(57)【要約】【課題】カーボンナノファイバーが均一に分散された、炭素繊維複合金属材料及びその製造方法、炭素繊維複合金属成形品及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】本発明にかかる炭素繊維複合金属成形品の製造方法は、エラストマー３０と、銅または銅合金からなる粒子６０と、カーボンナノファイバー４０と、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品４を得る工程と、炭素繊維複合成形品４に、銅または銅合金５からなる溶湯を浸透させてエラストマー３０を銅または銅合金５からなる溶湯と置換する工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を粉末成形する工程と、
を含む、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項２】
カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程と、
前記炭素繊維複合成形品を粉末成形する工程と、
を含む、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項３】
カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を、銅または銅合金からなる溶湯に混入して所望の形状を有する鋳型内で鋳造する工程と、
を含む、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項４】
カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程と、
前記炭素繊維複合成形品を、銅または銅合金からなる溶湯に混入して所望の形状を有する鋳型内で鋳造する工程と、
を含む、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記エラストマーと、前記銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程は、
前記エラストマーと、前記銅または銅合金からなる粒子と、を混合する工程と、
前記銅または銅合金からなる粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程と、
を含む、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記銅または銅合金からなる粒子は、前記エラストマー１００重量部に対して、１０〜３０００重量部である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記銅または銅合金からなる粒子は、前記カーボンナノファイバーの平均直径よりも大きな平均粒径を有する、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記銅または銅合金からなる粒子の平均直径は５００μｍ以下である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、分子量が５０００ないし５００万である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、主鎖、側鎖および末端鎖の少なくともひとつに、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を有する、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって３０℃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）が１００ないし３０００μ秒である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって３０℃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ないし２０００μ秒である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかにおいて、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が０．５ないし５００ｎｍである、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項１４】
請求項５において、
前記銅または銅合金からなる粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程は、ロール間隔が０．５ｍｍ以下のオープンロール法を用いて行われる、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記オープンロール法は、２本のロールの表面速度比が１．０５ないし３．００である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項１６】
請求項５において、
前記銅または銅合金からなる粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程は、ロータ間隙が１ｍｍ以下の密閉式混練法によって行われる、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項１７】
請求項５において、
前記銅または銅合金からなる粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程は、スクリュー間隙が０．３ｍｍ以下の多軸押出し混練法によって行われる、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項１８】
請求項５において、
前記銅または銅合金からなる粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程は、０ないし５０℃で行われる、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれかにおいて、
未架橋体における前記炭素繊維複合材料または前記炭素繊維複合成形品は、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし１００００μ秒であり、前記第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０．２未満である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項２０】
請求項２または４において、
前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程は、架橋する工程を含む、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項２１】
請求項２０において、
架橋した前記炭素繊維複合成形品は、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし２０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし４０００μ秒であり、前記第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０．０８未満である、炭素繊維複合金属材料の製造方法。
【請求項２２】
請求項１ないし２１のいずれかに記載の製造方法で得られた炭素繊維複合金属材料。
【請求項２３】
カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程と、
前記炭素繊維複合成形品に、銅または銅合金からなる溶湯を浸透させて前記エラストマーを前記銅または銅合金からなる溶湯と置換する工程と、
を含む、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項２４】
カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程と、
前記炭素繊維複合成形品の上方に銅または銅合金からなる塊を配置する工程と、
前記銅または銅合金からなる塊を加熱し溶融させることで銅または銅合金からなる溶湯とするとともに、前記炭素繊維複合成形品中の前記エラストマーを気化させ、前記銅または銅合金からなる溶湯を浸透させて該エラストマーと置換する工程と、
を含む、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項２５】
請求項２３または２４において、
前記エラストマーと、前記銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程は、
前記エラストマーと、前記銅または銅合金からなる粒子と、を混合する工程と、
前記銅または銅合金からなる粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程と、
を含む、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項２６】
請求項２３ないし２５のいずれかにおいて、
前記銅または銅合金からなる粒子は、前記エラストマー１００重量部に対して、１０〜３０００重量部である、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項２７】
請求項２３ないし２６のいずれかにおいて、
前記銅または銅合金からなる粒子は、前記カーボンナノファイバーの平均直径よりも大きな平均粒径を有する、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項２８】
請求項２３ないし２７のいずれかにおいて、
前記銅または銅合金からなる粒子の平均直径は５００μｍ以下である、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項２９】
請求項２３ないし２８のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、分子量が５０００ないし５００万である、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項３０】
請求項２３ないし２９のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、主鎖、側鎖および末端鎖の少なくともひとつに、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を有する、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項３１】
請求項２３ないし３０のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって３０℃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）が１００ないし３０００μ秒である、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項３２】
請求項２３ないし３１のいずれかにおいて、
前記エラストマーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって３０℃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ないし２０００μ秒である、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項３３】
請求項２３ないし３２のいずれかにおいて、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が０．５ないし５００ｎｍである、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項３４】
請求項２５において、
前記銅または銅合金からなる粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程は、ロール間隔が０．５ｍｍ以下のオープンロール法を用いて行われる、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項３５】
請求項３４において、
前記オープンロール法は、２本のロールの表面速度比が１．０５ないし３．００である、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項３６】
請求項２５において、
前記銅または銅合金からなる粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程は、ロータ間隙が１ｍｍ以下の密閉式混練法によって行われる、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項３７】
請求項２５において、
前記銅または銅合金からなる粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程は、スクリュー間隙が０．３ｍｍ以下の多軸押出し混練法によって行われる、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項３８】
請求項２５において、
前記銅または銅合金からなる粒子を含む前記エラストマーに、前記カーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程は、０ないし５０℃で行われる、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項３９】
請求項２３ないし３８のいずれかにおいて、
未架橋体における前記炭素繊維複合材料または前記炭素繊維複合成形品は、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし１００００μ秒であり、前記第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０．２未満である、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項４０】
請求項２３ないし３９のいずれかにおいて、
前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程は、架橋する工程を含む、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項４１】
請求項４０において、
架橋した前記炭素繊維複合成形品は、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし２０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし４０００μ秒であり、前記第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０．０８未満である、炭素繊維複合金属成形品の製造方法。
【請求項４２】
請求項２３ないし４１のいずれかに記載の製造方法で得られた炭素繊維複合金属成形品。
【請求項４３】
カーボンナノファイバーが粉末成形された炭素繊維複合金属材料であって、
前記カーボンナノファイバーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、未架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし１００００μ秒であり、前記第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０．２未満の状態で、前記カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーに銅または銅合金からなる粒子と共に分散された状態で粉末成形されてなる、炭素繊維複合金属材料。
【請求項４４】
カーボンナノファイバーが銅または銅合金からなる溶湯に混入されて鋳造された炭素繊維複合金属材料であって、
前記カーボンナノファイバーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、未架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし１００００μ秒であり、前記第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０．２未満の状態で、前記カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーに銅または銅合金からなる粒子と共に分散された状態で前記銅または銅合金からなる溶湯に混入されて鋳造されてなる、炭素繊維複合金属材料。
【請求項４５】
炭素繊維複合成形品に銅または銅合金からなる溶湯を浸透させて形成される炭素繊維複合金属成形品であって、
前記炭素繊維複合成形品は、
カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーに銅または銅合金からなる粒子及び前記カーボンナノファイバーが分散され、かつ、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、未架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし１００００μ秒であり、前記第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０．２未満の状態で前記エラストマーを気化させることで、銅または銅合金からなる溶湯を浸透させて形成されてなる、炭素繊維複合金属成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維複合金属材料及びその製造方法、炭素繊維複合金属成形品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カーボンナノファイバーを用いた複合材料が注目されている。このような複合材料は、カーボンナノファイバーを含むことで、機械的強度などの向上が期待されている。
【０００３】
また、金属の複合材料の鋳造方法として、酸化物系セラミックスからなる多孔質成形体内にマグネシウム蒸気を浸透、分散させ、同時に窒素ガスを導入することで、多孔質成形体内に金属を浸透させるようにした鋳造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、カーボンナノファイバーは相互に強い凝集性を有するため、複合材料の基材にカーボンナノファイバーを均一に分散させることが非常に困難とされている。そのため、現状では、所望の特性を有するカーボンナノファイバーの複合材料を得ることが難しく、また、高価なカーボンナノファイバーを効率よく利用することができない。
【０００５】
従来の酸化物系セラミックスからなる多孔質成形体に金属を浸透させる鋳造方法は、複雑な処理を行うため、工業上の生産は困難である。
【０００６】
また、銅または銅合金を用いた電極やターミナルなどの電気関係部品においては、銅または銅合金の熱膨張の低減や屈曲疲労性の改善が望まれている。
【特許文献１】特開平１０−１８３２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、カーボンナノファイバーが均一に分散された炭素繊維複合金属材料及びその製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、カーボンナノファイバーが均一に分散された炭素繊維複合金属成形品及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる炭素繊維複合金属材料は、カーボンナノファイバーが粉末成形された炭素繊維複合金属材料であって、
前記カーボンナノファイバーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、未架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし１００００μ秒であり、前記第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０．２未満の状態で、前記カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーに銅または銅合金からなる粒子と共に分散された状態で粉末成形されてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明にかかる炭素繊維複合金属材料によれば、基材に銅または銅合金からなる粒子によってカーボンナノファイバーが均一に分散されたものとなる。
【００１０】
本発明にかかる炭素繊維複合金属材料は、カーボンナノファイバーが銅または銅合金からなる溶湯に混入されて鋳造された炭素繊維複合金属材料であって、前記カーボンナノファイバーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、未架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし１００００μ秒であり、前記第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０．２未満の状態で、前記カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーに銅または銅合金からなる粒子と共に分散された状態で前記銅または銅合金からなる溶湯に混入されて鋳造されてなることを特徴とする。
【００１１】
本発明にかかる炭素繊維複合金属材料によれば、基材に銅または銅合金からなる粒子によってカーボンナノファイバーが均一に分散されたものとなる。
【００１２】
本発明にかかる炭素繊維複合金属成形品は、炭素繊維複合成形品に銅または銅合金からなる溶湯を浸透させて形成される炭素繊維複合金属成形品であって、
前記炭素繊維複合成形品は、
カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーに銅または銅合金からなる粒子及び前記カーボンナノファイバーが分散され、かつ、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、未架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし１００００μ秒であり、前記第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０．２未満の状態で前記エラストマーを気化させることで、銅または銅合金からなる溶湯を浸透させて形成されてなることを特徴とする。
【００１３】
本発明にかかる炭素繊維複合金属成形品によれば、基材であるエラストマーにカーボンナノファイバーがさらに均一に分散された炭素繊維複合成形品と同様に、銅または銅合金からなる粒子によってカーボンナノファイバーが均一に分散されたものとなる。特に、銅または銅合金からなる溶湯に接触した炭素繊維複合成形品は、銅または銅合金からなる溶湯によってエラストマーが熱分解させながら浸透するため、カーボンナノファイバーが均一に分散した状態のまま銅または銅合金からなる溶湯が凝固した金属に置換され、鋳造することができる。炭素繊維複合成形品において、エラストマー１００重量部に対して銅または銅合金からなる粒子１０〜３０００重量部、好ましくは１００〜１０００重量部である。銅または銅合金からなる粒子が１０重量部以下であると、毛細管現象が小さく、銅または銅合金からなる溶湯の浸透速度が遅いので、生産性及びコスト面で採用が難しい。また、銅または銅合金からなる粒子が３０００重量部以上であると、炭素繊維複合材料を製造する際に、エラストマーへ含浸させにくくなる。
【００１４】
このようにカーボンナノファイバーが分散した銅または銅合金をマトリックスとする炭素繊維複合金属材料及び炭素繊維複合金属成形品は、カーボンナノファイバーによる放熱作用で熱膨張を抑えることができる。また、このような炭素繊維複合金属材料及び炭素繊維複合金属成形品を電極などの屈曲させる部品に用いた場合、屈曲疲労性が向上しているため、屈曲疲労による破損を低減することができる。
【００１５】
本発明にかかる炭素繊維複合金属材料の製造方法は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を粉末成形する工程と、
を含む。
【００１６】
本発明にかかる炭素繊維複合金属材料の製造方法は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程と、
前記炭素繊維複合成形品を粉末成形する工程と、
を含む。
【００１７】
本発明にかかる炭素繊維複合金属材料の製造方法によれば、カーボンナノファイバーが均一に分散した炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を粉末成形することによって、カーボンナノファイバーが均一に分散した炭素繊維複合金属材料を得ることができる。
【００１８】
本発明にかかる炭素繊維複合金属材料の製造方法は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を、銅または銅合金からなる溶湯に混入して所望の形状を有する鋳型内で鋳造する工程と、
を含む。
【００１９】
本発明にかかる炭素繊維複合金属材料の製造方法は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程と、
前記炭素繊維複合成形品を、銅または銅合金からなる溶湯に混入して所望の形状を有する鋳型内で鋳造する工程と、
を含む。
【００２０】
本発明にかかる炭素繊維複合金属材料の製造方法によれば、カーボンナノファイバーが均一に分散した炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を鋳造することによって、カーボンナノファイバーが均一に分散した炭素繊維複合金属材料を得ることができる。
【００２１】
本発明にかかる炭素繊維複合金属成形品の製造方法は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程と、
前記炭素繊維複合成形品に、銅または銅合金からなる溶湯を浸透させて前記エラストマーを前記銅または銅合金からなる溶湯と置換する工程と、
を含む。
【００２２】
本発明にかかる炭素繊維複合金属成形品の製造方法は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程と、
前記炭素繊維複合成形品の上方に銅または銅合金からなる塊を配置する工程と、
前記銅または銅合金からなる塊を加熱し溶融させることで銅または銅合金からなる溶湯とするとともに、前記炭素繊維複合成形品中の前記エラストマーを気化させ、前記銅または銅合金からなる溶湯を浸透させて該エラストマーと置換する工程と、
を含む。
【００２３】
本発明にかかる炭素繊維複合金属成形品の製造方法によれば、カーボンナノファイバーが均一に分散した炭素繊維複合成形品に溶湯を浸透させることで、カーボンナノファイバーが均一に分散された炭素繊維複合金属成形品を得ることができる。特に炭素繊維複合材料において、エラストマー１００重量部に対して銅または銅合金からなる粒子１０〜３０００重量部、好ましくは１００〜１０００重量部である。銅または銅合金からなる粒子が１０重量部以下であると、毛細管現象が小さく、銅または銅合金からなる溶湯の浸透速度が遅いので、生産性及びコスト面で採用が難しい。また、銅または銅合金からなる粒子が３０００重量部以上であると、炭素繊維複合材料を製造する際に、エラストマーへ含浸させにくくなる。また、炭素繊維複合成形品は、未架橋のままで成形されていると、エラストマーの分解が容易であって銅または銅合金からなる溶湯の浸透が早いので、好ましい。
【００２４】
本発明に用いられる炭素繊維複合材料において、エラストマーの不飽和結合または基が、カーボンナノファイバーの活性な部分、特にカーボンナノファイバーの末端のラジカルと結合することにより、カーボンナノファイバーの凝集力を弱め、その分散性を高めることができる。さらに、銅または銅合金からなる粒子を含むエラストマーを用いることで、カーボンナノファイバーを剪断力で分散させる際に、銅または銅合金からなる粒子のまわりにエラストマーの乱流状態の流動が発生する。この流動によって、本発明の炭素繊維複合材料は、基材であるエラストマーにカーボンナノファイバーがさらに均一に分散されたものとなる。特に分散されにくいとされていた直径が約３０ｎｍ以下のカーボンナノファイバーや、湾曲繊維状のカーボンナノファイバーであっても、エラストマー中に均一に分散されたものとなる。
【００２５】
前記エラストマーに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は、
（ａ）ロール間隔が０．５ｍｍ以下のオープンロール法、
（ｂ）ロータ間隙が１ｍｍ以下の密閉式混練法、
（ｃ）スクリュー間隙が０．３ｍｍ以下の多軸押出し混練法、などを用いて行うことができる。
【００２６】
本発明に用いられるエラストマーは、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。原料エラストマーとしては、ゴム系エラストマーの場合、未架橋体が用いられる。熱可塑性エラストマーの内、特にエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）は、カーボンナノファイバーが分散されにくいが、本発明においては、銅または銅合金からなる粒子によるカーボンナノファイバーの分散効果によって均一に分散させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合金属材料の製造方法は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、前記炭素繊維複合材料を粉末成形する工程と、を含む。
【００２９】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合金属材料の製造方法は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程と、前記炭素繊維複合成形品を粉末成形する工程と、を含む。
【００３０】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合金属材料の製造方法は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、前記炭素繊維複合材料を、銅または銅合金からなる溶湯に混入して所望の形状を有する鋳型内で鋳造する工程と、を含む。
【００３１】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合金属材料の製造方法は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程と、前記炭素繊維複合成形品を、銅または銅合金からなる溶湯に混入して所望の形状を有する鋳型内で鋳造する工程と、を含む。
【００３２】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合金属成形品の製造方法は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程と、前記炭素繊維複合成形品に、銅または銅合金からなる溶湯を浸透させて前記エラストマーを前記銅または銅合金からなる溶湯と置換する工程と、を含む。
【００３３】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合金属成形品の製造方法は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーと、銅または銅合金からなる粒子と、前記カーボンナノファイバーと、を混合して炭素繊維複合材料を得る工程と、前記炭素繊維複合材料を所望の形状に成形して炭素繊維複合成形品を得る工程と、前記炭素繊維複合成形品の上方に銅または銅合金からなる塊を配置する工程と、前記銅または銅合金からなる塊を加熱し溶融させることで銅または銅合金からなる溶湯とするとともに、前記炭素繊維複合成形品中の前記エラストマーを気化させ、前記銅または銅合金からなる溶湯を浸透させて該エラストマーと置換する工程と、を含む。
【００３４】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合金属材料は、カーボンナノファイバーが粉末成形された炭素繊維複合金属材料であって、前記カーボンナノファイバーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、未架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし１００００μ秒であり、前記第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０．２未満の状態で、前記カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーに銅または銅合金からなる粒子と共に分散された状態で粉末成形されてなることを特徴とする。
【００３５】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合金属材料は、カーボンナノファイバーが銅または銅合金からなる溶湯に混入されて鋳造された炭素繊維複合金属材料であって、前記カーボンナノファイバーは、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、未架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし１００００μ秒であり、前記第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０．２未満の状態で、前記カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーに銅または銅合金からなる粒子と共に分散された状態で前記銅または銅合金からなる溶湯に混入されて鋳造されてなることを特徴とする。
【００３６】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合金属成形品は、炭素繊維複合成形品に銅または銅合金からなる溶湯を浸透させて形成される炭素繊維複合金属成形品であって、前記炭素繊維複合成形品は、カーボンナノファイバーに対して親和性を有する不飽和結合または基を有するエラストマーに銅または銅合金からなる粒子及び前記カーボンナノファイバーが分散され、かつ、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃で測定した、未架橋体における、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし１００００μ秒であり、前記第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０．２未満の状態で前記エラストマーを気化させることで、銅または銅合金からなる溶湯を浸透させて形成されてなることを特徴とする。
【００３７】
エラストマーは、例えば、カーボンナノファイバーと親和性が高いことの他に、分子長がある程度の長さを有すること、柔軟性を有すること、などの特徴を有することが望ましい。また、エラストマーに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は、できるだけ高い剪断力で混練されることが望ましい。
【００３８】
（ａ）まず、エラストマーについて説明する。
【００３９】
エラストマーは、分子量が好ましくは５０００ないし５００万、さらに好ましくは２万ないし３００万である。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、凝集したカーボンナノファイバーの相互に侵入しやすく、したがってカーボンナノファイバー同士を分離する効果が大きい。エラストマーの分子量が５０００より小さいと、エラストマー分子が相互に充分に絡み合うことができず、後の工程で剪断力をかけてもカーボンナノファイバーを分散させる効果が小さくなる。また、エラストマーの分子量が５００万より大きいと、エラストマーが固くなりすぎて加工が困難となる。
【００４０】
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℃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℃）が好ましくは１００ないし３０００μ秒、より好ましくは２００ないし１０００μ秒である。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る。このことにより、エラストマーと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カーボンナノファイバー相互の隙間に容易に侵入することができる。スピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ／３０℃）が１００μ秒より短いと、エラストマーが充分な分子運動性を有することができない。また、スピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ／３０℃）が３０００μ秒より長いと、エラストマーが液体のように流れやすくなり、カーボンナノファイバーを分散させることが困難となる。
【００４１】
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℃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ないし２０００μ秒であることが好ましい。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本発明の製造方法によって架橋化すると、得られる架橋体のＴ２ｎはおおよそ上記範囲に含まれる。
【００４２】
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。
【００４３】
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、本発明にかかる炭素繊維複合材料は中程度のスピン−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。
【００４４】
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、特にそ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、二重結合、三重結合、α水素、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。
【００４５】
カーボンナノファイバーは、通常、側面は炭素原子の６員環で構成され、先端は５員環が導入されて閉じた構造となっているが、構造的に無理があるため、実際上は欠陥を生じやすく、その部分にラジカルや官能基を生成しやすくなっている。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、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。
【００４６】
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）、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。本発明者の研究によって、特にエチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ，ＥＰＤＭ）においてカーボンナノファイバーを分散させにくいことが判っている。
【００４７】
（ｂ）次に、銅または銅合金からなる粒子について説明する。
【００４８】
銅または銅合金からなる粒子は、エラストマー中に混合し、分散させておいて、カーボンナノファイバーを混合させるときにカーボンナノファイバーをさらに良好に分散させるものである。銅合金としては、無酸素銅（C1020）、タフピッチ銅（C1100）、りん脱酸銅（C1201,C1220,C1221）、Ｃｕ−Ｚｎ合金に鉛を少量加えた黄銅、Ｃｕ-Ｓｎ-Ｚｎを基本にした青銅、Ｃｕ−Ａｌ系のアルミニウム青銅、Ｃｕ-Ｎｉ系のニッケル青銅、Ｃｕ-Ｓｉ系のけい素青銅、Ｃｕ-Ｍｎ系のマンガン青銅、及び銅鋳物合金などを用いることができる。また、銅または銅合金からなる粒子を単体でもしくは組み合わせて用いることができる。銅または銅合金からなる粒子は、使用するカーボンナノファイバーの平均直径よりも大きい平均粒径であることが好ましい。また、銅または銅合金からなる粒子の平均粒径は５００μｍ以下、好ましくは１〜３００μｍである。鋳造工程で非加圧浸透法を用いる場合には、銅または銅合金からなる粒子の量は、エラストマー１００重量部に対して、１０〜３０００重量部、好ましくは１００〜１０００重量部である。銅または銅合金からなる粒子が１０重量部以下であると、毛細管現象が小さく、銅または銅合金からなる溶湯の浸透速度が遅いので、生産性及びコスト面で採用が難しい。また、銅または銅合金からなる粒子が３０００重量部以上であると、炭素繊維複合材料を製造する際に、エラストマーへ含浸させにくくなる。また、銅または銅合金からなる粒子の形状は、球形粒状に限らず、混合時に銅または銅合金からなる粒子のまわりに乱流状の流動が発生する形状であれば平板状、りん片状であってもよい。
【００４９】
銅または銅合金からなる粒子を含む炭素繊維複合材料に、銅または銅合金の溶湯を浸透させたときに、エラストマーが熱分解されて発生したラジカルなどによって銅または銅合金からなる粒子の表面にある酸化物を還元して銅または銅合金からなる粒子と銅または銅合金の溶湯の濡れ性が改善して結合力を強固にすることができる。また、銅または銅合金の溶湯の浸透による流動がカーボンナノファイバーを銅または銅合金からなる粒子内まで侵入させることになる。このように銅または銅合金からなる粒子が表面に酸化物を有する場合には、上述のような好ましい効果を有する。
【００５０】
（ｃ）次に、カーボンナノファイバーについて説明する。
【００５１】
カーボンナノファイバーは、平均直径が０．５ないし５００ｎｍであることが好ましいく、炭素繊維複合材料の強度を向上させるためには０．５ないし３０ｎｍであることがさらに好ましい。さらに、カーボンナノファイバーは、ストレート繊維状であっても、湾曲繊維状であってもよい。
【００５２】
カーボンナノファイバーの配合量は、特に限定されず、用途に応じて設定できる。本実施の形態の炭素繊維複合材料は、架橋体エラストマー、未架橋体エラストマーあるいは熱可塑性ポリマーをそのままエラストマー系材料として用いることができ、あるいは金属の複合材料の原料として用いることができる。本実施の形態の炭素繊維複合材料を金属の複合材料の原料として用いるときは、カーボンナノファイバーを０．０１〜５０重量％の割合で含むことができる。かかる金属の複合材料の原料は、金属にカーボンナノファイバーを混合する際に、カーボンナノファイバーの供給源としてのいわゆるマスターバッチとして用いることができる。
【００５３】
カーボンナノファイバーとしては、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ェンシートが円筒状に閉じた単層構造あるいはこれらの円筒構造が入れ子状に配置された多層構造を有する。すなわち、カーボンナノチューブは、単層構造のみから構成されていても多層構造のみから構成されていても良く、単層構造と多層構造が混在していてもかまわない。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といった名称で称されることもある。
【００５４】
単層カーボンナノチューブもしくは多層カーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザーアブレーション法、気相成長法などによって望ましいサイズに製造される。
【００５５】
アーク放電法は、大気圧よりもやや低い圧力のアルゴンや水素雰囲気下で、炭素棒でできた電極材料の間にアーク放電を行うことで、陰極に堆積した多層カーボンナノチューブを得る方法である。また、単層カーボンナノチューブは、前記炭素棒中にニッケル／コバルトなどの触媒を混ぜてアーク放電を行い、処理容器の内側面に付着するすすから得られる。
【００５６】
レーザーアブレーション法は、希ガス（例えばアルゴン）中で、ターゲットであるニッケル／コバルトなどの触媒を混ぜた炭素表面に、ＹＡＧレーザーの強いパルスレーザー光を照射することによって炭素表面を溶融・蒸発させて、単層カーボンナノチューブを得る方法である。
【００５７】
気相成長法は、ベンゼンやトルエン等の炭化水素を気相で熱分解し、カーボンナノチューブを合成するもので、より具体的には、流動触媒法やゼオライト担持触媒法などが例示できる。
【００５８】
カーボンナノファイバーは、エラストマーと混練される前に、あらかじめ表面処理、例えば、イオン注入処理、スパッタエッチング処理、プラズマ処理などを行うことによって、エラストマーとの接着性やぬれ性を改善することができる。
【００５９】
（ｄ）次に、エラストマーに銅または銅合金からなる粒子とカーボンナノファイバーを混合させ、かつ剪断力によって分散させる工程について説明する。
【００６０】
本実施の形態では、エラストマーに銅または銅合金からなる粒子とカーボンナノファイバーを混合させる工程として、ロール間隔が０．５ｍｍ以下のオープンロール法を用いた例について述べる。
【００６１】
図１は、２本のロールを用いたオープンロール法を模式的に示す図である。図１において、符号１０は第１のロールを示し、符号２０は第２のロールを示す。第１のロール１０と第２のロール２０とは、所定の間隔ｄ、好ましくは１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．１ないし０．５ｍｍの間隔で配置されている。第１および第２のロールは、正転あるいは逆転で回転する。図示の例では、第１のロール１０および第２のロール２０は、矢印で示す方向に回転している。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、両者の表面速度比（Ｖ１／Ｖ２）は、１．０５ないし１．２であることが好ましい。このような表面速度比を用いることにより、所望の剪断力を得ることができる。まず、第１，第２のロール１０，２０が回転した状態で、第２のロール２０に、エラストマー３０を巻き付けると、ロール１０，２０間にエラストマーがたまった、いわゆるバンク３２が形成される。このバンク３２内に銅または銅合金からなる粒子５０を加えて、さらに第１，第２のロール１０，２０を回転させることにより、エラストマー３０と、銅または銅合金からなる粒子５０と、を混合する工程が行われる。ついで、このエラストマー３０と銅または銅合金からなる粒子５０とが混合されたバンク３２内にカーボンナノファイバー４０を加えて、第１、第２のロール１０，２０を回転させる。さらに、第１，第２ロール１０，２０の間隔を狭めて前述した間隔ｄとし、この状態で第１，第２ロール１０，２０を所定の表面速度比で回転させる。これにより、エラストマー３０に高い剪断力が作用し、この剪断力によって凝集していたカーボンナノファイバーが１本づつ引き抜かれるように相互に分離し、エラストマー３０に分散される。さらに、ロールによる剪断力はエラストマー内に分散された銅または銅合金からなる粒子のまわりに乱流状の流動を発生させる。この複雑な流動によってカーボンナノファイバーはさらにエラストマー３０に分散される。なお、銅または銅合金からなる粒子５０の混合前に、エラストマー３０とカーボンナノファイバー４０とを先に混合すると、カーボンナノファイバー４０にエラストマー３０の動きが拘束されてしまうため、銅または銅合金からなる粒子５０を混合することが難しくなる。したがって、エラストマー３０にカーボンナノファイバー４０を加える前に銅または銅合金からなる粒子５０を混合する工程を行うことが好ましい。
【００６２】
また、この工程では、できるだけ高い剪断力を得るために、エラストマーとカーボンナノファイバーとの混合は、好ましくは０ないし５０℃、より好ましくは５ないし３０℃の比較的低い温度で行われる。オープンロール法を用いた場合には、ロールの温度を上記の温度に設定することが望ましい。第１，第２ロール１０，２０の間隔ｄは、もっとも狭めた状態においても銅または銅合金からなる粒子５０の平均粒径よりも広く設定することで、エラストマー３０中のカーボンナノファイバー４０の分散を良好に行うことができる。
【００６３】
このとき、本実施の形態のエラストマーは、上述した特徴、すなわち、エラストマーの分子形態（分子長）、分子運動、カーボンナノファイバーとの化学的相互作用などの特徴を有することによってカーボンナノファイバーの分散を容易にするので、分散性および分散安定性（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及び炭素繊維複合成形品を得ることができる。より具体的には、エラストマーとカーボンナノファイバーとを混合すると、分子長が適度に長く、分子運動性の高いエラストマーが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カーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合する。この状態で、エラストマーとカーボンナノファイバーとの混合物に強い剪断力が作用すると、エラストマーの移動に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、凝集していた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。そして、一旦分散した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。
【００６４】
また、エラストマー中に所定量の銅または銅合金からなる粒子が含まれていることで、銅または銅合金からなる粒子のまわりに発生するエラストマーの乱流のような幾通りもの複雑な流動によって、個々のカーボンナノファイバー同士を引き離す方向にも剪断力が働くことになる。したがって、直径が約３０ｎｍ以下のカーボンナノファイバーや湾曲繊維状のカーボンナノファイバーであっても、個々に化学的相互作用によって結合したエラストマー分子のそれぞれの流動方向へ移動するため、エラストマー中に均一に分散されることになる。
【００６５】
エラストマーに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は、上記オープンロール法に限定されず、既に述べた密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。要するに、この工程では、凝集したカーボンナノ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。
【００６６】
上述したエラストマーに銅または銅合金からなる粒子とカーボンナノファイバーとを分散させて両者を混合させる工程（混合・分散工程）によって得られた炭素繊維複合材料は、架橋剤によって架橋させて成形するか、もしくは架橋させずに成形することができる。このときの成形方法は、例えば圧縮成形工程や押出成形工程などを行って炭素繊維複合成形品を得ることができる。圧縮成形工程は、例えば銅または銅合金からなる粒子とカーボンナノファイバーとが分散した炭素繊維複合材料を、所定温度（例えば１７５℃）に設定された所望形状を有する成形金型内で所定時間（例えば２０分）加圧状態で成形する工程を有する。
【００６７】
エラストマーとカーボンナノファイバーとの混合・分散工程において、あるいは続いて、通常、ゴムなどの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。
【００６８】
（ｅ）次に、上記方法によって得られた炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品について述べる。
【００６９】
本実施の形態の炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、基材であるエラストマーにカーボンナノファイバーが均一に分散されている。このことは、エラストマーが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、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、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、本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品の第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、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る。特に、銅または銅合金からなる粒子を含むエラストマーにカーボンナノファイバーを混合した場合には、カーボンナノファイバーを含むエラストマーの場合より、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）が短くなる。なお、架橋体（炭素繊維複合成形品）におけるスピン−格子緩和時間（Ｔ１）は、カーボンナノファイバーの混合量に比例して変化する。
【００７０】
また、エラストマー分子が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、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、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−スピン緩和時間を有する成分の成分分率（ｆｎｎ）は、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。特に、銅または銅合金からなる粒子を含むエラストマーにカーボンナノファイバーを混合した場合には、カーボンナノファイバーを含むエラストマーの場合より、さらに第２のスピン−スピン緩和時間を有する成分の成分分率（ｆｎｎ）は小さくなる。
【００７１】
以上のことから、本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、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以下の範囲にあることが望ましい。
【００７２】
すなわち、未架橋体（炭素繊維複合材料）において、１５０℃で測定した、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし３０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし１００００μ秒であり、さらに第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０．２未満であることが好ましい。
【００７３】
また、架橋体（炭素繊維複合成形品）において、１５０℃で測定した、第１のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）は１００ないし２０００μ秒であり、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は存在しないかあるいは１０００ないし４０００μ秒であり、前記第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０．０８未満であることが好ましい。
【００７４】
また、本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、パルス法ＮＭＲを用いたハーンエコー法によって得られる測定値が以下の範囲にあることが望ましい。すなわち、カーボンナノファイバー１体積％あたりの架橋体（炭素繊維複合成形品）の１５０℃で測定したスピン−格子緩和時間（Ｔ１）変化量（ΔＴ１）が、エラストマー単体の場合より１ｍｓｅｃ以上低下することが好ましく、さらに好ましくは２〜１５ｍｓｅｃ低下することが好ましい。
【００７５】
パルス法ＮＭＲを用いたハーンエコー法により測定されたスピン−格子緩和時間（Ｔ１）は、スピン−スピン緩和時間（Ｔ２）とともに物質の分子運動性を表す尺度である。具体的には、エラストマーのスピン−格子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、そしてスピン−格子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。
【００７６】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、動的粘弾性の温度依存性測定における流動温度が、原料エラストマー単体の流動温度より２０℃以上高温であることが好ましい。本実施の形態の炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、エラストマーに銅または銅合金からなる粒子とカーボンナノファイバーとが良好に分散されている。このことは、上述したように、エラストマーが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、エラストマーは、カーボンナノファイバーを含まない場合に比べて、その分子運動が小さくなり、その結果、流動性が低下する。このような流動温度特性を有することにより、本実施の形態の炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、動的粘弾性の温度依存性が小さくなり、その結果、優れた耐熱性を有する。
【００７７】
本実施の形態の炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品は、既述したように、エラストマー系材料として用いることができ、複合金属材料の原料として用いることができる。カーボンナノファイバーは、通常、相互に絡み合って媒体に分散しにくい性質を有する。しかし、本実施の形態の炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品を複合金属材料の原料として用いると、カーボンナノファイバーがエラストマーに既に分散した状態で存在するので、この原料と銅または銅合金などの媒体とを混合することでカーボンナノファイバーを媒体に容易に分散することができる。
【００７８】
（ｆ）次に、炭素繊維複合金属材料及び炭素繊維複合金属成形品を得る工程について説明する。
【００７９】
炭素繊維複合金属材料及び炭素繊維複合金属成形品を得る工程は、上記実施の形態で得られた炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品を用いて、例えば、以下のような各種の成形方法を採用することができる。
【００８０】
炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品を粉末成形（粉末冶金とも呼ばれる）する工程によって実施することができる。具体的には、例えば上記実施の形態で得られた炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品をそのまま、もしくは冷凍粉砕して炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品の粒子を、型内で圧縮し、焼結温度例えば７００〜８５０℃で焼結して炭素繊維複合金属材料及び炭素繊維複合金属成形品を得ることができる。
【００８１】
また、炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品に、複合金属材料のマトリクスとなる他の銅または銅合金の粒子を湿式混合した後、同様にして焼結して炭素繊維複合金属材料及び炭素繊維複合金属成形品を得ることもできる。
【００８２】
さらに、冷凍粉砕して炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品の粒子と、他の銅または銅合金の粒子と、を混合、例えばドライブレンドした後、型内で圧縮成形された後、焼結法によって炭素繊維複合金属材料及び炭素繊維複合金属成形品を得ることができる。焼結法としては、一般的な焼結法の他、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ）などを採用することができる。
【００８３】
あるいは同様に他の銅または銅合金の粒子と該該炭素繊維複合材料及び炭素繊維複合成形品の粒子とを混合（例えばドライブレンド）した後、粉末鍛造法や粉末射出法などによって炭素繊維複合金属材料及び炭素繊維複合金属成形品を得ることもできる。このような粉末成形によって製造された炭素繊維複合金属材料及び炭素繊維複合金属成形品は、カーボンナノファイバーを銅または銅合金中に分散させることができる。この工程で用いられる他の銅または銅合金の粒子は、炭素繊維複合材料を得るために用いられた銅または銅合金の粒子と同じ材質が好ましいが、粒子の大きさは粉末成形によって得られる複合金属の用途などによって適宜選択することができる。
【００８４】
炭素繊維複合金属材料の鋳造工程は、上記実施の形態で得られた炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を、例えば銅または銅合金からなる溶湯に混入して所望の形状を有する鋳型内で鋳造する工程によって実施することができる。このような鋳造工程は、例えば鋼製の鋳型内に銅または銅合金からなる溶湯を注湯して行う金型鋳造法、ダイカスト法、低圧鋳造法を採用することができる。またその他特殊鋳造法に分類される、高圧化で凝固させる高圧鋳造法、溶湯を攪拌するチクソカスティング、遠心力で溶湯を鋳型内へ鋳込む遠心鋳造法などを採用することができる。これらの鋳造法においては、銅または銅合金からなる溶湯の中に炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品を混合させたまま鋳型内で凝固させ、炭素繊維複合金属材料もしくは炭素繊維複合金属成形品を成形する。なお、この鋳造工程において、炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品のエラストマーは、銅または銅合金からなる溶湯の熱によって分解され、除去される。
【００８５】
鋳造工程に用いる溶湯は、用途に合わせて銅または銅合金を単独でもしくは組み合わせて適宜選択することができる。また、銅または銅合金からなる溶湯は、炭素繊維複合材料または炭素繊維複合成形品にあらかじめ混合された銅または銅合金からなる粒子と同一の金属を含むことで、銅または銅合金からなる粒子との濡れ性を向上させ、製品である炭素繊維複合金属材料もしくは炭素繊維複合金属成形品における強度を向上させることができる。
【００８６】
本実施の形態では、炭素繊維複合成形品に溶湯を浸透させるいわゆる非加圧浸透法を用いて鋳造する工程について、図２及び図３を用いて詳細に説明する。
【００８７】
図２及び図３は、非加圧浸透法によって炭素繊維複合金属成形品を製造する装置の概略構成図である。上記実施の形態で得られた炭素繊維複合成形品は、例えば最終製品の形状を有する成形金型内で圧縮成形された炭素繊維複合成形品４を使用することができる。炭素繊維複合成形品４は、架橋されていないことが好ましい。架橋されていないことで、銅または銅合金からなる溶湯の浸透速度が速くなるためである。図２において、密閉された容器１内には、あらかじめ成形された炭素繊維複合成形品４（例えば架橋されていないエラストマー３０に銅または銅合金からなる粒子５０及びカーボンナノファイバー４０を混入）が入れられる。その炭素繊維複合成形品４の上方に銅または銅合金からなる塊例えば銅塊５を配置される。次に、容器１に内蔵された図示せぬ加熱手段によって、容器１内に配置された炭素繊維複合成形品４及び銅塊５を銅の融点以上に加熱する。加熱された銅塊５は、溶融して銅または銅合金の溶湯となる。また、銅または銅合金の溶湯に接触した炭素繊維複合成形品４中のエラストマー３０は、分解されて気化し、エラストマー３０が分解されてできた空所に銅または銅合金の溶湯が浸透する。
【００８８】
本実施の態様の炭素繊維複合成形品４としては、エラストマー３０が分解されてできた空所が毛細管現象によって銅または銅合金の溶湯をより早く全体に浸透させることができる。銅または銅合金の溶湯は、還元されることで濡れ性の改善された銅または銅合金からなる粒子５０間に毛細管現象によって浸透し炭素繊維複合成形品の内部まで完全に銅または銅合金の溶湯が満たされる。そして、容器１の加熱手段による加熱を停止させ、混合材料４中に浸透した銅または銅合金からなる溶湯を冷却・凝固させ、図３に示すようなカーボンナノファイバー４０が均一に分散された炭素繊維複合金属成形品６を製造することができる。鋳造工程に用いられる炭素繊維複合成形品４は、あらかじめ鋳造工程で使用される銅または銅合金からなる溶湯と同じ金属の銅または銅合金からなる粒子を用いて成形されていることが好ましい。このようにすることで、銅または銅合金からなる溶湯と銅または銅合金からなる粒子とが混ざりやすく均質な金属を得られる。
【００８９】
また、容器１を加熱する前に、容器１の室内を容器１に接続された減圧手段２例えば真空ポンプによって脱気してもよい。さらに、容器１に接続された不活性ガス注入手段３例えば窒素ガスボンベから窒素ガスを容器１内に導入してもよい。
【００９０】
銅または銅合金からなる粒子４２及び銅塊５の表面は酸化物で覆われているため、両者の濡れ性がよくないことが知られているが、本実施の形態においては、両者の濡れ性は良好なものとなる。それは、銅または銅合金の溶湯を浸透させたときに、熱分解されたエラストマーの分子先端はラジカルになり、そのラジカルによって銅塊５及び銅または銅合金からなる粒子４２の表面にある酸化物を還元されると考えられる。したがって、本実施の形態においては、炭素繊維複合成形品に含まれるエラストマーの分解によって内部まで還元雰囲気を生成させることができるので、従来のように還元雰囲気の処理室を用意しなくても非加圧浸透法による鋳造を実施できる。このように、還元された銅または銅合金からなる粒子の表面と、浸透した銅または銅合金の溶湯の濡れ性は改善され、より均質に一体化した金属材料もしくは金属成形品を得ることができる。また、銅または銅合金の溶湯の浸透による流動がカーボンナノファイバーを銅または銅合金からなる粒子内まで侵入させることになる。さらに、分解されたエラストマー分子のラジカルによってカーボンナノファイバーの表面が活性化して、銅または銅合金の溶湯との濡れ性が向上する。このようにして得られた炭素繊維複合金属成形品は、銅のマトリックス内に均一に分散したカーボンナノファイバーを有する。なお、この鋳造工程を不活性雰囲気中で行うことで、銅または銅合金の溶湯の酸化が防止され、より銅または銅合金からなる粒子との濡れ性がよくなる。
【００９１】
また、上記実施の形態においては非加圧浸透法について説明したが、浸透法であればこれに限らず例えば不活性ガス雰囲気の圧によって加圧する加圧浸透法を用いることもできる。
【実施例】
【００９２】
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。
【００９３】
（実施例１〜５、比較例１、２）
（１）サンプルの作製
（ａ）未架橋サンプル（炭素繊維複合材料）の作製
第１の工程：ロール径が６インチのオープンロール（ロール温度１０〜２０℃）に、表１に示す所定量（１００ｇ）の高分子物質（１００重量部（ｐｈｒ））を投入して、ロールに巻き付かせた。
【００９４】
第２の工程：高分子物質に対して表１に示す量（重量部）の銅粒子を高分子物質に投入した。このとき、ロール間隙を１．５ｍｍとした。
【００９５】
第３の工程：次に、銅粒子を含む高分子物質に対して表１に示す量（重量部）のカーボンナノファイバー（表１では「ＣＮＴ」と記載する）を高分子物質に投入した。このとき、ロール間隙を１．５ｍｍとした。
【００９６】
第４の工程：カーボンナノファイバーを投入し終わったら、高分子物質とカーボンナノファイバーとの混合物をロールから取り出した。
【００９７】
第５の工程：ロール間隙を１．５ｍｍから０．３ｍｍと狭くして、混合物を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。
【００９８】
第６の工程：ロールを所定の間隙（１．１ｍｍ）にセットして、薄通しした混合物を投入し、分出しした。
【００９９】
このようにして、実施例１〜５の未架橋サンプルを得た。また、第２〜第４の工程を省いて、比較例１，２の未架橋サンプルを得た。
【０１００】
（ｂ）架橋サンプル（炭素繊維複合成形品）の作製
第１〜第５の工程は、未架橋サンプルと同様に行った。
【０１０１】
第６の工程：ロールを所定の間隙（１．１ｍｍ）にセットして、薄通しした混合物を投入し、さらに所定量の架橋剤（２重量部）を混合物に投入した。その後、この混合物を分出しした。
【０１０２】
第７の工程：金型サイズに切り取ったサンプルを金型にセットし、１７５℃、１００ｋｇｆ／ｃｍ２にて、２０分間プレス架橋を行った。
【０１０３】
このようにして、実施例１〜４の架橋サンプルを得た。また、第２〜第４の工程を省いて、比較例１、２の架橋サンプルを得た。
【０１０４】
（ｃ）炭素繊維複合金属成形品の作製
前述の（ａ）実施例１〜５で得られた未架橋サンプル（炭素繊維複合材料）を容器（炉）内に配置させ、銅塊（地金）をその上に置き、不活性ガス（窒素）雰囲気中で銅の融点まで加熱した。銅塊は溶融し、銅の溶湯となり、未架橋サンプルの高分子物質と置換するように銅の溶湯が浸透した。銅の溶湯を浸透させた後、これを自然放冷して凝固させ、炭素繊維複合金属成形品を得た。
【０１０５】
なお、実施例１〜５の銅または銅合金からなる粒子としては、平均粒径：３０μｍの鋳造用合金を用いた。カーボンナノファイバーは、直径（繊維径）が約１０〜２０ｎｍのものを用いた。
【０１０６】
また、比較例３として、銅単体の金属材料を用いた。
【０１０７】
さらに、比較例４として銅粉とカーボンナノファイバーをボールミルで混合し予備圧縮成形後、焼結した複合金属材料を用いた。
【０１０８】
（２）パルス法ＮＭＲを用いた測定
各未架橋サンプルおよび架橋サンプルについて、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、原料エラストマー単体、複合材料の未架橋サンプル及び架橋サンプルの第１スピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）と、第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）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。なお、原料エラストマー単体については、測定温度が３０℃の場合における原料エラストマー単体の第１スピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎ）についても求めた。複合材料の架橋サンプルについては、カーボンナノファイバー１体積％あたりに換算したスピン−格子緩和時間変化量（ΔＴ１）を求めた。測定結果を表１に示す。実施例１の未架橋サンプルの第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は４５００（μｓｅｃ）、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０．１２７であった。実施例１の架橋サンプルの第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は２９００（μｓｅｃ）、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０．０３１であった。実施例２〜５における第２のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎｎ）は、検出されなかった。従って、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（ゼロ）であった。
【０１０９】
（３）Ｅ’（動的粘弾性率）、ＴＢ（引張強度）およびＥＢ（切断伸び）の測定
複合材料の架橋サンプルについて、Ｅ’、ＴＢおよびＥＢをＪＩＳ  Ｋ  ６５２１−１９９３によって測定した。これらの結果を表１に示す。
【０１１０】
（４）流動温度の測定
原料エラストマー単体および複合材料の架橋サンプルについて、動的粘弾性測定（ＪＩＳ  Ｋ  ６３９４）によって流動温度を測定した。具体的には、流動温度は、幅５ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚み１ｍｍのサンプルに正弦振動（±０．１％以下）を与え、これによって発生する応力と位相差δを測定して求めた。このとき、温度は、−７０℃から２℃／分の昇温速度で１５０℃まで変化させた。その結果を表１に示す。なお、表１において、１５０℃までサンプルの流動現象がみられない場合を「１５０℃以上」と記載した。
【０１１１】
【表１】
2006348305.tif 000003
【０１１２】
表１から、本発明の実施例１〜５によれば、以下のことが確認された。すなわち、銅または銅合金からなる粒子及びカーボンナノファイバーを含む未架橋サンプルの炭素繊維複合材料及びその架橋サンプルの炭素繊維複合成形品における１５０℃でのスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎおよびＴ２ｎｎ／１５０℃）は、銅または銅合金からなる粒子及びカーボンナノファイバーを含まない原料エラストマーの場合に比べて短い。また、銅または銅合金からなる粒子及びカーボンナノファイバーを含む未架橋サンプルの炭素繊維複合材料及びその架橋サンプルの炭素繊維複合成形品における成分分率（ｆｎｎ／１５０℃）は、銅または銅合金からなる粒子及びカーボンナノファイバーを含まない原料エラストマーの場合に比べて小さい。またさらに、銅または銅合金からなる粒子及びカーボンナノファイバーを含む未架橋サンプルの炭素繊維複合材料及びその架橋サンプルの炭素繊維複合成形品におけるスピン−格子緩和時間（Ｔ１）は、銅または銅合金からなる粒子及びカーボンナノファイバーを含まない原料エラストマーの場合に比べて変化量（ΔＴ１）低くい。これらのことから、実施例にかかる炭素繊維複合材料では、カーボンナノファイバーが良く分散されていることがわかる。
【０１１３】
このことは、実施例１と比較例２とを比較することによりよくわかる。すなわち、カーボンナノファイバーを含まない比較例２では、未架橋サンプルのスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎおよびＴ２ｎｎ／１５０℃）は原料エラストマー単体の場合に比べてあまり差がない。これに対し、本発明の実施例１では、未架橋サンプルの炭素繊維複合材料のスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎおよびＴ２ｎｎ／１５０℃）は原料エラストマー単体の場合に比べてかなり短くなっていることが確認された。また、成分分率（ｆｎｎ／１５０℃）についても同様のことが確認された。
【０１１４】
架橋サンプルの炭素繊維複合成形品については、原料エラストマー単体に比べてスピン−スピン緩和時間（Ｔ２ｎおよびＴ２ｎｎ／１５０℃）は短くなっていることが確認された。また、成分分率（ｆｎｎ／１５０℃）についても同様のことが確認された。また、カーボンナノファイバー１体積％あたりに換算したスピン−格子緩和時間変化量（ΔＴ１）は、いずれも原料エラストマー単体に比べて低くなっていることが確認された。
【０１１５】
また、架橋サンプルを用いたＥ’、ＴＢおよびＥＢの結果から、カーボンナノファイバーを含むことにより、本発明の実施例１〜５によれば、切断伸びを維持しながら動的粘弾性率および引張強度が向上し、カーボンナノファイバーにより補強効果が得られることが確認された。このことは、実施例１〜５と比較例１、２とを比較することによりよくわかる。
【０１１６】
さらに、銅または銅合金からなる粒子及びカーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料の未架橋サンプルにおける流動温度は、原料エラストマー単体の場合に比べて２０℃以上高いことから、動的粘弾性の温度依存性が小さく、優れた耐熱性を有することがわかる。
【０１１７】
なお、実施例１〜５の炭素繊維複合金属材料の線膨張係数が、比較例３の銅単体の場合や比較例４の複合金属材料の線膨張係数よりも小さな値を示し、熱膨張が抑えられたことがわかった。
【０１１８】
また、実施例１〜５の炭素繊維複合金属材料（銅がマトリックス）を顕微鏡観察した結果、金属顕微鏡における金属成形状態の観察では、ボイドがほとんど観察されず良好（表１の丸印）であり、電子顕微鏡（ＳＥＭ）におけるカーボンナノファイバーの分散状態の観察では、カーボンナノファイバーの凝集はほとんど観察されず良好（表１の丸印）であった。比較例４の複合金属材料は、金属成形状態の観察ではボイドが確認され（表１の△印）であり、カーボンナノファイバーの分散状態の観察ではカーボンナノファイバーの凝集塊が多く観察（表１の×印）された。なお、比較例１，２，３においては、顕微鏡観察を行っていない（表１の横棒）。
【０１１９】
以上のことから、本発明によれば、一般に基材への分散が非常に難しいカーボンナノファイバーがエラストマーに均一に分散されることが明かとなった。特に、カーボンナノファイバーを分散させにくいＥＰＤＭにおいて、カーボンナノファイバーを均一に分散させることが明らかとなった。また、銅または銅合金からなる粒子をエラストマーに混合させることで、カーボンナノファイバー特に３０ｎｍ以下の細いカーボンナノファイバーや湾曲して絡みやすいカーボンナノファイバーにおいても、十分に分散させることができることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本実施の形態で用いたオープンロール法によるエラストマーとカーボンナノファイバーとの混練法を模式的に示す図である。
【図２】非加圧浸透法によって炭素繊維複合金属材料を製造する装置の概略構成図である。
【図３】非加圧浸透法によって炭素繊維複合金属材料を製造する装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１    容器
２    減圧手段
３    注入手段
４    炭素繊維複合成形品
５    銅塊
６    炭素繊維複合金属成形品
１０  第１のロール
２０  第２のロール
３０  エラストマー
４０  カーボンナノファイバー
５０  銅または銅合金からなる粒子
【図１】
2006348305.tif 000004
【図２】
2006348305.tif 000005
【図３】
2006348305.tif 000006