JP7316760B2 - carbon nanotube wire - Google Patents

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本発明は、カーボンナノチューブ線材に関する。 The present invention relates to a carbon nanotube wire.

カーボンナノチューブ(以下、「CNT」と記載することがある。)は、様々な特性を有する素材であり、多くの分野への応用が期待されている。 Carbon nanotubes (hereinafter sometimes referred to as “CNT”) are materials having various properties and are expected to be applied to many fields.

CNTは、六角形格子の網目構造を有する筒状体の単層、または略同軸で配された多層で構成される3次元網目構造体であり、軽量であると共に電気伝導性、熱伝導性、機械的強度、電流密度等の諸特性に優れる。このため、CNTを線材化して使用することが要望されている。CNTを電線材料として使用する場合、複数のCNTからなる素線を撚ることにより撚線構造としたCNT線材の使用が有用である(特許文献1)。 CNT is a three-dimensional network structure composed of a single layer of cylindrical bodies having a hexagonal lattice network structure or multiple layers arranged substantially coaxially, and is lightweight and has electrical conductivity, thermal conductivity, It has excellent properties such as mechanical strength and current density. For this reason, it is demanded to use CNT in the form of a wire. When CNTs are used as an electric wire material, it is useful to use a CNT wire having a twisted wire structure by twisting strands of a plurality of CNTs (Patent Document 1).

特開2017-171546号公報JP 2017-171546 A

CNT単体は剛性のある直線状分子であるが、その集合体は分子間力によって凝集している。そのため、CNT集合体からなるCNT素線には、金属結合結晶からなる銅線ケーブルや共有結合結晶からなるガラスファイバーのような剛性はなく、自重で垂れ下がってしまう。また、CNT素線を紡糸する際、一般的には乾式法または湿式法が用いられる。乾式法の場合では、炉や基板などから引き出す際にCNT単体の凝集状態を制御することは困難である。湿式法の場合では、分散液から分散溶媒を引き抜く際にCNT単体の凝集状態を制御することは困難である。つまり、いずれの紡糸方式を使用したとしても、均一な径や真円度をもつCNT素線を作製することは困難であり、CNT素線を撚りあわせてCNT線材を製造する際には、不均一な径を有すると共に剛性のないCNT素線を撚り合わせることとなっていた。従って、真円の断面を有するCNT線材を作製することは困難であると同時に、CNT素線間に隙間ができてしまい、高密度な構造のCNT線材とすることは困難であった。さらに、このようなCNT線材の巻き取り時に、CNT線材が押しつぶされてしまい、扁平形状となってしまうという問題も存在していた。
これらの事情から、上記のようなCNT線材に電圧印加して電流を流した場合、CNT素線間の該隙間が電子の流れを妨げ、CNT線材全体の導電性の低下に至る場合があった。また、CNT線材の断面が円形ではないため、応力がCNT線材の特定の箇所に集中して折れ曲がりやすくなり、CNT線材が自立せず作業効率低下の原因となっていた。
Single CNTs are rigid linear molecules, but their aggregates are agglomerated by intermolecular forces. Therefore, a CNT wire made of a CNT aggregate does not have the rigidity of a copper wire cable made of metal-bonded crystals or a glass fiber made of covalently-bonded crystals, and hangs down under its own weight. Moreover, when spinning the CNT wire, a dry method or a wet method is generally used. In the case of the dry method, it is difficult to control the state of agglomeration of single CNTs when pulling them out of a furnace, substrate, or the like. In the case of the wet method, it is difficult to control the aggregation state of single CNTs when extracting the dispersion solvent from the dispersion. In other words, no matter which spinning method is used, it is difficult to produce a CNT wire with a uniform diameter and roundness. CNT strands having a uniform diameter and lacking rigidity were twisted together. Therefore, it has been difficult to produce a CNT wire having a perfectly circular cross section, and at the same time, it has been difficult to produce a CNT wire having a high-density structure because gaps are formed between the CNT wires. Furthermore, there is also a problem that the CNT wire is crushed during winding of such a CNT wire, resulting in a flattened shape.
Due to these circumstances, when a voltage is applied to the CNT wire as described above and a current is passed, the gaps between the CNT wires hinder the flow of electrons, and there are cases where the conductivity of the entire CNT wire is reduced. . In addition, since the cross section of the CNT wire is not circular, the stress concentrates on a specific portion of the CNT wire, making it easy to bend.

上記課題を解決するため本発明は、以下の各実施態様を有する。
[1]複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の単数または複数からなるカーボンナノチューブ素線を有する撚線導体と、
前記カーボンナノチューブ素線の少なくとも一部の表面を覆う導電性結着部と、
を有するカーボンナノチューブ線材であって、
前記カーボンナノチューブ線材の断面における前記撚線導体の面積の割合が40%以上である、カーボンナノチューブ線材。
[2]前記カーボンナノチューブ線材の断面における間隙部の面積の割合が5%以下である、上記[1]に記載のカーボンナノチューブ線材。
[3]前記導電性結着部は、樹脂と、導電助剤とを含む、上記[1]または[2]に記載のカーボンナノチューブ線材。
[4]前記樹脂は、ポリオレフィン系の樹脂、アクリル系の樹脂、ポリエステル系の樹脂、ポリウレタン、およびポリイミドからなる群から選択される少なくとも一種の樹脂である、上記[3]に記載のカーボンナノチューブ線材。
[5]前記導電助剤は、金属、カーボンナノチューブ、グラフェン、およびカーボンブラックからなる群から選択される少なくとも一種の材料である、上記[3]または[4]に記載のカーボンナノチューブ線材。
[6]前記カーボンナノチューブ線材の断面の真円度が0~0.3である、上記[1]から[5]までの何れか1つに記載のカーボンナノチューブ線材。
In order to solve the above problems, the present invention has the following embodiments.
[1] A stranded conductor having a carbon nanotube element wire composed of one or more carbon nanotube aggregates composed of a plurality of carbon nanotubes;
a conductive binding portion covering at least a part of the surface of the carbon nanotube wire;
A carbon nanotube wire having
A carbon nanotube wire, wherein the ratio of the area of the stranded conductor in the cross section of the carbon nanotube wire is 40% or more.
[2] The carbon nanotube wire according to [1] above, wherein the ratio of the area of the interstices in the cross section of the carbon nanotube wire is 5% or less.
[3] The carbon nanotube wire according to [1] or [2] above, wherein the conductive binding portion contains a resin and a conductive aid.
[4] The carbon nanotube wire according to [3] above, wherein the resin is at least one resin selected from the group consisting of polyolefin resins, acrylic resins, polyester resins, polyurethanes, and polyimides. .
[5] The carbon nanotube wire according to [3] or [4] above, wherein the conductive aid is at least one material selected from the group consisting of metals, carbon nanotubes, graphene, and carbon black.
[6] The carbon nanotube wire according to any one of [1] to [5] above, wherein the circularity of the cross section of the carbon nanotube wire is 0 to 0.3.

優れた導電性および機械的強度を有するカーボンナノチューブ線材を提供することができる。 A carbon nanotube wire having excellent electrical conductivity and mechanical strength can be provided.

一実施形態に係るCNT線材の説明図である。It is explanatory drawing of the CNT wire which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るCNT線材に用いるCNT素線の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a CNT wire used for a CNT wire according to one embodiment;

1.CNT線材
以下に、一実施形態に係るCNT線材について、図面を用いながら説明する。
1. CNT Wire Below, a CNT wire according to one embodiment will be described with reference to the drawings.

図1(a)は一実施形態のCNT線材1の斜視図、図1(b)は図1(a)のCNT線材1の断面図であり、図1(a)において間隙部は省略すると共にCNT線材1の外周部は点線で示される。図1のCNT線材1では、間隙部6が存在する(図1(b))。一実施形態に係るCNT線材1は、複数のCNTで構成されるCNT集合体の単数または複数からなるCNT素線2を有する撚線導体3と、CNT素線2の少なくとも一部の表面を覆う導電性結着部4とを有する。導電性結着部4は例えば、CNT素線2の外周部の少なくとも一部を覆い、CNT素線2間に存在してもよい。図1(b)のCNT線材1の断面における撚線導体3の面積の割合は、40%以上である。 FIG. 1(a) is a perspective view of a CNT wire 1 of one embodiment, and FIG. 1(b) is a cross-sectional view of the CNT wire 1 of FIG. 1(a). The outer peripheral portion of the CNT wire 1 is indicated by a dotted line. The CNT wire 1 of FIG. 1 has gaps 6 (FIG. 1(b)). A CNT wire 1 according to one embodiment includes a stranded conductor 3 having a CNT wire 2 consisting of one or more CNT aggregates composed of a plurality of CNTs, and covering at least a part of the surface of the CNT wire 2. and a conductive binding portion 4 . For example, the conductive binding portion 4 may cover at least a portion of the outer circumference of the CNT wire 2 and exist between the CNT wires 2 . The ratio of the area of the stranded conductor 3 in the cross section of the CNT wire 1 in FIG. 1(b) is 40% or more.

従来のCNT素線を撚りあわせた撚線導体中のCNT素線間には微細な空隙が存在し、CNT線材の機械的強度を低下させる一因となる。また、CNT素線間の空隙は導電率が低いため、CNT線材全体の導電性を低下させることとなる。これに対して一実施形態のCNT線材1は、CNT素線2の少なくとも一部の表面を覆うように導電性結着部4が設けられており、撚りあわされたCNT素線2間にも該導電性結着部4が存在するため、隣り合うCNT素線2を結着する。従って、CNT線材1全体の機械的強度を向上させて折れ曲がりにくくし、外力に対する耐久性を向上させることができる。また、導電性結着部4は高い電気伝導性を有するため、CNT線材1全体の導電性を優れたものとすることができる。 A conventional stranded conductor in which CNT wires are twisted has fine voids between the CNT wires, which is one of the factors that reduce the mechanical strength of the CNT wire. In addition, since the voids between the CNT strands have low electrical conductivity, the electrical conductivity of the entire CNT wire is lowered. On the other hand, in the CNT wire 1 of one embodiment, the conductive binding part 4 is provided so as to cover at least a part of the surface of the CNT wire 2, and also between the twisted CNT wires 2 Adjacent CNT strands 2 are bound due to the presence of the conductive binding portion 4 . Therefore, the mechanical strength of the CNT wire 1 as a whole can be improved to make it less likely to bend, and the durability against external force can be improved. Moreover, since the conductive binding portion 4 has high electrical conductivity, the electrical conductivity of the CNT wire 1 as a whole can be made excellent.

CNT線材1の断面における撚線導体3の面積の割合は40%以上である。これにより、CNT線材1の導電性と機械的強度の向上を両立させることができる。CNT線材1の断面における撚線導体3の面積の割合は40~95%以下が好ましく、60~90%がより好ましく、80~85%が更に好ましい。撚線導体3の面積の割合が上記範囲内にあることにより、CNT線材1の導電性および機械的強度をより向上させることができる。また、撚線導体3の円相当直径は、特に限定されないが、例えば、0.1mm以上15mm以下である。 The ratio of the area of the stranded conductor 3 in the cross section of the CNT wire 1 is 40% or more. As a result, both the electrical conductivity and the mechanical strength of the CNT wire 1 can be improved. The ratio of the area of the stranded conductor 3 in the cross section of the CNT wire 1 is preferably 40 to 95%, more preferably 60 to 90%, and even more preferably 80 to 85%. By setting the ratio of the area of the stranded conductor 3 within the above range, the electrical conductivity and mechanical strength of the CNT wire 1 can be further improved. The equivalent circle diameter of the stranded conductor 3 is not particularly limited, but is, for example, 0.1 mm or more and 15 mm or less.

図1(b)に示すように、場合によりCNT線材1内には間隙部6が存在する。なお、間隙部6とは、マイクロスコープにより2000倍の視野にてCNT線材の断面を観察した時に5μm以上の空間もしくは溝と判断される領域を意味する。CNT線材1の断面における間隙部6の面積の割合は5%以下であることが好ましく、3%以下であることがより好ましく、1%以下であることが更に好ましい。間隙部6の面積の割合が上記範囲内にあることにより、隣り合うCNT素線2、およびCNT素線2と導電性結着部4の接触面積が大きくなるため、CNT線材1の導電性および機械的強度をより向上させることができる。 As shown in FIG. 1(b), gaps 6 exist within the CNT wire 1 in some cases. The gap 6 means a region judged to be a space or groove of 5 μm 2 or more when the cross section of the CNT wire is observed with a microscope at a field of view of 2000 times. The ratio of the area of the gap 6 in the cross section of the CNT wire 1 is preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and even more preferably 1% or less. When the ratio of the area of the gap portion 6 is within the above range, the contact area between the adjacent CNT wires 2 and between the CNT wires 2 and the conductive binding portion 4 is increased. Mechanical strength can be further improved.

CNT線材1の断面の真円度は0~0.3であることが好ましく、0~0.2であることがより好ましく、0~0.1であることが更に好ましい。CNT線材1の断面の真円度が上記範囲内にあることにより、CNT線材1へ外力が負荷され変形した時に変形の異方性がなくなるため、作業性を向上させることができる。なお、CNT線材1の断面の真円度はマイクロスコープにて得られるCNT線材の断面画像にて短径と長径を計測し、下式によって算出することができる。
真円度 = 1-短半径/長半径
上記式にも示されるように、CNT線材1の断面が完全な真円の場合、真円度は0となり、CNT線材1の断面が真円とは異なる形状となる程、真円度は1に近くなる。
The roundness of the cross section of the CNT wire 1 is preferably 0 to 0.3, more preferably 0 to 0.2, and even more preferably 0 to 0.1. When the circularity of the cross section of the CNT wire 1 is within the above range, the anisotropy of deformation is eliminated when the CNT wire 1 is deformed by an external force, thereby improving workability. The roundness of the cross section of the CNT wire 1 can be calculated by the following formula by measuring the minor axis and the major axis of the cross-sectional image of the CNT wire obtained with a microscope.
Roundness = 1 - minor radius/major radius As shown in the above formula, when the cross section of the CNT wire 1 is a perfect circle, the roundness is 0. The more different the shapes, the closer the roundness is to 1.

以下では、一実施形態に係るCNT線材1を構成する各部について詳細に説明する。 Below, each part constituting the CNT wire 1 according to one embodiment will be described in detail.

(CNT素線)
図2は、一実施形態に係るCNT線材に用いるCNT素線の説明図である。図2に示すように、CNT素線2は、1層以上の層構造を有する複数のCNT11a,11a,・・・で構成されるCNT集合体11の単数から、または複数が束ねられて形成されている。ここで、CNT集合体およびCNT素線とは、CNTの割合が90質量%以上のものを意味する。なお、CNT素線におけるCNT割合の算定においては、メッキとドーパントは除く。図2では、CNT素線2は、CNT集合体11が、複数、束ねられた構成となっている。CNT集合体11の長手方向が、CNT素線2の長手方向を形成している。従って、CNT集合体11は、線状となっている。CNT素線2における複数のCNT集合体11,11,・・・は、その長軸方向がほぼ揃って配されている。従って、CNT素線2における複数のCNT集合体11,11,・・・は、配向している。CNT素線2の円相当直径は、特に限定されないが、例えば、0.01mm以上4.0mm以下である。
(CNT wire)
FIG. 2 is an explanatory diagram of a CNT wire used for the CNT wire according to one embodiment. As shown in FIG. 2, the CNT wire 2 is formed from a single CNT assembly 11 composed of a plurality of CNTs 11a, 11a, . ing. Here, the CNT aggregate and the CNT wire mean those having a CNT ratio of 90% by mass or more. Plating and dopants are excluded from the calculation of the CNT ratio in the CNT wire. In FIG. 2, the CNT wire 2 has a configuration in which a plurality of CNT aggregates 11 are bundled. The longitudinal direction of the CNT aggregate 11 forms the longitudinal direction of the CNT wire 2 . Therefore, the CNT aggregate 11 is linear. The plurality of CNT aggregates 11, 11, . Therefore, the plurality of CNT aggregates 11, 11, . . . in the CNT wire 2 are oriented. The equivalent circle diameter of the CNT wire 2 is not particularly limited, but is, for example, 0.01 mm or more and 4.0 mm or less.

CNT集合体11は、1層以上の層構造を有するCNT11aの束である。CNT11aの長手方向が、CNT集合体11の長手方向を形成している。CNT集合体11における複数のCNT11a,11a、・・・は、その長軸方向がほぼ揃って配されている。従って、CNT集合体11における複数のCNT11a,11a、・・・は、配向している。CNT集合体11の円相当直径は、例えば、20nm以上1000nm以下であり、より典型的には、20nm以上80nm以下である。CNT11aの最外層の幅寸法は、例えば、1.0nm以上5.0nm以下である。 The CNT aggregate 11 is a bundle of CNTs 11a having a layered structure of one or more layers. The longitudinal direction of the CNTs 11 a forms the longitudinal direction of the CNT aggregate 11 . A plurality of CNTs 11a, 11a, . Therefore, the plurality of CNTs 11a, 11a, . . . in the CNT aggregate 11 are oriented. The equivalent circle diameter of the CNT aggregate 11 is, for example, 20 nm or more and 1000 nm or less, more typically 20 nm or more and 80 nm or less. The width dimension of the outermost layer of the CNTs 11a is, for example, 1.0 nm or more and 5.0 nm or less.

(撚線導体)
撚線導体3は、複数のCNT素線2を撚りあわせることにより得られるものであり、一例では複数のCNT素線2からなる。撚線導体3を構成するCNT素線2の平均直径、本数、撚り方法等は特に限定されず、CNT線材1の種類・径・用途などに応じて適宜、所望のものを選択することができる。また、撚線導体3は、更にCNT以外の材料からなる素線を有していてもよい。
(stranded conductor)
The stranded conductor 3 is obtained by twisting a plurality of CNT strands 2, and is composed of a plurality of CNT strands 2 in one example. The average diameter, number, twisting method, etc. of the CNT wires 2 that constitute the stranded conductor 3 are not particularly limited, and a desired one can be appropriately selected according to the type, diameter, application, etc. of the CNT wire 1. . Moreover, the stranded conductor 3 may further have strands made of a material other than CNT.

(導電性結着部)
導電性結着部4は、CNT素線2の少なくとも一部の表面を覆うように設けられている。導電性結着部4は例えば、CNT素線2の外周部を覆うように設けられており、隣り合うCNT素線2の間に存在してもよい。導電性結着部4はCNT素線2間を接着させるため、CNT線材1の機械的強度を向上させることができる。また、導電性結着部4自体が高い導電性を有するため、CNT線材1全体の導電性を向上させることができる。なお、導電性結着部とは、CNT素線2に対する結着性を示すと共に、例えばロールミキサーにて導電性結着部の材料をシート化し、抵抗測定機にて計測・算出した際に、6.0×10-4Ω・cm以下の体積抵抗率を示すものとする。
(Conductive binding part)
The conductive binding portion 4 is provided so as to cover at least part of the surface of the CNT wire 2 . The conductive binding portion 4 is provided, for example, so as to cover the outer peripheral portion of the CNT wire 2 and may exist between adjacent CNT wire 2 . Since the conductive binding portion 4 bonds the CNT wires 2 together, the mechanical strength of the CNT wire 1 can be improved. Moreover, since the conductive binding portion 4 itself has high conductivity, the conductivity of the CNT wire 1 as a whole can be improved. In addition, the conductive binding part indicates the binding property to the CNT wire 2. For example, when the material of the conductive binding part is made into a sheet with a roll mixer and measured and calculated with a resistance measuring machine, It shall exhibit a volume resistivity of 6.0×10 −4 Ω·cm or less.

導電性結着部4は、樹脂と導電助剤とを含むことが好ましい。導電性結着部4が樹脂と導電助剤を含むことにより、CNT線材1を成形しやすくなる。導電性結着部4を構成する樹脂は特に限定されず、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の何れの材料も使用することができる。 The conductive binding portion 4 preferably contains a resin and a conductive aid. The CNT wire 1 can be easily molded by the conductive binding portion 4 containing the resin and the conductive aid. The resin constituting the conductive binding portion 4 is not particularly limited, and either a thermoplastic resin or a thermosetting resin can be used.

熱可塑性樹脂としては例えば、ポリエチレン,ポリプロピレンなどのポリオレフィン系の樹脂、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-ビニルアルコール共重合体、ABSなどのポリオレフィン共重合体、ポリアクリレート、ポリメタクリレートなどのアクリル系の樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸などのポリエステル系の樹脂、ポリアセタール系の樹脂の他、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリアミドイミドなどを挙げることができる。
熱硬化性樹脂としては例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、シリコーン樹脂等を挙げることができる。
これらの樹脂の中でも加工性に優れることから、ポリオレフィン系の樹脂、アクリル系の樹脂、ポリエステル系の樹脂、ポリウレタン、およびポリイミドからなる群から選択される少なくとも一種の樹脂を用いることが好ましい。
Examples of thermoplastic resins include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymers, ethylene-vinyl alcohol copolymers, polyolefin copolymers such as ABS, and acrylic resins such as polyacrylate and polymethacrylate. resins, polyester resins such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polylactic acid, polyacetal resins, fluorine resins, polyvinyl chloride, polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, thermoplastic polyurethane, thermoplastic Examples include polyimide and thermoplastic polyamideimide.
Examples of thermosetting resins include phenol resins, urea resins, melamine resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, polyurethanes, polyimides, and silicone resins.
Among these resins, it is preferable to use at least one resin selected from the group consisting of polyolefin-based resins, acrylic-based resins, polyester-based resins, polyurethanes, and polyimides because of its excellent workability.

導電助剤は導電性結着部4に導電性を付与するものであり、加工性・樹脂との親和性に優れたものであれば特に限定されないが、金属、CNT、グラフェン、およびカーボンブラックからなる群から選択される少なくとも一種の材料であることが好ましい。なお、導電助剤であるCNTは導電性結着部内に存在しCNT素線のような長い線状でないため、CNT素線を構成するCNTとは形状が異なる。このため、CNT素線を構成するCNTと、導電助剤を構成するCNTとは明確に区別できる。また、金属としては例えば、銅、銀、アルミニウムなどを挙げることができる。導電助剤の形状は加工性に優れるものであれば特に限定されないが例えば、粉体状、繊維状の形状を挙げることができる。粉体状の導電助剤の平均粒径は10nm~100μmが好ましく、10nm~10μmがより好ましく、10nm~1μmがさらに好ましい。繊維状の導電助剤の繊維長は10nm~1000μmが好ましく、10nm~100μmがより好ましく、10nm~1μmがさらに好ましい。 The conductive aid imparts conductivity to the conductive binding portion 4, and is not particularly limited as long as it has excellent workability and affinity with the resin. It is preferably at least one material selected from the group consisting of: Note that the CNT, which is the conductive additive, is present in the conductive binding portion and is not in the shape of a long line like the CNT wire, and therefore has a shape different from that of the CNT that constitutes the CNT wire. Therefore, the CNTs forming the CNT wire can be clearly distinguished from the CNTs forming the conductive aid. Examples of metals include copper, silver, and aluminum. The shape of the conductive aid is not particularly limited as long as it is excellent in processability, and examples thereof include powdery and fibrous shapes. The average particle size of the powdery conductive aid is preferably 10 nm to 100 μm, more preferably 10 nm to 10 μm, even more preferably 10 nm to 1 μm. The fiber length of the fibrous conductive additive is preferably 10 nm to 1000 μm, more preferably 10 nm to 100 μm, even more preferably 10 nm to 1 μm.

次に、一実施形態に係るCNT線材1の製造例について説明する。CNT線材1は、まず、CNT11aを製造し、得られた複数のCNT11aからCNT素線2を形成する。次に、CNT素線2の表面上に導電性結着部の材料を供給し該材料を溶融させながらCNT素線2を撚ることによりCNT線材1を得る。 Next, a manufacturing example of the CNT wire 1 according to one embodiment will be described. For the CNT wire 1, first, the CNTs 11a are produced, and the CNT wire 2 is formed from the obtained plurality of CNTs 11a. Next, the CNT wire 1 is obtained by supplying the material of the conductive binding part onto the surface of the CNT wire 2 and twisting the CNT wire 2 while melting the material.

CNT11aは、浮遊触媒法(特許第5819888号公報)や、基板法(特許第5590603号公報)などの手法で作製することができる。また適宜市販品を用いることができる。CNT素線2は、乾式紡糸(特許第5819888号公報、特許第5990202号公報、特許第5350635号公報)、湿式紡糸(特許第5135620号公報、特許第5131571号公報、特許第5288359号公報)、液晶紡糸(特表2014-530964号公報)等で作製することができる。 The CNT 11a can be produced by a method such as a floating catalyst method (Japanese Patent No. 5819888) or a substrate method (Japanese Patent No. 5590603). Moreover, a commercial item can be used suitably. The CNT strand 2 is dry spinning (Patent No. 5819888, Patent No. 5990202, Patent No. 5350635), wet spinning (Patent No. 5135620, Patent No. 5131571, Patent No. 5288359), It can be produced by liquid crystal spinning (Japanese Patent Publication No. 2014-530964) or the like.

上記のようにして得られたCNT素線2の表面(例えば、外周面)上に導電性結着部の材料を供給し該材料を溶融させながらCNT素線2を撚ることによりCNT線材1を得る。より具体的には、撚り機にCNT素線2と導電性結着部の材料を供給し、該導電性結着部の材料を加熱して溶融させながら撚ることによりCNT線材1を得ることができる。 The CNT wire 1 is obtained by supplying the material of the conductive binding part onto the surface (for example, the outer peripheral surface) of the CNT wire 2 obtained as described above and twisting the CNT wire 2 while melting the material. get More specifically, the CNT wire 2 and the material of the conductive binding portion are supplied to a twister, and the CNT wire 1 is obtained by twisting while heating and melting the material of the conductive binding portion. can be done.

一実施形態に係るCNT線材1は、ワイヤハーネス等の一般電線として使用することができ、また、CNT線材1を使用した一般電線からケーブルを作製してもよい。 The CNT wire 1 according to one embodiment can be used as a general electric wire such as a wire harness, and a general electric wire using the CNT wire 1 may be used to produce a cable.

(実施例1~7および比較例1~2)
浮遊触媒気相成長(CCVD)法を用い、CNT製造装置の電気炉によって、1300℃に加熱された、内径φ60mm、長さ1600mmのアルミナ管内部に、炭素源であるベンゼン、トルエン、ナフタレン、およびデカヒドロナフタレンからなる群から選ばれる一種またはそれらの混合物、触媒であるフェロセン、及び反応促進剤であるチオフェンを含む原料溶液を、スプレー噴霧により供給した。キャリアガスは、水素を9.5L/minで供給した。上記方法により生成したCNTを連続的に巻き取りながら回収し、直径約50μm、長さ2mのCNT素線を得た。次に、得られたCNT素線を、大気下において500℃に加熱し、さらに酸処理を施すことによって高純度化を行った。その後、高純度化したCNT素線に対し、硝酸ドープを施して平均径が50μmのCNT素線を得た。次に、CNT素線を19本、束ねると共に、CNT素線の表面上に、下記表1に示す導電性結着部の材料を供給した。なお、導電助剤を用いる例においては、全て粉体状の導電助剤を用いた。この後、導電性結着部の材料を下記表1に示す温度に加熱して溶融させた状態で、束ねたCNT素線の一端を固定し、もう一端をひねることで、CNT素線を撚りあわせて撚線導体を得た。この後、撚線導体を冷却して導電性結着部の材料を硬化させて導電性結着部とすることで、表2に示す撚線導体の面積割合を有するCNT線材を得た。
各実施例および比較例で使用した材料を下記表1に示す。
(Examples 1-7 and Comparative Examples 1-2)
Using the floating catalyst vapor deposition (CCVD) method, the carbon source benzene, toluene, naphthalene, and A raw material solution containing one selected from the group consisting of decahydronaphthalene or a mixture thereof, ferrocene as a catalyst, and thiophene as a reaction accelerator was supplied by spraying. Hydrogen was supplied as carrier gas at 9.5 L/min. The CNTs produced by the above method were collected while being continuously wound to obtain a CNT wire having a diameter of about 50 μm and a length of 2 m. Next, the obtained CNT wire was heated to 500° C. in the atmosphere and further subjected to an acid treatment for high purification. Thereafter, the highly purified CNT wire was doped with nitric acid to obtain a CNT wire with an average diameter of 50 μm. Next, 19 CNT strands were bundled, and the material of the conductive binding portion shown in Table 1 below was supplied onto the surface of the CNT strands. In addition, in the examples using the conductive aid, powdery conductive aid was used in all cases. After that, in a state in which the material of the conductive binding portion is heated to the temperature shown in Table 1 below and melted, one end of the bundled CNT wires is fixed and the other end is twisted to twist the CNT wires. A stranded conductor was also obtained. Thereafter, the stranded conductor was cooled to harden the material of the conductive binding portion to form the conductive binding portion, thereby obtaining a CNT wire having the area ratio of the stranded conductor shown in Table 2.
The materials used in each example and comparative example are shown in Table 1 below.

(評価方法)
上記の各実施例および比較例で得られたCNT線材について以下の評価を行った。
(1)CNT線材の断面における撚線導体、導電性結着部、および間隙部の面積の割合
CNT線材を断面方向に切断したのち、研磨法によって断面処理を行う。この断面をマイクロスコープにより2000倍の視野にて観察を行い、得られた断面画像において、画像処理ソフトを用いて撚線導体、導電性結着部、間隙部の面積割合を定量化する。この際、間隙部は5μm以上の空間もしくは溝と判断できるものをカウントした。
(2)CNT線材の体積抵抗率
抵抗測定機(ケースレー社製、装置名「DMM2000」)にCNT線材を接続し、4端子法により抵抗の測定を実施した。体積抵抗率は、r=RA/L(R:抵抗値、A:CNT線材の断面積、L:測定長さ)の計算式に基づいて算出した。
(3)真円度
上記断面評価と同様に、マイクロスコープによる50倍の視野での観察により得られたCNT線材の断面画像において、その短半径と長半径を計測し、下式を用いて真円度を算出した。
真円度 = 1-短半径/長半径
(4)CNT線材の折れ曲がり耐性
/D=75000(L:線長、D:線径)の関係式を満たすように、試験線の先端L部を作業台よりはみ出して設置し、自重によって垂れ下がった線の先端部の元の位置からの距離をXとしたとき、X/Lを自重たわみ度として評価した。X/Lが0.1未満の場合を「○」、0.1以上の場合を「×」とした。
上記の評価結果を下記表2に示す。
(Evaluation method)
The CNT wires obtained in the above examples and comparative examples were evaluated as follows.
(1) Area Ratio of Twisted Wire Conductor, Conductive Bonding Portion, and Gap in Cross Section of CNT Wire After cutting the CNT wire in the cross-sectional direction, the cross section is processed by a polishing method. This cross section is observed with a microscope in a field of view of 2000 times, and in the obtained cross section image, the area ratio of the stranded conductor, the conductive binding portion, and the gap portion is quantified using image processing software. At this time, gaps of 5 μm 2 or more that could be judged as spaces or grooves were counted.
(2) Volume Resistivity of CNT Wire A CNT wire was connected to a resistance measuring machine (manufactured by Keithley, device name “DMM2000”), and the resistance was measured by the four-terminal method. The volume resistivity was calculated based on the formula r=RA/L (R: resistance value, A: cross-sectional area of CNT wire, L: measured length).
(3) Roundness Similar to the above cross-sectional evaluation, in the cross-sectional image of the CNT wire obtained by observation with a 50x field of view with a microscope, measure the minor axis and major axis, and use the following formula to determine the true Circularity was calculated.
Roundness = 1 - minor radius/major radius (4) Bending resistance of CNT wire L 2 / D = 75000 (L: wire length, D: wire diameter) was installed protruding from the work table, and X/L was evaluated as the self-weight deflection degree, where X was the distance from the original position of the tip of the line that hung down due to its own weight. When X/L was less than 0.1, it was rated as "good", and when it was 0.1 or more, it was rated as "x".
The above evaluation results are shown in Table 2 below.

表2の実施例1~7に示すように、CNT線材の断面における撚線導体の面積の割合が40%以上で、かつCNT線材が導電性結着部を有することにより、CNT線材は優れた機械的強度(折れ曲がり耐性)を示すことが分かる。特に実施例1~5にある通り、CNT線材の断面における撚線導体の面積の割合が70%以上で、かつCNT線材が導電性結着部を有することにより優れた機械的強度(折れ曲がり耐性)および良好な導電性を示すことが分かる。 As shown in Examples 1 to 7 in Table 2, the CNT wire was excellent because the ratio of the area of the stranded conductor in the cross section of the CNT wire was 40% or more and the CNT wire had a conductive binding portion. It can be seen that the mechanical strength (bending resistance) is exhibited. In particular, as shown in Examples 1 to 5, the ratio of the area of the stranded conductor in the cross section of the CNT wire is 70% or more, and the CNT wire has a conductive binding portion, resulting in excellent mechanical strength (bending resistance). and good electrical conductivity.

1 CNT線材
2 CNT素線
3 撚線導体
4 導電性結着部
6 間隙部
11 CNT集合体
11a CNT
1 CNT wire 2 CNT element wire 3 stranded wire conductor 4 conductive binding portion 6 gap portion 11 CNT aggregate 11a CNT

Claims (4)

複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の複数からなるカーボンナノチューブ素線を有する撚線導体と、
前記カーボンナノチューブ素線の少なくとも一部の表面を覆う導電性結着部と、
を有するカーボンナノチューブ線材であって、
前記導電性結着部は、前記カーボンナノチューブ素線間に存在し、
前記導電性結着部は、樹脂と、導電助剤とを含み、
前記カーボンナノチューブ線材の断面における前記撚線導体の面積の割合が40%以上であり、
前記カーボンナノチューブ線材の断面における間隙部の面積の割合が5%以下である、カーボンナノチューブ線材。
a stranded conductor having a carbon nanotube strand composed of a plurality of carbon nanotube aggregates composed of a plurality of carbon nanotubes;
a conductive binding portion covering at least a part of the surface of the carbon nanotube wire;
A carbon nanotube wire having
The conductive binding portion exists between the carbon nanotube strands,
The conductive binding part contains a resin and a conductive aid,
The proportion of the area of the stranded conductor in the cross section of the carbon nanotube wire is 40% or more,
A carbon nanotube wire, wherein the ratio of the area of the interstices in the cross section of the carbon nanotube wire is 5% or less.
前記樹脂は、ポリオレフィン系の樹脂、アクリル系の樹脂、ポリエステル系の樹脂、ポリウレタン、およびポリイミドからなる群から選択される少なくとも一種の樹脂である、請求項に記載のカーボンナノチューブ線材。 2. The carbon nanotube wire according to claim 1 , wherein said resin is at least one resin selected from the group consisting of polyolefin resin, acrylic resin, polyester resin, polyurethane, and polyimide. 前記導電助剤は、金属、カーボンナノチューブ、グラフェン、およびカーボンブラックからなる群から選択される少なくとも一種の材料である、請求項またはに記載のカーボンナノチューブ線材。 3. The carbon nanotube wire according to claim 1 , wherein said conductive aid is at least one material selected from the group consisting of metals, carbon nanotubes, graphene, and carbon black. 前記カーボンナノチューブ線材の断面の真円度が0~0.3である、請求項1からまでの何れか1項に記載のカーボンナノチューブ線材。
The carbon nanotube wire according to any one of claims 1 to 3 , wherein the carbon nanotube wire has a cross-sectional circularity of 0 to 0.3.
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