JP2005023419A - Carbon fiber composite material and method for producing the same - Google Patents

Carbon fiber composite material and method for producing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon fiber composite metallic material containing uniformly dispersed carbon nanofibers, to provide a method for producing the same, and to provide a metallic molding. <P>SOLUTION: The method for producing the carbon fiber composite metallic material comprises the step (a) of mixing a carbon fiber composite material with a metallic material in a fluid state and subsequent step (b) of cooling and solidifying the mixture obtained in the step (a). The carbon fiber composite material comprises an elastomer and carbon nanofibers dispersed in the elastomer. The elastomer has unsaturated bonds or groups having an affinity for the carbon nanofibers. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、炭素繊維複合金属材料およびその製造方法、ならびに炭素繊維複合金属材料を用いた金属成形品に関する。   The present invention relates to a carbon fiber composite metal material, a method for producing the same, and a metal molded article using the carbon fiber composite metal material.

近年、カーボンナノファイバーを用いた複合材料が注目されている。このような複合材料は、カーボンナノファイバーを含むことで、機械的強度などの向上が期待されている。しかしながら、カーボンナノファイバーは相互に強い凝集性を有するため、複合材料の基材にカーボンナノファイバーを均一に分散させることが非常に困難とされている。そのため、現状では、所望の特性を有するカーボンナノファイバーの複合材料を得ることが難しく、また、高価なカーボンナノファイバーを効率よく利用することができない。   In recent years, composite materials using carbon nanofibers have attracted attention. Such a composite material is expected to improve mechanical strength and the like by including carbon nanofibers. However, since carbon nanofibers have strong cohesiveness with each other, it is very difficult to uniformly disperse the carbon nanofibers in the base material of the composite material. Therefore, at present, it is difficult to obtain a composite material of carbon nanofibers having desired characteristics, and expensive carbon nanofibers cannot be efficiently used.

例えば、カーボンナノファイバーを金属に複合化させる手段として、カーボンナノファイバーと金属粉体とをボールミルなどの攪拌手段を用いて機械的に混合する方法を用いた場合には、カーボンナノファイバーが互いに絡み合った状態で偏在し、カーボンナノファイバーが均一に分散された炭素繊維複合金属材料を得ることができない。また、このような方法では、カーボンナノファイバーが機械的な剪断力によって細かく千切れてしまい、ファイバーとしての機能を充分に発揮することが困難である。   For example, when carbon nanofibers and metal powder are mechanically mixed using a stirring means such as a ball mill as a means for compounding carbon nanofibers with metal, the carbon nanofibers are entangled with each other. It is not possible to obtain a carbon fiber composite metal material that is unevenly distributed and in which carbon nanofibers are uniformly dispersed. Further, in such a method, the carbon nanofibers are broken into pieces by mechanical shearing force, and it is difficult to sufficiently exhibit the function as a fiber.

そこで、本発明の目的は、カーボンナノファイバーが良好な繊維状態を保ちながら均一に分散された炭素繊維複合金属材料およびその製造方法、ならびに金属成形品を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a carbon fiber composite metal material in which carbon nanofibers are uniformly dispersed while maintaining a good fiber state, a manufacturing method thereof, and a metal molded product.

本発明にかかる炭素繊維複合金属材料の製造方法は、
炭素繊維複合材料と流体状態の金属材料とを混合する工程(a)と、
前記工程(a)の後に、該工程(a)で得られた混合物を冷却して固化する工程(b)と、を含み、
前記炭素繊維複合材料は、エラストマーと、該エラストマーに分散されたカーボンナノファイバーとを含む。
The method for producing a carbon fiber composite metal material according to the present invention includes:
A step (a) of mixing a carbon fiber composite material and a metal material in a fluid state;
After the step (a), cooling and solidifying the mixture obtained in the step (a), and
The carbon fiber composite material includes an elastomer and carbon nanofibers dispersed in the elastomer.

本発明の製造方法によれば、カーボンナノファイバーが良好な繊維状態を保った状態で均一に分散された炭素繊維複合金属材料を得ることができる。   According to the production method of the present invention, it is possible to obtain a carbon fiber composite metal material in which carbon nanofibers are uniformly dispersed while maintaining a good fiber state.

本発明においては、前記工程(a)において、前記金属材料はチクソトロピー流体あるいは溶融状態であることができる。   In the present invention, in the step (a), the metal material may be a thixotropic fluid or a molten state.

本発明においては、前記工程(b)の前に、前記エラストマーが除去される工程を含むことができる。   In the present invention, the step of removing the elastomer may be included before the step (b).

本発明においては、前記工程(a)および工程(b)は、鋳造法によって行われることができる。   In the present invention, the step (a) and the step (b) can be performed by a casting method.

本発明においては、前記金属材料は、アルミニウム、マグネシウム、およびこれらの少なくとも一方を含む合金から選択される1種であることができる。   In the present invention, the metal material may be one selected from aluminum, magnesium, and an alloy containing at least one of these.

本発明において用いられる前記炭素繊維複合材料のエラストマーは、前記カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有することができる。このようなエラストマーを用いることにより、エラストマーの不飽和結合または基が、カーボンナノファイバーの活性な部分、特にカーボンナノファイバーの末端のラジカルと結合することにより、カーボンナノファイバーの凝集力を弱め、その分散性を高めることができる。その結果、前記炭素繊維複合材料は、基材であるエラストマーにカーボンナノファイバーが均一に分散されたものとなる。   The elastomer of the carbon fiber composite material used in the present invention may have an unsaturated bond or group having an affinity for the carbon nanofiber. By using such an elastomer, the unsaturated bond or group of the elastomer is bonded to the active portion of the carbon nanofiber, particularly the radical at the end of the carbon nanofiber, thereby weakening the cohesive force of the carbon nanofiber. Dispersibility can be increased. As a result, in the carbon fiber composite material, carbon nanofibers are uniformly dispersed in an elastomer as a base material.

前記エラストマーは、ゴム系エラストマーあるいは熱可塑性エラストマーのいずれであってもよい。また、ゴム系エラストマーの場合、エラストマーは架橋体あるいは未架橋体のいずれであってもよい。原料エラストマーとしては、ゴム系エラストマーの場合、未架橋体が用いられる。   The elastomer may be a rubber elastomer or a thermoplastic elastomer. In the case of a rubber-based elastomer, the elastomer may be either a crosslinked body or an uncrosslinked body. As the raw material elastomer, an uncrosslinked product is used in the case of a rubber-based elastomer.

前記炭素繊維複合材料は、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃で測定した、未架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は100ないし3000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)は1000ないし10000μ秒であり、前記第2のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率(fnn)は0.2未満であることができる。   The carbon fiber composite material has a first spin-spin relaxation time (T2n) of 100 to 3000 μsec in an uncrosslinked body, measured at 150 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR, The spin-spin relaxation time (T2nn) may be 1000 to 10,000 μs, and the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time may be less than 0.2.

また、前記炭素繊維複合材料は、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃で測定した、架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は100ないし2000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)は存在しないかあるいは1000ないし5000μ秒であり、前記第2のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率(fnn)は0.2未満であることができる。   The carbon fiber composite material has a first spin-spin relaxation time (T2n) of 100 to 2000 μsec measured in a crosslinked product at 150 ° C. by a Hahn echo method using pulse NMR, The spin-spin relaxation time (T2nn) may not exist or may be 1000 to 5000 μs, and the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time may be less than 0.2. .

前記炭素繊維複合材料はこのような特性を有し、基材であるエラストマーにカーボンナノファイバーが均一に分散されたものである。   The carbon fiber composite material has such characteristics, and carbon nanofibers are uniformly dispersed in an elastomer as a base material.

本発明の製造方法においては、このようにカーボンナノファイバーが既に均一に分散された炭素繊維複合材料と流体状態の金属材料とを混合することにより、カーボンナノファイバーが絡み合うことなく相互に分離され、均一に分散された炭素繊維複合金属材料を得ることができる。また、本発明においては、前記炭素繊維複合材料と流体状態の金属材料とを混合するので、カーボンナノファイバーと金属粉体とをボールミルで攪拌する場合のように、強い剪断力をカーボンナノファイバーに直接作用させることがないので、カーボンナノファイバーが千切れてしまうことがなく、繊維状態を良好に維持できる。その結果、カーボンナノファイバーによる補強機能などの特性を充分に発揮できる炭素繊維複合金属材料を得ることができる。   In the production method of the present invention, by mixing the carbon fiber composite material in which the carbon nanofibers are already uniformly dispersed and the metal material in a fluid state, the carbon nanofibers are separated from each other without being entangled, A uniformly dispersed carbon fiber composite metal material can be obtained. Further, in the present invention, since the carbon fiber composite material and the metal material in a fluid state are mixed, a strong shearing force is applied to the carbon nanofibers as in the case of stirring the carbon nanofibers and the metal powder with a ball mill. Since it does not act directly, the carbon nanofibers are not broken and the fiber state can be maintained well. As a result, it is possible to obtain a carbon fiber composite metal material that can sufficiently exhibit properties such as a reinforcing function of carbon nanofibers.

本発明にかかる金属成形品は、本発明にかかる炭素繊維複合金属材料を成形することにより得ることができる。本発明の金属成形品は、カーボンナノファイバーを良好な分散状態で含むことにより、剛性、特に高温時における剛性などの機械的強度に優れる。また、本発明の金属成形品は機械的強度が大きいので、成形品を肉薄にでき、その小型化、軽量化を図ることができる。本発明の金属成形品の成形方法としては、公知の成型方法、例えば鋳造法、鍛造法、射出法、焼結法などを用いることができる。   The metal molded product according to the present invention can be obtained by molding the carbon fiber composite metal material according to the present invention. The metal molded article of the present invention is excellent in mechanical strength such as rigidity, particularly rigidity at high temperatures, by containing carbon nanofibers in a good dispersion state. Further, since the metal molded product of the present invention has high mechanical strength, the molded product can be made thin, and the size and weight can be reduced. As a molding method of the metal molded product of the present invention, a known molding method such as a casting method, a forging method, an injection method, a sintering method, or the like can be used.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本実施の形態にかかる炭素繊維複合金属材料の製造方法は、炭素繊維複合材料と流体状態の金属材料とを混合する工程(a)と、前記工程(a)の後に、該工程(a)で得られた混合物を冷却して固化する工程(b)と、を含む。そして、前記炭素繊維複合材料は、エラストマーと、該エラストマーに分散されたカーボンナノファイバーとを含む。   The method for producing a carbon fiber composite metal material according to the present embodiment includes a step (a) of mixing a carbon fiber composite material and a metal material in a fluid state, and the step (a) after the step (a). And (b) a step of cooling and solidifying the obtained mixture. The carbon fiber composite material includes an elastomer and carbon nanofibers dispersed in the elastomer.

まず、工程(a),(b)について述べる。   First, steps (a) and (b) will be described.

工程(a)において用いられる炭素繊維複合材料は、後に詳述するように、エラストマーにカーボンナノファイバーが均一に分散されたものである。また、金属材料は流体状態であって、チクソトロピー流体あるいは溶融状態であることができる。炭素繊維複合材料は、例えば鋳造法において、溶解された金属材料に混合される。炭素繊維複合材料をかかる金属材料に混合するタイミングは、金属材料の温度、粘度などを考慮して設定される。   The carbon fiber composite material used in the step (a) is one in which carbon nanofibers are uniformly dispersed in an elastomer, as will be described in detail later. In addition, the metal material is in a fluid state, and can be a thixotropic fluid or a molten state. The carbon fiber composite material is mixed with the dissolved metal material, for example, in a casting method. The timing of mixing the carbon fiber composite material with such a metal material is set in consideration of the temperature, viscosity, etc. of the metal material.

工程(a)で形成された混合物を固化する工程(b)の前に、炭素繊維複合材料のエラストマーを除去することができる。エラストマーを除去する方法やタイミングは特に限定されない。エラストマーを除去する方法は、例えば、溶解された金属材料の熱によってエラストマーを分解することができる。このとき、カーボンナノファイバーが熱によって分解しない温度で、エラストマーのみを分解して除去できる。   Before the step (b) of solidifying the mixture formed in the step (a), the carbon fiber composite elastomer can be removed. The method and timing for removing the elastomer are not particularly limited. As a method for removing the elastomer, for example, the elastomer can be decomposed by heat of the dissolved metal material. At this time, only the elastomer can be decomposed and removed at a temperature at which the carbon nanofibers are not decomposed by heat.

工程(a)では、溶解された金属(溶湯)に炭素繊維複合材料を混在する場合、溶湯は撹拌され下向きの流れを作っておくことが望ましい。この流れによって比重の小さいカーボンナノファイバーの溶湯上部への浮遊を防止することができる。   In the step (a), when the carbon fiber composite material is mixed in the molten metal (molten metal), it is desirable that the molten metal is stirred to create a downward flow. This flow can prevent the carbon nanofibers having a small specific gravity from floating above the melt.

溶湯に添加された炭素繊維複合材料中のエラストマー分子は直ちに分解され燃焼しながら除去される。エラストマー分子が除去された空間へは溶湯が入り込み、カーボンナノファイバー同士の凝集を妨げる。なお、エラストマー分子が燃焼・分解して除去される際、還元雰囲気となって溶湯の酸化を低減するとともにカーボンナノファイバーの酸化分解を防ぐ。   The elastomer molecules in the carbon fiber composite material added to the molten metal are immediately decomposed and removed while burning. The molten metal enters the space from which the elastomer molecules have been removed, preventing the carbon nanofibers from aggregating. When the elastomer molecules are removed by combustion and decomposition, a reducing atmosphere is formed to reduce oxidation of the molten metal and prevent oxidative decomposition of the carbon nanofibers.

チクソトロピー流体を利用する場合は、以下のように行う。例えば700℃で溶解した金属を強く撹拌しながら徐々に温度を500℃〜550℃に下げると、通常デンドライト晶が成長するところが球状晶が生成し、その周りを液相が囲む状態となる。このような固相−液相共存状態ではチクソトロピーを示す。チクソトロピー状態では撹拌に対して大きな抵抗(粘性)が発生し、添加する炭素繊維複合材料の分散を良好とし、また、エラストマー分子が除去された際のカーボンナノファイバーの浮上を防止することができる。   When using thixotropic fluid, it is performed as follows. For example, when the temperature of the metal melted at 700 ° C. is gradually lowered to 500 ° C. to 550 ° C. with vigorous stirring, spherical dendritic crystals are formed where normal dendrite crystals grow, and the liquid phase surrounds them. In such a solid-liquid phase coexistence state, thixotropy is exhibited. In the thixotropic state, a large resistance (viscosity) to stirring is generated, the dispersion of the added carbon fiber composite material is improved, and the carbon nanofibers can be prevented from floating when the elastomer molecules are removed.

カーボンナノファイバーは酸素雰囲気では500℃〜600℃で酸化分解する。しかし、酸素の存在しない不活性雰囲気や還元雰囲気では900℃程度までは分解しない。したがって、工程(a)および(b)は、窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気、あるいはこれらの不活性雰囲気に水素を少量混合した還元雰囲気で行うことにより溶湯の酸化を防ぎ、巣などの欠陥を防止するとともに、カーボンナノファイバーの酸化分解を防ぐことができる。   Carbon nanofibers undergo oxidative decomposition at 500 ° C. to 600 ° C. in an oxygen atmosphere. However, it does not decompose up to about 900 ° C. in an inert atmosphere or a reducing atmosphere where oxygen is not present. Therefore, steps (a) and (b) are performed in an inert atmosphere such as nitrogen or argon, or in a reducing atmosphere in which a small amount of hydrogen is mixed in these inert atmospheres to prevent the molten metal from being oxidized, and defects such as nests are removed. In addition to preventing, oxidative degradation of the carbon nanofibers can be prevented.

工程(b)では、工程(a)で得られたカーボンナノファイバーを含む溶湯を鋳型に流し込み冷却して、インゴットを作ることができる。   In the step (b), the molten metal containing the carbon nanofibers obtained in the step (a) can be poured into a mold and cooled to make an ingot.

このインゴットを原料として、最も一般的な重力鋳造から、スクイズキャスティング、遠心鋳造など各種の鋳造法、およびプレスで高圧を与えて形状を得る鍛造、型に高圧で流し込む射出成形などの成形方法で所望の形状を得ることができる。   Using this ingot as a raw material, the most general gravity casting, various casting methods such as squeeze casting and centrifugal casting, as well as molding methods such as forging to obtain a shape by applying high pressure with a press, injection molding such as casting into a die at high pressure Can be obtained.

また、工程(b)では、工程(a)で得られた溶湯を用いて直接鋳造することも可能である。この場合、重力鋳造、スクイズキャスティング、遠心鋳造はもちろん、チクソ状態から鋳造するチクソキャスティングによっても所望の形状を得ることができる。また、工程(a)でえられた溶湯を高圧で型に注入する射出成形も可能である。   In the step (b), it is also possible to directly cast using the molten metal obtained in the step (a). In this case, a desired shape can be obtained not only by gravity casting, squeeze casting, and centrifugal casting, but also by thixocasting from a thixo state. Moreover, the injection molding which inject | pours the molten metal obtained at the process (a) into a type | mold at high pressure is also possible.

このようにして、カーボンナノファイバーが分散された各種形態の金属成形品を得ることができる。この金属成形品は、剛性、特に高温時における剛性などの機械的強度に優れる。また、この金属成形品は機械的強度が大きいので、成形品を肉薄にでき、その小型化、軽量化を図ることができる。   In this way, various forms of metal molded articles in which carbon nanofibers are dispersed can be obtained. This metal molded article is excellent in mechanical strength such as rigidity, particularly rigidity at high temperatures. In addition, since the metal molded product has high mechanical strength, the molded product can be thinned, and the size and weight can be reduced.

本実施の形態においては、金属材料としては特に限定されないが、アルミニウム、マグネシウム、およびこれらの少なくとも一方を含む合金から選択される1種を用いることができる。金属材料としては、特にアルミニウムあるいはアルミニウム合金を用いることができる。   In the present embodiment, the metal material is not particularly limited, but one kind selected from aluminum, magnesium, and an alloy containing at least one of them can be used. In particular, aluminum or an aluminum alloy can be used as the metal material.

次に、炭素繊維複合材料について述べる。   Next, the carbon fiber composite material will be described.

(A)まず、エラストマーについて説明する。   (A) First, the elastomer will be described.

本実施の形態において用いられる炭素繊維複合材料においては、エラストマーは、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有する。エラストマーの不飽和結合または基が、カーボンナノファイバーの活性な部分、特にカーボンナノファイバーの末端のラジカルと結合することにより、カーボンナノファイバーの凝集力を弱め、その分散性を高めることができる。その結果、炭素繊維複合材料は、基材であるエラストマーにカーボンナノファイバーが均一に分散されたものとなる。   In the carbon fiber composite material used in the present embodiment, the elastomer has an unsaturated bond or group having an affinity for carbon nanofibers. When the unsaturated bond or group of the elastomer is bonded to an active portion of the carbon nanofiber, particularly a radical at the end of the carbon nanofiber, the cohesive force of the carbon nanofiber can be weakened and the dispersibility can be increased. As a result, in the carbon fiber composite material, carbon nanofibers are uniformly dispersed in the elastomer as the base material.

エラストマーは、例えば、カーボンナノファイバーと親和性が高いことの他に、分子長がある程度の長さを有すること、柔軟性を有すること、などの特徴を有することが望ましい。また、炭素繊維複合材料は、エラストマーにカーボンナノファイバーを剪断力によって分散させることによって得られる。   For example, the elastomer desirably has characteristics such as having a certain molecular length and flexibility in addition to having high affinity with the carbon nanofibers. The carbon fiber composite material can be obtained by dispersing carbon nanofibers in an elastomer by a shearing force.

エラストマーは、分子量が好ましくは5000ないし500万、さらに好ましくは2万ないし300万である。エラストマーの分子量がこの範囲であると、エラストマー分子が互いに絡み合い、相互につながっているので、エラストマーは、凝集したカーボンナノファイバーの相互に侵入しやすく、したがってカーボンナノファイバー同士を分離する効果が大きい。エラストマーの分子量が5000より小さいと、エラストマー分子が相互に充分に絡み合うことができず、後の工程で剪断力をかけてもカーボンナノファイバーを分散させる効果が小さくなる。また、エラストマーの分子量が500万より大きいと、エラストマーが固くなりすぎて加工が困難となる。   The elastomer preferably has a molecular weight of 5,000 to 5,000,000, more preferably 20,000 to 3,000,000. When the molecular weight of the elastomer is within this range, the elastomer molecules are entangled with each other and connected to each other. Therefore, the elastomer easily invades the aggregated carbon nanofibers, and thus has a great effect of separating the carbon nanofibers. If the molecular weight of the elastomer is less than 5000, the elastomer molecules cannot be sufficiently entangled with each other, and the effect of dispersing the carbon nanofibers is reduced even when a shearing force is applied in a later step. If the molecular weight of the elastomer is greater than 5 million, the elastomer becomes too hard and processing becomes difficult.

エラストマーは、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって、30℃で測定した、未架橋体におけるネットワーク成分のスピン−スピン緩和時間(T2n/30℃)が好ましくは100ないし3000μ秒、より好ましくは200ないし1000μ秒である。上記範囲のスピン−スピン緩和時間(T2n/30℃)を有することにより、エラストマーは、柔軟で充分に高い分子運動性を有することができる。このことにより、エラストマーとカーボンナノファイバーとを混合したときに、エラストマーは高い分子運動によりカーボンナノファイバー相互の隙間に容易に侵入することができる。スピン−スピン緩和時間(T2n/30℃)が100μ秒より短いと、エラストマーが充分な分子運動性を有することができない。また、スピン−スピン緩和時間(T2n/30℃)が3000μ秒より長いと、エラストマーが液体のように流れやすくなり、カーボンナノファイバーを分散させることが困難となる。   The elastomer preferably has a network component spin-spin relaxation time (T2n / 30 ° C.) of 100 to 3000 μsec, more preferably 200, measured at 30 ° C. by the Hahn echo method using pulsed NMR. Or 1000 μs. By having a spin-spin relaxation time (T2n / 30 ° C.) in the above range, the elastomer can be flexible and have sufficiently high molecular mobility. Accordingly, when the elastomer and the carbon nanofiber are mixed, the elastomer can easily enter the gap between the carbon nanofibers due to high molecular motion. If the spin-spin relaxation time (T2n / 30 ° C.) is shorter than 100 μsec, the elastomer cannot have sufficient molecular mobility. Also, if the spin-spin relaxation time (T2n / 30 ° C.) is longer than 3000 μsec, the elastomer tends to flow like a liquid, and it becomes difficult to disperse the carbon nanofibers.

また、エラストマーは、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって30℃で測定した、架橋体における、ネットワーク成分のスピン−スピン緩和時間(T2n)が100ないし2000μ秒であることが好ましい。その理由は、上述した未架橋体と同様である。すなわち、上記の条件を有する未架橋体を本発明の製造方法によって架橋化すると、得られる架橋体のT2nはおおよそ上記範囲に含まれる。   The elastomer preferably has a spin-spin relaxation time (T2n) of the network component of 100 to 2000 μsec in the crosslinked product, measured at 30 ° C. by the Hahn echo method using pulsed NMR. The reason is the same as that of the uncrosslinked product described above. That is, when an uncrosslinked product having the above conditions is crosslinked by the production method of the present invention, T2n of the obtained crosslinked product is approximately within the above range.

パルス法NMRを用いたハーンエコー法によって得られるスピン−スピン緩和時間は、物質の分子運動性を表す尺度である。具体的には、パルス法NMRを用いたハーンエコー法によりエラストマーのスピン−スピン緩和時間を測定すると、緩和時間の短い第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)を有する第1の成分と、緩和時間のより長い第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)を有する第2の成分とが検出される。第1の成分は高分子のネットワーク成分(骨格分子)に相当し、第2の成分は高分子の非ネットワーク成分(末端鎖などの枝葉の成分)に相当する。そして、第1のスピン−スピン緩和時間が短いほど分子運動性が低く、エラストマーは固いといえる。また、第1のスピン−スピン緩和時間が長いほど分子運動性が高く、エラストマーは柔らかいといえる。   The spin-spin relaxation time obtained by the Hahn-echo method using pulsed NMR is a measure representing the molecular mobility of a substance. Specifically, when the spin-spin relaxation time of the elastomer is measured by the Hahn-echo method using pulsed NMR, a first component having a first spin-spin relaxation time (T2n) having a short relaxation time, and relaxation A second component having a longer spin-spin relaxation time (T2nn) is detected. The first component corresponds to a polymer network component (skeleton molecule), and the second component corresponds to a polymer non-network component (branch and leaf component such as a terminal chain). The shorter the first spin-spin relaxation time, the lower the molecular mobility and the harder the elastomer. Further, it can be said that the longer the first spin-spin relaxation time, the higher the molecular mobility and the softer the elastomer.

パルス法NMRにおける測定法としては、ハーンエコー法でなくてもソリッドエコー法、CPMG法(カー・パーセル・メイブーム・ギル法)あるいは90゜パルス法でも適用できる。ただし、本発明にかかる炭素繊維複合材料は中程度のスピン−スピン緩和時間(T2)を有するので、ハーンエコー法が最も適している。一般的に、ソリッドエコー法および90゜パルス法は、短いT2の測定に適し、ハーンエコー法は、中程度のT2の測定に適し、CPMG法は、長いT2の測定に適している。   As a measurement method in the pulsed NMR method, the solid echo method, the CPMG method (Car Purcell, Mayboom, Gill method) or the 90 ° pulse method can be applied instead of the Hahn echo method. However, since the carbon fiber composite material according to the present invention has a moderate spin-spin relaxation time (T2), the Hahn echo method is most suitable. In general, the solid echo method and the 90 ° pulse method are suitable for short T2 measurement, the Hahn echo method is suitable for medium T2 measurement, and the CPMG method is suitable for long T2 measurement.

エラストマーは、主鎖、側鎖および末端鎖の少なくともひとつに、カーボンナノファイバー、特にその末端のラジカルに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するか、もしくは、このようなラジカルまたは基を生成しやすい性質を有する。かかる不飽和結合または基としては、二重結合、三重結合、瘰・f、カルボニル基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、ニトリル基、ケトン基、アミド基、エポキシ基、エステル基、ビニル基、ハロゲン基、ウレタン基、ビューレット基、アロファネート基および尿素基などの官能基から選択される少なくともひとつであることができる。   The elastomer has an unsaturated bond or group having an affinity for carbon nanofibers, particularly a radical at its terminal, in at least one of the main chain, side chain and terminal chain, or such a radical or group has Easy to generate. Such unsaturated bonds or groups include double bonds, triple bonds, 瘰 / f, carbonyl groups, carboxyl groups, hydroxyl groups, amino groups, nitrile groups, ketone groups, amide groups, epoxy groups, ester groups, vinyl groups, halogens. It can be at least one selected from functional groups such as groups, urethane groups, burette groups, allophanate groups and urea groups.

カーボンナノファイバーは、通常、側面が炭素原子の6員環で構成され、先端は5員環が導入されて閉じた構造となっているが、先端は構造的に無理があるため、実際上は欠陥を生じやすく、その部分にラジカルや官能基を生成しやすくなっている。本実施の形態では、エラストマーの主鎖、側鎖および末端鎖の少なくともひとつに、カーボンナノファイバーのラジカルと親和性(反応性または極性)が高い不飽和結合や基を有することにより、エラストマーとカーボンナノファイバーとを結合することができる。このことにより、カーボンナノファイバーの凝集力にうち勝ってその分散を容易にすることができる。   Carbon nanofibers are usually composed of a 6-membered ring with carbon atoms on the side, and the tip is closed by introducing a 5-membered ring, but the tip is structurally impossible, so in practice, Defects are easily generated, and it is easy to generate radicals and functional groups at the portions. In the present embodiment, at least one of the main chain, side chain, and terminal chain of the elastomer has an unsaturated bond or group having high affinity (reactivity or polarity) with the radical of the carbon nanofiber, so that the elastomer and carbon Nanofibers can be combined. This makes it possible to easily disperse the carbon nanofibers by overcoming the cohesive force.

エラストマーとしては、天然ゴム(NR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ニトリルゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、エチレンプロピレンゴム(EPR,EPDM)、ブチルゴム(IIR)、クロロブチルゴム(CIIR)、アクリルゴム(ACM)、シリコーンゴム(Q)、フッ素ゴム(FKM)、ブタジエンゴム(BR)、エポキシ化ブタジエンゴム(EBR)、エピクロルヒドリンゴム(CO,CEO)、ウレタンゴム(U)、ポリスルフィドゴム(T)などのエラストマー類;オレフィン系(TPO)、ポリ塩化ビニル系(TPVC)、ポリエステル系(TPEE)、ポリウレタン系(TPU)、ポリアミド系(TPEA)、スチレン系(SBS)、などの熱可塑性エラストマー;およびこれらの混合物を用いることができる。   Elastomers include natural rubber (NR), epoxidized natural rubber (ENR), styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile rubber (NBR), chloroprene rubber (CR), ethylene propylene rubber (EPR, EPDM), and butyl rubber (IIR). ), Chlorobutyl rubber (CIIR), acrylic rubber (ACM), silicone rubber (Q), fluoro rubber (FKM), butadiene rubber (BR), epoxidized butadiene rubber (EBR), epichlorohydrin rubber (CO, CEO), urethane rubber (U), elastomers such as polysulfide rubber (T); olefin (TPO), polyvinyl chloride (TPVC), polyester (TPEE), polyurethane (TPU), polyamide (TPEA), styrene (SBS) ), Etc., thermoplastic elastomer ; And it can be a mixture thereof.

(B)次に、カーボンナノファイバーについて説明する。   (B) Next, the carbon nanofiber will be described.

カーボンナノファイバーは、平均直径が0.5ないし500nmであることが好ましい。また、カーボンナノファイバーは、平均長さが0.01〜1000μmであることが好ましい。   The carbon nanofibers preferably have an average diameter of 0.5 to 500 nm. The carbon nanofibers preferably have an average length of 0.01 to 1000 μm.

カーボンナノファイバーの配合量は、特に限定されず、用途に応じて設定できる。炭素繊維複合材料を金属の複合材料の原料として用いるときは、炭素繊維複合材料に対してカーボンナノファイバーを0.01〜50重量%の割合で含むことができる。炭素繊維複合材料は、金属材料にカーボンナノファイバーを混合する際に、カーボンナノファイバーの供給源としてのいわゆるマスターバッチとして用いることができる。   The compounding quantity of carbon nanofiber is not specifically limited, It can set according to a use. When a carbon fiber composite material is used as a raw material for a metal composite material, carbon nanofibers can be included at a ratio of 0.01 to 50% by weight with respect to the carbon fiber composite material. The carbon fiber composite material can be used as a so-called master batch as a carbon nanofiber supply source when carbon nanofibers are mixed with a metal material.

カーボンナノファイバーとしては、例えば、いわゆるカーボンナノチューブなどが例示できる。カーボンナノチューブは、炭素六角網面のグラフェンシートが円筒状に閉じた単層構造あるいはこれらの円筒構造が入れ子状に配置された多層構造を有する。すなわち、カーボンナノチューブは、単層構造のみから構成されていても多層構造のみから構成されていても良く、単層構造と多層構造が混在していてもかまわない。また、部分的にカーボンナノチューブの構造を有する炭素材料も使用することができる。なお、カーボンナノチューブという名称の他にグラファイトフィブリルナノチューブといった名称で称されることもある。   Examples of carbon nanofibers include so-called carbon nanotubes. Carbon nanotubes have a single-layer structure in which graphene sheets with carbon hexagonal mesh surfaces are closed in a cylindrical shape, or a multilayer structure in which these cylindrical structures are arranged in a nested manner. That is, the carbon nanotube may be composed of only a single-layer structure or a multilayer structure, and the single-layer structure and the multilayer structure may be mixed. A carbon material partially having a carbon nanotube structure can also be used. In addition to the name “carbon nanotube”, it may be called “graphite fibril nanotube”.

単層カーボンナノチューブもしくは多層カーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザーアブレーション法、気相成長法などによって望ましいサイズに製造される。   Single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes are manufactured to a desired size by an arc discharge method, a laser ablation method, a vapor phase growth method, or the like.

アーク放電法は、大気圧よりもやや低い圧力のアルゴンや水素雰囲気下で、炭素棒でできた電極材料の間にアーク放電を行うことで、陰極に堆積した多層カーボンナノチューブを得る方法である。また、単層カーボンナノチューブは、前記炭素棒中にニッケル/コバルトなどの触媒を混ぜてアーク放電を行い、処理容器の内側面に付着するすすから得られる。   The arc discharge method is a method of obtaining multi-walled carbon nanotubes deposited on a cathode by performing an arc discharge between electrode materials made of carbon rods in an argon or hydrogen atmosphere at a pressure slightly lower than atmospheric pressure. In addition, the single-walled carbon nanotube is obtained by mixing the carbon rod with a catalyst such as nickel / cobalt to cause arc discharge and adhering to the inner surface of the processing vessel.

レーザーアブレーション法は、希ガス(例えばアルゴン)中で、ターゲットであるニッケル/コバルトなどの触媒を混ぜた炭素表面に、YAGレーザーの強いパルスレーザー光を照射することによって炭素表面を溶融・蒸発させて、単層カーボンナノチューブを得る方法である。   The laser ablation method melts and evaporates the carbon surface by irradiating a strong YAG laser pulsed laser beam on the carbon surface mixed with a target catalyst such as nickel / cobalt in a rare gas (eg argon). This is a method for obtaining single-walled carbon nanotubes.

気相成長法は、ベンゼンやトルエン等の炭化水素を気相で熱分解し、カーボンナノチューブを合成するもので、より具体的には、流動触媒法やゼオライト担持触媒法などが例示できる。   The vapor phase growth method is a method in which hydrocarbons such as benzene and toluene are thermally decomposed in the gas phase to synthesize carbon nanotubes. More specifically, a fluid catalyst method, a zeolite supported catalyst method, and the like can be exemplified.

カーボンナノファイバーは、エラストマーと混練される前に、あらかじめ表面処理、例えば、イオン注入処理、スパッタエッチング処理、プラズマ処理などを行うことによって、エラストマーとの接着性やぬれ性を改善することができる。   The carbon nanofibers can be improved in adhesion and wettability with the elastomer by performing surface treatment such as ion implantation treatment, sputter etching treatment, and plasma treatment in advance before being kneaded with the elastomer.

(C)次に、エラストマーにカーボンナノファイバーを剪断力によって分散させて炭素繊維複合材料を得る方法について説明する。   (C) Next, a method for obtaining a carbon fiber composite material by dispersing carbon nanofibers in an elastomer by a shearing force will be described.

エラストマーにカーボンナノファイバーを剪断力によって分散させて炭素繊維複合材料を得る方法として、ロール間隔が0.5mm以下のオープンロール法を用いた例について述べる。   As an example of a method for obtaining a carbon fiber composite material by dispersing carbon nanofibers in an elastomer by a shearing force, an example using an open roll method with a roll interval of 0.5 mm or less will be described.

図1は、2本のロールを用いたオープンロール法を模式的に示す図である。図1において、符号10は第1のロールを示し、符号20は第2のロールを示す。第1のロール10と第2のロール20とは、所定の間隔d、好ましくは0.5mm以下、より好ましくは0.1ないし0.3mmの間隔で配置されている。第1および第2のロールは、正転あるいは逆転で回転する。図示の例では、第1のロール10および第2のロール20は、矢印で示す方向に回転している。第1のロール10の表面速度をV1、第2のロール20の表面速度をV2とすると、両者の表面速度比(V1/V2)は、1.05ないし3.00であることが好ましい。このような表面速度比を用いることにより、所望の剪断力を得ることができる。この工程での剪断力は、エラストマーの種類およびカーボンナノファイバーの量などによって適宜設定される。   FIG. 1 is a diagram schematically showing an open roll method using two rolls. In FIG. 1, the code | symbol 10 shows a 1st roll and the code | symbol 20 shows a 2nd roll. The first roll 10 and the second roll 20 are arranged at a predetermined interval d, preferably 0.5 mm or less, more preferably 0.1 to 0.3 mm. The first and second rolls rotate in the normal direction or the reverse direction. In the illustrated example, the first roll 10 and the second roll 20 rotate in the direction indicated by the arrow. When the surface speed of the first roll 10 is V1, and the surface speed of the second roll 20 is V2, the surface speed ratio (V1 / V2) is preferably 1.05 to 3.00. By using such a surface velocity ratio, a desired shear force can be obtained. The shearing force in this step is appropriately set depending on the type of elastomer and the amount of carbon nanofibers.

また、この工程では、できるだけ高い剪断力を得るために、エラストマーとカーボンナノファイバーとの混合は、好ましくは0ないし50℃、より好ましくは5ないし30℃の温度で行われる。オープンロール法を用いた場合には、ロールの温度を上記の温度に設定することが望ましい。   In this step, in order to obtain as high a shearing force as possible, the elastomer and the carbon nanofiber are mixed preferably at a temperature of 0 to 50 ° C., more preferably 5 to 30 ° C. When the open roll method is used, it is desirable to set the temperature of the roll to the above temperature.

第1,第2のロール10,20が回転した状態で、第2のロール20に、エラストマー30を巻き付けると、ロール10,20間にエラストマーがたまった、いわゆるバンク32が形成される。このバンク32内にカーボンナノファイバー40を加えて、さらに第1,第2のロール10,20を回転させることにより、エラストマー30とカーボンナノファイバー40との混合が行われる。ついで、第1,第2ロール10,20の間隔をさらに狭めて前述した間隔dとし、この状態で第1,第2ロール10,20を所定の表面速度比で回転させる。これにより、エラストマー30に高い剪断力が作用し、この剪断力によって凝集していたカーボンナノファイバーが1本づつ引き抜かれるように相互に分離し、エラストマー30に分散される。   When the elastomer 30 is wound around the second roll 20 in a state where the first and second rolls 10 and 20 are rotated, a so-called bank 32 in which the elastomer is accumulated between the rolls 10 and 20 is formed. The carbon nanofibers 40 are added to the bank 32, and the first and second rolls 10 and 20 are further rotated to mix the elastomer 30 and the carbon nanofibers 40. Next, the distance between the first and second rolls 10 and 20 is further reduced to the distance d described above, and the first and second rolls 10 and 20 are rotated at a predetermined surface speed ratio in this state. Thereby, a high shearing force acts on the elastomer 30, and the carbon nanofibers aggregated by the shearing force are separated from each other so as to be pulled out one by one and dispersed in the elastomer 30.

このとき、エラストマーは、上述した特徴、すなわち、エラストマーの分子形態(分子長)、分子運動、カーボンナノファイバーとの化学的相互作用などの特徴を有することによってカーボンナノファイバーの分散を容易にするので、分散性および分散安定性(カーボンナノファイバーが再凝集しにくいこと)に優れた炭素繊維複合材料を得ることができる。より具体的には、エラストマーとカーボンナノファイバーとを混合すると、分子長が適度に長く、かつ分子運動性の高いエラストマーがカーボンナノファイバーの相互に侵入し、さらに、エラストマーの特定の部分が化学的相互作用によってカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合する。この状態で、エラストマーとカーボンナノファイバーとの混合物に強い剪断力が作用すると、エラストマーの移動に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、凝集していたカーボンナノファイバーが分離されて、エラストマー中に分散されることになる。そして、一旦分散したカーボンナノファイバーは、エラストマーとの化学的相互作用によって再凝集することが防止され、良好な分散安定性を有することができる。   At this time, since the elastomer has the above-described characteristics, that is, the molecular morphology (molecular length) of the elastomer, molecular motion, and chemical interaction with the carbon nanofiber, it facilitates the dispersion of the carbon nanofiber. Thus, it is possible to obtain a carbon fiber composite material excellent in dispersibility and dispersion stability (the carbon nanofibers are difficult to reaggregate). More specifically, when an elastomer and carbon nanofibers are mixed, an elastomer with a moderately long molecular length and high molecular mobility penetrates into the carbon nanofibers, and a specific part of the elastomer is chemically It binds to the highly active part of the carbon nanofiber by interaction. In this state, if a strong shearing force acts on the mixture of the elastomer and carbon nanofibers, the carbon nanofibers move as the elastomer moves, and the aggregated carbon nanofibers are separated and dispersed in the elastomer. Will be. The carbon nanofibers once dispersed are prevented from reaggregating due to chemical interaction with the elastomer, and can have good dispersion stability.

エラストマーにカーボンナノファイバーを剪断力によって分散させる方法は、上記オープンロール法に限定されず、密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。要するに、この工程では、凝集したカーボンナノファイバーを分離できる剪断力をエラストマーに与えることができればよい。   The method for dispersing carbon nanofibers in the elastomer by a shearing force is not limited to the above open roll method, and a closed kneading method or a multiaxial extrusion kneading method can also be used. In short, in this step, it is sufficient that a shearing force capable of separating the aggregated carbon nanofibers can be given to the elastomer.

上述したエラストマーにカーボンナノファイバーを分散させて両者を混合させる工程(混合・分散工程)の後は、公知の方法によって、押出工程、成形工程、架橋工程などを行うことができる。   After the step of dispersing the carbon nanofibers in the elastomer and mixing them (mixing / dispersing step), an extrusion step, a molding step, a crosslinking step, and the like can be performed by a known method.

エラストマーとカーボンナノファイバーとの混合・分散工程において、あるいはこの混合・分散工程に続いて、通常、ゴムなどのエラストマーの加工で用いられる配合剤を加えることができる。配合剤としては公知のものを用いることができる。配合剤としては、例えば、架橋剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤、可塑剤、硬化剤、補強剤、充填剤、老化防止剤、着色剤などを挙げることができる。   In the mixing / dispersing step of the elastomer and the carbon nanofiber, or following the mixing / dispersing step, a compounding agent usually used in processing of the elastomer such as rubber can be added. A well-known thing can be used as a compounding agent. Examples of the compounding agent include a crosslinking agent, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization retarder, a softening agent, a plasticizer, a curing agent, a reinforcing agent, a filler, an antiaging agent, and a coloring agent. it can.

(D)次に、上記方法によって得られた炭素繊維複合材料について述べる。   (D) Next, the carbon fiber composite material obtained by the above method will be described.

炭素繊維複合材料は、基材であるエラストマーにカーボンナノファイバーが均一に分散されている。このことは、エラストマーがカーボンナノファイバーによって拘束されている状態であるともいえる。この状態では、カーボンナノファイバーによって拘束を受けたエラストマー分子の運動性は、カーボンナノファイバーの拘束を受けない場合に比べて小さくなる。そのため、炭素繊維複合材料の第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)及びスピン−格子緩和時間(T1)は、カーボンナノファイバーを含まないエラストマー単体の場合より短くなる。なお、架橋体におけるスピン−格子緩和時間(T1)は、カーボンナノファイバーの混合量に比例して変化する。   In the carbon fiber composite material, carbon nanofibers are uniformly dispersed in an elastomer as a base material. This can be said to be a state where the elastomer is restrained by the carbon nanofibers. In this state, the mobility of the elastomer molecules constrained by the carbon nanofibers is smaller than that when not constrained by the carbon nanofibers. Therefore, the first spin-spin relaxation time (T2n), the second spin-spin relaxation time (T2nn), and the spin-lattice relaxation time (T1) of the carbon fiber composite material are the same as those of the elastomer alone that does not include carbon nanofibers. Shorter than the case. Note that the spin-lattice relaxation time (T1) in the crosslinked body changes in proportion to the amount of carbon nanofibers mixed.

また、エラストマー分子がカーボンナノファイバーによって拘束された状態では、以下の理由によって、非ネットワーク成分(非網目鎖成分)は減少すると考えられる。すなわち、カーボンナノファイバーによってエラストマーの分子運動性が全体的に低下すると、非ネットワーク成分は容易に運動できなくなる部分が増えて、ネットワーク成分と同等の挙動をしやすくなること、また、非ネットワーク成分(末端鎖)は動きやすいため、カーボンナノファイバーの活性点に吸着されやすくなること、などの理由によって、非ネットワーク成分は減少すると考えられる。そのため、第2のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率(fnn)は、カーボンナノファイバーを含まないエラストマー単体の場合より小さくなる。   In addition, in the state where the elastomer molecules are constrained by the carbon nanofibers, it is considered that the non-network component (non-network chain component) decreases for the following reason. In other words, when the molecular mobility of the elastomer decreases as a whole due to carbon nanofibers, the non-network component becomes more difficult to move, making it easier to behave like the network component, and the non-network component ( It is considered that the non-network component is reduced due to the fact that the terminal chain is easy to move and is easily adsorbed to the active site of the carbon nanofiber. Therefore, the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time is smaller than that in the case of an elastomer alone that does not include carbon nanofibers.

以上のことから、炭素繊維複合材料は、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって得られる測定値が以下の範囲にあることが望ましい。   From the above, it is desirable for the carbon fiber composite material to have a measured value obtained by the Hahn echo method using pulsed NMR in the following range.

すなわち、未架橋体において、150℃で測定した、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は100ないし3000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)は1000ないし10000μ秒であり、さらに第2のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率(fnn)は0.2未満であることが好ましい。   That is, in the uncrosslinked product, the first spin-spin relaxation time (T2n) measured at 150 ° C. is 100 to 3000 μsec, and the second spin-spin relaxation time (T2nn) is 1000 to 10,000 μsec. Furthermore, the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time is preferably less than 0.2.

また、架橋体において、150℃で測定した、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は100ないし2000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)は存在しないかあるいは1000ないし5000μ秒であり、前記第2のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率(fnn)は0.2未満であることが好ましい。   In the crosslinked product, the first spin-spin relaxation time (T2n) measured at 150 ° C. is 100 to 2000 μs, and the second spin-spin relaxation time (T2nn) does not exist or is 1000 to 5000 μs. Second, and the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time is preferably less than 0.2.

パルス法NMRを用いたハーンエコー法により測定されたスピン−格子緩和時間(T1)は、スピン−スピン緩和時間(T2)とともに物質の分子運動性を表す尺度である。具体的には、エラストマーのスピン−格子緩和時間が短いほど分子運動性が低く、エラストマーは固いといえ、そしてスピン−格子緩和時間が長いほど分子運動性が高く、エラストマーは柔らかいといえる。   The spin-lattice relaxation time (T1) measured by the Hahn-echo method using pulsed NMR is a measure representing the molecular mobility of a substance together with the spin-spin relaxation time (T2). Specifically, the shorter the spin-lattice relaxation time of the elastomer, the lower the molecular mobility and the harder the elastomer, and the longer the spin-lattice relaxation time, the higher the molecular mobility and the softer the elastomer.

炭素繊維複合材料は、動的粘弾性の温度依存性測定における流動温度が、原料エラストマー単体の流動温度より20℃以上高温であることが好ましい。炭素繊維複合材料は、エラストマーにカーボンナノファイバーが良好に分散されている。このことは、上述したように、エラストマーがカーボンナノファイバーによって拘束されている状態であるともいえる。この状態では、エラストマーは、カーボンナノファイバーを含まない場合に比べて、その分子運動が小さくなり、その結果、流動性が低下する。このような流動温度特性を有することにより、炭素繊維複合材料は、動的粘弾性の温度依存性が小さくなり、その結果、優れた耐熱性を有する。   In the carbon fiber composite material, the flow temperature in the temperature dependence measurement of dynamic viscoelasticity is preferably 20 ° C. or more higher than the flow temperature of the raw material elastomer alone. In the carbon fiber composite material, carbon nanofibers are well dispersed in the elastomer. This can be said to be a state where the elastomer is restrained by the carbon nanofibers as described above. In this state, the elastomer has a smaller molecular motion than the case where it does not contain carbon nanofibers, resulting in a decrease in fluidity. By having such flow temperature characteristics, the carbon fiber composite material has a low temperature dependency of dynamic viscoelasticity, and as a result, has excellent heat resistance.

カーボンナノファイバーは、通常、相互に絡み合って媒体に分散しにくい性質を有する。しかし、本実施の形態では、炭素繊維複合材料を金属複合材料の原料として用いると、カーボンナノファイバーがエラストマーに既に分散した状態で存在するので、この炭素繊維複合材料と金属材料とを混合することでカーボンナノファイバーを金属材料に容易に分散することができる。   Carbon nanofibers usually have the property of being entangled with each other and difficult to disperse in a medium. However, in the present embodiment, when the carbon fiber composite material is used as a raw material for the metal composite material, the carbon nanofibers are already dispersed in the elastomer, so that the carbon fiber composite material and the metal material are mixed. The carbon nanofibers can be easily dispersed in the metal material.

以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

(1)炭素繊維複合材料のサンプルの作製(実験例1〜6,比較実験例1〜3)
まず、実施例に用いられる炭素繊維複合材料のサンプルを得た。具体的には、表1に示す高分子物質に所定量のカーボンナノファイバーをオープンロール法によって混練してサンプルを得た。サンプルは、以下の方法によって未架橋サンプルと架橋サンプルとを作製した。
(1) Preparation of carbon fiber composite material samples (Experimental Examples 1-6, Comparative Experimental Examples 1-3)
First, the sample of the carbon fiber composite material used for an Example was obtained. Specifically, a sample was obtained by kneading a predetermined amount of carbon nanofibers with the polymer material shown in Table 1 by the open roll method. As the sample, an uncrosslinked sample and a crosslinked sample were prepared by the following method.

(a)未架橋サンプルの作製
1)6インチオープンロール(ロール温度10〜20℃)に、表1に示す所定量(100g)の高分子物質(100重量部(phr))を投入して、ロールに巻き付かせた。
(A) Preparation of uncrosslinked sample 1) A 6-inch open roll (roll temperature: 10 to 20 ° C.) was charged with a predetermined amount (100 g) of a polymer substance (100 parts by weight (phr)) shown in Table 1, It was wound around a roll.

2)高分子物質に対して表1に示す量(重量部)のカーボンナノファイバー(表1では「CNT」と記載する)を高分子物質に投入した。このとき、ロール間隙を1.5mmとした。   2) Carbon nanofibers (described as “CNT” in Table 1) in an amount (parts by weight) shown in Table 1 with respect to the polymer material were added to the polymer material. At this time, the roll gap was set to 1.5 mm.

3)カーボンナノファイバーを投入し終わったら、高分子物質とカーボンナノファイバーとの混合物をロールから取り出した。   3) When the carbon nanofibers were added, the mixture of the polymer substance and the carbon nanofibers was taken out from the roll.

4)ロール間隙を1.5mmから0.3mmと狭くして、混合物を投入して薄通しをした。このとき、2本のロールの表面速度比を1.1とした。薄通しは繰り返し10回行った。   4) The roll gap was narrowed from 1.5 mm to 0.3 mm, and the mixture was introduced to make it thin. At this time, the surface speed ratio of the two rolls was set to 1.1. Thinning was repeated 10 times.

5)ロールを所定の間隙(1.1mm)にセットして、薄通しした混合物を投入し、分出しした。   5) The roll was set to a predetermined gap (1.1 mm), and the thinned mixture was charged and dispensed.

このようにして、実験例1〜6および比較実験例2,3の未架橋サンプルを得た。   In this way, uncrosslinked samples of Experimental Examples 1 to 6 and Comparative Experimental Examples 2 and 3 were obtained.

比較実験例1の高分子可塑剤としては、液状のフタル酸2−ジエチルヘキシル(分子量:391)を用いた。比較実験例2としては、熱可塑性樹脂であるエチルセルロースを用いた。さらに、比較実験例3として、カーボンナノファイバーを含まない高分子物質(EPDM)の未架橋サンプルを、上記工程1)から5)においてカーボンナノファイバーを混合しない他は同様にして得た。   As the polymer plasticizer of Comparative Experimental Example 1, liquid 2-diethylhexyl phthalate (molecular weight: 391) was used. As Comparative Experimental Example 2, ethyl cellulose which is a thermoplastic resin was used. Further, as Comparative Experimental Example 3, an uncrosslinked sample of a polymer material (EPDM) containing no carbon nanofibers was obtained in the same manner except that carbon nanofibers were not mixed in the above steps 1) to 5).

(b)架橋サンプルの作製
1)〜4)は未架橋サンプルと同様に行った。
(B) Production of crosslinked sample 1) to 4) were performed in the same manner as the uncrosslinked sample.

5)ロールを所定の間隙(1.1mm)にセットして、薄通しした混合物を投入し、さらに所定量の架橋剤(2重量部)を混合物に投入した。その後、この混合物を分出しした。   5) A roll was set at a predetermined gap (1.1 mm), a thinned mixture was charged, and a predetermined amount of a crosslinking agent (2 parts by weight) was further charged. The mixture was then dispensed.

6)金型サイズに切り取ったサンプルを金型にセットし、175℃、100kgf/cmにて、20分間プレス架橋を行った。 6) A sample cut into a mold size was set in a mold and subjected to press crosslinking at 175 ° C. and 100 kgf / cm 2 for 20 minutes.

このようにして、実験例1〜5および比較実験例3の架橋サンプルを得た。なお、実験例6では原料エラストマーとしてSBS(スチレン−ブタジエン−スチレン熱可塑性エラストマー)を用いており、架橋を行っていない。比較実験例1では、液状の高分子物質を用いており、架橋を行っていない。また、比較実験例2では、熱可塑性樹脂を用いており、やはり架橋を行っていない。   In this way, crosslinked samples of Experimental Examples 1 to 5 and Comparative Experimental Example 3 were obtained. In Experimental Example 6, SBS (styrene-butadiene-styrene thermoplastic elastomer) is used as the raw material elastomer, and no crosslinking is performed. In Comparative Experimental Example 1, a liquid polymer material is used and crosslinking is not performed. In Comparative Experimental Example 2, a thermoplastic resin is used, and no crosslinking is performed.

(2)パルス法NMRを用いた測定
各未架橋サンプルおよび架橋サンプルについて、パルス法NMRを用いてハーンエコー法による測定を行った。この測定は、日本電子(株)製「JMN−MU25」を用いて行った。測定は、観測核がH、共鳴周波数が25MHz、90゜パルス幅が2μsecの条件で行い、ハーンエコー法のパルスシーケンス(90゜x−Pi−180゜x)にて、Piをいろいろ変えて減衰曲線を測定した。また、サンプルは、磁場の適正範囲までサンプル管に挿入して測定した。測定温度は150℃であった。この測定によって、原料エラストマー単体および複合材料の未架橋サンプル,架橋サンプルについて、第1および第2のスピン−スピン緩和時間(T2n,T2nn)と第2のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率(fnn)とを求めた。測定結果を表1に示す。また、測定温度が30℃の場合における未架橋サンプルの第1および第2のスピン−スピン緩和時間(T2n,T2nn)を測定し、この結果も表1に併せて記載した。複合材料の架橋サンプルについては、カーボンナノファイバー1体積%あたりに換算したスピン−格子緩和時間変化量(ΔT1)を求めた。測定結果を表1に示した。
(2) Measurement Using Pulse Method NMR Each uncrosslinked sample and crosslinked sample were measured by the Hahn echo method using pulse method NMR. This measurement was performed using “JMN-MU25” manufactured by JEOL Ltd. The measurement was performed under the conditions of the observation nucleus of 1 H, the resonance frequency of 25 MHz, and the 90 ° pulse width of 2 μsec. The Pi was changed in various ways using the pulse sequence of the Hahn-echo method (90 ° x-Pi-180 ° x). The decay curve was measured. Further, the sample was measured by inserting it into a sample tube up to an appropriate range of the magnetic field. The measurement temperature was 150 ° C. By this measurement, the component content of the component having the first and second spin-spin relaxation times (T2n, T2nn) and the second spin-spin relaxation time for the uncrosslinked sample and the crosslinked sample of the raw material elastomer alone and the composite material. The rate (fnn) was determined. The measurement results are shown in Table 1. Further, the first and second spin-spin relaxation times (T2n, T2nn) of the uncrosslinked sample at the measurement temperature of 30 ° C. were measured, and the results are also shown in Table 1. For the crosslinked sample of the composite material, the amount of change in spin-lattice relaxation time (ΔT1) converted per 1% by volume of carbon nanofibers was determined. The measurement results are shown in Table 1.

(3)E’(動的貯蔵弾性率)、TB(引張強度)およびEB(切断伸び)の測定
複合材料の架橋サンプルについて、E’、TBおよびEBをJIS K 6521−1993によって測定した。これらの結果を表1に示す。なお、比較実験例1は液体であるので、これらの特性を測定することができなかった。比較実験例2は非架橋体であり、表1ではこれらの数値に*印を付した。
(3) Measurement of E ′ (dynamic storage modulus), TB (tensile strength) and EB (cut elongation) E ′, TB and EB were measured according to JIS K 6521-1993 for the crosslinked sample of the composite material. These results are shown in Table 1. Since Comparative Experimental Example 1 was a liquid, these characteristics could not be measured. Comparative Experimental Example 2 is a non-crosslinked product, and in Table 1, these numerical values are marked with *.

(4)流動温度の測定
原料エラストマー単体および複合材料の未架橋サンプルについて、動的粘弾性測定(JIS K 6394)によって流動温度を測定した。具体的には、流動温度は、幅5mm、長さ40mm、厚み1mmのサンプルに正弦振動(±0.1%以下)を与え、これによって発生する応力と位相差δを測定して求めた。このとき、温度は、−70℃から2℃/分の昇温速度で150℃まで変化させた。その結果を表1に示す。なお、表1において、150℃までサンプルの流動現象がみられない場合を「150℃以上」と記載した。
(4) Measurement of flow temperature About the raw material elastomer simple substance and the uncrosslinked sample of a composite material, the flow temperature was measured by the dynamic viscoelasticity measurement (JIS K 6394). Specifically, the flow temperature was determined by applying a sine vibration (± 0.1% or less) to a sample having a width of 5 mm, a length of 40 mm, and a thickness of 1 mm, and measuring the stress and phase difference δ generated thereby. At this time, the temperature was changed from −70 ° C. to 150 ° C. at a rate of temperature increase of 2 ° C./min. The results are shown in Table 1. In Table 1, the case where no sample flow phenomenon was observed up to 150 ° C. was described as “150 ° C. or higher”.

表1から、本発明の実験例1〜6によれば、以下のことが確認された。すなわち、カーボンナノファイバーを含む複合材料(未架橋サンプルおよび架橋サンプル)における150℃でのスピン−スピン緩和時間(T2nおよびT2nn/150℃)は、カーボンナノファイバーを含まない原料エラストマー単体の場合に比べて短い。また、カーボンナノファイバーを含む複合材料(未架橋サンプルおよび架橋サンプル)における成分分率(fnn/150℃)は、カーボンナノファイバーを含まないエラストマー単体の場合に比べて小さい。またさらに、カーボンナノファイバーを含む架橋サンプルにおけるスピン−格子緩和時間(T1)は、カーボンナノファイバーを含まない原料エラストマーの場合に比べて変化量(ΔT1)だけ低い。これらのことから、実験例にかかる炭素繊維複合材料では、カーボンナノファイバーが良く分散されていることがわかる。   From Table 1, according to Experimental Examples 1 to 6 of the present invention, the following was confirmed. That is, the spin-spin relaxation time (T2n and T2nn / 150 ° C.) at 150 ° C. in the composite materials containing carbon nanofibers (uncrosslinked sample and crosslinked sample) is compared with that of the raw material elastomer alone not containing carbon nanofibers. Short. In addition, the component fraction (fnn / 150 ° C.) in the composite material containing carbon nanofibers (uncrosslinked sample and crosslinked sample) is smaller than that of an elastomer alone not containing carbon nanofibers. Furthermore, the spin-lattice relaxation time (T1) in the crosslinked sample containing carbon nanofibers is lower by a change amount (ΔT1) than in the case of the raw material elastomer not containing carbon nanofibers. From these, it can be seen that the carbon nanofibers are well dispersed in the carbon fiber composite material according to the experimental example.

このことは、実験例1,2と比較実験例3とを比較することによりよくわかる。すなわち、カーボンナノファイバーを含まない比較実験例3では、未架橋サンプルのスピン−スピン緩和時間(T2nおよびT2nn/150℃)は原料エラストマー単体の場合に比べてあまり差がない。これに対し、本発明の実験例1,2では、未架橋サンプルのスピン−スピン緩和時間(T2nおよびT2nn/150℃)は原料エラストマー単体の場合に比べてかなり短くなっている。そして、カーボンナノファイバーの含有割合が大きい実験例2では、未架橋サンプルのスピン−スピン緩和時間(T2nn/150℃)は検出されなかった。このようなことから、未架橋サンプルにおいて、実験例1,2は、T2nおよびT2nnの点で比較実験例3とは著しく異なることが確認された。また、成分分率(fnn/150℃)についても同様のことが確認された。   This can be clearly understood by comparing Experimental Examples 1 and 2 with Comparative Experimental Example 3. That is, in Comparative Experimental Example 3 that does not include carbon nanofibers, the spin-spin relaxation time (T2n and T2nn / 150 ° C.) of the uncrosslinked sample is not much different from that of the raw material elastomer alone. On the other hand, in Experimental Examples 1 and 2 of the present invention, the spin-spin relaxation time (T2n and T2nn / 150 ° C.) of the uncrosslinked sample is considerably shorter than that of the raw material elastomer alone. And in Experimental example 2 with a large carbon nanofiber content, the spin-spin relaxation time (T2nn / 150 ° C.) of the uncrosslinked sample was not detected. Thus, it was confirmed that in the uncrosslinked sample, Experimental Examples 1 and 2 were significantly different from Comparative Experimental Example 3 in terms of T2n and T2nn. The same was confirmed for the component fraction (fnn / 150 ° C.).

架橋サンプルについては、原料エラストマー単体に比べてスピン−スピン緩和時間(T2nおよびT2nn/150℃)はいずれも短くなっていることが確認された。特に、カーボンナノファイバーの含有割合が大きい実験例2では、架橋サンプルのスピン−スピン緩和時間(T2nn/150℃)は検出されなかった。このようなことから、架橋サンプルにおいても、実験例1,2は、T2nおよびT2nnの点で比較実験例3とは著しく異なることが確認された。また、成分分率(fnn/150℃)についても同様のことが確認された。また、カーボンナノファイバー1体積%あたりに換算したスピン−格子緩和時間変化量(ΔT1)は、いずれも大きな値を示し、分子運動性は、原料エラストマー単体に比べて低くなっていることが確認された。   For the crosslinked sample, it was confirmed that the spin-spin relaxation time (T2n and T2nn / 150 ° C.) was shorter than that of the raw material elastomer alone. In particular, in Experimental Example 2 in which the content of carbon nanofibers was large, the spin-spin relaxation time (T2nn / 150 ° C.) of the crosslinked sample was not detected. From this, it was confirmed that in the crosslinked sample, Experimental Examples 1 and 2 were significantly different from Comparative Experimental Example 3 in terms of T2n and T2nn. The same was confirmed for the component fraction (fnn / 150 ° C.). Further, the amount of change in spin-lattice relaxation time (ΔT1) converted per 1% by volume of carbon nanofibers showed a large value, and it was confirmed that the molecular mobility was lower than that of the raw material elastomer alone. It was.

また、架橋サンプルを用いたE’、TBおよびEBの結果から、カーボンナノファイバーを含むことにより、本発明の実験例によれば、切断伸びを維持しながら動的貯蔵弾性率および引張強度が向上し、カーボンナノファイバーにより著しい補強効果が得られることが確認された。このことは、実験例1,2とカーボンナノファイバーを含まない比較実験例3とを比較することによりよくわかる。特に、カーボンナノファイバーの割合が大きい実験例2では、動的貯蔵弾性率および引張強度が著しく向上していることがわかる。   Also, from the results of E ′, TB and EB using the crosslinked sample, by including carbon nanofibers, the dynamic storage elastic modulus and tensile strength are improved while maintaining the cut elongation according to the experimental example of the present invention. In addition, it was confirmed that the carbon nanofibers can provide a significant reinforcing effect. This can be clearly understood by comparing Experimental Examples 1 and 2 with Comparative Experimental Example 3 that does not include carbon nanofibers. In particular, in Experimental Example 2 where the proportion of carbon nanofibers is large, it can be seen that the dynamic storage elastic modulus and tensile strength are remarkably improved.

さらに、カーボンナノファイバーを含む複合材料(未架橋サンプル)における流動温度は、カーボンナノファイバーを含まないエラストマー単体の場合に比べて20℃以上高いことから、動的粘弾性の温度依存性が小さく、優れた耐熱性を有することがわかる。   Furthermore, since the flow temperature in the composite material containing carbon nanofibers (uncrosslinked sample) is 20 ° C. or higher compared to the case of an elastomer alone not containing carbon nanofibers, the temperature dependence of dynamic viscoelasticity is small, It turns out that it has the outstanding heat resistance.

比較実験例1では、エラストマーの分子量が小さすぎることから、カーボンナノファイバーを分散させることができなかった。なお、比較実験例1では、スピン−スピン緩和時間ならびに、特性E’、TBおよびEBを測定できなかった。   In Comparative Experimental Example 1, the carbon nanofibers could not be dispersed because the molecular weight of the elastomer was too small. In Comparative Experimental Example 1, the spin-spin relaxation time and the characteristics E ′, TB, and EB could not be measured.

比較実験例2では、原料エラストマーの30℃における第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)が小さすぎることから、カーボンナノファイバーを充分に分散させることができないことが確認された。また、150℃におけるスピン−スピン緩和時間(T2nn)が大きすぎることから、分子運動性が高すぎてサンプルに剪断力をかけることができず、やはりカーボンナノファイバーを分散させることが困難であることが確認された。   In Comparative Experimental Example 2, since the first spin-spin relaxation time (T2n) at 30 ° C. of the raw material elastomer was too small, it was confirmed that the carbon nanofibers could not be sufficiently dispersed. Also, since the spin-spin relaxation time (T2nn) at 150 ° C. is too large, the molecular mobility is too high to apply a shearing force to the sample, and it is also difficult to disperse the carbon nanofibers. Was confirmed.

また、比較実験例3では、カーボンナノファイバーを含まないので補強効果は認められなかった。   In Comparative Experimental Example 3, since no carbon nanofibers were included, no reinforcing effect was observed.

さらに、実験例4において得られた、複合材料の架橋サンプルについてSEM(Scanning Electron Microscopy)による映像を求めた。このSEM像を図2に示す。この場合の撮影条件は、加速電圧が3.0kVで、倍率が10.0kであった。図2から、NBRからなるエラストマー基材中にカーボンナノファイバーが互いに絡み合うことなく、均一に分散されていることが確認された。図2において、白っぽいライン状の部分がカーボンナノファイバーである。   Furthermore, the image by SEM (Scanning Electron Microscopy) was calculated | required about the crosslinked sample of the composite material obtained in Experimental example 4. FIG. This SEM image is shown in FIG. The photographing conditions in this case were an acceleration voltage of 3.0 kV and a magnification of 10.0 k. From FIG. 2, it was confirmed that the carbon nanofibers were uniformly dispersed in the elastomer base material made of NBR without being entangled with each other. In FIG. 2, the whitish line-shaped part is a carbon nanofiber.

参考のために、混合前の原料カーボンナノファイバーのSEM像を図3に示す。SEMの撮影条件は、加速電圧が3.0kVで、倍率が10.0kであった。図3のSEM像から、原料カーボンナノファイバーは相互に絡み合っていることがわかる。   For reference, an SEM image of raw material carbon nanofibers before mixing is shown in FIG. The SEM imaging conditions were an acceleration voltage of 3.0 kV and a magnification of 10.0 k. From the SEM image of FIG. 3, it can be seen that the raw carbon nanofibers are entangled with each other.

以上のことから、本実験例によれば、一般に基材への分散が非常に難しいカーボンナノファイバーが良好な繊維状態を維持しながらエラストマーに均一に分散されることが明かとなった。   From the above, according to this experimental example, it became clear that carbon nanofibers which are generally very difficult to disperse into the base material are uniformly dispersed in the elastomer while maintaining a good fiber state.

(5)炭素繊維複合金属材料の製造(実施例1)
上記実験例で得られた炭素繊維複合材料を用いて、以下の方法によって実施例にかかる炭素繊維複合金属材料を得た。
(5) Production of carbon fiber composite metal material (Example 1)
Using the carbon fiber composite material obtained in the above experimental example, the carbon fiber composite metal material according to the example was obtained by the following method.

窒素雰囲気において、700℃で溶解したアルミニウムを強く撹拌しながら徐々に温度を500℃〜550℃に下げた。このとき、アルミニウムの流体はチクソトロピーを示した。このアルミニウム流体に、上記(1)の実験例4で得られた炭素繊維複合材料を添加してアルミニウム流体を攪拌した。さらに、このアルミニウム流体を鋳型に流し込み、冷却して炭素繊維複合金属材料を作成した。この炭素繊維複合金属材料の断面を電子顕微鏡で調べたところ、カーボンナノファイバーが分散していることが確認された。   In a nitrogen atmosphere, the temperature was gradually lowered to 500 ° C. to 550 ° C. while vigorously stirring aluminum dissolved at 700 ° C. At this time, the aluminum fluid exhibited thixotropy. To this aluminum fluid, the carbon fiber composite material obtained in Experimental Example 4 of (1) above was added, and the aluminum fluid was stirred. Furthermore, this aluminum fluid was poured into a mold and cooled to prepare a carbon fiber composite metal material. When the cross section of this carbon fiber composite metal material was examined with an electron microscope, it was confirmed that the carbon nanofibers were dispersed.

本実施の形態で用いたオープンロール法によるエラストマーとカーボンナノファイバーとの混練法を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the kneading | mixing method of the elastomer and carbon nanofiber by the open roll method used in this Embodiment. 実験例で得られた炭素繊維複合材料のSEM像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image of the carbon fiber composite material obtained by the experiment example. 原料カーボンナノファイバーのSEM像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image of raw material carbon nanofiber.

符号の説明Explanation of symbols

10 第1のロール
20 第2のロール
30 エラストマー
40 カーボンナノファイバー
10 first roll 20 second roll 30 elastomer 40 carbon nanofiber

Claims (18)

炭素繊維複合材料と流体状態の金属材料とを混合する工程(a)と、
前記工程(a)の後に、該工程(a)で得られた混合物を冷却して固化する工程(b)と、を含み、
前記炭素繊維複合材料は、エラストマーと、該エラストマーに分散されたカーボンナノファイバーとを含む、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
A step (a) of mixing a carbon fiber composite material and a metal material in a fluid state;
After the step (a), the step (b) of cooling and solidifying the mixture obtained in the step (a),
The said carbon fiber composite material is a manufacturing method of a carbon fiber composite metal material containing an elastomer and the carbon nanofiber disperse | distributed to this elastomer.
請求項1において、
前記工程(a)において、
前記金属材料はチクソトロピー流体である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In claim 1,
In the step (a),
The method for producing a carbon fiber composite metal material, wherein the metal material is a thixotropic fluid.
請求項1において、
前記工程(a)において、
前記金属材料は溶融状態である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In claim 1,
In the step (a),
The method for producing a carbon fiber composite metal material, wherein the metal material is in a molten state.
請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記工程(b)の前に、前記エラストマーが除去される工程を含む、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In any of claims 1 to 3,
The manufacturing method of a carbon fiber composite metal material including the process by which the said elastomer is removed before the said process (b).
請求項1ないし4のいずれかにおいて、
前記工程(a)および工程(b)は、鋳造法によって行われる、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In any of claims 1 to 4,
The said process (a) and process (b) are the manufacturing methods of a carbon fiber composite metal material performed by the casting method.
請求項1ないし5のいずれかにおいて、
前記金属材料は、アルミニウム、マグネシウム、およびこれらの少なくとも一方を含む合金から選択される1種である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In any of claims 1 to 5,
The method for producing a carbon fiber composite metal material, wherein the metal material is one selected from aluminum, magnesium, and an alloy containing at least one of them.
請求項1ないし6のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、前記カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有する、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
The method for producing a carbon fiber composite metal material, wherein the elastomer has an unsaturated bond or group having an affinity for the carbon nanofiber.
請求項1ないし7のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、分子量が5000ないし500万である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
The method for producing a carbon fiber composite metal material, wherein the elastomer has a molecular weight of 5,000 to 5,000,000.
請求項1ないし8のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、主鎖、側鎖および末端鎖の少なくともひとつに、二重結合、三重結合、α水素、カルボニル基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、ニトリル基、ケトン基、アミド基、エポキシ基、エステル基、ビニル基、ハロゲン基、ウレタン基、ビューレット基、アロファネート基および尿素基などの官能基から選択される少なくともひとつを有する、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In any of claims 1 to 8,
The elastomer has at least one of a main chain, a side chain and a terminal chain, a double bond, a triple bond, an α hydrogen, a carbonyl group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, a nitrile group, a ketone group, an amide group, an epoxy group, A method for producing a carbon fiber composite metal material having at least one selected from functional groups such as ester groups, vinyl groups, halogen groups, urethane groups, burette groups, allophanate groups, and urea groups.
請求項1ないし9のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって30℃で測定した、未架橋体における、ネットワーク成分のスピン−スピン緩和時間(T2n)が100ないし3000μ秒である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In any one of Claim 1 thru | or 9,
The elastomer is a carbon fiber composite metal material having a spin-spin relaxation time (T2n) of a network component of 100 to 3000 μsec in an uncrosslinked body measured at 30 ° C. by a Hahn echo method using pulse NMR. Production method.
請求項1ないし9のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって30℃で測定した、架橋体における、ネットワーク成分のスピン−スピン緩和時間(T2n)が100ないし2000μ秒である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In any one of Claim 1 thru | or 9,
The elastomer is a carbon fiber composite metal material having a network component spin-spin relaxation time (T2n) of 100 to 2000 μs measured in a crosslinked product at 30 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR. Method.
請求項1ないし11のいずれかにおいて、
前記炭素繊維複合材料は、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃で測定した、未架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は100ないし3000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)は存在しないかあるいは1000ないし10000μ秒であり、前記第2のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率(fnn)は0.2未満である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 11,
The carbon fiber composite material has a first spin-spin relaxation time (T2n) of 100 to 3000 μsec in an uncrosslinked body, measured at 150 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR, The spin-spin relaxation time (T2nn) does not exist or is 1000 to 10000 μsec, and the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time is less than 0.2. A method for producing a metal material.
請求項1ないし11のいずれかにおいて、
前記炭素繊維複合材料は、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃で測定した、架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は100ないし2000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)は存在しないかあるいは1000ないし5000μ秒であり、前記第2のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率(fnn)は0.2未満である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 11,
The carbon fiber composite material has a first spin-spin relaxation time (T2n) of 100 to 2000 μsec in the crosslinked body measured at 150 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR, and a second spin A carbon fiber composite metal in which the spin relaxation time (T2nn) does not exist or is 1000 to 5000 μs, and the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time is less than 0.2 Material manufacturing method.
請求項1ないし13のいずれかにおいて、
前記エラストマーの未架橋体における流動温度は、該エラストマー単体の流動温度より20℃以上高温である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 13.
The method for producing a carbon fiber composite metal material, wherein the flow temperature in the uncrosslinked elastomer is 20 ° C. or more higher than the flow temperature of the elastomer alone.
請求項1ないし14のいずれかにおいて、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が0.5ないし500nmである、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 14.
The carbon nanofiber is a method for producing a carbon fiber composite metal material having an average diameter of 0.5 to 500 nm.
請求項1ないし15のいずれかに記載の製造方法よって得られた炭素繊維複合金属材料。   A carbon fiber composite metal material obtained by the production method according to claim 1. 金属の基材に、相互に絡みつかない状態で分散されたカーボンナノファイバーを含む、炭素繊維複合金属材料。   A carbon fiber composite metal material comprising carbon nanofibers dispersed in a metal base material so as not to be entangled with each other. 請求項16または17に記載の炭素繊維複合金属材料を用いて形成された金属成形品。   The metal molded product formed using the carbon fiber composite metal material of Claim 16 or 17.
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