(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマー１００質量部に対して、分岐部が無くかつ酸化したカーボンナノファイバーを２０質量部〜１００質量部含み、
２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ'）が１０ＭＰａ〜１０００ＭＰａであって、
体積固有抵抗値が１０6Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであり、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍであり、かつ、前記エラストマーに配合される前に、未処理のカーボンナノファイバーを圧縮処理によって分岐部で切断した、炭素繊維複合材料。
【請求項２】
請求項１において、
前記エラストマーが含フッ素エラストマーであって、
２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ'）が１５ＭＰａ〜３００ＭＰａであって、
体積固有抵抗値が１０11Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍである、炭素繊維複合材料。
【請求項３】
請求項１において、
前記エラストマーがエチレン−プロピレンゴムであって、
２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ'）が１０ＭＰａ〜２００ＭＰａであって、
体積固有抵抗値が１０7Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍである、炭素繊維複合材料。
【請求項４】
エラストマー１００質量部に対して、分岐部を減らしかつ酸化したカーボンナノファイバーを２０質量部〜１００質量部含み、
２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ'）が１０ＭＰａ〜１０００ＭＰａであって、
体積固有抵抗値が１０6Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであり、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍであり、かつ、前記エラストマーに配合される前に、未処理のカーボンナノファイバーを粉砕処理によって繊維長をほとんど損なうことなく分岐部を減らした、炭素繊維複合材料。
【請求項５】
請求項４において、
前記エラストマーがエチレン−プロピレンゴムであって、
２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ'）が１０ＭＰａ〜２００ＭＰａであって、
体積固有抵抗値が１０8Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍである、炭素繊維複合材料。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
前記カーボンナノファイバーは、最大繊維長が２０μｍ未満である、炭素繊維複合材料。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
前記未処理のカーボンナノファイバーは、アスペクト比が５０〜２００である、炭素繊維複合材料。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭素繊維複合材料を含む、油田用途の絶縁性物品。
【請求項９】
請求項８に記載の絶縁性物品を含む、電子部品。
【請求項１０】
筐体と、該筐体内に配置された請求項９に記載の電子部品と、を備える、検層装置。
【請求項１１】
気相成長法によって製造された第１のカーボンナノファイバーを、前記気相成長法における反応温度より高温であって、かつ、１１００℃〜１６００℃で熱処理して第２のカーボンナノファイバーを得る工程（ａ）と、
前記第２のカーボンナノファイバーを機械的作用によって処理して、第２のカーボンナノファイバーの分岐部を減らして、第３のカーボンナノファイバーを得る工程（ｂ）と、
前記第３のカーボンナノファイバーを酸素を含有する雰囲気中で６００℃〜８００℃で熱処理して、酸化した第４のカーボンナノファイバーを得る工程（ｃ）と、
前記第４のカーボンナノファイバーを、エラストマーに混合し、剪断力で該エラストマー中に均一に分散して炭素繊維複合材料を得る工程（ｄ）と、
を含み、
前記工程（ｂ）の前記機械的作用は、圧縮処理によってなされ、
前記圧縮処理によって得られた第３のカーボンナノファイバーは、分岐部を有しておらず、
前記第４のカーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍである、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記工程（ａ）の前記熱処理は、１２００℃〜１５００℃である、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２において、
前記工程（ｂ）で得られた前記第３のカーボンナノファイバーは、最大繊維長が２０μｍ未満である、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１において、
前記圧縮処理は、少なくとも２本の回転するロール間に前記第２のカーボンナノファイバーを投入して、前記第２のカーボンナノファイバーに剪断力と圧縮力とを加えることによって行われる、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか１項において、
前記圧縮処理は、カーボンナノファイバー同士を結合するためのバインダーを用いない、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項１６】
請求項１１〜１５のいずれか１項において、
前記圧縮処理は、乾式圧縮造粒機で行われる、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項１７】
気相成長法によって製造された第１のカーボンナノファイバーを、前記気相成長法における反応温度より高温であって、かつ、１１００℃〜１６００℃で熱処理して第２のカーボンナノファイバーを得る工程（ａ）と、
前記第２のカーボンナノファイバーを機械的作用によって処理して、第２のカーボンナノファイバーの分岐部を減らして、第３のカーボンナノファイバーを得る工程（ｂ）と、
前記第３のカーボンナノファイバーを酸素を含有する雰囲気中で６００℃〜８００℃で熱処理して、酸化した第４のカーボンナノファイバーを得る工程（ｃ）と、
前記第４のカーボンナノファイバーを、エラストマーに混合し、剪断力で該エラストマー中に均一に分散して炭素繊維複合材料を得る工程（ｄ）と、
を含み、
前記工程（ｂ）の前記機械的作用は、粉砕処理によって前記第２のカーボンナノファイバーの繊維長をほとんど損なうことなく分岐部を減らし、
前記第３のカーボンナノファイバーのタップ密度は、前記第２のカーボンナノファイバーのタップ密度の１．５倍〜１０倍であり、
前記第４のカーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍである、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記粉砕処理は、前記第２のカーボンナノファイバーの窒素吸着比表面積の１．１倍〜５．０倍の窒素吸着比表面積を有する前記第３のカーボンナノファイバーを得る、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項１９】
請求項１７または１８において、
前記粉砕処理は、衝撃及び／または剪断力を利用した乾式粉砕で行なう、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか１項において、
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した、前記第３のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度に対する前記第４のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度の増加量は、０．５ａｔｍ％〜２．６ａｔｍ％である、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項２１】
請求項１１〜２０のいずれか１項において、
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した、前記第３のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度に対する前記第４のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度の増加割合は、２０％〜１２０％である、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項２２】
請求項１１〜２１のいずれか１項において、
前記工程（ｃ）の熱処理は、前記第３のカーボンナノファイバーの質量を２％〜２０％
減量して前記第４のカーボンナノファイバーを得る、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項２３】
請求項１１〜２２のいずれかにおいて、
前記工程（ｃ）で得られた前記第４のカーボンナノファイバーは、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した表面の酸素濃度が２．６ａｔｍ％〜４．６ａｔｍ％である、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項２４】
請求項１１〜２３のいずれか１項において、
前記工程（ｃ）で得られた前記第４のカーボンナノファイバーは、ラマン散乱分光法によって測定される１６００ｃｍ-1付近のピーク強度Ｇに対する１３００ｃｍ-1付近のピーク強度Ｄの比（Ｄ／Ｇ）が０．１２〜０．２２である、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項２５】
請求項１１〜２４のいずれか１項において、
前記工程（ｃ）で得られた前記第４のカーボンナノファイバーは、窒素吸着比表面積が４５ｍ2／ｇ〜６０ｍ2／ｇである、炭素繊維複合材料の製造方法。
【請求項２６】
請求項１１〜２５のいずれか１項において、
前記第１のカーボンナノファイバーは、アスペクト比が５０〜２００である、炭素繊維複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維複合材料及びその製造方法、絶縁性物品、電子部品、及び検層装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノファイバーは、機械的特性に優れ、複合材料として様々な分野でその応用が期待されている。特に、カーボンナノファイバーは電気伝導性にも優れているので、カーボンナノファイバーをエラストマー中に均一に分散した炭素繊維複合材料は例えば電子放出装置へ応用することも提案されている（例えば、特開２００８−３１１０８３号公報）。【０００３】
また、エラストマーにカーボンナノファイバーを配合した複合材料は、機械的特性に優れているため、従来のゴム製品の代替品としての様々な用途へも期待されている。しかしながら、このような従来のゴム製品の中にはゴムの絶縁性を利用した製品も少なくないが、カーボンナノファイバーを均一に分散させた炭素繊維複合材料は少量のカーボンナノファイバーの配合でも電気伝導性にも優れるため、電気伝導を望まない製品への適用は難しかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、体積固有抵抗値の高い炭素繊維複合材料及びその製造方法、絶縁性物品、電子部品、及び検層装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にかかる炭素繊維複合材料は、
エラストマー１００質量部に対して、分岐部が無くかつ酸化したカーボンナノファイバーを２０質量部〜１００質量部含み、
２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ'）が１０ＭＰａ〜１０００ＭＰａであって、
体積固有抵抗値が１０6Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであり、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍであり、かつ、前記エラストマーに配合される前に、未処理のカーボンナノファイバーを圧縮処理によって分岐部で切断したことを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる炭素繊維複合材料において、
前記エラストマーが含フッ素エラストマーであって、
２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ’）が１５ＭＰａ〜３００ＭＰａであって、
体積固有抵抗値が１０１１Ω・ｃｍ〜１０１８Ω・ｃｍであることができる。【０００９】
本発明にかかる炭素繊維複合材料において、
前記エラストマーがエチレン−プロピレンゴムであって、
２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ’）が１０ＭＰａ〜２００ＭＰａであって、
体積固有抵抗値が１０７Ω・ｃｍ〜１０１８Ω・ｃｍであることができる。【００１０】
本発明にかかる炭素繊維複合材料は、
エラストマー１００質量部に対して、分岐部を減らしかつ酸化したカーボンナノファイ
バーを２０質量部〜１００質量部含み、
２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ'）が１０ＭＰａ〜１０００ＭＰａであって、
体積固有抵抗値が１０6Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであり、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍであり、かつ、前記エラストマーに配合される前に、未処理のカーボンナノファイバーを粉砕処理によって繊維長をほとんど損なうことなく分岐部を減らしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明にかかる炭素繊維複合材料において、
前記エラストマーがエチレン−プロピレンゴムであって、
２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ’）が１０ＭＰａ〜２００ＭＰａであって、
体積固有抵抗値が１０８Ω・ｃｍ〜１０１８Ω・ｃｍであることができる。【００１２】
本発明にかかる炭素繊維複合材料において、
前記カーボンナノファイバーは、最大繊維長が２０μｍ未満であることができる。
本発明にかかる炭素繊維複合材料において、
前記未処理のカーボンナノファイバーは、アスペクト比が５０〜２００であることができる。
【００１３】
本発明にかかる油田用途の絶縁性物品は、前記炭素繊維複合材料を含むことができる。【００１４】
本発明にかかる電子部品は、前記絶縁性物品を含むことができる。【００１５】
本発明にかかる検層装置は、筐体と、該筐体内に配置された前記電子部品と、を備えることができる。【００１６】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、
気相成長法によって製造された第１のカーボンナノファイバーを、前記気相成長法における反応温度より高温であって、かつ、１１００℃〜１６００℃で熱処理して第２のカーボンナノファイバーを得る工程（ａ）と、
前記第２のカーボンナノファイバーを機械的作用によって処理して、第２のカーボンナノファイバーの分岐部を減らして、第３のカーボンナノファイバーを得る工程（ｂ）と、
前記第３のカーボンナノファイバーを酸素を含有する雰囲気中で６００℃〜８００℃で熱処理して、酸化した第４のカーボンナノファイバーを得る工程（ｃ）と、
前記第４のカーボンナノファイバーを、エラストマーに混合し、剪断力で該エラストマー中に均一に分散して炭素繊維複合材料を得る工程（ｄ）と、
を含み、
前記工程（ｂ）の前記機械的作用は、圧縮処理によってなされ、
前記圧縮処理によって得られた第３のカーボンナノファイバーは、分岐部を有しておらず、
前記第４のカーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする。
【００１７】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記工程（ａ）の前記熱処理は、１２００℃〜１５００℃であることができる。【００１８】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記工程（ｂ）で得られた前記第３のカーボンナノファイバーは、最大繊維長が２０μｍ未満であることができる。【００２０】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記圧縮処理は、少なくとも２本の回転するロール間に前記第２のカーボンナノファイバーを投入して、前記第２のカーボンナノファイバーに剪断力と圧縮力とを加えることによって行われることができる。【００２１】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記圧縮処理は、カーボンナノファイバー同士を結合するためのバインダーを用いないことができる。【００２２】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記圧縮処理は、乾式圧縮造粒機で行われることができる。【００２３】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、
気相成長法によって製造された第１のカーボンナノファイバーを、前記気相成長法における反応温度より高温であって、かつ、１１００℃〜１６００℃で熱処理して第２のカーボンナノファイバーを得る工程（ａ）と、
前記第２のカーボンナノファイバーを機械的作用によって処理して、第２のカーボンナノファイバーの分岐部を減らして、第３のカーボンナノファイバーを得る工程（ｂ）と、
前記第３のカーボンナノファイバーを酸素を含有する雰囲気中で６００℃〜８００℃で熱処理して、酸化した第４のカーボンナノファイバーを得る工程（ｃ）と、
前記第４のカーボンナノファイバーを、エラストマーに混合し、剪断力で該エラストマー中に均一に分散して炭素繊維複合材料を得る工程（ｄ）と、
を含み、
前記工程（ｂ）の前記機械的作用は、粉砕処理によって前記第２のカーボンナノファイバーの繊維長をほとんど損なうことなく分岐部を減らし、
前記第３のカーボンナノファイバーのタップ密度は、前記第２のカーボンナノファイバーのタップ密度の１．５倍〜１０倍であり、
前記第４のカーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする。
【００２４】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記粉砕処理は、前記第２のカーボンナノファイバーの窒素吸着比表面積の１．１倍〜５．０倍の窒素吸着比表面積を有する前記第３のカーボンナノファイバーを得ることができる。【００２５】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記粉砕処理は、衝撃及び／または剪断力を利用した乾式粉砕で行なうことができる。【００２６】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した、前記第３のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度に対する前記第４のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度の増加量は、０．５ａｔｍ％〜２．６ａｔｍ％であることができる。【００２７】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した、前記第３のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度に対する前記第４のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度の増加割合は、２０％〜１２０％であることができる。【００２８】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記工程（ｃ）の熱処理は、前記第３のカーボンナノファイバーの質量を２％〜２０％減量して前記第４のカーボンナノファイバーを得ることができる。【００２９】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記工程（ｃ）で得られた前記第４のカーボンナノファイバーは、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した表面の酸素濃度が２．６ａｔｍ％〜４．６ａｔｍ％であることができる。【００３０】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記工程（ｃ）で得られた前記第４のカーボンナノファイバーは、ラマン散乱分光法によって測定される１６００ｃｍ−１付近のピーク強度Ｇに対する１３００ｃｍ−１付近のピーク強度Ｄの比（Ｄ／Ｇ）が０．１２〜０．２２であることができる。【００３１】
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記工程（ｃ）で得られた前記第４のカーボンナノファイバーは、窒素吸着比表面積が４５ｍ2／ｇ〜６０ｍ2／ｇであることができる。
本発明にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記第１のカーボンナノファイバーは、アスペクト比が５０〜２００であることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態にかかる第２のカーボンナノファイバーを模式的に示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の一実施形態にかかる第２のカーボンナノファイバーを模式的に示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の一実施形態にかかる第２のカーボンナノファイバーを模式的に示す図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の一実施形態にかかる第２のカーボンナノファイバーを模式的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態にかかる工程（ｂ）の圧縮処理を模式的に示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態にかかる第２のカーボンナノファイバーと第３のカーボンナノファイバーとを模式的に示す図である。
【図４】図４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工程（ｄ）を模式的に示す図である。
【図５】図５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工程（ｄ）を模式的に示す図である。
【図６】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工程（ｄ）を模式的に示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態にかかる海底用途の検層装置を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態にかかる図７における検層装置の筐体を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態にかかる地下用途の検層装置を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３５】
本発明の一実施形態にかかる炭素繊維複合材料は、エラストマー１００質量部に対して、分岐部が無くかつ酸化したカーボンナノファイバーを２０質量部〜１００質量部含み、２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ'）が１０ＭＰａ〜１０００ＭＰａであって、体積固有抵抗値が１０6Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであり、前記カーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍであり、かつ、前記エラストマーに配合される前に、未処理のカーボンナノファイバーを圧縮処理によって分岐部で切断したことを特徴とする。本発明の一実施形態にかかる炭素繊維複合材料は、エラストマー１００質量部に対して、分岐部を減らしかつ酸化したカーボンナノファイバーを２０質量部〜１００質量部含み、２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ'）が１０ＭＰａ〜１０００ＭＰａであって、体積固有抵抗値が１０6Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであり、前記カーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍであり、かつ、前記エラストマーに配合さ
れる前に、未処理のカーボンナノファイバーを粉砕処理によって繊維長をほとんど損なうことなく分岐部を減らしたことを特徴とする。本発明の一実施形態にかかる油田用途の絶縁性物品は、前記炭素繊維複合材料を含むことができる。本発明の一実施形態にかかる電子部品は、前記絶縁性物品を含むことができる。本発明の一実施形態にかかる検層装置は、筐体と、該筐体内に配置された前記電子部品と、を備えることができる。
本発明の一実施形態にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、気相成長法によって製造された第１のカーボンナノファイバーを、前記気相成長法における反応温度より高温であって、かつ、１１００℃〜１６００℃で熱処理して第２のカーボンナノファイバーを得る工程（ａ）と、前記第２のカーボンナノファイバーを機械的作用によって処理して、第２のカーボンナノファイバーの分岐部を減らして、第３のカーボンナノファイバーを得る工程（ｂ）と、前記第３のカーボンナノファイバーを酸素を含有する雰囲気中で６００℃〜８００℃で熱処理して、酸化した第４のカーボンナノファイバーを得る工程（ｃ）と、前記第４のカーボンナノファイバーを、エラストマーに混合し、剪断力で該エラストマー中に均一に分散して炭素繊維複合材料を得る工程（ｄ）と、を含み、前記工程（ｂ）の前記機械的作用は、圧縮処理によってなされ、前記圧縮処理によって得られた第３のカーボンナノファイバーは、分岐部を有しておらず、前記第４のカーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする。本発明の一実施形態にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、気相成長法によって製造された第１のカーボンナノファイバーを、前記気相成長法における反応温度より高温であって、かつ、１１００℃〜１６００℃で熱処理して第２のカーボンナノファイバーを得る工程（ａ）と、前記第２のカーボンナノファイバーを機械的作用によって処理して、第２のカーボンナノファイバーの分岐部を減らして、第３のカーボンナノファイバーを得る工程（ｂ）と、前記第３のカーボンナノファイバーを酸素を含有する雰囲気中で６００℃〜８００℃で熱処理して、酸化した第４のカーボンナノファイバーを得る工程（ｃ）と、前記第４のカーボンナノファイバーを、エラストマーに混合し、剪断力で該エラストマー中に均一に分散して炭素繊維複合材料を得る工程（ｄ）と、を含み、前記工程（ｂ）の前記機械的作用は、粉砕処理によって前記第２のカーボンナノファイバーの繊維長をほとんど損なうことなく分岐部を減らし、前記第３のカーボンナノファイバーのタップ密度は、前記第２のカーボンナノファイバーのタップ密度の１．５倍〜１０倍であり、前記第４のカーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする。
【００３６】
（Ｉ）カーボンナノファイバー
カーボンナノファイバーについて説明する。
本実施の形態に用いる第４のカーボンナノファイバーは、以下に説明する工程（ａ）〜工程（ｃ）によって得ることができる。
まず、工程（ａ）として、気相成長法によって製造された未処理の第１のカーボンナノファイバーを、前記気相成長法における反応温度より高温であって、かつ、１１００℃〜１６００℃で熱処理して第２のカーボンナノファイバーを得ることができる。この熱処理の温度は、１２００℃〜１５００℃であることがさらに好ましい。工程（ａ）における熱処理の温度が気相成長法の反応温度より高温であることで、第１のカーボンナノファイバーの表面構造を整え、表面の欠陥を減少させることができる。また、この熱処理が１１００℃〜１６００℃とすることで、マトリックス材料例えばエラストマーとの表面反応性が向上し、マトリックス材料中におけるカーボンナノファイバーの分散不良をより改善することができる。このように熱処理されて得られた第２のカーボンナノファイバーは、例えば、ラマン散乱分光法によって測定される１６００ｃｍ−１付近のピーク強度Ｇに対する１３００ｃｍ−１付近のピーク強度Ｄの比（Ｄ／Ｇ）が１．２５を超えかつ１．６未満であることができる。第２のカーボンナノファイバーのラマンスペクトルにおいて、１３００ｃｍ−１付近の吸収ピーク強度Ｄはカーボンナノファイバーを形成する結晶内の欠陥に基づく吸収であり、１６００ｃｍ−１付近の吸収ピーク強度Ｇはカーボンナノファイバーを形成する結晶に基づく吸収である。このため、ピーク強度Ｄとピーク強度Ｇとの比（Ｄ／Ｇ）が小さい程、カーボンナノファイバーの結晶化程度が高いことを示す。したがって、ピーク強度Ｇに対するピーク強度Ｄの比（Ｄ／Ｇ）が小さいほどグラファイト化（黒鉛化）度が高く、表面に欠陥の少ないカーボンナノファイバーを意味する。したがって、前記範囲のピーク強度Ｇに対するピーク強度Ｄの比（Ｄ／Ｇ）を有する第２のカーボンナノファイバーは、適度に表面に非結晶部分が存在するため、エラストマーとの濡れ性が良好であり、比較的欠陥も少ないので第２のカーボンナノファイバーの強度も十分であることができる。なお、ここで、第１のカーボンナノファイバーは、工程（ａ）〜工程（ｃ）における熱処理や圧縮処理などを受けていないため、気相成長法によって製造されたままの未処理のカーボンナノファイバーである。このように気相成長法で製造された未処理の第１のカーボンナノファイバーは、一般的には、不活性ガス雰囲気中において２０００℃〜３２００℃で熱処理していわゆる黒鉛化（結晶化）処理されて、気相成長の際に第１のカーボンナノファイバーの表面に沈積したアモルファス状の堆積物や残留している触媒金属などの不純物を除去されるが、本実施形態においては、このような黒鉛化処理を行うことなく、第１のカーボンナノファイバーを黒鉛化処理の温度よりも十分に低い１１００℃〜１６００℃で工程（ａ）の熱処理を行って第２のカーボンナノファイバーを得ることができる。このように、適度に表面に非晶質部分が存在する第２のカーボンナノファイバーを用いた炭素繊維複合材料は、一般的な黒鉛化されたカーボンナノファイバーを用いた炭素繊維複合材料に比べ体積固有抵抗値が高くなることができる。
【００３７】
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第１のカーボンナノファイバー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第１のカーボンナノファイバー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第１のカーボンナノファイバー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。このような気相成長法で得られた未処理の第１のカーボンナノファイバーの平均直径は、７０ｎｍ〜１００ｎｍである。また、第１のカーボンナノファイバーのアスペクト比は５０〜２００であることができる。本発明の詳細な説明においてカーボンナノファイバーの
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（カーボンナノファイバーのサイズによって適宜倍率は変更できる）から２００箇所以上の直径及び平均長さを計測し、その算術平均値として計算して得ることができる。
気相成長法によって製造された第１のカーボンナノファイバーは、例えば、いわゆるカーボンナノチューブなどが例示できる。カーボンナノチューブは、炭素六角網面のグラファイトの１枚面を１層もしくは多層に巻いた構造を有する。また、部分的にカーボンナノチューブの構造を有する炭素材料も使用することができる。なお、カーボンナノチューブという名称の他にグラファイトフィブリルナノチューブ、気相成長炭素繊維といった名称で称されることもある。
【００３８】
図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の一実施形態にかかる第２のカーボンナノファイバーを模式的に示す図である。
第２のカーボンナノファイバー６０は、気相成長法によって製造された未処理の第１のカーボンナノファイバーと概略同じ構造であって、図１Ａに示すように長手方向に直線的であることが好ましいが、図１Ｂに示すように湾曲しているもの、図１Ｃに示すように折曲部６２で折れ曲っているもの、図１Ｄに示すように分岐部６４で複数（図では４本）に枝分かれしているものもある程度含まれる。複合材料に配合された第２のカーボンナノファイバー６０は、図１Ａのように直線的である程、特に複合材料の柔軟性や耐久性を向上させることができると考えられるが、図１Ｃ、図１Ｄに示すような第２のカーボンナノファイバー６０は、折曲部６２や分岐部６４において応力集中が起きると考えられ、複合材料における補強材としての第２のカーボンナノファイバー本来の性能を減じる傾向があると考えられる。なお、折曲部６２は、図１Ｃに示すように明確に折れ曲っている箇所であって、図１Ｂのように湾曲しているものは含まない。
【００３９】
次に、工程（ｂ）は、前記工程（ａ）で得られた第２のカーボンナノファイバーを機械的作用によって処理して、第２のカーボンナノファイバーの分岐部を減らして、第３のカーボンナノファイバーを得ることができる。
工程（ｂ）における機械的作用による処理は、圧縮処理または粉砕処理によって行うことができる。
【００４０】
まず、圧縮処理を用いた工程（ｂ）について説明する。
工程（ｂ）における圧縮処理によって得られた第３のカーボンナノファイバーは、分岐部を有しない。工程（ｂ）における圧縮処理は、第２のカーボンナノファイバーを少なくとも分岐部から切断するための高い圧力が必要である。ここでは、工程（ｂ）について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態にかかる工程（ｂ）を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、圧縮処理は、図中の矢印方向に連続回転する複数例えば少なくとも２本のロール７２，７４間に原料である第２のカーボンナノファイバー６０を投入して、剪断力と圧縮力とを第１のカーボンナノファイバーに加えることによって行う、例えばロールプレス機やローラーコンパクター（ロール式高圧圧縮成形機）のような乾式圧縮造粒機７０を採用することができる。工程（ａ）によって得られた複数の第２のカーボンナノファイバー６０を乾式圧縮造粒機７０に投入して圧縮処理することで、複数の第３のカーボンナノファイバー８０の集合体を得ることができる。ロールプレス機は、通常ロール外周面にポケットを刻まない平滑ロールまたはポケットを刻んだロール等を使用するが、本実施の形態においては第２のカーボンナノファイバーに均等に圧縮力を加えるために平滑ロールを用いることができる。また、２本のロールの間隔は０ｍｍすなわちロール同士が接触するように設定され、さらに２本のロール間には所定の圧縮力Ｆ例えば９８０〜２９４０Ｎ／ｃｍを与えることができ、さらに１５００〜２５００Ｎ／ｃｍを与えることが好ましい。圧縮力Ｆは、得られたカーボンナノファイバー集合体における分岐部の有無を電子顕微鏡などで確認しながら適当な圧力に設定することができる。９８０Ｎ／ｃｍ以上であれば分岐部を有する第２のカーボンナノファイバーを分岐部で切断する。このような圧縮処理は、カーボンナノファイバー全体の均質化のため、複数回例えば２回程度行うことができる。造粒機では、一般に粉体を結合するために水などのバインダーを配合するが、本実施の形態における圧縮処理は、第３のカーボンナノファイバー同士を結合するためのバインダーを用いない乾式造粒であることができる。バインダーを用いると、後工程で第４のカーボンナノファイバーを分散させにくくする虞があり、バインダーを除去する工程がさらに必要になることがあるためである。
なお、通常であれば乾式圧縮造粒機７０によって２本のロール間で圧縮して板状（フレーク）のカーボンナノファイバー８０の集合体に成形した後、さらに粉砕機などで破砕し、所望の大きさに整粒したカーボンナノファイバー８０の集合体をつくることができる。このときの粉砕機は、例えば回転刃を高速回転させてその剪断力によりカーボンナノファイバー８０の集合体を破砕し、スクリーンを用いて適当なサイズ以下のカーボンナノファイバー８０の集合体だけを通して整粒を行うことができる。圧縮処理だけではカーボンナノファイバー８０の集合体の大きさにばらつきが大きいが、このようにさらに破砕することでカーボンナノファイバー８０の集合体の粒径が適度な大きさに整えられるため、マトリックス材料と混練した時のカーボンナノファイバーの集合体の偏りを防ぐことができる。
この圧縮処理によって第３のカーボンナノファイバーが分岐部で切断され、ふわりとしない所望の嵩密度になって取り扱いが容易になり、例えば板状の第３のカーボンナノファイバー集合体に造粒されることができる。
圧縮処理することによって得られた第３のカーボンナノファイバーについて図３を用いて詳細に説明する。図３は、本発明の一実施形態にかかる第３のカーボンナノファイバーを模式的に示す図である。
図３に示すように、圧縮処理によって、図の左上側に示した分岐部６４を有する第２のカーボンナノファイバー６０が分岐部６４から切断され、図の右下側に示したように例えば４本の第３のカーボンナノファイバー８０が得られる。したがって、第３のカーボンナノファイバー８０は、第２のカーボンナノファイバー６０よりも分岐部６４を減らすことができ、特に、電子顕微鏡で観察しても分岐部６４がなくなる。このように分岐部が無い第３のカーボンナノファイバーは、工程（ｃ）を経て第４のカーボンナノファイバーとなって他の材料と混合したときにも複合材料中の第４のカーボンナノファイバーの分散性を向上させることができ、また、複合材料の柔軟性や耐久性を向上させることができる。さらに、第４のカーボンナノファイバーにも分岐部がないので、複合材料に配合した際に、第４のカーボンナノファイバーの分岐部への応力集中がなく、第４のカーボンナノファイバーの補強材としての性能低下を減少することができる。図１Ｃで示したような折曲部６２を有する第２のカーボンナノファイバーの一部も折曲部６２から切断されるため、折曲部６２や分岐部６４のようないわゆる欠陥部分を有する第３のカーボンナノファイバーを減少させることができる。圧縮処理によって得られた第３のカーボンナノファイバー８０の内、折曲部６２を有する第３のカーボンナノファイバーを含む割合が１００本中１０本未満であることができる。折曲部６２を有する第３のカーボンナノファイバーを含む割合が１００本中１０本以上であると、圧縮処理によって十分に欠陥部分を除去できていない可能性がある。このように折曲部６２や分岐部６４のような欠陥部分が減少した第３のカーボンナノファイバー８０は、最大繊維長が２０μｍ未満であることができる。近年、市場の要求としてカーボンナノファイバーの最大繊維長が２０μｍ未満、さらに１５μｍ未満であることが好ましいとされることがある。例えば、第３のカーボンナノファイバーの最大繊維長を２０μｍ未満とすることで、第４のカーボンナノファイバーを配合した複合材料の柔軟性を向上することができる。複数の第３のカーボンナノファイバー８０は、嵩密度が０．１５〜０．３ｇ／ｃｍ3であることができる。嵩密度が０．１５〜０．３ｇ／ｃｍ3であれば第３のカーボンナノファイバー８０が飛散しにくく保管時、運搬時または配合時における扱いが容易になってハンドリング性も良好である。なお、本願における嵩密度は、ＪＩＳ−Ｋ６２１９−２ゴム用カーボンブラック−造粒粒子の測定−第２部かさ密度の測定にしたがって、１０００ｃｍ3の円筒容器にカーボンナノファイバーを注ぎ落としてその質量を測定し、嵩密度（ｇ／ｃｍ3）を計算して得られたものとする。また、圧縮処理によって得られた複数の第３のカーボンナノファイバー８０は、複数の第３のカーボンナノファイバーが寄り集まって板状の塊となった複数の板状の第３のカーボンナノファイバー集合体に造粒されることができる。このように板状の塊になって第３のカーボンナノファイバー８０を取り扱うことができるので、保管時、運搬時または配合時における取り扱い性を向上することができる。
【００４１】
次に、粉砕処理を用いた工程（ｂ）について説明する。
工程（ｂ）における粉砕処理によって得られた第３のカーボンナノファイバーのタップ密度は、工程（ａ）で得られた第２のカーボンナノファイバーのタップ密度の１．５倍〜１０倍であることができる。工程（ｂ）は、第３のカーボンナノファイバーの窒素吸着比表面積を粉砕処理前の第２のカーボンナノファイバーの窒素吸着比表面積の１．１倍〜５．０倍とすることができる。工程（ｂ）によれば、マトリックス材料例えばエラストマーとの表面反応性が向上し、マトリックス材料に対する濡れ性が改善されたカーボンナノファイバーを製造することができる。
第２のカーボンナノファイバーは、繊維が分岐した分岐部分や繊維が屈曲した屈曲部分などの欠陥を有しているが、粉砕処理によって分岐部分付近や屈曲部分で破壊されて欠陥が低減すると共に、カーボンナノファイバーの表面も活性化される。この欠陥低減によってカーボンナノファイバーは分岐部分や屈曲部分が減少するため各繊維の強度は向上し、しかも繊維長がほとんど短くならない程度に粉砕処理されるため、このカーボンナノファイバーを用いた複合材料の物性が向上する。また、カーボンナノファイバーの表面が活性化されることで、カーボンナノファイバーとマトリックス材料との表面反応性が向上し、マトリックス材料中におけるカーボンナノファイバーの分散不良を改善することができる。工程（ｂ）は、衝撃及び／または剪断力を利用した乾式粉砕で行なうことができる。乾式粉砕は、例えば、水または／及び有機溶剤の非存在下で行なうことができる。乾式粉砕は、粉砕後の分散剤の除去及び溶媒の乾燥、乾燥凝集した繊維の解繊という後処理工程がなく、有利である。このような乾式粉砕は、周速度が５０〜２００ｍ／ｓで０．５〜６０分間行なわれることができる。乾式粉砕としては、高速回転ミル、ボールミル、媒体攪拌ミル、ジェット粉砕機などを用いることができるが、衝撃力を利用した繊維を押し砕く方法による回転式粉砕機、円振動ミル、遠心ミルなどの振動ボールミルを採用することができる。
このように、粉砕処理は、例えば前記圧縮処理と同様に、分岐部を有する第２のカーボンナノファイバーが分岐部から切断され、分岐部を減らすことができる。したがって、粉砕処理された第３のカーボンナノファイバーは、第２のカーボンナノファイバーよりも分岐部を減らすことができ、特に、電子顕微鏡で観察しても分岐部がなくなることができる。
粉砕処理後の第３のカーボンナノファイバーのタップ密度は、粉砕処理前の第２のタップ密度の１．５倍〜１０倍であることができる。このように適度な粉砕処理を行うことで、第２のカーボンナノファイバーの繊維長をほとんど損なうことなく、マトリックス材料例えばエラストマーとの濡れ性を良好にすることができる。粉砕処理後の第３のカーボンナノファイバーは、タップ密度が０．０３〜０．２ｇ／ｃｍ３であることができる。タップ密度は、タップ法により測定された見かけ密度であって、第３のカーボンナノファイバーの嵩度合いを表している。したがって、粉砕処理によって第３のカーボンナノファイバーにおける分岐箇所や欠陥が減少すると、密に詰まり易くなり、タップ密度は増加する傾向がある。前記範囲のタップ密度を有する粉砕処理された第３のカーボンナノファイバーは、マトリックス材料例えばエラストマーとの濡れ性が良好となる傾向がある。
また、粉砕処理後の第３のカーボンナノファイバーの窒素吸着比表面積は、粉砕処理前の第２のカーボンナノファイバーの窒素吸着比表面積の１．１倍〜５．０倍であることができる。このように窒素吸着比表面積が増大すると、マトリクス材料と第３のカーボンナノファイバーとの接点が増加することになり、マトリクス材料中で分散し易くなる。粉砕処理後の第３のカーボンナノファイバーは、窒素吸着比表面積が２２〜１００ｍ２／ｇであることが好ましい。前記範囲の窒素吸着比表面積を有する粉砕処理された第３のカーボンナノファイバーは、マトリックス材料例えばエラストマーとの濡れ性が良好となる傾向がある。
【００４２】
最後に、工程（ｃ）として、前記工程（ｂ）で得られた第３のカーボンナノファイバーを酸素を含有する雰囲気中で６００℃〜８００℃で熱処理して、酸化した第４のカーボンナノファイバーを得ることができる。
工程（ｃ）は、例えば、大気雰囲気の炉内に第３のカーボンナノファイバーを配置し、６００℃〜８００℃の温度範囲の所定温度に設定し、熱処理することによって、表面が所望の酸素濃度に酸化された第４のカーボンナノファイバーを得ることができる。この工程（ｃ）で熱処理する時間は、所定温度の熱処理炉内で第３のカーボンナノファイバーを保持する時間であって、例えば１０分〜１８０分であることができる。酸素を含有する雰囲気は、大気中でもよいし、酸素雰囲気でもよいし、適宜酸素濃度を設定した雰囲気を用いてもよいが、熱処理炉の内容量や処理する第３のカーボンナノファイバーの量によって熱処理炉に導入する酸素の量を適宜調節することができる。第４のカーボンナノファイバーの表面が工程（ｃ）で所望の酸素濃度に酸化されるのに十分な酸素濃度が雰囲気中に存在すればよい。熱処理の温度は、６００℃〜８００℃の範囲で所望の酸化処理を得るために適宜設定することができる。通常、８００℃付近で第３のカーボンナノファイバーは燃焼して繊維に大きなダメージを負うため、温度設定と熱処理の時間は実験を繰り返しながら慎重に設定することが望ましい。なお、熱処理の温度や熱処理の時間は、工程（ｃ）に用いる炉内の酸素濃度や炉の内容積、処理する第３のカーボンナノファイバーの量などによって適宜調整することができる。また、本実施の形態における熱処理温度とは、熱処理炉内の雰囲気温度を示す。
工程（ｃ）は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した、第３のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度に対する第４のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度の増加量が、０．５ａｔｍ％〜２．６ａｔｍ％になるように酸化処理を行うことができる。このような第３のカーボンナノファイバーの表面酸素濃度に対する第４のカーボンナノファイバーの表面酸素濃度の増加量は、工程（ｂ）における機械的作用による処理を圧縮処理によって行った場合は０．９ａｔｍ％〜２．６ａｔｍ％であることができ、さらに１．０ａｔｍ％〜２．６ａｔｍ％であることができ、工程（ｂ）における機械的作用による処理を粉砕処理によって行った場合は０．９ａｔｍ％〜１．９ａｔｍ％であることができ、さらに１．０ａｔｍ％〜１．６ａｔｍ％であることができる。また、工程（ｃ）は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した、第３のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度に対する第４のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度の増加割合が、２０％〜１２０％になるように酸化処理を行うことができる。このような第３のカーボンナノファイバーの表面酸素濃度に対する第４のカーボンナノファイバーの表面酸素濃度の増加割合は、工程（ｂ）における機械的作用による処理を圧縮処理によって行った場合は６０％〜１２０％であることができ、工程（ｂ）における機械的作用による処理を粉砕処理によって行った場合は４３％〜９０％であることができ、さらに４８％〜７６％であることができる。工程（ｃ）で得られた第４のカーボンナノファイバーのＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した表面の酸素濃度は、２．６ａｔｍ％〜４．６ａｔｍ％であることができ、工程（ｂ）における機械的作用による処理を圧縮処理によって行った場合は３．０ａｔｍ％〜４．６ａｔｍ％であることができ、さらに３．１ａｔｍ％〜４．６ａｔｍ％であることができ、工程（ｂ）における機械的作用による処理を粉砕処理によって行った場合は３．０ａｔｍ％〜４．０ａｔｍ％であることができ、さらに３．１ａｔｍ％〜３．７ａｔｍ％であることができる。このように、第３のカーボンナノファイバーの表面が適度に酸化していることで、第４のカーボンナノファイバーと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ファイバーの分散不良を改善することができる。
このように工程（ｃ）で酸化処理された第４のカーボンナノファイバーの質量は、第３のカーボンナノファイバーの質量より例えば２％〜２０％減量することができ、この減量の範囲であれば第４のカーボンナノファイバーが適度に酸化していると推測できる。第４のカーボンナノファイバーの質量が第３のカーボンナノファイバーの質量より２％未満しか減量していないと、第４のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度が低いため濡れ性の向上が得にくい傾向がある。また、第３のカーボンナノファイバーの質量より２０％を超えて減量した第４のカーボンナノファイバーは、減量が２０％以下の第４のカーボンナノファイバーに比べて濡れ性がほとんど変わらないにもかかわらず、酸化処理によるカーボンナノファイバーの減量による損失が大きく、しかも熱処理のエネルギー消費量に対して経済的にも不利になる傾向がある。第３のカーボンナノファイバーの表面が酸化することによって、第３のカーボンナノファイバーの表面の炭素の一部が炭酸ガスとして気化して減量することになるからである。第４のカーボンナノファイバーの質量が第３のカーボンナノファイバーの質量より２０％を超えなければ繊維長がほとんど短くならないと推測できるため好ましい。なお、第４のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によって分析することができる。ＸＰＳによる酸素濃度の分析は、第４のカーボンナノファイバーの表面に付着した不純物を除去するために、測定前の第４のカーボンナノファイバーに対し例えば０．５分〜１．０分間のアルゴンガスエッチングを行い、第４のカーボンナノファイバーの清浄な表面を出してから分析を行うことが好ましい。このアルゴンガスエッチングのアルゴンガス濃度は、５×１０−２Ｐａ〜２０×１０−２Ｐａであることができる。また、ＸＰＳによる酸素濃度の分析は、ＸＰＳ装置の金属台の上に導電性接着剤である例えばカーボンテープを貼り、そのカーボンテープ上に第４のカーボンナノファイバーをふりかけてカーボンテープに付着させ、カーボンテープに付着しなかった余分な第４のカーボンナノファイバーを振り落として取り除いた状態で行うことができる。このように、ＸＰＳによる酸素濃度の分析においては、第４のカーボンナノファイバーをカーボンテープ上に押しつけてブロック状に固めることなく、なるべく粉体に近い状態で分析することができる。なお、第３のカーボンナノファイバーも同様にＸＰＳ装置で測定することができる。
【００４３】
工程（ｃ）によって得られた第４のカーボンナノファイバーは、ラマン散乱分光法によって測定される１６００ｃｍ−１付近のピーク強度Ｇに対する１３００ｃｍ−１付近のピーク強度Ｄの比（Ｄ／Ｇ）が０．１２〜０．２２であることができる。第４のカーボンナノファイバーのラマンピーク比（Ｄ／Ｇ）は、その表面の結晶に欠陥が多くなるため、第３のカーボンナノファイバーのラマンピーク比（Ｄ／Ｇ）よりも大きくなる。第４のカーボンナノファイバーは、そのラマンピーク比（Ｄ／Ｇ）が第３のカーボンナノファイバーのラマンピーク比（Ｄ／Ｇ）より０．０２以上増加する程度に酸化することが望ましい。また、第４のカーボンナノファイバーは、窒素吸着比表面積が３４ｍ２／ｇ〜５８ｍ２／ｇであることができる。第４のカーボンナノファイバーの窒素吸着比表面積は、その表面が荒れるため、第３のカーボンナノファイバーの窒素吸着比表面積よりも大きくなる。第４のカーボンナノファイバーは、その窒素吸着比表面積が第３のカーボンナノファイバーの窒素吸着比表面積より９ｍ２／ｇ以上増加する程度に酸化することが望ましい。工程（ｃ）に用いられる第４のカーボンナノファイバーの平均直径は第１のカーボンナノファイバーの平均直径とほとんど変わらない。このような気相成長法で得られた第４のカーボンナノファイバーの平均直径は、７０ｎｍ〜１００ｎｍであることができる。このような第４のカーボンナノファイバーを用いることにより、エラストマーとの表面反応性が向上し、エラストマーに対する濡れ性を改善することができ、体積固有抵抗値が高く電気絶縁性能に優れた炭素繊維複合材料を得ることができる。第４のカーボンナノファイバーのエラストマーへの配合量は、用途に応じて設定することができるが、第４のカーボンナノファイバーはエラストマーとの濡れ性が向上しているため、例えば同じ剛性の炭素繊維複合材料を製造する場合、従来よりも配合量を減らすことができる。
【００４４】
（ＩＩ）エラストマー
次に、炭素繊維複合材料の製造方法に用いられるエラストマーについて説明する。
エラストマーは、重量平均分子量が５０００〜５００万であることができ、さらに２万〜３００万であることができる。エラストマーの分子量がこの範囲であると、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、エラストマーは、第４のカーボンナノファイバーを分散させるために良好な弾性を有している。エラストマーは、粘性を有しているので凝集した第４のカーボンナノファイバー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第４のカーボンナノファイバー同士を分離することができるため好ましい。エラストマーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって、３０℃、観測核が１Ｈで測定した、未架橋体におけるネットワーク成分のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ／３０℃）が１００〜３０００μ秒であることができ、さらに２００〜１０００μ秒であることができる。上記範囲のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ／３０℃）を有することにより、エラストマーは、柔軟で充分に高い分子運動性を有することができ、すなわち第４のカーボンナノファイバーを分散させるために適度な弾性を有することができる。また、エラストマーは粘性を有しているので、エラストマーと第４のカーボンナノファイバーとを混合したときに、エラストマーは高い分子運動により第４のカーボンナノファイバーの相互の隙間に容易に侵入することができる。また、エラストマーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって３０℃、観測核が１Ｈで測定した、架橋体における、ネットワーク成分のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）が１００〜２０００μ秒であることができる。その理由は、上述した未架橋体と同様である。すなわち、上記の条件を有する未架橋体を架橋化すると、得られる架橋体のＴ２ｎはおおよそ上記範囲に含まれることができる。
【００４５】
パルス法ＮＭＲを用いたハーンエコー法によって得られるスピン−スピン緩和時間は、物質の分子運動性を表す尺度である。具体的には、パルス法ＮＭＲを用いたハーンエコー法によりエラストマーのスピン−スピン緩和時間を測定すると、緩和時間の短い第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）を有する第１の成分と、緩和時間のより長い第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）を有する第２の成分とが検出される。第１の成分は高分子のネットワーク成分（骨格分子）に相当し、第２の成分は高分子の非ネットワーク成分（末端鎖などの枝葉の成分）に相当する。そして、第１のスピン−スピン緩和時間が短いほど分子運動性が低く、エラストマーは固いといえる。また、第１のスピン−スピン緩和時間が長いほど分子運動性が高く、エラストマーは柔らかいといえる。パルス法ＮＭＲにおける測定法としては、ハーンエコー法でなくてもソリッドエコー法、ＣＰＭＧ法（カー・パーセル・メイブーム・ギル法）あるいは９０°パルス法でも適用できる。ただし、本発明にかかるエラストマーは中程度のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２）を有するので、ハーンエコー法が最も適している。一般的に、ソリッドエコー法および９０°パルス法は、短いＴ２の測定に適し、ハーンエコー法は、中程度のＴ２の測定に適し、ＣＰＭＧ法は、長いＴ２の測定に適している。
【００４６】
エラストマーは、主鎖、側鎖および末端鎖の少なくともひとつに、カーボンナノファイバーの末端のラジカルに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するか、もしくは、このようなラジカルまたは基を生成しやすい性質を有する。かかる不飽和結合または基としては、例えば、二重結合、三重結合、カルボニル基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、ニトリル基、ケトン基、アミド基、エポキシ基、エステル基、ビニル基、ハロゲン基、ウレタン基、ビューレット基、アロファネート基および尿素基などの官能基から選択される少なくともひとつであることができる。本実施の形態では、エラストマーの主鎖、側鎖および末端鎖の少なくともひとつに、カーボンナノファイバーのラジカルと親和性（反応性または極性）が高い不飽和結合や基を有することにより、エラストマーと第４のカーボンナノファイバーとを結合することができる。このことにより、第４のカーボンナノファイバー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。そして、エラストマーと、第４のカーボンナノファイバーと、を混練する際に、エラストマーの分子鎖が切断されて生成したフリーラジカルは、第４のカーボンナノファイバーの欠陥を攻撃し、第４のカーボンナノファイバーの表面にラジカルを生成すると推測できる。
【００４７】
エラストマーとしては、天然ゴム（ＮＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ，ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、クロロブチルゴム（ＣＩＩＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、パーフロロエラストマー（ＦＦＫＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、エポキシ化ブタジエンゴム（ＥＢＲ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＣＥＯ）、ウレタンゴム（Ｕ）、ポリスルフィドゴム（Ｔ）などのエラストマー類；オレフィン系（ＴＰＯ）、ポリ塩化ビニル系（ＴＰＶＣ）、ポリエステル系（ＴＰＥＥ）、ポリウレタン系（ＴＰＵ）、ポリアミド系（ＴＰＥＡ）、スチレン系（ＳＢＳ）、などの熱可塑性エラストマー；およびこれらの混合物を用いることができる。特に、エラストマーの混練の際にフリーラジカルを生成しやすい極性の高いエラストマー、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などが好ましい。また、極性の低いエラストマー、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）であっても、混練の温度を比較的高温（例えばＥＰＤＭの場合、５０℃〜１５０℃）とすることで、フリーラジカルを生成するので本発明に用いることができる。なお、フッ素ゴムに代表される含フッ素エラストマーを用いることで第４のカーボンナノファイバーを配合することで、比較的高い体積固有抵抗値を有する炭素繊維複合材料を得ることができる。また、エラストマーは、ゴム系エラストマーあるいは熱可塑性エラストマーのいずれであってもよい。また、ゴム系エラストマーの場合、エラストマーは架橋体あるいは未架橋体のいずれであってもよいが、未架橋体を用いることが好ましい。
【００４８】
（ＩＩＩ）炭素繊維複合材料の製造方法
本発明の一実施の形態にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、気相成長法によって製造された第１のカーボンナノファイバーを、前記気相成長法における反応温度より高温であって、かつ、１１００℃〜１６００℃で熱処理して第２のカーボンナノファイバーを得る
工程（ａ）と、前記第２のカーボンナノファイバーを機械的作用によって処理して、第２のカーボンナノファイバーの分岐部を減らして、第３のカーボンナノファイバーを得る工程（ｂ）と、前記第３のカーボンナノファイバーを酸素を含有する雰囲気中で６００℃〜８００℃で熱処理して、酸化した第４のカーボンナノファイバーを得る工程（ｃ）と、前記第４のカーボンナノファイバーを、エラストマーに混合し、剪断力で該エラストマー中に均一に分散して炭素繊維複合材料を得る工程（ｄ）と、を含み、前記工程（ｂ）の前記機械的作用は、圧縮処理によってなされ、前記圧縮処理によって得られた第３のカーボンナノファイバーは、分岐部を有しておらず、前記第４のカーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする。本発明の一実施形態にかかる炭素繊維複合材料の製造方法は、気相成長法によって製造された第１のカーボンナノファイバーを、前記気相成長法における反応温度より高温であって、かつ、１１００℃〜１６００℃で熱処理して第２のカーボンナノファイバーを得る工程（ａ）と、前記第２のカーボンナノファイバーを機械的作用によって処理して、第２のカーボンナノファイバーの分岐部を減らして、第３のカーボンナノファイバーを得る工程（ｂ）と、前記第３のカーボンナノファイバーを酸素を含有する雰囲気中で６００℃〜８００℃で熱処理して、酸化した第４のカーボンナノファイバーを得る工程（ｃ）と、前記第４のカーボンナノファイバーを、エラストマーに混合し、剪断力で該エラストマー中に均一に分散して炭素繊維複合材料を得る工程（ｄ）と、を含み、前記工程（ｂ）の前記機械的作用は、粉砕処理によって前記第２のカーボンナノファイバーの繊維長をほとんど損なうことなく分岐部を減らし、前記第３のカーボンナノファイバーのタップ密度は、前記第２のカーボンナノファイバーのタップ密度の１．５倍〜１０倍であり、前記第４のカーボンナノファイバーは、平均直径が７０ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする。工程（ａ）〜（ｃ）については、前記（Ｉ）において説明したので省略する。工程（ｄ）について図４〜図６を用いて詳細に説明する。
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工程（ｄ）を模式的に示す図である。図４〜図６に示すように、２本ロールのオープンロール２における第１のロール１０と第２のロール２０とは、所定の間隔ｄ、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの間隔で配置され、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。
まず、図４に示すように、第１のロール１０に巻き付けられたエラストマー３０の素練りを行ない、エラストマー分子鎖を適度に切断してフリーラジカルを生成する。素練りによって生成されたエラストマーのフリーラジカルが工程（ｃ）で得られた第４のカーボンナノファイバーと結びつきやすい状態となる。
次に、図５に示すように、第１のロール１０に巻き付けられたエラストマー３０のバンク３４に、第４のカーボンナノファイバー９０を投入し、混練する。エラストマー３０と第４のカーボンナノファイバー９０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。
さらに、図６に示すように、第１のロール１０と第２のロール２０とのロール間隔ｄを、０．５ｍｍ以下とすることができ、より好ましくは０〜０．５ｍｍの間隔に設定し、混合物３６をオープンロール２に投入して薄通しを１回〜複数回行なう。薄通しの回数は、例えば１回〜１０回程度行なうことができる。第１のロール１０の表面速度をＶ１、第２のロール２０の表面速度をＶ２とすると、薄通しにおける両者の表面速度比（Ｖ１／Ｖ２）は、１．０５〜３．００であることができ、さらに１．０５〜１．２であることができる。このような表面速度比を用いることにより、所望の剪断力を得ることができる。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、エラストマー３０の弾性による復元力で図６のように大きく変形し、その際にエラストマー３０と共に第４のカーボンナノファイバー９０が大きく移動する。薄通しして得られた炭素繊維複合材料５０は、ロールで圧延されて所定厚さのシート状に分出しされる。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℃とすることができ、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、エラストマー３０の実測温度も
０〜５０℃に調整することができる。このようにして得られた剪断力により、エラストマー３０に高い剪断力が作用し、凝集していた第４のカーボンナノファイバー９０が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、エラストマー３０中に分散される。特に、エラストマー３０は、弾性と、粘性と、第４のカーボンナノファイバー９０との化学的相互作用と、を有するため、第４のカーボンナノファイバー９０を容易に分散することができる。そして、第４のカーボンナノファイバー９０の分散性および分散安定性（第４のカーボンナノファイバーが再凝集しにくいこと）に優れた炭素繊維複合材料５０を得ることができる。
【００４９】
より具体的には、オープンロールでエラストマーと第４のカーボンナノファイバーとを混合すると、粘性を有するエラストマーが第４のカーボンナノファイバーの相互に侵入し、かつ、エラストマーの特定の部分が化学的相互作用によって第４のカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合する。第４のカーボンナノファイバーの表面が例えば酸化処理によって適度に活性が高いと、特にエラストマー分子と結合し易くなることができる。次に、エラストマーに強い剪断力が作用すると、エラストマー分子の移動に伴って第４のカーボンナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるエラストマーの復元力によって、凝集していた第４のカーボンナノファイバーが分離されて、エラストマー中に分散されることになる。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、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、第４のカーボンナノファイバーをエラストマー中に分散させると推測できる。そして、一旦分散した第４のカーボンナノファイバーは、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。
エラストマーに第４のカーボンナノファイバーを剪断力によって分散させる工程（ｄ）は、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、凝集した第４のカーボンナノファイバーを分離できる剪断力を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。
工程（ｄ）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し、架橋して架橋体の炭素繊維複合材料としてもよい。また、炭素繊維複合材料は、架橋させずに成形してもよい。炭素繊維複合材料は、オープンロール法によって得られたシート状のままでもよいし、工程（ｄ）で得られた炭素繊維複合材料を一般に採用されるゴムの成形加工例えば、射出成形法、トランスファー成形法、プレス成形法、押出成形法、カレンダー加工法などによって所望の形状例えばシート状に成形してもよい。
本実施の形態にかかる工程（ｄ）において、通常、エラストマーの加工で用いられる配合剤を加えることができる。配合剤としては公知のものを用いることができる。配合剤としては、例えば、架橋剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤、可塑剤、硬化剤、補強剤、充填剤、老化防止剤、着色剤などを挙げることができる。これらの配合剤は、例えばオープンロールにおける第４のカーボンナノファイバーの投入前にエラストマーに投入することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料の製造方法においては、ゴム弾性を有した状態のエラストマーに第４のカーボンナノファイバーを直接混合したが、これに限らず、以下の方法を採用することもできる。まず、第４のカーボンナノファイバーを混合する前に、エラストマーを素練りしてエラストマーの分子量を低下させる。エラストマーは、素練りによって分子量が低下すると、粘度が低下するため、凝集した第４のカーボンナノファイバーの空隙に浸透しやすくなる。原料となるエラストマーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって３０℃、観測核が１Ｈで測定した、未架橋体における、ネットワーク成分の第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）が１００〜３０００μ秒のゴム状弾性体である。この原料のエラストマーを素練りしてエラストマーの分子量を低下させ、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）が３０００μ秒を越える液体状のエラストマーを得る。なお、素練り後の液体状のエラストマーの第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は、素練りする前の原料のエラストマーの第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）の５〜３０倍であることができる。この素練りは、エラストマーが固体状態のままで行なう一般的な素練りとは異なり、強剪断力を例えばオープンロール法で与えることによってエラストマーの分子を切断し分子量を著しく低下させ、混練に適さない程の流動を示すまで、例えば液体状態になるまで行なわれる。この素練りは、例えばオープンロール法を用いた場合、ロール温度２０℃（素練り時間最短６０分）〜１５０℃（素練り時間最短１０分）で行なわれロール間隔ｄは例えば０．５ｍｍ〜１．０ｍｍで、素練りして液体状態のエラストマーに第４のカーボンナノファイバーを投入する。しかしながら、エラストマーは液体状で弾性が著しく低下しているため、エラストマーのフリーラジカルと第４のカーボンナノファイバーが結びついた状態で混練しても凝集した第４のカーボンナノファイバーはあまり分散されない。
そこで、液体状のエラストマーと第４のカーボンナノファイバーとを混合して得られた混合物中におけるエラストマーの分子量を増大させ、エラストマーの弾性を回復させてゴム状弾性体の混合物を得た後、先に説明したオープンロール法の薄通しなどを実施して第４のカーボンナノファイバーをエラストマー中に均一に分散させる。エラストマーの分子量が増大した混合物は、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって３０℃、観測核が１Ｈで測定した、ネットワーク成分の第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）が３０００μ秒以下のゴム状弾性体である。また、エラストマーの分子量が増大したゴム状弾性体の混合物の第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は、素練りする前の原料エラストマーの第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）の０．５〜１０倍であることができる。ゴム状弾性体の混合物の弾性は、エラストマーの分子形態（分子量で観測できる）や分子運動性（Ｔ２ｎで観測できる）によって表すことができる。エラストマーの分子量を増大させる工程は、混合物を加熱処理例えば４０℃〜１００℃に設定された加熱炉内に混合物を配置し、１０時間〜１００時間行なわれることができる。このような加熱処理によって、混合物中に存在するエラストマーのフリーラジカル同士の結合などによって分子鎖が延長され、分子量が増大する。また、エラストマーの分子量の増大を短時間で実施する場合には、架橋剤を少量、例えば架橋剤の適量の１／２以下を混合させておき、混合物を加熱処理（例えばアニーリング処理）し架橋反応によって短時間で分子量を増大させることもできる。架橋反応によってエラストマーの分子量を増大させる場合には、この後の工程で混練が困難にならない程度に架橋剤の配合量、加熱時間及び加熱温度を設定することができる。
ここで説明した工程（ｄ）によれば、第４のカーボンナノファイバーを投入する前にエラストマーの粘性を低下させることで、エラストマー中に第４のカーボンナノファイバーをより均一に分散させることができる。より詳細には、先に説明した製造方法のように分子量が大きいエラストマーに第４のカーボンナノファイバーを混合するよりも、分子量が低下した液体状のエラストマーを用いた方が凝集した第４のカーボンナノファイバーの空隙に侵入しやすく、薄通しの工程において第４のカーボンナノファイバーをより均一に分散させることができる。また、エラストマーが分子切断されることで大量に生成されたエラストマーのフリーラジカルが第４のカーボンナノファイバーの適度に酸化された表面とより強固に結合することができるため、さらに第４のカーボンナノファイバーを均一に分散させることができる。したがって、ここで説明した工程（ｄ）によれば、先に説明した工程（ｄ）よりも少量の第４のカーボンナノファイバーでも同等の性能を得ることができ、高価な第４のカーボンナノファイバーを節約することで経済性も向上する。
【００５１】
（ＩＶ）炭素繊維複合材料
次に、工程（ｄ）によって得られた炭素繊維複合材料について説明する。
炭素繊維複合材料は、エラストマー１００質量部に対して、機械的作用により分岐部が無く又は減らしかつ酸化したカーボンナノファイバーを２０質量部〜１００質量部含み、２００℃、１０Ｈｚにおける動的弾性率（Ｅ'）が１０ＭＰａ〜１０００ＭＰａであって、体積固有抵抗値が１０6Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍである。炭素繊維複合材料は、エラストマーと、該エラストマー中に均一に分散した第４のカーボンナノファイバーと、を含むことができる。
一般に、エラストマーやプラスチックなどは、室温での体積固有抵抗値が１０12（Ω・ｃｍ）を超えるものが多く、絶縁性の高いもので体積固有抵抗値が１０18（Ω・ｃｍ）程度の電気絶縁性を有している。しかしながら、一般に市販されているカーボンナノファイバー、例えば気相成長炭素繊維などをエラストマーに均一に分散させて配合した場合、気相成長炭素繊維が比較的少量であっても１０1（Ω・ｃｍ）程度の体積固有抵抗値を示すことがわかっている。つまり、カーボンナノファイバーによってエラストマーを補強しようとすると、エラストマーの絶縁性を維持することができなくなり、補強と絶縁性とを同時に得ることが難しいということが従来の技術常識であった。なお、本実施形態において体積固有抵抗値といえば、室温におけるＪＩＳ−７１９４に準拠して四探針法により測定された値をいうものとする。
本実施の形態における炭素繊維複合材料は、比較的大量に第４のカーボンナノファイバーを配合しかつ均一に分散させて所望の強度を得ても、電気伝導し難く、体積固有抵抗値が高いものであることができる。炭素繊維複合材料は、カーボンナノファイバーの補強により高い強度や耐熱性を有することができ、しかも、ゴム材料としての電気絶縁性を要求される用途にも採用することが可能になる。必要とされる電気絶縁性は、ゴム材料の用途にもよるが、例えば体積固有抵抗値が１０6（Ω・ｃｍ）以上を要求される場合があり、特に体積固有抵抗値が１０7（Ω・ｃｍ）以上を要求されることが多く、これらの用途にも適用可能である。
油田用途の絶縁性物品は、炭素繊維複合材料を含むことができる。電子部品は、前記絶縁性物品を含むことができる。検層装置は、筐体と、該筐体内に配置された前記電子部品と、を備えることができる。
体積固有抵抗値が１０6（Ω・ｃｍ）以上を要求される用途としては、例えば油田に用いられる検層装置におけるアナログ信号を用いた通信において有効であり、体積固有抵抗値が１０7（Ω・ｃｍ）以上を要求される用途としては、例えば検層装置におけるデジタル信号を用いた通信において有効であり、通信速度を上げるためにはさらに体積固有抵抗値が１０8（Ω・ｃｍ）以上を要求されることがあり、特に、体積固有抵抗値が１０9（Ω・ｃｍ）以上を要求されることがある。炭素繊維複合材料は、体積固有抵抗値が１０6Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであり、１０7Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであることができ、さら
には１０8Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであることができ、特に１０9Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであることができる。例えば、工程（ｂ）で圧縮処理を採用した第４のカーボンナノファイバーと、エラストマーに含フッ素エラストマーと、を用いた炭素繊維複合材料は、２００℃における動的弾性率（Ｅ'）が１５ＭＰａ〜３００ＭＰａであって、体積固有抵抗値が１０11Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであることができる。例えば、工程（ｂ）で圧縮処理を採用した第４のカーボンナノファイバーと、エラストマーにエチレン−プロピレンゴムと、を用いた炭素繊維複合材料は、２００℃における動的弾性率（Ｅ'）が１０ＭＰａ〜２００ＭＰａであって、体積固有抵抗値が１０7Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであることができる。例えば、工程（ｂ）で粉砕処理を採用した第４のカーボンナノファイバーと、エラストマーにエチレン−プロピレンゴムと、を用いた炭素繊維複合材料は、２００℃における動的弾性率（Ｅ'）が１０ＭＰａ〜２００ＭＰａであって、体積固有抵抗値が１０8Ω・ｃｍ〜１０18Ω・ｃｍであることができる。なお、本実施の形態において動的弾性率（Ｅ'）は、ＪＩＳ  Ｋ６３９４に基づいて動的粘弾性試験を行って測定されるものとする。
【００５２】
炭素繊維複合材料は、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃、観測核が１Ｈで測定した、無架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００〜３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率（ｆｎｎ）は０〜０．２であることができる。炭素繊維複合材料の１５０℃で測定したＴ２ｎ及びｆｎｎは、マトリックスであるエラストマーに第４のカーボンナノファイバーが均一に分散されていることを表すことができる。つまり、エラストマーに第４のカーボンナノファイバーが均一に分散されているということは、エラストマーが第４のカーボンナノファイバーによって拘束されている状態であるともいえる。この状態では、第４のカーボンナノファイバーによって拘束を受けたエラストマー分子の運動性は、第４のカーボンナノファイバーの拘束を受けない場合に比べて小さくなる。そのため、炭素繊維複合材料の第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）及びスピン−格子緩和時間（Ｔ１）は、第４のカーボンナノファイバーを含まないエラストマー単体の場合より短くなり、特に第４のカーボンナノファイバーが均一に分散することでより短くなる。
また、エラストマー分子が第４のカーボンナノファイバーによって拘束された状態では、以下の理由によって、非ネットワーク成分（非網目鎖成分）は減少すると考えられる。すなわち、第４のカーボンナノファイバーによってエラストマーの分子運動性が全体的に低下すると、非ネットワーク成分は容易に運動できなくなる部分が増えて、ネットワーク成分と同等の挙動をしやすくなること、また、非ネットワーク成分（末端鎖）は動きやすいため、第４のカーボンナノファイバーの活性点に吸着されやすくなること、などの理由によって、非ネットワーク成分は減少すると考えられる。そのため、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）を有する成分の成分分率（ｆｎｎ）は、ｆｎ＋ｆｎｎ＝１であるので、第４のカーボンナノファイバーを含まないエラストマー単体の場合より小さくなる。したがって、炭素繊維複合材料は、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって得られる測定値が上記の範囲にあることによって第４のカーボンナノファイバーが均一に分散されていることがわかる。
また、第４のカーボンナノファイバーの周囲には、エラストマーの一部が混練中に分子鎖切断され、それによって生成されたフリーラジカルが第４のカーボンナノファイバーの表面をアタックして吸着したエラストマー分子の凝集体と考えられる界面相が形成される。界面相は、例えばエラストマーとカーボンブラックとを混練した際にカーボンブラックの周囲に形成されるバウンドラバーに類似するものと考えられる。このような界面相は、第４のカーボンナノファイバーを被覆して保護し、また、カーボンナノファイバーを所定量以上配合することで界面相同士が連鎖した界面相に囲まれてナノメートルサイズに分割されたエラストマーの小さなセルを形成すると推定される。このような小さなセルが炭素繊維複合材料の全体にほぼ均質に形成されることで、単に２つの材料を複合したことによる効果を超えた効果を期待することができる。
【００５３】
（Ｖ）検層装置
図７は、本発明の一実施形態にかかる海底用途の検層装置を模式的に示す断面図である。図８は、本発明の一実施形態にかかる図７における検層装置の筐体を模式的に示す断面図である。図９は、本発明の一実施形態にかかる地下用途の検層装置を模式的に示す断面図である。
検層装置（ｌｏｇｇｉｎｇ  ｔｏｏｌ）は、例えば掘削された坑井（ｂｏｒｅｈｏｌｅ）内及び坑井周辺の地層、油層などの物理的特性や坑井あるいはケーシングの幾何学的特性（孔径、方位、傾斜等）、油層の流れの挙動などを深度毎に記録するための装置であって、例えば油田（ｏｉｌｆｉｅｌｄ）において用いることができる。油田用途の検層装置としては、例えば、図７，８に示す海底（ｓｕｂｓｅａ）用途と、図９に示す地下（ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ）用途と、が挙げることができる。検層装置には、ワイヤーライン検層（Ｗｉｒｅｌｉｎｅ  ｌｏｇ／ｌｏｇｇｉｎｇ）や泥水検層（Ｍｕｄ  ｌｏｇｇｉｎｇ）などがあり、測定機器が掘削アッセンブリーに装備されている掘削中検層（ＬＷＤ：Ｌｏｇｇｉｎｇ  Ｗｈｉｌｅ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ）や掘削中測定（ＭＷＤ：Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｗｈｉｌｅ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ）などがあるが、ここではワイヤーライン検層に用いる検層装置について説明する。
図７に示すように、海洋でのワイヤーライン検層を用いた地下資源の探査は、例えば海１５２に浮くプラットホーム１５０から海底１５４に設けられた縦穴や横穴などで構成される坑井１５６内に検層装置として例えばダウンホール装置（Ｄｏｗｎｈｏｌｅ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ）１６０を進入させ、地中の地質構造などを探査し、目標物質である例えば石油の有無を探査する。ダウンホール装置１６０は、例えばプラットホームから延びる長いケーブルもしくはコミュニケーション・リンクの先端に固定され、図８に示すような複数の圧力容器などの筐体１６１を内部に有する。筐体１６１の内部には、例えば電気検層（ＳＰ検層、ノルマル検層、インダクション検層、ラテロ検層、マイクロ比抵抗検層など）、放射能検層（ガンマ線検層、中性子検層、密度検層、核磁気共鳴検層など）、音波検層（音波（音響）検層、アレー・音波検層、セメント・ボンド検層など）、地質情報検層（ディップメーター、ＦＭＩなど）、震探検層（チェックショット速度検層、ＶＳＰなど）、サンプリング検層（サイドウォール・コアリング検層、ＲＦＴ，ＭＤＴなど）、補助検層（キャリパー（坑径）測定、坑井幾何学特性検層、温度検層など）、特別検層（過酷条件下での検層（Ｌｏｇｓ  ｉｎ  ｈｏｓｔｉｌｅ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）、掘削管経由検層（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｄｒｉｌｌ  ｐｉｐｅ）など）などの探査用電子機器が探査の目的に合わせて選択して封入されて配置され、地中の地質構造などを探査することが可能であるが、地下深く掘削された坑井１５６内部では高温にさらされるとともに、坑井１５６へ進入する際の振動や衝撃を受けるため、筐体１６１内の電子機器にも高い耐熱性と高い強度が要求される。
筐体１６１の内部には、電気コネクタ１６２が例えば複数配置され、あるいは、複数の筐体１６１がその端部内に形成された電気コネクタ１６２によって互いに連結されている。電気コネクタ１６２は、互いに離間配置された複数のピン１６２ａと、複数のピン１６２ａを固定する支持部１６２ｂと、を含み、支持部１６２ｂは、炭素繊維複合材料によって形成することができ、例えば図８の筐体１６１の両端部に配置された電気コネクタ１６２のように炭素繊維複合材料で形成した支持部１６２ｂによって複数のピン１６２ａ間の絶縁性を維持したまま固定することができる。電気コネクタ１６２のピン１６２ａは、ダウンホール装置１６０振動や衝撃を受け、あるいは電線１６３に接続される場合にはその電線１６３が振動で振れるため、ピン１６２ａを確実に固定する強度が要求されるが、炭素繊維複合材料によってピン１６２ａを固定することで坑井１５６内の高温の過酷な環境においても比較的長時間利用可能であり、しかもカーボンナノファイバーで補強しているにもかかわらず例えば一般にピン間に要求される体積固有抵抗値１０６（Ω・ｃｍ）以上の絶縁性能を有することができる。また、電気コネクタ１６２の支持部１６２ｂは、筐体１６１におけるフィードスルー（ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）として機能することができる。フィードスルーは、例えば米国特許第７，２２６，３１２号に示され、参考文献としてここに援用する。
また、筐体１６１の内部には、複数の電線１６３が配置され、例えば電気コネクタ１６２のピン１６２ａなどに接続されている。電線１６３は、例えば芯材として導電性金属の導線と、導線を被覆した被覆部と、を含み、被覆部は、炭素繊維複合材料によって形成することができる。このように炭素繊維複合材料で被覆された電線１６３は、ダウンホール装置１６０の高温の過酷な環境下における振動や衝撃に耐え、かつ、絶縁性を有することができる。電線は、例えば米国特許第６，４４６，７２３号に示され、参考文献としてここに援用する。
さらに、筐体１６１に接続されて該筐体１６１の外部に延びる、電線などの複数の芯線を束ねたケーブル１６４が配置されている。ケーブル１６４は、芯線と、該芯線を被覆した被覆部と、を含み、被覆部は、炭素繊維複合材料によって形成することができる。ケーブル１６４の芯線は、複数の芯線例えば電線で形成することができる。このようなケーブル１６４は、ワイヤーライン検層においては地下にある筐体１６１と地上にあるデータ取得システムとの間でのデータやコマンドの送受信や電力を筐体１６１内の電子機器に送る役割を有することができる。このようなケーブル１６４は、坑井１５６内に延びるロッド内面との接触による摩耗や破断に耐え、かつ、絶縁性を有することができる。ケーブルは、例えば米国特許第７，２５９，３３１号に示され、参考文献としてここに援用する。
また、筐体１６１の内部には、例えば複数のコイル１６５が配置され、これらコイル１６５にはマグネットワイヤが巻きつけられている。マグネットワイヤは、コイルワイヤと呼ばれることもある。このマグネットワイヤは、導線と、該導線を被覆した被覆部と、を含み、被覆部は、炭素繊維複合材料によって形成することができる。被覆部は、炭素繊維複合材料を用いることで薄い絶縁被膜として形成され、ダウンホール装置１６０の高温の過酷な環境下における振動や衝撃に耐え、かつ、絶縁性を有することができる。マグネットワイヤを炭素繊維複合材料によって被覆することによって、絶縁性を維持しながら、第４のカーボンナノファイバーによる伝熱効果によって効果的に放熱することができる。マグネットワイヤは、例えば米国特許第６，８９８，９９７号に示され、参考文献としてここに援用する。
さらに、筐体１６１の内部には、例えば複数の電子部品１６７を配置した電気基板１６６が配置されている。
また、筐体１６１の内部には、例えば複数の電子部品１６７の自己発熱による過熱を防止するため、放熱シート１６７ａを配置することができる。放熱シート１６７ａは、ヒートシンクとも呼ばれ、例えば電子部品１６７の表面に接触して、図８においては電子部品１６７と電気基板１６６との間に配置されているが、電気基板１６６とは反対側の電子部品１６７の表面に接触するように配置することもできる。放熱シート１６７ａを炭素繊維複合材料によって形成することによって、電子部品１６７との絶縁性を維持しながら、第４のカーボンナノファイバーによる伝熱効果によって効果的に放熱することができる。さらに、この放熱シート１６７ａを免振シートとして用いることもでき、電子部品１６７の耐衝撃性を向上させることができる。放熱シートは、例えば米国特許公開２００８／０２２３５７９号に示され、参考文献としてここに援用する。免振シートは、例えば米国特許第６，２８０，８７４号、米国特許公開第２００９／０１８３９４１号、及び米国特許公開第２００９／０１５１５８９号に示され、参考文献としてここに援用する。
さらに、筐体１６１内に配置された電子部品１６７や筐体１６１の壁部１６１ａ内に埋め込まれた電子部品（センサ１６８）は、炭素繊維複合材料によって全体を覆うように封入することができる。このように電子部品１６７の全体を炭素繊維複合材料によって防水構造とすることができる。例えば、センサ１６８は、センサ１６８に接続された図示しないリード線を含む電線１６３とともに、筐体１６１の壁部１６１ａに形成された開口１６８ａ内に配置され、その開口１６８ａを炭素繊維複合材料１６８ｂによって封入（モールドとも呼ぶことがある）されている。また、図示していないが、電気基板１６６上の電子部品１６７の全体を覆うように電子部品１６７を炭素繊維複合材料内に封入してもよい。このように炭素繊維複合材料１６８ｂによって覆われたセンサ１６８や電子部品１６７は、筐体１６１の外部や筐体１６１内部の水分に対して防水構造をとるとともに、絶縁性能を有することができる。
なお、炭素繊維複合材料を用いた前記各部品における強度や絶縁性などの要求性能に応じて第４のカーボンナノファイバーの配合量やその他の配合剤例えばカーボンブラックなどを適宜配合することができる。また、図７，８を用いて説明した検層装置は、本発明の一実施形態であって、図８では筐体１６１、電気コネクタ１６２、ケーブル１６４、コイル１６５、電気基板１６６、放熱シート１６７ａ、及び防水構造を１つの検層装置に組み込んだ例を説明したが、これに限らず、検層用途に合わせて選択して組み込むことができる。
図９に示すように、地表１５３でのワイヤーライン検層を用いた地下資源の探査は、例えば検層トラック１５１ａやウインチ１５１ｂなどで構成された地上装置１５１と、ウインチ１５１ｂから坑井１５６内に延びるワイヤーライン１５５の先端に固定された例えばダウンホール装置（Ｄｏｗｎｈｏｌｅ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ）１６０によって行うことができる。ダウンホール装置１６０については、前記海底用途の検層装置と基本的には同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００５４】
上記のように、本発明の実施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。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（１）カーボンナノファイバーの作成
（１−１）縦型加熱炉（内径１７．０ｃｍ、長さ１５０ｃｍ）の頂部に、スプレーノズルを取り付ける。加熱炉の炉内壁温度（反応温度）を１０００℃に昇温・維持し、スプレーノズルから４重量％のフェロセンを含有するベンゼンの液体原料２０ｇ／分を１００Ｌ／分の水素ガスの流量で炉壁に直接噴霧（スプレー）散布するように供給する。この時のスプレーの形状は円錐側面状（ラッパ状ないし傘状）であり、ノズルの頂角が６０°である。このような条件の下で、フェロセンは熱分解して鉄微粒子を作り、これがシード（種）となってベンゼンの熱分解による炭素から、第１のカーボンナノファイバーを生成成長させた。本方法で成長した第１のカーボンナノファイバーを５分間隔で掻き落としながら１時間にわたって連続的に製造した。【００５６】
（１−２）比較例サンプルを製造するためのカーボンナノファイバーとして、黒鉛化カーボンナノファイバー（表では「Ｓ」と示す）と、粉砕処理カーボンナノファイバー（表では「ＳＨ」と示す）と、酸化処理カーボンナノファイバー（表では「ＳＯ」と示す）と、を得た。
黒鉛化カーボンナノファイバー（Ｓ）は、前記（１−１）で得られた第１のカーボンナノファイバーを、さらに不活性ガス雰囲気中において２８００℃で熱処理して黒鉛化した。黒鉛化カーボンナノファイバー（Ｓ）は、平均直径８７ｎｍ、平均長さ９．１μｍ、表面の酸素濃度２．１ａｔｍ％であった。黒鉛化カーボンナノファイバー（Ｓ）は、市販されているカーボンナノファイバーであって、昭和電工社製の商品名ＶＧＣＦ−Ｓである。
粉砕処理カーボンナノファイバー（ＳＨ）は、前記黒鉛化カーボンナノファイバー（Ｓ）を、大阪ケミカル社製回転式粉砕機ワンダーブレンダーＷＢ−１（ステンレス粉砕刃、周速度１８０ｍ／ｓ）に入れ、０．５分間粉砕処理を行って得た。
酸化処理カーボンナノファイバー（ＳＯ）は、前記黒鉛化カーボンナノファイバー（Ｓ）１２０ｇを容器（寸法は３００ｍｍ×３００ｍｍ×１５０ｍｍ）に入れ、５０ｍｌ／ｍｉｎで大気雰囲気を連続流入した加熱炉（寸法は７００ｍｍ×３５０ｍｍ×９００ｍｍ）に入れ、表１に示す工程（ｃ）の熱処理温度と熱処理時間で加熱炉内で保持して熱処理することで酸化処理を行って得た。なお、加熱炉内の実際の温度は、設定温度に対し±３０℃の範囲であった。【００５７】
（１−３）工程（ｂ）で圧縮処理を用いた第４のカーボンナノファイバー（表では「ＳＡＰＯ」と示す）は、前記（１−１）で得られた第１のカーボンナノファイバーを、不活性ガス雰囲気中で前記気相成長法における反応温度より低温である表１に示す工程（ａ）の熱処理温度（１２００℃）で熱処理して第２のカーボンナノファイバー（ＳＡ）を得て、第２のカーボンナノファイバー（ＳＡ）を２本のロールを有する乾式圧縮造粒機に投入して表１に示す工程（ｂ）のロール処理を行って第３のカーボンナノファイバー（ＳＡＰ）を得て、第３のカーボンナノファイバー（ＳＡＰ）を大気雰囲気の加熱炉に入れ、表１に示す工程（ｃ）の熱処理温度（６５０℃）と熱処理時間（２時間）で加熱炉内で保持して熱処理することで酸化処理を行って得た。なお、第４のカーボンナノファイバーの製造における工程（ｂ）のロール処理は、第２のカーボンナノファイバー（ＳＡ）を、２本のロールを有する乾式圧縮造粒機に投入して得た。乾式圧縮造粒機はロールプレス機（ロール径は１５０ｍｍ、ロールは平滑ロール、ロール間隔は０ｍｍ、ロール間の設定圧縮力（線圧）は１９６０Ｎ／ｃｍ、ギア比１：１．３、ロール回転数３ｒｐｍ）であった。ロール処理カーボンナノファイバーは、直径が約２〜３ｃｍの板状の塊（カーボンナノファイバー集合体）に造粒された。その造粒された板状の塊をさらに、８枚の回転刃を有する破砕造粒整粒機（回転数１５ｒｐｍ、スクリーン５ｍｍ）を通して破砕し、粒径を整えた。また、第４のカーボンナノファイバーの製造における工程（ｃ）の酸化処理は、前記酸化処理カーボンナノファイバー（ＳＯ）の製造条件と同様であったのでここでの説明は省略する。
工程（ｂ）で粉砕処理を用いた第４のカーボンナノファイバー（表では「ＳＡＨＯ」と示す）は、前記（１−１）で得られた第１のカーボンナノファイバーを、不活性ガス雰囲気中で前記気相成長法における反応温度より低温である表１に示す工程（ａ）の熱処理温度（１２００℃）で熱処理して第２のカーボンナノファイバー（ＳＡ）を得て、第２のカーボンナノファイバー（ＳＡ）を大阪ケミカル社製回転式粉砕機ワンダーブレンダーＷＢ−１（ステンレス粉砕刃、周速度１８０ｍ／ｓ）に入れ、表１に示す工程（ｂ）の粉砕処理を０．５分間行って第３のカーボンナノファイバー（ＳＡＨ）を得て、第３のカーボンナノファイバー（ＳＡＨ）を大気雰囲気の加熱炉に入れ、表１に示す工程（ｃ）の熱処理温度（６５０℃）と熱処理時間（２時間）で加熱炉内で保持して熱処理することで酸化処理を行って得た。なお、第４のカーボンナノファイバーの製造における工程（ｂ）の粉砕処理は、前記粉砕処理カーボンナノファイバー（ＳＨ）の製造条件と同様であり、第４のカーボンナノファイバーの製造における工程（ｃ）の酸化処理は、前記酸化処理カーボンナノファイバー（ＳＯ）の製造条件と同様であったのでここでの説明は省略する。
（１−４）このようにして得られた各カーボンナノファイバー（Ｓ，ＳＨ，ＳＯ，ＳＡＰＯ，ＳＡＨＯ）について、嵩密度、繊維長、欠陥の割合、質量残量率、ラマンピーク比、タップ密度、窒素吸着比表面積、酸素濃度、酸素濃度の増加量及び酸素濃度の増加割合を測定し、その結果を表１に示した。表１において、測定していない欄は「−」で示した。
嵩密度の測定は、零タップ密度とも呼ばれることがあり、ＪＩＳ−Ｋ６２１９−２に従って測定した。
繊維長の測定及び欠陥を有する割合の測定は、カーボンナノファイバーを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で５０００倍にて４０視野本撮影し、視野毎に５０本ずつ合計２００本の繊維について、繊維長及び欠陥を有する繊維の本数を計測して求めた。欠陥は、分岐部と折曲部を有する繊維の本数をそれぞれ数え、欠陥（分岐部と折曲部）の割合は、各欠陥を有する繊維の本数が２００本中に含まれる割合（％）を計算した。また、最大繊維長が２０μｍ以上あるカーボンナノファイバーの割合（表１には「２０μｍ以上の割合」と示した）を計算した。
第４のカーボンナノファイバー（ＳＡＰＯ）の質量残量率の測定は、第３のカーボンナノファイバー（ＳＡＰ）の質量を１００質量％としたときにおける第４のカーボンナノファイバー（ＳＡＰＯ）の質量の割合を質量残量率とした。第４のカーボンナノファイバー（ＳＡＨＯ）の質量残量率の測定は、第３のカーボンナノファイバー（ＳＡＨ）の質量を１００質量％としたときにおける第４のカーボンナノファイバー（ＳＡＨＯ）の質量の割合を質量残量率とした。また、酸化処理カーボンナノファイバー（ＳＯ）の質量残量率の測定は、黒鉛化カーボンナノファイバー（Ｓ）の質量を１００質量％としたときにおける酸化処理カーボンナノファイバー（ＳＯ）の質量の割合を質量残量率とした。
ラマンピーク比の測定は、ＫＡＩＳＥＲ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＹＳＴＥＭ社製ＨＯＬＯＬＡＢ−５０００型（５３２ｎｍＮＤ：ＹＡＧ）を用いてラマン散乱分光法によって各カーボンナノファイバーにおける１６００ｃｍ−１付近のピーク強度Ｇに対する１３００ｃｍ−１付近のピーク強度Ｄの比（Ｄ／Ｇ）を測定した。
窒素吸着比表面積の測定は、ユアサアイオニクス社製ＮＯＶＡ３０００型（窒素ガス）を用いて各カーボンナノファイバーの窒素吸着比表面積（ｍ２／ｇ）を測定した。表には記載していないが、第３のカーボンナノファイバー（ＳＡＨ）の窒素吸着比表面積は、３８（ｍ２／ｇ）であった。
酸素濃度の測定は、第３のカーボンナノファイバー（ＳＡＰもしくはＳＡＨ）、黒鉛化カーボンナノファイバー（Ｓ）、酸化処理カーボンナノファイバー（ＳＯ）及び第４のカーボンナノファイバー（ＳＡＰＯもしくはＳＡＨＯ）をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析法（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ））を用いて測定した。具体的には、例えば第４のカーボンナノファイバーについて説明すると、まず、第４のカーボンナノファイバーを金属台上のカーボンテープ上にふりかけてカーボンテープに付着させ、カーボンテープに付着しなかった余分な第４のカーボンナノファイバーを振り落として取り除いて、金属台をＸＰＳ装置の中に装着した。ＸＰＳ装置は、日本電子社製の「マイクロ分析用Ｘ線光電子分光装置ＪＰＳ−９２００（以下、ＸＰＳ装置）を用いた。そして、次に、粉体状の試料である第４のカーボンナノファイバーをアルゴンガス濃度８×１０−２Ｐａ、０．５分間でアルゴンガスエッチングを行い、第４のカーボンナノファイバーの清浄な表面を出した。さらに、ＸＰＳ装置のＸ線源を分析径１ｍｍ、対陰極Ａｌ／Ｍｇツインターゲット、加速電圧１０ｋＶ、エミッション電流３０ｍＡに設定して第４のカーボンナノファイバーの表面の酸素濃度を測定した。ＸＰＳによって検出された第４のカーボンナノファイバーの表面の元素は酸素と炭素であった。他のカーボンナノファイバーについても同様に測定を行った。
各カーボンナノファイバーの表面の酸素濃度の測定結果に基づいて、酸化処理を行う前の第３のカーボンナノファイバー（ＳＡＰ）の表面酸素濃度（ａｐ）に対する第４のカーボンナノファイバー（ＳＡＰＯ）の表面酸素濃度（ｂｐ）の増加量（ｃｐ＝ｂｐ−ａｐ）及び表面酸素濃度の増加割合（ｄｐ＝１００・ｃｐ／ａｐ）を計算し、表１に示した。また、酸化処理を行う前の第３のカーボンナノファイバー（ＳＡＨ）の表面酸素濃度（ａｈ）に対する第４のカーボンナノファイバー（ＳＡＨＯ）の表面酸素濃度（ｂｈ）の増加量（ｃｈ＝ｂｈ−ａｈ）及び表面酸素濃度の増加割合（ｄｈ＝１００・ｃｈ／ａｈ）を計算し、表１に示した。また、酸化処理を行う前の黒鉛化処理カーボンナノファイバー（Ｓ）の表面酸素濃度（ａＳ）に対する酸化処理カーボンナノファイバー（ＳＯ）の表面酸素濃度（ｂＳ）の増加量（ｃＳ＝ｂＳ−ａＳ）及び表面酸素濃度の増加割合（ｄＳ＝１００・ｃＳ／ａＳ）を計算し、表１に示した。【００５８】
【表１】
0005647152.tif 000002
【００５９】
（２）実施例１〜８及び比較例１〜９の炭素繊維複合材料サンプルの作製
（２−１）実施例１〜２及び比較例１〜５サンプルとして、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２，３に示す１００質量部（ｐｈｒ）の含フッ素エラストマー（「ＦＫＭ」）を投入して、ロールに巻き付かせた。次に、表２，３に示す質量部（ｐｈｒ）の前記（１）で得られた各カーボンナノファイバーを、トリアリルイソシアネート、パーオキサイド等の配合剤と共にエラストマーに投入した。このとき、ロール間隙を１．５ｍｍとした。配合剤を投入し終わったら、配合剤を含む混合物をロールから取り出した。ロール間隙を１．５ｍｍから０．３ｍｍと狭くして、さらに混合物をロールに投入して薄通しをした。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１０回行った。ロールを所定の間隙（１．１ｍｍ）にセットして、薄通しした複合材料を投入し、分出しして無架橋体の炭素繊維複合材料を得た。このようにして得られた炭素繊維複合材料をロールで圧延後、１７０℃、１０分間プレス成形（キュア）した後、さらに２００℃、２４時間ポストキュアして、実施例１〜２及び比較例１〜５の架橋体の炭素繊維複合材料（厚さ１ｍｍのシート形状）を得た。なお、表２，４における「ＦＫＭ」がデュポン・ダウ・エラストマー・ジャパン社製の３元系の含フッ素エラストマーのバイトンＧＦ−６００Ｓ（重量平均分子量５０，０００、Ｔ２ｎ／３０℃が５０μ秒）であった。【００６０】
（２−２）実施例３〜８及び比較例６〜９サンプルとして、オープンロール（ロール設定温度２０℃）に、表２、３，５に示す所定量のＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンゴム）を投入し素練り後、（１）で得られた各カーボンナノファイバーをエラストマーに投入し混練りの後、第１の混練工程を行いロールから取り出した。さらに、その混合物をロール温度１００℃に設定されたオープンロールに再度投入し、第２の混練工程を行って取り出した。次に、この混合物をオープンロール（ロール温度１０〜２０℃、ロール間隔０．３ｍｍ）に巻きつけ、薄通しを繰り返し５回行なった。このとき、２本のロールの表面速度比を１．１とした。さらに、ロール間隙を１．１ｍｍにセットして、薄通しして得られた炭素繊維複合材料を投入し、分出しした。分出ししたシートを９０℃、５分間圧縮成形して厚さ１ｍｍの実施例３〜８及び比較例６〜９の無架橋体の炭素繊維複合材料サンプルを得た。さらに、薄通しして得られた無架橋の炭素繊維複合材料にパーオキサイド２質量部（ｐｈｒ）を混合し、ロール間隙を１．１ｍｍにセットしたオープンロールに投入し、分出しした。分出しして金型サイズに切り取ったパーオキサイドを含む炭素繊維複合材料を金型にセットし、１７５℃、１００ｋｇｆ／ｃｍ２、２０分間圧縮成形して厚さ１ｍｍの実施例３〜５及び比較例６〜８の架橋体の炭素繊維複合材料サンプルを得た。なお、表２、３、５において、「ＥＰＤＭ」はＪＳＲ社製のエチレン−プロピレンゴムの商品名ＥＰ１０３ＡＦであった。また、比較例１、６は、カーボンナノファイバーを配合しなかったが、同様の混練工程を行った。【００６１】
（３）パルス法ＮＭＲを用いた測定
実施例１〜８及び比較例１〜９の各無架橋体の炭素繊維複合材料サンプルについて、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法による測定を行った。この測定は、日本電子（株）製「ＪＭＮ−ＭＵ２５」を用いて行った。測定は、観測核が１Ｈ、共鳴周波数が２５ＭＨｚ、９０°パルス幅が２μｓｅｃの条件で行い、ハーンエコー法のパルスシーケンス（９０°ｘ−Ｐｉ−１８０°ｘ）にて、Ｐｉをいろいろ変えて減衰曲線を測定した。また、サンプルは、磁場の適正範囲までサンプル管に挿入して測定した。測定温度は、１５０℃であった。この測定によって、各サンプルについて第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ／１５０℃）と第２のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率（ｆｎｎ）とを求めた。測定結果を表２〜４に示した。なお、同様に測定した原料ゴムの第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ／３０℃）も表２〜５に示した。なお、実施例１〜５，７，８の炭素繊維複合材料サンプルについては、カーボンナノファイバーによる磁場をみだす影響があり、測定ができなかった。【００６２】
（４）硬度（Ｈｓ）、１００％モジュラス（Ｍ１００）、引張強さ（ＴＢ）、破断伸び（ＥＢ）、動的弾性率（Ｅ’）及び体積固有抵抗値の測定
実施例１〜８及び比較例１〜９の架橋体の炭素繊維複合材料サンプルについて、ゴム硬度（Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ））をＪＩＳ  Ｋ  ６２５３に基づいて測定した。
実施例１〜８及び比較例１〜９の架橋体の炭素繊維複合材料サンプルをＪＩＳ６号形のダンベル形状に切り出した試験片について、東洋精機社製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（ＴＢ（ＭＰａ））、破断伸び（ＥＢ（％））及び１００％応力（Ｍ１００）を測定した。
実施例１〜８及び比較例１〜９の架橋体の炭素繊維複合材料サンプルを短冊形（４０×１×５（巾）ｍｍ）に切り出した試験片について、ＳＩＩ社製の動的粘弾性試験機ＤＭＳ６１００を用いて、チャック間距離２０ｍｍ、測定温度−１００〜３００℃、動的ひずみ±０．０５％、周波数１０ＨｚでＪＩＳ  Ｋ６３９４に基づいて動的粘弾性試験を行い測定温度が３０℃及び２００℃における動的弾性率（Ｅ’、単位はＭＰａ）を測定した。
実施例１〜８及び比較例１〜９の架橋体の炭素繊維複合材料サンプル（幅５０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）をＪＩＳ  Ｋ  ６２７１に基づいて、２３℃における体積固有抵抗値（Ω・ｃｍ）を測定した。その測定結果に基づいて、炭素繊維複合材料サンプルの電気絶縁性を評価し、体積固有抵抗値が１×１０６以上であれば絶縁性が良好（表では「○」と示す）とし、体積固有抵抗値が１×１０６未満であれば絶縁性が低い（表では「×」と示す）とした。【００６３】
【表２】
0005647152.tif 000003
【００６４】
【表３】
0005647152.tif 000004
【００６５】
【表４】
0005647152.tif 000005
【００６６】
【表５】
0005647152.tif 000006
【００６７】
表２〜５の結果からも明らかなように、実施例１〜２の第４のカーボンナノファイバーを配合した架橋体の炭素繊維複合材料は、比較例１〜５の炭素繊維複合材料に比べて、第４のカーボンナノファイバーを大量に配合しても体積固有抵抗値が高く、電気絶縁性が良好であった。また、実施例３〜８の第４のカーボンナノファイバーを配合した架橋体の炭素繊維複合材料は、比較例６〜９の炭素繊維複合材料に比べて、第４のカーボンナノファイバーを大量に配合しても体積固有抵抗値が高く、電気絶縁性が良好であった。
【符号の説明】
【００６８】
２    オープンロール
１０  第１のロール
２０  第２のロール
３０  エラストマー
６０  第２のカーボンナノファイバー
６２  折曲部
６４  分岐部
７０  乾式圧縮造粒機
７２  第１のロール
７４  第２のロール
８０  第３のカーボンナノファイバー
９０  第４のカーボンナノファイバー
１５０  プラットホーム
１６０  ダウンホール装置
１６１  筐体
１６２  電気コネクタ
１６３  電線
１６４  ケーブル
１６５  コイル
１６６  電気基板
１６７  電子部品
１６８  センサ
【図１Ａ】
0005647152.tif 000007
【図１Ｂ】
0005647152.tif 000008
【図１Ｃ】
0005647152.tif 000009
【図１Ｄ】
0005647152.tif 000010
【図２】
0005647152.tif 000011
【図３】
0005647152.tif 000012
【図４】
0005647152.tif 000013
【図５】
0005647152.tif 000014
【図６】
0005647152.tif 000015
【図７】
0005647152.tif 000016
【図８】
0005647152.tif 000017
【図９】
0005647152.tif 000018