(57)【要約】単層カーボンナノチューブを酸中に懸濁させて、ナノチューブ／酸の混合物を形成すること、ナノチューブ／酸混合物に芳香族ポリアミドを加えること、及びポリアミド中に単層カーボンナノチューブを分散させて、単層カーボンナノチューブ／ポリアミドのドープを形成することにより、単層カーボンナノチューブ及び芳香族ポリアミドを含んだ複合材料を作製することができる。ドープを紡いで繊維にし、またはフィルムに形成することができる。酸は複合材料から除去し得る。好ましいポリアミドはポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）である。カーボンナノチューブ／芳香族ポリアミド複合材料は、構造強化材料、複合材料が発射体、破片、又はその他の高エネルギー粒子の衝撃エネルギーを吸収する、弾道防護用途の防護要素などの、高い引張強度及び引張弾性率を有する材料を必要とする用途に使用することができる。弾道防護用途には、人員、構造物及び車両の装甲が含まれる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）単層カーボンナノチューブを酸に懸濁させて、ナノチューブ／酸の混合物を形成すること、
ｂ）前記ナノチューブ／酸混合物に芳香族ポリアミドを加えること、
ｃ）前記ポリアミドに前記単層カーボンナノチューブを分散させて、単層カーボンナノチューブ／ポリアミドのドープを形成すること、及び
ｄ）前記酸を除去して、ナノチューブ／ポリアミド複合材料を形成すること
を含む単層カーボンナノチューブ及び芳香族ポリアミドを含んだ複合材料を作製する方法。
【請求項２】
前記ポリアミドが、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記ドープを紡いで繊維にすることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記ドープをフィルムに形成することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記酸が硫酸であり、前記硫酸が少なくとも約１００重量％の濃度を有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記酸が超酸である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記酸がオレウムである請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記酸が前記複合材料から水により除去される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
さらに、前記繊維を張力下で熱処理することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノチューブが、前記複合材料の少なくとも約１重量％の量で存在する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ナノチューブが、前記複合材料の少なくとも約１０重量％の量で存在する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記芳香族ポリアミドが、前記複合材料の少なくとも約８０重量％の量で存在する請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記芳香族ポリアミドが、前記複合材料の少なくとも約９０重量％の量で存在する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
単層カーボンナノチューブ及び芳香族ポリアミドを含む複合材料。
【請求項１５】
前記ナノチューブが、前記複合材料の少なくとも約１重量％の量で存在する請求項１４に記載の複合材料。
【請求項１６】
前記ナノチューブが、前記複合材料の少なくとも約１０重量％の量で存在する請求項１４に記載の複合材料。
【請求項１７】
前記芳香族ポリアミドが、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）である請求項１４に記載の複合材料。
【請求項１８】
前記ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）が、前記複合材料の少なくとも約８０重量％である請求項１７に記載の複合材料。
【請求項１９】
前記ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）が、前記複合材料の少なくとも約９０重量％である請求項１７に記載の複合材料。
【請求項２０】
単層カーボンナノチューブ及びポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）を含んだ複合材料。
【請求項２１】
前記ナノチューブが、前記複合材料の少なくとも約１重量％の量で存在する請求項２０に記載の複合材料。
【請求項２２】
前記ナノチューブが、前記複合材料の少なくとも約１０重量％の量で存在する請求項２０に記載の複合材料。
【請求項２３】
前記ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）が、前記複合材料の少なくとも約８０重量％である請求項２０に記載の複合材料。
【請求項２４】
前記ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）が、前記複合材料の少なくとも約９０重量％である請求項２０に記載の複合材料。
【請求項２５】
単層カーボンナノチューブ及びポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）を含むシングルフィラメント繊維。
【請求項２６】
前記単層カーボンナノチューブが、前記繊維の少なくとも約１重量％の量で存在する請求項２５に記載の繊維。
【請求項２７】
前記単層カーボンナノチューブが、前記繊維の少なくとも約１０重量％の量で存在する請求項２５に記載の繊維。
【請求項２８】
前記ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）が、前記繊維の少なくとも約８０重量％である請求項２５に記載の繊維。
【請求項２９】
前記ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）が、前記繊維の少なくとも約９０重量％である請求項２５に記載の繊維。
【請求項３０】
単層カーボンナノチューブ及びポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）を含んだ複数の繊維を含む装甲。
【請求項３１】
前記装甲が人体の装甲である請求項３０に記載の装甲。
【請求項３２】
前記装甲が車両の装甲である請求項３０に記載の装甲。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に単層カーボンナノチューブに、より詳細には単層カーボンナノチューブと芳香族ポリアミドの複合材料、並びに前述のものを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に「バッキーチューブ」として知られている、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）は、高い強度、剛性、熱伝導性及び導電率を含んだ特有の特性を有する。ＳＷＮＴは中空の、通常六角形及び五角形に配置された基本的にｓｐ２混成軌道の炭素原子からなる管状フラーレン分子である。単層カーボンナノチューブは、代表的には約０．５ナノメートル（ｎｍ）〜約３．５ｎｍの範囲の直径、及び通常約５０ｎｍを超える長さを有する。単層カーボンナノチューブについての背景情報は、Ｂ．Ｉ．Ｙａｋｏｂｓｏｎ及びＲ．Ｅ．Ｓｍａｌｌｅｙ、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ、８５巻、７−８月号、１９９７年、３２４〜３３７頁、及びＤｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ等、「フラーレン及びカーボンナノチューブの科学（Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ  ａｎｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ）」、１９９６、サンジェゴ、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ、Ｃｈ．１９に見出すことができる。
【０００３】
単層カーボンナノチューブの引張強度及び引張弾性率は、それぞれ１００及び１０００ＧＰａもの高さと見積られている（Ｊ−Ｐ．Ｓａｌｖｅｔａｔ−Ｄｅｌｍｏｔｔｅ及びＡ．Ｒｕｂｉｏ、Ｃａｒｂｏｎ、４０巻、２００２年、１７２９〜１７３４頁参照）。単層カーボンナノチューブの強度及び弾性率により、その大きな縦横比と相まって、それらは先端複合材料の製造のための強化材料として潜在的に有用になる。さらに単層カーボンナノチューブは導電性及び熱伝導性である。それらをマトリックス材料に組み込むと、マトリックス材料を強化するだけでなく、それを導電性及び熱伝導性にする。
【０００４】
しかし、重合体などの複合材料マトリックス中の単層カーボンナノチューブの強度及び伝導率の可能性のすべてを実現する能力は、ナノチューブを複合材料マトリックスに分散させることの困難さによって妨害されてきた。単層カーボンナノチューブを分散させることに付随する問題は、主に重合体及び最も一般的な溶媒へのこれらの不溶性、及びこれらがＳＷＮＴ束に一緒にロープ状になり、ファンデルワールス力により一緒に固く維持される性向のためである。一般に、単層カーボンナノチューブを重合体に均一に分散させる試みがなされた場合は、単層カーボンナノチューブの濃度は代表的には低く、たとえば重合体の約１重量％未満であった。側壁の官能化か、或いは末端基の誘導体化による複合材料マトリックスへ単層カーボンナノチューブを分散させる試みにより、有意にナノチューブの特性が変更されることがある。たとえば、ナノチューブに官能基を加えることにより、ナノチューブの導電率が低下することがあり、ある場合には誘導体化処置中に、ナノチューブ構造が損傷を受けるか、又はナノチューブが短くなることがある。ナノチューブの機械的及び電子的特性をより効果的に実現するために、繊維、フィルム又はその他の複合材料の形態にすることができる、良く分散され誘導体化されていない単層カーボンナノチューブを含んだ先端複合材料を調製する方法が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、単層カーボンナノチューブ及び芳香族ポリアミドを含んだ複合材料、並びに前述のものを作製する方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、単層カーボンナノチューブを酸に懸濁させて、ナノチューブ／酸の混合物を形成すること、ナノチューブ／酸混合物に芳香族ポリアミドを加えること、ポリアミドに単層カーボンナノチューブを分散させて、単層カーボンナノチューブ／ポリアミドのドープを形成すること、及び酸を除去してナノチューブ／ポリアミド複合材料を形成することを含むステップにより、単層カーボンナノチューブ及び芳香族ポリアミドを含んだ複合材料を作製することができる。本発明の一実施形態では、複合材料は繊維である。他の実施形態では、酸媒体中で単層カーボンナノチューブと芳香族ポリアミドを混合して、単層カーボンナノチューブ／ポリアミドドープを形成することにより、複合材料が調製される。他の実施形態では、ドープを紡いで繊維にし、酸を除去する。他の実施形態では、ドープをフィルムに形成し、酸を除去する。一実施形態では、芳香族ポリアミドはポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）である。
【０００７】
本発明の複合材料は、高い引張強度及び引張弾性率を必要とするフィルム又は繊維で特に有用である。フィルム及び複数の繊維は、これに限定されることなく、複合材料が発射体、破片、又はその他の高エネルギー粒子の衝撃エネルギーを吸収する、構造強化材料、弾道防護用途の防護要素などの用途に有用である。弾道防護用途には、人員、構造物及び車両の装甲が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、単層カーボンナノチューブ及び芳香族ポリアミドを含んだ複合材料、並びに前述のものを作製する方法に関する。一実施形態では、単層カーボンナノチューブを酸に懸濁させて、ナノチューブ／酸の混合物を形成すること、ナノチューブ／酸混合物に芳香族ポリアミドを加えること、ポリアミドに単層カーボンナノチューブを分散させて、単層カーボンナノチューブ／ポリアミドのドープを形成すること、及び酸を除去してナノチューブ／ポリアミド複合材料を形成することを含むステップにより、単層カーボンナノチューブ及び芳香族ポリアミドを含んだ複合材料を作製することができる。本発明の一実施形態では、複合材料は繊維である。他の実施形態では、酸媒体中で単層カーボンナノチューブと芳香族ポリアミドを混合して、単層カーボンナノチューブ／ポリアミドドープを形成することにより、複合材料を調製する。他の実施形態では、ドープを紡いで繊維にし、酸を除去する。他の実施形態では、ドープをフィルムに形成し、酸を除去する。一実施形態では、芳香族ポリアミドはポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）である。
【０００９】
単層カーボンナノチューブは任意の知られている手段により作製することができる。カーボンナノチューブを精製することが好ましい。アモルファス炭素、金属不純物及び非ナノチューブ炭素を除去するために、ナノチューブ材料の精製を実施するとよい。ある種の用途では、精製することが好ましく、任意の知られている手段により実施することができる。カーボンナノチューブを精製する適当な手法は、国際特許文献「単層カーボンナノチューブを精製する方法及びその組成物（Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｐｕｒｉｆｙｉｎｇ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ  Ｔｈｅｒｅｏｆ）」、国際公開第０２／０６４，８６９号、２００２年８月２２日公告、及び「単層カーボンナノチューブを精製するガス相法及びその組成物（Ｇａｓ  Ｐｈａｓｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｐｕｒｉｆｙｉｎｇ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒｅｏｆ）」、国際公開第０２／０６４，８６８号、２００２年８月２２日公告に述べられており、これらのすべてが参照により本明細書に組み込まれている。
【００１０】
単層カーボンナノチューブの分散可能な混合物を作製するために、精製したナノチューブを任意選択で緩やかな条件下で乾燥することができる。一実施形態では、ナノチューブを８０℃の真空オーブンで一晩乾燥する。ナノチューブのスラリーを作製するために、ナノチューブを無水１００％硫酸又は超酸と混合する。超酸の例としては、これに限定されることなく、ブレンステッド超酸、ルイス超酸、及び共役ブレンステッド−ルイス超酸がある。超酸は融解物、液体又はガスの形態であってもよい。ブレンステッド超酸とは、その酸性度が１００％硫酸の酸性度を超すものである。ブレンステッド超酸の例としては、過塩素酸（ＨＣｌＯ４）、クロロ硫酸（ＣｌＳＯ３Ｈ）、フルオロ硫酸（ＨＳＯ３Ｆ）、クロロスルホン酸、フルオロスルホン酸、及びトリフリック酸としても知られているトリフルオロメタンスルホン酸（ＣＦ３ＳＯ３Ｈ）などのペルフルオロアルカンスルホン酸、及びＣ２Ｆ５ＳＯ３Ｈ、Ｃ４Ｆ９ＳＯ３Ｈ、Ｃ５Ｆ１１ＳＯ３Ｈ、Ｃ６Ｆ１３ＳＯ３Ｈ、Ｃ８Ｆ１７ＳＯ３Ｈなどのより高級なペルフルオロアルカンスルホン酸、
【化１】
2005521779.tif 000002
、及びα，ω−ペルフルオロアルカンジスルホン酸がある。ルイス超酸とは、Ｏｌａｈ等により（「超酸（Ｓｕｐｅｒａｃｉｄｓ）」Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、１９８５年を参照されたい）、無水塩化アルミニウムより強い酸として定義されてきた。ルイス超酸としては、五フッ化アンチモン、五フッ化ヒ素、五フッ化タンタル及び五フッ化ニオブがある。五フッ化アンチモン及び五フッ化ヒ素は、グラファイトと安定な層間化合物を形成する。共役ブレンステッド−ルイス超酸としては、オレウム又はポリ硫酸としても知られているＳＯ３含有硫酸、ポリリン酸／オレウム混合物、テトラ（ハイドロジェンスルファト）ホウ酸／硫酸、フルオロ硫酸／五フッ化アンチモン（「マジック酸」としても知られている）、フルオロ硫酸／三酸化硫黄、フルオロ硫酸／五フッ化ヒ素、ＨＳＯ３Ｆ：ＨＦ：ＳｂＦ５、ＨＳＯ３Ｆ：ＳｂＦ５：ＳＯ３、ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３Ｈ：ＳｂＦ５（ただし、ｎ＝１、２又は４）、及びＣＦ３ＳＯ３Ｈ：Ｂ（ＳＯ３ＣＦ３）３などのペルフルオロアルカンスルホン酸をベースとする系、フッ化水素／五フッ化アンチモン（フルオロアンチモン酸としても知られている）、フッ化水素／五フッ化タンタル、フッ化水素／三フッ化ホウ素（テトラフルオロホウ酸としても知られている）、並びにＨＢｒ：ＡｌＢｒ３，及びＨＣ１：ＡｌＣ１３などの共役フリーデル−クラフツ酸がある。説明のため及び明確にするために、発煙硫酸としても知られている、無水１００％硫酸又はオレウム（ＳＯ３を加えたＨ２ＳＯ４）が、例示的な酸として使用される。
【００１１】
一実施形態では、酸への単層カーボンナノチューブの高水準の分散系を作製するために、ナノチューブを無水１００％硫酸又は超酸と混合する。混合は任意の適当な混合手段により実施される。適当な混合方法の例としては、これに限定されることなく、混合機での混合、超音波処理、機械的攪拌、及びこれらの組合せがある。雰囲気からの水分及び酸素の取込を防止するために、混合を、窒素、アルゴン、不活性ガス又はそれらの組合せ下などの、水分を含まず、酸素を含まない不活性な雰囲気でグローブボックス又はパージボックスで実施する。ナノチューブの均一な懸濁液を作製するのに必要な長さの時間混合を実施する。代表的な混合時間は、約半時間のオーダーであるが、これに限定されることなく、ナノチューブ量、温度、使用した酸及び混合手段に応じて変わり得る。混合後、ナノチューブ／酸の混合物を窒素又は不活性な雰囲気下で保存する。水分の吸収があると、酸の濃度が下がりドープの不均一が生じる。
【００１２】
ナノチューブ／酸混合物を調製した後、ポリアラミドとしても知られている、芳香族ポリアミドをナノチューブ／酸混合物と混ぜ合わせる。芳香族ポリアミドの例としては、これに限定されることなく、ポリフェニレンテレフタルアミドがある。明確にするため簡潔に言えば、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（「ＰＰＴＡ」）が、例示的な芳香族ポリアミドとして使用される。
【００１３】
一実施形態では、芳香族ポリアミドを乾燥して水分を除去する。重合体を乾燥する適当な条件としては、これに限定されることなく、８０℃で一晩真空乾燥することが含まれる。乾燥は少なくとも８時間実施することが好ましい。
【００１４】
次いで、芳香族ポリアミドをナノチューブ／酸懸濁液に加える。次いで重合体とナノチューブ／酸の混合物を任意の適した混合手段により混合する。混合手段の例は、混合機での混合、超音波処理、機械的攪拌、及びこれらの組合せである。一般に均一な混合物を作製するのに必要な時間混合を実施する。一実施形態では、混合を約半時間実施し得る。混合時間は、これに限定されることなく、温度、混合手段、酸中のナノチューブ量及び重合体量により決まる。混合は、窒素又はアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で実施することが好ましい。
【００１５】
さらにナノチューブの分散を、これに限定されることなく、二枚刃混合機などの激しい混合により実施する。混合時間は、これに限定されることなく、酸中のナノチューブ量、酸のタイプ、重合体のタイプ及び量並びに重合体の粘度又は分子量に応じて異なり得る。一実施形態では、混合を約３時間実施し得る。得られたナノチューブ／酸／重合体混合物は「ドープ」と呼ばれ、一般に均一であり、偏光を用いて光学的顕微鏡により観察すると光学的に等方性である。
【００１６】
一実施形態では、ドープを紡いで繊維にする。紡糸装置のチャンバーへのドープの移動は、窒素又はアルゴンなどの不活性な環境下で実施される。ドープ用のチャンバーは一般に加熱される。チャンバーの温度は、これに限定されることなく、重合体のタイプ及び分子量、ナノチューブ濃度及びドープ中の酸の量により決まる。一実施形態では、チャンバーの温度は、約２０〜約１１０℃の範囲に加熱される。ドープは、紡糸する前に加圧下で温度にしばらくの間維持される。一般にドープは加圧下で温度に少なくとも約１時間維持される。
【００１７】
繊維の紡糸は、任意の適した技法により実施してもよい。こうした方法の１つには、ピストンで押し出される紡糸システムを用いた乾式吐出湿式紡糸がある。繊維の紡糸では、ナノチューブ、酸及び重合体を含んだ重合体溶液又はドープを約１００〜約１５０℃の間に維持することが好ましい。空隙を好ましくは約２〜約２５ｃｍの範囲に維持する。押出された繊維を室温の水中で凝固させる。繊維を約１週間、又は繊維から酸を除去するのに十分な任意の時間流水で洗浄する。続いて繊維を約８０℃の真空乾燥する。より高い強度及び引張特性を付与するために、乾燥した繊維を窒素中で約４００℃に熱処理し得る。
【００１８】
紡糸口金内腔の直径は、一般に約６０〜約３００ミクロンの範囲である。大きな粒子を紡糸口金に入る前にろ過するために、ドープを紡糸口金を通過する前に５０ミクロンふるいなどでろ過することが好ましい。繊維は紡糸口金を通過した後に、繊維を凝固させるために使用される水浴に入る。浴温度は約５℃及び約２０℃の間などの温度の範囲であり得る。凝固する前に、紡糸口金から吐出するドープは空隙中を進む。空隙距離は変えることができる。一般に空隙は約２．０〜約２０ｃｍの範囲にある。繊維から酸を除去するために、収集した繊維を数日間流水に浸漬させてもよい。洗浄後、複合材料繊維を空気乾燥してもよい。この空気乾燥をした繊維は、「紡糸されたままの」繊維として知られている。「アズ−スパン（ａｓ−ｓｐｕｎ）」繊維を、熱処理をすることもできる。
【００１９】
繊維を熱処理するために、「紡糸されたままの」繊維を窒素雰囲気下の管状オーブンで加熱する。オーブン温度は一般に約３００〜約５００℃の範囲である。好ましくは、熱処理中繊維を張力下に置く。熱処理の所要時間は一般に少なくとも約１０秒である。
【００２０】
本発明の一実施形態では、芳香族ポリアミド及び単層カーボンナノチューブを、無水１００％硫酸など相互に相容性のある強酸に混合する。この相容性要素を選択することより、芳香族ポリアミド中にかなりの濃度の単層カーボンナノチューブが含まれた「紡糸ドープ」の組成物が可能になる。実施例では、例示的な芳香族ポリアミド、ポリ（ｐ−フェニレン−テレフタルアミド）（「ＰＰＴＡ」）を使用する。その他の適した芳香族ポリアミドは、「光学的に等方性の芳香族ポリアミドドープ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ａｒｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ  Ｄｏｐｅ）」という題の米国特許第３，６７１，５４２号（１９７２年）に記載されている。
【００２１】
本発明の一実施形態では、ナノチューブ／芳香族ポリアミド複合材料は、少なくとも約１重量％の単層カーボンナノチューブを含んでいる。他の実施形態では、複合材料に少なくとも約１０重量％の単層カーボンナノチューブが存在する。本発明の他の実施形態では、芳香族ポリアミドは複合材料の少なくとも約８０重量％を構成する。本発明の他の実施形態では、芳香族ポリアミドは複合材料の少なくとも約９０重量％を構成する。他の実施形態では、芳香族ポリアミドはポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）であり、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）が、複合材料の少なくとも約８０重量％の量で複合材料に存在する。他の実施形態では、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）が、複合材料の少なくとも約９０重量％の量で複合材料に存在する。複合材料の形態は一般にフィルム又は繊維の形態であるが、この複合材料からその他の形態を作製することもできる。
【００２２】
本発明の好ましい諸実施形態を例示するために、以下の実施例を挙げた。当業者なら、以下の実施例に開示される技法は、本発明の実施が十分機能するように発明者により発見された技法を表し、したがってその実施のための好ましい形態を構成すると考えることができることを理解するであろう。しかし、当業者なら本発明の開示に照らして、開示された特定の実施形態には多くの変更を作り出し、さらに本発明の精神及び範囲から逸脱することなく類似の又は同等の結果を得ることができることを理解されたい。
【実施例１】
【００２３】
本実施例は、単層カーボンナノチューブ／芳香族ポリアミドドープの調製、及びドープを繊維の形態をした複合材料に紡糸することを例示する。１．８ｇの単層カーボンナノチューブと８０ｇの１００％硫酸を、不活性アルゴンガスのパージ下で混合機で１５分間混合した。次いで、０．２５のグラムの重合体の５０ｍｌの９５〜９８重量％硫酸溶液として測定したとき５．８６の固有粘度を有する、１６．２ｇの乾燥したポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（ＰＰＴＡ）を混合機に加えた。混合物を２０分間混合して「予備混合」ペーストを形成した。「予備混合」ペーストをさらに、Ｈａａｋｅ  Ｒｈｅｏｍｉｘ  ６００二枚刃回転混合機で５０ｒｐｍ、８５℃で３時間、均一なドープが得られるまで混合した。
【００２４】
紡糸チャンバーを電気的に９０℃に加熱した。ドープを窒素パージ下で紡糸チャンバーに移し、１時間温度に保持した。ドープを直径２５０ミクロンの紡糸口金から５℃に保たれた水浴に押出した。紡糸口金と水浴の間の隙間は２５ｍｍであった。紡糸されたままの繊維を流水に５日間入れ、その後１日間空気乾燥した。
【００２５】
光学顕微鏡を用いて繊維の直径を測定した。Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｔｅｎｓｉｌｅ  Ｔｅｓｔｅｒ（Ｍｏｄｅｌ  ５５６７）により２．５４ｃｍのゲージ長さ、毎分２％のひずみ速度で、引張試験を実施した。繊維の引張強度及び弾性係数は、それぞれ０．３３ＧＰａ及び１３ＧＰａであった。
【実施例２】
【００２６】
本実施例は、単層カーボンナノチューブ／芳香族ポリアミドドープの調製、ドープを繊維の形態をした複合材料に紡糸すること、及び繊維を張力の下で熱処理することの効果を例示する。０．６ｇの精製し、乾燥した単層カーボンナノチューブ及び２３ｇの１００．９重量％硫酸を、機械的攪拌機を備えた２首ガラスフラスコにアルゴンパージ下で加えた。ガラスフラスコを部分的にオイル浴に浸漬し、混合物を１時間攪拌した。５．４ｇの乾燥したポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（ＰＰＴＡ）及び２１ｇの１００．９重量％硫酸をフラスコに加えた。混合物を８０℃に加熱し２．５時間維持した。均質なドープが生じた。室温に冷却後、ドープを繊維紡糸チャンバーに入れた。
【００２７】
紡糸チャンバーを８０℃に加熱し、２．５時間温度を維持した。紡糸条件は、より小さな直径１２０ミクロン紡糸口金を使用したこと以外は実施例１と同じであった。
【００２８】
紡糸されたままの繊維を流水中に５日間浸漬させ、その後１日間空気乾燥した。繊維を元の長さより５％多く引き伸ばし、金属フレームに固定した。引き伸ばした繊維を有するフレームを窒素雰囲気下で４５０℃の管状オーブン中に３０秒間入れて、熱処理された繊維を作製した。
【００２９】
Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｔｅｎｓｉｌｅ  Ｔｅｓｔｅｒ（Ｍｏｄｅｌ  ５５６７）により２．５４ｃｍのゲージ長さ、毎分２％のひずみ速度で、引張試験を実施した。アズ−スパンの及び熱処理された繊維の引張強度及び引張弾性率を表１に示す。
【表１】
2005521779.tif 000003
【実施例３】
【００３０】
本実施例は、単層カーボンナノチューブ／芳香族ポリアミドドープの調製、及びドープを繊維の形態をした複合材料に紡糸することを例示する。成分の量が、０．３ｇの乾燥した単層カーボンナノチューブ、５．７ｇの乾燥したポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（ＰＰＴＡ）、及び４４ｇの１００．９重量％硫酸であること以外は、実施例２と同じ手順を使用した。
【００３１】
ドープを紡いで繊維にした。アズ−スパンの繊維の熱処理を、実施例２と同じ条件下で実施した。Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｔｅｎｓｉｌｅ  Ｔｅｓｔｅｒ（Ｍｏｄｅｌ  ５５６７）により２．５４ｃｍのゲージ長さ、毎分２％のひずみ速度で、引張試験を実施した。アズ−スパンの及び熱処理された繊維の引張強度及び引張弾性率を表２に示す。
【表２】
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【００３２】
本明細書に開示され、特許請求された組成物及び方法のすべては、本発明の開示に照らして不当な実験法をとることなく作製し、実行することができよう。本発明の組成物及び方法を好ましい実施形態に関して説明したが、本発明の概念、精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された組成物、並びに方法及び方法のステップ若しくはステップの連続に変形形態を加えることができることは当業者には明らかであろう。より具体的には、同じ又は類似の結果が達成されながら、本明細書に記載された薬剤の代わりに化学的に関連したある種の薬剤に置き換えてもよいことは明らかである。当業者には明らかなこうした同様の代替物及び修正形態のすべては、添付した特許請求の範囲に規定された本発明の精神、範囲及び概念の中に含まれるものとみなされる。
【国際調査報告】
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