JP2012224815A - Method for producing carbon fiber composite material, carbon fiber composite material and oil field apparatus - Google Patents

Method for producing carbon fiber composite material, carbon fiber composite material and oil field apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2012224815A
JP2012224815A JP2011096017A JP2011096017A JP2012224815A JP 2012224815 A JP2012224815 A JP 2012224815A JP 2011096017 A JP2011096017 A JP 2011096017A JP 2011096017 A JP2011096017 A JP 2011096017A JP 2012224815 A JP2012224815 A JP 2012224815A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
elastomer
composite material
carbon fiber
fiber composite
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011096017A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5670817B2 (en
Inventor
Hiroyuki Ueki
宏之 植木
Shigeki Inukai
茂樹 犬飼
Toru Noguchi
徹 野口
Kenichi Niihara
健一 新原
Shoei Ito
正栄 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gemalto Terminals Ltd
Schlumberger Holdings Ltd
Nissin Kogyo Co Ltd
Shinshu University NUC
Original Assignee
Gemalto Terminals Ltd
Schlumberger Holdings Ltd
Nissin Kogyo Co Ltd
Shinshu University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gemalto Terminals Ltd, Schlumberger Holdings Ltd, Nissin Kogyo Co Ltd, Shinshu University NUC filed Critical Gemalto Terminals Ltd
Priority to JP2011096017A priority Critical patent/JP5670817B2/en
Publication of JP2012224815A publication Critical patent/JP2012224815A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5670817B2 publication Critical patent/JP5670817B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a carbon fiber composite material, and a carbon fiber composite material using carbon nanofiber and carbon black, and to provide an oil field apparatus using a carbon fiber composite material.SOLUTION: The method for producing a carbon fiber composite material includes a step (a), a step (b) and a step (c). In the step (a), after carbon nanofiber 80 is mixed in a first elastomer 30, the mixture is refined at 0°C to 50°C by use of open rolls 2 having a roll nip d of 0.5 mm or less to obtain a first composite elastomer. In the step (b), carbon black is mixed in a second elastomer to obtain a second composite elastomer. In the step (c), the first composite elastomer is mixed with the second composite elastomer to obtain a carbon fiber composite material.

Description

本発明は、カーボンナノファイバーを用いた炭素繊維複合材料の製造方法、炭素繊維複合材料及び油田装置に関する。   The present invention relates to a method for producing a carbon fiber composite material using carbon nanofibers, a carbon fiber composite material, and an oil field device.

従来、凝集しやすいカーボンナノファイバーを解繊して、エラストマーなどのマトリックス中に均一に分散させることは困難であったが、エラストマーに強いせん断力を加えることで、エラストマーの弾性と粘性とカーボンナノファイバーに対する化学的相互作用とによってカーボンナノファイバーを解繊してエラストマー中に均一に分散することができる画期的な炭素繊維複合材料の製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, it has been difficult to fibrillate carbon nanofibers that tend to aggregate and disperse them uniformly in a matrix such as an elastomer. However, by applying a strong shearing force to the elastomer, the elasticity and viscosity of the elastomer An epoch-making method for producing a carbon fiber composite material has been proposed in which carbon nanofibers can be disentangled and dispersed uniformly in an elastomer by chemical interaction with the fibers (see, for example, Patent Document 1). .

さらに、多層カーボンナノチューブと天然ゴムとの複合材料を溶剤浸漬した変化を調べたところ、一本一本に解繊されて均一に分散した多層カーボンナノチューブは、16質量%以上の高充填率において連続立体構造(セルレーション)を形成することが判っている(例えば、非特許文献1参照)。この連続立体構造は、多層カーボンナノチューブとその表面に結合したゴムの界面相で形成され、高い弾性率と高い耐熱性を有していることが判っていた。しかしながら、多層カーボンナノチューブを大量に用いることは加工性が低下し、コストが高くなる傾向があった。   Furthermore, when a change in the composite material of multi-walled carbon nanotubes and natural rubber immersed in a solvent was examined, multi-walled carbon nanotubes that were defibrated and dispersed uniformly were continuously at a high filling rate of 16% by mass or more. It has been found that a three-dimensional structure (cellation) is formed (for example, see Non-Patent Document 1). This continuous three-dimensional structure is formed by an interfacial phase of multi-walled carbon nanotubes and rubber bonded to the surface thereof, and has been found to have high elastic modulus and high heat resistance. However, the use of a large number of multi-walled carbon nanotubes tends to reduce processability and increase costs.

また、エラストマーに対し、カーボンナノファイバーとカーボンブラックを適量配合することによって、広い温度範囲で熱膨張が小さく安定している炭素繊維複合材料が提案されている(例えば、特許文献2参照)。このような炭素繊維複合材料は、カーボンナノファイバーとカーボンブラックとが協働して連続立体構造を形成することによって、カーボンナノファイバーの配合量を少なくすることができる。   In addition, a carbon fiber composite material has been proposed in which an appropriate amount of carbon nanofibers and carbon black is blended with an elastomer so that the thermal expansion is small and stable over a wide temperature range (for example, see Patent Document 2). Such a carbon fiber composite material can reduce the compounding quantity of carbon nanofiber, when carbon nanofiber and carbon black cooperate and form a continuous three-dimensional structure.

特開2005−97525号公報JP 2005-97525 A 特開2007−39649号公報JP 2007-39649 A

炭素TANSO 2010No.244 147−152「多層カーボンナノチューブ/天然ゴム複合体の膨潤と界面の解析」Carbon TANSO 2010 No. 244 147-152 “Swelling and interface analysis of multi-walled carbon nanotube / natural rubber composites”

本発明の目的は、カーボンナノファイバーとカーボンブラックとを用いた炭素繊維複合材料の製造方法及び炭素繊維複合材料並びに炭素繊維複合材料を用いた油田装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for producing a carbon fiber composite material using carbon nanofibers and carbon black, a carbon fiber composite material, and an oil field device using the carbon fiber composite material.

本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、
第1のエラストマーにカーボンナノファイバーを混合した後、ロール間隔が0.5mm以下のオープンロールを用いて、0℃ないし50℃で薄通しを行って第1の複合エラストマーを得る工程(a)と、
第2のエラストマーにカーボンブラックを混合して第2の複合エラストマーを得る工程(b)と、
前記第1の複合エラストマーと前記第2の複合エラストマーとを混合して炭素繊維複合材料を得る工程(c)と、
を含む。
The method for producing a carbon fiber composite material according to the present invention includes:
(A) a step of obtaining a first composite elastomer by mixing carbon nanofibers with the first elastomer and then performing thinning at 0 ° C. to 50 ° C. using an open roll having a roll interval of 0.5 mm or less; ,
A step (b) of obtaining a second composite elastomer by mixing carbon black with the second elastomer;
A step (c) of obtaining a carbon fiber composite material by mixing the first composite elastomer and the second composite elastomer;
including.

本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法によれば、せん断疲労寿命が向上した炭素繊維複合材料を得ることができる。また、本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法によれば、引張強さと破断伸びが向上した炭素繊維複合材料を得ることができる。また、本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法によれば、カーボンナノファイバーの配合量の増加を抑えることで加工性の低下を防ぎ、コスト効果に優れることができる。   According to the method for producing a carbon fiber composite material according to the present invention, a carbon fiber composite material having improved shear fatigue life can be obtained. Moreover, according to the method for producing a carbon fiber composite material according to the present invention, a carbon fiber composite material having improved tensile strength and breaking elongation can be obtained. Moreover, according to the manufacturing method of the carbon fiber composite material concerning this invention, the fall of workability can be prevented by suppressing the increase in the compounding quantity of carbon nanofiber, and it can be excellent in cost effectiveness.

本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記工程(a)は、前記第1のエラストマー100質量部に対して、カーボンナノファイバー60質量部以上100質量部以下が配合されることができる。
In the method for producing a carbon fiber composite material according to the present invention,
In the step (a), 60 parts by mass or more and 100 parts by mass or less of carbon nanofibers can be blended with respect to 100 parts by mass of the first elastomer.

本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記第1の複合エラストマーは、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃で測定した、未架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は100ないし3000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)は存在しないことができる。
In the method for producing a carbon fiber composite material according to the present invention,
The first composite elastomer has a first spin-spin relaxation time (T2n) of 100 to 3000 μsec in an uncrosslinked body, as measured at 150 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR, The spin-spin relaxation time (T2nn) can be absent.

本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記工程(b)は、前記第2のエラストマー100質量部に対して、カーボンブラック20質量部以上150質量部以下が配合されることができる。
In the method for producing a carbon fiber composite material according to the present invention,
In the step (b), 20 parts by mass or more and 150 parts by mass or less of carbon black can be blended with respect to 100 parts by mass of the second elastomer.

本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記第1のエラストマー及び前記第2のエラストマーは、天然ゴムであることができる。
In the method for producing a carbon fiber composite material according to the present invention,
The first elastomer and the second elastomer may be natural rubber.

本発明にかかる炭素繊維複合材料は、前記炭素繊維複合材料の製造方法で得られることができる。   The carbon fiber composite material concerning this invention can be obtained with the manufacturing method of the said carbon fiber composite material.

本発明にかかる油田装置は、前記炭素繊維複合材料を用いることができる。   The oil field device according to the present invention can use the carbon fiber composite material.

工程(a)を模式的に示す図である。It is a figure which shows a process (a) typically. 工程(a)を模式的に示す図である。It is a figure which shows a process (a) typically. 工程(a)を模式的に示す図である。It is a figure which shows a process (a) typically. 工程(b)を模式的に示す図である。It is a figure which shows a process (b) typically. 工程(b)を模式的に示す図である。It is a figure which shows a process (b) typically. 工程(b)を模式的に示す図である。It is a figure which shows a process (b) typically. 工程(c)を模式的に示す図である。It is a figure which shows a process (c) typically. 工程(c)を模式的に示す図である。It is a figure which shows a process (c) typically. 一実施の形態にかかる地下用途の検層装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the logging apparatus for underground use concerning one Embodiment. 一実施の形態にかかる海底用途の検層装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the logging apparatus for the seabed use concerning one Embodiment. 実施例1〜2及び比較例1〜3の硬度に対する引張強さを表わすグラフである。It is a graph showing the tensile strength with respect to the hardness of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3. 実施例1〜2及び比較例1〜3の硬度に対する破断伸びを表わすグラフである。It is a graph showing the breaking elongation with respect to the hardness of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3. 実施例1〜2及び比較例1〜3の硬度に対するせん断疲労寿命を表わすグラフである。It is a graph showing the shear fatigue life with respect to the hardness of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3.

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

本発明の一実施の形態にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、第1のエラストマーにカーボンナノファイバーを混合した後、ロール間隔が0.5mm以下のオープンロールを用いて、0℃ないし50℃で薄通しを行って第1の複合エラストマーを得る工程(a)と、第2のエラストマーにカーボンブラックを混合して第2の複合エラストマーを得る工程(b)と、前記第1の複合エラストマーと前記第2の複合エラストマーとを混合して炭素繊維複合材料を得る工程(c)と、を含む。   In the method for producing a carbon fiber composite material according to one embodiment of the present invention, after mixing carbon nanofibers with the first elastomer, an open roll having a roll interval of 0.5 mm or less is used. (A) to obtain a first composite elastomer by thinning through, a step (b) to obtain a second composite elastomer by mixing carbon black with the second elastomer, and the first composite elastomer, Mixing the second composite elastomer to obtain a carbon fiber composite material (c).

図1〜図3は、一実施の形態に係る炭素繊維複合材料の製造方法の工程(a)を模式的に示す図である。図4〜図6は、一実施の形態に係る炭素繊維複合材料の製造方法の工程(b)を模式的に示す図である。図7〜図8は、一実施の形態に係る炭素繊維複合材料の製造方法の工程(c)を模式的に示す図である。   FIGS. 1-3 is a figure which shows typically the process (a) of the manufacturing method of the carbon fiber composite material which concerns on one embodiment. 4-6 is a figure which shows typically the process (b) of the manufacturing method of the carbon fiber composite material which concerns on one Embodiment. FIGS. 7-8 is a figure which shows typically the process (c) of the manufacturing method of the carbon fiber composite material which concerns on one Embodiment.

工程(a)は、例えば、図1〜図3に示すようにオープンロール2を用いて行うことができる。2本ロールのオープンロール2における第1のロール10と第2のロール20とは、所定の間隔d、例えば0.5mm〜1.5mmの間隔で配置され、矢印で示す方向に回転速度V1,V2で正転あるいは逆転で回転する。   A process (a) can be performed using the open roll 2 as shown in FIGS. 1-3, for example. The first roll 10 and the second roll 20 in the two-roll open roll 2 are arranged at a predetermined interval d, for example, 0.5 mm to 1.5 mm, and the rotational speed V1, in the direction indicated by the arrow. V2 rotates forward or backward.

まず、図1に示すように、第1のロール10に巻き付けられた第1のエラストマー30の素練りを行ない、エラストマーの分子鎖を適度に切断してフリーラジカルを生成する。素練りによって生成されたエラストマーのフリーラジカルがカーボンナノファイバーと結びつきやすい状態となる。   First, as shown in FIG. 1, the first elastomer 30 wound around the first roll 10 is masticated, and the molecular chain of the elastomer is appropriately cut to generate free radicals. Free radicals of the elastomer generated by mastication are likely to be combined with carbon nanofibers.

次に、図2に示すように、第1のロール10に巻き付けられた第1のエラストマー30のバンク34に、複数のカーボンナノファイバー80を投入し、混練して第1の混合物36を得ることができる。工程(a)における図1〜図2の第1の混合物36を得る工程については、オープンロール法に限定されず、例えば密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。   Next, as shown in FIG. 2, a plurality of carbon nanofibers 80 are put into the bank 34 of the first elastomer 30 wound around the first roll 10 and kneaded to obtain the first mixture 36. Can do. The step of obtaining the first mixture 36 of FIGS. 1 to 2 in the step (a) is not limited to the open roll method, and for example, a closed kneading method or a multi-screw extrusion kneading method can be used.

さらに、図3に示すように、第1のロール10と第2のロール20とのロール間隔dを、例えば0.5mm以下、より好ましくは0〜0.5mmの間隔に設定し、図2で得られた第1の混合物36をオープンロール2に投入して薄通しを1回〜複数回行なうことができる。薄通しの回数は、例えば1回〜10回程度行なうことができる。第1のロール10の表面速度をV1、第2のロール20の表面速度をV2とすると、薄通しにおける両者の表面速度比(V1/V2)は、1.05〜3.00であることができ、さらに1.05〜1.2であることが好ましい。このような表面速度比を用いることにより、所望の剪断力を得ることができる。このように狭いロール間から押し出された第1の複合エラストマー50は、さらに第1のエラストマー30の弾性による復元力で図3のように大きく変形し、その際に第1のエラストマー30と共にカーボンナノファイバーが大きく移動する。薄通しして得られた第1の複合エラストマー50は、ロールで圧延されて所定厚さ、例えば100μm〜500μmのシート状に分出しされる。この薄通しの工程では、できるだけ高い剪断力を得るために、ロール温度を例えば0〜50℃に設定して行うことができ、さらに5〜30℃の比較的低い温度に設定して行うことができる。第1のエラストマー30の実測温度も0〜50℃に調整されることができ、さらに5〜30℃調整されることができる。このような温度範囲に調整することによって、第1のエラストマー30の弾性を利用してカーボンナノファイバーを分散することができる。このようにして得られた剪断力により、第1のエラストマー30に高い剪断力が作用し、凝集していたカーボンナノファイバーが第1のエラストマーの分子に1本ずつ引き抜かれるように相互に分離し、第1のエラストマー30中に分散される。特に、第1のエラストマー30は、弾性と、粘性と、カーボンナノファイバーとの化学的相互作用と、を有するため、カーボンナノファイバーを容易に分散することができる。そして、カーボンナノファイバーの分散性および分散安定性(カーボンナノファイバーが再凝集しにくいこと)に優れた第1の複合エラストマー50を得ることができる。   Further, as shown in FIG. 3, the roll interval d between the first roll 10 and the second roll 20 is set to, for example, 0.5 mm or less, more preferably 0 to 0.5 mm, and in FIG. The obtained 1st mixture 36 can be thrown into the open roll 2, and thinning can be performed once to several times. For example, the thinning can be performed about 1 to 10 times. When the surface speed of the first roll 10 is V1 and the surface speed of the second roll 20 is V2, the ratio of the surface speeds (V1 / V2) in thinness is 1.05 to 3.00. Furthermore, it is preferable that it is 1.05-1.2. By using such a surface velocity ratio, a desired shear force can be obtained. The first composite elastomer 50 extruded from between the narrow rolls as described above is further greatly deformed as shown in FIG. 3 by the restoring force due to the elasticity of the first elastomer 30, and at that time, together with the first elastomer 30, The fiber moves greatly. The first composite elastomer 50 obtained through thinning is rolled with a roll and dispensed into a sheet having a predetermined thickness, for example, 100 μm to 500 μm. In this thinning process, in order to obtain as high a shearing force as possible, the roll temperature can be set to 0 to 50 ° C., for example, and further set to a relatively low temperature of 5 to 30 ° C. it can. The actually measured temperature of the first elastomer 30 can also be adjusted to 0 to 50 ° C., and further adjusted to 5 to 30 ° C. By adjusting to such a temperature range, the carbon nanofibers can be dispersed using the elasticity of the first elastomer 30. Due to the shearing force thus obtained, a high shearing force acts on the first elastomer 30 and the aggregated carbon nanofibers are separated from each other so as to be pulled out one by one to the molecules of the first elastomer. , Dispersed in the first elastomer 30. In particular, since the first elastomer 30 has elasticity, viscosity, and chemical interaction with the carbon nanofibers, the carbon nanofibers can be easily dispersed. And the 1st composite elastomer 50 excellent in the dispersibility and dispersion stability of carbon nanofiber (it is hard to re-aggregate carbon nanofiber) can be obtained.

より具体的には、オープンロールで第1のエラストマーとカーボンナノファイバーとを混合すると、粘性を有する第1のエラストマーがカーボンナノファイバーの相互に侵入し、かつ、第1のエラストマーの分子の特定の部分が化学的相互作用によってカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合する。カーボンナノファイバーの表面が例えば酸化処理によって適度に活性が高いと、特に第1のエラストマーの分子と結合し易くできる。次に、第1のエラストマーに強い剪断力が作用すると、第1のエラストマーの分子の移動に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性による第1のエラストマーの復元力によって、凝集していたカーボンナノファイバーが分離されて、第1のエラストマー中に分散されることになる。特に、オープンロール法は、ロール温度の管理だけでなく、混合物の実際の温度を測定し管理することができるため、好ましい。   More specifically, when the first elastomer and the carbon nanofibers are mixed with an open roll, the first elastomer having viscosity penetrates into the carbon nanofibers, and the specific molecules of the first elastomer are specified. The part binds to the highly active part of the carbon nanofiber by chemical interaction. When the surface of the carbon nanofibers is moderately high by, for example, oxidation treatment, it can be easily bonded to the molecules of the first elastomer. Next, when a strong shearing force acts on the first elastomer, the carbon nanofibers move with the movement of the molecules of the first elastomer, and further aggregate due to the restoring force of the first elastomer due to elasticity after shearing. The carbon nanofibers that have been separated are separated and dispersed in the first elastomer. In particular, the open roll method is preferable because it can measure and manage not only the roll temperature but also the actual temperature of the mixture.

工程(a)は、第1のエラストマー100質量部に対して、カーボンナノファイバー60質量部以上100質量部以下が配合されることができ、さらに70質量部以上90質量部以下であることができ、特に75質量部以上85質量部以下であることができる。第1のエラストマーとカーボンナノファイバーだけの第1の複合エラストマーを考えたときに、カーボンナノファイバーが60質量部以上であると、第1の複合エラストマー中におけるカーボンナノファイバーの配合量は約28質量%以上となる。第1の複合エラストマー中に所定量以上のカーボンナノファイバーが均一に分散することによって、カーボンナノファイバーとカーボンナノファイバーの周囲に形成された界面相とによって三次元の網目鎖構造を形成し、この網目鎖によって囲まれたエラストマーの領域が小さなセル(cell)構造を形成する。カーボンナノファイバーの配合量を増やしていくことで、小さなセル構造が寄り集まったセル構造の小集合体を形成し、その小集合体同士を結びつけるカーボンナノファイバーと界面相とが帯状になったタイ(tai)構造体を形成する。セル構造の小集合体とタイ構造体は、第1の複合エラストマーの物理的強度と化学的強度(化学薬品に対する耐性)に大きく影響すると考えられる。第1のエラストマー中におけるカーボンナノファイバーの配合量を増やすことで、小集合体とタイ構造体を増やすことになり、第1の複合エラストマーの物理的強度と化学的強度を向上させることができる。第1の複合エラストマー中にカーボンナノファイバーが60質量部(約37質量%)程度含まれると全体のおよそ80%程度がセル構造体であると考えられ、カーボンナノファイバーが80質量部を超えると加工が難しくなる傾向があり、100質量部以下であれば難しいものの加工可能である。逆に、第1の複合エラストマー中におけるカーボンナノファイバーの配合量が少なく、例えば、16.7質量%未満になると、セル構造の小集合体にもタイ構造体にもならないカーボンナノファイバーが比較的多く存在していると考えられる。このようなカーボンナノファイバーは物理的強度と化学的強度を向上させる上での欠陥部分となる傾向があると考えられる。したがって、第1のエラストマー100質量部に対してカーボンナノファイバーを60質量部以上配合した第1の複合エラストマーを用いると、このような欠陥部分が少ない炭素繊維複合材料を得ることができ、特に、80質量部前後でこのような欠陥部分が減少した炭素繊維複合材料を得ることができる。   In the step (a), 60 parts by mass or more and 100 parts by mass or less of carbon nanofibers can be blended with respect to 100 parts by mass of the first elastomer, and can be 70 parts by mass or more and 90 parts by mass or less. In particular, it can be 75 parts by mass or more and 85 parts by mass or less. Considering the first composite elastomer consisting of only the first elastomer and the carbon nanofibers, if the carbon nanofibers are 60 parts by mass or more, the compounding amount of the carbon nanofibers in the first composite elastomer is about 28 masses. % Or more. By uniformly dispersing a predetermined amount or more of carbon nanofibers in the first composite elastomer, a three-dimensional network chain structure is formed by the carbon nanofibers and the interface phase formed around the carbon nanofibers. The region of elastomer surrounded by the network chain forms a small cell structure. By increasing the amount of carbon nanofiber blended, a small cell structure with small cell structures gathered together, and the carbon nanofibers that connect the small assemblies and the interfacial phase are band-shaped. (Tai) A structure is formed. It is considered that the small aggregate of cell structure and the tie structure greatly affect the physical strength and chemical strength (resistance to chemicals) of the first composite elastomer. By increasing the compounding amount of the carbon nanofibers in the first elastomer, the small aggregates and tie structures are increased, and the physical strength and chemical strength of the first composite elastomer can be improved. When about 60 parts by mass (about 37% by mass) of carbon nanofibers are contained in the first composite elastomer, about 80% of the total is considered to be a cell structure, and when the carbon nanofibers exceed 80 parts by mass. Processing tends to be difficult, and if it is 100 parts by mass or less, difficult processing is possible. Conversely, if the amount of the carbon nanofibers in the first composite elastomer is small, for example, less than 16.7% by mass, carbon nanofibers that do not become small cell assemblies or tie structures are relatively Many are thought to exist. Such carbon nanofibers are considered to tend to be defective portions in improving physical strength and chemical strength. Therefore, by using the first composite elastomer in which 60 parts by mass or more of carbon nanofibers are blended with respect to 100 parts by mass of the first elastomer, a carbon fiber composite material having few such defective portions can be obtained. A carbon fiber composite material in which such defective portions are reduced around 80 parts by mass can be obtained.

このようにして得られた第1の複合エラストマーは、炭素繊維複合材料を製造するためのマスターバッチとして使用することができ、炭素繊維複合材料中におけるカーボンナノファイバーの配合量を容易に調整することができる。特に、第1の複合エラストマーが完成度の高いセル構造体を有することによって、比較的高い物理的強度と化学的強度を有する炭素繊維複合材料を製造することができる。   The first composite elastomer thus obtained can be used as a master batch for producing a carbon fiber composite material, and the amount of carbon nanofibers in the carbon fiber composite material can be easily adjusted. Can do. In particular, since the first composite elastomer has a highly complete cell structure, a carbon fiber composite material having relatively high physical strength and chemical strength can be produced.

第1の複合エラストマーは、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃、観測核がHで測定した、無架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は100〜3000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率(fnn)は0〜0.2であることができ、特に、第2のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率(fnn)は0であることができる。第1の複合エラストマーの150℃で測定したT2n及びfnnは、マトリックスである第1のエラストマーにカーボンナノファイバーが均一に分散されていることを表すことができる。つまり、第1のエラストマーにカーボンナノファイバーが均一に分散されているということは、第1のエラストマーの分子がカーボンナノファイバーによって拘束されている状態であるともいえる。この状態では、カーボンナノファイバーによって拘束を受けた第1のエラストマーの分子の運動性は、カーボンナノファイバーの拘束を受けない場合に比べて小さくなる。そのため、第1の複合エラストマーの第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)及びスピン−格子緩和時間(T1)は、カーボンナノファイバーを含まない第1のエラストマー単体の場合より短くなり、特にカーボンナノファイバーが均一に分散することでより短くなる。また、第1のエラストマーの分子がカーボンナノファイバーによって拘束された状態では、以下の理由によって、非ネットワーク成分(非網目鎖成分)は減少すると考えられる。すなわち、カーボンナノファイバーによって第1のエラストマーの分子運動性が全体的に低下すると、非ネットワーク成分は容易に運動できなくなる部分が増えて、ネットワーク成分と同等の挙動をしやすくなること、また、非ネットワーク成分(末端鎖)は動きやすいため、カーボンナノファイバーの活性点に吸着されやすくなること、などの理由によって、非ネットワーク成分は減少すると考えられる。そのため、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)を有する成分の成分分率(fnn)は、fn+fnn=1であるので、カーボンナノファイバーを含まない第1のエラストマー単体の場合より小さくなり、fnnが0になることでセル構造体が完成体に近づくと考えられる。したがって、第1の複合エラストマーは、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって得られる測定値が上記の範囲にあることによってカーボンナノファイバーが均一に分散されていることがわかり、セル構造体の完成度を推定することができる。 The first composite elastomer has a first spin-spin relaxation time (T2n) of 100 to 3000 μsec in a non-crosslinked body measured at 150 ° C. by the Hahn echo method using pulsed NMR and at 1 H of the observation nucleus. And the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time can be 0 to 0.2, in particular, the component fraction of the component having the second spin-spin relaxation time. (Fnn) can be zero. T2n and fnn measured at 150 ° C. of the first composite elastomer can represent that the carbon nanofibers are uniformly dispersed in the first elastomer as a matrix. In other words, the fact that the carbon nanofibers are uniformly dispersed in the first elastomer can be said to be in a state where the molecules of the first elastomer are constrained by the carbon nanofibers. In this state, the mobility of the molecules of the first elastomer constrained by the carbon nanofibers is smaller than that when not constrained by the carbon nanofibers. Therefore, the first spin-spin relaxation time (T2n), the second spin-spin relaxation time (T2nn), and the spin-lattice relaxation time (T1) of the first composite elastomer are the first values that do not include carbon nanofibers. It becomes shorter than the case of the elastomer alone, and in particular, it becomes shorter when the carbon nanofibers are uniformly dispersed. Moreover, in the state where the molecules of the first elastomer are constrained by the carbon nanofibers, the non-network component (non-network chain component) is considered to decrease for the following reason. That is, when the molecular mobility of the first elastomer is reduced overall by the carbon nanofibers, the portion where the non-network component cannot easily move increases, and it becomes easier to behave in the same manner as the network component. Since the network component (terminal chain) is easy to move, the non-network component is considered to decrease due to the fact that the network component (terminal chain) is easily adsorbed to the active site of the carbon nanofiber. Therefore, since the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time (T2nn) is fn + fnn = 1, the component fraction is smaller than that of the first elastomer alone that does not include carbon nanofibers, and fnn It is considered that the cell structure approaches the completed body when becomes 0. Therefore, it can be seen that the first composite elastomer shows that the carbon nanofibers are uniformly dispersed when the measurement value obtained by the Hahn echo method using the pulse method NMR is in the above range, and the cell structure is completed. The degree can be estimated.

工程(a)に用いる第1のエラストマーは、主鎖、側鎖および末端鎖の少なくともひとつに、カーボンナノファイバーの末端のラジカルに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するか、もしくは、このようなラジカルまたは基を生成しやすい性質を有することができる。かかる不飽和結合または基としては、二重結合、三重結合、カルボニル基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、ニトリル基、ケトン基、アミド基、エポキシ基、エステル基、ビニル基、ハロゲン基、ウレタン基、ビューレット基、アロファネート基および尿素基などの官能基から選択される少なくともひとつであることができる。なお、第2のエラストマーは、第1のエラストマーと同じエラストマーであってもよいし、違うエラストマーであることもできる。   The first elastomer used in step (a) has an unsaturated bond or group having affinity for the radical at the terminal of the carbon nanofiber in at least one of the main chain, the side chain, and the terminal chain, or Such a radical or group can be easily generated. Such unsaturated bonds or groups include double bonds, triple bonds, carbonyl groups, carboxyl groups, hydroxyl groups, amino groups, nitrile groups, ketone groups, amide groups, epoxy groups, ester groups, vinyl groups, halogen groups, urethane groups. , At least one selected from functional groups such as a burette group, an allophanate group and a urea group. The second elastomer may be the same elastomer as the first elastomer or may be a different elastomer.

カーボンナノファイバーは、先端が5員環が導入されて閉じた構造となっているため、ラジカルや官能基を生成しやすくなっている。第1のエラストマーの分子の主鎖、側鎖および末端鎖の少なくともひとつに、カーボンナノファイバーのラジカルと親和性(反応性または極性)が高い不飽和結合や基を有することにより、第1のエラストマーの分子とカーボンナノファイバーとを結合することができる。このことにより、カーボンナノファイバーの凝集力にうち勝ってその分散を容易にすることができる。そして、第1のエラストマーと、カーボンナノファイバーと、を混練する際に、第1のエラストマーの分子鎖が切断されて生成したフリーラジカルは、カーボンナノファイバーの欠陥を攻撃し、カーボンナノファイバーの表面にラジカルを生成すると推測できる。   Since carbon nanofibers have a closed structure with a 5-membered ring introduced at the tip, it is easy to generate radicals and functional groups. By having an unsaturated bond or group having high affinity (reactivity or polarity) with the radical of carbon nanofiber in at least one of the main chain, side chain and terminal chain of the molecule of the first elastomer, the first elastomer Can be bonded to carbon nanofibers. This makes it possible to easily disperse the carbon nanofibers by overcoming the cohesive force. When the first elastomer and the carbon nanofibers are kneaded, the free radicals generated by cutting the molecular chain of the first elastomer attack the defects of the carbon nanofibers, and the surface of the carbon nanofibers. It can be assumed that a radical is generated.

第1のエラストマー及び第2のエラストマーとしては、天然ゴム(NR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ニトリルゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、エチレンプロピレンゴム(EPR,EPDM)、ブチルゴム(IIR)、クロロブチルゴム(CIIR)、アクリルゴム(ACM)、シリコーンゴム(Q)、フッ素ゴム(FKM)、ブタジエンゴム(BR)、エポキシ化ブタジエンゴム(EBR)、エピクロルヒドリンゴム(CO,CEO)、ウレタンゴム(U)、ポリスルフィドゴム(T)などのエラストマー類;オレフィン系(TPO)、ポリ塩化ビニル系(TPVC)、ポリエステル系(TPEE)、ポリウレタン系(TPU)、ポリアミド系(TPEA)、スチレン系(SBS)、などの熱可塑性エラストマー;およびこれらの混合物を用いることができる。第1のエラストマー及び第2のエラストマーは、ゴム系エラストマーあるいは熱可塑性エラストマーのいずれであってもよい。また、ゴム系エラストマーの場合、エラストマーは未架橋体が好ましい。   Examples of the first elastomer and the second elastomer include natural rubber (NR), epoxidized natural rubber (ENR), styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile rubber (NBR), chloroprene rubber (CR), ethylene propylene rubber ( EPR, EPDM), butyl rubber (IIR), chlorobutyl rubber (CIIR), acrylic rubber (ACM), silicone rubber (Q), fluorine rubber (FKM), butadiene rubber (BR), epoxidized butadiene rubber (EBR), epichlorohydrin rubber Elastomers such as (CO, CEO), urethane rubber (U), polysulfide rubber (T); olefin (TPO), polyvinyl chloride (TPVC), polyester (TPEE), polyurethane (TPU), polyamide (TPEA), styrene (SBS Thermoplastic elastomers such as; can be used, and mixtures thereof. The first elastomer and the second elastomer may be either a rubber-based elastomer or a thermoplastic elastomer. In the case of a rubber-based elastomer, the elastomer is preferably an uncrosslinked product.

カーボンナノファイバー80は、平均直径が0.5nm以上500nm以下であることができ、さらに平均直径が4nm以上250nm以下であることができ、特に平均直径が9nm以上100nm以下であることができる。カーボンナノファイバーの配合量にも大きく依存するが、カーボンナノファイバーの平均直径を変更することで三次元的な網状構造における空隙の大きさを制御することができると考えられる。すなわち、カーボンナノファイバーの平均直径が太くなると空隙が大きくなり、カーボンナノファイバーの平均直径が細くなると空隙は小さくなる傾向がある。カーボンナノファイバーの平均直径が0.5nm以上500nm以下であると市場で入手可能であり、本実施の形態で加工可能である。カーボンナノファイバーの平均直径は、繊維の外径である。カーボンナノファイバーは、ストレート繊維状、あるいは湾曲繊維状であることができる。カーボンナノファイバーの平均直径は、電子顕微鏡による例えば5,000倍の撮像(カーボンナノファイバーのサイズによって適宜倍率は変更できる)から200箇所以上の直径を計測し、その算術平均値として計算して得ることができる。   The carbon nanofibers 80 can have an average diameter of 0.5 nm to 500 nm, an average diameter of 4 nm to 250 nm, and particularly an average diameter of 9 nm to 100 nm. Although it greatly depends on the blending amount of the carbon nanofibers, it is considered that the size of the voids in the three-dimensional network structure can be controlled by changing the average diameter of the carbon nanofibers. That is, when the average diameter of the carbon nanofiber is increased, the gap is increased, and when the average diameter of the carbon nanofiber is decreased, the gap is decreased. When the average diameter of the carbon nanofiber is 0.5 nm or more and 500 nm or less, it can be obtained on the market and can be processed in this embodiment. The average diameter of the carbon nanofiber is the outer diameter of the fiber. The carbon nanofibers can be straight fibers or curved fibers. The average diameter of the carbon nanofibers is obtained by, for example, measuring 200 or more diameters from an image taken with an electron microscope at a magnification of 5,000 (the magnification can be appropriately changed depending on the size of the carbon nanofibers), and calculating the arithmetic average value be able to.

カーボンナノファイバーとしては、例えば、いわゆるカーボンナノチューブなどが例示できる。カーボンナノチューブは、炭素六角網面のグラファイトの1枚面を1層に巻いた単層カーボンナノチューブ(シングルウォールカーボンナノチューブ:SWNT)、2層に巻いた2層カーボンナノチューブ(ダブルウォールカーボンナノチューブ:DWNT)、3層以上に巻いた多層カーボンナノチューブ(MWNT:マルチウォールカーボンナノチューブ)などが適宜用いられる。また、部分的にカーボンナノチューブの構造を有する炭素材料も使用することができる。なお、カーボンナノチューブという名称の他にグラファイトフィブリルナノチューブや気相成長炭素繊維といった名称で称されることもある。   Examples of carbon nanofibers include so-called carbon nanotubes. Carbon nanotubes are single-walled carbon nanotubes (single wall carbon nanotubes: SWNT) in which one surface of graphite having a carbon hexagonal mesh surface is wound in one layer, and double-walled carbon nanotubes (double wall carbon nanotubes: DWNT) in two layers. Multi-walled carbon nanotubes (MWNT: multiwall carbon nanotubes) wound in three or more layers are used as appropriate. A carbon material partially having a carbon nanotube structure can also be used. In addition to the name of carbon nanotube, it may be referred to as a name such as graphite fibril nanotube or vapor grown carbon fiber.

単層カーボンナノチューブもしくは多層カーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザーアブレーション法、気相成長法などによって望ましいサイズに製造される。なお、カーボンナノファイバーは、エラストマーと混練される前に、あらかじめ表面処理、例えば、イオン注入処理、スパッタエッチング処理、プラズマ処理などを行うことによって、エラストマーとの接着性やぬれ性を改善することができる。   Single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes are manufactured to a desired size by an arc discharge method, a laser ablation method, a vapor phase growth method, or the like. The carbon nanofibers may be improved in adhesion and wettability with the elastomer by performing surface treatment in advance, for example, ion implantation treatment, sputter etching treatment, plasma treatment, etc. before being kneaded with the elastomer. it can.

工程(b)は、第2のエラストマーにカーボンブラックを混合して第2の複合エラストマーを得る工程である。工程(b)は、例えば、図4〜図6に示すようにオープンロール2を用いて行うことができる。オープンロール2については、図1〜図3と同じであるので、同じ符号を用いて、説明は省略する。   Step (b) is a step of obtaining a second composite elastomer by mixing carbon black with the second elastomer. A process (b) can be performed using the open roll 2 as shown, for example in FIGS. About the open roll 2, since it is the same as FIGS. 1-3, the description is abbreviate | omitted using the same code | symbol.

図4に示すように、第1のロール10に巻き付けられた第2のエラストマー40の素練りを行ない、次に、図5に示すように、第1のロール10に巻き付けられた第2のエラストマー40のバンク44に、カーボンブラック90を投入し、混練して第2の混合物46を得ることができる。工程(b)における混合は、オープンロール法に限定されず、例えば密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。さらに、第2の混合物46を、図3において説明した方法と同様に、図6に示すオープンロール2に投入して薄通しを1回〜複数回行ない、第2の複合エラストマー60を得ることができる。薄通しの条件についても図3を用いて説明したとおりであるので、ここでの説明は省略する。工程(b)で得られた第2の複合エラストマー60は、カーボンナノファイバーと同様に、カーボンブラックを全体に均一に分散することができ、特に薄通しすることによってより均一にカーボンブラックを分散することができる。   As shown in FIG. 4, the second elastomer 40 wound around the first roll 10 is masticated, and then the second elastomer wound around the first roll 10 as shown in FIG. Carbon black 90 is charged into 40 banks 44 and kneaded to obtain the second mixture 46. The mixing in the step (b) is not limited to the open roll method, and for example, a closed kneading method or a multi-screw extrusion kneading method can be used. Further, the second mixture 46 is put into the open roll 2 shown in FIG. 6 and subjected to thinning once to plural times to obtain the second composite elastomer 60 in the same manner as described in FIG. it can. Since the thinning condition is also as described with reference to FIG. 3, the description thereof is omitted here. Like the carbon nanofiber, the second composite elastomer 60 obtained in the step (b) can uniformly disperse the carbon black as a whole, and disperses the carbon black more evenly by being thinned. be able to.

このようにして得られた第2の複合エラストマー60は、工程(c)において第1の複合エラストマーにカーボンブラック及び第2のエラストマーを混合するマスターバッチとして使用することができる。したがって、炭素繊維複合材料における第2の複合エラストマーの配合量を調整することで、比較的加工の難しい第1の複合エラストマーの配合量を調整することなく、炭素繊維複合材料の要求性能に合わせて製造することができる。   The second composite elastomer 60 thus obtained can be used as a master batch for mixing carbon black and the second elastomer into the first composite elastomer in the step (c). Therefore, by adjusting the blending amount of the second composite elastomer in the carbon fiber composite material, it is possible to match the required performance of the carbon fiber composite material without adjusting the blending amount of the first composite elastomer that is relatively difficult to process. Can be manufactured.

カーボンブラックは、種々の原料を用いた種々のグレードのカーボンブラックを用いることができる。例えば、カーボンブラックとしては、SAF,ISAF,HAF,SRF,T,GPF,FT,MTなどの補強用カーボンブラックなどを用いることができる。カーボンブラックは、例えば、基本構成粒子の算術平均粒径が1nm〜10μmであることができ、さらに10nm〜500nmであることができ、特に20nm〜100nmであることができる。カーボンブラックの平均粒径が1nm以上10μm以下であれば補強効果が得ることができる。カーボンブラックの配合量は、特に限定されないが、例えば、第2のエラストマー100質量部に対して、カーボンブラックが5質量部以上100質量部以下であることができ、さらに10質量部〜80質量部であることができ、特に20質量部〜60質量部であることができる。カーボンブラックの配合量が5質量部以上であれば補強効果を得ることができ、100質量部以下であれば加工性を大きく低下させることなく製造することができる。   As the carbon black, various grades of carbon black using various raw materials can be used. For example, as the carbon black, reinforcing carbon black such as SAF, ISAF, HAF, SRF, T, GPF, FT, and MT can be used. Carbon black, for example, can have an arithmetic average particle size of basic constituent particles of 1 nm to 10 μm, further 10 nm to 500 nm, and particularly 20 nm to 100 nm. If the average particle size of the carbon black is 1 nm or more and 10 μm or less, a reinforcing effect can be obtained. Although the compounding quantity of carbon black is not specifically limited, For example, carbon black can be 5 mass parts or more and 100 mass parts or less with respect to 100 mass parts of 2nd elastomers, Furthermore, 10 mass parts-80 mass parts In particular 20 to 60 parts by weight. If the blending amount of carbon black is 5 parts by mass or more, a reinforcing effect can be obtained, and if it is 100 parts by mass or less, it can be produced without greatly reducing workability.

第2のエラストマーとしては、第1のエラストマーについて例示したエラストマーを用いることができる。第2のエラストマーは、第1のエラストマーと同じエラストマーであってもよいし、違うエラストマーであることもできる。第1のエラストマー及び第2のエラストマーは、極性の同じエラストマーであることができ、例えば天然ゴムであることができる。第1のエラストマーと第2のエラストマーとが同じ極性であることで、第1のエラストマーと第2のエラストマーが全体に均一に混合され、カーボンナノファイバーによるセル構造の補強効果が炭素繊維複合材料全体に得ることができる。   As the second elastomer, the elastomer exemplified for the first elastomer can be used. The second elastomer may be the same elastomer as the first elastomer or may be a different elastomer. The first elastomer and the second elastomer can be the same polar elastomer, for example, natural rubber. Since the first elastomer and the second elastomer have the same polarity, the first elastomer and the second elastomer are uniformly mixed throughout, and the effect of reinforcing the cell structure by the carbon nanofibers is the entire carbon fiber composite material. Can get to.

工程(c)は、第1の複合エラストマーと第2の複合エラストマーとを混合して炭素繊維複合材料を得る工程である。工程(c)は、例えば、図7〜図8に示すようにオープンロール2を用いて行うことができる。オープンロール2については、図1〜図3と同じであるので、同じ符号を用いて、説明は省略する。   Step (c) is a step of obtaining a carbon fiber composite material by mixing the first composite elastomer and the second composite elastomer. Step (c) can be performed, for example, using an open roll 2 as shown in FIGS. About the open roll 2, since it is the same as FIGS. 1-3, the description is abbreviate | omitted using the same code | symbol.

図7に示すように、第1のロール10に巻き付けられた第1の複合エラストマー50のバンク54に、第2の複合エラストマー60を投入し、混練して第3の混合物56を得ることができる。工程(b)における混合は、オープンロール法に限定されず、例えば密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。さらに、第3の混合物を、図3において説明した方法と同様に、図8に示すオープンロール2に投入して薄通しを1回〜複数回行ない、炭素繊維複合材料70を得ることができる。薄通しの条件についても図3を用いて説明したとおりであるので、ここでの説明は省略する。工程(c)で得られた炭素繊維複合材料70は、カーボンナノファイバーとカーボンブラックとを全体に均一に分散することができる。   As shown in FIG. 7, the second composite elastomer 60 is put into the bank 54 of the first composite elastomer 50 wound around the first roll 10 and kneaded to obtain the third mixture 56. . The mixing in the step (b) is not limited to the open roll method, and for example, a closed kneading method or a multi-screw extrusion kneading method can be used. Further, similarly to the method described with reference to FIG. 3, the third mixture is put into the open roll 2 shown in FIG. 8 and thinning is performed once to a plurality of times to obtain the carbon fiber composite material 70. Since the thinning condition is also as described with reference to FIG. 3, the description thereof is omitted here. The carbon fiber composite material 70 obtained in the step (c) can uniformly disperse carbon nanofibers and carbon black throughout.

このようにして得られた炭素繊維複合材料70は、第1の複合エラストマーにおけるセル構造体をほとんど破壊することなく、カーボンブラックによって補強された第2の複合エラストマーを加えることができると考えられる。したがって、炭素繊維複合材料は、カーボンナノファイバーの使用量が少なくてもカーボンナノファイバーによる補強を効果的に得ることができる。特に、第1の複合エラストマーが第1のエラストマー100質量部に対してカーボンナノファイバーを60質量部以上配合されている場合には、第1の複合エラストマーにおける欠陥が少なく完成度の高いセル構造体を利用することで、比較的高い物理的強度と化学的強度を有する炭素繊維複合材料を製造することができる。特に、工程(c)において薄通しすることで、第1の複合エラストマーに対して、第2の複合エラストマー中の第2のエラストマー及びカーボンブラックを全体により均一に分散させることができ、炭素繊維複合材料におけるセル構造体及びタイ構造体による補強効果を効果的に得ることができる。   It is considered that the carbon fiber composite material 70 obtained in this way can add the second composite elastomer reinforced with carbon black without substantially destroying the cell structure in the first composite elastomer. Therefore, the carbon fiber composite material can effectively obtain reinforcement by the carbon nanofibers even if the amount of carbon nanofibers used is small. In particular, when the first composite elastomer is blended in an amount of 60 parts by mass or more of carbon nanofibers with respect to 100 parts by mass of the first elastomer, the cell structure has a high degree of completion with few defects in the first composite elastomer. Can be used to produce a carbon fiber composite material having relatively high physical strength and chemical strength. In particular, by thinly passing in the step (c), the second elastomer and the carbon black in the second composite elastomer can be dispersed more uniformly with respect to the first composite elastomer. The reinforcing effect by the cell structure and the tie structure in the material can be effectively obtained.

炭素繊維複合材料は、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃、観測核がHで測定した、無架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は100〜3000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率(fnn)は0〜0.2であることができる。炭素繊維複合材料は、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)が第1の複合エラストマーのそれより長くなり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)を有する成分の成分分率(fnn)が第1の複合エラストマーのそれよりも大きくなる。 The carbon fiber composite material has a first spin-spin relaxation time (T2n) of 100 to 3000 μsec in a non-crosslinked body, measured at 150 ° C. by the Hahn echo method using pulsed NMR, and the observation nucleus is 1 H. In addition, the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time can be 0 to 0.2. The carbon fiber composite material has a first spin-spin relaxation time (T2n) longer than that of the first composite elastomer, and a component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time (T2nn). Is greater than that of the first composite elastomer.

本発明の一実施の形態にかかる炭素繊維複合材料は、前記炭素繊維複合材料の製造方法で得られる。炭素繊維複合材料は、公知の方法で架橋することができる。このようにして得られた架橋した炭素繊維複合材料は、引張強さ、破断伸び及びせん断疲労寿命を向上することができる。特に、同じ硬度で比較した場合に、カーボンブラックをカーボンナノファイバーよりも先に混合した炭素繊維複合材料に比べて、第1の複合エラストマーと第2の複合エラストマーとを混合して得られた炭素繊維複合材料は引張強さ、破断伸び及びせん断疲労寿命が向上することができる。せん断疲労寿命は、炭素繊維複合材料の試験片にせん断応力を繰り返しかけて破断した回数によって測定することができる。   The carbon fiber composite material according to one embodiment of the present invention is obtained by the method for producing a carbon fiber composite material. The carbon fiber composite material can be crosslinked by a known method. The crosslinked carbon fiber composite material thus obtained can improve tensile strength, elongation at break and shear fatigue life. In particular, when compared at the same hardness, the carbon obtained by mixing the first composite elastomer and the second composite elastomer as compared with the carbon fiber composite material in which carbon black is mixed before the carbon nanofibers. The fiber composite material can improve tensile strength, elongation at break and shear fatigue life. The shear fatigue life can be measured by the number of times the test piece of the carbon fiber composite material is broken by repeatedly applying a shear stress.

ここで説明した炭素繊維複合材料の製造方法において、通常、エラストマーの加工で用いられる配合剤を加えることができる。配合剤としては公知のものを用いることができる。配合剤としては、例えば、架橋剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤、可塑剤、硬化剤、補強剤、充填剤、老化防止剤、着色剤、受酸剤などを挙げることができる。これらの配合剤は、混合の過程の適切な時期にエラストマーに投入することができる。   In the method for producing a carbon fiber composite material described here, a compounding agent usually used for processing an elastomer can be added. A well-known thing can be used as a compounding agent. Examples of the compounding agent include a crosslinking agent, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization retarder, a softening agent, a plasticizer, a curing agent, a reinforcing agent, a filler, an anti-aging agent, a colorant, and an acid acceptor. Can be mentioned. These compounding agents can be added to the elastomer at an appropriate time during the mixing process.

本発明の一実施の形態にかかる油田装置(Oilfield Apparatus)について説明する。前記炭素繊維複合材料は、油田装置に用いることができる。油田装置としては、例えば、検層装置(logging tool)などに用いることができる。油田装置の代表的な実施形態について以下に説明する。   An oil field apparatus (Oilfield Apparatus) according to an embodiment of the present invention will be described. The carbon fiber composite material can be used in an oil field device. As an oil field device, for example, it can be used for a logging tool or the like. A typical embodiment of the oil field apparatus will be described below.

検層装置は、例えば掘削された坑井(borehole)内及び坑井周辺の地層、油層などの物理的特性や坑井あるいはケーシングの幾何学的特性(孔径、方位、傾斜等)、油層の流れの挙動などを深度毎に記録するための装置であって、例えば油田(oilfield)において用いることができる。油田用途の検層装置としては、例えば、図7に示す地下(underground)用途と、図8に示す海底(subsea)用途と、を挙げることができる。検層装置には、ワイヤーライン検層(Wireline log/logging)や泥水検層(Mud logging)などがあり、測定機器が掘削編成に装備されている掘削同時検層(LWD:Logging While Drilling)や掘削同時測定(MWD:Measurement While Drilling)などがある。これらの検層装置は、地中の深い位置で作業するため、周囲環境はシール材などに用いられる炭素繊維複合材料にとって苛酷になり、例えば、高い引張強さ及び破断伸びが要求されることがあり、さらに、長いせん断疲労寿命が要求されることがある。   For example, the logging equipment is used for physical properties such as formations and oil reservoirs in and around excavated boreholes, geometric properties of wells or casings (bore diameter, orientation, slope, etc.), flow of oil reservoirs, etc. Is a device for recording the behavior of each at every depth, and can be used, for example, in an oil field. Examples of the logging tool for oil field use include the underground use shown in FIG. 7 and the subsea use shown in FIG. The logging equipment includes wireline logging (muline logging) and mud logging (mud logging), etc., and the logging equipment (LWD: Logging Will Drilling) in which the measurement equipment is equipped in the drilling formation For example, there is a measurement while drilling (MWD). Since these logging devices work at a deep location in the ground, the surrounding environment becomes harsh for carbon fiber composite materials used for sealing materials and the like, and for example, high tensile strength and elongation at break are required. In addition, a long shear fatigue life may be required.

図7は、一実施の形態にかかる地下用途の検層装置を模式的に示す断面図である。図8は、一実施の形態にかかる海底用途の検層装置を模式的に示す断面図である。   FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating an underground logging tool according to one embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a logging tool for seabed use according to an embodiment.

図7に示すように、地表155における、掘削編成に装備された測定機器による地下資源の探査は、例えば坑井(borehole)156の上方に配置されたプラットホーム及びデリック編成151と、デリック編成151から地下に設けられた縦穴や横穴などで構成される坑井156内に配置された検層装置として例えば坑底機器編成(BHA:bottom hole assembly)160と、を有する。デリック編成151は、例えば、フック151aと、回転スイベル(rotary swivel)151bと、ケリー(kelly)151cと、回転テーブル151dと、を含むことができる。坑底機器編成160は、例えばデリック編成151から延びる長いドリル・ストリング(drill string)153の先端に固定される。ドリル・ストリング153の内部には、図示していないポンプから回転スイベル151bを介して泥水が送り込まれ、坑底機器編成160の流体駆動モータを駆動させることができる。坑底機器編成160は、複数のモジュールを有し、例えば、先端から順に、ドリルビット162、回転操作システム(RSS:rotary steerable system)164、マッドモータ(Mud moter)166、掘削同時測定モジュール168、及び掘削同時検層モジュール170を連結して有することができる。ドリルビット162は、坑井156の坑底部156aにおいて回転によって掘削を進めることができる。坑底機器編成(BHA:bottom hole assembly)160を坑井156へ進入させ、地中の地質構造などを探査し、目標物質である例えば石油の有無を探査する。   As shown in FIG. 7, the exploration of the underground resources on the ground surface 155 by the measuring device equipped in the excavation formation is performed from, for example, the platform and derrick formation 151 disposed above the borehole 156, and the derrick formation 151. For example, a bottom hole assembly (BHA) 160 is provided as a well logging device arranged in a well 156 formed of vertical holes and horizontal holes provided in the basement. The derrick organization 151 can include, for example, a hook 151a, a rotary swivel 151b, a kelly 151c, and a rotary table 151d. The bottom hole equipment formation 160 is fixed to the tip of a long drill string 153 extending from the derrick formation 151, for example. Inside the drill string 153, muddy water is fed from a pump (not shown) via the rotary swivel 151b, and the fluid drive motor of the bottom hole equipment organization 160 can be driven. The bottom hole equipment organization 160 includes a plurality of modules. For example, in order from the tip, a drill bit 162, a rotary steerable system (RSS) 164, a mud motor 166, a simultaneous drilling measurement module 168, And a simultaneous excavation logging module 170 can be provided. The drill bit 162 can advance excavation by rotation at the bottom portion 156 a of the well 156. A bottom hole assembly (BHA) 160 is made to enter the well 156, the underground geological structure and the like are searched, and the presence of, for example, petroleum as a target material is searched.

掘削同時測定モジュール168は、ドリルカラー(drill collar)と呼ばれる厚い壁を有するパイプの壁部に設けられたチャンバー内に図示しないを掘削同時測定器具が配置されている。掘削同時測定器具は、電池、コンデンサ及び各種センサを探査の目的に合わせて選択して含み、例えば、方位、傾斜、ビットの向き、荷重、トルク、温度、圧力等の坑底データを計測するとともに、これらの計測データをリアルタイムに地上へ伝送することができる。   In the excavation simultaneous measurement module 168, an unillustrated simultaneous excavation measurement instrument is arranged in a chamber provided in a wall portion of a pipe having a thick wall called a drill collar. The simultaneous excavation measuring instrument includes a battery, a capacitor, and various sensors that are selected according to the purpose of exploration. For example, it measures bottom hole data such as azimuth, inclination, bit direction, load, torque, temperature, and pressure. These measurement data can be transmitted to the ground in real time.

掘削同時検層モジュール170は、ドリルカラー(drill collar)と呼ばれる厚い壁を有するパイプの壁部に設けられたチャンバー内に図示しない掘削同時検層機器が配置されている。掘削同時検層機器は、電池、コンデンサ及び各種センサを探査の目的に合わせて選択して含み、例えば、比抵抗、孔隙率、音波速度及びガンマ線等を測定し、物理検層データを取得することができ、この物理検層データをリアルタイムに地上へ伝送することができる。   In the excavation simultaneous logging module 170, an excavation simultaneous logging device (not shown) is disposed in a chamber provided in a wall portion of a pipe having a thick wall called a drill collar. Simultaneous drilling logging equipment includes batteries, capacitors, and various sensors that are selected for the purpose of exploration, and measures physical resistance data by measuring, for example, resistivity, porosity, sonic velocity, and gamma rays. This physical logging data can be transmitted to the ground in real time.

炭素繊維複合材料は、例えば、坑底機器編成160における動的シール部材、静的シール部材、マッドモータ166、パッカー、免振・放熱部材などに用いることができる。   The carbon fiber composite material can be used for, for example, a dynamic seal member, a static seal member, a mud motor 166, a packer, a vibration isolating / heat radiating member, etc. in the bottom hole equipment organization 160.

なお、坑底機器編成160は、一実施形態として、ドリルビット162と、回転操作システム164と、マッドモータ166と、掘削同時測定モジュール168と、掘削同時検層モジュール170と、を有する例について説明したが、これに限らず、検層用途に合わせて選択して組み合わせることができる。   In addition, the bottom hole equipment organization 160 demonstrates the example which has the drill bit 162, the rotation operation system 164, the mud motor 166, the excavation simultaneous measurement module 168, and the excavation simultaneous logging module 170 as one Embodiment. However, it is not limited to this, and can be selected and combined according to the logging application.

図8に示すように、海洋でのワイヤーライン検層を用いた地下資源の探査は、例えば海152に浮くプラットホーム150から海底154に設けられた縦穴や横穴などで構成される坑井156内に検層装置として例えばダウンホール装置(Downhole Apparatus)160’を進入させ、地中の地質構造などを探査し、目標物質である例えば石油の有無を探査する。ダウンホール装置160’は、例えばプラットホームから延びる長いケーブルもしくはコミュニケーション・リンクの先端に固定され、図示しない複数の圧力容器などの筐体を内部に有する。筐体の内部には、例えば電気検層(SP検層、ノルマル検層、インダクション検層、ラテロ検層、マイクロ比抵抗検層など)、放射能検層(ガンマ線検層、中性子検層、密度検層、核磁気共鳴検層など)、音波検層(弾性波検層、アレー音波検層、セメント・ボンド検層など)、地質情報検層(ディップメーター、FMIなど)、坑内地震探査(チェックショット速度検層、VSPなど)、サンプリング検層(サイドウォール・コアリング検層、流体分析検層、RFT,MDTなど)、補助検層(キャリパー(坑径)測定、坑井幾何学特性検層、温度検層など)、特殊目的検層(過酷条件下での検層(Logs in hostile environment)、掘削管経由検層(measurement through drill pipe)など)などの探査用電子機器が探査の目的に合わせて選択して封入されて配置され、地中の地質構造などを探査することが可能であるが、地下深く掘削された坑井156内部では高温にさらされるとともに、坑井156へ進入する際の振動や衝撃を受ける。   As shown in FIG. 8, the exploration of underground resources using wireline logging in the ocean, for example, in a well 156 composed of vertical holes or horizontal holes provided in the seabed 154 from the platform 150 floating in the sea 152. For example, a downhole apparatus 160 ′ is entered as a logging apparatus, and the underground geological structure and the like are explored, and the presence or absence of, for example, petroleum as a target substance is explored. The downhole device 160 ′ is fixed to, for example, the end of a long cable or communication link extending from the platform, and has a housing such as a plurality of pressure vessels (not shown) inside. Inside the case, for example, electrical logging (SP logging, normal logging, induction logging, ratello logging, micro resistivity logging, etc.), radioactivity logging (gamma ray logging, neutron logging, density) Logging, nuclear magnetic resonance logging, etc.), acoustic logging (elastic wave logging, array acoustic logging, cement bond logging, etc.), geological information logging (dip meter, FMI, etc.), underground seismic survey (check) Shot velocity logging, VSP, etc.), sampling logging (sidewall / coring logging, fluid analysis logging, RFT, MDT, etc.), auxiliary logging (caliper measurement), well geometry logging , Temperature logging, etc.), special purpose logging (Logs in hostile environment), drilling pipe logging (measurement through drill drill pi) e), etc.) can be selected and enclosed in accordance with the purpose of the exploration, and the geological structure in the underground can be explored. The interior is exposed to high temperatures and is subject to vibration and impact when entering the well 156.

炭素繊維複合材料は、例えば、ダウンホール装置160’における動的シール部材、静的シール部材、パッカー、免振・放熱部材などに用いることができる。   The carbon fiber composite material can be used for, for example, a dynamic seal member, a static seal member, a packer, a vibration isolating / heat radiating member, etc. in the downhole device 160 '.

なお、上記のように本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて、本発明の範囲に含まれるものとする。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail as described above, those skilled in the art can easily understand that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. . Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.

(1)実施例1〜2のサンプルの作成
工程(a):
6インチオープンロール(ロール温度10〜30℃、ロール間隔1.0mm以下)に、100質量部(phr)の重量平均分子量が約300万の天然ゴムを投入して、ロールに巻き付かせ、5分間素練りした後、80質量部(phr)のカーボンナノファイバー(表1では「CNT」と示した)を投入し、第1の混合物をオープンロールから取り出した。そして、ロール間隔を0.1mm以下と狭くして、第1の混合物を再びオープンロールに投入して薄通しを繰り返し5回行なった。このとき、2本のロールの表面速度比を1.1とした。さらに、ロール間隙を1.1mmにセットして、薄通しして得られた第1の複合エラストマー(表1では「MB1」で示した)を投入し、分出しした。実施例及び比較例のカーボンナノファイバーは平均直径が15nmであった。
(1) Sample creation step (a) of Examples 1-2:
A 6-inch open roll (roll temperature: 10 to 30 ° C., roll interval: 1.0 mm or less) is charged with 100 parts by weight (phr) of natural rubber having a weight average molecular weight of about 3 million and wound around the roll. After masticating for a minute, 80 parts by mass (phr) of carbon nanofibers (shown as “CNT” in Table 1) were added, and the first mixture was removed from the open roll. Then, the roll interval was narrowed to 0.1 mm or less, the first mixture was again put into the open roll, and thinning was repeated 5 times. At this time, the surface speed ratio of the two rolls was set to 1.1. Further, the first composite elastomer (shown as “MB1” in Table 1) obtained by setting the roll gap to 1.1 mm and passing through was fed and dispensed. The carbon nanofibers of Examples and Comparative Examples had an average diameter of 15 nm.

無架橋体の第1の複合エラストマー(MB1)について、パルス法NMRを用いてハーンエコー法による測定を行った。この測定は、日本電子(株)製「JMN−MU25」を用いて行った。測定は、観測核がH、共鳴周波数が25MHz、90゜パルス幅が2μsecの条件で行い、ハーンエコー法のパルスシーケンス(90゜x−Pi−180゜x)にて、Piをいろいろ変えて減衰曲線を測定した。また、サンプルは、磁場の適正範囲までサンプル管に挿入して測定した。測定温度は、150℃であった。測定結果を表1にNMR測定値として示した。第1の複合エラストマー(MB1)の第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)は存在せず、第2のスピン−スピン緩和時間の成分分率(fnn)は0であった。 The uncrosslinked first composite elastomer (MB1) was measured by the Hahn echo method using pulse NMR. This measurement was performed using “JMN-MU25” manufactured by JEOL Ltd. The measurement was performed under the conditions of the observation nucleus of 1 H, the resonant frequency of 25 MHz, and the 90 ° pulse width of 2 μsec. The decay curve was measured. Further, the sample was measured by inserting it into a sample tube up to an appropriate range of the magnetic field. The measurement temperature was 150 ° C. The measurement results are shown in Table 1 as NMR measurement values. There was no second spin-spin relaxation time (T2nn) of the first composite elastomer (MB1), and the component fraction (fnn) of the second spin-spin relaxation time was zero.

Figure 2012224815
Figure 2012224815

工程(b):
6インチオープンロール(ロール温度10〜30℃、ロール間隔1.0mm以下)に、300質量部(phr)の重量平均分子量が約300万の天然ゴムを投入して、ロールに巻き付かせ、5分間素練りした後、表2に示す質量部(phr)のカーボンブラック(表2では「CB」と示した)を投入し、第2の混合物をオープンロールから取り出した。そして、ロール間隔を0.1mm以下と狭くして、その第2の混合物を再びオープンロールに投入して薄通しを繰り返し5回行なった。このとき、2本のロールの表面速度比を1.1とした。さらに、ロール間隙を1.1mmにセットして、薄通しして得られた第2の複合エラストマー(表2ではMB2,MB3で示した)を投入し、分出しした。カーボンブラックは、算術平均粒径が28nm、窒素吸着比表面積が79m/gのHAFグレードであった。
Step (b):
A 6-inch open roll (roll temperature: 10 to 30 ° C., roll interval: 1.0 mm or less) is charged with 300 mass parts (phr) of natural rubber having a weight average molecular weight of about 3 million and wound around the roll. After masticating for a minute, carbon black (shown as “CB” in Table 2) of parts by mass (phr) shown in Table 2 was added, and the second mixture was removed from the open roll. Then, the roll interval was narrowed to 0.1 mm or less, the second mixture was again put into the open roll, and thinning was repeated 5 times. At this time, the surface speed ratio of the two rolls was set to 1.1. Further, the second composite elastomer (shown as MB2 and MB3 in Table 2) obtained by setting the roll gap to 1.1 mm and passing through was fed and dispensed. The carbon black was a HAF grade having an arithmetic average particle size of 28 nm and a nitrogen adsorption specific surface area of 79 m 2 / g.

Figure 2012224815
Figure 2012224815

工程(c):
分出しされた第1の複合エラストマー(MB1)を再び6インチオープンロール(ロール温度10〜30℃、ロール間隔1.0mm以下)に投入して、ロールに巻き付かせ、表2に示す配合で得られた第2の複合エラストマー(実施例1はMB2、実施例2はMB3)を所定量投入し、第3の混合物をオープンロールから取り出した。このときの配合は、第1、第2の複合エラストマーを合わせた天然ゴムの配合量を100質量部(phr)とすると、表3に示す通りの配合であった。そして、ロール間隔を0.1mm以下と狭くして、第3の混合物をオープンロールに投入して薄通しを繰り返し5回行なった。このとき、2本のロールの表面速度比を1.1とした。さらに、ロール間隙を1.1mmにセットして、薄通しして得られた炭素繊維複合材料を投入し、分出しした。
Step (c):
The dispensed first composite elastomer (MB1) is again put into a 6-inch open roll (roll temperature: 10 to 30 ° C., roll interval: 1.0 mm or less), wound around the roll, and blended as shown in Table 2. A predetermined amount of the obtained second composite elastomer (MB2 in Example 1, MB3 in Example 2) was charged, and the third mixture was taken out from the open roll. The blending at this time was as shown in Table 3, assuming that the blending amount of the natural rubber combined with the first and second composite elastomers was 100 parts by mass (phr). And the roll space | interval was narrowed to 0.1 mm or less, the 3rd mixture was thrown into the open roll, and thinning was repeated 5 times. At this time, the surface speed ratio of the two rolls was set to 1.1. Furthermore, the carbon fiber composite material obtained by setting the roll gap to 1.1 mm and passing through was put and dispensed.

さらに、この炭素繊維複合材料に所定量の架橋剤を混合して分出し、金型にセットして165℃、100kgf/cmにて20分間プレス架橋することで実施例1〜2の炭素繊維複合材料のサンプルを得た。 Further, the carbon fiber composite material was mixed with a predetermined amount of a crosslinking agent, dispensed, set in a mold, and press-crosslinked at 165 ° C. and 100 kgf / cm 2 for 20 minutes, so that the carbon fibers of Examples 1 and 2 were used. A sample of composite material was obtained.

(2)比較例1〜3のサンプルの作製
6インチオープンロール(ロール温度10〜30℃、ロール間隔1.0mm以下)に、100質量部(phr)の重量平均分子量が約300万の天然ゴムを投入して、ロールに巻き付かせ、5分間素練りした後、表4に示す質量部(phr)のカーボンブラックを投入し混合した後、表4に示す質量部(phr)のカーボンナノファイバーを投入し、混合物をオープンロールから取り出した。そして、ロール間隔を0.1mm以下と狭くして、この混合物を再びオープンロールに投入して薄通しを繰り返し5回行なった。このとき、2本のロールの表面速度比を1.1とした。さらに、ロール間隙を1.1mmにセットして、薄通しして得られた炭素繊維複合材料を投入し、分出しした。
(2) Production of Samples of Comparative Examples 1 to 3 Natural rubber having a weight average molecular weight of about 3 million in 100 parts by mass (phr) on a 6-inch open roll (roll temperature: 10 to 30 ° C., roll interval: 1.0 mm or less) Is wound around a roll, masticated for 5 minutes, mixed with mass parts (phr) of carbon black shown in Table 4 and mixed with carbon nanofibers of mass parts (phr) shown in Table 4. And the mixture was removed from the open roll. And the roll space | interval was narrowed to 0.1 mm or less, this mixture was again thrown into the open roll, and thinning was repeated 5 times. At this time, the surface speed ratio of the two rolls was set to 1.1. Furthermore, the carbon fiber composite material obtained by setting the roll gap to 1.1 mm and passing through was put and dispensed.

さらに、この炭素繊維複合材料に所定量の架橋剤を混合して分出しし、金型にセットして165℃、100kgf/cmにて20分間プレス架橋することで比較例1〜3の炭素繊維複合材料のサンプルを得た。 Further, the carbon fiber composite material was mixed with a predetermined amount of a crosslinking agent, dispensed, set in a mold, and subjected to press crosslinking at 165 ° C. and 100 kgf / cm 2 for 20 minutes to compare the carbons of Comparative Examples 1 to 3. A sample of fiber composite material was obtained.

(3)パルス法NMRを用いた測定
架橋剤を配合していない無架橋体の実施例1〜2及び比較例1〜3の炭素繊維複合材料のサンプルについて、パルス法NMRを用いてハーンエコー法による測定を行った。この測定は、日本電子(株)製「JMN−MU25」を用いて行った。測定は、観測核がH、共鳴周波数が25MHz、90゜パルス幅が2μsecの条件で行い、ハーンエコー法のパルスシーケンス(90゜x−Pi−180゜x)にて、Piをいろいろ変えて減衰曲線を測定した。また、サンプルは、磁場の適正範囲までサンプル管に挿入して測定した。測定温度は、150℃であった。測定結果を表3,4にNMR測定値として示した。
(3) Measurement using pulsed NMR For the samples of carbon fiber composite materials of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 of the non-crosslinked body in which no crosslinking agent is blended, the Hahn-echo method using pulsed NMR Measurement was carried out. This measurement was performed using “JMN-MU25” manufactured by JEOL Ltd. The measurement was performed under the conditions of the observation nucleus of 1 H, the resonant frequency of 25 MHz, and the 90 ° pulse width of 2 μsec. The decay curve was measured. Further, the sample was measured by inserting it into a sample tube up to an appropriate range of the magnetic field. The measurement temperature was 150 ° C. The measurement results are shown in Tables 3 and 4 as NMR measurement values.

(4)常態物性の測定
常態物性として、実施例1〜2及び比較例1〜3の架橋体の炭素繊維複合材料のサンプルについて、室温における硬度、引張強さ、破断伸び、50%及び100%モジュラスを測定した。測定結果を表3〜4に示した。また、測定結果を硬度と引張強さ、または、硬度と破断伸びとの関係を図11〜図12(実施例は●、比較例は▲)に示した。
ゴム硬度(表3〜4において「Hs(JIS−A)」で示した。)は、JIS K 6253に基づいて測定した。
引張強さ(表3〜4において「TS(MPa)」で示した。)、破断伸び(表3〜4において「EB(%)」で示した。)、50%伸び時の応力(表3〜4において「σ50(MPa)」で示した。)、及び100%伸び時の応力(表3〜4において「σ100(MPa)」で示した。)は、JIS6号形のダンベル形状に切り出した試験片について、島津製作所社製の引張試験機を用いて、23±2℃、引張速度500mm/minでJIS K6251に基づいて引張試験を行い測定した。なお、「σ50」及び「σ100」は、「50%モジュラス(M50)」及び「100%モジュラス(M100)」と呼ばれることがある。
(4) Measurement of normal physical properties As the normal physical properties, hardness, tensile strength, elongation at break, 50% and 100% at room temperature for samples of the crosslinked carbon fiber composite materials of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3. The modulus was measured. The measurement results are shown in Tables 3-4. The measurement results are shown in FIG. 11 to FIG. 12 (hardness for the examples, and ▲ for the comparative examples) between hardness and tensile strength, or the relationship between hardness and elongation at break.
Rubber hardness (shown as "Hs (JIS-A)" in Tables 3 to 4) was measured based on JIS K 6253.
Tensile strength (shown as “TS (MPa)” in Tables 3 to 4), elongation at break (shown as “EB (%)” in Tables 3 to 4), stress at 50% elongation (Table 3) -4 and "σ50 (MPa)"), and stress at 100% elongation (shown as "σ100 (MPa)" in Tables 3 to 4) were cut into a JIS No. 6 dumbbell shape. The test piece was measured by performing a tensile test based on JIS K6251 using a tensile tester manufactured by Shimadzu Corporation at 23 ± 2 ° C. and a tensile speed of 500 mm / min. “Σ50” and “σ100” may be referred to as “50% modulus (M50)” and “100% modulus (M100)”.

Figure 2012224815
Figure 2012224815

Figure 2012224815
Figure 2012224815

表3〜4及び図11〜12によれば、実施例1〜2と比較例1〜3を比較したところ、おおよそ同じ硬度であれば、実施例1,2の方が比較例1〜3のよりも引張強さ及び破断伸びの値が大きかった。特に、実施例1と比較例3とは配合は同じで混合方法が異なるだけであったが、硬度がほぼ同じであれば、引張強さ及び破断伸びの値が実施例1の方が大きかった。   According to Tables 3-4 and FIGS. 11-12, when Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3 were compared, if the hardness was approximately the same, Examples 1 and 2 were compared with Comparative Examples 1-3. Values of tensile strength and elongation at break were larger. In particular, Example 1 and Comparative Example 3 were the same in composition but different in mixing method. However, if the hardness was almost the same, the values of tensile strength and elongation at break were larger in Example 1. .

(5)せん断試験
実施例1〜2及び比較例1〜3の架橋体の炭素繊維複合材料のサンプルを角柱試験片(5mm×5mm×厚さ1mm)に切り出し、2個の試験片をダブルサンドイッチ法にて試験治具へ固定し、試験力(4MPa)を一定とし、周波数3Hz、室温でJIS−K6394の強制振動非共振方法を参考にせん断試験を行い、試験片が破壊した回数を測定した。測定結果を表5,6に「疲労回数」として示した。また、測定結果を硬度と疲労回数との関係をグラフとして図13(実施例は●、比較例は▲)に示した。
(5) Shear Test Samples of the crosslinked carbon fiber composite materials of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3 were cut into prismatic test pieces (5 mm × 5 mm × thickness 1 mm), and the two test pieces were double sandwiched. The test force (4MPa) was fixed by the method, the test force (4MPa) was kept constant, the shear test was conducted with reference to the JIS-K6394 forced vibration non-resonance method at a frequency of 3Hz and room temperature, and the number of times the test piece was broken was measured. . The measurement results are shown in Tables 5 and 6 as “fatigue frequency”. In addition, the measurement results are shown in FIG. 13 as a graph of the relationship between the hardness and the number of fatigues (Example: ●, Comparative Example: ▲).

Figure 2012224815
Figure 2012224815

Figure 2012224815
Figure 2012224815

表5,6及び図13によれば、実施例1〜2と比較例1〜3を比較したところ、おおよそ同じ硬度であれば、実施例1〜2の方が比較例1〜3のよりも疲労回数が大きかった。特に、実施例1と比較例3とは配合量が同じで混合方法が異なるだけであったが、硬度がほぼ同じであっても、実施例1の方が疲労回数が大きかった。   According to Tables 5 and 6 and FIG. 13, when Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3 were compared, if the hardness was approximately the same, Examples 1-2 were more than Comparative Examples 1-3. There was a lot of fatigue. In particular, Example 1 and Comparative Example 3 had the same blending amount and differed only in the mixing method. However, even though the hardness was almost the same, Example 1 had a greater number of fatigues.

2 オープンロール、10 第1のロール、20 第2のロール、30 第1のエラストマー、34 バンク、36 第1の混合物、40 第2のエラストマー、44 バンク、46 第2の混合物、50 第1の複合エラストマー、54 バンク、56 第3の混合物、60 第2の複合エラストマー、70 炭素繊維複合材料、80 カーボンナノファイバー、90カーボンブラック、V1,V2 回転速度、150 プラットホーム、151 デリック編成、151a フック、151b 回転スイベル、151c ケリー、151d 回転テーブル、152 海、153 ドリル・ストリング、154 海底、155 地表、156 坑井、156a 坑底部、160 坑底機器編成、160’ ダウンホール装置、162 ドリルビット、164 回転操作システム、166 マッドモータ、168 掘削同時測定モジュール、170 掘削同時検層モジュール   2 Open roll, 10 1st roll, 20 2nd roll, 30 1st elastomer, 34 bank, 36 1st mixture, 40 2nd elastomer, 44 bank, 46 2nd mixture, 50 1st roll Composite elastomer, 54 banks, 56 third mixture, 60 second composite elastomer, 70 carbon fiber composite material, 80 carbon nanofiber, 90 carbon black, V1, V2 rotational speed, 150 platform, 151 derrick knitting, 151a hook, 151b rotary swivel, 151c kelly, 151d rotary table, 152 sea, 153 drill string, 154 sea bottom, 155 surface, 156 well, 156a bottom, 160 well bottom organization, 160 'downhole device, 162 drill bit, 164 Rotation System, 166 mud motor, 168 simultaneous drilling measurement module, 170 simultaneous drilling logging module

Claims (7)

第1のエラストマーにカーボンナノファイバーを混合した後、ロール間隔が0.5mm以下のオープンロールを用いて、0℃ないし50℃で薄通しを行って第1の複合エラストマーを得る工程(a)と、
第2のエラストマーにカーボンブラックを混合して第2の複合エラストマーを得る工程(b)と、
前記第1の複合エラストマーと前記第2の複合エラストマーとを混合して炭素繊維複合材料を得る工程(c)と、
を含む、炭素繊維複合材料の製造方法。
(A) a step of obtaining a first composite elastomer by mixing carbon nanofibers with the first elastomer and then performing thinning at 0 ° C. to 50 ° C. using an open roll having a roll interval of 0.5 mm or less; ,
A step (b) of obtaining a second composite elastomer by mixing carbon black with the second elastomer;
A step (c) of obtaining a carbon fiber composite material by mixing the first composite elastomer and the second composite elastomer;
A method for producing a carbon fiber composite material, comprising:
請求項1において、
前記工程(a)は、前記第1のエラストマー100質量部に対して、カーボンナノファイバー60質量部以上100質量部以下が配合される、炭素繊維複合材料の製造方法。
In claim 1,
The step (a) is a method for producing a carbon fiber composite material in which 60 parts by mass or more and 100 parts by mass or less of carbon nanofibers are blended with respect to 100 parts by mass of the first elastomer.
請求項1または2において、
前記第1の複合エラストマーは、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃で測定した、未架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は100ないし3000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)は存在しない、炭素繊維複合材料の製造方法。
In claim 1 or 2,
The first composite elastomer has a first spin-spin relaxation time (T2n) of 100 to 3000 μsec in an uncrosslinked body, as measured at 150 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR, The spin-spin relaxation time (T2nn) does not exist in the method for producing a carbon fiber composite material.
請求項1ないし3のいずれか1項において、
前記工程(b)は、前記第2のエラストマー100質量部に対して、カーボンブラック20質量部以上150質量部以下が配合される、炭素繊維複合材料の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The step (b) is a method for producing a carbon fiber composite material in which 20 parts by mass or more and 150 parts by mass or less of carbon black are blended with respect to 100 parts by mass of the second elastomer.
請求項1ないし4のいずれか1項において、
前記第1のエラストマー及び前記第2のエラストマーは、天然ゴムである、炭素繊維複合材料の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The method for producing a carbon fiber composite material, wherein the first elastomer and the second elastomer are natural rubber.
請求項1ないし5のいずれか1項に記載の炭素繊維複合材料の製造方法で得られた、炭素繊維複合材料。   A carbon fiber composite material obtained by the method for producing a carbon fiber composite material according to any one of claims 1 to 5. 請求項6に記載の炭素繊維複合材料を用いた油田装置。   An oil field device using the carbon fiber composite material according to claim 6.
JP2011096017A 2011-04-22 2011-04-22 Carbon fiber composite material manufacturing method, carbon fiber composite material, and oil field device Active JP5670817B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011096017A JP5670817B2 (en) 2011-04-22 2011-04-22 Carbon fiber composite material manufacturing method, carbon fiber composite material, and oil field device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011096017A JP5670817B2 (en) 2011-04-22 2011-04-22 Carbon fiber composite material manufacturing method, carbon fiber composite material, and oil field device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012224815A true JP2012224815A (en) 2012-11-15
JP5670817B2 JP5670817B2 (en) 2015-02-18

Family

ID=47275342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011096017A Active JP5670817B2 (en) 2011-04-22 2011-04-22 Carbon fiber composite material manufacturing method, carbon fiber composite material, and oil field device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5670817B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015078345A (en) * 2013-09-12 2015-04-23 日信工業株式会社 Carbon fiber composite material and method of producing carbon fiber composite material
JP2016536415A (en) * 2013-08-30 2016-11-24 アムリル・アクチェンゲゼルシャフトAmril Ag Improved natural rubber composition
WO2016208203A1 (en) * 2015-06-26 2016-12-29 日本ゼオン株式会社 Composition for gas seal member, and gas seal member

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3650497B1 (en) 2017-07-05 2022-05-04 NOK Corporation Fluororubber composition, production method therefor, and molded crosslinked fluororubber article
JP6711335B2 (en) 2017-08-24 2020-06-17 株式会社デンソー Silicone rubber composite material and anti-vibration member

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005330435A (en) * 2004-05-21 2005-12-02 Nissin Kogyo Co Ltd Carbon fiber composite material and method for producing the same
JP2007039649A (en) * 2005-06-30 2007-02-15 Nissin Kogyo Co Ltd Composite material
JP2010254744A (en) * 2009-04-21 2010-11-11 Fujikura Rubber Ltd Rubber composition, electroconductive rubber layer containing the same, method for forming the layer, electric double layer capacitor equipped with the layer, and electroconductive laminate equipped with the layer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005330435A (en) * 2004-05-21 2005-12-02 Nissin Kogyo Co Ltd Carbon fiber composite material and method for producing the same
JP2007039649A (en) * 2005-06-30 2007-02-15 Nissin Kogyo Co Ltd Composite material
JP2010254744A (en) * 2009-04-21 2010-11-11 Fujikura Rubber Ltd Rubber composition, electroconductive rubber layer containing the same, method for forming the layer, electric double layer capacitor equipped with the layer, and electroconductive laminate equipped with the layer

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016536415A (en) * 2013-08-30 2016-11-24 アムリル・アクチェンゲゼルシャフトAmril Ag Improved natural rubber composition
JP2015078345A (en) * 2013-09-12 2015-04-23 日信工業株式会社 Carbon fiber composite material and method of producing carbon fiber composite material
WO2016208203A1 (en) * 2015-06-26 2016-12-29 日本ゼオン株式会社 Composition for gas seal member, and gas seal member
JPWO2016208203A1 (en) * 2015-06-26 2018-02-01 日本ゼオン株式会社 Composition for gas seal member and gas seal member
CN107709503A (en) * 2015-06-26 2018-02-16 日本瑞翁株式会社 Gas sealant member composition and gas sealant member
CN107709503B (en) * 2015-06-26 2019-06-18 日本瑞翁株式会社 Gas sealant member composition and gas sealant member
US10717850B2 (en) 2015-06-26 2020-07-21 Zeon Corporation Composition for gas seal member and gas seal member

Also Published As

Publication number Publication date
JP5670817B2 (en) 2015-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5876817B2 (en) Heat resistant seal
JP5379125B2 (en) Heat-resistant sealing material, endless seal member using heat-resistant sealing material, and downhole device provided with endless seal member
JP5670817B2 (en) Carbon fiber composite material manufacturing method, carbon fiber composite material, and oil field device
JP5763991B2 (en) Carbon fiber composite material, oil field device, and method for producing carbon fiber composite material
US8614273B2 (en) Seal member
JP5592400B2 (en) Seal member
US20110156357A1 (en) Dynamic seal member
US8283402B2 (en) Downhole seal element formed from a nanocomposite material
JP2013023575A (en) Sealing member and method for producing the same
JP5546556B2 (en) Dynamic seal member
JP5844064B2 (en) Method for producing carbon fiber composite material
US20130012644A1 (en) Carbon Fiber Composite Material, Oilfield Apparatus Thereof, and Method for Manufacture of The Same
US20150065635A1 (en) Carbon fiber composite material, method of producing the same, insulating article, electronic part, and logging tool
JP5592401B2 (en) Seal member
US8403332B2 (en) Seal member
JP2016204594A (en) Oil-field equipment
JP5647152B2 (en) Carbon fiber composite material and manufacturing method thereof, insulating article, electronic component, and logging device
JP5670818B2 (en) Carbon fiber composite material manufacturing method, carbon fiber composite material, and oil field device
JPWO2014088005A1 (en) Carbon fiber composite material and method for producing carbon fiber composite material
JP5789391B2 (en) Porous body for electrode using carbon nanofiber, electrode, battery, capacitor, water treatment device, heat resistant casing for oil field device, oil field device, and method for producing porous body for electrode
Izadi et al. Mechanical strength improvement of mud motor’s elastomer by nano clay and prediction the working life via strain energy
US20210348019A1 (en) Composite materials, uses, and methods
Shahsavari Microwaving Graphene-Based Thermoset Polymers for Rapid and In-Situ Wellbore Strengthening and Zonal Isolation

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140306

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20141107

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20141210

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141218

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5670817

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250