JP2014189578A - 炭素繊維複合材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明にかかる炭素繊維複合材料は、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に対し、カーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料であって、炭素繊維複合材料は、共架橋剤としてメタクリル酸亜鉛を含む。また、本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)30に対し、カーボンナノファイバーと、第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)にメタクリル酸亜鉛をあらかじめ混合した予混合物80と、を混合する混合工程を有し、せん断力によって第1及び第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)中にカーボンナノファイバー及びメタクリル酸亜鉛を均一に分散する。
【選択図】図2
Description
水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に対し、カーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料であって、
炭素繊維複合材料は、共架橋剤としてメタクリル酸亜鉛を含むことを特徴とする。
前記水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが10質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が0.5質量部〜40質量部と、を含み、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下であることができる。
前記メタクリル酸亜鉛は、前記水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し4質量部〜20質量部であって、
120℃、最大引張応力4N/mm、周波数1Hzの引張疲労試験における破断回数が500回以上であることができる。
第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に対し、カーボンナノファイバーと、第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)にメタクリル酸亜鉛をあらかじめ混合した予混合物と、を混合する混合工程を有し、せん断力によって前記第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)及び前記第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)にカーボンナノファイバー及びメタクリル酸亜鉛を分散することを特徴とする。
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下であって、
前記混合工程は、前記第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)と前記第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)とを合わせた水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが10質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が0.5質量部〜40質量部となるように前記予混合物の配合量を決定することができる。
エチレン・プロピレンゴム(EPDM)に対し、カーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料であって、
炭素繊維複合材料は、共架橋剤としてメタクリル酸亜鉛を含むことを特徴とする。
前記エチレン・プロピレンゴム(EPDM)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが10質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が0.5質量部〜40質量部と、を含み、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下であることができ
る。
前記メタクリル酸亜鉛は、前記エチレン・プロピレンゴム(EPDM)100質量部に対し10質量部〜40質量部であって、
120℃、最大引張応力4N/mm、周波数1Hzの引張疲労試験における破断回数が500回以上であることができる。
エチレン・プロピレンゴム(EPDM)に対し、カーボンナノファイバーと、メタクリル酸亜鉛と、を混合する混合工程を有し、せん断力によってエチレン・プロピレンゴム(EPDM)中にカーボンナノファイバー及びメタクリル酸亜鉛を分散することを特徴とする。
前記混合工程は、前記エチレン・プロピレンゴム(EPDM)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが10質量部〜45質量部と、前記混合物中の前記メタクリル酸亜鉛が0.5質量部〜40質量部と、を混合し、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下であることができる。
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。
次に、図2に示すように、第1のロール10に巻き付けられたエラストマー30のバンク34に、配合剤80を投入し、混練して混合物を得ることができる。ここで配合剤80は、少なくともカーボンナノファイバー及びメタクリル酸亜鉛を含む。
で、エチレン・プロピレンゴムの分子が切断されてラジカルが生成し、第2のカーボンナノファイバーがエチレン・プロピレンゴム分子のラジカルと結合しやすくなる。
さらに、図3に示すように、ロール間隔が0.5mm以下のオープンロール2を用いて、0℃ないし50℃で薄通しを行って未架橋の炭素繊維複合材料50を得る工程を行う。この工程では、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であることができる。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。
炭素繊維複合材料において、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、カーボンナノファイバーが10質量部〜45質量部と、メタクリル酸亜鉛が0.5質量部〜40質量部と、を含むことができる。このとき、カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下であることができる。また、炭素繊維複合材料におけるメタクリル酸亜鉛は、4質量部〜40質量部であることができ、さらに、4質量部〜20質量部であることができる。
炭素繊維複合材料は、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)又はエチレン・プロピレンゴム(EPDM)(以下、単に「エラストマー」という。)に対し、カーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料であって、炭素繊維複合材料は、共架橋剤としてメタクリル酸亜鉛を含むことを特徴とする。
カーボンナノファイバーは、平均直径が0.5nm以上250nm以下であることがで
き、さらに平均直径が9nm以上100nm以下であることができ、特に平均直径が9nm以上20nm以下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が0.5nm以上250nm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。
エラストマーは、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)またはエチレン・プロピレンゴム(EPDM)である。
大きいと、EPDMが固くなりすぎて加工性が低下する傾向がある。
オープンロール(ロール設定温度20℃)に、日本ゼオン社製水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴムZetpol 2020(表1,2では「H−NBR」で示した。「ZETOPL」は登録商標。)を投入し素練り後、表1、2に示す所定量の平均直径15nmの多層カーボンナノファイバー(表1,2では「MWCNT」で示した。)及び日本ゼオン社製Zeoforte ZSC2295(表1,2では「ZSC」で示した。「ZEOFORTE」は登録商標。)をH−NBRに投入し混練りの後、ロールから混合物を取り出した。なお、各サンプルには架橋剤としてパーオキサイドが配合された。
ZSCを配合しない点を除いて実施例1〜5と同様に、比較例1〜4の架橋体の炭素繊維複合材料サンプルを得た。
炭素繊維複合材料サンプルについて、ゴム硬度(Hs(JIS A))をJIS K6253試験に基づいて測定した。
炭素繊維複合材料サンプルについて、120℃中における引張強さ(TS(MPa))、破断伸び(Eb(%))、25%変形時の応力(σ25(MPa))、50%変形時の応力(σ50(MPa))100%変形時の応力(σ100(MPa))及び破壊エネルギー(破壊E(J))を、JIS6号形のダンベル形状に打ち抜いた試験片について、島津製作所社製の引張試験機を用いて、引張速度500mm/minでJIS K6252に基づいて引張試験を行い測定した。
オープンロール(ロール設定温度20℃)に、表5,6に示す所定量のエチレン・プロ
ピレンゴム(表5〜7では「EPDM1」及び「EPDM2」で示した。)を投入し素練り後、表5〜7に示す所定量の平均直径15nmの多層カーボンナノファイバー(表5〜7では「MWCNT」で示した。)及びメタクリル酸亜鉛(表5〜7では「メタクリル酸亜鉛」で示した。)をエチレン・プロピレンゴムに投入し混合工程の後、第1の混練工程を行いロールから取り出した。さらに、その混合物をロール温度100℃に設定されたオープンロールに再度投入し、第2の混練工程を行って取り出した。
メタクリル酸亜鉛を配合しない点を除いて実施例6〜13と同様に、比較例5〜7の架橋体の炭素繊維複合材料サンプルを得た。なお、比較例7では、共架橋剤として、エチレングリコールジメタクリレートを配合した。
炭素繊維複合材料サンプルについて、ゴム硬度(Hs(JIS A))をJIS K6253試験に基づいて測定した。
炭素繊維複合材料サンプルについて、120℃中における引張強さ(TS(MPa))、破断伸び(Eb(%))、25%変形時の応力(σ25(MPa))、50%変形時の応力(σ50(MPa))100%変形時の応力(σ100(MPa))及び破壊エネルギー(破壊E(J))を、JIS6号形のダンベル形状に打ち抜いた試験片について、島津製作所社製の引張試験機を用いて、引張速度500mm/minでJIS K6252に基づいて引張試験を行い測定した。
Claims (10)
- 水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に対し、カーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料であって、
炭素繊維複合材料は、共架橋剤としてメタクリル酸亜鉛を含む、炭素繊維複合材料。 - 請求項1において、
前記水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが10質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が0.5質量部〜40質量部と、を含み、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下である、炭素繊維複合材料。 - 請求項2において、
前記メタクリル酸亜鉛は、前記水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し4質量部〜20質量部であって、
120℃、最大引張応力4N/mm、周波数1Hzの引張疲労試験における破断回数が500回以上である、炭素繊維複合材料。 - 第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に対し、カーボンナノファイバーと、第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)にメタクリル酸亜鉛をあらかじめ混合した予混合物と、を混合する混合工程を有し、せん断力によって前記第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)及び前記第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)にカーボンナノファイバー及びメタクリル酸亜鉛を分散する、炭素繊維複合材料の製造方法。
- 請求項4において、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下であって、
前記混合工程は、前記第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)と前記第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)とを合わせた水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが10質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が0.5質量部〜40質量部となるように予混合物の配合量を決定する、炭素繊維複合材料の製造方法。 - エチレン・プロピレンゴム(EPDM)に対し、カーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料であって、
炭素繊維複合材料は、共架橋剤としてメタクリル酸亜鉛を含む、炭素繊維複合材料。 - 請求項6おいて、
前記エチレン・プロピレンゴム(EPDM)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが10質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が0.5質量部〜40質量部と、を含み、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下である、炭素繊維複合材料。 - 請求項7において、
前記メタクリル酸亜鉛は、前記エチレン・プロピレンゴム(EPDM)100質量部に対し10質量部〜40質量部であって、
120℃、最大引張応力4N/mm、周波数1Hzの引張疲労試験における破断回数が500回以上である、炭素繊維複合材料。 - エチレン・プロピレンゴム(EPDM)に対し、カーボンナノファイバーと、メタクリル酸亜鉛と、を混合する混合工程を有し、せん断力によってエチレン・プロピレンゴム(EPDM)中にカーボンナノファイバー及びメタクリル酸亜鉛を分散する、炭素繊維複合材料の製造方法。
- 請求項9において、
前記混合工程は、前記エチレン・プロピレンゴム(EPDM)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが10質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が0.5質量部〜40質量部と、を混合し、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下である、炭素繊維複合材料の製造方法。
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