KR20180103934A

KR20180103934A - 카본나노튜브 실의 제조방법

Info

Publication number: KR20180103934A
Application number: KR1020187021824A
Authority: KR
Inventors: 데쓰야 이노우에
Original assignee: 히다치 조센 가부시키가이샤
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2018-09-19
Also published as: US20210002794A1; JPWO2017131061A1; EP3409819A4; TW201726988A; EP3409819A1; CN108541279B; TWI744279B; CN108541279A; US11208740B2; WO2017131061A1; JP6802193B2

Abstract

본 발명의 카본나노튜브 실의 제조방법은, 기판(1) 상에 배치되고 기판(1)에 대하여 수직으로 배향되는 수직배향 카본나노튜브(2)를 준비하는 공정과, 둘레면(4A)에 홈(20)을 구비하는 회전체(4)를 준비하는 공정과, 수직배향 카본나노튜브(2)로부터 복수의 카본나노튜브(10)를 선상으로 연속하도록 인출하여 카본나노튜브 단사(8)를 조제함과 아울러, 카본나노튜브 단사(8)를 복수 병렬배치하여 카본나노튜브 웹(3)을 조제하는 공정과, 카본나노튜브 웹(3)을 홈(20)에 끼이도록 회전체(4)의 둘레면(4A)에 감는 공정과, 카본나노튜브 웹(3A)을 회전체(4)로부터 인출하는 공정을 포함한다.

Description

카본나노튜브 실의 제조방법

본 발명은, 카본나노튜브 실(carbon nanotube 絲)의 제조방법에 관한 것이다.

카본나노튜브는, 우수한 기계적 강도, 열전도성 및 전기전도성을 구비하고 있다는 것이 알려져 있다. 그리고 복수의 카본나노튜브를 실 모양으로 형성하여, 카본나노튜브 실로서 각종 산업제품의 재료로 하는 것이 검토되고 있다.

이와 같은 카본나노튜브 실의 제조방법으로서, 예를 들면 기판 상에 성장시킨 나노튜브 포레스트(nanotube forest)로부터 카본나노튜브가 연속적으로 이어지는 시트상(sheet狀)의 나노튜브 시트를 인출하고, 그 나노튜브 시트에 꼬임을 주는 나노파이버(nanofiber)의 연사(撚絲)의 제조방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌1을 참조).

특허문헌1 : 일본국 공표특허 특표2008-523254호 공보

그러나 특허문헌1에 기재되어 있는 나노파이버의 연사의 제조방법에서는, 나노튜브 포레스트부터 나노튜브 시트를 인출한 상태에서 그 나노튜브 시트에 꼬임을 주기 때문에, 나노튜브 시트에 꼬임을 주기 전에 나노튜브 시트에 여러 가지 처리, 예를 들면 고밀도화 처리 등을 실시하는 것이 곤란하다. 그 때문에 나노튜브 시트의 밀도의 향상을 도모할 수 없어, 나노파이버의 연사의 밀도의 향상을 도모하기 위해서는 한계가 있다. 그 결과, 그와 같은 나노파이버의 연사로는 용도에 따른 기계적 강도, 열전도성 및 전기전도성 등을 충분하게 확보할 수 없는 경우가 있고, 특히 기계적 강도의 향상을 도모하기 위해서는 한계가 있다.

그래서 본 발명의 목적은, 카본나노튜브 웹에 대하여 다양한 처리를 원활하고 용이하게 실시할 수 있어, 고밀도의 카본나노튜브 실을 원활하게 제조할 수 있는 카본나노튜브 실의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명[1]은, 기판 상에 배치되고, 상기 기판에 대하여 수직으로 배향되는 수직배향 카본나노튜브(垂直配向 carbon nanotube)를 준비하는 공정과, 둘레면에 홈을 구비하는 회전체(回轉體)를 준비하는 공정과, 상기 수직배향 카본나노튜브로부터 복수의 카본나노튜브를 선상(線狀)으로 연속하도록 인출하여 카본나노튜브 단사(carbon nanotube 單絲)를 조제(調製)함과 아울러, 상기 카본나노튜브 단사를 복수 병렬배치하여 카본나노튜브 웹(carbon nanotube web)을 조제하는 공정과, 상기 카본나노튜브 웹을 상기 홈에 끼이도록 상기 회전체의 둘레면에 감는 공정과, 상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체로부터 인출하는 공정을 포함하는 카본나노튜브 실(carbon nanotube 絲)의 제조방법을 포함하고 있다.

이와 같은 방법에 의하면, 복수의 카본나노튜브 단사가 병렬배치되는 카본나노튜브 웹을 홈에 끼이도록 회전체의 둘레면에 감기 때문에, 홈에 끼인 카본나노튜브 웹에 다양한 공정을 원활하고 용이하게 실시할 수 있다.

그 후에, 카본나노튜브 웹을 회전체로부터 인출하여 카본나노튜브 실을 제조하기 때문에, 카본나노튜브 실의 밀도의 향상을 도모할 수 있어, 고밀도의 카본나노튜브 실을 원활하게 제조할 수 있다.

본 발명[2]는, 상기 회전체로부터 인출된 상기 카본나노튜브 웹에 꼬임을 주는 상기 [1]에 기재되어 있는 카본나노튜브 실의 제조방법을 포함하고 있다.

이와 같은 방법에 의하면, 카본나노튜브 웹을 회전체로부터 인출하여 꼬임을 주기 때문에, 꼬임을 준 카본나노튜브 실의 밀도의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명[3]은, 카본나노튜브 웹을 상기 회전체의 둘레면에 감는 공정에 있어서, 상기 카본나노튜브 웹을 상기 홈에 끼움으로써, 서로 인접하는 상기 복수의 카본나노튜브 단사를 상기 복수의 카본나노튜브 단사의 병렬방향에 있어서 집속(集束)시키는 상기 [1] 또는 [2]에 기재되어 있는 카본나노튜브 실의 제조방법을 포함하고 있다.

이와 같은 방법에 의하면, 카본나노튜브 웹을 홈에 끼이도록 회전체의 둘레면에 감는다고 하는 간이한 방법에 의하여, 복수의 카본나노튜브 단사를 집속시킬 수 있다. 그 때문에 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, 카본나노튜브 웹의 밀도의 향상을 도모할 수 있고, 나아가서는 카본나노튜브 실의 밀도의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명[4]는, 상기 회전체의 둘레면에 감기는 상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체의 지름방향에 있어서의 외측으로부터 가압하는 공정을 더 포함하는 상기 [1]∼[3] 중의 어느 하나의 항에 기재되어 있는 카본나노튜브 실의 제조방법을 포함하고 있다.

이와 같은 방법에 의하면, 회전체의 둘레면에 감기는 카본나노튜브 웹을 회전체의 지름방향에 있어서의 외측으로부터 가압하기 때문에, 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, 카본나노튜브 웹의 밀도의 향상을 확실하게 도모할 수 있고, 나아가서는 카본나노튜브 실의 밀도의 향상을 확실하게 도모할 수 있다.

본 발명[5]는, 상기 회전체의 둘레면에 감기는 상기 카본나노튜브 웹에 휘발성의 액체 및/또는 수지재료를 공급하는 공정을 더 포함하는 상기 [1]∼[4] 중의 어느 하나의 항에 기재되어 있는 카본나노튜브 실의 제조방법을 포함하고 있다.

이와 같은 방법에 의하면, 회전체의 둘레면에 감기는 카본나노튜브 웹에 휘발성의 액체 및/또는 수지재료를 공급하기 때문에, 카본나노튜브 웹에 있어서 복수의 카본나노튜브 단사가 서로 밀집함과 아울러, 각 카본나노튜브 단사에 있어서 복수의 카본나노튜브가 서로 밀집한다.

그 때문에 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, 카본나노튜브 웹의 밀도의 향상을 한층 더 확실하게 도모할 수 있고, 나아가서는 카본나노튜브 실의 밀도의 향상을 한층 더 확실하게 도모할 수 있다.

본 발명[6]은, 상기 수직배향 카본나노튜브를 준비하는 공정에 있어서, 상기 수직배향 카본나노튜브를 복수 준비하고, 상기 카본나노튜브 웹을 조제하는 공정에 있어서, 복수의 상기 수직배향 카본나노튜브로부터 복수의 상기 카본나노튜브 웹을 조제하고, 다음에 상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체에 감는 공정에 있어서, 복수의 상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체의 지름방향으로 적층되도록 상기 회전체의 둘레면에 감는 상기 [1]∼[5] 중의 어느 하나의 항에 기재되어 있는 카본나노튜브 실의 제조방법을 포함하고 있다.

이와 같은 방법에 의하면, 복수의 수직배향 카본나노튜브로부터 복수의 카본나노튜브 웹을 조제하고, 그들 카본나노튜브 웹을 홈에 끼이도록 함과 아울러 회전체의 지름방향으로 적층되도록 회전체의 둘레면에 감는다.

그 후에, 적층된 카본나노튜브 웹을 회전체로부터 인출하여 카본나노튜브 실을 제조하기 때문에, 카본나노튜브 실의 밀도의 향상을 도모할 수 있으면서, 카본나노튜브 실의 대경화(大徑化)를 도모할 수 있다. 그 결과, 카본나노튜브 실의 기계적 강도의 향상을 한층 더 도모할 수 있다.

본 발명[7]은, 상기 카본나노튜브 웹을 조제하는 공정에 있어서, 상기 수직배향 카본나노튜브로부터 상기 카본나노튜브 웹을 복수 조제하고, 상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체에 감는 공정에 있어서, 복수의 상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체의 지름방향으로 적층되도록 상기 회전체의 둘레면에 감는 상기 [1]∼[6] 중의 어느 하나의 항에 기재되어 있는 카본나노튜브 실의 제조방법을 포함하고 있다.

이와 같은 방법에 의하면, 1개의 수직배향 카본나노튜브로부터 복수의 카본나노튜브 웹을 조제하고, 그들 카본나노튜브 웹을 홈에 끼이도록 함과 아울러 회전체의 지름방향으로 적층되도록 회전체의 둘레면에 감는다.

그 때문에, 1개의 수직배향 카본나노튜브로부터 1개의 카본나노튜브 웹을 조제하고, 그 카본나노튜브 웹을 홈에 끼이도록 회전체의 둘레면에 감아, 복수의 카본나노튜브 단사를 일괄하여 병렬방향으로 집속시키는 경우와 비교하여, 복수의 카본나노튜브 단사를 확실하게 집속시킬 수 있다. 그 결과, 카본나노튜브 웹의 밀도의 향상을 한층 더 확실하게 도모할 수 있다.

본 발명[8]은, 상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체에 감는 공정에 있어서, 상기 카본나노튜브 웹과 함께 장척상(長尺狀)의 부재를 상기 회전체의 둘레면에 감는 상기 [1]∼[7] 중의 어느 하나의 항에 기재되어 있는 카본나노튜브 실의 제조방법을 포함하고 있다.

이와 같은 방법에 의하면, 카본나노튜브 웹과 함께 장척상의 부재를 회전체의 둘레면에 감기 때문에, 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, 카본나노튜브 웹과 장척상의 부재를 복합화시킬 수 있다. 그리고 장척상의 부재와 복합화된 카본나노튜브 웹으로부터 카본나노튜브 실이 제조되기 때문에, 카본나노튜브 실에 장척상의 부재의 특성을 부여할 수 있다.

본 발명[9]는, 둘레면에 홈을 구비하고, 복수의 카본나노튜브 단사가 병렬배치되어 이루어지는 카본나노튜브 웹이 상기 홈에 끼이도록 상기 카본나노튜브 웹을 감을 수 있는 회전체와, 상기 회전체로부터 인출된 상기 카본나노튜브 웹에 꼬임을 주는 트위스트부를 구비하고 있는 카본나노튜브 실의 제조장치를 포함하고 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 둘레면에 홈을 갖는 회전체를 구비하고 있기 때문에, 복수의 카본나노튜브 단사가 병렬배치되어 이루어지는 카본나노튜브 웹을 홈에 끼이도록 회전체의 둘레면에 감을 수 있다.

그 때문에 홈에 끼인 카본나노튜브 웹에 다양한 공정을 원활하고 용이하게 실시할 수 있다. 그 후에, 트위스트부가 회전체로부터 인출된 카본나노튜브 웹에 꼬임을 줄 수 있기 때문에, 고밀도의 카본나노튜브 실을 원활하게 제조할 수 있다.

본 발명[10]은, 상기 회전체에 감기는 상기 카본나노튜브 웹을, 상기 회전체와의 사이에 끼워지도록 가압하는 가압부를 구비하고 있는 상기 [8]에 기재되어 있는 카본나노튜브 실의 제조장치를 포함하고 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 회전체에 감기는 카본나노튜브 웹을 가압하는 가압부를 구비하고 있기 때문에, 카본나노튜브 웹의 밀도의 향상을 도모할 수 있고, 나아가서는 카본나노튜브 실의 밀도의 향상을 확실하게 도모할 수 있다.

본 발명[11]은, 상기 회전체에 감기는 상기 카본나노튜브 웹에, 휘발성의 액체를 공급하는 공급부를 구비하고 있는 상기 [8] 또는 [9]에 기재되어 있는 카본나노튜브 실의 제조장치를 포함하고 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 회전체에 감기는 카본나노튜브 웹에 휘발성의 액체를 공급하는 공급부를 구비하고 있기 때문에, 카본나노튜브 웹의 밀도의 향상을 확실하게 도모할 수 있고, 나아가서는 카본나노튜브 실의 밀도의 향상을 한층 더 확실하게 도모할 수 있다.

본 발명의 카본나노튜브 실의 제조방법에서는, 카본나노튜브 웹에 대하여 다양한 처리를 원활하고 용이하게 실시할 수 있어, 고밀도의 카본나노튜브 실을 원활하게 제조할 수 있다.

도1에 있어서, 도1A는 본 발명의 카본나노튜브 실(CNT 실)의 제조방법의 1실시형태에 관한 카본나노튜브 웹(CNT 웹)의 조제공정을 설명하기 위한 설명도로서, 기판 상에 촉매층을 형성하는 공정을 나타낸다. 도1B는 도1A에 연속하는 것으로서, 기판을 가열하여 촉매층을 복수의 입상체로 응집시키는 공정을 나타낸다. 도1C는 도1B에 연속하는 것으로서, 복수의 입상체에 원료가스를 공급하여 수직배향 카본나노튜브(VACNTs)를 성장시키는 공정을 나타낸다. 도1D는 도1C에 연속하는 것으로서, VACNTs로부터 CNT 웹을 조제하는 공정을 나타낸다.
도2는, 본 발명의 CNT 실의 제조장치의 제1실시형태로서의 실 제조장치의 사시도이다.
도3에 있어서, 도3A는 도2에 나타내는 실 제조장치의 개략적인 구성도로서, 롤러의 축선방향에서 본 도면이다. 도3B는 도3A에 나타내는 집속부의 개략적인 구성도이다.
도4에 있어서, 도4A는 본 발명의 CNT 실의 제조장치의 제2실시형태를 설명하기 위한 설명도이다. 도4B는 본 발명의 CNT 실의 제조장치의 제3실시형태를 설명하기 위한 설명도이다.
도5에 있어서, 도5A는 본 발명의 CNT 실의 제조장치의 제4실시형태 및 제5실시형태를 설명하기 위한 설명도이다. 도5B는 본 발명의 CNT 실의 제조장치의 제6실시형태를 설명하기 위한 설명도이다. 도5C는 본 발명의 CNT 실의 제조장치의 제7실시형태를 설명하기 위한 설명도이다.
도6은, 본 발명의 CNT 실의 제조장치의 제8실시형태를 설명하기 위한 설명도이다.
도7에 있어서, 도7A는 본 발명의 CNT 실의 제조장치에 관한 롤러의 홈의 제1변형예를 나타내는 도면이다. 도7B는 본 발명의 CNT 실의 제조장치에 관한 롤러의 홈의 제2변형예를 나타내는 도면이다. 도7C는 본 발명의 CNT 실의 제조장치에 관한 롤러의 홈의 제3변형예를 나타내는 도면이다. 도7D는 본 발명의 CNT 실의 제조장치에 관한 롤러의 홈의 제4변형예를 나타내는 도면이다.

본 발명의 카본나노튜브 실(carbon nanotube 絲)의 제조방법은, 카본나노튜브 웹(carbon nanotube web)을 회전체의 홈에 끼이도록 회전체에 감은 후에, 회전체로부터 인출하여, 고밀도의 카본나노튜브 실을 원활하게 제조하는 것이다.

(제1실시형태)

도1∼도3을 참조하여, 본 발명의 카본나노튜브 실의 제조방법의 제1실시형태에 대하여 설명한다. 카본나노튜브 연사(carbon nanotube 撚絲)(카본나노튜브 실의 하나의 형태)의 제조방법의 제1실시형태는, 예를 들면 도2∼도3B에 나타내는 바와 같이, 기판(1) 상에 배치되는 수직배향 카본나노튜브(2)(Vertically　Aligned　carbon　nanotubes ; 이하, VACNTs(2)라고 한다)를 준비하는 공정과, 회전체의 일례로서의 롤러(4)를 준비하는 공정과, VACNTs(2)로부터 카본나노튜브 웹(3)(이하, CNT 웹(3)이라고 한다)을 조제(調製)하는 공정과, CNT 웹(3)을 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감는 공정과, CNT 웹(3)을 롤러(4)로부터 인출하고 꼬임을 더 주는 공정을 포함하고 있다.

이와 같은 제조방법에서는, 예를 들면 도1A∼도1D에 나타내는 바와 같이 화학기상성장법(CVD법)에 의하여 기판(1) 상에 VACNTs(2)를 성장시켜, 기판(1) 상에 배치되는 VACNTs(2)를 준비한다(VACNTs 준비공정).

상세하게는, 도1A에 나타내는 바와 같이 먼저 기판(1)을 준비한다. 기판(1)은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 CVD법에 사용되는 공지의 기판을 들 수 있고, 시판품을 사용할 수 있다.

기판(1)으로서, 예를 들면 실리콘 기판이나 이산화규소막(6)이 적층된 스테인레스 기판(5) 등을 들 수 있고, 바람직하게는 이산화규소막(6)이 적층된 스테인레스 기판(5)을 들 수 있다. 또한 도1A∼도1D 및 도2에서는, 기판(1)이 이산화규소막(6)이 적층된 스테인레스 기판(5)인 경우를 나타낸다.

그리고 도1A에 나타내는 바와 같이, 기판(1) 상, 바람직하게는 이산화규소막(6) 상에 촉매층(7)을 형성한다. 기판(1) 상에 촉매층(7)을 형성하기 위해서는, 공지의 성막방법에 의하여 기판(1)(바람직하게는, 이산화규소막(6)) 상에 금속촉매를 성막한다.

금속촉매로서, 예를 들면 철, 코발트, 니켈 등을 들 수 있고, 바람직하게는 철을 들 수 있다. 이와 같은 금속촉매는, 단독으로 사용하거나 2종류 이상을 병용할 수 있다. 성막방법으로서, 예를 들면 진공증착 및 스퍼터링을 들 수 있고, 바람직하게는 진공증착을 들 수 있다. 이에 따라 기판(1) 상에 촉매층(7)이 배치된다.

계속하여 촉매층(7)이 배치된 기판(1)을, 도1B에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 700℃ 이상 900℃ 이하에서 가열한다. 이에 따라 촉매층(7)이 응집하여, 복수의 입상체(粒狀體)(7A)가 된다.

그리고 가열된 기판(1)에, 도1C에 나타내는 바와 같이 원료가스를 공급한다. 원료가스는, 탄소수가 1∼4인 탄화수소가스(저급 탄화수소가스)를 포함하고 있다. 탄소수가 1∼4인 탄화수소가스로서, 예를 들면 메탄가스, 에탄가스, 프로판가스, 부탄가스, 에틸렌 가스, 아세틸렌 가스 등을 들 수 있고, 바람직하게는 아세틸렌 가스를 들 수 있다.

또한 원료가스는, 필요에 따라 수소가스나 불활성가스(예를 들면 헬륨, 아르곤 등), 수증기 등을 포함할 수도 있다.

원료가스의 공급시간으로서는, 예를 들면 1분 이상, 바람직하게는 5분 이상, 예를 들면 60분 이하, 바람직하게는 30분 이하이다.

이에 따라 복수의 입상체(7A) 각각을 기점(起點)으로 하여, 복수의 카본나노튜브(10)(이하, CNT(10)라고 한다)가 성장한다. 또한 도1C에서는, 편의상 1개의 입상체(7A)로부터 1개의 CNT(10)가 성장하도록 기재되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 1개의 입상체(7A)로부터 복수의 CNT(10)가 성장하더라도 좋다.

복수의 CNT(10) 각각은, 단층 카본나노튜브 및 다층 카본나노튜브 중의 어느 것이어도 좋고, 다층 카본나노튜브인 것이 바람직하다. 복수의 CNT(10)는, 단층 카본나노튜브 및 다층 카본나노튜브 중의 어느 1종류만을 포함하고 있어도 좋고, 단층 카본나노튜브 및 다층 카본나노튜브의 양방을 포함하고 있어도 좋다.

CNT(10)의 평균외경은, 예를 들면 1㎚ 이상, 바람직하게는 5㎚ 이상, 예를 들면 100㎚ 이하, 바람직하게는 50㎚ 이하, 더 바람직하게는 20㎚ 이하이다.

CNT(10)의 평균길이(평균축선방향의 치수)는, 예를 들면 1㎛ 이상, 바람직하게는 100㎛ 이상, 더 바람직하게는 200㎛ 이상, 예를 들면 1000㎛ 이하, 바람직하게는 500㎛ 이하, 더 바람직하게는 400㎛ 이하이다. 또한 CNT(10)의 층수, 평균외경 및 평균길이는, 예를 들면 라만 분광분석이나 전자현미경관찰 등의 공지의 방법에 의하여 측정된다.

이와 같은 복수의 CNT(10) 각각은, 기판(1) 상에 있어서 서로 대략 평행하게 되도록 기판(1)의 두께방향으로 연장되어 있다. 이에 따라, 복수의 CNT(10)로 이루어지는 VACNTs(2)가 기판(1) 상에 성장된다.

즉 복수의 CNT(10)는 기판(1)에 대하여 직교하도록 배향(수직으로 배향)되어 있어, VACNTs(2)는 기판(1)에 대하여 수직으로 배향되어 있다.

이상에 의하여, 기판(1) 상에 배치되는 VACNTs(2)가 준비된다.

VACNTs(2)는, 도2에 나타내는 바와 같이, 기판(1)의 두께방향(상하방향)과 직교하는 면방향(面方向)(세로방향 및 가로방향)으로 연장되며 평면에서 볼 때에 대략 직사각형 형상을 하고 있다. VACNTs(2)는, 복수의 CNT(10)가 세로방향에 있어서 직선적으로 배열되는 열(2A)을 가로방향으로 복수 구비하고 있다. VACNTs(2)에 있어서 복수의 CNT(10)는, 면방향(세로방향 및 가로방향)으로 서로 밀집되어 있다.

이와 같은 VACNTs(2)의 부피밀도(bulk density)는, 예를 들면 10㎎/㎤ 이상, 바람직하게는 20㎎/㎤ 이상, 예를 들면 60㎎/㎤ 이하, 바람직하게는 50㎎/㎤ 이하이다. 또한 VACNTs(2)의 부피밀도는, 예를 들면 단위면적당 질량(평량(basis weight) : 단위　㎎/㎠)과, 카본나노튜브의 길이(SEM(니혼덴시 가부시키가이샤(JEOL Ltd) 제품) 또는 비접촉 막두께측정기(가부시키가이샤 키엔스(KEYENCE CORPORATION) 제품)에 의하여 측정)로부터 산출된다.

또한 VACNTs(2)와는 별도로 롤러(4)를 준비한다(롤러 준비공정).

롤러(4)는, 원기둥형상을 하고 있고, 그 축선을 회전중심으로 하여 회전가능하다. 또한 롤러(4)는, 그 둘레면(4A)에 있어서 홈(20)을 구비하고 있다.

홈(20)은, 본 실시형태에 있어서 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 롤러(4)의 지름방향(이하, 간단히 지름방향이라고 한다)의 내측을 향하여 파여 있고, 롤러(4)의 둘레면(4A)을 복수 회 주회(周回)하도록 나선상(螺旋狀)으로 연장되어 있다. 구체적으로 홈(20)은, 축선방향의 일방측에서 볼 때에 롤러(4)의 둘레면(4A)을 시계방향으로 주회하면서, 둘레면(4A)의 축선방향에 있어서의 일단부(一端部)에서 타단부(他端部)를 향하여 연장되어 있다.

홈(20)의 주회수(周回數)(권수(捲數))는, 예를 들면 1 이상, 바람직하게는 3 이상이다. 또한 도2 및 도3B에서는, 편의상 홈(20)의 주회수가 7인 경우에 대하여 나타내고 있다.

또한 홈(20)은, 도3B에 나타내는 바와 같이 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 대략 사다리꼴 모양으로 파여 있고, 한 쌍의 경사면(20A)과, 한 쌍의 직교면(20B)과, 저면(20C)을 구비하고 있다.

한 쌍의 경사면(20A)은, 롤러(4)의 축선 및 축선에 직교하는 면과 교차하는 경사면으로서, 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 지름방향의 내측으로 갈수록 축선방향의 내측으로 서로 근접하도록 경사져 있다. 또한 한 쌍의 경사면(20A)의 지름방향에 있어서의 내측 가장자리는, 축선방향으로 서로 간격을 두고 위치하고 있다. 한 쌍의 직교면(20B)은, 한 쌍의 경사면(20A)의 지름방향에 있어서의 내측 가장자리로부터 연속하여, 롤러(4)의 지름방향을 따라 연장되어 있다. 저면(20C)은, 한 쌍의 직교면(20B)의 지름방향에 있어서의 내측 가장자리를 축선방향을 따라 연결하고 있다.

이와 같은 홈(20)의 지름방향에 있어서의 외측단부의 축선방향치수(L1)(보다 구체적으로는, 한 쌍의 경사면(20A)의 지름방향에 있어서의 외측 가장자리 사이의 간격(L1))는, 홈(20)의 축선방향에 있어서의 가장 큰 치수이고, 홈(20)의 지름방향에 있어서의 내측단부의 축선방향치수(L2)(보다 구체적으로는, 저면(20C)의 축선방향치수(L2))는, 홈(20)의 축선방향에 있어서의 가장 작은 치수이다.

홈(20)의 지름방향에 있어서의 내측단부의 축선방향치수(L2)는, 후술하는 CNT 웹(3)의 가로방향치수(L3) 이하이다.

그리고 본 실시형태에서 롤러(4)는, 도2에 나타내는 바와 같이 축선방향이 VACNTs(2)의 가로방향과 평행하게 되도록, VACNTs(2)에 대하여 세로방향의 일방측으로 간격을 두고 배치되어 있다. 즉 롤러(4)의 축선방향과 VACNTs(2)의 가로방향은 동일방향이다.

다음에 도1D에 나타내는 바와 같이, CNT 웹(3)을 VACNTs(2)로부터 조제한다(조제공정).

CNT 웹(3)을 VACNTs(2)로부터 조제하기 위해서는, 도2에 나타내는 바와 같이 VACNTs(2) 중에서 각 열(2A)의 세로방향에 있어서의 일방측 단부에 위치하는 CNT(10)를, 도면에 나타내지 않은 인출도구에 의하여 일괄하여 지지하고, 기판(1)의 두께방향과 교차하는(엇갈리는) 방향, 바람직하게는 세로방향을 따라 잡아당긴다.

그러면 잡아당겨진 CNT(10)는, 도1D에 나타내는 바와 같이 대응하는 입상체(7A)로부터 뽑힌다. 이때에 뽑히는 CNT(10)와의 마찰력 및 반데르발스의 힘 등에 의하여, 뽑히는 CNT(10)에 세로방향으로 인접하는 CNT(10)의 일단(하단(下端))이 뽑히는 CNT(10)의 일단(하단)에 부착되어, 대응하는 입상체(7A)로부터 뽑힌다.

이때에 일단(하단)에 CNT(10)가 부착된 CNT(10)는, 그 일단(하단)이 인출방향의 하류(下流)로 잡아당겨짐에 따라 CNT(10)의 타단(상단(上端))이 인출방향의 상류를 향하도록 기울어져, 인접하는 CNT(10)의 타단(상단)에 부착된다.

계속하여 타단(상단)에 CNT(10)가 부착된 CNT(10)는, 그 타단(상단)이 인출방향의 하류로 잡아당겨짐에 따라 그 일단(하단)이 대응하는 입상체(7A)로부터 뽑혀, 인접하는 CNT(10)의 일단(하단)에 부착된다.

이에 따라 복수의 CNT(10)가 순차적으로 연속하여 VACNTs(2)로부터 인출되어, 복수의 CNT(10)가 직선상으로 연속적으로 이어지는 카본나노튜브 단사(carbon nanotube 單絲)(8)(이하, CNT 단사(8)라고 한다)가 조제된다.

더 상세하게는, CNT 단사(8)에 있어서 연속하는 CNT(10)는, 그들 CNT(10)의 일단(하단) 상호 간 또는 타단(상단) 상호 간이 부착되어 있어, CNT 단사(8)의 연장방향을 따르도록 배향되어 있다. 또한 도1D에서는, 편의상 CNT(10)가 1개씩 연속적으로 이어져 CNT 단사(8)를 형성하도록 기재되어 있지만, 실제로는 복수의 CNT(10)로 이루어지는 다발(번들(bundle))이 연속적으로 이어져 CNT 단사(8)를 형성하고 있다.

이와 같은 CNT 단사(8)는, 꼬임이 없는 무연사(無撚絲)로서, 꼬임각도는 대략 0°이다. CNT 단사(8)의 외경은, 예를 들면 5㎚ 이상, 바람직하게는 8㎚ 이상, 예를 들면 100㎚ 이하, 바람직하게는 80㎚ 이하, 더 바람직하게는 50㎚ 이하이다.

이와 같은 CNT 단사(8)는, 도2의 확대도에 나타내는 바와 같이, 각 열(2A)의 CNT(10)가 동시에 또한 평행하게 일괄하여 인출되기 때문에, CNT 단사(8)의 연장방향과 교차하는(엇갈리는) 방향으로 복수 병렬배치되어 있다.

본 실시형태에서 복수의 CNT 단사(8)는, 세로방향을 따라 연장되어 있고 가로방향으로 병렬배치되어 있다. 즉 복수의 CNT 단사(8)의 병렬방향은, VACNTs(2)의 가로방향과 동일방향이다.

이에 따라 병렬배치되는 복수의 CNT 단사(8)는 대략 시트형상을 하고 있고, CNT 웹(3)으로서 조제된다. 즉 VACNTs(2)로부터 복수의 CNT(10)를 선상(線狀)으로 연속하도록 인출하여 CNT 단사(8)를 조제함과 아울러, CNT 단사(8)를 복수 병렬배치하여 CNT 웹(3)을 조제한다.

CNT 웹(3)의 가로방향치수(L3)는, 예를 들면 0.1㎝ 이상, 바람직하게는 0.5㎝ 이상, 예를 들면 5㎝ 이하, 바람직하게는 3㎝ 이하이다.

이어서 도2에 나타내는 바와 같이, CNT 웹(3)을 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감는다(권취공정(捲取工程)).

구체적으로는, CNT 웹(3)을 나선상의 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 나선상으로 감는다. 또한 본 실시형태에서는, CNT 웹(3)을 홈(20)에 끼움으로써, 서로 인접하는 CNT 단사(8)를 병렬방향에 있어서 집속(集束)시키는 태양에 대하여 상세하게 설명한다. 즉 홈(20)의 지름방향에 있어서의 내측단부의 축선방향치수(L2)는, CNT 웹(3)의 가로방향치수(L3) 미만이다.

더 구체적으로는, 도3B에 나타내는 바와 같이 CNT 웹(3)에 있어서 서로 인접하는 복수의 CNT 단사(8)는, 홈(20)의 한 쌍의 경사면(20A)의 경사에 의하여, 병렬방향의 내측을 향하여 집속된 후에 홈(20)의 저면(20C) 상에 도달한다.

그 후에 도2에 나타내는 바와 같이, 롤러(4)를 회전시킴과 아울러, 복수의 CNT 단사(8)가 집속된 CNT 웹(3)(이하, 집속 CNT 웹(3A)이라고 한다)이 나선상의 홈(20)을 통과하도록 집속 CNT 웹(3A)의 유단부(遊端部)를 롤러(4)로부터 인출한다.

이에 따라 집속 CNT 웹(3A)이 이동방향의 하류를 향하여 당겨지고, 그에 수반하여 VACNTs(2)로부터 조제되는 CNT 웹(3)이 롤러(4)를 향하여 당겨져, VACNTs(2)로부터 복수의 CNT(10)가 연속적으로 인출된다.

이때에 CNT 웹(3)의 이동속도는, 예를 들면 0.01m/min 이상, 바람직하게는 0.1m/min 이상, 예를 들면 200m/min 이하, 바람직하게는 100m/min 이하이다.

그리고 CNT 웹(3)이 롤러(4)에 순차적으로 도달하여 홈(20)에 진입하면, 상기와 동일하게 서로 인접하는 복수의 CNT 단사(8)가 한 쌍의 경사면(20A)의 경사에 의하여 집속된다. 그 후에 집속 CNT 웹(3A)은, 나선상의 홈(20)을 순차적으로 연속하여 통과하도록 진행하여, 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감긴다.

이와 같은 집속 CNT 웹(3A)은, 도3B에 나타내는 바와 같이, CNT 연사(25)(후술한다)의 성능향상 및 생산효율향상의 관점에서, 바람직하게는 롤러(4)의 둘레면(4A) 상에 있어서 고밀도화 처리된다.

고밀도화 처리로서는, 예를 들면 집속 CNT 웹(3A)을 가압하는 방법이나 집속 CNT 웹(3A)에 휘발성의 액체를 공급하는 방법을 들 수 있다. 이와 같은 고밀도화 처리는 1회만 실시하여도 좋지만, 바람직하게는 복수 회 실시된다.

본 실시형태에서는, 집속 CNT 웹(3A)이 롤러(4)에 감긴 상태에서 1차가압된 후에 휘발성의 액체가 공급되고, 이어서 2차가압되는 태양에 대하여 상세하게 설명한다. 즉 본 실시형태의 카본나노튜브 연사의 제조방법은, 집속 CNT 웹(3A)을 가압하는 공정(가압공정)과, 집속 CNT 웹(3A)에 휘발성의 액체를 공급하는 공정(액체공급공정)을 포함하고 있다.

본 실시형태의 고밀도화 처리에서는, 먼저 롤러(4)의 둘레면에 감긴 집속 CNT 웹(3A)을, 가압부의 일례로서의 가압축(38)에 의하여 1차가압한다.

가압축(38)은, 롤러(4)의 홈(20)에 대응하고 있고, 롤러(4)의 홈(20)과 지름방향으로 마주 보도록 배치된다. 가압축(38)은, 롤러(4)의 지름방향을 따라 연장되는 각기둥형상을 하고 있다. 또한 가압축(38)은, 롤러(4)의 지름방향을 따라 진퇴가능하다.

또한 본 실시형태에서는, 후술하지만 2차가압에 있어서도 가압축(38)이 사용된다. 그 때문에 1차가압에 사용되는 가압축(38)을 제1가압축(38A)이라고 하고, 2차가압에 사용되는 가압축(38)을 제2가압축(38B)이라고 하여 구별한다.

그리고 롤러(4)를 회전시키면서 제1가압축(38A)을 롤러(4) 측으로 진출시켜, 가압축(38)에 있어서의 롤러(4) 측의 단부를 대응하는 홈(20) 내에 삽입한다.

이에 따라 집속 CNT 웹(3A)은, 제1가압축(38A)에 있어서의 롤러(4) 측의 단부와 홈(20)의 저면(20C)과의 사이에 끼워져, 롤러(4)의 지름방향의 외측으로부터 가압된다. 그 때문에 집속 CNT 웹(3A)의 밀도가 향상된다.

1차가압에 있어서의 집속 CNT 웹(3A)에 대한 압력은, 예를 들면 10㎏/㎠ 이상, 바람직하게는 50㎏/㎠ 이상, 예를 들면 1000㎏/㎠ 이하, 바람직하게는 500㎏/㎠ 이하이다.

이어서 1차가압된 집속 CNT 웹(3A)에, 공급부(39)로 휘발성의 액체를 공급한다.

공급부(39)는, 홈(20) 중에서 제1가압축(38A)이 대응하는 부분보다도 집속 CNT 웹(3A)의 이동방향에 있어서의 하류측 부분에 대응하고 있고, 제1가압축(38A)에 대하여 롤러(4)의 축선방향에 있어서의 타방측으로 간격을 두고 배치되어 있다. 또한 공급부(39)는, 휘발성의 액체를 집속 CNT 웹(3A)에 공급(분무(噴霧) 또는 적하(滴下))하는 것이 가능하다. 또한 공급부(39)는, 수지재료를 집속 CNT 웹(3A)에 공급(분무 또는 적하)하는 것이 가능하다.

휘발성의 액체로서, 예를 들면 물, 유기용매 등을 들 수 있고, 바람직하게는 유기용매를 들 수 있다. 유기용매로서, 예를 들면 저급(C1∼3) 알코올류(예를 들면 메탄올, 에탄올, 프로판올 등), 케톤류(예를 들면 아세톤 등), 에테르류(예를 들면 디에틸에테르, 테트라하이드로퓨란 등), 알킬에스테르류(예를 들면 아세트산에틸 등), 할로겐화 지방족 탄화수소류(예를 들면 클로로포름, 디클로로메탄 등), 극성 비프로톤류(예를 들면 N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드 등) 등을 들 수 있다.

이와 같은 휘발성의 액체 중에서는, 바람직하게는 저급 알코올류, 더 바람직하게는 에탄올을 들 수 있다. 이와 같은 휘발성의 액체는, 단독으로 사용하거나 2종류 이상을 병용할 수 있다. 또한 휘발성의 액체에는, 미립자를 분산시킬 수 있고, 또한 금속염 및/또는 수지재료를 용해할 수도 있다.

수지재료로서, 예를 들면 열경화성 수지, 열가소성 수지를 들 수 있다. 열경화성 수지는, 예를 들면 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 페놀수지, 요소수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리벤즈이미다졸 수지, 폴리벤즈옥사졸 수지 등을 들 수 있다. 열경화성 수지는, 단독으로 사용하거나 2종류 이상을 병용할 수 있다. 열경화성 수지 중에서는, 바람직하게는 폴리이미드 수지를 들 수 있다.

열가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리에스테르(예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트 등), 폴리올레핀(예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐알코올(PVA), 폴리염화비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 방향족 폴리에테르케톤(예를 들면 폴리에테르에테르케톤 등), 폴리옥사디아졸, 불소계 폴리머(예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴 등) 등을 들 수 있다.

수지재료는, 상기한 바와 같이 휘발성의 액체에 용해하여, 휘발성의 액체와 함께 집속 CNT 웹(3A)에 공급할 수 있다. 또한 수지재료가 열가소성 수지인 경우에 용융상태의 열가소성 수지만을 집속 CNT 웹(3A)에 공급할 수 있고, 수지재료가 열경화성 수지인 경우에 액상(A스테이지) 상태의 열경화성 수지를 집속 CNT 웹(3A)에 공급할 수 있다.

그리고 공급부(39)는, 1차가압된 집속 CNT 웹(3A)에 휘발성의 액체를 공급한다. 이에 따라 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감긴 집속 CNT 웹(3A)에 휘발성의 액체가 균일하게 부착된다. 또한 휘발성의 액체에 수지재료가 용해되어 있는 경우에, 휘발성의 액체 및 수지재료가 집속 CNT 웹(3A)에 공급된다.

이어서 휘발성의 액체가 공급된 집속 CNT 웹(3A)을, 제2가압축(38B)(가압축(38))에 의하여 2차가압한다.

제2가압축(38B)은, 홈(20) 중에서 공급부(39)가 대응하는 부분보다도 집속 CNT 웹(3A)의 이동방향에 있어서의 하류측 부분에 대응하고 있고, 공급부(39)에 대하여 롤러(4)의 축선방향에 있어서의 타방측으로 간격을 두고 배치되어 있다. 그리고 상기 1차가압과 마찬가지로, 제2가압축(38B)을 롤러(4) 측으로 진출시켜, 집속 CNT 웹(3A)을 제2가압축(38B)에 있어서의 롤러(4) 측의 단부와 홈(20)의 저면(20C)과의 사이에 끼워, 롤러(4)의 지름방향의 외측으로부터 가압한다. 이에 따라 집속 CNT 웹(3A)의 밀도가 확실하게 향상된다.

2차가압에 있어서의 집속 CNT 웹(3A)에 대한 압력은, 상기 1차가압의 압력과 동일하게 하여도 좋고, 서로 다르게 하여도 좋지만, 바람직하게는 1차가압의 압력보다도 크다.

2차가압에 있어서의 집속 CNT 웹(3A)에 대한 압력은, 예를 들면 10㎏/㎠ 이상, 바람직하게는 50㎏/㎠ 이상, 예를 들면 1000㎏/㎠ 이하, 바람직하게는 500㎏/㎠ 이하이다.

그 후에 필요에 따라, 2차가압된 집속 CNT 웹(3A)을 건조부(40)로 건조시킨다.

건조부(40)는, 공지의 건조장치로서, 홈(20) 중에서 제2가압축(38B)이 대응하는 부분보다도 집속 CNT 웹(3A)의 이동방향에 있어서의 하류측 부분에 대응하고 있고, 제2가압축(38B)에 대하여 롤러(4)의 축선방향에 있어서의 타방측으로 간격을 두고 배치되어 있다. 그리고 건조부(40)는, 2차가압된 집속 CNT 웹(3A)을 가열한다.

이때에 휘발성의 액체가 기화하여, 복수의 CNT 단사(8)가 서로 밀집함과 아울러 각 CNT 단사(8)에 있어서 복수의 CNT(10)가 서로 밀집한다. 그 때문에 집속 CNT 웹(3A)의 밀도가 한층 더 확실하게 향상된다. 또한 집속 CNT 웹(3A)에 열경화성 수지가 공급되어 있는 경우에, 건조부(40)의 가열에 의하여 열경화성 수지가 경화된다.

이상에 의하여 롤러(4)에 감긴 집속 CNT 웹(3A)은, 1차가압된 후에 휘발성의 액체가 공급되고, 이어서 2차가압되고, 필요에 따라 건조되어, 고밀도화된다.

계속하여 도2에 나타내는 바와 같이, 롤러(4)의 홈(20)을 통과한 집속 CNT 웹(3A)을 롤러(4)로부터 인출하고 꼬임을 주어, 카본나노튜브 연사(25)(이하, CNT 연사(25)라고 한다)를 제조한다(트위스트 공정).

집속 CNT 웹(3A)에 꼬임을 주기 위해서는, 인출된 집속 CNT 웹(3A)의 이동방향에 있어서의 하류측 단부를, 집속 CNT 웹(3A)의 연장방향을 따르는 가상선을 회전중심으로 하여 회전시킨다.

이에 따라 집속 CNT 웹(3A)이 꼬이고, 복수의 CNT 단사(8)가 서로 꼬여, CNT 연사(25)가 제조된다.

CNT 연사(25)의 꼬임수는, 예를 들면 500T/m 이상, 바람직하게는 1000T/m 이상, 예를 들면 10000T/m 이하, 바람직하게는 5000T/m 이하이다.

CNT 연사(25)의 부피밀도는, 예를 들면 0.5g/㎤ 이상, 바람직하게는 0.7g/㎤ 이상, 더욱 바람직하게는 1g/㎤ 이상이다.

이상에 의하여 VACNTs(2)로부터의 CNT 웹(3)의 조제(조제공정), CNT 웹(3)의 롤러(4)에 대한 감기(권취공정), 집속 CNT 웹(3A)의 고밀도화(가압공정 및 액체공급공정) 및 집속 CNT 웹(3A)의 꼬기(트위스트 공정)가 순차적으로 연속하여 실시되어, CNT 연사(25)가 연속적으로 제조된다.

이와 같은 CNT 연사(25)는, 예를 들면 탄소섬유가 사용되는 직물(시트), 전기기기(예를 들면 모터, 트랜스, 센서 등)의 도전선재(導電線材) 등 각종 산업제품에 이용된다.

이 CNT 연사(25)의 제조방법은, 예를 들면 카본나노튜브 연사의 제조장치의 일례로서의 연사제조장치(30)에 의하여 연속적으로 실시된다. 연사제조장치(30)는, 웹 조제부(31)와, 집속부(32)와, 트위스트부(33)를 구비하고 있다. 또한 연사제조장치(30)의 설명에 있어서, 상기한 부재와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

웹 조제부(31)는, CNT 웹(3)을 조제하여, 집속부(32)에 공급하도록 구성되어 있다. 웹 조제부(31)는, 기판(1) 상에 배치되는 VACNTs(2)와, 도면에 나타내지 않은 인출도구를 구비하고 있다.

집속부(32)는, 웹 조제부(31)에 대하여 VACNTs(2)의 세로방향에 있어서의 일방측으로 간격을 두고 배치되어 있다. 집속부(32)는, 가이드부(35)와, 롤러(4)와, 가압축(38)(제1가압축(38A) 및 제2가압축(38B))과, 공급부(39)와, 건조부(40)를 구비하고 있다.

가이드부(35)는, 한 쌍의 가이드축(36)과, 지지판(37)을 구비하고 있다. 한 쌍의 가이드축(36) 각각은, 상하방향으로 연장되는 원기둥형상을 하고 있다. 한 쌍의 가이드축(36)은, 가로방향으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 한 쌍의 가이드축(36) 사이의 간격은, CNT 웹(3)의 가로방향치수(L3)보다는 작고, 도3B에 나타내는 바와 같이 홈(20)의 지름방향에 있어서의 외측단부의 축선방향치수(L1)보다는 크다.

지지판(37)은, 도2에 나타내는 바와 같이 한 쌍의 가이드축(36)의 하측에 배치되어 있고, 한 쌍의 가이드축(36)을 회전가능하게 지지하고 있다.

롤러(4)는, 롤러(4)의 축선방향(가로방향)에 있어서의 일방측 단부가 가이드부(35)와 마주 보도록, 가이드부(35)에 대하여 세로방향에 있어서의 일방측으로 간격을 두고 배치되어 있다.

제1가압축(38A) 및 제2가압축(38B)은, 도3B에 나타내는 바와 같이 롤러(4)와 지름방향으로 마주 보도록 배치되어 있고, 롤러(4)의 축선방향(가로방향)으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 공급부(39)는, 제1가압축(38A)과 제2가압축(38B)의 사이에 있어서, 롤러(4)와 지름방향으로 마주 보도록 배치되어 있다. 건조부(40)는, 제2가압축(38B)에 대하여 롤러(4)의 축선방향에 있어서의 타방측으로 간격을 두고 배치되고, 롤러(4)와 지름방향으로 마주 보고 있다.

트위스트부(33)는, 도2에 나타내는 바와 같이 롤러(4)의 축선방향(가로방향)에 있어서의 타방측 단부에 대하여 세로방향에 있어서의 일방측으로 간격을 두고 배치되고, 롤러(4)와 지름방향으로 마주 보고 있다.

트위스트부(33)는, 회전부(46)와, 권취축(45)과, 회전축(47)을 구비하고 있다.

회전부(46)는, 롤러(4)를 향하여 개방되는 대략 ㄷ자 모양을 하고 있다. 권취축(45)은, 원기둥형상이며, 회전부(46)의 양 측벽에 회전이 가능하도록 지지되어 있다. 회전축(47)은, 회전부(46)에 대하여 세로방향에 있어서의 일방측에 배치되어 있다. 회전축(47)은, 세로방향으로 연장되는 대략 원기둥형상을 하고 있고, 회전부(46)의 가로방향에 있어서의 중앙에 고정되어 있다. 이에 따라 회전부(46)는, 회전축(47)을 회전중심으로 하여 회전가능하다.

이와 같은 연사제조장치(30)에서는, 도면에 나타내지 않은 인출도구가, VACNTs(2)의 각 열(2A)의 CNT(10)를 동시에 또한 평행하게 세로방향의 일방측을 향하여 인출한다. 이에 따라 복수의 CNT 단사(8)가 가로방향으로 병렬배치되는 대략 시트형상의 CNT 웹(3)이 VACNTs(2)로부터 조제된다.

다음에 CNT 웹(3)을 한 쌍의 가이드축(36) 사이로 통과시킨 후에, 나선상의 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 나선상으로 감는다.

그리고 CNT 웹(3)의 유단부를 롤러(4)로부터 인출하고, 권취축(45)의 둘레면에 고정한다. 계속하여 롤러(4), 권취축(45) 및 회전축(47)에 구동력을 입력하여, 롤러(4) 및 권취축(45)을 축선방향(가로방향)의 일방측에서 볼 때에 시계방향으로 회전시킴과 아울러, 회전부(46)를 세로방향의 일방측에서 볼 때에 시계방향으로 회전시킨다.

이에 따라 CNT 웹(3)이, 롤러(4) 및 권취축(45)의 회전에 의하여 잡아당겨져 VACNTs(2)로부터 연속하여 조제됨과 아울러, 상기의 이동속도로 롤러(4)를 향하여 이동하여 롤러(4)의 홈(20)에 진입한다. 즉 복수의 CNT 단사(8)가 병렬배치되어 이루어지는 CNT 웹(3)이, 롤러(4)의 홈(20)에 끼인다.

이때에 서로 인접하는 복수의 CNT 단사(8)가, 한 쌍의 경사면(20A)의 경사에 의하여 병렬방향의 내측을 향하여 집속되어, 집속 CNT 웹(3A)이 형성된다.

다음에 도3B에 나타내는 바와 같이, 집속 CNT 웹(3A)은, 롤러(4) 및 권취축(45)의 회전에 의하여 나선상의 홈(20)을 통과하도록 진행하여, 롤러(4)에 감긴다.

이때에 제1가압축(38A)이 롤러(4)에 감긴 집속 CNT 웹(3A)을 홈(20)의 저면(20C)과의 사이에 있도록 하여 상기의 압력으로 1차가압한 후에, 공급부(39)가 그 집속 CNT 웹(3A)에 상기 휘발성의 액체를 공급한다. 계속하여 제2가압축(38B)이 휘발성의 액체가 공급된 집속 CNT 웹(3A)을 홈(20)의 저면(20C)과의 사이에 있도록 하여 상기의 압력으로 2차가압한 후에, 건조부(40)가 집속 CNT 웹(3A)을 건조시킨다.

이어서 집속 CNT 웹(3A)은, 나선상의 홈(20)을 통과하고, 권취축(45)의 회전에 의하여 롤러(4)로부터 인출된다. 그리고 인출된 집속 CNT 웹(3A)은, 도2에 나타내는 바와 같이 회전부(46)의 회전에 의하여 복수의 CNT 단사(8)가 서로 꼬이도록 트위스트됨과 동시에 권취축(45)의 회전에 의하여 권취축(45)에 감긴다. 즉 인출된 집속 CNT 웹(3A)은, 트위스트부(33)에 의하여 꼬인다.

이상에 의하여, CNT 연사(25)가 연사제조장치(30)에 의하여 제조된다.

(작용효과)

본 실시형태에서는, 도2에 나타내는 바와 같이 복수의 CNT 단사(8)가 병렬배치되는 CNT 웹(3)을 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감아, 서로 인접하는 복수의 CNT 단사(8)를 병렬방향으로 집속시킨 후에, 그 CNT 웹(3)을 롤러(4)로부터 인출하고 꼬임을 주어, CNT 연사(25)를 제조한다.

그 때문에 CNT 웹(3)을 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감는다고 하는 간이한 방법에 의하여 복수의 CNT 단사(8)를 집속시킬 수 있고, 그 후에 복수의 CNT 단사(8)가 집속된 CNT 웹(3)(집속 CNT 웹(3A))을 롤러(4)로부터 인출하여 꼬임을 주기 때문에, CNT 연사(25)의 밀도의 향상을 도모할 수 있어, 고밀도의 CNT 연사(25)를 원활하게 제조할 수 있다.

또한 도3B에 나타내는 바와 같이, 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감긴 CNT 웹(3)(집속 CNT 웹(3A))을 롤러(4)의 지름방향의 외측으로부터 가압한다.

그 때문에 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, 집속 CNT 웹(3A)의 밀도의 향상을 도모할 수 있고, 나아가서는 CNT 연사(25)의 밀도의 향상을 확실하게 도모할 수 있다.

또한 도3B에 나타내는 바와 같이, 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감긴 CNT 웹(3)(집속 CNT 웹(3A))에 휘발성의 액체를 공급한다. 그 때문에 그 휘발성의 액체가 기화함으로써, 집속 CNT 웹(3A)에 있어서 복수의 CNT 단사(8)가 서로 밀집함과 아울러 각 CNT 단사(8)에 있어서 복수의 CNT(10)가 서로 밀집한다.

그 결과, 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, 집속 CNT 웹(3A)의 밀도의 향상을 확실하게 도모할 수 있고, 나아가서는 CNT 연사(25)의 밀도의 향상을 한층 더 확실하게 도모할 수 있다.

또한 도2에 나타내는 바와 같이 연사제조장치(30)는, 롤러(4)와 트위스트부(33)를 구비하고 있다. 그리고 복수의 CNT 단사(8)가 병렬배치되어 이루어지는 CNT 웹(3)이 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감기기 때문에, 서로 인접하는 복수의 CNT 단사(8)를 병렬방향에 있어서 집속시킬 수 있다. 그 후에 트위스트부(33)가 롤러(4)로부터 인출된 CNT 웹(3)(집속 CNT 웹(3A))에 꼬임을 줄 수 있기 때문에, 고밀도의 CNT 연사(25)를 원활하게 제조할 수 있다.

또한 도3B에 나타내는 바와 같이 연사제조장치(30)는, 롤러(4)에 감긴 CNT 웹(3)(집속 CNT 웹(3A))을 가압하는 가압축(38)을 구비하고 있다. 그 때문에 집속 CNT 웹(3A)의 밀도의 향상을 도모할 수 있고, 나아가서는 CNT 연사(25)의 밀도의 향상을 확실하게 도모할 수 있다.

또한 도3B에 나타내는 바와 같이 연사제조장치(30)는, 롤러(4)에 감긴 CNT 웹(3)(집속 CNT 웹(3A))에 휘발성의 액체를 공급하는 공급부(39)를 구비하고 있다. 그 때문에 집속 CNT 웹(3A)의 밀도의 향상을 확실하게 도모할 수 있고, 나아가서는 CNT 연사(25)의 밀도의 향상을 한층 더 확실하게 도모할 수 있다.

(제2실시형태)

다음에 도4A를 참조하여, 본 발명의 제2실시형태에 대하여 설명한다. 또한 제2실시형태에서는, 상기한 제1실시형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제1실시형태에서는 고밀도화 처리로서, 도3B에 나타내는 바와 같이 집속 CNT 웹(3A)이 롤러(4)에 감긴 상태에서 1차가압된 후에, 휘발성의 액체가 공급되고, 이어서 2차가압되지만, 이에 한정되지 않는다.

제2실시형태에서는, 도4A에 나타내는 바와 같이 집속 CNT 웹(3A)이 롤러(4)에 감긴 상태에서, 휘발성의 액체가 공급되지 않고, 제1실시형태와 마찬가지로 1차가압 및 2차가압된다.

이와 같은 제2실시형태에 의해서도, 제1실시형태와 동일한 작용효과를 발휘할 수 있다.

또한 고밀도화 처리로서, 1차가압 및 2차가압 중의 어느 일방만이 실시되어도 좋다.

또한 집속 CNT 웹(3A)은, 롤러(4)에 감긴 상태에서, 가압되지 않고 휘발성의 액체가 공급되어도 좋다.

즉 고밀도화 처리의 종류 및 횟수는 특별히 제한되지 않고, 고밀도화 처리의 순서, 고밀도화 처리에 관련된 부재(가압축(38), 공급부(39) 및 건조부(40))의 배치도 특별히 제한되지 않는다.

(제3실시형태)

다음에 도4B를 참조하여, 본 발명의 제3실시형태에 대하여 설명한다. 또한 제3실시형태에서는, 상기한 제1실시형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제1실시형태에서는, 도3B에 나타내는 바와 같이 가압축(38)이 가압부의 일례로서 대응하고, 가압축(38)이 롤러(4)의 둘레면에 감긴 집속 CNT 웹(3A)을 가압하지만, 가압부는 이에 한정되지 않는다.

제3실시형태에서는, 도4B에 나타내는 바와 같이 롤러(4)의 둘레면에 감긴 집속 CNT 웹(3A)을, 가압부의 일례로서의 회전지그(回轉jig)(50)에 의하여 가압한다.

회전지그(50)는, 원판형상을 하고 있고, 그 축선이 롤러(4)의 축선과 평행하게 되도록 배치되어 있다. 또한 회전지그(50)는, 롤러(4)의 둘레면에 감긴 집속 CNT 웹(3A)을 회전지그(50)의 둘레면과 홈(20)의 저면(20C)과의 사이에 있도록 하여 배치되어 있다. 회전지그(50)는, 축선방향의 일방측에서 볼 때에 반시계방향으로 회전가능하다.

그리고 롤러(4) 및 회전지그(50)를 회전시키면, 집속 CNT 웹(3A)이 홈(20) 내로 진행하여, 회전지그(50)의 둘레면과 홈(20)의 저면(20C)과의 사이에 순차적으로 끼워져, 롤러(4)의 지름방향의 외측으로부터 가압된다.

이와 같은 제3실시형태에 의해서도, 제1실시형태와 동일한 작용효과를 발휘할 수 있다.

(제4실시형태 및 제5실시형태)

다음에 도5A를 참조하여, 본 발명의 제4실시형태 및 제5실시형태에 대하여 설명한다. 또한 제4실시형태 및 제5실시형태에서는, 상기한 제1실시형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

(1) 제4실시형태

제1실시형태에서는, 도2에 나타내는 바와 같이 1개의 VACNTs(2)로부터 1개의 CNT 웹(3)이 조제되어, 그 CNT 웹(3)을 롤러(4)에 감지만, 이에 한정되지 않는다.

제4실시형태에서는, 도5A에 나타내는 바와 같이 VACNTs(2)를 복수 준비하여 복수의 VACNTs(2)로부터 복수의 CNT 웹(3)을 조제하고, 복수의 CNT 웹(3)을 홈(20)에 끼이도록 함과 아울러 롤러(4)의 지름방향으로 적층되도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감는다.

또한 준비할 VACNTs(2)의 개수는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 2개 이상이다. 도5A에는, 2개의 VACNTs(2)가 준비되는 태양에 대하여 나타낸다.

더 구체적으로는, 복수(2개)의 기판(1)을 준비하고, 2개의 기판(1) 각각에 제1실시형태와 마찬가지로 하여 VACNTs(2)를 성장시킨다. 이에 따라 기판(1) 상에 배치되는 VACNTs(2)가 2개 준비된다.

그리고 2개의 VACNTs(2) 각각으로부터, 제1실시형태와 마찬가지로 하여 1개씩 CNT 웹(3)을 조제한다.

다음에 2개의 CNT 웹(3) 중에서 일방의 CNT 웹(3)을 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감은 후에, 타방의 CNT 웹(3)을 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감는다. 이에 따라 2개의 CNT 웹(3)이, 홈(20)에 끼임과 아울러 롤러(4)의 지름방향으로 적층되어 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감긴다.

또한 롤러(4)에 감긴 CNT 웹(3)은, 홈(20)에 의하여 복수의 CNT 단사(8)가 집속되어 있어, 집속 CNT 웹(3A)으로서 조제된다.

그리고 집속 CNT 웹(3A)은, 제1실시형태와 마찬가지로, 필요에 따라 고밀도화 처리되면서 홈(20)을 통과하여 롤러(4)로부터 연속적으로 인출되고, 꼬인다. 이에 따라 CNT 연사(25)가 제조된다.

이와 같은 제4실시형태에 의하면, 복수의 VACNTs(2)로부터 복수의 CNT 웹(3)을 조제하고, 그들 CNT 웹(3)을 홈(20)에 끼이도록 함과 아울러 롤러(4)의 지름방향으로 적층되도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감는다.

그 후에, 적층된 CNT 웹(3)(집속 CNT 웹(3A))을 롤러(4)로부터 인출하고 꼬임을 주어 CNT 연사(25)를 제조하기 때문에, CNT 연사(25)의 밀도의 향상을 도모할 수 있으면서, CNT 연사(25)의 대경화(大徑化)를 도모할 수 있다. 그 결과, CNT 연사(25)의 기계적 강도의 향상을 한층 더 도모할 수 있다.

또한 제4실시형태에 의해서도, 제1실시형태와 동일한 작용효과를 발휘할 수 있다.

(2) 제5실시형태

제5실시형태에서는, 도5A에 나타내는 바와 같이 CNT 웹(3)과 함께 장척상(長尺狀)의 부재(이하, 장척부재(長尺部材)(51)라고 한다)를 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감는다.

장척부재(51)는, 소정의 방향으로 연장되는 선상 또는 평평한 벨트상을 하고 있고, 가요성을 구비하고 있다. 장척부재(51)의 재료는, CNT 연사(25)의 용도에 따라 적절하게 선택되지만, 예를 들면 유리섬유, 탄소섬유, 화학섬유, 천연섬유, 금속(예를 들면 알루미늄, 티탄, 구리, 은, 금 및 그들을 포함하는 합금 등), 고분자재료(예를 들면 열가소성 수지, 열경화성 수지 등) 등을 들 수 있다.

CNT 웹(3)과 함께 장척부재(51)를 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감기 위해서는, 예를 들면 VACNTs(2)로부터 조제한 CNT 웹(3)을 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감은 후에, 장척부재(51)를 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감는다. 이에 따라, 홈(20) 내에 배치되는 CNT 웹(3)(집속 CNT 웹(3A)) 상에 장척부재(51)가 배치된다.

또한 제5실시형태에서는, 장척부재(51)가 2개의 CNT 웹(3) 사이에 있도록 배치되어 있다. 이 경우에, 장척부재(51)를 집속 CNT 웹(3A) 상에 배치되도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감은 후에, 별도로 준비한 CNT 웹(3)을 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감는다. 이에 따라, 장척부재(51)가 2개의 CNT 웹(3) 사이에 끼워져 복합화된다.

그리고 장척부재(51)와 복합화된 집속 CNT 웹(3A)은, 제1실시형태와 마찬가지로, 필요에 따라 고밀도화 처리되면서 홈(20)을 통과하여 롤러(4)로부터 인출되고, 꼬인다. 이에 따라 CNT 연사(25)가 제조된다.

이와 같은 제5실시형태에 의하면, 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, CNT 웹(3)과 장척부재(51)를 복합화시킬 수 있다. 그리고 장척부재(51)와 복합화된 CNT 웹(3)으로부터 CNT 연사(25)가 제조되기 때문에, CNT 연사(25)에 장척부재(51)의 특성을 부여할 수 있다.

또한 제5실시형태에 의해서도, 제1실시형태와 동일한 작용효과를 발휘할 수 있다.

상기에서는 1개의 장척부재(51)가 복수(2개)의 CNT 웹(3)과 복합화되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 복수의 장척부재(51)를 복수의 CNT 웹(3)과 복합화할 수도 있고, 1개의 장척부재(51)를 1개의 CNT 웹(3)과 복합화할 수도 있다.

또한 상기에서는 장척부재(51)가 2개의 CNT 웹(3) 사이에 끼워져 있지만, 장척부재(51)의 배치는 특별히 한정되지 않는다. 그러나 장척부재(51)를 2개의 CNT 웹(3) 사이에 배치하는 것이, CNT 연사(25)에 있어서의 장척부재(51)의 균형 잡힌 배치라는 관점에서 바람직하다.

(제6실시형태)

다음에 도5B를 참조하여, 본 발명의 제6실시형태에 대하여 설명한다. 또한 제6실시형태에서는, 상기한 제1실시형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제6실시형태에서는, 도5B에 나타내는 바와 같이 1개의 VACNTs(2)로부터 복수(3개)의 CNT 웹(3)을 조제하고, 그들 CNT 웹(3)을 롤러(4)의 지름방향으로 적층되도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감는다.

더 구체적으로는, 제1실시형태와 마찬가지로 하여 기판(1) 상에 배치되는 VACNTs(2)를 준비한다. 그리고 그 VACNTs(2)로부터 복수(3개)의 CNT 웹(3)을 가로방향으로 간격을 두고 배치되도록 조제한다.

그리고 복수(3개)의 CNT 웹(3)을 1개씩 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 순차적으로 감는다. 이에 따라 복수(3개)의 CNT 웹(3)이, 홈(20)에 끼임과 아울러 롤러(4)의 지름방향으로 적층되어 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감긴다.

이와 같은 제6실시형태에 의하면, 1개의 VACNTs(2)로부터 복수의 CNT 웹(3)을 조제하고, 그들 CNT 웹(3)을 홈(20)에 끼이도록 함과 아울러 롤러(4)의 지름방향으로 적층되도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감는다.

그 때문에, 1개의 VACNTs(2)로부터 1개의 CNT 웹(3)을 조제하고, 그 CNT 웹(3)을 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감아, 복수의 CNT 단사(8)를 일괄하여 병렬방향으로 집속시키는 경우와 비교하여, 복수의 CNT 단사(8)를 확실하게 집속시킬 수 있다. 그 결과, CNT 웹(3)의 밀도의 향상을 한층 더 확실하게 도모할 수 있다.

또한 제6실시형태에 의해서도, 제1실시형태와 동일한 작용효과를 발휘할 수 있다.

(제7실시형태)

다음에 도5C를 참조하여, 본 발명의 제7실시형태에 대하여 설명한다. 또한 제7실시형태에서는, 상기한 제1실시형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제1실시형태∼제6실시형태에서는, 도5B에 나타내는 바와 같이 홈(20)의 지름방향에 있어서의 내측단부의 축선방향치수(L2)는, CNT 웹(3)의 가로방향치수(L3) 미만이지만, 이에 한정되지 않는다.

제7실시형태에서는, 도5C에 나타내는 바와 같이 홈(20)의 지름방향에 있어서의 내측단부의 축선방향치수(L2)가, CNT 웹(3)의 가로방향치수(L3)와 동일하다.

이와 같은 제7실시형태에 의해서도, 제6실시형태와 마찬가지로 복수의 CNT 웹(3)이 홈(20)에 끼임과 아울러 롤러(4)의 지름방향으로 적층되도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감긴다. 그 때문에 홈(20)에 끼인 CNT 웹(3)에 다양한 공정을 원활하고 용이하게 실시할 수 있다.

그 후에, CNT 웹(3)을 롤러(4)로부터 인출하고 꼬임을 주어 CNT 연사(25)를 제조하기 때문에, CNT 연사(25)의 밀도의 향상을 도모할 수 있어, 고밀도의 CNT 연사(25)를 원활하게 제조할 수 있다.

(제8실시형태)

다음에 도6을 참조하여, 본 발명의 제8실시형태에 대하여 설명한다. 또한 제8실시형태에서는, 상기한 제1실시형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제1실시형태에서는, 도2에 나타내는 바와 같이 홈(20)이 롤러(4)의 둘레면(4A)을 복수 주회하도록 나선상으로 연장되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 제8실시형태에서 홈(20)은, 롤러(4)의 둘레면(4A)을 롤러(4)의 원주방향을 따라 일주하도록 연장되어 있다.

이와 같은 제8실시형태에 의해서도, VACNTs(2)로부터 조제되는 CNT 웹(3)을 홈(20)에 끼이도록 롤러(4)의 둘레면(4A)에 감음으로써, 서로 인접하는 복수의 CNT 단사(8)를 병렬방향으로 집속시킬 수 있다. 그 때문에, 제1실시형태와 동일한 작용효과를 발휘할 수 있다.

(변형예)

상기 제1∼제8실시형태에서 홈(20)은, 도3B에 나타내는 바와 같이 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 대략 사다리꼴 모양으로 파여 있지만, 홈(20)의 형상은 특별히 제한되지 않는다.

예를 들면 홈(20)은, 도7A에 나타내는 바와 같이 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 대략 V자 모양으로 파이고, 한 쌍의 경사면(20D)을 구비하고 있어도 좋다. 한 쌍의 경사면(20D)은, 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 지름방향의 내측으로 갈수록 축선방향의 내측으로 서로 근접하도록 경사져 있다. 그리고 한 쌍의 경사면(20D)의 지름방향에 있어서의 내측단부는, 서로 접속되어 있다.

또한 홈(20)은, 도7B에 나타내는 바와 같이 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 대략 V자 모양으로 파이고, 직교면(20E)과 경사면(20F)을 구비하고 있어도 좋다. 직교면(20E)은 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 롤러(4)의 지름방향을 따라 연장되고, 경사면(20F)은 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 지름방향의 내측으로 갈수록 직교면(20E)에 근접하도록 경사져 있다. 그리고 직교면(20E) 및 경사면(20F)의 지름방향에 있어서의 내측단부는, 서로 접속되어 있다.

또한 홈(20)은, 도7C에 나타내는 바와 같이 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 대략 U자 모양으로 파이고, 한 쌍의 직교면(20G)과 한 쌍의 경사면(20H)을 구비하고 있어도 좋다. 한 쌍의 직교면(20G)은, 롤러(4)의 축선방향으로 서로 간격을 두고 배치되고, 서로 대략 평행하게 되도록 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 롤러(4)의 지름방향을 따라 연장되어 있다. 한 쌍의 경사면(20H)은, 한 쌍의 직교면(20G)의 지름방향에 있어서의 내측단부로부터 연속하고, 지름방향의 내측으로 갈수록 축선방향의 내측으로 서로 근접하도록 경사져 있다. 그리고 한 쌍의 직교면(20G)의 지름방향에 있어서의 내측단부는, 서로 접속되어 있다.

또한 홈(20)은, 도7D에 나타내는 바와 같이 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 대략 오목하게 파이고, 한 쌍의 직교면(20I)과 저면(20J)을 구비하고 있어도 좋다. 한 쌍의 직교면(20I)은, 롤러(4)의 축선방향으로 서로 간격을 두고 배치되고, 서로 대략 평행하게 되도록 롤러(4)의 둘레면(4A)으로부터 롤러(4)의 지름방향을 따라 연장되어 있다. 저면(20J)은, 한 쌍의 직교면(20I)의 지름방향에 있어서의 내측단부를 축선방향을 따라 연결하고 있다.

또한 상기의 실시형태에서는, 롤러(4)의 홈(20)을 통과한 집속 CNT 웹을 롤러(4)로부터 인출하고 꼬임을 주어, 카본나노튜브 연사(25)의 상태로 권취축(45)으로 회수하였지만, 롤러(4)의 홈(20)을 통과한 집속 CNT 웹을 롤러(4)로부터 인출하여, 꼬임을 주지 않고 카본나노튜브 무연사(카본나노튜브 실의 하나의 형태)의 상태로 권취축(45)으로 회수하더라도 좋다.

이들 변형예에 의해서도, 상기의 제1실시형태∼제8실시형태와 동일한 작용효과를 발휘할 수 있다. 이들 상기의 제1실시형태∼제8실시형태 및 변형예는, 적절하게 조합할 수 있다.

실시예

이하에 실시예를 나타내어 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그들에 한정되지 않는다. 이하의 기재에 있어서 사용되는 배합비율(함유비율), 물성값, 파라미터 등의 구체적인 수치는, 상기의 「발명을 실시하기 위한 구체적인 내용」에 기재되어 있는 것에 대응하는 배합비율(함유비율), 물성값, 파라미터 등 해당 기재의 상한값(「이하」, 「미만」으로 정의되어 있는 수치) 또는 하한값(「이상」, 「초과」로 정의되어 있는 수치)으로 대체할 수 있다.

(실시예1)

스테인레스제의 기판(스테인레스 기판)의 표면에 이산화규소막을 적층한 후에, 이산화규소막 상에 촉매층으로서 철을 증착하였다.

다음에 기판을 소정의 온도로 가열하여, 촉매층에 원료가스(아세틸렌 가스)를 공급하였다. 이에 따라 기판 상에 있어서, 평면에서 볼 때에 대략 직사각형 형상인 VACNTs를 형성하였다.

VACNTs에 있어서 복수의 CNT는, 서로 대략 평행하게 되도록 연장되고, 기판에 대하여 직교하도록 배향(수직배향)되어 있었다. CNT는 다층 카본나노튜브이며, CNT의 평균외경은 10㎚, CNT의 평균길이는 약 300㎛, VACNTs의 부피밀도는 40∼50㎎/㎤이었다.

또한 둘레면에 나선상의 홈을 구비하는 롤러를 준비하였다. 롤러의 외경은 10㎝이었다. 나선상의 홈의 주회수는 3이고, 홈은 롤러의 둘레면으로부터 대략 사다리꼴 모양으로 파여 있었다. 또한 홈의 지름방향에 있어서의 외측단부의 축선방향치수는 1㎝이고, 홈의 지름방향에 있어서의 내측단부의 축선방향치수는 0.1㎝이며, 홈의 지름방향치수는 1.5㎝이었다.

그리고 롤러를, 축선방향이 VACNTs의 가로방향과 평행하게 되도록, VACNTs에 대하여 세로방향의 일방측으로 간격을 두고 배치하였다.

이어서 VACNTs로부터 인출도구에 의하여 복수의 CNT를 선상으로 연속하도록 인출하여 CNT 단사를 조제함과 아울러, CNT 단사를 복수 병렬배치하여 CNT 웹을 조제하였다. CNT 웹의 가로방향(폭방향)의 치수는 2㎝이었다.

계속하여 CNT 웹을, 나선상의 홈에 끼이도록 롤러의 둘레면에 나선상으로 감았다. 그 후에 롤러를 회전시킴과 아울러, CNT 웹을 나선상의 홈을 통과하도록 롤러로부터 인출하였다. 또한 롤러의 회전속도는 20rpm이었다.

이에 따라 CNT 웹이 1개의 VACNTs로부터 연속적으로 조제되어 롤러에 감김과 아울러, 롤러로부터 홈을 통과한 CNT 웹이 연속하여 인출되었다.

그리고 인출된 CNT 웹을 4000T/m이 되도록 연사화하였다. 이에 따라 CNT 연사를 얻었다. CNT 연사의 지름은 29∼32㎛이고, CNT 연사의 부피밀도는 0.7∼0.8g/㎤이었다.

또한 실시예1∼5 및 비교예1에 있어서의 CNT 연사의 지름 및 부피밀도와 고밀도화 처리의 유무에 대하여, 표1에 나타낸다.

(실시예2)

롤러에 감긴 CNT 웹에 에탄올(휘발성의 액체)을 공급한 것 이외에는 실시예1과 마찬가지로 하여, CNT 연사를 얻었다.

(실시예3)

롤러에 감긴 CNT 웹을, 가압축에 의하여 롤러의 지름방향의 외측으로부터 가압한 것 이외에는 실시예1과 마찬가지로 하여, CNT 연사를 얻었다. 또한 CNT 웹에 대한 압력은 100㎏/㎠이었다.

(실시예4)

롤러에 감긴 CNT 웹을, 가압축(제1가압축)에 의하여 롤러의 지름방향의 외측으로부터 가압한 후(1차가압)에, CNT 웹의 이동방향에 있어서의 하류측에서 다시 가압축(제2가압축)에 의하여 롤러의 지름방향의 외측으로부터 가압한 것(2차가압) 이외에는 실시예1과 마찬가지로 하여, CNT 연사를 얻었다. 또한 1차가압에 있어서의 CNT 웹에 대한 압력은 100㎏/㎠이고, 2차가압에 있어서의 CNT 웹에 대한 압력은 200㎏/㎠이었다.

(실시예5)

1차가압과 2차가압의 사이에 있어서, 롤러에 감긴 CNT 웹에 에탄올을 공급한 것 이외에는 실시예1과 마찬가지로 하여, CNT 연사를 얻었다.

(비교예1)

실시예1과 마찬가지로 하여, 평면에서 볼 때에 대략 직사각형 형상인 VACNTs를 형성하고, VACNTs로부터 CNT 웹을 조제하였다. 이어서 CNT 웹을, VACNTs로부터 연속적으로 조제함과 아울러 5000T/m이 되도록 연사화하였다. 이에 따라 CNT 연사를 얻었다.

평가 :

(1) 인장강도

각 실시예 및 비교예에서 얻은 CNT 연사의 파단강도를, 하기와 같이 측정하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다.

CNT 연사의 일단을 고정하고, CNT 연사의 타단을 포스 게이지(force gauge)에 고정한 후에, 0.2㎜/sec로 잡아당겨 단열(斷裂)되었을 때의 부하(負荷)를 파단강도로 하였다.

또한 파단강도를 CNT 연사의 단면적으로 나누어, 인장강도를 산출하였다.

또한 상기 발명은 본 발명의 예시인 실시형태로서 제공하였지만, 이것은 단순한 예시에 지나지 않고, 한정적으로 해석하여서는 안된다. 당해 기술분야의 당업자에 의하여 명백한 본 발명의 변형예는, 후술하는 청구범위에 포함된다.

(산업상이용가능성)

본 발명의 카본나노튜브 실의 제조방법은, 각종 산업제품에 사용되는 카본나노튜브 실의 제조에 적합하게 이용할 수 있다.

1 : 기판
2 : VACNTs
3 : CNT 웹
4 : 롤러
10 : CNT
20 : 홈
30 : 연사제조장치
33 : 트위스트부
38 : 가압축
39 : 공급부
50 : 회전지그
51 : 장척부재

Claims

기판 상에 배치되고, 상기 기판에 대하여 수직으로 배향되는 수직배향 카본나노튜브(垂直配向 carbon nanotube)를 준비하는 공정과,
둘레면에 홈을 구비하는 회전체(回轉體)를 준비하는 공정과,
상기 수직배향 카본나노튜브로부터 복수의 카본나노튜브를 선상(線狀)으로 연속하도록 인출하여 카본나노튜브 단사(carbon nanotube 單絲)를 조제(調製)함과 아울러, 상기 카본나노튜브 단사를 복수 병렬배치하여 카본나노튜브 웹(carbon nanotube web)을 조제하는 공정과,
상기 카본나노튜브 웹을 상기 홈에 끼이도록 상기 회전체의 둘레면에 감는 공정과,
상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체로부터 인출하는 공정을
포함하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 실(carbon nanotube 絲)의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 회전체로부터 인출된 상기 카본나노튜브 웹에 꼬임을 주는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 실의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체의 둘레면에 감는 공정에 있어서, 상기 카본나노튜브 웹을 상기 홈에 끼움으로써, 서로 인접하는 상기 복수의 카본나노튜브 단사를 상기 복수의 카본나노튜브 단사의 병렬방향에 있어서 집속(集束)시키는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 실의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 회전체의 둘레면에 감기는 상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체의 지름방향에 있어서의 외측으로부터 가압하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 실의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 회전체의 둘레면에 감기는 상기 카본나노튜브 웹에 휘발성의 액체 및/또는 수지재료를 공급하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 실의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 수직배향 카본나노튜브를 준비하는 공정에 있어서, 상기 수직배향 카본나노튜브를 복수 준비하고,
상기 카본나노튜브 웹을 조제하는 공정에 있어서, 복수의 상기 수직배향 카본나노튜브로부터 복수의 상기 카본나노튜브 웹을 조제하고,
상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체에 감는 공정에 있어서, 복수의 상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체의 지름방향으로 적층되도록 상기 회전체의 둘레면에 감는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 실의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 카본나노튜브 웹을 조제하는 공정에 있어서, 상기 수직배향 카본나노튜브로부터 상기 카본나노튜브 웹을 복수 조제하고,
상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체에 감는 공정에 있어서, 복수의 상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체의 지름방향으로 적층되도록 상기 회전체의 둘레면에 감는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 실의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 카본나노튜브 웹을 상기 회전체에 감는 공정에 있어서, 상기 카본나노튜브 웹과 함께 장척상(長尺狀)의 부재를 상기 회전체의 둘레면에 감는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 실의 제조방법.