JP2019079813A - Carbon nanotube coated electric wire, coil and coated electric wire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ線材を絶縁材料で被覆したカーボンナノチューブ被覆電線、及びカーボンナノチューブ被覆電線を用いたコイル、並びに被覆電線に関するものである。 The present invention relates to a carbon nanotube coated electric wire in which a carbon nanotube wire composed of a plurality of carbon nanotubes is coated with an insulating material, a coil using the carbon nanotube coated electric wire, and a coated electric wire.
カーボンナノチューブ(以下、「CNT」ということがある。)は、様々な特性を有する素材であり、多くの分野への応用が期待されている。 Carbon nanotubes (hereinafter sometimes referred to as "CNT") are materials having various properties, and their application in many fields is expected.
例えば、CNTは、六角形格子の網目構造を有する筒状体の単層、または略同軸で配された多層で構成される3次元網目構造体であり、軽量であると共に、導電性、熱伝導性、機械的強度等の諸特性に優れる。しかし、CNTを線材化することは容易ではなく、CNTを線材として利用する技術は提案されていない。 For example, CNT is a single layer of a tubular body having a network structure of a hexagonal lattice, or a three-dimensional network structure composed of multiple layers arranged substantially coaxially, which is lightweight, conductive, and thermally conductive. Excellent in various properties such as flexibility and mechanical strength. However, it is not easy to wire CNTs, and no technology has been proposed for utilizing CNTs as wires.
数少ないCNT線を利用した技術の例として、多層配線構造に形成されるビアホールの埋め込み材料である金属の代替として、CNTを使用することが検討されている。具体的には、多層配線構造の低抵抗化のために、多層CNTの成長基点から遠い側の端部へ同心状に伸延した多層CNTの複数の切り口を導電層にそれぞれ接触させた多層CNTを、2以上の導電層の層間配線として使用した配線構造が提案されている(特許文献1)。 As an example of a technology using a few CNT lines, using CNT as a substitute for metal which is a filling material of a via hole formed in a multilayer wiring structure is considered. Specifically, in order to reduce the resistance of the multilayer wiring structure, multilayer CNTs in which a plurality of incisions of the multilayer CNT concentrically extended to the end far from the growth origin of the multilayer CNT are brought into contact with the conductive layer A wiring structure used as an interlayer wiring of two or more conductive layers has been proposed (Patent Document 1).
その他の例として、CNT材料の導電性をさらに向上させるために、隣接したCNT線材の電気的接合点に、金属等からなる導電性堆積物を形成したCNT材料が提案され、このようなCNT材料は広汎な用途に適用できることが開示されている(特許文献2)。また、CNT線材の有する優れた熱伝導性から、CNTのマトリクスから作られた熱伝導部材を有する加熱器が提案されている(特許文献3)。 As another example, in order to further improve the conductivity of the CNT material, a CNT material in which a conductive deposit made of metal or the like is formed at the electrical junction of adjacent CNT wires is proposed, and such a CNT material Has been disclosed to be applicable to a wide range of applications (Patent Document 2). Moreover, the heater which has a thermally-conductive member made from the matrix of CNT is proposed from the outstanding thermal conductivity which a CNT wire has (patent document 3).
一方で、自動車や産業機器などの様々な分野における電力線や信号線として、一又は複数の線材からなる芯線と、該芯線を被覆する絶縁被覆とからなる電線が用いられている。芯線を構成する線材の材料としては、通常、電気特性の観点から銅又は銅合金が使用されるが、近年、軽量化の観点からアルミニウム又はアルミニウム合金が提案されている。例えば、アルミニウムの比重は銅の比重の約1/3、アルミニウムの導電率は銅の導電率の約2/3(純銅を100%IACSの基準とした場合、純アルミニウムは約66%IACS)であり、アルミニウム線材に、銅線材と同じ電流を流すためには、アルミニウム線材の断面積を、銅線材の断面積の約1.5倍と大きくする必要があるが、そのように断面積を大きくしたアルミニウム線材を用いたとしても、アルミニウム線材の質量は、銅線材の質量の半分程度であることから、アルミニウム線材を使用することは、軽量化の観点から有利である。 On the other hand, as a power line or signal line in various fields such as automobiles and industrial equipment, an electric wire made of a core wire made of one or a plurality of wires and an insulation coating which covers the core wire is used. As a material of the wire which comprises a core wire, although a copper or copper alloy is usually used from a viewpoint of an electrical property, aluminum or an aluminum alloy is proposed from a viewpoint of weight reduction in recent years. For example, the specific gravity of aluminum is about 1/3 of the specific gravity of copper, and the conductivity of aluminum is about 2/3 of that of copper (based on 100% IACS for pure copper, about 66% IACS for pure aluminum) There is a need to increase the cross-sectional area of the aluminum wire to about 1.5 times the cross-sectional area of the copper wire in order to flow the same current as the copper wire to the aluminum wire. Even if the aluminum wire is used, since the mass of the aluminum wire is about half of the mass of the copper wire, using the aluminum wire is advantageous from the viewpoint of weight reduction.
また、自動車、産業機器等の高性能化・高機能化が進められており、これに伴い、各種電気機器、制御機器などの配設数が増加するとともに、これら機器に使用される電気配線体の配線数と芯線からの発熱も増加する傾向にある。そこで、絶縁被覆による絶縁性を損なうことなく、電線の放熱特性を向上させることが要求されている。また、その一方で、環境対応のために自動車等の移動体の燃費を向上させるため、線材の軽量化も要求されている。 In addition, with the advancement of performance and functionality of automobiles, industrial equipment, etc., along with this, the number of installation of various electrical equipments, control equipments, etc. increases, and electric wiring bodies used for these equipments The number of wires and heat generation from the core tend to increase. Therefore, it is required to improve the heat radiation characteristics of the electric wire without impairing the insulation property by the insulation coating. On the other hand, in order to improve the fuel consumption of moving bodies such as automobiles for environmental protection, weight reduction of the wire is also required.
本発明は、銅やアルミニウム等からなる線材に匹敵する優れた導電性を有しつつ、高温時にも剥離の発生を抑制し、優れた耐屈曲性を実現することができるカーボンナノチューブ被覆電線及びコイル、並びに被覆電線を提供することを目的とする。 The present invention is a carbon nanotube coated electric wire and coil capable of achieving excellent bending resistance while suppressing the occurrence of peeling even at high temperature while having excellent conductivity comparable to a wire made of copper, aluminum or the like. And coated wires are intended to be provided.
上記目的を達成するために、本発明のカーボンナノチューブ被覆電線は、複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の複数が撚り合わされてなるカーボンナノチューブ線材と、該カーボンナノチューブ線材を被覆する絶縁被覆層と、を備え、前記カーボンナノチューブ線材の熱膨張率が0/K以下であり、かつ、前記絶縁被覆層の熱膨張率が5×10−6/K以上である。 In order to achieve the above object, a carbon nanotube coated electric wire of the present invention comprises a carbon nanotube wire comprising a plurality of carbon nanotube aggregates composed of a plurality of carbon nanotubes twisted together, and an insulation coating for covering the carbon nanotube wire. A layer, the thermal expansion coefficient of the carbon nanotube wire is 0 / K or less, and the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer is 5 × 10 −6 / K or more.
前記カーボンナノチューブ線材の熱膨張率が0/K以下であり、かつ、前記絶縁被覆層の熱膨張率が25×10−6/K以上であるのが好ましい。 It is preferable that the thermal expansion coefficient of the said carbon nanotube wire is 0 / K or less, and the thermal expansion coefficient of the said insulation coating layer is 25 * 10 < -6 > / K or more.
前記カーボンナノチューブ線材の撚り数が20T/m以上1500T/m以下であるのが好ましい。 The number of twists of the carbon nanotube wire is preferably 20 T / m or more and 1500 T / m or less.
また、前記絶縁被覆層の熱膨張率が、400×10−6/K以下であるのが好ましい。 Moreover, it is preferable that the thermal expansion coefficient of the said insulation coating layer is 400 * 10 < -6 > / K or less.
複数の前記カーボンナノチューブ集合体の配向性を示す小角X線散乱によるアジマスプロットにおけるアジマス角の半値幅Δθが60°以下であるのが好ましい。 The half width Δθ of the azimuth angle in an azimuth plot by small angle X-ray scattering showing the orientation of the plurality of carbon nanotube aggregates is preferably 60 ° or less.
また、複数の前記カーボンナノチューブの密度を示すX線散乱による散乱強度の(10)ピークにおけるピークトップのq値が2.0nm−1以上5.0nm−1以下であり、且つ半値幅Δqが0.1nm−1以上2.0nm−1以下であるのが好ましい。 Further, it is more the (10) of the scattering intensity by X-ray scattering shows a density of the carbon nanotubes q value of the peak top in the peak 2.0 nm -1 or 5.0 nm -1 or less, and the half-value width Δq 0 .1nm is preferably not -1 to 2.0 nm -1 or less.
前記カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積に対する前記絶縁被覆層の径方向の断面積の比率が、0.01以上1.5以下であるのが好ましい。 The ratio of the cross-sectional area in the radial direction of the insulating covering layer to the cross-sectional area in the radial direction of the carbon nanotube wire is preferably 0.01 or more and 1.5 or less.
前記カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積が、0.001mm2以上20mm2以下であるのが好ましい。 The cross-sectional area in the radial direction of the carbon nanotube wire is preferably 0.001 mm 2 or more and 20 mm 2 or less.
また、前記絶縁被覆層は、他のカーボンナノチューブを含有していてもよい。 Further, the insulating covering layer may contain other carbon nanotubes.
前記絶縁被覆層は、前記カーボンナノチューブ線材の外周に形成された第1絶縁被覆層と、前記第1絶縁被覆層の外周に形成された第2絶縁被覆層とを有し、前記第2絶縁被覆層に含有された他のカーボンナノチューブの含有量が、前記第1絶縁被覆層に含有された他のカーボンナノチューブの含有量よりも小さいのが好ましい。 The insulating covering layer has a first insulating covering layer formed on the outer periphery of the carbon nanotube wire, and a second insulating covering layer formed on the outer periphery of the first insulating covering layer, and the second insulating covering layer The content of the other carbon nanotubes contained in the layer is preferably smaller than the content of the other carbon nanotubes contained in the first insulating covering layer.
また、本発明のコイルは、前記カーボンナノチューブ被覆電線を巻回することにより形成されるのが好ましい。 Moreover, it is preferable that the coil of this invention is formed by winding the said carbon nanotube coated electric wire.
さらに、本発明の被覆電線は、導体と、該導体を被覆する絶縁被覆層とを備え、前記導体の熱膨張率が0/K以下であり、前記絶縁被覆層の熱膨張率が5×10−6/K以上である。 Furthermore, the coated electric wire of the present invention comprises a conductor and an insulating covering layer covering the conductor, the thermal expansion coefficient of the conductor is 0 / K or less, and the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer is 5 × 10 -6 / K or more.
芯線としてカーボンナノチューブを使用したカーボンナノチューブ線材は、金属製の芯線とは異なり、熱伝導に異方性があり、径方向と比較して長手方向に優先的に熱が伝導する。すなわち、カーボンナノチューブ線材には、放熱特性に異方性があるため、金属製の芯線と比較して優れた放熱性を備えている。そのため、カーボンナノチューブを使用した芯線を被覆する絶縁被覆層の設計は、金属製の芯線を被覆する絶縁被覆層とは異なる設計とすることが必要になる。本発明によれば、カーボンナノチューブ線材の熱膨張率が0/K以下であり、かつ、前記絶縁被覆層の熱膨張率が5×10−6/K以上であるので、許容電流値を超える電流が流れる等の使用環境に因ってカーボンナノチューブ線材の温度が高温となった場合に前記カーボンナノチューブ線材が収縮した場合であっても、前記絶縁被覆層がカーボンナノチューブ線材の収縮に追従して膨張することで、撚り線からなるカーボンナノチューブ線材から絶縁被覆層が剥離するのを抑制することができ、優れた耐屈曲性を実現することができる。また、銅やアルミニウムなどの金属被覆電線と比較して軽量化を実現することができる。 Unlike a metal core wire, a carbon nanotube wire using a carbon nanotube as a core wire is anisotropic in thermal conduction, and heat is preferentially conducted in the longitudinal direction as compared with the radial direction. That is, since the carbon nanotube wire has anisotropic heat dissipation characteristics, it has excellent heat dissipation as compared to a metal core wire. Therefore, the design of the insulating covering layer covering the core wire using carbon nanotubes needs to be designed differently from the insulating covering layer covering the metallic core wire. According to the present invention, since the thermal expansion coefficient of the carbon nanotube wire is 0 / K or less, and the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer is 5 × 10 −6 / K or more, the current exceeding the allowable current value Even if the carbon nanotube wire shrinks when the temperature of the carbon nanotube wire becomes high due to the use environment such as the flow of water, the insulation coating layer follows the shrinkage of the carbon nanotube wire and expands. By doing this, peeling of the insulating coating layer from the carbon nanotube wire made of a stranded wire can be suppressed, and excellent bending resistance can be realized. In addition, weight reduction can be realized as compared to metal-coated wires such as copper and aluminum.
また、カーボンナノチューブ線材の撚り数が20T/m以上1500T/m以下であることにより、カーボンナノチューブ線材と絶縁被覆層との間の剥離を抑制することができる。 Moreover, the peeling between a carbon nanotube wire and an insulation coating layer can be suppressed because the twist number of a carbon nanotube wire is 20 T / m or more and 1500 T / m or less.
また、絶縁被覆層の熱膨張率が、400×10−6/K以下であることにより、温度変化による体積の増減が小さい。そのため、カーボンナノチューブ被覆電線を溝に合わせて配線する際に、溝からずれにくい。また、カーボンナノチューブ被覆電線をコイルに用いる場合、コイルの緩みが生じにくい。 In addition, when the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer is 400 × 10 −6 / K or less, the increase or decrease in volume due to the temperature change is small. Therefore, when wiring a carbon nanotube coated electric wire according to a groove, it is hard to shift from a groove. In addition, when a carbon nanotube coated electric wire is used for a coil, it is difficult for the coil to loosen.
また、カーボンナノチューブ線材におけるカーボンナノチューブ集合体の、小角X線散乱によるアジマスプロットにおけるアジマス角の半値幅Δθが60°以下であることにより、カーボンナノチューブ線材においてカーボンナノチューブ集合体が高い配向性を有するので、カーボンナノチューブ線材で発生した熱が絶縁被覆層に伝導し難くなり、放熱特性が向上する。 In addition, the carbon nanotube aggregate in the carbon nanotube wire has high orientation because the half width Δθ of the azimuth angle in the azimuth plot by small angle X-ray scattering of the carbon nanotube aggregate in the carbon nanotube wire is 60 ° or less. The heat generated by the carbon nanotube wire is less likely to be conducted to the insulating coating layer, and the heat dissipation characteristics are improved.
また、配列したカーボンナノチューブのX線散乱による散乱強度の(10)ピークにおけるピークトップのq値が2.0nm−1以上5.0nm−1以下であり、且つ半値幅Δqが0.1nm−1以上2.0nm−1以下であることにより、カーボンナノチューブが高密度で存在しうるので、カーボンナノチューブ線材で発生した熱が絶縁被覆層に更に伝導し難くなり、放熱特性が向上する。 Further, q values of the peak top in (10) the peak of scattering intensity by X-ray scattering of aligned carbon nanotubes is at 2.0 nm -1 or 5.0 nm -1 or less, and the half-value width Δq is 0.1 nm -1 When the thickness is 2.0 nm −1 or less, carbon nanotubes can be present at a high density, and thus the heat generated by the carbon nanotube wire becomes more difficult to conduct to the insulating coating layer, and the heat dissipation characteristics are improved.
更に、カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積に対する絶縁被覆層の径方向の断面積の比率が、0.01以上1.5以下であることにより、偏肉し易い薄肉の絶縁被覆層が形成される場合にも、絶縁性を損なわずに、更なる軽量化を実現することができる。 Furthermore, when the ratio of the cross-sectional area in the radial direction of the insulating coating layer to the cross-sectional area in the radial direction of the carbon nanotube wire is 0.01 or more and 1.5 or less, a thin insulating coating layer is easily formed. In such cases, further weight reduction can be realized without losing the insulation.
更に、絶縁被覆層は、他のカーボンナノチューブを含有するので、絶縁被覆層に充填材としてのCNTを含有しない場合と比較して、絶縁被覆層の熱伝導性が高くなり、カーボンナノチューブ線材が高温になったときの絶縁被覆層の熱膨張の応答性を早くすることができ、剥離の発生を更に抑制することができる。 Furthermore, since the insulating covering layer contains other carbon nanotubes, the thermal conductivity of the insulating covering layer is higher than in the case where the insulating covering layer does not contain CNT as a filler, and the carbon nanotube wire has a high temperature. It is possible to accelerate the response of the thermal expansion of the insulating covering layer when it is reached, and to further suppress the occurrence of peeling.
更に、絶縁被覆層を構成する第2絶縁被覆層に含有された他のカーボンナノチューブの含有量が、第1絶縁被覆層に含有された他のカーボンナノチューブの含有量よりも小さいので、剥離の発生を抑制しつつ、更なる軽量化を実現することができる。 Furthermore, since the content of other carbon nanotubes contained in the second insulating covering layer constituting the insulating covering layer is smaller than the content of other carbon nanotubes contained in the first insulating covering layer, the occurrence of peeling occurs. Weight reduction can be realized while suppressing the
以下、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ被覆電線を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a carbon nanotube coated electric wire according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[カーボンナノチューブ被覆電線の構成]
図1に示すように、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ被覆電線(以下、「CNT被覆電線」ということがある。)1は、カーボンナノチューブ線材(以下、「CNT線材」ということがある。)10の外周面に絶縁被覆層21が被覆された構成となっている。すなわち、CNT線材10の長手方向に沿って絶縁被覆層21が被覆されている。CNT被覆電線1では、CNT線材10の外周面全体が、絶縁被覆層21によって被覆されている。また、CNT被覆電線1では、絶縁被覆層21はCNT線材10の外周面と直接接した態様となっている。図1では、CNT線材10は、1本のCNT線材10からなる素線(単線)となっているが、CNT線材10は、複数本のCNT線材10を撚り合わせた撚り線の状態でもよい。CNT線材10を撚り線の形態とすることで、CNT線材10の円相当直径や断面積を適宜調節することができる。
[Composition of carbon nanotube coated wire]
As shown in FIG. 1, a carbon nanotube coated electric wire (hereinafter sometimes referred to as "CNT coated electric wire") 1 according to an embodiment of the present invention is sometimes referred to as a carbon nanotube wire (hereinafter referred to as a "CNT wire"). The outer peripheral surface of 10) 10 is covered with the insulating covering layer 21. That is, the insulating coating layer 21 is coated along the longitudinal direction of the CNT wire 10. In the CNT-coated electric wire 1, the entire outer peripheral surface of the CNT wire 10 is covered with the insulating covering layer 21. Further, in the CNT-coated electric wire 1, the insulating covering layer 21 is in an aspect in direct contact with the outer peripheral surface of the CNT wire 10. In FIG. 1, the CNT wire 10 is a strand (single wire) formed of one CNT wire 10. However, the CNT wire 10 may be in the form of a stranded wire obtained by twisting a plurality of CNT wires 10. By setting the CNT wire 10 in the form of a stranded wire, the equivalent circle diameter and the cross-sectional area of the CNT wire 10 can be appropriately adjusted.
図2に示すように、CNT線材10は、1層以上の層構造を有する複数のCNT11a,11a,・・・で構成されるカーボンナノチューブ集合体(以下、「CNT集合体」ということがある。)11の単数から、または複数が束ねられて形成されている。ここで、CNT線材とはCNTの割合が90質量%以上のCNT線材を意味する。なお、CNT線材におけるCNT割合の算定においては、メッキとドーパントは除く。CNT集合体11は、線状となっており、CNT線材10における複数のCNT集合体11,11,・・・は、その長軸方向がほぼ揃って配されている。従って、CNT線材10における複数のCNT集合体11,11,・・・は、配向している。撚り線であるCNT線材10の円相当直径は、特に限定されないが、例えば、0.1mm以上15mm以下である。 As shown in FIG. 2, the CNT wire 10 is sometimes referred to as a carbon nanotube assembly (hereinafter referred to as "CNT assembly") composed of a plurality of CNTs 11a, 11a, ... having a layer structure of one or more layers. 11) It is formed by bundling one or more of eleven. Here, the CNT wire means a CNT wire having a ratio of CNT of 90% by mass or more. In addition, plating and the dopant are excluded in calculation of the CNT ratio in a CNT wire. The CNT assembly 11 has a linear shape, and the plurality of CNT assemblies 11, 11, ... in the CNT wire 10 are arranged substantially in the long axis direction. Therefore, the plurality of CNT aggregates 11, 11, ... in the CNT wire 10 are oriented. Although the equivalent circle diameter of the CNT wire 10 which is a strand wire is not specifically limited, For example, they are 0.1 mm or more and 15 mm or less.
CNT線材10の熱膨張率は、0/K以下であり、好ましくは−10×10−6/K〜0/Kである。また、CNT線材10が甘撚りである場合、CNT線材10の熱膨張率は、例えば、−10×10−6/K〜0/Kであり、CNT線材10が強撚りである場合、CNT線材10の熱膨張率は、例えば−5×10−6/K〜0/Kである。 The coefficient of thermal expansion of the CNT wire 10 is 0 / K or less, preferably −10 × 10 −6 / K to 0 / K. Moreover, when the CNT wire 10 is sweet-twisted, the thermal expansion coefficient of the CNT wire 10 is, for example, −10 × 10 −6 / K to 0 / K, and when the CNT wire 10 is strongly-twisted, the CNT wire The coefficient of thermal expansion of 10 is, for example, −5 × 10 −6 / K to 0 / K.
CNT集合体11は、1層以上の層構造を有するCNT11aの束である。CNT11aの長手方向が、CNT集合体11の長手方向を形成している。CNT集合体11における複数のCNT11a,11a、・・・は、その長軸方向がほぼ揃って配されている。従って、CNT集合体11における複数のCNT11a,11a、・・・は、配向している。CNT集合体11の円相当直径は、例えば、20nm以上1000nm以下であり、より典型的には、20nm以上80nm以下である。CNT11aの最外層の幅寸法は、例えば、1.0nm以上5.0nm以下である。 The CNT assembly 11 is a bundle of CNTs 11 a having a layer structure of one or more layers. The longitudinal direction of the CNTs 11 a forms the longitudinal direction of the CNT assembly 11. The plurality of CNTs 11a, 11a,... In the CNT assembly 11 are arranged substantially in the same longitudinal direction. Therefore, the plurality of CNTs 11a, 11a,... In the CNT assembly 11 are oriented. The equivalent circle diameter of the CNT assembly 11 is, for example, 20 nm or more and 1000 nm or less, and more typically 20 nm or more and 80 nm or less. The width dimension of the outermost layer of the CNTs 11 a is, for example, 1.0 nm or more and 5.0 nm or less.
CNT集合体11を構成するCNT11aは、単層構造又は多層構造を有する筒状体であり、それぞれ、SWNT(single-walled nanotube)、MWNT(multi-walled nanotube)と呼ばれる。図2では、便宜上、2層構造を有するCNT11aのみを記載しているが、CNT集合体11には、3層構造以上の層構造を有するCNTや単層構造の層構造を有するCNTも含まれていてもよく、3層構造以上の層構造を有するCNTまたは単層構造の層構造を有するCNTから形成されていてもよい。 The CNTs 11a constituting the CNT assembly 11 are cylindrical bodies having a single layer structure or a multilayer structure, and are respectively called SWNT (single-walled nanotubes) and MWNT (multi-walled nanotubes). In FIG. 2, for convenience, only the CNTs 11 a having a two-layer structure are described, but the CNT aggregate 11 includes CNTs having a three-layer structure or more and a CNT having a single-layer structure. It may be formed of CNT having a layer structure of three or more layer structure or CNT having a layer structure of single layer structure.
2層構造を有するCNT11aでは、六角形格子の網目構造を有する2つの筒状体T1、T2が略同軸で配された3次元網目構造体となっており、DWNT(Double-walled nanotube)と呼ばれる。構成単位である六角形格子は、その頂点に炭素原子が配された六員環であり、他の六員環と隣接してこれらが連続的に結合している。 The CNT 11a having a two-layer structure is a three-dimensional network structure in which two cylindrical bodies T1 and T2 having a network structure of a hexagonal lattice are arranged substantially coaxially, and is called DWNT (Double-walled nanotube) . The hexagonal lattice, which is a structural unit, is a six-membered ring having a carbon atom at its apex, and adjacent to another six-membered ring, these are continuously bonded.
CNT11aの性質は、上記筒状体のカイラリティ(chirality)に依存する。カイラリティは、アームチェア型、ジグザグ型、及びカイラル型に大別され、アームチェア型は金属性、ジグザグ型は半導体性および半金属性、カイラル型は半導体性および半金属性の挙動を示す。従って、CNT11aの導電性は、筒状体がいずれのカイラリティを有するかによって大きく異なる。CNT被覆電線1のCNT線材10を構成するCNT集合体11では、導電性をさらに向上させる点から、金属性の挙動を示すアームチェア型のCNT11aの割合を増大させることが好ましい。 The properties of the CNTs 11a depend on the chirality of the above-mentioned cylindrical body. The chirality is roughly classified into an armchair type, a zigzag type, and a chiral type. The armchair type is metallic, the zigzag type is semiconductive and semimetallic, and the chiral type is semiconductive and semimetallic. Therefore, the conductivity of the CNTs 11a largely differs depending on which chirality the tubular body has. In the CNT aggregate 11 constituting the CNT wire 10 of the CNT-coated electric wire 1, it is preferable to increase the proportion of armchair-type CNTs 11a exhibiting metallic behavior, in order to further improve the conductivity.
一方で、半導体性の挙動を示すカイラル型のCNT11aに電子供与性もしくは電子受容性を持つ物質(異種元素)をドープすることにより、カイラル型のCNT11aが金属的挙動を示すことが分かっている。また、一般的な金属では、異種元素をドープすることによって金属内部での伝導電子の散乱が起こって導電性が低下するが、これと同様に、金属性の挙動を示すCNT11aに異種元素をドープした場合には、導電性の低下を引き起こす。 On the other hand, it is known that the chiral CNTs 11a exhibit metallic behavior by doping the chiral CNTs 11a exhibiting a semiconducting behavior with a material having an electron donating property or an electron accepting property (different element). In addition, in general metals, the doping of different elements causes scattering of conduction electrons inside the metal to lower the conductivity, but similar to this, the CNT 11a showing metallic behavior is doped with different elements. If it does, it causes a decrease in conductivity.
このように、金属性の挙動を示すCNT11a及び半導体性の挙動を示すCNT11aへのドーピング効果は、導電性の観点からはトレードオフの関係にあることから、理論的には金属性の挙動を示すCNT11aと半導体性の挙動を示すCNT11aとを別個に作製し、半導体性の挙動を示すCNT11aにのみドーピング処理を施した後、これらを組み合わせることが望ましい。しかし、現状の製法技術では、金属性の挙動を示すCNT11aと半導体性の挙動を示すCNT11aとを選択的に作り分けることは困難であり、金属性の挙動を示すCNT11aと半導体性の挙動を示すCNT11aが混在した状態で作製される。このため、金属性の挙動を示すCNT11aと半導体性の挙動を示すCNT11aの混合物からなるCNT線材10の導電性をさらに向上させるために、異種元素・分子によるドーピング処理が効果的となるCNT11aの層構造を選択することが好ましい。 Thus, the doping effects on the CNTs 11a showing the behavior of the metal and the CNTs 11a showing the behavior of the semiconductivity are in a trade-off relationship from the viewpoint of the conductivity, and thus the behavior of the metal theoretically appears. It is desirable that the CNTs 11a and the CNTs 11a exhibiting the behavior of the semiconductor property are separately manufactured, and the doping process is performed only on the CNTs 11a exhibiting the behavior of the semiconductor property, and then these are combined. However, it is difficult to selectively make the CNT 11a showing metallic behavior and the CNT 11a showing semiconducting behavior selectively with the current manufacturing technology, and exhibits the behavior of the semiconducting and CNT 11a showing metallic behavior It is produced in a state in which the CNTs 11a are mixed. Therefore, in order to further improve the conductivity of the CNT wire 10 composed of a mixture of CNTs 11a exhibiting metallic behavior and CNTs 11a exhibiting semiconducting behavior, a layer of CNTs 11a in which doping treatment with different elements and molecules is effective It is preferred to select the structure.
例えば、2層構造又は3層構造のような層数が少ないCNTは、それより層数の多いCNTよりも比較的導電性が高く、ドーピング処理を施した際には、2層構造又は3層構造を有するCNTでのドーピング効果が最も高い。従って、CNT線材10の導電性をさらに向上させる点から、2層構造又は3層構造を有するCNTの割合を増大させることが好ましい。具体的には、CNT全体に対する2層構造又は3層構造をもつCNTの割合が50個数%以上が好ましく、75個数%以上がより好ましい。2層構造又は3層構造をもつCNTの割合は、CNT集合体11の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察及び解析し、50個〜200個の範囲内の所定数の任意のCNTを選択し、それぞれのCNTの層数を測定することで算出することができる。 For example, a CNT having a smaller number of layers, such as a two-layer structure or a three-layer structure, is relatively more conductive than a CNT having a larger number of layers, and when doped, the two-layer structure or three layers The doping effect in the structured CNT is the highest. Therefore, in order to further improve the conductivity of the CNT wire 10, it is preferable to increase the proportion of CNTs having a two-layer structure or a three-layer structure. Specifically, the ratio of CNTs having a two-layer structure or a three-layer structure to the entire CNTs is preferably 50 number% or more, and more preferably 75 number% or more. The proportion of CNTs having a two-layer structure or a three-layer structure can be determined by observing and analyzing the cross section of the CNT assembly 11 with a transmission electron microscope (TEM) and measuring a predetermined number of arbitrary CNTs within the range of 50 to 200. It can be calculated by selecting and measuring the number of layers of each CNT.
次に、CNT線材10におけるCNT11a及びCNT集合体11の配向性について説明する。 Next, the orientation of the CNTs 11 a and the CNT aggregate 11 in the CNT wire 10 will be described.
図3(a)は、小角X線散乱(SAXS)による複数のCNT集合体11,11,・・・の散乱ベクトルqの二次元散乱像の一例を示す図であり、図3(b)は、二次元散乱像において、透過X線の位置を原点とする任意の散乱ベクトルqの方位角−散乱強度の関係を示すアジマスプロットの一例を示すグラフである。 Fig.3 (a) is a figure which shows an example of the two-dimensional scattering image of the scattering vector q of several CNT assembly 11,11, ... by small angle X ray scattering (SAXS), and FIG.3 (b) is shown. It is a graph which shows an example of the azimuth plot which shows the relationship of the azimuth angle-scattering intensity of arbitrary scattering vectors q which make the position of transmission X ray an origin in a two-dimensional scattering image.
SAXSは、数nm〜数十nmの大きさの構造等を評価するのに適している。例えば、SAXSを用いて、以下の方法でX線散乱画像の情報を分析することで、外径が数nmであるCNT11aの配向性及び外径が数十nmであるCNT集合体11の配向性を評価することができる。例えば、CNT線材10についてX線散乱像を分析すると、図3(a)に示すように、CNT集合体11の散乱ベクトルq(q=2π/d、dは格子面間隔)のx成分であるqxよりも、y成分であるqyの方が狭く分布している。また、図3(a)と同じCNT線材10について、SAXSのアジマスプロットを分析した結果、図3(b)に示すアジマスプロットにおけるアジマス角の半値幅Δθは、48°である。これらの分析結果から、CNT線材10において、複数のCNT11a,11a・・・及び複数のCNT集合体11,11,・・・が良好な配向性を有しているといえる。このように、複数のCNT11a,11a・・・及び複数のCNT集合体11,11,・・・が良好な配向性を有しているので、CNT線材10の熱は、CNT11aやCNT集合体11の長手方向に沿って円滑に伝達して行きながら放熱されやすくなる。従って、CNT線材10は、上記CNT11a及びCNT集合体11の配向性を調節することで、放熱ルートを長手方向、径の断面方向にわたり調節できるので、金属製の芯線と比較して優れた放熱特性を発揮する。なお、配向性とは、CNTを撚り集めて作製した撚り線の長手方向へのベクトルVに対する内部のCNT及びCNT集合体のベクトルの角度差のことを指す。 SAXS is suitable for evaluating a structure having a size of several nm to several tens of nm. For example, the orientation of the CNT 11a having an outer diameter of several nm and the orientation of the CNT aggregate 11 having an outer diameter of several tens nm by analyzing the information of the X-ray scattering image by the following method using SAXS Can be evaluated. For example, when an X-ray scattering image of the CNT wire 10 is analyzed, as shown in FIG. 3A, the x component of the scattering vector q (q = 2π / d, d is the lattice spacing) of the CNT assembly 11 The distribution of qy, which is the y component, is narrower than qx. Moreover, as a result of analyzing the azimuth plot of SAXS about the same CNT wire 10 as FIG. 3 (a), half value width (DELTA) (theta) of the azimuth angle in the azimuth plot shown in FIG.3 (b) is 48 degrees. From these analysis results, in the CNT wire 10, it can be said that the plurality of CNTs 11a, 11a,... And the plurality of CNT aggregates 11, 11,. As described above, since the plurality of CNTs 11a, 11a,... And the plurality of CNT aggregates 11, 11,. It is easy to be dissipated while transmitting smoothly along the longitudinal direction of the. Therefore, the CNT wire 10 can adjust the heat radiation route in the longitudinal direction and the cross-sectional direction of the diameter by adjusting the orientation of the CNTs 11 a and the CNT aggregate 11, and therefore, the heat radiation characteristics superior to the metal core wire. Demonstrate. In addition, orientation refers to the angle difference of the vector of the CNT and the CNT assembly inside with respect to the vector V in the longitudinal direction of the stranded wire produced by twist-collecting CNTs.
複数のCNT集合体11,11,・・・の配向性を示す小角X線散乱(SAXS)のアジマスプロットにおけるアジマス角の半値幅Δθにより示される一定以上の配向性を得ることで、CNT線材10の放熱特性をより向上させる点から、アジマス角の半値幅Δθは60°以下が好ましく、50°以下が特に好ましい。 The CNT wire 10 is obtained by obtaining an orientation of at least a half value width Δθ of an azimuth angle in an azimuth plot of small angle X-ray scattering (SAXS) indicating the orientation of a plurality of CNT assemblies 11, 11,. The half width Δθ of the azimuth angle is preferably 60 ° or less, and particularly preferably 50 ° or less, in order to further improve the heat dissipation characteristics of the above.
次に、CNT集合体11を構成する複数のCNT11aの配列構造及び密度について説明する。 Next, the arrangement structure and the density of the plurality of CNTs 11 a constituting the CNT assembly 11 will be described.
図4は、CNT集合体11を構成する複数のCNT11a,11a,・・・のWAXS(広角X線散乱)によるq値−強度の関係を示すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the q value-intensity relationship of the plurality of CNTs 11a, 11a,... Constituting the CNT assembly 11 by WAXS (wide-angle X-ray scattering).
WAXSは、数nm以下の大きさの物質の構造等を評価するのに適している。例えば、WAXSを用いて、以下の方法でX線散乱画像の情報を分析することで、外径が数nm以下であるCNT11aの密度を評価することができる。任意の1つのCNT集合体11について散乱ベクトルqと強度の関係を分析した結果、図4に示すように、q=3.0nm−1〜4.0nm−1付近に見られる(10)ピークのピークトップのq値から見積もられる格子定数の値が測定される。この格子定数の測定値とラマン分光法やTEMなどで観測されるCNT集合体の直径とに基づいて、CNT11a,11a,・・・が平面視で六方最密充填構造を形成していることを確認することができる。従って、CNT線材10内で複数のCNT集合体の直径分布が狭く、複数のCNT11a,11a,・・・が、規則正しく配列、すなわち、高密度を有することで、六方最密充填構造を形成して高密度で存在しているといえる。 WAXS is suitable for evaluating the structure or the like of a substance having a size of several nm or less. For example, by analyzing the information of the X-ray scattering image by the following method using WAXS, it is possible to evaluate the density of the CNTs 11a having an outer diameter of several nm or less. Any one CNT aggregate 11 Analysis of the relationship between the scattering vector q and strength for, as shown in FIG. 4, observed around q = 3.0nm -1 ~4.0nm -1 (10 ) of the peak The value of the lattice constant estimated from the q value at the peak top is measured. Based on the measured values of the lattice constant and the diameter of the CNT aggregate observed by Raman spectroscopy or TEM, it is understood that the CNTs 11a, 11a,... Form a hexagonal close-packed structure in plan view. It can be confirmed. Therefore, the diameter distribution of the plurality of CNT aggregates is narrow in the CNT wire 10, and the plurality of CNTs 11a, 11a,... Form a hexagonal close-packed structure by having a regular arrangement, ie, a high density. It can be said that it exists in high density.
このように、複数のCNT集合体11,11・・・が良好な配向性を有していると共に、更に、CNT集合体11を構成する複数のCNT11a,11a,・・・が規則正しく配列して高密度で配置されているので、CNT線材10の熱は、CNT集合体11の長手方向に沿って円滑に伝達して行きながら放熱されやすくなる。従って、CNT線材10は、上記CNT集合体11とCNT11aの配列構造や密度を調節することで、放熱ルートを長手方向、径の断面方向にわたり調節できるので、金属製の芯線と比較して優れた放熱特性を発揮する。 In this way, the plurality of CNT aggregates 11, 11... Have good orientation, and further, the plurality of CNTs 11a, 11a,. Because they are arranged at high density, the heat of the CNT wire 10 is easily dissipated while being smoothly transmitted along the longitudinal direction of the CNT aggregate 11. Therefore, the CNT wire rod 10 can adjust the heat dissipation route in the longitudinal direction and the cross-sectional direction of the diameter by adjusting the arrangement structure and density of the CNT aggregate 11 and the CNTs 11a, so it is superior to a metal core wire. Demonstrates heat dissipation characteristics.
高密度を得ることで放熱特性をより向上させる点から、複数のCNT11a,11a,・・・の密度を示すX線散乱による強度の(10)ピークにおけるピークトップのq値が2.0nm−1以上5.0nm−1以下であり、且つ半値幅Δq(FWHM)が0.1nm−1以上2.0nm−1以下であることが好ましい。 The peak top q value at the (10) peak of the intensity by X-ray scattering indicating the density of the plurality of CNTs 11a, 11a, ... is 2.0 nm -1 from the viewpoint of further improving the heat dissipation characteristics by obtaining high density. above 5.0 nm -1 or less, and is preferably a half-value width [Delta] q (FWHM) is 0.1 nm -1 or 2.0 nm -1 or less.
CNT集合体11及びCNT11aの配向性、並びにCNT11aの配列構造及び密度は、後述する、乾式紡糸、湿式紡糸、液晶紡糸等の紡糸方法と該紡糸方法の紡糸条件とを適宜選択することで調節することができる。 The orientation of the CNT aggregate 11 and the CNTs 11a, and the arrangement structure and density of the CNTs 11a are adjusted by appropriately selecting the spinning method such as dry spinning, wet spinning, liquid crystal spinning, and spinning conditions of the spinning method described later. be able to.
次に、CNT線材10の外周面を被覆する絶縁被覆層21について説明する。 Next, the insulating covering layer 21 covering the outer peripheral surface of the CNT wire 10 will be described.
絶縁被覆層21の材料としては、芯線として金属を用いた被覆電線の絶縁被覆層に用いる材料を使用することができ、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(熱膨張率:80〜120×10−6/K)、ポリエチレン(熱膨張率:100〜200×10−6/K)、ポリプロピレン(熱膨張率:60〜110×10−6/K)、ポリスチレン(熱膨張率:60〜80×10−6/K)、ポリカーボネート(熱膨張率:50〜60×10−6/K)、ポリアミド(熱膨張率:60〜100×10−6/K)、ポリ塩化ビニル(熱膨張率:50〜170×10−6/K)、ポリウレタン(熱膨張率:100〜200×10−6/K)、ポリメチルメタクリレート(熱膨張率:40〜70×10−6/K)、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂(熱膨張率:60〜130×10−6/K)、アクリル樹脂(:50〜60×10−6/K)等を挙げることができる。熱硬化性樹脂としては、例えばポリイミド(5〜17×10−6/K)、フェノール樹脂(10〜60×10−6/K)等を挙げることができる。これらは、単独で使用してもよく、2種以上を適宜混合して使用してもよい。 As a material of the insulation coating layer 21, the material used for the insulation coating layer of the covered electric wire which used the metal as a core wire can be used, for example, a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be mentioned. As a thermoplastic resin, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) (coefficient of thermal expansion: 80 to 120 × 10 −6 / K), polyethylene (coefficient of thermal expansion: 100 to 200 × 10 −6 / K), polypropylene (polycarbonate) Thermal expansion coefficient: 60 to 110 × 10 −6 / K), polystyrene (thermal expansion coefficient: 60 to 80 × 10 −6 / K), polycarbonate (thermal expansion coefficient: 50 to 60 × 10 −6 / K), polyamide (The coefficient of thermal expansion: 60 to 100 × 10 −6 / K), polyvinyl chloride (the coefficient of thermal expansion: 50 to 170 × 10 −6 / K), the polyurethane (the coefficient of thermal expansion: 100 to 200 × 10 −6 / K ), Polymethyl methacrylate (coefficient of thermal expansion: 40 to 70 × 10 −6 / K), acrylonitrile butadiene styrene resin (coefficient of thermal expansion: 60 to 130 × 10 −6 / K), acrylic resin (: 50 to 50) 60 × 10 −6 / K) and the like. As the thermosetting resin, such as polyimide (5~17 × 10 -6 / K) , can be exemplified phenol resin (10~60 × 10 -6 / K) and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
絶縁被覆層21は、充填材として、CNT線材10のCNTとは異なる他のCNTを含有するのが好ましい。他のCNTとは、CNT線材10を構成するCNTとは異なるCNTであることを指し、他のCNTの性状は、CNT線材を構成するCNTと同じであってもよいし、異なっていてもよい。絶縁被覆層21に含有されるCNTの含有量は、例えば0.01〜1質量%である。絶縁被覆層21がCNTを含有することにより、絶縁被覆層21に充填材としてのCNTを含有しない場合と比較して、絶縁被覆層21の熱伝導性が高くなり、CNT線材が高温になったときの絶縁被覆層の熱膨張の応答性を早くすることができ、剥離の発生を更に抑制することができる。 The insulating covering layer 21 preferably contains other CNTs different from the CNTs of the CNT wire 10 as a filler. The other CNTs refer to CNTs different from the CNTs constituting the CNT wire 10. The properties of the other CNTs may be the same as or different from the CNTs constituting the CNT wire. . The content of CNT contained in the insulating covering layer 21 is, for example, 0.01 to 1% by mass. When the insulating covering layer 21 contains CNTs, the thermal conductivity of the insulating covering layer 21 is higher than that in the case where the insulating covering layer 21 does not contain CNT as a filler, and the CNT wire becomes hot. Responsiveness of thermal expansion of the insulating covering layer at the time can be quickened, and the occurrence of peeling can be further suppressed.
絶縁被覆層21は、図1に示すように、一層としてもよく、これに代えて、二層以上としてもよい。例えば、絶縁被覆層が、CNT線材10の外周に形成された第1絶縁被覆層と、該第1絶縁被覆層の外周に形成された第2絶縁被覆層とを有していてもよい。この場合、第2絶縁被覆層に含有された他のカーボンナノチューブの含有量が、前記第1絶縁被覆層に含有された他のカーボンナノチューブの含有量よりも小さくなるように構成されてもよい。また、必要に応じて、絶縁被覆層21上に、さらに、熱硬化性樹脂の一又は二以上の層が設けられていてもよい。また、上記熱硬化性樹脂が、繊維形状或いは粒子形状を有する充填材を含有していてもよい。 The insulating covering layer 21 may be a single layer as shown in FIG. 1, or alternatively, may be two or more layers. For example, the insulating covering layer may have a first insulating covering layer formed on the outer circumference of the CNT wire 10 and a second insulating covering layer formed on the outer circumference of the first insulating covering layer. In this case, the content of the other carbon nanotubes contained in the second insulating covering layer may be smaller than the content of the other carbon nanotubes contained in the first insulating covering layer. In addition, one or more layers of a thermosetting resin may be further provided on the insulating covering layer 21 as necessary. The thermosetting resin may contain a filler having a fiber shape or a particle shape.
CNT被覆電線1では、CNT線材10の径方向の断面積に対する絶縁被覆層21の径方向の断面積の比率は、0.01以上1.5以下の範囲であることが好ましい。前記断面積の比率が0.01以上1.5以下の範囲であることにより、絶縁被覆層21の厚さを薄肉化できることから、絶縁信頼性を十分に確保すると共に、CNT線材10の熱に対して優れた放熱特性を得ることができる。また、CNT被覆電線1は、CNT線材10が銅やアルミニウム等からなる芯線と比較して軽量であるため、肉厚な絶縁被覆層が形成されていても、銅やアルミニウム等の金属被覆電線と比較して軽量化を実現することができる。 In the CNT-coated electric wire 1, the ratio of the cross-sectional area in the radial direction of the insulating covering layer 21 to the cross-sectional area in the radial direction of the CNT wire 10 is preferably in the range of 0.01 or more and 1.5 or less. When the ratio of the cross-sectional area is in the range of 0.01 or more and 1.5 or less, the thickness of the insulating covering layer 21 can be reduced, so that the insulation reliability can be sufficiently secured and the heat of the CNT wire 10 can be reduced. Thus, excellent heat dissipation characteristics can be obtained. In addition, since the CNT-coated wire 1 is lighter in weight than the core wire made of copper, aluminum or the like, even if a thick insulating covering layer is formed, the CNT-coated wire 1 is a metal-coated wire such as copper or aluminum Weight reduction can be realized in comparison.
また、CNT線材10単独では、長手方向における形状維持が難しい場合があるところ、前記断面積の比率にて絶縁被覆層21がCNT線材10の外周面に被覆されていることにより、CNT被覆電線1は、長手方向における形状を維持することができる。従って、CNT被覆電線1の配索時のハンドリング性を高めることができる。 In addition, in the case where the shape maintenance in the longitudinal direction may be difficult with the CNT wire 10 alone, the insulating covering layer 21 is coated on the outer peripheral surface of the CNT wire 10 at the ratio of the cross sectional area. Can maintain its shape in the longitudinal direction. Therefore, the handling property at the time of wiring of the CNT coated wire 1 can be enhanced.
さらに、CNT線材10は、外周面に微細な凹凸が形成されていることから、アルミニウムや銅の芯線を用いた被覆電線と比較して、CNT線材10と絶縁被覆層21との間の接着性が向上し、CNT線材10と絶縁被覆層21との間の剥離を抑制することができる。 Furthermore, since fine irregularities are formed on the outer peripheral surface of the CNT wire 10, the adhesion between the CNT wire 10 and the insulating coating layer 21 is improved as compared to a coated wire using a core wire of aluminum or copper. Can be improved, and peeling between the CNT wire 10 and the insulating covering layer 21 can be suppressed.
前記断面積の比率は特に限定されないが、絶縁信頼性をさらに向上させる点から、その下限値は0.1が好ましく、0.2が特に好ましい。一方で、前記断面積の比率の上限値は、CNT被覆電線1のさらなる軽量化とCNT線材10の熱に対する放熱特性をさらに向上させる点から1.0が好ましく、0.5がさらに好ましい。 The ratio of the cross-sectional area is not particularly limited, but from the viewpoint of further improving the insulation reliability, the lower limit thereof is preferably 0.1, and particularly preferably 0.2. On the other hand, the upper limit value of the ratio of the cross-sectional area is preferably 1.0 from the viewpoint of further improving the weight saving of the CNT-coated electric wire 1 and the heat dissipation characteristics to the heat of the CNT wire 10.
前記断面積の比率が0.01以上1.5以下の範囲である場合、CNT線材10の径方向の断面積は、例えば、0.001mm2以上20mm2以下が好ましく、0.001mm2以上10mm2以下がさらに好ましく、0.01mm2以上5mm2以下が特に好ましい。また、絶縁被覆層21の径方向の断面積は、例えば、0.001mm2以上30mm2以下が好ましく、0.01mm2以上5mm2以下が特に好ましい。
断面積は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)観察の画像から測定することができる。具体的には、CNT被覆電線1の径方向断面のSEM像(100倍〜10,000倍)を得た後に、CNT線材10の外周で囲われた部分の面積からCNT線材10内部に入り込んだ絶縁被覆層21の材料の面積を差し引いた面積、CNT線材10の外周を被覆する絶縁被覆層21の部分の面積とCNT線材10内部に入り込んだ絶縁被覆層21の材料の面積との合計を、それぞれ、CNT線材10の径方向の断面積、絶縁被覆層21の径方向の断面積とする。絶縁被覆層21の径方向の断面積には、CNT線材10間に入り込んだ樹脂も含む。
If the ratio of the cross-sectional area is in a range of 0.01 to 1.5, the cross-sectional area in the radial direction of the CNT wire 10 is, for example, preferably 0.001 mm 2 or more 20 mm 2 or less, 0.001 mm 2 or more 10mm Two or less are further preferable, and 0.01 mm 2 or more and 5 mm 2 or less are particularly preferable. Further, the cross-sectional area in the radial direction of the insulating cover layer 21 is, for example, preferably 0.001 mm 2 or more 30 mm 2 or less, particularly preferably 0.01 mm 2 or more 5 mm 2 or less.
The cross-sectional area can be measured, for example, from an image of a scanning electron microscope (SEM) observation. Specifically, after obtaining an SEM image (100 times to 10,000 times) of a radial cross section of the CNT-coated wire 1, the CNT wire 10 was penetrated from the area of the portion surrounded by the outer periphery of the CNT wire 10 The sum of the area obtained by subtracting the area of the material of the insulating covering layer 21, the area of the portion of the insulating covering layer 21 covering the outer periphery of the CNT wire 10 and the area of the material of the insulating covering layer 21 intruding inside the CNT wire 10 is The cross-sectional area in the radial direction of the CNT wire 10 and the cross-sectional area in the radial direction of the insulating coating layer 21 are respectively used. The radial cross-sectional area of the insulating covering layer 21 also includes the resin that has entered between the CNT wires 10.
CNT線材10の熱膨張率(熱膨張係数ともいう。)は、従来の芯線として使用されるアルミニウムや銅の熱膨張率よりも小さい。例えば、アルミニウムの室温(293K)における熱膨張率が23.1×10−6/K、227℃(500K)における熱膨張率が26.4×10−6/Kであり、銅の室温における熱膨張率が16.5×10−6/K、227℃における熱膨張率が18.3×10−6/Kである。これに対し、CNT線材10の室温における熱膨張率は、例えば−1.0×10−6/K、227℃における熱膨張率が−0.9/Kである。また、CNT線材10の熱膨張率はCNT線材10の撚り数(T/m:1m当たりの回転数)に依存し、特に、CNT線材10の長手方向の線膨張係数の絶対値は、撚り数が大きい程小さくなる。したがって、CNT被覆電線1では、芯線としてアルミニウムや銅を用いた被覆電線と比較して、絶縁被覆層21の熱膨張率がCNT線材10の熱膨張率よりも過大とならないように、また、CNT線材10の撚り数を考慮して、絶縁被覆層21の材料として適正範囲内の値である熱膨張率を有する材料を使用してもよい。 The coefficient of thermal expansion (also referred to as the coefficient of thermal expansion) of the CNT wire 10 is smaller than the coefficient of thermal expansion of aluminum or copper used as a conventional core wire. For example, the coefficient of thermal expansion of aluminum at room temperature (293 K) is 23.1 × 10 -6 / K, the coefficient of thermal expansion at 227 ° C. (500 K) is 26.4 × 10 -6 / K, and the coefficient of thermal expansion of copper at room temperature The coefficient of expansion is 16.5 × 10 −6 / K, and the coefficient of thermal expansion at 227 ° C. is 18.3 × 10 −6 / K. On the other hand, the coefficient of thermal expansion of the CNT wire 10 at room temperature is, for example, −1.0 × 10 −6 / K, and the coefficient of thermal expansion at 227 ° C. is −0.9 / K. Further, the thermal expansion coefficient of the CNT wire 10 depends on the number of twists (T / m: number of revolutions per meter) of the CNT wire 10. In particular, the absolute value of the linear expansion coefficient in the longitudinal direction of the CNT wire 10 is the number of twists The smaller is the smaller. Therefore, in the CNT-coated electric wire 1, the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer 21 is not larger than the thermal expansion coefficient of the CNT wire 10 as compared with the coated electric wire using aluminum or copper as the core wire. In consideration of the number of twists of the wire 10, a material having a thermal expansion coefficient which is a value within an appropriate range may be used as the material of the insulating covering layer 21.
CNT線材10を撚り線とする場合の撚り数は、特に限定されないが、20T/m以上2000T/m以下であることが好ましく、CNT線材10と絶縁被覆層21との間の剥離を抑制する観点から、20T/m以上1500T/m以下であることがより好ましい。撚り数の上限値は、被覆工程の際に撚り戻しによる線ぶれを防止する点で1000T/mがより好ましく、800T/mがさらに好ましい。また、撚り数の下限値は十分な線の強度を得る点で50T/mがより好ましく、100T/mがさらに好ましい。撚り数が20T/m未満であると、耐屈曲性及びハンドリング性が低下しやすい。一方、撚り数が1500T/mを超えると、CNT線材10が硬くなり、高温時にCNT線材10と絶縁被覆層21との界面に生じる応力が大きくなり、剥離が生じることがある。撚り数が20T/m以上1500T/m以下であると、CNT線材10と絶縁被覆層21との間の剥離を抑制することができる。 The twist number in the case of using the CNT wire 10 as a stranded wire is not particularly limited, but is preferably 20 T / m or more and 2000 T / m or less, and from the viewpoint of suppressing peeling between the CNT wire 10 and the insulating covering layer 21 It is more preferable that it is 20 T / m or more and 1500 T / m or less. The upper limit value of the number of twists is more preferably 1000 T / m, and still more preferably 800 T / m, from the viewpoint of preventing the line sagging due to twisting back in the coating step. Further, the lower limit value of the twist number is more preferably 50 T / m, and further preferably 100 T / m in terms of obtaining sufficient wire strength. When the number of twists is less than 20 T / m, the bending resistance and the handling property tend to be reduced. On the other hand, when the twist number exceeds 1500 T / m, the CNT wire 10 becomes hard, and the stress generated at the interface between the CNT wire 10 and the insulating coating layer 21 at high temperature may increase to cause peeling. The peeling between the CNT wire 10 and the insulation coating layer 21 can be suppressed as the twist number is 20 T / m or more and 1500 T / m or less.
CNT被覆電線1では、CNT線材10の熱膨張率が0/K以下であり、かつ絶縁被覆層21の熱膨張率が、5×10−6/K以上である。CNT線材10の熱膨張率が0/K以下であり、かつ絶縁被覆層21の熱膨張率が5×10−6/K以上であることにより、CNT線材10に過電流が流れてCNT線材10が高温となる場合やCNT被覆電線1が高温環境下に曝された場合でも、CNT線材10と絶縁被覆層21との界面における剥離を抑制することができる。また、上記熱膨張率は、耐屈曲性を向上させる点からCNT線材10の熱膨張率が0/K以下であり、かつ、絶縁被覆層21の熱膨張率が25×10−6/K以上が好ましい。 In the CNT-coated electric wire 1, the thermal expansion coefficient of the CNT wire 10 is 0 / K or less, and the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer 21 is 5 × 10 −6 / K or more. When the thermal expansion coefficient of the CNT wire 10 is 0 / K or less and the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer 21 is 5 × 10 −6 / K or more, an overcurrent flows in the CNT wire 10, and the CNT wire 10 Even when the temperature is high or when the CNT-coated wire 1 is exposed to a high temperature environment, peeling at the interface between the CNT wire 10 and the insulating coating layer 21 can be suppressed. The thermal expansion coefficient of the CNT wire 10 is 0 / K or less from the viewpoint of improving the bending resistance, and the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer 21 is 25 × 10 −6 / K or more. Is preferred.
CNT線材10の熱膨張率は0/K以下であり、好ましくは−10×10−6/K以上0/K以下である。 The coefficient of thermal expansion of the CNT wire 10 is 0 / K or less, preferably −10 × 10 −6 / K or more and 0 / K or less.
絶縁被覆層21の熱膨張率の上限値は、特に限定されないが、高温時においてCNT被覆電線1を繰り返し屈曲させても、CNT線材10に絶縁被覆層21が追従することでCNT線材10から絶縁被覆層21が剥離するのを抑制できる点から400×10−6/Kが好ましく、長期にわたりCNT被覆電線1を屈曲させても、CNT線材10から絶縁被覆層21が剥離するのを防止する点から200×10−6/Kがより好ましい。絶縁被覆層21の熱膨張率が400×10−6/Kを超えると、温度変化による体積の増減が大きくなりやすい。そのため、CNT被覆電線1を溝に合わせて配線する際に、溝からずれる場合がある。また、CNT被覆電線1をコイルに用いる場合、コイルの緩みが生じることがある。一方、絶縁被覆層21の熱膨張率の下限値は、CNT線材10の収縮分以上に絶縁被覆層21が膨張することが剥離抑制の観点で必要であるから5×10−6/Kが好ましく、耐屈曲性を向上させる観点から25×10−6/Kがより好ましい。よって、絶縁被覆層21の熱膨張率は、好ましくは5×10−6/K以上400×10−6/K以下、より好ましくは25×10−6/K以上200×10−6/K以下である。 The upper limit value of the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer 21 is not particularly limited, but the insulating covering layer 21 follows the CNT wire 10 even if the CNT-coated electric wire 1 is repeatedly bent at high temperature. 400 × 10 −6 / K is preferable from the viewpoint of suppressing the peeling of the covering layer 21, and preventing the insulating covering layer 21 from peeling from the CNT wire 10 even if the CNT-coated wire 1 is bent for a long period of time. To 200 × 10 −6 / K is more preferable. When the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer 21 exceeds 400 × 10 −6 / K, the increase and decrease of the volume due to the temperature change tends to be large. Therefore, when wiring the CNT-coated electric wire 1 according to the groove, the groove may be deviated from the groove. In addition, when the CNT-coated wire 1 is used for a coil, the coil may be loosened. On the other hand, the lower limit value of the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer 21 is preferably 5 × 10 −6 / K because the insulating covering layer 21 needs to expand by more than the contraction of the CNT wire 10 from the viewpoint of peeling suppression. Or 25 × 10 −6 / K is more preferable from the viewpoint of improving the bending resistance. Therefore, the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer 21 is preferably 5 × 10 −6 / K or more and 400 × 10 −6 / K or less, more preferably 25 × 10 −6 / K or more and 200 × 10 −6 / K or less It is.
CNT線材10の熱膨張率及び絶縁被覆層21の熱膨張率は、例えば、適当な長さのCNT被覆電線をカッターを用いてCNT線材と絶縁被覆層に分け、それぞれについて、熱機械分析装置(TMA)を用い、例えば−100℃から500℃に5℃/分の速度で昇温及び降温しながら膨張率を計測することで測定することができる。 The thermal expansion coefficient of the CNT wire 10 and the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer 21 are obtained, for example, by using a cutter to divide a CNT-coated electric wire of an appropriate length into a CNT wire and an insulating covering layer. For example, it can be measured by measuring the coefficient of expansion while raising and lowering the temperature from -100 ° C. to 500 ° C. at a rate of 5 ° C./min.
絶縁被覆層21の長手方向に対し直交する方向(すなわち、径方向)の肉厚は、CNT被覆電線1の絶縁性及び耐摩耗性を向上させる点から均一化されていることが好ましい。具体的には、絶縁被覆層21の偏肉率は、絶縁性及び耐摩耗性を向上させる点から50%以上であり、また、これらに加えてハンドリング性を向上させる点から70%以上が好ましい。なお、本明細書中、「偏肉率」とは、CNT被覆電線1の長手方向中心側の任意の1.0mにおいて10cmごとに、径方向断面について、それぞれ、α=(絶縁被覆層21の肉厚の最小値/絶縁被覆層21の肉厚の最大値)×100の値を算出し、各断面にて算出したα値を平均した値を意味する。また、絶縁被覆層21の肉厚は、例えば、CNT線材10を円近似してSEM画像から測定することができる。ここで、長手方向中心側とは、線の長手方向からみて中心に位置する領域をさす。 It is preferable that the thickness in the direction (that is, the radial direction) orthogonal to the longitudinal direction of the insulating covering layer 21 be uniform in terms of improving the insulation properties and the wear resistance of the CNT-coated electric wire 1. Specifically, the uneven thickness ratio of the insulating coating layer 21 is 50% or more from the point of improving the insulating property and the abrasion resistance, and is preferably 70% or more from the point of improving the handling property in addition to these. . In the present specification, “a non-uniform thickness ratio” means α = (insulation covering layer 21) for every 10 cm at any 1.0 m on the center side in the longitudinal direction of the CNT-coated electric wire 1. The value of the minimum value of the thickness / the maximum value of the thickness of the insulating coating layer 21) × 100 is calculated, which means a value obtained by averaging the α values calculated in each cross section. Further, the thickness of the insulating covering layer 21 can be measured, for example, from a SEM image by circular approximation of the CNT wire 10. Here, the longitudinal center side refers to a region located at the center as viewed from the longitudinal direction of the line.
絶縁被覆層21の偏肉率は、例えば、押出被覆にてCNT線材10の外周面に絶縁被覆層21を形成する場合、押出工程時にダイスへ通す際にCNT線材10の長手方向に付与する張力を調整することで向上させることができる。 The uneven thickness ratio of the insulating covering layer 21 is, for example, a tension applied in the longitudinal direction of the CNT wire 10 when passing through the die during the extrusion process when forming the insulating covering layer 21 on the outer peripheral surface of the CNT wire 10 by extrusion coating. Can be improved by adjusting the
[カーボンナノチューブ被覆電線の製造方法]
次に、本発明の実施形態に係るCNT被覆電線1の製造方法例について説明する。CNT被覆電線1は、まず、CNT11aを製造し、得られた複数のCNT11aからCNT線材10を形成し、CNT線材10の外周面に絶縁被覆層21を被覆することで、製造することができる。
[Method of manufacturing carbon nanotube coated wire]
Next, an example of a method of manufacturing the CNT-coated electric wire 1 according to the embodiment of the present invention will be described. The CNT-coated electric wire 1 can be manufactured by first manufacturing the CNTs 11 a, forming the CNT wire 10 from the obtained plurality of CNTs 11 a, and coating the outer circumferential surface of the CNT wire 10 with the insulating covering layer 21.
CNT11aは、浮遊触媒法(特許第5819888号公報)や、基板法(特許第5590603号公報)などの手法で作製することができる。CNT線材10の素線は、例えば、乾式紡糸(特許第5819888号公報、特許第5990202号公報、特許第5350635号公報)、湿式紡糸(特許第5135620号公報、特許第5131571号公報、特許第5288359号公報)、液晶紡糸(特表2014-530964号公報)等で作製することができる。 The CNTs 11a can be manufactured by a method such as a floating catalyst method (Japanese Patent No. 5819888) or a substrate method (Japanese Patent No. 5590603). The wire of the CNT wire 10 is, for example, dry spinning (Japanese Patent No. 5819888, Japanese Patent No. 5990202, Japanese Patent No. 5350635), wet spinning (Japanese Patent No. 5135620, Japanese Patent No. 5131571, Japanese Patent No. 5288359). No. 2), liquid crystal spinning (Japanese Patent Application Publication No. 2014-530964), etc.
このとき、CNT線材10を構成するCNT集合体11の配向性やCNT集合体11を構成するCNT11aの配向性、及び、CNT集合体11やCNT11aの密度は、例えば乾式紡糸、湿式紡糸、液晶紡糸等の紡糸方法と該紡糸方法の紡糸条件とを適宜選択することで調節することができる。 At this time, the orientation of the CNT aggregate 11 constituting the CNT wire 10, the orientation of the CNT 11a constituting the CNT aggregate 11, and the density of the CNT aggregate 11 or CNT 11a are, for example, dry spinning, wet spinning, liquid crystal spinning And the spinning conditions of the spinning method can be selected as appropriate.
上記のようにして得られたCNT線材10の外周面に絶縁被覆層21を被覆する方法は、アルミニウムや銅の芯線に絶縁被覆層を被覆する方法を使用でき、例えば、絶縁被覆層21の原料である熱可塑性樹脂を溶融させ、溶融した熱可塑性樹脂をCNT線材10の周りに押し出して被覆する方法や、或いはCNT線材10の周りに溶融した熱可塑性樹脂を塗布する方法を挙げることができる。 As a method of covering the insulating covering layer 21 on the outer peripheral surface of the CNT wire 10 obtained as described above, a method of covering an insulating covering layer on a core wire of aluminum or copper can be used. For example, a raw material of the insulating covering layer 21 The method of melt | dissolving the thermoplastic resin which is and extruding and covering the fuse | melted thermoplastic resin around the CNT wire 10, or the method of apply | coating the fuse | melted thermoplastic resin around the CNT wire 10 can be mentioned.
本発明の実施形態に係るCNT被覆電線1は、ワイヤハーネス等の一般電線として使用することができ、また、CNT被覆電線1を使用した一般電線からケーブルを作製してもよい。また、CNT被覆電線1を巻回することにより、コイルを作製してもよい。この場合、占積率は60%以上であることが好ましい。 The CNT-coated electric wire 1 according to an embodiment of the present invention can be used as a general electric wire such as a wire harness, and a cable may be produced from a general electric wire using the CNT-coated electric wire 1. Alternatively, the coil may be produced by winding the CNT-coated wire 1. In this case, the space factor is preferably 60% or more.
また、本発明の他の態様として、被覆電線は、導体と、導体を被覆する絶縁被覆層とを備え、導体の熱膨張率が0/K以下であり、絶縁被覆層の熱膨張率が5×10−6/K以上である。すなわち、導体は、熱膨張率が0/K以下であればよく、カーボンナノチューブに限定されない。熱膨張率が0/K以下である材料としては、例えば、アラミド繊維(熱膨張率:−6×10−6/K)、炭素繊維(−1×10−6/K)が挙げられる。また、絶縁被覆層の材料としては、上述したものを使用することができる。導体の熱膨張率が0/K以下であり、かつ、絶縁被覆層の熱膨張率が5×10−6/K以上であるので、導体の温度が高温となって導体が収縮した場合であっても、絶縁被覆層が導体の収縮に追従して膨張することで、導体から絶縁被覆層が剥離するのを抑制することができ、優れた耐屈曲性を実現することができる。 In another aspect of the present invention, the coated electric wire includes a conductor and an insulating covering layer covering the conductor, the thermal expansion coefficient of the conductor is 0 / K or less, and the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer is 5 × 10 -6 / K or more. That is, the conductor may have a thermal expansion coefficient of 0 / K or less, and is not limited to carbon nanotubes. Examples of the material having a coefficient of thermal expansion of 0 / K or less include aramid fibers (coefficient of thermal expansion: -6 × 10 -6 / K) and carbon fibers (-1 × 10 -6 / K). Moreover, as a material of an insulation coating layer, what was mentioned above can be used. Since the thermal expansion coefficient of the conductor is 0 / K or less, and the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer is 5 × 10 −6 / K or more, the temperature of the conductor becomes high and the conductor shrinks. Even when the insulation covering layer expands following the contraction of the conductor, it is possible to suppress peeling of the insulation covering layer from the conductor, and excellent bending resistance can be realized.
次に、本発明の実施例を説明するが、本発明の趣旨を超えない限り、下記実施例に限定されるものではない。 Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following examples as long as the purpose of the present invention is not exceeded.
(実施例1〜21、比較例1〜2について)
CNT線材の製造方法について
先ず、浮遊触媒法で作製したCNTを直接紡糸する乾式紡糸方法(特許第5819888号公報)または湿式紡糸する方法(特許第5135620号公報、特許第5131571号公報、特許第5288359号公報)で表1に示すような断面積を有するCNT線材の素線(単線)を得た。また、所定の円相当直径を有するCNT線材の本数を調節して適宜撚り合わせて、表1に示すような断面積を有する撚り線を得た。
(About Examples 1-21, Comparative Examples 1-2)
First, a dry spinning method (Japanese Patent No. 5819888) for directly spinning CNTs produced by a floating catalyst method or a method for wet spinning (Japanese Patent No. 5135620, Japanese Patent No. 5131571, Japanese Patent No. 5288359) No. 2) obtained a strand (single wire) of a CNT wire having a cross-sectional area as shown in Table 1. Further, the number of CNT wires having a predetermined circle equivalent diameter was adjusted and appropriately twisted to obtain a stranded wire having a cross-sectional area as shown in Table 1.
CNT線材の外周面に絶縁被覆層を被覆する方法について
下記のいずれかの樹脂を用いて、押し出しまたは焼き付けして絶縁被覆層を形成し、以下に示す表1の実施例と比較例で使用するCNT被覆電線を作製した。
Method of Coating Insulating Coating Layer on Outer Peripheral Surface of CNT Wire By extruding or baking any of the following resins, an insulating coating layer is formed, which is used in Examples and Comparative Examples of Table 1 below. A CNT coated wire was produced.
ポリウレタン:東特塗料社製TPU3000EA
ポリイミド:ユニチカ社製Uイミド
ポリプロピレン:日本ポリプロ社製ノバテックPP
Polyurethane: TPU3000EA manufactured by Higashi Tok Paint Co., Ltd.
Polyimide: Unitica U-imide polypropylene: Nippon Polypropylene Corporation Novatec PP
(a)CNT線材の断面積の測定
CNT線材の径方向の断面をイオンミリング装置(日立ハイテクノロジーズ社製IM4000)により切り出した後、走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製SU8020、倍率:100〜10,000倍)で得られたSEM像から、CNT線材の径方向の断面積を測定した。CNT被覆電線の長手方向中心側の任意の1.0mにおいて10cmごとに同様の測定を繰り返し、その平均値をCNT線材の径方向の断面積とした。なお、CNT線材の断面積として、CNT線材内部に入り込んだ樹脂は測定に含めなかった。
(A) Measurement of Cross-Sectional Area of CNT Wire After a radial cross-section of the CNT wire is cut out with an ion milling apparatus (IM 4000 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), a scanning electron microscope (SU 8020 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), magnification: 100-10 The cross-sectional area of the CNT wire in the radial direction was measured from the SEM image obtained in (1,000, 000). The same measurement was repeated every 10 cm at an arbitrary 1.0 m on the center side in the longitudinal direction of the CNT-coated wire, and the average value was taken as the cross-sectional area of the CNT wire in the radial direction. In addition, as a cross-sectional area of a CNT wire, the resin which got in the inside of a CNT wire was not included in measurement.
(b)絶縁被覆層の断面積の測定
CNT線材の径方向の断面をイオンミリング装置(日立ハイテクノロジーズ社製IM4000)により切り出した後、走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製SU8020、倍率:100〜10,000倍)で得られたSEM像から、絶縁被覆層の径方向の断面積を測定した。CNT被覆電線1の長手方向の任意の1.0mにおいて10cmごとに同様の測定を繰り返し、その平均値を絶縁被覆層の径方向の断面積とした。従って、絶縁被覆層の断面積として、CNT線材内部に入り込んだ樹脂も測定に含めた。
(B) Measurement of Cross-Sectional Area of Insulating Coating Layer A radial cross-section of the CNT wire is cut out with an ion milling apparatus (IM 4000 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) and then scanning electron microscope (SU 8020 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, magnification: 100 to The radial cross-sectional area of the insulation coating layer was measured from the SEM image obtained by 10,000 times). The same measurement was repeated every 10 cm at any 1.0 m in the longitudinal direction of the CNT-coated electric wire 1, and the average value was taken as the radial cross-sectional area of the insulating covering layer. Therefore, as the cross-sectional area of the insulating covering layer, the resin which entered into the CNT wire was also included in the measurement.
(c)SAXSによるアジマス角の半値幅Δθの測定
小角X線散乱装置(Aichi Synchrotoron)を用いて小角X線散乱測定を行い、得られたアジマスプロットからアジマス角の半値幅Δθを求めた。
(C) Measurement of Half Angle Width Δθ of Azimuth Angle by SAXS Small angle X-ray scattering measurement was carried out using a small angle X-ray scattering device (Aichi Synchocroton), and the half width Δθ of azimuth angle was determined from the obtained azimuth plot.
(d)WAXSによるピークトップのq値及び半値幅Δqの測定
広角X線散乱装置(Aichi Synchrotoron)を用いて広角X線散乱測定を行い、得られたq値−強度グラフから、強度の(10)ピークにおけるピークトップのq値及び半値幅Δqを求めた。
(D) Measurement of peak top q value and half width Δq by WAXS Wide-angle X-ray scattering measurement was performed using a wide-angle X-ray scattering apparatus (Aichi Synchrotron), and the q value-intensity graph obtained shows that the intensity (10 ) The q value of the peak top at the peak and the half width Δq were determined.
(e)CNT線材の撚り数
CNT線材は、複数の素線を束ねて、一端を固定した状態で、もう一端を所定の回数ひねることで、撚り線とした。撚り数は、ひねった回数(T)を線の長さ(m)で割った値(単位:T/m)で表される。
(E) Number of Twists of CNT Wire The CNT wire is a stranded wire by bundling a plurality of strands and fixing one end, and twisting the other end a predetermined number of times. The twist number is represented by a value (unit: T / m) obtained by dividing the number of twists (T) by the length of the line (m).
(f)熱膨張率の測定
1.0mのCNT被覆電線の長手方向において10cmごとに、20mmのCNT被覆電線サンプルを切り出し、カッターナイフを用いてCNT線材と絶縁被覆層に分けた。それぞれについて、熱機械分析装置(TMA/SS6100、日立ハイテクサイエンス社製)を用いて、窒素ガス中、測定荷重9.8mNで膨張率を測定し、平均の値を求めた。なお温度範囲は−100℃〜500℃とし、昇温速度、降温速度は5℃/分とした。
(F) Measurement of coefficient of thermal expansion A 20 mm CNT-coated wire sample was cut out every 10 cm in the longitudinal direction of a 1.0 m CNT-coated wire, and was separated into a CNT wire and an insulating coating layer using a cutter knife. About each, using a thermomechanical analyzer (TMA / SS 6100, manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.), the coefficient of expansion was measured at a measurement load of 9.8 mN in nitrogen gas, and the average value was determined. The temperature range was −100 ° C. to 500 ° C., and the temperature rising rate and the temperature lowering rate were 5 ° C./min.
CNT被覆電線の上記各測定の結果について、下記表1に示す。なお、熱膨張率の値は室温(25℃)における値である。 The results of the above measurements of the CNT-coated wire are shown in Table 1 below. In addition, the value of a thermal expansion coefficient is a value in room temperature (25 degreeC).
上記のようにして作製したCNT被覆電線について、以下の評価を行った。 The following evaluation was performed about the CNT coated electric wire produced as mentioned above.
(1)耐屈曲性
IEC60227−2に準拠した方法で、100cmのCNT被覆電線に荷重500gfを加えた状態で90度の屈曲を1000回行った。その後、軸方向10cmごとに断面観察を行い、CNT線材と絶縁被覆層との間に剥離があるかどうかを確認した。剥離がないものを良好「〇」、一部剥離したが製品品質として許容できるレベルのものを概ね良好「△」、完全に剥離、CNT線材が断線したものを不良「×」とした。
(1) Flexural resistance A 90-degree bending was performed 1000 times with a load of 500 gf applied to a 100 cm CNT-coated electric wire by a method in accordance with IEC 60227-2. Thereafter, cross-sectional observation was performed every 10 cm in the axial direction, and it was confirmed whether or not there was peeling between the CNT wire and the insulating covering layer. Those with no peeling were regarded as good "〇", those with partial peeling but with acceptable level of product quality were generally regarded as good "△", those with complete peeling, and broken CNT wires as defects "x".
(2)繰り返し電流負荷後の剥離の有無
100cmのCNT被覆電線に、電流密度が2000A/cm2となるように5分間電流を印加した。続いて電流を印加しない状態で0℃で5分間静置した。同様に電流密度が2000A/cm2となるように5分間電流を印加し、0℃で5分間静置するサイクルを合計100サイクル実施した。なお、実施例9のCNT被覆電線については、50サイクル実施し、下記の評価を行った。
続いて、軸方向10cmごとに断面観察を行い、CNT線材と絶縁被覆層との間に剥離があるかどうかを確認した。剥離がないものを良好「〇」、一部剥離したが製品品質として許容できるレベルのものを概ね良好「△」、CNT線材が断線したものを不良「×」とした。
(2) Existence of exfoliation after repeated current load A current was applied for 5 minutes to a current density of 2000 A / cm 2 to a 100 cm CNT-coated wire. Subsequently, it was left to stand at 0 ° C. for 5 minutes in the state where no current was applied. Similarly, a current was applied for 5 minutes so that the current density was 2000 A / cm 2, and a cycle of standing at 0 ° C. for 5 minutes was carried out for a total of 100 cycles. In addition, about the CNT coated electric wire of Example 9, 50 cycles were implemented and the following evaluation was performed.
Subsequently, cross-sectional observation was performed every 10 cm in the axial direction, and it was confirmed whether or not there was peeling between the CNT wire and the insulating coating layer. Those with no peeling were regarded as good "〇", those with partial peeling but with acceptable level of product quality were generally good "「 ", and those with broken CNT wire were regarded as defective" x ".
(3)ハンドリング性
CNT被覆電線を、直径10mmのコアに対して一定速度で手で巻くことにより、幅10mmで5層のコイルを得た。得られたコイルの断面観察から、占積率(占積率(%)=(CNT被覆電線の断面積の和)/(コイル断面積)×100)を求めた。各CNT被覆電線についてコイルを5回作製し、占積率は5回の平均値とした。占積率が70%以上はハンドリング性が非常によいとして「◎」、占積率が50%以上70%未満はハンドリング性がよいとして「○」、占積率が50%未満はハンドリング性がよくないとして「×」とした。
(3) Handling Property A five-layered coil of 10 mm in width was obtained by manually winding a CNT-coated electric wire around a core of 10 mm in diameter at a constant speed. From the cross-sectional observation of the obtained coil, the space factor (space factor (%) = (sum of cross-sectional area of CNT-coated wire) / (coil cross-sectional area) × 100) was determined. A coil was produced 5 times for each CNT-coated wire, and the space factor was an average value of 5 times. A space factor of 70% or more is “◎” as handling is very good, a space factor of 50% or more and less than 70% is a handleability of good “O”, a space factor of less than 50% is handling Not good as "x".
上記評価の結果を、下記表1に示す。 The results of the above evaluation are shown in Table 1 below.
上記表1に示すように、実施例1〜21では、CNT線材の熱膨張率が0/K以下であり、かつ、絶縁被覆層の熱膨張率が5×10−6/K以上であり、耐屈曲性、繰り返し電流負荷後の剥離の有無及びハンドリング性のいずれも、概ね良好以上であった。 As shown in Table 1 above, in Examples 1 to 21, the thermal expansion coefficient of the CNT wire is 0 / K or less, and the thermal expansion coefficient of the insulating coating layer is 5 × 10 −6 / K or more, The flex resistance, the presence or absence of peeling after repeated current load, and the handling property were all generally good or more.
さらに、実施例1〜21では、アジマス角の半値幅Δθは、いずれも60°以下であった。従って、実施例1〜21のCNT線材では、CNT集合体は優れた配向性を有していた。さらに、実施例1〜21では、強度の(10)ピークにおけるピークトップのq値は、いずれも2.0nm−1以上5.0nm−1以下であり、半値幅Δqは、いずれも0.1nm−1以上2.0nm−1以下であった。従って、実施例1〜21のCNT線材では、CNTが高密度で存在していた。 Furthermore, in Examples 1 to 21, the half value width Δθ of the azimuth angle was 60 ° or less. Therefore, in the CNT wire of Examples 1 to 21, the CNT aggregate had excellent orientation. Further, in Examples 1 to 21, q values of the peak top in (10) peak intensity are both at 2.0 nm -1 or 5.0 nm -1 or less, the half width Δq are all 0.1nm -1 or more and 2.0 nm- 1 or less. Therefore, in the CNT wires of Examples 1 to 21, the CNTs were present at a high density.
一方、比較例1では、導体がアルミニウム線であり、導体の熱膨張率が0/K超えであり、耐屈曲性が劣った。また、比較例2では、導体が銅線であり、導体の熱膨張率が0/K超えであり、耐屈曲性が劣った。 On the other hand, in Comparative Example 1, the conductor was an aluminum wire, the thermal expansion coefficient of the conductor was more than 0 / K, and the bending resistance was inferior. In Comparative Example 2, the conductor was a copper wire, the coefficient of thermal expansion of the conductor was more than 0 / K, and the bending resistance was inferior.
1 カーボンナノチューブ被覆電線
10 カーボンナノチューブ線材
11 カーボンナノチューブ集合体
11a カーボンナノチューブ
21 絶縁被覆層
Reference Signs List 1 carbon nanotube-coated electric wire 10 carbon nanotube wire rod 11 carbon nanotube aggregate 11a carbon nanotube 21 insulating coating layer
Claims (12)
前記カーボンナノチューブ線材の熱膨張率が0/K以下であり、かつ、前記絶縁被覆層の熱膨張率が5×10−6/K以上であるカーボンナノチューブ被覆電線。 A carbon nanotube wire formed by twisting together a plurality of carbon nanotube assemblies composed of a plurality of carbon nanotubes, and an insulating covering layer covering the carbon nanotube wire;
The carbon nanotube coated electric wire, wherein the thermal expansion coefficient of the carbon nanotube wire is 0 / K or less, and the thermal expansion coefficient of the insulating covering layer is 5 × 10 −6 / K or more.
前記第2絶縁被覆層に含有された他のカーボンナノチューブの含有量が、前記第1絶縁被覆層に含有された他のカーボンナノチューブの含有量よりも小さい、請求項9記載のカーボンナノチューブ被覆電線。 The insulating covering layer has a first insulating covering layer formed on the outer periphery of the carbon nanotube wire, and a second insulating covering layer formed on the outer periphery of the first insulating cover layer,
The carbon nanotube coated electric wire according to claim 9, wherein the content of the other carbon nanotubes contained in the second insulating covering layer is smaller than the content of the other carbon nanotubes contained in the first insulating covering layer.
前記導体の熱膨張率が0/K以下であり、前記絶縁被覆層の熱膨張率が5×10−6/K以上である被覆電線。 A conductor and an insulating covering layer covering the conductor;
The covered electric wire whose coefficient of thermal expansion of the said conductor is 0 / K or less and whose coefficient of thermal expansion of the said insulation coating layer is 5 * 10 < -6 > / K or more.
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