KR20160046847A - 수지 복합재 - Google Patents

Abstract

CNT의 소량 사용으로 수지의 기계 강도의 저하, 수지 점도의 증대에 의한 가공성의 저하 등의 과제를 극복하는 한편, CNT의 사용량이 적음에도 불구하고 CNT의 복합화에서 유래하는 상기 기능이나 그 밖의 효과적인 기능의 발현을 가능하게 한 수지 복합재를 제공한다. 모재인 수지에 복수의 CNT를 복합화한 수지 복합재이며, 상기 모재에 대하여 상기 CNT가, 그의 농도가 상기 모재에 대하여 2.0용적％ 이하이면서, 또한 상기 수지 복합재의 성형 시험편에 대하여 그의 표면의 소정 복수 개소에 대하여 4탐침법으로 측정한 체적 저항률의 최댓값 R1과 최솟값 R2의 비율이 4.0 이하이다.

Description

수지 복합재{RESIN COMPOSITE MATERIAL}

본 발명은 수지와, CNT(카본 나노 튜브)를 복합화한 수지 복합재에 관한 것이다.

수지 복합재는 최근에 수많은 산업품, 예를 들어 반도체 반송용의 정전 트레이, 자동차용 연료 펌프, 테니스 라켓이나 골프 클럽 등의 스포츠 용품 등에 이용되고 있다. CNT 수지 복합재는 기능적으로는 CNT에서 유래하여 도전성, 열전도성 및 기계 강도라는 기능이 우수하다. 이러한 수지 복합재에 있어서는, 상기 기능의 발현에는 CNT가 모재인 수지 중에 균일하게 분산되어 있는 것이 요구된다. 그런데, CNT를 수지 중에 균일하게 분산시키는 것이 곤란한 것은 다수의 특허문헌에 알려져 있다(특허문헌 1 등). 그로 인해, 상기 기능의 발현을 위해서는, 대량의 CNT가 필요하게 되었다.

일본 특허 공개 제2012-250883호 공보

그러나, 종래의 CNT 수지 복합재에서는, CNT를 대량으로 첨가함으로써, 모재인 수지의 기계 강도가 저하됨과 함께, 수지 점도가 증대되어, 압출 성형, 사출 성형, 프레스 성형과 같은 각종 성형 가공이 곤란했다. 또한, CNT의 분산이 불량하므로, 소사이즈의 성형품을 얻는 것이 곤란했다. 또한, 분산성을 향상시키기 위하여 CNT를 과도하게 처리한 경우, CNT가 수지 복합재에서 차지하는 점유율이 커져 모재인 수지와 혼련하면, CNT의 애스펙트비의 저하나, 구조 파괴가 일어나, CNT 본래의 기능을 발현할 수 없었다. 나아가, 수지 중에 CNT의 분산 불량이 있기 때문에, 수지 복합재로서 도전성(체적 저항률)이 미시 영역에서 편차가 크다는 등의 문제가 있었다.

본 발명자는, 상기 과제에 대하여 다양하게 검토한 바, CNT의 분산이 과도하거나 또는 불량함과 함께, CNT의 대량 사용에 기인하고 있는 것으로 생각하고, 연구를 진행시켰다. 그러나, CNT의 응집성에 의해 CNT를 대량으로 사용하지 않으면, 상기 기능의 발현이 곤란하여, 서로 모순되는 기술 과제를 해결할 필요가 있었다.

본 발명은 CNT의 복합화에서 유래하는 기능을 발현할 수 있는 수지 복합재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 수지 복합재는, 모재인 수지에 복수의 CNT를 복합화한 수지 복합재이며, 상기 모재에 대한 상기 CNT의 농도가 2.0용적％ 이하이면서, 또한 상기 수지 복합재의 성형 시험편에 대하여 그의 표면의 소정 복수 개소에 대하여 4탐침법으로 측정한 체적 저항률의 최댓값 R1과 최솟값 R2의 비율이 4.0 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 모재에 대하여 상기 CNT의 농도가 2.0용적％ 이하이면서, 또한, 수지 복합재의 성형 시험편의 표면의 복수 개소에 있어서 4탐침법으로 측정한 체적 저항률의 최댓값 R1과 최솟값 R2의 비율이 4.0 이하임으로써, CNT의 복합화에서 유래하는 기능을 발현하는 수지 복합재를 얻을 수 있다.

도 1A는 본 발명의 실시 형태에 관한 수지 복합재에 사용하는 CNT의 제조 설명을 위한 도면이며, 실리콘 기판 상에 Al 박막과 Fe 박막이 형성된 상태를 도시하는 단면도, 도 1B는 Fe 미립자 상에 CNT가 성장된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 2A는 CNT의 형상의 직선성을 설명하기 위한 도면, 도 2B는 CNT의 기판 표면에 대한 성장 방향의 수직 배향성을 설명하기 위한 도면, 도 2C는 CNT의 집합 구조의 SEM 사진이다.
도 3은 종래의 수지 복합재를 배율 3000배로 나타내는 SEM 사진이다.
도 4는 본 실시 형태의 수지 복합재를 배율 3000배로 나타내는 SEM 사진이다.
도 5는 종래의 수지 복합재를 배율 1만배로 나타내는 SEM 사진이다.
도 6은 본 실시 형태의 수지 복합재를 배율 1만배로 나타내는 SEM 사진이다.
도 7은 실시예 1과 비교예 1의 CNT의 분산도에 대한 체적 저항률을 도시하는 도면이다.
도 8은 실시예 2의 CNT의 농도에 대한 표면 저항률을 도시하는 도면이다.
도 9는 실시예 2의 체적 저항률을 도시하는 도면이다.
도 10은 비교예 2의 체적 저항률을 도시하는 도면이다.
도 11은 수지 복합재의 SEM 사진이며, 도 11A는 실시예 2, 도 11B는 비교예 2의 사진이다.
도 12는 표면을 대기압 플라즈마로 처리한 후의 수지 복합재의 SEM 사진이며, 도 12A는 실시예 2, 도 12B는 비교예 2의 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 수지 복합재를 설명한다.

본 실시 형태의 수지 복합재는, 모재인 수지에 복수의 CNT를 복합화한 수지 복합재이며, 수지 복합재의 성형 시험편에 대하여 그의 표면의 소정 복수 개소에 대하여 4탐침법으로 측정된 체적 저항률의 최댓값 R1과 최솟값 R2의 비율이 4.0 이하로 되어 있는 수지 복합재이다.

상기 CNT는, 바람직하게는 형상의 직선성이 양호하고, 나노 분산 처리되어, 사이즈 및 형상이 균일화되어 얽힘 상태의 응집물이 제거된 것이 바람직하다. 또한, CNT는 다층 CNT가 바람직하다.

바람직한 실시 형태는, 상기 복수의 CNT는 형상의 직선성이 양호한 섬유 길이 100㎚ 이상의 CNT가 나노 분산 처리된 CNT이다. 이 나노 분산 처리는, 바람직하게는 분쇄 처리에 의해 상기 복수의 CNT의 사이즈 및 형상을 균일화하여 상기 복수의 CNT가 얽혀 응집되어 있는 것을 제거하는 처리이다.

또한, 「형상의 직선성이 양호하다」란 SEM 사진 상의 1㎛의 범위에서, 90％ 이상의 CNT는 결정 계수 R²가 0.970 이상, 1.0 이하인 조건을 만족하는 것이다. 여기서 R²는, 최소 제곱법에 의한 직선 근사식(y=ax+b)에 있어서의 결정 계수이다.

또한, CNT로서 섬유 길이 100㎚ 이상으로 한 것은, CNT의 애스펙트비를 높임으로써, 낮은 첨가량으로 도전성의 발현이 가능해지는 점에서 모재인 수지의 물성을 유지하는 것이 가능해지기 때문이다.

또한, 상기 CNT는, 특별히 한정되지 않고 단층 CNT, 다층 CNT의 어느 하나일 수도 있으며, 또한 다층 CNT와 단층 CNT가 혼합된 CNT일 수도 있다. 그 중에서도 강성이 우수하고, 수지와 복합화할 때에 절단이 일어나기 어려운 관점에서, 다층 CNT를 함유하는 CNT인 것이 바람직하다. 또한 본 명세서에 있어서의 CNT에는 표면이 관능기로 수식된 CNT도 포함되는 것으로 한다.

본 발명의 CNT 복합 수지 중의 CNT는, 최내층의 내경이 3㎚ 이상, 8㎚ 이하이면서, 또한 최외층의 외경이 5㎚ 이상, 35㎚ 이하인 다층 CNT가 바람직하다. 또한 이 다층 CNT는 층수가 3 이상, 35 이하인 것이 바람직하고, 또한 다층 CNT는 공기 중에 있어서의 열분해 개시 온도가 500℃ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 다층 CNT는, 공기 중에 있어서의 900℃ 열분해 후의 잔사가 1％ 이하인 것이 바람직하다.

「나노 분산」이란 「CNT가 1개씩 물리적으로 분리되어 서로 얽혀 있지 않은 상태로 수지 중에 분산되어 있는 상태」를 의미한다. 여기에서 「물리적으로 분리되어 서로 얽혀 있지 않다」란 복수의 CNT가 반데발스 힘에 의해 괴상 혹은 다발 형상으로 응집 집합되어 이루어지는 형태를 취하지 않고 하나하나 단리된 상태로 존재하고 있는 것을 의미한다.

바람직하게는, 상기 수지는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 열경화성 수지, 열가소성 수지 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 수지 등의 올레핀계 수지, 폴리염화비닐 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 나일론 수지, 불소 수지, ABS 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리비닐알코올 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 들 수 있다.

상기 수지는, 바람직하게는 열가소성 수지이다. 또한, 열가소성 수지에서도, 나일론6, 나일론12나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 바람직하다.

이하에 본 발명의 수지 복합재의 제조에 대하여 설명한다.

<CNT의 제조>

본 발명의 수지 복합재에 사용하는 CNT의 기판 성장열 CVD법에 의한 제조의 일례를 이하에 설명한다. 먼저, 도 1A에 도시하는 바와 같이 전자 빔 물리 증착법에 의해 50㎟의 실리콘 기판(1)에 하지로서 Al 박막(2)을 30㎚의 막 두께로 생성함과 함께, 이 Al 박막(2) 상에 Fe 박막(3)을 20㎚의 막 두께로 성막한다. 이 성막 후, 직경이 160㎜인 석영관 중에 상기 기판(1)을 적재한 후, 진공 하에서, 예를 들어 200Pa의 감압 하에서 700℃에서 10분간 가열함으로써, 도 1B에 도시하는 바와 같이 Fe 박막(3)으로부터 CNT의 성장 촉매가 되는 Fe 미립자(41, 42, …, 4n)를 생성한다. 계속해서, 이 가열 상태에서 석영관 중에 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 프로판, 프로필렌 등의 탄소계 가스를 소정 유량 100sccm으로 공급함으로써 기판(1)의 Fe 미립자(41 내지 4n) 상에 CNT(51 내지 5n)를 성장시킨다. 이와 같이 하여 성장된 CNT(51 내지 5n)를 실리콘 기판(1) 상으로부터 박리하여 채취한다.

이 제조에 의해 얻어진 CNT(51 내지 5n)는 직선성이 양호한 CNT이다. 또한, 이 직선성에 관해서는, 특허 4873413호 공보에 기재되어 있다. 이 직선성에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2A에 도시한 바와 같이, 실시 형태에서 정의하는 CNT(5)의 형상의 직선성은, 최소 제곱법에 의한 직선 근사식 (y=ax+b)로 정할 수 있다. 여기서, a는 기울기, b는 절편이며, 이들은 실험 데이터로부터 구할 수 있다. 이 경우, 격차 오차의 2승의 합이 최소가 되도록 직선을 적용시킨다. 또한, 실험 조건을 바꾸어 얻어진 다양한 y의 값의 변화 중, 어느 정도의 비율이, y=ax+b의 직선식으로 설명할 수 있는지를 나타내는 지표(결정 계수) R²가 있고, 이 R²의 값이 1에 접근할수록 CNT(5)의 형상이 보다 직선성을 갖게 된다.

또한, 도 2B를 참조하여 설명하면 CNT(5)의 수직 배향성은 CNT(5)의 하부 기단(5a)의 위치와 상부 선단(5b)의 위치의 기판(1) 표면을 따르는 수평 방향차(P)로 하고, CNT(5)의 상기 하부 기단(5a)부터 상부 선단(5b)까지의 기판(1) 표면으로부터의 높이 치수(Q)로 하여, V=Q/P를 수직 배향성(V)으로 할 수 있다. CNT(5)의 하부 기단(5a)의 기판 표면으로부터의 높이는 제로이다. 그리고, 상기 수평 방향차(P)가 제로에 접근할수록 CNT(5)는 기판 표면에 대하여 수직 배향성을 더 갖게 된다.

도 2C를 참조하여 실제의 SEM 사진 등으로 CNT의 형상의 직선성과 수직 배향성의 유무를 판정하는 지표를 설명한다. 도 2C는 CNT의 집합 구조의 배율 30k의 SEM 사진이다. 단, 이 판정의 지표의 설명에 사용하는 SEM 사진의 배율은 일례이다. 또한, 이 SEM 사진 중에 수직 배향성의 판정 대상으로 하는 CNT를 알기 쉽게 하는 데 있어서 SEM 사진 중에 기입한 점선으로 나타낸다.

먼저, 형상의 직선성의 지표의 경우, 저배율 관찰로 수직 방향으로 성장하고 있는 것이 확인되고 있는 CNT를 대상으로 하고, 그 직선성을 충분히 확인할 수 있는 배율(예를 들어 30k)로 확대한, 예를 들어 도 2C의 SEM 사진(P는 6a부터 6b까지의 백색 점선 내의 CNT의 수평 방향차, L1과 L2는 상기 백색 점선 내의 CNT의 수직 방향 일단부와 타단부를 나타냄)에 있어서의 CNT의 L1부터 L2까지의 수직 거리 1㎛(=Q)의 범위에서, 90％ 이상의 CNT가, 결정 계수 R²가 0.970 이상, 1.0 이하, 바람직하게는 0.980 초과, 1.0 이하인 조건을 만족시키는 경우, 그 CNT는 형상의 직선성을 갖는다고 판정할 수 있다. 여기서, R²란, 상기 도 2A에서 설명한, 최소 제곱법에 의한 직선 근사식 (y=ax+b)에 있어서의 결정 계수이다.

이 경우, CNT는 최내층의 내경이 3㎚ 이상, 8㎚ 이하이면서, 또한 최외층의 외경이 5㎚ 이상, 35㎚ 이하인 다층 CNT이다. 또한, 이 CNT는 층수가 3 이상, 35 이하인 다층 CNT이다.

이렇게 하여 제조한 CNT를 원심 분쇄기((주) 레체제, 형식 번호: ZM200)로 분쇄하고, CNT의 형상 및 사이즈를 균일하게 함과 함께 얽힘 상태의 응집물을 제거함으로써, 직선성이 우수하고, 길이가 100㎚ 이상인 CNT로부터 나노 분산된 CNT를 얻을 수 있다.

또한, 원심 분쇄기는 어디까지나 후술하는 혼련 장치에 투입하는 CNT의 형상을 고르게 하기 위하여 사용되고, 그 자체 CNT의 길이나 직선성 등의 구조를 변화시키는 작용은 없다. 상기 실시 형태의 기판 성장열 CVD법에 의해 제조된 CNT는 고밀도이면서 또한 수직 배향되어 있으며, 기판으로부터 박리된 상태에서는 CNT끼리 연결되어 있으므로 실처럼 늘어나는 상태로 되어 있다. 이 실처럼 늘어나는 상태의 CNT에서는 원료가 되는 수지와의 혼합이 불충분해져, 수지 중에서의 CNT의 편석이 발생되거나 하여 분산 불량이 되며, 그 상태에서 잔류된다. 따라서, 원심 분쇄기에 의해 CNT를 분쇄하고, 분급함으로써, 나노 분산된 CNT를 얻는다.

여기에 말하는 나노 분산이란, CNT가 1개씩 물리적으로 분리되어 서로 얽혀 있지 않은 상태이며, 2 이상의 CNT가 다발 형상으로 집합된 집합물의 비율이 10％ 이하인 상태를 의미한다.

<CNT와 수지의 혼련 및 성형>

이어서, 상기에서 나노 분산된 CNT와, 수지를 혼련하여 수지 복합재를 얻는다. 이 경우, 혼련된 CNT의 농도는 수지에 대하여 2.0용적％ 이하로 함유되는 농도이다.

또한, 수지 복합재의 성형 시험편의 성형 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 일반적인 수지의 성형 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 압축 성형, 블로우 성형, 인플레이션 성형, 캘린더 성형, 압출 성형, 사출 성형, 주입 성형, 트랜스퍼 성형을 들 수 있다.

여기서, CNT의 농도에 있어서, 상기 농도가 2.0용적％ 이하인 저농도이면, 수지에 대하여 CNT가 차지하는 점유율은, 종래보다 저감되고, 그로 인해 수지의 기계 강도의 저하는 저감되고, 수지 점도도 저감된다.

<작용 및 효과>

본 실시 형태에 관한 수지 복합재는, 직선성이 양호한 CNT를 사용하고 있음으로써, CNT의 농도가 저농도이면서 수지에 양호하게 분산되어 있으므로, CNT의 복합화에서 유래하는 기능, 예를 들어 높은 도전성이나 우수한 기계 강도를 발현할 수 있다. CNT의 복합화에서 유래하는 기능으로서 도전성은, 예를 들어 4탐침법에 의해 측정된 저항률로 평가할 수 있다.

바람직한 실시 형태는, 상기 4탐침법에 의한 측정 개소는 적어도 5개소 이상 20개소 이하, 바람직하게는 10개소 이상 15개소 이하이다. 측정 개소가 5개소로 적은 경우, CNT 복합 수지의 도전성의 편차를 상세하게 평가하는 것이 곤란하며, 또한 20개소 이상의 측정에 대해서는 성형 시험편의 사이즈가 한정되면서, 또한 측정 개소가 많아짐으로써 효율이 나빠, 측정에 장시간을 필요로 하는 등의 문제가 있다.

본 실시 형태의 수지 복합재를 성형하여 시험편으로 하고, 그 시험편에 대하여 그의 표면의 소정 10개소에 대하여 JIS(K7194)에 준거하는 4탐침법으로 측정한 체적 저항률의 최댓값 R1과 최솟값 R2의 비율 r(=R1/R2)은 4.0 이하이었다.

여기서 4탐침법은, 시험편에 4개의 침상의 전극(4탐침 프로브)을 직선 상에 두고, 외측의 2탐침 사이에 일정 전류를 흘려, 내측의 2탐침 사이에 발생하는 전위차를 측정하여 저항을 구하고, 다음에 구한 저항(Ω)에 시험편의 두께 t(㎝)와 보정 계수 RCF를 곱하여, 상기 비율 r을 산출하는 방법이다.

본 실시 형태에서는, 상기 비율 r이 4.0 이하임으로써, 수지 복합재에 있어서의 CNT는 소량이기는 하지만, 수지 중에 균일하게 나노 분산되어 있게 되고, 이에 의해 본 실시 형태의 수지 복합재는, CNT에서 유래하는 도전성, 열전도성 및 기계 강도라는 기능을 발현할 수 있음과 함께, 모재인 수지의 기계 강도가 저하되는 것이 억제되고, 또한 점도 증대에 의한 가공성의 저하라는 문제가 발생하는 것이 경감된다.

또한, 저항값의 측정에는 2단자법, 4단자법, 4탐침법, 반데르포법 등이 있다. 4탐침법은, 시험편에 상기 전극을 가압하는 것만으로 측정할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 측정하는 저항값은, CNT의 나노 분산 상태가 시험편의 형상에 의존하지 않는, 체적 저항률을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 시험편의 복수 개소, 본 실시 형태에서는 10개소의 체적 저항률 중 최댓값과 최솟값의 비율 r의 크기를 상기 4.0 이하로 제한함으로써, CNT가 나노 분산된 상태에서 수지에 복합될 수 있다.

그로 인해, 본 실시 형태의 수지 복합재에 의하면, CNT의 소량 첨가에 의해 수지 점도의 증대가 없기 때문에, 압출 성형, 사출 성형, 프레스 성형과 같은 각종 성형에 있어서, 가공성이 우수한 수지 복합재가 된다.

또한, CNT가 나노 분산되어 있으므로, 소사이즈의 성형품을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, CNT의 분산이 과도하지도 않고, 불량하지도 않고, 적당하므로, CNT의 애스펙트비의 저하나, 구조 파괴는 일어나지 않고, 따라서, CNT 본래의 기능을 발현할 수 있다.

또한, 수지 중에 CNT의 분산 불량이 없기 때문에, 수지 복합재로서 도전성(체적 저항률)이 미시 영역에까지 균일해진다.

또한, 도 3 및 도 5에 종래의 수지 복합재의 SEM 사진, 도 4 및 도 6에 본 발명의 수지 복합재의 SEM 사진을 나타낸다. 도 3 및 도 4는 배율 3000배, 도 5 및 도 6은 배율 1만배이다. 도 3 및 도 5에 있어서, 참조 부호 6은 CNT 응집 개소, 참조 부호 7은 수지이다. SEM 사진에서 CNT 응집 개소(6)는 뿌옇게 찍혀 있고, 수지(7)는 어둡게 찍혀 있다. 종래의 수지 복합재는, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이 CNT가 고농도로 대량 사용되어 CNT 응집 개소(6)가 많아，상기 과제가 있는 수지 복합재이다. 도 4 및 도 6에 있어서, 참조 부호 8은 CNT, 참조 부호 9는 수지이다. 도 4 및 도 6의 SEM 사진에 도시한 바와 같이, 본 발명의 수지 복합재는, CNT(8)가 수지(9) 중에 전체적으로 균일하게 분산되어, 응집 개소가 어디에도 없어, 기능 발현이 우수한 수지 복합재이다.

실시예

(실시예 1)

<혼련>

상기 「CNT의 제조」에서 설명한 수순에 따라 제작한 CNT 2.0g과, 수지로서 나일론6 펠릿(유니티카 가부시키가이샤제 A1030FR) 52.2g을 칭량한다. 이것은, CNT가 모재 중에 2.0용적％로 함유되는 농도이다.

계속해서, 상기 칭량된 CNT와 수지를 가부시키가이샤 도요 세키 세이사쿠쇼제의 혼련·압출 성형 평가 시험 장치(상품명: 라보 플라스토 밀)로 혼련했다. 또한, 다른 혼련 장치로서는, 2축 압출기 등을 사용할 수도 있다. 이 혼련의 조건은, 온도 230℃, 회전수 50 내지 150rpm, 혼련 시간 10 내지 20분간이다. 이렇게 하여 혼련하여 실시예 1에 관한 수지 복합재를 얻었다. 비교로서 CNT의 형상·사이즈의 균일화 및 응집물의 제거를 목적으로 한 원심 분쇄기에 의한 분쇄 공정의 생략만을 바꾼 것 이외는, 상기 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 비교예 1에 관한 수지 복합재를 제작했다.

<측정 시험>

실시예 1과 비교예 1의 수지 복합재 각각을 신도 긴조쿠 고교쇼제의 열 프레스기(상품명: AYSR-5)를 사용하여, 모두 약 220㎛의 필름 성형체로 했다.

실시예 1의 수지 복합재는, 상기 <혼련>에서 얻은 분산성이 양호한 CNT를 복합하여 이루어지는 수지 복합재이며, CNT 농도를 2.0 용적％로 했다.

비교예 1의 수지 복합재는, 분산성이 불량한 CNT를 복합하여 이루어지는 수지 복합재이며, CNT 농도를 2.0 용적％로 했다.

실시예 1과 비교예 1 각각을 시험편으로 하고, 각 시험편의 표면 10개소의 체적 저항률을 4탐침법 전기 저항 측정 장치(냅슨(주)제, 형식 번호: RG-7B/RT-70)로 측정했다. 측정된 체적 저항률에 대하여 측정값의 편차 중 최댓값 R1과, 최솟값 R2의 비율(체적 저항률 최대 최소 비율) r을 산출했다.

결과를 도 7에 나타낸다. 도 7의 종축은 체적 저항률(Ω·㎝)이고, 대수로 나타낸다. 실시예 1의 표면 10개소 각각의 체적 저항률 중 최댓값 R1은 483(Ω·㎝)이며, 표면 10개소 각각의 체적 저항률 중 최솟값 R2는 124(Ω·㎝)이며, 표면 10개소 각각의 체적 저항률의 평균값 Rave(도면 중의 검은 동그라미 표시)는 279(Ω·㎝)이며, 상기 최댓값 R1과 상기 최솟값 R2의 비율(체적 저항률 최대 최소 비율) r은 3.9이었다.

비교예 1의 표면 10개소 각각의 체적 저항률 중 최댓값 R1은 1600(Ω·㎝)이며, 표면 10개소 각각의 체적 저항률 중 최솟값 R2는 81(Ω·㎝)이며, 표면 10개소 각각의 체적 저항률의 평균값 Rave(도면 중의 검은 동그라미 표시)는 729(Ω·㎝)이며, 상기 최댓값 R1과 상기 최솟값 R2의 비율(체적 저항률 최대 최소 비율) r은 19.7이었다.

이들을 비교하여, 실시예 1에서는, CNT 농도는 저농도이지만 CNT의 분산도는 양호하여 수지 전체에 분산되어 있으면서, 또한 상기 비율(R1/R2)은 4.0 이하이고, 체적 저항률은 작고 도전성은 양호했다.

이에 반하여 비교예 1에서는, CNT 농도는 높지만 CNT의 분산도는 불량하여 수지 전체에 분산되어 있지 않으면서, 또한 상기 비율(R1/R2)은 4.0 초과이며, 체적 저항률은 크고 도전성은 불량했다.

(실시예 2)

상기 실시예 1에 대하여, 수지를 나일론12 펠릿(다이셀·에보닉(주)제, 형식 번호: 다이 아미드 L1901)으로 바꾼 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 실시예 2에 관한 수지 복합재를 제작했다. 비교로서 CNT의 형상·사이즈의 균일화 및 응집물의 제거를 목적으로 한 원심 분쇄기에 의한 분쇄 공정의 생략만을 바꾼 것 이외는, 상기 실시예 2와 마찬가지의 수순으로, 비교예 2에 관한 수지 복합재를 제작했다.

실시예 2를 시험편으로 하고, 시험편의 표면 10개소의 표면 저항률을 4탐침법 전기 저항 측정 장치(냅슨(주)제, 형식 번호: RG-7B/RT-70)로 측정했다. 그 결과를 도 8에 도시한다. 도 8은 종축이 표면 저항률(Ω/□), 횡축이 CNT 농도(vol/％)를 나타낸다. 본 도면으로부터 CNT 농도가 증가됨에 따라, 표면 저항률이 저하되어 있는 것을 알 수 있다.

이어서, CNT 농도를 2.0(vol/％)으로 한 실시예 2를 시험편으로 하고, 시험편의 표면 10개소의 체적 저항률을 4탐침법 전기 저항 측정 장치(냅슨(주)제, 형식 번호: RG-7B/RT-70)로 측정했다. 비교예 2에 있어서 CNT 농도를 2.0(vol/％)으로 하고, 실시예 2와 마찬가지로 체적 저항률을 측정했다. 그 결과를, 도 9 및 도 10에 도시한다. 도 9 및 도 10은 종축이 체적 저항률(Ω·㎝), 횡축이 측정 개소를 나타낸다.

측정된 체적 저항률에 대하여 측정값의 편차 중 최댓값 R1과, 최솟값 R2의 비율(체적 저항률 최대 최소 비율) r을 산출한 바, 실시예 2는 r=2.8인 것에 반하여, 비교예 2는 r=16.9이었다. 이러한 점에서, 실시예 2에 관한 수지 복합재는, CNT의 농도가 저농도이기는 하지만 체적 저항률 편차가 작은 점에서, CNT가 양호하게 분산되어 있어, CNT의 복합화에서 유래하는 양호한 도전성이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

제작된 실시예 2에 관한 수지 복합재의 SEM 사진을 도 11A에, 비교예 2에 관한 수지 복합재의 SEM 사진을 도 11B에 나타낸다. 본 도면으로부터, 실시예 2에 관한 수지 복합재에서는, CNT(8)가 응집되어 있지 않고, 수지(9) 전체에 균일하게 분산되어 있는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 2에 관한 수지 복합재에서는, 수지(7) 중에 있어서 CNT 응집 개소(6)가 확인되었다.

또한 제작된 실시예 2에 관한 수지 복합재의 표면을, 대기압 플라즈마에 의해 에칭 처리한 후의 SEM 사진을 도 12에 도시한다. 대기압 플라즈마는, 플라즈마 방식: 유전체 배리어 방전(He 가스), 펄스 전압: 7kV, 듀티비: 50％, 주파수: 10㎑, 노즐 거리: 10㎜, 처리 시간: 10분의 조건에서 행했다. 도 12에 있어서, CNT(8)는 보다 선명하게 비추어져 있어, 수지 전체에 균일하게 분산되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명은, 이상 설명한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 많은 변형예가 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람에 의해 실시 가능하다.

8: CNT
9: 수지

Claims (6)

1. 모재인 수지에 복수의 CNT를 복합화한 수지 복합재이며,
   상기 모재에 대한 상기 CNT의 농도가 2.0용적％ 이하이면서, 또한
   상기 수지 복합재의 성형 시험편에 대하여 그의 표면의 소정 복수 개소에 대하여 4탐침법으로 측정한 체적 저항률의 최댓값 R1과 최솟값 R2의 비율이 4.0 이하인 것을 특징으로 하는, 수지 복합재.
2. 제1항에 있어서, 상기 CNT는 기판 성장열 CVD법에 의해 합성된 것인 것을 특징으로 하는, 수지 복합재.
3. 제2항에 있어서, 상기 CNT는 형상의 직선성이 양호한 섬유 길이 100㎚ 이상의 CNT가 나노 분산 처리된 CNT인 것을 특징으로 하는, 수지 복합재.
4. 제2항에 있어서, 상기 CNT는 최내층의 내경이 3㎚ 이상, 8㎚ 이하이면서, 또한 최외층의 외경이 5㎚ 이상, 35㎚ 이하인 다층 CNT인 것을 특징으로 하는, 수지 복합재.
5. 제1항에 있어서, 상기 수지는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는, 수지 복합재.
6. 제1항에 있어서, 상기 CNT는 분쇄되어 분급되고, 상기 수지와 혼련되어 있는 것을 특징으로 하는, 수지 복합재.

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