JP7010792B2 - 炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合材料の製造方法 - Google Patents
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本適用例に係る炭素繊維複合材料は、
シリコーンゴムと、カーボンナノチューブと、カップリング剤と、を含む炭素繊維複合材料であって、
前記カーボンナノチューブは、平均直径が0.4nm~100nmであり、かつ、前記炭素繊維複合材料における含有量が0.80質量%以上6.50質量%未満であり、
前記炭素繊維複合材料における前記カップリング剤の含有量は、前記カーボンナノチューブの含有量に対して1質量%~10質量%であり、
前記炭素繊維複合材料は、120℃、最大引張応力1.5N/mm、周波数1Hzの引裂き疲労試験における破断回数が20万回以上であり、かつ、25℃における損失正接(tanδ)が0.15以上であることを特徴とする。
前記適用例に係る炭素繊維複合材料において、
前記カーボンナノチューブは、平均直径が5nm~100nmの多層カーボンナノチューブであることができる。
前記適用例に係る炭素繊維複合材料において、
前記カーボンナノチューブは、平均直径が5nm~20nmの多層カーボンナノチューブであることができる。
前記適用例に係る炭素繊維複合材料において、
前記カーボンナノチューブは、前記炭素繊維複合材料における含有量が0.97質量%~6.41質量%であることができる。
前記適用例に係る炭素繊維複合材料において、
前記カップリング剤は、チタネート系カップリング剤、シラン系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤及びジルコネート系カップリング剤から選ばれる1種類以上であることができる。
前記適用例に係る炭素繊維複合材料において、
圧縮率25%の1000回の繰り返し圧縮試験後の圧縮残留ひずみが15.0%以下であることができる。
本適用例に係る炭素繊維複合材料の製造方法は、
シリコーンゴムに対して、平均直径が0.4nm~100nmのカーボンナノチューブと、カップリング剤と、を混練して混合物を得る混合工程と、
前記混合物をロール間隔が0.5mm以下で、0~50℃のオープンロールに投入して、カーボンナノチューブがシリコーンゴム中で解繊する薄通し工程と、
前記薄通し工程で得られた混合物を架橋して炭素繊維複合材料を得る架橋工程と、
を含み、
炭素繊維複合材料における前記カーボンナノチューブの含有量が0.80質量%以上6.50質量%未満であり、
前記炭素繊維複合材料における前記カップリング剤の含有量は、前記カーボンナノチューブの含有量に対して1質量%~10質量%であり、
前記炭素繊維複合材料は、120℃、最大引張応力1.5N/mm、周波数1Hzの引裂き疲労試験における破断回数が20万回以上であり、かつ、25℃における損失正接(tanδ)が0.15以上であることを特徴とする。
本実施形態に係る炭素繊維複合材料は、シリコーンゴムと、カーボンナノチューブと、カップリング剤と、を含む炭素繊維複合材料であって、前記カーボンナノチューブは、平均直径が0.4nm~100nmであり、かつ、前記炭素繊維複合材料における含有量が0.80質量%以上6.50質量%未満であり、前記炭素繊維複合材料における前記カップリング剤の含有量は、前記カーボンナノチューブの含有量に対して1質量%~10質量%であり、前記炭素繊維複合材料は、120℃、最大引張応力1.5N/mm、周波数1Hzの引裂き疲労試験における破断回数が20万回以上であり、かつ、25℃における損失正接(tanδ)が0.15以上であることを特徴とする。
一実施の形態に用いるシリコーンゴムとしては特に限定されないが、オルガノポリシロキサンの生ゴムであることができ、主鎖がシロキサン結合で構成され、側鎖にメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、γ-フェニルプロピル基等のアラルキル基、又はこれらの基の炭素原子に結合した水素原子の一部又は全部をハロゲン原子、シアノ基などで置換した基、例えば、クロロメチル基、トリフルオロプロピル基、シアノエチル基などを持つことができる。シリコーンゴムの分子構造は、直鎖状であることができ、一部分岐を有した直鎖状であることができる。
本発明の一実施の形態に用いるカーボンナノチューブは、平均直径(繊維径)が0.4nm~100nmである。さらに、カーボンナノチューブは、平均直径(繊維径)が5nm~100nmであることができ、特に、平均直径(繊維径)が5nm~20nmであることができる。カーボンナノチューブの平均直径は、電子顕微鏡による観察によって計測
することができる。カーボンナノチューブは、その表面におけるシリコーンゴムとの反応性を向上させるために、酸化処理することもできる。なお、本発明の詳細な説明においてカーボンナノチューブの平均直径及び平均長さは、電子顕微鏡による例えば5,000倍の撮像(カーボンナノチューブのサイズによって適宜倍率は変更できる)から200箇所以上の直径及び長さを計測し、その算術平均値として計算して得ることができる。
一実施の形態に用いるカップリング剤は、チタネート系カップリング剤、シラン系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤及びジルコネート系カップリング剤から選ばれる1種類以上である。
シリコーンゴムに対して、ゴムの一般的な配合剤として用いられている例えばシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛などの金属酸化物、カーボンブラックなどの補強剤、タルク、クレー、グラファイト、けい酸カルシウム等の充填剤、ステアリン酸、パルミチン酸、パラフィンワックス等の加工助剤、老化防止剤、可塑剤等を必要に応じて適宜添加して用いることができる。カーボンブラックやグラファイトは、炭素繊維複合材料の力学的補強としての効果はほとんどないが、混練加工性の向上などが期待できる。
炭素繊維複合材料の引裂き疲労耐久性は、引裂き疲労試験を行い、試験片が破断するまでの回数で評価する。引裂き疲労試験は、炭素繊維複合材料の試験片(20mm×幅4mm×厚さ1mm、試験片の長辺の中心から幅方向へ深さ1mmの切込み)を、大気雰囲気中、120℃、周波数1Hzの条件で最大引張応力を1.5N/mmの条件と3N/mmの条件とで、繰り返し引っ張り荷重(0N/mm~1.5N/mm、0N/mm~3N/mm)をかけて行う。また引裂き疲労試験は、さらに高温の条件で、炭素繊維複合材料の試験片(20mm×幅4mm×厚さ1mm、試験片の長辺の中心から幅方向へ深さ1mm
の切込み)を、大気雰囲気中、200℃、周波数1Hzの条件で最大引張応力を2N/mmの条件と4N/mmの条件とで、繰り返し引っ張り荷重(0N/mm~2N/mm、0N/mm~4N/mm)をかけて行ってもよい。
炭素繊維複合材料の損失正接は、動的粘弾性試験を行い、25℃における損失正接(tanδ)を測定することで得られる。動的粘弾性試験は、炭素繊維複合材料の試験片(40mm×1mm×2mm)を、チャック間距離20mm、測定温度-130~300℃(昇温ペース3℃/min)、動的ひずみ±0.05%、周波数1HzでJIS K6394に基づいて動的粘弾性試験を行う。試験結果から25℃における損失正接(tanδ)を求めることができる。
炭素繊維複合材料の50%モジュラス(σ50)は、引張試験を行い、50%ひずみ時における応力(MPa)を測定することで得られる。引張試験は、JIS K6251に準拠して、JIS6号ダンベル(標準線間距離20mm)を用いて、23℃±2℃、引張速度500mm/minとする。
炭素繊維複合材料の圧縮残留ひずみは、圧縮率25%の1000回の繰り返し圧縮試験後の残留ひずみを測定し、その測定値から計算によって得られる。繰返し圧縮試験は、φ12mm×高さ4mmのサンプルを用いて、周波数1Hz、繰り返し回数1000回、室温、圧縮率0%と圧縮率25%との繰り返し圧縮とする。圧縮残留ひずみの計算は、繰返
し圧縮試験後、30分後のサンプルの高さを測定し、サンプルの初期高さから試験後の高さを引いた値を初期高さで割った値{(初期高さ-試験後の高さ)/初期高さ}である。
本実施形態に係る炭素繊維複合材料の製造方法は、シリコーンゴムに対して、平均直径
が0.4nm~100nmのカーボンナノチューブと、カップリング剤と、を混練して混合物を得る混合工程と、前記混合物をロール間隔が0.5mm以下で、0~50℃のオープンロールに投入して、カーボンナノチューブがシリコーンゴム中で解繊する薄通し工程と、前記薄通し工程で得られた混合物を架橋して炭素繊維複合材料を得る架橋工程と、を含み、炭素繊維複合材料におけるカーボンナノチューブの含有量が0.80質量%以上6.50質量%未満であり、炭素繊維複合材料における前記カップリング剤の含有量は、前記カーボンナノチューブの含有量に対して1質量%~10質量%であり、炭素繊維複合材料は、120℃、最大引張応力1.5N/mm、周波数1Hzの引裂き疲労試験における破断回数が20万回以上であり、かつ、25℃における損失正接(tanδ)が0.15以上であることを特徴とする。
次に、図2に示すように、第1のロール10に巻き付けられたシリコーンゴム30のバンク34に、カーボンナノチューブ80、カップリング剤82及び他の充填剤を投入し、混練し、混合物を得る。この混練におけるシリコーンゴム30の温度は、例えば0℃~50℃であることができ、さらに10℃~20℃であることができる。シリコーンゴム30とカーボンナノチューブ80及びカップリング剤82とを混合する工程は、オープンロール法に限定されず、例えば密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。
さらに、図3に示すように、第1のロール10と第2のロール20とのロール間隙dを、例えば0.5mm以下、より好ましくは0mmを超え0.5mm以下の間隔に設定し、混合物36をオープンロール2に投入して薄通しを行なう。
練法を用いることもできる。要するに、この工程では、凝集したカーボンナノチューブを分離して解繊できる剪断力をシリコーンゴムに与えることができればよい。特に、オープンロール法は、ロール温度の管理だけでなく、混合物の実際の温度を測定し管理することができるため、好ましい。なお、オープンロール法以外の場合には、混練中の混合物の温度を前記のロールの温度範囲とすることが適切な剪断力を得るために好ましい。
薄通しした炭素繊維複合材料をオープンロール2から取り出し、オーブン内で100℃~200℃で10分間~1時間加熱してカップリング剤の加水分解を促進することができる。
炭素繊維複合材料(未架橋体)をパーオキサイド架橋または付加架橋して炭素繊維複合材料(架橋体)を得ることができる。架橋剤は、公知のものを採用することができ、特にシリコーンゴムの種類によって最適なものを採用すればよい。
実施例のサンプルは、以下の工程によって作製した。
シリコーンゴム:信越化学工業社製、製品名KE-5560-U、
MWCNT:マルチウォールカーボンナノチューブ、平均直径10.5nm、
シラン系:3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製)、
架橋剤等:2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキサンであった。
実施例及び比較例のサンプルを、短冊片40mm×1mm×2mm(巾)の試験片で、SII社製の動的粘弾性試験機DMS6100を用いて、チャック間距離20mm、測定温度-130~300℃(昇温ペース3℃/min)、動的ひずみ±0.05%、周波数1HzでJIS K6394に基づいて動的粘弾性試験を行い、25℃における損失正接(tanδ)を測定した。動的粘弾性試験は、試験片の列理方向に対して引張モードで行った。25℃における損失正接(tanδ)の測定結果を表1及び表2に示した。
実施例及び比較例のサンプルを、20mm×幅4mm×厚さ1mmの短冊状の試験片に打ち抜き、その試験片の長辺の中心から幅方向へ深さ1mmの切込みを入れ、SII社製TMA/SS6100試験機を用いて、大気雰囲気中、200℃、周波数1Hzの条件で最大引張応力を2N/mmの条件(表では「引裂疲労寿命-1」)と4N/mmの条件(表では「引裂疲労寿命-2」)とで、繰り返し引っ張り荷重(0N/mm~2N/mm、0N/mm~4N/mm)をかけて引裂き疲労試験を行い、試験片が破断するまでの引張回数(疲労寿命(回))を測定した。測定結果は、表の「引裂疲労寿命-1」(最大2N/mm)と「引裂疲労寿命-2」(最大4N/mm)の欄に示した。
-3」(最大1.5N/mm)と「引裂疲労寿命-4」(最大3N/mm)の欄に示した。
実施例及び比較例のサンプルについて、ゴム硬度(Hs(JIS A))をJIS K6253試験に基づいて測定した。測定結果を表1及び表2に示した。
実施例及び比較例のサンプルについて、引張強さ(TS(MPa))、破断伸び(Eb(%))、及び50%変形時の応力(σ50(MPa))を、JIS6号形のダンベル形状に打ち抜いた試験片で、島津製作所社製の引張試験機オートグラフAG-Xを用いて、23±2℃、標準線間距離20mm、引張速度500mm/minでJIS K6251に基づいて引張試験を行い測定した。測定結果を表1及び表2に示した。
実施例及び比較例のサンプルについて、1000回の繰り返し圧縮試験を実施し、試験後の残留ひずみを測定した。繰返し圧縮試験は、φ12mm×高さ4mmのサンプルを用いて、室温において、圧縮率0%(初期状態)から圧縮率25%まで圧縮した後、圧縮率0%に戻すことを1回の圧縮として1000回まで周波数1Hzで繰り返した。残留ひずみは圧縮試験から30分後のサンプルの高さを測定し、「圧縮残留ひずみ」はサンプルの初期高さから試験後の高さ(圧縮ひずみ)を引いた値を初期高さで割った値{(初期高さ-試験後の高さ)/初期高さ}で計算した。計算結果を表1及び表2に示した。
さく、13.4%以下であった。
実施例のサンプルの引張破断面を走査型電子顕微鏡で観察した。炭素繊維複合材料には解繊されたカーボンナノチューブが観察できた。実施例のサンプルにおいては、カーボンナノチューブの凝集塊が発見できなかった。
Claims (7)
- シリコーンゴムと、カーボンナノチューブと、カップリング剤と、を含む炭素繊維複合材料であって、
前記カーボンナノチューブは、平均直径が0.4nm~100nmであり、かつ、前記炭素繊維複合材料における含有量が0.80質量%以上6.50質量%未満であり、
前記炭素繊維複合材料における前記カップリング剤の含有量は、前記カーボンナノチューブの含有量に対して1質量%~10質量%であり、
前記炭素繊維複合材料は、120℃、最大引張応力1.5N/mm、周波数1Hzの引裂き疲労試験における破断回数が20万回以上であり、かつ、25℃における損失正接(tanδ)が0.15以上である、炭素繊維複合材料。 - 請求項1において、
前記カーボンナノチューブは、平均直径が5nm~100nmの多層カーボンナノチューブである、炭素繊維複合材料。 - 請求項1又は2において、
前記カーボンナノチューブは、平均直径が5nm~20nmの多層カーボンナノチューブである、炭素繊維複合材料。 - 請求項1~3のいずれか1項において、
前記カーボンナノチューブは、前記炭素繊維複合材料における含有量が0.97質量%~6.41質量%である、炭素繊維複合材料。 - 請求項1~4のいずれか1項において、
前記カップリング剤は、チタネート系カップリング剤、シラン系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤及びジルコネート系カップリング剤から選ばれる1種類以上である、炭素繊維複合材料。 - 請求項1~5のいずれか1項において、
圧縮率25%の1000回の繰り返し圧縮試験後の圧縮残留ひずみが15.0%以下である、炭素繊維複合材料。 - シリコーンゴムに対して、平均直径が0.4nm~100nmのカーボンナノチューブと、カップリング剤と、を混練して混合物を得る混合工程と、
前記混合物をロール間隔が0mmを超え0.5mm以下で、0~50℃のオープンロールに投入して、カーボンナノチューブがシリコーンゴム中で解繊する薄通し工程と、
前記薄通し工程で得られた混合物を架橋して炭素繊維複合材料を得る架橋工程と、
を含み、
前記炭素繊維複合材料における前記カーボンナノチューブの含有量が0.80質量%以上6.50質量%未満であり、
前記炭素繊維複合材料における前記カップリング剤の含有量は、前記カーボンナノチューブの含有量に対して1質量%~10質量%であり、
前記炭素繊維複合材料は、120℃、最大引張応力1.5N/mm、周波数1Hzの引裂き疲労試験における破断回数が20万回以上であり、かつ、25℃における損失正接(tanδ)が0.15以上である、炭素繊維複合材料の製造方法。
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Citations (4)
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JP2017057307A (ja) | 2015-09-17 | 2017-03-23 | 信越化学工業株式会社 | シリコーンゴム組成物及び電力ケーブル |
JP2017082145A (ja) | 2015-10-30 | 2017-05-18 | 日信工業株式会社 | 炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合材料の製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017057307A (ja) | 2015-09-17 | 2017-03-23 | 信越化学工業株式会社 | シリコーンゴム組成物及び電力ケーブル |
JP2017082145A (ja) | 2015-10-30 | 2017-05-18 | 日信工業株式会社 | 炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合材料の製造方法 |
JP2017114952A (ja) | 2015-12-21 | 2017-06-29 | 東洋インキScホールディングス株式会社 | カーボンナノファイバー含有架橋性組成物、および、カーボンナノファイバー複合体 |
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