复合材料及成形品的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳纳米管(以下，简称为CNT)附着在基材表面的复合材料及使用该复合材料的成形品。
【背景技术】
[0002]在复合材料中，从作为复合材料发挥功能的角度来说，优选的是CNT均匀地附着在基材表面而形成CNT网络。
[0003]并且，这样的复合材料是通过以下方法制造:将基材投入到CNT以纳米水准分散的溶液(说明书中有简称为CNT纳米分散液的情况)中，CNT会附着在基材表面而形成网络，然后从CNT纳米分散液中取出基材后进行干燥，由此制造复合材料。
[0004]但是，CNT因范德华力而会在CNT纳米分散液中不可逆地凝集，因此为了将CNT均匀地附着在基材表面并形成CNT网络，需要在CNT纳米分散液中投入大量的分散剂，以防止CNT凝集，由此将CNT进行分散。
[0005]并且，在分散CNT时，向CNT纳米分散液辅助性地照射超声波或者进行搅拌(参照专利文献I)。对于CNT的分散来说分散剂是必要的，一般在所述复合材料的制造过程中必须使用分散剂。
[0006]并且，在CNT纳米分散液中除了添加所述分散剂之外，还添加粘合剂或者其他添加剂等，以使CNT粘合在基材表面。
[0007]如此制造的复合材料由于CNT附着在基材表面，因此不仅具有基材原有的功能，而且作为复合材料可期待基于CNT的导电性、导热性及机械强度等的提高。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:特开2010-59561号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的技术课题
[0012]上述复合材料为了提高作为复合材料的导电性、导热性、机械强度等性能，一般通过将CNT高浓度地附着在基材表面而在基材表面构建高密度的CNT网络。
[0013]然而，如果大量使用CNT，则存在基材固有的功能受损的担忧，另外，尽管CNT大量附着在基材表面，但现状是复合材料的导电性、导热性、机械强度还没有达到实用化的要求。
[0014]本发明的目的在于提供一种能够实现基材固有的功能的同时具有基于CNT的导电性、导热性、机械强度等功能的复合材料和成形品。
[0015]为解决课题的技术方案
[0016]本发明人认为，尽管CNT大量复合在一起，但是作为复合材料的导电性、导热性、机械强度等无法达到实用化要求的问题是因为用于分散CNT的分散剂或者用于将CNT附着在基材的粘合剂等作为导致绝缘性或者导热性差的中介物包覆在所述CNT表面的状态而引起的，为了解决上述问题，本发明人基于上述原因进行了研究。但是，由于CNT本身具有凝集力，因此在基材表面均匀地分散并附着CNT时必须使用这些中介物。
[0017]在本发明中发明出了即使不存在如上述的在CNT的分散和粘合中必需的分散剂和粘合剂等的中介物的状态下能够保持优异的CNT的分散性、且即使CNT的浓度低的情况下也能够发挥基于CNT的导电性、导热性、机械强度等功能而满足实用化要求的复合材料。
[0018]S卩，本发明的复合材料包括基材和形成于所述基材表面的结构体，其特征在于，所述结构体包括多个碳纳米管，所述多个碳纳米管形成相互直接连接的网络结构，并且直接附着在所述基材表面。
[0019]本发明的成形品，其特征在于，包括本发明的复合材料。
[0020]根据本发明的复合材料，其特征在于，所述复合材料为在基材表面附着有多个CNT的复合材料，通过将所述多个CNT分散在没有包含分散剂等中介物的溶液中，向所述溶液中施加规定的能量，在所述溶液中形成所述多个CNT分散的状态和凝集的状态可逆地产生的可逆反应状态，在所述可逆反应状态中所述多个CNT从分散状态转移到所述凝集状态时，在浸渍于所述溶液中的所述基材表面上，使所述多个CNT相互缠绕成网络状，使其以没有中介物的状态直接接触或者直接连接，从而在在所述基材表面上没有中介物的状态下直接附着。
[0021]发明的效果
[0022]根据本发明的复合材料，多个CNT在相互的CNT表面上没有中介物的状态下相互直接接触或者直接连接，在基材表面上分散并缠绕而在所述基材表面上构成CNT网络，因此，作为复合材料即使CNT的量少也能够发挥基于CNT的导电性、导热性的性能。并且，在基材表面，所述多个CNT也是以没有中介物的状态形成CNT网络并直接附着在所述基材表面，因此，难以从所述基材表面剥离，将提高作为复合材料的机械强度。
[0023]根据本发明的成形品，由于包括本发明的复合材料，因此即使成形品的基材为例如树脂时，也能够大幅提尚机械强度。
【附图说明】
[0024]图1A是第一实施方式的复合材料的概念结构图，图1B是表示本实施方式的复合材料的结构体厚度的图。
[0025]图2A是第一实施方式的复合材料的概念结构图，图2B是现有的复合材料的概念结构图。
[0026]图3是第一实施方式的复合材料的制造工序图。
[0027]图4是将包括CNT的分散液少量滴在硅基板上，然后在烤炉中在400°C的温度下干燥一个小时时的CNT的扫描电子显微镜(SEM)照片，图4A是第一实施方式的CNT，图4B是普通的CNT照片。
[0028]图5A是第一实施方式的包括CNT的分散液中的CNT的透射电子显微镜(TEM)照片，图5B是放大图5A的照片。
[0029]图6A是第一实施方式的复合材料的外观的SEM照片，图6B是放大图6A的照片，图6C是放大图6A的其他部分的照片，图6D是进一步放大图6C的照片。
[0030]图7是依次放大表示第一实施方式的复合材料的剖面的SEM照片，图7A是复合材料的剖面的SEM照片，图7B是放大的SEM照片，图7C是进一步放大的SEM照片，图7D是示意性地表示图7C的图。
[0031]图8是依次放大表示第一实施方式的复合材料的剖面的TEM照片，图8A是复合材料的剖面的TEM照片，图SB是放大图8A的方框内的部分的TEM照片，图SC是进一步放大图8B的方框内的部分的TEM照片，图8D是示意性地表示图8B的图。
[0032]图9是依次放大表示第一实施方式的复合材料的剖面的TEM照片，图9A是复合材料的剖面的TEM照片，图9B是放大图9A的方框内的部分的TEM照片，图9C是进一步放大图9B的一部分的TEM照片，图9D是示意性地表示图9B的图。
[0033]图10是依次放大表示第一实施方式的复合材料的剖面的TEM照片，图1OA是复合材料的剖面的TEM照片，图1OB是放大图1OA的方框内的部分的TEM照片，图1OC是进一步放大图1OB的一部分的TEM照片，图1OD是示意性地表示图1OB的图。
[0034]图1lA是现有的复合材料的SEM照片，图1lB是放大图1lA的SEM照片。
[0035]图12是分别表示只由碳纤维组成的复合材料、现有的复合材料及第一实施方式的复合材料的导电性的图。
[0036]图13是分别表示只由碳纤维组成的复合材料、现有的复合材料及第一实施方式的复合材料的导热性的图。
[0037]图14是第二实施方式的成形品的概念结构图。
[0038]图15A是表示第二实施方式的成形品的制造方法的在复合材料中投入环氧树脂的图，图15B是表示在复合材料中投入环氧树脂的状态的图。
[0039]图16A是现有的纤维强化成形品的制造方法的在碳纤维中投入CNT复合环氧树脂的图，图16B是在碳纤维中投入CNT复合环氧树脂的状态的图。
[0040]图17A是表示变形例的复合材料及成形品的概念结构的图，图17B是表示从结构体的基材表面的厚度的图。
[0041 ] 图18是变形例的复合材料的SEM照片。
[0042]图19是表示其他变形例的复合材料的概念结构的图。
【具体实施方式】
[0043]下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[0044]1.第一实施方式
[0045](I)结构
[0046]如图1A所示，复合材料I包括多个基材3和分别形成在所述多个基材3表面的结构体7。
[0047]基材3并不特别限定，可举例由碳材料、树脂材料、金属材料、陶瓷材料等形成的纤维。在本实施方式中基材3使用碳纤维。并且，在本图中，进行图解时表示多个基材3。基材3并没有特别限定，可举例通过对聚丙烯腈、人造纤维、沥青等来源于石油、煤、煤焦油的有机纤维、来源于木材或植物纤维的有机纤维进行煅烧来得到的直径约3?15 μπι的碳纤维。
[0048]结构体7包括多个CNT5。CNT5均匀地分散在基材3的几乎整个表面且相互缠绕着，相互之间不存在中介物而直接接触或者直接连接，并形成网络结构，而且，在与基材3表面的边界之间没有中介物的状态下直接附着在所述基材3表面。在这里所说的连接包括物理连接(单纯的接触)。并且，在这里所说的附着是指通过范德华力的结合。并且，“直接接触或者直接连接”除了包括多个CNT以没有中介物的状态单纯地接触的状态之外，还包括多个CNT成为一体而连接的状态，其解释并不应当限定于此。
[0049]结构体7分布在基材3的表面上局部性地偏置。因该偏置，基材3表面从结构体7露出。所述“偏置”仅仅表示结构体7没有均匀地覆盖基材3的整个表面的情况，并不表示结构体7本身的CNT5的分散性的好坏。
[0050]因CNT5在基材3表面分布成网络状，因此结构体7也可以称为CNT网络，但是由于整个网络呈薄膜状，所以称为CNT网络，但并不限定于其名称。
[0051]并且，还可以为，CNT5没有在基材3的整个表面形成一个网络结构，而是在一个基材3表面形成相互独立的多个网络结构。另外，还可以为，没有在一个基材3的整个表面存在