(57)【要約】ポリマー複合体と、複数のカーボンナノファイバーとを含み、  前記ポリマー複合体はマトリックス材料を形成し、前記カーボンナノファイバーはマトリックス材料を強化して難燃性とする、難燃性ポリマー複合体。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー複合体と、複数のカーボンナノファイバーとを含み、
前記ポリマー複合体はマトリックス材料を形成し、前記カーボンナノファイバーはマトリックス材料を強化して難燃性とする、難燃性ポリマー複合体。
【請求項２】
前記カーボンナノファイバーが中空コアと、1.2から500nmの範囲のチューブ外径を有する単壁の、多壁の、または魚骨様グラファイトチューブである、請求項１に記載の難燃性ポリマー複合体。
【請求項３】
繊維を形成している、請求項１または２に記載の難燃性ポリマー複合体。
【請求項４】
前記繊維が織物に編まれている、請求項３に記載の難燃性ポリマー複合体。
【請求項５】
層を形成している、請求項１または２に記載の難燃性ポリマー複合体。
【請求項６】
難燃性となっている、カーボンナノファイバー強化ポリマー繊維を含む織物。
【請求項７】
難燃性となっている、カーボンナノファイバー浸液ポリマー繊維を含む織物。
【請求項８】
前記ポリマーがアラミドであり、弾動衝撃に耐性である、請求項６または７に記載の織物。
【請求項９】
ポリマーで被覆された少なくとも一つのカーボンナノファイバーを含み、難燃性である複合繊維。
【請求項１０】
カーボンナノファイバーを酸で処理し、官能基を形成する工程；
溶媒中でカーボンナノファイバーをすすぐ工程；
カーボンナノファイバーをスラリーに分散する工程；及び
分散されたカーボンナノファイバーを含む少なくとも一つの難燃性層を形成する工程；
を含む、カーボンナノファイバーからの難燃性複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2002年2月20日に出願された米国仮出願第60/359,276号の優先権の利益を享受する。
【０００２】
本発明は、難燃性ポリマー複合体及びその製造方法に関する。一つの実施態様は、難燃性と改良された機械的特性を与えるカーボンナノチューブを埋め込むことによって強化された難燃性ポリマー複合体である。前記製造方法によって製造された難燃性ポリマー複合体は、他の難燃性ポリマー複合体より高い衝撃強度と剛性を有する。
【背景技術】
【０００３】
マトリックス材料にファイバーを添加することが、ファイバーを添加しないマトリックス材料の機械的特性と比較して、パーツの機械的特性または構造を実質的に改良できることが知られている。例えばわらのファイバーは、文明人が村を構築し始めた時代から、住居構築物のための泥レンガ中で使用されていた。さらに、グラスファイバーとポリマーの複合体であるグラスファイバーは、軽量で、高強度で、低コストを与えるため、住居用及び商業用構築物、並びに輸送部門で頻繁に使用されている。ポリマーマトリックスとカーボンファイバー強化物を含む複合体も、当該技術分野で知られている。
【０００４】
多くのポリマーが燃焼性である（即ち高温または炎にさらされると発熱して燃焼する）。織物、輸送で使用される材料、及び住居用または商業用の不動産の構築、改築、または修理のための材料は、ますます厳しくなる火災安全条例を含む特定の最低限の安全基準に適合しなければならない。配水管、設備、衣類、断熱材、壁紙、及び加重部材を制限することなく含む、織物及び構築物における数多くの応用のポリマー材料、及びポリマーまたはエポキシ樹脂に基づく複合体は、軽量、耐久性、及び低コストを与えている。偶然または設計のいずれかによって、製品、部分、または構造の耐用年数で遭遇することを予測できる温度で燃焼性であるポリマーは所望されない。さらにあるポリマーは、燃焼した際に有毒ガス性または毒性の煙を放出し、ポリマー材料の偶発的な燃焼の結果として、負傷者及び死者の数を実質的に増大し得る。さらに、ポリマーまたはエポキシ樹脂に基づく材料は、例えば航空機の分野及び自動車の分野といった輸送手段、並びに住居用及び商業用の建造物の構築において難燃性であることを必要とされ、そのようにデザインされなければならない。さらにポリマー織物は、保護用ヘルメット、難燃性衣料、難燃性且つ耐久性カーテン、並びに難燃性且つ衝撃耐性構造物、ベスト、及びシェルターを含む、衣料のための難燃性を必要とする。
【０００５】
これらの応用及び他のものにおいて使用されるエポキシ樹脂及びポリマー材料の燃焼性の問題の典型的な解決策は、エポキシ樹脂、硬化剤、または前記材料もしくは複合体のポリマーマトリックスと、難燃性添加剤を組み合わせることである。用語難燃性は、存在する炎の速度を遅延する能力、炎にさらされたポリマーベースの材料の発火を防止する能力、及び火中の熱及び炎にさらされた後の期間についてポリマーベースの材料の機械的特性の分解を防止する能力を意味するようにここで使用されている。一般的に、一つ以上の特定の添加剤が特定のポリマー材料について選択され、燃焼性を低減し、燃焼を防止し、有毒ガスの放出を減少し、材料の自己消失を誘導し、及び／または一度燃焼が生じると、その後の炎の迅速な速度を減少することが可能である。例えば、難燃剤としては、ハロゲン含有有機化合物、またはリン含有有機化合物が含まれる。一度高温にさらされると、添加剤を有するポリマー複合体は、不燃性のガス、リン酸、またはいくつかの他の発泡剤のソースとなり得る。典型的な保護方法は、高温でポリマー複合体材料の表面で多房性フォームの迅速な生産を含み、それは熱と炎のソースとポリマー複合体材料の間の不燃性のバリアとして機能する。
【０００６】
とりわけ、ポリマー材料、及びポリマーまたはエポキシ樹脂マトリックスに基づく複合体の難燃性のグレードは、一般的に無機材料、例えば水酸化マグネシウム、またはハロゲン化有機材料、例えば相乗剤として酸化アンチモンを有するトリ(β-クロロエチル)ホスファートである従来の添加剤の導入によって得られても良い。無機難燃性添加剤は、十分に大量に使用されると、前記材料または複合体の物理的及び機械的特性に負に影響し得る。ハロゲン化有機添加剤は、発火を抑制し、燃焼を遅延するが、炎の外側にさらされると、これらの添加剤は、毒性で腐食性のガスを放出を引き起こし、それが重大な障害を引き起こし、アルミニウム及びスチール構造の腐食を生じることになり得る。
【０００７】
例えば、1977年3月29日に査定されたBaird等の米国特許第4,014,829号、及び1976年6月3日に印刷された英国特許明細書第1,438,067号は、テトラキスヒドロキシメチルリン化合物及び活性水素を含む樹脂(例えばメラミン-ホルムアルデヒド樹脂)で、ポリ(m-フェニレンイソフタルアミド)ファイバーを浸液し、浸液したファイバーを加熱して、テトラキスヒドロキシメチルリン化合物と前記樹脂の架橋反応産物を前記ファイバー中に形成することによって得られる、難燃性織物ファイバーを開示している。
【０００８】
1977年2月15日に査定されたImanaka等の米国特許第4,008,345号は、ハロゲン及び硫黄を含まないリン含有無機酸の水溶液を、芳香族ポリアミドの成型物品と接触させ、約150℃からの範囲の温度で乾燥し、次いで約300℃から約450℃の範囲の温度で事後処理することを含む、芳香族ポリアミドの成型物品の耐火処理方法を開示している。この方法は、ファイバーの量を減少し、熱収縮及び燃焼性に対する不十分な保護しか与えない。
【０００９】
改良された不燃性エポキシ樹脂は、リンのソースと不燃性ガスのソースと組み合わせて、エポキシ樹脂中に炭素源として多価アルコールを導入することによって得られる。米国特許第3,981,832号参照。過熱の際に、炭素源としての多価アルコールは、リン含有化合物を加熱することによって生じたリン酸とのエステル反応に供された。加熱により迅速に、エステルの分解が生じ、反応の副産物として水、二酸化炭素、及び他の不燃性ガスが生じ、それらが不燃性ガスの他のソースと組み合わさり、熱及び炎のソースに対する起泡性の湿ったバリアを生ずる。さらに、多価アルコールがエステル化反応を継続するために利用可能であり、温度が形成したエステル複合体を分解するように十分に高温であり続ける範囲で、リン酸はエステルの分解の間で回復する。高温での化学反応は、以前に既知のものより高度に、エポキシ樹脂を不燃性とするが、前記反応はエポキシ樹脂から形成された物品に制限され、リン酸と不燃性のガスのソースとしての添加剤は依然として必要とされる。開示された組成物は、開示されたエポキシ樹脂を融解温度を増大したり、または上記室温に対して硬化したりすることなく、成型物品を不燃性にし、加工コストを低減した；しかしながら、炭素のソースとして使用された炭化水素ではなくグラスファイバーが、エポキシ樹脂を強化するために使用された。
【００１０】
熱硬化性ポリマー材料を難燃性にする別の解決策は、低融解温度のグラスパウダーと発泡剤とをポリマーマトリックスに導入することであり、それによりガラスの層を前記ポリマーの表面に形成し、ハロゲン生産添加剤の使用と比較して、生じる煙の量を低減する。米国特許第3,933,689号参照。再言するが、低融解温度のグラスパウダーは、前記ポリマーの機械的特性を改良するために使用されたものではなかった。
【特許文献１】米国特許第4,014,829号
【特許文献２】英国特許明細書第1,438,067号
【特許文献３】米国特許第4,008,345号
【特許文献４】米国特許第3,981,832号
【特許文献５】米国特許第3,933,689号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一般的に主張されていない一つの問題は、ポリマー複合体の刻み目のある衝撃強度、靭性、強度、及び剛性に対する前述の添加剤のそれぞれの有害効果である。ハロゲン含有またはリン含有化合物の別の問題は、これらの有機化合物がしばしば経時的に拡散し、経時的に難燃性の有効性を減少する点である。さらに別の問題は、エポキシ樹脂または硬化剤中にハロゲン原子を固定する点から由来し、それはエポキシ樹脂または硬化剤の融点の増大を引き起こし得る。これは、エポキシ樹脂及び硬化剤を室温で混合可能である溶媒の使用を必要とし、または混合のために高温の使用を必要とし、それはパーツまたは構造物の生産に実質的なコストを加えることになる。さらに、これらの添加剤のあるものは燃焼性を減少するが、言うまでもなく前記ポリマーまたはポリマー複合体は高温で、煙、有毒ガス炎、または毒性の炎を生じる。
【００１２】
更なる問題点は、ファイバー状強化剤の添加から由来し、それはポリマーマトリックス材料中でひび割れして作用する。米国特許第6,196,832号参照。グラスファイバー、セラミックファイバー、及びカーボンファイバーは、耐熱性のひび割れとして機能できる。カーボンファイバーは多孔性と耐熱性の両者を備えるため特に適しているが、液状化した燃焼性ポリマーを引き伸ばし、炎と接触した際に表面から蒸発して点火する。この芯形成効果は、ポリマーマトリックス複合材料の燃焼を打ち消す点で困難性を増大する。さらにそれは、難燃性表面層を通じて燃焼可能な蒸気を生ずることにより、難燃性についての添加剤の有効性を減少し得る。
【００１３】
ファイバー強化ポリマー複合体材料は、より軽量、腐食耐性の改良、及びメンテナンスの必要性の減少という利点を与えるため、スチール及び他の構造材料に対する置換として増大する度合いで使用されている。そのような複合体において使用されるマトリックス樹脂は、ポリエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド、ポリフェニレンスルフィドを含むが、これらに制限されない。強化材料は、グラスファイバー、カーボンファイバー、Kevlar(登録商標)ファイバー(E.I. du Pont Nemours and Companyの登録商標)、及びSpectra(登録商標)ファイバー(AlliedSignal社の登録商標)を含む。セラミック織物、セラミックコーティング、及び膨張(膨潤性または起泡性)コーティング、及びカーボンファイバー強化ポリマー複合体(グラファイトカーボンファイバーを含む)を保護するための膨張コーティングとセラミックコーティングの組み合わせを含む耐熱性バリア材料を開示している米国特許第5,236,773号参照。さらに米国特許第5,236,773号は、グラファイトカーボンファイバーの強化(例えばグラファイトファイバー強化エポキシ樹脂複合体、及びグラファイトファイバー強化ビニルエステル樹脂複合体)が、グラスファイバー強化ポリマー複合体と比較して、あったとしてもほとんど難燃性の増大を提供しないことを示す。残っている曲げ剛性強度は、グラファイトファイバー強化エポキシ樹脂について特に微弱である。膨張コーティングを有するセラミックコーティングは、有意なコストを付加し、構造物に更なる重量を加える。さらにセラミックコーティングは脆弱であり、被覆構造物(例えば航空機)との外来物の衝撃により、及び地震の結果として劣化しがちである。
【００１４】
難燃性は、一連の標準試験法によって測定され、そのような方法には、Smoke Generation and Cobustion Gas Products, ASTM E-662；及びResidual Flexural Strength, ASTM D-760が含まれ、それらは完全に参考としてここに含まれる。また更なる燃焼試験は、Carlos J. Hiladoにより、Inflammability Handbook for Plastics, 第４版, Technomic Publishing Co., Lancaster, Pennsylvania (1990)に開示されており、以下では"Hilado"と称され、それは家具のくすぶり感度、点火性(例えばASTM D 1929)、引火特性(例えばDouglas引火試験)、燃焼性(例えばASTM E 84及びASTM E 162)、放熱性(例えばASTM E 906及びASTM E 5)、耐火性(例えばASTM E 119)、鎮火容易性(例えばASTM D 2863)、発煙性(ASTM E 662及びASTM D 2843)、有毒ガス放射性(German DIN 53436)、及び腐食ガス放射性(French CNET試験)を含む。Hiladoの108頁には、発火の特定のソースの特徴の図表が示されており、これは参考としてここに取り込まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願発明は、改良された難燃性ポリマー複合体、及びその製造方法に関し、腐食を阻害し、前記ポリマー複合体を非燃焼性にする、または実質的に複合体の燃焼性を減少するだけでなく、前記ポリマー複合体の機械的特性をも改良する。好ましくは、カーボンナノチューブにより強化された難燃性ポリマー複合体は、高温にさらされる間の有意な継続時間で、その強度、剛性、及び靭性のいくつかを保持する。さらに、カーボンナノチューブの難燃特性は、ひび割れの問題を消去する。本発明者が使用する用語「難燃性の」、「難燃性」、「難燃的」は、これらの用語が当該技術分野で一般的に使用されているように、耐炎性及び耐火性を含むように理解されるべきである。
【００１６】
本発明の一つの好ましい実施態様では、ポリマー複合体は、ポリマーと、前記ポリマー複合体内の共化剤としての複数のカーボンナノチューブとを含む。この特定の実施態様では、複数のカーボンナノチューブをポリマーマトリックスと混合し、ポリマーマトリックスを強化し、前期複合体を難燃性且つ帯電防止性とする方法である。本発明のこの実施態様は、安定剤、鋳型放出剤、潤滑剤、帯電防止剤、顔料、紫外線吸収剤、有機ハロゲン難燃剤、及び無機難燃剤のような更なる添加剤を含んでも良い。精製した沿い生物は、押出し、鋳型はめ込み、膨張、起泡、トリミングを制限することなく含む更なる加工に供されて良い。いずれかの後の加工に引き続き、生成した物品または構造物は、カーボンナノチューブの点火により寄与される改良された機械的特性及び難燃性の少なくともいくつかを保持する。
【００１７】
別の実施態様では、カーボンナノチューブは、特定の応用で所望される難燃性のレベルを提供するのに十分な濃度で、強化ファイバーとしてポリマー内に取り込まれる。必要とされる難燃性のレベルは、法律、建築基準、国若しくは州のガイドライン、または企業政策によって示される。特定の方法によって取り込まれるカーボンナノチューブの特定の容量または重量パーセントで、特定のポリマーマトリックスに対して得られる難燃性のレベルは、背景技術の部分で見出される参考としてここに取り込まれている試験を使用して容易に測定される。典型的な実施態様では、前記ポリマーは化合物機関で溶融され、そこでカーボンナノチューブと混合される。好ましくは、水及び他のガスが除去または脱気され、疲労寿命と強度を減少し得る最終製品中の空孔の形成を防止する。一つの実施態様では、前記混合物は押出し器に供給され、繊維またはシートに押出される。別の実施態様では、ポリマー状材料と共に、カーボンナノチューブが直接押出し器で混合される。それぞれの実施態様で、カーボンナノチューブは典型的に、約10から60容量％の間の範囲の濃度で前記ポリマーに加えられるであろう。典型的に、ポリマー樹脂マトリックスの表面層の25容量％のナノチューブで、優れた難燃性を与えるのに十分である。しかしながら、いくつかの有益な難燃性は、1容量％のカーボンナノチューブ程度の少量で得られる。
【００１８】
別の実施態様では、カーボンナノチューブは好ましくは、複合体構造体の表面近傍で高密度で配置される。また別の実施態様では、カーボンナノチューブは、織物を生産するために使用されるポリマー繊維を強化する。この実施態様では、カーボンナノチューブの縦軸は好ましくは、ポリマー繊維の縦軸に沿って配向される。これらの複合繊維は、両者とも非燃焼性で、優れた機械的特性を備える。
【００１９】
本発明の一つの目的は、ポリマー複合体の燃焼性を減少することである。本発明の別の目的は、強度、靭性、衝撃耐性、及び剛性を制限することなく含む、前記複合体の機械的特性を改良することである。本発明のまた別の目的は、火災の間でいくつかの残余の織物を維持することである。
【００２０】
本発明の別の好ましい実施態様は、カーボンナノチューブがポリマーのマトリックス内に取り込まれずに、ポリマー繊維とカーボンナノチューブの繊維の両者を含む織物内に取り込まれる。一つの特定の実施態様では、カーボンナノチューブの繊維は、ポリマー材料の薄いコーティングで被覆され、当該材料は非強化ポリマー繊維を含む同じポリマー材料であることができ、または非強化ポリマー繊維とは異なるポリマー材料であることができる。一つの特定の実施例では、アラミド繊維が、当該材料を被覆するカーボンナノチューブで強化され、燃焼に対して非常に耐性で、弾動衝撃に耐性である保護ベストが生産される。例えば、「防弾チョッキ」は、難燃性及び弾動発射体からの保護の両者を含む、弾丸及び散弾の弾動衝撃からの保護を提供する。別の実施態様として、保護ヘルメット、難燃性衣服、難燃性且つ耐久性カーテン、及び難燃性且つ弾動衝撃耐性構造物及びシェルターが含まれるが、これらに制限されない。
【００２１】
本発明のまた別の実施態様では、カーボンナノチューブは、綿織物内に及びその周囲に浸液される。特定の実施態様では、浸液された織物は、複合体構造体内部の層として後に取り込まれる。例えば浸液された織物は、エポキシ樹脂マトリックスを有する多層パネル中の層として取り込むことができる。一つの特定の実施態様では、多層パネルは手での合板作業により準備され、真空バッグに封入され、オートクレーブで硬化されて、良好な引っ張り強度、難燃性、及び帯電防止特性を有する高品質複合パネルに仕上がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の説明する目的で、代表的な実施態様が添付の図面で示されており、本発明は示された正確な配置及び方法に制限されることを企図しないと解される。
【００２３】
本発明は、その特定の実施態様について詳細に記載されるであろう。これらの実施態様は、説明的な実施例としてのみ企図され、本発明をそれに制限するものではない。
本発明の一つの実施態様は図１に示されており、それはカーボンナノチューブに浸液されている綿織物を示す。カーボンナノチューブは、スラリーを形成する水と混合された。次いで前記織物は、スラリーに浸けられ、風乾された。使用された水の量は、織物の浸液に対して重要ではなく、スラリーを形成するいずれの量の水でも使用できるであろう。実際、いずれの溶媒も使用せずに織物を浸液することも可能である；しかしながら、難燃性の有効性は、カーボンナノチューブが織物全体に配置していないと減少することが予測されるであろう。別法として、スラリーまたは乾燥したカーボンナノチューブが、織物にスプレーされても良い。しかしながら、いずれの態様でも本発明を制限するものではないが、水のような溶媒の存在、及び使用される溶媒のタイプは、増大した難燃性を与えるカーボンナノチューブの配置の均一性を改良し得る。
【００２４】
好ましい実施態様では、カーボンナノチューブは、強化ファイバーとして前記ポリマー内に取り込まれる。例えば、典型的に約250N/mm2の引っ張り強度を有する配向されたポリオレフィンにおいて、カーボンナノチューブの添加は、ほぼ2の係数まで、例えば400N/mm2まで引っ張り強度を改良する。本発明者は、この強度の改良は、複合体内のファイバーのネットワークと、結晶成長の鋳型を提供するカーボンナノチューブ上の核形成によるポリオレフィン樹脂の配向された結晶化とによって生ずると解される。
【００２５】
難燃性ポリマー複合体の一つの実施態様では、カーボンナノチューブは、単壁のナノファイバー、多壁のナノファイバー、または魚骨様グラファイトシリンダーから選択され、1.2から500nmの範囲の外径の直径を有する中空コアを示す。典型的に、単壁のカーボンナノファイバーはこの範囲のより低端値をとり、多壁のカーボンナノファイバー及び魚骨様グラファイトシリンダーは、カーボンナノファイバーの製造の間の加工条件と、その後の加工条件に依存して、全範囲にわたって数値をとる。
【００２６】
典型的に紫外光（ＵＶ）の曝露は、特にブロミド難燃性添加剤が使用されると、ポリマーを分解する。一ヶ月間のキセノン光のＵＶ光に対するカーボンナノチューブ保護化ポリマー材料の曝露は、ポリマー−カーボンナノチューブ複合体の物理的または機械的特性の変性を示さなかった。本発明を制限するものではないが、発明者は、カーボンナノチューブが選択的にＵＶ光を吸収し、ポリマーマトリックスを保護すると解している。
【００２７】
別の実施態様では、多層化合物構造体が、当該技術分野で一般的な押出し及びラミネーション法を使用して製造され、そこでは樹脂のシート層が、カーボンナノチューブと混合した樹脂の薄層の間に挟まれる。本発明の特定の実施態様では、薄い装飾表面層が、カーボンナノチューブと混合した樹脂の表面層に加えられる。炎にさらされた場合、薄い装飾層は蒸発するが、カーボンナノチューブを含む層は、数分までの間、炎による損傷から下部に存在する樹脂シート層を保護する。別の実施態様では、複数の交互に重なる層が、より大きな難燃性とより等方的な機械的特性を与えるために使用できる。一つの特定の実施態様では、ポリマーマトリックスはポリオキシメチレン（ＲＯＭ）であり、カーボンナノチューブは約0.1から60容量％、好ましくは1から40容量％の間の範囲で添加される。より好ましくは、25容量％のカーボンナノチューブがＰＯＭに添加され、底部表面で配向されたファイバーの方向とは90度の向きを有する上部表面の一方向に配向されたファイバーを有し、ＰＯＭシート層は、間に挟まれたＰＯＭとファイバー層の二倍の厚みを有する。この特定の実施態様は、更なる難燃性添加剤を使用せずに、十分な強度、靭性、および難燃性を提供し、広範な操作温度範囲、例えば-100から+400℃を必要とするパーツで有用である。外層のカーボンナノチューブの容量パーセンテージの選択は、他のパーツとの適合性が所望されるのであれば、パーツの熱膨張の係数を調節するために使用できる。さらにシートへの加工は、カーボンナノチューブの配向と、カーボンナノチューブの脱凝集を引き起こす必要のある剪断力の両者を提供する。
【００２８】
また別の実施態様では、ナノチューブの分散は、別個の脱凝集工程によって生ずる。一つの特定の実施態様では、カーボンナノチューブは、酸、例えば硝酸で処理され、カーボンナノチューブ上の官能基、例えばカルボン酸/酸性官能基を形成する。次いでカーボンナノチューブは、溶媒、例えば水、アルコール中ですすがれる。硝酸がカーボンナノチューブからすすがれるまで、別の溶媒を含むすすぎ工程が繰り返されても良い。次いで処理されたカーボンナノチューブは、分散剤、例えばポリイミン誘導体を使用して溶媒中に分散でき、攪拌により均一なスラリーを形成し、再凝集を防止する。また別の特定の実施態様では、攪拌は超音波を使用して促進される。
【００２９】
ポリマーマトリックス内へのカーボンナノチューブの取込法の各実施態様は、特定の樹脂、添加剤、特定の混合器、混合速度、超音波による促進、温度、硬化時間、溶媒の添加、及び他の変化を含むが、それらは特定のポリマー樹脂に特異的である。利用可能な特定のポリマー及び樹脂は当該技術分野で既知であり、硬化時間及び温度は容易に入手または測定可能である。本発明者は、分散、スプレー処理、押出し、混合、及び促進混合を提供する官能基を形成するための溶媒、酸を使用する、脱凝集のための好ましい方法のいくつかをここに含めている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】図１Ａは、カーボンナノチューブで浸液された綿織物の写真であり、１０秒未満の継続時間でプロパントーチの炎にさらされて、点火に耐性であることを示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、カーボンナノチューブで浸液された綿織物の写真であり、４５秒から１分の間の継続時間でプロパントーチの炎にさらされて、点火に耐性であることを示す。
【図２Ａ】図２Ａは、カーボンブラックで浸液された綿織物の点火直前の写真である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、カーボンブラックで浸液された綿織物の写真であり、１０秒未満の継続時間でプロパントーチの炎にさらされた後に点火したことを示す。
【図３Ａ】図３Ａは、綿織物の写真であり、プロパントーチの炎にさらされた直後に点火したことを示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、綿織物の写真であり、十分に発火した炎で４５秒で綿織物が消失したことを示す。
【図１Ａ】
2005517788.tif 000002
【図１Ｂ】
2005517788.tif 000003
【図２Ａ】
2005517788.tif 000004
【図２Ｂ】
2005517788.tif 000005
【図３Ａ】
2005517788.tif 000006
【図３Ｂ】
2005517788.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月5日(2004.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的にハロゲン含有有機化合物を含まないポリマーと、難燃性についての産業基準に照らし難燃性となるようにポリマーに取り込まれた複数のカーボンナノファイバーとを含み、
前記ポリマー内への前記カーボンナノファイバーの混合、前記ポリマー内の表面近傍への前記カーボンナノファイバーの濃縮、前記ポリマーの表面に対するカーボンナノファイバーの結合、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される態様で、前記ナノファイバーを前記ポリマーに取り込ませた、難燃性ポリマー複合体。
【請求項２】
前記ナノファイバーが実質的にひび割れを生しないように取り込まれる、請求項１に記載の複合体。
【請求項３】
ポリマー内へ取り込まれたカーボンナノファイバーが存在しないポリマーの特性を実質的に悪化する高温にさらされた間での剛性が、実質的な継続時間で、カーボンナノファイバーを含まないポリマーの剛性よりも大きいままであるように、高温にさらされた間で複合体の剛性の少なくとも一部を実質的な継続時間で維持する、請求項１に記載の複合体。
【請求項４】
前記カーボンナノファイバーが混合により取り込まれ、前記ナノファイバーが複合体の10から60容量％の範囲で前記ポリマーに添加される、請求項１に記載の複合体。
【請求項５】
複合体の表面層の少なくとも1容量％の、複合体の表面層中の濃度を有するように、ポリマー内の表面近傍で表面中へのカーボンナノファイバーの混合及び濃縮によって、前記カーボンナノファイバーが取り込まれる、請求項１または４に記載の複合体。
【請求項６】
前記カーボンナノファイバーが、複合体の表面層の少なくとも25容量％の、複合体の表面層中の濃度を有する、請求項５に記載の複合体。  
【請求項７】
前記カーボンナノファイバーの濃度が、複合体の他の部分より複合体の表面層で大きい、請求項５または６に記載の複合体。
【請求項８】
安定剤、鋳型放出剤、潤滑剤、帯電防止剤、顔料、紫外線吸収剤、無機難燃剤、及びそれらの組み合わせからなる添加剤の群から選択される添加剤をさらに含む、請求項１に記載の複合体。
【請求項９】
前記選択された添加剤が顔料、紫外線吸収剤、及び無機難燃剤を含む、請求項８に記載の複合体。
【請求項１０】
前記ポリマーがポリオレフィン樹脂から形成される、請求項１から９のいずれか一項に記載の複合体。
【請求項１１】
前記ポリマーがポリオキシメチレンから形成される、請求項１から９のいずれか一項に記載の複合体。
【請求項１２】
前記ポリマーがアラミドから形成される、請求項１から９のいずれか一項に記載の複合体。
【請求項１３】
前記カーボンナノファイバーが少なくとも部分的に好ましい方向で配向し、ポリオレフィン樹脂の結晶化のための核を形成する鋳型を提供する、請求項１０に記載の複合体。
【請求項１４】
前記カーボンナノファイバーが中空コアと、1.2から500nmの範囲のチューブ外径を有する単壁の、多壁の、または魚骨様グラファイトチューブである、請求項１から１３のいずれか一項に記載の複合体。
【請求項１５】
前記カーボンナノファイバーが魚骨様グラファイトチューブである、請求項１４に記載の複合体。
【請求項１６】
繊維を形成している、請求項１４に記載の複合体。
【請求項１７】
前記カーボンナノファイバーが中空コアと、1.2から500nmの範囲のチューブ外径を有する単壁の、多壁の、または魚骨様グラファイトチューブであり、好ましい方向が繊維の縦軸に沿った方向である、請求項１３に記載の複合体。
【請求項１８】
前記繊維が織物に編まれている、請求項１７に記載の複合体。
【請求項１９】
層を形成している、請求項１４に記載の複合体。
【請求項２０】
カーボンナノファイバーを酸で処理し、官能基を形成する工程；
溶媒中でカーボンナノファイバーをすすぐ工程；
カーボンナノファイバーをポリマーを含むスラリーに分散する工程；及び
分散されたカーボンナノファイバーを含む少なくとも一つの難燃性層を形成する工程；
を含む、カーボンナノファイバーからの難燃性複合体の製造方法。
【請求項２１】
前記複合体が-100から+400℃の範囲内の温度で操作可能である、請求項１から１９のいずれか一項記載の複合体を使用する構造構成物。
【国際調査報告】
2005517788.tif 000008
2005517788.tif 000009
2005517788.tif 000010