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JP6209660B2 - Carbon fiber composite material and method for producing the same - Google Patents
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Description

本発明は、カーボンナノファイバーが分散している炭素繊維複合材料及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a carbon fiber composite material in which carbon nanofibers are dispersed and a method for producing the same.

本発明者他が先に提案した炭素繊維複合材料の製造方法によれば、エラストマーを用いることで、これまで困難とされていたカーボンナノファイバーの分散性を改善し、エラストマーにカーボンナノファイバーを均一に分散させることができた(例えば、特許文献1参照)。このような炭素繊維複合材料の製造方法によれば、エラストマーとカーボンナノファイバーを混練し、剪断力によって凝集性の強いカーボンナノファイバーの分散性を向上させている。   According to the method for producing a carbon fiber composite material previously proposed by the present inventors, the use of an elastomer improves the dispersibility of the carbon nanofiber, which has been considered difficult so far, and makes the carbon nanofiber uniform in the elastomer. (See, for example, Patent Document 1). According to such a method for producing a carbon fiber composite material, an elastomer and carbon nanofibers are kneaded, and dispersibility of carbon nanofibers having high cohesiveness is improved by shearing force.

より具体的には、エラストマーとカーボンナノファイバーとを混合すると、粘性を有するエラストマーがカーボンナノファイバーの相互に侵入し、かつ、エラストマーの特定の部分が化学的相互作用によってカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合し、この状態で、分子長が適度に長く、分子運動性の高い(弾性を有する)エラストマーとカーボンナノファイバーとの混合物に強い剪断力が作用すると、エラストマーの変形に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるエラストマーの復元力によって、凝集していたカーボンナノファイバーが分離されて、エラストマー中に分散していた。このように、マトリックスへのカーボンナノファイバーの分散性を向上させることで、高価なカーボンナノファイバーを効率よく複合材料のフィラーとして用いることができるようになった。   More specifically, when the elastomer and the carbon nanofiber are mixed, the viscous elastomer penetrates into the carbon nanofiber, and a specific part of the elastomer has high activity of the carbon nanofiber due to chemical interaction. In this state, when a strong shearing force is applied to a mixture of an elastomer having high molecular mobility (elasticity) and carbon nanofibers, the carbon nanofibers are deformed as the elastomer is deformed. The fibers also moved, and the aggregated carbon nanofibers were separated and dispersed in the elastomer by the restoring force of the elastomer due to elasticity after shearing. Thus, by improving the dispersibility of the carbon nanofibers in the matrix, expensive carbon nanofibers can be used efficiently as fillers for composite materials.

また、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)にカーボンナノファイバーを配合した引裂き疲労特性に優れたシール部材が提案されている(例えば、特許文献2参照)。引裂き疲労特性は、ゴム組成物の耐摩耗性に関係があることがわかっている。ゴム組成物の耐摩耗性のさらなる向上が求められている。   In addition, a seal member excellent in tearing fatigue characteristics in which carbon nanofibers are blended with hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) has been proposed (see, for example, Patent Document 2). It has been found that tear fatigue properties are related to the wear resistance of the rubber composition. There is a need for further improvement in wear resistance of rubber compositions.

特開2005−97525号公報JP 2005-97525 A 国際公開第2011−077596号International Publication No. 2011-077756

本発明の目的は、引裂き疲労寿命特性が向上したカーボンナノファイバーが分散している炭素繊維複合材料及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a carbon fiber composite material in which carbon nanofibers having improved tear fatigue life characteristics are dispersed and a method for producing the same.

(1)本発明にかかる炭素繊維複合材料は、
水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に対し、カーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料であって、
炭素繊維複合材料は、共架橋剤としてメタクリル酸亜鉛を含み、
前記水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが20質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が4質量部〜20質量部と、を含み、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下の多層カーボンナノファイバーであり、
120℃、最大引張応力4N/mm、周波数1Hzの引張疲労試験における破断回数が950回以上であり、
炭素繊維複合材料の前記破断回数は、炭素繊維複合材料を構成する配合剤のうち前記メタクリル酸亜鉛を含まないことだけが異なる組成物の前記破断回数の5倍以上であることを特徴とする。
(1) The carbon fiber composite material according to the present invention is:
A carbon fiber composite material containing carbon nanofibers for hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR),
The carbon fiber composite material includes zinc methacrylate as a co-crosslinking agent,
The carbon nanofiber includes 20 parts by mass to 45 parts by mass, and the zinc methacrylate includes 4 parts by mass to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR).
The carbon nanofiber is a multilayer carbon nanofiber having an average diameter of 9 nm to 20 nm,
120 ° C., Ri der breaking number 950 times in a tensile fatigue test of maximum tensile stress 4N / mm, frequency 1 Hz,
The rupture times of the carbon fiber composite material is characterized in der Rukoto 5 times or more of the rupture times of only different compositions that do not contain the zinc methacrylate of the compounding agent constituting the carbon fiber composite material .

本発明にかかる炭素繊維複合材料によれば、共架橋剤としてメタクリル酸亜鉛を含むことによって、カーボンナノファイバーの水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴムに対する補強効果を向上させ、特に、引裂き疲労寿命特性を向上させることができる。   According to the carbon fiber composite material according to the present invention, by including zinc methacrylate as a co-crosslinking agent, the reinforcing effect of the carbon nanofibers on the hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber is improved, and in particular, the tear fatigue life characteristics are improved. be able to.

(2)本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、
前記(1)の炭素繊維複合材料の製造方法であって、
第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に対し、前記カーボンナノファイバーと、第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に前記メタクリル酸亜鉛をあらかじめ混合した予混合物と、を混合する混合工程を有し、
前記混合工程で得られた混合物に対しオープンロールを用いてロール間隔が0.5mm以下、0℃ないし50℃で薄通しを行って、せん断力によって前記第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)及び前記第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に前記カーボンナノファイバー及び前記メタクリル酸亜鉛を分散させ、
前記混合工程は、前記第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)と前記第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)とを合わせた前記水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが20質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が4質量部〜20質量部となるように予混合物の配合量を決定することを特徴とする。
(2) A method for producing a carbon fiber composite material according to the present invention includes:
The method for producing the carbon fiber composite material according to (1),
To butadiene rubber (H-NBR), and the carbon nanofibers, the second hydrogenated acrylonitrile - - first hydrogenated acrylonitrile and premix which the zinc dimethacrylate premixed butadiene rubber (H-NBR), A mixing step of mixing
The mixture obtained in the mixing step is passed through an open roll at a roll interval of 0.5 mm or less and 0 ° C. to 50 ° C., and the first hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H NBR) and the second hydrogenated acrylonitrile - the carbon nanofibers and disperse the zinc methacrylate butadiene rubber (H-NBR),
In the mixing step, the first hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) and the second hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) are combined. NBR) The amount of the premix is determined so that the carbon nanofibers are 20 to 45 parts by mass and the zinc methacrylate is 4 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of NBR). To do.

本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法によれば、共架橋剤としてメタクリル酸亜鉛を含むことによって、カーボンナノファイバーの水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴムに対する補強効果を向上させ、特に、引裂き疲労寿命特性を向上させた炭素繊維複合材料を製造することができる。  According to the method for producing a carbon fiber composite material according to the present invention, by including zinc methacrylate as a co-crosslinking agent, the reinforcing effect of the carbon nanofibers on the hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber is improved. It is possible to produce a carbon fiber composite material with improved resistance.

一実施の形態に係る炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing method of the carbon fiber composite material which concerns on one embodiment. 一実施の形態に係る炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing method of the carbon fiber composite material which concerns on one embodiment. 一実施の形態に係る炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing method of the carbon fiber composite material which concerns on one embodiment.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(1)本発明の一実施の形態にかかる炭素繊維複合材料は、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に対し、カーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料であって、炭素繊維複合材料は、共架橋剤としてメタクリル酸亜鉛を含み、前記水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが20質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が4質量部〜20質量部と、を含み、前記カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下の多層カーボンナノファイバーであり、120℃、最大引張応力4N/mm、周波数1Hzの引張疲労試験における破断回数が950回以上であり、炭素繊維複合材料の前記破断回数は、炭素繊維複合材料を構成する配合剤のうち前記メタクリル酸亜鉛を含まないことだけが異なる組成物の前記破断回数の5倍以上であることを特徴とする。 (1) A carbon fiber composite material according to an embodiment of the present invention is a carbon fiber composite material containing carbon nanofibers relative to hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR), and the carbon fiber composite material is , Including zinc methacrylate as a co-crosslinking agent, and 20 parts by mass to 45 parts by mass of the carbon nanofibers and 4 parts by mass of the zinc methacrylate with respect to 100 parts by mass of the hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR). The carbon nanofibers are multi-layer carbon nanofibers having an average diameter of 9 nm to 20 nm, and the number of breaks in a tensile fatigue test at 120 ° C., a maximum tensile stress of 4 N / mm, and a frequency of 1 Hz. There Ri der least 950 times, the rupture times of the carbon fiber composite material constituting the carbon fiber composite material Only that does not include the zinc methacrylate of a fixed combination is characterized in der Rukoto 5 times or more of the breaking number of different compositions.

(2)本発明の一実施の形態にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、前記(1)の炭素繊維複合材料の製造方法であって、第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に対し、前記カーボンナノファイバーと、第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に前記メタクリル酸亜鉛をあらかじめ混合した混合物と、を混合する混合工程を有し、前記混合工程で得られた混合物に対しオープンロールを用いてロール間隔が0.5mm以下、0℃ないし50℃で薄通しを行って、せん断力によって前記第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)及び前記第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に前記カーボンナノファイバー及び前記メタクリル酸亜鉛を分散させ、前記混合工程は、前記第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)と前記第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)とを合わせた前記水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが20質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が4質量部〜20質量部となるように予混合物の配合量を決定することを特徴とする。 (2) A method for producing a carbon fiber composite material according to an embodiment of the present invention is the method for producing a carbon fiber composite material according to (1) , wherein the first hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) is used. ) relative to the carbon nanofibers, the second hydrogenated acrylonitrile - has a premix with the zinc dimethacrylate premixed butadiene rubber (H-NBR), a mixing step of mixing, in the mixing step The obtained mixture was passed through an open roll with a roll interval of 0.5 mm or less at 0 ° C. to 50 ° C., and the first hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) and said second hydrogenated acrylonitrile - dispersing the carbon nanofibers and the zinc methacrylate butadiene rubber (H-NBR) In the mixing step, the hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) combined with the first hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) and the second hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) ( H-NBR) With respect to 100 parts by mass, the blending amount of the premix is determined so that the carbon nanofibers are 20 parts by mass to 45 parts by mass and the zinc methacrylate is 4 parts by mass to 20 parts by mass. Features.

A.まず、本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料の製造方法について説明する。   A. First, the manufacturing method of the carbon fiber composite material concerning this Embodiment is demonstrated.

図1〜図3は、一実施の形態に係る炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。   1-3 is a figure which shows typically the manufacturing method of the carbon fiber composite material which concerns on one Embodiment.

水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)(以下、単に「エラストマー」という。)にカーボンナノファイバー及びメタクリル酸亜鉛を混合する工程は、例えば、図1〜図3に示すように2本ロールのオープンロール2を用いて行うことができる。オープンロール2における第1のロール10と第2のロール20とは、所定の間隔d、例えば0.5mm〜1.5mmの間隔で配置され、矢印で示す方向に回転速度V1,V2で正転あるいは逆転で回転する。 The step of mixing carbon nanofiber and zinc methacrylate with hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR ) ( hereinafter simply referred to as “elastomer”) is, for example, as shown in FIGS. This can be done using the open roll 2. The first roll 10 and the second roll 20 in the open roll 2 are arranged at a predetermined interval d, for example, 0.5 mm to 1.5 mm, and are rotated forward at rotational speeds V1 and V2 in the directions indicated by the arrows. Or it rotates in reverse.

A−1.素練り
まず、図1に示すように、第1のロール10に巻き付けられたエラストマー30の素練りを行ない、エラストマーの分子鎖を適度に切断してフリーラジカルを生成する。素練りによって生成されたエラストマーのフリーラジカルがカーボンナノファイバーと結びつきやすい状態となる。
A-1. First, as shown in FIG. 1, the elastomer 30 wound around the first roll 10 is masticated, and the molecular chain of the elastomer is appropriately cut to generate free radicals. Free radicals of the elastomer generated by mastication are likely to be combined with carbon nanofibers.

A−2.混合
次に、図2に示すように、第1のロール10に巻き付けられたエラストマー30のバンク34に、配合剤80を投入し、混練して混合物を得ることができる。ここで配合剤80は、少なくともカーボンナノファイバー及びメタクリル酸亜鉛を含む。
A-2. Mixing Next, as shown in FIG. 2, the compounding agent 80 can be put into the bank 34 of the elastomer 30 wound around the first roll 10 and kneaded to obtain a mixture. Here, the compounding agent 80 includes at least carbon nanofibers and zinc methacrylate.

エラストマーが水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)である場合には、前記のように第1のロール10に巻き付けられた水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)にカーボンナノファイバー及びメタクリル酸亜鉛を含む配合剤80を投入して混合することができ、その場合、例えば、混合前にあらかじめ水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)にメタクリル酸亜鉛を混合(ポリマーアロイ)して得られた予混合物を配合剤80におけるメタクリル酸亜鉛として使用することができる。具体的には、まず、第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)にメタクリル酸亜鉛をあらかじめ混合した予混合物を準備する。次に、第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に対し、カーボンナノファイバー及びこの予混合物を配合剤80として投入して混合する混合工程を有する。混合工程のせん断力によって第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)及び第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)にカーボンナノファイバー及びメタクリル酸亜鉛を混合することができる。   When the elastomer is hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR), carbon nanofibers and methacrylic acid are applied to the hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) wound around the first roll 10 as described above. The compounding agent 80 containing zinc can be added and mixed. In this case, for example, it is obtained by mixing zinc methacrylate (polymer alloy) with hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) before mixing. The premix can be used as zinc methacrylate in the formulation 80. Specifically, first, a pre-mixture prepared by previously mixing zinc methacrylate with a second hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) is prepared. Next, the first hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) has a mixing step in which the carbon nanofibers and the premix are added as a compounding agent 80 and mixed. Carbon nanofibers and zinc methacrylate can be mixed with the first hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) and the second hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) by the shearing force of the mixing step.

図1〜図2の混合物36を得る工程については、オープンロール法に限定されず、例えば密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。   The step of obtaining the mixture 36 of FIGS. 1 and 2 is not limited to the open roll method, and for example, a closed kneading method or a multi-screw extrusion kneading method can be used.

A−3.薄通し
さらに、図3に示すように、ロール間隔が0.5mm以下のオープンロール2を用いて、0℃ないし50℃で薄通しを行って未架橋の炭素繊維複合材料50を得る工程を行う。この工程では、第1のロール10と第2のロール20とのロール間隔dを、例えば0.5mm以下、より好ましくは0〜0.5mmの間隔に設定し、図2で得られた混合物36をオープンロール2に投入して薄通しを1回〜複数回行なうことができる。薄通しの回数は、例えば1回〜10回程度行なうことができる。第1のロール10の表面速度をV1、第2のロール20の表面速度をV2とすると、薄通しにおける両者の表面速度比(V1/V2)は、1.05〜3.00であることができ、さらに1.05〜1.2であることができる。このような表面速度比を用いることにより、所望の剪断力を得ることができる。
A-3. Further, as shown in FIG. 3, using an open roll 2 having a roll interval of 0.5 mm or less, a process of obtaining a non-crosslinked carbon fiber composite material 50 by performing thinning at 0 ° C. to 50 ° C. is performed. . In this step, the roll interval d between the first roll 10 and the second roll 20 is set to, for example, 0.5 mm or less, more preferably 0 to 0.5 mm, and the mixture 36 obtained in FIG. Can be put into the open roll 2 and thinning can be performed once to several times. For example, the thinning can be performed about 1 to 10 times. When the surface speed of the first roll 10 is V1 and the surface speed of the second roll 20 is V2, the ratio of the surface speeds (V1 / V2) in thinness is 1.05 to 3.00. And can be 1.05-1.2. By using such a surface velocity ratio, a desired shear force can be obtained.

このように狭いロール間から押し出された炭素繊維複合材料50は、さらにエラストマーの弾性による復元力で図3のように大きく変形し、その際にエラストマーと共にカーボンナノファイバーが大きく移動する。薄通しして得られた炭素繊維複合材料50は、ロールで圧延されて所定厚さ、例えば100μm〜500μmのシート状に分出しされる。   The carbon fiber composite material 50 pushed out between the narrow rolls as described above is further greatly deformed as shown in FIG. 3 by the restoring force due to the elasticity of the elastomer, and at that time, the carbon nanofibers move greatly together with the elastomer. The carbon fiber composite material 50 obtained through thinning is rolled with a roll and dispensed into a sheet having a predetermined thickness, for example, 100 μm to 500 μm.

この薄通しの工程では、できるだけ高い剪断力を得るために、ロール温度を例えば0〜50℃に設定して行うことができ、さらに5〜30℃の比較的低い温度に設定して行うことができる。エラストマーの実測温度も0〜50℃に調整されることができ、さらに5〜30℃調整されることができる。このような温度範囲に調整することによって、エラストマーの弾性を利用してカーボンナノファイバーを分散することができる。このようにして
得られた剪断力により、エラストマーに高い剪断力が作用し、凝集していたカーボンナノファイバーがエラストマーの分子に1本ずつ引き抜かれるように相互に分離し、エラストマー中に分散される。特に、エラストマーは、弾性と、粘性と、カーボンナノファイバーとの化学的相互作用と、を有するため、カーボンナノファイバーを容易に解繊し、分散することができる。そして、カーボンナノファイバーの分散性および分散安定性(カーボンナノファイバーが再凝集しにくいこと)に優れた炭素繊維複合材料50を得ることができる。
In this thinning process, in order to obtain as high a shearing force as possible, the roll temperature can be set to 0 to 50 ° C., for example, and further set to a relatively low temperature of 5 to 30 ° C. it can. The measured temperature of the elastomer can also be adjusted to 0-50 ° C, and further adjusted to 5-30 ° C. By adjusting to such a temperature range, carbon nanofibers can be dispersed utilizing the elasticity of the elastomer. Due to the shearing force thus obtained, a high shearing force acts on the elastomer, and the aggregated carbon nanofibers are separated from each other so as to be pulled out one by one to the elastomer molecules and dispersed in the elastomer. . In particular, since an elastomer has elasticity, viscosity, and chemical interaction with carbon nanofibers, the carbon nanofibers can be easily defibrated and dispersed. And the carbon fiber composite material 50 excellent in the dispersibility and dispersion stability of carbon nanofiber (it is hard to re-aggregate carbon nanofiber) can be obtained.

より具体的には、オープンロールでエラストマーとカーボンナノファイバーとを混合すると、粘性を有するエラストマーがカーボンナノファイバーの相互に侵入し、かつ、エラストマーの分子の特定の部分が化学的相互作用によってカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合する。カーボンナノファイバーの表面が例えば酸化処理によって適度に活性が高いと、特にエラストマーの分子と結合し易くできる。次に、エラストマーに強い剪断力が作用すると、エラストマーの分子の移動に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるエラストマーの復元力によって、凝集していたカーボンナノファイバーが分離されて、エラストマー中に分散されることになる。特に、オープンロール法は、ロール温度の管理だけでなく、混合物の実際の温度を測定し管理することができるため、好ましい。   More specifically, when an elastomer and carbon nanofibers are mixed with an open roll, a viscous elastomer penetrates into the carbon nanofibers, and a specific part of the elastomer molecule is chemically interacted with the carbon nanofibers. It binds to the highly active part of the fiber. When the surface of the carbon nanofibers is moderately high by, for example, oxidation treatment, it can be particularly easily bonded to elastomer molecules. Next, when a strong shearing force acts on the elastomer, the carbon nanofibers move as the elastomer molecules move, and the aggregated carbon nanofibers are separated by the restoring force of the elastomer due to the elasticity after shearing. Will be dispersed in the elastomer. In particular, the open roll method is preferable because it can measure and manage not only the roll temperature but also the actual temperature of the mixture.

A−4.配合量
炭素繊維複合材料において、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、カーボンナノファイバーが20質量部〜45質量部と、メタクリル酸亜鉛が質量部〜20質量部と、を含む。このとき、カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下の多層カーボンナノファイバーである。
A-4. In the carbon fiber composite material, the carbon nanofibers are 20 to 45 parts by mass, the zinc methacrylate is 4 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR). , and including. In this case, carbon nanofibers have an average diameter of Ru 20nm following multilayer carbon nanofiber der than 9 nm.

前記A−2で説明したように、予混合物を用いる場合には、混合工程は、第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)と第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)とを合わせた水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、カーボンナノファイバーが20質量部〜45質量部と、メタクリル酸亜鉛が質量部〜20質量部と、なるように予混合物の配合量を決定することができる。 As described in A-2 above, when a premix is used, the mixing step includes the steps of first hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) and second hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR). ) And 100 parts by mass of hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) so that the carbon nanofibers are 20 to 45 parts by mass, and the zinc methacrylate is 4 to 20 parts by mass. The amount of the premix can be determined.

B.炭素繊維複合材料について説明する。   B. The carbon fiber composite material will be described.

B−1.炭素繊維複合材料
炭素繊維複合材料は、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)(以下、単に「エラストマー」という。)に対し、カーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料であって、炭素繊維複合材料は、共架橋剤としてメタクリル酸亜鉛を含むことを特徴とする。
B-1. Carbon fiber composite material A carbon fiber composite material is a carbon fiber composite material containing carbon nanofibers relative to hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR ) ( hereinafter simply referred to as “elastomer”). The material is characterized in that it contains zinc methacrylate as a co-crosslinking agent.

炭素繊維複合材料は、カーボンナノファイバー及びその界面相がエラストマーを囲むことによって形成された小さなセル(cell)構造が多数形成され、また、界面相が3次元の網目のような連続立体構造に形成されている。界面相は、エラストマーとカーボンナノファイバーとの界面を含むカーボンナノファイバーの周囲に形成される、いわゆるバウンドラバーのようなものである。   The carbon fiber composite material has a large number of small cell structures formed by carbon nanofibers and the interface phase surrounding the elastomer, and the interface phase is formed into a continuous three-dimensional structure like a three-dimensional network. Has been. The interfacial phase is like a so-called bound rubber formed around the carbon nanofiber including the interface between the elastomer and the carbon nanofiber.

カーボンナノファイバーの実用的な配合割合(硬度が高くなり過ぎない)における炭素繊維複合材料においては、セル構造が全体に均質に形成されるわけではなく、セル構造が
複数集合したセル構造集合体が海−島状に形成される。そして、隣り合うセル構造集合体同士を接続するカーボンナノファイバーとその界面相によって形成されたタイ(tai)構造が形成される。タイ構造は、一方のセル構造集合体の中でセル構造を形成しなかったカーボンナノファイバーが、他方のセル構造集合体の中でセル構造を形成しなかったカーボンナノファイバーと複数寄り集まり、それらのカーボンナノファイバーの周囲に形成される界面相と共にセル構造集合体の間を帯状に接続している。
In a carbon fiber composite material with a practical blending ratio of carbon nanofibers (the hardness is not too high), the cell structure is not formed uniformly throughout, but a cell structure aggregate in which a plurality of cell structures are assembled It is formed in a sea-island shape. And the tie structure formed with the carbon nanofiber which connects adjacent cell structure aggregates, and its interface phase is formed. In the tie structure, a plurality of carbon nanofibers that did not form a cell structure in one cell structure aggregate gathered together with carbon nanofibers that did not form a cell structure in the other cell structure aggregate. The cell structure aggregates are connected in a strip shape together with the interfacial phase formed around the carbon nanofibers.

セル構造集合体とタイ構造は、炭素繊維複合材料の物理的強度と化学的強度に大きく影響すると考えられる。エラストマーに対するカーボンナノファイバーの配合量が少ないと、炭素繊維複合材料中におけるセル構造集合体がまばらになり、特に、タイ構造の中に含まれるカーボンナノファイバーの本数が少なくなるためタイ構造はセル構造に比べて補強効果が小さい。タイ構造をさらに補強することによって、炭素繊維複合材料の物理的強度と化学的強度を向上させることができる。   The cell structure aggregate and the tie structure are considered to greatly influence the physical strength and chemical strength of the carbon fiber composite material. If the amount of carbon nanofibers in the elastomer is small, the cell structure aggregates in the carbon fiber composite material will be sparse, and in particular, the tie structure has a cell structure because the number of carbon nanofibers contained in the tie structure is reduced. The reinforcement effect is small compared to. By further reinforcing the tie structure, the physical and chemical strength of the carbon fiber composite material can be improved.

メタクリル酸亜鉛は、このタイ構造を補強すると考えられる。そのため、炭素繊維複合材料は、引裂き疲労寿命特性を向上することができる。   Zinc methacrylate is thought to reinforce this tie structure. Therefore, the carbon fiber composite material can improve tear fatigue life characteristics.

B−2.カーボンナノファイバー
カーボンナノファイバーは、平均直径が0.5nm以上250nm以下の多層カーボンナノファイバーであ、さらに平均直径が9nm以上100nm以下であることができ、特に平均直径が9nm以上20nm以下であることができる。カーボンナノファイバーの平均直径が0.5nm以上250nm以下であると市場で入手可能であり、本実施の形態で加工可能である。カーボンナノファイバーの平均直径は、繊維の外径である。カーボンナノファイバーは、ストレート繊維状、あるいは湾曲繊維状であることができる。カーボンナノファイバーの平均直径は、電子顕微鏡による例えば5,000倍の撮像(カーボンナノファイバーのサイズによって適宜倍率は変更できる)から200箇所以上の直径を計測し、その算術平均値として計算して得ることができる。
B-2. The carbon nanofiber carbon nanofibers having an average diameter of Ri 250nm following multilayer carbon nanofiber der than 0.5 nm, further allows the average diameter is 9nm or 100nm or less, in particular average diameter is 9nm or 20nm or less be able to. When the average diameter of the carbon nanofiber is 0.5 nm or more and 250 nm or less, it can be obtained on the market and can be processed in this embodiment. The average diameter of the carbon nanofiber is the outer diameter of the fiber. The carbon nanofibers can be straight fibers or curved fibers. The average diameter of the carbon nanofibers is obtained by, for example, measuring 200 or more diameters from an image taken with an electron microscope at a magnification of 5,000 (the magnification can be appropriately changed depending on the size of the carbon nanofibers), and calculating the arithmetic average value be able to.

カーボンナノファイバーとしては、例えば、いわゆるカーボンナノチューブなどが例示できる。カーボンナノチューブは、炭素六角網面のグラファイトの1枚面を3層以上に巻いた多層カーボンナノチューブ(MWNT:マルチウォールカーボンナノチューブ)である。また、部分的にカーボンナノチューブの構造を有する炭素材料も使用することができる。なお、カーボンナノチューブという名称の他にグラファイトフィブリルナノチューブや気相成長炭素繊維といった名称で称されることもある。 Examples of carbon nanofibers include so-called carbon nanotubes. The carbon nanotube is a multi-wall carbon nanotube (MWNT: multi-wall carbon nanotube) in which one surface of graphite having a carbon hexagonal mesh surface is wound into three or more layers. A carbon material partially having a carbon nanotube structure can also be used. In addition to the name of carbon nanotube, it may be referred to as a name such as graphite fibril nanotube or vapor grown carbon fiber.

層カーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザーアブレーション法、気相成長法などによって望ましいサイズに製造される。なお、カーボンナノファイバーは、エラストマーと混練される前に、あらかじめ表面処理、例えば、イオン注入処理、スパッタエッチング処理、プラズマ処理などを行うことによって、エラストマーとの接着性やぬれ性を改善することができる。 Multi-walled carbon nanotubes, an arc discharge method, laser ablation method, is produced to a desired size, such as by vapor deposition. The carbon nanofibers may be improved in adhesion and wettability with the elastomer by performing surface treatment in advance, for example, ion implantation treatment, sputter etching treatment, plasma treatment, etc. before being kneaded with the elastomer. it can.

B−3.エラストマー
エラストマーは、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)である。
B-3. Elastomer The elastomer is hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR ) .

水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)は、水素化ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴムあるいは水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴムなどと呼ばれることがある。以下の説明では、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴムをHNBRと省略する。H−NBRは、ニトリルゴム(NBR)に含まれる二重結合を水素添加することによって得ることができる。H−NBRは、比較的高温特性に優れ、耐摩耗性に優れる。H−NBRは、175℃未満の高温の環境においても使用可能であり、特に150℃まで
の環境において好適に用いることができる。H−NBRは、アクリロニトリル含有量が30〜50質量%、ムーニー粘度(ML1+4100℃)の中心値が50〜100であることができる。
Hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) is sometimes referred to as hydrogenated nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber, or the like. In the following description, hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber is abbreviated as HNBR. H-NBR can be obtained by hydrogenating double bonds contained in nitrile rubber (NBR). H-NBR has relatively high temperature characteristics and excellent wear resistance. H-NBR can be used in a high-temperature environment of less than 175 ° C, and can be suitably used particularly in an environment up to 150 ° C. H-NBR may have an acrylonitrile content of 30 to 50% by mass and a central value of Mooney viscosity (ML 1 + 4 100 ° C.) of 50 to 100.

炭素繊維複合材料は、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃、観測核がHで測定した、無架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は100〜3000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率(fnn)は0〜0.2であることができる。炭素繊維複合材料は、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)を有する成分の成分分率(fnn)は炭素繊維複合材料よりも少なくなる。 The carbon fiber composite material has a first spin-spin relaxation time (T2n) of 100 to 3000 μsec in a non-crosslinked body, measured at 150 ° C. by the Hahn echo method using pulsed NMR, and the observation nucleus is 1 H. In addition, the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time can be 0 to 0.2. The carbon fiber composite material has a smaller component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time (T2nn) than the carbon fiber composite material.

架橋した炭素繊維複合材料は、柔軟性を維持したまま高い強度と高い剛性とを備えることができる。また、炭素繊維複合材料は、高い耐熱性を有すると共に、柔軟性と耐摩耗性とを備えることができる。特に、炭素繊維複合材料は、引裂き疲労寿命特性に優れることができる。   The crosslinked carbon fiber composite material can have high strength and high rigidity while maintaining flexibility. In addition, the carbon fiber composite material has high heat resistance and can be provided with flexibility and wear resistance. In particular, the carbon fiber composite material can be excellent in tear fatigue life characteristics.

炭素繊維複合材料は、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対しメタクリル酸亜鉛が4質量部〜20質量部であって、120℃、最大引張応力4N/mm、周波数1Hzの引張疲労試験における破断回数が950回以上であることができる。炭素繊維複合材料の120℃、最大引張応力4N/mm、周波数1Hzの引張疲労試験における破断回数は、炭素繊維複合材料を構成する配合剤のうちメタクリル酸亜
鉛を含まないことだけが異なる組成物の破断回数の5倍以上である。
The carbon fiber composite material is composed of 4 to 20 parts by mass of zinc methacrylate with respect to 100 parts by mass of hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR), and has a maximum tensile stress of 4 N / mm and a frequency of 1 Hz. The number of breaks in the tensile fatigue test can be 950 times or more. The number of breaks in a tensile fatigue test of a carbon fiber composite material at 120 ° C., a maximum tensile stress of 4 N / mm, and a frequency of 1 Hz is determined by the addition of methacrylic acid among the ingredients constituting the carbon fiber composite material.
It is more than 5 times the number of breaks of different compositions only with no lead.

ここで説明した炭素繊維複合材料の製造方法において、通常、エラストマーの加工で用いられる配合剤を加えることができる。配合剤としては公知のものを用いることができる。配合剤としては、例えば、架橋剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤、可塑剤、硬化剤、補強剤、充填剤、老化防止剤、着色剤、受酸剤などを挙げることができる。これらの配合剤は、混合の過程の適切な時期にエラストマーに投入することができる。   In the method for producing a carbon fiber composite material described here, a compounding agent usually used for processing an elastomer can be added. A well-known thing can be used as a compounding agent. Examples of the compounding agent include a crosslinking agent, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization retarder, a softening agent, a plasticizer, a curing agent, a reinforcing agent, a filler, an anti-aging agent, a colorant, and an acid acceptor. Can be mentioned. These compounding agents can be added to the elastomer at an appropriate time during the mixing process.

以上のように、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて、本発明の範囲に含まれるものとする。   As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. However, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.

以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

(1−1)実施例1〜4及び参考例1のサンプルの作製
オープンロール(ロール設定温度20℃)に、日本ゼオン社製水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴムZetpol 2020(表1,2では「H−NBR」で示した。「ZETOPL」は登録商標。)を投入し素練り後、表1、2に示す所定量の平均直径15nmの多層カーボンナノファイバー(表1,2では「MWCNT」で示した。)及び日本ゼオン社製Zeoforte ZSC2295(表1,2では「ZSC」で示した。「ZEOFORTE」は登録商標。)をH−NBRに投入し混練りの後、ロールから混合物を取り出した。なお、各サンプルには架橋剤としてパーオキサイドが配合された。
(1-1) Preparation of Samples of Examples 1 to 4 and Reference Example 1 To an open roll (roll set temperature 20 ° C.), hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber Zetpol 2020 (“H—” in Tables 1 and 2) was used. NZE "." ZETOPL "is a registered trademark.) After mastication, a predetermined amount of multilayer carbon nanofibers having an average diameter of 15 nm shown in Tables 1 and 2 (indicated in Tables 1 and 2 as" MWCNT ") ) And Zeoforte ZSC2295 (shown as “ZSC” in Tables 1 and 2. “ZEOFORTE” is a registered trademark)) were introduced into H-NBR and kneaded, and the mixture was taken out from the roll. Each sample was mixed with peroxide as a crosslinking agent.

次に、この混合物をオープンロール(ロール温度10〜20℃、ロール間隔0.3mm)に巻きつけ、薄通しを繰り返し5回行なった。このとき、2本のロールの表面速度比を1.1とした。さらに、ロール間隙を1.1mmにセットして、薄通しして得られた炭素
繊維複合材料を投入し、分出しした。分出ししたシートを170℃、12分間圧縮成形して厚さ1mmのシート状の架橋体の炭素繊維複合材料サンプルを得た。
Next, this mixture was wound around an open roll (roll temperature 10 to 20 ° C., roll interval 0.3 mm), and thinning was repeated 5 times. At this time, the surface speed ratio of the two rolls was set to 1.1. Furthermore, the carbon fiber composite material obtained by setting the roll gap to 1.1 mm and passing through was put and dispensed. The dispensed sheet was compression molded at 170 ° C. for 12 minutes to obtain a 1 mm thick sheet-like crosslinked carbon fiber composite material sample.

表1,2において、「H−NBR」は結合アクリロニトリル量中心値が36.2%、ヨウ素価(中心値mg/100mg)28、ムーニー粘度(ML1+4100℃)の中心値が78であり、「ZSC」はH−NBRにメタクリル酸亜鉛45質量%を分散させたポリマーアロイでムーニー粘度85、JIS硬度95(shoreD:60)、ベースポリマーZetpol2020であった。なお、ZSCはH−NBRとメタクリル酸亜鉛とのアロイであるので、「H−NBR」と「ZSC」中に配合された「H−NBR」とを合わせたH−NBRの配合量を100質量部としたときのメタクリル酸亜鉛の配合量を参考値として「メタクリル酸亜鉛」の欄に括弧書きで記載した。 In Tables 1 and 2, “H-NBR” has a bound acrylonitrile content median value of 36.2%, iodine value (median value mg / 100 mg) 28, and a median value of Mooney viscosity (ML 1 + 4 100 ° C.) of 78. “ZSC” was a polymer alloy in which 45% by mass of zinc methacrylate was dispersed in H-NBR, and had a Mooney viscosity of 85, a JIS hardness of 95 (shore D: 60), and a base polymer of Zetpol 2020. Since ZSC is an alloy of H-NBR and zinc methacrylate, the blending amount of H-NBR, which is a combination of “H-NBR” and “H-NBR” blended in “ZSC”, is 100 mass. The amount of zinc methacrylate added as parts is indicated in parentheses in the “Zinc methacrylate” column as a reference value.

(1−2)比較例1〜4のサンプル作製
ZSCを配合しない点を除いて実施例1〜4及び参考例1と同様に、比較例1〜4の架橋体の炭素繊維複合材料サンプルを得た。
(1-2) Sample preparation of Comparative Examples 1 to 4 A carbon fiber composite material sample of a crosslinked product of Comparative Examples 1 to 4 was obtained in the same manner as in Examples 1 to 4 and Reference Example 1 except that ZSC was not blended. It was.

(1−3)基本特性試験
炭素繊維複合材料サンプルについて、ゴム硬度(Hs(JIS A))をJIS K6253試験に基づいて測定した。
(1-3) Basic characteristic test About the carbon fiber composite material sample, rubber hardness (Hs (JIS A)) was measured based on the JIS K6253 test.

また、炭素繊維複合材料サンプルについて、引張強さ(TS(MPa))、破断伸び(Eb(%))、25%変形時の応力(σ25(MPa))、50%変形時の応力(σ50(MPa))100%変形時の応力(σ100(MPa))及び破壊エネルギー(破壊E(J))を、JIS6号形のダンベル形状に打ち抜いた試験片について、島津製作所社製の引張試験機を用いて、23±2℃、引張速度500mm/minでJIS K6252に基づいて引張試験を行い測定した。   Moreover, about the carbon fiber composite material sample, tensile strength (TS (MPa)), elongation at break (Eb (%)), stress at 25% deformation (σ25 (MPa)), stress at 50% deformation (σ50 ( MPa)) 100% deformation stress (σ100 (MPa)) and fracture energy (fracture E (J)) punched into a JIS No. 6 dumbbell shape using a tensile tester manufactured by Shimadzu Corporation Then, a tensile test was performed based on JIS K6252 at 23 ± 2 ° C. and a tensile speed of 500 mm / min.

各測定結果を表1、2に示した。   The measurement results are shown in Tables 1 and 2.

(1−4)熱時引張試験
炭素繊維複合材料サンプルについて、120℃中における引張強さ(TS(MPa))、破断伸び(Eb(%))、25%変形時の応力(σ25(MPa))、50%変形時の応力(σ50(MPa))100%変形時の応力(σ100(MPa))及び破壊エネルギー(破壊E(J))を、JIS6号形のダンベル形状に打ち抜いた試験片について、島津製作所社製の引張試験機を用いて、引張速度500mm/minでJIS K6252に基づいて引張試験を行い測定した。
(1-4) Tensile test at heat About a carbon fiber composite material sample, tensile strength at 120 ° C. (TS (MPa)), elongation at break (Eb (%)), stress at 25% deformation (σ25 (MPa)) ), 50% deformation stress (σ50 (MPa)) 100% deformation stress (σ100 (MPa)) and fracture energy (fracture E (J)) punched into a JIS No. 6 dumbbell shape Using a tensile tester manufactured by Shimadzu Corporation, a tensile test was performed based on JIS K6252 at a tensile speed of 500 mm / min.

また、炭素繊維複合材料サンプルについて、引裂き疲労寿命(表3,4において「引裂き疲労(回)」で示した。)として、試験サンプルを10mm×幅4mm×厚さ1mm(長辺が列理方向)の短冊状の試験片に打ち抜き、その試験片の長辺の中心から幅方向へカミソリ刃によって深さ1mmの切込みを入れ、SII社製TMA/SS6100試験機を用いて、試験片の両端の短辺付近をチャックにて保持して、120℃の大気雰囲気中、周波数1Hzの条件で繰り返し引張荷重(0N/mm〜4N/mm)をかけて引裂き疲労試験を行い、試験片が破断するまで回数を測定した。   Moreover, about the carbon fiber composite material sample, as a tear fatigue life (shown as “Tear fatigue (times)” in Tables 3 and 4), the test sample was 10 mm × width 4 mm × thickness 1 mm (the long side is the orientation direction) ) Is cut into a strip-shaped test piece, and a 1 mm depth incision is made with a razor blade in the width direction from the center of the long side of the test piece. Using a TMA / SS6100 testing machine manufactured by SII, Holding near the short side with a chuck, performing a tear fatigue test with repeated tensile loads (0 N / mm to 4 N / mm) under the conditions of a frequency of 1 Hz in an air atmosphere at 120 ° C., until the specimen breaks The number of times was measured.

各測定結果を表3、4に示した。   The measurement results are shown in Tables 3 and 4.

実施例1〜のサンプルは、比較例1〜4の同程度の多層カーボンナノファイバーを配合したサンプルに比べて、高温における引裂き疲労寿命特性が向上した。 The samples of Examples 1 to 4 have improved tear fatigue life characteristics at high temperatures as compared with the samples of Comparative Examples 1 to 4 blended with comparable multi-layer carbon nanofibers.

2 オープンロール、10 第1のロール、20 第2のロール、30 エラストマー、34 バンク、36 混合物、50 炭素繊維複合材料、80 配合剤、V1,V2 回転速度
2 Open roll, 10 1st roll, 20 2nd roll, 30 elastomer, 34 bank, 36 mixture, 50 carbon fiber composite material, 80 compounding agent, V1, V2 rotational speed

Claims (2)

水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に対し、カーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料であって、
炭素繊維複合材料は、共架橋剤としてメタクリル酸亜鉛を含み、
前記水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが20質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が4質量部〜20質量部と、を含み、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が9nm以上20nm以下の多層カーボンナノファイバーであり、
120℃、最大引張応力4N/mm、周波数1Hzの引張疲労試験における破断回数が950回以上であり、
炭素繊維複合材料の前記破断回数は、炭素繊維複合材料を構成する配合剤のうち前記メタクリル酸亜鉛を含まないことだけが異なる組成物の前記破断回数の5倍以上である、炭素繊維複合材料。
A carbon fiber composite material containing carbon nanofibers for hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR),
The carbon fiber composite material includes zinc methacrylate as a co-crosslinking agent,
The carbon nanofiber includes 20 parts by mass to 45 parts by mass, and the zinc methacrylate includes 4 parts by mass to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR).
The carbon nanofiber is a multilayer carbon nanofiber having an average diameter of 9 nm to 20 nm,
120 ° C., Ri der breaking number 950 times in a tensile fatigue test of maximum tensile stress 4N / mm, frequency 1 Hz,
The rupture times of the carbon fiber composite material, Ru der 5 times or more of the rupture times of only different compositions that do not contain the zinc methacrylate of the compounding agent constituting the carbon fiber composite material, the carbon fiber composite material .
請求項1に記載の炭素繊維複合材料の製造方法であって、
第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に対し、前記カーボンナノファイバーと、第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に前記メタクリル酸亜鉛をあらかじめ混合した予混合物と、を混合する混合工程を有し、
前記混合工程で得られた混合物に対しオープンロールを用いてロール間隔が0.5mm以下、0℃ないし50℃で薄通しを行って、せん断力によって前記第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)及び前記第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)に前記カーボンナノファイバー及び前記メタクリル酸亜鉛を分散させ、
前記混合工程は、前記第1の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)と前記第2の水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)とを合わせた前記
水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(H−NBR)100質量部に対し、前記カーボンナノファイバーが20質量部〜45質量部と、前記メタクリル酸亜鉛が4質量部〜20質量部となるように予混合物の配合量を決定する、炭素繊維複合材料の製造方法。
It is a manufacturing method of the carbon fiber composite material according to claim 1,
For the first hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR), a premix of the carbon nanofibers and the second hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) premixed with the zinc methacrylate, A mixing step of mixing
The mixture obtained in the mixing step is passed through an open roll at a roll interval of 0.5 mm or less and 0 ° C. to 50 ° C., and the first hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H -NBR) and the second hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR), the carbon nanofibers and the zinc methacrylate are dispersed,
In the mixing step, the first hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) and the second hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) are combined. NBR) Carbon fiber composite that determines the blending amount of the premix so that the carbon nanofibers are 20 to 45 parts by mass and the zinc methacrylate is 4 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of NBR) Material manufacturing method.
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