CN111279440A

CN111279440A - 碳纳米管包覆电线

Info

Publication number: CN111279440A
Application number: CN201880070090.8A
Authority: CN
Inventors: 会泽英树; 山崎悟志; 山下智; 畑本宪志
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-06-12
Also published as: US20200258653A1; WO2019083034A1

Abstract

本发明提供一种碳纳米管包覆电线，其具有与由铜或铝等构成的线材相当的优异导电性，并且能够实现优异的轻量化和散热特性，进而绝缘包覆体与芯线之间的粘接性优异。该碳纳米管包覆电线具备：碳纳米管线材，其由单个或多个碳纳米管集合体构成，该碳纳米管集合体由多个碳纳米管构成；以及绝缘包覆层，其包覆该碳纳米管线材，所述碳纳米管线材的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)大于所述绝缘包覆层的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)。

Description

碳纳米管包覆电线

技术领域

本发明涉及利用绝缘材料包覆由多个碳纳米管构成的碳纳米管线材的碳纳米管包覆电线。

背景技术

碳纳米管(以下，有时称作“CNT”)是具有各种特性的原材料，被期待应用于许多领域。

例如，CNT是由单层具有六角形格子状网眼结构的筒状体、或该筒状体大致同轴地配置多层而构成的三维网眼结构体，其轻量且导电性、导热性、机械强度等的诸特性优异。但是，将CNT制成线材并不容易，并且使用CNT作为线材的技术较少。

作为利用了数量少的CNT线的技术的例子，正在研究使用CNT替代形成于多层布线结构的通孔的埋入材料即金属。具体而言，为了降低多层布线结构的电阻，提出使用多层CNT作为2个以上的导线层的层间布线的布线结构，在多层CNT中，从多层CNT的生长基点向远侧的端部以同心状延伸的多层CNT的多个切口分别与导电层接触(专利文献1)。

作为其他示例，为了进一步提高CNT材料的导电性，提出在相邻的CNT线材的电接合点形成由金属等构成的导电性堆积物的碳纳米管材料，该碳纳米管材料能够适用于广泛的用途(专利文献2)。并且，由于CNT线材具有的优异的热传导性，提出了具有将碳纳米管作为基质而制作的热传导构件的加热器(专利文献3)。

另一方面，作为汽车或产业设备等各种各样的领域中的电力线或信号线，使用由一个或多个线材构成的芯线和包覆该芯线的绝缘包覆构成的电线。作为构成芯线的线材的材料，通常，从电气特性的观点出发使用铜或铜合金，但是在近年来，从轻量化的观点出发，提出了铝或铝合金。例如，铝的比重为铜的比重的约1/3，铝的导电率为铜的导电率的约2/3(在以纯铜为100％IACS的基准的情况下，纯铝为约66％IACS)，为了在铝线材流过与铜线材相同的电流，需要使铝线材的截面积大到铜的线材的截面积的约1.5倍，但即使使用这样增大了截面积的铝线材，铝线材的质量也为纯铜的线材的质量的一半左右，因此从轻量化的观点出发，使用铝线材是有利的。

并且，汽车、产业设备等的高性能化、高功能化正在推进，与之相伴，各种电气设备、控制设备等的配设数增加，并且存在用于这些设备的电气布线体的布线数和来自芯线的发热也增加的倾向。因此，要求在不损害绝缘包覆的绝缘性的情况下，提高电线的散热特性。并且，另一方面，为了应对环境，要提高汽车等移动体的燃料效率，因此也要求线材的轻量化。

并且，碳纳米管线材与金属线相比不发生塑性变形而不易断线，因此弯曲角度的范围与金属线相比格外宽。由此，如果对将碳纳米管进行绝缘包覆的碳纳米管电线施加外力，则应力集中于绝缘包覆与碳纳米管线材的界面，从而绝缘包覆容易从芯线剥离。另一方面，为了长时间良好地维持电线的绝缘性，需要防止绝缘包覆体的磨损并提高绝缘包覆体的耐久性。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：日本特开2006-120730号公报；

专利文献2：日本特表2015-523944号公报；

专利文献3：日本特开2015-181102号公报。

发明内容

(发明所要解决的课题)

本发明的目的在于提供具有与由铜或铝等构成的线材相当的优异导电性，并且轻量化与散热特性优异，而且绝缘包覆与芯线之间的粘接性优异的碳纳米管包覆电线。

(用于解决课题的技术手段)

本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，其具备：碳纳米管线材，其具有单个或多个碳纳米管集合体，该碳纳米管集合体由多个碳纳米管构成；以及绝缘包覆层，其包覆该碳纳米管线材，所述碳纳米管线材的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)大于所述绝缘包覆层的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)。

本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，其具备：碳纳米管线材，其具有单个或多个碳纳米管集合体，该碳纳米管集合体由多个碳纳米管构成；以及绝缘包覆层，其包覆该碳纳米管线材，所述碳纳米管线材的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)大于所述绝缘包覆层的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra4)。

本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，其具备：碳纳米管线材，其具有单个或多个碳纳米管集合体，该碳纳米管集合体由多个碳纳米管构成；以及绝缘包覆层，其包覆该碳纳米管线材，所述碳纳米管线材的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)大于所述绝缘包覆层的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)，所述碳纳米管线材的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)大于所述绝缘包覆层的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra4)。

本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，所述碳纳米管线材由多个所述碳纳米管集合体绞合而成。

本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，绞合而成的所述碳纳米管线材的捻数为100T/m以上且14000T/m以下。本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，绞合而成的所述碳纳米管线材的捻数为500T/m以上且14000T/m以下。本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，绞合而成的所述碳纳米管线材的捻数为1000T/m以上且14000T/m以下。本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，绞合而成的所述碳纳米管线材的捻数为2500T/m以上且14000T/m以下。

本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，所述绝缘包覆层的至少一部分与所述碳纳米管线材接触。

本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，所述碳纳米管线材的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)为8.0μm以上且60.0μm以下，所述绝缘包覆层的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)为12.0μm以下。

本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，所述碳纳米管线材的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)为8.0μm以上且45.0μm以下，所述绝缘包覆层的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra4)为15.0μm以下。

本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，在所述碳纳米管线材与所述绝缘包覆层之间设置有金属层。

本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，所述碳纳米管线材由多个所述碳纳米管集合体构成，表示多个该碳纳米管集合体的取向性的、利用小角X射线散射得到的方位图中的方位角的半值宽度Δθ为60°以下。

本发明的实施方式为一种碳纳米管包覆电线，表示多个所述碳纳米管的密度的、利用X射线散射得到的散射强度的(10)峰中的峰顶的q值为2.0nm^-1以上且5.0nm^-1以下，并且半值宽度Δq为0.1nm^-1以上且2.0nm^-1以下。

本发明的实施方式为一种线束，其使用上述的碳纳米管包覆电线。

(发明效果)

使用碳纳米管作为芯线的碳纳米管线材与金属制的芯线不同，在热传导中具有各向异性，并且与径向相比，热量优先在长度方向上传导。即，在碳纳米管线材中，由于散热特性具有各向异性，因此与金属制的芯线相比，具有优异的散热性，并且即使形成绝缘包覆层，也能够进行轻量化。并且，通过使碳纳米管线材的外表面的算术平均粗糙度大于绝缘包覆层的外表面的算术平均粗糙度，从而能够得到兼顾轻量化、散热特性以及绝缘包覆与芯线之间的粘接性的碳纳米管包覆电线。

附图说明

图1是本发明的实施方式例所涉及的碳纳米管包覆电线的说明图。

图2是本发明的实施方式例所涉及的碳纳米管包覆电线中使用的碳纳米管线材的说明图。

图3的(a)是表示利用SAXS得到的多个碳纳米管集合体的散射矢量q的二维散射像的一例的图，图3的(b)是表示在二维散射像中以透过X射线的位置为原点的任意散射矢量q的方位角-散射强度的一例的曲线图。

图4是表示构成碳纳米管集合体的多个碳纳米管的利用WAXS得到的q值-强度的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式例所涉及的碳纳米管包覆电线进行说明。

如图1所示，本发明的实施方式例所涉及的碳纳米管包覆电线(以下，有时称作“CNT包覆电线”)1为在碳纳米管线材(以下，有时称作“CNT线材”)10的外周面包覆绝缘包覆层21的构成。即，沿CNT线材10的长度方向包覆有绝缘包覆层21。在CNT包覆电线1中，CNT线材10的外周面整体由绝缘包覆层21包覆。并且，在CNT包覆电线1中，绝缘包覆层21成为与CNT线材10的外周面直接接触的形态。在图1中，CNT线材10为由1根CNT线材10构成的线材(单线)，但CNT线材10也可以为将多根CNT线材10以规定的捻数绞合而成的绞线。通过将CNT线材10设为绞线的形式，能够适当地调节CNT线材10的等效圆直径、截面积，并且，能够调节CNT线材10的外表面的周向以及长度方向的算术平均粗糙度。

将CNT线材10制成绞线的情况下的捻数没有特别限定，从进一步提高散热性的观点出发，其下限值优选为100T/m，更优选为500T/m，进一步优选为1000T/m，特别优选为2500T/m。另一方面，从CNT线材10的机械强度的观点出发，将CNT线材10制成绞线的情况下的捻数的上限值优选为14000T/m，特别优选为13000T/m。根据以上所述，从CNT线材10的散热性的观点出发，制成绞线的情况下，优选捻数高。

在铜电线等的金属电线中，以单位格子为最小单位，单位格子形成粒块，使该粒块组合而形成导体。在金属电线中，虽然可利用粒块间的粒界妨碍径向的热传导，但其作用较小。因此，可认为在金属电线中，主要由金属电线表面的凹凸的程度确定散热性，若金属电线表面粗糙且凹凸大，则散热性提高。

另一方面，CNT线材10是后述CNT11a集聚而形成，CNT11a是直径为1.0nm～5.0nm左右、直径与长度的纵横比为2000～20000左右的纳米尺寸的线。另外，CNT线材10也有时通过使各CNT11a采取密排六方结构，并且将其捻合汇集而形成CNT线材10。在CNT线材10通电而产生的热量在各个CNT11a、11a……的缺陷部分产生，所以，与CNT11a的中心、外侧无关地产生热量。尤其是CNT11a内部的热量在各CNT11a或者各CNT集合体11彼此不接触时，不会沿径向传递。

因此，CNT线材10的散热性主要由CNT线材10表面的凹凸的程度与各CNT11a或者各CNT集合体11的密合度的平衡来确定。根据以上所述，可认为对于绞线形态的CNT线材10，在CNT线材10的算术平均粗糙度(Ra)相同的情况下，通过增加捻数，CNT线材10的散热性进一步提高。此外，在将金属电线制成绞线的情况下，从机械强度等观点出发，无法像CNT线材10那样提高捻数而进行绞合。

如图2所示，CNT线材10为将单个或多个由具有1层以上的层结构的多个CNT11a、11a、……构成的碳纳米管集合体11(以下，有时称作“CNT集合体”)捆扎而形成。在此，CNT线材是指CNT的比例为90质量％以上的CNT线材。此外，在CNT线材中的CNT比例的计算中，镀敷层和掺杂剂除外。在图2中，CNT线材10为捆扎多个CNT集合体11的构成。CNT集合体11的长度方向形成CNT线材10的长度方向。因此，CNT集合体11为线状。CNT线材10中的多个CNT集合体11、11、……配置成其长轴方向大致一致。因此，CNT线材10中的多个CNT集合体11、11、……是取向的。

CNT线材10可以通过将多个CNT集合体11绞合、捆扎而形成。通过适当选择多个CNT集合体11捆扎的形式，从而能够调节CNT线材10的外表面的周向以及长度方向的算术平均粗糙度。

作为线材的CNT线材10的等效圆直径没有特别限定，例如为0.01mm以上且4.0mm以下。并且，制成绞线的CNT线材10的等效圆直径没有特别限定，例如为0.1mm以上且15mm以下。

CNT集合体11是具有1层以上的层结构的CNT11a的束。CNT11a的长度方向形成CNT集合体11的长度方向。CNT集合体11中的多个CNT11a、11a、……配置成其长轴方向大致一致。因此，CNT集合体11中的多个CNT11a、11a、……是取向的。CNT集合体11的等效圆直径例如为20nm以上且1000nm以下，优选为20nm以上且80nm以下。CNT11a的最外层的宽度尺寸例如为1.0nm以上且5.0nm以下。

构成CNT集合体11的CNT11a是具有单层结构或多层结构的筒状体，分别被称为SWNT(single-walled nanotube，单壁碳纳米管)、MWNT(multi-wallednanotube，多壁碳纳米管)。在图2中，为了方便，仅记载具有2层结构的CNT11a，但在CNT集合体11中，也可以包含具有3层结构以上的层结构的CNT或具有单层结构的层结构的CNT，也可以由具有3层结构以上的层结构的CNT或具有单层结构的层结构的CNT形成。

在具有2层结构的CNT11a中，为具有六角形格子的网眼结构的2个筒状体T1、T2以大致同轴的方式配置的三维网眼结构体，被称为DWNT(Double-walled nanotube，双壁碳纳米管)。作为构成单位的六角形格子是在其顶点配置有碳原子的六元环，并与其他六元环相邻，从而将这些六角形格子连续地键合。

CNT11a的性质取决于上述筒状体的手性(chirality)。手性分为扶手椅型、锯齿型和手性型，扶手椅型呈现金属性行为，锯齿型呈现半导体性以及半金属性行为，手性型呈现半导体性以及半金属性行为。因此，CNT11a的导电性根据筒状体具有哪种手性而大不相同。在构成CNT包覆电线1的CNT线材10的CNT集合体11中，从进一步提高导电性的观点出发，优选增大呈现金属性行为的扶手椅型的CNT11a的比例。

另一方面，已知通过在呈现半导体性行为的手性型的CNT11a中掺杂具有电子给与性或电子接受性的物质(异种元素)，从而手性型的CNT11a呈现金属性行为。并且，在一般的金属中，通过掺杂异种元素，从而引起金属内部的传导电子的散射而降低导电性，但与之同样地，在呈现金属性行为的CNT11a中掺杂异种元素的情况下，引起导电性的下降。

如此，从导电性的观点出发，向呈现金属性行为的CNT11a以及呈现半导体性行为的CNT11a的掺杂效果处于权衡关系，因此理论上优选分别制作呈现金属性行为的CNT11a和呈现半导体性行为的CNT11a，并仅对呈现半导体性行为的CNT11a实施掺杂处理之后，将它们组合。在混合存在的状态下制作呈现金属性行为的CNT11a和呈现半导体性行为的CNT11a的情况下，优选选择利用异种元素或分子的掺杂处理变得有效的CNT11a的层结构。由此，能够进一步提高由呈现金属性行为的CNT11a和呈现半导体性行为的CNT11a的混合物构成的CNT线材10的导电性。

例如，如2层结构或3层结构的层数少的CNT与比其层数多的CNT相比，导电性比较高，并在实施掺杂处理时，在具有2层结构或3层结构的CNT上的掺杂效果最高。因此，从进一步提高CNT线材10的导电性的观点出发，优选增大具有2层结构或3层结构的CNT的比例。具体而言，具有2层结构或3层结构的CNT相对于CNT整体的比例优选为50个数％以上，更优选为75个数％以上。具有2层结构或3层结构的CNT的比例能够通过利用透射型电子显微镜(TEM)对CNT集合体11的截面进行观察以及分析，对50～200个的CNT的各自的层数进行测量来计算。

接下来，对CNT线材10中的CNT11a以及CNT集合体11的取向性进行说明。

图3的(a)是表示利用小角X射线散射(SAXS)得到的多个CNT集合体11、11、……的散射矢量q的二维散射像的一例的图，图3的(b)是表示方位图之一例的曲线图，示出在二维散射像中，以透过X射线的位置为原点的任意的散射矢量q的方位角-散射强度的关系。

SAXS适于评价几nm～几十nm的大小的结构等。例如，通过使用SAXS，利用以下的方法对X射线散射图像的信息进行分析，从而能够对外径为几nm的CNT11a的取向性以及外径为几十nm的CNT集合体11的取向性进行评价。例如，如果针对CNT线材10进行X射线散射像分析，则如图3的(a)所示，与CNT集合体11的散射矢量q(q＝2π/d：d为晶格面间隔)的x成分即q_x相比，y成分即q_y相对窄地分布。并且，针对与图3的(a)相同的CNT线材10，对SAXS的方位图进行分析的结果为，图3的(b)所示的方位图中方位角的半值宽度Δθ为48°。从这些分析结果可见，在CNT线材10中，多个CNT11a、11a……以及多个CNT集合体11、11、……具有良好的取向性。如此，多个CNT11a、11a……以及多个CNT集合体11、11、……具有良好的取向性，因此CNT线材10的热量沿CNT11a或CNT集合体11的长度方向顺畅地传递的同时容易散热。因此，CNT线材10通过调节上述CNT11a以及CNT集合体11的取向性，从而能够在长度方向、直径的截面方向调节散热路径，由此与金属制的芯线相比，发挥更优异的散热特性。此外，取向性是指内部的CNT以及CNT集合体的矢量相对于将CNT绞合制作的绞线的长度方向的矢量V的角度差。

通过得到示出多个CNT集合体11、11、……的取向性的、利用小角X射线散射(SAXS)得到的方位图中的方位角的半值宽度Δθ所表示的一定以上的取向性，从进一步提高CNT线材10的散热特性的观点出发，优选方位角的半值宽度Δθ为60°以下，特别优选为50°以下。

接下来，对构成CNT集合体11的多个CNT11a的排列构造以及密度进行说明。

图4是表示构成碳纳米管集合体11的多个CNT11a、11a、……的、利用WAXS(广角X射线散射)的q值-强度的关系的曲线图。

WAXS适于评价几nm以下的大小的物质的结构等。例如，通过使用WAXS，利用以下的方法对X射线散射图像的信息进行分析，从而能够评价外径为几nm以下的CNT11a的密度。针对任意的1个CNT集合体11，对散射矢量q和强度的关系进行分析后的结果为，如图4所示，测定由在q＝3.0nm^-1～4.0nm^-1附近观察到的(10)峰的峰顶的q值而估计的晶格常数的值。基于该晶格常数的测量值和利用拉曼分光法或TEM等观测的CNT集合体的直径，能够确认CNT11a、11a、……在俯视时形成了密排六方结构的情况。因此，通过在CNT线材10中多个CNT集合体的直径分布窄，且多个CNT11a、11a、……规律地排列，即具有高密度，从而可认为形成了密排六方结构并以高密度存在。如此，多个CNT集合体11、11……具有良好的取向性的同时，进而构成CNT集合体11的多个CNT11a、11a、……规律地排列并以高密度配置，因此CNT线材10的热量沿CNT集合体11的长度方向顺畅地传递的同时容易散热。因此，CNT线材10通过调节上述CNT集合体11和CNT11a的排列结构、密度，从而能够在长度方向、直径的截面方向上调节散热路径，由此与金属制的芯线相比，发挥更优异的散热特性。

从通过得到高密度来进一步提高散热特性的观点出发，优选表示多个CNT11a、11a、……的密度的、利用X射线散射得到的散射强度的(10)峰中的峰顶的q值为2.0nm^-1以上且5.0nm^-1以下，且半值宽度Δq(FWHM)为0.1nm^-1以上且2.0nm^-1以下。

CNT集合体11以及CNT11a的取向性以及CNT11a的排列结构及密度能够通过适当地选择后述的干式纺丝、湿式纺丝、液晶纺丝等纺丝方法和该纺丝方法的纺丝条件进行调节。

接下来，对包覆CNT线材10的外表面的绝缘包覆层21进行说明。

作为绝缘包覆层21的材料，可以使用用于将金属用作芯线的包覆电线的绝缘包覆层的材料，例如，可列举热塑性树脂。作为热塑性树脂，例如，可列举聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯、聚丙烯、聚缩醛、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、丙烯酸树脂等。作为热固性树脂，例如，可以列举聚酰亚胺、酚醛树脂等。这些树脂可以单独使用，也可以适当混合2种以上来使用。

如图1所示，绝缘包覆层21可以设为一层，取而代之，也可以设为两层以上。并且，根据需要，在CNT线材10的外表面与绝缘包覆层21之间，还可以设置热固性树脂的层。

在CNT包覆电线1中，芯线为与铜或铝等相比更轻量的CNT线材10，而能够使绝缘包覆层21的厚度薄壁化，并能够使由绝缘包覆层包覆的电线轻量化，并且，能够在不损害绝缘可靠性的情况下，得到CNT线材10的对于热量优异的散热特性。

并且，在CNT包覆电线1中，为CNT线材10的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)大于绝缘包覆层21的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)的形态，或者为CNT线材10的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)大于绝缘包覆层21的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra4)的形态，或者为CNT线材10的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)大于绝缘包覆层21的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)并且CNT线材10的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)大于绝缘包覆层21的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra4)的形态中的任一种。

通过使CNT线材10的外表面的算术平均粗糙度(Ra)大于绝缘包覆层21的外表面的算术平均粗糙度(Ra)，从而绝缘包覆层21与CNT线材10之间的粘接性提高，并防止绝缘包覆层21从CNT线材10剥离，而能够长时间良好地维持CNT包覆电线1的绝缘性。并且，通过使绝缘包覆层21的外表面的算术平均粗糙度(Ra)小于CNT线材10的外表面的算术平均粗糙度(Ra)，从而散热性提高。

在CNT线材10的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)为比绝缘包覆层21的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)大的值的情况下，从进一步提高周向的绝缘包覆层21与CNT线材10之间的粘接性和散热性并且防止CNT线材10的局部放电的观点出发，优选为8.0μm以上且60.0μm以下，特别优选为30.0μm以上且56.0μm以下。若绝缘包覆层21的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)为比CNT线材10的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)小的值，则没有特别限定，从进一步提高在周向上的粘接性和散热性的观点出发，优选为15.0μm以下，更优选为12.0μm以下，特别优选为6.0μm以上且12.0μm以下。

并且，在上述形态的情况下，CNT线材10的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)/绝缘包覆层21的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)的值超过1.0，优选为1.3～10.0，特别优选为3.0～9.0。

并且，在CNT线材10的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)为比绝缘包覆层21的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra4)大的值的情况下，从进一步提高长度方向的绝缘包覆层21与CNT线材10之间的粘接性和散热性并且防止CNT线材10的局部放电的观点出发，优选为8.0μm以上且45.0μm以下，特别优选为25.0μm以上且43.0μm以下。并且，若绝缘包覆层21的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra4)为比CNT线材10的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)小的值，则没有特别限定，从进一步提高在长度方向上的绝缘包覆体的耐久性的观点出发，优选为15.0μm以下，特别优选为5.0μm以上且10.0μm以下。

并且，在上述形态的情况下，CNT线材10的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)/绝缘包覆层21的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra4)的值超过1.0，优选为1.4～10.0，特别优选为2.0～5.0。

上述的周向的算术平均粗糙度以及长度方向的算术平均粗糙度均为使用非接触式表面粗糙度测量器而测量出的值。周向的算术平均粗糙度为在CNT包覆电线1的任意的部位在长度方向上每10cm测量10个部位的值的平均值。并且，CNT包覆电线1的长度方向的算术平均粗糙度的测量区域是整个CNT包覆电线1当中的具有长度100cm的任意的区域。

通过调整绝缘包覆层21的材料即树脂种类或通过在利用挤出包覆在CNT线材10的外周面形成绝缘包覆层21的情况下调整挤出条件，从而能够调节绝缘包覆层21的外表面的周向以及长度方向的算术平均粗糙度。

并且，在CNT线材10与绝缘包覆层21之间，可以设置金属层。在设置有所述金属层的情况下，CNT包覆电线1的绝缘包覆层21为与CNT线材10的外周面不接触的形态。所述金属层可以在CNT线材10的外表面整体形成，也可以在其一部分上形成。

通过在CNT线材10与绝缘包覆层21之间设置金属层，从而能够调整绝缘包覆层21的外表面的周向以及长度方向的算术平均粗糙度，并将算术平均粗糙度的值均匀化。因此，能够在绝缘包覆层21整体，更均匀地提高耐磨损性。

作为金属层，例如，可以列举通过对CNT线材10的外表面的长度方向进行镀敷处理而形成的金属镀敷层。作为上述镀敷，没有特别限定，但是例如可以列举焊料镀敷、镀铜、镀镍、镀镍-锌合金、镀钯、镀钴、镀锡、镀银等。上述金属镀敷层可以是一层，也可以是多层。

接下来，对本发明的实施方式例所涉及的CNT包覆电线1的制造方法示例进行说明。CNT包覆电线1通过如下方式制作：首先，制造CNT11a，并由得到的多个CNT11a形成CNT线材10，且在CNT线材10的外周面包覆绝缘包覆层21，从而能够制造出CNT包覆电线1。

CNT11a能够利用浮游催化法(日本专利第5819888号)、基板法(日本专利第5590603号)等方法来制作。CNT线材10的线材能够利用干式纺丝(日本专利第5819888号、日本专利第5990202号、日本专利第5350635号)、湿式纺丝(日本专利第5135620号、日本专利第5131571号、日本专利第5288359号)、液晶纺丝(日本特表2014-530964号公报)等来制作。

在如上所述得到的CNT线材10的外周面包覆绝缘包覆层21的方法能够使用在铝或铜的芯线包覆绝缘包覆层的方法，例如，能够列举使绝缘包覆层21的原料即热塑性树脂熔融，并挤出包覆于CNT线材10的周围的方法。

本发明的实施方式例所涉及的CNT包覆电线1能够作为线束等的一般电线使用，并且，也可以由使用CNT包覆电线1的一般电线制作线缆。

【实施例】

接下来，对本发明的实施例进行说明，但只要不超出本发明的主旨，就不限于下述实施例。

实施例1～32、比较例1～8

关于CNT线材的制造方法

首先，利用由浮游催化法制作的CNT进行直接纺丝的干式纺丝方法(日本专利第5819888号)或者进行湿式纺丝的方法(日本专利第5135620号、日本专利第5131571号、日本专利第5288359号)，从而得到由多个等效圆直径5mm的CNT线材构成的绞线。

关于在CNT线材的外表面包覆绝缘包覆层的方法

使用下述表1的树脂，进行挤出包覆，从而在CNT线材的外表面沿长度方向形成平均厚度2.3mm的包覆层，由此制作出下述表1的实施例和比较例中使用的CNT包覆电线。

CNT线材的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)的测量、绝缘包覆层的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)的测量、CNT线材的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)的测量、绝缘包覆层的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra4)的测量

上述Ra1～Ra4都通过以下的3个方法求出。

使用原子力显微镜求出表面凹凸，由其计算出Ra＜0.01μm的值。

使用内置有多个检测器的扫描型电子显微镜求出CNT线材以及绝缘包覆层的表面形状。从其表面形状计算出0.01≤Ra＜1.00μm的值。

使用激光显微镜求出表面形状，并从其计算出1.00≤Ra≤100μm的值。

将CNT包覆电线的上述各测量的结果示于下述表1。

对于如上所述制作的CNT包覆电线，进行以下的评价。

(1)CNT线材的捻数的测量

在绞线的情况下，将多个单线捆扎，在将一端固定的状态下，将另一端扭转给定的次数，由此制成绞线。捻数由将扭转的次数(T)除以线的长度(m)所得的值(单位：T/m)来表示。

(2)粘接性

用直径12mm的心轴夹住CNT包覆电线，在该CNT包覆电线上吊1Kg的重量的重物，并使其左右弯曲各90度(合计180度)。

在10万次的弯曲试验中，如果没有观察到绝缘包覆层从CNT线材的剥离，则设为○，如果观察到若干剥离，则设为△，若观察到剥离，则设为×。

(3)周向的散热性

作为周向的散热性的评价方法，采用激光闪光法。将CNT包覆电线埋入树脂，并研磨至其侧面露出于表面。对研磨后的试样照射激光脉冲光，用红外线传感器测量另一个面的温度，并测量温度的时间变化。

(4)起因于绞合的散热性

作为起因于绞合的散热性的评价方法，采用激光闪光法。将CNT裸电线埋入树脂，并研磨至其侧面露出于表面。对研磨后的试样照射激光脉冲光，用红外线传感器测量另一个面的温度，并测量温度的时间变化。

(5)CNT包覆电线的散热性(长度方向)

在100cm的CNT包覆电线的两端连接4根端子，利用四端子法进行电阻测量。此时，设定施加电流为2000A/cm²，并记录电阻值的时间变化。将测量开始时和经过10分钟后的电阻值进行比较，计算其增加率。CNT电线的电阻与温度成比例地增加，因此能够判断为：电阻的增加率越小，则散热性越优异。将电阻的增加率小于10％的情况设为◎，将10％以上且小于13％的情况设为○，将13％以上且小于15％的情况设为△，将15％以上的情况设为×。

将上述评价的结果在下述表1中示出。

【表1】

如上述表1所示，在CNT线材的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)大于绝缘包覆层的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)、并且/或者CNT线材的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)大于绝缘包覆层的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra4)的实施例1～32中，与绝缘包覆层的树脂种类无关，CNT线材与绝缘包覆层之间的粘接力以及绝缘包覆层的粘接性优异，也能够在长度方向上得到优异的散热性。并且，在实施例1～32中，均能够得到良好的周向的散热性。

并且，在CNT线材的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)大于绝缘包覆层的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)、且CNT线材的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)大于绝缘包覆层的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra4)的实施例1～4、7～20、23～32中，与绝缘包覆层的树脂种类无关，能够更可靠地提高CNT线材与绝缘包覆层之间的粘接力以及绝缘包覆层的粘接性，能够更可靠地得到在长度方向上优异的散热性。

并且，与CNT线材的捻数为100T/m～450T/m的实施例7、8、21、22相比，绞合数为650T/m～14000T/m的实施例不仅周向的散热性，而且起因于绞合的散热性也良好。因此，判明增大CNT线材的捻数有助于长度方向的散热性的进一步提高。特别是，伴随着CNT线材的捻数的增大，起因于绞合的散热性也提高，结果是，有助于长度方向的散热性的提高。

另一方面，在绝缘包覆层的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra2)大于CNT线材的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)、且绝缘包覆层的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra4)大于CNT线材的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)的比较例1～8中，无法兼顾粘接性和长度方向的散热性。

并且，在绞合数为1505T/m～9804T/m和提高了绞合的程度的比较例3、4、7、8中，虽然起因于绞合的散热性提高，但没有得到CNT包覆电线的散热性。这可以认为是由于CNT线材的外表面的周向的算术平均粗糙度(Ra1)和CNT线材的外表面的长度方向的算术平均粗糙度(Ra3)较低，周向的散热性低。

符号说明

1碳纳米管包覆电线；10碳纳米管线材；11碳纳米管集合体；11a碳纳米管；21绝缘包覆层。

Claims

1.一种碳纳米管包覆电线，其具备：

碳纳米管线材，其由单个或多个碳纳米管集合体构成，该碳纳米管集合体由多个碳纳米管构成；以及

绝缘包覆层，其包覆该碳纳米管线材，

所述碳纳米管线材的外表面的周向的算术平均粗糙度Ra1大于所述绝缘包覆层的外表面的周向的算术平均粗糙度Ra2。

2.一种碳纳米管包覆电线，其具备：

绝缘包覆层，其包覆该碳纳米管线材，

所述碳纳米管线材的外表面的长度方向的算术平均粗糙度Ra3大于所述绝缘包覆层的外表面的长度方向的算术平均粗糙度Ra4。

3.一种碳纳米管包覆电线，其具备：

绝缘包覆层，其包覆该碳纳米管线材，

所述碳纳米管线材的外表面的周向的算术平均粗糙度Ra1大于所述绝缘包覆层的外表面的周向的算术平均粗糙度Ra2，所述碳纳米管线材的外表面的长度方向的算术平均粗糙度Ra3大于所述绝缘包覆层的外表面的长度方向的算术平均粗糙度Ra4。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的碳纳米管包覆电线，其中，

所述碳纳米管线材由多个所述碳纳米管集合体绞合而成。

5.根据权利要求4所述的碳纳米管包覆电线，其中，

绞合而成的所述碳纳米管线材的捻数为100T/m以上且14000T/m以下。

6.根据权利要求4所述的碳纳米管包覆电线，其中，

绞合而成的所述碳纳米管线材的捻数为500T/m以上且14000T/m以下。

7.根据权利要求4所述的碳纳米管包覆电线，其中，

绞合而成的所述碳纳米管线材的捻数为1000T/m以上且14000T/m以下。

8.根据权利要求4所述的碳纳米管包覆电线，其中，

绞合而成的所述碳纳米管线材的捻数为2500T/m以上且14000T/m以下。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的碳纳米管包覆电线，其中，

所述绝缘包覆层的至少一部分与所述碳纳米管线材接触。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的碳纳米管包覆电线，其中，

所述碳纳米管线材的外表面的周向的算术平均粗糙度Ra1为8.0μm以上且60.0μm以下，所述绝缘包覆层的外表面的周向的算术平均粗糙度Ra2为12.0μm以下。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的碳纳米管包覆电线，其中，

所述碳纳米管线材的外表面的长度方向的算术平均粗糙度Ra3为8.0μm以上且45.0μm以下，所述绝缘包覆层的外表面的长度方向的算术平均粗糙度Ra4为15.0μm以下。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的碳纳米管包覆电线，其中，

在所述碳纳米管线材与所述绝缘包覆层之间设置有金属层。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的碳纳米管包覆电线，其中，

所述碳纳米管线材由多个所述碳纳米管集合体构成，表示多个该碳纳米管集合体的取向性的、利用小角X射线散射得到的方位图中的方位角的半值宽度Δθ为60°以下。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的碳纳米管包覆电线，其中，

表示多个所述碳纳米管的密度的、利用X射线散射得到的散射强度的(10)峰中的峰顶的q值为2.0nm^-1以上且5.0nm^-1以下，并且半值宽度Δq为0.1nm^-1以上且2.0nm^-1以下。

15.一种线束，其使用权利要求1至14中任一项所述的碳纳米管包覆电线。