JP3034027B2 - Composite and method for producing the same - Google Patents

Composite and method for producing the same

Info

Publication number
JP3034027B2
JP3034027B2 JP2511859A JP51185990A JP3034027B2 JP 3034027 B2 JP3034027 B2 JP 3034027B2 JP 2511859 A JP2511859 A JP 2511859A JP 51185990 A JP51185990 A JP 51185990A JP 3034027 B2 JP3034027 B2 JP 3034027B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fibrils
composite
diameter
matrix
fibril
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2511859A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH05503723A (en
Inventor
フリエンド,スチーブン,オウ.
バーバー,ジェームス,ジェイ.
クリーハン,ロバート,ディー.
スナイダー,カール,イー.
Original Assignee
ハイピリオン カタリシス インターナショナル インコーポレイテッド
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=27559898&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3034027(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Priority claimed from US07/386,829 external-priority patent/US5098771A/en
Application filed by ハイピリオン カタリシス インターナショナル インコーポレイテッド filed Critical ハイピリオン カタリシス インターナショナル インコーポレイテッド
Publication of JPH05503723A publication Critical patent/JPH05503723A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3034027B2 publication Critical patent/JP3034027B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C67/00Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • B29C67/24Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00 characterised by the choice of material
    • B29C67/246Moulding high reactive monomers or prepolymers, e.g. by reaction injection moulding [RIM], liquid injection moulding [LIM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06Fibrous reinforcements only
    • B29C70/08Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
    • B29C70/081Combinations of fibres of continuous or substantial length and short fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/58Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising fillers only, e.g. particles, powder, beads, flakes, spheres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/88Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced
    • B29C70/882Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced partly or totally electrically conductive, e.g. for EMI shielding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/025Compositions based on an organic binder
    • F16D69/026Compositions based on an organic binder containing fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2307/00Use of elements other than metals as reinforcement
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0003Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B29K2995/0005Conductive
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/006Materials; Production methods therefor containing fibres or particles
    • F16D2200/0069Materials; Production methods therefor containing fibres or particles being characterised by their size

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、複合体及びその製造方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite and a method for producing the same.

本出願は、本願と同じ譲受け人に譲渡されているスナ
イダー(Snyder)その他による1988年1月28日に出願さ
れた「炭素フィブリル(Carbon Fibrils)」と題する米
国特許出願Serial No.149,573のCIP(参考のためここに
入れてある)である。
This application is based on CIP of US Patent Application Serial No. 149,573, entitled "Carbon Fibrils," filed January 28, 1988, by Snyder et al., Assigned to the same assignee as the present application. (Included here for reference).

〔背景技術〕(Background technology)

固体又は液体マトリックスに固体充填剤(例えば、繊
維状又は粒状充填剤)を分散させて複合構造体を形成す
るのに種々の方法が存在する。これらの方法は、羽根型
混合機、高剪断ワーリング型混合機、ロールミル、固練
り混合機、又は内部ブラベンダー型混合機を用いて充填
剤・マトリックス混合物を調合することを含んでいる。
Various methods exist for dispersing a solid filler (eg, a fibrous or particulate filler) in a solid or liquid matrix to form a composite structure. These methods include formulating the filler / matrix mixture using a vane mixer, high shear whirling mixer, roll mill, compaction mixer, or internal Brabender mixer.

反応射出成形(RIM)は次のような成形方法である。
一種類以上の液体又は混合用反応物を別々に混合ヘッド
に計量して入れ、それらを例えば、高衝撃混合により混
合する。次にその混合物を型に注入してそれを重合し、
成形部品を形成する。屡々補強反応射出成形(RRIM)と
呼ばれている構造反応射出成形(SRIM)では、細断ガラ
ス繊維又は粒状鉱物充填剤の如き補強剤を成形前の混合
物に添加する。別の種類のSRIM法では、低粘度、特に重
合したRIM組成物を繊維織物マットを充填した型中へ注
入し、得られた組成物を成形する。RIM及びSRIMの方法
の両方共、成形した部品を使用前に被覆して紫外線に対
する保護を与え、他の部品と釣合うようにさせる。
Reaction injection molding (RIM) is a molding method as follows.
One or more liquids or mixing reactants are separately metered into a mixing head and they are mixed, for example, by high impact mixing. The mixture is then poured into a mold and polymerized,
Form a molded part. In structural reaction injection molding (SRIM), often referred to as reinforcement reaction injection molding (RRIM), a reinforcing agent such as chopped glass fiber or particulate mineral filler is added to the mixture before molding. In another type of SRIM process, a low viscosity, especially polymerized, RIM composition is injected into a mold filled with a textile mat and the resulting composition is shaped. In both the RIM and SRIM methods, the molded parts are coated prior to use to provide protection against UV radiation and to balance with other parts.

第二の種類の成形法は前混合物を含んでいる。前混合
物は成形操作前にその操作とは別に調製された成形用組
成物であり、成形に必要な全ての成分、例えば、樹脂、
補強剤、充填剤、触媒、離型剤等を含んでいる。前混合
物の一つの種類はシート状成形用配合物(SMC)と呼ば
れている。SMCは、典型的には細断ガラス繊維又は連続
したガラス繊維糸で補強された熱可塑性樹脂の半粘着性
の薄いシートである。そのシートは、例えば組合せダイ
成形法を用いて成形し、種々の部品を形成することがで
きる。第二の種類の前混合物はばら状(bulk)成形用配
合物(BMC)と呼ばれている。BMCは、直接成形すること
ができるパテの形に調製されている。それは取り扱い易
くするため棒又は丸太の形に押出すことができる。RIM
及びSRIM成形物品のように、成形された前混合物製品も
屡々使用する前に被覆されている。
A second type of molding involves a premix. The pre-mixture is a molding composition prepared separately from the molding operation before the molding operation, and includes all components necessary for molding, for example, a resin,
It contains reinforcing agents, fillers, catalysts, mold release agents, and the like. One type of premix is called a sheet molding compound (SMC). SMC is a semi-sticky thin sheet of thermoplastic resin, typically reinforced with chopped glass fibers or continuous glass fiber yarns. The sheet can be formed using, for example, a combination die forming method to form various parts. A second type of premix is called a bulk molding compound (BMC). BMC is prepared in the form of putty that can be molded directly. It can be extruded into rods or logs for ease of handling. RIM
And, like SRIM molded articles, molded pre-blend products are often coated before use.

種々の種類の組成物も知られている。例えば、重合体
系導電性複合体(例えば、被覆又はインクの形のもの)
が知られている。これらの組成物は導電性添加物を配合
することにより導電性にされている。
Various types of compositions are also known. For example, polymeric conductive composites (eg, in the form of a coating or ink)
It has been known. These compositions are made conductive by incorporating a conductive additive.

混成(hybrid)複合体は、マトリックスが二種類以上
の補強剤で補強された構造物である。最も大きな体積分
率(他の補強剤と比較して)で存在する補強剤は、一次
補強剤と呼ばれ、残りの補強剤は二次補強剤と呼ばれて
いる。
A hybrid composite is a structure in which the matrix is reinforced with two or more reinforcing agents. The reinforcement present at the highest volume fraction (compared to other reinforcements) is called the primary reinforcement and the remaining reinforcements are called secondary reinforcements.

エラストマーにも種々の材料が充填されてきた。その
ような材料はエラストマーマトリックスの機械的又は電
気的性質を改良するため、又はコストを低下させるため
に用いられている。
Elastomers have also been filled with various materials. Such materials have been used to improve the mechanical or electrical properties of the elastomeric matrix or to reduce costs.

摩擦材料は、適用された力を発散させるためその力を
熱に変換する材料である。そのような材料の応用例に
は、ブレーキ、自動変速円盤、及びクラッチが含まれ
る。補強された有機重合体は摩擦材料として用いられて
きた。
A friction material is a material that converts an applied force into heat to dissipate the force. Applications of such materials include brakes, automatic shifting discs, and clutches. Reinforced organic polymers have been used as friction materials.

炭素フィブリルは直径が500nmより小さい炭素単繊維
である。特別な炭素フィブリル及びその製造方法の例
は、スナイダーその他による1988年1月28日に出願され
た米国特許出願Serial No.149,573(炭素フィブリ
ル);テネット(Tennent)による米国特許第4,663,230
号(炭素フィブリル、その製造方法、及びそれを含む組
成物);テネットその他による1986年6月6日に出願さ
れた米国特許出願Serial No.871,676(新規な炭素フィ
ブリル、その製造方法、及びそれを含む組成物);テネ
ットその他による1986年6月6日に出願された米国特許
出願Serial No.871,675(新規な炭素フィブリル、その
製造方法、及びカプセル化触媒);マンデビル(Mandev
ille)その他による1988年12月16日に出願された米国特
許出願Serial No.285,817(フィブリル);及びマッカ
ーシー(McCar−thy)その他による1989年5月15日に出
願された米国特許出願Serial No.351,967(炭素微細繊
維の表面処理)(それらは全て本願と同じ譲受け人に譲
渡されており、それらは参考のため全体的にここに入れ
てある)に記載されている。
Carbon fibrils are single carbon fibers having a diameter of less than 500 nm. Examples of special carbon fibrils and methods of making them are described in US Patent Application Serial No. 149,573 (Carbon Fibrils) filed January 28, 1988 by Snyder et al .; US Patent No. 4,663,230 to Tennent.
No. 871,676, filed on June 6, 1986 by Tennet et al. (A novel carbon fibril, its production method and its composition). US Patent Application Serial No. 871,675, filed June 6, 1986 by Tenet et al. (New carbon fibrils, methods for their preparation, and encapsulation catalysts); Mandevil
ille) et al., U.S. Patent Application Serial No. 285,817, filed December 16, 1988; fibrils; and McCar-thy et al., U.S. Patent Application Serial No. 285,817, filed May 15, 1989. 351, 967 (Surface treatment of carbon microfibers), all of which are assigned to the same assignee as the present application and which are incorporated herein by reference in their entirety.

〔発明の開示〕[Disclosure of the Invention]

配合方法 本発明は、一種類以上の充填剤及びマトリックス材料
を撹拌ボールミルに導入し、それら充填剤及びマトリッ
クス材料を、充填剤によって形成された凝集物の粒径を
予め定められた値よりも小さな値に減少させるのに充分
な反応時間を含めた反応条件下で剪断力と衝撃力との併
合力に掛け、マトリックス材料全体に亙って充填剤を分
散させる諸工程を含む複合体製造のための配合方法を発
明として特徴づけるものである。
The compounding method The present invention introduces one or more types of fillers and matrix materials into a stirring ball mill, and sets the fillers and matrix materials such that the particle size of the aggregate formed by the filler is smaller than a predetermined value. For the production of composites comprising the steps of subjecting the combined forces of shear and impact under reaction conditions, including reaction times sufficient to reduce the value, to dispersing the filler throughout the matrix material. Is characterized as an invention.

好ましい具体例として、凝集物粒径の予め定められた
値は充填剤の粒径の1000倍以下、一層好ましくは100倍
以下、更に好ましくは10倍以下である。充填剤の特性軸
の一つ以上(その粒径の尺度)の大きさが1μmより小
さいのが好ましく、0.1μmより小さいのが一層好まし
い。
In a preferred embodiment, the predetermined value of the particle size of the aggregate is 1000 times or less, more preferably 100 times or less, even more preferably 10 times or less of the filler particle size. Preferably, one or more of the characteristic axes of the filler (a measure of its particle size) is smaller than 1 μm, more preferably smaller than 0.1 μm.

粘度調節剤(即ち、分散を促進するためマトリックス
・充填剤混合物の固有の粘度を変化する材料)を撹拌ボ
ールミルに添加するのが好ましい。好ましい粘度調節剤
には、分散工程後に除去される材料、例えば溶媒、及び
分散工程後に維持される材料の両方が含まれ、後者の種
類の粘度調節剤の一例は、マトリックス材料と化学的に
反応する反応性希釈剤である。更に好ましい態様とし
て、一種類以上の粉砕媒体(即ち、付加的衝撃力を加え
ることにより分散を促進する粒状材料)を撹拌ボールミ
ルに添加する。
Preferably, a viscosity modifier (ie, a material that changes the intrinsic viscosity of the matrix-filler mixture to facilitate dispersion) is added to the stirred ball mill. Preferred viscosity modifiers include both materials that are removed after the dispersion step, e.g., solvents, and materials that are maintained after the dispersion step, an example of the latter type of viscosity modifier being one that chemically reacts with the matrix material. Reactive diluent. In a more preferred embodiment, one or more grinding media (ie, a particulate material that promotes dispersion by applying additional impact) is added to the stirred ball mill.

好ましい充填剤には、ウィスカー(即ち単結晶繊
維)、不連続繊維、粒状繊維、及び炭素フィブリルが含
まれる。フィブリルは、フィブリル軸に実質的に平行な
黒鉛層を有する管であるのが好ましい。実質的な平行性
の一つの特徴は、スナイダーその他による米国特許出願
Serial No.149,573に記載されているように、フィブリ
ル軸に投影した黒鉛層の長さが、フィブリルの外径に対
して比較的長い距離に亙って伸びている(例えば、少な
くともフィブリル直径の2倍、好ましくはその直径の少
なくとも5倍)ことである。これらのフィブリルは連続
的熱分解炭素外側被覆(即ち、フィブリルを製造するの
に用いたガス供給物の熱分解から生じた熱分解的に付着
した炭素)を含まないのが好ましい。フィブリルは3.5
〜75nm(両数字を含む)の直径を有し、少なくとも5の
長さ対直径比を有するのが好ましい。この形態を有し、
黒鉛層の外側表面が複数の酸素含有基(例えば、カルボ
ニル、カルボン酸、カルボン酸エステル、エポキシ、ビ
ニルエステル、ヒドロキシ、アルコキシ、イソシアネー
ト、又はアミン基)、又はそれらの誘導体(例えば、ス
ルフヒドリル、アミノ、又はイミノ基)に結合されてい
るフィブリルも好ましい。
Preferred fillers include whiskers (ie, single crystal fibers), discontinuous fibers, granular fibers, and carbon fibrils. The fibrils are preferably tubes having a graphite layer substantially parallel to the fibril axis. One feature of substantial parallelism is the US patent application by Snyder et al.
As described in Serial No. 149,573, the length of the graphite layer projected on the fibril axis extends over a relatively long distance with respect to the outer diameter of the fibril (for example, at least two fibril diameters). Times, preferably at least 5 times its diameter). These fibrils preferably do not include a continuous pyrolytic carbon outer coating (ie, pyrolytically attached carbon resulting from pyrolysis of the gas feed used to make the fibrils). Fibrils 3.5
It preferably has a diameter of 7575 nm (inclusive) and a length to diameter ratio of at least 5. Having this form,
The outer surface of the graphite layer has a plurality of oxygen-containing groups (e.g., carbonyl, carboxylic acid, carboxylate, epoxy, vinyl ester, hydroxy, alkoxy, isocyanate, or amine groups) or derivatives thereof (e.g., sulfhydryl, amino, Or an imino group).

好ましいマトリックス材料には、金属粉、セラミック
粉(例えばガラス粉末)、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹
脂、及びエラストマー、及び液体の形をしたマトリック
ス材料が含まれる。好ましい熱可塑性樹脂には、熱可塑
性ポリエステル(例えば、ポリエチレン テレフタレー
ト)、ポリウレタン、ポリエーテル エーテル ケト
ン、ポリエーテル スルホン、ポリエーテル イミド、
ポリアミド(例えばナイロン)、及びポリ尿素樹脂が含
まれる。好ましい熱硬化性樹脂には、フェノール系、エ
ポキシ、熱硬化性ポリウレタン、熱硬化性ポリエステル
(例えばアルキド)、ポリイミド、ビスマレイミド、ポ
リシクロペンタジエン、及びビニルアクリルイミド〔オ
ハイオ州コロンブスのアシュランド・ケミカル社(Ashl
and Chemical Co.)から市販されているアリミクス(Ar
imix)樹脂の如きもの〕が含まれる。好ましいエラスト
マーには、スチレン・ブタジエンゴム、天然ゴム、エチ
レン・プロピレン ジエンモノマー(EPDM)ゴム、シリ
コーンゴム、ポリブタジエン(シス及びトランス1,4及
び1,2−ポリブタジエン)、ポリイソプレン、ネオプレ
ン、クロロプレン、フルオロエラストマー(例えば、フ
ッ素化ポリエチレン)、及びウレタンエラストマーが含
まれる。
Preferred matrix materials include metal powders, ceramic powders (eg, glass powders), thermoplastics, thermosets, and elastomers, and matrix materials in liquid form. Preferred thermoplastics include thermoplastic polyesters (eg, polyethylene terephthalate), polyurethanes, polyether ether ketones, polyether sulfones, polyether imides,
Polyamide (eg, nylon) and polyurea resins are included. Preferred thermosets include phenolics, epoxies, thermoset polyurethanes, thermoset polyesters (eg, alkyds), polyimides, bismaleimides, polycyclopentadiene, and vinylacrylimides (Ashland Chemical Company, Columbus, Ohio). (Ashl
and Arimix (Ar
imix) like a resin]. Preferred elastomers include styrene-butadiene rubber, natural rubber, ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, silicone rubber, polybutadiene (cis and trans 1,4 and 1,2-polybutadiene), polyisoprene, neoprene, chloroprene, fluoro Elastomers (eg, fluorinated polyethylene) and urethane elastomers are included.

マトリックス材料が熱可塑性樹脂の場合、配合方法
は、撹拌ボールミルの内容物を、マトリックス材料が分
散工程前に脆くなる温度へ冷却し、その温度を分散工程
中維持することを含むのが好ましい。
If the matrix material is a thermoplastic resin, the compounding method preferably comprises cooling the contents of the stirred ball mill to a temperature at which the matrix material becomes brittle before the dispersion step, and maintaining that temperature during the dispersion step.

本発明は、上記方法に従って製造された複合体も発明
として特徴づけるものである。
The present invention also features a complex produced according to the above method as an invention.

本発明は、充填剤がマトリックス材料全体に亙って、
平均充填剤直径が1μ以下の程度である場合でも実質的
に均一に分散し、改良された複合体特性、例えば電気
的、光学的、機械的、及び磁気的性質が与えられた複合
体を生成する。均一性の程度(充填剤凝集物の粒径によ
って測定する)は、粉砕時間を調節することにより複合
体が目的とする特定の用途に適合させることができる。
The present invention provides that the filler is distributed throughout the matrix material,
Disperses substantially uniformly even when the average filler diameter is on the order of 1 micron or less, producing a composite with improved composite properties, such as electrical, optical, mechanical, and magnetic properties I do. The degree of homogeneity (measured by the particle size of the filler agglomerates) can be tailored to the particular application for which the composite is intended by adjusting the milling time.

本発明は、異なった直径及び形を有する種々の充填剤
をマトリックス中に同時に分散することができるように
もしている。更に本発明によれば、マトリックス全体に
亙って充填剤をよく分散させるために、充填剤表面を前
処理したり、或は化学的分散剤を適用する必要性はな
い。
The present invention also provides that various fillers having different diameters and shapes can be simultaneously dispersed in the matrix. Further, in accordance with the present invention, there is no need to pre-treat the filler surface or apply a chemical dispersant to better disperse the filler throughout the matrix.

静電的外側被覆用複合体 本発明は、炭素フィブリルが混入されたマトリックス
を含む複合体も発明として特徴づけるものであり、それ
らフィブリルの料は複合体が直接(即ち最初に下塗り被
覆を適用することなく)静電気的に外側被覆されるのに
充分な量である。
The present invention also features composites comprising a matrix impregnated with carbon fibrils, wherein the fibril material is applied directly to the composite (i.e., first applying a primer coat). (Without) an amount sufficient to be electrostatically overcoated.

一つの態様として、複合体は炭素フィブリルが混入さ
れている反応射出成形マトリックスを含む。
In one embodiment, the composite comprises a reaction injection molded matrix loaded with carbon fibrils.

第二の態様として、複合体は、炭素フィブリルが混入
された樹脂マトリックスを含む前混合物の成形生成物を
含む。
In a second embodiment, the composite comprises a molded product of a premix comprising a resin matrix impregnated with carbon fibrils.

好ましい具体例として、前混合物はシート状成形用配
合物、又はばら状成形用配合物である。複合体の電気伝
導度は、同じマトリックスに同じ量のカーボンブラック
を充填した複合体の電気伝導度より大きいのが好まし
い。複合体中のフィブリルの量は、直接表面に静電被覆
を行うことが出来るようにするのに充分な高い電気伝導
度をその複合体に与えるのに充分な量であるのが好まし
い。フィブリルの量が静電気を消失させるのに充分な複
合体も好ましい。その量は好ましくは20重量%(樹脂に
基づく)に等しいか又はそれより少なく、一層好ましく
は、4重量%に等しいか又はそれより少ない。
In a preferred embodiment, the premix is a sheet-forming composition or a bulk-forming composition. Preferably, the electrical conductivity of the composite is greater than the electrical conductivity of a composite in which the same matrix is filled with the same amount of carbon black. Preferably, the amount of fibrils in the composite is sufficient to provide the composite with a high enough electrical conductivity to allow direct electrostatic coating to the surface. Complexes in which the amount of fibrils is sufficient to dissipate static electricity are also preferred. The amount is preferably equal to or less than 20% by weight (based on resin), more preferably equal to or less than 4% by weight.

フィブリルは、フィブリル軸に実質的に平均な黒鉛層
を有する管であるのが好ましい。実質的な平行性の一つ
の特徴は、スナイダーその他による米国特許出願Serial
No.149,573に記載されているように、フィブリル軸に
投影した黒鉛層の長さが、フィブリルの外径に対して比
較的長い距離に亙って伸びている(例えば、少なくとも
フィブリル直径の2倍、好ましくはその直径の少なくと
も5倍)ことである。これらのフィブリルは連続的熱分
解炭素外側被覆(即ち、フィブリルを製造するのに用い
たガス供給物の熱分解から生じた熱分解的に付着した炭
素)を含まないのが好ましい。フィブリルは3.5〜75nm
(両数字を含む)の直径を有し、少なくとも5の長さ対
直径比を有するのが好ましい。この形態を有し、黒鉛層
の外側表面が複数の酸素含有基(例えば、カルボニル、
カルボン酸、カルボン酸エステル、エポキシ、ビニルエ
ステル、ヒドロキシ、アルコキシ、イソシアネート、又
はアミド基)、又はそれらの誘導体(例えば、スルフヒ
ドリル、アミノ、又はイミノ基)に結合されているフィ
ブリルであるのも好ましい。
Preferably, the fibrils are tubes having a substantially average graphite layer on the fibril axis. One feature of substantial parallelism is that of US Patent Application Serial
As described in No. 149,573, the length of the graphite layer projected on the fibril axis extends over a relatively long distance relative to the outer diameter of the fibril (eg, at least twice the fibril diameter). , Preferably at least five times its diameter). These fibrils preferably do not include a continuous pyrolytic carbon outer coating (ie, pyrolytically attached carbon resulting from pyrolysis of the gas feed used to make the fibrils). Fibrils 3.5-75nm
It preferably has a diameter (including both numbers) and a length to diameter ratio of at least 5. In this form, the outer surface of the graphite layer has a plurality of oxygen-containing groups (eg, carbonyl,
It is also preferred that the fibrils are linked to a carboxylic acid, carboxylic acid ester, epoxy, vinyl ester, hydroxy, alkoxy, isocyanate, or amide group) or a derivative thereof (eg, a sulfhydryl, amino, or imino group).

好ましいマトリックス材料には、熱可塑性樹脂(例え
ば、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素、又はエラス
トマー)、及び熱硬化性樹脂(例えば、ポリジシクロペ
ンタジエン、ポリエステル、熱硬化性ポリウレタン、エ
ポキシ樹脂、又はビニルアクリルイミド樹脂(オハイオ
州コロンブスのアシュランド・ケミカル社から市販され
ているアリミクス樹脂の如きもの)が含まれる。樹脂混
合物を用いてもよい。どの複合体でも、自動車、トラッ
ク、又はバスの自動車部品の形に成形されるのが好まし
い。
Preferred matrix materials include thermoplastics (eg, polyamide, polyurethane, polyurea, or elastomer) and thermosetting resins (eg, polydicyclopentadiene, polyester, thermosetting polyurethane, epoxy resin, or vinyl acrylimide resin) (Such as the Alimix resin available from Ashland Chemical Company of Columbus, Ohio). A resin mixture may be used, and any composite may be used in the form of an automobile, truck, or bus autopart. Preferably, it is molded.

第三の態様として、本発明は、重合して反応射出成形
されたマトリックスを形成することができる一種類以上
の液体反応物と炭素フィブリルとを含む反応射出成形に
適した形の複合体を特徴づけるものである。
In a third aspect, the invention features a composite in a form suitable for reaction injection molding comprising one or more liquid reactants capable of polymerizing to form a reaction injection molded matrix and carbon fibrils. It is to add.

第四の態様として、本発明は、炭素フィブリルが混入
された樹脂を含む前混合物を特徴づけるものである。
In a fourth aspect, the invention features a pre-mix comprising a resin loaded with carbon fibrils.

好ましい具体例として、液体反応物は一種類以上のポ
リオール、ポリイソシアネート、又はポリアミンを含
む。前混合物はばら状成形用配合物又はシート状成形用
配合物であるのが好ましい。フィブリルの量は好ましく
は20重量%に等しいか又はそれより少なく、一層好まし
くは4重量%に等しいか又はそれより少ない。好ましい
フィブリル及び樹脂は上で記載してものである。
In a preferred embodiment, the liquid reactant comprises one or more polyols, polyisocyanates, or polyamines. Preferably, the premix is a bulk or sheet molding composition. The amount of fibrils is preferably equal to or less than 20% by weight, more preferably equal to or less than 4% by weight. Preferred fibrils and resins have been described above.

本発明は、上記複合体を製造するための方法も発明と
して特徴づけるものである。
The present invention also features a method for producing the above-described complex as an invention.

反応射出成形された複合体は、重合してマトリックス
を形成することができる液体反応物とフィブリルとを混
合し、その混合物を型に導入し、その混合物を圧力及び
温度を含む反応条件下で成形し、成形部品の形の複合体
を製造することを含む方法により製造される。
The reaction injection molded composite is prepared by mixing a fibril with a liquid reactant capable of polymerizing to form a matrix, introducing the mixture into a mold, and molding the mixture under reaction conditions including pressure and temperature. And manufactured by a method comprising manufacturing a composite in the form of a molded part.

シート状成形用配合物複合体は、フィブリルと樹脂と
を混合し、その混合物をシートに成形することを含む方
法により製造される。ばら状成形用配合物複合体は、フ
ィブリルと樹脂とを混合し、成形に適したパテを形成す
ることを含む方法により製造される。両方の方法とも、
温度及び圧力を含む反応条件下で複合体を成形部品の形
に製造する成形工程を含むのが好ましい。
The compound composite for sheet-like molding is manufactured by a method including mixing fibrils and a resin, and forming the mixture into a sheet. The bulk-forming compound composite is produced by a method comprising mixing fibrils and a resin to form a putty suitable for molding. Both methods,
Preferably, it comprises a molding step in which the composite is produced in the form of molded parts under reaction conditions including temperature and pressure.

上記方法により製造された成形部品は、成形が完了し
たならば直接静電気的に被覆されるのが好ましい。
Preferably, the molded parts produced by the above method are directly electrostatically coated once the molding is completed.

本発明は、比較的低いフィブリル含有量で電気伝導性
である前混合物(例えば、シート状成形用配合物又はば
ら状成形用配合物)から製造された反応射出成形された
複合体及び成形複合体を与える。これによって、金属部
品に対して現在行われているように、それら複合体から
作られた成形部品が静電気的に被覆できるようになり、
それによって別の工程として伝導性下地被覆を適用する
必要はなくなる。フィブリルが与える更に別の利点に
は、良好な機械的特性(例えば硬度及び衝撃強度)及び
難燃剤の如き添加物の使用量を少なくすることができる
ことが含まれる。フィブリルは固有のEMI遮蔽も与え
る。
The present invention relates to reaction injection molded composites and molded composites made from premixes (e.g., sheet or bulk molding compounds) that are electrically conductive with relatively low fibril content. give. This allows molded parts made from these composites to be electrostatically coated, as is currently done for metal parts,
This eliminates the need to apply a conductive undercoat as a separate step. Still other advantages provided by fibrils include good mechanical properties (eg, hardness and impact strength) and the ability to use less additives, such as flame retardants. Fibrils also provide inherent EMI shielding.

フィブリルを使用することは、バッチが変わっても電
気的及び機械的性質に関する一致性が良好であることを
含めた幾つかの処理上の利点も同様に与える。RIM処理
の場合、フィブリルはそれらの大きさが小さいため、用
いられた低いフィブリル含有量では処理装置の小さな管
及び穴を閉塞することはない。更にフィブリルは処理中
大勢的に配向された状態になっている必要はなく、従っ
て、それらは部分的歪みの一因となることはない。SMC
の場合、フィブリルによる粘度の増大によって、粘稠性
シートを形成するのに必要な濃化剤を省略することがで
きるようになる。
The use of fibrils offers some processing advantages as well, including better consistency in electrical and mechanical properties across batches. In the case of the RIM process, the small fibril content used does not block small tubes and holes in the processing equipment because of the small size of the fibrils. Furthermore, the fibrils need not be largely oriented during processing, and thus they do not contribute to partial distortion. SMC
In this case, the increase in viscosity due to the fibrils allows the thickening agent necessary to form a viscous sheet to be omitted.

電気伝導性被覆及びインク 本発明は、炭素フィブリルが混入された重合体結合剤
を含む基体の表面に適用するのに適した形の電気伝導性
複合体を発明として特徴づけるものである。
Electrically Conductive Coatings and Inks The present invention features, as an invention, an electrically conductive composite in a form suitable for application to a surface of a substrate comprising a polymeric binder loaded with carbon fibrils.

好ましい具体例として、複合体は粉末又は液体状の被
覆の形をしている。被覆中のフィブリルの量は、被覆が
適用される基体が直接静電被覆されるように充分大きな
ものであるのが好ましい。その量は好ましくは15重量%
(樹脂に基づく)に等しいか又はそれより少なく、一層
好ましくは0.5〜10重量%である。一層好ましいのは、
フィブリルの量が1〜4重量%の被覆である。被覆は一
種類以上の顔料を含んでいてもよい。
In a preferred embodiment, the composite is in the form of a powder or liquid coating. The amount of fibrils in the coating is preferably large enough so that the substrate to which the coating is applied is directly electrostatically coated. Its amount is preferably 15% by weight
Less than or equal to (based on resin), more preferably 0.5 to 10% by weight. Even more preferred is
Coatings with 1-4% by weight fibrils. The coating may include one or more pigments.

別の好ましい具体例として、被覆は、電子部品を形成
するため、基体の表面上にスクリーンプリントするのに
適した抵抗性インクの形になっている。抵抗性インク中
のフィブリルの量は、基体に適用する場合、10-2〜106
Ωcm(一層好ましくは10-1〜104Ωcm)の値まで結合剤
の体積抵抗率(bulk resistivity)を減少させるのに充
分な量である。フィブリルの好ましい量は1〜30重量%
である。
In another preferred embodiment, the coating is in the form of a resistive ink suitable for screen printing on the surface of a substrate to form an electronic component. The amount of fibrils in the resistive ink, when applied to a substrate, is between 10 -2 and 10 6
It is an amount sufficient to reduce the bulk resistivity of the binder to a value of Ωcm (more preferably 10 -1 to 10 4 Ωcm). The preferred amount of fibrils is 1-30% by weight
It is.

別の好ましい具体例として、被覆は更に電気伝導性黒
鉛又は金属粒子(例えば、銀箔片、金属被覆細断繊維、
又は金属粉末)を含み、基体の表面にプリントするのに
適した伝導性インクの形をしている。インク中のフィブ
リルの量は、粒子充填結合剤の体積抵抗率(炭素フィブ
リルを入れずに測定されたもの)を、基体に適用した時
の予め定められた量だけ減少させるのに充分なものであ
る。好ましくは粒子充填結合剤の体積抵抗率は1Ωcmよ
り大きく、フィブリルの量は体積抵抗率を1Ωcmよりも
低い値へ減少させるのに充分な量である。一層好ましい
のは、粒子充填結合剤の体積抵抗率が10-1Ωcmより大き
く、フィブリルの量が体積抵抗率を10-1Ωcmよりも低い
値へ減少させるのに充分である伝導性インクである。フ
ィブリルの好ましい量は20〜50重量%である。
In another preferred embodiment, the coating further comprises electrically conductive graphite or metal particles (e.g., silver foil pieces, metal coated shredded fibers,
Or a metal powder) in the form of a conductive ink suitable for printing on the surface of a substrate. The amount of fibrils in the ink is sufficient to reduce the volume resistivity of the particle-filled binder (measured without carbon fibrils) by a predetermined amount when applied to a substrate. is there. Preferably, the volume resistivity of the particle-filled binder is greater than 1 ohm-cm and the amount of fibrils is an amount sufficient to reduce the volume resistivity to less than 1 ohm-cm. Even more preferred are conductive inks wherein the volume resistivity of the particle-filled binder is greater than 10 -1 Ωcm and the amount of fibrils is sufficient to reduce the volume resistivity to a value less than 10 -1 Ωcm. . The preferred amount of fibrils is between 20 and 50% by weight.

フィブリルは、フィブリル軸に実質的に平行な黒鉛層
を有する管であるのが好ましい。実質的な平行性の一つ
の特徴は、スナイダーその他による米国特許出願Serial
No.149,573に記載されているように、フィブリル軸に
投影した黒鉛層の長さが、フィブリルの外径に対して比
較的長い距離に亙って伸びている(例えば、少なくとも
フィブリル直径の2倍、好ましくはその直径の少なくと
も5倍になる)ことである。これらのフィブリルは連続
的熱分解炭素外側被覆(即ち、フィブリルを製造するの
に用いたガス供給物の熱分解から生じた熱分解的に付着
した炭素)を持たないのが好ましい。フィブリルは3.5
〜75nm(両数字を含む)直径を有し、少なくとも5の長
さ対直径比を有するのが好ましい。
The fibrils are preferably tubes having a graphite layer substantially parallel to the fibril axis. One feature of substantial parallelism is that of US Patent Application Serial
As described in No. 149,573, the length of the graphite layer projected on the fibril axis extends over a relatively long distance relative to the outer diameter of the fibril (eg, at least twice the fibril diameter). , Preferably at least five times its diameter). These fibrils preferably do not have a continuous pyrolytic carbon outer coating (ie, pyrolytically attached carbon resulting from the pyrolysis of the gas feed used to make the fibrils). Fibrils 3.5
It preferably has a diameter of ~ 75 nm (inclusive) and a length to diameter ratio of at least 5.

好ましい重合体結合剤には、熱可塑性樹脂(例えば、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリウレ
タン、ポリ塩化ビニル、又は熱可塑性ポリエステル樹
脂、例えば、ポリエチレン テレフタレート)、及び熱
硬化性樹脂(例えば、熱硬化性ポリエステル樹脂又はエ
ポキシ樹脂)が含まれる。
Preferred polymer binders include thermoplastic resins (eg,
Includes polyethylene, polypropylene, polyamide, polyurethane, polyvinyl chloride, or thermoplastic polyester resins, such as polyethylene terephthalate), and thermosetting resins (eg, thermosetting polyester resins or epoxy resins).

本発明は、フィブリル充填電気伝導性複合体で被覆さ
れた基体も発明として特徴づけるものである。複合体の
伝導度は、被覆された基体の表面を直接静電被覆するこ
とができる充分な大きさを持つのが好ましい。また複合
体が電子部品(例えば抵抗器)の形に基体上に印刷され
た抵抗性インクであるか、又は電子部品を電気的に接続
するための伝導性線路(trace)の形をした基体上にプ
リントされた伝導性インクであるプリント回路板のため
の基板であるのが好ましい。また、被覆された基体(そ
れらは直接静電被覆することができる)を製造するため
の方法、及び基体上にフィブリル充填インクをスクリー
ンプリントするための方法も発明として特徴づけるもの
である。
The invention also features a substrate coated with a fibril-filled electrically conductive composite as an invention. The conductivity of the composite is preferably large enough to directly electrostatically coat the surface of the coated substrate. Also, the composite is a resistive ink printed on the substrate in the form of an electronic component (eg, a resistor), or on a substrate in the form of a conductive trace for electrically connecting the electronic component. It is preferably a substrate for a printed circuit board, which is a conductive ink printed on the substrate. Methods for making coated substrates, which can be directly electrostatically coated, and for screen-printing fibril-filled inks on substrates are also featured as inventions.

フィブリル充填複合体は低いフィブリル含有量で電気
伝導性である。その結果、予め定められた抵抗率値を有
する被覆及びインクは、添加したフィブリルによる過度
の粘度の増大を起こすことなく製造することができる。
そのような増大はそれらを適用しにくくするため望まし
くない。複合体の性質もバッチ毎に著しく変化すること
はない。なぜなら、フィブリルは複合体を製造するのに
用いられる剪断混合により惹き起こされる剪断劣化に対
する良好な抵抗性を示すからである。更に、複合体の抵
抗率は、比較的温度変動による影響を受けにくい。
Fibril-filled composites are electrically conductive at low fibril contents. As a result, coatings and inks having a predetermined resistivity value can be produced without excessive viscosity increase due to added fibrils.
Such increases are undesirable because they make them difficult to apply. The properties of the composite also do not change significantly from batch to batch. This is because fibrils exhibit good resistance to shear degradation caused by the shear mixing used to make the composite. Furthermore, the resistivity of the composite is relatively insensitive to temperature fluctuations.

成形部品(例えば自動車部品)上の、後で表面を静電
被覆するための下塗りとして用いた場合、それらの被覆
により低いエネルギーで直接表面を静電被覆することが
でき、それによってコロナ効果を減少させ、均一な被覆
性を与えることができる。更に、フィブリル充填複合体
は、仕上がった複合体が黒い外観を持たないように過剰
に着色することができる。被覆は、金属又は成形プラス
チック部品の露出した表面上の腐食を防ぐのに役立つ犠
牲陽極材料と組合せて用いるのに充分な電気伝導性も有
する。プラスチック基体に適用した場合、それら被覆は
良好な機械的付着を示し、金属が直接プラスチック上に
メッキできるようにする。
When used as a primer to subsequently electrostatically coat surfaces on molded parts (e.g., automotive parts), those coatings can directly electrostatically coat the surface with lower energy, thereby reducing corona effects To provide uniform coverage. Further, the fibril-filled composite can be overcolored so that the finished composite does not have a black appearance. The coating also has sufficient electrical conductivity to be used in combination with a sacrificial anode material to help prevent corrosion on exposed surfaces of metal or molded plastic parts. When applied to plastic substrates, the coatings show good mechanical adhesion and allow the metal to be plated directly on the plastic.

抵抗性又は伝導性インクの形のフィブリル充填複合体
は更に別の利点を与える。基体上にプリントした場合、
インクの抵抗性及びその基体に付着する能力は、基体の
折り畳み又は曲げによる劣化を受けない。インクは摩耗
及びかき傷に対する抵抗性も有する。伝導性インクの場
合、フィブリル充填インクは伝導性充填剤が100%金属
粒子(それによって適用し易くなる)であるインクより
も軽く、改良された腐食抵抗を示す。更に、フィブリル
によって金属粒子含有伝導性インクの抵抗率を特別な用
途や適用に対し細かく調整することができるようにな
り、それによって金属粒子単独を用いたのでは容易に得
ることができない抵抗率値を得ることができる。
Fibril-filled composites in the form of resistive or conductive inks provide yet another advantage. When printed on a substrate,
The resistance of the ink and its ability to adhere to the substrate is not degraded by folding or bending of the substrate. The ink is also resistant to abrasion and scratching. In the case of conductive inks, fibril-filled inks are lighter than inks in which the conductive filler is 100% metal particles (which makes it easier to apply) and exhibit improved corrosion resistance. In addition, fibrils allow the resistivity of conductive inks containing metal particles to be finely tuned for special applications and applications, thereby providing resistivity values that cannot be easily obtained using metal particles alone. Can be obtained.

エラストマー 本発明は、炭素フィブリルがエラストマー マトリッ
クス中に混入された複合体を特徴づけるものである。一
つの態様として、それらフィブリルは連続的熱分解炭素
外側被覆(即ち、フィブリルを製造するのに用いたガス
供給物の熱分解から生じた熱分解的に付着した炭素)を
持たず、フィブリル軸に実質的に平行な黒鉛層を有する
管からなる形態を有する特徴を持つ。実質的な平行性の
一つの特徴は、スナイダーその他による米国特許出願Se
rial No.149,573に記載されているように、フィブリル
軸に投影した黒鉛層の長さが、フィブリルの外径に対し
て比較的長い距離に亙って伸びている(例えば、少なく
ともフィブリル直径の2倍、好ましくはその直径の少な
くとも5倍になる)ことである。これらのフィブリル
は、好ましくは100nmより小さく、一層好ましくは3.5〜
75nm(両数字を含む)の直径を有し、5〜100の長さ対
直径比を有するのが好ましい。
Elastomer The present invention features a composite in which carbon fibrils are incorporated into an elastomer matrix. In one embodiment, the fibrils do not have a continuous pyrolytic carbon outer coating (ie, pyrolytically attached carbon resulting from the pyrolysis of the gas feed used to make the fibrils) and have a fibril shaft attached to them. It has the feature of having a configuration consisting of a tube having a substantially parallel graphite layer. One feature of substantial parallelism is that of U.S. patent application Ser.
As described in rial No. 149,573, the length of the graphite layer projected on the fibril axis extends over a relatively long distance relative to the outer diameter of the fibril (for example, at least two fibril diameters). Times, preferably at least five times its diameter). These fibrils are preferably smaller than 100 nm, more preferably 3.5 to
It preferably has a diameter of 75 nm (inclusive) and a length to diameter ratio of 5 to 100.

第二の態様として、それらフィブリルは、結晶黒鉛構
造及びフィブリル軸に沿って黒鉛層が魚骨状に配列した
ものとして定義にされる形態を有する特徴を持つ。その
ようなフィブリルの例は、前記スナイダーその他による
米国特許出願Serial No.149,573及びジアス(Geus)そ
の他による1986年10月22日に公開された欧州特許出願第
0 198 558に記載されている。これらのフィブリルは100
nmより小さい直径を有するのが好ましい。
In a second aspect, the fibrils have the characteristic of having a crystalline graphite structure and a morphology defined as a fishbone arrangement of graphite layers along the fibril axis. Examples of such fibrils are described in U.S. Patent Application Serial No. 149,573 by Snyder et al. And in European Patent Application No. 10/22/1986 published by Geus et al.
0 198 558. These fibrils are 100
Preferably it has a diameter smaller than nm.

複合体中のフィブリルの量は、抵抗又は誘導加熱によ
り複合体を硬化することができるか、又は複合体の物理
的性質の少なくとも一つを電気的に監視検出(monito
r)することができるようにするのに充分な量であるの
が好ましい。この量は好ましくはエラストマー100部当
たり25部より少なく、一層好ましくはエラストマー100
部当たり10部より少ない。しかしマスターバッチ(即
ち、最終的複合構造体を製造するために後で付加的エラ
ストマーと混合されるフィブリル充填エラストマー前駆
物質)の場合、フィブリルの量はエラストマー100部当
たり25部より多いのが好ましい。
The amount of fibrils in the composite may be such that the composite can be cured by resistance or induction heating, or at least one of the physical properties of the composite may be monitored electrically.
r) Preferably, it is in an amount sufficient to be able to do so. This amount is preferably less than 25 parts per 100 parts of elastomer, more preferably 100 parts of elastomer.
Less than 10 parts per part. However, in the case of a masterbatch (i.e., a fibril-filled elastomer precursor that is subsequently mixed with an additional elastomer to produce the final composite structure), the amount of fibrils is preferably greater than 25 parts per 100 parts of elastomer.

好ましいエラストマーマトリックスには、天然ゴム、
スチレン・ブタジエンゴム(ラン ダム及びブロック共
重合体の両方)、ポリイソプレン、ネオプレン、クロロ
プレンポリブタジエン(シス及びトランス1,4及び1,2−
ポリブタジエンの両方)、フルオロエラストマー(例え
ば、フッ素化ポリエチレン)、シリコーンゴム、及びウ
レタン エラストマーが含まれる。フィブリルの外に、
エラストマーは一種類以上の充填剤、例えば、カーボン
ブラック、シリカ、又はそれらの組合せを含むのが好ま
しい。充填剤の全量に対する複合体中のフィブリルの量
の比は、少なくとも1:4又はそれ以上(例えば、1:5、1:
6等)である。複合体はタイヤ又はその部品(例えば、
タイヤトレッド又はケーシング)、密封材、溶液、又は
接着剤の形態で与えられるのが好ましい。
Preferred elastomeric matrices include natural rubber,
Styrene-butadiene rubber (both random and block copolymers), polyisoprene, neoprene, chloroprene polybutadiene (cis and trans 1,4 and 1,2-
(Both polybutadienes), fluoroelastomers (eg, fluorinated polyethylene), silicone rubber, and urethane elastomers. Outside fibrils,
The elastomer preferably comprises one or more fillers, for example, carbon black, silica, or a combination thereof. The ratio of the amount of fibrils in the complex to the total amount of filler is at least 1: 4 or more (e.g., 1: 5, 1:
6 etc.). The composite may be a tire or a component thereof (eg,
It is preferably provided in the form of a tire tread or casing), sealant, solution, or adhesive.

第三の態様として、本発明は、エラストマー マトリ
ックス中に炭素フィブリルを混入することにより複合体
を製造し、然もそのフィブリルの量は抵抗又は誘導加熱
を可能にするのに充分な大きさの電気伝導度を複合体に
付与するのに充分な量であり、前記複合体を抵抗又は誘
導加熱して硬化を行わせる諸工程を含むエラストマー硬
化法を特徴づけるものである。
In a third aspect, the present invention produces a composite by incorporating carbon fibrils in an elastomeric matrix, the amount of fibrils being sufficiently large to permit resistance or induction heating. An amount sufficient to impart conductivity to the composite and characterizes an elastomeric curing process that includes steps of curing the composite by resistance or induction heating.

第四の態様として、本発明は、エラストマー マトリ
ックス中に電気伝導性添加物を混入することにより複合
体を製造し、然もその添加物の量はエラストマーの物理
的状態を電気的に監視検出するのを可能にするのに充分
な大きさの電気伝導度を複合体に付与するのに充分な量
であり、前記複合体の電気的性質(例えば固有抵抗)を
エラストマーの物理的状態の指標として監視検出する諸
工程を含むエラストマーの物理的状態の監視検出方法を
特徴づけるものである。この態様の好ましい具体例とし
て、電気伝導性添加物は炭素フィブリルを含む。別の好
ましい具体例として、複合体はタイヤの形をしており、
そのタイヤの内部圧力が監視検出される。その方法は切
れ、裂け、孔の存在についてエラストマー(例えば、コ
ンベアーベルト又はホースの形のもの)を監視検出する
のに用いるのも好ましい。
In a fourth aspect, the present invention produces a composite by incorporating an electrically conductive additive into an elastomer matrix, the amount of which is electrically monitored to detect the physical state of the elastomer. An amount sufficient to impart sufficient electrical conductivity to the composite to allow for the electrical properties (eg, resistivity) of the composite to be an indicator of the physical state of the elastomer. It features a method for monitoring and detecting the physical state of an elastomer including the steps of monitoring and detecting. In a preferred embodiment of this aspect, the electrically conductive additive comprises carbon fibrils. In another preferred embodiment, the composite is in the form of a tire,
The internal pressure of the tire is monitored and detected. The method is also preferably used to monitor elastomers (eg, in the form of a conveyor belt or hose) for the presence of cuts, tears, or holes.

第三及び第四の態様の好ましい具体例として、複合体
中のフィブリルの量はエラストマー100部当たり25部よ
り少なく、一層好ましくはエラストマー100部当たり10
部より少ない。好ましいフィブリルは上述のものであ
る。
In a preferred embodiment of the third and fourth aspects, the amount of fibrils in the composite is less than 25 parts per 100 parts elastomer, more preferably 10% per 100 parts elastomer.
Less than a part. Preferred fibrils are those described above.

第五の態様として、本発明は、エラストマー100部当
たり少なくとも25部のフィブリルをエラストマー中に分
散させることによりマスターバッチを製造し、前記マス
ターバッチの予め定められた部分に、マスターバッチを
製造するのに用いたエラストマーと同じ又は異なったエ
ラストマーを付加的量配合して複合体を製造する諸工程
を含むエラストマー複合体の製造方法を特徴づけるもの
である。好ましくは最終的複合体中のフィブリルの量は
エラストマー100部当たり25部より少なく、一層好まし
くは10部より少ない。好ましいフィブリルは上で述べた
ようなものである。マスターバッチの製造中、又は配合
工程中、カーボンブラックを複合体に添加してもよい。
In a fifth aspect, the present invention provides a method for producing a masterbatch by dispersing at least 25 parts of fibrils per 100 parts of elastomer in an elastomer, wherein the masterbatch is produced in a predetermined portion of the masterbatch. The present invention characterizes a method for producing an elastomer composite, which comprises various steps of producing a composite by adding an additional amount of the same or different elastomer to the elastomer used in the above. Preferably the amount of fibrils in the final composite is less than 25 parts per 100 parts of elastomer, more preferably less than 10 parts. Preferred fibrils are as described above. Carbon black may be added to the composite during the production of the masterbatch or during the compounding process.

第六の態様として、本発明は、エラストマーの機械的
性質を改良するのに充分な量の炭素フィブリルをエラス
トマー マスターバッチ中に混入することを含むエラス
トマー補強方法を特徴づけるものである。それらフィブ
リルは、本発明の第一及び第二態様について上で述べた
ものと同様である。
In a sixth aspect, the invention features a method of reinforcing an elastomer, which comprises incorporating a sufficient amount of carbon fibrils into an elastomer masterbatch to improve the mechanical properties of the elastomer. The fibrils are similar to those described above for the first and second aspects of the invention.

本発明は、良好な靭性、抗張力、引き裂き強度、クリ
ーム及びダイ膨潤抵抗、及び生の抵抗(即ち硬化前の強
度)を示すフィブリル補強エラストマー複合を与える。
それら複合体も、良好な硬化、応力・歪み特性、及び摩
耗抵抗(比較的軟かいエラストマー マトリックスを用
いた場合でも)を示し、低い比重を有する。改良された
摩耗抵抗により、それら複合体から製造された物品に牽
引、ローリング抵抗、及びトレッド摩耗についての有利
な均衡を達成することができる。更に、これらの利点は
低いフィブリル含有量で達成される。
The present invention provides fibril reinforced elastomeric composites that exhibit good toughness, tensile strength, tear strength, cream and die swell resistance, and raw resistance (ie, strength before cure).
These composites also exhibit good cure, stress / strain properties, and abrasion resistance (even with a relatively soft elastomeric matrix) and low specific gravity. Due to the improved wear resistance, an advantageous balance of traction, rolling resistance, and tread wear can be achieved for articles made from the composites. Furthermore, these advantages are achieved with a low fibril content.

フィブリルの電気的性質から更に利点が得られる。フ
ィブリルは電気伝導性なので、それらはエラストマー
マトリックスを補強すると同時に、マトリックスを電気
伝導性にする二重の機能を果たさせるために用いること
ができる。電気伝導性複合体は、抵抗又は誘導加熱によ
り硬化することができ、それによって慣用的加熱硬化に
屡々伴われていた熱移動及びコスト上昇の問題を回避す
ることができる。電気的に硬化することができることに
より、フィブリル充填複合体を、ゴム・ゴム結合(例え
ば、タイヤトレッドをタイヤケーシングに結合する場
合)、ゴム・金属結合、及びゴム・セラミック結合を形
成するような種々の結合操作、及びタイヤ及びコンベア
ーベルトの如き製品のゴム補修系統での接着剤として特
に役立つものにすることができる。
Further advantages are obtained from the electrical properties of fibrils. Because fibrils are electrically conductive, they are elastomeric
It can be used to reinforce the matrix while serving the dual function of making the matrix electrically conductive. The electrically conductive composite can be cured by resistance or induction heating, thereby avoiding the problems of heat transfer and increased costs often associated with conventional heat curing. The ability to be electrically cured allows the fibril-filled composite to be bonded to a variety of rubber-to-rubber bonds (e.g., when bonding a tire tread to a tire casing), rubber-to-metal bonds, and rubber-to-ceramic bonds. And can be particularly useful as an adhesive in rubber repair systems for products such as tires and conveyor belts.

複合体の電気伝導性は、ゴムチューブ、タイヤ、トレ
ッド、及び関連製品の押出しの如き用途でも有用であ
る。更に、それら複合体は部分的に電気的に硬化して、
複合体に付加的形状安定性を与えることができる。本発
明は、内部圧力の如き複合体の物理的変化を電気的に監
視検出することができる設計製品も可能にする。例え
ば、タイヤ、空気スプリング、ホース又はコンベアーベ
ルトの状態を感嘆に且つ効果的に監視検出することがで
きる。
The electrical conductivity of the composite is also useful in applications such as extrusion of rubber tubes, tires, treads, and related products. Further, the composites are partially electrically cured,
The composite can be provided with additional shape stability. The present invention also provides a design product that can electrically monitor and detect physical changes in the complex, such as internal pressure. For example, the condition of tires, air springs, hoses, or conveyor belts can be amazed and effectively monitored and detected.

摩擦材料 第一の態様として、本発明は、カーボンフィブリルが
混入されたマトリックスを含む摩擦材料から製造された
ブレーキ又はその部品を特徴づけるものである。
Friction Material In a first aspect, the invention features a brake or component thereof made from a friction material that includes a matrix loaded with carbon fibrils.

第二の態様として、本発明は、炭素フィブリルが混入
されたマトリックスを含む摩擦材料から製造されたクラ
ッチ又はその部品を特徴づけるものである。
In a second aspect, the invention features a clutch or component thereof made from a friction material that includes a matrix with carbon fibrils.

第三の態様として、本発明は、炭素フィブリルが混入
されたマトリックスを含む摩擦材料から製造された自動
変速円盤又はその部品を特徴づけるものである。
In a third aspect, the invention features an automatic variable speed disk or component thereof made from a friction material including a matrix loaded with carbon fibrils.

第四の態様として、本発明は、炭素フィブリルが混入
されたマトリックスを含む摩擦材料の形の複合体を特徴
づけるものである。
In a fourth aspect, the invention features a composite in the form of a friction material that includes a matrix impregnated with carbon fibrils.

好ましい具体例として、フィブリルの量は20重量%
(樹脂に基づく)に等しいか又はそれより少なく、一層
好ましくは5〜10重量%である。
In a preferred embodiment, the amount of fibrils is 20% by weight.
Less than or equal to (based on resin), more preferably 5 to 10% by weight.

フィブリルは、フィブリル軸に実質的に平行な黒鉛層
を有する管であるのが好ましい。実質的な平行性の一つ
の特徴は、スナイダーその他による米国特許出願Serial
No.149,573に記載されているように、フィブリル軸に
投影した黒鉛層の長さが、フィブリルの外径に対して比
較的長い距離に亙って伸びている(例えば、少なくとも
フィブリル直径の2倍、好ましくはその直径の少なくと
も5倍になる)ことである。これらのフィブリルは連続
的熱分解炭素外側被覆(即ち、フィブリルを製造するの
に用いたガス供給物の熱分解から生じた熱分解的に付着
した炭素)を持たないのが好ましい。フィブリルは3.5
〜75nm(両数字を含む)直径を有し、少なくとも5の長
さ対直径比を有するのが好ましい。この形態を有し、黒
鉛層の外側表面が複数の酸素含有基(例えば、カルボニ
ル、カルボン酸、カルボン酸エステル、エポキシ、ビニ
ルエステル、ヒドロキシ、アルコキシ、イソシアネー
ト、又はアミド基)、又はそれらの誘導体(例えば、ス
ルフヒドリル、アミノ、又はイミノ基)に結合されてい
るフィブリルであるのも好ましい。
The fibrils are preferably tubes having a graphite layer substantially parallel to the fibril axis. One feature of substantial parallelism is that of US Patent Application Serial
As described in No. 149,573, the length of the graphite layer projected on the fibril axis extends over a relatively long distance relative to the outer diameter of the fibril (eg, at least twice the fibril diameter). , Preferably at least five times its diameter). These fibrils preferably do not have a continuous pyrolytic carbon outer coating (ie, pyrolytically attached carbon resulting from the pyrolysis of the gas feed used to make the fibrils). Fibrils 3.5
It preferably has a diameter of ~ 75 nm (inclusive) and a length to diameter ratio of at least 5. In this form, the outer surface of the graphite layer has a plurality of oxygen-containing groups (for example, carbonyl, carboxylic acid, carboxylic acid ester, epoxy, vinyl ester, hydroxy, alkoxy, isocyanate, or amide group) or derivatives thereof ( Also preferred are fibrils which are linked to, for example, a sulfhydryl, amino or imino group).

好ましいマトリックス材料は、炭素及び熱硬化性樹
脂、例えば、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、及び
エポキシ樹脂である。一種類以上の付加的充填材を同様
に添加するのも好ましい。好ましい充填材の例には、金
属、ガラス、セラミック、炭素、又はポリアラミド繊
維、又は黒鉛、粘土、硫酸バリウム、珪藻土、シリカ、
マグネシア、ベリリア、アルミナ、炭化珪素、炭酸硼
素、二酸化チタン、又はカーボンブラックの如き粒状物
が含まれる。摩擦材料に好ましい用途の例には、クラッ
チ、自動変速円盤、及びブレーキ(例えば、ブレーキパ
ッド及びシューズのための裏打)が含まれる。
Preferred matrix materials are carbon and thermoset resins, such as phenolic, polyester, and epoxy resins. It is also preferred to add one or more additional fillers as well. Examples of preferred fillers include metal, glass, ceramic, carbon, or polyaramid fibers, or graphite, clay, barium sulfate, diatomaceous earth, silica,
Includes particulates such as magnesia, beryllia, alumina, silicon carbide, boron carbonate, titanium dioxide, or carbon black. Examples of preferred applications for friction materials include clutches, automatic shifting discs, and brakes (eg, backing for brake pads and shoes).

フィブリル含有複合体から製造された摩擦材料から製
造された物品は、良好な摩擦特性及びフェード(fade)
抵抗を示す。これらの性質は上昇させた温度で維持さ
れ、そのような温度に屡々かけられる、野外乗り物、レ
ーシングカー、装甲車、及び自動車のディスクブレーキ
を含めた仕事量の大きな用途に特に有用な品質である。
更に、それら摩擦材料は上昇させた温度での剥離及び亀
裂に対する抵抗性を有する。
Articles made from friction materials made from fibril-containing composites have good friction properties and fades.
Indicates resistance. These properties are maintained at elevated temperatures, a quality that is particularly useful for heavy duty applications, such as outdoor vehicles, racing cars, armored vehicles, and motor vehicle disc brakes, which are often subjected to such temperatures.
In addition, the friction materials are resistant to spalling and cracking at elevated temperatures.

混成複合体 本発明は、第一の態様として、一次繊維補強剤と、そ
の一次補強剤に対し無作為的に配向し、マトリックス全
体に亙って均一に分散した二次補強剤とを混入したマト
リックスを含む混成複合体を特徴づけるものである。
Hybrid Composite As a first aspect, the present invention incorporates a primary fiber reinforcing agent and a secondary reinforcing agent randomly oriented with respect to the primary reinforcing agent and uniformly dispersed throughout the matrix. It characterizes a hybrid complex containing a matrix.

好ましい具体例として、一次補強剤の平均直径は二次
補強剤の平均直径の少なくとも10倍、一層好ましくは少
なくとも100倍の大きさである。マトリックス中の二次
補強剤により形成される凝集物の殆どは好ましくは10μ
m以下、好ましくは0.5μm以下である。
In a preferred embodiment, the average diameter of the primary reinforcement is at least 10 times, more preferably at least 100 times the average diameter of the secondary reinforcement. Most of the aggregates formed by the secondary reinforcing agent in the matrix are preferably 10μ
m, preferably 0.5 μm or less.

二次補強剤には好ましくは炭素微細繊維(即ち、1μ
mに等しいか又はそれより小さな直径を有する炭素繊
維)、ウィスカー(即ち、単結晶繊維)、細断繊維(即
ち、長さが1/16〜2inの程度の不連続繊維)、及び粒状
材料、例えばシリカ又はカーボンブラックが含まれる。
炭素フィブリル、好ましくはフィブリル軸に実質的に平
行な黒鉛層を有する管である炭素フィブリルも好まし
い。実質的な平行性の一つの特徴は、スナイダーその他
による米国特許出願Serial No.149,573に記載されてい
るように、フィブリル軸に投影した黒鉛層の長さが、フ
ィブリルの外径に対して比較的長い距離に亙って伸びて
いる(例えば、少なくともフィブリル直径の2倍、好ま
しくはその直径の少なくとも5倍になる)ことである。
これらのフィブリルは連続的熱分解炭素外側被覆(即
ち、フィブリルを製造するのに用いたガス供給物の熱分
解から生じた熱分解的に付着した炭素)を持たないのが
好ましい。フィブリルは3.5〜75nm(両数字を含む)の
直径を有し、少なくとも5の長さ対直径比を有するのが
好ましい。マトリックス中に混入された二次補強剤の量
は、好ましくは20体積%に等しいか又はそれより少な
く、1〜10体積%であるのが一層好ましい。
The secondary reinforcing agent is preferably a carbon fine fiber (ie, 1 μm).
m), whiskers (i.e., single crystal fibers), chopped fibers (i.e., discontinuous fibers having a length on the order of 1/16 to 2 in), and particulate materials; For example, silica or carbon black is included.
Preference is also given to carbon fibrils, preferably carbon fibrils which are tubes having a graphite layer substantially parallel to the fibril axis. One feature of substantial parallelism is that, as described in U.S. Patent Application Serial No. 149,573 to Snyder et al., The length of the graphite layer projected onto the fibril axis is relatively small relative to the outer diameter of the fibril. Extending over a long distance (eg, at least twice the fibril diameter, preferably at least five times its diameter).
These fibrils preferably do not have a continuous pyrolytic carbon outer coating (ie, pyrolytically attached carbon resulting from the pyrolysis of the gas feed used to make the fibrils). The fibrils have a diameter of 3.5 to 75 nm (inclusive) and preferably have a length to diameter ratio of at least 5. The amount of secondary reinforcing agent incorporated into the matrix is preferably equal to or less than 20% by volume, more preferably 1 to 10% by volume.

好ましい一次補強剤には連続的繊維が含まれる。好ま
しい連続的繊維の例には、炭素、ガラス、セラミック
(例えば、硼素、アルミナ、又は炭化珪素)、及びポリ
アラミド〔例えばケブラー(Kevlar)〕繊維が含まれ
る。これらの繊維は、織り、偏み、捲縮にかけてあって
もよく、或は直線状でもよい。連続的繊維と同じ種類の
材料から作られた不連続繊維を含む一次補強剤も好まし
い。
Preferred primary reinforcements include continuous fibers. Examples of preferred continuous fibers include carbon, glass, ceramic (eg, boron, alumina, or silicon carbide), and polyaramid (eg, Kevlar) fibers. These fibers may be woven, biased, crimped, or straight. Primary reinforcements comprising discontinuous fibers made from the same type of material as the continuous fibers are also preferred.

好ましいマトリックス材料には、有機熱硬化性及び熱
可塑性樹脂が含まれる。好ましい熱硬化性樹脂の例に
は、エポキシ、ビスマレイミド、ポリイミド、及びポリ
エステル樹脂が含まれる。好ましい熱可塑性樹脂の例に
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド(例え
ばナイロン)、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、熱可塑
性ポリエステル樹脂、ポリエーテル エーテル ケト
ン、ポリエーテル スルホン、ポリエーテルイミド、配
向ポリエチレン、液晶重合体、及び反応射出成形樹脂が
含まれる。他の好ましいマトリックス材料には、無機重
合体(例えば、ガラスの如き重合体無機酸化物)、金属
(例えば、アルミニウム又はチタン合金)、セラミック
(例えば、ポートランドセメント又はコンクリート)、
及び炭素が含まれる。
Preferred matrix materials include organic thermosets and thermoplastics. Examples of preferred thermosetting resins include epoxy, bismaleimide, polyimide, and polyester resins. Examples of preferred thermoplastic resins include polyethylene, polypropylene, polyamide (eg, nylon), polyurethane, polyvinyl chloride, thermoplastic polyester resin, polyether ether ketone, polyether sulfone, polyetherimide, oriented polyethylene, liquid crystal polymer, And reaction injection molding resins. Other preferred matrix materials include inorganic polymers (eg, polymeric inorganic oxides such as glass), metals (eg, aluminum or titanium alloys), ceramics (eg, Portland cement or concrete),
And carbon.

第二の態様として、本発明は、一次繊維補強剤及び二
次繊維補強剤が混入され、前記一次補強剤が前記二次補
強剤の平均直径の少なくとも1000倍の平均直径を有する
マトリックスを含む混成複合体を特徴づけるものであ
る。
In a second aspect, the invention relates to a hybrid comprising a primary fiber reinforcing agent and a secondary fiber reinforcing agent, wherein the primary reinforcing agent comprises a matrix having an average diameter of at least 1000 times the average diameter of the secondary reinforcing agent. It characterizes the complex.

第二の態様の好ましい具体例として、二次補強剤はマ
トリックス中に均一に分散され、一次補強剤に対し無作
為的に配向されている。好ましい二次補強剤は上述の如
き炭素フィブリルである。好ましいマトリックス材料、
一次補強剤、凝集物粒径、及び二次補強剤の量は上述の
通りである。
In a preferred embodiment of the second aspect, the secondary reinforcement is uniformly dispersed in the matrix and is randomly oriented with respect to the primary reinforcement. Preferred secondary reinforcing agents are carbon fibrils as described above. Preferred matrix material,
The amounts of primary reinforcing agent, aggregate particle size, and secondary reinforcing agent are as described above.

本発明は、混成複合体を製造する方法も発明として特
徴づけるものである。
The present invention also features a method for producing a hybrid composite as an invention.

本発明は、一次補強剤だけを含有する複合体では得る
ことができない性質を有する混成複合体を与える。二次
補強剤は一次補強剤に対し無作為的に配向され、マトリ
ックス中に均一に分散されている(マトリックス全体に
亙って凝集物粒径が小さいことにより測定される)の
で、一次補強剤よりもむしろマトリックスによって通常
支配されている横方向及び内部層状性が改良される。更
に、二次補強剤は一次補強剤よりも実質的に小さいの
で、それをマトリックス中に混入しても一次補強剤の性
質を損なうことはない。更に、一次補強剤の層間ではな
く、マトリックス全体に亙って二次補強剤を分散させる
ことにより、一次補強剤の織り目或は積層の破壊或は変
形を避けることができる。
The present invention provides hybrid composites having properties that cannot be obtained with composites containing only primary reinforcing agents. The secondary reinforcing agent is randomly oriented with respect to the primary reinforcing agent and is evenly dispersed in the matrix (as measured by the small agglomerate particle size throughout the matrix) so that the primary reinforcing agent is Rather, the lateral and internal lamellarity normally governed by the matrix is improved. Furthermore, since the secondary reinforcement is substantially smaller than the primary reinforcement, its incorporation into the matrix does not impair the properties of the primary reinforcement. Further, by dispersing the secondary reinforcing agent throughout the matrix, rather than between the layers of the primary reinforcing agent, breakage or deformation of the weave or laminate of the primary reinforcing agent can be avoided.

他の特徴及び利点は、好ましい態様についての次の記
載及び請求の範囲から明らかになるであろう。
Other features and advantages will be apparent from the following description of the preferred embodiments, and from the claims.

好ましい具体例についてのの記述 最初に図面について簡単に述べる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the drawings are briefly described.

図面は本発明を具体化した二次元的混成複合体の概略
的断面図である。
The drawing is a schematic cross-sectional view of a two-dimensional hybrid composite embodying the present invention.

配合方法 複合体は次のようにして製造されるのが好ましい。マ
トリックス材料及び一種類以上の充填剤を、粉末粉砕に
慣用的に用いられている型の撹拌ボールミル中に入れ
る。ミル中でこれらの材料を機械的回転子の撹拌作用に
よる剪断力と、撹拌中ミルに添加される粉末粉砕用に慣
用的に用いられている種類の粒状粉砕媒体による衝撃力
との両方にかける。粉砕操作が終わったならばそれらの
粒状物を除去する。しかし、金属及びセラミックマトリ
ックスの場合には、マトリックス自身(それらは粉末の
形で添加されている)が衝撃力を生ずることができるの
で、別の粉砕媒体を添加する必要はない。
Compounding method The composite is preferably produced as follows. The matrix material and one or more fillers are placed in a stirred ball mill of the type conventionally used for powder milling. In the mill, these materials are subjected both to the shearing force of the mechanical rotor by the action of agitation and to the impact of the granular grinding media of the kind conventionally used for powder grinding added to the mill during agitation. . After the grinding operation is completed, the particulate matter is removed. However, in the case of metal and ceramic matrices, it is not necessary to add a separate grinding media, as the matrix itself (which is added in powder form) can generate an impact force.

粘度調節剤を粘稠なマトリックス・充填剤混合物に添
加し、その固有の粘度を粉砕が容易になるのに充分な低
い値まで低下させる。粘度調節剤は、マトリックス材料
が高分子量の熱可塑性又は部分的に硬化した熱硬化性樹
脂である場合には特に有用である。適切な粘度調節剤の
例には、水、トルエン、アセトン、メチルエチルケトン
(MEK)、イソプロパノール、又は鉱油の如き溶媒が含
まれる。ミル掛け操作に続き、例えば、真空乾燥、水蒸
気追い出し、又は冷凍乾燥により溶媒を除去する。粘度
調節剤はミル掛けが終わった時マトリックス又は充填剤
の一部になるような材料でもよい。そのような調節剤の
例には、ミル掛け中マトリックス材料と化学的に反応す
る反応性希釈剤と呼ばれる単量体(例えば、スチレン、
トリアリルシアヌレート、ジアリルシアヌレート、多官
能性アクリレート、及びジビニルベンゼン)が含まれ
る。粘度調節剤はマトリックス中に組み込まれてもよ
い。そのような場合には粘度調節剤はマトリックスの製
造中例えば、溶液重合SBRの溶液及び重合反応から得ら
れる熱可塑性物の溶液中に存在していてもよい。
A viscosity modifier is added to the viscous matrix-filler mixture to reduce its inherent viscosity to a value low enough to facilitate grinding. Viscosity modifiers are particularly useful when the matrix material is a high molecular weight thermoplastic or partially cured thermosetting resin. Examples of suitable viscosity modifiers include solvents such as water, toluene, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), isopropanol, or mineral oil. Following the milling operation, the solvent is removed, for example, by vacuum drying, steam purge, or freeze drying. The viscosity modifier may be a material that becomes part of the matrix or filler when milling is completed. Examples of such modifiers include monomers called reactive diluents that chemically react with the matrix material during milling (eg, styrene,
Triallyl cyanurate, diallyl cyanurate, polyfunctional acrylates, and divinylbenzene). Viscosity modifiers may be incorporated into the matrix. In such a case, the viscosity modifier may be present during the production of the matrix, for example in the solution of the solution-polymerized SBR and in the solution of the thermoplastic obtained from the polymerization reaction.

適当な充填剤には不連続繊維(例えば細断ガラス又は
炭素繊維)、ウィスカー(例えば、炭素又は炭化珪素ウ
ィスカー)、粒状繊維(例えば、シリカ又はカーボンブ
ラック)、炭素フィブリル、又はそれら充填剤のいずれ
か又は全ての組合せが含まれる。好ましくは、充填剤の
平均直径(即ち、充填剤を構成する個々の粒子又は繊維
の直径)は1μ以下の程度である。好ましいフィブリル
は、小さな直径(好ましくは3.5〜75nm)及びフィブリ
ル軸に実質的に平行な黒鉛層を有し、連続的熱分解炭素
外側被覆を実質的に持たないものである。それについて
はテネット(Tennent)による米国特許第4,663,230号;
テネットその他による米国特許出願Serial No.871,675;
テネットその他による米国特許出願Serial No.871,676;
スナイダーその他による米国特許出願Serial No.149,57
3;及びマンデビル(Mandeville)その他による米国特許
出願Serial No.285,817に記載されている。これらのフ
ィブリルは前期特許及び特許出願に記載されているよう
にして製造される。それらフィブリルはマッカーシーそ
の他による米国特許出願Serial No.351,967に記載され
ているように、フィブリル表面に酸素含有官能基を導入
するように処理してもよい。好ましいマトリックス材料
には、上の本発明の開示で記述したように、金属及びセ
ラミック(例えばガラス)粉末、及び有機マトリック
ス、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、及びエラス
トマー樹脂が含まれる。炭素フィブリル充填エラストマ
ーの製造は、本願と同時に出願され、本願と同じ譲受け
人に譲渡されているバーバー(Barber)その他による
「フィブリル充填エラストマー」と題する米国特許Seri
al No.386,828に記載されており、それは参考のため全
体的にここに入れてある。熱可塑性樹脂の場合、複合体
は、樹脂及び充填剤を撹拌ボールミル中に入れ、次にド
ライアイスをミルに添加し、樹脂が脆い固体に変化する
温度又はそれに近い温度まで内容物を冷却することによ
り製造されるのが好ましい。この形で樹脂はミル掛け中
一層容易に粉砕され、一層均一な分散物を生ずる。ドラ
イアイスはミル掛け中蒸発し、従って、最終的分散物中
に全く残らない。
Suitable fillers include discontinuous fibers (eg, chopped glass or carbon fibers), whiskers (eg, carbon or silicon carbide whiskers), granular fibers (eg, silica or carbon black), carbon fibrils, or any of these fillers. Or all combinations. Preferably, the average diameter of the filler (ie, the diameter of the individual particles or fibers that make up the filler) is on the order of 1 micron or less. Preferred fibrils are those having a small diameter (preferably 3.5-75 nm) and a layer of graphite substantially parallel to the fibril axis and having substantially no continuous pyrolytic carbon outer coating. No. 4,663,230 to Tennent;
U.S. Patent Application Serial No. 871,675 by Tenet et al;
U.S. Patent Application Serial No. 871,676 by Tenet et al .;
U.S. Patent Application Serial No. 149,57 by Snyder et al.
3; and U.S. Patent Application Serial No. 285,817 to Mandeville et al. These fibrils are manufactured as described in the earlier patents and patent applications. The fibrils may be treated to introduce oxygen-containing functional groups on the fibril surface, as described in U.S. Patent Application Serial No. 351,967 to McCarthy et al. Preferred matrix materials include metal and ceramic (eg, glass) powders and organic matrices, such as thermoplastics, thermosets, and elastomers, as described in the disclosure of the invention above. The manufacture of carbon fibril-filled elastomers is described in U.S. Pat. No. 5,086,086 entitled "Fibril-Filled Elastomers" by Barber et al., Filed concurrently herewith and assigned to the same assignee herewith.
al No. 386,828, which is incorporated herein by reference in its entirety. In the case of thermoplastics, the complex is to put the resin and filler into a stirred ball mill, then add dry ice to the mill and cool the contents to a temperature at or near the temperature at which the resin turns into a brittle solid. It is preferred to be manufactured by In this form, the resin is more easily ground during milling, resulting in a more uniform dispersion. Dry ice evaporates during milling and therefore does not remain in the final dispersion.

ミル掛け時間によって充填剤凝集物の最終的大きさ、
従って分散度が決定され、それは今度はその複合体が目
的とする最終用途に依存する。例えば、伝導性網状組織
を確立する内部粒子間接触を必要とする電気的用途で
は、凝集物が強度低下欠陥として働く機械的用途の場合
よりも大きな凝集物を許容することができる。
Final size of filler agglomerates depending on milling time,
Thus, the degree of dispersion is determined, which in turn depends on the end use intended for the complex. For example, electrical applications that require internal interparticle contact to establish a conductive network can tolerate larger agglomerates than mechanical applications where the agglomerates act as reduced strength defects.

炭素フィブリル(上述の如く製造されたもの)がスチ
レン・ブタジエンゴム(SBR)マトリックス中に分散さ
れた複合体を、上述の撹拌ボールミル法を用いて製造
し、その性質を、慣用的内部混合及びロールミル配合法
を用いて製造したフィブリル補強SBRマトリックスと比
較した。表1に示したそれらの結果は、撹拌ボールミル
を用いて製造した複合体の方が優れた性質を有すること
を示している。
A composite in which carbon fibrils (produced as described above) are dispersed in a styrene-butadiene rubber (SBR) matrix is prepared using the above-described stirred ball mill method, and the properties thereof are determined by conventional internal mixing and roll milling. It was compared with fibril reinforced SBR matrix manufactured using compounding method. The results, shown in Table 1, indicate that composites made using a stirred ball mill have superior properties.

その配合方法は、本願と同時に出願され、本願と同じ
譲受け人に譲渡されているクリーハム(Creehan)その
他による「混成複合体」と題する米国特許Serial No.38
6,822(それは参考のため全体的にここに入れてある)
に記載されている混成複合体のためのプレプレグ(prep
reg)を製造するのに用いることもできる。
The compounding process is described in US Patent Serial No. 38 entitled "Hybrid Complex" by Creehan et al., Filed concurrently with the present application and assigned to the same assignee as the present application.
6,822 (it is included here entirely for reference)
Prepreg for the hybrid complex described in
reg) can also be used.

静電気的外側被覆のための複合体 次の実施例により、炭素フィブリルが混入されたシー
ト状成形用配合物(SMC)複合体、ばら状成形用配合物
(BMC)複合体、及び反応射出成形(RIM)複合体を記述
する。好ましいフィブリルは、テネットによる米国特許
第4,663,230号;テネットその他による米国特許出願Ser
ial No.871,675;テネットその他による米国特許出願Ser
ial No.871,676;スナイダーその他による米国特許出願S
erial No.149,573;マンデビルその他による米国特許出
願Serial No.285,817に記載されているように、小さな
直径(好ましくは3.5〜75nm)、フィブリル軸に実質的
平行な黒鉛層を有し、連続的熱分解炭素外側被覆を実質
的に持たないものである。これらのフィブリルは前記特
許及び特許出願に記載されているようにして製造され
る。それらフィブリルはマッカーシーその他による米国
特許出願Serial No.351,967に記載されているように、
フィブリル表面に酸素含有官能基を導入するように処理
してもよい。
Composites for Electrostatic Outer Coating The following examples show that carbon fibrils are incorporated into sheet-form compounding (SMC) composites, bulk compounding (BMC) composites, and reaction injection molding ( RIM) Describe the complex. Preferred fibrils are disclosed in US Pat. No. 4,663,230 to Tennet; US Patent Application Ser.
ial No. 871,675; US patent application Ser.
ial No. 871,676; U.S. Patent Application S by Snyder et al.
erial No. 149,573; as described in U.S. Patent Application Serial No. 285,817 to Mandeville et al., having a graphite layer of small diameter (preferably 3.5-75 nm), substantially parallel to the fibril axis, and continuous pyrolysis. It has substantially no carbon outer coating. These fibrils are manufactured as described in the aforementioned patents and patent applications. As described in U.S. Patent Application Serial No. 351,967 by McCarthy et al.
The fibril surface may be treated to introduce an oxygen-containing functional group.

実施例1−RIM フィブリル含有RIM複合体は、慣用的RIM処理装置を用
いて製造される。そのような装置は、典型的には材料調
整系、高圧計量導入系、混合ヘッド、型、及び型操作台
を有する。
Example 1-RIM A fibril-containing RIM complex is manufactured using a conventional RIM processor. Such devices typically include a material conditioning system, a high pressure metering system, a mixing head, a mold, and a mold console.

材料調整系は、複合体を製造するための反応物を保持
するタンク(各反応物は別々のタンクに保存されてい
る)、タンク全体に亙って均一な温度及び組成条件を維
持するための撹拌器、及び反応物中に溶解したガスの適
正な水準を維持するための温度制御系を有する。フィブ
リルは、最終的成形製品中に1〜4重量%のフィブリル
を与えるのに充分な量で一種類以上の反応物と予め混合
されているのが好ましい。付加的タンクには、任意の付
加的補強剤、例えば細断ガラス繊維と同様、顔料及び触
媒の如き添加物が保存されている。好ましい反応物に
は、ポリオール及びポリイソシアネート(ポリウレタン
マトリックスを製造するため)及びポリアミン及びポリ
イソシアネート(ポリ尿素マトリックスを製造するた
め)が含まれる。
The material conditioning system includes a tank for holding the reactants for making the composite (each reactant is stored in a separate tank) and for maintaining uniform temperature and composition conditions throughout the tank. It has a stirrer and a temperature control system to maintain the proper level of gas dissolved in the reactants. Preferably, the fibrils are premixed with one or more reactants in an amount sufficient to provide 1-4% by weight fibrils in the final molded product. Additional tanks store optional additional reinforcing agents, such as pigments and catalysts, as well as shredded glass fibers. Preferred reactants include polyols and polyisocyanates (to make a polyurethane matrix) and polyamines and polyisocyanates (to make a polyurea matrix).

典型的には、例えば軸方向又は径方向の高圧ピストン
ポンプ又はランス(lance)変位シリンダーからなる計
量系は、反応物、フィブリル、及び付加的充填剤の適切
な量を混合ヘッドへ計量して導入する。混合ヘッドは、
例えば1500〜3500psiの圧力で直接衝突させることによ
り反応物と充填剤が混合される室を有する。混合が完了
した時、その混合物を型へ移し、そこで反応物を重合さ
せて最終的部品を形成する。適当な型構造体には、機械
加工された鋼又はアルミニウム、鋳造アルミニウム、カ
ークサイト(kirksite)、スプレー金属、又は電気メッ
キ板、及び充填エポキシ樹脂が含まれる。重合中の典型
的な型内部圧力は25〜100psiである。成形温度は、当業
者には容易に分かるように、用いられる特定の反応物に
よって変化する。ポリウレタン形成反応物の場合、型温
度は約130゜F(±70゜F)である。型操作台は型を配向
させ、型内部圧力に耐える締止力を与え、型を開閉し、
仕上げ部品の取り出し、清浄化、及び次の成形操作のた
めの準備をするために型を配置する。
Typically, a metering system consisting of, for example, an axial or radial high pressure piston pump or lance displacement cylinder meteres the appropriate amount of reactants, fibrils, and additional filler into the mixing head. I do. The mixing head is
It has a chamber where the reactants and the filler are mixed by direct impingement at a pressure of, for example, 1500-3500 psi. When mixing is complete, the mixture is transferred to a mold where the reactants are polymerized to form the final part. Suitable mold structures include machined steel or aluminum, cast aluminum, kirksite, spray metal, or electroplated, and filled epoxy. Typical mold internal pressure during polymerization is 25-100 psi. Molding temperatures will vary with the particular reactants used, as will be readily apparent to those skilled in the art. For polyurethane forming reactants, the mold temperature is about 130 ° F. (± 70 ° F.). The mold operation table orients the mold, gives a clamping force to withstand the mold internal pressure, opens and closes the mold
Place the mold to remove the finished part, clean it, and prepare it for the next molding operation.

フィブリル含有RIM複合体は、種々の工業的及び消費
者用成形製品に有用である。それらは自動車、トラッ
ク、又はバスの自動車部品、例えばバンパー、内装部
品、計器板、一体的窓密封剤、ハンドル、ひじ掛け、保
護覆い、車体パネルに特に有用である。それら部品は使
用する前に被覆される。カーボンフィブリルを混入する
ことにより、それら部品は静電被覆することができ、そ
の製造を金属部品の処理と両立させることができる。
Fibril-containing RIM composites are useful in a variety of industrial and consumer molded products. They are particularly useful for automotive parts, automobiles, trucks or buses, such as bumpers, interior parts, instrument panels, integral window sealants, handles, armrests, protective coverings, body panels. The parts are coated before use. By incorporating carbon fibrils, the parts can be electrostatically coated, making their manufacture compatible with the processing of metal parts.

実施例2−SMC フィブリル含有SMC複合体を慣用的SMC処理装置を用い
て製造した。連続的ベルト又はベルトを持たないこの装
置は、典型的には混合系、ペースト計量導入系、圧搾
系、及び取り出し系を有する。
Example 2-SMC A fibril-containing SMC composite was produced using a conventional SMC processor. This device without a continuous belt or belt typically has a mixing system, a paste metering system, a squeezing system, and a removal system.

混合系では、未硬化樹脂(典型的には、不飽和熱硬化
性ポリエステル又はエポキシ樹脂であり、それらは熱の
適用によって硬化する)及び触媒、充填剤、濃化剤、離
型剤、顔料、熱可塑性重合体(例えば、成形中の収縮を
最小にするためにポリ塩化ビニル重合体及び共重合体、
及びポリエチレン粉末)、難燃剤、及び紫外線吸収剤の
如き添加物を配合して、シートに形成するのに適した柔
らかい練り状物の粘度を有するペーストにする。そのペ
ーストも炭素フィブリルを含有する。混合系はバッチ、
バッチ/連続、又は連続式のものでもよい。
In a mixed system, the uncured resin (typically an unsaturated thermoset polyester or epoxy resin, which cures upon application of heat) and catalysts, fillers, thickeners, release agents, pigments, Thermoplastic polymers (eg, polyvinyl chloride polymers and copolymers to minimize shrinkage during molding,
And additives such as a flame retardant and an ultraviolet absorber to form a paste having the viscosity of a soft mass suitable for forming into a sheet. The paste also contains carbon fibrils. Mixed system is batch,
It may be batch / continuous or continuous.

ペーストを混合系からペースト貯槽へ移し、調節可能
なドクターブレードを使用して上方及び下方プラスチッ
ク(例えばポリエチレン)キャリヤーフイルム上へ予め
定められた厚さのペーストに計量して形成する。ドクタ
ーブレードの高さは最終的SMC複合体中の樹脂ペースト
の量を決定する。2枚のペースト被覆シートの間に補強
剤、例えば、細断ガラス糸、又は連続的ガラスロービン
グを適用してサンドイッチ状のものを形成する。付加的
炭素フィブリルをこの段階で添加してもよい。炭素フィ
ブリルの全量(即ち、ペーストの配合中に添加したフィ
ブリルと、ペースト被覆シートに直接適用したフィブリ
ルとの合計)は、樹脂に基づいて1〜4重量%であるの
が好ましい。
The paste is transferred from the mixing system to a paste reservoir and weighed into a predetermined thickness of paste on upper and lower plastic (eg, polyethylene) carrier films using adjustable doctor blades. The doctor blade height determines the amount of resin paste in the final SMC composite. A sandwich is formed by applying a reinforcing agent, such as chopped glass thread, or continuous glass roving, between the two paste coated sheets. Additional carbon fibrils may be added at this stage. The total amount of carbon fibrils (i.e., the sum of the fibrils added during the formulation of the paste and the fibrils applied directly to the paste-coated sheet) is preferably 1 to 4% by weight based on the resin.

圧搾機はそのサンドイッチ状のものを圧搾して、樹脂
ペーストがフィブリル及び他のすべの補強剤を濡らすよ
うにする。典型的には、圧搾機は一連の鋸歯状鋼ローラ
ー又は2本ワイヤーメッシュベルト圧搾機構からなる。
次に圧搾機から出てきたシートを、例えば巻取りターレ
ットにより取り上げ、ロールに形成する。複合体の完全
なロールが出来たならば、シート(典型的には、2〜5f
t幅)を切り取り、第二巻取りターレットへ移す。次に
ロールがほどけないようにテープで止め、紫外線又は湿
分による汚染を防ぐため蒸気障壁套管を適用する。その
ロールを約85〜90゜Fに維持した熟成室中で約1〜7日
間貯蔵し、均一で再現性のある成形用粘度を与える。次
にシートを切断し、例えば、圧搾又は嵌合ダイス成形を
用いて希望の部品に成形する。
The press squeezes the sandwich so that the resin paste wets the fibrils and any other reinforcing agents. Typically, the press comprises a series of serrated steel rollers or a two wire mesh belt pressing mechanism.
The sheet emerging from the press is then picked up, for example, by a winding turret and formed into a roll. Once a complete roll of the composite has been made, the sheet (typically 2-5 f
(t width) and transfer it to the second winding turret. The roll is then taped to prevent unwinding and a vapor barrier sleeve is applied to prevent contamination by ultraviolet light or moisture. The rolls are stored in an aging room maintained at about 85-90 ° F for about 1-7 days to provide a uniform and reproducible molding viscosity. The sheet is then cut and formed into the desired part using, for example, squeezing or mating die forming.

このようにして製造された成形部品は種々の用途に有
用である。自動車工業では、それらは加熱及び通風装置
の部品、ボンネット、トランク、側壁板、フェンダー、
屋根板、フェンダー延長部分を含む前端板、ヘッドラン
プ及びグリルのための取付け部材、及びトラックのため
の運転台部品(例えばフード)として有用である。成形
複合体は電気的スイッチギアー容器、電気ドリルの如き
手動電力工具のための容器、空調機及び皿洗い機の如き
器具のための容器としても有用である。フィブリル含有
RIM複合体の場合のように、それら部品を静電気的に被
覆することができる。
The molded parts produced in this way are useful for various applications. In the automotive industry, they are components of heating and ventilation equipment, hoods, trunks, side walls, fenders,
Useful as shingles, front end plates including fender extensions, mounting members for headlamps and grills, and cab parts (eg, hoods) for trucks. The molded composites are also useful as electrical switchgear containers, containers for manual power tools such as electric drills, and containers for appliances such as air conditioners and dishwashers. Contains fibrils
The components can be electrostatically coated, as in the case of the RIM composite.

実施例3−BMC フィブリル含有BMC複合体は慣用的BMC処理装置を用い
て製造される。典型的には、この装置は二つの混合機か
らなる。第一の混合機、例えば簡単なプロペラ型又はペ
イント工業で用いられている種類の溶解器又は分散器を
用いて、樹脂(例えば、SMC複合体の場合のように不飽
和熱硬化性ポリエステル又はエポキシ樹脂)と、粒状充
填剤、離型剤、着色剤、触媒、濃化剤、低プロファイル
(profile)添加物とを混合する。炭素フィブリルを樹
脂混合物へ添加するのも好ましい。成分をよく混合し
て、樹脂全体に添加物及びフィブリルを分散させる。得
られた混合物を次に第二高負荷混合機、例えば固練り混
合機又は二軸混合機へ移し、ガラス繊維(細断糸又は細
断スパンロービングの形をしている)、アスベスト、サ
イザル麻、及び有機繊維の如き付加的補強剤を添加す
る。付加量の炭素フィブリルはこの時に添加してもよ
い。炭素フィブリルの全量(即ち、両方の混合段階中で
添加したフィブリルの合計)は樹脂に基づいて1〜4重
量%である。
Example 3-BMC Fibril-containing BMC composites are made using a conventional BMC processor. Typically, this device consists of two mixers. Using a first mixer, for example a simple propeller type or a dissolver or disperser of the type used in the paint industry, the resin (eg, unsaturated thermoset polyester or epoxy as in the case of SMC composites) Resin) and particulate fillers, release agents, colorants, catalysts, thickeners, and low profile additives. It is also preferred to add carbon fibrils to the resin mixture. The ingredients are mixed well to disperse the additives and fibrils throughout the resin. The resulting mixture is then transferred to a second high-load mixer, such as a mulling or twin-screw mixer, where glass fibers (in the form of chopped yarn or chopped spun roving), asbestos, sisal hemp And additional reinforcing agents such as organic fibers. An additional amount of carbon fibrils may be added at this time. The total amount of carbon fibrils (i.e., the sum of the fibrils added in both mixing stages) is 1-4% by weight based on the resin.

第二混合機により、得られる混合物がパテの粘度を持
つようになるまで成分を混合する。次にそのパテを熟成
する(例えば、77゜Fで約4時間)。熟成が完了した
時、そのパテを直接形成するか、又は必要になるまで密
封冷凍プラスチック袋中に保存する。パテは取扱い及び
保存をし易くするため、熟成前に棒又は丸太状の形に押
出してもよい。
The components are mixed by a second mixer until the resulting mixture has the viscosity of the putty. The putty is then aged (eg, about 4 hours at 77 ° F). When ripening is complete, the putty is formed directly or stored in a sealed frozen plastic bag until needed. The putty may be extruded into bars or logs before aging for ease of handling and storage.

フィブリル補強BMC前混合物を、慣用的熱硬化成形
法、例えば、圧搾、転移、又は熱硬化射出成形を用い
て、型の細部にまで前混合物を流入させるのに充分な圧
力で成形する。典型的な成形圧力は約100〜1500psiの範
囲である。成形された部品はSMC成形部品と同じ多くの
用途で有用である。付加的な用途には、自動車のヒータ
ー容器及び関連する導管が含まれる。RIM及びSMC成形部
品と同様に、BMC成形部品を、電気伝導性下地被覆を前
以て適用することなく、静電被覆することができる。
The fibril reinforced BMC premix is molded using conventional thermoset molding methods, such as pressing, transfer, or thermoset injection molding, at a pressure sufficient to allow the premix to flow into the details of the mold. Typical molding pressures range from about 100 to 1500 psi. Molded parts are useful in many of the same applications as SMC molded parts. Additional applications include automotive heater vessels and associated conduits. As with RIM and SMC molded parts, BMC molded parts can be electrostatically coated without prior application of an electrically conductive undercoat.

上述の実施例の外に、フィブリルを多くの種類のマト
リックス(例えば、熱可塑性及び熱硬化性マトリックス
の如きもの)の中へ混入し、得られた複合体に、直接表
面を静電被覆することができる充分な電気伝導性を与え
ることができる。
In addition to the examples described above, fibrils are incorporated into many types of matrices (such as thermoplastic and thermoset matrices) and the resulting composite is directly electrostatically coated on the surface. Sufficient electrical conductivity can be provided.

伝導性被覆及びインク A.粉末及び液体被覆 粉末及び液体被覆の両方共、炭素フィブリルが混入さ
れた重合体結合剤からなる。粉末被覆に好ましい結合剤
には、次の熱硬化性樹脂が含まれる:ウレタン ポリエ
ステル、エポキシ、エポキシ ポリエステル、ポリエス
テル トリグリシジル イソシアヌレート、及びウレタ
ン又はエポキシ型ポリエステル。適切な熱可塑性樹脂に
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド(例え
ばナイロン)、ポリ塩化ビニル、及び熱可塑性ポリエス
テル(例えばポリエチレンテレフタレート)が含まれ
る。結合剤の分子量は、それが室温で固体になるように
充分高いものである。液体被覆の場合、好ましい樹脂は
熱可塑性ポリエステル及びポリウレタンである。結合剤
の分子量は、それが室温で液体であるように充分低いも
のである。
Conductive Coatings and Inks A. Powder and Liquid Coating Both powder and liquid coatings consist of a polymeric binder loaded with carbon fibrils. Preferred binders for powder coating include the following thermosets: urethane polyesters, epoxies, epoxy polyesters, polyester triglycidyl isocyanurates, and urethane or epoxy type polyesters. Suitable thermoplastics include polyethylene, polypropylene, polyamide (eg, nylon), polyvinyl chloride, and thermoplastic polyester (eg, polyethylene terephthalate). The molecular weight of the binder is high enough so that it becomes solid at room temperature. For liquid coatings, preferred resins are thermoplastic polyesters and polyurethanes. The molecular weight of the binder is low enough so that it is liquid at room temperature.

電気伝導性被覆を形成するためには、1〜4%(樹脂
の重量に基づく)の炭素フィブリルを結合剤中に混入す
るのが好ましい。そのような含有量は、被覆が適用され
る誘電体部品(例えばプラスチック)の外側被覆を直接
静電的に形成するのに充分な量である。適用後のこのよ
うな被覆の抵抗率は典型的には106Ωcm以下の程度であ
る。
To form an electrically conductive coating, it is preferred to incorporate 1-4% (based on the weight of the resin) of carbon fibrils in the binder. Such a content is sufficient to directly electrostatically form the outer coating of the dielectric component (eg, plastic) to which the coating is applied. The resistivity of such coatings after application is typically on the order of 10 6 Ωcm or less.

好ましいフィブリルは、テネットによる米国特許第4,
663,230号;テネットその他による米国特許出願Serial
No.871,675;テネットその他による米国特許出願Serial
No.871,676;スナイダーその他による米国特許出願Seria
l No.149,573;マンデビルその他による米国特許出願Ser
ial No.285,817;及びマッカーシーその他による米国特
許出願Serial No.351,967に記載されているように、小
さな直径(好ましくは3.5〜75nm)、フィブリル軸に実
質的に平行な黒鉛層を有し、連続的熱分解炭素外側被覆
を実質的に持たないするものである。これらのフィブリ
ルは前記特許及び特許出願に記載されているようにして
製造される。それらフィブリルはマッカーシーその他に
よる米国特許出願Serial No.351,967に記載されている
ように、フィブリル表面に酸素含有官能基を導入するよ
うに処理してもよい。
Preferred fibrils are disclosed in U.S. Pat.
No. 663,230; US patent application Serial by Tenet et al.
No.871,675; U.S. Patent Application Serial by Tenet et al.
No.871,676; U.S. Patent Application by Snyder et al. Seria
l No.149,573; U.S. Patent Application Ser by Mandeville et al.
and a graphite layer having a small diameter (preferably 3.5-75 nm), substantially parallel to the fibril axis, as described in U.S. Patent Application Serial No. 351,967 to McCarthy et al. It has substantially no pyrolytic carbon outer coating. These fibrils are manufactured as described in the aforementioned patents and patent applications. The fibrils may be treated to introduce oxygen-containing functional groups on the fibril surface, as described in U.S. Patent Application Serial No. 351,967 to McCarthy et al.

それら被覆は、結合剤、フィブリル、及び顔料の如き
添加物を剪断混合で一緒にすることにより製造される。
混合が完了した時、それら被覆を直接金属又は成形プラ
スチック部品に適用するか、又は必要になるまで保存す
る。
The coatings are made by combining additives such as binders, fibrils, and pigments by shear mixing.
When mixing is complete, the coatings can be applied directly to metal or molded plastic parts or stored until needed.

被覆は、自動車本体パネルの如きシート成形用配合物
(SMC)及びばら状成形用配合物(BMC)圧搾成形部品
に、型中で静電気的に適用される。被覆した部品は次に
そのまま用いるか、又は第二被覆、例えば仕上げ被覆を
表面に静電被覆する。どちらの場合でも、被覆を電気伝
導性にするために結合剤にフィブリルを添加することに
よって直接表面を静電被覆することができる。
The coating is electrostatically applied in a mold to sheet molding compounds (SMC) and bulk molding compounds (BMC) pressed parts, such as automotive body panels. The coated part is then used as is, or the surface is electrostatically coated with a second coating, such as a finish coating. In either case, the surface can be electrostatically coated directly by adding fibrils to the binder to make the coating electrically conductive.

B.インク 抵抗性及び伝導性インクのための好ましい重合体結合
剤は、熱硬化性エポキシ樹脂及び熱可塑性ポリエステル
樹脂(例えば、ポリエチレン テレフタレート)であ
る。インクは溶液又は溶媒分散物の形で与えられてもよ
い。
B. Inks Preferred polymer binders for resistive and conductive inks are thermoset epoxy resins and thermoplastic polyester resins (eg, polyethylene terephthalate). The ink may be provided in the form of a solution or a solvent dispersion.

好ましいフィブリルは、粉末及び液体被覆の場合につ
いて上で述べたものである。結合剤中に混入されたフィ
ブリルの量は、希望の抵抗率水準の関数であり、それは
今度はそれらインクが目的とする用途に依存する。一般
に、10-2〜106Ωcmの範囲の抵抗率を有する抵抗性イン
クの場合、1〜30重量%のフィブリルが混入される。例
えば、金属箔の存在により比較的低い抵抗率を既に有す
る伝導性インクの場合、インクの抵抗率を細かく調節す
るのにフィブリルが用いられ、銀箔の量を調節すること
だけでは得ることができないか又は実際的でない抵抗率
の値を得ることができるようになる。従って、フィブリ
ルの混入量は、銀充填結合剤の抵抗率及び目的抵抗率の
値に依存する。一般に20〜50重量%のフィブリルが、1
Ωcmよりも大きな抵抗率を有する銀充填結合剤の抵抗率
を1Ωcmより小さい値に低下させるために混入される。
Preferred fibrils are those described above for the powder and liquid coating cases. The amount of fibrils incorporated in the binder is a function of the desired resistivity level, which in turn depends on the intended use of the inks. Generally, for resistive inks having a resistivity in the range of 10 -2 to 10 6 Ωcm, 1 to 30% by weight of fibrils is incorporated. For example, for conductive inks that already have a relatively low resistivity due to the presence of the metal foil, fibrils are used to fine tune the resistivity of the ink and cannot be obtained by simply adjusting the amount of silver foil. Or, it becomes possible to obtain an impractical resistivity value. Thus, the amount of fibrils incorporated depends on the resistivity of the silver-filled binder and the value of the target resistivity. Generally, 20-50% by weight of fibrils is
It is incorporated to reduce the resistivity of silver filled binders having a resistivity greater than Ωcm to values less than 1 Ωcm.

伝導性粉末及び液体被覆について上で述べたのと同じ
手順を用いてインクが製造される。それらを次にプリン
ト回路基板の如き基体、又はそのような基体のための使
い捨てドナー(donor)シートの上に慣用的スクリーン
プリント法によりスクリーンプリントして抵抗器(抵抗
性インクの場合)又は電子部品を接続するための伝導性
線路(伝導性インクの場合)を形成する。インクの一定
した伝導性のため、レーザー切削を行う必要はなく、多
層成形回路板にそれらインクを用いることができる。
The ink is made using the same procedure as described above for the conductive powder and liquid coating. They are then screen printed by conventional screen printing methods on substrates, such as printed circuit boards, or disposable donor sheets for such substrates, to form resistors (for resistive inks) or electronic components. Is formed to form a conductive line (in the case of conductive ink) for connecting. Due to the constant conductivity of the inks, there is no need to perform laser cutting and the inks can be used in multilayer molded circuit boards.

エラストマー フィブリルをエラストマー マトリックス中に分散さ
せることにより複合体を製造する。好ましいフィブリル
は、テネットによる米国特許第4,663,230号;テネット
その他による米国特許出願Serial No.871,675;テネット
その他による米国特許出願Serial No.871,676;スナイダ
ーその他による米国特許出願Serial No.149,573;マンデ
ビルその他による米国特許出願Serial No.285,817、に
記載されているように、小さな直径(好ましくは3.5〜7
5nm)、フィブリル軸に実質的平行な黒鉛層を有し、連
続的熱分解炭素外側被覆を実質的に持たないものであ
る。これらのフィブリルは前記特許及び特許出願に記載
されているようにして製造される。それらフィブリルは
マッカーシーその他による米国特許出願Serial No.351,
967に記載されているように、フィブリル表面に酸素含
有官能基を導入するように処理してもよい。好ましいエ
ラストマー マトリックスには、天然コム、スチレン・
ブタジエンゴム(ランダム及びブロック共重合体の両
方)、ポリイソプレン、ネオプレン、クロロプレン、ポ
リブタジエン(シス及びトランス1,4及び1,2−ポリブタ
ジエンの両方)、フルオロエラストマー(例えば、フッ
素化ポリエチレン)、シリコーンゴム、及びウレタン
エラストマー〔例えば、スパンデックス(Spandex)〕
が含まれる。
The composite is made by dispersing the elastomeric fibrils in an elastomeric matrix. Preferred fibrils are U.S. Pat. As described in application Serial No. 285,817, small diameters (preferably 3.5-7
5 nm), having a graphite layer substantially parallel to the fibril axis and having substantially no continuous pyrolytic carbon outer coating. These fibrils are manufactured as described in the aforementioned patents and patent applications. These fibrils are disclosed in U.S. Patent Application Serial No. 351, by McCarthy et al.
As described in 967, the fibril surface may be treated to introduce oxygen-containing functional groups. Preferred elastomer matrices include natural comb, styrene
Butadiene rubber (both random and block copolymers), polyisoprene, neoprene, chloroprene, polybutadiene (both cis and trans 1,4 and 1,2-polybutadiene), fluoroelastomer (eg, fluorinated polyethylene), silicone rubber , And urethane
Elastomer (for example, Spandex)
Is included.

低いフィブリル含有量が好ましい。一般にエラストマ
ー100部当たり1〜10部のフィブリルが添加される。カ
ーボンブラック及びシリカの如き充填剤も添加してよ
い。好ましくは各1部のフィブリルに対し4部の充填剤
が用いられる。
Low fibril content is preferred. Generally 1 to 10 parts of fibrils are added per 100 parts of elastomer. Fillers such as carbon black and silica may also be added. Preferably 4 parts of filler are used for each 1 part of fibril.

フィブリル充填エラストマー複合体を製造するのに用
いられる特別な配合方法は、求められる最終的性質、エ
ラストマー マトリックスの種類、必要な分散度、及び
フィブリルの外に添加される充填剤の種類に依存する。
例えば、別々に添加される補強剤が存在しない場合で
も、かなりの強度値を有する天然ゴムの如きゴム マト
リックスの場合には、バンバリー及び二軸ロールミルの
如き慣用的配合装置を用いて複合体を製造することがで
きる。しかし、高度に均一な分散が望まれる場合、ボー
ルミルの如き方法を用いてフィブリルを先ず粉砕する。
よく分散した混合物を得るための特に有効な方法は、本
願と同時に出願され、本願と同じ譲受け人に譲渡されて
いるクリーハム(Creehan)による「均一な分散物の製
造」と題する米国特許出願Serial No.386,912(その記
載は参考のため全体的にここに入れてある)に記載され
ているように、フィブリル、エラストマー マトリック
ス、及び任意の他の充填剤を低粘度添加剤(例えば、油
又は液体溶媒)及び粉砕促進材(例えば、研磨材粒子)
と一緒にし、スラリーを形成し、次にそのスラリーを高
速度で、例えば撹拌ボールミル又は摩滅機中で撹拌する
ことを含んでいる。粘度調節剤もマトリックスに、例え
ば、溶液重量SBRの場合に添加してもよい。撹拌が完了
したならば、例えば、真空乾燥、水蒸気追い出し、又は
冷凍乾燥により溶媒を除去することができる。次に混合
物をそのまま成形するか、又は例えばバンバリー又は二
軸ロールミルでさらに高剪断混合にかけ、それから成形
してもよい。
The particular compounding method used to make the fibril-filled elastomer composite depends on the final properties sought, the type of elastomer matrix, the degree of dispersion required, and the type of filler added outside of the fibrils.
For example, in the absence of a separately added reinforcing agent, in the case of rubber matrices, such as natural rubber, having significant strength values, composites can be prepared using conventional compounding equipment, such as Banbury and twin roll mills. can do. However, if a highly uniform dispersion is desired, the fibrils are first ground using a method such as a ball mill.
A particularly effective method for obtaining a well-dispersed mixture is disclosed in US Patent Application Serial No. Serial "Creating a uniform dispersion" by Creehan, filed concurrently with the present application and assigned to the same assignee as the present application. No. 386,912, the description of which is incorporated herein by reference in its entirety, fibrils, elastomeric matrices, and any other fillers are added to low viscosity additives (eg, oils or liquids). Solvent) and grinding accelerator (eg, abrasive particles)
And forming a slurry, and then stirring the slurry at high speed, such as in a stirred ball mill or attritor. Viscosity modifiers may also be added to the matrix, for example in the case of solution weight SBR. Once stirring is complete, the solvent can be removed, for example, by vacuum drying, steam purge, or freeze drying. The mixture may then be molded as is or subjected to further high shear mixing, for example on a Banbury or twin-roll mill, and then molded.

配合中、フィブリルの量は最終的複合体中の希望のフ
ィブリルの量に合うように選択され、エラストマーマト
リックスに直接添加してもよい。しかし、フィブリル充
填複合体を次のようにして製造してもよい。エラストマ
ーと多量(25部)のフィブリルとを先ず一緒にし、マス
ターバッチを形成する。次に、最終的複合体中の目的と
する量(例えば5〜10部)のフィブリルが得られるよう
に計画した適当な量のマスターバッチを、上述の如き付
加的エラストマーと混合し、最終的複合体を形成する。
During compounding, the amount of fibrils is selected to match the desired amount of fibrils in the final composite and may be added directly to the elastomeric matrix. However, the fibril-filled composite may be manufactured as follows. The elastomer and a large amount (25 parts) of fibrils are first combined to form a masterbatch. Next, an appropriate amount of masterbatch designed to obtain the desired amount of fibrils in the final composite (eg, 5-10 parts) is mixed with the additional elastomer as described above and the final composite Form the body.

それら複合体を、慣用的エラストマー成形法を用いて
熱の適用又は抵抗又は誘導加熱により種々の物品に成形
することができる。特に有用な物品には、タイヤ、及び
トレッド及びケーシングの如きタイヤ物品、密封剤、及
び振動吸収材が含まれる。未硬化複合体は、接着剤及び
結合剤として、例えば、タイヤ及びコンベアーのための
補修配合物として有用である。接着剤は誘導又は抵抗加
熱によその場で硬化することができる。フィブリル充填
エラストマーから製造された物品の物理的性質(例え
ば、タイヤの空気圧)を電気的に監視検出することがで
きる。
The composites can be formed into various articles by the application of heat or resistance or induction heating using conventional elastomer molding techniques. Particularly useful articles include tires and tire articles such as treads and casings, sealants, and vibration absorbers. Uncured composites are useful as adhesives and binders, for example, as repair formulations for tires and conveyors. The adhesive can be cured in place by induction or resistive heating. Physical properties (e.g., tire pressure) of articles made from fibril-filled elastomers can be monitored and detected electrically.

上述の炭素フィブリルの外に、例えば、ジアス(Geu
s)その他による1986年10月22日に公開された欧州特許
出願第0 198 558に記載されているような、結晶黒鉛構
造及びフィブリル軸に沿って黒鉛層が魚骨状に配列した
ものとして定義にされる形態を有するフィブリルも適切
である。これらのフィブリルは少なくとも5nmの直径を
有する単結晶金属粒子触媒(例えば鉄)上に炭化水素ガ
スを250〜800℃の温度で蒸着させることにより製造され
る。
In addition to the above-mentioned carbon fibrils, for example, Gias
s) as defined by others in European Patent Application 0 198 558, published October 22, 1986, as having a crystalline graphite structure and a graphite layer arranged along a fibril axis in a fishbone configuration. Fibrils having a morphology that is optimized are also suitable. These fibrils are produced by depositing hydrocarbon gas at a temperature of from 250 to 800 ° C. on a single crystal metal particle catalyst (eg iron) having a diameter of at least 5 nm.

摩擦材料 好ましい摩擦材料は、炭素フィブリル及び他の充填剤
が混入された有機樹脂結合剤を含む。成分の相対的量
は、摩擦材料が目的とする特定の用途に依存する。例え
ば、フェード抵抗及び停止力が問題になる大きなトラッ
クのためのブレーキシューズの如き高負荷用途の場合に
は、自動車の円盤ブレーキパッドに比較して一層多量の
フィブリルが用いられるであろう。典型的には、フィブ
リルの量は、樹脂に基づき組成物の20重量%迄である。
Friction Material A preferred friction material comprises an organic resin binder loaded with carbon fibrils and other fillers. The relative amounts of the components will depend on the particular application for which the friction material is intended. For high load applications, such as, for example, brake shoes for large trucks where fade resistance and stopping power are a concern, more fibrils will be used compared to a disc brake pad in a motor vehicle. Typically, the amount of fibrils is up to 20% by weight of the composition, based on the resin.

樹脂結合剤は、使用中に遭遇する上昇した温度に耐え
ることができなければならない。フェノール樹脂は、熱
劣化に対する抵抗が優れており、比較的コストが低いの
で好ましい。フィブリルの外に好ましい充填剤には金属
(例えば真鍮)繊維、ポリアラミド繊維(例えば、E.I.
デュポン・ド・ヌマー・アンド・カンパニーから市販さ
れているケブラー繊維)、珪藻土及び硫酸バリウムの如
き鉱物充填剤、黒鉛、及び細断炭素繊維が含まれる。フ
ィブリルを混入することにより、これらの添加物の量を
慣用的摩擦材料組成物に比較して少なくすることができ
る。
The resin binder must be able to withstand the elevated temperatures encountered during use. Phenolic resins are preferred because they have excellent resistance to thermal degradation and are relatively inexpensive. In addition to fibrils, preferred fillers include metal (eg, brass) fibers, polyaramid fibers (eg, EI
Kevlar fibers commercially available from Dupont de Numer and Company), mineral fillers such as diatomaceous earth and barium sulfate, graphite, and chopped carbon fibers. By incorporating fibrils, the amount of these additives can be reduced compared to conventional friction material compositions.

好ましいフィブリルは、テネットによる米国特許第4,
663,230号;テネットその他による米国特許出願Serial
No.871,675;テネットその他による米国特許出願Serial
No.871,676;スナイダーその他による米国特許出願Seria
l No.149,573;及びマンデビルその他による米国特許出
願Serial No.285,817、に記載されているように、小さ
な直径(好ましくは3.5〜75nm)、フィブリル軸に実質
的平行な黒鉛層を有し、連続的熱分解炭素外側被覆を実
質的に持たないものである。これらのフィブリルは前記
特許及び特許出願に記載されているようにして製造され
る。それらフィブリルはマッカーシーその他による米国
特許出願Serial No.351,967に記載されているように、
フィブリル表面に酸素含有官能基を導入するように処理
してもよい。
Preferred fibrils are disclosed in U.S. Pat.
No. 663,230; US patent application Serial by Tenet et al.
No.871,675; U.S. Patent Application Serial by Tenet et al.
No.871,676; U.S. Patent Application by Snyder et al. Seria
l No. 149,573; and U.S. Patent Application Serial No. 285,817 to Mandeville et al., having a graphite layer of small diameter (preferably 3.5-75 nm), substantially parallel to the fibril axis; It has substantially no pyrolytic carbon outer coating. These fibrils are manufactured as described in the aforementioned patents and patent applications. As described in U.S. Patent Application Serial No. 351,967 by McCarthy et al.
The fibril surface may be treated to introduce an oxygen-containing functional group.

摩擦材料は、樹脂、フィブリル、及び他の添加物を剪
断力の下で乾式混合し、次に得られた混合物を上昇させ
た温度で慣用的熱硬化成形法、例えば、圧搾又は組合せ
ダイ成形を用いて成形することにより製造される。フェ
ノール樹脂中に8重量%の炭素フィブリル(上述の如
き)を含み、金属繊維、珪藻土、硫酸バリウム、ケブラ
ーポリアラミド繊維、黒鉛、及び炭素繊維も含んでいる
摩擦材料を、円盤ブレーキ裏打板の形に製造した。それ
らブレーキは、フィブリルを含まない組成物に比較して
低いフェード〔ダイノモメーター(Dynomometer)試験
により測定して〕を示し、高温で改良された摩擦を示し
た。それらブレーキは高温(750゜F)で亀裂及び剥離に
対し改良された抵抗性も示した。
The friction material is obtained by dry mixing the resin, fibrils, and other additives under shear, and then subjecting the resulting mixture to conventional thermoset molding methods at elevated temperatures, such as pressing or combined die molding. It is manufactured by molding using. A friction material containing 8% by weight of carbon fibrils (as described above) in phenolic resin, and also including metal fibers, diatomaceous earth, barium sulfate, Kevlar polyaramid fibers, graphite, and carbon fibers, is formed into a disk brake backing plate. Manufactured. The brakes exhibited lower fade (as measured by the Dynomometer test) compared to the composition without fibrils, and improved friction at elevated temperatures. The brakes also exhibited improved resistance to cracking and spalling at elevated temperatures (750 ° F).

混成複合体 好ましい混成複合体は、一次補強剤が約1〜10μの程
度の平均直径を有する連続又は不連続繊維からなり、二
次補強剤が炭素フィブリルからなる複合体である。好ま
しいフィブリルは、テネットによる米国特許第4,663,23
0号;テネットその他による米国特許出願Serial No.87
1,675;テネットその他による米国特許出願Serial No.87
1,676;スナイダーその他による米国特許出願Serial No.
149,573;及びマンデビルその他による米国特許出願Seri
al No.285,817、に記載されているように、小さな直径
(好ましくは3.5〜75nm)、フィブリル軸に実質的平行
な黒鉛層を有し、連続的熱分解炭素外側被覆を実質的に
持たないものである。これらのフィブリルは前記特許及
び特許出願に記載されているようにして製造される。そ
れらフィブリルはマッカーシーその他による米国特許出
願Serial No.351,967に記載されているように、フィブ
リル表面に酸素含有官能基を導入するように処理しても
よい。
Hybrid Composites Preferred hybrid composites are those wherein the primary reinforcing agent comprises continuous or discontinuous fibers having an average diameter on the order of about 1-10 microns and the secondary reinforcing agent comprises carbon fibrils. Preferred fibrils are disclosed in U.S. Pat.
No. 0; US Patent Application Serial No. 87 by Tenet et al.
1,675; U.S. Patent Application Serial No. 87 by Tenet et al.
1,676; U.S. Patent Application Serial No.
149,573; and U.S. Patent Application Seri by Mandeville et al.
al. No. 285,817, having a small diameter (preferably 3.5-75 nm), a graphite layer substantially parallel to the fibril axis, and having substantially no continuous pyrolytic carbon outer coating. It is. These fibrils are manufactured as described in the aforementioned patents and patent applications. The fibrils may be treated to introduce oxygen-containing functional groups on the fibril surface, as described in U.S. Patent Application Serial No. 351,967 to McCarthy et al.

複合体は、一方向性複合体(即ち、一次補強剤が個々
の連続的繊維で、それらの全てが互いに平行に配列され
ており、そのためそれらがマトリックスを主として一方
向にだけ補強されている複合体)、一方向性テープ又は
織物の二次元的層状体又は積層体(即ち、一次補強剤が
連続的繊維で、単一の面内でマトリックスを二つ以上の
方向で補強している複合体)、多次元的層状体又は積層
体(即ち、連続的繊維による補強が単一の面に限られて
いない複合体)、及び不連続繊維補強等方性複合体(即
ち、一次補強剤としての不連続繊維、例えば、細断ガラ
ス又は炭素繊維、又は炭素ウィスカーがマトリックス全
体に亙って無作為的に配向し、均質な補強を与えている
複合体)でもよい。熱硬化性樹脂は、一次補強剤が連続
的繊維である場合に好ましいが、熱可塑性と熱硬化性樹
脂の両方は不連続繊維の場合に適切である。
Composites are unidirectional composites (i.e. composites in which the primary reinforcing agent is individual continuous fibers, all of which are arranged parallel to each other, so that they are reinforced primarily in the matrix in only one direction). Two-dimensional layers or laminates of unidirectional tapes or fabrics (i.e., a composite in which the primary reinforcing agent is a continuous fiber and reinforces the matrix in more than one direction in a single plane) ), Multidimensional layers or laminates (i.e., composites in which reinforcement by continuous fibers are not limited to a single surface), and discontinuous fiber reinforced isotropic composites (i.e., as primary reinforcing agents) Discontinuous fibers, such as chopped glass or carbon fibers, or composites in which carbon whiskers are randomly oriented throughout the matrix to provide uniform reinforcement). Thermosetting resins are preferred when the primary reinforcing agent is continuous fibers, but both thermoplastic and thermosetting resins are suitable for discontinuous fibers.

図面は、一次補強剤繊維14及び炭素フィブリル16の層
でエポキシマトリックス12が補強された二次元的織物積
層体10を示している。一次繊維12はポリアクリロニトリ
ル系炭素繊維である。一次繊維の各層は単一の面内で二
つの相互に直角な方向に織られてエポキシマトリックス
12を補強している。炭素フィブリル16はマトリックス12
全体に亙って均一に分散しており、一次繊維14に対し無
作為的に配向している。
The figure shows a two-dimensional textile laminate 10 in which the epoxy matrix 12 is reinforced with layers of primary reinforcing fibers 14 and carbon fibrils 16. The primary fibers 12 are polyacrylonitrile-based carbon fibers. Each layer of primary fiber is woven in a single plane in two mutually perpendicular directions with an epoxy matrix
12 are reinforced. Carbon fibrils 16 are matrix 12
It is uniformly distributed throughout and randomly oriented with respect to the primary fibers 14.

複合体は次のようにして製造される。樹脂(混合し易
くするため、粘稠な液体、ペースト、又は溶融物の形を
している)全体にフィブリルを分散させてプレプレグを
形成する。フィブリル凝集物の大部分が0.5μmより小
さい平均直径を有するよく分散したプレプレグを得るた
めの特に有効な方法は、本願と同時に出願され、本願と
同じ譲受け人に譲渡されているクリーハムによる「均一
な分散物の製造」と題する米国特許出願Serial No.(そ
の記載は参考のため全体的にここに入れてある)に記載
されているように、フィブリル、マトリックス、及び任
意の他の充填剤を低粘度添加剤(例えば、油又は液体溶
媒)及び粉砕促進材(例えば、グリット粒子の如き研磨
材粒子)と一緒にし、スラリーを形成し、次にそのスラ
リーを高速度で、例えば撹拌ボールミル又は摩滅機中で
撹拌することを含んでいる。撹拌が完了したならば、例
えば、真空乾燥、水蒸気追い出し、又は冷凍乾燥により
溶媒を除去することができる。もし一次補強剤が不連続
繊維であるならば、それらをフィブリルと一緒に樹脂に
添加することができる。もし一次補強剤が連続的繊維で
あるならば、樹脂・フィブリル混合物を慣用的含浸法を
用いて一次補強剤に適用し、樹脂・フィブリル混合物が
一次補強剤を適切に濡らすように注意を払う。次に複合
体を慣用的成形法を用いて成形及び硬化する。図面に示
された複合体は次のようにして製造された。
The composite is manufactured as follows. The fibrils are dispersed throughout the resin (in the form of a viscous liquid, paste, or melt for ease of mixing) to form a prepreg. A particularly effective method for obtaining a well-dispersed prepreg in which the majority of the fibril aggregates have an average diameter of less than 0.5 μm is described in the “Uniform Fibrils, matrices, and any other fillers, as described in U.S. Patent Application Serial No., entitled "Preparation of Dispersions," which is incorporated herein by reference in its entirety. Combine with a low viscosity additive (eg, an oil or liquid solvent) and a grinding aid (eg, abrasive particles such as grit particles) to form a slurry, and then slurry the slurry at high speed, eg, a stirred ball mill or attrition. Including stirring in the machine. Once stirring is complete, the solvent can be removed, for example, by vacuum drying, steam purge, or freeze drying. If the primary reinforcing agents are discontinuous fibers, they can be added to the resin together with the fibrils. If the primary reinforcing agent is a continuous fiber, apply the resin-fibril mixture to the primary reinforcing agent using conventional impregnation techniques and take care that the resin-fibril mixture properly wets the primary reinforcing agent. The composite is then molded and cured using conventional molding techniques. The composite shown in the drawing was produced as follows.

9部のN,N,N′,N′−テトラグリシジル−4,4′−メチ
レンビスベンゼンアミン(チバ・ガイギー社からMY720
エポキシとして市販されている)、1部のビスフェノー
ルAとエピクロルヒドリン(チバ・ガイギー社からGY60
10エポキシとして市販されている)、及び5部の4,4′
−ジアミノジフェニルスルホン硬化剤(チバ・ガイギー
社からHT976硬化剤として市販されている)を、或る体
積の炭素フィブリル(前記スナイダーその他による出願
に記載されているようにして製造されたもの)と、フィ
ブリルが樹脂全体に亙って均一に分散するまで撹拌ボー
ルミルを用いて(前記クリーハムの出願に記載されてい
るようにして)混合した。製造した試料のフィブリルの
体積分率は全樹脂含有量に基づき0.01〜0.05の範囲にあ
った。次に混合物を、織ったポリアクリロニトリル系炭
素繊維織物〔24×23(±1)のヤーン数及び10.7オンス
/平方ヤード(±1)の面積密度を有するセリオン(Ce
lion)3Kヤーのテクニウィーブ(Techniweave)8ハー
ネス・サテン織物(Harness Satin Weave)8HSスタイル
3K−175−8H〕の6枚重ね積層体に手で適用した。複合
体織物の体積分率は0.60±0.02であった。得られた複合
体を次に成形し、硬化し、最終的複合構造体を形成し
た。フィブリルの体積分率が0.025である複合体の諸性
質を測定し、フィブリルを含まない対照試料と比較し
た。それらの結果は無作為的に配向した均一に分散した
フィブリルは、圧縮強度、短距離剪断強度、面内剪断強
度、トランス層抵抗率の如きマトリックス主導型特性、
及び曲げ強度及びモジュラスの如きマトリックス成分主
導型特性を、引張り強度及びモジュラスの如き連続繊維
主導型特性を阻害することなく、改良することを示して
いた。
9 parts of N, N, N ', N'-tetraglycidyl-4,4'-methylenebisbenzeneamine (MY720 from Ciba-Geigy)
1 part bisphenol A and epichlorohydrin (commercially available as epoxy) (GY60 from Ciba Geigy)
10 epoxy) and 5 parts of 4,4 '
A diaminodiphenyl sulfone hardener (commercially available as HT976 hardener from Ciba Geigy) with a volume of carbon fibrils (produced as described in the application by Snyder et al.); The fibrils were mixed (as described in the Creeham application) using a stirred ball mill until homogeneously dispersed throughout the resin. The fibril volume fraction of the prepared samples was in the range of 0.01 to 0.05 based on total resin content. The mixture was then coated with a woven polyacrylonitrile-based carbon fiber fabric [24 × 23 (± 1) yarn number and 10.7 oz / square yard (± 1) area density of Celion (Ce).
lion) 3K yard Techniweave 8 Harness Satin Weave 8HS style
3K-175-8H] was applied by hand to a six-ply laminate. The volume fraction of the composite fabric was 0.60 ± 0.02. The resulting composite was then molded and cured to form the final composite structure. The properties of the composite with a fibril volume fraction of 0.025 were measured and compared to a control sample without fibril. The results show that randomly oriented, uniformly dispersed fibrils have matrix-driven properties such as compressive strength, short-range shear strength, in-plane shear strength, trans-layer resistivity,
And improved matrix component driven properties, such as flexural strength and modulus, without interfering with continuous fiber driven properties, such as tensile strength and modulus.

他の態様は次の請求項の中に含まれている。 Other aspects are included in the following claims.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08J 5/18 C08J 5/18 C08L 101/16 C09D 11/00 C09D 11/00 H01B 1/20 H01B 1/20 C08L 101/00 // B29K 105:06 (31)優先権主張番号 386,912 (32)優先日 平成1年7月27日(1989.7.27) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 386,822 (32)優先日 平成1年7月27日(1989.7.27) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 386,829 (32)優先日 平成1年7月27日(1989.7.27) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 386,828 (32)優先日 平成1年7月27日(1989.7.27) (33)優先権主張国 米国(US) (72)発明者 バーバー,ジェームス,ジェイ. アメリカ合衆国02174 マサチューセッ ツ州アーリントン,キムボール ロード 24 (72)発明者 クリーハン,ロバート,ディー. アメリカ合衆国02174 マサチューセッ ツ州アーリントン,サザーランド ロー ド 66 (72)発明者 スナイダー,カール,イー. アメリカ合衆国44224 オハイオ州シル バー レイク,シルバービュー ドライ ブ 2978 (56)参考文献 特開 昭60−125612(JP,A) 特開 昭58−201829(JP,A) 特開 昭55−157672(JP,A) 特開 昭56−107053(JP,A) 特開 昭62−299412(JP,A) 特開 昭54−8251(JP,A) 特開 昭61−218669(JP,A) 特開 平3−55709(JP,A) 特表 昭62−500943(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08K 7/06 C09D 11/00 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI C08J 5/18 C08J 5/18 C08L 101/16 C09D 11/00 C09D 11/00 H01B 1/20 H01B 1/20 C08L 101/00 // B29K 105: 06 (31) Priority claim number 386,912 (32) Priority date July 27, 2001 (July 27, 1989) (33) Priority claim country United States (US) (31) Priority claim number 386,822 (32) Priority date July 27, 2001 (July 27, 1989) (33) Priority claiming country United States (US) (31) Priority claim number 386,829 (32) Priority date Heisei 1 July 27, 1989 (July 27, 1989) (33) Priority country United States (US) (31) Priority number 386,828 (32) Priority date July 27, 2001 (July 27, 1989) 27) (33) Priority Countries United States (US) (72) Inventor Barber, James, Jay. Kimball Road, Arlington, Mass. 02174 United States 24 (72) Kuriha, Inventor United States 02174 Arlington, Mass., Sutherland Road 66 (72) Inventor Snyder, Carl, E. United States 44224 Silver Lake, Ohio Silverview Drive 2978 (56) References JP 60 JP-A-125612 (JP, A) JP-A-58-201829 (JP, A) JP-A-55-157672 (JP, A) JP-A-56-107053 (JP, A) JP-A-62-299412 (JP, A) JP-A-54-8251 (JP, A) JP-A-61-218669 (JP, A) JP-A-3-55709 (JP, A) JP-A-62-500943 (JP, A) (58) Field (Int. Cl. 7 , DB name) C08K 7/06 C09D 11/00

Claims (49)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】0.5〜20重量%の均一に分散された、3.5〜
75nm(両端の数字を含む)の直径を有し、その長さ対直
径の比が少なくとも5である炭素フィブリルを含む反応
射出成形ポリマーマトリックスを含む電気伝導性成形複
合体であって、前記フィブリルは凝集体の形態であり、
その直径が前記フィブリルの直径の1000倍以下である電
気伝導性成形複合体。
1. The composition according to claim 1, wherein said dispersion is 0.5 to 20% by weight, uniformly dispersed,
An electrically conductive molded composite comprising a reaction injection molded polymer matrix comprising carbon fibrils having a diameter of 75 nm (inclusive) and having a length to diameter ratio of at least 5. wherein said fibrils are: In the form of aggregates,
An electrically conductive molded composite having a diameter of 1000 times or less the diameter of the fibril.
【請求項2】0.5〜20重量%の均一に分散された、3.5〜
75nm(両端の数字を含む)の直径を有し、その長さ対直
径の比が少なくとも5である炭素フィブリルを含むポリ
マー樹脂マトリックスを含むプレ混合物の成形生成物を
含む電気伝導性複合体であって、前記フィブリルは凝集
体の形態であり、その直径がフィブリルの直径の1000倍
以下である電気伝導性複合体。
2. The composition according to claim 1, wherein said dispersion is from 0.5 to 20% by weight, uniformly dispersed.
An electrically conductive composite comprising a molded product of a premix comprising a polymer resin matrix comprising carbon fibrils having a diameter of 75 nm (inclusive) and a length to diameter ratio of at least 5. The electrically conductive composite, wherein the fibrils are in the form of an aggregate, the diameter of which is 1000 times or less the diameter of the fibrils.
【請求項3】フィブリルの量が、直接表面を静電被覆す
るのに充分な大きさの電気伝導度を複合体に付与するの
に充分な量である請求項1又は2に記載の複合体。
3. The composite of claim 1 or 2, wherein the amount of fibrils is sufficient to provide the composite with sufficient electrical conductivity to directly electrostatically coat the surface. .
【請求項4】複合体の電気伝導度が、同じ量のカーボン
ブラックを充填した同じマトリックスの複合体の電気伝
導度よりも大きい請求項1又は2に記載の複合体。
4. The composite according to claim 1, wherein the electrical conductivity of the composite is higher than that of a composite of the same matrix filled with the same amount of carbon black.
【請求項5】フィブリルの量が静電気を消失させるのに
充分な大きさの電気伝導度を複合体に付与するのに充分
である請求項1又は2に記載の複合体。
5. The composite of claim 1 or 2, wherein the amount of fibrils is sufficient to impart sufficient electrical conductivity to the composite to dissipate static electricity.
【請求項6】フィブリルが、フィブリル軸に実質的に平
行な黒鉛層を有する管からなり、連続的熱分解炭素外側
被覆を実質的に持たない請求項1又は2に記載の複合
体。
6. The composite of claim 1 or 2, wherein the fibrils comprise a tube having a graphite layer substantially parallel to the fibril axis and have substantially no continuous pyrolytic carbon outer coating.
【請求項7】黒鉛層の外側表面が、複数の酸素含有基、
又はそれらの誘導体に結合している請求項6に記載の複
合体。
7. The method according to claim 7, wherein the outer surface of the graphite layer comprises a plurality of
Or the complex according to claim 6, which is bound to a derivative thereof.
【請求項8】マトリックスが熱可塑性材料からなる請求
項1又は2に記載の複合体。
8. The composite according to claim 1, wherein the matrix is made of a thermoplastic material.
【請求項9】マトリックスが熱硬化性材料からなる請求
項1又は2に記載の複合体。
9. The composite according to claim 1, wherein the matrix comprises a thermosetting material.
【請求項10】鋳型に射出され、その中で重合し、反応
射出成形ポリマーマトリックスを成形することのできる
1以上の液体反応物を含む、反応射出成形に適した形の
電気伝導性複合体組成物であって、前記複合体は、0.5
〜20重量%の均一に分散された、3.5〜75nm(両端の数
字を含む)の直径を有し、その長さ対直径の比が少なく
とも5である炭素フィブリルを含み、前記フィブリルは
凝集体の形態であり、その直径がフィブリルの直径の10
00倍以下である電気伝導性複合体組成物。
10. An electrically conductive composite composition in a form suitable for reaction injection molding, comprising one or more liquid reactants that can be injected into a mold, polymerize therein, and form a reaction injection molded polymer matrix. Wherein the complex is 0.5
-20% by weight of uniformly dispersed carbon fibrils having a diameter of 3.5-75 nm (inclusive of the figures at both ends) and having a length to diameter ratio of at least 5, wherein said fibrils are formed of aggregates. Form, whose diameter is 10 times the diameter of the fibril
An electrically conductive composite composition that is not more than 00 times.
【請求項11】樹脂及び0.5〜20重量%の均一に分散さ
れた、3.5〜75nm(両端の数字を含む)の直径を有し、
その長さ対直径の比が少なくとも5である炭素フィブリ
ルを含むプレ混合物組成物であって、前記フィブリルは
凝集体の形態であり、その直径がフィブリルの直径の10
00倍以下であるプレ混合物組成物。
11. A resin and having a diameter of 3.5 to 75 nm (inclusive), uniformly dispersed of 0.5 to 20% by weight,
A pre-mixture composition comprising carbon fibrils having a length to diameter ratio of at least 5 wherein said fibrils are in the form of agglomerates and wherein the diameter is 10 times the diameter of the fibrils.
A pre-mix composition of up to 00 times.
【請求項12】フィブリルが、フィブリル軸に実質的に
平行な黒鉛層を有する管からなり、連続的熱分解炭素外
側被覆を実質的に含まない請求項10又は11に記載の組成
物。
12. The composition of claim 10 wherein the fibrils comprise a tube having a graphite layer substantially parallel to the fibril axis and substantially free of a continuous pyrolytic carbon outer coating.
【請求項13】黒鉛層の外側表面が、複数の酸素含有
基、又はそれらの誘導体に結合している請求項12に記載
の組成物。
13. The composition according to claim 12, wherein the outer surface of the graphite layer is bonded to a plurality of oxygen-containing groups or derivatives thereof.
【請求項14】液体反応物が一種類以上のポリオール、
ポリイソシアネート、又はポリアミンからなる請求項10
に記載の組成物。
14. The liquid reactant is one or more polyols,
11.A polyisocyanate or a polyamine.
A composition according to claim 1.
【請求項15】樹脂が熱硬化性樹脂からなる請求項11に
記載の組成物。
15. The composition according to claim 11, wherein the resin comprises a thermosetting resin.
【請求項16】0.5〜20重量%の炭素フィブリルを均一
にマトリックス材料に分散させた反応射出成形マトリッ
クスを含む伝導性複合体の製造方法であって、 重合してマトリックスを形成することができる一種類以
上の液体反応物にフィブリルを混合し、混合物を得る工
程、 前記混合物を型中に導入する工程、及び 前記混合物を圧力及び温度を含む反応条件下で成形して
成形部品の形の複合体を製造する工程を含み、 前記フィブリルが凝集物の形態であり、前記フィブリル
と前記マトリックス材料の混合工程が、フィブリルによ
って形成された凝集物の直径をフィブリルの直径の1000
倍以下に減少させるのに充分な反応時間を含めた反応条
件下においてせん断および衝撃力の併合力をかけるもの
である伝導性複合体の製造方法。
16. A method for producing a conductive composite comprising a reaction injection molded matrix in which 0.5 to 20% by weight of carbon fibrils are uniformly dispersed in a matrix material, wherein the matrix can be formed by polymerization. Mixing fibrils with one or more liquid reactants to obtain a mixture, introducing the mixture into a mold, and molding the mixture under reaction conditions including pressure and temperature to form a composite in the form of a molded part Wherein the fibrils are in the form of agglomerates, and the step of mixing the fibrils and the matrix material comprises reducing the diameter of the aggregates formed by the fibrils to 1000 times the diameter of the fibrils.
A method for producing a conductive composite, which comprises applying a combined force of shear and impact under reaction conditions including a reaction time sufficient to reduce by a factor of two or less.
【請求項17】0.5〜20重量%の炭素フィブリルを均一
にマトリックス材料に分散させたシート状成形用配合物
を含む伝導性複合体の製造方法であって、 フィブリルを樹脂と混合し、混合物を得る工程、及び 前記混合物をシートに成形する工程を含み、 前記フィブリルが凝集物の形態であり、前記フィブリル
と前記マトリックス材料の混合工程が、フィブリルによ
って形成された凝集物の直径をフィブリルの直径の1000
倍以下に減少させるのに充分な反応時間を含めた反応条
件下においてせん断および衝撃力の併合力をかけるもの
である伝導性複合体の製造方法。
17. A method for producing a conductive composite comprising a sheet-like molding compound in which 0.5 to 20% by weight of carbon fibrils is uniformly dispersed in a matrix material, wherein the fibrils are mixed with a resin, and the mixture is mixed. Obtaining, and forming the mixture into a sheet, wherein the fibrils are in the form of agglomerates, and the step of mixing the fibrils and the matrix material reduces the diameter of the aggregates formed by the fibrils to the diameter of the fibrils. 1000
A method for producing a conductive composite, which comprises applying a combined force of shear and impact under reaction conditions including a reaction time sufficient to reduce by a factor of two or less.
【請求項18】複合体を圧力及び温度を含む反応条件下
で成形して成形部品の形の複合体を製造することを更に
含む請求項16に記載の方法。
18. The method of claim 16, further comprising forming the composite under reaction conditions including pressure and temperature to produce the composite in the form of a molded part.
【請求項19】0.5〜20重量%の炭素フィブリルを均一
にマトリックス材料に分散させたばら状成形用配合物を
含む複合体の製造方法であって、 フィブリルを樹脂と混合し、成形に適したパテを形成す
る工程を含み、 前記フィブリルが凝集物の形態であり、前記フィブリル
と前記マトリックス材料の混合工程が、フィブリルによ
って形成された凝集物の直径をフィブリルの直径の1000
倍以下に減少させるのに充分な反応時間を含めた反応条
件下においてせん断および衝撃力の合併力をかけるもの
である伝導性複合体の製造方法。
19. A method for producing a composite comprising a bulk molding compound in which 0.5 to 20% by weight of carbon fibrils are uniformly dispersed in a matrix material, wherein the fibrils are mixed with a resin and are suitable for molding. Forming a putty, wherein the fibrils are in the form of agglomerates, and the step of mixing the fibrils and the matrix material reduces the diameter of the aggregates formed by the fibrils to 1000 times the diameter of the fibrils.
A method for producing a conductive composite, wherein a combined force of shear and impact is applied under reaction conditions including a reaction time sufficient to reduce the concentration to less than two-fold.
【請求項20】複合体を圧力及び温度を含む反応条件下
で成形して成形部品の形の複合体を製造することを更に
含む請求項19に記載の方法。
20. The method of claim 19, further comprising molding the composite under reaction conditions including pressure and temperature to produce the composite in the form of a molded part.
【請求項21】成形部品の表面を直接静電被覆すること
を更に含む、請求項16,18及び20のいずれか1項に記載
の方法。
21. The method according to claim 16, further comprising direct electrostatic coating of the surface of the molded part.
【請求項22】0.5〜20重量%の均一に分散された炭素
フィブリルを含むマトリックスを含む摩擦材料を含むブ
レーキ又はその部品であって、 前記マトリックスは、フェノール樹脂、ポリエステル樹
脂及びエポキシ樹脂からなる群から選択された樹脂を含
み、 前記フィブリルは、フィブリルの直径の1000倍以下の直
径を有する凝集物の形態であるブレーキ又はその部品。
22. A brake or component thereof comprising a friction material comprising a matrix comprising 0.5 to 20% by weight of uniformly dispersed carbon fibrils, said matrix comprising a group consisting of a phenolic resin, a polyester resin and an epoxy resin. Or a component thereof, wherein the fibril is in the form of an agglomerate having a diameter less than 1000 times the diameter of the fibril.
【請求項23】0.5〜20重量%の均一に分散された炭素
フィブリルを含むマトリックスを含む摩擦材料を含むク
ラッチ又はその部品であって、 前記マトリックスは、フェノール樹脂、ポリエステル樹
脂及びエポキシ樹脂からなる群から選択された樹脂を含
み、 前記フィブリルは、フィブリルの直径の1000倍以下の直
径を有する凝集物の形態であるクラッチ又はその部品。
23. A clutch or component comprising a friction material comprising a matrix comprising 0.5 to 20% by weight of uniformly dispersed carbon fibrils, said matrix comprising a phenolic resin, a polyester resin and an epoxy resin. Or a component thereof, wherein the fibril is in the form of an agglomerate having a diameter of 1000 times or less the diameter of the fibril.
【請求項24】0.5〜20重量%の均一に分散された炭素
フィブリルを含むマトリックスを含む摩擦材料を含む自
動変速ディスク又はその部品であって、 前記マトリックスは、フェノール樹脂、ポリエステル樹
脂及びエポキシ樹脂からなる群から選択された樹脂を含
み、 前記フィブリルは、フィブリルの直径の1000倍以下の直
径を有する凝集物の形態である自動変速ディスク又はそ
の部品。
24. An automatic transmission disc or component thereof comprising a friction material comprising a matrix comprising 0.5 to 20% by weight of uniformly dispersed carbon fibrils, said matrix comprising a phenolic resin, a polyester resin and an epoxy resin. An automatic transmission disc or part thereof comprising a resin selected from the group consisting of: wherein said fibrils are in the form of agglomerates having a diameter less than 1000 times the diameter of the fibrils.
【請求項25】フィブリルが、フィブリル軸に実質的に
平行な黒鉛層を有する管を含み、フィブリルの長さ対直
径比が少なくとも5である請求項22、23又は24のいずれ
か1項に記載の物品。
25. The fibril according to claim 22, 23 or 24, wherein the fibril comprises a tube having a layer of graphite substantially parallel to the fibril axis, wherein the fibril has a length to diameter ratio of at least 5. Goods.
【請求項26】フィブリルの直径が3.5〜75nm(両端の
数字を含む)であり、連続的熱分解炭素外側被覆を実質
的に持たない請求項25に記載の物品。
26. The article of claim 25, wherein the fibrils have a diameter of 3.5-75 nm (inclusive) and are substantially free of a continuous pyrolytic carbon outer coating.
【請求項27】黒鉛層の外側表面が複数の酸素含有基、
又はその誘導体に結合されている請求項25に記載の物
品。
27. An outer surface of a graphite layer comprising a plurality of oxygen-containing groups,
26. The article of claim 25, wherein the article is bound to a derivative thereof.
【請求項28】マトリックスが炭素を含む請求項22、23
又は24のいずれか1項に記載の物品。
28. The matrix of claim 22, wherein the matrix comprises carbon.
Or the article according to any one of 24.
【請求項29】金属、ガラス、セラミック、炭素、又は
ポリアラミド繊維からなる群から選択される一種類以上
の充填剤を更に含む請求項22、23又は24のいずれか1項
に記載の物品。
29. The article according to claim 22, further comprising one or more fillers selected from the group consisting of metal, glass, ceramic, carbon, or polyaramid fibers.
【請求項30】充填剤が、黒鉛、粘土、硫酸バリウム、
珪藻土、シリカ、マグネシア、ベリリア、アルミナ、炭
化珪素、二酸化チタン、又はカーボンブラックの一種類
以上からなる請求項29に記載の物品。
30. A filler comprising graphite, clay, barium sulfate,
30. The article according to claim 29, comprising one or more of diatomaceous earth, silica, magnesia, beryllia, alumina, silicon carbide, titanium dioxide, and carbon black.
【請求項31】マトリックス材料と0.5〜20重量%の均
一に分散された炭素フィブリルとを含む摩擦材料の形態
の複合体であって、 前記マトリックスは、フェノール樹脂、ポリエステル樹
脂及びエポキシ樹脂からなる群から選択された樹脂を含
み、 前記フィブリルは、フィブリルの直径の1000倍以下の直
径を有する凝集物の形態である摩擦材料の形態の複合
体。
31. A composite in the form of a friction material comprising a matrix material and 0.5-20% by weight of uniformly dispersed carbon fibrils, wherein said matrix is a group consisting of a phenolic resin, a polyester resin and an epoxy resin. A composite in the form of a friction material, wherein the fibril is in the form of an agglomerate having a diameter no greater than 1000 times the diameter of the fibril.
【請求項32】フィブリルが、フィブリル軸に実質的に
平行な黒鉛層を有する管を含み、前記フィブリルが少な
くとも5の長さ対直径比、3.5〜75nm(両端の数字を含
む)の直径を有し、連続的熱分解炭素外側被覆を実質的
に持たない請求項31に記載の複合体。
32. The fibril comprises a tube having a graphite layer substantially parallel to the fibril axis, said fibril having a length to diameter ratio of at least 5 and a diameter of 3.5 to 75 nm (inclusive). 32. The composite of claim 31, wherein said composite is substantially free of a continuous pyrolytic carbon outer coating.
【請求項33】エラストマーマトリックスと凝集物の形
態である炭素フィブリルとを含む複合体であって、 前記フィブリルは連続的熱分解炭素外側被覆を持たず、
フィブリル軸に実質的に平行な黒鉛層を有する管からな
る形態を有し、 前記凝集物は、フィブリルの直径の1000倍以下の直径を
有する複合体。
33. A composite comprising an elastomeric matrix and carbon fibrils in the form of aggregates, wherein the fibrils have no continuous pyrolytic carbon outer coating;
A composite comprising a tube having a graphite layer substantially parallel to a fibril axis, wherein the aggregate has a diameter of 1000 times or less the diameter of the fibril.
【請求項34】フィブリルの直径が3.5〜75nm(両端の
数字を含む)である請求項33に記載の複合体。
34. The complex according to claim 33, wherein the diameter of the fibrils is 3.5 to 75 nm (including the numbers at both ends).
【請求項35】エラストマーマトリックスと凝集物の形
態の炭素フィブリルとを含む複合体であって、 前記フィブリルは、結晶黒鉛構造を有し、フィブリル軸
に沿った黒鉛層の魚骨状配列として定義される形態を有
し、フィブリルの直径は100nmよりも小さく、 前記凝集物は、フィブリルの直径の1000倍以下の直径を
有する複合体。
35. A composite comprising an elastomeric matrix and carbon fibrils in the form of agglomerates, wherein the fibrils have a crystalline graphite structure and are defined as a fishbone-like array of graphite layers along a fibril axis. A fibril having a diameter of less than 100 nm, wherein the aggregate has a diameter of 1000 times or less the diameter of the fibril.
【請求項36】エラストマーのマトリックスが、天然ゴ
ム、スチレン・ブタジエンゴム、ポリイソプレン、ネオ
プレン、クロロプレン、ポリブタジエン、フルオロエラ
ストマー、シリコーンゴム、及びウレタンエレストマー
からなる群から選択される請求項33又は35に記載の複合
体。
36. The method according to claim 33, wherein the matrix of the elastomer is selected from the group consisting of natural rubber, styrene-butadiene rubber, polyisoprene, neoprene, chloroprene, polybutadiene, fluoroelastomer, silicone rubber, and urethane estomer. The conjugate of claim 1.
【請求項37】少なくとも一種類の充填剤を更に含み、
充填剤がカーボンブラック、シリカ、又はそれらの組合
せである請求項33又は35に記載の複合体。
37. The method further comprising at least one filler.
The composite according to claim 33 or 35, wherein the filler is carbon black, silica, or a combination thereof.
【請求項38】充填剤全量に対するフィブリルの量の比
が少なくとも1:4である請求項37に記載の複合体。
38. The composite of claim 37, wherein the ratio of the amount of fibrils to the total amount of filler is at least 1: 4.
【請求項39】複合体中のフィブリルの量がエラストマ
ー100部当たり25部より少ない請求項33又は35に記載の
複合体。
39. The composite of claim 33 or 35, wherein the amount of fibrils in the composite is less than 25 parts per 100 parts of elastomer.
【請求項40】複合体中のフィブリルの量が、抵抗又は
誘導加熱により複合体を硬化することができる量より充
分高い量である請求項33又は35に記載の複合体。
40. The composite according to claim 33, wherein the amount of fibrils in the composite is sufficiently higher than the amount capable of curing the composite by resistance or induction heating.
【請求項41】複合体中のフィブリルの量が抵抗又は誘
導加熱により複合体を硬化することができる充分な量で
ある請求項33又は35に記載の複合体。
41. The composite according to claim 33, wherein the amount of fibrils in the composite is sufficient to cure the composite by resistance or induction heating.
【請求項42】複合体中のフィブリルの量が、前記複合
体の物理的性質の少なくとも一つを電気的に監視検出す
ることができる量より充分高い量である請求項33又は35
に記載の複合体。
42. The amount of fibrils in the complex is sufficiently higher than the amount capable of electrically monitoring and detecting at least one of the physical properties of the complex.
The complex according to any one of the above.
【請求項43】複合体中のフィブリルの量が、前記複合
体の物理的性質の少なくとも一つを電気的に監視検出す
ることができる充分な量である請求項33又は35に記載の
複合体。
43. The conjugate according to claim 33, wherein the amount of fibrils in the conjugate is sufficient to electrically monitor and detect at least one of the physical properties of the conjugate. .
【請求項44】複合体がエラストマー溶液の形をしてい
る請求項33又は35に記載の複合体。
44. The composite according to claim 33, wherein the composite is in the form of an elastomer solution.
【請求項45】請求項33又は35に記載の複合体を含むタ
イヤ又はその部品。
45. A tire or a part thereof comprising the composite according to claim 33 or 35.
【請求項46】請求項33又は35に記載の複合体を含むシ
ール剤。
46. A sealant comprising the composite according to claim 33.
【請求項47】請求項33又は35に記載の複合体を含む接
着剤。
47. An adhesive comprising the composite according to claim 33 or 35.
【請求項48】エラストマーマトリックス中に、そのエ
ラストマーの機械的性質を向上させるのに充分な量の炭
素フィブリルを均一に分散させる工程を含み、 前記フィブリルは、結晶黒鉛構造を有し、フィブリル軸
に沿った黒鉛層の魚骨状配列として定義される形態を有
し、前記フィブリルは、フィブリルの直径の1000倍以下
の直径を有する凝集物の形態であるエラストマーを補強
する方法。
48. A process for uniformly dispersing a sufficient amount of carbon fibrils in an elastomer matrix to improve the mechanical properties of the elastomer, wherein the fibrils have a crystalline graphite structure and have a fibril axis. A method of reinforcing an elastomer having a morphology defined as a fishbone-like array of graphite layers along which said fibrils are in the form of agglomerates having a diameter less than 1000 times the diameter of the fibrils.
【請求項49】少なくとも一種の充填剤とマトリックス
材料とを混合し、混合物を製造する工程;および 前記充填剤と前記マトリックス材料とを、前記充填剤に
より形成された凝集物の直径を充填剤の直径の100倍以
下に減少させるのに充分な反応時間を含めた反応条件下
でせん断及び衝撃力の併合力にかけ、前記充填剤を前記
マトリックス材料全体にわたって分散させる工程を含む
配合方法によって製造された複合体。
49. mixing at least one filler and a matrix material to produce a mixture; and combining the filler with the matrix material to determine the diameter of agglomerates formed by the filler. Manufactured by a compounding method that includes the step of subjecting the filler to disperse throughout the matrix material under combined reaction of shear and impact under reaction conditions including reaction time sufficient to reduce the diameter to less than 100 times. Complex.
JP2511859A 1989-07-27 1990-07-26 Composite and method for producing the same Expired - Fee Related JP3034027B2 (en)

Applications Claiming Priority (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US38682889A 1989-07-27 1989-07-27
US38682289A 1989-07-27 1989-07-27
US38583589A 1989-07-27 1989-07-27
US38563989A 1989-07-27 1989-07-27
US38691289A 1989-07-27 1989-07-27
US386,828 1989-07-27
US386,829 1989-07-27
US07/386,829 US5098771A (en) 1989-07-27 1989-07-27 Conductive coatings and inks
US386,822 1989-07-27
US385,639 1989-07-27
US386,912 1989-07-27
US385,835 1989-07-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05503723A JPH05503723A (en) 1993-06-17
JP3034027B2 true JP3034027B2 (en) 2000-04-17

Family

ID=27559898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2511859A Expired - Fee Related JP3034027B2 (en) 1989-07-27 1990-07-26 Composite and method for producing the same

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP0484447A4 (en)
JP (1) JP3034027B2 (en)
KR (1) KR100194543B1 (en)
AU (2) AU6178990A (en)
BR (1) BR9007563A (en)
CA (1) CA2064041C (en)
IL (1) IL95214A (en)
MY (1) MY106705A (en)
WO (1) WO1991001621A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101037592B1 (en) * 2002-06-14 2011-05-27 하이페리온 커탤리시스 인터내셔널 인코포레이티드 Electroconductive carbon fibril-based inks and coatings

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6019833A (en) * 1990-10-22 2000-02-01 Ppg Industries Ohio, Inc. Light colored conductive coating and method and composition for application thereof
US5591382A (en) 1993-03-31 1997-01-07 Hyperion Catalysis International Inc. High strength conductive polymers
GB2294468B (en) * 1994-10-27 1997-04-16 Btr Plc Electrically conductive filter element
US6203814B1 (en) 1994-12-08 2001-03-20 Hyperion Catalysis International, Inc. Method of making functionalized nanotubes
CN1091115C (en) * 1999-06-11 2002-09-18 中国科学院化学研究所 Composite nanometer-level polyamide/graphite material and its preparation
CA2411358C (en) 2000-06-14 2007-02-13 Hyperion Catalysis International, Inc. Multilayered polymeric structure
JP4586251B2 (en) * 2000-09-22 2010-11-24 東レ株式会社 Fuel cell separator
JP3981566B2 (en) 2001-03-21 2007-09-26 守信 遠藤 Method for producing expanded carbon fiber body
JP3981567B2 (en) * 2001-03-21 2007-09-26 守信 遠藤 Carbon fiber length adjustment method
JP4382311B2 (en) * 2001-03-21 2009-12-09 守信 遠藤 Method for producing carbon fiber by vapor deposition method
EP1349179A1 (en) * 2002-03-18 2003-10-01 ATOFINA Research Conductive polyolefins with good mechanical properties
CN100431815C (en) 2002-07-18 2008-11-12 三菱丽阳株式会社 Prepreg, intermediate material for forming FRP, and method for production thereof and method for production of fiber-reinforced composite material
DE10259498A1 (en) * 2002-12-19 2004-07-01 Bayer Ag Conductive thermoplastics with soot and carbon nanofibrils
DE10334875A1 (en) * 2003-07-29 2005-02-24 Behr Gmbh & Co. Kg Material for molded parts
DE10338200B4 (en) * 2003-08-20 2006-06-29 Audi Ag Clutch linings made of fiber-reinforced ceramic materials
JP4149413B2 (en) 2004-05-21 2008-09-10 日信工業株式会社 Carbon fiber composite material and method for producing the same
US7938991B2 (en) 2004-07-22 2011-05-10 William Marsh Rice University Polymer / carbon-nanotube interpenetrating networks and process for making same
US7914708B2 (en) 2004-11-04 2011-03-29 Lion Corporation Conductive masterbatch and resin composition including the same
JP4224499B2 (en) 2005-06-30 2009-02-12 日信工業株式会社 Manufacturing method of fiber composite material
CN100591724C (en) * 2005-06-30 2010-02-24 日信工业株式会社 Fiber composite material and method of producing the same
JPWO2007032081A1 (en) 2005-09-16 2009-03-19 旭化成ケミカルズ株式会社 Masterbatch and composition containing the same
WO2007044889A2 (en) * 2005-10-11 2007-04-19 Board Of Trustees Of Southern Illinois University Composite friction materials having carbon nanotube and carbon nanofiber friction enhancers
FR2906859B1 (en) * 2006-10-04 2009-06-05 Valeo Materiaux De Friction Sa FRICTION TRIM OVERLOAD.
US7927708B2 (en) 2008-08-18 2011-04-19 Productive Research Llc Formable light weight composites
CA2827457C (en) 2010-02-15 2020-03-10 Productive Research Llc Formable light weight composite material systems and methods
US20130323495A1 (en) * 2011-02-23 2013-12-05 Toray Industries, Inc. Fiber reinforced composite material
US9484123B2 (en) 2011-09-16 2016-11-01 Prc-Desoto International, Inc. Conductive sealant compositions
WO2013156244A2 (en) * 2012-04-16 2013-10-24 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Mating surface of a friction pairing
JP6308021B2 (en) * 2014-05-22 2018-04-11 横浜ゴム株式会社 Rubber composition for tire and studless tire
DE112015002409B4 (en) * 2014-05-22 2019-07-11 The Yokohama Rubber Co., Ltd. A rubber composition for tires, vulcanized product and use of the vulcanized product in a studless tire
JP6308019B2 (en) * 2014-05-22 2018-04-11 横浜ゴム株式会社 Rubber composition for tire and studless tire
EP3216690B1 (en) 2016-03-07 2018-11-07 Airbus Operations GmbH Method for manufacturing a lining panel
WO2019212549A1 (en) * 2018-05-03 2019-11-07 W. L. Gore & Associates, Inc. Flame retardant composite articles and methods for reducing exposure to flames
US11338552B2 (en) 2019-02-15 2022-05-24 Productive Research Llc Composite materials, vehicle applications and methods thereof
JP7233286B2 (en) * 2019-03-29 2023-03-06 林テレンプ株式会社 VEHICLE EXTERIOR MEMBER AND PRODUCTION METHOD THEREOF
WO2024184801A1 (en) * 2023-03-06 2024-09-12 Itt Italia S.R.L. Composite material brake pad and its manufacturing method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3671411A (en) * 1970-03-03 1972-06-20 Us Air Force Treatment of carbon or graphite fibers and yarns for use in fiber reinforced composites
JPS60252718A (en) * 1984-05-23 1985-12-13 Mitsubishi Rayon Co Ltd Intermediate of high-performance composite material
US4663230A (en) * 1984-12-06 1987-05-05 Hyperion Catalysis International, Inc. Carbon fibrils, method for producing same and compositions containing same
JPS62274505A (en) * 1986-05-22 1987-11-28 矢崎総業株式会社 High voltage resistance wire for preventing noise
JPH06854B2 (en) * 1986-09-02 1994-01-05 日清紡績株式会社 Method of manufacturing friction material
DE3640474A1 (en) * 1986-11-27 1988-06-09 Phoenix Ag Process for producing mouldings from polyurethane integral foam

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101037592B1 (en) * 2002-06-14 2011-05-27 하이페리온 커탤리시스 인터내셔널 인코포레이티드 Electroconductive carbon fibril-based inks and coatings

Also Published As

Publication number Publication date
MY106705A (en) 1995-07-31
AU7750494A (en) 1995-02-16
JPH05503723A (en) 1993-06-17
EP0484447A4 (en) 1992-10-28
CA2064041A1 (en) 1991-01-28
BR9007563A (en) 1992-06-23
AU663265B2 (en) 1995-09-28
CA2064041C (en) 2006-07-11
IL95214A0 (en) 1991-06-10
WO1991001621A3 (en) 1991-06-27
IL95214A (en) 1996-01-31
KR100194543B1 (en) 1999-06-15
AU6178990A (en) 1991-03-11
WO1991001621A2 (en) 1991-02-21
EP0484447A1 (en) 1992-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3034027B2 (en) Composite and method for producing the same
US5611964A (en) Fibril filled molding compositions
US5566892A (en) Process for preparing composite structures
Njuguna et al. Epoxy‐based fibre reinforced nanocomposites
AU2012300600B2 (en) Curable monomers
JPH045057B2 (en)
JPH045055B2 (en)
JPS63170428A (en) Production of prepreg
EP0351028A2 (en) Resin particle-filled, fiber-reinforced composites
US6464908B1 (en) Method of molding composites containing carbon fibrils
GB2115739A (en) Glass-flake reinforced reaction injection moulded polymer panels
Dubey et al. High-performance polymer-matrix composites: Novel routes of synthesis and interface-structure-property correlations
CN115651324B (en) Wide-temperature-range high-damping composite rubber material and preparation method thereof
Hollaway 2 Polymer, fibre and composite material properties and manufacturing techniques
KR101155073B1 (en) Manufacturing method of fiber glass reinforced plastics material using the unsaturated polyester resin comprising carbon nanotube
JPH07258542A (en) Resin composition for composite material, intermediate for composite material, and composite material
KR102529813B1 (en) An Epoxy resin composition having improved adhesion and mechanical properties and a method for preparing same
Setua Short fibre-rubber composites
JPH0435495B2 (en)
Millan Kumar et al. Interlaminar fracture toughness and fatigue fracture of continuous fiber-reinforced polymer composites with carbon-based nanoreinforcements: a review
WO1997034709A1 (en) Process for the preparation of electrostatically coated, thermoset articles containing fillers
Njuguna et al. Polymer nanocomposites
JP3535892B2 (en) Method for producing intermediate material for C / C composite
JPH0825496A (en) Pultrusion for frp
JPH093328A (en) Fiber-reinforced thermosetting resin composition and production of cured fiber-reinforced resin article

Legal Events

Date Code Title Description
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

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090218

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees