[go: up one dir, main page]

KR20180021701A - 카본나노튜브 웹의 제조방법, 카본나노튜브 집합체의 제조방법 및 카본나노튜브 웹의 제조장치 - Google Patents

카본나노튜브 웹의 제조방법, 카본나노튜브 집합체의 제조방법 및 카본나노튜브 웹의 제조장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180021701A
KR20180021701A KR1020177035878A KR20177035878A KR20180021701A KR 20180021701 A KR20180021701 A KR 20180021701A KR 1020177035878 A KR1020177035878 A KR 1020177035878A KR 20177035878 A KR20177035878 A KR 20177035878A KR 20180021701 A KR20180021701 A KR 20180021701A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon nanotube
web
substrate
carbon
nanotube web
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020177035878A
Other languages
English (en)
Inventor
데쓰야 이노우에
노리후미 모리하라
도모야 야마시타
Original Assignee
히다치 조센 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 히다치 조센 가부시키가이샤 filed Critical 히다치 조센 가부시키가이샤
Publication of KR20180021701A publication Critical patent/KR20180021701A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G1/00—Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics
    • D02G1/006—Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics by impinging the yarn against an uneven surface and thereby deforming it
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/02—Yarns or threads characterised by the material or by the materials from which they are made
    • D02G3/16—Yarns or threads made from mineral substances
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4209—Inorganic fibres
    • D04H1/4242—Carbon fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4391—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece characterised by the shape of the fibres
    • D04H1/43914—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece characterised by the shape of the fibres hollow fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/736—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged characterised by the apparatus for arranging fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/02—Stranding-up
    • H01B13/0221—Stranding-up by a twisting take-up device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/08—Several wires or the like stranded in the form of a rope
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/08—Aligned nanotubes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2101/00—Inorganic fibres
    • D10B2101/10—Inorganic fibres based on non-oxides other than metals
    • D10B2101/12—Carbon; Pitch
    • D10B2101/122—Nanocarbons

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)

Abstract

카본나노튜브 웹의 제조방법은, 기판 위에 배치되고, 기판에 대하여 수직으로 배향되는 복수의 카본나노튜브로 이루어지는 카본나노튜브 어레이를 준비하는 공정과, 카본나노튜브 어레이로부터, 복수의 카본나노튜브가 연속적으로 연결되는 카본나노튜브 단사가, 카본나노튜브 단사가 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 복수 병렬로 배치되는 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정을 포함한다. 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정에 있어서, 카본나노튜브 웹의 카본나노튜브 어레이로부터의 인출위치를, 카본나노튜브 웹의 인출방향에 있어서 동일한 위치로 유지한다.

Description

카본나노튜브 웹의 제조방법, 카본나노튜브 집합체의 제조방법 및 카본나노튜브 웹의 제조장치{METHOD FOR PRODUCING CARBON NANOTUBE WEB, METHOD FOR PRODUCING CARBON NANOTUBE COLLECTED PRODUCT, AND APPARATUS FOR PRODUCING CARBON NANOTUBE WEB}
본 발명은, 카본나노튜브 웹(carbon nanotube web)의 제조방법, 카본나노튜브 집합체(carbon nanotube 集合體)의 제조방법 및 카본나노튜브 웹의 제조장치에 관한 것이다.
카본나노튜브는, 우수한 기계강도, 열전도성 및 전기전도성을 갖고 있는 것이 알려져 있다. 그러한 카본나노튜브의 우수한 특성을 이용하기 위하여, 복수의 카본나노튜브를 소정의 형상으로 형성하여 각종 산업제품의 재료로 하는 것이 검토되고 있다. 그러한 검토 중에서, 카본나노튜브의 높은 방적성능(紡績性能)을 이용하여, 복수의 카본나노튜브로 이루어지는 카본나노튜브 어레이(carbon nanotube array)를 웹 모양으로 인출하는 기술이 있다.
예를 들면 기판 위에, 복수의 카본나노튜브로 이루어지는 카본나노튜브 어레이를 성장시킨 후에 기판을 고정하고, 고정된 기판 위의 카본나노튜브 어레이로부터 복수의 카본나노튜브를 인출하여 카본나노튜브 필름을 형성하는 카본나노튜브 필름의 제조방법이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌1을 참조).
: 일본국 공개특허 특개2009―91240호 공보
그런데 특허문헌1에 기재되어 있는 카본나노튜브 필름의 제조방법에서는, 카본나노튜브 어레이를 지지하는 기판이 고정되어 있기 때문에, 카본나노튜브의 인출에 따라 카본나노튜브 어레이가 기판으로부터 순차적으로 박리되면, 카본나노튜브의 카본나노튜브 어레이로부터의 인출위치가, 카본나노튜브의 인출방향의 상류를 향하여 서서히 이동한다.
카본나노튜브의 인출위치가 이동되면, 카본나노튜브 필름과 카본나노튜브 어레이의 상대적인 위치관계가 변동되기 때문에, 카본나노튜브 어레이로부터의 인출이 불안정하게 되는 경우가 있다.
그래서 본 발명의 목적은, 카본나노튜브 어레이로부터 카본나노튜브 웹을 안정하게 인출할 수 있어, 생산효율의 향상을 꾀할 수 있는 카본나노튜브 웹의 제조방법, 카본나노튜브 집합체의 제조방법 및 카본나노튜브 웹의 제조장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 [1]은, 기판(基板) 위에 배치되고, 상기 기판에 대하여 수직으로 배향(配向)되는 복수의 카본나노튜브(carbon nanotube)로 이루어지는 카본나노튜브 어레이(carbon nanotube array)를 준비하는 공정과, 상기 카본나노튜브 어레이로부터, 복수의 카본나노튜브가 연속적으로 연결되는 카본나노튜브 단사(carbon nanotube 單絲)가, 상기 카본나노튜브 단사가 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 복수 병렬로 배치되는 카본나노튜브 웹(carbon nanotube web)을 인출하는 공정을 포함하고, 상기 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정에 있어서, 상기 카본나노튜브 웹의 상기 카본나노튜브 어레이로부터의 인출위치를, 상기 카본나노튜브 웹의 인출방향에 있어서 동일한 위치로 유지하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 웹의 제조방법을 포함한다.
이러한 방법에 의하면, 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정에 있어서, 카본나노튜브 웹의 인출위치가, 카본나노튜브 웹의 인출방향에 있어서 동일한 위치로 유지되기 때문에, 카본나노튜브 웹과 카본나노튜브 어레이의 상대적인 위치관계가 변동하는 것을 억제할 수 있다.
그 때문에, 카본나노튜브 웹을 카본나노튜브 어레이로부터 안정하게 인출할 수 있어, 카본나노튜브 웹의 생산효율의 향상을 꾀할 수 있다.
본 발명의 [2]는, 상기 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정에 있어서, 상기 카본나노튜브 어레이는 상기 카본나노튜브 웹의 인출에 따라 상기 기판으로부터 순차적으로 박리(剝離)되고, 상기 인출위치는 상기 기판에 대하여 상기 인출방향의 상류로 이동되고, 상기 기판을, 상기 인출위치가 상기 인출방향에 있어서 동일한 위치를 유지하도록 상기 인출위치에 있어서 상기 인출위치의 이동속도와 동일한 속도로 상기 인출방향의 하류로 이동시키는, 상기 [1]에 기재되어 있는 카본나노튜브 웹의 제조방법을 포함한다.
이러한 방법에 의하면, 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정에 있어서, 카본나노튜브 웹의 인출위치가 기판에 대하여 인출방향의 상류로 이동하는 한편, 기판이 카본나노튜브 웹의 인출위치에 있어서 인출위치의 이동속도와 동일한 속도로 인출방향의 하류로 이동한다.
그 때문에, 카본나노튜브 웹의 인출위치의 이동을, 기판의 인출위치에 있어서의 이동에 의하여 상쇄할 수 있어, 카본나노튜브 웹의 인출위치를, 카본나노튜브 웹의 인출방향에 있어서 동일한 위치로 확실하게 유지할 수 있다.
그리고 카본나노튜브 웹의 인출위치에 있어서, 기판이 인출방향의 하류로 이동하기 때문에, 카본나노튜브 웹의 인출위치에, 기판 위에 배치되는 카본나노튜브 어레이를 순차적으로 공급할 수 있다.
그 결과, 카본나노튜브 웹을 카본나노튜브 어레이로부터 연속으로 또한 안정하게 인출할 수 있다.
본 발명의 [3]은, 상기 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정에 있어서, 상기 카본나노튜브 어레이가 박리된 상기 기판을 감는, 상기 [2]에 기재되어 있는 카본나노튜브 웹의 제조방법을 포함한다.
이러한 방법에 의하면, 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정에 있어서, 기판은, 인출방향의 하류를 향하도록 카본나노튜브 웹의 인출위치를 통과하여, 카본나노튜브 어레이가 박리된 후에 감긴다.
그 때문에, 기판이 카본나노튜브 웹의 인출위치를 통과한 후에, 카본나노튜브 웹의 인출에 방해가 되는 것을 억제할 수 있고 또한 기판을 효율적으로 회수할 수 있어, 공간절약화를 꾀할 수 있다.
본 발명의 [4]는, 상기 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정에 있어서, 상기 카본나노튜브 웹이, 상기 카본나노튜브 어레이에 있어서의 상기 카본나노튜브의 배향방향과 직교하는 가상평면에 대하여 0° 이상 15° 이하의 각도로 경사지도록 상기 카본나노튜브 어레이로부터 인출되는, 상기 [1]∼[3] 중의 어느 하나의 항에 기재되어 있는 카본나노튜브 웹의 제조방법을 포함한다.
그런데 카본나노튜브 웹이, 카본나노튜브 어레이의 카본나노튜브와 직교하는 가상평면에 대하여 15°를 초과하는 각도로 경사지도록 카본나노튜브 어레이로부터 인출되면, 카본나노튜브 웹의 인출이 불안정하게 되어, 카본나노튜브 웹의 인출에 있어서 카본나노튜브 웹의 일부가 도중에 끊어져 버리는 경우가 있다.
한편 상기의 방법에 의하면, 카본나노튜브 웹이, 카본나노튜브 어레이의 카본나노튜브와 직교하는 가상평면에 대하여 0° 이상 15° 이하의 각도로 경사지도록 카본나노튜브 어레이로부터 인출된다.
그 때문에, 카본나노튜브 웹을 카본나노튜브 어레이로부터 더한층 안정하게 인출할 수 있어, 카본나노튜브 웹의 인출에 있어서 카본나노튜브 웹의 일부가 도중에 끊어져 버리는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 [5]는, 원기둥 형상을 갖는 롤러를 준비하는 공정과, 상기 [1]∼[4] 중의 어느 하나의 항에 기재되어 있는 카본나노튜브 웹의 제조방법에 의하여 제조되는 카본나노튜브 웹을, 상기 롤러의 둘레면에 위치하도록 상기 롤러의 둘레방향으로 감는 공정과, 상기 카본나노튜브 웹을 상기 롤러 위를 통과시킨 후에 가공하는 공정을 포함하고 있는 카본나노튜브 집합체(carbon nanotube 集合體)의 제조방법을 포함한다.
이러한 방법에 의하면, 상기한 바와 같이 인출된 카본나노튜브 웹이, 가공되지 않고 롤러의 둘레방향으로 감겨서 롤러 위를 통과한 후에 가공된다.
즉 카본나노튜브 웹에 있어서의 복수의 카본나노튜브 단사는, 카본나노튜브 웹의 인출위치와 롤러의 사이에 있어서 카본나노튜브 단사가 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 병렬로 배치되는 상태, 즉 서로 대략 평행하게 되도록 배치되는 상태가 유지되고 있다.
그런데 카본나노튜브 웹의 인출위치와 롤러의 사이에 있어서, 카본나노튜브 웹이, 예를 들면 서로 꼬이는 등 가공되면, 그 가공에 기인하는 힘이 복수의 카본나노튜브 단사를 통하여 카본나노튜브 웹의 인출위치에 작용한다.
그렇게 하면, 카본나노튜브 웹의 인출이 불안정하게 되어, 인출위치를 통과한 기판 위에 카본나노튜브 어레이가 잔존하는 경우나 카본나노튜브 웹의 일부가 도중에 끊어져 버리는 경우가 있다.
한편 상기의 방법에 의하면, 카본나노튜브 웹은 롤러 위를 통과한 후에 가공되기 때문에, 그 가공에 기인하는 힘이 카본나노튜브 웹의 인출위치에 작용하는 것을 롤러에 의하여 억제할 수 있다.
그 때문에, 카본나노튜브 웹의 안정된 인출을 확보할 수 있어, 카본나노튜브 웹을 원활하게 가공할 수 있다. 그 결과, 카본나노튜브 집합체의 생산효율의 향상을 꾀할 수 있다.
본 발명의 [6]은, 상기 카본나노튜브 웹을 가공하는 공정에 있어서, 상기 카본나노튜브 웹을 서로 꼬이게 하여 연사(撚絲)로 하는 공정을 포함하는, 상기 [5]에 기재되어 있는 카본나노튜브 집합체의 제조방법을 포함한다.
이러한 방법에 의하면, 카본나노튜브 웹을 서로 꼬이게 하는 간이한 방법에 의하여, 카본나노튜브 웹을 원활하게 가공할 수 있어 연사를 제조할 수 있다. 그 때문에 연사의 생산성의 향상을 꾀할 수 있다.
본 발명의 [7]은, 상기 카본나노튜브 웹을 가공하는 공정은, 원기둥 형상을 갖는 와인딩축(winding軸)을 준비하는 공정과, 상기 카본나노튜브 웹을 상기 와인딩축의 둘레면에 복수 둘레 감는 공정과, 상기 와인딩축의 둘레면에 복수 둘레 감긴 상기 카본나노튜브 웹을 상기 와인딩축의 축선방향으로 절단하여 시트 형상(sheet 形狀)으로 형성하는 공정을 포함하는, 상기 [5]에 기재되어 있는 카본나노튜브 집합체의 제조방법을 포함한다.
이러한 방법에 의하면, 카본나노튜브 웹을 와인딩축에 복수 둘레 감아서 절단하는 간이한 방법에 의하여, 카본나노튜브 웹을 원활하게 가공할 수 있어, 복수의 카본나노튜브 웹이 적층되는 시트(이하, 카본나노튜브 적층시트라고 한다)를 제조할 수 있다. 그 때문에 카본나노튜브 적층시트의 생산성의 향상을 꾀할 수 있다.
본 발명의 [8]은, 수직으로 배향되는 복수의 카본나노튜브로 이루어지는 카본나노튜브 어레이가 배치되는 기판과, 복수의 카본나노튜브가 연속적으로 연결되는 카본나노튜브 단사가, 상기 카본나노튜브 단사가 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 복수 병렬로 배치되는 카본나노튜브 웹을, 상기 카본나노튜브 어레이로부터 인출하는 인출부재와, 상기 카본나노튜브 웹의 상기 카본나노튜브 어레이로부터의 인출위치에 있어서, 상기 기판을, 상기 카본나노튜브 웹의 인출방향의 하류를 향하여 반송하는 반송부재를 구비하는 카본나노튜브 웹의 제조장치를 포함한다.
이러한 구성에 의하면, 인출부재가 카본나노튜브 웹을 카본나노튜브 어레이로부터 인출함과 아울러, 반송부재가 카본나노튜브 웹의 인출위치에 있어서 기판을 인출방향의 하류를 향하여 반송한다.
그 때문에, 카본나노튜브 웹의 인출에 있어서 카본나노튜브 웹과 카본나노튜브 어레이의 상대적인 위치관계가 변동하는 것을 조정할 수 있어, 카본나노튜브 웹을 카본나노튜브 어레이로부터 안정하게 인출할 수 있다.
또한 카본나노튜브 웹의 인출위치에, 기판 위에 배치되는 카본나노튜브 어레이를 순차적으로 공급할 수 있기 때문에, 카본나노튜브 웹을 카본나노튜브 어레이로부터 연속으로 또한 안정하게 인출할 수 있다.
본 발명의 카본나노튜브 웹의 제조방법에서는, 카본나노튜브 웹을 카본나노튜브 어레이로부터 안정하게 인출할 수 있어 생산효율의 향상을 꾀할 수 있다.
본 발명의 카본나노튜브 집합체의 제조방법에서는, 안정하게 인출한 카본나노튜브 웹을 원활하게 가공할 수 있어 생산효율의 향상을 꾀할 수 있다.
본 발명의 카본나노튜브 웹의 제조장치에서는, 카본나노튜브 웹을 카본나노튜브 어레이로부터 연속으로 또한 안정하게 인출할 수 있어 생산효율의 향상을 꾀할 수 있다.
[도1]도1은, 본 발명의 카본나노튜브 웹의 제조장치의 제1실시형태로서의 방적장치의 사시도이다.
[도2]도2A는, 도1에 나타내는 카본나노튜브 어레이의 조제공정의 1실시형태를 설명하기 위한 설명도로서, 기판 위에 촉매층을 형성하는 공정을 나타낸다. 도2B는, 도2A에 계속하여, 기판을 가열하여 촉매층을 복수의 입상체로 응집시키는 공정을 나타낸다. 도2C는, 도2B에 계속하여, 복수의 입상체에 원료가스를 공급하여 복수의 카본나노튜브를 성장시키는 공정을 나타낸다. 도2D는, 도2C에 계속하여, 복수의 카본나노튜브를 인출하여 카본나노튜브 웹을 조제하는 공정을 나타낸다.
[도3]도3A는, 도1에 나타내는 방적장치의 개략적인 구성도이다. 도3B는, 도3A에 나타내는 방적장치의 변형예의 개략적인 구성도이다.
[도4]도4A는, 본 발명의 카본나노튜브 웹의 제조장치의 제2실시형태로서의 시트제조장치의 개략적인 구성도이다. 도4B는, 도4A에 나타내는 시트제조장치에 의하여 제조되는 카본나노튜브 적층시트의 사시도이다.
[도5]도5는, 도3A에 나타내는 웹 제조유닛의 변형예의 개략적인 구성도이다.
1.제1실시형태
(1)카본나노튜브 웹(carbon nanotube web)의 제조방법
본 발명의 카본나노튜브 웹의 제조방법의 제1실시형태는, 예를 들면 도1에 나타내는 바와 같이 기판(1) 위에 배치되는 카본나노튜브 어레이(carbon nanotube array)(2)를 준비하는 공정(조제공정(調製工程))과, 카본나노튜브 어레이(2)로부터 카본나노튜브 웹(3)을 인출하는 공정(인출공정(引出工程))을 포함하고 있다.
이러한 제조방법에서는, 우선 기판(1) 위에 배치되는 카본나노튜브 어레이(2)를 준비한다.
카본나노튜브 어레이(2)를 준비하기 위해서는, 예를 들면 도2A∼도2C에 나타내는 바와 같이 화학기상성장법(CVD법)에 의하여, 기판(1) 위에 수직으로 배향(配向)되는 복수의 카본나노튜브(4)를 성장(成長)시킨다.
더 상세하게는, 도2A에 나타내는 바와 같이 우선 기판(1)을 준비한다. 기판(1)은, 특별하게 한정되지 않으며, 예를 들면 CVD법에 사용되는 공지의 기판을 들 수 있고, 시판품을 사용할 수 있다. 기판(1)으로서는, 예를 들면 실리콘 기판이나 이산화규소막(7)이 적층되는 스테인레스 기판(8) 등을 들 수 있고, 바람직하게는 이산화규소막(7)이 적층되는 스테인레스 기판(8)을 들 수 있다.
기판(1)은, 도1에 나타내는 바와 같이 후술하는 카본나노튜브 어레이(2)의 연속공급의 관점으로부터, 바람직하게는 길이가 길고 또한 평평한 띠 형상을 갖고 있고, 또한 후술하는 기판(1)이 감기는 관점으로부터, 바람직하게는 가요성(可撓性)을 갖고 있다.
제1실시형태에서는, 기판(1)은, 도1∼도2D에 나타내는 바와 같이 이산화규소막(7)이 적층되는 스테인레스 기판(8)으로서, 가요성을 갖으며 길이가 길고 또한 평평한 띠 형상을 갖고 있다.
또 이하의 설명에 있어서, 기판(1)의 두께방향을 상하방향이라고 하고, 기판(1)의 길이가 긴 방향을 전후방향이라고 하고, 기판(1)의 폭방향을 좌우방향이라고 한다. 구체적으로는 각 도면에 나타내는 방향 화살표를 기준으로 한다.
기판(1)이, 이산화규소막(7)이 적층되는 스테인레스 기판(8)인 경우에, 스테인레스 기판(8)의 두께(상하방향의 치수)는, 예를 들면 20μm 이상, 바람직하게는 50μm 이상, 예를 들면 100μm 이하, 바람직하게는 80μm 이하이고, 이산화규소막(7)의 두께는, 예를 들면 10nm 이상, 바람직하게는 100nm 이상, 예를 들면 1μm 이하, 바람직하게는 500nm 이하이다.
그리고 도2A에 나타내는 바와 같이 기판(1) 위, 바람직하게는 이산화규소막(7) 위에 촉매층(9)을 형성한다. 기판(1) 위에 촉매층(9)을 형성하기 위해서는, 금속촉매를 공지의 성막방법(成膜方法)에 의하여 기판(1)(바람직하게는 이산화규소막(7)) 위에 성막한다.
금속촉매로서는, 예를 들면 철, 코발트, 니켈 등을 들 수 있고, 바람직하게는 철을 들 수 있다. 이러한 금속촉매는, 단독으로 사용하거나 또는 2종류 이상을 병용할 수 있다. 성막방법으로서는, 예를 들면 진공증착(眞空蒸着) 및 스퍼터링(sputtering)을 들 수 있고, 바람직하게는 진공증착을 들 수 있다.
이에 따라 기판(1) 위에 촉매층(9)이 배치된다. 또 기판(1)이 이산화규소막(7)이 적층되는 스테인레스 기판(8)인 경우에, 이산화규소막(7) 및 촉매층(9)은, 예를 들면 일본국 공개특허 특개2014―94856호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 이산화규소 전구체 용액과 금속촉매 전구체 용액이 혼합되는 혼합용액을 스테인레스 기판(8)에 도포한 후에, 그 혼합액을 상분리(相分離)시키고, 계속하여 건조시킴으로써 동시에 형성할 수도 있다.
촉매층(9)의 두께(상하방향의 치수)는, 예를 들면 1nm 이상, 바람직하게는 2nm 이상, 예를 들면 10nm 이하, 바람직하게는 4nm 이하이다.
계속하여 촉매층(9)이 배치되는 기판(1)을, 도2B에 나타내는 바와 같이 예를 들면 700℃ 이상 900℃ 이하로 가열한다. 이에 따라 촉매층(9)이 응집되어 복수의 입상체(粒狀體)(9A)가 된다.
그리고 가열된 기판(1)에, 도2C에 나타내는 바와 같이 원료가스를 공급한다. 원료가스는, 탄소수 1∼4의 탄화수소가스(저급 탄화수소가스)를 포함하고 있다. 탄소수 1∼4의 탄화수소가스로서는, 예를 들면 메탄가스, 에탄가스, 프로판가스, 부탄가스, 에틸렌가스, 아세틸렌가스 등을 들 수 있고, 바람직하게는 아세틸렌가스를 들 수 있다.
또한 원료가스는, 필요에 따라 수소가스나 불활성가스(예를 들면 헬륨, 아르곤 등), 수증기 등을 포함할 수도 있다.
원료가스가 수소가스나 불활성가스를 포함하는 경우에, 원료가스에 있어서의 탄화수소가스의 농도는, 예를 들면 1부피% 이상, 바람직하게는 30부피% 이상, 예를 들면 90부피% 이하, 바람직하게는 50부피% 이하이다. 원료가스의 공급시간으로서는, 예를 들면 1분 이상, 바람직하게는 5분 이상, 예를 들면 60분 이하, 바람직하게는 30분 이하이다.
이에 따라 복수의 입상체(9A) 각각을 기점(起點)으로 하여, 복수의 카본나노튜브(4)가 성장한다. 또 도2C에서는, 편의상 1개의 입상체(9A)로부터 1개의 카본나노튜브(4)가 성장하도록 기재되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 1개의 입상체(9A)로부터 복수의 카본나노튜브(4)가 성장하여도 좋다.
이러한 복수의 카본나노튜브(4)는, 기판(1) 위에 있어서 서로 대략 평행하게 되도록 기판(1)의 두께방향(상하방향)으로 연장되어 있다. 즉 복수의 카본나노튜브(4)는, 기판(1)에 대하여 직교하도록 배향(수직으로 배향)되어 있다.
카본나노튜브(4)는, 단층 카본나노튜브 및 다층 카본나노튜브 중의 어느 것이더라도 좋으며, 바람직하게는 다층 카본나노튜브이다. 이들 카본나노튜브(4)는 단독으로 사용하거나 또는 2종류 이상을 병용할 수 있다.
카본나노튜브(4)의 평균외경은, 예를 들면 1nm 이상, 바람직하게는 5nm 이상, 예를 들면 100nm 이하, 바람직하게는 50nm 이하, 더욱 바람직하게는 20nm 이하이다.
카본나노튜브(4)의 평균길이(평균축선방향치수)는, 예를 들면 1μm 이상, 바람직하게는 100μm 이상, 더욱 바람직하게는 200μm 이상, 예를 들면 1000μm 이하, 바람직하게는 500μm 이하, 더욱 바람직하게는 400μm 이하이다. 또 카본나노튜브(4)의 층수(層數), 평균외경 및 평균길이는, 예를 들면 라만분광분석이나 전자현미경관찰 등의 공지의 방법에 의하여 측정된다.
이에 따라 복수의 카본나노튜브(4)를 구비하는 카본나노튜브 어레이(2)가 기판(1) 위에 형성된다.
카본나노튜브 어레이(2)는, 도1에 나타내는 바와 같이 상하방향으로 두께를 갖고, 상하방향과 직교하는 면방향(面方向)(전후방향 및 좌우방향)을 따라 연장되는 대략 시트 형상(sheet 形狀)을 갖고 있다. 상세하게는 카본나노튜브 어레이(2)는, 복수의 카본나노튜브(4)가 전후방향으로 직선적으로 배열되는 열(列)(2A)을 좌우방향으로 복수 구비하고 있다.
카본나노튜브 어레이(2)에 있어서 복수의 열(2A)은 좌우방향으로, 예를 들면 100nm∼200nm의 간격을 두고 배치되어 있고, 각 열(2A)에 있어서 복수의 카본나노튜브(4)는 전후방향으로 예를 들면 100nm∼200nm의 간격을 두고 배치되어 있다. 즉 카본나노튜브 어레이(2)에 있어서 복수의 카본나노튜브(4)는 전후좌우방향으로 밀집되어 있다.
카본나노튜브 어레이(2)의 부피밀도는, 예를 들면 10mg/cm3 이상, 바람직하게는 20mg/cm3 이상, 예를 들면 60mg/cm3 이하, 바람직하게는 50mg/cm3 이하이다. 또 카본나노튜브 어레이(2)의 부피밀도는, 예를 들면 단위면적당 질량(평량(basis weight) : 단위 mg/cm2)과, 카본나노튜브의 길이(SEM(일본전자주식회사(JEOL Ltd.) 제품) 또는 비접촉 막두께 측정기(기엔스 주식회사(KEYENCE CORPORATION) 제품)에 의하여 측정)로부터 산출된다.
계속하여 도1 및 도2D에 나타내는 바와 같이 카본나노튜브 어레이(2)로부터 카본나노튜브 웹(3)을 인출함과 아울러, 기판(1)을, 카본나노튜브 웹(3)의 카본나노튜브 어레이(2)로부터의 인출위치(P)에 있어서, 카본나노튜브 웹(3)의 인출방향(D)의 하류로 이동하도록 반송한다.
카본나노튜브 어레이(2)로부터 카본나노튜브 웹(3)을 인출하기 위해서는, 도1에 나타내는 바와 같이 예를 들면 카본나노튜브 어레이(2) 중에서 각 열(2A)의 전단부(前端部)에 위치하는 카본나노튜브(4)를, 도면에 나타내지 않은 인출도구에 의하여 일괄하여 지지하고, 기판(1)의 두께방향과 교차하는 방향, 바람직하게는 전방측을 향하여 잡아당긴다.
그렇게 하면, 잡아당겨진 카본나노튜브(4)는, 도2D에 나타내는 바와 같이 대응하는 입상체(9A)로부터 뽑힌다. 이때에 뽑히는 카본나노튜브(4)에 전후방향으로 인접하는 카본나노튜브(4)는, 뽑히는 카본나노튜브(4)와의 마찰력 및 반데르발스 힘 등에 의하여, 그 카본나노튜브(4)의 일단(一端)(하단(下端))이, 뽑히는 카본나노튜브(4)의 일단(하단)에 부착되어, 대응하는 입상체(9A)로부터 뽑힌다.
이때에, 일단(하단)에 카본나노튜브(4)가 부착된 카본나노튜브(4)는, 그 일단(하단)이 인출방향(D)의 하류로 잡아당겨짐으로써, 카본나노튜브(4)의 타단(他端)(상단(上端))이 인출방향(D)의 상류를 향하도록 옆으로 넘어져서, 인접하는 카본나노튜브(4)의 타단(상단)에 부착된다.
계속하여 타단(상단)에 카본나노튜브(4)가 부착된 카본나노튜브(4)는, 그 타단(상단)이 인출방향(D)의 하류로 잡아당겨짐으로써, 그 일단(하단)이 대응하는 입상체(9A)로부터 뽑혀서, 인접하는 카본나노튜브(4)의 일단(하단)에 부착된다.
이에 따라 복수의 카본나노튜브(4)가 순차적으로 연속하여 카본나노튜브 어레이(2)로부터 인출되고, 복수의 카본나노튜브(4)가 직선모양으로 연속적으로 연결되는 카본나노튜브 단사(carbon nanotube 單絲)(10)를 형성한다.
더 상세하게는, 카본나노튜브 단사(10)에 있어서, 연속하는 카본나노튜브(4)는, 그들 카본나노튜브(4)의 일단(하단) 상호간 또는 타단(상단) 상호간이 부착되어 있어, 카본나노튜브 단사(10)가 연장되는 방향을 따르도록 배향되어 있다.
또 도1 및 도2D에서는, 편의상 카본나노튜브(4)가 1개씩 연속적으로 연결되어 카본나노튜브 단사(10)를 형성하도록 기재되어 있지만, 실제로는 복수의 카본나노튜브(4)로 이루어지는 다발(束)(번들(bundle))이 연속적으로 연결되어 카본나노튜브 단사(10)를 형성하고 있다.
이러한 카본나노튜브 단사(10)는, 서로 꼬이지 않은 무연사(無撚絲)로서, 실형상(絲形狀)(선형상)을 갖고 있다. 즉 카본나노튜브 단사(10)의 꼬임각도는 대략 0°이다.
카본나노튜브 단사(10)의 외경은, 예를 들면 5nm 이상, 바람직하게는 8nm 이상, 예를 들면 100nm 이하, 바람직하게는 80nm 이하, 더욱 바람직하게는 50nm 이하이다.
이러한 카본나노튜브 단사(10)는, 도1의 확대도에 나타내는 바와 같이 각 열(2A)의 카본나노튜브(4)가 동시 또한 평행하게 일괄하여 인출되기 때문에, 카본나노튜브 단사(10)가 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 복수 병렬로 배치되어 있다.
구체적으로는 복수의 카본나노튜브 단사(10)는, 전후방향을 따라 연장되어 있고, 좌우방향으로 병렬로 배치되어 있다. 이에 따라 병렬로 배치되는 복수의 카본나노튜브 단사(10)는, 대략 시트 형상을 갖고 있고, 카본나노튜브 웹(3)으로서 형성된다.
이상에 의하여, 기판(1) 위의 카본나노튜브 어레이(2)로부터 카본나노튜브 웹(3)이 인출된다.
이때에 카본나노튜브 웹(3)은, 도3A에 나타내는 바와 같이 카본나노튜브 어레이(2)에 있어서의 카본나노튜브(4)의 배향방향과 직교하는 가상평면(I), 즉 전후좌우방향을 따라 연장되는 가상평면(I)에 대하여, 소정의 인출각도(θ)로 경사지도록 카본나노튜브 어레이(2)로부터 인출된다.
카본나노튜브 웹(3)의 인출각도(θ)로서는, 실험의 결과(표1을 참조)로부터 예를 들면 0° 이상, 바람직하게는 0°를 초과하고, 더욱 바람직하게는 2° 이상, 예를 들면 30° 이하, 바람직하게는 15° 이하, 더욱 바람직하게는 10° 이하, 특히 바람직하게는 5° 이하이다.
또 카본나노튜브 웹(3)은, 가상평면(I)에 대하여 기판(1)과 동일한 측(구체적으로는 하측)으로 상기의 인출각도(θ)로 경사져도 좋지만(도3A의 가상선을 참조), 바람직하게는 가상평면(I)에 대하여 기판(1)과 반대측(구체적으로는 상측)으로 상기의 인출각도(θ)로 경사진다(도3A의 실선을 참조).
카본나노튜브 웹(3)의 인출속도로서는, 예를 들면 10mm/분 이상, 바람직하게는 100mm/분 이상, 더욱 바람직하게는 300mm/분 이상, 예를 들면 10000mm/분 이하, 바람직하게는 1000mm/분 이하, 더욱 바람직하게는 700mm/분 이하이다.
또한 카본나노튜브 웹(3)이 카본나노튜브 어레이(2)로부터 인출되면, 도2D에 나타내는 바와 같이 복수의 카본나노튜브(4)가 카본나노튜브 어레이(2)로부터 인출되기 때문에, 카본나노튜브 어레이(2)는 카본나노튜브 웹(3)의 인출에 따라 기판(1)으로부터 순차적으로 박리(剝離)된다.
그렇게 하면, 카본나노튜브 웹(3)의 카본나노튜브 어레이(2)로부터의 인출위치(P)는, 기판(1)에 대하여 인출방향(D)의 상류를 향하여 이동한다.
여기에서 카본나노튜브 웹(3)은, 카본나노튜브(4)의 평균길이가 200μm∼400μm, 카본나노튜브 어레이(2)의 부피밀도가 20mg/cm3∼50mg/cm3인 경우에, 전후방향에 있어서 카본나노튜브 어레이(2) 1mm당, 예를 들면 400mm 이상 500mm 이하 인출된다.
그 때문에 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)의 이동속도는, 카본나노튜브 웹(3)의 인출속도에 의존하고, 카본나노튜브 웹(3)의 인출속도에 대하여, 예를 들면 1/750 이상, 바람직하게는 1/600 이상, 예를 들면 1/400 이하, 바람직하게는 1/250 이하, 더욱 바람직하게는 1/500 정도이다.
구체적으로는 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)의 이동속도는, 예를 들면 0.5mm/분 이상 1.5mm/분 이하이다.
또한 상기한 바와 같이 카본나노튜브 웹(3)의 인출과 아울러, 기판(1)을, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)에 있어서 인출방향(D)의 하류로 이동하도록 반송한다. 예를 들면 카메라로 인출위치(P)를 모니터링하면서, 인출속도 및 인출각도(θ)를 제어하여도 좋다.
기판(1)의 인출위치(P)에 있어서의 이동속도는, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)의 이동속도와 동일하다.
이에 따라 인출위치(P)의 기판(1)에 대한 이동이, 기판(1)의 인출위치(P)에 있어서의 이동에 의하여 상쇄되어, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)가 인출방향(D)에 있어서 동일한 위치로 유지된다. 또한 기판(1)의 인출위치(P)에 있어서의 이동에 의하여, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)에 카본나노튜브 어레이(2)가 연속하여 공급되고, 카본나노튜브 웹(3)이 카본나노튜브 어레이(2)로부터 연속하여 인출된다.
그 후에 인출위치(P)를 통과하여 카본나노튜브 어레이(2)가 박리된 기판(1)은, 도1에 나타내는 바와 같이 바람직하게는 감긴다. 더 구체적으로는 반송부재의 일례로서의 권취축(捲取軸)(25)이 인출위치(P)를 통과한 기판(1)을 감아서 회수한다.
권취축(25)은 좌우방향으로 연장되며 원기둥 형상을 갖고 있다. 권취축(25)은, 그 축선을 중심으로 하여 회전할 수 있다. 권취축(25)은, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)에 대하여 하측으로 간격을 두고 배치되어 있다.
그리고 권취축(25)은, 인출위치(P)를 통과한 기판(1)이 고정된 후에, 좌측면에서 볼 때에 시계방향으로 회전함으로써 기판(1)에 구동력을 공급하여, 기판(1)을 상기의 이동속도로 반송함과 아울러 감는다.
또한 제1실시형태에서는, 기판(1)은 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)를 통과한 직후에 권취축(25)에 감겨 있다. 즉 기판(1)은, 도3A에 나타내는 바와 같이 인출위치(P)까지 전후방향을 따라 반송되고, 인출위치(P)를 통과한 직후에 하방을 향하여 만곡(彎曲)되어 권취축(25)에 감겨 있다.
또 기판(1)은, 도면에는 나타내지 않았지만, 바람직하게는 카본나노튜브 어레이(2)가 형성된 기판(1)을 롤축에 감고, 롤축으로부터 송출되는 기판(1)을 권취축(25)에 감음으로써 반송할 수 있다.
또한 롤투롤 방식에 의하여, 반송되는 기판(1) 위에 카본나노튜브 어레이(2)를 순차적으로 형성할 수도 있다. 상세하게는, 카본나노튜브 어레이(2)가 형성되어 있지 않은 기판(1)을 롤축에 감고, 기판(1)을 롤축으로부터 권취축(25)을 향하여 반송하고, 롤축과 권취축(25)과의 사이에 있어서, 반송되는 기판(1) 위에 카본나노튜브 어레이(2)를 순차적으로 형성할 수도 있다.
이상에 의하여, 카본나노튜브 웹(3)이 연속하여 제조됨과 아울러 카본나노튜브 어레이(2)가 박리된 기판(1)이 연속하여 회수된다.
(2)카본나노튜브 집합체(carbon nanotube 集合體)의 제조방법
이러한 카본나노튜브 웹(3)은, 각종 산업제품 예를 들면 카본나노튜브 연사(carbon nanotube 撚絲)(5), 카본나노튜브 적층시트(carbon nanotube 積層sheet)(6)(도4B를 참조) 등으로 가공된다.
제1실시형태에서는, 카본나노튜브 웹(3)이 카본나노튜브 집합체의 일례로서의 카본나노튜브 연사(5)로 가공되는 태양에 대하여 상세하게 설명한다.
카본나노튜브 웹(3)을 카본나노튜브 연사(5)로 가공하기 위해서는, 우선 롤러의 일례로서의 텐션롤러(tension roller)(22)를 준비한다(준비공정).
텐션롤러(22)는, 좌우방향으로 연장되며 원기둥 형상을 갖고 있다. 텐션롤러(22)의 외경은, 특별하게 제한되지 않으며, 예를 들면 1cm 이상 20cm 이하이다. 텐션롤러(22)의 좌우방향의 치수는, 카본나노튜브 웹(3)의 좌우방향의 치수보다 크면 특별하게 제한되지 않으며, 예를 들면 1cm를 초과하고 600cm 이하이다.
그리고 텐션롤러(22)는, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)에 대하여 전방측으로 간격을 두고 배치되어 있다. 텐션롤러(22)와 인출위치(P) 사이의 간격은, 예를 들면 10cm 이상 20cm 이하이다.
계속하여 카본나노튜브 웹(3)을, 텐션롤러(22)의 둘레면에 위치하도록 텐션롤러(22)의 둘레방향으로 감는다.
이때에 카본나노튜브 웹(3)은, 텐션롤러(22)에 있어서의 중심각이, 예를 들면 5°∼180°의 범위, 바람직하게는 10°∼150°의 범위, 더욱 바람직하게는 60∼120°의 범위인 텐션롤러(22)의 둘레면 위에 배치된다.
또한 카본나노튜브 웹(3)이 텐션롤러(22)의 둘레면에 감긴 상태에 있어서, 카본나노튜브 웹(3)의 가상평면(I)에 대한 인출각도(θ)는 상기의 범위로 유지된다.
계속하여 카본나노튜브 웹(3)을, 텐션롤러(22) 위를 통과하도록 텐션롤러(22)로부터 인출한다.
그리고 카본나노튜브 웹(3)을 회전시켜서, 복수의 카본나노튜브 단사(10)를 서로 꼬이게 한다(가공공정). 이에 따라 카본나노튜브 연사(5)가 제조된다.
카본나노튜브 연사(5)의 외경은, 예를 들면 5μm 이상, 바람직하게는 30μm 이상, 예를 들면 80μm 이하, 바람직하게는 60μm 이하, 더욱 바람직하게는 40μm 이하이다.
또한 카본나노튜브 연사(5)의 부피밀도는, 예를 들면 0.6g/cm3 이상, 바람직하게는 0.6g/cm3를 초과하고, 더욱 바람직하게는 0.8g/cm3 이상, 예를 들면 2.0g/cm3 이하이다.
(3)카본나노튜브 웹의 제조장치
카본나노튜브 연사(5)의 제조방법은, 예를 들면 도1에 나타내는 바와 같이 카본나노튜브 웹의 제조장치의 일례로서의 방적장치(紡績裝置)(20)에 의하여 연속적으로 실시된다. 방적장치(20)는, 웹 제조유닛(21)과, 인출부재의 일례로서의 방적유닛(23)을 구비하고 있다.
웹 제조유닛(21)은, 방적장치(20)의 후방측 부분에 배치되어 있고, 카본나노튜브 어레이(2)로부터 카본나노튜브 웹(3)을 연속하여 인출하도록 구성되어 있다.
웹 제조유닛(21)은, 카본나노튜브 어레이(2)가 배치되는 기판(1)과, 도면에 나타내지 않은 인출도구와, 상기의 텐션롤러(22)와, 상기의 권취축(25)을 구비하고 있다.
기판(1)은, 가요성을 갖고 있고, 길이가 길고 또한 평평한 띠 형상을 갖고 있다. 카본나노튜브 어레이(2)는, 기판(1) 위에 있어서 전후방향으로 연장되도록 배치되어 있다.
권취축(25)은, 기판(1)의 전단부의 하측에 배치되어 있다. 권취축(25)의 둘레면에는, 기판(1)의 전단부가 고정되어 있다.
텐션롤러(22)는, 카본나노튜브 어레이(2)의 전단부에 대하여 전방측에 간격을 두고 배치되어 있다.
방적유닛(23)은, 텐션롤러(22)에 대하여 하측에 간격을 두고 배치되어 있고, 수렴부(收斂部)(26)와, 회수부(回收部)(24)를 구비하고 있다.
수렴부(26)는, 텐션롤러(22)에 대하여 하측에 간격을 두고 배치되어 있고, 지지판(支持板)(27)과, 1쌍의 축(28)을 구비하고 있다.
지지판(27)은, 좌우방향으로 연장되며 정면에서 볼 때에 대략 직사각형 형상의 판 형상을 갖고 있다. 1쌍의 축(28)은, 지지판(27)의 전면(前面)에 있어서 좌우방향으로 서로 약간의 간격을 두고 배치되어 있다. 축(28)은, 전후방향으로 연장되며 대략 원기둥 형상을 갖고 있고, 축심을 중심으로 하여 상대회전할 수 있도록 지지판(27)에 지지되어 있다.
회수부(24)는, 수렴부(26)에 대하여 하측에 간격을 두고 배치되어 있다. 회수부(24)는, 회전부(30)와, 보빈 와인더 스핀들(bobbin winder spindle)(29)과, 회전축(31)을 구비하고 있다.
회전부(30)는, 상측을 향하여 개방되고 정면에서 볼 때에 대략 ㄷ자 모양을 갖고 있다. 보빈 와인더 스핀들(29)은, 회전부(30)의 좌우 양 측벽의 사이에 배치되어 있다. 보빈 와인더 스핀들(29)은, 좌우방향으로 연장되고 대략 원기둥 형상을 갖으며, 회전부(30)의 좌우 양 측벽에 회전할 수 있도록 지지되어 있다.
회전축(31)은, 회전부(30)에 대하여 하측에 배치되어 있다. 회전축(31)은, 상하방향으로 연장되며 대략 원기둥 형상을 갖고 있고, 그 상단부가 회전부(30)의 하벽의 좌우방향 중앙에 고정되어 있다. 이에 따라 회전부(30)는 회전축(31), 즉 상하방향을 따르는 축선을 회전중심으로 하여 회전할 수 있다.
이러한 방적장치(20)에서는, 카본나노튜브 어레이(2)로부터, 도면에 나타내지 않은 인출도구에 의하여 각 열(2A)의 카본나노튜브(4)를 동시 또한 평행하게 전방측을 향하여 인출한다. 이에 따라 복수의 카본나노튜브 단사(10)가, 좌우방향으로 병렬로 배치되며 대략 시트 형상의 카본나노튜브 웹(3)으로서, 카본나노튜브 어레이(2)로부터 인출된다.
계속하여 카본나노튜브 웹(3)을 텐션롤러(22)의 둘레방향으로, 텐션롤러(22)의 상단부로부터 전단부를 향하여 대략 1/4 둘레 감는다. 그 후에 카본나노튜브 웹(3)을, 텐션롤러(22) 위를 통과하도록 텐션롤러(22)로부터 하측으로 인출하여, 1쌍의 축(28) 사이를 통과시킨다.
이에 따라 카본나노튜브 웹(3), 즉 복수의 카본나노튜브 단사(10)가 선형상(실형상)으로 묶인다. 그리고 묶인 복수의 카본나노튜브 단사(10)의 하단부를 회수부(24)의 보빈 와인더 스핀들(29)에 고정한다.
이때에 카본나노튜브 웹(3)은, 카본나노튜브 어레이(2)와 텐션롤러(22)의 사이 및 텐션롤러(22)와 회수부(24)의 사이의 각각에 있어서, 텐션롤러(22)에 의하여 장력이 걸려 있다.
계속하여 권취축(25), 텐션롤러(22), 보빈 와인더 스핀들(29) 및 회전축(31)에 구동력을 입력한다. 그렇게 하면, 권취축(25), 텐션롤러(22) 및 보빈 와인더 스핀들(29)의 각각은 좌측면에서 볼 때에 시계방향으로 회전하고, 회전부(30)는 평면에서 볼 때에 시계방향으로 회전한다.
그러면 카본나노튜브 웹(3)이, 텐션롤러(22) 및 보빈 와인더 스핀들(29)의 회전에 의하여, 상기의 인출속도로 카본나노튜브 어레이(2)로부터 인출됨과 아울러, 기판(1)이, 권취축(25)의 회전에 의하여, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)에 있어서 인출방향(D)의 하류를 향하도록 상기의 이동속도로 반송된다.
이에 따라 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)가, 인출방향(D)에 있어서 동일한 위치로 유지된다.
그리고 기판(1)은, 인출위치(P)에 카본나노튜브 어레이(2)를 연속하여 공급하고, 인출위치(P)를 통과한 후에 권취축(25)에 감긴다. 또 권취축(25)은, 기판(1)의 감김이 진행됨에 따라 하측으로 이동하도록 구성되어 있다.
한편 카본나노튜브 웹(3)은, 인출각도(θ)가 상기의 값(동일한 각도)으로 유지된 채, 카본나노튜브 어레이(2)로부터 연속하여 인출된다.
그리고 카본나노튜브 웹(3)은, 텐션롤러(22) 위를 통과한 후에 텐션롤러(22)로부터 하측으로 송출되고, 1쌍의 축(28)을 통과하여 수렴부(26)에서 묶인 후에, 회전축(31)의 회전에 의하여 평면에서 볼 때에 시계방향으로 회전하여 서로 꼬이면서, 하측을 향하여 이동하여 보빈 와인더 스핀들(29)에 감긴다.
이때에 회전부(30)의 회전속도(원주속도)는, 예를 들면 1000rpm 이상, 바람직하게는 2000rpm 이상, 예를 들면 5000rpm 이하, 바람직하게는 4000rpm 이하이다.
이상에 의하여, 카본나노튜브 연사(5)가 방적장치(20)에 의하여 제조된다.
이러한 카본나노튜브 연사(5)는, 예를 들면 탄소섬유가 사용되는 직물(시트), 전기기기(예를 들면 모터, 트랜스, 센서 등)의 도전선재(導電線材) 등 각종 산업제품에 이용된다.
2.작용효과
카본나노튜브 웹(3)을 인출하는 공정에 있어서, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)는, 도1 및 도3A에 나타내는 바와 같이 카본나노튜브 웹(3)의 인출방향(D)에 있어서 실질적으로 동일한 위치로 유지된다.
그 때문에 카본나노튜브 웹(3)과 카본나노튜브 어레이(2)의 상대적인 위치관계가 변동하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 카본나노튜브 웹(3)을 카본나노튜브 어레이(2)로부터 안정하게 인출할 수 있어, 카본나노튜브 웹(3)의 생산효율의 향상을 꾀할 수 있다.
또한 카본나노튜브 웹(3)을 인출하는 공정에 있어서, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)는, 도1 및 도3A에 나타내는 바와 같이 기판(1)에 대하여 인출방향(D)의 상류로 이동하는 한편, 기판(1)이, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)에 있어서 인출위치(P)의 이동속도와 동일한 속도로 인출방향(D)의 하류로 이동한다.
그 때문에 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)의 이동을, 기판(1)의 인출위치(P)에 있어서의 이동에 의하여 상쇄할 수 있어, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)를, 카본나노튜브 웹(3)의 인출방향(D)에 있어서 실질적으로 동일한 위치로 유지할 수 있다.
그리고 기판(1)이 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)에 있어서 인출방향(D)의 하류로 이동하기 때문에, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)에, 기판(1) 위에 배치되는 카본나노튜브 어레이(2)를 순차적으로 공급할 수 있다.
그 결과, 카본나노튜브 웹(3)을 카본나노튜브 어레이(2)로부터 연속으로 또한 안정하게 인출할 수 있다.
또한 카본나노튜브 웹(3)을 인출하는 공정에 있어서, 기판(1)은, 도1 및 도3A에 나타내는 바와 같이 인출방향(D)의 하류를 향하도록 인출위치(P)를 통과하여, 카본나노튜브 어레이(2)가 박리된 후에 감긴다.
그 때문에, 기판(1)이 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)를 통과한 후에, 카본나노튜브 웹(3)의 인출에 방해가 되는 것을 억제할 수 있고 또한 기판(1)을 효율적으로 회수할 수 있어, 공간절약화를 꾀할 수 있다.
또한 카본나노튜브 웹(3)은, 도3A에 나타내는 바와 같이 카본나노튜브 어레이(2)의 카본나노튜브(4)와 직교하는 가상평면(I)에 대하여 0° 이상 10° 이하의 각도로 경사지도록 카본나노튜브 어레이(2)로부터 인출된다.
그 때문에, 카본나노튜브 웹(3)을 카본나노튜브 어레이(2)로부터 더한층 안정하게 인출할 수 있어, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)를 통과한 기판(1) 위에 카본나노튜브 어레이(2)가 잔존하는 것을 억제할 수 있다.
카본나노튜브 웹(3)은, 도1에 나타내는 바와 같이, 가공되지 않고 텐션롤러(22)의 둘레방향으로 감겨서, 텐션롤러(22) 위를 통과한 후에 가공된다.
즉 카본나노튜브 웹(3)에 있어서의 복수의 카본나노튜브 단사(10)는, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)와 텐션롤러(22)의 사이에 있어서, 카본나노튜브 단사(10)가 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 병렬로 배치되는 상태, 즉 서로 대략 평행하게 되도록 배치되는 상태가 유지되고 있다.
그리고 카본나노튜브 웹(3)은, 텐션롤러(22) 위를 통과한 후에 가공된다.
그 때문에, 가공에 기인하는 힘이 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)에 작용하는 것을 텐션롤러(22)에 의하여 억제할 수 있다.
그 결과, 카본나노튜브 웹(3)의 안정된 인출을 확보할 수 있어 카본나노튜브 웹(3)을 원활하게 가공할 수 있다. 그 결과, 카본나노튜브(4) 집합체의 생산효율의 향상을 꾀할 수 있다.
또한 도1에 나타내는 바와 같이 카본나노튜브 웹(3)을 서로 꼬이게 하는 간이한 방법에 의하여 카본나노튜브 웹(3)을 원활하게 가공할 수 있어, 카본나노튜브 연사(5)를 제조할 수 있다. 그 때문에 카본나노튜브 연사(5)의 생산성의 향상을 꾀할 수 있다.
3.제2실시형태
다음에 도4A 및 도4B를 참조하여 본 발명의 제2실시형태에 대하여 설명한다. 또 제2실시형태에서는, 상기한 제1실시형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
제1실시형태에서는, 도1에 나타내는 바와 같이 카본나노튜브 웹(3)이 카본나노튜브 연사(5)로 가공되지만, 제2실시형태에서는, 카본나노튜브 웹(3)이 도4B에 나타내는 바와 같이 카본나노튜브 집합체의 일례로서의 카본나노튜브 적층시트(6)로 가공된다.
카본나노튜브 웹(3)을 카본나노튜브 적층시트(6)로 가공하기 위해서는, 도4A에 나타내는 바와 같이 우선 인출부재의 일례로서의 와인딩축(winding軸)(34)을 준비한다.
와인딩축(34)은, 좌우방향으로 연장되며 원기둥 형상을 갖고 있다. 와인딩축(34)은, 텐션롤러(22)보다 카본나노튜브 웹(3)의 반송방향의 하류측에 배치되어 있다.
그리고 카본나노튜브 웹(3)을 카본나노튜브 어레이(2)로부터 인출한 후에 텐션롤러(22) 위를 통과시키고, 계속하여 카본나노튜브 웹(3)의 전단부(前端部)(자유단부(free end portion))를 와인딩축(34)의 둘레면에 고정한다. 그 후에 와인딩축(34)을 좌측면에서 볼 때에 시계방향으로 회전시킨다.
그렇게 하면, 카본나노튜브 웹(3)이 상기의 인출속도로 카본나노튜브 어레이(2)로부터 인출됨과 아울러, 카본나노튜브 웹(3)이 와인딩축(34)의 둘레면에 순차적으로 감긴다.
계속하여 와인딩축(34)에 감긴 카본나노튜브 웹(3)을 절단칼날(예를 들면 면도칼, 커터칼날 등)에 의하여 좌우방향으로 절단하여, 와인딩축(34)으로부터 이탈시킨다.
이에 따라 도4B에 나타내는 바와 같이 시트 형상을 갖는 카본나노튜브 적층시트(6)가 제조된다.
카본나노튜브 적층시트(6)는, 두께방향으로 복수의 카본나노튜브 웹(3)이 적층되어 있다. 카본나노튜브 웹(3)의 적층수는, 예를 들면 5층 이상, 바람직하게는 10층 이상, 예를 들면 1000층 이하, 바람직하게는 500층 이하이다.
또한 카본나노튜브 적층시트(6)의 두께는, 예를 들면 0.01μm 이상, 바람직하게는 5μm 이상, 예를 들면 500μm 이하, 바람직하게는 200μm 이하이다.
이러한 카본나노튜브 적층시트(6)는, 도4A에 나타내는 바와 같이 시트제조장치(33)에 의하여 연속적으로 제조할 수 있다. 또 시트제조장치(33)는, 방적유닛(23)을 대신하여 와인딩축(34)을 구비하는 점 이외에는 방적장치(20)와 동일하다. 즉 시트제조장치(33)는, 웹 제조유닛(21)과, 와인딩축(34)을 구비하고 있다. 와인딩축(34)은, 텐션롤러(22)에 대하여 하측에 간격을 두고 배치되어 있다.
이러한 제2실시형태에 의하면, 카본나노튜브 웹(3)을 와인딩축(34)에 복수 둘레 감아서 절단하는 간이한 방법에 의하여, 카본나노튜브 웹(3)을 원활하게 가공할 수 있어, 복수의 카본나노튜브 웹(3)이 적층되는 카본나노튜브 적층시트(6)를 제조할 수 있다. 그 때문에 카본나노튜브 적층시트(6)의 생산성의 향상을 꾀할 수 있다.
이러한 제2실시형태에 의해서도 상기의 제1실시형태와 동일한 작용효과를 얻을 수 있다.
4.변형예
제1실시형태 및 제2실시형태에서는, 도3A 및 도4A에 나타내는 바와 같이 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)를 통과한 기판(1)이 권취축(25)에 의하여 감겨 있지만, 이것에 한정되지 않고, 도5에 나타내는 바와 같이 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)를 통과한 기판(1)은 감기지 않아도 좋다. 이 경우에 기판(1)은 가요성을 갖지 않아도 좋다.
또 도5에서는, 기판(1)이 전방측을 향함에 따라 약간 하측으로 경사지도록 반송되고 있고, 카본나노튜브 웹(3)이 전후방향을 따르도록 인출되고 있다.
또한 제1실시형태에서는, 도3A에 나타내는 바와 같이 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)를 통과한 기판(1)이 인출위치(P)를 통과한 직후에 권취축(25)에 감겨 있지만, 이것에 한정되지 않고, 인출위치(P)를 통과한 기판(1)은, 축부재(35)에 의하여 반송방향이 변경된 후에 권취축(25)에 감겨도 좋다.
축부재(35)는, 좌우방향으로 연장되며 대략 원기둥 형상을 갖고 있다. 축부재(35)는 그 축선을 중심으로 하여 회전할 수 있다. 그리고 축부재(35)는, 카본나노튜브 웹(3)의 인출위치(P)에 대하여 하측에 간격을 두고 배치되어 있다.
이 경우에 권취축(25)은, 축부재(35)에 대하여 하측에 간격을 두고 배치되어 있고, 기판(1)의 감김이 진행됨에 따라 이동하도록 구성되지 않아도 좋다.
또한 제1실시형태에서는, 텐션롤러(22) 및 보빈 와인더 스핀들(29)의 회전에 의하여 카본나노튜브 웹(3)이 카본나노튜브 어레이(2)로부터 인출되고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 텐션롤러(22) 및 보빈 와인더 스핀들(29)의 어느 일방(一方)의 회전만에 의하여 카본나노튜브 웹(3)을 카본나노튜브 어레이(2)로부터 인출하여도 좋다.
또한 제1실시형태에서는 방적장치(20)가, 웹 제조유닛(21), 텐션롤러(22) 및 방적유닛(23)을 갖고, 카본나노튜브 웹(3)의 카본나노튜브 어레이(2)로부터의 인출과, 카본나노튜브 웹(3)의 카본나노튜브 연사(5)로의 가공을 연속하여 실시하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다.
카본나노튜브 웹(3)의 카본나노튜브 어레이(2)로부터의 인출과, 카본나노튜브 웹(3)의 가공(방적)을 별도의 공정에서 실시하여도 좋다.
예를 들면 도4A에 나타내는 바와 같이, 카본나노튜브 어레이(2)로부터 인출된 카본나노튜브 웹(3)을 와인딩축(34)에 감은 후에, 와인딩축(34)으로부터 인출한 카본나노튜브 웹(3)을 별도로 가공하여도 좋다.
또한 제1실시형태에서는, 도1에 나타내는 바와 같이 카본나노튜브 웹(3)을 카본나노튜브 연사(5)로 가공하지만, 이것에 한정되지 않고, 카본나노튜브 웹(3)을 카본나노튜브 집합체의 일례로서의 카본나노튜브 무연사로 가공할 수도 있다.
이 경우에, 예를 들면 일본국 공개특허 특개2014―169521호 공보에 기재되어 있는 방법 등에 의하여, 카본나노튜브 웹(3)(복수의 카본나노튜브 단사(10))을 구멍부를 갖는 다이(die)에 통과시킨다.
이들 변형예에 의해서도, 상기의 제1실시형태와 동일한 작용효과를 얻을 수 있다.
이들 제1실시형태, 제2실시형태 및 변형예는 적절하게 조합시킬 수 있다.
(실시예)
이하에 실시예를 나타내고, 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그들에 한정되지 않는다. 이하의 기재에 있어서 사용되는 배합비율(함유비율), 물성값, 파라미터 등의 구체적인 수치는, 상기의 「발명을 실시하기 위한 구체적인 내용」에 기재되어 있는, 그들에 대응하는 배합비율(함유비율), 물성값, 파라미터 등 해당 기재의 상한값(「이하」, 「미만」이라고 정의되어 있는 수치) 또는 하한값(「이상」, 「초과」라고 정의되어 있는 수치)으로 대체할 수 있다.
실시예1
스테인레스로 제작된 기판(스테인레스 기판)에 이산화규소막을 적층한 후에, 이산화규소막 위에 촉매층으로서 철을 증착하였다. 또 기판은, 길이가 길고 평평한 띠 형상을 갖고 있고, 기판에 있어서 길이가 긴 방향(세로방향)의 길이는 10m, 기판에 있어서 폭방향(가로방향)의 길이는 20mm이다. 또한 기판의 두께는 50μm이다.
계속하여 기판을 소정의 온도로 가열하고 촉매층에 원료가스(아세틸렌가스)를 공급하였다. 이에 따라, 기판 위에 있어서 길이가 길고 평평한 띠 형상의 카본나노튜브 어레이를 형성하였다(조제공정).
카본나노튜브 어레이에 있어서, 복수의 카본나노튜브는, 서로 대략 평행하게 되도록 연장되고, 기판에 대하여 직교하도록 배향(수직배향)되어 있었다. 카본나노튜브의 평균외경은 약 12nm, 카본나노튜브의 평균길이는 약 300μm, 카본나노튜브 어레이의 부피밀도는 약 40mg/cm3이었다.
계속하여 카본나노튜브 어레이가 형성된 기판을, 도1 및 도3A에 나타내는 웹 제조유닛(카본나노튜브 웹 제조장치)에 세트하였다. 이때에, 기판의 전단부를 권취축의 상단부에 고정함과 아울러, 카본나노튜브 어레이의 전단부를 롤러에 대하여 후방측에 위치시켰다.
그리고 카본나노튜브 어레이의 전단부에 배치되는 복수의 카본나노튜브를 인출도구에 의하여 전체 폭에 걸쳐서 일괄하여 지지하고, 전방측을 향하여 잡아당겼다.
이에 따라 기판 위의 카본나노튜브 어레이로부터 카본나노튜브 웹이 인출되었다. 또 카본나노튜브 웹에 있어서, 복수의 카본나노튜브 단사가 좌우방향으로 병렬로 배치되어 있었다. 카본나노튜브 단사의 평균지름은 약 60nm∼80nm이었다.
계속하여 카본나노튜브 웹을 전방측으로 이동시킴과 아울러, 롤러에 구동력을 입력하여, 롤러를 좌측면에서 볼 때에 시계방향으로 회전시켰다.
이에 따라 기판 위의 카본나노튜브 어레이로부터 카본나노튜브 웹을 연속하여 인출함과 아울러, 기판을, 카본나노튜브 웹의 인출위치에 있어서 전방측으로 이동시킨 후에 롤러에 감았다(인출공정).
이때에 카본나노튜브 웹은, 카본나노튜브 어레이의 카본나노튜브의 배향방향과 직교하는 가상평면에 대하여 5°(인출각도(θ)) 경사져 있었다.
또한 카본나노튜브 웹의 인출속도는 500mm/분이고, 카본나노튜브 어레이의 박리속도는 1mm/분이었다. 그리고 기판의 이동속도는 1mm/분이었다. 즉 카본나노튜브 어레이의 박리속도와 기판의 이동속도는 동일한 값이었다.
그 때문에 카본나노튜브 웹의 인출위치는, 카본나노튜브 웹의 인출방향에 있어서 항상 동일한 위치로 유지되며, 가상평면에 대한 카본나노튜브 웹의 인출각도(θ)는 5°로 유지되었다.
이상에 의하여, 길이가 길고 또한 평평한 띠 형상의 카본나노튜브 웹을 조제하였다.
실시예2
인출공정에 있어서, 가상평면에 대한 카본나노튜브 웹의 인출각도(θ)가 2°로 변경된 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하여, 길이가 긴 카본나노튜브 웹을 조제하였다.
실시예3
인출공정에 있어서, 가상평면에 대한 카본나노튜브 웹의 인출각도(θ)가 3°로 변경된 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하여, 길이가 긴 카본나노튜브 웹을 조제하였다.
실시예4
인출공정에 있어서, 가상평면에 대한 카본나노튜브 웹의 인출각도(θ)가 8°로 변경된 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하여, 길이가 긴 카본나노튜브 웹을 조제하였다.
실시예5
인출공정에 있어서, 가상평면에 대한 카본나노튜브 웹의 인출각도(θ)가 10°로 변경된 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하여, 길이가 긴 카본나노튜브 웹을 조제하였다.
실시예6
인출공정에 있어서, 가상평면에 대한 카본나노튜브 웹의 인출각도(θ)가 12°로 변경된 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하여, 길이가 긴 카본나노튜브 웹을 조제하였다.
실시예7
인출공정에 있어서, 가상평면에 대한 카본나노튜브 웹의 인출각도(θ)가 15°로 변경된 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하여, 길이가 긴 카본나노튜브 웹을 조제하였다.
실시예8
인출공정에 있어서, 가상평면에 대한 카본나노튜브 웹의 인출각도(θ)가 0°로 변경된 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하여, 길이가 긴 카본나노튜브 웹을 조제하였다.
비교예1
인출공정에 있어서, 기판을 이동시키지 않은 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하여, 길이가 긴 카본나노튜브 웹을 조제하였다.
즉 비교예1에서는, 인출공정에 있어서, 카본나노튜브 웹의 인출위치는 카본나노튜브 웹의 인출에 따라 인출방향의 상류를 향하여 이동하고, 가상평면에 대한 카본나노튜브 웹의 인출각도는 5°에서부터 서서히 작아지게 되도록 변동되었다.
평가 :
각 실시예 및 비교예에 있어서, 인출공정의 카본나노튜브 웹 및 카본나노튜브 어레이를 육안으로 확인하여, 하기의 기준으로 평가하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다.
A : 카본나노튜브 어레이의 전부가 카본나노튜브 웹으로서 기판으로부터 박리되고, 카본나노튜브 웹이 연속하여 인출되었다.
B : 카본나노튜브 어레이의 일부(카본나노튜브 어레이 전체에 대하여 5% 미만)가 기판 위에 잔존하였지만, 카본나노튜브 웹은 연속하여 인출되었다.
C : 카본나노튜브 어레이의 일부(카본나노튜브 어레이 전체에 대하여 6% 이상 10% 미만)가 기판 위에 잔존하였지만, 카본나노튜브 웹은 연속하여 인출되었다.
D : 카본나노튜브 어레이의 일부(카본나노튜브 어레이 전체에 대하여 11% 이상)가 기판 위에 잔존하고, 카본나노튜브 웹의 일부가 도중에 끊어졌다.
Figure pct00001
또 상기의 발명은, 본 발명의 예시인 실시형태로서 제공하였지만, 이것은 단순한 예시에 지나지 않아, 한정적으로 해석하여서는 안 된다. 당해 기술분야의 당업자에게 명백한 본 발명의 변형예는, 후기의 청구범위에 포함된다.
본 발명의 카본나노튜브 웹의 제조방법 및 카본나노튜브 웹의 제조장치는, 각종 산업제품에 사용되는 카본나노튜브 웹의 제조에 적절하게 사용할 수 있다.
본 발명의 카본나노튜브 집합체의 제조방법은, 각종 산업제품에 사용되는 카본나노튜브 집합체의 제조에 적절하게 사용할 수 있고, 특히 카본나노튜브 연사, 카본나노튜브 적층시트 등의 제조에 사용할 수 있다.
1 : 기판
2 : 카본나노튜브 어레이
4 : 카본나노튜브
5 : 카본나노튜브 연사
6 : 카본나노튜브 적층시트
10 : 카본나노튜브 단사
20 : 방적장치
23 : 방적유닛
25 : 권취축
33 : 시트제조장치
34 : 와인딩축

Claims (8)

  1. 기판(基板) 위에 배치되고, 상기 기판에 대하여 수직으로 배향(配向)되는 복수의 카본나노튜브(carbon nanotube)로 이루어지는 카본나노튜브 어레이(carbon nanotube array)를 준비하는 공정과,
    상기 카본나노튜브 어레이로부터, 복수의 카본나노튜브가 연속적으로 연결되는 카본나노튜브 단사(carbon nanotube 單絲)가, 상기 카본나노튜브 단사가 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 복수 병렬로 배치되는 카본나노튜브 웹(carbon nanotube web)을 인출하는 공정을
    포함하고,
    상기 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정에 있어서,
    상기 카본나노튜브 웹의 상기 카본나노튜브 어레이로부터의 인출위치를, 상기 카본나노튜브 웹의 인출방향에 있어서 동일한 위치로 유지하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 웹의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정에 있어서,
    상기 카본나노튜브 어레이는, 상기 카본나노튜브 웹의 인출에 따라 상기 기판으로부터 순차적으로 박리(剝離)되고, 상기 인출위치는, 상기 기판에 대하여 상기 인출방향의 상류로 이동되고,
    상기 기판을, 상기 인출위치가 상기 인출방향에 있어서 동일한 위치를 유지하도록 상기 인출위치에 있어서 상기 인출위치의 이동속도와 동일한 속도로 상기 인출방향의 하류로 이동시키는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 웹의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정에 있어서, 상기 카본나노튜브 어레이가 박리된 상기 기판을 감는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 웹의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 카본나노튜브 웹을 인출하는 공정에 있어서, 상기 카본나노튜브 웹이, 상기 카본나노튜브 어레이에 있어서의 상기 카본나노튜브의 배향방향과 직교하는 가상평면에 대하여 0° 이상 15° 이하의 각도로 경사지도록 상기 카본나노튜브 어레이로부터 인출되는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 웹의 제조방법.
  5. 원기둥 형상을 갖는 롤러를 준비하는 공정과,
    제1항의 카본나노튜브 웹의 제조방법에 의하여 제조되는 카본나노튜브 웹을, 상기 롤러의 둘레면에 위치하도록 상기 롤러의 둘레방향으로 감는 공정과,
    상기 카본나노튜브 웹을 상기 롤러 위를 통과시킨 후에 가공하는 공정을
    포함하고 있는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 집합체(carbon nanotube 集合體)의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카본나노튜브 웹을 가공하는 공정에 있어서, 상기 카본나노튜브 웹을 서로 꼬이게 하여 연사(撚絲)로 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 집합체의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 카본나노튜브 웹을 가공하는 공정은,
    원기둥 형상을 갖는 와인딩축(winding軸)을 준비하는 공정과,
    상기 카본나노튜브 웹을 상기 와인딩축의 둘레면에 복수 둘레 감는 공정과,
    상기 와인딩축의 둘레면에 복수 둘레 감긴 상기 카본나노튜브 웹을 상기 와인딩축의 축선방향으로 절단하여 시트 형상(sheet 形狀)으로 형성하는 공정을
    포함하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 집합체의 제조방법.
  8. 수직으로 배향되는 복수의 카본나노튜브로 이루어지는 카본나노튜브 어레이가 배치되는 기판과,
    복수의 카본나노튜브가 연속적으로 연결되는 카본나노튜브 단사가, 상기 카본나노튜브 단사가 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 복수 병렬로 배치되는 카본나노튜브 웹을, 상기 카본나노튜브 어레이로부터 인출하는 인출부재와,
    상기 카본나노튜브 웹의 상기 카본나노튜브 어레이로부터의 인출위치에 있어서, 상기 기판을, 상기 카본나노튜브 웹의 인출방향의 하류를 향하여 반송하는 반송부재를
    구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 웹의 제조장치.
KR1020177035878A 2015-06-25 2016-06-01 카본나노튜브 웹의 제조방법, 카본나노튜브 집합체의 제조방법 및 카본나노튜브 웹의 제조장치 Withdrawn KR20180021701A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015128095A JP6482966B2 (ja) 2015-06-25 2015-06-25 カーボンナノチューブウェブの製造方法、カーボンナノチューブ集合体の製造方法およびカーボンナノチューブウェブの製造装置
JPJP-P-2015-128095 2015-06-25
PCT/JP2016/066183 WO2016208342A1 (ja) 2015-06-25 2016-06-01 カーボンナノチューブウェブの製造方法、カーボンナノチューブ集合体の製造方法およびカーボンナノチューブウェブの製造装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180021701A true KR20180021701A (ko) 2018-03-05

Family

ID=57586388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177035878A Withdrawn KR20180021701A (ko) 2015-06-25 2016-06-01 카본나노튜브 웹의 제조방법, 카본나노튜브 집합체의 제조방법 및 카본나노튜브 웹의 제조장치

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20180179064A1 (ko)
EP (1) EP3315644A4 (ko)
JP (1) JP6482966B2 (ko)
KR (1) KR20180021701A (ko)
CN (1) CN107735359A (ko)
TW (1) TW201710182A (ko)
WO (1) WO2016208342A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220082071A (ko) * 2019-12-27 2022-06-16 토쿠센 코교 가부시키가이샤 카본 나노 튜브로 이루어진 장척물의 제조 방법

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO345837B1 (en) * 2016-05-04 2021-08-30 Cealtech As Apparatus for large scale producing 3D graphene and method describing the same
WO2018118682A1 (en) * 2016-12-19 2018-06-28 Lintec Of America, Inc. Nanofiber yarn spinning system
JP6829609B2 (ja) * 2017-01-16 2021-02-10 日立造船株式会社 カーボンナノチューブウェブの引出方法
JP6666866B2 (ja) * 2017-02-17 2020-03-18 矢崎総業株式会社 カーボンナノチューブ撚糸電線の製造方法
CN108609434B (zh) * 2018-03-26 2020-11-03 苏州捷迪纳米科技有限公司 收集装置及制备系统
US20190352182A1 (en) * 2018-05-17 2019-11-21 Lintec Of America, Inc. Nanofiber sheet dispenser
KR101956153B1 (ko) 2018-10-04 2019-06-24 어썸레이 주식회사 탄소나노튜브를 포함하는 얀의 제조방법 및 이로부터 제조된 얀
KR101962215B1 (ko) * 2018-11-30 2019-03-26 어썸레이 주식회사 일 방향으로 정렬된 얀을 포함하는 탄소나노튜브 시트를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 탄소나노튜브 시트
KR101992745B1 (ko) 2019-01-24 2019-06-26 어썸레이 주식회사 구조적 안정성이 우수하고 전자 방출 효율이 향상된 이미터 및 이를 포함하는 x-선 튜브
KR102099410B1 (ko) 2019-04-04 2020-04-09 어썸레이 주식회사 세라믹계 소재로 이루어진 집속전극을 포함하는 x-선 발생장치
KR102099411B1 (ko) 2019-07-26 2020-04-09 어썸레이 주식회사 구조적 안정성이 우수한 전계 방출 장치 및 이를 포함하는 x-선 튜브
JP7372092B2 (ja) 2019-09-18 2023-10-31 日立造船株式会社 カーボンナノチューブ撚糸の製造方法
JP7420602B2 (ja) * 2020-03-12 2024-01-23 日立造船株式会社 カーボンナノチューブ分散液の製造方法、カーボンナノチューブシートの製造方法、カーボンナノチューブワイヤの製造方法、カーボンナノチューブ分散液、および、カーボンナノチューブ分散液の製造装置
CN111540540B (zh) * 2020-06-19 2021-12-17 徐丹 绞线机下料装置
CN114572765B (zh) * 2022-02-23 2023-11-21 武汉市碳翁科技有限公司 一种碳纳米管加捻收集装置及使用方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7850778B2 (en) * 2005-09-06 2010-12-14 Lemaire Charles A Apparatus and method for growing fullerene nanotube forests, and forming nanotube films, threads and composite structures therefrom
WO2008153609A1 (en) * 2007-02-07 2008-12-18 Seldon Technologies, Inc. Methods for the production of aligned carbon nanotubes and nanostructured material containing the same
CN102092703B (zh) * 2009-12-11 2020-11-06 北京富纳特创新科技有限公司 碳纳米管结构的制备方法
JP2011201732A (ja) * 2010-03-26 2011-10-13 Hitachi Zosen Corp カーボンナノチューブの剥離方法および剥離用吸引具
CN101844757B (zh) * 2010-03-29 2012-07-11 北京富纳特创新科技有限公司 碳纳米管膜的制备方法
CN103159204B (zh) * 2011-12-09 2015-03-25 北京富纳特创新科技有限公司 碳纳米管膜的制备方法
JP6008724B2 (ja) * 2012-12-07 2016-10-19 日立造船株式会社 カーボンナノ接合導電材料基板の製造方法
CN103964410B (zh) * 2013-01-30 2016-01-13 北京富纳特创新科技有限公司 碳纳米管膜贴膜方法
JP6029482B2 (ja) * 2013-02-06 2016-11-24 日立造船株式会社 カーボンナノチューブの剥離装置
JP6071763B2 (ja) * 2013-06-05 2017-02-01 日立造船株式会社 カーボンナノチューブシートの製造方法及びカーボンナノチューブシート
JP2014234339A (ja) * 2013-06-05 2014-12-15 日立造船株式会社 カーボンナノチューブシートおよびカーボンナノチューブシートの製造方法
JP6059089B2 (ja) * 2013-06-07 2017-01-11 株式会社フジクラ カーボンナノファイバ集合体の製造方法及び製造装置、並びに導電線の製造方法及び製造装置
JP6242189B2 (ja) * 2013-11-27 2017-12-06 日立造船株式会社 配向性繊維シートの製造方法
CN204401194U (zh) * 2014-11-20 2015-06-17 苏州捷迪纳米科技有限公司 碳纳米管纺纱机

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220082071A (ko) * 2019-12-27 2022-06-16 토쿠센 코교 가부시키가이샤 카본 나노 튜브로 이루어진 장척물의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016208342A1 (ja) 2016-12-29
JP6482966B2 (ja) 2019-03-13
TW201710182A (zh) 2017-03-16
JP2017007919A (ja) 2017-01-12
CN107735359A (zh) 2018-02-23
EP3315644A1 (en) 2018-05-02
EP3315644A4 (en) 2019-01-16
US20180179064A1 (en) 2018-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180021701A (ko) 카본나노튜브 웹의 제조방법, 카본나노튜브 집합체의 제조방법 및 카본나노튜브 웹의 제조장치
CN107429438B (zh) 碳纳米管集合体的制造方法
JP6802193B2 (ja) カーボンナノチューブ糸の製造方法
JP6649100B2 (ja) Ｃｎｔ積層体の製造方法およびカーボンナノチューブ撚糸の製造方法
Alvarez et al. Carbon nanotube assembly at near-industrial natural-fiber spinning rates
Miao Yarn spun from carbon nanotube forests: production, structure, properties and applications
JP6604759B2 (ja) カーボンナノチューブウェブの製造方法、カーボンナノチューブ集合体の製造方法およびカーボンナノチューブウェブの製造装置
TWI696732B (zh) 碳奈米管纖維的製造方法
TWI855155B (zh) 碳奈米管加撚紗的製造方法以及碳奈米管加撚紗的製造裝置

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20171213

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination