專利名稱：碳系材料及其制造方法、復合材料及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及碳系材料及其制造方法、復合材料及其制造方法。
背景技術：
使用碳纖維、碳黑、石墨、碳納米纖維等碳材料的復合材料倍受注目(例如，參照專利文獻1)。由于這樣的復合材料包含碳納米纖維等碳材料，所以可以期待其提高導電性、傳熱性、機械強度等。
但是，碳材料通常與復合材料的基體材料之間的浸潤性(親和性)低，向基體材料中的分散性也低。另外，特別是由于碳納米纖維相互之間具有很強的凝聚性，所以難以使碳納米纖維均勻地分散在復合材料的基材中。因此，現(xiàn)在難以獲得具有期望特性的碳納米纖維的復合材料，而且，無法高效利用成本高昂的碳納米纖維。
專利文獻1特開平5-78110號公報發(fā)明內容因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種改善表面的浸潤性的碳系材料及其制造方法。另外，本發(fā)明的目的還在于，提供一種均勻分散碳系材料的復合材料及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的碳系材料的制造方法，包括工序(a)，混合彈性體、以及至少第一碳材料，并利用剪切力分散而獲得復合彈性體；工序(b)，熱處理所述復合彈性體，使包含在該復合彈性體中的彈性體氣化，獲得第二碳材料；以及工序(c)，將所述第二碳材料與融點比所述第一碳材料低的具有元素Y的物質一起熱處理，使具有元素Y的物質氣化。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法的工序(a)，在通過剪切力被剪斷的彈性體中生成的自由原子團攻擊第一碳材料的表面，從而第一碳材料的表面被活性化，因此提高彈性體的第一碳材料的分散性。另外，作為第一碳材料使用碳納米纖維的時候，彈性體的不飽和鍵或基團，與碳納米纖維的活性部分特別是末端的原子團結合，降低碳納米纖維的凝聚力，提高其分散性。
并且，根據(jù)本發(fā)明的制造方法的工序(b)，由于通過熱處理氣化彈性體，因此，可以得到表面被活性化的第二碳材料。并且，根據(jù)本發(fā)明的制造方法的工序(c)，通過熱處理氣化具有元素Y的物質，元素Y附著在第二碳材料的表面，可以獲得與基體材料的浸潤性提高的碳系材料。因此，根據(jù)本發(fā)明的制造方法獲得的碳系材料，易于利用在一般的金屬加工例如鑄造等的加工中。
根據(jù)本發(fā)明的彈性體，可以使用橡膠系彈性體或熱塑性彈性體。另外，如果使用橡膠系彈性體的時候，彈性體可以是交聯(lián)體或未交聯(lián)體。作為原料彈性體，如果使用橡膠系彈性體的時候，使用未交聯(lián)體。
通過剪切力使碳材料分散在彈性體中的工序(a)，可以采用輥間隔為小于等于0.5mm的開式輥法、密閉式混煉法、多軸擠壓混煉法等。
根據(jù)本發(fā)明的碳系材料，碳材料的表面具有第一結合結構和第二結合結構，所述第一結合結構是在構成所述碳材料的碳原子上結合元素X的結構，所述第二結合結構是在元素X上結合元素Y的結構。
根據(jù)本發(fā)明的復合材料的制造方法包括工序(d)，將根據(jù)權利要求1所述的方法得到的所述碳系材料和基體材料混合。
根據(jù)本發(fā)明獲得的碳系材料的表面由于附著有元素Y，因此與復合材料的基體材料之間的浸潤性良好。特別是，當作為復合材料的基體材料使用鋁或鎂的時候，如果構成鋁合金或鎂合金的元素作為元素Y使用，由于基體材料與元素Y的浸潤性良好，因此，碳系材料與基體材料的浸潤性也良好。另外，通過改善，碳系材料的浸潤性，可以將碳系材料分散在基體金屬材料中。


圖1是本發(fā)明實施例中使用的開式輥法的彈性體和碳系材料的混煉法的示意圖。
圖2是通過非加壓滲透法制造復合材料的裝置的結構示意圖。
圖3是通過非加壓滲透法制造復合材料的裝置的結構示意圖。
圖4是示出根據(jù)本實施例得到的碳系材料的XPS數(shù)據(jù)的圖。
圖5是示出根據(jù)本實施例得到的復合材料的EDS數(shù)據(jù)(碳)的圖。
圖6是示出根據(jù)本實施例得到的復合材料的EDS數(shù)據(jù)(氧)的圖。
圖7是示出根據(jù)本實施例得到的復合材料的EDS數(shù)據(jù)(鎂)的圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。
本發(fā)明所涉及的碳系材料的制造方法，包括工序(a)，混合彈性體、至少第一碳材料，并利用剪切力分散而獲得復合彈性體；工序(b)，熱處理復合彈性體，使包含在該復合彈性體中的彈性體氣化，獲得第二碳材料；以及工序(c)，將第二碳材料與融點比第一碳材料低的具有元素Y的物質一起熱處理，使具有元素Y的物質氣化。
本發(fā)明所涉及的復合材料的制造方法，可以包括工序(d)，將上述碳系材料與復合材料的基體材料混合。
(A)首先，對彈性體進行說明。
彈性體分子量優(yōu)選為5000至500萬，更優(yōu)選為2萬至300萬。因為如果彈性體的分子量在這個范圍，彈性體分子相互絡合，相互連接，所以彈性體容易侵入到凝結的碳納米纖維的相互之間，因此分離碳納米纖維的效果顯著。當彈性體的分子量小于5000時，彈性體分子不能相互充分地絡合，即便在后面工序中施加剪切力，分散第一碳材料的效果也較小。另外，當彈性體的分子量大于500萬時，彈性體太硬，加工較困難。
通過采用脈沖NMR的哈恩回波法，彈性體在30℃下測定的未交聯(lián)體的網(wǎng)絡成分的自旋-自旋馳豫時間(T2n/30℃)優(yōu)選為100至3000μ秒，更優(yōu)選為200至1000μ秒。因為具有上述范圍的自旋-自旋馳豫時間(T2n/30℃)，所以彈性體可以很柔軟而且具有很高的分子運動性。因此，在混合彈性體和第一碳材料時，彈性體可以通過較高的分子運動容易地侵入到第一碳材料的相互的縫隙之間。自旋-自旋馳豫時間(T2n/30℃)如果比100μ秒短，彈性體就不能具有充分的分子運動性。此外，自旋-自旋馳豫時間(T2n/30℃)如果比3000μ秒長，彈性體就會變得象液體一樣容易流動，從而難以使第一碳材料分散。
另外，通過采用脈沖NMR的哈恩回波法，彈性體在30℃下測定的交聯(lián)體的網(wǎng)絡成分的自旋-自旋馳豫時間(T2n)優(yōu)選為100至2000μ秒。其原因與上述未交聯(lián)體相同。即，具有上述條件的未交聯(lián)體通過本發(fā)明的制造方法進行交聯(lián)化，得到的交聯(lián)體的T2n大致被包含在上述范圍內。
通過采用脈沖NMR的哈恩回波法得到的自旋-自旋馳豫時間，是表示物質的分子運動性的尺度。具體地說，如果通過采用脈沖NMR的哈恩回波法對彈性體的自旋-自旋馳豫時間進行測定，則會檢測出具有馳豫時間較短的第一自旋-自旋馳豫時間(T2n)的第一成分，以及具有馳豫時間較長的第二自旋-自旋馳豫時間(T2nn)的第二成分。第一成分相當于高分子的網(wǎng)絡成分(骨架分子)，第二成分相當于高分子的非網(wǎng)絡成分(末端鏈等枝葉的成分)。而且，可以說第一自旋-自旋馳豫時間越短分子運動性越低，彈性體越硬。此外，第一自旋-自旋馳豫時間越長分子運動性越高，彈性體越柔軟。
作為脈沖法NMR中的測定法，不僅可以是哈恩回波法，也可以適用立體回波法、CPMG法(Carr-Purcell-Meiboom-Gill法)或者90℃脈沖法。但是，因為本發(fā)明所涉及的彈性體具有適中的自旋-自旋馳豫時間(T2)，所以哈恩回波法是最為合適的。一般的立體回波法以及90℃脈沖法適合于測定短T2，哈恩回波法適合于測定適中的T2，CPMG法適合于測定長T2。
彈性體在主鏈、側鏈以及末端鏈中的至少一個具有對第一碳材料特別是碳納米纖維的末端的原子團具有親和性的不飽和鍵或基團，或具有容易生成這些原子團或基的性質。不飽和鍵或基是從雙鍵、三鍵、α氫、羰基、羧基、羥基、氨基、氰基、酮基、酰胺基、環(huán)氧基、酯基、乙烯基、鹵基、聚氨酯基、縮二脲基、脲基甲酸酯基、脲基等官能基中選擇的至少一種。
碳納米纖維通常其側面由碳原子的六元環(huán)構成、末端導入五元環(huán)并閉合的結構，但是，因為存在結構上的不合理之處，所以實際中容易產生缺陷，在其部分上容易生成原子團或官能團。在本實施例中，由于彈性體的主鏈、側鏈以及末端鏈中的至少一個具有和碳納米纖維的原子團親和性(反應性或極性)高的不飽和鍵或基團，所以可以實現(xiàn)彈性體與碳納米纖維的結合。從而，可以克服碳納米纖維的凝聚力使其更加易于分散。并且，混煉彈性體和第一碳材料例如碳納米纖維的時候，彈性體的分子鏈被切斷而生成的自由原子團攻擊碳納米纖維的缺陷，在碳納米纖維的表面生成原子團。
作為彈性體，可以使用天然橡膠(NR)、環(huán)氧化天然橡膠(ENR)、丁苯橡膠(SBR)、丁腈橡膠(NBR)、氯丁橡膠(CR)、乙丙橡膠(EPR，EPDM)、丁基橡膠(IIR)、氯丁基橡膠(CIIR)、丙烯酸橡膠(ACM)、硅橡膠(Q)、氟橡膠(FKM)、丁二烯橡膠(BR)、環(huán)氧化丁二烯橡膠(EBR)、表氯醇橡膠(CO，CEO)、尿烷橡膠(U)、聚硫橡膠(T)等彈性體類；烯烴系(TPO)、聚氯乙稀系(TPVC)、聚酯系(TPEE)、聚亞胺酯系(TPU)、聚酰胺系(TPEA)、苯乙烯系(SBS)等熱塑性彈性體；以及這些物質的混合物。特別是，優(yōu)選使用在混煉彈性體的時候易生成自由原子團的極性高的彈性體，例如，天然橡膠(NR)、丁腈橡膠(NBR)等。另外，即使是極性低的彈性體例如乙丙橡膠(EPDM)，通過將混煉的溫度設定為比較高的溫度(例如在EPDM的情況下，50℃～150℃)，可以生成原子團，從而可以用于本發(fā)明。
本實施例的復合彈性體可以將交聯(lián)體彈性體、未交聯(lián)體彈性體、或熱塑性彈性體直接用作彈性體系材料。
(B)下面，對第一碳材料進行說明。
第一碳材料可以使用碳同素異形體，例如可以從碳纖維、碳黑、非晶碳、石墨、金剛石、以及富勒碳等中選擇。這里所說的碳纖維中包含碳納米纖維。碳黑由于便宜并在市場上流通有多種級別，因此，可以比較容易利用。另外，微小物質的碳材料，例如納米纖維或富勒碳等的納米材料，用少量的混合量可以獲得高的增強效果。
可以根據(jù)碳系材料的種類和用途設定第一碳材料的配合量。
根據(jù)本發(fā)明的碳黑可以使用采用各種原材料的各種級別的碳黑?？梢圆捎闷浠緲嫵深w粒(所謂的一次顆粒)單體或其熱粘接而結合的被稱為凝聚體(所謂的二次凝聚體)的狀態(tài)，但作為增強填料優(yōu)選使用凝聚體發(fā)達的具有比較高級的構造的物質。
本發(fā)明使用的碳黑，基本構成顆粒的平均粒徑優(yōu)選為小于等于100nm，更優(yōu)選為小于等于50nm。碳黑的顆粒越小，體積效果和增強效果越大，但實際應用中平均粒徑優(yōu)選為10nm～30nm。
另外，碳黑的顆粒大小也可以用氮吸附比表面積來表示，此時，用JISK6217-2(2001)“橡膠用碳黑-基本特性-第二部比表面積的計算方法-氮吸附法-單點法(ゴム用カ一ボンブラツク-基本特性-第2部比表面積の求め方-窒素吸著法-單點法)”的氮吸附比表面積(m2/g)測定，為大于等于10m2/g，優(yōu)選為大于等于40m2/g。
另外，本發(fā)明使用的碳黑，由于增強效果受其基本構成顆粒熱粘接而形成的凝聚體發(fā)達的構造的高低的影響，因此，DBP吸收量為大于等于50m3/100g、優(yōu)選為大于等于100m3/100g時，增強效果大。這是因為，DBP吸收量多的時候，構成凝聚體更發(fā)達的構造。
用于本發(fā)明的碳黑，例如可以使用SAF-HS(N134，N121)、SAF(N110，N115)、ISAF-HS(N234)、ISAF(N220，N220M)、ISAF-LS(N219，N231)、ISAF-HS(N285，N229)、HAF-HS(N339，N347)、HAF(N330)、HAF-LS(N326)、T-HS(N351，N299)、T-NS(N330T)、MAF(N550M)、FEF(N550)、GPF(N660，N630，N650，N683)、SRF-HS-HM(N762，N774)、SRF-LM(N760M，N754，N772，N762)、FT、HCC、HCF、MCC、MCF、LEF、MFF、RCF、RCC等級別，以及TOKA碳黑、HS-500、乙炔黑、KETJEN碳黑等導電性碳黑。
當?shù)谝惶疾牧蠟樘祭w維特別是碳納米纖維的時候，本實施例的復合彈性體優(yōu)選包含0.01～50重量％的碳納米纖維。
碳納米纖維平均直徑優(yōu)選為0.5至500nm，為提高復合彈性體的強度更優(yōu)選為0.5至30nm。而且，碳納米纖維既可以是直纖維狀也可以是彎曲纖維狀。
作為碳納米纖維可以列舉所謂的碳納米管等。碳納米管包括碳六角網(wǎng)面的石墨片材閉合成圓筒狀的單層結構或者這些圓筒結構配置成套管狀的多層結構。即，碳納米管既可以只由單層結構構成，也可以只由多層結構構成，還可以同時包括單層結構和多層結構。并且，還可以使用部分包括碳納米管結構的碳材料。另外，除碳納米管這樣的名稱外，還可以用石墨原纖維納米管這樣的名稱來命名。
單層碳納米管或多層碳納米管可以通過電弧放電法、激光消融法、氣相沉積法等制成期望的尺寸。
電弧放電法是一種在壓力稍低于大氣壓的氬或氫氛圍下，在用碳棒制成的電極材料之間進行電弧放電，從而得到堆積于陰極上的多層碳納米管的方法。另外，單層碳納米管是從在所述碳棒中混合鎳/鈷等催化劑并進行電弧放電后，附著到處理容器內側面上的碳黑中獲得的。
激光消融法是一種在稀有氣體(例如氬)中，通過向作為目標的混合有鎳/鉆等催化劑的碳表面照射YAG激光的強脈沖激光使碳表面熔融、蒸發(fā)，從而獲得單層碳納米管的方法。
氣相沉積法是在氣相中熱解苯、甲苯等碳氫化合物，合成碳納米管，更具體地，可以列舉流動催化劑法、沸石載體催化劑法等。
碳材料在與彈性體混煉之前預先進行表面處理，例如，通過進行離子注入處理、濺射蝕刻處理、等離子處理等，可以改善與彈性體的粘合性、浸潤性。
(C)接著，對元素Y進行說明。
元素Y結合在第二碳材料的表面用于改善碳系材料在與基體材料的浸潤性。通常，碳材料與金屬材料例如鋁或鎂的浸潤性不好，但通過使用表面具有元素Y的碳系材料就可以改善浸潤性。另外，將顆粒狀的具有元素Y的物質混合在彈性體中進行預分散，這樣當將第一碳材料混合在彈性體中時，可以更良好地分散第一碳材料。此時，在工序(a)中，可以在彈性體中混合第一碳材料之前或與第一碳材料同時混合具有元素Y的物質。
具有元素Y的物質的平均粒徑優(yōu)選大于所使用的第一碳材料的平均直徑。此外，具有元素Y的物質的平均粒徑為小于等于500μm，優(yōu)選為1～300μm。此外，具有元素Y的物質的形狀不僅限于球形顆粒狀，只要是混合時在具有元素Y的物質的周圍發(fā)生紊流狀流動的形狀，還可以是平板狀、鱗片狀。
作為具有元素Y的物質，優(yōu)選為融點比第一碳材料低的金屬或半金屬，更優(yōu)選為融點小于等于1000℃的低融點(高蒸氣壓)金屬或半金屬。如果具有元素Y的物質的融點滿足上述條件，在工序(c)的熱處理中不會損壞碳材料，就可以氣化具有元素Y的物質。
當將碳系材料與由鋁或鎂構成的基體材料混合時，元素Y優(yōu)選包含從鎂、鋁、硅、鈣、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鎳、銅、鋅、鎬中選擇的至少一種。因此，作為具有元素Y的物質，可以包含從這些元素中選擇的至少一種元素Y。這些元素作為構成所謂的鋁合金或鎂合金的元素使用，容易與鋁或鎂結合，在與鋁或鎂結合的狀態(tài)下穩(wěn)定存在，因此優(yōu)選使用這些元素。特別是，作為元素Y，優(yōu)選使用與成為基體材料的鋁或鎂的結合性良好的鎂、鋅、鋁等。特別是，當在第一碳材料的表面結合作為元素X的氧的時候，優(yōu)選將容易與氧結合的鎂作為元素Y使用。因此，這樣得到的碳系材料，在碳材料的表面具有第一結合結構和第二結合結構，第一結合結構是在構成碳材料的碳原子上結合元素X的結構，第二結合結構是在元素X上結合元素Y的結構。特別是，當?shù)谝唤Y合結構是在構成碳材料的碳原子上結合氧的結構的時候，上述第二結合結構優(yōu)選是在氧上結合鎂的結構。
在此，說明了將具有元素Y的物質在工序(a)與彈性體混煉的情況，但并不限定于此，只要具有元素Y的物質在工序(c)中處于與第二碳材料一起熱處理的狀態(tài)就可以。例如，在工序(c)中，也可以將具有元素Y的物質與第二碳材料一起放置在熱處理爐內，通過熱處理氣化。此時，具有元素Y的物質可以不是顆粒狀。
另外，在此成為基體材料的鋁或鎂包括主要成分為鋁或鎂的合金。
(D)下面，在彈性體中混合碳材料、并通過剪切力分散的工序(a)進行說明。
在上述彈性體中通過剪切力使碳材料分散的工序(a)，可以使用開式輥法、密閉式混煉法、多軸擠壓混煉法等。
在本實施例中，作為使具有元素Y的物質以及第一碳材料混合在彈性體中的工序，對采用了輥間隔為小于等于0.5mm的開式輥法的例子進行敘述。
圖1是使用兩個輥的開式輥法的示意圖。在圖1中，符號10表示第一輥，符號20表示第二輥。第一輥10和第二輥20以預定的間隔d、優(yōu)選為小于等于1.0mm、更優(yōu)選為0.1至0.5mm的間隔配置。第一輥和第二輥以正轉或反轉進行旋轉。在圖示的例中，第一輥10和第二輥20按箭頭所示的方向旋轉。將第一輥10的表面速度作為V1、將第二輥20的表面速度作為V2，那么兩者的表面速度比(V1/V2)優(yōu)選為1.05至3.00，更優(yōu)選為1.05至1.2。通過使用這樣的表面速度比，可以獲得期望的剪切力。首先，在第一輥10和第二輥20旋轉的狀態(tài)下，向第二輥20卷繞彈性體30，形成在第一輥10和第二輥20之間積存彈性體的所謂貯料器(bank，儲料所)32。在該貯料器32中加入具有元素Y的物質，再旋轉第一輥10和第二輥20，進行混合彈性體30以及具有元素Y的物質的工序。之后，向該彈性體30以及具有元素Y的物質被混合的貯料器32中加入第一碳材料40，旋轉第一輥10和第二輥20。并且，使第一輥10和第二輥20的間隔變窄而成為上述的間隔d，在該狀態(tài)下，將第一輥10和第二輥20以預定的表面速度比旋轉。這樣，強的剪切力作用于彈性體30，通過該剪切力使已經(jīng)凝聚的第一碳材料可以被一根一根地抽出似的相互分離，從而分散在彈性體30中。另外，通過輥產生的剪切力使分散在彈性體內的具有元素Y的物質的周圍發(fā)生紊流狀的流動。通過該復雜的流動第一碳材料進一步分散在彈性體30中。此外，在混合具有元素Y的物質之前，如果先將彈性體30和第一碳材料40進行混合，彈性體30的運動就會被第一碳材料40所限制，所以，混合具有元素Y的物質就會變得困難。因此，優(yōu)選在彈性體30中加入第一碳材料40之前實施混合具有元素Y的物質的工序。
另外，在工序(a)中，在通過剪切力被剪斷的彈性體中生成自由原子團，該自由原子團攻擊第一碳材料的表面，從而第一碳材料的表面被活性化。例如，彈性體使用天然橡膠(NR)的時候，各個天然橡膠(NR)分子在輥中混煉時被切斷，分子量比投入到開式輥之前變小。在這樣被切斷的天然橡膠(NR)分子中生成有原子團，混煉時原子團攻擊第一碳材料的表面，從而第一碳材料的表面被活性化。
此外，在該工序(a)中，為了獲得盡可能高的剪切力，彈性體和第一碳材料的混合，優(yōu)選在0至50℃、更優(yōu)選在5至30℃的比較低的溫度下進行。使用開式輥法的時候，將輥的溫度優(yōu)選設定為上述的溫度。通過將第一輥10和第二輥20的間隔d設定為即使在最窄的狀態(tài)下也比具有元素Y的物質的平均粒徑寬，可以很好地實施在彈性體30中第一碳材料40的分散。
這時，由于本實施例的彈性體具有上述特征，即彈性體的分子形態(tài)(分子長度)、分子運動、與碳材料的化學相互作用等特征，從而可以容易地實現(xiàn)第一碳材料的分散，因此，可以獲得分散性以及分散穩(wěn)定性(第一碳材料難以再度凝聚)良好的復合彈性體。更具體地說，將彈性體與第一碳材料進行混合時，具有適度的分子長度以及較高的分子運動性的彈性體侵入到碳材料的相互之間，彈性體的特定部分通過化學相互作用與第一碳材料的活性高的部分結合。在這種狀態(tài)下，如果將強的剪切力作用于彈性體與第一碳材料的混合物，伴隨著彈性體的移動第一碳材料也發(fā)生移動，已經(jīng)凝聚的第一碳材料被分離，分散在彈性體中。另外，這種預分散的第一碳材料通過與彈性體的化學相互作用可以防止再次凝聚，從而具有良好的分散穩(wěn)定性。
此外，由于彈性體中包含預定量的具有元素Y的物質，通過生成于具有元素Y的物質周圍的彈性體的象紊流似的幾股復雜的流動，剪切力在拉開每個碳材料的方向上也發(fā)生作用。因此，即使是直徑約為小于等于30nm的碳納米纖維或彎曲纖維狀的碳納米纖維，由于向分別通過化學相互作用結合的彈性體分子的各個流動方向移動，因此也可均勻地分散在彈性體中。
通過剪切力使第一碳材料分散在彈性體中的工序，并不只限定于上述開式輥法，也可以采用在上面說明的密閉式混煉法或多軸擠壓混煉法。總之，只要是在該工序中，對彈性體施加能夠分離已經(jīng)凝聚的第一碳材料的剪切力就可以。
通過上述的使具有元素Y的物質與第一碳材料分散在彈性體中并混合兩者的混合工序(混合、分散工序)獲得的復合彈性體，可以通過交聯(lián)劑交聯(lián)成型，或不進行交聯(lián)而成型。此時的成型方法例如可以采用模壓(壓縮)成型工序或擠壓成型工序等。模壓成型工序例如具有下述的工序將分散了具有元素Y的物質和第一碳材料的復合彈性體，放置在具有期望形狀的被設定為一定溫度(例如為175℃)的成型模具中以加壓狀態(tài)經(jīng)過一定時間(例如為20分鐘)成型。
在彈性體和第一碳材料的混合、分散工序中，或者在后續(xù)工序中，通?？梢约尤朐谙鹉z等彈性體的加工中所采用的公知的添加劑。作為添加劑可以列舉出例如交聯(lián)劑、硫化劑、硫化促進劑、硫化抑制劑、軟化劑、增塑劑、硬化劑、增強劑、填充劑、抗老化劑、著色劑等。
(E)接著，對通過上述方法獲得的復合彈性體進行說明。
在本實施例的復合彈性體中，第一碳材料均勻地分散在作為基材的彈性體中。這種狀態(tài)也可以說是彈性體被第一碳材料限制著的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，與彈性體不受第一碳材料限制的情況相比，受第一碳材料限制的彈性體分子的運動性變小。因此，本實施例所涉及的復合彈性體的第一自旋-自旋馳豫時間(T2n)、第二自旋-自旋馳豫時間(T2nn)以及自旋-晶格馳豫時間(T1)，比不包含第一碳材料的彈性體單體的情況變短。特別是在包含具有元素Y的物質的彈性體中混合第一碳材料時，與包含第一碳材料的彈性體的情況相比，第二自旋-自旋馳豫時間(T2nn)變短。此外，交聯(lián)劑的自旋-晶格馳豫時間(T1)與第一碳材料的混合量成比例地發(fā)生變化。
此外，在彈性體分子被第一碳材料限制的狀態(tài)下，基于以下理由，可以認為非網(wǎng)絡成分(非網(wǎng)眼鏈成分)減少。即如果由于第一碳材料而使彈性體的分子運動性整體性的發(fā)生降低的話，基于下列原因可以認為非網(wǎng)絡成分減少非網(wǎng)絡成分不能容易地進行運動的部分增加，容易和網(wǎng)絡成分發(fā)生同等的行為；此外，因為非網(wǎng)絡成分(末端鏈)容易運動，所以變得容易被第一碳材料的活性中心吸附。因此，與不包含第一碳材料的彈性體單體的情況相比，具有第二自旋-自旋馳豫時間的成分的成分分率(fnn)變小。特別是與包含第一碳材料的彈性體的情況相比，在包含具有元素Y的物質的彈性體中混合第一碳材料時，具有第二自旋-自旋馳豫時間的成分的成分分率(fnn)進一步變小。
基于以上所述，本實施例所涉及的復合彈性體通過采用脈沖NMR的哈恩回波法獲得的測定值優(yōu)選在以下的范圍內。
即，在未交聯(lián)體中，在150℃測定的第一自旋-自旋馳豫時間(T2n)優(yōu)選為100至3000μ秒，第二自旋-自旋馳豫時間(T2nn)或者不存在或者是1000至10000μ秒，而且，具有第二自旋-自旋馳豫時間的成分的成分分率(fnn)為小于0.2。
通過采用脈沖NMR的哈恩回波法測定出的自旋-晶格馳豫時間(T1)是和自旋-自旋馳豫時間(T2)一樣是表示物質的分子運動性的尺度。具體的可以說彈性體的自旋-晶格馳豫時間越短分子的運動性越低，彈性體越硬，自旋-晶格馳豫時間越長分子的運動性越高，彈性體越柔軟。
本實施例所涉及的復合彈性體，在動態(tài)粘彈性的溫度依存性測定中的流動溫度，優(yōu)選是比原料彈性體單體的流動溫度高20℃以上的溫度。本實施例的復合彈性體，具有元素Y的物質和碳材料非常好地分散在彈性體中。這種狀態(tài)可以說是如上所述的彈性體被第一碳材料限制的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，彈性體與不包含第一碳材料的情況相比，其分子運動變小，結果是流動性降低。由于具有這樣的流動溫度特性，本實施例的復合彈性體的動態(tài)粘彈性的溫度依存性變小，結果是可以具有良好的耐熱性。
(F)接著，對熱處理復合彈性體、制造第二碳材料的工序(b)進行說明。
通過熱處理復合彈性體而氣化包含在該復合彈性體中的彈性體的工序(b)，可以制造在具有元素Y的物質的周圍分散有第一碳材料的第二碳材料。通過氣化該彈性體的工序(b)，制造在工序(a)被活性化的第二碳材料。第二碳材料的表面，通過在工序(a)被剪切的彈性體分子的自由原子團被活性化，例如在工序(c)容易與具有元素Y的物質結合。
這樣的熱處理，可以根據(jù)使用的彈性體的種類選擇各種條件，但至少將熱處理的溫度設定為大于等于彈性體的氣化溫度、并小于第一碳材料的氣化溫度。
工序(b)，在具有元素X的物質的存在下進行，可以獲得在構成第一碳材料的碳原子上結合該元素X的第二碳材料。例如，復合彈性體包含具有元素X的物質，通過工序(b)的熱處理，可以在構成第一碳材料的碳原子上結合該元素X。另外，例如，工序(b)在包含具有元素X的物質的氛圍中進行，可以在構成第一碳材料的碳原子上結合該元素X。
元素X優(yōu)選是可以通過共價鍵易與碳材料結合的元素，并且是輕元素，優(yōu)選為2價以上，例如可以包含從硼、氮、氧、磷中選擇的至少一種。元素X優(yōu)選為氧或氮。特別是，由于氧存在于空氣中，在工序(b)的熱處理中容易利用，容易與被活性化的第一碳材料、例如碳納米纖維的原子團反應，從而優(yōu)選作為元素X使用。另外，氧容易與其他金屬材料例如鎂等結合，結合氧的第二碳材料可以容易與金屬或半金屬的元素Y結合。
當使用氧作為元素X的時候，只要在工序(b)的熱處理的氛圍中包含氧就可以，當作為元素X使用氮的時候，只要在氨氣的氛圍中進行工序(b)就可以。另外，將硼、磷等作為元素X的時候，只要在進行工序(b)之前，在彈性體中混合具有元素X的物質就可以。此時，例如，在工序(a)的混煉時，可以一起混合具有元素X的物質。
根據(jù)本實施例的工序(b)，在熱處理爐內放置在工序(a)中獲得的復合彈性體，將爐內加熱至氣化彈性體的溫度例如500℃。通過加熱，彈性體被氣化，在工序(a)中被活性化的第一碳材料的表面與爐內的氛圍或彈性體中包含的元素X接觸，可以制造經(jīng)過表面處理的第二碳材料。第二碳材料的表面被在工序(a)中剪切的彈性體分子的自由原子團活性化，可以與例如存在于爐內氛圍中的氧容易結合。這樣獲得的第二碳材料的表面被氧化、被活性化，因此，第二碳材料可以容易與金屬或半金屬的元素Y結合。另外，即使沒有元素X，第二碳材料的表面通過與彈性體的原子團反應被活性化，容易與元素Y結合。
(G)接著，對將第二碳材料和具有元素Y的物質一起熱處理、氣化該具有元素Y的物質的工序(c)進行說明。
通過將在工序(b)中得到的第二碳材料與融點比第一碳材料低的具有元素Y的物質一起熱處理、并氣化該具有元素Y的物質的工序(c)，可以制造根據(jù)本發(fā)明的碳系材料。
工序(c)的熱處理溫度比工序(b)的熱處理溫度高，設定為大于等于氣化具有元素Y的物質的溫度、且小于氣化第一碳材料的溫度。另外，工序(c)的熱處理，可以通過將工序(b)的熱處理溫度設定為大于等于氣化具有元素Y的物質的溫度，與工序(b)同時進行，或也可以在從室溫上升至工序(c)的熱處理溫度的過程中與工序(b)連續(xù)地進行。
在工序(b)中得到的第二碳材料與具有元素Y的物質，如果被加熱至熱處理爐內溫度大于等于氣化具有元素Y的物質的溫度，就氣化具有元素Y的物質，元素Y結合在第二碳材料的表面，或元素Y結合在與第二碳材料的表面結合的元素X，可以獲得根據(jù)本發(fā)明的碳系材料。
并且，具有元素Y的物質，如上所述，可以在工序(a)中與彈性體一起混煉而預先混合在復合彈性體中，也可以未混合在復合彈性體中。當在復合彈性體中沒有預先混合具有元素Y的物質的時候，可以在工序(c)的熱處理爐內與第二碳材料分開地配置具有元素Y的物質。通過熱處理氣化的元素Y與結合在第二碳材料的表面的元素X結合。總之，在工序(c)中，通過在要被氣化的具有元素Y的物質存在的情況下放置第二碳材料，可以獲得期望的碳系材料。
這樣被氣化的元素Y容易與存在于第二碳材料的表面的元素X結合，生成元素X和元素Y的化合物。在此，元素X可以防止元素Y和第一碳材料直接結合。例如，當元素Y為鋁的時候，如果第一碳材料和鋁直接結合，就生成Al4C3等容易與水反應的物質，不優(yōu)選。因此，在氣化元素Y的工序(c)之前，優(yōu)選進行將元素X結合在第二碳材料的表面的工序(b)。
這樣獲得的碳系材料例如碳納米纖維的表面具有構成碳納米纖維的碳原子與元素X結合、并元素X和元素Y結合的結構。因此，碳系材料例如碳納米纖維的表面具有被碳和元素X的化合物層(例如氧化層)覆蓋、并被元素X和元素Y(例如鎂)的反應物層覆蓋的結構。這種碳系材料的表面結構，可以通過X線分光分析(XPS)法或EDS分析(Energy Dispersive Spectrum)法進行分析。
(H)最后，對獲得使用碳系材料的復合材料的工序(d)進行說明。
在本實施例中的工序(d)中，通過混合在上述實施例中得到的碳系材料和基體材料，可以獲得基體材料中分散碳材料的復合材料。
作為基體材料，可以選擇在通常的鑄造加工中使用的金屬，優(yōu)選為作為輕金屬的鋁及其合金、鎂及其合金等。
上述工序(d)，例如可以采用如下的各種成型方法。
(d-1粉末成型法)本實施例的復合材料的粉末成型工序，可以通過粉末成型在上述工序(c)中得到的碳系材料的工序實施。具體地，例如將上述實施例中得到的碳系材料與基體材料再進行混合之后，在模具內模壓，在基體材料的燒結溫度(例如基體材料是鋁時為550℃)下進行煅燒，從而可以獲得復合材料。
本實施例中的粉末成型和金屬成型加工的粉末成型相同，也就是說包含所謂的金屬粉末，另外，使用粉末原料，包含事先預模壓碳系材料而形成塊狀的原料。并且，作為粉末成型法除了一般的燒結法之外，還可以采用使用等離子燒結裝置的放電等離子燒結法(SPS)等。
此外，碳系材料與基體材料的顆粒的混合，可以采用干式混合、濕式混合等。在濕式混合的情況下，優(yōu)選向溶劑中的碳系材料的粉末混合基體材料(濕式混合)。當元素Y之間結合而大致維持復合彈性體的外形的時候，元素Y之間的結合力小，也容易粉碎碳系材料。因此，進行干式混合或濕式混合時，由于可以使用被粉碎的粉末例如顆粒狀或纖維狀的碳系材料，因此，易于用于金屬加工。
通過這樣的粉末成型制造出的復合材料，可以獲得使碳系材料分散在基體材料中的狀態(tài)。并且，在該工序(d)中使用的基體材料的顆?？梢允前豗的材料，也可以是不包含元素Y的材料。通過調整碳系材料和基體材料的混合比例，可以制造具有期望的物性的復合材料。
(d-2鑄造方法)復合材料的鑄造工序，可以將通過上述實施例獲得的碳系材料混入到基體材料例如熔融金屬中，在具有期望形狀的鑄模內進行鑄造的工序實施。這種鑄造工序可以采用例如在鋼制的鑄模內注入熔融金屬實施的模具鑄造法、壓鑄法、低壓鑄造法。此外還可以采用屬于其他的特殊鑄造法分類的利用高壓化使其凝固的高壓鑄造法、對熔融液進行攪拌的觸融壓鑄法、利用離心力將熔融液鑄進鑄模內的離心鑄造法等。在這些鑄造法中，使碳系材料混合在基體材料的熔融液中，使其以這種狀態(tài)直接在鑄模內凝固，從而使復合材料成型。
鑄造工序所使用的基體材料的熔融液，可以選擇通常的鑄造加工所使用的金屬，特別是從作為輕金屬的鋁及其合金、鎂及其合金等中，根據(jù)用途適當選擇單體或者其組合。另外，如果熔融液所采用的金屬是與結合在碳系材料的具有元素Y的物質相同的金屬或含有相同的元素Y的合金，就可以提高與元素Y的浸潤性，還可以提高作為產品的復合材料的強度。此外，通過調整對于基體材料的熔融液的碳系材料的混合比例，可以制造具有期望物性的復合材料。
(d-3滲透法)在本實施例中，參照圖2以及圖3對使熔融液滲透到碳系材料中，也就是所謂的采用非加壓滲透法進行鑄造的工序進行說明。
圖2及圖3是利用非加壓滲透法制造復合材料的裝置的結構示意圖。上述實施例中獲得的碳系材料例如可以使用在具有期望的形狀的成型模具內預先模壓成型的碳系材料4。如圖2所示，在密閉的容器1內放入已經(jīng)成型的碳系材料4(例如作為第一碳材料40使用碳納米纖維的碳系材料)。在該碳系材料4的上方放置基體材料塊例如鋁塊5。接著，通過內藏于容器1中未圖示的加熱裝置，將放置在容器1內的碳系材料4以及鋁塊5加熱至大于等于鋁熔點。加熱后的鋁塊5發(fā)生熔融成為熔融鋁(熔融金屬)。此外，熔融鋁滲透到碳系材料4中的空處。
本實施例的碳系材料4具有空處(空隙)，該空處可以在預先模壓成型時利用毛細管現(xiàn)象使熔融鋁盡快地滲透在整體中。另外，如果碳系材料4保持一定程度的形狀，就可以不進行預先模壓成型。熔融鋁滲透到碳系材料4的內部，并且完全浸滿。然后，停止容器1的加熱裝置的加熱，使?jié)B透到碳系材料4中的熔融金屬冷卻、凝固，從而可以制造如圖3所示的碳系材料4均勻分散了的復合材料6。并且，制造碳系材料4時優(yōu)選采用容易與熔融金屬結合的元素Y。
此外，在加熱容器1之前，也可以通過連接在容器1的減壓裝置2例如真空泵進行抽氣。而且，還可以從連接在容器1上的惰性氣體注入裝置3例如氮氣瓶向容器1內導入氮氣。
并且，在本實施例中，將碳系材料預先模壓成型為期望的形狀，但并不限于此，可以在具有期望形狀的模具內放置被粉碎的顆粒狀的碳系材料，在其上面放置基體材料塊，實施滲透法。
另外，在上述實施例中對非加壓滲透法進行說明，但只要是滲透法就不限于此，例如可以使用通過惰性氣體等的氛圍的壓力進行加壓的加壓滲透法。
如上所述，復合材料中的碳系材料的表面與元素Y結合，提高了與碳系材料的浸潤性，對于基體材料的熔融液具有充分的浸潤性，因此，整體降低機械性質的不均勻性，獲得均質的復合材料。
實施例以下，對本發(fā)明的實施例進行敘述，但本發(fā)明并不僅限于此。
(實施例1～3，比較例1)(1)試樣的制造(a)未交聯(lián)試樣(復合彈性體)的制造第一工序在輥徑為6英寸的開式輥(輥溫度為10至20℃)中加入表1所示的規(guī)定量(100g)的高分子物質(100重量份(phr))，使其卷繞在輥中。
第二工序將表1所示量(重量份)的具有元素Y的物質加入到高分子物質中。此時，輥間隔為1.5mm。并且，在下面說明加入的具有元素Y的物質的種類。
第三工序接著，將表1所示量(體積％)的第一碳材料(表1中記載為“CNT”)加入到包含具有元素Y的物質的高分子物質中。此時，輥間隔為1.5mm。
第四工序加入完第一碳材料后，從輥中取出高分子物質和第一碳材料的混合物。
第五工序使輥間隔從1.5mm變窄為0.3mm，加入混合物，進行薄通。此時，兩個輥的表面速度比是1.1。反復進行了十次薄通。
第六工序將輥間隔設定為預定的間隔(1.1mm)，加入進行薄通的混合物，并取出。
這樣，得到實施例1～3的復合彈性體的未交聯(lián)試樣。
并且，作為實施例1～3的具有元素Y的物質，使用鎂顆粒(平均粒徑為50μm)。另外，實施例1～3的第一碳材料和比較例1的碳材料使用直徑(纖維徑)約為10～20nm的碳納米纖維(CNT)。
(b)第二碳材料的制造使上述(a)實施例1～3中獲得的未交聯(lián)試樣(復合彈性體)放置在氮氣氛圍的熱處理爐內，在大于等于彈性體的氣化溫度(500℃)的溫度下，進行2小時的熱處理，使彈性體氣化，獲得第二碳材料。
(c)碳系材料的制造使上述(b)實施例1～3中獲得的第二碳材料直接在相同的熱處理爐內，在大于等于具有元素Y的物質(鎂)的氣化溫度(570℃)的溫度下，進行1小時的熱處理，使具有元素Y的物質氣化，獲得碳系材料。
(s)復合材料的制造用球磨機混合在上述(c)的實施例1～3中獲得的碳系材料的粉體10g、鋁粉體500g，獲得混合粉。將這樣獲得的混合粉以30×40×20nm的大小模壓成型。在該成型品上放置純度為99.85％的鋁塊，放置在氮氣氛圍的熱處理爐中。將該熱處理爐加熱至750℃，鋁塊發(fā)生熔融，使其滲透至模壓成型品的內部，獲得復合材料。該復合材料中的碳納米纖維的含量為1.6vol％。并且，鋁粉體使用純度為99.85％的平均粒徑為28μm的顆粒。
并且，作為比較例1，用球磨機混合碳納米纖維與鋁粉體，用相同的方法滲透鋁，獲得比較例1的復合材料。
(2)采用脈沖NMR的測定對于各個未交聯(lián)試樣，通過采用脈沖NMR的哈恩回波法進行測定。該測定是采用日本電子(株)制的“JMN-MU25”進行的。測定是在觀測核為1H，共振頻率為25MHz，90°脈沖寬度為2μsec的條件下進行，通過哈恩法的脈沖序列(90°x-Pi-180°x)對Pi進行各種變化從而測定減弱曲線。此外，試樣是插入試樣管到磁場的適當范圍而進行測定。測定溫度是150℃。利用該測定求出原料彈性體單體以及復合材料的未交聯(lián)試樣的第一自旋-自旋馳豫時間(T2n)、第二自旋-自旋馳豫時間(T2nn)、具有第二自旋-自旋馳豫時間的成分的成分分率(fnn)。此外還求出在測定溫度是30℃的情況下，原料彈性體單體的第一自旋-自旋馳豫時間(T2n)。測定結果如表1所示。沒有檢測出實施例1～3中的第二自旋-自旋馳豫時間(T2nn)。因此，具有第二自旋-自旋馳豫時間的成分的成分分率(fnn)為0(零)。
(3)流動溫度的測定對于原料彈性體單體以及復合彈性體的未交聯(lián)試樣，通過動態(tài)粘彈性測定(JIS K 6394)進行了流動溫度的測定。具體地，流動溫度，對于寬5mm、長40mm、厚1mm的試樣給予正弦振動(小于等于±0.1％)，求出由此發(fā)生的應力和位相差δ。此時，將溫度從-70℃開始以2℃/分鐘的升溫速度提高至150℃。其結果在表1中表示。在表1中，將150℃沒有發(fā)現(xiàn)試樣的流動現(xiàn)象的情況記載為“大于等于150℃”。
(4)通過XPS分析的碳系材料的分析表1示出了對在上述(c)中獲得的實施例1～3的碳系材料、比較例1的碳納米纖維進行XPS分析的結果。在表1中，確認在碳系材料的表面存在碳和氧的結合的時候，記載為“表面氧化”，沒有確認碳和氧的結合的時候，記載為“無”。另外，圖4示出了實施例1的碳系材料的XPS數(shù)據(jù)的示意圖。第一線段50表示C＝O的雙鍵，第二線段60表示C-O的單鍵，第三線段70表示碳之間的結合。
(5)通過EDS分析的碳系材料的分析表1示出了對在上述(d)中獲得的實施例1～3的復合材料、比較例1的碳納米纖維進行EDS分析的結果。在表1中，確認在碳系材料的周圍存在鎂的時候，記載為“有Mg”，沒有確認鎂的時候，記載為“無”。另外，圖5、圖6、圖7示出了實施例1的碳系材料的EDS數(shù)據(jù)的示意圖。圖5～圖7是進行EDS分析的圖像數(shù)據(jù)，由于用黑白圖像難以分辨，因此進行了正負反轉處理等。圖5中的黑色部分表示碳，即表示作為第一碳材料的碳納米纖維的存在。圖6中的黑色部分表示氧的存在。圖7中的黑色(顏色深)部分表示鎂的存在。
(6)復合材料的耐壓強度(壓縮耐力)的測定對于在上述(d)中獲得的實施例1～3的復合材料以及比較例1的復合材料，測定了將厚度為5mm的10×10mm的試驗片以0.01mm/min壓縮時的0.2％強度(耐力)(σ0.2)。測定了耐壓強度的最大值、最小值、以及平均值(MPa)。其結果在表1中表示。
表1

根據(jù)本發(fā)明的實施例1～3，從表1中可以確認以下事實。即包含具有元素Y的物質以及第一碳材料的未交聯(lián)試樣(復合彈性體)在150℃下的自旋-自旋馳豫時間(T2n以及T2nn/150℃)，與不包含具有元素Y的物質以及碳系材料的原料彈性體相比要短。此外，包含具有元素Y的物質以及第一碳材料的未交聯(lián)試樣(復合彈性體)的成分分率(fnn/150℃)與不包含具有元素Y的物質以及碳系材料的原料彈性體相比要小。從這些數(shù)據(jù)可以看出第一碳材料很好地分散在實施例所涉及的復合彈性體中。
并且，包含具有元素Y的物質以及第一碳材料的未交聯(lián)試樣(復合彈性體)的流動溫度，與原料彈性體相比高20℃以上，動態(tài)粘彈性的溫度依存性小，具有良好的耐熱性。
從實施例1～3的碳系材料的XPS分析結果可知，第二碳材料的表面被氧化。
從實施例1～3的碳系材料的EDS分析結果可知，在碳系材料的周圍存在氧和鎂。
實施例1～3的復合成形品的耐壓強度與比較例1的復合材料的耐壓強度相比，最小值和最大值顯著增加。另外，實施例1～3的復合成形品的對于耐壓強度的平均值的最大值和最小值的不均勻性在±5％，而比較例1的復合材料的耐壓強度的不均勻性在±50％。因此，實施例1～3的復合材料整體被均質化。
實施例1～3的碳系材料被均勻地分散在作為基體材料的鋁中，得到了整體被均質化的復合材料。另外，通過大幅提高耐壓強度，改善碳系材料和鋁之間的浸潤性。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
符號說明1 容器2 減壓裝置3 注入裝置4 碳系材料5 鋁塊6 復合材料10 第一輥20 第二輥30 彈性體40 第一碳材料Y 具有元素Y的物質
權利要求
1.一種碳系材料的制造方法，包括工序(a)，混合彈性體、以及至少第一碳材料，并利用剪切力分散而獲得復合彈性體；工序(b)，熱處理所述復合彈性體，使包含在所述復合彈性體中的彈性體氣化，獲得第二碳材料；以及工序(c)，將所述第二碳材料與融點比所述第一碳材料低的具有元素Y的物質一起熱處理，使具有元素Y的物質氣化。
2.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述工序(b)在具有元素X的物質的存在下進行，在構成所述第一碳材料的碳原子上結合所述元素X；所述元素X包含從硼、氮、氧、磷中選擇的至少一種。
3.根據(jù)權利要求2所述的碳系材料的制造方法，其中所述復合彈性體包含具有元素X的物質，通過所述工序(b)的熱處理，在構成所述第一碳材料的碳原子上結合所述元素X。
4.根據(jù)權利要求2所述的碳系材料的制造方法，其中所述工序(b)在包含具有元素X的物質的氛圍中進行，在構成所述第一碳材料的碳原子上結合所述元素X。
5.根據(jù)權利要求2至4中任一項所述的碳系材料的制造方法，其中所述元素X是氧或氮。
6.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述復合彈性體是具有所述元素Y的物質。
7.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中在所述工序(c)中，所述具有元素Y的物質與所述第二碳材料一起放置在熱處理爐內，并通過熱處理被氣化。
8.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述碳系材料是混合在由鋁構成的基體材料中的物質，所述具有元素Y的物質，包含從鎂、鋁、硅、鈣、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鎳、銅、鋅、鎬中選擇的至少一種元素Y。
9.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述碳系材料是混合在由鎂構成的基體材料中的物質，所述具有元素Y的物質，包含從鎂、鋁、硅、鈣、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鎳、銅、鋅、鎬中選擇的至少一種元素Y。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的碳系材料的制造方法，其中所述具有元素Y的物質，包含鎂、鋅、鋁中的任一種元素Y。
11.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述第一碳材料是碳黑。
12.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述第一碳材料是碳纖維。
13.根據(jù)權利要求12所述的碳系材料的制造方法，其中所述碳纖維是碳納米纖維。
14.根據(jù)權利要求13所述的碳系材料的制造方法，其中所述碳納米纖維的平均直徑為0.5至500nm。
15.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述彈性體的分子量為5000至500萬。
16.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述彈性體在主鏈、側鏈以及末端鏈中的至少一個具有從雙鍵、三鍵、α氫、羰基、羧基、羥基、氨基、氰基、酮基、酰胺基、環(huán)氧基、酯基、乙烯基、鹵基、聚氨酯基、縮二脲基、脲基甲酸酯基、脲基等官能基中選擇的至少一種對于碳納米纖維具有親和性的不飽和鍵或基團。
17.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中通過采用脈沖NMR的哈恩回波法，所述彈性體在30℃下測定的未交聯(lián)體的網(wǎng)絡成分的自旋-自旋馳豫時間(T2n)為100至3000μ秒。
18.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中通過采用脈沖NMR的哈恩回波法，所述彈性體在30℃下測定的交聯(lián)體的網(wǎng)絡成分的自旋-自旋馳豫時間(T2n)為100至2000μ秒。
19.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述彈性體是天然橡膠或丁腈橡膠。
20.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述工序(a)采用輥間隔為小于等于0.5mm的開式輥法。
21.根據(jù)權利要求20所述的碳系材料的制造方法，其中在所述開式輥法中，兩個輥的表面速度比為1.05至3.00。
22.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述工序(a)通過密閉式混煉法進行。
23.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述工序(a)通過多軸擠壓混煉法進行。
24.根據(jù)權利要求1所述的碳系材料的制造方法，其中所述工序(a)在0℃至50℃下進行。
25.根據(jù)權利要求1所述的制造方法獲得的碳系材料。
26.一種碳系材料，其被混合在由鋁或鎂構成的基體材料中，其中碳材料的表面具有第一結合結構和第二結合結構；所述第一結合結構是在構成所述碳材料的碳原子上結合元素X的結構；所述第二結合結構是在元素X上結合元素Y的結構；所述元素X包含從硼、氮、氧、磷中選擇的至少一種；所述元素Y，包含從鎂、鋁、硅、鈣、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鎳、銅、鋅、鎬中選擇的至少一種。
27.一種碳系材料，其中碳材料的表面具有第一結合結構和第二結合結構；所述第一結合結構是在構成所述碳材料的碳原子上結合氧的結構；所述第二結合結構是在所述氧上結合鎂的結構。
28.一種復合材料的制造方法，其中包括工序(d)，將根據(jù)權利要求1所述的制造方法得到的所述碳系材料和基體材料混合。
29.根據(jù)權利要求28所述的制造方法獲得的復合材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改善表面的浸潤性的碳系材料及其制造方法。還提供一種均勻分散碳系材料的復合材料及其制造方法。該碳系材料的制造方法包括工序(a)，混合彈性體、以及至少第一碳材料，并利用剪切力分散而獲得復合彈性體；工序(b)，熱處理所述復合彈性體，使包含在該復合彈性體中的彈性體氣化，獲得第二碳材料；以及工序(c)，將所述第二碳材料與融點比所述第一碳材料低的具有元素Y的物質一起熱處理，使具有元素Y的物質氣化。
文檔編號C01B31/02GK1743266SQ20051009582
公開日2006年3月8日 申請日期2005年9月2日 優(yōu)先權日2004年9月3日
發(fā)明者曲尾章, 野口徹 申請人:日信工業(yè)株式會社