JP2009220209A - Method for manufacturing carbon nanotube fiber and apparatus for manufacturing carbon nanotube fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多数のカーボンナノチューブが配向してなるカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ繊維を製造するカーボンナノチューブ繊維製造方法，および，カーボンナノチューブ繊維製造装置に関する。 The present invention relates to a carbon nanotube fiber manufacturing method and a carbon nanotube fiber manufacturing apparatus for manufacturing carbon nanotube fibers from a carbon nanotube alignment film in which a large number of carbon nanotubes are aligned.
カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴという）は、グラファイトシートを筒状に巻いた形状を有する炭素の結晶であり、１層に巻いた形状の単層ＣＮＴと、多層に巻いた形状の多層ＣＮＴとに分類できる。ＣＮＴは、軽量、高強度、高弾性、高電気伝導性、高熱伝導性などの優れた特性を持ち、エレクトロニクス、医療を始め多くの分野での応用が期待されている。 A carbon nanotube (hereinafter referred to as CNT) is a carbon crystal having a shape in which a graphite sheet is wound into a cylindrical shape, and is classified into a single-walled CNT with a shape wound in one layer and a multilayered CNT with a shape wound in multiple layers. it can. CNTs have excellent properties such as light weight, high strength, high elasticity, high electrical conductivity, and high thermal conductivity, and are expected to be applied in many fields including electronics and medicine.
ＣＮＴの製造方法としては、アーク放電法、レーザー蒸発法、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）などが知られており、その中でも比較的高品質なＣＮＴを安価に製造する方法としてＣＶＤ法が用いられることが多い。 As a method for producing CNT, an arc discharge method, a laser evaporation method, a chemical vapor deposition method (CVD method) and the like are known. Among them, a CVD method is a method for producing a relatively high quality CNT at low cost. Often used.
上述した各手法を用いてＣＮＴを製造した場合、そのＣＮＴの長さは通常数百ミクロンであり、長くてもｍｍオーダーに止まっているため、ＣＮＴを繊維として利用するためには２次加工が必要である。 When CNTs are manufactured using each of the above-described methods, the length of the CNTs is usually several hundred microns, and is at most in the order of mm. Therefore, in order to use CNTs as fibers, secondary processing is required. is necessary.
従来、ＣＮＴを用いた繊維を製造する方法として、樹脂とＣＮＴとを混合する方法が提案されている。例えば、樹脂材料とＣＮＴを混合して紡糸する方法がある（特許文献１参照）。このように、樹脂とＣＮＴとを混合すると、ＣＮＴが本来有する高熱伝導性、高電気伝導性が阻害されてしまい、機械的強度のみしか期待できない繊維となってしまう。 Conventionally, a method of mixing a resin and CNTs has been proposed as a method for producing fibers using CNTs. For example, there is a method of mixing and spinning a resin material and CNT (see Patent Document 1). Thus, when resin and CNT are mixed, the high thermal conductivity and high electrical conductivity inherent in CNT are hindered, resulting in fibers that can be expected only from mechanical strength.
また、上述した問題を発生しない技術としては、ＣＮＴのみから紡糸する技術が提案されている。例えば、多数のＣＮＴが配向してなるカーボンナノチューブ配向膜（炭素ナノチューブマトリックス、炭素系微細構造物）をＣＶＤ法を用いて製造し、引出し具にて、複数のＣＮＴを含むカーボンナノチューブ束（炭素ナノチューブ束、ＣＮＴロープ）を引き出し、ファンデルワールス力により連続的に結合させてロープ状に紡糸する技術が提案されている（特許文献２、特許文献３参照）
しかしながら、上述した特許文献２および特許文献３に記載された技術は、限定された構成のカーボンナノチューブ配向膜にのみ適応可能な手法であり、任意のカーボンナノチューブ配向膜に適応することができないという問題があった。 However, the techniques described in Patent Document 2 and Patent Document 3 described above are methods that can be applied only to the carbon nanotube alignment film having a limited configuration, and cannot be applied to any carbon nanotube alignment film. was there.
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、任意のカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ繊維を製造するカーボンナノチューブ繊維製造方法，および，カーボンナノチューブ繊維製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a carbon nanotube fiber manufacturing method and a carbon nanotube fiber manufacturing apparatus for manufacturing carbon nanotube fibers from an arbitrary carbon nanotube alignment film. .
上述した問題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、多数のカーボンナノチューブが配向してなるカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ繊維を製造するカーボンナノチューブ繊維製造方法である。 The invention according to claim 1 made to solve the above-described problem is a carbon nanotube fiber manufacturing method for manufacturing carbon nanotube fibers from a carbon nanotube alignment film in which a large number of carbon nanotubes are aligned.
このカーボンナノチューブ繊維製造方法では、図１（ａ），（ｂ）に示すように、まず、カーボンナノチューブ配向膜１０における１本以上のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ束１１（１１Ａ）を、カーボンナノチューブ配向膜１０から上記カーボンナノチューブの配向方向（図中のＡ方向）に沿って移動させる。それにより、図１（ｃ）に示すように、上記移動するカーボンナノチューブ束１１Ａにおける移動の方向と反対方向（図中のＢ方向）の端部である第１の端部１３と、そのカーボンナノチューブ束１１Ａと隣接するカーボンナノチューブ束１１Ｂにおける上述した移動の方向側の端部である第２の端部１４と、が近接した所定の位置関係となる。そのときに、図１（ｄ）に示すように、上記移動するカーボンナノチューブ束１１Ａと、隣接するカーボンナノチューブ束１１Ｂと、を接合する。 In this carbon nanotube fiber manufacturing method, as shown in FIGS. 1A and 1B, first, a carbon nanotube bundle 11 (11A) made of one or more carbon nanotubes in the carbon nanotube alignment film 10 is aligned with the carbon nanotube alignment. The film 10 is moved along the orientation direction (A direction in the figure) of the carbon nanotube. Thereby, as shown in FIG. 1 (c), the first end portion 13 which is the end portion in the direction opposite to the moving direction (the B direction in the drawing) in the moving carbon nanotube bundle 11A, and the carbon nanotube The second end portion 14 which is the end portion on the movement direction side of the bundle 11A and the adjacent carbon nanotube bundle 11B is in a predetermined positional relationship. At that time, as shown in FIG. 1 (d), the moving carbon nanotube bundle 11A and the adjacent carbon nanotube bundle 11B are joined.
このようなカーボンナノチューブ繊維製造方法であれば、カーボンナノチューブの配向方向に沿ってカーボンナノチューブ束同士を接合することができ、カーボンナノチューブ配向膜におけるカーボンナノチューブの長さよりも長く繋がったカーボンナノチューブ繊維を製造することができる。また、図１（ｄ）からさらにカーボンナノチューブ束１１Ａを配向方向に移動させ、図１（ｅ）に示すように、連続的にカーボンナノチューブ束１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…）を接合していくことで、非常に長いカーボンナノチューブ繊維を製造することができる。 With such a carbon nanotube fiber manufacturing method, carbon nanotube bundles can be joined along the alignment direction of carbon nanotubes, and carbon nanotube fibers that are connected longer than the length of carbon nanotubes in the carbon nanotube alignment film are manufactured. can do. Further, the carbon nanotube bundle 11A is further moved in the orientation direction from FIG. 1D, and the carbon nanotube bundle 11 (11A, 11B, 11C...) Is continuously joined as shown in FIG. Thus, a very long carbon nanotube fiber can be produced.
上記カーボンナノチューブ繊維製造方法では、従来のようにカーボンナノチューブ同士のファンデルワールス力を十分発揮するように、カーボンナノチューブの太さ、厚さ、配置の密度などを限定する必要がない。よって、任意のカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブを製造することができ、その結果、従来よりも多くの性質を有するカーボンナノチューブ繊維を製造することができる。 In the carbon nanotube fiber manufacturing method, it is not necessary to limit the thickness, thickness, arrangement density, and the like of the carbon nanotubes so that van der Waals forces between the carbon nanotubes are sufficiently exhibited as in the conventional method. Therefore, carbon nanotubes can be produced from any carbon nanotube alignment film, and as a result, carbon nanotube fibers having more properties than conventional ones can be produced.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法において、カーボンナノチューブ配向膜を、熱硬化性樹脂溶液、有機溶媒、金属メッキ溶液、カーボンナノチューブ分散溶液からなる群のいずれかに浸漬しておき、その状態で上述した移動するカーボンナノチューブ束と、それに隣接するカーボンナノチューブ束と、の間に電流を印加することで、カーボンナノチューブ束同士の接合を実現することを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the carbon nanotube fiber manufacturing method according to claim 1, wherein the carbon nanotube alignment film is selected from the group consisting of a thermosetting resin solution, an organic solvent, a metal plating solution, and a carbon nanotube dispersion solution. It is characterized by realizing bonding between carbon nanotube bundles by applying a current between the moving carbon nanotube bundle described above in the state and the adjacent carbon nanotube bundle in that state. To do.
このようなカーボンナノチューブ繊維製造方法であれば、電流の発熱による熱硬化性樹脂の硬化、電流の発熱による有機溶媒の気化に伴うカーボンナノチューブの凝集、電界の発生による金属メッキ液からの金属のブリッジ、電界の発生によるカーボンナノチューブ分散溶液からのカーボンナノチューブのブリッジ、のうちのいずれかにより、カーボンナノチューブ束を接合することができる。 With such a carbon nanotube fiber manufacturing method, curing of the thermosetting resin due to heat generation of current, aggregation of carbon nanotubes due to vaporization of the organic solvent due to heat generation of current, bridge of metal from metal plating solution due to generation of electric field The carbon nanotube bundle can be joined by any one of the bridges of the carbon nanotubes from the carbon nanotube dispersion solution by the generation of an electric field.
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法において、カーボンナノチューブ配向膜を、熱硬化性樹脂溶液、有機溶媒からなる群のいずれかに浸漬しておき、上記第１の端部と上記第２の端部とが近接したときに、第１の端部と、前記第２の端部と、を含む領域に向けてレーザ光を照射することで、カーボンナノチューブ束同士の接合を実現することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the carbon nanotube fiber manufacturing method according to the first aspect, the carbon nanotube alignment film is immersed in one of the group consisting of a thermosetting resin solution and an organic solvent, By irradiating a laser beam toward a region including the first end and the second end when the first end and the second end are close to each other, a carbon nanotube bundle is obtained. It is characterized by realizing mutual joining.
このようなカーボンナノチューブ繊維製造方法であれば、レーザ光を照射した部分の温度上昇による熱硬化性樹脂の硬化、レーザ光を照射した部分の温度上昇による有機溶媒の気化に伴うカーボンナノチューブの凝集、のうちのいずれかにより、カーボンナノチューブ束を接合することができる。 With such a carbon nanotube fiber manufacturing method, curing of the thermosetting resin due to the temperature rise of the portion irradiated with the laser light, aggregation of the carbon nanotube accompanying vaporization of the organic solvent due to the temperature rise of the portion irradiated with the laser light, The carbon nanotube bundle can be joined by any of the above.
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法において、接合を行うタイミングにおけるカーボンナノチューブ束の移動速度を、接合を行わないタイミングにおける移動速度よりも小さくすることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the carbon nanotube fiber manufacturing method according to any one of the first to third aspects, the moving speed of the carbon nanotube bundle at the timing of bonding is the moving speed at the timing of not bonding. It is characterized by making it smaller.
このようなカーボンナノチューブ繊維製造方法であれば、接合を行う際の移動速度が小さくなることから、接合が完了しないうちにカーボンナノチューブ束同士が乖離してしまうことを抑制でき、接合の失敗を低減できる。 With such a carbon nanotube fiber manufacturing method, the moving speed at the time of bonding is reduced, so that the carbon nanotube bundles can be prevented from separating before the bonding is completed, and the bonding failure is reduced. it can.
請求項５に記載の発明は、多数のカーボンナノチューブが配向してなるカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ繊維を製造するカーボンナノチューブ繊維製造装置である。このカーボンナノチューブ繊維製造装置は、保持手段と、移動手段と、接合手段と、を備えている。 The invention according to claim 5 is a carbon nanotube fiber manufacturing apparatus for manufacturing carbon nanotube fibers from a carbon nanotube alignment film in which a large number of carbon nanotubes are aligned. This carbon nanotube fiber manufacturing apparatus includes holding means, moving means, and joining means.
保持手段は、カーボンナノチューブ配向膜を保持する。移動手段は、カーボンナノチューブ配向膜における１本以上のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ束を配向方向に移動させる。そして、接合手段は、移動するカーボンナノチューブ束における移動の方向と反対方向の端部である第１の端部と、移動するカーボンナノチューブ束と隣接するカーボンナノチューブ束における移動の方向側の端部である第２の端部と、が所定の位置関係となったときに、移動するカーボンナノチューブ束と、それに隣接するカーボンナノチューブ束と、を接合する。 The holding means holds the carbon nanotube alignment film. The moving means moves a carbon nanotube bundle composed of one or more carbon nanotubes in the carbon nanotube alignment film in the alignment direction. The joining means includes a first end portion that is an end portion in a direction opposite to the moving direction in the moving carbon nanotube bundle, and an end portion on the moving direction side in the carbon nanotube bundle adjacent to the moving carbon nanotube bundle. When a certain second end is in a predetermined positional relationship, the moving carbon nanotube bundle and the adjacent carbon nanotube bundle are joined.
このように構成されたカーボンナノチューブ繊維製造装置であれば、請求項１に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法を用いた場合と同様のカーボンナノチューブ繊維を製造することができる。 If it is the carbon nanotube fiber manufacturing apparatus comprised in this way, the carbon nanotube fiber similar to the case where the carbon nanotube fiber manufacturing method of Claim 1 is used can be manufactured.
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置において、保持手段が、熱硬化性樹脂溶液、有機溶媒、金属メッキ溶液、カーボンナノチューブ分散溶液からなる群のいずれかにカーボンナノチューブ配向膜を浸漬した状態で保持するものであり、接合手段が、移動するカーボンナノチューブ束と、それに隣接するカーボンナノチューブ束と、の間に電流を印加するものであることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the carbon nanotube fiber manufacturing apparatus according to claim 5, wherein the holding means is any one of a group consisting of a thermosetting resin solution, an organic solvent, a metal plating solution, and a carbon nanotube dispersion solution. The carbon nanotube alignment film is held in an immersed state, and the bonding means applies a current between the moving carbon nanotube bundle and the adjacent carbon nanotube bundle.
このように構成されたカーボンナノチューブ繊維製造装置であれば、請求項２に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法を用いた場合と同様のカーボンナノチューブ繊維を製造することができる。 If it is the carbon nanotube fiber manufacturing apparatus comprised in this way, the carbon nanotube fiber similar to the case where the carbon nanotube fiber manufacturing method of Claim 2 is used can be manufactured.
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置において、移動手段が、導体にて形成され、上記移動するカーボンナノチューブ束と接触する接触領域を有することを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the carbon nanotube fiber manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the moving means is formed of a conductor and has a contact region that contacts the moving carbon nanotube bundle. .
このように構成されたカーボンナノチューブ繊維製造装置であれば、電流の印加に必要な２つの電極のうちいずれかを上述した接触領域に接続することで、上述した移動するカーボンナノチューブ束に電流を印加することができるため、カーボンナノチューブ束に直接接続する必要がなくなり操作が容易になる。 In the carbon nanotube fiber manufacturing apparatus configured as described above, the current is applied to the moving carbon nanotube bundle described above by connecting one of the two electrodes necessary for applying the current to the contact region described above. Therefore, it is not necessary to directly connect to the carbon nanotube bundle, and the operation becomes easy.
請求項８に記載の発明は、請求項５に記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置において、保持手段が、熱硬化性樹脂溶液、有機溶媒からなる群のいずれかに前記カーボンナノチューブ配向膜を浸漬した状態で保持するものであり、接合手段が、上記第１の端部と上記第２の端部とが近接したときに、第１の端部と第２の端部とを含む領域に向けてレーザ光を照射するものであることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the carbon nanotube fiber manufacturing apparatus according to claim 5, wherein the holding means is a state in which the carbon nanotube alignment film is immersed in one of the group consisting of a thermosetting resin solution and an organic solvent. When the first end and the second end are close to each other, the joining means is a laser directed toward a region including the first end and the second end. It is characterized by irradiating light.
このように構成されたカーボンナノチューブ繊維製造装置であれば、請求項３に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法を用いた場合と同様のカーボンナノチューブ繊維を製造することができる。 If it is the carbon nanotube fiber manufacturing apparatus comprised in this way, the carbon nanotube fiber similar to the case where the carbon nanotube fiber manufacturing method of Claim 3 is used can be manufactured.
請求項９に記載の発明は、請求項５から請求項８のいずれかに記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置において、移動手段が、上記カーボンナノチューブ束を、接合手段が接合するタイミングにおいて、前記接合を行わないタイミングにおける移動速度よりも小さい速度で移動させることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the carbon nanotube fiber manufacturing apparatus according to any one of claims 5 to 8, wherein the moving means performs the bonding at a timing when the bonding means joins the carbon nanotube bundle. It is characterized by moving at a speed smaller than the moving speed at the timing when it is not performed.
このように構成されたカーボンナノチューブ繊維製造装置であれば、請求項３に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法を用いた場合と同様に、カーボンナノチューブ束同士の接合を確実に行うことができる。 With the carbon nanotube fiber manufacturing apparatus configured as described above, the carbon nanotube bundles can be reliably bonded to each other as in the case of using the carbon nanotube fiber manufacturing method according to claim 3.
請求項１０に記載の発明は、請求項５から請求項８のいずれかに記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置であって、移動手段が、カーボンナノチューブ束のうち、少なくとも１本以上のカーボンナノチューブを絡め取ることでカーボンナノチューブ束を保持することを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the carbon nanotube fiber manufacturing apparatus according to any one of the fifth to eighth aspects, wherein the moving means entangles at least one carbon nanotube in the carbon nanotube bundle. The carbon nanotube bundle is held by taking.
このように構成されたカーボンナノチューブ繊維製造装置であれば、カーボンナノチューブを移動手段に絡めることで、カーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ束を分離して移動させることが可能になる。 In the carbon nanotube fiber manufacturing apparatus configured as described above, the carbon nanotube bundle can be separated and moved from the carbon nanotube alignment film by entwining the carbon nanotube with the moving means.
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
［第１の実施形態］
（１）カーボンナノチューブ繊維製造装置の全体構成
本実施形態におけるカーボンナノチューブ繊維製造装置１は、多数のカーボンナノチューブ（以降、ＣＮＴという）が配向してなるＣＮＴ配向膜からＣＮＴ繊維を製造するための装置であって、図２に示すように、ＣＮＴ配向膜１０を保持する基板２０と、紡糸治具３０と、電源装置４０と、容器５０と、からなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Needless to say, the embodiments of the present invention are not limited to the following embodiments and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention.
[First Embodiment]
(1) Overall configuration of carbon nanotube fiber manufacturing apparatus The carbon nanotube fiber manufacturing apparatus 1 in this embodiment is an apparatus for manufacturing CNT fibers from a CNT alignment film in which a large number of carbon nanotubes (hereinafter referred to as CNTs) are aligned. As shown in FIG. 2, the substrate 20 includes a substrate 20 that holds the CNT alignment film 10, a spinning jig 30, a power supply device 40, and a container 50.
ＣＮＴ配向膜１０とは、ＣＮＴが高密度に集合してなる膜状の構造体である。ＣＮＴ配向膜１０におけるＣＮＴは、膜の拡がる面と直交する方向に配向している。このＣＮＴ配向膜１０は、例えば、化学的気相成長法（ＣＶＤ法：基材に配置された金属触媒と、炭化水素ガスとを高温条件で反応させる）にて生成することができる。本実施形態において、ＣＮＴ繊維の製造は、このＣＮＴ配向膜１０から、１本以上のＣＮＴの束であるＣＮＴ束１１を引き抜き、その引き抜いたＣＮＴ束１１と、ＣＮＴ配向膜１０に残るＣＮＴ束１１と、を接合し、さらにその接合したＣＮＴ束１１を引き抜く、という作業を連続的に行うことで実現する。 The CNT alignment film 10 is a film-like structure formed by collecting CNTs at a high density. The CNTs in the CNT alignment film 10 are aligned in a direction perpendicular to the surface of the film. This CNT alignment film 10 can be produced by, for example, chemical vapor deposition (CVD method: reacting a metal catalyst disposed on a substrate and a hydrocarbon gas under high temperature conditions). In this embodiment, the CNT fiber is manufactured by pulling out a CNT bundle 11 that is a bundle of one or more CNTs from the CNT alignment film 10, and the CNT bundle 11 that remains in the CNT alignment film 10. Are joined, and the joined CNT bundle 11 is pulled out continuously.
基板２０は、ＣＮＴ配向膜１０の配向方向が基板２０の主たる面と直交するように、ＣＮＴ配向膜１０を保持する板状の部材である。この基板２０としては、例えば、上述したＣＶＤ法にてＣＮＴ配向膜が形成されてなる金属触媒を担持する基材を用いることができる。なお、この基板２０が、本発明における保持手段に該当する。 The substrate 20 is a plate-like member that holds the CNT alignment film 10 so that the alignment direction of the CNT alignment film 10 is orthogonal to the main surface of the substrate 20. As this substrate 20, for example, a base material carrying a metal catalyst on which a CNT alignment film is formed by the above-described CVD method can be used. In addition, this board | substrate 20 corresponds to the holding means in this invention.
紡糸治具３０は、導体で形成された棒状の部材と、図示しない動力装置とからなり、棒状の部材における一方の端部３１に、ＣＮＴ配向膜１０からＣＮＴ束１１の上側（図２におけるＣ方向側）の端部１２を絡め取って保持するものである。なお、絡め取る部分は端部１２に限定されず、例えばＣＮＴ束１１の中心付近であってもよい。 The spinning jig 30 is composed of a rod-shaped member formed of a conductor and a power device (not shown). One end 31 of the rod-shaped member is placed on the upper side of the CNT bundle 11 from the CNT alignment film 10 (C in FIG. 2). (Direction side) end 12 is entangled and held. The portion to be entangled is not limited to the end portion 12, and may be, for example, near the center of the CNT bundle 11.
この紡糸治具３０は、棒状の部材の中心軸がＣＮＴの配向方向（図２におけるＣ−Ｄ方向）に沿って配置される。そして、動力装置により、棒の中心軸を回転軸とする回転動作（図２におけるＥ方向の動作）と、配向方向への移動動作（図２におけるＣ方向の動作）とを行うことができる。なお、この紡糸治具３０が、本発明における移動手段に該当する。 In the spinning jig 30, the central axis of the rod-shaped member is arranged along the orientation direction of the CNT (the CD direction in FIG. 2). The power device can perform a rotation operation (operation in the E direction in FIG. 2) and a movement operation in the alignment direction (operation in the C direction in FIG. 2) with the central axis of the rod as the rotation axis. The spinning jig 30 corresponds to the moving means in the present invention.
電源装置４０は、基板２０に保持されるＣＮＴ配向膜１０と、紡糸治具３０に保持されるＣＮＴ束１１と、間に直流電流を印加する装置であって、正極４１がＣＮＴ配向膜１０に接続され、負極４２が紡糸治具３０に接続される。この電源装置４０が、本発明における接合手段に該当する。 The power supply device 40 is a device that applies a direct current between the CNT alignment film 10 held on the substrate 20 and the CNT bundle 11 held on the spinning jig 30, and the positive electrode 41 is applied to the CNT alignment film 10. The negative electrode 42 is connected to the spinning jig 30. This power supply device 40 corresponds to the joining means in the present invention.
なお、この電源装置４０は、ＣＮＴ配向膜１０と紡糸治具３０以外に電極を接続する構成であってもよい。例えば紡糸治具３０を介さず、紡糸治具３０が保持するＣＮＴ束１１に直接印加してもよい。また、印加する電流は交流であってもよい。 The power supply device 40 may be configured to connect electrodes other than the CNT alignment film 10 and the spinning jig 30. For example, it may be applied directly to the CNT bundle 11 held by the spinning jig 30 without using the spinning jig 30. The applied current may be an alternating current.
容器５０は、その中に熱硬化性樹脂を溶解させてなる有機溶媒からなる溶液３を保持している。
本実施形態では、基板２０としてシリコン製の板を用い、紡糸治具３０としてタングステンワイヤを用いた。また、溶液３として、ポリアクリルアミド３％トルエン溶液を用いた。なお、各構成要素の材質および溶液３の組成は一例であって、上述した作用、機能を有するものであれば特に限定されない。
（２）ＣＮＴ繊維製造操作
ＣＮＴ繊維を製造する際の製造操作を説明する。
The container 50 holds a solution 3 made of an organic solvent in which a thermosetting resin is dissolved.
In the present embodiment, a silicon plate is used as the substrate 20, and a tungsten wire is used as the spinning jig 30. Further, as the solution 3, a polyacrylamide 3% toluene solution was used. In addition, the material of each component and the composition of the solution 3 are examples, and are not particularly limited as long as they have the functions and functions described above.
(2) CNT fiber manufacturing operation The manufacturing operation when manufacturing CNT fiber is demonstrated.
まず、ＣＮＴ配向膜１０を、容器５０に保持される溶液３に浸漬する。そのＣＮＴ配向膜１０の外周縁部分における配向方向上側（図２におけるＣ方向）の端部に紡糸治具３０の端部３１を接触させた状態で紡糸治具３０を回転させ、ＣＮＴ配向膜１０のＣＮＴ束１１のうち、少なくとも１本以上のＣＮＴを絡め取るようにしてＣＮＴ束１１を紡糸治具３０に保持させる。 First, the CNT alignment film 10 is immersed in the solution 3 held in the container 50. The spinning jig 30 is rotated in a state where the end 31 of the spinning jig 30 is in contact with the end of the outer peripheral edge portion of the CNT alignment film 10 in the alignment direction upper side (C direction in FIG. 2). The CNT bundle 11 is held by the spinning jig 30 so that at least one CNT of the CNT bundle 11 is entangled.
なお、先に紡糸治具３０にＣＮＴ束１１を保持させ、次にその状態を維持したままＣＮＴ配向膜１０を溶液３に浸漬することとしてもよい。また、紡糸治具３０の端部３１が接触する位置は、ＣＮＴ配向膜１０における外周縁より内側の領域であってもよい。 Note that the CNT bundle 11 may be first held by the spinning jig 30 and then the CNT alignment film 10 may be immersed in the solution 3 while maintaining the state. Further, the position where the end 31 of the spinning jig 30 contacts may be a region inside the outer peripheral edge of the CNT alignment film 10.
次に、紡糸治具３０を回転させると共に、配向方向上側（図２におけるＣ方向）に向かって引き上げる移動動作を行う。同時に、電源装置４０によりＣＮＴ配向膜１０と紡糸治具３０との間に電流を印加する。そして、紡糸治具３０に保持されるＣＮＴ束１１と、ＣＮＴ配向膜１０に残るＣＮＴ束１１と、の接触する面積が所定の値より小さくなったときに、ＣＮＴ束１１同士が接合し、ＣＮＴ繊維が製造されるが、その具体的なＣＮＴ繊維の製造原理は後述する。なお、ＣＮＴ束１１同士の接触する面積が上述した所定の値以下になったとき、紡糸治具３０の移動速度が一旦小さくなり、接合完了後にもとの速度に戻る。なお、上記接触する面積が所定の値以下になること、および、接合が完了したことは、電源装置４０が印加する電流の電圧値の変化、紡糸治具３０の移動動作の経過時間、紡糸治具３０の配向方向上側への移動量などから判断することができる。 Next, while the spinning jig 30 is rotated, a moving operation is performed in which the spinning jig 30 is pulled upward in the orientation direction (direction C in FIG. 2). At the same time, a current is applied between the CNT alignment film 10 and the spinning jig 30 by the power supply device 40. When the contact area between the CNT bundle 11 held by the spinning jig 30 and the CNT bundle 11 remaining in the CNT alignment film 10 becomes smaller than a predetermined value, the CNT bundles 11 are joined together, The fiber is manufactured, and the specific manufacturing principle of the CNT fiber will be described later. When the contact area between the CNT bundles 11 is equal to or less than the predetermined value described above, the moving speed of the spinning jig 30 is temporarily reduced and returns to the original speed after the completion of joining. The fact that the contact area is equal to or less than a predetermined value and that the joining has been completed are the change in the voltage value of the current applied by the power supply device 40, the elapsed time of the moving operation of the spinning jig 30, the spinning process. This can be determined from the amount of movement of the tool 30 upward in the orientation direction.
本実施形態において、電源装置４０は０．５ｍＡ一定の直流電流を印加する。また、紡糸治具３０の引き上げ速度は１０ミクロン／秒とする。なお、電流値および引き上げ速度は一例であって、上述したものに何ら限定されず、ＣＮＴ配向膜１０の性質や、目的とするＣＮＴ繊維の性質に合せて適宜変更することができる。
（３）ＣＮＴ繊維の製造原理
ＣＮＴ繊維の製造原理を図１に基づいて説明する。紡糸治具３０に保持されたＣＮＴ束１１Ａは、紡糸治具３０が配向方向上側に移動すると、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ＣＮＴ配向膜１０から分離し、隣接するＣＮＴ束１１Ｂの表面を滑りながら配向方向に沿って移動する。
In the present embodiment, the power supply device 40 applies a constant direct current of 0.5 mA. The pulling speed of the spinning jig 30 is 10 microns / second. The current value and the pulling rate are examples, and are not limited to those described above, and can be appropriately changed according to the properties of the CNT alignment film 10 and the properties of the target CNT fiber.
(3) Manufacturing principle of CNT fiber The manufacturing principle of CNT fiber is demonstrated based on FIG. When the spinning jig 30 moves upward in the alignment direction, the CNT bundle 11A held by the spinning jig 30 is separated from the CNT alignment film 10 as shown in FIGS. It moves along the orientation direction while sliding on the surface of the bundle 11B.
このとき、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとの間には、電源装置４０から印加された電流が流れる。
そして、そのまま紡糸治具３０が移動を続けると、図１（ｃ）に示すように、紡糸治具３０に保持されて移動するＣＮＴ束１１Ａにおける移動の方向と反対方向（図１（ｃ）におけるＢ方向）の端部である第１の端部１３と、隣接するＣＮＴ束１１Ｂにおける移動の方向（図１（ｃ）におけるＡ方向）側の端部である第２の端部１４と、が近接し、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとの接触面積が減少する。この接触面積が所定の値まで減少すると、電流密度が増大してＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとの接触部分が発熱し、周囲の溶液３中に含まれる熱硬化性樹脂が加熱され熱硬化する。この熱硬化した樹脂６０を介して、図１（ｄ）に示すように、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する。
At this time, a current applied from the power supply device 40 flows between the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B.
When the spinning jig 30 continues to move as it is, as shown in FIG. 1C, in the direction opposite to the direction of movement in the CNT bundle 11A held and moved by the spinning jig 30 (in FIG. 1C). A first end portion 13 that is an end portion in the (B direction) and a second end portion 14 that is an end portion on the side of the movement direction (A direction in FIG. 1C) in the adjacent CNT bundle 11B. The contact area between the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B decreases. When this contact area decreases to a predetermined value, the current density increases, the contact portion between the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B generates heat, and the thermosetting resin contained in the surrounding solution 3 is heated and thermoset. . As shown in FIG. 1D, the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B are joined through the thermoset resin 60.
更に紡糸治具３０が配向方向上側に移動すると、樹脂６０により接合されたＣＮＴ束１１Ｂが、ＣＮＴ配向膜１０から分離してＡ方向に移動し、上記と同様の作用により、図１（ｅ）に示すように、ＣＮＴ束１１Ｂと隣接するＣＮＴ束１１Ｃが、熱硬化性樹脂によりＣＮＴ束１１Ｂと接合する。このように、ＣＮＴ配向膜１０のＣＮＴ束１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…）を連続的に分離して接合することで、ＣＮＴ繊維を製造する。
（４）発明の効果
上述したＣＮＴ繊維製造装置１であれば、電流の発熱による熱硬化性樹脂の硬化により、ＣＮＴの配向方向に沿ってＣＮＴ束１１を連続的に接合してなるＣＮＴの繊維を製造することができる。
When the spinning jig 30 is further moved upward in the alignment direction, the CNT bundle 11B bonded by the resin 60 is separated from the CNT alignment film 10 and moved in the A direction. As shown, the CNT bundle 11C adjacent to the CNT bundle 11B is joined to the CNT bundle 11B by a thermosetting resin. In this way, the CNT bundles 11 (11A, 11B, 11C...) Of the CNT alignment film 10 are continuously separated and joined to produce CNT fibers.
(4) Effects of the Invention In the CNT fiber manufacturing apparatus 1 described above, CNT fibers are formed by continuously joining the CNT bundles 11 along the orientation direction of the CNTs by curing the thermosetting resin due to heat generation of electric current. Can be manufactured.
従来、ＣＮＴ束１１同士を接合するためには、ＣＮＴ同士が適切に絡み合い、また、十分なファンデルワールス力を発揮するように、予めＣＮＴの構造体を調整して製造する必要があった。よって、限定された構造のＣＮＴ繊維しか製造することができなかった。 Conventionally, in order to join the CNT bundles 11, it has been necessary to adjust and manufacture the CNT structure in advance so that the CNTs are properly entangled with each other and sufficient van der Waals force is exhibited. Therefore, only CNT fibers having a limited structure could be produced.
しかしながら、上記ＣＮＴ繊維製造装置１によれば、従来のように、ＣＮＴ同士の絡み合いやファンデルワールス力のみに依存して接合を行わないので、従来の方法とは異なり、任意の構造を有するカーボンナノチューブ配向膜を利用することができる。 However, according to the CNT fiber manufacturing apparatus 1, unlike conventional methods, bonding is not performed depending only on the entanglement between CNTs or van der Waals force. Therefore, unlike conventional methods, carbon having an arbitrary structure is used. Nanotube alignment films can be used.
また、上記ＣＮＴ繊維製造装置１にて製造されるＣＮＴ繊維は、ＣＮＴ束１１同士が直接的に接合しているで、ＣＮＴの有する高熱伝導性、高電気伝導性を維持することができる。従来から、樹脂繊維にＣＮＴを配合することで、樹脂繊維の機械的強度を上げる技術が提案されているが、その方法では高熱伝導性や高電気伝導性が阻害される。しかし、上記実施形態ではそのような虞がない。 Moreover, since the CNT bundles 11 are directly joined to each other in the CNT fiber produced by the CNT fiber production apparatus 1, the high thermal conductivity and high electrical conductivity of the CNT can be maintained. Conventionally, a technique for increasing the mechanical strength of resin fibers by blending CNTs with resin fibers has been proposed. However, this method hinders high thermal conductivity and high electrical conductivity. However, there is no such concern in the above embodiment.
また、上記ＣＮＴ繊維製造装置１であれば、接合を行う際の移動速度が小さくなることから、接合が完了しないうちにＣＮＴ束１１同士が乖離してしまうことを抑制でき、接合の失敗を低減できる。 Moreover, if it is the said CNT fiber manufacturing apparatus 1, since the moving speed at the time of joining becomes small, it can suppress that the CNT bundles 11 will separate before joining is completed, and it will reduce the failure of joining. it can.
また、上記ＣＮＴ繊維製造装置１であれば、紡糸治具３０の回転により、撚りを加えながらＣＮＴ繊維を製造することができる。また、紡糸治具３０をＣＮＴ束１１Ａに絡めることでＣＮＴ束１１Ａを保持していることから、紡糸治具３０とＣＮＴ束１１Ａとが直接接触する結果、紡糸治具３０に電極を接続することでＣＮＴ束１１Ａへの通電が実現でき、ＣＮＴ束１１に直接電極を接続して通電する必要が無い。なお、ＣＮＴ繊維に撚りを加えたくない場合には、紡糸治具３０の回転動作を行わないようにすればよい。
［第２の実施形態］
（１）ＣＮＴ繊維製造装置１の全体構成
第２の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１の構成は、基本的には第１の実施形態と同様であるが、容器５０が溶液３として有機溶媒を保持するものである点で相違する。容器５０が保持する有機溶媒として、イソプロピルアルコールを用いた。
Moreover, if it is the said CNT fiber manufacturing apparatus 1, a CNT fiber can be manufactured, adding twist by rotation of the spinning jig 30. FIG. Further, since the CNT bundle 11A is held by entwining the spinning jig 30 with the CNT bundle 11A, the spinning jig 30 and the CNT bundle 11A are in direct contact with each other, so that an electrode is connected to the spinning jig 30. Thus, energization to the CNT bundle 11A can be realized, and it is not necessary to connect the electrodes directly to the CNT bundle 11 for energization. In addition, when it is not desired to add twist to the CNT fiber, the spinning jig 30 may not be rotated.
[Second Embodiment]
(1) Overall configuration of the CNT fiber manufacturing apparatus 1 The configuration of the CNT fiber manufacturing apparatus 1 in the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but the container 50 contains an organic solvent as the solution 3. It is different in that it is held. Isopropyl alcohol was used as the organic solvent held by the container 50.
なお、有機溶媒はイソプロピルアルコールに限定されず、例えば、エタノール、アセトン、トルエンなどを用いることができる。
（２）ＣＮＴ繊維製造操作
第２の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造操作は、第１の実施形態と同様である。
（３）ＣＮＴ繊維の製造原理
第２実施形態におけるＣＮＴ繊維の製造原理は、第１の実施形態と比較して、ＣＮＴ束１１同士が接合する原理が異なるため、その点について説明する。
In addition, an organic solvent is not limited to isopropyl alcohol, For example, ethanol, acetone, toluene etc. can be used.
(2) CNT fiber manufacturing operation The CNT fiber manufacturing operation in the second embodiment is the same as that in the first embodiment.
(3) Manufacturing Principle of CNT Fiber The manufacturing principle of the CNT fiber in the second embodiment is different from that of the first embodiment in the principle that the CNT bundles 11 are joined to each other.
図１（ｃ）のように、ＣＮＴ束１１ＡがＡ方向に移動し、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとの接触面積が減少すると、電流密度の増大により発熱し、周囲の溶液３中に含まれる有機溶媒が加熱され気化する。このとき、毛細管現象と、ファンデルワールス力によりＣＮＴが凝集し、その結果、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する。 As shown in FIG. 1C, when the CNT bundle 11A moves in the A direction and the contact area between the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B decreases, heat is generated due to an increase in current density and is contained in the surrounding solution 3. The organic solvent is heated and vaporized. At this time, CNTs aggregate due to capillary action and van der Waals force, and as a result, the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B are joined.
なお、有機溶媒の気化によってＣＮＴを凝集させる方法は、例えば特許４００３４７６号公報に記載されている方法を用いることができる。
（４）発明の効果
上述したＣＮＴ繊維製造装置１であれば、電流の発熱による有機溶媒の気化に伴うＣＮＴの凝集により、ＣＮＴの配向方向に沿ってＣＮＴ束１１を連続的に接合してなるＣＮＴの繊維を製造することができる。
As a method of aggregating CNTs by vaporizing an organic solvent, for example, a method described in Japanese Patent No. 4003476 can be used.
(4) Effects of the Invention In the CNT fiber manufacturing apparatus 1 described above, the CNT bundle 11 is continuously joined along the orientation direction of the CNTs due to the aggregation of the CNTs accompanying the vaporization of the organic solvent due to the heat generation of the current. CNT fibers can be produced.
そして、このようなＣＮＴ繊維製造装置１であれば、樹脂などを用いることなく接合を実現しているので、第１の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１にて製造されるＣＮＴ繊維と同様の特性を有すると共に、より高純度であるＣＮＴ繊維を製造することができる。
［第３の実施形態］
（１）ＣＮＴ繊維製造装置１の全体構成
第３の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１の構成は、基本的には第１の実施形態と同様であるが、容器５０が溶液３として金属メッキ液を保持するものである点で相違する。容器５０が保持する金属メッキ液として、硫酸銅水溶液を用いた。なお、メッキ金属は銅に限定されず、ニッケル，クロム，金，白金，銀，パラジウムなど、電気メッキに使用できるものであればよい。
（２）ＣＮＴ繊維製造操作
第３の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造操作は、前記第１の実施形態と同じであるが、電源装置４０が印加する電流は直流に限定される。
（３）ＣＮＴ繊維の製造原理
第３実施形態におけるＣＮＴ繊維の製造原理は、第１の実施形態と比較して、ＣＮＴ束１１同士が接合する原理が異なるため、その点について説明する。
And since it is joining without using resin etc. if it is such a CNT fiber manufacturing apparatus 1, the characteristic similar to the CNT fiber manufactured with the CNT fiber manufacturing apparatus 1 in 1st Embodiment. CNT fibers having higher purity and higher purity can be produced.
[Third Embodiment]
(1) Overall configuration of CNT fiber manufacturing apparatus 1 The configuration of the CNT fiber manufacturing apparatus 1 in the third embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but the container 50 is a metal plating solution as the solution 3. It is different in that it holds. An aqueous copper sulfate solution was used as the metal plating solution held by the container 50. Note that the plating metal is not limited to copper, but may be any metal that can be used for electroplating, such as nickel, chromium, gold, platinum, silver, and palladium.
(2) CNT fiber manufacturing operation The CNT fiber manufacturing operation in the third embodiment is the same as in the first embodiment, but the current applied by the power supply device 40 is limited to direct current.
(3) Manufacturing Principle of CNT Fiber The manufacturing principle of the CNT fiber in the third embodiment is different from that of the first embodiment in the principle that the CNT bundles 11 are joined to each other.
図１（ｃ）のように、ＣＮＴ束１１ＡがＡ方向に移動し、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが離れると、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとの間隙に電界が集中し、その間隙をブリッジするように金属が析出する。このブリッジした金属を介して、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する。
（４）発明の効果
上述したＣＮＴ繊維製造装置１であれば、電界の発生による金属メッキ液からの金属のブリッジにより、ＣＮＴの配向方向に沿ってＣＮＴ束１１を連続的に接合してなるＣＮＴの繊維を製造することができる。
As shown in FIG. 1C, when the CNT bundle 11A moves in the A direction and the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B are separated from each other, an electric field is concentrated in the gap between the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B. Metal deposits to bridge. The CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B are joined via the bridged metal.
(4) Effect of the Invention In the CNT fiber manufacturing apparatus 1 described above, a CNT formed by continuously joining the CNT bundle 11 along the orientation direction of the CNT by a metal bridge from the metal plating solution by the generation of an electric field. Fibers can be produced.
そして、このようなＣＮＴ繊維製造装置１であれば、第１の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１にて製造されるＣＮＴ繊維と同様の特性に加え、金属を用いて強固に接合され、高熱伝導性と高電気伝導性とを保つＣＮＴ繊維を製造することができる。
［第４の実施形態］
（１）ＣＮＴ繊維製造装置１の全体構成
第４の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１の構成は、基本的には第１の実施形態と同様であるが、容器５０が溶液３としてＣＮＴ分散溶液を保持するものである点で相違する。容器５０が保持するＣＮＴ分散溶液として、ＣＮＴ３％をエタノールに分散させたものを用いた。なお、ＣＮＴ分散溶液の組成は上述したものに何ら限定されず、ＣＮＴ配向膜１０の性質や、目的とするＣＮＴ繊維の性質に合せて適宜変更することができる。
（２）ＣＮＴ繊維製造操作
第４の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造操作は、第１の実施形態と同様である。
（３）ＣＮＴ繊維の製造原理
第４実施形態におけるＣＮＴ繊維の製造原理は、第１の実施形態と比較して、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する原理が異なるため、その点について説明する。
And if it is such a CNT fiber manufacturing apparatus 1, in addition to the characteristic similar to the CNT fiber manufactured with the CNT fiber manufacturing apparatus 1 in 1st Embodiment, it will be firmly joined using a metal and high heat conductivity will be carried out. CNT fibers that maintain high performance and high electrical conductivity can be produced.
[Fourth Embodiment]
(1) Overall configuration of the CNT fiber manufacturing apparatus 1 The configuration of the CNT fiber manufacturing apparatus 1 in the fourth embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but the container 50 is used as the solution 3 as a CNT dispersion solution. It is different in that it holds. As the CNT dispersion solution held in the container 50, a solution in which CNT 3% is dispersed in ethanol was used. The composition of the CNT dispersion solution is not limited to that described above, and can be appropriately changed according to the properties of the CNT alignment film 10 and the properties of the intended CNT fiber.
(2) CNT fiber manufacturing operation The CNT fiber manufacturing operation in the fourth embodiment is the same as that in the first embodiment.
(3) Manufacturing Principle of CNT Fiber The manufacturing principle of the CNT fiber in the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the principle of joining the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B is different. To do.
図１（ｃ）のように、ＣＮＴ束１１ＡがＡ方向に移動し、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが離れると、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとの間隙に電界が集中し、その間隙をブリッジするようにＣＮＴ分散溶液中のＣＮＴが析出する。このブリッジしたＣＮＴを介して、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する。
（４）発明の効果
上述したＣＮＴ繊維製造装置１であれば、電界の発生によるＣＮＴ分散溶液からのＣＮＴのブリッジにより、ＣＮＴの配向方向に沿ってＣＮＴ束１１を連続的に接合してなるＣＮＴの繊維を製造することができる。
As shown in FIG. 1C, when the CNT bundle 11A moves in the A direction and the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B are separated from each other, an electric field is concentrated in the gap between the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B. CNTs in the CNT dispersion solution are deposited so as to bridge. The CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B are joined through the bridged CNT.
(4) Effects of the Invention In the CNT fiber manufacturing apparatus 1 described above, a CNT formed by continuously joining the CNT bundles 11 along the orientation direction of the CNTs by CNT bridges from the CNT dispersion solution by the generation of an electric field. Fibers can be produced.
そして、このようなＣＮＴ繊維製造装置であれば、第１の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１にて製造されるＣＮＴ繊維と同様の特性を有するＣＮＴ繊維を製造できるうえ、樹脂などを用いることなくＣＮＴをブリッジさせることで接合を実現しているので、より高純度であるＣＮＴ繊維を製造することができる。
［第５の実施形態］
（１）ＣＮＴ繊維製造装置１の全体構成
第５の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１の構成は、基本的には第１の実施形態と同様であるが、電源装置４０に替えて、レーザ照射装置７０を備える点において相違する。以下では、その相違点を中心に説明する。
And if it is such a CNT fiber manufacturing apparatus, it can manufacture the CNT fiber which has the characteristic similar to the CNT fiber manufactured with the CNT fiber manufacturing apparatus 1 in 1st Embodiment, without using resin etc. Since bonding is realized by bridging CNTs, it is possible to produce CNT fibers with higher purity.
[Fifth Embodiment]
(1) Overall configuration of the CNT fiber manufacturing apparatus 1 The configuration of the CNT fiber manufacturing apparatus 1 in the fifth embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but the laser irradiation is performed in place of the power supply apparatus 40. The difference is that the apparatus 70 is provided. Below, it demonstrates centering on the difference.
本実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１は、図３に示すように、ＣＮＴ配向膜１０を保持する基板２０と、紡糸治具３０と、レーザ照射装置７０と、容器５０と、からなる。これらのうち、基板２０、紡糸治具３０、および容器５０は、第１の実施形態と同様の構成である。 As shown in FIG. 3, the CNT fiber manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment includes a substrate 20 that holds the CNT alignment film 10, a spinning jig 30, a laser irradiation device 70, and a container 50. Among these, the board | substrate 20, the spinning jig 30, and the container 50 are the structures similar to 1st Embodiment.
レーザ照射装置７０は、後述する所定の領域にレーザ光を照射する装置である。
（２）ＣＮＴ繊維製造操作
まず、第１の実施形態と同様の操作により、ＣＮＴ配向膜１０を溶液３に浸漬し、紡糸治具３０によりＣＮＴ束１１を保持する。
The laser irradiation device 70 is a device that irradiates a predetermined region described later with laser light.
(2) CNT fiber manufacturing operation First, the CNT alignment film 10 is immersed in the solution 3 by the same operation as in the first embodiment, and the CNT bundle 11 is held by the spinning jig 30.
次に、紡糸治具３０を配向方向上側（図３におけるＣ方向側）に向かって引き上げ移動させると、図４（ａ）に示すように、保持されたＣＮＴ束１１Ａの下側（図中のＢ方向側）の端部である第１の端部１３と、ＣＮＴ配向膜１０に残るＣＮＴ束１１Ｂの上側（図中のＡ方向側）の端部である第２の端部１４と、が近接する。そして、図４（ｂ）に示すように、保持されたＣＮＴ束１１Ａが所定の距離を移動した時点で、第１の端部１３と第２の端部１４とを含む領域７１にレーザ光を照射する。 Next, when the spinning jig 30 is lifted and moved toward the upper side in the alignment direction (C direction side in FIG. 3), as shown in FIG. 4A, the lower side of the held CNT bundle 11A (in the drawing) A first end portion 13 that is an end portion on the B direction side, and a second end portion 14 that is an end portion on the upper side (A direction side in the drawing) of the CNT bundle 11B remaining in the CNT alignment film 10. Proximity. Then, as shown in FIG. 4B, when the held CNT bundle 11A moves a predetermined distance, laser light is applied to a region 71 including the first end portion 13 and the second end portion 14. Irradiate.
なお、本実施形態において、レーザ照射装置７０としては、ＹＡＧレーザを用い、照射時間１ｍｓ、投入エネルギー０．１Ｊ、照射面積２０μｍとした。また、上記所定の距離とは、ＣＮＴの配向方向の長さの８０％とした。
（３）ＣＮＴ繊維の製造原理
第５実施形態におけるＣＮＴ繊維の製造原理は、第１の実施形態と比較して、熱硬化性樹脂の加熱方法が異なるため、その点について説明する。
In this embodiment, a YAG laser is used as the laser irradiation device 70, the irradiation time is 1 ms, the input energy is 0.1 J, and the irradiation area is 20 μm. The predetermined distance is 80% of the length in the alignment direction of the CNTs.
(3) Manufacturing principle of CNT fiber The manufacturing principle of the CNT fiber in the fifth embodiment is different from that of the first embodiment in the heating method of the thermosetting resin.
レーザ光が照射されると、照射された領域の温度が上昇し、その領域の溶液３中に含まれる熱硬化性樹脂が加熱され熱硬化する。この熱硬化した樹脂を介して、ＣＮＴ束１１同士が接合する。
（４）発明の効果
上述したＣＮＴ繊維製造装置１であれば、レーザ光の照射に伴う発熱による熱硬化性樹脂の硬化により、ＣＮＴの配向方向に沿ってＣＮＴ束１１を連続的に接合してなるＣＮＴの繊維を製造することができる。
When the laser beam is irradiated, the temperature of the irradiated region rises, and the thermosetting resin contained in the solution 3 in that region is heated and thermoset. The CNT bundles 11 are bonded to each other through the thermosetting resin.
(4) Effects of the Invention With the CNT fiber manufacturing apparatus 1 described above, the CNT bundle 11 is continuously joined along the orientation direction of the CNTs by curing the thermosetting resin due to heat generated by laser light irradiation. CNT fibers can be produced.
そして、このようなＣＮＴ繊維製造装置１であれば、第１の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置にて製造されるＣＮＴ繊維と同様の特性を有するＣＮＴ繊維を製造できるうえ、製造段階において電流を印加する必要がなくなるため、電流を用いて接合することが適当でない場合であってもＣＮＴの繊維を製造することができる。
［第６の実施形態］
（１）ＣＮＴ繊維製造装置１の全体構成
第６の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１の構成は、基本的には第５の実施形態と同様であるが、容器５０が溶液３として有機溶媒を保持するものである点で相違する。容器５０が保持する有機溶媒として、イソプロピルアルコールを用いた。
And if it is such a CNT fiber manufacturing apparatus 1, the CNT fiber which has the same characteristic as the CNT fiber manufactured with the CNT fiber manufacturing apparatus in 1st Embodiment can be manufactured, and an electric current may be applied in a manufacturing stage. Therefore, it is possible to produce CNT fibers even when it is not appropriate to use electric current for joining.
[Sixth Embodiment]
(1) Overall configuration of CNT fiber manufacturing apparatus 1 The configuration of the CNT fiber manufacturing apparatus 1 in the sixth embodiment is basically the same as that of the fifth embodiment, but the container 50 contains an organic solvent as the solution 3. It is different in that it is held. Isopropyl alcohol was used as the organic solvent held by the container 50.
なお、有機溶媒はイソプロピルアルコールに限定されず、例えば、エタノール、アセトン、トルエンなどを用いることができる。
（２）ＣＮＴ繊維製造操作
第６の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造操作は、第５の実施形態と同じである。
（３）ＣＮＴ繊維の製造原理
第６の実施形態におけるＣＮＴ繊維の製造原理は、第５の実施形態と比較して、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する原理が異なるため、その点について説明する。
In addition, an organic solvent is not limited to isopropyl alcohol, For example, ethanol, acetone, toluene etc. can be used.
(2) CNT fiber manufacturing operation The CNT fiber manufacturing operation in the sixth embodiment is the same as in the fifth embodiment.
(3) Manufacturing principle of CNT fiber The manufacturing principle of the CNT fiber in the sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that the principle of joining the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B is different. explain.
レーザ光が照射されると、照射された部分の温度が上昇し、周囲の溶液３中に含まれる有機溶媒が加熱され気化する。このとき、毛細管現象と、ファンデルワールス力により凝集し、その結果ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する。
（４）発明の効果
上述したカーボンナノチューブ繊維製造装置１であれば、有機溶媒の気化に伴うカーボンナノチューブの凝集により、ＣＮＴの配向方向に沿ってＣＮＴ束１１を連続的に接合してなるＣＮＴの繊維を製造することができる。
When the laser beam is irradiated, the temperature of the irradiated portion rises, and the organic solvent contained in the surrounding solution 3 is heated and vaporized. At this time, aggregation occurs due to capillary action and van der Waals force, and as a result, the CNT bundle 11A and the CNT bundle 11B are joined.
(4) Effects of the Invention With the carbon nanotube fiber production apparatus 1 described above, the CNT bundle 11 is formed by continuously joining the CNT bundles 11 along the orientation direction of the CNTs due to the aggregation of the carbon nanotubes accompanying the vaporization of the organic solvent. Fiber can be produced.
このようなＣＮＴ繊維製造装置であれば、樹脂などを用いることなく接合を実現しているので、第１の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１にて製造されるＣＮＴ繊維と同様の特性を有すると共に、より高純度であるＣＮＴ繊維を製造することができる。 Since such a CNT fiber manufacturing apparatus realizes bonding without using a resin or the like, it has the same characteristics as the CNT fiber manufactured by the CNT fiber manufacturing apparatus 1 in the first embodiment. CNT fibers with higher purity can be produced.
１…カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）繊維製造装置、３…溶液、１０…カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）配向膜、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束、１２…端部、１３…第１の端部、１４…第２の端部、２０…基板、３０…紡糸治具、３１…端部、４０…電源装置、４１…正極、４２…負極、５０…容器、６０…樹脂、７０…レーザ照射装置、７１…領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Carbon nanotube (CNT) fiber manufacturing apparatus, 3 ... Solution, 10 ... Carbon nanotube (CNT) oriented film, 11, 11A, 11B, 11C ... Carbon nanotube (CNT) bundle, 12 ... End part, 13 ... 1st End part, 14 ... second end part, 20 ... substrate, 30 ... spinning jig, 31 ... end part, 40 ... power supply device, 41 ... positive electrode, 42 ... negative electrode, 50 ... container, 60 ... resin, 70 ... laser Irradiation device, 71 ... area
Claims (10)
前記カーボンナノチューブ配向膜における１本以上のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ束を、前記カーボンナノチューブ配向膜から前記配向方向に沿って移動させ、前記移動するカーボンナノチューブ束における前記移動の方向と反対方向の端部である第１の端部と、前記移動するカーボンナノチューブ束と隣接するカーボンナノチューブ束における前記移動の方向側の端部である第２の端部と、が所定の位置関係となったときに、前記移動するカーボンナノチューブ束と、前記隣接するカーボンナノチューブ束と、を接合する
ことを特徴とするカーボンナノチューブ繊維製造方法。 A carbon nanotube fiber manufacturing method for manufacturing carbon nanotube fibers from a carbon nanotube alignment film in which a large number of carbon nanotubes are aligned,
A carbon nanotube bundle composed of one or more carbon nanotubes in the carbon nanotube alignment film is moved from the carbon nanotube alignment film along the alignment direction, and an end of the moving carbon nanotube bundle in a direction opposite to the moving direction. When the first end portion which is a portion and the second end portion which is the end portion on the moving direction side of the carbon nanotube bundle adjacent to the moving carbon nanotube bundle are in a predetermined positional relationship The carbon nanotube fiber manufacturing method characterized by joining the moving carbon nanotube bundle and the adjacent carbon nanotube bundle.
前記接合は、前記移動するカーボンナノチューブ束と、前記隣接するカーボンナノチューブ束と、の間に電流を印加することで実現する
ことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法。 The carbon nanotube alignment film is immersed in one of the group consisting of a thermosetting resin solution, an organic solvent, a metal plating solution, and a carbon nanotube dispersion solution,
The carbon nanotube fiber manufacturing method according to claim 1, wherein the joining is realized by applying an electric current between the moving carbon nanotube bundle and the adjacent carbon nanotube bundle.
前記接合は、前記第１の端部と前記第２の端部とが近接したときに、前記第１の端部と、前記第２の端部と、を含む領域に向けてレーザ光を照射することで実現する
ことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法。 The carbon nanotube alignment film is immersed in one of the group consisting of a thermosetting resin solution and an organic solvent,
The joining is performed by irradiating a laser beam toward a region including the first end and the second end when the first end and the second end are close to each other. It implement | achieves by doing. The carbon nanotube fiber manufacturing method of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法。 The carbon according to any one of claims 1 to 3, wherein a moving speed of the carbon nanotube bundle at a timing when the bonding is performed is smaller than a moving speed at a timing when the bonding is not performed. Nanotube fiber manufacturing method.
前記カーボンナノチューブ配向膜を保持する保持手段と、
前記カーボンナノチューブ配向膜における１本以上のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ束を前記配向方向に移動させる移動手段と、
前記移動するカーボンナノチューブ束における前記移動の方向と反対方向の端部である第１の端部と、前記移動するカーボンナノチューブ束と隣接するカーボンナノチューブ束における前記移動の方向側の端部である第２の端部と、が所定の位置関係となったときに、前記移動するカーボンナノチューブ束と、前記隣接するカーボンナノチューブ束と、を接合する接合手段と、を備える
ことを特徴とするカーボンナノチューブ繊維製造装置。 A carbon nanotube fiber manufacturing apparatus for manufacturing carbon nanotube fibers from a carbon nanotube alignment film formed by aligning a large number of carbon nanotubes,
Holding means for holding the carbon nanotube alignment film;
Moving means for moving a carbon nanotube bundle comprising one or more carbon nanotubes in the carbon nanotube alignment film in the alignment direction;
A first end that is the end of the moving carbon nanotube bundle opposite to the moving direction, and a first end that is the moving direction of the carbon nanotube bundle adjacent to the moving carbon nanotube bundle. A carbon nanotube fiber comprising: a joining means for joining the moving carbon nanotube bundle and the adjacent carbon nanotube bundle when the two end portions are in a predetermined positional relationship. Manufacturing equipment.
前記接合手段は、前記移動するカーボンナノチューブ束と、前記隣接するカーボンナノチューブ束と、の間に電流を印加するものである
ことを特徴とする請求項５に記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置。 The holding means holds the carbon nanotube alignment film immersed in any of the group consisting of a thermosetting resin solution, an organic solvent, a metal plating solution, and a carbon nanotube dispersion solution,
The carbon nanotube fiber manufacturing apparatus according to claim 5, wherein the joining means applies current between the moving carbon nanotube bundle and the adjacent carbon nanotube bundle.
ことを特徴とする請求項６に記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置。 The carbon nanotube fiber manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the moving unit includes a contact region formed of a conductor and in contact with the moving carbon nanotube bundle.
前記接合手段は、前記第１の端部と前記第２の端部とが近接したときに、前記第１の端部と、前記第２の端部と、を含む領域に向けてレーザ光を照射するものである
ことを特徴とする請求項５に記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置。 The holding means holds the carbon nanotube alignment film in a state of being immersed in any one of the group consisting of a thermosetting resin solution and an organic solvent,
The joining means emits a laser beam toward a region including the first end and the second end when the first end and the second end are close to each other. The carbon nanotube fiber manufacturing apparatus according to claim 5, wherein the apparatus is irradiated.
ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれかに記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置。 The said moving means moves the said carbon nanotube bundle at the speed | velocity smaller than the said moving speed in the timing which does not perform the said joining at the timing which the said joining means joins. The carbon nanotube fiber manufacturing apparatus in any one.
ことを特徴とする請求項５から請求項９のいずれかに記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置。 The said moving means hold | maintains the said carbon nanotube bundle by winding up at least 1 or more carbon nanotube among the said carbon nanotube bundles. The said Claim 9 characterized by the above-mentioned. Carbon nanotube fiber manufacturing equipment.
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