WO2021131282A1 - カーボンナノチューブ線の製造方法 - Google Patents

カーボンナノチューブ線の製造方法 Download PDF

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WO2021131282A1
WO2021131282A1 PCT/JP2020/039777 JP2020039777W WO2021131282A1 WO 2021131282 A1 WO2021131282 A1 WO 2021131282A1 JP 2020039777 W JP2020039777 W JP 2020039777W WO 2021131282 A1 WO2021131282 A1 WO 2021131282A1
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carbon nanotubes
roller
web
twisted
rubber
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PCT/JP2020/039777
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English (en)
French (fr)
Inventor
栄次 太田
大上 寛之
Original Assignee
トクセン工業株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/168After-treatment
    • DTEXTILES; PAPER
    • D02YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02GCRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/02Yarns or threads characterised by the material or by the materials from which they are made
    • D02G3/16Yarns or threads made from mineral substances
    • DTEXTILES; PAPER
    • D02YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02GCRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/22Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre
    • D02G3/26Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre with characteristics dependent on the amount or direction of twist
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • DTEXTILES; PAPER
    • D10INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10BINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2101/00Inorganic fibres
    • D10B2101/10Inorganic fibres based on non-oxides other than metals
    • D10B2101/12Carbon; Pitch
    • D10B2101/122Nanocarbons

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a wire (Yarn) whose material is carbon nanotube.
  • Carbon nanotubes are excellent in conductivity, thermal conductivity and specific strength.
  • the use of carbon nanotubes is being studied in various fields.
  • the individual carbon nanotubes are fine. Therefore, as an element of the structure, an aggregate of a large number of carbon nanotubes can be used.
  • the web (Web) and the line (Yarn) are known.
  • Carbon nanotubes can be produced by the chemical vapor deposition method. By this method, an array of carbon nanotubes is obtained. In this array, a large number of carbon nanotubes are oriented in a predetermined direction. Carbon nanotubes are gradually withdrawn from this array. These carbon nanotubes form a web. The web is sheet-like.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-153392 discloses a carbon nanotube wire.
  • the web is twisted to produce carbon nanotube wire.
  • the density of carbon nanotubes is low.
  • carbon nanotubes can be focused at high density.
  • carbon nanotubes are fine, the work of passing the web through a die is difficult.
  • the carbon nanotubes rub against the die, causing the surface of the wire to fluff.
  • Fluffing impairs line quality.
  • the residue generated by fluffing may accumulate on the die, which may hinder smooth die processing.
  • the dregs may form lumps that can mix into the line and cause local defects in the line (eg, NEP).
  • An object of the present invention is to provide a manufacturing method for obtaining high-density and high-quality carbon nanotube wire.
  • the method for producing a carbon nanotube wire according to the present invention is (1) A process of obtaining a web containing a large number of carbon nanotubes, (2) The process of bringing the rubbing tool into contact with the carbon nanotubes, And (3) the step of moving the rubbing tool in a direction inclined with respect to the extending direction of the web to focus the carbon nanotubes.
  • the web comes into contact with the rubbing tool.
  • the material is a rubber composition based on natural rubber, acrylonitrile-butadiene rubber or urethane rubber; a resin composition based on urethane resin or fluororesin; A rubber scraper made of ceramics or metal is used.
  • the manufacturing apparatus for the carbon nanotube wire according to the present invention is
  • the web containing a large number of carbon nanotubes, or a bundle obtained from the web has an abutting scraper and a driving mechanism capable of moving the scraper in a direction inclined with respect to the extending direction of the web.
  • the material of the rubbing tool is a rubber composition based on natural rubber, acrylonitrile-butadiene rubber or urethane rubber; a resin composition based on urethane resin or fluororesin; ceramics or metal.
  • the stranded wire according to the present invention contains a large number of carbon nanotubes.
  • This stranded wire has a right-twisted portion whose twisting direction is the S direction and a left-twisted portion whose twisting direction is the Z direction.
  • the stranded wire may have a plurality of right-twisted portions and a plurality of left-twisted portions. Preferably, these right-twisted portions and left-twisted portions are arranged alternately.
  • the stranded wire may have an intermediate portion. This intermediate portion is located between the right-twisted portion and the left-twisted portion. In this middle part, the carbon nanotubes are not twisted.
  • the movement of the rubbing tool increases the density of carbon nanotubes.
  • This scraper does not significantly impair the quality of the wire.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing equipment used in the manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing the focusing machine of the equipment of FIG.
  • FIG. 3 is a left side view showing the focusing machine of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an array used in the manufacturing method by the equipment of FIG.
  • FIG. 5 is a flow chart showing a method for manufacturing a carbon nanotube wire using the equipment of FIG.
  • FIG. 6A is a front view showing one step of the manufacturing method of FIG. 5, and
  • FIG. 6B is a plan view thereof.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged view showing a part of the carbon nanotube wire produced by the method of FIG. FIG.
  • FIG. 9A is a front view showing one step of the manufacturing method according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a plan view thereof.
  • FIG. 10 (a) is a front view showing one step of the manufacturing method according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 10 (b) is a plan view thereof.
  • FIG. 11A is a front view showing one step of the manufacturing method according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a plan view thereof.
  • FIG. 12 is a front view showing one step of the manufacturing method according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a photomicrograph showing the carbon nanotube wire obtained by the production method of Example 1 of the present invention.
  • FIG. 1 shows the equipment 2 used in the manufacturing method according to the embodiment of the present invention together with the array 4 (described in detail later).
  • This equipment 2 has a focusing machine 6, a spreading machine 8, and a dryer 10.
  • FIG. 2 is a front view showing the focusing machine 6 of the equipment 2 of FIG.
  • FIG. 3 is a left side view showing the focusing machine 6 of FIG.
  • the focusing machine 6 has a base 12, a first part 14a, a second part 14b, and a driving device 16.
  • the base 12 has four grooves 18 on its upper surface, and the first part 14a is located upstream of the second part 14b (on the left side of FIG. 2).
  • the first part 14a has a first mount 20a, a pair of first supports 22a, a first roller 24a (rubbing tool), and a first arm 26a.
  • the first mount 20a has two first rails 28a. Each of the first rails 28a is fitted in the groove 18 of the base 12. The first rail 28a can be rubbed against the groove 18. The first mount 20a may have rollers, wheels, etc. instead of or together with the rail 28a.
  • Each first support 22a stands up from the first mount 20a.
  • the first support 22a is fixed to the first mount 20a.
  • a first roller 24a is laid between one first support 22a and the other first support 22a.
  • the first roller 24a can rotate in the direction indicated by the arrow A1 in FIG.
  • One end of the first arm 26a is connected to the first mount 20a. As shown in FIG. 3, the first arm 26a extends in the Y direction. The other end of the first arm 26a is connected to the drive device 16.
  • a typical drive device 16 is a motor. With this drive device 16, the first arm 26a reciprocates as shown by the arrow A2 in FIG. This reciprocating motion is a motion in the Y direction. Along with this reciprocating motion, the first part 14a performs a reciprocating motion as a whole. This reciprocating motion is performed while the first rail 28a is guided by the groove 18.
  • the second part 14b has a second mount 20b, a pair of second supports 22b, a second roller 24b (rubbing tool), and a second arm 26b.
  • the second mount 20b has two second rails 28b. Each second rail 28b fits into the groove 18 of the base 12. The second rail 28b can be rubbed against the groove 18. The second mount 20b may have rollers, wheels, etc. in place of the rail 28b or together with the rail 28b.
  • Each second support 22b stands up from the second mount 20b.
  • the second support 22b is fixed to the second mount 20b.
  • a second roller 24b is laid between one second support 22b and the other second support 22b.
  • the second roller 24b can rotate in the direction indicated by the arrow A3 in FIG.
  • One end of the second arm 26b is connected to the second mount 20b. Although not shown, the second arm 26b extends in the Y direction. The other end of the second arm 26b is connected to the drive device 16.
  • the drive device 16 causes the second arm 26b to reciprocate in the Y direction. Along with this reciprocating motion, the second part 14b performs a reciprocating motion as a whole. This reciprocating motion is performed while the second rail 28b is guided by the groove 18.
  • the top 30 of the first roller 24a is located above the bottom 32 of the second roller 24b.
  • FIG. 4 shows the array 4 used in the manufacturing method by the equipment 2 of FIG. 1 together with the substrate 34.
  • the array 4 has a block shape.
  • the array 4 is an aggregate of a large number of carbon nanotubes 36.
  • the carbon nanotubes 36 are hatched in FIG. 4.
  • These carbon nanotubes 36 are oriented in the thickness direction (Z direction) of the array 4. In other words, the individual carbon nanotubes 36 are generally upright with respect to the substrate 34.
  • Various methods can be adopted for manufacturing the array 4.
  • a typical method is chemical vapor deposition. In this method, the carbon nanotubes 36 gradually grow upward from the substrate 34.
  • each carbon nanotube 36 is usually 0.5 nm or more and 100 nm or less.
  • the length of the carbon nanotube 36 is usually 0.5 ⁇ m or more and 10 mm or less.
  • the layer structure of the carbon nanotube 36 may be a single-walled structure, a two-walled structure, or a multi-walled structure.
  • the array 4 may be formed from a plurality of types of carbon nanotubes 36 having different structures.
  • FIG. 5 is a flow chart showing a method for manufacturing a carbon nanotube wire using the equipment 2 of FIG. In this manufacturing method, drawing of the carbon nanotubes 36 from the array 4 is started (STEP 1).
  • FIG. 6 shows the state of this drawer.
  • FIG. 6A is a front view
  • FIG. 6B is a plan view.
  • the withdrawal is made from the side surface 38 of the array 4.
  • One or a small number of carbon nanotubes 36 are chucked and pulled out. Following the drawn carbon nanotubes 36, other carbon nanotubes 36 are sequentially pulled out from the array 4.
  • the carbon nanotubes 36 at this time are bonded to each other by a van der Waals force.
  • the carbon nanotube 36 proceeds to the downstream side (right side in FIG. 6).
  • the web 40 is formed (STEP2). As shown in FIG. 6A, the thickness (size in the Z direction) of the web 40 is small. As shown in FIG. 6B, the width (size in the Y direction) of the web 40 is large. In other words, the web 40 is in the form of a sheet.
  • This web 40 is sent to the focusing machine 6.
  • the web 40 is passed between the first roller 24a and the second roller 24b.
  • the top 30 of the first roller 24a is located above the bottom 32 of the second roller 24b. Therefore, in FIG. 6, the web 40 is in contact with the vicinity of the top 30 of the first roller 24a and also in the vicinity of the bottom 32 of the second roller 24b. Tension is applied to the web 40 in this state.
  • the bottom of the first roller 24a may be located below the top of the second roller 24b. In this case, the web 40 comes into contact with the vicinity of the bottom of the first roller 24a and also with the vicinity of the top of the second roller 24b.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG. FIG. 7A shows the carbon nanotube 36 immediately after being passed through the focusing machine 6. These carbon nanotubes 36 are dispersed in the width direction (Y direction).
  • the first roller 24a moves in the direction indicated by the arrow A4, and the second roller 24b moves in the direction indicated by the arrow A5.
  • the moving direction of the second roller 24b is opposite to the moving direction of the first roller 24a.
  • the first roller 24a moves while rubbing against the carbon nanotube 36.
  • the second roller 24b also moves while rubbing against the carbon nanotube 36.
  • the first roller 24a and the second roller 24b after these movements are shown in FIG. 7 (b).
  • the carbon nanotubes 36 are entangled with each other. Therefore, the carbon nanotubes 36 are focused in FIG. 7 (b) as compared with the state shown in FIG. 7 (a).
  • the first roller 24a moves in the direction indicated by the arrow A6, and the second roller 24b moves in the direction indicated by the arrow A7.
  • the moving direction of the second roller 24b is opposite to the moving direction of the first roller 24a.
  • the first roller 24a moves while rubbing against the carbon nanotube 36.
  • the second roller 24b also moves while rubbing against the carbon nanotube 36.
  • the first roller 24a and the second roller 24b after these movements are shown in FIG. 7 (c).
  • the carbon nanotubes 36 are further entangled with each other. Therefore, the carbon nanotubes 36 are focused in FIG. 7 (c) as compared with the state shown in FIG. 7 (b).
  • the first roller 24a repeats the movement in the direction indicated by the arrow A4 and the movement in the direction indicated by the arrow A6. In other words, the first roller 24a repeats the reciprocating motion.
  • the direction of this reciprocating motion is inclined with respect to the extending direction (X direction) of the web 40.
  • the preferred tilt angle is 90 °.
  • the direction of the reciprocating motion is perpendicular to the extending direction of the web 40.
  • the tilt angle is 90 °.
  • the ratio of the reciprocating stroke to the width W of the web 40 is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and particularly preferably 25% or more. This ratio is preferably 1000% or less, more preferably 800% or less, and particularly preferably 700% or less.
  • the second roller 24b repeats the movement in the direction indicated by the arrow A5 and the movement in the direction indicated by the arrow A7. In other words, the second roller 24b repeats the reciprocating motion.
  • the direction of this reciprocating motion is inclined with respect to the extending direction (X direction) of the web 40.
  • the preferred tilt angle is 90 °.
  • the direction of the reciprocating motion is perpendicular to the extending direction of the web 40.
  • the tilt angle is 90 °.
  • the ratio of the reciprocating stroke to the width W of the web 40 is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and particularly preferably 25% or more. This ratio is preferably 1000% or less, more preferably 800% or less, and particularly preferably 700% or less.
  • the second roller 24b may not move, and only the first roller 24a may reciprocate.
  • the first roller 24a may not move, and only the second roller 24b may reciprocate.
  • the carbon nanotubes 36 are densely focused by the reciprocating motion of the first roller 24a or the second roller 24b (STEP3). By focusing, the carbon nanotubes 36 form a bundle 42.
  • the web 40 is continuously input to the focusing machine 6. Therefore, the bundle 42 of the carbon nanotubes 36 is continuously taken out from the focusing machine 6.
  • the first roller 24a rotates in the direction indicated by the arrow A1 (see FIG. 2).
  • the second roller 24b rotates in the direction indicated by the arrow A3 (see FIG. 2).
  • the carbon nanotubes 36 may be focused to form a bundle.
  • the bundle is put into the focusing machine 6, and the focusing machine 6 increases the degree of focusing in this bundle.
  • the reciprocating motion of the first roller 24a or the second roller 24b is sufficiently large with respect to the withdrawal speed of the web 40, focusing before reaching the focusing machine 6 can occur. This reciprocating motion may be performed and focused while the withdrawal speed of the web 40 is zero.
  • This bundle 42 is sent to the sprayer 8.
  • the solvent is dropped onto the bundle 42 (STEP 4).
  • This solvent increases the density of the bundle 42.
  • Volatile solvents are preferred.
  • Preferred solvents include ethanol, acetone, dimethyl sulfoxide, ammonia and glycerin. Ethanol and acetone are particularly preferred.
  • This bundle 42 is sent to the dryer 10.
  • the bundle 42 is heated (STEP 5). This heating vaporizes the solvent.
  • the solvent may be vaporized by blowing air to the bundle 42 instead of or at the same time as heating. The vaporization removes the solvent from the bundle 42 to give the yarn (Yarn). This wire is wound on a reel or the like.
  • a line may be obtained without dropping the solvent (STEP4).
  • the wire may be obtained without being treated by the dryer 10.
  • Examples of preferable materials for the surface of the first roller 24a include a rubber composition, a resin composition, ceramics, a metal, and a carbon-based material.
  • Preferred base materials for the rubber composition include natural rubber, acrylonitrile-butadiene rubber and urethane rubber. Urethane resin and fluororesin are exemplified as preferable base materials of the resin composition.
  • Stainless steel is exemplified as a preferred metal.
  • Graphite is exemplified as a preferable carbon-based material.
  • the surface of the first roller 24a may be coated with a carbon-based material such as diamond-like carbon. The first roller 24a whose surface is made of these materials does not easily adhere the carbon nanotubes 36. From this point of view, the above-mentioned rubber composition is particularly preferable.
  • Examples of preferable materials for the surface of the second roller 24b include a rubber composition, a resin composition, ceramics, a metal, and a carbon-based material.
  • Preferred base materials for the rubber composition include natural rubber, acrylonitrile-butadiene rubber and urethane rubber. Urethane resin and fluororesin are exemplified as preferable base materials of the resin composition.
  • Stainless steel is exemplified as a preferred metal.
  • Graphite is exemplified as a preferable carbon-based material.
  • the surface of the second roller 24b may be coated with a carbon-based material such as diamond-like carbon. The second roller 24b, whose surface is made of these materials, does not easily adhere the carbon nanotubes 36. From this point of view, the above-mentioned rubber composition is particularly preferable.
  • the first part 14a may have another rubbing tool instead of the first roller 24a.
  • the second part 14b may have another rubbing tool in place of the second roller 24b.
  • Examples of the cross-sectional shape of the other rubbing tool include an ellipse, an ellipse other than the ellipse, a rectangle, a plate shape, and a polygon other than the rectangle (triangle, pentagon, hexagon, octagon, etc.).
  • the concept of an oval includes a shape similar to a track in an athletics field. This shape consists of two semicircles facing each other at predetermined intervals and two straight lines connecting the semicircles.
  • FIG. 8 is an enlarged view showing a part of the carbon nanotube wire 44 manufactured by the method of FIG. A large number of carbon nanotubes 36 are focused on this line 44.
  • the wire 44 has a right-twisted portion 46, an intermediate portion 48, and a left-twisted portion 50.
  • the twisting direction of the right-handed portion 46 is the right direction. This direction is referred to as the "S direction”.
  • the carbon nanotubes 36 are substantially untwisted.
  • the left-twisted portion 50 the carbon nanotubes 36 are twisted.
  • the twisting direction of the left twisted portion 50 is the left direction. This direction is referred to as the "Z direction".
  • the twist in the right-twisted portion 46 and the left-twisted portion 50 is derived from the reciprocating motion of the first roller 24a or the second roller 24b.
  • the wire 44 may have a structure that does not include the intermediate portion 48.
  • the wire 44 has a plurality of right-twisted portions 46 and a plurality of left-twisted portions 50. On this line 44, the residual stress is small.
  • the right-twisted portion 46 and the left-twisted portion 50 are arranged alternately along the length direction of the wire 44.
  • the right-twisted portion 46 and the left-twisted portion 50 may be arranged at random.
  • the wire 44 may have a structure in which the carbon nanotubes 36 are not twisted. By canceling the twist due to the forward movement of the roller and the twist due to the return movement, a wire 44 having substantially no twist can be obtained.
  • a high-density wire 44 can be obtained without undergoing die processing. Therefore, this line 44 does not have fluffing due to die processing. Moreover, the wire 44 can be easily obtained by this manufacturing method.
  • the wire 44 may be auxiliary die-processed.
  • the wire 44 may be further twisted.
  • a known twisting machine can be used for the twisting process.
  • a typical device is a ring twister.
  • FIG. 9A is a front view showing one step of the manufacturing method according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9B is a plan view thereof.
  • FIG. 9 shows an array 4 made of carbon nanotubes 36 and a focusing machine 52.
  • the focusing machine 52 has a first roller 24a and a second roller 24b.
  • the carbon nanotubes 36 are pulled out from the array 4 to form the web 40.
  • the carbon nanotube 36 is in contact with the top 54 of the first roller 24a and is in contact with the top 56 of the second roller 24b.
  • the focusing machine 52 may have three or more rollers. The number of rollers is preferably 6 or less.
  • FIG. 10 (a) is a front view showing one step of the manufacturing method according to still another embodiment of the present invention
  • FIG. 10 (b) is a plan view thereof.
  • FIG. 10 shows an array 4 made of carbon nanotubes 36 and a focusing machine 60.
  • the focusing machine 60 has one roller 24.
  • the carbon nanotubes 36 are pulled out from the array 4 to form the web 40.
  • the carbon nanotube 36 is in contact with the top 62 of the roller 24.
  • the roller 24 reciprocates in the Y direction, the carbon nanotubes 36 are focused and a bundle is obtained.
  • FIG. 11A is a front view showing one step of the manufacturing method according to still another embodiment of the present invention
  • FIG. 11B is a plan view thereof.
  • FIG. 11 shows an array 4 made of carbon nanotubes 36 and a focusing machine 66.
  • the focusing machine 66 has a first roller 24a, a second roller 24b, and a third roller 24c.
  • the carbon nanotubes 36 are pulled out from the array 4 to form the web 40.
  • the carbon nanotube 36 is in contact with the top 68 of the first roller 24a, is in contact with the bottom 70 of the second roller 24b, and is in contact with the top 72 of the third roller 24c.
  • the focusing machine 66 may have four or more rollers 24.
  • the number of rollers 24 is preferably 6 or less.
  • FIG. 12 is a front view showing one step of the manufacturing method according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows the first array 4a, the second array 4b, and the focusing machine 76.
  • the second array 4b is located below the first array 4a. In other words, the two arrays 4a and 4b are arranged in the thickness direction (Z direction).
  • the focusing machine 76 has a first roller 24a and a second roller 24b.
  • the carbon nanotubes 36 are pulled out from the first array 4a to form the first web 40a.
  • the carbon nanotubes 36 are pulled out from the second array 4b to form the second web 40b.
  • the first web 40a and the second web 40b are put into the focusing machine 76.
  • the carbon nanotubes 36 of the first web 40a and the carbon nanotubes 36 of the second web 40b are focused to obtain one bundle 78.
  • One bundle may be obtained from three or more arrays.
  • a plurality of arrays may be arranged in the width direction.
  • Example 1 An array having a width of 50 mm was prepared. Carbon nanotubes were gradually withdrawn from this array to obtain a web. The web was fed to the focusing machines described in FIGS. 2, 3 and 6. The details of this focusing machine are as follows. Roller material: Acrylonitrile-butadiene rubber Roller diameter: 25 mm Roller width: 100 mm Roller tilt angle: 90 ° Distance between the center of the first roller and the center of the second roller in the X direction: 30 mm Z-direction distance between the center of the first roller and the center of the second roller: 10 mm Reciprocating stroke: 30 mm Reciprocating speed: 150 times / min
  • the carbon nanotubes were focused with this focusing machine to obtain a bundle.
  • the feed rate of the bundle was 40 m / min.
  • Ethanol was added dropwise to this bundle with a sprayer to increase the density of carbon nanotubes.
  • Ethanol was removed from this bundle with a dryer to obtain a wire.
  • a 150 m wire was manufactured, but no breakage of the bundle occurred.
  • Example 2 Lines were obtained in the same manner as in Example 1 except that an array having a width of 5 mm was used. A 150 m wire was manufactured, but no breakage of the bundle occurred.
  • Example 1 A wire was obtained in the same manner as in Example 1 except that the carbon nanotubes were focused with a die having an inner diameter of 0.05 mm instead of the focusing machine and the processing speed was set to 1 m / min. The bundle broke when the 20 m wire was manufactured.

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Abstract

カーボンナノチューブ線の製造方法は、 (1)多数のカーボンナノチューブ36を含むウェブ40を得る工程、 (2)上記カーボンナノチューブ36に擦動具24aを当接させる工程、 及び (3)上記擦動具24aを上記ウェブ40の延在方向に対して傾斜する方向に移動させて、上記カーボンナノチューブ36を集束させる工程 を含む。

Description

カーボンナノチューブ線の製造方法
 本発明は、その材質がカーボンナノチューブである線(Yarn)の製造方法に関する。
 カーボンナノチューブは、導電性、熱伝導性及び比強度に優れる。種々の分野にて、カーボンナノチューブの利用が検討されている。個々のカーボンナノチューブは、微細である。従って、構造の要素としては、多数のカーボンナノチューブの集合物が用いられうる。集合物として、ウェブ(Web)及び線(Yarn)が知られている。
 カーボンナノチューブは、化学気相成長法にて製造されうる。この方法により、カーボンナノチューブのアレイが得られる。このアレイでは、多数のカーボンナノチューブが、所定の方向に配向している。このアレイから、カーボンナノチューブが、徐々に引き出される。これらのカーボンナノチューブは、ウェブを形成する。ウェブは、シート状である。
 特開2011-153392公報には、カーボンナノチューブ線が開示されている。この方法では、ウェブが撚られることで、カーボンナノチューブ線が製造される。この製造方法で得られた線では、カーボンナノチューブの密度は低い。
特開2011-153392公報
 ウェブにダイス加工が施されれば、カーボンナノチューブが高密度で集束しうる。しかし、カーボンナノチューブは微細なので、ウェブをダイスに通す作業には、困難が伴う。ダイス加工では、カーボンナノチューブがダイスと擦動することで、線の表面が毛羽立つ。毛羽立ちは、線の品質を阻害する。毛羽立ちで生じたカス(Residue)がダイスに蓄積されて、円滑なダイス加工を阻害することもある。このカスが小塊を形成し、この小塊が線に混入して線の局所的な欠陥(例えばネップ)を招来することもある。
 本発明の目的は、高密度かつ高品質なカーボンナノチューブ線が得られる製造方法の提供にある。
 本発明に係るカーボンナノチューブ線の製造方法は、
(1)多数のカーボンナノチューブを含むウェブを得る工程、
(2)このカーボンナノチューブに擦動具を当接させる工程、
及び
(3)この擦動具をウェブの延在方向に対して傾斜する方向に移動させて、カーボンナノチューブを集束させる工程
を含む。
 好ましくは、上記工程(2)において、ウェブが擦動具に当接する。
 好ましくは、工程(2)及び(3)において、その材質が、天然ゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム若しくはウレタンゴムを基材とするゴム組成物;ウレタン樹脂若しくはフッ素樹脂を基材とする樹脂組成物;セラミックス又は金属である擦動具が用いられる。
 他の観点によれば、本発明に係るカーボンナノチューブ線のための製造装置は、
 多数のカーボンナノチューブを含むウェブ、又はこのウェブから得られた束に、当接する擦動具
及び
 この擦動具をウェブの延在方向に対して傾斜する方向に移動させうる駆動機構
を有する。
 好ましくは、擦動具の材質は、天然ゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム若しくはウレタンゴムを基材とするゴム組成物;ウレタン樹脂若しくはフッ素樹脂を基材とする樹脂組成物;セラミックス又は金属である。
 他の観点によれば、本発明に係る撚り線は、多数のカーボンナノチューブを含む。この撚り線は、撚り方向がS方向である右撚り部と、撚り方向がZ方向である左撚り部とを有する。
 撚り線が、複数の右撚り部と複数の左撚り部とを有してもよい。好ましくは、これらの右撚り部と左撚り部とは、交互に並ぶ。
 撚り線が、中間部を有してもよい。この中間部は、右撚り部と左撚り部との間に位置する。この中間部では、カーボンナノチューブは撚られていない。
 本発明に係る製造方法では、擦動具の移動がカーボンナノチューブの密度を高める。この擦動具は、線の品質を大幅には阻害しない。この製造方法により、高密度かつ高品質なカーボンナノチューブ線が得られうる。
図1は、本発明の一実施形態に係る製造方法に使用される設備が示された概念図である。 図2は、図1の設備の集束機が示された正面図である。 図3は、図2の集束機が示された左側面図である。 図4は、図1の設備による製造方法に使用されるアレイが示された斜視図である。 図5は、図1の設備が用いられたカーボンナノチューブ線の製造方法が示されたフロー図である。 図6(a)は図5の製造方法の一工程が示された正面図であり、図6(b)はその平面図である。 図7は、図6のVII-VII線に沿った断面図である。 図8は、図5の方法で製造されたカーボンナノチューブ線の一部が示された拡大図である。 図9(a)は本発明の他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図であり、図9(b)はその平面図である。 図10(a)は本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図であり、図10(b)はその平面図である。 図11(a)は本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図であり、図11(b)はその平面図である。 図12は、本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図である。 図13は、本発明の実施例1の製造方法によって得られたカーボンナノチューブ線が示された顕微鏡写真である。
 以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
 図1には、本発明の一実施形態に係る製造方法に使用される設備2が、アレイ4(後に詳説)と共に示されている。この設備2は、集束機6、散布機8及び乾燥機10を有している。
 図2は、図1の設備2の集束機6が示された正面図である。図3は、図2の集束機6が示された左側面図である。この集束機6は、ベース12、第一パート14a、第二パート14b及び駆動装置16を有している。ベース12は、その上面に4つの溝18を有している、第一パート14aは、第二パート14bよりも上流(図2の左側)に位置している。
 第一パート14aは、第一マウント20a、一対の第一サポート22a、第一ローラ24a(擦動具)及び第一アーム26aを有している。
 第一マウント20aは、2個の第一レール28aを有している。それぞれの第一レール28aは、ベース12の溝18に嵌まっている。この第一レール28aは、溝18に対して擦動可能である。レール28aに代えて、又はレール28aと共に、第一マウント20aがコロ、車輪等を有してもよい。
 それぞれの第一サポート22aは、第一マウント20aから起立している。この第一サポート22aは、第一マウント20aに固定されている。一方の第一サポート22aと他方の第一サポート22aとの間に、第一ローラ24aが架けられている。この第一ローラ24aは、図2において矢印A1が示す方向に回転しうる。
 第一アーム26aの一端は、第一マウント20aに連結されている。図3に示されるように、第一アーム26aは、Y方向に延在している。この第一アーム26aの他端は、駆動装置16に連結されている。典型的な駆動装置16は、モーターである。この駆動装置16により、図3において矢印A2が示すように、第一アーム26aが往復運動を行う。この往復運動は、Y方向の運動である。この往復運動に伴い、第一パート14aが全体として往復運動を行う。この往復運動は、第一レール28aが溝18に案内されつつ、なされる。
 第二パート14bは、第二マウント20b、一対の第二サポート22b、第二ローラ24b(擦動具)及び第二アーム26bを有している。
 第二マウント20bは、2個の第二レール28bを有している。それぞれの第二レール28bは、ベース12の溝18に嵌まっている。この第二レール28bは、溝18に対して擦動可能である。レール28bに代えて、又はレール28bと共に、第二マウント20bがコロ、車輪等を有してもよい。
 それぞれの第二サポート22bは、第二マウント20bから起立している。この第二サポート22bは、第二マウント20bに固定されている。一方の第二サポート22bと他方の第二サポート22bとの間に、第二ローラ24bが架けられている。この第二ローラ24bは、図2において矢印A3が示す方向に回転しうる。
 第二アーム26bの一端は、第二マウント20bに連結されている。図示されていないが、第二アーム26bはY方向に延在している。この第二アーム26bの他端は、駆動装置16に連結されている。この駆動装置16により、第二アーム26bがY方向に往復運動を行う。この往復運動に伴い、第二パート14bが全体として往復運動を行う。この往復運動は、第二レール28bが溝18に案内されつつ、なされる。
 図3から明らかなように、本実施形態では、第一ローラ24aのトップ30は、第二ローラ24bのボトム32よりも、上方に位置している。
 図4には、図1の設備2による製造方法に使用されるアレイ4が、基板34と共に示されている。アレイ4は、ブロック形状を有する。このアレイ4は、多数のカーボンナノチューブ36の集合体である。説明の便宜上、図4において、カーボンナノチューブ36にハッチングが施されている。これらのカーボンナノチューブ36は、アレイ4の厚み方向(Z方向)に配向している。換言すれば、個々のカーボンナノチューブ36は、基板34に対して概ね起立している。アレイ4の製造には、種々の方法が採用されうる。典型的な方法は、化学気相成長法である。この方法では、基板34から上方に向かって、カーボンナノチューブ36が徐々に成長する。
 それぞれのカーボンナノチューブ36の直径は、通常は0.5nm以上100nm以下である。このカーボンナノチューブ36の長さは、通常は0.5μm以上10mm以下である。カーボンナノチューブ36の層構造は、単層構造であってもよく、二層構造であってもよく、多層構造であってもよい。構造の異なる複数種類のカーボンナノチューブ36から、アレイ4が形成されてもよい。
 図5は、図1の設備2が用いられたカーボンナノチューブ線の製造方法が示されたフロー図である。この製造方法では、アレイ4からの、カーボンナノチューブ36の引き出し(ドローイング)が、開始される(STEP1)。
 図6に、この引き出しの様子が示されている。図6(a)は正面図であり、図6(b)は平面図である。図6に示されるように、引き出しは、アレイ4の側面38からなされる。1本又は少数本数のカーボンナノチューブ36がチャックされ、引き出される。引き出されたカーボンナノチューブ36に追従して、アレイ4から、他のカーボンナノチューブ36が順次引き出される。このときのカーボンナノチューブ36同士は、ファンデルワールス力によって結合している。カーボンナノチューブ36は、下流側(図6における右側)へと進行する。
 この引き出しが継続されることにより、ウェブ40が形成される(STEP2)。図6(a)に示されるように、ウェブ40の厚み(Z方向のサイズ)は小さい。図6(b)に示されるように、ウェブ40の幅(Y方向のサイズ)は大きい。換言すれば、ウェブ40は、シート状である。
 このウェブ40は、集束機6へと送られる。このウェブ40は、第一ローラ24aと第二ローラ24bとの間を通される。前述の通り、第一ローラ24aのトップ30は第二ローラ24bのボトム32よりも上方に位置している。従って図6では、ウェブ40は、第一ローラ24aのトップ30の近傍と当接し、かつ第二ローラ24bのボトム32の近傍とも当接している。この状態のウェブ40には、張力がかかっている。第一ローラ24aのボトムが第二ローラ24bのトップよりも下方に位置してもよい。この場合、ウェブ40は、第一ローラ24aのボトムの近傍と当接し、かつ第二ローラ24bのトップの近傍とも当接する。
 図7は、図6のVII-VII線に沿った断面図である。図7(a)には、集束機6を通された直後のカーボンナノチューブ36が示されている。これらのカーボンナノチューブ36は、幅方向(Y方向)に分散している。
 図7(a)に示された状態から、第一ローラ24aが矢印A4が示す方向に移動し、第二ローラ24bが矢印A5が示す方向に移動する。第二ローラ24bの移動方向は、第一ローラ24aの移動方向とは逆である。第一ローラ24aは、カーボンナノチューブ36と擦動しながら、移動する。第二ローラ24bも、カーボンナノチューブ36と擦動しながら、移動する。これらの移動後の第一ローラ24a及び第二ローラ24bが、図7(b)に示されている。擦動により、カーボンナノチューブ36同士が絡み合う。従って、図7(a)に示された状態に比べ、図7(b)では、カーボンナノチューブ36が集束している。
 図7(b)に示された状態から、第一ローラ24aが矢印A6が示す方向に移動し、第二ローラ24bが矢印A7が示す方向に移動する。第二ローラ24bの移動方向は、第一ローラ24aの移動方向とは逆である。第一ローラ24aは、カーボンナノチューブ36と擦動しながら、移動する。第二ローラ24bも、カーボンナノチューブ36と擦動しながら、移動する。これらの移動後の第一ローラ24a及び第二ローラ24bが、図7(c)に示されている。擦動により、カーボンナノチューブ36同士が、さらに絡み合う。従って、図7(b)に示された状態に比べ、図7(c)では、カーボンナノチューブ36が集束している。
 第一ローラ24aは、矢印A4が示す方向への移動と、矢印A6が示す方向への移動とを、繰り返す。換言すれば、第一ローラ24aは、往復運動を繰り返す。この往復運動の方向は、ウェブ40の延在方向(X方向)に対して傾斜している。好ましい傾斜角度は、90°である。本実施形態では、往復運動の方向は、ウェブ40の延在方向に対して垂直である。換言すれば、傾斜角度は、90°である。往復運動のストロークの、ウェブ40の幅W(図6参照)に対する比率は、10%以上が好ましく、20%以上がより好ましく、25%以上が特に好ましい。この比率は1000%以下が好ましく、800%以下がより好ましく、700%以下が特に好ましい。
 第二ローラ24bは、矢印A5が示す方向への移動と、矢印A7が示す方向への移動とを、繰り返す。換言すれば、第二ローラ24bは、往復運動を繰り返す。この往復運動の方向は、ウェブ40の延在方向(X方向)に対して傾斜している。好ましい傾斜角度は、90°である。本実施形態では、往復運動の方向は、ウェブ40の延在方向に対して垂直である。換言すれば、傾斜角度は、90°である。往復運動のストロークの、ウェブ40の幅W(図6参照)に対する比率は、10%以上が好ましく、20%以上がより好ましく、25%以上が特に好ましい。この比率は1000%以下が好ましく、800%以下がより好ましく、700%以下が特に好ましい。
 第二ローラ24bが運動せず、第一ローラ24aのみが往復運動をしてもよい。第一ローラ24aが運動せず、第二ローラ24bのみが往復運動をしてもよい。
 第一ローラ24a又は第二ローラ24bの往復運動により、カーボンナノチューブ36が密に集束される(STEP3)。集束により、カーボンナノチューブ36は束42を形成する。集束機6には、ウェブ40が連続的に投入される。従って集束機6から、カーボンナノチューブ36の束42が、連続的に取り出される。連続的な投入及び連続的な取り出しにおいて、第一ローラ24aが矢印A1が示す方向(図2参照)に回転することが、好ましい。さらに、第二ローラ24bが矢印A3が示す方向(図2参照)に回転することが、好ましい。
 ウェブ40が集束機6に到達するまでに、カーボンナノチューブ36が集束して束が形成されてもよい。この場合は、集束機6に束が投入され、この集束機6によってこの束における集束の程度が高められる。ウェブ40の引き出し速度に対して、第一ローラ24a又は第二ローラ24bの往復運動が十分に大きい場合に、集束機6に到達する前の集束が起こりうる。ウェブ40の引き出し速度がゼロの状態でこの往復運動がなされ、集束がなされてもよい。
 この束42は、散布機8へと送られる。この散布機8にて、束42に溶剤が滴下される(STEP4)。この溶剤は、束42の密度を高める。揮発性の溶剤が、好ましい。好ましい溶剤として、エタノール、アセトン、ジメチルスルホキシド、アンモニア及びグリセリンが例示される。エタノール及びアセトンが特に好ましい。
 この束42は、乾燥機10に送られる。この乾燥機10において、束42が加熱(STEP5)される。この加熱により、溶剤が気化する。加熱に代えて、又は加熱と共に、束42に対する送風がなされることで、溶剤が気化してもよい。気化により溶剤が束42から除去され、線(Yarn)が得られる。この線が、リール等に巻き取られる。
 溶剤の滴下(STEP4)がなされることなく、線が得られてもよい。乾燥機10による処理がなされることなく、線が得られてもよい。
 第一ローラ24aの表面(すなわちカーボンナノチューブ36との接触面)の好ましい材質として、ゴム組成物、樹脂組成物、セラミックス、金属及び炭素系材料が例示される。ゴム組成物の好ましい基材として、天然ゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム及びウレタンゴムが例示される。樹脂組成物の好ましい基材として、ウレタン樹脂及びフッ素樹脂が例示される。好ましい金属として、ステンレススチールが例示される。好ましい炭素系材料として、黒鉛が例示される。第一ローラ24aの表面が、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系材料でコーティングされてもよい。表面がこれらの材質である第一ローラ24aは、カーボンナノチューブ36を固着しにくい。この観点から、前述のゴム組成物が、特に好ましい。
 第二ローラ24bの表面(すなわちカーボンナノチューブ36との接触面)の好ましい材質として、ゴム組成物、樹脂組成物、セラミックス、金属及び炭素系材料が例示される。ゴム組成物の好ましい基材として、天然ゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム及びウレタンゴムが例示される。樹脂組成物の好ましい基材として、ウレタン樹脂及びフッ素樹脂が例示される。好ましい金属として、ステンレススチールが例示される。好ましい炭素系材料として、黒鉛が例示される。第二ローラ24bの表面が、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系材料でコーティングされてもよい。表面がこれらの材質である第二ローラ24bは、カーボンナノチューブ36を固着しにくい。この観点から、前述のゴム組成物が、特に好ましい。
 第一パート14aが、第一ローラ24aに代えて、他の擦動具を有してもよい。第二パート14bが、第二ローラ24bに代えて、他の擦動具を有してもよい。他の擦動具の断面形状として、楕円、楕円以外の長円、矩形、板形状及び矩形以外の多角形(三角形、五角形、六角形、八角形等)が例示される。長円の概念には、陸上競技場のトラックに類似の形状が含まれる。この形状は、所定間隔を隔てて対向する2つの半円と、これらの半円の間を結ぶ2つの直線とからなる。
 図8は、図5の方法で製造されたカーボンナノチューブ線44の一部が示された拡大図である。この線44では、多数のカーボンナノチューブ36が集束している。この線44は、右撚り部46、中間部48及び左撚り部50を有している。右撚り部46では、カーボンナノチューブ36が撚られている。右撚り部46の撚り方向は、右方向である。この方向は、「S方向」と称されている。中間部48では、カーボンナノチューブ36は、実質的に撚られていない。左撚り部50では、カーボンナノチューブ36が撚られている。左撚り部50の撚り方向は、左方向である。この方向は、「Z方向」と称されている。右撚り部46及び左撚り部50における撚りは、第一ローラ24a又は第二ローラ24bの往復運動に由来する。線44が、中間部48を含まない構造を有してもよい。
 線44は、複数の右撚り部46と複数の左撚り部50とを有する。この線44では、残留応力が小さい。好ましくは、これらの右撚り部46と左撚り部50とは、線44の長さ方向に沿って交互に並ぶ。右撚り部46と左撚り部50とが、ランダムに並んでもよい。
 線44が、カーボンナノチューブ36が撚られていない構造を有してもよい。ローラの往運動による撚りと復運動による撚りとが打ち消し合うことで、撚りを実質的には有さない線44が得られうる。
 この製造方法では、ダイス加工を経ることなく、高密度な線44が得られうる。従って、ダイス加工に起因する毛羽立ちを、この線44は有さない。しかもこの製造方法により、簡便に線44が得られうる。この線44に、補助的にダイス加工が施されてもよい。
 この線44に、さらなる撚り加工が施されてもよい。撚り加工は、既知の撚糸機が使用されうる。典型的な装置は、リング撚糸機である。
 図9(a)は本発明の他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図であり、図9(b)はその平面図である。図9には、カーボンナノチューブ36からなるアレイ4と、集束機52とが示されている。この集束機52は、第一ローラ24a及び第二ローラ24bを有している。アレイ4からカーボンナノチューブ36が引き出され、ウェブ40が形成されている。カーボンナノチューブ36は、第一ローラ24aのトップ54に当接しており、かつ第二ローラ24bのトップ56に当接している。第一ローラ24a又は第二ローラ24bがY方向の往復運動を行うことにより、カーボンナノチューブ36が集束して束58が得られる。集束機52が、3以上のローラを有してもよい。ローラの数は、6以下が好ましい。
 図10(a)は本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図であり、図10(b)はその平面図である。図10には、カーボンナノチューブ36からなるアレイ4と、集束機60とが示されている。この集束機60は、1つのローラ24を有している。アレイ4からカーボンナノチューブ36が引き出され、ウェブ40が形成されている。カーボンナノチューブ36は、このローラ24のトップ62に当接している。このローラ24がY方向の往復運動を行うことにより、カーボンナノチューブ36が集束して束が得られる。
 図11(a)は本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図であり、図11(b)はその平面図である。図11には、カーボンナノチューブ36からなるアレイ4と、集束機66とが示されている。この集束機66は、第一ローラ24a、第二ローラ24b及び第三ローラ24cを有している。アレイ4からカーボンナノチューブ36が引き出され、ウェブ40が形成されている。カーボンナノチューブ36は、第一ローラ24aのトップ68に当接しており、第二ローラ24bのボトム70に当接しており、かつ第三ローラ24cのトップ72に当接している。第一ローラ24a、第二ローラ24b又は第三ローラ24cがY方向の往復運動を行うことにより、カーボンナノチューブ36が集束して束74が得られる。集束機66が、4以上のローラ24を有してもよい。ローラ24の数は、6以下が好ましい。
 図12は、本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図である。図12には、第一アレイ4a、第二アレイ4b及び集束機76が示されている。第二アレイ4bは、第一アレイ4aの下方に位置している。換言すれば、2つのアレイ4a、4bは、厚み方向(Z方向)に並んでいる。集束機76は、第一ローラ24a及び第二ローラ24bを有している。第一アレイ4aからカーボンナノチューブ36が引き出され、第一ウェブ40aが形成されている。第二アレイ4bからカーボンナノチューブ36が引き出され、第二ウェブ40bが形成されている。集束機76には、第一ウェブ40a及び第二ウェブ40bが投入される。第一ローラ24a又は第二ローラ24bが往復運動を行うことにより、第一ウェブ40aのカーボンナノチューブ36及び第二ウェブ40bのカーボンナノチューブ36が集束し、1つの束78が得られる。3以上のアレイから1つの束が得られてもよい。複数のアレイが、幅方向に並んでもよい。
 以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
[実施例1]
 幅が50mmであるアレイを準備した。このアレイからカーボンナノチューブを徐々に引き出して、ウェブを得た。このウェブを、図2、3及び6に記載された集束機に供給した。この集束機の詳細は、以下の通りである。
  ローラの材質:アクリロニトリル-ブタジエンゴム
  ローラの直径:25mm
  ローラの幅:100mm
  ローラの傾斜角度:90°
  第一ローラのセンターと第二ローラのセンターとのX方向距離:30mm
  第一ローラのセンターと第二ローラのセンターとのZ方向距離:10mm
  往復運動のストローク:30mm
  往復運動の速度:150回/min
 この集束機にてカーボンナノチューブを集束させ、束を得た。束の送りの速度は、40m/minであった。この束に散布機にてエタノールを滴下し、カーボンナノチューブの密度を高めた。この束から乾燥機にてエタノールを除去し、線を得た。150mの線を製造したが、束の破断は発生しなかった。
[実施例2]
 幅が5mmであるアレイを用いた他は実施例1と同様にして、線を得た。150mの線を製造したが、束の破断は発生しなかった。
[比較例1]
 集束機に代えて内径が0.05mmであるダイスにてカーボンナノチューブを集束させ、加工速度を1m/minとした他は実施例1と同様にして、線を得た。20mの線を製造した時点で、束が破断した。
[比較例2]
 幅が5mmであるアレイを用い、内径が0.02mmであるダイスにてカーボンナノチューブを集束させようとしたが、束を形成することはできなかった。
[外観検査]
 線の毛羽立ち及びネップを、目視で観察した。この結果が、下記の表1に示されている。実施例1の製造方法で得られた線については、1500倍の倍率で顕微鏡写真を撮影した。図13は、この写真である。毛羽のない美しい線であることが、図13によって確認できた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
 本発明に係る製造方法により、高密度かつ高品質なカーボンナノチューブ線が得られうる。
 4・・・アレイ
 4a・・・第一アレイ
 4b・・・第二アレイ
 6、52、60、66、76・・・集束機
 8・・・散布機
 10・・・乾燥機
 12・・・ベース
 14a・・・第一パート
 14b・・・第二パート
 16・・・駆動装置
 18・・・溝
 20a・・・第一マウント
 20b・・・第二マウント
 22a・・・第一サポート
 22b・・・第二サポート
 24・・・ローラ
 24a・・・第一ローラ
 24b・・・第二ローラ
 24c・・・第三ローラ
 26a・・・第一アーム
 26b・・・第二アーム
 28a・・・第一レール
 28b・・・第二レール
 36・・・カーボンナノチューブ
 40・・・ウェブ
 40a・・・第一ウェブ
 40b・・・第二ウェブ
 42、58、64、74、78・・・束
 44・・・カーボンナノチューブ線
 46・・・右撚り部
 48・・・中間部
 50・・・左撚り部

Claims (8)

  1. (1)多数のカーボンナノチューブを含むウェブを得る工程、
    (2)上記カーボンナノチューブに擦動具を当接させる工程、
    及び
    (3)上記擦動具を上記ウェブの延在方向に対して傾斜する方向に移動させて、上記カーボンナノチューブを集束させる工程
    を含む、カーボンナノチューブ線の製造方法。
  2.  上記工程(2)において、上記ウェブが上記擦動具に当接する請求項1に記載の製造方法。
  3.  上記工程(2)及び(3)において、その材質が、天然ゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム若しくはウレタンゴムを基材とするゴム組成物;ウレタン樹脂若しくはフッ素樹脂を基材とする樹脂組成物;セラミックス又は金属である擦動具が用いられる、請求項1又は2に記載の製造方法。
  4.  多数のカーボンナノチューブを含むウェブ、又はこのウェブから得られた束に、当接する擦動具
    及び
     上記擦動具を上記ウェブの延在方向に対して傾斜する方向に移動させうる駆動機構
    を有する、カーボンナノチューブ線のための製造装置。
  5.  上記擦動具の材質が、天然ゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム若しくはウレタンゴムを基材とするゴム組成物;ウレタン樹脂若しくはフッ素樹脂を基材とする樹脂組成物;セラミックス又は金属である請求項4に記載の製造装置。
  6.  多数のカーボンナノチューブを含んでおり、
     撚り方向がS方向である右撚り部と、撚り方向がZ方向である左撚り部とを有する撚り線。
  7.  複数の右撚り部と複数の左撚り部とを有しており、
     これらの右撚り部と左撚り部とが交互に並ぶ請求項6に記載の撚り線。
  8.  上記右撚り部と上記左撚り部との間に中間部を有しており、
     上記中間部においてカーボンナノチューブが撚られていない請求項6又は7に記載の撚り線。
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