JP6445966B2 - 炭素材料、樹脂複合材料及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明に係る炭素材料は、グラフェン構造を有し、かつ200℃で揮発する揮発成分の含有率が1重量%未満である。上記グラフェン構造を有する炭素材料としては、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、黒鉛、薄片化黒鉛及びグラフェンからなる群から選択された少なくとも1種を好適に用いることができる。
本発明に係る樹脂複合材料は、上述した本発明に係る炭素材料と、熱可塑性樹脂とを混合することにより得られる。上記炭素材料の含水率は、1重量%未満であるため、樹脂と複合化しても、気泡が発生し難い。すなわち、上述したボイドや、樹脂複合材料をシート状に賦型し、延伸させた際の破断の起点が発生し難い。ここで、破断の起点が少ないと、破断歪が低下し難い。従って、靱性に優れた樹脂複合材料を提供することができる。
本発明に係る樹脂複合材料の製造方法においては、まず、グラフェン構造を有する炭素材料を含水率が1重量%未満になるまで乾燥させることにより炭素材料を得る。次に、得られた炭素材料と、熱可塑性樹脂とを混合することにより、樹脂複合材料を得る。
以下、本発明について、具体的な実施例に基づき、さらに説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
薄片化黒鉛としては、xGScience社製、商品名「xGnP−M5」を用いた。使用前にSEMを用いて観察した層面の面方向における平均寸法は、約5.0μmであり、層厚みは約60nmであった。また、グラフェンの積層数は、約180層、BET比表面積は、75m2/gであった。
黒鉛としては、SECカーボン社製、商品名「SNO5」を用いた。使用前にSEMを用いて観察した層面の面方向における平均寸法は、約5.0μmであり、層厚みは約500nmであった。また、グラフェンの積層数は、約1500層であり、BET比表面積は、16m2/gであった。
カーボンナノチューブとしては、CNT社製、商品名「Ctube−100」を用いた。平均直径10〜40nm、平均長さ13nm、BET比表面積150m2/gであった。
100重量部のポリプロピレン系樹脂(プライムポリプロ社製、商品名:E−150GK、MFR:0.6g/10分、破断歪:600%以上)と、10重量部の乾燥薄片化黒鉛Aとを、ラボプラストミル(東洋精機社製、商品名:R−100)を用いて、温度180℃で、3分間溶融混練することにより樹脂複合材料を得た。続いて、得られた樹脂複合材料をプレス加工により、シート状に成形して、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
10重量部の乾燥薄片化黒鉛Aの代わりに、20重量部の乾燥薄片化黒鉛Aを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
乾燥薄片化黒鉛Aの代わりに乾燥薄片化黒鉛Bを用いたことを除いては、実施例1と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
10重量部の乾燥薄片化黒鉛Bの代わりに、50重量部の乾燥薄片化黒鉛Bを用いたこと以外は、実施例3と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
乾燥薄片化黒鉛Aの代わりに乾燥黒鉛Eを用いたことを除いては、実施例1と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
10重量部の乾燥黒鉛Eの代わりに、20重量部の乾燥黒鉛Eを用いたこと以外は、実施例5と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
乾燥薄片化黒鉛Aの代わりに乾燥カーボンナノチューブGを用いたことを除いては、実施例1と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
10重量部の乾燥カーボンナノチューブGの代わりに、20重量部の乾燥カーボンナノチューブGを用いたこと以外は、実施例7と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
ポリプロピレン系樹脂の代わりに、高密度ポリエチレン系樹脂(日本ポリエチレン社製、商品名:HF560、MFR:7.0g/10分、破断歪:400%以上)を用いたことを除いては、実施例1と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
10重量部の乾燥薄片化黒鉛Aの代わりに、20重量部の乾燥薄片化黒鉛Bを用いた以外は、実施例10と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
ポリプロピレン系樹脂の代わりに、ポリカーボネート系樹脂(三菱エンジニアリングプラスチック社製、商品名:H−3000、MFR:30g/10分、破断歪:100%以上)を用いたことを除いては、実施例1と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
10重量部の乾燥薄片化黒鉛Aの代わりに、20重量部の乾燥薄片化黒鉛Bを用いた以外は、実施例11と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
乾燥薄片化黒鉛Aの代わりに乾燥薄片化黒鉛Cを用いたことを除いては、実施例1と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
乾燥薄片化黒鉛Aの代わりに乾燥薄片化黒鉛Cを用いたことを除いては、実施例2と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
乾燥薄片化黒鉛Aの代わりに乾燥薄片化黒鉛Dを用いたことを除いては、実施例1と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
10重量部の乾燥薄片化黒鉛Dの代わりに、50重量部の乾燥薄片化黒鉛Dを用いたこと以外は、比較例3と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
乾燥薄片化黒鉛Cの代わりに乾燥黒鉛Fを用いたことを除いては、比較例1と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
10重量部の乾燥黒鉛Fの代わりに、20重量部の乾燥黒鉛Fを用いたこと以外は、比較例5と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
乾燥薄片化黒鉛Cの代わりに乾燥カーボンナノチューブHを用いたことを除いては、比較例1と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
10重量部の乾燥カーボンナノチューブHの代わりに、20重量部の乾燥カーボンナノチューブHを用いたこと以外は、比較例7と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
乾燥薄片化黒鉛Aの代わりに乾燥薄片化黒鉛Cを用いたことを除いては、実施例9と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
10重量部の乾燥薄片化黒鉛Cの代わりに、20重量部の乾燥薄片化黒鉛Cを用いた以外は、比較例9と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
乾燥薄片化黒鉛Aの代わりに乾燥薄片化黒鉛Cを用いたことを除いては、実施例11と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
10重量部の乾燥薄片化黒鉛Cの代わりに、20重量部の乾燥薄片化黒鉛Cを用いた以外は、比較例11と同様にして、厚み1.0mmの樹脂複合材料シートを作製した。
ボイド数:実施例1〜10及び比較例1〜10で得られた樹脂複合材料シートを180℃で、実施例11,12、比較例11、12で得られた樹脂複合シートは250℃で、−0.1MPaにしたオーブンにおいて、1時間放置したときのボイドの数を目視によって確認した。
Claims (11)
- グラフェン構造を有し、かつ200℃で揮発する揮発成分の含有率が1重量%未満であり、
黒鉛、薄片化黒鉛及びグラフェンからなる群から選択された少なくとも1種である、炭素材料。 - 請求項1に記載の炭素材料と、熱可塑性樹脂とを混合することにより得られる、樹脂複合材料。
- 前記熱可塑性樹脂100重量部に対して、前記炭素材料を5重量部以上の割合で含有しており、
前記樹脂複合材料を、15cm×15cm×1mmのシートに賦型したときに、前記熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合には、雰囲気温度が融点以上において、又は前記熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合には、雰囲気温度がTg以上において、前記シートを、真空下で1時間放置した後に、表面に発生するボイドが3個以下である、請求項2に記載の樹脂複合材料。 - 前記熱可塑性樹脂100重量部に対して、前記炭素材料を5重量部以上の割合で含有しており、
JIS K7161に準拠して測定した破断歪が、50%以上である、請求項2又は3に記載の樹脂複合材料。 - グラフェン構造を有する炭素材料と、熱可塑性樹脂とを含む、樹脂複合材料であって、
前記熱可塑性樹脂100重量部に対して、前記炭素材料を5重量部以上の割合で含有しており、
前記樹脂複合材料を、15cm×15cm×1mmのシートに賦型したときに、前記熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合には、雰囲気温度が融点以上において、又は前記熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合には、雰囲気温度がTg以上において、前記シートを、真空下で1時間放置した後に、表面に発生するボイドが3個以下であり、
前記炭素材料が、黒鉛、薄片化黒鉛及びグラフェンからなる群から選択された少なくとも1種である、樹脂複合材料。 - グラフェン構造を有する炭素材料と、熱可塑性樹脂とを含む、樹脂複合材料であって、
前記熱可塑性樹脂100重量部に対して、前記炭素材料を5重量部以上の割合で含有しており、
JIS K7161に準拠して測定した破断歪が、50%以上であり、
前記炭素材料が、黒鉛、薄片化黒鉛及びグラフェンからなる群から選択された少なくとも1種である、樹脂複合材料。 - 前記熱可塑性樹脂100重量部に対して、前記炭素材料を50重量部以下の割合で含有している、請求項2〜6のいずれか1項に記載の樹脂複合材料。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィンであることを特徴とする、請求項2〜7のいずれか1項に記載の樹脂複合材料。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレンであることを特徴とする、請求項8に記載の樹脂複合材料。
- グラフェン構造を有する炭素材料を、200℃で揮発する揮発成分の含有率が1重量%未満になるまで乾燥させる工程を備え、
前記炭素材料が、黒鉛、薄片化黒鉛及びグラフェンからなる群から選択された少なくとも1種である、炭素材料の製造方法。 - 請求項10に記載の炭素材料の製造方法により、炭素材料を得る工程と、
前記炭素材料と熱可塑性樹脂とを混合することにより、樹脂複合材料を得る工程とを備える、樹脂複合材料の製造方法。
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