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JP7675329B2 - Carbon fiber composite material and its manufacturing method - Google Patents
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JP7675329B2 JP2021124211A JP2021124211A JP7675329B2 JP 7675329 B2 JP7675329 B2 JP 7675329B2 JP 2021124211 A JP2021124211 A JP 2021124211A JP 2021124211 A JP2021124211 A JP 2021124211A JP 7675329 B2 JP7675329 B2 JP 7675329B2
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Description

本発明は、低硬度の炭素繊維複合材料及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a low-hardness carbon fiber composite material and a method for producing the same.

近年、カーボンナノチューブで機械的強度を向上させた複合材料が注目されている。しかしながら、カーボンナノチューブは、強い凝集性を有するため、凝集塊になりやすく、繊維状の補強材として複合材料に用いることは非常に困難であった。 In recent years, composite materials that use carbon nanotubes to improve mechanical strength have been attracting attention. However, carbon nanotubes have strong cohesive properties and tend to form clumps, making it very difficult to use them as a fibrous reinforcing material in composite materials.

これに対し、エラストマーにカーボンナノチューブを混練する過程で、エラストマー分子がカーボンナノチューブの末端のラジカルと結合することにより、カーボンナノチューブの凝集力を弱め、カーボンナノチューブを解繊した状態で複合化した炭素繊維複合材料が提案されている(例えば、特許文献1)。 In response to this, a carbon fiber composite material has been proposed in which the elastomer molecules bond with the radicals at the ends of the carbon nanotubes during the process of kneading the carbon nanotubes into the elastomer, thereby weakening the cohesive force of the carbon nanotubes and compounding the carbon nanotubes in a defibrillated state (for example, Patent Document 1).

また、エラストマーとして含フッ素エラストマーを用いた炭素繊維複合材料も報告されており、石油や天然ガスなどの地下資源を探査するためのダウンホール装置に用いることができる高い耐熱性を有する耐熱シール材が提案されている(例えば、特許文献2)。 Carbon fiber composite materials using fluorine-containing elastomers as elastomers have also been reported, and a heat-resistant sealant with high heat resistance that can be used in downhole equipment for exploring underground resources such as oil and natural gas has been proposed (for example, Patent Document 2).

また、上述の炭素繊維複合材料の他に、含フッ素エラストマーを用いた炭素繊維複合材料として、高価なカーボンナノチューブの使用量を削減してコスト競争力を高めると共に、カーボンナノチューブを用いながら従来よりもゴム硬度の調節が容易な炭素繊維複合材料も提案されている(特許文献3)。 In addition to the carbon fiber composite materials mentioned above, carbon fiber composite materials using fluorine-containing elastomers have also been proposed that reduce the amount of expensive carbon nanotubes used, making them more cost-competitive, and that use carbon nanotubes but make it easier to adjust the rubber hardness than before (Patent Document 3).

特開2005-97525号公報JP 2005-97525 A 国際公開番号WO2009/125503号公報International Publication No. WO2009/125503 特許第6415284号公報Patent No. 6415284

一般的にエラストマーを用いたOリングやダイヤフラムなどのゴム製品は、硬度が75度以下のものが多いが、含フッ素エラストマーにカーボンナノチューブを配合して機械的強度等を向上させた炭素繊維複合材料では硬度75以下のものは市場に流通していない。一方で、低硬度のゴム製品は、脱型時に破損しやすい傾向があり、成型不良を減らすことによる歩留まりの向上が望まれる。 Generally, rubber products such as O-rings and diaphragms that use elastomers tend to have a hardness of 75 or less, but carbon fiber composite materials made by blending fluorine-containing elastomers with carbon nanotubes to improve mechanical strength, etc., with a hardness of 75 or less are not available on the market. On the other hand, low-hardness rubber products tend to be easily damaged when demolded, so it is desirable to improve yields by reducing molding defects.

そこで、本発明では、硬度75度以下であって、機械的強度に優れる含フッ素エラストマーを用いた炭素繊維複合材料及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a carbon fiber composite material using a fluorine-containing elastomer that has a hardness of 75 degrees or less and excellent mechanical strength, and a method for producing the same.

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。 The present invention has been made to solve at least some of the problems described above, and can be realized in the following aspects or application examples.

[1]本発明に係る炭素繊維複合材料の一態様は、
架橋された含フッ素エラストマー中に炭素系補強材を含む炭素繊維複合材料であって、
前記炭素繊維複合材料の断面において、隣接する2以上の前記炭素系補強材が100nm以下の距離で近接または接触した集合構造を複数有し、
前記集合構造は前記炭素系補強材を含み、
前記炭素系補強材は、平均直径が0.7nm~30nmのカーボンナノチューブと平均粒径が35nm~300nmのカーボンブラックとを含み、且つ、前記集合構造における隣接する前記炭素系補強材間の平均距離は、10nm以上100nm未満であり、
前記集合構造に外接する外接円は、直径が10nm~4μmであり、かつ、平均直径が50nm~1.2μmであり、
前記断面における前記集合構造の占める面積が5%~40%であることを特徴とする。
[1] One embodiment of the carbon fiber composite material according to the present invention is
A carbon fiber composite material containing a carbon-based reinforcing material in a crosslinked fluorine-containing elastomer,
In a cross section of the carbon fiber composite material, the carbon fiber composite material has a plurality of aggregate structures in which two or more adjacent carbon-based reinforcing materials are in close proximity to or in contact with each other at a distance of 100 nm or less,
the aggregate structure includes the carbon-based reinforcement material;
the carbon-based reinforcing material includes carbon nanotubes having an average diameter of 0.7 nm to 30 nm and carbon black having an average particle size of 35 nm to 300 nm , and the average distance between adjacent carbon-based reinforcing materials in the aggregate structure is 10 nm or more and less than 100 nm;
a circumscribing circle circumscribing the assembly structure has a diameter of 10 nm to 4 μm and an average diameter of 50 nm to 1.2 μm;
The area of the cross section occupied by the aggregate structure is 5% to 40%.

[2]上記炭素繊維複合材料の一態様において、
前記カーボンブラックは、平均粒径が35nm~80nmのハイストラクチャーカーボンブラックを含むことができる。
[2] In one embodiment of the carbon fiber composite material,
The carbon black may include high-structure carbon black having an average particle size of 35 nm to 80 nm.

[3]上記炭素繊維複合材料の一態様において、
前記カーボンブラックは、ハイストラクチャーカーボンブラック以外の他のカーボンブラックをさらに含み、
前記他のカーボンブラックは、平均粒径が100nm~300nmであることができる。
[3] In one embodiment of the carbon fiber composite material,
The carbon black further includes carbon black other than high structure carbon black,
The other carbon black may have an average particle size of 100 nm to 300 nm.

[4]上記炭素繊維複合材料の一態様において、
前記含フッ素エラストマー100質量部に対して、前記カーボンナノチューブを0.1質量部~3質量部と、前記ハイストラクチャーカーボンブラックを1質量部~10質量部と、前記他のカーボンブラックを0質量部~4質量部と、を含むことができる。
[4] In one embodiment of the carbon fiber composite material,
The carbon nanotube composition may contain 0.1 to 3 parts by mass of the carbon nanotubes, 1 to 10 parts by mass of the high structure carbon black, and 0 to 4 parts by mass of the other carbon black, relative to 100 parts by mass of the fluorine-containing elastomer.

[5]本発明に係る炭素繊維複合材料の一態様は、
含フッ素エラストマー100質量部に対して、カーボンナノチューブを0.1質量部~3質量部と、ハイストラクチャーカーボンブラックを1質量部~10質量部と、前記ハイストラクチャーカーボンブラック以外の他のカーボンブラックを0質量部~4質量部と、を含み、
前記カーボンナノチューブは、平均直径が0.7nm~30nmであり、
前記ハイストラクチャーカーボンブラックは、平均粒径が35nm~80nmであり、
前記他のカーボンブラックは、平均粒径が100nm~300nmであり、
前記カーボンナノチューブに対する前記ハイストラクチャーカーボンブラックと前記他のカーボンブラックとの総量の質量比が、1:140~3:1であることを特徴とする。
[5] One embodiment of the carbon fiber composite material according to the present invention is
the composition contains, relative to 100 parts by mass of a fluorine-containing elastomer, 0.1 to 3 parts by mass of carbon nanotubes, 1 to 10 parts by mass of high-structure carbon black, and 0 to 4 parts by mass of carbon black other than the high-structure carbon black;
The carbon nanotubes have an average diameter of 0.7 nm to 30 nm;
The high structure carbon black has an average particle size of 35 nm to 80 nm,
The other carbon black has an average particle size of 100 nm to 300 nm,
The mass ratio of the total amount of the high-structure carbon black and the other carbon black to the carbon nanotubes is 1:140 to 3:1.

[6]上記炭素繊維複合材料の一態様において、
前記カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブ及び単層カーボンナノチューブを含むことができる。
[6] In one embodiment of the carbon fiber composite material,
The carbon nanotubes may include multi-walled carbon nanotubes and single-walled carbon nanotubes.

[7]上記炭素繊維複合材料の一態様において、
前記炭素繊維複合材料は、室温におけるJIS K6252に準拠した引裂き試験における引裂き強さが39.0N/mm以上であることができる。
[7] In one embodiment of the carbon fiber composite material,
The carbon fiber composite material may have a tear strength of 39.0 N/mm or more in a tear test at room temperature in accordance with JIS K6252.

[8]上記炭素繊維複合材料の一態様において、
前記炭素繊維複合材料は、200℃におけるJIS K6252に準拠した引裂き試験における引裂き強さが10.0N/mm以上であることができる。
[8] In one embodiment of the carbon fiber composite material,
The carbon fiber composite material may have a tear strength of 10.0 N/mm or more in a tear test at 200° C. in accordance with JIS K6252.

[9]上記炭素繊維複合材料の一態様において、
前記炭素繊維複合材料は、200℃における最大引張応力1.9N/mm、周波数1Hzの引裂き疲労試験における破断回数が20回以上であることができる。
[9] In one embodiment of the carbon fiber composite material,
The carbon fiber composite material may have a breaking frequency of 20 or more in a tear fatigue test at 200° C. with a maximum tensile stress of 1.9 N/mm and a frequency of 1 Hz.

[10]上記炭素繊維複合材料の一態様において、
前記炭素繊維複合材料は、100%伸び時の応力が6.0MPa以上であることができる。
[10] In one embodiment of the carbon fiber composite material,
The carbon fiber composite material may have a stress at 100% elongation of 6.0 MPa or more.

[11]本発明に係る炭素繊維複合材料の製造方法の一態様は、
架橋前の前記含フッ素エラストマーに前記炭素系補強材を混合して未架橋の炭素繊維複合材料を得る工程と、前記未架橋の炭素繊維複合材料における前記含フッ素エラストマーを架橋して上記炭素繊維複合材料の一態様を得る架橋工程と、を含むことを特徴とする。
[12]本発明に係る炭素繊維複合材料の製造方法の一態様は、
架橋された含フッ素エラストマー中に炭素系補強材を含む炭素繊維複合材料ロール間隔が0mm~0.5mmでロール温度が0℃~50℃に設定されたオープンロールを用いて薄通しする、炭素繊維複合材料の製造方法であって、
前記炭素繊維複合材料の断面において、隣接する2以上の前記炭素系補強材が100nm以下の距離で近接または接触した集合構造を複数有し、
前記集合構造は前記炭素系補強材を含み、
前記炭素系補強材は、平均直径が0.7nm~30nmのカーボンナノチューブと平均粒径が35nm~300nmのカーボンブラックとを含み、
前記集合構造における隣接する前記炭素系補強材間の平均距離は、10nm以上100nm未満であり、
前記集合構造に外接する外接円は、直径が10nm~4μmであり、かつ、平均直径が50nm~1.2μmであり、
前記断面における前記集合構造の占める面積が5%~40%であることを特徴とする。
[11] One embodiment of the method for producing a carbon fiber composite material according to the present invention comprises:
The method comprises the steps of: mixing the fluorine-containing elastomer before crosslinking with the carbon-based reinforcing material to obtain an uncrosslinked carbon fiber composite material; and crosslinking the fluorine-containing elastomer in the uncrosslinked carbon fiber composite material to obtain one embodiment of the carbon fiber composite material.
[12] One embodiment of the method for producing a carbon fiber composite material according to the present invention comprises:
A method for producing a carbon fiber composite material, comprising thin-passing a carbon fiber composite material containing a carbon-based reinforcing material in a crosslinked fluorine-containing elastomer using open rolls with a roll gap of 0 mm to 0.5 mm and a roll temperature set to 0° C. to 50° C.,
In a cross section of the carbon fiber composite material, the carbon fiber composite material has a plurality of aggregate structures in which two or more adjacent carbon-based reinforcing materials are in close proximity to or in contact with each other at a distance of 100 nm or less,
the aggregate structure includes the carbon-based reinforcement material;
The carbon-based reinforcing material includes carbon nanotubes having an average diameter of 0.7 nm to 30 nm and carbon black having an average particle size of 35 nm to 300 nm,
the average distance between adjacent carbon-based reinforcing materials in the aggregate structure is 10 nm or more and less than 100 nm;
a circumscribing circle circumscribing the assembly structure has a diameter of 10 nm to 4 μm and an average diameter of 50 nm to 1.2 μm;
The area of the cross section occupied by the aggregate structure is 5% to 40%.

炭素繊維複合材料の断面における構造を説明する模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a carbon fiber composite material. 炭素繊維複合材料の引張破断面のSEM画像である。1 is a SEM image of a tensile fracture surface of a carbon fiber composite material. 集合構造を説明するための炭素繊維複合材料の引張破断面のSEM画像である。1 is a SEM image of a tensile fracture surface of a carbon fiber composite material to illustrate the assembly structure. 炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a method for producing a carbon fiber composite material. 炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a method for producing a carbon fiber composite material. 炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a method for producing a carbon fiber composite material.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 Below, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the embodiments described below do not unduly limit the content of the present invention described in the claims. Furthermore, not all of the configurations described below are necessarily essential components of the present invention.

1.第1の実施形態に係る炭素繊維複合材料
本発明の第1の実施形態に係る炭素繊維複合材料は、架橋された含フッ素エラストマー中に炭素系補強材を含む炭素繊維複合材料であって、前記炭素繊維複合材料の断面において、隣接する2以上の炭素系補強材が100nm以下の距離で近接または接触した集合構造を複数有し、前記炭素系補強材は、平均直径が0.7nm~30nmのカーボンナノチューブと平均粒径が35nm~300nmのカーボンブラックとを含み、前記集合構造における隣接する前記炭素系補強材間の平均距離は、10nm以上100nm未満であり、前記集合構造に外接する外接円は、直径が10nm~4μmであり、かつ、平均直径が50nm~1.2μmであり、前記断面における前記集合構造の占める面積が5%~40%である。
1. Carbon Fiber Composite Material According to a First Embodiment A carbon fiber composite material according to a first embodiment of the present invention is a carbon fiber composite material comprising a carbon-based reinforcing material in a cross-linked fluorine-containing elastomer, wherein a cross-section of the carbon fiber composite material has a plurality of aggregate structures in which two or more adjacent carbon-based reinforcing materials are in close proximity to or in contact with each other at a distance of 100 nm or less, the carbon-based reinforcing materials comprise carbon nanotubes having an average diameter of 0.7 nm to 30 nm and carbon black having an average particle size of 35 nm to 300 nm, the average distance between adjacent carbon-based reinforcing materials in the aggregate structure is 10 nm or more and less than 100 nm, a circumscribed circle circumscribing the aggregate structure has a diameter of 10 nm to 4 μm and an average diameter of 50 nm to 1.2 μm, and the aggregate structure occupies 5% to 40% of the cross-section.

第1の実施形態に係る炭素繊維複合材料は、カーボンブラックとして平均粒径が35nm~80nmのハイストラクチャーカーボンブラックを含むことができる。また、カーボンブラックは、ハイストラクチャーカーボンブラック以外の他のカーボンブラックをさらに含むことができ、他のカーボンブラックは、平均粒径が100nm~300nmであることができる。 The carbon fiber composite material according to the first embodiment may contain high-structure carbon black having an average particle size of 35 nm to 80 nm as the carbon black. The carbon black may further contain other carbon blacks besides the high-structure carbon black, and the other carbon blacks may have an average particle size of 100 nm to 300 nm.

1.1.集合構造
炭素繊維複合材料について本発明者等が走査型電子顕微鏡を用いた計測を行った結果、硬度75度以下で機械的強度に優れる炭素繊維複合材料には共通する構造的特徴があることがわかった。
1.1. Assembly structure The inventors of the present invention performed measurements of carbon fiber composite materials using a scanning electron microscope and found that carbon fiber composite materials that have a hardness of 75 degrees or less and excellent mechanical strength have common structural features.

そこで、図1~図3を用いて、炭素繊維複合材料50の構造的特徴について詳細に説明する。図1は炭素繊維複合材料50の断面の画像90における構造を説明する模式図であり、図2は炭素繊維複合材料50の引張破断面のSEMの画像90であり、図3は図2の画像90に集合構造84及び外接円C1を破線で示した画像90である。なお、「断面」
は凍結割断面であってもよいし、引張破断面であってもよい。また、「SEM」は走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope)の略称である。
The structural features of the carbon fiber composite material 50 will now be described in detail with reference to Figures 1 to 3. Figure 1 is a schematic diagram illustrating the structure in an image 90 of a cross section of the carbon fiber composite material 50, Figure 2 is an SEM image 90 of a tensile fracture surface of the carbon fiber composite material 50, and Figure 3 is an image 90 in which the aggregate structure 84 and the circumscribing circle C1 are indicated by dashed lines in the image 90 of Figure 2.
may be a freeze-fractured surface or a tensile fracture surface. In addition, "SEM" is an abbreviation for Scanning Electron Microscope.

図1~図3に示す炭素繊維複合材料50は、架橋された含フッ素エラストマー30中に炭素系補強材を含む。炭素系補強材は、平均直径が0.7nm~30nmのカーボンナノチューブ81と平均粒径が35nm~300nmのカーボンブラックとを含む。カーボンブラックは、後述の「3.2.ハイストラクチャーカーボンブラック」で説明する平均粒径が35nm~80nmのハイストラクチャーカーボンブラック82と、後述の「3.4.他のカーボンブラック」で説明する平均粒径が100nm~300nmの他のカーボンブラック83を含むことが好ましく、図1~図3ではこの例について示す。 The carbon fiber composite material 50 shown in Figures 1 to 3 contains a carbon-based reinforcing material in a cross-linked fluorine-containing elastomer 30. The carbon-based reinforcing material contains carbon nanotubes 81 with an average diameter of 0.7 nm to 30 nm and carbon black with an average particle size of 35 nm to 300 nm. The carbon black preferably contains high-structure carbon black 82 with an average particle size of 35 nm to 80 nm, which will be described later in "3.2. High-structure carbon black", and other carbon black 83 with an average particle size of 100 nm to 300 nm, which will be described later in "3.4. Other carbon black", and this example is shown in Figures 1 to 3.

図1~図3に示すように、炭素繊維複合材料50の断面において、隣接する2以上の炭素系補強材が100nm以下の距離L1で近接または接触した集合構造84を複数有する。距離L1は、隣接する炭素系補強材の最も近接している位置における距離であり、隣接する炭素系補強材が接触している場合には距離L1=0nmとして計測する。図1で網掛けの領域は各炭素系補強材の周囲100nmの範囲であり、集合構造84を示す。また、図3で破線の自由曲線は、各炭素系補強材の周囲100nmを囲むことで集合構造84を示す。 As shown in Figures 1 to 3, the cross section of the carbon fiber composite material 50 has a plurality of aggregate structures 84 in which two or more adjacent carbon-based reinforcing materials are in close proximity or in contact with each other at a distance L1 of 100 nm or less. Distance L1 is the distance at the position where adjacent carbon-based reinforcing materials are closest to each other, and when adjacent carbon-based reinforcing materials are in contact, the distance L1 is measured as 0 nm. The shaded area in Figure 1 is a range of 100 nm around each carbon-based reinforcing material, and indicates the aggregate structure 84. Also, the dashed free curve in Figure 3 indicates the aggregate structure 84 by surrounding each carbon-based reinforcing material with a perimeter of 100 nm.

集合構造84における隣接する炭素系補強材間の距離L1の平均値は、10nm以上100nm未満である。さらに、距離L1の平均値は、10nm~95nmであることができる。図1において距離L1は、隣接するハイストラクチャーカーボンブラック82,82の間の距離を示すが、これに限らず、隣接する他のカーボンブラック83,83間の距離、隣接するカーボンナノチューブ81,81間の距離、隣接するカーボンナノチューブ81とカーボンブラック間の距離である。距離L1の平均値が10nm未満であると炭素繊維複合材料50の硬度が75度を超え、柔軟性が低下する。また、距離L1の平均値が100nm以上だと炭素系補強材間の相互作用が減少して補強効果が低下する。距離L1は走査型電子顕微鏡の画像90上で計測する。 The average value of the distance L1 between adjacent carbon-based reinforcing materials in the aggregate structure 84 is 10 nm or more and less than 100 nm. Furthermore, the average value of the distance L1 can be 10 nm to 95 nm. In FIG. 1, the distance L1 indicates the distance between adjacent high-structure carbon blacks 82, 82, but is not limited to this, and can also be the distance between other adjacent carbon blacks 83, 83, the distance between adjacent carbon nanotubes 81, 81, or the distance between adjacent carbon nanotubes 81 and carbon black. If the average value of the distance L1 is less than 10 nm, the hardness of the carbon fiber composite material 50 exceeds 75 degrees and the flexibility decreases. Furthermore, if the average value of the distance L1 is 100 nm or more, the interaction between the carbon-based reinforcing materials decreases, and the reinforcing effect decreases. The distance L1 is measured on the image 90 of a scanning electron microscope.

図1及び図3の集合構造84に外接する外接円C1は、直径が10nm~4μmであり、かつ、平均直径が50nm~1.2μmである。外接円C1は、走査型電子顕微鏡の画像90上で集合構造84に外接する円を描くことができる。炭素繊維複合材料50は、断面における集合構造84の占める面積が5%~40%である。当該面積は、画像90上で測定できる。 The circumscribing circle C1 circumscribing the aggregate structure 84 in Figures 1 and 3 has a diameter of 10 nm to 4 μm and an average diameter of 50 nm to 1.2 μm. The circumscribing circle C1 can be drawn as a circle circumscribing the aggregate structure 84 on the scanning electron microscope image 90. The area of the cross section of the carbon fiber composite material 50 that is occupied by the aggregate structure 84 is 5% to 40%. The area can be measured on the image 90.

集合構造84は、含フッ素エラストマー30だけの相よりも高い弾性率を有することにより、炭素繊維複合材料50の中で一つの構造体に近い挙動を示すと推測される。そのため、集合構造84が炭素繊維複合材料50に対する応力を負担することで室温、高温下における引裂き、引張、繰り返し負荷に対して高い抵抗力を発揮する。集合構造84の中では隣接する炭素系補強材の応力場による相互作用が生じると考えられる。また、複数の集合構造84が炭素繊維複合材料50の中にそれぞれ独立して点在することにより、変形時の柔軟性を維持する。 The aggregate structure 84 has a higher elastic modulus than the phase of the fluorine-containing elastomer 30 alone, and is therefore presumed to behave like a single structure within the carbon fiber composite material 50. As a result, the aggregate structure 84 bears the stress on the carbon fiber composite material 50, and exhibits high resistance to tearing, tension, and repeated loads at room temperature and high temperatures. It is believed that interactions occur within the aggregate structure 84 due to the stress field of adjacent carbon-based reinforcing materials. In addition, multiple aggregate structures 84 are independently scattered within the carbon fiber composite material 50, thereby maintaining flexibility during deformation.

2.第2の実施形態に係る炭素繊維複合材料
本発明の第2の実施形態に係る炭素繊維複合材料は、含フッ素エラストマー100質量部に対して、カーボンナノチューブを0.1質量部~3質量部と、ハイストラクチャーカーボンブラックを1質量部~10質量部と、前記ハイストラクチャーカーボンブラック以外の他のカーボンブラックを0質量部~4質量部含み、前記カーボンナノチューブは、平均直径が0.7nm~30nmであり、前記ハイストラクチャーカーボンブラックは、平
均粒径が35nm~80nmであり、前記他のカーボンブラックは、平均粒径が100nm~300nmであり、前記カーボンナノチューブに対する前記ハイストラクチャーカーボンブラックと前記他のカーボンブラックとの総量の質量比が、1:140~3:1である。
2. Carbon Fiber Composite Material According to a Second Embodiment A carbon fiber composite material according to a second embodiment of the present invention contains, per 100 parts by mass of fluorine-containing elastomer, 0.1 to 3 parts by mass of carbon nanotubes, 1 to 10 parts by mass of high structure carbon black, and 0 to 4 parts by mass of other carbon black other than the high structure carbon black, wherein the carbon nanotubes have an average diameter of 0.7 nm to 30 nm, the high structure carbon black has an average particle size of 35 nm to 80 nm, the other carbon black has an average particle size of 100 nm to 300 nm, and the mass ratio of the total amount of the high structure carbon black and the other carbon black to the carbon nanotubes is 1:140 to 3:1.

第2の実施形態に係る炭素繊維複合材料は、第1の実施形態に係る炭素繊維複合材料と同じ上述の集合構造を形成する。以下、第2の実施形態に係る炭素繊維複合材料について説明するが、第1の実施形態に係る炭素繊維複合材料も第2の実施形態と同じ原料と配合であれば同じ性能を備える。 The carbon fiber composite material according to the second embodiment forms the same aggregate structure as that according to the first embodiment. The carbon fiber composite material according to the second embodiment will be described below, but the carbon fiber composite material according to the first embodiment will also have the same performance if it is made with the same raw materials and blend as the second embodiment.

炭素繊維複合材料は、硬度(JIS-A)が75度以下であることができる。一般的なOリングやダイヤフラムなどのゴム製品は硬度75度以下が多く、これらと同程度の硬度とすることにより、機械的強度、耐熱性が高い炭素繊維複合材料の適用範囲・用途・市場を拡大することができる。また、炭素繊維複合材料は、硬度(JIS-A)が75度~65度の範囲であることがより好ましい。 Carbon fiber composite materials can have a hardness (JIS-A) of 75 degrees or less. Most rubber products such as general O-rings and diaphragms have a hardness of 75 degrees or less, so by making the hardness similar to these, it is possible to expand the range of application, uses, and markets of carbon fiber composite materials, which have high mechanical strength and heat resistance. It is also more preferable that the hardness (JIS-A) of carbon fiber composite materials is in the range of 75 degrees to 65 degrees.

また、炭素繊維複合材料が硬度75度以下で機械的強度に優れることにより成形における脱型時の破損を抑制することができる。具体的には、炭素繊維複合材料がOリングやダイヤフラム等の製品として成形される際に、製品を高温の金型から取り出す工程(脱型)で金型に貼りついたり、引っかかったりして引っ張られることがあるが、炭素繊維複合材料は機械的強度に優れるため、製品が引裂かれたり、ちぎれたりする成形不良の発生を抑制できる。ここで機械的強度は、引裂き試験における引裂き強さであり、特に高温における引裂き強さである。また、近年各種産業・工業用途のゴム製品はさらなる耐久性の向上が要望され、例えば高温など過酷環境下での使用用途が増えている。特に過酷環境下での使用が多い含フッ素エラストマーを用いたゴム製品は耐久性、耐熱性及び機械的強度を備えることが望まれる。 In addition, because the carbon fiber composite material has a hardness of 75 degrees or less and excellent mechanical strength, it can suppress breakage during demolding during molding. Specifically, when the carbon fiber composite material is molded into products such as O-rings and diaphragms, the product may stick to or get caught on the mold during the process of removing it from a high-temperature mold (demolding), and may be pulled. However, because the carbon fiber composite material has excellent mechanical strength, it can suppress the occurrence of molding defects such as tearing or breaking of the product. Here, mechanical strength refers to the tear strength in a tear test, particularly at high temperatures. In addition, in recent years, there has been a demand for further improvement in durability of rubber products for various industrial and commercial applications, and the number of uses in harsh environments such as high temperatures is increasing. In particular, rubber products using fluorine-containing elastomers, which are often used in harsh environments, are desired to have durability, heat resistance, and mechanical strength.

炭素繊維複合材料は、伸びと柔軟性を維持した上で上述の硬度及び機械的強度を備える。ここで伸び及び柔軟性は引張試験における切断時伸びで評価できる。これらの性能を備える炭素繊維複合材料は、比較的少量の解繊されたカーボンナノチューブに加えて、カーボンブラックを所定量配合することにより達成できる。また、カーボンブラックとしては少なくともハイストラクチャーカーボンブラックを含むことが好ましく、さらにハイストラクチャーカーボンブラック以外の他のカーボンブラックを含んでもよい。 The carbon fiber composite material has the above-mentioned hardness and mechanical strength while maintaining elongation and flexibility. Here, elongation and flexibility can be evaluated by the elongation at break in a tensile test. A carbon fiber composite material having these properties can be achieved by blending a predetermined amount of carbon black in addition to a relatively small amount of defibrated carbon nanotubes. In addition, it is preferable that the carbon black contains at least high-structure carbon black, and it may further contain carbon black other than high-structure carbon black.

炭素繊維複合材料は、カーボンナノチューブが解繊された状態で全体に分散している。炭素繊維複合材料は、カーボンナノチューブの凝集塊が存在しない。凝集塊が存在すると破壊の起点となり、機械的強度の低下を招くからである。 In carbon fiber composite materials, carbon nanotubes are dispersed throughout in a defibrated state. Carbon fiber composite materials do not contain agglomerates of carbon nanotubes. If agglomerates exist, they can become the starting point of fracture, resulting in a decrease in mechanical strength.

炭素繊維複合材料は、室温におけるJIS K6252に準拠した引裂き試験における引裂き強さが39.0N/mm以上であることができ、54.0N/mm以下であることができる。室温における炭素繊維複合材料の引裂き強さが39.0N/mm以上であることにより、機械的強度に優れる。このため、炭素繊維複合材料は、成形における脱型時の破損を抑制することができる。また、炭素繊維複合材料は、室温におけるJIS K6252に準拠した引裂き試験における引裂き強さが39.5N/mm以上であることがより好ましく、40.0N/mm以上であることがさらに好ましい。 The carbon fiber composite material can have a tear strength of 39.0 N/mm or more and 54.0 N/mm or less in a tear test conforming to JIS K6252 at room temperature. When the carbon fiber composite material has a tear strength of 39.0 N/mm or more at room temperature, the mechanical strength is excellent. Therefore, the carbon fiber composite material can suppress breakage during demolding in molding. Furthermore, the carbon fiber composite material more preferably has a tear strength of 39.5 N/mm or more and even more preferably has a tear strength of 40.0 N/mm or more in a tear test conforming to JIS K6252 at room temperature.

炭素繊維複合材料は、200℃におけるJIS K6252に準拠した引裂き試験における引裂き強さが10.0N/mm以上であることができ、16.0N/mm以下であることができる。高温の200℃における炭素繊維複合材料の引裂き強さが10.0N/mm以上であることにより、高温における機械的強度に優れ、また耐熱性に優れる。このた
め、炭素繊維複合材料は、成形における高温の金型からの脱型時の破損を抑制することができる。また、炭素繊維複合材料は、200℃におけるJIS K6252に準拠した引裂き試験における引裂き強さが11.0N/mm以上であることがより好ましい。
The carbon fiber composite material may have a tear strength of 10.0 N/mm or more and 16.0 N/mm or less in a tear test according to JIS K6252 at 200°C. When the carbon fiber composite material has a tear strength of 10.0 N/mm or more at a high temperature of 200°C, the material has excellent mechanical strength at high temperatures and excellent heat resistance. Therefore, the carbon fiber composite material can be prevented from being broken when it is removed from a high-temperature mold during molding. In addition, it is more preferable that the carbon fiber composite material has a tear strength of 11.0 N/mm or more in a tear test according to JIS K6252 at 200°C.

炭素繊維複合材料は、200℃における最大引張応力1.9N/mm、周波数1Hzの引裂き疲労試験における破断回数が20回以上であることができる。200℃における炭素繊維複合材料の破断回数が20回以上であることにより、炭素繊維複合材料の熱時の繰り返し引張疲労強度が向上する。このため、炭素繊維複合材料は、成形における高温の金型からの脱型時の破損を抑制することができる。また、炭素繊維複合材料は、200℃における最大引張応力1.9N/mm、周波数1Hzの引裂き疲労試験における破断回数が50回以上であることがより好ましい。 The carbon fiber composite material may have a number of breaks of 20 or more in a tear fatigue test at 200°C with a maximum tensile stress of 1.9 N/mm and a frequency of 1 Hz. By having a number of breaks of 20 or more at 200°C, the repeated tensile fatigue strength of the carbon fiber composite material under heat is improved. Therefore, the carbon fiber composite material can be prevented from being broken when it is removed from a high-temperature mold during molding. It is more preferable that the carbon fiber composite material has a number of breaks of 50 or more in a tear fatigue test at 200°C with a maximum tensile stress of 1.9 N/mm and a frequency of 1 Hz.

炭素繊維複合材料は、100%伸び時の応力(M100)が6.0MPa以上であることができ、10.5MPa以下であることができる。炭素繊維複合材料の100%伸び時の応力が6.0MPa以上であることにより、変形抵抗性が高く引っ張った際に引きちぎられることを抑制する効果がある。 The carbon fiber composite material can have a stress at 100% elongation (M100) of 6.0 MPa or more and 10.5 MPa or less. When the stress at 100% elongation of the carbon fiber composite material is 6.0 MPa or more, it has high deformation resistance and is effective in preventing tearing when pulled.

3.原料
次に、第2の実施形態に係る炭素繊維複合材料を構成する原料について説明する。なお、第1の実施形態に係る炭素繊維複合材料を構成する原料も基本的には同じであるので、重複する説明は省略する。
Next, the raw materials constituting the carbon fiber composite material according to the second embodiment will be described. Note that the raw materials constituting the carbon fiber composite material according to the first embodiment are basically the same, so duplicated descriptions will be omitted.

3.1.含フッ素エラストマー
本発明における含フッ素エラストマーは、分子中にフッ素原子を含むフッ化ビニリデン系の合成ゴム(FKM)またはテトラフルオロエチレン-プロピレン系の合成ゴム(FEPM)である。含フッ素エラストマーとしては、2元系、3元系、低温性改良タイプ、耐塩基グレードなどがある。
The fluorine-containing elastomer in the present invention is a vinylidene fluoride-based synthetic rubber (FKM) or a tetrafluoroethylene-propylene-based synthetic rubber (FEPM) that contains fluorine atoms in the molecule. The fluorine-containing elastomer includes binary and ternary types, types with improved low-temperature properties, and base-resistant grades.

2元系、3元系の含フッ素エラストマーとしては、例えば、フッ化ビニリデン(VDF)-ヘキサフルオロプロピレン(HFP)2元共重合体(VDF-HFP)、テトラフルオロエチレン(TFE)-プロピレン(P)の2元共重合体(TFE-P)、フッ化ビニリデン(VDF)-ヘキサフルオロプロピレン(HFP)-テトラフルオロエチレン(TFE)3元共重合体(VDF-HFP-TFE)などが挙げられる。低温性改良タイプの含フッ素エラストマーとしては、例えば、3元共重合体のヘキサフルオロプロピレンをフッ素化ビニルエーテル(FVE)、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)(PMVE)などに置き換えたものなどが挙げられる。耐塩基グレードの含フッ素エラストマーとしては、例えばフッ化ビニリデン(VDF)-ヘキサフルオロプロピレン(HFP)-テトラフルオロエチレン(TFE)-エチレン(E)-パーフルオロ(メチルビニルエーテル)(PMVE)5元共重合体(VDF-HEP-TFE-E-PMVE)などが挙げられる。 Examples of binary and ternary fluorine-containing elastomers include vinylidene fluoride (VDF)-hexafluoropropylene (HFP) binary copolymer (VDF-HFP), tetrafluoroethylene (TFE)-propylene (P) binary copolymer (TFE-P), vinylidene fluoride (VDF)-hexafluoropropylene (HFP)-tetrafluoroethylene (TFE) terpolymer (VDF-HFP-TFE), etc. Examples of fluorine-containing elastomers with improved low temperature properties include those in which the hexafluoropropylene in the terpolymer is replaced with fluorinated vinyl ether (FVE), perfluoro(methyl vinyl ether) (PMVE), etc. Examples of base-resistant fluorine-containing elastomers include vinylidene fluoride (VDF)-hexafluoropropylene (HFP)-tetrafluoroethylene (TFE)-ethylene (E)-perfluoro(methyl vinyl ether) (PMVE) 5-polymer (VDF-HEP-TFE-E-PMVE).

含フッ素エラストマーとしては、例えば、ケマーズ社製の商品名バイトン、ダイキン工業社製の商品名ダイエル、ソルベイスペシャルティポリマーズ社製の商品名テクノフロン、スリーエム社製の商品名ダイニオン、AGC社製のAFLASなどをあげることができる。以下の説明では、含フッ素エラストマーをFKM、FEPMと省略する場合がある。 Examples of fluorine-containing elastomers include Viton (trade name) manufactured by Chemours, Dai-el (trade name) manufactured by Daikin Industries, Tecnoflon (trade name) manufactured by Solvay Specialty Polymers, Dyneon (trade name) manufactured by 3M, and AFLAS (trade name) manufactured by AGC. In the following explanation, fluorine-containing elastomers may be abbreviated as FKM or FEPM.

含フッ素エラストマーは、重量平均分子量が好ましくは50,000~300,000であることができる。含フッ素エラストマーの分子量がこの範囲であると、含フッ素エラストマー分子が互いに絡み合い、相互につながっているので、含フッ素エラストマーはカーボンナノチューブを分散させるために良好な弾性を有することができる。含フッ素エラ
ストマーは、粘性を有しているので凝集したカーボンナノチューブの相互に侵入しやすく、さらに弾性を有することによってカーボンナノチューブ同士を分離することができる。含フッ素エラストマーの重量平均分子量が50,000より小さいと、含フッ素エラストマー分子が相互に充分に絡み合うことができず、後の工程で剪断力をかけても弾性が小さいためカーボンナノチューブを分散させる効果が小さくなる傾向がある。また、含フッ素エラストマーの重量平均分子量が300,000より大きいと、含フッ素エラストマーが固くなりすぎて加工が困難となる傾向がある。
The weight-average molecular weight of the fluorine-containing elastomer is preferably 50,000 to 300,000. When the molecular weight of the fluorine-containing elastomer is within this range, the fluorine-containing elastomer molecules are entangled and connected to each other, so that the fluorine-containing elastomer can have good elasticity for dispersing carbon nanotubes. The fluorine-containing elastomer has viscosity, so that aggregated carbon nanotubes can easily penetrate each other, and furthermore, because of its elasticity, the carbon nanotubes can be separated from each other. When the weight-average molecular weight of the fluorine-containing elastomer is smaller than 50,000, the fluorine-containing elastomer molecules cannot be sufficiently entangled with each other, and even if a shear force is applied in a later process, the elasticity is small, so the effect of dispersing the carbon nanotubes tends to be small. Also, when the weight-average molecular weight of the fluorine-containing elastomer is larger than 300,000, the fluorine-containing elastomer tends to become too hard and difficult to process.

含フッ素エラストマーは、公知の架橋剤を用いることができ、例えば、ポリアミン架橋、ポリオール架橋、または過酸化物架橋することができ、過酸化物架橋が好ましい。含フッ素エラストマーを架橋剤で架橋することによって、耐熱性や耐薬品性に優れた炭素繊維複合材料を製造することができる。 The fluorine-containing elastomer can be crosslinked using a known crosslinking agent, for example, polyamine crosslinking, polyol crosslinking, or peroxide crosslinking, with peroxide crosslinking being preferred. By crosslinking the fluorine-containing elastomer with a crosslinking agent, a carbon fiber composite material with excellent heat resistance and chemical resistance can be produced.

含フッ素エラストマーは、フッ素含有量が57質量%以上であり、さらに、57質量%~72質量%であることができ、特に、65質量%~72質量%であることができる。含フッ素エラストマーは、フッ素含有量が57質量%以上であると耐熱性に優れることができる。また、含フッ素エラストマーは、耐薬品性を考慮すると、フッ素含有量が65質量%以上であることが望ましい。 The fluorine-containing elastomer has a fluorine content of 57% by mass or more, and can be from 57% to 72% by mass, and can be particularly from 65% to 72% by mass. If the fluorine-containing elastomer has a fluorine content of 57% by mass or more, it can have excellent heat resistance. In addition, taking into account chemical resistance, it is preferable that the fluorine-containing elastomer has a fluorine content of 65% by mass or more.

含フッ素エラストマーは、カーボンナノチューブ、特にその末端のラジカルに対して親和性を有するハロゲン基を有する。カーボンナノチューブは、通常、側面は炭素原子の6員環で構成され、先端は5員環が導入されて閉じた構造となっているが、構造的に無理があるため、実際上は欠陥を生じやすく、その部分にラジカルや官能基を生成しやすくなっている。また、含フッ素エラストマーの主鎖、側鎖及び末端鎖の少なくともひとつに、カーボンナノチューブのラジカルと親和性(反応性または極性)が高いハロゲン基を有することにより、含フッ素エラストマーとカーボンナノチューブとを結合することができる。このことにより、カーボンナノチューブの凝集力にうち勝ってその分散を容易にすることができる。 The fluorine-containing elastomer has a halogen group that has an affinity for carbon nanotubes, especially for the radicals at their ends. Carbon nanotubes usually have a closed structure with six-membered rings of carbon atoms on the sides and a five-membered ring at the end, but this is structurally unreasonable and in practice it is prone to defects, making it easy to generate radicals and functional groups at those parts. In addition, by having a halogen group that has a high affinity (reactivity or polarity) with the radicals of carbon nanotubes in at least one of the main chain, side chain, and end chain of the fluorine-containing elastomer, it is possible to bond the fluorine-containing elastomer and the carbon nanotubes. This makes it possible to overcome the cohesive force of the carbon nanotubes and easily disperse them.

3.2.ハイストラクチャーカーボンブラック
ハイストラクチャーカーボンブラック(以下、「HSカーボン」という)の平均粒径は、35nm~80nmであることができる。ここでストラクチャーとは粒子の凝集状態であり、ハイストラクチャーになると粒子同士のつながり度合いが多く、粒子の凝集力で直接増強作用を与えるため引張応力などに影響を与える。HSカーボンの平均粒径は、HSカーボンの凝集体を構成する小さな球状の成分を単一粒子(基本粒子)とみなしてその粒子直径を走査型電子顕微鏡による2000個以上の撮像によって測定して算術平均値として求めることができる。
3.2. High Structure Carbon Black The average particle size of high structure carbon black (hereinafter referred to as "HS carbon") can be 35 nm to 80 nm. Here, structure refers to the state of particle aggregation, and in the case of a high structure, the degree of connection between particles is high, and the cohesive force of the particles directly acts to reinforce the force, which affects tensile stress, etc. The average particle size of HS carbon can be calculated as the arithmetic average value by measuring the particle diameter of 2000 or more particles by imaging them with a scanning electron microscope, regarding the small spherical components that make up the HS carbon aggregate as single particles (basic particles).

HSカーボンのDBP吸収量(A法)は、さらに140cm/100g~160cm/100gであることができる。DBP吸収量は、HSカーボン100gが吸収するDBP(ジブチルフタレート)量(cm/100g)であり、JIS K6217-4(ASTM D 2414)に従って測定される。DBP吸収量によって、HSカーボン粒子同士が融着したアグリゲートの発達度合いであるストラクチャーを間接的に定量することができる。ここでいうHSカーボンのDBP吸収量は、含フッ素エラストマーに配合する前の状態における測定値である。 The DBP absorption of HS carbon (Method A) can further be 140 cm 3 /100g to 160 cm 3 /100g. The DBP absorption is the amount of DBP (dibutyl phthalate) absorbed by 100g of HS carbon (cm 3 /100g) and is measured according to JIS K6217-4 (ASTM D 2414). The DBP absorption can indirectly quantify the structure, which is the degree of development of aggregates formed by fusion of HS carbon particles. The DBP absorption of HS carbon referred to here is a measurement value before being blended with a fluorine-containing elastomer.

炭素繊維複合材料におけるHSカーボンは、含フッ素エラストマー100質量部に対して、1質量部~10質量部含む。また、炭素繊維複合材料におけるHSカーボンは、含フッ素エラストマー100質量部に対して、2質量部~8質量部含むことができる。HSカーボンは、後述する他のカーボンブラックに比べて粒子同士のつながり度合いが多く、少
量で相互作用しやすく複合材料中のカーボンナノチューブとの集合構造の形成に寄与すると共に、機械的強度の向上に寄与するため、1質量部以上配合することが好ましい。また、HSカーボンは、10質量部以下とすることが硬度調整のしやすさから好ましい。
The carbon fiber composite material contains 1 to 10 parts by mass of HS carbon relative to 100 parts by mass of the fluorine-containing elastomer. The carbon fiber composite material can contain 2 to 8 parts by mass of HS carbon relative to 100 parts by mass of the fluorine-containing elastomer. Compared with other carbon blacks described below, HS carbon has a higher degree of particle-to-particle bonding and is prone to interact with other carbon blacks even in small amounts, which contributes to the formation of an aggregate structure with carbon nanotubes in the composite material and contributes to improving mechanical strength, so it is preferable to blend 1 part by mass or more. Furthermore, it is preferable to limit the amount of HS carbon to 10 parts by mass or less in terms of ease of hardness adjustment.

3.3.カーボンナノチューブ
本発明の一実施の形態に用いるカーボンナノチューブは、平均直径(繊維径)が0.7nm~30nmであることができ、さらに2nm~20nmであることができる。このようなカーボンナノチューブは、その平均直径が比較的細いため、比表面積が大きく、マトリックスであるエラストマーとの表面反応性が向上し、エラストマー中におけるカーボンナノチューブの分散不良を改善しやすい傾向がある。カーボンナノチューブは、直径が0.7nm以上であれば市場で入手可能であり、30nm以下であれば引裂き疲労性及び耐摩耗性に優れるという効果を有する。カーボンナノチューブは、その表面のエラストマーとの反応性を向上させるために、公知の活性化処理を施すことができる。カーボンナノチューブの平均直径は、電子顕微鏡による観察によって計測することができる。なお、本発明の詳細な説明においてカーボンナノチューブの平均直径及び平均長さは、電子顕微鏡による例えば5,000倍の撮像(カーボンナノチューブのサイズによって適宜倍率は変更できる)から200箇所以上の直径及び長さを計測し、その算術平均値として計算して得ることができる。
3.3. Carbon nanotubes The carbon nanotubes used in one embodiment of the present invention may have an average diameter (fiber diameter) of 0.7 nm to 30 nm, and may further have a diameter of 2 nm to 20 nm. Such carbon nanotubes have a relatively small average diameter, so that they have a large specific surface area, and the surface reactivity with the elastomer matrix is improved, and the poor dispersion of the carbon nanotubes in the elastomer tends to be improved. Carbon nanotubes with a diameter of 0.7 nm or more are commercially available, and those with a diameter of 30 nm or less have the effect of being excellent in tear fatigue property and abrasion resistance. The carbon nanotubes may be subjected to a known activation treatment in order to improve the reactivity of their surface with the elastomer. The average diameter of the carbon nanotubes can be measured by observation with an electron microscope. In the detailed description of the present invention, the average diameter and average length of the carbon nanotubes can be obtained by measuring the diameter and length at 200 or more points from an image taken with an electron microscope at, for example, 5,000 times (the magnification can be changed appropriately depending on the size of the carbon nanotubes), and calculating the arithmetic average value.

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(グラフェンシート)を巻いて筒状にした形状を有するいわゆる多層カーボンナノチューブ(MWCNT:マルチウォールカーボンナノチューブ)及び単層カーボンナノチューブ(SWCNT:シングルウォールカーボンナノチューブ)の少なくとも一方であり、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。カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブ及び単層カーボンナノチューブを含んでもよい。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、気相成長炭素繊維といった名称で称されることもある。 Carbon nanotubes are at least one of so-called multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and single-walled carbon nanotubes (SWCNT), which have a shape formed by rolling up one surface (graphene sheet) of carbon hexagonal mesh graphite into a cylindrical shape, and carbon materials partially having a carbon nanotube structure can also be used. Carbon nanotubes may include multi-walled carbon nanotubes and single-walled carbon nanotubes. In addition to the name carbon nanotubes, they are also called graphite fibril nanotubes and vapor-grown carbon fibers.

カーボンナノチューブは、気相成長法によって得ることができる。気相成長法は、触媒気相合成法(Catalytic Chemical Vapor Deposition:CCVD)とも呼ばれ、炭化水素等のガスを金属系触媒の存在下で気相熱分解させて未処理のカーボンナノチューブを製造する方法である。より詳細に気相成長法を説明すると、例えば、ベンゼン、トルエン等の有機化合物を原料とし、フェロセン、ニッケルセン等の有機遷移金属化合物を金属系触媒として用い、これらをキャリアーガスとともに高温例えば400℃~1000℃の反応温度に設定された反応炉に導入し、浮遊状態あるいは反応炉壁にカーボンナノチューブを生成させる浮遊流動反応法(Floating Reaction Method)や、あらかじめアルミナ、酸化マグネシウム等のセラミックス上に担持された金属含有粒子を炭素含有化合物と高温で接触させてカーボンナノチューブを基板上に生成させる触媒担持反応法(Substrate Reaction Method)等を用いることができる。例えば、平均直径が9nm~20nmのカーボンナノチューブは触媒担持反応法によって得ることができ、これより太いカーボンナノチューブは浮遊流動反応法によって得ることができる。カーボンナノチューブの直径は、例えば金属含有粒子の大きさや反応時間などで調節することができる。 Carbon nanotubes can be obtained by vapor phase growth, also known as catalytic chemical vapor deposition (CCVD), which is a method of producing unprocessed carbon nanotubes by pyrolyzing a gas such as a hydrocarbon in the presence of a metal catalyst. To explain the vapor phase growth method in more detail, for example, the floating reaction method uses organic compounds such as benzene and toluene as raw materials and organic transition metal compounds such as ferrocene and nickelcene as metal catalysts, and introduces them together with a carrier gas into a reactor set at a high reaction temperature, for example, 400°C to 1000°C, to generate carbon nanotubes in a floating state or on the reactor wall, or the substrate reaction method, in which metal-containing particles previously supported on ceramics such as alumina or magnesium oxide are contacted with a carbon-containing compound at high temperature to generate carbon nanotubes on a substrate. For example, carbon nanotubes with an average diameter of 9 nm to 20 nm can be obtained by the catalyst support reaction method, and carbon nanotubes thicker than this can be obtained by the floating reaction method. The diameter of the carbon nanotubes can be adjusted, for example, by the size of the metal-containing particles and the reaction time.

カーボンナノチューブの配合量は、HSカーボンや他のカーボンブラックの配合量と共に調整することができ、含フッ素エラストマー100質量部に対し、0.1質量部~3質量部を配合する。また、カーボンナノチューブは、含フッ素エラストマー100質量部に対し、0.3質量部~3質量部を配合することがより好ましく、0.5質量部~3質量部を配合することがさらに好ましい。カーボンナノチューブは、3質量部以下であれば、伸びや柔軟性を維持したままゴム硬度を75度以下に調整しやすく、カーボンナノチューブ
が3質量部以下でカーボンブラックと併用することで機械的強度を高めたままコスト競争力をもたせることができる。また、カーボンナノチューブは、0.1質量部以上を含フッ素エラストマー100質量部に配合し解繊した状態で複合化することによって、微小セル構造が点在するように形成され補強効果を発揮する。微小セル構造は、カーボンナノチューブが3次元に張り巡らされた網目構造によってマトリックス材料を囲むように形成されることができる。これまでの研究結果から1つのセルの最大径はおおよそカーボンナノチューブの平均直径の2倍~10倍程度になることが判っている。また、カーボンブラック系の補強剤を所定量含ませることで複合材料中のカーボンナノチューブと共に集合構造を形成させることで機械的強度を高めることができる。
The amount of carbon nanotubes can be adjusted together with the amount of HS carbon or other carbon black, and 0.1 to 3 parts by mass are blended with respect to 100 parts by mass of the fluorine-containing elastomer. It is more preferable to blend 0.3 to 3 parts by mass of carbon nanotubes with respect to 100 parts by mass of the fluorine-containing elastomer, and it is even more preferable to blend 0.5 to 3 parts by mass of carbon nanotubes. If the amount of carbon nanotubes is 3 parts by mass or less, it is easy to adjust the rubber hardness to 75 degrees or less while maintaining elongation and flexibility, and by using 3 parts by mass or less of carbon nanotubes in combination with carbon black, it is possible to provide cost competitiveness while increasing mechanical strength. In addition, by blending 0.1 parts by mass or more of carbon nanotubes with 100 parts by mass of the fluorine-containing elastomer and compounding them in a defibrated state, a microcellular structure is formed so as to be dotted, and a reinforcing effect is exhibited. The microcellular structure can be formed so that the matrix material is surrounded by a network structure in which the carbon nanotubes are spread out three-dimensionally. Research results to date have shown that the maximum diameter of a single cell is approximately 2 to 10 times the average diameter of the carbon nanotubes. In addition, by adding a certain amount of carbon black-based reinforcing agent, it is possible to form an aggregate structure together with the carbon nanotubes in the composite material, thereby increasing the mechanical strength.

3.4.他のカーボンブラック
炭素繊維複合材料に用いるHSカーボン以外の他のカーボンブラックは、種々の原料を用いた種々のグレードの他のカーボンブラックを用いることができる。他のカーボンブラックは、平均粒径が100nm~300nmであることができる。他のカーボンブラックの平均粒径は、走査型電子顕微鏡の撮像によって観察して基本構成粒子の粒子直径を2000個以上測定して算術平均して求めることができる。
3.4. Other carbon black As the other carbon black other than HS carbon used in the carbon fiber composite material, various grades of other carbon black made from various raw materials can be used. The other carbon black can have an average particle size of 100 nm to 300 nm. The average particle size of the other carbon black can be determined by observing the particle diameters of 2000 or more basic constituent particles by imaging with a scanning electron microscope and taking the arithmetic average.

このような他のカーボンブラックとしては、例えば、FTグレード,MTグレードなどの補強用カーボンブラックなどを用いることができる。比較的大きな粒径を有するカーボンブラックを用いることにより、炭素繊維複合材料の柔軟性を維持しつつ補強することができる。また、比較的大きな粒径の他のカーボンブラックは比表面積が小さくなるため、炭素繊維複合材料における硬度上昇及び伸びの低下を抑えたうえで柔軟な補強効果をもたらす。また、比較的粒径の大きな他のカーボンブラックがカーボンナノチューブやHSカーボン間の隙間をうめることで集合構造の形成にも関与し伸びの低下を抑えたうえで補強効果をもたらす。 As such other carbon black, for example, reinforcing carbon black such as FT grade or MT grade can be used. By using carbon black with a relatively large particle size, it is possible to reinforce the carbon fiber composite material while maintaining its flexibility. In addition, other carbon black with a relatively large particle size has a small specific surface area, so it provides a flexible reinforcing effect while suppressing the increase in hardness and decrease in elongation in the carbon fiber composite material. In addition, other carbon black with a relatively large particle size fills the gaps between the carbon nanotubes and HS carbon, which contributes to the formation of an aggregate structure and provides a reinforcing effect while suppressing the decrease in elongation.

他のカーボンブラックの配合量は、含フッ素エラストマー100質量部に対し、0質量部~4質量部である。また、他のカーボンブラックの配合量は、含フッ素エラストマー100質量部に対し、1質量部~4質量部であることが好ましく、2質量部~4質量部であることがさらに好ましい。また、上記の範囲で他のカーボンブラックを使用することで炭素繊維複合材料の伸びや柔軟性を維持しつつ含フッ素エラストマーやカーボンナノチューブとの相互作用により補強性を高めることができる。また、硬度調整もしやすくなる。 The amount of the other carbon black is 0 to 4 parts by mass per 100 parts by mass of the fluorine-containing elastomer. The amount of the other carbon black is preferably 1 to 4 parts by mass, more preferably 2 to 4 parts by mass, per 100 parts by mass of the fluorine-containing elastomer. By using the other carbon black within the above range, the elongation and flexibility of the carbon fiber composite material can be maintained while enhancing the reinforcing properties through the interaction with the fluorine-containing elastomer and carbon nanotubes. It also becomes easier to adjust the hardness.

3.5.質量比
炭素繊維複合材料は、上述の各配合量の範囲内で、カーボンナノチューブに対するHSカーボンと他のカーボンブラックとの総量(以下「カーボンブラック総量」)の質量比が、1:140~3:1である。質量比1:140は、カーボンナノチューブが最小量である0.1質量部に対しカーボンブラック総量が最大量である14質量部である。また、質量比3:1は、カーボンナノチューブが最大量である3質量部に対しカーボンブラック総量が最小量である1質量部である。また、炭素繊維複合材料は、カーボンナノチューブに対するカーボンブラック総量の質量比が1:47~3:1であることが好ましく、さらに1:28~2.5:1であることが好ましく、1:22~1:1であることがより好ましい。
3.5. Mass ratio In the carbon fiber composite material, within the above-mentioned ranges of each blend amount, the mass ratio of the total amount of HS carbon and other carbon black to the carbon nanotubes (hereinafter referred to as "total amount of carbon black") is 1:140 to 3:1. A mass ratio of 1:140 is a minimum amount of carbon nanotubes of 0.1 parts by mass and a maximum amount of carbon black of 14 parts by mass. In addition, a mass ratio of 3:1 is a maximum amount of carbon nanotubes of 3 parts by mass and a minimum amount of carbon black of 1 part by mass. In addition, in the carbon fiber composite material, the mass ratio of the total amount of carbon black to the carbon nanotubes is preferably 1:47 to 3:1, more preferably 1:28 to 2.5:1, and even more preferably 1:22 to 1:1.

炭素繊維複合材料は、上述の各配合量の範囲内で、カーボンナノチューブに対するHSカーボンと他のカーボンブラックとの質量比が、1:140~3:1である場合に、複合材料中で微小セル構造が点在するように形成され、さらにカーボンブラック系の補強剤とカーボンナノチューブとの相互作用により集合構造が形成されることによりゴム硬度75度以下で機械的強度を高めることができる。 When the mass ratio of HS carbon and other carbon black to carbon nanotubes is 1:140 to 3:1 within the range of each of the above blend amounts, the carbon fiber composite material forms a microcellular structure scattered throughout the composite material, and an aggregate structure is formed through the interaction between the carbon black-based reinforcing agent and the carbon nanotubes, thereby increasing the mechanical strength at a rubber hardness of 75 degrees or less.

3.6.その他の配合剤
含フッ素エラストマーに対して、ゴムの一般的な配合剤として用いられているカーボンブラック、シリカ等の補強剤、過酸化物等の架橋剤、多官能性不飽和化合物共架橋剤、酸化亜鉛等の金属酸化物、炭酸カルシウム、タルク、クレー、グラファイト、けい酸カルシウム等の充填剤、ステアリン酸、パルミチン酸、パラフィンワックス等の加工助剤、可塑剤、液状エラストマー、その他老化防止剤等を必要に応じて適宜添加して用いることができる。また、石炭の一種で高品位炭と呼ばれる瀝青炭を含む石炭一般を粉砕したものである瀝青炭粉砕物も用いることができる。さらに、瀝青炭粉砕物の平均粒径は1μm~10μmであることができ、特に、瀝青炭粉砕物の平均粒径は3μm~8μmであることができる。このような配合剤は、炭素繊維複合材料のゴム硬度の調整に用いてもよい。
3.6. Other compounding agents For the fluorine-containing elastomer, reinforcing agents such as carbon black and silica, crosslinking agents such as peroxides, polyfunctional unsaturated compound co-crosslinking agents, metal oxides such as zinc oxide, fillers such as calcium carbonate, talc, clay, graphite, calcium silicate, processing aids such as stearic acid, palmitic acid, paraffin wax, plasticizers, liquid elastomers, and other antioxidants, which are generally used as compounding agents for rubber, can be appropriately added as necessary. Bituminous coal pulverized material, which is obtained by pulverizing general coal including bituminous coal, a type of coal known as high-grade coal, can also be used. Furthermore, the average particle size of the bituminous coal pulverized material can be 1 μm to 10 μm, and in particular, the average particle size of the bituminous coal pulverized material can be 3 μm to 8 μm. Such compounding agents may be used to adjust the rubber hardness of the carbon fiber composite material.

4.炭素繊維複合材料の製造方法
炭素繊維複合材料の製造方法について図4~図6を用いて詳細に説明する。
4. Manufacturing Method of Carbon Fiber Composite Material The manufacturing method of the carbon fiber composite material will be described in detail with reference to FIGS.

図4~図6は、本発明の一実施形態にかかるオープンロール法によ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。炭素繊維複合材料の製造方法は、架橋前の含フッ素エラストマーに炭素系補強材を混合して未架橋の炭素繊維複合材料を得る工程と、前記未架橋の炭素繊維複合材料における前記含フッ素エラストマーを架橋して炭素繊維複合材料を得る架橋工程と、を含む。未架橋の炭素繊維複合材料を得る工程は、例えば、含フッ素エラストマーに炭素系補強材を混合して混合物を得る混合工程と、混合物をロール間隔が0.5mm以下のオープンロールに投入して薄通しして未架橋の炭素繊維複合材料を得る薄通し工程と、を含むことができる。なお、各原料及び配合量については上記2及び3の通りであるので、重複する説明は省略する。 Figures 4 to 6 are schematic diagrams showing a method for producing a carbon fiber composite material by an open roll method according to one embodiment of the present invention. The method for producing a carbon fiber composite material includes a step of mixing a carbon-based reinforcing material with a fluorine-containing elastomer before crosslinking to obtain an uncrosslinked carbon fiber composite material, and a crosslinking step of crosslinking the fluorine-containing elastomer in the uncrosslinked carbon fiber composite material to obtain a carbon fiber composite material. The step of obtaining an uncrosslinked carbon fiber composite material can include, for example, a mixing step of mixing a fluorine-containing elastomer with a carbon-based reinforcing material to obtain a mixture, and a thin-passing step of feeding the mixture into an open roll with a roll gap of 0.5 mm or less and thin-passing the mixture to obtain an uncrosslinked carbon fiber composite material. Note that the raw materials and the amounts of the materials are the same as those in 2 and 3 above, so duplicated explanations will be omitted.

図4~図6に示すように、2本ロールのオープンロール100における第1のロール110と第2のロール120とは、所定のロール間隔d、例えば0.5mm~1.5mmの間隔で配置され、図4~図6において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。 As shown in Figures 4 to 6, the first roll 110 and the second roll 120 in the two-roll open roll 100 are arranged with a predetermined roll spacing d, for example, 0.5 mm to 1.5 mm, and rotate forward or backward at rotation speeds V1 and V2 in the directions shown by the arrows in Figures 4 to 6.

まず、図4に示すように、第1のロール110に巻き付けられた架橋前の含フッ素エラストマー30の素練りを行ない、含フッ素エラストマー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含フッ素エラストマーのフリーラジカルがカーボンナノチューブと結びつきやすい状態となる。 First, as shown in FIG. 4, the fluorine-containing elastomer 30 before crosslinking that is wound around the first roll 110 is masticated to appropriately cut the fluorine-containing elastomer molecular chains and generate free radicals. The free radicals of the fluorine-containing elastomer generated by mastication are in a state that makes them easy to bond with the carbon nanotubes.

4.1.混合工程
次に、図5に示すように、第1のロール110に巻き付けられた含フッ素エラストマー30のバンク34に、HSカーボン、カーボンナノチューブ及び他のカーボンブラックなどの充填剤80を投入し、混練し、混合物を得る。この混練における含フッ素エラストマー30の温度は、例えば0℃~100℃であることができ、さらに0℃~50℃であることができる。含フッ素エラストマー30と充填剤80とを混合する工程は、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。
5, a filler 80 such as HS carbon, carbon nanotubes, and other carbon blacks is added to the bank 34 of the fluorine-containing elastomer 30 wound around the first roll 110 and kneaded to obtain a mixture. The temperature of the fluorine-containing elastomer 30 in this kneading can be, for example, 0° C. to 100° C., and can also be 0° C. to 50° C. The step of mixing the fluorine-containing elastomer 30 and the filler 80 is not limited to the open roll method, and for example, an internal kneading method or a multi-screw extrusion kneading method can also be used.

4.2.薄通し工程
さらに、図6に示すように、第1のロール110と第2のロール120とのロール間隔dを、例えば0.5mm以下、より好ましくは0mmを超え0.5mm以下の間隔に設定し、混合物36をオープンロール100に投入して薄通しを行なう。
6, the roll gap d between the first roll 110 and the second roll 120 is set to, for example, 0.5 mm or less, more preferably, greater than 0 mm and 0.5 mm or less, and the mixture 36 is fed into the open roll 100 to perform thin passing.

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。 The thin pass can be performed, for example, 1 to 10 times.

第1のロール110の表面速度をV1、第2のロール120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であることが好ましい。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。 If the surface speed of the first roll 110 is V1 and the surface speed of the second roll 120 is V2, the surface speed ratio (V1/V2) between the two during thin passing can be 1.05 to 3.00, and preferably 1.05 to 1.2. By using such a surface speed ratio, the 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、含フッ素エラストマーの弾性による復元力で図6のように大きく変形し、その際に含フッ素エラストマーと共にカーボンナノチューブが大きく移動する。 The carbon fiber composite material 50 extruded between the narrow rolls in this way is significantly deformed as shown in FIG. 6 by the restoring force due to the elasticity of the fluorine-containing elastomer, and at that time, the carbon nanotubes move significantly together with the fluorine-containing elastomer.

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のシート状に分出ししてもよい。 The carbon fiber composite material 50 obtained by thin-threading may be rolled with a roll to be cut into a sheet of a predetermined thickness.

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℃、より好ましくは5~30℃の比較的低い温度に設定して行われ、含フッ素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る。 In this thin-threading process, in order to obtain the highest possible shear force, the roll temperature is set to a relatively low temperature, for example, 0 to 50°C, more preferably 5 to 30°C, and the actual measured temperature of the fluorine-containing elastomer can also be adjusted to 0 to 50°C.

このようにして得られた剪断力により、含フッ素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チューブが含フッ素エラストマー分子に1本ずつ引き抜かれるように相互に分離して解繊し、含フッ素エラストマー中に分散される。特に、含フッ素エラストマーは、弾性と、粘性と、カーボンナノチューブとの化学的相互作用と、を有するため、カーボンナノチューブを容易に分散することができる。そして、カーボンナノチューブの分散性及び分散安定性(カーボンナノチューブ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。 The shear force thus obtained acts on the fluorine-containing elastomer, and the aggregated carbon nanotubes are separated from each other and defibrated as if they are pulled out one by one by the fluorine-containing elastomer molecules, and are dispersed in the fluorine-containing elastomer. In particular, the fluorine-containing elastomer has elasticity, viscosity, and chemical interaction with the carbon nanotubes, so that the carbon nanotubes can be easily dispersed. Thus, a carbon fiber composite material 50 having excellent dispersibility and dispersion stability of the carbon nanotubes (resistance of the carbon nanotubes to re-aggregation) can be obtained.

より具体的には、オープンロールで含フッ素エラストマーとカーボンナノチューブとを混合すると、粘性を有する含フッ素エラストマーがカーボンナノチューブの相互に侵入し、かつ、含フッ素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チューブの活性の高い部分と結合する。カーボンナノチューブの表面の活性が適度に高いと、特に含フッ素エラストマー分子と結合し易くなることができる。次に、含フッ素エラストマーに強い剪断力が作用すると、含フッ素エラストマー分子の移動に伴ってカーボンナノチューブも移動し、さらに剪断後の弾性による含フッ素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チューブが分離されて、含フッ素エラストマー中に分散されることになる。 More specifically, when the fluorine-containing elastomer and carbon nanotubes are mixed on an open roll, the viscous fluorine-containing elastomer penetrates the carbon nanotubes, and specific parts of the fluorine-containing elastomer bond to the highly active parts of the carbon nanotubes through chemical interactions. If the surface activity of the carbon nanotubes is moderately high, they can bond particularly easily with the fluorine-containing elastomer molecules. Next, when a strong shear force is applied to the fluorine-containing elastomer, the carbon nanotubes move along with the movement of the fluorine-containing elastomer molecules, and further, the restoring force of the fluorine-containing elastomer due to its elasticity after shearing separates the aggregated carbon nanotubes and disperses them in the fluorine-containing elastomer.

本実施の形態によれば、炭素繊維複合材料が狭いロール間から押し出された際に、含フッ素エラストマーの弾性による復元力で炭素繊維複合材料はロール間隔より厚く変形する。その変形は、強い剪断力の作用した炭素繊維複合材料をさらに複雑に流動させ、カーボンナノチューブを含フッ素エラストマー中に分散させると推測できる。そして、一旦分散したカーボンナノチューブは、含フッ素エラストマーとの化学的相互作用によって再凝集することが防止され、良好な分散安定性を有することができる。 According to this embodiment, when the carbon fiber composite material is extruded between narrow rolls, the restoring force due to the elasticity of the fluorine-containing elastomer causes the carbon fiber composite material to deform to a thickness greater than the roll gap. It is presumed that this deformation causes the carbon fiber composite material, which is subjected to a strong shear force, to flow in a more complex manner, dispersing the carbon nanotubes in the fluorine-containing elastomer. Once dispersed, the carbon nanotubes are prevented from re-aggregating due to chemical interactions with the fluorine-containing elastomer, and can have good dispersion stability.

薄通し工程は、含フッ素エラストマーにカーボンナノチューブを剪断力によって解繊させることができれば、前記オープンロール法に限定されず、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。要するに、この工程では、凝集したカーボンナノチューブを分離して解繊できる剪断力を含フッ素エラストマーに与えることができればよい。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。含フッ素エラストマーとカーボンナノチューブとの混合前、混合中、あるいは薄通し後の分出しされた炭素繊維複合材料に、架橋剤を混合することができる。含フッ素エラストマーの架橋は、例えば、耐熱性に優れた過酸化物架橋を用いることができる。 The thin-threading process is not limited to the open roll method, and may also use a closed kneading method or a multi-screw extrusion kneading method, as long as the carbon nanotubes can be defibrated in the fluorine-containing elastomer by shear force. In short, this process may be performed by applying a shear force to the fluorine-containing elastomer that can separate and defibrate the aggregated carbon nanotubes. In particular, the open roll method is preferable because it allows not only the roll temperature to be controlled, but also the actual temperature of the mixture to be measured and controlled. A crosslinking agent can be mixed into the separated carbon fiber composite material before or during mixing of the fluorine-containing elastomer and the carbon nanotubes, or after thin-threading. For crosslinking of the fluorine-containing elastomer, for example, peroxide crosslinking, which has excellent heat resistance, can be used.

4.3.架橋工程
架橋工程は、薄通し工程で得られた未架橋の炭素繊維複合材料における含フッ素エラストマーを架橋して炭素繊維複合材料を得る。架橋工程は、例えば、架橋剤を含む炭素繊維複合材料を金型内に配置し、金型を加熱することで含フッ素エラストマーを架橋すると共にプレス加工することで炭素繊維複合材料を用いた所望形状のゴム製品を成形することができる。架橋工程で得られた炭素繊維複合材料は、その断面の走査型電子顕微鏡の画像において前述した集合構造を観察できる。
4.3. Crosslinking process In the crosslinking process, the fluorine-containing elastomer in the uncrosslinked carbon fiber composite material obtained in the thin-passing process is crosslinked to obtain a carbon fiber composite material. In the crosslinking process, for example, the carbon fiber composite material containing a crosslinking agent is placed in a mold, and the mold is heated to crosslink the fluorine-containing elastomer and press-process the carbon fiber composite material to form a rubber product of a desired shape. The carbon fiber composite material obtained in the crosslinking process has the above-mentioned aggregate structure that can be observed in a scanning electron microscope image of its cross section.

前記のように、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, but it will be readily apparent to those skilled in the art that many modifications are possible that do not substantially depart from the novel features and effects of the present invention. Therefore, all such modifications are intended to be included within the scope of the present invention.

(1)サンプルの作製
実施例1~7及び比較例1~5のサンプルは、以下の工程によって作製した。
(1) Preparation of Samples The samples of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5 were prepared by the following steps.

混練工程:ロール径が6インチのオープンロール(ロール温度10~20℃)に、表1及び表2に示す100質量部(phr)の含フッ素エラストマー(表1及び表2では「FKM」、「FEPM」と記載した)を投入して、ロールに巻き付かせた(図4参照)。 Kneading process: 100 parts by mass (phr) of the fluorine-containing elastomer shown in Tables 1 and 2 (referred to as "FKM" and "FEPM" in Tables 1 and 2) was placed on an open roll with a roll diameter of 6 inches (roll temperature 10 to 20°C) and wound around the roll (see Figure 4).

次に、表1及び表2に示す質量部(phr)のHSカーボン等の配合剤(表1及び表2では「MT-CB」、「HS-CB」、「MWCNT」、「SWCNT」と記載した)を含フッ素エラストマーに投入した(図5参照)。このとき、ロール間隔dを1.5mmとした。 Next, the compounding agents such as HS carbon (listed as "MT-CB", "HS-CB", "MWCNT", and "SWCNT" in Tables 1 and 2) in the parts by mass (phr) shown in Tables 1 and 2 were added to the fluoroelastomer (see Figure 5). At this time, the roll distance d was set to 1.5 mm.

薄通し工程:カーボンナノチューブが混合された含フッ素エラストマーの混合物をロールから取り出し、ロール間隔dを1.5mmから0.3mmと狭くして、混合物をオープンロールに投入して薄通しをし、第1混合物を得た(図6参照)。このとき、2本のロールの表面速度比を1.1とした。薄通しは繰り返し5回行った。 Thin-threading process: The mixture of fluorine-containing elastomer mixed with carbon nanotubes was removed from the rolls, and the roll gap d was narrowed from 1.5 mm to 0.3 mm, and the mixture was put into an open roll for thin-threading to obtain a first mixture (see Figure 6). At this time, the surface speed ratio of the two rolls was set to 1.1. Thin-threading was repeated five times.

さらに、架橋剤として有機過酸化物、多官能性不飽和化合物共架橋剤を加え、ロールを所定の間隔(1.0mmから2.5mm)にセットして、未架橋の炭素繊維複合材料を分出しした。 Furthermore, an organic peroxide was added as a cross-linking agent, and a polyfunctional unsaturated compound co-cross-linking agent was added, and the rolls were set at a predetermined interval (1.0 mm to 2.5 mm) to separate the uncross-linked carbon fiber composite material.

成形工程:実施例1~6及び比較例1,4については、未架橋の炭素繊維複合材料(比較例2,3は未架橋のゴム組成物)を真空プレス機に投入し、160℃、5分間プレス成形(1次架橋)した。実施例7は、未架橋の炭素繊維複合材料(比較例5は未架橋のゴム組成物)を真空プレス機に投入し、170℃、5分間プレス成形(1次架橋)した。 Molding process: For Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 4, the uncrosslinked carbon fiber composite material (for Comparative Examples 2 and 3, the uncrosslinked rubber composition) was placed in a vacuum press and press molded at 160°C for 5 minutes (primary crosslinking). For Example 7, the uncrosslinked carbon fiber composite material (for Comparative Example 5, the uncrosslinked rubber composition) was placed in a vacuum press and press molded at 170°C for 5 minutes (primary crosslinking).

さらに、炭素繊維複合材料をオーブンに移して、230℃、4時間2次架橋して、実施例1~6及び比較例1、4の過酸化物架橋したシート状の炭素繊維複合材料サンプル(比較例2,3は過酸化物架橋したゴム組成物サンプル)、200℃、4時間2次架橋して、実施例7の過酸化物架橋したシート状の炭素繊維複合材料サンプル(比較例5は過酸化物架橋したゴム組成物サンプル)を得た。 The carbon fiber composite material was then transferred to an oven and subjected to secondary crosslinking at 230°C for 4 hours to obtain the peroxide-crosslinked sheet-shaped carbon fiber composite material samples of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 4 (Comparative Examples 2 and 3 were peroxide-crosslinked rubber composition samples), and the peroxide-crosslinked sheet-shaped carbon fiber composite material sample of Example 7 (Comparative Example 5 was a peroxide-crosslinked rubber composition sample) was obtained by secondary crosslinking at 200°C for 4 hours.

実施例1~7及び比較例1~5の各サンプルは、ゴム硬度(Hs)が75度以下、70度±5度程度になるように、炭素系補強材の配合量を調整した。 For each sample of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5, the amount of carbon-based reinforcing material was adjusted so that the rubber hardness (Hs) was 75 degrees or less, or about 70 degrees ±5 degrees.

なお、表の配合欄における含フッ素エラストマー及び各種配合剤の詳細は以下の通りで
あった。また、「質量比」として、カーボンナノチューブに対するHS-CBとMT-CBの総量の質量比を記載した。
The details of the fluorine-containing elastomer and various compounding ingredients in the compounding column of the table are as follows: In addition, the mass ratio of the total amount of HS-CB and MT-CB to the carbon nanotubes is recorded as "mass ratio".

FKM:3元系FKM、ムーニー粘度ML1+10121℃(中心値)48、
FEPM:FEPM、ムーニー粘度ML1+10121℃(中心値)85、
MT-CB:MTグレードのカーボンブラック、平均直径200nm、
HS-CB:ハイストラクチャーSRFグレードのカーボンブラック、平均直径70nm、DBP吸収量(A法)152cm/100g、
MWCNT:マルチウォールカーボンナノチューブ、平均直径15.3nm、
SWCNT:シングルウォールカーボンナノチューブ、平均直径5nm、
であった。
FKM: ternary FKM, Mooney viscosity ML 1+10 121°C (center value) 48,
FEPM: FEPM, Mooney viscosity ML 1+10 121°C (center value) 85,
MT-CB: MT grade carbon black, average diameter 200 nm;
HS-CB: High structure SRF grade carbon black, average diameter 70 nm, DBP absorption (method A) 152 cm 3 /100 g,
MWCNT: multi-wall carbon nanotube, average diameter 15.3 nm;
SWCNT: single-wall carbon nanotube, average diameter 5 nm;
It was.

実施例1~7及び比較例1~5の試験サンプルについて、以下に説明する各種試験を行い、試験結果を表1及び表2に示した。 The test samples of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5 were subjected to the various tests described below, and the test results are shown in Tables 1 and 2.

(2)基本特性試験
実施例及び比較例の各サンプルについて、ゴム硬度(Hs(JIS-A))をJIS K 6253に基づいて測定した。
(2) Basic Property Tests For each sample of the examples and comparative examples, rubber hardness (Hs (JIS-A)) was measured in accordance with JIS K 6253.

また、実施例及び比較例の各サンプルのJIS3号形ダンベル形状に打ち抜いた試験片について、島津製作所社製オートグラフAG-Xの引張試験機を用いて、23±2℃、引張速度500mm/minでJIS K6251に基づいて引張試験を行い、引張強さ(TS(MPa))、破断伸び(Eb(%))、50%応力(M50(MPa))、100%応力(M100(MPa))、及び破壊エネルギー(破壊E(J))を測定した。測定結果は、表の各欄に示した。 Furthermore, for the test pieces punched out into a JIS No. 3 dumbbell shape for each sample of the examples and comparative examples, a tensile test was carried out in accordance with JIS K6251 at 23±2°C and a tensile speed of 500 mm/min using a Shimadzu Autograph AG-X tensile tester, and the tensile strength (TS (MPa)), breaking elongation (Eb (%)), 50% stress (M50 (MPa)), 100% stress (M100 (MPa)), and breaking energy (breaking E (J)) were measured. The measurement results are shown in each column of the table.

(3)引裂き試験
実施例及び比較例の各サンプルの試験片を、JIS K6252切込み無しのアングル形試験片に打ち抜き、島津製作所社製オートグラフAG-Xを用いて、室温と200℃において、引張速度500mm/minでJIS K6252に準拠して引裂き試験を行い、引裂き強さ(N/mm)を計算した。測定結果は、表の各欄に示した。
(3) Tear test Each sample of the examples and comparative examples was punched out into an angle-shaped test piece without a slit according to JIS K6252, and a tear test was carried out in accordance with JIS K6252 at room temperature and 200°C at a tensile speed of 500 mm/min using an autograph AG-X manufactured by Shimadzu Corporation, and the tear strength (N/mm) was calculated. The measurement results are shown in each column of the table.

(4)引裂き疲労試験
実施例及び比較例の各サンプルを、20mm×幅4mm×厚さ1mm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深さ1mmの切込みを入れ、SII社製TMA/SS6100試験機を用いて、大気雰囲気中、200℃、周波数1Hzの条件で最大引張応力を1.9N/mmの条件で、繰返し引張荷重(0N/mm~1.9N/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の引張回数(疲労寿命(回数))を測定した。測定結果は、表の「疲労寿命(回数)」の欄に示した。
(4) Tear fatigue test Each sample of the examples and comparative examples was punched out into a rectangular test piece of 20 mm × 4 mm width × 1 mm thickness, and a 1 mm deep cut was made in the width direction from the center of the long side of the test piece. A tear fatigue test was performed using a TMA/SS6100 tester manufactured by SII Corporation, with repeated tensile loads (0 N/mm to 1.9 N/mm) being applied under conditions of 200°C, a frequency of 1 Hz, and a maximum tensile stress of 1.9 N/mm in an air atmosphere, and the number of pulls (fatigue life (number of times)) until the test piece broke was measured. The measurement results are shown in the "Fatigue life (number of times)" column in the table.

(5)SEM計測
実施例及び比較例の引張試験後の各サンプルの破断面をSEMで画像を撮影した。各画像における隣接する炭素系補強材(MT-CB、HS-CB、MWCNT及びSWCNT)間の距離を計測し、100nm以下で隣接する炭素系補強材に基づいて集合構造を推定すると共に集合構造の面積を計測し、各集合構造の外接円を画像に描き、外接円の直径を測定した。測定結果は、表1及び表2に記載した。表1及び表2における「外接円平均径」は集合構造の外接円の直径の平均値であり、「外接円最大径」及び「外接円最小径」は集合構造の外接円の直径の最大値と最小値であり、「距離平均」及び「距離標準偏差」は集合構造における隣接する炭素系補強材間の距離から算出し、「面積」は画像における集合構造の面積の百分率(%)である。
(5) SEM Measurement Images of the fracture surface of each sample after the tensile test of the examples and comparative examples were taken with a SEM. The distance between adjacent carbon-based reinforcements (MT-CB, HS-CB, MWCNT, and SWCNT) in each image was measured, and the aggregate structure was estimated based on the adjacent carbon-based reinforcements at 100 nm or less, and the area of the aggregate structure was measured. The circumscribing circle of each aggregate structure was drawn on the image, and the diameter of the circumscribing circle was measured. The measurement results are shown in Tables 1 and 2. In Tables 1 and 2, the "average circumscribing circle diameter" is the average value of the diameter of the circumscribing circle of the aggregate structure, the "maximum circumscribing circle diameter" and the "minimum circumscribing circle diameter" are the maximum and minimum values of the diameter of the circumscribing circle of the aggregate structure, the "average distance" and the "standard deviation of distance" are calculated from the distance between adjacent carbon-based reinforcements in the aggregate structure, and the "area" is the percentage (%) of the area of the aggregate structure in the image.

Figure 0007675329000001
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Figure 0007675329000002
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表1及び表2によれば、実施例1~実施例7及び比較例1~比較例5の炭素繊維複合材料サンプルは、硬度が74度以下であった。 According to Tables 1 and 2, the carbon fiber composite material samples of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5 had a hardness of 74 degrees or less.

表1及び表2によれば、実施例1~実施例7の炭素繊維複合材料サンプルは、100%応力(M100)が6.1MPaを超える値を示した。比較例1~比較例5のサンプルは、100%応力(M100)が5.6MPa以下であった。 According to Tables 1 and 2, the carbon fiber composite material samples of Examples 1 to 7 had a 100% stress (M100) exceeding 6.1 MPa. The samples of Comparative Examples 1 to 5 had a 100% stress (M100) of 5.6 MPa or less.

表1及び表2によれば、実施例1~実施例7の炭素繊維複合材料サンプルは、室温における引裂き強さが39.5N/mm以上であった。比較例1~比較例5のサンプルは、室温における引裂き強さが38.0N/mm以下であった。 According to Tables 1 and 2, the carbon fiber composite material samples of Examples 1 to 7 had tear strengths of 39.5 N/mm or more at room temperature. The samples of Comparative Examples 1 to 5 had tear strengths of 38.0 N/mm or less at room temperature.

表1及び表2によれば、実施例1~実施例7の炭素繊維複合材料サンプルは、200℃における引裂き強さが11.1N/mm以上であった。比較例1~比較例5のサンプルは、200℃における引裂き強さが9.4N/mm以下であった。 According to Tables 1 and 2, the carbon fiber composite material samples of Examples 1 to 7 had a tear strength of 11.1 N/mm or more at 200°C. The samples of Comparative Examples 1 to 5 had a tear strength of 9.4 N/mm or less at 200°C.

表1及び表2によれば、実施例1~実施例7の炭素繊維複合材料サンプルは、引裂き疲労試験における疲労寿命が53回以上であった。比較例1~比較例5のサンプルは、引裂
き疲労試験における疲労寿命が3回以下であった。
According to Tables 1 and 2, the carbon fiber composite material samples of Examples 1 to 7 had fatigue lives of 53 or more in the tear fatigue test. The samples of Comparative Examples 1 to 5 had fatigue lives of 3 or less in the tear fatigue test.

表1及び表2によれば、実施例1~実施例7の炭素繊維複合材料サンプルの集合構造における外接円の直径は0.38μm~1.89μm、平均直径は0.66μm~1.16μm、距離の平均値は56.3nm~65.5nm、距離の標準偏差は23.3nm~31.2nm、面積は15.3%~24.5%であった。比較例1~比較例5のサンプルの集合構造における外接円の直径は0.55μm~2.43μm、平均直径は1.21μm~1.35μm、距離の平均値は51.8nm~60.5nm、距離の標準偏差は28.8nm~31.9nm、面積は19.8%~32.6%であった。 According to Tables 1 and 2, the diameter of the circumscribed circle in the aggregate structure of the carbon fiber composite material samples of Examples 1 to 7 was 0.38 μm to 1.89 μm, the average diameter was 0.66 μm to 1.16 μm, the average distance was 56.3 nm to 65.5 nm, the standard deviation of the distance was 23.3 nm to 31.2 nm, and the area was 15.3% to 24.5%. The diameter of the circumscribed circle in the aggregate structure of the samples of Comparative Examples 1 to 5 was 0.55 μm to 2.43 μm, the average diameter was 1.21 μm to 1.35 μm, the average distance was 51.8 nm to 60.5 nm, the standard deviation of the distance was 28.8 nm to 31.9 nm, and the area was 19.8% to 32.6%.

30…含フッ素エラストマー、34…バンク、36…混合物、50…炭素繊維複合材料、80…充填剤、81…カーボンナノチューブ、82…ハイストラクチャーカーボンブラック、83…他のカーボンブラック、84…集合構造、90…画像、100…オープンロール、110…第1のロール、120…第2のロール、d…ロール間隔、C1…外接円、L1…距離、V1,V2…回転速度 30...Fluorine-containing elastomer, 34...Bank, 36...Mixture, 50...Carbon fiber composite material, 80...Filler, 81...Carbon nanotube, 82...High structure carbon black, 83...Other carbon black, 84...Aggregate structure, 90...Image, 100...Open roll, 110...First roll, 120...Second roll, d...Roll spacing, C1...Circumscribed circle, L1...Distance, V1, V2...Rotational speed

Claims (12)

架橋された含フッ素エラストマー中に炭素系補強材を含む炭素繊維複合材料であって、
前記炭素繊維複合材料の断面において、隣接する2以上の前記炭素系補強材が100nm以下の距離で近接または接触した集合構造を複数有し、
前記集合構造は前記炭素系補強材を含み、
前記炭素系補強材は、平均直径が0.7nm~30nmのカーボンナノチューブと平均粒径が35nm~300nmのカーボンブラックとを含み、且つ、前記集合構造における隣接する前記炭素系補強材間の平均距離は、10nm以上100nm未満であり、
前記集合構造に外接する外接円は、直径が10nm~4μmであり、かつ、平均直径が50nm~1.2μmであり、
前記断面における前記集合構造の占める面積が5%~40%である、炭素繊維複合材料。
A carbon fiber composite material containing a carbon-based reinforcing material in a crosslinked fluorine-containing elastomer,
In a cross section of the carbon fiber composite material, the carbon fiber composite material has a plurality of aggregate structures in which two or more adjacent carbon-based reinforcing materials are in close proximity to or in contact with each other at a distance of 100 nm or less,
the aggregate structure includes the carbon-based reinforcement material;
the carbon-based reinforcing material includes carbon nanotubes having an average diameter of 0.7 nm to 30 nm and carbon black having an average particle size of 35 nm to 300 nm , and the average distance between adjacent carbon-based reinforcing materials in the aggregate structure is 10 nm or more and less than 100 nm;
a circumscribing circle circumscribing the assembly structure has a diameter of 10 nm to 4 μm and an average diameter of 50 nm to 1.2 μm;
The area of the cross section occupied by the aggregate structure is 5% to 40%.
請求項1において、
前記カーボンブラックは、平均粒径が35nm~80nmのハイストラクチャーカーボンブラックを含む、炭素繊維複合材料。
In claim 1,
The carbon fiber composite material, wherein the carbon black comprises high-structure carbon black having an average particle size of 35 nm to 80 nm.
請求項2において、
前記カーボンブラックは、前記ハイストラクチャーカーボンブラック以外の他のカーボンブラックをさらに含み、
前記他のカーボンブラックは、平均粒径が100nm~300nmである、炭素繊維複合材料。
In claim 2,
The carbon black further includes carbon black other than the high structure carbon black,
The carbon fiber composite material, wherein the other carbon black has an average particle size of 100 nm to 300 nm.
請求項3において、
前記含フッ素エラストマー100質量部に対して、前記カーボンナノチューブを0.1質量部~3質量部と、前記ハイストラクチャーカーボンブラックを1質量部~10質量部と、前記他のカーボンブラックを0質量部~4質量部と、を含む、炭素繊維複合材料。
In claim 3,
A carbon fiber composite material comprising, relative to 100 parts by mass of the fluorine-containing elastomer, 0.1 to 3 parts by mass of the carbon nanotubes, 1 to 10 parts by mass of the high-structure carbon black, and 0 to 4 parts by mass of the other carbon black.
含フッ素エラストマー100質量部に対して、カーボンナノチューブを0.1質量部~3質量部と、ハイストラクチャーカーボンブラックを1質量部~10質量部と、前記ハイストラクチャーカーボンブラック以外の他のカーボンブラックを0質量部~4質量部と、を含み、
前記カーボンナノチューブは、平均直径が0.7nm~30nmであり、
前記ハイストラクチャーカーボンブラックは、平均粒径が35nm~80nmであり、
前記他のカーボンブラックは、平均粒径が100nm~300nmであり、
前記カーボンナノチューブに対する前記ハイストラクチャーカーボンブラックと前記他のカーボンブラックとの総量の質量比が、1:140~3:1である、炭素繊維複合材料。
the composition contains, relative to 100 parts by mass of a fluorine-containing elastomer, 0.1 to 3 parts by mass of carbon nanotubes, 1 to 10 parts by mass of high-structure carbon black, and 0 to 4 parts by mass of carbon black other than the high-structure carbon black;
The carbon nanotubes have an average diameter of 0.7 nm to 30 nm;
The high structure carbon black has an average particle size of 35 nm to 80 nm,
The other carbon black has an average particle size of 100 nm to 300 nm,
A carbon fiber composite material, wherein a mass ratio of the total amount of the high structure carbon black and the other carbon black to the carbon nanotubes is 1:140 to 3:1.
請求項1~請求項5のいずれか一項において、
前記カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブ及び単層カーボンナノチューブを含む、炭素繊維複合材料。
In any one of claims 1 to 5,
The carbon nanotubes include multi-walled carbon nanotubes and single-walled carbon nanotubes.
請求項1~請求項6のいずれか一項において、
前記炭素繊維複合材料は、室温におけるJIS K6252に準拠した引裂き試験における引裂き強さが39.0N/mm以上である、炭素繊維複合材料。
In any one of claims 1 to 6,
The carbon fiber composite material has a tear strength of 39.0 N/mm or more at room temperature in a tear test in accordance with JIS K6252.
請求項1~請求項7のいずれか一項において、
前記炭素繊維複合材料は、200℃におけるJIS K6252に準拠した引裂き試験における引裂き強さが10.0N/mm以上である、炭素繊維複合材料。
In any one of claims 1 to 7,
The carbon fiber composite material has a tear strength of 10.0 N/mm or more in a tear test at 200°C in accordance with JIS K6252.
請求項1~請求項8のいずれか一項において、
前記炭素繊維複合材料は、200℃における最大引張応力1.9N/mm、周波数1Hzの引裂き疲労試験における破断回数が20回以上である、炭素繊維複合材料。
In any one of claims 1 to 8,
The carbon fiber composite material has a breaking frequency of 20 or more in a tear fatigue test at 200° C. with a maximum tensile stress of 1.9 N/mm and a frequency of 1 Hz.
請求項1~請求項9のいずれか一項において、
前記炭素繊維複合材料は、100%伸び時の応力が6.0MPa以上である、炭素繊維複合材料。
In any one of claims 1 to 9,
The carbon fiber composite material has a stress at 100% elongation of 6.0 MPa or more.
架橋前の前記含フッ素エラストマーに前記炭素系補強材を混合して未架橋の炭素繊維複合材料を得る工程と、前記未架橋の炭素繊維複合材料における前記含フッ素エラストマーを架橋して請求項1~請求項10のいずれか一項に記載の前記炭素繊維複合材料を得る架橋工程と、を含む、炭素繊維複合材料の製造方法。 A method for producing a carbon fiber composite material, comprising: a step of mixing the carbon-based reinforcing material with the fluorine-containing elastomer before crosslinking to obtain an uncrosslinked carbon fiber composite material; and a crosslinking step of crosslinking the fluorine-containing elastomer in the uncrosslinked carbon fiber composite material to obtain the carbon fiber composite material according to any one of claims 1 to 10. 架橋された含フッ素エラストマー中に炭素系補強材を含む炭素繊維複合材料ロール間隔が0mm~0.5mmでロール温度が0℃~50℃に設定されたオープンロールを用いて薄通しする、炭素繊維複合材料の製造方法であって、
前記炭素繊維複合材料の断面において、隣接する2以上の前記炭素系補強材が100nm以下の距離で近接または接触した集合構造を複数有し、
前記集合構造は前記炭素系補強材を含み、
前記炭素系補強材は、平均直径が0.7nm~30nmのカーボンナノチューブと平均粒径が35nm~300nmのカーボンブラックとを含み、
前記集合構造における隣接する前記炭素系補強材間の平均距離は、10nm以上100nm未満であり、
前記集合構造に外接する外接円は、直径が10nm~4μmであり、かつ、平均直径が50nm~1.2μmであり、
前記断面における前記集合構造の占める面積が5%~40%である、炭素繊維複合材料の製造方法
A method for producing a carbon fiber composite material , comprising thin-passing a carbon fiber composite material containing a carbon-based reinforcing material in a crosslinked fluorine-containing elastomer using open rolls with a roll gap of 0 mm to 0.5 mm and a roll temperature set to 0° C. to 50° C. ,
In a cross section of the carbon fiber composite material, the carbon fiber composite material has a plurality of aggregate structures in which two or more adjacent carbon-based reinforcing materials are in close proximity to or in contact with each other at a distance of 100 nm or less,
the aggregate structure includes the carbon-based reinforcement material;
The carbon-based reinforcing material includes carbon nanotubes having an average diameter of 0.7 nm to 30 nm and carbon black having an average particle size of 35 nm to 300 nm,
the average distance between adjacent carbon-based reinforcing materials in the aggregate structure is 10 nm or more and less than 100 nm;
a circumscribing circle circumscribing the assembly structure has a diameter of 10 nm to 4 μm and an average diameter of 50 nm to 1.2 μm;
the aggregate structure accounts for 5% to 40% of the area of the cross section.
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