JP2005238708A - カーボンナノチューブ強化樹脂構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、圧縮強度および／または電磁波の反射性能を向上させたカーボンナノチューブ強化樹脂構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１では、層状に積層された複数の炭素繊維強化層１１と、これら炭素繊維強化層１１の層間に設けられたカーボンナノチューブを包含した強化層１３とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体およびその製造方法に関するものである。

炭素繊維、ガラス繊維等の繊維で補強された繊維強化樹脂は、軽量で成形性に優れているため、構造体として多方面において利用されている。
また、特許文献１および特許文献２には、樹脂に、炭素繊維とカーボンナノチューブとを混合して、射出成形にて、繊維強化樹脂構造体を成形するものが示されている。この繊維強化樹脂構造体は、曲げ強度および電磁波の反射性能が改善されたことが示されている。

特開２００３−２３８８１６号公報（段落［００４５］〜［００６９］）

しかし、従来の繊維強化樹脂構造体は、一般に層状に構成されており、引張強度に比べて圧縮強度が極端に低いという欠点があった。また、電磁波の反射性能が、電磁波反射材の用途に採用するには不十分であった。
特許文献１に示すものは、電磁波の反射性能については改善されているが、圧縮強度に対する示唆は何ら示されていない。また、圧縮強度の改善を行う実用に供する製造方法が具体的に示されていない。
また、炭素繊維の径は、約７μｍであり、また、炭素繊維束の厚さは通常約０．１〜０．５ｍｍであり、それらを使うかぎり、その厚みを持つ繊維強化樹脂構造体は製造できない。

本発明は、上記問題点に鑑み、圧縮強度および／または電磁波の反射性能を向上させたカーボンナノチューブ強化樹脂構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体では、層状に積層された複数の強化繊維層と、これら強化繊維層の層間に設けられたカーボンナノチューブを包含した強化層とを有することを特徴とする。

このように、積層された強化繊維層の層間にカーボンナノチューブを包含した強化層が設けられているので、従来層間に存在していた強化されない樹脂層が無くなる。また、カーボンナノチューブは、炭素同士が強固に結合した構造なので、高強度の補強繊維になり、強化層自体の強度が高くなる。したがって、強化繊維層の層間強度が向上されるので、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体の強度は高くなる。特に従来問題であった圧縮強度において著しく改善される。

また、本発明にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体では、層状に積層された複数の強化繊維層と、外表面にカーボンナノチューブを包含した電磁波反射層を設けたことを特徴とする。

このように、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体の外表面にカーボンナノチューブを包含した電磁波反射層を設けているので、電気抵抗の少ないカーボンナノチューブが良導体となる。そのため、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体の外表面での電磁波の反射性能が良くなる。

また、本発明にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体では、請求項１に記載の発明に加えて、外表面にカーボンナノチューブを包含した電磁波反射層を設けたことを特徴とする。

このように、強化繊維層の層間および外表面にカーボンナノチューブを包含する電磁波反射層を設けているので、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体の電磁波の反射性能はさらに改善される。

また、本発明にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体では、表面にくびれ部を有するカーボンナノチューブを、樹脂に添加してなることを特徴とする。

このように、表面にくびれ部を有するカーボンナノチューブを樹脂に添加しているので、樹脂がこのくびれ部に入り込んだ形となっている。そのため、樹脂に圧力がかかると、樹脂とカーボンナノチューブとの表面抵抗に加えて、カーボンナノチューブのくびれ部が樹脂から受ける力の抵抗となるので、カーボンナノチューブの補強効果が向上する。したがって、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体の強度は増加する。
また、カーボンナノチューブの径は、例えば１００ｎｍと細いので、例えばμオーダーの薄い樹脂の強化が行える。そのため、本発明にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体はマイクロマシン等の超小型機械の部品として使用できる。さらに、例えば、ｍｍオーダー以下の曲率部の強化も可能となる。

また、本発明にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体では、前記カーボンナノチューブを略一方向に沿って配向させたことを特徴とする。

このように、カーボンナノチューブを略一方向に沿って配向しているので、特にこの方向に沿った強度が向上する。

また、本発明にかかるカーボンナノチューブ構造体の製造方法では、型の上に、強化繊維に樹脂を含浸させ半硬化させた繊維プリプレグシートと、カーボンナノチューブを樹脂に混合させた半硬化樹脂シ−トとを交互に積層させて積層体を形成し、前記積層体を前記型との間でバッグフィルムによって密閉し、前記バッグフィルム内の空気を抜いて減圧し、前記繊維プリプレグシートと半硬化樹脂シ−トとを前記型に対して圧着させて成形することを特徴とする。

この発明によれば、まず、予め作成された強化繊維に樹脂を含浸させ半硬化させた繊維プリプレグシートと、カーボンナノチューブを樹脂に混合させた半硬化樹脂シ−トとを型の上に交互に積層させてなる積層体を形成する。次いで、積層体を型との間でバッグフィルムによって密閉する。そして、真空吸引力によりバッグフィルム内の空気を抜く。バッグフィルム内の空気を抜くと、バッグフィルム内が減圧され、バッグフィルムの容積が減少してバッグフィルムが積層体の上面に当接して、積層体を型に向けて押圧する。積層体が押圧されると、繊維プリプレグシートと半硬化樹脂シ−トとが圧着されるので、共に半硬化状態の繊維プリプレグシートと半硬化樹脂シ−トとが一体に結合する。より具体的にいうと、積層体を構成する樹脂が硬化される。したがって、型に沿った形状をした強化繊維層の層間にカーボンナノチューブで補強された層を有するカーボンナノチューブ強化樹脂構造体が製造される。
また、予め作成した半硬化樹脂シ−トを使用するので、半硬化樹脂シ−トを作成する際、カーボンナノチューブの含有量、配置等を調整できる。したがって、所要品質のカーボンナノチューブ強化樹脂構造体を製造することができる。
なお、樹脂としては、熱硬化性樹脂であっても、熱可塑性樹脂であってもよい。
熱硬化性の樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル、エポキシ、フェノール、ポリウレタン、メラミン、ユリア、ポリイミド、ジアリルフタレート、ケイ素樹脂等が使用できる。
また、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体）樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィルド、ポリスルホン、ポリエーテルエテルケトン、液晶性プラスチック、変性ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）等が使用できる。
強化繊維としては、ガラス繊維、カーボン繊維等が使用できる。

また、本発明にかかるカーボンナノチューブ構造体の製造方法では、前記積層体の前記型側あるいは前記型の反対側に、前記半硬化樹脂シートを配置したことを特徴とする。

このように、積層体の型側あるいは型の反対側に、半硬化樹脂シートを配置したので、表面にカーボンナノチューブを含有した層が形成されたカーボンナノチューブ強化樹脂構造体が製造できる。そのため、電気抵抗の少ないカーボンナノチューブが良導体となるので、表面での電磁波の反射性能が良いカーボンナノチューブ強化樹脂構造体を製造することができる。

また、本発明にかかるカーボンナノチューブ構造体の製造方法では、型の上に、カーボンナノチューブを混合した液状樹脂を表面に散布した強化繊維を積層させて積層体を形成し、前記積層体を前記型との間でバッグフィルムによって密閉し、前記バッグフィルム内の空気を抜いて減圧し、系外の液状樹脂を吸引して前記積層体に含侵させつつ前記積層体を前記型に対して圧着させて成形することを特徴とする。

本発明によれば、まず、表面にカーボンナノチューブを混合した液体樹脂を散布した強化繊維を積層して、強化繊維と強化繊維の間にカーボンナノチューブの層を有する積層体を形成する。次いで、積層体を型との間でバッグフィルムによって密閉する。そして、真空吸引力によりバッグフィルム内の空気を抜く。バッグフィルムの容積が減少してバッグフィルムが上面に当接して、積層体を型に向けて押圧する。また、バッグフィルムの空気を抜くと、その吸引力により系外の液体樹脂がバッグフィルム内に導入され、繊維の間等に含侵される。
このように、強化繊維間にカーボンナノチューブで補強された層を有するカーボンナノチューブ強化樹脂構造体が製造される。
また、積層体の形成が、強化繊維の表面にカーボンナノチューブを混合した液体樹脂を散布したものを積み重ねるだけであるので、積層体の形成に特別な加工を必要としない。したがって、低コストでカーボンナノチューブ強化樹脂構造体を製造できる。

また、本発明にかかるカーボンナノチューブ構造体の製造方法では、型の上に、織目の粗い強化繊維織物を複数積層させて積層体を形成し、前記積層体を前記型との間でバッグフィルムによって密閉し、前記バッグフィルム内の空気を抜いて減圧し、係外のカーボンナノチューブが混合された液状樹脂を吸引して前記積層体の間に含侵させつつ前記積層体を前記型に対して圧着させて成形することを特徴とする。

本発明によれば、まず、型の上に、織目の粗い強化繊維織物を積層して、積層体を形成する。次いで、積層体を型との間でバッグフィルムによって密閉する。そして、真空吸引力によりバッグフィルム内の空気を抜く。それと同時に、バッグフィルムの容積が減少してバッグフィルムが積層体の上面に当接して、積層体を型に向けて押圧する。また、バッグフィルムの空気を抜くと、その吸引力により系外のカーボンナノチューブを混合した液体樹脂がバッグフィルム内に導入され、強化繊維織物の間および織目の間に含侵される。
このように、強化繊維織物間にカーボンナノチューブで補強された層を有するカーボンナノチューブ強化樹脂構造体が製造される。
このように、積層体の形成が、強化繊維織物を積層するだけであるので、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体を簡便に製造できる。
なお、織目の粗い強化繊維織物とは、例えば５０μｍメッシュである。

また、本発明にかかるカーボンナノチューブ構造体の製造方法では、熱可塑性樹脂にカーボンナノチューブを混合させてブロック体を形成し、該ブロック体を加熱して、一方向に伸張させて成形することを特徴とする。

本発明によれば、まず、熱可塑性樹脂にカーボンナノチューブを混合させてブロック体を形成する。ついで、ブロック体を加熱して、熱可塑性樹脂を軟化させる。軟化したブロック体を一方向に引っ張って伸張させると、カーボンナノチューブは、その長手方向が伸張方向に沿うように配向するとともに局所的にくびれ部が形成される。
カーボンナノチューブの径は、例えば１００ｎｍと細いので、熱可塑性樹脂の薄い膜を使用すれば、薄い、例えばｍｍオーダーのカーボンナノチューブ強化樹脂構造体を製造することができる。この薄いカーボンナノチューブ強化樹脂構造体はマイクロマシン等の超小型機械の部品として使用できる。また、例えば、ｍｍオーダー以下の曲率部の強化も可能となる。

請求項１に記載された発明によれば、積層された強化繊維層の層間にカーボンナノチューブを包含した強化層が設けられているので、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体の強度は高くなる。特に従来問題であった圧縮強度において著しく改善される。

請求項２に記載された発明によれば、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体の外表面にカーボンナノチューブを包含した電磁波反射層を設けているので、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体の外表面での電磁波の反射性能が良くなる。

請求項３に記載された発明によれば、強化繊維層の層間および外表面にカーボンナノチューブを包含する電磁波反射層を設けているので、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体の電磁波の反射性能はさらに改善される。

請求項４に記載された発明によれば、表面にくびれ部を有するカーボンナノチューブを樹脂に添加しているので、カーボンナノチューブの補強効果が向上する。したがって、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体の強度は増加する。
また、カーボンナノチューブの径は、例えば１００ｎｍと細いので、例えばμオーダーの薄い樹脂の強化が行える。そのため、本発明にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体はマイクロマシン等の超小型機械の部品として使用できる。さらに、例えば、ｍｍオーダー以下の曲率部の強化も可能となる。

請求項５に記載された発明によれば、カーボンナノチューブを略一方向に沿って配向しているので、特にこの方向に沿った強度が向上する。

請求項６に記載された発明によれば、型に沿った形状をした強化繊維層の層間にカーボンナノチューブで補強された層を有するカーボンナノチューブ強化樹脂構造体が製造できる。
また、予め作成した半硬化樹脂シ−トを使用するので、所要品質のカーボンナノチューブ強化樹脂構造体を製造することができる。

請求項７に記載された発明によれば、積層体の型側あるいは型の反対側に、半硬化樹脂シートを配置したので、表面での電磁波の反射性能が良いカーボンナノチューブ強化樹脂構造体を製造することができる。

請求項８に記載された発明によれば、強化繊維間にカーボンナノチューブで補強された層を有するカーボンナノチューブ強化樹脂構造体が製造できる。
また、積層体の形成が、強化繊維の表面にカーボンナノチューブを混合した液体樹脂を散布したものを積み重ねるだけであるので、積層体の形成に特別な加工を必要としない。したがって、低コストでカーボンナノチューブ強化樹脂構造体を製造できる。

請求項９に記載された発明によれば、強化繊維織物間にカーボンナノチューブで補強された層を有するカーボンナノチューブ強化樹脂構造体が製造される。
このように、積層体の形成が、強化繊維織物を積層するだけであるので、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体を簡便に製造できる。

請求項１０に記載された発明によれば、局所的にくびれ部が形成されたカーボンナノチューブで補強されたカーボンナノチューブ強化樹脂構造体を製造できる。
また、カーボンナノチューブの径は、例えば１００ｎｍと細いので、細いので、熱可塑性樹脂の薄い膜を使用すれば、薄い、例えばｍｍオーダーのカーボンナノチューブ強化樹脂構造体を製造することができる。この薄いカーボンナノチューブ強化樹脂構造体はマイクロマシン等の超小型機械の部品として使用できる。また、例えば、ｍｍオーダー以下の曲率部の強化も可能となる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図１ないし図３を用いて説明する。
図１は、本実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化繊維構造体１の構成を示す側面図である。

カーボンナノチューブ強化繊維構造体１は、炭素繊維で強化された複数の炭素繊維強化層（繊維強化層）３と炭素繊維強化層３の間に設けられたカーボンナノチューブを包含した強化層５とから構成されている。

炭素繊維強化層３は、炭素繊維にエポキシ樹脂が含侵されて形成されている。強化層５は、エポキシ樹脂にカーボンナノチューブを包含させたものである。カーボンナノチューブは、炭素同士が強固に結合した構造を有しているので、高強度の補強繊維の機能を果たす。そのため、強化層５は、それ自体でも強度が高い。

このように、炭素繊維強化層３の間に強度の高い強化層５を設けているので、特に、圧縮荷重がかかって向かい合う炭素繊維強化層３同士が層に沿って反対方向にずれようとする場合に大きな抵抗となる。したがって、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の強度は格段に高くなる。

なお、本実施形態のカーボンナノチューブ強化繊維構造体１は、炭素繊維強化層３の間に強化層５を設けているが、本発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、本実施形態のカーボンナノチューブ強化繊維構造体１に加えて、外表面にカーボンナノチューブを包含した電磁波反射層を設けたものも含まれる。
このようにすると、カーボンナノチューブは電気抵抗の少ない良導体であるので、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の外表面および強化層５に存在するカーボンナノチューブにより、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の電磁波反射特性が大幅に改善される。

また、電磁波の反射性能を目的とするのであれば、強化層５を設けず、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の外表面に電磁波反射層を設けてもよい。こうすると、コストが安価で、電磁波の反射性能が改善されたカーボンナノチューブ強化繊維構造体１が得られる。
これらの、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１は、例えば、航空機エンジンの外殻やアンテナ・レドームなどの電磁波反射材として用いられる。

以下、図２および図３により、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の製造方法について説明する。
図２は、製造装置の概略構成を示す断面図である。図３は、製造工程を示すフローチャートである。

図２の製造装置には、型７と、型７の上に積み重ねた積層体９と、積層体９を型７との間で密閉するバッグフィルム１５と、バッグフィルム１５に接続された吸引配管１９と、真空ポンプ２１とを主たる構成としている。型７とバッグフィルム１５との間および吸引配管１９と、型７とバッグフィルム１５との間には、シール１７が装着されている。
バッグフィルム１５は、可撓性の材料で構成されている。

積層体９は、炭素繊維にエポキシ樹脂を含侵させ半硬化させた炭素繊維プリプレグシート（繊維プリプレグシート）１１と、カーボンナノチューブを混合した半硬化エポキシ樹脂シート（半硬化樹脂シート）１３とが交互に積層されたものである。

次に、図３をも参照して、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の製造方法について説明する。
まず、工程（Ａ）として、型７の上に、積層体９を形成する。すなわち、型７の上に、炭素繊維プリプレグシート１１を置き、その上に半硬化エポキシ樹脂シート１３を置き、次いで、炭素繊維プリプレグシート１１を置く。そして、所要の厚さが得られるまで炭素繊維プリプレグシート１１と半硬化エポキシ樹脂シート１３を交互に積み重ねる。最上部は、炭素繊維プリプレグシート１１とする。

なお、表面に、電磁波反射層を形成する場合には、最下部（型７側）あるいは最上部（型７と反対側）に半硬化エポキシ樹脂シート１３を配置する。
また、強化層５を設けない場合には、炭素繊維プリプレグシート１１間に半硬化エポキシ樹脂シート１３を介挿させずに、最下部あるいは最上部に半硬化エポキシ樹脂シート１３を配置する。

次いで、工程（Ｂ）として、積層体９をバッグフィルム１５で覆う。バッグフィルム１５と型７との間に、シール１７を装着して密閉空間とする。バッグフィルム１５の一部にシール１７を介して吸引配管１９を装着する。

その後、工程（Ｃ）に入る。すなわち、真空ポンプ２１を作動させて、吸引配管１９を介してバッグフィルム１５内の空気を吸引する。バッグフィルム１５内の空気が吸引されると、バッグフィルム１５の容積が減少する。すなわち、バッグフィルム１５が縮むので、バッグフィルム１５は、積層体９の上面に当接して、積層体９を型７に向けて押圧する。積層体９が押圧されると、炭素繊維プリプレグシート１１と半硬化エポキシ樹脂シート１３とが圧着される。炭素繊維プリプレグシート１１と半硬化エポキシ樹脂シート１３とは、共に半硬化の状態なので、圧着されて一体に結合し、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体１が形成される。

以下、本実施形態の作用・効果を説明する。
本実施形態のカーボンナノチューブ強化繊維構造体１は、積層された炭素繊維強化層３の層間にカーボンナノチューブを包含した強化層５が設けられているので、従来層間に存在していた強化されない樹脂層が無くなる。また、カーボンナノチューブは、炭素同士が強固に結合した構造なので、高強度の補強繊維になり、強化層自体の強度が高くなる。したがって、炭素繊維強化層３の層間強度が向上されるので、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の強度を高くすることができる。特に従来問題であった圧縮強度を著しく改善することができる。

また、本実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化繊維構造体１の製造方法によれば、まず、予め作成された強化繊維にエポキシ樹脂を含浸させ半硬化させた炭素繊維プリプレグシート１１と、カーボンナノチューブを混合させた半硬化エポキシ樹脂シート１３とを型７の上に交互に積層させてなる積層体９を形成する。次いで、積層体９を型７との間でバッグフィルム１５によって密閉する。そして、真空ポンプ２１の真空吸引力によりバッグフィルム１５内の空気を抜く。バッグフィルム１５の空気を抜くと、バッグフィルム１５の容積が減少してバッグフィルム１５が積層体９の上面に当接して、積層体９を型７に向けて押圧する。積層体９が押圧されると、炭素繊維プリプレグシート１１と半硬化エポキシ樹脂シート１３とが圧着されるので、共に半硬化状態の炭素繊維プリプレグシート１１と半硬化エポキシ樹脂シート１３とが一体に結合する。したがって、型７に沿った形状をした炭素繊維強化層３の層間にカーボンナノチューブで補強された強化層５を有するカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１を製造することができる。
また、予め作成した半硬化エポキシ樹脂シート１３を使用するので、半硬化エポキシ樹脂シート１３を作成する際、カーボンナノチューブの含有量、配置等を調整できる。したがって、所要品質のカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１を製造することができる。

なお、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の表面に、カーボンナノチューブを包含する電磁波反射層を設けると、カーボンナノチューブが電気抵抗の少ない良導体なので、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の電磁波の反射性能が改善される。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図４および図５を用いて説明する。
図４は、本実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化繊維構造体１の構成を示す側面図である。

カーボンナノチューブ強化繊維構造体１は、炭素繊維で強化された複数の炭素繊維強化層（繊維強化層）３と、炭素繊維強化層３の間に設けられたカーボンナノチューブを包含した強化層５と、表面に設けられたカーボンナノチューブを包含した電磁波反射層２３とから構成されている。

炭素繊維強化層３は、炭素繊維織物にエポキシ樹脂およびカーボンナノチューブが含侵されて形成されている。強化層５は、エポキシ樹脂にカーボンナノチューブを包含させたものである。カーボンナノチューブは、炭素同士が強固に結合した構造を有しているので、高強度の補強繊維の機能を果たす。そのため、強化層５は、それ自体でも強度が高い。また、炭素繊維強化層３もカーボンナノチューブで補強されているので、強度が高くなっている。

このように、炭素繊維強化層３の間に強度の高い強化層５を設けているので、特に、圧縮荷重がかかって炭素繊維強化層３が層に沿ってずれようとする場合に大きな抵抗となる。したがって、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の強度は格段に高くなる。

以下、図５により、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の製造方法について説明する。
図５は、製造装置の概略構成を示す断面図である。なお、第一実施形態と同様の部分は、同じ符号を付して、その説明を省略する。

図５の製造装置は、上述の第一実施形態に加えて、カーボンナノチューブを混合した液体状の液体樹脂３１を格納する容器２７と、容器２７とバッグフィルム１５内とを連通する樹脂配管２９とが設けられている。容器２７は、大気に開放されているので、カーボンナノチューブが混合された液体樹脂３１には大気圧が作用している。

積層体９は、織目の粗い例えば５０μｍメッシュとされた炭素繊維織物２５が積層されたものである。炭素繊維織物２５は織目が粗いので、積み重ね部に隙間ができる。また、炭素繊維織物２５自体に多くの隙間が存在している。

次に、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の製造方法について説明する。本実施形態の製造工程は、第一実施形態と略同一なので、図３を援用して説明する。
まず、工程（Ａ）として、型７の上に、積層体９を形成する。すなわち、型７の上に、所要数の炭素繊維織物２５を積み重ねる。

次いで、工程（Ｂ）として、積層体９をバッグフィルム１５で覆う。バッグフィルム１５と型７との間に、シール１７を装着して密閉空間とする。バッグフィルム１５の一部にシール１７を介して吸引配管１９を装着する。
併せて、樹脂配管２９をバッグフィルム１５に装着する。

その後、工程（Ｃ）に入る。すなわち、真空ポンプ２１を作動させて、吸引配管１９を介してバッグフィルム１５内の空気を吸引する。この吸引力により容器２７内のカーボンナノチューブを混合した液体樹脂３１が、大気圧に押されてバッグフィルム内に導入され、炭素繊維織物２５の間および織目の間に含侵される。それと同時に、バッグフィルム１５の容積が減少する。すなわち、バッグフィルム１５が縮むので、バッグフィルム１５は、積層体９の上面に当接して、積層体９を型７に向けて押圧する。積層体９が押圧されると、積層体９は液体樹脂３１が含侵された状態で圧縮され、炭素繊維織物２５間にカーボンナノチューブで補強された層を有するカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１が製造される。

この時、カーボンナノチューブが混合された液体樹脂３１が型７と炭素繊維織物２５との間および積層体９の最上面に供給されるので、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の表面に電磁波反射層２５が形成される。
このように、単に強化繊維織物を積層するだけで積層体が形成されるので、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体を簡便に製造できる。

なお、積層体９の形成を、炭素繊維の表面にカーボンナノチューブを混合した液体樹脂３１をスプレー散布しつつ行い。工程（C）においては、容器２７から液体樹脂のみを供給するようにしてもよい。この場合も、積層体の形成が、強化繊維織物を積層するだけであるので、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体を簡便に製造できる。

以下、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態のカーボンナノチューブ強化繊維構造体１は、積層された炭素繊維強化層３の層間にカーボンナノチューブを包含した強化層５が設けられているので、従来層間に存在していた強化されない樹脂層が無くなる。また、カーボンナノチューブは、炭素同士が強固に結合した構造なので、高強度の補強繊維になり、強化層自体の強度が高くなる。したがって、炭素繊維強化層３の層間強度が向上されるので、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の強度は高くなる。特に従来問題であった圧縮強度において著しく改善される。

また、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の外表面にカーボンナノチューブを包含した電磁波反射層２５を設け、かつ、全体にカーボンナノチューブが分散されているので、電気抵抗の少ないカーボンナノチューブが良導体となる。そのため、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の電磁波の反射性能が良くなる。

そして、型の上に、織目の粗い炭素繊維織物２５を積層して、積層体９を形成する。次いで、積層体９を型７との間でバッグフィルム１５によって密閉する。そして、真空ポンプ２１を作動させてその真空吸引力によりバッグフィルム１５内の空気を抜く。バッグフィルム１５の空気を抜くと、その吸引力により容器２７内のカーボンナノチューブを混合した液体樹脂３１がバッグフィルム１５内に導入され、炭素繊維織物２５の間および織目の間に含侵される。それと同時に、バッグフィルム１５の容積が減少してバッグフィルム１５が積層体９の上面に当接して、積層体９を型に向けて押圧する。
このように、押圧されると、積層体９は液体樹脂３１が含侵された状態で圧縮され、炭素繊維織物２５間にカーボンナノチューブで補強された補強層５を有するカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１が製造される。
このように、積層体の形成が、強化繊維織物を積層するだけであるので、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体１を簡便に、かつ安価に製造できる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図６および図７を用いて説明する。
本実施形態は、上記各実施形態に対して、カーボンナノチューブにくびれ部が形成される点で異なる。したがって、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体の他の構成や用途は上記各実施形態と同様である。
図６は、本実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の一部を拡大して示す部分断面図である。

本実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１は、熱可塑性樹脂３３、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体）樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィルド、ポリスルホン、ポリエーテルエテルケトン、液晶性プラスチック、変性ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）等と、カーボンナノチューブ３５とで構成されている。カーボンナノチューブ３５は、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の長手方向３９に沿って、延在している。

また、カーボンナノチューブ３５には、くびれ部３７が形成されている。カーボンナノチューブ３５は、熱可塑性樹脂３３で覆われており、くびれ部３７にも熱可塑性樹脂３３が入り込んでいる。

このように、熱可塑性樹脂３３がこのくびれ部に入り込んだ形となっている。そのため、熱可塑性樹脂３３に圧力がかかると、熱可塑性樹脂３３とカーボンナノチューブ３５との表面抵抗に加えて、カーボンナノチューブ３５のくびれ部３７が熱可塑性樹脂３３から受ける力の抵抗となるので、カーボンナノチューブ３５の補強効果が向上する。したがって、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の強度は増加する。

また、カーボンナノチューブの径は、例えば１００ｎｍと細いので、例えばμオーダーの薄い熱可塑性樹脂３３の強化が行える。そのため、本実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１はマイクロマシン等の超小型機械の部品として使用できる。さらに、例えば、ｍｍオーダー以下の曲率部の強化も可能となるので、航空機等の複合材料前縁部の強化に使用できる。

以下、図７により、カーボンナノチューブ強化繊維構造体１の製造方法について説明する。
図３は、製造工程を示すフローチャートである。
まず、工程（Ｘ）として、熱可塑性樹脂３３にカーボンナノチューブ３５を数ｗｔ％〜数十ｗｔ％添加してブロック体を形成する。

次いで、工程（Ｙ）で、ブロック体を加熱して熱可塑性樹脂３３を軟化させる。
その後、工程（Ｚ）で、軟化したブロック体を一方向に引っ張って伸張させると、カーボンナノチューブ３５は、その長手方向が伸張方向、（すなわち、カーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の長手方向）に沿うように配向するとともに局所的にくびれ部３７が形成される。

なお、本実施形態では、ブロック体を一方向に引っ張って、カーボンナノチューブ３５を配向させるとともにくびれ部３７を形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、予めくびれ部３７を形成したカーボンナノチューブ３５を樹脂に添加するようにしてもよい。
このようにすると、強度が方向によらず均一にすることができる。

本発明の第一実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化繊維構造体１の構成を示す側面図である。 本発明の第一実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の製造装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第一実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の第二実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化繊維構造体１の構成を示す側面図である。 本発明の第二実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の製造装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第三実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の一部を拡大して示す部分断面図である。 本発明の第三実施形態にかかるカーボンナノチューブ強化樹脂構造体１の製造工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１ カーボンナノチューブ強化樹脂構造体
３ 炭素繊維強化層
５ 強化層
７ 型
９ 積層体
１１ 炭素繊維プリプレグシート
１３ 半硬化エポキシ樹脂シート
１５ バッグフィルム
２５ 炭素繊維織物
３１ 液状樹脂
３３ 熱可塑性樹脂
３５ カーボンナノチューブ
３７ くびれ部

Claims (10)

1. 層状に積層された複数の強化繊維層と、
   これら強化繊維層の層間に設けられたカーボンナノチューブを包含した強化層と、
   を有することを特徴とするカーボンナノチューブ強化樹脂構造体。
2. 層状に積層された複数の強化繊維層と、
   外表面にカーボンナノチューブを包含した電磁波反射層を設けたことを特徴とするカーボンナノチューブ強化樹脂構造体。
3. 外表面にカーボンナノチューブを包含した電磁波反射層を設けたことを特徴とする請求項１に記載されたカーボンナノチューブ強化樹脂構造体。
4. 表面にくびれ部を有するカーボンナノチューブを、樹脂に添加してなることを特徴とするカーボンナノチューブ強化樹脂構造体。
5. 前記カーボンナノチューブを略一方向に沿って配向させたことを特徴とする請求項４に記載されたカーボンナノチューブ強化樹脂構造体。
6. 型の上に、強化繊維に樹脂を含浸させ半硬化させた繊維プリプレグシートと、カーボンナノチューブを樹脂に混合させた半硬化樹脂シ−トとを交互に積層させて積層体を形成し、
   前記積層体を前記型との間でバッグフィルムによって密閉し、
   前記バッグフィルム内の空気を抜いて減圧し、前記繊維プリプレグシートと半硬化樹脂シ−トとを前記型に対して圧着させて成形することを特徴とするカーボンナノチューブ強化樹脂構造体の製造方法。
7. 前記積層体の前記型側あるいは前記型の反対側に、前記半硬化樹脂シートを配置したことを特徴とする請求項６に記載されたカーボンナノチューブ強化樹脂構造体の製造方法。
8. 型の上に、カーボンナノチューブを混合した液状樹脂を表面に散布した強化繊維を積層させて積層体を形成し、
   前記積層体を前記型との間でバッグフィルムによって密閉し、
   前記バッグフィルム内の空気を抜いて減圧し、系外の液状樹脂を吸引して前記積層体に含侵させつつ前記積層体を前記型に対して圧着させて成形することを特徴とするカーボンナノチューブ強化樹脂構造体の製造方法。
9. 型の上に、織目の粗い強化繊維織物を複数積層させて積層体を形成し、
   前記積層体を前記型との間でバッグフィルムによって密閉し、
   前記バッグフィルム内の空気を抜いて減圧し、係外のカーボンナノチューブが混合された液状樹脂を吸引して前記積層体の間に含侵させつつ前記積層体を前記型に対して圧着させて成形することを特徴とするカーボンナノチューブ強化樹脂構造体の製造方法。
10. 熱可塑性樹脂にカーボンナノチューブを混合させてブロック体を形成し、
    該ブロック体を加熱して、一方向に伸張させて成形することを特徴とするカーボンナノチューブ強化樹脂構造体の製造方法。
    

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