、ASTM  D4935、ASTM  1746、FCC  part18、CISPR11、およびCISPR19のような、標準、規則、試験方法などのいかなる参照に対しても、本願の出願時に効力のある標準、規則、ガイダンス、または方法が参照される。
【００７１】
本願において、「ヒドロカルビル」および「炭化水素」という用語は、炭素と水素を含む置換基を広く表し、任意で、1から3個のヘテロ原子、例えば、酸素、窒素、ハロゲン、ケイ素、硫黄、またはこれらの組み合わせを有する。「アルキル」という用語は、直鎖または分岐鎖の、一価の飽和炭化水素基を表す。「アルキレン」と言う用語は、直鎖または分岐鎖の、二価の飽和炭化水素基を表す。「アルキリデン」と言う用語は、直鎖または分岐鎖の、二価の飽和炭化水素基であって、単一の共通炭素原子に両方の価数が存在するものを表す。「アルケニル」という用語は、炭素−炭素二重結合より結合された少なくとも2つの炭素を含む、直鎖または分岐鎖の、一価の飽和炭化水素基を表す。「シクロアルキル」と言う用語は、少なくとも3つの炭素原子を有する、一価の非芳香の単環または多環炭化水素基を表す。「シクロアルケニル」と言う用語は、少なくとも3つの炭素原子を有する、二価の非芳香環の炭化水素基であって、少なくとも一つの未飽和度を有するものを表す。「アリール」と言う用語は、芳香族環に炭素のみを含む、芳香族の単価基を表す。「アリーレン」と言う用語は、芳香族環に炭素のみを含む芳香族の二価の基を表す。「アルキルアリール」と言う用語は、前述のアルキル基で置換されたアリール基を表す。アルキルアリール基の一例は、4-メチルフェニルである。「アリールアルキル」と言う用語は、前述のアリール基で置換されたアルキル基を表す。アリールアルキル基の一例は、ベンジルである。「アシル」と言う用語は、前述のアルキル基であって、示された数の炭素原子が、カルボニル炭素ブリッジ（-C(=O)-）を介して付着されたものを表す。「アルコキシ」と言う用語は、前述のアルキル基において、示された数の炭素原子が、酸素ブリッジ（-O-）を介して付着されたものを表す。「アリールオキシ」と言う用語は、前述のアリール基において、示された数の炭素原子が酸素ブリッジ（-O-）を介して付着されたものを表す。
【００７２】
化合物の合成、安定性、または使用に、置換が悪影響を及ぼさない場合、明記されていない限り、前述の基の各々は、置換されてもされなくても良い。「置換」という用語は、指定原子の通常の価数が超えない場合、指定原子または基の少なくとも一つの水素原子が、別の基と置換されることを意味する。置換がオキソ（すなわち=O）の場合、原子の2つの水素が置換される。化合物の合成、安定性、または使用に、置換が悪影響を及ぼさない場合、置換基および／または変数の組み合わせが可能である。「置換」位置に存在し得る基の一例には、これに限られるものではないが、シアノ、ヒドロキシル、ニトロ、アジド、アルカノイル（アシルのようなC2-6アルカノイル基）、カルボキサミド、C1-6またはC1-3アルキル、シクロアルキル、アルケニル、およびアルキニル（少なくとも一つの未飽和リンケージと、2から8、または2から6の炭素原子とを有する基を含む）、C1-6またはC1-3アルコキシ、フェノキシのようなC6-10アリールオキシ、C1-6アルキルチオ、C1-6またはC1-3アルキルサルフィニル、C1-6またはC1-3アルキルサルフォニル、アミノジ（C1-6またはC1-3）アルキル、少なくとも一つの芳香族環を有するC6-12アリール（例えば、フェニル、ビフェニル、ナフチルなど、各環は、置換または非置換の芳香族化合物）、1から3個の別個のまたは縮合された環と、6から18個の環状炭素原子とを有するC7-19アリールアルキル、または1から3個の別個のまたは縮合された環と、6から18個の環状炭素原子とを有するアリールアルコキシが含まれる。アリールアルコキシの一例は、ベンジルオキシである。
【００７３】
全ての引用特許、特許出願、および他の文献は、本願の参照として本願に取り入れられる。ただし、本願における用語が、取り入れられた文献における用語と矛盾する場合、本願の用語は、取り入れられた文献からの矛盾する用語よりも優先される。
【００７４】
以下の請求項における、対応する構造、材料、作用、および全ての手段の等価物、またはステッププラスファンクション要素は、具体的に記載された他の請求項に記載の要素との組み合わせにおいて機能を実行する、任意の構造、材料、または作用を含むことを意図する。本発明の記載は、本発明を示し説明するために提供されており、記載の形態に本発明が網羅され、本発明が限定されているものと解してはならない。本発明の範囲および思想から逸脱せずに、多くの修正および変更が可能であることは、当業者には明らかである。実施例は、本発明の原理および実際の適用の最良の説明のため、選定、記載されており、当業者には、特定の使用に適した各種変更を含む、本発明の各種実施例が理解できる。
【００７５】
本発明の好適実施例について説明したが、現在または将来の両方において、以下に示す請求項の範囲内で、各種改善および補強が可能であることは、当業者には明らかである。これらの請求項には、最初に記載の本発明の適切な保護が維持されるものと解する必要がある。
【図１】
0006651614.tif 000009