JP2005255788A - Carbon fiber composite material and its production method, carbon fiber composite molding and its production, carbon fiber composite glass material and its production method, and carbon fiber composite glass molding and its production method - Google Patents

Carbon fiber composite material and its production method, carbon fiber composite molding and its production, carbon fiber composite glass material and its production method, and carbon fiber composite glass molding and its production method Download PDF

Info

Publication number
JP2005255788A
JP2005255788A JP2004067542A JP2004067542A JP2005255788A JP 2005255788 A JP2005255788 A JP 2005255788A JP 2004067542 A JP2004067542 A JP 2004067542A JP 2004067542 A JP2004067542 A JP 2004067542A JP 2005255788 A JP2005255788 A JP 2005255788A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber composite
carbon fiber
elastomer
glass
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2004067542A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4255391B2 (en
Inventor
Toru Noguchi
徹 野口
Akira Magario
章 曲尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Nissin Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Kogyo Co Ltd filed Critical Nissin Kogyo Co Ltd
Priority to JP2004067542A priority Critical patent/JP4255391B2/en
Publication of JP2005255788A publication Critical patent/JP2005255788A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4255391B2 publication Critical patent/JP4255391B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/005Reinforced macromolecular compounds with nanosized materials, e.g. nanoparticles, nanofibres, nanotubes, nanowires, nanorods or nanolayered materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02Fibres or whiskers
    • C08K7/04Fibres or whiskers inorganic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/16Solid spheres
    • C08K7/18Solid spheres inorganic
    • C08K7/20Glass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2321/00Characterised by the use of unspecified rubbers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon fiber composite material in which carbon nanofibers are uniformly dispersed and its production method, to provide a carbon fiber composite molding and its production method, to provide a carbon fiber composite glass material and its production method, and a carbon fiber composite glass molding and its production method. <P>SOLUTION: The method for producing the carbon fiber composite material comprises the step of mixing unsaturated bond or group containing elastomer 30 having an affinity for carbon nanofibers 40 with glass particles 50 and the step of dispersing the carbon nanofibers 40 in the elastomer 30 containing the glass particles 50 under shear. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、炭素繊維複合材料及びその製造方法、炭素繊維複合成形品及びその製造方法、炭素繊維複合ガラス材料及びその製造方法、炭素繊維複合ガラス成形品及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a carbon fiber composite material and a manufacturing method thereof, a carbon fiber composite molded product and a manufacturing method thereof, a carbon fiber composite glass material and a manufacturing method thereof, a carbon fiber composite glass molded product and a manufacturing method thereof.

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。   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.

また、ガラス繊維を強化繊維として用いた繊維強化複合ガラス材料が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Further, a fiber-reinforced composite glass material using glass fibers as reinforcing fibers has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

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。   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.

また、ガラスは、紫外線や赤外線を吸収する機能も要求されている。特に赤外線を吸収させた場合、ガラス自体の温度が上昇してしまうという不具合があった。
特開平5−9041号公報
Further, glass is also required to have a function of absorbing ultraviolet rays and infrared rays. In particular, when infrared rays are absorbed, there is a problem that the temperature of the glass itself increases.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-9041

そこで、本発明の目的は、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材料およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、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成形品及びその製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、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ガラス材料及びその製造方法を提供することにある。さらに、本発明の目的は、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ガラス成形品及びその製造方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a carbon fiber composite material in which carbon nanofibers are uniformly dispersed and a method for producing the same. Another object of the present invention is to provide a carbon fiber composite molded article in which carbon nanofibers are uniformly dispersed and a method for producing the same. Moreover, the objective of this invention is providing the carbon fiber composite glass material in which the carbon nanofiber was disperse | distributed uniformly, and its manufacturing method. Furthermore, the objective of this invention is providing the carbon fiber composite glass molded article in which the carbon nanofiber was disperse | distributed uniformly, and its manufacturing method.

本発明にかかる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、ガラス粒子とカーボンナノファイバーと、を含み、
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。
The carbon fiber composite material according to the present invention includes an elastomer, glass particles and carbon nanofibers dispersed in the elastomer,
The elastomer has an unsaturated bond or group having an affinity for the carbon nanofiber.

本発明の炭素繊維複合材料においては、後述する理由によって基材であるエラストマーにカーボンナノファイバーがさらに均一に分散されたものとなる。特に分散されにくいとされていた直径が約30nm以下のカーボンナノファイバーや、湾曲繊維状のカーボンナノファイバーであっても、エラストマー中に均一に分散されたものとなる。   In the carbon fiber composite material of the present invention, the carbon nanofibers are more uniformly dispersed in the elastomer as the base material for the reason described later. Even carbon nanofibers having a diameter of about 30 nm or less, which are considered to be particularly difficult to be dispersed, and carbon nanofibers having a curved fiber shape are uniformly dispersed in the elastomer.

本発明におけるエラストマーは、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。熱可塑性エラストマーの内、特にエチレンプロピレンゴム(EPDM)は、カーボンナノファイバーが分散されにくいが、本発明においては、ガラス粒子によるカーボンナノファイバーの分散効果によって均一に分散させることができる。   The elastomer in the present invention may be either a rubber-based 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. Among thermoplastic elastomers, particularly ethylene propylene rubber (EPDM), carbon nanofibers are difficult to disperse, but in the present invention, carbon nanofibers can be uniformly dispersed due to the dispersion effect of the glass particles.

また、本発明にかかる炭素繊維複合材料を架橋して得られた炭素繊維複合成形品及び架橋しないで得られた炭素繊維複合成形品は、炭素繊維複合材料と同様に、ガラス粒子によって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。   Further, the carbon fiber composite molded product obtained by crosslinking the carbon fiber composite material according to the present invention and the carbon fiber composite molded product obtained without cross-linking are made of carbon nanofibers by glass particles in the same manner as the carbon fiber composite material. Are uniformly dispersed.

本発明にかかる炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を粉末成形した炭素繊維複合ガラス材料は、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 carbon fiber composite material or the carbon fiber composite glass material obtained by powder molding the carbon fiber composite molded product according to the present invention has carbon nanofibers uniformly dispersed therein.

また、本発明にかかる炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を溶融ガラスに混入して鋳造した炭素繊維複合ガラス材料は、炭素繊維複合材料と同様に、ガラス粒子によって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 addition, the carbon fiber composite glass material obtained by mixing the carbon fiber composite material or the carbon fiber composite molded product according to the present invention into molten glass and casting the carbon nanofibers is uniformly dispersed by the glass particles in the same manner as the carbon fiber composite material. Will be.

さらに、本発明にかかる炭素繊維複合成形品に溶融ガラスを浸透させ、エラストマーをガラスと置換した炭素繊維複合ガラス成形品は、炭素繊維複合材料と同様に、ガラス粒子によって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。特に、溶融ガラスに接触した炭素繊維複合成形品は、溶融ガラスによってエラストマーが熱分解させながら浸透するため、カーボンナノファイバーが均一に分散した状態のまま溶融ガラスが凝固したガラスに置換され、鋳造することができる。炭素繊維複合成形品において、エラストマー100重量部に対してガラス粒子10〜3000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。ガラス粒子が10重量部以下であると、毛細管現象が小さく、溶融ガラスの浸透速度が遅いので、生産性及びコスト面で採用が難しい。また、ガラス粒子が3000重量部以上であると、炭素繊維複合材料を製造する際に、エラストマーへ含浸させにくくなる。   Furthermore, in the carbon fiber composite glass molded product in which molten glass is infiltrated into the carbon fiber composite molded product according to the present invention and the elastomer is replaced with glass, the carbon nanofibers are uniformly dispersed by the glass particles in the same manner as the carbon fiber composite material. Will be. In particular, the carbon fiber composite molded product in contact with the molten glass penetrates while the elastomer is thermally decomposed by the molten glass. be able to. In the carbon fiber composite molded article, the amount is 10 to 3000 parts by weight, preferably 100 to 1000 parts by weight, based on 100 parts by weight of the elastomer. When the glass particles are 10 parts by weight or less, the capillary phenomenon is small and the penetration rate of the molten glass is slow, so that it is difficult to adopt in terms of productivity and cost. Further, when the glass particles are 3000 parts by weight or more, it becomes difficult to impregnate the elastomer when producing the carbon fiber composite material.

このようにカーボンナノファイバーが分散したガラスをマトリクスとする炭素繊維複合ガラス材料及び炭素繊維複合ガラス成形品は、強度の向上、軽量化、耐熱性や耐摩耗性の向上などが得られる。   As described above, the carbon fiber composite glass material and the carbon fiber composite glass molded product using the glass in which the carbon nanofibers are dispersed as a matrix are improved in strength, reduced in weight, and improved in heat resistance and wear resistance.

本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、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と、ガラス粒子と、を混合する工程と、
前記ガラス粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程と、
を含む。
The method for producing a carbon fiber composite material according to the present invention includes a step of mixing an elastomer having an unsaturated bond or group having affinity for carbon nanofibers and glass particles,
Mixing the carbon nanofibers with the elastomer containing the glass particles and dispersing by shearing force;
including.

本発明の製造方法によれば、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。さらに、ガラス粒子を含むエラストマーを用いることで、カーボンナノファイバーを剪断力で分散させる際に、ガラス粒子のまわりにエラストマーの乱流状態の流動が発生する。この流動によって、本発明の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さらに均一に分散されたものとなる。特に分散されにくいとされていた直径が約30nm以下のカーボンナノファイバーや、湾曲繊維状のカーボンナノファイバーであっても、エラストマー中に均一に分散されたものとなる。   According to the production method of the present invention, 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. Furthermore, by using an elastomer containing glass particles, when the carbon nanofibers are dispersed by a shearing force, a turbulent flow of the elastomer occurs around the glass particles. By this flow, the carbon fiber composite material according to the present invention has carbon nanofibers dispersed more uniformly in the elastomer as the base material. Even carbon nanofibers having a diameter of about 30 nm or less, which are considered to be particularly difficult to be dispersed, and carbon nanofibers having a curved fiber shape are uniformly dispersed in the elastomer.

前記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工程は、
(a)ロール間隔が0.5mm以下のオープンロール法、
(b)ロータ間隙が1mm以下の密閉式混練法、
(c)スクリュー間隙が0.3mm以下の多軸押出し混練法、などを用いて行うことができる。
The step of dispersing carbon nanofibers in the elastomer by shearing force,
(A) An open roll method with a roll interval of 0.5 mm or less,
(B) a closed kneading method with a rotor gap of 1 mm or less,
(C) A multi-screw extrusion kneading method with a screw gap of 0.3 mm or less can be used.

また、本発明にかかる炭素繊維複合材料を、架橋する工程をさらに有する炭素繊維複合成形品の製造方法は、前述したように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材料を架橋することによって、ガラス粒子によってカーボンナノファイバーを均一に分散させることができた炭素繊維複合成形品を得ることができる。なお、前記架橋する工程を所望の成形金型内で成形するとともに行うことで、カーボンナノファイバーを均一に分散させた所望の形状を有する炭素繊維複合成形品を得ることができる。また、本発明にかかる炭素繊維複合材料を、架橋せずに所望の形状に成形する工程をさらに有する炭素繊維複合成形品の製造方法は、カーボンナノファイバーを均一に分散させることができた炭素繊維複合成形品を得ることができる。   Further, the method for producing a carbon fiber composite molded article further comprising a step of crosslinking the carbon fiber composite material according to the present invention includes cross-linking the carbon fiber composite material in which carbon nanofibers are uniformly dispersed as described above. A carbon fiber composite molded product in which carbon nanofibers can be uniformly dispersed by glass particles can be obtained. In addition, a carbon fiber composite molded product having a desired shape in which carbon nanofibers are uniformly dispersed can be obtained by performing the cross-linking step in a desired molding die. Further, the method for producing a carbon fiber composite molded article further comprising a step of forming the carbon fiber composite material according to the present invention into a desired shape without crosslinking is a carbon fiber in which carbon nanofibers can be uniformly dispersed. A composite molded product can be obtained.

本発明にかかる炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を粉末成形する、炭素繊維複合ガラス材料の製造方法は、カーボンナノファイバーが均一に分散した炭素繊維複合ガラス材料を得ることができる。   The method for producing a carbon fiber composite glass material by powder molding the carbon fiber composite material or the carbon fiber composite molded product according to the present invention can provide a carbon fiber composite glass material in which carbon nanofibers are uniformly dispersed.

また、本発明にかかる炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を、溶融ガラスに混入して所望の形状を有する鋳型内で鋳造する工程をさらに有する炭素繊維複合ガラス材料の製造方法は、カーボンナノファイバーが均一に分散した炭素繊維複合ガラス材料を得ることができる。   The method for producing a carbon fiber composite glass material further comprising a step of mixing the carbon fiber composite material or the carbon fiber composite molded product according to the present invention into a molten glass and casting it in a mold having a desired shape. A carbon fiber composite glass material in which fibers are uniformly dispersed can be obtained.

さらに、本発明にかかる炭素繊維複合成形品の上方にガラス塊を配置する工程と、前記ガラス塊を加熱し溶融させることで溶融ガラスとするとともに、前記炭素繊維複合成形品中の前記エラストマーを気化させ、前記溶融ガラスと置換する工程と、をさらに有する、炭素繊維複合ガラス成形品の製造方法は、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ガラス成形品を得ることができる。特に炭素繊維複合成形品において、エラストマー100重量部に対してガラス粒子10〜3000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。ガラス粒子が10重量部以下であると、毛細管現象が小さく、溶融ガラスの浸透速度が遅いので、生産性及びコスト面で採用が難しい。また、ガラス粒子が3000重量部以上であると、炭素繊維複合材料を製造する際に、エラストマーへ含浸させにくくなる。また、炭素繊維複合成形品は、未架橋のままで成形されていると、エラストマーの分解が容易であって溶融ガラスの浸透が早いので、好ましい。   Furthermore, the step of arranging a glass lump above the carbon fiber composite molded article according to the present invention, and heating and melting the glass lump to obtain molten glass, and vaporizing the elastomer in the carbon fiber composite molded article The method for producing a carbon fiber composite glass molded article further comprising a step of replacing the molten glass with the molten glass can obtain a carbon fiber composite glass molded article in which carbon nanofibers are uniformly dispersed. Particularly in a carbon fiber composite molded product, the amount is 10 to 3000 parts by weight, preferably 100 to 1000 parts by weight, based on 100 parts by weight of the elastomer. When the glass particles are 10 parts by weight or less, the capillary phenomenon is small and the penetration rate of the molten glass is slow, so that it is difficult to adopt in terms of productivity and cost. Further, when the glass particles are 3000 parts by weight or more, it becomes difficult to impregnate the elastomer when producing the carbon fiber composite material. Moreover, it is preferable that the carbon fiber composite molded product is molded without being cross-linked, because the elastomer can be easily decomposed and the penetration of the molten glass is quick.

また、本発明にかかる炭素繊維複合ガラス材料及び炭素繊維複合ガラス成形品は、材料中に分散したカーボンナノファイバーによって赤外線などの光を吸収することができる。さらに、本発明にかかる炭素繊維複合ガラス材料及び炭素繊維複合ガラス成形品は、カーボンナノファイバーによってガラス単体における低熱伝導率を改善し、このような光の吸収によって発生した熱を外部へ逃がすことができる。   Moreover, the carbon fiber composite glass material and the carbon fiber composite glass molded product according to the present invention can absorb light such as infrared rays by the carbon nanofibers dispersed in the material. Furthermore, the carbon fiber composite glass material and the carbon fiber composite glass molded article according to the present invention can improve the low thermal conductivity of the glass alone by the carbon nanofibers, and release the heat generated by such light absorption to the outside. it can.

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材料は、エラストマーと、該エラストマーに分散された、ガラス粒子とカーボンナノファイバーと、を含む。   The carbon fiber composite material according to the present embodiment includes an elastomer, and glass particles and carbon nanofibers dispersed in the elastomer.

また、本発明にかかる炭素繊維複合成形品は、前記炭素繊維複合材料を架橋してもしくは未架橋で成形することで得られる。   The carbon fiber composite molded product according to the present invention can be obtained by molding the carbon fiber composite material with or without crosslinking.

本発明にかかる本発明にかかる炭素繊維複合ガラス材料は、炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を粉末成形することで得られる。   The carbon fiber composite glass material according to the present invention according to the present invention can be obtained by powder molding a carbon fiber composite material or a carbon fiber composite molded product.

また、本発明にかかる炭素繊維複合ガラス材料は、炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を溶融ガラスに混入して鋳造することで得られる。   Moreover, the carbon fiber composite glass material concerning this invention is obtained by mixing and casting a carbon fiber composite material or a carbon fiber composite molded product in molten glass.

さらに、本発明にかかる炭素繊維複合ガラス成形品は、前記炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品に溶融ガラスを浸透させ、エラストマーをガラスと置換することで得られる。   Furthermore, the carbon fiber composite glass molded product according to the present invention can be obtained by allowing molten glass to penetrate into the carbon fiber composite material or the carbon fiber composite molded product and replacing the elastomer with glass.

本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、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と、ガラス粒子と、を混合する工程と、前記ガラス粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程と、を含む。   The method for producing a carbon fiber composite material according to the present embodiment includes a step of mixing an elastomer having an unsaturated bond or group having affinity for carbon nanofibers and glass particles, and the glass particles. Mixing the carbon nanofibers with the elastomer and dispersing them by shearing force.

また、本発明にかかる炭素繊維複合成形品の製造方法は、前記炭素繊維複合材料を、所望の形状に成形する工程をさらに有する。また、本発明にかかる炭素繊維複合成形品の製造方法は、前記炭素繊維複合材料を、架橋するとともに成形する工程をさらに有する。   Moreover, the manufacturing method of the carbon fiber composite molded article concerning this invention further has the process of shape | molding the said carbon fiber composite material in a desired shape. The method for producing a carbon fiber composite molded product according to the present invention further includes a step of crosslinking and molding the carbon fiber composite material.

本発明にかかる炭素繊維複合ガラス材料の製造方法は、炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を粉末成形する工程をさらに有する。   The method for producing a carbon fiber composite glass material according to the present invention further includes a step of powder-molding the carbon fiber composite material or the carbon fiber composite molded product.

また、本発明にかかる炭素繊維複合ガラス材料の製造方法は、炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品と溶融ガラスを鋳型内で鋳造する工程をさらに有する。   Moreover, the manufacturing method of the carbon fiber composite glass material concerning this invention further has the process of casting a carbon fiber composite material or a carbon fiber composite molded product, and molten glass in a casting_mold | template.

さらに、本発明にかかる炭素繊維複合ガラス成形品の製造方法は、前記炭素繊維複合成形品の上方にガラス塊を配置する工程と、前記ガラス塊を加熱し溶融させることで溶融ガラスとするとともに、前記炭素繊維複合成形品中の前記エラストマーを気化させ、前記溶融ガラスと置換する工程と、をさらに有する。   Furthermore, the method for producing a carbon fiber composite glass molded product according to the present invention includes a step of placing a glass lump above the carbon fiber composite molded product, and a molten glass by heating and melting the glass lump, Vaporizing the elastomer in the carbon fiber composite molded article and replacing the molten glass.

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、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工程は、できるだけ高い剪断力で混練されることが望ましい。   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. Moreover, it is desirable that the step of dispersing the carbon nanofibers in the elastomer with a shearing force is kneaded with a shearing force as high as possible.

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

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、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, α hydrogen, carbonyl groups, carboxyl groups, hydroxyl groups, amino groups, nitrile groups, ketone groups, amide groups, epoxy groups, ester groups, vinyl groups, halogen groups. , Urethane groups, burette groups, allophanate groups, and urea groups.

カーボンナノファイバーは、通常、側面は炭素原子の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、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 usually have a six-membered ring of carbon atoms and a closed end with a five-membered ring introduced at the tip. It tends to occur, and it is easy to generate radicals and functional groups in the part. 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。本発明者の研究によって、特にエチレンプロピレンゴム(EPR,EPDM)においてカーボンナノファイバーを分散させにくいことが判っている。   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. According to the research of the present inventors, it has been found that it is difficult to disperse carbon nanofibers particularly in ethylene propylene rubber (EPR, EPDM).

(b)次に、ガラス粒子について説明する。   (B) Next, the glass particles will be described.

ガラス粒子は、エラストマー中に混合し、分散させておいて、カーボンナノファイバーを混合させるときにカーボンナノファイバーをさらに良好に分散させるものである。ガラス粒子としては、市販されているガラス粒子を適宜用いることができるが、例えばSiO2/B2O3系、SiO2/ZnO/B2O3系、SiO2/PbO/B2O3系、SiO2/PbO/Al2O3/B2O3系、SiO2/PbO/ZnO/B2O3系、SiO2/BaO/B2O3系、SiO2/BaO/Al2O3系、SiO2/BaO/Li2O3系、SiO2/MgO/Al2O3系、SiO2/BaO/B2O3系、SiO2/ZnO/Li2O3系、SiO2/ZnO/SnO/P2O5系、SiO2/R2O/B2O3系、SiO2/RO系などのガラス粒子や、Na、Kc、Caなどのアルカリガラス、Ti、Fe、Ni、Coなどの成分を含むガラスを用いることができる。ガラス粒子は、使用するカーボンナノファイバーの平均直径よりも大きい平均粒径であることが好ましい。また、ガラス粒子の平均粒径は500μm以下、好ましくは1〜300μmである。鋳造工程で浸透法を用いる場合には、ガラス粒子の量は、エラストマー100重量部に対して、10〜3000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。ガラス粒子が10重量部以下であると、毛細管現象が小さく、溶融ガラスの浸透速度が遅いので、生産性及びコスト面で採用が難しい。また、ガラス粒子が3000重量部以上であると、炭素繊維複合材料を製造する際に、エラストマーへ含浸させにくくなる。また、ガラス粒子の形状は、球形粒状に限らず、混合時にガラス粒子のまわりに乱流状の流動が発生する形状であれば平板状、りん片状であってもよい。 The glass particles are mixed and dispersed in the elastomer, and the carbon nanofibers are more favorably dispersed when the carbon nanofibers are mixed. As the glass particles, commercially available glass particles can be appropriately used. For example, SiO 2 / B 2 O 3 system, SiO 2 / ZnO / B 2 O 3 system, SiO 2 / PbO / B 2 O 3 system , SiO 2 / PbO / Al 2 O 3 / B 2 O 3 system, SiO 2 / PbO / ZnO / B 2 O 3 system, SiO 2 / BaO / B 2 O 3 system, SiO 2 / BaO / Al 2 O 3 System, SiO 2 / BaO / Li 2 O 3 system, SiO 2 / MgO / Al 2 O 3 system, SiO 2 / BaO / B 2 O 3 system, SiO 2 / ZnO / Li 2 O 3 system, SiO 2 / ZnO / SnO / P 2 O 5 series, SiO 2 / R 2 O / B 2 O 3 series, SiO 2 / RO series glass particles, alkali glass such as Na, Kc, Ca, Ti, Fe, Ni, Co The glass containing components, such as these, can be used. It is preferable that a glass particle is an average particle diameter larger than the average diameter of the carbon nanofiber to be used. Moreover, the average particle diameter of glass particles is 500 micrometers or less, Preferably it is 1-300 micrometers. When the infiltration method is used in the casting process, the amount of the glass particles is 10 to 3000 parts by weight, preferably 100 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the elastomer. When the glass particles are 10 parts by weight or less, the capillary phenomenon is small and the penetration rate of the molten glass is slow, so that it is difficult to adopt in terms of productivity and cost. Further, when the glass particles are 3000 parts by weight or more, it becomes difficult to impregnate the elastomer when producing the carbon fiber composite material. Further, the shape of the glass particles is not limited to a spherical particle shape, and may be a flat plate shape or a flake shape as long as a turbulent flow is generated around the glass particles during mixing.

(c)次に、カーボンナノファイバーについて説明する。   (C) 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く、炭素繊維複合材料の強度を向上させるためには0.5ないし30nmであることがさらに好ましい。さらに、カーボンナノファイバーは、ストレート繊維状であっても、湾曲繊維状であってもよい。   The carbon nanofibers preferably have an average diameter of 0.5 to 500 nm, and more preferably 0.5 to 30 nm in order to improve the strength of the carbon fiber composite material. Furthermore, the carbon nanofibers may be straight fibers or curved fibers.

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。本実施の形態の炭素繊維複合材料は、架橋体エラストマー、未架橋体エラストマーあるいは熱可塑性ポリマーをそのままエラストマー系材料として用いることができ、あるいはガラスの複合材料の原料として用いることができる。本実施の形態の炭素繊維複合材料をガラスの複合材料の原料として用いるときは、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。かかるガラスの複合材料の原料は、ガラス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. In the carbon fiber composite material of the present embodiment, a crosslinked elastomer, an uncrosslinked elastomer or a thermoplastic polymer can be used as an elastomer material as it is, or can be used as a raw material for a glass composite material. When the carbon fiber composite material of the present embodiment is used as a raw material for a glass composite material, carbon nanofibers can be included at a ratio of 0.01 to 50% by weight. The raw material of such a glass composite material can be used as a so-called master batch as a carbon nanofiber supply source when carbon nanofibers are mixed with glass.

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-wall carbon nanotubes or multi-wall 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 onto a 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.

(d)次に、エラストマーにガラス粒子とカーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程について説明する。   (D) Next, the process of mixing glass particles and carbon nanofibers in an elastomer and dispersing them by shearing force will be described.

本実施の形態では、エラストマーにガラス粒子とカーボンナノファイバーを混合させる工程として、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。   In the present embodiment, an example using an open roll method in which a roll interval is 0.5 mm or less will be described as a step of mixing glass particles and carbon nanofibers with an elastomer.

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1.0mm以下、より好ましくは0.1ないし0.5mm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1.2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。まず、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内にガラス粒子50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、ガラス粒子50と、を混合する工程が行われる。ついで、このエラストマー30とガラス粒子50とが混合されたバンク32内にカーボンナノファイバー40を加えて、第1、第2のロール10,20を回転させる。さらに、第1,第2ロール10,20の間隔を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。さらに、ロールによる剪断力はエラストマー内に分散されたガラス粒子のまわりに乱流状の流動を発生させる。この複雑な流動によってカーボンナノファイバーはさらにエラストマー30に分散される。なお、ガラス粒子50の混合前に、エラストマー30とカーボンナノファイバー40とを先に混合すると、カーボンナノファイバー40にエラストマー30の動きが拘束されてしまうため、ガラス粒子50を混合することが難しくなる。したがって、エラストマー30にカーボンナノファイバー40を加える前にガラス粒子50を混合する工程を行うことが好ましい。   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 1.0 mm or less, more preferably 0.1 to 0.5 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 1.2. By using such a surface velocity ratio, a desired shear force can be obtained. First, when the elastomer 30 is wound around the second roll 20 while 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 step of mixing the elastomer 30 and the glass particles 50 is performed by adding the glass particles 50 into the bank 32 and further rotating the first and second rolls 10 and 20. Next, the carbon nanofibers 40 are added to the bank 32 in which the elastomer 30 and the glass particles 50 are mixed, and the first and second rolls 10 and 20 are rotated. Further, the distance between the first and second rolls 10 and 20 is reduced to the distance d described above, and in this state, the first and second rolls 10 and 20 are rotated at a predetermined surface speed ratio. 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. In addition, the shearing force of the roll generates a turbulent flow around the glass particles dispersed in the elastomer. The carbon nanofibers are further dispersed in the elastomer 30 by this complicated flow. If the elastomer 30 and the carbon nanofibers 40 are first mixed before the glass particles 50 are mixed, the movement of the elastomer 30 is constrained by the carbon nanofibers 40, so that it is difficult to mix the glass particles 50. . Therefore, it is preferable to perform the step of mixing the glass particles 50 before adding the carbon nanofibers 40 to the elastomer 30.

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℃の比較的低い温度で行われる。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。第1,第2ロール10,20の間隔dは、もっとも狭めた状態においてもガラス粒子50の平均粒径よりも広く設定することで、エラストマー30中のカーボンナノファイバー40の分散を良好に行うことができる。   In this process, in order to obtain as high a shearing force as possible, the elastomer and carbon nanofiber are mixed at a relatively low temperature of preferably 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. The distance d between the first and second rolls 10 and 20 is set wider than the average particle diameter of the glass particles 50 even in the narrowest state, so that the carbon nanofibers 40 in the elastomer 30 can be dispersed well. Can do.

このとき、本実施の形態のエラストマーは、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及び炭素繊維複合成形品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、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、かつ、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, the elastomer of the present embodiment has the characteristics described above, that is, the molecular morphology (molecular length) of the elastomer, the molecular motion, the chemical interaction with the carbon nanofiber, and the like. Therefore, it is possible to obtain a carbon fiber composite material and a carbon fiber composite molded article 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 having a reasonably long molecular length and high molecular mobility penetrates into the carbon nanofibers, and a specific portion of the elastomer is chemically interlinked. It binds to the highly active part of the carbon nanofiber by action. 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.

また、エラストマー中に所定量のガラス粒子が含まれていることで、ガラス粒子のまわりに発生するエラストマーの乱流のような幾通りもの複雑な流動によって、個々のカーボンナノファイバー同士を引き離す方向にも剪断力が働くことになる。したがって、直径が約30nm以下のカーボンナノファイバーや湾曲繊維状のカーボンナノファイバーであっても、個々に化学的相互作用によって結合したエラストマー分子のそれぞれの流動方向へ移動するため、エラストマー中に均一に分散されることになる。   In addition, since a predetermined amount of glass particles are contained in the elastomer, the carbon nanofibers are separated from each other by various complicated flows such as turbulent flow of the elastomer generated around the glass particles. Even shear force will work. Therefore, even in the case of carbon nanofibers having a diameter of about 30 nm or less or curved carbon-like carbon nanofibers, they move in the respective flow directions of the individual elastomer molecules bonded by chemical interaction. Will be distributed.

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工程は、上記オープンロール法に限定されず、既に述べた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 step of dispersing the carbon nanofibers in the elastomer by the shearing force is not limited to the above open roll method, and the above-described closed kneading method or 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ガラス粒子とカーボンナノファイバーとを分散させて両者を混合させる工程(混合・分散工程)によって得られた炭素繊維複合材料は、架橋剤によって架橋させて成形するか、もしくは架橋させずに成形することができる。このときの成形方法は、例えば圧縮成形工程や押出成形工程などを行って炭素繊維複合成形品を得ることができる。圧縮成形工程は、例えばガラス粒子とカーボンナノファイバーとが分散した炭素繊維複合材料を、所定温度(例えば175℃)に設定された所望形状を有する成形金型内で所定時間(例えば20分)加圧状態で成形する工程を有する。   The carbon fiber composite material obtained by dispersing glass particles and carbon nanofibers in the above-mentioned elastomer and mixing them together (mixing / dispersing process) is formed by crosslinking with a crosslinking agent or not. Can be molded. As the molding method at this time, for example, a carbon fiber composite molded product can be obtained by performing a compression molding process, an extrusion molding process, or the like. In the compression molding process, for example, a carbon fiber composite material in which glass particles and carbon nanofibers are dispersed is added for a predetermined time (for example, 20 minutes) in a molding die having a desired shape set at a predetermined temperature (for example, 175 ° C.). A step of molding in a pressure state.

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 step of mixing / dispersing the elastomer and the carbon nanofiber, or subsequently, 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.

(e)次に、上記方法によって得られた炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品について述べる。   (E) Next, the carbon fiber composite material and the carbon fiber composite molded product obtained by the above method will be described.

本実施の形態の炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、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、本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品の第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。特に、ガラス粒子を含むエラストマーにカーボンナノファイバーを混合した場合には、カーボンナノファイバーを含むエラストマーの場合より、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)が短くなる。なお、架橋体(炭素繊維複合成形品)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 and the carbon fiber composite molded article of the present embodiment, 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 and the carbon fiber composite molded product according to the present embodiment. ) Is shorter than that of a single elastomer that does not contain carbon nanofibers. In particular, when carbon nanofibers are mixed in an elastomer containing glass particles, the second spin-spin relaxation time (T2nn) is shorter than in the case of an elastomer containing carbon nanofibers. In addition, the spin-lattice relaxation time (T1) in the crosslinked body (carbon fiber composite molded product) changes in proportion to the mixing amount of the carbon nanofibers.

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。特に、ガラス粒子を含むエラストマーにカーボンナノファイバーを混合した場合には、カーボンナノファイバーを含むエラストマーの場合より、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. In particular, when carbon nanofibers are mixed with an elastomer containing glass particles, the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time is smaller than that of the elastomer containing carbon nanofibers. .

以上のことから、本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、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 that the carbon fiber composite material and the carbon fiber composite molded product according to the present embodiment have a measurement value obtained by the Hahn echo method using the pulse method NMR in the following range.

すなわち、未架橋体(炭素繊維複合材料)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)は存在しないかあるいは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 body (carbon fiber composite material), 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 Preferably, the component fraction (fnn) of the component which does not exist or is 1000 to 10000 μsec and has the second spin-spin relaxation time is less than 0.2.

また、架橋体(炭素繊維複合成形品)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4000μ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0.08未満であることが好ましい。   In the crosslinked product (carbon fiber composite molded article), the first spin-spin relaxation time (T2n) measured at 150 ° C. is 100 to 2000 μs, and the second spin-spin relaxation time (T2nn) is It is preferably not present or 1000 to 4000 μs, and the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time is preferably less than 0.08.

また、本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、パルス法NMRを用いた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。すなわち、カーボンナノファイバー1体積%あたりの架橋体(炭素繊維複合成形品)の150℃で測定したスピン−格子緩和時間(T1)変化量(ΔT1)が、エラストマー単体の場合より1msec以上低下することが好ましく、さらに好ましくは2〜15msec低下することが好ましい。   In addition, the carbon fiber composite material and the carbon fiber composite molded product according to the present embodiment desirably have measured values obtained by the Hahn echo method using pulsed NMR in the following range. That is, the amount of change in the spin-lattice relaxation time (T1) (ΔT1) measured at 150 ° C. of the crosslinked body (carbon fiber composite molded product) per 1% by volume of the carbon nanofiber is 1 msec or more lower than that of the elastomer alone. Is more preferable, and it is more preferable to decrease by 2 to 15 msec.

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.

本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、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。本実施の形態の炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、エラストマーにガラス粒子とカーボンナノファイバーと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、本実施の形態の炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、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 and the carbon fiber composite molded article according to the present embodiment, 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 and the carbon fiber composite molded article of the present embodiment, glass particles and 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 and the carbon fiber composite molded product of the present embodiment have a low temperature dependency of dynamic viscoelasticity, and as a result, have excellent heat resistance.

本実施の形態の炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、既述したように、エラストマー系材料として用いることができ、複合ガラス材料の原料として用いることができる。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、本実施の形態の炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品を複合ガラス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、この原料とガラスなどの媒体とを混合することでカーボンナノファイバーを媒体に容易に分散することができる。   As described above, the carbon fiber composite material and the carbon fiber composite molded article of the present embodiment can be used as an elastomer-based material and can be used as a raw material for a composite glass material. Carbon nanofibers usually have the property of being entangled with each other and difficult to disperse in a medium. However, when the carbon fiber composite material and the carbon fiber composite molded article of the present embodiment are used as the raw material of the composite glass material, the carbon nanofibers are already dispersed in the elastomer. By mixing the carbon nanofibers, the carbon nanofibers can be easily dispersed in the medium.

(f)次に、炭素繊維複合ガラス材料及び炭素繊維複合ガラス成形品を得る工程について説明する。   (F) Next, the process of obtaining a carbon fiber composite glass material and a carbon fiber composite glass molded product will be described.

炭素繊維複合ガラス材料及び炭素繊維複合ガラス成形品を得る工程は、上記実施の形態で得られた炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品を用いて、例えば、以下のような各種の成形方法を採用することができる。   The step of obtaining the carbon fiber composite glass material and the carbon fiber composite glass molded product is performed using the carbon fiber composite material and the carbon fiber composite molded product obtained in the above embodiment, for example, by various molding methods as follows. Can be adopted.

炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品を粉末成形する工程によって実施することができる。具体的には、例えば上記実施の形態で得られた炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品をそのまま、もしくは冷凍粉砕して炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品の粒子を、型内で圧縮し、焼結温度例えば700℃で焼成して炭素繊維複合ガラス材料及び炭素繊維複合ガラス成形品を得ることができる。したがって、本実施の形態における粉末成形は、金属の成形加工における粉末成形と同様であり、いわゆる粉末冶金を含み、また粉末原料を用いた場合のみならず複合エラストマーのような場合、あらかじめ予備圧縮成形を施してブロック状とした原料をも含む。   The carbon fiber composite material and the carbon fiber composite molded article can be implemented by a powder molding process. Specifically, for example, the carbon fiber composite material and the carbon fiber composite molded product obtained in the above embodiment are compressed as they are or by freezing and pulverizing the particles of the carbon fiber composite material and the carbon fiber composite molded product in a mold. And firing at a sintering temperature, for example, 700 ° C., to obtain a carbon fiber composite glass material and a carbon fiber composite glass molded article. Therefore, the powder molding in the present embodiment is the same as the powder molding in the metal molding process, including so-called powder metallurgy, and not only in the case of using a powder raw material but also in the case of a composite elastomer, pre-compression molding in advance. It also includes raw materials that have been made into block shapes by applying.

また、炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品と、複合ガラス材料のマトリクスとなる他のガラスの粒子とを湿式混合した後、同様にして焼結して炭素繊維複合ガラス材料及び炭素繊維複合ガラス成形品を得ることもできる。この場合、溶剤中の他のガラス粒子に炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品を混ぜる(湿式混合)ことが望ましい。   In addition, the carbon fiber composite material and the carbon fiber composite molded article, and other glass particles serving as a matrix of the composite glass material are wet-mixed, and then sintered in the same manner to obtain the carbon fiber composite glass material and the carbon fiber composite glass. A molded product can also be obtained. In this case, it is desirable to mix the carbon fiber composite material and the carbon fiber composite molded product with other glass particles in the solvent (wet mixing).

さらに、冷凍粉砕して炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品の粒子と、他のガラスの粒子と、を混合、例えばドライブレンドした後、型内で圧縮成形された後、焼結法によって炭素繊維複合ガラス材料及び炭素繊維複合ガラス成形品を得ることができる。   Furthermore, after freezing and pulverizing, the carbon fiber composite material and carbon fiber composite molded product particles and other glass particles are mixed, for example, dry blended, compression molded in a mold, and then carbonized by a sintering method. A fiber composite glass material and a carbon fiber composite glass molded article can be obtained.

このような粉末成形によって製造された炭素繊維複合ガラス材料及び炭素繊維複合ガラス成形品は、カーボンナノファイバーをガラス中に分散させることができる。この工程で用いられる他のガラスの粒子は、炭素繊維複合材料を得るために用いられたガラスの粒子と同じ材質が好ましいが、粒子の大きさは粉末成形によって得られる複合ガラスの用途などによって適宜選択することができる。   The carbon fiber composite glass material and the carbon fiber composite glass molded product produced by such powder molding can disperse carbon nanofibers in glass. The other glass particles used in this step are preferably the same material as the glass particles used to obtain the carbon fiber composite material, but the size of the particles is appropriately determined depending on the use of the composite glass obtained by powder molding, etc. You can choose.

炭素繊維複合ガラス材料の鋳造工程は、上記実施の形態で得られた炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を、例えば溶融ガラスに混入して所望の形状を有する鋳型内で鋳造する工程によって実施することができる。このような鋳造法においては、溶融ガラスの中に炭素繊維複合成形品を混合させたまま鋳型内で凝固させ、炭素繊維複合ガラス材料もしくは炭素繊維複合ガラス成形品を成形する。なお、この鋳造工程において、炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品のエラストマーは、溶融ガラスの熱によって分解され、除去される。   The casting process of the carbon fiber composite glass material is performed by a process of casting the carbon fiber composite material or the carbon fiber composite molded product obtained in the above embodiment, for example, in a mold having a desired shape by mixing in molten glass. can do. In such a casting method, a carbon fiber composite molded product is mixed in molten glass and solidified in a mold to form a carbon fiber composite glass material or a carbon fiber composite glass molded product. In this casting process, the elastomer of the carbon fiber composite material or the carbon fiber composite molded product is decomposed and removed by the heat of the molten glass.

溶融ガラスは、炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品にあらかじめ混合されたガラス粒子と同一のガラスを含むことで、ガラス粒子との濡れ性を向上させ、製品である炭素繊維複合ガラス材料もしくは炭素繊維複合ガラス成形品における強度を向上させることができる。   The molten glass contains the same glass as the glass particles premixed in the carbon fiber composite material or the carbon fiber composite molded product, thereby improving the wettability with the glass particles, and the product carbon fiber composite glass material or carbon. The strength of the fiber composite glass molded product can be improved.

上述したような粉末成形や鋳造における炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品の分解されたエラストマーは、ガストラップ装置などによりトラップして、除去される。   The carbon fiber composite material or the decomposed elastomer of the carbon fiber composite molded article in powder molding and casting as described above is trapped and removed by a gas trap device or the like.

本実施の形態では、炭素繊維複合成形品に溶湯を浸透させるいわゆる非加圧浸透法を用いて鋳造する工程について、図2及び図3を用いて詳細に説明する。   In the present embodiment, a step of casting using a so-called non-pressure infiltration method in which a molten metal is infiltrated into a carbon fiber composite molded article will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

図2及び図3は、非加圧浸透法によって炭素繊維複合ガラス成形品を製造する装置の概略構成図である。上記実施の形態で得られた炭素繊維複合成形品は、例えば最終製品の形状を有する成形金型内で加熱・圧縮成形された炭素繊維複合成形品4を使用することができる。炭素繊維複合成形品4は、架橋されていないことが好ましい。架橋されていないことで、溶融ガラスの浸透速度が速くなるためである。図2において、密閉された容器1内には、あらかじめ成形された炭素繊維複合成形品4(例えば架橋されていないエラストマー30にガラス粒子50及びカーボンナノファイバー40を混入)が入れられる。その炭素繊維複合成形品4の上方にガラス塊5を配置される。次に、容器1に内蔵された図示せぬ加熱手段によって、容器1内に配置された炭素繊維複合成形品4及びガラス塊5をガラスの融点以上に加熱する。加熱されたガラス塊5は、溶融してガラスの溶湯となる。また、ガラスの溶湯に接触した炭素繊維複合成形品4中のエラストマー30は、分解されて気化し、エラストマー30が分解されてできた空所にガラスの溶湯が浸透する。エラストマーが分解された際に発生したガスは、ガストラップ装置2によってトラップして除去する。   FIG.2 and FIG.3 is a schematic block diagram of the apparatus which manufactures a carbon fiber composite glass molded article by the non-pressurization infiltration method. As the carbon fiber composite molded product obtained in the above embodiment, for example, the carbon fiber composite molded product 4 that is heated and compression molded in a molding die having the shape of the final product can be used. The carbon fiber composite molded product 4 is preferably not cross-linked. This is because the penetration rate of the molten glass is increased by not being crosslinked. In FIG. 2, a carbon fiber composite molded product 4 (for example, glass particles 50 and carbon nanofibers 40 are mixed in an uncrosslinked elastomer 30) is placed in a sealed container 1. A glass block 5 is disposed above the carbon fiber composite molded product 4. Next, the carbon fiber composite molded article 4 and the glass lump 5 disposed in the container 1 are heated to the melting point of glass or higher by a heating means (not shown) built in the container 1. The heated glass lump 5 is melted to become a glass melt. In addition, the elastomer 30 in the carbon fiber composite molded product 4 in contact with the molten glass is decomposed and vaporized, and the molten glass penetrates into the void formed by the decomposition of the elastomer 30. The gas generated when the elastomer is decomposed is trapped and removed by the gas trap device 2.

本実施の態様の炭素繊維複合成形品4としては、エラストマー30が分解されてできた空所が毛細管現象によってガラスの溶湯をより早く全体に浸透させることができる。ガラスの溶湯は、ガラス粒子50間に毛細管現象によって浸透し炭素繊維複合成形品の内部まで完全にガラスの溶湯が満たされる。そして、容器1の加熱手段による加熱を停止させ、混合材料4中に浸透した溶融ガラスを冷却・凝固させ、図3に示すようなカーボンナノファイバー40が均一に分散された炭素繊維複合ガラス成形品6を製造することができる。鋳造工程に用いられる炭素繊維複合成形品4は、あらかじめ鋳造工程で使用される溶融ガラスと同じ種類のガラス粒子を用いて成形されていることが好ましい。このようにすることで、溶融ガラスとガラス粒子とが混ざりやすく均質なガラスを得られる。   In the carbon fiber composite molded product 4 of the present embodiment, the void formed by decomposing the elastomer 30 can permeate the entire glass melt faster by capillary action. The glass melt penetrates between the glass particles 50 by capillary action, and the glass melt is completely filled up to the inside of the carbon fiber composite molded product. And the heating by the heating means of the container 1 is stopped, the molten glass which has penetrated into the mixed material 4 is cooled and solidified, and a carbon fiber composite glass molded product in which carbon nanofibers 40 are uniformly dispersed as shown in FIG. 6 can be manufactured. The carbon fiber composite molded product 4 used in the casting process is preferably molded in advance using glass particles of the same type as the molten glass used in the casting process. By doing in this way, it is easy to mix molten glass and glass particles, and a homogeneous glass can be obtained.

また、ガラスの溶湯の浸透による流動がカーボンナノファイバーをガラス粒子内まで侵入させることになる。さらに、分解されたエラストマー分子のラジカルによってカーボンナノファイバーの表面が活性化して、ガラスの溶湯との濡れ性が向上する。このようにして得られた炭素繊維複合ガラス成形品は、ガラスのマトリクス内に均一に分散したカーボンナノファイバーを有する。   In addition, the flow of the molten glass penetrates the carbon nanofibers into the glass particles. Furthermore, the surface of the carbon nanofiber is activated by the radicals of the decomposed elastomer molecules, and the wettability with the glass melt is improved. The carbon fiber composite glass molded article thus obtained has carbon nanofibers uniformly dispersed in a glass matrix.

また、上記実施の形態においては非加圧浸透法について説明したが、浸透法であればこれに限らず例えば不活性ガスなどの雰囲気の圧によって加圧する加圧浸透法を用いることもできる。   In the above-described embodiment, the non-pressure infiltration method has been described. However, the infiltration method is not limited to this, and for example, a pressure infiltration method in which pressure is applied by an atmospheric pressure such as an inert gas can be used.

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.

(実施例1〜3、比較例1、2)
(1)サンプルの作製
(a)未架橋サンプル(炭素繊維複合材料)の作製
第1の工程:ロール径が6インチのオープンロール(ロール温度10〜20℃)に、表1に示す所定量(100g)のエラストマー(100重量部(phr))を投入して、ロールに巻き付かせた。エラストマーは、分子量300万の天然ゴム(NR)を用いた。
(Examples 1 to 3, Comparative Examples 1 and 2)
(1) Preparation of sample (a) Preparation of uncrosslinked sample (carbon fiber composite material) First step: A predetermined amount (shown in Table 1) on an open roll having a roll diameter of 6 inches (roll temperature: 10 to 20 ° C.) 100 g) of elastomer (100 parts by weight (phr)) was added and wound around a roll. As the elastomer, natural rubber (NR) having a molecular weight of 3 million was used.

第2の工程:エラストマーに対して、表1に示す量(重量部)のガラス粒子をエラストマーに投入した。このとき、ロール間隙を1.5mmとした。   Second step: Glass particles in an amount (parts by weight) shown in Table 1 were added to the elastomer with respect to the elastomer. At this time, the roll gap was set to 1.5 mm.

第3の工程:次に、ガラス粒子を含むエラストマーに対して、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)をエラストマーに投入した。このとき、ロール間隙を1.5mmとした。   Third step: Next, an amount (parts by weight) of carbon nanofibers (described as “CNT” in Table 1) shown in Table 1 was added to the elastomer containing glass particles. At this time, the roll gap was set to 1.5 mm.

第4の工程:カーボンナノファイバーを投入し終わったら、エラストマー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。   Fourth step: When the carbon nanofibers were charged, the mixture of the elastomer and the carbon nanofibers was taken out from the roll.

第5の工程: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。   Fifth step: 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.

第6の工程: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。   Sixth step: 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、実施例1〜3の未架橋サンプルを得た。また、第2〜第4の工程を省いて、比較例1の未架橋サンプルを得た。   In this way, uncrosslinked samples of Examples 1 to 3 were obtained. Moreover, the 2nd-4th process was abbreviate | omitted and the uncrosslinked sample of the comparative example 1 was obtained.

なお、実施例1〜3のガラス粒子としては、ガラス粒子は、平均粒径30μmのSiO/PbO/Bを用いた。カーボンナノファイバーは、直径(繊維径)が約10〜20nmのものを用いた。 In addition, as glass particles of Examples 1 to 3, SiO 2 / PbO / B 2 O 3 having an average particle diameter of 30 μm was used as the glass particles. Carbon nanofibers having a diameter (fiber diameter) of about 10 to 20 nm were used.

(b)架橋サンプル(炭素繊維複合成形品)の作製
第1〜第5の工程は、未架橋サンプルと同様に行った。
(B) Production of crosslinked sample (carbon fiber composite molded article) The first to fifth steps were performed in the same manner as the uncrosslinked sample.

第6の工程: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。   Sixth step: 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.

第7の工程:金型サイズに切り取ったサンプルを金型にセットし、100℃、100MPaにて、20分間プレス架橋を行った。   Seventh step: A sample cut into a mold size was set in a mold and subjected to press crosslinking at 100 ° C. and 100 MPa for 20 minutes.

このようにして、実施例1〜3の架橋サンプルを得た。   Thus, the crosslinked sample of Examples 1-3 was obtained.

(c)炭素繊維複合ガラス材料の作製
前述の(a)実施例1〜3で得られた未架橋サンプル(炭素繊維複合材料)を型に入れ、100℃、100MPaにて予備成形し、ブロック状の未架橋サンプル(炭素繊維複合成形品)を作成した。さらに、未架橋サンプル(炭素繊維複合成形品)を容器(炉)内に配置させ、その未架橋サンプルの上にガラス板を置き、大気中でガラスの融点(600℃)で1時間保持した。ガラス板は溶融し、ガラスの溶湯となり、未架橋サンプルのエラストマーと置換するように溶融ガラスが浸透した。溶融ガラスを浸透させた後、これを自然放冷して凝固させ、カーボンブラック複合材料(ガラス基)を得た。熱によって分解されたエラストマーのガスは、ガストラップ装置でトラップして除去された。
(C) Production of carbon fiber composite glass material The uncrosslinked sample (carbon fiber composite material) obtained in the above (a) Examples 1 to 3 was put into a mold, pre-formed at 100 ° C. and 100 MPa, and then in a block shape An uncrosslinked sample (carbon fiber composite molded product) was prepared. Furthermore, an uncrosslinked sample (carbon fiber composite molded article) was placed in a container (furnace), a glass plate was placed on the uncrosslinked sample, and held at the melting point of glass (600 ° C.) for 1 hour in the atmosphere. The glass plate melted to become a glass melt, and the molten glass penetrated to replace the elastomer of the uncrosslinked sample. After impregnating the molten glass, it was naturally allowed to cool and solidify to obtain a carbon black composite material (glass base). The elastomer gas decomposed by heat was trapped and removed by a gas trap device.

また、比較例1として、カーボンナノファイバー99vol%とガラス粒子1vol%をドライブレンドして型に詰めて予備成形し、さらにガラス板を載せて大気中600℃、1時間保持してガラスを浸透させ、比較例2のサンプルを得た。   Moreover, as Comparative Example 1, 99 vol% of carbon nanofibers and 1 vol% of glass particles were dry blended, filled into a mold and preformed, and further placed on a glass plate and held in the atmosphere at 600 ° C. for 1 hour to infiltrate the glass. A sample of Comparative Example 2 was obtained.

さらに、比較例2として、ガラス単体のガラス板を用いた。   Further, as Comparative Example 2, a single glass plate was used.

(2)E’(動的粘弾性率)、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。
(2) Measurement of E ′ (dynamic viscoelastic 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.

(3)電子顕微鏡(SEM)による観察
実施例1〜3の架橋サンプル及び実施例1〜3、比較例1,2の炭素繊維複合ガラス材料について、電子顕微鏡(SEM)を用いてマトリクス中におけるカーボンナノファイバーの分散状態を観察した。これらの結果を表1に、カーボンナノファイバーの凝集塊(黒点)がほとんど無いものには○印、カーボンナノファイバーの凝集塊(黒点)が多いものには×印で記入した。
(3) Observation with an electron microscope (SEM) About the bridge | crosslinking sample of Examples 1-3, and the carbon fiber composite glass material of Examples 1-3, Comparative Examples 1 and 2, carbon in a matrix using an electron microscope (SEM) The state of nanofiber dispersion was observed. These results are shown in Table 1 with a circle mark for those having almost no carbon nanofiber aggregates (black dots) and with a mark for those having many carbon nanofiber aggregates (black dots).

(4)曲げ強さの測定
実施例1〜3、比較例1,2の炭素繊維複合ガラス材料について、曲げ強さをJIS K 7171によって測定した。より詳細には、曲げ強さの測定は、試料形状が幅10×長さ80×厚さ4mm、支持台が試料の両端から10mmの位置になるように試料を配置し、曲げ速度1mm/minで3点曲げ試験を行い、最大応力を曲げ強さとした。
(4) Measurement of bending strength About the carbon fiber composite glass material of Examples 1-3 and Comparative Examples 1 and 2, bending strength was measured by JISK7171. More specifically, the bending strength is measured by arranging the sample so that the sample shape is 10 × width 80 × 4 mm thick, and the support is 10 mm from both ends of the sample, and the bending speed is 1 mm / min. A three-point bending test was performed with the maximum stress as the bending strength.

Figure 2005255788
Figure 2005255788

表1から、本発明の実施例1〜3によれば、以下のことが確認された。すなわち、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の配合量を増やすことにより、切断伸びを維持しながら動的粘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補強効果が得られることが確認された。   From Table 1, according to Examples 1 to 3 of the present invention, the following was confirmed. That is, from the results of E ′, TB and EB using the cross-linked sample, increasing the compounding amount of carbon nanofibers improves the dynamic viscoelastic modulus and tensile strength while maintaining the cut elongation. It was confirmed that a reinforcing effect was obtained.

表1の結果から、比較例1はサンプルごとに曲げ強さのばらつきがあることがわかり、実施例1〜3は曲げ強さのばらつきが少ないことがわかった。   From the results of Table 1, it was found that Comparative Example 1 had a variation in bending strength for each sample, and Examples 1 to 3 had a small variation in bending strength.

また、実施例1〜3の架橋体サンプル及び炭素繊維複合ガラス材料を電子顕微鏡(SEM)観察した結果、カーボンナノファイバーの凝集はほとんど観察されず良好(表1の丸印)であった。比較例1の複合ガラス材料は、ガラス成形状態の観察では黒点が多く確認(表1の×印)された。   Moreover, as a result of observing the crosslinked body samples and the carbon fiber composite glass materials of Examples 1 to 3 with an electron microscope (SEM), almost no aggregation of the carbon nanofibers was observed (circles in Table 1). The composite glass material of Comparative Example 1 was confirmed to have many black spots in the observation of the glass molding state (X in Table 1).

以上のことから、本発明によれば、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マトリクス材料(エラストマー及びガラス)中に均一に分散されることが明かとなった。また、ガラス粒子をエラストマーに混合させることで、カーボンナノファイバー特に30nm以下の細いカーボンナノファイバーや湾曲して絡みやすいカーボンナノファイバーにおいても、十分に分散させることができることが明らかとなった。   From the above, according to the present invention, it has been clarified that carbon nanofibers, which are generally very difficult to disperse into a substrate, are uniformly dispersed in a matrix material (elastomer and glass). It has also been clarified that by mixing glass particles with an elastomer, carbon nanofibers, particularly thin carbon nanofibers of 30 nm or less, and carbon nanofibers that are easily bent and entangled can be sufficiently 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. 非加圧浸透法によって炭素繊維複合ガラス材料を製造する装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the apparatus which manufactures a carbon fiber composite glass material by the non-pressure penetrating method. 非加圧浸透法によって炭素繊維複合ガラス材料を製造する装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the apparatus which manufactures a carbon fiber composite glass material by the non-pressure penetrating method.

符号の説明Explanation of symbols

1 容器
2 ガストラップ装置
4 炭素繊維複合成形品
5 ガラス塊
6 炭素繊維複合ガラス成形品
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
50 ガラス粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 2 Gas trap apparatus 4 Carbon fiber composite molded article 5 Glass lump 6 Carbon fiber composite glass molded article 10 1st roll 20 2nd roll 30 Elastomer 40 Carbon nanofiber 50 Glass particle

Claims (37)

エラストマーと、該エラストマーに分散された、ガラス粒子とカーボンナノファイバーと、を含み、
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、炭素繊維複合材料。
An elastomer, and glass particles and carbon nanofibers dispersed in the elastomer,
The said elastomer is a carbon fiber composite material which has an unsaturated bond or group which has affinity with respect to the said carbon nanofiber.
請求項1において、
前記ガラス粒子は、前記エラストマー100重量部に対して、10〜3000重量部である、炭素繊維複合材料。
In claim 1,
The said glass particle is a carbon fiber composite material which is 10-3000 weight part with respect to 100 weight part of said elastomers.
請求項1または2において、
前記ガラス粒子は、前記カーボンナノファイバーの平均直径よりも大きな平均粒径を有する、炭素繊維複合材料。
In claim 1 or 2,
The said glass particle is a carbon fiber composite material which has an average particle diameter larger than the average diameter of the said carbon nanofiber.
請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記ガラス粒子の平均粒径は500μm以下である、炭素繊維複合材料。
In any of claims 1 to 3,
The carbon fiber composite material whose average particle diameter of the said glass particle is 500 micrometers or less.
請求項1ないし4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、炭素繊維複合材料。
In any of claims 1 to 4,
The elastomer is a carbon fiber composite material having a molecular weight of 5,000 to 5,000,000.
請求項1ないし5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、炭素繊維複合材料。
In any of claims 1 to 5,
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 carbon fiber composite 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6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、炭素繊維複合材料。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
The said elastomer is a carbon fiber composite material whose spin-spin relaxation time (T2n) of a network component is 100 to 3000 microseconds in an uncrosslinked body measured at 30 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR.
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、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、炭素繊維複合材料。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
The elastomer is a carbon fiber composite material in which a spin-spin relaxation time (T2n) of a network component in a cross-linked body measured at 30 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR is 100 to 2000 μsec.
請求項1ないし8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、炭素繊維複合材料。
In any of claims 1 to 8,
The carbon nanofiber is a carbon fiber composite material having an average diameter of 0.5 to 500 nm.
請求項1ないし9のいずれかに記載の炭素繊維複合材料を所定の形状に成形した炭素繊維複合成形品。   A carbon fiber composite molded article obtained by molding the carbon fiber composite material according to claim 1 into a predetermined shape. 請求項1ないし9のいずれかに記載の炭素繊維複合材料を架橋した炭素繊維複合成形品。   A carbon fiber composite molded article obtained by crosslinking the carbon fiber composite material according to any one of claims 1 to 9. 請求項1ないし9のいずれかに記載の炭素繊維複合材料を架橋するとともに所望の形状に成形した炭素繊維複合成形品。   A carbon fiber composite molded article obtained by crosslinking the carbon fiber composite material according to any one of claims 1 to 9 and molding the carbon fiber composite material into a desired shape. 請求項11または12において、
前記炭素繊維複合成形品は、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、混合され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(T1)が、前記エラストマー単体の場合より1msec以上低下する、炭素繊維複合成形品。
In claim 11 or 12,
The carbon fiber composite molded article has a spin-lattice relaxation time (T1) converted to 1% by volume of mixed carbon nanofibers measured at 150 ° C. by a Hahn echo method using pulse NMR, and the elastomer A carbon fiber composite molded article that is reduced by 1 msec or more from the case of a single substance.
請求項1ないし13のいずれかの炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を粉末成形した炭素繊維複合ガラス材料。   A carbon fiber composite glass material obtained by powder molding the carbon fiber composite material or carbon fiber composite molded product according to any one of claims 1 to 13. 請求項1ないし13のいずれかの炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を、溶融ガラスに混入して鋳造した炭素繊維複合ガラス材料。   A carbon fiber composite glass material obtained by mixing and casting the carbon fiber composite material or carbon fiber composite molded product according to any one of claims 1 to 13 in molten glass. 請求項10ないし13のいずれかの炭素繊維複合成形品に溶融ガラスを浸透させ、前記エラストマーを前記ガラスと置換した炭素繊維複合ガラス成形品。   A carbon fiber composite glass molded product obtained by impregnating molten glass with a carbon fiber composite molded product according to any one of claims 10 to 13 and replacing the elastomer with the glass. 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と、ガラス粒子と、を混合する工程と、
前記ガラス粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程と、
を含む、炭素繊維複合材料の製造方法。
A step of mixing an elastomer having an unsaturated bond or group having affinity for carbon nanofibers and glass particles;
Mixing the carbon nanofibers with the elastomer containing the glass particles and dispersing by shearing force;
A method for producing a carbon fiber composite material, comprising:
請求項17において、
前記ガラス粒子は、前記エラストマー100重量部に対して、10〜3000重量部である、炭素繊維複合材料の製造方法。
In claim 17,
The said glass particle is a manufacturing method of a carbon fiber composite material which is 10-3000 weight part with respect to 100 weight part of said elastomers.
請求項17または18において、
前記ガラス粒子は、前記カーボンナノファイバーの平均直径よりも大きな平均粒径を有する、炭素繊維複合材料の製造方法。
In claim 17 or 18,
The method for producing a carbon fiber composite material, wherein the glass particles have an average particle diameter larger than an average diameter of the carbon nanofibers.
請求項17ないし19のいずれかにおいて、
前記ガラス粒子の平均直径は500μm以下である、炭素繊維複合材料の製造方法。
In any one of claims 17 to 19,
The manufacturing method of the carbon fiber composite material whose average diameter of the said glass particle is 500 micrometers or less.
請求項17ないし20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、炭素繊維複合材料の製造方法。
In any one of claims 17 to 20,
The method for producing a carbon fiber composite material, wherein the elastomer has a molecular weight of 5,000 to 5,000,000.
請求項17ないし20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、炭素繊維複合材料の製造方法。
In any one of claims 17 to 20,
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 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17ないし22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、炭素繊維複合材料の製造方法。
In any of claims 17 to 22,
Production of a carbon fiber composite material in which the elastomer has a spin-spin relaxation time (T2n) of a network component in an uncrosslinked body of 100 to 3000 μsec, measured at 30 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR. Method.
請求項17ないし22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、炭素繊維複合材料の製造方法。
In any of claims 17 to 22,
The method for producing a carbon fiber composite material, wherein the elastomer has a spin-spin relaxation time (T2n) of a network component of 100 to 2000 μsec in a crosslinked body, measured at 30 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR. .
請求項17ないし24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、炭素繊維複合材料の製造方法。
25. In any one of claims 17 to 24.
The carbon nanofiber is a method for producing a carbon fiber composite material having an average diameter of 0.5 to 500 nm.
請求項17ないし25のいずれかにおいて、
前記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工程は、ロール間隔が0.5mm以下のオープンロール法を用いて行われる、炭素繊維複合材料の製造方法。
In any of claims 17 to 25,
The step of dispersing carbon nanofibers in the elastomer by a shearing force is a method for producing a carbon fiber composite material, which is performed using an open roll method with a roll interval of 0.5 mm or less.
請求項26において、
前記オープンロール法は、2本のロールの表面速度比が1.05ないし3.00である、炭素繊維複合材料の製造方法。
In claim 26,
The open roll method is a method for producing a carbon fiber composite material in which the surface speed ratio of two rolls is 1.05 to 3.00.
請求項17ないし25のいずれかにおいて、
前記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工程は、ロータ間隙が1mm以下の密閉式混練法によって行われる、炭素繊維複合材料の製造方法。
In any of claims 17 to 25,
The step of dispersing carbon nanofibers in the elastomer by a shearing force is a method for producing a carbon fiber composite material, which is performed by a closed kneading method with a rotor gap of 1 mm or less.
請求項17ないし25のいずれかにおいて、
前記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工程は、スクリュー間隙が0.3mm以下の多軸押出し混練法によって行われる、炭素繊維複合材料の製造方法。
In any of claims 17 to 25,
The step of dispersing carbon nanofibers in the elastomer by shearing force is a method for producing a carbon fiber composite material, which is performed by a multiaxial extrusion kneading method with a screw gap of 0.3 mm or less.
請求項17ないし29のいずれかにおいて、
前記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工程は、0ないし50℃で行われる、炭素繊維複合材料の製造方法。
30. In any one of claims 17 to 29.
The method for producing a carbon fiber composite material, wherein the step of dispersing carbon nanofibers in the elastomer by a shearing force is performed at 0 to 50 ° C.
請求項17ないし29のいずれかに記載の製造方法によって得られた炭素繊維複合材料を、所望の形状に成形する工程をさらに有する、炭素繊維複合成形品の製造方法。   A method for producing a carbon fiber composite molded article, further comprising a step of molding the carbon fiber composite material obtained by the production method according to any one of claims 17 to 29 into a desired shape. 請求項17ないし29のいずれかに記載の製造方法によって得られた炭素繊維複合材料を、架橋する工程をさらに有する、炭素繊維複合成形品の製造方法。   A method for producing a carbon fiber composite molded article, further comprising a step of crosslinking the carbon fiber composite material obtained by the production method according to any one of claims 17 to 29. 請求項17ないし29のいずれかに記載の製造方法によって得られた炭素繊維複合材料を、所望の形状を有する成形金型内で架橋するとともに成形する工程をさらに有する、炭素繊維複合成形品の製造方法。   30. The production of a carbon fiber composite molded article, further comprising a step of crosslinking and molding the carbon fiber composite material obtained by the production method according to claim 17 in a molding die having a desired shape. Method. 請求項17ないし33のいずれかに記載の製造方法によって得られた炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を粉末成形する、炭素繊維複合ガラス材料の製造方法。   34. A method for producing a carbon fiber composite glass material, wherein the carbon fiber composite material or the carbon fiber composite molded product obtained by the production method according to claim 17 is powder-molded. 請求項17ないし33のいずれかに記載の製造方法によって得られた炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を、溶融ガラスに混入して所望の形状を有する鋳型内で鋳造する工程をさらに有する、炭素繊維複合ガラス材料の製造方法。   34. The method further comprises a step of casting the carbon fiber composite material or the carbon fiber composite molded article obtained by the production method according to any one of claims 17 to 33 in a molten glass mixed in a mold having a desired shape. A method for producing a carbon fiber composite glass material. 請求項31ないし33のいずれかに記載の製造方法によって得られた炭素繊維複合成形品に、溶融ガラスを浸透させて前記エラストマーを前記溶融ガラスと置換する工程をさらに有する、炭素繊維複合ガラス成形品の製造方法。   34. A carbon fiber composite glass molded article further comprising the step of infiltrating molten glass into the carbon fiber composite molded article obtained by the manufacturing method according to claim 31 to replace the elastomer with the molten glass. Manufacturing method. 請求項31ないし33のいずれかに記載の製造方法によって得られた炭素繊維複合成形品の上方にガラス塊を配置する工程と、
前記ガラス塊を加熱し溶融させることで溶融ガラスとするとともに、前記炭素繊維複合成形品中の前記エラストマーを気化させ、前記溶融ガラスを浸透させて該エラストマーと置換する工程と、
をさらに有する、炭素繊維複合ガラス成形品の製造方法。
A step of arranging a glass block above the carbon fiber composite molded article obtained by the production method according to any one of claims 31 to 33;
Heating and melting the glass lump to obtain molten glass, vaporizing the elastomer in the carbon fiber composite molded article, and infiltrating the molten glass to replace the elastomer;
A method for producing a carbon fiber composite glass molded article, further comprising:
JP2004067542A 2004-03-10 2004-03-10 Carbon fiber composite material and method for manufacturing the same, carbon fiber composite molded product and method for manufacturing the same, carbon fiber composite glass material and method for manufacturing the same, carbon fiber composite glass molded product and method for manufacturing the same Expired - Fee Related JP4255391B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004067542A JP4255391B2 (en) 2004-03-10 2004-03-10 Carbon fiber composite material and method for manufacturing the same, carbon fiber composite molded product and method for manufacturing the same, carbon fiber composite glass material and method for manufacturing the same, carbon fiber composite glass molded product and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004067542A JP4255391B2 (en) 2004-03-10 2004-03-10 Carbon fiber composite material and method for manufacturing the same, carbon fiber composite molded product and method for manufacturing the same, carbon fiber composite glass material and method for manufacturing the same, carbon fiber composite glass molded product and method for manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005255788A true JP2005255788A (en) 2005-09-22
JP4255391B2 JP4255391B2 (en) 2009-04-15

Family

ID=35081847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004067542A Expired - Fee Related JP4255391B2 (en) 2004-03-10 2004-03-10 Carbon fiber composite material and method for manufacturing the same, carbon fiber composite molded product and method for manufacturing the same, carbon fiber composite glass material and method for manufacturing the same, carbon fiber composite glass molded product and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4255391B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008037906A (en) * 2006-08-02 2008-02-21 Shinshu Univ Rubber material and strain sensor by using the same
JP2008189891A (en) * 2007-02-08 2008-08-21 Misuzu Kogyo:Kk Polyacetal resin composite material, flat cam made from polyacetal resin composite material, and method for producing flat cam
US7438970B2 (en) 2004-05-24 2008-10-21 Nissin Kogyo Co., Ltd. Carbon fiber composite material and method of producing the same, carbon fiber-metal composite material and method of producing the same, and carbon fiber-nonmetal composite material and method of producing the same
JP2010229028A (en) * 2010-03-31 2010-10-14 Nissin Kogyo Co Ltd Method of manufacturing carbon fiber complex nonmetal material
CN102976621A (en) * 2012-11-21 2013-03-20 邓湘凌 Method for manufacturing glass carbon fiber composite material

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7438970B2 (en) 2004-05-24 2008-10-21 Nissin Kogyo Co., Ltd. Carbon fiber composite material and method of producing the same, carbon fiber-metal composite material and method of producing the same, and carbon fiber-nonmetal composite material and method of producing the same
JP2008037906A (en) * 2006-08-02 2008-02-21 Shinshu Univ Rubber material and strain sensor by using the same
JP2008189891A (en) * 2007-02-08 2008-08-21 Misuzu Kogyo:Kk Polyacetal resin composite material, flat cam made from polyacetal resin composite material, and method for producing flat cam
JP2010229028A (en) * 2010-03-31 2010-10-14 Nissin Kogyo Co Ltd Method of manufacturing carbon fiber complex nonmetal material
CN102976621A (en) * 2012-11-21 2013-03-20 邓湘凌 Method for manufacturing glass carbon fiber composite material

Also Published As

Publication number Publication date
JP4255391B2 (en) 2009-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4005058B2 (en) Carbon fiber composite material and method for producing the same, carbon fiber composite molded article and method for producing the same
JP4224438B2 (en) Method for producing carbon fiber composite metal material
JP4224428B2 (en) Method for producing metal material, method for producing carbon fiber composite metal material
JP4005048B2 (en) Carbon fiber composite material and method for producing the same
JP4294042B2 (en) Method for producing carbon fiber composite material
JP2005068386A (en) Carbon fiber composite material, method for producing the same, carbon fiber composite molded article and method for producing the same molded article
JP4279220B2 (en) Composite material and manufacturing method thereof, composite metal material and manufacturing method thereof
JP4177210B2 (en) Method for producing carbon fiber composite metal material
JP4201789B2 (en) Porous material, method for producing the same, and method for producing composite metal material
JP4255391B2 (en) Carbon fiber composite material and method for manufacturing the same, carbon fiber composite molded product and method for manufacturing the same, carbon fiber composite glass material and method for manufacturing the same, carbon fiber composite glass molded product and method for manufacturing the same
JP4201794B2 (en) Porous composite material and method for producing the same, and method for producing the composite material
JP4294043B2 (en) Carbon fiber composite metal material and method for producing the same, carbon fiber composite metal molded product and method for producing the same
JP4550783B2 (en) Method for producing carbon fiber composite metal material, method for producing carbon fiber composite metal molded product
JP4005018B2 (en) Carbon fiber composite material and method for producing the same, carbon fiber composite molded article and method for producing the same
JP3880055B2 (en) Method for producing carbon fiber composite material, method for producing carbon fiber composite molded product, method for producing carbon fiber composite metal material, and method for producing carbon fiber composite metal molded product
JP4512583B2 (en) Method for producing carbon fiber composite metal material
JP4420711B2 (en) Method for producing composite material and method for producing composite molded product
JP4550782B2 (en) Method for producing carbon fiber composite metal material, method for producing carbon fiber composite metal molded product
JP4217704B2 (en) Method for producing silicon-based composite material
JP4005027B2 (en) Carbon fiber composite material and method for producing the same, carbon fiber composite molded article and method for producing the same
JP4177243B2 (en) Method for producing carbon fiber composite metal material
JP4108648B2 (en) Carbon fiber composite material and method for producing the same
JP2009120961A (en) Formed product of carbon fiber-metal composite
JP5085341B2 (en) Method for producing carbon fiber composite material and method for producing carbon fiber composite metal material
JP2007076987A (en) Silicon-based composite material and its production method

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20051213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070803

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071003

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080109

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080307

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090121

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090127

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120206

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130206

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140206

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees