JP2003534955A - ポリマーマトリックス中に埋封された配向ナノ繊維 - Google Patents

ポリマーマトリックス中に埋封された配向ナノ繊維

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Abstract

(57)【要約】 ポリマーマトリックス中に埋め込まれたナノ繊維の複合体を形成する方法が開示される。この方法は、プラスチックマトリックス形成性アグロメレートにナノ繊維を組み込み、そのアグロメレートを水力学的応力に露出することによってナノ繊維を均一に分配することを含む。この水力学的応力はアグロメレートを破壊して分離させる。それと組み合わせて、又はそれに加えて、延長された流動が小径及び整列化の達成に用いられる。ナノ繊維強化ポリマー複合体系が開示される。この系はポリマーマトリックス中にミクロンサイズの繊維として埋め込まれている複数のナノ繊維を含む。ナノチューブ連続繊維の製造方法が開示される。ナノ繊維は１００ｎｍの直径を有する原繊維、多層ナノチューブ、単層ナノチューブ及びそれらの様々な機能付加及び誘導体化形態である。この方法は、ポリマー中でナノ繊維を混合し；並びに、機械的、熱的及び電気的特性を強化するのにナノ繊維を用いることを可能にするナノ繊維の方向を誘導することを含む。方向は、単独又は組合せでの、高剪断混合及び延長された流動によって誘導する。ポリマーを前記ナノ繊維から除去し、整列化ナノ繊維のミクロンサイズの繊維を残すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、米国科学財団から授与されたＮＳＦ補助金第ＤＭＲ−９３５７５０
５号ならびに米国航空宇宙局から授与されたＮＡＳＡ補助金第ＮＣＣ９−７７号
およびＳＴＴＲ補助金ＮＡＳ ９ ９９１２９による米国政府の援助を受けて行
った。米国政府は本発明に一定の権利を有することができる。 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、ナノ繊維強化ポリマー複合系中に分散されたナノ繊維の配向を制御
する該系の開発に関する。
【０００２】 殆どの合成及びセルロース系人造繊維は「押出」によって生成される。すなわ
ち濃厚で粘稠な液体を紡糸口金から押出して半固体のポリマーの連続フィラメン
トをつくる。その初めの状態では、繊維形成ポリマーは固体であり、したがって
押出すためには、まず流動状態に変えなければならない。これは通常、ポリマー
が熱可塑性合成物の場合には、溶融（すなわち、加熱するとポリマーは軟化溶融
する）によって達成されるか、またはポリマーが非熱可塑性セルロース樹脂の場
合には、適当な溶剤にポリマーを溶解することによって達成される。ポリマーが
直接溶解も溶融もさせることができない場合には、化学的に処理して可溶性また
は熱可塑性の誘導体を作らなければならない。最近の技術によって、溶融もしな
ければ、溶解もせず、また適当な誘導体を作りもしないポリマーからなるある特
種繊維が開発された。この物質の場合には、小さい流体分子を混合して反応させ
、さもないと押出工程中に処理できないポリマーを生成させる。
【０００３】 殆どの人造繊維の製造に用いられる紡糸口金は１ないし数百個の孔を有する。
フィラメントが紡糸口金の孔を出る際に、液状ポリマーはまずゴム状態に変わり
、ついで固化する。このエンドレスフィラメントの押出及び固化のプロセスを紡
糸と呼ぶが、同じ名前の紡織加工と混同してはならず、この場合には短繊維のス
テープルファイバーを糸に撚るのである。人造繊維のフィラメントを紡糸するに
は４つの方法がある。すなわち湿式、乾式、溶融、およびゲル紡糸法である。
【０００４】 湿式紡糸はもっとも古い方法である。これは溶剤に溶解させた繊維形成物質に
対して用いられる。紡糸口金は薬品浴中に浸漬し、フィランメントが現れると溶
液から沈殿して固化する。溶液は沈殿液体中に直接押出されるので、この繊維製
造法は湿式紡糸と呼ばれる。アクリル、レイヨン、アラミド、変性アクリルお呼
びスパンデックスがこの方法によって製造される。
【０００５】 乾式紡糸も溶解状態の繊維形成物質に対して用いられる。しかし、ポリマーを
希釈または化学反応によって沈殿させるのではなくて、空気又は不活性ガス流中
で溶剤を蒸発させることによって、固化を達成させる。フィラメントは沈殿させ
る液体とは接触せず、乾燥して溶剤回収する必要がない。この方法はアセテート
、トリアセテート、アクリル、変性アクリル、ＰＢＩ，スパンデックス、および
ビニヨンの製造に用いられる。
【０００６】 溶融紡糸の場合には、繊維形成物質を紡糸口金から押出すために溶融させ、そ
の後冷却によって直接固化させる。ナイロン、オレフィン、ポリエステル、サラ
ン、およびサルファがこのようにして製造される。溶融紡糸繊維は種々の断面形
状（円、三葉形、五角形、六角形等）の紡糸口金から押出すことができる。
【０００７】 ゲル紡糸は高強度または他の特殊な繊維性状を得るために用いられる特殊な方
法である。押出中にポリマーは真の液体状態にはない。このポリマー鎖は、真溶
液状態をなすように完全には分離されず、液晶形態において種々の点で結合し合
っている。これは生じたフィラメント中に強い鎖間力を生じて、繊維の引張強度
を著しく増大させることができる。さらに、この液晶は押出中の剪断力によって
繊維の軸に沿って整列する。フィラメントは相互に異常に高い配向度を有して出
現し、さらに強度を高める。この方法は、フィラメントがまず空気中を通り、次
いでさらに液体浴中で冷却されるので、乾湿紡糸法と呼ぶこともできる。一部の
高強度ポリエチレンおよびアラミド繊維はゲル紡糸法によって製造される。
【０００８】 押出した繊維が固化しつつある間、または固化した後に、フィラメントを延伸
又は伸長させて強度を付与することができる。延伸は分子鎖を引っ張り合って繊
維の軸に沿って配向させ、可成強い糸を生じる。 発明の要約 高整列度を達成させるようにポリマーマトリックス中にナノ繊維を埋封する方
法はナノ繊維連続繊維（“ＮＣＦ”）系によって達成される。このミクロンサイ
ズの繊維は、ナノ繊維の容易な操作、高整列度を含むその分布の制御、以後の操
作、ならびに機械的、電気的および熱的用途に対する一連の部品への加工および
製造の容易さをもたらす。ＮＣＦは、ナノ繊維添加による強化を要する一連の製
品を作るために加工糸または糸に用いられる列または束状に巻取り、紡織し、堆
積し、加工したフィラメントとなるように、連続繊維長（例えば１０００ｋｍ）
に生成させることができるナノ繊維を分散させた連続繊維である。ポリマーマト
リックスは、種々の形状、または他のポリマ−系もしくは非ポリマー付加を有す
る加工が容易に可能な系である。ＮＣＦは、強化（すぐれた衝撃力を含む）また
は電気的もしくは熱的異方性特性（異なる方向で異なる性質）を得るために整列
ナノチューブを送出できる系である。押出によって、ＮＣＦ系はマトリックス中
に埋封されるナノ繊維に適用され、ついでテープまたはフィルム状に成形されて
、分布および整列を制御し、かつ種々の以後の加工工程を可能にすることもでき
る。
【０００９】 本発明は、ナノ繊維強化ポリマー複合系中に分散されたナノ繊維の配向を制御
する該系の開発に関する。この系はナノ繊維がミクロンサイズの繊維としてポリ
マーマトリックス中に埋封されているナノ繊維連続繊維系である。ナノ繊維は一
連の機能性を有するロープ及び種々のその誘導体を包含する直径が１００ｎｍ以
下の多層ナノチューブ（ＭＷＮＴｓ）および単層ナノチューブ（ＳＷＮＴｓ）を
有する炭素フィブリルであり、全く炭素のみであることができるが、必ずしもそ
の必要はない。ポリマー／ナノ繊維の混合によって、配向を誘発されたナノ繊維
は、機械的、熱的及び電気的性質を高めるためにナノ繊維を用いることが可能な
一連の直径がミクロンサイズの繊維に加工することができる。このナノ繊維はＮ
ＣＦｓがポリマー結合剤を有しないナノチューブからなるナノチューブ系を含む
ことができる。このナノチューブ連続繊維は、ナノチューブのみのミクロンサイ
ズの繊維だけを残してポリマーを除いてしまったナノチューブ／ポリマー前駆物
質系から作り出されるであろう。ＮＣＦはナノ繊維の等方性分散液を用いるか、
または高性能構造物を送出するために通常の複合体製造技術を用いて容易に操作
及び加工できる高整列ナノ繊維を用いて調製できる。連続ポリマー系中にナノ繊
維を生成させる方法は特殊の性質の要望に適合させるために高分散モノ繊維また
は一連の分散条件を有するかも知れない。ポリマー系は、高剪断及び伸長方向の
流動条件に耐えることができるブロックコポリマー、種々の熱可塑性樹脂、液晶
ポリマー、熱硬化性樹脂、ゲル処理ポリマーおよびエラストマーを含む樹脂であ
ると予想されるが、必ずしも該樹脂に限らない。流動学的研究はポリマー中にＶ
ＧＣＦ及びＳＷＮＴのいずれをも分散させる重要な工程を特定した。アセタール
、ＡＢＳ、ＡＳＡ、ＰＥ、ＰＥＥＫ、ＰＥＴ、ＰＰ、およびＥＰＯＮエポキシを
含む多くの適当なポリマー／ナノ繊維系が存在するが、これらのポリマーに限定
されない。一部の用途ではエポキシおよび樹脂が望ましいであろう。ナノ繊維の
配列を制御する本発明の方法を用いて、特に優れた構造的、電気的、及び熱的性
質を有する物質を調製することができる。ＮＣＦはナノ繊維、とくにＳＷＮＴを
処理するための送出系またはパッケ−ジをもたらす。ＮＣＦはそれ自体単独の構
造物、さらに加工して他の形態にするのに有用な物質、及びナノ繊維を整列させ
る方法である。ＮＣＦは織糸、マット、プライ、フィラメント巻管及び容器を含
む一連の複合形態ならびにワイヤおよび静電放電物質を含む一連の用途を処理す
るのに有効に用いることができる。
【００１０】 本発明はナノ繊維複合体のさらに進んだ加工にまで及ぶ。配線や相互接続のよ
うなミクロからマクロスケールの用途のためにナノチューブの全ポテンシャルを
達成させるように、単層ナノチューブ（ＳＷＮＴｓ）を開発して完全一体化ナノ
チューブ複合体（ＦＩＮＣｓ）にすることができる。ナノチューブの完全一体化
は通常の複合体を上回る開発を必要とし、したがってナノチューブが異なる成分
ではなくて、マトリックスの一部であるように、ナノチューブの量と十分に一体
化させるように非ナノチューブのレベルを計画する。ナノチューブからのこの多
機能物質の開発は、完全一体化ナノチューブ複合体（ＦＩＮＣｓ）、複合則の限
界を超えるように設計されたナノチューブ複合物質系、製品および複合体計画を
生み出して、大規模にナノチューブを完全に模倣する計画を実施する。この新規
アプローチは完全一体化を達成するために一体化、分散および整列、機能化を含
む。場合によってはよく設計されたネットワークによる伝導を達成するが、目標
は化学による伝導である。本発明に記載する物質系は多機能デバイス及び電子用
途のための高伝導プラスチック配線および相互接続としての用途を有する。これ
らの物質の主成分はナイロン、ＰＭＭＡ、及び導電性エポキシである。ガス透過
性ポリマーでＦＩＮＣｓを作ると新規ガスセンサー機能をもたらす。重要な用途
はエレクトロニクス及び配線用軽量の多機能相互接続である。
【００１１】 本発明はさらにナノチューブの完全一体化の用途も略述する。ＳＷＮＴｓの長
さは強化が容易に達成できるような長さであり、我々の計算はＳＷＮＴｓの完全
ポテンシャルを得るためには複合則を超えるアプローチの実施が必要であること
を示す。本発明及びその方法は、強靭な完全一体化ナノチューブ複合体（Ｔ−Ｆ
ＩＮＣｓ）、複合則の限界を超えるように設計されたナノチューブ混成物質系、
優れた機械的性質を得るように大規模にナノチューブを完全に模倣する設計を実
施するために工学的及び複合体設計をもたらす。これらの物質の主成分は２種類
の標準ポリマー：ポリプロピレン（ＰＰ）及びナイロンである。パネルおよび布
シールドの形をなすシールド系はこの新規物質の典型的な用途である。ナノチュ
ーブシールドは中間バンパーや後壁パネルのような広範囲の用途があり、超高速
耐衝撃用途および宇宙用シールドにまで及ぶ。
【００１２】 ＶＧＣＦｓを用いる場合には電気抵抗率の１０桁の低下、ＳＷＮＴｓを用いる
場合には電気抵抗率の１４桁の低下が認められる物質系（シート状）がもたらさ
れる。１０重量％ＳＷＮＴ物質が、最初の我々の配線系を作るために使用され、
そして６００オーム−平方範囲の電気抵抗率を有する。これらの系は高度に分散
したナノ繊維を有し、さもないとパーコレーションがさらに低くなるであろう（
分離ネットワークを用いる場合）。
【００１３】 強化はすぐれた剛性（ＶＧＣＦ系の場合には３５０％ほど増大）、強度の増大
（１０重量％ＳＷＮＴ物質の場合に５０％増大）によっても認められ、最高１０
重量％ナノチューブを添加したＳＷＮＴ系の場合には１００％伸びで破壊した。
【００１４】 １０重量％ＶＧＣＦｓを有するＡＢＳ、５重量％ＳＷＮＴｓを有するＰＥ、及
び１−３重量％のＨｉＰｃｏ、または他のＳＷＮＴｓを有するＰＰから特定繊維
が製造される。ＶＧＣＦｓとＳＷＮＴｓの整列が認められる。複合体繊維を作る
能力は繊維状のＴ−ＦＩＮＣｓの製造にまで及ぶ。 好適な態様の詳細な説明 ＮＣＦｓはポリマーとナノ繊維からなる、典型的に直径が１から１５０ミクロ
ンの範囲の連続繊維系であり、この場合にナノ繊維の組成はゼロ以上から１００
重量％にわたる。ナノ繊維をポリマーマトリックス中に加工して連続繊維状にす
ると、ナノ繊維の配向を制御して、通常の物質に比べて優れた性質を付与する。
構造的、電気的及び熱的性質を著しく高めることができる。１００％ナノ繊維か
らなるＮＣＦｓはポリマーマトリックスすなわち結合剤を混合した後除去して、
ナノ繊維系のみを残すことによって加工することができる。ミクロンサイズの１
００％ＮＣＦｓのこの製造法はとくにＳＷＮＴｓ及びその種々の機能性誘導体の
開発に関するものである。
【００１５】 一般に、ナノ繊維を一連の規模に対して種々の加工形態で操作または処理する
ことは必ずしも容易ではない。ナノチューブは低および高純度の“Ｂａｃｋｙ
Ｐａｐｅｒ”と呼ばれる乾燥紙の状態で得ることができるか、または大規模の製
品を加工するのに簡単には適しない種々の溶液として購入することができる。ま
たナノチューブは複合体の性質に影響を与える多くの望ましくない不純物を有す
る加工したままの不純の状態で入手することもできる。本開示において、加工糸
、糸、布等が処理されるとほゞ同様に容易に処理できる１形態のナノチューブが
提示されている。この目的を達成するための加工は、ポリマーマトリックス中に
ナノ繊維を分散させて連続繊維に形成させることを含む。繊維を形成させる方法
は高剪断加工を含み、その場合にポリマーは液状にあるか溶融又は融解させ、小
さなオリフィスから押出して、高剪断の短繊維系をもたらす。次に伸長方向の流
動を用いて、繊維のサイズをさらに小さくし、かつ整列ナノ繊維（連続繊維系の
長さに平行に整列させる）を確実なものとする。気相成長炭素繊維を用いるＮＣ
Ｆｓは１０重量％のナノ繊維を有するＡＢＳならびに２．５および１０重量％の
ナノ繊維を有するＰＥマトリックスを用いて既に加工されている。またＮＣＦｓ
は５および１０重量％のＳＷＮＴｓを有するＡＢＳ、ならびに２重量％のＳＷＮ
Ｔｓを有する超高分子量ＰＥを用いて加工されている。製造された別の系はＰＰ
１０００および１２重量％ＳＷＮＴｓ（ナノチューブ濃度は最高６重量％）を
包含する。
【００１６】 ＮＣＦｓのスプールは、受け入れたままの形で用いるために製造できるか、ま
たは繊維系をさらに活性化、機能化、表面処理、熱分解、変性、架橋等を行わせ
るために設計することができる。化学によって、ナノ繊維をポリマーと、もしく
は相互にさらに架橋させるか、または特定用途の要望に応じて非湿潤もしくは非
結合状態で最適にすることができる。一連のポリマー物質中に整列ナノ繊維を付
与し、該繊維系をさらに化学処理する能力は新規製品開発及び材料強化の一連の
機会をもたらす。この中にはＦＩＬＮＣ及びＴ−ＦＩＮＣ繊維の加工がある。
【００１７】 電気的性質を伝えるポリマーに関する用途に対しては、ネットワークを形成さ
せる場合に、複合体をナノ繊維の等方性分散液とともに加工することができる。
この物質は、主に静電荷の蓄積を阻止するための用いられる静電放電（ＥＳＤ）
用に設計することができる。静電気は電流、すなわち流れる電気ではなくて、む
しろ静止している電気である。その静電散逸範囲は絶縁体（１０１３オーム／平
方よりも高い表面抵抗率）と導体（１０５オーム／平方よりも低い表面抵抗率）
との間にあることが知られている。すなわち、表面抵抗率が１０５ないし１０１
２オーム／平方の値は静電散逸をもたらす。この値は散逸をもたらすのには十分
低いが、スパークを生じ得るほど低すぎることはない。等方性ナノ繊維強化複合
体の体積抵抗率および表面抵抗率を測定した。等方性複合体の試験結果を、表１
の（（ａ）および（ｂ）に、それぞれ体積抵抗率および表面抵抗率をプロットし
てある。導電性物質で強化したプラスチックの場合に予想されるようにパーコレ
ーションしきい値が生じる。ナノ繊維強化ポリプロピレン複合体は約９％でパー
コレートし始め、１８％までに繊維のネットワークが形成され、抵抗率のそれ以
上の低下はない。このレベルのパーコレーションを有するこの系は、他の充填剤
入りポリマー以上にＥＳＤを強化する機会を有し、この場合充填剤のネットワー
クはＥＳＰ特性をもたらすだけである。
【００１８】 この等方性材料を拡張するため、伝導性ポリマを、ナノファイバが充分に整列
されそしてミクロン寸法の繊維の容易な取り扱いによりバルク形態に容易に整列
できるＮＣＦに加工することができる。高い異方性電気性質を有する材料は、導
電性をより高い導電性に加工することができるので、電磁インタフェース／無線
周波数インタフェース（ＥＭＩ／ＲＦＩ）材料として使用される可能性をさらに
有している。形成されたナノファイバネットワークは、繊維の長さに平行に非常
に整列されている。ＥＭＩ／ＲＦＩ材料は、導電体範囲（＜１０5オーム／平方
）の電気抵抗を有しており、そして特にＳＷＮＴを使用する場合ワイヤおよび電
気相互接続にも使用することができる。導電に関する内部接続ネットワークは保
持されるが、高い程度の整列は電気性質および強度をさらに増加させる。
【００１９】 ナノファイバをプラスチックマトリックスに導入する本発明に使用される加工
方法は、高いせん断応力および高い力を系に導入するバンバリー型混合である。
ナノファイバの凝集物の寸法および傾向が与えられると、バンバリー型混合を選
択して、凝集物をほとんどの場合にはナノファイバを損傷させないで粉々にする
流体学的応力に凝集物を曝すことによってナノファイバの均一な分布を提供する
。数例において、高いせん断力を使用して繊維、特に数多くの欠陥を有するもの
を細かくすることができる。０〜６０質量％の範囲の濃度のカーボンナノファイ
バを調製したが、高程度の繊維濃度を達成できることを示している。仕上げ複合
体の物性がマトリックス中の分散により強く支配されるので、ナノファイバ／チ
ューブ分散がサンプル調製のカギとなる性質である。図２は、ポリプロピレンマ
トリックス中の蒸気成長カーボンファイバの透過型電子顕微鏡写真を示す。平均
直径１００ｎｍを有するナノファイバは非常に分散し、そして複合体系における
多孔性の兆候はない。図３は、ナノファイバ周辺のポリマの変形により示される
湿り範囲を示す張力で試験された複合体の破損表面の走査型電子顕微鏡写真を示
す。
【００２０】 毛細管流量計を用いてより高いせん断条件で複合体材料を引き続いて加工する
ことによってＮＣＦが得られた。この流量計において、ポリマ／ナノファイバ系
の粘度が著しく減少して、容易な加工および高い程度の整列を促進する。図５は
、ＶＧＣＦ−ポリプロピレン系についてせん断速度が増加するに従って達成され
得る粘度の減少を示す。整列の程度は、使用するせん断力のレベルに従ってミク
ロンサイズの繊維系に加工される（ミクロンサイズ繊維複合体については図４を
参照）。図６は、ナノファイバの高い程度の整列が達成される毛細管流量計から
取り出されたせん断力の増加により得られた粘度の同様な減少を示す。湿りの程
度および結合の程度は、初期ＮＣＦに加工することができ、あるいは種々の部品
へのＮＣＦ組立てに続いて変更してもよい。
【００２１】 ＮＣＦポリマ混合を達成するために、方法を開発して、絡みが減少した高いＳ
ＷＮＴ分散液を達成した。混合および溶融紡糸のレオロジを研究した。単一壁ナ
ノチューブ（ＳＷＮＴ）添加したおよび添加していない連続ポリプロピレン（Ｐ
Ｐ）およびポリエチレン（ＰＥ）繊維を数千キロメートルの長さで製造した（ボ
ビンまたはスプールに容易に巻き取ることが可能な性質）。整列したＳＷＮＴが
ナノチューブ連続繊維中に観察された。流体学研究、熱物理学分析、顕微鏡観察
および機械試験を介して改良された繊維性質が証明された。改良された性質には
、未充填繊維より高い強度、改良されたモジュラス、ガラス転移温度および分解
温度の充分な変化および高温下での長期間の強度を含んでいた。ＳＷＮＴの添加
は繊維強度に関して引張強度を７４３％までおよび破壊までの伸びが２９６４％
まで増加した。伸び流体装置および巻き取り装置を含む製造装置を造った。
【００２２】 確認された混合法は、多孔性および混合粘度が問題でない（代表的には高いせ
ん断条件）ポリマに非常に分散したＳＷＮＴを上手く製造する。本発明に要約す
る方法は、整列を達成し、連続繊維を製造しそして直径の小さい繊維を製造する
以下のカギとなる因子を確認する。
【００２３】 到着形態のＳＷＮＴは、ポリマ系における純粋なＳＷＮＴと同一の結果をもた
らさない。到着形態ＳＷＮＴを有する初期ポリエチレン（ＰＥ）を評価し、そし
て充分に混合されないことを示した。無定形炭素および不純物が混合を制限した
。ＡＢＳを試験系として１０質量％ＳＷＮＴで加工した。混合操作を議論してペ
レットというよりＡＢＳ粉末を使用した。粉末は、一度ナノチューブが粉末に均
一に分散すればナノチューブの最良の初期分散レベルを提供する。粉末を乾燥し
、そしてトルエン中の純粋なＳＷＮＴと混合した。スラリを乾燥し、全ての溶剤
を除去した。乾燥した材料は、非常に操作しやすいナノチューブがよく分散した
凝集粉末の塊を形成した。ＡＢＳ中の５質量％ＳＷＮＴの組成物を、トルク流体
計を使用して加工した。複合体を引き続いての加工のためにシートにホットプレ
スした。このシートは、良好な柔軟性を示し、そして破損することなしに小片に
切断できた。ＶＧＣＦ／ポリマ複合体系は、シート状に切断する際に何度も破損
するであろう。ＰＰおよびＰＥは、分散した到着形態および純粋なＳＷＮＴで加
工した。
【００２４】 溶液ルート中のＳＷＮＴと混合したポリマ粉末は、ポリマ中にナノチューブを
分散するための最適な方法であることが判った。ＰＥ粉末を使用したが、ポリマ
ペレットをＰＰについて使用した。ＰＥおよびＰＰに対する溶解性が低く、ＳＷ
ＮＴを適度に分散し、そしてポリマの軟化点より低い温度で留去するので溶剤を
ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）とした。カバレージは均一であり、そしてこの
方法は、到着形態ＳＷＮＴ材料（到着形態または純粋のいずれか）における望ま
しくない不純物を除去できる方法を提供した。望ましくない汚染物は、ナノチュ
ーブの精製の後であっても除去しなければならなかった。乾燥するとこれらの粉
末は、凝集物を形成し、そして塊は、容易に取扱えそして浮遊粒子状物質を有す
るものを除去した。凝集物は、混合および配合のためにトルク流量計中に非常に
容易に充填された（このことは低い粘度を意味する）。ＳＷＮＴを添加するに従
って粘度が増加したが、材料を混合するためのトルク要求は、機器制限よりも低
い度合いのオーダーである。ＰＰ（メルトフローインデックス１２）およびＰＥ
（メルトフローインデックス１０）材料を混合する際に、最小のトルク条件を観
察した。
【００２５】 ＳＥＭ分析は、ほとんどもつれがなくそしてある程度の湿潤の傾向を示すＰＰ
およびＰＥ中に非常に分散するＳＷＮＴを示した。複合体は、孔がない。ＰＥ（
メルトフローインデックス１０）中の到着形態のＳＷＮＴ（Ｔｕｂｅｓ＠ｒｉｃ
ｅ）０．５質量％、ＰＰ１０００およびＰＥ超高分子量中のＨｉＰｏからのＳＷ
ＮＴ０．２質量％およびＰＰ１２中のＮＴＴからのＳＷＮＴ１．７質量％および
ＰＥ中のＳＷＮＴ３質量％の組成物を使用した。ＡＢＳ中のＴｕｂｅｓ＠ｒｉｃ
ｅからのＳＷＮＴ１０質量％を加工して、混合方法およびこれらの系の電気的性
質についてさらに研究した。代表的には、マトリックス中によく分散したＳＷＮ
Ｔ１質量％の濃度が席電気放電（ＥＳＤ）条件を導くであろう。伝導をもたらす
ものよりも低い濃度が分離ネットワークとなりやすい傾向にある。図７ＮＡＳＡ
は、ＳＷＮＴ組成物の関数としての電気抵抗を示す。マトリックスが現在の加工
法に著しい役割を果さないことが期待される。
【００２６】 粉末および溶液中のＳＷＮＴを使用する加工ルートが非常によく作用し、そし
て今まで加工した全ての組成物は、良好なマトリックス／ナノチューブ性質を示
す。これらの高められた材料（到着凝集物および混合複合体シート）およびナノ
チューブ被覆粉末、複合体プリプレグおよび最終シート材料を、最終用途および
更なる加工のために提供することができる。繊維は、種々の系から製造されてい
る。長い連続繊維形態および１０００メートルを超える繊維を製造した。図８Ｎ
ＡＳＡは、ＶＧＣＦおよびＳＷＮＴを有するＡＢＳの表面抵抗を表す。ほんの１
％ＳＷＮＴがよく分散した複合体系からの伝導を達成するのに必要とされたこと
に注目すること。
【００２７】 ＳＷＮＴを介して伝導を達成する数多くの方法がある。第一に、ポリマ中にネ
ットワークを形成しそして維持しなければならない。第二に、整列が達成された
際に、端部と端部の接触または小さい空隙を突き抜けることのいずれかが生じな
ければならない。高い分散および接触しないナノチューブを導く整列は、低い伝
導性となってしまう。ナノチューブロープは、高アスペクト比フィラを導くので
伝導性を達成するのに有効である。ＨｉＰｃｏナノチューブ中の金属も、伝導性
に関する浸透閾値を減少するのに寄与する。
【００２８】 種々の混合操作からそして各操作に対するピークおよび定常状態トルクの測定
から、複合体加工に関する平均およびピークトルクレベルを測定した。データは
、混合条件がトルク流量計の限界よりもはるかに小さくそして混合粘度が他の研
究者が遭遇したものよりも著しく低いことを示した。バンバリー混合がすでに低
価格の工業的製造方法であるので、低価格でナノチューブ複合体を製造する実用
的な工業的方法が本発明により達成される。ＳＷＮＴのものと比較して加えられ
る費用は、溶剤の費用だけである。水またはその他の低価格溶剤または界面活性
剤は、将来の研究の一部である。図９ＮＡＳＡ、すなわち室温で破壊した１０質
量％ＳＷＮＴ／ＡＢＳポリマの顕微鏡写真は良好な分散、孔の不存在およびナノ
チューブの絡みが減少していることを示した。混合の際の高いせん断加工がナノ
チューブを互いに分散させる補助をするので、絡みの度合いが減少した。ＳＷＮ
Ｔは、ナノチューブがポリマから取り出されるらしい場所により示されるポリマ
により湿らされる。いくつかのナノチューブは、ポリマにより被覆されず、これ
は繊維／マトリックスせん断強度および通常の応力がなおも比較的に低いことを
示している。
【００２９】 以下の式を有するＰＰをこの研究に使用した。 ［−ＣＨ2ＣＨ（ＣＨ3）−］n （１） すなわち、（１）アイソタクチック、メルトフローインデックス１０００、融
点１６０℃および密度０．９００および（２）アイソタクチック、メルトフロー
インデックス１２、融点１６５℃および密度０．９００である。以下の式を有す
るＰＥをこの研究に使用した。
【００３０】 ［−ＣＨ2ＣＨ2−］n （２） すなわち、（１）超高分子量、融点１３０℃および密度０．９４および（２）
Ｐｈｉｌｌｉｐｓ ＣｏからのＭａｒｌｅｘ、密度０．９４である。ＰＰ１００
０は、紡糸に使用するための最適なポリマではないが、これを使用して加工レオ
ロジの限界を調査した。超高分子量ＰＥも溶融紡糸に最適ではないが、ゲル紡糸
法によりＳＷＮＴと混合することができ、従って本発明の方法のゲル紡糸用途へ
の拡張を示す。ポリマは、代表的にはホットボックス中で９０〜１００℃で乾燥
することによって調製された。ＳＷＮＴおよびポリマのスラリをポリマの融点未
満の温度で炉中で乾燥して溶剤を除去した。得られた材料は、均一な分布のナノ
チューブで上塗りされたポリマであった。この段階は、初期分散条件および溶融
物の混合の際にナノチューブの容易な分散を導くことをもたらした。ポリマ系の
数多くの混合操作を用意して、押出し、毛細管流量計の使用、レオロジ、引張試
験および熱分析への用途を提供した。この材料を引き続いての押出しまたは毛細
管流量計への用途のためにペレットに切断した。
【００３１】 ＳＷＮＴを有するポリマの混合条件は、装置停止の限界（Ｈａａｋｅ Ｐｏｌ
ｙｌａｂ ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ）よりもはるかに低いトルク条件であった。図１
０ＮＡＳＡは、混合が他で報告されているような過剰の粘度での問題がないこと
を示すトルクの非常に低い値を示すＰＰ１２およびＰＥ１０系に関するトルクデ
ータである。初期混合を行うと、トルクが比較的低くかつ非常に定常となること
を衆目すること。数例において、混合速度を６０〜６５ｒｐｍから９０ｒｐｍに
傾斜させて混合を高めた。温度、時間および混合速度を含む混合パラメータを、
方法最適化研究および熱可塑性ポリマのバンバリー混合のデータベースに基づい
て選択した。混合および押出しは、混合滞留が充分な時間保持され引き続いて壁
分散ＳＷＮＴ系の押出しを行う多数領域配合押出機内で達成することができた。
これは、連続繊維を製造する価格的に有効な方法を提供する。
【００３２】 ポリマブレンドに対して熱物理学測定およびレオロジを行った。熱分解、クリ
ープ挙動、温度および回数（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の関数としての保存モジュラ
スを全て測定した。適用可能な場合ガラス転移温度の変化も測定した。ＰＰおよ
びＰＥは、ＳＷＮＴ添加により分解温度の上昇を示した。ほんの少量のＳＷＮＴ
がこれらの上昇を導くのでこれらの改良は、ポリマ工業に対して著しいものであ
る。図１１は、ちょうど２質量％ＳＷＮＴを添加したＰＰに関する著しい、すな
わち１００℃以上の分解温度の上昇を示す。
【００３３】 先にＡＢＳ中１〜１０質量％の組成物を用いた研究を行った。通常２質量％付
近の少ない組成物がいくつかのポリマの用途のための多段階の加工を保証した。
少ない濃度のサンプルのうちのいくつかは、数多くの操作を確実にするために使
用されるので、部分的に無定形炭素および触媒である。プロット上に示される組
成物は、精製した否かに関わらないナノチューブ材料添加された組成物であるこ
とを確認する。図１２ＮＡＳＡは、ＳＷＮＴを添加した際にポリマのモジュラス
の増加を確認したタイプを示す。このＰＥに関する変化が少しであるが（２５％
）、このポリマ系の伸張する性質が残っているので強固な繊維を作る可能性が分
散ＶＧＣＦについて見られたものに存在する。
【００３４】 押出し速度および引き続きの延伸速度（伸張流出を認める）の選択が一般的な
繊維性質、特に最終繊維寸法に影響を与えることは繊維紡糸の分野に公知である
。図１３は、高い押出し機速度および取出し速度を使用した際に得られる性質の
増加を示す。図１３は、異なる押出し機および取出し速度で加工した場合の繊維
の強さを詳細に説明する。高い取出し速度と結びつけた高い押出し機速度は強い
繊維を導く。高い取出し速度とともに速い押出し機速度を使用すると非常に直径
の小さい繊維となることも知られている。図１４は、これらの加工条件に関する
繊維寸法、特に高い押出し機速度でそして引き続いて高い取出し速度で加工した
場合の繊維系の直径の変化を示すプロットを示す。直径の小さい繊維の系の欠損
が極小化される傾向にあるので、直径の小さい繊維の系を調査した。さらに、遅
い取出し速度とともに遅い押出し機速度の使用は、図１５に示す通り直径の大き
い繊維を導く。図１５は、遅い押出し機速度でそして引き続いて遅い取出し速度
で加工した場合の繊維系の直径の変化を示すプロットを提供する。より直径の大
きい繊維が得られた。従って、繊維寸法の範囲を顧客要求に従って加工すること
ができる。
【００３５】 光学顕微鏡およびＳＥＭを使用して繊維を分析し、そして数例において整列し
たナノチューブを有することが観察された。１質量％を超える精製ＳＷＮＴの組
成を有するサンプルは、ＥＳＤまたはＥＭＩ伝導性であるとみなされた。２質量
％を超える精製ＳＷＮＴの組成を有するサンプルは、ＥＭＩであった。１０質量
％サンプルは、非常に伝導性であり、そしてプラスチックワイヤとして使用でき
た。厚いプラスチックワイヤを電気回路に配置し、ＤＣ電源により電力を与える
とＬＥＤを点灯させた。このことは、本発明により製造されるこれらの新規の繊
維の際立った用途を示した。
【００３６】 押出し器および毛細管流量計の両方を使用してこのプログラムの期間繊維を作
製した。ストラタシス・フューズド・デポジション・モデリング・システム（Ｓ
ｔｒａｔａｓｙｓ Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｓ
ｙｓｔｅｍ）を使用して連続繊維を作製することもできた。以下に示す通り、図
１６は、単一穿孔Ｈａａｋｅ押出し機から繊維を製造しながら回収した押出しデ
ータである。この押出し機を使用するに当たって、ダイ寸法、スクリュ速度およ
び押出し機から繊維が抜き取られた際の押出し速度を考慮しなければならない。
繊維の付加的引き伸ばしが生じ得る条件で加工を行わなければならない。Ｒｏｓ
ａｎｄ毛細管流量計を使用してナノチューブ充填および未充填ポリマの流体学的
挙動を調べた。紡糸ホイル取出しシステム（図示せず）と接合して使用して充填
および未充填ポリマ繊維を押出しそして伸ばした。
【００３７】 図１２、１３および図１４における以下の事項は、ＲＨ−７を用いた繊維紡糸
について好ましいと見出された温度および流速における充填または未充填ＡＢＳ
、ポリプロピレンおよびポリエチレンに関する流体学的結果である。
【００３８】 ポリマ繊維の工業的溶融紡糸は、連続的の一環した繊維を達成するために正確
に保持しなければならない数多くの操作パラメータを有する非常に制御された方
法である。この方法は、もっともよく乾燥ポリマチップを用いて開始する。溶融
物を混合および均質化するスクリュ押出し機による溶融および移送が行われる。
溶融ポリマを非常に高い圧力で、ファインフィルタに通過させ不純物、分解ポリ
マ片および気泡を除去する。フィルタは、さらに溶融物を均質化する。正確な計
量ギアポンプを使用して、材料を正確な流量でフィルタに通過させる。図２４参
照。
【００３９】 そして、均一な温度制御された溶融物を、一環した流量で紡糸口金ダイにおけ
る毛管に通過させる。この孔は、直径１００〜５００μｍであり、そしてポリマ
を流体の流れとして絞りだす。紡糸口金におけるせん断力は、ポリマ分子を部分
的に整列させるが、押出し物がダイから出る際に膨張するのでその整列のほとん
どが失われる。押出し物を急冷し、底から抜き取り、これをより薄くかつ長く延
伸する。数多くの急冷法があるが、これらの全ての基本的特徴は、抜き取る際に
フィラメントの冷却を制御することである。延伸は、延伸速度に依存する度合い
の整列を提供する。 ・ 低い配向 − １８００ｍ／分未満 ・ 中程度配向− １８００〜２８００ｍ／分 ・ 部分配向− ２８００〜３５００ｍ／分 ・ 高い配向− ４０００〜６０００ｍ／分 ・ 完全配向− 現在得られないｍ／分 紡糸後、繊維を冷時延伸する（ポリマ分子を配向させる必須段階）。紡糸から
の配向が高いほど、後延伸における延伸比が低くなる。構成する分子を更に整列
するので、延伸していない繊維は、長さの４倍まで延長される。
【００４０】 繊維延伸法において、プロセス制御は、極度の重要性を有している。溶融は一
環してなければならず、紡糸口金による流量は均一でなければならず、そして温
度を十分に制御しなければならない。加えて、フィラメントの強度を超える引張
り張力と同様に、破損または破壊を生じさせる溶融物への応力をさけなければな
らない。延伸流量が整列を提供するのに充分に高く、ポリマの開放時間が整列し
た分子がはねかえる機会を有さないように充分長い際に、紡糸における分子の最
高の配向となる。従って、整列は、高い紡糸速度、高い分子量および良好な急冷
に関連する。しかしながら、低速紡糸および引き続いての冷時延伸は、しばしば
高速紡糸よりも良好な整列を提供する。付加的なアニーリングおよび熱時延伸と
ともに低速紡糸および高速紡糸は、より一層良好である。
【００４１】 ＲＨ７を低速繊維紡糸法の押出し機として使用した。プロセスのいくつかの領
域において制御がほとんどできないが、溶融紡糸の基本的要求を満足した。充分
に制御された力を溶融物にしながら、ＲＨステップモータは、流量の優れた制御
を提供する。繊維延伸に最も好適であることが見出されたダイは、直径０．５ｍ
ｍを有し、最高の繊維は、８ｍｍ×０．５ｍｍダイにより延伸され、従来のダイ
ホルダの壁への膠着する危険性なしに押出し物をバレルから出させる「平らな出
口」ダイホルダ上に保持された。しかしながら、ダイの平らな入口は、溶融紡糸
口金のものとは異なる。ＲＨ１７温度制御は、０．１℃までの精度である。
【００４２】 要求される圧力がメルトフラクチャを生じないレベルで流量を確実に保持する
ために、流体学的試験を粘度だけでなく、溶融強度についても行った。以下の図
は、研究したポリマ系に関するメルトフラクチャおよび溶融条件を示す。
【００４３】 周囲温度以外に、繊維を延伸する際に急冷領域を適用せず、そして紡糸速度そ
れ自身を工業的方法に示されるよりもはるかに遅く、すなわち１００〜２００ｍ
／分とした。
【００４４】 ３５〜５０μｍ繊維の直径を有する繊維を製造し、そして伸張により２５μｍ
以下に減少した。充分分散したＳＷＮＴを有する均一な厚さの繊維が製造された
。数多くの場合における未精製ＳＷＮＴの使用のため繊維の数は、均一分散より
も少なかった。毛細管流量計の使用は、均一繊維を導いたが、押出し機の使用は
均一でない繊維および数例においては小さい濃縮された部分を有する繊維を製造
する傾向にあった。押出し機を使用するプロセスアッセンブリが一定の圧力をダ
イまたは紡糸口金上で保持されるように計量添加ポンプに入るために押出し溶融
を求めることは当該技術分野に公知である。特に押出し機が毛細管押出し機より
も加工（製造）において連続的であるので、押出し機は、押出し機を使用する能
力を示すのに有効であった。図１７は、充分に整列されたＳＷＮＴを示すＰＰ１
０００の顕微鏡写真を示す。整列は、いくつかの繊維系において達成された。Ｎ
ＴＴナノチューブを使用して製造した繊維も、整列を示したが、ＳＷＮＴがほん
の２５％出発材料であったので、ほんの限定されたものに基づいている。
【００４５】 引張り試験を、図１８に示す通り８個のポリプロピレンサンプルに対して行っ
た。これらのサンプルのうち４個は、純粋なポリプロピレンとし、そしてこれら
のサンプルのうち４個は、ＳＷＮＴを含有するポリプロピレンとした。ポリプロ
ピレンは、Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、そしてＳＷＮＴは、Ｎａｎｏｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ Ｔｅｘａｓにより提供された。ＳＷＮＴを含有する４個
のサンプルは、圧縮成形シートからダイカットし、そしてタイプＶ幾何学的配列
を有している。純粋なポリプロピレンの４個のサンプルは、より薄い圧縮成形シ
ートからダイカットし、そして厚さに関してタイプＶ幾何学的配列仕様を有して
いる。８個のサンプルのうち、６個は正当なデータを提供した。２個のサンプル
のうちの１個は、セットアップエラーの結果破壊し分析せず、そして他のサンプ
ルはゲージ長さの外側で破壊した。両方の無視したサンプルは、純粋なポリプロ
ピレンであった。使用した試験速度は、広い歪が観察されなかったので、毎分０
．５インチでありそして歪をゲージ長さ（０．３インチ）に渡って計算した。引
張り強さは改良されなかった。両方の材料の平均引張り強さは、２８ＭＰａであ
った。しかしながら、ＳＷＮＴを有するＰＰの破壊までの歪は、１１５％まで改
良された。応力−歪曲線により示されるように、純粋なポリプロピレンサンプル
は、上手くいかなかった。
【００４６】 繊維を２０本の繊維束で試験した。純粋なポリプロピレン繊維は、０．００４
０インチおよび充填したポリプロピレン繊維は０．００１５インチであった。使
用した試験速度は、毎分３０インチとした。歪を繊維の全長（４インチ）にわた
って計算した。図１９は、単一繊維の強度を示す。このグラフは、束が耐えられ
る最高負荷まで高くしている。この負荷に従って、個々の繊維は曲がり始める。
ＳＷＮＴの添加は引張り強度を７４３％まで増加し、そして破壊までの伸びが２
９６４％まで増加した。考慮すべき一つの重要な点は、これらの繊維がさらに進
展するので、これらは、ポリマ系自身を整列させることによってもＰＰのバルク
性質を抑制するということである。整列ポリマに沿って整列したＳＷＮＴは、単
一ナノチューブ自身から期待されるものと匹敵する改良された強度を充分にもた
らすが、この系の延び特性は、充分に整列したポリマ系のものに減少する。
【００４７】 ＡＳＴＭ Ｄ６３８による引張り強度を、タイプＶ幾何学的配列を有する８個
のサンプルに対して行った。４個のサンプルは、純粋なポリプロピレンから作製
され、そして残りの４個のサンプルは、ポリエチレン中のＳＷＮＴとした。ポリ
ママトリック材料は、ペレット形態のＰｈｉｌｌｉｐｓ Ｍａｒｌｅｘポリエチ
レンとした。Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ Ｔｅｘａｓは、使用し
たＳＷＮＴを供給した。圧縮成形シートからのダイを使用して試験検体を切断し
た。使用した試験速度は、毎分０．５インチとした。広いプラスチック変形が主
要のサンプルに観察されたので、歪をサンプルの全長、すなわち２．５インチに
わたって計算した。ＳＷＮＴの添加は、引張り強度を１７％までそして延びを３
７％まで減少した。 用途 ナノファイバ連続繊維の用途は、広範囲に及ぶ。図２０は、ＮＣＦを使用して
達成することができる種々の生成物および加工を示す。ＮＦＣに対するこれらの
工業的手段は、高いパーセントの複合体製造工業にインパクトを与える。これを
超えて、これらは、織物および繊維工業にもインパクトを与える。 例示系 （静電気ベールおよび表面仕上げマット） ＥＳＤ材料は、包装目的および電子工業場所における職員用の衣類、消散型い
す、作業台、カーペットおよびフロアマットに対して要求される。ＥＳＤは、日
常生活の一部であるが、電子工業においては、静電気による損傷およびやり直し
の費用が年間数百ドル排除される。電子工業の全ての失敗のうち、約４０％がＥ
ＳＤ関連である。
【００４８】 構造物用途のミクロンサイズの繊維について、ＮＣＦは、荒削り製品、真空袋
、ハンドレイアップ用のクロスプライ（ｃｒｏｓｓｐｌｉｅｓ）に織ることがで
きる。整列されたナノファイバは、高性能複合体の最も適する機械的強度を達成
することが期待される。組立てられたクロスプライ系は、高い程度の整列がこれ
らの系でより容易に制御できるので、なおも等方性複合体に優れた性能を与える
。
【００４９】 受入れられたモデルに基づいて、これらの材料が著しく効果的な可能性を有し
、性能高揚を提供し、そして迅速な工業的利益（すなわち、強度／質量比）を与
えることはほとんど疑問がない。いくつかの変更が特定の繊維系に生じ得るが、
現在適した複合体繊維製造技術は、著しく代える必要がなく、従って政府および
民間複合体共同体から直ちに受入れられるであろう。これらの繊維は図２０に示
す方法を有する種々の用途に使用することができる。
【００５０】 本発明は、種々のポリママトリックスにおけるナノサイズ繊維の分散および整
列にわたる制御を提供する連続繊維複合体としての等方性または異方性の形態の
ナノファイバを加工する革命的方法を提供する。複合体製造共同体およびその他
の工業に有効な整列されたナノファイバを作成する明確な道を照らす。アニーリ
ング、反応、熱分解、更なる変性および官能化等の付加的加工によりナノファイ
バを容易に操作する機会を提供する。ポリマを選択してナノファイバ整列を高め
ることあるいは禁止することができる。核部位として作用しそして結晶化および
最終ポリマ分子形態を影響するナノファイバによりポリマ自身を高めそして変更
してもよい。工業的フィラメントおよび繊維技術の利点をとりつつナノサイズ構
造の固有問題を解決する。
【００５１】 本発明は、静電気蓄積の防止のための所望のＥＳＤ範囲で表面抵抗を達成する
高められた方法を提供する。プラスチックマトリックスへの従来技術繊維導入に
および金属材料、フレークおよび粉末または化学的変性ポリマで充填された伝導
性プラスチックの加工に関連する数多くの問題を除去または改良する従来のプラ
スチック加工技術により調製することができる新規の組成物を提供する。
【００５２】 流体学的分析は、ナノファイバ質量百分率による複合体製造をスケールアップ
する実際の可能性が手近にあることを示す。 本発明は、ナノファイバ連続繊維に作成された精製または未精製ＳＷＮＴおよ
び蒸気成長カーボンナノファイバ強化熱可塑性複合体を示す。これらの複合体は
、精製および未精製ＳＷＮＴまたは蒸気成長カーボンナノファイバをＨａａｋｅ
小型内部ミキサ（ＭＩＮ）中で混合することによって調製することができる。混
合方法は、ＳＷＮＴまたはナノファイバをチャンバ内の異なる位置で広げる分配
混合および高せん断条件およびエネルギがナノファイバ凝集を克服するのに必要
とする分散混合から構成された。ＳＷＮＴまたはナノファイバ（ＳＷＮＴ１０質
量％までを使用した）０〜６０％の範囲の異なる質量百分率の組成物を調製した
。混合後、得られた複合体材料を対で１５０〜２００℃の温度にホットプレスし
て薄いシートを形成した。これらのシートを次いで引き続きの押出しおよび繊維
形成のためにペレット化した。ナノファイバの整列が得られ、従って種々の用途
（空間、防御および商業用途）のための高性能構造物を与える従来の複合体製造
技術でさらに加工する実現可能性を促進する、連続ミクロンサイズ繊維として複
合体を加工した。図８〜９は、整列されたナノファイバまたはＳＷＩＮＴを有す
るＮＣＦの表面条件をできるだけ整列および脱凝集するように変更することがで
きる。図１０および１１は、これらの種々の条件を表す。
【００５３】 ナノファイバが黒色材料であるので、特定用途の透明複合体材料が問題となる
。複合体を半透明まで薄くできるので、ある程度の視覚を得ることができる（こ
れはシート形態に適用できない）。
【００５４】 複合体がミクロンサイズ繊維として調製されると、構造用途、熱および電気用
とに使用できる可能性を提供する。高い異方性熱システムが特に興味深い。 実施例： ナノチューブ強化ポリマーの熱溶解積層法への適用 ナノチューブ連続繊維加工で生じる整列化は熱溶解積層（ＦＤＭ）加工によっ
て達成することができる。ＦＤＭプロセス用のワイヤ供給原料を一巻きのナノ繊
維強化ポリマーから形成し、時には組立技術のいらないものとして認識されるラ
ピッド・プロトタイピング（ＲＰ）プロセスを、layer by layer 製造のための
三次元（３Ｄ）画像のスライスのコンピュータ生成を用いて行い、最終パーツと
する。整列化は押出し及び（所望の直径を達成するための）巻き取りの間の幾ら
かの拡張された流動による剪断処理のためであり、ＦＤＭプロセスの熱吐出の面
において増強される。このプロセスにおいては、ナノ繊維複合ワイヤ（直径〜２
ｍｍ）がミリメートル・サイズのダイを通して押出され、シート及び３Ｄパーツ
を構築する列を生成する。ＦＤＭ供給原料は、ワイヤを製造するさらなる加工で
ＮＣＦを押出すか、又はグルーピングすることによってワイヤを生成させること
により製造することができる。
【００５５】 ＦＤＭに関連する別の用途は、（幾つかの場合において電気的及び熱的特性を
付与する、強化性ナノチューブを有する）材料の巻束を作製して商用及びＦＤＭ
に関する一連の用途のプラスチックパーツの小バッチを製造することであり、他
の伝統的な技術の場合には価格を補うために数千のパーツを製造しなければなら
ならず、そのため不可能であるか、又は非常に経費がかさむ、内部形状の複雑な
パーツを製造することができる。これらのパーツの例には、医療用ツール、電子
、交換パーツ等が含まれる。この材料で製造されるＦＤＭパーツの宇宙用途の例
は宇宙ステーションに対するＦＤＭの使用であり、そこでは宇宙ステーションの
限られたスペースにパーツの供給品を保管するよりも優れた供給原料（ナノチュ
ーブ充填ポリマー）が交換パーツの製造に用いられる。
【００５６】 様々なポリマーと混合された気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）が、ナノチューブ
を用いてポリマー複合体を製造するのに良好なアプローチであることが立証され
つつある。ＶＧＣＦは剪断処理によりナノ繊維の破壊なしに混合することができ
、もつれた塊から始めて高度の分散を達成することができる。同様に、官能化ナ
ノチューブはより完全にポリマー系と一体化することができる。本発明において
は、「Bandury」混合という処理を熱溶解積層法（ＦＤＭ）用の供給原料連続フ
ィラメントの製造に用いたが、これは一連の用途のための複合体パーツの製造及
び良好な過去材料特性（past material property）の評価を可能にする。ナノ繊
維複合体は、多機能材料（構造／電気的、構造／熱的、構造／衝撃）としてのポ
リマー特性を増強するそれらの能力のため、ＦＤＭ、ＳＬＳ等の迅速プロトタイ
ピング技術を大きく高める。
【００５７】 ＦＤＭは、供給原料（連続フィラメント又はビレット）を取得してそれを熱押
出しし、ポリマー材料の連続トレースを作製する製造プロセスである。これらの
トレースは層を描き出し、次の層を頂部に堆積させて三次元形状を構築すること
ができる。３Ｄコンピュータ画像を生成することができる限り、いかなる数のサ
ンプルフォームをも製造することができる。次に、そのファイルを切断してスラ
イスとし、プロセスのパラメータをＦＤＭに一致させる。その後、そのＦＤＭユ
ニットを、除去可能な支持体から始めて層毎にパーツを積み上げる（「ボトムア
ップ技術」）。ＦＤＭパーツは、一般には、モデル、型、及び、幾つかのパーツ
については、材料の利用が最適化され（廃棄物が最小化されている）、かつ工作
機器及びパーツ仕上げが減らされている用途に用いられる。多くの供給原料物質
が利用可能であり、これにはワックス充填プラスチック接着剤、ナイロン共重合
体、焼流し鋳造ワックス及びアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ
）が含まれる。ＡＢＳが、利用可能な他の材料に勝るその強度のため、パーツ用
途により最適である。細刻炭素繊維を含む様々な強化材が充填された複合供給材
料がＦＤＭパーツの機械的強度を高める目的で現在開発されつつある。典型的に
は、充填ポリマーが関心の的であり、これは、それらが層間強度をＦＤＭパーツ
における弱い連結の何倍にも改善し、かつ充填ポリマーにしばしば見られる剛性
を強化する可能性を有するためである。ＦＤＭへの高強度ポリマーの利用可能性
はパーツ製造におけるその用途を広げ、その適用範囲を広げる。
【００５８】 本発明においては、（１）精製ＶＧＣＦ、（２）ペレット化ＶＧＣＦ、及び（
３）受入ベースの（as received）ＳＷＮＴを用いて３種類の供給原料を製造し
た。この場合、ペレット化は取り扱いを改善する加工方法であり、商業的手順か
らのナノ繊維にラテックスサイジングを施す。受入ベースのＳＷＮＴは、高剪断
及びＦＤＭ処理を用いるＳＷＮＴのＡＢＳでの例示的処理を提供した。３種類の
異なる張力試験パーツ。・サイズを含む幾つかの異なるパーツを作製した。新規
材料が現在入手可能なＡＢＳと共に作用し得ることを示すため、プレーンＡＢＳ
をＶＧＣＦ複合体に接続するパーツも作製した。ナノ繊維／ポリマー複合体を用
いるＦＤＭパーツの加工性を評価し、張力試験を行い、かつサンプルの破断領域
を電子顕微鏡を用いて分析した。ワイヤ供給原料及びＦＤＭパーツ中の整列化ナ
ノ繊維の存在を検証するのにＸＲＤを用いた。ナノ繊維充填ポリマーに観察され
る強化はこれらの複合材料が迅速プロトタイピング、例えば、ＦＤＭの使用を強
化し得ることを示す。
【００５９】 ＦＤＭプロセスにおいて、速度制御の責を負う２つのフリクション・ベアリン
グ・ローラーの間にワイヤを供給する。このプロセスは、円形ダイ内で終止する
温度制御チャンバー内で行う。温度は凝固点のちょうど上で維持する。材料がダ
イを抜けるとき、Ｘ−Ｙ制御押出しノズルに従う場所にそれが向かう方向で固化
する。ＦＤＭは、ＣＡＤ制御の下で指定されたモデルを構築する、互いに続き、
かつその頂部への連続層の体積からなる。連続する層は熱溶融によって結合され
る。材料の熱容量は収縮の量及び材料がそれ自体に融着する程度に重要である。
【００６０】 プレプレッグ用のセラミック充填ポリマーを製造するための充填供給原料を含
むＦＭＤ作業を行った。充填ポリマーは、セラミックパーツを形成するために引
き続き焼結される型のトレースに用いられる。ポリマーを焼き尽くして後に多孔
性セラミックプレフォームを残し、それに金属又は他のマトリックス材料を染み
込ませることができる。
【００６１】 １００ｎｍの平均径を有する、Pyrograph IIIとして知られるＶＧＣＦをAppli
ed Science, Inc.から受入ベース及びペレット化形態で入手した。受入ベースの
ＶＧＣＦは、従来開発された手順による配合処理に先立って精製かつ機能化した
。ＡＢＳ ＧＭＩＤ ＃３１８７５はMagnumから入手した。ＡＢＳはその高強度
のために選択し、ＦＤＭにおいて用いた。ＡＢＳの典型的な特性を、ＶＧＣＦの
ものと共に表１に列挙する。
【００６２】 ＨＡＡＫＥトルク・レオメーターを用い、３０ｇ混合ボウルを用いて複合体の
調製を行った。ＡＢＳを様々なナノ繊維と高剪断速度で配合し、均一な分散を達
成した。この場合、分散は繊維の均一な広がり及び個々に隔離された繊維形態（
個々のＶＧＣＦ又は個々のロープ）を意味する。１０ｗｔ％の出発サンプル複合
体を調製した。サンプルは熱圧縮成型し、ペレット化（小ペレットに細断）して
ワイヤ押出し用の供給原料として用いた。次に複合体バッチを５ｒｐｍの速度で
押出し、押し出されるワイヤの長さに対して一定の断面を維持しながらリールタ
イプの容器に巻き取った。
【００６３】 プレーンＡＢＳ、ＶＧＣＦを含むＡＢＳ及びＳＷＮＴを含むＡＢＳの押出しサ
ンプルは１．７±０．１ｍｍの直径を有し、これはＦＤＭプロセスに最適化され
たものであった。全ての複合体に対するワイヤを形成するための押出しは、プレ
ーンＡＢＳペレットで押出しを開始し、次いで複合体材料、再度プレーンＡＢＳ
で仕上げて押出機バレルを十分に充填することによって行った。このアプローチ
はワイヤ供給原料の複合体をワイヤの全長にわたって変化させ、そのため達成さ
れる最大組成は押出し操業の中間部で１０ｗｔ％であった。
【００６４】 巻き取られた供給原料材料を用いて比較的低剪断速度で操作されるStratasys
Inc.のＦＤＭ１６００を幾つかのパーツの製造に用いた。パーツを異なるサイズ
のドーム形状、宇宙船モデル、ロゴ、及び張力試験サンプルとして作製した。ス
トレート・バー及びドッグ・ボーン（dog-bone）張力サンプルを様々な強度測定
のために組み立てた。これらのサンプルは、（Ｉ）平坦バー、（II）断面＃１ド
ッグ・ボーン又は（III)断面＃２ドッグ・ボーンの形状の１２、９又は１０堆積
層からなるものであった。挿入物は、層に構築するポリマートレースを抜き出す
押出機先端を示す、ＦＤＭプロセスの模式図を示す。矢印は表面を横切る押出機
の能力を示す。ＦＤＭトレースは、全ての場合において、９０°／１８０°又は
４５°／４５°方向のいずれかで交差積層していた。機械的試験はＭＴＳ水圧テ
スタを用いて行った。試験は２．５４ｃｍ／分の歪速度で、室温で行った。サン
プル整列化の効果及びＦＤＭプロセスの配向（頂部及び底部の配向）に関連し得
るものをより良好に理解するため、サンプルの配置及び配向に注意を払った。
【００６５】 複合体フィラメントの断面及び張力破断表面をＪＥＯＬ走査電子顕微鏡で分析
した。１０ｗｔ％ＶＧＣＦはこれらの材料における静電気散逸性伝導につながる
ものの、サンプルを金コートした。ワイヤ破断表面を、非常に脆性の破断を促進
し、かつ破断の間に誘導される整列化を減少させるために液体窒素に浸したサン
プルから採取した。破断表面を観察することによりナノ繊維整列化を研究した。
一般には、整列化が破断プロセスの間に生じ、結果を歪めることを防止するため
、サンプルを液体窒素温度で破断させる。変形からの整列化が生じないことを確
実なものとするため、多大な注意を払わなければならない。
【００６６】 ナノ繊維／ＡＢＳ複合体は、同じ条件で処理した非充填ＡＢＳを上回る張力特
性の改善を示している。図３は、（ａ）ＦＤＭ処理に続いてプレーンＡＢＳ及び
ＶＧＣＦ／ＡＢＳ複合体に対して行った張力試験、の棒グラフを示す。ここで試
験した複合体はペレット化ＶＧＣＦからのものであった。これらのサンプルを９
０°／１８０°交差積層条件で処理した。ＶＧＣＦ／ＡＢＳデータについての張
力試験の結果は、濃度変化及び充填ＡＢＳにおいて生じる少量の膨潤に関連する
有意の散乱を示した。このデータにおける散乱は、サンプルを処理するに従って
トレースにおいても生じる供給原料直径の変動に関連するものとも考えられる。
ＦＤＭにおいて用いる供給原料ワイヤ（フィラメント）はスプールに手で巻いた
が、これが張力試験特性における変動につながったかもしれない。測定された引
張り強度は、表１に列挙される公開ＡＢＳデータの５０％未満となる傾向があっ
た。図２９は交差積層についての補正後の張力試験の結果を示し、ここでは９０
°／１８０°交差積層のためサンプルの半分のみが有効に試験された。ＡＢＳデ
ータにおける一貫性及びＶＧＣＦ／ＡＢＳの結果における変動に再度注意された
い。この差は非充填ＡＢＳ全体にわたって６５％増加であり、湿潤が制限されて
いるとしても有意の増加である。表２はＳＷＮＴ／ＡＢＳ材料についての結果を
示す。図３０は、受入ベースのＳＷＮＴが十分に分散していないポリマー複合体
微細構造の顕微鏡写真を示す。非ナノチューブ材料（非晶質炭素及び金属触媒）
はナノチューブの剪断混合を妨げる。混合が均一ではなかったため、強度の改善
は重要ではあるが決定的なものではない。
【００６７】 試験した様々なサンプルは、剛性において１５０％増加までのモジュラスを示
した。ＳＷＮＴ／ＡＢＳサンプルでは剛性の１００％増加が見られた。強化ＡＢ
Ｓについては延性の減少が観察され、ナノ繊維強化サンプルには延性の限られた
徴候を伴う脆性破壊があり、ここでは、クラックの伝播が局在化し、これが、基
本的には、適用された応力に平衡に配向されたフィラメント層への限定を生じる
ことがＳＥＭ検査で明らかになった。
【００６８】 ＶＧＣＦ／ＡＢＳ供給原料を押出しプロセスの後にＳＥＭによって分析した。
図３１はワイヤ供給原料の長軸方向の断面を示す。矢印はワイヤの軸方向を示す
。押出し高剪断条件及びワイヤ巻き取りの間の拡張された流動はナノ繊維の整列
化を生じた。十分に分散し、互いに束ねられてはいない、高度の整列化ＶＧＣＦ
が示される。繊維が非常に清浄と考えられ、ポリマーが繊維の周囲で高度に変形
されてはいないため、湿潤は繊維の引き抜きで生じる低レベルの耐性を伴う劣性
として記述される。これらの繊維は出発状態と同様の長さを有し、混合及び押出
しプロセスにおいて生じる高剪断からは損傷を受けない。ＸＲＤをＶＧＣＦ整列
化のさらなる評価に用い、表３は評価した供給原料の幾つかのサンプルの結果を
示す。従来の研究において等方性サンプルは強度の変動を示さなかったため、優
先繊維方向の存在が強度強化に決定的に貢献する。
【００６９】 それが同一ではないにしても、図３２において見られるように、ＡＢＳサンプ
ルは一貫して良好なトレース間融着を示した。ＶＧＣＦ／ＡＢＳサンプルは融着
状態において変動を示し、それは張力結果及び観察される散乱と一致する傾向に
あった。図３２に示されるのは、９０°／１８０°に交差積層された６層を有す
るサンプルである。ＶＧＣＦ／ＡＢＳについては、ＦＤＭが、部分的には、その
プロセスパラメータにおいて（充填材料の異なる熱的特性に関連する）供給原料
材料の低膨潤について最適化されていないため、層間強度が依然として低いこと
に注意されたい。ＶＧＣＦ／ＡＢＳにおいては、幾つかの場合において、多孔性
の制限も観察されるが、これは押出しプロセスのためであって初期Banbury混合
のせいではない。
【００７０】 プレーンＡＢＳの使用を排除する、より多くの複合材料が用いられる押出しプ
ロセスの最適化は、この欠陥状態を排除するものと期待される。９０°／１８０
°交差積層サンプルにおけるトレースの方向を示す図３２及び図３３において劣
性融着サンプルを見ると、ＦＤＭ処理の間のトレースも整列化ＶＧＣＦの状態を
生じることを示すことができる。図３４は図３３に図示される２つの状態を示す
。顕微鏡写真（ａ）は、生成されたトレースを指示される領域として示されるト
レースの軸方向と共に示す。図（ｂ）はトレースがページを有効に示し、それに
よりトレースの軸方向がそのページから現れることを示す。ここでも整列化状態
、ＶＧＦＣのクラスター化の分散及び不在に注意されたい。また、ＶＧＦＣ周囲
（全体を通して）の、もしくはかつてＶＧＣＦであったポリマー表面上に残る開
放空間（顕微鏡写真ａ）又はＶＧＣＦとポリマーマトリックスとの間の空隙を示
す、マトリックスから容易に引き離されるＶＧＣＦ（顕微鏡写真ｂ）のいずれか
として観察される劣った湿潤にも注意されたい。また、顕微鏡写真（ａ）におけ
るＶＧＣＦが顕微鏡写真（ｂ）に見られるものの多くよりも長いため、張力試験
条件で整列化するもの（引張り軸は顕微鏡写真（ｂ）の状態で整列化した）につ
いて幾らかのナノ繊維の破壊が生じるらしいことにも注意されたい。横断方向の
層の場合、破損が大部分マトリックスの破損によって生じることを観察すること
ができる。ミクロンサイズの円形粒子はＡＢＳの分離ブタジエン相と予想される
。これらの特徴はプレーンＡＢＳにおいても観察された。図１０は、さらに、ト
レースの方向での整列化の程度を示す。サンプル表面上に見られる孔はＶＧＣＦ
の引き抜きから生じるもので、プロセスの多孔性から生じるものではない。プロ
セスの多孔性はポリマーにおける表面の形態学的相違を示す傾向にあり、２、３
の初期に処理されたサンプルでのみ観察された。
【００７１】 ＡＢＳの破断挙動に対するナノ繊維の付与された効果は、分子ネットワークが
十分に変形し得ない緊密に架橋した樹脂の破損挙動に類似する。この場合、ナノ
繊維は生じる耐性を低下させ、鎖の可動性の拘束として作用する。鎖の可動性の
減少は材料の剛性を増加させ、それは押出しプロセスでの膨潤における相違によ
って最初に観察される。したがって、複合体の強靱性は純粋なＡＢＳよりも低い
が、強度及び剛性は改善される。
【００７２】 ＦＤＭの使用におけるこの用途と共に、本発明の材料は多機能特性を提供する
能力を有する。すなわち、材料は構造的であるが、熱管理系又は静電気放電材料
（すなわち、電磁気妨害材料）でもあり得る。最初にＮＣＦと記載されたこの新
規材料は、機械的、電気的、熱的、又は組合せ用途の一連のパーツに製造するこ
とができる新規多機能材料系である。ＮＣＦの例は、機械的／電気的、機械的／
熱的、電気的／機械的、衝撃／強度、及び衝撃／電気的もしくは熱的である。Ｎ
ＣＦはセラミック材料で作製することができ、セラミックマトリックスでパーツ
を作製するためのＦＤＭ様の系（ロボキャスタ（robocaster））が存在する。
【００７３】 ＦＤＭは、さらに、ナノ繊維連続繊維の作製に用いることができる。ナノ繊維
複合供給材料（ワイヤ又はフィラメント）で開始することにより、高剪断及び延
長流動が実施される繊維の押出しにＦＤＭを用いることができる。ダイにおいて
剪断作用を行い、材料がダイを離れるにつれて引き続く延長流動が達成され得る
。１０ｗｔ％ＶＧＣＦ及び１０ｗｔ％受入ベースＳＷＮＴを含む連続繊維はＦＤ
Ｍから加工されている。 実施例： 完全に統合されたナノチューブ複合体の多機能用途への適用 完全に統合されたナノチューブ複合体（ＦＩＮＣ）をプラスチック軽量ワイヤ
及び相互接続として実施する。この研究の目的はナノチューブの調製を大規模に
模倣することであり、それによりそれらの特性をミクロ及びマクロスケールでよ
り積極的に用いることができる。ナノチューブを模倣するという考えは２つの概
念を包含する。第１は、先端アタッチメント（及び／又は側壁機能付与）、同時
重合、及び高剪断整列化による単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）統合である。この
経路は、単一のナノチューブの特性をそれらの特性を互いに移すことによって拡
張するように設計されるハイブリッド材料を考慮する。すなわち、マトリックス
と考えるられる材料は同様にナノチューブでなければならない。この系において
は、ナノチューブからポリマーへの接続は機械的特性の強化を助長するように設
計される。この経路における第１工程はポリマー（ポリマー加工）を模倣するこ
とによるものであり、それにナノチューブを模倣するための構造の設計が続く。
ナノチューブの模倣という目的につながる第２の概念は、ナノチューブの特性を
、それらの特性が材料強化のために助長され得る他の系において同定することを
含む。出発系はＳＷＮＴに類似するナノサイズの黒鉛材料であり、そこでは引き
続く処理の前にそれがそれ自体から分離されなければならない。黒鉛の小薄片を
個々の薄片ベースで分離することができ、その薄片内には欠陥が生じないことを
考慮せよ（ナノチューブに酷似する）。これらの薄片を、我々がナノチューブの
先端及び外壁に機能付与するのと同じ方法で、薄片の外側に入手可能な結合剤に
よって結合させる。要するに、ナノチューブを模倣する、チューブではなくナノ
メートルサイズの炭素シートを幾つかの方法で同定する。ナノチューブ様材料の
幾つかの結合条件をナノチューブ最新材料開発に戻して移す。
【００７４】 本開示は、伝導特性の良好な安定性を伴う高度に伝導性のポリマーワイヤ及び
相互接続システム並びに気体相互作用によって伝導性を変更する浸透性プラスチ
ックを製造する方法を説明する。
【００７５】 製造される材料は、１０ｗｔ％のＳＷＮＴを熱可塑性ポリマー系に添加するだ
けで抵抗率の大幅な低下を示した。その鍵は、均一な分散を獲得し、それにより
伝導が構造的強化の機会をも伴って生じ得るようにすることである。ナノチュー
ブの分断分散は低侵出閾値につながるが、構造的強化はほとんどないか、全くな
い。
【００７６】 本発明の方法は、ポリアセチレン（ＰＡ）のもののような金属様伝導特性に似
るが、より安定であるか、又はより高い環境安定性を有する、高度に導電性のポ
リマーを提供する。ナイロン、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、及
び導電性エポキシのポリマーベースから加工することで、ナノチューブを模倣す
るためのポリマー構造が開発される。導電性エポキシは、絶縁、半伝導又は伝導
特性を伴って加工することができるポリマーである。加工はその安定性、その伝
導特性をさらに強化し、高温ポリマー系を提供する。これらの材料はワイヤ及び
他の相互接続に用いることができる。それらの特性を多機能用途用に拡張するこ
ともこれらの材料の熱的及び構造的特性を強化する。気体透過性ポリマーは気体
露出によって導電性が変化するものと考えられる。
【００７７】 ＳＷＮＴの誘導体化又は機能付加は、ポリマーと複合体との交差点である進化
したハイブリッド材料の作製における新たなアプローチへの道を開く。炭素繊維
と混合した伝統的な複合体は、ポリマーマトリックスとのナノチューブの相互作
用及び結合の量が限定されている。側壁及び先端機能付加は、ポリマーとの結合
及び相互作用を改変及び制御する、異なる有機基の付加を提供する。現在入手可
能な精製ナノチューブ材料はＳＷＮＴロープの絡まった束からなる。そのような
材料をポリマーと混合するとランダムなポリマー・コイル及びランダムなナノチ
ューブの絡みとの物理的連結が生じ、混合の間に混ざるようになる。これはナノ
チューブの分散性、及び生じる複合体の均一性を制限する。ＳＷＮＴを酸化環境
下で切断することで、より容易に分散し得るより短いチューブ断片が得られるだ
けではなく、ナノチューブの先端が開放され、化学的修飾をなすことが可能とな
る。ＳＷＮＴの側壁フッ素化もそれらのロープを破壊し、そのため個々のチュー
ブがアルコールに可溶となり、チューブ壁への有機分子の付加につづくドアが開
く。
【００７８】 ＳＷＮＴは開放端で誘導体化することができ、酸中での超音波処理によってそ
れが酸素基（ヒドロキシル、ケトン、カルボン酸）で修飾されるようになる。カ
ルボン酸基はアミンと反応してアミド結合を形成することができ、これは相溶化
基の結合を可能にしてポリマーマトリックスとの相互作用を増加させる。異なる
長さの脂肪族及び芳香族鎖を結合することができ、これらの有機鎖は極性基、例
えば、エステル、エーテル、アミド、又は末端アミノ基を有することもでき、こ
れらを適切なポリマーマトリックスとの水素結合相互作用の創出に用いることが
できる。有機化学を結合分子における官能基の修飾に用いることができ、これは
ポリマーとの相互作用の完全な制御を可能にする。図３５の左側は、切断ＳＷＮ
Ｔの酸化端へのアミド連結を介するポリマー鎖の結合を示す。左の部分は、ポリ
マーマトリックスに対する相溶剤として作用し得る有機分子の結合を示す。図の
中央は、反応性分子（この場合は二重結合）の結合をポリマー鎖の出発点として
用い得る方法を示す。図の右の部分に示されるように、ポリマー鎖はＳＷＮＴの
先端に直接結合させる。
【００７９】 結合した有機分子は重合の出発点としての役割も果たすことができ、その例は
図３６に示され、そこでは二重結合との分子の結合をポリエチレンのラジカル重
合に用いることができる。形成されたポリマー鎖を開放ナノチューブ先端に直接
結合させる。重合の間、２つの成長するポリマー鎖が関与してもよく、これはＳ
ＷＮＴ間でのランダムな長さのポリマー連結を創出する。これは、ＳＷＮＴ先端
から出発するランダム重合からの結果であり得る架橋の提示である図３７におい
て例示されるように、ポリマー間で架橋剤として作用するナノチューブを生じる
ものと期待される。
【００８０】 ナノチューブへの異なる連結を生成することはブロック共重合体の異なるブロ
ックを生成するようなものである。ナノチューブ・ブロック共重合体の提示であ
る図３８において、モノマーＡのポリマーブロック端部で官能基（ｙ）と反応す
る官能基（ｘ）を付加することにより、ナノチューブ先端を活性化することが想
像される。生じるポリマーは「ナノチューブ・ブロック共重合体」であり、ここ
でナノチューブはその複合体の統合部分であって、ポリマーマトリックスに化学
的に結合する。これらの反応は、アミド結合を用いる単純な有機分子の結合に類
似する方法で進行させることができる。
【００８１】 ポリマー・ブロックは、異なる特性、化学的バックボーン、反応性、長さ及び
長さ分布を有するように選択することができる。ナノチューブ間でのポリマー鎖
の性質及び長さの変化は、その複合体の特性を選択的に変化させることを可能に
する。異なるポリマー・ブロック（Ｂ）を有し、ナノチューブ・ブロック共重合
体の特性をさらに改変及び制御することも可能である。図３９、ナノチューブ・
ブロック共重合体の２種類の異なる可能な立体配置に示されるように、交互のポ
リマー・ブロックでブロックの異なる交互変化（ポリマーＡ、ポリマーＢ、ナノ
チューブ）が可能である。
【００８２】 これらの場合においては架橋も生じることがあり、架橋の量は開放ナノチュー
ブ先端に官能基ｘを創出する試薬の量を制限することによって制御することがで
きる。閉鎖ＳＷＮＴ先端は、ナノチューブにポリマーを連結させる官能基の結合
についてより多くのオプションを可能にするフラーレン化学の知見を適用するこ
とによって修飾することもできる。別の可能性は、図４０、架橋剤として作用す
るナノチューブとのナノチューブ・グラフト共重合体に示されるように、グラフ
ト共重合において機能付加ＳＷＮＴを用いることである。反応基（その量は制御
することができる）を含む鎖を有するポリマーを「活性化」ナノチューブと混合
することができ、それを鎖の側部に結合させることができる。このアプローチも
架橋を生じることができ、ポリマー鎖間でナノチューブが架橋する。反応を制御
することによってナノチューブのみを側部に有するか、又はナノチューブ先端に
反応基を有するポリマー鎖を創出することも可能である。例えば、図４１、ナノ
チューブの一側部のみをポリマー鎖に結合させることができるナノチューブ・グ
ラフト共重合体に示されるように、先端を固体支持体に結合させ、露出した先端
を「脱活性化し」、かつ他の先端を誘導体化してポリマー鎖と反応させることが
できる。
【００８３】 第２のアプローチは単層ナノチューブの側壁誘導体化を用いることである。ナ
ノチューブの側壁をフッ素化することができ、フッ化の量の制御が可能である（
Ｃ２Ｆの化学量論まで）。アルキル鎖について従来示されるように、フッ素基を
有機基で置換することができる。幾つかの異なる末端有機基を側壁に結合させ、
有機化学技術によってさらに修飾することができる。最も単純なアプローチにお
いては、側壁の修飾をポリマーとナノチューブとの相互作用の制御に用いること
ができ、これはＳＷＮＴを、極性基の有無にかかわらず幾つかのポリマーに適合
させる。フッ素化及びアルキル化ＳＷＮＴは個々のチューブとして分散もさせて
極性溶媒（例えば、アルコール類）中に安定な懸濁液を形成させるが、これは側
壁に対する化学の実施の他により容易な操作、分散性を可能にする。
【００８４】 壁に反応基を有することで、図１の右側に概略が示されるものに類似する方法
で、重合をナノチューブから出発することが可能となる。しかしながら、側壁誘
導体化の場合、ナノチューブは重合の多機能スターターとして作用し、生じるポ
リマー・ナノチューブ複合体はおそらく高度に架橋し、これがおそらくは最終生
成物の熱硬化性を生じる。予想される構造は図４２、架橋を創出するランダム重
合での側壁結合ポリマー・ナノチューブ複合体、に概略が示される。このランダ
ム架橋を最小化又は制御する提示法の１つは、図４３の左パネルに示されるよう
に、ナノチューブ壁の一部がポリマー鎖で覆われないようにナノチューブを基体
上に体積（及び結合）させることであり得る。図４３は「毛髪状チューブ複合体
（Hairy-tube composition）」を示す。左側：基体上のＳＷＮＴ、露出表面のみ
がポリマーで覆われる。右側：固体支持体に結合するＳＷＮＴの先端、ポリマー
鎖の長さ及び架橋を制御する能力を有する。別の可能性は、先端の化学を固体支
持体へのナノチューブの結合に用い、「毛髪状チューブ複合体」を創出すること
である。チューブ壁における重合開始基の量は変化させることができ、架橋の可
能性はナノチューブの結合点の間隔を空けることにより、及び重合の程度を制御
することにより制御することができる。このアプローチの概念の概略図は図４４
の右パネルに示される。ナノチューブに結合するポリマー鎖の長さの制御は最終
複合体の特性全体にわたる制御を可能にする。幾つかの異なるポリマー鎖を、ナ
ノチューブを懸濁又は溶解するための溶媒の妥当性の問題なしに、この方法で結
合させることができる。
【００８５】 図４３及び４４に示されるものと同様に、固体支持体へのＳＷＮＴ先端の結合
もナノチューブ・ブロック共重合体を創出するアプローチの１つである。重合を
露出した先端から開始することができ、すなわち、ポリマー・ブロックをそれに
結合させることができる。このアプローチは、生化学におけるペプチドのMerrif
ield固相合成に類似する方法で、代替モノマーを重合するのに用いることもでき
る。ナノチューブを固体支持体から脱着した後、別のポリマーを非処理先端に結
合させ、又はナノチューブ・ブロック共重合体を異なるポリマー中の側基にグラ
フト化するのにそれを用いることも可能である。
【００８６】 この方法で作製することができる整列化ＳＷＮＴ最新ポリマーは図４５、剪断
配向の後、ポリマーマトリックスに化学的に結合されたナノチューブ、の一例に
示される。重合を高剪断整列化法と組み合わせることで、Kevlarに類似する系、
又はナノスケールでの特徴が高度の整列化であり、したがって特性の強化につな
がる超高密度ポリエチレンを製造することができる。この点で、ＳＷＮＴを模倣
するという観念が心を捕らえ始める。結合を提供してナノチューブによって達成
することができる強化を継続することは、この研究にとって重要な選択点である
。
【００８７】 ナノチューブの側壁誘導体化がグラフェン（graphene）シートの連続性を破壊
し、それがＳＷＮＴの電気、熱及び機械特性に対する効果を有することに注意す
ることが重要である。先端をアンカー点として用いることが幾つかの場合におい
てより良好な選択であり得る。他の重要な点は、チューブを長さ、直径のタイプ
で種別して用いられるチューブが導電性を処理するためのものであることを保証
する可能性である。大スケールでのナノチューブの模倣は、ナノチューブの特性
の良好な安定性に対する備えがもたらされるように化学的結合を設計することを
意味する。統合は、フリーのマトリックス（統合されたＳＷＮＴを含まない材料
）の可能性の低下を意味する。この概念の継続は気体透過性プラスチックの使用
につながる。伝導性ポリマーはそれらがどのように処理されるかに応じて大きな
伝導範囲を有するため、気体透過性プラスチックとカップリングさせて気体検出
が起こり得るようにすることが可能である。気体との相互作用は伝導を変化させ
、ワイヤ又はシート構成にセンシング能力をもたらす。ＳＷＮＴの精製、分離、
機能付加、及びＳＷＮＴと気体透過性ポリマーの組み合わせ、並びに伝導及び侵
出をあつらえることにより、様々な気体と接触したときに伝導性ポリマーの導電
性を変更させるのにこれらの系を良好に用いることができる。
【００８８】 実施例 強化された十分に集積されたナノチューブ複合材料から発現されたマイクロメ
テロイドのためのシールド ナノチューブの性質をより大規模に模倣してその性質がマイクロ及びマクロの
規模にさらに積極的に使用できるように、十分に集積されたナノチューブが記述
される。ナノチューブチップのアタッチメント、クロスリンクインク、ブロック
コポリマー、グラフトコポリマー、サイドウオールアタッチメント、及び基体に
関する以前の部分の一般的な議論は、等しくここで適用可能であり、そして参照
によって組み込まれる。一つの例示の用途は、極端な軽量及び強度及び靱性が望
まれる宇宙用途のためのシールドである。
【００８９】 複合材料は、ナノチューブを使用する先進材料を製造するための方法論として
みられるが、慣用の複合材料の処理は、非常に高い強度のシステムに関するかぎ
りするむべき道ではありえない。もし、エポキシがより高い強度特性が通常実現
されるので、多くの複合材料用途のための選択されるマトリックスであると考え
るなら、エポキシーの伸び特性がＳＷＮＴについて期待されるものよりも有意に
低いことをも認めなければならない。図46は、エポキシマトリックス中のＳＷＮ
Ｔについて期待されるものに匹敵する複合材料システムをいかに典型的に設計す
るかを示す。ナノ複合材料について、sfはナノチューブの極限強度でなく、sf(e
)であることに注意されたい。これは、マトリックスが強化材よりもはるかに低
い歪みで破損するからである。典型的な強化材によってマトリックスとファイバ
ーとの間に類似の伸び能力がみとめられる場合には、ＳＷＮＴシステムは、ＳＷ
ＮＴが５％以下の伸びを有すると期待されるので、通常ではない。開始時、ナノ
チューブの強度能力のかなりな部分が、典型的なエポキシ樹脂と結合したときに
捨てられるようである。たとえそうだとしても、混合計算の規則（大きさのオー
ダー「封筒の裏」計算として使うためにのみ使用される）を考慮したときに、こ
のアプローチを使用したときに強度の増強は、非充填のポリマーよりも３のオー
ダー大きいと見積もられる。表１は、機械的強度の種々の計算中に使用される、
ナノチューブ及びマトリックスのためのパラメーターを示す。得られた性質の増
強は高いと考えられるが、非充填エポキシを越える十分な強度の増強を与える高
強度エポキシドが既に存在することを認めなければならない。従って、通常の複
合材料の開発は、ナノチューブの可能性の多くが捨てられるので、進むべき道で
はない。
【００９０】 計算結果は、強化のための使用（ｓｆ（ｅ）に基づく）の最大限の効果を得る
ナノチューブの臨界長は、完全に整列した不連続な系が起こると仮定して、約６
ミクロンになるだろう。ＳＷＮＴの長さについての現在の理解は、長さにして０
．３−０．６ミクロンであり、望ましい強度の向上に求められるよりもずっと小
さい。しかしながら、短い繊維でも強度の向上を導くことについて特に言及する
。 また、これらの計算結果はナノチューブとマトリックスの完全な結合を、これは
事実ではないにも関わらず、想定することも特に言及する。機能化による結合は
、ナノチューブに沿って断続し、そして機能化されていないＳＷＮＴは、より長
いナノチューブでのみ有意にはたらく、ファンデルワールス力によって単独にな
ると期待される。さらに一つの考察には、現在までに作られたＳＷＮＴ複合物の
多くは整列したシステムではないという事実を探ることを含む。図４７はＫｅｌ
ｌｙ−Ｔｙｓｏｎ方程式による期待したＳＷＮＴ複合物の軸からはずれた配列の
複合物強度を示す。低い剪断強度と通常の応力による複合物強度のさらなる減少
について特に言及する。これらの様々な理由から、進んだ材料を作るためのＳＷ
ＮＴの加工の拡張は、どのような典型的なアプローチが過去になされてきたのか
を振り返ることによって完成しなければならない。混合物の計算の法則およびＫ
ｅｌｌｙ−Ｔｙｓｏｎ方程式の使用は理想的にはならない、またはナノチューブ
複合物にとって適切に用いられるにも関わらず、当業者はより伝統的な複合物の
製造アプローチでは重大な欠点があるという感じを得るだろう。 完全に整列したと考えられる時の複合物対ＳＷＮＴの配向。最初にすべての繊維
がアプライしたロードともに整列した時には複合物の強度はむしろ高い。繊維が
ロードとともに配向しなくなる（ＳＷＮＴがランダムに拡散した等方性複合物の
場合のように）、複合物の強度は低い剪断および通常の強度の寄与によってずっ
と減少する。一方で、剪断および通常の応力を改善するために伝統的な手法を用
いるだろうが、本発明のアプローチは完全に統合するため、そしてその結果マト
リックスに帰する欠点をなくすものである。 本発明の実施および使用方法に関しては、先の議論で明白にしたのと同様である
。上記の記載に関して、たとえ可能にする態様が開示され、可能にする態様が実
例となり、および本発明のステップおよびサイズ、材料、形状、形態、機能、お
よび実施、集合、および使用方法の変化を含んだ計算との、この開示の支店から
当業者が既に明白だと考える、最適な関係があったとしても、図面で示し、明細
書中に含めたのと等価なすべての関係は本発明に含まれることを理解されたい。 したがって、上述のものは、本発明の原理を説明したものと考えられ、そして
当業者にとって多くの変更が容易に生じうるため、本発明を、示されたまたは記
載されたまさにその構造に限定することは望まれず、そして全ての適切な変更お
よび等価物は、本発明の範囲内に含まれるものと考えられる。
【００９１】 新規であるとして特許請求されそして文言上特許により保護されることを望ま
れるものは、以下のものである： 完全に整列させた場合のSWNTの複合物強度vs.配向。全てのファイバーを印加
された負荷により整列させる場合、複合物の強度は比較的高い。ファイバーが負
荷により誤った配向になる場合（SWNTがランダムに分散される等方性の複合物で
ある場合と同様に）、低剪断力および正常の強度分布により、複合物の強度は低
下する。一方、従来の方法を使用して、剪断力および通常の応力を改善すること
ができ、その場合本発明のアプローチを完全に一体化させて、したがってマトリ
ックス中に生じうる欠陥を取り除く。
【００９２】 本発明の操作方法および使用方法に関して、同一のことが上述の議論から一見
して明らかになる。上述の記載に関して、可能な実施態様が開示されているが、
可能な実施態様は説明的なものであり、本発明の工程および予測についての最適
な関係は、サイズ、物質、形状（shape）、外見（form）、機能および操作方法
、組み立て方法および使用方法におけるバリエーションを含むものであり、これ
らはこの開示に照らして当業者に一見して容易であると考えられ、そして図面中
に説明したものおよび明細書中に包含されるものに対して等価にある関係の全て
のものは、本発明により包含されると考えられる。
【００９３】 それ故、前述したのものは、本発明の原理の実例として考慮され、多数の改変
が当業者へ容易に生じるであろうから、本発明を、示され又は記載された厳格な
構成や実施に制限することは意図されておらず、すべての好ましい改変物及び均
等物が本発明の範囲内に含まれ、該当する。
【００９４】 新規であり、かつ字義通りの特許により保護されることが望まれる請求の範囲
は、以下の通りである： 請求の範囲 １．ポリマーマトリックス中に固定された（０〜１００％）ナノチューブの複
合体を形成するための方法であって： プラスチックマテリアル中に複数のナノチューブを組み込むことを含むが、前
記組み込みは複数の凝集物を形成しており；そして非重点化エポキシが早くに存
在する。それ故、非常に多くのナノチューブの潜在性が放棄されるから、従来の
複合体開発は進むべき途ではない。
【００９５】 完全に整列された不連続のシステムが生じると仮定すれば、計算により、強化
のための最大限の使用を得るためのナノチューブの臨界的な長さ（ｓｆ（ｅ）に
基づく）は約６ミクロンであるべきである。ＳＷＮＴｓの長さについての現在の
理解によると、それらは長さ０．３〜０．６ミクロンであり、好ましい強度促進
のために必要とされるよりかなり小さい。しかしながら、短いファイバーにより
まさに強靱さが促進されることに注意せよ。たとえこれがその場合でないかもし
れないとしても、これらの計算によりナノチューブとマトリックスとの完全な結
束が仮定されることにも注意せよ。機能化を介した結束はナノチューブに沿って
断続するようであり、より長いナノチューブに対して意義のあるようになるに過
ぎないファン・デル・ワールス力によってのみ、非機能化ＳＷＮＴｓに対して期
待される。
【００９６】 なされなければならない付加的な考慮の一つは、、現在までに加工されるＳＷ
ＮＴ（単層ナノチューブ）コンポジットの大半は、配向を揃えた系ではないとい
う事実の調査を含む。図４７は、ケリー−タイソンの式により、軸の配向の揃わ
ないＳＷＮＴコンポジットの、期待されるコンポジット強度を示す。低い剪断強
度と通常の歪みにより、コンポジット強度がさらに低下することに注意すべきで
ある。これら様々な理由から、先端材料を製造するためのＳＷＮＴの加工におけ
る拡張は、過去の通常のアプローチであった領域を越えて見通すことにより達成
されなければならない。混合計算の規則とケリー−タイソン式の使用は、ナノチ
ューブコンポジットに対し理想的でないか又は使用されない場合もあるが、より
慣用的なコンポジット製造方法に重大な欠点があることがわかる。
【００９７】 完全に配向されたと考えられる場合の、コンポジット強度とＳＷＮＴの向きの
関係。全ての繊維が印加した付加に応じて配向された場合、初期の段階でコンポ
ジット強度はむしろ高いことに注意すべきである。繊維が負荷に対し誤った方向
に並んでいるため（ＳＷＮＴがランダムに分散した等方的なコンポジットの場合
）、低い剪断強度と通常の強度の寄与により、コンポジットの強度は低下する。
その一方、本発明の方法が完全に統合され、そのためマトリックス中に結果とし
て生じる可能性のある欠陥が除かれた場合、シェア及び通常歪みを改善する慣用
の加工を使用してもよい。
【００９８】 本発明の操作及び使用の方法について、同じことが前述の議論から明らかにさ
れる。上記に関しては、可能な実施態様が開示されているものの、その可能な実
施態様は例示的なものであることがわかり、本発明のステップと計算の最適な関
係はサイズ、材料、形状、形態、機能、操作方法、組立及び使用を含み、これら
は本開示の観点から当業者にとって直ちに明らかであると考えられる。そして、
図中に示され、明細書中で達成されるものに対する均等な関係全ては、本発明に
より達成されることが意図される。
【００９９】 従って、前述の内容は本発明の原理の例示と考えられ、多くの変更が当業者と
って容易におこるため、示され又は記述された構造及び操作そのものに本発明を
限定することは望ましくない。全ての適切な変更及び均等物は、本発明の範囲に
あることが主張されてもよい。
【０１００】 新規であるとして請求され、特許により保護されることが望まれるものは、以
下の通りである：
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、（ａ）室温におけるＰＰマトリックス中のＶＧＣＦ炭素
ナノ繊維含量（重量％）に対する体積抵抗率、（ｂ）室温におけるＰＰマトリッ
クス中の炭素ナノ繊維含量（重量％）に対する表面抵抗率、および（ｃ）１重量
％ＳＷＮＴｓの体積抵抗率を示す。
【図２】 図２は、２０％炭素ナノ繊維強化ＰＰ複合体の透過型顕微鏡写真
であって、個々の繊維の等方性分散を認めることができる。
【図３】 図３は、１０％炭素ナノ繊維強化ＰＰ複合体の走査型顕微鏡写真
であって、ＰＰマトリックスによる繊維の濡れを認めることができる。
【図４】 図４は、２種類のミクロンサイズの繊維複合体の直径の比較であ
る。
【図５】 図５は、ポリプロピレンマトリックス中の種々の濃度のＶＧＣＦ
ｓにおける剪断速度に対する粘度を示し、剪断速度が増大するにつれて粘度が低
下することが分かる。
【図６】 図６は、３、５、及び１０重量％ＶＧＣＦ−ポリエチレン系の剪
断速度の増大に伴う粘度の変化を示す。
【図７】 図７は、ＳＷＮＴ組成の関数としての電気抵抗率を示す。
【図８】 図８は、ＶＧＣＦ及びＳＷＮＴｓを有するＡＢＳの表面抵抗率を
示す。
【図９】 図９は、室温で破断した１０重量％ＳＷＮＴ／ＡＢＳポリマーの
顕微鏡写真を示す。
【図１０】 図１０は、ＰＰ１２およびＰＥ１０系のトルクデータを示す。
【図１１】 図１１は、丁度２重量％ＳＷＮＴｓを有するＰＰの劣化温度に
おいて、１００℃を超えると劣化の著しいことを示す。
【図１２】 図１２は、ＳＷＮＴｓを添加すると、ポリマーのモジュラスの
増大が認められることを示す。
【図１３】 図１３は、高速押出機および高速引き取りによる性質強化を示
す。
【図１４】 図１４は、種々の速度で加工した繊維の強度を示す。
【図１５】 図１５は、低速押出機ならびに続く低速引き取りにおける繊維
系の直径の変化を示すプロットである。
【図１６】 図１６は、Ｈａａｋｅ押出機から繊維を作る間に集められた押
出のデータを示す。
【図１７】 図１７は、充填剤有りおよび充填剤無しのＡＢＳ、ポリプロピ
レン、およびポリエチレンの流動学的結果であって、ＲＨ−７に関して繊維紡糸
に好ましい温度及び流量が見いだされた。
【図１８】 図１８は、充填剤有りおよび充填剤無しのＡＢＳ、ポリプロピ
レン、およびポリエチレンの流動学的結果であって、ＲＨ−７に関して繊維紡糸
に好ましい温度及び流量が見いだされた。
【図１９】 図１９は、充填剤有りおよび充填剤無しのＡＢＳ、ポリプロピ
レン、およびポリエチレンの流動学的結果であって、ＲＨ−７に関して繊維紡糸
に好ましい温度及び流量が見いだされた。
【図２０】 図２０は、工業的ポリマー繊維紡糸法を示す。
【図２１】 図２１は、ＰＰ１０００の顕微鏡写真を示し、ＳＷＮＴｓがよ
く整列しているのが分かる。
【図２２】 図２２は、ポリプロピレン試料に関する引張試験結果を示す。
【図２３】 図２３は、単一繊維の強度を示す。
【図２４】 図２４は、ＮＣＦｓを用いて得ることができる製品および加工
を示す。
【図２５】 図２５は、分散して製列したＶＧＣＦｓ（１０重量％）を有す
るＡＢＳを示す。
【図２６】 図２６は、（ａ）５重量％及び（ｂ）２重量％の分散して整列
したＶＧＣＦｓを有するＰＥを示す。
【図２７】 図２７は、繊維内の剪断および伸長方向の流動によって方向性
を誘起させた所望のナノ繊維整列を示す。
【図２８】 図２８は、ナノ繊維分散の問題点を示し、この場合得られた整
列度および分散度にナノ繊維の初めの調製が影響を及ぼしている。
【図２９】 図２９は、クロスプライング（ｃｒｏｓｓ−ｐｌｙｉｎｇ）に
対する修正後の引張試験結果を示す。
【図３０】 図３０は、受け入れたままでＳＷＮＴを分散していないポリマ
ーの顕微鏡写真を示す。
【図３１】 図３１は、ワイヤ供給原料の縦の断面を示す。
【図３２】 図３２は、内部微量融解を示す。
【図３３】 図３３は、クロスプライにおける内部微量融解を示す。
【図３４】 図３４は、図３３の２つの状態を示す。
【図３５】 図３５は、有機分子とのポリマー鎖結合を示す。
【図３６】 図３６は、結合された有機分子を示す。
【図３７】 図３７は、ナノチューブ架橋ポリマー鎖を示す。
【図３８】 図３８は、ナノチューブブロックコポリマーを示す。
【図３９】 図３９は、交互に並ぶポリマーブロックの起こり得る構成を示
す。
【図４０】 図４０は、グラフト共重合における機能性ＳＷＮＴｓを示す。
【図４１】 図４１は、一側面のみにおけるグラフト共重合を示す。
【図４２】 図４２は、ランダム架橋鎖を示す。
【図４３】 図４３は、結合された代替品を示す。
【図４４】 図４４は、ポリマーマトリックスに剪断配向して化学結合され
たナノチューブを示す。
【図４５】 図４５は、典型的な複合体のデザインシステムを示す。
【図４６】 図４６は、（ａ）典型的なエポキシ複合体と（ｂ）ナノチュー
ブ複合体との応力−ひずみ曲線の比較を示し、この場合にはナノチューブの著し
い強度は除く。ＳＷＮＴｓは破損するまで大きな伸長度を有すると予想される。
【図４７】 図４７は、マトリックスとしてＡＢＳを基準として複合計算則
によりＳＷＮＴ複合体の性質を計算するのに用いたパラメータを示す。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年８月８日（２００２．８．８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２７】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２８】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３１】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４７】
【手続補正書】
【提出日】平成１４年８月９日（２００２．８．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２１】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２４】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２５】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２９】
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３１】
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３２】
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３５】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３６】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３７】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３８】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３９】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４０】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４１】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４２】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４３】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４４】
【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４７】
【手続補正書】
【提出日】平成１４年８月２１日（２００２．８．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項７８】 ナノチューブを模倣したカーボンシートが前記ナノファイ
バーの代わりに使用される、請求項１に記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年８月２３日（２００２．８．２３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】 この方法で作製することができる整列化ＳＷＮＴ最新ポリマーは図４４、剪断
配向の後、ポリマーマトリックスに化学的に結合されたナノチューブ、の一例に
示される。重合を高剪断整列化法と組み合わせることで、Kevlarに類似する系、
又はナノスケールでの特徴が高度の整列化であり、したがって特性の強化につな
がる超高密度ポリエチレンを製造することができる。この点で、ＳＷＮＴを模倣
するという観念が心を捕らえ始める。結合を提供してナノチューブによって達成
することができる強化を継続することは、この研究にとって重要な選択点である
。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】 複合材料は、ナノチューブを使用する先進材料を製造するための方法論として
みられるが、慣用の複合材料の処理は、非常に高い強度のシステムに関するかぎ
りするむべき道ではありえない。もし、エポキシがより高い強度特性が通常実現
されるので、多くの複合材料用途のための選択されるマトリックスであると考え
るなら、エポキシーの伸び特性がＳＷＮＴについて期待されるものよりも有意に
低いことをも認めなければならない。図４５は、エポキシマトリックス中のＳＷ
ＮＴについて期待されるものに匹敵する複合材料システムをいかに典型的に設計
するかを示す。ナノ複合材料について、sfはナノチューブの極限強度でなく、sf
(e)であることに注意されたい。これは、マトリックスが強化材よりもはるかに
低い歪みで破損するからである。典型的な強化材によってマトリックスとファイ
バーとの間に類似の伸び能力がみとめられる場合には、ＳＷＮＴシステムは、Ｓ
ＷＮＴが５％以下の伸びを有すると期待されるので、通常ではない。開始時、ナ
ノチューブの強度能力のかなりな部分が、典型的なエポキシ樹脂と結合したとき
に捨てられるようである。たとえそうだとしても、混合計算の規則（大きさのオ
ーダー「封筒の裏」計算として使うためにのみ使用される）を考慮したときに、
このアプローチを使用したときに強度の増強は、非充填のポリマーよりも３のオ
ーダー大きいと見積もられる。図４６は、機械的強度の種々の計算中に使用され
る、ナノチューブ及びマトリックスのためのパラメーターを示す。得られた性質
の増強は高いと考えられるが、非充填エポキシを越える十分な強度の増強を与え
る高強度エポキシドが既に存在することを認めなければならない。従って、通常
の複合材料の開発は、ナノチューブの可能性の多くが捨てられるので、進むべき
道ではない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】 計算結果は、強化のための使用（ｓｆ（ｅ）に基づく）の最大限の効果を得る
ナノチューブの臨界長は、完全に整列した不連続な系が起こると仮定して、約６
ミクロンになるだろう。ＳＷＮＴの長さについての現在の理解は、長さにして０
．３−０．６ミクロンであり、望ましい強度の向上に求められるよりもずっと小
さい。しかしながら、短い繊維でも強度の向上を導くことについて特に言及する
。 また、これらの計算結果はナノチューブとマトリックスの完全な結合を、これは
事実ではないにも関わらず、想定することも特に言及する。機能化による結合は
、ナノチューブに沿って断続し、そして機能化されていないＳＷＮＴは、より長
いナノチューブでのみ有意にはたらく、ファンデルワールス力によって単独にな
ると期待される。さらに一つの考察には、現在までに作られたＳＷＮＴ複合物の
多くは整列したシステムではないという事実を探ることを含む。表２はＫｅｌｌ
ｙ−Ｔｙｓｏｎ方程式による期待したＳＷＮＴ複合物の軸からはずれた配列の複
合物強度を示す。低い剪断強度と通常の応力による複合物強度のさらなる減少に
ついて特に言及する。これらの様々な理由から、進んだ材料を作るためのＳＷＮ
Ｔの加工の拡張は、どのような典型的なアプローチが過去になされてきたのかを
振り返ることによって完成しなければならない。混合物の計算の法則およびＫｅ
ｌｌｙ−Ｔｙｓｏｎ方程式の使用は理想的にはならない、またはナノチューブ複
合物にとって適切に用いられるにも関わらず、当業者はより伝統的な複合物の製
造アプローチでは重大な欠点があるという感じを得るだろう。 完全に整列したと考えられる時の複合物対ＳＷＮＴの配向。最初にすべての繊維
がアプライしたロードともに整列した時には複合物の強度はむしろ高い。繊維が
ロードとともに配向しなくなる（ＳＷＮＴがランダムに拡散した等方性複合物の
場合のように）、複合物の強度は低い剪断および通常の強度の寄与によってずっ
と減少する。一方で、剪断および通常の応力を改善するために伝統的な手法を用
いるだろうが、本発明のアプローチは完全に統合するため、そしてその結果マト
リックスに帰する欠点をなくすものである。 本発明の実施および使用方法に関しては、先の議論で明白にしたのと同様である
。上記の記載に関して、たとえ可能にする態様が開示され、可能にする態様が実
例となり、および本発明のステップおよびサイズ、材料、形状、形態、機能、お
よび実施、集合、および使用方法の変化を含んだ計算との、この開示の支店から
当業者が既に明白だと考える、最適な関係があったとしても、図面で示し、明細
書中に含めたのと等価なすべての関係は本発明に含まれることを理解されたい。 したがって、上述のものは、本発明の原理を説明したものと考えられ、そして
当業者にとって多くの変更が容易に生じうるため、本発明を、示されたまたは記
載されたまさにその構造に限定することは望まれず、そして全ての適切な変更お
よび等価物は、本発明の範囲内に含まれるものと考えられる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、（ａ）室温におけるＰＰマトリックス中のＶＧＣＦ炭素
ナノ繊維含量（重量％）に対する体積抵抗率、（ｂ）室温におけるＰＰマトリッ
クス中の炭素ナノ繊維含量（重量％）に対する表面抵抗率、および（ｃ）１重量
％ＳＷＮＴｓの体積抵抗率を示す。
【図２】 図２は、２０％炭素ナノ繊維強化ＰＰ複合体の透過型顕微鏡写真
であって、個々の繊維の等方性分散を認めることができる。
【図３】 図３は、１０％炭素ナノ繊維強化ＰＰ複合体の走査型顕微鏡写真
であって、ＰＰマトリックスによる繊維の濡れを認めることができる。
【図４】 図４は、２種類のミクロンサイズの繊維複合体の直径の比較であ
る。
【図５】 図５は、ポリプロピレンマトリックス中の種々の濃度のＶＧＣＦ
ｓにおける剪断速度に対する粘度を示し、剪断速度が増大するにつれて粘度が低
下することが分かる。
【図６】 図６は、３、５、及び１０重量％ＶＧＣＦ−ポリエチレン系の剪
断速度の増大に伴う粘度の変化を示す。
【図７】 図７は、ＳＷＮＴ組成の関数としての電気抵抗率を示す。
【図８】 図８は、ＶＧＣＦ及びＳＷＮＴｓを有するＡＢＳの表面抵抗率を
示す。
【図９】 図９は、室温で破断した１０重量％ＳＷＮＴ／ＡＢＳポリマーの
顕微鏡写真を示す。
【図１０】 図１０は、ＰＰ１２およびＰＥ１０系のトルクデータを示す。
【図１１】 図１１は、丁度２重量％ＳＷＮＴｓを有するＰＰの劣化温度に
おいて、１００℃を超えると劣化の著しいことを示す。
【図１２】 図１２は、ＳＷＮＴｓを添加すると、ポリマーのモジュラスの
増大が認められることを示す。
【図１３】 図１３は、高速押出機および高速引き取りによる性質強化を示
す。
【図１４】 図１４は、種々の速度で加工した繊維の強度を示す。
【図１５】 図１５は、低速押出機ならびに続く低速引き取りにおける繊維
系の直径の変化を示すプロットである。
【図１６】 図１６は、Ｈａａｋｅ押出機から繊維を作る間に集められた押
出のデータを示す。
【図１７】 図１７は、充填剤有りおよび充填剤無しのＡＢＳ、ポリプロピ
レン、およびポリエチレンの流動学的結果であって、ＲＨ−７に関して繊維紡糸
に好ましい温度及び流量が見いだされた。
【図１８】 図１８は、充填剤有りおよび充填剤無しのＡＢＳ、ポリプロピ
レン、およびポリエチレンの流動学的結果であって、ＲＨ−７に関して繊維紡糸
に好ましい温度及び流量が見いだされた。
【図１９】 図１９は、充填剤有りおよび充填剤無しのＡＢＳ、ポリプロピ
レン、およびポリエチレンの流動学的結果であって、ＲＨ−７に関して繊維紡糸
に好ましい温度及び流量が見いだされた。
【図２０】 図２０は、工業的ポリマー繊維紡糸法を示す。
【図２１】 図２１は、ＰＰ１０００の顕微鏡写真を示し、ＳＷＮＴｓがよ
く整列しているのが分かる。
【図２２】 図２２は、ポリプロピレン試料に関する引張試験結果を示す。
【図２３】 図２３は、単一繊維の強度を示す。
【図２４】 図２４は、ＮＣＦｓを用いて得ることができる製品および加工
を示す。
【図２５】 図２５は、分散して製列したＶＧＣＦｓ（１０重量％）を有す
るＡＢＳを示す。
【図２６】 図２６は、（ａ）５重量％及び（ｂ）２重量％の分散して整列
したＶＧＣＦｓを有するＰＥを示す。
【図２７】 図２７は、繊維内の剪断および伸長方向の流動によって方向性
を誘起させた所望のナノ繊維整列を示す。
【図２８】 図２８は、ナノ繊維分散の問題点を示し、この場合得られた整
列度および分散度にナノ繊維の初めの調製が影響を及ぼしている。
【図２９】 図２９は、クロスプライング（ｃｒｏｓｓ−ｐｌｙｉｎｇ）に
対する修正後の引張試験結果を示す。
【図３０】 図３０は、受け入れたままでＳＷＮＴを分散していないポリマ
ーの顕微鏡写真を示す。
【図３１】 図３１は、ワイヤ供給原料の縦の断面を示す。
【図３２】 図３２は、内部微量融解を示す。
【図３３】 図３３は、クロスプライにおける内部微量融解を示す。
【図３４】 図３４は、図３３の２つの状態を示す。
【図３５】 図３５は、有機分子とのポリマー鎖結合を示す。
【図３６】 図３６は、結合された有機分子を示す。
【図３７】 図３７は、ナノチューブ架橋ポリマー鎖を示す。
【図３８】 図３８は、ナノチューブブロックコポリマーを示す。
【図３９】 図３９は、交互に並ぶポリマーブロックの起こり得る構成を示
す。
【図４０】 図４０は、グラフト共重合における機能性ＳＷＮＴｓを示す。
【図４１】 図４１は、一側面のみにおけるグラフト共重合を示す。
【図４２】 図４２は、ランダム架橋鎖を示す。
【図４３】 図４３は、結合された代替品を示す。
【図４４】 図４４は、ポリマーマトリックスに剪断配向して化学結合され
たナノチューブを示す。
【図４５】 図４５は、（ａ）典型的なエポキシ複合体と（ｂ）ナノチュー
ブ複合体との応力−ひずみ曲線の比較を示し、この場合にはナノチューブの著し
い強度は除く。ＳＷＮＴｓは破損するまで大きな伸長度を有すると予想される。
【図４６】 図４６は、マトリックスとしてＡＢＳを基準として複合計算則
によりＳＷＮＴ複合体の性質を計算するのに用いたパラメータを示す。
【図４７】 VGCF及びABSの特性を示す表１、並びにSWNT/ABS FDM 複合体
の張力データを示す表２を表示する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｌ 101/00 Ｃ０８Ｌ 101/00 // Ｂ２９Ｋ 101:12 Ｂ２９Ｋ 101:12 105:06 105:06 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ロザノ，カレン アメリカ合衆国テキサス州78539−2999， エディンバーグ，ウエスト・ユニバーシテ ィ・ドライブ 1201 (72)発明者 チバンテ，ルイス・パウロ・フェリペ アメリカ合衆国テキサス州77077，ヒュー ストン，パイピング・ロック・レイン 11503 (72)発明者 スチュワート，デイヴィッド・ハリス アメリカ合衆国テキサス州77004，ヒュー ストン，ハーマン・ドライブ 1701，ナン バー10−エイ Ｆターム(参考） 4F070 AA06 AA13 AA14 AA15 AA18 AA34 AC04 AC74 AC75 AC84 AC87 AC88 AD02 FB06 4F201 AA04 AA06 AA11 AA13 AB11 AB18 AD16 AE03 AH35 BA01 BC15 BK01 BK02 BK13 BK14 BK18 4J002 BB021 BB022 BB111 BB112 BN151 BN152 CB002 CF062 CH092 DA036 FA042 FA046 FD012 FD016

Claims (49)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポリマーマトリックス中に埋め込まれた（０−１００％）ナノ
    ファイバーのコンポジットを形成する方法であって、 プラスチックマトリックス中に複数のナノファイバーを組み込むこと（該組み
    込みは複数の塊を形成する）；及び 該塊を流体力学的応力に曝すことによって、該ナノファイバーを均一に分布さ
    せること（該応力は該塊を粉砕（break apart）させる）； を含む方法。
  2. 【請求項２】 更に、キャピラリーレオメーター又は押出機又は他のファイバ
    ースピニングプロセスを使用して、高せん断条件下で前記コンポジット材料を加
    工すること； を含む請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 複数のナノファイバーを含むナノファイバー強化ポリマーコン
    ポジット系であって、該ナノファイバーは、ミクロンサイズ繊維でポリマーマト
    リックス中に埋め込まれている、コンポジット系。
  4. 【請求項４】 ポリマー中の、カーボンフィブリル、マルチウォール（multi-
    walled）ナノチューブ及びシングルウォールナノチューブからなる群より選ばれ
    る少なくとも一のナノファイバーを混合すること（ここで、これらナノファイバ
    ーは、官能化又は誘導化されてもよく又はされていなくてもよい）； 機械的、熱的及び電気的性質を向上するために該ナノファイバーが使用される
    ことができるようにする該ナノファイバーの配向を誘起すること； を含むナノチューブ連続ファイバーを製造する方法。
  5. 【請求項５】 更に、 前記ナノファイバーから前記ポリマー又はバインダー
    を除去すること（該除去はナノファイバーのミクロンサイズ繊維を残す）； を含む請求項４の方法。
  6. 【請求項６】 取り扱いを促進しさらに加工処理するために、整合されたナノ
    ファイバーを加工処理しパッケージする方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の方法であって、さらに、 カーボン繊維、多重壁ナノチューブ、及び単壁ナノチューブからなる群より選
    択される少なくとも１のナノファイバーをポリマー中で混合し、該ナノファイバ
    ーを所望の分散範囲に分散させ、 該混合物を高剪断力状態にて加工処理し、 繊維、フィルム及びテープからなる群より選択される少なくとも１の連続フィ
    ラメントを押出ながら、ナノファイバーの方向を誘導する 工程を含む方法。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の方法であって、前記押し出された単数又は複
    数のフィラメントをさらに伸長フローにかける方法。
  9. 【請求項９】 高剪断力加工処理により、連続繊維に形成された重合性材料中
    にナノファイバーを分散させることにより形成されたパッケージナノファイバー
    であって、該ナノファイバー重合性材料を小さなオリフィスから押し出して、高
    剪断小繊維系を製造するパッケージナノファイバー。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載のナノファイバーパッケージであって、さら
    に、繊維の寸法を制御し、ナノファイバーの整合を確実にするために、伸長フロ
    ーにかける方法。
  11. 【請求項１１】 ナノファイバーを整合させる方法であって、 高剪断加工処理により連続繊維に形成された重合性マトリックス中にナノファ
    イバーを分散させ、 該ナノファイバー重合性マトリックスを小さなオリフィスを通して押し出して
    、高剪断小繊維系を製造する 方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の方法であって、さらに、繊維の寸法を制
    御して該ナノ繊維の整合を確実にするために、前記繊維系を伸長フローにかける
    方法。
  13. 【請求項１３】 前記ポリマーのマトリクスが、ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＥ、および
    ＵＨＭＷ ＰＥからなる群から選択される請求項１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記ポリマーのマトリクスが、ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＥ、および
    ＵＨＭＷ ＰＥからなる群から選択される請求項４記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記ポリマーのマトリクスが、ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＥ、およ
    びＵＨＭＷ ＰＥからなる群から選択される請求項６記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記ポリマーのマトリクスが、ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＥ、およ
    びＵＨＭＷ ＰＥからなる群から選択される請求項１１記載の方法。
  17. 【請求項１７】 混合とナノ繊維分散とがバンバリー型の練りで提供される
    請求項１記載の方法。
  18. 【請求項１８】 混合とナノ繊維分散とがバンバリー型の練りで提供される
    請求項６記載の方法。
  19. 【請求項１９】 混合とナノ繊維分散とがバンバリー型の練りで提供される
    請求項１１記載の方法。
  20. 【請求項２０】 混合とナノ繊維分散とがバンバリー型の練りで提供される
    請求項１２記載の方法。
  21. 【請求項２１】 繊維形成が、細管レオメーターを使用して高せん断条件下
    で複合材料を処理することで達成される請求項７記載の方法。
  22. 【請求項２２】 繊維形成が、細管レオメーターを使用して高せん断条件下
    で複合材料を処理することで達成される請求項１１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 繊維形成が、細管レオメーターを使用して高せん断条件下
    で複合材料を処理することで達成される請求項１６記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記混合と押し出しがエクストルーダーと一体化したマル
    チゾーンで行われ、その際混合時間が十分にとられた後にナノファイバー分散系
    の押し出し成形がなされる、請求項７に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記混合と押し出しがエクストルーダーと一体化したマル
    チゾーンで行われ、その際混合時間が十分にとられた後にナノファイバー分散系
    の押し出し成形がなされる、請求項８に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 受け取られたままの単壁ナノチューブ（ＳＷＮＴｓ）の精
    製工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 受け取られたままの単壁ナノチューブ（ＳＷＮＴｓ）の精
    製工程を更に含む、請求項６に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 粉末の形態からポリマーを選別し、 ポリマーの粉末を乾燥し、 前記粉末を単壁ナノチューブ（ＳＷＮＴｓ）と溶媒中で混合してスラリーを形
    成し、 前記スラリーを乾燥して前記溶媒をすべて取り除き高分散ナノチューブを有す
    る凝集した粉末のチャンクを形成する、 工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 粉末の形態からポリマーを選別し、 ポリマーの粉末を乾燥し、 前記粉末を単壁ナノチューブ（ＳＷＮＴｓ）と溶媒中で混合してスラリーを形
    成し、 前記スラリーを乾燥して前記溶媒をすべて取り除き高分散ナノチューブを有す
    る凝集した粉末のチャンクを形成する、 工程を更に含む、請求項６に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記溶媒がトルエンである、請求項１に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記溶媒がトルエンである、請求項６に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 該溶媒が、ジメチルホルムアルデヒド（ＤＭＦ）である請
    求項１に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 該溶媒が、ジメチルホルムアルデヒド（ＤＭＦ）である請
    求項６に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 ＥＳＤ用途のための、ポリマーマトリクス中の整列された
    ナノ繊維の等方分散物のネットワークを含む複合体。
  35. 【請求項３５】 ＥＭＩ／ＲＦＩ用途のための、ポリマーマトリクス中の整
    列されたナノ繊維の等方分散物のネットワークを含む複合体。
  36. 【請求項３６】 導電性電線用途のための、ポリマーマトリクスフィラメン
    ト中の整列されたナノ繊維の等方分散物のネットワークを含む高導電性複合体。
  37. 【請求項３７】 構造体用途のための、ポリマーマトリクスフィラメント中
    の整列されたナノ繊維の等方分散物を含む複合体。
  38. 【請求項３８】 熱的用途のための、ポリマーマトリクス中の整列されたナ
    ノ繊維の異方分散物を含む複合体。
  39. 【請求項３９】 ＦＤＭ加工によって形成される整列ナノ繊維で補強された
    ポリマーを含む複合体。
  40. 【請求項４０】 ポリマーマトリクス中の整列されたナノ繊維から形成され
    るＦＤＭ部品。
  41. 【請求項４１】 ＥＳＤ用途のための、ＦＤＭ加工によって形成される整列
    ナノ繊維で補強されたポリマーを含む複合体。
  42. 【請求項４２】 ＥＭＩ／ＲＦＩ用途のための、ＦＤＭ加工によって形成さ
    れる整列ナノ繊維で補強されたポリマーを含む複合体。
  43. 【請求項４３】 熱処理の為のＦＤＭ処理により形成された配向下ナノ繊維
    で補強されたポリマーを含む複合体。
  44. 【請求項４４】 機械的処理の為のＦＤＭ処理により形成された配向下ナノ
    繊維で補強されたポリマーを含む複合体。
  45. 【請求項４５】 前記ナノチューブがそのポリマーマトリックスちゅうに一
    体となっている配向したナノ繊維で補強されたポリマーを含む複合体。
  46. 【請求項４６】 前記ナノチューブ一体物は、チップ付属物及び／又は側壁
    機能化（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）、コインシデント（ｃｏｉｎｃ
    ｉｄｅｎｔ）重合、及び高剪断整合（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）によるものである請
    求項４４記載の複合体。
  47. 【請求項４７】毛細管レオメーター又は押し出し機又は他の繊維紡糸処理を
    使用する高剪断条件のもとでの、その複合体物質の前記処理は、湿潤紡糸、乾燥
    紡糸、溶融紡糸又はゲル紡糸を含む請求項２記載の方法。
  48. 【請求項４８】 多数のナノ繊維を含み、前記ナノ繊維は、ミクロンサイズ
    の繊維でポリマー中に埋め込まれている、仕立てられた（ｔａｉｌｏｒｅｄ）多
    機能複合体で補強されたポリマー複合体システム。
  49. 【請求項４９】 多数のナノ繊維を含み、前記ナノ繊維は、ミクロンサイズ
    の繊維でポリマー中に埋め込まれており、織物、マット、ピリーズ（ｐｌｉｅｓ
    ），フィラメント巻きチューブ及び容器を含む複合体形のために更なる処理に適
    する、多機能複合体で補強されたポリマー複合体システム。
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