JP2003285300A - 炭素繊維集合体の崇密度向上方法及び炭素繊維集合体撹拌装置 - Google Patents

炭素繊維集合体の崇密度向上方法及び炭素繊維集合体撹拌装置

Info

Publication number
JP2003285300A
JP2003285300A JP2002091407A JP2002091407A JP2003285300A JP 2003285300 A JP2003285300 A JP 2003285300A JP 2002091407 A JP2002091407 A JP 2002091407A JP 2002091407 A JP2002091407 A JP 2002091407A JP 2003285300 A JP2003285300 A JP 2003285300A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
density
carbon fiber
improving
milling
ball mill
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002091407A
Other languages
English (en)
Inventor
Hitoshi Ito
仁 伊藤
Mikio Kawai
幹夫 川合
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2002091407A priority Critical patent/JP2003285300A/ja
Publication of JP2003285300A publication Critical patent/JP2003285300A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭素繊維集合体、特にカーボンナノチューブ
集合体の嵩密度向上方法その装置を提供すること。 【解決手段】 炭素繊維集合体の崇密度を高める方法で
あって、ミリング装置を用いて繊維集合体の撹拌を行
い、繊維同士を絡み合わせて、崇密度を向上することと
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維集合体、
特にカーボンナノチューブ集合体の嵩密度向上方法及び
その装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ナノカーボン繊維の一種であるカーボン
ナノチューブ、グラファイトナノファイバーは、従来の
水素吸蔵合金と比較して比重が軽い為、単位重量当たり
の高い水素吸蔵量を有することが報告されている。カー
ボンナノチューブやグラファイトナノファイバーは触媒
微粒子上に、エチレンやベンゼン等の原料ガスや有機溶
媒を加熱しガス状にしたものを供給し、熱CVD(Chemica
l Vapor Deposition)することにより、触媒微粒子と同
等寸法のナノオーダーの直径を有する炭素繊維として得
ることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カーボ
ンナノチューブ、グラファイトナノファイバーは非常に
繊細であり、嵩密度が非常に小さく、水素貯蔵容器への
封入も困難である。カーボンナノチューブ、グラファイ
トナノファイバーは剛性が高くスプリングバックするた
め単純にプレスをしただけでは嵩密度を向上させること
は困難である。また、水素の吸放出には熱の授受が伴う
が、嵩密度の高い状態では熱交換性能が悪く、水素の出
し入れの速度が遅くなるという問題も存在する。
【0004】カーボンナノチューブ、もしくはグラファ
イトナノファイバーは直径がオングストローム単位の極
めて細い繊維状物質であり、その集合体は、繊維の剛性
の高さも原因となり嵩密度が極めて低くなっている。炭
素繊維はクリープ等の現象もほとんど見られない為、熱
プレス等の処理を行なったとしても、スプリングバック
を起こしその嵩密度を向上させることは困難である。
【0005】特開2001-187338号公報では、嵩密度を向
上する方法が開示されているが、多孔質のセラミック上
に炭素繊維を成長させるものであり、ハンドリング性は
改善されるものの、水素貯蔵に関与しないセラミックス
が含有されているために、単位重量当たりの水素吸蔵性
能は小さくなるという問題がある。
【0006】本発明は、上記問題点に着目してなされた
もので、その目的とするところは、炭素繊維集合体、特
にカーボンナノチューブ集合体の嵩密度向上方法その装
置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、一般的には炭素繊維、グラファイト等
の粉砕に用いられるミリング装置を用いて、カーボンナ
ノチューブ、もしくはグラファイトナノファイバー等の
繊維集合体の攪拌を行なうことで、簡便な方法及び装置
により繊維同士を絡み合わせて、嵩密度を向上させるこ
とを見出した。
【0008】
【発明の作用および効果】本願発明にあっては、ミリン
グ装置を用いて、繊維集合体の攪拌を行い、繊維同士の
絡み合わせて、嵩密度を向上することが可能となる。こ
のことにより、カーボンナノチューブ類の炭素繊維集合
体のハンドリング性が向上する他、単位体積当たりの水
素吸蔵量を向上することが可能となる。
【0009】また、ミリング装置を用いているものの、
炭素繊維径がナノオーダーである為、繊維が粉砕される
ことはなく、構造破壊がないことから単位重量当たりの
水素吸蔵量は変化がないことを確認した。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。一般に、ミリング装置は回転また
は振動等によりミリングボールを容器内で攪拌させ、そ
の自重により粉末等に衝撃を与えより粉末を微粉化する
操作に用いる。カーボンナノチューブ、もしくはグラフ
ァイトナノファイバーは、もともとナノオーダーの微粉
末の状態であり、繊維は粉砕されない。しかしながら、
ミリングボールの自重による衝撃を与えることは可能で
あり、剛性をもったカーボン繊維でも、変形を与えるこ
とは可能である。変形を加えることにより繊維同士は絡
むことが可能となり、嵩密度が向上すると考えられる。
【0011】本実施の形態で用いるカーボンナノチュー
ブは、シングルウォールカーボンナノチューブや、少な
くとも二層以上の層が存在するマルチウォールカーボン
ナノチューブが用いられる。また他のグラファイトナノ
ファイバーとしては、繊維軸に対して垂直のPlatenet
型、繊維軸に対して傾斜しているHerringbone型、繊維
軸に対して平行なribbon型等を用いることが可能であ
る。
【0012】以下に、ミリング装置を用いた手順を説明
する。ミリング装置としては、特に限定されることはな
いが、ミリングボールの自重による衝撃によって繊維の
変形、並びにそれに伴う繊維の絡み合いによる嵩密度向
上効果というメカニズムから、ボールミル、遊星ボール
ミル、振動ミルを用いることが好適である。ミリング容
器の中にカーボンナノチューブ、グラファイトナノファ
イバーとミリング用ボールを入れる。ミリングはこのま
ま乾式で行なうことも可能である。また、上記操作に加
えて有機溶剤を混合し、湿式にてミリングを行なうこと
も有効で、不均一な塊等が存在した場合でも、溶剤を用
いることにより分散性、均一性が改善される場合がある
ので有効である。
【0013】ボールミルに用いるボールとしては、アル
ミナ、SUS等も考えられるが、ボール同士の磨耗による
カーボンナノチューブ、及びグラファイトナノカーボン
への付着を避ける為、超硬ジルコニアボールを用いるこ
とが好ましい。ボールの球径としては、好ましくは10mm
以下のものを用いる。あまり大きなものでは接触面積が
減少するため繊維を絡ませる効果が減少することが考え
られる。
【0014】また、本工程において必要に応じて、水素
貯蔵で機能的な働きをする(水素分子を水素原子化す
る)触媒微粉末、または有機金属化合物(金属アルコキ
シド)、有機金属錯体等を一緒に添加して、カーボンナ
ノチューブやグラファイトナノカーボンへ触媒微粒子を
担時させることも可能である。
【0015】湿式で行なった場合は、加熱乾燥工程にお
いて、確実に溶媒を除去する為、必要に応じて真空加熱
乾燥を用いて有機溶媒の除去を行なう。用いる溶媒とし
ては、溶媒の除去を速やかに、かつ確実に行なうことを
考慮して、沸点が90℃以下のアルコール、ケトン、ハロ
ゲン化アルキル、ヘキサンの単独または混合溶媒を用い
ることが好ましい。
【0016】(実施例)以下、本発明の実施の形態を説
明する。 (実施例1)ナノカーボン繊維として、Carbon Nanotec
hnologies Incorporated 社の HiPcoTMシングルウォー
ルカーボンナノチューブ純度90%(以下SWCNTs)を用い
た。 500cm3のポリエチレン製ボールミル容器の中に、
SWCNTs1gに対してエタノール150cm3を入れた後、直
径5mmの超硬ジルコニアボールをエタノールの液面が隠
れる程度に入れて、ミリングを開始した。ミリングの回
転数は70rpmで、ミリング時間は1時間から100時間まで
とした。ミリング終了後、カーボンナノチューブ−エタ
ノール混合溶液をエバポレーターに移し、アスピレータ
ーにより減圧しながら、45℃にてエタノールの蒸発させ
て、その後、更に100℃にて真空乾燥を行い溶媒の除去
を行なった。
【0017】図1にミリング時間とタップ密度の関係を
示す。嵩密度はタップ回数を100回としたタップ密度を
嵩密度として代用した。初期の嵩密度が0.012g/cm3であ
ったカーボンのチューブの密度は、ミリングの時間経過
とともに、急激に向上し10時間で0.6g/cm3、50時間で0.
85g/cm3、100時間で0.95g/cm3となった。
【0018】ミリング装置は一般に粉砕に用いられる
が、TEMで確認したところ、カーボンナノチューブは100
時間経過した後も、粉砕されることはなく、カーボンナ
ノチューブの構造が破壊されることがないことを確認し
た。嵩密度が向上したのは、ミリング装置による強い攪
拌により、カーボンナノチューブ同士が絡み合いによる
ものと考えられる。
【0019】図2にはミリング処理前、図3には10時間
ミリング処理後のTEM写真を示す。ここで、TEMとは、透
過型電子顕微鏡であり、試料を数100A(数10nm)以下
にイオン研磨(イオンシンニング)させることで電子線
を透過させ、その際に試料中の原子により散乱・回折さ
れた電子を電子線回折パターン、または透過電子顕微鏡
像(TEM像)を得ることにより、物質の内部構造を観察
するものである。10時間経過しても、繊維が粉砕されて
短くなることはない。繊維集合体としては、絡み合いが
増えて嵩密度が向上している様子がわかる。
【0020】表1,2にJIS H7202記載による水素吸蔵
量について示すが、ミリング処理の有無、またミリング
処理時間の影響は全くなく、単位重量当たりの水素吸蔵
量は同一である。また、嵩密度の向上に伴い、単位体積
当たりの水素吸蔵量については、ミリング処理により向
上することが判明した。 (表1) (表2) (実施例2)ナノカーボン繊維として、MTR社のマルチウ
ォールカーボンナノチューブ純度70%(以下MWCNTs)を用
いた。実施例1と同様に500cm3のポリエチレン製ボール
ミル容器の中に、MWCNTs1gに対してエタノール150cm
3を入れた後、直径5mmの超硬ジルコニアボールをエタノ
ールの液面が隠れる程度に入れて、ミリングを開始し
た。ミリングの回転数は70rpmで、ミリング時間は1時間
から100時間までとした。
【0021】ミリング終了後、カーボンナノチューブ−
エタノール混合溶液をエバポレーターに移し、アスピレ
ーターにより減圧にしながら、45℃にてエタノールの蒸
発させて、その後、更に100℃にて真空乾燥を行い溶媒
の除去を行なった。
【0022】図1にミリング時間とタップ密度の関係を
示す。嵩密度はタップ回数を100回としたタップ密度を
嵩密度として代用した。初期の嵩密度が0.015g/cm3であ
ったカーボンのチューブの密度は、ミリングの時間経過
とともに、急激に向上し10時間で0.5g/cm3、50時間で0.
75g/cm3、100時間で0.85g/cm3となった。
【0023】表1,2にJIS H7202記載による水素吸蔵
量について示すが、実施例1と同様にミリング処理の有
無、またミリング処理時間の影響は全くなく、単位重量
当たりの水素吸蔵量は同一である。また、嵩密度の向上
に伴い、単位体積当たりの水素吸蔵量については、ミリ
ング処理により向上することが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のミリング処理時間と崇密度(タップ密
度)の関係を表すグラフである。
【図2】実施例のミリング処理前のTEM写真である。
【図3】実施例のミリング処理10時間後のTEM写真
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G066 AA04B BA16 CA38 DA01 4G078 AB03 EA06 4G140 AA34 AA48 4G146 AA11 AB06 AC22A AC22B AD32 BA04 CB04 CB07 DA07

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素繊維集合体の崇密度を高める方法で
    あって、ミリング装置を用いて、繊維集合体の撹拌を行
    い、繊維同士を絡み合わせて、崇密度を向上することを
    特徴とする炭素繊維集合体の崇密度向上方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の炭素繊維集合体の崇密
    度向上方法において、 ボールミル,遊星ボールミル又は振動ミルを用いて撹拌
    することを特徴とする炭素繊維集合体の崇密度向上方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の炭素繊維集合
    体の崇密度向上方法において、 ボールミル,遊星ボールミル又は振動ミルを用い、かつ
    溶剤を同時に混合した湿式で撹拌することを特徴とする
    炭素繊維集合体の崇密度向上方法
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3いずれか1つに記載の
    炭素繊維集合体の崇密度向上方法において、 ミリング用ボールとして、超硬ジルコニアボールを用い
    ることを特徴とする炭素繊維集合体の崇密度向上方法。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4いずれか1つに記載の
    炭素繊維集合体の崇密度向上方法において、 ボールミル、遊星ボールミル又は振動ミルを用い、かつ
    溶媒を同時に混合した湿式で撹拌した後、加熱乾燥工程
    により溶剤を除去することを特徴とする炭素繊維集合体
    の崇密度向上方法
  6. 【請求項6】 請求項1ないし5いずれか1つに記載の
    炭素繊維集合体の崇密度向上方法において、 ボールミル、遊星ボールミル又は振動ミルを用いた湿式
    による処理であって、用いる溶媒を、沸点が90℃以下
    のアルコール,ケトン,ハロゲン化アルキル,ヘキサン
    の単独または混合溶媒としたことを特徴とする炭素繊維
    集合体の崇密度向上方法。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし6いずれか1つに記載の
    炭素繊維集合体の崇密度向上方法を用いる装置であっ
    て、 ミリング用ボールのボール球径を10mm以下としたこと
    を特徴とする炭素繊維集合体撹拌装置。
JP2002091407A 2002-03-28 2002-03-28 炭素繊維集合体の崇密度向上方法及び炭素繊維集合体撹拌装置 Pending JP2003285300A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002091407A JP2003285300A (ja) 2002-03-28 2002-03-28 炭素繊維集合体の崇密度向上方法及び炭素繊維集合体撹拌装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002091407A JP2003285300A (ja) 2002-03-28 2002-03-28 炭素繊維集合体の崇密度向上方法及び炭素繊維集合体撹拌装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003285300A true JP2003285300A (ja) 2003-10-07

Family

ID=29236494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002091407A Pending JP2003285300A (ja) 2002-03-28 2002-03-28 炭素繊維集合体の崇密度向上方法及び炭素繊維集合体撹拌装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003285300A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006143532A (ja) * 2004-11-19 2006-06-08 Shimizu Corp カーボンナノチューブの分散性向上方法
JP2006225245A (ja) * 2005-02-21 2006-08-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ナノカーボン材料
JP2009526733A (ja) * 2006-02-14 2009-07-23 エルジー・ケム・リミテッド 剛性ランダムコイル及びそれを含む組成物
WO2008132467A3 (en) * 2007-04-28 2009-10-01 Q-Flo Limited Method of increasing the density of carbon nanotube fibres or films
EP2301992A1 (en) * 2008-07-10 2011-03-30 Nissin Kogyo Co., Ltd. Process for producing carbon nanofiber, carbon nanofiber, process for producing carbon fiber composite material from carbon nanofiber, and carbon fiber composite material

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006143532A (ja) * 2004-11-19 2006-06-08 Shimizu Corp カーボンナノチューブの分散性向上方法
JP4596134B2 (ja) * 2004-11-19 2010-12-08 清水建設株式会社 カーボンナノチューブの分散性向上方法
JP2006225245A (ja) * 2005-02-21 2006-08-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ナノカーボン材料
JP2009526733A (ja) * 2006-02-14 2009-07-23 エルジー・ケム・リミテッド 剛性ランダムコイル及びそれを含む組成物
WO2008132467A3 (en) * 2007-04-28 2009-10-01 Q-Flo Limited Method of increasing the density of carbon nanotube fibres or films
EP2301992A1 (en) * 2008-07-10 2011-03-30 Nissin Kogyo Co., Ltd. Process for producing carbon nanofiber, carbon nanofiber, process for producing carbon fiber composite material from carbon nanofiber, and carbon fiber composite material
EP2301992A4 (en) * 2008-07-10 2012-05-30 Nissin Kogyo Kk METHOD FOR PRODUCING CARBON NANOFIBER, CARBON NANOFIBER, METHOD FOR PRODUCING CARBON FIBER COMPOUND MATERIAL FROM CARBON NANOFIBER AND CARBON FIBER COMPOSITE MATERIAL
US8513348B2 (en) 2008-07-10 2013-08-20 Nissin Kogyo Co., Ltd. Carbon nanofibers, method of producing carbon nanofibers, carbon fiber composite material using carbon nanofibers, and method of producing the carbon fiber composite material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Meng et al. Polymer composites of boron nitride nanotubes and nanosheets
US11772975B2 (en) Chemical-free production of graphene materials
US10850496B2 (en) Chemical-free production of graphene-reinforced inorganic matrix composites
JP5301793B2 (ja) 再分散用微細炭素繊維集合塊およびその製造方法
Takahashi et al. Dispersion and purification of single-wall carbon nanotubes using carboxymethylcellulose
TW572846B (en) Carbon nanotube, carbon nanohorn coposite and process
JP4031397B2 (ja) 炭素ナノチューブで強化されたセラミック系ナノ複合粉末及びその製造方法
Moraes et al. The effect of different chemical treatments on the structure and stability of aqueous dispersion of iron-and iron oxide-filled multi-walled carbon nanotubes
JP2003227039A (ja) 微細炭素繊維、その製造方法及びその用途
WO2006117924A1 (ja) 透明導電膜および透明導電膜用コーティング組成物
CN1628075A (zh) 通过氟化作用切割单壁碳纳米管的方法
US11572280B2 (en) Environmentally benign production of graphene suspensions
WO2011125327A1 (ja) 炭素材料複合化粒子及びその製造方法
WO2012127765A1 (ja) アルミナコンポジット、アルミナコンポジットの製造方法、およびアルミナコンポジット含有高分子組成物
JP2003285300A (ja) 炭素繊維集合体の崇密度向上方法及び炭素繊維集合体撹拌装置
Liu et al. Synthesis of vertically aligned boron nitride nanotubes with a template of single-walled carbon nanotubes
Geng et al. Nickel formate route to the growth of carbon nanotubes
JP2007254886A (ja) 複合材料
JP5311086B2 (ja) カーボンナノチューブ分散体の製造方法
JP2004018328A (ja) カーボンナノチューブネットワークとその製造方法
Patole et al. Effective in situ synthesis and characteristics of polystyrene nanoparticle‐covered multiwall carbon nanotube composite
Adhikari et al. Stability of ion implanted single-walled carbon nanotubes: Thermogravimetric and Raman analysis
Belyakov Carbon nanotubes for the synthesis of ceramic matrix composites (cleaning, dispersion, surface modification)
US11453594B2 (en) Environmentally benign production of graphene oxide
Chen et al. Mild purification of multiwalled carbon nanotubes with increased selectivity for carbon impurity and residual metal removal