添加するだけで高耐熱性・高導電に———単層カーボンナノチューブのチカラ

 原子レベルでストロー状の構造を持つ「カーボンナノチューブ」。軽量高強度かつ高伝導率高熱伝導率などの優れた特長を持ちます。

 近年は画期的な生産プロセスも確立され、量産も可能となりました。

 そんな夢の新素材であるカーボンナノチューブの用途の一例を紹介します。

 ※参考

 ・夢の新素材カーボンナノチューブ ついに実用化へ

 ・ナノチューブ実用化研究センターHP スーパーグロース法とは

 ・NEDO実用化ドキュメント 驚異の新素材、単層カーボンナノチューブ
世界初の量産工場が稼働

配管用Oリング:耐熱性・安全性を飛躍的に向上


 配管の接続部に用いられ、シールなどの役割をもつOリング。リングが劣化するとガス漏れ、災害などにもつながるため、リングの劣化を抑制することは安全性の観点でも大きな意味があります。

 通常、Oリングはゴム系の材料を使用して作られますが、そこに補強材としてカーボンナノチューブを添加することで、耐熱性耐薬品性が飛躍的に向上し、リング自体の寿命も伸ばすことができます。

図1  SGOINT-耐熱Oリング  劣化の状態 市販品との比較
出典)サンアロー株式会社HP SGOINT 製品概要

 サンアロー社の「SGOINT-耐熱Oリング」は、フッ素ゴムを母材として用い、長い単層カーボンナノチューブ(SGCNT)補強性フィラーとして使用しています。

 カーボンナノチューブが「無機物質」であり、「繊維状」であることから、下記の特徴があります。

 ・400℃程度の高温でも燃えません。

 ・耐薬品性にも優れます。

 ・過酷な環境下でも形状を維持できます。

 ・230℃でも1600時間の飛躍的な長寿命を達成できます。

導電助剤:少量で導電性を付与


 一般的なカーボンも導電性はありますが、カーボンナノチューブの導電性は極めて高くごくわずかな添加量でも導電性を付与することができます。

 そんな特性を活用した製品ラインナップを展開するのがTUBALL

 ごく微量でも導電性を発揮できるのは、分散技術の革新によります。

一般的なカーボンブラックなどの材料は粒子状に偏ってしまいますが、TUBALLのカーボンナノチューブは図2に示すように極めて均一に分散し、ネットワークを形成します。

図2 各カーボン材料の分散の仕方イメージ
出典)TUBALL HP カーボンナノチューブ

 少量で導電性を付与できることにより、図3のように「色目を変えずに」導電性を付与することができます。

図3 TUBALL MATRIX201とカーボンブラックの導電性の比較
出典)楠本化成 TUBALL MATRIX201技術情報

 図3の緑の板はカーボンナノチューブを添加したものですが、添加量を0.1~0.01%のように極めて少なくできることにより、「明るい色」の塗装も可能となります。

 また、極めて均一に分散できるため、場所による偏りもなく、均一な導電性を実現できます。

 用途として期待できるのが「静電塗装用塗料」。

静電塗装とは

アースした被塗物を正極、塗料噴霧装置を負極とし、 直接高電圧をかけて両極間に静電界をつくり、塗料微粒子を 負に帯電させて、塗装する方法です。

静電塗装は、帯電した塗料を電気力線に沿って飛行し、 正極の被塗物に塗着するため塗料ミストの飛散が少なく 塗料が節減できる大量生産に向いた塗装方法です。

図4 静電塗装原理イメージ (出典:土屋製作HP) 

そんな静電塗装では下地に導電性を持たせる必要があるため、導電性のあるプライマー(導電プライマー)が使用されますが、その材料には制限があるため、白や黒など色目は限定的です。

 そこでこのカーボンナノチューブを添加すれば、どんな色のプライマーでも導電プライマーに変化すると言えます。

※ただし分散性は溶媒種に左右されます。エポキシやウレタンなどの極性溶媒ではなじみやすいですが、オレフィンやパラフィンなどにはあまり相性がよくありません。

さいごに


 夢の材料であるカーボンナノチューブ。量産の課題が解決されつつある今、その活用方法に期待が寄せられます。アイデアがある方はぜひコメントをお願いします。

■参考情報

サンアロー株式会社 SGOINT

楠本化成 TUBALL単層カーボンナノチューブ製品ラインナップ

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