日本瑞翁(Zeon)在“國際納米科技綜合展及技術會議(nano tech 2016,2016年1月27~29日在東京國際展覽中心舉行)”上展出了2016年1月開始實際供貨的單層碳納米管(SCNT,商品名稱為“ZEONANO SG101”)。
圖1
展品中備受關注的是在橡膠中混合了SCNT的復合材料。該公司曾宣傳說這種復合材料能發揮前所未有的高導電性。
該公司展出的SCNT是被稱作夢幻新材料的、由六碳環組成的單層碳原子“網”卷成的碳管(圖1)。開發出SCNT高效制造方法的日本產業技術綜合研究所表示“這是有鋼的20倍強度、10倍銅的導熱率、鋁的一半密度和10倍硅的電子遷移率的夢幻般的新材料”。但這是SCNT呈六角形結合的碳原子網在基本沒有破口等缺陷時的數值,這種高性能是從理論上推斷得出的,業界一般認為,要想減少缺陷并且以低成本生產,比預想得要困難。
瑞翁是從2015年11月中旬開始生產這種SCNT的。在11月4日的記者發布會上曾說“11月11日將在該公司德山工廠內舉行SCNT制造工廠的竣工儀式,開始投產”。當時介紹說“首先要確保一定量的庫存并保證品質,因此實際將從2016年1月開始供貨”。生產規模未公布,價格將控制在“200萬日元/1kg左右”。
制造將使用以日本產業技術綜合研究所2004年11月發現的高效量產法“超速生長法”為基礎制造的SGCNT。如果能夠確保一定的產量,且制造工廠能進入穩定的生產狀態,則品質也會穩定,還可以保證品質。因此,確保首批SCNT用戶是關鍵所在。
復合化技術的關鍵是母料
其用途的突破口,是應用范圍廣的橡膠復合材料。橡膠復合材料實現的關鍵是“母料”,就是能夠使SCNT均勻分散于橡膠中的中間材料。負責SCNT銷售和技術經營的子公司Zeon Nano Technology(東京都千代田區)代表董事社長荒川公平說“還將提供母料”。
日本瑞翁(Zeon)還開發了制造SCNT與其他材料的復合材料用的分散技術。該公司SCNT的目錄參數為平均直徑3~5nm,在長度方向一致的“SCNT集合體”上的長度為300~500μm。由于SCNT細長,因此在橡膠、塑料、鋁及銅等金屬等的母相中,使SCNT均勻分散來制作復合材料在技術上有相當難度。分散化技術,已與技術組合——單層CNT融合新技術開發機構(TASC)合作開發完成。TASC成立于2010年5月,除該公司外,還有用戶企業加盟。分散化技術相關專利及經驗由該技術組合持有并管理。
瑞翁因是特殊橡膠領域的大企業,作為SCNT的用途,打算首先推出橡膠復合材料。在nano tech 2016上,該公司公布了在橡膠中以5phr(重量100份的橡膠中混合5份SCNT,重量比大約為4%)混合SCNT的復合材料的性能。對比對象為碳黑(CB)的微細碳顆粒,據稱,分散并配合了SCNT的復合材料在150℃下的拉伸強度提高到13M~14萬億帕,是配合碳黑時的約2倍(圖2)。“120℃下固定荷重時的疲勞強度也提高到約2倍”。這種性能,是分散了SCNT的結果,與單純混合相比,性能大幅提高。
瑞翁目前準備了丁腈橡膠(NBR)、氫化丁腈橡膠(HNBR)、丙烯橡膠(ACM)、氟橡膠及硅橡膠等橡膠,“可以制作導電率高的橡膠復合材料”。
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