JP2005082832A - 粉体の混合方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 樹脂もしくは金属のベース粉末にカーボンナノファイバーを混合する粉体の混合方法において、前記ベース粉末、前記カーボンナノファイバーおよびボールとを、振動ボールミルの容器に収納し、該容器を振動させることにより、前記ボールによりカーボンナノファイバーをベース粉末表面に打ち付けて、カーボンナノファイバーをベース粉末表面に付着させることを特徴とする。
【選択図】 図7
Description
そのために、樹脂あるいは金属のベース粉末とカーボンナノファイバーとを均一に混合する必要がある。
従来、樹脂あるいは金属のベース粉末とカーボンナノファイバーの粉末との混合は、一般的に、遊星回転式ボールミルなどを用いて行われている。
これにより、材料には、容器の自転による遠心力と、容器の公転による遠心力とが複合的に作用し、材料の混合がなされる。
また、嵩比重でみた場合には、樹脂が約0.7〜0.9であるのに対し、カーボンナノファイバーは約0.03〜0.05であって、樹脂に対して一桁以上も小さいことから、トータル容積の小さな樹脂と、膨大な容積のカーボンナノファイバーとを混合することとなり、均一混合が厄介であるというそもそもの課題がある。ベース粉末が金属の場合には、カーボンナノファイバーとの均一混合がさらに一層困難となる。
均一混合が困難なことから、混合のための時間も、数時間という長時間を要する。このために、カーボンナノファイバーが寸断され、その結果複合体に必要な導電性が劣化するなどの課題がある。
また、前記ベース粉末がアルミニウム、錫、銅などの軟質金属粉末であり、該ベース粉末に対してカーボンナノファイバーを5wt%〜20wt%混合することを特徴とする。
得られた混合粉末を加熱、加圧して押し固め、ペレット状に形成することができる。
短時間で混合できることから、カーボンナノファイバーの寸断を回避でき、導電性に優れる混合体を得ることができる。
図1、図2は、三軸方向加振型ボールミル(図示せず)における、混合する材料を収納する容器10の振動状態を示すもので、図1は平面図、図2は正面図である。
図2から明らかなように、容器10は、軸Pを中心に鉛直面内で揺動するアーム12に適宜部材を介して取り付けられていて、鉛直面内で往復円弧動可能に設けられている。
この場合に、容器10を、鉛直面内で1往復円弧動する間に、軸線が、該鉛直面に対して1往復回動するように構成し、また、容器10の駆動が、往復円弧動および往復回動数が1分間当り100〜500回となる比較的緩やかな混合条件に設定すると好適である。
すなわち、まず容器10は第1の支持台上に回動軸を介して角度θの範囲で回動自在に支持される。この容器10を回動させる駆動機構は、シリンダ機構、あるいはモータ機構等の公知の機構によって構成することができる。
そしてこの第1の支持台にアーム12が連結される。アーム12を鉛直面内で回動する機構も、シリンダ機構、あるいはモータ機構等の公知の機構によって構成することができる。
容器10の、角度θの範囲内で往復回動する振れ速度、アーム12の往復回動速度を可変にすることによって、混合条件を種々に設定でき、種々の材料の混合に対応することができる。
また、容器10を密閉空間内に配置し、ヒータによって密閉空間内の温度を調整するようにすると好適である。
カーボンナノファイバーは、平均直径が約0.1μmで長さは数10μmのものを用いた。
ポリエチレン樹脂粉末に対するカーボンナノファイバーの配合比を10wt%、20wt%、30wt%、50wt%に設定し、混合時間を種々に設定して混合した後、混合物を180℃の温度下で6分間程度加圧することによってペレット状の成形体を得た。
6時間等、長時間混合した場合に急激に電気抵抗値が上昇するのは、長時間の過酷な混合状況下でカーボンナノファイバーが短く寸断され、ファイバー同士の接触が少なくなることから導電性が低下するものと推測される。
図6は、ポリエチレン粉末に対してカーボンナノファイバーを30wt%配合して、上記三軸方向加振型ボールミルにより約1時間混合処理した混合物の電子顕微鏡写真、図7はその拡大図である。なお、混合処理条件は、常温で、容器10を毎分300回、往復円弧動、往復回動させた。
しかし、処理後は、図6、図7に示すようにカーボンナノファイバーはポリエチレン粉末の表面に打ち込まれ、該表面に付着することから、混合物の容積は大きく減じる。
上記では混合処理を常温で行ったが、材料が溶融しない程度の加温雰囲気下で混合処理を行うようにすれば、さらに短時間での混合が可能となる。
なお、樹脂材料はポリエチレンに限られることはなく、種々の熱可塑性、および熱硬化性の樹脂材料とカーボンナノファイバーとの混合が行える。
樹脂材料とカーボンナノファイバーとの混合の場合、樹脂材料に対してカーボンナノファイバーを5wt%〜50wt%程度、10〜60分の混合時間で良好に混合することができる。
金属材料との混合の場合には、加熱雰囲気中で混合を行うのが好適である。
金属材料とカーボンナノファイバーとの混合では、金属材料に対して5wt%〜20wt%程度のカーボンナノファイバーを良好に混合し得る。
12 アーム
Claims (8)
- 樹脂もしくは金属のベース粉末にカーボンナノファイバーを混合する粉体の混合方法において、
前記ベース粉末、前記カーボンナノファイバーおよびボールとを、振動ボールミルの容器に収納し、該容器を軸線が三次元内で揺動するように振動させることにより、前記ボールによりカーボンナノファイバーをベース粉末表面に打ち付けて、カーボンナノファイバーをベース粉末表面に付着させることを特徴とする粉体の混合方法。 - 前記振動ボールミルに、前記容器が、鉛直面内で往復円弧動すると共に、軸線が、該鉛直面に対して両側に所要角度で往復回動する三軸方向加振型ボールミルを用いることを特徴とする請求項1記載の粉体の混合方法。
- 前記容器が、鉛直面内で1往復円弧動する間に、軸線が、該鉛直面に対して1往復回動することを特徴とする請求項2記載の粉体の混合方法。
- 前記容器の、往復円弧動および往復回動数が1分間当り100〜500回であることを特徴とする請求項3記載の粉体の混合方法。
- 前記ベース粉末が樹脂粉末であり、この樹脂粉末に対してカーボンナノファイバーを5wt%〜50wt%混合することを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の粉体の混合方法。
- 前記ボールミルによる混合時間を10〜60分とすることを特徴とする請求項5記載の粉体の混合方法。
- 前記ベース粉末がアルミニウム、錫、銅などの軟質金属粉末であり、該ベース粉末に対してカーボンナノファイバーを5wt%〜20wt%混合することを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の粉体の混合方法。
- 得られた混合粉末を加熱、加圧して押し固め、ペレット状に形成することを特徴とする請求項1〜7いずれか1項記載の粉体の混合方法。
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