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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verbundwerkstoffmaterial
umfassend ein mit Kohlenstoff Nanoröhren verstärktes Harz.
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Eine
Kohlenstoff Nanoröhre
ist ein einzelnes röhrenförmiges Molekül, worin
eine große
Anzahl von Kohlenstoffatomen in einem solchen Zustand dauerhaft
gebunden ist, dass sechsgliedrige Ringe durch sp2-Bindung
gebildet werden, die eine Struktur der Nanometergrößenordnung
aufweisen. Das Endteil der Kohlenstoff Nanoröhre ist unter Bildung einer
hemisphärischen
Struktur durch teilweises Einlagern fünfgliedriger Ringe geschlossen.
Darüber
hinaus bilden die oben genannten Kohlenstoff Nanoröhren einlagige
Röhren, oder
es können
manchmal in einer verschachtelten Weise Röhren unterschiedlicher Größenordnungen übereinandergelegt
sein, um mehrlagige Röhren
zu bilden.
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Es
wird davon ausgegangen, dass es für die oben genannten Kohlenstoff
Nanoröhren
Anwendungen für
unterschiedliche Verwendungen gibt, wie beispielsweise eindimensionale
Drähte,
Katalysatoren, kalte Kathodenelemente und Wasserstoffspeichersubstanzen,
was mechanischen und strukturellen Eigenschaften zu verdanken ist,
die sich von ihrer spezifischen Struktur ableiten. Darüber hinaus
besitzen mit Kohlenstoff Nanoröhren
verstärkte
Verbundwerkstoffmaterialien exzellente funktionale Eigenschaften
wie zum Beispiel elektrische Leitfähigkeit.
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Als
das oben genannten Verbundwerkstoffmaterial ist beispielsweise eine
Harzverbindung, die 0,1 bis 50 Gewichtsanteile an Kohlenstoff Nanoröhren und
99,9 bis 50 Gewichtsanteile von synthetischem Harz enthält, bekannt
(
Japanische Patentnr. 2862578 ).
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Die
obige Harzverbindung umfasst Kohlenstoff Nanoröhren mit einem Durchmesser
von 3,5 bis 70 nm und einem Geometrieverhältnis von 5 oder größer und
ein thermoplastisches oder wärmehärtendes
Harz in entsprechenden Mengen der oben angegebenen Bereiche und
wird durch Mischen eines Aggregats der Kohlenstoff Nanoröhren mit
dem thermoplastischen oder wärmehärtenden
Harz hergestellt.
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Es
ist in der obigen Harzverbindung jedoch schwierig, die Nanoröhren homogen
in dem Harz zu dispergieren, da die Röhre in einer aggregierten Form
vorliegt. Darüber
hinaus haben die Kohlenstoff Nanoröhren eine niedrige chemische
Aktivität,
was auf eine Struktur zurückzuführen ist,
in der eine große
Anzahl von Kohlenstoffatomen dauerhaft gebunden sind und deren Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
gegenüber
Wasser und verschiedenen organischen Lösemitteln daher sehr schwach
ist. Im Ergebnis weist die Harzverbindung schwache Bindungskräfte zwischen
der Oberfläche
der Kohlenstoff Nanoröhren
und dem Harz auf und weist daher die Unzulänglichkeit einer geringen mechanischen
Festigkeit wie dem Spannungsmodul auf.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung
von mit Kohlenstoff Nanoröhren
verstärktem
Verbundwerkstoffmaterial bereit zu stellen, welches eine solche
Unzulänglichkeit überwindet und
in der Lage ist, Kohlenstoff Nanoröhren in einem Harz homogen
zu dispergieren um ein Verbundwerkstoffmaterial zu erhalten, welches
eine exzellente mechanische Festigkeit besitzt.
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Aus
diesem ersten Aspekt heraus gesehen stellt die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zur Herstellung eines mit Kohlenstoff Nanoröhren verstärkten Verbundwerkstoffmaterials,
welches hydrophile Kohlenstoff Nanoröhren und ein synthetisches
Harz umfasst, bereit, umfassend die Schritte:
Dispergieren
der hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren in einem ersten Lösemittel,
um ein erstes Dispersionsliquid herzustellen,
Hinzufügen des
ersten Dispersionsliquides und eines synthetischen Harzrohmaterials
zu einem zweiten Lösemittel,
und Umrühren
der resultierenden Mischung, um ein drittes Dispersionsliquid zu
erhalten, wobei ein zweites Dispersionsliquid, in welchem das synthetische
Harzrohmaterial in dem ersten Dispersionsliquid gelöst ist,
in dem zweiten Lösemittel
dispergiert wird,
Entfernen des ersten Lösemittels und des zweiten Lösemittels
von dem dritten Dispersionsliquid, um eine Mischung der hydrophilen
Kohlenstoff Nanoröhren
und des synthetischen Harzrohmaterials zu erhalten, und
Formen
der Mischung, um den Verbundwerkstoff zu erhalten, wobei das synthetische
Harz durch die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren verstärkt wird,
wobei das zweite
Lösungsmittel
eine geringere Löslichkeit
des synthetischen Harzrohmaterials aufweist als das erste Lösemittel,
das im Wesentlichen nicht mit dem ersten Lösemittel kompatibel ist, und
ein größeres Volumen
als das erste Lösemittel
hat.
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Im
erfindungsgemäßen Verfahren
werden die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren zuerst in dem ersten Lösungsmittel
dispergiert, um das erste Dispersionsliquid herzustellen. Als die
oben genannten hydrophilen Kunststoff Nanoröhren können hydrophile Kohlenstoff
Nanoröhren
verwendet werden, deren Hydrophilizität durch Einführen einer
hydrophilen funktionalen Gruppe in die Oberfläche derselben erreicht wird.
Die oben genannten hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren können durch jedes Verfahren
der Bestrahlung von rohen Kohlenstoff Nanoröhren mit einer Ultraviolettstrahlung,
durch Unterziehen selbiger einer Plasmabehandlung oder Unterziehen
derselben einer Nassbehandlung mit einem starken Oxidationsmittel
wie beispielsweise Schwefelsäure
oder Salpetersäure,
produziert werden.
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Darüber hinaus
wird das erste Dispersionsliquid vorzugsweise hergestellt durch
Zufügen
eines oberflächenaktiven
Stoffs zu dem obigen ersten Lösemittel
zusammen mit den obigen hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren. Durch
Hinzufügen
der oberflächenaktiven
Substanzen können
die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren leicht in den ersten Lösemitteln
dispergiert werden.
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Dann
werden das erste Dispersionsliquid und ein synthetisches Harzrohmaterial
dem zweiten Lösemittel
zugefügt,
gefolgt von Rühren.
Da das zweite Lösemittel
im Wesentlichen nicht kompatibel mit dem ersten Lösemittel
ist und ein Volumen aufweist, das größer ist als das des ersten
Lösemittels,
bildet das erste Dispersionsliquid winzige Liquidtropfen, die im
zweiten Lösemittel
dispergiert werden.
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Des
Weiteren, da das obige zweite Lösemittel
eine geringere Löslichkeit
synthetischen Rohmaterials aufweist als das erste Lösemittel,
wandert dieses aus dem zweiten Lösemittel
in das erste Lösemittel
mit einer größeren Löslichkeit,
nachdem sich das synthetische Rohmaterial zunächst in dem obigen zweiten
Lösemittel gelöst hat.
Im Ergebnis wird das obige erste Dispersionsliquid in das zweite
Dispersionsliquid geändert,
wobei die obigen hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren in dem ersten Lösemittel
dispergiert sind, in dem das obige synthetische Harzrohmaterial
gelöst
ist. Dann wird das dritte Dispersionsliquid, in dem winzige Liquidtropfen des
zweiten Dispersionsliquid gelöst
sind, in dem zweiten Lösemittel
gebildet.
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Vorliegend
ist das synthetische Harzrohmaterial ein Monomer oder ein Vorpolymer
des synthetischen Harzes, welches das Verbundwerkstoffmaterial mit
den hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren bildet.
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In
den Liquidtropfen des obigen zweiten Dispersionsliquids sind die
obigen hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren und das obige synthetische
Harzrohmaterial in einem extrem eng benachbarten Zustand vorhanden.
Zu diesem Zeitpunkt, wenn Plätze
wechselweise mit unterschiedliche Ladungen vorliegen und das synthetische
Rohmaterial beispielsweise einmal mit negativer Ladung und einmal
mit positiver Ladung der hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren vorliegt,
dann ziehen die Plätze
sich gegenseitig an. Daher haben die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren das
Bestreben, von Molekülen
des synthetischen Harzrohmaterials umgeben zu sein.
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Wenn
es an den hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren und dem obigen synthetischen
Harzrohmaterial andererseits Plätze
gibt, welche die selbe Ladung haben, beispielsweise eine positive
Ladung und eine positive Ladung oder eine negative Ladung und eine
negative Ladung, reagieren die Plätze mit Abstoßung. In
dem obigen dritten Dispersionsliquid jedoch, da die Liquidtropfen
des obigen zweiten Dispersionsliquides von dem obigen zweiten Lösemittel
umgeben sind, werden die obigen hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren und
die obigen synthetischen Harzrohmaterialien durch das zweite Lösemittel
davor bewahrt, selbst wenn sie mit Abstoßung reagieren und dazu tendieren,
sich voneinander zu trennen, sich zu bewegen. Entsprechend sind
die Moleküle
der hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren und die synthetischen
Harzrohmaterialien immer noch in einem extrem eng nebeneinander
liegendem Zustand vorhanden.
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Im
Ergebnis kann die wechselweise anziehende Wirkung, die von den Plätzen herrührt, die
wechselweise unterschiedliche Molekülladungen der obigen hydrophilen
Kohlenstoff Nanoröhren
und der obigen synthetischen Harzrohmaterialien aufweisen, Vorrang
erlangen. Daher können
die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren von den Molekülen der
synthetischen Harzrohmaterialien umgeben werden und daher können sie
homogen in das synthetische Harzrohmaterial dispergiert werden.
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Darüber hinaus
bilden, für
den Fall, dass die obigen Dispersionsliquide die obige oberflächenaktive Substanz
enthalten, die oberflächenaktiven
Stoffe Mizellen, welche die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren auf
eine solche Art und Weise bedecken, dass hydrophile Gruppen zu den
Seiten der obigen hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren orientiert sind und lipophile
Gruppen zu den Seiten der Moleküle
der obigen synthetischen Harzrohmaterialien orientiert sind. Daher
sind die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren ferner geeignet, homogen
in dem synthetischen Harz-Rohmaterial
dispergiert zu werden.
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Dann,
wenn das erste Lösemittel
und das zweite Lösemittel
aus dem obigen dritten Dispersionsliquid entfernt worden sind, wie
oben erwähnt,
wird eine Mischung erhalten, worin die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren homogen
in dem synthetischen Harzrohmaterial dispergiert sind. Daher kann
das Verbundwerkstoffmaterial, worin das obige synthetische Harz,
verstärkt
durch die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren, durch Gießen der
Mischung geformt werden.
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Um
das Verbundwerkstoffmaterial zu formen, nachdem das erste Lösemittel
und das zweite Lösemittel durch
Filtrieren oder Zentrifugieren aus dem obigen dritten Lösemittel
entfernt worden sind, um die obige Mischung zu erhalten, kann die
Mischung einem Verfahren wie Spritzgießen oder Pressformen unterzogen
werden.
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Es
wird jedoch bevorzugt, das erste Lösemittel und das zweite Lösemittel
aus dem dritten Dispersionsliquid zu entfernen, indem das dritte
Dispersionsliquid auf ein Substrat gesprüht wird.
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Für den Fall,
dass das dritte Dispersionsliquid auf ein Substrat gesprüht wird,
kann ein Schritt des Entfernens des ersten Lösemittels und des zweiten Lösemittels
aus dem dritten Dispersionsliquid, um eine Mischung der hydrophilen
Kohlenstoff Nanoröhren
und des synthetischen Harzrohmaterials zu erhalten, und ein Schritt
des Formens der Mischung gleichzeitig durchgeführt werden.
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Darüber hinaus
kann durch Sprühen
des dritten Dispersionsliquides auf ein Substrat, selbst wenn das Substrat
eine komplexe Form hat, das Verbundwerkstoffmaterial, worin das
obige synthetische Harzmaterial durch die hydrophilen Kohlenstoff
Nanoröhren
verstärkt
ist, leicht entsprechend der Form ausgeformt werden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezug auf
die begleitenden Figuren dargelegt, in denen:
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1 eine
illustrative Querschnittsansicht ist, die ein: wesentliches Beispiel
eines Ultraviolettstrahlungsgeräts
zeigt, das verwendet werden kann, um Hydrophilizität in Kohlenstoff
Nanoröhren
einzuführen.
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2 eine
illustrative Querschnittsansicht ist, welche die Definition eines
Kontaktwinkels und ein Berechnungsverfahren hiervon zeigt.
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3 eine schematische Darstellung der Schritte
des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Ausführungsform.
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4 eine illustrative Querschnittsansicht
ist, welche ein wesentliches Beispiel des Verbundwerkstoffs zeigt,
verstärkt
durch hydrophile Kohlenstoff Nanoröhren, die durch das Herstellungsverfahren
des vorliegenden Ausführungsbeispiels
erhalten worden sind.
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Das
Herstellungsverfahren des vorliegende Ausführungsbeispiels stellt ein
mit Kohlenstoff Nanoröhren
verstärktes
Verbundwerkstoffmaterial her, das hydrophile Kohlenstoff Nanoröhren und
ein synthetisches Harz umfasst.
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Als
die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren können solche verwendet werden,
die erhalten werden unter Verwendung von Kohlenstoff Nanoröhren als
Rohmaterial, die durch ein per se bekanntes Verfahren wie das chemische
Aufdampfverfahren (CVD- Verfahren)
hergestellt sind, in deren Kohlenstoff Nanoröhren Oberfläche zum Erzielen von Hydrophilizität hydrophilen
funktionalen Gruppe eingeführt
werden. Hydrophilizität kann
den obigen Kohlenstoff Nanoröhren
durch jedes Verfahren der Bestrahlung der Kohlenstoff Nanoröhren, des
Unterziehens derselben einer Plasmabehandlung, oder durch unterziehen
derselben einer Nassbehandlung mit starken oxydierenden Reagenzien
wie Schwefelsäure
oder Salpetersäure
verliehen werden.
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Im
Hinblick auf Einfachheit und Bequemlichkeit zur Erlangung der Hydrophilizität der rohen
Kohlenstoff Nanoröhren
ist die Bestrahlung mit einer Ultraviolettbestrahlung oder die Plasmabehandlung
bevorzugt.
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Die
rohen Kohlenstoff Nanoröhren
haben beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von 0,4 bis 100
nm und besitzen ein Geometrieverhältnis von 10 bis 10000. Die
Kohlenstoff Nanoröhren
können
einlagige Kohlenstoff Nanoröhren
oder mehrlagige Kohlenstoff Nanoröhren sein.
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Für den Fall,
dass die obigen rohen Kohlenstoff Nanoröhren mit einer Ultraviolettbestrahlung
bestrahlt werden, wird beispielsweise ein Ultraviolettstrahlbestrahlungsgerät wie in 1 gezeigt,
verwendet. Das Ultraviolettstrahlbestrahlungsgerät 1 ist ausgestattet
mit einer Kammer 2, einer Ultraviolettlampe 3,
angeordnet in der Kammer 2, einer unterhalb der Ultraviolettlampe 3 mit
einem vorgegebenen Bestrahlungsabstand angeordneten Probenplattform 5,
auf der die rohen Kohlenstoff Nanoröhren 4 anzuordnen
sind. Die Ultraviolettlampe 3 ist durch ein Plattformglied 6 unterstützt, welches
in der Kammer 2 angeordnet ist. Darüber hinaus ist die Probenplattform 5 auf
einer frei adjustierbaren, anhebbaren Plattform 7 angeordnet
und die obigen Bestrahlungsabstände
können
durch Auf- und Abbewegung der anhebbaren Plattform 7 adjustiert
werden.
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Die
Ultraviolettstrahlung kann jeden Strahl mit einer Wellenlänge von
unter 400 nm umfassen, ist jedoch vorzugsweise ein Ultraviolettstrahl
im fernen Ultraviolettbereich mit einer Wellenlänge im Bereich von 1 bis 190
nm. Weil die Bindungsenergie der Kohlenstoff-Kohlenstoff Bindungen
unter Ausbildungen einer sp2-Bindung 590
kJ/Mol beträgt,
kann die Kohlenstoff-Kohlenstoffbindung durch die Photonenenergie der
Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge im oben angegebenen Bereich
leicht gespalten werden. Wenn die Wellenlänge der Ultraviolettstrahlen über 190
nm liegt, kann die Kohlenstoff-Kohlenstofibindung manchmal nicht
gespalten werden, was auf die niedrige Energie der Ultraviolettstrahlen
zurück
zu führen
ist. Darüber
hinaus kann, wenn die Wellenlänge
unterhalb 1 nm liegt, der Strahl in den Bereich der Röntgenstrahlung
fallen, so dass Schutz gegen Röntgenstrahlung
notwendig wird.
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Die
obige Ultraviolettlampe 3 für die Ultraviolettstrahlbestrahlung
umfasst eine Niederdruckquecksilberlampe, eine dielektrische Sperrschicht
Excimerlampe und ähnliche.
Durch die obige Niederdruckquecksilberlampe wird ein Ultraviolettstrahl
mit einer Wellenlänge
von 185 nm und ein Ultraviolettstrahl mit einer Wellenlänge von
254 nm erhalten. Zusätzlich
wird durch die obige dielektrische Sperrschicht Excimerlampe eine Ultraviolettstrahlung
mit einer einzelnen Wellenlänge
von 126 nm, 146 nm, 172 nm, 222 nm oder 308 nm erhalten. In dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel
kann auf Grund der hohen Photonenenergie ein Vakuum Ultraviolettstrahl
mit einer Wellenlänge
von 172 nm, erhaltbar durch die Bestrahlung mit der dielektrischen
Sperrschicht Excimerlampe, in der Xenongas eingeschlossen ist, insbesondere
vorzugsweise eingesetzt werden.
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Die
Bestrahlung der Kohlenstoff Nanoröhren 4 mit einem Ultraviolettstrahl
mittels der Ultraviolettlampe 3 wird durchgeführt bei
einem Output im Bereich von 1 bis 200 mW/cm2 bei
einem Bestrahlungsabstand im Bereich von 0,1 bis 100 mm über eine
Zeitdauer im Bereich von 5 bis 600 Sekunden, wobei die Atmosphäre in der
Kammer 2 durch eine vorgegebene Atmosphäre ersetzt wird. Bei den Kohlenstoff
Nanoröhren 4 wird
die Kohlenstoffbindung an der Oberfläche gespalten und gleichzeitig
werden die Endstücke
geöffnet.
Kohlenstoffatome an den gespaltenen Bereichen und den geöffneten
Teilen kombinieren mit Sauerstoffatomen, Stickstoffatomen und ähnlichen
in der Atmosphäre
zur Bildung hydrophiler funktionaler Gruppen und hierdurch werden die
hydrophilen funktionalen Gruppen in die obigen Kohlenstoff Nanoröhren eingeführt.
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Beispiele
der hydrophilen funktionalen Gruppen schließen eine Hydroxylgruppe (-OH), eine Carbonylgruppe
(-CO-), eine Aldehydgruppe (-CHO), eine Carboxylgruppe (-COOH),
eine Nitrogruppe (-NO2), eine Aminogruppe
(-NH2) und ähnliche ein.
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Darüber hinaus
sind in dem Fall, dass die obigen rohen Kohlenstoff Nanoröhren der
Plasmabehandlung unterzogen werden, die Kohlenstoff Nanoröhren in
einem vorgegebenen Behandlungsraum angeordnet, diesem wird ein vorgegebenes
Gas zugeführt,
und die Kohlenstoff Nanoröhren
werden mit Plasma behandelt, welches durch Anlegen einer vorgegebenen
hohen Spannung an den Behandlungsraum für eine vorgegebene Zeit erzeugt
wird. Das obige Plasma ist ein Gas, das geladene Partikel umfasst,
die durch Ionisierung des obigen Gases durch Anlegen der obigen
Hochspannung erzeugt werden. Bei der obigen Behandlung mit Plasma kollidieren
die obigen geladenen Partikel mit den obigen Kohlenstoff Nanoröhren, um
die Kohlenstoff-Kohlenstoffbindung an der Oberfläche der Kohlenstoff Nanoröhren zu
spalten, und die Kohlenstoffatome der gespalteten Teile kombinieren
mit Sauerstoffatomen, Stickstoffatomen oder ähnlichen, um hydrophile funktionale Gruppen
zu bilden, und hierdurch werden die hydrophilen funktionalen Gruppe
in die obigen Kohlenstoff Nanoröhren
eingeführt.
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Das
Gas, mit welchem der obige Behandlungsraum versorgt wird, umfasst
Sauerstoff enthaltende Gase, Stickstoff enthaltende Gase, Kohlenwasserstoffgase
wie Methan und Ethylen, und ähnliche,
wobei aber die Sauerstoff enthaltenden Gase bevorzugt sind. Wenn
ein Sauerstoff enthaltendes Gas eingesetzt wird, erfolgt durch den
Angriff von Elektronen, die von einer Elektrode der obigen Plasmabehandlung
freigesetzt werden, die Ionisierung von Sauerstoffatomen um eine
Atmosphäre
zu bilden, die Ozon und Sauerstoffradikale umfasst. In einer solchen
Atmosphäre
kollidieren Ozon und Sauerstoffradikale mit den obigen Kohlenstoff
Nanoröhren,
um die Kohlenstoff-Kohlenstoffbindung
an der Oberfläche
der Kohlenstoff Nanoröhre
zu spalten, und es kombinieren gleichzeitig die Kohlenstoffatome
an den gespaltenen Stellen sehr schnell mit Sauerstoffatomen. Als
Folge hiervon werden hydrophile funktionale Gruppen, die Sauerstoff
umfassen, so wie eine Hydroxylgruppe (-OH), eine Carbonylgruppe
(-CO), eine Aldehydgruppe (-CHO), eine Carboxylgruppe (-COOH) und ähnliche
in die obigen Kohlenstoff Nanoröhren
eingeführt.
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Die
Bedingungen der Behandlung wie Art der Gase, Druck, angelegte Spannung,
Frequenz der elektrischen Quelle, Zeitdauer zum Anlegen der anzuwendenden
Spannung bei der obigen Plasmabehandlung können auf geeignete Weise, in Abhängigkeit
von der Menge an rohen Kohlenstoff Nanoröhren, gewünschtem Grad an Hydrophilizität und ähnlichem,
bestimmt werden.
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Als
Folge der obigen Ultraviolettbestrahlung oder der Plasmabehandlung
wird Hydrophilizität
in einem solchen Ausmaß in
die Kohlenstoff Nanoröhren
eingeführt,
dass der Kontaktwinkel von Wasser zu den Kohlenstoff Nanoröhren 4 im
Bereich von weniger als 130 °,
vorzugsweise 110 ° oder
niedriger ist, ferner vorzugsweise 100 ° oder weniger. Der obige Kontaktwinkel
wird durch einen Winkel θ zwischen
der Tangente eines Wassertropfens 8 von destilliertem Wasser
und der Oberfläche
der Kohlenstoff Nanoröhren 4 repräsentiert,
wie gezeigt in 2, wenn der Wassertropfen 8 an
der Kohlenstoff Nanoröhre 4 anliegt.
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Der
Kontaktwinkel θ ist
ein Wert, der gemäß der folgenden
Gleichung (1) berechnet ist aus einem Winkel θ1,
wobei der Winkel θ1 durch tan-1 (h/r)
dargestellt wird, gemessen mittels eines gewerblich erhältlichen Kontaktwinkelmessgeräts, wenn
4 μl oder
weniger des Wassertropfens 8 an der Kohlenstoff Nanoröhre anliegen.
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Der
Kontaktwinkel θ =
2tan-1(h/r) = 2 θ1(1)
wobei h eine Höhe
der Oberfläche
der Kohlenstoff Nanoröhren
zu der Spitze des Wassertropfens 8 ist, und r ein Radius
der Ebene des Wassertropfens 8 ist, der in Kontakt mit
der Oberfläche
der Kohlenstoff Nanoröhren 4 kommt.
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Das
synthetische Harz, welches das Verbundwerkstoffmaterial zusammen
mit den hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren bildet, kann ein thermoplastisches
Harz oder ein wärmehärtendes
Harz sein.
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Beispiele
der wärmehärtenden
Harze umfassen Epoxyharze, Phenolharze, Melaminharze, Furanharze,
ungesättigte
Polyesterharze und ähnliche.
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In
dem Herstellungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wie gezeigt
in 3(a), werden die hydrophilen
Kohlerstoff Nanoröhren 12 zuerst
in dem ersten Lösemittel 11 dispergiert,
um ein erstes Dispersionsliquid 13 zu bilden. Das Verhältnis der
hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren 12 zu
dem ersten Lösemittel 11 weist beispielsweise
ein Verhältnis
in Bereich von 1/100 zu 1/3, bezogen auf das Gewicht, auf.
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Um
die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren 12 zu dispergieren,
ist das erste Lösemittel
vorzugsweise ein polares organisches Lösemittel und hat ferner vorzugsweise
eine hohe Löslichkeit
des Monomers oder Vorpolymers des synthetischen Harzrohmaterials.
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Beispiel
eines solchen polaren organischen Lösemittels umfassen Aceton,
Chloraceton, Dimethylformamid, Pyridin und ähnliche.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird, um die Dispersion der hydrophilen Kohlenstoff
Nanoröhren 12 zu
erleichtern, eine oberflächenaktive
Substanz zu dem ersten Lösemittel 11 hinzugefügt. Beispielsweise
beträgt
das Verhältnis
der oberflächenaktiven
Substanz zu den hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren 12 im Bereich von 5/1 bis
20/1, bezogen auf das Gewicht.
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Beispiele
der vorgenannten oberflächenaktiven
Substanz umfassen Natrium-Dodecylbenzolsulfonat, Natrium-Dodecylsulfat,
Natrium-Oktylbenzolsulfonat, Alkylsulfonatsalze, Natrium-Polyoxyethylenalkylethersulfat,
Benzalkonchlorid, Alkyltrimethylammoniumchlorid, Oktylphenolethoxylat
(beispielsweise Triton X-100, (Handelsname), hergestellt durch Dow
Chemical Co.) und ähnliche.
Die oberflächenaktive
Substanz hat vorzugsweise ein großes Molekulargewicht, um Aggregieren
der hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren 12 zu verhindern
und enthält
ferner vorzugsweise einen Benzolring im Molekül, um die Elektronenaffinität durch
die sechsgliedrige Ringstruktur von Kohlenstoffatomen in den hydrophilen
Kohlenstoff Nanoröhren 12 zu
erhöhen.
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Dann,
wie gezeigt in 3(b), werden das erste Dispersionsliquid 13 und
das synthetische Harzrohmaterial 15 zu einem zweiten Lösemittel 14 hinzugefügt, gefolgt
von Durchmischen. Das zweite Lösemittel 14 hat
ein Volumen, welches größer ist
als das des ersten Lösemittels 11,
und das Verhältnis
des zweiten Lösemittels 14 zu
dem ersten Lösemittel 11 liegt
beispielsweise im Bereich von 5/1 zu 20/1, bezogen auf das Gewicht.
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Darüber hinaus
werden zu diesem Zeitpunkt die hydrophilen Nanoröhren des ersten Dispersionsliquides 12 in
Relation zu dem synthetischen Harzrohmaterial 15 in dem
zweiten Lösemittel 14 so
verwendet, dass das Verhältnis
der hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren im Bezug auf das synthetische
Harzrohmaterial 15 im Bereich von 1/100 zu 1/5, bezogen
auf das Gewicht, liegt.
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Ferner
ist das zweite Lösemittel 14 im
Wesentlichen nicht kompatibel mit dem ersten Lösemittel 11 und weist
eine geringere Löslichkeit
des synthetischen Harzrohmaterials 15 auf als das erste
Lösemittel 11,
wobei das Rohmaterial ein Monomer oder Vorpolymer des obigen synthetischen
Harzes ist. Ein solches zweites Lösemittel 14 ist vorzugsweise
ein nichtpolares oder ein wenig polares organisches Lösemittel,
und Beispiele hierfür
umfassen Hexan, Chlornaphthalin, Tetrachlorethan, Styrol, Benzol
und ähnliche.
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Wenn
das erste Dispersionsliquid und das synthetische Harzrohmaterial 15 zu
dem zweiten Lösemittel 14 hinzugefügt werden
und das Ganze durchmischt wird, hat das zweite Lösemittel 14 ein größeres Volumen als
das erste Lösemittel 11 und
ist im Wesentlichen nicht kompatibel mit dem ersten Lösemittel 11,
so dass das erste Dispersionsliquid 13 winzige Tröpfchen bildet,
die in dem zweiten Lösemittel 14 dispergiert
werden. Andererseits löst
sich das synthetische Harzrohmaterial 15 anfänglich in
dem zweiten Lösemittel 14,
wie gezeigt in 3(b) durch die gepunktete Linie,
aber das synthetische Rohmaterial 15 wandert aus dem zweiten
Lösemittel 14 in
das erste Lösemittel 11,
da das zweite Lösemittel 14 eine
geringere Löslichkeit
des synthetischen Rohmaterials 15 hat als das erste Lösemittel 11.
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Im
Ergebnis wird, wie gezeigt in 3(c),
ein drittes Dispersionsliquid 17 gebildet, in dem winzige
Liquidtröpfchen
des zweiten Dispersionsliquids 16 in das zweite Lösemittel 14 dispergiert
sind. In dem zweiten Dispersionsliquid 16 sind, wie gezeigt
in 3(d) unter Vergrößerung,
die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren 12 in dem ersten
Lösemittel 11 dispergiert,
in dem das synthetische Harzrohmaterial 15 gelöst ist.
Zu dieser Zeit muss nicht notwendigerweise das gesamte synthetische
Harzrohmaterial 15 aus dem zweiten Lösemittel 14 in das
erste Lösemittel 11 gewandert
sein, und Teile hiervon können
in dem zweiten Lösemittel 14 verbleiben.
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Um
das dritte Dispersionsliquid 17 zu bilden, kann das erste
Dispersionsliquid 13 zu dem zweiten Lösemittel 14 hinzugefügt werden,
und das synthetische Harzrohmaterial 15 kann hierzu zugefügt werden,
gefolgt von Umrühren.
Im Gegensatz hierzu kann das synthetische Harzrohmaterial 15 zu
dem zweiten Lösemittel 14 hinzugefügt werden,
und dann wird das Dispersionsliquid 13 diesem zugeführt, gefolgt
von Umrühren.
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Durch
Fortführen
des Umrührens
des dritten Dispersionsliquids 17 werden die hydrophilen
Kohlenstoff Nanoröhren 12 homogen
mit dem synthetischen Harzrohmaterial 15 in dem zweiten
Dispersionsliquid 16 durchmischt, wodurch das zweite Dispersionsliquid 16 in
ein Gel umgewandelt wird. Daher werden, wenn das zweite Dispersionsliquid 16 in
das Gel konvertiert wurde, das erste Lösemittel 11 und das
zweite Lösemittel 14 aus
dem dritten Dispersionsliquid 17 entfernt, und eine Mischung,
in welcher die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren 12 homogen mit
dem synthetischen Harzrohmaterial 15 durchmischt sind (nicht
gezeigt in der Figur), wird erhalten. Hierin wird, für den Fall
dass Teile des synthetischen Harzrohmaterials 15 in dem
zweiten Lösemittel 14 verbleiben,
das verbleibende synthetische Harzrohmaterial 15 zusammen
mit dem zweiten Lösemittel entfernt.
Dann wird durch Formen der obigen Mischung ein Verbundwerkstoffmaterial
gebildet (nicht figurativ gezeigt), worin das synthetische Harz
durch die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren verstärkt ist.
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Der
Vorgang des Entfernens des ersten Lösemittels 11 und des
zweiten Lösemittels 14 aus
dem dritten Dispersionsliquid 17 kann durch Filtration
und Zentrifugieren des dritten Dispersionsliquids 17 durchgeführt werden.
Dann kann das obige Verbundwerkstoffmaterial gebildet werden, in
dem die obige Mischung, die auf diese Weise erhalten wurde, einem
Spritzgießen
oder Pressformen unterzogen wird.
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Das
Verbundwerkstoffmaterial kann ebenso durch Aufsprühen des
dritten Dispersionsliquides 17 auf ein Substrat gebildet
werden. Durch den Vorgang des Aufsprühen des dritten Dispersionsliquids 17 auf
das Substrat kann das Formen der obigen Mischung gleichzeitig mit
dem Entfernen des ersten Lösemittels 11 und des
zweiten Lösemittels 14 aus
dem dritten Dispersionsliquid 17 durchgeführt werden.
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Darüber hinaus
kann, selbst wenn das obige Substrat eine komplexe Form hat, das
Formen der Mischung entsprechend der Form durchgeführt werden.
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Zusätzlich kann,
entsprechend dem Vorgang des Aussprühens des dritten Dispersionsliquides 17 auf das
Substrat, durch Verbinden des Vorgangs mit einem Vorgang des Aufsprühens anderer
Dispersionsliquide und Lösungen,
eine Verbundwerkstoffmaterialschicht mit einer Vielzahl von laminierten
Materialien leicht gebildet werden.
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Beispielsweise
wird ein Dispersionsliquid A, in welchem die hydrophilen Kohlenstoff
Nanoröhren
in einem polaren organischen Lösemittel
dispergiert sind, und eine Lösung
B, in welcher ein synthetisches Harzmaterial in einem nicht polaren
organischen Lösemittel
gelöst
sind, hergestellt. Zuerst wird das Liquid A auf ein Substrat gesprüht und dann
wird die Lösung
B auf das Substrat gesprüht.
Durch diese Vorgänge
wird, wie gezeigt in 4(a),
eine erste Schicht 22 von Verbundwerkstoffmaterial, umfassend
einer Mischung der hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren, die in dem Dispersionsliquid
A enthalten sind, und dem synthetischen Harzrohmaterial, das von
der Lösung
B umfasst ist, auf dem Substrat 21 gebildet.
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Dann
wird das dritte Dispersionsliquid 17 der vorliegenden Ausführungsbeispiele
auf die Verbundwerkstoffmaterialschicht 22 gesprüht. Im Ergebnis,
wie gezeigt in 4(b) , wird eine zweite Verbundwerkstoffmaterialschicht 23 durch
Entfernen des ersten Lösemittels 11 und
des zweiten Lösemittels 14 aus
dem dritten Dispersionsliquid 17 auf der Verbundwerkstoffmaterialschicht 22 gebildet,
wobei eine laminierte Verbundwerkstoffmaterialschicht 24 mit
den Verbundwerkstoffmaterialschichten 22 und 23,
die laminiert worden sind, auf dem Substrat 21 gebildet
worden ist.
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Während der
Bildung der laminierten Verbundwerkstoffschicht 24, werden
Tanks, die das Dispersionsliquid A, die Lösung B und das dritte Dispersionsliquid 17 getrennt
enthalten, und eine Sprühpistole
miteinander durch ein Ventil in einer frei schaltbaren Weise miteinander
verbunden, und das Dispersionsliquid A, die Lösung B und das dritte Dispersionsliquid 17 können aus
der Sprühpistole
auf diese Weise durch Umschalten des Ventils gesprüht werden.
Alternativ können
Tanks, welche das Dispersionsliquid A, die Lösung B und das dritte Dispersionsliquid 17 enthalten, sequenziell
an eine Sprühpistole
angeschlossen werden, und dann können
das Dispersionsliquid A, die Lösung
B und das dritte Dispersionsliquid 17 auf diese Reihenfolge
durch die Sprühpistole
gesprüht
werden.
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Nachfolgend
werden Beispiele und vergleichende Beispiele der vorliegenden Erfindung
gezeigt.
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[Beispiel 1]
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In
dem vorliegenden Beispiel werden die Kohlenstoff Nanoröhren durch
ein Vakuumbedampfungsverfahren (CVD-Verfahren) wie folgt hergestellt.
In dem chemischen Vakuumbedampfungsverfahren wurde zunächst ein
Eisenkatalysator mit einer Partikelgröße von 30 nm, von einem Al2O3 Trägermaterial
getragen, auf einer Quarzwolle abgelegt, die in einer aus Quarzglas
gefertigten Reaktorröhre
platziert wurde, und das ganze wurde auf 750 °C unter Argonatmosphäre erhitzt.
Als nächstes
wurde ein gemischtes Gas von Argon/Wasserstoff mit einer Raumgeschwindigkeit
von 10 cm/s durch die Reaktorröhre
geleitet, und es wurde ebenfalls Hexan als eine Kohlenstoffquelle
in die Reaktorröhre
eingeführt
mit einer Menge von 60 ml/min in einem in dem gemischten Gas von
Argon/Wasserstoff dispergierten Zustand. Somit wurde das in die
Reaktorröhre
eingeführte
Hexan bei 750 °C
für 2 Stunden
in der Gegenwart des Eisenkatalysators reagieren gelassen. Als Ergebnis
wurden mehrlagige Kohlenstoff Nanoröhren mit einer Reinheit von
80 % erhalten.
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Als
nächstes
wurden die mehrlagigen Kohlenstoff Nanoröhren mit einer Reinheit von
80 % einer Heißoxidationsbehandlung
bei 500 °C
für 20
Minuten an der Luft unterzogen, um amorphen Kohlenstoff zu entfernen,
der gleichzeitig mit den mehrlagigen Kohlenstoff Nanoröhren erzeugt
wird. Dann wurden die mehrlagigen Kohlenstoff Nanoröhren in
eine 6 mol/l Natriumhydroxid-Lösung
getaucht und für
24 Stunden dort belassen, um das Al2O3 Trägermaterial
zu entfernen.
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Des
Weiteren wurden die mehrlagigen Kohlenstoff Nanoröhren mit
6 mol/l Salzsäure
gewaschen, um den Eisenkatalysator zu entfernen, um mehrlagige Kohlenstoff
Nanoröhren
mit einer Reinheit von 97 % zu erhalten. Anschließend, als
Nachbehandlung, wurden die mehrlagigen Kohlenstoff Nanoröhren mit
einer Reinheit von 97 % in einen Graphit Tiegel gegeben und bei
einer Temperatur von 2000 °C
für 5 Stunden
im Vakuumofen auf 0,01 Pa gehalten, gefolgt von Abkühlung auf
Raumtemperatur in vacuo. Als Ergebnis wurden mehrlagige Kohlenstoff
Nanoröhren
mit einem Durchmesser von 30 nm und einem Geometrieverhältnis von 100
erhalten. Die mehrlagigen Kohlenstoff Nanoröhren bildeten ein Aggregat.
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Im
Folgenden wurden 0,3 Gramm des Aggregats der mehrlagigen Kohlenstoff
Nanoröhren,
die wie oben dargelegt erhalten wurden, in 500 ml von 99,5 % Ethanol
getaucht und zur Dispergierung mit Ultraschallwellen einer Ausgabeenergie
von 150 Watt für
eine Stunde bestrahlt. Dann wurden, unter Verwendung eines aus Polytetraflurethylen
mit einem Durchmesser von 47 mm gefertigten Scheibenfilters, die
obigen mehrlagigen Kohlenstoff Nanoröhren durch Filtration getrennt.
Danach wurden die mehrlagigen Kohlenstoff Nanoröhren auf dem obigen Filter
getrocknet, um eine Scheibe aus Kohlenstoff Nanoröhren zu
erhalten. Die Scheibe hatte einen Durchmesser von 47 mm und eine
Dicke von 0,3 mm.
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Dann
wurde die obige Scheibe, als rohe Kohlenstoff Nanoröhre 4,
auf der Probenplattform 5 des Ultraviolettstrahlbestrahlungsgerät 1 platziert
und mit einer Ultraviolettbestrahlung mittels der Ultraviolettlampe 3 bestrahlt.
In dem vorliegenden Beispiel wurden, unter Verwendung einer Xenongas
einschließenden
dielektrischen Sperrschicht Excimerlampe, hergestellt von Ushio
Inc. als Ultraviolettlampe 3, hydrophile Kohlenstoff Nanoröhren durch
Bestrahlung mit einer Ultraviolettstrahlung von 172 nm in der Luft
produziert. Die Ultraviolettstrahlung wurde unter Bedingungen einer
Energieausgabe von 17,7 mW/cm2 appliziert,
und es wurde ein Bestrahlungsabstand von 1 mm für 60 Sekunden eingehalten.
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Als
nächstes
wurde auf den hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren, die wie oben beschrieben
erhalten wurden, ein Kontaktwinkel θ von Wasser gegenüber den
Kohlenstoff Nanoröhren
gemessen. Der Kontaktwinkel θ wurde
nach der obigen Gleichung (1) berechnet aus dem Winkel θ1, erhalten durch Auftropfen von 2 μl von destilliertem
Wasser auf die Oberfläche
der Scheibe der resultierenden hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren und
Messen eines Winkels θ1 mittels eines Kontaktwinkelmessgeräts (360D
8Handelsname), hergestellt von ERMA Inc.). In dem vorliegenden Beispiel
wurde das destillierte Wasser, welches auf die Oberfläche der Scheibe
der hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren getropft wurde, innerhalb
einer Sekunde von der Scheibe aufgesogen, und daher war der Kontaktwinkel θ 0 °.
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Dann
wurden 10 mg der hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren, erhalten wie oben dargelegt,
zu 10 ml Aceton als erstem Lösemittel
hinzugefügt,
und 100 mg Natriumdodecylbezolsulfonat wurde ferner als oberflächenaktives
Reagenz hinzugefügt,
gefolgt von Rühren
mit einem Magnetrührer.
Als Ergebnis wurde, wie gezeigt in 3(a),
ein erstes Dispersionsliquid 13, worin die hydrophilen
Kohlenstoff Nanoröhren 12 dispergiert waren,
in dem ersten Lösemittel
(Aceton) erhalten.
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Danach
wurde das erste Dispersionsliquid 13 in 100 ml N-Hexan
als zweitem Lösemittel 14 gegeben, und
990 mg eines Bisphenol-A-Typ Epoxyharz (Epikot 827 (Handelsname),
hergestellt von der japanischen Epoxyharz Co., Ldt.) und 330 mg
eines modifizierten aliphatischen Aminepoxyharzhärters (Epikur 113 (Handelsname),
hergestellt von der japanischen Epoxyharz-Co., Ldt.) wurden ferner
hierzu gegeben, gefolgt von Weiterführen des Rühren.
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Zu
diesem Zeitpunkt ist das Bisphenol-A-Typ Epoxyharz und der modifizierte
aliphatische Aminepoxyharzhärter
leichter in Aceton zu lösen
als in N-Hexan. Daher löst
sich das Bisphenol-A-Typ Epoxyharz und der modifizierte aliphatische
Aminepoxyharzhärter
in N-Hexan sofort nach dem Zugeben, wandert jedoch während des
Fortführens
des Rührens
von N-Hexan über
in das Aceton. Als Resultat, wie gezeigt in 3(c) wurde
ein drittes Dispersionsliquid 17 gebildet, worin winzige
Liquidtropfen des zweiten Dispersionsliquides 16 in dem zweiten
Lösemittel
(N-Hexan) 14 dispergiert
waren. In dem obigen zweiten Dispersionsliquid 16, wie
unter Vergrößerung in 3(d) gezeigt, wurde das synthetische Harzrohmaterial
(das Bisphenol-A-Typ Epoxyharz und der modifizierte aliphatische
Aminepoxyharzhärter) 15 gelöst, und
die hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren 12 wurden ferner
in dem ersten Lösemittel
dispergiert (Aceton).
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Zu
diesem Zeitpunkt zeigt das zweite Dispersionsliquid 16 eine
schwarze Farbe und daher sieht das dritte Dispersionsliquid offensichtlich
so aus, als ob es eine schwarze Lösung wäre. Nach Fortführen von
weiterem einstündigen
Rühren
in diesem Zustand erlangt die Lösung,
auf das Anhalten des Rührens
hin, einen Zustand, wobei Gelähnlicher
schwarzer Niederschlag sich in einer klaren Lösung bildet. Der schwarze Niederschlag
ist eine Mischung aus den hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren 12 und
dem synthetischen Harzrohmaterial 15. Darauf folgend wurde
die klare Lösung
zentrifugiert, um den schwarzen Niederschlag abzutrennen, der eine
Mischung aus den hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren 12 und dem synthetischen
Harzrohmaterial 15 ist, und die Mischung wurde bei einer
Temperatur von 80 °C
bei einem Druck von einem MPa für
eine Stunde einem Pressformvorgang unterzogen, um einen geformten
Gegenstand in Film-Form zu erhalten. Dann wurde der geformte Gegenstand
bei 140 °C
für drei
Stunden in einem Vakuumtrocknungsofen behandelt, um ein wärmehärtendes
Harzverbundwerkstoffmaterial, verstärkt mit den hydrophilen Kohlenstoff
Nanoröhren,
zu erhalten.
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Danach
wurde das wärmehärtende,
mit den hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren verstärkten Harzverbundwerkstoffmaterial
in kleine Stücke
mit etwa 1 mm2 Größe zerbrochen und anschließend mittels
eines Ultraschallwäschers
in Ethanol dispergiert, die Stücke
wurden bei 75000-facher Vergrößerung beobachtet.
Im Ergebnis wurde festgestellt, dass in dem obigen Verbundwerkstoffmaterial
die einzelnen hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren homogen in dem Harz des
Verbundwerkstoffmaterials dispergiert und das Epoxyharz an der Oberfläche der
hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren
angelagert wurde. [Vergleichendes Beispiel 1]
-
Zehn
mg der hydrophilen Nanoröhren,
enthalten im Beispiel 1, wurden in 100 ml Aceton gegeben und unter
Rühren
mit einem Magnetrührer
dispergiert, um ein Dispersionsliquid zu erhalten. Dann wurden 990
mg des Bisphenol-A-Typ Epoxyharzes und 330 mg des Epoxyharzhärters – dieselben
wie die, die im Beispiel 1 verwendet wurden – zu dem Dispersionsliquid
hinzugefügt,
gefolgt von zweistündigem
Rühren.
Danach wurde das resultierende Dispersionsliquid als Film gegossen
und, nachdem es bei Raumtemperatur für 24 Stunden stehen gelassen
wurde, wurde der Film bei 140 °C
für drei
Stunden im Vakuumtrocknungsofen behandelt, um ein wärmehärtendes
Harzverbundwerkstoffmaterial, verstärkt mit den hydrophilen Kohlenstoff
Nanoröhren,
zu erhalten.
-
Dann
wurde das wärmehärtende Harzverbundwerkstoffmaterial,
verstärkt
mit den hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren, in Stücke von etwa 1 mm2 Größe zerkleinert
und, nachdem sie mittels eines Ultraschallwäschers in Ethanol dispergiert
wurden, wurden die Stücke
bei einer 75000-fachen Vergrößerung betrachtet.
Im Ergebnis wurde bestätigt,
dass in dem obigen Verbundwerkstoffmaterial eine große Zahl
der hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren miteinander verbunden
waren, um ein Aggregat zu bilden und dass sie nicht homogen in dem
Harz des Verbundwerkstoffmaterial dispergiert waren und dass sich
das klumpige Epoxyharz an der Oberfläche des Aggregats angelagert
hatte.
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[Beispiel 2]
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Drei
Arten wärmehärtender
Harzverbundwerkstoffmaterialien, verstärkt mit den hydrophilen Kohlenstoff
Nanoröhren,
wurden auf die selbe Weise erhalten wie in Beispiel 1, ausgenommen,
dass die Menge der hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren auf 27 mg, 69 mg und 232
mg geändert
wurde.
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Als
nächstes
wurde ein Teststück
mit einer Größe von 10
mm Breite, 80 mm Länge
und 2 mm Dicke aus jedem der obigen Verbundwerkstoffmaterialien
herausgeschnitten. Dann wurde ein Dehnmessstreifen an dem Teststück angeheftet
und einem Spannungstest unter Verwendung einer Universalspannungsmessmaschine
unterzogen, hergestellt von Shimadzu Corporation, wobei Spannungsmodule
von jedem der Verbundwerkstoffmaterialien bestimmt wurden. Die Ergebnisse
wurden in Tabelle 1 gezeigt.
-
[Vergleichendes Beispiel 2]
-
Ein
wärmehärtendes
Harzmaterial wurde in der selben Weise erhalten wie in Beispiel
1, ausgenommen, dass keine hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren verwendet
wurden. Dann wurde ein Spannungstest in derselben Art und Weise
durchgeführt
wie in Beispiel 2, ausgenommen, dass das in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel
erhaltene wärmehärtende Harzmaterial,
verwendet wurde, wobei Spannungsmodul des Verbundwerkstoffmaterials
bestimmt wurde. Die Ergebnisse wurden in Tabelle 1 gezeigt.
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[Vergleichsbeispiel 3]
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Zwei
Arten von wärmehärtenden
Harzverbundwerkstoffmaterialien, verstärkt mit den hydrophilen Kohlenstoff
Nanoröhren,
wurden auf die selbe Weise erhalten wie in dem Vergleichsbeispiel
1, außer
dass die Menge der hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren auf 69 mg und 233 mg geändert wurde.
Dann wurde ein Spannungstest auf die selbe Art und Weise durchgeführt wie
in Beispiel 2, außer
dass das in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel erhaltene wärmehärtende Harzmaterial
verwendet wurde, wobei Spannungsmodule von jedem Verbundwerkstoffmaterial
bestimmt wurden. Die Ergebnisse wurden in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1] Einheit: GPa
Hydrophile CNT
(mg) | Epoxyharz (mg) | Zugesetztes Verhältnis von hydrophilen CNT
(Gew. %) | Beispiel
2 | Vergl.
Bsp. 2 | Vergl.
Bsp.3 |
0 | 1320 | 0 | - | 0.45 | - |
27 | 1320 | 2 | 0.71 | - | - |
69 | 1320 | 5 | 1.55 | - | 0.52 |
233 | 1320 | 15 | 2.23 | - | 0.75 |
- CNT (Kohlenstoff Nanoröhren)
-
Aus
Tabelle 1 ist offensichtlich, dass die wärmehärtenden Harzverbundwerkstoffmaterialien,
verstärkt mit
den hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren (Beispiel 2), erhalten
aus dem Herstellungsverfahren der Erfindung, eine exzellente mechanische
Festigkeit (Spannungsmodul) aufweisen, im Vergleich zu den wärmehärtenden
Harzmaterialien (Vergleichsbeispiel 2), die das Epoxyharz allein
enthalten und worin keine hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren verwendet
sind.
-
Darüber hinaus
ist es offensichtlich, dass die wärmehärtenden Harzverbundwerkstoffmaterialien,
verstärkt
mit den hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren (Beispiel 2), erhalten
nach dem Herstellungsverfahren der Erfindung, eine exzellente mechanische
Festigkeit (Spannungsmodul) im Vergleich zu den wärmehärtenden Harzmaterialien,
verstärkt
mit den hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren (Vergleichsbeispiel 3),
aufweisen, die nicht mit dem Produktionsprozess der Erfindung hergestellt
sind.
-
[Beispiel 3]
-
In
dem vorliegenden Beispiel werden 10 mg des Aggregats der mehrlagigen
Kohlenstoff Nanoröhren, erhalten
nach Beispiel 1, einer Plasmabehandlung bei Gleichspannungsniedertemperatur
(10W, 1A, 5 min) in einer Sauerstoffatmosphäre von 26,6 Pascal unterzogen,
um hydrophile Kohlenstoff Nanoröhren
zu erhalten.
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Als
nächstes
wurde ein drittes Dispersionsliquid 17, worin winzige Liquidtropfen
eines zweiten Dispersionsliquid 16 in dem zweiten Lösemittel
(N-Hexan) 14 dispergiert waren, wie gezeigt in 3(c), erhalten auf dieselbe Weise wie in Beispiel
1, außer
dass 10 mg der hydrophilen Kohlenstoff Nanoröhren, erhalten wie oben dargelegt,
10 ml von Dimethylformamid anstatt von Aceton und 990 mg eines ungesättigten
Polyesterharzes anstelle des Epoxyharzes als synthetisches Harzrohmaterial
verwendet wurden. In dem zweiten Dispersionsliquid 16,
wie unter Vergrößerung gezeigt
in 3(d), wurde das synthetische
Harzrohmaterial (ungesättigtes Polyesterharz) 15 in
dem ersten Lösemittel
(Dimethylformamid) 11 gelöst, und die hydrophilen Kohlenstoff
Nanoröhren 12 wurden
ferner darin dispergiert.
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Dann
wurde das dritte Dispersionsliquid 17 ferner für 24 Stunden
gerührt
und auf ein Substrat aufgesprüht,
das mit einer Größe von 1
cm Länge,
3 cm Breite und 0,2 cm Dicke aus einem Epoyxdharz mittels einer Sprühpistole
hergestellt wurde, um eine Dicke von 0,1 cm zu erhalten, gefolgt
von Erhitzen auf 40 °C
für 12 Stunden.
Im Ergebnis wurde ein Laminat mit einer hydrophilen Kohlenstoff
Nanoröhren
verstärkten
wärmehärtenden
Verwundwerkstoffmaterialschicht mit einer Dicke von 0,3 cm auf dem
Substrat, gefertigt aus dem Epoxyharz, erhalten.