JP2010045025A - Exothermic body using fine carbon fiber, and manufacturing method thereof - Google Patents

Exothermic body using fine carbon fiber, and manufacturing method thereof Download PDF

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直浩 樽本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exothermic body which has high exothermic efficiency and is applicable, in a low temperature region of 100°C or lower, to an electric carpet of energy saving type, a floor heater, a wall heating unit, snow-melting of roads and roofs and demisting heater of a mirror, and, in a region of 100 to 200°C, evaporates and dries moisture attached on a material surface in a manufacturing process of silicon wafers, and provide an exothermic heater, an exothermic fixing roller or a belt used for a fixing part in a copying machine and a laser beam printer in a high temperature region of 200°C or higher. <P>SOLUTION: In the exothermic body and a manufacturing method thereof, an electrically conductive portion in which fine carbon fibers are dispersed in a resin material and an inter-electrode resistance value is 1×10<SP>5</SP>Ω/cm or less is applied to an exothermic layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、微細炭素繊維及び樹脂材料を用いて、電極間抵抗値(Ω/cm)が105以下である導電部を発熱層とした発熱体及びその製造法に関するものであり、例えば、100℃以下の低温領域では床暖房、壁面暖房機器、道路や屋根の融雪用もしくは鏡の防曇用ヒーターまたはパイプラインの加熱や保温に用いられる加熱ヒーター等に用いる事ができる。また100℃〜200℃の領域では、シリコーンウェハ製造工程等における素材表面に付着した水分を揮発乾燥させる発熱体として用いる事ができる。更に200℃以上の高温領域では複写機及びレーザープリンター内の定着部に用いられる発熱ヒーター、発熱定着ローラー又はベルトとして利用する事ができる。 The present invention relates to a heating element using a fine carbon fiber and a resin material and having a conductive part having an interelectrode resistance (Ω / cm) of 105 or less as a heating layer, and a method for producing the heating element. In the following low-temperature regions, it can be used for floor heating, wall heating equipment, snow melting on roads and roofs, or anti-fogging heaters for mirrors, or heaters used for heating and heat retaining pipelines. Further, in the region of 100 ° C. to 200 ° C., it can be used as a heating element for volatilizing and drying the moisture adhering to the material surface in the silicone wafer manufacturing process or the like. Furthermore, in a high temperature region of 200 ° C. or higher, it can be used as a heating heater, a heating fixing roller or a belt used in a fixing unit in a copying machine and a laser printer.

微細炭素繊維とは、気相法炭素繊維、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等に代表される材料の事である。 The fine carbon fiber is a material typified by vapor grown carbon fiber, carbon nanofiber, carbon nanotube and the like.

その中で、カーボンナノチューブとは、繊維直径が100nm以下のものであり、他に類を見ない化学的特性、電気的特性、機械的特性、熱伝導性、構造特性等を有しているため、電子デバイス、電気配線、電熱変換素子材料、熱電変換素子材料、建材用放熱材料、電磁波シールド材料、電波吸収材料、フラットパネルディスプレイ用電界放出陰極材料、電極接合材料、樹脂複合材料、透明導電膜、触媒担持材料、電極・水素貯蔵材、補強材料及び黒色顔料等への応用が期待されている。 Among them, carbon nanotubes have a fiber diameter of 100 nm or less, and have unprecedented chemical properties, electrical properties, mechanical properties, thermal conductivity, structural properties, etc. , Electronic devices, electrical wiring, electrothermal conversion element materials, thermoelectric conversion element materials, heat radiation materials for building materials, electromagnetic wave shielding materials, radio wave absorption materials, field emission cathode materials for flat panel displays, electrode bonding materials, resin composite materials, transparent conductive films Application to catalyst support materials, electrodes / hydrogen storage materials, reinforcing materials and black pigments is expected.

カーボンナノチューブの種類としては、炭素原子が網状に結合した一層のシート(グラフェンシート)が筒状になったシングルカーボンナノチューブ(SWCNT)、二層が筒状になったダブルカーボンナノチューブ(DWCNT)やグラフェンシートの筒が何層も入れ子状に積層した多層カーボンナノチューブ(MWCNT)が知られている。 The types of carbon nanotubes include single carbon nanotubes (SWCNT) in which a single layer of carbon atoms bonded in a network (graphene sheet) is formed into a cylinder, double carbon nanotubes (DWCNT) in which two layers are formed in a tube, and graphene Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) in which multiple layers of sheet cylinders are nested are known.

また、カーボンナノチューブは直径とシートの巻き方の幾何学形状がカイラル指数によって決定され、カイラル指数によって金属や半導体の性質を示す。 In addition, the diameter and the geometric shape of the sheet winding are determined by the chiral index, and the carbon nanotube shows the properties of metals and semiconductors by the chiral index.

多層カーボンナノチューブは、実質的にグラフェン構造をもつ炭素原子の連続的な多重層からなるフィブリルで、規則的に配列した炭素原子の層の多層からなり、各層とコアがフィブリルの円中軸に実質的に直交している黒鉛質からなるフィブリルが、例えば特許文献1、2、3に開示されている。 Multi-walled carbon nanotubes are fibrils consisting of a continuous multi-layer of carbon atoms having a graphene structure, consisting of multiple layers of regularly arranged carbon atoms, with each layer and core substantially aligned with the central axis of the fibril. For example, Patent Documents 1, 2, and 3 disclose fibrils made of graphite orthogonal to the above.

しかしながら、同心円状のグラフェンシートの積層構造では、繊維は変形しやすく、繊維同士がファンデルワールス力で凝集し、繊維同士が絡み合った構造体となりやすい。したがって、このような凝集構造を有するカーボンナノチューブを複合材料用フィラーとしてマトリックス材料に混合して分散させようとすると、絡み合った凝集繊維は容易に解かれず、分散させる事が困難であるという問題があった。 However, in a laminated structure of concentric graphene sheets, the fibers are easily deformed, the fibers are aggregated by van der Waals force, and a structure in which the fibers are entangled with each other easily. Therefore, when carbon nanotubes having such an agglomerated structure are mixed and dispersed in a matrix material as a filler for a composite material, the intertwined agglomerated fibers are not easily unwound and are difficult to disperse. there were.

複合材料用フィラーとして水、有機溶剤又はマトリックス材料(熱可塑性及び熱硬化性樹脂溶液、ゴム溶液、熱可塑性及び熱硬化性樹脂、ゴム)への混合、分散が難しいカーボンナノチューブにおいて、その混合、分散状態を改善させる方法としては、カーボンナノチューブの形状または表面の黒鉛化度を変化させて分散性を改善する方法、カーボンナノチューブの表面を化学的処理によって改質させる方法、第三成分である分散剤を添加する方法、つまり分散剤の種類、添加量の最適化及び、又は分散機の種類、運転条件の最適化を行う方法の三通りに大別される。 Carbon nanotubes that are difficult to mix and disperse in water, organic solvents or matrix materials (thermoplastic and thermosetting resin solutions, rubber solutions, thermoplastic and thermosetting resins, rubber) as fillers for composite materials. Methods for improving the state include a method of improving the dispersibility by changing the shape of the carbon nanotube or the degree of graphitization of the surface, a method of modifying the surface of the carbon nanotube by chemical treatment, and a dispersing agent as the third component , Ie, the type of dispersant, the optimization of the addition amount, and the type of the disperser, and the method of optimizing the operating conditions.

カーボンナノチューブの形状または表面の黒鉛化度を変化させて分散性を改善させる方法としては、形状を改善した報告として特許文献4〜6、表面の黒鉛化度を変化させた報告として非参考文献1が公開されている。特許文献4のカーボンナノチューブは、少量の添加にて、マトリックスの特性を損なわずに電気的特性、機械的特性、熱特性等の物理特性を向上させることのできる微細炭素繊維であって、筒状のグラフェンシートが軸直角方向に積層し、筒を構成するシートが多角形の軸直交断面を有し、該断面の最大径が15〜100nmであり、アスペクト比が105以下で、ラマン分光分析で514nmにて測定されるR値が0.1以下であることを特徴とする。 As a method for improving the dispersibility by changing the shape of the carbon nanotube or the degree of graphitization of the surface, Patent Documents 4 to 6 as reports on improving the shape, and Non-Reference Document 1 as a report of changing the degree of graphitization of the surface. Is published. The carbon nanotube of Patent Document 4 is a fine carbon fiber that can improve physical properties such as electrical properties, mechanical properties, thermal properties, etc., without impairing the properties of the matrix, with a small amount of addition. Graphene sheets are laminated in a direction perpendicular to the axis, the sheet constituting the cylinder has a polygonal axis orthogonal cross section, the maximum diameter of the cross section is 15 to 100 nm, the aspect ratio is 105 or less, and Raman spectroscopic analysis The R value measured at 514 nm is 0.1 or less.

特許文献5のカーボンナノチューブは、外径15〜100nmの微細炭素繊維から構成される3次元ネットワーク状の微細炭素繊維構造体であって、該微細炭素繊維構造体は、該微細炭素繊維を互いに結合する粒状部を有しており、該微細炭素繊維が複数延出する態様で、かつ該粒状部は、その粒径が該微細炭素繊維の外径よりも大きく、かつ、炭素源として分解温度の異なる少なくとも2つ以上の炭素化合物を用いることにより、炭素物質が繊維状に成長する一方で、使用される触媒粒子の周面方向にも成長する成長過程により形成されてなるものであることを特徴とする。 The carbon nanotube of Patent Document 5 is a three-dimensional network-like fine carbon fiber structure composed of fine carbon fibers having an outer diameter of 15 to 100 nm, and the fine carbon fiber structure bonds the fine carbon fibers to each other. And a granular portion having a particle diameter larger than the outer diameter of the fine carbon fiber and having a decomposition temperature as a carbon source. By using at least two different carbon compounds, the carbon material grows in a fibrous form, while being formed by a growth process that also grows in the circumferential direction of the catalyst particles used. And

特許文献6のカーボンナノチューブは、少量の添加にて、マトリックスの特性を損なわずに電気的特性、機械的特性、熱特性等の物理特性を向上させることのできる微細炭素繊維構造体であって、外径15〜100nmの微細炭素繊維から構成される3次元ネットワーク状の微細炭素繊維構造体であって、前記微細炭素繊維構造体は、該微細炭素繊維を互いに結合する粒状部を有しており、該粒状部より該微細炭素繊維が複数延出する態様で、該粒状部は、その粒径が該微細炭素繊維の外径よりも大きく、かつ、炭素源として分解温度の異なる少なくとも2つ以上の炭素化合物を用いることにより、炭素物質が、繊維状に成長する一方で、使用される触媒粒子の周面方向にも成長する成長過程において形成されてなるものであり、また該微細炭素繊維構造体は圧縮密度0.8g/cm3において測定した粉体抵抗値が0.02Ω・cm以下であることを特徴とする。 The carbon nanotube of Patent Document 6 is a fine carbon fiber structure that can improve physical properties such as electrical properties, mechanical properties, thermal properties, etc. without damaging the properties of the matrix with a small amount of addition, It is a three-dimensional network-like fine carbon fiber structure composed of fine carbon fibers having an outer diameter of 15 to 100 nm, and the fine carbon fiber structure has a granular portion for bonding the fine carbon fibers to each other. In a form in which a plurality of the fine carbon fibers extend from the granular part, the granular part has at least two or more particle diameters larger than the outer diameter of the fine carbon fiber and different decomposition temperatures as a carbon source. By using the carbon compound, the carbon material is formed in a growth process in which the carbon material grows in the form of fibers and also grows in the circumferential direction of the catalyst particles used. Carbon fiber structure, characterized in that the powder resistance value measured in pressed density 0.8 g / cm @ 3 is less than 0.02 ohm · cm.

非特許文献1では、遷移金属超微粒子を触媒として炭化水素等の有機化合物をCVD法にて化学熱分解反応を行い、繊維構造体を得る。その後繊維構造体を高温熱処理し、カーボンナノチューブの黒鉛化度を上げる。そして繊維構造体の高温処理温度を、要求される黒鉛化度になるような処理温度に設定し、得られるカーボンナノチューブの黒鉛化度を制御する方法が示されている。 In Non-Patent Document 1, an organic compound such as hydrocarbon is subjected to a chemical pyrolysis reaction by a CVD method using transition metal ultrafine particles as a catalyst to obtain a fiber structure. Thereafter, the fiber structure is heat-treated at a high temperature to increase the graphitization degree of the carbon nanotube. And the method of setting the high temperature processing temperature of a fiber structure to the processing temperature which becomes the required graphitization degree, and controlling the graphitization degree of the carbon nanotube obtained is shown.

また、分散剤の種類、添加量の最適化及び、又は分散機の種類、運転条件の最適化を行う方法としては、特許文献7〜12及び非特許文献2−3が公開されている。特許文献7では、カーボンナノチューブの分散溶媒としては、水溶性溶媒や有機溶媒あるいはそれらの混合溶媒が利用できることが開示されている。例えば、水、酸性溶液、アルカリ性溶液、アルコール、エーテル、石油エーテル、ベンゼン、酢酸エチル、クロロホルム、イソプロピルアルコール、エタノール、アセトン、トルエン等である。 Patent Documents 7 to 12 and Non-Patent Documents 2-3 are disclosed as methods for optimizing the type of dispersant and the amount of addition and / or the type of disperser and the operating conditions. Patent Document 7 discloses that a water-soluble solvent, an organic solvent, or a mixed solvent thereof can be used as a dispersion solvent for carbon nanotubes. For example, water, acidic solution, alkaline solution, alcohol, ether, petroleum ether, benzene, ethyl acetate, chloroform, isopropyl alcohol, ethanol, acetone, toluene and the like.

特許文献8では、アミド系極性有機溶媒であるN−メチルピロリドンとポリマー溶媒であるポリビニルピロリドンの混合溶媒中でカーボンナノチューブを分散する方法も開示されている。 Patent Document 8 also discloses a method of dispersing carbon nanotubes in a mixed solvent of N-methylpyrrolidone that is an amide polar organic solvent and polyvinylpyrrolidone that is a polymer solvent.

特許文献9では、炭化水素系溶媒中に塩基性高分子としてポリエステル酸アマイドアミン塩を分散剤として用いたカーボンナノチューブの分散方法等も開示されている。 Patent Document 9 also discloses a method of dispersing carbon nanotubes using a polyester acid amide amine salt as a dispersant in a hydrocarbon solvent as a basic polymer.

非特許文献2では、非イオン性界面活性剤を用いたカーボンナノチューブ水分散液の作製方法が開示されている。前記非イオン性界面活性剤としてTergitol(商標)NP7を用いた提案がなされているが、カーボンナノチューブの配合量が増加すると、カーボンナノチューブが凝集してしまい、均一な分散が得られない事が報告されている。 Non-Patent Document 2 discloses a method for producing a carbon nanotube aqueous dispersion using a nonionic surfactant. A proposal using Tergitol ™ NP7 as the nonionic surfactant has been made, but it is reported that when the amount of carbon nanotubes increases, the carbon nanotubes aggregate and a uniform dispersion cannot be obtained. Has been.

非特許文献3では、単層のカーボンナノチューブを陰イオン性界面活性剤SDS水溶液中で超音波処理することにより、カーボンナノチューブの疎水性表面と界面活性剤の疎水部を吸着させ、外側に親水部を形成して水溶液中に分散することも報告されている In Non-Patent Document 3, a single-walled carbon nanotube is ultrasonically treated in an anionic surfactant SDS aqueous solution to adsorb the hydrophobic surface of the carbon nanotube and the hydrophobic portion of the surfactant, and the hydrophilic portion on the outside. Have been reported to form and disperse in aqueous solutions

特許文献10では、複数のカーボンナノチューブバンドルを構成する各カーボンナノチューブの少なくとも一部分に両性分子を付着させ、前記複数のカーボンナノチューブバンドルのうち、一のカーボンナノチューブバンドルを構成するカーボンナノチューブに付着した両性分子が、隣接する他のカーボンナノチューブバンドルを構成するカーボンナノチューブに付着した両性分子と電気的に引き合う事により、前記複数のカーボン化のチューブバンドルを構成する各カーボンナノチューブを孤立分散させてペーストを製造するカーボンナノチューブ分散ペーストの製造方法が示されている。 In Patent Document 10, an amphoteric molecule is attached to at least a part of each carbon nanotube constituting a plurality of carbon nanotube bundles, and the amphoteric molecule attached to the carbon nanotube constituting one carbon nanotube bundle among the plurality of carbon nanotube bundles. However, by electrically attracting the amphoteric molecules attached to the carbon nanotubes constituting other adjacent carbon nanotube bundles, the carbon nanotubes constituting the plurality of carbonized tube bundles are isolated and dispersed to produce a paste. A method for producing a carbon nanotube-dispersed paste is shown.

特許文献11では、水溶液中で直径が50〜2000nmの球状ミセルを形成しうる界面活性剤又は重量平均分子量が1万〜5千万である水溶性高分子を有効成分として含有する、ナノカーボンの水可溶化剤が開示されている。ナノカーボンとしては、カーボンナノチューブ(単層、多層、カップスタック型)等である。界面活性剤としては、リン脂質系又は非リン脂質系界面活性剤であり、例えばジステアロイルホスファチジルコリン(DSPC)、ジミリストイルホスファチジルコリン(DMPC)、ジパルミチルホスファチジルコリン(DPPC)、3−[(3−コラミドプロピル)ジメチルアミノ]−2−ヒドロキシ−1−プロパンスルホン酸(CHAP)及びN,N−ビス(3−D−グルコナミドプロピル)−コラミドからなる群より選択される1種以上が示されている。水溶性高分子としては、植物性界面活性剤であり、水溶性多糖類、アルギン酸類、例えばアルギン酸、プロピレングリコールアルギネート、アラビアンゴム、キサンタンガム、ヒアルロン酸、コンドリチン硫酸等である。水溶性セルロース類としては、例えば酢酸セルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、キトサン、キチン等である。水溶性タンパク質としては、例えばゼラチン、コラーゲン等が示されている。またポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックポリマー、DNA等も用いている。 In Patent Document 11, a nanocarbon containing a surfactant capable of forming spherical micelles having a diameter of 50 to 2000 nm in an aqueous solution or a water-soluble polymer having a weight average molecular weight of 10,000 to 50 million as an active ingredient. A water solubilizer is disclosed. Examples of nanocarbon include carbon nanotubes (single-layer, multi-layer, cup-stack type) and the like. The surfactant is a phospholipid-based or non-phospholipid-based surfactant. For example, distearoylphosphatidylcholine (DSPC), dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC), dipalmitylphosphatidylcholine (DPPC), 3-[(3-cola One or more selected from the group consisting of (midopropyl) dimethylamino] -2-hydroxy-1-propanesulfonic acid (CHAP) and N, N-bis (3-D-gluconamidopropyl) -colamide. ing. Examples of the water-soluble polymer include plant surfactants such as water-soluble polysaccharides and alginic acids such as alginic acid, propylene glycol alginate, arabian gum, xanthan gum, hyaluronic acid, and chondritin sulfate. Examples of water-soluble celluloses include cellulose acetate, methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, chitosan, and chitin. Examples of water-soluble proteins include gelatin and collagen. Polyoxyethylene / polyoxypropylene block polymers, DNA, and the like are also used.

特許文献12では、ナノからマイクロサイズの微小カーボンと該微小カーボンの分散剤とを含有する微小カーボン分散液体媒体を、当該液体媒体が水系の場合には疎水性平滑体に適用した後に乾燥し、当該液体媒体が非水系の場合には親水性平滑体に適用した後に乾燥し、場合により、乾燥後に該分散剤を洗浄することにより得られる、網目状ナノカーボン凝集体が開示されている。 In Patent Document 12, when a fine carbon-dispersed liquid medium containing nano to micro-sized fine carbon and a dispersant for the fine carbon is applied to a hydrophobic smooth body when the liquid medium is aqueous, it is dried, When the liquid medium is non-aqueous, it is dried after being applied to a hydrophilic smooth body. In some cases, a reticulated nanocarbon aggregate obtained by washing the dispersant after drying is disclosed.

米国特許第4663230号明細書US Pat. No. 4,663,230 特開平03−174018号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-174018 米国特許第5165909号公報US Pat. No. 5,165,909 特許第3761561号公報Japanese Patent No. 3761561 特開2006−265751号公報JP 2006-265751 A 特許第3776111号公報Japanese Patent No. 3776111 特開2000−72422号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-72422 特開2005−162877号公報JP 2005-162877 A 特開2006−63436号公報JP 2006-63436 A 特開2007−39623号公報JP 2007-39623 A WO2004/060798号公報WO2004 / 060798 特開2007−182363号公報JP 2007-182363 A J.Chen et al.Carbon 45,2007,274−280J. et al. Chen et al. Carbon 45, 2007, 274-280 S.Cui et al. Carbon 41,2003,797−809S. Cui et al. Carbon 41, 2003, 797-809 Michael J. O’Connel et al. SCIENCE VOL297 26 July 2002,593−596Michael J.M. O'Connel et al. SCIENCE VOL297 26 July 2002, 593-596

一方で、導電性材料を電熱変換材料に適用した応用例も報告されている。例えば、カーボンブラックを用いた発熱体等は特許文献13〜16で公開されている。特許文献13の発熱体では、特定の温度領域で抵抗温度係数が正の方向へ増大する特徴を有するシート状の自己温度制御形面発熱体において、両端部に設けられた電極間に形成された導電部の厚みを中心部に向かって、順次厚くなるように構成した自己温度制御形面発熱体である事を特徴とする。導電材料としてカーボンブラック、マトリックス樹脂として低分子量ポリオレフィンワックスを用いている。 On the other hand, an application example in which a conductive material is applied to an electrothermal conversion material has also been reported. For example, Patent Documents 13 to 16 disclose heating elements using carbon black. In the heating element of Patent Document 13, in a sheet-like self-temperature control type surface heating element having a characteristic that the resistance temperature coefficient increases in a positive direction in a specific temperature region, the heating element is formed between electrodes provided at both ends. It is a self-temperature-controlled surface heating element configured such that the thickness of the conductive portion is gradually increased toward the central portion. Carbon black is used as the conductive material, and low molecular weight polyolefin wax is used as the matrix resin.

特許文献14の発熱体では、熱可塑性樹脂及び導電性粒子を有する発熱組成物を面状に成形して形成された面状発熱材料であって、少なくとも一部の領域の比抵抗値が他の領域の比抵抗値と異なる面状発熱材料である事を特徴とする。前記導電性粒子はカーボンブラックであり、熱可塑性樹脂はエチレン−エチルアクリレート共重合体である。 The heating element of Patent Document 14 is a planar heating material formed by molding a heating composition having a thermoplastic resin and conductive particles into a planar shape, and the specific resistance value of at least a part of the region is other than that. It is a planar heat generating material different from the specific resistance value of the region. The conductive particles are carbon black, and the thermoplastic resin is an ethylene-ethyl acrylate copolymer.

特許文献15の発熱体では、ポリウレタン(A)100重量部、ジブチルフタレート吸油量が100ml/100g以下のカーボンブラック(B)70〜120重量部、及びジブチルフタレート吸油量が150ml/100g以上のカーボンブラック(C)1〜30重量部からなる導電性組成物、導電性塗料、それを被覆してなる導電性繊維材料及び導電性繊維材料を有する事を特徴とする面状発熱体である。 In the heating element of Patent Document 15, 100 parts by weight of polyurethane (A), 70 to 120 parts by weight of carbon black (B) having a dibutyl phthalate oil absorption of 100 ml / 100 g or less, and carbon black having a dibutyl phthalate oil absorption of 150 ml / 100 g or more. (C) A planar heating element comprising a conductive composition comprising 1 to 30 parts by weight, a conductive paint, a conductive fiber material and a conductive fiber material coated therewith.

特許文献16の発熱体では、フッ素樹脂を主成分とする合成樹脂分散媒に、黒鉛とカーボンブラックよりなる導電性材料を混入し、分散させた面状発熱体であり、該合成樹脂分散媒に、所定の微小粒径の黒鉛と、カーボンブラックとが所望割合に混合・分散された面状発熱体であることを特徴としている。 The heating element of Patent Document 16 is a planar heating element in which a conductive material composed of graphite and carbon black is mixed and dispersed in a synthetic resin dispersion medium mainly composed of a fluororesin. The sheet heating element is characterized in that it is a planar heating element in which graphite having a predetermined fine particle diameter and carbon black are mixed and dispersed in a desired ratio.

更に、特許文献17〜24には、カーボンブラックより導電性、タール分が少なく、耐熱性の高い微細炭素繊維を電熱変換材料として用いた発熱体が公開されている。特許文献17の発熱体は、被膜形成成分に、カーボンナノチューブおよびカーボンナノコイルのいずれか一方又は双方を配合したことを特徴とする機能性コーティング剤組成物である。組成物としては、a)オルガノポリオキシシロキサンを主剤とし、それに架橋剤として官能性側鎖を有するオルガノキロキサン及び硬化触媒が配合された組成物、b)セラミック粒子に高熱用溶媒が配合された組成物、c)ペルヒドロポリシラザンの有機溶媒溶液、d)金属酸化物粉末の存在下に低分子量のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂を、触媒を用いて反応させて調製したプレポリマーである事を特徴としている。 Furthermore, Patent Documents 17 to 24 disclose heating elements that use fine carbon fibers that are less conductive and tar than carbon black and have high heat resistance as an electrothermal conversion material. The heating element of Patent Document 17 is a functional coating agent composition characterized in that one or both of carbon nanotubes and carbon nanocoils are blended with a film forming component. As a composition, a) a composition in which organopolyoxysiloxane is a main component and an organokiloxan having a functional side chain as a crosslinking agent and a curing catalyst are blended; and b) a solvent for high heat is blended in ceramic particles. Composition, c) organic solvent solution of perhydropolysilazane, d) prepolymer prepared by reacting low molecular weight glycidyl ether type epoxy resin in the presence of metal oxide powder using catalyst Yes.

特許文献18の発熱体では、導電性粉末とバインダー樹脂とからなる導電層と、該導電層の片面あるいは両面に熱可塑性もしくは熱硬化性樹脂からなる絶縁層を接着した面状発熱体である事を特徴としている。導電性粉末としてカーボンナノチューブを用いるが、実施例には発熱特性評価結果は記載されていない。 The heating element of Patent Document 18 is a planar heating element in which a conductive layer made of conductive powder and a binder resin, and an insulating layer made of thermoplastic or thermosetting resin are bonded to one or both sides of the conductive layer. It is characterized by. Although carbon nanotubes are used as the conductive powder, no heat generation characteristic evaluation results are described in the examples.

特許文献19の発熱体は、結晶性有機重合体にカーボンナノチューブ及び導電性金属及び/または導電性金属化合物を分散させてなる有機PTC組成物である事を特徴とする。 The heating element of Patent Document 19 is characterized in that it is an organic PTC composition in which a carbon nanotube and a conductive metal and / or a conductive metal compound are dispersed in a crystalline organic polymer.

特許文献20の発熱体は、金属材料表面の少なくとも一部に、平均アスペクト比が3以上の微細炭素繊維を含有してなる被覆層の熱伝導率が1W/m・K以上である吸放熱特性に優れた表面処理金属材料であることを特徴としている。微細炭素繊維とて繊維径が10μm以下であるカーボンナノチューブ、マトリックスとしてエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂、金属材料としてめっき鋼材、酢塩レス鋼材、チタン材、アルミニウム材、アルミニウム合金材を使用している。 The heat generating element of Patent Document 20 has a heat absorption / heat dissipation characteristic in which the thermal conductivity of a coating layer including fine carbon fibers having an average aspect ratio of 3 or more is 1 W / m · K or more on at least a part of a metal material surface. It is characterized by being an excellent surface-treated metal material. Fine carbon fibers are carbon nanotubes having a fiber diameter of 10 μm or less, an epoxy resin or silicone resin as a matrix, and a plated steel material, a vinegar-less steel material, a titanium material, an aluminum material, or an aluminum alloy material as a metal material.

特許文献21の発熱体は、少なくともカーボンナノチューブが付与された熱伝導性繊維を含む熱伝導体である事を特徴とする。熱伝導繊維にスプレーするカーボンナノチューブ分散液としては、導電材料はカーボンナノチューブ、分散剤はアルキルベンゼンスルホン酸及び/またはアルキルエーテル硫酸塩、親水部が水酸基、エチレンオキサイド、炭素−炭素3重結合、イオン性基のいずれかである疎水部−親水部−疎水部の構造を有する化合物である。 The heating element of Patent Document 21 is characterized in that it is a heat conductor including at least a heat conductive fiber provided with carbon nanotubes. The carbon nanotube dispersion to be sprayed on the heat conductive fiber is carbon nanotube, conductive material is alkylbenzene sulfonic acid and / or alkyl ether sulfate, hydrophilic part is hydroxyl group, ethylene oxide, carbon-carbon triple bond, ionicity It is a compound having a structure of a hydrophobic part-hydrophilic part-hydrophobic part which is one of the groups.

特許文献22の発熱体は、繊維層の少なくとも一部分に導電層を有する平均抵抗率が1.0×106〜1.0×1012[Ω/cm]、抵抗率の標準偏差の大きさが0.2以下の導電性繊維であって、該導電層が少なくともポリエステル成分とカーボンナノチューブからなる導電性繊維である事を特徴としている。ポリエステルとしてはトリメチレンテレフタレートを主たる繰り返し構造単位とするポリマーである。 The heating element of Patent Document 22 has an average resistivity of 1.0 × 10 6 to 1.0 × 10 12 [Ω / cm] having a conductive layer in at least a part of the fiber layer, and a standard deviation of the resistivity of 0. 2 or less conductive fibers, wherein the conductive layer is a conductive fiber comprising at least a polyester component and carbon nanotubes. Polyester is a polymer having trimethylene terephthalate as the main repeating structural unit.

特許文献23の発熱体は、ポリイミドからなるマトリックス樹脂中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粒子からなる導電性物質が実質的に均一に分散されて存在している発熱層と、該発熱層に電力を供給するための電極と、該発熱層および該電極を被覆する絶縁層とを積層してなる面状発熱体を特徴としている。カーボンナノ材料としては、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、及びカーボンマイクロコイル、フィラメント状金属微粒子は、ストランドが三次元的に連なった形状を有するニッケル微粒子、ポリイミドからなるマトリックス樹脂及び絶縁層として、少なくとも1種の芳香族ジアミンと少なくとも1種の芳香族テトラカルボン酸二無水物とを有機極性溶媒中で重合してなるポリイミド前駆体をイミド転化したポリイミドが示されている。 The heating element of Patent Document 23 includes a heating layer in which a conductive material made of carbon nanomaterials and filamentary metal fine particles is dispersed substantially uniformly in a matrix resin made of polyimide, and an electric power is supplied to the heating layer. It is characterized by a planar heating element formed by laminating an electrode for supplying heat, the heat generating layer, and an insulating layer covering the electrode. As carbon nanomaterials, carbon nanofibers, carbon nanotubes, carbon microcoils, filamentary metal fine particles are at least 1 as nickel fine particles having a shape in which strands are three-dimensionally connected, matrix resin made of polyimide, and insulating layer A polyimide obtained by imide conversion of a polyimide precursor obtained by polymerizing a kind of aromatic diamine and at least one kind of aromatic tetracarboxylic dianhydride in an organic polar solvent is shown.

特許文献24の発熱体は、被膜形成成分にカーボンナノチューブ及びカーボンマイクロコイルのいずれか一方又は双方が配合されたコーティング剤組成物を、基材に塗布して硬化せしめてなる薄膜抵抗発熱体である事を特徴とする。組成物としては、a)オルガノポリオキシシロキサンを主剤とし、それに架橋剤として官能性側鎖を有するオルガノキロキサン及び硬化触媒が配合された組成物、b)セラミック粒子に高熱用溶媒が配合された組成物、c)ペルヒドロポリシラザンの有機溶媒溶液、d)金属酸化物粉末の存在下に低分子量のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂を、触媒を用いて反応させて調製したプレポリマーである。 The heating element of Patent Document 24 is a thin film resistance heating element formed by applying a coating agent composition in which one or both of carbon nanotubes and carbon microcoils are blended in a film forming component to a base material and curing it. It is characterized by things. As a composition, a) a composition in which organopolyoxysiloxane is a main component and an organokiloxan having a functional side chain as a crosslinking agent and a curing catalyst are blended; and b) a solvent for high heat is blended in ceramic particles. Composition, c) an organic solvent solution of perhydropolysilazane, d) a prepolymer prepared by reacting a low molecular weight glycidyl ether type epoxy resin in the presence of a metal oxide powder using a catalyst.

特開平01−151191JP-A-01-151191 特開平08−264268号公報JP 08-264268 A 特開2006−202575号公報JP 2006-202575 A 特開2006−073217号公報JP 2006-073217 A 特開2000−026760号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-026760 特開2002−075602号公報JP 2002-077562 特開2003−163104号公報JP 2003-163104 A 特開2005−199666号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-199666 特開2004−103766号公報JP 2004-103766 A 特開2007−092234号公報JP 2007-092234 A 特開2007−109640号公報JP 2007-109640 A 特開2000−058228号公報JP 2000-058228 A

上記のように、カーボンナノチューブ特有の化学的特性、電気的特性、熱伝導性を利用して発熱体とした技術は複数公開されている。しかしながら、カーボンナノチューブ特有の電気的特性及び熱伝導性を最大限発揮させるためには、黒鉛化度が高いカーボンナノチューブを使用する必要があるが、これらに言及した検討はなされていない。また、発熱体を形成する基材に関して、紙、フィルム、ゴム、ガラス、ガラス繊維、セラミック、石膏、樹脂等に塗布又は印刷して作製した発熱体に関しても報告されていない。 As described above, a plurality of techniques for making a heating element using chemical characteristics, electrical characteristics, and thermal conductivity unique to carbon nanotubes have been disclosed. However, in order to maximize the electrical characteristics and thermal conductivity specific to carbon nanotubes, it is necessary to use carbon nanotubes with a high degree of graphitization, but studies that refer to these have not been made. In addition, regarding the base material forming the heating element, no heating element produced by applying or printing on paper, film, rubber, glass, glass fiber, ceramic, gypsum, resin or the like has been reported.

本発明は、微細炭素繊維を、樹脂材料に分散し、電極間抵抗値(Ω/cm)が105以下である導電部を発熱層に適用した発熱体及び発熱体の製造方法を提供する事を目的とする。 The present invention provides a heating element in which fine carbon fibers are dispersed in a resin material and a conductive part having an interelectrode resistance (Ω / cm) of 105 or less is applied to a heating layer, and a method for manufacturing the heating element. Objective.

本発明は、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、微細炭素繊維を樹脂材料に分散し、電極間抵抗値(Ω/cm)が105以下である導電部を発熱層に応用した発熱体及び発熱体の製造方法の構成とした。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been intensively studied. As a result, a heating element in which fine carbon fibers are dispersed in a resin material and a conductive portion having an interelectrode resistance (Ω / cm) of 105 or less is applied to a heating layer. And it was set as the structure of the manufacturing method of a heat generating body.

前記微細炭素繊維がラマン分光分析にてR値が1.0以下である事を特徴とする発熱体の構成とした。 The fine carbon fiber had a R value of 1.0 or less by Raman spectroscopic analysis.

前記微細炭素繊維がラマン分光分析にてR値が0.7以下である事を特徴とする発熱体の構成とした。 The fine carbon fiber had a R value of 0.7 or less by Raman spectroscopic analysis.

前記微細炭素繊維がラマン分光分析にてR値が0.2以下である事を特徴とする発熱体の構成とした。 The fine carbon fiber had a R value of 0.2 or less by Raman spectroscopic analysis.

前記樹脂材料が熱可塑性樹脂であることを特徴とする発熱体の構成とした。 The heat generating element is characterized in that the resin material is a thermoplastic resin.

前記樹脂材料が熱硬化性樹脂であることを特徴とする発熱体の構成とした。 The heat generating element is characterized in that the resin material is a thermosetting resin.

前記樹脂材料がエラストマー材料であることを特徴とする発熱体の構成とした。 The resin material is an elastomer material.

前記樹脂材料が印刷用インキであることを特徴とする発熱体の構成とした。 The resin material is a printing ink.

前記微細炭素繊維を含有する前記樹脂材料の、成形、硬化または基材への塗布により得られることを特徴とする発熱体の構成とした。 The heat generating element is characterized by being obtained by molding, curing, or applying the resin material containing the fine carbon fiber to a base material.

前記微細炭素繊維を含有する樹脂材料に、微細炭素繊維用分散剤が添加されていることを特徴とする発熱体の構成とした。 The heat generating element is characterized in that a fine carbon fiber dispersant is added to the resin material containing the fine carbon fibers.

前記微細炭素繊維用分散剤が、少なくとも一種類の高分子系分散剤を含有することを特徴とする発熱体の構成とした。 The fine carbon fiber dispersant contains at least one type of polymer-based dispersant.

前記高分子系分散剤がポリビニルブチラール系樹脂である事を特徴とする発熱体の構成とした。 The heating element has a configuration in which the polymer dispersant is a polyvinyl butyral resin.

前記高分子系分散剤が微細炭素繊維100質量部に対して0.0005〜100質量部である事を特徴とする発熱体の構成とした。 It was set as the structure of the heat generating body characterized by the said polymer dispersing agent being 0.0005-100 mass parts with respect to 100 mass parts of fine carbon fiber.

前記基材が、紙、ゴム、ガラス、ガラス繊維、セラミック、石膏、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の群から選択される材料である事を特徴とする発熱体の構成とした。 The base material is a material selected from the group consisting of paper, rubber, glass, glass fiber, ceramic, gypsum, thermoplastic resin or thermosetting resin.

前記樹脂材料100質量部に、微細炭素繊維が0.1〜30質量部添加されていることを特徴とする発熱体の構成とした。 The heat generating element has a structure in which 0.1 to 30 parts by mass of fine carbon fiber is added to 100 parts by mass of the resin material.

前記微細炭素繊維の平均外径が10〜300nmの微細炭素繊維から構成される事を特徴とする発熱体の構成とした。 The heat generating element is characterized in that the fine carbon fibers are composed of fine carbon fibers having an average outer diameter of 10 to 300 nm.

前記微細炭素繊維が単層、二層または多層構造であることを特徴とする発熱体の構成とした。 The fine carbon fiber has a single layer structure, a double layer structure, or a multilayer structure.

前記微細炭素繊維が、平均外径10〜300nmの微細炭素繊維から構成される3次元ネットワーク状の微細炭素繊維構造体であって、前記微細炭素繊維構造体は、複数の粒状部を有し、該粒状部から前記複数微細炭素繊維が3次元的な広がりをもって延出する態様で、該延出する微細炭素繊維が他の粒状部とも結合している態様によって、少なくとも部分的に該微細炭素繊維の立体的な網目状構造を有することを特徴とする発熱体の構成とした。 The fine carbon fiber is a three-dimensional network-like fine carbon fiber structure composed of fine carbon fibers having an average outer diameter of 10 to 300 nm, and the fine carbon fiber structure has a plurality of granular parts, In a mode in which the plurality of fine carbon fibers extend with a three-dimensional extension from the granular part, the fine carbon fiber is at least partially formed by a mode in which the extending fine carbon fiber is also bonded to other granular parts. The heating element is characterized by having a three-dimensional network structure.

前記複数微細炭素繊維を互いに結合する粒状部は、その粒径が前記微細炭素繊維の外径よりも大きく、かつ、炭素源として分解温度の異なる少なくとも2つ以上の炭素化合物を用いることにより、炭素物質を、繊維状に成長させる一方で、使用される触媒粒子の周面方向に成長させる成長過程において形成されてなるものであることを特徴とする発熱体の構成とした。 By using at least two or more carbon compounds having a particle diameter larger than the outer diameter of the fine carbon fiber and having different decomposition temperatures as carbon sources, While the material is grown in the form of a fiber, it is formed in a growth process in which the material is grown in the circumferential direction of the catalyst particles to be used.

前記微細炭素繊維が、平均外径15〜100nmの微細炭素繊維から構成されることを特徴とする発熱体の構成とした。 The fine carbon fiber is composed of fine carbon fibers having an average outer diameter of 15 to 100 nm.

前記微細炭素繊維が、含有タール分が0.5%以下の高純度な微細炭素繊維を用いた事を特徴とする発熱体の構成とした。 The fine carbon fiber was a high-purity fine carbon fiber having a tar content of 0.5% or less.

前記発熱体の発熱層の膜厚が0.3mm以下である事を特徴とする発熱体の構成とした。 The heating element has a heating layer having a thickness of 0.3 mm or less.

前記発熱体の発熱層の両端に電極を設置する事を特徴とする発熱体の構成とした。 The heating element has a configuration in which electrodes are provided at both ends of the heating layer of the heating element.

前記微細炭素繊維を含有した樹脂材料を基材に塗布して発熱層を製造した工程と、塗布した発熱層を硬化または乾燥させる工程を有することを特徴とする発熱体の製造方法の構成とした。 The heating element is manufactured by applying the resin material containing the fine carbon fiber to a base material to manufacture a heat generating layer, and the applied heat generating layer is cured or dried. .

前記発熱体の製造方法において、発熱層に電極を形成する工程を有することを特徴とする発熱体の製造方法の構成とした。 In the method for manufacturing a heating element, the method includes a step of forming an electrode on the heating layer.

前記発熱体の製造方法において、前記発熱層及び電極を、樹脂材料を用いて被覆する絶縁層形成工程を有することを特徴とする発熱体の製造方法の構成とした。 In the manufacturing method of the heating element, the heating element and the electrode are covered with a resin material, and an insulating layer forming step is provided.

本発明は以上の構成からなり、発熱体として使用できる事は勿論、以下の効果がある。本発明であるラマン分光分析にてR値が1.0以下微細炭素繊維及び樹脂材料を含有し、電極間抵抗値(Ω/cm)が105以下である導電部を発熱層とした電気エネルギーを熱エネルギーに変換する発熱体は、ラマン分光分析にてR値が1.0以上である微細炭素繊維に較べ、低電圧で高い発熱特性を示し、本特性は発熱体の面積が大きくなればなるほど顕著に現れる。従って、家庭電源であるAC100Vは勿論、各種発電機、自動車のバッテリーまたは乾電池等でも発熱させる事ができる。 The present invention has the above-described configuration and can be used as a heating element, as well as the following effects. In the Raman spectroscopic analysis according to the present invention, electric energy having an R value of 1.0 or less containing fine carbon fiber and a resin material, and having a conductive portion having an interelectrode resistance (Ω / cm) of 105 or less as a heat generation layer The heating element that converts to thermal energy shows higher heat generation characteristics at a lower voltage than the fine carbon fiber whose R value is 1.0 or more in Raman spectroscopic analysis, and this characteristic increases as the area of the heating element increases. Appears prominently. Therefore, it is possible to generate heat with various generators, automobile batteries or dry batteries, as well as with AC 100V as a household power source.

また、本発明であるラマン分光分析にてR値が1.0以下である微細炭素繊維及び樹脂材料を含有し、電極間抵抗値(Ω/cm)が105以下である導電部を発熱層とした電気エネルギーを熱エネルギーに変換する発熱体は、電圧印加後の昇温速度が速いことを特徴とする。そのため、複写機又はレーザープリンターの定着部発熱ヒーターに本発明の発熱体を用いた場合、即時昇温が可能であり、スリープモードが有効に使えるため、随時発熱ヒーターを加熱しておかなくてもよく、また低電圧の印加も不要なため、複写機及びレーザープリンターの消費電力低減が可能になる。 Further, the conductive portion containing fine carbon fibers and resin materials having an R value of 1.0 or less in the Raman spectroscopic analysis of the present invention and having an interelectrode resistance value (Ω / cm) of 105 or less is defined as a heating layer. The heating element that converts the electrical energy into thermal energy is characterized in that the rate of temperature rise after voltage application is fast. Therefore, when the heating element of the present invention is used for the fixing unit heating heater of a copying machine or a laser printer, the temperature can be increased immediately and the sleep mode can be used effectively. In addition, since it is not necessary to apply a low voltage, the power consumption of the copying machine and the laser printer can be reduced.

本発明であるタール分が0.5%以下の高純度な多層カーボンナノチューブを用いた場合は、発熱体製品として使用される場面において、タール分に含まれる揮発成分の揮発がなく、人体に対しても、より安全な発熱体製品とする事が出来る。 When high-purity multi-walled carbon nanotubes with a tar content of 0.5% or less according to the present invention are used, there is no volatilization of volatile components contained in the tar content when used as a heating element product. However, it can be made a safer heating element product.

以下、本発明について詳細に説明する。本発明の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、PC/ABSアロイ樹脂、PC/AESアロイ樹脂、ABS樹脂、ACS樹脂、AES樹脂、ASA樹脂、ABS/PVCアロイ樹脂、ポリアセタール樹脂、液晶ポリマー樹脂、フッ素樹脂、EVA樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリブチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、環状オレフィンコポリマー樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド610樹脂、ポリアミド612樹脂、ポリアミド46樹脂、強化ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、塩素化ポリプロピレン樹脂、塩素化エチレン−プロピレン共重合体、塩素化エチレン−酢酸ビニル共重合体等の塩素化ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリル共重合体、スチレン−アセトニトリル共重合体、ニトリル樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−マレイミド共重合体、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエステル樹脂、酢酸ビニル樹脂、環状ポリオレフィン共重合体、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミドビスマレイミド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエチレンオキシド樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、アクリル樹脂、熱可塑性ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリ乳酸樹脂、およびこれらを変性した樹脂等が挙げられる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. Examples of the thermoplastic resin of the present invention include polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, polyvinyl chloride resin, chlorinated polyethylene resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, polybutylene terephthalate resin, polycarbonate resin, PC / ABS. Alloy resin, PC / AES alloy resin, ABS resin, ACS resin, AES resin, ASA resin, ABS / PVC alloy resin, polyacetal resin, liquid crystal polymer resin, fluorine resin, EVA resin, polyvinyl acetate resin, polybutadiene resin, polybutylene resin , Polymethylpentene resin, polyvinyl alcohol resin, cyclic olefin copolymer resin, silicone resin, polyamide resin, polyamide 610 resin, polyamide 612 resin, polyamide 46 Fatty, reinforced polyamide resin, acrylic resin, chlorinated polyethylene resin, chlorinated polypropylene resin, chlorinated polyolefin resin such as chlorinated ethylene-propylene copolymer, chlorinated ethylene-vinyl acetate copolymer, polystyrene resin, styrene-acrylic Copolymer, styrene-acetonitrile copolymer, nitrile resin, thermoplastic polyimide resin, styrene-butadiene copolymer, styrene-maleic anhydride copolymer, styrene-maleimide copolymer, polyethylene terephthalate resin, polyester resin, acetic acid Vinyl resin, cyclic polyolefin copolymer, polyamideimide resin, polyamide bismaleimide resin, polyarylate resin, polyetherimide resin, polyetheretherketone resin, polyetherketone resin, polyethersulfone Resin, polyethylene oxide resin, polyvinylidene chloride resin, polyketone resin, polysulfone resin, polyetherimide resin, polyvinyl formal resin, polyvinyl acetal resin, polyphenylene ether resin, polyphenylene sulfide resin, polybenzimidazole resin, polyvinyl butyral resin, polyphenylene ether resin , Acrylic resin, thermoplastic polyurethane resin, silicone resin, cellulose acetate, cellulose nitrate, polylactic acid resin, and resins obtained by modifying these.

熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂(FRP)、エポキシ樹脂、フェノール樹脂(PF)、ポリウレタン樹脂(PU)、アミノ樹脂、例えばユリア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等、アルギド樹脂、キシレン樹脂、ジアリルフタレート樹脂(DAP)、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ビスエステル系エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂等が挙げられる。 Examples of the thermosetting resin include unsaturated polyester resin (FRP), epoxy resin, phenol resin (PF), polyurethane resin (PU), amino resin such as urea resin, melamine resin, benzoguanamine resin, alginide resin, xylene Examples include resins, diallyl phthalate resins (DAP), bismaleimide triazine resins, bisester epoxy resins, polyimide resins, furan resins, and the like.

本発明のエラストマー材料としては、例えば、天然ゴム、合成ゴム、例えば、アクリルゴム(ACM)、アクリルニトリルブタジエンゴム(NBR)、イソプレンゴム(IR)、ウレタンゴム(U)、エチレンプロピレンゴム(EPM、EPDM)、エピクロルヒドリンゴム(CO、ECO)、シリコーンゴム(Q)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、フッ素ゴム(FKM)、ポリイソブチレン(IIR)等が挙げられる。また熱可塑性エラストマー(TPE)材料としては、スチレン系(SBC)、例えばスチレン−ブタジエン系(SBS、SIS、SEBS)、オレフィン系(TPO)、ポリエステル系(TPEE)、例えばPBT−PE−PBT、ポリ塩化ビニル系(TPVC)、ポリウレタン系(TPU)、ポリアミド系(TPAE)等が挙げられる。 Examples of the elastomer material of the present invention include natural rubber and synthetic rubber such as acrylic rubber (ACM), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), isoprene rubber (IR), urethane rubber (U), ethylene propylene rubber (EPM, EPDM), epichlorohydrin rubber (CO, ECO), silicone rubber (Q), styrene butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), fluoro rubber (FKM), polyisobutylene (IIR) and the like. Thermoplastic elastomer (TPE) materials include styrene (SBC), such as styrene-butadiene (SBS, SIS, SEBS), olefin (TPO), polyester (TPEE), such as PBT-PE-PBT, poly Examples include vinyl chloride (TPVC), polyurethane (TPU), and polyamide (TPAE).

本発明で使用する有機溶剤を以下に挙げるが、特にこれらに限定されるものではない。例えば、アルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、シクロヘキサノール)、グリコール類(エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ポリプロピレングリコールモノエチルエーテル、ポリエチレングリコールモノアリルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアリルエーテル、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、カービトール、ブチルカービトール、メトキシブタノール)及びエステルエーテル類(酢酸セロソルブ、酢酸ブチルセロソルブ、酢酸カービトール、酢酸メトキシブチル)、エーテル類(テトラヒドロフラン、ジオキサン)、脂肪族炭化水素類(ミネラルスピリット)、脂環族炭化水素(テレビン油)、混合炭化水素(HAWS、ソルベット100、ソルベット150)、芳香族炭化水素(トルエン、キシレン、エチルベンゼン、)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホン)、エステル類(酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル)、シリコーンオイル類(ポリジメチルシロキサン、部分オクチル置換ポリジメチルシロキサン、部分フェニル置換ポリジメチルシロキサン)、ハロゲン化炭化水素(クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロホルム、ブロモベンゼン)、フッ素化物類等が挙げられる。またこれらを2種以上混合してもよい。さらに溶剤の量は、塗料として使用するのに適した粘度になるように調整すればよい。 Although the organic solvent used by this invention is mentioned below, it is not specifically limited to these. For example, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, cyclohexanol), glycols (ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, diethylene glycol monoethyl ether, polypropylene glycol monoethyl ether, polyethylene Glycol monoallyl ether, polypropylene glycol monoallyl ether, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, carbitol, butyl carbitol, methoxybutanol) and ester ethers (cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, carbitol acetate, methoxybutyl acetate), ethers (tetrahydrofuran, dioxane) ), Aliphatic charcoal Hydrogen (mineral spirit), alicyclic hydrocarbon (turpentine oil), mixed hydrocarbon (HAWS, sorbet 100, sorbet 150), aromatic hydrocarbon (toluene, xylene, ethylbenzene,), ketones (acetone, methyl ethyl ketone, methyl) Isobutyl ketone, cyclohexanone, isophone), esters (ethyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, amyl acetate), silicone oils (polydimethylsiloxane, partially octyl-substituted polydimethylsiloxane, partially phenyl-substituted polydimethylsiloxane), halogenated carbonization Examples include hydrogen (chlorobenzene, dichlorobenzene, chloroform, bromobenzene), fluorinated compounds, and the like. Two or more of these may be mixed. Furthermore, the amount of the solvent may be adjusted so as to have a viscosity suitable for use as a paint.

本発明の微細炭素繊維としては、例えば、単層、二層及び多層のカーボンナノチューブを示し、それぞれ目的に応じて用いる事が出来る。本発明においては、より好ましくは、多層のカーボンナノチューブが用いられる。カーボンナノチューブの製造方法に関しては、特に制限されるものではなく、触媒を用いる気相成長法、アーク放電法、レーザー蒸発法及びHiPco法(High−pressure carbon monoxide process)等、従来公知のいずれの製造方法でもよい。 Examples of the fine carbon fiber of the present invention include single-walled, double-walled, and multi-walled carbon nanotubes, which can be used according to the purpose. In the present invention, more preferably, multi-walled carbon nanotubes are used. The carbon nanotube production method is not particularly limited, and any conventionally known production method such as a vapor phase growth method using a catalyst, an arc discharge method, a laser evaporation method and a HiPco method (High-pressure carbon monoxide process). The method may be used.

例えば、レーザー蒸着法により単層のカーボンナノチューブを作製する方法を以下に示す。原料としてグラファイトパウダーと、ニッケル及びコバルト微粉末混合ロットを用意した。この混合ロットを665hPa(500Torr)のアルゴン雰囲気下、電気炉により1250℃に加熱し、そこに350mJ/PulseのNd:YAGレーザーの第二高調波パルスを照射し、炭素と金属微粒子を蒸発させることにより、単層のカーボンナノチューブを作製することができる。 For example, a method for producing a single-walled carbon nanotube by laser vapor deposition is shown below. As a raw material, graphite powder and a mixed lot of nickel and cobalt fine powder were prepared. This mixed lot is heated to 1250 ° C. in an electric furnace under an argon atmosphere of 665 hPa (500 Torr), and irradiated with a second harmonic pulse of 350 mJ / Pulse Nd: YAG laser to evaporate carbon and metal fine particles. Thus, a single-walled carbon nanotube can be produced.

以上の作製方法は、あくまで典型例であり、金属の種類、ガスの種類、電気炉の温度、レーザーの波長等を変更してもよい。また、レーザー蒸着法以外の作製法、例えばHiPco法、気相成長法、アーク放電法、一酸化炭素の熱分解法、微細な空孔中に有機分子を挿入して熱分解するテンプレート法、フラーレン・金属共蒸着法等、他の手法によって作製された単層のカーボンナノチューブを使用してもよい。 The above manufacturing method is merely a typical example, and the metal type, gas type, electric furnace temperature, laser wavelength, and the like may be changed. In addition, other than laser deposition methods, for example, HiPco method, vapor phase growth method, arc discharge method, carbon monoxide thermal decomposition method, template method in which organic molecules are inserted into fine pores, thermal decomposition, fullerene -You may use the single-walled carbon nanotube produced by other methods, such as a metal co-evaporation method.

例えば、定温アーク放電法により二層のカーボンナノチューブを作製する方法を以下に示す。基板は表面処理されたSi基板を用い、処理方法としては触媒金属及び触媒助剤金属を溶解した溶液中に、アルミナ粉末を30分間浸し、さらに3時間超音波処理により分散させて得られた溶液をSi基板に塗布し、空気中において120℃で維持間乾燥させた。カーボンナノチューブ製造装置の反応室に基板を設置し、反応ガスとして水素とメタンの混合ガスを用い、ガスの供給量は水素を500sccm、メタンを10sccmとし、反応室の圧力を70Torrとした。陰極部はTaよりなる棒状の放電部を用いた。次に陽極部と陰極部及び陽極部と基板との間に直流電圧を印加し、放電電流が2.5Aで一定になるように放電電圧を制御した。放電により陰極部の温度が2300℃になると正規グロー放電状態から異常グロー放電状態になり、放電電流が2.5A、放電電圧が700V、反応ガス温度が3000℃の状態を10分間行うことで、基板全体に単層及び2層のカーボンナノチューブを作製することができる。 For example, a method for producing a double-walled carbon nanotube by a constant temperature arc discharge method is shown below. The substrate was a surface-treated Si substrate, and the treatment method was a solution obtained by immersing alumina powder in a solution in which the catalyst metal and the catalyst auxiliary metal were dissolved for 30 minutes, and then dispersing by ultrasonic treatment for 3 hours. Was applied to a Si substrate and dried in air at 120 ° C. for maintenance. A substrate was installed in the reaction chamber of the carbon nanotube production apparatus, a mixed gas of hydrogen and methane was used as a reaction gas, the supply amount of gas was 500 sccm for hydrogen, 10 sccm for methane, and the pressure in the reaction chamber was 70 Torr. As the cathode part, a rod-like discharge part made of Ta was used. Next, a DC voltage was applied between the anode part and the cathode part, and between the anode part and the substrate, and the discharge voltage was controlled so that the discharge current was constant at 2.5A. When the temperature of the cathode part is 2300 ° C. due to discharge, the normal glow discharge state is changed to an abnormal glow discharge state, and the discharge current is 2.5 A, the discharge voltage is 700 V, and the reaction gas temperature is 3000 ° C. for 10 minutes. Single-walled and double-walled carbon nanotubes can be produced on the entire substrate.

以上の作製方法は、あくまで一例であり、金属の種類、ガスの種類等、諸条件を変更してもよい。また、アーク放電法以外の作製法によって作製された単層カーボンナノチューブを使用してもよい。 The above manufacturing method is merely an example, and various conditions such as the type of metal and the type of gas may be changed. Moreover, you may use the single-walled carbon nanotube produced by production methods other than the arc discharge method.

例えば、気相成長法により三次元構造を有した多層カーボンナノチューブを作製する方法を以下に示す。基本的には、遷移金属超微粒子を触媒として炭化水素等の有機化合物をCVD法で化学熱分解して繊維構造体(以下、中間体)が得られ、これをさらに、例えば1000〜3000℃の範囲のいずれかの温度で、高温アニール処理することで黒鉛化度の高い多層カーボンナノチューブを作製することができる。 For example, a method for producing a multi-walled carbon nanotube having a three-dimensional structure by vapor deposition is shown below. Basically, an organic compound such as a hydrocarbon is chemically pyrolyzed by a CVD method using ultrafine transition metal particles as a catalyst to obtain a fiber structure (hereinafter referred to as an intermediate). A multi-walled carbon nanotube having a high degree of graphitization can be produced by performing a high temperature annealing treatment at any temperature within the range.

高温アニール処理後に得られる多層カーボンナノチューブの黒鉛化度の度合いは、1000〜3000℃の範囲において、高温アニール処理温度が高いほど、黒鉛化度の高い多層のカーボンナノチューブが得られる。 The degree of graphitization of the multi-walled carbon nanotube obtained after the high-temperature annealing treatment is in the range of 1000 to 3000 ° C., and the higher the high-temperature annealing treatment temperature, the higher the degree of graphitization of the carbon nanotube.

原料有機化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素、一酸化炭素、エタノール等のアルコール類が使用されるが、炭素源として分解温度の異なる少なくとも2つ以上の炭素化合物を用いることが好ましい。なお、少なくとも2つ以上の炭素化合物とは、必ずしも原料有機化合物として2種以上のものを使用するというものではなく、原料有機化合物としては1種のものを使用した場合であっても、繊維構造体の合成過程においては、例えば、トルエンやキシレンの水素脱アルキル化などのような反応を生じて、その後の熱分解反応系においては分解温度の異なる2つ以上の炭素化合物となっているような態様を含むものである。雰囲気ガスには、アルゴン、ヘリウム、キセノン等の不活性ガスや水素を用い、触媒としては鉄、コバルト、モリブデンなどの遷移金属あるいはフェロセン、酢酸金属塩などの遷移金属化合物と硫黄あるいはチオフェン、硫化鉄などの硫黄化合物の混合物を使用する。 As the raw material organic compound, hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, and alcohols such as carbon monoxide and ethanol are used, but it is preferable to use at least two or more carbon compounds having different decomposition temperatures as the carbon source. . Note that at least two or more carbon compounds do not necessarily use two or more types of raw material organic compounds, and even when one type of raw material organic compound is used, the fiber structure In the body synthesis process, for example, a reaction such as hydrogen dealkylation of toluene or xylene occurs, and in the subsequent thermal decomposition reaction system, it becomes two or more carbon compounds having different decomposition temperatures. Including embodiments. The atmosphere gas is an inert gas such as argon, helium, xenon or hydrogen, and the catalyst is a transition metal such as iron, cobalt or molybdenum, or a transition metal compound such as ferrocene or metal acetate, and sulfur or thiophene or iron sulfide. Use a mixture of sulfur compounds such as

中間体の合成は、通常行われている炭化水素などのCVD法を用い、原料となる炭化水素及び触媒の混合液を蒸発させ、水素ガス等をキャリアガスとして反応炉内に導入し、800〜1300℃の温度で熱分解する。これにより、平均外径が10〜300nmの繊維相互が、前記触媒の粒子を核として成長した粒状体によって結合した疎な三次元構造を有する微細炭素繊維構造体(中間体)が複数集まった数センチから数十センチの大きさの集合体を合成する。 The synthesis of the intermediate is carried out by using a CVD method such as hydrocarbon, which is usually performed, by evaporating the mixture of hydrocarbon and catalyst as raw materials, introducing hydrogen gas or the like into the reaction furnace as a carrier gas, Pyrolysis at a temperature of 1300 ° C. As a result, a plurality of fine carbon fiber structures (intermediates) having a sparse three-dimensional structure in which fibers having an average outer diameter of 10 to 300 nm are bonded together by granular materials grown using the catalyst particles as nuclei. Synthesize an aggregate of centimeters to tens of centimeters.

平均外径10〜300nmの微細炭素繊維から構成される3次元ネットワーク状の微細炭素繊維構造体は、複数の粒状部を有し、該粒状部から前記微細炭素繊維が複数立体的に延出する態様で、該延出する微細炭素繊維が他の粒状部とも結合している態様によって、少なくとも部分的に該微細炭素繊維の3次元的な網目状構造を有し、当該微細炭素繊維を互いに結合する粒状部は、その粒径が前記微細炭素繊維の外径よりも大きく、かつ、炭素源として分解温度の異なる少なくとも2つ以上の炭素化合物を用いることにより、炭素物質を、繊維状に成長させる一方で、使用される触媒粒子の周面方向に成長させる成長過程において形成されてなるものである。 A three-dimensional network-like fine carbon fiber structure composed of fine carbon fibers having an average outer diameter of 10 to 300 nm has a plurality of granular portions, and the fine carbon fibers extend three-dimensionally from the granular portions. In an embodiment, the extending fine carbon fibers have at least partially a three-dimensional network structure of the fine carbon fibers, and the fine carbon fibers are bonded to each other according to an aspect in which the extending fine carbon fibers are also bonded to other granular portions. The granular part is made to grow a carbon substance into a fiber by using at least two or more carbon compounds having a particle size larger than the outer diameter of the fine carbon fiber and having different decomposition temperatures as a carbon source. On the other hand, it is formed in the growth process of growing in the circumferential direction of the catalyst particles used.

前記微細炭素繊維の平均外径を求めるにあたり、SEMにより3万5千から5万倍率で撮影し、3視野以上で写真を撮影し、無作為で200本以上の微細炭素繊維の外径を画像解析ソフトウェアWinRoof(商品名、三谷商事株式会社製)を用いて測定し、そこから算出した値を用いる。 In determining the average outside diameter of the fine carbon fibers, the SEM was taken at 35,000 to 50,000 magnifications, photographs were taken with 3 or more fields of view, and random outside diameters of 200 or more fine carbon fibers were imaged. Measurement is performed using analysis software WinRoof (trade name, manufactured by Mitani Corporation), and a value calculated therefrom is used.

前記微細炭素繊維の平均外径を、10〜300nmの範囲のものとするのは、平均外径が10nm未満であると、外径の小さい微細炭素繊維ほど、比表面積が大きくなり、分散がしにくくなる傾向があるため、均一分散状態になり難く、発熱効果が十分に発揮することができない恐れがある。一方、平均外径が300nmを超えると、単位量あたりの微細炭素繊維の本数が極めて少なくなるため、後述する発熱体の電極間抵抗値は大きくなり、高い発熱効果が得られない。 The average outer diameter of the fine carbon fiber is in the range of 10 to 300 nm. When the average outer diameter is less than 10 nm, the fine carbon fiber having a smaller outer diameter has a larger specific surface area and is dispersed. Since it tends to be difficult, it is difficult to achieve a uniform dispersion state, and the heat generation effect may not be sufficiently exhibited. On the other hand, when the average outer diameter exceeds 300 nm, the number of fine carbon fibers per unit amount is extremely small, and thus the resistance value between the electrodes of the heating element described later increases, and a high heat generation effect cannot be obtained.

また、原料となる炭化水素の熱分解反応は、主として触媒粒子ないしこれを核として成長した粒状体表面において生じ、分解によって生じた炭素の再結晶化が該触媒粒子ないし粒状体より一定方向に進むことで、繊維状に成長する。しかしこの熱分解速度と成長速度とのバランスを意図的に変化させる、例えば上記したように炭素源として分解温度の異なる少なくとも2つ以上の炭素化合物を用いることで、一次元的方向にのみ炭素物質を成長させることなく、粒状体を中心として三次元的に炭素物質を成長させることができる。もちろん、このような三次元的なカーボンナノチューブの成長は、熱分解速度と成長速度とのバランスにのみ依存するものではなく、触媒粒子の結晶面選択性、反応炉内における滞留時間、炉内温度分布等によっても影響を受けるが、概して、上記したような熱分解速度よりも成長速度の方が速いと、炭素物質は繊維状に成長し、一方、成長速度よりも熱分解速度の方が速いと、炭素物質は触媒粒子の周面方向に成長する。従って熱分解速度と成長速度とのバランスを意図的に変化させることで、上記したような炭素物質の成長を一定方向とすることなく、制御下に多方向として、三次元構造を形成することが出来るものである。なお、生成する中間体においては、繊維相互が粒状体により結合された前記したような三次元構造を容易に形成させる上では、触媒等の組成、反応炉内における滞留時間、反応温度及びガス温度等を最適化することが好ましい。 In addition, the thermal decomposition reaction of the hydrocarbon as a raw material mainly occurs on the surface of the granular particles grown using the catalyst particles or nuclei as a nucleus, and the recrystallization of the carbon generated by the decomposition proceeds in a certain direction from the catalytic particles or granular materials. In this way, it grows in a fibrous form. However, by intentionally changing the balance between the thermal decomposition rate and the growth rate, for example, by using at least two or more carbon compounds having different decomposition temperatures as a carbon source as described above, the carbon material is only in a one-dimensional direction. Without growing the carbon material, the carbon material can be grown three-dimensionally around the granular material. Of course, the growth of such three-dimensional carbon nanotubes does not depend only on the balance between the thermal decomposition rate and the growth rate, but the crystal surface selectivity of the catalyst particles, the residence time in the reactor, and the furnace temperature. In general, if the growth rate is faster than the pyrolysis rate as described above, the carbon material grows in a fibrous form, while the pyrolysis rate is faster than the growth rate. The carbon material grows in the circumferential direction of the catalyst particles. Therefore, by intentionally changing the balance between the thermal decomposition rate and the growth rate, it is possible to form a three-dimensional structure in multiple directions under control without making the growth of the carbon material as described above constant. It is possible. In the intermediate to be produced, the composition of the catalyst, the residence time in the reaction furnace, the reaction temperature, and the gas temperature are used to easily form the three-dimensional structure as described above in which the fibers are bonded together by the granular material. Etc. are preferably optimized.

触媒及び炭化水素の混合ガスを800〜1300℃の範囲の一定温度で加熱生成して得られた中間体は、炭素原子からなるパッチ状のシート片を貼り合わせたような構造を有し、後述するラマン分光分析による黒鉛化度の評価では、Dバンドが非常に大きく、欠陥が多いことが分かる。また、生成した中間体は、未反応原料、非繊維状炭素物、タール分及び触媒金属を含んでいる。 An intermediate obtained by heating and generating a mixed gas of catalyst and hydrocarbon at a constant temperature in the range of 800 to 1300 ° C. has a structure in which patch-like sheet pieces made of carbon atoms are bonded together, which will be described later. In the evaluation of graphitization degree by Raman spectroscopic analysis, it is found that the D band is very large and there are many defects. Moreover, the produced | generated intermediate body contains the unreacted raw material, non-fibrous carbon material, a tar content, and a catalyst metal.

従って、このような中間体からこれら残留物を除去し、欠陥が少ないカーボンナノチューブ構造体を得るためには、適切な方法で1500〜3000℃の高温熱処理を行う。 Therefore, in order to remove these residues from such an intermediate and obtain a carbon nanotube structure with few defects, high-temperature heat treatment at 1500 to 3000 ° C. is performed by an appropriate method.

すなわち、例えば、この中間体を更に800〜1300℃で加熱して未反応原料やタール分などの揮発分を除去した後、1500〜3000℃の高温でアニール処理することによって所期の構造体を調製し、同時に繊維に含まれる触媒金属を蒸発させて除去する。なお、この際、物質構造を保護するために不活性ガス雰囲気中に還元ガス又は微量の一酸化炭素ガスを添加してもよい。 That is, for example, this intermediate is further heated at 800 to 1300 ° C. to remove volatile components such as unreacted raw materials and tars, and then annealed at a high temperature of 1500 to 3000 ° C. to obtain the desired structure. At the same time, the catalyst metal contained in the fibers is removed by evaporation. At this time, in order to protect the substance structure, a reducing gas or a small amount of carbon monoxide gas may be added to the inert gas atmosphere.

前記中間体を1500〜3000℃の範囲の温度でアニール処理すると、炭素原子からなるパッチ状のシート片は、それぞれ結合して複数のグラフェンシート状の層を形成する。 When the intermediate is annealed at a temperature in the range of 1500 to 3000 ° C., the patch-like sheet pieces made of carbon atoms are bonded to each other to form a plurality of graphene sheet-like layers.

したがって、前記複数の微細炭素繊維の結合部である粒状部と、前記微細炭素繊維が多層構造のグラフェンシートを共有する形になり、微細炭素繊維同士が強固に結合されている。且つ、前記粒状部の外径は、微細炭素繊維の平均繊維外径の1.3倍以上である。 Therefore, the granular part, which is a connecting part of the plurality of fine carbon fibers, and the fine carbon fiber share a multilayer graphene sheet, and the fine carbon fibers are firmly bonded to each other. And the outer diameter of the said granular part is 1.3 times or more of the average fiber outer diameter of a fine carbon fiber.

本発熱体を製造する際に、タール分が0.5%以下のカーボンナノチューブを用いることが好ましい。発熱体を製造もしくは加熱した際に、タールなどの不純物が少ないカーボンナノチューブを用いれば、揮発性有機化合物(VOC)の放出を低減させることができ、健康や環境面で利便性がある。そのために、前記の温度条件でアニール処理をしたカーボンナノチューブを利用してもよい。 When producing the heating element, it is preferable to use carbon nanotubes having a tar content of 0.5% or less. When carbon nanotubes with few impurities such as tar are used when a heating element is manufactured or heated, emission of volatile organic compounds (VOC) can be reduced, which is convenient in terms of health and environment. For that purpose, carbon nanotubes annealed under the above temperature conditions may be used.

また、このような高温熱処理前もしくは処理後において、カーボンナノチューブ構造体の円相当平均径を数センチに解砕処理する工程と、解砕処理されたカーボンナノチューブ構造体の円相当平均径を50〜100μmに粉砕処理する工程とを経ることで、所望の円相当平均径を有するカーボンナノチューブを作製できる。 Further, before or after such high-temperature heat treatment, a step of crushing the equivalent circle average diameter of the carbon nanotube structure to several centimeters, and a circle equivalent average diameter of the cleaved carbon nanotube structure of 50 to By passing through a step of pulverizing to 100 μm, carbon nanotubes having a desired circle equivalent average diameter can be produced.

炭素材料の黒鉛化度の評価を行う方法としては、ラマン分光分析装置を用いたR値を測定する方法がある。そのため、微細な炭素材料であるカーボンナノチューブについても、ラマン分光分析により測定、算出されるR値を黒鉛化度の指標に用いられている。 As a method for evaluating the graphitization degree of a carbon material, there is a method of measuring an R value using a Raman spectroscopic analyzer. Therefore, the carbon nanotube, which is a fine carbon material, also uses the R value measured and calculated by Raman spectroscopic analysis as an index of the degree of graphitization.

ラマン分光分析において、大きな単結晶黒鉛はグラフェン構造に乱れがないため、1500〜1600cm−1にGバンド(IG、1580cm−1)しか現れない。しかしながら、結晶が有限の微小サイズであること、及びグラフェン構造に欠陥がある場合には、1250〜1400cm−1にDバンド(ID、1360cm−1)が出現する。 In Raman spectroscopic analysis, large single crystal graphite has no disorder in the graphene structure, so that only G band (IG, 1580 cm-1) appears at 1500-1600 cm-1. However, when the crystal has a finite minute size and the graphene structure has a defect, a D band (ID, 1360 cm-1) appears at 1250 to 1400 cm-1.

R値とは、このグラファイト構造の乱れに起因する1250〜1400cm−1のDバンドとグラフェン構造に起因する1500〜1600cm−1に現れるGバンドの強度比(ID/IG)の事である。 The R value is the intensity ratio (ID / IG) of the D band of 1250 to 1400 cm −1 due to this disorder of the graphite structure and the G band appearing at 1500 to 1600 cm −1 due to the graphene structure.

そのため、カーボンナノチューブのR値が小さい場合は、黒鉛化度が高く、グラフェン構造に乱れが少ない事を示す。それに対して、カーボンナノチューブのR値が大きい場合は、黒鉛化度が低く、グラフェン構造に乱れが多い事を示す。 Therefore, when the R value of the carbon nanotube is small, the degree of graphitization is high and the graphene structure is less disturbed. On the other hand, when the R value of the carbon nanotube is large, the degree of graphitization is low, indicating that the graphene structure is largely disturbed.

カーボンナノチューブのR値が小さい場合は、黒鉛化度が高く、グラフェン構造に乱れが少ないため、粉体抵抗率(Ω・cm)は低くなる。それに対して、カーボンナノチューブのR値が大きい場合は、黒鉛化度が低く、グラフェン構造に乱れが多いため、粉体抵抗率(Ω・cm)は高くなる。 When the R value of the carbon nanotube is small, the degree of graphitization is high and the graphene structure is less disturbed, so that the powder resistivity (Ω · cm) is low. In contrast, when the R value of the carbon nanotube is large, the degree of graphitization is low and the graphene structure is largely disturbed, so that the powder resistivity (Ω · cm) is high.

粉体抵抗率(Ω・cm)が低いカーボンナノチューブを用いて複合材料を作製した場合、同じ分散状態であれば、粉体抵抗率(Ω・cm)が高いカーボンナノチューブを用いて複合材を作製した場合に較べ、複合材料の体積抵抗率(Ω・cm)は低くなる。 When composite materials are produced using carbon nanotubes with low powder resistivity (Ω · cm), composite materials are produced using carbon nanotubes with high powder resistivity (Ω · cm) in the same dispersion state. Compared to the case, the volume resistivity (Ω · cm) of the composite material is low.

本発明の発熱体は、発熱機構は明らかになっていないが、発熱体の電極間抵抗値が低いほど、低電圧で高い発熱特性を示す事が確認されている。したがって、電極間抵抗値は105Ω/cm以下がよく、更に好ましくは103Ω/cm以下である。そのため、本発明に用いられるカーボンナノチューブのR値は1.0以下がよく、更に0.7以下がよく、更に好ましくは0.2以下である。 Although the heating mechanism of the heating element of the present invention has not been clarified, it has been confirmed that the lower the resistance value between the electrodes of the heating element, the higher the heating characteristics at a low voltage. Accordingly, the interelectrode resistance value is preferably 105 Ω / cm or less, and more preferably 103 Ω / cm or less. Therefore, the R value of the carbon nanotube used in the present invention is preferably 1.0 or less, more preferably 0.7 or less, and further preferably 0.2 or less.

本発明では、堀場ジョバン・イボン社製ラマン分光分析装置LabRamHR−800を使用して、アルゴンイオンレーザー(514nm)、レーザースポット径2〜3μm、レーザーパワー2mWの励起波長を用いて測定した。 In the present invention, measurement was performed using a Raman spectroscopic analyzer LabRamHR-800 manufactured by Horiba Joban Yvon Co., Ltd., using an argon ion laser (514 nm), a laser spot diameter of 2 to 3 μm, and an excitation wavelength of laser power of 2 mW.

以上の作製方法は、あくまで一例であり、金属の種類、ガスの種類等、諸条件を変更してもよい。また、気相成長法以外の作製法によって作製された多層のカーボンナノチューブを使用してもよい。 The above manufacturing method is merely an example, and various conditions such as the type of metal and the type of gas may be changed. Moreover, you may use the multi-layered carbon nanotube produced by production methods other than a vapor phase growth method.

本発明の発熱体における微細炭素繊維の添加量は、重量比で0.1〜30質量部の範囲であり、好ましくは1〜25質量部であり、より好ましくは2〜20質量部である。このように微細炭素繊維が0.1質量部より少ない場合は、所望の導電性が得られにくい。また微細炭素繊維が30質量部以上である場合は、微細炭素繊維が嵩高いため、分散が不良となる。 The addition amount of the fine carbon fiber in the heating element of the present invention is in the range of 0.1 to 30 parts by mass, preferably 1 to 25 parts by mass, and more preferably 2 to 20 parts by mass. Thus, when there are few fine carbon fibers than 0.1 mass part, desired electroconductivity is difficult to be obtained. In addition, when the fine carbon fiber is 30 parts by mass or more, the fine carbon fiber is bulky, resulting in poor dispersion.

本発明においては、樹脂の種類や、有機溶剤の種類により、使用する微細炭素繊維用分散剤の種類及び添加量を変えて添加する。微細炭素繊維用分散剤については、数種類組み合わせて使用してもよい。 In the present invention, it is added by changing the type and addition amount of the dispersant for fine carbon fibers used depending on the type of resin and the type of organic solvent. About the dispersing agent for fine carbon fibers, you may use it combining several types.

本発明に用いられる微細炭素繊維用分散剤の中で、高分子系分散剤としては、下図1及び表1に具体例を示すが、これらに限定されるものではない。 Among the dispersants for fine carbon fibers used in the present invention, specific examples of the polymeric dispersant are shown in FIG. 1 and Table 1 below, but are not limited thereto.

Figure 2010045025
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本発明の微細炭素繊維用分散剤の平均重合度は、200〜8000の範囲であり、好ましくは300〜5000であり、特に好ましくは400〜3000である。このように微細炭素繊維用分散剤の平均重合度が200より少ない場合は、所望の性能が得られず、また微細炭素繊維用分散剤の平均重合度が8000以上の場合は、使用されている樹脂との相溶性が低下するため、特性を低下させる場合がある。 The average degree of polymerization of the dispersant for fine carbon fibers of the present invention is in the range of 200 to 8000, preferably 300 to 5000, and particularly preferably 400 to 3000. Thus, when the average degree of polymerization of the dispersant for fine carbon fibers is less than 200, the desired performance cannot be obtained, and when the average degree of polymerization of the dispersant for fine carbon fibers is 8000 or more, it is used. Since the compatibility with the resin is lowered, the characteristics may be lowered.

本発明の微細炭素繊維用分散剤の組成比(X:Y:Z)については、65〜90:5〜30:0〜10の範囲が採用でき、好ましくは70〜85:10〜25:0〜8であり、特に好ましくは75〜85:15〜20:1〜5である。このように微細炭素繊維用分散剤においてXの組成比が65より少ない場合は、微細炭素繊維用分散剤の分散解繊性能が得られず、また微細炭素繊維用分散剤においてXの組成比が90以上の場合は、使用されている樹脂との相溶性が低下するため、特性を低下させる場合がある。 About the composition ratio (X: Y: Z) of the dispersing agent for fine carbon fibers of this invention, the range of 65-90: 5-30: 0-10 is employable, Preferably it is 70-85: 10-25: 0. It is -8, Most preferably, it is 75-85: 15-20: 1-5. Thus, when the composition ratio of X is less than 65 in the dispersant for fine carbon fibers, the dispersion and defibration performance of the dispersant for fine carbon fibers cannot be obtained, and the composition ratio of X in the dispersant for fine carbon fibers is In the case of 90 or more, the compatibility with the resin being used is lowered, so that the characteristics may be lowered.

本発明の微細炭素繊維用分散剤の添加量については、微細炭素繊維100質量部に対して0.0005〜100質量部の範囲であり、好ましくは0.015〜100質量部であり、特に好ましくは0.025〜100質量部である。このように微細炭素繊維用分散剤が0.0005質量部より少ない場合は、所望の性能が得られない。また微細炭素繊維用分散剤が100質量部以上である場合は、使用されている樹脂の特性を低下させる場合がある。 About the addition amount of the dispersing agent for fine carbon fibers of this invention, it is the range of 0.0005-100 mass parts with respect to 100 mass parts of fine carbon fibers, Preferably it is 0.015-100 mass parts, Especially preferably. Is 0.025 to 100 parts by mass. Thus, when there are few dispersing agents for fine carbon fibers than 0.0005 mass part, desired performance cannot be obtained. Moreover, when the dispersing agent for fine carbon fibers is 100 parts by mass or more, the characteristics of the resin used may be deteriorated.

本発明の導電性塗料には、その他の用途に応じて添加剤を加えてもよい。例えば、無機顔料、有機顔料、フィラー、ウィスカ、増粘剤、沈降防止剤、紫外線防止剤、湿潤剤、乳化剤、皮張り防止剤、重合防止剤、たれ防止剤、消泡剤、色分れ防止剤、レベリング剤、乾燥剤、硬化剤、硬化促進剤、可塑剤、耐火・防止剤、防カビ・防藻剤、抗菌剤、殺虫剤、海中防汚剤、金属表面処理剤、脱さび剤、脱脂剤、皮膜化成剤、漂白剤、着色剤、ウッドシーラー、目止め剤、サンディングシーラー、シーラー、セメントフィラー又は樹脂入りセメントペースト等が挙げられる。 Additives may be added to the conductive paint of the present invention according to other applications. For example, inorganic pigments, organic pigments, fillers, whiskers, thickeners, anti-settling agents, UV inhibitors, wetting agents, emulsifiers, anti-skinning agents, polymerization inhibitors, anti-sagging agents, antifoaming agents, color separation prevention Agent, leveling agent, drying agent, curing agent, curing accelerator, plasticizer, fireproofing / preventing agent, fungicide / algaeproofing agent, antibacterial agent, insecticide, marine antifouling agent, metal surface treatment agent, derusting agent, Examples include degreasing agents, film forming agents, bleaching agents, colorants, wood sealers, sealants, sanding sealers, sealers, cement fillers, and resin-containing cement pastes.

樹脂材料に微細炭素繊維を混合、分散させる分散機においては、一般的な分散機が用いられる。例えば、ビーズミル(ダイノーミル、(株)シンマルエンタープライズ)TKラボディスパー、TKフィルミックス、TKパイプラインミクサー、TKホモミックラインミル、TKホモジェッター、TKユニミキサー、TKホモミックラインフロー、TKアジホモディスパー(以上、特殊機化工業(株))、ホモジナイザー・ポリトロン((株)セントラル科学貿易)、ホモジナイザー・ヒストロン((株)日音医理科機器製作所)、バイオミキサー((株)日本精機製作所)、ターボ型攪拌機((株)小平製作所)、ウルトラディスパー(浅田鉄鋼(株))、エバラマイルザー(荏原製作所(株))、超音波装置又は超音波洗浄機(アズワン(株))、OBミル(ターボ工業(株))、ミクロス((株)奈良機械製作所)、三本ロールミル(ビューラ−(株))等が挙げられる。 As a disperser that mixes and disperses fine carbon fibers in a resin material, a general disperser is used. For example, bead mill (Dynomill, Shinmaru Enterprise Co., Ltd.) TK Lab Disper, TK Philmix, TK Pipeline Mixer, TK Homomic Line Mill, TK Homo Jetter, TK Unimixer, TK Homomic Line Flow, TK Aji Homo Disper (Special Machine Industry Co., Ltd.), Homogenizer Polytron (Central Science Trade Co., Ltd.), Homogenizer Histron (Nippon Medical Science Equipment Co., Ltd.), Biomixer (Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.), Turbo-type stirrer (Kodaira Manufacturing Co., Ltd.), Ultra Disper (Asada Steel Co., Ltd.), Ebara Mileser (Ebara Manufacturing Co., Ltd.), Ultrasonic Device or Ultrasonic Cleaning Machine (As One Co., Ltd.), OB Mill ( Turbo Industry Co., Ltd.), Micros (Nara Machinery Co., Ltd.), Three Roll Mill ( Yura - Corporation) and the like.

本発明の発熱体は成形、硬化または塗布工程、発熱層形成工程、電極形成工程、及び絶縁層形成工程の順を経て製造される事が好ましい。またはあらかじめ電極を形成された絶縁性基材を用いた場合は、成形、硬化または塗布工程、発熱層形成工程、及び絶縁層形成工程の順を経て製造する事ができる。さらに、発熱層中に電極を形成する場合は、成形、硬化または塗布工程、発熱層形成工程、電極形成工程、塗布工程、発熱層形成工程、絶縁層形成工程等の工程を経て発熱体を製造してもよい。したがって、本発明の発熱体を製造するにあたっては、絶縁板の上に電極を直接配置もでき、該電極の上側や周辺に導電層を形成することが可能である。よって、電極間の距離や発熱の制御を容易に行うことができる。 The heating element of the present invention is preferably manufactured through the order of the molding, curing or coating process, the heating layer forming process, the electrode forming process, and the insulating layer forming process. Or when the insulating base material in which the electrode was previously formed is used, it can manufacture through the order of a shaping | molding, hardening or application | coating process, a heat generating layer forming process, and an insulating layer forming process. Furthermore, when forming an electrode in the heat generating layer, a heating element is manufactured through steps such as a molding, curing or coating process, a heat generating layer forming process, an electrode forming process, a coating process, a heat generating layer forming process, and an insulating layer forming process. May be. Therefore, in manufacturing the heating element of the present invention, an electrode can be directly disposed on an insulating plate, and a conductive layer can be formed on or around the electrode. Therefore, it is possible to easily control the distance between the electrodes and heat generation.

本発明の微細炭素繊維と樹脂材料を塗装する方法としては、一般的な塗装方法を以下に挙げるが、特にこれらに限定するものではない。例えば、滴下法、ディッピング法、スクリーン印刷法、エアースプレー塗装、エアレススプレー塗装、低圧霧化スプレー塗装、バーコーター法による塗装、スピンコーターを用いた塗装等が挙げられる。 As a method of coating the fine carbon fiber and the resin material of the present invention, general coating methods are listed below, but are not particularly limited thereto. Examples thereof include a dropping method, a dipping method, a screen printing method, an air spray coating, an airless spray coating, a low pressure atomizing spray coating, a coating by a bar coater method, and a coating using a spin coater.

発熱体形成工程とは、微細炭素繊維と樹脂材料を上記の方法で基材に塗装した後の乾燥工程の事であり、常温で塗膜を乾燥させることができる。しかし、塗膜を十分に乾燥させるためには、乾燥温度が10〜500℃に加熱することが好ましく、より好ましくは50〜250℃であり、特に好ましくは70〜100℃である。乾燥温度が10℃未満であると乾燥が十分に進まないおそれがあり、500℃を超えると、基材の素材によっては変形をおそれがある。乾燥時間は面状発熱層の面積、乾燥温度により適宜選択すればよい。発熱体形成工程は、樹脂材料が水または有機溶剤に溶解して塗料化された場合に限り、それ以外は必要がない。 The heating element forming step is a drying step after the fine carbon fiber and the resin material are coated on the substrate by the above method, and the coating film can be dried at room temperature. However, in order to sufficiently dry the coating film, the drying temperature is preferably heated to 10 to 500 ° C, more preferably 50 to 250 ° C, and particularly preferably 70 to 100 ° C. If the drying temperature is less than 10 ° C, the drying may not proceed sufficiently. If the drying temperature exceeds 500 ° C, the substrate may be deformed depending on the material. The drying time may be appropriately selected depending on the area of the planar heating layer and the drying temperature. The heating element forming step is not necessary except when the resin material is dissolved in water or an organic solvent to form a paint.

電極形成工程においては、一般的な電極材料を用いて絶縁性基材、面状発熱層中及び面状発熱層上に形成する事ができる。絶縁層形成工程においても、一般的な形成工程を用いる事ができる。 In the electrode forming step, a general electrode material can be used to form the insulating base material, in the planar heating layer, and on the planar heating layer. In the insulating layer forming process, a general forming process can be used.

本発熱体の基材に関しては、紙、フィルム、ゴム、ガラス、ガラス繊維、セラミック、石膏、100℃以上の耐熱性を示す熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂又は木材などを用いる事ができる。 Regarding the base material of the heating element, paper, film, rubber, glass, glass fiber, ceramic, gypsum, thermoplastic resin and thermosetting resin exhibiting heat resistance of 100 ° C. or higher, wood, or the like can be used.

本発熱体は平面、曲面の構造でもよく、柔軟性のある材料に設置してもよい。 The heating element may have a flat or curved structure, or may be installed on a flexible material.

発熱層を被膜することにより、発熱体の寿命を延ばすことができる。また微細炭素繊維の剥離等を予防することが可能である。電源に関しては、交流電圧(AC)または直流電圧(DC)どちらでもよい。 By coating the heat generating layer, the life of the heat generating element can be extended. Further, it is possible to prevent the fine carbon fibers from peeling off. As for the power source, either an alternating voltage (AC) or a direct voltage (DC) may be used.

以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、これらにより本発明が限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

平均直径70nm、R値が0.1である微細炭素繊維の合成方法は、CVD法を用い、原料となる炭化水素及び触媒の混合液を蒸発させ、水素ガス等をキャリアガスとして反応炉内に導入し、1250℃の温度で熱分解させ、中間体を合成した。得られた中間体を1200℃で加熱して未反応原料やタール分などの揮発分を除去した後、2500℃でアニール処理することによって、平均直径が70nm、R値が0.1である微細炭素繊維を得た。 The method of synthesizing fine carbon fibers having an average diameter of 70 nm and an R value of 0.1 uses a CVD method to evaporate a mixed liquid of hydrocarbon and catalyst as raw materials and use hydrogen gas or the like as a carrier gas in the reaction furnace. It was introduced and thermally decomposed at a temperature of 1250 ° C. to synthesize an intermediate. The obtained intermediate is heated at 1200 ° C. to remove volatile components such as unreacted raw materials and tars, and then annealed at 2500 ° C., whereby an average diameter of 70 nm and an R value of 0.1 are obtained. Carbon fiber was obtained.

実施例1で得られた中間体を1200℃で加熱して未反応原料やタール分などの揮発分を除去した後、更に1800℃でアニール処理することによって、平均直径が70nm、R値が0.7である微細炭素繊維を得た。 The intermediate obtained in Example 1 was heated at 1200 ° C. to remove volatile components such as unreacted raw materials and tars, and then annealed at 1800 ° C. to obtain an average diameter of 70 nm and an R value of 0. A fine carbon fiber of .7 was obtained.

実施例1で得られた中間体を1200℃でアニール処理することによって、平均直径70nm、R値1.0である微細炭素繊維を得た。 The intermediate obtained in Example 1 was annealed at 1200 ° C. to obtain fine carbon fibers having an average diameter of 70 nm and an R value of 1.0.

微細炭素繊維含有樹脂溶液の調製は、AS樹脂(ダイセルポリマー(株)社製アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂、セビアンN−70)53gを、トルエン224g及び2−ブタノン224gの混合溶媒に溶解させて10.6質量%AS樹脂溶液を501g調製した。 The fine carbon fiber-containing resin solution was prepared by dissolving 53 g of AS resin (acrylonitrile-styrene copolymer resin, Sebian N-70, manufactured by Daicel Polymer Co., Ltd.) in a mixed solvent of 224 g of toluene and 224 g of 2-butanone. 501 g of a 0.6 mass% AS resin solution was prepared.

作製したAS樹脂溶液501gに実施例1で合成した平均直径が70nm、R値が0.1である微細炭素繊維を5.94g、及び表1に示した微細炭素繊維用分散剤(化合物2)を0.594g入れ、ビーズミル分散機((株)シンマルエンタープライズ社製ダイノーミル)を用いて分散解繊処理を行い、微細炭素繊維が均一に分散および解繊した微細炭素繊維含有AS樹脂溶液を調製した。 5.94 g of fine carbon fibers having an average diameter of 70 nm and an R value of 0.1 synthesized in Example 1 were added to 501 g of the prepared AS resin solution, and the dispersant for fine carbon fibers shown in Table 1 (Compound 2) 0.594 g was added and dispersed and defibrated using a bead mill disperser (Dynomill manufactured by Shinmaru Enterprise Co., Ltd.) to prepare a fine carbon fiber-containing AS resin solution in which fine carbon fibers were uniformly dispersed and defibrated. did.

発熱体の作製方法は、微細炭素繊維含有AS樹脂溶液を用いて、幅50mm、長さ50mmに切断した厚紙に、バーコーター法にて塗膜を作製し、温風機にて30分乾燥し、発熱層を作製した。得られた発熱層は幅40mm、長さ40mm、厚みは24μmであり、電極は発熱層の両端に銀ペーストにて作製した。 A heating element is prepared by using a fine carbon fiber-containing AS resin solution, a coated paper is prepared by a bar coater method on cardboard cut to a width of 50 mm and a length of 50 mm, and dried by a hot air machine for 30 minutes. A heat generating layer was produced. The obtained heat generating layer had a width of 40 mm, a length of 40 mm, and a thickness of 24 μm, and electrodes were made of silver paste on both ends of the heat generating layer.

発熱体の電圧−面温度特性評価としては、電極間抵抗値の測定はDIGITAL MULTIMETER(CUSTOM、CDM−17D)を用いて測定を行い、発熱体の面上温度は放射温度計(TASCO、THI−44NH)を用いて測定を行った。発熱体の発熱特性評価は、可変電圧調整器(YAMABISHI ELECTRIC CO.,LTD.S−130−10)を用いて印加電圧を表1〜3に示した電圧に変圧させ、変圧後10分経過した時点での面上温度を、発熱体の中心部分の面上温度を、放射温度計を用いて測定を行った。面上温度の測定は、恒温恒湿室(室温23℃、湿度27%)で行った。これらの結果を表2に示した。 For the evaluation of the voltage-surface temperature characteristics of the heating element, the interelectrode resistance value is measured using a DIGITAL MULTITIMER (CUSTOM, CDM-17D), and the surface temperature of the heating element is measured by a radiation thermometer (TASCO, THI- 44NH). The evaluation of the heat generation characteristics of the heating element was performed by changing the applied voltage to the voltage shown in Tables 1 to 3 using a variable voltage regulator (YAMABISHI ELECTRIC CO., LTD. S-130-10), and 10 minutes passed after the voltage change. The surface temperature at the time and the surface temperature of the central portion of the heating element were measured using a radiation thermometer. The surface temperature was measured in a constant temperature and humidity chamber (room temperature 23 ° C., humidity 27%). These results are shown in Table 2.

実施例3で得られた平均直径70nm、R値が1.0である微細炭素繊維を用いた以外は、実施例4に準じて発熱体を作製した。導電膜は幅40mm、長さ40mm、厚みは14μmであった。それらの発熱特性結果を表2に示した。 A heating element was produced according to Example 4 except that the fine carbon fiber having an average diameter of 70 nm and an R value of 1.0 obtained in Example 3 was used. The conductive film had a width of 40 mm, a length of 40 mm, and a thickness of 14 μm. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

発熱層を幅40mm、長さ80mm、厚み22μmにした以外は、実施例4と同様な方法で発熱体を作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 A heating element was produced in the same manner as in Example 4 except that the heating layer had a width of 40 mm, a length of 80 mm, and a thickness of 22 μm. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

実施例3で得られた平均直径70nm、R値が1.0である微細炭素繊維を用いた以外は、実施例4に準じて発熱体を作製した。導電膜は幅40mm、長さ80mm、厚みは21μmであった。それらの発熱特性結果を表2に示した。 A heating element was produced according to Example 4 except that the fine carbon fiber having an average diameter of 70 nm and an R value of 1.0 obtained in Example 3 was used. The conductive film had a width of 40 mm, a length of 80 mm, and a thickness of 21 μm. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

発熱層を幅40mm、長さ120mm、厚みは25μmにした以外は、実施例4と同様な方法で発熱体を作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 A heating element was produced in the same manner as in Example 4 except that the heating layer had a width of 40 mm, a length of 120 mm, and a thickness of 25 μm. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

実施例3で得られた平均直径70nm、R値が1.0である微細炭素繊維を用いた以外は、実施例4に準じて発熱体を作製した。導電膜は幅40mm、長さ120mm、厚みは19μmであった。それらの発熱特性結果を表2に示した。 A heating element was produced according to Example 4 except that the fine carbon fiber having an average diameter of 70 nm and an R value of 1.0 obtained in Example 3 was used. The conductive film had a width of 40 mm, a length of 120 mm, and a thickness of 19 μm. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

発熱層を幅100mm、長さ100mm、厚みは24μmにした以外は、実施例4と同様な方法で発熱体を作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 A heating element was produced in the same manner as in Example 4 except that the heating layer was 100 mm wide, 100 mm long and 24 μm thick. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

基材としてガラス基板(マツナミ(株)50x150x1.65mm)を用い、その上に幅40mm、長さ40mm、厚みは41μmの発熱層を作製した以外は、実施例4と同様な方法で発熱体を作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 A heating element was prepared in the same manner as in Example 4 except that a glass substrate (Matsunami Co., Ltd. 50 × 150 × 1.65 mm) was used as a base material and a heating layer having a width of 40 mm, a length of 40 mm and a thickness of 41 μm was formed thereon. Produced. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

基材として天然ゴム基板(40x40x3mm)を用い、その上に幅40mm、長さ40mm、厚みは17μmの発熱層を作製した以外は、実施例4と同様な方法で発熱体を作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 A heating element was produced in the same manner as in Example 4 except that a natural rubber substrate (40 × 40 × 3 mm) was used as a base material and a heating layer having a width of 40 mm, a length of 40 mm and a thickness of 17 μm was formed thereon. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

基材としてアルミナ基板(入江(株)SSA−T角板/50×50×0.5mm)を用い、その上に幅40mm、長さ40mm、厚みは27μmの発熱層を作製した以外は、実施例4と同様な方法で発熱体を作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 Implementation was performed except that an alumina substrate (Irie Co., Ltd. SSA-T square plate / 50 × 50 × 0.5 mm) was used as the base material, and a heating layer having a width of 40 mm, a length of 40 mm, and a thickness of 27 μm was formed thereon. A heating element was produced in the same manner as in Example 4. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

基材としてガラス基板(マツナミ(株)50x150x1.65mm)を用い、その上に幅40mm、長さ80mm、厚みは34μmの発熱層を作製した以外は、実施例4と同様な方法で発熱体を作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 A heating element was prepared in the same manner as in Example 4 except that a glass substrate (Matsunami Co., Ltd. 50 × 150 × 1.65 mm) was used as a base material and a heating layer having a width of 40 mm, a length of 80 mm and a thickness of 34 μm was formed thereon. Produced. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

基材としてガラス基板(マツナミ(株)50x150x1.65mm)を用い、その上に幅40mm、長さ120mm、厚みは26μmの発熱層を作製した以外は、実施例4と同様な方法で発熱体を作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 A heating element was prepared in the same manner as in Example 4 except that a glass substrate (Matsunami Co., Ltd. 50 × 150 × 1.65 mm) was used as a base material, and a heating layer having a width of 40 mm, a length of 120 mm, and a thickness of 26 μm was formed thereon. Produced. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

微細炭素繊維含有エラストマー溶液の調製は、EPDM未加硫樹脂((株)社製、)5gを、トルエン95gに溶解させて5質量%EPDM樹脂溶液を100g調製した。 The fine carbon fiber-containing elastomer solution was prepared by dissolving 5 g of EPDM unvulcanized resin (manufactured by Co., Ltd.) in 95 g of toluene to prepare 100 g of a 5 mass% EPDM resin solution.

作製したEPDM未加硫溶液100gに実施例1の平均直径70nm、R値が0.1である微細炭素繊維を0.56g入れ、ビーズミル分散機((株)シンマルエンタープライズ社製ダイノーミル)を用いて分散解繊処理を行い、微細炭素繊維含有EPDM未加硫溶液を調製した。 0.56 g of fine carbon fiber having an average diameter of 70 nm and an R value of 0.1 of Example 1 is put into 100 g of the prepared EPDM unvulcanized solution, and a bead mill disperser (Dynomill manufactured by Shinmaru Enterprise Co., Ltd.) is used. Dispersion and defibration treatment were performed to prepare an EPDM unvulcanized solution containing fine carbon fibers.

発熱体の作製方法は、微細炭素繊維含有EPDM未加硫溶液を用いて、幅50mm、長さ50mmに切断したガラス基板(マツナミ(株)50x150x1.65mm)に、バーコーター法にて塗膜を作製し、温風機にて30分乾燥し、発熱層を作製した。得られた発熱層は幅40mm、長さ40mm、厚みは40μmであり、電極は発熱層の両端に銀ペーストにて作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 A heating element was prepared by applying a coating film by a bar coater method on a glass substrate (Matsunami Co., Ltd. 50 × 150 × 1.65 mm) cut to a width of 50 mm and a length of 50 mm using a fine carbon fiber-containing EPDM unvulcanized solution. It produced and dried with the warm air machine for 30 minutes, and produced the heat generating layer. The obtained heat generating layer had a width of 40 mm, a length of 40 mm, and a thickness of 40 μm, and an electrode was made of silver paste on both ends of the heat generating layer. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

実施例2の平均直径70nm、R値0.7である微細炭素繊維を用いた以外は実施例16に準じて作製した。導電膜は幅40mm、長さ40mm、厚みは39μmであった。それらの発熱特性結果を表2に示した。 It was produced according to Example 16 except that fine carbon fibers having an average diameter of 70 nm and an R value of 0.7 of Example 2 were used. The conductive film had a width of 40 mm, a length of 40 mm, and a thickness of 39 μm. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

実施例16の微細炭素繊維含有EPDM未加硫溶液を用いて、発熱層として幅40mm、長さ80mm、厚みは36μmを作製した以外は、発熱体実施例13に準じた。それらの発熱特性結果を表2に示した。 Except that the fine carbon fiber-containing EPDM unvulcanized solution of Example 16 was used to produce a heating layer having a width of 40 mm, a length of 80 mm, and a thickness of 36 μm. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

実施例2の平均直径70nm、R値0.7である微細炭素繊維を用いた以外は実施例16に準じて作製した。導電膜は幅40mm、長さ80mm、厚みは43μmであった。それらの発熱特性結果を表2に示した。 It was produced according to Example 16 except that fine carbon fibers having an average diameter of 70 nm and an R value of 0.7 of Example 2 were used. The conductive film had a width of 40 mm, a length of 80 mm, and a thickness of 43 μm. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

実施例16の微細炭素繊維含有EPDM未加硫溶液を用いて、発熱層として幅40mm、長さ120mm、厚みは34μmを作製した以外は、発熱体実施例13に準じた。それらの発熱特性結果を表2に示した。 Except that the fine carbon fiber-containing EPDM unvulcanized solution of Example 16 was used to produce a heating layer having a width of 40 mm, a length of 120 mm, and a thickness of 34 μm. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

実施例2の平均直径70nm、R値0.7である微細炭素繊維を用いた以外は実施例16に準じて作製した。導電膜は幅40mm、長さ120mm、厚みは38μmであった。それらの発熱特性結果を表2に示した。 It was produced according to Example 16 except that fine carbon fibers having an average diameter of 70 nm and an R value of 0.7 of Example 2 were used. The conductive film had a width of 40 mm, a length of 120 mm, and a thickness of 38 μm. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

作製したEPDM未加硫溶液100gに実施例1の平均直径70nm、R値が0.1である微細炭素繊維を0.7g入れ、ビーズミル分散機((株)シンマルエンタープライズ社製ダイノーミル)を用いて分散解繊処理を行い、微細炭素繊維含有EPDM未加硫溶液を調製した。 0.7 g of fine carbon fibers having an average diameter of 70 nm and an R value of 0.1 of Example 1 are put into 100 g of the prepared EPDM unvulcanized solution, and a bead mill disperser (Dynomill manufactured by Shinmaru Enterprise Co., Ltd.) is used. Dispersion and defibration treatment were performed to prepare an EPDM unvulcanized solution containing fine carbon fibers.

発熱体の作製方法は、微細炭素繊維含有EPDM未加硫溶液を用いて、幅150mm、長さ220mmに切断したEPDM加硫ゴムに、スクリーン印刷法にて塗膜を作製し、温風機にて30分乾燥し、発熱層を作製した。得られた発熱層は幅120mm、長さ200mm、厚みは42μmであり、電極は発熱層の両端に銅板を接着させた。これらの上に未加硫ゴムを乗せ、発熱層を挟み込み、加硫化処理を施す事で発熱体が挟み込まれた発熱体を作製した。それらの発熱特性は、使用環境を踏まえ、AC100Vで発熱特性評価を行い、その結果を表2に示した。 A heating element was prepared by using a fine carbon fiber-containing EPDM unvulcanized solution, a coating film was prepared by screen printing on an EPDM vulcanized rubber that had been cut to a width of 150 mm and a length of 220 mm. It dried for 30 minutes and produced the heat generating layer. The obtained heat generating layer had a width of 120 mm, a length of 200 mm and a thickness of 42 μm, and the electrode was obtained by bonding a copper plate to both ends of the heat generating layer. An unvulcanized rubber was placed on these, a heat generating layer was sandwiched between them, and a heat generating body in which the heat generating element was sandwiched was prepared by vulcanization treatment. The heat generation characteristics were evaluated based on the usage environment at 100 V AC, and the results are shown in Table 2.

微細炭素繊維含有ポリアミック酸溶液の調製は、ポリアミック酸溶液(宇部興産(株)社製U−ワニス−A、)60gに、実施例1の平均直径70nm、R値が0.1である微細炭素繊維を1.62g入れ、三本ロールミル分散機(アイメックス(株)製BRL−150V)を用いて分散解繊処理を行い、微細炭素繊維含有ポリアミック酸溶液を調製した。 The fine carbon fiber-containing polyamic acid solution was prepared by adding 60 g of a polyamic acid solution (U-Varnish-A, manufactured by Ube Industries Co., Ltd.) to a fine carbon having an average diameter of 70 nm and an R value of 0.1. 1.62 g of fibers were added, and a dispersion and defibrating treatment was performed using a three-roll mill disperser (BRL-150V manufactured by IMEX Co., Ltd.) to prepare a fine carbon fiber-containing polyamic acid solution.

発熱体の作製方法は、微細炭素繊維含有ポリアミック溶液を用いて、幅20mm、長さ250mmに切断した耐熱性ポリイミドフィルムに、バーコーター法にて塗膜を作製し、120℃/30分、200℃/10分、250℃/10分及び350℃/10分乾燥及び硬化を行い、微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂の発熱層を作製した。得られた発熱層は幅5mm、長さ220mm、厚みは35μmであり、電極は発熱層の両端に銀ペーストにて作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 The heating element was prepared by using a fine carbon fiber-containing polyamic solution to form a coating film on a heat-resistant polyimide film cut to a width of 20 mm and a length of 250 mm by the bar coater method. Drying and curing were performed at 10 ° C./10 minutes, 250 ° C./10 minutes, and 350 ° C./10 minutes to prepare a heat generating layer of the fine carbon fiber-containing polyimide resin. The obtained heat generating layer had a width of 5 mm, a length of 220 mm, and a thickness of 35 μm, and electrodes were made of silver paste on both ends of the heat generating layer. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

実施例23の微細炭素繊維含有ポリアミック溶液を用いて、幅210mm、長さ300mmに切断した耐熱性ポリイミドフィルムに、バーコーター法にて塗膜を作製し、120℃/30分、200℃/10分、250℃/10分及び350℃/10分乾燥及び硬化を行い、微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂の発熱層を作製した。得られた発熱層は幅204mm、長さ290mm、厚みは45μmであり、電極は発熱層の両端に銀ペーストにて作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 Using the fine carbon fiber-containing polyamic solution of Example 23, a coating film was prepared by a bar coater method on a heat-resistant polyimide film cut to a width of 210 mm and a length of 300 mm, and 120 ° C./30 minutes, 200 ° C./10. Minute, 250 degreeC / 10 minutes, and 350 degreeC / 10 minutes were dried and hardened, and the heat_generation | fever layer of the fine carbon fiber containing polyimide resin was produced. The obtained heat generating layer had a width of 204 mm, a length of 290 mm, and a thickness of 45 μm, and an electrode was made of silver paste on both ends of the heat generating layer. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

エポキシ樹脂[旭電化工業(株)製アデカレジンEP−4100E]100g、硬化剤[旭電化工業(株)製アデカハードナーEH−3636AS]8gに、実施例1の平均直径が70nm、R値が0.1である微細炭素繊維を2質量%混合し、分散機[THINKY CORPORATION製泡取り練太郎AR−250]にて分散処理を行った。得られた微細炭素繊維含有エポキシ樹脂−硬化剤混合液をガラス基板(マツナミ(株)50x150x1.65mm)に、バーコーター法にて塗膜を作製し、室温から180℃まで1時間かけて硬化させた。得られた発熱層は幅50mm、長さ80mm、厚みは200μmであり、電極は発熱層の両端に銀ペーストにて作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 An epoxy resin [Adeka Resin EP-4100E manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.] 100 g and a curing agent [Adeka Hardener EH-3636AS manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.] 8 g have an average diameter of 70 nm and an R value of 0.00. 2% by mass of the fine carbon fiber 1 was mixed and dispersed with a disperser [THINKY CORPORATION Foaming Nertaro AR-250]. The obtained fine carbon fiber-containing epoxy resin-curing agent mixed solution is coated on a glass substrate (Matsunami Co., Ltd. 50 × 150 × 1.65 mm) by a bar coater method and cured from room temperature to 180 ° C. over 1 hour. It was. The obtained heat generating layer had a width of 50 mm, a length of 80 mm, and a thickness of 200 μm, and electrodes were made of silver paste on both ends of the heat generating layer. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

実施例1の平均直径70nm、R値0.1である微細炭素繊維を用い、ガラス基板上に幅50mm、長さ80mm、厚みは231μmを作製した以外は、実施例25と同様な方法で発熱体を作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 Exothermic heat was generated in the same manner as in Example 25 except that fine carbon fibers having an average diameter of 70 nm and an R value of 0.1 of Example 1 were used, and a width of 50 mm, a length of 80 mm, and a thickness of 231 μm were produced on a glass substrate. The body was made. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

微細炭素繊維含有スクリーン印刷用インキ(東洋インキ(株)製SS800メジウム)の調製は900gに、実施例1の平均直径70nm、R値が0.1である微細炭素繊維を100g入れ、三本ロールミル分散機(ビューラー(株)製SDX300―CLC)を用いて分散解繊処理を行い、微細炭素繊維含有スクリーン印刷用インキを調製した。 Preparation of fine carbon fiber-containing screen printing ink (SS800 medium manufactured by Toyo Ink Co., Ltd.) was put in 900 g, 100 g of fine carbon fiber having an average diameter of 70 nm and an R value of 0.1 in Example 1, and a three-roll mill. Dispersion and fibrillation treatment was performed using a disperser (Bureler Co., Ltd. SDX300-CLC) to prepare a screen printing ink containing fine carbon fibers.

発熱体の作製方法は、微細炭素繊維含有スクリーン印刷用インキを用いて、幅60mm、長さ660mmに切断したポリカーボネートフィルムに、刷版T−100を用いたスクリーン印刷法にて、二度刷して塗膜を作製し、微細炭素繊維含有スクリーン印刷用インキの発熱層を作製した。得られた発熱層は幅50mm、長さ600mm、厚みは29μmであり、電極は発熱層の両端に銀ペーストにて作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 The heating element was prepared by printing twice on a polycarbonate film cut to a width of 60 mm and a length of 660 mm using a fine carbon fiber-containing screen printing ink by a screen printing method using a printing plate T-100. A coating film was prepared to produce a heat generating layer of the fine carbon fiber-containing screen printing ink. The obtained heat generating layer had a width of 50 mm, a length of 600 mm, and a thickness of 29 μm, and electrodes were made of silver paste at both ends of the heat generating layer. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

刷版T−80を用いたスクリーン印刷法にて塗膜を作製し、更にその上に刷版T−100を用いたスクリーン印刷法にて、二度刷して塗膜を作製した以外は、実施例27と同様な方法で発熱体を作製した。得られた発熱層は幅50mm、長さ600mm、厚みは45μmであり、電極は発熱層の両端に銀ペーストにて作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。 A coating film was prepared by a screen printing method using the printing plate T-80, and further a screen coating method using the printing plate T-100 was further printed thereon to produce a coating film. A heating element was produced in the same manner as in Example 27. The obtained heat generating layer had a width of 50 mm, a length of 600 mm, and a thickness of 45 μm, and electrodes were made of silver paste on both ends of the heat generating layer. The exothermic characteristic results are shown in Table 2.

[比較例]
実施例3の平均直径70nm、R値1.0である微細炭素繊維を用い、ガラス基板上に幅50mm、長さ80mm、厚みは200μmを作製した以外は、実施例25と同様な方法で発熱体を作製した。それらの発熱特性結果を表2に示した。
[Comparative example]
Exothermic heat was generated in the same manner as in Example 25 except that fine carbon fibers having an average diameter of 70 nm and an R value of 1.0 of Example 3 were used, and a width of 50 mm, a length of 80 mm, and a thickness of 200 μm were produced on a glass substrate. The body was made. The exothermic characteristics results are shown in Table 2.

Figure 2010045025
Figure 2010045025

樹脂材料として熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー材料及び印刷用インキを用いた場合、本発明の電極間抵抗値(Ω/cm)が105以下である実施例は、電極間抵抗値(Ω/cm)が105以上である比較例より、低電圧で面温度が高いのは明らかである。またこの現象は、電極間距離が長くなればなるほど、顕著に現れる事も明らかである。 When a thermoplastic resin, a thermosetting resin, an elastomer material, and a printing ink are used as the resin material, an example in which the interelectrode resistance value (Ω / cm) of the present invention is 105 or less is the interelectrode resistance value (Ω It is clear that the surface temperature is higher at a lower voltage than the comparative example in which / cm) is 105 or more. It is also clear that this phenomenon appears more prominently as the interelectrode distance increases.

また本発明に用いられる基材は、紙、フィルム、ゴム、ガラス、セラミック、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いて、その基板上に塗布して発熱層を形成できるのは明らかである。 Further, it is apparent that the base material used in the present invention can be coated on the substrate using paper, film, rubber, glass, ceramic, thermoplastic resin or thermosetting resin to form a heat generating layer.

本発明の微細炭素繊維及び樹脂材料を用いる事で電極間抵抗値(Ω/cm)が105以下である発熱体は、低電圧で高い発熱温度を示す発熱体を容易に作製する事が出来る。そのため、AC100V電源がある屋内は勿論、AC100V電源がない屋外(例えば被災地)等でも、発電機、バッテリー、乾電池等で駆動する発熱体として使用する事ができる。更に自動車内でも使用可能である。発熱温度としては、100℃以下の発熱温度が要求される電気カーペット、床暖房、壁面暖房機器、家畜用の暖房器具、道路、屋根又は玄関などに用いられる融雪材、パイプラインの凍結防止ヒーター等の熱源として利用する事ができる。また100〜200℃の発熱温度が要求される製造工程等に利用される発熱体として利用が可能である。更に200℃以上の発熱温度が要求される複写機及びレーザープリンターの定着部用発熱ヒーター、発熱定着ローラー及びベルト等に利用する事ができる。 By using the fine carbon fiber and the resin material of the present invention, a heating element having a resistance value between electrodes (Ω / cm) of 105 or less can easily produce a heating element exhibiting a high heating temperature at a low voltage. Therefore, it can be used as a heating element driven by a generator, a battery, a dry cell or the like not only indoors with an AC 100 V power source but also outdoors (eg, a disaster area) without an AC 100 V power source. It can also be used in automobiles. As the heat generation temperature, electric carpets that require a heat generation temperature of 100 ° C. or less, floor heating, wall heating equipment, heating equipment for livestock, snow melting materials used for roads, roofs, entrances, etc., pipeline freeze prevention heaters, etc. It can be used as a heat source. Further, it can be used as a heating element used in a manufacturing process or the like that requires an exothermic temperature of 100 to 200 ° C. Further, it can be used for a heat generating heater, a heat fixing roller and a belt for a fixing portion of a copying machine and a laser printer that require a heat generating temperature of 200 ° C. or more.

Claims (26)

微細炭素繊維及び樹脂材料を含有し、電極間抵抗値(Ω/cm)が10以下であることを特徴とする発熱体。 A heating element comprising a fine carbon fiber and a resin material and having an interelectrode resistance value (Ω / cm) of 10 5 or less. 前記微細炭素繊維がラマン分光分析にてR値が1.0以下である事を特徴とする請求項1に記載の発熱体。 2. The heating element according to claim 1, wherein the fine carbon fiber has an R value of 1.0 or less by Raman spectroscopic analysis. 前記微細炭素繊維がラマン分光分析にてR値が0.7以下である事を特徴とする請求項2に記載の発熱体。 The heating element according to claim 2, wherein the fine carbon fiber has an R value of 0.7 or less by Raman spectroscopic analysis. 前記微細炭素繊維がラマン分光分析にてR値が0.2以下である事を特徴とする請求項3に記載の発熱体。 The heating element according to claim 3, wherein the fine carbon fiber has an R value of 0.2 or less by Raman spectroscopic analysis. 前記樹脂材料が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の発熱体。 The heating element according to claim 1, wherein the resin material is a thermoplastic resin. 前記樹脂材料が熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の発熱体。 The heating element according to claim 1, wherein the resin material is a thermosetting resin. 前記樹脂材料がエラストマー材料であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の発熱体。 The heating element according to claim 1, wherein the resin material is an elastomer material. 前記樹脂材料が印刷用インキであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の発熱体。 The heating element according to any one of claims 1 to 4, wherein the resin material is a printing ink. 前記微細炭素繊維を含有する前記樹脂材料の成形、硬化または基材への塗布により得られることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の発熱体。 The heating element according to any one of claims 1 to 8, wherein the heating element is obtained by molding, curing, or applying the resin material containing the fine carbon fibers to a base material. 前記微細炭素繊維を含有する樹脂材料に、微細炭素繊維用分散剤が添加されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の発熱体。 The heating element according to any one of claims 1 to 9, wherein a dispersant for fine carbon fibers is added to the resin material containing the fine carbon fibers. 前記微細炭素繊維用分散剤が、少なくとも一種類の高分子系分散剤を含有することを特徴とする請求項10に記載の発熱体。 The heating element according to claim 10, wherein the dispersant for fine carbon fibers contains at least one polymer dispersant. 前記高分子系分散剤がポリビニルブチラール系樹脂である事を特徴とする請求項11に記載の発熱体。 The heating element according to claim 11, wherein the polymer dispersant is a polyvinyl butyral resin. 前記高分子系分散剤が微細炭素繊維100質量部に対して0.0005〜100質量部である事を特徴とする請求項11または請求項12に記載の発熱体。 The heating element according to claim 11 or 12, wherein the polymer dispersant is 0.0005 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of fine carbon fibers. 前記基材が、紙、ゴム、ガラス、ガラス繊維、セラミック、石膏、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の群から選択される材料である事を特徴とする請求項9に記載の発熱体。 The heating element according to claim 9, wherein the base material is a material selected from the group of paper, rubber, glass, glass fiber, ceramic, gypsum, a thermoplastic resin, or a thermosetting resin. 前記樹脂材料100質量部に、微細炭素繊維が0.1〜30質量部添加されていることを特徴とする請求項1〜14いずれかに記載の発熱体。 The heating element according to claim 1, wherein 0.1 to 30 parts by mass of fine carbon fiber is added to 100 parts by mass of the resin material. 前記微細炭素繊維の平均外径が10〜300nmの微細炭素繊維から構成される事を特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の発熱体。 The heating element according to any one of claims 1 to 15, wherein the fine carbon fiber is composed of fine carbon fibers having an average outer diameter of 10 to 300 nm. 前記微細炭素繊維が単層、二層または多層構造であることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の発熱体。 The heating element according to any one of claims 1 to 16, wherein the fine carbon fiber has a single-layer structure, a double-layer structure, or a multilayer structure. 前記微細炭素繊維が、平均外径10〜300nmの微細炭素繊維から構成される3次元ネットワーク状の微細炭素繊維構造体であって、前記微細炭素繊維構造体は、複数の粒状部を有し、該粒状部から前記複数微細炭素繊維が3次元的な広がりをもって延出する態様で、該延出する微細炭素繊維が他の粒状部とも結合している態様によって、少なくとも部分的に該微細炭素繊維の立体的な網目状構造を有することを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の発熱体。 The fine carbon fiber is a three-dimensional network-like fine carbon fiber structure composed of fine carbon fibers having an average outer diameter of 10 to 300 nm, and the fine carbon fiber structure has a plurality of granular parts, In a mode in which the plurality of fine carbon fibers extend with a three-dimensional extension from the granular part, the fine carbon fiber is at least partially formed by a mode in which the extending fine carbon fiber is also bonded to other granular parts. The heating element according to claim 1, wherein the heating element has a three-dimensional network structure. 前記複数微細炭素繊維を互いに結合する粒状部は、その粒径が前記微細炭素繊維の外径よりも大きく、かつ、炭素源として分解温度の異なる少なくとも2つ以上の炭素化合物を用いることにより、炭素物質を、繊維状に成長させる一方で、使用される触媒粒子の周面方向に成長させる成長過程において形成されてなるものであることを特徴とする請求項1〜18のいずれかに記載の発熱体。 By using at least two or more carbon compounds having a particle diameter larger than the outer diameter of the fine carbon fiber and having different decomposition temperatures as carbon sources, The exothermic heat according to any one of claims 1 to 18, wherein the substance is formed in a growth process in which the substance is grown in the form of fibers while growing in the circumferential direction of the catalyst particles used. body. 前記微細炭素繊維が、平均外径15〜100nmの微細炭素繊維から構成されることを特徴とする請求項1〜19のいずれかに記載の発熱体。 The heating element according to any one of claims 1 to 19, wherein the fine carbon fibers are composed of fine carbon fibers having an average outer diameter of 15 to 100 nm. 前記微細炭素繊維が、含有タール分が0.5%以下の高純度な微細炭素繊維を用いた事を特徴とする請求項1〜20のいずれかに記載の発熱体。 The heating element according to any one of claims 1 to 20, wherein the fine carbon fiber is a high-purity fine carbon fiber having a tar content of 0.5% or less. 前記発熱体の発熱層の膜厚が0.3mm以下である事を特徴とする請求項1〜21のいずれかに記載の膜状の発熱体。 The film-shaped heating element according to any one of claims 1 to 21, wherein the heating layer of the heating element has a thickness of 0.3 mm or less. 前記発熱体の発熱層の両端に電極を設置する事を特徴とする請求項1〜22のいずれかに記載の発熱体。 The heating element according to any one of claims 1 to 22, wherein electrodes are provided at both ends of the heating layer of the heating element. 前記微細炭素繊維を含有した樹脂材料を基材に塗布して発熱層を製造した工程と、塗布した発熱層を硬化または乾燥させる工程を有することを特徴とする発熱体の製造方法。 A method of manufacturing a heating element, comprising: a step of applying a resin material containing the fine carbon fiber to a substrate to manufacture a heating layer; and a step of curing or drying the applied heating layer. 請求項24の発熱体の製造方法において、発熱層に電極を形成する工程を有することを特徴とする発熱体の製造方法。 The method for manufacturing a heating element according to claim 24, further comprising a step of forming an electrode on the heating layer. 請求項25の発熱体の製造方法において、前記発熱層及び電極を、樹脂材料を用いて被覆する絶縁層形成工程を有することを特徴とする発熱体の製造方法。 26. The method of manufacturing a heating element according to claim 25, further comprising an insulating layer forming step of covering the heating layer and the electrode with a resin material.
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