(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の上に形成される、熱保護のための発泡性防炎ナノ構造材料であって、
セラミック化ポリマー材料で被覆もしくは含浸された複数のナノ構造材料を含む部材と、
該部材と関連し、熱源の存在下で反応して前記部材を前記熱源から熱的に遮断する泡状体を形成するように構成された発泡性防炎材料と、
を含み、前記部材は網状構造である、発泡性防炎ナノ構造材料。
【請求項２】
前記複数のナノ構造材料は、カーボンナノチューブ及びグラフェンの一方又は組み合わせを含む、請求項１に記載の発泡性防炎ナノ構造材料。
【請求項３】
前記発泡性防炎材料が、軟質チャー、硬質チャー又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の発泡性防炎ナノ構造材料。
【請求項４】
前記軟質チャーは、酢酸ビニル又はスチレンアクリレートのバインダー中の、ポリリンアンモニウム、ペンタエリスリトール（ｐｅｎｔａｅｙｒｔｈｒｉｔｏｌ）及びメラミンのうちの１つ又は組み合わせを含む、請求項３に記載の発泡性防炎ナノ構造材料。
【請求項５】
前記硬質チャーは、ケイ酸ナトリウム又はグラファイトの一方又は組み合わせを含む、請求項３に記載の発泡性防炎ナノ構造材料。
【請求項６】
前記発泡性防炎材料は、熱分解して、前記泡状体の形成を促進するガスを生成する発泡剤と組み合わされる、請求項１に記載の発泡性防炎ナノ構造材料。
【請求項７】
前記発泡性防炎材料は、前記部材上に被覆され、前記部材中に浸透し、又は、前記部材と混合される、請求項１に記載の発泡性防炎ナノ構造材料。
【請求項８】
前記発泡性防炎材料は、約４００℃以上の温度で反応して前記泡状体を形成する、請求項１に記載の発泡性防炎ナノ構造材料。
【請求項９】
更に前記熱源の存在下で前記ナノ構造材料の酸化を防止する難燃剤を含む、請求項１に記載の発泡性防炎ナノ構造材料。
【請求項１０】
溶液であって、
セラミック化ポリマー材料で被覆もしくは含浸された複数のナノ構造材料と、
発泡性防炎材料と、
溶媒と
を含み、
該発泡性防炎材料は該ナノ構造材料と関連し、熱源の存在下で反応して該ナノ構造材料を前記熱源から熱的に遮断する泡状体を形成するように構成され、
前記溶液は、基体の表面上に被覆又は噴霧するのに好適な粘度を有する、溶液。
【請求項１１】
前記複数のナノ構造材料は、カーボンナノチューブ及びグラフェンの一方又は組み合わせを含む、請求項１０に記載の溶液。
【請求項１２】
前記溶液中の前記ナノ構造材料の濃度は、約１体積％〜約８０体積％である、請求項１０に記載の溶液。
【請求項１３】
物体の上に形成される、熱保護のための発泡性防炎ナノ構造材料であって、
第１の複数のナノ構造材料を有する部材と、
前記部材の表面上のコーティングであって、前記コーティングは、セラミック化ポリマー材料で被覆もしくは含浸された第２の複数のナノ構造材料及び発泡性防炎材料を含む、コーティングと
を含み、
前記コーティングの前記発泡性防炎材料は、熱源の存在下で反応して、前記部材を前記熱源から熱的に遮断する泡状体を形成するように構成され、前記コーティングの前記複数のナノ構造材料は、前記泡状体の形成中に前記発泡性防炎部材を支持するように構成されている、発泡性防炎ナノ構造材料,
ただし、前記部材は網状構造である。
【請求項１４】
表面上に熱保護コーティングを形成する方法であって、
セラミック化ポリマー材料で被覆もしくは含浸された複数のナノ構造材料、発泡性防炎材料及び溶媒を含む溶液を提供することと、
前記溶液を前記表面上に適用することと、
前記溶液を乾燥させて、前記表面上に前記熱保護コーティングを形成することと
を含む、方法
ただし、該発泡性防炎材料は該ナノ構造材料と関連し、熱源の存在下で反応して該ナノ構造材料を前記熱源から熱的に遮断する泡状体を形成するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、難燃性材料、より詳細には、ナノチューブ及び発泡性防炎材料から製造される耐熱及び難燃性物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造体及び人間の両方を火災から保護する一般的な分野は、断熱ができ、また熱を発散及び放散できる材料に依存する。特に、発泡性防炎材料の分野は、熱を吸収し、ガスを形成し、相変化を推進して、断熱を助ける泡状体を形成する化学反応に依存する。この用途は、発泡性防炎材料を他の材料中又は該材料上に収容し、熱事象（ｈｅａｔ  ｅｖｅｎｔ）中に形成される泡状体の特性を制御することが困難であるため限定されている。更に、発泡性防炎泡状体は熱源の存在下で急速に分解し、それにより泡状体が構造体及び人々を損害から保護できる期間が限定される場合がある。また更に、発泡性防炎泡状体は、熱源から離れるように熱を放散させる能力が限定されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示は、熱保護のための発泡性防炎ナノ構造材料に関する。熱保護材料は、複数のナノ構造材料から作製され、又は、該材料を含む、不織シート、織物シート、糸、又はパルプ状の網状構造等の部材と、該部材に関連した発泡性防炎材料とを含む場合がある。いくつかの態様では、部材は、発泡性防炎材料を定位置に収容及び保持し、また熱エネルギーを熱源から離れるように伝導して、局部的な高温地点を原因とする劣化又は損傷を回避するための足場として機能するように構成される場合がある。いくつかの態様では、発泡性防炎材料は、熱源の存在下で反応して、部材（及び、保護されるべきその下にある任意の構造）を熱源から熱的に遮断する泡状体を形成するように構成される場合がある。
【０００４】
ナノ構造材料と発泡性防炎材料との間の独特の相乗効果により、単にその一部により提供されるものよりも大きい、非常に有効な熱保護及び防火が提供される。部材を形成する複数のナノ構造は、ナノスケールで、優れた断熱及び構造特性を有する泡状体形態を促進する場合がある。更に、部材及び発泡性防炎材料は、互いを熱から保護するよう機能できるため、全体的な有効性及び熱保護材料の寿命を改善する。
【０００５】
いくつかの実施形態では、複数のナノ構造材料は、熱源の存在下でナノ構造材料の酸化を防止するために、セラミック化（ｃｅｒａｍｉｆｙｉｎｇ）ポリマー材料及び／又は難燃剤で被覆される場合がある。更に、発泡性防炎材料は、熱分解して、泡状体の形成を促進するガスを生成する発泡剤と組み合わされてもよい。
【０００６】
不織シート部材の様々な実施形態は、交じり合い及び密集したナノチューブの複数の層を有する場合がある。隣接する層の間のナノチューブのいくつかは、十分な数の接触部位が存在して隣接層を互いに結合して、フィロ生地に類似した層状構造を有する密着シートを形成するように、互いに交じり合う場合がある。そのような不織シート部材は、面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）の熱伝導性を提供して、熱源から離れるように側方に熱を放散すると共に、面間（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｐｌａｎｅ）の熱伝導性を最小限にするように構成される場合がある。一実施形態において、不織部材は、約２０ｇ／ｍ２〜約３０ｇ／ｍ２のナノチューブ面密度を有する場合がある。
【０００７】
糸部材の様々な実施形態は、複数の交じり合い及び縒り合された炭素ナノチューブにより画定される場合がある。糸部材は、その長さに沿った熱伝導性を提供し、また、熱の存
在下で、発泡性防炎材料が反応するときに断熱泡状体の層を形成することを促進する足場構造を提供するように構成される場合がある。一実施形態において、糸部材は、約１Ｔｅｘ〜約１００Ｔｅｘのナノチューブ面密度を有する場合がある。
【０００８】
織物部材の様々な実施形態は、互いに製織され、編組され、又は編成された複数のナノ構造糸により画定される場合がある。織物部材は、複数のナノ構造糸により画定された経路に沿った面内熱伝導性を提供するように構成される場合がある。
【０００９】
パルプ状網状構造の様々な実施形態は、ナノ構造材料、発泡性防炎材料及び溶媒の溶液を基体上に被覆又は噴霧することにより形成する場合がある。いくつかの実施形態では、溶液は、約３０００センチポアズ〜約６０００センチポアズ、いくつかの場合、約１０００センチポアズ未満の粘度を有する場合がある。ナノ構造材料は、溶液が乾燥するときに基体上に網状構造を形成し、発泡性防炎材料を収容及び保持するための足場を提供すると共に、高温地点から離れるように熱を放散するための伝導経路を基体の表面に沿って提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａ−Ｃ  各々、不織部材、糸部材及び不織部材を含む、本開示の
【図２】本開示の実施形態による、熱保護のためにワイヤ上に被覆された発泡性防炎ナノ構造材料を示す。
【図３】本開示の実施形態による不織ナノチューブシートを示す。
【図４】本開示の実施形態による、不織ナノチューブシート中のナノチューブ層のフィロ生地配置の断面図を示す。
【図５】本開示の実施形態による炭素ナノチューブシートを形成するためのシステムを示す。
【図６】図６Ａ及びＢ  本開示の実施形態による炭素ナノチューブシートを回収するためのシステムを示す。
【図７】本開示の様々な実施形態によるナノチューブ糸を形成するための様々なシステムを示す。
【図８】本開示の様々な実施形態によるナノチューブ糸を形成するための様々なシステムを示す。
【図９】本開示の様々な実施形態によるナノチューブ糸を形成するための様々なシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、難燃性材料、より詳細には、ナノチューブ及び発泡性防炎材料から製造される耐熱及び難燃性物品に関する。
【００１２】
特定の実施形態の説明
本開示の実施形態は、熱保護及び／又は防火に非常に適した特性を有する発泡性防炎ナノ構造材料１００を提供する。発泡性防炎ナノ構造材料１００の様々な実施形態は、布地等の物品として使用され又は該物品に組み込まれる、シート又は糸等の画定された部材として提供される場合があるが、その他は、熱及び／又は火炎からの保護を必要とする構造上に被覆又は噴霧され、乾燥されて熱保護コーティングを形成できる粘性溶液の形態として供給される場合がある。本明細書に開示した材料１００の炭素ナノチューブと発泡性防炎材との間の独特の相乗効果により、本明細書により詳細に記載するように、単にその一部により提供されるものよりも大きい、非常に有効な熱保護及び防火が提供される。
【００１３】
図１及び２を参照すると、発泡性防炎ナノ構造材料１００の実施形態は、一般に、織物ナノチューブシート、不織ナノチューブシート、ナノチューブ糸及びナノチューブ網状構
造等のＣＮＴ部材２００と、発泡性防炎材料３００とを含む場合がある。一般的に言えば、発泡性防炎材料は、化学反応又は相変化のいずれかを介して、加熱によりガスを放出する材料である。様々な実施形態では、ＣＮＴ部材２００は、発泡性防炎材料３００で被覆若しくは含浸され、及び／又は、発泡性防炎材料３００で予め被覆されたナノチューブから形成されている。ＣＮＴ部材２００は、そのナノチューブの熱伝導性と、部材２００の面全体に亘るナノチューブの特定の配置から形成される熱伝導性経路とに起因して、材料１００付近の熱源から熱を放散するように機能し、それにより熱保護を提供することができる。発泡性防炎材料３００は、材料１００を熱源から更に断熱する泡状体を形成する一方で気化エネルギーを除去する、材料１００に対する熱の適用に応答した吸熱化学反応及び／又は相転移を経ることにより熱保護を提供することができる。
【００１４】
発泡性防炎ナノ構造材料１００の各構成要素は、それらの個々の能力において特定の目的を果たすことができるが、ナノ構造材料１００の構成要素間の相乗効果は、材料１００の個々の部品の合計を超える向上した熱保護特性を提供する。下記に更に詳細に記載するように、一態様において、ＣＮＴ部材２００は、好適な様式で発泡性防炎材を収容できない様々な物品に発泡性防炎材料３００を収容し、発泡性防炎材料３００を物品上又は物品内の定位置に保持するための足場の役割を果たすことができる。別の態様では、ＣＮＴ部材２００は、発泡性防炎材料３００が適用された熱源と反応するときに、ナノスケールで、断熱泡状体の形成を支持するだけでなく、それらの特定の形態に影響を与えるための足場を提供することができる。その際、発泡性防炎材料３００から生成した、得られた連続及び／又は独立気泡泡状体は、他の基体若しくは構造上又は他の基体若しくは構造内で同様の発泡性防炎材料３００から形成された泡状体と比較して、優れた断熱特性を有することができる。また更に、ＣＮＴ部材２００及び発泡性防炎材料３００は、適用された熱から互いを保護するよう機能することにより、熱保護の提供における全体的な有効性、及び材料１００の寿命を改善する。特に、ＣＮＴ部材２００は、高温地点から熱を放散することにより、発泡性防炎材料３００が暴露される熱の量を減少させ、それにより発泡性防炎材料３００の反応を遅延させ又は緩慢にすることができる。それにより発泡性防炎材料３００は、より遅い速度で気化し、それにより気化エネルギーをより長時間に亘って除去し、その形成を遅らせることにより泡状体の寿命を改善することができる。次に発泡性防炎材料３００は、それ自体が熱エネルギーを放散し、ＣＮＴ部材２００を熱暴露から遮断することによりＣＮＴ部材２００を保護することができ、またＣＮＴ部材２００及びその個々のナノチューブの構造的完全性に対する劣化効果から保護することができる。換言すれば、各々が他方を保護して、材料１００がより長時間に亘ってより良好な全体的な熱保護を提供できるようにする。
【００１５】
発泡性防炎ナノ構造材料１００のいくつかの実施形態は、下記に更に詳細に説明するように、難燃剤及びセラミック化ポリマー４００、例えばポリシラザン、ポリウレアシラザン（ＰＳＺ）その他のポリシラザン、例えばポリウレアメチルビニルシラザンＣｅｒａｓｅｔ（登録商標）等の添加剤を更に含んで、ＣＮＴ部材２００の強度及びその耐酸化特性を向上させる場合がある。
【００１６】
ＣＮＴ部材２００
現在、ナノチューブを成長させる、及び、これらのナノチューブから作製された糸、シート又はケーブル構造を形成する、多数の方法及びその変形が存在する。それらは、（１）周囲圧力付近又は高圧及び約４００℃を超える温度で行われ得る一般的な方法である化学気相成長（ＣＶＤ）、（２）高い完成度を有するチューブを生じさせ得る高温プロセスであるアーク放電、並びに（３）レーザーアブレーションを含む。
【００１７】
一実施形態において、本発明は、炭素ナノチューブを含む適切なナノ構造を生成するために、ＣＶＤ法または類似の業界で既知の気相熱分解手順を用いる。ＣＶＤ法の場合の成
長温度は、例えば約４００℃〜約１３５０℃の範囲の比較的低いものの場合がある。炭素ナノチューブ（ＣＮＴｓ）は、単層（ＳＷＮＴ）、少数層（ＦＷＮＴ）又は多層（ＭＷＮＴ）として特徴付ける場合がある。本開示では、ＳＷＮＴは単一のグラフェン層からなり、ＦＷＮＴは層構造において２又は３層を有し、ＭＷＮＴ層は４つ以上のグラフェン層からなるものとして説明する。ＳＷＮＴ、ＦＷＮＴ及びＭＷＮＴは成長することができるが、特定の場合に、ＦＷＮＴは、ＳＷＮＴと比較して高い成長速度を有するため、また、ＭＷＮＴよりも良好な特性を有するため、好ましい可能性がある。本発明の一実施形態において、炭素ナノチューブは、試薬炭素含有ガス（即ち、気体炭素源）の存在下、ナノスケール触媒粒子（例えば、直径１〜３０ナノメートル）を暴露することにより成長させる場合がある。特に、ナノスケール触媒粒子は、存在する粒子の添加、又は金属有機前駆体（若しくは非金属触媒でさえも）からの粒子のＩｎ  Ｓｉｔｕ  合成のいずれかにより、試薬炭素含有ガス中に導入される場合がある。基材に結合していない、気相中での炭素ナノチューブのＣＶＤによる形成及び成長は、一般に浮遊触媒ＣＶＤ（ＦＣ−ＣＶＤ）法と称される。ＦＣ−ＣＶＤの向上した特性は、分岐ナノチューブ束及び凝集体が炉の成長ゾーンから冷却するときに、それらの延長された網状構造を形成する傾向に起因すると考えられる。ロープ状の場合がある分岐ナノチューブ束及び凝集体構造の網状構造は、取り扱い、熱伝導性、電子特性及び強度に利点を提供する場合がある。
【００１８】
本発明に関連して生成される個々の炭素ナノチューブの強度は、約３０ＧＰａ以上の場合がある。強度は、認識されるように、欠陥に敏感である。しかしながら、本発明で作製された炭素ナノチューブの弾性率は、欠陥に敏感ではない可能性があり、約１〜約１．２ＴＰａで変動する場合がある。更に、これらのナノチューブの破損歪み（ｓｔｒａｉｎ  ｔｏ  ｆａｉｌｕｒｅ）（一般に、構造に敏感なパラメーターの場合がある）は、本発明では、約５％〜最大約２５％の範囲の場合がある。
【００１９】
更に、本発明のナノチューブは、比較的小径で提供することができる。本発明の一実施形態では、本発明で作製されたナノチューブは、１ｎｍ未満〜約３０ｎｍの範囲内の直径で提供することができる。本発明の一実施形態に従って作製された炭素ナノチューブは、市販の炭素ナノチューブと比較した場合、長さが延長される場合がある（即ち、長いチューブ）ことを認識するべきである。本発明の一実施形態では、本発明で作製されたナノチューブは、ミリメートル（ｍｍ）範囲内の長さで提供することができるが、一旦、分岐束の延長された網状構造に合体したら、破壊されていない網状構造は無制限に延長することができる。
【００２０】
本出願全体において、炭素から合成されたナノチューブを参照しているが、ホウ素、ＭｏＳ２、窒素又はそれらの組み合わせ等の他の化合物を、本発明に関連したナノチューブの合成に使用できることに留意するべきである。例えば、窒化ホウ素ナノチューブも成長させることができるが、異なる化学前駆体を用いることを理解するべきである。加えて、ホウ素及び／又は窒素は、個々の炭素ナノチューブにおける抵抗率の低減にも使用できることに留意するべきである。更に、プラズマＣＶＤ等の他の方法を用いて、本発明のナノチューブを作製することもできる。
【００２１】
ＣＮＴ部材２００は、炭素ナノチューブを含む任意の熱伝導性材料を含むことができる。一実施形態において、ＣＮＴ部材２００は、下記により詳細に記載するように、ナノチューブの不織シート２１０、ナノチューブ糸２２０、ナノチューブ糸の織物シート２３０等、又はそれらの任意の組み合わせを含む場合がある。
【００２２】
不織ＣＮＴシート２１０
ここで図３を参照すると、一実施形態において、本発明は、不織ナノ構造ＣＮＴシート２１０を提供する。不織ＣＮＴシート２１０は、その長さに沿って、即ちＣＮＴシート２１０の面内で、熱伝導性を可能にするよう設計される場合がある。図３に示すように、不織ＣＮＴシート２１０は、ＣＮＴの雲状物（ｃｌｏｕｄ）から互いの頂部上に堆積された複数の不織炭素ナノチューブ１４の単一の層、又は代替的に多数の層５１を有する実質的に平坦な本体を含む場合があり、多数の層５１の各層は、ＣＮＴの雲状物から互いの頂部上に堆積された複数の不織ナノチューブである（図４参照）。多層シートの場合、複数の不織炭素ナノチューブは、各層がＣＮＴの雲状物から互いの頂部上に堆積された複数の不織炭素ナノチューブを含む、フィロ生地ペストリーの層に似た層状構造を形成する。
【００２３】
ここで図５を参照すると、ナノチューブの作製に使用するための、米国特許第７，９９３，６２０号（全目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる）に開示されているものと類似したシステム３０が示されている。一実施形態において、システム３０は、合成チャンバ３１に連結される場合がある。合成チャンバ３１は、一般に、反応ガス（即ち、気体炭素源）がその中に供給される場合がある入口端３１１と、延長された長さのナノチューブ３１３の合成が行われ得る高温ゾーン３１２と、反応の生成物、即ちナノチューブ及び排ガスがそこから退出し及び回収される場合がある出口端３１４とを含む。一実施形態において、合成チャンバ３１は、炉３１６を通して延びる石英管３１５を含む場合がある。一方、システム３０により生成されるナノチューブは、個々のナノチューブ、そのようなナノチューブの束、及び／又は絡み合うナノチューブの場合がある。特に、システム３０は、密集した及び交じり合うナノチューブから生成され、かつシートとして取り扱うのに十分な構造的完全性を有する、実質的に連続的な不織シートの形成に使用することができる。
【００２４】
本発明の一実施形態において、システム３０は、合成チャンバ３１内から環境への空中浮遊微粒子の放出を最小限にするように、実質的に気密に設計されたハウジング３２も含む場合がある。ハウジング３２はまた、酸素がシステム３０内に進入し、合成チャンバ３１に達することを防止するように機能する場合がある。特に、合成チャンバ３１内の酸素の存在は完全性に影響を与え、ナノチューブ３１３の製造に支障をきたす可能性がある。システム３０は、全目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる出願番号１２／１４０，２６３号、現在米国特許第９，０６１，９１３号に開示されているものに類似したインジェクターも含む場合がある。
【００２５】
システム３０は、ハウジング３２内に位置し、システム３０の合成チャンバ３１内でＣＶＤ法により作製された、合成されたナノチューブ３１３を回収するように設計された移動ベルト又はドラム３２０（本明細書で簡略化のために単にベルト３２０と称する）も含む場合がある。特に、ベルト３２０は、ベルト３２０上にナノチューブを回収した後、実質的に連続的な伸張性構造３２１、例えば不織シートを形成することを可能にするよう使用される場合がある。そのようなシートは、密集した、実質的に整列されていない、交じり合ったナノチューブ３１３のマトリクス、ナノチューブの束、又は絡み合ったナノチューブから、シートとして取り扱うのに十分な構造的完全性を有するように生成される場合がある。
【００２６】
作製されたナノチューブ３１３を回収するために、ベルト３２０は合成チャンバ３１の出口端３１４に隣接して位置して、ナノチューブがベルト３２０上に堆積するようにすることができる。一実施形態において、ベルト３２０は、図５に示すように、出口端３１４からのガスの流れと実質的に平行に配置される場合がある。代替的に、図６Ａ及び６Ｂに示すように、ベルト３２０は、出口端３１４からのガスの流れに実質的に直交して配置されてもよく、また、ナノ材料を搬送するガスの流れがそこを透過できるように多孔性であってもよい。一実施形態において、ベルト３２０は、出口端３１４からのガスの流れに実質的に直交する方向にて左右に移動して、出口端３１４よりも実質的に幅広いシートを生成するように設計されてもよい。ベルト３２０はまた、ベルト３２０が軸線の周囲を連続して回転し、それにより多数の実質的に異なるＣＮＴの層がベルト３２０上に堆積されて、図４に示すようなシート３２１を形成できるように、従来のベルトコンベヤーと同様の連続ループとして設計されてもよい。これを目的として、一実施形態において、ベルト３２０は、対向する回転要素３２２の周囲に巻かれてもよく、電気モーター等の機械装置により駆動されてもよい。一実施形態において、機械装置は、張力及び速度が最適化できるように、コンピューター又はマイクロプロセッサー等の制御システムの使用により制御されてもよい。本発明の一実施形態による、シート３２１の形成におけるＣＮＴの多層の堆積は、ナノチューブ間の層間接触を最小限にすることができる。詳細には、シート３２１の異なる各層におけるナノチューブは、シート３２１の隣接する層内に延びない傾向がある。その結果、面に垂直な熱伝導性は、シート３２１を通して最小限とすることができる。
【００２７】
所望であれば、ローラー４５等の圧力アプリケーターを使用することができる。図６Ａ及び６Ｂを参照すると、圧力印加は、ガスの流れに実質的に直交するように配置され得るベルト４４に隣接して配置されて、回収されたナノ材料に圧縮力（即ち、圧力）を適用することができる。特に、ナノ材料がローラー４５に向かって輸送されるときに、ベルト４４上のナノ材料は、ローラー４５の下部及びローラー４５に接して移動するように強制でき、それにより圧力が交じり合ったナノ材料に印加できると共に、ナノ材料がベルト４４とローラー４５の間で圧縮されて、密着した、実質的に結合したシート４６となる。ベルト４４上のナノ材料に対する圧力を高めるために、ベルト４４の後方にプレート４４４を配置して、ローラー４５の圧力が適用できる硬い表面を提供することができる。回収されたナノ材料の量が十分であり、十分に交じり合い、従って十分な数の接触部位が存在して、シート４６を生成するための必要な結合力が提供される場合、ローラー４５を使用する必要はない可能性があることに留意するべきである。
【００２８】
続くハウジング４２からの除去のために、交じり合ったナノ材料のシート４６をベルト４４から解放するために、メス又はブレード４７をローラー４５の下流に、その刃をベルト４４の表面４４５に向けて提供してもよい。この方法で、シート４６がローラー４５を通過して下流に移動するときに、ブレード４７はシート４６をベルト４４の表面４４５から持ち上げるように機能することができる。代替的な実施形態では、シート４６を除去するためにブレードを使用する必要はない。むしろ、シート４６の除去は、手動で又は当該技術分野で既知の他の方法により行われてもよい。
【００２９】
加えて、ブレード４７の下流にスプール又はローラー４８が設けられ、それにより解放されたシート４６は続いて回収のためにローラー４８上に指向され、ローラー４８の周囲に巻回できる。シート４６がローラー４８の周囲に巻回されるときに、複数の層が形成できる。勿論、その後ハウジング４２から除去するためにシート４６を回収できる限り、他の機構を使用してもよい。一実施形態において、ローラー４８は、ベルト４４のように、電気モーター４８１等の機械駆動装置により駆動されてもよく、それによりローラー４８の回転軸は、シート４６の移動の方向に対して実質的に横断方向の場合がある。
【００３０】
シート４６がローラー４８の周囲に巻回されるときにシート４６がそれ自体に結合するのを最小限にするために、シート４６をローラー４８の周囲に巻回するに先立って、分離材料４９（図６Ａ及び６Ｂ参照）をシート４６の片面上に適用してもよい。本発明に関連して使用される分離材料４９は、連続ロール４９１に供給される場合がある市販の様々な金属シート又はポリマーの１つであってもよい。それを目的として、分離材料４９は、シート４６がローラー４８の周囲に巻回されるときに、シート４６と共にローラー４８上に牽引される場合がある。分離材料４９を構成するポリマーは、シート４６の片面に適用できる限り、シート、液体、又は任意の他の形態で提供できることに留意するべきである。更に、シート４６中の交じり合ったナノチューブは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の強磁性材料の触媒ナノ粒子を含み得るため、一実施形態において、分離材料４９は、シート４６が分離材料４９に強く接着することを防ぐため、非磁性材料、例えば導電性又はその他であってもよい。代替的な実施形態では、分離材料は必要とされ得ない。
【００３１】
シート４６が生成された後、シート４６は、シート４６のままであってもよく、又は細長片等のより小さい区分に切断されてもよい。一実施形態において、レーザーを使用してシート４６を細長片に切断する場合がある。一実施形態において、レーザービームは、シート４６がハウジングから退出するときにレーザーがシート４６に指向される場合があるように、ハウジングに隣接して配置されてもよい。コンピューター又はプログラムを使用してレーザービームの作動を制御する場合があり、また細長片の切断も制御する場合がある。代替的な実施形態では、任意の機械的手段又は当該技術分野で既知の他の手段を使用して、シート４６を細長片に切断してもよい。
【００３２】
所望であれば、静電場（図示せず）を用いて、合成チャンバ３１から生成されたナノチューブを、ほぼベルト移動の方向に整合する場合がある。一実施形態において、例えば、２つ以上の電極を合成チャンバ３１の出口端３１４の周囲に配置し、電極に高電圧を印加することにより静電場を生成する場合がある。一実施形態において、電圧は約１０Ｖ〜約１００ｋＶ、好ましくは約４ｋＶ〜約６ｋＶにて変動する場合がある。必要であれば、小型石英又は他の好適な絶縁体等の絶縁体で電極を遮蔽してもよい。電場の存在は、電場を通してナノチューブを移動させて、ナノチューブを実質的に電場と整合させ、それにより移動ベルト上でナノチューブを整合させる場合がある。
【００３３】
代替的に、炭素ナノチューブは、全目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる同時係属の米国特許出願第１２／１７０，０９２号に提供されているように、炭素ナノチューブシートの合成後の伸張により整合させる場合がある。
【００３４】
システム３０は、示したように、高強度のバルクナノ材料を、図４に示す不織シートで提供する場合がある。一実施形態において、炭素ナノチューブ１４は、図４に示すように、多数の異なる層５１に堆積して、単一のＣＮＴシート２１０内の多層構造又は形態を形成（ｆｒｏｍ）する場合がある。上記したように、ナノ繊維状不織シート２１０は、ＳＷＮＴ又はＭＷＮＴ炭素ナノチューブのいずれかの多数の異なる層の堆積により作製される場合がある。一実施形態において、そのような不織シート２１０の引張強度は、ＳＷＮＴの場合、４０ＭＰａを超え得る。更に、そのようなシートは、ナノチューブ形成の残留触媒と共に使用されてもよい。しかしながら、一般的な残留物は、２原子パーセント未満の場合がある。
【００３５】
ナノ材料を不織シートで提供することにより、バルクナノ材料は構造的完全性を維持しながら容易に取り扱うことができ、続いて最終使用用途用に加工される。これらの材料は、面内熱伝導性を有し、低い熱質量を有し、非常に柔軟であり、化学分解に対して耐性である。
【００３６】
更に、炭素ナノチューブの熱伝導特性に起因して、本発明の不織シート２１０は、シート２１０の面内で熱伝導性である一方、この面に実質的に垂直な方向において熱伝導性ではないことにより、熱保護を提供することができる。特に、熱源の存在下、不織シート２１０中の炭素ナノチューブは、シート２１０の面に沿って、より大きい及び比較的低温の範囲、例えばヒートシンクに向かって、熱を実質的に熱源から急速に離れるように伝導するよう機能する場合がある。更に、炭素ナノチューブは高温酸化に対して実質的に耐性の場合があるため、炭素ナノチューブから作製された不織シート２１０は、一般に、約５００℃までの温度に耐える（即ち、燃焼しない）ことができる。
【００３７】
多数の実施形態において、不織ＣＮＴシート２１０は、ほぼ完全にナノチューブから形成されている。様々な実施形態において、不織シート２１０のナノチューブ面密度は、約１ｇ／ｍ２〜約５０ｇ／ｍ２、好ましくは約１０ｇ／ｍ２〜約２０ｇ／ｍ２の範囲の場合がある。いくつかの実施形態では、ＣＮＴシート２１０の重量の約１０％〜約１５％に寄与する鉄（残留触媒）等の汚染物質が存在する場合がある。加えて又は代替的に、ＣＮＴ糸２００は、ナノチューブに加えて、すす及び多環芳香族炭化水素等の炭素質材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、これらの炭素質材料は、ＣＮＴシート２１０の重量の約１０％に寄与する場合がある。
【００３８】
不織ＣＮＴシート２１０中の炭素ナノチューブの濃度は、所望の用途に応じて、実施形態全体で様々な場合がある；しかしながら、用いられる任意の特定の濃度は、特定の重要な考慮事項の関数の場合がある。そのような考慮事項の１つは、熱伝導率であり、多数の実施形態において、不織ＣＮＴシート２１０は、熱源から熱を所望の速度で逃がすのに好適なレベルの熱伝導率を提供するのに十分高いナノチューブ濃度が提供される場合がある。他のそのような考慮事項は、下記により詳細に記載するように、発泡性防炎材料３００が熱の存在下で反応を経るときに、発泡性防炎材料３００、特に発泡性防炎材料から形成される泡状体を支持するのに十分な構造的足場を提供することである。
【００３９】
ＣＮＴ糸２２０
ここで図７〜９を参照すると、システム３０と類似したシステム１０は、ナノチューブ糸の製造に使用することができる。糸を製造するために、ハウジング３２を、炉３１６からナノチューブを受容し、それらを糸に紡ぐ装置で置き換えることができる。この装置は、ナノチューブが管３１５から退出するときに該ナノチューブを回収できる回転スピンドルを含む場合がある。回転スピンドルは、吸込み端を含む場合があり、該吸込み端内に複数のチューブが進入し、糸に紡がれ得る。回転の方向は、管３１５を通したナノチューブの移動方向に対して実質的に横断方向の場合がある。回転スピンドルはまた、経路を含む場合があり、該経路に沿って糸がスピンドルの出口端に向かって案内される場合がある。次いで、糸はスプール上に回収される場合がある。システム１０は、全目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる出願番号１１／４８８，３８７号（現在、米国特許第７，９９３，６２０号）に開示されているものと同様な場合がある。
【００４０】
回転スピンドル１４は、図７に示すように、延長された長さのナノチューブ１１３を回収するために、ハウジング１２内から入口１３を通して合成チャンバ１１内に延びるように設計されてもよい。一実施形態において、回転スピンドル１４は、吸込み端１４１を含む場合があり、この吸込み端１４１内に複数のナノチューブが進入し、糸２２０に紡がれる場合がある。一実施形態において、回転の方向は、ナノチューブ１１３の移動方向に対して実質的に横断方向の場合がある。回転スピンドル１４はまた、中空コア１４２等の経路を含むことができ、該経路に沿って糸２２０がスピンドル１４の出口端１４３に向かって案内される場合がある。回転スピンドル１４の吸込み端１４１は、様々な設計を含む場合がある。一実施形態では、吸込み端１４１は、単に開口部（図示せず）を含む場合があり、該開口部を通してナノチューブ１１３が進入することができる。代替的に、吸込み端１４１は、ナノチューブ１１３を吸込み端１４１内に案内する役割を果たすことができる漏斗状構造１４４を含んでもよい。構造１４４はまた、糸２２０が、新たに堆積されたナノチューブ１１３が縒り合されて、それ自体を再構成することができるときまで、糸２２０が破損しないように糸２２０を支持する役割も果たすことができる。一実施形態では、ローラー、キャプスタン又は他の制限装置＋（図示せず）がスピンドル１４の吸込み端１４１に隣接して提供されて、（１）そこから糸２２０が縒り合され得る地点としての役割を果たし、及び、（２）糸２２０の弾力性が糸をスピンドル１４のコア１４２内に急速に牽引することを防止し、これは糸２２０が破損した場合の糸２２０の再形成を防止する場合がある。
【００４１】
システム１０は、更に、回転スピンドル１４の出口端１４３に連結され得るガイドアーム１６を含んで、糸２２０をスプール１７に向かって案内し及び指向させ、スプール１７上に集めることができる。本発明の一実施形態によれば、一組のプーリ１６１、アイレット又はフックが付属物としてガイドアーム１６に提供されて経路を画定してもよく、該経路上で糸２２０がガイドアーム１６に沿って案内される場合がある。代替的に、糸２２０は、スピンドル１４の出口端１４３から、そこから糸２２０がスプール１７上に巻回され得る地点まで、糸２２０を指向させ得る管状構造（図示せず）に通過させてもよい。
【００４２】
一実施形態において、ガイドアーム１６及び回転スピンドル１４は協働して、糸２２０の縒り合せを誘導する場合がある。スピンドル１４及びガイドアーム１６の回転は、例えば、例えばベルト１８１を介してスピンドル１４に連結された電気モーター１８によって、機械的に駆動される場合がある。
【００４３】
ハウジング１２内に位置するスプール１７は、一実施形態において、ガイドアーム１６の下流に配置されて糸２２０を回収する場合がある。特に、ガイドアーム１６から前進する糸２２０はスプール１７上へと指向されてもよく、それにより糸２２０は、その後、スプール１７の周囲に巻回される場合がある。スプール１７は回転スピンドル１４と軸線方向に整合されて示されているが、スプール１７がその軸線の周囲に回転して糸２２０をガイドアーム１６から回収できる限り、スプール１７はハウジング１２内の任意の他の位置に配置できることを認識するべきである。一実施形態において、スプール１７の回転の軸線は、スプール１７上への糸２２０の移動方向に対して実質的に横断方向の場合がある。
【００４４】
スプール１７に回転を付与するために、追加の機械駆動装置１９がスプール１７に連結されてもよい。一実施形態において、スプール１７は、スピンドル１４の回転速度に近い、又は該回転速度と実質的に同様の回転速度で、回転（ｓｐｉｎ）又は回転（ｒｏｔａｔｅ）するように同期されて、スプール１７上への糸２２０の均一な回収を可能にする場合がある。さもなければ、例えば、スプール１７の回転速度がスピンドル１４の回転速度よりも速い場合、ガイドアーム１６からスプール１７までに糸２２０の破損が起こり得、又は速度がスピンドル１４の速度よりも遅い場合、糸２２０の緩んだ部分が最終的に絡まり得る。
【００４５】
回転速度の実質的な同期を維持するために、機械駆動装置１８及び１９の動作を制御システム（図示せず）により調整することができる。一実施形態において、制御システムは、機械駆動装置１７及び１８の各々に取り付けられた光学エンコーダー１８２等の位置センサーからのデータを受容するように設計される場合がある。続いて、そのデータに基づいて、制御システムは制御アルゴリズムを使用して各駆動装置に供給される電力を加減して、各駆動装置の速度がナノチューブ合成の速度に実質的に一致するように、それらの速度を制御することができる。その結果、制御システムは、（１）設定された張力限界により制御される一定の糸速度、又は、（２）速度限界により制御される一定の張力を付与することができる。一実施形態において、糸速度は、張力が予め設定された限界内に保たれ得るように、張力値に応じてリアルタイムでリセットされる場合がある。加えて、糸張力は、張力が設定値以内に保たれ得るように、速度値に応じてリアルタイムでリセットされる場合がある。
【００４６】
制御システムはまた、必要であれば、スプール１７とスピンドル１４との間の速度を変更して、スプール１７による糸取込みを制御することができる。加えて、制御システムは、スプール１７をその軸線に沿って前後に移動させて、糸２２０をスプール１７の周囲に均一に巻回させることができる。
【００４７】
作動中、本発明のＣＶＤ法を使用した定常状態の製造の下で、延長された長さのナノチューブが合成チャンバ１１内から回収される場合があり、その後、糸２２０が形成される場合がある。詳細には、合成チャンバ１１からナノチューブ１１３が出現するときに、ナノチューブ１１３は集められて束となり、スピンドル１４の吸込み端１４１内に供給され、続いて、吸込み端１４１内で紡がれ又は縒り合されて糸２２０となる場合がある。糸２２０に対する連続的な縒り合せは、十分な角応力（ａｎｇｕｌａｒ  ｓｔｒｅｓｓ）を蓄積して、新たなナノチューブ１１３がスピンドル１４に到着する地点付近に回転を生じさせて、更なる糸形成プロセスをもたらすことができることに留意するべきである。更に、継続的な張力が糸２２０に適用でき、又は糸２２０の前進は制御された速度で行われて、スプール１７の周囲でのその取込みを可能にすることができる。
【００４８】
一般に、糸２２０の形成は、ナノチューブ１１３の束から生じ、これは続いてきつく紡がれて縒り合せ糸とされる場合がある。代替的に、糸２２０の主な縒り合せがシステム１０内のある地点に固定される場合があり、回収されたナノチューブ１１３はこの縒り合せ糸２２０上に巻回される場合がある。これらの成長モードの両方を、本発明に関連して実施する場合がある。
【００４９】
ここで図８を参照すると、ガススピナー２０等の渦発生器を合成チャンバ１１の出口端１１４に向けて提供して、実質的な渦流れを生成して、ナノチューブ１１３がスピンドル１４内に指向され、糸２２０に紡がれる前に、ナノチューブ１１３に縒り合せ動作を付与する場合がある。縒り合せ動作を付与するための渦の生成は、糸２２０の形成に使用されるナノチューブ材料の量を一定にする役割も果たすことができる。
【００５０】
ガス及び生成されたナノ材料の流れに堅固な狭窄を提供することにより、ガススピナー２０はまた、本発明のシステム１０の糸及びトウ形成モードを規定する際の実質的な自由を可能にする場合があることも認識するべきである。更に、必要に応じて、ガススピナー２０は、特にガススピナー２０を通して供給されるガスが遅い流速で、そこからナノチューブ１１３が（例えばリーダ（下記の記載を参照）により）牽引され、続いて糸２２０に縒り合され得る源を形成する際、ナノチューブ１１３が蓄積できる領域を提供する場合がある。
【００５１】
本発明の一実施形態によれば、糸２２０の形成の開始時において、糸を「リーダー」で開始することが有益な場合がある。このリーダーは、例えば、ナノチューブ糸の追加の断片、いくつかの他のタイプの糸若しくは単繊維、又は細ワイヤであってもよい。一実施形態では、ワイヤが使用されてもよく、これは、成長する糸の末端をワイヤがつなぐことができるように十分な蓄積が存在するまで、スピンドル１４の縒り合せ動作を、蓄積するナノチューブ１１３のウェブ（ｗｅｂｂｉｎｇ）又は束に移動するのに必要な、必須の剛性をワイヤが提供できるためである。一実施形態では、使用されるワイヤは、例えば第一鉄ワイヤ又はニクロムであってもよく、これは、これらの合金が合成チャンバ１１の高温ゾーン内の温度（６００℃〜１３００℃）に耐え得るためである。更に、ＣＶＤ法により生成されたナノチューブは、これらの合金に比較的良好に接着することが観察されている。特に、ナノチューブ１１３の末端部の触媒ナノ粒子は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の強磁性材料を含み得るため、これらのナノ粒子が第一鉄合金材料上の磁性領域に磁気的に引き付けられ得る。
【００５２】
リーダーが提供される場合、反応の開始前にリーダーを予め装着する必要があり得る。詳細には、一実施形態において、スプール１７内に孔を提供して、リーダーの一端のためのアンカー地点として機能させる場合がある。加えて、案内プーリ１６１内に切欠き又は細孔を提供して、リーダーがガイドアーム１６内に容易に挿入されるようにする場合がある。次いで、リーダーはスピンドル１４内に挿入され、その後、ガススピナー２０が使用
される場合、ガススピナー２０の上流の合成チャンバ１１内に前進させることができる。
【００５３】
図９を参照すると、リーダーを使用する場合、ガススピナー２０の代わりにアンカー４０が設けられて源を提供することができ、該源からリーダーがナノチューブをスピンドル１４内に引き込んで糸作製プロセスを開始させ得る。一実施形態では、アンカー４０は合成チャンバ１１の出口端１１４に向けて配置されて、ナノチューブ１１３の蓄積がアンカー４０内に生じ得るように、ガス及びナノチューブ１１３の流れを制限することができる。それを行うために、アンカー４０は、先端４１、基端４２、及びそれらの間を延びる通路４４を有するディスクとして設計される場合がある。図６に示すように、通路４４は、基端４２から先端４１に向かって先細となっていてもよい。このようにして、ナノチューブ１１３が制限部分４５に向かって通路４４に進入した際、制限部分４５がナノチューブ１１３をそこに蓄積するように機能して、リーダーのための源を提供することができる。アンカー４０の通路４４は、先細又はトロイダル形状として提供されているが、チャンバ１１内のガス及びナノチューブ１１３の流れを制限するよう働く限り、様々な形態を含むよう設計できることを認識するべきである。
【００５４】
制限部分４５でのナノチューブの蓄積を向上させるために、制限部分４５に突起（図示せず）又は他の同様の設計を設けて、ナノチューブ１１３のウェブ又は束が付着することができる表面を提供してもよい。一実施形態において、アンカー４０は、ナノチューブ１１３が固体表面に接着する比較的高い傾向を有する場合がある炉１１６の付近に配置されてもよい。炉１６の付近に存在する場合があるため、一実施形態において、アンカー４０は、グラファイト材料、又は炉１６からの熱に耐えるであろう任意の他の材料から作製されてもよい。
【００５５】
ナノチューブ１１３が定速で生成できることを仮定すれば、炉１１６付近のアンカー４０の設計及び位置は、ナノチューブ１１３を均一の速度でアンカー４０上に蓄積させることができる。それを目的として、その後、実質的に均一の特性を有する糸２２０を回収及び形成するために、制御されたナノチューブ１１３の源を生成することができる。更に、アンカー４０は、そこからナノチューブ１１３が牽引されて、糸２２０と実質的に同軸の方向にナノチューブ１１３を実質的に整合する地点を提供するように機能する場合がある。ナノチューブ１１３を糸２２０の軸線に沿って整合する能力は、ナノチューブ１１３間の負荷移動を向上させて、高強度の糸２２０の形成を可能にすることができる。それにもかかわらず、糸２２０はアンカー４０が存在するか否かにかかわらず形成できることを認識するべきである。
【００５６】
続いて、スプール１７、スピンドル１４、ガイドアーム１６及びリーダーを回転させることによって、糸２２０の組立て及び回収を開始することができる。一実施形態において、ナノチューブ１１３の合成の開始後、ナノチューブ１１３はリーダーに向かって指向されて、ナノチューブ１１３がリーダー上に蓄積され又はリーダー上でナノチューブ１１３の束が形成される場合がある。その後、一旦ナノチューブ１１３のウェブ又は束がリーダー上に蓄積を開始したら、スプール１７をスピンドル１４及びガイドアーム１６とは僅かに異なる速度で回転させることによりリーダーを引き抜くことができる。その後、一旦リーダーが合成チャンバ１１の高温ゾーン１１２から十分に引き抜かれたら、上述したようなナノチューブ糸２２０の形成に自動的に進行する場合がある。特に、ナノチューブ１１３のウェブは、スピンドル１４の吸込み端１４１付近の地点で縒り合されて糸２２０となり得る。次いで、糸２２０の縒り合せ部分は、コア１４２に沿ってスピンドル１４の出口端１４３に向かって移動される場合がある。出口端１４３を退出した後、糸２２０はガイドアーム１６に沿って案内され、スプール１７に向かって指向される場合がある。その後、糸２２０は、制御速度でスプール１７の周囲に巻回される場合がある。
【００５７】
別の実施形態によれば、システム１０は、合成チャンバ１１内で合成されたナノチューブ１１３からのトウ（図示せず）の連続形成にも使用される場合がある。このトウは、その後、撚糸及び糸形成の技術分野にて一般的な技術と同様に、堅く巻回された糸に加工される場合がある。一実施形態において、トウは、上述したように、中空スピンドル１４、ガイドアーム１６及びスプール１７を使用して回収される場合がある。形成されたトウは、スプール１７からガイドアーム１６及びスピンドル１４を通して、出口端１１４付近の合成チャンバ１１内に延び得る。一実施形態において、ナノチューブ１１３は、トウが急速に紡がれ、ゆっくり引き抜かれるときに、トウの周囲に巻回することによりトウ上に蓄積されてもよい。この作動モードにはアンカーは必要でない可能性がある。しかしながら、紡がれるトウの成長末端部が付着できる地点を提供する必要がある場合、アンカーを使用してもよい。
【００５８】
本発明の一実施形態による糸又はトウの形成は、長さを必要とする用途に使用することができる、比較的長い繊維状構造を生成するための手法を提供する。特に、糸の形成中の縒り合せ作用により、ステープル繊維（即ち、ナノチューブ）をまとめて、より大きい繊維状構造（即ち、糸）とすることができる。加えて、軸線方向に整合された繊維（即ち、ナノチューブ）の縒り合せにより繊維間の負荷移動を向上させて、高強度糸を形成することができる。
【００５９】
詳細には、本発明のプロセスにより合成されたナノチューブ等のステープル繊維は、高いアスペクト比（例えば、＞１００：１  長さ：直径）を備える場合がある。その結果、それらはより小さいアスペクト比のものよりも良好に機能する場合があり、糸中の個々の繊維間の構造的負荷を移動することができる。本質的に無限のアスペクト比を有する繊維が理想的であるが、糸が組み込まれ得る構造の長さスケールは、成分繊維に必要な長さ及びアスペクト比をより良好に規定する。例えば、１〜２センチメートルのみの距離を架橋する必要がある場合、この距離よりも遥かに長い繊維は必要でない可能性がある。更に、糸中では、負荷移動は一般に、隣接する繊維の接触地点の各々の間の相互作用として生じる。各接触地点において、各繊維は、例えばファンデルワールス結合、水素結合又はイオン相互作用を介して相互作用することができる。従って、本発明の糸中の複数の繊維の存在は、接触地点の数を増大させ、ひいては隣接する繊維間の結合相互作用を増大させて、繊維間の負荷移動を向上させることができる。更に、縒り合せは、個々の繊維を互いに密になるよう強制することにより、糸中の成分繊維間の接触地点の数を更に増大させるため、縒り合せを付与することは糸の全体的な強度に有利な場合がある。この点で、縒り合せ及び取り込み速度を独立して制御する能力は、強度を最適化するために重要な場合がある。
【００６０】
糸の強度は、隣接する繊維間の結合強度を増大させることにより、更に向上させることができる。一実施形態において、糸をポリマー等のマトリクス材料、又は界面活性剤分子で含浸して、隣接する繊維を架橋させてもよい。共有又はイオン化学結合を用いた繊維の架橋により、糸の全体的な強度を改善する追加の手段が提供される場合がある。
【００６１】
多数の接触地点は、隣接するナノチューブ間でフォノン又は電子が移動する機会を高めるため、糸に対する縒り合せの付与は、本発明の糸の電気及び熱伝導性も向上させ得ることに留意するべきである。熱源の存在下、糸２２０中の炭素ナノチューブは、熱源から熱を糸２２０の長さに沿ってより大きい及び比較的低温の範囲、例えばヒートシンクに向かって相当急速に伝導するように作用することができる。
【００６２】
多数の実施形態において、ＣＮＴ糸２２０は、ほぼ完全にナノチューブから形成されている。ＣＮＴ糸２２０の様々な実施形態において、ナノチューブ線密度は、約０．５Ｔｅｘ（ｇ／ｋｍ）〜約１００Ｔｅｘ以上の範囲の場合がある。いくつかの実施形態において
、ＣＮＴ糸２２０の重量の約１０％〜約１５％に寄与する鉄（残留触媒）等の混入物質が存在する場合がある。加えて又は代替的に、ＣＮＴ糸２２０は、ナノチューブに加えて、すす及び多環芳香族炭化水素等の炭素質材料を含む場合がある。これらの炭素質材料は、いくつかの実施形態では、ＣＮＴ糸２２０の重量の約１０％に寄与する場合がある。
【００６３】
ＣＮＴ糸２２０中の炭素ナノチューブの濃度は、所望の用途に応じて、実施形態全体で様々な場合がある；しかしながら、用いられる任意の特定の濃度は、特定の重要な考慮事項の関数の場合がある。そのような考慮事項の１つは、熱伝導率であり、多数の実施形態において、ＣＮＴ糸２２０は、熱源から熱を所望の速度で逃がすのに好適なレベルの熱伝導率を提供するのに十分高いナノチューブ濃度が提供される場合がある。他のそのような考慮事項は、下記により詳細に記載するように、発泡性防炎材料３００が熱の存在下で反応を経るときに、発泡性防炎材料３００、特に発泡性防炎材料から形成される泡状体を支持するのに十分な構造的足場を提供することである。
【００６４】
織物ＣＮＴシート２３０
本開示の別の実施形態において、ＣＮＴ部材２００は、多数の炭素ナノチューブ糸２２０のような方法で、互いに織り合わされ、編組され、編み合わされ、又は別様に組み合わされて形成された織物ＣＮＴシート２３０を含む場合がある。不織ＣＮＴ  ２１０及びＣＮＴ糸２２０と同様、織物ＣＮＴシート２３０は良好な面内熱伝導性を有する場合があり、それにより、高温地点から離れるように面内方向へ熱を放散することを助けると共に、面間熱移動を最小限にする。理論に束縛されるものではないが、熱エネルギーは、織物ＣＮＴシート２３０に織り合わされた各ＣＮＴ糸２２０により形成された、独立した伝導経路をたどり、熱を高温地点から離れるように、ＣＮＴ糸２２０が整合されるＸ及びＹ方向に搬送することができる。織物ＣＮＴシート２３０は、該シート２３０を形成するＣＮＴ糸２２０の高強度に起因して、不織シートと比較して非常に高い引張強度を有することができる。
【００６５】
更なる別の実施形態では、ＣＮＴ部材２００は、不織ＣＮＴシート２１０と接触して配置された織物ＣＮＴシート２３０を含む複合材料物品であってもよい。そのような構成は、シート２１０及び２３０の好ましい特徴を有する場合がある。例えば、複合材料物品において、織物ＣＮＴシート２３０は、複合材料物品の優れた強度及び熱伝導性に寄与することができ、不織ＣＮＴシート２１０は、より大きい表面積及び異なる微細構造に寄与することができる。様々な実施形態において、発泡性防炎材料３００は、織物ＣＮＴシート２３０の糸中に、糸織物ＣＮＴシート２３０間の隙間中に、不織ＣＮＴシート２１０中に、又はそれらの任意の組み合わせに導入することができる。
【００６６】
ＣＮＴ網状構造２４０
本開示の更なる別の実施形態において、ＣＮＴ部材２００は、ＣＮＴ網状構造２４０の形態をとる場合がある。一般的に言えば、ＣＮＴ網状構造２４０は、溶媒中に分散した炭素ナノチューブの溶液を乾燥することにより形成される。いくつかの実施形態では、ＣＮＴ網状構造２４０は、更に、界面活性剤（均一性の向上のため、これによりナノチューブは網状構造の形成に使用される溶液全体に分布される）、酸（同じ目的のため、またナノチューブの官能化のため）、バインダー（溶液の粘度を増大させ、網状構造の様々な成分を一緒に保持するため）等の１つ以上の添加剤を含む場合があるが、これらに限定されない。後により詳細に論じるように、発泡性防炎ナノ構造材料１００の一実施形態において、ＣＮＴ網状構造２４０を形成するのに使用される溶液中に発泡性防炎材料３００を混合して、高い熱保護能力を提供することができる。後により詳細に記載するように、得られたナノ構造材料、発泡性防炎材料３００及び溶媒の溶液を表面上に被覆又は噴霧し、乾燥して、ＣＮＴ網状構造２４０及び発泡性防炎材料３００を含む熱保護コーティング（発泡性防炎ナノ構造材料１００の実施形態）を形成することができる。
【００６７】
ナノ構造材料の溶液は、当該技術分野にて既知の任意の好適な方法に従って調製することができる。溶液を形成する代表的な方法は、全ての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１５／３５１，９１２号に見出すことができる。
【００６８】
溶液中のナノ構造材料の濃度は、所望の用途に応じて実施形態全体で様々な場合がある；しかしながら、用いられる任意の特定の濃度は、特定の重要な考慮事項の関数の場合がある。そのような考慮事項の１つは、熱伝導率であり、多数の実施形態において、溶液は、熱源から熱を所望の速度で逃すのに好適なレベルの熱伝導率を提供するのに十分高いナノチューブ濃度が提供される場合がある。他のそのような考慮事項は、下記により詳細に記載するように、発泡性防炎材料３００が熱の存在下で反応を経るときに、発泡性防炎材料３００、特に発泡性防炎材料３００から形成される泡状体を、ＣＮＴ網状構造２４０中に支持するのに十分な構造的足場を提供することである。様々な実施形態において、溶液は、これらの考慮事項の増進のために、炭素ナノチューブを約１体積％〜約８０体積％、好ましくはほぼ１０体積％の濃度で含む場合がある。
【００６９】
発泡性防炎材料３００
発泡性防炎ナノ構造材料１００の実施形態は、更に、熱保護を向上させるために１つ以上の発泡性防炎材料３００を含む。熱に暴露された際、発泡性防炎材料は、材料１００を更なる熱暴露及び酸素から遮断する泡状体の形成をもたらす化学反応を経る。反応中、熱エネルギーは、水和物が沸騰し、水蒸気が放出されるにつれて吸収され、それにより、気化エネルギーが消費されるときに冷却効果を提供する。一般的な基準体系において、多数の発泡性防炎材料は、約４００℃以上の温度に暴露された際に反応を経て、泡状体を形成することができる。
【００７０】
発泡性防炎材料３００は、そのような吸熱化学反応を経て断熱泡状体又は同様の材料の形成をもたらす任意の好適な材料を含む場合がある。発泡性防炎材料の例は、軟質チャー（ｃｈａｒ）（例えば、酢酸ビニル又はスチレンアクリレートのバインダー中のポリリン酸アンモニウム、ペンタエリスリトール（ｐｅｎｔａｅｙｒｔｈｒｉｔｏｌ）及びメラミン）及び硬質チャー（例えば、ケイ酸ナトリウム、グラファイト）を含むが、これらに限定されない。発泡性防炎材料３００は、更に、材料３００を他の材料に結合するバインダー（例えば、様々な高分子樹脂）、熱分解して、発泡性防炎泡状体の形成を促進するガスを生成する発泡剤（例えば、メラミン又は尿素）、及び／又は発泡性防炎材料３００と接触している材料（例えば、ＣＮＴｓ）の酸化を防止する防火剤（例えば、ホウ酸、ホウ砂、ホウ酸亜鉛、シラザン、ポリリン酸アンモニウム）を含み又はそれらと組み合わされてもよい。勿論、本明細書に記載される特性を有する任意の好適な発泡性防炎材料が、本開示の範囲内で構想される。様々な実施形態において、発泡性防炎材料３００は、任意の好適な方法でＣＮＴ部材２００に適用される場合がある。一実施形態では、発泡性防炎材料３００は、適切な溶媒に溶解され、ＣＮＴ部材２００を浸し、次いでこれを乾燥して溶媒を除去する場合がある。更なる詳細は、下記の実施例１〜８に提供される。
【００７１】
ＣＮＴ部材２００と発泡性防炎材３００との相乗効果により、ポリマーマトリクスに含まれる発泡性防炎材から形成される泡状体と比較して、独立気泡形態を有するより厚い泡状体を形成することができる。一態様において、ＣＮＴ部材２００に含まれる高密度の炭素ナノチューブは、泡状体の気泡の破裂及び崩壊の可能性が低くなるように、泡状体が形成されるときに該泡状体のための十分な足場を提供する。泡状体は、構成されるときに、より厚く成長し、断熱性の高い独立気泡形態を保持することができる。一般的に言えば、ＣＮＴ部材２００と発泡性防炎３００との相乗効果は、支持されていない発泡性防炎材又は非ＣＮＴ材料と混合された発泡性防炎材と比較して、より小さい、より強い気泡を有する泡状体の生成をもたらすことが予想される場合がある。理論に束縛されるものではない
が、ＣＮＴ部材２００により付与される強度は、泡状体の独立気泡を強化し、より小さい、より安定な気泡の形成をもたらすと考えられる。
【００７２】
セラミック化ポリマー材料４００
発泡性防炎材料１００の実施形態は、更にセラミック化ポリマー材料４００で被覆又は含浸されて、ＣＮＴ部材２００の強度及びその酸化抵抗特性を向上させることができる。セラミック化ポリマー材料の例は、ポリシラザン、ポリウレアシラザン（ＰＳＺ）、及びポリウレアメチルビニルシラザンＣｅｒａｓｅｔ（登録商標）（Ｋｉｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｈｕｎｔｉｎｇｄｏｎ  Ｖａｌｌｅｙ、ＰＡ）を含むが、これらに限定されない。簡略化のために、セラミック化ポリマー材料４００は、本明細書ではＰＳＺ  ４００と称される場合があるが；本開示はセラミック化ポリマー材料４００をこの実施形態のみに限定することを意図しないことを理解するべきである。ＰＳＺ樹脂４００は熱と反応してＣＮＴ部材２００の炭素ナノチューブ上に耐熱性セラミックコーティングを形成することができる。このセラミックコーティングは、高レベルの熱に暴露された際の炭素ナノチューブの熱劣化又は燃焼を防止し又はさもなければ低減することにより、材料１００の全体的な構造的完全性、及び熱保護を提供するその能力の改善を助けることができる。
【００７３】
いくつかの実施形態では、ＰＳＺ  ４００は、不織シート２１０、糸２２０及び織物シート２３０上に被覆され又は不織シート２１０、糸２２０及び織物シート２３０中に含浸する場合がある。コーティング材料を形成するために、ＰＳＺ  ４００  ４００は、約０．１重量％〜約２０重量％の範囲、好ましくは（ｐｒｅｆｅｒａｂｌｅ）ほぼ３重量％の濃度で、アセトン溶液に溶解される場合がある。次に、溶液をＣＮＴ部材２００上に被覆した後、風乾させ得る。その後、被覆されたＣＮＴ部材２００を、約５０℃〜約３００℃の範囲、好ましくはほぼ２００℃の高温で約１２０分間、加熱プレスする場合がある。加熱プレスが行われ得る圧力は、約１４．７ｐｓｉ〜約２０，０００ｐｓｉの範囲の場合がある。加熱プレス後、得られた被覆ＣＮＴ部材２００は、使用の準備が整っている可能性がある。いくつかの実施形態では、ＰＳＺ  ４００は、ＰＳＺ  ４００被覆ＣＮＴ部材２００（発泡性防炎材料３００の適用前）の約５重量％〜約８０重量％、好ましくはＰＳＺ
４００被覆ＣＮＴ部材２００（発泡性防炎材料３００の適用前）の約２０重量％〜約３０重量％に寄与することができる。
【００７４】
この被覆ＣＮＴ部材２００の強度は、このプロセスの結果として、約３０ＭＰａから約３００ＭＰａ超に増大する場合がある。加えて、ＭＡＡＰ火炎へのＰＳＺ  ４００被覆ＣＮＴ部材２００の暴露は、材料の燃焼をもたらさない。むしろ、シラザンが酸化ケイ素に変換され、構造を互いに固定する、よく結合したケイ素カーボイド（ｃａｒｂｏｉｄ）の領域を形成する可能性が最も高い。一実施形態において、ＰＳＺ  ４００で被覆されたＣＮＴ部材２００は、数分間燃焼することなく、１０００℃以上を超える熱に耐えることができる。
【００７５】
興味深いことに、ＰＳＺ  ４００で処理された従来の非ＣＮＴ布地は、試験においてそのような利益を示さなかった。
【００７６】
ＰＳＺ  ４００はまた、ＣＮＴ網状構造２４０の形成に使用される溶液中に、様々な濃度で含まれ得る。代表的な実施形態では、ＰＳＺ  ４００は、ＰＳＺ  ４００がＣＮＴ網状構造２４０の乾燥重量の約２％〜約５０％、好ましくは約２５％を占めるように、好適な濃度で溶液に添加される場合がある。理論に束縛されるものではないが、ＰＳＺ  ４００は、単にナノチューブの周囲に保護セラミックコーティングを形成する以外に、発泡性防炎材料３００と特定の相乗効果を有する可能性がある。特に、ＰＳＺ  ４００は、熱分解するときに吸熱反応を経て、それにより発泡性防炎ナノ構造材料１００及びそれが保護する人、動物又は物体のための熱保護を更に提供することができる。
【００７７】
更なる処理
様々な実施形態において、本発明の発泡性防炎ナノ構造材料１００は、更に処理されてその機械的完全性及び／又は熱的性能を改善する場合がある。そのような一実施形態では、材料１００は、ポリマー（１つ又は複数）で被覆し及び／又は該ポリマーを浸透させてもよく、該ポリマーは、材料を水、湿気及び天候から保護すると共に、発泡性防炎材料３００が吸熱反応を経るときに泡状体の形成に影響を与える可能性があり得る。これらの目的に好適なポリマーの例は、ＰＶＣ、ＥＰＤＭ及びアラミドを含むが、これらに限定されない。一実施形態では、これらのポリマーは、溶解したモノマー、又は一緒に添加したオリゴマーを介して添加され、浸透が完了した後に反応させてもよい。加えて又は代替的に、別の実施形態では、発泡性防炎ナノ構造材料１００は、ホウ酸、ホウ砂、ホウ酸亜鉛、ポリリン酸アンモニウム（ＡＰＰ）、又はそれらの任意の組み合わせ等の難燃性化学物質で被覆し及び／又は難燃性化学物質を浸透させてもよい。試験により、例えば、ホウ酸とＡＰＰの間の特に好ましい相乗効果が示されている。
【実施例１】
【００７８】
発泡性防炎ナノ構造材料１１０の実施形態は、不織ＣＮＴシート２１０、発泡性防炎材料３００及びセラミック化ポリマー４００を含む場合がある。特定の実施形態に応じて、不織ＣＮＴシート２１０は、発泡性防炎ナノ構造材料１１０の乾燥重量の約１０％〜約５０％を占める場合があり、発泡性防炎材料３００は、発泡性防炎ナノ構造材料１１０の乾燥重量の約０％〜約７０％を占める場合があり、セラミック化ポリマー材料４００は、発泡性防炎ナノ構造材料１１０の乾燥重量の約２５％を占める場合がある。いくつかの実施形態では、発泡性防炎ナノ構造材料１１０は、発泡性防炎ナノ構造材料１１０の乾燥重量の約３％〜約５０％を占める場合があるバインダー（例えば、酢酸ビニル、スチレンアクリレート又はポリウレタン）を更に含む場合がある。加えて又は代替的に、発泡性防炎ナノ構造材料１１０のいくつかの実施形態は、発泡性防炎ナノ構造材料１１０の乾燥重量の約５％を占める場合がある難燃剤材料（１つ又は複数）（例えば、ホウ酸）を含む場合がある。
【実施例２】
【００７９】
実施例１の発泡性防炎ナノ構造材料１１０は、発泡性防炎材料１４０（後に実施例８に記載する）で被覆されて発泡性防炎材料１１２を形成する場合がある。いくつかの実施形態では、向上した熱保護のために、発泡性防炎材料１１２の多数の層を蓄積することにより複合材料１１４を形成する場合がある。
【実施例３】
【００８０】
発泡性防炎ナノ構造材料１２０の実施形態は、ＣＮＴ糸２２０、発泡性防炎材料３００及びセラミック化ポリマー４００を含む場合がある。特定の実施形態に応じて、ＣＮＴ糸２２０は、発泡性防炎ナノ構造材料１２０の乾燥重量の約１０％〜約９０％を占める場合があり、発泡性防炎材料３００は、発泡性防炎ナノ構造材料１２０の乾燥重量の約０％〜約５０％を占める場合があり、セラミック化ポリマー材料４００は、発泡性防炎ナノ構造材料１２０の乾燥重量の約３０％を占める場合がある。いくつかの実施形態では、発泡性防炎ナノ構造材料１２０は、発泡性防炎ナノ構造材料１２０の乾燥重量の約０％〜約５０％を占める場合があるバインダー（例えば、酢酸ビニル又はスチレンアクリレート）を更に含む場合がある。加えて又は代替的に、発泡性防炎ナノ構造材料１２０のいくつかの実施形態は、発泡性防炎ナノ構造材料１２０の乾燥重量の約５％を占める場合がある難燃剤材料（１つ又は複数）（例えば、ホウ酸）を含む場合がある。
【実施例４】
【００８１】
実施例３の発泡性防炎ナノ構造材料１２０は、発泡性防炎材料１４０（後に実施例８に
記載する）で被覆されて発泡性防炎材料１２２を形成する場合がある。いくつかの実施形態では、向上した熱保護のために、発泡性防炎材料１２２の多数の層を蓄積することにより複合材料１２４を形成する（例えば、多数の糸を縒り合せてワイヤ又はロープを形成する）場合がある。
【実施例５】
【００８２】
発泡性防炎ナノ構造材料１３０の実施形態は、織物ＣＮＴシート２３０、発泡性防炎材料３００及びセラミック化ポリマー４００を含む場合がある。特定の実施形態に応じて、不織ＣＮＴシート２３０は、発泡性防炎ナノ構造材料１３０の乾燥重量の約０％〜約５０％を占める場合があり、発泡性防炎材料３００は、発泡性防炎ナノ構造材料１３０の乾燥重量の約１０％〜約８０％を占める場合があり、セラミック化ポリマー材料４００は、発泡性防炎ナノ構造材料１３０の乾燥重量の約３０％を占める場合がある。いくつかの実施形態では、発泡性防炎ナノ構造材料１３０は、発泡性防炎ナノ構造材料１３０の乾燥重量の約５％を占める場合がある難燃剤材料（１つ又は複数）（例えば、ホウ酸）を更に含む場合がある。
【実施例６】
【００８３】
実施例５の発泡性防炎ナノ構造材料１３０は、発泡性防炎材料１４０（後に実施例８に記載する）で被覆されて発泡性防炎材料１３２を形成する場合がある。いくつかの実施形態では、向上した熱保護のために、発泡性防炎材料１３２の多数の層を蓄積することにより複合材料１３４を形成する場合がある。
【実施例７】
【００８４】
実施例６の発泡性防炎ナノ構造材料１３２又は複合材料１３４に、不織ＣＮＴシート２１０又は発泡性防炎材料１１０を重ね合わせて、発泡性防炎材料１３６を形成する場合がある。いくつかの実施形態では、向上した熱保護のために、発泡性防炎材料１３６の多数の層を蓄積することにより複合材料１３８を形成する場合がある。
【実施例８】
【００８５】
熱保護コーティング１４０（本明細書で発泡性防炎ナノ構造材料１４０とも称される）の実施形態は、ＣＮＴ網状構造２４０、発泡性防炎材料３００及びセラミック化ポリマー４００を含む場合がある。特定の実施形態に応じて、ＣＮＴ網状構造２４０は、発泡性防炎ナノ構造材料１４０の乾燥重量の約１％〜約１０％を占める場合があり、発泡性防炎材料３００は、発泡性防炎ナノ構造材料１４０の乾燥重量の約０％〜約７０％を占める場合があり、セラミック化ポリマー材料４００は、発泡性防炎ナノ構造材料１４０の乾燥重量の約２５％を占める場合がある。いくつかの実施形態では、発泡性防炎ナノ構造材料１４０は、発泡性防炎ナノ構造材料１４０の乾燥重量の約３％〜約１０％を占める場合があるバインダー（例えば、酢酸ビニル又はスチレンアクリレート）を更に含む場合がある。加えて又は代替的に、発泡性防炎ナノ構造材料１４０のいくつかの実施形態は、発泡性防炎ナノ構造材料１４０の乾燥重量の約５％を占める場合がある難燃剤材料（１つ又は複数）（例えば、ホウ酸）を含む場合がある。溶媒（例えば、アセトン、キシレン、１−メチルピロリドン（ｐｙｒｈｏｌｉｄｏｎｅ）を使用して、発泡性防炎ナノ構造材料１４０の粘度を層形成又は噴霧に好適となるように調整してもよい。例えば、溶媒を使用して、発泡性防炎ナノ構造材料の粘度を、コーティング／層形成のために１４０〜約３０００センチポアズ〜約６０００センチポアズに、及び噴霧のために約１０００センチポアズ未満に調整してもよい。
【００８６】
代表的な一実施形態において、発泡性防炎ナノ構造材料１４０は、ナノチューブパルプをセラミック化ポリマー４００（例えば、Ｃｅｒａｓｅｔモノマー）の約２％〜約２０％のアセトン溶液に浸すことにより形成されてもよい。次いで、浸したナノチューブパルプ
を炉内で例えば約１００℃で約３０分間乾燥して、ナノチューブ上のセラミック化ポリマー４００を乾燥してもよい。被覆ナノチューブパルプを更に、例えば約２００℃で約１時間ベーキングして、セラミック化ポリマー４００を凝固させてもよい。ナノチューブは、目下、更なる保護のためのセラミック化ポリマーコーティングを含む。
【００８７】
次に、ナノチューブパルプを発泡性防炎材料３００（例えば、軟質チャー、硬質チャー）、並びにバインダー、難燃剤及び溶媒の任意の組み合わせと組み合わせて、粘性溶液を形成してもよい。この溶液を、ナノチューブパルプ及び発泡性防炎材料３００が完全に分散するまで、高せん断ミキサー内で混合してもよい。次いで、溶液をコーティング／層形成、噴霧、又は他の好適な適用に適した粘度となるまで希釈してもよい。
【００８８】
一実施形態において、溶液を、熱保護のために物体上に被覆又は噴霧するために、液体塗料中に混合してもよい。例えば、約２．５ｇの被覆ナノチューブパルプを約５ｇのホウ酸、約５ｇのポリリン酸アンモニウム、及び約２．５ｇのメラミンと共に、約１００ｇのアクリル系塗料と混合してもよい。これを、噴霧に好適な粘度が得られるまで、水中５％エタノールで希釈してもよい。これで、粘性混合物は、物体上に噴霧されて熱保護を提供する準備が整っている。他の好適な塗料は、ポリウレタン系及び油性塗料を挙げる場合があるが、これらに限定されない。
【００８９】
発泡性防炎ナノ構造材料１００から作製された物品
発泡性防炎ナノ構造材料１００は、様々な実用的用途に使用され、特に熱保護及び防火用に使用することができる。例えば、不織シート２１０又は織物シート２３０から形成された材料１００の実施形態は、消火用毛布、消防服、及びカー・レーサー、パイロット等の防火服等に組み込まれ又はそれらの布地として使用することができるが、これらに限定されない。同様に、糸２２０を含む材料１００の実施形態は、そのような布地内に、並びに高温環境内で又は熱源に直近して作動し得るケーブル及びワイヤ等の他の用途に使用することができる。各々はまた、エンジン及びヒーターのような熱源の周囲の耐火若しくは熱耐性ハウジングのような構造内に、又は別様に高温な環境内で保護を必要とする物体を包囲するために、使用することができる。キャンプ用テント、日除け、及び火炎又は高温照明器具の付近に位置することが多い他の構造は、同様に、材料１００の組み込みにより利益を得ることができる。
【００９０】
溶液を使用して、熱保護又は防火を必要とする構成要素上に熱保護層１４０を形成することができる。例えば、溶液を建物及び車両のＩ形梁、並びに他の構造部材の表面に噴霧塗布し、乾燥して、該表面上に発泡性防炎ナノ構造材料１４０を形成することができ、これは火事の際に構造の弱体化及び最終的な崩壊を防止し又は遅延させることができる。更に、上記に列挙したもの等と同様の用途のために、溶液を基体上に噴霧し、乾燥し、シートとして剥がすことができる。これは、溶液を用いて、該溶液又はＣＮＴパルプを濾過又は成形して、発泡性防炎ナノ構造材料１００のバッキーペーパー様の形態を形成することにより行うことができる。そのような実施形態は、上述したシート２１０、２３０と同様の方法で用いることができる。加えて又は代替的に、溶液を不織ＣＮＴシート２１０、ＣＮＴ糸２２０、織物ＣＮＴシート２３０、又はそれらの任意の組み合わせ上に被覆し、及び／又はこれらに浸透させることができる。
【００９１】
また更なる実施形態では、発泡性防炎ナノ構造材料１００は、ＣＮＴ加熱要素の後部に適用されて低質量の耐火断熱層を提供して、加熱要素の熱エネルギーが、加熱されるべき標的から離れるように伝導されるよう保つ場合がある。同様に、一体化されたＣＮＴヒーター及び断熱体の裏張りは、ＣＮＴシート又は織物ＣＮＴ糸を発泡性防炎ナノ構造材料１４０及び適切な添加剤で裏打ちすることにより形成することができる。そのような物品は、高温で熱処理されて、一体化された柔軟な断熱裏張りを有する安定したヒーターを形成
することができる。
【００９２】
勿論、これらは単なる実例的な例であり、当業者は本開示の範囲内で発泡性防炎ナノ構造材料１００の様々な実施形態の更なる実践的用途を認識することができる。
【００９３】
本発明をその特定の実施形態を参照して記載してきたが、当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、等価物で置き換えることができることを理解する筈である。加えて、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、特定の状況、指示、材料及び物質の組成、プロセスステップ（１つ又は複数）に適合できるように多くの修正を加えることができる。このような修正の全ては、本明細書に添付した特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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