TUBALL™の応用

カーボンチューブには以下のようなユニークな特色があります。
100倍 鋼鉄より強い
1000°С 温度安定性
100万倍 チューブの内径比長さ
銅の5倍の軽さ 世界最良の針金
バスケットボールコート2枚分、 チューブ1gの表面積

グラフェンナノチューブはその特色によって、一番ユニバーサルな添加剤になりました。 電気化学的電流源 , タイヤとゴム , 透明伝導膜 , ポリマー複合材料 といった様々な工業分野で、材料性能の改善に役立っています。

ポリマーと複合材料

TUBALL® COMP_E発注

ポリマーと複合材料

複合材料は高価ではありますが、機械的性能や軽量で高い負荷への耐久性が要求される分野で人気を得ています。今日、航空宇宙、再生可能エネルギー、自動車、建築産業で、複合材料はなくてはならないものになっています。例えば、新しいボーイング787 Dreamlinerの翼と胴体の50%を超える素材が複合材料です。BMW13のフレームと外装の70%は炭素樹脂でできています。「グリーンエコノミー」の未来を決定づける非常に重要なファクター は、広範囲に使われている複合材料です。それは、複合材料の生産のみならず使用においても、二酸化炭素ガスの排出を削減することです。

ポリマー複合材料

ポリマー複合材料は、一般に、プラスティックベース(マトリックスと呼ばれる)からできていますが、プラスティックベースは強度、剛性などの高い充填剤で補強されています。異種材料の組み合わせによっても新しい材料が作られます。新しい材料の性能は、成分をなす各々の材料とも異なります。

CNT工業の功績によって、ポリマー複合材料に極めて新しい時代が現れました。単層カーボンナノチューブの成分として使うと、昨日までは信じ難く思われた結果を得ることができました。

強度増加をともなう軽量化、導電性の発生、及び、弾性、耐熱性など重要な物理的機械的性能の変化、これらは時として多大な経済効果をもたらします。ユニークな物理的機械的性能をもつナノチューブでポリマー複合材料性能は改良され、構造建築資材、新時代の輸送手段その他の分野で、技術に対する理解は根本的に変わります。

現在、世界におけるポリマーの生産量はアルミニウム、銅、すべての非鉄金属を合わせたものを超えています。様々な性能の強化がポリマーを使う多くの分野で求められており、ポリマー複合材料開発の基礎づくりに役立っています。

ポリマーナノコンポジット市場

資料: Transparency Market Research, 2013 г.

ナノコンポジット市場の成長は通常のポリマーより遥かに早く、2018年度の市場規模は2010年度比の3.5~5倍を超えます。

現在、カーボンナノチューブの利用によって得られるナノコンポジットの割合は、10%未満です。しかし、この5年のうちに、ナノコンポジット用カーボンナノチューブの量的な需要は著しく成長します。

カーボンナノチューブ市場は、2020年までに2013年度比7倍を超える成長を遂げます。

Lux Research Inc.: Kozarsky R. Searching for Profits at the Intersection of Nanotech and Electronics. Подготовлено для IEEE, 28 января 2014

OCSiAl results

The flexural strength of a CFRP plate increases by 35% when adding 0.05% of TUBALL® to the epoxy.

TUBALL в эпоксидной смоле. ПЭМ фото. OCSiAl, 2014г.

Adding 0.08% of TUBALL® to polyester resin makes SMC composite electroconductive and suitable for electrostatic painting.

Adding 0.05% of TUBALL® to polypropylene increases its modulus of tension by 50% and its temperature of distortion by 15%.

Using TUBALL® as an additive increases strength, thermal and shock resistance by 30 to 50%. Adding TUBALL® to polymers gives them electroconductive properties.

To reach the same results, hundred times more concentration of multi-walled CNTs is required, which may lead to significant complications in the production process or impossibility to manufacture products with MWCNT due to the increased prepreg viscosity and associated additional costs.

Zyvex Technologies社と共同の炭素樹脂 "powered by TUBALL®"

OCSiAlでは、Zyvex Technologies Inc.と共同でTUBALL®による炭素樹脂改良が行われています。目的は、ナノモディファイア添加による材料強度の増加です。

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Zyvex Tech.で改良された炭素樹脂シート製造

添加剤Zyvex Kentera™によって機能化したグラフェンナノチューブTUBALL®を炭素繊維に0.05wt%配合することで得られる改善:

·引張弾性係数32%;

·曲げ強度35%;

·弾性係数6%;

·圧縮強度20%.

TUBALL ®配合の炭素樹脂と標準品との比較

樹脂

引張弾性係数

曲げ強度

弾性係数

圧縮強度

TUBALL®0.05wt%を含んだ炭素樹脂

70,881 HPa

904 MPa

53,494 HPa

662 MPa

炭素樹脂標準品

53,779 ГПа

669 МПа

50,331 ГПа

552 МПа

改善%

31,8%

35,1%

6,3%

19,9%

炭素繊維の成分:2x2 Twill, 3K Warp, 繊維TR30、198 g/m2 - 炭素布; エポキシ樹脂 EponTM 828(38%)。 
硬化剤Ethacure® 100LC。実験は、ASTM基準に従って実施されました。

製造条件の変更なしで、炭素樹脂の性能は画期的に改善されます。

示差走査熱量測定(DSC)が示す通り、添加剤KenteraTMで機能化したTUBALL®を、炭素樹脂製造時に使われるエポキシ樹脂に配合しても、その硬化速度は変化しません。

標準のエポキシ樹脂 Epon 828とTUBALL0.05wt%を含むEpon 828のDSCは、硬化剤Ethacure 100LCを使用した際と同様の硬化速度を示しました。

反応開始温度(140℃)及び硬化ピークの温度(190℃)は、両サンプルとも同じです。

炭素樹脂製造におけるTUBALLの導入は、既存の製造プロセスへの変更なしに行われることがDSCの資料で確認できます。

TUBALL®はエポキシ樹脂中で簡単にディスパーゲーションするので、ユニバーサルなナノモディファイアTUBALL®は、広範囲にわたり産業利用できます。

TUBALL®を0.05wt%配合した炭素樹脂の強度が30%超増すということは、改良されたTUBALL®炭素樹脂の複合材料は、同レベルの機械的強度をもつ標準的な炭素樹脂複合材料に比べ、30%軽量化されることを意味しています。結果として、非常に安価となり、他の産業においても、炭素樹脂複合材料の使用及び応用の限界と市場は拡大しています。

添加剤Zyvex KenteraTMで機能化されたTUBALL®を炭素樹脂製造過程でプリプレグに導入した場合、生産された炭素樹脂1kg当り$10~$16の節約ができます。機械的性能の改善によって、高価な材料の使用量を減らすことができます。


ポリマー複合材料におけるTUBALL®使用に係るすべての質問については、OCSiAl副社長 レヴァン・タトゥーナシヴィリ  levan@ocsial.com にお問い合わせください。

OCSiAl副社長ザハール・バリシャーコフ bolshakov.za@ocsial.com は、TUBALL®の熱可逆性物質への応用についてお答えいたします。

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カーボンの時代