JP2012519140A5

JP2012519140A5 -

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Publication number: JP2012519140A5
Application number: JP2011552202A
Authority: JP
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2030-02-26

Claims

ガラス繊維材料上におけるカーボン・ナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」という）の連続製造のためのシステムであって、
ＣＮＴ成長触媒ナノ粒子のコロイド溶液を含んで構成された触媒塗布ステーションと、
少なくとも１つのパージゾーンと、成長チャンバーと、を含んで構成され、前記ガラス繊維材料が連続的に送り込まれることによる前記ガラス繊維材料上のＣＮＴの成長に適応されたＣＮＴ成長ステーションと、
を含んで構成され、
繰り出しボビン及び巻き取りボビンを備えることにより、前記ガラス繊維材料上においてＣＮＴｓが成長したものを連続的に巻き取り、前記ガラス繊維材料が巻き取り可能な形態で提供される、巻き取り可能なシステム。
前記ＣＮＴ成長ステーションは、外部環境に開放されているが、不活性ガス流の使用により外部環境から分離されている請求項１に記載のシステム。
繰り出し及び張力調整ステーションを更に含んで構成された請求項１に記載のシステム。
繊維拡散ステーションを更に含んで構成された請求項１に記載のシステム。
前記ガラス繊維材料の表面を粗面化するように適応されたプラズマ・ステーションを更に含んで構成された請求項１に記載のシステム。
ＣＮＴ形成触媒を有するバリア・コーティングを前記ガラス繊維材料に形状に応じて配置するように適応されたバリア・コーティング・ステーションを更に含んで構成された請求項１に記載のシステム。
前記触媒塗布ステーション及び前記バリア・コーティング・ステーションが組み合わされた請求項５に記載のシステム。
前記バリア・コーティング・ステーションが、スピンオンガラス、アルミナ、シラン、アルコキシシラン、及び液体セラミックのうちの少なくとも１つを含んで構成される請求項５に記載のシステム。
繊維サイジング剤の除去ステーションを更に含んで構成された請求項１に記載のシステム。
前記ＣＮＴ成長ステーションの下流に樹脂塗布ステーションを更に含んで構成された請求項１に記載のシステム。
毎分約０．５フィートから毎分約３６フィートの範囲の運転速度が可能な請求項１に記載のシステム。
ラインスピード、不活性ガス流量、炭素原料流量、前記ＣＮＴ成長チャンバー内の温度、不活性ガス温度、及び炭素原料ガスの温度のうち、少なくとも１つを制御可能なコントローラー・ステーションを更に含んで構成された請求項１に記載のシステム。
前記ＣＮＴ成長チャンバー内の材料滞留時間を約５秒から約３０秒とすることにより、長さが約１ミクロンから約１０ミクロンのＣＮＴｓが生成される請求項１に記載のシステム。
前記ＣＮＴ成長チャンバー内の材料滞留時間を約３０秒から約１８０秒とすることにより、長さが約１０ミクロンから約１００ミクロンのＣＮＴｓが生成される請求項１に記載のシステム。
前記ＣＮＴ成長チャンバー内の材料滞留時間を約１８０秒から約３００秒とすることにより、長さが約１００ミクロンから約５００ミクロンのＣＮＴｓが生成される請求項１に記載のシステム。
繊維材料上におけるＣＮＴの連続製造のためのシステムであって、
ＣＮＴ成長触媒ナノ粒子のコロイド溶液を含んで構成された触媒塗布ステーションと、
少なくとも１つのパージゾーンと、成長チャンバーと、を含んで構成され、前記繊維材料が連続的に送り込まれることによる前記繊維材料上のＣＮＴの成長に適応されたＣＮＴ成長ステーションと、
を含んで構成され、
繰り出しボビン及び巻き取りボビンを備えることにより、前記繊維材料上においてＣＮＴｓが成長したものを連続的に巻き取り、前記繊維材料が巻き取り可能な形態で提供される、巻き取り可能なシステム。
ＣＮＴ浸出ガラス繊維材料を含んで構成され、
前記ＣＮＴ浸出ガラス繊維材料は、
巻き取り可能な寸法のガラス繊維材料と、
前記ガラス繊維材料に結合した複数のＣＮＴ（以下、「ＣＮＴｓ」という）と、
を含んで構成され、
前記ＣＮＴｓは長さが均一であり分布が均一である
組成物。
前記ガラス繊維材料への前記結合が、前記ガラス繊維材料に対する前記ＣＮＴｓの直接的な結合、前記ＣＮＴｓ及び前記ガラス繊維材料間に配置された遷移金属ナノ粒子触媒を介した間接的な結合、及びこれらの結合の組み合わせから選択される結合モチーフを含んで構成された請求項１７に記載の組成物。
前記ＣＮＴｓが、約１ミクロンから約５００ミクロンの長さを有する請求項１７に記載の組成物。
前記ＣＮＴｓが、約１ミクロンから約１０ミクロンの長さを有する請求項１７に記載の組成物。
前記ＣＮＴｓが、約２０ミクロンから約１００ミクロンの長さを有する請求項１７に記載の組成物。
前記ＣＮＴｓが、約１００ミクロンから約５００ミクロンの長さを有する請求項１７に記載の組成物。
前記分布の均一性が、１ミクロン四方当たりのナノチューブ数で約１５，０００以下となる密度により特徴付けられる請求項１７に記載の組成物。
前記ガラス繊維材料が、ガラス・フィラメント、光ファイバー、ガラス・ストランド（トウ）、ガラス・ヤーン、ガラス・テープ、一方向ガラス・テープ、ガラス繊維ブレード、ガラス・ロービング、ガラス・ロービング織物、不織ガラス繊維マット、及びガラス繊維プライから選択される請求項１７に記載の組成物。
前記ガラス繊維材料が、Ｅガラス、Ａガラス、Ｅ−ＣＲガラス、Ｃガラス、Ｄガラス、Ｒガラス、及びＳガラスから選択される請求項１７に記載の組成物。
前記ガラス繊維材料がＥガラスである請求項１７に記載の組成物。
前記ガラス繊維材料がＳガラスである請求項１７に記載の組成物。
前記ＣＮＴｓが、単層ＣＮＴｓ、二層ＣＮＴｓ、多層ＣＮＴｓ、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される請求項１７に記載の組成物。
前記ＣＮＴｓが多層ＣＮＴｓである請求項１７に記載の組成物。
界面活性剤、静電気防止剤、潤滑剤、シロキサン、アルコキシシラン、アミノシラン、シラン、シラノール、ポリビニルアルコール、でんぷん、及びこれらの組み合わせから選択されるサイジング剤を更に含んで構成された請求項１７に記載の組成物。
前記サイジング剤がシロキサンである請求項３０に記載の組成物。
前記サイジング剤がシランである請求項３０に記載の組成物。
エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンケトン、ポリフタルアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、フェノールホルムアルデヒド、及びビスマレイミドから選択されるマトリックス材を更に含んで構成された請求項１７に記載の組成物。
前記ＣＮＴ浸出ガラス繊維材料の電気抵抗率が、前記ガラス繊維材料の電気抵抗率よりも低い請求項１７に記載の組成物。
（ａ）巻き取り可能な寸法のガラス繊維材料の表面上にＣＮＴ形成触媒を配置することと、
（ｂ）前記ガラス繊維材料上にＣＮＴを合成し、これにより、ＣＮＴ浸出ガラス繊維材料を形成することと、
を含んで構成され、
ＣＮＴ成長チャンバーにおける材料滞留時間が、約５秒から約３００秒であるＣＮＴの連続浸出処理方法。
約５秒から約３０秒の材料滞留時間により、約１ミクロンから約１０ミクロンの長さを有するＣＮＴｓが製造される請求項３５に記載の処理方法。
約３０秒から約１８０秒の材料滞留時間により、約１０ミクロンから約１００ミクロンの長さを有するＣＮＴｓが製造される請求項３５に記載の処理方法。
約１８０秒から約３００秒の材料滞留時間により、約１００ミクロンから約５００ミクロンの長さを有するＣＮＴｓが製造される請求項３５に記載の処理方法。
複数のガラス繊維材料を同時に処理する請求項３５に記載の処理方法。
前記ガラス繊維材料の上に前記ＣＮＴ形成触媒を配置する前に、前記ガラス繊維材料からサイジング剤を除去することを更に含んで構成された請求項３５に記載の処理方法。
前記ＣＮＴ形成触媒が鉄系ナノ粒子触媒である請求項３５に記載の処理方法。
前記ガラス繊維材料の上に前記ＣＮＴ形成触媒を配置する工程が、前記ガラス繊維材料を溶液により、スプレーする、浸漬被覆する、又は気相蒸着することを含んで構成された請求項３５に記載の処理方法。
前記ＣＮＴを合成する工程が、ＣＶＤ成長を含んで構成された請求項３５に記載の処理方法。
前記ＣＮＴ浸出ガラス繊維材料にサイジング剤を塗布することを更に含んで構成された請求項３５に記載の処理方法。
前記ＣＮＴ浸出ガラス繊維材料にマトリックス材を塗布することを更に含んで構成された請求項３５に記載の処理方法。
ｃ）前記ガラス繊維材料の少なくとも１つの第１の性質を変化させるために選択される第１種ＣＮＴを、前記ガラス繊維材料上に第１の量合成することと、
ｄ）前記ガラス繊維材料の少なくとも１つの第２の性質を変化させるために選択される第２種ＣＮＴを、前記ガラス繊維材料上に第２の量合成することと、
を更に含んで構成された請求項３５に記載の処理方法。
前記第１の量と前記第２の量が異なる請求項４６に記載の処理方法。
前記第１の量と前記第２の量が同一である請求項４６に記載の処理方法。
前記第１種ＣＮＴと前記第２種ＣＮＴが同一である請求項４６に記載の処理方法。
前記第１種ＣＮＴと前記第２種ＣＮＴが異なる請求項４６に記載の処理方法。
前記第１の性質と前記第２の性質が同一である請求項４６に記載の処理方法。
前記第１の性質と前記第２の性質が異なる請求項４６に記載の処理方法。
前記少なくとも１つの第１の性質と前記少なくとも１つの第２の性質が、引張強度、ヤング率、せん断強度、剛性率、じん性、圧縮強度、圧縮係数、複合材料密度、ＥＭ波吸収率／反射率、音響透過率、電気伝導度、及び熱伝導度からなる群より独立して選択される請求項４６に記載の処理方法。
（ａ）溶融ガラスからガラス繊維材料を押し出すことと、
（ｂ）前記ガラス繊維材料の表面上にＣＮＴ形成触媒を配置することと、
（ｃ）前記ガラス繊維材料上にＣＮＴを合成して、これにより、ＣＮＴ浸出ガラス繊維材料を形成することと、
を含んで構成されたＣＮＴの連続浸出処理方法。
ラインスピードが、毎分約２５フィートから毎分約１００フィートである請求項５４に記載の処理方法。
前記ガラス繊維材料が、ガラス・フィラメント、ガラス・ストランド、ガラス・ロービング、又はガラス・テープである請求項５４に記載の処理方法。
前記ＣＮＴ形成触媒が鉄系ナノ粒子触媒である請求項５４に記載の処理方法。
前記ガラス繊維材料の上に前記ＣＮＴ形成触媒を配置する工程が、前記ガラス繊維材料の上に、スプレーする、浸漬被覆させる、又は気相蒸着させることを含んで構成された請求項５４に記載の処理方法。
前記ＣＮＴを合成する工程が、ＣＶＤ成長を含んで構成された請求項５４に記載の処理方法。
前記ＣＮＴ浸出ガラス繊維材料にサイジング剤を塗布することを更に含んで構成された請求項５４に記載の処理方法。
前記ＣＮＴ浸出ガラス繊維材料にマトリックス材を塗布することを更に含んで構成された請求項５４に記載の処理方法。
巻き取り可能な寸法のガラス繊維材料に対するＣＮＴの連続浸出処理方法であって、
ガラス繊維材料からサイジング剤を除去することと、
前記サイジング剤の除去後、前記ガラス繊維材料にＣＮＴ形成触媒を塗布することと、
前記ガラス繊維材料を少なくとも５００℃まで加熱することと、
前記ガラス繊維材料にＣＮＴを合成することと、
を含んで構成された処理方法。
巻き取り可能な長さの基材が通過できるように構成されるＣＮＴ成長ゾーンと、
前記ＣＮＴ成長ゾーンにおける加熱器と、
前記ＣＮＴ成長ゾーンにガスを供給するように構成されるガス供給装置と、
を含んで構成され、
前記ＣＮＴ成長ゾーンが外部環境に開放されている装置。
前記ＣＮＴ成長ゾーンと前記外部環境との間にパージゾーンを更に含んで構成された請求項６３に記載の装置。
前記ＣＮＴ成長ゾーンの前後に少なくとも２つのパージゾーンを更に含んで構成され、
第１のパージゾーンは成長前パージゾーンであり、第２のパージゾーンは成長後パージゾーンである請求項６３に記載の装置。
前記ガス供給装置は、前記ＣＮＴ成長ゾーンに接続されている請求項６３に記載の装置。
前記ガス供給装置は、前記ＣＮＴ成長ゾーンの中心に接続される請求項６３に記載の装置。
前記ＣＮＴ成長ゾーンは、ＣＮＴ合成反応器の内部にある請求項６３に記載の装置。
前記ＣＮＴ合成反応器は、通過する巻き取り可能な長さの基材の１０，０００倍未満の全体積を有している請求項６８に記載の装置。
前記ＣＮＴ成長ゾーンは、金属を含んで構成されるＣＮＴ合成反応器の内部に配置される請求項６３に記載の装置。
前記金属はステンレス鋼である請求項７０に記載の装置。
巻き取り可能な長さの基材が通過できるように構成され、かつ、外部環境に開放されているＣＮＴ成長ゾーンを含んで構成される装置を提供すること、
基材を提供すること、
前記ＣＮＴ成長ゾーンに前記基材を導入すること、
ＣＮＴ成長ゾーンに供給ガスを導入すること、及び
前記基材上にＣＮＴが形成されるように、前記ＣＮＴ成長ゾーンに前記基材を通過させること、
を含んで構成される方法。
前記基材は、巻き取り可能な長さの基材を含んで構成された請求項７２に記載の方法。
前記ＣＮＴ成長ゾーンから、基材、及び該基材上に形成されたＣＮＴを取り除くことを更に含んで構成された請求項７２に記載の方法。
前記工程は、記載された順番で実施される請求項７２に記載の方法。
前記装置は、少なくとも１つのパージゾーンを有し、前記基材は前記パージゾーンを通過する請求項７２に記載の方法。
前記基材が通過する前に前記パージゾーンをパージすることを更に含んで構成される請求項７６に記載の方法。
前記装置は、前記ＣＮＴ成長ゾーンの前後に少なくとも２つのパージゾーンを有し、第１のパージゾーンは成長前パージゾーンを含んで構成され、第２のパージゾーンは成長後パージゾーンを含んで構成される請求項７６に記載の方法。
前記基材は、前記２つのパージゾーンをいずれも通過する請求項７８に記載の方法。