CN116670983A - 旋转构件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种重量轻且具有更高抗拉强度的旋转构件及其制造方法。高速旋转的旋转构件是将复合材料(10)作为增强纤维的碳纤维增强成型体。复合材料(10)在构成复合材料(10)的碳纤维束(12)的各碳纤维(11)的表面上形成有由多根碳纳米管(17)构成的结构体(14)。碳纳米管(17)具有弯曲形状。碳纳米管(17)以各种姿态附着在作为曲面的碳纤维(11)的表面上而形成结构体(14)。第一上浆剂通过碳纳米管(17)的官能团与碳化二亚胺基反应得到的来自碳化二亚胺的结构，使直接接触的碳纳米管(17)彼此交联。

Description

旋转构件及其制造方法
技术领域
本发明涉及旋转构件及其制造方法。
背景技术
作为高速旋转的旋转构件，已知有例如表面磁铁型电动机的嵌于转子外的旋转构件(例如，参照专利文献1)。在表面磁铁型电动机的转子上，在其外周面组装有多个永久磁铁，为了防止这些永久磁铁因离心力而从转子剥离并飞散，使转子压嵌于旋转构件的中空的内部。在旋转构件上作用有朝向其径向外侧的来自永久磁铁的力，因此，要求旋转构件的周向具有较高的抗拉强度。另外，离心力也作用于旋转构件自身的质量。因此，作为旋转构件，已知有将碳纤维作为增强纤维的碳纤维增强塑料制成的旋转构件。此外，作为高速旋转的旋转构件，还有用于离心分离的离心分离机的筒状的旋转滚筒等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2003-319581号公报
发明内容
发明要解决的课题
由上述那样的碳纤维增强塑料制作的旋转构件重量轻，抗拉强度也高，但对应于表面磁铁型电动机或离心分离机的更高速的旋转，期望有更高的抗拉强度。
本发明的目的在于提供一种轻量且具有更高抗拉强度的旋转构件及其制造方法。
用于解决课题的手段
本发明的旋转构件，为沿周向旋转的旋转构件，包括：沿周向卷绕的碳纤维、包埋所述碳纤维的基体树脂、以及结构体，所述结构体由具有弯曲部的弯曲形状的多根碳纳米管构成，形成具有所述碳纳米管彼此直接接触的接触部的网络结构，所述结构体设置在所述碳纤维的表面。
本发明的旋转构件的制造方法包括：结构体形成工序，使碳纤维浸渍于分散有具有弯曲部的弯曲形状的碳纳米管且施加了超声波振动的分散液中，使多根所述碳纳米管附着在所述碳纤维上，在所述碳纤维的表面形成具备网络结构的结构体，其中，所述网络结构具有所述碳纳米管彼此直接接触的接触部；以及成形工序，在形成有所述结构体的所述碳纤维上涂敷基体树脂，将涂敷了所述基体树脂的所述碳纤维卷绕在芯轴上，使所述基体树脂固化后拔出所述芯轴。
发明效果
根据本发明，由于是基体树脂包埋碳纤维的结构，其中，所述碳纤维表面形成有碳纳米管构成的结构体，因此能够提供轻量且抗拉强度更高的旋转构件。
附图说明
图1是表示根据实施方式的表面磁铁型电动机的主要部分的结构的说明图。
图2是表示旋转构件中的复合材料的局部剖视图。
图3是表示复合材料的结构的说明图。
图4是表示第一上浆剂附着于CNT的附着状态的说明图。
图5是表示CNT彼此接触的接触部中的第一上浆剂的附着状态的说明图。
图6是表示第一上浆剂向CNT附着的其他附着状态的说明图。
图7是表示CNT彼此接触的接触部中的第一上浆剂的其他附着状态的说明图。
图8是表示制作旋转构件的步骤的概要的说明图。
图9是表示在碳纤维上附着CNT的附着装置的配置的说明图。
图10是表示在导向辊上处于已开纤状态的碳纤维束的说明图。
图11是表示分散液中的碳纤维的通过位置的说明图。
图12是表示长丝卷绕机的例子的立体图。
图13是表示树脂赋予装置的例子的说明图。
图14是表示在使基体树脂固化时使加热温度阶段性地变化的例子的图。
图15是表示碳纤维彼此交联后的状态的说明图。
图16是表示使用了复合材料的棒经由X射线CT检测的内部结构的图像。
图17是表示使用了碳纤维原丝的棒经由X射线CT检测的内部结构的图像。
图18是表示第二上浆剂附着于CNT的附着状态的说明图。
图19是表示实施例中使用的材料CNT的弯曲状态的SEM照片。
图20是表示实施例3的三点弯曲试验的结果的图。
图21是表示实施例4的NOL环试验的结果的图。
图22是表示实施例5的通过碎裂法测定的切断纤维长度的图。
图23是表示第一上浆剂附着于上浆剂质量比率Rm为0.8％的结构体的附着状态的SEM照片。
图24是表示第一上浆剂附着于上浆剂质量比率Rm为1.1％的结构体的附着状态的SEM照片。
图25是表示第一上浆剂附着于上浆剂质量比率Rm为1.5％的结构体的附着状态的SEM照片。
图26是表示实施例6、比较例6中的NOL环试验的结果的图。
图27是对实施例6、比较例6的NOL环试验的结果中纤维体积含有率为60％以上、抗拉强度(指标值)为90以上的区域进行放大表示的图。
图28是表示在断层破坏模式下被破坏的环试验片的照片。
图29是表示在层间破坏模式下被破坏的环试验片的照片。
图30是表示从实施例8的环试验片取出的观察样品的截面的SEM照片。
图31是表示从比较例8的环试验片取出的观察样品的截面的SEM照片。
图32是对从实施例8的环试验片取出的观察样品的截面进一步放大表示的FE-SEM照片。
图33是对从比较例8的环试验片取出的观察样品的截面进一步放大表示的FE-SEM照片。
具体实施方式
图1表示根据实施方式的旋转构件2。该例的旋转构件2作为表面磁铁型电动机3的防飞散构件而设置。旋转构件2是环状体，在本例中是圆筒形状。旋转构件2外嵌在转子4上。即，旋转构件2在其中空的内部通过压入而嵌入并固定转子4，与转子4一体旋转。因此，旋转构件2沿其周向旋转。在转子4的外周面，沿转子4的周向隔开规定的间隔埋入有多个永久磁铁5。在转子4高速旋转时，旋转构件2抵抗离心力而抑制永久磁铁5，以使永久磁铁5不会因作用于其上的离心力而向转子4的径向外侧剥离并飞散。另外，旋转构件2也可以是宽度窄(轴心方向的长度短)的环状等。另外，也可以将多个宽度窄的环状构件组合使用。
如图2所示，旋转构件2是具有复合材料10和基体树脂M的碳纤维增强成型体(碳纤维增强塑料)，其中，基体树脂M包埋该复合材料10的碳纤维11(参照图3)。复合材料10(碳纤维11)沿旋转构件2的周向即旋转方向(图中A方向)卷绕，多个复合材料10在旋转构件2的径向形成一层以上的纤维层。纤维层由在轴心方向上紧密排列的复合材料10构成。
复合材料10沿旋转构件2的周向卷绕。所谓沿旋转构件2的周向卷绕，是指复合材料10具有沿旋转构件2的周向的成分，即相对于旋转构件2的轴心方向以规定的斜交角度(≠0°)卷绕。因此，如后所述，纤维层通过在芯轴的外周面上以相对于其轴心大致成直角(斜交角度≈90°)的方式卷绕复合材料10的环向卷绕(平行卷绕)或者以相对于轴心小于90°的斜交角度卷绕复合材料10的螺旋卷绕(helical卷绕)而形成。根据旋转构件2所需的特性，斜交角度用于防止环组装时等情况下环箍层发生变形损坏，可以确定为任意值。在存在多个纤维层的情况下，可以针对每个纤维层确定斜交角度。
另外，在图2中，为了便于说明，夸张地描绘了复合材料10，另外，为了能够进行区分将一个一个的复合材料10的截面画成了圆形，但实际上不能这样区分。
[复合材料]
在图3中，复合材料10包括将多根连续的碳纤维11集束而成的碳纤维束12。在各碳纤维11的表面上分别形成有结构体14，对结构体14赋予第一上浆剂15(参照图4)。
构成碳纤维束12的碳纤维11实质上不相互缠绕，各碳纤维11的纤维轴方向一致。纤维轴方向是碳纤维11的轴向(延伸方向)。在该例中，碳纤维束12由12,000根碳纤维11构成。构成碳纤维束12的碳纤维11的根数没有特别限定，例如可以在10,000根以上且100,000根以下的范围内。另外，在图3中，为了便于图示，仅描绘了十几根碳纤维11。另外，在该例中，以具有上述结构体14和第一上浆剂15的多根碳纤维11作为复合材料10，但复合材料10也可以是具有上述结构体14和第一上浆剂15的一根碳纤维11。另外，在以下的说明中，有时将表面形成有结构体14的纤维(在本例中为碳纤维11)与该结构体14一起称为CNT复合纤维。
碳纤维束12中的碳纤维11的缠绕可以根据碳纤维11的紊乱程度进行评价。例如，利用扫描电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscope)以一定倍率观察碳纤维束12，测定所观察的范围(碳纤维束12的规定长度的范围)中的规定根数(例如10根)的碳纤维11的长度。基于由该测定结果得到的规定根数的碳纤维11的长度偏差、最大值和最小值的差、标准偏差，能够评价碳纤维11的紊乱程度。另外，碳纤维11实质上不相互缠绕的情况，例如也可以按照JIS L1013：2010《化纤纱线的试验方法》的交织度测定方法来测定交织度并进行判断。测定的交织度越小，碳纤维束12中的碳纤维11彼此的缠绕越少。
碳纤维11彼此实质上不相互缠绕或缠绕较少的碳纤维束12容易使碳纤维11均匀地开纤。由此，容易使CNT17均匀地附着在作为原丝的各碳纤维11上，另外，在CNT复合纤维中，基体树脂M均匀地含浸在碳纤维束12中，能够使每根碳纤维11对强度做出贡献。
碳纤维11没有特别限定，可以使用聚丙烯腈、人造丝、沥青等来源于石油、煤、煤焦油的有机纤维通过烧成得到的PAN系、沥青系的碳纤维、来源于木材或植物纤维的有机纤维通过烧成得到的碳纤维等，也可以使用市售的碳纤维。另外，对于碳纤维11的直径和长度也没有特别限定。碳纤维11可以优选使用其直径为约5μm以上且20μm以下的范围内的碳纤维，更优选使用5μm以上且10μm以下的范围内的碳纤维。碳纤维11可以优选使用长形的碳纤维，其长度优选为50m以上，更优选为100m以上且100,000m以下的范围内，进一步优选为100m以上且10,000m以下的范围内。另外，在作为预浸料坯、碳纤维增强成型体时，也可以将碳纤维11截短。
如上所述，在碳纤维11的表面上形成有结构体14。结构体14是多根碳纳米管(以下称为CNT)17相互缠绕而成的结构体。构成结构体14的CNT17通过在碳纤维11的表面的大致整体均匀地分散并相互缠绕，从而形成多根CNT17以相互缠绕的状态连接的网络结构。这里所说的连接包括物理连接(单纯的接触)和化学连接。CNT17彼此直接接触，在它们之间不存在表面活性剂等分散剂或粘接剂等夹杂物。
构成结构体14的一部分CNT17直接附着固定在碳纤维11的表面上。由此，结构体14直接附着在碳纤维11的表面上。CNT17直接附着在碳纤维11的表面上是指CNT17和碳纤维11的表面之间不存在表面活性剂等分散剂或粘接剂等，CNT17直接附着在碳纤维11上，其附着(固定)是通过范德华力结合的。由于构成结构体14的一部分CNT17直接附着在碳纤维11的表面上，从而成为结构体14不经由分散剂或粘接剂等而直接接触碳纤维11的表面的状态。
另外，在构成结构体14的CNT17中，有的不与碳纤维11的表面直接接触，而是通过与其他的CNT17缠绕而固定在碳纤维11上。另外，也有的CNT17直接附着在碳纤维11的表面上并且通过与其他的CNT17缠绕而固定在碳纤维11上。以下的说明中，将CNT17向这些碳纤维11的固定统称为向碳纤维11附着。另外，CNT17缠绕或相互缠绕的状态中，包括CNT17的一部分被按压在其他的CNT17上的状态。
构成结构体14的CNT17，除了如上所述直接附着于碳纤维11的表面之外，还有不与碳纤维11的表面直接接触而通过与其他的CNT17缠绕等固定于碳纤维11的。因此，该例的结构体14与如现有的复合材料的结构体那样仅由直接附着在碳纤维表面的CNT构成的结构体相比，具有更多的CNT17。即，附着于碳纤维11的CNT17的根数多于现有结构中附着于碳纤维的CNT的根数。
如上所述，由于多根CNT17在彼此的表面上不经由夹杂物而相互连接构成结构体14，因此复合材料10发挥来源于CNT的导电性和热传导性的性能。另外，由于CNT17没有经由夹杂物而附着在碳纤维11的表面上，因此构成结构体14的CNT17不易从碳纤维11的表面剥离，在包含复合材料10的旋转构件2中，包括抗拉强度在内的机械强度得到提高。
如上所述，在旋转构件2中，基体树脂M含浸固化于由形成有结构体14的多根碳纤维11即多根CNT复合纤维构成的碳纤维束12中。由于结构体14含浸有基体树脂M，因此各碳纤维11的结构体14与碳纤维11的表面一起固定于基体树脂M。由此，各碳纤维11在与基体树脂M牢固粘接的状态下，即碳纤维11与基体树脂M的界面粘接强度提高，旋转构件2的抗拉强度提高。
如后所述，通过使CNT17成为弯曲形状，与使用直线性较高的CNT的情况相比，增加了CNT17向碳纤维11的附着根数，增大了结构体14的厚度，并且构成CNT17如无纺布的纤维那样被编入的结构体14。在旋转构件2的各碳纤维11的周围，形成有在结构体14中含浸基体树脂M而固化的区域(以下称为复合区域)18(参照图14)。通过形成这样的复合区域18，碳纤维11与基体树脂M的界面粘接强度进一步提高，旋转构件2的抗拉强度进一步提高。另外，通过将CNT17置于相邻的碳纤维11之间的树脂部分中，从而使得碳纤维间的相互作用变强，碳纤维11中存在的由缺陷引起的强度降低受到相邻的其他碳纤维11的抑制，因此，缺陷引起的强度下降受到抑制。
另外，作为通过在碳纤维11的表面附着CNT17以及形成厚度较大的无纺布状的结构体14而提高的碳纤维增强成型体(旋转构件2)的特性，除了抗拉强度以外，还有弹性模量、振动衰减特性(减振性)、对于反复弯曲的耐久性等。
分别形成于多根碳纤维11上的结构体14是相互独立的结构，一根碳纤维11的结构体14和其他碳纤维11的结构体14不共有相同的CNT17。即，设置于一根碳纤维11的结构体14所包含的CNT17不包含在其他碳纤维11上所设置的结构体14中。
如图4所示，第一上浆剂15以包覆CNT17彼此相互直接接触的接触部的状态赋予到CNT17上。第一上浆剂15具有存在于CNT17的表面上的官能团(例如，羟基(-OH)和羧基(-COOH)等亲水基团)与由碳化二亚胺化合物的碳化二亚胺基团(-N＝C＝N-)反应产生的来自碳化二亚胺的结构。即，第一上浆剂15通过来自碳化二亚胺的结构使直接接触的CNT17彼此交联。因此，CNT17彼此由它们相互直接接触的接触部和第一上浆剂15固定。
对CNT17的表面赋予官能团的方法没有特别限定，可以通过制作CNT17后进行的各种处理，作为处理结果实现官能团的赋予，也可以通过官能团赋予处理进行赋予。官能团赋予处理例如可以使用以湿式的方式进行的阳极电解氧化法或臭氧氧化法等。如果在将第一上浆剂15赋予结构体14的第一上浆处理时CNT17的表面具有官能团，则对将官能团赋予CNT17的表面的时机不做特别限定。
碳化二亚胺化合物是以n为1以上的整数、含有两个以上式(1)所示结构的化合物。R例如为烃。作为烃，可以举出脂肪族烃、脂环式烃、芳香族烃。
[化学式1]
作为碳化二亚胺化合物，例如日本特开2007-238753号公报等中记载的那样，可以使用作为水性树脂用固化剂等所使用的物质，也可以使用市售品。作为碳化二亚胺化合物的市售品，例如可以举出“CarbodiliteV-02”(商品名，日清纺化学公司制)等。具有亲水链段的碳化二亚胺化合物溶解在水中，用作使CNT17彼此交联的水性交联剂。
如图5所示，在接触部的CNT17彼此保持直接接触，并且在各CNT17的表面接近的接触部周围，CNT17彼此通过第一上浆剂15交联。
如上所述，第一上浆剂15用作交联剂以使构成结构体14的相接触的CNT17彼此交联，从而使CNT17彼此附着的状态更牢固，并且使结构体14更难以被破坏。
另外，如图4所示，第一上浆剂15以包覆碳纤维11和与其直接接触的CNT17的接触部的状态附着在碳纤维11和CNT17上。第一上浆剂15与CNT17彼此的情况相同，通过其碳化二亚胺基与碳纤维11和CNT17的表面的官能团反应而产生的来自碳化二亚胺的结构，使碳纤维和CNT17交联。这样，第一上浆剂15通过使碳纤维和CNT17交联，使CNT17附着在碳纤维11上的状态更牢固，使结构体14不易从碳纤维11剥离。
通过上述第一上浆剂15，在制造复合材料10或旋转构件2时，可以抑制结构体14从碳纤维11的脱落、CNT17从结构体14的脱落，由此可以防止界面粘接强度的降低进而防止旋转构件2的包含抗拉强度在内的特性的降低，能够得到均匀的优选特性。
需要说明的是，如果CNT17彼此保持直接接触，并且CNT17彼此在直接接触的接触部周围通过第一上浆剂15交联，则CNT17可以如上所述被第一上浆剂15包覆，或者如图6和图7所示CNT17也可以不被包覆。类似地，如图6所示，如果碳纤维11和CNT17保持直接接触，并且碳纤维11和CNT17在直接接触的接触部周围通过第一上浆剂15交联，则第一上浆剂15可以不包覆CNT17。
另外，在结构体14中，通过多根CNT17形成由它们包围的空隙部(网格)19。为了不妨碍基体树脂M向结构体14内的含浸，优选第一上浆剂15不堵塞该空隙部19。为了避免堵塞空隙部19，附着在结构体14上的第一上浆剂15的质量与碳纤维11的质量之比，即上浆剂质量比率Rm优选设定为0.6％以上且1.1％以下的范围内。
碳纤维11的每单位长度的质量根据碳纤维11的直径的大小而增减，附着于结构体14的优选的第一上浆剂15的质量也增减。但是，一般在碳纤维增强成型体中使用的碳纤维11的直径的范围内，相对于碳纤维11的直径变化，优选的上浆剂质量比率Rm的变化是微小的，无论哪个直径的碳纤维11只要在上述上浆剂质量比率Rm的范围内，就能够防止空隙部19的堵塞。关于直径在4μm以上且8μm以下的范围内的碳纤维11，如果上浆剂质量比率Rm为0.6％以上且1.1％以下的话，则确认不会堵塞空隙部19。基体树脂M含浸在结构体14内并固化，使得基体树脂M不易从结构体14甚至从碳纤维11剥离，有利于机械强度的提高。
附着在碳纤维11上的CNT17为弯曲形状。该CNT17的弯曲形状，是在CNT17的石墨结构中由于碳的五元环和七元环等的存在而具有弯曲的部位(弯曲部)而形成的形状，是通过SEM的观察可以评价为CNT17弯曲、弯折等的形状。例如，CNT17的弯曲形状是指在CNT17的后述的利用范围的每平均长度上至少一处以上具有弯曲部。这种弯曲形状的CNT17即使在其较长的情况下，也以各种姿势附着在作为曲面的碳纤维11的表面上。另外，弯曲形状的CNT17在其附着的碳纤维11的表面之间或附着的CNT17彼此之间容易形成空间(间隙)，其他的CNT17进入该空间。因此，通过使用弯曲形状的CNT17，与使用直线性较高的形状的CNT的情况相比，向碳纤维11附着的CNT17的根数(形成结构体14的CNT17的根数)增多。
CNT17的长度优选在0.1μm以上且10μm以下的范围内。如果CNT17的长度为0.1μm以上，则能够更可靠地形成CNT17彼此缠绕而直接接触或直接连接的结构体14，并且如上所述，能够更可靠地形成其他的CNT17进入的空间。另外，如果CNT17的长度为10μm以下，则CNT17不会跨越碳纤维11之间而附着。即，如上所述，在一根碳纤维11上设置的结构体14中所包含的CNT17不会包含在其他碳纤维11上所设置的结构体14中。
CNT17的长度更优选为0.2μm以上且5μm以下的范围内。如果CNT17的长度为0.2μm以上，则能够增加CNT17的附着根数，使结构体14变厚，如果CNT17的长度为5μm以下，则在使CNT17附着在碳纤维11上时，CNT17不易聚集，更容易均匀地分散。其结果，CNT17更均匀地附着在碳纤维11上。
另外，作为附着在碳纤维11上的CNT，不排除混合有直线性较高的CNT、或混合有如上所述的长度范围外的CNT。即使混合存在，例如通过使直线性较高的CNT进入到由CNT17形成的空间，从而能够增多CNT相对于碳纤维11的附着根数。
CNT17的平均直径优选在0.5nm以上且30nm以下的范围内，更优选在3nm以上且10nm以下的范围内。CNT17如果其直径为30nm以下，则富有柔软性，容易沿着碳纤维11的表面附着，另外容易与其他的CNT17缠绕而固定在碳纤维11上，进而更可靠地形成结构体14。另外，如果CNT17的直径为10nm以下，则构成结构体14的CNT17彼此的结合变得牢固。另外，CNT17的直径是使用透射电子显微镜(TEM：Transmission Electron Microscope)照片测定的值。CNT17可以是单层或多层，但优选是多层。
CNT17对碳纤维11的附着根数可以通过结构体14的厚度(碳纤维11的径向长度)来评价。结构体14的各部分的厚度可以通过例如将碳纤维11的表面的结构体14的一部分粘贴于透明胶带等进行剥离，用SEM等测量残留于碳纤维11的表面上的结构体14的截面而获得。为了大致均等地涵盖碳纤维11的沿纤维轴方向的规定长度的测定范围，将在测定范围的10个位置分别测定结构体14的厚度而得到的平均值作为结构体14的厚度。测定范围的长度例如为上述的CNT17的长度范围的上限的5倍的长度。
如上所述得到的结构体14的厚度(平均)在10nm以上且300nm以下的范围内，优选在15nm以上且200nm以下的范围内，更优选在50nm以上且200nm以下的范围内。如果结构体14的厚度为200nm以下，则碳纤维11间的树脂的含浸性更好。
另外，使用附着在碳纤维11上的CNT17相对于CNT复合纤维的质量比即CNT质量比Rc，能够评价CNT17相对于碳纤维11的附着状态。将仅规定长度的碳纤维11的质量(以下称为CF质量)设定为Wa，附着在该碳纤维11上的CNT17的质量(以下称为CNT质量)设定为Wb时，通过“Rc＝Wb/(Wa+Wb)”获得CNT质量比Rc。
CNT17优选均匀地附着在碳纤维11上，优选以覆盖碳纤维11的表面的方式进行附着。CNT17相对于碳纤维11的包含均匀性在内的附着状态可以通过SEM观察，通过对所得到的图像进行目测来进行评价。在这种情况下，优选以沿着纤维轴向大致均等地涵盖碳纤维11的规定长度的范围(例如1cm、10cm、1m的范围)的方式对多个部位(例如，10个部位)进行观察和评价。
另外，使用上述的CNT质量比Rc，能够评价CNT17对碳纤维11的附着的均匀性。CNT质量比Rc优选为0.001以上且0.008以下。如果CNT质量比Rc为0.001以上，则在制成旋转构件2时，能够可靠地得到上述结构体14带来的特性提高的效果。如果CNT质量比Rc为0.008以下，则基体树脂M向结构体14的树脂含浸能够可靠地进行。另外，CNT质量比Rc更优选为0.002以上且0.006以下。如果CNT质量比Rc为0.002以上，则结构体14(CNT17)在几乎全部的碳纤维11之间更可靠地发挥作用。如果CNT质量比Rc为0.006以下，则能够可靠地进行基体树脂M向结构体14的树脂含浸，另外，即使在旋转构件2中的基体树脂M的比率较低的情况下，结构体14也能够更可靠地发挥作用。进而，即使在树脂M的比率较低的情况下，由于CNT17以高浓度存在于碳纤维间的树脂中，因此通过其加强效果能够提高韧性强度。
在一根碳纤维11的长度1m的范围(以下称为评价范围)内设定的10个测定部位的各CNT质量比Rc的标准偏差s优选为0.0005以下，更优选为0.0002以下。另外，标准偏差s相对于CNT质量比Rc的平均值的比例优选为40％以下，更优选为15％以下。10个测定部位优选设定为大致均等地涵盖评价范围。标准偏差s是附着在碳纤维11上的CNT17的附着根数(附着量)和结构体14的厚度偏差的指标，偏差越小，标准偏差s的值越小。因此，该标准偏差s越小越好。CNT17的附着根数、结构体14的厚度的偏差表现为复合材料10及使用了复合材料10的旋转构件2的来源于CNT17的特性的差异。如果标准偏差s为0.0005以下，则可以更可靠地发挥复合材料10和碳纤维增强成型体的来源于CNT17的特性，如果标准偏差s为0.0002以下，则能够充分且可靠地发挥来源于CNT17的特性。另外，标准偏差s由式(2)求出。式(2)中的值n是测定部位的数量(在本例中n＝10)，值Ri是测定部位的CNT重量比Rc，值Ra是CNT质量比Rc的平均值。
[数学式1]
[CNT质量比的测定]
关于CNT质量比Rc，对于想要求出Rc的测定部位，截取1m左右的碳纤维束12(例如12,000根左右的CNT复合纤维)作为测定试样，如下求出Rc。
(1)将测定试样投入到成为CNT17的分散介质的液体(以下，称为测定液)中。作为测定液，例如可以使用将分散剂加入例如NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮，CAS登记号：872-50-4)中获得的物质。分散剂是为了使CNT17不再次附着在碳纤维11上而添加到测定液中的，但也可以不添加。测定液的量例如相对于测定试样10g为100ml。
(2)测量投入测定试样前的测定液的质量与投入后的包含测定试样的测定液的质量的差分，将其作为测定试样的质量、即作为碳纤维11的CF质量Wa与附着在该碳纤维11上的CNT17的CNT质量Wb之和(Wa+Wb)。
(3)加热含有测定试样的测定液，使附着在碳纤维11上的CNT17从碳纤维11完全分离，将CNT17分散在测定液中。
(4)使用吸光光度计，测定分散有CNT17的测定液的吸光度(透过率)。基于吸光光度计的测定结果和预先制作的校准曲线求出测定液中的CNT17的浓度(以下，称为CNT浓度)。CNT浓度是在将其值设为C、将测定液的质量设为W1、将该测定液中含有的CNT17的质量设为W2时，以“C＝W2/(W1+W2)”给出的质量百分比浓度。
(5)由得到的CNT浓度和投入测定试样前的测定液的质量求出测定液中的CNT17的CNT质量Wb。
(6)基于在步骤(2)中求出的CF质量Wa和CNT质量Wb之和(Wa+Wb)以及CNT17的CNT质量(Wb)，计算出CNT质量比Rc(＝Wb/(Wa+Wb))。
在上述吸光度的测定中，可以使用分光光度计(例如，SolidSpec-3700，日本株式会社岛津制作所制造等)，作为测定波长，例如可以使用500nm等。另外，在测定时，优选将测定液容纳在石英制的样品盘(cell)中。进而，将不含有分散剂以外的杂质的分散介质的吸光度作为参比进行测定，CNT17的浓度C可以使用分散有CNT17的测定液的吸光度与参比的差分求出。另外，在CNT质量比Rc的测定中，使用从碳纤维束12除去了第一上浆剂15的碳纤维束。但是，在相对于碳纤维11的质量为第一上浆剂15的1/100左右的情况下，第一上浆剂15的附着的有无、即第一上浆剂15的质量实质上不影响CNT质量比Rc的优选范围，因此在该情况下，可以将附着有第一上浆剂15的CNT复合纤维的质量视为CF质量Wa与CNT质量Wb之和(Wa+Wb)。
在根据CNT质量比Rc评价均匀性的情况下，设定10个测定部位，以使得大致均等地涵盖所评价的碳纤维束12的评价范围(例如，长度1m)。这10个测定部位为评价范围的两端和其间的8处，对于各测定部位分别按照上述步骤求出CNT质量比Rc。
[上浆剂质量比的测定]
在上浆剂质量比率Rm的测定中，从使第一上浆剂15附着在各碳纤维11的结构体14上而制成的碳纤维束12截取例如3根CNT复合纤维作为测定试样，如下所述求出上浆剂质量比率Rm。作为测定试样截取的CNT复合纤维的长度例如为5m。另外，作为测定试样的CNT复合纤维的根数和长度不限于此。
(1)在CNT17的测定液中投入测定试样。测定液及分散介质的条件与上述测定CNT质量比Rc的情况相同。
(2)测量投入测定试样前的测定液的质量与投入后的含有测定试样的测定液的质量的差分，将其作为测定试样的质量、即碳纤维11的CF质量Wa、附着在碳纤维11上的CNT17的CNT质量Wb和附着在CNT17上的第一上浆剂15的上浆剂质量Wc之和(Wa+Wb+Wc)。
(3)加热含有测定试样的测定液，使附着在碳纤维11上的CNT17从碳纤维11完全分离，使CNT17分散在测定液中。
(4)与测定CNT质量比Rc的情况相同，使用吸光光度计测定分散有CNT17的测定液的吸光度，基于该吸光度和预先制作的校准曲线求出测定液中的CNT17的CNT浓度。基于得到的CNT浓度和投入测定试样前的测定液的质量求出测定液中的CNT质量Wb。
(5)根据所使用的碳纤维11(原丝)的目录值确定CF质量Wa。
(6)求出从测定试样的质量(Wa+Wb+Wc)中减去在步骤(5)中获得的CF质量Wa和步骤(4)中获得的CNT质量Wb而获得的差，将其作为赋予给测定试样的第一上浆剂的上浆剂质量Wc。
(7)基于在步骤(5)中得到的CF质量Wa和在步骤(6)中得到的上浆剂质量Wc，计算出上浆剂质量比率Rm(＝(Wc/Wa)×100％)。
另外，在上述上浆剂质量比率Rm的测定中，在根据碳纤维11(原丝)的目录值确定CF质量Wa的情况下，确定未附着上浆剂的碳纤维11(原丝)的质量。这里所说的上浆剂是为了防止碳纤维11(原丝)彼此的缠绕等而附着在碳纤维11(原丝)的表面的上浆剂，与第一上浆剂不同。但是，用于防止缠结等的上浆剂的质量一般相对于碳纤维11的CF质量Wa为1/100左右，在这种情况下，该上浆剂的附着的有无实质上不影响上浆剂质量比率Rm的优选范围。因此，在这种情况下，可以将附着有上浆剂的碳纤维11的质量视为求出上浆剂质量比率Rm时的CF质量Wa。
另外，CF质量Wa的确定不限于根据目录值来确定。例如，也可以实测分离CNT17后的碳纤维11的质量作为CF质量Wa。进而，也可以从与作为测定试样的CNT复合纤维中使用的碳纤维11同种的碳纤维且对于未附着CNT17的碳纤维测定了质量的碳纤维中，确定CF质量Wa。
如图8所示，旋转构件2经过结构体形成工序ST1、第一上浆处理工序ST2以及成形工序ST3制作而成。在结构体形成工序ST1中，在碳纤维束12的各碳纤维11(原丝)上分别附着CNT17而形成结构体14。为此，在分离分散有CNT17的CNT分离分散液(isolateddispersion，以下简称分散液)中浸渍碳纤维束12，对分散液赋予机械能。分离分散是指CNT17一根根地物理分离而不相互缠绕地分散在分散介质中的状态，是指两根以上的CNT17以束状聚集的聚集物的比例为10％以下的状态。这里，如果聚集物的比例为10％以上，则促进分散介质中的CNT17的聚集，阻碍CNT17向碳纤维11的附着。
如图9所示，附着装置21由CNT附着槽22、导向辊23～26、超声波发生器27、使碳纤维束12以一定速度移动的移动机构(省略图示)等构成。在CNT附着槽22内容纳有分散液28。超声波发生器27从CNT附着槽22的下侧向CNT附着槽22内的分散液28施加超声波。
没有形成结构体14的长形(例如100m左右)的碳纤维束12被连续地供给到附着装置21。所供给的碳纤维束12依次卷挂在导向辊23～26上，通过移动机构以一定的速度移动。向附着装置21供给在各碳纤维11上没有附着上浆剂(sizing agent)的碳纤维束12。另外，这里所说的上浆剂是为了防止上述碳纤维11的缠绕等的上浆剂。
碳纤维束12以开纤后的状态分别卷挂在导向辊23～26上。卷挂在导向辊23～26上的碳纤维束12通过作用适度的张力，可以降低碳纤维11相互缠绕的可能性。碳纤维束12相对于导向辊24～26的卷挂优选为更小的卷挂角(90°以下)。
导向辊23～26都是平辊。如图10所示，导向辊23的辊长(轴方向的长度)L1与开纤后的碳纤维束12的宽度WL相比足够大。导向辊24～26也与导向辊23相同，它们的辊长与开纤后的碳纤维束12的宽度WL相比足够大。例如，导向辊23～26的尺寸全部相同，辊长L1为100mm，辊的直径(外径)为50mm。开纤后的碳纤维束12在厚度方向(导向辊的径向)上排列多根碳纤维11。
导向辊23～26中的导向辊24、25配置在CNT附着槽22内。由此，在导向辊24、25之间，碳纤维束12以一定的深度在分散液28中直线移动。碳纤维束12的移动速度优选为0.5m/min以上且100m/min以下的范围内。碳纤维束12的移动速度越高，越能提高生产率，移动速度越低，对CNT17的均匀附着越有效，另外对抑制碳纤维11彼此之间的缠绕越有效。另外，碳纤维11彼此的缠绕越少，越能够提高CNT17对碳纤维11的附着的均匀性。如果碳纤维束12的移动速度为100m/min以下，则可以更有效地抑制碳纤维11彼此的缠绕，并且可以进一步提高CNT17的附着的均匀性。另外，碳纤维束12的移动速度更优选在5m/min以上且50m/min以下的范围内。
超声波发生器27向分散液28施加作为机械能的超声波振动。由此，在分散液28中，形成CNT17分散的分散状态和凝聚的凝聚状态交替变化的可逆反应状态。若使碳纤维束12通过处于该可逆反应状态的分散液28中，则在从分散状态转移到凝聚状态时，CNT17通过范德华力附着在各碳纤维11上。碳纤维11相对于CNT17的质量大到10万倍以上，用于使附着的CNT17脱离的能量比超声波振动的能量大。因此，在分散液28中，一旦附着在碳纤维11上的CNT17即使在附着后的超声波振动的作用下也不会从碳纤维11剥离。另外，在CNT17彼此之间，由于质量都极小，因此通过超声波振动交替地变化为分散状态和凝聚状态。
通过反复进行从分散状态向凝聚状态的转移，从而在各碳纤维11上分别附着有多根CNT17而形成结构体14。如上所述，通过使用弯曲形状的CNT17，其他的CNT17进入到在CNT17和附着了CNT17的碳纤维11的表面之间、附着的CNT17彼此之间等形成的空间中，从而更多的CNT17附着在碳纤维11上而形成结构体14。
施加于分散液28的超声波振动的频率优选为40kHz以上且950kHz以下。如果频率在40kHz以上，则可以抑制碳纤维束12中的碳纤维11彼此的缠绕。另外，如果频率为950kHz以下，则CNT17良好地附着在碳纤维11上。为了进一步降低碳纤维11的缠结，超声波振动的频率优选为100kHz以上。
另外，发明人发现，对于附着在碳纤维11上的CNT17的根数，通过使CNT17从分散状态向凝聚状态的转移次数为10万次以上，可以良好地抑制碳纤维11彼此的缠绕，并且能够确保结构体14的厚度的均匀性。另外，附着根数的最大值根据分散液28的CNT浓度而变化，分散液28的CNT浓度越高，则附着根数的最大值越大。但是，分散液28的CNT浓度如果达到施加超声波振动时CNT17不能成为分散状态的高浓度，则不再进行CNT17向碳纤维11的附着。
因此，优选确定碳纤维束12的移动速度、碳纤维束12在分散液28中移动的距离(导向辊24、25的间隔)、对分散液28施加的超声波振动的频率，以使碳纤维束12在分散液28中移动的期间的长度、即在导向辊24、25之间移动的时间(以下，称为浸渍时间)为对分散液28施加的超声波振动的周期的10万倍或其以上。即，在将超声波振动的频率设为fs(Hz)、将浸渍时间设为Ts(秒)时，优选满足“Ts≥100,000/fs”。例如，超声波振动的频率为100kHz，碳纤维束12在分散液28中移动的距离为0.1m，则使碳纤维束12的移动速度为6m/min以下即可。另外，即使在将碳纤维束12分多次浸渍于分散液28中的情况下，如果合计的浸渍时间为超声波振动的周期的10万倍或其以上，则能够使CNT17的附着根数大致最大。
如图11示意性示出的那样，通过从超声波发生器27施加的超声波振动，在CNT附着槽22内的分散液28中产生声压(振幅)的分布确定的驻波。在该附着装置21中，调整导向辊24、25的深度方向的位置，以使得在分散液28中碳纤维束12在超声波振动的驻波的波节即声压极小的深度上移动。因此，碳纤维束12在分散液28中移动的、距离分散液28的液面的深度通过以下方式确定：在将该深度设为D、将在分散液28中产生的超声波振动的驻波的波长设为λ、将n设为1以上的整数时，满足“D＝n·(λ/2)”。另外，驻波的波长λ可以根据分散液28中的声速、从超声波发生器27施加的超声波振动的频率求出。
如上所述，通过调整在分散液28中移动的碳纤维束12的深度，从而能够抑制由声压引起的碳纤维11的振动，防止由丝的松弛引起的丝紊乱，抑制碳纤维11彼此之间或附着在各碳纤维11的表面上的CNT14彼此之间的摩擦，能够形成厚度较大的结构体14。另外，通过抑制摩擦，即使结构体14的厚度较大，也可以抑制CNT质量比Rc的偏差，使得上述标准偏差s变小。另外，碳纤维束12在分散液28中移动的深度也可以稍微偏离驻波的波节，在这种情况下，优选在n·λ/2-λ/8以上且n·λ/2+λ/8以下的范围内(n·λ/2-λ/8≤D≤n·λ/2+λ/8)。由此，能够使碳纤维11的由于丝的松弛而引起的丝紊乱在能够容许的范围内。
分散液28是通过将例如长形的CNT(以下称为材料CNT)加入到分散介质中，利用均浆设备、剪切力、超声波分散机等切断材料CNT，形成所希望的长度的CNT17，同时实现CNT17的分散的均匀化而调制的。
作为分散介质，可以使用水、乙醇、甲醇、异丙醇等醇类或甲苯、丙酮、四氢呋喃(THF)、甲基乙基酮(MEK)、己烷、正己烷、乙醚、二甲苯、乙酸甲酯、乙酸乙酯等有机溶剂以及它们的任意比例的混合液。分散液28不含分散剂、粘接剂。
如上所述，成为弯曲形状的CNT17的基础的材料CNT具有弯曲的形状。这样的材料CNT优选各个材料CNT的直径一致。材料CNT优选即使切断生成的各CNT的长度较大，也能够对CNT进行分离分散的材料。由此，能够容易地获得分离分散了满足上述长度条件的CNT17的分散液28。
在该例的复合材料10中，如上所述，由于作为CNT17附着了弯曲形状的CNT，因此其他的CNT17进入到在CNT17和附着了CNT17的碳纤维11的表面之间或附着的CNT17彼此之间等形成的空间内。由此，更多的CNT17附着到碳纤维11上。另外，由于CNT17牢固地附着在碳纤维11上而形成结构体14，因此CNT17更难以从碳纤维11剥离。而且，使用这样的复合材料10制作的旋转构件2中，来源于CNT的特性更高。
分散液28中的CNT17的浓度优选为0.003wt％以上且3wt％以下的范围内。分散液28的CNT17的浓度更优选为0.005wt％以上且0.5wt％以下。
碳纤维束12从分散液28中引出后进行干燥。通过对干燥的碳纤维束12进行第一上浆处理，从而第一上浆剂15被赋予到结构体14上。
第一上浆处理步骤ST2执行第一上浆处理。第一上浆处理包括将第一上浆处理液赋予(使其接触)到干燥后的碳纤维束12上的工序和干燥工序。第一上浆处理液可以通过将上述碳化二亚胺化合物溶解在溶剂中来制备。作为溶解碳化二亚胺化合物的溶剂，可以使用水、醇、酮类以及它们的混合物等。
第一上浆处理液的赋予可以使用将碳纤维束12浸渍在容纳有第一上浆处理液的液槽中的方法、向碳纤维束12喷雾第一上浆处理液的方法、向碳纤维束12涂敷第一上浆处理液的方法等任意方法。第一上浆处理液在维持CNT17彼此的直接接触的状态下，成为赋予到CNT17的表面的状态，粘度越低，越容易在CNT17彼此的接触部附近以及碳纤维11与CNT17的接触部附近凝聚。
在第一上浆处理工序ST2中，通过调整对碳纤维束12的第一上浆处理液的赋予量、第一上浆处理液中的碳化二亚胺化合物的浓度等，能够达到期望的上浆剂质量比率Rm。
赋予第一上浆处理液后的干燥中，使第一上浆处理液的溶剂(在本例中为水)蒸发。干燥的方法可以使用对赋予了第一上浆处理液的碳纤维束12进行放置干燥的方法、向碳纤维束12输送空气等气体的方法、加热碳纤维束12的方法等公知的干燥方法，也可以在采用放置干燥或输送气体的任一方法的同时并用加热的方法。
在成形工序ST3中，使用经过了第一上浆处理工序ST2的复合材料10，通过长丝卷绕法成形旋转构件2。如图12的一例所示，例如多根复合材料10从纱架(进纱装置)31一边被调整为规定的张力一边被捻出，捻出的复合材料10经由树脂赋予装置32向长丝卷绕机33进纱。复合材料10在通过树脂赋予装置32时，在CNT复合纤维的表面赋予未固化的液状的基体树脂M。此时，树脂赋予装置32使基体树脂M含浸于在碳纤维11的表面上形成的结构体14中。
在长丝卷绕机33上转动自如地设置有芯轴34。通过利用长丝卷绕机33使芯轴34旋转，从而赋予了基体树脂M的复合材料10一边对其赋予规定的张力，一边卷绕在芯轴34上。复合材料10在芯轴34上的卷绕位置由设置在树脂赋予装置32上的涂布头(未示出)确定。通过与芯轴34的旋转同步地使树脂赋予装置32在芯轴34的轴心方向上往复运动，将复合材料10相对于芯轴34的卷绕位置一边在芯轴34的轴心方向上错开一边卷绕。
此时，通过将复合材料10相对于芯轴34的轴心方向的卷绕角度(斜交角度)调整为例如大致90°，从而被赋予了基体树脂M的CNT复合纤维在芯轴34上环向卷绕，即在芯轴34的外周面上相对于其轴心大致成直角的方向上紧密地卷绕。另外，通过将复合材料10相对于芯轴34的轴心方向的卷绕角度调整为小于90°的角度，例如45°，从而被赋予了基体树脂M的CNT复合纤维在芯轴34上螺旋卷绕，即在芯轴34的外周面上以相对于其轴心为45°的角度紧密地卷绕。
如上所述，在芯轴34的外周面上形成以规定的层数(一层以上)卷绕复合材料10而成的成型体后，将芯轴34与成型体一起从长丝卷绕机33拆下。例如，将成型体与拆下的芯轴34一起加热，施加到CNT复合纤维上的基体树脂M被固化。将基体树脂M固化后的成型体从芯轴34上取下，根据需要切断成所希望的宽度(轴心方向的长度)而成为旋转构件2。
作为树脂赋予装置32，例如如图13所示，使用接触辊方式的装置。在该树脂赋予装置32中，接触辊35的下部浸渍在贮存于贮存槽36内的未固化的液状的基体树脂M中，复合材料10被一对导向辊35a按压在该接触辊35的上部外周面上。通过接触辊35的旋转，贮存的液状的基体树脂M经由接触辊35的外周面涂布到CNT复合纤维上。通过调整接触辊35的旋转速度、一对导向辊35a对接触辊35的复合材料10的推压力等，从而调整复合材料10即基体树脂M对形成有结构体14的碳纤维11的赋予量，并且使赋予结构体14的基体树脂M充分含浸。
对基体树脂M没有特别限定，可以使用各种热固型树脂、热塑性树脂。例如，作为热固型树脂，可以列举：环氧树脂、酚醛树脂、密胺树脂、尿素树脂(尿醛树脂)、不饱和聚酯、醇酸树脂、热固型聚酰亚胺、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂和乙烯基酯树脂等，也可以是这些树脂的混合物。另外，作为热塑性树脂，可以列举：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈/苯乙烯(AS)树脂、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯(ABS)树脂、甲基丙烯酸树脂(PMMA等)，热塑性树脂等通用树脂、聚酰胺、聚缩醛、聚对苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯、聚碳酸酯、苯氧树脂等工程塑料、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮酮、液晶聚合物、聚四氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚芳酯、聚酰亚胺等超级工程塑料等。
确认了旋转构件2的抗拉强度和碳纤维11的纤维体积含有率(Vf)具有正相关性，从提高抗拉强度的观点出发，优选碳纤维11的纤维体积含有率(Vf)更高，该碳纤维11的纤维体积含有率例如可以是75％以上，也可以是小于75％。另一方面，从旋转构件2的耐脆性的观点出发，优选使纤维体积含有率小于75％。另外，从制造旋转构件2时的成形容易性的观点出发，优选使碳纤维11的纤维体积含有率为50％以上。因此，优选形态为将旋转构件2的纤维体积含有率设定为50％以上且小于75％。另外，旋转构件2中的碳纤维11的纤维体积含有率例如可以通过调整树脂赋予装置32对复合材料10的基体树脂M的赋予量或卷绕在芯轴34上时的复合材料10的张力来改变。
另外，旋转构件2的碳纤维11的纤维体积含有率例如可以使用式(3)如下求出。式(3)中的值ρ是旋转构件2的比重，值ρf是碳纤维11的比重，值ρm是基体树脂M的比重。旋转构件2的比重ρ和基体树脂M的比重ρm使用通过测定器(例如，高精度电子比重计SD-200L(ALFAMIRAGE(株)制造))测定的值。碳纤维11的比重ρf可以与旋转构件2等同样地使用由测定器测定的值，也可以使用目录值(碳纤维11的制造商的公称值)。另外，附着在碳纤维11上的CNT17、第一上浆剂15的各比重是相对于碳纤维11的比重非常小的值，因此也可以将碳纤维11单体的比重视为比重ρf。
[数学式2]
在上述成形工序ST3中，使在芯轴34上卷绕复合材料10而制作的成型体的基体树脂M固化时，在该基体树脂M为环氧树脂等热固型树脂的情况下，为了提高旋转构件2的内径尺寸的精度，优选使加热温度阶段性地变化。图14所示的例子是在使成型体的基体树脂M固化的固化工序中使温度分两阶段变化的例子，从室温升温至第一加热温度T1，在该第一加热温度T1维持规定的时间，然后升温至比第一加热温度T1高的第二加热温度T2，并维持第二加热温度T2规定的时间。在将第二加热温度T2维持规定的时间后，使成型体自然冷却，然后将成型体从芯轴34取下作为旋转构件2。
在第一加热温度T1下加热成型体的第一加热工序是为了减小所制作的旋转构件2的内径尺寸的误差，以在抑制了由加热引起的芯轴34的热膨胀或热收缩的状态下，将成型体固化至尺寸变动小的稳定的形状为主要目的，促进基体树脂M的凝胶化并使其固化的工序。因此，作为第一加热温度T1，设定为将芯轴34的热膨胀抑制得较小的温度。另外，直至得到成型体的稳定形状为止，即直至即使没有得到最终强度而达到可以说已固化的程度为止，实施第一加热温度T1下的加热。更具体而言，维持在第一加热温度T1的时间例如确定为基体树脂M的储能模量达到大致一定为止的时间。另外，在第一加热工序中，为了进一步减小旋转构件2的内径尺寸的误差，优选抑制成型体的热膨胀或热收缩。此时，第一加热温度T1是将芯轴34的热膨胀或热收缩抑制得较小的温度，为了抑制成型体的热膨胀或热收缩，设定为第一加热工序结束时的基体树脂M的玻璃化转变温度以下的温度(第一加热工序中增大的基体树脂M的玻璃化转变温度以下的一定温度)。在该例子中也是这样。
维持在第一加热温度T1的时间也可以是基体树脂M的储能模量的变化率(增加率)转为减少之前、损耗模量达到峰值之前或达到顶峰之前的时间等。另外，例如使用流变仪，可以知道基体树脂M的储能模量、损耗模量相对于每个加热温度的加热时间的变化，可以预先确定维持在第一加热温度T1的时间。另外，也可以预先知道基体树脂M的玻璃化转变温度。
在以第二加热温度T2加热成型体的第二加热工序中，通过以比第一加热温度T1高的第二加热温度T2加热成型体，促进经过了第一加热工序的基体树脂M的固化，得到旋转构件2的最终强度、弹性模量以及耐热性。在基体树脂M为氰酸酯树脂的情况下，例如，优选第一加热温度T1在100℃以上且200℃以下的范围内，第二加热温度T2在200℃以上且300℃以下的范围内。
如上所述，通过使加热温度阶段性地变化，在第一加热工序中，通过在第一加热温度T1下加热成型体，基体树脂M固化而形成成型体的稳定形状。然后，在第二加热工序中，进行成型体的基体树脂M的固化，使成型体具有最终的强度、弹性模量、耐热性。这样制作的旋转构件2的内径尺寸，在第一加热工序中形成成型体的稳定形状的时刻被大致确定，在第一加热工序中，由于以第一加热温度T1进行加热，所以芯轴34的热膨胀及基体树脂M的热膨胀乃至热收缩分别较小。由此，得到内径尺寸的误差较小的成型体即旋转构件2。
另外，在第二加热工序中，通过在第二加热温度T2加热成型体，芯轴34热膨胀得比第一加热工序大，由于该热膨胀而使得已成为稳定形状的成型体变形，但由于该变形几乎是弹性变形，所以冷却后恢复到原来的状态。因此，在第二加热工序中，成型体的内径尺寸带来的影响非常小。
如上所述使加热温度阶段性地变化，实际上使用机械结构用碳素钢钢材S45C作为芯轴34的材料，制作50个旋转构件2时的内径尺寸为40mm±0.003mm。与此相对，将成型体与由相同材料制作的芯轴34一起从室温升温至第二加热温度T2而使其固化，制作50个旋转构件2时的内径尺寸为40mm±0.01mm以上。另外，在前者的情况下，从室温升温而将第一加热温度T1维持90分钟，然后从第一加热温度T1升温而将第二加热温度T2维持120分钟。在后者的情况下，从室温升温至第二加热温度T2，将第二加热温度T2维持了210分钟。前者的第一加热温度T1为145℃，前者和后者的第二加热温度T2为200℃。因此可知，通过如上所述使加热温度阶段性地变化而使成型体的基体树脂M固化，从而所制作的旋转构件2的内径尺寸的控制变得容易，能够制作相对于所希望的内径尺寸误差被抑制的旋转构件2。另外，这样的方法可以用于与结构体14或第一上浆剂15等的有无无关地以长丝卷绕方式制作旋转构件的情况。另外，也可以使第一加热工序中的加热温度在两个阶段以上阶段地变化，以每个加热温度加热规定的时间。
在使用了上述复合材料10的旋转构件2中，如图15示意性所示，通过碳纤维11间的复合区域18的一部分相互固定的交联部CL，碳纤维11彼此具有交联的交联结构。如上所述，复合区域18是由结构体14和含浸在该结构体14中并固化的基体树脂M构成的区域。复合区域18比已固化的基体树脂单体硬度高，同时高弹性即弹性极限大。另外，复合区域18的耐磨性比基体树脂高。通过这样的复合区域18彼此的结合，碳纤维11彼此的结合变得牢固，使用了复合材料10的旋转构件2的抗拉强度得到提高。
由于在碳纤维11之间的距离接近于结构体14彼此接触的程度的情况下形成交联结构，因此结构体14的厚度越大，则交联越多越有利。但是，从确保均匀厚度的品质稳定性、防止从碳纤维11脱落等观点出发，结构体14的厚度最好在300nm以下。特别地，结构体14的厚度在50nm以上且200nm以下的范围较佳。
另外，由于多根CNT17以无纺布状具有厚度且相互缠绕，因此结构体14被保持为赋予给碳纤维11的基体树脂M含浸在结构体14内的状态。因此，在旋转构件2这样的碳纤维增强成型体中，与其成形方法无关，在碳纤维11的表面，基体树脂M几乎没有偏差，碳纤维彼此的间隔变得均匀。因此，能够均匀地进行基体树脂M的存在剪切力的碳纤维间的载荷传递，有效地增大旋转构件2的抗拉强度。
图16表示通过X射线CT测定的圆柱状的棒的内部结构的图像，该圆柱状的棒是通过拉拔成形法，使用复合材料10作为碳纤维增强成型体而制作的。可以确认，在使用复合材料10制作的棒中，基体树脂M没有大的偏差和空隙，碳纤维间的距离在棒整体上大致均匀。与此相对，使用未附着CNT的碳纤维(原丝)同样制作的棒的内部结构，如图17所示，确认基体树脂M产生了较大的偏差和空隙。
除了具有来自碳化二亚胺的结构的第一上浆剂之外，可以对复合材料赋予第二上浆剂作为覆盖结构体的CNT表面的覆盖剂。如图18所示，第二上浆剂37附着于CNT17以覆盖结构体14的CNT17的表面。该第二上浆剂37由反应固化型树脂、热固型树脂或热塑性树脂的固化物或未固化物构成。
在用于赋予第一上浆剂15的第一上浆处理之后，通过第二上浆处理将第二上浆剂37赋予到复合材料10上。第二上浆处理可以通过一般的方法进行，使第一上浆处理后的已开纤的碳纤维束12(碳纤维11)与在分散介质中溶解了成为第二上浆剂37的树脂(聚合物)的第二上浆处理液接触，在碳纤维束12上赋予第二上浆剂37后，使分散介质蒸发，同时使第二上浆剂37固化或半固化。另外，也可以使用含有作为第二上浆剂的液滴状树脂的乳液型的第二上浆处理液。
作为第二上浆剂37的树脂没有特别限定，可以使用各种反应固化型树脂、热固型树脂、热塑性树脂等。例如，作为热固型树脂，可以列举：环氧树脂、酚醛树脂、密胺树脂、尿素树脂(尿醛树脂)、不饱和聚酯、醇酸树脂、热固型聚酰亚胺、氰酸酯树脂和具有反应性基团的树脂等。另外，作为热塑性树脂，可以列举：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯腈/苯乙烯(AS)树脂、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯(ABS)树脂、甲基丙烯酸树脂(PMMA等)、氯乙烯、热塑性环氧树脂等通用树脂、聚酰胺、聚缩醛、聚对苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯、聚碳酸酯等工程塑料、聚苯硫醚、聚醚醚酮、液晶聚合物、聚四氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚芳酯、聚酰亚胺等超级工程塑料等。
第二上浆剂37覆盖包含第一上浆剂15的CNT17的表面。在这样的第二上浆剂37中，第一上浆剂15的一部分与该第一上浆剂15交联，但是在没有第一上浆剂15的部分不发生交联，因此具有粘稠性。通过该第二上浆剂37提高由形成有结构体14的多根碳纤维11构成的纤维束的集束性。与第一上浆剂15同样，第二上浆剂37优选不堵塞结构体14的空隙部19。
在上述说明中，对用于表面磁铁型电动机的旋转构件进行了说明，但旋转构件并不限定于此。例如，也可以是外嵌在具有与上述表面磁铁型电动机相同结构的发电机的转子上的构件、离心分离机所使用的旋转滚筒等旋转构件。另外，也可以是在圆筒状、环状等旋转构件的内周或外周等上一体地形成或组装有其他构件的结构。因此，作为包含其他构件的构件的一部分，也可以形成成为旋转构件的碳纤维增强层。
实施例
＜实施例1＞
在实施例1中，按照上述步骤制作复合材料10，进行CNT17的剥离实验，确认了第一上浆剂15的效果。复合材料10的制作时使用的分散液28是使用具有上述弯曲形状的材料CNT调制的。图19表示用于调制分散液28的材料CNT的SEM照片。该材料CNT为多层，直径为3nm以上且10nm以下的范围。材料CNT用硫酸和硝酸的3∶1混合酸进行清洗，除去催化剂残渣后，实施了过滤干燥。在作为分散液28的分散介质的丙酮中加入材料CNT，使用超声波均质机切断材料CNT，制成CNT17。分散液28中的CNT17的长度为0.2μm以上且5μm以下。另外，分散液28中的CNT17是能够评价为弯曲形状的CNT17。分散液28中的CNT17的浓度为0.12wt％(＝1200wtppm)。在分散液28中未添加分散剂或粘接剂。
作为碳纤维束12，使用了TORAYC(注册商标)T700SC-12000(东丽株式会社制)。在该碳纤维束12中含有12,000根碳纤维11。碳纤维11的直径为7μm左右，长度为500m左右。另外，碳纤维束12在CNT17的附着之前，从碳纤维11的表面除去了用于防止碳纤维11的缠绕等的上浆剂。
在对碳纤维束12开纤后的状态下，将其卷挂在导向辊23～26上，使其在CNT附着槽22内的分散液28中移动。碳纤维束12的移动速度为1m/min，通过超声波发生器27对分散液28施加频率为200kHz的超声波振动。另外，在导向辊24、25之间移动的浸渍时间为6.25秒。该浸渍时间是施加给分散液28的超声波振动的1,250,000周期长的时间。在分散液28中，使碳纤维束12从分散液28的液面开始移动深度D，其中，满足“D＝n·(λ/2)。”
在使从分散液28抽出的碳纤维束12干燥之后，进行第一上浆处理以将第一上浆剂15施加到构成结构体14的CNT17上。在第一上浆处理中，作为碳化二亚胺化合物，使用了将“CarbodiliteV-02”(商品名，日清纺化学公司制)溶解于水得到的第一上浆处理液。第一上浆处理液的碳化二亚胺化合物的浓度调整为上浆剂质量比率Rm为1.0％。使实施了第一上浆处理的碳纤维束12干燥，得到复合材料10。
通过SEM观察到，多根CNT17均匀地分散并附着在截取如上所述实施了第一上浆处理的碳纤维束12的一部分而得到的多根碳纤维11(以下称为样品纤维)上。其结果，确认了CNT17均匀地附着在碳纤维11的纤维轴方向上的窄范围(局部)和宽范围内，形成结构体14。另外，结构体14形成为由多根CNT17构成的三维网状结构，即具有空隙部19的无纺布状，确认了空隙部19的大部分没有被第一上浆剂15堵塞。
在CNT17的剥离实验中，在混合了水和表面活性剂的混合液中浸渍样品纤维，从超声波发生器对该混合液施加10分钟的超声波振动。浸渍在混合液中的碳纤维11的长度为1m，混合液中的表面活性剂的浓度为0.2质量％，施加于混合液的超声波振动的频率为100kHz。
作为比较例1，对使用将环氧树脂溶解在丙酮中的上浆处理液代替碳化二亚胺化合物进行第一上浆处理而得到的碳纤维进行了CNT的剥离实验。在该比较例1中，除了上浆处理液不同以外，其他条件与上述相同。上浆处理液中的环氧树脂的浓度调整为上浆剂质量比率Rm为1.0％。
在比较例1的剥离实验中，混合液变黑浑浊，剥离实验后确认的结果是，确认到90％以上的CNT从碳纤维脱落。与此相对，在实施例1的剥离实验中，混合液为稍微混浊的程度，能够确认到CNT17几乎没有从碳纤维11脱落。即，可知通过具有来自碳化二亚胺的结构的第一上浆剂15，CNT17彼此以及CNT17与碳纤维11的接触变得牢固，结构体14的破坏以及结构体14从碳纤维11的剥离被有效地抑制。
＜实施例2＞
在实施例2中，使用在与实施例1相同的条件下制作的复合材料10，制作作为碳纤维增强成型体的试验片A21，进行模式I层间破坏韧性试验。试验片A21制作成长度为160mm、宽度为23mm、厚度为3mm。在实施例2中，使用实施了第一上浆处理的复合材料10制作预浸料坯，层叠切断成长方形(160mm×23mm)的多片预浸料坯，边加压边加热，使基体树脂固化，由此制作了试验片A21。各预浸料坯以长度方向与碳纤维11的纤维轴方向一致的方式切断，试验片A21使所有碳纤维11的纤维轴方向与试验片A21的长度方向一致。
使用autograph精密万能试验机AG5-5kNX(日本株式会社岛津制作所制)，根据JISK7086对上述试验片A21进行了模式I层间破坏韧性试验。作为试验方法，使用了双悬臂式层间破坏韧性试验法(DCB法)。即，用锐利的刀具等从试验片A21的前端形成2～5mm的初始裂纹，然后进一步使裂纹进展，在裂纹进展长度从初始裂纹的前端达到60mm的时刻结束试验。试验机的十字头速度根据裂纹进展量而改变。具体而言，裂纹进展量达到20mm的十字头速度为0.5mm/min。裂纹进展量超过20mm时，十字头速度为1mm/min。裂纹进展长度使用显微镜从试验片A21的两侧面进行测定，通过测定载荷和裂纹开口位移，由载荷-COD(CrackOpening Displacement)曲线求出了模式I层间破坏韧性值(GIC)。
作为比较例2，使用代替碳化二亚胺化合物使用将环氧树脂溶解在丙酮中的上浆处理液进行第一上浆处理而得到的复合材料，分别制作作为将该复合材料作为增强纤维的碳纤维增强成型体的试验片B21、和作为将未附着CNT的碳纤维(原丝)作为增强纤维的碳纤维增强成型体的试验片B22，进行了模式I层间破坏韧性试验。在试验片B22中，没有进行上浆处理。在比较例2中，除了上述条件以外，采用与试验片A21相同的条件。
对于裂纹进展量为20mm时的模式I层间破坏韧性值(GIC)的模式I层间破坏韧性强度GIR，实施例2的试验片A21为0.425kJ/m2、比较例2的试验片B21为0.323kJ/m2，试验片B22为0.231kJ/m2。由该结果可知，实施例2的试验片(碳纤维增强成型体)A21中，模式I层间破坏韧性强度GIR相对于比较例2的试验片B21约提高1.32倍，相对于试验片B22约提高1.84倍。
＜实施例3＞
在实施例3中，制作将与实施例1同样制作的复合材料10作为增强纤维的碳纤维增强成型体即实心的棒A31、A32，对这些棒A31、A32进行了三点弯曲试验。在实施例3中，通过拉拔成型法直接由复合材料10和基体树脂制作直径约2.6mm的圆柱状成型体，对该成型体进行无心研磨(Centerless Grinding)，制作了截面更接近正圆的直径约2.2mm的棒A31、A32。因此，棒A31、A32的轴心方向与碳纤维11的纤维轴方向一致。另外，作为棒A31的碳纤维11(原丝)使用了TORAYC(注册商标)T700SC(日本东丽株式会社制)，作为棒A32的碳纤维11(原丝)使用了TORAYC(注册商标)T800SC(日本东丽株式会社制)。棒A31、A32的其它制作条件与实施例1相同。
分别切断上述棒A31、A32，制作多个长度120mm的试验片，对这些试验片根据JIS K7074：1988《碳纤维增强塑料弯曲性能试验方法》进行了三点弯曲试验。支点间距离为80mm。三点弯曲试验中，进行使压头的下降速度相对为低速的试验(以下称为低速弯曲试验)和高速试验(以下称为高速弯曲试验)，分别求出破坏载荷(N)。在低速弯曲试验中，压头的下降速度为5mm/s，在高速弯曲试验中，压头的下降速度为1m/s和5m/s两种。作为破坏载荷(N)，分别对低速弯曲试验和两种高速弯曲试验的各结果，求出了纤维体积含有率(Vf)换算为60％时的值。另外，对于棒A31、A32的每一个，低速弯曲试验及两种高速弯曲试验均使用多个试验片进行了多次试验。
作为比较例3，制作了将未附着CNT的碳纤维(原丝)作为增强纤维的碳纤维增强成型体即实心的棒B31、B32，对这些棒B31、B32进行了三点弯曲试验。棒B31的碳纤维与棒A31的碳纤维相同，棒B32的碳纤维与棒A32的碳纤维相同。棒B31、B32除了使用碳纤维原丝以外，在与棒A31、A32相同的条件下制作而成。另外，对棒B31、B32的三点弯曲试验在与棒A31、A32相同的条件下进行，求出了破坏载荷(N)。
上述试验结果如图20所示。在低速弯曲试验中，棒A31比棒B31的破坏强度提高了11％，棒A32比棒B32的破坏强度提高了23％。另外，在高速弯曲试验中，棒A31比棒B31的破坏强度提高了14％，棒A32比棒B32的破坏强度提高了11％。
＜实施例4＞
在实施例4中，作为旋转构件，制作了碳纤维增强成型体即环状试验片A41、A42，其中碳纤维增强成型体使用了与实施例1同样的方法制作的复合材料10，进行了NOL环试验(依据ASTM D2290)。即，使用在一个方向上平行卷绕作为纤维基材的复合材料10得到的环状试验片A41、A42，求出了周向的抗拉强度。环状试验片A41、A42如上所述，使用长丝卷绕法制作而成。即，使基体树脂M含浸于第一上浆处理后的复合材料10(CNT复合纤维)中后卷绕在安装于长丝卷绕机上的圆筒状的芯轴上，形成了成型体。将成型体与芯轴34一起加热使基体树脂M固化。基体树脂M固化后，将拔出了芯轴34的成型体切断成规定的宽度，制成环状试验片A41、A42。使用辊涂机将基体树脂M涂布在第一上浆处理后的复合材料10上。作为碳纤维11(原丝)，使用了TORAYC(注册商标)T1100(日本东丽株式会社制)。复合材料10的其它制作条件与实施例1相同。
环状试验片A41、A42的内径为35mm，外径为40mm，宽度为3mm。在NOL环试验中，使用5582型万能材料试验机(日本Instron公司制)，以2mm/min的拉伸速度进行NOL环试验。其试验结果如图21所示。图21中，横轴为纤维体积含有率(Vf)，纵轴为表示以纤维体积含有率为100％时的理论强度为100时的相对抗拉强度的指标值。另外，在图21的图中，一并示出了与环状试验片A41、A42相同的纤维体积含有率下的抗拉强度的理论值。
作为比较例4，制作了将未附着CNT的碳纤维(原丝)作为增强纤维的碳纤维增强成型体即环状试验片B41～B44，进行了NOL环试验。环状试验片B41～B44的碳纤维使用与环状试验片A41、A42相同的碳纤维，除了使用碳纤维原丝以外，在与环状试验片A41、A42相同的条件下进行了制作。这些比较例4的环状试验片B41～B44的试验结果如图21所示。
由图21的图可知，将附着有CNT17的碳纤维11作为增强纤维的环状试验片A41、A42与将碳纤维(原丝)作为增强纤维的环状试验片B41～B44相比，抗拉强度提高，接近抗拉强度的理论值。
[实施例5]
在实施例5中，通过碎裂法评价了碳纤维11与基体树脂的界面粘接强度。同时，根据上浆剂质量比率Rm的不同评价了碳纤维11与基体树脂的界面粘接强度。
首先，调整第一上浆处理液中的碳化二亚胺化合物的浓度，分别制作了上浆剂质量比率Rm为0.6％，0.8％，1.0％，1.1％，1.5％的复合材料10。对于制作的各复合材料10，从碳纤维束12取出一根CNT复合纤维，制作了将该CNT复合纤维埋设在软质环氧树脂中的试验片A51～A55。试验片A51～A55，对于复合材料10的多个制作批次，分别制作了三个。作为碳纤维11，使用了TORAYC(注册商标)T700SC(日本东丽株式会社制)。另外，其他复合材料10的制作条件与实施例1相同。
对于各试验片A51～A55，在施加拉伸载荷直至碳纤维11不被切断，之后，对各试验片测定一定长度的碳纤维11的各切断片的长度，对于各试验片A51～A55，对每个制作批次求出了切断片的长度的平均值(切断纤维长度)。其测定结果如图22的图所示。
作为比较例5，制作了将未附着CNT的一根碳纤维(原丝)埋设在软质环氧树脂中的试验片B51。与试验片A51～A55同样，对试验片B51施加拉伸载荷，对每个制作批次求出了切断片的长度的平均值(切断纤维长度)。其测定结果如图22的图所示。另外，试验片B51的制作条件除了CNT未附着在碳纤维上以外，与试验片A51～A55相同。
可知，试验片A51～A55的切断纤维长度比比较例5的试验片B51的切断纤维长度短，CNT复合纤维与基体树脂的界面粘接强度高于未附着CNT的碳纤维(原丝)的界面粘接强度。另外，可知，相对于试验片B51，上浆剂质量比率Rm为0.6％以上且1.1％以下的范围内的试验片A51～A54的界面粘接强度显著提高。
在如上所述制作的复合材料10中，对于上浆剂质量比率Rm为0.8％，1.1％，1.5％的复合材料10，通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)在结构体14的表面上观察到的第一上浆剂15的状态示于图23至图25中。上浆剂质量比率Rm为0.8％，1.1％的结构体14中，CNT17形成的空隙部19没有被第一上浆剂15堵塞，但上浆剂质量比率Rm为1.5％的结构体14中，确认了许多空隙部19被第一上浆剂15堵塞。
[实施例6]
在实施例6中，将复合材料10作为增强纤维，制作作为碳纤维的纤维体积含有率(Vf)不同的旋转构件2的多个环状试验片A6，通过NOL环试验(依据ASTM D2290)测定各自的抗拉强度。另外，作为比较例6，将原丝(碳纤维)作为增强纤维，制作碳纤维的纤维体积含有率(Vf)不同的多个环状试验片B6，同样测定了各自的抗拉强度。实施例6、比较例6的NOL环试验均使用上述5582型万能材料试验机，以2mm/min的拉伸速度进行试验。另外，环状试验片A6、B6与实施例4同样地制作。但是，在环状试验片A6、B6的任一者中，作为碳纤维11，使用了TORAYC(注册商标)T1100SC-12000(日本东丽株式会社制)。
上述测定结果如图26所示。图26的●是实施例6的各测定结果的绘制点，▲是比较例6的各测定结果的绘制点。另外，图26中，横轴为环状试验片中的碳纤维的纤维体积含有率(Vf)，纵轴为抗拉强度(指标值)。实线是表示基于实施例6的测定值通过最小二乘法求出的纤维体积含有率与抗拉强度(指标值)的关系的近似直线，虚线是表示基于比较例6的测定值与实施例6同样地求出的纤维体积含有率与抗拉强度(指标值)的关系的近似直线。抗拉强度(指标值)是表示由比较例6的纤维体积含有率和抗拉强度(指标值)的关系(近似直线)求出的增强纤维的纤维体积含有率为70％时的抗拉强度设定为“100”时的相对抗拉强度的值。另外，图27中放大示出了图26的纤维体积含有率为60％以上、抗拉强度(指标值)为90以上的区域。
由图26、图27可以确认，与纤维体积含有率成正比，抗拉强度得到提高。各环状试验片A6的抗拉强度(指标值)，无论是在纤维体积含有率较低的60％以上且小于70％的范围内，还是在纤维体积含有率较高的70％以上(小于75％)的范围内，都绘制在表示比较例6的纤维体积含有率与抗拉强度(指标值)的关系的近似直线的上侧。即，可知将CNT复合纤维作为增强纤维的各环状试验片A6，具有比将相同纤维体积含有率的碳纤维的原丝作为增强纤维的环状试验片更高的抗拉强度。具体而言，在相同的纤维体积含有率的情况下，如实施例6那样将复合材料10作为增强纤维的环状试验片的抗拉强度相对于如比较例6那样将原丝作为增强纤维的环状试验片的抗拉强度，高约10％的值。另外，用于得到相同抗拉强度的纤维体积含有率，在将复合材料10作为增强纤维的情况下，相对于将原丝作为增强纤维的情况小约10％的值。根据近似直线，将复合材料10作为增强纤维的环状试验片的纤维体积含有率为74％时的抗拉强度，相当于将原丝作为增强纤维的环状试验片的纤维体积含有率为81％时的抗拉强度的值。
通常，碳纤维增强成型体如果纤维体积含有率超过80％，则由于基体树脂量的减少，其自身变脆，因此用于提高抗拉强度的纤维体积含有率的增加也有限，但通过使用复合材料10作为旋转构件2的增强纤维，从而即使是相对较小的纤维体积含有率，也能够得到比使用原丝作为增强纤维的材料高的抗拉强度，因此能够兼顾高抗拉强度和高耐脆性。
[实施例7]
作为实施例7，对纤维体积含有率(Vf)不同的多个环状试验片评价了破坏状态。所评价的多个环状试验片包含在上述实施例6中实施了抗拉强度测定的各环状试验片A6。如下所示进行破坏状态的评价。首先，将作为评价对象的多个环状试验片A6分成纤维体积含有率为60％以上且小于70％的第一组和70％以上的第二组。然后，使用5582型万能材料试验机，以2mm/min的拉伸速度拉伸，调查已破坏的各环状试验片的破坏状态。可知环状试验片的破坏状态可以大致分类为断层破坏模式和层间破坏模式两种。按每组分类为断层破坏模式和层间破坏模式。以百分率求出各组中分类为各破坏模式的个数的比例。求出的比例作为评价结果示于表1。另外，作为比较例7，将原丝作为增强纤维，对于碳纤维的纤维体积含有率(Vf)不同的多个环状试验片，与实施例7同样地评价了破坏状态。所评价的多个环状试验片包含在上述比较例6中实施了抗拉强度测定的各环状试验片B6。其评价结果如表2所示。
如图28所示，上述断层破坏模式是构成环状试验片的多根碳纤维各自被切断的破坏形态。该断层破坏模式的X射线CT图像的分析结果，确认了倾斜横穿各纤维层而产生裂纹而导致破坏，在破坏后的各纤维层之间的全部或大部分中没有产生剥离。另一方面，层间破坏模式如图29所示，是成为在周向上产生龟裂而崩溃的形状的破坏形态。层间破坏模式是X射线CT图像的分析结果，通过X射线CT图像确认在环状试验片的各纤维层间产生剥离而导致破坏的痕迹。确认到破坏后的各纤维层之间的剥离几乎在整个层中产生。
表1
实施例7
60％≤Vf<70％ 70％≤Vf
断层破坏模式 79％ 100％
层间破坏模式 21％ 0％
表2
比较例7
60％≤Vf<70％ 70％≤Vf
断层破坏模式 0％ 100％
层间破坏模式 100％ 0％
在比较例7中，在抗拉强度相对较高的第二组(70％≤Vf)中，全部为断层破坏模式，在抗拉强度相对较小的第一组(60％≤Vf<70％)中，全部为层间破坏模式。与此相对，在实施例7中，第二组与比较例7同样全部为断层破坏模式，但在第一组中，21％为层间破坏模式，79％为断层破坏模式。这是因为，在实施例7中，即使在纤维体积含有率为60％以上且小于70％的情况下，由于复合区域18的形成，使得实质上的基体树脂M与碳纤维11的界面粘接强度提高，从而不易产生纤维层间的剥离，相对于比较例7，层间破坏模式变少。
[实施例8]
在实施例8中，截取在实施例6的拉伸试验中破坏断裂的环状试验片A6的一部分，作为用于观察切断面的观察样品。研磨该观察样品的切断面，分别用扫描电子显微镜(SEM、Scanning Electron Microscope)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM、Field-EmissionScanning Electron Microscope)进行了观察。另外，在比较例8中，截取在比较例6的拉伸试验中破坏断裂的环状试验片B6的一部分，制作观察样品，与实施例8同样地进行观察。图30是实施例8的SEM照片，图31是比较例8的SEM照片，图32是实施例8的FE-SEM照片，图33是比较例8的FE-SEM照片。另外，截取了观察样品的环状试验片A6为72.2％的纤维体积含有率、环状试验片B6为72.5％的纤维体积含有率。
环状试验片A6、B6如图30和图31中虚线所包围的区域那样，观察到环状试验片A6、B6的任一个都是碳纤维非常紧密填充的最密填充部位，在实施例8和比较例8中未发现明显的差异。在纤维体积含有率为72％左右的情况下，由于确认到最密填充部位，因此认为如果进一步增加纤维体积含有率，则成为因用于吸收变形的基体树脂量变少而导致产生脆弱化问题的区域。因此，通过增加纤维体积含有率来提高抗拉强度是有界限的。
如图32所示，环状试验片A6在碳纤维11与基体树脂M的界面上，厚度约为0.1μm的复合区域18以覆盖碳纤维11的表面的方式以均匀的膜厚存在，多根CNT17以无纺布状相互缠绕，即，基体树脂M进入立体的网眼状的结构体14内的空隙，该基体树脂M成为立体的网眼状，相互作为网眼结构进入，观察到CNT17和基体树脂M以纳米水平形成相互网眼结构。确认到在最密填充部位，在相邻的碳纤维11接近的区域中，复合区域18被压缩，厚度为0.01μm以下。可知，这样的相邻的碳纤维11上的复合区域18彼此相互固定而一体化，形成上述的碳纤维11彼此交联的交联结构。
另一方面，如图33所示，环状试验片B6在碳纤维和基体树脂的界面观察到清晰的边界线。在最密填充部位，相邻的碳纤维彼此接触，或者在相邻的碳纤维之间只存在非常薄的基体树脂。因此，相邻的两根碳纤维的结合强度不会超过碳纤维与基体树脂的界面的粘接强度。
在环状试验片A6中，通过交联结构，成为相邻的两根碳纤维11比环状试验片B6更牢固地粘接的状态。因此可知，即使在环状试验片A6上作用有朝向其径向外侧的较大的拉伸力的情况下，邻接的碳纤维11彼此之间的基于交联结构的结合也不容易被破坏，通过一体化的多根碳纤维11表现出比环状试验片B6更高的抗拉强度。
符号说明
2：旋转构件；
3：表面磁铁型电动机；
4：转子；
10：复合材料；
11：碳纤维；
14：结构体；
15：第一上浆剂；
17：碳纳米管；
37：第二上浆剂；
M：基体树脂。

Claims (8)

1.一种旋转构件，其是沿周向旋转的旋转构件，其特征在于，包括：
碳纤维，沿周向卷绕；
基体树脂，包埋所述碳纤维；以及
结构体，其由具有弯曲部的弯曲形状的多根碳纳米管构成，形成具有所述碳纳米管彼此直接接触的接触部的网络结构，所述结构体设置在所述碳纤维的表面。
2.根据权利要求1所述的旋转构件，其特征在于：
所述结构体的厚度在50nm以上且200nm以下的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的旋转构件，其特征在于：
所述碳纤维的纤维体积含有率小于75％。
4.一种旋转构件的制造方法，其特征在于，包括：
结构体形成工序，使碳纤维浸渍于分散有具有弯曲部的弯曲形状的碳纳米管且施加了超声波振动的分散液中，使多根所述碳纳米管附着在所述碳纤维上，在所述碳纤维的表面形成具备网络结构的结构体，其中，所述网络结构具有所述碳纳米管彼此直接接触的接触部；以及
成形工序，在形成有所述结构体的所述碳纤维上涂敷基体树脂，将涂敷了所述基体树脂的所述碳纤维卷绕在芯轴上，在使所述基体树脂固化后拔出所述芯轴。
5.根据权利要求4所述的旋转构件的制造方法，其特征在于，在所述结构体形成工序后，具有：
第一上浆处理工序，使所述碳纤维与溶解有具有碳化二亚胺基的碳化二亚胺化合物的第一上浆处理液接触，赋予用于使直接接触的所述碳纳米管彼此交联的第一上浆剂。
6.根据权利要求5所述的旋转构件的制造方法，其特征在于：
在所述第一上浆处理工序中，所述第一上浆剂的赋予量相对于所述碳纤维的质量在0.6％以上且1.1％以下的范围内。
7.根据权利要求5或6所述的旋转构件的制造方法，其特征在于：
所述结构体形成工序中，形成厚度为50nm以上且200nm以下的范围内的所述结构体。
8.根据权利要求4～7中任一项所述的旋转构件的制造方法，其特征在于：
在所述成形工序中，以旋转构件中的碳纤维的纤维体积含有率小于75％的方式，将涂覆了所述基体树脂的所述碳纤维卷绕在芯轴上。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7382460B1 (ja) * 2022-07-14 2023-11-16 ニッタ株式会社 射出成形体及びその製造方法、複合繊維の製造方法、ｃｎｔ付着炭素繊維及びその製造方法、並びに炭素繊維複合材の製造方法
GB2621836A (en) * 2022-08-22 2024-02-28 Victrex Mfg Ltd Polymeric materials

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3813532B2 (ja) 2002-04-19 2006-08-23 株式会社ジェイテクト 表面磁石貼付け型モータおよびその組み付け方法
JP2007238753A (ja) 2006-03-08 2007-09-20 Atomix Co Ltd 水性樹脂用硬化剤、およびそれを用いたコーティング剤
JP5026208B2 (ja) 2007-09-27 2012-09-12 富士フイルム株式会社 カーボンナノチューブ層含有構造体、及びその製造方法
JP6063562B2 (ja) * 2013-04-24 2017-01-18 ニッタ株式会社 複合素材、成形品および複合素材の製造方法
WO2018043046A1 (ja) 2016-08-31 2018-03-08 コニカミノルタ株式会社 機能性細線付き基材及び機能性細線の形成方法
WO2018151009A1 (ja) 2017-02-14 2018-08-23 ニッタ株式会社 バドミントンラケット、テニスラケット、ゴルフクラブ、スノーボード、又は自転車に使用するシャフトおよびフレーム
JP2018043521A (ja) 2017-11-21 2018-03-22 グンゼ株式会社 マグネット型モータの回転子の被覆部材
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